JPH07259710A - 車両用始動兼発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 始動兼発電機においてエンジン始動時の要求
トルクを確保するとともに、発電に必要な回転速度を確
保する。 【構成】 エンジンを始動する一方、始動後のエンジン
に駆動されて電力を供給する始動兼発電機２と、始動兼
発電機２のロータ軸２０の外周で同軸的に軸支されたプ
ーリ３と、プーリ３の回転数がロータ軸２０の回転数を
越えるとロータ軸２０とプーリ３とを結合するワンウェ
イクラッチ７と、プーリ３の内周とロータ軸２０との間
に介装されたプラネタリギヤ５と、プーリ３の回転数が
ロータ軸２０の回転数を越えたときにプーリ３からプラ
ネタリギヤ５への動力を遮断するワンウェイクラッチ８
と、エンジンの駆動軸とプーリ３とを連結するベルトと
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用始動兼発電装置
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車などの車両においては、エンジン
を始動するスタータモータと、車両に電力を供給する発
電機とをそれぞれ備え、スタータモータ及び発電機とエ
ンジンをベルトにより連結したものが従来から広く採用
されている。

【０００３】小型車等においては、エンジンルームの補
機搭載スペースが不足する場合があるため、実開平４−
２７１６８号公報に開示されるようにスタータモータを
エンジンに近接して配置するものや、実開平３−８１４
２５号公報に開示されるように発電機とエンジンとをギ
アを介して結合することによりエンジンルームのスペー
スを確保するものが知られている。

【０００４】これらの構成では依然としてスタータモー
タ及び発電機をそれぞれ備える必要があるため、特公平
２−４３０２９号公報に開示されるように、リターダを
スタータモータまたは発電機として選択的に切り替える
ことでスタータモータを省略して車両重量を低減するも
のが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記後
者のようにリターダでスタータモータと発電機とを兼用
する場合、スタータモータとして要求されるトルクに応
じてリターダを設定する必要があるが、この設定で発電
機としてリターダを使用すると発電効率が低下する場合
があった。

【０００６】そこで本発明は、発電効率の低下を抑制し
て要求される発電量と始動時に必要なトルクを確保可能
な車両用始動兼発電装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、エンジン
を始動する一方、始動後のエンジンに駆動されて電力を
供給する車両用始動兼発電装置と、前記始動兼発電装置
のロータ軸の外周で同軸的に軸支された回転部材と、前
記回転部材の回転数がロータ軸の回転数を越えるとロー
タ軸と回転部材とを結合する第１のクラッチと、前記回
転部材の内周とロータ軸との間に介装された減速手段
と、前記回転部材の回転数が所定の回転数を越えたとき
に前記回転部材から減速手段への動力を遮断する第２の
クラッチと、エンジンの駆動軸と前記回転部材とを連結
する回転伝達手段とを備える。

【０００８】また、第２の発明は、第１の発明におい
て、前記減速手段が、前記回転部材の内周に配設された
リングギヤと、ロータ軸に形成されたサンギヤと、リン
グギヤとサンギヤとの間に介装されたプラネットギヤと
から構成され、前記第２のクラッチが前記リングギヤと
回転部材との間に介装される。

【０００９】また、第３の発明は、第２の発明におい
て、前記プラネットギヤの公転を選択的に規制する手段
と、始動兼発電装置に加わる電流を測定する手段と、こ
の測定電流が所定値以上の間は前記規制手段を駆動する
制御手段とからなる。

【００１０】

【作用】したがって、第１の発明は、エンジンの始動時
において、始動兼発電機の駆動力はロータ軸から減速手
段、第２のクラッチを介して回転部材に伝達され、さら
に回転伝達手段によってエンジンのクランキング行わ
れ、始動兼発電機は減速手段の減速比に応じたトルクで
エンジンを駆動することができる。一方、エンジンが始
動して回転部材の回転数が所定の回転数に達すると、第
２のクラッチが遮断されて減速手段と回転部材は相対変
位可能となり、回転部材の回転数がロータ軸の回転数を
越えると第１のクラッチが作動して回転部材とロータ軸
は結合され、始動兼発電機はエンジンによって駆動され
る。

【００１１】また、第２の発明は、始動兼発電機による
エンジンの始動はロータ軸に形成されたサンギヤからリ
ングギヤとサンギヤとの間に介装されたプラネットギヤ
を介してリングギヤへ伝達され、さらにリングギヤから
第２のクラッチを介して回転部材が駆動される。一方、
エンジンが始動して回転部材の回転数が所定の回転数に
達すると、第２のクラッチが遮断されてプラネタリギヤ
と回転部材は相対変位可能となり、回転部材の回転数が
ロータ軸の回転数を越えると第１のクラッチが作動して
回転部材とロータ軸は結合され、始動兼発電機はエンジ
ンによって発電機として駆動される。

【００１２】また、第３の発明は、始動兼発電機による
エンジンの始動は、規制手段を作動させてプラネットギ
ヤの公転を規制し、ロータ軸に形成されたサンギヤから
プラネットギヤで減速されたリングギヤから第２のクラ
ッチをクラッチを介して回転部材が駆動されてエンジン
のクランキングが行われる。一方、エンジンが始動する
と無負荷状態となった始動兼発電機に流れる電流は低下
して、回転部材の回転数が所定の回転数を越えると電流
測定手段の測定電流が所定値未満となり、制御手段は規
制手段の作動を停止するためプラネットギヤはサンギヤ
の回りを公転することができ、始動兼発電機は第１のク
ラッチを介してロータ軸と回転部材が結合されて発電機
としてエンジンに駆動される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１４】図１〜図５はエンジン１の始動を行う一
方、エンジン１の始動後はコントローラ９を介してバッ
テリ９１への充電及び図示しない電気回路へ電力を供給
する始動兼発電機２をエンジン１に配設したもので、こ
の始動兼発電機２は例えば３相交流式発電機で構成され
る。

【００１５】始動兼発電機２とエンジン１は回転伝達手
段としてのクランクプーリ１１、ベルト１２及びプーリ
３を介して連結される。

【００１６】図２に示すように、回転部材として配設さ
れたプーリ３は底部３Ａを備えた円筒状部材で形成さ
れ、ロータ軸２０を覆うようにプーリ３の底部３Ａがロ
ータ軸２０の端部に挿通されるとともに、この底部３Ａ
は始動兼発電機２のロータ軸２０の端部でベアリング２
１を介して軸支され、プーリ３はロータ軸２０に対して
回転可能に支持される。なお、プーリ３の外径は始動兼
発電機２を発電機として駆動する際に所定の速度範囲と
なるよう、クランクプーリ１１と所定の減速比をなすよ
う設定される。

【００１７】底部３Ａに面したプーリ３の内周には円盤
状部材で形成されたドライブディスク４がロータ軸２０
に結合される。

【００１８】このドライブディスク４の外径はプーリ３
の内径と所定の間隙を形成するよう設定され、ドライブ
ディスク４の外周の所定の位置には図３に示すように、
第１のクラッチとしてのワンウェイクラッチ７を構成す
る楔状の溝部７１が形成される。

【００１９】この溝部７１は所定の回転方向に沿う円周
上で所定の深さからドライブディスク４の外径まで徐々
に深さを減少するように構成される。ただし、ドライブ
ディスク４、プーリ３の回転方向は図５に示すように、
クランクプーリ１１と同一の時計回りである。

【００２０】この溝部７１には第１のクラッチとして丸
棒部材で形成されたワンウェイクラッチ７が収装され、
ワンウェイクラッチ７はドライブディスク４側に介装し
たバネ７０によって常時プーリ３へ向けて付勢されると
ともに摺接する。

【００２１】ドライブディスク４の回転数（すなわち、
ロータ軸２０の回転数）よりプーリ３の回転数が大きく
なると、ワンウェイクラッチ７は溝部７１とプーリ３の
内周に挟まれてプーリ３とドライブディスク４とを結合
する一方、ロータ軸２０の回転数よりプーリ３の回転数
が小さい場合にはワンウェイクラッチ７はプーリ３の内
周に摺接し、プーリ３とドライブディスク４の相対変位
を許容する。

【００２２】プーリ３の内周でドライブディスク４を結
合したロータ軸２０の始動兼発電機２側には減速手段と
してのプラネタリギヤ５が配設される。

【００２３】このプラネタリギヤ５は図２、図４に示す
ように、ロータ軸２０の同軸上にサンギヤ５１を結合す
る一方、プーリ３の内周と所定の間隙を形成可能な外径
を備えるとともに、内周に所定の歯数を備えたリングギ
ヤ５０がサンギヤ５１の外周かつプーリ３の内周に配設
される。

【００２４】このリングギヤ５０とサンギヤ５１との間
にはサンギヤ５１と歯合するプラネットギヤ５２、リン
グギヤ５０と歯合するプラネットギヤ５３がそれぞれ配
設され、これらプラネットギヤ５２、５３は互いに歯合
する。

【００２５】そして、プラネットギヤ５２、５３は、ベ
アリング２２を介してロータ軸２０で回転自在に軸支さ
れるとともに始動兼発電機２の端面と対峙する位置に配
設されたキャリアプレート６０で軸支され、後述する電
磁クラッチ６でキャリアプレート６０を吸引固定するこ
とによりプラネットギヤ５２、５３の公転を規制してサ
ンギヤ５１の回転を所定の減速比で減速してリングギヤ
５０へ伝達するとともに、２つのプラネットギヤ５２、
５３によってロータ軸２０とリングギヤ５０の回転を同
一方向に駆動することができる。なお、減速比はエンジ
ン１の始動時の要求トルクに応じて設定されたものであ
る。

【００２６】そして、リングギヤ５０の外周の所定の位
置には図４に示すように、第２のクラッチとしてのワン
ウェイクラッチ８を構成する楔状の溝部８１が形成され
る。この溝部８１は所定の回転方向に沿う円周上で、リ
ングギヤ５０の外径から所定の深さまで徐々に深さを増
大するように構成される。

【００２７】この溝部８１には第２のクラッチとして丸
棒部材で形成されたワンウェイクラッチ８が収装され、
ワンウェイクラッチ８はリングギヤ５０側に介装したバ
ネ８０によって常時プーリ３の内周へ向けて付勢される
とともに摺接する。

【００２８】プーリ３の回転数よりリングギヤ５０の回
転数が大きくなると、ワンウェイクラッチ８は溝部８１
とプーリ３の内周との間に挟まれてプーリ３とリングギ
ヤ５０とを結合する一方、そうでない場合にはワンウェ
イクラッチ８がプーリ３の内周に摺接するだけでプーリ
３とリングギヤ５０の相対変位を許容する。

【００２９】ロータ軸２０で軸支されたキャリアプレー
ト６０と対峙する始動兼発電機２の端面には選択的にプ
ラネットギヤ５２、５３の公転を規制する手段としての
電磁クラッチ６が配設される。

【００３０】電磁クラッチ６はコントローラ９により駆
動され、電磁クラッチ６を励磁するとロータ軸２０で軸
支されたキャリアプレート６０が電磁クラッチ６に吸着
してプラネットギヤ５２、５３の公転を規制する。した
がって、ロータ軸２０の回転数は減速されてリングギヤ
５０に伝達される。

【００３１】一方、電磁クラッチ６の非励磁状態では、
キャリアプレート６０がロータ軸２０に対して回転可能
なため、プラネットギヤ５２、５３及びリングギヤ５０
はサンギヤ５１と一体となって回転することができる。

【００３２】ここで、コントローラ９による電磁クラッ
チ６の制御は、イグニッションキー９２からの信号に基
づいて開始される。

【００３３】コントローラ９は内部に図示しないインバ
ータ及びボルテージレギュレータを備えており、エンジ
ン１の始動時にはバッテリ９１、インバータを介して始
動兼発電機２を駆動し、同じく内部に備えた図示しない
電流測定手段で始動兼発電機２の駆動電流に基づいて電
磁クラッチ６を制御する一方、エンジン１の始動後には
電磁クラッチ６の励磁を解除して始動兼発電機２、ボル
テージレギュレータを介してバッテリ９１へ電力を供給
する。

【００３４】このコントローラ９における制御の一例を
図６のフローチャートを参照しながら詳述する。

【００３５】ステップＳ０でイグニッションキー９２が
オンとなったことを確認してから、ステップＳ１でコン
トローラ９の初期化を行った後、ステップＳ２でイグニ
ッションキー９２がスタート位置であるかを判定し、ス
タート位置であればステップＳ３でバッテリ９１と始動
兼発電機２との接続を電動機に切り替えるとともに、図
示しないインバータを介して始動兼発電機２を電動機と
して駆動する。

【００３６】ステップＳ４では電磁クラッチ６を励磁し
てキャリアプレート６０を吸引することで係止し、プラ
ネットギヤ５２、５３の公転が規制され、図４におい
て、電動機として作動する始動兼電動機２の回転によっ
てロータ軸２０の同軸上に結合されたサンギヤ５１が回
転し、電磁クラッチ６で公転を規制されたプラネットギ
ヤ５２、５３を介してリングギヤ５０が所定の減速比で
駆動される。

【００３７】このとき、エンジン１と共に停止していた
プーリ３より先にリングギヤ５０の回転が開始されるた
め、ワンウェイクラッチ８はリングギヤ５０の回転数が
プーリ３の回転数より大きいために溝部８１とプーリ３
の内周との間に挟まれてリングギヤ５０とプーリ３を結
合し、プーリ３は始動兼電動機２によって駆動され、ベ
ルト１２、クランクプーリ１１を介してエンジン１のク
ランキングを開始する。

【００３８】プーリ３はプラネタリギヤ５でロータ軸２
０の回転数を減速されることでエンジン１の始動に必要
なトルクを得ることができ、始動兼電動機２によるエン
ジン１の始動を円滑に行うことができる。

【００３９】一方、図３に示すように、始動兼発電機２
を電動機として駆動している間、プラネタリギヤ５の減
速比に応じてロータ軸２０の回転数がプーリ３より高速
となっているため、ワンウェイクラッチ７はプーリ３の
内周に摺接することにより解除されてドライブディスク
４とプーリ３の相対変位が許容される。

【００４０】この始動兼電動機２によるエンジン１のク
ランキング中には、ステップＳ５で始動兼発電機２の駆
動電流を測定し、ステップＳ６で駆動電流が所定値未満
となるエンジン１の始動終了かを判定する。

【００４１】エンジン１の始動終了時にはエンジン１の
アイドル回転数がリングギヤ５０の回転数より高速とな
るため、図４において、プーリ３はリングギヤ５０に対
して時計回りの回転を始め、ワンウェイクラッチ８が解
除される。

【００４２】このとき電動機として駆動される始動兼発
電機２は所定の回転数を越えると無負荷状態となってバ
ッテリ９１からの駆動電流が減少し、コントローラ９の
内部に設けられた電流測定手段の測定値が所定値未満と
なったときをエンジン１の始動終了と判定する。

【００４３】こうして、エンジン１が始動した後は、ス
テップＳ７で電磁クラッチ６の励磁を解除することでプ
ラネットギヤ５２、５３のサンギヤ５１回りの公転を許
容してリングギヤ５０への動力を遮断する。

【００４４】エンジン１の回転数の上昇によりプラネタ
リギヤ５とプーリ３との間に介装されたワンウェイクラ
ッチ８はプーリ３の回転数がリングギヤ５０の回転数よ
り大きくなるため解除され、リングギヤ５０とプーリ３
の相対変位が開始される。

【００４５】ステップＳ８ではバッテリ９１と始動兼発
電機２との接続を図示しないインバータからボルテージ
レギュレータに切り替えて、始動兼発電機２への電力の
供給を終了する一方、始動兼発電機２からの電力を所定
の電圧に調整してバッテリ９１へ供給することができ
る。

【００４６】始動兼発電機２への電力供給が遮断される
とプラネタリギヤ５の減速比に応じてエンジン１のクラ
ンキング速度で回転していたロータ軸２０の回転数は低
下する一方、始動したエンジン１に駆動されるプーリ３
は所定のアイドル回転数以上で回転し、ロータ軸２０の
回転数がプーリ３の回転数より小さくなると、図３に示
したワンウェイクラッチ７が作動してドライブディスク
４を介してロータ軸２０とプーリ３が結合される。

【００４７】始動兼発電機２はプーリ３、ドライブディ
スク４を介してエンジン１により直接駆動されてプーリ
３の回転数とロータ軸２０の回転数は同一となり、プー
リ３とクランクプーリ１１の外径を所定の比率に設定す
れば、始動兼電動機２を発電機として適した速度範囲で
作動させ、所定の発電容量を確保することができるので
ある。

【００４８】このように、上記ステップＳ０〜Ｓ８をエ
ンジン１の始動時に実行することで、始動兼電動機２の
駆動電流に基づいてスタータから発電機へ自動的に切り
替えることができ、エンジン１の始動時にはワンウェイ
クラッチ８を介してプラネタリギヤ５で減速された始動
兼電動機２により所定のトルクでエンジン１のクランキ
ングを行う一方、エンジン１の始動後にはワンウェイク
ラッチ７を介して所定の速度で始動兼電動機２を駆動す
ることで所定の発電容量を確保することが可能となり、
プラネタリギヤ５の減速比をエンジン１のクランキング
に必要なトルクに応じて設定するとともに、プーリ３と
クランクプーリ１１の外径の比率を発電機としての始動
兼電動機２の要求速度に設定することで、発電効率を低
下させることなくクランキングに必要なトルクを確保す
ることが可能となって、一つの始動兼電動機２でスター
タ及び発電機を効率良く兼用することができ、従来のス
タータモータを不要にして車両の小型化、軽量化を推進
することができるのである。

【００４９】図７は他の実施例を示し、上記第１の実施
例におけるギヤキャリア６０を始動兼発電機２の端面に
固設するとともに、電磁クラッチ６を廃止したもので、
その他の構成は上記第１の実施例と同様である。

【００５０】図７において、プラネットギヤ５２、５３
を軸支するギヤキャリア６１は始動兼発電機２の端面に
固設されており、ロータ軸２０の回転に応じて常時リン
グギヤ５０を減速駆動するものである。

【００５１】エンジン１の始動後には上記第１実施例と
同様にワンウェイクラッチ８が切れてリングギヤ５０と
プーリ３の相対変位が許容され、リングギヤ５０はプー
リ３の内周でプラネタリギヤ５の減速比に応じた速度で
空転するだけとなり、上記図６に示したコントローラ９
の制御内容のうち、ステップＳ４、Ｓ７の電磁クラッチ
６の制御が不要となって、より簡易な構成とすることが
できる。

【００５２】

【発明の効果】以上のように第１の発明によれば、エン
ジンを始動する一方、始動後のエンジンに駆動されて電
力を供給する車両用始動兼発電装置と、前記始動兼発電
装置のロータ軸の外周で同軸的に軸支された回転部材
と、前記回転部材の回転数がロータ軸の回転数を越える
とロータ軸と回転部材とを結合する第１のクラッチと、
前記回転部材の内周とロータ軸との間に介装された減速
手段と、前記回転部材の回転数が所定の回転数を越えた
ときに前記回転部材から減速手段への動力を遮断する第
２のクラッチと、エンジンの駆動軸と前記回転部材とを
連結する回転伝達手段とを備え、減速手段の減速比をエ
ンジンのクランキングに必要なトルクに応じて設定する
一方、回転伝達手段の減速比を始動兼発電機の発電効率
に応じてそれぞれ設定することができ、発電効率を損な
うことなく駆動トルクを確保することが可能となる。

【００５３】また、第２の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記減速手段が、前記回転部材の内周に配設され
たリングギヤと、ロータ軸に形成されたサンギヤと、リ
ングギヤとサンギヤとの間に介装されたプラネットギヤ
とから構成され、前記第２のクラッチが前記リングギヤ
と回転部材との間に介装したため、サンギヤとリングギ
ヤの比をエンジンのクランキングに必要なトルクに応じ
て設定する一方、回転伝達手段の減速比を始動兼発電機
の発電効率に応じてそれぞれ設定することができ、発電
効率を損なうことなく駆動トルクを確保することが可能
となる。

【００５４】また、第３の発明は、前記第２の発明にお
いて、前記プラネットギヤの公転を選択的に規制する手
段と、始動兼発電装置に加わる電流を測定する手段と、
この測定電流が所定値以上の間は前記規制手段を駆動す
る制御手段とを備え、サンギヤとリングギヤの比をエン
ジンのクランキングに必要なトルクに応じて設定する一
方、回転伝達手段の減速比を始動兼発電機の発電効率に
応じてそれぞれ設定することができ、発電効率を損なう
ことなく駆動トルクを確保することが可能となり、さら
に、電流測定手段によってエンジンの始動を判定するこ
とができ、始動兼発電機をスタータから発電機へ自動的
に切り換えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す概略構成図である。

【図２】プーリに収装されたプラネタリギヤを示す断面
図である。

【図３】図２のＢ矢視断面図である。

【図４】同じく図２のＣ矢視断面図である。

【図５】図１のＡ−Ａ矢視図である。

【図６】コントローラにおける制御の内容を示すフロー
チャートである。

【図７】他の実施例を示すプーリの断面図である。

【符号の説明】

２ 始動兼発電機 ３ プーリ ４ ドライブディスク ５ プラネタリギヤ ６ 電磁クラッチ ７ ワンウェイクラッチ ８ ワンウェイクラッチ ９ コントローラ １１ クランクプーリ ２０ ロータ軸 ５０ リングギヤ ５１ サンギヤ ５２、５３ プラネットギヤ ６０ キャリアプレート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンを始動する一方、始動後のエン
   ジンに駆動されて電力を供給する車両用始動兼発電装置
   と、前記始動兼発電装置のロータ軸の外周で同軸的に軸
   支された回転部材と、前記回転部材の回転数がロータ軸
   の回転数を越えるとロータ軸と回転部材とを結合する第
   １のクラッチと、前記回転部材の内周とロータ軸との間
   に介装された減速手段と、前記回転部材の回転数が所定
   の回転数を越えたときに前記回転部材から減速手段への
   動力を遮断する第２のクラッチと、エンジンの駆動軸と
   前記回転部材とを連結する回転伝達手段とを備えたこと
   を特徴とする車両用始動兼発電装置。
2. 【請求項２】 前記減速手段が、前記回転部材の内周に
   配設されたリングギヤと、ロータ軸に形成されたサンギ
   ヤと、リングギヤとサンギヤとの間に介装されたプラネ
   ットギヤとから構成され、前記第２のクラッチが前記リ
   ングギヤと回転部材との間に介装されたことを特徴とす
   る請求項１に記載の車両用始動兼発電装置。
3. 【請求項３】 前記プラネットギヤの公転を選択的に規
   制する手段と、始動兼発電装置に加わる電流を測定する
   手段と、この測定電流が所定値以上の間は前記規制手段
   を駆動する制御手段とからなることを特徴とする請求項
   ２に記載の車両用始動兼発電装置。