JP2000310134A - 車両用始動兼発電装置 - Google Patents

車両用始動兼発電装置

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JP2000310134A
JP2000310134A JP11119010A JP11901099A JP2000310134A JP 2000310134 A JP2000310134 A JP 2000310134A JP 11119010 A JP11119010 A JP 11119010A JP 11901099 A JP11901099 A JP 11901099A JP 2000310134 A JP2000310134 A JP 2000310134A
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斉 黒坂
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栄 水村
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    • F02B61/02Adaptations of engines for driving vehicles or for driving propellers; Combinations of engines with gearing for driving cycles

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  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クランク軸を長くすることなく、その一端に
配置可能な車両用始動兼発電装置を提供する。 【解決手段】 ロータ15がクランク軸12の一端に連
結され、ステータに始動コイル51および発電コイル5
0を有するブラシレスモータ44と、バッテリ電圧を交
流電力に変換してブラシレスモータ44の始動コイル5
1へ供給する始動制御手段(3相ドライバ104、ロー
タセンサ56等)と、ブラシレスモータ44の発電コイ
ル50に発生した誘導起電力を電気負荷へ供給する発電
制御手段(レギュレータ52)とを具備した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載される
内燃機関用の始動装置と発電装置とを一体に組み合わせ
て構成された車両用始動兼発電装置に係り、特に、内燃
機関のクランク軸に直結される車両用始動兼発電装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来の内燃機関(以下、「エンジン」と
いう)に使用されている始動兼発電装置では、特開平1
0−148142号公報に記載されているように、モー
タのステータに始動コイルおよび発電コイルが設けら
れ、始動時には始動コイルへブラシ機構を介してバッテ
リから給電することでモータを始動装置として機能さ
せ、ロータに直結されたクランク軸を回転させてエンジ
ンを始動する。
【0003】一方、モータの整流子片とブラシ機構とは
ガバナ機構を介して接触しており、エンジン始動後、エ
ンジンの回転数が増大してロータが所定回転数以上に達
すると、その遠心力によりガバナ機構が作動して前記整
流子片とブラシ機構との接触が断たれる。したがって、
これ以後はモータが発電装置として機能し、発電コイル
に発生した起電力が電気負荷やバッテリへ供給される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の始動兼
発電装置では、ガバナ機構やブラシ機構を設けるための
スペースをクランク軸上の軸方向に確保しなければなら
ず、その分だけクランク軸が長くなってしまう。また、
シリンダヘッドにカムシャフトを備えた4サイクルエン
ジンでは、クランク軸上にカムシャフトの駆動機構を配
置することがあり、この場合もクランク軸を長くしなけ
ればならない。さらに、クランク軸の端部に自動変速機
構を設けようとすると、クランク軸も必然的に長くなっ
てしまう。したがって、始動兼発電装置を4サイクルエ
ンジンの搭載車両に採用し、さらにクランク軸の端部に
自動変速機構を設けようとすれば、クランク軸が長くな
ってしまう。
【0005】一方、クランク軸の長さを抑えるために、
上記したガバナ機構、ブラシ機構、カムシャフト駆動機
構および自動変速機構等を近接配置してしまうと、クラ
ンク軸上に、その回転角度を検知するための角度センサ
を設けるスペースが確保できなくなってしまう。
【0006】本発明の目的は、上記した従来技術の課題
を解決し、クランク軸を長くすることなく、その一端に
配置可能な車両用始動兼発電装置を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明は、4サイクルエンジンのクランク軸の
一端側に無段変速ユニットおよび遠心クラッチを備えた
スイングユニットに適用される車両用始動兼発電装置に
おいて、前記クランク軸の他端側にブラシレスモータを
備え、前記ブラシレスモータによるエンジンの始動およ
び発電を制御する制御手段を具備したことを特徴とす
る。
【0008】上記した特徴によれば、車両用始動兼発電
装置をブラシレスモータ単体で構成することができるの
でガバナ機構やブラシ機構が不要となり、クランク軸上
での車両用始動兼発電装置の軸方向の占有領域(長さ)
を狭くすることができる。したがって、車両用始動兼発
電装置をクランク軸に直結しても、クランク軸部分での
クランク軸方向への張出を抑えることができ、この結
果、車幅の抑制や車両の軽量化が可能になる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。図6は、本発明の一実施形態である始動
兼発電装置を搭載した自動二輪車の全体側面図である。
車体前部2と車体後部3とは低いフロア部4を介して連
結され、ダウンチューブ6とメインパイプ7とを含む車
体フレームによって車体の骨格が構成されている。燃料
タンクおよび収納ボックス(共に図示せず)はメインパ
イプ7により支持され、その上方にシート8が配置され
ている。シート8はその下部に設けられるラゲッジボッ
クスの蓋を兼ねることができ、ラゲッジボックスは、そ
の前部FRに設けられるヒンジ機構により開閉自在に構
成されている。
【0010】車体前部2ではダウンチューブ6にステア
リングヘッド5が設けられ、このステアリングヘッド5
によってフロントフォーク12Aが軸支されている。上
方に延びたフロントフォーク12Aの上端にはハンドル
11Aが取付けられる一方、下端には前輪13Aが軸支
されている。ハンドル11Aの上部は計器板を兼ねたハ
ンドルカバー33で覆われている。
【0011】メインパイプ7の途中にはリンク部材(ハ
ンガ)37が回動自在に軸支され、このハンガ37によ
りスイングユニット17がメインパイプ7に揺動自在に
連結支持されている。スイングユニット17には、その
前部に単気筒の4サイクルエンジン200が搭載されて
いる。このエンジン200から後方にかけてベルト式無
段変速機35が構成され、その後部には遠心クラッチを
介して設けられた減速機構38に後輪21が軸支されて
いる。減速機構38の上端とメインパイプ7の上部屈曲
部との間にはリヤクッション22が介装されている。ス
イングユニット17の前部には、エンジン200のシリ
ンダヘッド32から延出した吸気管23が接続され、さ
らにこの吸気管23には気化器24および同気化器24
に連結されたエアクリーナ25が配設されている。
【0012】ベルト式無段変速機35の伝動ケースカバ
ー36から突出したキックシャフト27にキックアーム
28の基端が固着され、キックアーム28の先端にキッ
クペダル29が設けられている。スイングユニットケー
ス31の下部に設けられた枢軸18にはメインスタンド
26が枢着されており、駐車に際してはこのメインスタ
ンド26を立てる(鎖線で図示)。
【0013】図1は、前記スイングユニット17の断面
図であり、前記図6のA−A面での断面構造を示してい
る。スイングユニット17は、後に図2〜5を参照して
詳述するように、車両前方に位置するエンジン200、
クランク軸12の一端に連結された本発明の始動兼発電
装置100、クランク軸12の他端に連結された自動変
速機の駆動部300および従動部400を備える。
【0014】図2は、前記始動兼発電装置100および
クランク部の構造を示した部分断面図である。スイング
ユニットケース31には主軸受10、11によってクラ
ンク軸12が回転自在に支持され、このクランク軸12
にはクランクピン13を介してコンロッド14が連結さ
れている。クランク室9から張出したクランク軸12の
一端側には、始動兼発電装置100の主要部であるブラ
シレスモータ44のインナロータ15が設けられてい
る。インナロータ15は、フランジ部材39と共にボル
ト20によりクランク軸12の一端に固定されている。
【0015】インナロータ15の外周面には永久磁石1
9が嵌着されている。永久磁石19は、例えばネオジウ
ム鉄ボロン系であり、クランク軸12を中心として等角
度間隔で6か所に設けられている。インナロータ15の
外周に配設されたアウタステータ47のステータコア4
8はスイングユニットケース31に固定されている。こ
のステータコア49のヨーク49aには、発電コイル5
0と始動コイル51とが巻回されている。
【0016】前記フランジ部材39にはラジエータファ
ン57が取付けられ、このラジエータファン57に対向
してラジエータ58が設けられている。クランク軸12
上には、インナロータ15および主軸受11間にスプロ
ケット59が固定されており、このスプロケット59に
はクランク軸12からカムシャフト(図示せず)を駆動
するための動力を得るためのチェーン60が掛けられて
いる。なお、スプロケット59は潤滑オイルを循環させ
るポンプに動力を伝達するためのギヤ61と一体的に形
成されている。
【0017】スイングユニットケース31の一端側面3
1aの内側には、基板55がネジ41によりクランク軸
12と平行に固定され、基板55の内側表面には、前記
インナロータ15の外周面に装着された永久磁石19を
検知するためのロータセンサ56が設けられている。前
記ロータセンサ56は、後に図7を参照して説明するよ
うに、複数(本実施形態では、3つ)のホール素子をイ
ンナロータ15と同軸に所定の間隙を設けて円弧状に配
置することで構成される。
【0018】図3は、前記エンジン200のヘッド周辺
の構造を示した部分断面図である。シリンダ62内に配
置されているピストン63は、ピストンピン64を介し
てコンロッド14のスモールエンド側に連結されてい
る。シリンダヘッド32には点火プラグ65が螺着さ
れ、その電極部がピストン63のヘッドとシリンダヘッ
ド32との間に形成された燃焼室に臨んでいる。シリン
ダ62の周囲は水ジャケット66で囲まれている。
【0019】シリンダヘッド32内の、前記シリンダ6
2の上方には、軸受67、68によって回転自在に支持
されたカムシャフト69が設けられている。カムシャフ
ト69にはアタッチメント70が嵌合しており、このア
タッチメント70には、カムスプロケット72とカムセ
ンサ155に関連してカムパルスを発生させるためのリ
ラクタ部72aとがボルト71による共締めで固定され
ている。カムスプロケット72にはチェーン60が掛け
られている。このチェーン60によって、前記スプロケ
ット59(図1参照)の回転つまりクランク軸12の回
転がカムシャフト69に伝達される。
【0020】カムシャフト69の上部にはロッカアーム
73が設けられていて、このロッカアーム73はカムシ
ャフト69の回転に伴いカムシャフト69のカム形状に
応じて揺動する。カムシャフト69には一体的に排気カ
ムおよび吸気カムが形成されているが、これらのカムに
隣接し、カムシャフト69に対して逆転方向にのみ係合
しているデコンプカム98が設けられている。デコンプ
カム98はカムシャフト69の逆転時にカムシャフト6
9の回転に追従して排気カムの外周形状よりも突出した
位置に回動する。
【0021】したがって、カムシャフト69の正転時に
排気弁96をわずかにリフトした状態にすることがで
き、エンジンの圧縮工程での負荷を軽減することができ
る。これにより、クランク軸を始動されるときのトルク
を小さくできるので、4サイクルエンジンのスタータと
しては小型のものを使うことができる。その結果、クラ
ンク周りをコンパクトにでき、バンク角を大きくできる
という利点がある。なお、カムがしばらく正転すること
により、デコンプカム98の外形は排気カムの外周形状
内に戻る。
【0022】シリンダヘッド32には水ポンプベース7
4と水ポンプハウジング75とで囲まれたポンプ室76
が形成されている。ポンプ室76内にはインペラ77を
有するポンプシャフト78が配置されている。ポンプシ
ャフト78はカムシャフト69の端部に嵌合され、軸受
79によって回転自在に保持されている。ポンプシャフ
ト78の駆動力はカムスプロケット72の中心部に係合
するピン80によって得られる。
【0023】ヘッドカバー81には、エアリードバルブ
94が設けられている。このエアリードバルブ94は、
排気管に負圧が生じたときにエアを吸入してエミッショ
ンを改善する。なお、ポンプ室76の周辺の随所にはシ
ール部材が設けられているが、個々の説明は省略する。
【0024】図4、図5は、エンジン200の回転を変
速して後輪に伝達する自動変速機の自動変速部分の断面
図であり、それぞれ図4が駆動側、図5が従動側であ
る。
【0025】図4において、クランク軸12上の、前記
始動兼発電装置100のインナロータ15が設けられた
側とは反対側の端部にはVベルト82を巻き掛けるため
のプーリ83が設けられている。プーリ83はクランク
軸12に対して回転方向および軸方向の動きが固定され
た固定プーリ片83aとクランク軸12に対して軸方向
に摺動自在な可動プーリ片83bとからなる。
【0026】可動プーリ片83bの背面つまりVベルト
82と当接しない面にはホルダプレート84が取付けら
れている。ホルダプレート84はクランク軸12に対し
て回転方向および軸方向の双方にその動きが規制されて
いて一体で回転する。ホルダプレート84と可動プーリ
片83bとによって囲まれた空所はガバナウェイトとし
てのローラ85を収容するポケットを形成している。
【0027】一方、後輪21に動力をつなぐクラッチ機
構は次のように構成されている。図5において、クラッ
チのメインシャフト125はケース126に嵌合された
軸受127およびギヤボックス128に嵌合された軸受
129で支持されている。このメインシャフト125に
は軸受130および131よってプーリ132の固定プ
ーリ片132aが支持されている。メインシャフト12
5の端部にはナット133によってカップ状のクラッチ
板134が固定されている。
【0028】前記固定プーリ片132aのスリーブ13
5には、プーリ132の可動プーリ片132bがメイン
シャフト125の長手方向に摺動自在に設けられてい
る。可動プーリ片132bは、メインシャフト125の
周りで一体的に回転できるようにディスク136に係合
している。ディスク136と可動プーリ片132bとの
間には、両者間の距離を拡張する方向に反発力が作用す
る圧縮コイルばね137が設けられている。また、ディ
スク136にはピン138で揺動自在に支持されたシュ
ー139が設けられている。シュー139はディスク1
36の回転速度が増大したときに遠心力が作用して外周
方向に揺動し、クラッチ板134の内周に当接する。な
お、ディスク136が所定の回転速度に達したときにシ
ュー139がクラッチ板134に当接するように、ばね
140が設けられている。
【0029】メインシャフト125にはピニオン141
が固定されていて、このピニオン141はアイドルシャ
フト142に固定されたギヤ143に噛合っている。さ
らに、アイドルシャフト142に固定されたピニオン1
44は出力シャフト145のギヤ146に噛合ってい
る。後輪21はリム21aとリム21aの周囲に嵌込ま
れたタイヤ21bとからなり、リム21aが前記出力シ
ャフト145に固定されている。
【0030】上記構成において、エンジン回転数が最小
の場合、ローラ85は図4の実線で示した位置にあり、
Vベルト82はプーリ83の最小径部分に巻き掛けられ
ている。プーリ132の可動プーリ片132bは圧縮コ
イルばね137に付勢された図5の実線の位置に偏倚さ
せられていて、Vベルト82はプーリ132の最大径部
分に巻き掛けられている。この状態では、遠心クラッチ
のメインシャフト125は最小回転数で回転させられる
ため、ディスク136に加わる遠心力は最小であり、シ
ュー139はばね140によって内方に引き込まれてい
るのでクラッチ板134に当接しない。つまり、エンジ
ンの回転がメインシャフト125に伝達されず、車輪2
1は回転されない。
【0031】一方、エンジン回転数が大きい場合にはロ
ーラ85が遠心力で外周方向に偏倚する。図4の鎖線で
示した位置が最大回転数のときのローラ85の位置であ
る。ローラ85が外周方向に偏倚すると、可動プーリ8
3bは固定プーリ83a側に押しやられるため、Vベル
ト82はプーリ83の最大径寄りに移動する。そうする
と、遠心クラッチ側では、圧縮コイルばね137に打ち
勝って可動プーリ片132bが偏倚し、Vベルト82は
プーリ132の最小径寄りに移動する。したがって、デ
ィスク136に加わる遠心力は増大し、シュー139は
ばね140に打ち勝って外方に張出し、クラッチ板13
4に当接する。その結果、エンジンの回転力がメインシ
ャフト125に伝達され、ギヤトレインを介して車輪2
1に動力が伝わる。こうして、エンジンの回転数に応じ
て、クランク軸12側のプーリ83および遠心クラッチ
側のプーリ132に対するVベルト82の巻き掛け径が
変化し、変速作用が果たされる。
【0032】上述のように、エンジン始動時は始動コイ
ル51に通電してエンジンを付勢することができるが、
本実施形態では、足踏み動作によってエンジン200を
始動するキック始動装置を併用している。さらに図4を
参照してキック始動装置を説明する。前記固定プーリ8
3aの背面にはキック始動用の従動ドッグギヤ86が固
定されている。一方、カバー36側には、ヘリカルギヤ
87を有する支持軸88が回転自在に支持されている。
支持軸88の端部にはキャップ89が固定されていて、
このキャップ89の端面には前記従動ドッグギヤ86と
噛合する駆動ドッグギヤ90が形成されている。
【0033】さらに、カバー36にはキックシャフト2
7が回動自在に支持されていて、このキックシャフト2
7には、前記ヘリカルギヤ87と噛合されるセクタヘリ
カルギヤ91が溶接されている。キックシャフト27の
端部つまりカバー36から外部へ突出している部分には
スプラインが形成されていて、このスプラインにはキッ
クアーム28(図6参照)に設けられたスプラインが係
合される。なお、符号92、93は戻しばねである。
【0034】上記構成において、キックペダル29を踏
み込むと、戻しばね93に打ち勝ってキックシャフト2
7およびセクタヘリカルギヤ91が回動する。ヘリカル
ギヤ88およびセクタヘリカルギヤ91は、セクタヘリ
カルギヤ91がキックペダルの踏み込みによって回動し
た場合にプーリ83側に支持軸87を付勢する推力が生
じるように互いのねじれ方向が設定されている。したが
って、キックペダル29を踏み込むと支持軸87がプー
リ83側に偏倚し、キャップ89の端面に形成された駆
動ドッグギヤ90が従動ドッグギヤ86と噛合う。その
結果、クランク軸12は回転させられ、エンジン200
の始動が可能となる。エンジンが始動すると、キックペ
ダル29の踏み込みを弱め、戻しばね92、93によっ
てセクタヘリカルギヤ91を反転させると、駆動ドッグ
ギヤ90と従動ドッグギヤ86との係合が解除される。
【0035】図7は、前記始動兼発電装置100の制御
系のブロック図であり、前記と同一の符号は同一または
同等部分を表している。
【0036】制御ユニット40は、バッテリ42の出力
電圧VBATTをロジック電圧VDDに変換してCPU101
へ供給するDC−DC変換器102と、IGコイル54
への給電を制御して点火プラグ65を所定のタイミング
で点火させる点火制御装置103と、バッテリ電圧VBA
TTを3相交流電力に変換してブラシレスモータ44の始
動コイル51へ供給する3相ドライバ104とを含む。
【0037】スロットルセンサ53は、スロットル開度
θthを検知してCPU101へ通知する。ロータセンサ
56は、例えば3つのホール素子56a、56b、56
cから構成され、インナーロータ15の回転位置を、そ
の外周面に設けられた6つの永久磁石19の位置として
検知し、CPU101へ通知する。レギュレータ52
は、インナーロータ15の回転に応じて発電コイル50
に発生した誘導起電力をバッテリ電圧VBATTに制御して
電源ラインLへ供給する。
【0038】このような構成において、エンジン始動時
は、CPU101がロータセンサ56により検知された
インナーロータ15の回転位置に基づいて始動コイル5
1の励磁タイミングを決定し、3相ドライバ104の各
パワーFETのスイッチングタイミングを制御して始動
コイル51の各相へ交流電力を供給する。
【0039】3相ドライバ104の各パワーFETはC
PU101によりPWM制御され、そのデューティー比
すなわちブラシレスモータ44の始動トルクは、前記ス
ロットルセンサ53により検知されたスロットル開度θ
thに基づいて制御される。
【0040】一方、エンジン200が始動されて所定回
転数に達すると、3相ドライバ104から始動コイル5
1への給電が中止され、今度はブラシレスモータ44が
エンジンにより従動的に駆動される。このとき、ブラシ
レスモータ44の発電コイル50には、クランク軸12
の回転速度に応じて起電力が発生する。この起電力はレ
ギュレータ52によってバッテリ電圧VBATTに制御さ
れ、その後、電気負荷へ供給されると共に余剰電力はバ
ッテリへ充電される。
【0041】上記したように、本実施形態では始動兼発
電装置の発電電動機としてブラシレスモータを採用し、
ブラシ機構やガバナ機構を廃止したので、クランク軸1
2の全長を短くすることができ、これを搭載する車両の
幅を狭めることができる。
【0042】また、ブラシレスモータ44のロータ位置
を検知するためのロータセンサ56の検知結果をクラン
ク角度の判定にも用いたので、クランク角度を検知する
ためのクランクセンサが不要となり、クランク軸12の
更なる短縮が可能になる。
【0043】
【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果が達
成される。 (1) 始動兼発電装置の発電電動機としてブラシレスモー
タを採用し、ブラシ機構やガバナ機構を廃止したので、
クランク軸の全長を従来よりも短くすることができ、ク
ランク軸部分での車幅の抑制や車両の軽量化が可能にな
る。 (2) ブラシレスモータのロータ位置を検知するためのロ
ータセンサの検知結果をクランク角度の判定にも用いた
ので、クランク角度を検知するためのクランクセンサが
不要となり、クランク軸の更なる短縮が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る始動兼発電装置を
含むスイングユニットの断面図である。
【図2】 スイングユニットの始動兼発電装置周辺およ
びその近傍の部分断面図である。
【図3】 スイングユニットのエンジンのシリンダヘッ
ド近傍の部分断面図である。
【図4】 スイングユニットの自動変速装置(駆動部)
近傍の部分断面図である。
【図5】 スイングユニットの自動変速装置(従動部)
近傍の部分断面図である。
【図6】 本発明の一実施形態に係る始動兼発電装置を
適用した自動二輪車の側面図である。
【図7】 本発明の一実施形態に係る始動兼発電装置の
制御系のブロック図である。
【符号の説明】
9…クランク室、12…クランク軸、15…インナロー
タ、19…永久磁石、31…スイングユニットケース、
32…シリンダヘッド、44…ブラシレスモータ、45
…連結ピン、47…アウタステータ、50…発電コイ
ル、51…始動コイル、56…ロータセンサ、59…ス
プロケット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水村 栄 埼玉県和光市中央一丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 3G022 BA01 3G092 AA01 AB02 DF05 3G093 AA06 BA28 CA01 DA01 DA06 DB00 EA12 EB09

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 4サイクルエンジンのクランク軸の一端
    側に無段変速ユニットおよび遠心クラッチを備えたスイ
    ングユニットに適用され、 前記クランク軸の他端側にブラシレスモータを備え、前
    記ブラシレスモータによるエンジンの始動および発電を
    制御する制御手段を具備したことを特徴とする車両用始
    動兼発電装置。
  2. 【請求項2】 前記ブラシレスモータのステータはロー
    タの周囲に配置され、前記ロータは、その外周面に複数
    の永久磁石が配置されたインナーロータ磁石式であるこ
    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】 前記ロータの外周面に配置された永久磁
    石の磁気を検知するロータセンサと、 前記ロータセンサの出力信号に基づいてロータの回転角
    度を判定し、判定結果に基づいて前記始動コイルへの給
    電を制御する制御手段とを具備した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。
  4. 【請求項4】 前記ロータセンサの出力信号に基づいて
    エンジンの点火制御を実行する点火制御手段を具備した
    ことを特徴とする請求項3に記載の車両用始動兼発電装
    置。
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