JP2001527616A - 自動車・内燃機関用の可変ギヤ変速比を有するスタータ−ジェネレータ機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、始動動作時に充分な機械的出力を供給して該出力を確実に伝達できると共に、内燃機関が比較的高い回転数で回転する場合のジェネレータとしての運転時には充分に高い電気的出力を供給することのできる、自動車の内燃機関用の遊星歯車装置を備えたスタータ−ジェネレータ機器に関する。遊星歯車装置において、セレクトレバーによって例えば１：２〜１：５の変速比を調整することが可能であり、しかも機器を自動車のトランスミッションから減結合するために付加的なアイドリング位置が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】 自動車・内燃機関用の可変ギヤ変速比を有するスタータージェネレータ機器 背景技術 本発明は、請求項１に発明の上位概念として規定した形式の、可変ギヤ変速比 を有するスタータ−ジェネレータ機器に関する。 自動車の内燃機関は単独では始動しないので、該内燃機関をスタータによって 始動せねばならないことは公知である。この始動のために通常、電気的に運転さ れる始動用電動機が使用され、該始動用電動機は、所謂ピニオン噛合わせリレー として構成された始動用リレーを介して電圧源に接続される。同時に回転始動の ために始動用電動機のピニオンが、一般に内燃機関の弾み車に装着された歯環に 係合させられる。内燃機関が自動回転に達した後、摩耗の増大及び強いノイズ発 生を防止するために始動用電動機の係合は解除されねばならない。スタータを特 定の理由から常時噛合わせたままにしようとする場合には、該スタータは、比較 的高い回転数でも連続運転できるように設計されねばならない。 また一般に、電気的な搭載回路網に連続的に給電する反面、始動用電動機を運 転するために必要な電圧源 を負荷するために常時一緒に回転するジェネレータを内燃機関に配備することは 公知である。ダイナモとも呼ばれる前記ジェネレータは一般に、Ｖベルト又は歯 付きベルトによって内燃機関のクランク軸を介して駆動される。ジェネレータは 典型的には平均的な回転数で正規出力を送出するが、しかしながら内燃機関の最 大回転数を考慮して設計され、かつその場合十分に冷却されねばならない。比較 的高い回転数での冷却は概ね、装着されたファン羽根によって支援される空気送 風によって行なわれる。このために内燃機関の顕著なモーメント脈動並びにジェ ネレータの質量慣性モーメントが生じ、これはベルトを介しての駆動を必要とす る。 始動用電動機を同時にジェネレータとしても運転しようとする場合には、先ず 回転数に関する設計問題が生じる。始動用電動機として運転する場合、低い回転 数でも比較的高い出力が必要になる。それというのは内燃機関はアイドリング回 転数に達するまでしか始動される必要がないからである。このような大きな出力 を確実に伝達するために電動機側の歯車対偶による前記作動結合が選ばれ、該作 動結合は内燃機関の始動後に断たれる。しかしながらジェネレータは、それ以上 の高い回転数範囲にわたって充分な出力を保証できるものでなければならず、し かも最大回転数で過熱の危険に曝されるようなことがあってはならない。しかし ながら調整モータ及びサーボモータのような多数の電気的アクチュエータを装備 した現代の自動車が必要とするような高い電気的出力を送出できるようにジェネ レータを設計しようとする場合、慣用のベルト駆動装置は即座にその性能限界に ぶつかることになる。 ジェネレータを同時にスタータとしても併用する解決策は公知であり、これは 例えば数年前のモータバイク及びモータスクータ製造分野において所謂ダイナス タータ（発電始動機）として公知である。しかしながら該ジェネレータは、著し く僅かな出力しか供給する必要が無く、それ故にモータの始動後には、比較的僅 かな効率範囲内で問題なく運転することができた。スペース上の理由から該ジェ ネレータはしばしばクランク軸端部に直接位置して、其処で内燃機関の回転数で 回転した。慣用の高速回転式の２サイクルエンジンの場合にはモーメント脈動性 は問題にならない。 本出願前のドイツ連邦共和国特許出願第１９６２９８３９．３号明細書には更 に、自動車の駆動車輪に作用するトランスミッションと電気機器とを備えた、自 動車用の内燃機関が開示されており、その場合前記トランスミッションの入力軸 は内燃機関の出力軸と連結可能であり、かつ前記電気機器は、中間伝動装置を介 して前記トランスミッションと連結可能であり、かつ前記電気機器は、内燃機関 を回転始動するための始動用電動機としても、自動車の電気的な搭載回路網にエ ネルギーを供給するジェネレータとしても切換え可能である。しかしながらこの 場合の欠点は、低い回転数で高いトルクを有する始動用電動機として設計せねば ならず、これは同時に比較的高い回転数を有するジェネレータとして運転するた めには適していないことである。 発明の利点 そこで本発明の課題は、内燃機関の始動時に充分な機械的出力を供給して確実 に伝達でき、かつ内燃機関が比較的高い回転数で回転する場合にジェネレータと しての運転時にも充分に高い電気的出力を供給できるような、内燃機関用のスタ ータ−ジェネレータ機器を開発することである。 請求項１に記載した構成手段を有する本発明の装置は、変速機によって回転数 を適合させ得ることに基づいて、車両の内燃機関の運転中にジェネレータが常に 高い効率の範囲内で回転できるという利点を提供する。クランク軸の回転数が低 くても、こうしてジェネレータの高い電気的出力の送出が保証されており、これ によって、当今の自動車に配備された多数の電気的なアクチュエータにエネルギ ーを確実に供給することができ、例えば交通渋滞における比較的長時間にわたる アイドリング運転の場合でも、車両蓄電池が徐々に放電する危険は全くない。同 時にまた電気機器は、変速機の変速比を適当に選べば、内燃機関を始動するのに 必要な高いトルクを供給することができる。構造が複雑でなく、操作が簡便であ るので、電気機器の回転数調整のために、特に遊星歯車装置を設けるのが有利で ある。このような変速機は、それのみならず著しく僅かな所要スペースしか有し ていず、従ってこの場合、車両内に容易に組込むことができる。 有利な構成は、遊星歯車装置の２つの調整可能な変速段と相俟って、１つの付 加的なアイドリング位置から得られる。シフトレバーが中央位置へもたらすこと によって、電気機器と内燃機関の駆動系列との作用結合が断たれる。電気機器の 回転子は、中立位置へシフトされた後に、ゆっくり惰力回転する。このような切 換え位置は、例えばジェネレータの電気的部品を連動回転させないモードのよう な、車両の燃料を節減する種々の運転状態を実現するために特に有利である。慣 用のジェネレータは一定の変速比でもって持続的に駆動されるので、アクチュエ ータが遮断されても蓄電池が完全に充電されていれば該ジェネレータは或る程度 の付加的な燃料量を消費することになる。これに対して、遊星歯車装置に付加的 に設けられたアイドリング位置によって、蓄電池が充電されていてもジェネレー タの遮断が可能になり、かつジェネレータと内燃機関の駆動系列との間の作用結 合を断つことが可能になる。このような切換え位置は、過負荷又は過熱に対して 電気機器を防護するためにも有利である。例えば電気 機器の回転数が過度に高い場合、或いは電気機器が過度に強く加熱される場合、 自動的に中立位置を選択することができ、これによって効果的な過負荷防止が実 現される。 本発明の電気機器における更なる利点は、遊星歯車装置では同時的に常にただ １つの切換え位置しか可能でないことである。電磁クラッチとフリーホイールと を備えた慣用の実施形態に対比して、本発明の装置の利点は、切換え誤動作、つ まり２つの変速段へ同時にギヤを入れる誤動作が決して起こり得ないことである 。更に遊星歯車装置の伝動歯車は永続的に互いに噛合っており、すなわち変速機 の切換えは、歯車の係合解除なしに行なわれ、これによって付加的な同期化の必 要がなくなる。 更に本発明の電気機器は、付加的なエネルギー所要量が極く僅かでしかないと いう利点を有している。遊星歯車装置のその都度選択される切換え位置、従って 変速比は、エネルギーの更なる外部供給がなければ一定であるので、付加的なエ ネルギー供給は、変速比の切換え時点にだけ必要である。この切換えエネルギー は機械式に発生させることができる。しかし又、電磁式、油圧式又は空圧式に作 動される切換え装置も同じく可能である。 更にスタータとジェネレータをただ１つの構成部品に空間的に纏めることによ って、製造費及び組立費が 著しく削減されるので、コスト上の利点が得られる。また内燃機関の所要スペー スも節減されているので、自動車内における内燃機関並びにその付属ユニットの 位置決めと共に、設計上の自由度も高くなる。スタータ及びジェネレータを製造 するための慣用の生産プラント並びにノウハウは継続的に使用することができる 。種々の部品は、当今のスタータ系列及びジェネレータ系列の部品に相当し、変 わることはない。 更に本発明のスタータ−ジェネレータ機器は、液冷されるのが有利であり、こ の液冷は、内燃機関の冷却水回路に接続することによって行なうことができる。 水冷による前記実施形態と並んで、選択的に独自の又は付加的な冷却ファンを用 いて空冷式の実施形態を実現することも可能である。 スタータ−ジェネレータ機器及び切換え可能な遊星歯車装置は、オイルで潤滑 されるのが有利であり、この潤滑は、切換え変速機のギヤ・オイルを供給するこ とによって行なうことができる。 本発明の電気機器の更なる有利な使用可能性は、トランスミッションの同期化 の支援にある。これは、本電気機器と作用結合されるトランスミッション入力軸 を加速又は減速するための所期のトルク衝撃によって得ることができる。このよ うに電気機器を適当に設計することによって、切換え変速機における慣用の同期 化装置は助成され、或いは完全に省くこともできる。 このためには勿論、明確なオーバーディメンションが必要である。それというの は、内燃機関の回転数が比較的高い場合にトランスミッション入力軸を付加的に 加速するために、著しい機械的出力を発生させる必要があるからである。 本発明の更なる有利な構成は、請求項２以降に記載した手段に基づいて明らか である。 図面 第１図は変速機を備えた電気機器全体の斜視図である。 第２図は外部ケーシングを省いて第１図の電気機器の斜視図である。 第３図は第１図の遊星歯車装置を備えた電気機器の全体的な断面図である。 実施例の説明 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。 第１図には、実質的に円筒形に形成されたケーシング６によって包囲される電 気機器２の斜視図が図示されている。前記円筒形ケーシング６の円形端面８は、 電気機器２に接続する遊星歯車装置４の駆動軸１２を通すためのセンターブッシ ング１０を有している。円筒形ケーシング６の外周壁面には、円形端面８の近く に半径方向に導出されたシフトレバー１４が設けられている。該シフトレバー１ ４は軸方向にシフト可能でありかつ所望の変速比を選択するためのものである。 第２図には、第１図の電気機器２が円筒形ケーシング６を取り外して図示され ている。これによって特に良く確認できるようにフォーク状継手を介してシフト レバー１４は、遊星歯車装置４の中空歯車１８に固定的に位置決めされており、 こうして中空歯車１８を軸方向にシフトさせることができる。 第３図には、遊星歯車装置４を装備した電気機器２の全体的な断面図が図示さ れている。第３図から判るように、電気機器２及び遊星歯車装置４はケーシング ６によって包囲されている。該ケーシングの円形端面８に対向した側では、電気 機器２及び遊星歯車装置４に、必要に応じてアプローチできるようにするために 円筒形ケーシング６は開放されている。該円筒形ケーシング６に結合されていて 該ケーシングの直径を超えて張出すフランジ３８は、背面側のケーシング蓋とし て役立つと同時に電気機器２の回転子２０を転がり軸受２６によって支承するた めの受容部として役立つ。軸受装置を究極的に外部に対して密閉し、それによっ て外界の影響に対して防護するために、前記フランジ３８上には別のケーシング 蓋４０が装着されている。該ケーシング蓋４０は、フランジ３８とねじ締結され ているか、或いはスナップリングによって確保される。 遊星歯車装置４は一面において、電気機器２を、自動車の駆動系列、例えば第 ３図では詳細な図示を省い た自動車のメイン・トランスミッションのギヤ入力軸と作用結合するためのもの である。電気機器２の回転子２０は２つの転がり軸受２６及び２８内に支承され ている。第３図で見て左手に位置する転がり軸受２６はその外レースによってフ ランジ３８に支持されている。前記の両転がり軸受は第３図では溝付き玉軸受と して構成されている。しかし又、円錐ころ軸受又は四点玉軸受或いは類似の軸受 構造によって支承することも同じく可能である。 回転子２０は、遊星歯車装置４に面した方の端部に歯列を有しており、従って 遊星歯車装置４の中央の太陽歯車２２を同時に形成している。該太陽歯車２２に は複数の遊星歯車２４が噛合い、これらの遊星歯車自体は、該遊星歯車２４を包 囲する中空歯車１８に噛合っている。該中空歯車１８は、２つの転がり軸受２８ 、シフト軸受３０及び比較的小さな軸受３２を介して支承されている。更に中空 歯車１８は、回転子２０を支承している転がり軸受２８の外レース用の受容部を 有している。また中空歯車１８はシフトレバー１４と連結しておりかつ僅かに軸 方向にシフト可能であり、こうして遊星歯車装置４の変速段の切換えが可能にな る。中空歯車１８は２つの半径方向の摩擦面４４，４６を有し、該摩擦面は、駆 動軸１２に連結する遊星歯車キャリア１３を中空歯車１８と固定的に連結するこ とができ、或いは該中空歯車をケーシング内端面９に 圧着してブロックすることができる。前記の両摩擦面４４，４６の何れも閉じら れていない場合、遊星歯車装置４は中立位置に在る。それというのはこの位置で は太陽歯車２２、遊星歯車２４及び中空歯車１８は自由に回転できるからである 。その場合、電気機器２の回転子２０は駆動軸１２と作用結合していない。 遊星歯車装置４の切換え、つまり変速比の変化は、中空歯車１８に固定的に連 結されたシフトレバー１４を介して中空歯車１８を軸方向にシフトすることによ って行なわれる。次に内燃機関の回転動作中の場合並びに、これによって内燃機 関から機械的トルクを受取る電気機器２の発電動作中の場合を説明する。中空歯 車１８が摩擦面４６を介して遊星歯車キャリア１３に接すると、駆動軸１２に負 荷されるトルクは、中空歯車１８と作用結合された遊星歯車キャリア１３を介し て太陽歯車２２に伝達され、ひいては電気機器２の回転子２０に伝達される。遊 星歯車２４はこの場合、太陽歯車２２の歯列又は中空歯車１８の歯列とは噛合わ ず、中空歯車１８、遊星歯車キャリア１３及び太陽歯車２２と一緒に同じ回転数 で循環する。シフト軸受３０はこの場合空転する。遊星歯車装置４の変速比はこ の位置では例えばｉ＝２である。電気機器２の回転子２０の回転数は駆動軸１２ に等しい。 シフトレバー１４を軸方向にシフトする場合、中空歯車１８はシフト軸受３０ と一緒に右手へ向かってシ フトされる。シフトレバー１４をシフトするための作動力はその場合、電磁作動 式リレーによって、油圧式又は空圧式調整器によって、或いは類似の方式で発生 される。中空歯車１８が摩擦面４４によってケーシング内端面９に当接すると、 中空歯車１８はケーシング６によってブロックされる。トルクは駆動軸１２から 遊星歯車キャリア１３に伝達され、これによって遊星歯車２４は回転して中空歯 車１８及び太陽歯車２２と噛合う。中空歯車１８は回転できず、ケーシング６と 固定的に結合されているので、遊星歯車２４は、電気機器２の回転子２０と固定 的に連結された太陽歯車２２にトルクを伝達する。シフト軸受３０はこの動作位 置では固定的に位置している。遊星歯車装置４の変速比はこの位置では例えばｉ ＝５である。駆動軸１２の回転数は減速され、かつその場合、遊星歯車キャリア １３の回転数に対してｉ＝１：５の比率にある。 また軸方向移動距離を充分大きく選ぶことによって、中空歯車１８が摩擦面４ ４にも摩擦面４６にも当接しないシフトレバー１４の中央位置を設定することが 可能である。遊星歯車キャリア１３は駆動軸１２の回転数で回転する。遊星歯車 ２４は自由に回転することができ、かつ中空歯車１８とも太陽歯車２２とも噛合 う。しかし中空歯車１８も自由に回転できるので、トルクを太陽歯車２２に、従 って電気機器２の回転子２０に伝達することは不可能である。従って遊星歯車装 置４のこの中央位置は、自動車の駆動系列、例えばメイン・トランスミッション のギヤ入力軸との電気機器２の作用結合が中断された中立位置に相当している。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年１月２０日（１９９９．１．２０） 【補正内容】 請求の範囲 １．変速機を介して内燃機関と結合可能かつ内燃機関運転からジェネレータ運 転へ切換え可能であり、かつ変速機を電気機器（２）の回転数調整のために切換 え可能である形式の、特に内燃機関を始動するため及び自動車の搭載電圧回路網 に電圧を供給するための電気機器において、 電気機器（２）が、メイン・トランスミッションの同期化のために変速機（４ ）内の変速段、ひいては電気機器（２）の質量慣性モーメントを、駆動系列の所 望の回転数適合値に相応して選択できるように、前記変速機（４）を介して内燃 機関の前記駆動系列に作用結合可能であることを特徴とする、電気機器。 ２．変速機が遊星歯車装置（４）である、請求項１記載の電気機器。 ３．遊星歯車装置（４）が機械的に切換え可能である、請求項２記載の電気機 器。 ４．遊星歯車装置（４）が、変速機の調整部材に結合された外部作動可能な機 械的な切換え機構（１４）を介して作動される、請求項３記載の電気機器。 ５．遊星歯車装置（４）が少なくとも２つの変速段を有している、請求項４記 載の電気機器。 ６．遊星歯車装置（４）の伝動歯車（１８，２２，２４）が永続的に互いに噛 合っている、請求項５記載 の電気機器。 ７．遊星歯車装置（４）内に、少なくとも２つの変速段以外に、電気機器（２ ）と内燃機関の駆動系列との間の作用結合を中断する中立位置が設けられている 、請求項６記載の電気機器。 ８．機械的な切換え機構（１４）が、機械式、電磁式、油圧式及び／又は空圧 式に作動可能である、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気機器。 ９．電気機器（２）が液冷装置を有しかつ内燃機関の冷却水回路に接続されて いる、請求項１から８までのいずれか１項記載の電気機器。 １０．電気機器（２）が、内部に組込まれた又は外設の冷却ファンによって空 冷される、請求項１から９までのいずれか１項記載の電気機器。 １１．回転伝達部位及び軸受部位並びに遊星歯車装置（４）のオイル潤滑が、 メイン・トランスミッションのオイル回路を介して行なわれる、請求項１から１ ０までのいずれか１項記載の電気機器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＺ，ＪＰ，Ｕ Ｓ (72)発明者 ペーター グラウニング ドイツ連邦共和国 Ｄ―71711 シュタイ ンハイム イン デア アウ ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．変速機を介して内燃機関と結合可能でありかつ内燃機関運転からジェネレ ータ運転へ切換え可能である形式の、特に内燃機関を始動するため及び自動車の 搭載電圧回路網に電圧を供給するための電気機器において、 変速機が電気機器（２）の回転数調整のために切換え可能であることを特徴と する、電気機器。 ２．変速機が遊星歯車装置（４）である、請求項１記載の電気機器。 ３．遊星歯車装置（４）が機械的に切換え可能である、請求項２記載の電気機 器。 ４． 遊星歯車装置（４）が、変速機の調整部材に結合された外部で作動可能 な機械的な切換え機構（１４）を介して作動される、請求項３記載の電気機器。 ５．遊星歯車装置（４）が少なくとも２つの変速段を有している、請求項４記 載の電気機器。 ６．遊星歯車装置（４）の伝動歯車（１８，２２，２４）が永続的に互いに噛 合っている、請求項５記載の電気機器。 ７．遊星歯車装置（４）内に、少なくとも２つの変速段以外に、電気機器（２ ）と内燃機関の駆動系列との間の作用結合を中断する中立位置が設けられている 、請求項６記載の電気機器。 ８．電気機器（２）が、メイン・トランスミッションの同期化のために遊星歯 車装置（４）内の変速段、ひいては電気機器（２）の質量慣性モーメントを、駆 動系列の所望の回転数適合値に相応して選択できるように、前記遊星歯車装置（ ４）を介して内燃機関の前記駆動系列に作用結合可能である、請求項７記載の電 気機器。 ９．機械的な切換え機構（１４）が、機械式、電磁式、油圧式及び／又は空圧 式に作動可能である、請求項１から８までのいずれか１項記載の電気機器。 １０．電気機器（２）が液冷装置を有しかつ内燃機関の冷却水回路に接続され ている、請求項１から９までのいずれか１項記載の電気機器。 １１．電気機器（２）が、内部に組込まれた又は外設の冷却ファンによって空 冷される、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電気機器。 １２．回転伝達部位及び軸受部位並びに遊星歯車装置（４）のオイル潤滑が、 メイン・トランスミッションのオイル回路を介して行なわれる、請求項１から１ １までのいずれか１項記載の電気機器。