JP2003052149A - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
転電機を得ることを目的とする。また、冷間始動時にお
いて、冷間始動用のスタータを廃し、体格の小さい回転
電機を得る。 【解決手段】 電動機動作において、回転子を回転させ
てから、電磁クラッチに通電して電磁クラッチ駆動体と
電磁クラッチ従動体とを接合させることにより、機関に
回転力を伝達するようにした。
Description
電機動作が可能な回転電機に関するものである。
ある。図において、51は一端部に機関と双方向動力伝
達可能に設置されたプーリ、52はこのプーリ51が一
方向クラッチを介して固定された回転子軸、53はこの
回転子軸52に固定された回転子鉄心、54はこの回転
子鉄心53の内部に巻き回された界磁巻線であり、これ
ら回転子軸52、回転子鉄心53、界磁巻線54により
回転子が構成されている。55は回転子に対向配置され
た固定子鉄心、56はこの固定子鉄心55に巻き回され
た多相固定子巻線であり、これら固定子鉄心55、固定
子巻線56により固定子が構成されている。
めの一対の軸受、59は固定子を支持するためのブラケ
ット、60は界磁巻線54に電流を供給するためのスリ
ップリング、61はスリップリング60に摺接する一対
のブラシ、62はこのブラシ61をスリップリング60
に押し付けるバネ、63はこれらを収納したブラシホル
ダである。
星歯車機構における太陽歯車、69は太陽歯車68と噛
合する遊星歯車、74は遊星歯車軸、73は断面コの字
型に構成されたヨーク、67はヨーク73に構成された
遊星歯車機構の一部である内歯車、64はヨーク73に
包み込まれるように配置される電磁クラッチの界磁コイ
ル、66は電磁クラッチ本体の一部を構成する電磁クラ
ッチ駆動体の接離面、65は界磁コイル64に通電する
ことにより接離面66に吸引される電磁クラッチ従動体
である。
回転力を伝達可能な一方向クラッチ従動体、71は一方
向クラッチ駆動体、70はプーリ51と一体化された遊
星歯車機構のキャリアである。
びスリップリング60を介して、界磁巻線54に界磁電
流が供給されると、回転子鉄心53に磁束が発生する。
電動機動作時はこの状態において、多相固定子巻線56
に多相交流電流を供給することにより、回転子に回転力
が発生する。また、同時に電磁クラッチの界磁コイル6
4に通電し、電磁クラッチ従動体65を電磁クラッチ駆
動体の接離面66に吸引することにより、遊星歯車機構
における内歯車67が固定される。
子から太陽歯車68、遊星歯車69、キャリア70、プ
ーリ51、このプーリ51に巻かれたベルトを経て機関
などの負荷へと動力が伝達される。このように、内部に
減速機構を持つことにより、電動機を高速で回転させ、
出力部であるプーリ51に減速比に比例した回転力を発
生させることができる。
一方向クラッチ従動体72に対し空転動作となる。発電
機動作による電気負荷への電力供給時は、ブラシ61、
スリップリング60を介し、界磁巻線54に励磁電流を
供給し、回転子鉄心53に磁束が発生した状態で、回転
子に回転力がプーリ51によって伝達される。
コイル64の通電を遮断し、内歯車67及びヨーク73
はフリーとなるので、これらはプーリ51の回転速度と
同じ速度で回転し、それとともに回転子も回転するの
で、多相固定子巻線56に電力が発生する。この場合、
一方向クラッチ駆動体71と従動体72は結合状態とな
る。
回転電機は次のような問題点があった。機関を始動する
電動機動作において、従来の回転電機では、回転子軸5
2が回転する前に電磁クラッチの界磁コイル64に通電
し電磁クラッチが閉じた状態(接続状態)となる。すな
わち、回転子軸52は、電磁クラッチが閉じた状態から
始動しなければならず、始動時において、大きな負荷が
かかり、始動電流が大きなものとなる問題点があった。
対する配慮がなかった。例えば、寒冷地での朝一番の機
関始動時では、機関のオイルの粘度が高かったり、機関
各部に十分オイルが廻っておらず、機関始動に要するト
ルク(冷間始動トルク)は、温間時に比べて大きくな
る。回転電機の始動トルクは、始動電流×磁束量(回転
電機の体格)によってほぼ決定されるので、上述の冷間
始動トルクに対応しようとすれば、始動電流を大きくす
るか回転電機の体格を大きくすることになる。始動電流
の大きさは、インバータのスイッチング素子の電流容量
によって決定されるが、大容量のスイッチング素子はコ
ストが高く不利であるので、一般には、大きな体格の回
転電機を採用するか、冷間始動を目的とした従来構造の
スタータモータをさらに設けるといった手法がとられて
いた。従って、回転電機が大型化するという問題点があ
った。
るためになされたもので、機関の始動時間が短く、始動
電流の小さい回転電機を得ることを目的とする。また、
冷間始動時において、冷間始動用のスタータを廃し、体
格の小さい回転電機を得ることを目的とする。
は、電動機動作による機関の始動と、発電機動作による
車両への電力供給ができる回転電機であって、一端部に
機関と双方向動力伝達可能に設けたプーリと、このプー
リが固定された回転子軸と、この回転子軸に固定された
回転子と、回転子軸の端部に固定された太陽歯車と、こ
の太陽歯車と噛合する遊星歯車と、電磁クラッチ従動体
と、遊星歯車と噛合する内歯車を有し電磁クラッチ従動
体と対向して接離可能である電磁クラッチ駆動体とを含
む電磁クラッチと、回転子軸に固定されるとともにプー
リからの回転力を回転子軸に伝達する一方向クラッチと
を備え、電動機動作において、回転子を回転させてか
ら、電磁クラッチに通電して電磁クラッチ駆動体と電磁
クラッチ従動体とを接合させることにより、電動クラッ
チ従動体と一体である内歯車と遊星歯車とを噛合させ、
回転子の回転力が回転子軸、太陽歯車、遊星歯車及びプ
ーリを介して機関に回転力を伝達するように制御する制
御部を設けたものである。
れているものである。
である。
よる回転電機を示す断面図である。また、図2は、この
発明の実施の形態1による回転電機における制御部の制
御フローを示すフローチャートである。なお、本実施の
形態においては、一例として、巻線型同期機の構造を有
する回転電機について説明するが、永久磁石型同期機、
リラクタンス型同期機、かご型誘導機及び巻線型誘導機
などの構造を有するものであっても良い。
力伝達可能に設置されたプーリ、2はこのプーリ1が一
方向クラッチを介して固定された回転子軸、3はこの回
転子軸2に固定された回転子鉄心、4はこの回転子鉄心
3の内部に巻き回された界磁巻線であり、これら回転子
軸2、回転子鉄心3、界磁巻線4により回転子が構成さ
れている。5は回転子に対向配置された固定子鉄心、6
はこの固定子鉄心5に巻き回された多相固定子巻線であ
り、これら固定子鉄心5、固定子巻線6により固定子が
構成されている。
一対の軸受、9は固定子を支持するためのブラケット、
10は界磁巻線4に電流を供給するためのスリップリン
グ、11はスリップリング10に摺接する一対のブラ
シ、12はこのブラシ11をスリップリング10に押し
付けるバネ、13はこれらを収納したブラシホルダであ
る。
歯車機構における太陽歯車、15は太陽歯車14と噛合
する遊星歯車、16は遊星歯車軸、17は遊星歯車15
を支持するための軸受、18は断面コの字型に構成され
たヨーク、19はヨーク18に構成された遊星歯車機構
の一部である内歯車、20は電磁クラッチ本体、21は
ヨーク18に包み込まれるように配置される電磁クラッ
チの界磁コイル、22は電磁クラッチ本体の一部を構成
する電磁クラッチ駆動体の接離面、23は界磁コイル2
1に通電することにより接離面22に吸引される電磁ク
ラッチ従動体、24は電磁クラッチ従動体23をリター
ンさせるためのスプリング、25は電磁クラッチを固定
させるためのネジである。
ネジ、27はヨーク18を支持するための軸受、28、
29はスペーサ、30はブラケット、31は油が漏出す
るのを防ぐためにオイルシール、32は回転子軸12に
構成された一方向の回転力を伝達可能な一方向クラッチ
従動体、33は一方向クラッチ駆動体、34は一方向ク
ラッチカム部、35は一方向クラッチ固定用ナット、3
6は一方向クラッチカム部を支持するための軸受、37
はプーリ1などの機関との動力伝達手段と係合された遊
星歯車機構のキャリア、38はプーリ1とキャリア37
を固着するための固着手段、40はそれぞれの部品を固
定するための固定手段である。
で車両の速度が0であれば、車両は停止状態であるの
で、ステップS2で、ブラシ11及びスリップリング1
0を介して、界磁巻線4に界磁電流が供給(モータに通
電)され、回転子鉄心3に磁束が発生する。さらにステ
ップS3で、多相固定子巻線6に多相交流電流を供給す
ることにより、回転子に回転力が発生してモータは回転
する。このとき、電磁クラッチは非接続状態である。
で、機関始動信号が制御部に入力されたか否かを判定す
る。ここで機関始動信号は、機関が車両用内燃機関であ
ったら、例えば、AT車ではアクセルペダルの踏み込み
信号、MT車ではクラッチの切断信号などが考えられ
る。機関始動信号が制御部に入力されれば、ステップS
5で電磁クラッチの界磁コイル21に通電し、電磁クラ
ッチ従動体23を電磁クラッチ駆動体の接離面22に吸
引することにより、遊星歯車機構における内歯車19が
固定され、電磁クラッチは接続される(ステップS
6)。
子から太陽歯車14、遊星歯車15、キャリア37、プ
ーリ1、このプーリ1に巻かれたベルトを経て機関など
の負荷へと動力が伝達され、機関が始動される(ステッ
プS7)。
電機と従来の回転電機のおける時間と始動電流及び機関
の回転速度との関係を示す図である。図において、点線
は従来の回転電機、実線はこの発明の実施の形態による
回転電機を示し、Δt1は本発明の回転電機によって機
関の始動から機関が最初の圧縮行程を乗り越すまでに要
する時間、Δt2は従来の回転電機によって機関の始動
から機関が最初の圧縮行程を乗り越すまでに要する時間
である。
運転される機関において、最初の圧縮行程は慣性力がな
い状態でシリンダ内をピストンが押し上げるので非常に
力を要するが、図に示すように、従来の回転電機によっ
て機関が最初の圧縮行程を乗り越すまでに要する時間Δ
t2より、本発明の回転電機によって機関が最初の圧縮
行程を乗り越すまでに要する時間Δt1の方が短く、短
期間で機関を高回転まで持ち上げることができることが
分かる。
の最初の始動トルクを同じとする場合、本発明による回
転電機の方が始動電流を低減できることが分かる。
記従来例において、機関を始動する電動機動作で、回転
子軸2が回転する前に電磁クラッチを接続していたもの
を、回転子軸2を回転させてから電磁クラッチを接続さ
せるため、回転子軸2の回転慣性力をそのまま機関の始
動に利用できるので、機関の始動時間を短く、始動電流
を小さくすることができる。
電機と機関との間の動力伝達を行えば、回転電機の機関
への組みつけにおける自由度が向上できる。また、本発
明では、回転子軸12が回転しているところへ電磁クラ
ッチを閉じるため、この際に衝撃が生じるが、ベルトが
この衝撃を吸収させることができる。
間始動時に使用すれば効果的である。上述したように、
冷間時の始動においては、大きな始動トルクが必要であ
るが、本発明の回転電機によれば、冷間始動時でも大き
な始動トルクが得られ、回転電機の体格を大きくする必
要はなく、冷間始動用のスタータを別途設ける必要もな
い。
れば、電動機動作による機関の始動と、発電機動作によ
る車両への電力供給ができる回転電機であって、一端部
に機関と双方向動力伝達可能に設けたプーリと、このプ
ーリが固定された回転子軸と、この回転子軸に固定され
た回転子と、回転子軸の端部に固定された太陽歯車と、
この太陽歯車と噛合する遊星歯車と、電磁クラッチ従動
体と、遊星歯車と噛合する内歯車を有し電磁クラッチ従
動体と対向して接離可能である電磁クラッチ駆動体とを
含む電磁クラッチと、回転子軸に固定されるとともにプ
ーリからの回転力を回転子軸に伝達する一方向クラッチ
とを備え、電動機動作において、回転子を回転させてか
ら、電磁クラッチに通電して電磁クラッチ駆動体と電磁
クラッチ従動体とを接合させることにより、電動クラッ
チ従動体と一体である内歯車と遊星歯車とを噛合させ、
回転子の回転力が回転子軸、太陽歯車、遊星歯車及びプ
ーリを介して機関に回転力を伝達するように制御する制
御部を設けたので、機関の始動時間が短く、始動電流の
小さい回転電機を得る効果がある。
リはベルトにより機関と係合されているので、回転電機
の機関への組みつけにおける自由度を向上できる効果が
得られる。
の冷間始動時に使用されるので、冷間始動用のスタータ
を廃し、体格の小さい回転電機を得る効果がある。
断面図である。
る制御部の制御フローを示すフローチャートである。
の回転電機のおける時間と始動電流及び機関の回転速度
との関係を示す図である。
巻線、5 固定子鉄心、6 多相固定子巻線、7、8
軸受、9 ブラケット、10 スリップリング、11
ブラシ、12 バネ、13 ブラシホルダ、14 太陽
歯車、15 遊星歯車、16 遊星歯車軸、17 軸
受、18 ヨーク、19 内歯車、20 電磁クラッチ
本体、21 界磁コイル、22 接離面、23 電磁ク
ラッチ従動体、24 スプリング、30 ブラケット、
31 オイルシール、32 一方向クラッチ従動体、3
3 一方向クラッチ駆動体、34 一方向クラッチカム
部、35 一方向クラッチ固定用ナット、36 軸受、
37 キャリア
Claims (3)
- 【請求項1】 電動機動作による機関の始動と、発電機
動作による車両への電力供給ができる回転電機であっ
て、一端部に機関と双方向動力伝達可能に設けたプーリ
と、このプーリが固定された回転子軸と、この回転子軸
に固定された回転子と、上記回転子軸の端部に固定され
た太陽歯車と、この太陽歯車と噛合する遊星歯車と、電
磁クラッチ従動体と、上記遊星歯車と噛合する内歯車を
有し上記電磁クラッチ従動体と対向して接離可能である
電磁クラッチ駆動体とを含む電磁クラッチと、上記回転
子軸に固定されるとともに上記プーリからの回転力を上
記回転子軸に伝達する一方向クラッチとを備え、上記電
動機動作において、上記回転子を回転させてから、上記
電磁クラッチに通電して上記電磁クラッチ駆動体と上記
電磁クラッチ従動体とを接合させることにより、上記電
動クラッチ従動体と一体である上記内歯車と上記遊星歯
車とを噛合させ、上記回転子の回転力が上記回転子軸、
上記太陽歯車、上記遊星歯車及び上記プーリを介して上
記機関に回転力を伝達するように制御する制御部を設け
たことを特徴とする回転電機。 - 【請求項2】 プーリはベルトにより機関と係合されて
いることを特徴とする請求項1記載の回転電機。 - 【請求項3】 機関の冷間始動時に使用されることを特
徴とする請求項1または2記載の回転電機。
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