JP2005318777A

JP2005318777A - リング式スタータ／発電機

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Publication number: JP2005318777A
Application number: JP2004149655A
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Inventors: Lei He; 雷賀
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Priority date: 2001-09-08
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Publication date: 2005-11-10
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Abstract

【課題】自動車エンジンの従来のモータ構造と伝動構造を簡略化することにより、モータとエンジン又は自動車のポンプ機器との組み付けがよりコンパクトになり効率のよい機械／電気一体化及びスタートと発電との一体化を実現し、生産コストを降下させ、最大限にモータの信頼性と作動効率を向上させるリング式スタータ／発電機を提供する。
【解決手段】環状ステーター１と環状永久磁気ロータ２とパワー消耗が小さく電流が大きい変流コントローラとからなるリング式スタータ／発電機であり、環状ステーターをエンジン本体又はポンプハウジングに取り付け、環状ロータをエンジンの回転フライホイール又はポンプライナーに取り付け、エンジン又はポンプ機器の回転軸、軸受け、ハウジングなどを利用して機械／電気一体化を実現する。モータがエンジン又はポンプ機械装置と同軸運転し、直接駆動する。
【選択図】図１５

Description

本発明は各種のエンジン、電動混合動力自動車及び自動車ポンプなどに使われるリング式スタータ／発電機に関する。

現在では、各種の自動車モータは皆回転軸、軸受け、エンドキャップ、ハウジングなどの部材からなる独立式構造であり、その伝動はベルト、ギヤ又は回転軸の接続で実現される。経済の発展や科学技術の進歩及び人々の生活レベルの向上に伴って、モータの従来以上の性能が要求されている。一方、自動車エンジンの分野においては、依然として従来の独立式構造の風冷発電機と電磁スイッチスタータが使用されている。現代の自動車は、大きなパワー、低い排気汚染、高度の経済性、作動の信頼性及び快適豪華性などの点に向かって発展しつづけているが、より高い経済性の要求や電気設備の負荷の増加に対して、現在の自動車の発電機、スタータ及び１２Ｖ給電システムはもはや時代の要求に応えられなくなった。

本発明の目的は、自動車エンジンの従来のモータ構造と伝動構造を簡略化し変えることにより、モータとエンジン又は自動車のポンプ機器との組み付けがよりコンパクトになり、効率よい「機械／電気」一体化及びスタートと発電との一体化を実現し、生産コストを降下させ、最大限にモータの駆動信頼性と作動効率を向上させるリング式スタータ／発電機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、環状ステーターと、環状ロータと、エンジン又はポンプとを備えたリング式スタータ／発電機において、前記ステーターは前記エンジン本体又はフライホイールのハウジング又は前記ポンプのハウジングに取り付けられ、前記ロータは前記エンジンのフライホイール又は前記ポンプのインペラーに取り付けられ、前記ステーターは前記ロータと対向するように取り付けられ、前記リング式スタータ／発電機は制御回路及びMOSFETゲート駆動回路を有した、パワーの消耗が少なく電流が大きい変流コントローラをさらに備える。

前記リング式スタータ／発電機において、前記エンジンのフライホイールは、一方向クラッチ、永久磁気カップリング及び復帰ばねを介してエンジンのクランクに取り付けられ、前記ステーターの端面には電磁制御コイルが設置され、前記一方向クラッチは前記電磁制御コイルと永久磁気カップリングとの同性磁極の反発力により着脱し、フライホイールの両端面にはそれぞれ軸受けが設けられ、前記軸受けのホルダーはステーターの内円のにある減圧盤及びフライホイールの外端面の固定盤にそれぞれ取り付けられ、前記固定盤はフライホイール固定ボルトによりエンジンのクランク軸に取り付けられる。

前記リング式スタータ／発電機において、前記ポンプのハウジングには放熱用の水路が設けられる。

前記リング式スタータ／発電機において、前記ステーターは、環状ステーターコアと、固定用基板と、間隙調整用パッキンと、ステーター巻き線とを備え、前記ステーターコアにはステーター巻き線が巻回され、前記ステーターコアは固定孔により基板の上面に固定され、調整用パッキンは取り付け穴により基板の下面に取り付けられ、前記ロータは複数の位置決め孔付き扇状永久磁石をＮーＳの順番で交互に専用の金型に装着してアルミの射出成形及び着磁を行うことにより構成され、前記ステーターとロータを使用したスタータ／発電機は、サイド・リング式永久磁気スタータ／発電機を構成する。

前記リング式スタータ／発電機において、前記ステーターは、、環状ステーターコアと、固定用基板と、間隙調整用パッキンと、ステーター巻き線とを備え、前記ステーターコアにはステーター巻き線が巻回され、前記ステーターコアは固定孔により基板の上面に固定され、調整用パッキンは取り付け穴により基板の下面に取り付けられ、前記ロータは、円形内導電リングと、円形外導電リングと、二つのリングを接続する複数の導電ストライプとからなる一組み又は複数組みのローター巻き線を専用の金型に入れて、アルミ又はプラスチックの射出成形を行うことにより誘導ロータを構成し、前記ステーターとロータを使用したスタータ／発電機はサイド・リング式誘導スタータ／発電機を構成する。

前記スタータ／発電機において、前記ステーターは、硅鋼片がプレスされ積層されてなる環状ステーターコアを巻き線と嵌合してプラスチックの射出成形を行うことにより構成され、巻き線を嵌合するためのスリットはステーターコアの内円に設けられ、前記ロータは、所定対のタイル状の永久磁石をＮーＳ磁極の方式で交互にリング状の導磁コアの外周に固定することにより構成され、前記ステーターとロータを使用したスタータ／発電機は、内リング式永久磁気スタータ／発電機を構成する。

前記スタータ／発電機において、前記ステーターは、環状ステーターコアと、固定用基板と、間隙調整用パッキンと、ステーター巻き線とを備え、前記ステーターコアにステーター巻き線が巻回され、前記ステーターコアは固定孔により基板の上面に固定され、調整用パッキンは取り付け穴により基板の下面に取り付けられ、前記ロータは、二つの同一径の導電リングと両リングを接続する複数の導電ストライプとからなるローター巻き線を内リング式専用の金型に入れて、アルミの射出成形を行うことにより内リング式誘導ロータを構成し、前記ステーターとロータを使用したスタータ／発電機は、内リング式誘導スタータ／発電機を構成する。

前記スタータ／発電機において、前記ステーターは、固定用基板と、間隙調整用パッキンと、直径の異なる二つの環状ステーターコアと、二組の巻き線とを備え、二つのステーターコアと二組の巻き線を基板の上面に固定してプラスチックの射出成形を行うことにより密閉される複数組のサイド・リング式並列ステーターを構成し、前記ロータは、二組の位置決め孔付き扇状永久磁石をＮーＳ磁極の順番で交互に専用の金型に装着してアルミ合金の射出成形を行うことにより複数組並列永久磁気ロータを構成し、前記ステーターとロータを使用したスタータ／発電機は、複数組のサイド・リング式並列永久磁気スタータ／発電機を構成する。

前記スタータ／発電機において、前記ステーターは、３６スリット１２極単層チェン式三相巻き線を組み立てプラスチックの射出成形を行うことにより構成された環状ステーターであり、前記ロータは、６対で計１２枚の扇状のネオジム−鉄−硼素に対してアルミの射出成形及び着磁を行うことにより構成された環状永久磁気ロータであり、前記ステーターとロータを使用したスタータ／発電機は、サイド・リング式永久磁気スタータ／発電機を構成する。

前記スタータ／発電機において、ステーターはポンプのハウジングの端面に取り付けられ、ブラシレスローターは、６枚のＳ極コアと６枚のＮ極コアをアルミ合金で溶接してなる１２極のＵ型ローター導磁コアを含み、該Ｕ型ローター導磁コアは、ステーターに対応するポンプのインペラーの端面に取り付けられ、ロータの励磁巻き線は、Ｕ型ローター導磁コア内のポンプ軸受けのケースに巻回されて、これによりブラシレス励磁内リング式誘導ポンプスタータ／発電機を構成する。

本発明が提供するリング式スタータ／発電機は下記の特徴を有する。

（１）新しいメカトロニクス理念を作り、新しい設計概念と分析方法を採用し、環状ステーター及びロータ二つの部分と、パワーの消耗が低く、電流が大きい変流コントローラとだけで構成され、エンジン又はポンプと斬新な「機械／電気」一体化の軸レスリング式スタータ／発電機復用装置を構成する。

（２）自動車のエンジン及び発電機の構造及び伝動の構造を変化させた。モータ本体の回転軸、軸受け、エンドキャップ、ハウジングなどの部材なしで、エンジン又はポンプ機器の回転軸、軸受けとハウジングなどを利用して機械／電気一体化を達成し、エンジン又はポンプと同軸運転し、直接に駆動を行うことができ、モータとエンジン又はポンプ機器との結合構造がより簡単でコンパクトとなり、モータのメンテナンスなどの問題を徹底的に無くした。

（３）リング式スタータ／発電機は、軸方向の寸法が短く、伝動トルクが大きく、取り付けや使用が便利で、生産コストが低く、放熱手段を必要とせず、作動温度が低く、駆動信頼性が高く、使用寿命が長いという特徴を有する。

（４）ステーターは特殊な加工方法により造られた巻回構造のコアを採用して、１２０°、１８０°、３００°、３６０°の環状構造にすることができる。同一のステーター基板に直径の異なる二つのステーターを配置し、同一の導磁基板に二組の永久磁気ロータを配置して、平面のエア・ギャップの磁束方向が軸方向となる大出力並列リング式スタータ／発電機を構成する。

（５）リング式スタータ／発電機をポンプと一体化させることによって、発電機の風冷放熱手段やハウジング、エンドキャップ、軸受けなどの部材を無くすことができる。環状ステーターはポンプのハウジングに取り付けられ、ステーターはポンプの水の循環による放熱構造方式を採用し、即ち、ステーターが生じた熱はポンプに循環する水により放熱される。環状ステーターはポンプのインペラーに取り付けられ、ポンプのインペラーも一方向クラッチ構造を採用して、構造が簡単合理的で、騒音のない高効率のポンプスタータ／発電機を構成する。よって、発電機の効率を大幅に向上させ、作動温度も低く抑える。リング式スタータ／発電機の発生する軸方向の磁気吸引力がポンプの水によるスラスト力を補うことができるため、ポンプの軸受けの使用寿命が大幅に延ばされた。従って、リング式スタータ／発電機とポンプとを機械／電気一体化構造にすることは理想完璧で最適な技術案であり、同体で電動ポンプと大出力水冷発電機を実現することができる。

（６）リング式スタータ／発電機をエンジンと一体化にすることによりスタートと発電機能を一体にまとめることでき、現在の各種類の自動車エンジンの構造を少し変更すれば使用することができる。更に、エンジンと一体化した水循環放熱構造をなすことができる。高効率、環境保護、省エネの「機械／電気」一体化構造の新型エンジンを構成することができる。

（７）リング式スタータ／発電機復用装置により設計された「機械／電気」一体化構造の高効率省エネエンジンは、大パワースタートと大パワー多電圧給電特性を有し、１２Ｖと３６Ｖの給電システムを採用して、ポンプ、空気調和装置などの全自動化制御を実現することができる。また、エンジンはベルト伝動がなく、騒音が低く、作動信頼性が極めて高く、エンジン全体の使用寿命を最大限に向上させた。

（８）エンジン・リング式スタータ／発電機１セットとポンプ・リング式スタータ／発電機１セットを用いて、比較的に理想的な並列式混合動力電動自動車を設計することができる。エンジンが高速までスタートすると、スタータが電動加速の補助作用を果たして、すぐ自動車を経済走行速度に達成させる。すると、スタータが発電機として蓄電池の充電や用電負荷に使われる。混合動力用大出力リング式スタータ／発電機は技術的にはすでに飛躍的な進展を成し遂げ、リング式スタータ／発電機の最大出力が５０Ｋｗとなる。テストから下記のことが分かった。該モータは、従来のモータと比べて、同一体積ではトルク比及び出力比がともに大きく、トルク比が５．４Ｎｍ／Ｋｇ以上、出力比が２．８Ｋｗ／Ｋｇ以上、トルク定数が０．９６Ｎｍ／Ａに達し、また、発電機の誘導起電力の波動率Ｗｍが２％であり、これらの技術パラメータがすでに世界をリードするレベルに達した。

リング式スタータ／発電機復用装置及び一方向クラッチ構造のローターフライホイールを採用することによって下記の問題点を解決した。１．リング式スタータ／発電機において、ステーターとローターとの平面エア・ギャップ間の軸方向吸引力が大きいとの問題を解決した、２．エンジンとリング式スタータ／発電機とは同軸負荷をアンロードするとの接続を実現し、エンジンがスタータ／発電機と独立又は同時に自動車を駆動運転させる。自動車が低速（又は単に電動で走行）までスタートしたときに、スタータ／発電機のローター（即ち、エンジンのフライホイール）で自動車を駆動し、リング式スタータ／発電機のローター（即ち、フライホイール）が一方向クラッチにより、エンジンクランク軸との作動運転をアンロードされる。即ち、エンジン及びクランク軸が作動運転を停止し、自動車が単に電動運転をする時に、エンジンの停止によってモータのステーター内の冷却液の循環が停止する。この際に、ポンプリング式スタータ／発電機は、ポンプを駆動して、エンジンとモータステーター内の冷却液を引続き循環させ放熱させて、モータの正常な作動を確保する。エンジンをスタートして作動させる必要がある場合、一方向継断永久磁気カップリングの制御コイルに通電すると、同性磁極の反発力により、永久磁気カップリングがエンジンクランク軸をフライホイールに楔締め、クランク軸がフライホイールにより駆動され、エンジンがスタートする。エンジンがスタートしてから、スタータ／発電機とともに自動車を混合動力状態で運転するように駆動する。この際に、電動ポンプが停止しており、ポンプのインペラーがエンジンのプーリにより駆動され、ポンプスタータがまた発電機に変わり、１２Ｖ又はより高い電圧の蓄電池の充電及び電気負荷に使用される。自動車が減速する際に、慣性運動の運動エネルギーが車輪、変速機、クラッチを介して逆にフライホイールに伝え、フライホイールを高速回転させ、誘導ステーターを発電させて蓄電池に充電させる。この場合、エンジンのクランク軸は低速運転又は停止し、即ち、減速時のエンジンの逆引負荷をアンロードする。そのため、自動車減速時のエネルギーの回収量を大幅に向上させる。

図面中、１：ステーター、２：永久磁気ロータ、３：誘導ロータ、４：ステーターコア、５：固定用基板、６：間隙調整用パッキン、７：永久磁石、８：ローター巻き線、９：ステーター巻き線、１０：導磁コア、１１：取り付け孔、12：固定孔、１３：線を嵌合するためのスリット、１４：アルミ合金、１５：内導電リング、１６：外導電リング、１７：導電ストライプ、１８：制御回路、19：MOSFETゲート駆動回路、２０：エンジンシリンダー本体、２１：エンジンクランク軸、２２：エンジンフライホイール、２３：クラッチ、２４：エンジンフライホイールのハウジング、２５：変速箱、２６：変速箱伝動軸、２７：ポンプインペラー、２８：電磁制御コイル、２９：永久磁気カップリング、３０：ポンプのハウジングの放熱水路、３１：ポンプの羽根車、３２：ポンプの回転軸、３３：ポンプのハウジング、３４：フライホイール固定用ボルト、３５：固定盤、３６：減圧盤、３７：ポンプの軸受け、３８：軸受け、３９：取り付け穴、４０：復帰ばね、４１：一方向クラッチ。

本発明が提供するリング式スタータ／発電機は、主に環状ステーター１と環状永久磁気ロータ２（又は誘導ロータ３）とパワーの消耗が小さく電流が大きい変流コントローラとからなり、環状ステーター１をエンジン本体又はフライホイールハウジングに取り付け、環状ロータ２（又は誘導ロータ３）をエンジンの回転フライホイールに取り付けることにより、永久磁気又は誘導エンジン・リング式スタータ／発電機を構成する。また、環状ステーター１をポンプハウジングに取り付け、環状ロータ２（又は誘導ロータ３）をポンプのインペラーに取り付けることにより、永久磁気又は誘導ポンプ・リング式スタータ／発電機を構成する。更に、エンジン又はポンプ機器の回転軸、軸受けとハウジングなどを利用して機械／電気一体化の構造を構成することにより、モータをエンジン又はポンプ機械装置と同軸運転させ、直接に駆動させる。

該リング式スタータ／発電機は、取り付け構造によってサイド・リング式、内リング式、並列式及び複数組のステーター、ロータからなる組み合わせ式などに分けられる。

サイド・リング式スタータ／発電機は、主に一組又は複数組の環状ステーター１と永久磁気ロータ２又は誘導ロータ３とからなる平面エア・ギャップでかつ磁束方向が軸方向となるリング式スタータ／発電機である。

図１、２に示すように、環状ステーター１は、環状ステーターコア４（片面スリット・コア、両面スリットコアと無スリットコアがあり）と、固定用基板５と、間隙調整用パッキン６と，ステーター巻き線９（複数種類の配線方式を採用できる）とからなる。ステーターコア４にステーター巻き線９が巻回され、ステーターコア４が固定孔１２を介して基板５の上面に固定され、調整用パッキン６が取り付け孔１１を介して基板５の下面に取り付けられる。ステーターコア４は１２０゜、１８０゜、３００゜、３６０゜の環状とすることができる。

図３、４に示すように、環状永久磁気ロータ２は、位置決め孔付きの扇状の永久磁石７を複数含み、これらの磁石をＮーＳの順番で交互に専用の型に装着して、アルミ合金１４（又は高強度のプラスチック）を射出し、着磁させてなる。アルミ合金１４に取り付け孔１１が設けられる。

上記図１、２に示す環状ステーター１をエンジン本体及びフライホイール・ハウジング又はポンプ・ハウジングの端面に取り付け、上記図３、４に示す永久磁気ロータ２をエンジンのフライホイール又はポンプのインペラーの端面に取り付けることにより、ステーター１と永久磁気ロータ２がエンジン又はポンプと一緒に平面エア・ギャップでかつ磁束方向が軸方向となるサイド・リング式永久磁気スタータ／発電機を構成する。

図５、６に示すものはサイド・リング式誘導ロータ３であり、円形内導電リング１５，外導電リング１６及び二つのリングを接続する導電ストライプ１７からローター巻き線８を構成する。専用のサイド・リング式ローター巻き線８は銅ストライプ又はアルミ・ストライプを溶接してなり、一組又は複数組の巻き線８を取り付けてから、専用の金型に入れて、アルミ又はプラスチックの射出成形を行うことにより誘導ロータ３を構成する。上記誘導ロータ３と図１，２に示すサイド・リング式ステーター１によりサイド・リング式誘導スタータ／発電機を構成する。

図７に示す３００゜環状ステーター・コア４は、線を嵌合するためのスリット１３が形成され、硅鋼片をプレスして巻回してなる。

図８に示す３６０゜環状ステーターコア４は硅鋼片をプレスして巻回して、又は鋼片をプレスして積層し溶接してなるものであり、固定孔１２が設けられる。専用クランプ及び高精度巻き線機で巻き線９を作って、ステーターコアの端面に位置し線を嵌合するためのスリット１３に嵌合してから専用の金型に入れて、プラスチックの射出成形を行うことにより全密閉式ステーター１を構成する。

内リング式スタータ／発電機は、永久磁気ロータ２又は誘導ロータ３が環状ステーター１内で運転するリング式スタータ／発電機である。

図９、１０に示すのは内リング式永久磁気モータである。環状ステーター１が直接にエンジン本体及びフライホイール・ハウジング又はポンプ・ハウジングに取り付けられ、環状永久磁気ロータ２がエンジン・フライホイール又はポンプ・インペラーに取り付けられて、内リング式永久磁気スタータ／発電機が構成される。その中に、硅鋼片をプレスして積層してなる環状ステーターコア４が巻き線９と嵌合して、プラスチックの射出成形を行うことにより全密閉式環状ステーター１を構成する。環状ステーター１のスリット１３がステーターコア４の内円に設けられる。所定組のタイル状永久磁石７をＮーＳ極の順番に交互で環状導磁コア１０の外周に固定して、環状の永久磁気ロータ２を構成する。導磁コア１０も硅鋼片をプレスして積層してなり、導磁コア１０には台形の永久磁気取り付け孔とアルミ注入孔が形成され、アルミを注入してから台形の永久磁石７を嵌合して、内リング式永久磁気ロータ２を構成する。

内リング式誘導モータでは、その環状誘導ロータ３が、二つの同一直径の円形内導電リング１５、１６及び二つのリングを接続する導電ストライプ１７からローター巻き線８を構成する。ローター巻き線８は銅とアルミ・ストライプを溶接してなる。巻き線８を内リング式専用の型に入れて、アルミ又はプラスチックの射出成形を行うことにより内リング式誘導ロータ３を構成する。内リング式誘導ロータ３をエンジン・フライホイール又はポンプ・インペラーに取り付けて、エンジンのフライホイール・ハウジング又はポンプ・ハウジングに固定された環状ステーター１と一緒に、内リング式誘導スタータ／発電機を構成する。

図１１、１２は、多組サイド・リング式並列ステーター１の構造図であり、二組のステーター１が固定用基板５と、間隙調整用パッキン６と、直径が異なる二セットの環状ステーターコア４と、二組の巻き線９とからなる。二セットのステーターコア４と二組の巻き線９を基板５の上面に固定して、プラスチックの射出成形を行うことにより全密閉多組サイド・リング式並列ステーター１を構成する。

図１３、１４は、多組サイド・リング式並列永久磁気ロータ２の構造図であり、位置決め孔付き扇状（又は円形など）の永久磁石７を二組含み、これらの磁石がＮーＳの順番で交互に専用の金型に配置して、アルミ合金１４（又は高強度のプラスチック）の射出成形を行うことにより多組並列永久磁気ロータ２を構成し、着磁してからサイド・リング式並列永久磁気ロータ２を構成する。

上記並列ステーター１はエンジンシリンダー本体の端面に取り付けられ、二セットのステーター巻き線が並列に作動する。ロータ２はエンジン・フライホイールの端面に取り付けられる。並列ステーター１と並列永久磁気ロータ２は特殊の多組サイド・リング式並列永久磁気モータを構成する。

図１５は、エンジン用永久磁気（又は誘導）リング式スタータ／発電機である。そのステーター１は、３６スリット１２極単層チェン式三相巻き線又はほかの配線構造を採用し、組み立てからプラスチックの射出成形を行うことにより環状ステーター１を構成する。ステーター１はスタート／発電巻き線又は複数の巻き線を有し、エンジン・シリンダー本体２０の後端面に取り付けられる。永久磁気ロータ２はフライホイール２２の前端面に取り付けられ、６対で合計１２枚の扇状のネオジム−鉄−硼素材７を有し、アルミの射出成形及び着磁を行うことにより環状永久磁気ロータ２を構成する。上記ステーター１はロータ２と互いに対向する。ステーター１と永久磁気ロータ２を調整して所定の径方向のエアギャップで磁束方向が軸方向となるサイド・リング式スタータ／発電機を構成する。

図１６に示すように、本発明のリング式スタータ／発電機は、制御回路１８及びMOSFETゲート駆動回路１９を含んだパワーの消耗が少なく電流が大きい半導体変流コントローラを採用する。エンジンをスタートする際に、該回路は自動車の１２Ｖ（又は２４Ｖ）又はより高電圧の直流を三相交流に変換して、ステーター１の三相巻き線に給電し、回転する交互変化する磁界を発生させる。したがって、誘導永久磁気ロータ２（又は誘導ロータ３）及びフライホイールはエンジンの作動方向へ回転し、比較的に短時間にエンジンをスタートして作動させる。スタート電流は図16の実線の矢印の通りである。スタートが終わると、エンジンは正常な作動になる。この際に、永久磁気ロータ２とフライホイール２２はスタートの方向へ回転しつづけ、ステーター１に三相交流電流を発生させる。その際に、MOSFETの逆向特性を利用して、ゲート・ソースの制御信号によって、電流がMOSFETのドレーンからソースへ流れ（D→S）、パワー半導体インバータがまた三相全制御整流電圧調整回路として作動し、ステーター１から出力された三相交流電流を直流電流に調圧整流してから、蓄電池と自動車の電気機器に供給する。発電機から出力される電流が図中の点線矢印の方向へ流れる。

図１７は一方向クラッチ式ローター・フライホイールを用いるリング式スタータ／発電機である。ロータ２はフライホイール２２の端面に取り付けられる。フライホイール２２は一方向クラッチ４１、永久磁気カップリング２９及び復帰ばね４０を介してエンジンのクランク軸２１に取り付けられる。電磁制御コイル２８はステーター１の端面に取り付けられる。一方向クラッチ４１は電磁制御コイル２８と永久磁気カップリング２９との同性磁極の反発力によって着脱する。フライホイール２２の両端面にはそれぞれ軸受け３８が配設される。軸受け３８のホルダはそれぞれステーター１の内円にある減圧盤３６及びフライホイール外端面の固定盤３５に取り付けられる。固定盤３５はフライホイールの固定ボルト３４を介してエンジンのクランク軸に固定接続される。上記構造では、ステーター１とロータ２との平面エア・ギャップに生じる軸方向の吸引力を克服することができる。

自動車がスタートしてから低速走行まで、一方向クラッチ４１によってエンジン・フライホイール２２がクランク軸２１と離反して運転する。従って、エンジンはアンロードされ、リング式スタータ／発電機のローター２（又は３）及びエンジン・フライホイール２２は自動車を回転駆動する。この際に、エンジンのクランク軸２１は停止している。エンジンをスタートする必要がある場合、電磁制御コイル２８に通電して、永久磁気カップリング２９と同じ磁極の電磁場を発生させ、永久磁気カップリング２９は電磁制御コイル２８との同性磁極の反発力により、一方向クラッチ４をエンジン・クランク軸２１に楔締め付けし、回転するエンジンのフライホイール２２の駆動力によりエンジン力クランク軸２１が同時に回転し、エンジンがスタートして正常な作動状態に入り、一方向クラッチ４１の楔締め付けによって、クランク軸２１がフライホイール２２をつれて一緒に回転して、自動車を駆動する。自動車が減速する際に、電磁制御コイル２８への給電を切ると、永久磁気カップリング２９が復帰ばね４０によって復帰し、一方向クラッチ４１がエンジンクランク軸２１と再び離反し、慣性運動のエネルギーが車輪、変速機、クラッチを介して逆にフライホイール２２に伝え、フライホイール２２が高速回転して、誘導ステーター１が発電し蓄電池に充電する。この際に、エンジンのクランク軸２１が低速運転又は停止し、即ち、減速時のエンジンの逆引負荷をアンロードしたため、自動車減速時のエネルギーの回収量を大幅に向上させる。

図１８は、サイド・リング式ポンプ・スタータ／発電機の概要図である。三相ステーター１はポンプ・ハウジング３３の端面に取り付けられ、永久磁気ロータ２はステーター１に対応するポンプ・インペラー２７の端面に取り付けられ、径方向のエア・ギャップで磁束方向が軸方向となる三相サイド・リング式永久磁気スタータ／発電機を構成する。エンジンがポンプ・インペラー２７を駆動すると、ステーター１に三相交流電流が誘導発生して出力される。自動車が単に電動走行している時に、ポンプ・スタータ／発電機がポンプを駆動して、水を循環させる。ステーター１は直接にポンプのハウジング３３に固定され、ステーター１に発生した熱がポンプの循環水により放熱され、水冷式スタータ／発電機を構成する。さらに、リング式スタータ／発電機の作動温度を大幅に低下させ、エンジンのハウジング、エンド・キャップ、軸受け、回転軸及び風冷放熱手段などの部材を無くして、構造の簡単化、コストの降下、作動温度の降下などを実現できるコンパクトな水冷式無騒音高効率のポンプスタータ／発電機を提供する。

図１９は、ブラシレス励磁内リング式スタータ／発電機である。ステーター１はポンプ・ハウジング３３の端面に取り付けられ、ポンプ・ハウジング３３に放熱用の水路３０が形成される。ブラシレス誘導ロータ３は、６枚のＳ極コア及び６枚のＮ極コア用のアルミ合金（又は非導磁性材料）１４を溶接して１２極Ｕ型ローター導磁コア１０を構成し、Ｕ型ローター導磁コア１０をステーター１に対応するポンプインペラー２７の端面に取り付けることにより構成される。ロータ３の励磁巻き線がＵ型ローターの導磁コア１０内のポンプ軸受けケースに巻回されて、ブラシレス励磁内リング式誘導ポンプ・スタータ／発電機を構成する。ポンプ・インペラー２７が回転すると、Ｕ型ローター導磁コア１０が回転し、ステーター１に三相交流電流が誘導発生し出力され、水冷式ブラシレス励磁ポンプスタータ／発電機を構成し、同体で電動ポンプと大出力発電機を実現する。

本発明を図示の最適実施形態を用いて説明したが、本発明は上記図示の実施形態に制限されない。本発明の範囲内では様々な変化や改善をすることができる。本発明の範囲は請求の範囲に限定される。

環状ステーターの正面図である。図１のＡーＡ断面図である。環状永久磁気ロータの正面図である。図３の平面図である。環状誘導ロータの正面図である。図５の平面図である。３００゜環状ステーターコアの概要図である。３６０゜環状ステーターコアと巻き線との取り付け構造の概要図である。内リング式スタータ／発電機の概要図である。図９のＢーＢ断面図である。サイド・リング式並列ステーターの正面図である。図１１のＣーＣ断面図である。サイド・リング式並列永久磁気ロータの概要図である。図１３のＥーＥ断面図である。エンジンのリング式スタータ／発電機の概要図である。リング式スタータ／発電機の制御回路の原理図である。一方向クラッチ構造のローターフライホイールを用いるリング式スタータ／発電機の概要図である。サイド・リング式ポンプ・スタータ／発電機の概要図である。ブラシレス励磁内リング式ポンプ・スタータ／発電機の概要図である。

Claims

環状ステーター（１）と、環状ロータ（２、３）と、エンジン又はポンプとを備えるリング式スタータ／発電機であって、前記ステーター（１）は前記エンジン本体（２０）又はフライホイールのハウジング（２４）又は前記ポンプのハウジング（３３）に取り付けられ、前記ロータ（２、３）は前記エンジンのフライホイール（２２）又は前記ポンプのインペラー（２７）に取り付けられ、前記ステーター（１）は前記ロータ（２，３）と対向し、前記リング式スタータ／発電機は、制御回路（18）及びMOSFETゲート駆動回路（１９）が含まれた、パワーの消耗が少なく電流が大きい変流コントローラを備えたことを特徴とするリング式スタータ／発電機。
前記エンジンのフライホイール（２２）は、一方向クラッチ（４１）、永久磁気カップリング（２９）及び復帰ばね（４０）を介してエンジンのクランク軸（２１）に取り付けられ、電磁制御コイル（２８）は前記ステーター（１）の端面に設置され、前記一方向クラッチ（４１）は前記電磁制御コイル（２８）と永久磁気カップリング（２９）との同性磁極の反発力によって着脱し、前記フライホイール（２２）の両端面にはそれぞれ軸受け（３８）が設けられ、前記軸受け（３８）のケースはステーター（１）の内円にある減圧盤（３６）及びフライホイールの外端面の固定盤（３５）にそれぞれ取り付けられ、前記固定盤（３５）はフライホイール固定用ボルト（３４）によりエンジンのクランク軸（２１）に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載のリング式スタータ／発電機。
前記ポンプのハウジング（３３）には放熱用水路（３０）が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のリング式スタータ／発電機。
前記ステーター（１）は、環状ステーターコア（４）と、固定用基板（５）と、間隙調整用パッキン（６）と、ステーター巻き線（９）とを備え、前記ステーターコア（４）にはステーター巻き線（９）が巻回され、前記ステーターコア（４）は固定孔（１２）により基板（５）の上面に固定され、調整用パッキン（６）は取り付け穴（１１）によって基板（５）の下面に取り付けられ、前記ロータ（２）は、複数の位置決め孔付き扇状の永久磁石（７）をＮーＳの順番で交互に専用の金型に装着してアルミ合金（14）の射出成形及び着磁を行うことにより構成され、前記ステーター（１）とロータ（２）を使用したスタータ／発電機は、サイド・リング式永久磁気スタータ／発電機を構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリング式スタータ／発電機。
前記ステーター（１）は、環状ステーターコア（４）と、固定用基板（５）と、間隙調整用パッキン（６）と、ステーター巻き線（９）とを備え、前記ステーターコア（４）にはステーター巻き線（９）が巻回され、前記ステーターコア（４）は固定孔（１２）により基板（５）の上面に固定され、調整用パッキン（６）は取り付け穴（１１）によって基板（５）の下面に取り付けられ、前記ロータ（３）は、円形内導電リング（１５）と円形外導電リング（１６）と二つのリングを接続する複数の導電ストライプ（１７）とからなる一組み又は複数組みのローター巻き線（８）を専用の金型に入れて、アルミ又はプラスチックの射出成形を行うことにより誘導ロータ（３）を構成し、前記ステーター（１）とロータ（３）を使用したスタータ／発電機は、サイド・リング式誘導スタータ／発電機を構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリング式スタータ／発電機。
前記ステーター（１）は、硅鋼片がプレスされ積層されてなる環状ステーターコア（４）と巻き線（９）とを相互に嵌合してプラスチックの射出成形を行うことにより構成され、線を嵌合するためのスリット（１３）はステーター・コア（４）の内円に設けられ、前記ロータ（２）は、所定組のタイル状の永久磁石（７）をＮーＳ磁極の方式で交互にリング状の導磁コア（１０）の外周に固定することにより構成され、前記ステーター（１）とロータ（２）を使用したスタータ／発電機は、内リング式永久磁気スタータ／発電機を構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスタータ／発電機。
前記ステーター（１）は、環状ステーターコア（４）と、固定用基板（５）と、間隙調整用パッキン（６）と、ステーター巻き線（９）とを備え、前記ステーターコア（４）にはステーター巻き線（９）が巻回され、前記ステーターコア（４）は固定孔（１２）により基板（５）の上面に固定され、調整用パッキン（６）は取り付け穴（１１）によって基板（５）の下面に取り付けられ、前記ロータ（３）は、二つの同一直径の導電リング（１５、１６）と両リングを接続する複数の導電ストライプ（１７）とからなるローター巻き線（８）を内リング式専用の金型に入れてアルミの射出成形を行うことにより誘導ロータ（３）を構成し、前記ステーター（１）とロータ（３）を使用したスタータ／発電機は、内リング式誘導スタータ／発電機を構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリング式スタータ／発電機。
前記ステーター（１）は、固定用基板（５）と、間隙調整用パッキン（６）と、直径の異なる二セットの環状ステーター・コア（４）と、二組の巻き線（９）とを備え、二セットのステーター・コア（４）と二組の巻き線（９）を基板（５）の上面に固定してプラスチックの射出成形を行うことにより全密閉多組サイド・リング式並列ステーター（１）を構成し、前記ロータ（２）は、二組の位置決め孔付き扇状永久磁石（７）をＮーＳ磁極の順番で交互に専用の金型に装着してアルミ合金（１４）の射出成形を行うことにより形成される多組並列永久磁気ロータ（２）であり、前記ステーター（１）とロータ（２）を使用したスタータ／発電機は、多組サイド・リング式並列永久磁気スタータ／発電機を構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスタータ／発電機。
前記ステーター（１）は、３６スリット１２極単層チェン式三相巻き線を組み立てプラスチックの射出成形を行うことにより形成された環状ステーター（１）であり、前記ロータ（２）は、６対で合計１２枚の扇状のネオジム−鉄−硼素永久磁石材（７）に対してアルミの射出成形及び着磁を行うことにより形成された環状永久磁気ロータ（２）であり、前記ステーター（１）とロータ（２）を使用したスタータ／発電機は、サイド・リング式永久磁気スタータ／発電機を構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスタータ／発電機。
前記ステーター（１）はポンプのハウジング（３３）の端面に取り付けられ、ブラシレスローター（３）は６枚のＳ極コアと６枚のＮ極コアをアルミ合金（１４）で溶接して構成される１２極Ｕ型ローター導磁コア（１０）を有し、Ｕ型ローター導磁コア（１０）はステーター（１）に対応するポンプのインペラー（２７）の端面に取り付けられ、ロータ（３）の励磁巻き線はＵ型ローター導磁コア（１０）内のポンプ軸受けのケースに巻回され、前記ステーター（１）とロータ（3）を使用したスタータ／発電機は、ブラシレス励磁内リング式誘導ポンプスタータ／発電機を構成することを特徴とする請求項１又は３に記載のスタータ／発電機。