JP2005509105A - 自動車の内燃エンジンのためのリバーシブル多相回転電気機器 - Google Patents

Abstract

このリバーシブル多相回転電気機器は、ステータの巻線（１２）〜（１４）に電流を供給するための装置（３）を備えている。この装置（３）は、本回転電気機器のシャフトに結合され、かつステータの巻線（１２）〜（１４）に接続できる機械式インバータ（２）として製造されている。
本発明の用途は、自動車の技術分野にある。

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、内燃エンジンと連動することができ、この内燃エンジンによって駆動される時には発電機として使用でき、電動モータと連動するエンジンを始動するための電動モータとしても使用できる多相回転電気機器であって、アーマチュアを構成する多相ステータによって囲まれるとともに、電気機器の位相巻線を構成する巻線が設けられた磁極を備えるロータを支持するシャフトと、回転電気機器が発電機モードで作動する時に、ステータの巻線が発生する電流を整流するためのダイオードブリッジと、回転電気機器がモータモードで作動する時に、ステータの巻線へ電流を供給するための装置とを備える、多相回転電気機器に関する。
【０００２】
（技術の説明）
欧州特許公開第0260176号公報には、通常、オルタネータ兼スタータと称される、リバーシブルタイプのかかる電気機器が記載されている。この公知の回転電気機器では、電動モータ作動モードにおいて、ステータの巻線に電流を供給するための装置は、基本的には、トランジスタまたはサイリスタなどのスタティックスイッチを含む電子スイッチング手段を有し、これらのスイッチは、ブリッジ整流器のダイオードに並列に接続されており、電子アセンブリから制御されるようになっている。
【０００３】
この電子アセンブリには、ロータの回転角位置に関する情報をアセンブリに供給するためのロータの回転角位置を検出するセンサが連動しており、このセンサは、ホール効果センサまたは光電子センサからなっている。
【０００４】
あるでは、ブリッジ整流器のダイオードは、スタティックスイッチ内に一体化されており、この目的のために、ＭＯＳタイプのトランジスタが使用されている。すべての場合に、インバータが形成される。
【０００５】
更に詳しく情報を望む場合には、フランス国特許公開第2745445号公報を参照されたい。
【０００６】
この公知のリバーシブル回転電気機器は、上記電流供給装置が多数の特定の部品を使用しているために、かなり高価となるという欠点を有する。
【０００７】
（発明の目的）
本発明の目的は、この欠点を緩和した、上記タイプのリバーシブル回転電気機器を提案することにある。
【０００８】
この目的を達成するために、前記ステータの巻線に電流を供給するための前記装置は、機械式インバータとして製造されており、このインバータは、回転電気機器の上記シャフトに結合でき、前記ステータの巻線に接続できる。
【０００９】
以下、本発明の一実施例を、単なる例として示す添付図面を参照しながら、次の説明を読めば、本発明について更に良く理解でき、本発明の上記以外の目的、特徴、詳細、および利点が明らかとなると思う。
【００１０】
図１から判るように、本発明にかかわるリバーシブル回転電気機器、すなわちオルタネータ兼ステータを構成する回転電気機器は、基本的には、公知のオルタネータ１と、この電気機器が電動モータとして作動する時に、オルタネータのステータ巻線に電流を供給し、オルタネータ１のシャフトに結合できる装置２と、電流供給装置２をオルタネータ１に結合すための装置３とを備えている。
【００１１】
内部換気装置、および自動車用の公知の構造を備える三相式オルタネータとすることができるオルタネータ１は、基本的にはそれ自身公知の態様で、ロータ６を支持するシャフト５を備え、ロータ６は、プレートを備える極ホイールに属す爪を有する。
【００１２】
これらのプレートの間には、図示されていない励磁巻線が取り付けられている。励磁巻線の端部は、周知の態様で、ワイヤー接続手段により、集電トラック８、９に接続されており、集電トラックは、シャフト５の後端部に支持されたリング状となっている。
【００１３】
このロータは、三相を構成するための３つの巻線が設けられた、巻線ステータ１１によって囲まれている。これら３つの巻線は、図４の電気回路図では、１２〜１４で示されている。
【００１４】
ステータはアーマチュアを構成し、ステータ本体を備えている。このステータ本体は、ステータのコイルを取り付けるための溝が設けられた板金製のパケット状をしており、ステータのコイルは本体を貫通し、本体の各側に延び、引出しワイヤーと称されるネットワークを形成している。このコイルは、巻線１２〜１４を備えている。
【００１５】
ステータには、それ自身公知の態様で、オルタネータが発電機として作動する時に、、オルタネータによって発生される交流電流を整流するためのダイオードブリッジが関連付けられている。この整流ブリッジは図１には示されていないが、図４の電気回路図では、１６で示されている。
【００１６】
オルタネータのシャフト５は、集電トラック８および９が設けられた端部と反対の端部において、プーリー１８を支持している。このプーリー１８のまわりには、伝達ベルト（図示せず）が巻かれており、この伝達ベルトは発電機モードで作動する間、シャフト５を回転駆動するか、または自動車の内燃エンジンを始動するために、回転運動を伝達するようになっている。
【００１７】
図１には、２０および２１でローラベアリングをも示している。これらのローラベアリングにより、シャフト５は、前方ベアリング２３およびステータを支持する後方ベアリング２４内に支持されている。ベアリング２３、２４には、空気を循環させるための孔が開けられている。
【００１８】
図１には、２５でブラシホルダーを示している。このブラシホルダーは、トラック８、９、および公知のオルタネータ用レギュレータに連動している。１９および２２は、電気機器を冷却するように、ロータによって支持された前方ファンおよび後方ファンを示している。
【００１９】
オルタネータ１は、従来どおりのものであり、かつその標準的な構造の詳細は、本発明とは無関係であるので、オルタネータ１の構造についての更なる詳細な説明は省略する。
【００２０】
ロータの励磁巻線を供給する際に、この巻線は、磁極のペアから爪の高さに形成されることが理解できると思う。
【００２１】
他方、標準的な構造に追加されるオルタネータ１の特徴は、集電トラック８および９の側において、シャフト５の後部が延長されており、２６で示されたこの延長部は、オルタネータの極のペアの数と同じ数のフルート溝２７を含むフルート溝つき端部を形成していることである。
【００２２】
本発明の基本的な特徴の１つによれば、オルタネータ１のステータ１１の巻線１２、１３、１４を通るように電流を供給する装置は、機械式スイッチまたはインバータによって形成されている。ステータの位相巻線１２、１３、１４は、例えばデルタ型に接続され、かつブリッジ整流器に接続された出力端を有する。
【００２３】
このスイッチは、３つの部品、すなわち２つの平滑リング３０、３１と、バー整流子３３とを有する。これらリングおよび整流子は、回転本体３４によって支持されており、この本体のシャフトは、３５で示されている。
【００２４】
この本体３４は、シャフト３５に回転自在に固定されており、シャフト３５は、ベアリング、例えばベアリング３７によって支持されている。リング３０、３１および整流子３３は、本体３４の周面に軸方向に並置されている。整流子は、これらリングの間に位置している。
【００２５】
リング３０、３１は、それぞれブラシ３９、４０を介して、パワーコンタクタ４４の接点４２、４３により、バッテリーＢａｔの正極ターミナルおよび負極ターミナルに接続されている。そのため、リング３０は正極リングと称され、リング３１は負極リングと称される。
【００２６】
バー整流子３３は、図２に示すように、その周面に、順次周方向に中立バー４６、正極バー４７、中立バー４６、負極バー４８、中立バー４６、正極バー４７などを支持している。
【００２７】
各タイプのバーの数は、オルタネータ１上の極のペアの数と等しい。正極バー４７は、正極リング３０に電気的に接続されており、負極バー４８は、負極リング３１に接続されている。
【００２８】
整流子３３と３つのブラシ５０、５１、５２とは連動しており、これらブラシは、バーに摺動接触するよう、整流子のまわりに配置されている。これらブラシは、１２０°の電気角度だけ互いに分離されている。ブラシ５０、５１、５２は、例えば図１に示すように、オルタネータ１のステータの巻線１２、１３および１４に、それぞれ接続されている。従って、各巻線のターミナルは、回転本体３４が回転する間に、順次正の電圧、中立電圧、負の電圧、中立電圧、正の電圧などを受ける。
【００２９】
従って、上に述べたアセンブリは、機械式インバータとして作動する。
【００３０】
図３は、ステータおよびロータの位置決めに関する相対的な差に対して、ブラシ５１の回転角方向の位置を微調整できるという別の利点を示している。このような微調整は、図１において７８で示されているインバータのケーシング部分に対し、ブラシ支持体（図１には特に示されず）を周方向に長円形スロット７６の限度内で相対的回転運動することによって行うことが好ましい。
【００３１】
本発明のリバーシブル回転電気機器は、電動モータモードで作動できる。すなわち、内燃エンジン用のスタータとして作動し、またインバータによって形成された、オルタネータ１のステータの位相巻線に給電する装置２がオルタネータに結合されている時に、例えば空調装置のコンプレッサを駆動するための補助モータとして作動できることが理解できると思う。
【００３２】
この目的のために、インバータ２のシャフト３５の前端部５４には、軸方向にフルート溝が設けられている。軸方向フルート溝５６の数は、オルタネータのロータシャフトの端部２６上のフルート溝２７の数、すなわち、その上の極のペアの数と等しい。インバータのフルート溝が設けられた端部５４は、フルート溝が設けられた端部２６と軸方向に対向するように位置している。
【００３３】
このフルート溝が設けられた端部５４上で自由にスライドするように、内側にフルート溝が設けられた結合スリーブ５８が配置されている。このスリーブは、図１に示されるように、フルート溝が設けられた端部５４上の後退位置と、インバータをオルタネータに結合する位置との間で、結合装置３により軸方向に移動できる。後者のインバータをオルタネータに結合する位置では、スリーブは同時に端部５６のフルート溝が設けられた端部２６に係合する。
【００３４】
結合装置３は、基本的には６２で枢動するように取り付けられたフォーク６０を有し、このフォークの一端６４は、スリーブ５８の周辺に関節接続されており、アングルのついた他端部６６は、ソレノイドコイル７０の可動コア６８に関節接続されている。
【００３５】
このコアには、図４に示すパワーコンタクタ４４の接点４２、４３を開閉するためのロッド７２が設けられている。
【００３６】
コイル７０が励磁されると、コア６８は、リターンスプリング７４に抗して、スリーブ５８およびフルート溝付き端部２６、５４を介して移動する。この運動の結果、スリーブ５８は、インバータ２をオルタネータ１に結合する位置に移動し、接点４２と４３は閉じる。
【００３７】
本発明のリバーシブル回転電気機器が、オルタネータモードで作動するべきときには、この電気機器は、自動車の熱エンジンにより、少なくとも１つのベルトを備えた伝達装置、およびプーリー１８を介して駆動される。この場合、この熱エンジンには回転電気機器が連動し、インバータは、エンジンから外れる。スリーブ５８は、図１に示された位置となる。
【００３８】
熱エンジンを始動したい時に、パワーコンタクタのコイル７０に給電することにより、この回転電気機器は、スタータとなる。コイルを励磁すると、コア６８は移動し、この移動により、スリーブ５８およびフルート付き端部２６、５８を介して、インバータ２はオルタネータ１に結合され、接点４２と４３は閉じられる。
【００３９】
このように接点が閉じ、バッテリーＢａｔの極とインバータのリング３０、３１の間が接続された後に、整流子３３のバーおよびブラシ５０、５１、５２を通して、オルタネータ１のステータの巻線に電流が流れ、熱エンジンを始動できるトルクＣを発生させることができる。
【００４０】
始動が完了すると、コイル７０の電流を切る。これにより、スプリング７４は再びフォーク６０を押圧し、これによって、スリーブはインバータ２が最初に切られていた位置へ戻る。こうしてこの回転電気機器は、オルタネータモードで働く。
【００４１】
始動段階の間で、インバータは欧州特許第0260176号に記載されているように、ロータの過励磁を再使用することが好ましい。
【００４２】
これまで説明し、かつ図１に示されている本発明の実施例では、回転電気機器のロータ上のフルート溝２７は、直線状であり、軸方向に延びている。ロータ上およびインバータ上のフルート溝の数を、極のペアの数に等しくなるように選択したことにより、オルタネータに対してインバータを正しく位置決めし、オルタネータのステータの巻線１２、１３、１４の適当な給電を保証できるようになっていることに留意するべきである。
【００４３】
本発明の変形例によれば、ロータシャフト２６上のフルート溝２７を螺旋状とすることができる。この場合、パワーコンタクタ４４は、第２コイル（図示せず）を有する。所定の回転速度に達するとすぐに、この第２コイルに給電される。これにより、螺旋部分における並進により、異なる固定を行い、機械式インバータ２を回転自在にオフセットさせ、図５から判るように、連続可変状または段階状に、回転速度に従って、トルク曲線Ｃを最適にすることができる。
【００４４】
図５は、第２コイルを使用しないで、直線状フルート溝により得られた曲線を、Ｉで示している。曲線ＩＩ、は二状態モードでの第２コイルの使用による回転速度に従ったトルクＣを示し、曲線ＩＩＩは、フォークの運動制御の第２コイルの使用により得られたトルクを示している。
【００４５】
当然ながら、オルタネータの位相の数は４以上でもよい。オルタネータは、例えば巻線がニードルタイプとなっているフランス国特許公開第2819117号に記載されているタイプのものでよい。
【００４６】
大量生産でき、従って経済的であるオルタネータの部品を使用することができ、オルタネータのシャフトは、本発明の特徴によれば後方に延びていることが理解できると思う。
【００４７】
この機械式インバータは、回転電気機器の外側に取り付けられ、従来のオルタネータの構造を著しく変えなくてもよいように、シャフトの延長部に結合されている。真空ポンプを駆動するために、後方に向かって延びているシャフトを既に有するオルタネータを使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に係わるオルタネータ兼スタータを構成するリバーシブル回転電気機器の略図である。
【図２】
ブラシを省略した、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】
図１における矢印ＩＩＩの方向から見た図である。
【図４】
図１に示されたリバーシブル多相回転電気機器の回路図である。
【図５】
モータとして作動する本発明に係わる回転電気機器の回転速度に従ったトルクＣを示す特性曲線である。
【符号の説明】
１ オルタネータ
２ 給電装置
３ 結合装置
５ シャフト
６ ロータ
８、９ 集電トラック
１１ ステータ
１２、１４ 巻線
１９、２２ ファン
２０、２１ ローラベアリング
２３ 前方ベアリング
２４ 後方ベアリング
２５ ブラシホルダー
３０、３１ リング
３３ 整流子
３４ 回転本体
３５ シャフト
３７ ベアリング
３９、４０ ブラシ
４２、４３ 接点
４４ コンタクタ
４６ 中立バー
４７ 正極バー
４８ 負極バー
５０、５１、５２ ブラシ
５４ 前端部
５６ 軸方向フルート溝
５８ スリーブ
６０ フォーク
６４、６６ 端部
６８ 可動コア
７０ コイル
７２ ロッド
７４ スプリング

Claims (11)

1. 内燃エンジンと連動でき、この内燃エンジンによって駆動される時には発電機として使用することができ、電動モータと連動するエンジンを始動するための電動モータとしても使用できる多相回転電気機器であって、アーマチュアを構成する多相ステータによって囲まれるとともに、電気機器の位相巻線を構成する巻線が設けられた磁極を備えるロータを支持するシャフトと、回転電気機器が発電機モードで作動する時に、ステータの巻線が発生する電流を整流するためのダイオードブリッジと、回転電気機器がモータモードで作動する時に、ステータの巻線へ電流を供給するための装置とを備える、多相回転電気機器において、
   前記ステータの巻線に電流を供給するための前記装置（３）が、機械式インバータ（２）とされており、このインバータが、この回転電気機器の上記シャフトに結合することができ、かつ前記ステータの巻線（１２）〜（１４）に接続できるようになっていることを特徴とする、多相回転電気機器。
2. 従来の構造のオルタネータ（１）を備え、回転電気機器がモータモードで作動する時に、前記オルタネータ（１）の前記ロータ（５）のシャフトに、前記機械式インバータ（２）が結合されるようになっていることを特徴とする、請求項１記載の回転電気機器。
3. 前記インバータ（２）が、バー整流子（３３）を支持する回転本体（３４）とされており、該整流子（３３）が、その周面に一連の正極バー（４７）、負極バー（４８）および中立バー（４６）を備え、正極バーと負極バーとの間に、常時中立バーが挟持されており、更にこれらのバー（４６）（４７）（４８）の電圧を前記オルタネータ（７）の巻線（１２）（１３）（１４）に印加するためのブラシ（５０）（５１）（５２）を備えていることを特徴とする、請求項２記載の回転電気機器。
4. 前記回転本体（３４）が、正極リング（３０）および負極リング（３１）を支持し、双方のリングが、それぞれ電気エネルギー源、例えば自動車のバッテリー（Ｂａｔ）の正極ターミナルおよび負極ターミナルに接続することができ、かつ前記正極バー（４７）および負極バー（４８）が、正極リング（３０）および負極リング（３１）に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項３記載の回転電気機器。
5. 前記正極リング（３０）および負極リング（３１）が、パワーコンタクタ（４４）の接点（４２）（４３）を介して、ブラシ（３９）（４０）により、上記電気エネルギー源（Ｂａｔ）に接続されていることを特徴とする、請求項４記載の回転電気機器。
6. インバータの回転本体（３４）のシャフト（３５）の一端（５４）を前記オルタネータ（１）のロータ（２６）のシャフト端部に結合するための部品（５８）により、前記インバータ（２）をオルタネータに結合するための装置（３）を備ていることを特徴とする、請求項３〜５のいずれかに記載の回転電気機器。
7. 前記シャフト端部（２６）および前記端部（５４）にフルート溝が設けられており、前記結合部品（５８）が、内側にフルート溝の設けられたスリーブによって形成されており、該スリーブが、前記端部（２６）または前記端部（５４）から外れた位置と、前記端部の各々に同時に係合する結合位置との間を、軸方向にスライドできるようになっており、かつ前記シャフト端部（２６）および前記端部（５４）上のフルート溝の数が、オルタネータ（１）の極のペアの数に等しいことを特徴とする、請求項６記載の回転電気機器。
8. 前記結合装置が、枢動できるように（６２で）取り付けられており、他の端部が、スリーブの一端に関節接続された前記スリーブ（５８）を移動させるためのフォーク（６０）と、回転電気機器をモータとして作動させるべき時に励磁されるパワーコンタクタ（４４）のコイル（７０）の可動コア（６８）を備えていることを特徴とする、請求項７記載の回転電気機器。
9. 前記コイル（７０）が励磁された時に、前記可動コア（６８）が、前記バッテリー（Ｂａｔ）のターミナルに、前記インバータ（２）の前記リング（３０）（３１）を電気接続するための接点（４２）（４３）を閉じるための装置を構成するようになっていることを特徴とする、請求項８記載の回転電気機器。
10. 前記オルタネータのシャフト（２６）の端部上のフルート溝（２７）、および前記インバータの回転本体（３４）のシャフト端部（５４）上のフルート溝（５６）が、直線状のフルート溝となっていることを特徴とする、請求項７記載の回転電気機器。
11. 前記オルタネータの前記シャフト端部（２６）上の前記フルート溝（２７）が、螺旋状であり、前記パワーコンタクタ（４４）が、回転電気機器の回転速度に従って、モータモード時に発生されるトルク（Ｃ）を最適にするための第２コイルを備えていることを特徴とする、請求項７記載の回転電気機器。

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