JP2008101586A

JP2008101586A - 車両用電動発電装置

Info

Publication number: JP2008101586A
Application number: JP2006286358A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kitamura; 裕北村; Yoshito Asao; 淑人浅尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2008-05-01

Abstract

【課題】一方向クラッチ付き電動発電機において、始動時には電動発電機からの回転駆動力がエンジンに伝達されてエンジンを始動し、始動後はエンジンの回転力が電動発電機に伝達されて発電可能にすると共に、伝動ベルトの張力変動を抑制し、ベルトのスリッフ゜発生を抑制してベルトの耐用寿命を伸ばす。
【解決手段】一方向クラッチ200の非結合動作を一時的に固定係止する回転固定手段300を備え、エンジン49の始動時には、回転固定手段により一方向クラッチの非結合動作を固定係止して電動発電機1の回転駆動力をエンジンに伝達してエンジンを始動し、始動後は回転固定手段による一方向クラッチの非結合動作の固定係止を解除し、エンジンの回転数増加時には一方向クラッチが結合動作に切り換わってエンジンの回転駆動力を電動発電機に伝達し、回転数減少時には一方向クラッチを非結合状態に切り換え、回転慣性トルクがエンジンへ伝達されるのを遮断する構成。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両用電動発電装置、特に一方向クラッチ内蔵型の電動発電機に関するものである。

地球温暖化防止を背景にCO_２の排出量削減が求められている。自動車におけるCO_２の削減は、燃費性能の向上を意味しており、その解決策の一つとして、車両停止時のアイドリングストップ、減速走行中のエネルギー回生、そして低アイドリング回転化等がある。
まず、車両停止時のアイドリングストップを実現するために、従来より、始動電動機と充電発電機とを一体化した車両用電動発電機が提案されている。

この車両用電動発電機は、車両の自動アイドルストップ後、インバータを接続した電動発電機により車両のエンジンを再始動することができ、更に、エンジン始動後は、充電発電機に切換えられて発電し、補機への電力供給あるいはバッテリへの充電装置として機能する。そして、エンジン運転中の減速走行時においては、エネルギー回生のための積極的な発電を行ない、その発電電力をバッテリへ充電している。また、車両走行には寄与せず、しかも比較的使用頻度の高いアイドリング時の回転数を低く設定して燃料消費を抑制することなどが行なわれるようになってきている。

一方、近年、乗用車等の車両は車両システム全体が高度に電子制御化されてきており、そのため、車両で消費する電力量も増大してきており、電力供給源である上記電動発電機も大型化する傾向があり、これに伴って上記電動発電機の回転子の慣性モーメントも従来より大きくなってきている。

そのため、上記低アイドリング回転化と相俟って、アイドリング時のエンジンの爆発工程に同期した回転変動が発生し易くなっている。そして、エンジンのクランク軸からの回転駆動力を上記電動発電機の回転子軸に伝達する伝動ベルトにおいては、エンジンの回転変動に起因して発生する上記電動発電機の慣性トルクによるベルト張力変動が大きくなったり、プーリとベルトとの間でスリップが生じ、これが原因でベルト耐用寿命が著しく短くなったり、異音が発生したりするなどの問題が生じている。

このような問題を解決するために、例えば車両用交流発電機の駆動プーリに、一方向にのみ回転駆動力を伝達するいわゆる一方向クラッチを設ける技術が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６１−２２８１５３号公報

ここで、車両用交流発電機に一方向クラッチ付きプーリを採用することの利点について簡単に説明する。
まず、駆動プーリに一方向クラッチを設けていない車両用交流発電機の場合、エンジンのアイドル回転数が変動している状態であってエンジンの回転数が下降している期間においては、エンジン回転数の下降に伴って車両用交流発電機の回転子の回転数も下降するが、この際に、回転子の慣性モーメントにより回転数を維持しようとする作用が働くため、エンジンのクランク軸と回転子との間に設けられた伝動ベルトにおける回転子の回転前方側のベルト張力が急激に減少すると共に（緩みの発生）、回転方向後方側のベルト張力が急激に上昇し（引っ張りの発生）、張力変動が発生する。

これに対し、車両用交流発電機に一方向クラッチ付きプーリを採用すると、エンジン回転数の下降時に、回転子の慣性モーメントの作用により一方向クラッチの駆動側部材である外輪と従動側部材である内輪との接続が切れて、回転子の慣性モーメントに起因する慣性トルクが外輪に伝達されないように作用するので、結局、回転子の慣性トルクが伝動ベルトに伝達されず、伝動ベルトの張力変動を抑制することができると共に、プーリとベルトとの間でのスリップ発生を抑制し、ベルトの耐用寿命を伸ばし、異音の発生を防止するなどの効果がある。

しかし、車両がアイドルストップした後の再始動と、始動後の充電発電の両方を担わなければならない電動発電機に一方向クラッチ付きプーリを装着した場合には、始動時と充電発電時のそれぞれの場合において、クランク軸と電動発電機の回転子の立場が駆動側から被駆動側、あるいは被駆動側から駆動側へと入れ替わるので、例えば、充電発電時にクランク軸からの駆動回転力が電動発電機の回転子に伝達されるように一方向クラッチを構成した場合には、始動時には上記一方向クラッチが非結合となるために上記電動発電機からの回転駆動力はクランク軸に伝達されず、エンジンを始動できないという事態が発生する。

また、逆に、始動時に上記電動発電機からの回転駆動力がクランク軸に伝達されるように一方向クラッチを構成した場合には、始動後の充電発電時には上記一方向クラッチが非結合となり、クランク軸からの回転駆動力が電動発電機の回転子に伝達できず、電動発電機で発電することができないという事態が発生する。

この発明は、上記のような問題点に対処するためになされたもので、車両がアイドルストップした後の再始動と、始動後の充電発電の両方を担わなければならない電動発電機に一方向クラッチ付きプーリを装着した場合においても、始動時には上記電動発電機からの回転駆動力がクランク軸に伝達されてエンジンを始動することができ、始動後の充電発電時にはクランク軸からの回転駆動力が電動発電機の回転子に伝達され、電動発電機で発電できるようにすると共に、上述したように、一方向クラッチの作用により、回転子の慣性トルクを伝動ベルトに伝達せずに伝動ベルトの張力変動を抑制し、またプーリとベルトとの間でのスリップ発生を抑制することによって、ベルトの耐用寿命を伸ばし、異音の発生を防止することができる車両用電動発電装置を提供することを目的とする。

この発明に係る車両用電動発電装置は、エンジンと、発電機機能および電動機機能を兼ね備えた電動発電機と、上記エンジンのクランク軸と上記電動発電機の回転子の回転軸との間の動力伝達を行なう動力伝達手段とを備えた車両用電動発電装置であって、上記動力伝達手段は、上記クランク軸に装着されたクランクプーリと、上記電動発電機の回転子の回転軸に装着された電動発電機用プーリと、上記クランクプーリおよび電動発電機用プーリに掛け渡されたベルトと、上記電動発電機の回転子の回転軸と上記電動発電機用プーリとの間に介装された一方向クラッチと、この一方向クラッチの非結合動作を一時的に固定係止する回転固定手段とを備え、上記エンジンの始動時には、上記回転固定手段により上記一方向クラッチの非結合動作を固定係止することにより、上記動力伝達手段を介して上記電動発電機の回転駆動力を上記エンジンのクランク軸に伝達して上記エンジンを始動し、上記エンジンの始動後は、上記電動発電機が発電機に切り換えられると共に、上記回転固定手段による上記一方向クラッチの非結合動作の固定係止が解除され、上記クランク軸の回転数増加時には上記一方向クラッチが結合動作に切り換わって上記クランク軸からの回転駆動動力を上記電動発電機の回転子に伝達し、クランク軸の回転数減少時には上記一方向クラッチが非結合状態に切り換わり、上記回転子の回転慣性トルクが上記ベルトを介して上記クランク軸へ伝達されるのを遮断するようにしたものである。

この発明に係る車両用電動発電装置は始動時に回転固定手段を作用させるようにしているため、始動時でも電動発電機からの回転駆動動力がクランク軸に伝達されてエンジンを始動し、始動後の充電発電時にはクランク軸からの回転駆動力が電動発電機の回転子に伝達され、電動発電機として発電することができる。

また、一方向クラッチの作用により、回転子の慣性トルクを伝動ベルトに伝達せずに伝動ベルトの張力変動を抑制し、またプーリとベルトとの間でのスリップ発生を抑制することによって、ベルトの耐用寿命を伸ばし、異音の発生を防止することができる。

更に、エンジンが所定回転数以上になった時に回転固定手段による固定係止が解除されるように設定されているため、回転数が所定値以上に上昇したら一方向クラッチに切り換わり、それ以降は上述した一方向クラッチの効果が得られる。また、所定回転数を調整設定することにより、一方向クラッチに切り換わる回転数を任意に設定することができる。

更に、所定回転数を、エンジンのアイドリング回転数よりも低く設定することにより、エンジンのアイドリング回転数よりも低い回転数で一方向クラッチに切り換えることができ、最もエンジンの回転変動が大きいアイドリング回転数近辺で常に、上述した一方向クラッチの効果を得ることができる。

また、電気的あるいは電磁的切り換え装置無しで、かつ無接触で、遠心分離式一方向クラッチによる回転固定係止を解除して、一方向クラッチの動作に切り換えることができる他、遠心分離式一方向クラッチによる回転固定係止から一方向クラッチへの切り換わりが、内輪と外輪の相対速度の切り換わりと同期して行なわれるので非常にスムースであり、切り換えショックがほとんど無い。

また、一方向クラッチと遠心分離式一方向クラッチを、回転子の回転軸上で軸方向に隣接して配置することによって、プーリ径を大きくすることなく、小型化することができる。更に、一方向クラッチと遠心分離式一方向クラッチの部品を共通化することができ、部品点数減、品質向上、コスト低減などを図ることができる。

また、回転固定手段を電磁クラッチとすることによって、所定回転数を任意に、かつ正確に設定することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態1による車両用電動発電装置の電動発電機の構成を示す断面図である。

図１において、電動発電機１は、フロントブラケット２およびリヤブラケット３からなるケースと、このケースに支持用ベアリング４ａ、４ｂを介して回転自在に配設されているシャフト５と、このシャフト５に固定されると共に界磁巻線７を有する回転子６と、ケース内に回転子６を囲むように配設されると共に、電機子巻線９と電機子鉄心１０とを有する電機子８と、回転子６の軸方向の両端面にそれぞれ固定されたファン１１と、シャフト５のフロント側の端部に固着され、一方向クラッチ２００と回転固定手段としての遠心分離式一方向クラッチ３００とを内蔵したプーリユニット１２と、シャフト５のリヤ側外周に位置するようにリヤブラケット３に取り付けられたブラシホルダ１３と、シャフト５のリヤ側に装着された一対のスリップリング１５に摺接するようにブラシホルダ１３内に配設された一対のブラシ１４と、シャフト５のリヤ側端部に配設されたレゾルバ等の回転位置検出センサ１６とを備えている。

そして、この電動発電機１はプーリユニット１２およびベルト（図示せず）を介してエンジンの回転軸（図示せず）に連結されている。また、回転位置検出センサ１６の信号出力は後述する制御回路４４を介して同じく後述するアイドルストップ制御部４８に送られて回転子６の回転位置検出に用いられ、電動発電機１の発電動作およびエンジンの始動動作時の制御情報として利用される。

リヤブラケット３のリヤ側に配設されたカバー１７とリヤブラケット３との間の空間に、インバータ２０を構成する複数のスイッチング素子４１ａ、４１ｂと、各スイッチング素子４１ａ、４１ｂに接続された内側ヒートシンク５０および外側ヒートシンク５１が絶縁材（図示せず）および取付けボス（図示せず）を介してリヤブラケット３の外側の壁面に固着されている。また、カバー１７の外側の端面には、各スイッチング素子４１ａ、４１ｂをＯＮ／ＯＦＦ制御する制御回路４４を搭載した制御回路基板４４ａが配設されている。
このように、電動発電機１は、インバータ２０、制御回路４４などからなる制御装置６０をリヤ側軸方向端面に一体的に設けている。

次に、上述したプーリユニット１２の構造について詳しく説明する。
図１において、プーリユニット１２は、シャフト５に固着されたシャフト連結プーリケース１２ａと、外周面にプーリ溝部１２ｃが形成されてシャフト連結プーリケース１２ａの外周側に位置する外側ケース１２ｂ１と、シャフト連結プーリケース１２ａの内周側に位置する内側ケース１２ｂ２とからなる外周溝プーリケース１２ｂと、上記シャフト連結プーリケース１２ａと上記外周溝プーリケース１２ｂの内側ケース１２ｂ２との間で軸方向に隣接して構成された一方向クラッチ２００および遠心分離式一方向クラッチ３００と、それらの両端に配設されたベアリング１２ｄとで構成されている。

そして、上記一方向クラッチ２００は、上記シャフト連結プーリケース１２ａの内周に嵌着された外輪２０１と、上記外周溝プーリケース１２ｂの内側ケース１２ｂ２の外周に嵌着された内輪２０２と、これら内輪、外輪間で該内外輪の回転軸と直交する平面内で揺動可能に配置され、内外輪間に食い込む方向に傾動して内外輪間のトルク伝達を行なう一方、内外輪に摺接する方向に傾動して上記トルク伝達を遮断する複数のスプラグ２０３と、このスプラグ２０３をそれぞれ内外輪間に食い込む方向に傾動させるように常時押圧する複数の弾性部材２０４（後述）と、これらスプラグ２０３と弾性部材２０４とを収容する保持器２０５とで構成されている。これらの詳細構成については後述する。

また、上記遠心分離式一方向クラッチ３００は、上記シャフト連結プーリケース１２ａの内周に嵌着された外輪３０１と、上記外周溝プーリケース１２ｂの内側ケース１２ｂ２の外周に嵌着された内輪３０２と、これら内輪、外輪間で該内外輪の回転軸と直交する平面内で揺動可能に配置され、内外輪間に食い込む方向に傾動して内外輪間のトルク伝達を行なう一方、内外輪に摺接する方向に傾動して上記トルク伝達を遮断する複数の偏重心スプラグ３０３と、この偏重心スプラグ３０３をそれぞれ内外輪間に食い込む方向に傾動させるように常時押圧する複数の弾性部材３０４（後述）と、これら偏重心スプラグ３０３と弾性部材３０４とを収容する保持器３０５とで構成されている。

ただし、この遠心分離式一方向クラッチ３００は、上記内外輪の回転が所定の回転数以上になると、上記偏重心スプラグ３０３の揺動平面上の重心に働く遠心力により、偏重心スプラグ３０３が内外輪間への食い込みから離脱するように傾動し、内外輪間のトルク伝達が遮断されるように設定されているものである。これらの詳細構成については後述する。なお、図１は、上記一方向クラッチ２００の外輪２０１と、上記遠心分離式一方向クラッチ３００の外輪３０１とが一体化して共通の外輪を構成し、また一方向クラッチ２００の内輪２０２と遠心分離式一方向クラッチ３００の内輪３０２とが一体化して共通の内輪を構成している例を示している。

次に、このように構成された電動発電機１の動作について、図２〜図５を参照しつつ説明する。
図２は、実施の形態１による車両用電動発電装置における車両用エンジンのベルト伝動装置のレイアウトを概略的に示したものである。また、図３は、実施の形態１による車両用電動発電装置と車両側のアイドルストップ制御部４８とからなる制御システムの概略構成を示すブロック図である。図４は、実施の形態１による車両用電動発電装置の電動発電機の回転子６のシャフト５に固着されたプーリユニット１２の内部に構成されている一方向クラッチ２００の動作説明図、図５(ａ)、(b)は、実施の形態１による車両用電動発電装置の電動発電機の回転子６のシャフト５に固着されたプーリユニット１２の内部に構成されている遠心分離式一方向クラッチ３００の動作説明図である。

図２のベルト伝動装置は、エンジン４９の一端側に配置されており、エンジン４９の爆発行程に起因する角速度の微小変動を伴って回転するクランク軸に取り付けられたクランクプーリ３０と、上記電動発電機１を含む複数の補機の補機軸にそれぞれ取り付けられた複数の補機プーリ１２および３２〜３５との間に伝動ベルトとしての１本のＶリブドベルト３１が蛇行状に巻き付けられている。補機の具体的配置としては、上記クランクプーリ３０から矢印で示すＶリブドベルト３１の走行方向の順に、ストッパー機構付きオートテンショナのテンションプーリ３２、電動発電機１のプーリユニット１２、ウォーターポンプ用プーリ３３、エアコンディショナの圧縮機用プーリ３４およびアイドラープーリ３５となっている。

次に、図３の制御システムの概略構成を示すブロック図において、電動発電機１の電機子巻線９は、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルをＹ結線（スター結線）して構成されている。インバータ２０は、複数のスイッチング素子４１ａ、４１ｂと、各スイッチング素子４１ａ、４１ｂに並列に接続されたダイオード４２とから成るインバータモジュール４０と、このインバータモジュール４０に並列に接続されたコンデンサ４３とを備えている。このインバータモジュール４０は、上アーム４６を構成するスイッチング素子４１ａおよびダイオード４２と、下アーム４７を構成するスイッチング素子４１ｂおよびダイオード４２とを２組直列に接続したものを１セットとし、このセットが３セット並列に配置されている。

電機子巻線９のＹ結線の各相の端部は、交流配線２１を介して、各セットの上アーム４６のスイッチング素子４１ａと下アーム４７のスイッチング素子４１ｂの中間点にそれぞれ電気的に接続されている。また、バッテリ１９の正極側端子および負極側端子が、直流配線２２を介して、インバータモジュール４０の正極側および負極側にそれぞれ電気的に接続されている。インバータモジュール４０において、それぞれのスイッチング素子４１ａ、４１ｂのスイッチング動作は制御回路４４の指令により制御されている。また、制御回路４４は、界磁電流制御回路４５を制御して回転子６の界磁巻線７に流す界磁電流を調整する。

アイドルストップ制御部４８は、エンジン４９を自動停止動作または再始動動作させるための指令を送信するエンジンの自動停止動作／再始動動作用の電子制御装置である。
このアイドルストップ制御部４８は、例えば車速情報やブレーキ情報などの車両情報および温度センサ１８からのスイッチング素子４１ａ、４１ｂの温度信号情報などに基づいて、アイドルストップ動作（エンジン４９の自動停止動作および再始動動作）を行なうべきか否かを判定し、アイドルストップ動作を行なうべきであると判定した場合には、アイドルストップ動作指令を電動発電機１の制御回路４４に出力する。

このような電動発電機１では、エンジン４９の始動動作時に、バッテリ１９から直流配線２２を介して直流電力がインバータ２０に給電され、制御回路４４がインバータモジュール４０の各スイッチング素子４１ａ、４１ｂをＯＮ／ＯＦＦ制御し、直流電力が三相交流電力に変換される。そして、この三相交流電力が交流配線２１を介して電動発電機１の電機子巻線９に給電される。これにより、界磁電流制御回路４５により界磁電流が供給されている回転子６の界磁巻線７の周囲に回転磁界が与えられ、回転子６が回転駆動される。

さらに、回転駆動された回転子６の回転駆動動力は、回転子６のシャフト５に固着されているシャフト連結プーリケース１２ａ、遠心分離式一方向クラッチ３００、外周溝プーリケース１２ｂ、Ｖリブドベルト３１、クランクプーリ３０を介してクランクシャフトに伝達され、エンジン４９が始動される。なお、この時、上記遠心分離式一方向クラッチ３００に隣接して配設されている一方向クラッチ２００は、スプラグ２０３が外輪２０１と内輪２０２とに食い込む方向に傾動しておらず、回転子６のシャフト５からエンジン４９のクランクシャフトに回転駆動動力を伝達していない。

次に、エンジン４９が始動動作されて、エンジン４９の回転数が上記電動発電機１の回転数を相対的に上回ると、上記遠心分離式一方向クラッチ３００の偏重心スプラグ３０３が、外輪３０１および内輪３０２とに食い込まない方向に傾動すると同時に、偏重心スプラグ３０３の重心に作用する遠心力が弾性部材３０４による押圧力を上回り、偏重心スプラグ３０３が内輪３０２から離れる方向に回動し、回転駆動動力を相互に伝達しなくなる。

しかし、一方、これと同時に、一方向クラッチ２００のスプラグ２０３が外輪２０１と内輪２０２とに食い込む方向に傾動し、エンジン４９の回転駆動動力が、クランクプーリ３０、Ｖリブドベルト３１、外周溝プーリケース１２ｂの内側ケース１２ｂ２、一方向クラッチ２００、シャフト連結プーリケース１２ａ、シャフト５を介して電動発電機１に伝達される。これにより、回転子６が回転駆動され、電機子巻線９に三相交流電力が誘起されるので制御回路４４が各スイッチング素子４１ａ、４１ｂをＯＮ／ＯＦＦ制御して直流電力に変換し、バッテリ１９を充電する。

次に、図４と図５(a)、(b)において、上述の電動発電機によるエンジン４９の始動時と、始動後の発電における一方向クラッチ２００と遠心分離式一方向クラッチ３００の動作について説明する。
図４の一方向クラッチ２００の部分拡大図において、まず、電動発電機１とエンジン４９が停止している場合には、シャフト５に固着されているシャフト連結プーリケース１２ａの内周に嵌着されている外輪２０１と、外周溝プーリケース１２ｂの内側ケース１２ｂ２の外周に嵌着されている内輪２０２との間には相対回転が無いので、保持器２０５に収容保持された弾性部材２０４により、スプラグ２０３は上記外輪２０１の内周および上記内輪２０２の外周に押圧されている。

そして、電動発電機１によるエンジン４９の始動動作時には、電動発電機１の回転子６が、プーリユニット１２側の軸方向端面側から見て時計回りに回転駆動され、回転子６のシャフト５に固着されたシャフト連結プーリケース１２ａに嵌着された外輪２０１も図４に矢印で示すように時計回りに回転する。この場合、停止している内輪２０２（あるいは外周溝プーリケース１２ｂの内側ケース１２ｂ２）に対して、外輪２０１が時計回りに相対回転するので、スプラグ２０３は、その上端が図４において右方向に移動し、外輪２０１および内輪２０２に食い込まない方向に傾動してスプラグ２０３と内輪２０２は互いに摺動するのみで回転駆動動力を伝達しないフリー回転状態になる。

一方、図５(a)、(b)の遠心分離式一方向クラッチ３００においては、電動発電機１とエンジン４９が停止している場合には、上記一方向クラッチ２００の時と同様に、保持器３０５に収容された偏重心スプラグ３０３は、同じく保持器３０５に収容保持された弾性部材３０４により上記外輪３０１の内周および上記内輪３０２の外周に押圧されている。そして、電動発電機１によるエンジン４９の始動動作時には、電動発電機１の回転子６が、プーリユニット１２側の軸方向端面側から見て時計回りに回転駆動され、回転子６のシャフト５に固着されたシャフト連結プーリケース１２ａに嵌着された外輪３０１も図５（ａ）に矢印で示すように時計回りに回転する。

この場合、停止していた内輪３０２に対して、外輪３０１が時計回りに相対回転するので、偏重心スプラグ３０３は、その上端が図５（ａ）において右方向に移動し、外輪３０１および内輪３０２に食い込む方向に傾動して電動発電機１の回転駆動動力は、回転子６、シャフト連結プーリケース１２ａ、遠心分離式一方向クラッチ３００、外周溝プーリケース１２ｂの内側ケース１２ｂ２、外側ケース１２ｂ１、Ｖリブドベルト３１、クランクプーリ３０を介してクランクシャフトに伝達され、エンジン４９が始動される。

そして、エンジン４９が始動し、エンジン４９の回転数が電動発電機１の回転数を相対的に上回ると、上記遠心分離式一方向クラッチ３００の偏重心スプラグ３０３の下端が図５（ａ）において右方向に移動し、外輪３０１および内輪３０２に食い込まない方向に傾動するので、エンジン４９からの回転駆動動力はこの遠心分離式一方向クラッチ３００を介して回転子６に伝達されなくなる。さらに、図５（ｂ）で示すように、偏重心スプラグ３０３は保持器３０５に回転可能に支承された軸部３０３ａから偏心した位置Ｇに重心が設定してあるので、プーリユニット１２と共に遠心分離式一方向クラッチ３００が回転し、所定回転数以上になると、偏重心スプラグ３０３の重心Ｇに作用する遠心力が弾性部材３０４による押圧力を上回り、偏重心スプラグ３０３が軸部３０３ａを中心として図５（ｂ）に矢印で示すように回動し、内輪３０２から完全に離れてしまう。

このように、偏重心スプラグ３０３が内輪３０２から完全に離れて接触しない状態に一旦なってしまうと、遠心分離式一方向クラッチ３００の回転数（すなわち、外輪３０１あるいは外輪３０１と連結している回転子６の回転数）が上記所定回転数未満まで低下しないと、例え、エンジン４９の回転数が電動発電機１の回転数より相対的に下回った場合でも、この遠心分離式一方向クラッチ３００の偏重心スプラグ３０３は外輪３０１および内輪３０２に食い込む方向に傾動して回転駆動動力を伝達することはない。

ここで、例えば、上記所定回転数をエンジン４９のアイドリング回転数よりも低く設定した場合には、エンジン４９が一度始動してしまえば、エンジン４９の回転数がアイドリング回転数よりも低い上記所定回転数未満まで下がらないと（例えば、一度エンジン４９を停止しないと）、上記遠心分離式一方向クラッチ３００はロック状態に復帰しないということになる。

上述のように、プーリユニット１２に内蔵した遠心分離式一方向クラッチ３００の偏重心スプラグ３０３が遠心力により回動して内輪３０２から離れる時の所定回転数をエンジン４９のアイドル回転数よりも低く設定しておくことによって、エンジン４９を始動する時には、遠心分離式一方向クラッチ３００がロック状態で電動発電機１からの回転駆動動力をエンジン４９に伝達して始動することができ、始動後、エンジン４９の回転数が電動発電機１の回転数を上回ると、遠心分離式一方向クラッチ３００がフリー状態（ロックしていない状態）になると同時に偏重心スプラグ３０３が内輪３０２から離れて完全フリー状態（エンジン４９と電動発電機１の相対回転方向に関係なくフリー状態）になる。

一方、同じくプーリユニット１２に内蔵されている一方向クラッチ２００は、エンジン４９の始動時にはロック状態ではなく、始動後、エンジン４９の回転数が電動発電機１の回転数を上回った瞬間にロック状態となり、その後はエンジン４９の回転変動に伴って、エンジン４９の回転数増加時には、一方向クラッチ２００がロック状態となってエンジン４９の回転駆動動力を電動発電機１に伝達し、逆に、エンジン４９の回転数減少時には、一方向クラッチ２００は電動発電機１の回転子６の慣性トルクを遮断して、その慣性トルクをＶリブドベルト３１およびエンジン４９には伝達しない。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態２による車両用電動発電装置の電動発電機の構成を示す断面図である。この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付している。図１と異なる点は、プーリユニット１２のシャフト連結プーリケース１２ａの外周に、一方向クラッチ２００および遠心分離式一方向クラッチ３００を設け、その外周にプーリ溝部１２Ｃを配設した点である。即ち、一方向クラッチ２００の内輪２０２および遠心分離式一方向クラッチ３００の内輪３０２がシャフト連結プーリケース１２ａの外周に嵌着され、一方向クラッチ２００の外輪２０１および遠心分離式一方向クラッチ３００の外輪３０１の間にそれぞれのスプラグ２０３、弾性部材２０４（後述）、保持器２０５および偏心スプラグ３０３、弾性部材３０４（後述）、保持器３０５を収容している。

また、それぞれの外輪２０１および３０１の外周に外周溝プーリケース１２ｂが配設されている。一方向クラッチ２００のスブラグ２０３、弾性部材２０４、保持器２０５の構成は、図７（ａ）に示すように、図４の場合とはちょうど線対称の配置になっていて、スプラグ２０３の傾動方向も逆になっている。同様に、遠心分離式一方向クラッチ３００の偏心スプラグ３０３、弾性部材３０４、保持器３０５の構成も、図７（ｂ）に示すように、図５（ａ）の場合とはちょうど線対称の配置となっている。

次に、このように構成された実施の形態２の車両用電動発電装置の電動発電機の動作について説明する。ただし、一方向クラッチ２００および遠心分離式一方向クラッチ３００の基本的な動作は、実施の形態１と同じであるため詳細説明は省略する。

電動発電機１によるエンジン４９の始動動作時において、まず、図７（ａ）に示す一方向クラッチ２００においては、電動発電機１の回転子６が、プーリユニット１２側の軸方向端面側から見て時計回りに回転駆動され、回転子６のシャフト５に固着されたシャフト連結プーリケース１２ａに嵌着された内輪２０２も時計回りに回転する。この場合、停止している外輪２０１（あるいは外周溝プーリケース１２ｂ）に対して、内輪２０２が時計回りに相対回転するので、スプラグ２０３は、その下端が図７（ａ）において右方向に移動し、外輪２０１および内輪２０２に食い込まない方向に傾動してスプラグ２０３と内輪２０２は互いに摺動するのみで、回転子６の回転駆動動力を伝達しないフリー状態となる。

一方、図７（ｂ）に示す遠心分離式一方向クラッチ３００においては、電動発電機１の回転子６が、プーリユニット１２側の軸方向端面側から見て時計回りに回転駆動され、回転子６のシャフト５に固着されたシャフト連結プーリケース１２ａに嵌着された内輪３０２も時計回りに回転する。この場合、停止している外輪３０１（あるいは外周溝プーリケース１２ｂ）に対して、内輪３０２が時計回りに相対回転するので、偏重心スプラグ３０３は、その下端が図７（ｂ）において右方向に移動し、外輪３０１および内輪３０２に食い込む方向に傾動して電動発電機１の回転駆動動力は、回転子６、シャフト連結プーリケース１２ａ、遠心分離式一方向クラッチ３００、外周溝プーリケース１２ｂ、Ｖリブドベルト３１、クランクプーリ３０を介してクランクシャフトに伝達されて、エンジン４９が始動される。

そして、エンジン４９が始動し、エンジン４９の回転数が電動発電機１の回転数を上回ると、外周溝プーリケース１２ｂが図７（ｂ）において時計回りに回転駆動される結果、上記遠心分離式一方向クラッチ３００の偏心スプラグ３０３が、外輪３０１および内輪３０２に食い込まない方向に傾動し、エンジン４９からの回転駆動動力はこの遠心分離式一方向クラッチ３００を介して回転子６に伝達されなくなる。その後の動作は、実施の形態１で説明した内容と同じであるため説明を省略する。

一方、同じくプーリユニット１２に内蔵されている一方向クラッチ２００は、エンジン４９の始動時にはロック状態ではなく、始動後、エンジン４９の回転数が電動発電機１の回転数を上回った瞬間にロック状態となり、その後はエンジン４９の回転変動に伴って、エンジン４９の回転数増加時には、一方向クラッチ２００がロック状態でエンジン４９の回転駆動動力を電動発電機１の回転子６に伝達し、逆に、エンジン４９の回転数減少時には、一方向クラッチ２００は電動発電機１の回転子６の慣性トルクを遮断して、その慣性トルクがＶリブドベルト３１およびエンジン４９に伝達しないように作用する。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図８は、実施の形態３による車両用電動発電装置の電動発電機の構成を示す断面図である。この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付している。図１と異なる点は、プーリユニット１２に設ける一方向クラッチを遠心分離機能付き一方向クラッチ４００とした点である。

遠心分離機能付き一方向クラッチ４００は図１に示す一方向クラッチ２００と遠心分離式一方向クラッチ３００とが完全一体化されたような構造とされている。即ち、図９に示すように、実施の形態１における一方向クラッチ２００のスプラグ２０３に相当するスプラグ４０３と、遠心分離式一方向クラッチ３００の偏重心スプラグ３０３に相当する偏重心スプラグ４１３とが交互に保持器４０５に収容され、それぞれ弾性部材４０４、４１４によって外輪４０１の内周および内輪４０２の外周に押圧されている。

次に、このように構成された遠心分離機能付き一方向クラッチ４００を備えた実施の形態３の車両用電動発電装置の電動発電機の動作について説明する。
電動発電機１によるエンジン４９の始動動作時において、まず、電動発電機１の回転子６が、プーリユニット１２側の軸方向端面側から見て時計回りに回転駆動され、回転子６のシャフト５に固着されたシャフト連結プーリケース１２ａに嵌着された遠心分離機能付き一方向クラッチ４００の外輪４０１が図９に矢印で示すように時計回りに回転する。

この場合、停止している内輪４０２（あるいは外周溝プーリケース１２ｂ）に対して、外輪４０１が時計回りに相対回転するので、スプラグ４０３は、その上端が図９において右方向に移動し、外輪４０１および内輪４０２に食い込まない方向に傾動してスプラグ４０３と内輪４０２は互いに摺動するのみで、回転子６の回転駆動動力を伝達しないフリー状態となる。

一方、この時、偏重心スプラグ４１３は、その上端が同様に図９において右方向に移動し、外輪４０１および内輪４０２に食い込む方向に傾動して電動発電機１の回転駆動動力は、回転子６、シャフト連結プーリケース１２ａ、遠心分離機能付き一方向クラッチ４００、外周溝プーリケース１２ｂ、Ｖリブドベルト３１、クランクプーリ３０を介してクランクシャフトに伝達されて、エンジン４９が始動される。

そして、エンジン４９が始動し、エンジン４９の回転数が電動発電機１の回転数を上回ると、外周溝プーリケース１２ｂが図９において時計回りに相対回転する結果、上記遠心分離機能付き一方向クラッチ４００の偏重心スプラグ４１３が、外輪４０１および内輪４０２に食い込まない方向に傾動し、エンジン４９からの回転駆動動力はこの遠心分離機能付き一方向クラッチ４００を介して回転子６に伝達されなくなる。その後の動作は、実施の形態１で説明した内容と同じであるため説明を省略する。

一方、遠心分離機能付き一方向クラッチ４００のスプラグ４０３は、エンジン４９の始動時にはロック状態ではなく、始動後、エンジン４９の回転数が電動発電機１の回転数を上回った瞬間に外周溝プーリケース１２ｂが図９において時計回りに相対回転することからロック状態となり、その後はエンジン４９の回転変動に伴って、エンジン４９の回転数増加時には、遠心分離機能付き一方向クラッチ４００のスプラグ４０３がロック状態でエンジン４９の回転駆動動力を電動発電機１に伝達し、逆に、エンジン４９の回転数減少時には、遠心分離機能付き一方向クラッチ４００のスプラグ４０３は電動発電機１の回転子６の慣性トルクを遮断して、その慣性トルクがＶリブドベルト３１およびエンジン４９に伝達しないように機能する。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図１０は、実施の形態４による車両用電動発電装置の電動発電機の構成を示す断面図である。この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付している。図１と異なる点は、回転子６のシャフト５に固着されているプーリユニット１２０の構成を変更している点および図１の遠心分離式一方向クラッチ３００の代わりに、電磁クラッチ５００を設けている点である。

まず、電磁クラッチ５００の構造について説明する。図１０に示すように、電磁クラッチ５００は、図示しない電磁クラッチ制御回路からの通電を受けて磁力を発生する界磁コイル５０１と、この界磁コイル５０１を保持すると共に磁路の一部を形成する界磁コア５０２と、回転子６のシャフト５に固着されて回転子６と一体に回転するクラッチロータ５０３と、このクラッチロータ５０３の軸方向端面に対向して配置されたアマチュアプレート５０４とで構成されている。界磁コア５０２は、径方向の内周に環状に張り出したフランジ部５０２ａを有し、このフランジ部５０２ａの内径部を電動発電機１のフロントブラケット２の端面に設けた円筒部に嵌合して位置決めし、ネジ５２０でフロントブラケット２に固定されている。

クラッチロータ５０３は、回転子６のシャフト５に固着されている固定円筒部５０３ａと、この固定円筒部５０３ａと一体に設けられて界磁コア５０２の内周面との間に一定のギャップを保って配設された内側円筒部５０３ｂと、界磁コア５０２の外周面との間に一定のギャップを保って配設された外側円筒部５０３ｃと、界磁コイル５０１と軸方向に対向して内側円筒部５０３ｂと外側円筒部５０３ｃとを一体に結合するように、それらの中間に設けられ、その端面には円周方向に長穴状に開けられた貫通孔５０３ｅが多数設けられている環状プレート部５０３ｄとから構成されている。なお、上記アマチュアプレート５０４と、クラッチロータ５０３の固定円筒部５０３ａ、内側円筒部５０３ｂ、外側円筒部５０３ｃおよび環状プレート部５０３ｄは、それぞれ軟磁性材によって形成されている。

一方、プーリユニット１２０は、シャフト連結円筒部１２１と、外周円筒部１２２と、このシャフト連結円筒部１２１の外周面および外周円筒部１２２の内周面とに嵌合固定された一方向クラッチ２００と、その一方向クラッチ２００の両側に配設されたベアリング１２４と、外周円筒部１２２の外周側に設けられたフランジ部１２２ａにボルト１２５で固定されたプーリ１２３とから構成されている。

そして、フランジ部１２２ａおよびプーリ１２３の端面間には板バネ５０５の内側端が介装されていてボルト１２５で一体に固定され、板バネ５０５の外側端にはアマチュアプレート５０４がリベット５０６で連結固定されている。従って、アマチュアプレート５０４は軸方向に移動可能であると共に、板バネ５０５の弾性力によってクラッチロータ５０３の環状プレート５０３ｄから離れる方向に常時付勢されている。

また、電磁クラッチ５００がオフした時にアマチュアプレート５０４が板バネ５０５の弾性力で引き戻されて、外周円筒部１２２のフランジ部１２２ａに衝突する衝突音発生を防止するために、板バネ５０５とアマチュアプレート５０４の間には、例えば、ゴム等の緩衝材５０７が設けられている。

次に、このように構成された実施の形態４の車両用電動発電装置の電動発電機の動作について説明する。
電動発電機１によるエンジン４９の始動動作時において、まず、図１０の電磁クラッチ５００の界磁コイル５０１に通電して磁力を発生することにより、アマチュアプレート５０４が板バネ５０５の付勢力に抗してクラッチロータ５０３の環状プレート部５０３ｄ側へ吸引されて結合し、クラッチロータ５０３が固着されている回転子６の回転駆動動力が、アマチュアプレート５０４、板バネ５０５、プーリ１２３、Ｖリブドベルト３１、クランクプーリ３０を介してクランクシャフトに伝達されてエンジンが始動される。

一方、この時、プーリユニット１２０に内蔵された一方向クラッチ２００は、図７（ａ）に示される場合と同じで、電動発電機１の回転子６がプーリユニット１２０の軸方向端面側から見て時計回りに回転駆動されると、回転子６のシャフト５に固着されたシャフト連結円筒部１２１に嵌合された内輪２０２も一体で時計回りに回転する。この場合、外輪２０１に対して、内輪２０２が時計回りに相対回転するので、スプラグ２０３は、その下端が図７（ａ）において右方向に移動し、外輪２０１および内輪２０２に食い込まない方向に傾動してスプラグ２０３は内輪２０２から外輪２０１に回転子６の回転駆動動力を伝達しない。

そして、エンジン４９が始動し、エンジン４９の回転数が電動発電機１の回転数を上回り、さらに電磁クラッチ５００の界磁コイル５０１への通電をオフすると、アマチュアプレート５０４をクラッチロータ５０３の環状プレート部５０３ｄへ吸引していた磁力が消滅し、板バネ５０５の付勢力によってアマチュアプレート５０４を環状プレート５０３ｄから引き離すので、エンジン４９の回転駆動動力は、クランクプーリ３０、Ｖリブドベルト３１、プーリ１２３および電磁クラッチ５００のクラッチロータ５０３を介して回転子６に伝達されない。

しかし、この電磁クラッチ５００を切断した時、プーリユニット１２０に内蔵された一方向クラッチ２００は、図７（ａ）に示す場合と同じで、プーリ１２３と連結された外周円筒部１２２の内周側に嵌合された外輪２０１が内輪２０２に対して時計回りに相対回転するので、スプラグ２０３は、その上端が図７（ａ）において右方向に移動し、外輪２０１および内輪２０２に食い込む方向に傾動して結合し、スプラグ２０３は外輪２０１から内輪２０２、シャフト連結円筒部１２１、回転子６へとエンジン４９の回転駆動動力を伝達するようになる。

その後はエンジン４９の回転変動に伴って、エンジン回転数増加時には、この一方向クラッチ２００がロック状態でエンジン４９の回転駆動動力を回転子６に伝達し、逆に、エンジン４９の回転数減少時には、一方向クラッチ２００は電動発電機１の回転子６の慣性トルクを遮断して、その慣性トルクがＶリブドベルト３１およびエンジン４９に伝達しないように作用する。

この発明の実施の形態１による車両用電動発電装置の電動発電機の構成を示す断面図である。実施の形態１による車両用電動発電装置における車両用エンジンのベルト伝動装置のレイアウトを示す概略説明図である。実施の形態１による車両用電動発電装置と車両側のアイドルストップ制御部とからなる制御システムの概略構成を示すブロック図である。実施の形態１における一方向クラッチの構成と動作を説明する説明図である。実施の形態１における遠心分離式一方向クラッチの構成と動作を説明する説明図である。この発明の実施の形態２による車両用電動発電装置の電動発電機の構成を示す断面図である。実施の形態２における一方向クラッチおよび遠心分離式一方向クラッチの構成と動作を説明する説明図である。この発明の実施の形態３による車両用電動発電装置の電動発電機の構成を示す断面図である。実施の形態３における遠心分離機能付き一方向クラッチの構成と動作を説明する説明図である。この発明の実施の形態４による車両用電動発電装置の電動発電機の構成を示す断面図である。

符号の説明

１電動発電機、２フロントブラケット、３リヤブラケット、４ａ、４ｂベアリング、５シャフト、６回転子、７界磁巻線、８電機子、９電機子巻線、１０電機子鉄心、１１ファン、１２プーリユニット、１２ａシャフト連結プーリケース、１２ｂ外周溝プーリケース、１２ｂ１外側ケース、
１２ｂ２内側ケース、１２ｃプーリ溝部、１２ｄベアリング、１３ブラシホルダ、１４ブラシ、１５スリップリング、１６回転位置検出センサ、
１７カバーケース、１９バッテリ、２０インバータ、２１交流配線、
２２直流配線、３０クランクプーリ、３２ストッパー機構付きオートテンショナのテンションプーリ、３３ウォーターポンプ用プーリ、３４エアコンディショナの圧縮機用プーリ、３５アイドラープーリ、４０インバータモジュール、４１ａ、４１ｂスイッチング素子、４２ダイオード、４３コンデンサ、
４４制御回路、４４ａ制御回路基板、４５界磁電流制御回路、４６上アーム、４７下アーム、４８アイドルストップ制御部、４９エンジン、
５０内側ヒートシンク、５１外側ヒートシンク、６０制御装置、１２０プーリユニット、１２１シャフト連結円筒部、１２２外周円筒部、１２２ａフランジ部、１２３プーリ、１２４ベアリング、１２５ボルト、２００一方向クラッチ、２０１外輪、２０２内輪、２０３スプラグ、２０４弾性部材、２０５保持器、３００遠心分離式一方向クラッチ、３０１外輪、３０２内輪、３０３偏重心スプラグ、３０３ａ軸部、３０４弾性部材、
３０５保持器、４００遠心分離機能付き一方向クラッチ、４０１外輪、
４０２内輪、４０３スプラグ、４０４弾性部材、４０５保持器、
４１３偏重心スプラグ、４１４弾性部材、５００電磁クラッチ、５０１界磁コイル、５０２界磁コア、５０３クラッチロータ、５０３ａ固定円筒部、５０３ｂ内側円筒部、５０３ｃ外側円筒部、５０３ｄ環状プレート部、
５０３ｅ貫通孔、５０４アマチュアプレート、５０５板バネ、５０６リベット、５０７緩衝材、５２０ネジ。

Claims

エンジンと、発電機機能および電動機機能を兼ね備えた電動発電機と、上記エンジンのクランク軸と上記電動発電機の回転子の回転軸との間の動力伝達を行なう動力伝達手段とを備えた車両用電動発電装置であって、
上記動力伝達手段は、上記クランク軸に装着されたクランクプーリと、上記電動発電機の回転子の回転軸に装着された電動発電機用プーリと、上記クランクプーリおよび電動発電機用プーリに掛け渡されたベルトと、上記電動発電機の回転子の回転軸と上記電動発電機用プーリとの間に介装された一方向クラッチと、この一方向クラッチの非結合動作を一時的に固定係止する回転固定手段とを備え、
上記エンジンの始動時には、上記回転固定手段により上記一方向クラッチの非結合動作を固定係止することにより、上記動力伝達手段を介して上記電動発電機の回転駆動力を上記エンジンのクランク軸に伝達して上記エンジンを始動し、上記エンジンの始動後は、上記電動発電機が発電機に切り換えられると共に、上記回転固定手段による上記一方向クラッチの非結合動作の固定係止が解除され、上記クランク軸の回転数増加時には上記一方向クラッチが結合動作に切り換わって上記クランク軸からの回転駆動動力を上記電動発電機の回転子に伝達し、クランク軸の回転数減少時には上記一方向クラッチが非結合状態に切り換わり、上記回転子の回転慣性トルクが上記ベルトを介して上記クランク軸へ伝達されるのを遮断するようにしたことを特徴とする車両用電動発電装置。
請求項１に記載の車両用電動発電装置において、
上記エンジンの始動時、上記エンジンが所定回転数以上になった時に、上記一方向クラッチは上記回転固定手段による固定係止が解除されることを特徴とする車両用電動発電装置。
請求項２に記載の車両用電動発電装置において、
上記所定回転数は、上記エンジンのアイドリング回転数より低い回転数であることを特徴とする車両用電動発電装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用電動発電装置において、
上記回転固定手段が遠心分離式一方向クラッチであることを特徴とする車両用電動発電装置。
請求項４に記載の車両用電動発電装置において、
上記一方向クラッチと上記遠心分離式一方向クラッチは、上記回転子の回転軸上で軸方向に隣接して配置されることを特徴とする車両用電動発電装置。
請求項４または請求項５に記載の車両用電動発電装置において、
上記一方向クラッチと上記遠心分離式一方向クラッチの内輪同士または外輪同士あるいは内輪同士および外輪同士が一体化されていることを特徴とする車両用電動発電装置。
請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用電動発電装置において、
上記一方向クラッチと上記遠心分離式一方向クラッチが共通の内輪、外輪および保持器を有し、上記保持器に一方向クラッチ用スプラグと、このスプラグを回転方向に押圧する弾性部材および遠心分離式一方向クラッチ用偏心スプラグと、この偏心スプラグを回転方向に押圧する弾性部材をそれぞれ収容したことを特徴とする車両用電動発電装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用電動発電装置において、
上記回転固定手段が電磁クラッチであることを特徴とする車両用電動発電装置。