JP2009268266A - Starter motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン本体に固定されたステータと、前記ステータの中心を貫通するクランクシャフトに固定されて前記ステータの径方向外側を囲む環状のロータとを備え、前記ステータの外周部に配置された複数のコイルと前記ロータの内周部に配置された複数の永久磁石とを径方向のエアギャップを介して対向させたスタータモータに関する。 The present invention includes a stator fixed to an engine body, and an annular rotor fixed to a crankshaft penetrating the center of the stator and surrounding a radially outer side of the stator, and is disposed on an outer peripheral portion of the stator The present invention relates to a starter motor in which a plurality of coils and a plurality of permanent magnets arranged on an inner peripheral portion of the rotor are opposed to each other through a radial air gap.
エンジンのクランクシャフトに設けられて無端ベルトを介して補機類を駆動するクランクプーリの内部にモータ・ジェネレータを収納し、エンジンの始動時にモータ・ジェネレータをスタータモータとして駆動することでクランクシャフトをクランキングしてエンジンを始動し、エンジンの始動後にモータ・ジェネレータをジェネレータとして駆動することで発電を行うものが、下記特許文献1により公知である。
ところで、スタータモータによるクランキングの開始時には、圧縮工程におけるピストンの負荷を上回る大きなトルクが必要になるため、スタータモータは大トルクを発生可能なトルク型の特性を持つことが望ましく、クランキングを開始してから完爆までの期間は、クランキング速度を高めてエンジンを短時間で始動するために、スタータモータは高回転数の回転型の特性を持つことが望ましい。 By the way, at the start of cranking by the starter motor, a large torque exceeding the piston load in the compression process is required. Therefore, it is desirable that the starter motor has a torque type characteristic capable of generating a large torque, and cranking is started. In order to increase the cranking speed and start the engine in a short time during the period from the start to the complete explosion, it is desirable that the starter motor has a high rotational speed characteristic.
しかしながら、単一のモータ・ジェネレータに上記二つの特性を併せ持たすことは困難であるため、大トルクを発生可能であり、かつ高回転が可能なモータ・ジェネレータが必要になり、モータ・ジェネレータの大型化を招く問題があった。 However, since it is difficult to combine the above two characteristics with a single motor / generator, a motor / generator capable of generating a large torque and capable of high rotation is required. There was a problem that led to
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、クランクプーリの内部に設けられたスタータモータを小型化しながらエンジンの始動性を高めることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve engine startability while reducing the size of a starter motor provided inside a crank pulley.
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、エンジン本体に固定されたステータと、前記ステータの中心を貫通するクランクシャフトに固定されて前記ステータの径方向外側を囲む環状のロータとを備え、前記ステータの外周部に配置された複数のコイルと前記ロータの内周部に配置された複数の永久磁石とを径方向のエアギャップを介して対向させたスタータモータにおいて、前記永久磁石は前記ロータに径方向に移動可能に設けられることを特徴とするスタータモータが提案される。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a stator fixed to the engine body, and a crankshaft penetrating the center of the stator are fixed to surround a radially outer side of the stator. A starter motor comprising an annular rotor, wherein a plurality of coils disposed on an outer peripheral portion of the stator and a plurality of permanent magnets disposed on an inner peripheral portion of the rotor are opposed to each other via a radial air gap. A starter motor is proposed in which the permanent magnet is provided on the rotor so as to be movable in a radial direction.
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記永久磁石は前記ロータに設けられたガイド手段に径方向摺動可能に支持され、圧縮変形可能な弾発部材により最小エアギャップ位置へと径方向内向きに付勢されることを特徴とするスタータモータが提案される。 According to the second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the permanent magnet is supported by the guide means provided on the rotor so as to be slidable in the radial direction, and is capable of compression deformation. A starter motor is proposed which is biased radially inward by a member to a minimum air gap position.
また請求項3に記載された発明によれば、請求項1または請求項2の構成に加えて、前記ロータの本体部は磁性体で構成されることを特徴とするスタータモータが提案される。
According to the invention described in
また請求項4に記載された発明によれば、請求項1〜請求項3の何れか1項の構成に加えて、前記ロータが前記クランクシャフトの駆動力で回転するとき、前記ステータとの協働でジェネレータとして機能することを特徴とするスタータモータが提案される。 According to the invention described in claim 4, in addition to the structure of any one of claims 1 to 3, when the rotor rotates with the driving force of the crankshaft, it cooperates with the stator. A starter motor characterized by functioning as a generator is proposed.
尚、実施の形態のチェーンカバー26は本発明のエンジン本体に対応し、実施の形態のプーリ本体35は本発明のロータの本体部に対応し、実施の形態のガイド溝35aおよびガイド部材36は本発明のガイド手段に対応し、実施の形態の板ばね39は本発明の弾発部材に対応する。
The
請求項1の構成によれば、エンジン本体に固定されたステータの外周部に配置された複数のコイルと、クランクシャフトに固定されてステータの径方向外側を囲む環状のロータの内周部に配置された複数の永久磁石とを、径方向のエアギャップを介して対向させたスタータモータにおいて、永久磁石をロータに径方向に移動可能に設けたので、永久磁石をステータのコイルに近づけてトルク型のモータの特性を与えたり、永久磁石をステータのコイルから遠ざけて回転型のモータの特性を与えたりすることで、エンジンの始動性能を高めることができる。しかも永久磁石はロータの径方向に移動するため、それによってモータの軸線方向の寸法が増加するのを防止することができる。 According to the configuration of the first aspect, the plurality of coils disposed on the outer peripheral portion of the stator fixed to the engine body and the inner peripheral portion of the annular rotor fixed to the crankshaft and surrounding the outer side in the radial direction of the stator. In a starter motor in which a plurality of permanent magnets are opposed to each other via a radial air gap, the permanent magnet is provided on the rotor so as to be movable in the radial direction. The engine starting performance can be improved by giving the characteristics of the motor or by providing the characteristics of the rotary motor by moving the permanent magnet away from the stator coil. Moreover, since the permanent magnet moves in the radial direction of the rotor, it is possible to prevent an increase in the axial dimension of the motor.
また請求項2の構成によれば、永久磁石をロータに設けたガイド手段に径方向摺動可能に支持し、圧縮変形可能な弾発部材により最小エアギャップ位置へと径方向内向きに付勢したので、ロータの回転数が高まるに伴って永久磁石は遠心力で弾発部材を圧縮しながら径方向外側に自動的に移動する。その結果、スタータモータの駆動開始直後はエアギャップを小さくしてトルク型のモータの特性を発揮させ、充分なトルクでクランクシャフトのクランキングを開始することができる。またスタータモータの駆動中からエンジンの完爆までの領域ではエアギャップを大きくして回転型のモータの特性を発揮させ、エンジンを短時間で始動して消費電力を節減することができる。 According to the second aspect of the present invention, the permanent magnet is supported by the guide means provided on the rotor so as to be slidable in the radial direction, and is urged radially inward to the minimum air gap position by the elastically deformable resilient member. Therefore, as the rotational speed of the rotor increases, the permanent magnet automatically moves outward in the radial direction while compressing the elastic member by centrifugal force. As a result, immediately after the start of the starter motor, the air gap can be reduced to exhibit the characteristics of the torque type motor, and crankshaft cranking can be started with sufficient torque. Further, in the region from the starter motor driving to the complete explosion of the engine, the air gap can be increased to exhibit the characteristics of the rotary motor, and the engine can be started in a short time to save power consumption.
また請求項3の構成によれば、ロータの本体部を磁性体で構成したので、永久磁石が径方向外側に移動するとロータの本体部を通過する磁束が効率的に増加してステータを通過する磁束が効率的に減少し、トルク型のモータおよび回転型のモータの両方の特性を顕著に発揮させることができる。 According to the third aspect of the present invention, since the main body of the rotor is made of a magnetic material, the magnetic flux passing through the main body of the rotor efficiently increases and passes through the stator when the permanent magnet moves radially outward. The magnetic flux is efficiently reduced, and the characteristics of both the torque type motor and the rotary type motor can be exhibited remarkably.
また請求項4の構成によれば、ロータがクランクシャフトの駆動力で回転するとき、ステータとの協働でジェネレータとして機能するので、エンジンの運転中はスタータモータをジェネレータとして機能させて発電を行い、特別のジェネレータを廃止して部品点数およびコストを削減することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, when the rotor rotates with the driving force of the crankshaft, it functions as a generator in cooperation with the stator. Therefore, during operation of the engine, the starter motor functions as a generator to generate electric power. By eliminating the special generator, the number of parts and the cost can be reduced.
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1〜図7は本発明の実施の形態を示すもので、図1はエンジンの正面図、図2は図1の2−2線拡大断面図、図3は図2の3−3線断面図(停止時あるいは低速回転時)、図4は図3に対応する作用説明図(中速回転時)、図5は図3に対応する作用説明図(高速回転時)、図6はエンジン始動時にスタータモータに流れる電流を示すグラフ、図7はエンジン回転数に対するスタータモータの発電量を示すグラフである。 1 to 7 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a front view of the engine, FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along line 2-2 in FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG. FIG. 4 is an operation explanatory diagram corresponding to FIG. 3 (during medium speed rotation), FIG. 5 is an operation explanatory diagram corresponding to FIG. 3 (during high speed rotation), and FIG. FIG. 7 is a graph showing the amount of power generated by the starter motor with respect to the engine speed.
図1に示すように、車両に搭載される多気筒エンジンEのシリンダブロック11の側面に補機部品取付ブラケット12が固定されており、この補機部品取付ブラケット12にパワーステアリング用オイルポンプ13、オートテンショナ14、エンジン冷却用ウオータポンプ15および空調用コンプレッサ16が固定される。エンジンEのクランクシャフト17の軸端に設けたクランクプーリ18と、オイルポンプ13に設けたオイルポンプ駆動プーリ19と、オートテンショナ14に設けたテンショナプーリ20と、ウオータポンプ15に設けたウオータポンプ駆動プーリ21と、コンプレッサ16に設けたコンプレッサ駆動プーリ22とに、単一の無端ベルト23が巻き掛けられており、クランクシャフト17の駆動力が無端ベルト23によりオイルポンプ13、ウオータポンプ15およびコンプレッサ16に伝達されるとともに、オートテンショナ14により無端ベルト23に張力が付与されれる。
As shown in FIG. 1, an accessory
図2および図3から明らかように、シリンダブロック11の側面から突出するクランクシャフト17に、動弁機構を駆動するタイミングチェーン24が巻き掛けられる駆動スプロケット25が一体に形成されており、タイミングチェーン24および駆動スプロケット25はシリンダブロック11に固定されるチェーンカバー26によって覆われる。チェーンカバー26から突出するクランクシャフト17の軸端に、前記クランクプーリ18が嵌合し、キー27およびナット28で固定される。
As apparent from FIGS. 2 and 3, a drive sprocket 25 around which a
クランクプーリ18の内部に配置されるスタータモータ29はジェネレータとしても使用可能なモータ・ジェネレータであって、チェーンカバー26の外面に複数本のボルト30…で固定された環状のステータ31と、このステータ31の外周を囲繞するようにクランクプーリ18の内面に固定された環状のロータ32とで構成される。
The
ステータ31は、多数の珪素鋼板を積層した環状のステータコア33と、このステータコア33の外周面に突設した複数のティース33a…に巻回した複数のコイル34…とで構成されており、ステータコア33を貫通する前記ボルト30…でチェーンカバー26に固定される。
The
ロータ32は、磁性体で構成されたプーリ本体35をバックアイアンとするもので、その内周面に径方向外側に凹む複数個(実施の形態では6個)のガイド溝35a…が形成されるとともに、前記ガイド溝35a…の開口端からガイド部材36…が径方向内側に突出する。ガイド溝35a…およびガイド部材36…は協働して本発明のガイド手段を構成するもので、その内部に永久磁石37…が径方向摺動自在に嵌合する。各永久磁石37の外周面にはサブバックアイアン38が固定されており、ガイド溝35aの底部とサブバックアイアン38との間に湾曲した板ばね39が配置される。
The
クランクプーリ18が回転していないとき、サブバックアイアン38と一体の永久磁石37は、板ばね39の弾発力で径方向内向きに付勢され、ガイド部材36,36に係止される位置に停止する(図3参照)。このとき、永久磁石37とコイル34との間のエアギャップgが最小となる。クランクプーリ18が回転すると永久磁石37は遠心力で板ばね39を圧縮しながら径方向外側に移動し、クランクプーリ18の回転数が所定値以上になって板ばね39がそれ以上圧縮不能になったとき、永久磁石37とコイル34との間のエアギャップgが最大となる(図5参照)。
When the
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described.
エンジンEを始動するには、スタータモータ29に通電してモータとして機能させる。即ち、スタータモータ29を駆動すべく、チェーンカバー26に固定したステータ31のコイル34…に通電すると、図3に示すように、ステータ31およびロータ32を通る磁束が発生することで、ロータ32にトルクが作用してクランクプーリ18が回転し、クランクプーリ18が固定されたクランクシャフト17がクランキングされてエンジンEが始動する。
In order to start the engine E, the
ロータ32が回転を停止しているとき、永久磁石37…(およびサブバックアイアン38…)には遠心力が作用しないため、板ばね39…の弾発力で永久磁石37…はガイド部材36…に係止される径方向内端位置にあり、ステータ31およびロータ32のエアギャップgは最小の状態にある。従って、ステータ31およびロータ32を通る磁束が増加してスタータモータ29はトルク型のモータとして機能し、同じ電流に対して大きなトルクを発生する。エンジンEのクランキングを開始するとき、クランクシャフト17やピストンに作用する静摩擦力に打ち勝ち、かつ圧縮行程でピストンを上死点まで押し上げるには大きなトルクが必要であるが、スタータモータ29をトルク型のモータとして機能させることで、そのスタータモータ29を大型化することなく必要なトルクを発生させてエンジンEのクランキングを開始することができる(図3参照)。
Since the centrifugal force does not act on the permanent magnets 37 (and sub-back irons 38) when the
このようにしてエンジンEのクランキングが開始されると、エンジンEが完爆状態になるまで、ロータ32の回転に伴って作用する遠心力で永久磁石37…は板ばね39…に抗して径方向外側に中間位置まで移動するため(図4参照)、その分だけエアギャップgが増加してステータ31およびロータ32を通る磁束が減少することで、スタータモータ29の特性はトルク型から回転型に移行し、回転数の増加によりクランキング速度を高めてエンジンEを速やかに始動することができる。
When the cranking of the engine E is started in this way, the
図6は、エンジンEの始動時にスタータモータ29を流れる電流を示すグラフであって、破線で示す従来例に比べて実線で示す実施の形態は、短時間で始動が完了して消費電力が節減されることが分かる。
FIG. 6 is a graph showing the current flowing through the
またエンジンEの始動後は、ロータ32の回転数が充分に高まって遠心力が増加することで、永久磁石37…は板ばね39…に抗して径方向外端位置まで移動するため(図5参照)、エアギャップgは最大の状態になる。従来は、スタータモータ29を駆動していなくても、ステータ31に対してロータ32を相対回転させるにはディテントトルク(コギングトルク)に打ち勝つトルクが必要となり、その分だけエンジンEの駆動力が無駄に消費される問題があった。しかしながら本実施の形態によれば、エンジンEが始動した後の高速回転時には、遠心力でエアギャップgが自動的に増加することでディテントトルクを低減し、エンジンEの駆動力の無駄な消費を回避することができる。
Further, after the engine E is started, the rotational speed of the
またエンジンの運転中には、スタータモータ29をジェネレータとして機能させて発電を行うことができるので、特別のジェネレータを設ける必要がなくなって部品点数およびコストの削減に寄与することができる。
Further, during operation of the engine, the
スタータモータ29をジェネレータとして機能させることで発電を行う場合、発電量が不足する傾向のエンジンEの低速回転時には、永久磁石37…が径方向内側に移動してエアギャップgが小さくなることで発電量が自動的に増加し、発電量が過剰になる傾向のエンジンEの高速回転時には、永久磁石37…が径方向外側に移動してエアギャップgが大きくなることで発電量が自動的に減少し、エンジンEの回転数に関わらずに常に安定した発電量を確保することができる。
When power generation is performed by causing the
図7は、スタータモータ29をジェネレータとして機能させるときの、回転数に対する出力電流の関係を示すグラフであって、従来例は回転開始直後の低回転数領域で出力電流の立ち上がりが遅れているのに対し、本実施の形態では回転開始直後から充分な出力電流が得られることが分かる。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the output current and the rotation speed when the
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made without departing from the present invention described in the claims. Is possible.
例えば、実施の形態では永久磁石37を付勢する弾発手段を板ばね39で構成しているが、板ばね39以外の任意のばねや、ゴム等の弾性体を用いることができる。
For example, in the embodiment, the resilient means for urging the
また実施の形態ではスタータモータ29としてモータ・ジェネレータを用いているが、ジェネレータとして機能しない単なるモータであっても良い。
In the embodiment, a motor / generator is used as the
また実施の形態ではステータ31をチェーンカバー26に固定しているが、ベルトカバーやギヤカバー等のカバーに固定することができ、また前記カバーがシリンダブロック11と一体に形成されている場合には、ステータ31をシリンダブロック11に固定することができる。
In the embodiment, the
17 クランクシャフト
26 チェーンカバー(エンジン本体)
31 ステータ
32 ロータ
34 コイル
35 プーリ本体(ロータの本体部)
35a ガイド溝(ガイド手段)
36 ガイド部材(ガイド手段)
37 永久磁石
39 板ばね(弾発部材)
g エアギャップ
17
31
35a Guide groove (guide means)
36 Guide member (guide means)
37
g Air gap
Claims (4)
前記永久磁石(37)は前記ロータ(32)に径方向に移動可能に設けられることを特徴とするスタータモータ。 A stator (31) fixed to the engine body (26), and an annular rotor (32) fixed to a crankshaft (17) passing through the center of the stator (31) and surrounding the radial outer side of the stator (31) ), And a plurality of coils (34) disposed on the outer peripheral portion of the stator (31) and a plurality of permanent magnets (37) disposed on the inner peripheral portion of the rotor (32). In the starter motor opposed through the gap (g),
The said permanent magnet (37) is provided in the said rotor (32) so that a movement to radial direction is possible, The starter motor characterized by the above-mentioned.
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A521 | Written amendment |
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A02 | Decision of refusal |
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