JP2010077819A - 自動二輪車の始動兼発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で軽量な始動兼発電装置を提供する。
【解決手段】エンジン２と、ＡＣＧスタータ３と、遊星機構５と、を備え、クランク軸２０と、ＡＣＧスタータ３の出力軸３０を遊星機構５に接続するとともに、ＡＣＧスタータ３と遊星機構５をクランク軸２０と同軸上に配置する自動二輪車の始動兼発電装置１において、ＡＣＧスタータ３の出力軸３０をサンギヤ６に接続し、クランク軸を遊星キャリア７に接続し、リングギヤ８をクランクケース１０に接続し、遊星キャリア７とクランク軸２０の速度差に応じて遊星キャリア７とクランク軸２０との動力伝達を断接する外側ワンウェイクラッチ４２と、ＡＣＧスタータ３の出力軸３０とエンジン２のクランク軸２０の速度差に応じてＡＣＧスタータ３の出力軸３０とクランク軸２０との動力伝達を断接し、外側ワンウェイクラッチ４２と同方向の回転を許容する内側ワンウェイクラッチ４１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動二輪車の始動兼発電装置に関する。

従来のエンジン始動兼発電装置として、ＡＣＧスタータ（発電兼始動装置）によってエンジンを始動させるものが知られている。このようなＡＣＧスタータでエンジンを始動させる場合、トルク不足により大型のエンジンを始動させることが難しかった。

この問題に対処したものとして特許文献１には、遊星機構（減速機構）を使うことでトルク不足を補っている。
特許３５４７７３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の始動装置においては、エンジンからモータへの動力伝達時（発電時）に、遊星機構による増速に起因して生じるＡＣＧスタータの過発電を防ぐため電磁クラッチ等により遊星機構の動作を制限する必要があった。

また、自動二輪車のようにエンジン廻りのスペースが制限されやすい車両においては、遊星機構を採用しても始動兼発電装置をコンパクトにすることが望ましく、特許文献１に記載の始動兼発電装置は、クランク軸と同軸上に遊星機構、モータを配置することで始動兼発電装置の小型化を図っているものの、電磁クラッチを設けることにより、始動兼発電装置の大型化、制御の複雑化、電磁クラッチによる消費電力の増加等の問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、トルク不足を解消しつつ、大型のエンジンまでも始動可能な小型で軽量な始動兼発電装置を提供する。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
エンジンと、
ＡＣＧスタータと、
サンギヤと、遊星ギヤと、遊星キャリアと、リングギヤからなる遊星機構と、を備え、
前記エンジンの出力軸と、前記ＡＣＧスタータの出力軸を前記遊星機構に接続するとともに、
前記ＡＣＧスタータと前記遊星機構を前記エンジンの出力軸と同軸上に配置する自動二輪車の始動兼発電装置において、
前記ＡＣＧスタータの出力軸を前記サンギヤに接続し、
前記エンジンの出力軸を遊星キャリアに接続し、
前記リングギヤを前記エンジンの固定部材又はエンジンケースに接続し、
前記遊星キャリアと前記エンジンの出力軸の速度差に応じて前記遊星キャリアと前記エンジンの出力軸との動力伝達を断接する第１のワンウェイクラッチと、
前記ＡＣＧスタータの出力軸と前記エンジンの出力軸の速度差に応じて前記ＡＣＧスタータの出力軸と前記エンジンの出力軸との動力伝達を断接し、前記第１のワンウェイクラッチと同方向の回転を許容する第２のワンウェイクラッチと、を備える、
ことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の始動兼発電装置において、前記第１のワンウェイクラッチは、前記遊星キャリアから前記エンジンの出力軸への動力を伝達する方向で噛み合い、前記第２のワンウェイクラッチは、前記エンジンの出力軸から前記ＡＣＧスタータの出力軸へ動力が伝達する方向で噛み合う、ことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の始動兼発電装置において、前記エンジンの出力軸は、その軸方向内部に前記ＡＣＧスタータの出力軸を挿通させ、前記第１のワンウェイクラッチは、前記エンジンの出力軸の外周面に設けられ、前記第２のワンウェイクラッチは、前記エンジンの出力軸の内周面に設けられる、ことを特徴とする。

請求項１記載の始動兼発電装置によれば、第１のワンウェイクラッチにより、エンジン始動時には、ＡＣＧスタータの動力を遊星機構を介してエンジンの出力軸に伝達することができ、始動トルクを上げる（減速する）ことができる。したがって、小型のＡＣＧスタータでも容易にエンジンの始動を行うことができる。さらに、第２のワンウェイクラッチにより、エンジン始動後は、エンジンの動力をエンジンの出力軸からＡＣＧスタータの出力軸へ伝達することができ、ＡＣＧスタータにより発電を行なうことができる。このとき、第１のワンウェイクラッチはエンジンの完爆によるエンジンの出力軸の回転増加に伴い遊星機構との噛み合いが開放されるので、ＡＣＧスタータの出力軸はエンジンの出力軸の回転と同期する。これにより、遊星機構による増速に起因するＡＣＧスタータの過発電を防止し、バッテリーの過充電を防止することができる。以上のように、遊星機構を採用した始動兼発電装置において、電磁クラッチを用いずに始動兼発電装置を簡単な構成で小型化することができる。

請求項２記載の始動兼発電装置によれば、第１のワンウェイクラッチをエンジン始動時の動力伝達手段、第２のワンウェイクラッチをエンジン始動後のＡＣＧスタータの発電のための動力伝達手段として機能させることができる。

請求項３記載の始動兼発電装置によれば、エンジンの出力軸の外周面と内周面とに第１及び第２のワンウェイクラッチを配置するので、エンジンの出力軸、ＡＣＧスタータの出力軸、遊星機構を同軸配置する上でコンパクトにまとめることができる。また、第１のワンウェイクラッチをエンジンの出力軸の外周面に設けたので、エンジンの完爆後は、エンジンの回転数が速まることにより第１のワンウェイクラッチとの噛み合いを解除することができ、エンジン始動後の遊星機構への動力伝達を遮断することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るエンジン始動兼発電装置１について、図面を参照して説明する。本実施形態に係るエンジン始動兼発電装置１は、図１に示されるように、エンジン２と、ＡＣＧスタータ３と、これらエンジン２とＡＣＧスタータ３を接続する遊星機構５とを具備している。

遊星機構５は、サンギヤ６と、リングギヤ８と、サンギヤ６とリングギヤ８との間で両者に噛み合う３個の遊星ギヤ９と、これら３個の遊星ギヤ９を連結する遊星キャリア７と、を備え、リングギヤ８がクランクケース１０（エンジンケース）に固定されている。従って、サンギヤ６の回転に伴い、遊星ギヤ９は自転しながらサンギヤ６の廻りを公転し、これによりサンギヤ６の回転を減速するとともに伝達トルクを増大させることができる。

エンジン２のクランク軸２０は、ＡＣＧスタータ３側の端部が中空の中空軸部２１を有し、中空軸部２１の内周面にはＡＣＧスタータ３の出力軸３０が、内側ワンウェイクラッチ４１（第２のワンウェイクラッチ）を介して配置されており、中空軸部２１の外周面には遊星キャリア７が外側ワンウェイクラッチ４２（第１のワンウェイクラッチ）を介して配置されている。従って、エンジン２のクランク軸２０は、内周面に設けられたＡＣＧスタータの出力軸３０及び外周面に設けられた遊星キャリア７と動力伝達可能に接続されている。

ＡＣＧスタータ３の出力軸３０は、そのエンジン側端部３１が前述したように内側ワンウェイクラッチ４１を介して、エンジン２のクランク軸２０の中空軸部２１内に配置され、エンジン側端部３１よりもＡＣＧスタータ３側においては遊星機構５のサンギヤ６が接続されている。

内側ワンウェイクラッチ４１は、ＡＣＧスタータ３の出力軸３０とエンジン２のクランク軸２０との速度差（回転数）に応じて動力伝達を断接するように構成されている。より具体的には、エンジン２のクランク軸２０の回転速度がＡＣＧスタータ３の出力軸３０の回転速度よりも速いときには、内側ワンウェイクラッチ４１が接続されエンジン２の動力をＡＣＧスタータ３に伝達可能に構成され、一方、ＡＣＧスタータ３の出力軸３０の回転速度がエンジン２のクランク軸２０の回転速度よりも速いときには、内側ワンウェイクラッチ４１が遮断されＡＣＧスタータ３の動力はエンジン２には伝達されない。

外側ワンウェイクラッチ４２は、遊星キャリア７とエンジン２のクランク軸２０との速度差（回転数）に応じて動力伝達を断接するように構成されている。より具体的には、遊星キャリア７の回転速度がエンジン２のクランク軸２０の回転速度よりも速いときには、外側ワンウェイクラッチ４２が接続され遊星キャリア７の動力をエンジン２に伝達可能に構成され、一方、エンジン２のクランク軸２０の回転速度が遊星キャリア７の回転速度よりも速いときには、外側ワンウェイクラッチ４２が遮断されエンジン２の動力は遊星キャリア７には伝達されない。
なお、内側ワンウェイクラッチ４１と外側ワンウェイクラッチ４２は、互いに同方向の回転を許容するものである。

内側ワンウェイクラッチ４１と外側ワンウェイクラッチ４２による動力伝達機構をより具体的に、図２を参照して説明すると、図中矢印で示す正転方向に回転する際に、遊星キャリア７からクランク軸２０（図中Ａ）、及び、クランク軸２０からＡＣＧスタータ３の出力軸３０（図中Ｂ）というように、ＡＣＧスタータ３の出力軸３０とクランク軸２０の回転中心に対して外側から内側へ動力を伝達しようとするとき、つまり、外側の方が内側よりも速く回転方向に回転しているとき、内側ワンウェイクラッチ４１と外側ワンウェイクラッチ４２は動力を伝達し、その逆の内側から外側へ動力を伝達しようとするとき、つまり、内側の方が外側よりも速く回転方向に回転しているとき、内側ワンウェイクラッチ４１と外側ワンウェイクラッチ４２は動力を遮断する。

このように構成された本実施形態に係る自動二輪車の始動兼発電装置１の作用について、以下に説明する。

〈エンジン始動時〉
ＡＣＧスタータ３によりエンジン２を始動するときは、駆動側のＡＣＧスタータ３を正転方向に回転させると、図３に示すように、ＡＣＧスタータ３の出力軸３０に接続されたサンギヤ６の回転により遊星ギヤ９は自転しながらサンギヤ６の周りを正転方向に公転し、これにより遊星キャリア７は正転方向に回転する。このとき、エンジン２は静止しているため、遊星キャリア７の回転速度がエンジン２のクランク軸２０の回転速度よりも速く、外側ワンウェイクラッチ４２が接続される。外側ワンウェイクラッチ４２が接続されることにより、図４に示すように、遊星キャリア７とエンジン２のクランク軸２０が一体に同期して回転し、遊星キャリア７の動力が従動側のエンジン２のクランク軸２０に伝達される。

また、ＡＣＧスタータ３の出力軸３０のエンジン側端部３１は、内側ワンウェイクラッチ４１を介してエンジン２のクランク軸２０に接続されているが、ＡＣＧスタータ３の出力軸３０の回転速度がエンジン２のクランク軸２０の回転速度よりも速いため、図４に示すように、内側ワンウェイクラッチ４１は遮断されＡＣＧスタータ３の出力軸３０は空転し、ＡＣＧスタータ３の出力軸３０の動力がエンジン２のクランク軸２０に伝達されることはない。
これにより、内側ワンウェイクラッチ４１が遮断され、かつ、外側ワンウェイクラッチ４２が接続されることにより、ＡＣＧスタータ３のトルクが遊星機構５により増大され、ＡＣＧスタータ３を駆動してエンジン２を従動させることにより、エンジン２をクランキングすることができる。

〈エンジン始動後〉
エンジン２の点火後、次第にエンジン２のクランク軸２０の回転速度が増加し、エンジン２の完爆によりエンジン２のクランク軸２０の回転速度は、遊星キャリア７の回転速度よりも速くなる。このとき、図６に示すように、外側ワンウェイクラッチ４２により遊星キャリア７とエンジン２のクランク軸２０との接続は遮断される。一方、内側ワンウェイクラッチ４１は、エンジン２のクランク軸２０の回転速度がＡＣＧスタータ３の出力軸３０の回転速度よりも速いため、内側ワンウェイクラッチ４１が接続されエンジン２のクランク軸２０とＡＣＧスタータ３の出力軸３０が一体に同期して回転し、エンジン２のクランク軸２０の動力がＡＣＧスタータ３の出力軸３０に伝達される。

なお、このときエンジン２のクランク軸２０の回転に伴うサンギヤ６の正転方向の回転により、図５に示すように、遊星ギヤ９も自転しながらサンギヤ６の周りを公転し、これにより遊星キャリア７は正転方向に回転する。しかしながら、サンギヤ６から遊星キャリア７へは減速しているためこの回転速度はエンジン２のクランク軸２０の回転速度よりも速くなることはなく、従って外側ワンウェイクラッチ４２が接続されることはない。
これにより、駆動側のエンジン２による走行中に、ＡＣＧスタータ３を従動させて発電機として作動させることにより、バッテリーの充電を行うことができる。

以上、本発明の自動二輪車の始動兼発電装置１によれば、外側ワンウェイクラッチ４２により、エンジン始動時には、ＡＣＧスタータ３の動力を遊星機構５を介してエンジン２のクランク軸２０に伝達することができ、減速することで始動トルクを上げることができる。したがって、小型のＡＣＧスタータ３でも容易にエンジン２の始動を行うことができる。さらに、内側ワンウェイクラッチ４１により、エンジン始動後は、エンジン２の動力をエンジン２のクランク軸からＡＣＧスタータ３の出力軸へ伝達することができ、ＡＣＧスタータ３により発電を行なうことができる。このとき、外側ワンウェイクラッチ４２はエンジン２の完爆によるクランク軸２０の回転増加に伴い遊星機構との噛み合いが開放されるので、ＡＣＧスタータ３の出力軸はエンジン２のクランク軸２０の回転と同期する。これにより、遊星機構５による増速に起因するＡＣＧスタータ３の過発電を防止し、バッテリーの過充電を防止することができる。

さらに、電磁クラッチを備えていないため、始動兼発電装置を簡単な構成で小型化することができる。

また、本発明の自動二輪車の始動兼発電装置１によれば、外側ワンウェイクラッチ４２をエンジン始動時の動力伝達手段、内側ワンウェイクラッチ４１をエンジン始動後のＡＣＧスタータ３の発電のための動力伝達手段として機能させることができる。

また、本発明の自動二輪車の始動兼発電装置１によれば、エンジン２のクランク軸２０の外周面に外側ワンウェイクラッチ４２を設け、エンジン２のクランク軸２０の内周面に内側ワンウェイクラッチ４１を設けるので、エンジン２のクランク軸２０、ＡＣＧスタータ３の出力軸３０、遊星機構５を同軸配置する上でコンパクトにまとめることができる。

また、外側ワンウェイクラッチ４２をエンジン２のクランク軸２０の外周面に設けたので、エンジン２の完爆後は、エンジン２の回転数が速まることにより外側ワンウェイクラッチ４２との噛み合いを解除することができ、エンジン始動後の遊星機構５への増速側への動力伝達を遮断することができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、本実施形態においては、リングギヤ８はクランクケース１０に固定されているが、クランクケース１０に直接固定されている場合に限らず、クランクケース１０に取り付けられた部材等、エンジン２の固定部材であればよい。
また、本実施形態においては、遊星ギヤ９の数を３個としたが、これに限定されず４個であっても５個であってもよい。

本発明の一実施形態に係る自動二輪車の始動兼発電装置の構成を示す模式図である。 内側ワンウェイクラッチと外側ワンウェイクラッチによる動力伝達を説明するための模式図である。 ＡＣＧスタータ側からエンジン側に向かって遊星歯車を見たエンジン始動時における遊星機構の説明図である。 エンジン始動時における始動兼発電装置の説明図である。 ＡＣＧスタータ側からエンジン側に向かって遊星歯車を見たエンジン完爆時における遊星機構の説明図である。 エンジン完爆時における始動兼発電装置の説明図である。

符号の説明

１ 始動兼発電装置
２ エンジン
３ ＡＣＧスタータ
５ 遊星機構
６ サンギヤ
７ 遊星キャリア
８ リングギヤ
９ 遊星ギヤ
１０ クランクケース（エンジンケース）
２０ クランク軸（エンジンの出力軸）
３０ ＡＣＧスタータの出力軸
４１ 内側ワンウェイクラッチ（第２のワンウェイクラッチ）
４２ 外側ワンウェイクラッチ（第１のワンウェイクラッチ）

Claims (3)

1. エンジンと、
   ＡＣＧスタータと、
   サンギヤと、遊星ギヤと、遊星キャリアと、リングギヤからなる遊星機構と、を備え、
   前記エンジンの出力軸と、前記ＡＣＧスタータの出力軸を前記遊星機構に接続するとともに、
   前記ＡＣＧスタータと前記遊星機構を前記エンジンの出力軸と同軸上に配置する自動二輪車の始動兼発電装置において、
   前記ＡＣＧスタータの出力軸を前記サンギヤに接続し、
   前記エンジンの出力軸を遊星キャリアに接続し、
   前記リングギヤを前記エンジンの固定部材又はエンジンケースに接続し、
   前記遊星キャリアと前記エンジンの出力軸の速度差に応じて前記遊星キャリアと前記エンジンの出力軸との動力伝達を断接する第１のワンウェイクラッチと、
   前記ＡＣＧスタータの出力軸と前記エンジンの出力軸の速度差に応じて前記ＡＣＧスタータの出力軸と前記エンジンの出力軸との動力伝達を断接し、前記第１のワンウェイクラッチと同方向の回転を許容する第２のワンウェイクラッチと、を備える、
   ことを特徴とする自動二輪車の始動兼発電装置。
2. 前記第１のワンウェイクラッチは、前記遊星キャリアから前記エンジンの出力軸への動力を伝達する方向で噛み合い、
   前記第２のワンウェイクラッチは、前記エンジンの出力軸から前記ＡＣＧスタータの出力軸へ動力が伝達する方向で噛み合う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の自動二輪車の始動兼発電装置。
3. 前記エンジンの出力軸は、その軸方向内部に前記ＡＣＧスタータの出力軸を挿通させ、
   前記第１のワンウェイクラッチは、前記エンジンの出力軸の外周面に設けられ、
   前記第２のワンウェイクラッチは、前記エンジンの出力軸の内周面に設けられる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の自動二輪車の始動兼発電装置。

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