JP3304969B2 - 車両用制振発電電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用エンジンに直結
されて駆動されるとともに、エンジンの振動の低減を図
る車両用制振発電電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用発電機を利用してエンジンの振動
の低減を図る車両用制振発電電動機としては、例えば特
開昭６４−６９７３５号公報の発明がある。

【０００３】この発明では、エンジンのクランク軸に回
転磁極が直結される発電電動機を、同じくクランク軸に
よって駆動される変速機側に配して、発電電動機がエン
ジンと変速機との間に挿入されるような配置で設けられ
ている。

【０００４】また、発電電動機によってトルクをエンジ
ンに与える際に、発電電動機のステータコイルにはバッ
テリからの電力が直接供給される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように、
発電電動機がエンジンと変速機との間に設けられること
になると、エンジンと変速機との間に発電電動機を収容
する空間が必要になるとともに、コイルの放熱のためあ
るいは各種の変速機からの熱の影響を防ぐために、各コ
イルには冷却水を通すパイプやその他放熱あるいは冷却
のための構造が必要になるため、発電電動機の構造が複
雑になり重量が増大するなどの問題がある。

【０００６】また、バッテリの電力を直接供給して、振
動を抑制するために十分なトルクを与えようとすると、
ステータコイルに対して大電流を供給する必要があり、
そのための通電素子として大電流用のものが必要にな
り、そのためにコストアップとなり、また発熱量が増大
する等の問題がある。

【０００７】本発明は、エンジンに直結されて駆動され
るとともに、エンジンの振動の低減を図るための制御手
段を備えた車両用制振発電電動機において、その設置の
ために大きな空間を必要としないようにするために、構
造を簡素にして軽量化かつ小型化を図ることを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンの出
力軸に嵌められたプーリと、この出力軸の回転に伴い前
記プーリとともに回転する回転子と、この回転子に対向
して配され前記回転子に対してトルクを与えるためのコ
イル部材を備えた固定子とを有し、前記エンジンからの
出力トルクの変動を抑制するための制御手段を備えた車
両用制振発電電動機において、前記プーリは、回転伝達
用のベルトを掛ける略短円筒状のリムと、該リムと中心
のボスとを連結する連結板を備えていることと、前記エ
ンジンのハウジング側には、前記リムと前記ボスと前記
連結板とにより凹部空間が形成されていることと、前記
回転子および前記固定子は、前記凹部空間内で前記プー
リ側およびハウジング側にそれぞれ固定されたこととを
技術的手段とする。

【０００９】また、制御手段として、バッテリの電圧を
変換して高電圧の電荷を蓄積するためのコンデンサと、
該コンデンサの電荷を前記コイル部材に通電するための
通電部材を備えるとともに、前記コイル部材の出力を整
流するためのサイリスタを備えるとよい。

【００１０】

【作用】一般にプーリではリムにはベルトを掛けるため
にある程度の幅が必要であり、プーリにはリムによって
その外周部分に略短円筒部が形成されるため、リムの内
側に回転子および固定子を設けるための凹部空間を容易
に確保することができる。

【００１１】本発明では、プーリによって形成された凹
部空間がエンジンのハウジング側にあり、この凹部空間
内で、回転子はプーリに固定され、固定子はエンジンの
ハウジングに固定され、回転子と固定子とが互いに対向
して配され、回転子は、エンジンの出力軸が回転すると
プーリとともに回転する。

【００１２】従って、発電電動機としては、回転子およ
び固定子を収容するための専用のハウジングは設けられ
ないことになり、凹部空間には、発電電動機を設置する
ための大きな空間の必要がない。

【００１３】また、一般にプーリは、エンジンの出力軸
の端部に固定されるため、発電電動機のコイルを冷却す
るための空気流路を、プーリあるはエンジンのハウジン
グによって容易に形成することができる。

【００１４】一方、制御手段に例えば高電圧を蓄積する
コンデンサを備え、このコンデンサに蓄積された高電圧
を利用してコイル部材に通電を行なうことによって、回
転子に対して大きな駆動トルクを容易に与えることがで
きるとともに、コイル部材へ供給する電流を小さくする
ことができる。

【００１５】また、例えばサイリスタを整流部材として
用いているため、コイル部材の出力の制御が容易であ
る。従って、エンジンの連爆によってコイル部材に出力
が発生したとき、コンデンサからコイル部材へ高電圧電
流が供給される場合には出力を停止し、高電圧電流が供
給されない場合のみに出力がバッテリや車両負荷へ供給
されるようにすることができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明では、プーリによって形成さた凹
部区間を利用し、エンジンのハウジングおよびプーリに
よって発電電動機のハウジングが形成され、コイルの冷
却のために複雑な構造が必要ない。

【００１７】従って、ハウジングが不要であり構造が簡
素化されるため、重量が低減され、発電電動機の小型化
および軽量化を図ることができる。

【００１８】また、制御手段においては、例えば高電圧
を蓄積するコンデンサを備えているため、小電流によっ
てトルクを必要なトルクを容易に与えることができると
ともに、発熱量を抑制できる。さらに、例えば整流部材
としてサイリスタを備えているため、コイル部材の出力
を容易に制御することができる。

【００１９】

【実施例】次に本発明を実施例に基づいて説明する。

【００２０】第１図は、本発明の第１実施例の車両用制
振発電電動機１００の断面を示すもので、１は車両に搭
載されたエンジンのハウジングであり、２は、ハウジン
グ１から突出して設けられたエンジンのクランク軸であ
る。

【００２１】クランク軸２の端部には、図示しないオイ
ルポンプ、ウォーターポンプ、冷媒圧縮機等へ回転力を
伝達するためのベルトが掛けられるプーリ１０が嵌めら
れている。

【００２２】プーリ１０はアルミ合金製で、キー溝１１
が形成されたボス１２と、ベルトが掛けられる複数の溝
が形成された溝部１３を備えた略短円筒形状のリム１４
とを連結する連結板１５は、ボス１２とリム１４との間
でハウジング１から遠ざかるような湾曲断面を呈し、ハ
ウジング１側に環状の凹部空間Ｓを形成している。

【００２３】溝部１３は、その表面が硬化処理されてア
ルマイト硬化層１３ａが形成されている。

【００２４】リム１４の内周面には、環状を呈した鉄製
のロータヨーク１６が嵌入されてリム１４の内周端面で
かしめ部１４ａによってプーリ１０に固定されている。

【００２５】ロータヨーク１６の内周面には、内側方向
の極性が周方向に向かって交互に逆極性になるように配
置された稀土類磁石１７が接着されている。

【００２６】さらに、稀土類磁石１７は、その表面が非
磁性体のステンレス製のラップシート１８により覆わ
れ、ラップシート１８は、その厚みが約０．３ｍｍであ
り、ロータヨーク１６との当接部でロータヨーク１６に
シーム溶接されている。

【００２７】プーリ１０のリム１４には、複数葉のファ
ン羽根部１４ｂがハウジング１側に向かってプーリ１０
と一体に形成されており、またプーリ１０の連結板１５
には、凹部空間Ｓと外部とを連通させるための吸気口１
５ａが複数個形成されている。

【００２８】一方、ハウジング１には、リム１４の内側
の凹部空間Ｓ内に突出するようにして略環状の隆起壁２
０が形成され、隆起壁２０の外周側にはステータヨーク
２１が嵌め込まれ、ステータヨーク２１はボルト２２に
よって隆起壁２０に固定されている。

【００２９】ステータヨーク２１は、無機質絶縁塗膜を
有する極低鉄損の方向性硅素鋼板（シート）を、第２図
に示すとおり、ヘリカル成形によって環状に積層したも
ので、シートの打抜きおよびヘリカル成形の際の巻取り
における加工歪みを除去するために、ヘリカル成形した
後に磁気焼鈍処理が施されたものである。

【００３０】ステータヨーク２１の外周側には、空芯コ
イル（ギャップワインディング）をなす三相巻線からな
るステータコイル２３が配置されている。

【００３１】また隆起壁２０の内側には、後述する制御
回路３０におけるドライバ部３１及びＳＣＲレクティフ
ァィヤ部３２を内蔵したパワーデバイス２４が配置さ
れ、ボルト２５によってハウジング１に固定されてい
る。

【００３２】以上の構造を有する車両用制振発電電動機
１は、第３図にその回路構成を示す制御回路３０を備え
る。

【００３３】制御回路３０において、上記のステータコ
イル２３はＹ結線され、その出力はＳＣＲレクティファ
ィヤ部３２を介して、バッテリ２６および車両負荷２７
と接続されている。

【００３４】また、ステータコイル２３は、各相の巻線
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ毎にそれぞれ一対のトランジス
タ３１ａ、３１ｂ、トランジスタ３１ｃ、３１ｄ、トラ
ンジスタ３１ｅ、３１ｆを有するドライバ部３１を備え
ている。

【００３５】ドライバ部３１は、エンジン始動の補助あ
るいはアイドル時におけるエンジンの回転むらの低減を
図るために、ステータコイル２３の各巻線２３ａ、２３
ｂ、２３ｃに対して所定にタイミングで通電を行なうた
めのもので、トランジスタ３１ａ、３１ｃ、３１ｅの各
エミッタは、トランジスタ３１ｂ、３１ｄ、３１ｆの各
コレクタとそれぞれ接続されており、ステータコイル２
３の巻線２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、これらエミッタと
コレクタとの接続点にそれぞれ接続されている。

【００３６】トランジスタ３１ａ、３１ｃ、３１ｅの各
コレクタは、ステータコイル２３へ通電するための高電
圧の電荷を蓄積するコンデンサ３３と接続されており、
各トランジスタ３１ａ〜３１ｆのコレクタ〜エミッタ間
には、ダイオード３４ａ〜３４ｆがそれぞれ接続され、
各トランジスタ３１ａ〜３１ｆのベースは、ドライバ制
御回路３５と接続されている。

【００３７】ドライバ制御回路３５は、エンジンの起動
直後から連爆に至るまでエンジンの始動トルクを補助す
るためのトルクアシスト動作を行なうためのトルクアシ
スト制御部３５ａと、アイドル時にエンジンの爆発、吸
入、圧縮の各行程による回転不整を滑らかにするため
に、所定のクランク角度で各巻線を通電する制振動作を
行なうための制振制御部３５ｂの各機能部があり、さら
に、検出されたエンジン回転数Ｎに基づいて、これらの
各動作を選択するための動作選択部３５ｃがある。

【００３８】本実施例では、検出されたエンジン回転数
Ｎがアイドル回転数Ｎａ（例えば３００〜４００ｒｐ
ｍ）をアイドル状態としており、回転数Ｎがこのアイド
ル回転数Ｎａより小さい場合には、トルクアシスト動作
を選択し、回転数Ｎがアイドル回転数Ｎａ以上の場合に
は、アイドル状態として判別し、制振動作を選択する。

【００３９】制振制御部３５ｂによる制振動作では、ス
テータコイル２３の出力波形からクランク軸２の角度を
算出して、エンジン出力が所定値以下では正トルクが与
えられ、所定値以上のときは逆トルクを与えられるよう
に、クランク角度に応じて各トランジスタ３１ａ〜３１
ｆのベースへ制御信号を送出する。

【００４０】この制振動作は、アイドル状態においての
み行なっており、エンジン回転数Ｎが大きくなって所定
回転数Ｎｂ（例えば１２００ｒｐｍ）以上になった場合
には、制振動作を行なわず、従って、ステータコイル２
３への通電も行なわない。

【００４１】これらトルクアシスト動作あるいは制振動
作の際には、コンデンサ３３から各トランジスタ３１ａ
〜３１ｆを介してステータコイル２３へ電流が供給され
る。コンデンサ３３は、ドライバ制御回路３５とは関係
なく作動するトランジスタ制御回路３６によって制御さ
れるトランジスタ３７およびフライバックコイル３８に
よって構成される昇圧回路によって充電される。

【００４２】ここで、トランジスタ３７のエミッタは接
地され、フライバックコイル３８は、一端がバッテリ２
６の正極と接続され、他端はトランジスタ３７のコレク
タと接続され、フライバックコイル３８とコレクタとの
接続点Ｐは、ダイオード３４ａを介してコンデンサ３３
と接続されている。

【００４３】また、トランジスタ制御回路３６には、コ
ンデンサ３５の電圧を平滑して検出する電圧検出部３６
ａ、バッテリ２６の電圧から基準電圧を得る基準電圧発
生部３６ｂ、これらの各電圧を比較する比較部３６ｃ、
別途一定の高周波で発振する発振部３６ｄ、比較部３６
ｃの比較結果に応じてトランジスタ３７へ高周波のベー
ス信号を送出するベース駆動信号発生部３６ｅが設けら
れている。

【００４４】以上の構成からなる昇圧回路は、コンデン
サ３３の電圧を検出して、コンデンサ３３の電圧が、バ
ッテリ２６に対して高電圧となるように設定された一定
電圧（例えば７０Ｖ）に維持されるように必要に応じて
常にコンデンサ３３を充電する。

【００４５】一方、車両用制振発電電動機１００を通常
の発電機として用いて、バッテリ２６あるいは車両負荷
２７へ電力を供給するためにステータコイル２３の出力
を整流するためのレクティファィヤとして、本実施例で
は、ダイオードによるレクティファィヤを用いないで、
サイリスタ（ＳＣＲ）によるＳＣＲレクティファィヤ部
３２が設けられている。

【００４６】これは、制振動作において、ステータコイ
ル２３へ供給されるコンデンサ３３による高圧電流がス
テータコイル２３の出力としてバッテリ２６あるいは車
両負荷２７へ印加されることがないようにするために、
制振動作におけるドライバ部３１によるステータコイル
２３への通電の時期と、誘導起電力によってステータコ
イル２３に発生した出力をバッテリ２６等へ供給する時
期とをずらすためである。

【００４７】そのために、ＳＣＲレクティファィヤ部３
２には、ゲート制御回路３９が備えられ、ＳＣＲレクテ
ィファィヤ部３２の各ゲートはゲート制御回路３９と接
続されている。

【００４８】ゲート制御回路３９には、バッテリ２６の
電圧を検知するバッテリ電圧検知部３９ａ、基準電圧発
生部３９ｂ、バッテリ２６の電圧が所定の電圧以上ある
か否かを判別するための比較部３９ｃ、その判別結果と
ドライバ制御回路３５の制御状態から、所定のタイミン
グでＳＣＲレクティファィヤ部３２を位相制御するため
のゲート電圧を発生させるゲート電圧発生部３９ｄがあ
る。

【００４９】以上の構成からなる本実施例の車両用制振
発電電動機１００は、バッテリ２６の電力によってトラ
ンジスタ制御回路３６が作動してコンデンサ３３が充電
され、一定の高電圧の電荷が蓄えられる。

【００５０】この状態で、キースイッチによりエンジン
の始動操作を開始すると、図示しない始動装置が作動し
て、リングギヤを介してクランク軸２が回転駆動され
る。

【００５１】それに伴って、プーリ１０およびプーリ１
０に固定された稀土類磁石１７がステータコイル２３の
外側で回転し、ステータコイル２３には誘導起電力が発
生する。このとき、ファン羽根部１４ｂによって空気流
が矢印に示すように、吸気口１５ａから凹部空間Ｓを通
過してファン羽根部１４ｂの外側に向かって発生し、ス
テータコイル２３を冷却する。

【００５２】クランク軸２の回転数が検出され、エンジ
ン回転数Ｎがアイドル回転数Ｎａより小さい間は、ドラ
イバ制御回路３５ではトルクアシスト動作が選択され
て、コンデンサ３３からの電流がステータコイル２３の
各巻線２３ａ〜２３ｃへ三相電力に変換して通電され、
車両用制振発電電動機１００は、補助スタータとしてト
ルクをアシストする。

【００５３】エンジンが連爆してエンジン回転数がアイ
ドル回転数Ｎａ以上になると、アイドル状態として制振
動作が選択され、エンジンの回転角度に対応して電力変
換量が調節される。

【００５４】バッテリ２６の充電は、必要に応じてＳＣ
Ｒレクティファィヤ部３２を位相制御して行なわれる。

【００５５】以上のとおり、本発明では、エンジンのハ
ウジング１とプーリ１０とによって車両用制振発電電動
機１００のハウジングが形成されるため、発電電動機を
搭載するための空間が必要ない。また、発電電動機がク
ランク軸２の端部に備えられるプーリ１０とハウジング
１との間に設けられることになるため、変速機等の熱の
影響がなく、また、冷却のために複雑な構造が必要にな
ることがない。

【００５６】また本実施例では、稀土類磁石１７を用い
ていて、発電が必要な場合と不要な場合にともにステー
タヨーク２１に磁束が生じるが、極低鉄損の方向性硅素
鋼板を用いているため、鉄損をほとんど無視することが
できる。また、回転子としての稀土類磁石１７と固定子
としてのステータヨーク２１とのギャップが長いが、稀
土類磁石１７を用いているため、十分な磁束が確保でき
る。また、この実施例では、プーリ１０としてアルミを
用いているためより軽量である。

【００５７】第４図に本発明の車両用制振発電電動機１
００の第２実施例を示す。

【００５８】第２実施例では、鉄製のプーリ１０を用い
ており、そのために、別体のロータヨークを設けていな
い。また、ステータコイル２３は、ステータヨークの代
わりにステータコア２１Ａを備えており、空芯コイルと
なっていない。

【００５９】また、凹部空間Ｓ内において、稀土類磁石
１７とステータコア２１Ａとは、クランク軸２の軸方向
に対向して配されており、ステータコア２１Ａは、ステ
ータコアリテーナ２８によってハウジング１に固定され
ている。

【００６０】第５図および第６図に本発明の第３実施例
を示す。

【００６１】第３実施例では、第２実施例と同様に鉄製
のプーリ１０を用いているが、ボス１２とクランク軸２
とを連結する連結板１５はハウジング１に面して、ハウ
ジング１側に凹部空間Ｓを形成して設けられており、連
結板１５のハウジング１側には、誘導子界磁極をなすイ
ンダクタ１９が備えられている。

【００６２】インダクタ１９は、第６図に示すとおり、
中央に開口１９ａを有する略皿状の円盤で、その片面に
は、ステータコア２１Ａに対して磁束を変化させるため
の複数の溝１９ｂが形成され、他方、ステータコア２１
Ａには、ステータコイル２３と励磁巻線２９とが備えら
れており、これらによってインダクタ発電電動機が構成
されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車両用制振発電電動機の第１実施例の
構造を示す断面図である。

【図２】本発明の車両用制振発電電動機の第１実施例に
おけるステータヨークを示す斜視図である。

【図３】本発明の車両用制振発電電動機の制御回路を示
す回路図である。

【図４】本発明の車両用制振発電電動機の第２実施例の
構造を示す断面図である。

【図５】本発明の車両用制振発電電動機の第３実施例の
構造を示す断面図である。

【図６】本発明の車両用制振発電電動機の第３実施例に
おけるインダクタを示す斜視図である。

【符号の説明】

１ ハウジング（エンジンのハウジング） ２ クランク軸（出力軸） １０ プーリ １７ 稀土類磁石（回転子） ２３ ステータコイル（コイル部材） ２１ ステータヨーク（固定子） ３０ 制御回路（制御手段） ３１ ドライバ部（通電部材） ３２ ＳＣＲレクティファィヤ部（サイリスタ） ３３ コンデンサ １００ 車両用制振発電電動機 Ｓ 凹部空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｋ 7/10 Ｈ０２Ｋ 7/10 Ｄ 21/22 21/22 Ａ Ｍ 21/24 21/24 Ｇ Ｍ (72)発明者 伴在 慶一郎 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式 会社デンソー内 (56)参考文献 特開 昭64−69735（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 7/18 H02K 7/10 F02D 29/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの出力軸に嵌められたプーリ
   と、この出力軸の回転に伴い前記プーリとともに回転す
   る回転子と、この回転子に対向して配され前記回転子に
   対してトルクを与えるためのコイル部材を備えた固定子
   とを有し、前記エンジンからの出力トルクの変動を抑制
   するための制御手段を備えた車両用制振発電電動機にお
   いて、 前記プーリは、回転伝達用のベルトを掛ける略短円筒状
   のリムと、該リムと中心のボスとを連結する連結板を備
   えていることと、 前記エンジンのハウジング側には、前記リムと前記ボス
   と前記連結板とにより凹部空間が形成されていること
   と、 前記回転子および前記固定子は、前記凹部空間内で前記
   プーリ側およびハウジング側にそれぞれ固定されたこと
   とを具備したことを特徴とする車両用制振発電電動機。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、バッテリの電圧を変換
   して高電圧の電荷を蓄積するためのコンデンサと、該コ
   ンデンサの電荷を前記コイル部材に通電するための通電
   部材と備えるとともに、前記コイル部材の出力を整流す
   るためのサイリスタを備えたことを特徴とする請求項１
   記載の車両用制振発電電動機。