JP3525878B2

JP3525878B2 - 車両用電動発電装置

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Publication number: JP3525878B2
Application number: JP2000273665A
Authority: JP
Inventors: 裕章梶浦
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2004-05-10
Anticipated expiration: 2019-05-10
Also published as: JP2001157498A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機と発電機とを一
体化した車両用電動発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、始動電動機と充電発電機とを
一体化してエンジン−ミッション間に搭載した電動発電
機が公知であるが、軸方向の寸法が大きくなることで車
両の大変更を必要とするとともに保守が困難である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の電動発電機は、
変速機構を介して常時エンジンと駆動連結されているこ
とから、エンジンとの切り離しができない。本発明は、
上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、例え
ば、電動発電機により補機を駆動することのできる車両
用電動発電装置の提供にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１では、回転子および電機子巻線
を有する固定子を備え、電動機または発電機として機能
する回転機と、エンジンのクランク軸に対して相対回転
可能に設けられた回転体を有し、この回転体と前記クラ
ンク軸との間で回転動力を断続するクラッチ手段と、前
記回転子、前記回転体、および回転動力を受けて作動す
る補機との間で回転動力を伝達する動力伝達手段と、前
記回転機の作動および前記クラッチ手段の作動を制御す
る制御手段とを備え、制御手段は、エンジンが停止して
クランク軸が非回転の状態にある時は、クラッチ手段を
オフして回転機を電動機として補機を駆動する技術的手
段を採用する。

【０００５】請求項２では、制御手段は、エンジンがア
イドリング状態の時には、クラッチ手段をオフして回転
機を電動機として駆動することを特徴とする技術的手段
を採用する。

【０００６】請求項３では、制御手段は、車両が加速状
態の時には、クラッチ手段をオフして回転機を電動機と
して補機を駆動することを特徴とする。

【０００７】

【作用および発明の効果】上記構成より成る本発明の車
両用電動発電装置は、クラッチ手段によってエンジンと
回転機との間で回転動力の伝達を断続することができ
る。従って、エンジンが停止してクランク軸が非回転の
状態にある時は、クラッチ手段をオフして回転機を電動
機として補機を駆動することができる。

【０００８】また、エンジンがアイドリング状態の時に
は、クラッチ手段をオフして回転機を電動機として駆動
することができる。

【０００９】さらに、車両が加速状態の時には、クラッ
チ手段をオフして回転機を電動機として補機を駆動する
ことができる。

【００１０】

【実施例】次に、本発明の車両用電動発電装置の一実施
例を図１〜図１１に基づいて説明する。図１は電動発電
機の断面図、図２は電磁クラッチの断面図である。本実
施例の車両用電動発電装置１は、電動機としてエンジン
２（図５参照）の始動および補機の駆動補助を行なうと
ともに、発電機としてバッテリ３（図４参照）の充電お
よび電気負荷（図示しない）への電力供給を行なうもの
で、電動発電機４（本発明の回転機）、電磁クラッチ５
（本発明のクラッチ手段）、電動発電機４と補機および
エンジン２との間で回転動力を伝達する動力伝達手段
（後述する）、および制御装置６（本発明の制御手段、
図４参照）から成る。なお、本実施例の補機は、パワー
ステアリングの油圧ポンプ７および冷凍サイクルのコン
プレッサ８である（図５参照）。

【００１１】イ）電動発電機４の構造を説明する。電動
発電機４は、図１に示すように、界磁巻線９ａが巻かれ
た回転子９、３相電機子巻線１０ａが巻かれた固定子１
０、回転子９および固定子１０を収容するフロントフレ
ーム１１とリヤフレーム１２、回転子９の回転位置を検
出する回転位置センサ１３等より構成されている。

【００１２】回転子９は、両端部がそれぞれ軸受１４、
１５を介してフロントフレーム１１とリヤフレーム１２
に回転自在に支持された回転軸１６を備える。回転軸１
６の一端部は、フロントフレーム１１より突出して、そ
の先端部にプーリ１７が固定されている。また、回転軸
１６の他端部は、リヤフレーム１２より突出して、その
先端部に２個のスリップリング１８が組付けられてい
る。回転子９に巻かれた界磁巻線９ａは、スリップリン
グ１８およびブラシ２５を介してリヤフレーム１２に固
定された界磁端子１９に接続されている。

【００１３】固定子１０は、フロントフレーム１１の内
周面に圧入されて、回転子９の外周面との間に一定のギ
ャップを保って配置されている。３相電機子巻線１０ａ
は、Ｙ結線またはΔ結線により接続されて、リヤフレー
ム１２に固定された３相出力端子２０に接続されてい
る。

【００１４】フロントフレーム１１とリヤフレーム１２
は、互いの外周端面を向かい合わせて軸方向に組み合わ
されて、スルーボルト２１とナット２２との締結によっ
て固定されている。また、フロントフレーム１１および
リヤフレーム１２の下端部には、電動発電機４をエンジ
ン２側に取り付けるためのステー１１ａ、１２ａが一体
に設けられている。このステー１１ａ、１２ａは、エン
ジン２側のマウント部２ａにボルト２３とナット２４の
締結によって固定される。

【００１５】回転位置センサ１３は、回転軸１６の他端
側で回転軸１６と同軸的に設置されて、回転軸１６（回
転子９）の現在値を検出する。また、リヤフレーム１２
の外側には、回転位置センサ１３の他に、スリップリン
グ１８に摺接するブラシ２５が設けられて、リヤカバー
２６により覆われている。リヤカバー２６は、リヤフレ
ーム１２にビス２７で固定されている。

【００１６】ロ）電磁クラッチ５の構造を説明する。電
磁クラッチ５は、図２に示すように、通電を受けて磁力
を発生する界磁コイル２８、この界磁コイル２８を保持
するフィールドコア２９、エンジン２のクランク軸３０
に嵌め合わされてクランク軸３０と一体に回転するクラ
ッチロータ３１、このクラッチロータ３１にベアリング
３２を介して回転自在に支持されたフランジ３３、クラ
ッチロータ３１の軸方向端面と対面して配置されたアー
マチュア３４、フランジ３３にボルト３５で固定された
クランクプーリ３６、およびクラッチロータ３１とクラ
ンクプーリ３６の回転速度を検出する回転速度センサ３
８（本発明のエンジン回転数検出手段および回転体回転
数検出手段）等より構成されている。なお、本発明の回
転体は、フランジ３３、アーマチュア３４、およびクラ
ンクプーリ３６より構成される。

【００１７】フィールドコア２９は、径方向の外周に環
状に張り出されたプレート部２９ａを有し、このプレー
ト部２９ａでエンジン２のケーシング２ｂにボルト３７
で固定されている。クラッチロータ３１は、クランク軸
３０に嵌合する嵌合円筒部３１ａ、この嵌合円筒部３１
ａと一体に設けられて、フィールドコア２９の内周面と
の間に一定のギャップを保つ内周円筒部３１ｂ、フィー
ルドコア２９の外周面との間に一定のギャップを保つ外
周円筒部３１ｃ、および界磁コイル２８の前面側（図２
の左面側）で内周円筒部３１ｂと外周円筒部３１ｃとの
間に固定される円環状部３１ｄより構成される。

【００１８】なお、嵌合円筒部３１ａと内周円筒部３１
ｂおよび外周円筒部３１ｃは、それぞれ軟磁性材により
製造されて、円環状部３１ｄは非磁性材により製造され
ている。また、内周円筒部３１ｂと外周円筒部３１ｃの
端面（アーマチュア３４側の端面）には、それぞれアー
マチュア３４と結合するための噛合歯３１ｅが設けられ
て、外周円筒部３１ｃの外周面には、回転速度センサ３
８によってクラッチロータ３１の回転速度を検出する際
にパルス信号を出力するための多数の歯３１ｆ（図３参
照）が設けられている。このクラッチロータ３１は、ベ
アリング３２の内輪３２ａとともに、クランク軸３０の
端面にボルト３９で固定されるエンドプレート４０によ
ってクランク軸３０からの脱落が防止されている。

【００１９】ベアリング３２は、その内輪３２ａがクラ
ッチロータ３１の嵌合円筒部３１ａに圧入されて、クラ
ッチロータ３１と一体に回転する。フランジ３３は、ベ
アリング３２の外輪３２ｂに圧入されて、クラッチロー
タ３１との相対回転が可能である。

【００２０】アーマチュア３４は、フランジ３３の外周
部にスプライン結合されてフランジ３３に対して軸方向
に移動可能に設けられ、フランジ３３との間に配された
スプリング４１によってフランジ３３側へ付勢されてい
る。スプリング４１は、フランジ３３とアーマチュア３
４とを軸方向に貫通して設けられたピン４２の外周に配
されて、アーマチュア３４がクラッチロータ３１側へ吸
引された時に圧縮されて、弾力（スプリング力）が大き
くなるように組付けられている。

【００２１】このアーマチュア３４は、界磁コイル２８
への通電によってクラッチロータ３１側へ吸引された時
に、クラッチロータ３１の内周円筒部３１ｂおよび外周
円筒部３１ｃに設けられた噛合歯３１ｅと噛み合う噛合
歯３４ａがクラッチロータ３１側端面に設けられてい
る。

【００２２】クランクプーリ３６は、図５に示すよう
に、ベルト４３によって電動発電機４の回転軸１６に設
けられたプーリ１７およびコンプレッサ８のプーリ８ａ
と連結される大プーリ３６ａと、ベルト４４によって油
圧ポンプ７のプーリ７ａと連結される小プーリ３６ｂと
から成る。なお、電動発電機４、コンプレッサ８、油圧
ポンプ７のエンジン２に対する増速比は、それぞれ４、
２、１．５となるようにプーリ比を設定している。

【００２３】大プーリ３６ａの内径側には、回転速度セ
ンサ３８によってクランクプーリ３６の回転速度を検出
する際にパルス信号を出力するための多数の歯３６ｃ
（図３参照）が設けられている。また、このクランクプ
ーリ３６は、エンジン２のケーシング２ｂに設けられた
円筒壁２ｃの外周に若干の隙間を保って大プーリ３６ａ
が位置し、円筒壁２ｃの外周面にグリス溜めの溝２ｄが
設けられることにより、大プーリ３６ａの内周面と円筒
壁２ｃの外周面との間でラビリンスシール構造としてい
る。

【００２４】回転速度センサ３８は、クラッチロータ３
１の外周円筒部３１ｃと大プーリ３６ａとの間に配され
て、フィールドコア２９のプレート部２９ａにボルト４
５で固定されている。この回転速度センサ３８は、図３
に示すように、軟磁性体より成るハウジング３８ａの両
側にそれぞれ永久磁石３８ｂ、３８ｃと磁電素子３８
ｄ、３８ｅとを順に挿入した後、樹脂３８ｆでモールド
されて、外周円筒部３１ｃの外周面に設けられた歯３１
ｆおよび大プーリ３６ａの内径部に設けられた歯３６ｃ
との間で各々磁気回路を構成している。

【００２５】この電磁クラッチ５は、界磁コイル２８が
通電されて磁力が発生することにより、アーマチュア３
４がスプリング４１の付勢力に抗してクラッチロータ３
１側へ吸引される。そして、両者の噛合歯３４ａ、３１
ｅが噛み合うことにより、クランクプーリ３６がクラン
ク軸３０と一体に回転して、駆動力の相互伝達が可能と
なる。最大伝達可能トルクは、界磁コイル２８に励磁さ
れる界磁電流の大きさに依存する。

【００２６】また、界磁コイル２８の非通電時には、ア
ーマチュア３４がスプリング４１の付勢力によってフラ
ンジ３３側へ引き戻されて、アーマチュア３４の噛合歯
３４ａとクラッチロータ３１の噛合歯３１ｅとの噛み合
いが外れる（図２に示す状態）ことにより、クランクプ
ーリ３６はクランク軸３０に対して回転自由となる。

【００２７】ハ）上記の動力伝達手段は、電動発電機４
の回転軸１６に取り付けられたプーリ１７、電磁クラッ
チ５のクランクプーリ３６、油圧ポンプ７のプーリ７
ａ、コンプレッサ８のプーリ８ａ、ベルト４３、および
ベルト４４より構成される（図５参照）。

【００２８】ニ）制御装置６の構成を説明する。制御装
置６は、図４に示すように、電動発電機４の３相出力端
子２０と結線された駆動回路６ａ、この駆動回路６ａへ
の駆動信号Ｕ、Ｖ、Ｗを発生するコントローラ６ｂ、電
動発電機４の界磁端子１９と結線された回転機用界磁回
路６ｃ、電磁クラッチ５の界磁コイル２８と結線された
クラッチ用界磁回路６ｄ、回転位置センサ１３の信号を
位置信号θｍに変換する位置信号変換回路６ｅ、回転速
度センサ３８の磁電素子３８ｄ、３８ｅからの信号をそ
れぞれプーリ回転数Ｎｐおよびエンジン回転数Ｎｅに変
換する速度信号変換回路６ｆ、これらの回路６ａ〜６ｆ
を統合する制御回路６ｇより構成されている。

【００２９】次に、本実施例の作動を図６〜図１１に基
づいて説明する。なお、図６は制御パターンを示し、図
７〜９は制御モードに対応するタイムチャートを示す。
エンジン始動時、制御回路６ｇは、速度信号変換回路６
ｆよりエンジン回転数Ｎｅ＝０を確認して、クラッチ用
界磁回路６ｄへの信号ＩＦ２および回転機用界磁回路６
ｃへの信号ＩＦ１をフルデューティとする。これによ
り、電磁クラッチ５はオン状態となって伝達可能トルク
が最大となる。τ1 秒後、電動モード信号Ｍをオンし
て、コントローラ６ｂより駆動信号Ｕ、Ｖ、Ｗを出力す
る。駆動回路６ａは、駆動信号Ｕ、Ｖ、Ｗに基づいて各
電機子巻線１０ａを励磁する。

【００３０】この結果、電動発電機４は電動モータとし
て作動し、図１０に示すように、回転軸１６（回転子
９）の回転力がプーリ１７、ベルト４３、およびクラン
クプーリ３６に伝達されて、オン状態の電磁クラッチ５
を介してエンジン２のクランク軸３０に伝達されること
により、エンジン２を始動する（図６のモードＩおよび
図７のモードＩ）。

【００３１】その後、エンジン回転数が設定始動回転数
（例えば４００ｒｐｍ）に達した時、信号ＩＦ１、ＩＦ
２を必要発電出力に応じたデューティとするとともに、
電動モード信号Ｍをオフして、そのτ２秒後に発電モー
ド信号Ｇをオンする。この場合、駆動回路６ａは、内蔵
するトランジスタ６ａ′（図４参照）のスイッチングを
行なわず、各電機子巻線１０ａへの励磁を停止する。こ
の結果、電動発電機４はエンジン２より回転力が伝達さ
れて交流発電機として作動し、バッテリ３に電力を供給
する（図６モードＩＩおよび図７モードＩＩ）。

【００３２】車両の加速に伴い、エンジン回転数が設定
上限回転数（例えば４０００ｒｐｍ）、つまり電動発電
機４の許容最高回転数（１６０００ｒｐｍ）に達した
時、発電モード信号Ｇをオフするとともに、信号ＩＦ１
を必要電動出力に応じたデューティとし、τ３秒後に電
動モード信号Ｍをオンして、さらにτ４秒後に信号ＩＦ
２をゼロとする。これにより、電磁クラッチ５がオフ状
態となってクランクプーリ３６がクランク軸３０に対し
て回転自由となり、図１１に示すように、電動モータと
して作動する電動発電機４によってコンプレッサ８およ
び油圧ポンプ７を一定回転数（例えばエンジン回転数で
２０００ｒｐｍに相当する）で駆動する（図６モードＩ
ＩＩおよび図８モードＩＩＩ）。なお、電動発電機４、
コンプレッサ８、および油圧ポンプ７の最高回転数は、
各々１６０００ｒｐｍ、８０００ｒｐｍ、６０００ｒｐ
ｍで抑えられる。

【００３３】その後、車両の減速に伴い、エンジン回転
数が下降して設定下限回転数（例えば２０００ｒｐｍ）
以下となった時、電動発電機４によってプーリ回転数Ｎ
ｐをエンジン回転数Ｎｅに一致させた後、信号ＩＦ１、
ＩＦ２を必要発電出力に応じたデューティとして、その
τ５秒後に電動モード信号Ｍをオフし、さらにτ６秒後
に発電モード信号Ｇをオンする。これにより、交流発電
機として作動する電動発電機４よりバッテリ３に電力を
供給し、車両減速エネルギーを回生する（図６モードＩ
Ｖおよび図９モードＩＶ）。

【００３４】このように、本実施例では、エンジン回転
数が上昇して設定上限回転数（本実施例では４０００ｒ
ｐｍ）に達した時に、電磁クラッチ５をオフ状態として
エンジン２から電動発電機４への駆動伝達を遮断し、電
動モータとして作動する電動発電機４によってコンプレ
ッサ８および油圧ポンプ７を駆動することができる。従
って、これら補機類（電動発電機４、コンプレッサ８、
油圧ポンプ７）の最高回転数以下で増速比を大きくとる
ことができ、小型軽量化を図ることが可能となる。

【００３５】また、本実施例では、電磁クラッチ５をオ
ンする時は、電動発電機４によりプーリ回転数Ｎｐをエ
ンジン回転数Ｎｅに同期させた状態で行なうことができ
るため、大伝達容量の噛み合い式クラッチを用いてもシ
ョックがなく、従って、電磁クラッチ５を小型化するこ
とが可能である。

【００３６】〔変形例〕本実施例では、さらに以下の
３つの制御モードを実現することができる。

【００３７】１）車両停止時にエンジン２を停止し、発
進時にエンジン２を始動する所謂エコランモードにおい
ても、エンジン停止状態で電磁クラッチ５をオフ状態と
することで、電動発電機４により補機を駆動することが
可能となる。

【００３８】２）車両停止時（エンジンアイドル回転
時）に電磁クラッチ５をオフ状態とし、例えばコンプレ
ッサ８を電動発電機４により高速駆動することで、車室
内の急速冷房が可能となる。

【００３９】３）車両加速時に電磁クラッチ５をオフ状
態とすることで、エンジン負荷を低減して車両加速性能
を向上することができる。

【００４０】本実施例の電磁クラッチ５は、界磁コイル
２８への通電によってオンする構造としたが、非通電時
にオンする構造としても良い。本実施例では、エンジン
ケーシング２ｂの円筒壁２ｃにグリス溜めの溝２ｄを設
けて、クランクプーリ３６との間でラビリンスシール構
造としたが、このグリス溜めの溝２ｄは、クランクプー
リ３６側（円筒壁２ｃに面する大プーリ３６ａの内周
面）に設けても良い。

【００４１】本実施例では、補機として油圧ポンプ７お
よびコンプレッサ８を示したが、この他に、例えば、冷
却水回路に設けられるウォータポンプでも良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】電動発電機の断面図である。

【図２】電磁クラッチの断面図である。

【図３】回転速度センサの取付け状態を示す断面図であ
る。

【図４】制御装置の構成を示すブロック図である。

【図５】車両用電動発電装置の全体模式図である。

【図６】制御パターンを示す図である。

【図７】制御モードに対応するタイムチャートである。

【図８】制御モードに対応するタイムチャートである。

【図９】制御モードに対応するタイムチャートである。

【図１０】電磁クラッチがオン状態の時の模式図であ
る。

【図１１】電磁クラッチがオフ状態の時の模式図であ
る。

【符号の説明】

１車両用電動発電装置２エンジン４電動発電機（回転機）５電磁クラッチ（クラッチ手段）６制御装置（制御手段）７油圧ポンプ（補機）７ａ油圧ポンプのプーリ（動力伝達手段）８コンプレッサ（補機）８ａコンプレッサのプーリ（動力伝達手段）９回転子９ａ界磁巻線１０固定子１０ａ電機子巻線１７プーリ（動力伝達手段）２８界磁コイル３０クランク軸３３フランジ（回転体）３４アーマチュア（回転体）３６クランクプーリ（回転体、動力伝達手段）３８回転速度センサ（エンジン回転数検出手段、回転
体回転数検出手段）４３ベルト（動力伝達手段）４４ベルト（動力伝達手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０２Ｋ 7/11 Ｈ０２Ｋ 7/11 7/20 7/20 Ｈ０２Ｐ 9/30 Ｈ０２Ｐ 9/30 Ｄ // Ｆ０２Ｎ 11/04 Ｆ０２Ｎ 11/04 Ａ 15/02 15/02 Ｄ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 9/00 F02D 29/06 F02N 11/00 F16D 28/00 H02K 7/00 F02N 15/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）回転子および電機子巻線を有する固
定子を備え、電動機または発電機として機能する回転機
と、ｂ）エンジンのクランク軸に対して相対回転可能に設け
られた回転体を有し、この回転体と前記クランク軸との
間で回転動力を断続するクラッチ手段と、ｃ）前記回転子、前記回転体、および回転動力を受けて
作動する補機との間で回転動力を伝達する動力伝達手段
と、ｄ）前記回転機の作動および前記クラッチ手段の作動を
制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記エンジンが停止して前記クランク
軸が非回転の状態にある時は、前記クラッチ手段をオフ
して前記回転機を電動機として前記補機を駆動すること
を特徴とする車両用電動発電装置。
【請求項２】ａ）回転子および電機子巻線を有する固
定子を備え、電動機または発電機として機能する回転機
と、ｂ）エンジンのクランク軸に対して相対回転可能に設け
られた回転体を有し、この回転体と前記クランク軸との
間で回転動力を断続するクラッチ手段と、ｃ）前記回転子、前記回転体、および回転動力を受けて
作動する補機との間で回転動力を伝達する動力伝達手段
と、ｄ）前記回転機の作動および前記クラッチ手段の作動を
制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記エンジンがアイドリング状態の時
には、前記クラッチ手段をオフして前記回転機を電動機
として駆動することを特徴とする車両用電動発電装置。
【請求項３】ａ）回転子および電機子巻線を有する固
定子を備え、電動機または発電機として機能する回転機
と、ｂ）エンジンのクランク軸に対して相対回転可能に設け
られた回転体を有し、この回転体と前記クランク軸との
間で回転動力を断続するクラッチ手段と、ｃ）前記回転子、前記回転体、および回転動力を受けて
作動する補機との間で回転動力を伝達する動力伝達手段
と、ｄ）前記回転機の作動および前記クラッチ手段の作動を
制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、車両が加速状態の時には、前記クラッ
チ手段をオフして前記回転機を電動機として前記補機を
駆動することを特徴とする車両用電動発電装置。