JPH0694856B2 - 内燃エンジンの電子的に転流がなされる同軸始動モ−タ - Google Patents

内燃エンジンの電子的に転流がなされる同軸始動モ−タ

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JPH0694856B2
JPH0694856B2 JP62186478A JP18647887A JPH0694856B2 JP H0694856 B2 JPH0694856 B2 JP H0694856B2 JP 62186478 A JP62186478 A JP 62186478A JP 18647887 A JP18647887 A JP 18647887A JP H0694856 B2 JPH0694856 B2 JP H0694856B2
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ブリツグス アンド ストラツトン コ−ポレ−シヨン
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は始動モータに係り、特に内燃エンジンと協働す
る電子的に転流される同軸始動モータに関する。
従来の技術及び発明が解決しようとする問題点 芝刈機，ポンプ，発電機，船外機，自動車エンジンその
他に使われれる内燃エンジンは従来エンジンを始動する
のにフライホイールを歯車で駆動する電気始動モータを
使用していた。またエンジンが始動した後始動モータを
エンジンから切離すのに遮断機構が使用されていた。さ
らに、かかるエンジンは始動モータ以外に交流発電機を
も使用する。特に庭園用に構成された芝刈機などではさ
らに安全のため刃を回転させるフライホイールに係合す
るまさつブレーキやブレーキ−クラッチ装置が使用され
ている。このような事情にあって自動車用エンジンにお
いて始動用電気モータを兼用する交流発電機が要望され
ており、また従来の歯車系や別体の交流発電機及びまさ
つブレーキが不要でまた制動作用をも可能にする内燃エ
ンジンにより駆動される芝刈機の制動装置が要望されて
いる。
プラシレス直流モータに永久磁石ロータと、ロータに隣
接したあるいはこれを包囲する角度的に離間した界磁巻
線と、界磁巻線を流れる電流の転流を制御して回転磁界
を誘起する手段とを含めることによるロータを回転させ
る技術が公知である。界磁巻線に対するロータの角度位
置を感知するのには様々な技術が使用できる。これらの
従来技術を以下の表にまとめて示すが、これらは誘導子
を使ったり、光電素子，あるいは磁気センサを使ったり
している。
本発明はエンジンのフライホイールを駆動する歯車系を
不要にした、あるいは交流発電機を駆動するベルトが不
要な内燃エンジン様電子転流同軸始動モータ／交流発電
機を提供する。本発明装置で使用する電子系はまた従来
の芝刈機で通常使用されている別体になった交流発電機
及びブレーキの使用を不要にする。さらに、本発明装置
で使用する回路は電子的調速作用，燃料噴射制御，直接
点火，エンジン出力トルクの向上、点火調整用タコメー
タ出力，及び燃料及びオイルポンプの電気的駆動を可能
にする。
問題点を解決するための手段 上記の目的を達成する本発明装置はエンジンシリンダ上
にクランク軸と同軸的に取付けられるステータを有す
る。ステータは強磁性体コアを含み、コア上にステータ
を囲んで複数の界磁巻線を角度的に離間して形成し、さ
らに界磁巻線を多相構成に接続する。またエンジンのフ
ライホイールと一体的に形成されるのが望ましい永久磁
石ロータが取付けられてクランク軸と一体的に回転され
る。フライホイールにはその円周面に沿って複数の永久
磁石が各々磁極が対向するような向きに離間して配列さ
れる。
上記構成をエンジンの駆動力取出し側に設けることは自
明である。
界磁巻線を流れる電流の電子的転流はクランク軸と一体
的に回転すべく同軸的に取付けられた位置指示手段と、
位置指示手段の角度位置を感知して電気信号を発生する
固定感知手段と、感知手段から出力される電気信号に応
じて界磁巻線を流れる電流を制御してフライホイールの
回転を誘起する回路手段とを使用してなされる。位置指
示手段はクランク軸に固定された非磁性スペーサと、ス
ペーサを囲んで磁極が互いちがいになるように円周上に
沿って配列された複数の永久磁石よりなるリング部材と
よりなるのが好ましい。固定感知手段は相互に離間して
回転軸に対して放射状に配設され互いちがいになったリ
ング部材の磁極から発生する磁束に感応して動作する複
数の磁気感応ホール効果素子よりなる。ホール効果素子
はステータに固定されているディスク部材に取付けるの
が好ましい。
本発明による回路はスイッチング周波数を決定すること
により巻線のデューティサイクルを変調しモータの速度
を制御する発振器を含む。転流は発振器出力を供給され
ホール効果素子の出力を読取ってクランク軸の位置を決
定しこれらの信号を復号して適当な論理入力信号を形成
し電子装置によってステータ上の巻線を適当なシーケン
スで励起してトルクを発生しフライホイールの回転を維
持する集積回路によってなされる。駆動電子系は（通常
モータ位置当り２個設けられる）好ましくはMOSFETすな
わち金属酸化物シリコン電界効果トランジスタよりなる
が、これはダーリントン接続バイポーラトランジスタあ
るいはステータ巻線に接続可能な他の適当な電力スイッ
チング装置であってもよい。
要約すると、本発明は芝刈機，ポンプ，発電機，自動車
等に使用される内燃エンジン用の電子転流同軸始動モー
タを提供する。本発明によるモータは周囲に角度的に離
間して界磁巻線が形成されシリンダ又はエンジンブロッ
ク上にエンジンのクランク軸と同軸的に取付けられたス
テータと、円周に沿って磁極が互いちがいになるように
配列された複数の永久磁石よりなりクランク軸と一体的
に回転されるリング状磁石と、ステータに固定された円
板上に取付けられリング状磁石の互いちがいに配列され
た磁極の角位置を感知する磁気感応ホール効果素子より
なる感知器と、円周面上に複数の永久磁石が離間して取
付けられてクランク軸と同軸的に回転するフライホイー
ルなどの適当な回動部材と、ホール効果素子からの電気
信号に応じて界磁巻線に流される電流を制御してフライ
ホイールなどの回動部材に回転させる電子回路とを含
む。エンジンが始動すると内周面上に複数の永久磁石が
配列されたフライホイールなどの回動部材が内燃エンジ
ンにより駆動され、このため始動モータは自動的に交流
発電機に変化する。直流への変換はMOSFETなどのスイッ
チング素子内部に設けられたインシピエントダイオード
あるいは回路中の他の適当な電力スイッチング素子に並
列に接続されたフライバックダイオードによりなされ
る。こうして得られた電力はバッテリーの充電やその他
の用途に使用される。
このように、本発明は従来と同一の構成の内燃エンジン
に使用でき、かつ従来の歯車駆動始動モータや交流発電
機及び芝刈機で従来使われていたフライホイールのまさ
つブレーキを不要にする利点を有する電子転流同軸始動
モータを提供する。
実施例 以下、本発明を現在最も好ましい実施例について説明す
る。
第１図は符号１で一般的に示す手押し式動力芝刈機を示
す。この芝刈機１は本発明による電子転流同軸始動モー
タを使用する。芝刈機１は内燃エンジン３により駆動さ
れて垂直軸の回りで回転する水平刃２を有する。エンジ
ン３は刃２の上に形成される本体４上にクランク軸（図
示せず）が垂直になるように取付けられ、その結果クラ
ンク軸は本体４から突出し、その先端に刃２が取付けら
れて駆動される。本体４からはスカート５が刃２の高さ
よりも下方まで延在し芝刈機１の一の例に形成される刈
込まれた芝の排出口６以外で刃２を完全に取囲む。芝刈
機１は車輪７上に取付けられ、本体４の後方から後ろ上
方へ延在するハンドル８を作業者が保持して芝刈機を案
内する。
芝刈機１のハンドル８上にはデッドマン制御レバーない
しベイル９が取付けられる。ベイル９はＵ字形部材であ
り芝刈機ハンドル８に対して直立した解放位置へ付勢さ
れる。芝刈りの際、作業者はＵ字形ベイルないしレバー
９をレバー９がハンドル８に重なるまで倒す。デッドマ
ン制御レバー９はケーブル10を介してクラッチ及びブレ
ーキ機械（図示せず）等に結合されており、レバー９が
ハンドル８と重なる操作位置に保持されている間刃２が
エンジン３により駆動される。一方レバー９が解放され
ると刃２はエンジン３から切離されて制動され停止す
る。デッドマン制御要素の解放に応じて芝刈機の刃を切
離して制動するいくつかの機構が公知であるが、本発明
ではかかる安全機構の詳細な説明は省略する。
第１図の符号11で一般的に示した電子転流同軸始動モー
タはエンジンクランクケース３にボルト等で固定された
取付ブラケット13上に取付けられた回路基板12上の電子
回路によって制御される。基板12上の電子回路は本体４
上に取付けられたバッテリー14から正及び負のケーブル
15,16を介して給電される。この電子回路はワイヤ17を
介して始動モータ11の界磁巻線に接続される。
第２図は始動モータ11の構成部品を示す分解図である。
始動モータ11は強磁性コアよりなるステータ18を含み、
多相巻線構成に接続された複数の界磁巻線19を担持す
る。ステータ18はシリンダ20上のボルトと係合する取付
けボス21によりエンジンシリンダ20に固定される。ステ
ータ18は中央開口部22と、シリンダ20から突出する環状
スリーブ23及びシリンダから突出して半径方向に延在す
るブレース24にそれぞれ係合してステータ18の回転を防
止するキー溝として作用する一対の半径方向へ延在する
スロット（図示せず）とを含む。
クランク軸（図示せず）上にはクランク軸の位置を指示
する手段が把持されクランク軸と同軸的に回転させられ
る。図示したように、クランク軸位置指示手段はクラン
ク軸上に固定される非磁性環状スペーサ25とスペーサ25
を囲むリング部材ないし磁石26とを含む。リング状磁石
26は磁極が互いちがいになるように円周に沿って配列さ
れた複数の永久磁石よりなる。スペーサ25はクランク軸
にキー溝を使って固定されているためクランク軸と一体
的に回転する。勿論、スペーサ25はクランク軸に任意の
方法で固定することができる。
さらに角度位置指示手段を感知して電気信号を発生する
静止感知手段が設けられる。この感知手段は円周上に沿
って相互に離間されてクランク軸の回転軸に対して放射
状に配設された３つの磁気感応ホール効果素子27〜29よ
りなるが、勿論これに限定されるものではない。従来と
同じく、ホール効果素子27〜29はリング状磁石26がクラ
ンク軸と共に回転する際互いちがいになった磁石から発
する磁束の変化に感応して動作する。素子27〜29はステ
ータ18に任意の方法で固定されている円板状部材30上に
取付けられる。ホール効果素子27〜29はリング状磁石26
に十分に近接して設けられているため磁石のNS極が発生
する磁界によって駆動されるが、素子27〜29が接続され
る回路の構成如何によっては素子27〜29を一の磁極の極
性にのみ応じて駆動されるようにもできる。例えば素子
27〜29は磁石26のＮ極からの磁束でオンされＳ極からの
磁束でオフにされるようにしてもよい。素子27〜29はス
テータ巻線19からは十分な距離離されまたステータ巻線
19から非磁性体円板状部材30によって絶縁されて巻線に
より発生される磁界あるいは以下説明するフライホイー
ル中の永久磁石による磁界との相互作用が防止される。
フライホイール31はリング状磁石26と同軸的に取付けら
れてクランク軸と一体的に回転する。第３図に示すよう
にフライホイール31はそのスカート部分33の内周面上に
沿って複数の永久磁石32が離間して取付けられる。永久
磁石32は隣接する磁極が逆になるような向きに取付けら
れる。フライホイール31はスタータ18上にスカート部分
が従来通りにステータと重なるように組立てられる。こ
のように、フライホイール31はステータモータ11の永久
磁石ロータを形成する。
フライホイールを鋳鉄で製造する場合は磁石32はスカー
ト部分33の内部に直接に取付けられる。一方、フライホ
イール31を非磁性体材料で形成する場合は磁石32は外面
がスカート33の内面と係合する環状鋳鉄製リングの内周
に取付けるのが好ましい。
第３図は始動モータ11の電子回路の概略的ブロック図を
示す。第３図の回路は転流論理回路35に鋸歯状波を供給
する固定又は可変周波数発振器34を含む。発振器34は界
磁巻線19のスイッチング周波数を決定し第２電圧レベル
（Ｖトリップ）に応じたデューティサイクル変調を行な
い始動モータ11の速度を制御する。転流論理回路35は例
えばニューヨーク州メルヴィルのエルエスアイ コンピ
ュータ システムズ インコーポレーテッドよりモデル
番号LSI7261として市販のイオン注入MOS集積回路よりな
るのが好ましい。勿論マイクロプロセッサを使用する装
置をプログラムして論理回路35として使用できることは
自明である。このように、回路35はホール効果素子27〜
29により出力される電気信号及び発振器34の出力信号を
供給されてこれを復号し、電力出力回路36へ論理入力信
号を供給する。転流用集積論理回路装置35は一連の「NA
ND」，「XNOR」，「XOR」，「NOR」ゲート及び「インバ
ータ」を含み、ホール効果素子27〜29からの入力信号及
び以下説明する入力信号を供給されてこれらを例えば以
下に示す表に従って復号する。
ソリッドステート転流論理回路35へ供給されるさらに他
の入力信号にはイネーブル入力信号，制動入力信号，電
気的分離入力信号，回転方向入力信号，電流制御入力信
号，外部発振器入力信号，及び速度入力があるがこれら
はいずれも公知である。
電力出力回路36は６つのMOSFET、すなわち金属酸化物シ
リコン電界効果トランジスタ37〜42を含む。例えば今日
のｎチャンネルMOSFETを上側及び下側のレールに使用す
るとチャージポンプ43により上側レイルMOSFETに20ボル
トを超えるゲート駆動電圧を加える必要がある。第４図
に示すように上側レールのMOSFET37〜39を保護するのに
20ボルトツェナダイオード50〜52がそれぞれ協働する。
またバッテリーの充電速度を制御する電圧レギュレータ
44を用いることにより第３図及び第４図の回路において
使用中にバッテリーを充電することが可能になる。こう
して同一の強磁性体ステータコア18と、巻線19と、ロー
タ磁石32と、電圧レギュレータ44と、内部にインシピェ
ントダイオード53〜58をソースドレイン間に含むパワー
MOSFET37〜46とにより始動モータを兼ねる交流発電機を
得ることができる。
第４図に示すように転流回路35の入力端子には鋸歯状波
発振器からの入力信号に協働して第２の電圧（Ｖトリッ
プ）が加えられてエンジンに対して並列なハイブリッド
入力信号を形成し、エンジン３の上限トルク性能を向上
させる。この第２電圧レベルは作業者がエンジン３の出
力を「バースト」ないし「ブースト」するのに使うスイ
ッチよりなる速度コントローラ45を介して供給される。
また別のスイッチ46が論理回路35の制動入力端子に接続
され操作されることにより上側又は下側レールのパワー
MOSFET37〜42がオンにされモータ巻線19が短絡される。
その結果、芝刈り用あるいは連絡用エンジン３において
安全性を目的とするエンジンの動的制動が達成される。
この回路を第３図ではまとめて符号47で示す。第４図に
示すように、始動スイッチ48は論理回路35のイネーブル
入力端子に接続され作業者が操作しやすい位置に取付け
られ。スイッチ48を操作すると論理回路35及び電力出力
回路36が適当な巻線19を励起し、ステータ18上で正しい
順序で十分なトルクを発生しフライホイール31を回転さ
せる。第４図に示すツェナーダイオード49の作用により
約28ボルトの直流ブースド電圧により論理回路35が駆動
される。
電力スイッチング装置としてMOSFET以外に例えばダーリ
ントン接続バイポーラトランジスタを使った場合などは
交流発電機出力は各スイッチング用パワートランジスタ
に並列にかつ逆極性で接続された「フライバックダイオ
ード」と称する外部ダイオードによって直流に変換され
る。かかるフライバックダイオードの例を第５図にダイ
オード59〜64として示す。第５図中、トランジスタ65〜
70はダイオード59〜64と協働するバイポーラトランジス
タである。
以上説明したように、本発明は従来の歯車や列体の交流
発電機及びブレーキが不要な内燃エンジン及び／又はデ
ィーゼルエンジン用の始動電流モータ兼交流発電機を提
供する。ソリッドステート転流用マイクロプロセッサを
回路35に使用することにより電子的速度制御，燃料噴射
制御，直接点火，配列ハイブリッド等の機能が得られエ
ンジの上限トルクが向上し、点火磁気制御ができ、さら
に電気式燃料及びオイルポンプに給電してこれらを動か
すことが可能になる。
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本
発明は特許請求の範囲に記載した要旨内で様々な実施態
様が可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による電子的に転流される同軸始動モー
タを有する芝刈機の外観図、第２図は始動モータの部品
を示す分解斜視図、第３図は始動モータの電子回路を示
す概略的ブロック図、第４図は第１図中の始動モータの
転流制御回路を示す回路図、第５図は第１図の始動モー
タと協働する転流制御回路の電力出力回路部分の別の実
施例を示す回路図である。 １……芝刈機、２……刃、３……エンジン、４……本
体、５……スカート、６……排出口、７……車輪、８…
…ハンドル、９……レバー、10、15、16……ケーブル、
11……始動モータ、12……回路基板、13……取付ブラケ
ット、14……バッテリー、17……ワイヤ、18……ステー
タ、19……界磁巻線、20……エンジンシリンダ、21……
ボス、22……開口部、23……スリーブ、24……ブレー
ス、25……スペーサ、26……リング状部材、27,28,29…
…ホール効果素子、30……円板状部材、31……フライホ
イール、32……永久磁石、33……スカート部分、34……
発振器、35……転流論理回路、36……電力出力回路、3
7,38,39,40,41,42……MOSFET、43……チャージポンプ、
44……電圧レギュレータ、45……速度コントローラ、46
……スイッチ、47……制動回路、48……始動スイッチ、
49……ツェナーダイオード、59,60,61,62,63,64……ダ
イオード、65,66,67,68,69,70……トランジスタ。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】交流の各他の半サイクルを反転させること
    によって単一方向電流を形成する転流が電子的に行わ
    れ、該クランクシャフトと同軸にシリンダに取り付けら
    れたステータと、該ステータを囲んで角度的に離間され
    た界磁巻線と、該クランクシャフトと同軸で回転するよ
    うに取り付けられた位置指示手段と、該指示手段の角度
    的位置を感知してそれに応じて電気信号を発生するよう
    に取り付けられた静止感知手段と、該クランクシャフト
    と同軸に回転するように取り付けられ円周上で離間され
    た複数の永久磁石が取り付けられた回転可能部材と、該
    感知手段からの電気信号に応じて磁界磁巻線を流れる電
    流を制御し該回転可能部材を回転させる回路手段とより
    なり、該電子回路は一体的に設けられたインシピエント
    ダイオードを含み内燃エンジンの始動の後にモータを自
    動的に交流発電機に転換し同時に交流発電機の出力を直
    流に変換するパワーMOSFETを含むことを特徴とする 回転軸を決定するシリンダ及びクランクシャフトを有す
    るエンジン用の内燃エンジン始動用モータ。
  2. 【請求項２】該位置指示手段は交互のＮ−Ｓ極を有し円
    周上に配置された複数の永久磁石を含むリング部材より
    なる 請求項１記載のモータ。
  3. 【請求項３】該リング部材はクランクシャフトに取り付
    けられシリンダから突出した非磁性体スペーサを囲む 請求項２記載のモータ。
  4. 【請求項４】該感知手段は複数の磁気的に作動するホー
    ル効果素子よりなる請求項１記載のモータ。
  5. 【請求項５】該ホール効果素子は該ステータに取り付け
    られた円盤形部材上に取り付けられている 請求項４記載のモータ。
  6. 【請求項６】該円盤形部材は該ステータと該回転可能部
    材との間に配置されている請求項５記載のモータ。
  7. 【請求項７】ホール効果素子の数はステータの相数と等
    しい 請求項４記載の始動用モータ。
  8. 【請求項８】該回転可能部材はエンジンフライホイール
    よりなる 請求項１記載の始動用モータ。
JP62186478A 1986-07-31 1987-07-24 内燃エンジンの電子的に転流がなされる同軸始動モ−タ Expired - Lifetime JPH0694856B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US891167 1986-07-31
US06/891,167 US4720638A (en) 1986-07-31 1986-07-31 Electronically commutated coaxial starter motor/alternator for an internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6341667A JPS6341667A (ja) 1988-02-22
JPH0694856B2 true JPH0694856B2 (ja) 1994-11-24

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ID=25397733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62186478A Expired - Lifetime JPH0694856B2 (ja) 1986-07-31 1987-07-24 内燃エンジンの電子的に転流がなされる同軸始動モ−タ

Country Status (6)

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US (1) US4720638A (ja)
JP (1) JPH0694856B2 (ja)
CA (1) CA1285979C (ja)
DE (1) DE3725470A1 (ja)
GB (1) GB2193387B (ja)
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