帶有兼用作發電機的馬達的發動機及其控制裝置的製作方法
2023-10-07 09:33:14
專利名稱：帶有兼用作發電機的馬達的發動機及其控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有兼用作發電機的馬達的發動機及其控制裝置，特別涉及一種可以降低發動機高速旋轉時的發電摩擦的帶有兼用作發電機的馬達的發動機及其控制裝置。
背景技術：
為了起動發動機，採用結合於發動機的曲軸上的起動馬達。該起動馬達在發動機開始自行運轉之後保持與發動機的結合，以便該起動馬達可以作為發電機使用。這樣，兼用作發電機的馬達不僅作為發動機的起動馬達，而且也作為同時用於發動機和馬達的所謂混合動力型汽車驅動源使用。
在特開平8-251708號公報中，公開了將馬達的轉子結合到無級變速器的輸入軸上並同時將馬達的轉子經由離合器結合到引擎上的混合動力型汽車。在這種混合動力型汽車中，為了能夠進行只通過馬達而進行的驅動，而設有離合器。
在配有兼用作發電機的馬達的發動機中，在發動機高速旋轉時，發電量過剩，發電摩擦增大。結果，發動機的運轉效率下降。
並且，兼用作發電機的馬達的轉子，或者與無級變速器結合、或者同時與無級變速器和發動機的曲軸結合。即，由於兼用作發電機的馬達和無級變速器成一列地配置在發動機曲軸的延長線上，所以存在曲軸方向變長、包含發動機的驅動部的寬度增大的問題。
發明內容
本發明鑑於上述需要，其目的是提供一種帶有兼用作發電機的馬達的發動機及其控制裝置，其在發動機高速旋轉時能降低發電摩擦且可以減小包含發動機的驅動部的寬度。
為了實現上述目的，本發明的第一個特徵在於在具有包含結合到曲軸上的驅動側帶輪的V型帶式無級變速器的、帶有兼用作發電機的馬達的發動機中，前述驅動側帶輪由成一體地結合到前述曲軸上的固定帶輪片、和可沿軸向方向自由移動地結合到前述曲軸上的可動帶輪片構成，其配有利用伴隨著前述曲軸旋轉而產生的離心力的作用，使前述可動帶輪片向前述固定帶輪片側移動的加載機構、設置在前述可動帶輪片外周面上的磁鐵、和由與前述磁鐵相向配置的磁極及定子線圈構成的定子。
根據第一個特徵，通過在無級變速器的帶輪外周上設置磁鐵，形成兼用作發電機的馬達的轉子。因而，不用在無級變速器之外單獨設置兼用作發電機的馬達的轉子，減少了構件數目，同時，由於將定子配置在帶輪的外周上，從而縮短了曲軸的軸向尺寸。
進而，通過伴隨著發動機轉速增大，可動帶輪片發生位移，因而，馬達相對於定子脫離出來，由於轉子和定子相向的面積減小，所以發電量不按發動機轉速增大的比例而增大。因而，抑制了由於發電量增大而造成的發動機摩擦的增大。
並且，本發明的第二個特徵在於前述加載機構由與前述曲軸結合成一體的斜板、被夾在利用前述斜板和前述可動帶輪片以向外周偏離地縮窄間隔的方式形成的錐形面中的重量輥構成，上述帶有兼用作發電機的馬達的發動機上還配有設置在前述斜板的與前述重量輥相反側的面上的傳感器用磁鐵、和與前述傳感器用磁鐵對向配置的對前述斜板的旋轉角度進行檢測的角度傳感器。
根據第二個特徵，對應於斜板的旋轉角度改變傳感器用磁鐵對角度傳感器的磁力，根據該磁力檢測斜板的旋轉角度、即曲軸的角度。
並且，本發明的第三個特徵在於前述磁極和線圈僅設置在定子圓周方向中的規定範圍內，在除了前述規定範圍之外的定子圓周方向的範圍內配有角度傳感器，所述角度傳感器與設置在前述可動帶輪片上的磁鐵相向地配置，用於檢測前述可動帶輪片的旋轉角度。
根據第三個特徵，使作為轉子一部分的磁鐵直接作用於角度傳感器，可以從外周檢測轉子的角度，因而，可以獲得很高的角度檢測精度。
並且，本發明的第四個特徵在於前述加載機構由與前述曲軸結合成一體的斜板、被夾在利用前述斜板和前述可動帶輪片以向外周偏離地縮窄間隔的方式形成的錐形面中的重量輥構成，上述帶有兼用作發電機的馬達的發動機上還配有設置在前述斜板上的傳感器用磁鐵、和與前述傳感器用磁鐵相向配置的檢測前述斜板的旋轉角度的角度傳感器，同時，前述定子僅設置在圓周方向上的規定範圍內。
根據第四個特徵，由於可以減小定子的尺寸，所以有利於無級變速器驅動側帶輪周邊的空間等的設計靈活度。
進而，本發明的第五個特徵在於在發動機的控制裝置中，配有檢測對於發動機的加速操作的加速檢測機構、和響應前述加速檢測機構的輸出並向定子線圈通電以便產生與前述磁鐵的磁力線方向相同的磁力線的通電機構。
根據第五個特徵，通過通電在定子和轉子之間作用磁吸引力。因而，抑制了無級變速器的可動帶輪片向軸向方向的位移，變速特性停留在低的一側的特性。結果，能以很高的發動機轉速進行加速，消除了由於急加速造成的轉矩不足並改善了加速特性。
圖1是根據本發明的實施形式的包含帶有兼用作發電機的馬達的發動機的動力裝置的剖視圖。
圖2是兼用作發電機的馬達的分解正視圖。
圖3是表示發動機控制裝置的主要部分的框圖。
圖4是表示當發動機轉速增大時的驅動側帶輪的位置的剖視圖。
圖5是表示在節氣門全開時的發動機轉速Ne和車速V的關係的圖示。
圖6是表示當控制磁吸引力以提高加速特性時的發動機轉速Ne和車速V的關係的圖示。
圖7是表示當提高加速特性時的在巡航狀態下的發動機轉速Ne和車速V的關係的圖示。
圖8是根據第一個變形例的馬達ACG的正視圖。
圖9是根據第二個變形例的發電機正視圖。
圖10是根據第二個變形例的發電機剖視圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖詳細說明本發明。圖1是本發明的包含有帶有兼用作發電機的馬達的發動機的動力裝置的剖視圖，圖2是兼用作發電機的馬達(以下稱為「馬達ACG」)的分解正視圖(拆下圖2的罩30所看到的圖)。由嵌合到曲柄箱3中的軸承4、5支撐發動機1的曲軸2。連接杆7經由曲柄銷6連接到曲軸2上。冷卻風扇8固定於曲軸2的一端上，在冷卻風扇8和軸承4之間固定凸輪驅動用鏈輪9和用於驅動圖中未示出的油泵的齒輪10。
在軸承5的外側上設有V型帶式無級變速器(以下簡稱為「無級變速器」)的驅動側帶輪11。驅動側帶輪11包含固定帶輪片111和可動帶輪片112。固定帶輪片111固定於曲軸2的靠近端部的位置上，並且其在旋轉方向和軸向方向中任意一個方向上的相對於曲軸2的移動受到限制。另一方面，可動帶輪片112相對於曲軸2在旋轉方向上的運動受到限制，但是，在軸向方向(推力方向)上可以在規定的範圍內移動地結合到曲軸2上。斜板12可自由滑動地配合到可動帶輪片112上。
斜板12被結合到曲軸2上並且成一體地旋轉。斜板12通過與可動帶輪片112的內側傾斜(斜面)的組合，形成向著外周方向變窄的輥狀重量體13的錐形導向裝置。在與斜板12對向的變速器殼體14的面上，設置用於檢測斜板12的旋轉角度、即曲軸2的旋轉角度的角度傳感器15。在斜板12上設有對角度傳感器15產生磁作用的傳感器用磁鐵16。
在可動帶輪片112的外周上設有軛17，進而在軛17的外周上設有多個磁鐵18。在可動帶輪片112的外周上，進一步在其與前述磁鐵18之間間隔有空隙地配置定子19。定子19被螺栓200固定在變速器殼體14上。定子19由配有形成磁極的多個(在此為18個)齒191的軛192、和卷繞在齒191上的三相定子線圈193構成。這樣，配有磁鐵18和軛17的可動帶輪片112形成轉子39，並與定子19一起構成馬達ACG33。
與前述驅動側帶輪11成對地設置構成無級變速器的從動側帶輪20。利用配合到變速器殼體14上的軸承21和圖中未示出的另一個軸承，可自由旋轉地支撐從動軸22，將從動側帶輪20固定於該從動軸22上。從動側帶輪20被軸承23、24可自由旋轉地支撐在從動軸22上，另一方面，在從動軸22的軸向方向上具有被限制移動的固定帶輪片201。並且，具有經由固定帶輪片201被可沿從動軸22的軸向方向自由滑動地支撐的可動帶輪片202。
在固定帶輪片201上設置有靴部支撐板27，該靴部支撐板27支撐因離心力而向外周方向偏靠的離合器靴部25。具有與離合器靴部25接觸的內周面的杯狀構件28被固定於從動軸22上。利用該杯狀構件28和離合器靴部25的組合，構成離心離合器。由一端保持在靴部支撐板27上的線圈彈簧28的另一端推壓前述可動帶輪片202，並使前述可動帶輪片202始終保持向固定帶輪片201側的加載。
驅動側帶輪11和從動側帶輪20均為V字形帶輪，在兩者之間架設有V形帶29。從動軸22經由包含減速齒輪26的減速器連接到驅動輪、例如兩輪摩託車的後輪上。罩30蓋在無級變速器上，反衝式起動器31支撐在該罩30上。
圖3是表示發動機制動裝置的主要部分的框圖。ECU32具有將馬達ACG33的三相輸出交流轉換成直流、並調整為適合於電池34的電壓的AC/DC變壓器35和整流器36。通過將電壓調整為直流，對電池34充電。並且，在ECU32中配有由一組三相電橋形成的馬達驅動電路42，所述三相電橋由將從電池34供應的直流轉換成馬達ACG33的驅動用交流的MOS-FET構成。
進而，ECU32配有變速特性控制部38，該變速特性控制部38根據檢測節氣門開度的節氣門傳感器37的輸出進行加速判斷、並控制無級變速器的變速特性。除此以外，ECU32還配有發動機點火控制部和空氣燃燒比控制部等在發動機驅動中必要的機構，但是，這些並不是本發明中所特有的，可以採用公知的技術，因而省略對它們的說明。
在操作時，首先，馬達ACG33作為馬達工作。根據角度傳感器15檢測出的旋轉角度，利用馬達驅動電路42順次向定子線圈193供電，藉此驅動由配有磁鐵18的可動帶輪片112構成的轉子39。由於發動機1的曲軸與馬達ACG33的轉子連接在一起，所以其隨著轉子39的旋轉而擺轉，在達到點火轉速後，使發動機1點火併開始自行運轉。在自行運轉開始之後，控制系統切換到發電機側，馬達ACG33作為發動機的發電機使用。
隨著發動機轉速增大，輥狀重量體13被離心力向外周方向加載，可動帶輪片112偏靠在固定帶輪片111側上。因此，V形帶29相對於驅動側帶輪11卷繞直徑增大，另一方面，相對於從動側帶輪20卷繞直徑減小。即，減速比減小，使從動側帶輪20增速。當從動側帶輪20的旋轉超過離心離合器的連續轉速時，離合器靴部25以規定的壓力與杯狀構件28接觸，將旋轉傳遞給從動軸22。
通常，發電機的輸出電壓隨著轉速的增大而增大。但是，在本實施形式中，當驅動馬達ACG的發動機1的轉速增大時，構成轉子39的可動帶輪片112偏靠向定子19，因而，發電量不會按照轉速增大的比例而增大。即，與發動機轉速增大的程度相比，發電量增大的程度抑制在較低的程度。因而，伴隨發動機轉速增大的發電摩擦的增加也受到抑制。
變速特性控制部38的加速檢測部40監視節氣門傳感器37的輸出值變化比例，在根據該比例檢測出預定值以上的加速時，輸出加速檢測信號。通電控制部41響應加速檢測信號，將用於向定子線圈193提供電流的負荷比輸出給馬達驅動電路42。馬達驅動電路42根據被提供的負荷比向定子線圈193通電。因而，提供以沿與磁鐵18的磁力線方向相同的方向產生磁力線的方式設定的電流，不會增大馬達ACG的摩擦。
圖4是表示當發動機轉速增大時的驅動側帶輪位置的剖視圖，與圖1相同的符號表示相同或等同的部分。當發動機轉速增大時，如箭頭S所示，可動帶輪片112偏靠向固定帶輪片111例，V形帶29的卷繞直徑增大。而且，轉子39從定子19上脫出。因而，隨著發動機轉速的增大，偏靠量也增大，摩擦減小。
並且，轉子39利用相對於定子19產生偏靠的構造，可以控制無級變速器的變速特性。圖5是表示節氣門全開時的發動機轉速Ne和車速V、即無級變速器的輸出的關係。在同一圖中，當對節氣門做全開操作時，發動機轉速Ne增大，伴隨與此，車速V也增大。這時的發動機轉速Ne和車速V的上升特性追隨低側的特性。而且，發動機轉速達到N1時，向高側特性移動，車速V按照該高側特性而增大。
通過控制轉子39和定子19的磁吸引力來改變該變速特性(參照圖4)。通過向定子線圈193通電，可以改變磁吸引力。例如，施加磁吸引力以獲得加速時所需的變速特性。
圖6是控制磁吸引力並提高加速特性時的發動機轉速Ne和車速V的關係的示意圖。如該圖所示，當急速打開節氣門時，在發動機轉速Ne為比前述轉速N1低的轉速N2時，向高側特性移動。若放置於此，則以低發動機轉速的狀態向高側特性移動。在高側特性下，由於輸出轉矩比在低側特性時的小，所以若極其快速地打開節氣門時會產生轉矩不足的情況，這是由於檢測到節氣門的快速打開，施加了抑制可動帶輪片112偏靠的力，所以防止了向高側特性的急劇轉移。
即，當發動機轉速Ne達到轉速N2時，可動帶輪片112僅向固定帶輪片111側少量偏靠，發動機轉速Ne和車速V的特性處於中間的特性。而且，發動機轉速Ne按照該中間特性增大，車速也增大。進而，發動機轉速Ne增大，當達到可控制區域的上限轉速NLMT時，變速特性移向高側特性，此後，停止向定子線圈193的通電。這樣，在起動時，當急速打開節氣門時，以獲得適當轉矩的方式進行特性的移動，可以使車輛平滑地加速。對應於可以利用馬達ACG33能對可動帶輪片112產生作用的推力方向的力，設定可控制區域。
圖7是在巡航狀態下急速打開節氣門的情況下的變速特性的示意圖。當以發動機轉速N3進行巡航的狀態下，若急速打開節氣門，則發動機轉速按照規定的變速特性上升。而且，當達到發動機轉速N1時，向高側特性轉移並逐漸加速。
另一方面，在由磁吸引力進行控制的情況下，利用磁吸引力使變速特性向車速V增大相對於發動機轉速增大的比例減小的特性、即低側特性變化。當發動機轉速Ne達到可控制區域的上限NLMT時，若停止向定子線圈193的通電，則向高側特性轉移並進行變速。這樣，在節氣門急速打開時，可以以高發動機轉速進行加速、即以高轉矩進行加速。
下面，對變形例進行說明。在上述實施形式中，在斜板12上設置磁鐵16並對角度傳感器15施加作用。在第一個變形例中，著重於排除該磁鐵16。圖8是根據第一個變形例的馬達ACG的正視圖，為了避免複雜化，簡略地表示轉子39。在同一圖中，馬達ACG33由具有15個齒191的定子19構成，齒191以20°的間隔配置。因而，齒191的配置範圍不是遍及轉子39的全周，而是在局部產生較大的空間(中心角60°)。而且，在該空間中配置角度傳感器15。按照以與齒191相同的間隔從外周與轉子磁鐵18相向的方式配置角度傳感器15，利用託架40固定到軛192上。
根據該第一個變形例，通過設置專用的傳感器用磁鐵16，可以利用轉子的磁鐵18直接檢測出轉子的角度，因而可以減少構件數目。並且，由於是對設置在轉子39最外周上的磁鐵18的位置進行檢測，所以提高了檢測精度。
其次，說明第二個變形例。圖9是根據第二個變形例的發電機正視圖，圖10是其剖視圖。在圖10中，為了避免複雜化，簡略地表示出轉子。在兩個圖中，發電機33a的定子19不設置在轉子39的整個外周上，與第一個變形例相比，磁極進一步減少。即，僅設置6個齒191，與轉子39的外周部分的範圍(中心角100°的範圍)相向地設置。根據第二個變形例，利用定子19和轉子39，不具有作為馬達的功能，但是可以具有發電機的功能。因而，發動機起動時，利用反衝式起動器31使曲軸2旋轉。這樣，不具有作為專用起動馬達的機構，因而可以獲得發電機的小型化、輕量化的效果。
採用技術方案1的發明，由於不設置獨立於無級變速器的旋轉電機的轉子，所以減少了構件的數目，可以降低成本。並且，由於在帶輪的外周上配置定子，所以縮短了曲軸的軸向尺寸。因而，可以實現包含無級變速器的帶有兼用作發電機的馬達的發動機的小型化、輕量化，同時減小慣性質量。並且，由於不以發動機轉速增大的比例增大發電量，所以可以控制由於發電量增加而造成的發動機摩擦的增大。
並且，採用技術方案2的發明，可以將檢測轉子旋轉角度的角度傳感器和傳感器用磁鐵緊湊地收容於無級變速器內。
並且，採用技術方案3的發明，構成轉子一部分的磁鐵直接作用於角度傳感器上，對於曲軸而言，可以在更靠外的外周上檢測角度，因而，可以獲得更高精度的角度傳感器。
並且，採用技術方案4的發明，由於可以減小定子的尺寸，因而有利於無級變速器的驅動側帶輪周邊的殼體等的設計靈活性，可以實現輕量化。
進而，採用技術方案5的發明，通過通電產生磁吸引力，用於抑制轉子從定子上急劇脫出。結果，消除了由於急加速造成的轉矩不足等問題，可以獲得加速性能提高了的變速特性。
權利要求
1.一種帶有兼用作發電機的馬達的發動機，作為具有包含結合到曲軸上的驅動側帶輪的V型帶式無級變速器的、帶有兼用作發電機的馬達的發動機，其特徵在於前述驅動側帶輪由成一體地結合到前述曲軸上的固定帶輪片、和可沿軸向方向自由移動地結合到前述曲軸上的可動帶輪片構成，其配有利用伴隨著前述曲軸旋轉而產生的離心力的作用，使前述可動帶輪片向前述固定帶輪片側移動的加載機構、設置在前述可動帶輪片外周面上的磁鐵、和由與前述磁鐵相向配置的磁極及定子線圈構成的定子。
2.如權利要求1所述的帶有兼用作發電機的馬達的發動機，其特徵在於前述加載機構由與前述曲軸結合成一體的斜板、被夾在利用通過前述斜板和前述可動帶輪片以向外周偏離地縮窄間隔的方式形成的錐形面中的重量輥構成，該帶有兼用作發電機的馬達的發動機還配有設置在前述斜板的、與前述重量輥相反側的面上的傳感器用磁鐵、與前述傳感器用磁鐵相向配置的對前述斜板的旋轉角度進行檢測的角度傳感器。
3.如權利要求1所述的帶有兼用作發電機的馬達的發動機，其特徵在於前述磁極和線圈僅設置在定子圓周方向中的規定範圍內，在除了前述規定範圍之外的定子圓周方向的範圍內配有角度傳感器，所述角度傳感器與設置在前述可動帶輪片上的磁鐵相向地配置，用於檢測前述可動帶輪片的旋轉角度。
4.如權利要求1所述的帶有兼用作發電機的馬達的發動機，其特徵在於前述加載機構由與前述曲軸結合成一體的斜板、被夾在利用前述斜板和前述可動帶輪片以向外周偏離地縮窄間隔的方式形成的錐形面中的重量輥構成，該帶有兼用作發電機的馬達的發動機還配有設置在前述斜板上的傳感器用磁鐵、和與前述傳感器用磁鐵相向配置的檢測前述斜板的旋轉角度的角度傳感器，同時，前述定子僅設置在圓周方向上的規定範圍內。
5.如權利要求1～權利要求4任意一項中所述的帶有兼用作發電機的馬達的發動機的控制裝置，其特徵在於配有檢測對於發動機的加速操作的加速檢測機構、和響應前述加速檢測機構的輸出並向定子線圈通電以便產生與前述磁鐵的磁磁力線方向相同的磁力線的通電機構。
全文摘要
一種帶有兼用作發電機的馬達的發動機，其在V形帶式無級變速器的驅動側帶輪11的外周上設置磁鐵18，並且將該帶輪作為馬達ACG33的轉子39。在轉子39的外周上配置定子19。伴隨著發動機轉速的增大，改變轉子、即帶輪的可動帶輪片112相對於定子19的位置，並且減小定子19和轉子39的對向部面積，降低發電量的增大比例。由此能實現帶有馬達ACG的發動機的小型化，並能抑制由於發電量過大而造成的摩擦增大。
文檔編號H02K7/10GK1495059SQ0315612
公開日2004年5月12日 申請日期2003年8月29日 優先權日2002年9月11日
發明者坂本友和, 彥, 田中邦彥 申請人:本田技研工業株式會社