CN1263950C - 车辆用起动兼发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不用加长曲轴即可于其一端配置车辆用起动兼发电装置。具有无电刷马达(44)、控制装置(3)相驱动器(104)、转子传感器(56)、发电控制装置(调节器(52))；该无电刷马达(44)的转子(15)连接于曲轴(12)的一端，在定子具有起动线圈(51)和发电线圈(50)；该控制装置将电池电压变换成交流电力供给到无电刷马达(44)的起动线圈(51)，该发电控制装置将在无电刷马达(44)的发电线圈(50)中产生的感应电动势供给电负荷。

Description

车辆用起动兼发电装置

技术领域

本发明涉及一种将搭载于车辆的内燃机用起动装置和发电装置组合成一体构成的车辆用起动兼发电装置，特别是涉及一种直接连接于内燃机曲轴的车辆用起动兼发电装置。

背景技术

在现有内燃机(以下称“发动机”)使用的起动兼发电机装置中，如日本专利公报特开平10-148142号记载的那样，在马达的起动机设置起动线圈和发电线圈，在起动时从电池通过电刷机构向起动线圈供电，将马达用作起动装置，使与转子直接连接的曲轴回转，起动发动机。

另一方面，马达的整流子片和电刷通过调速器机构接触，发动机起动后，当发动机的转速增大、转子达到规定转速以上时，在其离心力作用下调速器机构作动，断开上述整流子片与电刷机构的接触。因此，这以后，马达作为发电装置起作用，发电线圈中产生的电动势供给到电负荷和电池。

在上述现有起动兼发电装置中，必须在曲轴上的轴向确保用于设置调速器机构和电刷机构的空间，这使曲轴变长。另外，在将凸轮轴设置于气缸盖的四冲程发动机中，有可能在曲轴上配置凸轮轴的驱动机构，在该场合也必须延长曲轴。当要在曲轴的端部设置自动变速机构时，曲轴必然变长。因此，如在搭载四冲程发动机的车辆采用起动兼发电装置，在曲轴的端部设置自动变速机构，则曲轴变长。

另一方面，为了抑制曲轴的长度，当靠近配置上述调速器机构、电刷机构、凸轮轴驱动机构和自动变速机构等时，不能在曲轴上确保用于设置检测其回转角的角度传感器的空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆用起动兼发电装置，该车辆用起动兼发电装置可解决上述现有技术的问题，不延长曲轴即可配置于其一端。

为了达到上述目的，本发明的车辆用起动兼发电装置，适用于摆动式动力装置，该摆动式动力装置在四冲程发动机的曲轴一端侧设置无级变速装置和离心离合器；在上述曲轴的另一端侧具有无电刷马达，设有控制上述无电刷马达对发动机的起动和发电的控制装置；上述无电刷马达的定子配置于转子的周围，上述转子为在其外周面配置多个永久磁铁的内部转子磁铁式；其特征在于：具有转子传感器和控制装置，该转子传感器用于检测配置于上述转子外周面的永久磁铁的磁力，该控制装置根据上述转子传感器的输出信号判断转子的回转角，根据判断结果控制对上述起动线圈的供电，控制向上述起动线圈的供电的控制装置，具备根据检测节气门开度的节气门传感器的输出信号控制无电刷马达的起动扭矩的控制机构；根据上述转子传感器的输出信号控制发动机的点火。

按照上述特征，由于可用无电刷马达单体构成车辆用起动兼发电装置，所以不需要调速器机构和电刷机构，可减小曲轴上的车辆用起动兼发电装置在轴向的占有区域(长度)。因此，即使将车辆起动兼发电装置直接连接于曲轴，也可抑制曲轴部分在曲轴方向的伸出，结果，可减小车宽和使车辆轻量化。

附图说明

图1为包含本发明一实施形式的起动兼发电装置的摆动式动力装置的断面图。

图2为摆动式动力装置的起动兼发电装置周边和其近旁的局部断面图。

图3为摆动式动力装置的发动机气缸盖近旁的局部断面图。

图4为摆动式动力装置的自动变速装置(驱动部)近旁的局部断面图。

图5为摆动式动力装置的自动变速装置(从动部)近旁的局部断面图。

图6为使用了本发明一实施形式的起动兼发电装置的机动二轮车的侧面图。

图7为本发明一实施形式的起动兼发电装置的控制系的框图。

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明。图6为搭载了本发明一实施形式的起动兼发电装置的机动二轮车的全体侧视图。车身前部2与车身后部3通过处于低位的底板部4连接，由包含下伸管6和主管7的车架构成车身骨架。燃料箱和收容箱(都未在图中示出)由主管7支承，在其上方配置车座8。车座8可兼作设于其下部的行李箱的盖，行李箱可由设于其前部FR的铰链机构自由开闭地构成。

在车身前部2，于下伸管6设置转向头5，由该转向头5轴支前叉12。在延伸到上方的前叉12A的上端安装转向柄11A，在下端轴支前轮13A。转向柄11A的上部由兼作仪表盘的转向柄罩33覆盖。

在主管7的途中可自由回转地轴支连接构件(悬挂装置)37，由该悬挂装置37在主管7可自由摆动地连接支承摆动式动力装置17。在摆动式动力装置17的前部搭载单缸四冲程发动机200。从该发动机200到后方构成皮带式无级变速器35，在其后部通过离心式离合器设置减速机构38，在该减速机构38轴支后轮21。在减速机构38的上端与主管7的上部弯曲部之间安装后缓冲器22。在摆动式动力装置17的前部连接从发动机200的气缸盖32延伸出的进气管23，在该进气管23配置化油器24和连接到该化油器24的空气滤清器25。

在从皮带式无级变速器35的传动箱罩36凸出的脚蹬起动轴27固定脚蹬起动臂28的基端，在脚蹬起动臂28的前端设置脚蹬起动踏板29。在设置于摆动式动力装置箱体31下部的枢轴18安装主支架26，停车时使该主支架26立起(在图中由点划线示出)。

图1为上述摆动式动力装置17的断面图，示出上述图6的A-A面的断面构造。摆动式动力装置17如后面参照图2～5详述的那样，具有位于车辆前方的发动机200、连接于曲轴12一端的本发明的起动兼发电装置100、连接于曲轴12另一端的自动变速器的驱动部300和从动部400。

图2为示出上述起动兼发电装置100和曲轴部的构造的局部断面图。在摆动式动力装置箱体31由主轴承10、11可自由回转地支承曲轴12，在该曲轴12通过曲柄销13连接连接杆14。在从曲柄室9伸出的曲轴12的一端侧设置作为起动发电装置100主要部的无电刷马达44的内部转子15。内部转子15与法兰构件39一起由螺栓20固定到曲轴12的一端。

在内部转子15的外周面嵌装永久磁铁19。永久磁铁19例如为钕铁硼系，以曲轴12为中心按等角度间隔设置于6个位置。配置于内部转子15外周的外部定子47的定子芯48固定于摆动式动力装置箱体31。在该定子芯49的轭铁49a卷绕发电线圈50和起动线圈51。

在上述电刷构件39安装散热扇57，与该散热扇57相向地设置散热器58。在曲轴12于内部转子15与主轴承11间固定链轮59，在该链轮59卷挂链60，该链60用于从曲轴12获得驱动凸轮轴(图中未示出)的动力。链轮59与齿轮61形成为一体，该齿轮61用于将动力传递到使润滑油循环的泵。

在摆动式动力装置箱体31的一端侧面31a的内侧由螺钉41平行于曲轴12地固定基板55，在基板55的内侧表面设置转子传感器56，该转子传感器56用于检测安装于上述内部转子15外周面的永久磁铁19。上述转子传感器56如后面参照图7说明的那样构成，其中，多个(在本实施形式中为3个)霍尔元件与内部转子15同轴地配置成圆弧状并设置规定的间隙。

图3为示出上述发动机200的缸盖周边构造的局部断面图。配置于气62内的活塞63通过活塞销64连接到连杆14的小端侧。在气缸盖32螺旋接合火花塞65，其电极部对着形成于活塞63的头部与气缸盖32间的燃烧室。气缸62的周围由水套66包围。

在气缸盖32中的上述气缸62的上方，设置由轴承67、68可自由回转地支承的凸轮轴69。在凸轮轴69嵌合连接件70，在该连接件70由螺栓71一起紧固凸轮链轮72和磁阻分配头部72a，该磁阻分配头部72a与凸轮传感器155相关地产生凸轮脉冲。在凸轮链轮72卷挂链60。由该链60将上述链轮59(参照图1)的回转即曲轴12的回转传递到凸轮轴69。

在凸轮轴69的上部设置摇杆73，该摇杆73伴随着凸轮轴69的回转相应于凸轮轴69的凸轮形状摇动。在凸轮轴69一体形成排气凸轮和进气凸轮，邻接于这些凸轮设置减压凸轮98，该减压凸轮98仅在逆转的方向上与凸轮轴69接合。减压凸轮98在凸轮轴69逆转时追随凸轮轴69的回转而旋转到比排气凸轮外周形状更为凸出的位置。

因此，可在凸轮轴69正转时使排气门96为稍提升的状态，减轻发动机在压缩过程的负荷。这样，可减少起动曲轴时的转距，所以，作为四冲程发动机的起动机，可使用小型的装置。结果，曲柄周围变得紧凑，具有可增大倾斜角的优点。通过使凸轮稍作正转，减压凸轮98的外形恢复到排气凸轮的外周形状内。

在气缸盖32形成由水泵底座74和水泵外壳75包围的泵室76。在泵室76内配置具有叶轮77的泵轴78。泵轴78嵌合在凸轮轴69的端部，由轴承79可自由回转地加以保持。泵轴78的驱动力由接合于凸轮链轮72中心部的销80获得。

在缸罩盖81设置空气针簧片阀94。该空气针簧片阀94当在排气管产生负压时吸入空气，改善排放。在泵室76周边的很多处设置密封构件，这里省去个别的说明。

图4、图5为将发动机200的回转变速后传递到后轮的自动变速器的自动变速部分的断面图，图4为驱动侧，图5为从动侧。

在图4中，在曲轴12上的与设置上述起动兼发电装置100的内部转子15一侧相反侧的端部，设置用于卷挂三角皮带82的皮带轮83。皮带轮83由固定皮带轮片83a和可动皮带轮片83b构成，该固定皮带轮片83a相对曲轴12固定了回转方向和轴向的移动，该可动皮带轮片83b可相对曲轴12沿轴向自由滑动。

在可动皮带轮片83b的背面即不与三角皮带82接触的面安装保持板84。保持板84相对曲轴12限制了回转方向和轴向双方的移动地一体回转。由保持板84和可动皮带轮片83b围成的空间形成收容作为离心调速器重锤的滚柱85的腔室。

另一方面，将动力传递到后轮21的离合器机构如以下那样构成。在图5中，离合器的主轴125由嵌合于箱126的轴承127和嵌合于齿轮箱128的轴承129支承。在该主轴125由轴承130和131支承皮带轮132的固定皮带轮片132a。在主轴125的端部由螺母133固定杯状的离合器板134。

在上述固定皮带轮片132a的套筒135可沿主轴125的长度方向自由滑动地设置皮带轮132的可动皮带轮片132b。可动皮带轮片132b可在主轴125周围一体回转地与圆盘136接合。在圆盘136与可动皮带轮片132b之间设置朝扩张两者间距离的方向施加反作用力的压缩螺旋弹簧137。另外，在圆盘136设置由销138可自由摆动地支承的摩擦瓦139。摩擦瓦139在圆盘136的回转速度增大时由离心力的作用朝外周方向摆动，接触离合器板134的内周。设置弹簧140，使得在圆盘136达到规定回转速度时使摩擦瓦139接触离合器板134。

在主轴125固定小齿轮141，该小齿轮141与固定于空转轴142的齿轮143啮合。固定于空转轴142的小齿轮144与输出轴145的齿轮146啮合。后轮21由轮圈21a和嵌入到轮圈21a周围的轮胎21b构成，轮圈21a固定于上述输出轴145。

在上述构成中，当发动机转速最小时，滚柱85位于由图4中实线示出的位置，三角皮带132的可动皮带轮片132b偏移到由压缩螺旋弹簧137施加了弹性力的图5的实线位置，三角皮带82卷挂到皮带轮132的最大直径部分。在该状态下，由于离心式离合器的主轴125以最小转速回转，所以施加在圆盘136上的离心力最小，摩擦瓦139由弹簧140拉入到内方，所以，不接触离合器板134。即，发动机的回转不传递到主轴125，车轮21不回转。

在发动机转速大的场合，滚柱85在离心力的作用下偏移到外周方向。图4的点划线所示位置为最大转速时的滚柱85的位置。当滚柱85朝外周方向偏移时，可动皮带轮83b被推压到固定皮带轮83a侧，所以三角皮带82移动到皮带轮83的靠最大直径处。这样，在离心式离合器侧，可动皮带轮片132b反抗压缩螺旋弹簧137进行偏移，三角皮带82移动到皮带轮132的靠最小直径处。因此，施加于圆盘136的离心力增大，摩擦瓦139反抗弹簧140伸出到外方，与离合器板134接触。结果，发动机的回转力传递到主轴125，通过齿轮列将动力传递到车轮21。这样，相应于发动机的转速，曲轴12侧的皮带轮83和离心离合器侧的三角皮带82相对皮带轮132的卷挂直径变化，产生了变速作用。

如上述那样，发动机起动时，在起动线圈51通电，可对发动机形成势能，但在本实施形式中，并用由脚踏动作使发动机200起动的脚蹬起动装置。下面进一步参照图4说明脚蹬起动装置。在上述固定皮带轮83a的背面固定脚蹬起动用从动爪形齿轮86。另一方面，在罩36侧，可自由回转地支承具有斜齿轮87的支承轴88。在支承轴88的端面形成与上述从动爪形齿轮86啮合的驱动爪形齿轮90。

在罩36可自由回转地支承脚蹬起动轴27，在该脚蹬起动轴27焊接与上述斜齿轮87啮合的扇形斜齿轮91。在脚蹬起动轴27的端部即从罩36凸出到外部的部分形成花键，在该花键接合设于脚蹬起动臂28(参照图6)的花键。符号92、93为复位弹簧。

在上述构成中，当踏下脚蹬起动踏板29时，反抗复位弹簧93转动脚蹬起动轴27和扇形斜齿轮91。对于斜齿轮88和扇形斜齿轮91，设定相互扭转方向，使得踏下脚蹬踏板转动扇形斜齿轮91时，在皮带轮83产生推压支承轴87的推力。因此，当踏下脚蹬起动踏板29时，支承轴87偏移到皮带轮83侧，形成于盖89端面的驱动爪形齿轮90与从动爪形齿轮86啮合，结果，曲轴12回转，发动机200的起动成为可能。当发动机起动时，对放松的脚蹬起动踏板29踏下，由复位弹簧92、93使扇形斜齿轮91反转，则解除驱动爪形齿轮90与从动爪形齿轮86的接合。

图7为上述起动兼发电装置100的控制系框图，与上面相同的符号表示相同或同等部分。

控制装置40包含DC-DC变换器102、点火控制装置103、及3相驱动器104，该DC-DC变换器102将电池42的输出电压VBATT变换成逻辑电压VDD供给到CPU101，该点火控制装置103控制对IG线圈54的供电并在规定的时刻使火花塞65点火，该3相驱动器104将电池电压VBATT变换成3相交流电供给到无电刷马达44的起动线圈51。

节气门传感器53检测节气门开度θth，通知CPU101。转子传感器56例如由3个霍尔元件56a、56b、56c构成，将内部转子15的回转位置作为设置于其外周面的6个永久磁铁19的位置进行检测，通知CPU101。调节器52将相应于内部转子15的回转在发电线圈50产生的感应电流控制为电池电压VBATT，供给到电源线L。

在这样的构成中，发动机起动时，CPU101根据转子传感器56检测到的内部转子15的回转位置决定起动线圈51的励磁时刻，控制3相驱动器104的各动力FET的开闭时刻，向起动线圈51的各相供交流电。

3相驱动器104的各动力FET由CPU101进行PWM控制，其占空系数即无电刷马达44的起动扭矩根据上述节气门传感器53检测到的节气门开度θth进行控制。

另一方面，当发动机200起动并达到规定转速时，中止3相驱动器104对起动线圈51的供电，这次无电刷马达44由发动机从动地驱动。此时，在无电刷马达44的发电线圈50相应于曲轴12的回转速度产生电动势。该电动势由调节器52控制为电池电压VBATT，之后，供给到电负荷，同时将剩余电力充电到电池。

如上述那样，在本实施形式中采用无电刷马达作为起动兼发电装置的发电电动机，废除了电刷机构和调速器机构，所以可缩短曲轴12的全长，减小将其搭载于上面的车辆的宽度。

另外，检测无电刷马达44的转子位置的转子传感器56所检测到的结果被用来判定曲柄角，所以，不需要用于检测曲柄角的曲柄传感器，曲轴12可变得更短。

按照本发明，可达到以下效果。

(1)将无电刷马达作为起动兼发电装置的发电电动机，废除了电刷机构和调速器机构，所以可与现有技术相比缩短曲轴的全长，减小曲轴部分处的车宽和使车辆轻量化。

(2)检测无电刷马达的转子位置的转子传感器所检测到的结果被用来判定曲柄角，所以，不需要用于检测曲柄角的曲柄传感器，曲柄轴可变得更短。

Claims (2)

1.一种车辆用起动兼发电装置，适用于摆动式动力装置，该摆动式动力装置在四冲程发动机的曲轴一端侧设置无级变速装置和离心离合器；在上述曲轴的另一端侧具有无电刷马达，设有控制上述无电刷马达对发动机的起动和发电的控制装置；上述无电刷马达的定子配置于转子的周围，上述转子为在其外周面配置多个永久磁铁的内部转子磁铁式；其特征在于：具有转子传感器和控制装置，该转子传感器用于检测配置于上述转子外周面的永久磁铁的磁力，该控制装置根据上述转子传感器的输出信号判断转子的回转角，根据判断结果控制对上述起动线圈的供电，控制向上述起动线圈的供电的控制装置，具备根据检测节气门开度的节气门传感器的输出信号控制无电刷马达的起动扭矩的控制机构；根据上述转子传感器的输出信号控制发动机的点火。

2.如权利要求1所述的车辆用起动兼发电装置，其特征在于：在摆动式动力装置箱体的内侧，与曲轴平行地固定基板，在上述基板上放置转子传感器。

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