CN1263619C - 带有兼用作发电机的马达的发动机及其控制装置 - Google Patents

Abstract

一种带有兼用作发电机的马达的发动机，其在V形带式无级变速器的驱动侧带轮11的外周上设置磁铁18，并且将该带轮作为马达ACG33的转子39。在转子39的外周上配置定子19。伴随着发动机转速的增大，改变转子、即带轮的可动带轮片112相对于定子19的位置，并且减小定子19和转子39的对向部面积，降低发电量的增大比例。由此能实现带有马达ACG的发动机的小型化，并能抑制由于发电量过大而造成的摩擦增大。

Description

带有兼用作发电机的马达的发动机及其控制装置

技术领域

本发明涉及一种带有兼用作发电机的马达的发动机及其控制装置，特别涉及一种可以降低发动机高速旋转时的发电摩擦的带有兼用作发电机的马达的发动机及其控制装置。

背景技术

为了起动发动机，采用结合于发动机的曲轴上的起动马达。该起动马达在发动机开始自行运转之后保持与发动机的结合，以便该起动马达可以作为发电机使用。这样，兼用作发电机的马达不仅作为发动机的起动马达，而且也作为同时用于发动机和马达的所谓混合动力型汽车驱动源使用。

在特开平8-251708号公报中，公开了将马达的转子结合到无级变速器的输入轴上并同时将马达的转子经由离合器结合到引擎上的混合动力型汽车。在这种混合动力型汽车中，为了能够进行只通过马达而进行的驱动，而设有离合器。

在配有兼用作发电机的马达的发动机中，在发动机高速旋转时，发电量过剩，发电摩擦增大。结果，发动机的运转效率下降。

并且，兼用作发电机的马达的转子，或者与无级变速器结合、或者同时与无级变速器和发动机的曲轴结合。即，由于兼用作发电机的马达和无级变速器成一列地配置在发动机曲轴的延长线上，所以存在曲轴方向变长、包含发动机的驱动部的宽度增大的问题。

发明内容

本发明鉴于上述需要，其目的是提供一种带有兼用作发电机的马达的发动机及其控制装置，其在发动机高速旋转时能降低发电摩擦且可以减小包含发动机的驱动部的宽度。

为了实现上述目的，本发明的第一个特征在于：在具有包含结合到曲轴上的驱动侧带轮的V型带式无级变速器的、带有兼用作发电机的马达的发动机中，前述驱动侧带轮由成一体地结合到前述曲轴上的固定带轮片、和可沿轴向方向自由移动地结合到前述曲轴上的可动带轮片构成，其配有：利用伴随着前述曲轴旋转而产生的离心力的作用，使前述可动带轮片向前述固定带轮片侧移动的加载机构、设置在前述可动带轮片外周面上的磁铁、和由与前述磁铁相向配置的磁极及定子线圈构成的定子。

根据第一个特征，通过在无级变速器的带轮外周上设置磁铁，形成兼用作发电机的马达的转子。因而，不用在无级变速器之外单独设置兼用作发电机的马达的转子，减少了构件数目，同时，由于将定子配置在带轮的外周上，从而缩短了曲轴的轴向尺寸。

进而，通过伴随着发动机转速增大，可动带轮片发生位移，因而，马达相对于定子脱离出来，由于转子和定子相向的面积减小，所以发电量不按发动机转速增大的比例而增大。因而，抑制了由于发电量增大而造成的发动机摩擦的增大。

并且，本发明的第二个特征在于：前述加载机构由与前述曲轴结合成一体的斜板、被夹在利用前述斜板和前述可动带轮片以向外周偏离地缩窄间隔的方式形成的锥形面中的重量辊构成，上述带有兼用作发电机的马达的发动机上还配有：设置在前述斜板的与前述重量辊相反侧的面上的传感器用磁铁、和与前述传感器用磁铁对向配置的对前述斜板的旋转角度进行检测的角度传感器。

根据第二个特征，对应于斜板的旋转角度改变传感器用磁铁对角度传感器的磁力，根据该磁力检测斜板的旋转角度、即曲轴的角度。

并且，本发明的第三个特征在于：前述磁极和线圈仅设置在定子圆周方向中的规定范围内，在除了前述规定范围之外的定子圆周方向的范围内配有角度传感器，所述角度传感器与设置在前述可动带轮片上的磁铁相向地配置，用于检测前述可动带轮片的旋转角度。

根据第三个特征，使作为转子一部分的磁铁直接作用于角度传感器，可以从外周检测转子的角度，因而，可以获得很高的角度检测精度。

并且，本发明的第四个特征在于：前述加载机构由与前述曲轴结合成一体的斜板、被夹在利用前述斜板和前述可动带轮片以向外周偏离地缩窄间隔的方式形成的锥形面中的重量辊构成，上述带有兼用作发电机的马达的发动机上还配有：设置在前述斜板上的传感器用磁铁、和与前述传感器用磁铁相向配置的检测前述斜板的旋转角度的角度传感器，同时，前述定子仅设置在圆周方向上的规定范围内。

根据第四个特征，由于可以减小定子的尺寸，所以有利于无级变速器驱动侧带轮周边的空间等的设计灵活度。

进而，本发明的第五个特征在于：在发动机的控制装置中，配有：检测对于发动机的加速操作的加速检测机构、和响应前述加速检测机构的输出并向定子线圈通电以便产生与前述磁铁的磁力线方向相同的磁力线的通电机构。

根据第五个特征，通过通电在定子和转子之间作用磁吸引力。因而，抑制了无级变速器的可动带轮片向轴向方向的位移，变速特性停留在低的一侧的特性。结果，能以很高的发动机转速进行加速，消除了由于急加速造成的转矩不足并改善了加速特性。

采用技术方案1的发明，由于不设置独立于无级变速器的旋转电机的转子，所以减少了构件的数目，可以降低成本。并且，由于在带轮的外周上配置定子，所以缩短了曲轴的轴向尺寸。因而，可以实现包含无级变速器的带有兼用作发电机的马达的发动机的小型化、轻量化，同时减小惯性质量。并且，由于不以发动机转速增大的比例增大发电量，所以可以控制由于发电量增加而造成的发动机摩擦的增大。

并且，采用技术方案2的发明，可以将检测转子旋转角度的角度传感器和传感器用磁铁紧凑地收容于无级变速器内。

并且，采用技术方案3的发明，构成转子一部分的磁铁直接作用于角度传感器上，对于曲轴而言，可以在更靠外的外周上检测角度，因而，可以获得更高精度的角度传感器。

并且，采用技术方案4的发明，由于可以减小定子的尺寸，因而有利于无级变速器的驱动侧带轮周边的壳体等的设计灵活性，可以实现轻量化。

进而，采用技术方案5的发明，通过通电产生磁吸引力，用于抑制转子从定子上急剧脱出。结果，消除了由于急加速造成的转矩不足等问题，可以获得加速性能提高了的变速特性。

附图说明

图1是根据本发明的实施形式的包含带有兼用作发电机的马达的发动机的动力装置的剖视图。

图2是兼用作发电机的马达的分解正视图。

图3是表示发动机控制装置的主要部分的框图。

图4是表示当发动机转速增大时的驱动侧带轮的位置的剖视图。

图5是表示在节气门全开时的发动机转速Ne和车速V的关系的图示。

图6是表示当控制磁吸引力以提高加速特性时的发动机转速Ne和车速V的关系的图示。

图7是表示当提高加速特性时的在巡航状态下的发动机转速Ne和车速V的关系的图示。

图8是根据第一个变形例的马达ACG的正视图。

图9是根据第二个变形例的发电机正视图。

图10是根据第二个变形例的发电机剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明。图1是本发明的包含有带有兼用作发电机的马达的发动机的动力装置的剖视图，图2是兼用作发电机的马达(以下称为“马达ACG”)的分解正视图(拆下罩30后如图2所示的图)。由嵌合到曲柄箱3中的轴承4、5支撑发动机1的曲轴2。连接杆7经由曲柄销6连接到曲轴2上。冷却风扇8固定于曲轴2的一端上，在冷却风扇8和轴承4之间固定凸轮驱动用链轮9和用于驱动图中未示出的油泵的齿轮10。

在轴承5的外侧上设有V型带式无级变速器(以下简称为“无级变速器”)的驱动侧带轮11。驱动侧带轮11包含固定带轮片111和可动带轮片112。固定带轮片111固定于曲轴2的靠近端部的位置上，并且其在旋转方向和轴向方向中任意一个方向上的相对于曲轴2的移动受到限制。另一方面，可动带轮片112相对于曲轴2在旋转方向上的运动受到限制，但是，在轴向方向(推力方向)上可以在规定的范围内移动地结合到曲轴2上。斜板12可自由滑动地配合到可动带轮片112上。

斜板12被结合到曲轴2上并且成一体地旋转。斜板12通过与可动带轮片112的内侧倾斜(斜面)的组合，形成向着外周方向变窄的辊状重量体13的锥形导向装置。在与斜板12对向的变速器壳体14的面上，设置用于检测斜板12的旋转角度、即曲轴2的旋转角度的角度传感器15。在斜板12上设有对角度传感器15产生磁作用的传感器用磁铁16。

在可动带轮片112的外周上设有轭17，进而在轭17的外周上设有多个磁铁18。在可动带轮片112的外周上，进一步在其与前述磁铁18之间间隔有空隙地配置定子19。定子19被螺栓200固定在变速器壳体14上。定子19由配有形成磁极的多个(在此为18个)齿191的轭192、和卷绕在齿191上的三相定子线圈193构成。这样，配有磁铁18和轭17的可动带轮片112形成转子39，并与定子19一起构成马达ACG 33。

与前述驱动侧带轮11成对地设置构成无级变速器的从动侧带轮20。利用配合到变速器壳体14上的轴承21和图中未示出的另一个轴承，可自由旋转地支撑从动轴22，将从动侧带轮20固定于该从动轴22上。从动侧带轮20被轴承23、24可自由旋转地支撑在从动轴22上，另一方面，在从动轴22的轴向方向上具有被限制移动的固定带轮片201。并且，具有经由固定带轮片201被可沿从动轴22的轴向方向自由滑动地支撑的可动带轮片202。

在固定带轮片201上设置有靴部支撑板27，该靴部支撑板27支撑因离心力而向外周方向偏靠的离合器靴部25。具有与离合器靴部25接触的内周面的杯状构件28被固定于从动轴22上。利用该杯状构件28和离合器靴部25的组合，构成离心离合器。由一端保持在靴部支撑板27上的线圈弹簧43的另一端推压前述可动带轮片202，并使前述可动带轮片202始终保持向固定带轮片201侧的加载。

驱动侧带轮11和从动侧带轮20均为V字形带轮，在两者之间架设有V形带29。从动轴22经由包含减速齿轮26的减速器连接到驱动轮、例如两轮摩托车的后轮上。罩30盖在无级变速器上，反冲式起动器31支撑在该罩30上。

图3是表示发动机制动装置的主要部分的框图。ECU 32具有将马达ACG 33的三相输出交流转换成直流、并调整为适合于电池34的电压的AC/DC变压器35和整流器36。通过将电压调整为直流，对电池34充电。并且，在ECU 32中配有由一组三相电桥形成的马达驱动电路42，所述三相电桥由将从电池34供应的直流转换成马达ACG 33的驱动用交流的MOS-FET构成。

进而，ECU 32配有变速特性控制部38，该变速特性控制部38根据检测节气门开度的节气门传感器37的输出进行加速判断、并控制无级变速器的变速特性。除此以外，ECU 32还配有发动机点火控制部和空气燃烧比控制部等在发动机驱动中必要的机构，但是，这些并不是本发明中所特有的，可以采用公知的技术，因而省略对它们的说明。

在操作时，首先，马达ACG 33作为马达工作。根据角度传感器15检测出的旋转角度，利用马达驱动电路42顺次向定子线圈193供电，借此驱动由配有磁铁18的可动带轮片112构成的转子39。由于发动机1的曲轴与马达AC633的转子连接在一起，所以其随着转子39的旋转而摆转，在达到点火转速后，使发动机1点火并开始自行运转。在自行运转开始之后，控制系统切换到发电机侧，马达ACG 33作为发动机的发电机使用。

随着发动机转速增大，辊状重量体13被离心力向外周方向加载，可动带轮片112偏靠在固定带轮片111侧上。因此，V形带29相对于驱动侧带轮11卷绕直径增大，另一方面，相对于从动侧带轮20卷绕直径减小。即，减速比减小，使从动侧带轮20增速。当从动侧带轮20的旋转超过离心离合器的连续转速时，离合器靴部25以规定的压力与杯状构件28接触，将旋转传递给从动轴22。

通常，发电机的输出电压随着转速的增大而增大。但是，在本实施形式中，当驱动马达ACG的发动机1的转速增大时，构成转子39的可动带轮片112偏靠向定子19，因而，发电量不会按照转速增大的比例而增大。即，与发动机转速增大的程度相比，发电量增大的程度抑制在较低的程度。因而，伴随发动机转速增大的发电摩擦的增加也受到抑制。

变速特性控制部38的加速检测部40监视节气门传感器37的输出值变化比例，在根据该比例检测出预定值以上的加速时，输出加速检测信号。通电控制部41响应加速检测信号，将用于向定子线圈193提供电流的负荷比输出给马达驱动电路42。马达驱动电路42根据被提供的负荷比向定子线圈193通电。因而，提供以沿与磁铁18的磁力线方向相同的方向产生磁力线的方式设定的电流，不会增大马达ACG的摩擦。

图4是表示当发动机转速增大时的驱动侧带轮位置的剖视图，与图1相同的符号表示相同或等同的部分。当发动机转速增大时，如箭头S所示，可动带轮片112偏靠向固定带轮片111侧，V形带29的卷绕直径增大。而且，转子39从定子19上脱出。因而，随着发动机转速的增大，偏靠量也增大，摩擦减小。

并且，转子39利用相对于定子19产生偏靠的构造，可以控制无级变速器的变速特性。图5是表示节气门全开时的发动机转速Ne和车速V、即无级变速器的输出的关系。在同一图中，当对节气门做全开操作时，发动机转速Ne增大，伴随与此，车速V也增大。这时的发动机转速Ne和车速V的上升特性追随低侧的特性。而且，发动机转速达到N1时，向高侧特性移动，车速V按照该高侧特性而增大。

通过控制转子39和定子19的磁吸引力来改变该变速特性(参照图4)。通过向定子线圈193通电，可以改变磁吸引力。例如，施加磁吸引力以获得加速时所需的变速特性。

图6是控制磁吸引力并提高加速特性时的发动机转速Ne和车速V的关系的示意图。如该图所示，当急速打开节气门时，在发动机转速Ne为比前述转速N1低的转速N2时，向高侧特性移动。若放置于此，则以低发动机转速的状态向高侧特性移动。在高侧特性下，由于输出转矩比在低侧特性时的小，所以若极其快速地打开节气门时会产生转矩不足的情况，这是由于检测到节气门的快速打开，施加了抑制可动带轮片112偏靠的力，所以防止了向高侧特性的急剧转移。

即，当发动机转速Ne达到转速N2时，可动带轮片112仅向固定带轮片111侧少量偏靠，发动机转速Ne和车速V的特性处于中间的特性。而且，发动机转速Ne按照该中间特性增大，车速也增大。进而，发动机转速Ne增大，当达到可控制区域的上限转速NLMT时，变速特性移向高侧特性，此后，停止向定子线圈193的通电。这样，在起动时，当急速打开节气门时，以获得适当转矩的方式进行特性的移动，可以使车辆平滑地加速。对应于可以利用马达ACG 33能对可动带轮片112产生作用的推力方向的力，设定可控制区域。

图7是在巡航状态下急速打开节气门的情况下的变速特性的示意图。当以发动机转速N3进行巡航的状态下，若急速打开节气门，则发动机转速按照规定的变速特性上升。而且，当达到发动机转速N1时，向高侧特性转移并逐渐加速。

另一方面，在由磁吸引力进行控制的情况下，利用磁吸引力使变速特性向车速V增大相对于发动机转速增大的比例减小的特性、即低侧特性变化。当发动机转速Ne达到可控制区域的上限NLMT时，若停止向定子线圈193的通电，则向高侧特性转移并进行变速。这样，在节气门急速打开时，可以以高发动机转速进行加速、即以高转矩进行加速。

下面，对变形例进行说明。在上述实施形式中，在斜板12上设置磁铁16并对角度传感器15施加作用。在第一个变形例中，着重于排除该磁铁16。图8是根据第一个变形例的马达ACG的正视图，为了避免复杂化，简略地表示转子39。在同一图中，马达ACG 33由具有15个齿191的定子19构成，齿191以20°的间隔配置。因而，齿191的配置范围不是遍及转子39的全周，而是在局部产生较大的空间(中心角60°)。而且，在该空间中配置角度传感器15。按照以与齿191相同的间隔从外周与转子磁铁18相向的方式配置角度传感器15，利用托架40固定到轭192上。

根据该第一个变形例，通过设置专用的传感器用磁铁16，可以利用转子的磁铁18直接检测出转子的角度，因而可以减少构件数目。并且，由于是对设置在转子39最外周上的磁铁18的位置进行检测，所以提高了检测精度。

其次，说明第二个变形例。图9是根据第二个变形例的发电机正视图，图10是其剖视图。在图10中，为了避免复杂化，简略地表示出转子。在两个图中，发电机33a的定子19不设置在转子39的整个外周上，与第一个变形例相比，磁极进一步减少。即，仅设置6个齿191，与转子39的外周部分的范围(中心角100°的范围)相向地设置。根据第二个变形例，利用定子19和转子39，不具有作为马达的功能，但是可以具有发电机的功能。因而，发动机起动时，利用反冲式起动器31使曲轴2旋转。这样，不具有作为专用起动马达的机构，因而可以获得发电机的小型化、轻量化的效果。

Claims (5)

1.一种带有兼用作发电机的马达的发动机，其具有包含结合到曲轴上的驱动侧带轮的V型带式无级变速器，其特征在于：前述驱动侧带轮由成一体地结合到前述曲轴上的固定带轮片、和可沿轴向方向自由移动地结合到前述曲轴上的可动带轮片构成，其配有：利用伴随着前述曲轴旋转而产生的离心力的作用，使前述可动带轮片向前述固定带轮片侧移动的加载机构、设置在前述可动带轮片外周面上的磁铁、和由与前述磁铁相向配置的磁极及定子线圈构成的定子。

2.如权利要求1所述的带有兼用作发电机的马达的发动机，其特征在于：前述加载机构由与前述曲轴结合成一体的斜板、被夹在利用通过前述斜板和前述可动带轮片以向外周偏离地缩窄间隔的方式形成的锥形面中的重量辊构成，该带有兼用作发电机的马达的发动机还配有：设置在前述斜板的、与前述重量辊相反侧的面上的传感器用磁铁、与前述传感器用磁铁相向配置的对前述斜板的旋转角度进行检测的角度传感器。

3.如权利要求1所述的带有兼用作发电机的马达的发动机，其特征在于：前述磁极和线圈仅设置在定子圆周方向中的规定范围内，在除了前述规定范围之外的定子圆周方向的范围内配有角度传感器，所述角度传感器与设置在前述可动带轮片上的磁铁相向地配置，用于检测前述可动带轮片的旋转角度。

4.如权利要求1所述的带有兼用作发电机的马达的发动机，其特征在于：前述加载机构由与前述曲轴结合成一体的斜板、被夹在利用前述斜板和前述可动带轮片以向外周偏离地缩窄间隔的方式形成的锥形面中的重量辊构成，该带有兼用作发电机的马达的发动机还配有：设置在前述斜板上的传感器用磁铁、和与前述传感器用磁铁相向配置的检测前述斜板的旋转角度的角度传感器，同时，前述定子仅设置在圆周方向上的规定范围内。

5.一种带有兼用作发电机的马达的发动机的控制装置，其用于如权利要求1～权利要求4任意一项中所述发动机，其特征在于配有：检测对于发动机的加速操作的加速检测机构、和响应前述加速检测机构的输出并向定子线圈通电以便产生与前述磁铁的磁磁力线方向相同的磁力线的通电机构。

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