JP2018168821A - エンジン始動発電ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動発電ユニットにおいて、始動モータ及び発電機の両方の機能を持たせることができ、かつ、エンジン始動時の始動トルクを大きくできる構成を提供する。【解決手段】エンジン始動発電ユニットは、ハウジング相当部材の内側に配置され、入出力軸と回転電機のモータ軸との間にクラッチ手段を介して接続された不思議遊星歯車機構を含む。クラッチ手段は、モータ軸から入出力軸に対しエンジン始動用の動力が伝達される場合に、不思議遊星歯車機構を用いて、モータ軸に比べて入出力軸が所定の減速比で減速されるように、入出力軸と第１インターナルギヤとを接続し、エンジンが始動した後、入出力軸からモータ軸に対し発電用の動力が伝達される場合に、不思議遊星歯車機構の一部の構成要素を用いて、入出力軸に比べてモータ軸が減速比の値より低い増速比で増速されるように、入出力軸とキャリアとを接続する。【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンに対し動力の伝達可能に接続された状態で、エンジンの始動と発電とのために用いられるエンジン始動発電ユニットに関する。

エンジンを搭載し、芝刈り作業、耕うん作業等を行うための農業トラクターなどの作業車両が、従来から知られている。このような作業車両において、運転者によるイグニッション・スイッチのオフからオンへの操作にしたがって、エンジンは、セルモータと呼ばれる始動モータにより始動される。また、エンジンの始動後において、エンジンがプーリ、ベルト等を介して発電機を駆動する。

特許文献１には、内燃機関を回転させるためのスタータモータ（始動モータ）としても、または自動車の電圧源に供給するための発電機としても使用させる電気機械及び遊星歯車装置が記載されている。電気機械のロータと遊星歯車支持軸との間に遊星歯車装置が配置される。遊星歯車装置は、ロータに固定されたサンギヤと、サンギヤ及び中空歯車（外側ギヤ）に噛合された遊星歯車と、遊星歯車を支持する遊星歯車支持体とを含む。中空歯車が、第１の位置、第２の位置、及びニュートラル位置である、周方向の３つの位置で切り替えられる。第１の位置では、中空歯車がブレーキライニングに押し付けられロックされる。この位置では、電気機械の回転数が低下し、高いモーメントが実現されるとされている。第２の位置では、中空歯車が軸方向に移動して遊星歯車支持体に押し付けられてロックされる。このときには、電気機械は高回転数で駆動され、高い電気的な出力が供給されるとされている。ニュートラル位置では中空歯車は自由回転し、自動車の駆動系と電気機械との間の接続が中断されるとされている。

特表２００１−５１９５０４号公報

車両に始動モータ及び発電機の２つを搭載することは、車両の小型化及び軽量化を図る上での妨げとなる。また、部品点数が多くなり、コストが増大する要因となる。さらに、ディーゼルエンジン等、エンジンの種類によっては始動トルクを大きくすることが望まれる場合があり、始動モータから大トルクに相当する大減速比でエンジンを始動させることが望まれる場合がある。一方、エンジンからこの大減速比に対応する大増速比で発電機が駆動されることは、発電機を有効に保護する面から防止する必要がある。

特許文献１に記載された構成では、電気機械に始動モータ及び発電機の機能を持たせることができるが、電気機械によりエンジンを始動させる際の始動トルクを大きくする面から改良の余地がある。

本発明の目的は、エンジン始動発電ユニットにおいて、始動モータ及び発電機の両方の機能を持たせることができ、かつ、エンジン始動時の始動トルクを大きくできる構成を提供することである。

本発明に係るエンジン始動発電ユニットは、エンジンに対し動力の伝達可能に接続された状態で、前記エンジンの始動と発電とのために用いられるエンジン始動発電ユニットであって、ハウジング相当部材と、前記ハウジング相当部材に固定され、前記エンジンの始動モータ及び発電機としての機能を有する回転電機と、前記ハウジング相当部材の内側に回転可能に支持され、前記エンジン側の部材に接続される接続部を有する入出力軸と、前記ハウジング相当部材の内側に配置され、前記入出力軸と前記回転電機のモータ軸との間にクラッチ手段を介して接続された不思議遊星歯車機構とを備える。前記不思議遊星歯車機構は、前記ハウジング相当部材の内側に回転可能に配置された第１インターナルギヤと、該ギヤの回転軸線と同一の中心軸線を持つように並設されて前記ハウジング相当部材の内側に回転不能に配置された第２インターナルギヤと、前記第１、第２インターナルギヤの内側に噛合された複数のプラネタリギヤと、前記複数のプラネタリギヤの内側に噛合され、前記モータ軸と同期して回転するサンギヤと、前記複数のプラネタリギヤのそれぞれを、ギヤ軸を介して自転可能に支持するキャリアと、を含む。前記クラッチ手段は、前記モータ軸から前記入出力軸に対しエンジン始動用の動力が伝達される場合に、前記不思議遊星歯車機構を用いて、前記モータ軸に比べて前記入出力軸が所定の減速比で減速されるように、前記入出力軸と前記第１インターナルギヤとを接続し、前記エンジンが始動した後、前記入出力軸から前記モータ軸に対し発電用の動力が伝達される場合に、前記不思議遊星歯車機構の一部の構成要素を用いて、前記入出力軸に比べて前記モータ軸が前記減速比の値より低い増速比で増速されるように、前記入出力軸と前記キャリアとを接続する。

本発明に係るエンジン始動発電ユニットによれば、始動モータ及び発電機の両方の機能を持たせることができ、かつ、エンジン始動時の始動トルクを大きくできる構成を提供できる。

本発明に係る実施形態のエンジン始動発電ユニットを含む作業車両を示す断面図である。 実施形態のエンジン始動発電ユニットを含むエンジンユニットを示している図１のＡ部拡大相当図である。 図２のＢ部拡大図において、一部を断面にして示している図である。 実施形態のエンジン始動発電ユニットを示している図３のＣ部拡大断面図である。 図４において、エンジン始動発電ユニットの回転電機と、回転電機以外の部分とを分離させた状態を示す図である。 図４のＤ−Ｄ断面図である。 図４の中心部の拡大図である。 実施形態において、モータ軸から入出力軸にエンジン始動用の動力が伝達されるときの動力伝達経路を示している図４に対応する図である。 実施形態において、エンジン始動用の動力によって、第１インターナルギヤから第１一方向クラッチを介して入出力軸が回転される状態を示している図４のＥ−Ｅ断面図である。 実施形態において、入出力軸からモータ軸に発電用の動力が伝達されるときの動力伝達経路を示している図４に対応する図である。 実施形態において、発電用の動力によって、入出力軸から第２一方向クラッチを介してサンギヤが回転される状態を示している図４のＦ−Ｆ断面図である。 実施形態のエンジン始動発電ユニットを含む作業車両の別例を示す断面図である。 図１２のＧ部拡大断面図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施形態につき詳細に説明する。なお、以下では、主として、作業車両の前輪及び後輪がエンジンの動力で回転駆動される四輪駆動車である場合を説明するが、作業車両は、前輪のみ、または後述の図１２、１３の構成のように後輪のみがエンジンの動力で駆動される二輪駆動車としてもよい。また、エンジン始動発電ユニットを含む車両は、エンジンの動力で走行駆動する車両であれば、作業車両以外の車両としてもよい。

以下で述べる形状、個数、部品の配置関係等は、説明のための例示であって、車両及びエンジン始動発電ユニットの仕様等に合わせ、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付している。

図１は、実施形態のエンジン始動発電ユニット２０を含む作業車両１０を示す断面図である。作業車両１０は、ロータリ耕うん機等の各種作業機（図示せず）を必要に応じて装備させ駆動することができる。

作業車両１０を構成するフレーム１２の前側（図１の左側）には、エンジンユニット１４が固定される。エンジンユニット１４は、駆動源としてのエンジン１５、動力取り出し部１６、及びエンジン始動発電ユニット２０を備える。以下では、エンジン始動発電ユニット２０は、始動発電ユニット２０と記載する。フレーム１２において、エンジン１５の下側に位置する部分には、前車軸駆動装置１００が固定される。前車軸駆動装置１００の左右両側には、２つの前輪１０２の車軸（図示せず）が連結される。

フレーム１２の後側には、後車軸駆動装置１０４が固定される。後車軸駆動装置１０４の左右両側には、２つの後輪１０６の車軸（図示せず）が連結される。

図２は、エンジンユニット１４を示している図１のＡ部拡大相当図である。図３は、図２のＢ部拡大図において、一部を断面にして示している図である。

動力取り出し部１６は、エンジン１５に固定されるギヤケース１６ａと、ギヤケース１６ａに収容されるフライホイール１７、推進軸１８、及び歯車機構１９を含む。エンジン１５の出力軸１５ａ（図３）の動力は、フライホイール１７を介して推進軸１８に伝達される。

図１に戻って、推進軸１８に伝達された動力は、第１伝動軸１０７を介して後車軸駆動装置１０４の入力軸１０５に伝達される。この入力軸１０５に伝達された動力は、後車軸駆動装置１０４の内部のトランスミッション機構（図示せず）と、第２伝動軸１０８とを介して、前車軸駆動装置１００の入力軸１０１に伝達される。後車軸駆動装置１０４の入力軸１０５に伝達された動力は所望の速度に変速され、後車軸駆動装置１０４の内部の差動歯車機構（図示せず）を介して左右両側の後輪１０６の車軸に伝達されて、後輪１０６が駆動する。

後車軸駆動装置１０４の入力軸１０５に伝達された動力は、後車軸駆動装置１０４の後部に支持された作業機用動力取り出し軸としてのＰＴＯ軸１０９にも伝達される。ＰＴＯ軸１０９は、耕うん機等の作業機に動力の伝達可能に連結されて、ＰＴＯ軸１０９の駆動によって作業機を駆動する。

前車軸駆動装置１００の入力軸１０１に伝達された動力は、前車軸駆動装置１００の内部の差動歯車機構（図示せず）を介して左右両側の前輪１０２の車軸に伝達されて、前輪１０２が駆動する。

エンジン１５は、ボンネット１１５により覆われており、ボンネット１１５の後端部にはハンドル１１６が支持されている。ハンドル１１６の操作によって、前輪１０２が操舵され、それによって車両の向きが決定される。

フレーム１２において、ハンドル１１６よりも後側には、運転者が座る座席１１０が固定される。また、座席１１０の前側には、アクセルペダル（図示せず）が配置される。運転者がアクセルペダルを踏み込み、その踏込の量を調節することで、エンジン１５の回転速度が調節される。ハンドル１１６の近傍にはイグニッション・スイッチ（図示せず）が配置される。

フレーム１２において、座席１１０の下側には、油圧シリンダ１１２が支持される。油圧シリンダ１１２の伸縮によって、昇降アーム１１４の後端部が上下方向に移動され、その後端部に支持された作業機が昇降する。なお、作業機は、耕うん機に限定するものではなく、作業車両１０は、用途に応じた作業機を備えることができる。例えば、作業車両が芝刈作業に用いられる場合には、作業機として芝刈り機を備える。

図３に示すように、動力取り出し部１６において、推進軸１８に伝達された動力は、２つの歯車１９ａ、１９ｂからなる歯車機構１９を介して、始動発電ユニット２０を構成する入出力軸２１に伝達される。

図４は、始動発電ユニット２０を示している図３のＣ部拡大断面図である。図５は、図４において、始動発電ユニット２０の回転電機２２と、回転電機２２以外の部分とを分離させた状態を示す図である。

始動発電ユニット２０は、エンジン１５に対し動力の伝達可能に接続された状態で、エンジン１５の始動と発電とのために用いられる。始動発電ユニット２０は、ハウジング相当部材２４、回転電機２２、入出力軸２１、及び不思議遊星歯車機構３０を含んで構成される。

ハウジング相当部材２４は、始動発電ユニット２０のケースに相当するものであり、エンジン側ハウジング部材２５とモータ側ハウジング部材２６とでギヤ形成部材２７を挟んで、それぞれの外周部を共通のボルト２８によりネジ止め結合することにより形成される。なお、別々のボルトによって部材２５と部材２７、ならびに、部材２６と部材２７をそれぞれ接合するようにしてもよい。ギヤ形成部材２７は、略円筒状に形成され、ハウジング相当部材２４の外側面の中間部を形成する。ギヤ形成部材２７は、ハウジング相当部材２４の内側面となる内周面に、第２インターナルギヤ３１の歯部が直接に機械加工によって形成されている。該ギヤ３１は、後述の不思議遊星歯車機構３０の一部を構成する。エンジン側ハウジング部材２５は、後述の入出力軸２１を挿通させる中心孔２５ａを有する。モータ側ハウジング部材２６は、後述の回転電機２２のモータ軸２３を挿通させる中心孔２６ａを有する。モータ側ハウジング部材２６は、内周側端部からハウジング相当部材２４の内部空間Ｓ側に突出する段付き円筒状の筒部２６ｂを有する。

回転電機２２は、ケース２２ａ、ケース２２ａの内側に回転可能に支持されたモータ軸２３、モータ軸２３に固定されたロータ（図示せず）、及びケース２２ａの内側に固定されたステータ（図示せず）を含んで構成される。回転電機２２は、直流電流により駆動されるＤＣモータ、または交流電流により駆動されるＡＣモータの構造を有する。例えば、回転電機２２は、磁石付ロータを含む三相交流型モータの構造を有する。ケース２２ａは、ハウジング相当部材２４において、エンジンとは反対側の端面に突き当てた状態で、ボルト２２ｂによりモータ側ハウジング部材２６を挟んでギヤ形成部材２７と結合固定される。この状態で、モータ軸２３の一端部（図４の左端部）は、ケース２２ａからハウジング相当部材２４側に突出する。そして、モータ軸２３は、一端部が、後述のようにハウジング相当部材２４に回転可能に支持された中間連結部材５０とスプライン係合されることにより、中間連結部材５０と同期して回転する。中間連結部材５０は、後述のように、不思議遊星歯車機構３０を構成するサンギヤ３３とスプライン係合することにより、サンギヤ３３と同期して回転する。

回転電機２２は、エンジンの始動モータ及び発電機としての機能を有する。例えば、イグニッション・スイッチ（図示せず）の人為操作によりバッテリ（図示せず）から直流交流変換器であるドライバ（図示せず）を介して、３相交流電流が供給されることにより、回転電機２２は一方向に回転駆動する。このとき、後述の不思議遊星歯車機構３０、入出力軸２１、歯車機構１９、及びフライホイール１７を介して、回転電機２２の動力がエンジン１５の出力軸１５ａに伝達されることにより、エンジン１５が始動される。これにより、回転電機２２がエンジン１５の始動モータとして機能する。また、エンジン１５の始動後には、エンジン１５の動力が、フライホイール１７、歯車機構１９、入出力軸２１、及び第２インターナルギヤ３１の一部の要素を介して回転電機２２のモータ軸２３に伝達され、モータ軸２３が回転駆動される。これにより、回転電機２２が発電機として機能する。回転電機２２により発電された電力は、ドライバを介してバッテリに供給されることで、バッテリが充電される。

入出力軸２１は、ハウジング相当部材２４の内側に回転可能に支持される。具体的には、入出力軸２１は、軸方向中間部の大径円筒面２１ａと、軸方向一端部（図４の右端部）の小径円筒面２１ｂと、軸方向他端部（図４の左端部）の小径柱部２１ｃとを有する。小径柱部２１ｃには、歯車機構１９の２つの歯車１９ａ、１９ｂのうち、始動発電ユニット２０側の歯車１９ｂに接続して固定するための雄スプライン部２１ｄが形成される。このとき、歯車１９ｂは、エンジン側の部材に相当し、小径柱部２１ｃは、歯車１９ｂに接続される接続部に相当する。なお、入出力軸２１と歯車１９ｂとはスプラインに代えてキーによって接続してもよい。

入出力軸２１は、ハウジング相当部材２４のうち、エンジン側の端部である一端部（図４の左端部）において、シール付きの軸受２４ｂにより回転可能に支持されている。入出力軸２１は、後述の第１インターナルギヤ３４及びキャリア３８の内側においても、それぞれ軸受により回転可能に支持されている。

不思議遊星歯車機構３０は、ハウジング相当部材２４の内側に配置される。不思議遊星歯車機構３０は、入出力軸２１と回転電機２２のモータ軸２３との間にクラッチ手段６０を介して接続される。具体的には、不思議遊星歯車機構３０は、上記のギヤ形成部材２７に直接に形成された第２インターナルギヤ３１と、第１インターナルギヤ３４、複数のプラネタリギヤ３９、キャリア３８、及びサンギヤ３３とを含んで構成される。

第１インターナルギヤ３４は、ハウジング嵌合部材３５と、ギヤ形成部材３６とが結合固定されて形成される。ハウジング嵌合部材３５は、外周面がハウジング相当部材２４の円筒状の内周面とほぼ合致する円筒状外周面を有する筒部３５ａと、筒部３５ａの一端に中間段差部３５ｂを介して連結された外向きのフランジ３５ｃとを有する。

ギヤ形成部材３６は、円環状のリング部３６ａと、リング部３６ａの内周面に形成されたギヤ部３６ｂとを有する。フランジ３５ｃにギヤ形成部材３６のリング部３６ａが重ねられた状態で、フランジ３５ｃとリング部３６ａとがボルト３７によりねじ結合される。これにより、第１インターナルギヤ３４が形成される。

図６は、図４のＤ−Ｄ断面図である。ハウジング嵌合部材３５と、ギヤ形成部材３６との接合面の間には、潤滑油流通用の油通路３４ａが形成される。具体的には、ハウジング嵌合部材３５のフランジ３５ｃの下端部で、ボルト３７に対し周方向に異なる位置においてギヤ形成部材３６と面する内側面の複数位置には、溝３４ｂが形成される。各溝３４ｂは、ギヤ形成部材３６の歯底より内径側の位置からフランジ３５ｃの外周面に達する位置にわたって形成される。そして、各溝３４ｂとギヤ形成部材３６の面とにより油通路３４ａが形成される。これにより、後述のように潤滑油ポンプ１２０からハウジング相当部材２４の内部に潤滑油が送られることにより、第１インターナルギヤ３４の内側に溜まった潤滑油は速やかに第１インターナルギヤ３４の外側に排出される。第１インターナルギヤ３４の外側で、ハウジング相当部材２４の内側下端部に流れた潤滑油は、ハウジング相当部材２４の下端部に形成されたドレンポート２４ａから外部の油タンク部１２２（図４）に排出されハウジング相当部材２４内には油を溜めないようにしている。

図４、図５に示すように、第１インターナルギヤ３４は、ハウジング相当部材２４の内側に、軸受により支持された状態で回転可能に配置される。また、第１インターナルギヤ３４は、ギヤ形成部材３６によって形成する部分において、ギヤ形成部材２７の軸方向一端面（図４の左端面）にわずかな隙間を介して面するように、第２インターナルギヤ３１と隣り合って第２インターナルギヤ３１の中心軸線と同一の回転軸線を持つように並設される。これにより、第２インターナルギヤ３１は、第１インターナルギヤ３４の回転軸線と同一の中心軸線を持つように、第１インターナルギヤ３４に並設される。

複数のプラネタリギヤ３９は、第１インターナルギヤ３４のギヤ部３６ｂと第２インターナルギヤ３１との両方の内側に噛合される。このために、各プラネタリギヤ３９の軸方向長さは、ギヤ部３６ｂと第２インターナルギヤ３１とに同時に係合可能な長さとしている。各プラネタリギヤ３９は内側にギヤ軸４１が貫通され、ギヤ軸４１とプラネタリギヤ３９との間にニードル軸受等の軸受４２が配置される。

キャリア３８は、互いに略平行であり、それぞれ中心孔を有する第１円板部３８ａ及び第２円板部３８ｂと、第１及び第２円板部３８ａ、３８ｂを連結する連結部３８ｃとを有する。第１円板部３８ａの内周側端部には軸方向に沿って円筒状の筒部３８ｄが連結され、その筒部３８ｄの内側には、入出力軸２１の小径円筒面２１ｂが配置される。ギヤ軸４１の両端部は、第１円板部３８ａ及び第２円板部３８ｂに支持される。これにより、キャリア３８は、複数のプラネタリギヤ３９のそれぞれを、ギヤ軸４１を介して自転可能に支持する。キャリア３８の第２円板部３８ｂの内周側端部には、軸方向一方側（図４の右側）に突出するように円筒状の筒部３８ｅが連結される。この筒部３８ｅは、モータ側ハウジング部材２６に形成された筒部２６ｂの外径側に、軸受により回転可能に支持される。また、キャリア３８の筒部３８ｄの軸方向他端（図４の左端）は、円板部材５１を介して入出力軸２１の大径円筒面２１ａと小径円筒面２１ｂとの段差面に突き当てられる。円板部材５１は、金属または樹脂により形成される。円板部材５１を金属により形成する場合、円板部材５１の表面に滑りをよくするための適宜の表面処理または樹脂コーティングを施すことが好ましい。

クラッチ手段６０は、第１一方向クラッチ６１と、第２一方向クラッチ６２とを有する。第１一方向クラッチ６１は、ハウジング嵌合部材３５と入出力軸２１との間に配置される。ハウジング嵌合部材３５と入出力軸２１との間には、軸受４０も配置される。第１一方向クラッチ６１は、例えば複数のローラとバネとを含むローラ式であり、第１インターナルギヤ３４が入出力軸２１に対し一方向に回転する傾向となる場合に第１インターナルギヤ３４と入出力軸２１とをロックし、第１インターナルギヤ３４と入出力軸２１との相対回転を阻止する。一方、第１一方向クラッチ６１は、入出力軸２１が第１インターナルギヤ３４に対し一方向に回転する傾向となる場合には、第１インターナルギヤ３４と入出力軸２１とのロックを解除し、第１インターナルギヤ３４と入出力軸２１との相対回転を許容する。このような第１一方向クラッチ６１は、後述のようにモータ軸２３から入出力軸２１に対しエンジン始動用の動力が伝達される場合に、入出力軸２１と第１インターナルギヤ３４とを同期して回転させるように接続する。

第２一方向クラッチ６２は、キャリア３８の筒部３８ｄの内周面と入出力軸２１の小径円筒面２１ｂとの間に配置される。筒部３８ｄの内周面と入出力軸２１の小径円筒面２１ｂとの間には、軸受４３も配置される。

第２一方向クラッチ６２は、例えば第１一方向クラッチ６１と同様にローラ式であり、入出力軸２１がキャリア３８に対し一方向に回転する傾向となる場合に入出力軸２１とキャリア３８とをロックし、入出力軸２１とキャリア３８との相対回転を阻止する。一方、第２一方向クラッチ６２は、キャリア３８が入出力軸２１に対し一方向に回転する傾向となる場合には、キャリア３８と入出力軸２１とのロックを解除し、キャリア３８と入出力軸２１との相対回転を許容する。このような第２一方向クラッチ６２は、エンジンが始動した後、入出力軸２１からモータ軸２３に対し発電用の動力が伝達される場合に、入出力軸２１とキャリア３８とを同期して回転させるように接続する。

図７は、図４の中心部の拡大図である。サンギヤ３３は、筒部３８ｅを通じて、キャリア３８の内側に挿入され、回転可能に配置される。サンギヤ３３は、円板部３３ａと、円板部３３ａの一端面（図７の右端面）から軸方向に突出する軸部３３ｂとを有する。円板部３３ａの外周面にはギヤ部３３ｃが形成され、そのギヤ部３３ｃが複数のプラネタリギヤ３９の内側に噛合される。軸部３３ｂの外周面には雄スプライン部３３ｄが形成され、その雄スプライン部３３ｄが中間連結部材５０とスプライン係合する。これにより、サンギヤ３３は、中間連結部材５０及びモータ軸２３（図４）と同期して回転する。サンギヤ３３は、キャリア３８の筒部３８ｄの軸方向端面に取り付けられた断面Ｌ字形で環状のスリーブ４４と、第２円板部３８ｂの内周面に係止された止め輪４５及び円板部材４６とにより、軸方向の移動及び姿勢が規制されている。スリーブ４４及び円板部材４６は、金属または樹脂により形成される。スリーブ４４及び円板部材４６を金属により形成する場合、サンギヤ３３に対面する表面に、滑りをよくするための適宜の表面処理または樹脂コーティングを施すことが好ましい。サンギヤ３３は、中間連結部材５０とスプライン係合した状態でモータ軸２３の回転軸線に対し若干の傾き及び変位が許容される。これにより負荷等配可能とし、不思議遊星歯車機構３０の各構成部材の若干の製造誤差及び組み付け誤差を、このサンギヤ３３で吸収可能である。

中間連結部材５０は、円筒状で、内側の軸方向中間部に仕切り部５０ａが形成される。仕切り部５０ａは、中間連結部材５０の軸方向両側の内側空間を連通させず、遮断する。オイルシール５２は、中間連結部材５０の外周とモータ側ハウジング部材２６に形成された筒部２６ｂの内周との間の隙間を埋めるためのオイルシールである。

上記の第１インターナルギヤ３４、第２インターナルギヤ３１、及びサンギヤ３３は、いずれも浸炭処理及び仕上げ加工が施されている。例えば第１インターナルギヤ３４及び第２インターナルギヤ３１は、浸炭処理と、仕上げ加工としてのホーニングとが施されている。また、サンギヤ３３は、例えば、浸炭処理と、仕上げ加工としての歯研とが施されている。「ホーニング」とは、外歯歯車または内歯歯車の形状を持つ砥石を仕上げ対象に噛み合わせ、回転させながらその仕上げ対象の歯面を研削仕上げすることである。「歯研」とは、高速回転する砥石で歯面を研削仕上げすることである。これにより、第１インターナルギヤ３４、第２インターナルギヤ３１、及びサンギヤ３３の強度を向上でき、かつ、噛合時の摩擦を小さくしてエネルギー損失や発熱を低減でき、かつ静粛性を向上できる。

次に、ハウジング相当部材２４の内部空間Ｓに潤滑油を供給するための油経路を説明する。図４に示すように、ハウジング相当部材２４のエンジン側ハウジング部材２５には油供給ポートＰ１が形成される。油供給ポートＰ１には、潤滑油ポンプ１２０の吐出口が油路Ｌ１を介して接続される。図２に示すように、潤滑油ポンプ１２０は、エンジン１５に取り付けられ、エンジン１５の出力軸に連動連結されるギア機構を介して、エンジン１５により駆動され、油タンク部１２２から潤滑油を吸い上げる。

油供給ポートＰ１に送られた潤滑油は、第１インターナルギヤ３４、入出力軸２１、ギヤ軸４１、及びサンギヤ３３のそれぞれに形成された油路Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４、Ｌ５を介して、各一方向クラッチ６１，６２、及び不思議遊星歯車機構３０の回転部分に供給される。また、上記のように、第１インターナルギヤ３４の内側の空間に溜まった潤滑油は、第１インターナルギヤ３４に形成された油通路３４ａを通じて、第１インターナルギヤ３４の外側に排出される。このとき、キャリア３８ならびに第１インターナルギヤ３４が回転するので遠心ポンプ効果を生み出し、プラネタリギヤ３９の油路Ｌ４内の潤滑油や第１インターナルギヤ３４の内側の潤滑油を第１インターナルギヤ３４の外側へ強く排出すると同時に、前述した遠心ポンプ効果は油路Ｌ３、Ｌ２内の潤滑油をケース内方へ吸い込んで第１、第２一方向クラッチ６１,６２への潤滑を確実に行なうことができる。そして、ハウジング相当部材２４の下端部に形成されたドレンポート２４ａから外部の油タンク部１２２まで潤滑油が排出される。また、潤滑油ポンプ１２０からハウジング相当部材２４の内側に供給された潤滑油が、クラッチ手段６０及び不思議遊星歯車機構３０を潤滑するとともに該潤滑油は潤滑後に内部空間Ｓより速やかに排出されるようにしてある。これにより、ハウジング相当部材２４の内部で溜まった潤滑油が、ハウジング相当部材２４の内部で回転する部材の回転抵抗となることを抑制できる。

また、上記のように、モータ軸２３の接続部となる中間連結部材５０の内側が仕切り部５０ａで、また、外側がオイルシール５２で仕切られている。これにより、図５に示すように、回転電機２２とハウジング相当部材２４との間で油密状態を維持し回転電機２２側に油が侵入することが阻止される。

上記のように始動発電ユニット２０が構成されるので、第１一方向クラッチ６１は、第１インターナルギヤ３４側から入出力軸２１側に、エンジン始動用の一方向の動力が伝達される場合に、入出力軸２１と第１インターナルギヤ３４とを同期して回転させるように接続する。一方、第１一方向クラッチ６１は、入出力軸２１側から第１インターナルギヤ３４側に一方向の動力が伝達される傾向となる場合には、入出力軸２１と第１インターナルギヤ３４とを相対回転させるように接続を遮断する。これにより、第１一方向クラッチ６１は、モータ軸２３から入出力軸２１に対しエンジン始動用の動力が伝達される場合にのみ、入出力軸２１と第１インターナルギヤ３４とを接続する。

図８は、実施形態において、モータ軸２３から入出力軸２１にエンジン始動用の動力が伝達されるときの動力伝達経路を示している図４に対応する図である。図９は、実施形態において、エンジン始動用の動力によって、第１インターナルギヤ３４から第１一方向クラッチ６１を介して入出力軸２１が回転される状態を示している図４のＥ−Ｅ断面図である。

モータ軸２３から入出力軸２１に対しエンジン始動用の動力が伝達される場合には、不思議遊星歯車機構３０を用いて、モータ軸２３に比べて入出力軸２１が所定の減速比Ｈ１で減速されるように、入出力軸２１と第１インターナルギヤ３４とが接続される。このとき、モータ軸２３の動力は、図８の矢印αで示すように、中間連結部材５０、サンギヤ３３、プラネタリギヤ３９、第１インターナルギヤ３４、第１一方向クラッチ６１、入出力軸２１の順に伝達される。このとき、不思議遊星歯車機構３０のサンギヤ３３、プラネタリギヤ３９、第１インターナルギヤ３４の順に動力が伝達されるので、大減速比、例えば５０〜１００のうちの任意の値の減速比Ｈ１で、モータ軸２３に対し入出力軸２１が減速される。

一方、第２一方向クラッチ６２は、入出力軸２１側からキャリア３８側にエンジン始動による一方向の発電用の動力が伝達される場合に、入出力軸２１とキャリア３８とを同期して回転させるように接続する。一方、第２一方向クラッチ６２は、キャリア３８側から入出力軸２１側に一方向の動力が伝達される傾向となる場合には、入出力軸２１とキャリア３８とを相対回転させるように接続を遮断する。これにより、第２一方向クラッチ６２は、エンジン１５が始動した後、入出力軸２１からモータ軸２３に対し発電用の動力が伝達される場合にのみ、入出力軸２１とキャリア３８とを接続する。

図１０は、実施形態において、入出力軸２１からモータ軸２３に発電用の動力が伝達されるときの動力伝達経路を示している図４に対応する図である。図１１は、実施形態において、発電用の動力によって、入出力軸２１から第２一方向クラッチ６２を介してサンギヤ３３が回転される状態を示している図４のＦ−Ｆ断面図である。

エンジンが始動した後、入出力軸２１からモータ軸２３に発電用の動力が伝達される場合には、入出力軸２１に比べてモータ軸２３が上記の減速比Ｈ１の値より低い増速比Ｈ２で増速されるように、入出力軸２１とキャリア３８とが接続される。このとき、入出力軸２１の動力は、図１０に矢印βで示すように、第２一方向クラッチ６２、キャリア３８、プラネタリギヤ３９、サンギヤ３３、中間連結部材５０、モータ軸２３の順に伝達される。この場合、不思議遊星歯車機構３０の一部の構成要素として、キャリア３８、プラネタリギヤ３９、第２インターナルギヤ３１、サンギヤ３３を用いて入出力軸２１に対しモータ軸２３が増速される。この際、第１インターナルギヤ３４は、自由回転するので増速比を得る作用に実質上影響せず、不思議遊星歯車機構３０は、実質上、不思議遊星歯車機構３０ではない一般的な遊星歯車機構として動作する。これにより、減速比Ｈ１の値より低い増速比Ｈ２として、例えば３〜５等のうちの任意の値の増速比Ｈ２が得られる。

したがって、上記の始動発電ユニット２０によれば、始動モータ及び発電機の両方の機能を持たせることができ、かつ、不思議遊星歯車機構３０の大減速比を用いてエンジン始動時の始動トルクを大きくできる。特に、エンジンとしてディーゼルエンジン等の始動トルクを大きくすることがより望まれるものを使用する場合に、本実施形態の効果が顕著になる。

また、ハウジング相当部材２４は、ハウジング相当部材２４の外側面を形成し、かつ、第２インターナルギヤ３１が直接に形成されたギヤ形成部材２７を含むので、部品点数を少なくでき、コストの低減を図れる。なお、実施形態は、ハウジング相当部材２４がこのようなギヤ形成部材２７を含む場合に限定しない。例えば、ハウジング相当部材２４が、ハウジング相当部材２４の外側面を形成する外側部材と、第２インターナルギヤが形成された内側部材とを異なる部材として含み、外側及び内側部材をボルト等により結合固定した構成としてもよい。

上記の実施形態では、始動発電ユニット２０がギヤケース１６ａに固定され、エンジン１５の近くに始動発電ユニット２０が配置される場合を説明した。このとき、始動発電ユニット２０は、エンジン１５に直接固定されてもよい。一方、始動発電ユニット２０は、次に説明する別例の構成のように、始動発電ユニット２０がトランスミッションケース７０に固定され、エンジン１５から大きく離れて始動発電ユニット２０が配置されてもよい。

図１２は、実施形態の始動発電ユニット２０を含む作業車両１０ａの別例を示す断面図である。図１３は、図１２のＧ部拡大断面図である。

図１２、図１３に示す別例の作業車両１０ａは、図１等に示した作業車両１０と異なり、エンジン１５の後端部には、機体フレームを兼ねたトランスミッションケース７０が固定されている。トランスミッションケース７０の内部には、フライホイール１７、第１クラッチ７１、後輪動力伝達部７２、変速部７４、差動歯車機構７６、歯車機構７８、第２クラッチ８０、ＰＴＯ軸動力伝達部８２とが配置される。エンジン１５からの動力は、フライホイール１７に固定された主軸８４、第１クラッチ７１、後輪動力伝達部７２、差動歯車機構７６を介して左右の後輪１０６の車軸に伝達される。このとき、図示しない変速レバーが運転者によって操作されることで変速部７４の変速段を切り換えることが可能である。

また、エンジン１５からの動力は、主軸８４、第２クラッチ８０及びＰＴＯ軸動力伝達部８２を介して、トランスミッションケース７０の後端部に支持されたＰＴＯ軸１０９にも伝達可能である。このＰＴＯ軸１０９に伝達された動力により、耕うん機等の作業機（図示せず）を駆動させることができる。さらに、トランスミッションケース７０の後端部の上部には、始動発電ユニット２０が固定され、始動発電ユニット２０の入出力軸２１がハウジング相当部材２４から後側に突出して、歯車機構７８を構成する一部の歯車に結合固定されている。これにより、エンジン１５からの動力は、主軸８４、歯車機構７８を介して始動発電ユニット２０の入出力軸２１に伝達され、始動発電ユニット２０の回転電機２２を発電機として機能させることができる。また、始動発電ユニット２０の回転電機２２をモータとして動作させることにより、その回転電機２２の動力を、歯車機構７８及び主軸８４を介してエンジン１５に伝達し、エンジン１５を始動させることもできる。その他の構成及び作用は、図１から図１０に示した構成と同様である。

１０，１０ａ 作業車両、１２ フレーム、１４ エンジンユニット、１５ エンジン、１５ａ 出力軸、１６ 動力取り出し部、１６ａ ギヤケース、１７ フライホイール、１８ 推進軸、１９ 歯車機構、２０ エンジン始動発電ユニット（始動発電ユニット）、２１ 入出力軸、２１ａ 大径円筒面、２１ｂ 小径円筒面、２１ｃ 小径柱部、２１ｄ 雄スプライン部、２２ 回転電機、２２ａ ケース、２２ｂ ボルト、２３ モータ軸、２４ ハウジング相当部材、２４ａ ドレンポート、２４ｂ 軸受、２５ エンジン側ハウジング部材、２５ａ 中心孔、２６ モータ側ハウジング部材、２６ａ 中心孔、２６ｂ 筒部、２７ ギヤ形成部材、２８ ボルト、３０ 不思議遊星歯車機構、３１ 第２インターナルギヤ、３３ サンギヤ、３３ａ 円板部、３３ｂ 軸部、３３ｃ ギヤ部、３３ｄ 雄スプライン部、３４ 第１インターナルギヤ、３４ａ 油通路、３４ｂ 溝、３５ ハウジング嵌合部材、３５ａ 筒部、３５ｂ 中間段差部、３５ｃ フランジ、３６ ギヤ形成部材、３６ａ リング部、３６ｂ ギヤ部、３７ ボルト、３８ キャリア、３８ａ 第１円板部、３８ｂ 第２円板部、３８ｃ 連結部、３８ｄ 筒部、３９ プラネタリギヤ、４０ 軸受、４１ ギヤ軸、４２，４３ 軸受、４４ スリーブ、４５ 止め輪、４６ 円板部材、５０ 中間連結部材、５０ａ 仕切り部、５１ 円板部材、５２ オイルシール、６０ クラッチ手段、６１ 第１一方向クラッチ、６２ 第２一方向クラッチ、７０ トランスミッションケース、７２ 後輪動力伝達部、７４ 変速部、７６ 差動歯車機構、７８ 歯車機構、８０ 第２クラッチ、８２ ＰＴＯ軸動力伝達部、８４ 主軸、１００ 前車軸駆動装置、１０１ 入力軸、１０２ 前輪、１０４ 後車軸駆動装置、１０５ 入力軸、１０６ 後輪、１０７ 第１電動軸、１０８ 第２伝動軸、１０９ ＰＴＯ軸、１１０ 座席、１１２ 油圧シリンダ、１１４ 昇降アーム、１１５ ボンネット、１１６ ハンドル、１２０ 潤滑油ポンプ、１２２ 油タンク部。

Claims (5)

1. エンジンに対し動力の伝達可能に接続された状態で、前記エンジンの始動と発電とのために用いられるエンジン始動発電ユニットであって、
   ハウジング相当部材と、
   前記ハウジング相当部材に固定され、前記エンジンの始動モータ及び発電機としての機能を有する回転電機と、
   前記ハウジング相当部材の内側に回転可能に支持され、前記エンジン側の部材に接続される接続部を有する入出力軸と、
   前記ハウジング相当部材の内側に配置され、前記入出力軸と前記回転電機のモータ軸との間にクラッチ手段を介して接続された不思議遊星歯車機構とを備え、
   前記不思議遊星歯車機構は、
   前記ハウジング相当部材の内側に回転可能に配置された第１インターナルギヤと、
   該ギヤの回転軸線と同一の中心軸線を持つように並設されて前記ハウジング相当部材の内側に回転不能に配置された第２インターナルギヤと
   前記第１インターナルギヤ及び前記第２インターナルギヤの内側に噛合された複数のプラネタリギヤと、
   前記複数のプラネタリギヤの内側に噛合され、前記モータ軸と同期して回転するサンギヤと、
   前記複数のプラネタリギヤのそれぞれを、ギヤ軸を介して自転可能に支持するキャリアと、を含み、
   前記クラッチ手段は、
   前記モータ軸から前記入出力軸に対しエンジン始動用の動力が伝達される場合に、前記不思議遊星歯車機構を用いて、前記モータ軸に比べて前記入出力軸が所定の減速比で減速されるように、前記入出力軸と前記第１インターナルギヤとを接続し、
   前記エンジンが始動した後、前記入出力軸から前記モータ軸に対し発電用の動力が伝達される場合に、前記不思議遊星歯車機構の一部の構成要素を用いて、前記入出力軸に比べて前記モータ軸が前記減速比の値より低い増速比で増速されるように、前記入出力軸と前記キャリアとを接続する、エンジン始動発電ユニット。
2. 請求項１に記載のエンジン始動発電ユニットにおいて、
   前記クラッチ手段は、
   前記入出力軸と前記第１インターナルギヤとの間に配置され、前記第１インターナルギヤ側から前記入出力軸側に動力が伝達される場合に、前記入出力軸と前記第１インターナルギヤとを同期して回転させるように接続し、前記入出力軸側から前記第１インターナルギヤ側に動力が伝達される傾向となる場合に、前記入出力軸と前記第１インターナルギヤとを相対回転させるように接続を遮断する第１一方向クラッチと、
   前記入出力軸と前記キャリアとの間に配置され、前記入出力軸側から前記キャリア側に動力が伝達される場合に、前記入出力軸と前記キャリアとを同期して回転させるように接続し、前記キャリア側から前記入出力軸側に動力が伝達される傾向となる場合には、前記入出力軸と前記キャリアとを相対回転させるように接続を遮断する第２一方向クラッチと、を含む、エンジン始動発電ユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載のエンジン始動発電ユニットにおいて、
   前記ハウジング相当部材は、前記ハウジング相当部材の外側面を形成し、かつ、前記第２インターナルギヤが直接に形成されたギヤ形成部材を含む、エンジン始動発電ユニット。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１に記載のエンジン始動発電ユニットにおいて、
   前記ハウジング相当部材の内部空間は、潤滑油ポンプに接続されており、
   前記潤滑油ポンプから前記ハウジング相当部材の内側に供給された潤滑油が、前記クラッチ手段及び前記不思議遊星歯車機構を潤滑するとともに該潤滑油は潤滑後に内部空間より排出されるようにしてある、エンジン始動発電ユニット。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１に記載のエンジン始動発電ユニットにおいて、
   前記第１インターナルギヤ、前記第２インターナルギヤ、及び前記サンギヤは、浸炭処理及び仕上げ加工が施されている、エンジン始動発電ユニット。