JPS5963962A - リラクタンス原理により作動するモ−タ・ゼネレ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はりラフタンス原理により動作する、特にフライ
ホイール回転子を備えたモータ争ゼネレータに関する０
かかるモータ・ゼネレータはドイツ連邦共和国特許出願
公開第２９１７１３９号明細書により公知である。

自動車エンジンに結合された公知のモータ・ゼネレータ
においては、クランクシャフトに連結又は分離可能なフ
ライホイールが、同時にリラクタンス原理に基〈モータ
・ゼネレータの無巻線回転子を形成している。詳述され
ていないが固定子はエンジンないしギヤボックスに固定
されている。

フライホイールは補助のクラッチにより、クランクシャ
フトから叶離可能であり、分離された状態ではクランク
シャフトに対して相対的に回転可能である。

例えば信号符ち等で短時間停止するとき、フライホイー
ルはエンジンから切り離され、その結果、エンジンがス
トップしても、フライホイールは回転継続可能である。

引続き発進するとき、フライホイールはエンジンをスタ
ートさせるため、再びエンジンに連結される。補足的に
フライホイールは自動車が短時間停車したとき、モータ
・ゼネレータによりある所定の回転数に保たれ、その結
果、エンジンに再結合してそのスタートを確実にするこ
とが可能である０エンジンが稼動状態にある走行時には
・モータ・ゼネレータは発電側に切換えられ、モーター
ゼネレータは電力を例えばカーバッテリーに供給する。

本発明は、冒頭に述べたようなモータ串ゼネレータにお
いて、僅かな製作費及び僅かな回路技術的な費用で、そ
の機械的、電気磁気的及び回路技術的な諸元を互に最適
に組合せた解決策を実現可能とすることを目的とする・ この目的は冒頭に述べたモータ・ゼネレータにおいて、
特許請求の範囲第１項で特徴づけられた事項により達成
される。特許請求の範囲第２項以下には本発明の有利な
実施態様が示されている〇モータ・ゼネレータを本発明
による構造とすることにより、クランクシャフト或はク
ラッチ板の比較的直径の大きなモータ構成部材を直接の
固定子ないし回転子構成部材として共用し、その周辺の
僅かな部分のみを覆い、したがって閉じだ環状構造とし
て形成されない扇形固定子と取付が簡単で励磁損失の少
い励磁巻線とを使用し、ヨーク高さの小さな、無巻線で
同じように歯を有する歯車型回転子と組合せて、僅かな
巻線組み立ておよび配線工数で製作可能かつ組立簡１ｉ
なモータ・ゼネレータが得られる。このモータ・ゼネレ
ータでは更に扇形固定子の両側の接線方向空隙が、他の
モータ取付部材、例えばエンジンとギヤとを連結するボ
ルト用に、構造的に有利に残されている０各扇形固定子
素子の片半分の歯は、この扇形固定子素子の他の片半分
の歯に対し、半歯ピッチだけ大きい同心の歯間隔により
空間的に電気角９０゜ずらされ、全周にわたり同じよう
に歯切りされｉｔ回転子歯列の歯は「隙間上の歯」の原
理に基き半歯ピッチだけ互いにずれている。

各扇形固定子のパワー巻線を、それぞれ電気角９０°ず
れだ同じコイル幅の偶数の特に四線の同期電動機巻線と
して構成すると、巻線のコイルヘッドが交差することが
な（、巻線技術的に好都合である。

一つの歯に逆相に接続された二本の線を巻き伺けること
により、交番磁界が空間的に静止し、それに伴いブレー
キトルクが発生することがなくなり有利である。それと
同時にパワー巻線の各線にはモータ運転成はゼネレータ
運転にかかわらず、それぞれ一方向に流れる電流だけを
供給し、かつ各線への給電路にはそれに相応してたソー
個の半導体素子を設けることが可能となる。

必要な回路のコストを更に引き下げるだめ、本発明によ
れば、モータ運転のときパワー巻線に直流電源、特にバ
ッテリから供給される電流を転流させるのＫＭｏ、９’
）ランジスタを備えた電子回路が使用され、そのインバ
ースダイオードを・ゼネレータ運転に際して、発電され
た交流を整流するための整流ダイオードとして共用する
。巻線の転流のために設けられる電子回路は、更に適当
なタイミングにより電流制御、特に電流制限にも関与き
せるのが有利である。本発明の構成によれば、フライホ
イール分岐回路にに可制御半導体、特に、ダイオードが
直列に接続されたＭＯＳ）ランジスタが設けられており
、それは電子スイッチング素子としてパワー巻線に前置
されたＭＯＳトランジスタのインバースダイオードの作
用を補償するものである。

次に本発明の実施例を図面如ついて詳細に説明する。

第１図は個々の扇形固定子の軸方向側面図を示し、扇形
固定子ＳＳは、第２図に示すように、例えば自動車エン
ジンのクランクケースＭ　Ｋに取付けられ、かつ回転子
として共用されているエンジンのクラッチ板Ｋ　Ｓの約
７０°の角度領域にまだがっている。本発明によるモー
タΦゼネレータの機能の有用性は全周にただ一つの扇形
固定子がある場合にも与えられるが、ヱ′ンジンクラン
クケースＭＫの周りに切線方向に互いに間隔をおいて対
にして配置し、周りに装置された扇形固定子を電気的に
相互接続して、それぞれ一つの線に誘起される電圧がす
べて同相となるようにすると有利である。

第１図に示されている扇形固定子は、特に第２図から明
かなように、軸方向に間隔ａをおいて磁気的に分離され
た二つの扇形固定子素子ＳＳＩ及びＳＳ２で構成されて
いる。各扇形固定子素子ＳＳ１又はＳＳ２は計８個の歯
５Ｚｔ−８Ｚ８又はＳＺ９〜ＳＺＩ　６を有している。

第一の扇形固定子素子ＳＳＩの歯は第二の扇形固定子素
子ＳＳ２の歯と軸線上同列に配置されている。各扇形固
定子素子ＳＳ１及び８８２は、歯の分布に関し、第１図
で見られる前列の歯ＳＺ１〜ＳＺ４、及び軸方向に同列
の後側にあって見えない歯ＳＺ９〜ＳＺＩ　２を備えた
左側の歯グループと、第１図で見られる前列の扇形固定
子素子ＳＳ１の歯ＳＺ５〜ＳＺＳ。

及び第二の扇形固定子素子ＳＳ２の軸方向に同夕１］の
後側にあって見えない歯５Ｚ１３〜５Ｚ１６を備えた右
側の歯グループに分けられる。左側の歯グループの歯及
び右側の歯グルレープの歯は同一の歯間隔を持っている
。そして左側の歯グルレープは右側の歯グループに対し
、中央部の歯間隔の半分だけ広げられた歯間隔により空
間的に電気角９０゜ずれて配置されている。

固定子パワー巻線として、同一のコイル幅をもち、それ
ぞれ互いに電気角９０°ずれたコイル線Ｓ１゜８２．８
３’、８４を有する四線巻線が設けられている。コイル
線Ｓ１及びＳ３は扇形固定子ＳＳの左側の歯グループの
歯に、そしてコイル線Ｓ２及びＳ４は扇形固定子ＳＳの
右側の歯グループの歯にそれぞれ巻かれている。本発明
によるコイル線８１〜Ｓ４の配置および結線は特に第３
図の固定子展開図から明らかであり、そこでは各コイル
線８１−８４の始端はＡ、そして終端はＥで表示されて
いる。

各扇形固定子素子Ｓ’Ｓ、１まだはＳＳ２は、放射状に
突き立っだ極膜ＰＳ１またはＰＳ２を持っている。この
極膜にはそれぞれ集約された励磁コイルＥＷ１まだはＥ
Ｗ２が巻きつけられており、このコイルは放射方向に差
し込み可能な成型コイル子素子ＳＳＩとＳＳ２との間に
ある両コイルに同じ方向の電流が流れるように直流電源
、必要に応じ可調整の直流電源に接続されている。極膜
ＰＳ１及びＰＳ２の極端部はヨークＪを介して結合され
ている。

回転子としてクラッチ・フライホイールＫＳの外周部が
共用てれるが、クラッチ・フライホイールの外周には第
−及び第二の扇形固定子素子ＳＳ１及び８８２の歯列に
対応した２つの歯列が設けられており、それらの中、第
１図では前列の歯ＲＺＩ〜ＲＺ　５及び後列のＲＺ６〜
ＲＺ９が見られる。

両歯列は磁気的に結合されており、例えば第２図の実施
例では銅製のクラッチ・フライホイールＫＳのマツシブ
な部分によって磁気結合される。

クラッチ・フライホイールＫＳの両歯列は全周にわたり
、扇形固定子ＳＳの歯ピッチの２倍に等しい歯ピッチを
もっているが、しかしその一方の歯列の歯は他方の歯列
の歯だ対し、部分の一歯ピッチだけ丁隙間上の歯」原理
にもとづきずらされているので、軸方向から見ると両歯
列の歯は互い違いに間隔をおいて全周に連続している。

前述の本発明によるモータ・ゼネレータの構成において
、本発明に特有のｃ心束変化が生じ、励磁回路の磁力線
は、例えば回転子歯列の歯から、エアギャップを経由し
てその萌に位置する扇形固定子素子ＳＳ１もしくはＳＳ
２に入り、極膜Ｐ　Ｓ　ｔもしくはＰＳ２及びヨークＪ
を経由して集められ、更に軸方向に分離配置された扇形
固定子素子、その歯及びその前に位置するエアギャップ
、並びにもう一方の回転子歯列の歯を通り、最終的に出
発励磁磁束は補脚中に集中でれるので、励磁損失を特に
低くすることが可能である。又各回転子歯列は同一極性
であるので、回転子全体を積層鉄板ではなくマツシブに
構成可能であり、このため強度および回転子ヨーク部の
高さを低くすることについて特に有利である。

更にヨークＪ及び極膜ＰＳ１及びＰ　Ｓ　２を積層式で
なく構成できることも有利である。成型コイルの形状に
予め作られたコイル８１〜Ｓ４を簡単に取付ることかで
きるようにするため、扇形固定子素子の歯を全体的に又
は部分的に別に作り、特に左側及び右側の歯列をまとめ
て打抜き、コイル巻きした上、残りの扇形固定子部分に
取付けるのも有利である。

第４図に扇形固定子ＳＳのパワー巻線のコイル線８１〜
Ｓ４を転流（順序接続）させるだめの回路装置（クロッ
ク発信器ＴＧ）を示す。こ＼で各コイル線８１〜Ｓ４に
それぞれ直列にＭＯＳトランジスタの形の可制御半導体
素子Ｔ１〜Ｔ４が接続きれている。この直列回路はモー
タ運転時には給電する直流電源ＰＮに、そしてゼネレー
タ運転時には給電される直流電源ＰＮＫ接続される。特
に転流回路の電圧降下をできるだけ小さくするため、各
電流回路のただ一つの半導体区間のみが働゛作する。こ
の半導体区間は、コイル線８１〜Ｓ４の切換え用だけで
はなぐ、これらのコイル線を流れる電流の制限用として
も利用すると有利である。

第５図は、ＭＯＳトランジスタのゲートがソースに対し
正の場合の、モータ運転におけるコイル線Ｓｌ中の電流
の流れを示す。第６図は同じ回路のゼネレータ運転時の
逆方向の電流の流れを示し、その際ＭＯＳトランジスタ
のゲートに制（Ｌｌｌｌ　’ｒｌ、；圧を印加すること
なく、インバースダイオードＤＩは有利に導通される。

回転数が低く、それに伴ってコイル線Ｓ１〜Ｓ４及びＭ
ＯＳ）ランジスタに対する誘起電圧が低いときに、電流
が許容値以上に太きくなるのを防止するため、本発明の
構成では、電流を所望の値に制限するように、ＭＯＳト
ランジスタはクロック式にオン又はオフされる。この方
法により、共通の導線中に特別な電流制限用トランジス
タをおくことを避けることができ、捷だ特にモータ・ゼ
ネレータの通常の低い定格電圧の際、顕著な効率低下を
もたらす電圧降下も回避可能である。

ＭＯＳトランジスタＴＩ−Ｔ４がオフされている間、個
々のコイル線の電流を持ｂ′じさせること０】ｌ２、Ｍ
ＯＳ）ランジスタとして形成された可制御のフライホイ
ールトランジスタＴ５〜Ｔ８により達成される。これら
のトランジスタは同一のクロック発信器或は同じ回転子
位置検出器によりＭＯＳ）ランジスタＴｌ〜Ｔ４に同期
して僅か時間を遅らせてオンされる。フライホイールト
ランジスタＴ５〜Ｔ８にはそれぞれダイオードＤ５〜Ｄ
８が直列に接続されているが、これらはＭＯＳ）ランジ
スタＴｌ−Ｔ４のインバースダイオードの働きを補償す
るためのものである。

ＭＯＳ）ランジスタＴ１〜Ｔ４の制御及びそれに伴うコ
イル線Ｓｌ〜Ｓ４の開放並びにフライホイールトランジ
スタＴ５〜Ｔ８の投入は、回転子位置検出装置との組合
せ、或は特別な回転子位置検出装置を省略して、予め設
定されたクロック周波数プログラムによって行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の側面図、第２図は第１図の■
−■線に沿う断面図、第３図は第１図の■−■線に沿う
巻線展開図、第４図は本発明に用いられる制御回路の接
続図、第５図および第６図は巻線内の′電流の流れをそ
れぞれモータ運転時およびゼネレータ運転時について示
す説明図である。 ＭＫ・・・クランクケース、　ＫＳ・・・クラッチ・フ
ライホイール、　Ｊ・・・ヨーク、　ＰＳ・・・極膜、
ＳＳ・・・扇形固定子、　ＳＺＩ〜１６・・・固定子の
歯、ＲＺＩ〜９・・・回転子の歯、　ＥＷ・・・励磁巻
線、ｓｉ〜４・・・パワー巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　ａ）固定子が回転子の全周にわたり互いに接線方
   向の間隔をへだてて分割配置された独立した複数の扇形
   固定子で構成され、 ｂ）各扇形固定子が、少くとも二つの同じように歯切り
   され、軸方向に間隔をへだて、かつ軸方向に同列に並ん
   だ歯でもって前後に配置された扇形固定子素子で構成さ
   れ、歯の間の溝中に収容され、かつ電子スイッチング装
   置を・介して転流せしめられる共通のパワー巻線を有し
   、 Ｃ）各扇形固定子素子は、励磁巻線が集中して巻きつけ
   られ、放射状に突き立った極膜に終り、 ｄ）扇形固定子の軸方向前後に配置された二つの扇形固
   定子素子の極膜が逆極性方向に励磁され、かつその放射
   方向外側でヨークにより結合されており、 ｅ）回転子は、その全周にわたり均等に分散され、かつ
   磁気的に結合された歯列を備え、その歯列はそれぞれ扇
   形固定子素子の歯ピッチの２倍に等しい歯ピンチを有し
   、固定子の各歯列がそれぞれ回転子の歯列に所属するよ
   うになっている ことを特徴とするりラフタンス原理により動作するモー
   タ・ゼネレータ０ ２）ａ）各扇形固定子素子の片半分の歯が、この扇形固
   定子素子の他の片半分の歯に対し、；’ｌ：’ｔ”ｌ／
   ”１１８　ｆＫ’ｌｌｉ’に円”ｂ空間的に電気角９０
   °ずれて配置され、 ｂ）全周にわたり同ノじように歯切りされた両回転子歯
   列の回転子歯が互いに半歯ピッチだけ「隙間上の歯」原
   理にもとづき互にずらされている ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のモータ・
   ゼネレータ。 、Ｉ、３）　ｉ）各扇形固定子のパワー巻線が偶数、特
   に４本の、それぞれ電気角９ｏ０互に移相された同じコ
   イル幅のコイル線として形成されている ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
   載のモーターゼネレータ０ ４）扇形固定子素子の各歯に、互いに逆相に接続された
   パワー巻線のコイル線が所属していることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の
   モータ・ゼネレータ。 ５）各コイル線が、異った歯に分割されかつそれらの部
   分電圧が加算されるように順次接続され九部盆コイルに
   分けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第４項のいずれかに記載のモータ・ゼネレータ。 ６）回転子が特に自動車エンジンのクラッチ・フライホ
   イールの部分として形成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ない□し第６項のいずれかに記載の
   モーターゼネレータ。 、７）モータ運転用およびゼネレータ運転用として、同
   じパワー巻線および励磁巻線が設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか
   に記載のモータ・ゼネレータ。 ８）や−□品際、直流電′おより給電。れるパワー巻線
   のコイル線の転流のために、ＭＯＳトランジスタを備え
   た電子スイッチング装置が設けられており、そのインバ
   ースダイオードはゼネレータ運転に際しては発生された
   交流電流を整流するだめの整流ダイオードとして共用さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第７
   項のいずれかに記載のモータ・ゼネレータ。 ９）パワー巻線の各コイル線はモータ運転寸たけゼネレ
   ータ運転に際し、それぞれ一方向に流れる電流のみ給電
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
   ８項のいずれかに記載のモータ・ゼネレータ。 １０）コイル線の転流のために設けられた電子スイッチ
   ング素子が附加的に電流制限の方向に制御可能であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第９項のい
   ずれかに記載のモータ・ゼネレータ。 １１）ＭＯＳトランジスタを電子スイッチング素子とし
   て使用し、コイル線の遮断期間中、コイル線を電流フリ
   ーホイーリング回路に接続或は遮断するため、可制御の
   半導体素子、特にＭＯＳトランジスタが設けられ、この
   可制御の半導体素子は電子スイッチング素子として設け
   られた前記ＭＯＳトランジスタのインバースダイオード
   の補償用としてダイオードを直列に接続されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１０項のい
   ずれかに記載のモータ・ゼネレータ。 １２）モータ・ゼネレータが内部回転子型として形成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第１１項のいずれかに記載のモータ書ゼネレータ。 １３）モータ・ゼネレータが外部回転子壓として形成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第１２項のいずれかに記載のモーターゼネレータ。 １４）　　ヨークが非積層式に形成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１３項のいずれ
   かに記載のモータ・ゼネレータ０１５）極膜が非積層式
   に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第１４項のいずれかに記載のモータ・ゼネレー
   タ０１６）励磁巻線が扇形固定子素子の極膜上に外部か
   ら挟入可能な成型コイルとして形成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１５項のいずれ
   かに記載のモータ・ゼネレータ。 １７）パワー巻線が扇形固定子の歯の上に挟入可能な成
   型コイルとして形成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項ないし第１６項のいずれかに記載のモー
   タ・ゼネレータ０１８）扇形固定子の歯の少くともその
   一部がそれぞれ扇形固定子のその他の部分から分離した
   部分として作られ、ニパワー巻線を取付けた後はじめて
   その他の部分と結合されることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第１７項のいずれかに記載のモータ・
   ゼネレータ０