發(fā)動機(jī)單元和車輛的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)單元和車輛。
【背景技術(shù)】
[0002]安裝到車輛(例如，摩托車)的發(fā)動機(jī)單元通常包括啟動電機(jī)。該啟動電機(jī)在發(fā)動機(jī)啟動時由設(shè)置在車輛中的電池驅(qū)動，以旋轉(zhuǎn)曲軸，使得啟動發(fā)動機(jī)。在發(fā)動機(jī)啟動時，缸體內(nèi)的氣體在壓縮沖程被壓縮，并且于此同時，對曲軸旋轉(zhuǎn)的阻力在壓縮沖程增大。啟動電機(jī)需要克服壓縮沖程的高負(fù)荷區(qū)域來旋轉(zhuǎn)曲軸。
[0003]由于啟動電機(jī)被安裝到車輛(例如，摩托車)，所以需要使啟動電機(jī)適用于安裝到車輛。例如，更具體地，啟動電機(jī)應(yīng)該具有適用于安裝到車輛的尺寸。從車輛可安裝性和行駛性能的角度來看，期望啟動電機(jī)具有較小的尺寸。
[0004]因此，要求啟動電機(jī)滿足以下兩種需求:啟動電機(jī)應(yīng)適用于安裝到車輛并且啟動電機(jī)應(yīng)能夠輸出克服壓縮沖程的高負(fù)荷區(qū)域來旋轉(zhuǎn)曲軸所需的轉(zhuǎn)矩。
[0005]為了滿足需求，通常所提及的典型啟動電機(jī)以較小尺寸設(shè)計(jì)，并且在發(fā)動機(jī)啟動時以高轉(zhuǎn)速(例如，約12000rpm)旋轉(zhuǎn)。通過減速器等以較高的減速比(例如，1/30至1/20)降低啟動電機(jī)的轉(zhuǎn)速。以這種方式，通常所提及的典型啟動電機(jī)獲得用于啟動發(fā)動機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩。
[0006]S卩，通過高速旋轉(zhuǎn)以及減速器的使用，通常所提及的典型啟動電機(jī)實(shí)現(xiàn)了車輛可安裝性以及啟動發(fā)動機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩輸出。然而，由于高速旋轉(zhuǎn)和減速器的使用，通常所提及的典型啟動電機(jī)面臨著解決噪音和耐用性問題的困難。
[0007]在此方面，通常已經(jīng)提出了具有減小的轉(zhuǎn)速并且因此具有減小的減速比的啟動電機(jī)。這樣的電機(jī)的示例包括連接到曲軸而沒有減速器等介入到電機(jī)和曲軸之間的啟動電機(jī)。該啟動電機(jī)不可能引起噪音和耐用性的問題。由于該啟動電機(jī)連接到曲軸而沒有減速器等介入到電機(jī)和曲軸之間，獲得用于啟動發(fā)動機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩輸出的企圖必然涉及電機(jī)的尺寸增加，這會惡化車輛可安裝性。
[0008]為了改善車輛可安裝性，已經(jīng)提出了用于使具有低電機(jī)轉(zhuǎn)矩的發(fā)動機(jī)啟動的擺回功能和減壓功能。
[0009]專利文件I(PTLl)公開了具有擺回功能的發(fā)動機(jī)。擺回功能是這樣的功能:在發(fā)動機(jī)啟動時，為了克服壓縮沖程的高負(fù)荷區(qū)域，一旦曲軸反轉(zhuǎn)，然后就用施加到曲軸上的助擺使得曲軸正常旋轉(zhuǎn)。通過使用擺回功能克服壓縮沖程的高負(fù)荷區(qū)域。結(jié)果，這使得即使通過適用于產(chǎn)生較小的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的啟動電機(jī)也能啟動發(fā)動機(jī)。
[0010]專利文件2(PTL2)公開了具有減壓功能的發(fā)動機(jī)。減壓功能是用于在發(fā)動機(jī)的壓縮沖程略微打開通常應(yīng)該關(guān)閉的閥的功能，從而允許壓縮氣體逸出，使得壓縮沖程中的負(fù)荷減小。減壓功能使得即使具有較小的轉(zhuǎn)矩也能啟動發(fā)動機(jī)。因此，即使適用于產(chǎn)生較小的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的啟動電機(jī)也能啟動發(fā)動機(jī)。
[0011]引用列表:
[0012]專利文獻(xiàn)
[0013]PTLl:國際公開 N0.W001/038728
[0014]PTL2:日本專利申請公開 N0.2007-255272

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]技術(shù)問題
[0016]擺回功能和減壓功能提供了用于實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)可啟動性和車輛可安裝性的優(yōu)化措施。
[0017]本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)動機(jī)單元和車輛，該發(fā)動機(jī)單元和車輛改進(jìn)發(fā)動機(jī)可啟動性和車輛可安裝性，而無需使用擺回功能和減壓功能，并且當(dāng)結(jié)合擺回功能和/或減壓功能使用時，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)可啟動性和車輛可安裝性的進(jìn)一步改進(jìn)。
[0018]解決問題的技術(shù)方案
[0019]為了解決上述問題，本發(fā)明采用了以下構(gòu)造。
[0020](I) 一種安裝到車輛的發(fā)動機(jī)單元，所述發(fā)動機(jī)單元包括:
[0021]四沖程發(fā)動機(jī)體，其在四個沖程期間具有在曲軸旋轉(zhuǎn)時負(fù)荷較高的高負(fù)荷區(qū)域和在所述曲軸旋轉(zhuǎn)時負(fù)荷較低的低負(fù)荷區(qū)域，所述高負(fù)荷區(qū)域包括壓縮沖程，所述低負(fù)荷區(qū)域不包括壓縮沖程；
[0022]啟動電機(jī)，其包括內(nèi)定子和飛輪，所述內(nèi)定子包括定子芯和多相繞組，所述定子芯具有沿周向間隔布置的多個槽口，所述繞組布置為使得經(jīng)過所述槽口，所述飛輪包括永磁部分和背軛，所述永磁部分沿徑向設(shè)置在所述內(nèi)定子外，所述背軛沿所述徑向設(shè)置在所述永磁部分外，所述飛輪被構(gòu)造成隨所述曲軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)；以及
[0023]控制裝置，其與設(shè)置在所述內(nèi)定子內(nèi)的所述多相繞組連接，所述控制裝置被構(gòu)造成從包括在所述車輛中的電池向所述多相繞組提供電流，
[0024]所述飛輪包括磁極面，所述磁極面沿所述啟動電機(jī)的徑向設(shè)置在所述永磁部分的內(nèi)周表面上，所述磁極面沿所述啟動電機(jī)的周向并排布置，所述飛輪中所包括的所述磁極面的數(shù)目大于所述槽口的數(shù)目的2/3，由于所述控制裝置改變供應(yīng)給所述每相繞組的電流，因此所述飛輪被構(gòu)造成至少在啟動所述四沖程發(fā)動機(jī)體時克服所述高負(fù)荷區(qū)域而旋轉(zhuǎn)。
[0025]根據(jù)(I)所述的發(fā)動機(jī)單元包括四沖程發(fā)動機(jī)體，所述發(fā)動機(jī)體在四個沖程期間具有高負(fù)荷區(qū)域和低負(fù)荷區(qū)域。高負(fù)荷區(qū)域是曲軸旋轉(zhuǎn)時的負(fù)荷較高的旋轉(zhuǎn)角區(qū)域。高負(fù)荷區(qū)域包括壓縮沖程。低負(fù)荷區(qū)域是曲軸旋轉(zhuǎn)時的負(fù)荷較低的旋轉(zhuǎn)角區(qū)域。低負(fù)荷區(qū)域不包括壓縮沖程。在四個沖程期間具有高負(fù)荷區(qū)域和低負(fù)荷區(qū)域的四沖程發(fā)動機(jī)體中，轉(zhuǎn)矩波動較高，并且在從低負(fù)荷區(qū)域轉(zhuǎn)換到高負(fù)荷區(qū)域時要求高轉(zhuǎn)矩。
[0026]在(I)的構(gòu)造中，飛輪所包括的磁極面的數(shù)目大于槽口的數(shù)目的2/3。S卩，磁極的數(shù)目大。因此，永磁部分具有高磁導(dǎo)系數(shù)，使得磁通量增大。由于永磁部分的磁極面的面積小，能夠降低定子芯中未用作互連磁通量的漏磁通量的出現(xiàn)。結(jié)果，能夠確保發(fā)動機(jī)啟動時的輸出扭矩(發(fā)動機(jī)開始燃燒前的時間段內(nèi)的輸出轉(zhuǎn)矩)。
[0027]由于飛輪所包括的磁極面的數(shù)目大于槽口的數(shù)目的2/3，即，磁極的數(shù)目大；所以角速度ω大。這里，角速度ω表示電角度基于磁極的重復(fù)周期的角速度。大的角速度引起低的啟動轉(zhuǎn)矩。這使得處于靜止?fàn)顟B(tài)的發(fā)動機(jī)迅速增大其轉(zhuǎn)速。
[0028]一般而言，在包括壓縮沖程的高負(fù)荷區(qū)域中，通過活塞壓縮四沖程發(fā)動機(jī)體的燃燒室中的氣體的作用力被施加到曲軸并且用作曲軸沿正常旋轉(zhuǎn)方向(當(dāng)車輛向前行駛時車輛旋轉(zhuǎn)的方向)旋轉(zhuǎn)時的負(fù)荷。因此，曲軸必須克服該負(fù)荷(作用力)沿正常旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。然而，增大和減小向啟動電機(jī)的每相繞組供應(yīng)的電流會弓I起輸出轉(zhuǎn)矩的大小的波動，并且在從峰值轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)到下一個峰值轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)的時間段輸出轉(zhuǎn)矩減小。因此，在該時間段，由于負(fù)荷(作用力)的影響，曲軸的正常轉(zhuǎn)速降低。
[0029]例如，參照圖10 (b)，在從峰值轉(zhuǎn)矩SLl出現(xiàn)到下一個峰值轉(zhuǎn)矩SL2出現(xiàn)的時間段SLE長的情況下，負(fù)荷在時間段SLE中的影響大，使得曲軸的旋轉(zhuǎn)速度顯著降低。因此，由轉(zhuǎn)矩SL2引起的曲軸在正常旋轉(zhuǎn)方向上的力未有效地施加到轉(zhuǎn)矩SLl引起的曲軸在正常旋轉(zhuǎn)方向上的力。結(jié)果，曲軸的正常旋轉(zhuǎn)易于間斷。因此，曲軸難以克服高負(fù)荷區(qū)域平穩(wěn)地旋轉(zhuǎn)。
[0030]在該方面，在(I)的構(gòu)造中，由于如上所提及的，磁極的數(shù)目大，所以控制裝置向每相繞組供應(yīng)的電流的改變周期短。也就是說，由于磁極的數(shù)目大，所以向每相繞組供應(yīng)的電流的頻率大。因此，如圖10(a)所示，從峰值SHl出現(xiàn)到下一個峰值SH2出現(xiàn)的時間段SHE短。因此，負(fù)荷在時間段SHE中的影響小。結(jié)果，抑制曲軸的旋轉(zhuǎn)速度的減小。從而，由轉(zhuǎn)矩SH2引起的曲軸在正常旋轉(zhuǎn)方向上的力有效地施加到由轉(zhuǎn)矩SHl引起的曲軸在正常旋轉(zhuǎn)方向上的力。這改進(jìn)了轉(zhuǎn)矩的連續(xù)性，從而抑制負(fù)荷(作用力)的影響。
[0031]與車輛高速行駛時相比，在發(fā)動機(jī)啟動時，飛輪不容易獲得足夠的慣性(慣性的旋轉(zhuǎn)矩)。在這種情形下，為了使飛輪能夠克服高負(fù)荷區(qū)域而旋轉(zhuǎn)，優(yōu)選連續(xù)地加速正常旋轉(zhuǎn)。也就是說，優(yōu)選抑制曲軸轉(zhuǎn)速的減小。這是曲軸連續(xù)性之所以重要的原因。(I)的構(gòu)造在發(fā)動機(jī)啟動時具有良好的轉(zhuǎn)矩連續(xù)性，以使得飛輪克服高負(fù)荷區(qū)域旋轉(zhuǎn)。
[0032]在(I)的構(gòu)造中，磁極的數(shù)目增大。從而，每對磁極沿周向的面積減小。因此，能夠減小磁極之間形成的磁路的橫截面積。這使得背軛的厚度減小。減小背軛的厚度允許永磁部分在外側(cè)的厚度增加。能夠在不降低磁導(dǎo)系數(shù)的情況下增加永磁部分有效的橫截面積。因此，能夠在不引起啟動電機(jī)尺寸增大的情況下增大轉(zhuǎn)矩。減小背軛的厚度還允許永磁部分向外移動，使得定子芯向外延伸。這使得能夠在不增大啟動電機(jī)的外徑的情況下增大永磁部分的等效橫截面積。這還能增加繞組纏繞的次數(shù)。因此，能夠在不引起啟動電機(jī)的尺寸增大的情況下增大轉(zhuǎn)矩。此外，減小背軛的厚度允許啟動電機(jī)的尺寸減小，這增強(qiáng)了車輛可安裝性。
[0033]如上所述，在(I)的構(gòu)造中:飛輪包括設(shè)置在永磁部分的內(nèi)周表面上的磁極面，并且磁極面的數(shù)目大于槽口的數(shù)目的2/3 ;并且由于控制裝置改變供應(yīng)給每相繞組的電流，所以飛輪被構(gòu)造成至少在啟動四沖程發(fā)動機(jī)體時克服高負(fù)荷區(qū)域而旋轉(zhuǎn)。從而，磁極的數(shù)目增加。磁通密度增大，并且能夠降低定子芯中未用作互連磁通量的漏磁通量的出現(xiàn)。結(jié)果，確保了發(fā)動機(jī)啟動時的輸出轉(zhuǎn)矩。此外，由于磁極的數(shù)目增加，所以角速度ω增大。因此，旋轉(zhuǎn)矩小。這使得處于靜止?fàn)顟B(tài)的發(fā)動機(jī)迅速增大其轉(zhuǎn)速。因?yàn)楣?yīng)給每相繞組的電流的頻率大，所以在發(fā)動機(jī)啟動時改進(jìn)輸出轉(zhuǎn)矩的連續(xù)性，這抑制負(fù)荷在高負(fù)荷區(qū)域中的影響。
[0034]在(I)的構(gòu)造中，由于啟動電機(jī)本身的性能，所以能夠在發(fā)動機(jī)啟動時輸出啟動發(fā)動機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩。從而，(I)的發(fā)動機(jī)適用于被安裝到車輛，并且具有良好的可啟動性。(I)的構(gòu)造可應(yīng)用于多種發(fā)動機(jī)(車輛)，并且具有高通用性。當(dāng)結(jié)合擺回功能和/或減壓功能使用時，(I)的發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)可啟動性和車輛可安裝性的進(jìn)一步改進(jìn)。
[0035]在本發(fā)明中，優(yōu)選采用以下構(gòu)造。
[0036](2)根據(jù)(I)所述的發(fā)動機(jī)單元，其中
[0037]所述定子芯包括各自布置在所述多個槽口中的兩者之間的齒，
[0038]所述齒中的每一者包括端部，所述端部與所述永磁部分的所述磁極面相對，
[0039]彼此相鄰的所述端部之間沿周向的距離設(shè)定為使得所述齒的所述端部沿所述周向的寬度等于或小于所述磁極面中的一者的寬度。
[0040]在(2)的構(gòu)造中，相鄰端部之間的距離設(shè)定為使得齒的端部的寬度等于或小于磁極面的寬度，即，相鄰端部之間確保為較寬的間隙。結(jié)果，減小漏磁通量，并且因此能夠確保較高的輸出轉(zhuǎn)矩。
[0041](3)根據(jù)⑴或⑵所述的發(fā)動機(jī)單元，其中
[0042]在所述磁極面徑向定位在所述內(nèi)定子外的狀態(tài)下，所述飛輪至少在所述四沖程發(fā)動機(jī)體啟動后隨所述曲軸旋轉(zhuǎn)，從而使得所述啟動電機(jī)用作發(fā)電機(jī)，所述磁極面的數(shù)目大于所述槽口的數(shù)目的2/3。
[0043]在(3)的構(gòu)造中，包括磁極的飛輪在定子徑向向外的位置處沿曲軸旋轉(zhuǎn)，并且磁極的數(shù)目大于槽口的數(shù)目的2/3。由于飛輪中所包括的磁極的數(shù)目大于槽口的數(shù)目的2/3，即，飛輪的磁極的數(shù)目大；所以角速度ω大。這能夠在啟動電機(jī)用作發(fā)電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域確保高阻抗并且抑制發(fā)電電流。結(jié)果，能夠省略或縮小為了防止用于對電池進(jìn)行充電的充電電流的過度增加而允許電流以熱量的形式逸出的任何機(jī)構(gòu)。
[0044](4)根據(jù)⑴至(3)中任一項(xiàng)所述的發(fā)動機(jī)單元，其中
[0045]所述每相繞組包括并聯(lián)連接的多個繞組，
[0046]在所述磁極面徑向定位在所述內(nèi)定子外的狀態(tài)下，所述控制裝置改變向每個相位的并聯(lián)連接的所述多個繞組提供的電流，從而使得所述飛輪克服所述高負(fù)荷區(qū)域而旋轉(zhuǎn)，所述磁極面的數(shù)目大于所述槽口的數(shù)目的2/3，所述內(nèi)定子包括各相位并聯(lián)連接的多個繞組。
[0047](4)的構(gòu)造能夠減小啟動電機(jī)的阻抗中的DC電阻。在發(fā)動機(jī)啟動時，減小DC電阻能夠生成較高的轉(zhuǎn)矩。結(jié)果，發(fā)動機(jī)能夠更平穩(wěn)地啟動。
[0048](5)根據(jù)⑴至(4)中任一項(xiàng)所述的發(fā)動機(jī)單元，其中
[0049]當(dāng)由所述啟動電機(jī)旋轉(zhuǎn)所述曲軸時，所述控制裝置以供應(yīng)給每個繞組的電流的相位呈角度地位于通過所述飛輪在所述內(nèi)定子外沿所述徑向旋轉(zhuǎn)而在所述繞組中引起的所述感應(yīng)電壓的相位之前的方式執(zhí)行提前角控制，以從所述電池向所述多相繞組供應(yīng)電流。
[0050]在(5)的構(gòu)造中，角速度(ω)大，并且因此能夠減小d-軸電流(Id)同時確保抑制感應(yīng)電壓的電壓部件(《Lid)。這使得提前角發(fā)揮的作用能夠通過小的d-軸電流來獲得。因此，實(shí)現(xiàn)高效的高速旋轉(zhuǎn)。
[0051](6)根據(jù)(5)所述的發(fā)電機(jī)單元，其中
[0052]至少在所述啟動電機(jī)以比所述四沖程發(fā)動機(jī)體開始燃燒時所獲得的旋轉(zhuǎn)速度相等或更大的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)時，所述控制裝置執(zhí)行所述提前角控制。
[0053]在(6)的構(gòu)造中，為了在發(fā)動機(jī)啟動后進(jìn)行電力行駛，由提前角發(fā)揮的作用能夠通過小的d-軸電流來獲得。因此，實(shí)現(xiàn)高效的高速旋轉(zhuǎn)。
[0054](7)包括根據(jù)(I)至(6)中任一項(xiàng)所述的發(fā)動機(jī)單元的車輛。
[0055](7)的車輛包括能夠改進(jìn)發(fā)動機(jī)可啟動性和發(fā)動機(jī)可安裝性而無需使用擺回功能和減壓功能的發(fā)動機(jī)，并且，當(dāng)結(jié)合擺回功能和/或減壓功能使用時，該發(fā)動機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機(jī)可啟動性和車輛可安裝性的進(jìn)一步改進(jìn)。從而，(10)的車輛實(shí)現(xiàn)良好的發(fā)動機(jī)可啟動性，同時抑制可能由發(fā)動機(jī)單元的安裝引起的行駛性能惡化。
[0056]本發(fā)明的有益效果
[0057]本發(fā)明提供了一種發(fā)動機(jī)單元和車輛，該發(fā)動機(jī)單元和車輛實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)可啟動性和車輛可安裝性的改進(jìn)而無需使用擺回功能和減壓功能，并且當(dāng)結(jié)合擺回功能和/或減壓功能使用時，該發(fā)動機(jī)單元和車輛實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)可啟動性和車輛可安裝性的進(jìn)一步改進(jìn)。
【附圖說明】
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