| 【発明の名称】 |
車両用補機駆動装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】瀬口 正弘
【氏名】湯川 安明
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| 【要約】 |
【課題】構成が簡素で経年信頼性や耐衝撃性に優れ、これらの結果として実用性に優れた車両用補機駆動装置を提供すること。
【解決手段】内燃機関１００とその動力により駆動される車両用補機６００との間に介設される車両用補機駆動装置としていわゆる二重ロータ型モータを採用し、更にその両ロータ２１０、２２０をハウジングに固定された一方向クラッチ１７１、１７２で必要に応じて回転規制して内燃機関１００の逆回転を防ぎ、エネルギロスを防止する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】ハウジングと、前記ハウジングに回転自在に支承されて内燃機関軸とトルク授受可能に結合される第一ロータと、前記ハウジングに回転自在に支承されて車両用補機軸とトルク授受可能に結合される第二ロータと、を備え、前記両ロータの一方は、バッテリと電力授受可能に接続されるとともに前記両ロータの他方に対して相対回転自在かつ電磁誘導結合可能に対面することを特徴とする車両用補機駆動装置。
【請求項２】請求項１記載の車両用補機駆動装置において、前記第一ロータは前記内燃機関軸に増速結合されることを特徴とする車両用補機駆動装置。
【請求項３】請求項１記載の車両用補機駆動装置において前記第二ロータは前記補機駆動軸に増速結合されることを特徴とする車両用補機駆動装置。
【請求項４】請求項１記載の車両用補機駆動装置において前記ハウジングに固定されて前記第一ロータの回転を拘束する第一ロータ用拘束機構を有することを特徴とする車両用補機駆動装置。
【請求項５】請求項１記載の車両用補機駆動装置において前記ハウジングに固定されて前記第二ロータの回転を拘束する第二ロータ用拘束機構を有することを特徴とする車両用補機駆動装置。
【請求項６】請求項４又は５記載の車両用補機駆動装置において前記拘束機構は、一方向クラッチからなることを特徴とする車両用補機駆動装置。
【請求項７】請求項４乃至６のいずれか記載の車両用補機駆動装置において前記両拘束機構は、前記内燃機関軸の逆回転をもたらす方向への回転を阻止することを特徴とする車両用補機駆動装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関とその動力により駆動される車両用補機との間に介設される車両用補機駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平１０ー３３６８０４号公報は、補機駆動用モータとして、エンジン始動及び発電機の機能も有する回転電機（いわゆる発電電動機）により構成する車両用補機駆動装置を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公報の車両用補機駆動装置では、たとえば交差点などでエンジンを停止するいわゆるアイドルストップ時のようにエンジン停止時の車両用補機駆動を実現するために、エンジンと発電電動機との間にクラッチ機構を設け、エンジン停止時にはこのクラッチ機構を解離して、発電電動機による補機駆動を実現している。
【０００４】しかし、この種の頻繁に開閉が行われるクラッチ機構は本質的に必要に応じて２枚の摩擦接触する回転円盤およびこれら両回転円盤の接離機構を必要とするため複雑な構造をもち、経年信頼性や耐衝撃性の改善が要求されている。
【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、構成が簡素で経年信頼性や耐衝撃性に優れ、これらの結果として実用性に優れた車両用補機駆動装置を提供することをその目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の車両用補機駆動装置によれば、内燃機関とその動力により駆動される車両用補機との間に介設される車両用補機駆動装置としていわゆる二重ロータ型モータを採用することをその特徴としている。
【０００７】なお、この二重ロータ型モータとは、本明細書では、それぞれハウジングに回転自在に支承されて互いに相対回転自在かつ電磁誘導結合可能に対面する第一ロータおよび第二ロータを有する回転電機を意味するものとする。ただし、上記で言う電磁誘導結合とは、少なくともその一方がコイル（以下、電機子コイルともいう）を、他方が回転磁界発生源をもちモータおよび発電機として動作可能な構成を言うものとする。回転磁界発生源は、永久磁石界磁極や界磁コイル型界磁極や磁気突極型界磁極を有するロータや誘導機の一次コイルにより構成されることができる。
【０００８】このようにすれば、構成が簡素で経年信頼性や耐衝撃性に優れ、これらの結果として実用性に優れた車両用補機駆動装置を実現することができる。更に詳しく説明する。簡単のために、内燃機関側ロータ（第一ロータともいう）は永久磁石界磁極をもち、車両用補機側ロータ（以下、第二ロータともいう）は電機子コイルをもつと仮定する。
【０００９】内燃機関（エンジンともいう）による補機駆動時又は補機駆動兼発電時又は発電時に、回転磁界発生源（この場合、第一ロータ）の角速度ω１に合わせて電機子コイル電流の回転磁界の絶対角速度が設定され、この絶対角速度は、電機子コイルが巻装されたロータ（この場合、第二ロータ）の角速度ω２と電機子電流の角速度（ω１−ω２）との和となる。両ロータ間のトルク（電磁結合トルク）をＴとすれば、損失無視した場合、エンジンは車両用補機をＴ・ω２の動力で駆動し、残りの動力エネルギーＴ（ω１−ω２）が発電電力としてバッテリや電気負荷に給電される。
【００１０】すなわち、本構成によれば、単一の回転電機という小型軽量の回転電機を用いて発電と補機駆動とを同時に行うことができる。なお、トルクＴ、ω１、ω２の制御により発電電力と車両用補機動力との大きさは制御することができる。
【００１１】また、内燃機関から車両用補機への駆動動力が不足する場合や停止している場合にはこの二重ロータ型モータである車両用補機駆動装置がバッテリからの電力によりその不足分を補助したり駆動したりすることもでき、内燃機関を始動する際にはこの車両用補機駆動装置がその始動動力を供給することができる。
【００１２】請求項２記載の構成によれば請求項１記載の車両用補機駆動装置において更に、第一ロータは内燃機関軸に増速結合（第一ロータの角速度＞内燃機関軸の角速度）されるので、発電電動機であるこの車両用補機駆動装置を小型軽量化することができる。
【００１３】請求項３記載の構成によれば請求項１記載の車両用補機駆動装置において更に、第二ロータは補機駆動軸に増速結合（第二ロータの角速度＞車両用補機軸の角速度）されるので、発電電動機であるこの車両用補機駆動装置を小型軽量化することができる。
【００１４】請求項４記載の構成によれば請求項１記載の車両用補機駆動装置において更に、ハウジングに固定されて第一ロータの回転を拘束する第一ロータ用拘束機構を有するので、エンジン停止時に補機駆動する場合にその反トルクにより内燃機関軸が逆回転することがなく、また、車両用補機駆動装置の発生動力を補機駆動にのみ用いることができる。
【００１５】請求項５記載の構成によれば請求項１記載の車両用補機駆動装置において更に、ハウジングに固定されて第二ロータの回転を拘束する第二ロータ用拘束機構を有するので、エンジン始動時にその反トルクにより車両用補機軸が逆回転することがなく、また、車両用補機駆動装置の発生動力をエンジン始動にのみ用いることができる。
【００１６】請求項６記載の構成によれば請求項４又は５記載の車両用補機駆動装置において更に、上記拘束機構は一方向クラッチからなるので、構造を極めて簡素化し、制御も不要で、車両用補機駆動装置全体体格の増大も抑止することができる。
【００１７】請求項７記載の構成によれば請求項４乃至６のいずれか記載の車両用補機駆動装置において更に、拘束機構は、前記内燃機関軸の逆回転をもたらす方向への回転を阻止するので、内燃機関が逆回転することによる障害の発生を回避することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の車両用補機駆動装置の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００１９】
【実施例１】この実施例の車両用補機駆動装置を用いた車両駆動システムを図１に示すブロック図を参照して説明する。
（構造）１００はエンジン（内燃機関）、２００はクラッチＭＧ（車両用補機駆動装置）、３００はインバータ、４００はバッテリー、５００はＥＣＵ、６００はエアコン用コンプレッサ等の車両用補機を示す。７００はトランスミッションであり、エンジン１００の動力をデフ８００を介して車輪９００へ伝える。
【００２０】１５１は内燃機関軸に取り付けられたプーリであり、ベルト１６１を介してプーリ１５２に所定の速度比で連結される。プーリ１５２はクラッチＭＧ２００の第１ロータ２１０の軸２１１に取り付けられている。
【００２１】１５３はクラッチＭＧ２００の第２ロータ２２０の軸２２１に設けられたプーリであり、ベルト１６２を介してプーリ１５４に連結されている。プーリ１５４は補機負荷６００の駆動軸に取り付けられている。
【００２２】クラッチＭＧ２００は、後述するが、モータとして補機６００を駆動させたり、或いはエンジンの動力を負荷に伝達しながら発電機にもなる発電電動機である。
【００２３】インバータ３００は、バッテリー４００からブラシ２４１、スリップリング２４２を介して第２ロータ２２０の図示しないコイル（電機子コイル）に送電したり、あるいは逆に送電したりする三相インバータ回路すなわち交直変換回路である。
【００２４】ＥＣＵ５００は、第１ロータ２１０および第２ロータ２２０の回転位置を検出する回転センサ２９１、２９２から両ロータ２１０、２２０の位置を検出して、通電位置を計算し、インバータ３００を制御して第２ロータ２２０の上記電機子コイルの通電電流量およびその位相を制御するコントローラである。
【００２５】１７１、１７２は、両ロータ２１０、２２０がエンジン１００を逆回転方向に付勢しないようにロックする一方向クラッチである。
【００２６】いわゆる同軸二重ロータ型モータであるクラッチＭＧ２００の詳細を図２を参照して詳しく説明する。
【００２７】第１ロータ２１０は、ロータコア２１２、界磁磁石２１４、固定ピン２１５、フロントフレーム２１６、固定プレ−ト２１７、リアフレーム２１８により構成される。ロータコア２１２はフロントフレーム２１６と固定プレ−ト２１７およびリアフレーム２１８とで軸方向に挟持された状態でそれらに圧入された固定ピン２１５により互いに固定されている。フロントフレーム２１６の先端にはプーリ１５２が取り付けられており、ベルト１６１を介してエンジン１００と連結されている。
【００２８】界磁磁石２１４はロータコアの内周側に埋設され、これにより第１ロータ２１０は内周面に永久磁石界磁極を周方向所定等間隔に必要個数有する界磁ロータとなっている。第１ロータ２１０はベアリング２８１、２８２によりカップ状のフロントハウジング２７１および蓋状のリアハウジング２７２に回転自在に支承されている。
【００２９】一方向クラッチ１７１はフロントハウジング２７１の内端面に固定されたアウタレースと、フロントフレーム２１６の外端面に固定されたインナレースとをもち、これらアウタレースおよびインナレースの間に、インナレースの一方向の回転を可能とし、他方向への回転を阻止するトルク伝達部材が収容されている。この種の一方向クラッチの構造自体は周知であるので説明は省略する。ただし、この実施例では、一方向クラッチ１７１は、エンジン１００を逆回転させる方向への第１ロータ２１０の回転を阻止する。
【００３０】第２ロータ２２０は、シャフト（軸）２２１、シャフト２２１に嵌着されたコア２２２、コア２２２に巻装された電機子コイル２２３を有している。シャフト２２１は、ベアリング２８３、２８４により、フロントフレーム２１６及びリアフレーム２１８、ベアリング２８１、２８２を介してフロントハウジング２７１およびリアハウジング２７２に回転自在に支承されている。シャフト２２１の先端にはプーリ１５３が取り付けられており、プーリ１５３はベルト１６２を介して補機負荷６００に連結されている。
【００３１】一方向クラッチ１７２は、リアハウジング２７２に固定されたアウタレースと、シャフト２２１に固定されたインナレースとをもち、これらアウタレースおよびインナレースの間に、インナレースの一方向の回転を可能とし、他方向への回転を阻止するトルク伝達部材が収容されている。この種の一方向クラッチの構造自体は周知であるので説明は省略する。ただし、この実施例では、一方向クラッチ１７２は、エンジン１００を逆回転させる方向への第２ロータ２２０の回転を阻止する。
【００３２】第２ロータ２２０のシャフト２２１にはスリップリング２３１が設けられており、スリップリングはコンダクタ２３２を通じて電機子コイル２２３の各端に接続されている。２３５はスリップリング２３１、コンダクタ２３２をシャフト２２１に対して電気絶縁する絶縁部材である。２４１はブラシであり、スプリング２４２によりスリップリング２３１に押圧されている。２４３はブラシ、スプリングを保持するホルダーであり、２７３は、スリップリング２３１とブラシ２４１とを覆うカバーである。
（動作）上記車両用補機駆動装置の動作を、図３〜図８に示す図１の各プーリとベルトとの関係図を参照しつつ説明する。
【００３３】（エンジン始動）エンジン１００の始動時を図３を参照して説明する。
【００３４】矢印Ａの方向がエンジンの順（正）回転方向とする。回転センサ１９１、１９２によりロータ２１０、２２０の相対位置を検出し、インバータ３００によりロータ２２０の巻線に適切な位相で通電する事によリ、ロータ２１０、２２０にトルクｔ１、ｔ２（ｔ１＝−ｔ２）を発生させる。
【００３５】この場合、ｔ２はワンウエイクラッチ１７２の抑止力Ｆ１で保持され、ロータ２１０がトルクｔ１で図３ではエンジン１００の正回転方向に回転して、エンジン１００を始動させる。
【００３６】（発電兼補機駆動時）エンジン１００の発電兼補機駆動時を図４を参照して説明する。
【００３７】この場合、エンジンはトルクＴｅを発生して車両を駆動するが、その一部ｔ３はプーリ１５２に伝達される。
【００３８】この時のプーリ１５２の回転数をｎ３とする。エンジン始動直後は、クラッチＭＧ２００は通常、発電状態になり、更に補機６００を始動するため第２ロータ２２０は第１ロータ２１０に連れ回りする。
【００３９】この場合の第２ロータ２２０に伝わるトルクをｔ４（＝−ｔ３）、回転数をｎ４とする。補機に伝わるトルクをｔ５、回転数をｎ５とし、プーリ１５３をプーリ１５４の径の比をＭｋ２：Ｍｈとすると、ｔ５＝Ｍｈ／Ｍｋ２・ｔ４ｎ５＝Ｍｋ２／Ｍｈ・ｎ４となる。
【００４０】第２ロータ２２０の電機子コイル２２３への通電量、タイミングを適切に制御する事により、第１ロータ２１０と第２ロータ２２０間のトルクを制御出来、両ロータ２１０、２２０間の相対速度を調整する事が出来る。
【００４１】発電動作の場合には、又は補機６００を低回転で回したい場合は、クラッチＭＧ２００の電気負荷を一時軽くし、相対速度を大きくし、その相対速度域で発電を行う。又、逆に発電量を少なくし、補機６００を高回転で回したい時は、クラッチＭＧ２００への負荷を一時重くし、相対速度を小さくし、その相対速度域で発電を行う。又、発電量も補機速度も欲しい場合は、エンジン回転数を上げ対応し、又発電量も補機速度も必要ない場合はエンジン回転数を下げる。
【００４２】以上の動作により、発電量及び補機入力の制御を行える。
【００４３】（アイドルストップ）エンジン１００のアイドルストップ時を図５を参照して説明する。
【００４４】この場合、エンジン始動の場合と逆方向に回転する様に第２ロータ２２０の電機子コイル２２３に通電する。これにより、両ロータ２１０、２２０には逆方向のトルクｔ６，ｔ７が加えられ、第１ロータ２１０は反転しようとするが、一方向クラッチ１７１により反転の抑止力Ｆ２が働き、第２ロータ２２０がその反作用トルクｔ７により、矢印の方向に回り出す。これにより補機６００が駆動される。
【００４５】なお、この状態からエンジン１００を再始動するには、第２ロータ２２０を停止させ行い、図３の状態にすればよい。
【００４６】（回生）車両の回生制動時を図６を参照して説明する。
【００４７】車両の慣性トルクｔ８は、プーリ１５１を介してプーリ１５２に伝達されるが、先の発電時の動作と同様にロータ２１０に対して、ロータ２２０が連れ回りする。ロータ２１０に作用するトルクをｔ９、回転数をｎ９、ロータ２２０に作用するトルクをｔ１０、回転数をｎ１０、補機に作用するトルクをｔ１１、回転数をｎ１１とする。
【００４８】ここでｎ９＞ｎ１０で、ロータ２２０の電機子コイル２２３への通電を適切に行う事によりクラッチＭＧ２００は発電状態となり、更に補機６００をｔ１１、ｎ１１の状態で駆動することができ、結局、車両慣性エネルギーにより回生発電しながら補機６００を駆動することができる。この状態においてはバッテリー４００や補機６００の負荷量を通電の状態よりもやや多くし、次のアシスト、モ−ドに備える。
【００４９】（トルクアシスト）トルクアシスト時を図７を参照して説明する。
【００５０】なお、トルクアシストとは、ブレーキから足を離し、アクセルを踏む等の信号により、車両の加速指令を検知して、クラッチＭＧ２００からエンジンに車両駆動トルクをアシストする動作をいう。
【００５１】この場合も運転者の動作により加速アシストモ−ドを読み取り、クラッチＭＧ２００の電機子コイル２２３への通電を適切に行い、素早く補機６００を停止させ、これにより図３と同回転方向のトルクを発生させて、プーリ１５１にクラッチＭＧ２００の第１ロータ２１０のトルクｔ１２を伝達し、これによりトルクアシストを行う。
【００５２】なお、トルクｔ１３は反作用トルクであり、一方向クラッチ１７２によりＦ１でロータ反転を阻止している。
【００５３】
【実施例２】本発明の車両用補機駆動装置を用いた車両駆動システムの他実施例を図８を参照して説明する。
（構造）この実施例は、図２に示す実施例１の一方向クラッチ１７２の代わりに、一方向クラッチ３０３を用いた点をその特徴としている。
【００５４】３００はエンジン又は車体に固定された固定部材であり、第２ロータ２２０のシャフト２２１はベアリング３０２を介してこの固定部材３００に回転自在に支承されている。固定部材３００には、一方向クラッチ３０３が設けられ、この一方向クラッチ３０３は実施例１の一方向クラッチ１７２と同一機能を奏する。
【００５５】この実施例では、第２ロータ２２０の逆回転抑止の一方向クラッチ１７２がシャフト２２１のプーリ１５３より反ロータ側に設けているので、第２ロータ２２０を静止或いは駆動する場合のシャフト２２１へかかる応力を減らし、捩じれ等による破壊や位置検出の変動を防止することができる。
【００５６】
【実施例３】本発明の車両用補機駆動装置を用いた車両駆動システムの他実施例を図９に示すブロック図を参照して説明する。
【００５７】この実施例は、外側の第１ロータ２１０を図１に示す第２ロータ２２０と同じ電機子ロータとし、内側の第２ロータ２２０を図１に示す第１ロータ２１０と同じ界磁ロータとし、更に、エンジン１００を界磁ロータである第２ロータ２２０と連結し、補機６００を電機子ロータである第１ロータ２１０と連結したものである。
【００５８】このように構成しても、実施例１の車両用補機駆動装置と同一機能が得られることは明白である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月２８日（１９９９．１０．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８１７７６
【弁理士】
【氏名又は名称】大川 宏
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１２８３０８（Ｐ２００１−１２８３０８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月１１日（２００１．５．１１） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３０６９４３ |
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