JP2001128308A - 車両用補機駆動装置 - Google Patents

車両用補機駆動装置

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JP2001128308A JP30694399A JP30694399A JP2001128308A JP 2001128308 A JP2001128308 A JP 2001128308A JP 30694399 A JP30694399 A JP 30694399A JP 30694399 A JP30694399 A JP 30694399A JP 2001128308 A JP2001128308 A JP 2001128308A
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瀬口　　正弘
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Abstract

(57)【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。

Description

【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、ω
２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ＭＧ２０
０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１
６２を介してプーリ１５４に連結されている。プーリ１
５４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２９
１、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、２２
０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２
１６、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２１
６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２８
１、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）２２
１、シャフト２２１に嵌着されたコア２２２、コア２２
２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２
４２によりスリップリング２３１に押圧されている。２
４３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２１
０、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１７
２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・ｔ４ ｎ５＝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ｔ１
１、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４０
０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。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の車両用補機駆動装置を用いた車両駆
動システムを示すブロック図である。
【図２】図１に示す車両用補機駆動装置の軸方向断面図
である。
【図３】実施例１の車両用補機駆動装置のトルク伝達動
作を示す説明図である。
【図４】実施例１の車両用補機駆動装置のトルク伝達動
作を示す説明図である。
【図５】実施例１の車両用補機駆動装置のトルク伝達動
作を示す説明図である。
【図６】実施例１の車両用補機駆動装置のトルク伝達動
作を示す説明図である。
【図７】実施例１の車両用補機駆動装置のトルク伝達動
作を示す説明図である。
【図８】実施例２の車両用補機駆動装置の軸方向断面図
である。
【図９】実施例３の車両用補機駆動装置を用いた車両駆
動システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
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）、４００はバッテリー、６００
はエアコン用コンプレッサ（車両用補機）、２１０は第
１ロータ（第一ロータ）、２２０は第２ロータ（第二ロ
ータ）、１７１は一方向クラッチ（第一ロータ用拘束機
構）、１７２は一方向クラッチ（第二ロータ用拘束機
構）。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H115 PG04 PI13 PI24 PI29 PI30 PU09 PU10 PU25 PV09 QI04 RE01 SE05 SJ12 TE02 TO22 5H590 AA03 CA07 CA23 CC02 CC08

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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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