JP2014180987A - エンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】回転軸部にそれぞれ接続した被駆動機器、駆動機器に応じて最適な運転状態を得られるハイブリッドシステムを提供する。
【解決手段】クランクケースの一方の端部に出力軸部110を設け、他方の端部にモータジェネレータ接続軸部を設けたエンジン100と、クランクケースに固定したステータ230,240及びモータジェネレータ接続軸部に連結したロータ210を有するモータジェネレータ200と、エンジン側とは反対側の端部でロータに連結した外部機器接続軸部210と、モータジェネレータ接続軸部とロータとの間に設けたクラッチ手段250と、モータジェネレータによって発電された電力を蓄電するとともに蓄電された電力をモータジェネレータに供給する蓄電手段310と、モータジェネレータの発電機として運転機能とモータとして運転機能とを切り換えるとともにクラッチ手段の接続又は切断を切り換える制御手段350を有する構成とする。
【選択図】図1
【解決手段】クランクケースの一方の端部に出力軸部110を設け、他方の端部にモータジェネレータ接続軸部を設けたエンジン100と、クランクケースに固定したステータ230,240及びモータジェネレータ接続軸部に連結したロータ210を有するモータジェネレータ200と、エンジン側とは反対側の端部でロータに連結した外部機器接続軸部210と、モータジェネレータ接続軸部とロータとの間に設けたクラッチ手段250と、モータジェネレータによって発電された電力を蓄電するとともに蓄電された電力をモータジェネレータに供給する蓄電手段310と、モータジェネレータの発電機として運転機能とモータとして運転機能とを切り換えるとともにクラッチ手段の接続又は切断を切り換える制御手段350を有する構成とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、エンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムに関し、特に一対の回転軸部にそれぞれ接続される被駆動機器、駆動機器に応じて最適な運転状態を得られるものに関する。
例えば自動車の走行用動力源として、エンジンとモータジェネレータとを組み合わせたハイブリッドシステムを構成することが知られている。
このようなハイブリッドシステムは、例えば減速時にモータジェネレータによって回生発電した電力をバッテリに充電し、この電力を加速時等に駆動用に利用すること等によって、車両の燃料消費を抑制するものである。
このようなハイブリッドシステムは、例えば減速時にモータジェネレータによって回生発電した電力をバッテリに充電し、この電力を加速時等に駆動用に利用すること等によって、車両の燃料消費を抑制するものである。
こうしたエンジン−電気ハイブリッド車両に関する従来技術として、例えば特許文献1には、エンジン、モータ、変速機を順次連結するとともに、エンジンとモータとの間、及び、モータと変速機との間に、それぞれクラッチを設けることが記載されている。
また、特許文献2には、エンジン、トランスミッション、モータを順次連結するとともに、トランスミッションの内部にエンジンが停止状態であってもモータ走行を可能とするためのワンウェイクラッチを設けることが記載されている。
また、特許文献2には、エンジン、トランスミッション、モータを順次連結するとともに、トランスミッションの内部にエンジンが停止状態であってもモータ走行を可能とするためのワンウェイクラッチを設けることが記載されている。
上述した従来技術においては、ハイブリッドシステムはあくまでも車両の走行用に特化させたパワーユニットであり、動力伝達装置を介して車輪を駆動するか、あるいは、車輪から駆動されることによって回生発電を行う機能しか持ち得ず、例えば複数の被駆動機器を駆動するような利用方法は想定されていなかった。
一方、エンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムを、車両に限らず広く産業用等として汎用性を持たせ、従来汎用エンジンで駆動していたような複数の被駆動機器をより効率よく駆動することが要望されている。
また、このようなハイブリッドシステムを用いて、搭載されているエンジン以外の外部動力によって発電利用することも要望されている。
本発明の課題は、一対の回転軸部にそれぞれ接続される被駆動機器、駆動機器に応じて最適な運転状態を得られるエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムを提供することである。
一方、エンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムを、車両に限らず広く産業用等として汎用性を持たせ、従来汎用エンジンで駆動していたような複数の被駆動機器をより効率よく駆動することが要望されている。
また、このようなハイブリッドシステムを用いて、搭載されているエンジン以外の外部動力によって発電利用することも要望されている。
本発明の課題は、一対の回転軸部にそれぞれ接続される被駆動機器、駆動機器に応じて最適な運転状態を得られるエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムを提供することである。
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項1に係る発明は、クランクケースの一方の端部にクランクシャフトの出力軸部が設けられるとともに他方の端部に前記クランクシャフトのモータジェネレータ接続軸部が設けられ、前記出力軸部が外部の被駆動機器に接続できるように適合されたエンジンと、前記クランクケースに対して相対的に固定されたステータ及び前記モータジェネレータ接続軸部と連結され前記ステータに対して相対回転するロータを有するモータジェネレータと、前記ロータに接続され前記モータジェネレータの前記エンジン側とは反対側の端部に設けられ、外部の被駆動機器または駆動機器に接続できるように適合された外部機器接続軸部と、前記エンジンの前記モータジェネレータ接続軸部と前記ロータとの間に設けられたクラッチ手段と、前記モータジェネレータによって発電された電力を蓄電するとともに、蓄電された電力を前記モータジェネレータに供給する蓄電手段と、前記モータジェネレータを発電機として運転する発電モードとモータとして運転するモータモードとを切り換えるとともに前記クラッチ手段の接続又は切断を切り換える制御手段とを有するエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムである。
これによれば、モータジェネレータの発電機としての機能とモータとしての機能を切り換え、かつ、クラッチ手段の接続、切断を切り換えることによって、クランクシャフトの出力軸部及びモータジェネレータの外部機器接続軸部にそれぞれ接続される機器の種類に応じて、最適な運転状態を設定することが可能となる。
請求項1に係る発明は、クランクケースの一方の端部にクランクシャフトの出力軸部が設けられるとともに他方の端部に前記クランクシャフトのモータジェネレータ接続軸部が設けられ、前記出力軸部が外部の被駆動機器に接続できるように適合されたエンジンと、前記クランクケースに対して相対的に固定されたステータ及び前記モータジェネレータ接続軸部と連結され前記ステータに対して相対回転するロータを有するモータジェネレータと、前記ロータに接続され前記モータジェネレータの前記エンジン側とは反対側の端部に設けられ、外部の被駆動機器または駆動機器に接続できるように適合された外部機器接続軸部と、前記エンジンの前記モータジェネレータ接続軸部と前記ロータとの間に設けられたクラッチ手段と、前記モータジェネレータによって発電された電力を蓄電するとともに、蓄電された電力を前記モータジェネレータに供給する蓄電手段と、前記モータジェネレータを発電機として運転する発電モードとモータとして運転するモータモードとを切り換えるとともに前記クラッチ手段の接続又は切断を切り換える制御手段とを有するエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムである。
これによれば、モータジェネレータの発電機としての機能とモータとしての機能を切り換え、かつ、クラッチ手段の接続、切断を切り換えることによって、クランクシャフトの出力軸部及びモータジェネレータの外部機器接続軸部にそれぞれ接続される機器の種類に応じて、最適な運転状態を設定することが可能となる。
請求項2に係る発明は、前記モータジェネレータは、前記ロータを円盤状に形成するとともに、前記ステータを前記ロータに対して軸方向に対向させて配置したアキシャルギャップ型のモータジェネレータであることを特徴とする請求項1に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムである。
これによれば、モータジェネレータの軸方向の寸法を短縮して、ハイブリッドシステムの全長を短縮し、機器への搭載性を高めることができる。
これによれば、モータジェネレータの軸方向の寸法を短縮して、ハイブリッドシステムの全長を短縮し、機器への搭載性を高めることができる。
請求項3に係る発明は、前記制御手段は、前記クラッチ手段を接続するとともに前記モータジェネレータをモータとして運転して前記エンジンを始動するスタータ運転モードを実行することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムである。
これによれば、エンジンの始動をリコイルスタータ等で人力で行う場合に対して省力化することができ、また、始動専用にスタータモータを設ける必要がないので構成を簡素化することができる。
これによれば、エンジンの始動をリコイルスタータ等で人力で行う場合に対して省力化することができ、また、始動専用にスタータモータを設ける必要がないので構成を簡素化することができる。
請求項4に係る発明は、前記制御手段は、前記クラッチ手段を接続するとともに前記モータジェネレータを発電機として運転し、前記エンジンの出力によって発電を行う発電運転モードを実行することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムである。
これによれば、ハイブリッドシステムを一般的なエンジン駆動発電機と同様に利用することができる。
これによれば、ハイブリッドシステムを一般的なエンジン駆動発電機と同様に利用することができる。
請求項5に係る発明は、前記発電運転モードにおいて、前記クランクシャフトの前記出力軸部に接続された被駆動機器の駆動を行うことを特徴とする請求項4に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムである。
これによれば、エンジン出力のうち発電に利用される以外の余剰出力を外部の被駆動機器の駆動に利用することができ、利便性を向上できる。
これによれば、エンジン出力のうち発電に利用される以外の余剰出力を外部の被駆動機器の駆動に利用することができ、利便性を向上できる。
請求項6に係る発明は、前記制御手段は、前記クラッチ手段を接続するとともに前記モータジェネレータをモータとして運転して前記エンジンの出力をアシストするモータアシスト運転モードを実行することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムである。
これによれば、外部の被駆動機器が一時的に大出力を必要とする場合に、エンジンの排気量等を増大することなく対応することが可能である。
また、必要な出力が同等である場合には、エンジンの小排気量化、低回転化などを図ることが可能となり、燃料消費を低減することができる。
これによれば、外部の被駆動機器が一時的に大出力を必要とする場合に、エンジンの排気量等を増大することなく対応することが可能である。
また、必要な出力が同等である場合には、エンジンの小排気量化、低回転化などを図ることが可能となり、燃料消費を低減することができる。
請求項7に係る発明は、前記制御手段は、前記クラッチ手段を切断するとともに前記モータジェネレータをモータとして運転して前記外部機器接続軸部に接続された被駆動機器をモータのみによって駆動するモータ駆動運転モードを実行することを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムである。
これによれば、モータ出力のみで被駆動機器の駆動が可能である場合には、エンジンを始動せずに運転することが可能となり、静粛性等を向上することができる。
また、モータジェネレータは正転、逆転の切換えが可能であることから、例えば車両の走行用動力として利用する場合の後退時のように、一時的に逆転させることが求められる場合に、逆転用のギヤ列等の機構を設ける必要がなく、装置の構成を簡素化することができる。
これによれば、モータ出力のみで被駆動機器の駆動が可能である場合には、エンジンを始動せずに運転することが可能となり、静粛性等を向上することができる。
また、モータジェネレータは正転、逆転の切換えが可能であることから、例えば車両の走行用動力として利用する場合の後退時のように、一時的に逆転させることが求められる場合に、逆転用のギヤ列等の機構を設ける必要がなく、装置の構成を簡素化することができる。
請求項8に係る発明は、前記制御手段は、前記クラッチ手段を切断するとともに前記モータジェネレータを発電機として運転して前記外部機器接続軸部に接続された駆動機器からの入力によって発電を行う被駆動発電モードを実行することを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムである。
これによれば、外部から駆動されることによって発電を行うことができ、このときエンジンを空転させる必要がないことから、フリクションを低減して発電効率を高めることができる。
これによれば、外部から駆動されることによって発電を行うことができ、このときエンジンを空転させる必要がないことから、フリクションを低減して発電効率を高めることができる。
請求項9に係る発明は、前記制御手段は、前記クラッチ手段を接続するとともに前記モータジェネレータの前記ステータの一部のコイル及び前記ロータを発電機として運転し、前記ステータの他部のコイル及び前記ロータをモータとして運転する同時アシスト発電モードを実行することを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムである。
これによれば、発電とモータアシストを同時に行うことが可能であり、外部機器を大出力で駆動するとともにAC電源としても利用することができる。
これによれば、発電とモータアシストを同時に行うことが可能であり、外部機器を大出力で駆動するとともにAC電源としても利用することができる。
以上説明したように、本発明によれば、一対の回転軸部にそれぞれ接続される被駆動機器、駆動機器に応じて最適な運転状態を得られるエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムを提供することができる。
本発明は、一対の回転軸部にそれぞれ接続される被駆動機器、駆動機器に応じて最適な運転状態を得られるエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムを提供する課題を、エンジン及びモータジェネレータのロータにそれぞれ出力軸を設け、エンジンとモータジェネレータとの間に電磁クラッチを設けるとともに、モータジェネレータの発電機としての利用とモータとしての利用とを切り換えかつ電磁クラッチの接続、切断を切り換える制御装置を設けることによって解決した。
以下、本発明を適用したエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムの実施例について説明する。
図1は、実施例のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムの構成を示す模式図である。
図1において、電力の流れを実線矢印で示し、制御信号の流れを破線矢印で示す。
図1は、実施例のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムの構成を示す模式図である。
図1において、電力の流れを実線矢印で示し、制御信号の流れを破線矢印で示す。
ハイブリッドシステム1は、エンジン100、モータジェネレータ200、バッテリ310、AC−DCコンバータ320、インバータ330、クラッチリレー340、制御装置350等を有して構成されている。
エンジン100は、例えば産業用等に用いられる汎用のエンジンであって、例えば4ストローク単気筒OHCのガソリンエンジンである。
エンジン100は、出力軸であるクランクシャフトの主要部を収容するクランクケースを有する。
クランクシャフトの一方の端部である出力軸部110は、クランクケースのモータジェネレータ200とは反対側の端部から突出して設けられている。
出力軸部110には、エンジン100によって駆動される外部の被駆動機器(第1のセット機器)が接続される。出力軸部110は、外部の被駆動機器に接続し出力を伝達可能なように適合化或いは規格化された形状を有している。外部の被駆動機器としては、産業機器、農耕機器、建設機械、が挙げられ、例えば具体的には、外付けの発電機、ポンプ、車両の走行装置、油圧装置、コンプレッサー、芝刈機、高圧洗浄機、除雪機、プレート、コンクリートカッターなどが挙げられる。
クランクシャフトの他方の端部(モータジェネレータ接続軸部)は、モータジェネレータ200の電磁クラッチ250に接続されている。
エンジン100は、出力軸であるクランクシャフトの主要部を収容するクランクケースを有する。
クランクシャフトの一方の端部である出力軸部110は、クランクケースのモータジェネレータ200とは反対側の端部から突出して設けられている。
出力軸部110には、エンジン100によって駆動される外部の被駆動機器(第1のセット機器)が接続される。出力軸部110は、外部の被駆動機器に接続し出力を伝達可能なように適合化或いは規格化された形状を有している。外部の被駆動機器としては、産業機器、農耕機器、建設機械、が挙げられ、例えば具体的には、外付けの発電機、ポンプ、車両の走行装置、油圧装置、コンプレッサー、芝刈機、高圧洗浄機、除雪機、プレート、コンクリートカッターなどが挙げられる。
クランクシャフトの他方の端部(モータジェネレータ接続軸部)は、モータジェネレータ200の電磁クラッチ250に接続されている。
モータジェネレータ200は、外部から駆動されて発電を行う発電機、及び、電力を供給されて駆動力を発生するACモータとして利用可能な回転電機である。
モータジェネレータ200は、回転軸部210、ロータ220、第1ステータ230、第2ステータ240、電磁クラッチ250等を有して構成されている。
モータジェネレータ200は、回転軸部210、ロータ220、第1ステータ230、第2ステータ240、電磁クラッチ250等を有して構成されている。
回転軸部210は、エンジン100のクランクシャフトと同心に配置されている。
回転軸部210の一方の端部は、電磁クラッチ250を介してクランクシャフトに接続されている。
回転軸部210の他方の端部は、モータジェネレータ200のエンジン100側とは反対側の端部から突出しており、この部分は外部機器(第2のセット機器)が接続される外部機器接続軸部として機能する。外部機器は被駆動機器でも駆動機器でもよい。回転軸部210は、外部機器に接続し入出力を伝達可能なように適合化或いは規格化された形状を有している。外部の駆動機器としては、例えば、水車、風車、外部のエンジンやモータ等の発動機などを用いることができる。
回転軸部210の一方の端部は、電磁クラッチ250を介してクランクシャフトに接続されている。
回転軸部210の他方の端部は、モータジェネレータ200のエンジン100側とは反対側の端部から突出しており、この部分は外部機器(第2のセット機器)が接続される外部機器接続軸部として機能する。外部機器は被駆動機器でも駆動機器でもよい。回転軸部210は、外部機器に接続し入出力を伝達可能なように適合化或いは規格化された形状を有している。外部の駆動機器としては、例えば、水車、風車、外部のエンジンやモータ等の発動機などを用いることができる。
ロータ220は、回転軸部210に固定され外径側につば状に張り出して形成された円盤状の部材である。
ロータ220は、強磁性体によって形成され、所定のパターンでN−Sの着磁が施されている。
ロータ220は、強磁性体によって形成され、所定のパターンでN−Sの着磁が施されている。
第1ステータ230は、ロータ220のエンジン100側の面部と所定の間隔を隔てて対向して配置されている。
第1ステータ230は、鉄芯に巻線を巻き回した複数のコイルを、周方向に配列して構成されている。
第1ステータ230は、鉄芯に巻線を巻き回した複数のコイルを、周方向に配列して構成されている。
第2ステータ240は、ロータ220のエンジン100側とは反対側の面部と所定の間隔を隔てて対向して配置されている。
第2ステータ240は、鉄芯に巻線を巻き回した複数のコイルを、周方向に配列して構成されている。
第1ステータ230、第2ステータ240は、エンジン100のクランクケースに固定されたステータハウジングに固定されることによって、クランクケースに対して相対的に固定されている。
第2ステータ240は、鉄芯に巻線を巻き回した複数のコイルを、周方向に配列して構成されている。
第1ステータ230、第2ステータ240は、エンジン100のクランクケースに固定されたステータハウジングに固定されることによって、クランクケースに対して相対的に固定されている。
電磁クラッチ250は、エンジン100のクランクシャフトと回転軸部210との接続又は切断を切り換えるものである。
電磁クラッチ250は、クラッチリレー340から電力を供給されることによって磁束を発生するコイルを有し、その電磁力によって強磁性体に取り付けられた摩擦部材を吸引して圧着させ、動力の伝達が可能な接続状態となる。また、コイルへの電力供給を遮断すると、摩擦部材はリターンスプリング等の付勢手段によって離間され、動力伝達が遮断される切断状態となる。
電磁クラッチ250は、クラッチリレー340から電力を供給されることによって磁束を発生するコイルを有し、その電磁力によって強磁性体に取り付けられた摩擦部材を吸引して圧着させ、動力の伝達が可能な接続状態となる。また、コイルへの電力供給を遮断すると、摩擦部材はリターンスプリング等の付勢手段によって離間され、動力伝達が遮断される切断状態となる。
バッテリ310は、モータジェネレータ200が発電する電力が充電(蓄電)されるとともに、モータジェネレータ200がモータとして運転される際に、駆動用の電力を供給するものである。
バッテリ310は、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の2次電池である。
バッテリ310は、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の2次電池である。
AC−DCコンバータ320は、モータジェネレータ200が発電機として利用される際に、第1ステータ230、第2ステータ240が発生する交流電力を直流化してバッテリ310に供給するものである。
インバータ320は、モータジェネレータ200をACモータとして駆動する際に、バッテリ310から供給される直流を交流に変換して第1ステータ230、第2ステータ240のコイルに供給するものである。
クラッチリレー340は、電磁クラッチ250の通電(クラッチ接続)、非通電(クラッチ切断)を切り換える継電器である。
制御装置350は、AC−DCコンバータ320、インバータ330、クラッチリレー340を統合的に制御して、以下説明する各種運転モードを実行するものである。
以下、各運転モードについて説明する。
以下、各運転モードについて説明する。
<スタータ運転モード>
制御装置350は、電磁クラッチ250を接続するとともに、モータジェネレータ200をモータとして運転することによって、エンジン100の始動を行う。
このスタータ運転モードは、ユーザが図示しないエンジン始動操作部(例えばスタータボタン等)を操作することによって開始され、エンジンの始動後にエンジン始動操作部の操作を終了することによって終了する。
また、例えばクランクシャフトの回転速度等からエンジン100の完爆(始動終了)を検出し、自動的にスタータ運転モードを終了するようにしてもよい。
このスタータ運転モードによれば、エンジン100の始動をリコイルスタータ等で人力で行う場合に対して省力化することができ、また、始動専用にスタータモータを設ける必要がないので構成を簡素化することができる。また、始動時にギヤの噛み合い音等の騒音が発生しないため、静音始動を実現することができる。
制御装置350は、電磁クラッチ250を接続するとともに、モータジェネレータ200をモータとして運転することによって、エンジン100の始動を行う。
このスタータ運転モードは、ユーザが図示しないエンジン始動操作部(例えばスタータボタン等)を操作することによって開始され、エンジンの始動後にエンジン始動操作部の操作を終了することによって終了する。
また、例えばクランクシャフトの回転速度等からエンジン100の完爆(始動終了)を検出し、自動的にスタータ運転モードを終了するようにしてもよい。
このスタータ運転モードによれば、エンジン100の始動をリコイルスタータ等で人力で行う場合に対して省力化することができ、また、始動専用にスタータモータを設ける必要がないので構成を簡素化することができる。また、始動時にギヤの噛み合い音等の騒音が発生しないため、静音始動を実現することができる。
<発電運転モード>
制御装置350は、エンジン100の運転中に、電磁クラッチ250を接続するとともに、モータジェネレータ200を発電機として運転することによって、発電を行う。
これによれば、ハイブリッドシステム1を一般的なエンジン駆動発電機と同様に利用することができる。
このとき、エンジン100の出力軸部110に接続された外部の被駆動機器の駆動を同時に行うことができる。
この発電運転モードによれば、エンジン出力のうち発電に利用される以外の余剰出力を外部の被駆動機器の駆動に利用することができ、利便性を向上できる。
制御装置350は、エンジン100の運転中に、電磁クラッチ250を接続するとともに、モータジェネレータ200を発電機として運転することによって、発電を行う。
これによれば、ハイブリッドシステム1を一般的なエンジン駆動発電機と同様に利用することができる。
このとき、エンジン100の出力軸部110に接続された外部の被駆動機器の駆動を同時に行うことができる。
この発電運転モードによれば、エンジン出力のうち発電に利用される以外の余剰出力を外部の被駆動機器の駆動に利用することができ、利便性を向上できる。
<モータアシスト運転モード>
制御装置350は、エンジン100の運転中に、電磁クラッチ250を接続するとともに、モータジェネレータ200をモータとして運転することによって、エンジン100の出力による外部の被駆動機器の駆動をアシストする。
このモータアシスト運転モードによれば、外部の被駆動機器が一時的に大出力を必要とする場合に、エンジンの排気量等を増大することなく対応することが可能である。
また、必要な出力が同等である場合には、エンジンの小排気量化、低回転化などを図ることが可能となり、燃料消費を低減することができる。
制御装置350は、エンジン100の運転中に、電磁クラッチ250を接続するとともに、モータジェネレータ200をモータとして運転することによって、エンジン100の出力による外部の被駆動機器の駆動をアシストする。
このモータアシスト運転モードによれば、外部の被駆動機器が一時的に大出力を必要とする場合に、エンジンの排気量等を増大することなく対応することが可能である。
また、必要な出力が同等である場合には、エンジンの小排気量化、低回転化などを図ることが可能となり、燃料消費を低減することができる。
<モータ駆動運転モード>
制御装置350は、エンジン100の停止中に、電磁クラッチ250を切断するとともに、モータジェネレータ200をモータとして運転することによって、モータジェネレータ200の出力のみによって回転軸部210に接続された外部の被駆動機器の駆動を行う。
このモータ駆動運転モードによれば、モータジェネレータ200の出力のみで被駆動機器の駆動が可能である場合には、エンジン100を始動せずに運転することが可能となり、静粛性等を向上することができる。
また、モータジェネレータ200は正転、逆転の切換えが可能であることから、例えば車両の走行用動力として利用する場合の後退時のように、一時的に逆転させることが求められる場合に、逆転用のギヤ列等の機構を設ける必要がなく、装置の構成を簡素化することができる。
なお、このようなモータ駆動運転モードは、エンジン100の運転中にも実行することが可能である。
この場合、エンジン100は、モータジェネレータ200とは独立して他の被駆動機器を駆動することができる。
制御装置350は、エンジン100の停止中に、電磁クラッチ250を切断するとともに、モータジェネレータ200をモータとして運転することによって、モータジェネレータ200の出力のみによって回転軸部210に接続された外部の被駆動機器の駆動を行う。
このモータ駆動運転モードによれば、モータジェネレータ200の出力のみで被駆動機器の駆動が可能である場合には、エンジン100を始動せずに運転することが可能となり、静粛性等を向上することができる。
また、モータジェネレータ200は正転、逆転の切換えが可能であることから、例えば車両の走行用動力として利用する場合の後退時のように、一時的に逆転させることが求められる場合に、逆転用のギヤ列等の機構を設ける必要がなく、装置の構成を簡素化することができる。
なお、このようなモータ駆動運転モードは、エンジン100の運転中にも実行することが可能である。
この場合、エンジン100は、モータジェネレータ200とは独立して他の被駆動機器を駆動することができる。
<被駆動発電モード>
制御装置350は、エンジン100の停止中に、電磁クラッチ250を切断するとともに、モータジェネレータ200を発電機として運転することによって、回転軸部210に接続された外部の駆動機器の動力によって発電を行う。
外部の駆動機器として、例えば、水車、風車、外部のエンジンやモータ等の発動機などを用いることができる。また、車両に搭載される場合は、回生発電を行うこともできる。
この被駆動発電モードによれば、外部から駆動されることによって発電を行うことができ、このときエンジンを空転させる必要がないことから、フリクションを低減して発電効率を高めることができる。
なお、このようなモータ駆動運転モードは、エンジン100の運転中にも実行することが可能である。
この場合、エンジン100は、モータジェネレータ200とは独立して他の被駆動機器を駆動することができる。
制御装置350は、エンジン100の停止中に、電磁クラッチ250を切断するとともに、モータジェネレータ200を発電機として運転することによって、回転軸部210に接続された外部の駆動機器の動力によって発電を行う。
外部の駆動機器として、例えば、水車、風車、外部のエンジンやモータ等の発動機などを用いることができる。また、車両に搭載される場合は、回生発電を行うこともできる。
この被駆動発電モードによれば、外部から駆動されることによって発電を行うことができ、このときエンジンを空転させる必要がないことから、フリクションを低減して発電効率を高めることができる。
なお、このようなモータ駆動運転モードは、エンジン100の運転中にも実行することが可能である。
この場合、エンジン100は、モータジェネレータ200とは独立して他の被駆動機器を駆動することができる。
<同時アシスト発電モード>
制御装置350は、エンジン100の運転中に、電磁クラッチ250を接続するとともに、モータジェネレータ200の一部のステータコイルを発電機として利用し、他部のステータコイルをモータとして利用することによって、外部の被駆動機器をエンジン100の出力及びモータジェネレータ200のモータとしての出力を利用して駆動するとともに、発電を行うことができる。
例えば、ロータ220及び第1ステータ230を発電機として利用し、ロータ220及び第2ステータ240をモータとして利用することが可能である。
この同時アシスト発電モードによれば、発電とモータアシストを同時に行うことが可能であり、外部機器を大出力で駆動するとともにAC電源としても利用することができる。
制御装置350は、エンジン100の運転中に、電磁クラッチ250を接続するとともに、モータジェネレータ200の一部のステータコイルを発電機として利用し、他部のステータコイルをモータとして利用することによって、外部の被駆動機器をエンジン100の出力及びモータジェネレータ200のモータとしての出力を利用して駆動するとともに、発電を行うことができる。
例えば、ロータ220及び第1ステータ230を発電機として利用し、ロータ220及び第2ステータ240をモータとして利用することが可能である。
この同時アシスト発電モードによれば、発電とモータアシストを同時に行うことが可能であり、外部機器を大出力で駆動するとともにAC電源としても利用することができる。
以上説明したように、本実施例によれば、モータジェネレータ200の発電機としての機能とモータとしての機能を切り換え、かつ、電磁クラッチ250の接続、切断を切り換えることによって、エンジン100の出力軸部110及びモータジェネレータ200の回転軸部210にそれぞれ接続される機器の種類に応じて、最適な運転状態を設定することが可能となる。
また、モータジェネレータ200をアキシャルギャップ型とすることによって、モータジェネレータ200の軸方向の寸法を短縮して、ハイブリッドシステム1の全長を短縮し、機器への搭載性を高めることができる。
また、モータジェネレータ200をアキシャルギャップ型とすることによって、モータジェネレータ200の軸方向の寸法を短縮して、ハイブリッドシステム1の全長を短縮し、機器への搭載性を高めることができる。
(変形例)
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
エンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムの構成は上述した実施例に限らず適宜変更することができる。
例えば、実施例においては蓄電手段として2次電池を用いる構成としているが、これに代えて、例えばキャパシタ等の他の蓄電手段を用いてもよい。また、2次電池の種類も特に限定されない。
また、外部の駆動機器、被駆動機器も特に限定されない。
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
エンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステムの構成は上述した実施例に限らず適宜変更することができる。
例えば、実施例においては蓄電手段として2次電池を用いる構成としているが、これに代えて、例えばキャパシタ等の他の蓄電手段を用いてもよい。また、2次電池の種類も特に限定されない。
また、外部の駆動機器、被駆動機器も特に限定されない。
1 ハイブリッドシステム
100 エンジン 110 出力軸部
200 モータジェネレータ 210 回転軸部
220 ロータ 230 第1ステータ
240 第2ステータ 250 電磁クラッチ
310 バッテリ 320 AC−DCコンバータ
330 インバータ 340 クラッチリレー
350 制御装置
100 エンジン 110 出力軸部
200 モータジェネレータ 210 回転軸部
220 ロータ 230 第1ステータ
240 第2ステータ 250 電磁クラッチ
310 バッテリ 320 AC−DCコンバータ
330 インバータ 340 クラッチリレー
350 制御装置
Claims (9)
- クランクケースの一方の端部にクランクシャフトの出力軸部が設けられるとともに他方の端部に前記クランクシャフトのモータジェネレータ接続軸部が設けられ、前記出力軸部が外部の被駆動機器に接続できるように適合されたエンジンと、
前記クランクケースに対して相対的に固定されたステータ及び前記モータジェネレータ接続軸部と連結され前記ステータに対して相対回転するロータを有するモータジェネレータと、
前記ロータに接続され前記モータジェネレータの前記エンジン側とは反対側の端部に設けられ、外部の被駆動機器または駆動機器に接続できるように適合された外部機器接続軸部と、
前記エンジンの前記モータジェネレータ接続軸部と前記ロータとの間に設けられたクラッチ手段と、
前記モータジェネレータによって発電された電力を蓄電するとともに、蓄電された電力を前記モータジェネレータに供給する蓄電手段と、
前記モータジェネレータを発電機として運転する発電モードとモータとして運転するモータモードとを切り換えるとともに前記クラッチ手段の接続又は切断を切り換える制御手段と
を有するエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステム。 - 前記モータジェネレータは、前記ロータを円盤状に形成するとともに、前記ステータを前記ロータに対して軸方向に対向させて配置したアキシャルギャップ型のモータジェネレータであること
を特徴とする請求項1に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステム。 - 前記制御手段は、前記クラッチ手段を接続するとともに前記モータジェネレータをモータとして運転して前記エンジンを始動するスタータ運転モードを実行すること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステム。 - 前記制御手段は、前記クラッチ手段を接続するとともに前記モータジェネレータを発電機として運転し、前記エンジンの出力によって発電を行う発電運転モードを実行すること
を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステム。 - 前記発電運転モードにおいて、前記クランクシャフトの前記出力軸部に接続された被駆動機器の駆動を行うこと
を特徴とする請求項4に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステム。 - 前記制御手段は、前記クラッチ手段を接続するとともに前記モータジェネレータをモータとして運転して前記エンジンの出力をアシストするモータアシスト運転モードを実行すること
を特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステム。 - 前記制御手段は、前記クラッチ手段を切断するとともに前記モータジェネレータをモータとして運転して前記外部機器接続軸部に接続された被駆動機器をモータのみによって駆動するモータ駆動運転モードを実行すること
を特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステム。 - 前記制御手段は、前記クラッチ手段を切断するとともに前記モータジェネレータを発電機として運転して前記外部機器接続軸部に接続された駆動機器からの入力によって発電を行う被駆動発電モードを実行すること
を特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステム。 - 前記制御手段は、前記クラッチ手段を接続するとともに前記モータジェネレータの前記ステータの一部のコイル及び前記ロータを発電機として運転し、前記ステータの他部のコイル及び前記ロータをモータとして運転する同時アシスト発電モードを実行すること
を特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のエンジンとモータジェネレータとのハイブリッドシステム。
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