JP7392899B2 - Hybrid vehicle power generation unit - Google Patents

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Description

この発明は、エンジンとこのエンジンによって駆動される発電機とが同軸状に配置されたハイブリッド車両の発電ユニットに関する。 The present invention relates to a power generation unit for a hybrid vehicle in which an engine and a generator driven by the engine are coaxially arranged.

いわゆるシリーズハイブリッド車は、エンジン（内燃機関）によって発電機を駆動し、この発電機で生成された電力を利用して走行用モータを駆動することで、車両の走行を行う。このようなハイブリッド車両においては、一般に、エンジンと発電機とは、１つのユニットとして一体化されている。 In a so-called series hybrid vehicle, an engine (internal combustion engine) drives a generator, and the electric power generated by the generator is used to drive a travel motor to drive the vehicle. In such hybrid vehicles, the engine and generator are generally integrated as one unit.

特許文献１には、互いに同軸状に配置されたエンジンの回転軸と発電機の回転軸とが、エンジンのトルク変動を吸収するダンパを介して接続された構成が開示されている。つまり、ダンパがエンジンと発電機との間に配置されている。 Patent Document 1 discloses a configuration in which a rotating shaft of an engine and a rotating shaft of a generator, which are arranged coaxially with each other, are connected via a damper that absorbs engine torque fluctuations. That is, the damper is placed between the engine and the generator.

このような従来の構成においては、ダンパを収容するための軸方向の長さ分だけユニットのハウジングの長さが長くなり、その重量が大きくなる。特に、それぞれトルク反力を受けるエンジン側のハウジング（例えばシリンダブロック）と発電機側のハウジングとは堅固に連結されている必要があるので、軸方向の中間に位置するダンパを収容するための中間のハウジング部分も肉厚の厚い堅固な構成とならざるを得ず、重量が大となる。 In such a conventional configuration, the length of the housing of the unit increases by the length in the axial direction for accommodating the damper, and the weight of the housing increases. In particular, the housing on the engine side (e.g. cylinder block) and the housing on the generator side, which each receive torque reaction force, must be firmly connected, so the The housing portion of the device must also be thick and solid, resulting in a large weight.

特開２０１１－２３５７６２号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-235762

この発明に係るハイブリッド車両の発電ユニットは、
一端部から出力回転軸が突出したエンジンハウジングと、
このエンジンハウジングと直列に並ぶように設けられ、かつステータを収容した発電機ハウジングと、
中空管状のロータ軸を有し、かつ上記ステータに囲まれたロータと、
上記ロータ軸の中空部を貫通した上記出力回転軸の端部と上記ロータ軸の端部とを上記エンジンとは反対側となる位置でトルク伝達可能に接続したカップリング機構と、
を備える。The power generation unit for a hybrid vehicle according to the present invention includes:
An engine housing with an output rotating shaft protruding from one end;
a generator housing arranged in series with the engine housing and housing a stator;
a rotor having a hollow tubular rotor shaft and surrounded by the stator;
a coupling mechanism that connects an end of the output rotating shaft passing through a hollow portion of the rotor shaft and an end of the rotor shaft so as to transmit torque at a position opposite to the engine;
Equipped with.

カップリング機構としては、例えば、トーショナルスプリングを含むダンパであってもよく、トーショナルスプリングを含まない単純なカップリングであってもよい。 The coupling mechanism may be, for example, a damper that includes a torsional spring, or a simple coupling that does not include a torsional spring.

このような構成では、エンジンハウジングと発電機ハウジングとの間にカップリング機構のための付加的な空間ないし長さが不要であり、ユニット全体のハウジングの長さを短くしつつ重量軽減が図れる。発電機ハウジングの端部（エンジンとは反対側の端部）に位置するカップリング機構を収容する部分では、トルク反力を受けることがないため、カバーに類した簡単な構成とすることができる。 Such a configuration eliminates the need for additional space or length for a coupling mechanism between the engine housing and the generator housing, reducing the overall housing length and weight of the unit. The part that accommodates the coupling mechanism located at the end of the generator housing (the end opposite to the engine) does not receive torque reaction force, so it can have a simple structure similar to a cover. .

一実施例の発電ユニットを車両のエンジンルームに搭載した状態を示す平面図。FIG. 1 is a plan view showing a state in which a power generation unit according to an embodiment is mounted in an engine room of a vehicle. 第１実施例の発電ユニットの要部の半断面図。FIG. 3 is a half-sectional view of the main parts of the power generation unit of the first embodiment. 第２実施例の発電ユニットの要部の半断面図。FIG. 6 is a half-sectional view of the main parts of the power generation unit of the second embodiment. 第３実施例の発電ユニットの要部の半断面図。FIG. 7 is a half-sectional view of the main parts of the power generation unit of the third embodiment.

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明に係る発電ユニット１を備えた車両のエンジンルーム部分を示した平面図である。発電ユニット１は、エンジン２と発電機３とが同軸状に直列配置された構成となっている。エンジン２は、例えば、ガソリン機関もしくはディーゼル機関からなる直列多気筒内燃機関である。発電機３は、例えば、インバータ装置を介して制御可能な永久磁石型モータジェネレータからなる。エンジン２と発電機３とは堅固に一体化されており、長手方向の両端部において、それぞれブラケット４Ａ，４Ｂおよびマウント５Ａ，５Ｂを介して車体の左右のサイドメンバ６上に支持されている。つまり、発電ユニット１は、その全体が一対のサイドメンバ６の間に位置し、一対のブラケット４Ａ，４Ｂを介して吊り下げられている。なお、エンジン２側もしくはエンジン２と発電機３の双方に対して、ロール方向の動きを抑制するための図示しないトルクロッドが適宜位置に設けられている。車両の駆動輪（図示せず）は、駆動用モータおよびギア機構を含むトランスアクスル８によってドライブシャフト９を介して駆動される。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings. FIG. 1 is a plan view showing an engine room portion of a vehicle equipped with a power generation unit 1 according to the present invention. The power generation unit 1 has a configuration in which an engine 2 and a generator 3 are coaxially arranged in series. The engine 2 is, for example, an in-line multi-cylinder internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine. The generator 3 includes, for example, a permanent magnet type motor generator that can be controlled via an inverter device. The engine 2 and the generator 3 are firmly integrated, and are supported at both ends in the longitudinal direction on the left and right side members 6 of the vehicle body via brackets 4A, 4B and mounts 5A, 5B, respectively. That is, the entire power generation unit 1 is located between the pair of side members 6, and is suspended via the pair of brackets 4A, 4B. Note that a torque rod (not shown) is provided at an appropriate position on the engine 2 side or on both the engine 2 and the generator 3 to suppress movement in the roll direction. Drive wheels (not shown) of the vehicle are driven via a drive shaft 9 by a transaxle 8 that includes a drive motor and a gear mechanism.

一実施例においては、発電ユニット１はドライブシャフト９よりも車両前方に位置し、かつ回転中心線がドライブシャフト９と基本的に平行な方向となるように配置されている。 In one embodiment, the power generation unit 1 is located further forward of the vehicle than the drive shaft 9, and is arranged such that its rotation center line is basically parallel to the drive shaft 9.

図２は、第１実施例の発電ユニット１の要部の半断面図であり、エンジン２の発電機３側の端部と発電機３とを示している。エンジン２は、剛性の高いエンジンハウジング１１を有する。上述した一方のブラケット４Ａは、エンジンハウジング１１に固定されている。一実施例では、エンジンハウジング１１は、エンジン２のシリンダブロックであり、発電機３が接続される一端の端部壁１１ａから出力回転軸１２が突出している。出力回転軸１２は、この実施例では、エンジン２のクランクシャフト１２ａと、このクランクシャフト１２ａの先端に取り付けられた同一回転中心線上に延びる相対的に小径のエクステンションシャフト１２ｂと、から構成されている。なお、エンジン２として専用品を用いる場合には、エクステンションシャフト１２ｂを用いずにクランクシャフト１２ａの端部を長く形成するようにしてもよい。 FIG. 2 is a half-sectional view of the main parts of the power generation unit 1 of the first embodiment, showing the end of the engine 2 on the generator 3 side and the generator 3. The engine 2 has a highly rigid engine housing 11. One of the brackets 4A mentioned above is fixed to the engine housing 11. In one embodiment, the engine housing 11 is a cylinder block of the engine 2, and the output rotating shaft 12 protrudes from an end wall 11a at one end to which the generator 3 is connected. In this embodiment, the output rotating shaft 12 is composed of a crankshaft 12a of the engine 2, and an extension shaft 12b having a relatively small diameter and extending on the same rotation center line and attached to the tip of the crankshaft 12a. . In addition, when using a special product as the engine 2, the end of the crankshaft 12a may be formed long without using the extension shaft 12b.

発電機３は、円筒状をなす発電機ハウジング１３と、コイルを含むステータ１４と、外周の表面ないし内部に永久磁石を有するロータ１５と、から概ね構成されている。発電機ハウジング１３は、例えばアルミニウム合金等の金属の鋳造品（例えばダイキャスト）などからなり、円筒状の周壁部１３ａと、この周壁部１３ａの長手方向の各端部にそれぞれ形成されたフランジ部１３ｂ，１３ｃと、ステータ１４およびロータ１５の収容空間の長手方向の各端部を仕切るように周壁部１３ａの内周側にそれぞれ設けられた端部壁１３ｄ，１３ｅと、を備えている。いずれか一方の端部壁例えばエンジン２とは反対側となる端部壁１３ｅを除き、発電機ハウジング１３の各部は、予め一体に形成されており、例えば端部壁１３ｅは、ステータ１４およびロータ１５を内部に組み付けた後に周壁部１３ａ内周に固定される。なお、軸方向に沿った分割面で発電機ハウジング１３を２分割構成し、内部にステータ１４やロータ１５を組み付けた後に一体化するようにしてもよい。 The generator 3 is generally composed of a cylindrical generator housing 13, a stator 14 including a coil, and a rotor 15 having permanent magnets on its outer surface or inside. The generator housing 13 is made of a cast product (e.g., die casting) of metal such as aluminum alloy, and includes a cylindrical peripheral wall portion 13a and flange portions formed at each longitudinal end of the peripheral wall portion 13a. 13b and 13c, and end walls 13d and 13e respectively provided on the inner peripheral side of the peripheral wall portion 13a so as to partition each longitudinal end of the accommodation space for the stator 14 and the rotor 15. Each part of the generator housing 13 is previously formed integrally with the exception of one end wall, for example, an end wall 13e opposite to the engine 2. For example, the end wall 13e is connected to the stator 14 and the rotor. 15 is assembled inside, it is fixed to the inner periphery of the peripheral wall portion 13a. Note that the generator housing 13 may be configured to be divided into two along the dividing plane along the axial direction, and may be integrated after the stator 14 and rotor 15 are assembled inside.

発電機ハウジング１３は、フランジ部１３ｂにおいて、例えば図示しない複数のボルト等を介してエンジンハウジング１１に堅固に取り付けられている。これにより、エンジンハウジング１１に直列に並ぶように発電機ハウジング１３が設けられており、互いに一体に結合されている。上述したマウント５Ｂ用のブラケット４Ｂは、エンジン２とは反対側となる発電機ハウジング１３のフランジ部１３ｃ寄りの位置に接続されている。なお、ブラケット４Ｂは、発電機ハウジング１３の一部として一体に形成してもよく、あるいは別体に形成したブラケット４Ｂをボルト等で発電機ハウジング１３に固定するようにしてもよい。 The generator housing 13 is firmly attached to the engine housing 11 at the flange portion 13b via, for example, a plurality of bolts (not shown). Thereby, the generator housing 13 is provided so as to be lined up in series with the engine housing 11, and are integrally coupled to each other. The bracket 4B for the mount 5B described above is connected to a position near the flange portion 13c of the generator housing 13 on the opposite side from the engine 2. The bracket 4B may be integrally formed as a part of the generator housing 13, or the bracket 4B may be formed separately and fixed to the generator housing 13 with bolts or the like.

ステータ１４は、周壁部１３ａの内周面に固定されており、２つの端部壁１３ｄ，１３ｅの間に位置する。ロータ１５は、ステータ１４の内周側に位置し、ステータ１４によって囲まれている。このロータ１５は、中心のロータ軸１６の両端部がそれぞれベアリング１７，１８を介して端部壁１３ｄ，１３ｅに回転自在に支持されている。ここで、ロータ軸１６は、中空管状をなしており、その中心の中空部を上記エクステンションシャフト１２ｂが貫通している。 The stator 14 is fixed to the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 13a, and is located between the two end walls 13d and 13e. The rotor 15 is located on the inner peripheral side of the stator 14 and is surrounded by the stator 14. In this rotor 15, both ends of a central rotor shaft 16 are rotatably supported by end walls 13d and 13e via bearings 17 and 18, respectively. Here, the rotor shaft 16 has a hollow tubular shape, and the extension shaft 12b passes through a hollow portion at the center thereof.

ロータ軸１６を貫通したエクステンションシャフト１２ｂの先端と、これに隣接するロータ軸１６の先端（エンジン２とは反対側となる先端）と、は、ダンパ２０を介して互いに接続されている。ダンパ２０は、ロータ軸１６の先端に固定された円板状の第１プレート２０ａと、エクステンションシャフト１２ｂに固定された円板状の第２プレート２０ｂと、接線方向に沿って両者間に介在するトーショナルスプリング２０ｃと、を主体とした一般的な構成のものであり、エンジン２の出力回転軸１２のトルク変動を吸収しつつ当該出力回転軸１２からロータ軸１６へトルクを伝達できる。 A distal end of the extension shaft 12b passing through the rotor shaft 16 and an adjacent distal end of the rotor shaft 16 (the distal end opposite to the engine 2) are connected to each other via a damper 20. The damper 20 includes a first disc-shaped plate 20a fixed to the tip of the rotor shaft 16, and a second disc-shaped plate 20b fixed to the extension shaft 12b, and is interposed between the two along the tangential direction. It has a general configuration mainly consisting of a torsional spring 20c, and can transmit torque from the output rotation shaft 12 to the rotor shaft 16 while absorbing torque fluctuations of the output rotation shaft 12 of the engine 2.

ダンパ２０は、発電機ハウジング１３のエンジン２とは反対側となる端部に位置し、このダンパ２０を覆うように、フランジ部１３ｃに皿状の合成樹脂製カバー２１が取り付けられている。つまり、剛性を有する金属製の周壁部１３ａの先端は、端部壁１３ｅよりも外側において開口しており、この円形の開口面を合成樹脂製カバー２１が塞いでいる。ダンパ２０は、端部壁１３ｅと合成樹脂製カバー２１との間に形成される空間内に収容されている。なお、ロータ１５の回転数を検出するためのレゾルバ１９がロータ１５の端面に隣接して設けられている。 The damper 20 is located at the end of the generator housing 13 opposite to the engine 2, and a dish-shaped synthetic resin cover 21 is attached to the flange portion 13c so as to cover the damper 20. That is, the tip of the rigid metal peripheral wall 13a is open on the outside of the end wall 13e, and the synthetic resin cover 21 closes this circular opening. The damper 20 is housed in a space formed between the end wall 13e and the synthetic resin cover 21. Note that a resolver 19 for detecting the rotational speed of the rotor 15 is provided adjacent to the end surface of the rotor 15.

上記の構成では、エンジンハウジング１１および発電機ハウジング１３がそれぞれトルク反力を受けるため、これらエンジンハウジング１１および発電機ハウジング１３は十分な剛性を有するようにそれぞれ構成され、かつ互いに堅固に結合されている。そして、前述したように一対のマウント５Ａ，５Ｂを介して発電ユニット１全体が車体に支持される。ここで、ダンパ２０がエンジン２とは反対側となる発電機３の端部に位置しているので、ダンパ２０がエンジン２と発電機３との間に介在するレイアウトに比較して、ステータ１４がエンジン２に近い位置に配置されることとなる。そのため、高い剛性が要求される発電機ハウジング１３の実質的な長さが短くなる。ダンパ２０が収容される発電機ハウジング１３の端部部分にはトルクが作用することがなく、上述した合成樹脂製カバー２１のように比較的簡単なカバー類で足りる。なお、合成樹脂製カバー２１に代えて、薄い金属板からなるカバーとしてもよい。従って、上記実施例によれば、発電ユニット１全体として軽量化ならびに軸方向寸法の短縮が図れる。 In the above configuration, since the engine housing 11 and the generator housing 13 each receive a torque reaction force, the engine housing 11 and the generator housing 13 are each configured to have sufficient rigidity and are firmly coupled to each other. There is. As described above, the entire power generation unit 1 is supported by the vehicle body via the pair of mounts 5A and 5B. Here, since the damper 20 is located at the end of the generator 3 opposite to the engine 2, the stator 14 will be placed near the engine 2. Therefore, the substantial length of the generator housing 13, which requires high rigidity, is shortened. Torque does not act on the end portion of the generator housing 13 in which the damper 20 is housed, and a relatively simple cover such as the synthetic resin cover 21 described above is sufficient. Note that instead of the synthetic resin cover 21, a cover made of a thin metal plate may be used. Therefore, according to the above-mentioned embodiment, it is possible to reduce the weight and axial dimension of the power generation unit 1 as a whole.

またダンパ２０が発電機ハウジング１３の端部に位置しているので、合成樹脂製カバー２１を取り外すことで容易に外部からアクセスすることができ、点検等が容易となる。 Further, since the damper 20 is located at the end of the generator housing 13, it can be easily accessed from the outside by removing the synthetic resin cover 21, making inspection etc. easy.

次に、図３は、第２実施例の発電ユニット１の要部の半断面図であり、この実施例では、発電機ハウジング１３がエンジンハウジング１１の一部としてエンジンハウジング１１に一体に形成されている。発電機ハウジング１３の端部壁１３ｄに相当する部分はエンジンハウジング１１の端部壁１１ａと一体となっており、ベアリング１７を支持している。また、図示例では、エンジン２とは反対側の端部壁１３ｅ（図２参照）は備えておらず、中空管状をなすロータ軸１６のエンジン２とは反対側の端部は、該ロータ軸１６の内周面とエクステンションシャフト１２ｂ外周面との間に位置するブッシュ３１を介して回転可能に支持されている。 Next, FIG. 3 is a half-sectional view of the main parts of the power generation unit 1 of the second embodiment. In this embodiment, the generator housing 13 is integrally formed with the engine housing 11 as a part of the engine housing 11. ing. A portion of the generator housing 13 corresponding to the end wall 13d is integrated with the end wall 11a of the engine housing 11 and supports the bearing 17. In addition, in the illustrated example, the end wall 13e (see FIG. 2) on the side opposite to the engine 2 is not provided, and the end on the side opposite to the engine 2 of the rotor shaft 16 having a hollow tubular shape is connected to the rotor shaft. 16 and the outer peripheral surface of the extension shaft 12b.

この第２実施例のように、ダンパ２０をエンジン２とは反対側の位置に配置することで、エンジンハウジング１１と発電機ハウジング１３とを一体に形成することが可能となり、発電ユニット１全体のより一層の小型軽量化ならびに高剛性化が図れる。 As in this second embodiment, by arranging the damper 20 at a position opposite to the engine 2, it becomes possible to form the engine housing 11 and the generator housing 13 in one piece, thereby reducing the overall power generation unit 1. Further reduction in size and weight as well as high rigidity can be achieved.

次に、図４は、第３実施例の発電ユニット１の要部の半断面図である。この第３実施例では、ダンパ２０の円板状をなす第１，第２プレート２０ａ，２０ｂの少なくとも一方がファン状に構成されており、回転することで、ロータ１５およびステータ１４へ向けて軸方向の空気流の流れを生成するようになっている。そして、ロータ１５の内部には、冷却風となる空気流の軸方向に沿った通流が可能な流路３５が形成されている。なお、合成樹脂製カバー２１や発電機ハウジング１３等には、詳細には図示しないが、外気の取り入りおよび冷却後の高温となった空気の排出のために、適宜に連通口が設けられている。 Next, FIG. 4 is a half-sectional view of the main parts of the power generation unit 1 of the third embodiment. In this third embodiment, at least one of the disk-shaped first and second plates 20a and 20b of the damper 20 is configured in a fan shape, and when rotated, the shaft is directed toward the rotor 15 and the stator 14. It is designed to generate a flow of directional airflow. A flow path 35 is formed inside the rotor 15 so that an air flow serving as a cooling air can flow along the axial direction. Although not shown in detail, the synthetic resin cover 21, generator housing 13, etc. are provided with appropriate communication ports for taking in outside air and discharging hot air after cooling. There is.

以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。上記実施例では、出力回転軸１２とロータ軸１６とをトルク伝達可能に接続したカップリング機構としてダンパ２０を例に説明したが、カップリング機構は、トーショナルスプリングを含まずに軸中心のオフセットを吸収可能な公知のカップリングであってもよい。このような形式のカップリング機構であっても、カップリング機構がエンジンと発電機との間に介在するレイアウトに比較して、カップリング機構をエンジンとは反対側となる端部に配置することで、発電ユニット全体の軸方向寸法の短縮ならびに軽量化が可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. In the above embodiment, the damper 20 was explained as an example of a coupling mechanism that connects the output rotation shaft 12 and the rotor shaft 16 so as to be able to transmit torque. It may be a known coupling capable of absorbing . Even with this type of coupling mechanism, compared to a layout in which the coupling mechanism is interposed between the engine and the generator, it is preferable to arrange the coupling mechanism at the end opposite to the engine. Therefore, it is possible to reduce the axial dimension and weight of the entire power generation unit.

Claims (7)

シリーズハイブリッド形式のハイブリッド車両において、エンジンとこのエンジンによって駆動される発電機とが同軸状に配置され、駆動輪を駆動する駆動用モータを含む車両駆動機構とは別に車体に支持される、ハイブリッド車両の発電ユニットであって、
一端部から出力回転軸が突出したエンジンハウジングと、
このエンジンハウジングと直列に並ぶように設けられ、かつステータを収容した発電機ハウジングと、
中空管状のロータ軸を有し、かつ上記ステータに囲まれたロータと、
上記ロータ軸の中空部を貫通した上記出力回転軸の端部と上記ロータ軸の端部とを上記エンジンとは反対側となる位置で接続した、トルクを常時伝達する、トーショナルスプリングを含むダンパと、
を備えてなるハイブリッド車両の発電ユニット。In a series hybrid type hybrid vehicle, an engine and a generator driven by the engine are arranged coaxially, and are supported on a vehicle body separately from a vehicle drive mechanism including a drive motor that drives drive wheels. A power generation unit,
An engine housing with an output rotating shaft protruding from one end;
a generator housing arranged in series with the engine housing and housing a stator;
a rotor having a hollow tubular rotor shaft and surrounded by the stator;
A damper including a torsional spring that constantly transmits torque, connecting an end of the output rotating shaft passing through a hollow portion of the rotor shaft and an end of the rotor shaft at a position opposite to the engine. and,
A power generation unit for a hybrid vehicle equipped with. （削除）(delete) （削除）(delete) 上記発電機ハウジングが上記エンジンハウジングの一部として一体に形成されている、請求項１に記載のハイブリッド車両の発電ユニット。 The power generation unit for a hybrid vehicle according to claim 1, wherein the generator housing is integrally formed as a part of the engine housing. 上記発電機ハウジングは、上記エンジンとは反対側となる端面が開口した円筒状に構成されており、この発電機ハウジングの開口面には、合成樹脂製カバーが取り付けられている、請求項１または４に記載のハイブリッド車両の発電ユニット。 The generator housing is configured in a cylindrical shape with an open end face opposite to the engine, and a synthetic resin cover is attached to the open end face of the generator housing. 4. The power generation unit for a hybrid vehicle according to 4. 上記ダンパが、上記発電機ハウジングの軸方向に沿って冷却風を送るファン構造を有している、請求項１、４、５のいずれかに記載のハイブリッド車両の発電ユニット。 The power generation unit for a hybrid vehicle according to claim 1, wherein the damper has a fan structure that sends cooling air along the axial direction of the generator housing. 発電ユニット全体が軸方向の両端部においてそれぞれマウントを介して車両に支持されている、請求項１、４～６のいずれかに記載のハイブリッド車両の発電ユニット。 7. The power generation unit for a hybrid vehicle according to claim 1, wherein the entire power generation unit is supported by the vehicle via mounts at both ends in the axial direction.
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