(57)【要約】【課題】Ｖベルトの動力伝達力を高い領域に維持することができるＶベルト駆動型モータジェネレータ装置を提供する。【解決手段】エンジンのクランクシャフトとモータジェネレータ間の動力伝達をプーリに掛け渡したＶベルトで行なう車両において、前記クランクシャフトに設けられるクランクシャフトプーリに、前記Ｖベルトの回転速度を一定範囲内に調整する速度調節機構が組み込まれている。この速度調節機構は、遊星歯車装置またはトロイダルコンバータまたはトルクコンバータで構成される。【選択図】図１
2010133534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランクシャフトとモータジェネレータ間の動力伝達をプーリに掛け渡したＶベルトで行なう車両において、
前記クランクシャフトに設けられるクランクシャフトプーリに、前記Ｖベルトの回転速度を一定範囲内に調整する速度調節機構が組み込まれていることを特徴とするＶベルト駆動型モータジェネレータ装置。
【請求項２】
前記速度調節機構は、前記クランクシャフトプーリと前記クランクシャフトの間に設けられる遊星歯車装置と、前記クランクシャフトプーリと前記クランクシャフトを直接つなぐ第１クラッチと、前記クランクシャフトプーリと前記遊星歯車装置をつなぐ第２クラッチと、からなることを特徴とする請求項１に記載のＶベルト駆動型モータジェネレータ装置。
【請求項３】
前記速度調節機構は、トロイダルコンバータと、前記トロイダルコンバータのパワーローターの傾き角度を前記クランクシャフトの回転速度に応じて制御するガバナーからなることを特徴とする請求項１に記載のＶベルト駆動型モータジェネレータ装置。
【請求項４】
前記ガバナーは、可動鉄芯の周囲にコイルを巻き付けたソレノイドからなり、前記コイルに前記クランクシャフトの回転速度に応じた電流が流され、前記可動鉄芯によって前記パワーローラーの傾き角度が調節されることを特徴とする請求項３に記載のＶベルト駆動型モータジェネレータ装置。
【請求項５】
前記トロイダルコンバータと前記クランクシャフトとの間に、さらにクラッチが設けられることを特徴とする請求項３に記載のＶベルト駆動型モータジェネレータ装置。
【請求項６】
前記速度調節機構は、トルクコンバータからなることを特徴とする請求項１に記載のＶベルト駆動型モータジェネレータ装置。
【請求項７】
前記トルクコンバータは、前記クランクシャフトと前記クランクシャフトプーリを等速で回転させるロックアップクラッチを有することを特徴とする請求項６に記載のＶベルト駆動型モータジェネレータ装置。
【請求項８】
前記トルクコンバータと前記クランクシャフトとの間に、さらにクラッチが設けられることを特徴とする請求項６に記載のＶベルト駆動型モータジェネレータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｖベルト駆動型モータジェネレータ装置に係り、より詳細には、Ｖベルトの回転速度を調節する速度調節機構を組み込み、動力の伝達力を向上させたＶベルト駆動型モータジェネレータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なＶベルトの構成例を図５に示す。Ｖベルト６は、エンジン５のクランクシャフトプーリ１、モータジェネレータプーリ２、ウォータポンププーリ３およびコンプレッサプーリ４などに接続される。エンジンのクランクシャフトが回転すると、Ｖベルトによって、補機であるウォータポンププーリ３やコンプレッサプーリ４に動力が伝達される。モータジェネレータは、電動機と発電機を一体化としたもので、電動機でモータジェネレータプーリ２を回転してエンジン５を始動し、車両走行中はエンジン５の動力がモータジェネレータプーリ２を介して発電機に伝えられ、発電した電気をバッテリー（図示せず）に蓄える。
【０００３】
一般的なＶベルト速度と伝達力の関係を図６に示す。図６に示すように、Ｖベルトの伝達力は、Ｖベルトの速度つまりプーリの回転速度に依存する。Ｖベルトの速度が遅い場合、つまりプーリの回転数が低いとＶベルトの伝達力も低くなり、動力を十分に伝達できないとの問題があった。
【０００４】
一般的なモータの回転数とトルクと効率の関係を図７に示す。図７に示すように、モータの効率は低速で高トルクの領域が最も悪い。図７において、例えば、モータの回転数が２５０ｒｐｍ付近で４００〜５００Ｎｍのトルクなら、５０％より低い効率となる。通常、エンジンの始動時、このような領域をやむなく使用しており、バッテリーへの負担も大きい。このような低速回転は、Ｖベルトの速度にして２〜５ｍ／ｓであるから、図６に示すように、Ｖベルトの伝達力は３ｋＷ程度の低い値にとどまっている。
【０００５】
特許文献１には、エンジン始動時に始動モータから大きな伝達トルクをエンジンのクランクシャフトに伝えるため、Ｖベルトに大きな張力をかけ、始動が終了したら張力を緩めるようにしたベルト張力調整装置が開示されている。しかし、Ｖベルトの張力を大きくすることはプーリとのスリップが防止されるが、動力の伝達効率を改善するものではない。
【特許文献１】特開２００３−４２２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、Ｖベルトの動力伝達力を高い領域に維持することができるＶベルト駆動型モータジェネレータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によるＶベルト駆動型モータジェネレータ装置は、エンジンのクランクシャフトとモータジェネレータ間の動力伝達をプーリに掛け渡したＶベルトで行なう車両において、前記クランクシャフトに設けられるクランクシャフトプーリに、前記Ｖベルトの回転速度を一定範囲内に調整する速度調節機構が組み込まれていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２は、前記速度調節機構は、前記クランクシャフトプーリと前記クランクシャフトの間に設けられる遊星歯車装置と、前記クランクシャフトプーリと前記クランクシャフトを直接つなぐ第１クラッチと、前記クランクシャフトプーリと前記遊星歯車装置をつなぐ第２クラッチと、からなることを特徴とする。
【０００９】
請求項３は、前記速度調節機構は、トロイダルコンバータと、前記トロイダルコンバータのパワーローターの傾き角度を前記クランクシャフトの回転速度に応じて制御するガバナーからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項４は、請求項３に記載の前記ガバナーが、可動鉄芯の周囲にコイルを巻き付けたソレノイドからなり、前記コイルに前記クランクシャフトの回転速度に応じた電流が流され、前記可動鉄芯によって前記パワーローラーの傾き角度が調節されることを特徴とする。
【００１１】
請求項５は、請求項３に記載の前記トロイダルコンバータと前記クランクシャフトとの間に、さらにクラッチが設けられることを特徴とする。
【００１２】
請求項６は、前記速度調節機構がトルクコンバータからなることを特徴とする。
【００１３】
請求項７は、請求項６に記載の前記トルクコンバータに、前記クランクシャフトと前記クランクシャフトプーリを等速で回転させるロックアップクラッチが設けられることを特徴とする。
【００１４】
請求項８は、請求項６に記載の前記トルクコンバータと前記クランクシャフトとの間に、さらにクラッチが設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に記載のＶベルト駆動型モータジェネレータ装置によれば、クランクシャフトプーリに、Ｖベルトの回転速度を一定範囲内に調整する速度調節機構を組み込んだので、エンジン回転数が変化してもＶベルトの速度を保持し高い伝達力を維持できる。例えばエンジン始動時、モータジェネレータを高速で回転させ、Ｖベルトの高い伝達力を維持し、クランクシャフトは低速回転であってもよく、高トルクを伝達することができる。これによりモータジェネレータが補助できる領域を拡大し、ハイブリッド車における充電効率も向上させることができる。
【００１６】
請求項２によれば、遊星歯車装置と、クランクシャフトプーリとクランクシャフトを直接つなぐ第１クラッチと、クランクシャフトプーリと遊星歯車装置をつなぐ第２クラッチと、を備えた速度調節機構を設けたので、Ｖベルトが高速に維持することができる。また、クランクシャフトプーリとクランクシャフトの切り離しができる。これにより、例えば、一時的な駐車でエンジンを切るアイドルストップの場合でも、モータジェネレータで補機を動かすことができる。
【００１７】
請求項３によれば、トロイダルコンバータとガバナーからなる速度調節機構を設けたので、トロイダルコンバータの無段変速により、Ｖベルトの速度を一定に維持できる。
【００１８】
請求項４は、トロイダルコンバータのガバナーに、コイルに回転速度に応じた電流を流して可動鉄芯を駆動するソレノイドを使用したので、機械式の錘を回転させ遠心力を利用してトロイダルコンバータのパワーローラーを動かす場合に比べて、コンパクトで大きな駆動力を得ることができる。
【００１９】
請求項５は、トロイダルコンバータとクランクシャフトとの間にクラッチを設けたので、例えば、一時的な駐車でエンジンを切るアイドルストップの場合でも、モータジェネレータで補機を動かすことができる。
【００２０】
請求項６によれば、トルクコンバータからなる速度調節機構を設けたので、トルクコンバータの変速機能によりＶベルトの速度を一定に維持できる。すなわちトルクコンバータは、ポンプインペラ、ステータ、タービンランナからなり、ステータのオイルの流れにより、例えばトルク比を２倍程度に増幅してタービンランナを回転させることができる。
【００２１】
請求項７は、トルクコンバータに、クランクシャフトとクランクシャフトプーリを等速で回転させるロックアップクラッチを設けたので、直接動力が伝達されて、オイルによるエネルギー変換ロスを抑えることができる。
【００２２】
請求項８は、トルクコンバータとクランクシャフトとの間にクラッチを設けたので、例えば、一時的な駐車でエンジンを切るアイドルストップの場合でも、モータジェネレータで補機を動かすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を用いて、本発明によるＶベルト駆動型モータジェネレータ装置を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明によるＶベルト駆動型モータジェネレータ装置で、速度調節機構に遊星歯車装置とクラッチを使用した構成図である。モータジェネレータ７とエンジン５は、モータジェネレータプーリ２とクランクシャフトプーリ１に掛け渡されたＶベルト６によって動力の伝達を行なう。クランクシャフトプーリ１には、太陽ギア１３と遊星ギア１４からなる遊星歯車装置１５と、第１クラッチ１０と、第２クラッチ１１が設けられる。第１クラッチ１０は、クランクシャフトプーリ１をエンジン５のクランクシャフト８に直接つなぐクラッチである。一方、クランクシャフト８は、遊星ギア１４を結ぶキャリアに連結されている。第２クラッチ１１は、クランクシャフトプーリ１と太陽ギア１３を結ぶクラッチである。例えば、太陽ギア１３の周りを自転しながら回る３つの遊星ギア１４がキャリア（連結具のこと、図示せず）で連結し、太陽ギア１３が３回転するとキャリアが１回転するように構成したとする。その場合、太陽ギア１３を入力とし、遊星ギア１４を結んだキャリアを出力とするなら、この遊星歯車機構は１／３の減速機となる。
【００２５】
図１の速度調節機構によれば、次の（１）〜（３）の制御を行なうことができる。（１）エンジン５の始動時の場合、あるいはエンジン５が低速回転している場合、第１クラッチ１０を開放し、第２クラッチ１１を係合する。これによりクランクシャフトプーリ１の回転を減速してクランクシャフト８に伝達する。すなわち、Ｖベルト６の速度を高い領域に維持して、クランクシャフト８は低速回転に適した回転数にすることができる。
【００２６】
また、（２）エンジン５が高速回転している場合、第１クラッチ１０を係合し、第２クラッチ１１を開放する。これによりクランクシャフトプーリ１の軸とクランクシャフト８を直結して、Ｖベルト６の高速回転を維持することができる。
【００２７】
さらに、（３）エンジン５が停止している場合、例えば一時停止して無駄なアイドリングを避けるためエンジンを停止させたような場合、第１クラッチ１０と第２クラッチ１１を開放して、クランクシャフトプーリ１が遊星歯車装置１５にもクランクシャフト８にも接続されない状態にする。これによりエンジン停止状態であっても、エアーコンディショナーなどの補機をモータジェネレータ７の動力で作動させることができる。
【実施例２】
【００２８】
図２は、本発明によるＶベルト駆動型モータジェネレータ装置で、速度調節機構にトロイダルコンバータとクラッチを使用した構成図である。図２に示すように、モータジェネレータ７とエンジン５は、モータジェネレータプーリ２とクランクシャフトプーリ１に掛け渡されたＶベルト６によって動力の伝達を行なう。クランクシャフトプーリ１には、トロイダルコンバータ１７とガバナー１６とクラッチ２０と、が備えられる。クラッチ２０は、クランクシャフト８をガバナー１６に接続する。
【００２９】
トロイダルコンバータ１７は、例えば図２の引出円の中に示すように、側面が円孤状で全体が円錐状の入力ディスク１９ａと、同様の形状の出力ディスク１９ｂと、入力ディスク１９ａと出力ディスク１９ｂを結ぶパワーローラー１８とで構成される。入力ディスク１９ａが回転し、半径ｒ１の個所でパワーローラー１８と接触し、パワーローラー１８が回転され、パワーローラー１８の他端が出力ディスク１９ｂと半径ｒ２の個所で接触し、パワーローラー１８の回転で出力ディスク１９ｂが回転する。この場合、変速比γは、γ＝ｒ１／ｒ２で表される。例えば、ｒ１＜ｒ２となるようにパワーローラー１８を傾けておくなら、トロイダルコンバータ１７を減速機にできる。なお、入力ディスク１９ａと出力ディスク１９ｂは、一方が入力、他方が出力に固定されず、双方向で使用できる。
【００３０】
ガバナー１６は、パワーローラー１８を傾ける仕掛けであり、図２のガバナー１６は、クランクシャフト８にアームと錘を取り付けたものである。これにより、クランクシャフト８の回転数に応じて錘が遠心力で外側に移動するので、パワーローラー１８を傾けることができる。ガバナー１６をアームと錘によらず、回転速度に応じて電流が流れるソレノイド（図示せず）で構成してもよい。ソレノイドは、強磁性体の可動鉄芯（プランジャー）がコイルに流された電流で生じる磁気で駆動されるものである。錘による機械式のものと比較して、コンパクトで大きな駆動力を有する。
【００３１】
図２の速度調整機構によれば、次の制御を行なうことができる。（１）エンジン５の始動時、クラッチ２０を係合し、ガバナー１６とトロイダルコンバータ１７により、クランクシャフトプーリ１の速度が一定となるように自動調整できる。（２）エンジン５が停止している場合、クラッチ２０を開放し、クランクシャフトプーリ１がクランクシャフト８に接続されない状態とする。これによりエンジン停止状態であっても、補機をモータジェネレータ７の動力で作動させることができる。
【実施例３】
【００３２】
図３は、本発明によるＶベルト駆動型モータジェネレータ装置で、速度調節機構にトルクコンバータとクラッチを使用した構成図である。図３に示すように、モータジェネレータ７とエンジン５とは、モータジェネレータプーリ２とクランクシャフトプーリ１に掛け渡されたＶベルト６によって動力の伝達を行なう。クランクシャフトプーリ１は、トルクコンバータ２１とクラッチ２０が備えられる。
【００３３】
トルクコンバータ２１は、ポンプインペラ２１ａと、ポンプインペラ２１ａで作り出されたオイルを流すステータ２１ｂと、ステータ２１ｂからのオイルを受けて回転するタービンランナ２１ｃと、からなる。ここで、ポンプインペラ２１ａはクランクシャフトプーリ１に接続され、タービンランナ２１ｃは、クランクシャフト８に接続されるとする。タービンランナ２１ｃを出たオイルは、ステータ２１ｂを介してポンプインペラ２１ａを回転するように戻される。図３に示すように、クランクシャフトプーリ１とタービンランナ２１ｃを直結するロックアップクラッチ９を設けた。ロックアップクラッチ９は、ポンプインペラ２１ａとタービンランナ２１ｃを直結するように設けてもよい。
【００３４】
図３の速度調整機構によれば、次の制御を行なうことができる。（１）エンジン５が始動される時でプーリ間の速度差が大きい場合、クラッチ２０を係合し、トルクコンバータ２１で伝達力に応じて速度を調節できる。（２）エンジン５の始動後で、プーリ間の速度差が小さくなった場合、クラッチ２０を係合した状態で、さらにロックアップクラッチ９を係合する。これは、図４に示すように、ポンプインペラ２１ａの速度ｎ１とタービンランナ２１ｃの速度ｎ２が同じになると、動力の伝達効率ηが急激に低下するからである。そこで、ロックアップクラッチ９を係合させ、効率の低下を防止するようにした。（３）エンジン５が停止している場合、クラッチ２０を開放し、クランクシャフトプーリ１が、クランクシャフト８に接続されない状態とする。これによりエンジン停止状態であっても、補機をモータジェネレータ７の動力で作動させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、高い動力伝達力が得られるＶベルト駆動型モータジェネレータ装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明によるＶベルト駆動型モータジェネレータ装置で、速度調節機構に遊星歯車装置とクラッチを使用した構成図である。（実施例１）
【図２】本発明によるＶベルト駆動型モータジェネレータ装置で、速度調節機構にトロイダルコンバータとクラッチを使用した構成図である。（実施例２）
【図３】本発明によるＶベルト駆動型モータジェネレータ装置で、速度調節機構にトルクコンバータとクラッチを使用した構成図である。（実施例３）
【図４】図３のトルクコンバータの動力伝達効率を表した図である。縦軸は動力伝達効率η、横軸はｎ２（タービンランナの速度）／ｎ１（ポンプインペラの速度）である。
【図５】一般的なＶベルトの構成例を示す図である。
【図６】一般的なＶベルト速度と伝達力の関係を示す図である。
【図７】一般的なモータの回転数とトルクと効率の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    クランクシャフトプーリ
２    モータジェネレータプーリ
３    ウォータポンププーリ
４    コンプレッサプーリ
５    エンジン
６    Ｖベルト
７    モータジェネレータ
８    クランクシャフト
９    ロックアップクラッチ
１０    第１クラッチ
１１    第２クラッチ
１３    太陽ギア
１４    遊星ギア
１５    遊星歯車装置
１６    ガバナー
１７    トロイダルコンバータ
１８    パワーローラー
１９ａ    入力ディスク
１９ｂ    出力ディスク
２０    クラッチ
２１    トルクコンバータ
２１ａ    ポンプインペラ
２１ｂ    ステータ
２１ｃ    タービンランナ
【図１】
2010133534.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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