(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の駆動によりコンプレッサを回転させて車両の内燃機関の吸気を過給する電動過給装置であって、
前記電動機の回転を増速して前記コンプレッサに伝達する増速手段を備えており、
前記増速手段は、
前記電動機に接続されて前記電動機により駆動され、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧ポンプと、
前記コンプレッサに接続されて前記油圧ポンプから送給される作動油によって駆動するとともに、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧モータと、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを制御して前記油圧モータの押しのけ容積に対する前記油圧ポンプの押しのけ容積の比を１よりも大きくし、前記油圧モータの回転数を前記電動機の回転数よりも増速させる回転数調整部と、を有し、
前記回転数調整部は、前記車両の加速時に、前記電動機の回転数の増加率を所定範囲内に抑えながら、前記増速手段の増速比を増加するように前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを制御することによって、前記コンプレッサの回転数を上昇させることを特徴とする電動過給装置。
【請求項２】
前記回転数調整部は、前記車両の加速時に、前記コンプレッサが所定回転数になった後に、前記電動機の回転数を増加させると共に、前記増速手段の増速比を低下させるように前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを制御することによって、前記コンプレッサの回転数を維持することを特徴とする請求項１に記載の電動過給器。
【請求項３】
前記増速手段は、
前記コンプレッサの回転軸に接続された太陽ローラ又は太陽ギア（以下、太陽体という）と、前記太陽体の外周に沿って配置されるとともに、前記太陽体に接触する複数個の遊星ローラ又は遊星ギア（以下、遊星体という）と、前記複数個の遊星体を自転および公転自在に支持するキャリアと、前記複数個の遊星体の外側に配置されるとともに、前記複数個の遊星体に接触する環状のリングローラと、を備える遊星ローラ式トラクションドライブ又は遊星式歯車を更に備え、
前記油圧モータの出力軸は、前記キャリア又は前記リングローラの何れかに接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動過給装置。
【請求項４】
電動機の駆動によりコンプレッサを回転させて車両の内燃機関の吸気を過給する電動過給装置であって、
前記電動機の回転を増速して前記コンプレッサに伝達する増速手段を備えており、
前記増速手段は、
前記電動機に接続されて前記電動機により駆動され、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧ポンプと、
前記コンプレッサに接続されて前記油圧ポンプから送給される作動油によって駆動するとともに、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧モータと、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを制御して前記油圧モータの押しのけ容積に対する前記油圧ポンプの押しのけ容積の比を１よりも大きくし、前記油圧モータの回転数を前記電動機の回転数よりも増速させる回転数調整部と、を有し、
前記可変容量型の油圧ポンプが、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムは複数の凹凸が交互に並んだ波状のカム曲面を有する環状のリングカムからなることを特徴とする電動過給装置。
【請求項５】
電動機の駆動によりコンプレッサを回転させて車両の内燃機関の吸気を過給する電動過給装置であって、
前記電動機の回転を増速して前記コンプレッサに伝達する増速手段を備えており、
前記増速手段は、
前記電動機に接続されて前記電動機により駆動され、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧ポンプと、
前記コンプレッサに接続されて前記油圧ポンプから送給される作動油によって駆動するとともに、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧モータと、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを制御して前記油圧モータの押しのけ容積に対する前記油圧ポンプの押しのけ容積の比を１よりも大きくし、前記油圧モータの回転数を前記電動機の回転数よりも増速させる回転数調整部と、を有し、
前記可変容量型の油圧モータが、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記シリンダは油圧モータの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムはモータ回転軸中心から偏心して設けられる偏心カムからなることを特徴とする電動過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の駆動によりコンプレッサを回転させて車両の内燃機関の吸気を過給する電動過給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両等の内燃機関の排気ガスによりタービンを高速回転させ、このタービンと回転軸を共有するコンプレッサを駆動させて内燃機関に過給する過給機がある。かかる過給機の駆動は、内燃機関の排気が必要であり、発進時や急速加速時等に対応できないので、コンプレッサの回転軸を電動機で駆動する電動過給装置が用いられている。この電動過給装置の一例が特許文献１に開示されている。以下、特許文献１に開示された電動過給装置を図６により説明する。
【０００３】
図６に示すように、内燃機関であるエンジン１００の給気流路１０１に組み込まれた電動過給装置１０２は、給気流路１０１に面して設けられたコンプレッサ１０４と、コンプレッサ１０４を駆動する電動機１０６と、この電動機１０６を制御する制御装置１０８と、運転者が手動操作する操舵レバー等からなり、制御装置１０８に、電動過給装置１０２の過給量を指令する過給量調整手段１１０と、運転席正面のインストルメントパネル（図示省略）に設けられた表示部で構成され、過給量を表示する表示手段１１２と、車載バッテリ、オールタネータ等の電源１１４とからなる。
【０００４】
制御装置１０８は、電動機１０６を駆動する駆動装置１１６と、運転者が設定する過給量に応じて駆動装置１１６を制御する制御指令部１１８とを備えている。制御装置１０８は、例えばインバータを内蔵し、このインバータにより、電源１１４から供給される電力を交流に変換し、電圧及び周波数を任意に変更することで、電動機１０６の回転速度を制御する。
【０００５】
電源１１４を構成するバッテリ等の蓄電装置は、低電圧（例えば、１２Ｖ）なので、電動機１０６を高速で回転させるためには、電動機１０６に大電流を流す必要がある。電動機１０６に大電流を流すと電動機１０６の発熱量が大きくなり、電動機１０６を冷却する冷却装置を付加する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２５８０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載の電動過給装置では、電動機をコンプレッサに直結させているため、電動機は車両の内燃機関近傍に設置されている。内燃機関近傍には他の装置類が多数設置されているため、レイアウトの制限があり、冷却装置等を設けることが困難であるという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、上述したような従来技術の状況の下になされた発明であって、レイアウトの自由度が高く、且つ電動機の発熱を抑制可能な電動過給装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の電動過給装置は、電動機の駆動によりコンプレッサを回転させて車両の内燃機関の吸気を過給する電動過給装置であって、
前記電動機の回転を増速して前記コンプレッサに伝達する増速手段を備えており、
前記増速手段は、
前記電動機に接続されて前記電動機により駆動され、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧ポンプと、
前記コンプレッサに接続されて前記油圧ポンプから送給される作動油によって駆動するとともに、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧モータと、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを制御して前記油圧モータの押しのけ容積に対する前記油圧ポンプの押しのけ容積の比を１よりも大きくし、前記油圧モータの回転数を前記電動機の回転数よりも増速させる回転数調整部と、を有し、前記回転数調整部は、前記車両の加速時に、前記電動機の回転数の増加率を所定範囲内に抑えながら、前記増速手段の増速比を増加するように前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを制御することによって、前記コンプレッサの回転数を上昇させることを特徴とする。
また、前記回転数調整部は、前記車両の加速時に、前記コンプレッサが所定回転数になった後に、前記電動機の回転数を増加させると共に、前記増速手段の増速比を低下させるように前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを制御することによって、前記コンプレッサの回転数を維持してもよい。
【００１０】
上記電動過給装置によれば、電動機の回転を増速してコンプレッサに伝達する増速手段を備えているため、電動機の回転よりも高速でコンプレッサを回転させることができる。これにより、電動機を高回転で回転させることなく、コンプレッサを所定の回転数で回転させることができる。したがって、電動機が高温になることを防止できる。
また、増速手段は、油圧モータ、油圧ポンプ等によって構成されているため、油圧ポンプを油圧モータから離した位置に配置することができる。即ち油圧ポンプに接続される電動機をコンプレッサから離れた位置に配置することができるため、レイアウトの自由度が向上する。これにより、電動機を冷却する冷却装置を設置することが可能なレイアウトとすることができる。
そして、増速手段は、循環する作動油によって油圧モータを駆動させるため、増速手段に熱が籠ることがなく、電動機のように冷却装置を設ける必要がない。また、可変容量型の油圧ポンプと可変容量型の油圧モータを用い、回転数調整部で、油圧ポンプ及び油圧モータを制御して油圧モータの押しのけ容積に対する油圧ポンプの押しのけ容積の比を１よりも大きくすることで油圧モータの回転数を増加させることができるため、機械式の増速機を別途設ける必要がない。
また、コンプレッサの回転数を急速に増加させる場合に、電動機の回転数を急速に増加させると電動機が脱調するおそれがある。しかしながら、本発明によれば、電動機の回転数を変化させることなく、増速手段の増速比を増加させることでコンプレッサ３の回転数の急速な増加に対応可能なので、電動機の脱調を防止することができる。
さらに、増速手段を備えているため、当該増速手段の増速比を調整することにより、電動機のトルク出力が最も高くなる回転数で電動機を稼働させることが可能となる。これにより、高速で高トルクを出力できる高価な電動機を用いることなく、廉価な電動機を用いることができる。
【００１１】
また、上記発明において、前記増速手段は、
前記コンプレッサの回転軸に接続された太陽ローラ又は太陽ギア（以下、太陽体という）と、前記太陽体の外周に沿って配置されるとともに、前記太陽体に接触する複数個の遊星ローラ又は遊星ギア（以下、遊星体という）と、前記複数個の遊星体を自転および公転自在に支持するキャリアと、前記複数個の遊星体の外側に配置されるとともに、前記複数個の遊星体に接触する環状のリングローラと、を備える遊星ローラ式トラクションドライブ又は遊星式歯車を更に備え、
前記油圧モータの出力軸は、前記キャリア又は前記リングローラの何れかに接続されていることとしてもよい。
【００１２】
このように、増速手段は、遊星ローラ式トラクションドライブ又は遊星式歯車を更に備えているため、油圧ポンプ及び油圧モータにより増速された回転数を更に増速させることができる。
また、コンプレッサの回転数が予め設定されている場合、増速手段として遊星ローラ式トラクションドライブ又は遊星式歯車を更に用いることで、油圧モータの回転数を低下させることができるため、油圧モータの高速回転時に当該油圧モータに生じる過大な遠心力の発生を防止することができる。
さらに、遊星ローラ式トラクションドライブを用いた場合には、電動過給装置を低振動化及び低騒音化することができる。合わせて、コンプレッサ軸の支持軸受を廃止して、構造の簡略化を図ることも可能である。
【００１３】
また他の実施形態では、電動機の駆動によりコンプレッサを回転させて車両の内燃機関の吸気を過給する電動過給装置であって、前記電動機の回転を増速して前記コンプレッサに伝達する増速手段を備えており、前記増速手段は、前記電動機に接続されて前記電動機により駆動され、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧ポンプと、前記コンプレッサに接続されて前記油圧ポンプから送給される作動油によって駆動するとともに、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧モータと、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを制御して前記油圧モータの押しのけ容積に対する前記油圧ポンプの押しのけ容積の比を１よりも大きくし、前記油圧モータの回転数を前記電動機の回転数よりも増速させる回転数調整部と、を有し、前記可変容量型の油圧ポンプが、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムは複数の凹凸が交互に並んだ波状のカム曲面を有する環状のリングカムからなることを特徴とする。
【００１４】
また他の実施形態では、電動機の駆動によりコンプレッサを回転させて車両の内燃機関の吸気を過給する電動過給装置であって、前記電動機の回転を増速して前記コンプレッサに伝達する増速手段を備えており、前記増速手段は、前記電動機に接続されて前記電動機により駆動され、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧ポンプと、前記コンプレッサに接続されて前記油圧ポンプから送給される作動油によって駆動するとともに、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧モータと、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを制御して前記油圧モータの押しのけ容積に対する前記油圧ポンプの押しのけ容積の比を１よりも大きくし、前記油圧モータの回転数を前記電動機の回転数よりも増速させる回転数調整部と、を有し、前記可変容量型の油圧モータが、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムはモータ回転軸中心から偏心して設けられる偏心カムからなることを特徴とする。
【００１５】
このように油圧ポンプ、油圧モータを、少量で複数の油圧室の作動状態（作動油圧室の個数、または油圧室内におけるピストンの作動ストローク範囲）を各高圧弁と各低圧弁とで制御することで、絞りを入れることなく流量を調整できるため、低損失で応答性が高く且つ広範囲にわたる増減速比に調整することができる。これにより、コンプレッサへ効率よく電動機からの動力を伝達することができる。そして、本発明に係る油圧ポンプおよび油圧モータを、上述した可変容量型の油圧ポンプ及び油圧モータとして構成すれば、高応答性、高効率で制御性に優れた電動過給装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、レイアウトの自由度が高く、且つ電動機の発熱を抑制可能な電動過給装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態に係る電動過給装置を示す概略図である。
【図２】電動過給装置の油圧ポンプの構成例を示す図である。
【図３】電動過給装置の油圧モータの構成例を示す図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る電動過給装置を示す概略図である。
【図５】図４のＤ−Ｄ断面図である。
【図６】従来の電動過給装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１９】
＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る電動過給装置を示す概略図である。まず、図１を参照して、本発明の電動過給装置の全体構成について説明する。
【００２０】
図１に示すように、本発明の電動過給装置１は、電動モータ２と、車両のエンジン（図示しない）の吸気を過給するコンプレッサ３と、電動モータ２の回転を増速してコンプレッサ３に伝達する油圧増速機１０と、電動モータ２の回転数及び油圧増速機１０の増速比を制御してコンプレッサ３の回転数を調整する回転数調整手段４と、を備えている。
【００２１】
油圧増速機１０は、電動モータ２の出力軸２Ａに接続され、電動モータ２により駆動される可変容量型の油圧ポンプ１２と、コンプレッサ３の回転軸３Ａに接続され、油圧ポンプ１２から送給される作動油によって駆動する可変容量型の油圧モータ１４と、油圧ポンプ１２と油圧モータ１４とを接続して形成される油圧回路１３と、を備えている。
【００２２】
油圧ポンプ１２の入力軸は、電動モータ２のモータ回転子２Ｂに直結された出力軸２Ａにカップリングを介して接続されている。これにより、電動モータ２の稼働により油圧ポンプ１２を駆動させることができる。また、電動モータ２は、電動モータ２の回転数を検出する回転数検出機能を有している。電動モータ２の回転数は、回転数調整手段４に出力される。
【００２３】
また、油圧モータ１４の出力軸は、コンプレッサ３の回転軸３Ａにカップリングを介して接続されている。コンプレッサ３の回転軸３Ａは、コンプレッサ３のカバー３Ｂを貫通し、ベアリングハウジング５の内部に設けられたベアリング６で回転自在に支持されている。ベアリングハウジング５内には、コンプレッサ３の回転数を検出する回転数検出計７が設けられている。回転数検出計７の検出値は回転数調整手段４に出力される。
コンプレッサ３のカバー３Ｂの上部には、吐出口が設けられている。吐出口は、エンジンに給気を供給する給気管が接続されている。
【００２４】
油圧増速機１０の油圧回路１３は、油圧ポンプ１２と油圧モータ１４との間に設けられた高圧油流路１６と低圧油流路１８とで構成される。
高圧油流路１６は、油圧ポンプ１２の吐出側を油圧モータ１４の吸込側に接続しており、低圧油流路１８は、油圧モータ１４の吐出側を油圧ポンプ１２の吸込側に接続している。これにより、電動モータ２の回転に伴って油圧ポンプ１２が駆動されると、高圧油流路１６と低圧油流路１８との間に差圧が発生し、この差圧によって油圧モータ１４が駆動され、コンプレッサ３が回転する。
【００２５】
回転数調整手段４は、油圧増速機１０の増速比を算出する増速比算出部１９と、当該増速比算出部１９により算出された結果に基づいて油圧ポンプ１２、油圧モータ１４、電動モータ２のそれぞれを制御する油圧ポンプ制御部１５、油圧モータ制御部１７、電動モータ制御部２０を備えている。
【００２６】
油圧ポンプ制御部１５は、油圧ポンプ１２の入力軸の回転によって吐出される吐出油量、すなわち１回転あたりの吐出油量としての押しのけ容積を制御する。
【００２７】
また、油圧モータ制御部１７は、油圧モータ１４の出力軸の１回転あたりの押しのけ容積を制御する。
【００２８】
また、電動モータ制御部２０は、ＦＥＴ等のスィッチング素子で構成されるインバータを内蔵しており、バッテリ等から供給される電力を交流に変換し、電圧及び周波数を任意に変更することで、電動モータ２の回転速度を制御する。
【００２９】
増速比算出部１９は、運転手がアクセルを踏み込んだ際に検出される踏込量やエンジンの回転数変化に必要とされる吸気圧力の条件等に基づいて決定されるコンプレッサ３の所定回転数及び電動モータ２により検出された電動モータ２の回転数に基づいて、油圧増速機１０の増速比（油圧ポンプ１２の押しのけ容積と油圧モータ１４への押しのけ容積との比）を算出する。
【００３０】
増速比算出部１９による増速比の算出は、油圧ポンプ１２の押しのけ容積Ｖ１と、当該油圧ポンプ１２の回転数Ｎ１との積Ｖ１Ｎ１が、吐出油量となり、油圧モータ１４の押しのけ容積Ｖ２と、当該油圧モータ１４の回転数Ｎ２との積Ｖ２Ｎ２が、流入油量となり、Ｖ１Ｎ１＝Ｖ２Ｎ２の関係より押しのけ容積比（Ｖ１、Ｖ２）を調整することで増減速比（Ｎ１、Ｎ２）を算出できる。
【００３１】
なお、この押しのけ容積の制御は、油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４の構造において、詳細は後述するが、油圧ポンプ１２では、高圧弁３６と低圧弁３８の開閉タイミングを制御して油圧室３３がポンプとして機能する数を制御することで、または油圧室３３がポンプとして機能する範囲（ピストン３２のストローク範囲）を制御することで調整することができる。また、油圧モータ１４においても、高圧弁４６と低圧弁４８の開閉タイミングを制御して油圧室４３がモータとして機能する数を制御することで、また油圧室４３がモータとして機能する範囲（ピストン４２のストローク範囲）を制御することで調整することができる。
【００３２】
増速比算出部１９は、算出した増速比となるように、油圧ポンプ１２の押しのけ容積Ｖ１、油圧ポンプ１２の回転数Ｎ１、油圧モータ１４の押しのけ容積Ｖ２、油圧モータ１４の回転数Ｎ２、高圧弁３６と低圧弁３８の開閉タイミング、高圧弁４６と低圧弁４８の開閉タイミング等を決定する。
そして、増速比算出部１９は、油圧ポンプ１２の押しのけ容積Ｖ１、油圧ポンプ１２の回転数Ｎ１、高圧弁３６と低圧弁３８の開閉タイミング等を油圧ポンプ制御部１５に出力する。また、油圧モータ１４の押しのけ容積Ｖ２、油圧モータ１４の回転数Ｎ２、高圧弁４６と低圧弁４８の開閉タイミング等を油圧モータ制御部１７に出力する。
油圧モータ制御部１７及び油圧ポンプ制御部１５は、これらの結果に基づいてそれぞれ油圧モータ１４及び油圧ポンプ１２を制御する。
【００３３】
また、増速比算出部１９は、設定されたコンプレッサ３の上記所定回転数と、回転数検出計７による計測値とを比較して、当該計測値が所定回転数と異なる場合には、再度、増速比を算出するとともに、油圧ポンプ１２の押しのけ容積Ｖ１等を決定する。
【００３４】
上述した構成からなる電動過給装置１によれば、油圧増速機１０を用いることで、電動モータ２の回転数を増速させてコンプレッサ３を所定回転数、例えば１０万ｒｐｍ〜２０万ｒｐｍで回転させることができる。
【００３５】
例えば、運転手がアクセルを踏み込んで車両を加速させる際には、コンプレッサ３の回転数を急速に上昇させる必要がある。かかる場合に、電動モータ２の回転数を急速に増加させて電動モータ２のみで対応しようとすると電動モータ２が脱調するおそれがある。そこで、本発明に係る電動過給装置１の回転数調整手段４は、車両の加速時に、電動モータ２の回転数を急速に変化させることなく、油圧増速機１０の増速比を高く設定することにより、コンプレッサ３の回転数の上昇に対応する。
【００３６】
そして、コンプレッサ３が所定回転数となった後に、回転数調整手段４は、電動モータ２の回転数を徐々に増加させるとともに、油圧増速機１０の増速比を低下させて、コンプレッサ３が所定回転数で回転できるように制御する。係る場合に、増速比算出部１９は、電動モータ２の回転数を決定するとともに、油圧増速機１０の増速比を算出する。その後、増速比算出部１９は、決定した電動モータ２の回転数を電動モータ制御部２０に出力するとともに、押しのけ容積Ｖ１、Ｖ２等をそれぞれ油圧モータ制御部１７、油圧ポンプ制御部１５に出力する。
電動モータ制御部２０は、増速比算出部１９から出力された電動モータ２の回転数となるように、電動モータ２を制御する。また、油圧モータ制御部１７及び油圧ポンプ制御部１５は、増速比算出部１９から出力された増速比となるように、それぞれ油圧モータ１４及び油圧ポンプ１２を制御する。
【００３７】
上述したように、本発明に係る電動過給装置１によれば、電動モータ２の回転を増速してコンプレッサ３に伝達する油圧増速機１０を備えているため、電動モータ２の回転よりも高速でコンプレッサ３を回転させることができる。これにより、電動モータ２に高負荷をかけることなく、コンプレッサ３を所定回転数で回転させることができる。したがって、電動モータ２が高温になることを防止できる。
さらに、油圧増速機１０は、油圧モータ１４と油圧ポンプ１２と油圧回路１３とによって構成されているため、油圧ポンプ１２を油圧モータ１４から離した位置に配置することができ、レイアウトの自由度が向上する。したがって、コンプレッサ３から離れた位置に電動モータ２を配置することができる。これにより、電動モータ２を冷却する冷却装置を設置することが可能なレイアウトとすることができる。
そして、回転数調整手段４で、電動モータ２の回転数及び油圧増速機１０の増速比を調整することができるため、電動モータ２の回転数と油圧増速機１０の増速比との組合せを適宜、変更することができる。これにより、電動モータ２又は油圧増速機１０の一方に高負荷がかかることを防止できる。
また、コンプレッサ３の回転数を急速に増加させる場合に、電動モータ２の回転数を急速に増加させると電動モータ２が脱調したり、回転数の制御が不安定となったりするおそれがある。しかしながら、本発明によれば、電動モータ２の回転数を急速に変化させることなく、油圧増速機１０の増速比を増加させることで対応可能なので、電動モータ２の脱調を防止するとともに、安定した制御を行うことができる。
また、油圧増速機１０を備えることで、電動モータ２のトルク出力が最も高くなる回転数で電動モータ２を稼働させることが可能となるため、高速で高トルクを出力できる高価な電動モータ２を用いることなく、廉価な電動モータ２を用いることができる。
【００３８】
次に、本発明における油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４の構造について、図２及び図３を用いて説明する。
【００３９】
＜油圧ポンプ１２について＞
油圧ポンプ１２は、図２に示すように、シリンダ３０及びピストン３２により形成される複数の油圧室３３と、ピストン３２に係合するカム曲面を有するカム３４と、各油圧室３３に対して設けられる高圧弁３６および低圧弁３８とにより構成される。
【００４０】
シリンダ３０は、後述するシリンダブロックに設けられた円筒である。シリンダ３０の内部には、シリンダ３０とピストン３２とに囲まれる油圧室３３が形成されている。
【００４１】
ピストン３２は、カム３４のカム曲線に合わせてピストン３２をスムーズに作動させる観点から、シリンダ３０内を摺動するピストン本体部３２Ａと、該ピストン本体部３２Ａに取り付けられ、カム３４のカム曲面に係合するピストンローラー又はピストンシューとで構成することが好ましい。ここで、「ピストンローラー」は、カム３４のカム曲面に当接して回転する部材であり、「ピストンシュー」とは、カム３４のカム曲面に当接して摺動する部材である。
なお図２には、ピストン３２がピストン本体部３２Ａとピストンローラー３２Ｂとからなる例を示した。
【００４２】
カム３４は、カム取付台３５を介して、油圧ポンプ１２の入力軸８の外周面に取り付けられている。カム３４は、油圧ポンプ１２の入力軸８が一回転する間に、油圧ポンプ１２の各ピストン３２を何度も上下動させて油圧ポンプ１２のトルクを大きくする観点から、複数の凹部３４Ａ及び凸部３４Ｂが油圧ポンプ１２の入力軸８の周りに交互に並んだ波状のカム曲面を有するリングカムであることが好ましい。
なお、カム３４のカム取付台３５への固定は、ボルト、キー、ピン等の任意の固定部材３１を用いて行われる。
【００４３】
高圧弁３６は、各油圧室３３と高圧油流路１６との間の高圧連通路３７に設けられる。一方、低圧弁３８は、各油圧室３３と低圧油流路１８との間の低圧連通路３９に設けられる。これら高圧弁３６及び低圧弁３８を開閉することで、各油圧室３３と高圧油流路１６及び低圧油流路１８との連通状態を切り替えることができる。なお、高圧弁３６及び低圧弁３８の開閉は、ピストン３２の上下動の周期にタイミングを合わせて行われる。
【００４４】
油圧ポンプ１２では、入力軸８とともにカム３４が回転すると、ピストン３２のピストン本体部３２Ａが周期的に上下動し、ピストン３２が下死点から上死点に向かうポンプ工程と、ピストン３２が上死点から下死点に向かう吸入工程とが繰り返される。ポンプ工程では、高圧弁３６が開かれ、低圧弁３８が閉じられることで、油圧室３３内の高圧油が高圧連通路３７を介して高圧油流路１６に送られる。一方、吸入工程では、高圧弁３６が閉じられ、低圧弁３８が開かれることで、低圧連通路３９を介して低圧油流路１８から油圧室３３に低圧油が供給される。
これにより、油圧ポンプ１２の入力軸８の回転に伴って油圧ポンプ１２が駆動されると、高圧油流路１６と低圧油流路１８との間に差圧が発生するようになっている。
【００４５】
また、油圧ポンプ１２における押しのけ容積の調節は、例えば、複数あるシリンダ３０の内、いくつかのシリンダ３０をアイドル状態に制御することで行われる。このアイドル状態への制御は、例えば、ポンプ工程時に低圧弁３８を開放することで行われる。また、各シリンダ３０において高圧弁３６、低圧弁３８の開閉タイミングを制御し、各シリンダ３０の押しのけ容積を調節することで、油圧ポンプ１２全体の押しのけ容積を調節することもできる。
【００４６】
＜油圧モータ１４について＞
油圧モータ１４は、図３に示すように、シリンダ４０及びピストン４２により形成される複数の油圧室４３と、ピストン４２に係合するカム曲面を有するカム４４と、各油圧室４３に対して設けられた高圧弁４６および低圧弁４８とにより構成される。
【００４７】
シリンダ４０は、後述するシリンダブロックに設けられた円筒である。シリンダ４０の内部には、シリンダ４０とピストン４２とに囲まれる油圧室４３が形成されている。
【００４８】
ピストン４２は、ピストン４２の上下動をカム４４の回転運動にスムーズに変換する観点から、シリンダ４０内を摺動するピストン本体部４２Ａと、該ピストン本体部４２Ａに取り付けられ、カム４４のカム曲面に係合するピストンローラー又はピストンシューとで構成することが好ましい。ここで、「ピストンローラー」は、カム４４のカム曲面に当接して回転する部材であり、「ピストンシュー」とは、カム４４のカム曲面に当接して摺動する部材である。
なお図３には、ピストン４２がピストン本体部４２Ａとピストンローラー４２Ｂとからなる例を示した。
【００４９】
カム４４は、コンプレッサ３に接続される油圧モータ１４の出力軸４５の軸中心Ｏから偏心して設けられた偏心カムである。ピストン４２が上下動を一回行う間に、カム４４及びカム４４が取り付けられた油圧モータ１４の出力軸４５は一回転するようになっている。
【００５０】
高圧弁４６は、各油圧室４３と高圧油流路１６との間の高圧連通路４７に設けられる。一方、低圧弁４８は、各油圧室４３と低圧油流路１８との間の低圧連通路４９に設けられる。これら高圧弁４６及び低圧弁４８を開閉することで、各油圧室４３と高圧油流路１６及び低圧油流路１８との連通状態を切り替えることができる。なお、高圧弁４６及び低圧弁４８の開閉は、ピストン４２の上下動の周期にタイミングを合わせて行われる。
【００５１】
油圧モータ１４では、高圧油流路１６と低圧油流路１８との差圧を利用してピストン４２を上下動させて、ピストン４２が上死点から下死点に向かうモータ工程と、ピストン４２が下死点から上死点に向かう排出工程とが繰り返される。モータ工程では、高圧弁４６が開かれ、低圧弁４８が閉じられることで、高圧連通路４７を介して高圧油流路１６から油圧室４３に高圧油が供給される。一方、排出工程では、高圧弁４６が閉じられ、低圧弁４８が開かれることで、油圧室４３内の作動油が低圧連通路４９を介して低圧油流路１８に排出される。
これにより、モータ工程で油圧室４３に流入した高圧油がピストン４２を下死点に向けて押し下げると、カム４４とともに油圧モータ１４の出力軸４５が回転するようになっている。
【００５２】
また、油圧モータ１４における押しのけ容積の調節は、油圧ポンプ１２の場合と同様、例えば、複数あるシリンダ４０の内、いくつかのシリンダ４０をアイドル状態に制御することで行われる。このアイドル状態への制御は、例えば、モータ工程時に低圧弁４８を開放することで行われる。また、各シリンダ４０において高圧弁４６、低圧弁４８の開閉タイミングを制御し、各シリンダ４０の押しのけ容積を調節することで、油圧モータ１４全体の押しのけ容積を調節することもできる。
【００５３】
以上のように油圧ポンプ１２、油圧モータ１４をそれぞれ少量で複数の油圧室３３、４３の作動状態（作動油圧室３３、４３の個数、または油圧室３３、４３内におけるピストン３２、４２の作動ストローク範囲）を高圧弁３６、４６と低圧弁３８、４８とで制御することで、絞りを入れることなく流量を調整できるため、低損失で応答性が高く且つ広範囲にわたる増減速比に調整することができる。これにより、コンプレッサ３へ効率よく電動モータ２からの動力を伝達することができる。したがって、本発明に係る油圧ポンプ１２、油圧モータ１４を用いることにより、高応答性、高効率で制御性にも優れた電動過給装置１とすることができる。
また、循環する作動油によって油圧モータ１４を駆動させるため、油圧増速機１０に熱が籠ることがなく、電動モータ２のように冷却装置を設ける必要がない。また、可変容量型の油圧ポンプ１２と、可変容量型の油圧モータ１４を用いており、両者の押しのけ容積比を調節することで油圧モータ１４の回転数を制御することができるため、機械式の変速機を別途設ける必要がない。
【００５４】
＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態について説明する。以下の説明において、上述した第一実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。第二実施形態の電動過給装置は、第一実施形態のベアリングハウジング５の代わりに遊星ローラ式トラクションドライブを設けたものである。
【００５５】
図４は、本発明の第二実施形態に係る電動過給装置を示す概略図である。また、図５は、図４のＤ−Ｄ断面図である。
図４及び図５に示すように、電動過給装置２１は、コンプレッサ３と油圧モータ１４との間に遊星ローラ式トラクションドライブ２２を備えている。
遊星ローラ式トラクションドライブ２２は、コンプレッサ３の回転軸３Ａに接続された太陽ローラ２３と、太陽ローラ２３の外周面に押圧配設された複数個の遊星ローラ２４と、複数個の遊星ローラ２４を自転および公転自在に支持するキャリア２５と、複数個の遊星ローラ２４の外側に配置されるとともに、複数個の遊星ローラ２４に押圧配設されたリングローラ２６と、から構成されている。
【００５６】
油圧モータ１４の出力軸４５は、キャリア２５の入力軸２５Ａにカップリング２７を介して接続されている。なお、本実施形態では、油圧モータ１４の出力軸４５をキャリア２５に接続した場合について説明したが、リングローラ２６に接続してもよい。
【００５７】
また、コンプレッサ３の回転軸３Ａ及びキャリア２５の入力軸２５Ａには、遊星ローラ式トラクションドライブ２２の軸方向への移動を防止するためのスラストベアリング２８が設けられている。
【００５８】
油圧モータ１４を回転させることにより、キャリア２５は、例えば図５中の矢印Ａ方向へ公転する。かかる場合に、リングローラ２６は固定されており、遊星ローラ２４とキャリア２５との接触箇所にはトラクションが作用しているため、キャリア２５の公転とともに、遊星ローラ２４が矢印Ｂ方向へ自転する。
また、遊星ローラ２４と太陽ローラ２３との接触箇所にもトラクションが作用しているため、太陽ローラ２３が矢印Ｃ方向に回転する。
そして、太陽ローラ２３とともに、太陽ローラ２３に接続されたコンプレッサ３の回転軸３Ａが回転することでコンプレッサ３が回転する。このとき、遊星ローラ式トラクションドライブ２２は増速機として作用する。
【００５９】
上述したように、本発明に係る電動過給装置２１によれば、遊星ローラ式トラクションドライブ２２を備えているため、上述した第一実施形態の効果に加えて、油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４により増速された回転数を更に増速させることができる。これにより、油圧モータ１４の回転数を低下させることができるため、油圧モータ１４の高速回転時に当該油圧モータ１４に生じる過大な遠心力の発生を防止することができる。
また、コンプレッサ３の回転軸３Ａは、太陽ローラ２３に接続されており、当該太陽ローラ２３は、複数方向から遊星ローラ２４にて挟み込まれているため、ラジアルベアリングが不要となる。
そして、遊星ローラ式トラクションドライブ２２を用いることで、低振動化及び低騒音化することができる。
なお、本実施形態では、遊星ローラ式トラクションドライブ２２を用いた場合について説明したが、遊星式歯車を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、電動モータの回転を増速させてコンプレッサに付与可能な電動過給装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１      電動過給装置
２      電動モータ
２Ａ    出力軸
２Ｂ    モータ回転子
３      コンプレッサ
３Ａ    回転軸
３Ｂ    カバー
４      回転数調整手段
５      ベアリングハウジング
６      ベアリング
７      回転数検出計
８      入力軸
１０          油圧増速機
１２          油圧ポンプ
１３          油圧回路
１４          油圧モータ
１５          油圧ポンプ制御部
１６          高圧油流路
１７          油圧モータ制御部
１８          低圧油流路
１９          増速比算出部
２０          電動モータ制御部
２１          電動過給装置
２２          遊星ローラ式トラクションドライブ
２３          太陽ローラ
２４          遊星ローラ
２５          キャリア
２５Ａ        入力軸
２６          リングローラ
２７          カップリング
２８          スラストベアリング
３０          シリンダ
３１          固定部材
３２          ピストン
３２Ａ        ピストン本体部
３２Ｂ        ピストンローラー
３３          油圧室
３４          カム
３４Ａ        凹部
３４Ｂ        凸部
３５          カム取付台
３６          高圧弁
３７          高圧連通路
３８          低圧弁
３９          低圧連通路
４０          シリンダ
４２          ピストン
４２Ａ        ピストン本体部
４２Ｂ        ピストンローラー
４３          油圧室
４４          カム
４５          出力軸
４６          高圧弁
４７          高圧連通路
４８          低圧弁
４９          低圧連通路
【図１】
0005587859.tif 000002
【図２】
0005587859.tif 000003
【図３】
0005587859.tif 000004
【図４】
0005587859.tif 000005
【図５】
0005587859.tif 000006
【図６】
0005587859.tif 000007