(57)【要約】  エアポンプ（１２）、電気機器（１４）、エンジンと接続した入力部材（１５）、可変動力伝達機構（１６）を含むエンジン用過給システム（１０）。可変動力伝達機構（１６）は、エアポンプ（１２）、電気機器（１４）及び入力部材（１５）の一つと接続される太陽部材（１８）を含む。また太陽部材（１８）と駆動可能に連結して、エアポンプ（１２）、電気機器（１４）及び入力部材（１５）の他の一つと接続されるキャリア（２２）によって回転移動される少なくとも一つの遊星部材（２０）を含む。また少なくとも一つの遊星部材（２０）と駆動可能に連結して、エアポンプ（１２）、電気機器（１４）及び入力部材（１５）の他の一つと接続される環部材（２４）を含む。さらにエンジン用過給システム（１０）は、太陽部材（１８）、キャリア（２２）及び環部材（２４）の少なくとも一つの回転を選択的に制限するように構成されたブレーキ（３２）を含む。
2009520915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアポンプ（１２）、
電気機器（１４）、
エンジンと接続した入力部材（１５）、
可変動力伝達機構（１６）、
ブレーキ（３２）を含むエンジン用過給システム（１０）であって、
前記可変動力伝達機構（１６）は、
前記エアポンプ（１２）、前記電気機器（１４）及び前記入力部材（１５）の一つと適切に接続される太陽部材（１８）と、
前記太陽部材（１８）と駆動可能に連結して、前記エアポンプ（１２）、前記電気機器（１４）及び前記入力部材（１５）の他の一つと適切に接続されるキャリア（２２）によって回転移動される少なくとも一つの遊星部材（２０）と、
前記少なくとも一つの遊星部材（２０）と駆動可能に連結して、前記エアポンプ（１２）、前記電気機器（１４）及び前記入力部材（１５）の他の一つと適切に接続される環部材（２４）とを含み、
前記ブレーキ（３２）は、前記太陽部材（１８）、前記キャリア（２２）及び前記環部材（２４）の少なくとも一つの回転を選択的に制限するように構成されることを特徴とする過給システム（１０）。
【請求項２】
前記エアポンプ（１２）は、遠心型、ルーツ型及びスクリュー型過給機のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の過給システム（１０）。
【請求項３】
前記可変動力伝達機構（１６）は、弾性流体潤滑油を含むトラクションドライブ装置であって、前記太陽部材（１８）、前記遊星部材（２０）及び前記環部材（２４）の間に膜を形成し、この油膜の示す粘性は、前記太陽部材（１８）、前記遊星部材（２０）及び前記環部材（２４）の間でトルクを伝達する圧力下で増大可能であることを特徴とする請求項１に記載の過給システム（１０）。
【請求項４】
前記太陽部材（１８）は、第一の軸（２８）を介して、前記エアポンプ（１２）、前記電気機器（１４）及び前記入力部材（１５）の一つと適切に接続され、前記キャリア（２２）は、第二の軸（３０）を介して、前記エアポンプ（１２）、前記電気機器（１４）及び前記入力部材（１５）の他の一つと適切に接続されることを特徴とする請求項１に記載の過給システム（１０）。
【請求項５】
前記ブレーキ（３２）は、前記第一又は前記第二の軸（２８、３０）の回転を選択的に制限するように構成されることを特徴とする請求項４に記載の過給システム（１０）。
【請求項６】
前記第一と前記第二の軸（２８、３０）の間の速度比は、前記エアポンプ（１２）がルーツ型とスクリュー型過給機のいずれかの時、約２対１と５対１の間であり、前記エアポンプ（１２）が遠心型過給機の時、約１０対１と２０対１の間であることを特徴とする請求項４に記載の過給システム（１０）。
【請求項７】
前記エンジンと接続した入力部材（１５）と前記エンジンのクランクシャフトの間の速度比は、約３対１であることを特徴とする請求項１に記載の過給システム（１０）。
【請求項８】
さらに、前記電気機器（１４）と前記ブレーキ（３２）を操作するように構成された制御器（３８）を有する制御システム（３６）を含むことを特徴とする請求項１に記載の過給システム（１０）。
【請求項９】
前記太陽部材（１８）は前記電気機器（１４）と適切に接続され、前記環部材（２４）は前記エンジンと接続した入力部材（１５）と適切に接続され、かつ、前記キャリア（２２）は前記エアポンプ（１２）と適切に接続され、この際、前記制御器（３８）は、前記ブレーキ（３２）を作用させて前記キャリア（２２）の回転を制限して、前記電気機器（１４）をモーターとして操作して前記太陽部材（１８）を回転する動力を提供し、少なくとも一つの前記遊星部材（２０）の対応する回転によって、前記環部材（２４）と前記エンジンと接続した入力部材（１５）を回転させて、前記エンジンにトルクを提供するように構成されることを特徴とする請求項８に記載の過給システム（１０）。
【請求項１０】
前記太陽部材（１８）は前記電気機器（１４）と適切に接続され、前記環部材（２４）は前記エンジンと接続した入力部材（１５）と適切に接続され、かつ、前記キャリア（２２）は前記エアポンプ（１２）と適切に接続され、この際、前記制御器（３８）は、前記ブレーキ（３２）を非作用にさせて前記キャリア（２２）の回転を許容して、前記電気機器（１４）をジェネレータとして操作して前記太陽部材（１８）の回転を制御又は制限して、前記エンジンと接続した入力部材（１５）から、前記可変動力伝達機構（１６）を介して、前記エアポンプ（１２）内までトルクの伝達を許容するように構成されることを特徴とする請求項８に記載の過給システム（１０）。
【請求項１１】
前記太陽部材（１８）は前記電気機器（１４）と適切に接続され、前記環部材（２４）は前記エンジンと接続した入力部材（１５）と適切に接続され、かつ、前記キャリア（２２）は前記エアポンプ（１２）と適切に接続され、この際、前記制御器（３８）は、前記ブレーキ（３２）を非作用にさせて前記キャリア（２２）の回転を許容して、前記電気機器（１４）をモーターとして操作して前記太陽部材（１８）を回転させて、前記エンジンと接続した入力部材（１５）から、前記可変動力伝達機構（１６）を介して、前記エアポンプ（１２）内までトルクの伝達を増大させるように構成されることを特徴とする請求項８に記載の過給システム（１０）。
【請求項１２】
前記太陽部材（１８）は前記エアポンプ（１２）と適切に接続され、前記環部材（２４）は前記電気機器（１４）と適切に接続され、かつ、前記キャリア（２２）は前記エンジンと接続した入力部材（１５）と適切に接続され、この際、前記制御器（３８）は、前記ブレーキ（３２）を作用させて前記太陽部材（１８）の回転を制限して、前記電気機器（１４）をモーターとして操作して前記環部材（２４）を回転する動力を提供し、前記遊星部材（２０）の対応する回転によって、前記キャリア（２２）と前記エンジンと接続した入力部材（１５）を回転させて、前記エンジンにトルクを提供するように構成されることを特徴とする請求項８に記載の過給システム（１０）。
【請求項１３】
前記太陽部材（１８）は前記エアポンプ（１２）と適切に接続され、前記環部材（２４）は前記電気機器（１４）と適切に接続され、かつ、前記キャリア（２２）は前記エンジンと接続した入力部材（１５）と適切に接続され、この際、前記制御器（３８）は、前記ブレーキ（３２）を作用させて前記太陽部材（１８）の回転を制限して、前記電気機器（１４）をジェネレータとして操作して前記環部材（２４）の回転を許容して、前記エンジンと接続した入力部材（１５）から、前記可変動力伝達機構（１６）を介して、前記ジェネレータ内までトルクを伝達するように構成されることを特徴とする請求項８に記載の過給システム（１０）。
【請求項１４】
前記太陽部材（１８）は前記エアポンプ（１２）と適切に接続され、前記環部材（２４）は前記電気機器（１４）と適切に接続され、かつ、前記キャリア（２２）は前記エンジンと接続した入力部材（１５）と適切に接続され、この際、前記制御器（３８）は、前記ブレーキ（３２）を非作用にさせて前記太陽部材（１８）の回転を許容して、前記電気機器（１４）を用いて前記環部材（２４）の回転を制御又は制限して、前記エンジンと接続した入力部材（１５）から、前記可変動力伝達機構（１６）を介して、前記エアポンプ（１２）内までトルクの伝達を許容するように構成されることを特徴とする請求項８に記載の過給システム（１０）。
【請求項１５】
さらに、前記制御システム（３６）は、動力コンバーター（４２）を介して前記電気機器（１４）と適切に接続されるエネルギー源（４０）を含むことを特徴とする請求項８に記載の過給システム（１０）。
【請求項１６】
前記動力コンバーター（４２）は、前記エネルギー源（４０）と電気的に接続される整流器を含み、前記制御システム（３６）はさらに、ラインコンダクター（６２）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（６４）及びキャパシタ（６６）を含むことを特徴とする請求項１５に記載の過給システム（１０）。
【請求項１７】
前記制御システム（３６）は、前記整流器の出力を横切るように完全短絡を及ぼす第二の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含むことを特徴とする請求項１６に記載の過給システム（１０）。
【請求項１８】
前記制御システム（３６’）は、対のスイッチ電界効果トランジスタ（ＦＥＴｓ）（７０、７２）と、１２Ｖの自動車用電機システムに接続される整流器（７４）を有する動力サプライ（６８）を含むことを特徴とする請求項１５に記載の過給システム（１０）。
【請求項１９】
エアポンプ（１２）、
電気機器（１４）、
エンジンと接続した入力部材（１５）、
可変動力伝達機構（１６）、
ブレーキ（３２）を含むエンジン用過給システム（１０）であって、
前記可変動力伝達機構（１６）は、
前記電気機器（１４）と適切に接続される太陽部材（１８）と、
前記太陽部材（１８）と駆動可能に連結して、前記エアポンプ（１２）と適切に接続されるキャリア（２２）によって回転移動される少なくとも一つの遊星部材（２０）と、
前記少なくとも一つの遊星部材（２０）と駆動可能に連結して、前記入力部材（１５）と適切に接続される環部材（２４）とを含み、
前記ブレーキ（３２）は、前記キャリア（２２）の回転を選択的に制限するように構成されることを特徴とする過給システム（１０）。
【請求項２０】
エアポンプ（１２）、
電気機器（１４）、
エンジンと接続した入力部材（１５）、
可変動力伝達機構（１６）、
ブレーキ（３２）を含むエンジン用過給システム（１０）であって、
前記可変動力伝達機構（１６）は、
前記エアポンプ（１２）と適切に接続される太陽部材（１８）と、
前記太陽部材（１８）と駆動可能に連結して、前記入力部材（１５）と適切に接続されるキャリア（２２）によって回転移動される少なくとも一つの遊星部材（２０）と、
前記少なくとも一つの遊星部材（２０）と駆動可能に連結して、前記電気機器（１４）と適切に接続される環部材（２４）とを含み、
前記ブレーキ（３２）は、前記太陽部材（１８）及び前記環部材（２４）の少なくとも一つの回転を選択的に制限するように構成されることを特徴とする過給システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
エンジンの小型化は、二酸化炭素平均排出を低減して、燃料消費を改良するため、自動車製造業では一般的な選択となってきている。しかしながら、小型エンジンが発生するトルクは、より大型のものと比べてかなり小さいため、末端消費者は、減容エンジンの排出低減と燃料消費改良を受け入れても、より大容積エンジンの運転性能と快適性を同様に求めることがあった。
【０００２】
そこで、一つの解決策として、排気タービン過給機（ターボチャージャ）を、減容エンジンに組み合わせることがある。排気タービン過給機は、内燃機関が発生する流動排気ガスから動力を得て、ブーストシステムを熱力学的に作用させるが、状況によっては、排気流が効率的なブーストを搬送可能にする点までにかかる遅れ（ラグ）によって不利を受けることがあった。また、エンジンの特定出力が増大すると、この影響は強められて、通常の排気タービン過給機によってもたらされる二酸化炭素削減性能と小型化とが制限されていた。通常、自動車製造業では、この影響を和らげるために、短めの変速比を適用している。しかしながら、このことは、一般に、二酸化炭素削減性能におけるエンジン容積の小型化に逆の影響を与えている。
【０００３】
排気タービン過給機の制限を克服する他の選択として、エンジンのクランクシャフトによって機械式に駆動される過給機（スーパーチャージャ）を、減容エンジンに組み合わせるものがある。しかし、過給機を用いることで、ターボラグを克服できたとしても、通常の過給機では、典型的に、排気タービン過給機と比べて圧縮効率が低く、ブーストが要求されない時に相当の寄生的な損失を生じさせており、潜在的に、燃料経済を害して、二酸化炭素排出を増やすおそれがあった。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
よって、エアポンプ、電気機器、エンジンと接続された入力部材及び可変動力伝達機構を含む、エンジン用過給システムを提供する。この動力伝達機構は、エアポンプ、電気機器及び入力部材の一つと適切に接続される太陽部材を含む。また、太陽部材と駆動可能に連結されて、エアポンプ、電気機器及び入力部材の他の一つと適切に接続されるキャリアによって回転移動される少なくとも一つの遊星部材を含む。さらに、少なくとも一つの遊星部材と駆動可能に連結されて、エアポンプ、電気機器及び入力部材の他の一つと適切に接続される環部材を含む。さらに、この過給システムは、太陽部材、キャリア及び環部材の少なくとも一つの回転を選択的に制限するように構成されたブレーキを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、添付した図を参照して、本発明の実施形態について、例示的に説明する。
図１と２を参照すると、本発明の実施形態に従うエンジン用過給システム１０が示されている。例示した実施形態では、過給システム１０は、エアポンプ１２、例えば、遠心型（図示せず）、ルーツ型又はスクリュー型過給機と；電気機器１４、例えば、電気モーター−ジェネレータと；エンジンと接続した入力部材１５と；可変動力伝達機構１６を含む。動力伝達機構１６は、エアポンプ１２、電気機器１４及び入力部材１５の一つと適切に接続された太陽部材（又は太陽歯車）１８を含む。また、少なくとも一つの遊星部材（又は遊星歯車）２０を太陽部材１８と駆動可能に連結させて、エアポンプ１２、電気機器１４及び入力部材１５の他の一つと適切に接続されたキャリア２２によって回転移動させる。さらに、環部材２４（又は外輪歯車）を少なくとも一つの遊星部材２０と駆動可能に連結させて、エアポンプ１２、電気機器１４及び入力部材１５の他の一つと適切に接続する。
【０００６】
特定の構成では、動力伝達機構１６は、例えば、弾性流体潤滑油を含むトラクションドライブ装置であって、太陽部材１８、遊星部材２０及び環部材２４の間で膜を形成する。この油膜の示す粘性は、太陽部材１８、遊星部材２０及び環部材２４の間でトルクを伝達する遊星システムの密接回転部品によって形成される圧力下で増大可能である。これは、従来の噛合する歯車伝達機構と比べて、ノイズをかなり低減させながら、比較的に高い比（レシオ）を形成できる。例えば、図１に示した実施形態では、動力伝達機構１６は、第一と第二の軸２８、３０の間の速度比が約１５対１（１５：１）となるように構成されるが、速度比をこれに限定する必要はない。例えば、遠心型過給機を用いる時、この比は約１０：１と２０：１の間でもよい。太陽部材１８、遊星部材２０及び環部材２４の間の連結は、歯車によるものでもよく、この際、トルクは、噛合する歯車の歯によって部品間で伝達されることを理解されたい。ルーツ型又はスクリュー型過給機を用いる時、例えば、第一と第二の軸２８、３０の間の速度比は、約２：１と５：１の間でもよい。
【０００７】
太陽部材１８は、第一軸２８によって、エアポンプ１２、電気機器１４及び入力部材１５の一つと適切に接続でき、また、キャリア２２は、第二軸３０によって、エアポンプ１２、電気機器１４及び入力部材１５の他の一つと適切に接続できる。また、ブレーキ３２、例えばシャフトブレーキを、第一軸２８又は第二軸３０の相互作用によって、太陽部材１８又はキャリア２２の回転を選択的に制限するように構成できる。
【０００８】
エンジンと接続した入力部材１５には、例えば、ベルト、歯車、又はチェーンが含まれて、エンジンのクランクシャフト（図示せず）と接続されて、エンジンから動力を受取るプーリによって駆動される。例えば、図１に示した実施形態では、エンジンと電気機器の間の全体的な比を４５対１（４５：１）とすると、エンジンと接続した入力部材１５とエンジンのクランクシャフトの間の速度比は約３対１（３：１）である。しかしながら、入力部材１５とエンジンのクランクシャフトの間の正味速度比と速度比は、これに限定されない。
【０００９】
過給システム１０は、制御器３８を有する制御システム３６を含むことができ、この制御器は、例えば、マイクロプロセッサに基づく制御器であって、電気機器１４とブレーキ３２と通信して、操作を指示できる。制御器３８は、独立した製品でもよく、又は、例えば自動車用エンジン制御器（図示せず）のような、他の自動車用制御器と一体にされていてもよい。必要であれば、エネルギー源４０、例えばバッテリーを、動力コンバーター４２を介して、電気機器１４と適切に接続させて、操作用に電気機器１４に対して動力を供給したり、及び／又は、動力を受取るようにしてもよく、この動力コンバーター４２は、例えば、二−四分割インバーターでもよい。
【００１０】
図１に示した実施形態では、太陽部材１８は、第一軸２８を介して、電気機器１４と適切に接続されており、環部材２４は、エンジンと接続された入力部材１５と適切に接続されており、かつ、キャリア２２は、第二軸３０を介して、エアポンプ１２と適切に接続されている。操作モードでは、制御器３８は、ブレーキ３２を作用させて、キャリア２２の回転を制限して、電気機器１４をモーターとして操作して、太陽部材１８を回転させるように動力を提供して、遊星部材２０、環部材２４及びエンジンと接続された入力部材１５の対応する回転によって、自動車のエンジンにトルクを提供するように構成される。この操作モードでは、電気機器１４をクランクとして用いて、自動車のエンジンをスタートさせることができるので、自動車内に別体のスターターモーターを設ける必要性をなくすことができる。一度、エンジンがスタートすると、制御器３８は、電気機器１４をモーターとして操作し続けて、エンジンとこれに接続されるパワートレインに対してトルクを伝達してもよい。この場合、過給システム１０は、マイルドハイブリッドとして操作できる。
【００１１】
他の操作モードでは、制御器３８は、ブレーキ３２を非作用にして、キャリア２２の回転を許容して、電気機器１４を用いて太陽部材１８の回転を制限して、エンジンと接続した入力部材１５から、動力伝達機構１６を介して、エアポンプ１２内までトルクを伝達することを許容するように構成される。この操作モードでは、エアポンプ１２は、専らエンジンのクランクシャフトによって駆動されて、チャージエアをエンジンに搬送する。
【００１２】
他の操作モードでは、制御器３８は、ブレーキ３２を非作用にして、キャリア２２の回転を許容して、電気機器１４をジェネレータとして操作することで、太陽部材１８の回転を許容するように構成される。この場合、トルクは、エンジンと接続した入力部材１５から、可変動力伝達機構１６を介して、エアポンプ１２内に伝達される。この操作モードは、全ブーストより下が求められる時に用いることができ、エンジンによって提供される動力の一部をエネルギー源４０に戻すことができる。エネルギー源４０に戻される動力の量は、一般的に、ジェネレータ操作速度をエアポンプ１２からのトルク反応によって倍算したものに等しい。例えば、この動力は、２０ｋＷの機械ブースト用に高くて３ｋＷでもよい。
【００１３】
過給システム１０を装着可能な自動車の幾つかでは、電気機器をジェネレータとして操作して、自動車の電機システムに動力を提供することにより、通常のオルタネーターを設ける必要性をなくすことができる。全ブーストを除く他のレベルでエンジンを“ブースト”するために、チャージエアを提供するように過給システム１０を操作する時、ジェネレータとして操作される電気機器１４によって、エンジンによって提供される動力を、入力部材１５を介して、エネルギー源４０に戻すことができる。例えば、自動車が幹線道路を移動する時で、“ブースト”が必要とされない時、必要に応じて、電気機器１４を操作して、ブレーキ３２を操作することで、より急にエネルギー源４０をチャージしてもよい。本発明を用いることで、発生と貯蔵用に１０ｋＷまでの動力が利用できる。
【００１４】
上述したように、過給システム１０に用いることができる圧縮機の構成には様々なものがあるが、典型的には、遠心型圧縮機を用いて、大抵の排気タービン過給機と同様に構成して、エンジンが全負荷の時により効率的に操作できるようにしてもよい。しかし、より一般的な固定比の過給機の駆動では、遠心型圧縮機は、大凡この回転速度の二乗に比例してブーストを送り、低速度のトルクの増加が非常に弱かった。本発明では、エンジンとエアポンプ１２の間に固定リンクを必要としないため、エアポンプ１２を最適な速度で駆動できる。例えば、他の操作モードでは、制御器３８は、第一ブレーキ３２を非作用にして、キャリア２２の回転を許容して、電気機器１４をモーターとして操作することで太陽部材１８を回転させて、エンジンと接続した入力部材１５から、可変動力伝達機構１６を介して、エアポンプ１２内に伝達されるトルクを増大するように構成されてもよい。この操作モードでは、下端“ブースト”（即ち、エンジン速度が比較的に低い時）の増加は、エネルギー源４０からの動力を用いて、電機機械１４をモーターとして駆動して、エアポンプ１２の速度を増やすことで得ることができる。この特徴によって、自動車産業では、より効率的な自動車の変速比を適用して、所定のピークの動力性能制御システム３６用に、エアポンプ１２に対してより大きな動力／速度の処理範囲を形成できる。
【００１５】
図２に示す実施形態では、対称的に、エアポンプ１２に対して太陽部材１８を適切に接続させて、環部材２４に対して電機機械１４を適切に接続させるが、例えば、電気機器のローター５０を環部材２４と共に回転するように噛合させるか、接続させる。また、エンジンと接続した入力部材１５に対してキャリア２２を適切に接続させる。操作モードでは、制御器３８は、ブレーキ３２を作用させて、太陽部材１８の回転を制限して、電気機器１４をモーターとして操作することで、環部材２４を回転させるように動力を提供して、遊星部材２０の対応する回転によって、エンジンと接続した入力部材１５とキャリア２２を回転させて、自動車のエンジンにトルクを提供するように構成できる。この操作モードでは、電気機器１４を用いて、自動車のエンジンをクランクとして、スタートさせることができるので、この場合も、自動車内に別体のスターターモーターを設ける必要性をなくすことができる。一度、エンジンがスタートすると、制御器３８は、電気機器１４をモーターとして操作し続けて、エンジンと近接するパワートレインにトルクを提供できる。このように、過給システム１０’は、マイルドハイブリッドとして操作できる。過給システム１０’をスターターとして操作して、マイルドハイブリッドが望まれない時、例えば、ジェネレータ操作だけが望まれる時、上記二−四分割モーターインバーターを、例えば図５と６を参照して後述される、より低コストの整流器に置き換えてもよい。
【００１６】
他の操作モードでは、制御器３８は、ブレーキ３２を作用させて、太陽部材１８の回転を制限させて、電気機器１４をジェネレータとして操作することで環部材２４の回転を許容して、エンジンと接続した入力部材１５から、可変動力伝達機構１６を介して、ジェネレータ内にトルクを伝達するように構成できる。また、制御器３８は、ブレーキ３２を非作用にして、太陽部材１８の回転を許容して、電気機器１４を用いて環部材２４の回転を制限又は制御して、エンジンと接続した入力部材１５から、動力伝達機構１６を介して、エアポンプ１２内にトルクを伝達するように構成できる。この所謂“ブースト”モ−ドの操作では、エアポンプ１２はエンジンのクランクシャフトから動力を受けて、チャージエアをエンジンに搬送する。
【００１７】
本発明の例示した実施形態では、エアポンプ１２を駆動するのに必要な電力は、最大エンジン速度が約６０００ＲＰＭと仮定して、約７０％の効率で、約１２ｋＷである。当業者ならば理解できるように、この動力要求は、要求されるエンジンのトルク対速度の曲線に基づくことができ、また効率は、全曲線にわたって７０％で一定しなくてもよい。次の表１には、“ブースト”モ−ドの操作における、図２に例示した実施形態用のサンプル操作パラメーターを示している。
【００１８】
【表１】
2009520915.tif 000003
【００１９】
表１において、エアポンプ１２での動力は、一定の圧力比でエアポンプを駆動するのに要する動力である。また、太陽部材の速度は、エアポンプ１２で要する動力の量を生じさせるために太陽部材１８に求められる速度である。また、環部材２４からの動力は、電気機器１４によって生じる動力であって、この際、負の動力は、エネルギー源４０から環部材２４への動力の伝達を示し（この場合、電気機器１４はモーターとして機能する）、正の動力は、環部材２４から動力源４０への動力の伝達を示している（この場合、電気機器１４はジェネレータとして機能する）。
【００２０】
図３を参照すると、表１に示した幾つかの例示的な操作パラメーターをグラフ状に示している。エンジンの許容可能な速度範囲にわたってほぼ一定のエンジンブーストでは、動力は、約２４００ＲＰＭ以下のエンジン速度で、エネルギー源４０から、電気機器１４を通って、環部材２４内に伝わる。この操作を適用するため、例えば、パワーコンバーター４２を用いて直流を三相交流に変換するブラシレス直流モーターとして、電気機器１４を構成してもよい。図２の実施形態を参照して上述した操作モードでは、環部材２４の回転を制限して、太陽部材１８の速度と、これに対応して、エアポンプ１２によって発生するブーストのレベルを最大にするように、反作用トルクを提供してもよい。電機機械１４を短絡することで、又は、エネルギー源４０内の環部材２４に加えられる動力を回復することで、環部材２４を選択的に係合するブレーキ５２によって、環部材２４の回転を制限できる。次の表２には、“ブースト”モ−ドの操作における、図２に例示した他の実施形態用の、サンプル操作パラメーターを示している。
【００２１】
【表２】
2009520915.tif 000004
【００２２】
図４を参照すると、表２に示した幾つかの例示的な操作パラメーターをグラフ状に示している。約３０００ＲＰＭまでのエンジン速度では、環部材は、一般的に回転しない。次の表３には、図１と２に例示した実施形態用の圧縮機の動力の比較の例を示している。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
図３と４に示しているように、約３０００ＲＰＭを上回る時の性能は、例示した実施形態の各々でほぼ同様である。約３０００ＲＰＭを下回るエンジン速度でのジェネレータだけの操作における性能低下の度合いは、動力伝達機構１６の効率的な比を増やすことで緩和できる。
【００２５】
ジェネレータだけの操作を助けるため、パワーコンバーター４２に整流器（図５と６参照）、例えば、６つのダイオードのブリッジ整流器を備えて、電気機器１４から三相動力を受取って、この動力を直流に変えるようにしてもよい。図５に示した実施形態では、整流器を電源４０に電気的に接続することができ、この際、これらの間にラインコンダクター６２と電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）６４を備えてもよい。また、制御システム３６は、キャパシタ（コンデンサ）６６を備えてもよい。
【００２６】
例えば、約４０００ＲＰＭのエンジン速度では、電源４０に約１２１０Ｗ（例えば、上の表２を参照）を送るためには、十分な起電力（ＥＭＦ）、例えば、１５Ｖ付近が必要とされる。さらに、表２に示しているように、エンジン速度が向上するにつれて、電源４０に送る動力量を増やさなくてはならないが、これは、一般的に太陽部材１８の速度を比例して向上させることは望ましくないためである。例えば、約６０００ＲＰＭで、ＥＭＦは約２２．５Ｖまで増える。さらに、電源４０に供給される電流は、パルス幅変調（ＰＷＭ）モードで駆動するＦＥＴ６４によって制御され、この際、ラインコンダクター６２とキャパシタ６６がこの操作を助ける。上記実施形態では、ＦＥＴ６４は、約７５Ｖの値の最大電圧と約２７１Ａの値の連続平均電流を示すことができる。約６０００ＲＰＭのエンジン速度で、エアポンプ１２によって、動力の半分だけが必要とされる場合、例えば、ＦＥＴ６４は、約１３５Ａの値の連続平均電流を示すことができる。ジェネレータとして操作される３−５ｋＷの電気機器は、多くの通常の自動車用オルタネーターよりも大きな電気出力を有するため、自動車用オルタネーターを設ける必要をなくすように、電気機器１４を操作できる。
【００２７】
また、制御システム３６は、第二のＦＥＴ（図示せず）を備えて、整流器の出力を横切るように完全短路を及ぼすこともできる（即ち、渦電流ブレーキを構成する）。約１５ＶのバックＥＭＦを用いて、第二のＦＥＴは、約６０Ａ（７５Ｖ）の値でもよい。ブーストが必要とされない時には、第一及び／又は第二のＦＥＴをオフにして、環部材２４を自由回転させて、エンジン内に引かれるエアの量に基づいて太陽部材１８を便宜的により遅い回転速度にさせてもよい。
【００２８】
図６を参照すると、本発明の他の実施形態に従う制御システム３６’が示されている。この制御システム３６’は、上述した制御システム３６と類似するが、回路の高圧側で電流及び電圧の調節を行うようにスイッチモード電力供給器（パワーサプライ）６８を加えている。この電力供給器６８は、通常の自動車用オルタネーターと置き換えて用いることもできる。実施形態では、電力供給器６８は、対のスイッチＦＥＴ７０、７２と４つのダイオードの整流器７４を含み、１２Ｖの自動車用電機システムと接続させる。制御システム３６’用に約３００Ｖの平均電圧を仮定すると、ＦＥＴ７０、７２は約４００Ｖ、２０Ａの値を、整流器７４は約７５Ｖ、１５０Ａの値を示すことができる（これは、便宜的に１５０Ａのオルタネーターと替えることができる）。さらに、キャパシタ６６をウルトラキャパシタとして構成して、きついブースト下でＦＥＴのピーク値を減らして、１２Ｖの自動車用電機システムに電流の平均をフィードバックさせてもよい。
【００２９】
以上、上述した実施形態を参照して、特に本発明について図示し、説明したが、これら実施形態は、本発明を実施する最良の形態について例示したものに過ぎない。当該技術分野における当業者であれば、添付した特許請求の範囲に記載されている本発明の技術思想と範囲から逸脱することなく、本発明を実施する際、本明細書で説明した本発明の実施形態に様々な変更を行うことができることを理解されたい。よって、添付した特許請求の範囲が、本発明の範囲を定めて、これら特許請求の範囲内の方法と装置、並びにこれらの同等物を同様に保護する。本発明に関する説明には、本明細書で記載された要素の全ての新規で非自明な組合せが含まれ、本出願又は後の出願において、これら要素の任意の新規で非自明な組合せを特許請求の範囲に含むことができる。さらに、上述した説明は例示的なものであって、本出願又は後の出願において、特許請求の範囲に含むことができる全ての組合せに対して、単一の特徴や要素は重要とされない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に従うエンジン用過給システムの概略図である。
【図２】本発明の他の実施形態に従うエンジン用過給システムの概略図である。
【図３】図１のエンジン用過給システムの操作パラメーターをグラフ状に例示した図である。
【図４】図２のエンジン用過給システムの操作パラメーターをグラフ状に例示した図である。
【図５】本発明の実施形態に従うエンジン用過給システムの制御システムの概略図である。
【図６】本発明の他の実施形態に従うエンジン用過給システムの制御システムの概略図である。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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