(57)【要約】【課題】モーター−発電機ユニットを備え、１４Ｖ以上の電圧を有効に活用することができる車両電装システムを提供する。【解決手段】エンジンと変速機とを備える自動車の電気システムであって、１４Ｖ以上の設定された電圧のバッテリーユニット；前記エンジンと変速機との間に介在し、エンジンを駆動するモーター及びエンジンによって駆動される発電機の機能を選択的に遂行するモーター−発電機ユニット；及び前記モーター−発電機ユニットで発生する電源を制御して前記バッテリーユニットを充電し、バッテリーユニットの電源を前記モーター−発電機ユニットに供給してモーター−発電機ユニットを駆動する制御ユニット；を備える。【選択図】　　　　　図１
2004104983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと変速機とを備える自動車の電気システムであって、
１４Ｖ以上の設定された電圧のバッテリーユニット；
前記エンジンと変速機との間に介在し、エンジンを駆動するモーター及びエンジンによって駆動される発電機の機能を選択的に遂行するモーター−発電機ユニット；及び
前記モーター−発電機ユニットで発生する電源を制御して前記バッテリーユニットを充電し、バッテリーユニットの電源を前記モーター−発電機ユニットに供給してモーター−発電機ユニットを駆動する制御ユニット；を備えること特徴とする車両電装システム。
【請求項２】
前記モーター−発電機ユニットは、
前記エンジン本体に固定される固定子（ｓｔａｔｏｒ）；及び
一側は前記エンジンのクランク軸に、他側は前記変速機の入力回転部材に固定される回転子（ｒｏｔｏｒ）；を備えること特徴とする請求項１に記載の車両電装システム。
【請求項３】
前記変速機は、トルクコンバータを備える自動変速機であり、
前記変速機の入力回転部材は、前記トルクコンバータであることを特徴とする請求項２に記載の車両電装システム。
【請求項４】
前記回転子と連動して回転し、一側に多数の鋸歯が形成された歯車（ｔｏｏｔｈｅｄ　ｗｈｅｅｌ）；及び
前記エンジンと変速機の固定部分（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ　ｐｏｒｔｉｏｎ）に装着され、前記歯車の回転時にパルス信号を生成するマグネチックセンサー；をさらに備え、
前記制御ユニットは、前記マグネチックセンサーからの信号に基づいて前記回転子の回転速度を算出することを特徴とする請求項２に記載の車両電装システム。
【請求項５】
前記多数の鋸歯は、前記歯車の外周面に形成され、
前記マグネチックセンサーは、前記鋸歯に設定されたギャップを維持して鋸歯の外側に装着されることを特徴とする請求項４に記載の車両電装システム。
【請求項６】
前記変速機は、トルクコンバータを備える自動変速機であり、
前記歯車は、前記トルクコンバータの前記モーター−発電機ユニット側の一面に形成されることを特徴とする請求項４に記載の車両電装システム。
【請求項７】
前記歯車に形成された多数の鋸歯は、その分解能がおおよそ回転角度３°となる個数に形成されることを特徴とする請求項４に記載の車両電装システム。
【請求項８】
前記歯車に形成された多数の鋸歯は、鋸歯間の距離がおおよそ１４ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の車両電装システム。
【請求項９】
前記制御ユニットは、
設定された時間の間前記マグネチックセンサーから順次的なパルスを受信し、
前記設定された時間の間受信された順次的なパルスの個数を数え、前記パルスの個数を前記設定された時間で割った値により前記モーター−発電機ユニットの回転速度を演算することを特徴とする請求項４に記載の車両電装システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両電装システムに関し、より詳しくは、通常の１４Ｖより高い電圧を活用する車両電装システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近生産される自動車には、走行中に電流を消費する電装品が多数装着されており、したがって、エンジンの安定的な作動を維持するとともに、次第に増加する付属電装品に十分な電源を供給するための方策が研究中である。
【０００３】
このような研究の一環として、車両電装品に印加される電圧を上昇させる方策（例えば、現行１４Ｖから４２Ｖに上昇させること）が工夫されており、上昇した電圧を利用して車両の電装システムを変更する方策が研究又は提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２４５００９号公報（明細書の段落０００７〜００１２、図２）
【特許文献２】
特開２００２−２６２５９８号公報（明細書の段落００４８〜００７８、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術のうち、特許文献１においては、モーターと発電機とは個別に構成されているハイブリッド車両が開示されている。
しかし、モーター又は発電機は通常固定子（ｓｔａｔｏｒ）と回転子（ｒｏｔｏｒ）とを含んで構成されており、このような固定子−回転子の組合せは、機械的な駆動によっては発電機の機能を、電気的な駆動によってはモーターの機能を遂行することができるのは当業者にとっては自明なことである。
このように選択的にモーター及び発電機の機能を遂行するモーター−発電機ユニットは、印加される電圧が高電圧である場合にさらに円滑に作動することができるが、そのような構成例はまだ見当たらない。
【０００６】
したがって、本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、モーター−発電機ユニットを備え、１４Ｖ以上の電圧を有効に活用することができる車両電装システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明による車両電装システムは、エンジンと変速機とを備える自動車の電気システムであって、１４Ｖ以上の設定された電圧のバッテリーユニット；前記エンジンと変速機との間に介在し、エンジンを駆動するモーター及びエンジンによって駆動される発電機の機能を選択的に遂行するモーター−発電機ユニット；及び前記モーター−発電機ユニットで発生する電源を制御して前記バッテリーユニットを充電し、バッテリーユニットの電源を前記モーター−発電機ユニットに供給してモーター−発電機ユニットを駆動する制御ユニット；を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記モーター−発電機ユニットは、前記エンジン本体に固定される固定子（ｓｔａｔｏｒ）；及び一側は前記エンジンのクランク軸に、他側は前記変速機の入力回転部材に固定される回転子（ｒｏｔｏｒ）；を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記変速機は、トルクコンバータを備える自動変速機であり、前記変速機の入力回転部材は、前記トルクコンバータであることを特徴とする。
【００１０】
また、前記回転子と連動して回転し、一側に多数の鋸歯が形成された歯車（ｔｏｏｔｈｅｄ　ｗｈｅｅｌ）；及び前記エンジンと変速機の固定部分（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ　ｐｏｒｔｉｏｎ）に装着され、前記歯車の回転時にパルス信号を生成するマグネチックセンサー；をさらに備え、前記制御ユニットは、前記マグネチックセンサーからの信号に基づいて前記回転子の回転速度を算出することを特徴とする。
【００１１】
また、前記多数の鋸歯は、前記歯車の外周面に形成され、前記マグネチックセンサーは、前記鋸歯に設定されたギャップを維持して鋸歯の外側に装着されることを特徴とする。
【００１２】
また、前記変速機は、トルクコンバータを備える自動変速機であり、前記歯車は、前記トルクコンバータの前記モーター−発電機ユニット側の一面に形成されることを特徴とする。
【００１３】
また、前記歯車に形成された多数の鋸歯は、その分解能がおおよそ回転角度３°となる個数に形成されることが好ましく、具体的には、鋸歯間の距離がおおよそ１４ｍｍであることが望ましい。
【００１４】
さらに、前記制御ユニットは、設定された時間の間前記マグネチックセンサーから順次的なパルスを受信し、前記設定された時間の間受信された順次的なパルスの個数を数え、前記パルスの個数を前記設定された時間で割った値により前記モーター−発電機ユニットの回転速度を演算することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照し詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による車両電装システムの構成図である。
【００１６】
この形態による車両電装システムは、図１に示すように、１４Ｖ以上の設定された電圧のバッテリーユニット１７０；エンジン１１０と変速機１４０との間に介在し、エンジン１１０を駆動するモーター及びエンジン１１０によって駆動される発電機の機能を選択的に遂行するモーター−発電機ユニット１２０；及びモーター−発電機ユニット１２０で発生する電源を制御してバッテリーユニット１７０を充電し、バッテリーユニット１７０の電源をモーター−発電機ユニット１２０に供給してモーター−発電機ユニット１２０を駆動する制御ユニット１６０；を備えている。
【００１７】
変速機１４０は、手動変速機あるいはトルクコンバータを備えた自動変速機のいずれであってもよい。ただし、以下で説明するこの形態における変速機１４０は、トルクコンバータ１４２を備えた自動変速機である。トルクコンバータ１４２は、変速機本体１４４から突出した変速機入力軸１４６に連結される。
【００１８】
以下では、表現を簡単にするために前記“モーター−発電機ユニット”を“ＩＧＳ”（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ａｎｄ　Ｓｔａｒｔｅｒ）と記す。ただし、ＩＧＳ１２０における“Ｓｔａｒｔｅｒ”は、ＩＧＳ１２０がモーターとして作動し、例えば始動機（ｓｔａｒｔｅｒ）として機能することができることを示すための記載であり、本発明の電装システムにおけるモーター−発電機ユニット１２０の範囲を制限するものではない。
【００１９】
より具体的に、ＩＧＳ１２０は、固定子１２２と回転子１２４とを備える。固定子１２２は、エンジン本体１１２に固定され、回転子１２４は、エンジン１１０のクランク軸１１４及び変速機１４０の入力回転部材、つまりトルクコンバータ１４２に固定される。
【００２０】
例えば、図１に示すように、回転子１２４は、図１上の左側のクランク軸１１４に、そして右側のトルクコンバータ１４２に、固定部材１２８により固定される。
【００２１】
また、制御ユニット１６０に連結されるバッテリーユニット１７０には、制御ユニット１６０にＤＣ−ＤＣコンバータ１６５を介在して連結される１２Ｖバッテリー１７４、及びその他別途の３６Ｖバッテリー１７２が備えられる。
【００２２】
このように本発明の一実施の形態の車両電装システムでは、電圧が異なるバッテリー１７２、１７４が別個に構成され、小さな電気負荷の１２Ｖ電気部品１８２（例えば、ラジオ、方向指示灯）は１２Ｖバッテリー１７４に連結される。
【００２３】
また、エアコンコンプレッサー又は冷却ポンプなどのように、従来はエンジンによりベルト駆動されるが、電気的に駆動することができ、電気的に駆動される場合に大きい電気負荷が必要となる３６Ｖ電気部品１８４は、３６Ｖバッテリー１７２に連結される。
【００２４】
制御ユニット１６０は、設定されたプログラムにより動作する一つ以上のプロセッサーに構成することができる。前記設定されたプログラムは、制御ユニット１６０が後述する各過程を遂行するための一連の命令及びその他当業者が好ましいと判断される任意の電気制御プログラムとすることができる。
【００２５】
制御ユニット１６０は、バッテリー１７２、１７４から供給される電源を利用してＩＧＳ１２０をモーターとして動作させることによりエンジン１１０を始動し、エンジンが正常作動中である場合にはＩＧＳ１２０を発電機（Ｇｅｎｅａｔｏｒ）として制御することにより、ＩＧＳ１２０から供給される電源でバッテリー１７２、１７４を充電する。
【００２６】
また、本発明の車両電装システムは、回転子１２４の回転速度を検出することができるように回転子１２４の回転速度を検出するセンサーユニット１３０をさらに備える。センサーユニット１３０は、回転子１２４と連動して回転し、一側に多数の鋸歯が形成された歯車１３４；及びエンジン１１０と変速機１４０との固定部分（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ　ｐｏｒｔｉｏｎ）に装着され、歯車１３４の回転時にパルス信号を生成するするマグネチックセンサー１３２；をさらに備える。
【００２７】
制御ユニット１６０は、マグネチックセンサー１３２からの信号により回転子１２４の回転速度を算出する。
【００２８】
回転子１２４の回転速度は、エンジン１１０及び／又はＩＧＳ１２０、その他様々な方面の制御に活用することができる。例えば、ＩＧＳ１２０の発電量を制御するための制御変数として活用することができる。クランク軸と直結した回転子１２４の回転速度は、クランク軸と直結しているので、回転子１２４の回転速度によりクランク軸の回転速度、つまりエンジン回転速度が正確に分かる。
【００２９】
図２は、このような回転子１２４の回転速度検出用の歯車１３４とマグネチックセンサー１３２の機構的特徴を説明するための図であって、図１のＡ部分の拡大斜視図である。
【００３０】
前記多数の鋸歯２１０は、図２に示すように、歯車１３４の外周面に形成され、歯車１３４は、トルクコンバータ１４２のＩＧＳ１２０側面の最外郭に形成されている。鋸歯２１０との磁気的相互作用により電気信号を発生するマグネチックセンサー１３２は、エンジンと変速機との固定部分、例えば変速機ハウジング２２０に取り付けられ、鋸歯２１０に対して設定されたギャップ（ｇａｐ）を維持し、鋸歯２１０外側に対向して装着される。
【００３１】
前記鋸歯間の間隔などのような鋸歯の諸元は、当業者が任意に設定することができる。
【００３２】
ただし、通常のトルクコンバータ１４２の外径が約２７ｃｍであることから、このような場合にその外周面に約１２０個以上鋸歯を形成するのは、検出信号のノイズが増加することが実験的に示された。したがって、歯車１３４に形成された鋸歯は、その分解能が約回転角度３°となる個数に形成されるのが好ましく、より具体的には、鋸歯間の距離が約１４ｍｍに形成されるのが望ましい。
【００３３】
図３は、このような本発明の車両電装システムにおいてＩＧＳ１２０の回転速度を検出する過程を説明するためのフローチャートである。
【００３４】
本発明の一実施の形態によるＩＧＳ１２０の回転速度検出方法は、次の通りである。
まず、制御ユニット１６０は、設定された時間の間マグネチックセンサー１３２から順次的なパルスを受信し（Ｓ３１０）、前記設定された時間の間受信された順次的なパルスの個数を数える（Ｓ３２０）。
【００３５】
数えられたパルスの個数を前記設定された時間で割った値は、［パルス／時間］の単位のＩＧＳ回転速度を示す。したがって、制御ユニット１６０は、これに基づいて様々な異なる単位の速度値を演算することができる（Ｓ３３０）。
【００３６】
以上、本発明の車両電装システムに関する好ましい一実施の形態を説明したが、本発明は前記一実施の形態に限定されず、本発明の一実施の形態から当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する者により容易に変更され、均等であると認められる範囲の全ての変更を含むものである。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べた本発明による車両電装システムは、次のような優れた効果がある。モーター及び発電機の役割を兼ねるモーター−発電機ユニットをエンジンと変速機との間に配置することにより、始動モーターと発電機とを別個に装着する従来の技術に比べて構成が簡潔であるとともに制御が簡便である。
【００３８】
また、回転子がクランク軸と直結していることから、モーター−発電機ユニットの回転速度を精密に測定することができるとともに、このような測定値は、様々なエンジン／発電量制御方法に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による車両電装システムの構成図である。
【図２】図１のＡ部分の拡大斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態によるモーター−発電機ユニットの回転速度検出方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１１０　　エンジン
１１２　　エンジン本体
１１４　　エンジンのクランク軸
１２０　　モーター−発電機ユニット（ＩＧＳ）
１２２　　固定子
１２４　　回転子
１２８　　固定部材
１３０　　センサーユニット
１３２　　マグネチックセンサー
１３４　　歯車
１４０　　変速機
１４２　　トルクコンバータ
１４４　　変速機本体
１４６　　変速機入力軸
１６０　　制御ユニット
１７０　　バッテリーユニット
１７２　　３６Ｖバッテリー
１７４　　１２Ｖバッテリー
２１０　　のこぎり歯
２２０　　変速機ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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