(57)【要約】【課題】省スペース性に優れた車両用補機装置を提供する。【解決手段】本発明の車両用補機装置１は、電磁クラッチ３４を有するプーリ３と、斜板式可変容量型コンプレッサ４とモータジェネレータ５とから構成される。そして、モータジェネレータ５のロータ５１とステータ５２の一部とが、斜板式可変容量型コンプレッサ４を構成するシリンダブロック４５に設けられた凹部４５２の内側に一体的に配設されることを特徴とする。これにより、斜板式可変容量型コンプレッサ４とモータジェネレータ５とが、オーバラップすることで、全体的に軸方向の短縮が図られる。【選択図】図１
2005069151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、前記回転軸と同一軸心上に配設されエンジンとの間で駆動力を伝達する動力伝達手段と、前記回転軸と同一軸心上に配設され電源から電力を供給されることにより駆動力を発生する電動手段又は前記動力伝達手段から伝達される前記エンジンの駆動力により発電する発電手段の少なくともいずれかからなる電動発電手段と、前記回転軸と同一軸心上に配設され前記動力伝達手段又は前記電動発電手段の電動手段から伝達される駆動力により駆動されるコンプレッサとを備えた車両用補機装置において、
さらに、前記コンプレッサは、軸方向に延在して環状に配設される複数のシリンダと、前記シリンダ内を往復運動するピストンとを備え、前記電動発電手段の少なくとも一部は、前記コンプレッサの複数ある前記シリンダの径方向内側に配設されることを特徴とする車両用補機装置。
【請求項２】
前記電動発電手段は、前記電動手段であるモータ機能及び前記発電手段であるジェネレータ機能を備えるモータジェネレータであることを特徴とする請求項１記載の車両用補機装置。
【請求項３】
前記動力伝達手段は、前記エンジンの始動時には前記モータジェネレータをモータとして発生する駆動力を前記エンジンに伝達し、前記エンジンの運転時には前記エンジンの駆動力を前記モータジェネレータ及び前記コンプレッサに伝達し、前記エンジンの停止時には前記エンジンと前記モータジェネレータとの間の動力伝達を切断することを特徴とする請求項２記載の車両用補機装置。
【請求項４】
前記動力伝達手段は、前記エンジンの主軸に連動して回転するプーリと、前記プーリの内側に配設され前記プーリと前記回転軸とを断続する電磁クラッチとを備えていることを特徴とする請求項２乃至３記載の車両用補機装置。
【請求項５】
前記コンプレッサは、前記ピストンを往復運動させるとともにストローク量を可変できるピストン駆動手段を備える可変容量型コンプレッサであることを特徴とする請求項１記載の車両用補機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの始動、発電、コンプレッサを駆動するモータジェネレータとエアコン用コンプレッサを有する車両用補機装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両エンジンルームの省スペース化の要望に伴い、エンジンルーム内に設けられる車両用補機装置の小型化も強く望まれている。なお、本明細書で述べる車両用補機装置とは、少なくともエアコン用コンプレッサを有する装置を指すものとする。
【０００３】
また、アイドリング時にエンジンを停止する、いわゆるアイドルストップ車も増加している。このアイドルストップ車は、従来の補機類に加えて、アイドルストップ中にエアコン用コンプレッサを駆動するためのモータをさらに有している。
【０００４】
このため、アイドルストップ車の場合、省スペース化や軽量化の要望に反して、補機の増加に伴う占有スペースの増大や重量増加といった問題が生じてしまう。
【０００５】
そこで、電磁クラッチ（動力伝達手段）を介して、モータジェネレータ（電動発電手段）と圧縮機（コンプレッサ）とを同軸上に一体的に配設したコンパクトな車両用空調システムが特開２００２−２０５５３６号公報に開示されている。
【０００６】
この車両用空調システムは、アイドルストップ時に、電磁クラッチを開放することで、エンジンとモータジェネレータとの間の動力伝達を切断する。そして、モータジェネレータの発生する駆動力により、圧縮機を直接駆動して、エアコンを作動させる。さらに、エンジンの始動時には、電磁クラッチがモータジェネレータの発生する駆動力をエンジンに伝達することにより、エンジンを始動させる。エンジンの運転時には、電磁クラッチがエンジンの駆動力をモータジェネレータに伝達して、モータジェネレータで生じた電力を各部へ供給する。
【特許文献１】特開２００２−２０５５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、この車両用空調システムであっても、電磁クラッチ、モータジェネレータ及び圧縮機は、回転軸の軸方向に単に併設されているだけであるため、その軸方向長さは各補機の長さを加えたものとなり、非常に長い。従って、この車両用空調システムでは、装置の小型化を十分図れず、車両搭載上の制約も受けやすく実用上問題がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、省スペース性に優れた車両用補機装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、電動発電手段の少なくとも一部を、コンプレッサに環状に設けられた複数のシリンダの径方向内側に配設することを思いつき、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、請求項１に記載の車両用補機装置は、回転軸と、前記回転軸と同一軸心上に配設されエンジンとの間で駆動力を伝達する動力伝達手段と、前記回転軸と同一軸心上に配設され電源から電力を供給されることにより駆動力を発生する電動手段又は前記動力伝達手段から伝達される前記エンジンの駆動力により発電する発電手段の少なくともいずれかからなる電動発電手段と、前記回転軸と同一軸心上に配設され前記動力伝達手段又は前記電動発電手段の電動手段から伝達される駆動力により駆動されるコンプレッサとを備えた車両用補機装置において、さらに、前記コンプレッサは、軸方向に延在して環状に配設される複数のシリンダと、前記シリンダ内を往復運動するピストンとを備え、前記電動発電手段の少なくとも一部は、前記コンプレッサの複数ある前記シリンダの径方向内側に配設されることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の車両用補機装置は、請求項１に記載の車両用補機装置において、さらに、前記電動発電手段は、前記電動手段であるモータ機能及び前記発電手段であるジェネレータ機能を備えるモータジェネレータであることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の車両用補機装置は、請求項２に記載の車両用補機装置において、さらに、前記動力伝達手段は、前記エンジンの始動時には前記モータジェネレータをモータとして発生する駆動力を前記エンジンに伝達し、前記エンジンの運転時には前記エンジンの駆動力を前記モータジェネレータ及び前記コンプレッサに伝達し、前記エンジンの停止時には前記エンジンと前記モータジェネレータとの間の動力伝達を切断することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の車両用補機装置は、請求項２乃至３に記載の車両用補機装置において、さらに、前記動力伝達手段は、前記エンジンの主軸に連動して回転するプーリと、前記プーリの内側に配設され前記プーリと前記回転軸とを断続する電磁クラッチとを備えていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の車両用補機装置は、請求項１に記載の車両用補機装置において、さらに、前記コンプレッサは、前記ピストンを往復運動させるとともにストローク量を可変できるピストン駆動手段を備える可変容量型コンプレッサであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の車両用補機装置によれば、動力伝達手段、電動発電手段及びコンプレッサが同軸上に配設される。この際、電動発電手段の少なくとも一部が、コンプレッサを構成する軸方向に延在して環状に配設される複数のシリンダの径方向内側に配設されるため、コンプレッサと電動発電手段とが軸方向でオーバラップしている分、軸方向長さを短くできる。従って、本車両用補機装置は、コンプレッサと電動発電手段における、軸方向長さの短縮により、車両搭載に必要スペースを大幅に縮小することができる。さらに、電動発電手段は、コンプレッサの内部に一体的に構成されることになるため、ハウジングやフランジ等の部品点数を減らすことも可能となる。
【００１６】
請求項２に記載の車両用補機装置によれば、電動手段であるスタータと発電手段であるオルタネータとを一体化したので、それらを別々に設ける場合に比べ、大幅に部品点数を削減できる。従って、本車両用補機装置は、車両搭載に必要なスペースをより縮小することができるとともに、軽量化及びコスト低減もはかることもできる。
【００１７】
請求項３に記載の車両用補機装置によれば、エンジンの始動時には、動力伝達手段が、モータジェネレータの発生する駆動力をエンジンに伝達することにより、エンジンを始動させることができる。また、エンジン運転時には、動力伝達手段が、エンジンの駆動力をモータジェネレータに伝達することにより、モータジェネレータが発電する電力を、車両に搭載された各電気負荷に供給するとともに、バッテリを充電することができる。さらに、エンジン停止時には、エンジンとモータジェネレータとの間の動力伝達を切断することにより、モータジェネレータの発生する駆動力により、コンプレッサを直接駆動することができる。従って、このような動力伝達手段を設けることで、本発明の電動発電手段は、エンジンの始動機能、エンジンの運転時における発電機能及びエンジンの停止時におけるコンプレッサの駆動機能、つまり、アイドルストップ時におけるエアコン用コンプレッサの駆動機能を全て備えることが可能となる。そのため、新たに、スタータ、オルタネータ又はエアコン用コンプレッサの駆動用モータを設ける必要がなく、その分車両搭載に必要なスペースを縮小することができるとともに、車両への組み付け性も向上できる。
【００１８】
請求項４に記載の車両用補機装置によれば、電磁クラッチが、プーリの内側に配設されるため、動力伝達手段の軸方向長さを短くできる。従って、本車両用補機装置は、動力伝達手段における、軸方向長さの短縮により、車両搭載に必要なスペースをさらに縮小することができる。
【００１９】
請求項５に記載の車両用補機装置によれば、可変容量型コンプレッサは、ピストンのストローク量を可変することで連続的に冷媒の吐出量を変えられるため、モータジェネレータの駆動力を断続することで冷媒の吐出量を変える固定容量型コンプレッサに対し、モータジェネレータとの間に設けられるクラッチを削減できる。従って、本車両補機装置は、コンプレッサとモータジェネレータとの間のクラッチが削減でき、車両搭載に必要スペースをさらに縮小することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本実施形態における車両用補機装置は、アイドルストップ車に用いられるものであり、エンジンの始動機能と、発電機能と、エアコン用コンプレッサの駆動によるエアコン機能とを備えた車両用補機装置である。
【００２１】
本実施形態における車両用補機装置１の軸方向断面図を図１に、動作モード図を図２に示す。
【００２２】
まず、図１を参照して具体的構造について説明する。本実施形態における車両用補機装置１は、回転軸２と、プーリ３（動力伝達手段）と、斜板式可変容量型コンプレッサ４（コンプレッサ）と、モータジェネレータ５（電動発電手段）とを備えている。そして、プーリ３、斜板式可変容量型コンプレッサ４及びモータジェネレータ５は、回転軸２と同一軸心上に配設されている。
【００２３】
回転軸２は、複数の小径部と大径部とを有する円柱状の軸である。そして、一端部近傍の外周面は、後述する斜板式可変容量型コンプレッサ４のラグプレート４２とともに、軸受７、８を介してフロントハウジング４１と、また、他端部の外周面は、後述する軸受９を介してリヤハウジング４７とそれぞれ回転可能に支持されている。
【００２４】
プーリ３は、磁性材からなり、外円筒壁３１と、外円筒壁３１の内側に同心上に設けられる内円筒壁３２と、外円筒壁３１の内周面と内円筒壁３２の外周端部とを連結する環状の端板３３とから構成される。そして、内円筒壁３２の内周面は、ラジアル軸受６を介して、後述する斜板式可変容量型コンプレッサ４のフロントハウジング４１の外側端面に突設する、円筒状のボス部４１０の外周面に回転可能に支持されている。
【００２５】
このプーリ３は、電磁コイル３４０とクラッチ板３４１とからなる電磁クラッチ３４を、その内側に備えている。
【００２６】
電磁コイル３４０は、電線が環状に巻回されるソレノイドコイル３４０ａと、その内周面側、外周面側及び一端面側を一体的に覆う磁性材からなるヨーク３４０ｂとから構成される。プーリ３の外円筒壁３１、内円筒壁３２及び端板３３で囲まれた環状の中空部に、外円筒壁３１の内周面とヨーク３４０ｂの外周面との間及び内円筒壁３２の外周面とヨーク３４０ｂの内周面との間に、それぞれ微小な空隙を介して配設される。ヨーク３４０ｂがフロントハウジング４１の端面に固定される。
【００２７】
クラッチ板３４１は、磁性材からなる環状の吸着板３４１ａと、吸着板３４１ａと同心上に配設され、外周近傍の複数箇所を吸着板３４１ａに固定されるバネ板３４１ｂと、バネ板３４１ｂと一体に形成され、回転軸２の軸端部に嵌合する筒状の基部３４１ｃとから構成される。吸着板３４１ａは、プーリ３の端板３３を挟んで電磁コイル３４０と対向する側に、端板３３と微小な空隙を介して、プーリ３と同心上に配設される。
【００２８】
そして、制御装置（図略）が、電磁コイル３４０に電流を流すことにより電磁力が発生し、吸着板３４１ａが、バネ板３４１ｂに抗してプーリ３の端板３３側へ移動し、端板３３に吸着される。その結果、クラッチ板３４１とプーリ３とが接続され、回転軸２とプーリ３との間での動力の伝達が可能となる。ここで、電磁コイル３４０に流れる電流を遮断すると電磁力は失われ、プーリ３の端板３３に吸着していたクラッチ板３４１の吸着板３４１ａは、バネ板３４１ｂの付勢力によって端板３３から離隔する。その結果、クラッチ板３４１とプーリ３とが開放され、回転軸２とプーリ３との間での動力の伝達が切断される。
【００２９】
斜板式可変容量型コンプレッサ４は、フロントハウジング４１と、ラグプレート４２と、斜板４３と、ヒンジ部４４と、シリンダブロック４５と、ピストン４６と、リヤハウジング４７とから構成される。
【００３０】
フロントハウジング４１は、円筒状のボス部４１０と、ボス部４１０の外周端部から径方向外側に延在される端板４１１とを備えている。
【００３１】
ラグプレート４２は、円筒壁４２０と、円筒壁４２０の外周端部から径方向外側へ延在する端板４２１とを備えている。円筒壁４２０の内周面は、回転軸２の外周面に固定されている。円筒壁４２０の外周面は、ラジアル軸受７を介して、フロントハウジング４１のボス部４１０の内周面に、また、端板４２１の円筒壁４２０側端面は、スラスト軸受８を介して、フロントハウジング４１のボス部４１０に対向する側の端面にそれぞれ回転可能に支持されている。
【００３２】
斜板４３は、環状の構造体で、その中央にはガイド孔４３０が貫設され、外周縁部の両面には、後述するピストン４６を係留するシュー４３１が配設されている。そして、このガイド孔４３０を回転軸２に貫通させて配設される。
【００３３】
ヒンジ部４４は、ラグプレート４２の端板４２１の円筒壁４２０に対向する側の端面に固定され、斜板４３を回転軸２と同期回転させるとともに、回転軸２に対して傾動可能かつ軸方向に摺動可能に支持する。
【００３４】
シリンダブロック４５は、円筒状のセンターハウジング４５０と、センターハウジング４５０の内側に、内周面に沿って軸方向に延在して環状に配置される複数のシリンダ４５１とを備えている。そして、シリンダ４５１が開口する端面と対向する側の端面には、シリンダ４５１の径方向内側に凹部４５２が形成されている。また、シリンダブロック４５の中央には、回転軸２が挿通される貫通孔４５３が形成されている。
【００３５】
ピストン４６は、円筒状の構造体であり、一端部側が斜板４３のシュー４３１を介して係留され、他端部側がシリンダ４５１に往復運動可能に収納されている。
【００３６】
リヤハウジング４７は、外円筒壁４７０と、外円筒壁４７０の一端部を覆う底板４７１と、底板４７１の外円筒壁４７０側の端面中央に突設される内円筒壁４７２とを備えている。内円筒壁４７２の内周面は、ラジアル軸受９を介して、回転軸２の端部の外周面を回転可能に支持する。
【００３７】
そして、回転軸２の回転に伴って、ラグプレート４２及びヒンジ部４４を介して、斜板４３が回転する。斜板４３の外周縁部に配設されるシュー４３１を介して、各ピストン４６がシリンダ４５１内を往復運動し、冷媒を吸入、圧縮及び吐出する。さらに、斜板４３が収容される斜板室４３２内の圧力を、圧力制御弁（図略）により調整することで、斜板４３の傾斜角度を調整でき、その結果、ピストン４６のストローク量が変化し、圧縮された冷媒の吐出量を可変できる。
【００３８】
モータジェネレータ５は、ロータ５１と、ステータ５２とから構成される。
【００３９】
ロータ５１は、磁性材であるけい素鋼板を積層して構成され、端面の中央には、回転軸２が挿通される貫通孔５１０が配設されるとともに、その貫通孔５１０の周囲には、マグネット５１２が挿入される貫通孔５１１が形成されている。そして、貫通孔５１１にマグネット５１２が挿入された状態で、ロータ５１の両端面は、環状のエンドプレート５１３で覆われる。このエンドプレート５１３は、ピン５１４によりロータ５１の端面に固定される。ロータ５１は、貫通孔５１０に回転軸２を挿通した状態で、回転軸２に固定される。
【００４０】
ステータ５２は、磁性材であるけい素鋼板を積層して構成され、巻線５２０が巻回されるとともに、その中央には、回転軸２に固定されたロータ５１を配設する貫通孔５２１が形成されている。ステータ５２の外周面は、斜板式可変容量型コンプレッサ４のシリンダブロック４５に設けられた凹部４５２の内周面に固定されている。
【００４１】
モータジェネレータ５のロータ５１とステータ５２の一部とが、斜板式可変容量型コンプレッサ４のシリンダブロック４５に設けられた凹部４５２の内部に一体的に配設される。
【００４２】
そして、制御装置が、バッテリから取り出した直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータ５に供給することにより、モータジェネレータ５の巻線５２０に電流が流れ、この電流が、マグネット５１２からの磁束と鎖交することでトルクが発生する。つまり、モータジェネレータ５は、電動機として機能し駆動力を発生する。また、電磁クラッチ３４を有するプーリ３が、エンジンの駆動力を、モータジェネレータ５の回転軸２に伝達することにより、モータジェネレータ５のロータ５１が回転する。そして、ロータ５１に固定されるマグネット５１２からの磁束が、ある速度で巻線５２０と鎖交することで、交流の誘起電圧が発生する。つまり、モータジェネレータ５は、交流発電機として機能する。この交流電力を制御装置で直流に変換し、各電気負荷に供給するとともに、バッテリを充電する。
【００４３】
次に、図２を参照して具体的動作について説明する。動作モードとしては、始動モードと、発電・エアコンモードと、電動エアコンモードの３種類のモードがある。始動モードは、エンジンを停止状態から運転状態にするモードである。発電・エアコンモードは、エンジンが運転状態にあり、発電するとともに斜板式可変容量型コンプレッサ４によりエアコンを駆動するモードである。電動エアコンモードは、エンジンが停止状態にあり、斜板式可変容量型コンプレッサ４によりエアコンを駆動するモードである。
【００４４】
まず、始動モードについて説明する。この場合、制御装置により電磁クラッチ３４がオンされ、回転軸２とプーリ３との間での動力の伝達が可能となるとともに、モータジェネレータ５が駆動される。その結果、モータジェネレータ５の駆動力は、回転軸２からプーリ３を経て、ベルトを介してエンジンのクランクシャフト（主軸）に設けられたプーリ３に伝達され、エンジンが始動する。
【００４５】
次に発電・エアコンモードについて説明する。この場合、制御装置により電磁クラッチ３４がオンされ、回転軸２とプーリ３との間での動力の伝達が可能となる。その結果、運転状態にあるエンジンの駆動力は、クランクシャフトに設けられたプーリから、ベルトを介して車両用補機装置１のプーリ３を経て回転軸２に伝達され、モータジェネレータ５と斜板式可変容量型コンプレッサ４とが駆動される。これにより、モータジェネレータ５は、交流電力を発電し、この交流電力は、制御装置により直流に変換され、各電気負荷に供給されるとともに、バッテリに充電される。斜板式可変容量型コンプレッサ４は、斜板４３の傾斜角度を可変することで、圧縮された冷媒を最適量吐出する。
【００４６】
最後に電動エアコンモードについて説明する。この場合、制御装置により電磁クラッチ３４がオフされ、回転軸２とプーリ３との間での動力の伝達が切断される。その結果、エンジンのクランクシャフトと回転軸２との間での動力の伝達も切断される。この状態でエアコンを駆動する場合、制御装置によりモータジェネレータ５が駆動されることで、斜板式可変容量コンプレッサ４が駆動され、斜板４３の傾斜角度を可変することにより、圧縮された冷媒を最適量吐出する。
【００４７】
以上説明したように、モータジェネレータ５の一部が、斜板式可変容量型コンプレッサ４のシリンダ４５１の径方向内側に一体的に配設されるため、プーリ、コンプレッサ及びモータジェネレータを軸方向に併設する従来の車両用補機装置に比較し、軸方向長さを大幅に短縮することができる。その結果、車両エンジンルームの小型化の要望に対応した、省スペース性に優れた車両用補機装置を提供できる。さらに、モータジェネレータ５のロータ５１の外径も小さくなるため、慣性が低減され、電動エアコンモードにおける応答性も向上できる。
【００４８】
上記実施例では、電動発電手段は、電源から電力を供給されることにより駆動力を発生する電動手段であるモータと、エンジンの駆動力により発電する発電手段であるジェネレータとを備えるモータジェネレータ５であるが、これに限られるものではない。例えば、スタータやオルタネータ単体であってもよい。スタータやオルタネータの少なくとも一部が、コンプレッサの複数のシリンダの径方向内側に配設されれば、この場合と同様に、車両用補機装置の軸方向長さを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本実施例における軸方向断面図を示す。
【図２】本実施例における動作モード図を示す。
【符号の説明】
【００５０】
１  ・・・  車両用補機装置
２  ・・・  回転軸
３  ・・・  プーリ
３４  ・・・  電磁クラッチ
４  ・・・  斜板式可変容量型コンプレッサ
４２  ・・・  ラグプレート
４３  ・・・  斜板
４４  ・・・  ヒンジ部
４５  ・・・  シリンダブロック
４５１  ・・・  シリンダ
４５２  ・・・  凹部
４６  ・・・  ピストン
５  ・・・  モータジェネレータ
【図１】
2005069151.tif 000003
【図２】
2005069151.tif 000004