(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３を有するプーリ４と、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６とから構成される。そして、斜板式可変容量型コンプレッサ６のヒンジ部６１の全体と斜板６０の一部とが、モータジェネレータ５を構成する円筒状のロータ５２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、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６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
2005069150.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、前記電動発電手段は、前記回転軸とともに回転する円筒状のロータを備え、前記コンプレッサの少なくとも一部は、前記電動発電手段の前記ロータの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、シリンダと、前記シリンダ内を往復運動するピストンと、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とを備える可変容量型コンプレッサであって、前記ピストン駆動手段の少なくとも一部が前記モータジェネレータのロータの内側に配設されることを特徴とする請求項２乃至４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、コンプレッサの少なくとも一部を、電動発電手段に設けた円筒状のロータの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、前記電動発電手段は、前記回転軸とともに回転する円筒状のロータを備え、前記コンプレッサの少なくとも一部は、前記電動発電手段の前記ロータの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、前記電動発電手段が、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２乃至４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、シリンダと、前記シリンダ内を往復運動するピストンと、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とを備える可変容量型コンプレッサであって、前記ピストン駆動手段の少なくとも一部が前記モータジェネレータのロータの内側に配設され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、コンプレッサの少なくとも一部が、電動発電手段を構成する円筒状のロータの内側に配設されるため、電動発電手段とコンプレッサとが、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、電動発電手段とコンプレッサにおける、軸方向長さの短縮により、車両搭載に必要なスペースを大幅に縮小することができる。さらに、コンプレッサは、電動発電手段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のピストン駆動手段の少なくとも一部が、モータジェネレータのロータの内側に配設されるため、ロータとピストン駆動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。さらに、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、モータジェネレータと可変容量コンプレッサにおける、軸方向長さを短縮するとともに、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、電磁クラッチ３を有するプーリ４（動力伝達手段）と、モータジェネレータ５（電動発電手段）と、斜板式可変容量型コンプレッサ６（コンプレッサ）とを備えている。プーリ４は、電磁クラッチ３を介して、エンジンと回転軸２との間で駆動力の伝達を行う。モータジェネレータ５は、電源から電力が供給されることにより駆動力を発生し、プーリ４から伝達されるエンジンの駆動力により発電する。斜板式可変容量型コンプレッサ６は、プーリ４を介しエンジンから伝達される駆動力、又は、モータジェネレータ５から伝達される駆動力により駆動される。これらプーリ４、モータジェネレータ５及び斜板式可変容量型コンプレッサ６は、回転軸２と同一軸心上に配設されている。
【００２３】
プーリ４は、磁性材からなり、外円筒壁４０と、外円筒壁４０の内側に同心上に設けられる内円筒壁４１と、外円筒壁４０の内周面と内円筒壁４１の内周端部とを連結する環状の端板４２とから構成される。内円筒壁４１の内周面は、軸受９を介して、車両用補機装置１の筐体の一部を構成するフロントハウジング７の端面に突設する、円筒状のボス部７０の外周面に回転可能に支持されている。
【００２４】
電磁クラッチ３は、電磁力を発生するための電磁コイル３０と、電磁力により吸着されることで、回転軸２とプーリ４とを接続するクラッチ板３１とから構成される。
【００２５】
電磁コイル３０は、電線が環状に巻回されるソレノイドコイル３０ａ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３０ｂとから構成される。そして、プーリ４の外円筒壁４０、内円筒壁４１及び端板４２で囲まれた中空部に、外円筒壁４０の内周面とヨーク３０ｂの外周面との間及び内円筒壁４１の外周面とヨーク３０ｂ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。この時、ヨーク３０ｂは、フロントハウジング７の端面に固定される。
【００２６】
クラッチ板３１は、磁性材からなる環状の吸着板３１ａと、吸着板３１ａと同心上に配設され、外周近傍の複数箇所を吸着板３１ａに固定されるバネ板３１ｂと、バネ板３１ｂ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３１ｃとから構成される。クラッチ板３１の吸着板３１ａは、プーリ４の端板４２を挟んで電磁コイル３０と対向する側に、端板４２と微小な空隙を介して、プーリ４と同心上に配設される。
【００２７】
そして、制御装置（図略）が、電磁コイル３０に電流を流すことにより電磁力が発生し、クラッチ板３１の吸着板３１ａが、バネ板３１ｂに抗してプーリ４の端板４２側へ移動し、端板４２に吸着される。その結果、クラッチ板３１とプーリ４とが接続され、回転軸２とプーリ４との間での動力の伝達が可能となる。ここで、電磁コイル３０に流れる電流を遮断すると、電磁力は失われ、プーリ４の端板４２に吸着していたクラッチ板３１の吸着板３１ａは、バネ板３１ｂの付勢力によって端板４２から離隔する。その結果、クラッチ板３１とプーリ４とが開放され、回転軸２とプーリ４との間での動力の伝達が切断される。
【００２８】
モータジェネレータ５は、巻線５０と、ステータ５１と、回転軸２と、ロータ５２と、マグネット５４と、リヤハウジング８と、フロントハウジング７とから構成される。
【００２９】
ステータ５１は、磁性材であるけい素鋼板を積層して構成され、巻線５０が巻回されるとともに、径方向内側に向かって配設され、磁路を形成する複数の磁極部と、これら磁極部を連結し磁路を形成する筒状のヨークとを備えている。そして、その中心には、回転軸２及びロータ５２を配設する貫通孔が形成され、外周面は、リヤハウジング８の内周面に固定されている。
【００３０】
ロータ５２は、回転軸２に固定される円筒状のハブ５２ａと、ハブ５２ａの外周端部から径方向外側へ延在される端板５２ｂと、端板５２ｂの外周縁から軸方向へ延在される円筒壁５２ｃとから構成される。円筒壁５２ｃの外周面には、磁路を形成する、磁性材からなる円筒状のヨーク５３を介して、マグネット５４がヨーク５３の外周面を覆うように固定されている。ロータ５２のハブ５２ａの外周面は、ラジアル軸受１０を介して、フロントハウジング７のボス部７１の内周面に、また、ロータ５２の端板５２ｂの外端面は、スラスト軸受１１を介して、ボス部７１の端面にそれぞれ回転可能に支持されている。さらに、クラッチ板３１と嵌合する回転軸２の軸端部と対向する側の軸端部の外周面は、ラジアル軸受１２を介し、後述する斜板式可変容量型コンプレッサ６のシリンダブロック６２に設けられる貫通孔６２ｂの内周面に回転可能に支持されている。
【００３１】
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５０に電流が流れ、この電流が、マグネット５４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、モータとして機能し駆動力を発生する。また、電磁クラッチ３を有するプーリ４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５２が回転し、ロータ５２に固定されるマグネット５４からの磁束が、ある速度で巻線５０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、ジェネレータとして機能し発電する。発電された交流電力は、制御装置で直流に変換され、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。
【００３２】
斜板式可変容量型コンプレッサ６は、回転軸２と、斜板６０と、ヒンジ部６１と、シリンダブロック６２と、ピストン６３とから構成される。
【００３３】
斜板６０は、中心にガイド孔６０ａが貫設され、回転軸２に貫通して配設される。
【００３４】
ヒンジ部６１は、モータジェネレータ５の円筒状のロータ５２を構成する端板５２ｂの内端面に固定され、斜板６０を、回転軸２と同期回転させるとともに、回転軸２に対し傾動可能かつ軸方向に摺動可能に支持する。この斜板６０及びヒンジ部６１は、ピストン６３を往復運動させるとともに、そのストローク量を可変するために必要な部材である。
【００３５】
シリンダブロック６２は、環状に配置される複数のシリンダボア６２ａと、回転軸２の軸端部が挿通される貫通孔６２ｂとを備えている。貫通孔６２ｂの内周面は、ラジアル軸受１２を介して、回転軸２の軸端部の外周面を回転可能に支持している。そして、斜板６０を挟んでヒンジ部６１と対峙する側に配設され、その外周面は、リヤハウジング８の内周面に固定されている。
【００３６】
ピストン６３は、斜板６０の両面の外周縁部に設けられるシュー６０ｂを介して係留され、シリンダブロック６２に貫設されるシリンダボア６２ａに往復運動可能に収納される。
【００３７】
ヒンジ部６１が、モータジェネレータ５の円筒状のロータ５２を構成する端板５２ｂの内端面に固定されことにより、ピストン駆動部材である、ヒンジ部６１の全体と斜板６０の一部とが、モータジェネレータ５の円筒状のロータ５２の内側に配設されることとなる。斜板式可変容量型コンプレッサ６は、フロントハウジング７とリヤハウジング８とで囲まれる空間内に、モータジェネレータ５とともに一体的に配設される。
【００３８】
そして、回転軸２の回転に伴って、ロータ５２及びヒンジ部６１を介して、斜板６０が回転すると、シュー６０ｂを介して、各ピストン６３がシリンダボア６２ａ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６０が収容される斜板室６４内の圧力を、圧力制御弁（図略）により調整することで、斜板６０の傾斜角度を調整でき、その結果、ピストン６３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。
【００３９】
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、エンジンを停止状態から運転状態にする始動モードと、エンジンが運転状態にあり、発電するとともにコンプレッサによりエアコンを駆動する発電・エアコンモードと、エンジンが停止状態にあり、コンプレッサによりエアコンを駆動する電動エアコンモードの３種類のモードがある。
【００４０】
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、モータジェネレータ５が駆動されるとともに、電磁クラッチ３がオンされ、回転軸２とプーリ４との間での動力の伝達が可能となる。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４を経て、ベルトを介してエンジンの主軸に設けられたプーリに伝達され、エンジンが始動する。
【００４１】
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３がオンされ、回転軸２とプーリ４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、主軸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４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６とを駆動する。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６は、斜板６０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。
【００４２】
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３がオフされ、回転軸２とプーリ４との間での動力の伝達が切断されることにより、エンジンの主軸と回転軸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を駆動することで、斜板式可変容量コンプレッサが駆動され、斜板６０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。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態における車両用補機装置１は、回転軸２と同一軸心上に、電磁クラッチ３を有するプーリ４、モータジェネレータ５及び斜板式可変容量型コンプレッサ６が配設されるとともに、斜板式可変容量型コンプレッサ６のヒンジ部６１及び斜板６０の一部が、モータジェネレータ５を構成する円筒状のロータ５２の内側に一体的に配設されため、プーリ、モータジェネレータ及びコンプレッサ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可能となり、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。
【００４４】
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と、エンジンの駆動力により発電する発電手段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が円筒状のロータを備え、コンプレッサの少なくとも一部が、そのロータの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】
【００４５】
【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】
【００４６】
１  ・・・  車両用補機装置
２  ・・・  回転軸
３  ・・・  電磁クラッチ
４  ・・・  プーリ
５  ・・・  モータジェネレータ
６  ・・・  斜板式可変容量型コンプレッサ
７  ・・・  フロントハウジング
８  ・・・  リヤハウジング
９、１０、１１、１２  ・・・  軸受
【図１】
2005069150.tif 000003
【図２】
2005069150.tif 000004