(57)【要約】  提供されるのは、油圧パワーと電力とを効率的に供給し得るハイブリッドパワーモジュールである。ハイブリッドパワーモジュールは、エネルギーを回生し、後の使用のために貯蔵し得る。そのモジュールには、油圧ポンプを駆動するために、エンジンと電動モーターとが含まれている。電動モーターは、エンジン用のスターターモーターとして動作可能であり、かつ、エンジンと協働して油圧ポンプに動力供給し、油圧ポンプの動的反応性を向上させるアシストモーターとして動作可能である。モジュールはまた、エネルギー貯蔵ユニットを有し得る電源も含み、電動モーターは、電気エネルギーをエネルギー貯蔵ユニットに提供する発電機として動作し得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライブシャフトを有する電動モーターと、
出力シャフトを有するエンジンと、
前記ドライブシャフトにより直接駆動される油圧ポンプと、
前記エンジン出力シャフトを前記ドライブシャフトに連結させ、前記ドライブシャフトが前記エンジン出力シャフトよりも高回転速度で回転することを受動的に可能にするオーバーランニングクラッチと、
電源と、
前記電動モーター、前記エンジン、前記油圧ポンプ、及び前記電源に接続された、マスターコントローラーと、を備える、ハイブリッドパワーモジュール。
【請求項２】
前記ハイブリッドパワーモジュールが、前記電動モーターが前記エンジンを始動するためのスターターモーターとして動作し得るスターターモードと、前記エンジンが前記ドライブシャフトの回転に動力供給するのを、前記電動モーターがアシストするように動作し得るアシストモードとを有する、請求項１に記載のハイブリッドパワーモジュール。
【請求項３】
前記ハイブリッドパワーモジュールが、前記電動モーターが発電機として機能し、それにより、前記エンジン出力シャフトの運動エネルギーが電力に変換される回生モードを更に有する、請求項２に記載のハイブリッドパワーモジュール。
【請求項４】
前記電源が、エネルギーを受容し貯蔵するよう構成されたエネルギー貯蔵ユニットを備え、かつ、発電機として機能する前記電動モーターにより生成された前記電力が、前記エネルギー貯蔵ユニットにより貯蔵される、請求項３に記載のハイブリッドパワーモジュール。
【請求項５】
前記エネルギー貯蔵ユニットは、少なくとも１つの蓄電池と、少なくとも１つのウルトラキャパシタとを含むハイブリッドエネルギー貯蔵ユニットである、請求項４に記載のハイブリッドパワーモジュール。
【請求項６】
ドライブシャフトを有する電動モーターと、
出力シャフトを有するエンジンと、
ドリブンシャフトを有する油圧ポンプと、
前記エンジン出力シャフト、前記電動モータードライブシャフト、及び前記油圧ポンプの前記ドリブンシャフトを互いに接続する、ディフェレンシャルギアアッセンブリと、
電源と、
前記電動モーター、前記エンジン、前記油圧ポンプ、及び前記電源に接続された、マスターコントローラーと、を備える、ハイブリッドパワーモジュール。
【請求項７】
前記ハイブリッドパワーモジュールが、前記電動モーターが前記エンジンを始動するためのスターターモーターとして動作し得るスターターモードと、前記エンジンが前記油圧ポンプの前記ドリブンシャフトの回転に動力供給するのを、前記電動モーターがアシストするように動作し得るアシストモードとを有する、請求項６に記載のハイブリッドパワーモジュール。
【請求項８】
前記ハイブリッドパワーモジュールが、前記電動モーターが発電機として機能し、それにより、前記エンジン出力シャフトの運動エネルギーが電力に変換される回生モードを更に有する、請求項７に記載のハイブリッドパワーモジュール。
【請求項９】
前記電源がエネルギーを受容し貯蔵するよう構成されたエネルギー貯蔵ユニットを備え、かつ、前記電動モーターが、前記エネルギー貯蔵ユニットにより貯蔵される電気エネルギーを提供する発電機として選択的に動作可能である、請求項８に記載のハイブリッドパワーモジュール。
【請求項１０】
前記エネルギー貯蔵ユニットは、少なくとも１つの蓄電池と、少なくとも１つのウルトラキャパシタとを含むハイブリッドエネルギー貯蔵ユニットである、請求項９に記載のハイブリッドパワーモジュール。
【請求項１１】
前記電動モーターの前記ドライブシャフトに関連付けられたブレーキを更に備える、請求項６に記載のハイブリッドパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]
本発明は、一般的にはハイブリッドエネルギー源の分野に関し、より具体的には、さまざまな負荷にわたり、油圧出力と電力出力との間でパワー供給の動作効率性と柔軟性とを高めたハイブリッドパワーシステム及びモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]
トヨタプリウス及びシボレーボルトのようなハイブリッド電気自動車の登場により、内燃機関とバッテリー駆動式電動モーターとを動力を供給するために用いるハイブリッドパワーシステムの、数多くの例が提供されてきた。これらのシステムは、動力を供給するために、必要に応じて、電動モーターのみに依存して、又は、内燃機関のみに依存して、又は、電動モーターと内燃機関との両方の出力の組み合わせに依存するように設計されている。これらのシステムは、クルージング走行中には内燃機関により駆動され、かつ回生制動中には車両の運動量により駆動され得る発電機を内蔵し、バッテリーを充電するために用いられる電気を発生するようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]
必要とされるのは、油圧パワーと電力とを、動力を供給するために供給することが可能なハイブリッドパワーシステムである。また必要とされるのは、ハイブリッドパワーシステムという文脈でのエネルギー貯蔵効率性の改善である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]
本発明によれば、ハイブリッドパワーモジュールが、油圧パワーと電力との両方を効率的に供給するよう構成される。ハイブリッドパワーモジュールは、エネルギーを再生し、後で使用するために貯蔵し得る。
【０００５】
[0005]
１つの実施形態においては、ハイブリッドパワーモジュールは、ドライブシャフトを有する電動モーターと、出力シャフトを有するエンジンと、ドライブシャフトにより直接駆動される油圧ポンプと、エンジン出力シャフトをドライブシャフトに連結させるオーバーランニングクラッチと、を備え、そのクラッチは、ドライブシャフトが、エンジンの出力シャフトよりも高回転速度で回転することを受動的に可能にする。モジュールは、エネルギー貯蔵ユニットを含み得る電源を更に備える。モジュールはまた、電動モーター、エンジン、油圧ポンプ、及び電源に接続された、マスターコントローラーをも備える。電動モーターは、エンジン用のスターターモーターとして動作可能であり、かつ油圧ポンプの動的反応性を改善するためにエンジンがドライブシャフトを駆動するのを助けるアシスト又はブーストモーターとしても動作可能である。モジュールのデューティーサイクルが許す場合には、電動モーターは、電気エネルギーをエネルギー貯蔵ユニットに供給する発電機として動作し得る。エネルギー貯蔵ユニットは、例えば、バッテリー／ウルトラキャパシタハイブリッドエネルギー貯蔵ユニットとして構成され得る。
【０００６】
[0006]
代替的な１つの実施形態においては、ハイブリッドパワーモジュールは、エンジン出力シャフト、電動モータードライブシャフト、及び油圧ポンプのドリブンシャフトを互いに接続する、ディフェレンシャルギアアッセンブリを備える。
【０００７】
[0007]
本発明は、油圧力及び電力を含む、ハイブリッド動力を供給する。本発明は、ＲＭＳパワーデューティー用途に、高いピークパワーを適用した場合に効率性を高める、高速レスポンスの双方向エネルギー貯蔵を、任意追加的に提供する。本発明は、可動自律システム（すなわち、可動ロボット）用の高効率動力源として用いられ得る。当業者であれば、本発明が自律システムを超えて、広範に応用可能であることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
[0008]
本発明の特質及び動作モードは、添付の図面を参照しつつ、以下に示す本発明の詳細な説明により良く説明されるであろう。
【図１】[0009]  本発明の第１の実施形態によって形成されたハイブリッドパワーモジュールの模式的ブロック図である。
【図２】[0010]  図１に示すハイブリッドパワーモジュールの、時間に対する油圧パワー出力のグラフである。
【図３】[0011]  本発明の第２の実施形態によって形成されたハイブリッドパワーモジュールの模式的ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0012]
図１は、本発明の第１の実施形態によって形成されたハイブリッドパワーモジュール１０を示す。ハイブリッドパワーモジュール１０は、動力を供給するために油圧パワー３０及び電力３２の両方を供給するよう構成されている。図示されている実施形態においては、モジュール１０は、ドライブシャフト１４を有する電動モーター１２と、出力シャフト１８を有するエンジン１６と、ドライブシャフト１４により直接駆動される油圧ポンプ２０と、を一般に備える。有利な直接駆動式構成においては、電動モーター１２及びポンプ２０は、共通シャフトとしてドライブシャフト１４を共有し得る。ハイブリッドパワーモジュール１０はまた、エンジン出力シャフト１８をドライブシャフト１４に直接結合する、オーバーランニング（すなわち、フリーホイール）クラッチ２２をも備えるが、エンジン１６は、エネルギー変換ロスなしで油圧ポンプ２０に動力を供給するために動作可能である。クラッチ２２は、ソレノイド又はその他の類似の手段により、惰性回転方向に、逆回転トルクを流すのを追加的に可能にするよう作動され得る。第１の実施形態のモジュール１０は、電源２４とマスターコントローラー２６とを更に備え、マスターコントローラー２６は、電動モーター１２、エンジン１６、油圧ポンプ２０、及び電源２４に接続されている。
【００１０】
[0013]
電動モーター１２は、例えばブラシレスＤＣモーター又はリラクタンス型モーターのような、センサーレスでの整流用に設計されたモーターであり得る。図１の実施形態においては、電動モーター１２は、エンジン１６用のスターターモーターとして、エンジン１６が油圧ポンプ２０に動力供給するのをアシストするための「ブースト」又はアシストモーターとして、及び発電機として動作可能である。電動モーター１２が、エンジン１６用のスターターモーターとして用いられる場合には、クラッチ２２が、ドライブシャフト１４をエンジン出力シャフト１８にロックする。電動モーター１２が、エンジン１６をアシストするためのアシストモーターとして用いられる場合、クラッチ２２は、ドライブシャフト１４がエンジン出力シャフト１８よりも速い回転速度で回転するのを、受動的に可能にするが、その際に電動モーターは、油圧ポンプ２０を介して油圧パワーを供給する際のモジュール１０の動的反応を、エンジン１６だけから得られる動的反応と比較して押し上げるために用いられ得る。電動モーター１２をブーストモーターとして用いることの利点が、図２にグラフで示されている。この機能により、モジュール１０が油圧供給圧をより広い帯域幅で管理するのが可能になるということが理解できるであろう。電動モーター１２に関係する動力の流れは、両方向のものであり得るが、そこでは電動モーターは、アシストモーターと発電機との両方として動作し得る。電動モーター１２が発電機として動作する場合には、ポンプ２０での動力需要が低いことに反応して、素早くエンジン１６を減速させることが可能であり、ポンプに動力供給するのが必要でないため、本来そのためのエネルギーが電気エネルギーに変換され、かつ／又は後の使用のために貯蔵され得るが、これについては以下により詳細に説明する。
【００１１】
[0014]
エンジン１６は、任意の機械的原動機であり得る。非限定的な例として、エンジン１６は、炭化水素燃料系の内燃機関、タービンユニット、又はマイクロタービンユニットであり得る。エンジン１６は、マスターコントローラー２６からのコマンド信号により制御され得るが、エンジン１６は、エンジンの動作状況に関してフィードバックをマスターコントローラー２６に提供するためのセンサー２８を含み得る。例えば、エンジン１６は炭化水素燃料系の内燃機関として実施し得るが、燃料の計量は、マスターコントローラー２６からのコマンドと、マスターコントローラー２６に配線接続されたエンジンセンサー２８により提供され得るフィードバック信号とにより直接制御される。
【００１２】
[0015]
油圧ポンプ２０は、機械的動力を油圧パワー３０に変換し、その油圧パワー３０は、モジュール１０により出力される。本発明の１つの実施形態においては、油圧ポンプ２０は、排水量可変型の油圧ポンプであり得るが、その場合、ドライブシャフト１４が１回転するごとに送出される流体の堆積は、マスターコントローラー２６から出されるコマンドにより変化させることができる。排水量可変型の油圧ポンプを用いることは複雑さをもたらす一方で、動的反応性を更に向上させ、動力のロスを減らすように動作パラメーターを最適化するのを可能にする。
【００１３】
[0016]
有利なことに電源２４は、エネルギーを受容し貯蔵するよう構成されたエネルギー貯蔵ユニットを備え得る。また電動モーター１２は、エネルギー貯蔵ユニットに貯蔵される電気エネルギーを提供する発電機として、選択的に動作可能である。エネルギー貯蔵ユニットは、少なくとも１つの蓄電池と、少なくとも１つのウルトラキャパシタとを含む、ハイブリッドのエネルギー貯蔵ユニットであり得る。一例として、電動モーター１２が、エンジン１６用のスターターモーターとして動作する、スターターモードである場合には、蓄電池からの動力に主として依存し得るが、電動モーター１２が、エンジン１６用のアシストモーターとして動作するブーストモードである場合には、ウルトラキャパシタからの動力に主として依存し得る。
【００１４】
[0017]
例示された実施形態においては、マスターコントローラー２６が、油圧パワー３０と電力３２との供給を、それぞれモジュール１０の出力として管理し、更に、電動モーター１２から電源２４のエネルギー貯蔵ユニットへの、回生電力の供給を管理する。マスターコントローラー２６は、油圧パワー３０及び電力３２のフィードフォワード需要を満たすようにモジュール１０が最適化されるようにデータ通信するために、ハイブリッドパワーモジュール１０によって動力供給される全体の機械（動力消費部）に接続され得る。
【００１５】
[0018]
ハイブリッドパワーモジュール１０は、さまざまな選択可能な動作モードを有するということが理解され得るであろう。モジュール１０は、油圧パワーが電動モーター１２のみにより提供され、エンジン１６が停止されている、純粋電気モードで動作し得る。モジュール１０は、電動モーター１２がエンジン１６を始動するためのスターターモーターとして動作し得るスターターモードと、油圧ポンプ２０の動的反応性を向上させるため、エンジン１６がドライブシャフト１４の回転に動力供給するのを、電動モーター１２がアシストするよう動作し得るアシストモードとを有し得る。ハイブリッドパワーモジュール１０はまた、電動モーター１２が発電機として機能し、それにより、エンジン出力シャフト１８の運動エネルギーが電力に変換され、電源２４のエネルギー貯蔵ユニットにより貯蔵される回生モードも有し得る。
【００１６】
[0019]
図３は、本発明の第２の実施形態によって形成されたハイブリッドパワーモジュール４０を示す。ハイブリッドパワーモジュール４０は、ドライブシャフト１４を有する電動モーター１２と、出力シャフト１８を有するエンジン１６と、油圧ポンプ２０と、電源２４と、マスターコントローラー２６とを備えるという点で、第１の実施形態のハイブリッドパワーモジュール１０に概ね類似している。第１の実施形態とは対照的に、油圧ポンプ２０は、それ自身のドリブンシャフト４２を有し、ドライブシャフト１４を電動モーター１２と共有していない。
【００１７】
[0020]
ハイブリッドパワーモジュール４０は、エンジン１６、モーター１２、及び油圧ポンプ２０の間で動力のフローを調整するための、ディフェレンシャルギアアッセンブリ４４を備える。ディフェレンシャルギアアッセンブリ４４は、エンジン出力シャフト１８と、電動モータードライブシャフト１４と、油圧ポンプ２０のドリブンシャフト４２とを互いに機械的に接続する。ブレーキ４６が、電動モーター１２のドライブシャフト１４に関連付けられている。
【００１８】
[0021]
第１の実施形態のハイブリッドパワーモジュール１０と同様に、ハイブリッドパワーモジュール４０は、さまざまな選択可能な動作モードを有する。モジュール４０は、油圧パワーが電動モーター１２のみにより提供され、エンジン１６が停止されている、純粋電気モードで動作し得る。モジュール４０は、電動モーター１２がエンジン１６を始動するためのスターターモーターとして動作し得るスターターモードと、油圧ポンプ２０の動的反応性を向上させるため、エンジン１６が油圧ポンプドリブンシャフト４２の回転に動力供給するのを、電動モーター１２がアシストするよう動作し得るアシストモードとを有し得る。ハイブリッドパワーモジュール４０はまた、電動モーター１２が発電機として機能し、それにより、エンジン出力シャフト１８の運動エネルギーが電力に変換され、電源２４のエネルギー貯蔵ユニットにより貯蔵される回生モードも有し得る。
【００１９】
[0022]
ここまで本発明を、例示的な実施形態に関連させて説明してきたが、この詳細な説明は、本発明の範囲を、記載された特定の形態に限定することを意図してはいない。本発明は、説明された実施形態の代替例、修正例、及び均等物を、本発明の精神と範囲との中に含まれ得るようにカバーするように意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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