(57)【要約】【課題】変速装置を介してのエンジン駆動及びモータ駆動が可能な回転機械の駆動源の使い分けを提示する。【解決手段】変速装置６を介して圧縮機２１をエンジン３又はモータジェネレータ４の一方或いは双方で駆動する圧縮機駆動システム１において、変速時には前記エンジン３からの動力伝達を切断し、前記モータジェネレータ４からの動力伝達を行う。また、前記圧縮機２１は、前記モータジェネレータ４と前記エンジン３とのパラレルハイブリッドで駆動される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変速装置を介して回転機械をエンジン又はモータの一方或いは双方で駆動する回転機械駆動システムにおいて、
変速時には前記エンジンからの動力伝達を切断し、前記モータからの動力伝達を行うことを特徴とする回転機械駆動システム。
【請求項２】
請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、
前記モータは、モータジェネレータであることを特徴とする回転機械駆動システム。
【請求項３】
請求項２記載の回転機械駆動システムにおいて、
前記回転機械は、前記モータジェネレータと前記エンジンとのパラレルハイブリッドで駆動されることを特徴とする回転機械駆動システム。
【請求項４】
請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、
前記モータは、外部電源によって駆動することを特徴とする回転機械駆動システム。
【請求項５】
請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、
前記変速装置は、増速駆動することを特徴とする回転機械駆動システム。
【請求項６】
請求項２記載の回転機械駆動システムにおいて、
前記モータジェネレータは、回転機械の回転数が低減したときには、エネルギー回生することを特徴とする回転機械駆動システム。
【請求項７】
請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、
前記回転機械は、始動時には前記モータで駆動され、前記回転機械が所定回転数に達したときには、前記エンジンで駆動されることを特徴とする回転機械駆動システム。
【請求項８】
請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、
前記エンジンは、前記変速装置のシフトに応じて燃料噴射量を所定量増減することを特徴とする回転機械駆動システム。
【請求項９】
請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、
前記エンジンは、前記回転機械の回転負荷に応じてエンジン回転数が制御されることを特徴とする回転機械駆動システム。
【請求項１０】
請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、
前記エンジンは、前記変速装置の相対回転数が所定率以下で変速されるようにエンジン回転数が制御されることを特徴とする回転機械駆動システム。
【請求項１１】
請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、
前記変速装置は、自動切換え機構であることを特徴とする回転機械駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変速装置を介して回転機械をエンジン又はモータの一方或いは双方で駆動する回転機械駆動システムの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、変速装置を介して回転機械をエンジン又はモータの一方或いは双方で駆動する回転機械駆動システムの技術は公知となっている。回転機械とは、回転部が駆動されることにより流体の移送および圧力変化を行う機械である。具体的な回転機械としては、例えば冷媒圧縮機、油圧ポンプ等が挙げられる。
特許文献１は、冷凍サイクルの空気圧縮機をＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳＬＹ  ＶＡＲＩＡＢＬＥ  ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ（ＣＶＴ）や２段変速装置を介してエンジンで駆動する構成、並びにモータで駆動するシステムを開示している。
【特許文献１】特開平９−１０９６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１のシステムは、エンジン駆動とモータ駆動の切替え又は双方による駆動が可能であることを開示するのみであって、駆動源の使い分けまでは提示していない。
そこで、解決しようとする課題は、変速装置を介してのエンジン駆動及びモータ駆動が可能な回転機械の駆動源の使い分けを提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００５】
即ち、請求項１においては、変速装置を介して回転機械をエンジン又はモータの一方或いは双方で駆動する回転機械駆動システムにおいて、変速時には前記エンジンからの動力伝達を切断し、前記モータからの動力伝達を行うものである。
【０００６】
請求項２においては、請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、前記モータは、モータジェネレータであるものである。
【０００７】
請求項３においては、請求項２記載の回転機械駆動システムにおいて、前記回転機械は、前記モータジェネレータと前記エンジンとのパラレルハイブリッドで駆動されるものである。
【０００８】
請求項４においては、請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、前記モータは、外部電源によって駆動するものである。
【０００９】
請求項５においては、請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、前記変速装置は、増速駆動するものである。
【００１０】
請求項６においては、請求項２記載の回転機械駆動システムにおいて、前記モータジェネレータは、回転機械の回転数が低減したときには、エネルギー回生するものである。
【００１１】
請求項７においては、請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、前記回転機械は、始動時には前記モータで駆動され、前記回転機械が所定回転数に達したときには、前記エンジンで駆動されるものである。
【００１２】
請求項８においては、請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、前記エンジンは、前記変速装置のシフトに応じて燃料噴射量を所定量増減するものである。
【００１３】
請求項９においては、請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、前記エンジンは、前記回転機械の回転負荷に応じてエンジン回転数が制御されるものである。
【００１４】
請求項１０においては、請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、前記エンジンは、前記変速装置の相対回転数が所定率以下で変速されるようにエンジン回転数が制御されるものである。
【００１５】
請求項１１においては、請求項１記載の回転機械駆動システムにおいて、前記変速装置は、自動切換え機構であるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１７】
請求項１においては、エンジン駆動で変速するには回転差を吸収するクラッチが必要となるが、モータ駆動で変速を行うため回転差をモータで吸収できる。つまり、クラッチ、或いはシンクロメッシュ機構のような同期機構を省略して変速装置のコンパクト化を図ることができる。
【００１８】
請求項２においては、モータがモータジェネレータであるため、エンジン駆動中は補機を駆動する電源を得ることができる。また、生成した電力をバッテリーへ蓄電することもできる。
【００１９】
請求項３においては、回転機械をモータジェネレータとエンジンとのパラレルハイブリッドで駆動するため、モータジェネレータ及びエンジンを小型化できる。つまり、低燃費の回転機械駆動システムを実現できる。同時に、インバータ及びバッテリー等も小型化できる。
【００２０】
請求項４においては、モータが外部電源で駆動するため、低騒音の回転機械駆動システムを実現できる。また、例えば夜間電力を利用することで、ランニングコストを低減できる。
【００２１】
請求項５においては、例えば回転機械駆動システムをコンテナ用冷凍装置に用いる場合には、冷媒循環量を増加させることができ、荷積み前のプルダウン時間を短縮できる。
【００２２】
請求項６においては、エネルギー回生による電力をバッテリーへ蓄電することができる。
【００２３】
請求項７においては、エンジンにとって燃費の悪い始動時から所定回転数までの低回転域をモータで駆動するため、低燃費の回転機械駆動システムを実現できる。
【００２４】
請求項８においては、変速装置のシフトに伴うエンジン負荷の増減に対して、適正な燃料噴射量制御を実行できる。
【００２５】
請求項９においては、回転機械の回転負荷に応じてエンジン回転数を適正に制御できる。
【００２６】
請求項１０においては、エンジン回転数を制御して相対回転数を所定回転率以下にするため、変速時のスリップを防止できる。
【００２７】
請求項１１においては、変速装置が自動切換え機構である回転機械駆動システムにおいて、請求項１に記載の効果が得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係る圧縮機駆動システムの全体的な構成を示す構成図、図２は同じく圧縮機駆動システムの変速を示すテーブル図及びタイムチャート図、図３は同じく圧縮機駆動システムの運転を示すタイムチャート図である。図４は同じく圧縮機駆動システムの変速時の相対回転数及び燃料噴射量を示すタイムチャート図である。
【００２９】
まず、図１を用いて、本発明の実施例として冷凍コンテナ装置２に備えられる回転機械駆動システムとしての圧縮機変速駆動システム１について、簡単に説明する。
圧縮機変速駆動システム１は、エンジン３と、モータ及び発電機として機能するモータジェネレータ４と、変速装置６と、外部電源系統７と、コントローラ１００と、を備えて構成されている。
【００３０】
エンジン３は、ディーゼルエンジンであって、エンジン出力軸６３を備えて構成されている。
モータジェネレータ４は、モータとジェネレータとが可逆であり兼用されるモータであって、モータ出力軸６４を備えて構成されている。また、モータジェネレータ４は、圧縮機２１を駆動している際に、圧縮機回転数の低減によって、エネルギー回生することができる。
【００３１】
変速装置６は、エンジン出力軸６３と、圧縮機出力軸６２と、エンジン出力軸６３と圧縮機出力軸６２との間に介装されるギヤ比が１９：２１である減速ギヤ連６５並びにギヤ比が２４：１６である増速ギヤ連６６と、減速ギヤ連６５、増速ギヤ連６６、又は両者の間に位置した中立を切換えるシフター６７と、を備えて構成されている。シフター６７は、ソレノイド又はモータ等により駆動され、コントローラ１００によって自動的に切換えられる。また、圧縮機出力軸６２とモータ出力軸６４との間には、ギヤ比２．５の増速ギヤ連６８が介装されている。なお、変速装置６において、減速ギヤ連６５、増速ギヤ連６６、及び増速ギヤ連６８のギヤ比は、本実施例に限定されるものではない。
【００３２】
変速装置６において、変速とは、減速ギヤ連６５又は増速ギヤ連６６から他方のギヤにシフトすることをいう。また、シフトとは、変速装置６が減速ギヤ連６５、増速ギヤ連６６、又は中立のうちのいずれから他の一つに切換えられることをいう。さらに、減速ギヤ連６５及び増速ギヤ連６６の回転数とは、エンジン出力軸６３側のギヤの回転数をいうものとする。
【００３３】
外部電気系統７は、直流回路で構成され、ダイオード等で構成される整流器７２を介して三相交流の外部商用電源を取り入れる外部電源プラグ７１と、Ｄ／Ｄコンバータ７４を介するバッテリー７３と、インバータ７６を介して電力が供給される凝縮器ファン２５と、インバータ７５を介して電力が供給される蒸発器ファン２６と、インバータ７７を介して電力が供給されるモータジェネレータ４と、を接続して構成されている。インバータ７５・７６・７７は、それぞれスイッチング素子７５ａ・７６ａ・７７ａ、ダイオード７５ｂ・７６ｂ・７７ｂを備え、直流を交流に変換する装置である。
【００３４】
冷凍コンテナ装置２は、冷媒を吸入して吐出する回転機械としての圧縮機２１と、吐出された高温・高圧冷媒を凝縮させる凝縮器２２と、凝縮器２２を室外空気と熱交換させる凝縮器ファン２５と、凝縮した冷媒を絞り膨張する膨張弁２３と、２層流の冷媒を蒸発させる蒸発器２４と、蒸発器２４をコンテナ内空気と熱交換させる蒸発器ファン２６と、を接続して構成されている。また、圧縮機２１の吐出側には高圧センサー９１、吸入側には低圧センサー９２が設けられている。
【００３５】
コントローラ１００は、圧縮機変速駆動システム１によって、圧縮機２１を駆動する機能を有する。また、コントローラ１００は、モータジェネレータ４と、シフター６７と、外部電源系統７の各装置と、高圧センサー９１と、低圧センサー９２とに接続され構成されている。さらに、コントローラ１００は、高圧センサー９１と低圧センサー９２からの検出信号に基づいて、回転負荷としての圧縮機２１の高低圧差を検出することができる。
【００３６】
このような構成とすることで、モータジェネレータ４は外部電源で駆動するため、低騒音の圧縮機変速駆動システム１を実現できる。また、夜間電力を利用することで、冷凍コンテナ装置２のランニングコストを低減できる。
また、増速ギヤ連６６を用いることで、冷凍コンテナ装置２の冷媒循環量を増加させることができる。例えば、コンテナ内空気が十分に低くなったときの冷媒循環量の増加、或いは荷積み前のプルダウン時間を短縮できる。
【００３７】
次に、図２を用いて、圧縮機変速駆動システム１の変速について説明する。
本実施例の圧縮機変速駆動システム１は、変速時にはエンジン３からの動力伝達（以下、エンジン駆動）を切断し、モータジェネレータ４からの動力伝達（以下、モータ駆動）によって圧縮機２１を運転する。また、以下のタイムチャート図において、網がけ部分は、モータ駆動による圧縮機２１の運転を表している。なお、本実施例において、エンジン３の定格回転数は２５００ｒｐｍとしている。
【００３８】
図２に示すように、変速装置６が減速ギヤ連６５にシフトされているエンジン駆動について説明する。圧縮機２１は、エンジン３の出力回転が２５００ｒｐｍであるため、減速ギヤ連６５によって減速され２２６２ｒｐｍで運転される。また、モータジェネレータ４は、増速ギヤ連６８によって５６５５ｒｐｍで運転され、ジェネレータとして電力を生成する。一方、シフトされていない増速ギヤ連６６は、圧縮機２１が２２６２ｒｐｍであるため、１５０８ｒｐｍとなる。このとき、エンジン３に対する増速ギヤ連６６の回転数差は−９９２ｒｐｍとなる。
【００３９】
また、変速装置６が中立とされているモータ駆動について説明する。エンジン３は２５００ｒｐｍのまま駆動されている。モータジェネレータ４は、モータとして５６５５ｒｐｍから９３７５ｒｐｍに増速され、圧縮機２１は、増速ギヤ連６８によって、２２６２ｒｐｍから３７５０ｒｐｍに増速される。ここで、モータジェネレータ４がモータとして増速する前は、減速ギヤ連６５は２５００ｒｐｍ、増速ギヤ連６６は１５０８ｒｐｍとなる。このとき、エンジン３に対する増速ギヤ連６６の回転数差は−９９２ｒｐｍ、減速ギヤ連６５の回転数差は０ｒｐｍとなる。
一方、モータジェネレータ４がモータとして増速した後は、減速ギヤ連６５は４１４５ｒｐｍ、増速ギヤ連６６は２５００ｒｐｍとなる。このとき、エンジン３に対する増速ギヤ連６６の回転数差は０ｒｐｍ、減速ギヤ連６５の回転数差は＋１６４５ｒｐｍとなる。
【００４０】
さらに、変速装置６が増速ギヤ連６６にシフトされているエンジン駆動について説明する。圧縮機２１は、エンジン３が２５００ｒｐｍであるため、増速ギヤ連６６によって３７５０ｒｐｍで運転される。また、モータジェネレータ４は、増速ギヤ連６８によって９３７５ｒｐｍで運転され、ジェネレータとして電力を生成する。一方、シフトされていない減速ギヤ連６５は、圧縮機２１が３７５０ｒｐｍであるため、４１４５ｒｐｍとなる。このとき、エンジン３に対する増速ギヤ連６６の回転数差は＋１６４５ｒｐｍとなる。
【００４１】
このような構成とすることで、エンジン駆動で変速するには回転差を吸収するクラッチが必要となるが、モータ駆動で変速を行うため回転差をモータで吸収できる。つまり、クラッチ、或いはシンクロメッシュ機構のような同期機構を省略して変速装置６のコンパクト化を図ることができる。
また、モータジェネレータ４は、エンジン駆動中の生成した電力を、凝縮器ファン２５及び蒸発器ファン２６に供給する、或いはバッテリー７３へ蓄電することができる。
【００４２】
次に、図３を用いて、圧縮機変速駆動システム１による圧縮機２１の運転制御について説明する。図３において、横軸は時系列、縦軸は圧縮機回転数を表している。
【００４３】
まず、冷凍コンテナ装置２を作動させるために、コントローラ１００は、圧縮機２１をモータ駆動によって起動し、圧縮機２１が所定回転数に達すれば減速ギヤ連６５によってエンジン駆動に切換える（図３におけるａ）。本実施例では、所定回転数をエンジン定格回転数２５００ｒｐｍの１／２である１２５０ｒｐｍとしている。
このようにして、エンジン３にとって燃費の悪い始動時から所定回転数までの低回転域をモータジェネレータ４で駆動するため、低燃費の圧縮機変速駆動システム１を実現できる。
【００４４】
次に、コントローラ１００は、圧縮機２１をエンジン定格回転数２５００ｒｐｍに対して減速ギヤ連６５によって２２６２ｒｐｍで運転する。このとき、コントローラ１００は、回転負荷としての圧縮機２１の高低圧差に基づいてエンジン回転数を制御する（図３におけるｂ）
このようにして、圧縮機２１の回転負荷としての圧縮機２１の高低圧差に基づいてエンジン回転数を適正に制御できる
【００４５】
次に、急速に冷却する場合や負荷増加した場合等では、コントローラ１００は、減速ギヤ連６５から増速ギヤ連６６にシフトするため、圧縮機２１をエンジン駆動からモータ駆動によって運転する。次に、コントローラ１００は、圧縮機２１をエンジン定格回転数２５００ｒｐｍに対して増速ギヤ連６６によって３７５０ｒｐｍで運転する。次に、更に温度を下げたい場合などでは、コントローラ１００は、圧縮機２１をモータ駆動及びエンジン駆動によるパラレルハイブリッドで運転する（図３におけるｃ）。
このようにして、圧縮機変速駆動システム１をモータジェネレータ４とエンジン３とのパラレルハイブリッドで駆動するため、モータジェネレータ４及びエンジン３を小型化できる。つまり、低燃費の圧縮機変速駆動システム１を実現できる。同時に、インバータ７５・７６・７７及びバッテリー７３等も小型化できる。
【００４６】
次に負荷が減少した場合等では、コントローラ１００は、増速ギヤ連６６から減速ギヤ連６５に変速して減速するために、圧縮機２１をエンジン駆動からモータ駆動によって運転する（図３におけるｄ）。このとき、コントローラ１００は、モータジェネレータ４をジェネレータとして、圧縮機回転数の３７５０ｒｐｍから２２６２ｒｐｍまでの低減を利用して、エネルギー回生すなわち電力を生成させる。
このようにして、圧縮機２１の回転数が低減した場合は、モータジェネレータ４のエネルギー回生による電力をバッテリー７３へ蓄電することができる。
【００４７】
次に、コントローラ１００は、圧縮機２１をエンジン定格回転数２５００ｒｐｍに対して減速ギヤ連６５によって２２６２ｒｐｍで運転し、上述したように圧縮機２１の高低圧差に基づいてエンジン回転数を制御する（図３におけるｂ）。
【００４８】
次に、図４を用いて、圧縮機変速駆動システム１による変速時におけるエンジン３と圧縮機２１の相対回転数、並びにエンジン３の燃料噴射量制御について詳細に説明する。図４において、横軸は時系列を、縦軸は、下段から圧縮機２１の回転数、エンジン３の燃料噴射量、変速装置６の相対回転数のエンジン定格回転数に対する割合を表している。
【００４９】
上述したように、コントローラ１００は、圧縮機２１を減速ギヤ連６５によってエンジン駆動によって運転し、変速時にはモータ駆動によって運転し、変速後には増速ギヤ連６６によってエンジン駆動によって運転している。
【００５０】
コントローラ１００は、変速装置６が減速ギヤ連６５から中立にシフトされるときは、エンジン３の負荷が低下するため、従来の燃料噴射制御に対しエンジン３の燃料噴射量をΔＱ減少させる。一方、変速装置６が中立から増速ギヤ連６６にシフトされるときは、エンジン３の負荷が上昇するため、従来の燃料噴射制御に対しエンジン３の燃料噴射量をΔＱ増加させる。すなわち、コントローラ１００は、従来の燃料噴射量制御に加え、予測される負荷の増減を加味した燃料噴射量制御をシフトと同時に実行する。
このようにして、変速装置６のシフトに伴うエンジン負荷の増減に対して、適正な燃料噴射量制御を実行できる。
【００５１】
コントローラ１００は、変速装置６が中立から減速ギヤ連６５又は増速ギヤ連６６にシフトするときは、変速装置６の相対回転数が所定率以下となるようにエンジン回転数を制御する。ここで、相対回転数とは、エンジン回転数すなわちエンジン出力軸６３の回転数に対し、エンジン出力軸６３の回転数とシフトすべき減速ギヤ連６５又は増速ギヤ連６６の回転数との差の割合をいう。図４に示すように、具体的には、コントローラ１００は、変速装置６が中立から増速ギヤ連６６にシフトするとき（図４に示すａ）、エンジン回転数を増速ギヤ連６６の回転数に追従させるように制御し、相対回転数が５％以下になったときに増速ギヤ連６６にシフトする。
このようにして、エンジン回転数を制御して相対回転数を所定回転率以下にするため、変速時のスリップを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例に係る圧縮機駆動システムの全体的な構成を示す構成図。
【図２】同じく圧縮機駆動システムの変速を示すテーブル図及びタイムチャート図。
【図３】同じく圧縮機駆動システムの運転を示すタイムチャート図。
【図４】同じく圧縮機駆動システムの変速時の相対回転数及び燃料噴射量を示すタイムチャート図。
【符号の説明】
【００５３】
１      圧縮機変速駆動システム
２      冷凍コンテナ装置
３      エンジン
４      モータジェネレータ
６      変速装置
７      外部電気系統
２１    圧縮機
２５    凝縮器ファン
２６    蒸発器ファン
６５    減速ギヤ連
６６    増速ギヤ連
６７    シフター
７１    外部電源プラグ
７３    バッテリー
７５  インバータ
７６  インバータ
７７  インバータ
１００    コントローラ
【図１】
2009296726.tif 000003
【図２】
2009296726.tif 000004
【図３】
2009296726.tif 000005
【図４】
2009296726.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月7日(2009.4.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2009296726.tif 000007