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JP2006141077A - 車両用駆動装置 - Google Patents

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JP2006141077A
JP2006141077A JP2004325810A JP2004325810A JP2006141077A JP 2006141077 A JP2006141077 A JP 2006141077A JP 2004325810 A JP2004325810 A JP 2004325810A JP 2004325810 A JP2004325810 A JP 2004325810A JP 2006141077 A JP2006141077 A JP 2006141077A
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electric motor
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Yoshinori Fukasaku
良範 深作
Norikazu Matsuzaki
則和 松▲崎▼
Shin Fujiwara
慎 藤原
Masaru Ito
勝 伊藤
Daisuke Yamamoto
大介 山本
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Hitachi Ltd
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Abstract

【課題】
本発明は、内燃機関の回転状態に係わらず駆動用電動機に十分な電力を供給できる発電装置を備えた車両用駆動装置を提供するにある。
【解決手段】
内燃機関の回転に応じて電力を発生する発電装置と、この発電装置からの電力を受けて駆動される電動機と、車両から要求される走行駆動力に従って前記発電装置の出力電力をコントロールすると共に前記電動機を制御する制御手段と、前記車両の前，後輪のうち一方の車輪を前記内燃機関により駆動し、他方の車輪を前記電動機で駆動する車両用駆動装置であって、
前記発電装置は車載バッテリを充電するための充電機能と、前記電動機を駆動するための電源機能とを備えたタンデム発電機で構成されていることを特徴とした車両用駆動装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンおよび電動機を用いて車両の前，後輪を駆動する車両用駆動装置に係り、特にタンデム式交流発電機を搭載した車両用駆動装置に関する。
車両の内燃機関により駆動され車載用電気負荷へ電力を供給する第１の発電機と、前記車両の前，後輪のうち前記内燃機関により駆動されない他方の車輪を駆動する電動機とを備えた車両用発電装置において、前記内燃機関により駆動され前記電動機へ電力を供給する第２発電機および前記電動機を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は前記第２発電機が持つ制御装置以外の外部制御装置を含み、前記外部制御装置から、前記第２発電機の制御指令としてその第２発電機の界磁電流のオン−オフ信号を出力し、その第２発電機の出力電圧または電流を任意に設定できるようした車両用駆動装置は特開２００１−
３３３５０７号公報で知られている。
一方、タンデム式交流発電機で、第１の直流電力を車載バッテリおよび車載電気負荷に供給し、他方の第２の直流電力を高電圧であるＥＨＣに供給加熱し、エンジン始動から所定時間経過後第１の直流電力と第２の直流電力の両方で車載バッテリおよび車載電気負荷に供給することが特開平１１−０９８７８９号公報で知られている。
特開２００１−３３３５０７号公報 特開平１１−０９８７８９号公報
上記前者の従来技術は、車両の前輪を駆動する内燃機関により駆動され車載用電気負荷へ電力を供給する第１の発電機と、前記内燃機関により同様に駆動され後輪を駆動する電動機へ電力を供給する専用の第２発電機とを備え、その第２発電機で車輪駆動用の電動機を直接的に駆動しているが、それぞれの発電機が全く別機構で構成されている。
取り分け、第２発電機は内燃機関の回転に依存して出力を発生するものであるため、内燃機関の低速回転時には、高電圧化は望めず、駆動電動機用としては物足りないものであった。
他方後者の従来技術は、タンデム式交流発電機で、第１の直流電力を車載バッテリおよび車載電気負荷に供給し、他方の第２の直流電力を高電圧であるＥＨＣに供給加熱し、内燃機関始動から所定時間経過後第１の直流電力と第２の直流電力の両方で車載バッテリおよび車載電気負荷に供給する点が開示されているものの、前者同様、内燃機関の低速回転時には、高電圧化は望めない。
本発明は、内燃機関の回転状態に係わらず駆動用電動機に十分な電力を供給できる発電装置を備えた車両用駆動装置を提供することを目的の一つとする。
本発明は、低電圧発生用発電機と高電圧発生用発電機の発熱量の低いどちらか一方を放熱体とすることにより冷却効率を高め、発熱による出力低下を防ぎ、車載用バッテリ，駆動用電動機等に十分な電力を供給できる発電装置を備えた車両用駆動装置を提供することを目的の一つとする。
本発明は、電動機を回生させ、ブレーキング時の安定性を確保すると共に、補助バッテリから発電装置を励磁することにより、内燃機関の回転状態に関わらず駆動用電動機に十分な電力を供給できる発電装置を備えた車両用駆動装置を提供することを目的の一つとする。
本発明は、内燃機関の回転に応じて電力を発生する発電装置と、この発電装置からの電力を受けて駆動される電動機と、車両から要求される走行駆動力に従って前記発電装置の出力電力をコントロールすると共に前記電動機を制御する制御手段と、前記車両の前，後輪のうち一方の車輪を前記内燃機関により駆動し、他方の車輪を前記電動機で駆動する車両用駆動装置であって、
前記発電装置を、車載バッテリを充電するための回生充電機能と、前記電動機を駆動するための電源機能とを備えたタンデム発電機で構成する車両用駆動装置により達成される。
本発明は、前，後輪のうち一方を内燃機関により駆動し、他方の車輪を前記内燃機関の回転に応じて出力される交流発電装置の電力によって回転駆動される電動機を備えた車両用駆動装置であって、
前記交流発電装置を、車載用バッテリ等に電力を供給する低電圧発生用発電機と、前記電動機に電力を供給する高電圧発生用発電機とで構成されるタンデム発電機とする車両用駆動装置により達成される。
本発明は、内燃機関の回転に応じて電力を発生する発電装置と、この発電装置からの電力を受けて駆動される電動機と、車両から要求される走行駆動力に従って前記発電装置の出力電力をコントロールすると共に前記電動機を制御する制御手段と、前記車両の前，後輪のうち一方の車輪を前記内燃機関により駆動し、他方の車輪を前記電動機で駆動する車両用駆動装置であって、
前記発電装置を、車載バッテリの充電機能を有する低電圧発生用発電機と、前記電動機の電源機能とを備えた高電圧発生用発電機と、該高電圧発生用発電機の出力端と前記電動機間に設けられ、かつ車両の走行状態によって発生されるコントロールユニットの出力信号でオン−オフ制御されるリレーと、該リレーに応答して機能する補助バッテリを備えている車両用駆動装置により達成される。
本発明は、内燃機関の回転に応じて電力を発生する発電装置を、車載バッテリを充電するための充電機能と、車輪駆動用電動機を駆動するための電源機能とを備えたタンデム発電機で他励と自励の回路構成とすることにより、内燃機関の回転状態に係わらず駆動用電動機に十分な電力を供給できる発電装置を備えた車両用駆動装置が提供される。
本発明は、前，後輪のうち一方を内燃機関により駆動し、他方の車輪を前記内燃機関の回転に応じて出力される交流発電装置の電力によって回転駆動される電動機を備え、前記交流発電装置を、車載用バッテリ等に電力を供給する低電圧発生用発電機と、前記電動機に電力を供給する高電圧発生用発電機とで構成されるタンデム発電機とすることにより、低電圧発生用発電機と高電圧発生用発電機の発熱量の低いどちらか一方を放熱体とすることにより冷却効率を高め、発熱による出力低下を防ぎ、車載用バッテリ，駆動用電動機等に十分な電力を供給できる発電装置を備えた車両用駆動装置が提供される。
本発明は、内燃機関の回転に応じて電力を発生する発電装置と、この発電機装置からの電力を受けて駆動される電動機と、車両から要求される走行駆動力に従って前記発電機装置からの出力電力をコントロールすると共に前記電動機を制御する制御手段と、前記車両の前，後輪のうち一方の車輪を前記内燃機関により駆動し、他方の車輪を前記電動機で駆動する車両用駆動装置とし、前記発電装置を、車載バッテリの充電機能を有する低電圧発生用発電機と、前記電動機の電源機能とを備えた高電圧発生用発電機と、該高電圧発生用発電機の出力端と前記電動機間に設けられ車両の走行状態によってコントロールユニットの出力信号でオン−オフ制御されるリレーと、該リレーに応答して機能する補助バッテリを備えている車両用駆動装置とすることにより、前記電動機を回生させ、ブレーキング時の安定性を確保することができ、また、補助バッテリから発電装置を励磁することにより、内燃機関の回転状態に関わらず駆動用電動機に十分な電力を供給できる発電装置を備えた車両用駆動装置が提供される。
図１は車両用駆動装置の第１の実施形態を示す車両システム図で、４輪駆動車両である車両用駆動装置１の前輪２はエンジン（内燃機関）３により、後輪４は直流電動機５により各々駆動される。前記エンジン３はエンジンコントロールユニット（図示せず）により制御される。前記エンジン３の出力はトランスミッション７およびドライブシャフト８を介して前記前輪２へ駆動力を伝える。
前記エンジン３を構成するエンジンブロック（図示せず）には車載バッテリ９に電力を供給する第１発電機１０Ａが設けられている。該第１発電機１０Ａはエンジン３によりベルト等を介して回転駆動され電力を発生する。
前記第１発電機１０Ａと並設される第２発電機１０Ｂは前記第１発電機１０Ａと一体に回転駆動される関係にあり、その出力は第１の発電機１０Ａより大きく、４ＷＤコントロールユニット６からの出力制御信号により制御されるリレー１１を介して前記直流電動機５に供給される。一方、該電動機５は動力の伝達をオン−オフするクラッチ１２がオンの時デフレンシャルギヤ１３を介してドライブシャフト１４に伝達され、後輪４を駆動する。
すなわち、車載バッテリ９を電源として作動する４ＷＤコントロールユニット６からの出力でクラッチ１２が駆動（オン）され、直流電動機５の界磁コイル５Ｆが励磁されると共に、リレーコイル１１Ｆが励磁され、リレー１１がオンされて第２発電機１０Ｂから整流された直流分が前記電動機５の電機子に供給されて電動機５が駆動される。
次に、発電装置１０の回路構成を図２を参照して説明する。本発電装置１０は所謂タンデム発電機で、第１発電機１０ＡはΔ結線された発電コイル１５からの出力を、全波整流器１６を介して低電圧電源（通常１０〜１６Ｖ）である車載バッテリ９に供給するように構成されている。一方界磁コイル１５Ｆは前記車載バッテリ９に結線されて、初期励磁回路を構成し、前述した４ＷＤコントロールユニット６からの出力信号で駆動されるレギュレータ１７にて電力が制御される。並設する他方の第２発電機１０Ｂは出力電圧が第１発電機のほぼ３倍（４２Ｖ）に設定され、前記第１発電機同様Δ結線された発電コイル１８，全波整流器１９，車載バッテリ９により初期励磁される界磁コイル１８Ｆ，４ＷＤコントロールユニット６からの出力信号で制御されるレギュレータ２０をそれぞれ備えている。
エンジン３を起動する際は、４ＷＤコントロールユニット６からの出力信号で第１発電機１０Ａおよび第２発電機のレギュレータ１７，２０にそれぞれ車載バッテリ９から励磁電流が供給され、所謂他励磁で発電機は立ち上がる。エンジン３が始動し、発電装置１０がエンジン３により回転駆動されるとそれぞれの発電機１０Ａ，１０Ｂは前記他励磁から自励磁に切り替わり発電を継続する。
図７に前記第２発電機１０Ｂの出力特性の一例を示す。第２発電機１０Ｂの界磁電流は、バッテリと第２発電機自らの双方を電流供給源としており、車両の発進時、即ち第２発電機１０Ｂの起動時あるいは低速回転時は車載バッテリ９の電力による他励磁となり、図に示すように左下がりの出力特性となる。また、車両の発進後の走行時は、第２発電機
１０Ｂ自ら出力を電流供給源とする自励方式に切り替わり、第２発電機１０Ｂの出力はエンジン回転数に比例して発生し、発電機の出力範囲は端子電圧，電流ともに放物線上に拡大していく。一方出力電圧Ｖは配線抵抗分を除けば、直流電動機５の入力電圧として考えることができる。したがって、第２発電機１０Ｂの界磁電流を制御することにより電動機５への出力電圧を複数段切り替え可能にしたり、所定領域連続的に切り替えることもできるようになり、車両の要求する駆動力に対して自在に応答することができる。
図３は、本発明に用いられる発電装置１００で、ルンデル回転子２１，２２を回転軸
２３に対し圧入固着したもので、それぞれの回転子には円筒状の界磁コイル２１Ｆ，22Ｆが絶縁ボビンを介して装着されている。そして前記一対の回転子２１，２２は互いに密着して配置され、その一方端には遠心ファン２４が溶接等により固着され、前記界磁コイル２１Ｆ，２２Ｆのリード端を保持するように構成されている。
一方、それぞれの回転子２１，２２に回転空隙を介して配置されたそれぞれの固定子鉄心２５，２６は、筒状に形成されたブラケット２７の内周面に固着されて発電コイル25Ａ，２６Ａ巻装している。前記回転軸２３は前記ブラケット２７の側面２７Ａと、外部ラケット２７の開口端を閉蓋するように配置されたエンドブラケット２８にベアリングを介して保持されている。
また、スリップリング装置２９は回転軸２３に固着され、前記界磁コイル２１Ａ，22Ａのリード端と電気的に接続され、かつ各々の間が電気的に絶縁されたスリップリング29Ａ，２９Ｂ，２９Ｃと、一端を前記エンドブラケット２８の外側面に固定されて、前記スリップリング２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃに摺接するそれぞれのブラシ（−）２９ａ，ブラシ
（＋）２９ｂ，２９ｃを保持したブラシホルダとから構成されている。このスリップリング装置２９はエンドブラケット２８に保持される防塵カバー３０にて覆われ、該防塵カバーの内周空間には適宜手段にて前記電圧調整用レギュレータ１７，２０が配置固定されている。
本発明によれば、簡単な回路構成で第１発電機と並設された第２発電機の出力で後輪駆動用の電動機の駆動力を調整することにより十分な駆動力を確保できる。そのため、車両の発進時から高速登坂運転まで広い運転範囲にわたり、いわゆる機械式４ＷＤに対して遜色のない駆動力性能を確保でき、発電装置そのものを簡単な構成とし、極めて取り扱い性の良いものとすることができる。
また、発電機そのものは２組の回転子を同一回転軸に装着し、その両者間の側面は密着（当接）して固定される。そして一方の側面にのみファンを固定する構造とすることにより、反ファン側の回転子が放熱体として作用し、小型にして効果的な冷却ができる発電装置となる。
図４は車両用駆動装置の第２の実施形態を示すもので、電動機駆動回路に高圧補助バッテリを設け簡易ハイブリットとした場合で、その回路結線を図５に示す。
すなわち、第２発電機１０Ｂと交流電動機５１間には直列にリレー１１１が設けられ、具体的に直列接続された第１リレー１１Ａおよび第２リレー１１Ｂを設けると共に、該２つのリレー１１Ａ，１１Ｂ間には第３のリレー１１Ｃが設けられ、該リレー１１Ｃおよび電流制限装置３０を介して補助バッテリ３１に電流が供給されるように構成されている。
これらの動作概要は表１に示すとおり（１）駆動電動機５で走行するＥＶ走行、（２）回転検出機構付きタンデム発電機（発電装置１０）の場合に補助バッテリ３１の電力またはバッテリ３１からタンデム発電機（発電装置１０）を駆動してエンジンを始動、（３）タンデム発電機（発電装置１０）から電動機５へ直接電力を供給しエンジン３と前記電動機で駆動走行する４ＷＤ走行、（４）タンデム発電機（発電装置１０）から補助バッテリ充電、（５）駆動電動機５からの充電、等のそれぞれの状態に応じて４ＷＤコントローラ６からの指令が発生され、各リレーが動作して指令要求を満たすようになっている。
Figure 2006141077
簡易ハイブリットとして後輪駆動に同期電動機のような交流発電機を用いることは、高電力駆動して有効であるが、回生制動時の発電エネルギーを回収する装置が必要となるが補助電源としても使える補助バッテリが有効となる。
図６は、発電装置をモータジェネレータとして使用する場合の構成を示すもので、基本構成は図３と変わらないが、回転検出機構が必要となるため、回転子のスリップリング装置２９側回転軸２３を延長してその先端部にレゾルバの回転子４０を装着し、固定子４１と共に前述の電圧調整用レギュレータ１７，２０の内周側空間に配置したものである。この構造はデットスペースを有効的に使うことができるのでコンパクトなモータジェネレータが提供できる。
本発明による車両用駆動装置の第１の実施形態を示す車両システム図である。 図１に装着されるタンデム型交流発電装置の第１の実施形態を示す制御回路図である。 図１に装着されるタンデム型交流発電装置の第１の実施形態を示す断面図である。 本発明による車両用駆動装置の第２の実施形態を示す車両システム図である。 図４に装着されるタンデム型交流発電装置の第２の実施形態を示す制御回路図である。 図４に装着されるタンデム型交流発電装置の第２の実施形態を示す断面図である。 本発明によるタンデム型交流発電装置の出力特性図である。
符号の説明
１…車両用駆動装置、２…前輪、３…エンジン、４…後輪、５…電動機、６…４ＷＤコントロールユニット、７…トランスミッション、８…ドライブシャフト、９…車載バッテリ、１０…発電装置、１０Ａ…第１発電機、１０Ｂ…第２発電機、１１…リレー、１２…クラッチ、１３…デフレンシャルギヤ。

Claims (13)

  1. 内燃機関の回転に応じて電力を発生する発電装置と、この発電装置からの電力を受けて駆動される電動機と、車両から要求される走行駆動力に従って前記発電装置の出力電力をコントロールすると共に前記電動機を制御する制御手段と、前記車両の前，後輪のうち一方の車輪を前記内燃機関により駆動し、他方の車輪を前記電動機で駆動する車両用駆動装置であって、
    前記発電装置は車載バッテリを充電するための充電機能と、前記電動機を駆動するための電源機能とを備えたタンデム発電機で構成されていることを特徴とした車両用駆動装置。
  2. 請求項１記載のいずれかにおいて、前，後輪駆動用電動機は直流機で、車両用発電機と併用された一つの発電機で構成されていることを特徴とした車両用駆動装置。
  3. 前，後輪のうち一方の車輪を内燃機関により駆動し、他方の車輪を前記内燃機関の回転に応じて出力される発電装置の電力によって回転駆動される電動機を備えた車両用駆動装置であって、
    前記発電装置は、車載用バッテリ等に電力を供給する低電圧発生用発電機と、前記電動機に電力を供給する高電圧発生用発電機とから構成されるタンデム発電機であることを特徴とした車両用駆動装置。
  4. 請求項３記載において、発電装置は同一回転軸に回転子同士が当接して配置されたタンデム型発電機であることを特徴とした車両用駆動装置。
  5. 請求項３記載において、発電装置は共通のバッテリにて初期励磁され、エンジン起動後は自励発電機に切り替わることを特徴とした車両用駆動装置。
  6. 請求項３記載において、高電圧発生発電機と電動機間にはコントロールユニットの出力信号でオン−オフ制御されるリレーが設けられ、車両の走行状態に応じて前記電動機への電力の供給を制御することを特徴とした車両用駆動装置。
  7. 請求項４記載において、当接して配置された回転子の一方の側面のみに冷却ファンが設けられ、他方の回転子を放熱体として用いていることを特徴とした車両用駆動装置。
  8. 請求項３記載において、低電圧発生用発電機と高電圧発生用発電機の発電コイルは、Δ−Δ結線されていることを特徴とした車両用駆動装置。
  9. 内燃機関の回転に応じて電力を発生する発電装置と、この発電装置からの電力を受けて駆動される電動機と、車両から要求される走行駆動力に従って前記発電装置の出力電力をコントロールすると共に前記電動機を制御する制御手段と、前記車両の前，後輪のうち一方の車輪を前記内燃機関により駆動し、他方の車輪を前記電動機で駆動する車両用駆動装置であって、
    前記発電装置は車載バッテリ充電機能を有する低電圧発生用発電機と、前記電動機の電源機能とを備えた高電圧発生用発電機と、該高電圧発生用発電機の出力端と前記電動機間に設けられ、かつ車両の走行状態によって発生されるコントロールユニットの出力信号でオン−オフ制御されるリレーと、該リレーに応答して機能する補助バッテリとを備えていることを特徴とした車両用駆動装置。
  10. 請求項９記載において、高電圧発生用発電機は補助バッテリにて初期励磁回路を構成していることを特徴とした車両用駆動装置。
  11. 請求項１０記載において、発電装置は、車両用バッテリに電力を供給する発電機と、前，後輪のうちどちらか一方の車輪を直接駆動する電動機のエネルギーを供給する複合機能を有することを特徴とした車両用駆動装置。
  12. 請求項１１記載において、タンデム回転子を支持する回転軸の一方端側に１個のスリップリングを設け、該スリップリング上に前記タンデム回転子の界磁電流を給電する２対のブラシを配置し、その軸端側に回転速度検出用の回転センサ装置を組み付けた発電機としたことを特徴とした車両用駆動装置。
  13. 請求項１２記載において、回転センサ装置の周囲に、それぞれの発電機の電圧を制御する電圧調整器が配置され、整流装置カバーに固定されていることを特徴とした車両用駆動装置。

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