JP2012206632A - モータジェネレータ付エンジンおよびハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車機構と、発電機とを一体とすることができ、小型化することができるモータジェネレータ付エンジンを提供する。
【解決手段】エンジンは、エンジン本体７と、エンジン本体７の動力によって発電するモータジェネレータ８とを有する。モータジェネレータ８は、第１のフライホイール８１と、フライホイール８１と対向して同軸上に配設された第２のフライホイール８２と、第１のフライホイール８１の回転に対して第２のフライホイール８２を逆回転させる遊星歯車機構９とを有する。第１のフライホイール８１には、回転軸を中心とする円環状に複数の永久磁石８１Ｃが設けられている。第２のフライホイール８２には、回転軸を中心とする円環状に複数のコイル８２Ｂが設けられている。複数の永久磁石８１Ｃと、複数のコイル８２Ｂとは対向している。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータジェネレータ付エンジンおよびハイブリッド自動車に関する。

従来、エンジンの回転によって発生する振動を低減させる振動低減装置を有するエンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。この振動低減装置は、クランクシャフトに接続されたフライホイールの周縁に沿って形成されたインターナルギヤと、インターナルギヤと噛合するプラネタリギヤと、プラネタリギヤと噛合するサンギヤとによって構成される遊星歯車機構を有している。また、プラネタリギヤは、その公転が規制されたキャリアによって軸支されている。このような遊星歯車機構によれば、クランクシャフトの回転に伴って回転するフライホイールの回転に対してサンギヤを逆回転させることができる。したがって、サンギヤは、トルクバランサとして機能するので、振動低減装置は、エンジンの回転によって発生する振動を低減させることができる。

特開平１１−３１１２９７号公報

ところで、特許文献１に記載された発明では、振動低減装置にオルタネータ（発電機）を取り付けることによって、モータジェネレータを構成して発電している。具体的には、振動低減装置のサンギヤと、オルタネータのロータとを一体的に形成することによって、サンギヤの回転に伴ってロータを回転させて発電している。しかしながら、このような構成では、遊星歯車機構を有する振動低減装置と、オルタネータとを別体としているので、エンジンが大型化するという問題がある。

本発明の目的は、歯車機構と、発電機とを一体とすることができ、小型化することができるモータジェネレータ付エンジンおよびハイブリッド自動車を提供することである。

かかる課題を解決すべく、第１の発明は、クランクシャフトと、第１のフライホイールと、第２のフライホイールと、歯車機構と、複数の永久磁石と、複数のコイルとを有し、クランクシャフトの回転に伴って、第１のフライホイールと、第２のフライホイールとが逆回転することによって発電するモータジェネレータ付エンジンを提供する。第１のフライホイールは、クランクシャフトに接続される。第２のフライホイールは、第１のフライホイールと対向して同軸上に配設される。歯車機構は、第１のフライホイールの回転に対して第２のフライホイールを逆回転させる。複数の永久磁石は、第１のフライホイールおよび第２のフライホイールのいずれか一方に、回転軸を中心とする円環状に設けられる。複数のコイルは、第１のフライホイールおよび第２のフライホイールのいずれか他方に、回転軸を中心とする円環状に設けられるとともに、複数の永久磁石と対向する。

第２の発明は、前述したモータジェネレータ付エンジンを有し、モータジェネレータ付エンジンによって駆動されるハイブリッド自動車を提供する。

ここで、本発明において、歯車機構は、第１のフライホイールおよび第２のフライホイールのいずれか一方に設けられたサンギヤと、第１のフライホイールおよび第２のフライホイールのいずれか他方に設けられたリングギヤと、サンギヤと、リングギヤとの間に介在して配設されるとともに、公転が規制されたプラネタリギヤとを有する遊星歯車機構であることが好ましい。また、複数の永久磁石と、複数のコイルとは、アキシャル方向に対向して設けられていてもよく、ラジアル方向に対向して設けられていてもよい。

本発明によれば、第１のフライホイールの回転に対して第２のフライホイールを逆回転させる歯車機構を有している。また、第１のフライホイールおよび第２のフライホイールのいずれか一方に、回転軸を中心とする円環状に複数の永久磁石を設けるとともに、いずれか他方に、複数の永久磁石と対向する複数のコイルを設けることによって発電機を構成している。したがって、歯車機構と、発電機とを一体とすることができるので、モータジェネレータ付エンジンを小型化することができ、ひいてはハイブリッド自動車を小型化することができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド自動車を示す機能ブロック図 エンジンの要部を示す断面模式図

図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド自動車を示す機能ブロック図である。ハイブリッド自動車１は、エンジン２と、インバータ３と、バッテリ４と、モータ５と、駆動輪６とを有するシリーズハイブリッド方式の自動車である。エンジン２は、エンジン本体７と、エンジン本体７の動力によって発電するモータジェネレータ８とを有するモータジェネレータ付エンジンである。モータジェネレータ８にて発電された電力は、インバータ３を介してバッテリ４に蓄えられる。モータ５は、バッテリ４に蓄えられた電力によって駆動輪６を駆動するとともに、制動時には回生ブレーキとして機能する。

図２は、エンジン２の要部を示す断面模式図である。エンジン本体７は、シリンダに収容されたピストン７１と、ピストン７１にコンロッド７２を介して連結されたクランクシャフト７３と、これらを収納するシリンダブロックとを有する。クランクシャフト７３は、シリンダ内における混合気の燃焼によるピストン７１の往復運動がコンロッド７２を介して伝達されることによって回転する。

モータジェネレータ８は、クランクシャフト７３にボルトによって接続された第１のフライホイール８１と、フライホイール８１と対向して同軸上に配設された第２のフライホイール８２と、第１のフライホイール８１の回転に対して第２のフライホイール８２を逆回転させる遊星歯車機構９とを有する。

第１のフライホイール８１は、第２のフライホイール８２側に突出するように、周縁に沿って円環状に形成された突出部８１Ａと、第２のフライホイール８２側の面にクランクシャフト７３の回転軸に沿って断面円形状に形成された凹部８１Ｂとを有する。そして、第１のフライホイール８１には、回転軸を中心とする円環状に複数の永久磁石８１Ｃが設けられている。

第２のフライホイール８２は、クランクシャフト７３の回転軸に沿って両側に突出するように形成された軸部８２Ａを有する。軸部８２Ａにおいて、第１のフライホイール８１側の端部は、ベアリングを介して第１のフライホイール８１の凹部８１Ｂに支持される。また、軸部８２Ａにおいて、第１のフライホイール８１と反対側の部位は、シリンダブロックに取り付けられたハウジング１０にベアリングを介して支持される。そして、第２のフライホイール８２には、複数のコイル８２Ｂが外周面に沿って設けられ、複数の永久磁石８１Ｃとアキシャル方向に対向している。なお、本実施形態では、複数の永久磁石８１Ｃと、複数のコイル８２Ｂとは、アキシャル方向に対向するように設けられているが、ラジアル方向に対向するように設けられていてもよい。

遊星歯車機構９は、第１のフライホイール８１の突出部８１Ａに形成されたリングギヤ９１と、リングギヤ９１と噛合する複数のプラネタリギヤ９２と、プラネタリギヤ９２と噛合するサンギヤ９３とを有する。プラネタリギヤ９２には、ハウジング１０に固定された軸部１０Ａが摺動自在に挿入される。したがって、ハウジング１０は、プラネタリギヤ９２のキャリアとして機能し、プラネタリギヤ９２の公転を規制する。サンギヤ９３は、第２のフライホイール８２の軸部８２Ａにおいて、第１のフライホイール８１と反対側の部位に形成されている。

このような遊星歯車機構９によれば、クランクシャフト７３の回転に伴って第１のフライホイール８１およびリングギヤ９１が回転すると、第２のフライホイールおよびサンギヤ９３は逆回転するので、第１のフライホイール８１の回転に対して第２のフライホイール８２を逆回転させることができる。ここで、第１のフライホイール８１には、回転軸を中心とする円環状に複数の永久磁石８１Ｃが設けられるととともに、第２のフライホイール８２には、回転軸を中心とする円環状に複数のコイル８２Ｂが設けられ、複数の永久磁石８１Ｃと、複数のコイル８２Ｂとは対向しているので、発電機を構成することができる。また、第２のフライホイール８２は、トルクバランサとして機能するので、エンジン１の回転によって発生する振動を低減させることができる。

なお、軸部８２Ａにおいて、第１のフライホイール８１と反対側の部位には、スリップリング８３の回転側端子が取り付けられている。この回転側端子は、第２のフライホイール８２の内部を通る配線（図示略）を介して複数のコイル８２Ｂにそれぞれ接続されている。また、ハウジング１０において、スリップリング８３の回転側端子と対向する位置には、スリップリング８３の固定側端子が取り付けられている。したがって、第１のフライホイール８１と、第２のフライホイール８２とが逆回転することによって、複数のコイル８２Ｂにて発電された電力、すなわちモータジェネレータ８にて発電された電力は、スリップリング８３を介してバッテリ４に蓄えられる。なお、複数のコイル８２Ｂに電力を供給することによって、モータジェネレータ８をエンジン２のスタータモータとして利用することもできる。

この際、第１のフライホイール８１と、第２のフライホイール８２とは逆回転するので、永久磁石８１Ｃに対するコイル８２Ｂの回転は、第１のフライホイール８１の回転を基準として２倍以上の速度を得ることができる。換言すれば、一定量の発電をするのに必要な回転速度を、第１のフライホイール８１の回転のみによって発電をする場合と比較して半分以下にすることができるので、モータジェネレータ８の寿命を延ばすことができる。

このように、本実施形態によれば、第１のフライホイール８１の回転に対して第２のフライホイール８２を逆回転させる遊星歯車機構９を有している。また、第１のフライホイール８１に、回転軸を中心とする円環状に複数の永久磁石８１Ｃを設けるとともに、第２のフライホイール８２に、複数の永久磁石８１Ｃと対向する複数のコイル８２Ｂを設けることによって発電機を構成している。したがって、遊星歯車機構９と、発電機とを一体とすることができるので、エンジン２を小型化することができ、ひいてはハイブリッド自動車１を小型化することができる。

なお、上述した各実施形態では、第１のフライホイール８１にリングギヤ９１を設けるとともに、第２のフライホイール８２にサンギヤ９３を設けることによって、遊星歯車機構９を構成していた。これに対して、第１のフライホイールにサンギヤを設けるとともに、第２のフライホイールにリングギヤを設けることによって、遊星歯車機構を構成してもよい。要するに、第１のフライホイールおよび第２のフライホイールのいずれか一方をサンギヤとし、第１のフライホイールおよび第２のフライホイールのいずれか他方をリングギヤとする遊星歯車機構を構成すればよい。

また、上述した各実施形態では、遊星歯車機構９を構成することによって、第１のフライホイール８１の回転に対して第２のフライホイール８２を逆回転させていた。これに対して、例えば、第１のフライホイールおよび第２のフライホイールのそれぞれを傘歯車とし、第１のフライホイールと、第２のフライホイールとの間に傘歯車を介在して配設することによって、歯車機構を構成してもよい。要するに、モータジェネレータ付エンジンは、第１のフライホイールの回転に対して第２のフライホイールを逆回転させる歯車機構を有していればよい。しかしながら、遊星歯車機構の場合、他の歯車機構を構成した場合と比較して、第１のフライホイールと、第２のフライホイールとのギャップに関する制約が少ないので、永久磁石と、コイルとのギャップを容易に管理することができることから、本発明では、歯車機構を遊星歯車機構とすることが好ましい。

また、上述した各実施形態では、第１のフライホイール８１に複数の永久磁石８１Ｃを設けるとともに、第２のフライホイール８２に複数のコイル８２Ｂを設けていた。これに対して、第１のフライホイールに複数のコイルを設けるとともに、第２のフライホイールに複数の永久磁石を設けてもよい。要するに、第１のフライホイールおよび第２のフライホイールのいずれか一方に複数の永久磁石を設けるとともに、第１のフライホイールおよび第２のフライホイールのいずれか他方に複数の永久磁石と対向する複数のコイルを設ければよい。

また、上述した各実施形態では、シリーズハイブリッド方式のハイブリッド自動車１に本発明のエンジン２を採用していたが、例えば、パラレルハイブリッド方式などの他のハイブリッド方式のハイブリッド自動車に本発明のモータジェネレータ付エンジンを採用してもよく、ハイブリッド自動車以外の対象を駆動するための駆動源として本発明のモータジェネレータ付エンジンを採用してもよい。

以上のように、本発明は、モータジェネレータ付エンジンおよびハイブリッド自動車に広く適用することができる。

１ ハイブリッド自動車
２ エンジン（モータジェネレータ付エンジン）
３ インバータ
４ バッテリ
５ モータ
６ 駆動輪
７ エンジン本体
８ モータジェネレータ
９ 遊星歯車機構
１０ ハウジング
１０Ａ 軸部
７１ ピストン
７２ コンロッド
７３ クランクシャフト
８１ フライホイール（第１のフライホイール）
８１Ａ 突出部
８１Ｂ 凹部
８１Ｃ 永久磁石
８２ フライホイール（第２のフライホイール）
８２Ａ 軸部
８２Ｂ コイル
８３ スリップリング
９１ リングギヤ
９２ プラネタリギヤ
９３ サンギヤ

Claims (5)

1. モータジェネレータ付エンジンにおいて、
   クランクシャフトと、
   前記クランクシャフトに接続された第１のフライホイールと、
   前記第１のフライホイールと対向して同軸上に配設された第２のフライホイールと、
   前記第１のフライホイールの回転に対して前記第２のフライホイールを逆回転させる歯車機構と、
   前記第１のフライホイールおよび前記第２のフライホイールのいずれか一方に、回転軸を中心とする円環状に設けられた複数の永久磁石と、
   前記第１のフライホイールおよび前記第２のフライホイールのいずれか他方に、回転軸を中心とする円環状に設けられるとともに、前記複数の永久磁石と対向する複数のコイルとを有し、
   前記クランクシャフトの回転に伴って、前記第１のフライホイールと、前記第２のフライホイールとが逆回転することによって発電することを特徴とするモータジェネレータ付エンジン。
2. 前記歯車機構は、
   前記第１のフライホイールおよび前記第２のフライホイールのいずれか一方に設けられたサンギヤと、
   前記第１のフライホイールおよび前記第２のフライホイールのいずれか他方に設けられたリングギヤと、
   前記サンギヤと、前記リングギヤとの間に介在して配設されるとともに、公転が規制されたプラネタリギヤと
   を有する遊星歯車機構であることを特徴とする請求項１に記載されたモータジェネレータ付エンジン。
3. 前記複数の永久磁石と、前記複数のコイルとは、アキシャル方向に対向して設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載されたモータジェネレータ付エンジン。
4. 前記複数の永久磁石と、前記複数のコイルとは、ラジアル方向に対向して設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載されたモータジェネレータ付エンジン。
5. ハイブリッド自動車において、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載されたモータジェネレータ付エンジンを有し、
   前記モータジェネレータ付エンジンによって駆動されることを特徴とするハイブリッド自動車。

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