JP4311754B2 - 車両用駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動発電機および補機がエンジンのクランク軸にベルトを介して連結されてなる車両用駆動装置に関し、特に電動発電機や補機の効率のよい回転駆動ができ、静寂で信頼性の高い車両用駆動装置に関するものである。

近年、地球環境保護のために、自動車の排気ガスやＣＯ_２削減が叫ばれている。特に、ＣＯ_２は、自動車の燃料消費量に比例して排出されるために、自動車の燃費向上が急務となっている。燃費向上策として、ハイブリッド自動車やアイドリングストップ自動車が普及しつつある。また、燃費向上効果が少ないが、地道なエンジンの改良も盛んに行われている。

自動車では、通常、車両電装品や蓄電池に電力を供給する車両用交流発電機がエンジンの出力軸に直結のクランクプーリにベルトを介して直結されている。さらに、ウォータポンプ、エアコン、パワーステアリングポンプなどの補機が車両用交流発電機と同様にクランクプーリにベルトを介して連結されている。
車両用交流発電機および補機が、常時稼働しているエンジンの出力軸に直結のクランクプーリにベルトを介して直接連結されており、これらの補機が仕事をしていないときでも、エンジンから見ればこれらは負荷であり、自動車の燃費向上に当たって、このベルト周りの損失を低減することが誠に重要である。

上記の点で、車両用交流発電機の発電効率を向上することは無論重要である。しかし、発電に当たっての入力はエンジン出力、即ち燃料から得ていることから、単純に発電効率を上げるだけではなく、エンジンおよび車両全体として効率がよくなるよう、必要なときに必要なだけ発電するなどの電力マネージメントが必要となる。特に、制動時など、廃却される運動エネルギーを回収、利用して発電する、いわゆる回生を有効的に使うことは、燃費向上には極めて重要である。
さらに、ベルトは常時エンジンによって回転稼働させられており、エンジントルクを車両用交流発電機や補機に伝達する際のベルトのスリップや熱放散による損失は、エンジン効率を悪化させるだけではなく、音やベルト寿命にも大きな影響を与える。

これらの課題を解決するために、大きな電気負荷が発電機に接続されたときにエンジンにトルク負荷の急激な増加を与えないように、界磁電流を漸次増加させることで、発電電圧を制御していた（例えば、特許文献１参照）。これにより、エンジンの失速、ベルトへの負荷増加、ベルトのスリップを防いでいる。
また、車両用交流発電機に一方向クラッチを適用して、一方向の回転伝達経路を遮断して、ベルトの早期破損やスリップによる異音を抑えて、耐久寿命の長期化を図っている（例えば、特許文献２参照）。

特公平５−５２１６０号公報 特公平７−７２５８５号公報

特許文献１に記載のものは、発電機自体の動作を制御し、エンジンと協調することで、エンジンの負担を軽減している。しかし、特許文献１に記載のものは、補機を含めて、ベルト全体の作用を考慮したものではなく、少なからずベルト周りの損失低下にはなるものの、その効果は小さいものであった。さらに、時定数の大きな界磁電流を制御しているため、その応答性には限界があり、これ以上緻密にエンジンと協調させて発電機を動作させることは困難である。

特許文献２に記載のものでは、一方向クラッチが機械的に滑ることで車両用交流発電機とエンジンとの回転伝達経路が完全に遮断されるため、ベルト損失低減効果やスリップ異音抑制効果、耐久寿命の長期化効果はそれなりにあるが十分ではない。さらに、一方向クラッチ機構を有したプーリは外径も小さく構造上複雑なため、一方向クラッチ機構付きプーリ自体の耐久性には大きな問題が依然としてある。また、一方向クラッチは機械的に滑る機構であり、エンジンが低速から高速に至る際には、一方向クラッチ付きプーリを有した車両用交流発電機は、その回転子の慣性のために、エンジンより遅れて停止するため、その回転子の回転によるファン音が運転者や車両近辺の人間にとって不快なものとなっていた。

このように、特許文献１，２に記載のものは、発電機のエンジンやベルトへの作用を視点に発明されたものであり、補機を含めてエンジンおよび車両全体効率の向上を考慮されたものではなかった。
この発明は、電動発電機の動作を制御しながらベルトを介した機械的視点でエンジンや補機を含めた車両およびエンジン全体効率の向上する車両用駆動装置を得ることを目的とする。

この発明に係る車両用駆動装置は、エンジンと、発電機能と電動機能とを備えた電動発電機と、第１補機と、上記エンジンのクランク軸と上記電動発電機の回転軸と上記第１補機の回転軸との間で動力伝達を行う第１動力伝達手段と、を備えている。上記第１動力伝達手段は、上記エンジンのクランク軸に装着されたクランクプーリと、上記電動発電機の回転軸に装着された第１電動発電機プーリと、上記第１補機の回転軸に装着された第１補機プーリと、上記クランクプーリ、上記第１電動発電機プーリおよび上記第１補機プーリに掛け渡された第１ベルトと、上記電動発電機の回転軸と上記第１電動発電機プーリとの間に介装され、上記電動発電機の回転軸の回転駆動力は上記エンジンのクランク軸に伝達せず、上記エンジンのクランク軸の回転駆動力を上記電動発電機の回転軸に伝達する第１一方向クラッチと、を有し、上記電動発電機が上記エンジン駆動中に電動駆動される。

この発明によれば、電動発電機が電動駆動されるので、エンジンに掛かる負荷が軽減され、その分第１補機への駆動力が増加され、車両およびエンジン全体効率が向上する。
さらに、る。電動発電機が電動駆動されることで、第１一方向クラッチに掛かる負荷が軽減され、第１一方向クラッチの耐久性が向上される。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用駆動装置を示すシステム構成図、図２はこの発明の実施の形態１に係る車両用駆動装置における動力伝達経路を模式的に示す図である。
図１において、

図１および図２において、車両用駆動装置は、エンジン１と、発電機能と電動機能とを備えた電動発電機１５と、第１補機としてのオイルポンプ４およびエアコン７、第２補機としてのウォータポンプ１０などの補機と、蓄電池１３と、を備えている。

クランクプーリ３がエンジン１の出力軸であるクランク軸２に固着されている。オイルポンププーリ６がオイルポンプ４の回転軸５に固着され、エアコンプーリ９がエアコン７の回転軸８に固着され、ウォータポンププーリ１２がウォータポンプ１０の回転軸１１に固着されている。第１および第２一方向クラッチ５０，５１が電動発電機１５の回転軸２８に固着されて軸方向に併設されている。第１および第２電動発電機プーリ５７，５８が第１および第２一方向クラッチ５０，５１のクラッチアウタ５３と一体に構成されている。

第１ベルト６０が、クランクプーリ３、オイルポンププーリ６、エアコンプーリ９および第１電動発電機プーリ５７に掛け渡されている。第２ベルト６１が、ウォータポンププーリ１２および第２電動発電機プーリ５８に掛け渡されている。第１一方向クラッチ５０は、図２中矢印Ａで示される方向のクランク軸２の回転トルクを電動発電機１５の回転軸２８に伝達するように構成されている。第２一方向クラッチ５１は、図２中矢印Ａ方向に示される電動発電機１５の回転軸２８の回転トルクをウォータポンプ１０の回転軸１１に伝達するように構成されている。
ここで、クランクプーリ３、オイルポンププーリ６、エアコンプーリ９、第１一方向クラッチ５０、第１電動発電機プーリ５７、および第１ベルト６０が第１動力伝達手段を構成し、第２一方向クラッチ５１、第２電動発電機プーリ５８、およびウォータポンププーリ１２が第２動力伝達手段を構成する。

このように構成された車両用駆動装置では、エンジン１の回転トルクは、クランク軸２からクランクプーリ３および第１ベルト６０を介して、オイルポンプ４の回転軸５に固着されたオイルポンププーリ６、エアコン７の回転軸８に固着されたエアコンプーリ９、および第１電動発電機プーリ５７に伝達される。第１電動発電機プーリ５７に伝達された回転トルクは、第１一方向クラッチ５０を介して電動発電機１５の回転軸２８に伝達される。これにより、オイルポンプ４、エアコン７および電動発電機１５が駆動される。そして、電動発電機１５の回転軸２８の回転トルクが第２一方向クラッチ５１、第２電動発電機プーリ５８および第２ベルトを介してウォータポンプ１０の回転軸１１に固着されたウォータポンププーリ１２に伝達され、ウォータポンプ１０が駆動される。

つぎに、電動発電機１５の構成について図３および図４を参照しつつ説明する。図３はこの発明の実施の形態１に係る車両用駆動装置における電動発電機を示す断面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。

図３において、電動発電機２０は、モータハウジング２１と外部ケース２２とからなる容器２３と、交流モータ２４と、回路駆動部３６と、を備える。

交流モータ２４は、モータハウジング２１の軸心位置に回転自在に支持された回転軸２８に固着された回転子２５と、この回転子２５を囲繞するようにモータハウジング２１の内壁面に保持された固定子３０と、を備える。回転子２５は、回転軸２８に固着された回転子鉄心２６と、回転子鉄心２６に巻装された界磁巻線２７と、回転子鉄心２６の軸方向両端面に固着されたファン２９と、を備える。固定子３０は、円筒状の固定子鉄心３１と、固定子鉄心３１に巻装された電機子巻線３２と、を備える。そして、界磁巻線２７に電流を供給する一対のスリップリング３３が、モータハウジング２１から延出する回転軸２８の一端に固着されている。ブラシ３４が、スリップリング３３の外周に配設されたブラシホルダ３５内に、各スリップリング３３に摺接するように配設されている。

回路駆動部３６は、パワー回路部３７と、制御回路部４１とから構成されている。パワー回路部３７は、交流モータ２４の電機子巻線３２に給電するインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子３８と、複数のスイッチング素子３８が取り付けられたヒートシンク３９とを有し、モータハウジング２１の一端側の外周に、ブラシホルダ３５と回転軸２８の軸心と直交する同一平面上に位置し、かつファン２９と相対して配設されている。そして、パワー回路部３７は平滑コンデンサ４０に接続されている。そして、外部ケース２２が、ブラシホルダ３５およびパワー回路部３７を覆うようにモータハウジング２１の一端側に取り付けられている。一端側に開口するケース４３がパワー回路部３７の一端側に位置するように外部ケース２２に形成されている。

制御回路部４１は、パワー回路部３７から熱的に遮断されてケース４３内に収納されている制御基板４２を備える。このケース４３の一端側の開口はカバー４４によって塞がれている。制御回路部４１は、ケース４３に穿設された貫通孔４５に通された信号線４６によりパワー回路部３７と接続されている。

第１および第２電動発電機プーリ５７，５８が、モータハウジング２１から延出する回転軸２８の他端部に軸方向に併設された第１および第２一方向クラッチ５０，５１のクラッチアウタ５３と一体に構成されている。

第１一方向クラッチ５０は、図４に示されるように、クラッチインナ５２とクラッチアウタ５３とが同心状に配置され、楔状空間５４がクラッチインナ５２とクラッチアウタ５３との隙間に周方向複数形成され、ローラ５５が各楔状空間５４内に配設され、スプリング５６がローラ５５を楔状空間５４の狭まる方向（図４中半時計回り方向）に付勢するように楔状空間５４内に配設されて構成されている。第１一方向クラッチ５０は、楔状空間５４の隙間が図２中矢印Ａの方向に徐々に狭くなるように、クラッチインナ５２を回転軸２８に外嵌状態に固着して取り付けられている。クラッチアウタ５３の外周面にＶ溝が形成され、第１電動発電機プーリ５７を構成する。つまり、第１電動発電機プーリ５７がクラッチアウタ５３に一体に構成されている。そして、第２一方向クラッチ５１が、第１一方向クラッチ５０と軸方向に隣接して回転軸２８に固着されている。なお、第２一方向クラッチ５１は、楔状空間５４の隙間が図２中矢印Ａの方向に徐々に広くなるように、クラッチインナ５２を回転軸２８に外嵌状態に固着して取り付けられている点を除いて、第１一方向クラッチ５０と同様に構成されている。

つぎに、このように構成された車両用駆動装置に動作について説明する。
まず、キースイッチ（図示せず）がＯＮされると、蓄電池１３の電力がスタータモータ（図示せず）に供給される。これにより、スタータモータが回転駆動され、エンジン１が始動される。エンジン１の完全な始動後、電動発電機１５は回路駆動部３６により発電機として動作するように稼働される。

そして、モータハウジング２１の一端側においては、回転子２５の回転に連動してファン２９が回転駆動されると、図３に矢印Ｂで示されるように、空気が外部ケース２２内に吸入される。外部ケース２２内に吸入された空気は、軸方向に流れてパワー回路部３７を冷却し、その後モータハウジング２１の吸気孔２１ａからモータハウジング２１内に流入する。そして、モータハウジング２１内に流入した空気は、ファン２９により遠心方向に曲げられて、電機子巻線３２のコイルエンド３２ａを冷却した後、排気孔２１ｂから排出される。これにより、スイッチング素子３８での発熱は、ヒートシンク３９を介して空気に放熱され、スイッチング素子３８の過度の温度上昇が抑制される。同様に、電機子巻線３２での発熱は、コイルエンド３２ａを介して空気に放熱され、電機子巻線３２の過度の温度上昇が抑制される。

一方、モータハウジング２１の他端側においては、空気が吸気孔２１ｃからモータハウジング２１内に流入し、ファン２９により遠心方向に曲げられて、電機子巻線３２のコイルエンド３２ｂを冷却した後、排気孔２１ｄから排出される。これにより、電機子巻線３２の過度の温度上昇が抑制される。

エンジン１が駆動されて、クランク軸２が図２中矢印Ａ方向に回転すると、クランク軸２の回転トルクがクランクプーリ３および第１ベルト６０を介して第１電動発電機プーリ５７に伝達される。そして、第１一方向クラッチ５０のローラ５５はスプリング５６の付勢力により楔状空間５４の狭い空間側に移動し、楔状空間５４に嵌合する。これにより、回転軸２８に固着されているクラッチインナ５２と第１電動発電機プーリ５７が一体に形成されたクラッチアウタ５３とが供回りし、回転軸２８が矢印Ａ方向に回転する。

そして、回転軸２８が矢印Ａ方向に回転すると、第２一方向クラッチ５１のローラ５５がスプリング５６の付勢力により楔状空間５４の狭い空間側に移動し、楔状空間５４に嵌合する。これにより、回転軸２８に固着されているクラッチインナ５２と第２電動発電機プーリ５８が一体に形成されたクラッチアウタ５３とが供回りする。そこで、クランク軸２の回転トルクが、クランクプーリ３、第１ベルト６０、第１電動発電機プーリ５７、第１一方向クラッチ５０、回転軸２８、第２一方向クラッチ５１、第２電動発電機プーリ５８、第２ベルト６１およびウォータポンププーリ１２を介して回転軸１１に伝達され、ウォータポンプ１０が動作する。なお、第２一方向クラッチ５１が装着されているので、トルクがウォータポンプ１０から電動発電機１５およびエンジン１側に伝達されることはない。

また、クランク軸２の回転トルクがクランクプーリ３、第１ベルト６０、オイルポンププーリ６およびエアコンプーリ９を介して回転軸５，８に伝達され、オイルポンプ４およびエアコン７が回転駆動される。

そして、回転子２５が回転され、回転磁界が電機子巻線３２に付加され、交流電力が電機子巻線３２に誘起される。この電機子巻線３２に誘起された交流電力がパワー回路部３７で直流電力に変換され、蓄電池１３に充電される。また、パワー回路部３７で変換された直流電力が、オイルポンプ４、エアコン７などの補機に供給され、オイルポンプ４、エアコン７が動作する。

つぎに、一方向クラッチを設けることによるベルト損失低減効果について説明する。ここで、一方向クラッチ５０が装着されている電動発電機を用いた比較例において、アイドル回転中におけるエンジン回転数（Ｎｅ）、電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）、電動発電機の回転子回転数（Ｎｒ）を測定した結果を図５の（ｂ）に示す。なお、一方向クラッチのベルト損失低減効果を説明するために、同一エンジンにて、一方向クラッチが装着されていない電動発電機を用いた従来例での測定結果を図５の（ｃ）に示した。なお、エンジン１は爆発工程時のみ駆動エネルギーを生じ、他の工程では駆動力を発生しないので、クランク軸２にはその回転中、常に角速度の微小変動がある。そこで、エンジン回転数（Ｎｅ）には、図５の（ｂ），（ｃ）に示されるように、脈動が生じている。

エンジン１が定常的に安定して回転駆動されている場合、エンジン回転数（Ｎｅ）と電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）との間には相対的な回転差は生じない。しかし、各回転質点の慣性重量によって、特に、回転子の慣性重量が大きいため、エンジン回転数（Ｎｅ）と電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）との間に大きな速度差が生じている。

そして、従来例の場合、図５の（ｃ）から、電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）がエンジン回転数（Ｎｅ）より低い場合には、引っ張り応力がベルトに掛かり、一方、電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）がエンジン回転数（Ｎｅ）より高い場合には、圧縮応力がベルトに掛かり、電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）がエンジン回転数（Ｎｅ）に対して大きく変動していることが分かる。このことから、従来例では、エンジン回転数（Ｎｅ）と電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）との間の速度差によるロスが過大なものとなる。このロスは、図５の（ｃ）中、Ｓ_ｃで示される。

一方向クラッチ５０を装着している比較例の場合においては、図５の（ｂ）に示されるように、エンジン回転数（Ｎｅ）の上り勾配が緩やかになると、慣性により、電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）がエンジン回転数（Ｎｅ）より速くなる。そして、慣性により、回転子回転数（Ｎｒ）が電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）より速くなると、一方向クラッチ５０が滑り、電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）と回転子回転数（Ｎｒ）とは、異なる軌道をとる。

そして、電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）は、上昇した後、徐々に低下してエンジン回転数（Ｎｅ）と一致する。一方、回転子回転数（Ｎｒ）は、上昇した後、徐々に低下してエンジン回転数（Ｎｅ）と一致すると、一方向クラッチ５０のクラッチインナ５２とクラッチアウタ５３とが再嵌合し、エンジン１の回転トルクが回転子２５に伝達される。この時、回転子回転数（Ｎｒ）は、慣性によりエンジン回転数（Ｎｅ）より低下した後、エンジン回転数（Ｎｅ）の上昇に連動して上昇する。回転子回転数（Ｎｒ）はエンジン回転数（Ｎｅ）より僅かに遅くなっている。また、クラッチインナ５２とクラッチアウタ５３との再嵌合により、第１ベルト６０に張力が掛かり、第１ベルト６０の伸びの過渡的な状態を経て、電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）が回転子回転数（Ｎｒ）に一致する。

このように、一方向クラッチ５０を装着している比較例の場合においても、電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）がエンジン回転数（Ｎｅ）より低い場合には、引っ張り応力が第１ベルト６０に掛かっている状態がある。しかし、電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）がエンジン回転数（Ｎｅ）より速くなると、一方向クラッチ５０が滑る。従って、比較例でのエンジン回転数（Ｎｅ）と電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）との間の速度差によるロスは、エンジン１から発電に最低限必要なトルクを伝達する引っ張り時のみに発生するので、一方向クラッチ５０が装着されていない従来例の場合に比べ、ロスは軽減されている。この比較例におけるロスは、図５の（ｂ）中、Ｓ_ｂで示される。

図５の（ｂ）、（ｃ）から、一方向クラッチ５０を装着することにより、エンジン回転数（Ｎｅ）と電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）との間の速度差によるロスが軽減されることが分かる。しかし、一方向クラッチ５０が滑った後のローラ５５の楔状空間５４への再嵌合時（図５の（ｂ）の点Ｘの時点）には、クラッチインナ５２とクラッチアウタ５３とが相対的に逆の速度を持っているため、大きな衝撃が発生し、振動騒音や一方向クラッチの耐久性の問題が生じる。

この実施の形態１では、上述の問題を解決するために、電動発電機１５を電動機として駆動して、エンジン脈動と協調することで、一方向クラッチ５０に掛かる負荷を低減するものである。つまり、この実施の形態１では、エンジン１のアイドリング中、電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）がエンジン回転数（Ｎｅ）より高く、かつ慣性によって低下する期間において、電動発電機１５を電動機として駆動して回転子２５の回転をアシストしている。この実施の形態１において、アイドル回転中におけるエンジン回転数（Ｎｅ）、電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）、電動発電機の回転子回転数（Ｎｒ）を測定した結果を図５の（ａ）に示す。

このように、電動発電機１５を電動機として駆動することで、図５の（ａ）に示されるように、回転子回転数（Ｎｒ）の下り勾配がより緩やかになる。そして、回転子回転数（Ｎｒ）が徐々に低下し、エンジン回転数（Ｎｅ）と一致すると、一方向クラッチ５０のクラッチインナ５２とクラッチアウタ５３とが再嵌合し、エンジン１の回転トルクが回転子２５に伝達される。この時、回転子回転数（Ｎｒ）は、慣性によりエンジン回転数（Ｎｅ）より低下した後、エンジン回転数（Ｎｅ）の上昇に連動して上昇する。回転子回転数（Ｎｒ）はエンジン回転数（Ｎｅ）より僅かに遅くなっている。また、クラッチインナ５２とクラッチアウタ５３との再嵌合により、第１ベルト６０に張力が掛かり、第１ベルト６０の伸びの過渡的な状態を経て、電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）が回転子回転数（Ｎｒ）に一致する。

この実施の形態１によれば、回転子回転数（Ｎｒ）の下り勾配が緩やかになっているので、回転子回転数（Ｎｒ）が最高値からエンジン回転数（Ｎｅ）と一致するまでの回転数変動が比較例に比べて小さくなる。従って、回転子回転数（Ｎｒ）がエンジン回転数（Ｎｅ）に一致する時点での回転子２５の加速度が比較例に比べて小さくなり、クラッチインナ５２とクラッチアウタ５３との再嵌合での衝撃が小さくなり、振動騒音を小さくできると共に、一方向クラッチ５０の耐久性を向上させることができる。

さらに、回転子回転数（Ｎｒ）の下り勾配が緩やかになっているので、回転子回転数（Ｎｒ）がエンジン回転数（Ｎｅ）と一致する時点がエンジン回転数（Ｎｅ）の脈動の山側にシフトする。つまり、引っ張り応力が第１ベルト６０に掛かっている領域が少なくなる。その結果、エンジン回転数（Ｎｅ）と電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）との間の速度差によるロスが、比較例に比べ、軽減され、効率向上が図られる。この実施の形態１におけるロスは、図５の（ａ）中、Ｓ_ａで示される。

また、エンジン１は、運転者による加速減や車両電気負荷の状況に応じて、エンジントルクを調整して、ドライバリティの向上やアイドルの安定化を図る必要があるので、様々な車両負荷に対して、トルクをコントロールできることが望ましい。電動ファン駆動やユーザからの電気機器のＯＮ情報によって、車両用発電機が発電するのに必要な急峻な発生トルクがエンジンに負荷されることになる。これに対し、従来では、回転子の界磁電流を漸増させるように制御して、急峻な発生トルクが発生しないようにしていた。しかし、コントロールできる幅は、発電に必要なトルクを漸増させたり、発電を中止して発電に必要な発生トルクを削減するまでであり、車両用発電機自体の回転子の慣性回転力までをなくすことは不可能であった。

この実施の形態１によれば、電動発電機１５を電動機として駆動することで、電動発電機１５からエンジン１に与える負荷を軽減できる。さらに、エンジン１のアイドリング中、回転子２５の回転アシストトルクを大きくしてエンジントルクのピークを越えるようにすることで、電動発電機１５側とエンジン１側とを断絶でき、電動発電機１５からエンジン１に与える負荷をなくすことができる。

第１および第２電動発電機プーリ５７，５８が、回転軸２８に軸方向に併設された第１および第２一方向クラッチ５０，５１のクラッチアウタ５３と一体に構成され、ウォータポンプ１０が第２電動発電機プーリ５８および第２ベルト６１を介して連結されている。そこで、ウォータポンプ１０へのトルクの伝達がエンジン１のみならず、電動発電機１５からも行える。このことは、結果的に、電動発電機１５が、ウォータポンプ１０とエンジン１のトルクとの相互関係や、ウォータポンプ１０とエンジン１に連結されたオイルポンプ４、エアコン７などの他の補機との相互関係をコントロールすることが可能となったことを意味する。従って、車両や車両電気負荷の状況に応じて、エンジントルクをコントロールする自由度を増やすことができる。

また、第２電動発電機プーリ５８が第２一方向クラッチ５１を介装して回転軸２８に装着され、ウォータポンプ１０の回転脈動などの損失につながる反力が回転軸２８に伝達されないので、第２電動発電機プーリ５８のベルト周りの損失が低減される。
また、第１および第２電動発電機プーリ５７，５８が回転軸２８に軸方向に併設されているので、第１および第２電動発電機プーリ５７，５８を平面的に配置する必要がなく、ベルトレイアウト性がよくなり、エンジン１と連結される補機のレイアウトの自由度を増やすことができる。

ここで、回転子２５の界磁巻線２７は、線径１ｍｍの銅線を４００ターン巻回しており、抵抗値は０．２１９Ω、インダクタンスは５０ｍＨである。固定子３０の電機子巻線３２は、線径１．６ｍｍの銅線を３ターン巻回した巻線を並列に接続したものをΔ結線して構成される。その抵抗値は９ｍΩ、インダクタンスは０．０３４ｍＨである。このため、回転子２５の時定数は１００ｍｓｅｃであり、固定子３０の時定数は６．８ｍｓｅｃであり、固定子３０は回転子２５に対して非常に応答性がよいことが分かる。従って、電動発電機１５の電動機能および発電機能は、回転子２５の電流値を固定し、固定子３０の電機子巻線３２に通電される電流値と位相で制御することが好ましい。これにより、エンジン脈動に応じた緻密なトルクコントロールが可能となり、効率のよい駆動力と電力の活用ができる。

また、電動発電機１５の電動機能を積極的に使うことで、次のような効果がさらに得られる。

まず、エンジンの加速時、電動発電機プーリ回転数（Ｎｐ）がエンジン回転数（Ｎｅ）より低く、電動発電機１５がエンジン１により発電駆動されている場合は、ローラ５５は楔状空間５４に噛み込んでいる状態であり、クラッチインナ５２とクラッチアウタ５３とには多大な応力が掛かっている。この状態において、電動発電機１５を電動機として駆動することで、クラッチインナ５２とクラッチアウタ５３と掛かる応力を軽減でき、一方向クラッチ５０の耐久性を向上できるとともに、異音の発生を抑制できる。なお、この領域は、電動発電機１５が発電機として有効に仕事をしている領域であるので、全領域で電動発電機１５を電動機として駆動することは望ましくはなく、エンジン加速の初期時間に限定することが望ましい。また、電動発電機１５を電動機として駆動することで、エンジン１に掛かる負荷が軽減され、エンジン１の加速性が向上する。

また、電動発電機１５が第１一方向クラッチ５０を装備しているので、エンジン１の減速時、回転子１５は慣性により直ぐには減速せず、第１一方向クラッチ５０が滑る。そして、回転子１５の回転数がエンジン１の回転数と同等になると、第１一方向クラッチ５０が再嵌合する。この時、電動発電機１５を電動機として駆動することで、第１一方向クラッチ５０が再嵌合するまでの時間を遅延でき、回転脈動を低減できる。また、第１一方向クラッチ５０が再嵌合する際の第１一方向クラッチ５０にかかる負荷が軽減され、一方向クラッチ５０の耐久性を向上できるとともに、異音の発生を抑制できる。さらに、エンジン１の減速時間を緩やかにすることができる。

また、エンジン１の急減速時には、第１一方向クラッチ５０が滑り、回転子２５は慣性により減速しないので、電動発電機１５および第１一方向クラッチ５０からの異音発生や発熱が問題となる。この時、回転子２５の回転数がエンジン１の回転数に同期するように電動発電機１５を急制動することで、回転子２５がエンジン１の回転数に同期して急減速し、異音発生や発熱が抑制されるとともに、第１一方向クラッチ５０の耐久性も向上する。

また、エンジン１が低速から停止に至る際に、回転子２５が慣性によりエンジン１に対して遅れて停止するので、回転子２５の回転に起因するファン２９による異音が発生する。この時、電動発電機１５を制動させ、両者の回転数勾配を同じにして停止させることで、ファン２９による異音発生を防止できる。

また、上記実施の形態１では、電動発電機１５の回転トルクを第２一方向クラッチ５１および第２ベルト６１を介してウォータポンプ１０に伝達するようにしているが、ウォータポンプ１０に代えて、テンポラリな駆動力を必要とする補機、例えば可変バルブタイミング機構を用いてもよい。可変バルブタイミング機構は、低燃費と高出力との両立、或いは低燃費と低エミッションとの両立のために、採用されものであり、油圧式ソレノイドによるカムシャフトの進角駆動がなされる。そして、作動媒体として油圧を利用しているので、例えば、エンジンの急加速時には、油圧の上昇がエンジンの急加速に追従できず、可変バルブタイミング機構がエンジンの急加速に追従して作動できない。そこで、エンジンの急加速時に、電動発電機１５を電動機として駆動して、電動発電機１５の回転トルクにより油圧の上昇をアシストすることで、可変バルブタイミング機構をエンジンの急加速に追従して作動させることができる。このように、テンポラリな駆動力を要するときには、電動発電機１５を電動機として駆動して必要な駆動力を提供することができる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係る車両用駆動装置における動力伝達経路を模式的に示す図である。
図６において、第２一方向クラッチ５１Ａが第１一方向クラッチ５０に軸方向に隣接して回転軸に固着されている。第２電動発電機プーリ５８が第２一方向クラッチ５１Ａのクラッチアウタ５３に一体に構成されている。ターボチャージャプーリ１８が第２補機としてのターボチャージャ１６の回転軸１７に固着されている。第２ベルト６１が、ターボチャージャプーリ１８および第２電動発電機プーリ５８に掛け渡されている。ここで、第２一方向クラッチ５１Ａ、第２電動発電機プーリ５８、およびターボチャージャプーリ１８が第２動力伝達手段を構成する。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

ここで、第２一方向クラッチ５１Ａは、トルク伝達方向が異なる点を除いて、上記実施の形態１の第２一方向クラッチ５１と同様に構成されている。つまり、第２一方向クラッチ５１Ａの楔状空間５４は、第２一方向クラッチ５１の楔状空間５４とは逆方向に徐々に狭くなるように構成されている。なお、第２一方向クラッチ５１Ａのトルク伝達方向は第１一方向クラッチ５０と同じである。

このように構成された車両用駆動装置では、エンジン１の回転トルクは、クランク軸２からクランクプーリ３および第１ベルト６０を介してオイルポンププーリ６、エアコンプーリ９、および第１電動発電機プーリ５７に伝達される。第１電動発電機プーリ５７に伝達された回転トルクは、第１一方向クラッチ５０を介して電動発電機１５の回転軸２８に伝達され、オイルポンプ４、エアコン７および電動発電機１５が駆動される。そして、電動発電機１５の回転軸２８の回転トルクは、第２一方向クラッチ５１Ａが滑り、第２電動発電機プーリ５８および第２ベルト６１を介してターボチャージャ１６の回転軸１７には伝達されない。

ターボチャージャ１６はエンジン１の駆動力とは異なる外部駆動力により駆動される。そこで、ターボチャージャ１６が駆動されると、その回転トルクが回転軸１７に固着されたターボチャージャプーリ１８および第２ベルト６１を介して第２電動発電機プーリ５８に伝達される。そして、第２電動発電機プーリ５８の回転数が回転軸２８の回転数より高くなると、ローラ５５が楔状空間５４に噛み込み、ターボチャージャ１６の回転トルクが回転軸２８に伝達される。これにより、回転子２５が回転駆動される。この時、電動発電機１５を発電機として動作させることで、ターボチャージャ１６の駆動力を蓄電池１３に回収できる。

ここで、ターボチャージャ１６の回転トルクが回転軸２８に伝達され、回転軸２８の回転数が第１電動発電機プーリ５７の回転数より高くなると、第１一方向クラッチ５０が滑り、ターボチャージャ１６の回転トルクは第１電動発電機プーリ５７および第１ベルト６０を介してエンジン１のクランク軸２には伝達されない。

このように、この実施の形態２においては、蓄電池１３やターボチャージャ１６の稼働状況に応じて、他の系に影響を与えることなく、電力を電動発電機１５を介して回収することができる。特に、排ガスの慣性力のような廃却される運動エネルギーを回収、利用して発電する、所謂回生を有効的に使うことができ、大きな燃費向上効果が得られる。
また、エンジン１や回転子２５の回転脈動などの損失につながる反力が第２電動発電機プーリ５８に伝達されないので、第２電動発電機プーリ５８のベルト周りの損失が低減される。
また、通常のエンジン１の駆動時には、第２一方向クラッチ５１Ａは滑っており、エンジン１の負荷を増大させることはない。第２一方向クラッチ５１Ａは通常滑っているので、第２一方向クラッチ５１Ａの耐久性を過度に高める必要はなく、小型化を図ることができる。

なお、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様に電動発電機１５を電動機として駆動することにより、上記実施の形態１と同様に効果が得られることは言うまでもないことである。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係る車両用駆動装置における動力伝達経路を模式的に示す図である。
図７において、第２電動発電機プーリ５８Ａが第１一方向クラッチ５０に隣接して回転軸に直接固着されている。ここで、第２電動発電機プーリ５８Ａおよびウォータポンププーリ１２が第２動力伝達手段を構成する。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された車両用駆動装置では、エンジン１の回転トルクは、クランク軸２からクランクプーリ３および第１ベルト６０を介してオイルポンププーリ６、エアコンプーリ９、および第１電動発電機プーリ５７に伝達される。第１電動発電機プーリ５７に伝達された回転トルクは、第１一方向クラッチ５０を介して電動発電機１５の回転軸２８に伝達され、オイルポンプ４、エアコン７および電動発電機１５が駆動される。そして、電動発電機１５の回転軸２８の回転トルクは、第２電動発電機プーリ５８Ａおよび第２ベルト６１を介してウォータポンププーリ１２に伝達され、ウォータポンプ１０が駆動される。

ここで、ウォータポンプ１０の慣性力がウォータポンププーリ１２、第２ベルト６１および第２電動発電機プーリ５８Ａを介して回転軸２８に伝達され、回転軸２８の回転数が第１電動発電機プーリ５７の回転数より高くなると、第１一方向クラッチ５０が滑る。そこで、回転子２５がウォータポンプ１０の慣性力により回転駆動される。この時、電動発電機１５を発電機として動作させることで、ウォータポンプ１０の慣性力を蓄電池１３に回収できる。

このように、この実施の形態３においては、ウォータポンプ１０の慣性力を回収、利用して発電する、所謂回生を有効的に使うことができ、大きな燃費向上効果が得られる。
また、第２電動発電機プーリ５８Ａが回転軸２８に直接固着されているので、ウォータポンプ１０と電動発電機１５との間でのトルクの授受が可能となる。そこで、結果的に、電動発電機１５が、ウォータポンプ１０とエンジン１のトルクとの相互影響や、ウォータポンプ１０とオイルポンプ４、エアコン７などの他の補機との相互影響をコントロールすることが可能となる。

なお、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様に電動発電機１５を電動機として駆動することにより、上記実施の形態１と同様に効果が得られることは言うまでもないことである。

実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４に係る車両用駆動装置における動力伝達経路を模式的に示す図である。
図８において、第１一方向クラッチ５０Ａは、トルク伝達方向が第１一方向クラッチ５０Ａと同じであり、回転軸２８に固着されている。そして、プーリ体５９が第１一方向クラッチ５０Ａのクラッチアウタ５３に一体に形成されている。プーリ体５９には、第１および第２電動機発電機プーリ５７，５８が軸方向に隣接して一体に形成されている。ここで、クランクプーリ３、オイルポンププーリ６、エアコンプーリ９、第１一方向クラッチ５０Ａ、第１電動発電機プーリ５７（プーリ体５９）、および第１ベルト６０が第１動力伝達手段を構成し、第２電動発電機プーリ５８（プーリ体５９）、ウォータポンププーリ１２および第２ベルト６１が第２動力伝達手段を構成する。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された車両用駆動装置では、エンジン１の回転トルクは、クランク軸２からクランクプーリ３および第１ベルト６０を介してオイルポンププーリ６、エアコンプーリ９、およびプーリ体５９に伝達される。プーリ体５９に伝達された回転トルクは、第１一方向クラッチ５０Ａを介して電動発電機１５の回転軸２８に伝達され、オイルポンプ４、エアコン７および電動発電機１５が駆動される。そして、プーリ体５９に伝達された回転トルクは、第２ベルト６１を介してウォータポンププーリ１２に伝達され、ウォータポンプ１０が駆動される。

ここで、電動発電機１５を電動機として駆動すると、第１一方向クラッチ５０Ａが滑り、エンジン１と電動発電機１５とのトルク伝達が遮断される。そこで、エンジン１から電動発電機１５へのトルク伝達がなくなり、ウォータポンプ１０へのトルク伝達がその分大きくできる。これにより、結果的に、電動発電機１５が、ウォータポンプ１０とエンジン１のトルクとの相互影響や、ウォータポンプ１０とオイルポンプ４、エアコン７などの他の補機との相互影響をコントロールすることが可能となる。

なお、この実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様に電動発電機１５を電動機として駆動することにより、上記実施の形態１と同様に効果が得られることは言うまでもないことである。

実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５に係る車両用駆動装置における動力伝達経路を模式的に示す図である。
図９において、ファン６２が回転軸２８に直接固着されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態５によれば、ファン６２がエンジン１の駆動力又は電動発電機１５の駆動力で直接駆動できるので、電動発電機１５が、ファン６２の駆動とエンジン１のトルクとの相互影響や、ファン６２の駆動とエンジン１に連結されたオイルポンプ４，エアコン７などの他の補機との相互影響をコントロールすることが可能となる。

なお、この実施の形態５においても、上記実施の形態１と同様に電動発電機１５を電動機として駆動することにより、上記実施の形態１と同様に効果が得られることは言うまでもないことである。

この発明の実施の形態１に係る車両用駆動装置を示すシステム構成図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用駆動装置における動力伝達経路を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用駆動装置における電動発電機を示す断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用駆動装置におけるアイドル回転中におけるエンジン回転数、電動発電機プーリ回転数および電動発電機の回転子回転数を測定した結果を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用駆動装置における動力伝達経路を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態３に係る車両用駆動装置における動力伝達経路を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態４に係る車両用駆動装置における動力伝達経路を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態５に係る車両用駆動装置における動力伝達経路を模式的に示す図である。

符号の説明

１ エンジン、２ クランク軸、３ クランクプーリ（第１動力伝達手段）、４ オイルポンプ（第１補機）、５ 回転軸、６ オイルポンププーリ（第１動力伝達手段）、７ エアコン（第１補機）、８ 回転軸、９ エアコンプーリ（第１動力伝達手段）、１０ ウォータポンプ（第２補機）、１１ 回転軸、１２ ウォータポンププーリ（第２動力伝達手段）、１３ 蓄電池、１５ 電動発電機、１６ ターボチャージャ（第２補機）、１２ 回転軸、１８ ターボチャージャプーリ（第２動力伝達手段）、２４ 交流モータ、３６ 駆動回路部、５０、５０Ａ 第１一方向クラッチ（第１動力伝達手段）、５１、５１Ａ 第２一方向クラッチ（第２動力伝達手段）、５７ 第１電動発電機プーリ（第１動力伝達手段）、５８ 第２電動発電機プーリ（第２動力伝達手段）、５９ プーリ体、６０ 第１ベルト（第１動力伝達手段）、６１ 第２ベルト（第２動力伝達手段）。

Claims (13)

1. エンジンと、発電機能と電動機能とを備えた電動発電機と、第１補機と、上記エンジンのクランク軸と上記電動発電機の回転軸と上記第１補機の回転軸との間で動力伝達を行う第１動力伝達手段と、を備えた車両用駆動装置において、
   上記第１動力伝達手段は、上記エンジンのクランク軸に装着されたクランクプーリと、上記電動発電機の回転軸に装着された第１電動発電機プーリと、上記第１補機の回転軸に装着された第１補機プーリと、上記クランクプーリ、上記第１電動発電機プーリおよび上記第１補機プーリに掛け渡された第１ベルトと、上記電動発電機の回転軸と上記第１電動発電機プーリとの間に介装され、上記電動発電機の回転軸の回転駆動力は上記エンジンのクランク軸に伝達せず、上記エンジンのクランク軸の回転駆動力を上記電動発電機の回転軸に伝達する第１一方向クラッチと、を有し、
   上記電動発電機が上記エンジン駆動中に電動駆動されることを特徴とする車両用駆動装置。
2. 第２補機と、上記電動発電機の回転軸と上記第２補機の回転軸との間で動力伝達を行う第２動力伝達手段と、を更に備えていることを特徴とする請求項１記載の車両用駆動装置。
3. 上記第２動力伝達手段は、上記電動発電機の回転軸に上記第１電動発電機プーリと軸方向に隣り合って装着された第２電動発電機プーリと、上記第２補機の回転軸に装着された第２補機プーリと、上記第２電動発電機プーリおよび上記第２補機プーリに掛け渡された第２ベルトと、を備えていることを特徴とする請求項２記載の車両用駆動装置。
4. 上記第２補機の回転軸の回転駆動力は上記電動発電機の回転軸に伝達せず、上記電動発電機の回転軸の回転駆動力を上記第２補機の回転軸に伝達する第２一方向クラッチが、上記第２電動発電機プーリと上記電動発電機の回転軸との間に介装されていることを特徴とする請求項３記載の車両用駆動装置。
5. 上記電動発電機の回転軸の回転駆動力は上記第２補機の回転軸に伝達せず、上記第２補機の回転軸の回転駆動力を上記電動発電機の回転軸に伝達する第２一方向クラッチが、上記第２電動発電機プーリと上記電動発電機の回転軸との間に介装されていることを特徴とする請求項３記載の車両用駆動装置。
6. 上記第２電動発電機プーリは上記電動発電機の回転軸に直接固着されていることを特徴とする請求項３記載の車両用駆動装置。
7. 上記第２電動発電機プーリが上記第１電動発電機プーリと一体に形成されていることを特徴とする請求項３記載の車両用駆動装置。
8. 上記エンジンの加速時に、上記電動発電機を電動駆動することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の車両用駆動装置。
9. 上記エンジンの減速時に、上記電動発電機を電動駆動することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の車両用駆動装置。
10. 上記エンジンのアイドリング時に、上記電動発電機の回転軸の回転数が該電動発電機の回転子の慣性により上記エンジンの回転数より高くなる領域で、上記電動発電機を電動駆動することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の車両用駆動装置。
11. 蓄電池をさらに備え、上記蓄電池の容量状態に応じて上記電動発電機を電動駆動することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の車両用駆動装置。
12. 上記エンジンの急減速時に、上記電動発電機の回転軸の回転数が上記エンジンの回転数に同期するように上記電動発電機を電動駆動することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の車両用駆動装置。
13. 上記電動発電機は交流電動発電機であり、固定子の電機子巻線に通電される電機子電流で電動制御されることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の車両用駆動装置。

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