CN104057812A - 发动机和电动发电机的混合动力系统 - Google Patents

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CN104057812A CN201410105575.XA CN201410105575A CN104057812A CN 104057812 A CN104057812 A CN 104057812A CN 201410105575 A CN201410105575 A CN 201410105575A CN 104057812 A CN104057812 A CN 104057812A
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广田健太郎
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Abstract

本发明提供一种发动机和电动发电机的混合动力系统，其对应于与一对旋转轴部分别连接的被驱动设备、驱动设备而获得最佳运转状态。混合动力系统构成为，具有：发动机，其设置曲轴的输出轴部，并且设置曲轴的电动发电机连接轴部，输出轴部能够与外部的被驱动设备连接；电动发电机，其将定子以及电动发电机连接轴部连结，具有转子；外部设备连接轴部，其与转子连接；离合器单元，其设置在电动发电机连接轴部和转子之间；蓄电单元，其储存通过电动发电机产生的电力，并且将电力供给至电动发电机；以及控制单元，其切换为将电动发电机作为发电机进行运转的充电功能、和作为发动机进行运转的电动机功能，并且对离合器单元的连接或切断进行切换。

Description

发动机和电动发电机的混合动力系统
技术领域
本发明涉及一种发动机和电动发电机的混合动力系统，特别涉及对应于与一对旋转轴部分别连接的被驱动设备、驱动设备而获得最佳运转状态的技术。
背景技术
例如，作为汽车的行驶用动力源，已知一种组合有发动机和电动发电机而成的混合动力系统的结构。
上述的混合动力系统，例如在减速时，利用通过电动发电机再生发电的电力，对电池进行充电，在加速时等将该电力用于驱动等，从而抑制车辆的燃料消耗。
作为与上述的发动机-电气混合动力车辆相关的现有技术，例如在专利文献1中记载有：将发动机、电动机、变速器依次连结，并且，在发动机和电动机之间、以及电动机和变速器之间分别设置离合器。
另外，在专利文献2中记载有：将发动机、传动装置、电动机依次连结，并且，在传动装置的内部设置单向超越离合器，该单向超越离合器用于即使在发动机处于停止状态下也能够进行电动机行驶。
专利文献1：日本实开昭58-9820号公报
专利文献2：日本特开平5-305822号公报
发明内容
在上述的现有技术中，混合动力系统原则上是专用于车辆行驶的动力单元，经由动力传递装置驱动车轮，或者，仅具有通过来自车轮的驱动而进行再生发电的功能，没有假定例如驱动多个被驱动设备这样的利用方法。
另一方面，期望发动机和电动发电机的混合动力系统不限于车辆而广泛地应用于工业等而具有通用性，能够更高效地驱动由现有通用发动机进行驱动的多个被驱动设备。
另外，也期望利用上述的混合动力系统，通过所搭载的发动机以外的外部动力进行发电利用。
本发明的课题在于提供一种对应于与一对旋转轴部分别连接的被驱动设备、驱动设备而获得最佳运转状态的发动机和电动发电机的混合动力系统。
本发明通过如下所述的解决方法，解决上述课题。
技术方案1所涉及的发明为发动机和电动发电机的混合动力系统，其具有：发动机，其在曲轴箱的一侧端部设置曲轴的输出轴部，并且，在另一侧端部设置所述曲轴的电动发电机连接轴部，所述输出轴部能够与外部的被驱动设备连接；电动发电机，其具有相对于所述曲轴箱固定的定子、以及与所述电动发电机连接轴部连结而相对于所述定子旋转的转子；外部设备连接轴部，其与所述转子连接，设置在所述电动发电机的与所述发动机侧相反一侧的端部，能够与外部的被驱动设备或驱动设备连接；离合器单元，其设置在所述发动机的所述电动发电机连接轴部和所述转子之间；蓄电单元，其储存通过所述电动发电机产生的电力，并且将储存的电力供给至所述电动发电机；以及控制单元，其对将所述电动发电机作为发电机进行运转的发电模式、和作为电动机进行运转的电动机模式进行切换，并且，对所述离合器单元的连接或切断进行切换。
由此，通过对电动发电机的作为发电机的功能和作为电动机的功能进行切换，并且对离合器单元的连接、切断进行切换，从而能够对应于与曲轴的输出轴部及电动发电机的外部设备连接轴部分别连接的设备的种类，设定最佳运转状态。
技术方案2所涉及的发明是技术方案1所记载的发动机和电动发电机的混合动力系统，其特征在于，所述电动发电机是轴向间隙型的电动发电机，所述转子形成为圆盘状，并且所述定子与所述转子在轴向上相对地配置。
由此，能够缩短电动发电机的轴向尺寸，缩短混合动力系统的全长，提高向设备的搭载性。
技术方案3所涉及的发明是技术方案1或者技术方案2所记载的发动机和电动发电机的混合动力，其特征在于，所述控制单元执行起动运转模式，在该起动运转模式中，将所述离合器单元连接，并且将所述电动发电机作为电动机进行运转，将所述发动机起动。
由此，相对于人工利用反冲起动装置等进行发动机的起动的情况，实现省力化，另外，不必设置起动专用的起动电动机，因此能够简化结构。
技术方案4所涉及的发明，是技术方案1至技术方案3中任一项所记载的发动机和电动发电机的混合动力系统，其特征在于，所述控制单元执行发电运转模式，在该发电运转模式中，将所述离合器单元连接，并且，将所述电动发电机作为发电机进行运转，通过所述发动机的输出进行发电。
由此，能够与普通的发动机驱动发电机相同地利用混合动力系统。
技术方案5所涉及的发明，是技术方案4所记载的发动机和电动发电机的混合动力系统，其特征在于，在所述发电运转模式中，对与所述曲轴的所述输出轴部连接的被驱动设备进行驱动。
由此，能够将发动机输出中的用于发电以外的剩余输出，用于外部的被驱动设备的驱动，能够提高便利性。
技术方案6所涉及的发明，是技术方案1至技术方案5中任一项所记载的发动机和电动发电机的混合动力系统，其特征在于，所述控制单元执行电动机辅助运转模式，在该电动机辅助运转模式中，将所述离合器单元连接，并且将所述电动发电机作为发动机进行运转，对所述发动机的输出进行辅助。
由此，能够在外部的被驱动设备暂时需要大输出的情况下进行应对而不增大发动机的排气量等。
另外，在所需的输出同等的情况下，能够实现发动机的小排气量化、低转速化等，能够降低燃料消耗。
技术方案7所涉及的发明，是技术方案1至技术方案6中任一项所记载的发动机和电动发电机的混合动力系统，其特征在于，所述控制单元执行电动机驱动运转模式，在该电动机驱动运转模式中，将所述离合器单元切断，并且所述电动发电机作为电动机进行运转，仅通过电动机，对与所述外部设备连接轴部连接的被驱动设备进行驱动。
由此，在能够仅利用电动机输出进行被驱动设备的驱动的情况下，可以不起动发动机而进行运转，能够提高静音性等。
另外，由于能够对电动发电机进行正转、逆转的切换，因此，例如如在作为车辆的行驶用动力而利用的情况下进行后退时这种要求临时反转的情况下，不必设置反转用的齿轮列等机构，能够简化装置的结构。
技术方案8所涉及的发明，是技术方案1至技术方案7中任一项所记载的发动机和电动发电机的混合动力系统，其特征在于，所述控制单元执行被驱动发电模式，在该被驱动发电模式中，将所述离合器单元切断，并且所述电动发电机作为发电机进行运转，通过来自与所述外部设备连接轴部连接的驱动设备的输入，进行发电。
由此，能够通过来自外部的驱动而进行发电，此时由于不必使发动机空转，因此能够降低摩擦，提高发电效率。
技术方案9所涉及的发明，是技术方案1至技术方案8中任一项所记载的发动机和电动发电机的混合动力系统，其特征在于，所述控制单元执行同时辅助发电模式，在该同时辅助发电模式中，将所述离合器单元连接，并且所述电动发电机的所述定子的一部分的线圈以及所述转子作为发电机进行运转，所述定子的其他部分的线圈及所述转子作为电动机进行运转。
由此，能够同时地进行发电和电动机辅助，以大输出驱动外部设备，并且也能够作为AC电源进行利用。
发明的效果
如以上说明所示，根据本发明，能够提供一种对应于与一对旋转轴部分别连接的被驱动设备、驱动设备而获得最佳运转状态的发动机和电动发电机的混合动力系统。
附图说明
图1是表示使用了本发明的发动机和电动发电机的混合动力系统的实施例的结构的示意图。
标号的说明
1混合动力系统
100 发动机 110 输出轴部
200 电动发电机 210 旋转轴部
220 转子 230 第1定子
240 第2定子 250 电磁离合器
310 电池 320 AC-DC变换器
330 逆变器 340 离合器继电器
350 控制装置
具体实施方式
本发明的课题为，提供一种对应于与一对旋转轴部分别连接的被驱动设备、驱动设备而获得最佳运行状态的发动机和电动发电机的混合动力系统，该课题通过下述方法而解决：在发动机及电动发电机的转子上分别设置输出轴，在发动机和电动发电机之间设置电磁离合器，并且设置控制装置，该控制装置对将电动发电机作为发电机利用的情况和作为电动机利用的情况进行切换，且对电磁离合器的连接、切断进行切换。
【实施例】
下面，针对使用了本发明的发动机和电动发电机的混合动力系统的实施例进行说明。
图1是表示实施例的发动机和电动发电机的混合动力系统的结构的示意图。
在图1中，实线箭头表示电力的流向，虚线箭头表示控制信号的流向。
混合动力系统1构成为，具有发动机100、电动发电机200、电池310、AC-DC变换器320、逆变器330、离合器继电器340、控制装置350等。
发动机100例如是在工业等中使用的通用发动机，例如是4冲程单气缸OHC的汽油发动机。
发动机100具有曲轴箱，其收容作为输出轴的曲轴的主要部分。
作为曲轴的一侧端部的输出轴部110，从曲轴箱的与电动发电机200相反一侧的端部凸出而设置。
在输出轴部110上连接由发动机100驱动的外部的被驱动设备（第1组设备）。输出轴部110具有被优化或规格化的形状，以使得可以与外部的被驱动设备连接而可传递输出。作为外部的被驱动设备，可以举出工业设备、农业设备、建设机械，例如具体地说，可以举出外设的发电机、泵、车辆的行驶装置、油压装置、压缩机、割草机、高压清洗机、除雪机、平板车、混凝土切割机等。
曲轴的另一侧端部（电动发电机连接轴部）与电动发电机200的电磁离合器250连接。
电动发电机200是可以由外部进行驱动并发电的发电机、以及被供给电力而产生驱动力的作为AC电动机而利用的旋转电机。
电动发电机200构成为，具有旋转轴部210、转子220、第1定子230、第2定子240、电磁离合器250等。
旋转轴部210与发动机100的曲轴同心地配置。
旋转轴部210的一侧端部经由电磁离合器250与曲轴连接。
旋转轴部210的另一侧端部从电动发电机200的与发动机100侧相反一侧的端部凸出，该部分作为与外部设备（第2组设备）连接的外部设备连接轴部起作用。外部设备可以是被驱动设备，也可以是驱动设备。旋转轴部210具有被优化或规格化的形状，以可以与外部设备连接并传递输出/输入。作为外部的驱动设备，例如可以使用水车、风车、外部发动机和电动机等原动机等。
转子220固定在旋转轴部210上，是向外径侧以凸缘状伸出而形成的圆盘状的部件。
转子220由强磁性体形成，按照规定的图案实施N-S充磁。
第1定子230与转子220的发动机100侧的面部隔着规定的间隔相对地配置。
第1定子230，将在铁芯上卷绕绕组而成的多个线圈沿周向排列而构成。
第2定子240与转子220的发动机100侧相反一侧的面部隔着规定的间隔相对地配置。
第2定子240，将在铁芯上卷绕而成绕组的多个线圈沿周向排列而构成。
第1定子230、第2定子240固定在固定于发动机100的曲轴箱上的定子壳体上，从而相对于曲轴箱固定。
电磁离合器250对发动机100的曲轴和旋转轴部210之间的连接或切断进行切换。
电磁离合器250具有通过从离合器继电器340供给电力，从而产生磁通的线圈，利用其电磁力，对安装在强磁性体上的摩擦部件进行吸引并压接，成为可以传递动力的连接状态。另外，如果将向线圈供给的电力切断，则摩擦部件通过复位弹簧等预紧单元而离开，成为动力传递被切断的切断状态。
电池310通过电动发电机200发出的电力被充电（蓄电），并且，在电动发电机200作为电动机进行运转时，供给驱动用的电力。
电池310例如是锂离子电池、镍氢电池等2次电池。
AC-DC变换器320在电动发电机200作为发电机使用时，将第1定子230、第2定子240所产生的交流电力变换为直流并供给至电池310。
逆变器320在将电动发电机200作为AC电动机进行驱动时，将从电池310供给的直流变换为交流，供给至第1定子230、第2定子240的线圈。
离合器继电器340是对电磁离合器250的通电（离合器连接）、非通电（离合器切断）进行切换的继电器。
控制装置350统一地控制AC-DC变换器320、逆变器330、离合器继电器340，执行以下说明的各种运转模式。
下面，对各运转模式进行说明。
〈起动运转模式〉
控制装置350通过将电磁离合器250连接，并且将电动发电机200作为电动机进行运转，从而进行发动机100的起动。
该起动运转模式通过用户操作未图示的发动机起动操作部（例如起动按钮等）而开始，在发动机起动后，通过结束发动机起动操作部的操作而结束。
另外，也可以例如根据曲轴的旋转速度等，对发动机100的完全爆燃（起动结束）进行检测，自动地结束起动运转模式。
根据该起动运转模式，相对于人工利用反冲起动装置等进行发动机100的起动的情况，实现省力化，另外，由于不必为了起动专用而设置起动电动机，因此能够简化结构。另外，由于起动时不发生齿轮啮合音等噪音，因此能够实现静音起动。
〈发电运转模式〉
控制装置350在发动机100的运转中，通过将电磁离合器250连接，并且将电动发电机200作为发电机进行运转，从而进行发电。
由此，能够将混合动力系统1与普通的发动机驱动发电机相同地利用。
此时，能够同时进行与发动机100的输出轴部110连接的外部的被驱动设备的驱动。
根据该发电运转模式，能够将发动机输出中的用于发电以外的剩余输出，用于外部的被驱动设备的驱动，能够提高便利性。
〈电动机辅助运转模式〉
控制装置350，通过在发动机100的运转中将电磁离合器250连接，并且将电动发电机200作为电动机进行运转，从而对通过发动机100的输出实现的外部的被驱动设备的驱动进行辅助。
根据该发动机辅助运转模式，能够在外部的被驱动设备暂时需要大输出的情况下，不增大发动机的排气量等而进行应对。
另外，在所需的输出相同的情况下，能够实现发动机的小排气量化、低转速化等，能够降低燃料消耗。
〈电动机驱动运转模式〉
控制装置350，通过在发动机100的停止中将电磁离合器250切断，并且将电动发电机200作为电动机进行运转，从而仅通过电动发电机200的输出，进行与旋转轴部210连接的外部的被驱动设备的驱动。
根据该电动机驱动运转模式，在能够仅利用电动发电机200的输出进行被驱动设备的驱动的情况下，能够不起动发动机100而进行运转，能够提高静音性等。
另外，电动发电机200能够进行正转、反转的切换，因此例如在作为车辆的行驶用动力而利用的情况下进行后退时这种暂时要求反转的情况下，不必设置反转用的齿轮列等机构，能够简化装置的结构。
另外，上述的电动机驱动运转模式也可以在发动机100的运转中执行。
在该情况下，发动机100能够与电动发电机200独立地驱动其他的被驱动设备。
〈被驱动发电模式〉
控制装置350通过在发动机100的停止中将电磁离合器250切断，并且将电动发电机200作为发电机进行运转，从而通过与旋转轴部210连接的外部的驱动设备的动力进行发电。
作为外部的驱动设备，例如可以利用水车、风车、外部的发动机和电动机等原动机等。另外，在搭载在车辆上的情况下，也能够进行再生发电。
根据该被驱动发电模式，能够通过来自外部的驱动而进行发电，此时不必使发动机空转，因此能够降低摩擦，提高发电效率。
另外，上述的电动机驱动运转模式也可以在发动机100的运转中执行。
在该情况下，发动机100能够与电动发电机200独立地驱动其他的被驱动设备。
〈同时辅助发电模式〉
控制装置350通过在发动机100的运转中将电磁离合器250连接，并且将电动发电机200的一部分的定子线圈作为发电机而利用，将其他部分的定子线圈作为电动机而利用，从而能够利用发动机100的输出以及电动发电机200的作为电动机的输出，对外部的被驱动设备进行驱动，并且进行发电。
例如，能够将转子220及第1定子230作为发电机进行利用，将转子220及第2定子240作为电动机进行利用。
根据该同时辅助发电模式，能够同时进行发电和电动机辅助，能够以大输出驱动外部设备，并且也可以作为AC电源进行利用。
如以上说明所示，根据本实施例，通过对电动发电机200的作为发电机的功能和作为电动机的功能进行切换，并且，对电磁离合器250的连接、切断进行切换，从而能够对应于与发动机100的输出轴部110及电动发电机200的旋转轴部210分别连接的设备的种类，设定最佳运行状态。
另外，通过使电动发电机200为轴向间隙型，从而能够缩短电动发电机200的轴向尺寸，将混合动力系统1的全长缩短，提高向设备的搭载性。
（变形例）
本发明不限于以上说明的实施例，能够进行各种变形和变更，他们均包含在本发明的技术范围内。
发动机和电动发电机的混合动力系统的结构不限于上述的实施例，能够适当地进行变更。
例如，在实施例中是作为蓄电单元而利用二次电池的结构，但也可以取代二次电池，例如利用电容器等其他蓄电单元。另外，2次电池的种类也并不特别地限定。
另外，外部的驱动设备、被驱动设备也并不特别地限定。

Claims (9)

1.一种发动机和电动发电机的混合动力系统，其具有：
发动机，其在曲轴箱的一侧端部设置曲轴的输出轴部，并且，在另一侧端部设置所述曲轴的电动发电机连接轴部，所述输出轴部能够与外部的被驱动设备连接；
电动发电机，其具有相对于所述曲轴箱固定的定子、以及与所述电动发电机连接轴部连结而相对于所述定子旋转的转子；
外部设备连接轴部，其与所述转子连接，设置在所述电动发电机的与所述发动机侧相反一侧的端部，能够与外部的被驱动设备或驱动设备连接；
离合器单元，其设置在所述发动机的所述电动发电机连接轴部和所述转子之间；
蓄电单元，其储存通过所述电动发电机产生的电力，并且将储存的电力供给至所述电动发电机；以及
控制单元，其对将所述电动发电机作为发电机进行运转的发电模式、和作为电动机进行运转的电动机模式进行切换，并且，对所述离合器单元的连接或切断进行切换。
2.根据权利要求1所述的发动机和电动发电机的混合动力系统，其特征在于，
所述电动发电机是轴向间隙型的电动发电机，所述转子形成为圆盘状，并且所述定子与所述转子在轴向上相对地配置。
3.根据权利要求1或2所述的发动机和电动发电机的混合动力系统，其特征在于，
所述控制单元执行起动运转模式，在该起动运转模式中，将所述离合器单元连接，并且将所述电动发电机作为电动机进行运转，将所述发动机起动。
4.根据权利要求1或2所述的发动机和电动发电机的混合动力系统，其特征在于，
所述控制单元执行发电运转模式，在该发电运转模式中，将所述离合器单元连接，并且，将所述电动发电机作为发电机进行运转，通过所述发动机的输出进行发电。
5.根据权利要求4所述的发动机和电动发电机的混合动力系统，其特征在于，
在所述发电运转模式中，对与所述曲轴的所述输出轴部连接的被驱动设备进行驱动。
6.根据权利要求1或2所述的发动机和电动发电机的混合动力系统，其特征在于，
所述控制单元执行电动机辅助运转模式，在该电动机辅助运转模式中，将所述离合器单元连接，并且将所述电动发电机作为电动机进行运转，对所述发动机的输出进行辅助。
7.根据权利要求1或2所述的发动机和电动发电机的混合动力系统，其特征在于，
所述控制单元执行电动机驱动运转模式，在该电动机驱动运转模式中，将所述离合器单元切断，并且将所述电动发电机作为电动机进行运转，仅通过电动机对与所述外部设备连接轴部连接的被驱动设备进行驱动。
8.根据权利要求1或2所述的发动机和电动发电机的混合动力系统，其特征在于，
所述控制单元执行被驱动发电模式，在该被驱动发电模式中，将所述离合器单元切断，并且将所述电动发电机作为发电机进行运转，通过来自与所述外部设备连接轴部连接的驱动设备的输入，进行发电。
9.根据权利要求1或2所述的发动机和电动发电机的混合动力系统，其特征在于，
所述控制单元执行同时辅助发电模式，在该同时辅助发电模式中，将所述离合器单元连接，并且将所述电动发电机的所述定子的一部分的线圈以及所述转子作为发电机进行运转，将所述定子的其他部分的线圈及所述转子作为电动机进行运转。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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