JP2004262379A - 並列式混合動力ユニット - Google Patents

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JP2004262379A JP2003056108A JP2003056108A JP2004262379A JP 2004262379 A JP2004262379 A JP 2004262379A JP 2003056108 A JP2003056108 A JP 2003056108A JP 2003056108 A JP2003056108 A JP 2003056108A JP 2004262379 A JP2004262379 A JP 2004262379A
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internal combustion
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generator
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ONSEI KIGYO KOFUN YUGENKOSHI
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ONSEI KIGYO KOFUN YUGENKOSHI
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    • B60K6/44—Series-parallel type
    • B60K6/445—Differential gearing distribution type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
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    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/16—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines with provision for separate direct mechanical propulsion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/06—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/26—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
    • B60K2006/268—Electric drive motor starts the engine, i.e. used as starter motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
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Abstract

【課題】並列式混合動力ユニットの提供。
【解決手段】蓄電装置、電子制御モジュール、内燃機、フライホイールを具えた内燃機の出力軸、遊星歯車差速機構を具え、遊星歯車差速機構が発電機回転子に駆動されるケーシングを具え、ケーシング内側に同軸で同じ動作をする二つの遊星歯車を具えた遊星歯車セットがあり、ケーシングに固定された遊星アームに軸受が取り付けられ、太陽歯車が一方の遊星歯車とかみ合い並びに内燃機の出力軸に固定され、別の太陽歯車がもう一方の遊星歯車とかみ合い並びに伝動軸に固定され、該伝動軸が回転伝動機構で電動機の出力軸に連接され、もう一組の回転伝動機構を介して負荷端の出力軸に連接され、電子制御モジュールにより適当な操作モードが選択されて、内燃機、発電機、電動機及び蓄電装置の作動タイミングが制御され、管理と回転速度制御を達成する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一種の並列式混合動力ユニットに係り、特に、遊星歯車差速機構を利用して内燃機、発電機、電動機及び出力軸が一つの動力ユニット中に結合され、並びに蓄電装置が結合され、電子制御モジュールにより適当な操作モードが選択されて、内燃機、発電機、電動機と蓄電装置の作動タイミングが制御され、エネルギー管理の目的を達成し、また、電子制御モジュールにより発電機と電動機の回転速度が調整されて内燃機運転時に固定回転速度を維持でき、無段変速の機能を達成する、並列式混合動力ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、いわゆる混合動力伝動ユニットは、内燃機等の燃料油を動力源とする動力システムと、電動機と発電機等の電力駆動の動力ユニット装置が同一動力ユニット中に設けられ、ユニットの必要に応じて燃料油或いは電力システム使用のタイミングを決定し、これによりシステムに最良の表現を達成させるようにした装置を指す。その主要な形式は直列式混合動力ユニットと並列式混合動力ユニットの二種類がある。
【０００３】
直列式混合動力ユニットは、内燃機で直接発電機が駆動されてそれに電力を発生させて少なくとも一つの電動機に供給して動力を発生させ、並びに少なくとも一つの蓄電池に残りの電気エネルギーを保存する。このような動力ユニットの動力の流れは理想的であるが、しかし、内燃機は同時に電動機の出力軸を駆動することができず、システムの出力するトルクと回転速度はいずれも電動機により決定され、電動機の能力が負荷に十分でない時、内燃機はいかなる補助も提供することができない。
【０００４】
並列式混合動力ユニットには上述の直列式混合動力ユニットの欠点がなく、それは、内燃機、電動機、及び発電機で組成され、直列式混合動力ユニットとの主要な違いは以下のとおりである。このユニットは、電動機を独立使用して十分な動力を出力でき、また内燃機と電動機を合併して動力を出力することもでき、且つ内燃機が出力する一部エネルギーで発電機を駆動し発電させ、残りを直接出力して外界負荷を克服し、発電機の発電を電動機に供給して作動させるか或いは蓄電池に電気エネルギーを保存することもでき、これにより並列式混合動力ユニットの全体表現は直列式混合動力ユニットよりも良好である。
【０００５】
図１は現在ある周知のダブル遊星歯車を具えた並列式混合動力ユニット１の断面図である。この並列式混合動力ユニット１の主要な構造は、蓄電装置２、電子制御モジュール３、内燃機４、フライホイール５（フライホイール５にコントローラ５１が取り付けられている）、発電機６、電動機７、ダブル遊星歯車機構８を具え、該遊星歯車機構８は二つの遊星歯車セット８１、８２、二つの遊星歯車ベース８３、８４、二つの太陽歯車８５、８６、共用内歯車８７（二つの内歯車８７１、８７２を有する）、出力軸９及び二つのベルトセット１０、１１を具えている。
【０００６】
上述の周知の並列式混合動力ユニットは、ダブル遊星歯車機構８により内燃機４、発電機６、電動機７と出力軸９が連接されている。内燃機４が出力する運動エネルギーが負荷を駆動するのに不足する時、電動機７が駆動されて内燃機４と出力が合併される。反対に、内燃機４の出力する運動エネルギーが負荷より高ければ、発電機６が残りのエネルギーを充電保存する。このほか、このような並列式混合動力ユニットは内燃機４を起動しない状況では電動機７だけが独立出力する。周知のこのような並列式混合動力ユニットの構造はネネルギー管理の機能を具備するが、その全体システム構造は二つの遊星歯車セット８１、８２と二つの内歯車８７１、８７２の設計に頼らねばならず、このような構造設計方式は相当多くの内部摩擦力を増加し、内部の損耗を形成し、また製造上、相当の困難度が増し、ゆえに改善の必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主要な目的は、内部構造に内歯車設計のない並列式混合動力ユニットを提供し、この設計により内部摩擦損耗を減らし、並びに全体構造を簡易化し、さらには直接発電機の回転子中に取り付けられるようにし、多くの空間を節約できるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、並列式混合動力ユニットにおいて、蓄電装置、電子制御モジュール、出力軸にフライホイールが取り付けられた内燃機、遊星歯車差速機構を具え、該遊星歯車差速機構が発電機の回転子により駆動されるケーシングを具え、該ケーシングの内側に遊星歯車セットが設けられ、該遊星歯車セットに二つの遊星歯車が設けられ、該二つの遊星歯車が同軸に設けられて同じ動作を行ない、並びに軸受が遊星アームに取り付けられ、該遊星アームがケーシングに固定され、太陽歯車がそのうち一つの遊星歯車とかみ合うと共に内燃機の出力軸に固定され、もう一つの太陽歯車がもう一つの遊星歯車に噛み合うと共に伝動軸に固定され、該伝動軸が回転伝動機構を介して電動機の出力軸に連接され、さらにもう一組の回転伝動機構により負荷端の出力軸に連接され、電子制御モジュールにより適当な操作モードが選択されて内燃機、発電機、電動機及び蓄電装置の作動タイミングが制御され、エネルギー管理と回転速度制御を行うことを特徴とする、並列式混合動力ユニットとしている。
請求項２の発明は、請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、フライホイールに制動器が取り付けられたことを特徴とする、並列式混合動力ユニットとしている。
請求項３の発明は、請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、遊星歯車差速機構の外側と電動機の伝動機構の間の部分の伝動軸にクラッチが取り付けられて、伝動軸が離合セクションと未離合セクションの二つのセクションに区分されたことを特徴とする、並列式混合動力ユニットとしている。
請求項４の発明は、請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、遊星歯車差速機構が直接発電機の回転子の内側に設置されたことを特徴とする、並列式混合動力ユニットとしている。
請求項５の発明は、請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、遊星歯車差速機構が発電機と分離して設置され、且つ該発電機の回転子が回転伝動機構で遊星歯車差速機構のケーシングと連接されたことを特徴とする、並列式混合動力ユニットとしている。
請求項６の発明は、請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、電子制御モジュールにより純電力操作モードに制御される時、電動機が動力源とされてその出力する運動エネルギーが外界負荷と平衡とされることを特徴とする、並列式混合動力ユニットとしている。
請求項７の発明は、請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、電子制御モジュールにより内燃機起動モードに制御される時、電動機と発電機により内燃機が起動されるすることを特徴とする、並列式混合動力ユニットとしている。
請求項８の発明は、請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、電子制御モジュールによりダブル充電モードに制御される時、電動機がエネルギー保存装置とされ、内燃機の出力する運動エネルギーの一部が外界負荷を克服し、一部が発電機と電動機に供給され発電を行うことを特徴とする、並列式混合動力ユニットとしている。
請求項９の発明は、請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、電子制御モジュールによりシングル充電モードに制御される時、電動機がもう一つの動力源とされ、内燃機の出力する運動エネルギーの一部が発電機に供給されて電気エネルギーに変換されて蓄電装置に充電され、一部が電動機の出力する運動エネルギーと合併されて共に外界負荷を克服することを特徴とする、並列式混合動力ユニットとしている。
請求項１０の発明は、請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、電子制御モジュールにより無蓄電モードに制御される時、電動機がもう一つの動力源とされ、内燃機の出力する運動エネルギーの一部が発電機に供給されて電気エネルギーに変換されて電動機に供給され、電動機が電気エネルギーを運動エネルギーに変換して内燃機の出力する一部の運動エネルギーと併せて共に外界の負荷を克服することを特徴とする、並列式混合動力ユニットとしている。
請求項１１の発明は、請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、電子制御モジュールにより静止充電モードに制御される時、負荷端の出力軸の回転速度が零となる時、内燃機の出力する運動エネルギーが完全に発電機に供給されて電気エネルギーに変換されて保存されることを特徴とする、並列式混合動力ユニットとしている。
請求項１２の発明は、請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、電子制御モジュールにより制動減速充電モードに制御される時、負荷端の出力軸に減速が必要な時、制動器を使用せずに負荷端の出力軸を減速でき、電子制御モジュールの制御により電動機が制動器とされ、多くの余分の運動エネルギーが電気エネルギーに変換されて蓄電装置に保存されることを特徴とする、並列式混合動力ユニットとしている。
請求項１３の発明は、請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、回転伝動機構が歯車とされたことを特徴とする、並列式混合動力ユニットとしている。
請求項１４の発明は、請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、回転伝動機構がベルトとされたことを特徴とする、並列式混合動力ユニットとしている。
請求項１５の発明は、請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、回転伝動機構がチェーンとされたことを特徴とする、並列式混合動力ユニットとしている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上述の目的を達成するための本発明の主要な技術内容は以下のようである。すなわち、本発明は、蓄電装置、電子制御モジュール、出力軸にフライホイールが取り付けられた内燃機、遊星歯車差速機構を具え、該遊星歯車差速機構が発電機回転子により駆動されるケーシングを具え、該ケーシングの内側に遊星歯車セットが設けられ、該遊星歯車セットに二つの遊星歯車が設けられ、該二つの遊星歯車が同軸に設けられて同じ動作を行ない、並びに軸受が遊星アームに取り付けられ、該遊星アームがケーシングに固定され、太陽歯車がそのうち一つの遊星歯車とかみ合うと共に内燃機の出力軸に固定され、もう一つの太陽歯車がもう一つの遊星歯車に噛み合うと共に伝動軸に固定され、該伝動軸が回転伝動機構を介して電動機の出力軸に連接され、さらにもう一組の回転伝動機構により負荷端の出力軸に連接され、電子制御モジュールにより適当な操作モードが選択されて内燃機、発電機、電動機及び蓄電装置の作動タイミングが制御され、エネルギー管理と回転速度制御の目的が達成される。
【００１０】
【実施例】
図２は本発明の実施例の並列式混合動力ユニット１２の構造表示図である。本発明の主要な組成構造は、蓄電装置２２、電子制御モジュール２１、出力軸１３１にフライホイール１４が取り付けられた内燃機１３、発電機１５、該発電機１５の回転子１５２内に取り付けられた遊星歯車差速機構２３、伝動軸１６、電動機１９、出力軸２０、該出力軸２０に取り付けられた制動器２４を具えている。該伝動軸１６は一組の、歯車、ベルト或いはチェーンの構造とされる回転伝動機構１７で電動機１９の出力軸１９１に連接され、該伝動軸１６に歯車、ベルト或いはチェーンとされる第２回転伝動機構１８が設けられ、該第２回転伝動機構１８に対応する動力ユニットに設けられた出力軸２０に連接され、該出力軸２０に制動器２４が組み合わされ、並びに電子制御モジュール２１により適当な操作モードが選択されて、内燃機１３、発電機１５、電動機１９と蓄電装置２２の間の動作タイミングが制御され、エネルギー管理の目的が達成される。
【００１１】
図３は本発明の実施例の並列式混合動力ユニット１２中の発電機１５の構造断面図であり、その主要な構造は、固定子１５１、固定子１５１の内側に設けられた回転子１５２、該回転子１５２の内側に設けられた遊星歯車差速機構２３を具え、該遊星歯車差速機構２３（図４も参照されたい）には少なくとも一つの遊星歯車セット２３２が設けられ、該遊星歯車セット２３２に同軸で同じ動作を行う第１遊星歯車２３２１と第２遊星歯車２３２２が設けられ、該第１遊星歯車２３２１と第２遊星歯車２３２２の設置に供される軸受２３２４が遊星アーム２３２３に取り付けられ、該遊星アーム２３２３の両端が遊星歯車差速機構２３が対応する発電機１５の回転子１５２に固定され（すなわち、発電機１５の回転子１５２が遊星歯車差速機構２３のケースと見なされる）、第１太陽歯車２３３が第１遊星歯車２３２１とかみ合い、並びに内燃機１３の出力軸１３１（図２参照）に固定され、第２太陽歯車２３５が第２遊星歯車２３２２とかみ合い、並びに伝動軸１６に固定されている（図２参照）。
【００１２】
本発明の実施例の遊星歯車差速機構２３中の発電機１５の回転子１５２が固定されて不動である時（図４参照）、内燃機１３の出力軸１３１が回転すると、必然的に第１太陽歯車２３３が駆動され、これにより第１遊星歯車２３２１と第２遊星歯車２３２２が駆動され（二つの遊星歯車２３２１、２３２２は同軸で同じ動作を行うため）、第２遊星歯車２３２２と第２太陽歯車２３５が噛み合うため、さらに第２太陽歯車２３５が駆動され回転し、該第２太陽歯車２３５が伝動軸１６に固定されているため、伝動軸１６が回転する。このとき、内燃機１３の出力軸１３１の回転速度が固定されていれば、遊星歯車差速機構２３の伝動軸１６より出力される回転速度もまた固定される。当然、発電機１５の回転子１５２が回転する時、内燃機１３の出力軸１３１が固定回転速度で第１太陽歯車２３３を駆動し、さらに第１遊星歯車２３２１、第２遊星歯車２３２２を駆動し、第２遊星歯車２３２２が第２太陽歯車２３５を駆動し回転させ、並びに伝動軸１６を回転させるが、発電機１５の回転子１５２と遊星アーム２３２３が固定され、且つ該遊星アーム２３２３に組み合わされた軸受２３２４と第１遊星歯車２３２１、第２遊星歯車２３２２が連接されているため、伝動軸１６の回転速度は発電機１５の回転子１５２の回転により変化し、これにより伝動軸１６の回転速度も変化する。例えば、内燃機１３の出力軸１３１の回転速度が固定されて、且つ発電機１５の回転子１５２の回転方向が内燃機１３の出力軸１３１と同じであれば、この時、発電機１５の回転子１５２の回転速度が増加すると、伝動軸１６の回転速度も増加し、発電機１５の回転子１５２の回転速度が減少すると、伝動軸１６の回転速度も減少する。
【００１３】
これにより、本発明の並列式混合動力ユニット１２中（図２参照）、内燃機１３が起動された後、内燃機１３の出力軸１３１の回転が全体の遊星歯車差速機構２３内の第１太陽歯車２３３、第１遊星歯車２３２１、第２遊星歯車２３２２、第２太陽歯車２３５を駆動し回転させ、第２太陽歯車２３５に固定された伝動軸１６を駆動し、もし内燃機１３のみを駆動すれば内燃機１３の出力軸１３１の回転速度は伝動軸１６の回転速度と等しくなる。しかし、発電機１５と電動機１９が駆動されると、伝動軸１６の回転速度に対して変化が発生しうる。図２より分かるように、発電機１５の回転子１５２は遊星歯車差速機構２３のケーシングとされ、回転子１５２は並びに遊星歯車差速機構２３の遊星アーム２３２３に固定され、ゆえに発電機１５の回転子１５２が一旦回転すると、必然的に伝動軸１６に対して影響を与える。次に、伝動軸１６の軸体は、それぞれ動力ユニットの出力軸２０（下方に位置する）と電動機１９（上方に位置する）に、各自の回転伝動機構１７、１８により連接され、これにより、伝動軸１６は回転伝動機構１７、１８に連接されるが、その回転速度は必然的に影響を受ける。さらに説明すると、本動力ユニットは内燃機１３の回転速度を固定でき、発電機１５と電動機１９の回転速度を調整することにより動力ユニット出力軸２０の回転速度を制御でき、回転速度制御の目的を達成できる。
【００１４】
また一方で、本発明は発電機１５と電動機１９の回転速度を制御すると共に、電子制御モジュール２１で適当な操作モードを選択することにより、発電機１５或いは電動機１９が作動力出力源とされ、電気エネルギーを運動エネルギーに変換するか、或いは発電機１５或いは電動機１９がエネルギー保存装置とされて、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して保存する。これにより、本動力ユニットは外界負荷の要求により、発電機１５と電動機１９の運転方式を制御し、並びに内燃機１３運転タイミングを組み合わせ、エネルギー管理の目的を達成する。
【００１５】
以上からわかるように、本発明の並列式混合動力ユニット１２は、電子制御モジュール２１により発電機１５、電動機１９及び内燃機１３の間の作動方式とタイミングを制御し、これにより複数の異なる操作モード（図５から図１０を参照されたい。図中の矢印は動力流の伝送方向であり、そのうち、矢印Ａは電気エネルギーの伝送方向を代表し、矢印Ｂは運動エネルギーの伝送方向を代表し、矢印Ｃは損失される運動エネルギーを代表する）を形成し、それは、純電力操作モード、内燃機１３起動モード、ダブル充電モード、シングル充電モード、無蓄電モード、静止充電モード、制動減速充電モードの７種類の操作モードを含む。以下にそれぞれについて説明を行う。
【００１６】
１．純電力操作モード（図５）：
この操作モードは本発明の並列式混合動力ユニット１２が起動停止するか或いは蓄電装置２２が充電飽和した状況に適用され、このとき内燃機１３は不起動とされて発電機１５が起動されない状況で、電動機１９が動力源とされ、動作エネルギーを出力してその回転伝動機構１７が伝動軸１６を駆動し、並びにもう一つの回転伝動機構１８を介して出力軸２０を駆動し、外界負荷を平衡とする。この時伝動軸１６は遊星歯車差速機構２３を駆動し（伝動軸１６は遊星歯車差速機構２３の第２太陽歯車２３５と固定されているため）、ゆえにさらに該遊星歯車差速機構２３に連結された内燃機１３と発電機１５の回転子１５２を空転させ、僅かなエネルギー損失を形成する。もし内燃機１３のこの操作モード下での空転と磨耗を阻止するなら、内燃機１３の出力軸１３１にフライホイール１４を取り付け、並びに制動器２４をフライホイール１４の上に取り付けることにより、第１種類の派生型並列式混合動力ユニット１２１（図６）を形成できる。このような派生型並列式混合動力ユニット１２１の機能とその操作モードは前述の並列式混合動力ユニット１２（図２参照）と同じである。異なる点は、純電力操作モードの時、このような派生型並列式混合動力ユニット１２１は電子制御モジュール２１による制動器２４１制御によりフライホイール１４の回転を阻止でき、これにより内燃機１３の空転磨耗を防止できることである。しかしこの制動器２４１はただ内燃機１３のフライホイール１４に対してのみ制動し、発電機１５の空転は制止できない。このため発電機１５は尚も僅かなエネルギー損失を形成しうる。この状態の時の動力流の伝播は図７に示されるようである。さらに発電機１５と内燃機１３のこの操作モード下での空転を防止するため、遊星歯車差速機構２３の外側と回転伝動機構１７の間の部分の伝動軸１６にクラッチ２５が取り付けられうる。これにより伝動軸１６が離合セクション１６１と未離合セクション１６２の二つのセクションに分けられ、第２種の派生型並列式混合動力ユニット１２２が形成される（図８参照）。もしクラッチ２５が伝動軸１６に連接されると、この第２種の派生型並列式混合動力ユニット１２２の機能とその操作モードは前述の並列式混合動力ユニット１２と同じとなり、その違いは、本発明の第２種の派生型並列式混合動力ユニット１２２は純電力操作モードの時、クラッチ２５を制御して伝動軸１６の離合セクション１６１と未離合セクション１６２を分離することにより、電動機１９の出力する運動エネルギーを完全に出力軸２０に伝えるようにし、伝動軸１６の離合セクション１６１を介して発電機１５と内燃機１３が空転してエネルギー損耗を形成することがないようにすることであり、この状態の時の動力流の伝送は図９に示されるとおりである。
【００１７】
２．内燃機１３起動モード（図１０参照）：
この操作モードは本発明の並列式混合動力ユニット１２（図２参照）の蓄電装置２２に新たに充電が必要であるか、或いは電動機１９の出力する運動エネルギーが不足する時に適用され、本ユニットに電動機１９と発電機１５により内燃機１３を起動させる。この時、電動機１９が動力源とされ、運動エネルギーを出力して伝動軸１６を駆動し、該伝動軸１６の一端が出力軸２０を駆動し、もう一端がさらに遊星歯車差速機構２３を駆動し、このとき電子制御モジュール２１が遊星歯車差速機構２３に連結された発電機１５を起動し、反作用力を発生して内燃機１３を起動する。
【００１８】
３．ダブル充電モード（図１１参照）：
この操作モードは本発明の並列式混合動力ユニット１２の蓄電装置２２が充電される時、内燃機１３の出力する運動エネルギーが外界負荷を克服すると共に発電機１５に供給されて電気エネルギーに変換されて所存された後の余剰を、電子制御モジュール２１が電動機１９を制御してエネルギー保存装置となし、余剰の運動エネルギーを電動機１９により電気エネルギーに変換して保存する。
【００１９】
４．シングル充電モード（図１２参照）：
この操作モードは本発明の並列式混合動力ユニット１２の蓄電装置２２が一部の電気エネルギーを保存し、内燃機１３の出力する運動エネルギーが発電機１５に供給されて変換されて電気エネルギーとされて保存された後に外界負荷を克服するのに不足する時に適用され、電子制御モジュール２１が蓄電装置２２を制御して電気エネルギーを電動機１９に供給させ、電動機１９をもう一つの動力源として、電気エネルギーを運動エネルギーに変換させて不足の部分を補う。
【００２０】
５．無蓄電モード（図１３参照）：
この操作モードは本発明の並列式混合動力ユニット１２の出力が極限に達し、且つ蓄電装置２２の電気エネルギーが消耗されつくすか或いは充電不能である時に適用される。このとき、発電機１５が変換する電気エネルギーは蓄電装置２２を経由せず、直接電動機１９に供給され、電動機１９をもう一つの動力源となす。
【００２１】
６．静止充電モード（図１４参照）：
この操作モードは本発明の並列式混合動力ユニット１２が静止する時、内燃機１３により蓄電装置２２に充電される時に適用される。この時、出力軸２０に組み合わされた制動器２４が出力軸２０の回転を制止し、これにより出力軸２０の回転速度が零となり、内燃機１３の出力する運動エネルギーが完全に発電機１５に供給されて電気エネルギーに変換されて保存される。
【００２２】
７．制動減速充電モード（図１５、図１６参照）：
この操作モードは本発明の並列式混合動力ユニット１２が出力軸２０が減速必要で、制動器２４を使用せず出力軸２０を減速させるのに適用され。電子制御モジュール２１により電動機１９を制御して制動器となし、多くの余った運動エネルギーを回収して変換して電気エネルギーとなして蓄電装置２２内に保存する。このとき、図１５の動力流表示図に示されるように、本発明の並列式混合動力ユニット１２は内燃機１３不起動の状態で、且つ出力軸２０が制動減速を必要とする時、電動機１９がエネルギー保存装置とされ、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して保存する。このとき内燃機１３と発電機１５は空転により僅かなエネルギー損失を形成しうるが、制動器２４１がフライホイール１４に取り付けられ（図６参照）、内燃機１３の空転磨耗を阻止することができ、これが即ち本発明の第１種の派生型並列式混合動力ユニット１２１とされる。このほか、クラッチ２５が遊星歯車差速機構２３の外側と回転伝動機構１７の間に取り付けられ、この構成は図８に示される本発明の第２種の派生型並列式混合動力ユニット１２２とされ、クラッチ２５により伝動軸１６の離合セクション１６と未離合セクション１６２が分離されることにより、伝動軸１６の離合セクション１６１を介して内燃機１３と発電機１５に運動エネルギーが伝送されず、内燃機１３と発電機１５の空転損耗を阻止できる。図１６の動力流表示図に示されるように、本発明の並列式混合動力ユニット１２は内燃機１３起動後に、出力軸２０が減速を必要とする時、制動器２４を使用せずに出力軸２０を減速でき、電動機１９と発電機１５をエネルギー保存装置として、電気エネルギーを蓄電装置２２中に保存する。
【００２３】
製造に便利であるように、本発明は発電機１５の回転子１５２中の遊星歯車差速機構２３と発電機１５を分離し（図１７参照）、並びに歯車、ベルト或いはチェーン等の回転伝動機構２７を用いて遊星歯車差速機構２３と連接させることができ、これにより本発明は一般の発電機２６を採用して第３種の派生型並列式混合動力ユニット１２３を形成でき、この時、このユニットの機能とその操作方式は上述の並列式混合動力ユニット１２と同じとされる。
【００２４】
同様に、上述の本発明の第３種の派生型並列式混合動力ユニット１２３は、内燃機１３と発電機２６の純電力操作モードと制動減速充電モード下での空転を阻止するため、制動器２４１をフライホイール１４に取り付けて、図１８に示される第４種の派生型並列式混合動力ユニット１２４を形成するか、或いは遊星歯車差速機構２３の外側と回転伝動機構１７の間にクラッチ２５を増設して、図１９に示される第５種の派生型並列式混合動力ユニット１２５を形成することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から分かるように、本発明の上述の設計は確実に伝統的な並列式混合動力ユニットの内部の磨耗と製造に不便な欠点を改善でき、顕著な機能の向上を達成し、進歩性を有し、実用性と進歩性を具えた発明である。
【００２６】
以上の実施例は本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】周知のダブル遊星歯車を具えた並列式混合動力ユニットの構造表示図である。
【図２】本発明の実施例の並列式混合動力ユニットの構造表示図である。
【図３】本発明の実施例の並列式混合動力ユニット中の発電機の構造断面図である。
【図４】本発明の実施例の遊星歯車差速機構の構造断面図である。
【図５】本発明の実施例の並列式混合動力ユニットの動力流伝送方向表示図である。
【図６】本発明の実施例の第１種の派生型並列式混合動力ユニットの構造表示図である。
【図７】本発明の実施例の第１種の派生型並列式混合動力ユニットの純電力操作モード時の動力流伝送方向表示図である。
【図８】本発明の実施例の第２種の派生型並列式混合動力ユニットの構造表示図である。
【図９】本発明の実施例の第２種の派生型並列式混合動力ユニットの純電力操作モード時の動力流伝送方向表示図である。
【図１０】本発明の実施例の内燃機起動操作モードの動力流伝送方向表示図である。
【図１１】本発明の実施例のダブル充電モードでの操作の動力流伝送方向表示図である。
【図１２】本発明の実施例のシングル充電モードでの操作の動力流伝送方向表示図である。
【図１３】本発明の実施例の無蓄電モード下での操作の動力流伝送方向表示図である。
【図１４】本発明の実施例の静止充電モード下での操作の動力流伝送方向表示図である。
【図１５】本発明の実施例の内燃機不起動時の制動充電操作モードの動力流伝送方向表示図である。
【図１６】本発明の実施例の内燃機起動時の制動充電操作モードの動力流伝送方向表示図である。
【図１７】本発明の実施例の第３種の派生型並列式混合動力ユニットの構造表示図である。
【図１８】本発明の実施例の第４種の派生型並列式混合動力ユニットの構造表示図である。
【図１９】本発明の実施例の第５種の派生型並列式混合動力ユニットの構造表示図である。
【符号の説明】
１ 動力ユニット ２ 蓄電装置 ３ 電子制御モジュール
４ 内燃機 ５ フライホイール ５１ 制動器
６ 発電機 ７ 電動機 ８ ダブル遊星歯車機構
８１、８２ 遊星歯車セット ８３、８４ 遊星歯車ベース
８５、８６ 太陽歯車 ８７ 共用内歯車
８７１、８７２ 内歯車 ９ 出力軸
１０、１１ ベルトセット
１２ 並列式混合動力ユニット
１２１ 第１種の派生型並列式混合動力ユニット
１２２ 第２種の派生型並列式混合動力ユニット
１２３ 第３種の派生型並列式混合動力ユニット
１２４ 第４種の派生型並列式混合動力ユニット
１２５ 第５種の派生型並列式混合動力ユニット
１３ 内燃機 １３１、１９１、２０ 出力軸
１４ フライホイール １５、２６ 発電機
１５１ 固定子 １５２ 回転子
１６ 伝動軸 １７、１８、２７ 伝動機構
１９ 電動機 ２１ 電子制御モジュール
２２ 蓄電装置 ２３ 遊星歯車差速機構
２３１ ケーシング ２３２１、２３２２ 遊星歯車セット
２３２３ 遊星アーム ２３２４ 軸受
２３３、２３５ 太陽歯車 ２４、２４１ 制動器
２５ クラッチ Ａ 電気エネルギーの伝送方向
Ｂ 運動エネルギーの伝送方向 Ｃ 損失される運動エネルギー

Claims (15)

  1. 並列式混合動力ユニットにおいて、蓄電装置、電子制御モジュール、出力軸にフライホイールが取り付けられた内燃機、遊星歯車差速機構を具え、該遊星歯車差速機構が発電機の回転子により駆動されるケーシングを具え、該ケーシングの内側に遊星歯車セットが設けられ、該遊星歯車セットに二つの遊星歯車が設けられ、該二つの遊星歯車が同軸に設けられて同じ動作を行ない、並びに軸受が遊星アームに取り付けられ、該遊星アームがケーシングに固定され、太陽歯車がそのうち一つの遊星歯車とかみ合うと共に内燃機の出力軸に固定され、もう一つの太陽歯車がもう一つの遊星歯車に噛み合うと共に伝動軸に固定され、該伝動軸が回転伝動機構を介して電動機の出力軸に連接され、さらにもう一組の回転伝動機構により負荷端の出力軸に連接され、電子制御モジュールにより適当な操作モードが選択されて内燃機、発電機、電動機及び蓄電装置の作動タイミングが制御され、エネルギー管理と回転速度制御を行うことを特徴とする、並列式混合動力ユニット。
  2. 請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、フライホイールに制動器が取り付けられたことを特徴とする、並列式混合動力ユニット。
  3. 請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、遊星歯車差速機構の外側と電動機の伝動機構の間の部分の伝動軸にクラッチが取り付けられて、伝動軸が離合セクションと未離合セクションの二つのセクションに区分されたことを特徴とする、並列式混合動力ユニット。
  4. 請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、遊星歯車差速機構が直接発電機の回転子の内側に設置されたことを特徴とする、並列式混合動力ユニット。
  5. 請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、遊星歯車差速機構が発電機と分離して設置され、且つ該発電機の回転子が回転伝動機構で遊星歯車差速機構のケーシングと連接されたことを特徴とする、並列式混合動力ユニット。
  6. 請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、電子制御モジュールにより純電力操作モードに制御される時、電動機が動力源とされてその出力する運動エネルギーが外界負荷と平衡とされることを特徴とする、並列式混合動力ユニット。
  7. 請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、電子制御モジュールにより内燃機起動モードに制御される時、電動機と発電機により内燃機が起動されるすることを特徴とする、並列式混合動力ユニット。
  8. 請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、電子制御モジュールによりダブル充電モードに制御される時、電動機がエネルギー保存装置とされ、内燃機の出力する運動エネルギーの一部が外界負荷を克服し、一部が発電機と電動機に供給され発電を行うことを特徴とする、並列式混合動力ユニット。
  9. 請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、電子制御モジュールによりシングル充電モードに制御される時、電動機がもう一つの動力源とされ、内燃機の出力する運動エネルギーの一部が発電機に供給されて電気エネルギーに変換されて蓄電装置に充電され、一部が電動機の出力する運動エネルギーと合併されて共に外界負荷を克服することを特徴とする、並列式混合動力ユニット。
  10. 請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、電子制御モジュールにより無蓄電モードに制御される時、電動機がもう一つの動力源とされ、内燃機の出力する運動エネルギーの一部が発電機に供給されて電気エネルギーに変換されて電動機に供給され、電動機が電気エネルギーを運動エネルギーに変換して内燃機の出力する一部の運動エネルギーと併せて共に外界の負荷を克服することを特徴とする、並列式混合動力ユニット。
  11. 請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、電子制御モジュールにより静止充電モードに制御される時、負荷端の出力軸の回転速度が零となる時、内燃機の出力する運動エネルギーが完全に発電機に供給されて電気エネルギーに変換されて保存されることを特徴とする、並列式混合動力ユニット。
  12. 請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、電子制御モジュールにより制動減速充電モードに制御される時、負荷端の出力軸に減速が必要な時、制動器を使用せずに負荷端の出力軸を減速でき、電子制御モジュールの制御により電動機が制動器とされ、多くの余分の運動エネルギーが電気エネルギーに変換されて蓄電装置に保存されることを特徴とする、並列式混合動力ユニット。
  13. 請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、回転伝動機構が歯車とされたことを特徴とする、並列式混合動力ユニット。
  14. 請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、回転伝動機構がベルトとされたことを特徴とする、並列式混合動力ユニット。
  15. 請求項１に記載の並列式混合動力ユニットにおいて、回転伝動機構がチェーンとされたことを特徴とする、並列式混合動力ユニット。
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