JP2006518019A

JP2006518019A - 自動車用空気ブロア

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Publication number: JP2006518019A
Application number: JP2006502272A
Authority: JP
Inventors: バーカー，デイビッド，ルーク
Original assignee: Integral Powertrain Ltd; Drivetec UK Ltd
Current assignee: Integral Powertrain Ltd; Drivetec UK Ltd
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2024-02-13
Also published as: CA2516273C; MXPA05008710A; US20060263203A1; BRPI0407503A; US8397502B2; DE602004007626T2; WO2004072449A1; RU2338900C2; JP4570611B2; EP1597462B1; DE602004007626D1; ATE367517T1; KR20050109486A; RU2005129116A; EP1597462A1; ES2289484T3; CA2516273A1; BRPI0407503B1; KR101113124B1; US20100132637A1

Abstract

自動車用の空気ブロア、とくにはスーパーチャージャであって、空気羽根車（２）などの空気ポンプを、使用時に入力軸が自動車のエンジンへと接続される伝達システムの出力軸（４）に接続して有している。前記入力軸および前記出力軸（６、４）は、３分岐の遊星差動歯車機構のそれぞれ対応する分岐へと接続されている。前記歯車機構の第３の分岐および前記入力軸（６）が、それぞれ対応する電機機械の回転子（２０、２２）に接続され、前記電気機械の固定子（２４、２６）の電気配線が、前記電気機械間の電力の流れを制御するように構成されたコントローラ（２７）によって一緒に接続されている。

Description

本発明は、自動車用の空気ブロアに関し、特には自動車用エンジンに組み合わせ可能な装置である自動車用のスーパーチャージャに関する。スーパーチャージャは、空気ポンプまたはブロア・ホイールを備える装置であって、空気ポンプまたはブロア・ホイールの回転が、エンジンの吸気系統の圧力状態、すなわち吸気圧力を変化させる。この装置は、一般には、吸気圧力を高めてエンジンの出力を向上させることができるように構成され、運転される。あるいは、この装置を、吸気圧力を低くして出力を減らすように構成でき、この出力制御の方法によれば、従来からのスロットル・バルブによる負荷制御の方法に比べ、効率上の利点がもたらされる。
しかしながら、本発明による空気ブロアは、冷却用ラジエータを横切って空気を吹き付けるための自動車用冷却ファンなど、他の形態をとることも可能である。

スーパーチャージャは、現在のところ、エンジンによって機械的に（通常は、固定の速度比で）駆動され、電気的に駆動され、あるいは排気ガスからエネルギーを取り出すタービン（ターボチャージャとして知られている）によって駆動されている。
実用において、簡単な機械式駆動は、低いエンジン速度における性能向上能力の不足、および乏しい出力制御能力などといった或るいくつかの欠点を抱えている。高いエンジン速度および負荷においては、吸気圧力が必要とされる圧力または望まれる圧力を超えることがないよう、無駄の多いバイパス・バルブまたは放出バルブが必要とされることもしばしばである。

電気によって駆動されるスーパーチャージャの実用は、高いエンジン出力が必要である場合に、スーパーチャージャを駆動するための電気機械のコスト、質量および全体寸法によって制限されることが多い。さらに、これらの装置の効率は、機械的エネルギーを電気的エネルギーへと変換する際、およびその逆の場合に被る損失によって損なわれる。

ターボチャージャの実用は、広く行なわれている。しかしながら、所与の状況において得られる吸気圧力は、排気ガスの流量、温度および圧力にきわめて強く依存する。さらに、装置の回転速度が変化する過渡状態においては、回転部品の慣性が吸気圧力にかなりの影響を及ぼす。これらの影響によって、低いエンジン速度ならびに低出力から高出力への過渡状態において、不都合にもエンジンからの出力の不足が引き起こされることが多い。このような特徴は、とくに自動車用の用途において望ましくない。そこで、これらの点に関してターボチャージャの性能を向上させるため、さまざまな試みがなされている。そのような改善のいくつかは、可変ピッチの案内羽根を設けることによって可能にされている。この技術は、自動車用ディーゼル・エンジンに広く適用されているが、排気ガスの温度がより高く、付随する材料技術および潤滑上の問題が存在するため、ガソリン・エンジンにとってはメリットが限定的である。

スーパーチャージャを、速度比を連続的に変化させることができる伝達システムを介してエンジンによって機械的に駆動できることが、すでに提案されている。これは、低いエンジン速度における性能および負荷制御について、大きな改善をもたらす。しかしながら、コスト、信頼性、耐久性および全体寸法を含むいくつかの理由のため、この種のシステムは、一般に市場にとって魅力的ではないとされている。

したがって、本発明の目的は、商業的に魅力があって効率が高く、かつエンジン速度と独立に幅広い範囲にわたって吸気圧力を変化させることができるスーパーチャージャを提供することにある。

本発明によれば、自動車用の空気ブロアが、空気ポンプを、使用時に入力軸が自動車のエンジンへと接続される伝達システムの出力軸に接続して備えている。この伝達システムは、３分岐の差動歯車機構を組み込んでなる。１つの分岐が出力に接続され、もう１つの分岐が入力に接続され、さらに第３の分岐が、駆動能力のみを有している電気機械、または駆動および発電能力を有している電気機械に接続されている。発電能力のみを有しており、あるいは発電および駆動能力を有しているさらなる電気機械が、前記入力へと接続されている。これらの電気機械の固定子の電気配線が、それらの間の電力の流れを制御するように構成されたコントローラによって一緒に接続されている。

動作時、エンジンから空気ポンプへと、機械的手段（すなわち、歯車を介して）および電気的手段（すなわち、一方の電気機械によって機械的な動力が電力に変換されて他方の電気機械に伝えられ、そこで再び機械的な動力に変換される）によって並列に動力を伝えることができる。電気的手段によって伝達される動力を、コントローラによって制御することができる。機械的な動力に対する電力の比は、伝達システムの入力に対する出力の速度比とともに変化し、したがってコントローラを、速度比を変化させるために使用することができる。

エンジンが低速で運転しているが、高い吸気圧力が必要であるとき、伝達システムの速度比は大であり、機械的な動力に対する電力の比が最大である。エンジンが高速で運転しており、高い吸気圧力が必要であるとき、機械的な動力に対する電力の比は小さくなる。本発明による構成によれば、幅広い範囲の速度比にわたって動作が可能になる。適切な比を選択することによって、比較的低い入力速度において、きわめて高い出力速度を達成できる。

電気機械が高い効率を有し、自動車用の状況に適合していることが好ましい。スイッチド・リラクタンス電動機が、これらの要件を満足し、さらにインダクション式および永久磁石式も、これらの要件を満足する。

本発明による空気ブロアは、電気的に自己給電式（外部の電力源を必要としない）であってよい。しかしながら、好ましい実施の形態においては、固定子の電気配線が、さらにバッテリにも接続され、コントローラが、電気機械とバッテリとの間の電力の流れを制御するように構成されている。

通常の自動車用エンジンは、始動を可能するため、およびエンジンが動作していないときにも数多くの機能を利用できるようにするため、バッテリへと接続されている。したがって、通常は、いかなる場合にもバッテリが存在する。これに対し、本発明によって空気ブロアに２つの電気機械を設けることで、電気機械の一方または両方をエンジン始動の目的で使用する可能性が開かれ、さらにバッテリの充電のための電力を生成するために従来から設けられているオルタネータの機能を引き継ぐべく使用する可能性が開かれる。このようにして、電気機械がいわゆるスタータ発電機ユニットを構成し、通常のスタータ・モータおよびオルタネータの省略を可能にする。ある条件においては、バッテリからエネルギーを供給することによって、発電を行なう電気機械によって駆動を行なう電気機械へと供給される電気エネルギーを増大させ、空気ブロアと組み合わされたエンジンの過渡性能を改善すると有益であるかもしれない。さらに、短い時間の間、両方の電気機械がバッテリからのエネルギーを使用して電動機として動作し、空気ブロアと組み合わされたエンジンの過渡性能をさらに改善するよう、充分な電気エネルギーを供給することさえ望まれるかもしれない。

遊星歯車機構は、ネガティブ型およびポジティブ型という２つの基本形式に分類することができる。ネガティブ型の遊星歯車機構においては、歯車要素の１つを或る一方向に回転させつつキャリア要素を静止したままに保つとき、第３の歯車要素が反対方向に回転する。ポジティブ型の遊星歯車機構においては、歯車要素の１つを或る一方向に回転させつつキャリア要素を静止したままに保つとき、第３の歯車要素が前記一方向に回転し、すなわち第１の歯車要素と同じ方向に回転する。

遊星歯車機構の歯車は、歯付きであってよく、この場合、駆動は、係合する歯車間においてそれらの歯の係合によって伝達される。しかしながら、代案として、歯車が比較的平滑であって、いわゆる摩擦または引き摺り車輪を構成していてもよく、この場合、駆動は、係合する歯車間において回転引き摺り車輪の摩擦係合、またはそのような車輪間の流体の剪断によって伝達される。

本発明の一実施の形態においては、空気ブロアが、遠心羽根車を備える形式のスーパーチャージャである。この場合、前記遊星歯車機構が、複数のプラネタリギアと係合するサンギアを有しており、前記プラネタリギアが、１つの共通のキャリアによって保持されるとともに、リングギアと係合しており、前記サンギアが前記羽根車に接続されるとともに、前記リングギアが前記入力軸に接続され、前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、前記キャリアが前記第２の電気機械の回転子に接続されている。

本発明の他の実施の形態においては、空気ブロアが、遠心羽根車を備える形式のスーパーチャージャである。この場合、前記遊星歯車機構が、複数のプラネタリギアと係合するサンギアを有しており、前記プラネタリギアが、１つの共通のキャリアによって保持されるとともに、リングギアと係合しており、前記サンギアが前記羽根車に接続されるとともに、前記キャリアが前記入力軸に接続され、前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、前記リングギアが前記第２の電気機械の回転子に接続されている。

本発明の他の実施の形態においては、前記空気ブロアが、比較的低速な種類のものであり、容積型の空気ポンプまたは冷却ファンである。この場合、前記遊星歯車機構が、複数のプラネタリギアと係合するサンギアを有しており、前記プラネタリギアが、１つの共通のキャリアによって保持されるとともに、リングギアと係合しており、前記リングギアが前記空気ポンプに接続されるとともに、前記キャリアが前記入力軸に接続され、前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、前記サンギアが前記第２の電気機械の回転子に接続されている。

本発明の他の実施の形態においては、前記空気ブロアが、比較的低速な種類のものであり、容積型の空気ポンプまたは冷却ファンである。この場合、前記遊星歯車機構が、複数のプラネタリギアと係合するサンギアを有しており、前記プラネタリギアが、１つの共通のキャリアによって保持されるとともに、リングギアと係合しており、前記キャリアが前記空気ポンプに接続されるとともに、前記リングギアが前記入力軸に接続され、前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、前記サンギアが前記第２の電気機械の回転子に接続されている。

本発明の他の実施の形態においては、前記空気ブロアが、比較的低速な種類のものであり、容積型の空気ポンプまたは冷却ファンである。この場合、前記遊星歯車機構が、複数のプラネタリギアと係合するサンギアを有しており、前記プラネタリギアが、１つの共通のキャリアによって保持されるとともに、リングギアと係合しており、前記キャリアが前記空気ポンプに接続されるとともに、前記サンギアが前記入力軸に接続され、前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、前記リングギアが前記第２の電気機械の回転子に接続されている。

本発明の他の実施の形態においては、前記空気ブロアが、比較的低速な種類のものであり、容積型の空気ポンプまたは冷却ファンである。この場合、前記遊星歯車機構が、複数のプラネタリギアと係合するサンギアを有しており、前記プラネタリギアが、１つの共通のキャリアによって保持されるとともに、リングギアと係合しており、前記リングギアが前記空気ポンプに接続されるとともに、前記サンギアが前記入力軸に接続され、前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、前記キャリアが前記第２の電気機械の回転子に接続されている。

代案として、前記遊星歯車機構が、複数の第１のプラネタリギアと噛合する第１のサンギア、および複数の第２のプラネタリギアと噛合する第２のサンギアを有していてもよく、前記第１のプラネタリギアのそれぞれが、対応する前記第２のプラネタリギアへと接続され、接続された前記第１および第２のプラネタリギアの組が、それぞれ対応する共通の遊星軸によって保持されるとともに、前記遊星軸が１つの共通のキャリアに接続され、前記サンギアの一方が前記空気ポンプに接続されるとともに、他方のサンギアが前記入力軸に接続され、前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、前記キャリアが前記第２の電気機械に接続される。

さらなる実施の形態においては、前記遊星歯車機構が、複数の第１のプラネタリギアと噛合する第１のサンギア、および複数の第２のプラネタリギアと噛合する第２のサンギアを有していてもよく、前記第１のプラネタリギアのそれぞれが、対応する前記第２のプラネタリギアへと接続され、接続された前記第１および第２のプラネタリギアの組が、それぞれ対応する共通の遊星軸によって保持されるとともに、前記遊星軸が１つの共通のキャリアに接続され、前記サンギアの一方が前記空気ブロアに接続されるとともに、前記キャリアが前記入力軸に接続され、前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、他方のサンギアが前記第２の電気機械に接続される。

さらなる実施の形態においては、前記遊星歯車機構が、複数の第１のプラネタリギアと噛合する第１のサンギア、および複数の第２のプラネタリギアと噛合する第２のサンギアを有することができ、前記第１のプラネタリギアのそれぞれが、対応する前記第２のプラネタリギアへと接続され、接続された前記第１および第２のプラネタリギアの組が、それぞれ対応する共通の遊星軸によって保持されるとともに、前記遊星軸が１つの共通のキャリアに接続され、前記キャリアが前記空気ポンプに接続されるとともに、前記サンギアの一方が前記入力軸に接続され、前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、他方のサンギアが前記第２の電気機械に接続される。

本発明によるブロアが、エンジンからの入力に対する空気ポンプの速度比が比較的小さいとき、電気機械の一方が発電機として機能して、電動機として機能する他方の電気機械へと伝えられる電力を生成し、空気ポンプの速度比が比較的大きいとき、前記他方の電気機械が発電機として機能して、電動機として機能する前記一方の電気機械へと伝えられる電力を生成するように構成されていると好ましい。このようにして、好ましい実施の形態においては、一定の入力速度において、入力された動力のうち２つの電気機械の間で伝達される部分が、空気ポンプの速度が増すとともに徐々に減少して、いわゆるノード点においてゼロに到達し、次いで逆向きに流れて空気ポンプの速度とともに増加する。これは、両方の電気機械が、空気ポンプの動作速度比の変化に応じて、電動機および発電機として動作することを意味している。ノード点は、空気ポンプに必要な力が最大になる速度条件の近傍に設定され、これにより電気機械の電力定格を最小にでき、したがって電気機械のコストを最小にできる。あるいは、ノード点を、所与のデューティ・サイクルに従って最大の動作効率がもたらされるように配置することができる。機械的な動力伝達の効率は電気的な動力伝達の効率よりもかなり高いため、これにより、ブロアの効率が最大になるであろう。

本発明の前記実施の形態はすべて、一方の電気機械が発電能力を有しておらず、他方の電気機械が駆動能力を有していなくても、実現可能である。このとき、ノード点の両側についての動作は不可能になり、動作は、ノード点の片側の速度比においてのみ維持される。

本発明のさらなる特徴および詳細は、添付の図面を参照しつつ例として示す４つの具体的な実施の形態についての以下の説明から明らかになるであろう。

まず図１を参照すると、スーパーチャージャが空気ポンプ２を備えており、この空気ポンプ２は、この場合は遠心空気羽根車を構成しており、使用時に自動車用エンジンの吸気ダクトに位置する。羽根車２は、伝達システムの出力軸４に接続されており、伝達システムの入力軸６は、プーリ８を保持している。使用時には、公知の形式のプーリ・ベルトがプーリ８の周囲を通過し、エンジンによって駆動されるさらなるプーリであって、エンジンのクランクシャフトまたはクランクシャフトによって駆動されるように接続された他の何らかの軸に取り付けられているプーリを巡っている。２つのプーリは、通常は、３程度の増速比を生むような寸法とされ、例えばエンジンが１５００ｒｐｍで回転するとき、入力軸は４５００ｒｐｍで回転する。

伝達システムは、ネガティブ型の遊星歯車機構を有している。入力軸６がキャリア１０に接続されており、キャリア１０が、通常は３個であるが複数の歯付きプラネタリギア１２を、それぞれの遊星軸１４に回転可能に取り付けて保持している。各プラネタリギア１２は、出力軸４によって保持されたサンギア１６と噛み合っている。プラネタリギア１２は、さらにリングギア１８とも噛合している。

入力軸６およびリングギア１８は、それぞれ固定子２４、２６を有している電動機／発電機の回転子２０および２２にそれぞれ接続されている。２つの固定子の電気配線は一緒に接続され、さらに使用時には、コントローラ２７を介して車両のバッテリ２５に接続され、コントローラ２７によってこれら３つのユニット間の電力の流れが制御される。

使用時、羽根車を回転させるために必要な力の一部は、機械的に供給される。電動機／発電機の一方が発電機として機能して他方の電動機／発電機に電力を伝え、こちらの電動機／発電機が電動機として機能して、羽根車を所望の速度で回転させるために必要とされる力の残りの部分、または事実上残りの部分を供給する。或る量の追加の動力が必要であるならば、それをバッテリ２５から供給するようコントローラ２７が動作する。ときには、少なくとも短い時間期間にわたって、すべての動力をバッテリによって供給することが望まれるかもしれない。電動機／発電機の一方または両方は、スタータ‐発電機一体（ＩＳＧ）ユニットの形式であり、したがって余分な電力が得られる場合、コントローラが、この電力をバッテリに伝達してバッテリを充電するように動作することができる。このように、ＩＳＧは、通常の自動車用オルタネータを置き換えることができ、さらにエンジンを始動するために使用することもでき、すなわちエンジンの通常のスタータ・モータを置き換えることも可能である。

図２は、構成を一部変更してなるスーパーチャージャを示しており、図１のものと同じ構成部品については、図１と同じ参照番号が付されている。この実施の形態は、主に２つの点で図１に示した実施の形態と相違しており、すなわち、遊星歯車機構の構成が異なっており、これにともなって２つの電動機／発電機の回転子の取り付けが異なっている点、および歯車機構の出力と羽根車との間に増速歯車が設けられている点で相違している。遊星歯車機構は、ポジティブ型である。入力軸６が、まずサンギア３０に接続され、サンギア３０が、通常は３つであるが、それぞれの遊星軸１４に回転可能に取り付けられた複数の第１のプラネタリギア３２に噛合している。第１のプラネタリギア３２はそれぞれ、同じ遊星軸１４に取り付けられた第２のプラネタリギア３４に接続されている。プラネタリギア３４は、中間出力軸５に接続された第２のサンギア３６と噛合している。遊星軸１４は、共通のキャリア１６に取り付けられている。出力軸５は、固定比の増速ギアボックスを介して出力軸すなわち羽根車軸４へと接続されている。このギアボックスは、さまざまな形式をとることができるが、図２に示した特定の実施の形態においては、増速比が２．４：１に固定されているポジティブ型の遊星歯車伝達機構で構成されている。

このギアボックスは、第１のサンギア１７を軸５に接続して備え、このサンギア１７が、通常は３つであるが複数のプラネタリギア４２と噛合している。プラネタリギア４２は、それぞれ固定の遊星軸４４に取り付けられ、それぞれ第２のプラネタリギア１９に直接接続されている。プラネタリギア１９は、出力軸４へと接続された第２のサンギア４８と噛合している。

入力軸６および遊星キャリア１６は、それぞれ固定子２４、２６を有している電動機／発電機の回転子２０および２２にそれぞれ接続されている。２つの固定子の電気配線は、やはり一緒に接続され、さらに使用時には、コントローラによって車両のバッテリへと接続され、コントローラがこれら３つのユニット間の電力の流れを制御する。

図２に示したスーパーチャージャの動作の態様は、図１に関して説明したスーパーチャージャの動作の態様と事実上同じである。
図３は、図２に示した構成のスーパーチャージャを取り付けたエンジンについて、動力の流れおよび吸気ダクトの圧力を、一定のエンジン速度において羽根車の速度を（したがって過給圧を）増加させた場合について示している。図示した条件においては、バッテリへの電流およびバッテリからの電流のいずれも存在しない。符号５０が付されている曲線は、エンジンからの総入力を示しており、符号５２が付されている曲線は、第１の電動機／発電機２０／２４によって供給される機械的な力を示しており、符号５４が付されている曲線は、第２の電動機／発電機２２／２６によって供給される機械的な力を示しており、符号５６が付されている曲線は、結果として得られる吸気圧力を示している。比較的低い羽根車速度においては、第１の電気機械が電動機として機能し、第２の電気機械が、エンジンによって駆動される発電機として機能する。ノード点が、符号５２および５４が付された曲線の交点によって示されている。このノード点を越えて羽根車速度が増加すると、第１の電気機械が発電機となり、第２の電気機械が電動機になる。見て取れるように、低速においては、この場合は電動機／発電機２２、２６であるが一方の電動機／発電機が、エンジンによって駆動される発電機として機能し、電動機として機能する他方の電動機／発電機２０、２４に電力を伝達する。羽根車の速度が増すにつれ、伝達される電力の量がノード点においてゼロへと減少し、次いで徐々にマイナスになり、すなわち電動機／発電機２０、２４が発電機として機能し、電動機として機能する他方の電動機／発電機へと電力を伝達する。伝達される電力がゼロになるノード点は、この場合には、約１４６，０００ｒｐｍであり、この速度は、電気機械の定格を最小にするように選択される。これは、スーパーチャージャの動作のかなりの部分において、２つの電動機／発電機の間でやり取りされる電力が比較的少なく、伝達システムによって伝達される力の大部分が本質的により効率的である機械的なやり方で伝達されるため、電気的損失を最小限にでき、スーパーチャージャの効率が最大になるということを意味している。

図４は、スーパーチャージャのさらなる実施の形態を高度に図式化して示した図であり、図１に示した実施の形態と類似しているが、きわめて重要な１つの点で図１に示した実施の形態実施の形態と相違しており、すなわち、遊星歯車機構の歯車に歯が設けられておらず、事実上平滑であって互いに転がり接触しており、したがって歯車機構が公知の摩擦または引き摺り形式のものであるという点で相違している。スーパーチャージャは、外側ハウジング５８内に収容されており、外側ハウジング５８は、一部のみが図示されているが、種々の回転軸を支持する種々の軸受を保持している。

遊星歯車機構は、やはりリングギア１８’を有しており、リングギア１８’が、通常は３つであるが、それぞれの遊星軸１４’に保持された複数のプラネタリギア１２’に当接しており、遊星軸１４’が共通の遊星キャリア１０’へと接続されている。プラネタリギア１２’はサンギア１６’と当接しているが、このサンギア１６’は、図１のサンギア１６よりもかなり小さく、この場合には、単に出力軸４’の長さの或る一部分を構成している。入力軸６は、やはり第１の電動機／発電機の回転子２０に接続されているが、キャリアではなく歯車機構のリングギア１８’へと接続されている。リングギアではなくキャリア１０’が、第２の電動機／発電機の回転子２２へと接続されている。

このスーパーチャージャの動作は、図１に示したスーパーチャージャの動作と事実上同じであるが、歯付きの歯車ではなく摩擦ローラを使用することでサンギアをかなり小さくすることができ、結果としてより大きな増速比を達成でき、すなわち図２の実施の形態の増速歯車機構を省略してもなお、きわめて大きな出力速度を達成できるということを意味している点に注目すべきである。

図５は、空気ブロアの他の実施の形態を示しており、通常は使用時に自動車用冷却ラジエタの近傍に配置される自動車用のファンを構成している。この場合、空気ポンプ２は、回転ファンまたは軸流羽根車を構成しており、通常は遠心羽根車よりもはるかに低い速度で回転する。羽根車２は、伝達システムの出力軸４に接続されており、伝達システムの入力軸６は、プーリ８を保持している。使用時、プーリ８は、プーリ８の周囲を巡り、さらにエンジンのクランクシャフトによって保持され、あるいはエンジンのクランクシャフトによって駆動されるように接続されているさらなるプーリを巡っているベルトによって、駆動される。出力軸４は、ポジティブ型の遊星歯車機構の第１のサンギア６０に接続され、サンギア６０は、複数の第１のプラネタリギア６２と噛合している。プラネタリギア６２はそれぞれ、同心の第２のプラネタリギア６４に接続されている。同心であるプラネタリギア対はそれぞれ、共通のキャリア６８へと接続された遊星軸６６に回転可能に保持されており、キャリア６８が入力軸６に接続されている。第２のプラネタリギア６４は、第２のサンギア７０と噛合しており、サンギア７０は、入力軸６内を同心に延びる軸７２に接続されている。軸７２は、フランジ７４を保持しており、フランジ７４に、スイッチド・リラクタンス式であって固定子２６を備えている電動機／発電機の回転子２２が接続されている。入力軸６は、固定子２４を備えるさらなる同種の電動機／発電機の回転子２０へと接続されている。

この実施の形態の動作は、第１の実施の形態の動作とほぼ同様であるが、羽根車の速度がはるかに低くなるような構成およびギア比とされており、第１の実施の形態の遠心羽根車における１００，０００ｒｐｍを超える速度に比べ、最大の出力速度が１０００ｒｐｍを大きく超えることがない。ファンの動作が必要である場合、２つの固定子の電気配線を一緒に接続し、さらにバッテリへと接続しているコントローラが、羽根車が、伝達システムを通じてエンジンから伝えられる機械的な力によって部分的に回転し、さらに発電機として動作する他方の電動機／発電機によって駆動されて電動機として動作する一方の電動機／発電機によって生み出された力によって部分的に回転するよう、一方の電動機／発電機から他方の電動機／発電機へと電力を伝達し、伝達システムの伝達比を変化させるように動作する。

このブロアも、やはりただ１つのノード点を有しており、すなわち、この場合は１０００ｒｐｍをいくらか超える程度であるが、２つの電動機／発電機の間でやり取りされる電力がゼロとなる速度、すなわち、２つの電動機／発電機のそれぞれ電動機および発電機としての動作が逆になる速度を、１つ有している。

本発明による自動車用高速空気ブロアの第１の実施の形態の断面概略図であり、乗用車のスーパーチャージャを構成している。自動車用スーパーチャージャの第２の実施の形態について、図１と同様の図である。図２に示したスーパーチャージャについて、動力の流れおよび吸気ダクト圧力を羽根車速度に対して示したグラフである。自動車用スーパーチャージャの第３の実施の形態を高度に概略化した図である。本発明による自動車用低速ブロアについての図１と同様の図であり、冷却ファンを構成している。

Claims

使用時に入力軸が自動車のエンジンへと接続される伝達システムの出力軸に接続された空気ポンプを備える自動車用の空気ブロアであって、
前記入力軸および前記出力軸が、３分岐の遊星差動歯車機構の対応する分岐へと接続され、
前記歯車機構の第３の分岐および前記入力軸が、対応する電機機械の回転子に接続され、
前記電気機械の少なくとも一方が電動機として動作するように構成され、前記電気機械の少なくとも他方が発電機として動作するように構成され、
前記電気機械の固定子の電気配線が、前記電気機械の間の電力の流れを制御するように構成されたコントローラによって一緒に接続されているブロア。
両方の電気機械が、電動機／発電機を構成している請求項１に記載のブロア。
前記固定子の電気配線が、さらにバッテリにも接続され、
前記コントローラが、前記２つの電気機械と前記バッテリとの間の電力の流れを制御するように構成されている請求項１または２に記載のブロア。
前記遊星歯車機構が、噛合する複数の歯付き歯車を含んでいる請求項１から３のいずれか一項に記載のブロア。
前記遊星歯車機構が複数のローラ歯車を備えており、歯車対の間でトルクが、歯車表面の摩擦係合または歯車表面間の流体の進行によって伝達される請求項１から３のいずれか一項に記載のブロア。
スーパーチャージャであって、前記空気ポンプが遠心羽根車を備えている請求項１から５のいずれか一項に記載のブロア。
前記遊星歯車機構が、複数のプラネタリギアと係合するサンギアを備えており、
前記プラネタリギアが、１つの共通のキャリアによって保持されるとともに、リングギアと係合しており、
前記サンギアが前記羽根車に接続されるとともに、前記リングギアが前記入力軸に接続され、
前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、前記キャリアが前記第２の電気機械の回転子に接続されている請求項６に記載のブロア。
前記遊星歯車機構が、複数のプラネタリギアと係合するサンギアを備えており、
前記プラネタリギアが、１つの共通のキャリアによって保持されるとともに、リングギアと係合しており、
前記サンギアが前記羽根車に接続されるとともに、前記キャリアが前記入力軸に接続され、
前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、前記リングギアが前記第２の電気機械の回転子に接続されている請求項６に記載のブロア。
前記遊星歯車機構が、複数のプラネタリギアと係合するサンギアを備えており、
前記プラネタリギアが、１つの共通のキャリアによって保持されるとともに、リングギアと係合しており、
前記リングギアが前記空気ポンプに接続されるとともに、前記キャリアが前記入力軸に接続され、
前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、前記サンギアが前記第２の電気機械のモータに接続されている請求項１から５のいずれか一項に記載のブロア。
前記遊星歯車機構が、複数のプラネタリギアと係合するサンギアを備えており、
前記プラネタリギアが、１つの共通のキャリアによって保持されるとともに、リングギアと係合しており、
前記キャリアが前記空気ポンプに接続されるとともに、前記リングギアが前記入力軸に接続され、
前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、前記サンギアが前記第２の電気機械の回転子に接続されている請求項１から５のいずれか一項に記載のブロア。
前記遊星歯車機構が、複数のプラネタリギアと係合するサンギアを備えており、
前記プラネタリギアが、１つの共通のキャリアによって保持されるとともに、リングギアと係合しており、
前記キャリアが前記空気ポンプに接続されるとともに、前記サンギアが前記入力軸に接続され、
前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、前記リングギアが前記第２の電気機械の回転子に接続されている請求項１から５のいずれか一項に記載のブロア。
前記遊星歯車機構が、複数のプラネタリギアと係合するサンギアを備えており、
前記プラネタリギアが、１つの共通のキャリアによって保持されるとともに、リングギアと係合しており、
前記リングギアが前記空気ポンプに接続されるとともに、前記サンギアが前記入力軸に接続され、
前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、前記キャリアが前記第２の電気機械の回転子に接続されている請求項１から５のいずれか一項に記載のブロア。
前記遊星歯車機構が、複数の第１のプラネタリギアと係合する第１のサンギア、および複数の第２のプラネタリギアと係合する第２のサンギアを備えており、
前記第１のプラネタリギアのそれぞれが、対応する前記第２のプラネタリギアへと接続され、
接続された前記第１および第２のプラネタリギアの組が、それぞれ対応する共通の遊星軸によって保持されるとともに、前記遊星軸が１つの共通のキャリアに接続され、
前記サンギアの一方が前記空気ポンプに接続されるとともに、他方のサンギアが前記入力軸に接続され、
前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、前記キャリアが前記第２の電気機械に接続されている請求項１から６のいずれか一項に記載のブロア。
前記遊星歯車機構が、複数の第１のプラネタリギアと係合する第１のサンギア、および複数の第２のプラネタリギアと係合する第２のサンギアを備えており、
前記第１のプラネタリギアのそれぞれが、対応する前記第２のプラネタリギアへと接続され、
接続された前記第１および第２のプラネタリギアの組が、それぞれ対応する共通の遊星軸によって保持されるとともに、前記遊星軸が１つの共通のキャリアに接続され、
前記サンギアの一方が前記空気ポンプに接続されるとともに、前記キャリアが前記入力軸に接続され、
前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、他方のサンギアが前記第２の電気機械に接続されている請求項１から６のいずれか一項に記載のブロア。
前記遊星歯車機構が、複数の第１のプラネタリギアと係合する第１のサンギア、および複数の第２のプラネタリギアと係合する第２のサンギアを備えており、
前記第１のプラネタリギアのそれぞれが、対応する前記第２のプラネタリギアへと接続され、
接続された前記第１および第２のプラネタリギアの組が、それぞれ対応する共通の遊星軸によって保持されるとともに、前記遊星軸が１つの共通のキャリアに接続され、
前記キャリアが前記空気ポンプに接続されるとともに、前記サンギアの一方が前記入力軸に接続され、
前記入力軸が前記電気機械の一方の回転子に接続されるとともに、他方のサンギアが前記第２の電気機械に接続されている請求項１から６のいずれか一項に記載のブロア。
前記空気ポンプが、増速歯車装置を介して前記出力軸に接続されている請求項１から１５のいずれか一項に記載のブロア。
スーパーチャージャであって、前記空気ポンプが容積型空気ポンプである請求項１から５および９から１５のいずれか一項に記載のブロア。
冷却ファンであって、前記空気ポンプが軸流羽根車である請求項１から５および９から１５のいずれか一項に記載のブロア。
前記入力軸に対する前記空気ポンプの速度比が比較的小さいとき、前記電気機械の一方が発電機として機能して、電動機として機能する他方の電気機械へと伝えられる電力を生成し、
前記入力軸に対する前記空気ポンプの速度比が比較的大きいとき、前記他方の電気機械が発電機として機能して、電動機として機能する前記一方の電気機械へと伝えられる電力を生成するように構成されている請求項１から１８のいずれか一項に記載のブロア。