JP2009154823A - 車両用の補機ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】補機類をコンパクトに配置し、エンジンルーム内の狭いスペースに設置できる車両用の補機ユニットを提供すること。
【解決手段】車両に搭載されている車両用補機を駆動させる、第1と第2の出力軸を表裏両面にそれぞれ突出させた補機用電動モータと、前記補機用電動モータの第1の出力軸にクラッチ装置を介して取り付けられた第1プーリと、前記第1プーリと伝動ベルトを介して連結されたエアコンプレッサと、前記補機用電動モータの第2の出力軸の先方に組み付けられた、パワステアリング駆動用のパワステアリングポンプと、前記パワステアリングポンプと前記補機用電動モータとの間の前記第2の出力軸に取り付けられた第2プーリと、前記第2プーリと伝動ベルトを介して連結された車両用補機とから車両用の補機ユニットを構成した。
【選択図】 図3

Description

本発明は、シリーズ式ハイブリッド車における、車両用補機類の補機ユニットに関する。
シリーズ式ハイブリッド車は、走行用電動モータの動力で走行し、エンジンは発電機を駆動させることに用いられている。これにより、エンジンを最も効率の良い状態で作動させるとともに充電池に十分な電力が蓄えられているときはエンジンの作動を停止させ、燃料の消費量を低減させるようになっている。特許文献1参照。例えばシリーズ式ハイブリッド方式を採用した大型路線バスとしては、充電池を車両天井部分に設け、走行用電動モータを後輪出力軸に組み付け、ディーゼルエンジンと発電機を車両後方に搭載させたものが知られている。
かかるシリーズ式ハイブリッドの大型路線バスでは、エアコンプレッサとパワステアリングポンプを、車両の床下に配置した補機用電動モータに組み付け、エアコンプレッサで圧縮空気を製造してエアタンクに蓄え各種アクチュエータを作動させたり倍力装置を機能させ、またパワステアリングポンプでパワステアリング機構に作動オイルに圧送していた。
一方従来は、エアコンディショナ用のコンプレッサはエンジンに組み付けられ、エンジンの動力で駆動されていた。そのため夏場などでは、充電池に十分充電されている状態でも、車内の冷房を働かせるためにエンジンが駆動されており、燃料消費量を低減させる点において改良が望まれていた。
そこで、エアコンディショナ用コンプレッサを補機用電動モータに取り付け、補機用電動モータを用いて駆動させることが考えられた。
特開2006−132391号公報
ところがエアコンディショナ用コンプレッサを補機用電動モータで駆動させることとすると、一台の補機用電動モータに3台以上の補器が組み付けられ、補機と補機用電動モータとを伝動ベルトを用いて連結する必要が生じた。すると、水や埃に対応する必要があり、また伝動ベルトが定期点検項目となり、設置場所をエンジンルーム内に移動させ日常点検を容易にすることが望まれた。一方エンジンルーム内にはエンジンとエンジンで駆動される発電機が設置されており、補機類を設置するため広いスペースがとれない。またエンジンの発熱などで、エンジンルーム内の雰囲気は高温になり、補機に対して熱害対策を採る必要性が生じた。
また車両の外壁を洗浄する際高圧洗浄機を用いると、ルーバーなどからエンジンルームに水が侵入することがあり、補機類に水かかったり、機器内部に水が吸引されると不具合を生じさせるおそれが考えられる。
本発明は上記課題を解決し、小型化して、エンジンルーム内の狭いスペースに設置でき、かつ熱や水などに対応できる車両用の補機ユニットを提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため車両用の補機ユニットを次のように構成した。
1、 車両に搭載されている車両用補機を駆動させる、第1と第2の出力軸を表裏両面にそれぞれ突出させた補機用電動モータと、前記補機用電動モータの第1の出力軸にクラッチ装置を介して取り付けられた第1プーリと、前記第1プーリと伝動ベルトを介して連結されたエアコンプレッサと、前記補機用電動モータの第2の出力軸の先方に組み付けられた、パワステアリング駆動用のパワステアリングポンプと、前記パワステアリングポンプと前記補機用電動モータとの間の前記第2の出力軸に取り付けられた第2プーリと、前記第2プーリと伝動ベルトを介して連結された車両用補機とから車両用の補機ユニットを構成した。
2、 1に記載の車両搭載補機の補機ユニットにおいて、前記第2プーリは、軸方向に配列された複数のプーリからなり、前記車両用補機は、前記第2の出力軸を中心とした対称位置に配置されていることとした。
3、 2に記載の車両搭載補機の補機ユニットにおいて、前記クラッチ装置は、電磁クラッチであり、前記エアコンプレッサに接続されたエアタンクのエア圧力が閾値に達すると、動力伝達を遮断し、前記エア圧力が閾値を下回ると、動力伝達を行うように設定した。
本発明にかかる車両用の補器ユニットは、次の効果を有している。
1台の補機用電動モータで、パワステアリングポンプとエアコンプレッサに加え、少なくとも1台の車両用補機を駆動させることができる。上記構成としたので補器類をコンパクトに配置し、小型化できる。設置面積が狭くできるので、エンジンルーム内の狭い場所に確実に取り付けることができる。エンジンルーム内に設置できるので、日常点検が容易となり、また床下などに比較して、水や埃に対応できる。エンジンルーム内の外壁近傍に設置できるので、外気を利用した冷却が容易となる。
設置面積を狭くできるので、他の部品と干渉することなく、エンジンルーム内に設置できる。補機どうしや補機と他の部品との間に適宜の隙間を形成させることができるので、容易に組み付けができ、また整備性が向上する。
出力軸を中心として複数の補機類が対称位置に配置されるので、動的なバランスがよくなり、振動や騒音の発生を防止できる。ベルトを介して連結していることから、組み付け精度が緩和できる。クラッチ装置を作動して出力軸からの動力の伝達を遮断できるので、エアコンプレッサを必要以上に作動させず、電力の消費量を削減できる。
必要に応じて第2プーリを複数のプーリで構成し、例えば発電機などの他の補器類を補機用電動モータで駆動させることができる。車両の走行状態やエンジンの駆動にかかわりなく補機用電動モータを作動させ、補機類を安定して作動させることができる。
本発明にかかる、車両用の補器ユニットの一実施形態について、図を参照して説明する。
図1に、シリーズ式ハイブリッド車の大型路線バス(以下「HEVバス」とする。)の概略を示す。以下、車両の進行方向を前方とし、前方を基準に左右を定め、重力の方向を下方とし、車両の中心に向かう側を内側方向、その逆を外側方向として説明する。
HEVバス10は、車両前方に運転席12を有し、車両の天井部分に電池部14、床下に燃料タンク17を具え、後方に、走行用電動モータ16、エンジン18、発電機19、補機ユニット20、ラジエータ23などを備えて構成されている。
電池部14は、リチウムイオン電池などの充電池を複数具え、出力電圧は600V程度となっている。また車両後方の上部には、走行用電動モータ16用の走行用インバータ22と補機ユニット20用の補機用インバータ24が搭載してあり、それぞれ電池部14に接続されている。尚電池部14における、充電池の種類、電池電圧、及び電池部14の設置位置等はこれに限るものではない。
エンジン18は、ディーゼルエンジンで、燃料タンク17に貯留されている燃料を用いて作動される。発電機19は、エンジン18と増速機を介して直接連結されており、エンジン18が作動されることにより発電が行われる。エンジン18は、発電機19を駆動させるに最も効率のよい状態で作動するように予め設定されている。またエンジン18は、制御装置(図示せず。)に接続されており、HEVバス10のメインスイッチがオン状態であればHEVバス10の走行にかかわらず、制御装置からの指示に従って作動と停止が繰り返される。制御装置は、電池部14における充電状態の変動を検出し、主にその充電状態に応じてエンジン18の作動、すなわち発電機19による発電の開始とその停止を指示するようになっている。尚、エンジン18はディーゼルエンジンでなく、ガソリンその他の燃料を用いたエンジンでよい。
ラジエータ23は、エンジン18の左方に設けてあり、ラジエータファン(図示せず。)で、HEVバス10の左方に設けられた左側壁11の開口部を通して外気をHEVバス10内に取り入れ、エンジン18内を循環して加熱された冷却水を冷却させる。ラジエータファンで取り入れられた外気は、HEVバス10の床下や、HEVバス10の後方に設けられた後壁15の排熱口101(図6参照。)を通して車両外に排出される。
走行用電動モータ16は、2基並列して減速機(図示せず。)に接続し、減速機からプロペラシャフトがデファレンシャル機構26に延び、デファレンシャル機構26を介して後輪30の車軸に連結されている。走行用電動モータ16は、走行用インバータ22からの電力線が接続してあり、運転席12での運転操作に伴って走行用インバータ22から電力が供給され駆動される。
走行用電動モータ16は、走行用インバータ22を介した電池部14からの電力のみを電源電力として駆動されるとともに、電池部14からの電力に発電機19で発電された電力を合わせて駆動され、更には発電機19で発電された電力のみでも駆動し、HEVバス10を走行できるように設定されている。
またHEVバス10に設けられている前照灯32、方向指示器34、尾灯その他の車両本体に関する車両用電気機器類は、従来の大型バスで用いられているものと基本的に同一であり、HEVバス10はそれら車両用電気機器を作動させるための24Vの車両用バッテリ(図示せず。)を搭載している。更にHEVバス10は、DC―DCコンバータ(図示せず。)を電池部14に具え、DC―DCコンバータで電池部14での電気を24Vの電圧に変換し、車両用バッテリに充電を行わせるとともにHEVバス10の車両用電気機器類へ電力を供給している。
次に、補機ユニット20について説明する。補機ユニット20は、図2、図3に示すように、補機用モータ40と、パワステアリングポンプ42と、エアコンプレッサ44と、エアコンディショナ用コンプレッサ46、48と、これら各補機類を載置させた基台52などから構成されている。
基台52は金属製の平板部材で、図4に示すようにHEVバス10の後方に設けられたエンジンルーム50内の右側方で、発電機19の上方に設置されている。エンジンルーム50は、前方を、走行用電動モータ16とエンジン18の間の縦壁21(仮想線で示す。)、左右方向をHEVバス10の左側壁11、及び右側壁13、上方を、走行用インバータ22などのすぐ下側、後方を、HEVバス10の後壁15で囲まれた、ほぼ直方体をした空間内を言う。
補機用モータ40は電動モータで、図3に示すように第1の出力軸61と、第2の出力軸63を表裏方向に突出させており、基台52上に、その出力軸を車両の左右方向に沿わせて固定されている。補機用モータ40は、補機用インバータ24に接続されており、HEVバス10のメインスイッチがオンされている状態では、HEVバス10の走行やエンジン18の作動にかかわらず、補機用インバータ24から出力される電力で基本的に一定回転数で常に駆動されている。
パワステアリングポンプ42は、パワステアリング機構(図示せず。)に作動用オイルを所定の圧力で送り出す圧送ポンプであり、ステー43を介して車両内方側(左方側)に取り付けられている。パワステアリングポンプ42の入力軸は、補機用モータ40の第2の出力軸63の先方にカップリング45を介して直接連結されている。
また第2の出力軸63のカップリング45と補機用モータ40の間には、第2プーリとしてのプーリA60とプーリB62が固着されている。プーリA60には第1ベルト64が、プーリB62には第2ベルト66が掛けられている。第1ベルト64は、エアコンディショナ用の後側コンプレッサ46及び張力調整用プーリ(図示せず。)に巻き付けられ、後側コンプレッサ46と補機用モータ40が連結されている。第2ベルト66は、エアコンディショナ用の前側コンプレッサ48と張力調整用プーリに巻き付けられ、前側コンプレッサ48と補機用モータ40が連結されている。尚プーリA60とプーリB62は、一体に形成されていても、個々に形成され、それぞれ離れて取り付けられていてもよい。
更に後側コンプレッサ46の入力軸には第1電磁クラッチ54、前側コンプレッサ48の入力軸には第2電磁クラッチ56が設けてあり、後側コンプレッサ46及び前側コンプレッサ48はこれら第1電磁クラッチ54等を介して補機用モータ40からの動力伝達を、制御装置からの指示により接続、遮断できるように設定されている。
補機用モータ40の車両右側(図3の下方側)に突出した第1の出力軸61には、電磁クラッチ72を介して第1プーリ74が取り付けられている。第1プーリ74には、第3ベルト76が掛けられており、第3ベルト76は、張力調整用プーリ77とエアコンプレッサ44の入力軸に巻き付けてあり、エアコンプレッサ44と補機用モータ40が連結されている。
エアコンプレッサ44は、例えばスクロール式圧縮機で、吸入した空気を所定の圧力に圧縮する。エアコンプレッサ44で圧縮された空気は、エア管47を通して図示しないエアタンクに送り込まれ、貯留される。エアタンクには、タンク内部の圧力を計測する圧力計が設けてあり、圧力計は制御装置に接続している。制御装置は、エアタンク内部の圧力の閾値を有し、圧力計が計測したエアタンクの圧力値と閾値とを比較し、その比較結果に従って電磁クラッチ72に動力伝達の接断の指示を送り出す。
更にエアコンプレッサ44の外方には、遮蔽部材80が設けられている。遮蔽部材80は、金属製の箱体で、基台52の上面に取り付けられ、エアコンプレッサ44の入力軸部分を除いて、エアコンプレッサ44のほぼ全体を覆っている。また遮蔽部材80の右側壁には流入口82が、また後壁には流出口84が形成され、少なくとも遮蔽部材80のエンジン18側の壁面には、断熱材(図示せず。)が貼り付けられている。
図5に、遮蔽部材80の平断面を示す。遮蔽部材80の右方に形成された流入口82には、直方体形状の箱体86(図2参照。)が取り付けられている。箱体86は、流入口82の外周を覆って取り付けられており、箱体86の車両前方側の壁体には導入管88が接続されている。
導入管88はゴム材などからなる円筒体で、ほぼ90度に湾曲し、他端側が案内路90に連通している。案内路90は、右側壁13に開閉自在に設けられたリッド95(図6参照。)に金属板などで形成さており、右側壁13に沿って車両前方に延び、右側壁13に形成された開口部92に連通している。開口部92は、ルーバーなどを具え、空気は流通するが、雨水などは直接流入しないように形成されている。
上述した箱体86、導入管88、案内路90は連続した通路を形成しており、これらにより、インレットダクトが形成されている。更に流入口82には、図5に示すように2台の換気用ファン104が取り付けられている。換気用ファン104は、インレットダクト側から遮蔽部材80内に向けて空気が流れるように作動し、補機用モータ40と同様基本的に常時駆動されている。
一方遮蔽部材80の後方には、導風板93が取り外し可能に取り付けられている。導風板93により、遮蔽部材80と導風板93との間に流出口84から延びる案内路94が縦方向に形成されている。また導風板93の上部には、案内路94に通じた排出口96が形成され、排出口96の周囲に弾性体98が取り付けられている。
HEVバス10の後壁15には、図6に示すようにリッド100が設けられている。リッド100は、後壁15に開閉自在に設けてあり、リッド100が閉じられると上部に形成された開口部102が、弾性体98に密着し、排出口96と開口部102が連通するようになっている。この案内路94と、排出口96に連結された弾性体98により、アウトレットダクトが形成されている。
また図3、図5に示すように、エアコンプレッサ44のエアフィルタ49が遮蔽部材80内に設けてあり、エアコンプレッサ44が作動するとエアコンプレッサ44はエアフィルタ49を通して遮蔽部材80内の空気を吸入して圧縮動作を行う。更に、リッド100を開き、導風板93を取り外すと、エアフィルタ49が露出し、エアフィルタ49を固定している蝶ねじ51を外すことによりエアフィルタ49のエアフィルタ・エレメントが容易に取り外せる。
更に、エアコンプレッサ44には冷却機構(図示せず。)が設けてあり、エアコンプレッサ44の作動に伴い遮蔽部材80内の空気を吸引して送風を行い、圧縮作用により発熱する部分を送風により冷却するようになっている。そして、かかる冷却機構の排出風は、遮蔽部材80に設けられた通風口97を通して、遮蔽部材80の外部に取り付けられ、エンジンルーム50内に開口した、図示しない排気口を有する排気ダクト81によって、エンジンルーム50内に排出される。排気ダクト81は、上記排気口を上部に有しており、熱気が上昇して排気されることにより冷却効果を向上させている。
次に、上記補機ユニット20の作用、効果について説明する。
HEVバス10は、メインスイッチがオンされ、アクセルが踏まれると、それに応じて走行用電動モータ16が駆動し、走行する。そして、電池部14の充電量の変動に応じてエンジン18が始動され、発電機19による発電電気で電池部14の充電池が充電される。
またメインスイッチがオンされると、補機用モータ40が駆動し、パワステアリングポンプ42が作動してパワステアリング機構に作動オイルを圧送するとともに、エアタンクの圧力変動に対応して電磁クラッチ72が制御装置からの指示によりつなげられ、エアコンプレッサ44が作動してエアタンクに圧縮空気が送り込まれる。
また必要に応じて制御装置から指示が出されて、第1電磁クラッチ54及び第2電磁クラッチ56がつなげられ、エアコンディショナ用の後側コンプレッサ46や前側コンプレッサ48が駆動される。更に、換気用ファン104が駆動され、開口部92から外気を吸引して図5の矢印に示すように、案内路90、導入管88、箱体86を通って遮蔽部材80内に送り込まれる。遮蔽部材80に送り込まれた外気は、遮蔽部材80を通って流出口84から流出される。そして流出口84から流出された空気は、案内路94を通って排出口96、開口部102を通って、車外に排出される。
このように補機ユニット20によれば、補機用モータ40、パワステアリングポンプ42、エアコンプレッサ44、後側コンプレッサ46、前側コンプレッサ48が基台52上に配置され、補機用モータ40を駆動源として各補機が確実に駆動される。各補機類が基台52上にコンパクトに配置されるので、狭いエンジンルーム50内に容易に設置できる。
リッド95を開放することにより第3ベルト76が目視でき、日常点検や、交換が容易に行える。またリッド100を開放することにより第1ベルト64及び第2ベルト66が目視でき、日常点検が容易に行える。リッド100を開放して導風板93を取り外すと、エアフィルタ49が露出し、エアフィルタ49の点検が容易にできる。蝶ねじ51を外すことによりエアフィルタ49のエアフィルタ・エレメントが容易に取り外せ、エアフィルタ49の清掃、交換が容易に行える。
エンジンルーム50内に空間的な余裕が生じ、エンジンルーム50内の他の部品との干渉を防止できる。また、補機どうしや補機と他の部品との隙間を十分に設けることができるので、組み付けが容易となり、また整備性が向上する。
第2の出力軸63を中心として複数の補機類が対称位置に配置されるので、動的なバランスがよくなり、振動や騒音の発生を防止できる。第1ベルト64などを介して連結されていることから、エアコンプレッサ44等の取り付け精度が緩和できる。電磁クラッチ72の作動により第1の出力軸61の動力伝達を遮断でき、エアコンプレッサ44を必要以上に作動させず、電力消費量を削減できる。
例えば24V用の発電機など他の補器類を必要に応じて第2の出力軸63にプーリを介して連結させ、補機用モータ40でかかる追加された補機を駆動させることができる。HEVバス10の走行状態やエンジンの駆動にかかわりなく補機用モータ40を作動させ、補機類を安定して作動させることができる。
エアコンプレッサ44は、遮蔽部材80によって全体が覆われ、また断熱材がエンジン18側に貼り付けられているので、エンジン18の駆動によりエンジンルーム50内の温度が上昇したり、エンジン18などからの輻射熱を受けても、直ちに温度が上昇することはない。また換気用ファン104によって導入された外気が遮蔽部材80内を通過するので、導入された外気によってエアコンプレッサ44が効果的に冷却される。
外気は、換気用ファン104の送風により遮蔽部材80内に導入されるので、遮蔽部材80内の気圧を、エンジンルーム50の気圧より高く設定できる。これにより、エンジンルーム50内の熱い空気が、遮蔽部材80を構成している構成部材の継ぎ目の隙間から侵入することがなく、効率よくエアコンプレッサ44を冷却できる。また、遮蔽部材80の構造に高い気密性を持たせる必要がなく、遮蔽部材80の構成、組み付けが簡易になり、コストを低減できる。
補機ユニット20をHEVバス10の右後方の隅に配置したので、インレットダクトとアウトレットダクトを容易に接続できる。アウトレット側の開口部102をHEVバス10の後壁15に設け、インレット側の開口部92を右側壁13に設けたので、排出口96から排出された空気を開口部92から吸引することがない。更にリッド100に設けられた排熱口101からは、ラジエータ23を通ってエンジンルーム50内に導入された空気も排出されるので、開口部92を右側壁13に設けた効果はより大きくなる。また走行中は、車両後方の気圧が側面などより低下するので、吸出し効果が発生し、上述した配置にすることにより、より効率よく遮蔽部材80内の空気を排出し、エアコンプレッサ44の冷却効果を高めることができ、またエンジンルーム50から熱気を排出できる。
エアコンプレッサ44が作動すると、エアフィルタ49を通して圧縮用の空気が、遮蔽部材80内から吸引されるので、これによっても外気を遮蔽部材80に導入することができエアコンプレッサ44を冷却することができる。
インレットダクトを用いて遮蔽部材80と右側壁13に形成された開口部92とを連結させてあるので、車両外部から遮蔽部材80への水の浸入を防止できる。またアウトレットダクトを用いて、遮蔽部材80と後壁15に形成された開口部102とを連結させてあるので、これによっても遮蔽部材80への水の浸入を防止できる。
エアコンプレッサ44をエンジンルーム50内に配置したので、床下に配置した従来例に比較して、塵や水による損傷などを有効に防止できる。また、エアコンプレッサ44の近傍にエアフィルタ49を配置できるので、エアフィルタ49からエアフィルタ49までの配管の長さを短くし、構造や取り付けを簡素化でき、コストを低減できる。
本発明にかかる車両用の補機ユニットの一実施形態を具えたHEVバスを示す斜視図。 補機ユニットを示す斜視図。 補機ユニットを示す平面図。 エンジンルームを示す斜視図。 遮蔽部材を示す平断面図。 HEVバスを示す斜視図。
符号の説明
10…HEVバス
11…左側壁
12…運転席
13…右側壁
14…電池部
15…後壁
16…走行用電動モータ
18…エンジン
19…発電機
20…補機ユニット
22…走行用インバータ
23…ラジエータ
24…補機用インバータ
40…補機用モータ
42…パワステアリングポンプ
44…エアコンプレッサ
49…エアフィルタ
50…エンジンルーム
80…遮蔽部材
82…流入口
84…流出口
92…開口部
96…排出口
100…リッド
102…開口部
104…換気用ファン

Claims (3)

  1. 車両に搭載されている車両用補機を駆動させる、第1と第2の出力軸を表裏両面にそれぞれ突出させた補機用電動モータと、
    前記補機用電動モータの第1の出力軸にクラッチ装置を介して取り付けられた第1プーリと、
    前記第1プーリと伝動ベルトを介して連結されたエアコンプレッサと、
    前記補機用電動モータの第2の出力軸の先方に組み付けられた、パワステアリング駆動用のパワステアリングポンプと、
    前記パワステアリングポンプと前記補機用電動モータとの間の前記第2の出力軸に取り付けられた第2プーリと、
    前記第2プーリと伝動ベルトを介して連結された車両用補機とから構成されたことを特徴とする車両用の補機ユニット。
  2. 前記第2プーリは、軸方向に配列された複数のプーリからなり、前記車両用補機は、前記第2の出力軸を中心としたほぼ対称な位置に配置されていることを特徴とした請求項1に記載の車両用の補機ユニット。
  3. 前記クラッチ装置は、電磁クラッチであり、前記エアコンプレッサに接続されたエアタンクのエア圧力が閾値に達すると、動力伝達を遮断し、前記エア圧力が閾値を下回ると、動力伝達を行うように設定したことを特徴とする請求項2に記載の車両用の補機ユニット。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013166456A (ja) * 2012-02-15 2013-08-29 Toyota Motor Corp 車両駆動装置
JP2016215924A (ja) * 2015-05-25 2016-12-22 日野自動車株式会社 連節バス
JP2021049850A (ja) * 2019-09-25 2021-04-01 三輪精機株式会社 車両用空気調和装置

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