JP2014073828A - 電気機械により駆動される補助装置を持つ自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】部品の減少、必要な構造空間の減少及び複雑さの減少により、製造費を節約する。
【解決手段】、少なくとも２つの補助装置（２３；２６）、電源（２７）に接続されかつ継手装置により選択的に補助装置（２３；２６）に連結可能な電気機械（９）、及び所定の優先順位に従って補助装置（２３；２６）を電気機械（９）に連結する継手装置を制御する制御装置（２８）を有する自動車において、継手装置が二重継手（１５）として形成され、この二重継手（１５）により２つの補助装置（２３；２６）が電気機械（９）に連結可能であり、その際一方又は他方又は両方の補助装置（２３；２６）が電気機械（９）に連結可能であるか、又は連結可能でない。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両を駆動する内燃機関を持つ自動車であって、少なくとも２つの補助装置、電源に接続されかつ継手装置により選択的に補助装置に連結可能な電気機械、及び所定の優先順位に従って補助装置を電気機械に連結する継手装置を制御する制御装置を有するものに関する。

このような自動車はドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０２１９７６号明細書から公知である。電気機械は伝導ベルトを介して少なくとも一時的に２つの補助装置に伝動結合されて、補助装置を選択的に駆動する。自動車は、内燃機関を電気機械に回転可能に連結する第１の継手装置を持っている。それにより内燃機関により電気機械の時々の機械的駆動が可能にされる。電気機械は、互いに並列に設けられる補助装置に同様にほぼ並列に設けられ、伝動ベルト及び各補助装置用継手を介して、これらの補助装置に伝動結合されている。補助装置には、その重要性に応じて優先順位がつけられている。こうして例えばかじ取り援助用かじ取り補助ポンプが、高い優先順位を付けられている。かじ取り補助ポンプの圧縮空気溜めのため、空気圧縮機を時々後に順序づけることができる。こうして別の補助装置も、車両の状態に応じて、場合によっては状態にも応じて変化する異なる優先順位で作動せしめられる。これらの優先順位の段階づけは、制御装置によって行うことができる。補助装置の空間的配置は、各補助装置に対して別々の継手を必要とし、それにより構造費が高くなる。電気機械の出力は、継手及び伝動ベルト又は伝動歯車を介して複数の補助装置の駆動に合わされている。内燃機関の始動段階中に補助装置への出力放出を少なくするため、例えばかじ取り援助用かじ取り補助ポンプに高い優先順位をつけるが、かじ取り補助ポンプの空気圧縮機を時々後に順序づけることができるように、補助装置を駆動するための優先順位が定められている。

この背景の前で本発明の基礎になっている課題は、電気機械による少なくとも２つの補助装置の駆動を構造的に簡単化し、補助装置に連結する際電気機械を過負荷しないようにすることである。

この課題の解決策は請求項１の特徴によって生じる。有利な展開は従属請求項に規定されている。

従って本発明は、車両を駆動する内燃機関を持つ自動車であって、少なくとも２つの補助装置、電源に接続されかつ継手装置により選択的に補助装置に連結可能な電気機械、及び所定の優先順位に従って補助装置を電気機械に連結する継手装置を制御する制御装置を有するものから出発している。この場合継手装置が二重継手として形成され、この二重継手により２つの補助装置が電気機械に連結可能であり、その際一方又は他方又は両方の補助装置が電気機械に連結可能であるか、又は連結可能でないようになっている。

二重継手の使用は、構造空間及び費用を節約して２つの補助装置を電気機械に選択的に連結するのを可能にする。従ってそれぞれ２つの補助装置のために、電動機として作動可能な１つの電気機械及びその制御装置しか必要でなく、二重継手の制御は有利に１つの簡単化された制御装置しか必要としない。二重継手の特徴によれば、それが１つの共通な入力側と２つの出力側を持っている。しかし二重継手は、２つの入力側と１つの共通な出力側を持つように、使用することもできる。二重継手は入力側で駆動可能であるが、出力側に接続される軸を駆動することもできる。

電気機械が回転子円板及びこれを包囲する固定子を持つ円板形電動機として形成され、二重継手のそれぞれ１つの継手が回転子円板のそれぞれの側に設けられて、回転子円板と共同作用するのがよい。これとは異なり、二重継手の両方の継手が半径方向に重なって設けられ、半径方向内側の継手が出力側で中心軸に結合可能であり、半径方向外側の継手が出力側で中心軸を同心的に受入れる中空軸に結合可能であり、両方の補助装置が電気機械又は二重継手の一方の側のみ設けられている、構造形式も意図することができる。

両方の構造形式において、二重継手は、ただ１つの電気機械へ両方の補助装置の互いに無関係な連結及び切り離しを保証し、又構造部品及び構造空間の節約と複雑さの減少を保証し、それにより製造費を少なくする。

詳細には、回転子円板のそれぞれの側に設けられる継手部分が、押付け板及びそれぞれ１つの半軸に取付けられる継手円板として形成され、両方の半軸が、伝動結合体により付属する補助装置に伝動結合されているようにすることができる。

更に両方の半軸が軸線方向に互いに離れており、両方の半軸内に同軸的に回転子軸が設けられており、回転子円板が回転子軸に結合され、かつ軸線方向において両方の半軸の間に設けられており、回転子軸が、第１の切換え可能な継手により内燃機関に連結可能であるか、又は第２の切換え可能な継手により、駆動技術的に内燃機関の後に設けられる伝動装置従動軸に連結可能であるようにすることができる。特に二重継手の両方の継手により可能な中心の回転子軸と内燃機関又は伝動装置従動軸との結合によって、両方の補助装置が内燃機関によるか又は車輪従動軸によって駆動される。

第１の継手を閉じることによって、動力の流れが内燃機関から電気機械へ直接導かれるので、切離される補助装置の駆動が必要でない限り、この電気機械は発電機として作動せしめられて、車載回路網における電流発生に寄与することができる。電気機械の十分強い設計では、この電気機械は電動機運転で内燃機関の始動に用いることもできる。伝動装置従動軸から電気機械の動力流において、電気機械は、発電回生作動で電気エネルギを発生して、車両回路網へ供給することができる。

電気機械が補助装置の１つにより機械的に駆動される時にも、内燃機関又は伝動装置出力側への電気機械の接続には関係なく、回生作動が可能である。これは、例えば電気機械により空気圧縮機が電動駆動可能であり、空気圧縮機がこれにより発生される圧縮空気を圧縮空気溜めへ導く時に、そうなるのである。現在の作動状態においてこの圧縮空気溜めに多すぎる圧縮空気が存在し、この圧縮空気が近い将来にも恐らく必要とされず、従って例えば車両の営業所での車両の停止、点火キーの抜き取り及び待ち時間の待機後も必要とされない限り、この圧縮空気を圧縮空気溜めから圧縮機の方へ排出できるので、その駆動軸が動かされる。それにより空気圧縮機が電気機械を駆動するので、電気機械はその発電機運転で生じる電流を車載回路網又はその蓄電池へ供給することができる。

両方の補助装置の提案された駆動装置によって、電気機械の出力が、両方の補助装置のうち１つの需要出力の最大値及び他の補助装置の連続負荷から形成される和に一致するように量定されている。一方の補助装置の最大値は、例えばその始動段階において得られる。これにより電気機械の出力は、始動段階の最も不利な場合２つの補助装置が電気機械により同時に駆動される時必要となる出力の約４分の３に限定される。その時続いて連結される補助装置の始動は、電気機械の回転する質量及び前に連結された補助装置の質量により援助される。従って電気機械を一層小さく、一層軽く従って一層安価に構成することができる。

両方の補助装置が二重継手により同時に電気機械に連結されるのを防止するように設けられている優先回路を制御装置が含んでいることができる。始動段階が最も不利な状態にある補助装置をまず二重継手により電気機械に連結するように、優先回路を設けることができる。しかし現在の作動状態において障害のない作動のために最高の使用優先順位を持つ補助装置がまず二重継手により電気機械に連結されるように、制御装置に優先回路を設けることもできる。起こり得る作動状態は、例えば作動構内、上り坂又は下り坂における車両の走行である。

圧縮空気用圧縮機、空調用圧縮機、かじ取り装置及び他の可動装置用の液圧ポンプ、水ポンプ、送風機、機関油ポンプ及び変速機油ポンプから成る群から選ばれているそれぞれ２つの補助装置に、それぞれ１つの電気機械が連結可能である。しかし複数の補助装置が二重継手の１つの継手の従動側又はその半軸に伝動結合されている限り、二重継手のそれぞれ１つの継手によりこれらの補助装置を電気機械に連結することも可能である。しかしこの実施形態において注意すべきことは、これら複数の補助装置が二重継手の継手毎に電気機械へ同時に接続されるか又はこれから切離されることである。

ただ１つの添付図面に示されている実施例により、本発明が更に説明される。

自動車のうち動力伝達系を概略的に示す。

自動車は、発進継手２及び伝動装置３を介して駆動車輪４に結合されている内燃機関１を持っている。発進継手２は、第５の制御導線２９ｅを介して制御装置２８に接続されている付属の操作器３４により操作可能である。操作器３４は液圧又は空気圧で操作可能なピストン−シリンダ装置として構成されている。

内燃機関１は、例えば伝動ベルトの形の第１の伝動結合体５により、第１の継手６の入力部分に伝動結合されている。この第１の継手６は、その出力側を円板形電動機の形の電気機械９の回転子軸１３に連結可能である。例えば伝動ベルトの形の第２の伝動結合体７は、伝動装置３の出力部分を、同様に回転子軸１３に連結可能な第２の継手８の入力部分に結合している。ここの選ばれた実施例では、両方の継手６及び８は、第１及び第２の制御導線２９ａ，２９ｂを介して制御装置に接続されている付属の第３及び第４の操作器３２，３３により操作可能である。両方の操作器３２及び３３は、液圧又は空気圧で操作可能なピストン−シリンダ装置として形成されている。

電気機械９は、交互に発電機又は電動機として作動可能である。それは電源２７に接続され、永久磁石又は電磁石１１を持つ固定子及び回転子円板１２を持ち、回転子円板１２は半径方向外側に電磁石又は永久磁石１４を持っている。

電磁石又は永久磁石１４の半径方向内側で回転子円板１２に、通常作動において駆動可能な入力側（回転子軸１３）及び２つの駆動される出力側（半軸２１及び２４）を持つ二重継手１５が設けられている。このため、二重継手１５は、回転子円板１２の軸線方向において一方の側に第１の押付け板１７及び摩擦ライニングを持つ第１の継手円板１８を持ち、回転子円板１２の軸線方向において他方の側に第２の押付け板１９及び摩擦ライニングを持つ第２の継手円板２０を持っている第１の継手円板１８は第１の中空半軸２１に固定的に結合され、これと同軸的にかつ回転可能に回転子軸１３上に設けられている。第２の継手円板２０は第２の中空半軸２４に固定的に結合され、同様に同軸的にかつ回転可能に回転子軸１３上に設けられている。二重継手１５の第１の押付け板１７は、第１の操作器３０により、第３の制御導線２９ｃを介して制御装置２８に接続されている第１の継手円板１８の方に軸線方向に移動可能である。二重継手１５の第２の押付け板１９は、第２の操作器３１により、第４の制御導線２９ｄを介して制御装置２８に接続されている第２の継手円板２０の方へ軸線方向に移動可能である。ここに選ばれた実施例では、両方の操作器３０，３１は液圧又は空気圧で操作可能なピストン−シリンダ装置として形成されている。

両方の半軸２１，２４は、互いに軸線方向間隔をとって回転子軸１３上に回転可能に設けられ、その間に、回転子軸１３に固定的に結合される回転子円板１２を受入れている。

第１の半軸２１は、例えば伝動ベルトの形の第３の伝動結合体２２を介して、第１の補助装置２３例えば圧縮空気用圧縮機に結合され、第２の半軸２４は、例えば伝動ベルトの形の第４の伝動結合体２５を介して、第２の補助装置２６例えば空調用圧縮機に結合されている。

制御装置２８により、二重継手１５の両方の継手が、選択的に第１の補助装置２３又は第２の補助装置２６又は同時に両方の補助装置２３，２６に連結されるか、又は二重継手１５の両方の継手が両方の補助装置２３，２６への伝動結合を遮断するので、補助装置２３，２６のいずれも電気機械９により駆動されない。

第１の継手６を介する内燃機関１と回転子軸１３との間の第１の伝動結合、第２の継手８を介する伝動装置３と回転子軸１３との間の第２に伝動結合は、同様に制御装置２８により制御されるので、回転子軸１３従って電気機械９は、選択的に内燃機関１によるか又は駆動車輪４に連結される伝動装置３により駆動可能であり、例えば電気機械９が発電機作動に切換えられている時、押し動かし作動又は制動作動でエネルギを電源２７へ供給する。

図に示されて今述べた実施例では、回転子円板１２が回転子軸１３に固定的に相対回転しないように結合されている。しかし回転子軸１３を固定軸として構成し（従ってハウジングに固定して設ける）ことも可能であり、その場合固定軸上に回転子円板１２が回転可能に支持されて設けられる。この実施形態では、補助装置２３，２６と内燃機関１又は伝動装置従動軸との伝動結合は不可能である。その場合第１及び第２の継手６，８と第１及び第２の伝動結合体５，７は存在しないであろう。

少なくとも１つの補助装置用の別個の駆動電動機の節約という利点のほかに、両方の補助装置２３，２６の駆動装置の設計のための境界条件も変化する。２つの補助装置２３，２６例えば空気圧縮機及びかじ取り補助ポンプは、それぞれ例えば−４０℃の周囲温度及び高い背圧で圧縮機及びかじ取り補助ポンプの始動段階における最も不利な場合における最大要求に相当するそれぞれ５ｋＷの最大駆動出力をそれぞれ必要とする。即ち圧縮機及びかじ取り補助ポンプの同時始動のために、電気機械９は１０ｋＷ（＝１００％）の出力を持っていなければならないだろう。両方の補助装置の１つ２３又は２６が既に２．５ｋＷの永続負荷で運転し、別の補助装置２６又は２３が最大の出力要求で接続されるものと仮定する場合、本発明により電気機械９に二重継手１５を設けることによって、両方の補助装置２３及び２６が同時に始動するのを防止する優先回路を導入することにより、電気機械９の必要な出力を約７．５ｋＷに減少することが可能である。円板形電動機として形成される電気機械９及び回転する補助装置の慣性質量を考慮して、必要な出力は恐らく３０％だけ７ｋＷ又はそれ以下に減少され、それにより製造費、必要な構造空間及び複雑さが減少する。

圧縮空気用圧縮機、空調用圧縮機、かじ取り装置又は他の可動装置用液圧ポンプ送風機、機関油ポンプ、伝動装置油ポンプ、水ポンプ等の群から選ばれているそれぞれ２つの補助装置２３，２６にそれぞれ１つの電気機械９が連結可能である。しかし既に前述したように、二重継手のそれぞれ１つの継手により、複数の補助装置を同時に電気機械に連結することも可能である。

前記の図の説明、特許請求の範囲及び明細書序文にあげたすべての特徴は、個々でも任意の組合わせでも使用可能である。従って本発明は説明し権利を請求した特徴の組合わせに限定されない。むしろすべての特徴の組合わせが開始されているものとみなすべきである。

１ 内燃機関
２ 発進継手
３ 伝動装置
４ 駆動車輪
５ 第１の伝動結合体
６ 第１の継手
７ 第２の伝動結合体
８ 第２の継手
９ 電気機械
１０ 固定子
１１ 固定子にある電磁石又はコイル
１２ 回転子円板
１３ 回転子軸
１４ 回転子にあるコイル又は電磁石
１５ 二重継手
１６ 回転子
１７ 第１の押付け板
１８ 摩擦ライニングを持つ第１の継手円板
１９ 第２の押付け板
２０ 摩擦ライニングを持つ第２の継手円板
２１ 第１の半軸
２２ 第３の伝動結合体
２３ 第１の補助装置
２４ 第２の半軸
２５ 第４の伝動結合体
２６ 第２の補助装置
２７ 電源
２８ 制御装置
２９ａ 第１の制御導線
２９ｂ 第２の制御導線
２９ｃ 第３の制御導線
２９ｄ 第４の制御導線
２９ｅ 第５の制御導線
２９ｆ 第６の制御導線
３０ 第１の操作器
３１ 第２の操作器
３２ 第３の操作器
３３ 第４の操作器
３４ 発進継手にある操作器

Claims (12)

1. 車両を駆動する内燃機関（１）を持つ自動車であって、少なくとも２つの補助装置（２３；２６）、電源（２７）に接続されかつ継手装置により選択的に補助装置（２３；２６）に連結可能な電気機械（９）、及び所定の優先順位に従って補助装置（２３；２６）を電気機械（９）に連結する継手装置を制御する制御装置（２８）を有するものにおいて、継手装置が二重継手（１５）として形成され、この二重継手（１５）により２つの補助装置（２３；２６）が電気機械（９）に連結可能であり、その際一方又は他方又は両方の補助装置（２３；２６）が電気機械（９）に連結可能であるか、又は連結可能でないことを特徴とする、自動車。
2. 電気機械（９）が回転子円板（１２）及びこれを包囲する固定子（１０）を持つ円板形電動機として形成され、二重継手（１５）のそれぞれ１つの継手（１７，１８；１９，２０）が回転子円板（１２）のそれぞれの側に設けられて、回転子円板と共同作用することを特徴とする、請求項１に記載の自動車。
3. 回転子円板（１２）のそれぞれの側に設けられる継手部分（１７，１８；１９，２０）が、押付け板（１７；１９）及びそれぞれ１つの半軸（２１；２４）に取付けられる継手円板（１８；２０）として形成され、両方の半軸（２１；２４）が、伝動結合体（２２；２５）により付属する補助装置に伝動結合されていることを特徴とする、請求項２に記載の自動車。
4. 両方の半軸（２１；２４）が軸線方向に互いに離れており、両方の半軸（２１；２４）内に同軸的に回転子軸（１３）が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の自動車。
5. 回転子円板（１２）が回転子軸（１３）に結合され、かつ軸線方向において両方の半軸（２１；２４）の間に設けられていることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の自動車。
6. 二重継手の両方の継手が半径方向に重なって設けられ、半径方向内側の継手が出力側で中心軸に結合可能であり、半径方向外側の継手が出力側で中心軸を同心的に受入れる中空軸に結合可能であり、両方の補助装置（２３；２６）が電気機械（９）の一方の側にのみ設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の自動車。
7. 回転子軸（１３）が、第１の切換え可能な継手（６）により内燃機関（１）に連結可能であるか、又は第２の切換え可能な継手（８）により、駆動技術的に内燃機関（１）の後に設けられる伝動装置従動軸に連結可能であることを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載の自動車。
8. 電気機械（９）の出力が、両方の補助装置（２３；２６）のうち１つの需要出力の最大値及び他の補助装置（２３；２６）の連続負荷から形成される和に一致するように量定されていることを特徴とする、請求項１〜７の１つに記載の自動車。
9. 両方の補助装置（２３；２６）が二重継手（１５）により同時に電気機械（９）に連結されるのを防止するように設けられている優先回路を制御装置（２８）が含んでいることを特徴とする、請求項１〜８の１つに記載の自動車。
10. 始動段階が最も不利な状態にある補助装置（２３；２６）をまず二重継手（１５）により電気機械（９）に連結するように、優先回路が制御装置（２８）に設けられていることを特徴とする、請求項９に記載の自動車。
11. 現在の作動状態において障害のない作動のために最高の使用優先順位を持つ補助装置（２３；２６）がまず二重継手（１５）により電気機械に連結されるように、制御装置（２８）に優先回路が設けられていることを特徴とする、請求項９に記載の自動車。
12. 圧縮空気用圧縮機、空調用圧縮機、液圧ポンプ、水ポンプ、送風機、機関油ポンプ及び変速機油ポンプから成る群から選ばれているそれぞれ２つの補助装置（２３；２６）に、それぞれ１つの電気機械（９）が連結可能であることを特徴とする、請求項１〜１１に記載の自動車。

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