JP2014513513A - 車両用モータ発電機装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明に提出されるモータ発電機は、従来のモータや発電機における固定子を回転子に囲むように設計される。これにより、固定子及び回転子を反対方向に回転させることで、磁界による相互作用を向上させ、モータ発電機の性能を高めることができる。
【解決手段】 本発明は、電気機器を提出する。電気機器は、第一回転装置と、前記第一回転装置を電磁誘導で相互に配合し、前記第一回転装置に同軸配置される第二回転装置と、前記第二回転装置の回転を制限するように、前記第二回転装置に接続されるブレーキ装置と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電機装置に関し、特に車両用の軸発電電動機に関する。

在では、環境保護とクリーンエネルギーの傾向の下で、電力を使用する軌道車両及びガス/電気ハイブリッド車は、自動車を徐々に取って代わり、人々の輸送の主な手段となる。従来の車両用発電機又はモータのメカトロニクス構造は、基本的には、回転子と固定子とを備え、金属コイルを回転子に配置し、永久磁石を固定子に配置し、永久磁石は、磁場を提供する。外力で回転子を回転させて磁力線を切断するようにコイルを駆動すると、電流がコイルに発生する。

したがって、車両用発電機は、回転軸からのねじる力によって電気エネルギーを生成させる。ねじる力は、通常、車軸又は発電機（エンジン）の伝動軸から発生し、電流が外部電源（例えば、バッテリ）から回転子のコイルに流入し、電磁場が発生する。電磁場と永久磁石の磁場との相互作用が発生すると、回転子を回転させてねじる力を出力する。これは、電動機の動作原理である。同じメカトロニック構造は、異なる入力/出力回路配置を利用して前記の車載機器を発電機又はモータ装置に切り替えることができる。このようなメカトロニクス装置は、車両に搭載し、車両の電力需要に応じて適時に発電機又はモータに切り換えることができる。

車両用モータの電力不足は、多くの自動車工場が現在直面しなければならないという問題があり、一方、発電機性能は、改善の余地がある。簡単に言えば、発電機又はモータは、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する電機装置である。しかしながら、上記発電機又はモータ構造が非常に限られたエネルギー変換効率を提供する。車両が稼働している間には、無駄なエネルギーを消費する。例えばブレーキで減速する時に消費する運動エネルギー、又はギアボックスで取り外す液圧である。発電機又はモータの設計性を改善できれば、電気エネルギーへの機械的エネルギーの変換効率を向上させることができ、車両の走行時に様々な既存のエネルギーを適切に利用し、モータ発電機の電力を高め、省エネの効果をもたらす。

本発明は、従来のモータや発電機における固定子を回転子に囲むように設計され、固定子及び回転子を反対方向に回転させることで、磁界による相互作用を向上させ、モータ発電機の性能を高めることができる車両用モータ発電機装置を提供することを目的とする。

本発明は、電気機器を提出する。前記電気機器は、第一回転装置と、前記第一回転装置を電磁誘導で相互に配合し、前記第一回転装置に同軸配置される第二回転装置と、前記第二回転装置の回転を制限するように、前記第二回転装置に接続されるブレーキ装置と、を含むことを特徴とする。

本発明は、もう一つの電気機器を提出する。前記電気機器は、第一回転装置と、前記第一回転装置を電磁誘導で相互に配合し、前記第一回転装置に同軸配置される第二回転装置と、前記第二回転装置を制御する液圧素子と、を含むことを特徴とする。

本発明は、もう一つの電気機器を提出する。前記電気機器は、第一回転装置と、前記第一回転装置を電磁誘導で相互に配合し、前記第一回転装置に同軸配置される第二回転装置と、前記第二回転装置を制御して第一回転停止状態又は第二正常回転状態となるように配置される制御素子と、を含むことを特徴とする。

本発明に提出されるモータ発電機は、従来のモータや発電機における固定子を回転子に囲むように設計され、固定子及び回転子を反対方向に回転させることで、磁界による相互作用を向上させ、モータ発電機の性能を高めることができる。

本発明の実施形態に係る車両用モータ発電機装置を示す断面図である。 本発明の別の実施形態に係る車両用モータ発電機装置を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態に係る車両用モータ発電機装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るガス/電気ハイブリッド車に配置されたモータ発電機装置を示す断面図である。

以下のように、本発明を実施例に基づいて詳述するが、あくまでも例示であって、本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載されており、さらに特許請求の範囲の記載と均等な意味及び範囲内での全ての変更を含んでいる。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用モータ発電機装置を示す断面図である。モータ発電機１００は、回転軸１０１を有する。回転子１０２は、回転軸１０１に配置されている。回転軸１０１は、一対の軸受１０３を介してハウジング１１０内に配置されている。図１に示すように、ハウジング１１０内の可動固定子１２０は、一対の軸受１２１を介して回転軸１０１上に配置されている。本発明の好ましい実施形態によれば、上記の要素は、回転軸１０１、回転子１０２、軸受１０３、１２１及び可動固定子１２０を含み、軸線１３０に同軸配置されている。当業者が図１から見れば、回転軸１０１に配置された回転子１０２は、回転軸１０１と共に回転し、可動固定子１２０は、同一方向又は反対方向に回転軸１０１を中心に回転することを推測できる。

回転子１０２と可動固定子１２０は、互に相対的に移動するため、永久磁石を回転子１０２と可動固定子１２０の一方に配置すれば、インダクタなどの電磁誘導要素を他方に配置する。そのような配置は、発電機の機能を有している。又、共通の実施形態におけるインダクタは、金属コイルであり、以下の実施形態には、金属コイルを一例とする。例えば、永久磁石は、周囲に磁場を生成させるように回転子１０２上に配置されている。回転子１０２と可動固定子１２０は相対的に移動させると、可動固定子１２０上に配置された金属コイルは、磁界の変化によって誘起され、電流を生成させる。図１に示すように、導電性カーボンブラシ１１１は、ハウジング１１０内に配置されており、可動固定子１２０の金属コイル（図示せず）の電流を導くことができる。モータまたは発電機の設計では、磁石と電磁誘導要素の配置を交換すれば、同じ効果を達成することができる。従って、本発明は、上述の配置に限定されるものではない。例えば、金属コイルは、回転子１０２上に配置し、磁石は、可動固定子１２０の内側に配置すればよく、可動固定子１２０と回転子１０２との間の相対運動を利用することで、金属コイルが電流を生成させる。

逆に、電流が外部から可動固定子１２０の金属コイル（図示せず）に流れると、そのインダクタの特性によって、磁界が金属コイル周りに発生し、回転子１０２の永久磁石（図示せず）との磁気相互作用を生成させ、回転子１０２を回転するためにトルクを提供する。上記の動作は、モータの動作原理と同様である。

図１を再び参照し、ハウジング１１０の左側には、液圧モータ１４０が配置されている。液圧モータ１４０は、可動固定子１２０上のギヤ１２２に連結されている。液圧モータ１４０は、可動固定子１２０のブレーキ装置として機能することができる。例えば、液圧モータ１４０は、ギヤ１２２を介して可動固定子１２０の回転を制限することができる。こうして、可動固定子１２０は、上述した固定子の特性と同様である。液圧モータ１４０は、ギヤ１２２を介して可動固定子１２０を回転子と逆方向に回転させることが可能である。モータ発電機１００が発電機として機能している時、外力によって提供されるトルクで回転軸１０１を一定の方向（時計回り又は反時計回り）に回転させ、液圧モータ１４０がギヤ１２２を介して提供されるトルクで可動固定子１２０を回転軸１０１と逆方向に回転させる。これにより、可動固定子１２０と回転軸１０１との間の相対回転速度を増加させる。可動固定子１２０上には、金属コイル（インダクタ）が配置されば、金属コイルに発生する電流を確実に増加させる。本発明に係るモータ発電機１００は、余分な動力源を利用することで、可動固定子１２０を回転軸１０１と逆方向に回転させる。このため、発電効率は、余分な動力源により増強させる。

適切な操作の下に、本発明に係る車両用モータ発電機装置は、走行状況に応じて電力の増強や省エネ効果を十分に達成することができる。軌道車両の使用環境では、回転軸１０１を回転させるトルクが、通常、車軸の回転から発生する。液圧モータ１４０の動力源は、他の車軸から間接的に提供される液圧であってもよい。ガス/電気ハイブリッド車の操作環境では、回転軸１０１を回転させるトルクが、通常、発電機、ガソリンエンジン又は車軸の回転から発生する。液圧モータ１４０の動力は、ギヤボックスが提供する液圧であってもよい。

液圧モータ１４０の回転速度を操作できるため、モータ発電機１００の出力電力は、理想的な状態に制御することができる。 例えば、モータ発電機１００の最適なエネルギー変換電力は、１０００ｒｐｍであり、車軸により駆動される回転軸１０１の回転速度は、８００ｒｐｍであると、液圧モータ１４０を調整して、可動固定子１２０を反対方向に２００ｒｐｍで回転させる。車軸により駆動される回転軸１０１の回転速度は、１０００ｒｐｍであると、液圧モータ１４０を制御して可動固定子１２０を不動にする。

図２は、本発明の他の実施形態に係る車両用モータ発電機装置の断面図である。図２における参照符号は、図１のものと同一であり、唯一の違いは、液圧モータ１４０の位置は、ハウジング１１０の他側に移動する。したがって、上述の説明と重複する部分については同じ符号を付してあるので、ここでは繰り返さない。図２に示すように、可動固定子１２０上には、導電性コイル１２３があり、電流は、導電性カーボンブラシ１１１を介して伝導できる。

図３は、本発明のさらなる実施形態に係る車両用モータ発電機装置を示す断面図である。図３に示すように、モータ発電機３００は、回転軸３０１を有する。回転子３０２は、回転軸３０１に配置されている。回転軸３０１は、一対の軸受３０３を介してハウジング３１０内に配置されている。図３に示すように、ハウジング３１０内の可動固定子３２０は、一対の軸受３２１を介して回転軸３０１上に配置されている。本発明の好ましい実施形態によれば、上記の要素は、回転軸３０１、回転子３０２、軸受３０３、可動固定子３２０及び軸受３２１を含み、軸線３３０に同軸配置されている。当業者が図３から見れば、回転軸３０１に配置された回転子３０２は、回転軸３０１と共に回転し、可動固定子３２０は、同一方向又は反対方向に回転軸３０１を中心に回転することを推測できる。

図３を再び参照し、ハウジング３１０の上には、液圧モータ３４０が配置されている。ギヤ３４１のセットは、液圧モータ３４０の伝動軸（図示せず）に連結され、液圧モータ３４０は、可動固定子３２０上のギヤ３２２に係合されている。同じように、液圧モータ３４０は、可動固定子３２０のブレーキ装置として機能することができる。例えば、液圧モータ３４０は、ギヤ３２２を介して可動固定子３２０の回転を制限することができる。こうして、可動固定子３２０は、上述した固定子の特性と同様である。液圧モータ３４０は、ギヤ３２２、３４１を介して可動固定子３２０を回転子と逆方向に回転させることが可能である。モータ発電機３００が発電機として機能している時、外力によって提供されるトルクで回転軸３０１を一定の方向（時計回り又は反時計回り）に回転させ、液圧モータ３４０がギヤ３２２、３４１を介して提供されるトルクで可動固定子３２０を回転軸３０１と逆方向に回転させる。これにより、可動固定子３２０と回転軸３０１との間の相対回転速度を増加させ、その効果は、上述した実施形態と同様である。

図４は、本発明の実施形態に係るガス/電気ハイブリッド車（又はガス/電気エネルギー車両と呼ばれる）に配置されたモータ発電機装置を示す断面図である。図４に示すように、ガス/電気ハイブリッド車４００は、典型的な構造である四輪４０１を有している。前輪４０１は、デファレンシャル４０２を介して車軸４０３に結合され、車軸４０３の他端は、ギヤボックス４０４に連結され、ギヤボックス４０４の伝動軸４０７は、モータ発電機モジュール４１０に接続されている。モータ発電機モジュール４１０は、モータ発電機４１１（上述のモータ発電機１００又は３００から選択できる）、第一クラッチ４１２及び第二クラッチ４１３を備えている。エンジン４０５（ガソリン又はディーゼル・エンジン）は、伝動軸４０６を介してモータ発電機モジュール４１０にトルクの形で動力を伝達する。モータ発電機４１１は、制御スイッチ４０９を介してバッテリー４０８に電気的に接続されている。当業者であれば、制御スイッチ４０９は、回路を切り替えることによって、電力供給モード又はバッテリーの充電モード（モータモードまたは発電機モードとも呼ばれる）を選択できることは理解できる。また、ギヤボックス４０４は、液圧管路４１５を介してモータ発電機４１１への液圧動力を供給し、他の車軸は、液圧管路４１６を介してモータ発電機４１１への液圧動力を供給することができる。

エンジン４０５が車を暖機又はアイドリングする時、第一クラッチ４１２は、モータ発電機モジュール４１０から伝動軸４０７を分離し、第二クラッチ４１３は、伝動軸４０６とモータ発電機モジュール４１０とを結合することで、モータ発電機４１１は伝動軸４０６からの機械エネルギー（トルク）を利用してバッテリー４０８を充電するための電気エネルギーを生じさせる。

車両が平面道路を走行している時、第一クラッチ４１２は、伝動軸４０７とモータ発電機モジュール４１０とを結合し、第二クラッチ４１３は、伝動軸４０６とモータ発電機モジュール４１０とを結合する。エンジン４０５からのねじる力は、一連の伝動素子を介して、ギアボックス４０４、車軸４０３、デファレンシャル４０２の順に車輪に転送される。ギヤボックス４０４から生成した余剰の液圧動力を液圧管路４１５を介してモータ発電機４１１に転送することができる。これにより、発電効率を高めるように、モータ発電機４１１内の可動固定子（図示せず）を動かし、回転軸（図示せず）と逆方向に回転する。モータを動力となるように選択する場合、第一クラッチ４１２は、モータ発電機モジュール４１０から伝達軸４０７を分離し、車軸４０３は、バッテリー４０８によって供給される電気エネルギーを、モータ発電機を介して機械的エネルギーであるねじる力またはトルクに変換する。これにより、輪４０１の駆動力を供給する。ギヤボックス４０４から生成した余剰の液圧動力を液圧管路４１５を介してモータ発電機４１１に転送することができる。これにより、発電効率を高めるように、モータ発電機４１１内の可動固定子（図示せず）を動かし、回転軸（図示せず）と逆方向に回転する。

車両が下り坂で又は減速状態で走行している時、下り坂での位置エネルギーの変化によって車両の速度がを増加する。この時点で、輪の回転によって生成するエネルギーは、液圧管路４１６を介してモータ発電機４１１への油圧動力を供給することができる。これにより、発電効率を高めるように、モータ発電機４１１内の可動固定子（図示せず）を動かし、回転軸（図示せず）と逆方向に回転する。

余分な動力が必要な場合、例えば登坂路や加速の状態で、伝動軸４０６、４０７と直列に接続されたモータ発電機モジュール４１０は、エンジン４０５の欠乏を補充するように、バッテリー４０８の電力を利用し、車両に余分な電力を供給する。

実施例
本発明は、電気機器を提出する。前記電気機器は、第一回転装置と、
前記第一回転装置を電磁誘導で相互に配合し、前記第一回転装置に同軸配置される第二回転装置と、前記第二回転装置の回転を制限するように、前記第二回転装置に接続されるブレーキ装置と、を含む。

電気機器において、前記第一回転装置は、磁気素子を含み、前記第二回転装置は、インダクタ素子を含み、前記第一回転装置は、第一回転方向を中心に回転し、前記ブレーキ装置が第一ブレーキ状態にある時、前記第二回転装置は、前記第一回転方向と反対の回転方向を有し、前記ブレーキ装置が第二ブレーキ状態にある時、前記第二回転装置は、回転していない。

前記磁気素子は、永久磁石又は電磁石であり、前記インダクタは、コイルである。

前記ブレーキ装置は、ギヤボックスから供給される液圧によって制御される。

本発明は、もう一つの電気機器を提出する。前記電気機器は、第一回転装置と、前記第一回転装置を電磁誘導で相互に配合し、前記第一回転装置に同軸配置される第二回転装置と、前記第二回転装置を制御する液圧素子と、を含む。

前記電気機器は、伝動軸と車軸を有する車両内に配置され、前記電気機器は、前記伝動軸と前記車軸に連結されている。

前記液圧素子は、ギヤボックスから供給される液圧によって制御される。

前記第一回転装置は、第一磁気素子を含み、前記第二回転装置は、第二磁気素子を含み、前記第一磁気素子が磁石である時、前記第二磁気素子はインダクタ素子であり、前記第一磁気素子がインダクタ素子である時、前記第二磁気素子は磁石である。

本発明は、もう一つの電気機器を提出する。前記電気機器は、第一回転装置と、前記第一回転装置を電磁誘導で相互に配合し、前記第一回転装置に同軸配置される第二回転装置と、前記第二回転装置を制御して第一回転停止状態又は第二正常回転状態となるように配置される制御素子と、を含む。

前記第一回転装置又は前記第二回転装置は、液圧によって制御される。

本発明のモータ発電機装置は、従来のモータや発電機における固定子を回転子に囲むように設計される。これにより、固定子及び回転子を反対方向に回転させることで、磁界による相互作用を向上させ、モータ発電機の性能を高めることができる。

産業上の利用可能性
従来技術と比べ、本発明は、従来のモータや発電機における固定子を回転子に囲むように設計される。これにより、固定子及び回転子を反対方向に回転させることで、磁界による相互作用を向上させ、モータ発電機の性能を高めることができる。

以上の説明によると、当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、多様な変更及び修正が可能であることが分かる。従って、本発明の技術的な範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限らず、特許請求の範囲によって定めなければならない。

１００、３００、４１１…モータ発電機、１０１、３０１…回転軸、１０２、３０２…回転子、１０３、１２１、３０３、３２１…軸受、１１０、３１０…ハウジング、１２０、３２０…可動固定子、１２２、３２２、３４１…ギヤ、１２３…導電性コイル、１４０、３４０…液圧モータ、４００…ガス/電気ハイブリッド車、４０１…輪、４０２…デファレンシャル、４０３…車軸、４０４…ギヤボックス、４０５…エンジン、４０６、４０７…伝動軸、４０８…バッテリー、４０９…制御スイッチ、４１０…モータ発電機モジュール、４１２…第一クラッチ、４１３…第二クラッチ、４１５、４１６…液圧管路。

以上の説明によると、当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、多様な変更及び修正が可能であることが分かる。従って、本発明の技術的な範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限らず、特許請求の範囲によって定めなければならない。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］第一回転装置と、前記第一回転装置を電磁誘導で相互に配合し、前記第一回転装置に同軸配置される第二回転装置と、前記第二回転装置の回転を制限するように、前記第二回転装置に接続されるブレーキ装置と、を含むことを特徴とする電気機器。
［２］前記第一回転装置は、磁気素子を含み、前記第二回転装置は、インダクタ素子を含み、前記第一回転装置は、第一回転方向を中心に回転し、前記ブレーキ装置が第一ブレーキ状態にある時、前記第二回転装置は、前記第一回転方向と反対の回転方向を有し、前記ブレーキ装置が第二ブレーキ状態にある時、前記第二回転装置は、回転していないことを特徴とする［１］に記載の電気機器。
［３］前記磁気素子は、永久磁石又は電磁石であり、前記インダクタは、コイルであることを特徴とする［２］に記載の電気機器。
［４］前記ブレーキ装置は、ギヤボックスから供給される液圧によって制御されることを特徴とする［１］に記載の電気機器。
［５］第一回転装置と、前記第一回転装置を電磁誘導で相互に配合し、前記第一回転装置に同軸配置される第二回転装置と、前記第二回転装置を制御する液圧素子と、を含むことを特徴とする電気機器。
［６］前記電気機器は、伝動軸と車軸を有する車両内に配置され、前記電気機器は、前記伝動軸と前記車軸に連結されていることを特徴とする［５］に記載の電気機器。
［７］前記液圧素子は、ギヤボックスから供給される液圧によって制御されることを特徴とする［７］に記載の電気機器。
［８］前記第一回転装置は、第一磁気素子を含み、前記第二回転装置は、第二磁気素子を含み、前記第一磁気素子が磁石である時、前記第二磁気素子はインダクタ素子であり、前記第一磁気素子がインダクタ素子である時、前記第二磁気素子は磁石であることを特徴とする［５］に記載の電気機器。
［９］第一回転装置と、前記第一回転装置を電磁誘導で相互に配合し、前記第一回転装置に同軸配置される第二回転装置と、前記第二回転装置を制御して第一回転停止状態又は第二正常回転状態となるように配置される制御素子と、を含むことを特徴とする電気機器。
［１０］前記第一回転装置又は前記第二回転装置は、液圧によって制御されることを特徴とする［９］に記載の電気機器。

Claims (10)

1. 第一回転装置と、
   前記第一回転装置を電磁誘導で相互に配合し、前記第一回転装置に同軸配置される第二回転装置と、
   前記第二回転装置の回転を制限するように、前記第二回転装置に接続されるブレーキ装置と、を含むことを特徴とする電気機器。
2. 前記第一回転装置は、磁気素子を含み、前記第二回転装置は、インダクタ素子を含み、
   前記第一回転装置は、第一回転方向を中心に回転し、前記ブレーキ装置が第一ブレーキ状態にある時、前記第二回転装置は、前記第一回転方向と反対の回転方向を有し、
   前記ブレーキ装置が第二ブレーキ状態にある時、前記第二回転装置は、回転していないことを特徴とする請求項１に記載の電気機器。
3. 前記磁気素子は、永久磁石又は電磁石であり、
   前記インダクタは、コイルであることを特徴とする請求項２に記載の電気機器。
4. 前記ブレーキ装置は、ギヤボックスから供給される液圧によって制御されることを特徴とする請求項１に記載の電気機器。
5. 第一回転装置と、
   前記第一回転装置を電磁誘導で相互に配合し、前記第一回転装置に同軸配置される第二回転装置と、
   前記第二回転装置を制御する液圧素子と、を含むことを特徴とする電気機器。
6. 前記電気機器は、伝動軸と車軸を有する車両内に配置され、前記電気機器は、前記伝動軸と前記車軸に連結されていることを特徴とする請求項５に記載の電気機器。
7. 前記液圧素子は、ギヤボックスから供給される液圧によって制御されることを特徴とする請求項７に記載の電気機器。
8. 前記第一回転装置は、第一磁気素子を含み、前記第二回転装置は、第二磁気素子を含み、
   前記第一磁気素子が磁石である時、前記第二磁気素子はインダクタ素子であり、
   前記第一磁気素子がインダクタ素子である時、前記第二磁気素子は磁石であることを特徴とする請求項５に記載の電気機器。
9. 第一回転装置と、
   前記第一回転装置を電磁誘導で相互に配合し、前記第一回転装置に同軸配置される第二回転装置と、
   前記第二回転装置を制御して第一回転停止状態又は第二正常回転状態となるように配置される制御素子と、を含むことを特徴とする電気機器。
10. 前記第一回転装置又は前記第二回転装置は、液圧によって制御されることを特徴とする請求項９に記載の電気機器。