JP3770220B2 - ハイブリッド自動二輪車及びハイブリッド自動二輪車用動力伝達装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二輪車の駆動輪を駆動するエンジンと、エンジンのクランク軸に動力伝達装置を介して回転軸が連結された回転電機とを備えて、エンジンの始動時には回転電機をエンジン始動用電動機として運転し、エンジンが始動した後は回転電機を電動機として運転して該回転電機によりエンジンをアシストするか、またはエンジンにより回転電機を駆動して該回転電機をバッテリ充電用の発電機として運転するハイブリッド自動二輪車、及び該ハイブリッド自動二輪車に用いる動力伝達装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンを始動するために用いる始動用電動機と、エンジンアシスト用の電動機とでは、必要とされる動作特性が相違する。始動用電動機によりエンジンを始動する際には、エンジンをクランキングするために大きなトルクを発生させる必要があるが、エンジンを始動させることができればよいため、電動機の回転速度は、それほど高くなる必要はなく、その無負荷回転速度は、エンジンのアイドリング速度よりも低くてよい。
【０００３】
一方、エンジンが始動した後、電動機によりエンジンをアシストする（エンジンによる負荷の駆動を助ける）際には、電動機の無負荷回転速度をエンジンのアイドリング速度よりも十分に高くして、電動機をアイドリング速度よりも高い速度で運転することができるようにしておく必要がある。一般には、エンジンアシスト時の電動機の無負荷回転速度をエンジンの出力がピークに達する回転速度付近の速度に設定することが多い。
【０００４】
図８は、エンジンを始動する際、及びエンジンをアシストする際に電動機に要求される回転速度対出力トルク特性を示したもので、同図の曲線ａは、エンジンを始動する際に要求される特性を示し、曲線ｂはエンジンをアシストする際に要求される特性を示している。
【０００５】
またエンジンのクランク軸と１台の電動機の回転軸とを減速比１：１で連結して、該電動機によりエンジンの始動と、アシストとの双方を行わせようとすると、電動機は、エンジンの始動時に要求される特性とアシスト時に要求される特性との双方を満足する図８の曲線ｃのような特性を有していることが必要とされる。
【０００６】
電動機として運転した際に、図８の曲線ｃのような特性を有する回転電機を発電機として動作させて、該回転電機の出力によりバッテリを充電するようにした場合、発電出力が大きくなるため、バッテリに流れる充電電流が過大になるおそれがあり、またバッテリの過充電を防止するための出力電圧の調整も容易ではない。回転電機が磁石回転子を備えた磁石界磁回転形のものである場合には、発電出力が過大になったときに回転電機の出力を短絡することにより電圧調整を行うことができるが、この場合、回転電機の電機子巻線に大きな短絡電流が流れるため、巻線からの発熱が多くなり、好ましくない。また図８の曲線ｃのような特性を有する回転電機は、大形で重量が重くなる上にコストが高くなるのを避けられない。
【０００７】
そこで、図９に示すように、エンジン（Ｅ／Ｇ）１のクランク軸と回転電機２の回転軸との間に、例えば、回転速度の上昇に伴って減速比が小さくなるＣＶＴ（ベルト式無断変速機）３を介在させて、エンジンを始動する際には、回転電機の回転を大きな減速比で減速してエンジンのクランク軸に伝達し、エンジンをアシストする際には、回転電機の回転を小さな減速比で減速してエンジンのクランク軸に伝達することが考えられる。
【０００８】
図９に示した回転電機は、磁石界磁を備えた回転子と、電機子鉄心に３相の電機子コイルを巻回してなる固定子とを備えた磁石界磁回転形のもので、エンジン始動用の電動機として運転する際、及びエンジンアシスト用の電動機として運転する際には、ブラシレス直流電動機と同じように駆動される。そのため、バッテリ４の出力がインバータ５を介して回転電機２の電機子コイルに印加され、回転電機２の回転子の回転角度位置を検出する位置センサから得られる位置検出信号と、アクセルグリップの位置を検出するアクセルポジションセンサ６の出力とに応じてインバータ５を制御するコントローラ７が設けられている。
【０００９】
図９に示した例では、エンジンを始動する際に回転電機２の回転子の回転角度位置に応じて転流する駆動電流をバッテリからインバータ５を通して回転電機の３相の電機子コイルに流すように、コントローラ７によりインバータ５を制御して、回転電機２をブラシレス直流電動機として動作させる。これにより、回転電機の出力トルクをＣＶＴの減速比倍にしてエンジンのクランク軸に伝達し、エンジンをクランキングして始動させる。
【００１０】
コントローラ７はまた、自動二輪車の走行時に回転電機を電動機として動作させてエンジンをアシストする際に、回転電機をブラシレス直流電動機として運転するようにインバータを制御するととともに、回転電機の駆動電流の平均値を、アクセルポジションセンサ６により検出されるアクセルポジションに適合した値とするように、アクセルポジションに応じて、インバータ５を通して回転電機に供給する駆動電流をＰＷＭ制御する。
【００１１】
また自動二輪車の走行中にエンジンの回転速度が回転電機の無負荷回転速度を超えたときには、エンジンにより回転電機を駆動して該回転電機を発電機として動作させ、該回転電機の電機子コイルから出力される交流電流をインバータ５内に設けられている整流回路を通してバッテリ４に供給する。
【００１２】
このように、回転電機を発電機として運転している状態でバッテリ４の両端の電圧が目標値を超えたときには、コントローラ７がインバータ５を構成する所定のスイッチ素子をオン状態にすることにより、該インバータ内に回転電機の出力を短絡する短絡回路を形成する。これにより、回転電機の出力を抑制して、バッテリ４の過充電を防止する。
【００１３】
上記のように回転電機の回転軸をＣＶＴを介してエンジンのクランク軸に結合するようにすると、エンジンの始動時に回転電機の出力トルクと、ＣＶＴの大きな減速比との積により決まる大きなトルクをクランク軸に伝達することができるため、回転電機２として、小形で、出力トルクが小さいものを用いてもエンジンの始動を行わせることができる。回転電機２として小形のものを用いることができるため、該回転電機を発電機として運転する際に発電機の出力が過大になるのを防ぐことができる。
【００１４】
しかしながら、エンジンの回転速度に応じて減速比が変化するＣＶＴは、構造が複雑で高価であるため、上記のような構成をとると、ハイブリッド自動二輪車としては、動力伝達装置がコストに占める割合が大きくなりすぎ、好ましくない。
【００１５】
ハイブリッド自動二輪車に用いる動力伝達装置は、できるだけ構造が簡単でコストが安く、しかも小形に構成できるものであることが好ましい。
【００１６】
車両用の回転電機に係わる従来技術としては、例えば特許文献１に示すように、回転電機の回転軸とエンジンのクランク軸との間に遊星歯車機構を介在させることにより、回転電機を始動用電動機とバッテリ充電用の発電機として運転することができるようにしたものがあるが、遊星歯車機構は複雑で高価であるため、簡便で安価であることを重視する二輪車用の変速機としては不向きである。
【００１７】
また特許文献１に示された回転電機は、始動用電動機及びバッテリ充電用の発電機として運転することはできるが、エンジンをアシストするアシスト用の電動機として運転することはできない。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００１−２９８９００号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示された従来の動力伝達装置は、構造が複雑で高価であるため、自動二輪車に用いる動力伝達装置としては不向きであった。
【００２０】
また従来の動力伝達装置は、エンジンを始動した後、回転電機をもっぱら発電機として運転させるようにしていたため、バッテリの充電を行う必要がない状態でも回転電機がエンジンの負荷となるという問題があった。
【００２１】
本発明の目的は、小形の回転電機と構造が簡単な動力伝達装置とを用いて、回転電機をエンジン始動用の電動機と、エンジンアシスト用の電動機と、バッテリ充電用の発電機との３つの形態で運転することができるようにしたハイブリッド自動二輪車を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、エンジンの始動時には回転電機の回転を大きな減速比をもってエンジンのクランク軸に伝達して、小形の回転電機でエンジンを始動することを可能にし、エンジンが始動した後は回転電機とエンジンのクランク軸との間を始動時よりも小さい減速比をもって結合して、回転電機をエンジンアシスト用の電動機として運転したり、バッテリ充電用発電機として運転したりすることを可能にするハイブリッド自動二輪車用の動力伝達装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、二輪車の駆動輪を駆動するエンジンと、発電機と電動機とに兼用される回転電機と、エンジンのクランク軸と回転電機の回転軸との間に設けられた動力伝達装置とを備え、回転電機は、エンジンの始動時にエンジンのクランク軸を駆動するスタータモータとして運転され、自動二輪車の運転時に必要に応じてエンジンをアシストするアシスト用モータとして運転され、また二輪車に搭載されたバッテリを充電する際にはエンジンを駆動源としてバッテリ充電用の発電機として運転されるハイブリッド自動二輪車に係わるものである。
【００２４】
本発明においては、前記動力伝達装置が、第１の動力伝達部と、第２の動力伝達部とにより構成される。第１の動力伝達部は、回転電機の回転軸の回転を減速する減速機と回転電機側からエンジンのクランク軸側への動力の伝達のみを行わせるワンウェイクラッチとを備えて、回転電機の回転軸の回転を減速機とワンウェイクラッチとを通してエンジンのクランク軸に伝達するように構成される。また第２の動力伝達部は、動力伝達機構と電磁クラッチとを備えていて、動力伝達機構と電磁クラッチとを通して回転電機の回転軸とエンジンのクランク軸との間で動力の伝達を行うように構成される。
【００２５】
上記第１の動力伝達部の減速機の減速比は、回転電機をエンジン始動用電動機として運転した際に該回転電機から前記エンジンのクランク軸に、クランキングを行うために必要なトルクを伝達するために必要な大きさ（例えば４：１）に設定される。
【００２６】
また第２の動力伝達部の動力伝達機構は、回転電機側からみた減速比が第１の動力伝達部の減速機の減速比よりも小さくなるように構成される。
【００２７】
なお上記「減速比」は、動力伝達機構の回転電機側の回転軸の回転速度Ｎ１と該動力伝達機構のエンジン側の回転軸の回転速度Ｎ２との比Ｎ１：Ｎ２である。
【００２８】
即ち、第２の動力伝達部の動力伝達機構は、回転電機によりエンジンをアシストするときに回転電機の回転を第１の動力伝達部の減速機の減速比よりも小さい減速比で減速するか、若しくは増速するか、または減速も増速もすることなく（減速比１：１で）クランク軸に伝達するように構成される。
【００２９】
本発明においてはまた、エンジンの始動時に電磁クラッチをオフ状態にし、エンジンが始動した後に必要に応じて電磁クラッチをオン状態にするように電磁クラッチを制御するコントローラが設けられる。
【００３０】
上記のように構成すると、第１の動力伝達部の減速比を十分に大きく設定しておくことにより、小形の回転電機を用いてエンジンを始動することができる。 またエンジンが始動した後は、電磁クラッチをオン状態にして、第１の動力伝達部の減速機の減速比よりも減速比が小さい第２の動力伝達部を通して回転電機の回転をエンジンに伝達することができるため、該回転電機を電動機として運転することによりエンジンをアシストしたり、回転電機を発電機として動作させて、該回転電機の出力でバッテリを充電したりすることができる。
【００３１】
上記のように、本発明によれば、回転電機を小形に構成することができるため、回転電機を発電機として動作させる際に、発電出力が過大になることがない。従って、回転電機の出力を短絡して電圧調整を行う際に、大きな短絡電流が流れるの防ぐことができ、電圧調整時の電機子コイルの温度上昇を抑えることができる。
【００３２】
また本発明の好ましい態様においては、エンジンが始動した後回転電機を電動機として動作させてエンジンをアシストする際、及び回転電機を発電機として動作させて該発電機の出力によりバッテリを充電する際に電磁クラッチをオン状態にし、エンジンの運転中であっても回転電機によりエンジンをアシストする必要がなく、かつ回転電機によりバッテリを充電する必要がないときには電磁クラッチをオフ状態にするように電磁クラッチを制御するようにコントローラが構成される。
【００３３】
このように、バッテリの充電が完了したときに電磁クラッチをオフ状態にして回転電機をエンジンから切り離すようにすると、回転電機の発電出力の調整を行う必要がなくなるため、回転電機の電機子コイルの温度が上昇するのを防ぐことができる。また上記のようにコントローラを構成すると、バッテリが満充電状態にあって、回転電機を電動機として動作させてエンジンをアシストする必要がないときに電磁クラッチをオフ状態にして回転電機をエンジンから切り離すことができるため、エンジンの燃費を節約することができる。またバッテリの満充電時に、エンジンの回転速度が回転電機の無負荷回転速度を超える範囲にあるときには、電磁クラッチをオフ状態にして回転電機をエンジンから切り離すことにより、エンジンの負荷を軽くすることができるため、エンジンの加速性能を向上させることができる。
【００３４】
本発明はまた、二輪車の駆動輪を駆動するエンジンと、エンジンの始動時にエンジンのクランク軸を駆動するスタータモータとして運転され、自動二輪車の運転時に必要に応じてエンジンをアシストするアシスト用モータとして運転され、二輪車に搭載されたバッテリを充電する際にはエンジンを駆動源としてバッテリ充電用の発電機として運転される回転電機とを備えたハイブリッド自動二輪車のエンジンのクランク軸と回転電機の回転軸との間に設ける動力伝達装置に適用される。
【００３５】
本発明に係わる動力伝達装置は、回転電機の回転軸の回転を減速する減速機と回転電機側からエンジンのクランク軸側への動力の伝達のみを行わせるワンウェイクラッチとを備えて、回転電機の回転軸の回転を減速機とワンウェイクラッチとを通してエンジンのクランク軸に伝達するように構成された第１の動力伝達部と、動力伝達機構と電磁クラッチとを通して回転電機の回転軸とエンジンのクランク軸との間で動力の伝達を行わせるように構成された第２の動力伝達部とを備えている。上記第２の動力伝達部の動力伝達機構は、回転電機側からみた減速比が第１の動力伝達部の減速機の減速比よりも小さくなる（減速比が１：１の場合、及び増速する場合を含む。）ように構成される。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１の実施形態の構成を概略的に示したもので、同図において１はエンジン、２は回転電機である。
【００３７】
回転電機２は、磁石界磁を備えた磁石回転子と、回転子の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心に３相の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗ（図２参照）を巻装して該３相の電機子コイルを星形結線した固定子とにより構成されている。
なお回転電機２は、アウタロータ形のものでもよく、インナーロータ形のものでもよい。
【００３８】
４はバッテリで、バッテリ４の出力はインバータ５を通して回転電機２に供給されている。インバータ５は、例えば図２に示したように、オンオフ制御が可能な６個のスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚを３相ブリッジ接続して構成したスイッチ素子のブリッジ回路と、該ブリッジ回路を構成するスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚにそれぞれ逆並列接続された帰還用ダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ及びＤｚとを備えた周知のブリッジ形のインバータで、該インバータ５の直流側端子５ａ，５ｂ間にはコンデンサＣａが接続されている。図示の例では、インバータを構成するスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚとしてＭＯＳＦＥＴが用いられ、これらのスイッチを構成するＦＥＴのドレインソース間に形成された寄生ダイオードが帰還用ダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ及びＤｚとして用いられている。
【００３９】
なおインバータに用いるスイッチ素子はＦＥＴに限られるものではなく、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴなどでもよい。
【００４０】
インバータ５の直流側端子５ａ，５ｂ間にバッテリ４が接続され、該インバータ５の３相の交流側端子５ｕ，５ｖ及び５ｗにそれぞれ回転電機２の３相の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗから引き出された３相の端子が接続されている。
【００４１】
７はマイクロプロセッサとインバータのドライブ回路とを備えたコントローラで、該コントローラ７のドライブ回路からインバータ５の６個のスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚの制御端子（図示の例ではＦＥＴのゲート）に駆動信号（スイッチ素子をオン状態にするための信号）Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ及びＺが与えられるようになっている。
【００４２】
コントローラ７には、回転電機２の回転子の磁石界磁の回転角度位置を検出する位置センサｈｕ，ｈｖ及びｈｗの出力Ｈｕ，Ｈｖ及びＨｗと、アクセルグリップのポジションを検出するアクセルポジションセンサ６の出力とが入力されている。
【００４３】
回転電機の回転子の磁石界磁の回転角度位置を検出する位置センサｈｕ〜ｈｗは、通常ホールＩＣからなっていて、回転電機の３相の電機子コイルのそれぞれに対して設けられ、３相の位置センサｈｕ〜ｈｗは、３相の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗに対してそれぞれ設定された所定の検出位置で図示しない回転子の磁極の極性を検出して、検出している磁極の極性に応じて高レベルまたは低レベルを示す矩形波状の位置検出信号Ｈｕ，Ｈｖ及びＨｗを出力する。
【００４４】
コントローラ７は、回転電機を電動機として運転する際に、上記位置検出信号から、回転電機の回転子を所定の方向（エンジンを始動させる方向またはエンジンをアシストする方向）に回転させるために励磁する必要がある相（励磁相）を決定して、決定した励磁相の電機子コイルに駆動電流を流すべく、ドライブ回路からインバータ５の所定のスイッチ素子（オン状態にするスイッチ素子）に駆動信号を与える。
【００４５】
アクセルポジションセンサ６はアクセルグリップに入力軸が連結されたポテンショメータからなっていて、アクセルポジションに比例した電気信号を発生する。コントローラ７は、回転電機を電動機として運転する際に、該電動機の電機子電流の平均値をアクセルポジションに見合った大きさとするように、インバータ５のブリッジの上辺または下辺を構成するスイッチ素子を所定のデューティ比でオンオフ制御して、バッテリ４からインバータ５を通して回転電機２に供給する駆動電流をＰＷＭ制御する。
【００４６】
図１に示されているように、エンジン１のクランク軸１ａと、回転電機２の回転軸２ａとの間に、第１の動力伝達部１０Ａと、第２の動力伝達部１０Ｂとからなる動力伝達装置１０が設けられている。
【００４７】
第１の動力伝達部１０Ａは、回転電機２の回転軸の回転を減速する減速機１１と、回転電機２側からエンジン１のクランク軸側への動力の伝達のみを行わせるワンウェイクラッチ１２とを備えていて、回転電機２の回転軸２ａの回転を減速機１１とワンウェイクラッチ１２とを通してエンジン１のクランク１ａ軸に伝達するように構成されている。
【００４８】
図示の減速機１１は、回転電機２の回転軸２ａに取りつけられた減速機用小平歯車１１ａと、エンジン１のクランク軸１ａにワンウェイクラッチ１２を介して連結されて小平歯車１１ａに噛み合わされた減速機用大平歯車１１ｂとからなっている。
【００４９】
また第２の動力伝達部１０Ｂは、動力伝達機構１３と、電磁クラッチ１４とを備えていて、動力伝達機構１３と電磁クラッチ１４とを通して回転電機２の回転軸２ａとエンジン１のクランク軸１ａとの間で動力の伝達を行うように構成されている。
【００５０】
図示の動力伝達機構１３は、互いに噛み合わされた第１及び第２の平歯車１３ａ及び１３ｂからなっていて、第１の平歯車１３ａは、回転電機２の回転軸２ａに電磁クラッチ１４を介して連結された回転軸１５に取りつけられている。また第２の平歯車１３Ｂは、エンジン１のクランク軸１ａに直結された回転軸１６に取りつけられている。
【００５１】
上記第２の動力伝達部１０Ｂに設ける動力伝達機構１３は、回転電機２側から見た減速比が第１の動力伝達部１０Ａの減速機１１の減速比よりもちいさくなるように構成される。
【００５２】
図示の例では、減速機１１の減速比が４：１に設定され、動力伝達機構１３の減速比が１：１に設定されている。
【００５３】
電磁クラッチ１４は、エンジンが停止している状態ではオフ状態にあり、回転電機２の回転軸２ａと、動力伝達機構１３との間の動力の伝達を断っている。
【００５４】
コントローラ７は、回転電機２を電動機として動作させる際に前記のようにインバータ５を制御する手段の外に、更に、エンジン１の始動時に電磁クラッチ１４をオフ状態に保ち、エンジン１が始動した後に必要に応じて電磁クラッチ１４をオン状態にするように電磁クラッチ１４を制御する電磁クラッチ制御手段を備えている。
【００５５】
図３は、コントローラ７のマイクロプロセッサが、位置センサｈｕ，ｈｖ及びｈｗを構成するホールＩＣから順次出力される一連の出力Ｈｕ，Ｈｖ及びＨｗのそれぞれの立ち上がりまたは立下がりのレベルの切り替わりを検出する毎に実行する電磁クラッチ制御ルーチンの一例を示したものである。
【００５６】
図３に示したアルゴリズムによる場合には、位置検出信号Ｈｕ，Ｈｖ及びＨｗの立ち上がりまたは立下がりのレベルの切り替わりが検出されると、図３のステップ１が実行され、前回のレベルの切り替わりが検出されてから、今回のレベルの切り替わりが検出されるまでの時間が、ホールＩＣ切替時間Ｔ（回転電機の回転軸が１２０°回転するのに要した時間）として読み込まれる。次いでステップ２において時間Ｔから回転電機２の回転速度Ｎが演算され、ステップ３で回転速度Ｎがエンジンの始動が完了したことを判定するための判定回転速度Ｎｉと比較する。その結果、Ｎｉ＞Ｎであると判定されたときには、ステップ４に進んでエンジンが未始動であると判定し、電磁クラッチ１４をオフ状態のままにしてこのルーチンを終了する。またステップ３においてＮｉ≦Ｎであると判定されたときには、ステップ５に移行してエンジンの始動が完了したと判定し、電磁クラッチ６をオン状態にする。
【００５７】
コントローラ７はまた、二輪車に搭載されたバッテリの両端の電圧を目標値に保つようにインバータ５を制御する電圧調整手段を備えている。この電圧調整手段は、バッテリの電圧を検出して、その検出電圧が目標値より低く、かつ回転速度が無負荷回転速度以下のときにチョッパ制御またはドライブ制御を行ってバッテリの充電を行い、検出電圧が目標値より低く、回転速度が無負荷回転速度以上のときには、ドライブ制御を行ってバッテリの充電を行うか、または整流モード（インバータのすべてのスイッチ素子をオフ状態にするモード）でバッテリの充電を行う。上記電圧調整手段はまた、検出電圧が目標値より高く、かつ回転速度が無負荷回転速度以下であるときには、インバータのすべてのスイッチ素子をオフ状態にし、検出電圧が目標値よりも高く、かつ回転速度が無負荷回転速度を超えているときには、ドライブ制御または短絡制御を行って、バッテリの両端の電圧を目標値に保つように制御する。
【００５８】
上記ドライブ制御は、磁石界磁回転形の回転電機において、電機子コイルの誘起電圧に対して所定の位相角を有する交流制御電圧をバッテリからインバータを通して電機子コイルに印加するように、インバータを構成する各スイッチ素子の駆動期間（スイッチ素子をオン状態にする期間）と非駆動期間（スイッチ素子をオフ状態にする期間）とを定めて、定められた駆動期間の間各スイッチ素子をオン状態にするための駆動信号を各スイッチ素子に与えるスイッチ制御装置を設けて、出力（回転電機の出力電圧または出力電流）対回転速度特性を所期の特性とするべく、電機子コイルの誘起電圧に対する交流制御電圧の位相を変化させる制御である。
【００５９】
磁石界磁回転形の回転電機においては、電機子コイルの誘起電圧に対する交流制御電圧の位相を変化させることにより、電機子コイルに作用する磁界を制御することができるため、該回転電機が発電機として運転される際の出力対回転速度特性や入力トルク対回転速度特性などを適宜に変化させることができる。
【００６０】
一般に電機子コイルの誘起電圧に対する交流制御電圧の位相を進み側に変化させると、回転電機の発電機としての出力を小さくしてバッテリの充電電流を小さくすることができ、該位相を遅角側に変化させると、発電機としての出力を増加させて、バッテリの充電電流を増加させることができる。
【００６１】
従って、上記のドライブ制御を行うと、回転速度が回転電機の無負荷回転速度以下のときであっても、電機子コイルの誘起電圧に対する制御電圧の位相を遅れ側に変化させることにより、電機子コイルからバッテリに充電電流を供給することができ、回転速度が無負荷回転速度を超えていて、バッテリの電圧が目標値を超えているときには、電機子コイルの誘起電圧に対する制御電圧の位相を進み側に変化させることにより、バッテリの充電電流を抑制してバッテリの過充電を防ぐことができる。
【００６２】
なお上記のドライブ制御は、特開平１１−４６４５６号に示されているように既に公知である。
【００６３】
また上記チョッパ制御は、インバータのブリッジの下辺を構成するすべてのスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚを同時にオンオフさせることにより、電機子コイルを流れる電流を断続させて、電機子コイルの誘起電圧を昇圧する制御である。回転速度が無負荷回転速度以下の状態でバッテリの両端の電圧が低く、その充電を必要としているときに、上記のようなチョッパ制御を行うと、回転速度が無負荷回転速度以下の状態でもバッテリを充電することができる。
【００６４】
なお回転電機のチョッパ制御は、例えば特開昭５９−３５５３８号に示されているように既に公知である。
【００６５】
また上記短絡制御は、エンジン１の回転速度が回転電機２の無負荷回転速度を超えている状態で、バッテリ４の両端の電圧が目標値を超えたときに、インバータのブリッジの下辺を構成するスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚを同時にオン状態にしてこれらのスイッチ素子といずれかの帰還用ダイオードとを通して回転電機２の端子間を短絡し、バッテリ４の両端の電圧が目標値以下になったときにスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚをオフ状態にして回転電機の端子間の短絡を解除するように、バッテリの両端の電圧に応じてインバータのブリッジの下辺のスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚのオンオフを制御するものである。
【００６６】
このような制御を行うことにより、回転速度が無負荷回転速度を超えている状態でバッテリに過大な電圧が印加されたり、過大な充電電流が流れたりするのを防いで、バッテリの両端の電圧を目標値に保つことができる。
【００６７】
なおこのようにインバータを構成するスイッチ素子を制御して発電機からインバータ内の整流回路を通してバッテリに印加される電圧を調整する方法は既に公知である。
【００６８】
コントローラは、エンジンの点火時期を制御したり、エンジンの燃料を供給するインジェクタからの燃料噴射量を制御したりする手段等、エンジンを動作させるために必要な各種の制御手段を更に備えているが、これらの手段は従来のものと同様であるので、その説明は省略する。
【００６９】
図１に示したハイブリッド自動二輪車において、コントローラ７は、エンジン１の始動時に、図示しないキースイッチなどにより始動指令が与えられたときに電磁クラッチ１４をオフ状態に保ったままの状態で回転電機２をスタータモータとして運転するようにインバータ５を制御する。
【００７０】
回転電機２がスタータモータとして運転されると、回転電機２の出力トルクが図４に示す矢印Ａのように、回転軸２Ａ−平歯車１１ａ−平歯車１１ｂ−ワンウェイクラッチ１２−クランク軸１ａの経路でエンジンのクランク軸に伝達される。これによりエンジンのクランキングが行われ、エンジンが始動させられる。
【００７１】
エンジンを始動する際には、回転電機の出力トルクが減速機１１の減速比倍に増幅されてクランク軸に伝達されるため、回転電機２として小形のものを用いても、エンジンのクランキングを支障なく行わせることができる。
【００７２】
モータとして運転されている回転電機の回転速度が始動完了速度に達すると、図３の電磁クラッチ制御ルーチンにより電磁クラッチ１４がオン状態にされる。電磁クラッチ１４がオン状態にされると、回転電機２の回転軸が電磁クラッチ１４を通して１：１の減速比を持つ動力伝達機構１３に連結されるため、回転電機２の回転速度はエンジンの回転速度と同じになる。このときワンウェイクラッチ１２がエンジン１側から減速機１１への動力の伝達を断つため、エンジンから第１の動力伝達部１０Ａを通して回転電機の回転軸に動力が伝達されることはない。また回転電機の回転速度がエンジンの回転速度と減速機１１の減速比との積により与えられる回転速度以下であれば、回転電機２から第１の動力伝達部１０Ａを通してエンジンに動力が伝達されることはない。
【００７３】
この状態で回転電機２を電動機として運転すると、図５に矢印Ｂで示したように、回転軸２ａ−電磁クラッチ１４−第２の動力伝達部１０Ｂ−クランク軸１ａの経路で回転電機２の出力トルクがエンジン１のクランク軸１ａに伝達され、エンジンが回転電機によりアシストされる。この状態では、二輪車の駆動輪がエンジン１と回転電機２との双方により駆動される。
【００７４】
このように、回転電機２をエンジンアシスト用の電動機として運転する際には、回転電機の出力トルクを増大させるように、回転電機の励磁相の切替位相を、位置検出器の出力Ｈｕ，Ｈｖ及びＨｗの出力により決まる理論的な切替位相よりも進ませる制御進み角制御を行わせるのが好ましい。
【００７５】
上記のようにして電磁クラッチをオンにした状態で、バッテリの充電が必要なときには、図６に矢印Ｃで示したように、エンジン１の出力トルクが第２の動力伝達部１０Ｂと電磁クラッチ１４とを通して回転電機２の回転軸２ａに伝達されるため、エンジン１が回転電機２を駆動する状態になり、回転電機２は発電機として運転されるようになる。
【００７６】
このように、回転電機２が発電機として運転されるようになると、回転電機２の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗからインバータ５内の帰還用ダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ及びＤｚと、スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚにより構成された回路を通してバッテリ４に充電電流が流れ、該バッテリ４が充電される。このようにバッテリ４を充電している状態で、バッテリ４の充電が完了してその両端の電圧が目標値を超え、バッテリ４の両端の電圧が目標値を超えると、コントローラ７がインバータ５のブリッジの下辺のスイッチ素子Ｑｘ〜Ｑｚを同時にオン状態にして回転電機の出力を短絡する短絡制御を行うか、または前記ドライブ制御を行い、これによりバッテリ４の充電を停止させるかまたは抑制して、バッテリ４の過充電を防止する。
【００７７】
上記の実施形態では、エンジンを始動した後、電磁クラッチ１４を常時オン状態にするように電磁クラッチ制御手段を構成しているが、回転電機を電動機として動作させてエンジンをアシストする必要がないとき（例えば、運転者により回転電機によるエンジンのアシストを停止させる運転モードが選択されているとき）に、エンジンが回転電機を発電機として動作させる必要がない間電磁クラッチ１４をオフ状態にし、バッテリの充電が必要なときには、回転電機を発電機として動作させるために電磁クラッチ１４をオン状態にするように、電磁クラッチ制御手段を構成してもよい。このように電磁クラッチを制御する場合には、エンジンの始動が完了した時点で、回転電機を電動機として運転するためのインバータ５の制御を終了させる。
【００７８】
またエンジン１により回転電機２を駆動して該回転電機を発電機として運転している状態で、バッテリ４の充電が完了してその両端の電圧が目標値以上になったとき（回転電機２を発電機として運転する必要がなくなったとき）に電磁クラッチ１４をオフ状態にし、バッテリ４が放電してその両端の電圧が目標値未満になったときに電磁クラッチ１４をオン状態にして回転電機を発電機として運転するように、バッテリ４の両端の電圧に応じて電磁クラッチ１４をオンオフ制御するように電磁クラッチ制御手段を構成してもよい。このように構成した場合には、コントローラ７による電圧調整を省略することができる。また電磁クラッチ１４をオフ状態にしている間は、エンジン１から回転電機を切り離すことができるため、エンジンの負荷を軽くして加速性能を向上させることができる。
【００７９】
また、回転電機を発電機として運転する回転速度領域で、加速性能を必要とする状況が検出されたときに、電磁クラッチ１４をオフ状態にしてエンジンの負荷を軽くするように、エンジンの運転状況に応じて電磁クラッチ１４をオンオフ制御するように電磁クラッチ制御手段を構成することもできる。
【００８０】
図１に示した例では、ワンウェイクラッチ１２をエンジン側に設けているが、回転電機２側、例えば回転電機の回転軸２ａと平歯車１１ａとの間に、回転電機側からエンジン側への動力の伝達のみを行うワンウェイクラッチを設けてもよい。
【００８１】
本発明に係わる動力伝達装置１０の具体的な構成例を図７に示した。図７において２０はエンジンのクランクケースの接続されたフレームで、フレーム２０に機構カバー２１が適宜の手段により固定され、フレーム２０と機構カバー２１とにより動力伝達装置の機構ケース２２が構成されている。
【００８２】
フレーム２０に軸受け２３を介してクランク軸１ａの先端が支持され、該クランク軸の先端が機構ケース２２内に導入されている。フレーム２０にはまた、回転電機２のハウジング２４が取りつけられ、ハウジング２４の端部に軸受け２５を介して支持された回転電機の回転軸２ａの先端がフレーム２０を通して機構ケース２２内に導入されている。
【００８３】
機構ケース２２内に導入された回転軸２ａのフレーム２０寄りの部分に小平歯車１１ａが固定され、クランク軸１ａのフレーム２０寄りの部分に軸受け２６を介して大平歯車１１ｂが、クランク軸１ａに対して回転自在に取りつけられている。小平歯車１１ａと大平歯車１１ｂとが噛み合わされ、これらの平歯車により回転電機２側から見た減速比が４：１の減速機１１が構成されている。
【００８４】
またクランク軸１ａの先端に平歯車１３ｂが固定され、平歯車１１ｂのボス部１１b1と、平歯車１３ｂとがワンウェイクラッチ１２を介して連結されている。ワンウェイクラッチ１２は、平歯車１１ｂ側から平歯車１３ｂ側への動力の伝達のみを行い、平歯車１３ｂから平歯車１１ｂへの動力の伝達は行わないように構成されている。ワンウェイクラッチ１２としては、公知のものを用いることができる。
【００８５】
回転電機の回転軸２ａの先端には、平歯車１３ｂと歯数が等しい平歯車１３ａが軸受け２７を介して取りつけられ、平歯車１３ａ及び１３ｂが噛み合わされて動力伝達機構１３が構成されている。
【００８６】
回転軸２ａの先端にはまた電磁クラッチのロータ１４ａが僅かにスラスト可能な状態で取りつけられ、平歯車１３ａの端面に固定されたアーマチュア１４ｂがロータ１４ａに対向させられている。またロータ１４ａに対向するカバー２１の内面に電磁コイル１４ｃが巻装されたステータ鉄心１４ｄが固定され、ステータ鉄心１４ｄに形成された磁極部がロータ１４ａに対向させられている。ロータ１４ａと、アーマチュア１４ｂと、電磁コイル１４ｃと、ステータ鉄心１４ｄとにより電磁クラッチ１４が構成されている。
【００８７】
この電磁クラッチにおいては、電磁コイル１４ｃが非励磁状態にあるときにロータ１４ａがアーマチュア１４ｂに吸着されない状態にある。このとき、ロータ１４ａは、アーマチュア１４ｂにより拘束されない状態にあり、電磁クラッチ１４はオフ状態にある。電磁コイル１４ｃが励磁されると、電磁コイル１４ｃから生じる磁束がステータ鉄心とロータ１４ａとアーマチュア１４ｂとを通して流れるため、ロータ１４ａがアーマチュア１４ｂに吸着され、電磁クラッチ１４がオン状態になる。
【００８８】
図７に示した動力伝達装置において、電磁クラッチ１４がオフ状態にあるときには、回転軸２ａと歯車１３ａとの間の動力の伝達が断たれるため、回転軸２ａは第２の動力伝達部１０Ｂから切り離された状態にある。この状態で回転電機２を電動機として運転すると、その出力トルクが回転軸２ａから歯車１１ａ，１１ｂとワンウェイクラッチ１２とを通してクランク軸１ａに伝達される。
【００８９】
また電磁クラッチ１４がオン状態にされると、回転軸２ａが歯車１３ａに結合されるため、回転電機２の出力トルクが第２の動力伝達部１０Ｂを通してクランク軸１ａに伝達される。
【００９０】
上記の実施形態では、第２の動力伝達部１０Ｂの動力伝達機構の回転電機側から見た減速比を１：１としたが、該動力伝達機構の回転電機側から見た減速比は、第１の動力伝達部の減速機の減速比よりも十分に小さければよく、必ずしも１：１でなくてもよい。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、回転電機の回転軸とエンジンのクランク軸との間に設ける動力伝達装置を、回転電機の回転を減速する減速機と回転電機側からクランク軸側への動力の伝達のみを行わせるワンウェイクラッチとを備えた第１の動力伝達部と、回転電機側から見た減速比が第１の動力伝達部の減速機の減速比よりも小さい動力伝達機構と始動時にオフ状態に保たれる電磁クラッチとを通して回転電機の回転軸とエンジンのクランク軸との間で動力の伝達を行う第２の動力伝達部とにより構成したので、第１の動力伝達部の減速比を十分に大きく設定しておくことにより、小形の回転電機を用いてエンジンを始動することができる。
【００９２】
また本発明によれば、エンジンが始動した後は、電磁クラッチをオン状態にして第１の動力伝達部の減速機よりも減速比が小さい第２の動力伝達部を通して回転電機の回転をエンジンに伝達することができるため、該回転電機を電動機として運転することによりエンジンをアシストしたり、回転電機を発電機として動作させて、該回転電機の出力でバッテリを充電したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるハイブリッド自動二輪車の構成を概略的に示した構成図である。
【図２】図１に示したインバータの具体的な構成例を示した回路図である。
【図３】図１に示したコントローラのマイクロプロセッサが電磁クラッチを制御するために実行するタスクのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図４】図１に示したハイブリッド車両において回転電機をエンジン始動用電動機として動作させる際の動力の伝達経路を説明する説明図である。
【図５】図１に示したハイブリッド車両において回転電機をエンジンアシスト用の電動機として運転する際の動力の伝達経路を説明する説明図である。
【図６】図１に示したハイブリッド車両において回転電機を発電機として動作させる際の動力の伝達経路を説明する説明図である。
【図７】本発明で用いる動力伝達装置の具体的な構成例を示した断面図である。
【図８】エンジンを始動する際及びエンジンをアシストする際に回転電機に要求される回転速度対出力トルク特性を示したグラフである。
【図９】既提案のハイブリッド車両の構成を概略的に示した構成図である。
【符号の説明】
１：エンジン、２：回転電機、４：バッテリ、５：インバータ、７：コントローラ、１０：動力伝達装置、１０Ａ：第１の動力伝達部、１０Ｂ：第２の動力伝達部、１１：減速機、１２：ワンウェイクラッチ、１３：動力伝達機構、１４：電磁クラッチ。

Claims (3)

1. 二輪車の駆動輪を駆動するエンジンと、発電機と電動機とに兼用される回転電機と、前記エンジンのクランク軸と前記回転電機の回転軸との間に設けられた動力伝達装置とを備え、前記回転電機は、前記エンジンの始動時に前記エンジンのクランク軸を駆動するスタータモータとして運転され、前記自動二輪車の運転時に必要に応じて前記エンジンをアシストするアシスト用モータとして運転され、前記二輪車に搭載されたバッテリを充電する際には前記エンジンを駆動源としてバッテリ充電用の発電機として運転されるハイブリッド自動二輪車であって、
   前記動力伝達装置は、
   前記回転電機の回転軸の回転を減速する減速機と前記回転電機側から前記エンジンのクランク軸側への動力の伝達のみを行わせるワンウェイクラッチとを備えて、前記回転電機の回転軸の回転を前記減速機とワンウェイクラッチとを通して前記エンジンのクランク軸に伝達するように構成された第１の動力伝達部と、
   動力伝達機構と電磁クラッチとを備えていて、前記動力伝達機構と電磁クラッチとを通して前記回転電機の回転軸と前記エンジンのクランク軸との間で動力の伝達を行うように設けられた第２の動力伝達部と、
   前記エンジンの始動時に前記電磁クラッチをオフ状態にし、前記エンジンが始動した後に必要に応じて前記電磁クラッチをオン状態にするように前記電磁クラッチを制御するコントローラとを具備し、
   前記第２の動力伝達部の動力伝達機構は、前記回転電機側からみた減速比が前記第１の動力伝達部の減速機の減速比よりも小さくなるように構成されているハイブリッド自動二輪車。
2. 前記コントローラは、前記エンジンが始動した後前記回転電機を電動機として動作させて前記エンジンをアシストする際、及び前記回転電機を発電機として動作させて該発電機の出力によりバッテリを充電する際に前記電磁クラッチをオン状態にし、前記エンジンが運転中であっても前記回転電機により前記エンジンをアシストする必要がなく、前記回転電機によりバッテリを充電する必要がないときには前記電磁クラッチをオフ状態にするように前記電磁クラッチを制御するように構成されている請求項１に記載のハイブリッド自動二輪車。
3. 二輪車の駆動輪を駆動するエンジンと、前記エンジンの始動時に前記エンジンのクランク軸を駆動するスタータモータとして運転され、前記自動二輪車の運転時に必要に応じて前記エンジンをアシストするアシスト用モータとして運転され、前記二輪車に搭載されたバッテリを充電する際には前記エンジンを駆動源としてバッテリ充電用の発電機として運転される回転電機とを備えたハイブリッド自動二輪車の前記エンジンのクランク軸と前記回転電機の回転軸との間に設ける動力伝達装置であって、
   前記回転電機の回転軸の回転を減速する減速機と前記回転電機側から前記エンジンのクランク軸側への動力の伝達のみを行わせるワンウェイクラッチとを備えて、前記回転電機の回転軸の回転を前記減速機とワンウェイクラッチとを通して前記エンジンのクランク軸に伝達するように構成された第１の動力伝達部と、
   動力伝達機構と電磁クラッチとを通して前記回転電機の回転軸と前記エンジンのクランク軸との間で動力の伝達を行わせるように構成された第２の動力伝達部とを具備し、
   前記第２の動力伝達部の動力伝達機構は、前記回転電機側からみた減速比が前記第１の動力伝達部の減速機の減速比よりも小さくなるように構成されているハイブリッド自動二輪車用動力伝達装置。

Images