JP6938617B2 - ハイブリッド動力システム - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド動力システムに関する。
スタータ・ジェネレータ一体型モータは、車の電気化及びハイブリッド化の手段における重要な構成要素である。主に、ベルト駆動スタータ・ジェネレータ一体型（ＢＳＧ：Ｂｅｌｔ−ｄｒｉｖｅｎ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）モータと、統合式スタータ・ジェネレータ一体型（ＩＳＧ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）モータとの二種類に分類される。
ＩＳＧモータは、内燃機関のクランクシャフトの出力端に直接に取り付けられ、もともと分離されていた内燃機関スタータとジェネレータとに取って代わるものである一方、車の補助動力源としても機能することができる。車の電気化及びハイブリッド化の解決手段として、ＩＳＧモータは、内燃機関の始動及び停止、発電、制動、パワーアシストなどの機能を備えており、車の燃料消費量の節約や、排気による炭素汚染の低減に役立つ。また、ＢＳＧモータと比べて、ＩＳＧモータはベルトを使用していないため、ベルトのメンテナンスの手間が省ける。
ＩＳＧモータを用いた従来のハイブリッド動力システムにおいて、ＩＳＧモータ、クラッチ及び駆動モータは、一般に伝動軸の方向に直列に配置されている。その利点は簡単な構造であるが、欠点は軸方向で大きなスペースを占め、質量が大きく、製造コストも高いことである。
例えば、中国の発明特許である「電磁ドグクラッチ及びダブルモータハイブリッドシステム」（ＣＮ１０３７５８８８９Ａ）において、明細書の図４にはダブルモータハイブリッドシステムが開示されており、前記ダブルモータハイブリッドシステムが、ＩＳＧモータと、電磁ツースクラッチと、駆動モータとを含み、これらの部材が、何れも直列に配置されている。
また、従来技術では、内燃機関と駆動モータとに関するハイブリッド動力システムであれば、通常、直列的な配置とされている。
例えば、中国の発明特許である「スタータ・ジェネレータ一体モータのロータ装置及びロータの作動システム」（ＣＮ１０１９６４５５６Ｂ）において、明細書の図８にはハイブリッド動力システムが開示されており、前記ハイブリッド動力システムが、エンジンと、クランクシャフトと、クランクシャフトに接続されて一緒に回転するロータ装置と、ロータ装置に接続されるクラッチと、クラッチに接続されるギヤボックスとを含み、これらの部材が順次に直列に配置されている。
中国の発明特許である「ハイブリッド動力システム」（ＣＮ１０４３１５０９０Ａ）において、明細書の図１にはハイブリッド動力システムが開示されており、前記ハイブリッド動力システムが、動力源Ａとしての内燃機関と、クラッチと、動力源Ｂとしてのモータとを含み、これらの部材が、何れも直列に配置されている。
従来技術における上記問題に対して、本発明は、クラッチがＩＳＧモータ内に設けられ、ＩＳＧモータの軸方向の長さがクラッチの軸方向の長さを完全に又は部分的に吸収することによって、システムのスペースを節約した統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータを設けたハイブリッド動力システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明には、以下の技術案が用いられている。
内燃機関及び駆動モータが設けられており、前記内燃機関がクランクシャフトに接続され、前記クランクシャフトの出力端がクラッチに接続され、前記クラッチが駆動モータの主軸に接続されており、前記クラッチが可動端面ギヤと固定端面ギヤとを含むハイブリッド動力システムであって、ステータとロータとが対向して設けられており、前記ステータと前記ロータとのいずれにもリング状の鉄心が設けられており、前記ステータの鉄心には、前記ロータに面する側にコイル巻線が設けられており、前記ロータの鉄心には、前記ステータに面する側にかご形導体又はいくつかの永久磁石が設けられており、前記ロータと前記ステータとは、所定の距離を隔てており、エアギャップ面を形成する、統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータが更に設けられており、前記クラッチが前記統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータの前記ステータのリング状の鉄心及び前記ロータのリング状の鉄心の内周面であるインナーリング内に収容されており、前記ロータが前記クラッチの固定端面ギヤに取付固定されており、前記ステータが前記駆動モータのハウジングに取付固定されている。
また、前記コイル巻線の磁極が前記ステータの軸方向に沿って分布していてもよい。
また、前記永久磁石の磁極が前記ロータの軸方向に沿って分布していてもよい。
また、前記ステータの鉄心には、前記ロータに面する側に、前記コイル巻線を取り付けるための歯溝が設けられており、前記コイル巻線が集中巻き又は分布巻きとされていてもよい。
また、前記ロータの鉄心には、前記ステータに面する側に、前記かご形導体を取り付けるための歯溝が設けられており、前記かご形導体に、インナーリングとアウターリングとに分かれた二つの同心の短絡リングが設けられており、二つの短絡リングの間に、複数の導体バーが均等に設けられていてもよい。
また、前記ロータの鉄心には、前記ステータに面する側に、前記永久磁石を取り付けるための複数の凹溝が設けられており、各々の前記永久磁石が扇形をなしていてもよい。
また、前記統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータの前記ロータが前記クラッチの固定端面ギヤに取付固定されており、前記統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータの前記ステータが前記駆動モータのハウジングに取付固定されていてもよい。
また、前記ロータの鉄心と前記ステータの鉄心との何れにも座板が設けられ、前記座板に取付穴が設けられ、ボルトによって取付固定され、前記駆動モータ内の冷却系が前記ステータも冷却するようにしてもよい。
また、前記クラッチが電磁ドグクラッチを採用しており、前記クラッチの固定端面ギヤの周りにリング状又は扇形の電磁石が設けられていてもよい。
上記構造を用いて配置された統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータを設けたハイブリッド動力システムは、下記の利点を有する。
本発明において、ＩＳＧモータが中空のリング状を採用しているので、その中心にクラッチを配置することができる。
ＩＳＧモータは、スペース、重量、製造コストを節約するために、そのロータとクラッチフライホイールとが一体化されている。
本発明は、クラッチをＩＳＧモータ内に設けることによって、ＩＳＧモータの軸方向の長さがクラッチの軸方向の長さを全部又は部分的に吸収しているため、システムのスペースが節約された。
本発明において、ＩＳＧモータのステータが駆動モータのハウジングに取付固定されているため、駆動モータ内の冷却系がステータも冷却することができる。これにより、ステータ構造が最適化された。
本発明は、ＩＳＧモータを内燃機関のクランクシャフトの出力端及びクラッチの外側に配置しており、内燃機関の始動及び停止、発電、制動、パワーアシストの機能を有する。
上記の説明は、本発明の技術案の概要に過ぎなく、本発明の技術手段をより明らかに理解し、それらを明細書の内容に従って実施することができるように、また、本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点をより容易に理解することができるように、以下、特に、本発明の具体的な実施形態を例示する。
統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータのハイブリッド車への取付けを示す模式図である。 図１の局所拡大図である。 統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータの実施例１の斜視図である。 統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータの実施例１の分解図である。 統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータの実施例１に用いられるステータの正面図である。 図５におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。 統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータの実施例１に用いられるステータの左側面図である。 統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータの実施例１に用いられるロータの正面図である。 図８におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータの実施例１に用いられるロータの左側面図である。 統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータの実施例２の斜視図である。 統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータの実施例２の分解図である。
以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読むことにより、様々な他の利点及びメリットが当業者にとって明らかになる。図面は、好ましい実施形態を例示するためのものだけであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。また、図面全体において、同じ部品には同じ符号が付されている。
以下、図面を参照して、本発明の例示的な実施例を更に詳しく説明する。本発明の例示的な実施例が図面に示されているが、本発明は、様々な形態で実現されてもよく、ここに記載の実施例によって限定されないことを理解すべきである。むしろ、これらの実施例は、本発明がよりよく理解され、本発明の範囲が当業者に完全に伝えられるように提供されるものである。
［実施例１］
図３、図４、図５に示すのは、本発明の一つの実施例であり、この実施例において、統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータ（ＩＳＧモータ）は、ステータとロータとを含み、ステータとロータとが対向して設けられており、ステータとロータとの何れにもリング状の鉄心が設けられており、ステータの鉄心１２０には、ロータに面する側にコイル巻線１２１が設けられており、ロータの鉄心１２２には、ステータに面する側にかご形導体１２３が設けられている。
本実施例において、ロータとステータとは、所定の距離を隔てており、エアギャップ面を形成する。このエアギャップ面は、ロータとステータの軸方向に垂直に形成される。
コイル巻線１２１の磁極がステータの軸方向に沿って分布している。
図４、図５に示すように、ステータの鉄心１２０には、ロータに面する側に、コイル巻線１２１を取り付けるための歯溝１２０１が設けられており、コイル巻線１２１が集中巻きとされている。
ステータのエナメル線の巻線方式が分数スロット集中巻き（Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ Ｓｌｏｔ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ Ｗｉｎｄｉｎｇ）であり、即ち、ステータのスロット数を相数と極数との積で除したもの（Ｎｕｍｂｅｒ Ｏｆ Ｓｌｏｔｓ ｐｅｒ Ｐｏｌｅ ｐｅｒ Ｐｈａｓｅ；毎極毎相のスロット数）が一未満の分数である。このような巻線の利点は、巻線の端部のサイズが小さく、エナメル線の使用を節約できるため、コストを削減できることである。
勿論、コイル巻線１２１は、分布巻きとされていてもよい。
ロータの鉄心１２２には、ステータに面する側に、かご形導体１２３を取り付けるための歯溝１２２１が設けられている。
モータの効率を向上させるために、ステータとロータとの対向する面積がほぼ等しい。
図４、図８に示すように、かご形導体１２３に、インナーリングとアウターリングとに分かれた二つの同心の短絡リングが設けられており、二つの短絡リングの間に、複数の導体バーが均等に設けられている。この構造のかご形導体は、磁極が軸方向に分布しているステータに適合するために設計されたものである。
［実施例２］
この実施例において、図１１、図１２に示すように、ロータの鉄心１３２には、ステータに面する側に、複数の永久磁石１３３が設けられている。
永久磁石１３３の磁極がロータの軸方向に沿って分布している。
永久磁石を用いる場合、かご形導体と比べて、ロータ損失を低減することができる。
ロータの鉄心１３２には、ステータに面する側に、永久磁石１３３を取り付けるための複数の凹溝が設けられており、各々の永久磁石１３３が扇形をなしている。
ステータは、依然として実施例１に類似した構造を採用しており、ステータの鉄心１３０には、ロータに面する側に、コイル巻線１３１を取り付けるための歯溝１３０１が設けられており、コイル巻線１３１が集中巻きとされている。
［実施例３］
この実施例において、図１、図２に示すように、ハイブリッド動力システムには、内燃機関１１０と駆動モータ１１２とが設けられており、内燃機関１１０がクランクシャフト１１７に接続され、クランクシャフト１１７の出力端がクラッチに接続され、クラッチが駆動モータ１１２の主軸に接続され、駆動モータ１１２の主軸がギヤボックス１１３に接続され、ギヤボックス１１３が駆動軸１１４に接続され、駆動軸１１４が差動装置１１５に接続されており、差動装置１１５が駆動輪１１６の主軸に設けられており、クラッチが固定端面ギヤ２と可動端面ギヤ６とを含み、ハイブリッド動力システムには、統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータが更に設けられており、クラッチが統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータのインナーリング内に収容され、固定端面ギヤ２及び可動端面ギヤ６が共に統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータのインナーリング内に位置している。
この実施例において、クラッチが電磁ドグクラッチを採用しており、クラッチの固定端面ギヤ２の周りにリング状又は扇形の電磁石が設けられており、それに応じて、可動端面ギヤ６にアーマチュアが設けられていてもよい。
統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータが実施例１又は実施例２に記載の構造を採用している。駆動モータ１１２が駆動軸１１４の駆動モータであり、駆動モータ１１２の主軸とクラッチとの間に従動軸５が更に設けられている。
統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータのロータ３がクラッチの固定端面ギヤ２に取付固定され、統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータのステータ４が駆動モータ１１２のハウジングに取付固定されている。
ステータ４が駆動モータ１１２のハウジングに取付固定されているため、駆動モータ１１２内の冷却系がステータ４も冷却することができる。これにより、ステータ構造が最適化された。
ロータ３と可動端面ギヤ２とは、回転速度が常に同じである。
統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータの取付けについては、クラッチの固定端面ギヤ２と可動端面ギヤ６との係合及び分離過程において、ロータ３とステータ４との間に適切な隙間があることを満たすように要求される。
ロータ３とステータ４とを取り付けるためには、ロータ３の鉄心とステータ４の鉄心との何れにも座板が設けられ、座板に取付穴が設けられ、ボルトによって取付固定される（図示せず）といったような構造を採用することができる。
座板は、鉄心を基にしてインナーリング又はアウターリングに向かって延びる板状であってもよく、鉄心を基にしてインナーリング又はアウターリングに向かって延びるレース状でもよい。
ロータ３の鉄心とステータ４の鉄心との何れにも複数のネジ穴を設け、固定ボルトを鉄心に直接に取り付けてから、可動端面ギヤ２と駆動モータ１１２のハウジングとにそれぞれ接続してもよい。
上記したのは、あくまでも本発明の好ましい実施例であり、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明の精神及び原則内になされたいかなる補正、均等的置換、改善等、何れも本発明の保護範囲内に含まれるものとする。
１…クランクシャフトの出力端、２…固定端面ギヤ、３…ロータ、４…ステータ、５…従動軸、６…可動端面ギヤ、１１０…内燃機関、１１１…クラッチ、１１２…駆動モータ、１１３…ギヤボックス、１１４…駆動軸、１１５…差動装置、１１６…駆動輪、１１７…クランクシャフト、１２０…ステータの鉄心、１２０１…歯溝、１２１…コイル巻線、１２２…ロータの鉄心、１２２１…歯溝、１２３…かご形導体、１３０…ステータの鉄心、１３０１…歯溝、１３１…コイル巻線、１３２…ロータの鉄心、１３３…永久磁石

Claims (8)

  1. 内燃機関及び駆動モータが設けられており、前記内燃機関がクランクシャフトに接続され、前記クランクシャフトの出力端がクラッチに接続され、前記クラッチが駆動モータの主軸に接続されており、前記クラッチが可動端面ギヤと固定端面ギヤとを含むハイブリッド動力システムであって、
    ステータとロータとが対向して設けられており、前記ステータと前記ロータとのいずれにもリング状の鉄心が設けられており、前記ステータの鉄心には、前記ロータに面する側にコイル巻線が設けられており、前記ロータの鉄心には、前記ステータに面する側にかご形導体又はいくつかの永久磁石が設けられており、前記ロータと前記ステータとは、所定の距離を隔てており、エアギャップ面を形成する、統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータが更に設けられており、
    前記クラッチが前記統合式スタータ・ジェネレータ一体型モータの前記ステータのリング状の鉄心及び前記ロータのリング状の鉄心の内周面であるインナーリング内に収容されており、前記ロータが前記クラッチの固定端面ギヤに取付固定されており、前記ステータが前記駆動モータのハウジングに取付固定されている、
    ことを特徴とするハイブリッド動力システム。
  2. 前記ロータの鉄心と前記ステータの鉄心とのいずれにも座板が設けられ、前記座板に取付穴が設けられ、ボルトによって取付固定され、前記駆動モータ内の冷却系が前記ステータも冷却する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド動力システム。
  3. 前記クラッチが電磁ドグクラッチを採用しており、前記クラッチの固定端面ギヤの周りにリング状又は扇形の電磁石が設けられている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド動力システム。
  4. 前記コイル巻線の磁極が前記ステータの軸方向に沿って分布している、
    ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド動力システム。
  5. 前記永久磁石の磁極が前記ロータの軸方向に沿って分布している、
    ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド動力システム。
  6. 前記ステータの鉄心には、前記ロータに面する側に、前記コイル巻線を取り付けるための歯溝が設けられており、前記コイル巻線が集中巻又は分布巻とされている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド動力システム。
  7. 前記ロータの鉄心には、前記ステータに面する側に、前記かご形導体を取り付けるための歯溝が設けられており、前記かご形導体に、インナーリングとアウターリングとに分かれた二つの同心の短絡リングが設けられており、二つの短絡リングの間に、いくつかの導体バーが均等に設けられている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド動力システム。
  8. 前記ロータの鉄心には、前記ステータに面する側に、前記永久磁石を取り付けるためのいくつかの凹溝が設けられており、各前記永久磁石が扇形をなしている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド動力システム。
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