JP7454102B2 - 発電ユニット及びシリーズハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本開示は、発電ユニット及びシリーズハイブリッド車両に関する。

特許文献１には、バッテリからの電力で駆動する走行用の電動モータと、発電機を駆動してバッテリを充電する発電用のエンジンとを備えたシリーズハイブリッド車両が開示されている。エンジン及び発電機は、互いに一体化されて発電ユニットを構成している。エンジンはクランク軸を鉛直方向に向けて配置され、発電機はエンジンの下方に配置されている。

米国特許第９０３８７５４号

発電ユニットは、用途によっては鉛直方向のサイズを更に小さくすることが望まれる。しかし、発電機又はエンジンの鉛直方向のサイズを単に小さくすると、発電性能が低くなってしまう。

そこで本開示は、発電性能を低下させずに発電ユニットの全体をコンパクト化することを目的とする。

本開示の一態様に係る発電ユニットは、軸線方向が鉛直に延びたクランク軸を有するエンジンと、前記軸線方向に延びた回転軸線周りに回転可能に前記クランク軸に接続されたロータと、前記ロータから前記軸線方向に隙間をあけた状態で前記ロータに前記軸線方向に対向するステータと、を有し、前記エンジンの軸線方向一方側に配置されたアキシャルギャップ発電機と、を備える。

前記構成によれば、クランク軸が鉛直方向に延びるように配置されたエンジンの鉛直方向一方側に発電機が配置されるため、発電ユニットの水平方向に占有スペースが低減される。その発電機がアキシャルギャップ型であり、そのロータが鉛直方向に延びた回転軸線周りに回転するように配置されるため、発電ユニットの鉛直方向の占有スペースも低減される。よって、発電性能を低下させずに発電ユニットの全体をコンパクト化することができる。

本開示の一態様に係るシリーズハイブリッド車両は、発電ユニットと、前記発電ユニットで発電された電力を充電可能なバッテリと、前記バッテリからの電力で駆動し、走行動力を発生する電動モータと、少なくとも１つの車輪と、前記車輪に支持される車体と、を備える。前記発電ユニットは、鉛直方向に延びたクランク軸を有するエンジンと、前記クランク軸の軸線方向に延びた回転軸線周りに回転可能に前記クランク軸に接続されたロータと、前記ロータから前記軸線方向に隙間をあけた状態で前記ロータに前記軸線方向に対向するステータと、を有し、前記エンジンの鉛直方向一方側に配置されたアキシャルギャップ発電機と、を有する。前記発電ユニットは、前記アキシャルギャップ発電機の下端が前記車輪の上端よりも低く配置されるように前記車体に搭載されている。

前記構成によれば、コンパクトな発電ユニットによりスペース効率の良いハイブリッド車両を提供できる。

本開示の一態様によれば、発電性能を低下させずに発電ユニットの全体をコンパクト化することができる。

図１は、実施形態に係る発電ユニットの平面図である。 図２は、図１の発電ユニットのII－II線断面図である。 図３は、図２の発電ユニットが着脱自在に搭載されたハイブリッド車両のブロック図である。 図４は、図２の発電ユニットの冷却構造のブロック図である。 図５は、図３のハイブリッド車両の模式図である。 図６は、図５のハイブリッド車両の側面図である。 図７は、図６のハイブリッド車両の発電ユニット及びその近傍を前方から見た概略断面図である。 図８は、図３の発電ユニットの第１変形例のブロック図である。 図９は、図３の発電ユニットの第２変形例のブロック図である。 図１０は、図２の発電ユニットが着脱自在に搭載されたハイブリッド車両の変形例の側面図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。なお、以下に説明する発電ユニット１は、鉛直方向（上下方向）に延びるクランク軸２２を有する。言い換えれば、発電ユニット１の上下方向は、クランク軸２２が延びる方向であり、クランク軸２２に直交する面内の方向は、発電ユニット１の水平方向である。

図１は、実施形態に係る発電ユニット１の平面図である。図２は、図１の発電ユニット１のII－II線断面図である。図１及び２に示すように、発電ユニット１は、エンジンユニット２と、エンジンユニット２に駆動されるアキシャルギャップ発電機３とを備える。エンジンユニット２は、内燃機関であるエンジン１０と、エンジン１０の上側に設けられたアッパーカバー１１と、を備える。

エンジンユニット２のエンジン１０は、多気筒エンジンであり、例えばＶツインエンジンである。エンジン１０は、クランクケース２１と、クランク軸２２と、一対のシリンダ２３と、動弁装置２４と、を備える。クランク軸２２は、クランクケース２１に回転自在に支持された状態でクランクケース２１に収容されている。クランク軸２２の回転軸線Ｘは、鉛直方向に延びている。クランク軸２２は、シリンダ２３内のピストンの往復動作に連動して回転する。クランク軸は、接続対象を回転させることで、接続対象に運動エネルギーを与える。シリンダ２３は、クランク軸２２から見て水平方向に延びている。

エンジンユニット２のアッパーカバー１１は、クランクケース２１を上方から覆うようにクランクケース２１に固定されている。アッパーカバー１１は、下方に開口した断面逆凹形状を有する。アッパーカバー１１は、クランクケース２１との間に内部空間を画定している。アッパーカバー１１の内部空間には、クランクケース２１から上方に突出したクランク軸２２の上部が配置されている。エンジン１０の上方には、アッパーカバー１１の内部空間において冷却ファン１２及びサブ発電機１４が配置されている。

サブ発電機１４は、クランク軸２２の上部に取り付けられている。即ち、サブ発電機１４は、その図示しないロータがクランク軸２２に連動して回転し、発電を行う。サブ発電機１４が発生した電力は、エンジン１０の駆動に必要な電力として使用される。例えば、サブ発電機１４が発生した電力は、後述の電子制御ユニット４等に供給される。

クランク軸２２の上部には、サブ発電機１４の上方において冷却ファン１２が取り付けられている。アッパーカバー１１の上板部には、流入口１１ａが形成されている。アッパーカバー１１には、流入口１１ａを覆うようにファンカバー１３が着脱可能に取り付けられている。ファンカバー１３は、例えば異物通過を防ぎながら空気通過を許容する網状の構造である。

アッパーカバー１１の側板部には、流出口１１ｂが形成されている。流出口１１ｂには、ルーバーが設けられてもよい。クランク軸２２に連動して冷却ファン１２が回転することで、ファンカバー１３を通して流入口１１ａから空気が吸引され、その吸引された空気がサブ発電機１４及びエンジン１０を冷却し、流出口１１ｂから外部に排出される。

動弁装置２４は、鉛直方向に延びたカム軸２４ａを有し、クランク軸２２に機械的に連動してシリンダ２３の吸排気弁（図示せず）を開閉させる。なお、動弁装置２４の構成は、公知のものであり、その構成は特に限定されない。クランク軸２２の回転は、ギヤ２５を介してカム軸２４ａに伝達される。動弁装置２４は、水平方向において、クランク軸２２の回転軸線Ｘに対してシリンダ２３側に配置されている。即ち、一対のシリンダ２３の重心と回転軸線Ｘとを結ぶ仮想線に垂直であり且つクランク軸２２の回転軸線Ｘが含まれる仮想鉛直平面を考えた場合に、この仮想鉛直平面により空間を二分割した一方側（シリンダ２３が存在する側）の領域に動弁装置２４が配置されている。

エンジンユニット２は、エンジン１０に供給される吸気を浄化するエアクリーナ１５を備える。エアクリーナ１５の上端は、エンジン１０の上端よりも上方に配置され、具体的にはアッパーカバー１１の上面よりも上方に配置されている。エアクリーナ１５は、エアクリーナケース２８と、エアクリーナケース２８に収容されたクリーナエレメント２９（フィルタ）と、を有する。

具体的には、エアクリーナケース２８は、筒状の周壁部と、その周壁部の両端をそれぞれ閉鎖する端壁部とを有し、その軸線が水平方向に向くように配置されている。クリーナエレメント２９は、円筒形状を有する。クリーナエレメント２９の内径側がクリーンサイドであり、クリーナエレメント２９の外径側がダーティサイドである。

エアクリーナケース２８の周壁部からは、ダクト１６が上方に突出している。ダクト１６は、エアクリーナ１５のダーティサイドに連通している。ダクト１６の上端には、吸込口１６ａが設けられている。即ち、吸込口１６ａは、エアクリーナケース２８及びクリーナエレメント２９よりも上方に配置されている。吸込口１６ａには、フィルタが設けられてもよい。吸込口１６ａから吸い込まれた外気は、クリーナエレメント２９の外径側のダーティサイドに導かれ、クリーナエレメント２９を通過して清浄化され、クリーナエレメント２９の内径側のクリーンサイドに導かれる。

エアクリーナケース２８の端壁部には、クリーナエレメント２９の内径側のクリーンサイドに連通する吸気管１７が接続されている。吸気管１７は、水平方向に延びた第１部１７ａと、下方に向かってから折り返して上方に向かうＵ字形状を有する第２部１７ｂとを有する。これにより、吸気管１７の吸気通路の長さは、小さいスペースにおいて長く形成されている。吸気管１７の第２部１７ｂの下流端は、各シリンダ２３の燃焼室に吸気を供給可能に設けられている。なお、第２部１７ｂは、上方に向かってから折り返して下方に向かう逆Ｕ字形状であってもよい。

吸気管１７には、スロットル弁を有するスロットル装置１８が設けられている。吸気管１７には、燃料供給装置１９が設けられている。燃料供給装置１９は、例えば、インジェクタ又はキャブレターである。具体的には、スロットル装置１８及び燃料供給装置１９は、吸気管１７の第２部１７ｂにおいて折返部１７ｂａの上流側に設けられている。これにより、スロットル装置１８及び燃料供給装置１９からシリンダ２３までの吸気通路が長くなっている。

クランクケース２１の下部には、上方に開口したオイルパン２６が配置されている。具体的には、クランクケース２１の内部空間の下側に、オイルパン２６が配置されている。オイルパン２６は、クランク軸２２の回転軸線Ｘの方向（鉛直方向）において、クランク軸２２と重なる高さに配置されている。オイルパン２６は、水平方向において、クランク軸２２の回転軸線Ｘに対して動弁装置２４と反対側に配置されている。

即ち、一対のシリンダ２３の重心と回転軸線Ｘとを結ぶ仮想線に垂直であり且つクランク軸２２の回転軸線Ｘが含まれる前記仮想鉛直平面を考えた場合に、この仮想鉛直平面により空間を二分割した他方側（シリンダ２３が存在しない側）の領域にオイルパン２６が配置されている。なお、オイルパン２６は、動弁装置２４の鉛直下方にまで及ぶように拡大されてもよい。また、ロアケース２１ｂがオイルパンを兼ねるようにしてもよい。

アキシャルギャップ発電機３は、エンジン１０の下側に配置されている。なお、アキシャルギャップ発電機３は、エンジン１０の上側に配置されてもよい。アキシャルギャップ発電機３は、オイルパン２６の下方に配置されている。アキシャルギャップ発電機３は、エンジン１０の下面に取り付けられている。アキシャルギャップ発電機３は、エンジンユニット２の全体よりも下方に配置されている。

アキシャルギャップ発電機３は、後述するように、略板形状のステータ３３及びロータ３４，３５を有し、回転軸３２の軸線方向にステータ３３及びロータ３４，３５が主面同士を対向させるように並べられている。即ち、アキシャルギャップ発電機３は、ロータ３４，３６の磁束の主方向が回転軸３２の軸線方向となるので、回転軸３２の軸線方向における寸法を小さくできる。

アキシャルギャップ発電機３、冷却ファン１２及びサブ発電機１４は、クランク軸２２と同軸上に配置されている。アキシャルギャップ発電機３は、サブ発電機１４よりも大きい。具体的には、アキシャルギャップ発電機３の容積は、サブ発電機１４の容積よりも大きい。発電ユニット１の上面視において、アキシャルギャップ発電機３の占有面積は、サブ発電機１４の占有面積よりも大きい。アキシャルギャップ発電機３の定格出力（単位時間当たりの発電能力）は、サブ発電機１４の定格出力（単位時間当たりの発電能力）よりも大きい。

アキシャルギャップ発電機３の鉛直方向寸法は、サブ発電機１４の鉛直方向寸法よりも大きい。アキシャルギャップ発電機３の鉛直方向寸法は、アキシャルギャップ発電機３の水平方向寸法よりも小さい。アキシャルギャップ発電機３の鉛直方向寸法は、エンジン１０の鉛直方向寸法よりも小さい。アキシャルギャップ発電機３は、回転軸線Ｘの延在方向から見てエンジン１０の外形の内側に配置されている（図１参照）。なお、アキシャルギャップ発電機３は、回転軸線Ｘの延在方向から見てエンジン１０の外形から外側に食み出してもよい。

アキシャルギャップ発電機３は、発電機ケース３１、回転軸３２、ステータ３３、第１ロータ３４及び第２ロータ３５を備える。発電機ケース３１は、鉛直方向に延びる回転軸３２を回転自在に支持している。発電機ケース３１は、平面視では円形の外形を有する。回転軸３２は、クランク軸２２の下側に配置されている。回転軸３２の回転軸線は、クランク軸２２の回転軸線Ｘと一致している。回転軸３２は、クランク軸２２と共回転するようにクランク軸２２に結合されている。

第１ロータ３４、ステータ３３及び第２ロータ３５は、この順に上から下に並んでいる。ステータ３３は、ステータコア４１と、ステータコア４１に設けられたコイル４２とを有する。コイル４２は、アキシャルギャップ発電機３の端子に接続されている。ステータ３３は、回転軸３２に対して相対回転自在であり、発電機ケース３１を基準として静止状態で支持されている。

第１ロータ３４は、第１ロータコア４３及び第１磁石４４を有する。第１ロータコア４３は、円板状であり、回転軸３２と共回転するように回転軸３２に外嵌されている。第１磁石４４は、ステータ３３の上面に対向するように第１ロータコア４３に設けられている。第２ロータ３５は、第２ロータコア４５及び第２磁石４６を有する。第２ロータコア４５は、円板状であり、回転軸３２と共回転するように回転軸３２に外嵌されている。第２磁石４６は、ステータ３３の下面に対向するように第２ロータコア４５に設けられている。

第１ロータ３４とステータ３３との間には、回転軸線方向にギャップが設けられ、第２ロータ３５とステータ３３との間には、回転軸線方向にギャップが設けられている。第１ロータ３４及び第２ロータ３５は、クランク軸２２に連動して回転軸線Ｘ回りに回転するように回転軸３２を介してクランク軸２２に接続されている。なお、アキシャルギャップ発電機３の構成は、特に限定されない。例えば、ロータを１つとしてステータを一対としてもよく、ロータ及びステータの各々を複数としてもよく、ロータ及びステータを１つずつとしてもよい。

アキシャルギャップ発電機３では、第１ロータ３４及び第２ロータ３５がクランク軸２２によって回転駆動され、コイル４２に電流が発生する（発電機能）。アキシャルギャップ発電機３では、コイル４２に電流を流して生じる磁界によって第１ロータ３４及び第２ロータ３５が回転し、クランク軸２２を回転させる回転動力が発生する（モータ機能）。アキシャルギャップ発電機３は、エンジン１０のクランク軸２２の回転動力によって電力を生成する発電機能と、エンジン１０を始動するスタータモータ機能とを兼ね備える統合スタータジェネレータ（ＩＳＧ）である。

図３は、図２の発電ユニット１が着脱自在に搭載されたハイブリッド車両５０のブロック図である。図３に示すように、発電ユニット１は、アキシャルギャップ発電機３に電気的に接続されたインバータ５（レギュレータ）を備える。インバータ５は、アキシャルギャップ発電機３に一体的に接続されている。インバータ５は、アキシャルギャップ発電機３が発生した交流電力を直流電力に変換して電圧調節してバッテリ５１を充電するように構成されている。インバータ５は、後述のバッテリ５１が放電した直流電力を交流電力に変換して電圧調節してアキシャルギャップ発電機３に供給するようにも構成されている。

発電ユニット１は、電子制御ユニット４を備える。電子制御ユニット４は、エンジン１０及びインバータ５を制御するように構成されている。電子制御ユニット４は、エンジン１０の出力が一定になるようにエンジン１０を制御するように構成されている。なお、発電ユニット１は、サブ発電機１４が発生した交流電力を直流電力に変換して電圧調節するように構成された図示しないレギュレータも備える。発電ユニット１において、エンジン１０、アキシャルギャップ発電機３、電子制御ユニット４、インバータ５、サブ発電機１４、冷媒ポンプＰ２等は、互いに固定されて一体化されている。

ハイブリッド車両５０は、バッテリ５１、インバータ５２、トラクションモータ５３、電子制御ユニット５４等を備える。車両５０は、シリーズハイブリッド車両である。トラクションモータ５３は、走行動力を発生し、駆動輪（例えば、後輪ＲＷ）を駆動するように構成されている。インバータ５２は、バッテリ５１が放電した直流電力を交流電力に変換して電圧調節してトラクションモータ５３に供給するように構成されている。インバータ５２は、トラクションモータ５３で回生された交流電力を直流電力に変換して電圧調節してバッテリ５１を充電するようにも構成されている。電子制御ユニット５４は、インバータ５２を制御するように構成されている。電子制御ユニット５４は、ハイブリッド車両５０の走行トルクを制御可能である。

発電ユニット１は、電気インターフェース６を備える。電気インターフェース６は、発電ユニット１のインバータ５を、発電ユニット１の外部に設けられたバッテリ５１に電気的に接続する。接触給電の場合には、電気インターフェース６は着脱自在な端子又は電力コネクタである。非接触給電の場合には、電気インターフェース６はコイルである。

発電ユニット１は、通信インターフェース８を備える。通信インターフェース８は、発電ユニット１の電子制御ユニット４を、発電ユニット１の外部に設けられた電子制御ユニット５４に通信可能に接続する。有線通信の場合には、通信インターフェース８は着脱自在な端子又は通信コネクタである。無線通信の場合には、通信インターフェース８は公知の無線通信機である。

ハイブリッド車両５０は、オイルポンプＰ１、オイル制御弁ユニット５５、油圧アクチュエータ５６を備える。オイルポンプＰ１は、その被駆動軸に回転駆動力が入力されることでオイルを吐出する。油圧アクチュエータ５６は、例えば、制動力を発生する油圧シリンダ等である。オイル制御弁ユニット５５は、オイルポンプＰ１と油圧アクチュエータ５６との間の流路を開閉して油圧アクチュエータ５６に付与される油圧を制御する。オイル制御弁ユニット５５の動作は、電子制御ユニット５４によって制御される。

発電ユニット１は、機械インターフェース７を備える。機械インターフェース７は、クランク軸２２の回転動力を機械エネルギーとして出力可能である。機械インターフェース７は、例えば、相手方部材と相対回転不能に係合可能な係合部（例えば、スプライン溝又はキー溝）を有するＰＴＯ軸である。クランク軸２２と機械インターフェース７との間には、クランク軸２２の回転動力を機械インターフェース７に伝達する動力伝達経路９（例えば、ギヤ機構、チェーン・スプロケット機構又はベルト・プーリー機構）が設けられている。アキシャルギャップ発電機３は、動力伝達経路９に機械的に接続されている。

アキシャルギャップ発電機３が発生した回転動力は、動力伝達経路９を介して機械インターフェース７から出力可能である。機械インターフェース７は、オイルポンプＰ１の被駆動軸に離脱可能に接続されている。即ち、オイルポンプＰ１は、機械インターフェース７から供給される回転動力によって駆動される。また、動力伝達経路９には、冷媒ポンプＰ２の被駆動軸が機械的に接続されている。

エンジン１０で発生した回転動力と、アキシャルギャップ発電機３で発生した回転動力とは、動力伝達経路９において重畳可能となっている。電子制御ユニット４は、所定条件が成立すると（例えば、電子制御ユニット５４から要求があると）、エンジン１０を駆動するとともにアキシャルギャップ発電機３をモータとして駆動する。これにより、エンジン１０及びアキシャルギャップ発電機３の両方が発生させた回転動力は、動力伝達経路９を介して機械インターフェース７から出力される。その際、電子制御ユニット４は、エンジン１０の出力を一定に制御しながら、アキシャルギャップ発電機３の駆動トルクを変化させるようにインバータ５を制御することで、機械インターフェース７からの出力を調節可能としている。

電気インターフェース６、機械インターフェース７及び通信インターフェース８は、ハイブリッド車両５０から離脱可能である。それにより、発電ユニット１は、ハイブリッド車両５０に対して容易に着脱可能になっている。

図４は、図２の発電ユニット１の冷却構造の変形例のブロック図である。図４に示すように、発電ユニット１は、冷却流路７０を備える。冷却流路７０は、エンジン１０を冷却するエンジン冷却流路７０ａを備える。エンジン冷却流路７０ａは、冷媒ポンプＰ２が吐出した冷媒（例えば、水）をエンジン１０に導き、エンジン１０を冷却した冷媒を冷媒ポンプＰ２に戻す循環流路である。エンジン冷却流路７０ａには、フィルタ７１及びラジエター７２が介在している。

冷却流路７０は、アキシャルギャップ発電機３を冷却する発電機冷却流路７０ｂを備える。発電機冷却流路７０ｂは、エンジン冷却流路７０ａから分岐し、冷媒（例えば、水）をアキシャルギャップ発電機３に導き、アキシャルギャップ発電機３を冷却した冷媒をエンジン冷却流路７０ａに戻す。冷却流路７０は、インバータ５を冷却するインバータ冷却流路７０ｃを備える。インバータ冷却流路７０ｃは、エンジン冷却流路７０ａ又は発電機冷却流路７０ｂから分岐し、冷媒（例えば、水）をインバータ５に導き、インバータ５を冷却した冷媒をエンジン冷却流路７０ａ又は発電機冷却流路７０ｂに戻す。なお、冷却流路７０は、インバータ冷却流路７０ｃを含まなくてもよいし、エンジン冷却流路７０ａを含まなくてもよい。

図５は、図３のハイブリッド車両５０の模式図である。図６は、図５のハイブリッド車両５０の側面図である。図５及び６に示すように、ハイブリッド車両５０は、左右一対の前輪ＦＷと、左右一対の後輪ＲＷと、を備える。なお、ハイブリッド車両５０は、四輪車に限られず、例えば二輪車又は三輪車でもよい。ハイブリッド車両５０は、前輪ＦＷ及び後輪ＲＷに支持される車体５７を備える。車体５７は、車外空間Ｓ２と区分けされた車内空間Ｓ１を画定している。

車内空間Ｓ１は、ユーザが搭乗する乗員空間Ｓ１ａを含む。乗員空間Ｓ１ａは、車体５７に取り付けられたドア５８によって開閉される。車内空間Ｓ１は、乗員空間Ｓ１ａとは区分けられたフロント収容空間Ｓ１ｂを含む。フロント収容空間Ｓ１ｂは、乗員空間Ｓ１ａの前方に配置されている。フロント収容空間Ｓ１ｂは、フロントガラス５９の前方において車体５７に取り付けられたフード６０（ボンネット）によって開閉される。フロント収容空間Ｓ１ｂは、左前輪ＦＷと右前輪ＦＷとの間に配置される領域を有する。

フロント収容空間Ｓ１ｂには、発電ユニット１の少なくとも一部が配置されている。発電ユニット１は、アキシャルギャップ発電機３がエンジンユニット２の下方に位置する姿勢で車体５７に支持されている。発電ユニット１は、左前輪ＦＷと右前輪ＦＷとの間に挟まれた空間に配置されている。発電ユニット１の少なくとも一部は、側面視において前輪ＦＷと重なっている。発電ユニット１は、（ハイブリッド車両５０が停車状態かつ空車状態のときに）アキシャルギャップ発電機３の下端が前輪ＦＷの上端よりも低く配置されるように車体５７に搭載されている。なお、発電ユニット１の少なくとも一部は、フロント収容空間Ｓ１ｂではなく乗員空間Ｓ１ａの後方に配置されたリヤ収容空間に配置されるようにしてもよい。

図７は、図６のハイブリッド車両５０の発電ユニット１及びその近傍を前方から見た概略断面図である。図７に示すように、アキシャルギャップ発電機３は、車体５７の底板６１の下側に配置されている。アキシャルギャップ発電機３の少なくとも一部は、底板６１の車外空間Ｓ２に露出している。アキシャルギャップ発電機３は、車内空間Ｓ１（本実施形態ではフロント収容空間Ｓ１ｂ）と車外空間Ｓ２とにわたって配置されてもよいし、アキシャルギャップ発電機３の全体が車外空間Ｓ２に配置されてもよい。

底板６１は、上方に向けて窪んだ凹部６２を有する。凹部６２の上板部６２ａには、開口Ｈが形成されている。発電ユニット１は、開口Ｈを通過している。エンジンユニット２は、フロント収容空間Ｓ１ｂに収容されている。アキシャルギャップ発電機３は、凹部６２に収容されている。アキシャルギャップ発電機３の下端は、底板６１のうち凹部６２に隣接する部分の下面の高さ以上の高さに位置している。

なお、底板６１には、アキシャルギャップ発電機３を収容する凹部６２がなくてもよい。即ち、アキシャルギャップ発電機３は、底板６１から下方に突出するように配置されてもよい。発電ユニット１の全体が車内空間Ｓ１（フロント収容空間Ｓ１ｂ）に配置されてもよい。走行時における車外空間Ｓ２の空気（走行風）がアキシャルギャップ発電機３に導かれるようにしてもよい。走行時における車外空間Ｓ２の空気（走行風）がエンジンユニット２にも導かれるようにしてもよい。

以上に説明した構成によれば、クランク軸２２が鉛直方向に延びるように配置されたエンジン１０の鉛直方向一方側にアキシャルギャップ発電機３が配置されるため、発電ユニット１の水平方向に占有スペースが低減される。その発電機３がアキシャルギャップ型であり、そのロータ３４，３５が鉛直方向に延びた回転軸線Ｘ周りに回転するように配置されるため、発電ユニット１の鉛直方向の占有スペースも低減される。よって、発電性能を低下させずに発電ユニット１の全体をコンパクト化することができる。

また、アキシャルギャップ発電機３は、エンジン１０の下側に配置されているので、アキシャルギャップ発電機３をエンジン１０の上側に配置する場合に比べ、エンジン１０からアキシャルギャップ発電機３に伝わる熱を低減することができる。

また、エンジン１０に対してアキシャルギャップ発電機３とは反対側に冷却ファン１２を備えるので、クランク軸２２に連動する冷却ファン１２とアキシャルギャップ発電機３との間の干渉が防がれ、冷却ファン１２を配置しやすくできる。

また、冷却ファン１２は、異物を吸い込んだときにファンカバー１３を取り外して異物を除去するメンテナンスが必要であり、エアクリーナ１５は、エアクリーナケース２８を分解してクリーナエレメント２９を交換するメンテナンスが必要である。その点、エアクリーナ１５の上端は、エンジン１０の上端よりも上方に配置されている。そのため、メンテナンス頻度が高い想定される冷却ファン１２及びエアクリーナ１５は、エンジン１０に対して鉛直方向の同じ側（上側）に配置されることになる。よって、メンテナンス頻度の高いもの同士が集合配置され、メンテナンスの利便性を向上することができる。

また、オイルパン２６は、エンジン１０の下側に配置されたアキシャルギャップ発電機３の上方において、エンジン１０のクランクケース２１の下部に配置されているので、エンジン１０からのオイルをオイルパン２６に導く流路は、アキシャルギャップ発電機３を迂回する構造にする必要がなく、発電ユニット１をコンパクトに保つことができる。

また、水平方向において、動弁装置２４は、回転軸線Ｘに対して一方側に配置され、オイルパン２６は、回転軸線Ｘに対して他方側に配置されている。即ち、動弁装置２４とオイルパン２６とが回転軸線Ｘを挟むように配置されている。よって、発電ユニット１をコンパクトに保ちながら動弁装置２４及びオイルパン２６を共存させることができる。

また、小さいサブ発電機１４はエンジン１０の上側に配置され、大きいアキシャルギャップ発電機３はエンジン１０の下側に配置されているので、発電ユニット１の重心を下げて配置安定性を高めることができる。また、アキシャルギャップ発電機３よりも小さいサブ発電機１４をエンジン１０の上側に配置することで、エンジン１０の上側に配置される冷却ファン１２を避けつつもエンジン１０に近づけた状態でサブ発電機１４をアッパーカバー１１内に容易に収容でき、発電ユニット１をコンパクト化できる。

また、アキシャルギャップ発電機３は、軸線方向Ｘからみて、エンジン１０の外形の内側に配置されているので、発電ユニット１の水平方向の大型化を防ぐことができる。

また、エンジン１０を多気筒エンジンにすることによって発電能力を上げることができると共に、鉛直方向の占有スペースを低減できるアキシャルギャップ発電機３によって発電ユニット１を鉛直方向に小型化できる。特に、エンジン１０は、同一水平面上にて異なる方向に延びた複数の気筒２３を有するので、発電ユニット１を鉛直方向に好適に小型化できる。

また、インバータ５は発電ユニット１の一部をなすことでアキシャルギャップ発電機３に一体的に接続されているので、安定した直流電力を簡単に外部に供給できる発電ユニット１を提供できる。

また、アキシャルギャップ発電機３は、発電機能とスタータモータ機能とを兼ね備える統合スタータジェネレータであるので、更にスタータモータを搭載する必要がなくなり、発電ユニット１を小型化できる。

また、冷却流路７０を流れる冷媒によってアキシャルギャップ発電機３が冷却されて発電性能を向上できるとともに、エンジン１０を冷却する冷媒とアキシャルギャップ発電機３を冷却する冷媒とが共通化されて発電ユニット１を小型化できる。

また、発電ユニット１は、エンジン１０の回転動力に起因して機械インターフェース７から出力される機械エネルギーを、モータとして機能させたアキシャルギャップ発電機３の駆動力によるアシストで増加させることができる。モータはエンジンよりもトルクの調節が容易であるため、機械インターフェース７から出力される回転動力のトルクを容易かつ迅速に調節できる。

また、ハイブリッド車両５０においてアキシャルギャップ発電機３の下端が前輪ＦＷの上端よりも低く配置されるので、コンパクトな発電ユニット１によりスペース効率の良くて重心の低いハイブリッド車両５０を提供できる。

また、アキシャルギャップ発電機３は、その少なくとも一部が車外空間Ｓ２に露出するように車体５７の下側に配置されているので、アキシャルギャップ発電機３が走行風に晒されやすくなり、アキシャルギャップ発電機３を効率良く冷却できる。

また、アキシャルギャップ発電機３は、左前輪ＦＷと右前輪ＦＷとの間に配置されているので、車両全体でみて他の車載部品の配置スペースを残すことができる。

図８は、第１変形例の発電ユニット１０１のブロック図である。図８に示すように、第１変形例の発電ユニット１０１では、オイルポンプＰ１が発電ユニット１０１に含まれている。発電ユニット１０１は、機械インターフェース７の代わりに流体インターフェース１０７を有する。流体インターフェース１０７は、オイルポンプＰ１が吐出するオイルを外部に出力する。

具体的には、流体インターフェース１０７には、車両１５０のオイル制御弁ユニット５５の流入ポートに接続された配管が着脱可能に接続される。オイルポンプＰ１が吐出するオイルは、流体インターフェース１０７を介して、発電ユニット１０１の外部にあるオイル制御弁ユニット５５に向けて出力される。

このような構成によれば、オイルポンプＰ１が発電ユニット１０１に含まれるため、発電ユニット１を除いた車両１５０側の構成を簡素化することができる。また、エネルギーユニット１が汎用性の高い電気エネルギーの他に、流体エネルギーを出力することで、高出力エネルギーを外部の機器に与えやすく、外部の機器で高負荷の仕事を行いやすくすることができる。また、油圧を要求する外部の油圧アクチュエータ５６に対してエネルギーユニット１の流体インターフェース１０７を接続すれば、油圧アクチュエータ５６に油圧を供給できる。よって、簡単に流体エネルギーを供給できるカセット式のエネルギーユニット１を提供できる。なお、他の構成は前述した実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。

図９は、第２変形例の発電ユニット２０１のブロック図である。図９に示すように、第２変形例の発電ユニット２０１では、バッテリ５１が発電ユニット２０１に含まれている。発電ユニット２０１の電気インターフェース２０６は、バッテリ５１が放電する直流電力を外部に出力する。具体的には、電気インターフェース２０６には、車両２５０のインバータ５２に接続された電線が端子又はコネクタを介して着脱可能に接続される。なお、電気インターフェース２０６とインバータ５２との間で非接触給電が行われてもよく、その場合には電気インターフェース２０６はコイルにすればよい。

バッテリ５１が放電する電力は、電気インターフェース２０６を介して、発電ユニット２０１の外部にあるインバータ５２に供給される。また、インバータ５２は、トラクションモータ５３（図３）で回生された電力を、電気インターフェース２０６を介してバッテリ５１に充電する。電子制御ユニット４は、通信インターフェース８を介して電子制御ユニット５４から受信した信号に応じて、バッテリ５１の充放電を制御する。このような構成によれば、バッテリ５１が発電ユニット２０１に含まれるため、発電ユニット２０１を除いた車両２５０側の構成を簡素化することができる。なお、他の構成は前述した実施形態又は変形例と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。

図１０は、図２の発電ユニット１が着脱自在に搭載された変形例のハイブリッド車両３５０の側面図である。図１０に示すように、車両３５０は、左右一対の後輪ＲＷ（対象車輪）を有する。なお、車両３５０は、左右一対の前輪ＦＷを有してもよく、１つのみの前輪ＦＷを有してもよい。車両３５０は、左後輪ＲＷを車体３５７に接続する左スイングアーム３８０と、右後輪ＲＷを車体３５７に接続する右スイングアーム３８０と、を備える。各スイングアーム３８０の一端部は車体３５７に回動可能に接続され、各スイングアーム３８０の他端部は後輪ＲＷに回動可能に接続されている。スイングアーム３８０と車体３５７との間には図示しないサスペンション（ショックアブソーバー）が介在している。

車体３５７は、車外空間Ｓ２と区分けされた車内空間Ｓ３を画定している。車内空間Ｓ３は、ユーザが搭乗する乗員空間Ｓ３ａを含む。乗員空間Ｓ３ａは、車体３５７に取り付けられたドア３５８によって開閉される。車内空間Ｓ３は、乗員空間Ｓ３ａとは区分けられたリヤ収容空間Ｓ３ｂを含む。リヤ収容空間Ｓ３ｂは、乗員空間Ｓ３ａの後方に配置されている。リヤ収容空間Ｓ３ｂは、リヤ収容空間Ｓ３ｂは、スイングアーム３８０の上方に配置されている。

リヤ収容空間Ｓ３ｂには、発電ユニット１の少なくとも一部が配置されている。発電ユニット１は、アキシャルギャップ発電機３がエンジンユニット２の下方に位置する姿勢で車体３５７に支持されている。アキシャルギャップ発電機３の少なくとも一部は、車体３５７の下側に設けられて車外空間Ｓ２に露出している。アキシャルギャップ発電機３は、車内空間Ｓ３（本実施形態ではリヤ収容空間Ｓ３ｂ）と車外空間Ｓ２とにわたって配置されてもよいし、アキシャルギャップ発電機３の全体が車外空間Ｓ２に配置されてもよい。エンジンユニット２は、リヤ収容空間Ｓ３ｂに配置されているが、車外空間Ｓ２に配置されてもよい。

発電ユニット１は、左右方向において、左右のスイングアーム３８０の間に配置されている。発電ユニット１の少なくとも一部は、側面視においてスイングアーム３８０と重なっている。発電ユニット１は、（車両３５０が停車状態かつ空車状態のときに）アキシャルギャップ発電機３の下端が後輪ＲＷの上端よりも低く配置されるように車体３５７に搭載されている。アキシャルギャップ発電機３は、その下端がスイングアーム３８０の上端（前端）よりも低くなるように配置されている。

アキシャルギャップ発電機３は、（車両３５０が停車状態かつ空車状態のときに、）側面視においてスイングアーム３８０と重なるように配置されている。なお、スイングアーム３８０は後輪用であるが、アキシャルギャップ発電機３は、側面視において前輪用のスイングアームと重なるように配置されてもよい。

以上の構成によれば、アキシャルギャップ発電機３は、その下端がスイングアーム３８０の上端よりも低くなるように配置されているので、スイングアーム３８０を備えてサスペンションによる車体３５７の上下動が大きくなる車両３５０において、十分に重心を低くすることができる。また、左右のスイングアーム３８０に挟まれた空間にアキシャルギャップ発電機３を配置することで、車両全体でみてスペースを有効に使って他の車載部品の配置スペースを残すことができる。なお、他の構成は前述した実施形態又は変形例と同様であるため説明を省略する。

なお、本開示は前述した各実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。例えば、１つの実施形態又は変形例中の一部の構成又は方法を他の実施形態又は変形例に適用してもよく、実施形態又は変形例中の一部の構成は、その実施形態又は変形例中の他の構成から分離して任意に抽出可能である。

１，１０１，２０１ 発電ユニット
２ エンジンユニット
３ アキシャルギャップ発電機
４ 電子制御ユニット
５ インバータ（レギュレータ）
６，２０６ 電気インターフェース
７ 機械インターフェース
８ 通信インターフェース
９ 動力伝達経路
１０ エンジン
１２ 冷却ファン
１４ サブ発電機
１５ エアクリーナ
２１ クランクケース
２２ クランク軸
２４ 動弁装置
２６ オイルパン
３３ ステータ
３４ 第１ロータ
３５ 第２ロータ
５０，１５０，２５０，３５０ ハイブリッド車両
５１ バッテリ
５２ インバータ
５３ トラクションモータ
５４ 電子制御ユニット
５５ オイル制御弁ユニット
５６ 油圧アクチュエータ
５７，３５７ 車体
７０ａ エンジン冷却流路
７０ｂ 発電機冷却流路
７０ｃ インバータ冷却流路
１０７ 流体インターフェース
３８０ スイングアーム
Ｐ２ 冷媒ポンプ
Ｓ１ 車内空間
Ｓ２ 車外空間
Ｘ 回転軸線

Claims (17)

1. 軸線方向が鉛直に延びたクランク軸を有するエンジンと、
   前記軸線方向に延びた回転軸線周りに回転可能に前記クランク軸に接続されたロータと、前記ロータから前記軸線方向に隙間をあけた状態で前記ロータに前記軸線方向に対向ステータと、を有し、前記エンジンの軸線方向一方側に配置されたアキシャルギャップ発電機と、
   前記エンジンの下側に配置されたオイルパンと、を備え、
   前記アキシャルギャップ発電機は、前記エンジンの下側に配置されており、
   前記オイルパンは、前記アキシャルギャップ発電機の上側に配置されている、発電ユニット。
2. 前記エンジンの出力が一定となるように前記エンジンを制御する電子制御ユニットを更に備える、請求項１に記載の発電ユニット。
3. 前記エンジンに対して前記アキシャルギャップ発電機とは反対側に設けられ、前記クランク軸に接続された冷却ファンを更に備える、請求項１又は２に記載の発電ユニット。
4. 前記エンジンに供給される吸気を浄化するエアクリーナを更に備え、
   前記冷却ファンは、前記エンジンの上側に配置され、
   前記エアクリーナの上端は、前記エンジンの上端よりも上方に配置されている、請求項３に記載の発電ユニット。
5. 前記エンジンは、前記クランク軸を収容するクランクケースを有し、
   前記オイルパンは、前記クランクケースの下部に配置されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発電ユニット。
6. 前記エンジンは、水平方向に延びたシリンダと、前記クランク軸に連動して前記シリンダの吸排気を行う動弁装置と、を更に有し、
   前記動弁装置は、水平方向において、前記回転軸線に対して一方側に配置され、前記オイルパンは、前記回転軸線に対して他方側に配置されている、請求項５に記載の発電ユニット。
7. 軸線方向が鉛直に延びたクランク軸を有するエンジンと、
   前記軸線方向に延びた回転軸線周りに回転可能に前記クランク軸に接続されたロータと、前記ロータから前記軸線方向に隙間をあけた状態で前記ロータに前記軸線方向に対向するステータと、を有し、前記エンジンの軸線方向一方側に配置されたアキシャルギャップ発電機と、
   前記クランク軸に連動し、前記エンジンの駆動に使われる電力を発生するサブ発電機と、を備え、
   前記サブ発電機は、前記アキシャルギャップ発電機よりも小さく、
   前記アキシャルギャップ発電機は、前記エンジンの下側に配置され、前記サブ発電機は、前記エンジンの上側に配置されている、発電ユニット。
8. 軸線方向が鉛直に延びたクランク軸を有するエンジンと、
   前記軸線方向に延びた回転軸線周りに回転可能に前記クランク軸に接続されたロータと、前記ロータから前記軸線方向に隙間をあけた状態で前記ロータに前記軸線方向に対向するステータと、を有し、前記エンジンの軸線方向一方側に配置されたアキシャルギャップ発電機と、
   前記エンジンを冷却するエンジン冷却流路と、前記エンジン冷却流路に連通して前記アキシャルギャップ発電機を冷却する発電機冷却流路と、前記エンジン冷却流路及び前記発電機冷却流路に冷媒を供給可能な冷媒ポンプと、を更に備える、発電ユニット。
9. 前記アキシャルギャップ発電機は、前記軸線方向からみて、前記エンジンの外形の内側に配置され、
   前記ロータは、前記ステータの上下に配置された一対のロータである、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発電ユニット。
10. 前記エンジンは、多気筒エンジンである、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発電ユニット。
11. 前記アキシャルギャップ発電機が発生した交流電力を直流電力に変換して電圧調節するように構成されたレギュレータを更に備え、
    前記レギュレータは、前記アキシャルギャップ発電機に一体的に接続されている、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の発電ユニット。
12. 前記アキシャルギャップ発電機は、前記エンジンの前記クランク軸の回転動力によって電力を生成する発電機能と、前記エンジンを始動するスタータモータ機能とを兼ね備える、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の発電ユニット。
13. 軸線方向が鉛直に延びたクランク軸を有するエンジンと、
    前記軸線方向に延びた回転軸線周りに回転可能に前記クランク軸に接続されたロータと、前記ロータから前記軸線方向に隙間をあけた状態で前記ロータに前記軸線方向に対向するステータと、を有し、前記エンジンの軸線方向一方側に配置されたアキシャルギャップ発電機と、
    前記クランク軸の回転動力を電気以外のエネルギーとして出力する出力インターフェースと、を備え、
    前記クランク軸から前記出力インターフェースまでのエネルギー伝達経路は、回転動力を伝達する動力伝達経路を含み、
    前記アキシャルギャップ発電機は、前記動力伝達経路に機械的に接続されて、回転動力を出力可能に構成されている、発電ユニット。
14. 発電ユニットと、
    前記発電ユニットで発電された電力を充電可能なバッテリと、
    前記バッテリからの電力で駆動し、走行動力を発生するトラクションモータと、
    少なくとも１つの車輪と、
    前記車輪に支持される車体と、を備え、
    前記発電ユニットは、
    鉛直方向に延びたクランク軸を有するエンジンと、
    前記クランク軸の軸線方向に延びた回転軸線周りに回転可能に前記クランク軸に接続されたロータと、前記ロータから前記軸線方向に隙間をあけた状態で前記ロータに前記軸線方向に対向するステータと、を有し、前記エンジンの鉛直方向一方側に配置されたアキシャルギャップ発電機と、を有し、
    前記発電ユニットは、前記アキシャルギャップ発電機の下端が前記車輪の上端よりも低く配置されるように前記車体に搭載されており、
    前記車体は、車外空間と区分けされた車内空間を画定し、
    前記アキシャルギャップ発電機は、その少なくとも一部が前記車外空間に露出するように前記車体の下側に配置され、
    前記アキシャルギャップ発電機は、車内空間と車外空間とにわたって配置されている、シリーズハイブリッド車両。
15. 発電ユニットと、
    前記発電ユニットで発電された電力を充電可能なバッテリと、
    前記バッテリからの電力で駆動し、走行動力を発生するトラクションモータと、
    少なくとも１つの車輪と、
    前記車輪に支持される車体と、を備え、
    前記発電ユニットは、
    鉛直方向に延びたクランク軸を有するエンジンと、
    前記クランク軸の軸線方向に延びた回転軸線周りに回転可能に前記クランク軸に接続されたロータと、前記ロータから前記軸線方向に隙間をあけた状態で前記ロータに前記軸線方向に対向するステータと、を有し、前記エンジンの鉛直方向一方側に配置されたアキシャルギャップ発電機と、を有し、
    前記発電ユニットは、前記アキシャルギャップ発電機の下端が前記車輪の上端よりも低く配置されるように前記車体に搭載されており、
    前記少なくとも１つの車輪は、互いに左右方向に離れた左右一対の車輪を含み、
    前記アキシャルギャップ発電機は、前記左右一対の車輪の間に配置されている、シリーズハイブリッド車両。
16. 発電ユニットと、
    前記発電ユニットで発電された電力を充電可能なバッテリと、
    前記バッテリからの電力で駆動し、走行動力を発生するトラクションモータと、
    少なくとも１つの車輪と、
    前記車輪に支持される車体と、を備え、
    前記発電ユニットは、
    鉛直方向に延びたクランク軸を有するエンジンと、
    前記クランク軸の軸線方向に延びた回転軸線周りに回転可能に前記クランク軸に接続されたロータと、前記ロータから前記軸線方向に隙間をあけた状態で前記ロータに前記軸線方向に対向するステータと、を有し、前記エンジンの鉛直方向一方側に配置されたアキシャルギャップ発電機と、を有し、
    前記発電ユニットは、前記アキシャルギャップ発電機の下端が前記車輪の上端よりも低く配置されるように前記車体に搭載されており、
    一端部が前記車体に回動可能に接続された少なくとも１つのスイングアームを更に備え、
    前記少なくとも１つの車輪は、前記スイングアームの他端部が接続された対象車輪を含み、
    前記アキシャルギャップ発電機は、その下端が前記スイングアームの上端よりも低くなるように配置されている、シリーズハイブリッド車両。
17. 発電ユニットと、
    前記発電ユニットで発電された電力を充電可能なバッテリと、
    前記バッテリからの電力で駆動し、走行動力を発生するトラクションモータと、
    少なくとも１つの車輪と、
    前記車輪に支持される車体と、
    一端部が前記車体に回動可能に接続された少なくとも１つのスイングアームと、を備え、
    前記発電ユニットは、
    鉛直方向に延びたクランク軸を有するエンジンと、
    前記クランク軸の軸線方向に延びた回転軸線周りに回転可能に前記クランク軸に接続されたロータと、前記ロータから前記軸線方向に隙間をあけた状態で前記ロータに前記軸線方向に対向するステータと、を有し、前記エンジンの鉛直方向一方側に配置されたアキシャルギャップ発電機と、を有し、
    前記発電ユニットは、前記アキシャルギャップ発電機の下端が前記車輪の上端よりも低く配置されるように前記車体に搭載され、
    前記少なくとも１つの車輪は、前記スイングアームの他端部が接続された対象車輪を含み、
    前記アキシャルギャップ発電機は、その下端が前記スイングアームの上端よりも低くなるように配置され、
    前記少なくとも１つの対象車輪は、互いに左右方向に離れた左右一対の車輪を含み、
    前記アキシャルギャップ発電機は、側面視において、前記スイングアームと重なるように配置されている、シリーズハイブリッド車両。

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