JPS59122753A - 駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は自動車の駆＃Ｉ機構に関し、特にエンジンの出
力軸と負荷との間に回転電気機械を介在させることによ
シ、エンジンの負荷制御、負荷に対する出力トルクおよ
び回転速度の制御ならびにエネルギーの回収か行なえる
駆動機構に関するものである。

背景技術 従来一般に用いられている自動車の駆動機構は駆動源と
しエンジンを用いておシ、このエンジンの出力軸にはク
ラッチおよび変速機を介して推進軸が連結されている。

そして、エンジン出力の推進軸への接断はクラッチによ
って行なわれておシ、また推進軸に供給するトルクおよ
び回転数の制御はアクセルペタルの操作と変速機の切換
によって行なわれている。

この結果、自動車の走行に際しては、クラッチ、アクセ
ルおよび変速機ならびにブレーキを操作することによシ
、各種道路条件と走行目的に適した走行を行なっている
。

しかしながら、上記構成による駆！ｖＩ機構に於いては
、エンジンを比較的効率の良い条件下で使用するために
、複雑な構成でかつ高価なりうツチおよび変速機を使用
しなければならない。

また、上記構成に於いては、クラッチおよび変速機を用
いたとしても、エンジンの回転数およびトルクの変動範
囲が広くなシ、これに伴なってエンジンの効率が良い回
転数およびトルクの狭い変動範囲で使用することが出来
ない。その上、制動時には運動エネルギーをブレーキに
よって熱エネルギーに変換して目的を達しているので、
全体として効率を低下させることになっている。更に上
記構成に於いては、エンジンを始動するために用いるス
ターターモータおよび電装回路の電源としてのバッテリ
ーを充電するだめの発電機が附属装置として必要になる
等の種々問題を有している。

発明の開示 従って、不発明による目的は、簡単な構成であシながら
エンジンの効率が最も良くなる回転数およびトルクの狭
い変動範囲で使用することが出来る駆動機構を提供する
ことでりる。

本発明による他の目的は、スターターモータおよび発電
機の機能をも有する駆動機構を提供することである。

このような目的を達成するだめに本発明は、エンジンの
出力軸と負荷との間に発電可能な回転電気機械を設け、
この回転電気機械の固定子と回転子の回転中心に前記エ
ンジンの出力軸と負荷軸をそれぞれ連結し、回転電気機
械の電機子電流を制御するものである。

このように構成された。駆動機構によれば、簡単な構成
であシながら、エンジンの効率を最良に保ちながら変動
の大きな負荷を駆動することが出来る。また本発明によ
れば、発電機およびクラッチの機能をも持たせることが
出来る等の種々優れた効果を有する。

発明を実施するための最良な形態 第１図は本発明による駆動機構を自動車に適用した場合
の一実施例を示す要部断面図である。

同図に於いて１はガソリンを燃料とするエンジンであっ
て、その出力軸１ａから回転エネルギーが取シ出される
。２は発電可能に構成された回転電気機械であって、同
軸的に互いに回転自在に組み立てられた固定子２ａと回
転子２ｂとによって構成されている。そして、固定子２
ａはその回転中心部分が前記エンジンｌの出力軸ｌａに
同軸的に固定されているとともに、この固定子２ａの内
部に設けられている電伏子コイル２Ｃは、出力軸１ａに
装着されているスリップリング２ｄおよびこのスリップ
リング２ｄに接触するブラシ２ｅ、２ｆを介して外部に
引き出されている。また、回転子２ｂは負荷、駆動軸２
ｇの端部にスペーサー２ｈを介してＫ　＜＝子コイル２
ｃと対向する様に固定されたリング状の永久磁石２１と
によって構成されている。そして、この回転電気機械２
の負荷駆動軸２ｇは、自任継手３．推進軸４および自在
継手５を介して差動歯車６に連結されておシ、この差動
歯車６から２方向に延在する出力軸には、それぞれ駆動
輪７が固定されている。

第２区は、エンジンｌおよび回転電気機械２に対する制
御系の一例を示す回路図である。同図に於いて８は吸気
管であって、その一端はエンジン１の吸気ポートに連結
され、他端は吸気絞シ弁９を介してエヤーフィルター１
０に連結されている。１１はエンジンｌの各シリンダに
設けられた点火プラグ、１２は燃料噴射弁であって、図
示しない燃料タンクからノぐイブ１３を介して供給され
る燃料の吸気管８への噴射量を制御する。１４はマイク
ロコンピュータであって、図示しないアクセルペタルの
踏み込み量に応じて発生されるアクセル信号Ａ、エンジ
ン回転速度信号Ｂおよびクランク軸の回転位置を示す基
準位置信号Ｃを入力として演算することによシ、最適運
転状態とするための吸気制御信号り１点火制御信号Ｅお
よび燃料制御信号Ｆを発生する。また、このマイクロコ
ンピュータ１４は、バッテリー１５．〜１５５からなる
バッテリー二二ッ）１５に於ける各バッテリー１５．〜
１５５の出力電圧、充電電流および砒解液比重などから
なるバッテリー情報Ｇおよび回転電気機械２の出力軸２
ｇの回転速度信号Ｈを入力して演算することによシ、回
転電気機械２を制御するだめの制御信号Ｉを発生する。

１６は吸気制御信号りに応じて吸気絞り弁９の開度を制
御する吸気絞シ弁、駆動回路、１７は点火制御信号Ｅの
発生に応じて各気筒の点火プラグ１１に点火信号を供給
する点火回路、１８は燃料制御信号Ｆに応じて燃料噴射
弁１２を制御することによシ、吸気管への燃料噴射量を
制御する燃料噴射弁駆動回路、１９はバッテリーユニッ
ト１５を構成する各バッテリー１５１〜１５ｎ　　の出
力をそれぞれ独立して入力する接続組合せ回路であって
、制御信号■を入力とする制御回路２０によシその接続
組合せが制御されて回転電気機械２の電機子コイル２Ｃ
に供給される電圧および極性が変えられる。そして、こ
の接続組合せ回路１９は、例えば第３図に示す様にバッ
テリー選択スイッチ２２１〜２２５と、極性転換スイッ
チ２３１゜２３２とによって構成されておシ、図示状態
に於いては出力′１ヒ圧が零であって、ノクツテリー選
択スイッチ２２１〜２２５を順次切シ換えると、ノ々ツ
テ！Ｊ−１５，〜１５ｇが＋Ｖ次直列接続されて出力′
電圧が順次上昇し、極性転換スイッチ２３１．２３゜を
反転すると、出力電圧の極性が反転する。

このように構成された駆動機構に於いて、図示しないプ
レーキペタルを操作して、駆動輪７をロックした状態で
図示しないスタータースイッチを閉じると、マイクロコ
ンピュータ１４はエンジン回転速度信号Ｂおよび負荷の
回転状態を示す回転速度信号Ｈが共に零であることを判
別してエンジン始動モードとなる。マイクロコンピュー
タ１４が始動モードになると、バッテリー情報Ｇから充
電度合いの良いバッテリーを始動に必要な予め定められ
た数だけ選択するだめの制御信号工を発生する。制御回
路２０は、制御信号Ｉに応じて接続組合せ回路１９を構
成する第３図に示すバッテリー選択スイッチ２２１〜２
２５を選択して図示と逆の状態に切換えることによシ、
直列接続によシ出力を送出する。また、これと同時に極
性転換スイッチ２：ｈ、２３ｚを切シ換えて回転電気機
械２の電機子コイルに回転子２ｂが逆転する方向（固定
子２ａが正転する方向）に電流を供給する。このように
すると、駆動輪７がロックされていることから回転電気
機械２の回転子２ｂもロックされることになシ、固定子
２ａが反作用的に正回転されることになる。そして、こ
の固定子２ａの回転軸にはエンジンｌの出力軸１ａが連
結されていることから、このエンジンｌが回転されて始
動が行なわれる。

このようにして始動が行なわれると、マイクロコンピュ
ータ１４はアクセル（ｇＭＡＩエンジン回転速度信号Ｂ
および基準位置信号Ｃを基にして演算を行なうことによ
シ、アイドリング回転に最も適した吸気制御信号り１点
火制御化号Ｅおよび燃料制御信号Ｆを発生する。従って
、吸気絞シ弁駆動回路１６は吸気制御信号りに応じて吸
気絞シ弁９の開度を制御し、点火回路１７は点火制御信
号Ｅの発生に応じて点火信号を点火プラグ１１に供給し
、燃料噴射弁駆動回路１８は燃料制御信号Ｆに応じて燃
料噴射弁１２から燃料噴射量を制御することによって最
適アイドリング状態を保つ。また、マイクロコンピュー
タ１４はエンジン回転速度信号Ｂの値からエンジン１の
始動完了を検出する。

一方、回転電気機械２の負荷駆動軸２ｇの回転数Ｎと電
機子電圧■との関係は第４図に示す特性を有している。

ただし、Ｎｏはエンジン１の効率を最適に保てる範囲に
於ける回転数である。

そして、上述した状態に於いては、ブレーキ操作に伴な
う駆動輪７のロックによ多負荷駆動軸２ｇの回転は零と
なっているために、電機子にはこれに相当するｙ軸に示
す゛電圧ｖ１が発生されているはずである。マイクロコ
ンピュータ１４は、上述した始動の完了を検出すると、
制御信号工によ多制御回路２０を制御して第３図に示す
接続組合せ回路１９のバッテリー選択スイッチ２１１〜
２１５をすべて図示状態とは逆の状態に切シ換えて）々
ツテ’）−１５１〜１５．を電機子コイルの両端間に直
列に接続する。この結果、谷パッチ！Ｊ　−１５１〜１
５５が直列接続されたバッテリーユニット１５は、電機
子に発生される前記電圧Ｖ、によって充電される。そし
て、この場合に於ける充電電流は、平均的な充電状態に
よって定まる適切な充電電流となるように、ノぐツテリ
ー情報Ｇを基としてマイクロコンピュータ１４がエンジ
ン１の回転数ＮＯを最適効率範囲内で制御して第４図に
示す特性を上下に平行移動させて調整する。

次に、運転者が図示しないブレーキの操作を解除して図
示しないアクセルペタルを朗み込むと、この踏み込み量
に応じたアクセル信号Ａが発生される。従って、マイク
ロコンピュータ１４は、アクセル信号Ａを負荷駆動軸２
ｇの回転数Ｎに対する指令として受は取ることによシ、
これを実現するように各部を制御する。即ち、マイクロ
コンピュータ１４は、アクセル信号人に応じて制御回路
２０を制御して接続組合せ回路１９のバッテリー選択ス
イッチ２２１〜２２５を選択的に切シ換えることによシ
、充電量の少ない適当数のバッテリー選んでその出力を
′成磯子コイルに接続し、これによシ充竜電流を制御し
てエンジンｌの回転数ＮＯを上昇または下降させて結果
的に負荷駆動軸２ｇの回転数Ｎを運転者の指示に対応さ
せる。そして、エンジン１の回転数Ｎｏと運転者がアク
セル操作によって推定した負荷駆動軸２ｇの回転数Ｎが
ほぼ一致する場合には、バッテリー選択スイッチ２２１
〜２２５が第３図に示す状態となって電機子コイルの両
端がショートされた状態とな９、この電機子によって発
生される発電エネルギーのみによって１駆動されること
になる。

次に、運転者がアクセル信号人によって指示した負荷駆
動軸２ｇの回転数Ｎがエンジン１の回転数ＮＯよシも大
きな場合には、バッテリー選択スイッチ２２１〜２２ｓ
を選択して充電度の高いバッテリーを適当数選択して直
列接続するとともに、極性転換スイッチ２３１，２３ｇ
を切シ換えて回転子２ｂが正転するように加える。従っ
て、選択されたバッテリー１５．〜１５５は過渦な放電
電流をｔ機子コイルに供給することにより、固定子２ａ
に対して回転子２ｂを正転駆動することになる。この結
果、負荷駆動軸２ｇはこのバッテリーの放ｔ’を流に応
じた分だけエンジン１の回転数Ｎｏよシも増速されて指
令された回転数Ｎとなる。そして、この増速分は、マイ
クロコンピュータ１４から発生される制御信号工によっ
て作動する制御回路２０のバッテリー選択数によって変
化することになる。

次に、運転者がアクセルペタルの踏み込みを解除するか
、又は賭み込みを浅くすると、アクセル（Ｍ　号Ａ　Ｆ
ｉ欲少するので、マイクロコンピュータは再びそれ以前
の状態を複元する様に動作することになる。この場合、
過度的にはアクセル信号Ａによって指定した回転数よシ
も負荷、駆動軸の回転が早くなるので車体の運動エネル
ギーはバッテリーに回収充電されることになシ、暫時の
後には負荷駆動軸がアクセル信号人によって指定した回
転数になる。勿論運転者はアクセルペタルの賭み込み解
除と同時に、従来機構の自動車と同様にブレーキペダル
を必要に応じて踏むことが出来るのは云う迄もない。

このように、回転電気機械２の電機子電流を制御するこ
とによシ、エンジン１の回転数Ｎｏに対する負荷駆動軸
２ｇの回転数Ｎを任意に変えられることになシ、これに
伴なってエンジンｌの回転数Ｎｏをエンジンの効率を良
好に保つ範囲内に於いて使用することが出来る。

次に、エンジンの出力軸１ａと負荷駆動軸２ｇとの連結
を解いてアイドリンク状態とする場合には、電歳子電流
の通路の一部に設けた図示しないスイッチを開放するこ
とによシ、固定子２ａと回転子２ｂ間がフリーとなシ、
これに伴なってクラッチを切った場合と同様になる。

なお、エンジン１の回転数Ｎｏの変化範囲は、エンジン
１の効率を良好に保つことが出来る範囲内になる様に回
転速度信号Ｈに対するパッチ’）−１５１〜１５ｓの接
続組合せ個数をコンピュータ１４の内部にセットしてお
き、プログラムにしたがって制御信号Ｉを変化させるよ
うにする。

また、このプログラムは、バッテリー１５１〜１５ｇの
充電度合および運転者の総括指示（例えば市街地走行と
ハイウェイ走行等）によって、マイクロコンピュータ１
４の内部または外部から変更指定が行なえるようにして
も良い。更に上記実施例に於いては、回転電気機械２を
整流子モータ構成としたが、電機子内に半導体スイッチ
ング素子を設けることによシ、整流子のないモータ構成
としても良く、また回転子の永久磁石全励磁コイルに代
えて励磁電流を可変することにより、第４図に示す特性
の傾斜を調整することが出来る。また、回転子に電愼子
を設け、固定子に界磁を設けても良く、〕■当な操作機
構を設けるならば多流モータ検電とすることも出来る。

更に上記実施例に於いては、ノクツテリーを選択するの
に電磁スイッチを用いたが、半導体スイッチング素子を
用いて固体化することも出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による駆動機構を自動車に適用した場合
の一実施例を示す要部断面図、第２図は第１図に示す駆
動機構の制御系を示す回路図、第３図は第２図に示す接
続組合せ回路の具体例を示す回路図、第４図は第１図に
示す駆動機構の特性図である。 １°°°エンジン、ｌａ・・・出力軸、２・・・回転電
気機械、２ａ・・・固定子、２ｂ・・・回転子、２ｃ・
・・電機子コイル、２ｇ・・・負荷駆動軸、２ｉ・・・
永久磁石。 出　願　人　新日本電気株式会社 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１〕　　エンジンと、このエンジンの出力軸と負荷駆
   動軸との間に設けられた発電可能な回転電気機械とから
   −なシ、前記回転電気機械は同軸的に互いに回転する固
   定子と回転子を有し、この固定子および回転子の回転軸
   は前記エンジンの出力軸と負荷駆動軸のいずれかにそれ
   ぞれ連結されるとともに、前記固定子および回転子のい
   ずれかに設けられている電機子コイルに流れる電流が制
   御されることによシ、前記エンジンに対する°負荷制御
   、負荷に対する出力トルクおよび回転速度の制御が行な
   われることを特徴とする躯＠機構。