WO2013099418A1 - 電動過給装置 - Google Patents

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WO2013099418A1
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hydraulic pump
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林　慎之
幹 惠比寿
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三菱重工業株式会社
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    • F16H—GEARING
    • F16H39/00—Rotary fluid gearing using pumps and motors of the volumetric type, i.e. passing a predetermined volume of fluid per revolution
    • F16H39/02—Rotary fluid gearing using pumps and motors of the volumetric type, i.e. passing a predetermined volume of fluid per revolution with liquid motors at a distance from liquid pumps

Definitions

  • the present invention relates to an electric supercharging device that supercharges intake air of an internal combustion engine of a vehicle by rotating a compressor by driving an electric motor.
  • Patent Document 1 discloses an example of this electric supercharger.
  • the electric supercharger disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIG.
  • the electric supercharging device 102 incorporated in the air supply flow path 101 of the engine 100 which is an internal combustion engine includes a compressor 104 provided facing the air supply flow path 101 and a motor for driving the compressor 104. 106, a control device 108 for controlling the electric motor 106, a steering lever manually operated by the driver, etc., and a supercharging amount adjustment means 110 for instructing the control device 108 to supercharge the supercharging amount of the electric supercharging device 102;
  • the display unit 112 includes a display unit provided on an instrument panel (not shown) in front of the driver's seat, and includes a display unit 112 for displaying a supercharging amount, and a power supply 114 such as an on-vehicle battery or an alternator.
  • the control device 108 includes a drive device 116 for driving the electric motor 106, and a control command unit 118 for controlling the drive device 116 in accordance with the supercharging amount set by the driver.
  • the control device 108 incorporates, for example, an inverter, converts the power supplied from the power source 114 into an alternating current, and controls the rotational speed of the motor 106 by arbitrarily changing the voltage and the frequency.
  • a power storage device such as a battery constituting the power supply 114 has a low voltage (for example, 12 V)
  • a large current needs to be supplied to the motor 106 in order to rotate the motor 106 at a high speed.
  • the amount of heat generation of the motor 106 becomes large, and it is necessary to add a cooling device for cooling the motor 106.
  • the present invention is an invention made under the state of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide an electric supercharging device having a high degree of freedom in layout and capable of suppressing heat generation of a motor. .
  • the present invention was invented to achieve the problems and the objects in the prior art as described above, and the electric supercharging device according to the present invention rotates a compressor by driving an electric motor to rotate an compressor of a vehicle.
  • An electric supercharging device for supercharging intake air A speed increasing means for speeding up the rotation of the motor and transmitting it to the compressor;
  • the speed increasing means is A variable displacement hydraulic pump connected to the motor and driven by the motor, the displacement of which can be adjusted;
  • a variable displacement hydraulic motor connected to the compressor and driven by hydraulic fluid supplied from the hydraulic pump and capable of adjusting displacement volume;
  • the hydraulic pump and the hydraulic motor are controlled to make the ratio of the displacement of the hydraulic pump to the displacement of the hydraulic motor larger than 1, and to increase the rotational speed of the hydraulic motor more than the rotational speed of the motor And a rotational speed adjustment unit.
  • the compressor can be rotated at a higher speed than the rotation of the motor.
  • the compressor can be rotated at a predetermined number of rotations without rotating the motor at a high speed. Therefore, the motor can be prevented from becoming hot.
  • the speed increasing means is constituted by a hydraulic motor, a hydraulic pump or the like, the hydraulic pump can be disposed at a position away from the hydraulic motor. That is, since the motor connected to the hydraulic pump can be disposed at a position away from the compressor, the degree of freedom in layout is improved. As a result, a layout capable of installing a cooling device for cooling the motor can be obtained.
  • the speed increasing means drives the hydraulic motor by the circulating hydraulic oil, no heat is generated in the speed increasing means, and it is not necessary to provide a cooling device like an electric motor.
  • the rotational speed adjustment unit controls the hydraulic pump and the hydraulic motor, and the ratio of the displacement of the hydraulic pump to the displacement of the hydraulic motor is 1 or more. Since the rotation speed of the hydraulic motor can be increased by increasing the size, there is no need to separately provide a mechanical speed increaser. In addition, when the rotational speed of the motor is rapidly increased, if the rotational speed of the motor is rapidly increased, the motor may be out of step (in which the synchronous speed and the actual rotational speed do not match).
  • the speed increasing means is A sun roller or sun gear (hereinafter referred to as a sun body) connected to the rotation shaft of the compressor, and a plurality of planet rollers or planet gears disposed along the outer periphery of the sun body and in contact with the sun body (Hereinafter referred to as a planet), a carrier for supporting the plurality of planets rotatably and revolvably, an annular member disposed outside the plurality of planets and in contact with the plurality of planets
  • the output shaft of the hydraulic motor may be connected to either the carrier or the ring roller.
  • the speed increasing means further includes a planetary roller traction drive or a planetary gear, it is possible to further speed up the rotational speed accelerated by the hydraulic pump and the hydraulic motor.
  • the number of revolutions of the compressor when the number of revolutions of the compressor is set in advance, the number of revolutions of the hydraulic motor can be reduced by further using a planetary roller traction drive or a planetary gear as the speed increasing means. It is possible to prevent the occurrence of excessive centrifugal force generated in the hydraulic motor during rotation.
  • a planetary roller type traction drive it is possible to reduce the vibration and noise of the electric supercharger. At the same time, it is possible to eliminate the support bearing of the compressor shaft and to simplify the structure.
  • variable displacement hydraulic pump includes: a cylinder; a plurality of hydraulic chambers surrounded by a piston sliding in the cylinder; a cam having a cam curved surface engaged with the piston;
  • the high pressure valve for opening and closing the high pressure oil flow path of each hydraulic circuit connected to the chamber, and the low pressure valve for opening and closing the low pressure oil flow path of each hydraulic circuit connected to each hydraulic chamber
  • the cam may be an annular ring cam having a wave-like cam curved surface in which a plurality of concavities and convexities are alternately arranged.
  • variable displacement hydraulic motor includes a cylinder, a plurality of hydraulic chambers surrounded by a piston sliding in the cylinder, a cam having a cam curved surface engaged with the piston, and each hydraulic pressure.
  • the high pressure valve for opening and closing the high pressure oil flow path of each hydraulic circuit connected to the chamber, and the low pressure valve for opening and closing the low pressure oil flow path of each hydraulic circuit connected to each hydraulic chamber
  • the cam may be an eccentric cam provided eccentrically from the center of the motor rotation shaft.
  • the hydraulic pump and the hydraulic motor are controlled by controlling the operating states (the number of operating hydraulic chambers or the operating stroke range of the pistons in the hydraulic chambers) with a small amount of operating pressure (a number of operating hydraulic chambers). Since the flow rate can be adjusted without throttling, it is possible to adjust to a low loss, high response, and a wide range of acceleration / deceleration ratio. Thus, power from the motor can be efficiently transmitted to the compressor. And, if the hydraulic pump and the hydraulic motor according to the present invention are configured as the above-described variable displacement hydraulic pump and hydraulic motor, it is possible to obtain an electric supercharging device having high response, high efficiency and excellent controllability. .
  • an electric supercharging device having a high degree of freedom in layout and capable of suppressing heat generation of the motor.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an electric supercharging device according to a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the structural example of the hydraulic pump of an electric supercharging apparatus. It is a figure showing an example of composition of a hydraulic motor of an electric supercharger. It is the schematic which shows the electric supercharging apparatus which concerns on 2nd embodiment of this invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along a line DD in FIG. It is a figure showing the conventional electric supercharger.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an electric supercharger according to a first embodiment of the present invention. First, with reference to FIG. 1, the whole structure of the electric supercharging apparatus of this invention is demonstrated.
  • the electric supercharging device 1 of the present invention comprises an electric motor 2, a compressor 3 for supercharging intake of an engine (not shown) of a vehicle, and a compressor for accelerating rotation of the electric motor 2. And a rotational speed adjusting means 4 for adjusting the rotational speed of the compressor 3 by controlling the rotational speed of the electric motor 2 and the speed increasing ratio of the hydraulic speed increaser 10. .
  • the hydraulic speed increaser 10 is connected to the output shaft 2A of the electric motor 2 and is connected to the variable displacement hydraulic pump 12 driven by the electric motor 2 and the rotation shaft 3A of the compressor 3. And a hydraulic circuit 13 formed by connecting the hydraulic pump 12 and the hydraulic motor 14 to each other.
  • the input shaft of the hydraulic pump 12 is connected to the output shaft 2A directly connected to the motor rotor 2B of the electric motor 2 via a coupling.
  • the hydraulic pump 12 can be driven by the operation of the electric motor 2.
  • the electric motor 2 has a rotation number detection function of detecting the rotation number of the electric motor 2.
  • the rotational speed of the electric motor 2 is output to the rotational speed adjustment means 4.
  • the output shaft of the hydraulic motor 14 is connected to the rotation shaft 3A of the compressor 3 via a coupling.
  • a rotary shaft 3A of the compressor 3 penetrates a cover 3B of the compressor 3 and is rotatably supported by a bearing 6 provided inside the bearing housing 5.
  • a rotational speed detector 7 for detecting the rotational speed of the compressor 3 is provided in the bearing housing 5.
  • the detected value of the rotational speed detector 7 is output to the rotational speed adjustment means 4.
  • a discharge port is provided on the top of the cover 3B of the compressor 3. The discharge port is connected to an air supply pipe that supplies air to the engine.
  • the hydraulic circuit 13 of the hydraulic speed increaser 10 is constituted by a high pressure oil passage 16 and a low pressure oil passage 18 provided between the hydraulic pump 12 and the hydraulic motor 14.
  • the high pressure oil passage 16 connects the discharge side of the hydraulic pump 12 to the suction side of the hydraulic motor 14, and the low pressure oil passage 18 connects the discharge side of the hydraulic motor 14 to the suction side of the hydraulic pump 12 There is.
  • the rotation speed adjustment means 4 includes a speed increasing ratio calculating unit 19 that calculates a speed increasing ratio of the hydraulic speed increasing device 10, and the hydraulic pump 12, the hydraulic motor 14, and the like based on the results calculated by the speed increasing ratio calculating unit 19.
  • a hydraulic pump control unit 15 that controls each of the electric motors 2, a hydraulic motor control unit 17, and an electric motor control unit 20 are provided.
  • the hydraulic pump control unit 15 controls the amount of discharged oil discharged by the rotation of the input shaft of the hydraulic pump 12, that is, the displacement volume as the amount of discharged oil per rotation.
  • hydraulic motor control unit 17 controls the displacement per rotation of the output shaft of the hydraulic motor 14.
  • the electric motor control unit 20 incorporates an inverter formed of a switching element such as an FET, converts electric power supplied from a battery or the like into alternating current, and arbitrarily changes voltage and frequency to convert electric power. The rotational speed of the motor 2 is controlled.
  • an inverter formed of a switching element such as an FET, converts electric power supplied from a battery or the like into alternating current, and arbitrarily changes voltage and frequency to convert electric power. The rotational speed of the motor 2 is controlled.
  • the speed increasing ratio calculating unit 19 determines the predetermined number of revolutions of the compressor 3 determined based on the amount of depression detected when the driver depresses the accelerator, the condition of intake pressure required for the change of the number of revolutions of the engine, etc. And based on the rotation speed of the electric motor 2 detected by the electric motor 2, the speed-up ratio (ratio of the displacement of the hydraulic pump 12 and the displacement to the hydraulic motor 14) of the hydraulic transmission 10 is calculated.
  • the product V1N1 of the displacement V1 of the hydraulic pump 12 and the rotational speed N1 of the hydraulic pump 12 becomes the discharged oil amount, and the displacement V2 of the hydraulic motor 14
  • the hydraulic chamber 33 is a pump by controlling the open / close timing of the high pressure valve 36 and the low pressure valve 38. It can adjust by controlling the number which functions as, or controlling the range (stroke range of piston 32) in which the hydraulic pressure chamber 33 functions as a pump. Further, in the hydraulic motor 14 as well, the opening / closing timings of the high pressure valve 46 and the low pressure valve 48 are controlled to control the number of hydraulic chambers 43 functioning as a motor, and the hydraulic chambers 43 also function as a motor (piston 42 Can be adjusted by controlling the stroke range of
  • the speed increasing ratio calculating unit 19 sets the displacement V1 of the hydraulic pump 12, the number of revolutions N1 of the hydraulic pump 12, the displacement V2 of the hydraulic motor 14, and the number of revolutions N2 of the hydraulic motor 14 so as to obtain the calculated speed increasing ratio.
  • the open / close timing of the high pressure valve 36 and the low pressure valve 38, the open / close timing of the high pressure valve 46 and the low pressure valve 48, and the like are determined.
  • the speed increasing ratio calculation unit 19 outputs the displacement V1 of the hydraulic pump 12, the rotational speed N1 of the hydraulic pump 12, the open / close timing of the high pressure valve 36 and the low pressure valve 38, and the like to the hydraulic pump control unit 15.
  • the displacement volume V2 of the hydraulic motor 14, the rotational speed N2 of the hydraulic motor 14, the open / close timing of the high pressure valve 46 and the low pressure valve 48, and the like are output to the hydraulic motor control unit 17.
  • the hydraulic motor control unit 17 and the hydraulic pump control unit 15 respectively control the hydraulic motor 14 and the hydraulic pump 12 based on these results.
  • the speed increasing ratio calculating unit 19 compares the predetermined rotation number of the set compressor 3 with the measurement value of the rotation number detector 7, and when the measurement value is different from the predetermined rotation number, While calculating the speed increase ratio, the displacement volume V1 of the hydraulic pump 12 and the like are determined.
  • the rotation speed of the electric motor 2 is increased to set the compressor 3 at a predetermined rotation speed, for example, 100,000 rpm to 200,000 rpm. Can be rotated.
  • the rotational speed adjustment means 4 of the electric supercharger 1 sets the speed increase ratio of the hydraulic speed increaser 10 high without rapidly changing the rotational speed of the electric motor 2 when accelerating the vehicle. By doing this, the increase in the number of revolutions of the compressor 3 is addressed.
  • the rotational speed adjustment means 4 gradually increases the rotational speed of the electric motor 2 and lowers the speed increase ratio of the hydraulic speed increaser 10 so that the compressor 3 It controls so that it can rotate at a predetermined number of rotations.
  • the speed increasing ratio calculating unit 19 determines the number of revolutions of the electric motor 2 and calculates the speed increasing ratio of the hydraulic speed increaser 10. Thereafter, the speed increasing ratio calculating unit 19 outputs the determined number of rotations of the electric motor 2 to the electric motor control unit 20, and outputs the displacement volumes V1, V2, etc. to the hydraulic motor control unit 17 and the hydraulic pump control unit 15, respectively.
  • the electric motor control unit 20 controls the electric motor 2 so that the rotational speed of the electric motor 2 is output from the speed increasing ratio calculation unit 19. Further, the hydraulic motor control unit 17 and the hydraulic pump control unit 15 control the hydraulic motor 14 and the hydraulic pump 12 so that the speed increase ratio output from the speed increase ratio calculation unit 19 is obtained.
  • the rotation of the electric motor 2 is The compressor 3 can be rotated at high speed.
  • the compressor 3 can be rotated at a predetermined rotational speed without applying a high load to the electric motor 2. Therefore, it can prevent that the electric motor 2 becomes high temperature.
  • the hydraulic step-up gear 10 is constituted by the hydraulic motor 14, the hydraulic pump 12 and the hydraulic circuit 13, the hydraulic pump 12 can be disposed at a position away from the hydraulic motor 14, and the layout freedom Improve. Therefore, the electric motor 2 can be disposed at a position apart from the compressor 3.
  • the rotational speed adjustment means 4 can adjust the rotational speed of the electric motor 2 and the speed increase ratio of the hydraulic speed increaser 10, the rotational speed of the electric motor 2 and the speed increase ratio of the hydraulic speed increaser 10 The combination of can be changed suitably. Thereby, it is possible to prevent high load from being applied to one of the electric motor 2 and the hydraulic speed increaser 10.
  • the rotational speed of the compressor 3 is rapidly increased, if the rotational speed of the electric motor 2 is rapidly increased, the electric motor 2 may be out of step or the control of the rotational speed may be unstable. .
  • the step out of the electric motor 2 is prevented.
  • Stable control can be performed.
  • the electric motor 2 can be operated at a rotational speed at which the torque output of the electric motor 2 is maximized, so that the expensive electric motor 2 can output high torque at high speed.
  • An inexpensive electric motor 2 can be used without using
  • the hydraulic pump 12 is provided for a plurality of hydraulic chambers 33 formed by the cylinder 30 and the piston 32, a cam 34 having a cam curved surface engaged with the piston 32, and each hydraulic chamber 33. And a low pressure valve 38.
  • the cylinder 30 is a cylinder provided in a cylinder block described later.
  • An oil pressure chamber 33 surrounded by the cylinder 30 and the piston 32 is formed in the cylinder 30.
  • the piston 32 is attached to a piston main body 32A sliding in the cylinder 30, and to the piston main body 32A from the viewpoint of smoothly operating the piston 32 in accordance with the cam curve of the cam 34, It is preferable to comprise with the piston roller or piston shoe to engage.
  • the piston roller is a member that rotates in contact with the cam curved surface of the cam 34
  • the “piston shoe” is a member that slides in contact with the cam curved surface of the cam 34.
  • FIG. 2 shows an example in which the piston 32 is composed of a piston main body 32A and a piston roller 32B.
  • the cam 34 is mounted on the outer peripheral surface of the input shaft 8 of the hydraulic pump 12 via a cam mount 35.
  • the cam 34 moves the pistons 32 of the hydraulic pump 12 up and down many times while the input shaft 8 of the hydraulic pump 12 makes one revolution, thereby increasing the torque of the hydraulic pump 12.
  • the portion 34 B be a ring cam having a wave-shaped cam curved surface alternately arranged around the input shaft 8 of the hydraulic pump 12.
  • the cam 34 is fixed to the cam mount 35 by using an arbitrary fixing member 31 such as a bolt, a key, or a pin.
  • the high pressure valve 36 is provided in the high pressure communication passage 37 between each hydraulic pressure chamber 33 and the high pressure oil passage 16.
  • the low pressure valve 38 is provided in the low pressure communication passage 39 between each hydraulic chamber 33 and the low pressure oil passage 18.
  • adjustment of the displacement volume of the hydraulic pump 12 is performed, for example, by controlling some of the plurality of cylinders 30 to be in an idle state.
  • the control to the idle state is performed, for example, by opening the low pressure valve 38 during the pump process.
  • the open / close timing of the high pressure valve 36 and the low pressure valve 38 in each cylinder 30 and adjusting the displacement volume of each cylinder 30 can also be adjusted.
  • the hydraulic motor 14 is provided for each of the hydraulic chambers 43, a plurality of hydraulic chambers 43 formed by the cylinder 40 and the piston 42, a cam 44 having a cam curved surface engaged with the piston 42. It comprises the high pressure valve 46 and the low pressure valve 48 which have been set.
  • the cylinder 40 is a cylinder provided in a cylinder block described later.
  • An oil pressure chamber 43 surrounded by the cylinder 40 and the piston 42 is formed in the cylinder 40.
  • the piston 42 is attached to a piston main body 42A sliding inside the cylinder 40 and a cam curved surface of the cam 44 from the viewpoint of smoothly converting the vertical movement of the piston 42 to the rotational movement of the cam 44. It is preferable to comprise a piston roller or piston shoe engaged with the
  • the “piston roller” is a member that rotates in contact with the cam curved surface of the cam 44
  • the “piston shoe” is a member that slides in contact with the cam curved surface of the cam 44.
  • FIG. 3 shows an example in which the piston 42 is composed of a piston main body 42A and a piston roller 42B.
  • the cam 44 is an eccentric cam provided eccentrically from the axial center O of the output shaft 45 of the hydraulic motor 14 connected to the compressor 3. While the piston 42 moves up and down once, the output shaft 45 of the hydraulic motor 14 to which the cam 44 and the cam 44 are attached is made to rotate once.
  • the high pressure valve 46 is provided in the high pressure communication passage 47 between each hydraulic pressure chamber 43 and the high pressure oil passage 16.
  • the low pressure valve 48 is provided in the low pressure communication passage 49 between each hydraulic pressure chamber 43 and the low pressure oil passage 18.
  • the hydraulic motor 14 moves the piston 42 up and down using the differential pressure between the high pressure oil flow passage 16 and the low pressure oil flow passage 18 to move the piston 42 from the top dead center to the bottom dead center. Is repeated from the bottom dead center to the top dead center.
  • the high pressure valve 46 is opened and the low pressure valve 48 is closed, whereby high pressure oil is supplied from the high pressure oil passage 16 to the hydraulic chamber 43 via the high pressure communication passage 47.
  • the high pressure valve 46 is closed and the low pressure valve 48 is opened, whereby the hydraulic oil in the hydraulic chamber 43 is discharged to the low pressure oil passage 18 through the low pressure communication passage 49.
  • the adjustment of the displacement volume of the hydraulic motor 14 is performed, for example, by controlling some of the plurality of cylinders 40 in an idle state, as in the case of the hydraulic pump 12.
  • the control to the idle state is performed, for example, by opening the low pressure valve 48 during the motor process.
  • the open / close timing of the high pressure valve 46 and the low pressure valve 48 in each cylinder 40 and adjusting the displacement of each cylinder 40 the displacement of the entire hydraulic motor 14 can be adjusted.
  • the hydraulic pump 12 and the hydraulic motor 14 are operated by a small amount and the operating states of the hydraulic chambers 33 and 43 (the number of the hydraulic chambers 33 and 43 or the operating stroke of the pistons 32 and 42 in the hydraulic chambers 33 and 43)
  • the flow rate can be adjusted without throttling, so it is possible to adjust to a low loss, high responsiveness and a wide range of acceleration / deceleration ratio it can.
  • the power from the electric motor 2 can be efficiently transmitted to the compressor 3. Therefore, by using the hydraulic pump 12 and the hydraulic motor 14 according to the present invention, the electric supercharging device 1 can be made to have high response, high efficiency, and excellent controllability.
  • variable displacement hydraulic pump 12 and the variable displacement hydraulic motor 14 are used, and the rotational speed of the hydraulic motor 14 can be controlled by adjusting the displacement ratio of the two, so the mechanical type There is no need to provide a separate transmission.
  • FIG. 4 is a schematic view showing an electric supercharger according to a second embodiment of the present invention.
  • 5 is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG.
  • the electric supercharging device 21 includes a planetary roller traction drive 22 between the compressor 3 and the hydraulic motor 14.
  • the planetary roller type traction drive 22 includes a sun roller 23 connected to the rotation shaft 3A of the compressor 3, a plurality of planet rollers 24 pressed against the outer peripheral surface of the sun roller 23, and a plurality of planet rollers 24.
  • a carrier 25 rotatably and rotatably supported, and a ring roller 26 disposed outside the plurality of planet rollers 24 and pressed against the plurality of planet rollers 24 are configured.
  • An output shaft 45 of the hydraulic motor 14 is connected to an input shaft 25 A of the carrier 25 via a coupling 27.
  • the output shaft 45 of the hydraulic motor 14 is connected to the carrier 25, but may be connected to the ring roller 26.
  • a thrust bearing 28 for preventing axial movement of the planetary roller traction drive 22 is provided on the rotary shaft 3A of the compressor 3 and the input shaft 25A of the carrier 25.
  • the carrier 25 revolves, for example, in the direction of arrow A in FIG.
  • the ring roller 26 is fixed, and traction is applied to the contact portion between the planetary roller 24 and the carrier 25. Therefore, the planetary roller 24 rotates in the arrow B direction as the carrier 25 revolves. Further, since the traction acts also on the contact portion between the planet roller 24 and the sun roller 23, the sun roller 23 rotates in the arrow C direction. Then, the rotation shaft 3A of the compressor 3 connected to the sun roller 23 is rotated together with the sun roller 23, whereby the compressor 3 is rotated. At this time, the planetary roller traction drive 22 acts as a speed increasing device.
  • the hydraulic pump 12 and the hydraulic motor 14 can be used in addition to the effects of the first embodiment described above.
  • the increased speed can be further increased.
  • the rotation speed of the hydraulic motor 14 can be reduced, the generation of the excessive centrifugal force generated in the hydraulic motor 14 can be prevented when the hydraulic motor 14 is rotating at high speed.
  • the rotation shaft 3A of the compressor 3 is connected to the sun roller 23, and the sun roller 23 is sandwiched by the planet rollers 24 from a plurality of directions, the radial bearing is not necessary.
  • the planetary roller type traction drive 22 it is possible to reduce vibration and noise.
  • the planetary roller traction drive 22 is used, but a planetary gear may be used.
  • the present invention can be used as an electric supercharging device which can accelerate rotation of an electric motor and can be applied to a compressor.

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Abstract

レイアウトの自由度が高く、且つ電動機の発熱を抑制可能な電動過給装置を提供することを目的とし、電動過給装置１は、電動モータ２と、車両のエンジンの吸気を過給するコンプレッサ３と、電動モータ２の回転を増速してコンプレッサ３に伝達する油圧増速機１０と、電動モータ２の回転数及び油圧増速機１０の増速比を制御してコンプレッサ３の回転数を調整する回転数調整手段４と、を備えている。油圧増速機１０は、電動モータ２に接続され、電動モータ２により駆動される可変容量型の油圧ポンプ１２と、コンプレッサ３に接続され、油圧ポンプ１２から送給される作動油によって駆動する可変容量型の油圧モータ１４と、油圧ポンプ１２と油圧モータ１４とを接続して形成される油圧回路１３と、を備えている。

Description

電動過給装置
　本発明は、電動機の駆動によりコンプレッサを回転させて車両の内燃機関の吸気を過給する電動過給装置に関する。
　従来、車両等の内燃機関の排気ガスによりタービンを高速回転させ、このタービンと回転軸を共有するコンプレッサを駆動させて内燃機関に過給する過給機がある。かかる過給機の駆動は、内燃機関の排気が必要であり、発進時や急速加速時等に対応できないので、コンプレッサの回転軸を電動機で駆動する電動過給装置が用いられている。この電動過給装置の一例が特許文献１に開示されている。以下、特許文献１に開示された電動過給装置を図６により説明する。
　図６に示すように、内燃機関であるエンジン１００の給気流路１０１に組み込まれた電動過給装置１０２は、給気流路１０１に面して設けられたコンプレッサ１０４と、コンプレッサ１０４を駆動する電動機１０６と、この電動機１０６を制御する制御装置１０８と、運転者が手動操作する操舵レバー等からなり、制御装置１０８に、電動過給装置１０２の過給量を指令する過給量調整手段１１０と、運転席正面のインストルメントパネル（図示省略）に設けられた表示部で構成され、過給量を表示する表示手段１１２と、車載バッテリ、オールタネータ等の電源１１４とからなる。
　制御装置１０８は、電動機１０６を駆動する駆動装置１１６と、運転者が設定する過給量に応じて駆動装置１１６を制御する制御指令部１１８とを備えている。制御装置１０８は、例えばインバータを内蔵し、このインバータにより、電源１１４から供給される電力を交流に変換し、電圧及び周波数を任意に変更することで、電動機１０６の回転速度を制御する。
　電源１１４を構成するバッテリ等の蓄電装置は、低電圧（例えば、１２Ｖ）なので、電動機１０６を高速で回転させるためには、電動機１０６に大電流を流す必要がある。電動機１０６に大電流を流すと電動機１０６の発熱量が大きくなり、電動機１０６を冷却する冷却装置を付加する必要がある。
特開２００６－２５８０９４号公報
　上記特許文献１に記載の電動過給装置では、電動機をコンプレッサに直結させているため、電動機は車両の内燃機関近傍に設置されている。内燃機関近傍には他の装置類が多数設置されているため、レイアウトの制限があり、冷却装置等を設けることが困難であるという問題があった。
　そこで本発明は、上述したような従来技術の状況の下になされた発明であって、レイアウトの自由度が高く、且つ電動機の発熱を抑制可能な電動過給装置を提供することを目的としている。
　本発明は、上述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の電動過給装置は、電動機の駆動によりコンプレッサを回転させて車両の内燃機関の吸気を過給する電動過給装置であって、
　前記電動機の回転を増速して前記コンプレッサに伝達する増速手段を備えており、
　前記増速手段は、
　前記電動機に接続されて前記電動機により駆動され、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧ポンプと、
　前記コンプレッサに接続されて前記油圧ポンプから送給される作動油によって駆動するとともに、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧モータと、
　前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを制御して前記油圧モータの押しのけ容積に対する前記油圧ポンプの押しのけ容積の比を１よりも大きくし、前記油圧モータの回転数を前記電動機の回転数よりも増速させる回転数調整部と、を有することを特徴とする。
　上記電動過給装置によれば、電動機の回転を増速してコンプレッサに伝達する増速手段を備えているため、電動機の回転よりも高速でコンプレッサを回転させることができる。これにより、電動機を高回転で回転させることなく、コンプレッサを所定の回転数で回転させることができる。したがって、電動機が高温になることを防止できる。
　また、増速手段は、油圧モータ、油圧ポンプ等によって構成されているため、油圧ポンプを油圧モータから離した位置に配置することができる。即ち油圧ポンプに接続される電動機をコンプレッサから離れた位置に配置することができるため、レイアウトの自由度が向上する。これにより、電動機を冷却する冷却装置を設置することが可能なレイアウトとすることができる。
　そして、増速手段は、循環する作動油によって油圧モータを駆動させるため、増速手段に熱が籠ることがなく、電動機のように冷却装置を設ける必要がない。また、可変容量型の油圧ポンプと可変容量型の油圧モータを用い、回転数調整部で、油圧ポンプ及び油圧モータを制御して油圧モータの押しのけ容積に対する油圧ポンプの押しのけ容積の比を１よりも大きくすることで油圧モータの回転数を増加させることができるため、機械式の増速機を別途設ける必要がない。
　また、コンプレッサの回転数を急速に増加させる場合に、電動機の回転数を急速に増加させると電動機が脱調（同期速度と実際の回転速度とが一致しなくなる状態）するおそれがある。しかしながら、本発明によれば、電動機の回転数を変化させることなく、増速手段の増速比を増加させることでコンプレッサ３の回転数の急速な増加に対応可能なので、電動機の脱調を防止することができる。
　さらに、増速手段を備えているため、当該増速手段の増速比を調整することにより、電動機のトルク出力が最も高くなる回転数で電動機を稼働させることが可能となる。これにより、高速で高トルクを出力できる高価な電動機を用いることなく、廉価な電動機を用いることができる。
　また、上記発明において、前記増速手段は、
　前記コンプレッサの回転軸に接続された太陽ローラ又は太陽ギア（以下、太陽体という）と、前記太陽体の外周に沿って配置されるとともに、前記太陽体に接触する複数個の遊星ローラ又は遊星ギア（以下、遊星体という）と、前記複数個の遊星体を自転および公転自在に支持するキャリアと、前記複数個の遊星体の外側に配置されるとともに、前記複数個の遊星体に接触する環状のリングローラと、を備える遊星ローラ式トラクションドライブ又は遊星式歯車を更に備え、
　前記油圧モータの出力軸は、前記キャリア又は前記リングローラの何れかに接続されていることとしてもよい。
　このように、増速手段は、遊星ローラ式トラクションドライブ又は遊星式歯車を更に備えているため、油圧ポンプ及び油圧モータにより増速された回転数を更に増速させることができる。
　また、コンプレッサの回転数が予め設定されている場合、増速手段として遊星ローラ式トラクションドライブ又は遊星式歯車を更に用いることで、油圧モータの回転数を低下させることができるため、油圧モータの高速回転時に当該油圧モータに生じる過大な遠心力の発生を防止することができる。
　さらに、遊星ローラ式トラクションドライブを用いた場合には、電動過給装置を低振動化及び低騒音化することができる。合わせて、コンプレッサ軸の支持軸受を廃止して、構造の簡略化を図ることも可能である。
　また、上記発明において、前記可変容量型の油圧ポンプが、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムは複数の凹凸が交互に並んだ波状のカム曲面を有する環状のリングカムからなることとしてもよい。
　また、上記発明において、前記可変容量型の油圧モータが、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムはモータ回転軸中心から偏心して設けられる偏心カムからなることとしてもよい。
　このように油圧ポンプ、油圧モータを、少量で複数の油圧室の作動状態（作動油圧室の個数、または油圧室内におけるピストンの作動ストローク範囲）を各高圧弁と各低圧弁とで制御することで、絞りを入れることなく流量を調整できるため、低損失で応答性が高く且つ広範囲にわたる増減速比に調整することができる。これにより、コンプレッサへ効率よく電動機からの動力を伝達することができる。そして、本発明に係る油圧ポンプおよび油圧モータを、上述した可変容量型の油圧ポンプ及び油圧モータとして構成すれば、高応答性、高効率で制御性に優れた電動過給装置とすることができる。
　本発明によれば、レイアウトの自由度が高く、且つ電動機の発熱を抑制可能な電動過給装置を提供することができる。
本発明の第一実施形態に係る電動過給装置を示す概略図である。 電動過給装置の油圧ポンプの構成例を示す図である。 電動過給装置の油圧モータの構成例を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る電動過給装置を示す概略図である。 図４のＤ－Ｄ断面図である。 従来の電動過給装置を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
　ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
＜第一実施形態＞
　図１は、本発明の第一実施形態に係る電動過給装置を示す概略図である。まず、図１を参照して、本発明の電動過給装置の全体構成について説明する。
　図１に示すように、本発明の電動過給装置１は、電動モータ２と、車両のエンジン（図示しない）の吸気を過給するコンプレッサ３と、電動モータ２の回転を増速してコンプレッサ３に伝達する油圧増速機１０と、電動モータ２の回転数及び油圧増速機１０の増速比を制御してコンプレッサ３の回転数を調整する回転数調整手段４と、を備えている。
　油圧増速機１０は、電動モータ２の出力軸２Ａに接続され、電動モータ２により駆動される可変容量型の油圧ポンプ１２と、コンプレッサ３の回転軸３Ａに接続され、油圧ポンプ１２から送給される作動油によって駆動する可変容量型の油圧モータ１４と、油圧ポンプ１２と油圧モータ１４とを接続して形成される油圧回路１３と、を備えている。
　油圧ポンプ１２の入力軸は、電動モータ２のモータ回転子２Ｂに直結された出力軸２Ａにカップリングを介して接続されている。これにより、電動モータ２の稼働により油圧ポンプ１２を駆動させることができる。また、電動モータ２は、電動モータ２の回転数を検出する回転数検出機能を有している。電動モータ２の回転数は、回転数調整手段４に出力される。
　また、油圧モータ１４の出力軸は、コンプレッサ３の回転軸３Ａにカップリングを介して接続されている。コンプレッサ３の回転軸３Ａは、コンプレッサ３のカバー３Ｂを貫通し、ベアリングハウジング５の内部に設けられたベアリング６で回転自在に支持されている。ベアリングハウジング５内には、コンプレッサ３の回転数を検出する回転数検出計７が設けられている。回転数検出計７の検出値は回転数調整手段４に出力される。
　コンプレッサ３のカバー３Ｂの上部には、吐出口が設けられている。吐出口は、エンジンに給気を供給する給気管が接続されている。
　油圧増速機１０の油圧回路１３は、油圧ポンプ１２と油圧モータ１４との間に設けられた高圧油流路１６と低圧油流路１８とで構成される。
　高圧油流路１６は、油圧ポンプ１２の吐出側を油圧モータ１４の吸込側に接続しており、低圧油流路１８は、油圧モータ１４の吐出側を油圧ポンプ１２の吸込側に接続している。これにより、電動モータ２の回転に伴って油圧ポンプ１２が駆動されると、高圧油流路１６と低圧油流路１８との間に差圧が発生し、この差圧によって油圧モータ１４が駆動され、コンプレッサ３が回転する。
　回転数調整手段４は、油圧増速機１０の増速比を算出する増速比算出部１９と、当該増速比算出部１９により算出された結果に基づいて油圧ポンプ１２、油圧モータ１４、電動モータ２のそれぞれを制御する油圧ポンプ制御部１５、油圧モータ制御部１７、電動モータ制御部２０を備えている。
　油圧ポンプ制御部１５は、油圧ポンプ１２の入力軸の回転によって吐出される吐出油量、すなわち１回転あたりの吐出油量としての押しのけ容積を制御する。
　また、油圧モータ制御部１７は、油圧モータ１４の出力軸の１回転あたりの押しのけ容積を制御する。
　また、電動モータ制御部２０は、ＦＥＴ等のスィッチング素子で構成されるインバータを内蔵しており、バッテリ等から供給される電力を交流に変換し、電圧及び周波数を任意に変更することで、電動モータ２の回転速度を制御する。
　増速比算出部１９は、運転手がアクセルを踏み込んだ際に検出される踏込量やエンジンの回転数変化に必要とされる吸気圧力の条件等に基づいて決定されるコンプレッサ３の所定回転数及び電動モータ２により検出された電動モータ２の回転数に基づいて、油圧増速機１０の増速比（油圧ポンプ１２の押しのけ容積と油圧モータ１４への押しのけ容積との比）を算出する。
　増速比算出部１９による増速比の算出は、油圧ポンプ１２の押しのけ容積Ｖ１と、当該油圧ポンプ１２の回転数Ｎ１との積Ｖ１Ｎ１が、吐出油量となり、油圧モータ１４の押しのけ容積Ｖ２と、当該油圧モータ１４の回転数Ｎ２との積Ｖ２Ｎ２が、流入油量となり、Ｖ１Ｎ１＝Ｖ２Ｎ２の関係より押しのけ容積比（Ｖ１、Ｖ２）を調整することで増減速比（Ｎ１、Ｎ２）を算出できる。
　なお、この押しのけ容積の制御は、油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４の構造において、詳細は後述するが、油圧ポンプ１２では、高圧弁３６と低圧弁３８の開閉タイミングを制御して油圧室３３がポンプとして機能する数を制御することで、または油圧室３３がポンプとして機能する範囲（ピストン３２のストローク範囲）を制御することで調整することができる。また、油圧モータ１４においても、高圧弁４６と低圧弁４８の開閉タイミングを制御して油圧室４３がモータとして機能する数を制御することで、また油圧室４３がモータとして機能する範囲（ピストン４２のストローク範囲）を制御することで調整することができる。
　増速比算出部１９は、算出した増速比となるように、油圧ポンプ１２の押しのけ容積Ｖ１、油圧ポンプ１２の回転数Ｎ１、油圧モータ１４の押しのけ容積Ｖ２、油圧モータ１４の回転数Ｎ２、高圧弁３６と低圧弁３８の開閉タイミング、高圧弁４６と低圧弁４８の開閉タイミング等を決定する。
　そして、増速比算出部１９は、油圧ポンプ１２の押しのけ容積Ｖ１、油圧ポンプ１２の回転数Ｎ１、高圧弁３６と低圧弁３８の開閉タイミング等を油圧ポンプ制御部１５に出力する。また、油圧モータ１４の押しのけ容積Ｖ２、油圧モータ１４の回転数Ｎ２、高圧弁４６と低圧弁４８の開閉タイミング等を油圧モータ制御部１７に出力する。
　油圧モータ制御部１７及び油圧ポンプ制御部１５は、これらの結果に基づいてそれぞれ油圧モータ１４及び油圧ポンプ１２を制御する。
　また、増速比算出部１９は、設定されたコンプレッサ３の上記所定回転数と、回転数検出計７による計測値とを比較して、当該計測値が所定回転数と異なる場合には、再度、増速比を算出するとともに、油圧ポンプ１２の押しのけ容積Ｖ１等を決定する。
　上述した構成からなる電動過給装置１によれば、油圧増速機１０を用いることで、電動モータ２の回転数を増速させてコンプレッサ３を所定回転数、例えば１０万ｒｐｍ～２０万ｒｐｍで回転させることができる。
　例えば、運転手がアクセルを踏み込んで車両を加速させる際には、コンプレッサ３の回転数を急速に上昇させる必要がある。かかる場合に、電動モータ２の回転数を急速に増加させて電動モータ２のみで対応しようとすると電動モータ２が脱調するおそれがある。そこで、本発明に係る電動過給装置１の回転数調整手段４は、車両の加速時に、電動モータ２の回転数を急速に変化させることなく、油圧増速機１０の増速比を高く設定することにより、コンプレッサ３の回転数の上昇に対応する。
　そして、コンプレッサ３が所定回転数となった後に、回転数調整手段４は、電動モータ２の回転数を徐々に増加させるとともに、油圧増速機１０の増速比を低下させて、コンプレッサ３が所定回転数で回転できるように制御する。係る場合に、増速比算出部１９は、電動モータ２の回転数を決定するとともに、油圧増速機１０の増速比を算出する。その後、増速比算出部１９は、決定した電動モータ２の回転数を電動モータ制御部２０に出力するとともに、押しのけ容積Ｖ１、Ｖ２等をそれぞれ油圧モータ制御部１７、油圧ポンプ制御部１５に出力する。
　電動モータ制御部２０は、増速比算出部１９から出力された電動モータ２の回転数となるように、電動モータ２を制御する。また、油圧モータ制御部１７及び油圧ポンプ制御部１５は、増速比算出部１９から出力された増速比となるように、それぞれ油圧モータ１４及び油圧ポンプ１２を制御する。
　上述したように、本発明に係る電動過給装置１によれば、電動モータ２の回転を増速してコンプレッサ３に伝達する油圧増速機１０を備えているため、電動モータ２の回転よりも高速でコンプレッサ３を回転させることができる。これにより、電動モータ２に高負荷をかけることなく、コンプレッサ３を所定回転数で回転させることができる。したがって、電動モータ２が高温になることを防止できる。
　さらに、油圧増速機１０は、油圧モータ１４と油圧ポンプ１２と油圧回路１３とによって構成されているため、油圧ポンプ１２を油圧モータ１４から離した位置に配置することができ、レイアウトの自由度が向上する。したがって、コンプレッサ３から離れた位置に電動モータ２を配置することができる。これにより、電動モータ２を冷却する冷却装置を設置することが可能なレイアウトとすることができる。
　そして、回転数調整手段４で、電動モータ２の回転数及び油圧増速機１０の増速比を調整することができるため、電動モータ２の回転数と油圧増速機１０の増速比との組合せを適宜、変更することができる。これにより、電動モータ２又は油圧増速機１０の一方に高負荷がかかることを防止できる。
　また、コンプレッサ３の回転数を急速に増加させる場合に、電動モータ２の回転数を急速に増加させると電動モータ２が脱調したり、回転数の制御が不安定となったりするおそれがある。しかしながら、本発明によれば、電動モータ２の回転数を急速に変化させることなく、油圧増速機１０の増速比を増加させることで対応可能なので、電動モータ２の脱調を防止するとともに、安定した制御を行うことができる。
　また、油圧増速機１０を備えることで、電動モータ２のトルク出力が最も高くなる回転数で電動モータ２を稼働させることが可能となるため、高速で高トルクを出力できる高価な電動モータ２を用いることなく、廉価な電動モータ２を用いることができる。
　次に、本発明における油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４の構造について、図２及び図３を用いて説明する。
＜油圧ポンプ１２について＞
　油圧ポンプ１２は、図２に示すように、シリンダ３０及びピストン３２により形成される複数の油圧室３３と、ピストン３２に係合するカム曲面を有するカム３４と、各油圧室３３に対して設けられる高圧弁３６および低圧弁３８とにより構成される。
　シリンダ３０は、後述するシリンダブロックに設けられた円筒である。シリンダ３０の内部には、シリンダ３０とピストン３２とに囲まれる油圧室３３が形成されている。
　ピストン３２は、カム３４のカム曲線に合わせてピストン３２をスムーズに作動させる観点から、シリンダ３０内を摺動するピストン本体部３２Ａと、該ピストン本体部３２Ａに取り付けられ、カム３４のカム曲面に係合するピストンローラー又はピストンシューとで構成することが好ましい。ここで、「ピストンローラー」は、カム３４のカム曲面に当接して回転する部材であり、「ピストンシュー」とは、カム３４のカム曲面に当接して摺動する部材である。
　なお図２には、ピストン３２がピストン本体部３２Ａとピストンローラー３２Ｂとからなる例を示した。
　カム３４は、カム取付台３５を介して、油圧ポンプ１２の入力軸８の外周面に取り付けられている。カム３４は、油圧ポンプ１２の入力軸８が一回転する間に、油圧ポンプ１２の各ピストン３２を何度も上下動させて油圧ポンプ１２のトルクを大きくする観点から、複数の凹部３４Ａ及び凸部３４Ｂが油圧ポンプ１２の入力軸８の周りに交互に並んだ波状のカム曲面を有するリングカムであることが好ましい。
　なお、カム３４のカム取付台３５への固定は、ボルト、キー、ピン等の任意の固定部材３１を用いて行われる。
　高圧弁３６は、各油圧室３３と高圧油流路１６との間の高圧連通路３７に設けられる。一方、低圧弁３８は、各油圧室３３と低圧油流路１８との間の低圧連通路３９に設けられる。これら高圧弁３６及び低圧弁３８を開閉することで、各油圧室３３と高圧油流路１６及び低圧油流路１８との連通状態を切り替えることができる。なお、高圧弁３６及び低圧弁３８の開閉は、ピストン３２の上下動の周期にタイミングを合わせて行われる。
　油圧ポンプ１２では、入力軸８とともにカム３４が回転すると、ピストン３２のピストン本体部３２Ａが周期的に上下動し、ピストン３２が下死点から上死点に向かうポンプ工程と、ピストン３２が上死点から下死点に向かう吸入工程とが繰り返される。ポンプ工程では、高圧弁３６が開かれ、低圧弁３８が閉じられることで、油圧室３３内の高圧油が高圧連通路３７を介して高圧油流路１６に送られる。一方、吸入工程では、高圧弁３６が閉じられ、低圧弁３８が開かれることで、低圧連通路３９を介して低圧油流路１８から油圧室３３に低圧油が供給される。
　これにより、油圧ポンプ１２の入力軸８の回転に伴って油圧ポンプ１２が駆動されると、高圧油流路１６と低圧油流路１８との間に差圧が発生するようになっている。
　また、油圧ポンプ１２における押しのけ容積の調節は、例えば、複数あるシリンダ３０の内、いくつかのシリンダ３０をアイドル状態に制御することで行われる。このアイドル状態への制御は、例えば、ポンプ工程時に低圧弁３８を開放することで行われる。また、各シリンダ３０において高圧弁３６、低圧弁３８の開閉タイミングを制御し、各シリンダ３０の押しのけ容積を調節することで、油圧ポンプ１２全体の押しのけ容積を調節することもできる。
＜油圧モータ１４について＞
　油圧モータ１４は、図３に示すように、シリンダ４０及びピストン４２により形成される複数の油圧室４３と、ピストン４２に係合するカム曲面を有するカム４４と、各油圧室４３に対して設けられた高圧弁４６および低圧弁４８とにより構成される。
　シリンダ４０は、後述するシリンダブロックに設けられた円筒である。シリンダ４０の内部には、シリンダ４０とピストン４２とに囲まれる油圧室４３が形成されている。
　ピストン４２は、ピストン４２の上下動をカム４４の回転運動にスムーズに変換する観点から、シリンダ４０内を摺動するピストン本体部４２Ａと、該ピストン本体部４２Ａに取り付けられ、カム４４のカム曲面に係合するピストンローラー又はピストンシューとで構成することが好ましい。ここで、「ピストンローラー」は、カム４４のカム曲面に当接して回転する部材であり、「ピストンシュー」とは、カム４４のカム曲面に当接して摺動する部材である。
　なお図３には、ピストン４２がピストン本体部４２Ａとピストンローラー４２Ｂとからなる例を示した。
　カム４４は、コンプレッサ３に接続される油圧モータ１４の出力軸４５の軸中心Ｏから偏心して設けられた偏心カムである。ピストン４２が上下動を一回行う間に、カム４４及びカム４４が取り付けられた油圧モータ１４の出力軸４５は一回転するようになっている。
　高圧弁４６は、各油圧室４３と高圧油流路１６との間の高圧連通路４７に設けられる。一方、低圧弁４８は、各油圧室４３と低圧油流路１８との間の低圧連通路４９に設けられる。これら高圧弁４６及び低圧弁４８を開閉することで、各油圧室４３と高圧油流路１６及び低圧油流路１８との連通状態を切り替えることができる。なお、高圧弁４６及び低圧弁４８の開閉は、ピストン４２の上下動の周期にタイミングを合わせて行われる。
　油圧モータ１４では、高圧油流路１６と低圧油流路１８との差圧を利用してピストン４２を上下動させて、ピストン４２が上死点から下死点に向かうモータ工程と、ピストン４２が下死点から上死点に向かう排出工程とが繰り返される。モータ工程では、高圧弁４６が開かれ、低圧弁４８が閉じられることで、高圧連通路４７を介して高圧油流路１６から油圧室４３に高圧油が供給される。一方、排出工程では、高圧弁４６が閉じられ、低圧弁４８が開かれることで、油圧室４３内の作動油が低圧連通路４９を介して低圧油流路１８に排出される。
　これにより、モータ工程で油圧室４３に流入した高圧油がピストン４２を下死点に向けて押し下げると、カム４４とともに油圧モータ１４の出力軸４５が回転するようになっている。
　また、油圧モータ１４における押しのけ容積の調節は、油圧ポンプ１２の場合と同様、例えば、複数あるシリンダ４０の内、いくつかのシリンダ４０をアイドル状態に制御することで行われる。このアイドル状態への制御は、例えば、モータ工程時に低圧弁４８を開放することで行われる。また、各シリンダ４０において高圧弁４６、低圧弁４８の開閉タイミングを制御し、各シリンダ４０の押しのけ容積を調節することで、油圧モータ１４全体の押しのけ容積を調節することもできる。
　以上のように油圧ポンプ１２、油圧モータ１４をそれぞれ少量で複数の油圧室３３、４３の作動状態（作動油圧室３３、４３の個数、または油圧室３３、４３内におけるピストン３２、４２の作動ストローク範囲）を高圧弁３６、４６と低圧弁３８、４８とで制御することで、絞りを入れることなく流量を調整できるため、低損失で応答性が高く且つ広範囲にわたる増減速比に調整することができる。これにより、コンプレッサ３へ効率よく電動モータ２からの動力を伝達することができる。したがって、本発明に係る油圧ポンプ１２、油圧モータ１４を用いることにより、高応答性、高効率で制御性にも優れた電動過給装置１とすることができる。
　また、循環する作動油によって油圧モータ１４を駆動させるため、油圧増速機１０に熱が籠ることがなく、電動モータ２のように冷却装置を設ける必要がない。また、可変容量型の油圧ポンプ１２と、可変容量型の油圧モータ１４を用いており、両者の押しのけ容積比を調節することで油圧モータ１４の回転数を制御することができるため、機械式の変速機を別途設ける必要がない。
＜第二実施形態＞
　次に、本発明の第二実施形態について説明する。以下の説明において、上述した第一実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。第二実施形態の電動過給装置は、第一実施形態のベアリングハウジング５の代わりに遊星ローラ式トラクションドライブを設けたものである。
　図４は、本発明の第二実施形態に係る電動過給装置を示す概略図である。また、図５は、図４のＤ－Ｄ断面図である。
　図４及び図５に示すように、電動過給装置２１は、コンプレッサ３と油圧モータ１４との間に遊星ローラ式トラクションドライブ２２を備えている。
　遊星ローラ式トラクションドライブ２２は、コンプレッサ３の回転軸３Ａに接続された太陽ローラ２３と、太陽ローラ２３の外周面に押圧配設された複数個の遊星ローラ２４と、複数個の遊星ローラ２４を自転および公転自在に支持するキャリア２５と、複数個の遊星ローラ２４の外側に配置されるとともに、複数個の遊星ローラ２４に押圧配設されたリングローラ２６と、から構成されている。
　油圧モータ１４の出力軸４５は、キャリア２５の入力軸２５Ａにカップリング２７を介して接続されている。なお、本実施形態では、油圧モータ１４の出力軸４５をキャリア２５に接続した場合について説明したが、リングローラ２６に接続してもよい。
　また、コンプレッサ３の回転軸３Ａ及びキャリア２５の入力軸２５Ａには、遊星ローラ式トラクションドライブ２２の軸方向への移動を防止するためのスラストベアリング２８が設けられている。
　油圧モータ１４を回転させることにより、キャリア２５は、例えば図５中の矢印Ａ方向へ公転する。かかる場合に、リングローラ２６は固定されており、遊星ローラ２４とキャリア２５との接触箇所にはトラクションが作用しているため、キャリア２５の公転とともに、遊星ローラ２４が矢印Ｂ方向へ自転する。
　また、遊星ローラ２４と太陽ローラ２３との接触箇所にもトラクションが作用しているため、太陽ローラ２３が矢印Ｃ方向に回転する。
　そして、太陽ローラ２３とともに、太陽ローラ２３に接続されたコンプレッサ３の回転軸３Ａが回転することでコンプレッサ３が回転する。このとき、遊星ローラ式トラクションドライブ２２は増速機として作用する。
　上述したように、本発明に係る電動過給装置２１によれば、遊星ローラ式トラクションドライブ２２を備えているため、上述した第一実施形態の効果に加えて、油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４により増速された回転数を更に増速させることができる。これにより、油圧モータ１４の回転数を低下させることができるため、油圧モータ１４の高速回転時に当該油圧モータ１４に生じる過大な遠心力の発生を防止することができる。
　また、コンプレッサ３の回転軸３Ａは、太陽ローラ２３に接続されており、当該太陽ローラ２３は、複数方向から遊星ローラ２４にて挟み込まれているため、ラジアルベアリングが不要となる。
　そして、遊星ローラ式トラクションドライブ２２を用いることで、低振動化及び低騒音化することができる。
　なお、本実施形態では、遊星ローラ式トラクションドライブ２２を用いた場合について説明したが、遊星式歯車を用いてもよい。
　本発明は、電動モータの回転を増速させてコンプレッサに付与可能な電動過給装置として利用することができる。

Claims (4)

  1. 　電動機の駆動によりコンプレッサを回転させて車両の内燃機関の吸気を過給する電動過給装置であって、
    　前記電動機の回転を増速して前記コンプレッサに伝達する増速手段を備えており、
    　前記増速手段は、
    　前記電動機に接続されて前記電動機により駆動され、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧ポンプと、
    　前記コンプレッサに接続されて前記油圧ポンプから送給される作動油によって駆動するとともに、押しのけ容積を調整可能な可変容量型の油圧モータと、
    　前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを制御して前記油圧モータの押しのけ容積に対する前記油圧ポンプの押しのけ容積の比を１よりも大きくし、前記油圧モータの回転数を前記電動機の回転数よりも増速させる回転数調整部と、を有することを特徴とする電動過給装置。
  2. 　前記増速手段は、
    　前記コンプレッサの回転軸に接続された太陽ローラ又は太陽ギア（以下、太陽体という）と、前記太陽体の外周に沿って配置されるとともに、前記太陽体に接触する複数個の遊星ローラ又は遊星ギア（以下、遊星体という）と、前記複数個の遊星体を自転および公転自在に支持するキャリアと、前記複数個の遊星体の外側に配置されるとともに、前記複数個の遊星体に接触する環状のリングローラと、を備える遊星ローラ式トラクションドライブ又は遊星式歯車を更に備え、
    　前記油圧モータの出力軸は、前記キャリア又は前記リングローラの何れかに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電動過給装置。
  3. 　前記可変容量型の油圧ポンプが、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムは複数の凹凸が交互に並んだ波状のカム曲面を有する環状のリングカムからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動過給装置。
  4. 　前記可変容量型の油圧モータが、シリンダと、該シリンダ内を摺動するピストンにより囲まれる複数の油圧室と、前記ピストンに係合するカム曲面を有するカムと、各油圧室に接続する前記各油圧回路の高圧油流路を開閉する高圧弁と、各油圧室に接続する前記各油圧回路の低圧油流路を開閉する低圧弁とを有し、前記シリンダは油圧ポンプの回転軸の周りに環状に複数連続して配設され、前記カムはモータ回転軸中心から偏心して設けられる偏心カムからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動過給装置。
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