JP2010130828A - Drive device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device.
近年、二酸化炭素排出量の低減と石油価格の高騰のために、内燃機関に代えて電動モータ(以下、単にモータという)で車輪を駆動する電気自動車や、モータで油圧ポンプを駆動する電動建設機械などが注目されている。モータの運転効率は、横軸に回転速度(以下、毎分回転数r/minで表す)、縦軸にトルク(Nm)を取ったグラフで表すと一般に図6に示すような特性を示す。例えば電気自動車では、モータだけの出力によって車輪を駆動するため、1台のモータで十分な加速走行や高速走行を可能にするためには、モータ出力が大きなものを選定する必要がある。そのため、比較的大きな出力を必要としない市街地走行のような低出力駆動時(図6に破線で囲まれたA領域)には、エネルギ効率が悪化する恐れがある。
そこで、電気自動車のエネルギ効率の向上を図るために、2台のモータ出力を1つの出力軸に合成する駆動系を備え、2台のモータの一方を駆動した場合のモータ効率と、2台のモータの両方を駆動した場合のモータ効率とが等しくなる等効率点トルクを予め記憶しておき、要求トルクがこの等効率点トルクよりも小さい場合にはモータを1台のみ駆動し、要求トルクが等効率点トルクよりも大きい場合には2台のモータを共に駆動するようにした電気自動車の駆動装置が開示されている(特許文献1参照)。
Therefore, in order to improve the energy efficiency of the electric vehicle, a drive system that combines the output of two motors into one output shaft is provided, and the motor efficiency when one of the two motors is driven, An equal efficiency point torque that equals the motor efficiency when both motors are driven is stored in advance. If the required torque is smaller than this equal efficiency point torque, only one motor is driven and the required torque is An electric vehicle drive device is disclosed in which two motors are driven together when the torque is greater than the equi-efficiency point torque (see Patent Document 1).
しかしながら、上述した従来の駆動装置では、高速走行時にはモータの回転数が高くなり、モータ効率の高い点で必ずしも駆動できないという問題がある。電気自動車に限らず、一般的にモータの回転数やトルクを広範囲に変化させて駆動する駆動装置では、同様な問題がある。 However, the above-described conventional driving device has a problem that the number of rotations of the motor increases during high-speed traveling, and the motor cannot always be driven in terms of high motor efficiency. Not only an electric vehicle but generally a drive device that drives by changing the rotation speed and torque of a motor over a wide range has the same problem.
(1) 請求項1の発明は、2台のモータをそれぞれ異なる入力軸に連結し、2台のモータのトルクを合成して出力軸から出力する動力伝達機構を備え、2台のモータの内の一方を出力軸と同一の回転方向に、他方を出力軸と異なる回転方向にそれぞれ力行運転する第1の駆動モードを有する。
(2) 請求項2の発明は、請求項1に記載の駆動装置において、動力伝達機構は遊星歯車機構であり、遊星歯車機構のキャリア軸を含む2軸を入力軸とし、残り1軸を出力軸としたものである。
(3) 請求項3の発明は、請求項2に記載の駆動装置において、入力軸を出力軸と直結するための締結機構を備えたものである。
(4) 請求項4の発明は、請求項2または請求項3に記載の駆動装置において、第1の駆動モードは、出力軸の回転速度がしきい値以上の場合の駆動モードである。
(5) 請求項5の発明は、請求項4に記載の駆動装置において、出力軸の回転速度がしきい値より低く、かつ出力軸の目標トルクがしきい値以下の場合に、2台のモータの内の1台のみを力行運転する第2の駆動モードを有する。
(6) 請求項6の発明は、請求項4または請求項5に記載の駆動装置において、出力軸の回転速度がしきい値より低く、かつ出力軸の目標トルクがしきい値より大きい場合に、2台のモータを出力軸に対して同一の回転方向に力行運転する第3の駆動モードを有する。
(7) 請求項7の発明は、請求項4〜6のいずれか一項に記載の駆動装置において、2台のモータの内の第1モータを遊星歯車機構のサン軸に、第2モータをキャリア軸にそれぞれ連結するとともに、リング軸を出力軸とし、第1の駆動モードでは、第1モータの回転速度と第2モータの回転速度により出力軸の回転速度を設定するとともに、出力軸の目標トルクに基づいて第1モータのトルクと第2モータのトルクを設定し、第1モータのトルクに第1モータの目標回転速度と実回転速度との偏差に応じた調整トルクを加算して出力させるようにしたのもである。
(1) The invention of claim 1 includes a power transmission mechanism that couples two motors to different input shafts, synthesizes the torques of the two motors, and outputs them from the output shaft. The first drive mode includes a power running operation in which one of the two is rotated in the same rotational direction as the output shaft, and the other is rotated in a rotational direction different from the output shaft.
(2) The invention according to
(3) The invention of claim 3 is the drive apparatus according to
(4) The invention of claim 4 is the drive device according to
(5) According to the invention of claim 5, in the drive device according to claim 4, when the rotational speed of the output shaft is lower than the threshold value and the target torque of the output shaft is less than the threshold value, There is a second drive mode in which only one of the motors is powered.
(6) In the drive device according to claim 4 or 5, when the rotational speed of the output shaft is lower than the threshold value and the target torque of the output shaft is higher than the threshold value, There is a third drive mode in which the two motors are powered by the same rotational direction with respect to the output shaft.
(7) A seventh aspect of the invention is the drive device according to any one of the fourth to sixth aspects, wherein the first motor of the two motors is used as the sun shaft of the planetary gear mechanism, and the second motor is provided. Each is coupled to the carrier shaft, and the ring shaft is used as the output shaft. In the first drive mode, the rotational speed of the output shaft is set according to the rotational speed of the first motor and the rotational speed of the second motor, and the target of the output shaft is set. Based on the torque, the torque of the first motor and the torque of the second motor are set, and an adjustment torque according to the deviation between the target rotational speed of the first motor and the actual rotational speed is added to the torque of the first motor and output. It was also like that.
本発明によれば、低出力駆動時はもちろんのこと、高回転駆動時においてもエネルギ効率を向上させることができる。 According to the present invention, energy efficiency can be improved not only during low output driving but also during high rotation driving.
本発明の駆動装置を車両に適用した一実施の形態を説明する。なお、本発明の駆動装置は車両に限定されず、モータの回転数やトルクを広範囲に変化させて駆動するあらゆる産業用機械の駆動装置に適用することができる。 An embodiment in which the drive device of the present invention is applied to a vehicle will be described. The drive device of the present invention is not limited to a vehicle, and can be applied to drive devices for any industrial machine that drives by changing the rotational speed and torque of a motor over a wide range.
図1は一実施の形態の駆動装置の構成を示す断面図である。また、図2は一実施の形態の駆動装置と駆動装置コントローラを搭載した車両の構成を示す図である。まず、図2において、車両0は、駆動装置1で差動機構2を介して左前輪3aと右前輪3bを駆動する前輪駆動車である。なお、車両0は左後輪3cと右後輪3dを駆動する後輪駆動車であってもよい。また、詳細を後述するが、駆動装置1は内部に動力伝達機構、モータおよびクラッチを備えており、駆動(力行運転)および回生制動(回生運転)を行うことができる。駆動装置コントローラ10は駆動装置1のモータとクラッチを駆動制御するためのコントローラであり、バッテリ6の電力をモータの駆動電力に変換したり、モータの発電電力をバッテリ6の充電電力に変換したりするとともに、クラッチの締結と解除を行う。メインコントローラ100は、ドライバが操作するアクセルペダル4およびブレーキペダル5の踏込み量に応じて、駆動装置コントローラ10および不図示のブレーキコントローラ300へ指令信号を出力する。このメインコントローラ100で行う制御の詳細については後述する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a driving apparatus according to an embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a vehicle on which the driving device and the driving device controller according to the embodiment are mounted. First, in FIG. 2, a vehicle 0 is a front wheel drive vehicle that drives the
駆動装置1および駆動装置コントローラ10は、メインコントローラ100の指令信号に応じて車両の前進と後退および力行運転と回生運転を行う。力行運転では、バッテリ6の電力をモータにより左前輪3aと右前輪3bの回転エネルギに変換し、車両を走行駆動する。一方、回生運転では、左前輪3aと右前輪3bの回転エネルギをモータにより電力に変換してバッテリ6を充電し、車両を制動する。バッテリコントローラ200はバッテリ6の電圧、温度を監視し、供給または受給可能な電力量をメインコントローラ100へ送信する。不図示のブレーキコントローラ300は、メインコントローラ100からのブレーキトルク指令信号に応じてブレーキ7a、7b、7c、7dにより制動トルクを発生させるとともに、車輪速センサ8a、8b、8c、8dからの車輪速信号に基づいて車体速度Vxを算出し、メインコントローラ100へ車体速度Vxを送信する。
The drive device 1 and the
図1において、駆動装置1は、車両の走行駆動源としての第1モータ11と第2モータ12、動力伝達機構としての遊星歯車機構13、第1クラッチ14、第2クラッチ15、第3クラッチ16および出力軸17を備えている。ここで、第1クラッチ14、第2クラッチ15および第3クラッチ16は初期状態ではすべて締結されていない。第1モータ11は遊星歯車機構13のサン軸に直結されている。クラッチ14が締結された場合は、第1モータ11のトルクは出力軸17へ直接、伝達され、また、クラッチ16が締結された場合は、第1モータ11のトルクは遊星歯車機構13を介して出力軸17へ伝達される。一方、第2モータ12はクラッチ15を介して遊星歯車機構13のキャリア軸に連結される。したがって、クラッチ15が締結されると、第2モータ12のトルクは遊星歯車機構13のキャリア軸に伝達される。駆動装置コントローラ10は、第1クラッチ14、第2クラッチ15および第3クラッチ16の締結と解除を行うことによって駆動モードを切り替えることができる。駆動モードについては後述する。
In FIG. 1, a drive device 1 includes a
なお、この一実施の形態では、第2クラッチ15を介して第2モータ12と遊星歯車機構13のキャリア軸とを締結する例を示すが、第2クラッチ15を省略し、第2モータ12と遊星歯車機構13のキャリア軸とを直結してもよい。また、この一実施の形態では、第3クラッチ16を介して遊星歯車機構13のリング軸と出力軸17とを締結する例を示すが、第3クラッチ16を省略し、遊星歯車機構13のリング軸と出力軸17とを直結してもよい。
In this embodiment, an example in which the
図3は一実施の形態の駆動装置1の速度線図である。この速度線図により駆動装置1の駆動モードについて説明する。図3では、駆動モードごとの遊星歯車機構13のサン軸S、キャリア軸Cおよびリング軸Rの回転数rpmと回転方向(正転または逆転)、第1モータ11のトルクT1および第2モータ12のトルクT2、遊星歯車機構13の出力軸のトルクToutを表す。
FIG. 3 is a velocity diagram of the driving device 1 according to the embodiment. The drive mode of the drive device 1 will be described with reference to this velocity diagram. In FIG. 3, the rotational speed rpm and rotation direction (forward or reverse) of the sun shaft S, the carrier shaft C, and the ring shaft R of the
図3(a)は駆動モード1のときの速度線図を示す。駆動モード1では、第1クラッチ14だけを締結し、第2クラッチ15と第3クラッチ16を解除するとともに、第1モータ11を正転側に力行駆動する。これにより、第1モータ11のトルクT1だけが出力軸17へ伝達される。
FIG. 3A shows a velocity diagram in the driving mode 1. In the drive mode 1, only the
図3(b)は駆動モード2のときの速度線図を示す。駆動モード2では、第1クラッチ14、第2クラッチ15および第3クラッチ16のすべてを締結するとともに、第1モータ11と第2モータ12をともに正転側に力行駆動する。これにより、第1モータ11のトルクT1と第2モータ12のトルクT2とが足し合わされて出力軸17へ伝達される。このとき、遊星歯車機構13は一体に回転し、第1モータ11、第2モータ12および出力軸17の回転数は等しくなる。
FIG. 3B shows a velocity diagram in the driving
図3(c)は駆動モード3のときの速度線図を示す。駆動モード3では、第1クラッチ14を解除し、第2クラッチ15と第3クラッチ16を締結するとともに、第1モータ11を逆転側に力行駆動し、第2モータ12を正転側に力行駆動する。これにより、第1モータ11のトルクT1と第2モータ12のトルクT2とが遊星歯車機構13を介して出力軸17へ伝達される。
FIG. 3C shows a velocity diagram in the driving mode 3. In drive mode 3, the first clutch 14 is released, the second clutch 15 and the third clutch 16 are engaged, the
図3(c)に示す駆動モード3では、出力軸の回転数、すなわち遊星歯車機構13のリングギアの回転数は、サン軸とキャリア軸の回転数に分割される。そのため、出力軸17の回転数が高い場合であっても第1モータ11の回転数と第2モータ12の回転数で出力軸17の回転数を分担することができ、かつ、回転数の分担割合を任意に決定することができるため、最も消費電力量を小さくする分担割合を選択することができる。ここで、出力軸17に正転方向のトルクを伝達するためには、第1モータ11は逆転方向のトルクを、第2モータ12は正転方向のトルクをそれぞれ出力することが必要となる。
In the drive mode 3 shown in FIG. 3C, the rotation speed of the output shaft, that is, the rotation speed of the ring gear of the
図4は、メインコントローラ100で実行される駆動装置1および駆動装置コントローラ10の制御プログラム例を示すフローチャートである。まず、S110において、アクセルペダル踏込み量、ブレーキペダル踏込み量および車体速度Vxに応じて予め設定したマップから制駆動力目標値Fd_tを算出する。続くS120では、制駆動力目標値Fd_tとバッテリコントローラ200から送信される供給または受給可能な電力量とに基づいて、駆動装置トルク目標値Td_tとブレーキトルク指令を算出し、ブレーキコントローラ300へブレーキトルク指令を送信する。S130では、駆動装置トルク目標値Td_tと車体速度Vxとに応じて予め設定したマップを基に駆動モードを決定し、上述したように駆動モードに応じてクラッチが締結または解除されるようにクラッチ締結指令を駆動装置コントローラ10へ送信する。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of a control program for the drive device 1 and the
図5は、駆動モードを決定する際に用いられる駆動モード切替マップの一例を示す。図5において、実線(a)は駆動モード1から駆動モード2への切替しきい値を表し、実線(b)は駆動モード1および駆動モード2から駆動モード3への切替しきい値を表す。また、破線(a')は駆動モード2から駆動モード1への切替しきい値を表し、破線(b')は駆動モード3から駆動モード1または駆動モード2への切替しきい値を表す。つまり、この一実施の形態では、駆動モードの切替が頻繁に発生するのを避けるために、駆動モード切替マップの切替しきい値に(a)と(a')、(b)と(b')というヒステリシスを設けている。
FIG. 5 shows an example of a drive mode switching map used when determining the drive mode. In FIG. 5, a solid line (a) represents a switching threshold value from the driving mode 1 to the driving
S140において、S130で決定した駆動モードに応じて、駆動モード1ならS150へ、駆動モード2ならS160へ、駆動モード3ならS170へそれぞれ分岐する。駆動モード1の場合は、S150において、駆動装置トルク目標値Td_tを基に次式を用いて第1モータトルク指令Tm1_tおよび第2モータトルク指令Tm2_tを算出する。
Tm1_t=Td_t,
Tm2_t=0 ・・・(1)
In S140, depending on the drive mode determined in S130, the process branches to S150 if the drive mode is 1, to S160 if the drive mode is 2, and to S170 if the drive mode is 3. In the case of the drive mode 1, in S150, the first motor torque command Tm1_t and the second motor torque command Tm2_t are calculated using the following equations based on the drive device torque target value Td_t.
Tm1_t = Td_t,
Tm2_t = 0 (1)
駆動モード2の場合は、S160において、駆動装置トルク目標値Td_tと車体速度Vxに応じて、予め設定したマップから第1モータトルク指令Tm1_tを算出し、次式を用いて第2モータトルク指令Tm2_tを算出する。
Tm2_t=Td_t−Tm1_t ・・・(2)
ここで、次式の要求電力量Preqを最小とするように、第1モータトルク指令Tm1_tと第2モータトルク指令Tm2_tを決定してもよい。
Preq=2π/60{(Tm1_t・Nm1)/ηm1+(Tm2_t・Nm2)/ηm2}・・・(3)
(3)式において、Nm1、Nm2はそれぞれ第1モータと第2モータの回転数、ηm1、ηm2はそれぞれ第1モータと第2モータの効率である。
In the case of the
Tm2_t = Td_t−Tm1_t (2)
Here, the first motor torque command Tm1_t and the second motor torque command Tm2_t may be determined so that the required power amount Preq in the following equation is minimized.
Preq = 2π / 60 {(Tm1_t · Nm1) / ηm1 + (Tm2_t · Nm2) / ηm2} (3)
In Equation (3), Nm1 and Nm2 are the rotation speeds of the first motor and the second motor, respectively, and ηm1 and ηm2 are the efficiencies of the first motor and the second motor, respectively.
駆動モード3の場合は、S170において、駆動装置トルク目標値Td_tから次式を用いて第1モータトルク指令Tm1_tと第2モータトルク指令Tm2_tを算出する。
Tm1_t=−Td_t・Rs/Rr+Tajt,
Tm2_t=Td_t・(Rs+Rr)/Rr ・・・(4)
(4)式において、Rs、Rrはそれぞれ遊星歯車機構13のサンギア半径とリングギア内半径である。また、Tajtは回転数調整トルクで、次式によって算出される。
Tadj=K・(Nm1_t−Nm1) ・・・(5)
(5)式において、Kは予め設定した比例定数である。また、Nm1_tは第1モータ回転数目標値であり、駆動装置トルク目標値Td_tと車体速度Vxとに応じて予め設定したマップから算出される。ここで、次式の要求電力量Preqを最小とするように第1モータ回転数目標値Nm1_tを決定してもよい。
Preq=2π/60{(Tm1_t・Nm1_t)/ηm1+(Tm2_t/ηm2)・(Nm1_t・Rs+Nr・Rr)/(Rs+Rr)},
Nr=(Vx/3.6)・60Rd/2πRt ・・・(6)
(6)式において、Nrはリング軸回転数、Rtはタイヤ半径、Rdは最終減速比である。
In the case of the drive mode 3, in S170, the first motor torque command Tm1_t and the second motor torque command Tm2_t are calculated from the drive device torque target value Td_t using the following equations.
Tm1_t = −Td_t · Rs / Rr + Tajt,
Tm2_t = Td_t · (Rs + Rr) / Rr (4)
In the equation (4), Rs and Rr are the sun gear radius and the ring gear inner radius of the
Tadj = K ・ (Nm1_t−Nm1) (5)
In equation (5), K is a preset proportionality constant. Nm1_t is a first motor rotation speed target value, and is calculated from a map set in advance according to the drive device torque target value Td_t and the vehicle body speed Vx. Here, the first motor rotation speed target value Nm1_t may be determined so as to minimize the required power amount Preq in the following equation.
Preq = 2π / 60 {(Tm1_t · Nm1_t) / ηm1 + (Tm2_t / ηm2) · (Nm1_t · Rs + Nr · Rr) / (Rs + Rr)},
Nr = (Vx / 3.6) · 60Rd / 2πRt (6)
In equation (6), Nr is the ring shaft rotational speed, Rt is the tire radius, and Rd is the final reduction ratio.
S180では、S150、S160、S170のいずれかで算出した第1モータトルク指令Tm1_tと第2モータトルク指令Tm2_tをモータトルク指令として駆動装置コントローラ10へ送信する。
In S180, the first motor torque command Tm1_t and the second motor torque command Tm2_t calculated in any of S150, S160, and S170 are transmitted to the
図6〜図8は、横軸にモータ回転数r/minをとり、縦軸にモータトルクNmをとってモータの効率特性を示す図である。図6は出力の大きな1台のモータを用いて車両を駆動した場合の効率特性を示す。図7および図8(a)は上述した一実施の形態の第1モータ11の効率特性を示し、図8(b)は一実施の形態の第2モータ12の効率特性を示す。これらの図により一実施の形態の効果を説明する。
6 to 8 are diagrams showing motor efficiency characteristics with the motor rotation speed r / min on the horizontal axis and the motor torque Nm on the vertical axis. FIG. 6 shows the efficiency characteristics when a vehicle is driven using a single motor with a large output. 7 and 8 (a) show the efficiency characteristics of the
出力の大きな1台のモータで車両を駆動した場合には、図6に示すように、市街地走行を示す領域A(図中に破線で囲まれた領域)では効率の高い点でモータを駆動できない。さらに、加速走行時の運転点Bおよび高速走行時の運転点C点でも効率の高い点でモータを駆動できない。 When the vehicle is driven by a single motor having a large output, as shown in FIG. 6, the motor cannot be driven at a high efficiency point in the area A (area surrounded by a broken line in the figure) indicating urban driving. . Further, the motor cannot be driven at a high efficiency even at the operating point B during acceleration traveling and the operating point C during high-speed traveling.
また、上述した特許文献1に示す駆動装置では、要求トルクが等効率点トルクよりも小さい場合は、モータを1台のみ駆動するから図7に示すような効率特性となり、市街地走行を示す領域Aで高効率運転が可能である。また、要求トルクが等効率点トルクよりも大きい場合には、2台のモータを駆動するから全体として図6に示すような効率特性となり、低回転数かつ高トルクの領域において高効率運転が可能である。しかしながら、車両の高速走行時、つまり駆動装置出力軸の高回転駆動時には、モータ回転数が高くなり、モータ効率の高い点で駆動できない。 Further, in the driving device shown in Patent Document 1 described above, when the required torque is smaller than the equi-efficiency point torque, only one motor is driven, so the efficiency characteristics as shown in FIG. High-efficiency operation is possible. In addition, when the required torque is larger than the equi-efficiency point torque, the two motors are driven, so the efficiency characteristics as shown in FIG. 6 are obtained as a whole, and high-efficiency operation is possible in the region of low speed and high torque It is. However, when the vehicle is traveling at a high speed, that is, when the drive device output shaft is driven at a high rotational speed, the motor speed increases, and the motor cannot be driven at a high efficiency.
これに対し第1モータと第2モータの2台のモータを用いた一実施の形態では、図7に示すように、市街地走行を示す領域Aにおいて、駆動装置トルク目標値Td_tが低く、かつ車体速度Vxが低いため、駆動モード1が選択され、第1モータを効率の高い点で駆動できる。なお、この駆動モード1では第2モータの出力は0である。 On the other hand, in the embodiment using the two motors, the first motor and the second motor, as shown in FIG. 7, the drive device torque target value Td_t is low and the vehicle body is in the area A indicating the urban running. Since the speed Vx is low, the driving mode 1 is selected, and the first motor can be driven at a high efficiency point. In this drive mode 1, the output of the second motor is zero.
また、一実施の形態では、加速走行時で駆動装置トルク目標値Td_tが高い場合に駆動モード2が選択され、例えば図8に示すように、第1モータは図8(a)のB1点で駆動され、第2モータは図8(b)のB2点で駆動される。なお、駆動モード2では第1モータと第2モータの回転数は等しい。
In one embodiment, the driving
さらに、一実施の形態では、高速走行時で車体速度Vxが高い場合には駆動モード3が選択され、例えば図8に示すように第1モータは図8(a)のC1点で駆動され、第2モータは図8(b)のC2点で駆動される。図6に示す出力の大きなモータ1台で駆動する場合、あるいは特許文献1に開示された駆動装置に比べ、上述した一実施の形態の駆動装置1によれば、加速走行時と高速走行時のいずれにおいてもモータ効率の高い点で駆動できる。 Furthermore, in one embodiment, when the vehicle body speed Vx is high at the time of high speed driving, the driving mode 3 is selected. For example, as shown in FIG. 8, the first motor is driven at a point C1 in FIG. The second motor is driven at point C2 in FIG. In the case of driving with one motor having a large output shown in FIG. 6 or according to the driving device 1 of the embodiment described above, compared with the driving device disclosed in Patent Document 1, the driving device 1 during acceleration traveling and high-speed traveling are used. In either case, the motor can be driven at a point with high motor efficiency.
なお、上述した一実施の形態の駆動装置1では、遊星歯車機構13のサン軸に第1モータ11を接続した構成例を示したが、これに限らず、遊星歯車機構13のリング軸に第1モータ11を接続し、サン軸に出力軸を接続する構成としてもよい。
In the drive device 1 according to the embodiment described above, the configuration example in which the
《一実施の形態の変形例》
上述した一実施の形態の車両に対して差動制限付駆動装置9および駆動装置コントローラ20を設けた変形例を説明する。図9は変形例の車両構成を示す図である。なお、図9では図2に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。メインコントローラ100は必要に応じて差動制限付駆動装置9の駆動装置コントローラ20に対しても指令信号を送信するとともに、バッテリ6は差動制限付駆動装置9へ電力を供給、あるいは差動制限付駆動装置9から電力を受給する。
<< Modification of Embodiment >>
A modified example in which the differential limiting
図10は差動制限付駆動装置9の構成例を示す。差動制限付駆動装置9は、第3モータ21と第4モータ32を備えている。第3モータ21のトルクは入力軸22を介してギア23に伝わり、ギア23とともに一体的に回転数する差動入力要素24に伝わり、さらに差動入力要素24によって回転支持されるピニオンギア25を介してサイドギア26L、26Rに伝わり、出力軸27L、27Rから出力される。また、出力軸27L、27Rはそれぞれ対向する2つの遊星歯車機構28L、28Rのキャリア軸となっている。対向する遊星歯車機構28L、28Rはサン軸29で直結されているため、出力軸27L、27Rに回転数差がない場合は、それぞれのリングギア30L、30Rにも回転数差がなく、出力軸27L、27Rに回転数差がある場合には、回転数差に応じてそれぞれのリングギア30L、30Rにも回転数差が生じる。また、対向する遊星歯車機構28L、28Rはそれぞれブレーキ31L、31Rを備えている。第4モータ32のトルクはクラッチ33を締結することで、ギア34、35を介して遊星歯車機構28Lのリングギア30Lに伝わる。
FIG. 10 shows a configuration example of the differential limiting
図11は差動制限付駆動装置9および駆動装置コントローラ20の速度線図である。この図により差動制限付駆動装置9と駆動装置コントローラ20の動作を説明する。図11において、Sはサン軸を、Cはキャリア軸を、Rはリング軸をそれぞれ表す。また、T3L、T3Rはそれぞれ第3モータ21から出力軸27L、27Rに伝わるトルクを表し、T4は第4モータ32から遊星歯車機構28Lのリングギア30Lに伝わるトルクを表す。
FIG. 11 is a velocity diagram of the
図11(a)は、ブレーキ31L、31Rを解除し、クラッチ33を解除している場合の速度線図を示す。この場合、第3モータ21から伝わったトルクは遊星歯車機構28L、28Rのキャリア軸、すなわち出力軸27L、27Rに等分されてそれぞれ伝わり、出力軸27L、27Rはそれぞれ独立に回転可能である。
FIG. 11A shows a velocity diagram when the
図11(c)は、ブレーキ31Lを解除するとともにブレーキ31Rを締結し、クラッチ33を締結した場合の速度線図を示す。この場合も、第3モータ21から伝わったトルクは出力軸27L、27Rに等分されて伝わる。一方、ブレーキ31Rが締結されているので、遊星歯車機構28Rのリングギア30Rは回転しない。そのため、遊星歯車機構28Lのリングギア30Lすなわち第4モータ31には出力軸27L、27Rの回転数差に応じた回転数が生じるとともに、第4モータ32から出力するトルクを制御することで左右の出力軸27L、27Rに任意の差動トルクT4、T4’を生じさせることができる。なお、トルクT4’は、T4の反力であり、T4と絶対値が等しく、T4と逆回転方向のトルクである。
FIG. 11C shows a velocity diagram when the
図11(c)は、ブレーキ31L、31Rを締結した場合の速度線図を示す。なお、この場合にはクラッチ33は締結でも解除でもどちらでもよい。この場合も、第3モータ21から伝わったトルクは出力軸27L、27Rに等分されて伝わる。一方、遊星歯車機構28L、28Rのサン軸29とそれぞれのリングギア30L、30Rが等しく拘束されるため、キャリア軸である出力軸27L、27Rに回転数差が生じない。すなわち、デフロック装置として機能することができる。
FIG. 11C shows a velocity diagram when the
上述した一実施の形態とその変形例では、動力伝達機構として遊星歯車機構を用いた例を示したが、動力伝達機構は遊星歯車機構に限定されない。また、上述した一実施の形態とその変形例において、モータ11、12、21,32の種類は特に限定されず、直流電動機、誘導電動機、同期電動機などあらゆる種類のモータを用いることができる。また、駆動装置コントローラ10、20の電力変換器にはモータの種類に応じてDC−DCコンバータやインバータを用いることができる。
In the above-described embodiment and its modification, an example is shown in which a planetary gear mechanism is used as a power transmission mechanism, but the power transmission mechanism is not limited to a planetary gear mechanism. In the above-described embodiment and its modifications, the types of the
上述した実施の形態とその変形例によれば以下のような作用効果を奏することができる。まず、2台のモータをそれぞれ異なる入力軸に連結し、2台のモータのトルクを合成して出力軸から出力する遊星歯車機構を備え、2台のモータの内の一方を遊星歯車機構の出力軸と同一の回転方向に、他方を出力軸と異なる回転方向にそれぞれ力行運転する駆動モード3を設けたので、低出力駆動時と高回転駆動時においてエネルギ効率を向上させることができる。 According to the above-described embodiment and its modifications, the following operational effects can be achieved. First, two motors are connected to different input shafts, and a planetary gear mechanism that combines the torques of the two motors and outputs them from the output shaft is provided, and one of the two motors outputs the planetary gear mechanism. Since drive mode 3 in which the power running operation is performed in the same rotational direction as the shaft and the other in the rotational direction different from the output shaft is provided, energy efficiency can be improved during low output driving and high rotational driving.
また、遊星歯車機構のキャリア軸を含む2軸を入力軸とし、残り1軸を出力軸としたので、低出力駆動時と高回転駆動時において2台のモータのトルクを合理的に効率よく合成して出力軸から出力させることができる。さらに、入力軸を出力軸と直結するための締結機構を設けたので、ギアを介さずにモータを出力軸に直結することができ、ギア損失を省き動力伝達効率を向上させることができる。 In addition, since the two axes including the carrier axis of the planetary gear mechanism are used as the input shaft and the remaining one is used as the output shaft, the torque of the two motors can be combined reasonably and efficiently during low output drive and high rotation drive. And output from the output shaft. Furthermore, since the fastening mechanism for directly connecting the input shaft to the output shaft is provided, the motor can be directly connected to the output shaft without using a gear, and gear transmission loss can be saved and power transmission efficiency can be improved.
駆動モード3は出力軸の回転速度がしきい値以上の場合の駆動モードとしたので、駆動モード3により高回転駆動時におけるエネルギ効率を向上させることができる。また、出力軸の回転速度がしきい値より低く、かつ出力軸の目標トルクがしきい値以下の場合に、2台のモータの内の1台のみを力行運転する駆動モード1を設けたので、駆動モード1により低出力駆動時におけるエネルギ効率を向上させることができる。さらに、出力軸の回転速度がしきい値より低く、かつ出力軸の目標トルクがしきい値より大きい場合に、2台のモータを出力軸に対して同一の回転方向に力行運転する駆動モード2を設けたので、駆動モード2により高出力駆動時におけるエネルギ効率を向上させることができる。
Since the drive mode 3 is the drive mode when the rotation speed of the output shaft is equal to or higher than the threshold value, the drive mode 3 can improve the energy efficiency at the time of high rotation drive. In addition, when the output shaft rotation speed is lower than the threshold value and the target output shaft torque is less than or equal to the threshold value, drive mode 1 is provided in which only one of the two motors is powered. The drive mode 1 can improve the energy efficiency at the time of low output driving. Furthermore, when the rotational speed of the output shaft is lower than the threshold value and the target torque of the output shaft is larger than the threshold value, the driving
2台のモータの内の第1モータを遊星歯車機構のサン軸に、第2モータをキャリア軸にそれぞれ連結するとともに、リング軸を出力軸とし、駆動モード3では、第1モータの回転速度と第2モータの回転速度により出力軸の回転速度を設定するとともに、出力軸の目標トルクに基づいて第1モータのトルクと第2モータのトルクを設定し、第1モータのトルクに第1モータの目標回転速度と実回転速度との偏差に応じた調整トルクを加算して出力させるようにしたので、合理的かつ効率よく出力軸の高回転駆動を実現することができる。 The first motor of the two motors is connected to the sun shaft of the planetary gear mechanism, the second motor is connected to the carrier shaft, the ring shaft is used as the output shaft, and in drive mode 3, the rotational speed of the first motor is The rotation speed of the output shaft is set according to the rotation speed of the second motor, the torque of the first motor and the torque of the second motor are set based on the target torque of the output shaft, and the torque of the first motor is set to the torque of the first motor. Since the adjustment torque according to the deviation between the target rotational speed and the actual rotational speed is added and output, the high rotational drive of the output shaft can be realized reasonably and efficiently.
1;駆動装置、10;駆動装置コントローラ、11,12;モータ、13;遊星歯車機構、14,15,16;クラッチ、17;出力軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Drive device, 10; Drive device controller, 11, 12; Motor, 13; Planetary gear mechanism, 14, 15, 16; Clutch, 17; Output shaft
Claims (7)
前記2台のモータの内の一方を前記出力軸と同一の回転方向に、他方を前記出力軸と異なる回転方向にそれぞれ力行運転する第1の駆動モードを有することを特徴とする駆動装置。 A power transmission mechanism that couples two motors to different input shafts, synthesizes the torques of the two motors and outputs them from an output shaft;
A driving apparatus having a first driving mode in which one of the two motors is power-running in the same rotational direction as the output shaft and the other in a rotational direction different from the output shaft.
前記動力伝達機構は遊星歯車機構であり、前記遊星歯車機構のキャリア軸を含む2軸を前記入力軸とし、残り1軸を前記出力軸とすることを特徴とする駆動装置。 The drive device according to claim 1,
The power transmission mechanism is a planetary gear mechanism, wherein two axes including a carrier axis of the planetary gear mechanism are used as the input shaft, and the remaining one axis is used as the output shaft.
前記入力軸を前記出力軸と直結するための締結機構を備えることを特徴とする駆動装置。 The drive device according to claim 2, wherein
A drive device comprising a fastening mechanism for directly connecting the input shaft to the output shaft.
前記第1の駆動モードは、前記出力軸の回転速度がしきい値以上の場合の駆動モードであることを特徴とする駆動装置。 The drive device according to claim 2 or claim 3,
The drive device according to claim 1, wherein the first drive mode is a drive mode when a rotation speed of the output shaft is equal to or higher than a threshold value.
前記出力軸の回転速度がしきい値より低く、かつ前記出力軸の目標トルクがしきい値以下の場合に、前記2台のモータの内の1台のみを力行運転する第2の駆動モードを有することを特徴とする駆動装置。 The drive device according to claim 4, wherein
A second drive mode for powering only one of the two motors when the rotational speed of the output shaft is lower than a threshold and the target torque of the output shaft is less than or equal to the threshold; A drive device comprising:
前記出力軸の回転速度がしきい値より低く、かつ前記出力軸の目標トルクがしきい値より大きい場合に、前記2台のモータを前記出力軸に対して同一の回転方向に力行運転する第3の駆動モードを有することを特徴とする駆動装置。 The drive device according to claim 4 or 5,
When the rotational speed of the output shaft is lower than a threshold value and the target torque of the output shaft is higher than the threshold value, the two motors are power-running in the same rotational direction with respect to the output shaft. 3. A driving device having three driving modes.
前記2台のモータの内の第1モータを前記遊星歯車機構のサン軸に、第2モータをキャリア軸にそれぞれ連結するとともに、リング軸を前記出力軸とし、
前記第1の駆動モードでは、前記第1モータの回転速度と前記第2モータの回転速度により前記出力軸の回転速度を設定するとともに、前記出力軸の目標トルクに基づいて前記第1モータのトルクと前記第2モータのトルクを設定し、前記第1モータのトルクに前記第1モータの目標回転速度と実回転速度との偏差に応じた調整トルクを加算して出力させることを特徴とする駆動装置。 In the drive device according to any one of claims 2 to 6,
The first motor of the two motors is connected to the sun shaft of the planetary gear mechanism, the second motor is connected to the carrier shaft, and the ring shaft is used as the output shaft.
In the first drive mode, the rotation speed of the output shaft is set based on the rotation speed of the first motor and the rotation speed of the second motor, and the torque of the first motor is based on the target torque of the output shaft. And a torque of the second motor, and an adjustment torque corresponding to a deviation between a target rotational speed of the first motor and an actual rotational speed is added to the torque of the first motor for output. apparatus.
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