JP2013203113A - 車両駆動機構 - Google Patents
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- B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
- B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
- B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
- B60K6/26—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
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- B60K2006/266—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators with two coaxial motors or generators
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Abstract
【課題】エンジンを停止してモータのみによって車両を走行させる際に、動力損失やエンジンの劣化を防止しながら、モータによって発生可能なトルクを十分に有効利用することのできるハイブリッド自動車の車両駆動機構を提供する。
【解決手段】車両駆動機構100は、ガソリン燃料を内部で燃焼させて動力を発生させるエンジン10と、三相交流電力によって動作する二重ロータ型モータ20とを動力源として備えている。コントロールユニット60は、エンジン10を停止させて二重ロータ型モータ20によって車両を走行させる際には、第1、第2インバータ31,32によって第1ロータ21と第2ロータ22との間およびステータ23と第2ロータ22との間に第1,第2の電動トルクをそれぞれ発生させると共に、ディスクブレーキ50によって駆動軸11およびそれと一体的に回転する第1ロータ21を回転不能に固定する。
【選択図】図1
【解決手段】車両駆動機構100は、ガソリン燃料を内部で燃焼させて動力を発生させるエンジン10と、三相交流電力によって動作する二重ロータ型モータ20とを動力源として備えている。コントロールユニット60は、エンジン10を停止させて二重ロータ型モータ20によって車両を走行させる際には、第1、第2インバータ31,32によって第1ロータ21と第2ロータ22との間およびステータ23と第2ロータ22との間に第1,第2の電動トルクをそれぞれ発生させると共に、ディスクブレーキ50によって駆動軸11およびそれと一体的に回転する第1ロータ21を回転不能に固定する。
【選択図】図1
Description
この発明は、車両駆動機構に係り、特にエンジンおよびモータを動力源として備えるハイブリッド自動車の車両駆動機構に関する。
エンジンおよびモータを動力源として備えるハイブリッド自動車の普及が始まっている。特許文献1の図8には、エンジンおよび二重ロータ型モータを備えるハイブリッド自動車の車両駆動機構が開示されている。ここで開示されている二重ロータ型モータは、エンジンの駆動軸に連結される第1ロータと、第1ロータの径方向外側に配設されて車軸に連結される第2ロータと、第2ロータの径方向外側に配設されてハウジングに固定されるステータとを有している。第1ロータには第1コイルが設けられており、ステータには第2コイルが設けられている。また、第2ロータの内周側には、第1ロータの第1コイルと対向するように第1磁石が設けられており、第2ロータの外周側には、ステータの第2コイルと対向するように第2磁石が設けられている。
上記のような車両駆動機構を搭載したハイブリッド自動車において、エンジンを停止してモータのみによって車両を走行させる際には、インバータによってステータの第2コイルに電力を供給して磁界を形成させ、ステータの第2コイルと第2ロータの第2磁石との間に電動トルクを発生させる。この電動トルクによって第2ロータが回転すると、第2ロータに連結されている車軸が駆動され、車両の走行が行われる。
しかしながら、上記のような構成においては、第1ロータの第1コイルにも電力を供給して第1ロータの第1コイルと第2ロータの第1磁石との間にも電動トルクを発生させ、この電動トルクによって第2ロータの駆動力を増大させようとすると、第2ロータの回転による反力によって第1ロータも回転してしまう。その結果、第1ロータに連結されているエンジンも駆動されて動力損失が発生してしまう。また、第2ロータの回転による反力が微小であり、第1ロータがそれ程大きく回転しない場合であっても、継続するトルク変動によってエンジンのシリンダやピストンリングが偏摩耗して劣化する可能性がある。そのため、特許文献1に開示されている車両駆動機構では、第1ロータと第2ロータとの間に電動トルクを発生させることは避けなければならず、二重ロータ型モータによって発生可能なトルクを十分に有効利用することができない。
この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、エンジンを停止してモータのみによって車両を走行させる際に、動力損失やエンジンの劣化を防止しながら、モータによって発生可能なトルクを十分に有効利用することのできるハイブリッド自動車の車両駆動機構を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、この発明に係る車両駆動機構は、燃料を燃焼させて動力を発生させる内燃機関(エンジン)と、内燃機関に機械的に連結される第1回転子、第1回転子の径方向外側に配設されると共に車軸に機械的に連結される第2回転子、および第2回転子の径方向外側に配設される固定子を含む回転電機と、回転電機に電力を供給する電力供給手段と、第1回転子を回転不能に固定する固定手段と、電力供給手段および固定手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、内燃機関を停止させて回転電機によって車両を走行させる際には、電力供給手段から回転電機に電力を供給することによって、回転電機における第1回転子と第2回転子との間および固定子と第2回転子との間に第1,第2の電動トルクをそれぞれ発生させると共に、固定手段によって第1回転子を回転不能に固定することを特徴とする。
内燃機関と第1回転子とは駆動軸によって機械的に連結され、固定手段は駆動軸に設けられてもよい。
駆動軸には電力供給手段と回転電機とを電気的に接続する電気接続手段が設けられ、固定手段と電気接続手段とは一体的に設けられてもよい。
この発明に係る車両駆動機構によれば、エンジンを停止してモータのみによって車両を走行させる際に、動力損失やエンジンの劣化を防止しながら、モータによって発生可能なトルクを十分に有効利用することができる。
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態.
この発明の実施の形態に係るハイブリッド自動車の車両駆動機構100の構成を図1に示す。
車両駆動機構100は、ガソリン燃料を内部で燃焼させて動力を発生させるエンジン10と、三相交流電力によって動作する二重ロータ型モータ20とを動力源として備えている。二重ロータ型モータ20は、エンジン10の駆動軸11に機械的に連結されて当該駆動軸11と一体的に回転する第1ロータ21と、第1ロータ21の径方向外側に配設されてアーム12およびディファレンシャル13を介して車軸14に機械的に連結される第2ロータ22と、第2ロータ22の径方向外側に配設されてモータケーシング24に固定されるステータ23とを有している。尚、第1ロータ21は円柱状の形状、第2ロータ22およびステータ23は円環状の形状を有しており、図1にはそれらの断面が模式的に示されている。
実施の形態.
この発明の実施の形態に係るハイブリッド自動車の車両駆動機構100の構成を図1に示す。
車両駆動機構100は、ガソリン燃料を内部で燃焼させて動力を発生させるエンジン10と、三相交流電力によって動作する二重ロータ型モータ20とを動力源として備えている。二重ロータ型モータ20は、エンジン10の駆動軸11に機械的に連結されて当該駆動軸11と一体的に回転する第1ロータ21と、第1ロータ21の径方向外側に配設されてアーム12およびディファレンシャル13を介して車軸14に機械的に連結される第2ロータ22と、第2ロータ22の径方向外側に配設されてモータケーシング24に固定されるステータ23とを有している。尚、第1ロータ21は円柱状の形状、第2ロータ22およびステータ23は円環状の形状を有しており、図1にはそれらの断面が模式的に示されている。
第1ロータ21には第1コイル25が設けられており、ステータ23には第2コイル26が設けられている。また、第2ロータ22の内周側には、第1ロータ21の第1コイル25と対向するように第1磁石27が設けられており、第2ロータ22の外周側には、ステータ23の第2コイル26と対向するように第2磁石28が設けられている。
また、車両駆動機構100は、直流電力を充放電可能なバッテリ30と、バッテリ30から出力される直流電力を三相交流電力に変換する第1インバータ31および第2インバータ32とを備えており、第1インバータ31および第2インバータ32は、後述するコントロールユニット60によって制御される。第1インバータ31から出力される三相交流電力は、固定ブラシ41および回転リング42によって構成されるスリップリング機構40を介して駆動軸11に沿って配線される図示しない導電線に伝達され、この導電線を通って第1ロータ21の第1コイル25に供給される。一方、第2インバータ32から出力される三相交流電力は、ステータ23の第2コイル26に供給される。
駆動軸11の途中には、駆動軸11およびそれと一体的に回転する第1ロータ21を回転不能に固定するためのディスクブレーキ50が設けられている。ディスクブレーキ50は、駆動軸11に取り付けられる円盤51と、円盤51を両側から挟み込む摩擦材52とから構成されており、第1インバータ31および第2インバータ32と同様にコントロールユニット60によって制御される。
コントロールユニット60は、第1インバータ31および第2インバータ32を制御することによって第1ロータ21の第1コイル25およびステータ23の第2コイル26への電力供給を制御すると共に、ディスクブレーキ50を制御することによって駆動軸11およびそれと一体的に回転する第1ロータ21の回転状態を制御する。
次に、この実施の形態に係る車両駆動機構100を搭載したハイブリッド自動車がエンジン10を停止して二重ロータ型モータ20のみによって走行する際の動作について説明する。
まず、コントロールユニット60は、第1インバータ31および第2インバータを制御することによって第1ロータ21の第1コイル25およびステータ23の第2コイル26に三相交流電力を供給すると共に、ディスクブレーキ50を制御することによって駆動軸11およびそれと一体的に回転する第1ロータ21を回転不能に固定する。
この際、第1ロータ21の第1コイル25と第2ロータ22の第1磁石27との間に第1の電動トルクが発生すると共に、ステータ23の第2コイル26と第2ロータ22の第2磁石28との間にも第2の電動トルクが発生する。これら第1、第2の電動トルクを受けて第2ロータが回転すると、この回転がアーム12およびディファレンシャル13を介して車軸14に伝達され、車両の走行が行われる。
上記において、第1ロータ21と第2ロータ22との間に発生する第1の電動トルクによって第2ロータ22が回転すれば、第1ロータ21はその反力を受けることになるが、第1ロータ21と一体的に回転する駆動軸11はディスクブレーキ50によって回転不能に固定されているため、第1ロータ21が回転することはない。そのため、第1ロータ11と駆動軸11を介して連結されているエンジン10が駆動されて動力損失が発生することはなく、また継続するトルク変動によってエンジン10のシリンダやピストンリングが偏摩耗して劣化することもない。
以上説明したように、この実施の形態に係るハイブリッド自動車の車両駆動機構100では、エンジン10を停止して二重ロータ型モータ20のみによって車両を走行させる際には、第1インバータ31および第2インバータ32から二重ロータ型モータ20に電力を供給することによって、第1ロータ21と第2ロータ22との間およびステータ23と第2ロータ22との間に第1,第2の電動トルクをそれぞれ発生させると共に、ディスクブレーキ50によって駆動軸11およびそれと一体的に回転する第1ロータ21を回転不能に固定する。これにより、第1ロータ21と第2ロータ22との間に発生する第1の電動トルク並びにステータ23と第2ロータ22との間に発生する第2の電動トルクを共に第2ロータの回転に利用しながら、第2ロータ22の回転による反力を受けて第1ロータ21が回転することが防止される。その結果、動力損失やエンジン10の劣化を防止しながら、二重ロータ型モータ20によって発生可能なトルクを十分に有効利用することができる。
その他の実施の形態.
上記の実施の形態において、図2に示されるように、スリップリング機構40とディスクブレーキ50とを同一のケーシング70内に格納して一体的に設けてもよい。これにより、スリップリング機構40とディスクブレーキ50とを別個に設ける構成に比べて、全体を小型化することができる。
上記の実施の形態において、図2に示されるように、スリップリング機構40とディスクブレーキ50とを同一のケーシング70内に格納して一体的に設けてもよい。これにより、スリップリング機構40とディスクブレーキ50とを別個に設ける構成に比べて、全体を小型化することができる。
また、第1インバータ31、第2インバータ32、ディスクブレーキ50は、それぞれ別個のコントロールユニットによって制御してもよい。
また、二重ロータ型モータ20は、上記実施の形態(図1)において示されたような、径方向内側から第1コイル25、第1磁石27、第2磁石28、第2コイル26の順に設けられる構造に限定されるものではなく、例えば図3の(a)〜(c)に示されるような構造とすることもできる。図3(a)では、径方向内側から第1磁石27a、第1コイル25a、第2磁石28a、第2コイル26aの順に設けられている。図3(b)では、径方向内側から第1磁石27b、第1コイル25b、第2コイル26b、第2磁石28bの順に設けられている。図3(c)では、径方向内側から第1コイル25c、第1磁石27c、第2コイル26c、第2磁石28cの順に設けられている。
100 車両駆動機構、10 エンジン(内燃機関)、11 駆動軸、14 車軸、20 二重ロータ型モータ(回転電機)、21 第1ロータ(第1回転子)、22 第2ロータ(第2回転子)、23 ステータ(固定子)、31 第1インバータ(電力供給手段)、32第2インバータ(電力供給手段)、40 スリップリング機構(電気接続手段)、50 ディスクブレーキ(固定手段)、60 コントロールユニット(制御手段)。
Claims (3)
- 燃料を燃焼させて動力を発生させる内燃機関と、
前記内燃機関に機械的に連結される第1回転子、該第1回転子の径方向外側に配設されると共に車軸に機械的に連結される第2回転子、および該第2回転子の径方向外側に配設される固定子を含む回転電機と、
前記回転電機に電力を供給する電力供給手段と、
前記第1回転子を回転不能に固定する固定手段と、
前記電力供給手段および前記固定手段を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関を停止させて前記回転電機によって車両を走行させる際には、前記電力供給手段から前記回転電機に電力を供給することによって、該回転電機における前記第1回転子と前記第2回転子との間および前記固定子と前記第2回転子との間に第1,第2の電動トルクをそれぞれ発生させると共に、前記固定手段によって前記第1回転子を回転不能に固定することを特徴とする、車両駆動機構。 - 前記内燃機関と前記第1回転子とは駆動軸によって機械的に連結され、
前記固定手段は前記駆動軸に設けられることを特徴とする、請求項1に記載の車両駆動機構。 - 前記駆動軸には前記電力供給手段と前記回転電機とを電気的に接続する電気接続手段が設けられ、
前記固定手段と前記電気接続手段とは一体的に設けられることを特徴とする、請求項2に記載の車両駆動機構。
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