JP2016107735A - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハイブリッド車両の駆動装置を小型化かつ簡素化する。【解決手段】 ハイブリッド車両１００の駆動装置１であって、内燃機関１０と、界磁に永久磁石３２、４２を用いた第１及び第２電動発電機３、４と、リングギヤ１７、サンギヤ１６、遊星キャリア１９を備えた遊星歯車機構２とを有し、リングギヤは、第１電動発電機のロータである第１ロータ２７に接続され、サンギヤは、第２電動発電機のロータである第２ロータ３７に接続されると共に、内燃機関の出力軸１０Ａに接続され、遊星キャリアは、車軸６０Ａ、６０Ｂ側に接続され、遊星歯車機構、第１電動発電機、第２電動発電機、及び内燃機関の出力軸が同軸に配置されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両の駆動装置に関する。

従来、ハイブリッド車両の駆動装置として、ガソリン等を燃料として動力を出力する内燃機関と、第１及び第２の電動発電機（モータジェネレータ）と、これらを接続する遊星歯車機構とを有するものがある（例えば、特許文献１）。遊星歯車機構の遊星キャリアは、内燃機関に接続され、サンギヤは第１の電動発電機に接続され、リングギヤは車軸に接続される出力軸及び第２の電動発電機に接続されている。この駆動装置では、遊星歯車機構の動力分配機能によって、電動発電機のみを使用した走行や、内燃機関及び電動発電機を使用した走行、内燃機関のみを使用した走行が可能になる。また、減速時に車軸からの回転エネルギーを内燃機関に分配しないようにして、回生効率を高めることができる。

特開２０１４−１８４８９３号公報

しかしながら、特許文献１に係る駆動装置は、内燃機関と２つの電動発電機とを含むため、装置が大型になると共に形状が複雑になるという問題がある。

本発明は、以上の背景に鑑み、ハイブリッド車両の駆動装置を小型化かつ簡素化することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ハイブリッド車両（１００）の駆動装置（１）であって、内燃機関（１０）と、界磁に永久磁石（３２、４２）を用いた第１及び第２電動発電機（３、４）と、リングギヤ（１７）、サンギヤ（１６）、遊星キャリア（１９）を備えた遊星歯車機構（２）とを有し、前記リングギヤは、前記第１電動発電機のロータである第１ロータ（２７）に接続され、前記サンギヤは、前記第２電動発電機のロータである第２ロータ（３７）に接続されると共に、前記内燃機関の出力軸（１０Ａ）に接続され、前記遊星キャリアは、車軸（６０Ａ、６０Ｂ）側に接続され、前記遊星歯車機構、前記第１電動発電機、前記第２電動発電機、及び前記内燃機関の前記出力軸が同軸に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、遊星歯車機構、第１電動発電機、第２電動発電機、及び内燃機関の出力軸が同軸に配置されるため、駆動装置の外形が簡素になる。また、遊星歯車機構、第１電動発電機、第２電動発電機、及び内燃機関を互いに近接させて配置することができるため、小型化が可能になる。また、第１及び第２電動発電機が、界磁に永久磁石を用いているため、界磁に電磁石を用いたものに比べて装置の小型化が可能になる。

また、上記の発明において、前記内燃機関の前記出力軸は、クラッチ（７）を介して前記サンギヤに接続されているとよい。

この構成によれば、クラッチによってサンギヤと内燃機関の出力軸とを切断することができるため、第２電動発電機を回転させる場合に内燃機関の回転抵抗が第２電動発電機に負荷として加わることを避けることができる。

また、上記の発明において、前記第１ロータ（２７）及び前記第２ロータ（３７）を収容するケース（５）と、前記第１ロータと前記ケースとの間に設けられ、前記ケースに対する前記第１ロータの相対回転を制動する第１ブレーキ（５０）と、前記第２ロータと前記ケースとの間に設けられ、前記ケースに対する前記第２ロータの相対回転を制動する第２ブレーキ（５１）とを有するとよい。

この構成によれば、第１及び第２ブレーキを操作することによって、第１及び第２ロータの制動を行うことができ、第１及び第２電動発電機の回転数を迅速かつ円滑に変化させることができる。

また、上記の発明において、前記ケースは、前記遊星歯車機構を更に収容するとよい。

この構成によれば、第１及び第２電動発電機、遊星歯車機構が共通のケースに収容され、１つのユニットを構成するため、装置全体の簡素化及び小型化が図れる。

また、上記の発明において、前記リングギヤは、自身の回転軸線（Ａ）と同軸に配置された筒部（１７Ｂ）を有し、前記サンギヤは、自身の回転軸線（Ａ）と同軸に配置されて前記筒部を通過する軸部（１６Ａ）を有し、前記第１ロータは、前記筒部の外周部に結合され、前記第２ロータは、前記軸部の前記筒部から突出した部分に結合されているとよい。

この構成によれば、第１及び第２ロータを互いに近接させて配置することができ、装置の小型化が可能になる。

また、上記の発明において、前記遊星キャリアは、デファレンシャルギヤ装置（５８）を介して前記車軸に接続されているとよい。

この構成によれば、遊星歯車機構及びデファレンシャルギヤによって減速機が構成され、第１及び第２電動発電機、及び内燃機関の回転が、遊星歯車機構及びデファレンシャルギヤによって減速して車軸に伝達される。

また、上記の発明において、前記ハイブリッド車両の発進時には、最初に前記第１電動発電機を空転可能状態にし、前記遊星歯車機構及び前記クラッチによって前記内燃機関及び前記第２電動発電機の少なくとも一方の駆動力を前記第１電動発電機に伝達させ、その後前記第１電動発電機の回転を抑制し、前記遊星歯車機構によって前記内燃機関及び前記第２電動発電機の少なくとも一方の駆動力の一部を前記車軸に伝達させるとよい。

この構成によれば、内燃機関の駆動力を車軸に伝達させて発進するときに、クラッチ操作が不要になる。

以上の構成によれば、ハイブリッド車両の駆動装置を小型化かつ簡素化することができる。

実施形態に係る駆動装置を備えたハイブリッド車両の模式図 実施形態に係る駆動装置の断面図 駆動装置の制御例を示す表 駆動装置の制御例を示す表

以下、図面を参照して、本発明のハイブリッド車両の駆動装置の実施形態について説明する。図１に示すように、ハイブリッド車である車両１００の駆動装置１は、ガソリン等を燃料とする内燃機関１０と、遊星歯車機構２と、第１電動発電機３（モータジェネレータ）と、第２電動発電機４と、クラッチ７とを有する。車両１００は、例えば、内燃機関１０の排気量を１２５ｃｃ以下したマイクロＥＶ（超小型モビリティ）であってよい。

遊星歯車機構２、第１電動発電機３及び第２電動発電機４は、ケース５に支持され、ユニット６を構成する。図２に示すように、ケース５は、外形が略円筒形に形成された円筒部５Ａと、円筒部５Ａの両端部を閉じる第１端壁５Ｂ及び第２端壁５Ｃと、円筒部５Ａの内部に配置され、各端壁５Ｂ、５Ｃと平行に設けられた第１隔壁５Ｄ及び第２隔壁５Ｅとを有する。ケース５の内部空間は、第１端壁５Ｂと第１隔壁５Ｄとの間に形成された第１室５Ｆと、第１隔壁５Ｄと第２隔壁５Ｅとの間に形成された第２室５Ｇと、第２隔壁５Ｅと第２端壁５Ｃとの間に形成された第３室５Ｈとを有する。第１端壁５Ｂ、第１隔壁５Ｄ、第２隔壁５Ｅ、及び第２端壁５Ｃの中央部には、ケース５の軸線Ａに沿ってそれぞれを貫通する第１軸受孔１１、第２軸受孔１２、第３軸受孔１３、第４軸受孔１４が同軸に形成されている。

遊星歯車機構２は第１室５Ｆに配置され、第１電動発電機３は第２室５Ｇに配置され、第３発電機は第３室５Ｈに配置される。遊星歯車機構２、第１電動発電機３、及び第２電動発電機４は、ケース５の軸線Ａを回転中心として互いに同軸に配置されている。

遊星歯車機構２は、外歯歯車であるサンギヤ１６と、サンギヤ１６と同軸に配置される内歯車であるリングギヤ１７と、サンギヤ１６及びリングギヤ１７の双方に噛み合う複数の外歯歯車である遊星ギヤ１８と、各遊星ギヤ１８を回転可能に支持すると共に、サンギヤ１６と同軸に配置された遊星キャリア１９とを有する。

遊星キャリア１９は、軸部１９Ａと、軸部１９Ａの一端から径方向外方に延出したアーム部１９Ｂとを有する。遊星キャリア１９の軸部１９Ａは、例えば玉軸受である軸受を介して第１軸受孔１１に回転可能に支持され、軸線Ａと同軸に配置される。遊星キャリア１９の軸部１９Ａは、一端が第１室５Ｆ内に配置され、他端がケース５の外部に突出している。遊星キャリア１９の軸部１９Ａの一端の端面には、軸部１９Ａと同軸に形成された、有底の円孔である支持孔２１が形成されている。

遊星キャリア１９のアーム部１９Ｂは、軸線Ａを中心とした円板形に形成されている。アーム部１９Ｂの外周部には、軸線Ａと平行に、第１隔壁５Ｄ側に延びる複数の支持軸２２が突設されている。各支持軸２２には、それぞれ遊星ギヤ１８が回転可能に支持されている。支持軸２２及び遊星ギヤ１８の数は、任意であってよく、周方向に等間隔に配置されていることが好ましい。

リングギヤ１７は、一端に底部を有する有底の第１円筒部１７Ａと、底部の外面の中心部から第１円筒部１７Ａと同軸に突設された第２円筒部１７Ｂとを有する。第１円筒部１７Ａは第１室５Ｆ内に配置され、第２円筒部１７Ｂは第１室５Ｆ内から第２軸受孔１２及び第２室５Ｇを通過して第３軸受孔１３の内部にまで延びている。リングギヤ１７の第２円筒部１７Ｂは、例えば玉軸受である軸受を介して第２軸受孔１２及び第３軸受孔１３に回転可能に支持されている。これにより、リングギヤ１７の第１円筒部１７Ａ及び第２円筒部１７Ｂは軸線Ａと同軸に配置される。

第１円筒部１７Ａの円周部の内径は、遊星キャリア１９に支持された各遊星ギヤ１８を受容可能な大きさに形成されている。第１円筒部１７Ａの円周部の内周面には、円周部の軸線を中心とした内歯歯車１７Ｃが形成され、各遊星ギヤ１８と噛み合っている。

リングギヤ１７には、自身の軸線と同軸に延在する貫通孔２４が形成されている。貫通孔２４の第１円筒部１７Ａ側の端部は、段違いに拡径され支持部２４Ａを形成している。

サンギヤ１６は、軸部１６Ａと、軸部１６Ａの外周部に結合された外歯歯車１６Ｂとを有する。サンギヤ１６の軸部１６Ａは、軸線Ａに沿って配置され、一端が遊星キャリア１９の支持孔２１内に配置されると共に、リングギヤ１７の貫通孔２４を貫通し、第３軸受孔１３、第３室５Ｈ、及び第４軸受孔１４を通過してケース５の外部に突出している。軸部１６Ａは、遊星キャリア１９の支持孔２１及びリングギヤ１７の支持部２４Ａに例えば玉軸受である軸受を介して回転可能に支持されている。サンギヤ１６の軸部１６Ａの他端側であって、リングギヤ１７の貫通孔２４から突出した部分は、他の部分に対して段違いに縮径された縮径部１６Ｃに形成されている。縮径部１６Ｃには、円筒形のカラー２５が圧入等の手法によって一体的に回転するように結合されている。カラー２５の外径は、リングギヤ１７の第２円筒部１７Ｂの内径よりも大きく形成されている。カラー２５は、第３軸受孔１３及び第４軸受孔１４に例えば玉軸受である軸受を介して回転可能に支持されている。以上のようにして、サンギヤ１６は軸線Ａを中心として回転可能に配置されている。

サンギヤ１６の外歯歯車１６Ｂは、軸部１６Ａの、リングギヤ１７の第１円筒部１７Ａの内側に位置する部分に設けられている。外歯歯車１６Ｂは、各遊星ギヤ１８と噛み合っている。

第１電動発電機３及び第２電動発電機４は、永久磁石同期発電機である。第１電動発電機３及び第２電動発電機４は、同様の構成を有するため、重複する部分については第１電動発電機３について説明を行い、第２電動発電機４については説明を省略する。

第１電動発電機３は、リングギヤ１７の第２円筒部１７Ｂの外周部であって第２室５Ｇ内に位置する部分に結合された第１ロータ２７と、ケース５の円筒部５Ａの一部をなし、第２室５Ｇの内周面を形成する第１リング部２８に設けられた複数の第１ステータコイル２９とを有する。

第１ロータ２７は、リングギヤ１７の第２円筒部１７Ｂの外周面であって第２室５Ｇ内に位置する部分に結合された一対の支持部材３１と、各支持部材３１に支持された複数の永久磁石３２とを有する。各支持部材３１は、筒形の基部３１Ａと、基部３１Ａの外周面から径方向外方に突出した円板形の支持壁部３１Ｂとを有する。各基部３１Ａは、リングギヤ１７の第２円筒部１７Ｂと一体的に回転するように、圧入やキーによる結合構造等によって結合されている。各基部３１Ａがリングギヤ１７の第２円筒部１７Ｂに結合された状態で、各支持壁部３１Ｂは軸線Ａ方向に隙間を介して対向するように配置される。本実施形態では、基部３１Ａ同士が互いに当接することによって、各支持壁部３１Ｂの相対位置が定められている。

複数の永久磁石３２は、各支持壁部３１Ｂの互いに対向する面のそれぞれに、磁極の向きが軸線Ａと平行になるように結合されている。永久磁石３２は、各支持壁部３１Ｂの周方向において、等しい幅を有して等間隔に配置され、かつ周方向に進むに従って異なる磁極が交互に現れるように配置されている。また、一方の支持壁部３１Ｂに設けられた各永久磁石３２は、他方の支持壁部３１Ｂに設けられた各永久磁石３２と軸線Ａ方向において異なる磁極が対向するように配置されている。これにより、ロータの各支持壁部３１Ｂ間には、各支持壁部３１Ｂの一方に設けられた永久磁石３２から対向する支持壁部３１Ｂに設けられた永久磁石３２に、軸線Ａと平行に延びる磁束が形成される。

第１ステータコイル２９は、柱状の鉄心２９Ａと、鉄心２９Ａに巻き回された３相の巻線２９Ｂとを有する。各第１ステータコイル２９は、鉄心２９Ａの軸線がそれぞれ軸線Ａと平行になるように第１リング部２８の内周面に支持されている。また、各第１ステータコイル２９は、それぞれの鉄心２９Ａが各支持壁部３１Ｂに設けられた永久磁石３２の間に配置されている。これにより、各第１ステータコイル２９の横断面に対して永久磁石３２の磁束が直交する。

第２電動発電機４は、第１電動発電機３の第１ロータ２７及び第１ステータコイル２９と同様の第２ロータ３７及び複数の第２ステータコイル３９を有する。第２ロータ３７はカラー２５の外周部であって第３室５Ｈ内に位置する部分に結合され、第２ステータコイル３９はケース５の円筒部５Ａの一部をなし、第３室５Ｈの内周面を形成する第２リング部３８に設けられている。

第２ロータ３７は、第１ロータ２７と同様に、一対の支持部材４１と、各支持部材４１に支持された複数の永久磁石４２とを有する。各支持部材４１は、筒形の基部４１Ａと、基部４１Ａの外周面から径方向外方に突出した円板形の支持壁部４１Ｂとを有する。各基部４１Ａは、カラー２５と一体的に回転するように結合されている。各基部４１Ａがカラー２５に結合された状態で、各支持壁部４１Ｂは軸線Ａ方向に隙間を介して対向するように配置される。

複数の永久磁石４２は、第１ロータ２７と同様に、各支持壁部４１Ｂの互いに対向する面のそれぞれに、磁極の向きが軸線Ａと平行になるように結合されている。これにより、第２ロータ３７の各支持壁部４１Ｂ間には、各支持壁部４１Ｂの一方に設けられた永久磁石４２から対向する支持壁部４１Ｂに設けられた永久磁石４２に、軸線Ａと平行に延びる磁束が形成される。

第２ステータコイル３９は、第１ステータコイル２９と同様に、鉄心３９Ａ及び３相の巻線３９Ｂを有する。各第２ステータコイル３９は、鉄心３９Ａの軸線がそれぞれ軸線Ａと平行になるように第２リングの内周面に支持されている。また、各第２ステータコイル３９は、それぞれの鉄心３９Ａが各支持壁部４１Ｂに設けられた永久磁石４２の間に配置されている。これにより、各第２ステータコイル３９の横断面に対して永久磁石４２の磁束が直交する。

本実施形態では、第１電動発電機３と第２電動発電機４とは、同一の能力を有し、回転数が等しいときには等しい電圧を発生する。他の実施形態では、第１電動発電機３と第２電動発電機４とは、異なる能力を有してもよい。

ケース５と第１ロータ２７との間には第１ブレーキ５０が設けられ、ケース５と第２ロータ３７との間には第２ブレーキ５１が設けられている。第１ブレーキ５０及び第２ブレーキ５１は同様の構成を有する。

第１ブレーキ５０は、第１ブレーキディスク５０Ａと、第１ブレーキディスク５０Ａを第１ロータ２７の支持壁部３１Ｂ側に付勢する第１付勢部材５０Ｂと、第１ブレーキディスク５０Ａを第１ロータ２７の支持壁部３１Ｂから離れる方向に吸引する第１電磁石５０Ｃとを有する。第１ブレーキディスク５０Ａは、強磁性を有する部材から形成され、中央部に貫通孔を有する円板部材である。第１ブレーキディスク５０Ａは、貫通孔にリングギヤ１７の第２円筒部１７Ｂが挿通され、軸線Ａ方向に変位可能に第１隔壁５Ｄと第１ロータ２７との間に配置されている。第１付勢部材５０Ｂは、例えば圧縮コイルばねであり、第１隔壁５Ｄと第１ブレーキディスク５０Ａとの間に介装され、第１ブレーキディスク５０Ａを第１ロータ２７の支持壁部３１Ｂの側面に付勢している。第１ブレーキディスク５０Ａは、第１付勢部材５０Ｂに付勢されて支持壁部３１Ｂの側面に押し付けられ、支持壁部３１Ｂとの間に摩擦力を生じ、第１ロータ２７の回転を制動する。第１電磁石５０Ｃは、第１隔壁５Ｄに設けられ、電力が供給されたときに磁力を発生し、第１ブレーキディスク５０Ａを第１付勢部材５０Ｂの付勢力に抗して第１隔壁５Ｄ側、すなわち支持壁部３１Ｂから離れる側に吸引する。以上の構成により、第１ブレーキ５０は、第１電磁石５０Ｃに電力が供給されていないときに第１ロータ２７の回転を制止し、第１電磁石５０Ｃに電力が供給されているときに第１ロータ２７の回転を許容する。

第２ブレーキ５１は、第１ブレーキ５０と同様の、第２ブレーキディスク５１Ａと、第２付勢部材５１Ｂと、第２電磁石５１Ｃとを有する。第２ブレーキディスク５１Ａは、貫通孔にカラー２５が挿通され、軸線Ａ方向に変位可能に第２隔壁５Ｅと第２ロータ３７との間に配置されている。第２付勢部材５１Ｂは、第２隔壁５Ｅと第２ブレーキディスク５１Ａとの間に介装され、第２ブレーキディスク５１Ａを第２ロータ３７の支持壁部４１Ｂの側面に付勢している。第２ブレーキディスク５１Ａは、第２付勢部材５１Ｂに付勢されて支持壁部４１Ｂの側面に押し付けられ、第２ロータ３７の支持壁部４１Ｂとの間に生じる摩擦力によって、第２ロータ３７の回転を制動する。第２電磁石５１Ｃは、第２隔壁５Ｅに設けられ、電力が供給されたときに磁力を発生し、第２ブレーキディスク５１Ａを第２付勢部材５１Ｂの付勢力に抗して第２隔壁５Ｅ側、すなわち第２ロータ３７の支持壁部４１Ｂから離れる側に吸引する。以上の構成により、第２ブレーキ５１は、第２電磁石５１Ｃに電力が供給されていないときに第２ロータ３７の回転を制止し、第２電磁石５１Ｃに電力が供給されているときに第２ロータ３７の回転を許容する。

ケース５には、第１ロータ２７の回転位置を検出する第１回転センサ５５及び第２ロータ３７の回転位置を検出する第２回転センサ５６が設けられている。第１回転センサ５５及び第２回転センサ５６は同様の構成を有している。

第１回転センサ５５は、第２隔壁５Ｅの第２室５Ｇ側面に設けられた磁気検出手段としてのホール素子５５Ａを有している。第１ロータ２７の第２隔壁５Ｅ側に配置された支持壁部３１Ｂには、軸線Ａ方向に貫通し、永久磁石３２の背面の一部を第２隔壁５Ｅ側に露出させる露出孔５５Ｂが複数形成されている。露出孔５５Ｂは、周方向において複数形成されている。本実施形態では、各露出孔５５Ｂは各永久磁石３２に対応し、かつ軸線Ａからの距離が等しくなる位置にそれぞれ形成されている。ホール素子５５Ａは、軸線Ａと露出孔５５Ｂとの距離と同じ距離だけ軸線Ａから離れた位置に配置され、第１ロータ２７が回転するときに各露出孔５５Ｂと対向可能となっている。これにより、ホール素子５５Ａは、第１ロータ２７が回転するときに、露出孔５５Ｂを通過する各永久磁石３２の磁束を検出し、第１ロータ２７の回転位置を検出することができる。また、第１回転センサ５５は、第１ロータ２７の回転位置の変化を時間で微分することによって、第１ロータ２７の回転速度を算出することができる。

第２回転センサ５６は、第２端壁５Ｃの第３室５Ｈ側面に設けられたホール素子５６Ａを有している。第２ロータ３７の第２端壁５Ｃ側に配置された支持壁部４１Ｂには、軸線Ａ方向に貫通し、永久磁石４２の背面の一部を第２端壁５Ｃ側に露出させる露出孔５６Ｂが複数形成されている。露出孔５６Ｂは、第１回転センサ５５と同様に、各露出孔５６Ｂは各永久磁石４２に対応し、かつ軸線Ａからの距離が等しくなる位置にそれぞれ形成されている。ホール素子５６Ａは、第１回転センサ５５と同様に、軸線Ａと露出孔５６Ｂとの距離と同じ距離だけ軸線Ａから離れた位置に配置され、第１ロータ２７が回転するときに各露出孔５６Ｂと対向可能となっている。これにより、第２回転センサ５６は、第２ロータ３７の回転位置及び回転速度を検出することができる。

図１に示すように、内燃機関１０の出力軸であるクランク軸１０Ａと、ケース５から突出したサンギヤ１６の軸部１６Ａとは、同軸に配置され、クラッチ７を介して互いに連結されている。これにより、クラッチ７が接続された状態ではクランク軸１０Ａとサンギヤ１６の軸部１６Ａとが同じ回転数で回転し、クラッチ７が切断された状態ではクランク軸１０Ａとサンギヤ１６の軸部１６Ａとが互いに独立して回転する。本実施形態では、駆動装置１は、軸線Ａが車両１００の前後方向と平行となるように配置されている。

ケース５から突出した遊星キャリア１９の軸部１９Ａは、デファレンシャルギヤ装置（作動装置）５８を介して、左右の車軸６０Ａ、６０Ｂに連結されている。デファレンシャルギヤ装置５８は、リミテッドスリップデフ（ＬＳＤ）等の公知のものであってよい。デファレンシャルギヤ装置５８によって、遊星キャリア１９の軸部１９Ａの回転は減速されて左右の車軸６０Ａ、６０Ｂに伝達される。なお、車軸６０Ａ、６０Ｂは、前輪及び後輪のいずれに対応したものであってもよい。

遊星歯車機構２における、サンギヤ１６の歯数Ｚｓに対するリングギヤ１７の歯数Ｚｒの比であるギヤ比Ｚｒ／Ｚｓ、及びデファレンシャルギヤ装置５８の減速比は、任意に設定してよい。一例として、内燃機関１０のクランク軸１０Ａに対する車軸６０Ａ、６０Ｂの減速比を１０程度とする場合、ギヤ比Ｚｒ／Ｚｓを２〜４、デファレンシャルギヤ装置５８の減速比を２〜４と設定することができる。

車両１００は、駆動装置１に加え、第１ＡＣ／ＤＣ変換器（双方向インバータ）６３、第２ＡＣ／ＤＣ変換器６４、ＤＣ／ＤＣ変換器６５、バッテリ６６、及びＥＣＵ（電子制御ユニット）６７を有する。

第１電動発電機３の第１ステータコイル２９の三相の巻線２９Ｂは第１ＡＣ／ＤＣ変換器６３に接続され、第２電動発電機４の第２ステータコイル３９の三相の巻線３９Ｂは第２ＡＣ／ＤＣ変換器６４に接続されている。第１ＡＣ／ＤＣ変換器６３の直流側、及び第２ＡＣ／ＤＣ変換器６４の直流側は、配線を介してバッテリ６６に接続されている。ＥＣＵ６７は、ＤＣ／ＤＣ変換器（変圧器）６５を介してバッテリ６６に接続されている。

ＥＣＵ６７には、第１回転センサ５５、第２回転センサ５６、遊星キャリア１９の軸部１９Ａの回転数を検出する出力軸センサ７１、クランク軸１０Ａの回転位置を検出するクランク角センサ７２、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルペダルセンサ（不図示）等からの信号が入力される。ＥＣＵ６７は、第１回転センサ５５の信号に基づいて第１電動発電機３（リングギヤ１７）の回転数を取得し、第２回転センサ５６の信号に基づいて第２電動発電機４（サンギヤ１６）の回転数を取得し、出力軸センサ７１の信号に基づいて駆動装置１の出力軸（軸部１９Ａ）の回転数を取得し、クランク角センサ７２の信号に基づいて内燃機関１０の回転数を取得し、アクセルペダルセンサの信号に基づいてアクセルペダルの踏込み量を取得する。また、ＥＣＵ６７は、駆動装置１の出力軸の回転数やアクセルペダルの踏込み量に基づいて要求出力を設定する。

また、ＥＣＵ６７は、バッテリ６６の電位を検出する。そして、ＥＣＵ６７はバッテリ６６の電位と要求出力とに基づいて、ＥＶ、ＨＶ、ＥＮＧ、停車のいずれかの運転モードを選択する。ＥＶは、内燃機関１０を停止し、第１及び第２電動発電機３、４の駆動力を使用して走行する運転モードであり、ＨＶは、内燃機関１０、第１及び第２電動発電機３、４の駆動力を使用して走行する運転モードであり、ＥＮＧは、内燃機関１０のみの駆動力を使用して走行する運転モードであり、停車は車両１００の停車状態で行われる運転モードである。ＥＣＵ６７は、運転モードと要求出力とに基づいて、内燃機関１０、第１及び第２電動発電機３、４、第１及び第２ブレーキ５０、５１を制御する。

ＥＣＵ６７は、内燃機関１０を制御する場合には、内燃機関１０のスロットルバルブ及びインジェクタの少なくとも一方を制御し、吸気量及び燃料噴射量を変化させ、クランク軸１０Ａの回転数を変化させる。

ＥＣＵ６７は、第１及び第２ＡＣ／ＤＣ変換器６３、６４のスイッチング素子のオン、オフを制御することによって、第１電動発電機３及び第２電動発電機４に供給する電力を変化させ、第１電動発電機３及び第２電動発電機４の回転数を変化させる。ＥＣＵ６７は、例えばＰＷＭ制御に基づいて第１電動発電機３及び第２電動発電機４に供給する電力を変化させ、第１電動発電機３及び第２電動発電機４の回転数を変化させる。

ＥＣＵ６７は、第１及び第２ブレーキ５０、５１の電磁石５０Ｃ、５１Ｃへの給電を制御することによって、各ブレーキディスク５０Ａ、５１Ａと第１ロータ２７及び第２ロータ３７の支持壁部３１Ｂ、４１Ｂとの接触状態を変化させ、第１ロータ２７及び第２ロータ３７の回転を制動する。

図３及び図４は、各運転モードの各状態における、内燃機関１０、第１及び第２電動発電機３、４、第１及び第２ブレーキ５０、５１、クラッチ７の制御を示す。

図３のＮｏ１〜３の制御は、停車モードにおいて行われる制御である。Ｎｏ１の制御では、内燃機関１０を停止、クラッチ７をＯＮ（接続）、第１及び第２電動発電機３、４を制止、第１及び第２ブレーキ５０、５１をＯＮ（制動）にすることによって、エネルギーの消費を無くすと共に、車両１００の車軸６０Ａ、６０Ｂの回転を禁止して車両１００をパーキング（制止）にすることができる。この状態では、第１及び第２ブレーキ５０、５１が車軸６０Ａ、６０Ｂの回転を禁止するため、運転者は他のブレーキを操作する必要がない。なお、図３中のクラッチ７について、ＯＮ（ＯＦＦ）と記載されている箇所は、クラッチ７がＯＮ（接続）又はＯＦＦ（切断）のいずれでもよい。

Ｎｏ２の制御では、第１及び第２ブレーキ５０、５１をＯＦＦ、第１電動発電機３を空転可能、クラッチ７をＯＮにした状態で、第２電動発電機４を駆動させることによって、第２電動発電機４の駆動力をクランク軸１０Ａに伝達し、内燃機関１０のクランキング（始動）が行われる。ここで、第１電動発電機３を空転可能にするとは、第１ＡＣ／ＤＣ変換器６３を制御して、第１ロータ２７が回転しても第１電動発電機３が発電しないようにし、第１電動発電機３の回転抵抗を低減することをいう。なお、第２電動発電機４は、第２ＡＣ／ＤＣ変換器６４を同様に制御することによって、空転可能にすることができる。なお、第１電動発電機３が空転可能であるため、サンギヤ１６が回転しても遊星キャリア１９は回転せずにリングギヤ１７が回転し、車両１００は停車した状態に維持される。

Ｎｏ３の制御では、第１及び第２ブレーキ５０、５１をＯＦＦ、第１電動発電機３を空転可能、クラッチ７をＯＮにした状態で、内燃機関１０を駆動させることによって、内燃機関１０の駆動力で第２電動発電機４を回転させ、第２電動発電機４が発電を行うことができる。この動作により、停車時にバッテリ６６を充電することができる。なお、第１電動発電機３が空転可能であるため、遊星キャリア１９は回転せず、車両１００は停車した状態に維持される。

Ｎｏ２及び３の制御では、第１電動発電機３を空転可能としたが、第１電動発電機３に電力を供給して第１電動発電機３を反転させ、遊星キャリア１９が回転しないようにしてもよい。

Ｎｏ４〜１３の制御は、内燃機関１０を使用しないＥＶモードにおいて行われる。Ｎｏ４の制御では、第１ブレーキ５０をＯＦＦ、第２ブレーキ５１をＯＮにし、第１電動発電機３の駆動力を遊星キャリア１９に伝達することによって、車両１００が前進（発進）することができる。このとき、クラッチ７はＯＮ、ＯＦＦのいずれであってもよい。

Ｎｏ５〜７の制御は、車両１００の発進時に順に行われる。Ｎｏ５の制御は、車両１００は停車時に行われ、第１及び第２ブレーキ５０、５１がＯＦＦ、クラッチ７がＯＦＦ、第１電動発電機３が空転可能な状態で、第２電動発電機４の駆動を行う。この状態では、遊星キャリア１９の回転負荷に比べてリングギヤ１７の回転負荷が十分に小さいため、第２電動発電機４の駆動力は遊星ギヤ１８を介してリングギヤ１７及び第１電動発電機３に伝達され、遊星キャリア１９は回転しない。この制御によって、第２電動発電機４は、回転負荷が比較的小さな状態で、制止した状態から駆動状態となることができる。そのため、第２電動発電機４及び第２ＡＣ／ＤＣ変換器６４に大電流が流れることが抑制される。

Ｎｏ５の制御が行われている状態からＮｏ６の制御に移行し、第１電動発電機３を発電制御又は第１ブレーキ５０を少しずつＯＮにすると、第１電動発電機３及びリングギヤ１７の回転負荷が大きくなり、第２電動発電機４の駆動力が遊星キャリア１９にも分配されるようになり、遊星キャリア１９が回転を開始する。第１電動発電機３の発電量、又は第１ブレーキ５０の制動力が大きくなるほど、第１電動発電機３の回転負荷が大きくなり、第２電動発電機４の駆動力が遊星キャリア１９に分配される割合が大きくなる。そして、第１ブレーキ５０の制動力が十分に大きくなり、第１電動発電機３の回転が禁止されると、第２電動発電機４の駆動力は遊星キャリア１９に全てが伝達されるようになる。このように、第２電動発電機４の駆動開始時にリングギヤ１７側を空転可能にし、第２電動発電機４の回転負荷を低減することによって、第２電動発電機４及び第２ＡＣ／ＤＣ変換器６４に大電流が流れることを防止することができる。これにより、第２ＡＣ／ＤＣ変換器６４を大電流に対応した構成にする必要がなくなり、第２ＡＣ／ＤＣ変換器６４の小型化及び低コスト化が可能になる。

Ｎｏ７の制御では、第１及び第２ブレーキ５０、５１をＯＦＦにし、第１及び第２電動発電機３、４に電力を供給して共に正転させることによって、車両１００は第１及び第２電動発電機３、４の両方の駆動力を用いて前進する。

Ｎｏ８の制御では、第１及び第２ブレーキ５０、５１をＯＦＦ、クラッチ７をＯＦＦ、第１及び第２電動発電機３、４を空転可能にすることによって、車両１００の慣行走行が可能になる。

Ｎｏ９〜１１の制御は、ＥＶモードの減速時に行われる。Ｎｏ９の制御では、第１及び第２ブレーキ５０、５１をＯＦＦ、クラッチ７をＯＦＦ、第１及び第２電動発電機３、４を発電制御することによって、回生制動が行われる。

Ｎｏ１０の制御は、Ｎｏ９に示す制御に続いて行われ、第１ブレーキ５０を少しずつＯＮにして第１電動発電機３を制止する。これにより、車軸６０Ａ、６０Ｂからの駆動力は第２電動発電機４に多く分配されるようになり、第２電動発電機４で発電が行われる。車軸６０Ａ、６０Ｂの回転は、遊星キャリア１９及びサンギヤ１６を介することによって増速されるため、車速が低下した状態でも効率良く回生を行うことができる。

Ｎｏ１１の制御では、第１ブレーキ５０をＯＦＦ、第２ブレーキ５１をＯＮ、クラッチ７をＯＦＦ、第１電動発電機３を発電制御することによって、第１電動発電機３による回生制動が行われる。

Ｎｏ１２及び１３に示す制御は、ＥＶモードの後進時に行われる。Ｎｏ１２の制御では、第１ブレーキ５０をＯＦＦ、第２ブレーキ５１をＯＮ、第１電動発電機３を反転駆動することによって、車両１００が後進する。Ｎｏ１３に示す制御では、後進時に制動するために行われ、第１ブレーキ５０をＯＦＦ、第２ブレーキ５１をＯＮ、第１電動発電機３を発電制御することによって、第１電動発電機３による回生制動が行われる。Ｎｏ１２及び１３の制御は、クラッチ７はＯＮ又はＯＦＦのいずれであってもよい。

Ｎｏ１４〜２２の制御は、内燃機関１０と、第１及び第２電動発電機３、４の少なくとも一方とを駆動するＨＶモードにおいて行われる。

Ｎｏ１４〜１６の制御は、車両１００の発進時に順に行われる。Ｎｏ１４の制御は、車両１００の停車時に行われ、第１及び第２ブレーキ５０、５１をＯＦＦ、クラッチ７をＯＮ、第１電動発電機３を空転制御、第２電動発電機４を発電制御、内燃機関１０を駆動制御する。この状態では、遊星キャリア１９の回転負荷に比べてリングギヤ１７の回転負荷が十分に小さいため、内燃機関１０の駆動力は遊星ギヤ１８を介してリングギヤ１７及び第１電動発電機３に伝達され、遊星キャリア１９は回転しない。この制御によって、内燃機関１０に大きな回転負荷が加わることが抑制されるため、内燃機関１０のエンジンストールが防止される。

Ｎｏ１４の制御が行われている状態からＮｏ１５の制御に移行し、第１電動発電機３を発電制御又は第１ブレーキ５０を少しずつＯＮにすると、第１電動発電機３及びリングギヤ１７の回転負荷が大きくなり、内燃機関１０の駆動力が遊星キャリア１９にも分配されるようになり、遊星キャリア１９が回転を開始する。第１電動発電機３の発電量、又は第１ブレーキ５０の制動力が大きくなるほど、第１電動発電機３の回転負荷が大きくなり、内燃機関１０の駆動力が遊星キャリア１９に分配される割合が大きくなる。そして、第１ブレーキ５０の制動力が十分に大きくなり、第１電動発電機３の回転が禁止されると、内燃機関１０の駆動力は遊星キャリア１９に全てが伝達されるようになる。このように、内燃機関１０の駆動力を車軸６０Ａ、６０Ｂ側に伝達する時に、第１電動発電機３の回転負荷を調節し、車軸６０Ａ、６０Ｂ側に分配する駆動力を調節することによって、クラッチ７の操作が不要になる。

Ｎｏ１６の制御では、Ｎｏ１５の制御の後に、第１ブレーキ５０をＯＦＦ、第１電動発電機３を駆動制御することによって、車両１００は内燃機関１０と第１電動発電機３の両方の駆動力を用いて前進する。

Ｎｏ１７の制御は、ＥＶモードの前進中に内燃機関１０を始動するために行われる。Ｎｏ１７の制御では、第１及び第２ブレーキ５０、５１をＯＦＦ、クラッチ７をＯＮ、第１及び第２電動発電機３、４を電動制御することによって、サンギヤ１６の駆動力をクランク軸１０Ａに伝達し、内燃機関１０をクランキングする。

Ｎｏ１８の制御では、第１及び第２ブレーキ５０、５１をＯＦＦ、クラッチ７をＯＮ、第１及び第２電動発電機３、４を電動制御、内燃機関１０を駆動制御することによって、車両１００は第１及び第２電動発電機３、４、及び内燃機関１０の駆動力を使用して加速することができる。

Ｎｏ１９及び２０の制御は、車両１００の定速走行時に行われる。Ｎｏ１９の制御では、第１及び第２ブレーキ５０、５１をＯＦＦ、クラッチ７をＯＮ、第１電動発電機３を電動制御、第２電動発電機４を発電制御、内燃機関１０を駆動制御することによって、車両１００はバッテリ６６の充電を行いながら走行することができる。Ｎｏ２０の制御では、第１及び第２ブレーキ５０、５１をＯＦＦ、クラッチ７をＯＮ、第１電動発電機３を電動制御、第２電動発電機４を空転制御、内燃機関１０を駆動制御することによって、車両１００は第２電動発電機４の回転負荷を低減して燃費を向上させつつ、走行することができる。Ｎｏ２０の制御は、例えばバッテリ６６の残量が多い場合に行われる。

Ｎｏ２１及び２２の制御は、車両１００の減速時に行われる。Ｎｏ２１の制御では、第１及び第２ブレーキ５０、５１をＯＦＦ、クラッチ７をＯＮ、第１及び第２電動発電機３、４を発電制御、内燃機関１０を減速制御することによって、車両１００は第１及び第２電動発電機３、４の回生制動力、及び内燃機関１０の回転抵抗（エンジンブレーキ）を利用して制動することができる。Ｎｏ２２の制御では、第２ブレーキ５１をＯＦＦ、クラッチ７をＯＦＦとした状態で、第１ブレーキ５０を少しずつＯＮにし、第１電動発電機３を制止させる。このとき、内燃機関１０の制御は特に限定されないが、燃料消費量を抑制するために、停止又はアイドル状態に制御することが好ましい。この制御によれば、車軸６０Ａ、６０Ｂからの駆動力は第２電動発電機４に多く分配されるようになり、第２電動発電機４で発電が行われる。車軸６０Ａ、６０Ｂの回転は、遊星キャリア１９及びサンギヤ１６を介することによって増速されるため、車速が低下した状態でも効率良く回生を行うことができる。

Ｎｏ２３〜２５の制御は、内燃機関１０の駆動力によって走行するＥＮＧモードにおいて行われる。Ｎｏ２３の制御は、車両１００の前進時に行われる。Ｎｏ２３の制御では、第１ブレーキ５０をＯＮ、第２ブレーキ５１をＯＦＦ、クラッチ７をＯＮ、第１電動発電機３を制止、第２電動発電機４を発電制御、内燃機関１０を駆動制御することによって、車両１００はバッテリ６６の充電を行いながら走行することができる。

Ｎｏ２４の制御は、車両１００の慣行走行時に行われる。Ｎｏ２３の制御では、第１ブレーキ５０をＯＮ、第２ブレーキ５１をＯＦＦ、クラッチ７をＯＦＦ、第１電動発電機３を制止、第２電動発電機４を空転制御する。このとき、内燃機関１０の制御は特に限定されないが、燃料消費量を抑制するために、停止又はアイドル状態に制御することが好ましい。

Ｎｏ２５の制御は、車両１００の減速時に行われる。Ｎｏ２５の制御では、第１ブレーキ５０をＯＮ、第２ブレーキ５１をＯＦＦ、クラッチ７をＯＮ、第１電動発電機３を制止、第２電動発電機４を発電制御、内燃機関１０を減速制御することによって、車両１００は第２電動発電機４の回生制動力、及び内燃機関１０の回転抵抗（エンジンブレーキ）を利用して制動することができる。

以上のように構成した駆動装置１は、遊星歯車機構２、第１電動発電機３、第２電動発電機４、及び内燃機関１０のクランク軸１０Ａが同軸に配置されるため、駆動装置１の外形が簡素になる。また、遊星歯車機構２、第１電動発電機３、第２電動発電機４、及び内燃機関１０を互いに近接させて配置することができるため、小型化が可能になる。また、第１及び第２電動発電機３、４が、界磁に永久磁石３２、４２を用いているため、界磁に電磁石を用いたものに比べて装置を小型化することができる。また、第１及び第２電動発電機３、４、遊星歯車機構２が共通のケース５に収容され、１つのユニット６を構成するため、駆動装置１全体の簡素化及び小型化が図れる。

駆動装置１では、クラッチ７によってサンギヤ１６と内燃機関１０のクランク軸１０Ａとを切断することができるため、第２電動発電機４を回転させる場合に内燃機関１０の回転抵抗が第２電動発電機４に負荷として加わることを避けることができる。また、駆動装置１は、第１及び第２ブレーキ５０、５１を操作することによって、第１及び第２ロータ２７、３７の制動を行うことができ、第１及び第２電動発電機３、４の回転数を迅速かつ円滑に変化させることができる。

また、車両１００は、遊星歯車機構２及びデファレンシャルギヤ装置５８によって減速機が構成され、第１及び第２電動発電機３、４、及び内燃機関１０の回転が、遊星歯車機構２及びデファレンシャルギヤ装置５８によって減速して車軸６０Ａ、６０Ｂに伝達される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、遊星キャリア１９の軸部１９Ａと、デファレンシャルギヤ装置５８との間に他の減速機を介装してもよい。また、本実施形態に係る駆動装置１は、マイクロＥＶに限らず、２輪車や３輪車、４輪車を含む他の車輪に適用することができる。また、駆動装置１の軸線Ａは、車両１００の左右方向に延在するように配置されてもよい。

１...駆動装置、２...遊星歯車機構、３...第１電動発電機、４...第２電動発電機、５...ケース、６...ユニット、７...クラッチ、１０...内燃機関、１０Ａ...クランク軸（出力軸）、１６...サンギヤ、１６Ａ...軸部、１７...リングギヤ、１７Ｂ...第２円筒部、１８...遊星ギヤ、１９...遊星キャリア、１９Ａ...軸部、２７...第１ロータ、２９...第１ステータコイル、３２...永久磁石、３７...第２ロータ、３９...第２ステータコイル、４２...永久磁石、５０...第１ブレーキ、５１...第２ブレーキ、５８...デファレンシャルギヤ装置、６０Ａ、６０Ｂ...車軸、６３...第１ＡＣ／ＤＣ変換器、６４...第２ＡＣ／ＤＣ変換器、６６...バッテリ、６７...ＥＣＵ、１００...車両、Ａ...軸線

Claims (7)

1. ハイブリッド車両の駆動装置であって、
   内燃機関と、
   界磁に永久磁石を用いた第１及び第２電動発電機と、
   リングギヤ、サンギヤ、遊星キャリアを備えた遊星歯車機構とを有し、
   前記リングギヤは、前記第１電動発電機のロータである第１ロータに接続され、
   前記サンギヤは、前記第２電動発電機のロータである第２ロータに接続されると共に、前記内燃機関の出力軸に接続され、
   前記遊星キャリアは、車軸側に接続され、
   前記遊星歯車機構、前記第１電動発電機、前記第２電動発電機、及び前記内燃機関の前記出力軸が同軸に配置されていることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
2. 前記内燃機関の前記出力軸は、クラッチを介して前記サンギヤに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
3. 前記第１ロータ及び前記第２ロータを収容するケースと、
   前記第１ロータと前記ケースとの間に設けられ、前記ケースに対する前記第１ロータの相対回転を制動する第１ブレーキと、
   前記第２ロータと前記ケースとの間に設けられ、前記ケースに対する前記第２ロータの相対回転を制動する第２ブレーキとを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
4. 前記ケースは、前記遊星歯車機構を更に収容することを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
5. 前記リングギヤは、自身の回転軸線と同軸に配置された筒部を有し、
   前記サンギヤは、自身の回転軸線と同軸に配置されて前記筒部を通過する軸部を有し、
   前記第１ロータは、前記筒部の外周部に結合され、
   前記第２ロータは、前記軸部の前記筒部から突出した部分に結合されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
6. 前記遊星キャリアは、デファレンシャルギヤ装置を介して前記車軸に接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つの項に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
7. 前記ハイブリッド車両の発進時には、最初に前記第１電動発電機を空転可能状態にし、前記遊星歯車機構及び前記クラッチによって前記内燃機関及び前記第２電動発電機の少なくとも一方の駆動力を前記第１電動発電機に伝達させ、その後前記第１電動発電機の回転を抑制し、前記遊星歯車機構によって前記内燃機関及び前記第２電動発電機の少なくとも一方の駆動力の一部を前記車軸に伝達させることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つの項に記載のハイブリッド車両の駆動装置。

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