JP3578306B2 - 車両用駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関であるエンジンと回転電機との両方を備えているハイブリッド型車両用の電磁カップリング駆動装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
この分野の従来技術としては、特開平７−１５８０５号公報に開示されている技術がある。同公報には、エンジンにより発生した軸出力の回転数を変換する電磁カップリング装置と、上記軸出力のトルクを制御する補助電動機との作用により、エンジンと回転電機とのハイブリッド車両用駆動装置が開示されている。この車両用駆動装置は、エンジンおよび回転電機と駆動輪とを結ぶディファレンシャル・ホイールアッセンブリと、同アッセンブリに接続されている回転電機とを主要構成要素としている。
【０００３】
このようなハイブリッド化のねらいとするところは、燃費の向上とそれに伴う低公害化とである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記公報の車両用駆動装置では、前述のように、ディファレンシャル・ホイールアッセンブリと回転電機との二つを主要構成要素としているので、容積がかさばる上に車両全体の重量増大を招かざるを得ない。その結果、期待するほどには燃費向上も低公害化も実現され得ず、不都合である。
【０００５】
また、上記公報の車両用駆動装置は、機能的には在来型のＡＴ車両のトルクコンバータおよび変速機に代わるものであるが、前述のように容積がかさばるのでトルクコンバータおよび変速機の占める空間には収容しきれない。それゆえ、車両の小型化に資することができないという不都合もある。
そこで本発明は、小型軽量化された車両用駆動装置を提供することを解決すべき課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題を解決するために、発明者らは以下の手段を発明した。
（第１手段）
本発明の第１手段は、請求項１記載の車両用駆動装置である。
本手段では、ステータと第１ロータとにそれぞれ電機子が形成されており、両者の間に介在する第２ロータには外周界磁および内周界磁が形成されている。それゆえ、第１ロータと第２ロータとの間に形成される内周磁気回路を適正に制御することにより、第１ロータと第２ロータとの間でトルクの授受が行われて回転電機が構成され、両者の間で回転数調整部の回転電機作用が発揮される。また、第２ロータとステータとの間に形成される外周磁気回路を適正に制御することにより、第２ロータとステータとの間でトルクの授受が行われて別の回転電機が構成され、トルク調整部の回転電機作用が発揮される。
【０００７】
ここで、第１ロータはエンジン出力軸に接続されていてエンジンにより回転駆動され、いっぽう第２ロータは駆動輪の駆動軸に接続されており、同駆動軸を回転駆動するか逆に同駆動軸から回転駆動される。エンジンの回転数はスロットル開度情報およびトルク負荷等の条件によりほぼ決まっており、駆動輪の駆動軸の回転数も搭載車両の走行速度によって一意に決まっている。それゆえ、第１ロータの回転数と第２ロータの回転数とはそれぞれ独立に決まっているものと考えられ、第１ロータと第２ロータとの間で形成される回転数調整部の回転電機作用では、両ロータの間での回転数の調整が主たる作用となる。この作用は、第１ロータのロータコアおよびロータ巻線からなる電機子が、電動作用をもつ場合にも発電作用を行う場合にも変わらない。
【０００８】
一方、ステータのステータコアおよびステータ巻線からなる電機子は、第２ロータに適正なトルクを授受して第２ロータを所望の回転数で駆動する必要がある。なぜなら、搭載車両を所望の速度で走行させるには、駆動輪の駆動軸に連なる第２ロータを適正な回転数で駆動する必要があるからである。それゆえ、ステータと第２ロータとの間で形成されるトルク調整部の回転電機作用では、第２ロータに適正な駆動トルクを授受することが主たる作用となる。この作用は、ステータの電機子が、第２ロータに加速方向にトルクを加えて電動作用をもつ場合にも、第２ロータに減速方向にトルクを加えて発電作用を行う場合にも、変わらない。
【０００９】
以上では、回転数調整部の回転電機作用とトルク調整部の回転電機作用との作用の違いを強調して、本手段の車両用駆動装置の作用を説明した。しかしながら要するに、ステータの電機子と第１ロータの電機子とを適正に制御して、第１ロータから第２ロータへ効率よく動力の伝達を行うことが本手段の車両用駆動装置の要諦である。すなわち、エンジン出力軸に接続されている第１ロータには適正なトルク負荷がかかるようにし、駆動輪の駆動軸に接続されている第２ロータには所望の回転数になるように適正なトルクをかけることである。
【００１０】
なお、ステータの電機子の制御と第１ロータの電機子の制御とは、それぞれに電気的に接続されているインバータによってなされるように外部回路を構成することが可能である。また、回転数調整部およびトルク調整部にそれぞれ形成されている回転電機の発電作用およびまたは電動作用の結果生じる電力の余剰分や不足分は、各インバータに接続されたバッテリー（二次電池）との電力の授受で調整できるように外部回路を構成すると良い。そのうえでバッテリーの容量が十分に大きければ、電力が不足したり無駄に消費されたりすることはない。
【００１１】
また、通常の運転状態である搭載車両の前進時には、第１ロータの回転方向と第２ロータの回転方向とは同一方向であるから、第１ロータから第２ロータへの電磁力を介する動力伝達は比較的高い効率で行われる。
したがって本手段によれば、従来技術と異なってディファレンシャル・ホイールアセンブリを必要とせず、しかも二種類の回転電機機能を持つ回転電機が一つの機枠内に収容されているので、従来技術に比べて極めて小型かつ軽量である。また、本手段の車両用駆動装置は、構成がシンプルで軽量小型であるばかりではなく動力の伝達効率も比較的高いので、搭載車両を小型軽量で動力性能が高くすることが可能になり、搭載車両の低燃費化および低公害化が達成され得る。
【００１２】
すなわち本手段によれば、小型軽量化された高効率の車両用駆動装置を提供することができるという効果がある。
本手段ではまた、外側界磁磁石および内側界磁磁石という二種類の永久磁石と、これらの永久磁石を保持する積層電磁鋼板からなるロータヨークと、ロータヨークを貫通して固定している複数の固定ピンとから、第２ロータの要部が構成されている。それゆえ、第２ロータには巻線を有する電機子構造が装置されておらず、界磁を形成する上記二種類の永久磁石とロータヨークとを主たる機能要素としているので、第２ロータを比較的薄くかつ軽量に構成することが可能である。その結果、本手段の車両用駆動装置をいっそう小型軽量化することが可能になる。また、ステータおよび第１ロータに対して充分なトルクの授受が行えるだけの界磁を発生させながら、第２ロータの慣性モーメントを比較的小さく抑えることができるので、加速時および減速時の応答特性が向上する（時定数が短縮される）。
【００１３】
したがって本手段によれば、前述の効果に加えて、車両用駆動装置をいっそう小型軽量化することが可能になるばかりではなく、搭載車両の加速時および減速時の応答特性が向上するという効果がある。
（第２手段）
本発明の第２手段は、請求項２記載の車両用駆動装置である。
【００１４】
本手段では第２ロータにおいて、外側界磁磁石の周方向中間部では内側界磁磁石と外側界磁磁石とが互いに近接して近接部が形成され、外側界磁磁石の周方向端部では内側界磁磁石と外側界磁磁石とが離間して離間部が形成されている。そして離間部は、軟磁性の積層電磁鋼板からなるロータヨークと同じく軟磁性材料からなる固定ピンとによって埋められており、多数の磁束を通すことが可能になっている。
【００１５】
ここで、ステータ巻線が形成する磁界と第１ロータ巻線が形成する磁界との間に差が大きい場合には、外側界磁磁石と内側界磁磁石との間のロータヨーク（バックヨーク）を周方向に多数の磁束が通ることになる。その際、外側界磁磁石の周方向端部に近い離間部を多くの磁束が通り、外側界磁磁石の周方向中間部に近い近接部にはほとんど磁束が通ることがない。それゆえ、本手段での第２ロータの構成によれば、バックヨークの厚さ分布がほぼ理想的となり、ロータヨークの厚さ分布に無駄が少ないので、よりいっそう第２ロータを薄くかつ軽量に構成することが可能になる。
【００１６】
また、軟磁性材料からなる固定ピンはバックヨークの離間部を貫通しているので、固定ピンは構造部材としてだけではなく透磁率の高い軟磁性の機能材料としての作用をも有する。それゆえ、複数の固定ピンの配設に関して、空間上でも重量上でも無駄がない。
また、外側界磁磁石および前記内側界磁磁石は、それぞれ平板形状であるから市販の永久磁石材料の利用が可能となり、材料コストの低減になる。さらに、第２ロータの半径方向の厚さが薄くなる分、ロータヨークの外径と内径との差が縮まり、ロータヨークの材料の節減にもなる。
【００１７】
したがって本手段によれば、前述の第１手段の効果に加えて、第２ロータをよりいっそう薄く軽量に構成することができるので、本手段の車両用駆動装置をさらに小型軽量化することが可能になる。そればかりではなく、搭載車両の加速時および減速時の応答特性がさらに向上するという効果もある。また、二種類の永久磁石の材料コストの低減と、ロータヨークの材料コストの低減とにより、本手段によれば車両用駆動装置をより安価に製造することが可能になるという効果もある。
【００１８】
（第３手段）
本発明の第３手段は、請求項３記載の車両用駆動装置である。
本手段では、固定ピンの外周面はローレット仕上げされており、表面に凹凸が形成されている。それゆえ、ロータヨークのピン孔に固定ピンを圧入する際に、固定ピンの外径とピン孔の内径との公差が比較的粗くても、所定の範囲の圧入力で圧入が可能である。公差が粗くても済むのであれば、ロータヨークを打ち抜き加工する際にピン孔を形成するだけで、ピン孔の仕上げ加工を要さないので製造コストを低減することが可能になる。
【００１９】
したがって本手段によれば、前述の第１手段または第２手段の効果に加えて、固定ピンの圧入によりロータヨークの固定を完全にしながら、第２ロータの製造コストが低減されてコストダウンになるという効果がある。
（第４手段）
本発明の第４手段は、請求項４記載の車両用駆動装置である。
【００２０】
本手段では、ロータヨークのピン孔には切り欠きが形成されており、固定ピンを圧入する際にピン孔の内径が多少膨らみ得るようにピン孔が形成されている。それゆえ、ロータヨークのピン孔に固定ピンを圧入する際に、固定ピンの外径とピン孔の内径との公差が比較的粗くても、所定の範囲の圧入力で圧入が可能である。公差が粗くても済むのであれば、ロータヨークを打ち抜き加工する際に切り欠き付きのピン孔を形成するだけで、ピン孔の仕上げ加工を要さないので製造コストを低減することが可能になる。
【００２１】
したがって本手段によれば、前述の第１手段または第２手段の効果に加えて、固定ピンの圧入によりロータヨークの固定を完全にしながら、第２ロータの製造コストが低減されてコストダウンになるという効果がある。
【００２２】
【発明の実施の形態および実施例】
本発明の車両用駆動装置の実施の形態については、当業者に実施可能な理解が得らえるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。
［実施例１］
（実施例１の全体構成）
本発明の実施例１としての車両用駆動装置１０００は、図１に示すように、エンジン１００の出力軸１１０からの軸出力を、必要に応じて増減し、適正なトルクおよび回転数で駆動輪７００を駆動する装置である。それゆえ、軸出力の増減作用を除いて考えれば、本実施例の車両用駆動装置１０００は、電磁力を介して作動する一種のトルク−回転数（Ｔ−Ｓ）コンバータとしてその作用をとらえることも可能である。
【００２３】
本実施例の車両用駆動装置１０００の要部は、機枠としての前部フレーム１７１０に固定されているステータ１４１０と、エンジン出力軸１１０に接続されている第１ロータ１２１０と、駆動輪７００に接続されている第２ロータ１３１０とからなる。
ステータ１４１０は、積層電磁鋼板からなるステータコア１４１２とステータ巻線１４１１とからなり、ステータ巻線１４１１はインバータ４００に三相で接続されている。
【００２４】
第１ロータ１２１０は、ロータコア１２１２およびロータ巻線１２１１をもち、ステータ１４１０と同軸に軸支され、所定の間隔を空けてステータ１４１０の内周面に対向している。第１ロータ１２１０の入力軸１２１３は、先端部（図中左端部）に形成されている内部ギヤ１２１３ａでエンジン１００の出力軸１１０と接続されており、第１ロータ１２１０はエンジン１００の軸出力によって回転駆動される。ロータ巻線１２１１は、第１ロータ１２１０の入力軸１２１３の後端部（図中右端部）に装置されているブラシ部１６００を介して、三相で別のインバータ２００に接続されている。
【００２５】
ここでブラシ部１６００は、後部フレーム１７２０に固定されているブラシホルダ１６１０に保持されているブラシ１６２０と、リード部１６６０で各ロータ巻線１２１１に接続されているスリップリング１６３０とからなる。ブラシホルダ１６１０、ブラシ１６２０、スリップリング１６３０およびリード部１６６０は、それぞれ三セットある。各スリップリング１６３０の間は、絶縁部１６５０により互いに絶縁されている。なお、ブラシ部１６００は、前部フレーム１７１０に固定されている後部フレーム１７２０の後端（図中右端）を封止するカバーケース１９２０によって覆われている。
【００２６】
第２ロータ１３１０は、ステータ１４１０および第１ロータ１２１０と同軸に配設されている。すなわち、第２ロータ１３１０はその両端でステータ１４１０に固定されているベアリング１５１０，１５１３に回転自在に軸支されており、第１ロータ１２１０はその両端付近で第２ロータ１３１０に保持されているベアリング１５１１，１５１４に回転自在に軸支されている。それゆえ、第１ロータ１２１０と第２ロータ１３１０とは、電磁的な力学関係はあるものの、互いに独立に回転することが可能である。
【００２７】
第２ロータ１３１０の永久磁石１２２０，１４２０により界磁を形成する要部は、肉厚が比較的薄い中空円筒状の形状をもち、ステータ１４１０の内周面と第１ロータ１２１０の外周面との間の前述の所定の間隔に収容されている。すなわち第２ロータ１３１０は、外周界磁を形成している外周面でステータ１４１０の内周面に対向し、内周界磁を形成している内周面で第１ロータ１２１０の外周面に対向している。
【００２８】
第２ロータ１３１０の上記要部は、外周界磁および内周界磁を形成する二種類の永久磁石１２２０，１４２０と、同永久磁石を保持している積層電磁鋼板からなるロータヨーク１３１１と、ロータヨーク１３１１を貫通して固定している固定ピン１３３３からなる。第２ロータ１３１０の上記要部の両端は、剛性が高いエンドプレート１３３４，１３３５から形成されており、各固定ピン１３３３は、エンドプレート１３３４，１３３５に形成されている貫通孔に圧入されている。それゆえ、組み立て工程の途中であっても上記要部が不用意に分解してしまうことはなくなり、組立が容易になる。
【００２９】
エンドプレート１３３４，１３３５からさらに突出している各固定ピン１３３３の両端部は、それぞれ前部ロータフレーム１３３１と後部ロータフレーム１３３２とに圧入固定されている（あるいは図示しないネジ止めにより位置決めされて固定されている）。前述の各ベアリング１５１０〜１５１４は、前部ロータフレーム１３３１および後部ロータフレーム１３３２の内周側および外周側に、それぞれ取り付けられている。前部ロータフレーム１３３１の先端部（図中左端部）の外周には内部ギヤ１３３１ａが形成されており、内部ギヤ１３３１ａを介してギヤ１８１１が前部ロータフレーム１３３１の先端部に周方向に固定されている。ギヤ１８１１は、隣接する他のギヤ１８１２と噛み合って減速部１８００を構成しており、第２ロータ１３１０は、減速部１８００およびディファレンシャル・ギヤ部１９００を介して駆動輪７００の駆動軸と接続されている。
【００３０】
なお、第１ロータ１２１０および第２ロータ１３１０の回転角度は、二つの回転角センサ１９１１，１９１２によってそれぞれ計測され、ＥＣＵ（電子制御装置）５００に入力される。ＥＣＵ５００は、二つの回転角センサ１９１１，１９１２からの情報と、アクセル開度やスロットル開度などの情報とから適正な制御則に基づいて演算を行い、前述の二つのインバータ２００，４００を制御する。両インバータ２００，４００は並列にバッテリ６００に接続されており、バッテリ６００は両インバータ２００，４００と電力の授受を行って、車両用駆動装置の発電作用による充電や電動作用による給電を行う。
【００３１】
ここで、第１ロータ１２１０と第２ロータ１３１０との間には、内周磁気回路が形成されて、トルクの授受が行われる。そして、第１ロータ１２１０と第２ロータ１３１０との間では回転数が通常は異なっているので、エンジン１００に接続されている第１ロータ１２１０から駆動輪７００に接続されている第２ロータ１３１０に至る間に、ロータ回転数の調整が行われているものと見なすことができる。それゆえ、第２ロータ１３１０の永久磁石１２２０を含む部分と第１ロータ１２１０とをもって、回転数調整部１２００と呼ぶことにする。
【００３２】
一方、第２ロータ１３１０とステータ１４１０との間には、外周磁気回路が形成されてトルクの授受が行われる。そして、ステータ１４１０が第２ロータ１３１０に及ぼすトルクによって、第１ロータ１２１０が第２ロータ１３１０に及ぼすトルクの適正な第２ロータ１３１０のトルクに対する過不足の調整が行われる。それゆえ、第２ロータ１３１０の永久磁石１４４０を含む部分とステータ１４１０とをもって、トルク調整部１４００と呼ぶことにする。
【００３３】
なお、第１ロータ１２１０の回転方向と第２ロータ１３１０の回転方向とは、通常時すなわち搭載車両の前進時には、同一方向である。
（実施例１の要部構成）
本実施例の車両用駆動装置１０００の要部は、図２に示すように、同軸に配設されている第１ロータ１２１０、第２ロータ１３１０およびステータ１４１０から構成されている。
【００３４】
前述のように、第１ロータ１２１０の入力軸１２１３はエンジン出力軸１１０（図１参照）に接続されており、第１ロータ１２１０は回転自在に軸支されている。また、第２ロータ１３１０は駆動輪７００（図１参照）に接続されて、回転自在に軸支されている。そして第１ロータ１２１０の回転方向と第２ロータ１３１０の回転方向とは、通常時には同一方向である。一方、ステータ１４１０は、エンジン１００に対して固定されている前部フレーム１７１０（図１参照）に収容されて、固定保持されている。
【００３５】
第１ロータ１２１０の要部は、入力軸１２１３と、入力軸１２１３の周囲に軸長方向に積層された多数枚の電磁鋼板からなるロータコア１２１２と、ロータコア１２１２のスロット１２１２ａに巻装されているロータ巻線１２１１とから構成されている。一方、ステータ１４１０は、軸長方向に積層された多数枚の電磁鋼板からなるステータコア１４１２と、ステータコア１４１２のスロット１４１２ａに巻装されているステータ巻線１４１１とから構成されている。
【００３６】
本実施例で特徴的である第２ロータ１３１０の要部の構成については、以下に詳説する。
第２ロータ１３１０の要部は、外側界磁磁石１４２０および内側界磁磁石１２２０と、両者１２２０，１４２０を所定の位置に保持しているロータヨーク１３１１と、ロータヨーク１３１１を貫通している複数の固定ピン１３３３とから構成されている。
【００３７】
外側界磁磁石１４２０は、それぞれ所定の厚さの平板状の永久磁石であり、第２ロータ１３１０の外周面に交番に磁極を向けるように第２ロータ１３１０の外周側に配設され、外周界磁を形成している。一方、内側界磁磁石１２２０は、それぞれ外側界磁磁石１４２０に比べて周方向の幅が約半分の所定の厚さの平板状の永久磁石であり、二枚一組になっている。そして内側界磁磁石１２２０は、それぞれの外側界磁磁石１４２０と対応する位置で、各外側界磁磁石１４２０と磁化方向（磁極方向）をそろえて、第２ロータ１３１０の内周側に配設され、内周界磁を形成している。
【００３８】
ロータヨーク１３１１は、中空円筒状に積層された多数の電磁鋼板からなり、打ち抜かれた矩形の貫通孔に、外側界磁磁石１４２０および内側界磁磁石１２２０を保持している。なお、この矩形の貫通孔の隅の部分は、工作上の都合によりまた隅部への応力集中を防ぐために、突出した丸み部が形成されている。また、複数本の固定ピン１３３３は、積層電磁鋼板からなるロータヨーク１３１１に打ち抜かれた円形の貫通孔を軸長方向に貫通し、外側界磁磁石１４２０、内側界磁磁石１２２０およびロータヨーク１３１１を一体に固定している。
【００３９】
内側界磁磁石１２２０は、前述のように、外側界磁磁石１４２０の各一枚に対してそれぞれ二枚が周方向に並べられている。内側界磁磁石１２２０は、外側界磁磁石１４２０の周方向中間部では外側界磁磁石１４２０に近接して近接部１３１１ａを形成しており、外側界磁磁石１４２０の周方向端部では外側界磁磁石１４２０と離間して離間部１３１１ｂを形成している。そして各固定ピン１３３３は、軟磁性の鋼材からなる丸棒であり、離間部１３１１ｂに打ち抜きで形成されているロータヨーク１３１１のピン孔１３１１ｍを貫通して配設されている。なお、固定ピン１３３３の外周面はローレット仕上げされており、組立過程において固定ピン１３３３はロータヨーク１３１１のピン孔１３１１ｍに圧入固定されている。
【００４０】
固定ピン１３３３の外径とピン孔１３１１ｍの内径とは、やや締まりばめ気味に公差が設定されている。それゆえ、固定ピン１３３３のローレット仕上げの効果とも相まって、ロータヨーク１３１１とそれを固定している固定ピン１３３３との間にガタがないので、第２ロータ１３１０が偏心する恐れがない。したがって、固定ピン１３３３のガタに起因して、第２ロータ１３１０のエアギャップｄ１，ｄ２が詰まってしまったり、第２ロータ１３１０のダイナミックバランスが崩れてしまったりする恐れがなくなる。
【００４１】
ここで、前述の近接部１３１１ａおよび離間部１３１１ｂを形成しているロータヨーク１３１１のバックヨーク１３１１ｊの寸法、特に離間部１３１１ｂの寸法について考察を加えることにする。その際、固定ピン１３３３の透磁率および飽和磁束密度は、ロータヨーク１３１１のそれらとほぼ等しいものと仮定し、固定ピン１３３３の部分も、ロータヨーク１３１１と同等の磁気特性を持つものとして扱う。
【００４２】
第２ロータ１３１０のロータヨーク１３１１を透過する磁束の状態には、様々な場合があり得る。たとえば、図３に示すように、第２ロータ１３１０の磁束がそのまま第１ロータ１２１０およびステータ１４１０に同等に達している場合がある。また、図４に示すように、ステータ１４１０側からの磁束の一部が第２ロータ１３１０のバックヨーク１３１１ｊをバイパスして、比較的短い閉磁路を形成している場合もある。逆に、図示はしないが、第１ロータ１２１０側からの磁束の一部が第２ロータ１３１０のバックヨーク１３１１ｊをバイパスして、比較的短い閉磁路を形成している場合もある。
【００４３】
仮に、図４に示すように、内側界磁磁石１２２０を含む回転数調整部１２００の界磁の磁束が、第１ロータ１２１０の電機子の電磁作用により完全に相殺された場合を想定しよう。すると、ロータヨーク１３１１のバックヨーク１３１１ｊの離間部１３１１ｂの厚さは、トルク調整部１４００に含まれる外側界磁磁石１４２０の磁束が通れるだけの幅を有すれば良いことになる。ここで、外側界磁磁石１４２０および内側界磁磁石１２２０は、ともに同一材料からなる希土類磁石である。また、希土類磁石が磁路内で生じる磁束密度は、通常０．８テスラ程度であり、ロータヨーク１３１１内に形成される磁路の磁束密度は、最大で通常１．０〜２．０テスラ程度である。そして、磁路として作用する離間部１３１１ｂ（図４参照）の半径方向の幅をｔとし、外側界磁磁石１４２０の一つあたりの周方向の幅をＬとすれば、両者ｔ，Ｌの間には次式の関係が成り立つ。
【００４４】
１．０ｔ ＜ ０．８Ｌ／２ ＜ ２．０ｔ
したがって、ロータヨーク１３１１の離間部１３１１ｂの半径方向の幅ｔは、次式の範囲にあれば必要十分であることになる。
０．２Ｌ ＜ ｔ ＜ ０．４Ｌ
実際の設計にあたっては、外側界磁磁石１４２０および内側界磁磁石１２２０の磁気特性と、ロータヨーク１３１１および固定ピン１３３３の磁気特性とが、かなり正確に与えられ得る。そこで、実運用上で離間部１３１１ｂを通すべき磁束の最大量を設定し、前述の考え方に基づいて固定ピン１３３３の直径および離間部１３１１ｂの半径方向の幅ｔを最小限に決定することが可能である。
【００４５】
一方、ロータヨーク１３１１の近接部１３１１ａにはほとんど磁束が通らない（図３および図４参照）ので、強度の許す範囲で半径方向の幅を狭く設定することが可能である。そして、外側界磁磁石１４２０および内側界磁磁石１２２０が平板状でありながら、ロータヨーク１３１１の近接部１３１１ａから離間部１３１１ｂに移行するに連れて半径方向の幅が増える。近接部１３１１ａから離間部１３１１ｂに移るにつれてバックヨーク１３１１ｊを通すべき磁束は増大するので、その結果、バックヨーク１３１１ｊ内はほぼ一定の磁束密度に保たれ、バックヨーク１３１１ｊの容積効率は優れたものとなっている。
【００４６】
以上の考察から、外側界磁磁石１４２０および内側界磁磁石１２２０に安価な平板状の永久磁石を使用しながら、中空円筒状の第２ロータ１３１０の要部の厚みを必要最小限に抑制することができることが分かる。
以下では再び図２を参照して、なお本実施例の車両用駆動装置１０００の要部について説明する。
【００４７】
外側界磁磁石１４２０の外側に位置するロータヨーク１３１１の磁路部１３１１ｋは、第２ロータ１３１０の外周面にｑ軸方向（周方向）の磁路を形成しており、ステータ１４１０の変動磁界によりリラクタンストルクを発生させる作用がある。また、内側界磁磁石１２２０の内側に位置するロータヨーク１３１１の磁路部１３１１ｌは、第２ロータ１３１０の内周面にｑ軸方向の磁路を形成しており、第１ロータ１２１０の変動磁界によりリラクタンストルクを発生させる作用がある。それゆえ、ロータヨーク１３１１の磁路部１３１１ｋ，１３１１ｌはともに、各界磁磁石１２２０，１４２０を保持する構造部材であるだけではなく、電磁的にも有効に作用する機能部材でもある。
【００４８】
最後に、第１ロータ１２１０と第２ロータ１３１０との間のエアギャップｇ１と、第２ロータ１３１０とステータ１４１０との間のエアギャップｇ２について言及する。
第２ロータ１３１０の要部の外周面および内周面は、積層鋼板からなるロータヨーク１３１１により形成されているので、軸長方向両端をエンドプレート１３３４，１３３５で固定されている状態で容易に切削ないし研削加工ができる。それゆえ、第１ロータ１２１０の外径ｄ１に合わせてロータヨーク１３１１の内周面を加工し、最小限のエアギャップｇ１を精度良く形成することが可能である。同様に、ステータ１４１０の内径に合わせてロータヨーク１３１１の外周面を加工し、ロータヨーク１３１１の外径ｄ２を適正に形成して、最小限のエアギャップｇ２を精度良く形成することが可能である。
【００４９】
したがって、最小限のエアギャップｇ１，ｇ２をもって第１ロータ１２１０、第２ロータ１３１０およびステータ１４１０からなる二重構造の回転電機を構成することができるので、本実施例の車両用駆動装置１０００の直径はより小さく抑制される。また、エアギャップｇ１，ｇ２が狭い分だけそこを通る磁気回路の効率が向上し、本実施例の車両用駆動装置１０００の回転電機としての性能も向上する。
【００５０】
（実施例１の作用）
本実施例の車両用駆動装置１０００は、以上のように構成されているので、エンジン１００の軸出力を駆動輪７００に伝達し適宜に軸出力を増したり発電したりする車両用駆動装置１０００として、以下のような作用を発揮する。
先ず、エンジン１００の軸出力（すなわち入力軸１２１３への入力）が回転数２ｎ［ｒｐｍ］×トルクｔ［Ｎｍ］であり、第２ロータ１３１０からの軸出力を回転数ｎ［ｒｐｍ］×トルク２ｔ［Ｎｍ］に変換したい場合を想定する。この場合、第１ロータ１２１０から第２ロータ１３１０へ軸出力が変換されるにあたり、回転数調整部１２００では発電作用が行われ、逆にトルク調整部１４００では電動作用が行われて、軸出力の変換（トルクコンバート）が行われる。
【００５１】
すなわち、第１ロータ１２１０が回転数２ｎで回転しているのに対し、第２ロータ１３１０は回転数ｎでしか回転していないので、第１ロータ１２１０は第２ロータ１３１０から制動作用を受けていることになる。その際、第１ロータ１２１０に加えられている軸出力のトルクはｔでしかないから、第１ロータ１２１０から第２ロータ１３１０へのトルク伝達量はｔに限定される。したがって、以下の説明では簡単化のために電磁気的な損失を無視して考えると、第１ロータ１２１０では回転数（２ｎ−ｎ＝ｎ）×トルクｔ＝エネルギーｎｔの発電が行われる。言い換えると、ＥＣＵ５００は、インバータ２００を制御して第１ロータ１２１０にエネルギーｎｔだけの発電を行わせる。
【００５２】
第１ロータ１２１０で発電された電気エネルギーｎｔは、インバータ２００を介して、二つのインバータ２００，４００、バッテリ６００およびＥＣＵ５００からなる外部回路に導入される。そして、上記電気エネルギーｎｔは、同外部回路からインバータ４００を介してステータ１４１０に供給され、トルク調整部１４００での電動作用により第２ロータ１３１０に対してトルクｔを及ぼす。言い換えると、ＥＣＵ５００は、インバータ４００を制御してステータ１４１０の回転磁界を形成し、回転数ｎで回転している第２ロータ１３１０に対して回転方向にトルクｔを加える。
【００５３】
ここで、前述のようなインバータ２００，４００の制御は、回転角センサ１９１１，１９１２による第１ロータ１２１０および第２ロータ１３１０のそれぞれの回転角の測定値に基づいて行われる。すなわち、ＥＣＵ５００で両回転角に基づいて適正な界磁制御計算が行われ、インバータ２００，４００に対して、第１ロータ１２１０および第２ロータ１３１０への通電タイミングが適正に指示される。
【００５４】
その結果、回転数ｎで回転している第２ロータ１３１０に対し、第１ロータ１２１０からのトルクｔとステータ１４１０からのトルクｔとで、合計２ｔのトルクが回転方向にかかる。したがって、第１ロータ１２１０の軸入力２ｎｔ（回転数２ｎ×トルクｔ）は、第２ロータ１３１０の軸出力２ｎｔ（回転数ｎ×トルク２ｔ）に減速変換される。
【００５５】
次に、先ほどとは逆に、エンジン１００の軸出力（すなわち入力軸１２１３への入力）が回転数ｎ［ｒｐｍ］×トルク２ｔ［Ｎｍ］であり、第２ロータ１３１０からの軸出力を回転数２ｎ［ｒｐｍ］×トルクｔ［Ｎｍ］に変換したい場合を想定する。この場合、第１ロータ１２１０から第２ロータ１３１０へ軸出力が変換されるにあたり、回転数調整部１２００では電動作用が行われ、逆にトルク調整部１４００では発電作用が行われて、軸出力の変換が行われる。
【００５６】
すなわち、第１ロータ１２１０が回転数ｎで回転しているのに対し、第２ロータ１３１０は回転数２ｎで回転するので、第１ロータ１２１０は第２ロータ１３１０を加速する方向に電動作用を及ぼすことになる。その際、第１ロータ１２１０に加えられている軸出力のトルクは２ｔであるから、このトルクを吸収するためには第１ロータ１２１０から第２ロータ１３１０へのトルク伝達量は２ｔでなければならない。したがって、第１ロータ１２１０では回転数（２ｎ−ｎ＝ｎ）×トルク２ｔ＝エネルギー２ｎｔの電動作用が行われる。言い換えると、ＥＣＵ５００は、インバータ２００を制御して第１ロータ１２１０にエネルギー２ｎｔもの電動作用を行わせる。
【００５７】
第１ロータ１２１０での電動作用に要する電気エネルギー２ｎｔは、インバータ２００を介して、上記外部回路から供給される。そして、上記電気エネルギー２ｎｔは、同外部回路へインバータ４００を介してステータ１４１０から供給されている。すなわち、ステータ１４１０は、ステータ１４１０を含むトルク調整部１４００での発電作用により、回転数２ｎで回転している第２ロータ１３１０に対してトルクｔの制動を及ぼす。言い換えると、ＥＣＵ５００は、インバータ４００を制御してステータ１４１０の回転磁界を形成し、回転数２ｎで回転している第２ロータ１３１０に対して回転方向とは逆方向にトルクｔを加えて、ステータ１４１０で発電を行わせる。
【００５８】
その結果、回転数２ｎで回転している第２ロータ１３１０に対し、第１ロータ１２１０から加わるトルク２ｔと、ステータ１４１０から加わる制動トルクｔとの差で、結局ｔのトルクが回転方向にかかる。したがって、第１ロータ１２１０の軸入力２ｎｔ（回転数ｎ×トルク２ｔ）は、第２ロータ１３１０の軸出力２ｎｔ（回転数２ｎ×トルクｔ）に増速変換される。
【００５９】
この増速変換と前述の減速変換とを比較すると、この増速変換では外部回路を介して伝達される電気エネルギーは２ｎｔであり、前述の減速変換において外部回路を介して伝達される電気エネルギーｎｔに比べて倍と大きい。それゆえ、増速変換は減速変換よりも電磁気的な損失が大きいので、本実施例の車両用駆動装置１０００は、あまり増速変換での運用を行わず、主にやや減速変換気味で運用するようにした方が高効率で使用できる。したがって、エンジン１００から駆動輪７００に至るまでのギヤ比等の設定は、車両用駆動装置１０００を減速気味で運用できるようになされているべきである。
【００６０】
以上では第１ロータ１２１０への軸入力と第２ロータ１３１０からの軸出力とが等しい場合を取り上げて説明したが、実際には上記軸入力と上記軸出力とは一致しない場合がほとんどである。そこで、例えば上記軸入力が上記軸出力に及ばない場合には、その差はバッテリ６００からの給電によるステータ１４１０およびまたは第１ロータ１２１０の電動作用で補われる。逆に、上記軸入力が上記軸出力を上回っている場合には、ステータ１４１０およびまたは第１ロータ１２１０で発電された電気エネルギーをもってバッテリ６００に蓄電がなされる。
【００６１】
その極端な場合の一例に、エンジンブレーキをかけて搭載車両を制動する場合がある。この場合には、上記軸入力が負である以上に上記軸出力が大きく負であり、駆動輪７００に接続されている第２ロータ１３１０が形成する回転界磁によって、ステータ１４１０だけではなく第１ロータ１２１０でも発電が行われてバッテリ６００に蓄電される。このようにエンジンブレーキをかける場合には、発電作用がステータ１４１０と第１ロータ１２１０との両方で行われ、一方に集中することがないので、ステータ１４１０も第１ロータ１２１０もあまり大きな発電容量を必要とされない。それゆえ、ステータ１４１０も第１ロータ１２１０もともに、比較的小型軽量に構成されうる。
【００６２】
したがって、本実施例の車両用駆動装置１０００を主にやや減速気味で運用するように搭載車両の駆動系の設計がなされていれば、電磁気的な損失も最小限に抑制され、極めて高効率での運用が可能になる。
（実施例１の効果）
本実施例の車両用駆動装置１０００は、以上のような構成及び作用を有するので数々の効果を有するが、それらの効果は次の三点に要約される。
【００６３】
第１の効果は、大幅な小型軽量化である。
すなわち、本実施例の車両用駆動装置１０００によれば、従来技術と異なってディファレンシャル・ホイールアセンブリ（通常のＡＴ車ではオートマチック・トランスミッション）が必要ないので、その分大幅な小型軽量化が可能である。また、発電機と電動機とを別個にもつ構成の車両用駆動装置と比較しても、本実施例の車両用駆動装置１０００は、簡素にして小型かつ軽量に構成されている。なぜならば、本実施例の車両用駆動装置１０００では、回転数調整部１２００とトルク調整部１４００との二重構造により、発電機能と電動機能とをもつ二つの回転電機が同軸で一体化されているからである。
【００６４】
また、本実施例の車両用駆動装置１０００によれば、前述のように、第２ロータ１３１０が極めて合理的に構成されており、低廉化と同時にさらなる小型化が可能である。また、第２ロータ１３１０の慣性モーメントの低減により、動的な応答特性が向上しているという効果も生じる。
その結果、本実施例の車両用駆動装置１０００によれば、搭載車両の小型軽量化が可能になり、搭載車両の製品コストおよび運用コストの低廉化につながるとともに、軽量なので動力性能の向上にもつながるという効果が発揮される。
【００６５】
第２の効果は、軸出力の変換効率の向上である。
すなわち、本実施例の車両用駆動装置１０００によれば、前述のようにやや減速気味で運用するように搭載車両の駆動系の設計がなされていれば、電磁気的な損失も最小限に抑制され、極めて高効率での運用が可能になる。それゆえ、ディファレンシャル・ホイールアセンブリを有する従来技術に比べ、多数の歯車の噛み合いによる機械的な損失もないので、動力の伝達効率が向上するという効果がある。
【００６６】
また、発電機と電動機とを別個にもつ構成の車両用駆動装置では、全ての軸入力を発電機で吸収し外部回路を経由して電動機を駆動するが、本実施例では第１ロータ１２１０から第２ロータ１３１０をある程度直接駆動する。それゆえ、本実施例の駆動装置によれば電気的な損失が少ないので、発電機と電動機とを別個にもつ構成の車両用駆動装置と比較しても、高効率の動力伝達が可能である。
【００６７】
したがって、本実施例の車両用駆動装置１０００によれば、エンジン１００から駆動輪７００まで高効率での動力伝達が可能であるので、搭載車両の低燃費化とそれに伴う低公害化とが達成されるという効果がある。
第３の効果は、製品のコストダウンである。
すなわち、本実施例の車両用駆動装置１０００では、構成が簡素であり、ディファレンシャル・ホイールアセンブリも別個の発電機および電動機も必要とされないので、製品コストが低減されている。さらに、前述のように第２ロータ１３１０が既製品の永久磁石を材料として合理的かつ製造容易に構成されているので、第２ロータ１３１０の製造コストを抑制することができ、よりいっそう車両用駆動装置１０００の製品コストが低減されている。
【００６８】
したがって、本実施例の車両用駆動装置１０００を搭載した車両は、前述の運用費（すなわち燃費）ばかりではなく、製品コストまで低廉化されるという効果がある。
（実施例１の変形態様１）
前述の実施例１では、第２ロータ１３１０のロータヨーク１３１１のピン孔１３１１ｍは円孔であり、ローレット仕上げの固定ピン１３３３と締まりばめで嵌合するとしたが、その他の構成も可能である。たとえば変形態様１として、図５に示すように、ロータヨーク１３１１のピン孔１３１１ｍには切り欠き１３１１ｐが形成されており、固定ピン１３３３が切り欠き１３１１ｐをもつピン孔１３１１ｍに締まりばめで圧入固定されている構成も可能である。この際、固定ピン１３３３の外周面はローレット仕上げされている必要はない。
【００６９】
本変形態様では、切り欠き１３１１ｐの作用で固定ピン１３３３の圧入時にピン孔１３１１ｍが微少に拡がるので、固定ピン１３３３およびロータヨーク１３１１に過大な力をかけることなく圧入工程が行われる。その結果、意図しない変形などの恐れなしに無理なく圧入工程が行われながら、公差が緩和されてコストダウンになるなど、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００７０】
なお、切り欠き１３１１ｐはピン孔１３１１ｍの形成と同時に打ち抜き加工で形成されるから、切り欠き１３１１ｐを設けたことによるコストアップはほとんど無い。
（実施例１の変形態様２）
前述の実施例１およびその変形態様１の固定ピン１３３３に代えて、ボルトまたはボルトナットによってロータヨーク１３１１の固定を行う変形態様２も可能である。本変形態様においても、ボルトの長い首部にローレット仕上げを施したり、またはピン孔１３１１ｍに切り欠き１３１１ｐを設けたりすることにより、実施例１およびその変形態様１と同様の作用効果を得ることができる。
【００７１】
（実施例１の付記）
前述の実施例１とは逆に、第１ロータ１２１０を駆動輪７００に接続し、第２ロータ１３１０をエンジン１００に接続する構成でも、車両用駆動装置を構成することも可能ではある。
しかしながら、エンジンブレーキ作動時等を除く通常の運用においては、エンジン１００の方が駆動輪７００よりも回転数が高いことを考慮に入れれば、車両用駆動装置１０００は減速側で運用されるべきものである。すると、前述の構成では実施例１とは逆に、第１ロータ１２１０の回転数が第２ロータ１３１０の回転数よりも低くなり、電磁的な損失が増えるので第２ロータ１３１０から第１ロータ１２１０への動力伝達効率はあまり高いとは言えない。
【００７２】
かといって、エンジン１００から第２ロータ１３１０に至るまでに減速比の大きい減速機を挿置すれば、第１ロータ１２１０の回転数を第２ロータ１３１０の回転数よりも高くできるが、新たに二つの不都合を生じる。第１の不都合は、減速機による機械的な損失が大きくなることと、減速機の重量及び容積が増えて小型軽量化の妨げになることである。第２の不都合は、車両用駆動装置が低速回転で強大なトルクを伝達するようになるので、車両用駆動装置自身を小型軽量化するのが難しくなり、やはり小型軽量化の妨げになることである。
【００７３】
それゆえ、エンジン１００および駆動輪７００と第１ロータ１２１０および第２ロータ１３１０との接続は、実施例１のようにするのがほとんどの面で実効性が高いと考えられる。
また、通常の運用時すなわち車両の前進時に、第１ロータ１２１０と第２ロータ１３１０とが逆方向に回転するように構成することも可能ではある。しかし、このような構成では電磁的な損失も機械的な損失も大きくなり、動力伝達効率の低下をきたすので、好ましいことではない。
【００７４】
なお、エンジン１００としては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのレシプロエンジンに限定される必要はなく、ロータリエンジンやターボシャフトエンジンなどであっても良く、極論すれば蒸気機関などであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１としての車両用駆動装置の全体構成を示す側断面図
【図２】実施例１としての車両用駆動装置の要部構成を示す端面図
【図３】実施例１の車両用駆動装置の磁路の一例を示す端面図
【図４】実施例１の車両用駆動装置の磁路の他の例を示す端面図
【図５】実施例１の変形態様１の車両用駆動装置の要部構成を示す端面図
【符号の説明】
１００：エンジン １１０：エンジン出力軸
２００，４００：インバータ ５００：ＥＣＵ ６００：バッテリ
７００：駆動輪（タイヤ／ホイール）
１０００：車両用駆動装置、トルク−回転数コンバータ（Ｔ−Ｓコンバータ）
１２００：回転数調整部
１２１０：第１ロータ（第１回転子）
１２１１：ロータ巻線
１２１２：ロータコア（積層電磁鋼板製） １２１２ａ：スロット
１２１３：第１ロータ軸（入力軸） １２１３ａ：内部ギヤ
１３１０：第２ロータ（第２回転子）
１３１１：ロータヨーク（積層電磁鋼板製）
１３１１ａ：近接部 １３１１ｂ：離間部
１３１１ｊ：バックヨーク
１３１１ｋ，１３１１ｌ：磁路部
１３１１ｍ：ピン孔 １３１１ｐ：切り欠き部
１３３１：前部ロータフレーム １３３１ａ：内部ギヤ
１３３２：後部ロータフレーム
１３３３：固定ピン １３３４，１３３５：エンドプレート
１２２０：内側界磁磁石（板状の永久磁石）
１４２０：外側界磁磁石（板状の永久磁石）
１４００：トルク調整部
１４１０：ステータ（固定子）
１４１１：ステータ巻線
１４１２：ステータコア（積層電磁鋼板製） １４１２ａ：スロット
１５１０〜１５１４：ベアリング
１６００：ブラシ部
１６１０：ブラシホルダ １６２０：ブラシ
１６３０：スリップリング １６５０：絶縁部
１６６０：リード部
１７１０：前部フレーム（機枠） １７２０：後部フレーム（機枠）
１８００：減速部 １８１１，１８１２：ギヤ
１９００：ディファレンシャルギヤ部
１９１１，１９１２：回転角センサ １９２０：カバーケース
ｄ１：第１ロータ外径 ｄ２：第２ロータ外径 ｇ１，ｇ２：エアギャップ

Claims (4)

1. ステータコアおよびステータ巻線をもち、機枠に固定されているステータと、ロータコアおよびロータ巻線をもち、エンジン出力軸と接続されてこのステータと同軸に軸支され、所定の間隔を空けてこのステータに対向している第１ロータと、
   駆動輪の駆動軸と接続されてこのステータと同軸に軸支され、外周界磁を形成している外周面でこのステータに対向し、内周界磁を形成している内周面でこの第１ロータに対向している第２ロータと、
   を有する車両用駆動装置において、
   前記第２ロータは、
   前記外周面に交番に磁極を向けるように外周側に配設され、前記外周界磁を形成する外側界磁磁石と、
   この外側界磁磁石と対応する位置で各外側界磁磁石と磁化方向をそろえて内周側に配設され、前記内周界磁を形成する内側界磁磁石と、
   中空円筒状に積層された多数の電磁鋼板からなり、この外側界磁磁石およびこの内側界磁磁石を保持しているロータヨークと、
   このロータヨークを軸長方向に貫通し、この外側界磁磁石、この内側界磁磁石およびこのロータヨークを一体に固定している複数の固定ピンとを有し、
   前記第１ロータと前記第２ロータとの間に内周磁気回路が形成されてトルクの授受が行われ、
   前記第２ロータと前記ステータとの間に外周磁気回路が形成されてトルクの授受が行われ、
   前記第１ロータの回転方向と前記第２ロータの回転方向とは、搭載車両の前進時に同一方向であることを特徴とする、
   車両用駆動装置。
2. 前記外側界磁磁石の形状および前記内側界磁磁石の形状は、それぞれ所定の厚さの平板形状であり、
   前記内側界磁磁石は、前記外側界磁磁石の一枚に対して二枚が周方向に並べられており、この外側界磁磁石の周方向中間部ではこの外側界磁磁石に近接して近接部を形成し、この外側界磁磁石の周方向端部ではこの外側界磁磁石と離間して離間部を形成しており、
   前記固定ピンは軟磁性材料からなり、前記離間部に形成されている前記ロータヨークのピン孔を貫通して配設されている、
   請求項１記載の車両用駆動装置。
3. 前記固定ピンの外周面はローレット仕上げされており、この固定ピンは前記ロータヨークの前記ピン孔に圧入固定されている、
   請求項１〜２のうちいずれかに記載の車両用駆動装置。
4. 前記ロータヨークの前記ピン孔には切り欠きが形成されており、前記固定ピンはこのピン孔に圧入固定されている、
   請求項１〜２のうちいずれかに記載の車両用駆動装置。

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