JP4110278B2 - 車両駆動装置及びその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両駆動装置及びその駆動方法に関するものである。

従来、ハイブリッド型車両に搭載され、エンジン、及び発電機の機能を備えた駆動モータを備え、エンジンのトルクを表すエンジントルクＴＥ、及び駆動モータのトルクを表す駆動モータトルクＴＭを発生させ、駆動輪に伝達するようにした車両駆動装置において、駆動モータは、力行（駆動）時に、バッテリから直流の電流を受けて駆動され、前記駆動モータトルクＴＭを発生させ、回生（発電）時に、ハイブリッド型車両のイナーシャによってトルクを受け、直流の電流を発生させ、該電流をバッテリに供給し、バッテリを充電するようになっている。

図２は従来の車両駆動装置の概念図である。

図において、１１はエンジン（Ｅ／Ｇ）、１２は、該エンジン１１の図示されないクランク軸とプーリ、ベルト等を介して機械的に連結され、発電機の機能を有し、エンジン１１を始動するためのスタータ用のモータ（Ｍ／Ｇ）、１３は該モータ１２を駆動するためのインバータ、１４はエンジン１１の出力軸、１６は自動変速機であり、該自動変速機１６は複数段で変速を行うことができる図示されない変速装置を備える。また、前記自動変速機１６には図示されない駆動輪が機械的に連結される。

また、１７は前記エンジン１１のエンジントルクＴＥを自動変速機１６に伝達するための伝動軸であり、前記出力軸１４と伝動軸１７とはクラッチＣを介して係脱自在に連結される。

そして、前記伝動軸１７には、発電機の機能を有し、駆動モータトルクＴＭを発生させる駆動用の駆動モータ（Ｍ／Ｇ）２１が機械的に連結され、該駆動モータ２１に、駆動モータ２１を駆動するための第２の駆動回路としてのインバータ２２が接続される。

前記駆動モータ２１はステータ２３、及びステータ２３より径方向内方に回転自在に配設されたロータ２４、及び出力軸２５を備え、該出力軸２５と伝動軸１７とが機械的に連結される。前記構成のハイブリッド型車両は、エンジン１１と自動変速機１６との間に駆動モータ２１が配設され、パラレル式のハイブリッド型車両を構成する。

この場合、例えば、始動モードにおいて、前記クラッチＣを解放し、エンジン１１と自動変速機１６及び駆動モータ２１とを切り離した状態でモータ１２を駆動することによってエンジン１１を始動することができる。また、加速モードにおいて、クラッチＣを係合させ、エンジン１１を駆動してエンジントルクＴＥを自動変速機１６に伝達するとともに、駆動モータ２１を駆動して駆動モータトルクＴＭを自動変速機１６に伝達し、ハイブリッド型車両を走行させることができる。そして、定常走行モードにおいて、エンジン１１を駆動し、エンジントルクＴＥの一部を駆動モータ２１に伝達し、駆動モータ２１を発電機とし機能させ、発電させて図示されないバッテリを充電することができる。

さらに、回生モードにおいて、ハイブリッド型車両をコースト状態で走行させているときに、フューエルカットを行うことによってエンジン１１の駆動を停止させ、かつ、クラッチＣを解放した状態でハイブリッド型車両のイナーシャによって駆動輪から伝達されたトルクを駆動モータ２１に伝達し、駆動モータ２１を発電機として機能させて回生を行うことができる。この場合、前記クラッチＣが解放され、エンジン１１と駆動モータ２１とが切り離されるので、エンジン１１による負荷が駆動モータ２１に加わらず、回生量をその分多くすることができる（例えば、特許文献１参照。）。
特表２００２−５４２７５２号公報

しかしながら、前記従来のハイブリッド型車両においては、モータ１２を配設する必要があるだけでなく、走行中にモータ１２を駆動してエンジン１１を始動させる必要があることから、車両駆動装置のコストが高くなってしまう。

すなわち、前記回生モードにおいてエンジン１１の駆動を停止させ、ハイブリッド型車両をコースト状態で走行させているときに、モータ１２を駆動してエンジン１１を始動し、ハイブリッド型車両を加速させようとすると、回転が停止させられた状態のエンジン１１を始動する必要があるので、ハイブリッド型車両の走行状態に対応させてトルクを発生させる必要がある。したがって、モータ１２を単にエンジン１１を始動するためだけ、すなわち、エンジン１１に回転を発生させるためだけに駆動するのではなく、モータ１２によって所定のトルクを発生することができるように、インバータ１３によって電流を正確に制御する必要がある。すなわち、インバータ１３を配設する必要があるだけでなく、モータ１２として、インバータ１３による電流の制御を行うことができるような性能のものを使用する必要があり、車両駆動装置のコストが高くなってしまう。

そこで、前記エンジン１１を始動する際にクラッチＣを係合させるとともに駆動モータ２１を駆動し、駆動モータトルクＴＭでエンジン１１を回転させることが考えられるが、その場合、駆動モータトルクＴＭの相当量がエンジン１１の始動用として使用されるので、ハイブリッド型車両の走行フィーリングが低下してしまう。

本発明は、前記従来のハイブリッド型車両の問題点を解決して、コストを低くすることができ、ハイブリッド型車両の走行フィーリングを低下させることがない車両駆動装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明の車両駆動装置においては、係脱自在に配設された係合要素と、エンジンと機械的に連結された第１のロータ、前記係合要素を介してエンジンと機械的に連結され、かつ、駆動輪と機械的に連結された第２のロータ、及び第１、第２のロータに共通のステータを備え、前記第１のロータ及びステータによって第１の駆動部が、前記第２のロータ及びステータによって第２の駆動部が構成される電動機械と、前記第１、第２の駆動部を独立して駆動するインバータと、前記第２の駆動部を駆動して車両を走行させているときにエンジンを始動する場合、及び極低温下でエンジンを始動する場合に、前記第１、第２の駆動部を駆動するエンジン始動処理手段とを有する。

本発明によれば、車両駆動装置においては、係脱自在に配設された係合要素と、エンジンと機械的に連結された第１のロータ、前記係合要素を介してエンジンと機械的に連結され、かつ、駆動輪と機械的に連結された第２のロータ、及び第１、第２のロータに共通のステータを備え、前記第１のロータ及びステータによって第１の駆動部が、前記第２のロータ及びステータによって第２の駆動部が構成される電動機械と、前記第１、第２の駆動部を独立して駆動するインバータと、前記第２の駆動部を駆動して車両を走行させているときにエンジンを始動する場合、及び極低温下でエンジンを始動する場合に、前記第１、第２の駆動部を駆動するエンジン始動処理手段とを有する。

この場合、第１、第２の駆動部に一つのステータだけを配設すればよいので、車両駆動装置のコストを低くすることができる。

また、エンジンを始動している間、係合要素を解放することができるので、第２の駆動部を駆動することによって発生させられたトルクがエンジンの始動用として使用されることがない。したがって、エンジンの始動に伴って、運転者に減速感を与えることがなくなり、ハイブリッド型車両の走行フィーリングを向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における車両駆動装置の概念図、図３は本発明の第１の実施の形態におけるインバータの動作を示す回路図、図４は本発明の第１の実施の形態における第１の駆動部の回転磁界を示す図、図５は本発明の第１の実施の形態における第１の駆動部のステータコイルの結線構造を示す等価図、図６は本発明の第１の実施の形態における第２の駆動部の回転磁界を示す図、図７は本発明の第１の実施の形態における第２の駆動部のステータコイルの結線構造を示す等価図である。

図において、１０は車両駆動装置、１１はエンジン（Ｅ／Ｔ）、１４はエンジン１１の出力軸、１６は変速機としての自動変速機（Ａ／Ｔ）であり、該自動変速機１６は複数段で変速を行うことができる変速装置を備える。また、前記自動変速機１６には図示されない駆動輪が機械的に連結される。

また、１７は前記エンジン１１のエンジントルクＴＥを自動変速機１６及び駆動輪に伝達するための伝動軸であり、前記出力軸１４と伝動軸１７とは係合要素としてのクラッチＣを介して係脱自在に連結される。なお、本実施の形態においては、変速機として自動変速機１６が使用されるが、該自動変速機１６に代えて無段変速機（ＣＶＴ）を使用することもできる。

そして、前記出力軸１４及び伝動軸１７には電動機械としての駆動モータ（Ｍ／Ｇ）３１が機械的に連結され、該駆動モータ３１に、駆動モータ３１の第１、第２の駆動部４４、４５を独立して駆動するための駆動回路として、インバータ３２が接続される。前記駆動モータ３１は、発電機の機能を有し、第１、第２のモータ出力としての駆動モータトルクＴＭ１、ＴＭ２を発生させ、エンジン１１の始動用として、また、ハイブリッド型車両を走行させるための駆動用として使用される。この場合、エンジン１１と自動変速機１６との間に駆動モータ３１が配設され、パラレル式のハイブリッド型車両が構成される。

前記駆動モータ３１は、ツインロータモータから成り、図示されないモータフレームに固定されたステータ３３、該ステータ３３より径方向外方に回転自在に配設され、クラッチＣを介してエンジン１１と機械的に連結された第１のロータ３４、前記ステータ３３より径方向内方に回転自在に配設され、クラッチＣを介してエンジン１１と機械的に連結され、かつ、自動変速機１６を介して駆動輪と機械的に連結された第２のロータ３５、前記第１のロータ３４に発生させられた駆動モータトルクＴＭ１を出力するための、前記出力軸１４と機械的に連結された出力軸３７、及び前記第２のロータ３５に発生させられた駆動モータトルクＴＭ２を出力するための、前記伝動軸１７と機械的に連結された出力軸３８を備える。そして、前記ステータ３３は、第１、第２のロータ３４、３５と共通に配設され、第１のロータ３４及びステータ３３によって前記第１の駆動部４４が、第２のロータ３５及びステータ３３によって前記第２の駆動部４５が構成される。したがって、第１の駆動部４４を駆動することによって発生させられた駆動モータトルクＴＭ１を出力軸３７及び出力軸１４を介してエンジン１１に伝達することができ、第２の駆動部４５を駆動することによって発生させられた駆動モータトルクＴＭ２を伝動軸１７及び自動変速機１６を介して駆動輪に伝達することができる。

また、本実施の形態においては、ステータ３３が第１、第２のロータ３４、３５に共通に配設され、かつ、第１、第２のロータ３４、３５が互いにオーバラップさせて配設されるので、車両駆動装置１０を小型化することができる。

また、第１、第２の駆動部４４、４５を駆動するために一つのステータ３３を配設するだけでよいので、駆動モータ３１のコストを低くすることができ、車両駆動装置１０のコストを低くすることができる。

なお、前記構成のハイブリッド型車両において、ハイブリッド型車両の全体の制御は図示されない車両制御装置によって、エンジン１１の制御はエンジン制御装置によって、駆動モータ３１の制御は図示されない駆動モータ制御装置によって行われる。

ところで、前記駆動モータ３１において、ステータ３３によって、二種類の回転磁界を形成することによって、第１、第２の駆動部４４、４５を独立して駆動し、第１、第２のロータ３４、３５を独立して回転させることができるとともに、第１、第２のロータ３４、３５に発生させられる駆動モータ３１の回転速度を表す駆動モータ回転速度ＮＭ１、ＮＭ２、及び駆動モータトルクＴＭ１、ＴＭ２を独立して制御することができる。

そのために、前記第１の駆動部４４は８極構造を有し、第１のロータ３４は４個の磁極対を備え、４個のＮ極の図示されない永久磁石及び４個のＳ極の図示されない永久磁石が円周方向において交互に等ピッチで配設される。また、前記第２の駆動部４５は４極構造を有し、第２のロータ３５は２個の磁極対を備え、２個のＮ極の図示されない永久磁石及び２個のＳ極の図示されない永久磁石が円周方向において交互に等ピッチで配設される。

そして、図４及び６に示されるように、第１、第２の駆動部４４、４５において前記ステータ３３によってそれぞれ回転磁界を形成するために、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相について、それぞれ第１、第２のステータコイルが配設され、Ｕ相の第１のステータコイルに巻線部Ｕ１、Ｕ３が、Ｕ相の第２のステータコイルに巻線部Ｕ２、Ｕ４が、Ｖ相の第１のステータコイルに巻線部Ｖ１、Ｖ３が、Ｖ相の第２のステータコイルに巻線部Ｖ２、Ｖ４が、Ｗ相の第１のステータコイルに巻線部Ｗ１、Ｗ３が、Ｗ相の第２のステータコイルに巻線部Ｗ２、Ｗ４が形成される。

なお、前記第１の駆動部４４は８極構造を、第２の駆動部４５は４極構造を有するので、第１、第２の駆動部４４、４５の駆動モータ回転速度ＮＭ１、ＮＭ２を等しくしたとき、第１の駆動部４４の周波数ｆ１は、第２の駆動部の周波数ｆ２の２倍になる。

次に、前記インバータ３２の動作について説明する。

図３において、ＢＴはバッテリであり、該バッテリＢＴとインバータ３２との間に平滑用のコンデンサＣＤがインバータ３２と並列に接続される。

前記インバータ３２は、第１、第２の駆動部４４、４５を独立して駆動することができるように、１２個のスイッチング素子としてのパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ１２を備え、パワー素子Ｔｒ１、Ｔｒ２によって第１のパワー素子対が、パワー素子Ｔｒ３、Ｔｒ４によって第２のパワー素子対が、パワー素子Ｔｒ５、Ｔｒ６によって第３のパワー素子対が、パワー素子Ｔｒ７、Ｔｒ８によって第４のパワー素子対が、パワー素子Ｔｒ９、Ｔｒ１０によって第５のパワー素子対が、パワー素子Ｔｒ１１、Ｔｒ１２によって第６のパワー素子対が形成される。そして、前記各パワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ１２と並列にダイオードＤ１〜Ｄ１２が接続される。なお、インバータ３２として一対のトランジスタをモジュール化したトランジスタモジュール、ドライブ回路を内蔵したＩＰＭ等を使用することもできる。

また、前記パワー素子Ｔｒ１、Ｔｒ２の結線部に出力ラインＬ１が、パワー素子Ｔｒ３、Ｔｒ４の結線部に出力ラインＬ２が、パワー素子Ｔｒ５、Ｔｒ６の結線部に出力ラインＬ３が、パワー素子Ｔｒ７、Ｔｒ８の結線部に出力ラインＬ４が、パワー素子Ｔｒ９、Ｔｒ１０の結線部に出力ラインＬ５が、パワー素子Ｔｒ１１、Ｔｒ１２の結線部に出力ラインＬ６が接続される。

そして、前記出力ラインＬ１と巻線部Ｕ１、Ｕ３とが接続され、前記出力ラインＬ１に発生させられたＵ相の電流ＩＵ１、ＩＵ３が巻線部Ｕ１、Ｕ３に供給され、前記出力ラインＬ２と巻線部Ｕ２、Ｕ４とが接続され、前記出力ラインＬ２に発生させられたＵ相の電流ＩＵ２、ＩＵ４が巻線部Ｕ２、Ｕ４に供給される。

また、前記出力ラインＬ３と巻線部Ｖ１、Ｖ３とが接続され、前記出力ラインＬ３に発生させられたＶ相の電流ＩＶ１、ＩＶ３が巻線部Ｖ１、Ｖ３に供給され、前記出力ラインＬ４と巻線部Ｖ２、Ｖ４とが接続され、前記出力ラインＬ４に発生させられたＶ相の電流ＩＶ２、ＩＶ４が巻線部Ｖ２、Ｖ４に供給される。

さらに、前記出力ラインＬ５と巻線部Ｗ１、Ｗ３とが接続され、前記出力ラインＬ５に発生させられたＷ相の電流ＩＷ１、ＩＷ３が巻線部Ｗ１、Ｗ３に供給され、前記出力ラインＬ６と巻線部Ｗ２、Ｗ４とが接続され、前記出力ラインＬ６に発生させられたＷ相の電流ＩＷ２、ＩＷ４が巻線部Ｗ２、Ｗ４に供給される。

パワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ１２は、前記駆動モータ制御装置から駆動信号を受けて選択的にオン・オフさせられ、前記各相の電流ＩＵ１〜ＩＵ４、ＩＶ１〜ＩＶ４、ＩＷ１〜ＩＷ４を発生させる。

すなわち、第１の駆動部４４だけを駆動する場合、各相の電流ＩＵ１〜ＩＵ４、ＩＶ１〜ＩＶ４、ＩＷ１〜ＩＷ４は、第１の駆動部４４の電流成分である電流ｉｕ１〜ｉｕ４、ｉｖ１〜ｉｖ４、ｉｗ１〜ｉｗ４から成る。そして、電流ｉｕ１〜ｉｕ４の各位相、電流ｉｖ１〜ｉｖ４の各位相、及び電流ｉｗ１〜ｉｗ４の各位相が互いに等しくされるとともに、電流ｉｕ１〜ｉｕ４と電流ｉｖ１〜ｉｖ４と電流ｉｗ１〜ｉｗ４とで各位相が電気角で１２０〔°〕ずつずらされ、振幅をＩａとし、第１のロータ３４の位置を表す回転角度をθとし、角速度をωと、時間をｔとすると、
ＩＵ１，ＩＵ２，ＩＵ３，ＩＵ４＝ｉｕ１，ｉｕ２，ｉｕ３，ｉｕ４
＝Ｉａ・ｓｉｎ（θ＋ωｔ）
ＩＶ１，ＩＶ２，ＩＶ３，ＩＶ４＝ｉｖ１，ｉｖ２，ｉｖ３，ｉｖ４
＝Ｉａ・ｓｉｎ（θ−１２０＋ωｔ）
ＩＷ１，ＩＷ２，ＩＷ３，ＩＷ４＝ｉｗ１，ｉｗ２，ｉｗ３，ｉｗ４
＝Ｉａ・ｓｉｎ（θ＋１２０＋ωｔ）
になる。

この場合、第１の駆動部４４において、ステータコイルは、図５に示されるような結線構造を有し、図４に示されるように、回転磁界に４個のＮ極ｎ１〜ｎ４及び４個のＳ極ｓ１〜ｓ４が円周方向において交互に形成される。なお、各Ｎ極ｎ１〜ｎ４の位置が０〔°〕にされ、各Ｓ極ｓ１〜ｓ４の位置が１８０、−１８０〔°〕にされる。

また、第２の駆動部４５だけを駆動する場合、各相の電流ＩＵ１〜ＩＵ４、ＩＶ１〜ＩＶ４、ＩＷ１〜ＩＷ４は、第２の駆動部４５の電流成分である電流ｉｕ１’〜ｉｕ４’、ｉｖ１’〜ｉｖ４’、ｉｗ１’〜ｉｗ４’から成る。そして、電流ｉｕ１’、ｉｕ３’の各位相、電流ｉｕ２’、ｉｕ４’の各位相、電流ｉｖ１’、ｉｖ３’の各位相、電流ｉｖ２’、ｉｖ４’の各位相、電流ｉｗ１’、ｉｗ３’の各位相、及び電流ｉｗ２’、ｉｗ４’の各位相が互いに等しくされるとともに、電流ｉｕ１’、ｉｕ３’と電流ｉｕ２’、ｉｕ４’とで各位相が電気角で１８０〔°〕ずつずらされ、電流ｉｖ１’、ｉｖ３’と電流ｉｖ２’、ｉｖ４’とで各位相が電気角で１８０〔°〕ずつずらされ、電流ｉｗ１’、ｉｗ３’と電流ｉｗ２’、ｉｗ４’とで各位相が電気角で１８０〔°〕ずつずらされ、かつ、電流ｉｕ１’〜ｉｕ４’と電流ｉｖ１’〜ｉｖ４’と電流ｉｗ１’〜ｉｗ４’とで各位相が電気角で１２０〔°〕ずつずらされ、振幅をＩａ’とし、第２のロータ３５の位置を表す回転角度をθ’とし、角速度をω’と、時間をｔとすると、
ＩＵ１，ＩＵ３＝ｉｕ１’，ｉｕ３’
＝Ｉａ’・ｓｉｎ（θ’＋ω’ｔ）
ＩＵ２，ＩＵ４＝ｉｕ２’，ｉｕ４’
＝Ｉａ’・ｓｉｎ（θ’−１８０＋ω’ｔ）
ＩＶ１，ＩＶ３＝ｉｖ１’，ｉｖ３’
＝Ｉａ’・ｓｉｎ（θ’−６０＋ω’ｔ）
ＩＶ２，ＩＶ４＝ｉｖ２’，ｉｖ４’
＝Ｉａ’・ｓｉｎ（θ’−１２０＋ω’ｔ）
ＩＷ１，ＩＷ３＝ｉｗ１’，ｉｗ３’
＝Ｉａ’・ｓｉｎ（θ’＋６０＋ω’ｔ）
ＩＷ２，ＩＷ４＝ｉｗ２’，ｉｗ４’
＝Ｉａ’・ｓｉｎ（θ’＋１２０＋ω’ｔ）
になる。

この場合、第２の駆動部４５において、ステータコイルは、図７に示されるような結線構造を有し、図６に示されるように、回転磁界に２個のＮ極ｎ１１、ｎ１２及び２個のＳ極ｓ１１、ｓ１２が円周方向において交互に形成される。なお、各Ｎ極ｎ１１、ｎ１２の位置が電気角で０〔°〕にされ、各Ｓ極ｓ１１、ｓ１２の位置が電気角で１８０、−１８０〔°〕にされる。

また、第１、第２の駆動部４４、４５を同時に駆動する場合、
ＩＵ１，ＩＵ３＝ｉｕ１＋ｉｕ１’，ｉｕ３＋ｉｕ３’
＝Ｉａ・ｓｉｎ（θ＋ωｔ）＋Ｉａ’・ｓｉｎ（θ’＋ω’ｔ）
ＩＵ２，ＩＵ４＝ｉｕ２＋ｉｕ２’，ｉｕ４＋ｉｕ４’
＝Ｉａ・ｓｉｎ（θ＋ωｔ）
＋Ｉａ’・ｓｉｎ（θ’−１８０＋ω’ｔ）
ＩＶ１，ＩＶ３＝ｉｖ１＋ｉｖ１’，ｉｖ３＋ｉｖ３’
＝Ｉａ・ｓｉｎ（θ−１２０＋ωｔ）
＋Ｉａ’・ｓｉｎ（θ’−６０＋ω’ｔ）
ＩＶ２，ＩＶ４＝ｉｖ２＋ｉｖ２’，ｉｖ４＋ｉｖ４’
＝Ｉａ・ｓｉｎ（θ−１２０＋ωｔ）
＋Ｉａ’・ｓｉｎ（θ’−１２０＋ω’ｔ）
ＩＷ１，ＩＷ３＝ｉｗ１＋ｉｗ１’，ｉｗ３＋ｉｗ３’
＝Ｉａ・ｓｉｎ（θ＋１２０＋ωｔ）
＋Ｉａ’・ｓｉｎ（θ’＋６０＋ω’ｔ）
ＩＷ２，ＩＷ４＝ｉｗ２＋ｉｗ２’，ｉｗ４＋ｉｗ４’
＝Ｉａ・ｓｉｎ（θ＋１２０＋ωｔ）
＋Ｉａ’・ｓｉｎ（θ’＋１２０＋ω’ｔ）
になる。

ところで、前記第１の駆動部４４は、エンジン１１を常温（極低温状態とは異なる温度）下で始動する機能を有するので、電流ｉｕ１〜ｉｕ４、ｉｖ１〜ｉｖ４、ｉｗ１〜ｉｗ４をステータコイルに供給する時間、すなわち、通電時間は瞬時、例えば、０．５〔秒〕以下である。

通常、インバータには各パワー素子の容量に基づいて定格電流が設定されているが、瞬間的に流れる電流については、定格電流を超える電流、すなわち、定格電流の１００〔％〕を超える電流が許容されるようになっている。この場合、エンジン１１を常温下で始動する場合、前述されたように電流ｉｕ１〜ｉｕ４、ｉｖ１〜ｉｖ４、ｉｗ１〜ｉｗ４の通電時間は瞬時であるので、仮に、第１、第２の駆動部４４、４５を同時に駆動しても、各ステータコイルを流れる電流ＩＵ１〜ＩＵ４、ＩＶ１〜ＩＶ４、ＩＷ１〜ＩＷ４のうちの第１の駆動部４４を駆動するための電流ｉｕ１〜ｉｕ４、ｉｖ１〜ｉｖ４、ｉｗ１〜ｉｗ４を無視することができる。

すなわち、各ステータコイルを流れる電流ＩＵ１〜ＩＵ４、ＩＶ１〜ＩＶ４、ＩＷ１〜ＩＷ４のうちの第２の駆動部４５を駆動するための電流ｉｕ１’〜ｉｕ４’、ｉｖ１’〜ｉｖ４’、ｉｗ１’〜ｉｗ４’がインバータ３２の定格電流より小さくなるようにインバータ３２を駆動すればよい。すなわち、第２の駆動部４５を駆動するためのインバータを、第１、第２の駆動部４４、４５を駆動するためのインバータ３２として使用することができる。

このように、本実施の形態においては、一つのインバータ３２を使用することによって第１、第２の駆動部４４、４５を駆動することができるだけでなく、インバータ３２の容量を小さくすることができるので、車両駆動装置１０のコストを低くすることができる。

次に、第１、第２の駆動部４４、４５を駆動したときの駆動モータ３１の状態、すなわち、回転磁界の位置の変化及び第１、第２のロータ３４、３５の位置の変化について説明する。

図８は本発明の第１の実施の形態における第１の駆動部を駆動したときの駆動モータの状態を示す第１の図、図９は本発明の第１の実施の形態における第１の駆動部を駆動したときの駆動モータの状態を示す第２の図、図１０は本発明の第１の実施の形態における第１の駆動部を駆動したときの駆動モータの状態を示す第３の図、図１１は本発明の第１の実施の形態における第２の駆動部を駆動したときの駆動モータの状態を示す第１の図、図１２は本発明の第１の実施の形態における第２の駆動部を駆動したときの駆動モータの状態を示す第２の図、図１３は本発明の第１の実施の形態における第２の駆動部を駆動したときの駆動モータの状態を示す第３の図である。

図において、ｎ１〜ｎ４は回転磁界のＮ極、ｓ１〜ｓ４は回転磁界のＳ極、ｍｎ１〜ｍｎ４は第１のロータ３４に配設されたＮ極の永久磁石、ｍｓ１〜ｍｓ４は第１のロータ３４に配設されたＳ極の永久磁石、ｍｎ１１、ｍｎ１２は第２のロータ３５に配設されたＮ極の永久磁石、ｍｓ１１、ｍｓ１２は第２のロータ３５に配設されたＳ極の永久磁石である。前記Ｎ極ｎ１〜ｎ４及びＳ極ｓ１〜ｓ４はステータ３３の円周方向において交互に等ピッチで形成され、永久磁石ｍｎ１〜ｍｎ４、ｍｓ１〜ｍｓ４は第１のロータ３４において交互に等ピッチで取り付けられ、永久磁石ｍｎ１１、ｍｎ１、ｍｓ１１、ｍｓ１２は第２のロータ３５において交互に等ピッチで取り付けられる。

第１の駆動部４４を駆動し、図８に示されるように、回転磁界にＮ極ｎ１〜ｎ４及びＳ極ｓ１〜ｓ４が形成されると、同極同士の反発力及び異極同士の吸引力によって、永久磁石ｍｎ１〜ｍｎ４、ｍｓ１〜ｍｓ４が矢印の方向に付勢される。これに伴って、第１のロータ３４は、矢印Ａ方向（図において反時計回り）に電気角で９０〔°〕回転させられる。

このとき、第２の駆動部４５においては、同極同士の反発力と異極同士の吸引力とが相殺され、第２のロータ３５は回転しない。

続いて、図９に示されるように、回転磁界が電気角で９０〔°〕回転させられると、第１のロータ３４は、図において矢印Ａ方向に電気角で更に９０〔°〕回転させられる。このとき、第２の駆動部４５においては、同様に、同極同士の反発力と異極同士の吸引力とが相殺され、第２のロータ３５は回転しない。

さらに、図１０に示されるように、回転磁界が電気角で９０〔°〕回転させられると、第１のロータ３４は、図において矢印Ａ方向に更に電気角で９０〔°〕回転させられる。このとき、第２の駆動部４５においては、同様に、同極同士の反発力と異極同士の吸引力とが相殺され、第２のロータ３５は回転しない。

また、第２の駆動部４５を駆動し、図１１に示されるように、回転磁界にＮ極ｎ１１、ｎ１２及びＳ極ｓ１１、ｓ１２が形成されると、同極同士の反発力及び異極同士の吸引力によって、永久磁石ｍｎ１１、ｍｎ１２、ｍｓ１１、ｍｓ１２が矢印の方向に付勢される。これに伴って、第２のロータ３５は、矢印Ｂ方向（図において反時計回り）に電気角で４５〔°〕回転させられる。

このとき、第１の駆動部４４においては、同極同士の反発力と異極同士の吸引力とが相殺され、第１のロータ３４は回転しない。

続いて、図１２に示されるように、回転磁界が電気角で３０〔°〕回転させられると、第２のロータ３５は、図において矢印Ｂ方向に電気角で更に１５〔°〕回転させられる。このとき、第１の駆動部４４においては、同様に、同極同士の反発力と異極同士の吸引力とが相殺され、第１のロータ３４は回転しない。

さらに、図１３に示されるように、回転磁界が電気角で３０〔°〕回転させられると、第２のロータ３５は、図において矢印Ｂ方向に電気角で更に１５〔°〕回転させられる。このとき、第１の駆動部４４においては、同様に、同極同士の反発力と異極同士の吸引力とが相殺され、第１のロータ３４は回転しない。

次に、前記構成の車両駆動装置１０の動作について説明する。

図１４は本発明の第１の実施の形態における車両駆動装置の動作を示す図である。

この場合、ハイブリッド型車両が停止させられ、アイドルストップ状態に置かれる停車モードにおいては、前記車両制御装置の停止処理手段は、停止処理を行い、エンジン１１の駆動を停止させ（フューエルカット状態）、クラッチＣを解放し、第１の駆動部４４を停止させ、第２の駆動部４５を、自動変速機１６の作動用の油圧を発生させるために駆動する。これに伴って、電流ＩＵ１〜ＩＵ４、ＩＶ１〜ＩＶ４、ＩＷ１〜ＩＷ４は、インバータ３２の定格電流の数〔％〕流れる。なお、自動変速機１６はニュートラル状態に置かれ、第２の駆動部４５が駆動されるのに伴い発生させられるトルクは、駆動輪には伝達されない。

次に、運転者がアクセルペダルを踏み込むのに伴って、ハイブリッド型車両が発進モードに置かれると、前記車両制御装置の発進処理手段は、発進処理を行い、エンジン１１の駆動を停止させ、クラッチＣを解放し、第１の駆動部４４を停止させ、第２の駆動部４５を駆動する。このとき、電流ＩＵ１〜ＩＵ４、ＩＶ１〜ＩＶ４、ＩＷ１〜ＩＷ４は、インバータ３２の定格電流の７０〔％〕より小さく、発進時の加速度に対応する値が流れる。この場合、自動変速機１６が作動させられ、駆動モータトルクＴＭ２は駆動輪に伝達される。その結果、ハイブリッド型車両を発進させることができる。なお、このとき、クラッチＣが解放され、エンジン１１及び第１のロータ３４と第２の駆動部４５とが切り離されるので、エンジン１１及び第１のロータ３４による負荷が第２の駆動部４５に加わらない。したがって、第２の駆動部４５の力行の効率を向上させることができる。

次に、ハイブリッド型車両が発進させられた後、第２の駆動部４５を駆動してハイブリッド型車両を走行させている間にエンジン１１を始動するエンジン始動モードにおいては、前記車両制御装置の第１のエンジン始動処理手段は、第１のエンジン始動処理を行い、エンジン１１を駆動し、クラッチＣを解放し、第１の駆動部４４を瞬間的に（瞬時）駆動し、第２の駆動部４５を駆動する。このとき、電流ＩＵ１〜ＩＵ４、ＩＶ１〜ＩＶ４、ＩＷ１〜ＩＷ４は、瞬間的に（瞬時）インバータ３２の定格電流の１２０〔％〕流れる。

この場合、第１の駆動部４４を駆動するのに伴って発生させられた駆動モータトルクＴＭ１がエンジン１１に伝達され、該エンジン１１が回転させられ、点火される。このようにして、エンジン１１を始動することができる。なお、この間、自動変速機１６が作動させられ、出力軸３８に出力された駆動モータトルクＴＭ２は駆動輪に伝達され、ハイブリッド型車両をモータ駆動によって走行させることができる。

また、エンジン１１を始動している間、クラッチＣが解放されているので、駆動モータトルクＴＭ２がエンジン１１の始動用として使用されることがない。したがって、エンジン１１の始動に伴って、運転者に減速感を与えることがなく、ハイブリッド型車両の走行フィーリングを向上させることができる。

そして、エンジン１１を始動した後、モータ駆動によってハイブリッド型車両を走行させている間にハイブリッド型車両を加速させる加速モードにおいては、前記車両制御装置の加速処理手段は、加速処理を行い、エンジン１１を駆動し、クラッチＣを係合させ、第１の駆動部４４を停止させ、第２の駆動部４５を駆動する。このとき、電流ＩＵ１〜ＩＵ４、ＩＶ１〜ＩＶ４、ＩＷ１〜ＩＷ４は、インバータ３２の定格電流の７０〔％〕より小さく、加速度に対応する値が流れる。

この場合、エンジン１１を駆動することによって発生させられたエンジントルクＴＥ、及び前記駆動モータトルクＴＭ２が駆動輪に伝達され、ハイブリッド型車両をエンジン・モータ駆動によって走行させることができる。

また、ハイブリッド型車両を加速したのちに定常状態で走行させる定常走行モードにおいては、前記車両制御装置の定常走行処理手段は、定常走行処理を行い、エンジン１１を駆動し、クラッチＣを係合させ、第１の駆動部４４を停止させ、第２の駆動部４５を駆動し、発電させる。このとき、電流ＩＵ１〜ＩＵ４、ＩＶ１〜ＩＶ４、ＩＷ１〜ＩＷ４は、インバータ３２の定格電流の２０〔％〕より小さく、アクセルペダルの踏込み量に対応する値が流れる。

この場合、エンジン１１を駆動することによって発生させられたエンジントルクＴＥの一部を第２の駆動部４５に伝達して、発電に使用し、エンジントルクＴＥの残りを駆動輪に伝達して、ハイブリッド型車両を走行させることができる。

次に、アクセルペダルから足を離し、ハイブリッド型車両をコースト状態に置いて減速させ、それに伴って、回生を行う回生モードにおいては、前記車両制御装置の回生処理手段は、回生処理を行い、エンジン１１を停止させ、クラッチＣを解放し、第１の駆動部４４を停止させ、第２の駆動部４５を駆動し、発電させる。このとき、電流ＩＵ１〜ＩＵ４、ＩＶ１〜ＩＶ４、ＩＷ１〜ＩＷ４は、インバータ３２の定格電流の７０〔％〕より小さく、減速度に対応する値が流れる。

この場合、フューエルカットを行うことによってエンジン１１の駆動を停止させ、かつ、クラッチＣを解放した状態でハイブリッド型車両のイナーシャによって駆動輪から伝達されたトルクを第２の駆動部４５に伝達し、該第２の駆動部４５を発電機として機能させて回生を行うことができる。このとき、前記クラッチＣが解放され、エンジン１１及び第１のロータ３４と第２の駆動部４５とが切り離されるので、エンジン１１及び第１のロータ３４による負荷が第２の駆動部４５に加わらない。したがって、第２の駆動部４５の回生の効率を向上させることができ、回生量をその分多くすることができる。

また、前記車両駆動装置１０を回生モードで作動させてハイブリッド型車両を走行させているときにエンジン１１を始動する減速時エンジン始動モードにおいては、前記車両制御装置の第２のエンジン始動処理手段は、第２のエンジン始動処理を行い、エンジン１１を駆動し、クラッチＣを解放し、第１の駆動部４４を瞬間的に駆動し、第２の駆動部４５を停止させる。このとき、電流ＩＵ１〜ＩＵ４、ＩＶ１〜ＩＶ４、ＩＷ１〜ＩＷ４は、瞬間的にインバータ３２の定格電流の７０〔％〕より小さく、減速度に対応する値が流れる。

この場合、第１の駆動部４４を駆動するのに伴って発生させられた駆動モータトルクＴＭ１がエンジン１１に伝達され、該エンジン１１が回転させられ、点火される。このようにして、エンジン１１を始動することができる。なお、この間、ハイブリッド型車両はイナーシャによって走行させられる。

この場合、エンジン１１を始動している間、クラッチＣが解放されているので、ハイブリッド型車両のイナーシャがエンジン１１の始動用として使用されることがない。したがって、エンジン１１の始動に伴って、運転者に過度の減速感を与えることがなく、ハイブリッド型車両の走行フィーリングを向上させることができる。

また、ハイブリッド型車両を停止させた状態で、極低温下でエンジン１１を始動する極低温下エンジン始動モードにおいては、車両制御装置の第３のエンジン始動処理手段は、第３のエンジン始動処理を行い、エンジン１１を駆動し、クラッチＣを係合させ、第１の駆動部４４を瞬間的に駆動し、第２の駆動部４５を瞬間的に駆動する。このとき、電流ＩＵ１〜ＩＵ４、ＩＶ１〜ＩＶ４、ＩＷ１〜ＩＷ４は、瞬間的にインバータ３２の定格電流の１２０〔％〕流れる。

この場合、第１、第２の駆動部４４、４５を駆動するのに伴って発生させられた駆動モータトルクＴＭ１、ＴＭ２がエンジン１１に伝達され、該エンジン１１が回転させられ、点火される。このようにして、エンジン１１を始動することができる。

ところで、本実施の形態においては、第１の駆動部４４がエンジン１１を始動するために、第２の駆動部４５がハイブリッド型車両を走行させるために駆動されるので、駆動モータトルクＴＭ１、ＴＭ２は、
ＴＭ１＜ＴＭ２
になる。したがって、図１に示されるように、第１のロータ３４の軸方向寸法が第２のローラ３５の軸方向寸法より短くなり、ステータ３３より径方向外方における第１のロータ３４と隣接する箇所にデッドスペースが形成されてしまう。

そこで、ステータ３３より径方向外方における第１のロータ３４と隣接する箇所にデッドスペースが形成ることがない本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図１５は本発明の第２の実施の形態における車両駆動装置の概念図である。

この場合、第２の駆動部４５の出力軸３８と伝動軸１７との間に、減速機としての、かつ、差動装置としてのプラネタリギヤユニット５１が配設される。該プラネタリギヤユニット５１は、回転自在に配設された第１の差動要素としてのサンギヤＳ、回転自在に配設された第２の差動要素としてのリングギヤＲ、前記サンギヤＳとリングギヤＲとの間に噛合させられるピニオンＰ、及び回転自在に配設され、前記ピニオンＰを回転自在に支持する第３の差動要素としてのキャリヤＣＲを備え、前記サンギヤＳは車両駆動装置１０のフレームＦに固定され、リングギヤＲは出力軸３８と、キャリヤＣＲは伝動軸１７と機械的に連結される。

したがって、第２の駆動部４５を駆動することによって発生させられた回転は、プラネタリギヤユニット５１によって減速させられ、伝動軸１７に出力される。これに伴って、第２の駆動部４５によって発生させられた駆動モータトルクＴＭ２は増幅されて伝動軸１７に伝達されるので、駆動モータトルクＴＭ２をその分小さくすることができる。したがって、第２の駆動部４５の軸方向寸法を小さくすることができるので、第１のロータ３４の軸方向寸法と第２のローラ３５の軸方向寸法とを等しくすることができ、ステータ３３より径方向外方における第１のロータ３４と隣接する箇所にデッドスペースが形成されることがなくなる。

なお、前記第１の駆動部４４は８極構造を、第２の駆動部４５は４極構造を有するが、第２の駆動部４５の駆動モータ回転速度ＮＭ２をプラネタリギヤユニット５１によって、例えば、二分の一に低くすると、第１、第２の駆動部４４、４５の駆動モータ回転速度ＮＭ１、ＮＭ２を等しくしたとき、第１の駆動部４４の周波数ｆ１と第２の駆動部の周波数ｆ２とを等しくすることができる。

ところで、前記各実施の形態においては、ステータ３３より径方向外方及び径方向内方に第１、第２のロータ３４、３５がオーバラップさせて配設されるので、第１の駆動部４４を駆動したときに発生させられた磁束が第２のロータ３５に流れたり、第２の駆動部４５を駆動したときに発生させられた磁束が第１のロータ３４に流れたりして、第１、第２の駆動部４４、４５が互いに干渉してしまう。

そこで、第１、第２の駆動部４４、４５が互いに干渉することがない本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図１６は本発明の第３の実施の形態における車両駆動装置の概念図である。

この場合、ステータ３３より径方向内方に第１、第２のロータ３４、３５が軸方向に、かつ、互いに隣接させて配設される。

したがって、ステータ３３より径方向内方だけに第１、第２のロータ３４、３５が配設されるので、第１の駆動部４４を駆動したときに発生させられた磁束が第２のロータ３５に流れたり、第２の駆動部４５を駆動したときに発生させられた磁束が第１のロータ３４に流れたりすることがなく、第１、第２の駆動部４４、４５が互いに干渉するのを防止することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の第１の実施の形態における車両駆動装置の概念図である。 従来の車両駆動装置の概念図である。 本発明の第１の実施の形態におけるインバータの動作を示す回路図である。 本発明の第１の実施の形態における第１の駆動部の回転磁界を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における第１の駆動部のステータコイルの結線構造を示す等価図である。 本発明の第１の実施の形態における第２の駆動部の回転磁界を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における第２の駆動部のステータコイルの結線構造を示す等価図である。 本発明の第１の実施の形態における第１の駆動部を駆動したときの駆動モータの状態を示す第１の図である。 本発明の第１の実施の形態における第１の駆動部を駆動したときの駆動モータの状態を示す第２の図である。 本発明の第１の実施の形態における第１の駆動部を駆動したときの駆動モータの状態を示す第３の図である。 本発明の第１の実施の形態における第２の駆動部を駆動したときの駆動モータの状態を示す第１の図である。 本発明の第１の実施の形態における第２の駆動部を駆動したときの駆動モータの状態を示す第２の図である。 本発明の第１の実施の形態における第２の駆動部を駆動したときの駆動モータの状態を示す第３の図である。 本発明の第１の実施の形態における車両駆動装置の動作を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における車両駆動装置の概念図である。 本発明の第３の実施の形態における車両駆動装置の概念図である。

符号の説明

１０ 車両駆動装置
１１ エンジン
１６ 自動変速機
１７ 伝動軸
３１ 駆動モータ
３２ インバータ
３３ ステータ
３４、３５ 第１、第２のロータ
４４、４５ 第１、第２の駆動部
５１ プラネタリギヤユニット
Ｃ クラッチ

Claims (7)

1. 係脱自在に配設された係合要素と、エンジンと機械的に連結された第１のロータ、前記係合要素を介してエンジンと機械的に連結され、かつ、駆動輪と機械的に連結された第２のロータ、及び第１、第２のロータに共通のステータを備え、前記第１のロータ及びステータによって第１の駆動部が、前記第２のロータ及びステータによって第２の駆動部が構成される電動機械と、前記第１、第２の駆動部を独立して駆動するインバータと、前記第２の駆動部を駆動して車両を走行させているときにエンジンを始動する場合、及び極低温下でエンジンを始動する場合に、前記第１、第２の駆動部を駆動するエンジン始動処理手段とを有することを特徴とする車両駆動装置。
2. 係脱自在に配設された係合要素と、エンジンと機械的に連結された第１のロータ、前記係合要素を介してエンジンと機械的に連結され、かつ、駆動輪と機械的に連結された第２のロータ、及び第１、第２のロータに共通のステータを備え、前記第１のロータ及びステータによって第１の駆動部が、前記第２のロータ及びステータによって第２の駆動部が構成される電動機械と、前記第１、第２の駆動部を独立して駆動する一つのインバータと、第２の駆動部を駆動する電流が定格電流より小さくなるように、前記第２の駆動部を駆動して車両を走行させているときに、瞬間的に前記インバータの定格電流より大きい電流を電動機械に供給し、前記第１の駆動部を駆動してエンジンを始動するエンジン始動処理手段とを有することを特徴とする車両駆動装置。
3. 前記第１、第２のロータは互いにオーバラップさせて配設される請求項１又は２に記載の車両駆動装置。
4. 前記第１、第２のロータは軸方向に隣接させて配設される請求項１又は２に記載の車両駆動装置。
5. 前記第２の駆動部を駆動することによって発生させられた駆動モータトルクを駆動輪に伝達するための伝動軸と第２のロータとの間に減速機が配設される請求項３に記載の車両駆動装置。
6. 前記第２の駆動部を駆動することによって発生させられた駆動モータトルクを駆動輪に伝達するための伝動軸と駆動輪との間に変速機が配設される請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両駆動装置。
7. エンジンと機械的に連結された第１のロータと、係合要素を介してエンジンと機械的に連結され、かつ、駆動輪と機械的に連結された第２のロータと、第１、第２のロータに共通のステータとを備え、前記第１のロータ及びステータによって第１の駆動部が、前記第２のロータ及びステータによって第２の駆動部が構成される電動機械、並びに前記第１、第２の駆動部を独立して駆動する一つのインバータを有する車両駆動装置の駆動方法において、第２の駆動部を駆動する電流が定格電流より小さくなるように、第２の駆動部を駆動して車両を走行させているときに、瞬間的に前記インバータの定格電流より大きい電流を電動機械に供給し、前記第１の駆動部を駆動してエンジンを始動することを特徴とする車両駆動装置の駆動方法。

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