JP5087805B2 - Power equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、共線図上に配列される4つの回転要素を有する動力装置に関する。 The present invention relates to a power plant having four rotating elements arranged on a nomograph.
従来より、図12に示したように、共線図上に配列された4つの回転要素(エンジン103、駆動輪102,102、第1電動機140、第2電動機150)を有する動力装置100が知られている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, as shown in FIG. 12, a
図12に示した動力装置においては、2つの遊星歯車機構(第1遊星歯車機構120、第2遊星歯車機構130)が備えられ、第1遊星歯車機構120のキャリア124と第2遊星歯車機構130のサンギヤ131とが連結されると共に、第1遊星歯車機構120のリングギヤ122と第2遊星歯車機構130のキャリア134とが連結されている。また、第1遊星歯車機構120のサンギヤ121が第1電動機140に連結され、第1遊星歯車機構120リングギヤ122及び第2遊星歯車機構130のキャリア134が駆動輪102,102に連結されている。
12 includes two planetary gear mechanisms (a first
また、第1遊星歯車機構120のキャリア124及び第2遊星歯車機構130のサンギヤ131にエンジン103が連結され、第2遊星歯車機構130のリングギヤ132に第2電動機150が連結されている。
上述した従来の動力装置100においては、共線図上で、外側に第1電動機140と第2電動機150とが配置され、その内側にエンジン103と駆動輪102,102とが配置されている。そのため、高速走行時に駆動輪102,102の回転速度が高くなると、第2電動機150の回転速度が駆動輪102,102よりも高くなる(HIGHギヤ比設定)。
In the
そして、このように第2電動機150が高速で回転することに対応するためには、第2電動機150のロータを高速回転に耐え得る強度にしなければならず、第2電動機150の大型化やコストアップを伴なうという不都合があった。また、高速回転時には、第2電動機150の損失や第2電動機150を駆動するPDU(Power Drive Unit)におけるスイッチング損失が大きくなるという不都合があった。
In order to cope with the rotation of the second
本発明はかかる背景を鑑みてなされたものであり、共線図上に4つの回転要素が配列され、内側の2つの回転要素に原動機と被駆動部が連結されると共に、外側の回転要素に電動機が連結された差動装置を有する動力装置において、該電動機の回転数の上昇を抑えることを目的とする。 The present invention has been made in view of such a background, in which four rotating elements are arranged on a collinear diagram, a motor and a driven part are connected to two inner rotating elements, and an outer rotating element is connected. An object of the present invention is to suppress an increase in the number of revolutions of a motor in a power unit having a differential gear connected to the motor.
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、共線図上に4つの回転要素が配列される差動装置と、前記回転要素のうちの前記共線図で内側に配置された第2回転要素及び第3回転要素のいずれか一方に連結された原動機、及び他方に連結された被駆動部と、前記回転要素のうちの前記共線図で外側に配置された第1回転要素及び第4回転要素のいずれかに対して設けられた第1電動機と、前記第1回転要素と前記第4回転要素のうちの前記第1電動機が設けられた回転要素である第1電動機接続要素と、前記第1電動機とが連結された状態と、該連結が解除された状態とを切換える第1クラッチと、前記第2回転要素と前記第3回転要素のうちの前記第1電動機接続要素と前記共線図上で隣接した回転要素である第1電動機隣接要素と、前記第1電動機とが連結された状態と、該連結が解除された状態とを切換える第2クラッチと、前記第1クラッチにより前記第1電動機接続要素と前記第1電動機とが連結され、且つ、前記第2クラッチにより前記第1電動機隣接要素と前記第1電動機との連結が解除された1共線4要素動作状態と、前記第1クラッチにより前記第1電動機接続要素と前記第1電動機との連結が解除され、且つ、前記第2クラッチにより前記第1電動機隣接要素と前記第1電動機とが連結された1共線3要素動作状態との切換えを、前記第1電動機接続要素の回転速度と、前記第1電動機隣接要素の回転速度との差が、所定値以下であるときに行なう回転要素数切換手段とを備えたことを特徴とする。 The present invention has been made to achieve the above object, and is provided with a differential device in which four rotating elements are arranged on a collinear diagram, and disposed inside the collinear diagram among the rotating elements. A prime mover connected to one of the second rotating element and the third rotating element, and a driven part connected to the other, and a first rotating element arranged outside in the collinear diagram of the rotating elements And a first motor connecting element which is a rotating element provided with the first motor among the first rotating element and the fourth rotating element. A first clutch that switches between a state in which the first motor is connected and a state in which the connection is released, and the first motor connecting element of the second rotating element and the third rotating element, Adjacent to the first motor, which is an adjacent rotating element on the collinear diagram And iodine, and a state in which said first electric motor is connected, and a second clutch for switching between a state in which the coupling is released, and the first electric motor connecting element and the first electric motor is coupled by the first clutch And a one-collinear four-element operating state in which the connection between the first motor adjacent element and the first motor is released by the second clutch, and the first motor connecting element and the first by the first clutch. The switching of the one-collinear three-element operation state in which the connection with the electric motor is released and the first motor adjacent element and the first motor are connected by the second clutch is performed on the first motor connecting element. Rotating element number switching means is provided when the difference between the rotating speed and the rotating speed of the first electric motor adjacent element is a predetermined value or less .
かかる本発明によれば、前記第1クラッチにより前記第1電動機接続要素と前記第1電動機とが連結された状態にすると共に、前記第2クラッチにより前記第1電動機隣接要素と前記第1電動機との連結が解除された状態にすることにより、前記差動装置を、前記原動機及び前記被駆動部のいずれかに個別に連結された前記第2回転要素及び前記第3回転要素と、前記第1電動機がいずれかに連結された前記第1回転要素及び前記第4回転要素という4つの回転要素が、1共線図上の配置関係を維持しながら回転する1共線4要素動作状態とすることができる。
そして、本発明によれば、前記回転要素数切換手段により、前記第1電動機接続要素との回転速度と前記第1電動機隣接要素の回転速度との差が前記所定値以下であるときに、前記第1クラッチ及び前記第2クラッチにより、前記1共線4要素動作状態から前記1共線3要素動作状態に切換えることによって、切換時に生じるショックを低減することができる。
According to the present invention, the first motor connecting element and the first motor are connected by the first clutch, and the first motor adjacent element and the first motor are connected by the second clutch. In the released state, the second and third rotating elements individually connected to either the prime mover or the driven part, and the first rotating element. The four rotating elements, the first rotating element and the fourth rotating element connected to any one of the electric motors, are in a one-collinear four-element operating state that rotates while maintaining the positional relationship on the one-collinear diagram. Can do.
According to the present invention, when the difference between the rotation speed of the first motor connecting element and the rotation speed of the first motor adjacent element is equal to or less than the predetermined value by the rotation element number switching means, By switching from the one-collinear four-element operating state to the one-collinear three-element operating state by the first clutch and the second clutch, it is possible to reduce a shock generated at the time of switching.
一方、前記第1クラッチにより前記第1電動機接続要素と前記第1電動機との連結が解除された状態にすると共に、前記第2クラッチにより前記第1電動機隣接要素と前記第1電動機とが連結された状態にすることにより、前記差動装置を、前記原動機及び前記被駆動部のいずれかに個別に連結された前記第2回転要素及び前記第3回転要素(前記第2回転要素と前記第3回転要素のいずれかに前記第1電動機が連結された状態となっている)と、前記第1回転要素と前記第4回転要素のうちの前記第1電動機接続要素では無い方という3つの回転要素が、1共線図上の配置関係を維持しながら回転する1共線3要素動作状態とすることができる。 Meanwhile, the first clutch connecting element and the first motor are disconnected by the first clutch, and the first motor adjacent element and the first motor are connected by the second clutch. In this state, the differential device is connected to either the prime mover or the driven part individually with the second rotating element and the third rotating element (the second rotating element and the third rotating element). The first electric motor is connected to one of the rotating elements), and the three rotating elements of the first rotating element and the fourth rotating element that are not the first motor connecting element However, it can be set as the 1-collinear 3 element operation state which rotates, maintaining the arrangement | positioning relationship on a 1-collinear diagram.
そして、前記差動装置を1共線4要素動作状態とすることにより、前記駆動源と前記被駆動部との間の変速比を、前記第1回転要素及び前記第4回転要素のいずれかに個別に連結される前記第1電動機及び他の電動機等の回転速度を制御して、Highギヤ比側(前記原動機の回転速度<前記被駆動部の回転速度)とLowギヤ比側(前記原動機の回転速度>前記被駆動部の回転速度)に制御することができる。 Then, by setting the differential device to a one-collinear four-element operation state, the transmission ratio between the driving source and the driven part is set to one of the first rotating element and the fourth rotating element. By controlling the rotational speeds of the first motor and other motors that are individually connected, the high gear ratio side (the rotational speed of the prime mover <the rotational speed of the driven part) and the low gear ratio side (of the prime mover) Rotational speed> Rotational speed of the driven part).
また、前記差動装置が1共線4要素動作状態であるときに、前記駆動源又は前記被駆動部と連結された前記第1電動機隣接要素の回転速度が上昇し、これに応じて前記第1電動機接続要素の回転速度が前記第1電動機隣接要素の回転速度よりも高くなったときに、前記第1クラッチ及び前記第2クラッチにより、前記差動装置を1共線3要素動作状態に切換えることによって、前記第1電動機の回転速度を前記第1電動機隣接要素の回転速度に抑えることができる。そして、これにより、前記第1電動機の回転速度を低くすることができるため、第1電動機のロータに要求される強度を低くすることができる。また、前記第1電動機における損失や、前記第1電動機の駆動回路におけるスイッチング損失を低減することができる。さらに、前記第1電動機の回転により生じる逆起電力を低くすることができるため、前記第1電動機のモータトルク定数を高くして通電量を低減することができ、これにより、前記第1電動機の駆動回路の小型化や前記第1電動機の銅損の低減を図ることができる。 In addition, when the differential device is in a one-collinear four-element operation state, the rotational speed of the first motor adjacent element connected to the driving source or the driven part is increased, and the first When the rotation speed of the one motor connecting element becomes higher than the rotation speed of the adjacent element of the first motor, the first clutch and the second clutch are used to switch the differential to the one-collinear three-element operation state. Thus, the rotation speed of the first electric motor can be suppressed to the rotation speed of the first electric motor adjacent element. As a result, the rotational speed of the first electric motor can be reduced, and the strength required of the rotor of the first electric motor can be reduced. Moreover, the loss in the first motor and the switching loss in the drive circuit of the first motor can be reduced. Furthermore, since the back electromotive force generated by the rotation of the first electric motor can be reduced, the motor torque constant of the first electric motor can be increased to reduce the energization amount. The drive circuit can be downsized and the copper loss of the first electric motor can be reduced.
また、前記差動装置は、共線図上に配列された第1、第2、及び第3の要素を有して、前記第2の要素に入力されたエネルギーを前記第1及び第3の要素に分配する機能と、前記第1及び前記第3の要素に入力されたエネルギーを合成して前記第2の要素に出力する機能とを有するエネルギー分配・合成装置と、共線図上に配列された第4、第5、及び第6の要素とを有する機械的差動装置と、前記第1の要素と前記第5の要素とを機械的に連結する第1連結部と、前記第2の要素と前記第4の要素とを機械的に連結する第2連結部とを有し、前記第1回転要素が前記第3の要素と前記第6の要素のうちのいずれか一方に相当すると共に、前記第4回転要素が他方に相当し、前記第2回転要素が、前記第1連結部により連結された前記第1の要素及び前記第5の要素と、前記第2連結部により連結された前記第2の要素及び前記第4の要素とのうちのいずれか一方に相当すると共に、前記第3回転要素が他方に相当し、前記第6の要素に対して前記第1電動機が設けられて、前記第6の要素が前記第1電動機接続要素となっていることを特徴とする。 In addition, the differential device includes first, second, and third elements arranged on a collinear diagram, and energy input to the second element is converted into the first and third elements. An energy distribution / synthesis device having a function of distributing to elements and a function of combining energy input to the first and third elements and outputting to the second element; A mechanical differential device having fourth, fifth, and sixth elements, a first coupling portion that mechanically couples the first element and the fifth element, and the second A second connecting portion that mechanically connects the fourth element and the fourth element, and the first rotating element corresponds to one of the third element and the sixth element. In addition, the fourth rotating element corresponds to the other, and the second rotating element is connected to the first connecting portion by the first connecting portion. The third element corresponds to one of the element, the fifth element, and the second element and the fourth element connected by the second connecting portion, and the third rotating element corresponds to the other. The first motor is provided for the sixth element, and the sixth element is the first motor connecting element.
かかる本発明によれば、前記エネルギー分配・合成装置と、前記機械的差動装置との組合せにより、上述した共線図上に4つの回転要素が配列される差動装置を構成することができる。 According to the present invention, a differential device in which four rotating elements are arranged on the collinear diagram described above can be configured by a combination of the energy distribution / synthesis device and the mechanical differential device. .
また、前記エネルギー分配・合成装置は、回転磁界を発生するためのステータと、磁石で構成されて、前記ステータと対向して設けられた第1ロータと、軟磁性体で構成されて、前記ステータと前記第1ロータとの間に設けられた第2ロータとを、前記第1の要素と前記第2の要素と前記第3の要素に個別に割り当てて有し、前記ステータと前記第1ロータと前記第2ロータとの間で、前記回転磁界の発生に伴なって形成される磁気回路を介してエネルギーを入出力すると共に、当該エネルギーの入出力に伴なって、前記回転磁界と前記第1ロータと前記第2ロータとが回転するように構成されていることを特徴とする。 In addition, the energy distribution / synthesis device includes a stator for generating a rotating magnetic field, a magnet, a first rotor provided facing the stator, and a soft magnetic material. And the second rotor provided between the first rotor, the first rotor, the second rotor, and the third rotor are individually assigned to the first rotor, the second rotor, and the third rotor. And the second rotor input and output energy via a magnetic circuit formed along with the generation of the rotating magnetic field, and the rotating magnetic field and the second rotor along with the input and output of the energy. One rotor and the second rotor are configured to rotate.
かかる本発明によれば、前記エネルギー分配・合成装置が、前記ステータと前記第1ロータ及び前記第2ロータとを有する電動機により構成される。そして、この電動機では、前記ステータと前記第1ロータと前記第2ロータとの間で、前記ステータによる回転磁界の発生に伴なって形成される磁気回路を介して、エネルギーが入出力されると共に、このエネルギーの入出力に伴なって、回転磁界と第1ロータと第2ロータとが、1共線図上の配置関係を維持しながら回転する。ここで、このようなステータの回転磁界と第1ロータと第2ロータとの回転速度の関係は、遊星歯車機構のサンギヤとリングギヤとプラネタリギヤを指示するキャリアとの回転速度の関係に相当する。 According to the present invention, the energy distribution / combination device is configured by an electric motor having the stator, the first rotor, and the second rotor. In this electric motor, energy is input / output between the stator, the first rotor, and the second rotor via a magnetic circuit formed in association with generation of a rotating magnetic field by the stator. As the energy is input / output, the rotating magnetic field, the first rotor, and the second rotor rotate while maintaining the positional relationship on the one collinear diagram. Here, the relationship between the rotation magnetic field of the stator and the rotation speeds of the first rotor and the second rotor corresponds to the rotation speed relationship between the sun gear of the planetary gear mechanism, the ring gear, and the carrier that indicates the planetary gear.
そして、このように、前記エネルギー分配・合成装置を、前記ステータと前記第1ロータと前記第2ロータとを有する電動機により構成することで、動力を分配・合成するための遊星歯車機構が不要となるため、部品点数の削減とこれによる小型化を図ることができる。また、前記ステータと前記第1ロータと前記第2ロータの間におけるエネルギーの伝達が磁気回路を介した非接触の磁気パスによって行なわれ、機械的な伝達損失が生じないため、駆動効率を高めることができる。 In this way, the energy distribution / combination device is configured by an electric motor having the stator, the first rotor, and the second rotor, thereby eliminating the need for a planetary gear mechanism for distributing and combining power. Therefore, the number of parts can be reduced and the size can be reduced. In addition, energy transfer between the stator, the first rotor, and the second rotor is performed by a non-contact magnetic path through a magnetic circuit, and no mechanical transmission loss occurs, so that driving efficiency is increased. Can do.
また、前記エネルギー分配・合成装置は、前記第1の要素と前記第2の要素と前記第3の要素とを有する機械的差動装置と、前記第3の要素に連結された第2電動機とを有することを特徴とする。 The energy distribution / synthesis apparatus includes a mechanical differential device having the first element, the second element, and the third element, and a second electric motor coupled to the third element. It is characterized by having.
かかる本発明によれば、遊星歯車機構等の一般的な機械的作動装置と、前記第2電動機との組合せにより、前記エネルギー分配・合成装置を容易に構成することができる。 According to the present invention, the energy distribution / synthesis device can be easily configured by a combination of a general mechanical actuator such as a planetary gear mechanism and the second electric motor.
また、前記第1回転要素と前記第4回転要素のうちの一方に対して前記第1電動機が設けられると共に、他方に対して第2電動機が設けられ、前記第1回転要素と前記第4回転要素のうちの前記第2電動機が設けられた回転要素である第2電動機接続要素と、前記第2電動機とが連結された状態と、該連結が解除された状態とを切り換える第3クラッチと、前記第2回転要素と前記第3回転要素とのうちの前記第2電動機接続要素と前記共線図上で隣接した回転要素である第2電動機隣接要素と、前記第2電動機とが連結された状態と、該連結が解除された状態とを切り換える第4クラッチとを備えたことを特徴とする。 Further, the first electric motor is provided for one of the first rotating element and the fourth rotating element, and the second electric motor is provided for the other, and the first rotating element and the fourth rotating element are provided. Of the elements, a second motor connecting element that is a rotating element provided with the second motor, and a third clutch that switches between a state in which the second motor is connected and a state in which the connection is released, Of the second rotating element and the third rotating element, the second motor connecting element and the second motor adjacent element which is a rotating element adjacent on the collinear diagram are connected to the second motor. And a fourth clutch for switching between the state and the state in which the connection is released.
かかる本発明によれば、前記第2電動機に対して前記第3クラッチと前記第4クラッチとを備えて、前記第3クラッチにより前記第2電動機接続要素と前記第2電動機との連結が解除された状態にすると共に、前記第4クラッチにより前記第2電動機隣接要素と前記第2電動機とが連結された状態とすることによって、前記第2電動機の回転数の上昇を抑制することができる。そして、これにより、前記第1電動機と同様に、前記第2電動機についても、ロータに要求される強度を低くすることができる。また、前記第2電動機における損失や、前記第2電動機の駆動回路におけるスイッチング損失を低減することができる。さらに、前記第2電動機の回転により生じる逆起電力を低くすることができるため、前記第2電動機のモータトルク定数を高くして通電量を低減することができ、これにより、前記第2電動機の駆動回路の小型化や前記第2電動機の銅損の低減を図ることができる。 According to the present invention, the second motor is provided with the third clutch and the fourth clutch, and the connection between the second motor connecting element and the second motor is released by the third clutch. In addition, the second motor adjacent element and the second motor are connected to each other by the fourth clutch, whereby an increase in the rotational speed of the second motor can be suppressed. And thereby, the intensity | strength requested | required of a rotor can be made low also about a said 2nd motor similarly to the said 1st motor. Moreover, the loss in the second motor and the switching loss in the drive circuit of the second motor can be reduced. Furthermore, since the back electromotive force generated by the rotation of the second electric motor can be reduced, the motor torque constant of the second electric motor can be increased to reduce the energization amount. The drive circuit can be downsized and the copper loss of the second electric motor can be reduced.
また、前記回転要素数切換手段は、前記第1クラッチにより前記第1電動機接続要素と前記第1電動機とが連結され、且つ、前記第2クラッチにより前記第1電動機接続要素と前記第1電動機との連結が解除された1共線4要素動作状態から、前記第1クラッチにより前記第1電動機接続要素と前記第1電動機との連結が解除され、且つ、前記第2クラッチにより前記第1電動機隣接要素と前記第1電動機とが連結された1共線3要素動作状態への切換えを、前記第1電動機接続要素の回転速度が、所定速度以上となったときに行なうことを特徴とする。 Further, the rotation element number switching means connects the first motor connecting element and the first motor by the first clutch, and the first motor connecting element and the first motor by the second clutch. From the one-collinear four-element operation state in which the connection is released, the connection between the first motor connecting element and the first motor is released by the first clutch, and adjacent to the first motor by the second clutch. switching to 1 collinear 3 elements operating state in which the element and the first electric motor is connected, the rotational speed of the first motor connecting element, characterized in the row of TURMERIC when a predetermined speed or more .
かかる本発明によれば、前記回転要素数切換手段により、前記第1電動機接続要素の回転速度が前記所定速度以上となったときに、前記第1クラッチ及び前記第2クラッチにより、前記1共線4要素動作状態から前記1共線3要素動作状態に切換えることによって、前記第1電動機の回転速度を前記第電動機隣接要素の回転速度まで低下させて、前記第1電動機の回転速度が前記所定速度を超えて上昇することを抑制することができる。 According to the present invention, when the rotational speed of the first motor connecting element becomes equal to or higher than the predetermined speed by the rotation element number switching means, the first collinear line is caused by the first clutch and the second clutch. By switching from the four-element operation state to the one-collinear three-element operation state, the rotation speed of the first motor is reduced to the rotation speed of the adjacent element of the first motor, and the rotation speed of the first motor is changed to the predetermined speed. It is possible to suppress the rise beyond the range.
本発明の実施形態について、図1〜図11を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[第1の実施形態]先ず、図1〜図3を参照して第1の実施形態について説明する。 [First Embodiment] First, the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は本発明の第1の実施形態の動力装置1aの構成図である。図1を参照して、動力装置1aは、車両(図示しない)の左右の駆動輪2,2(本発明の被駆動部に相当する)を駆動するものであり、動力源であるエンジン3(本発明の原動機に相当する)、第1発電電動機40、第2発電電動機50、駆動輪2,2との間で動力を伝達するための第1遊星歯車機構20と第2遊星歯車機構30、及び差動ギヤ機構9を備えている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a power unit 1a according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a power unit 1a drives left and
また、動力装置1aは、第1発電電動機40の駆動回路である第1PDU(Power Drive Unit)61、第2発電電動機50の駆動回路である第2PDU62、第1PDU61及び第2PDU62との間で電力の授受を行なうバッテリ63、及び、動力装置1aの作動を制御するECU(Electric Control Unit)65を備えている。
In addition, the power unit 1a transmits power between a first PDU (Power Drive Unit) 61 that is a drive circuit of the
ECU65はマイクロコンピュータ等により構成された電子ユニットであり、該マイクロコンピュータが所定の制御プログラムを実行することにより、ECU65が本発明の回転要素数切換手段として機能する。
The
また、第1の実施形態においては、第2発電電動機50が本発明の第1電動機に相当し、第1発電電動機40が本発明の第2電動機に相当する。また、第2遊星歯車機構30が本発明の機械的作動装置に相当し、第1遊星歯車機構20と第1発電電動機40とにより本発明のエネルギー分配・合成装置が構成されている。そして、第2遊星歯車機構30と第1遊星歯車機構20と第1発電電動機40とにより、本発明の共線図上に4つの回転要素が配列される差動装置が構成されている。
In the first embodiment, the
エンジン3の出力軸3aは、軸受け4aにより回転自在に支持された第1主軸4と連結されている。また、連結軸6及び第2主軸7が第1主軸4と同心状に配置され、アイドラ軸8が第1主軸4と平行に配置されている。第2主軸7は軸受け7aにより回転自在に支持され、アイドラ軸8は軸受け8aにより回転自在に支持されている。
The
連結軸6は中空に形成されて、内側に第1主軸4が回転自在に嵌合されている。アイドラ軸8には、第1ギヤ8b及び第2ギヤ8cが一体に設けられており、第1ギヤ8bは連結軸6と一体に設けられたギヤ7bと噛み合い、第2ギヤ8cは差動ギヤ機構9のギヤ9aと噛み合っている。
The connecting shaft 6 is hollow and the first
また、差動ギヤ機構9は、駆動軸10,10を介して駆動輪2,2に連結されている。以上の構成により、第2主軸7は、アイドラ軸8及び差動ギヤ機構9を介して駆動輪2,2に連結されている。なお、以下では、第1主軸4、連結軸6、及び第2主軸7の周方向を単に「周方向」というと共に、軸線方向を単に「軸線方向」という。
The differential gear mechanism 9 is connected to the
第1遊星歯車機構20は、シングルピニオンタイプであり、サンギヤ21(本発明の第3の要素に相当する)と、サンギヤ21の外周に回転自在に設けられたリングギヤ22(本発明の第1の要素に相当する)と、両ギヤ21,22に噛み合う複数(例えば3個)のプラネタリギヤ23(2個のみを図示)と、プラネタリギヤ23を回転自在に支持するキャリア24(本発明の第2の要素に相当する)とを有している。サンギヤ21は連結軸6(本発明の第1連結部に相当する)と一体に同心状に設けられている。キャリア24は第1主軸4(本発明の第2連結部に相当する)と一体に同心状に設けられている。
The first
そして、第1遊星歯車機構20は、キャリヤ24に入力される動力を、サンギヤ21及びリングギヤ22に分配する機能と、サンギヤ21及びリングギヤ22に入力される動力を合成して、キャリア24に出力する機能とを有している。また、このような動力の分配・合成を行なうときに、サンギヤ21、リングギヤ22、及びキャリア24は、リニアな速度関係を維持しながら回転する。
The first
第2遊星歯車機構30の構成は第1遊星歯車機構20と同様であり、サンギヤ31(本発明の第4の要素に相当する)と、リングギヤ32(本発明の第6の要素に相当する)と、両ギヤ31,32に噛み合う複数(例えば3個)のプラネタリギヤ33(2個のみを図示)と、プラネタリギヤ33を回転自在に支持するキャリア(本発明の第5の要素に相当する)とを有している。サンギヤ31は第1主軸4と一体に同心状に設けられ、キャリア34は連結軸6と一体に同心状に設けられている。
The configuration of the second
第2遊星歯車機構30は、上述した第1遊星歯車機構20と同様に、動力の分配・合成を行う機能を有している。
The second
以上の構成により、第1遊星歯車機構20のキャリア24、第2遊星歯車機構30のサンギヤ31、及びエンジン3の出力軸3aは、第1主軸4を介して、トルクや回転速度を変更するようなギヤ等の変速機構を介さずに、互いに機械的に直結されている。また、第1遊星歯車機構20のリングギヤ22及び第2遊星歯車機構30のキャリア34は、連結軸6を介して互いに機械的に直結されている。また、第2遊星歯車機構30のキャリア34と、駆動輪2,2とは、アイドラ軸8及び差動ギヤ機構9等を介して互いに機械的に連結されている。すなわち、第1遊星歯車機構20のリングギヤ22及び第2遊星歯車機構30のキャリア34は、駆動輪2,2に連結されている。
With the above configuration, the carrier 24 of the first
第1電動発電機40は3相のDCブラシレスモータであり、第1遊星歯車機構20と一体に設けられている。第1電動発電機40は、3n個の電機子41aで構成されたステータ41と、ステータ41に対応して配置されたロータ42とを有している。各電機子41aは、鉄芯41bとこれに巻き回されたコイル41cとにより構成されており、図示しないケースに固定されて周方向にほぼ等間隔で配列されている。
The
3n個のコイル41cは、n組の3相(U相,V相,W相)コイルを構成している。また、電機子41aは、第1PDU61を介してバッテリ63とECU65に接続されている。第1PDU61は、インバータ等により構成されたモータ駆動回路であり、バッテリ63は第1PDU61を介して充電及び放電可能に構成されている。
The 3n coils 41c constitute n sets of three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) coils. The armature 41a is connected to the
第1電動発電機40のロータ42は、周方向にほぼ等間隔に並んだ2n個の永久磁石42aを有し、隣り合う2つの永久磁石42aの極性が互いに異なるものとされている。各永久磁石42aは、軟磁性体(例えば鉄)で構成されたリング状の固定部42bに取り付けられている。固定部42bは、第1遊星歯車機構20のサンギヤ21と一体に回転自在とされている。
The
以上の構成により、第1電動発電機40では、第1PDU61からステータ41の電機子41aに供給される駆動電力により、ステータ41において回転磁界が発生してロータ42が回転する。すなわち、ステータ41に供給された電力が、動力に変換されてロータ42に出力される。また、第1PDU61からステータ41に駆動電力が供給されていない時に、ロータ42が回転したときには、ステータ41において、回生による回転磁界が発生する。すなわち、第1電動発電機40が発電機として作動し、ロータ42に入力された動力が、ステータ41で電力に変換されてバッテリ63に回収される。
With the above configuration, in the
そして、ECU65は、第1PDU61の作動を制御することによって、第1電動発電機40に供給される電力と、第1電動発電機40により発電される電力と、ロータ42の回転速度を制御する。
The
次に、第2電動発電機50は、上述した第1電動発電機40と同様の3相のDCブラシレスモータであり、第1クラッチ55及び第2クラッチ56を介して第2遊星歯車機構30と連結される。第2電動発電機50は、ステータ51とロータ52を有している。ステータ51とロータ52の構成は、第1電動発電機40のステータ41及びロータ42と同様であるので、ここでは説明を省略する。
Next, the
第2電動発電機50のステータ51は図示しないケースに固定されると共に、第2PDU62を介してバッテリ63及びECU65と接続されている。第2PDU62は、インバータ等により構成されたモータ駆動回路であり、バッテリ63は第2PDU62を介して充電及び放電可能に構成されている。
The
第1クラッチ55は、ECU65から出力される制御信号に応じて、第2電動発電機50のロータ52と第2遊星歯車機構30のリングギヤ32とを連結する締結状態と、この連結を解除する解放状態とに切り換わる。第1クラッチ55が締結状態にあるときは、第2電動発電機50のロータ52と、第2遊星歯車機構30のリングギヤ32とが一体に回転する状態となる。
The first clutch 55 is connected to the
また、第2クラッチ56は、ECU65から出力される制御信号に応じて、第2電動発電機50のロータ52と第2遊星歯車機構30の第2キャリア34とを連結する締結状態と、この連結を解除する解放状態とに切り換わる。第2クラッチ56が締結状態にあるときは、第2電動発電機50のロータ52と、第2遊星歯車機構30のキャリア34とが一体に回転する状態となる。
Further, the second clutch 56 is connected to the
そのため、第1クラッチ55を締結状態とすると共に、第2クラッチ56を解放状態とすることによって、動力装置1aを、1共線4要素動作状態とすることができる。すなわち、動力装置1aを、第2電動発電機50に連結された第2遊星歯車機構30のリングギヤ32(本発明の第1回転要素又は第2回転要素、第1電動機接続要素に相当する)、駆動輪2,2に連結された第2遊星歯車機構30のキャリア34及び第1遊星歯車機構20のリングギヤ22(本発明の第2回転要素又は第3回転要素、第1電動機隣接要素に相当する)、エンジン3に連結された第1遊星歯車機構20のキャリア24及び第2遊星歯車機構30のサンギヤ31(本発明の第2回転要素又は第3回転要素に相当する)、及び第1電動発電機40に連結された第1遊星歯車機構20のサンギヤ21(本発明の第1回転要素又は第4回転要素に相当する)という4つの回転要素をもつ動力装置として動作させることができる。
Therefore, by setting the first clutch 55 to the engaged state and the second clutch 56 to the released state, the power unit 1a can be set to the one-collinear four-element operating state. That is, the power device 1a is a
一方、第1クラッチ55を解放状態とすると共に、第2クラッチ56を締結状態とすることによって、動力装置1bを1共線3要素動作状態とすることができる。すなわち、動力装置1aを、第2電動発電機50のロータ52及び駆動輪2,2に連結された第2遊星歯車機構30のキャリア34及び第1遊星歯車機構20のリングギヤ22、エンジン3に連結された第2遊星歯車機構30のサンギヤ31及び第1遊星歯車機構20のキャリア24、及び第1電動発電機40に連結された第1遊星歯車機構20のサンギヤ21という3つの回転要素をもつ動力装置として動作させることができる。
On the other hand, by setting the first clutch 55 in the disengaged state and the second clutch 56 in the engaged state, the power unit 1b can be brought into the one-collinear three-element operating state. That is, the power unit 1 a is connected to the
以上の構成により、第2電動発電機50では、第2PDU62からステータ51に供給される駆動電力より、ステータ51において回転磁界が発生してロータ52が回転する。すなわち、ステータ51に供給された電力が、動力に変換されてロータ52に出力される。また、第2PDU62からステータ51に駆動電力が供給されていない時に、ロータ52が回転したときには、ステータ51において、回生による回転磁界が発生する。すなわち、第2電動発電機50が発電機として作動し、ロータ52に入力された動力が、ステータ51で電力に変換されてバッテリ63に回収される。
With the above configuration, in the
そして、ECU65は、第2PDU62の作動を制御することによって、第2電動発電機50に供給される電力と、第2電動発電機50により発電される電力と、第2ロータ52の回転速度を制御する。
The
次に、図2(a)〜図3(b)を参照して、ECU65により、上述した第1クラッチ55及び第2クラッチ56による1共線4要素動作状態と1共線3要素動作状態との切り換えを行なった場合の効果について説明する。図2(a)〜図3(b)は、第2電動発電機50の回転速度MG2(=第2遊星歯車機構30のリングギヤ32の回転速度(1共線4要素動作状態)、又は第2遊星歯車機構30のキャリア34の回転速度(1共線3要素動作状態))と、エンジン3の回転速度ENG(=第1遊星歯車機構20のキャリア24及び第2遊星歯車機構30のサンギヤ31の回転速度)と、駆動輪2,2の回転速度(=第1遊星歯車機構20のリングギヤ22及び第2遊星歯車機構30のキャリア34の回転速度)と、第1電動発電機40の回転速度MG1(=第1遊星歯車機構20のサンギヤ21の回転速度)との速度線図である。
Next, referring to FIGS. 2A to 3B, the
図2(a)及び図2(b)は、図1に示した動力装置1aを1共線4要素動作状態(第1クラッチ55をON(締結状態)、第2クラッチ56をOFF(解除状態))とした場合であり、この場合は、ECU65により、第1電動発電機40に回転速度MG1及び第2電動発電機50の回転速度MG2を制御することによって、エンジン3の回転速度ENGに対する駆動輪2,2の回転速度OUTを、無段階に変速することができる。
2 (a) and 2 (b) show that the power unit 1a shown in FIG. 1 is in a 1-collinear 4-element operating state (the first clutch 55 is ON (engaged state) and the second clutch 56 is OFF (released state). )). In this case, the
図2(a)は車両の発進時を示しており、図2(b)は車両の低速走行時を示している。そして、車両の発進時及び低速走行時には、駆動輪2,2に比較的大きなトルクを生じさせる必要があるため、第1電動発電機40の回転速度MG1を第2電動発電機50の回転速度MG2よりも高くして、エンジン3の回転速度ENGよりも駆動輪2,2の回転速度OUTが低いLOWギヤ比設定としている。
FIG. 2A shows the time when the vehicle starts, and FIG. 2B shows the time when the vehicle travels at a low speed. When the vehicle starts and travels at a low speed, it is necessary to generate a relatively large torque on the
車両が低速走行状態から高速走行状態に移行するに従って、ECU65は、エンジン3の回転速度ENGよりも駆動輪2,2の回転速度OUTが高いHIGHギヤ比設定となるように、第1電動発電機40の回転速度MG1及び第2電動発電機50の回転速度MG2の回転速度MG2を制御する。そして、このとき、第2電動発電機50の回転速度MG2がエンジン3の回転速度ENGを越えて上昇するが、第2発電電動機50が高速回転すると第2電動発電機50の損失の増大等の弊害が生じる。
As the vehicle shifts from the low speed running state to the high speed running state, the
そこで、ECU65は、図3(a)に示したように、第2電動発電機50の回転速度MG2がエンジン3の回転速度ENGに達した時に、第1クラッチ55を解放状態とすると共に第2クラッチ56を締結状態として、動力装置1aを1共線4要素動作状態から1共線3要素状態に切り換える。
Therefore, as shown in FIG. 3A, the
このように、第2電動発電機50の回転速度MG2がエンジン3の回転速度ENGに達した時に、動力装置1aを1共線4要素動作状態から1共線3要素動作状態に切り換えることにより、第2クラッチ56を解放状態から締結状態に切り換える際に生じるショックを和らげることができる。
Thus, when the rotational speed MG2 of the
なお、第2電動発電機50の回転速度MG2がエンジン3の回転速度ENGに達した時という条件に依らずに、動力装置1aを1共線4要素動作状態から1共線3要素動作状態に切り換える場合であっても、本発明の効果を得ることができる。
Note that the power unit 1a is changed from the one-collinear four-element operating state to the one-collinear three-element operating state regardless of the condition that the rotational speed MG2 of the
また、第2発電電動機50の回転速度MG2が所定速度以上となったときに、動力装置1aを1共線4要素動作状態から1共線3要素動作状態に切り換えるようにしてもよい。
Further, when the rotational speed MG2 of the
そして、高速走行時に、動力装置1aを1共線3要素動作状態とすることにより、図3(b)に示したように、第2電動発電機50の回転速度MG2を駆動輪2,2の回転速度OUTとして、第2電動発電機50の回転速度MG2の上昇を抑制することができる。
Then, when the vehicle is traveling at a high speed, the rotational speed MG2 of the
[第2の実施形態]次に、図4〜図6を参照して第2の実施形態について説明する。 [Second Embodiment] Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
図4は第2の実施形態の動力装置1bの構成図である。動力装置1bは、上述した第1の実施形態の動力装置1aの第1電動発電機40と第1遊星歯車機構20を、第3電動発電機70(本発明のエネルギー分配・合成装置に相当する)に置き換えたものであり、動力装置1aと同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 4 is a configuration diagram of a power unit 1b according to the second embodiment. The power unit 1b includes a
第3電動機70は、図4に示したように、第1ロータ71(本発明の第1の要素に相当する)と、第1ロータ71と対向するように配置されたステータ72(本発明の第3の要素に相当する)と、第1ロータ71とステータ72の間に間隔をもって設けられた第2ロータ73(本発明の第2の要素に相当する)とを備えている。
As shown in FIG. 4, the third
図5を参照して、第1ロータ71は2n個の永久磁石71aを有しており、永久磁石71aは、周方向に等間隔で並んだ状態で、リング状の固定部71bの外周面に取り付けられている。各永久磁石71aは、軸線方向に直交する断面がほぼ扇形状になっている。固定部71bは軟磁性体(例えば鉄)で構成されており、その内周面が連結軸6に一体に取り付けられている。以上の構成により、第1ロータ71は連結軸6と一体に回転自在とされている。
Referring to FIG. 5, the
図6は、図5のA−A線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を模式的に展開したものである。図6に示したように、連結軸6を中心として、周方向に隣り合う2つの永久磁石71aがなす中心角は、所定角度θである。また、永久磁石71aの極性は、周方向に隣り合う2つが相互に異なっている。以下、永久磁石71aの図中左側の磁極を「第1磁極」といい、図中右側の磁極を「第2磁極」という。
FIG. 6 is a schematic development of a part of a cross-section broken along the circumferential direction at the position of the AA line in FIG. 5. As shown in FIG. 6, the central angle formed by the two
第3電動機70のステータ72は、回転磁界を発生させるものであり、周方向に等間隔に配置された3n個の電機子72aを有している。各電機子72aは、鉄芯72bと鉄芯72bに巻回されたコイル72c等により構成されている。鉄芯72bは、軸線方向に直交する断面がほぼ扇形状になっており、軸線方向に永久磁石71aとほぼ同じ長さを有している。
The
鉄芯72bの内周面の軸線方向の中央部には、周方向に延びる溝72dが形成されている。3n個のコイル72cは、n組の3相(U相,V相,W相)コイルを構成している。また、電機子72aは、ケースCAに、リング状の固定部72eを介して移動不能に取り付けられている。以上のような電機子72a及び永久磁石71aの数と配置から、ある一つの電機子72aの中心が、永久磁石71aの中心と周方向に一致したときには、その電機子72aに対して2つおきの電機子72aの中心と、その永久磁石71aの中心とが周方向に一致する。
A
さらに電機子72aは、第1PDU61を介してバッテリ63とECU65に接続されている。また、電機子72aは、PDU61から電力が供給されたとき、及び発電状態にあるときに、鉄芯72bの左右の端部に、互いに異なる磁性の磁極が発生するように構成されている。また、これらの磁極の発生に伴なって、第1ロータ71の左側(第1磁極側)の部分との間、及び右側(第2磁極側)の部分との間に、第1及び第2の回転磁界が周方向に回転するようにそれぞれ発生する。以下、鉄芯72bの左端部に発生する磁極を「第1電機子磁極」といい、右端部に発生する磁極を「第2電機子磁極」という。なお、「第1電機子磁極」及び「第2電機子磁極」の数は、いずれも永久磁石71aの磁極の数と同じ2nである。
Further, the
第2ロータ73は、複数の第1コア73a及び第2コア73bを有している。第1コア73a及び第2コア73bは、いずれも周方向に等間隔で配置されており、第1コア73a及び第2コア73bの数は、いずれも永久磁石71aと同じ2nに設定されている。各第1コア73aは軟磁性体(例えば、複数の鋼板を積層したもの)であり、軸性方向に直交する断面がほぼ扇形状になっており、軸線方向に永久磁石71aのほぼ半分の長さで延びている。各第2コア73bは、第1コア73aと同様に軟磁性体であって、軸線方向に直交する断面がほぼ扇形状になっており、軸線方向に永久磁石71aのほぼ半分の長さで延びている。
The
また、軸線方向において、第1コア73aは、第1ロータ71の左側(第1磁極側)の部分とステータ72の左側(第1電機子磁極側)の部分との間に配置され、第2コア73bは、第1ロータ71の右側(第2電機子磁極側)の部分との間に配置されている。さらに、第2コア73bは、第1コア73aに対して周方向に互い違いに並んでおり、その中心が、第1コア73aの中心に対して、上述した所定角度θの1/2だけずれている。
Further, in the axial direction, the first core 73a is disposed between the left side (first magnetic pole side) portion of the
また、図5を参照して、第1コア73a及び第2コア73bは、それぞれフランジ73dの外端部に、軸線方向に延びる棒状の連結部73cを介して取り付けられている。フランジ73dは、第1主軸4と一体に同心状に設けられている。この構成により、第1コア73a及び第2コア73bを有する第2ロータ73は、第1主軸4と一体に回転自在となっており、第1主軸4を介してエンジン3の出力軸3a(図4参照)に直結されている。
Referring to FIG. 5, the first core 73a and the
以上の構成の第3電動機70では、図6に示したように、第1及び第2の回転磁界が発生しているとき、各第1電機子磁極の極性が、それに対向する(最も近い)各第1磁極の磁性と異なるときには、各第2電機子磁極の極性は、それに対向する(最も近い)各第2磁極の極性と同じになる。また、各第1磁極と各第1電機子磁極の間に、各第1コア73aが位置しているときには、各第2コア73bが、周方向に隣り合う各2組の回転磁界の発生中、各第2電機子磁極の磁性が、それに対向する(最も近い)各第2磁極の磁性と異なるときには、各第1電機子磁極の磁性は、それに対向する(最も近い)各第1磁極の磁性と同じになる。また、各第2磁極と各第2電機子磁極の間に、各第2コア73bが位置しているときには、各第1コア73aが、周方向に隣り合う各2組の第1電機子磁極及び第1磁極の間に位置する。
In the third
そして、第3電動機70は、第1ロータ71及び第2ロータ73で回転動力を入出力すると共に、ステータ72で電力を入出力する遊星歯車機構と同様の機能を有している。そのため、上述した第1の実施形態における第1電動発電機40と第1遊星歯車機構20との組合せによる構成と同様の機能を、第3電動機70に置き換えて実現することができる。そして、動力装置1bにおいて、第1クラッチ55と第2クラッチ56の締結状態/解放状態を制御することにより、上述した第1の実施形態の動力装置1aと同様に、図2(a)〜図3(b)で示した動作を実現することができる。
The third
[第3の実施形態]次に、図7〜図9を参照して第3の実施形態について説明する。 [Third Embodiment] Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS.
図4は第3の実施形態の動力装置1cの構成図である。動力装置1cは、上述した第1の実施形態の動力装置1aの第2電動発電機50に対して設けられていた第1クラッチ55及び第2クラッチ56を、第1電動発電機40側に設けたものである。なお、第1の実施形態の動力装置1aと同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 4 is a configuration diagram of a power unit 1c according to the third embodiment. The power unit 1c is provided with the first clutch 55 and the second clutch 56 that are provided for the
第3の実施形態においては、第1発電電動機40が本発明の第1電動機に相当し、第2発電電動機50が本発明の第2電動機に相当する。また、第1遊星歯車機構20が本発明の機械的差動装置に相当し、第2遊星歯車機構30と第2発電電動機50とにより、本発明のエネルギー分配・合成装置が構成されている。そして、第1遊星歯車機構20と第2遊星歯車機構30と第2発電電動機50とにより、本発明の共線図上に4つの回転要素が配列される差動装置が構成されている。
In the third embodiment, the
また、第2遊星歯車機構30のサンギヤ31が本発明の第1の要素に相当し、キャリア34が本発明の第2の要素に相当し、リングギヤ32が本発明の第3の要素に相当する。また、第1遊星歯車機構20のリングギヤ22が本発明の第4の要素に相当し、キャリア24が本発明の第5の要素に相当し、サンギヤ21が本発明の第6の要素に相当する。
The
第1クラッチ45は、ECU65から出力される制御信号に応じて、第1電動発電機40のロータ42と第1遊星歯車機構20のサンギヤ21とを連結する締結状態と、この連結を解除する解放状態とに切り換わる。第1クラッチ45が締結状態にあるときは、第1電動発電機40のロータ42と、第1遊星歯車機構20のサンギヤ21とが一体に回転する状態となる。
The first clutch 45 is connected to the
また、第2クラッチ46は、ECU65から出力される制御信号に応じて、第1電動発電機40のロータ42と第1遊星歯車機構20のキャリア24とを連結する締結状態と、この連結を解除する解放状態とに切り換わる。第2クラッチが締結状態にあるときは、第1電動発電機40のロータ42と、第1遊星歯車機構20のキャリア24とが一体に回転する状態となる。
Further, the second clutch 46 is connected to the
そのため、第1クラッチ45を解放状態とすると共に、第2クラッチ46を締結状態とすることによって、動力装置1cを1共線4要素動作状態とすることができる。すなわち、動力装置1cを、第2電動発電機40に連結された第2遊星歯車機構30のリングギヤ32(本発明の第1回転要素又は第2回転要素に相当する)、駆動輪2,2に連結された第2遊星歯車機構30のキャリア34及び第1遊星歯車機構20のリングギヤ22(本発明の第2回転要素又は第3回転要素)、エンジン3と連結された第1遊星歯車機構20のキャリア24及び第2遊星歯車機構30のサンギヤ31(本発明の第2回転要素又は第3回転要素、第1電動機隣接要素に相当する)、及び第1発電電動機40に連結された第1遊星歯車機構20のサンギヤ21(本発明の第1回転要素又は第4回転要素、第1電動機接続要素に相当する)という4つの回転要素をもつ動力装置として動作させることができる。
Therefore, by setting the first clutch 45 in the disengaged state and the second clutch 46 in the engaged state, the power unit 1c can be brought into the 1-collinear 4-element operation state. That is, the power unit 1c is connected to the ring gear 32 (corresponding to the first rotating element or the second rotating element of the present invention) and the
一方、第1クラッチ45を解放状態とすると共に、第2クラッチ46を締結状態とすることによって、動力装置1cを1共線3要素動作状態とすることができる。すなわち、動力装置1cを、第1電動発電機40及びエンジン3に連結された第1遊星歯車機構20のキャリア24、駆動輪2,2に連結された第1遊星歯車機構20のリングギヤ22及び第2遊星歯車機構30のキャリア34、及び第2電動発電機50に連結された第2遊星歯車機構30のリングギヤ32という3つの回転要素を持つ動力装置として動作させることができる。
On the other hand, by setting the first clutch 45 in the disengaged state and the second clutch 46 in the engaged state, the power unit 1c can be brought into the one-collinear three-element operating state. That is, the power unit 1c is connected to the carrier 24 of the first
次に、図8(a)〜図9(b)を参照して、ECU65により、上述した第1クラッチ45及び第2クラッチ46による1共線4要素動作状態と1共線3要素動作状態との切り換えを行なった場合の効果について説明する。図8(a)〜図9(b)は、第1電動発電機40の回転速度MG1(=第1遊星歯車機構20のサンギヤ21の回転速度(1共線4要素動作時)、又は第1遊星歯車機構20のキャリア24及び第2遊星歯車機構30のサンギヤ31の回転速度(1共線3要素動作時))と、エンジン3の回転速度ENG(=第1遊星歯車機構20のキャリア24及び第2遊星歯車機構30のサンギヤ31の回転速度)と、駆動輪2,2の回転速度OUT(=第1遊星歯車機構20のリングギヤ22及び第2遊星歯車機構30のキャリア34の回転速度)と、第2電動発電機50の回転速度MG2(=第2遊星歯車機構30のリングギヤ32の回転速度)との速度線図である。
Next, referring to FIGS. 8A to 9B, the
図8(a)は車両の発進時を示しており、図8(b)は車両の低速走行時を示している。車両の発進時及び低速走行時において、ECU65は、第1クラッチ45を解放状態とすると共に第2クラッチ46を締結状態として、動力装置1cを1共線3要素動作状態とする。そして、これにより、第1電動発電機40の回転速度をエンジン3の回転速度ENGとして、第1電動発電機40の回転速度MG1の上昇を抑制することができる。
FIG. 8A shows the time when the vehicle is starting, and FIG. 8B shows the time when the vehicle is traveling at a low speed. When starting the vehicle and traveling at a low speed, the
このように、第1電動発電機40の回転速度MG1の上昇を抑制することで、高回転による第1電動発電機40の損失の増大等の弊害を抑制することができる。
Thus, by suppressing the increase in the rotational speed MG1 of the
また、ECU65は、図9(a)に示したように、第1電動発電機40の回転速度MG1が駆動輪2,2の回転速度OUTに達した時に、第2クラッチ46を解放状態とすると共に第1クラッチ45を締結状態として、動力装置1cを1共線3要素動作状態から1共線4要素動作状態に切り換える。
Further, the
このように、第1電動発電機40の回転速度MG1が駆動輪2,2の回転速度OUTに達した時に、動力装置1cを1共線3要素動作状態から1共線4要素動作状態に切り換えることにより、第1クラッチ45を解放状態から締結状態に切り換える際に生じるショックを和らげることができる。
Thus, when the rotational speed MG1 of the
なお、第2電動発電機50の回転速度MG2がエンジン3の回転速度ENGに達した時という条件に依らずに、動力装置1cを1共線3要素動作状態から1共線4要素動作状態に切り換える場合であっても、本発明の効果を得ることができる。
The power unit 1c is changed from the 1-collinear 3-element operating state to the 1-collinear 4-element operating state regardless of the condition that the rotational speed MG2 of the
また、第1発電電動機40の回転速度MG1が所定速度以上となったときに、動力装置1cを1共線4要素動作状態から1共線3要素動作状態に切り換えるようにしてもよい。
Further, when the rotational speed MG1 of the
そして、図9(b)に示したように、1共線4要素動作状態とすることにより、エンジン3の回転数ENGよりも駆動輪2,2の回転速度OUTの方が高いHIGHギヤ設定とする際の第2電動発電機50の出力トルクを、1共線3要素動作状態よりも低くすることができる。
Then, as shown in FIG. 9B, the high gear setting in which the rotational speed OUT of the
[第4の実施形態]次に、図10を参照して第4の実施の形態について説明する。 [Fourth Embodiment] Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
図10は第4の実施の形態の動力装置1dの構成図である。動力装置1dは、上述した第3の実施形態の動力装置1cの第2電動発電機50と第2遊星歯車機構30を、第4電動機80(本発明のエネルギー分配・合成装置に相当する)に置き換えたものであり、動力装置1dと同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 10 is a configuration diagram of a power unit 1d according to the fourth embodiment. The power unit 1d uses the
第4電動機80は、第1ロータ81と、第1ロータ81と対向するように配置されたステータ82と、第1ロータ81とステータ82の間に間隔をもって設けられた第2ロータ83とを備えている。
The fourth
第4電動機80の構成は、上述した第2の実施形態の動力装置1bの第3電動機70と同様であり、第3電動機80は、第1ロータ81及び第2ロータ83で回転動力を入出力すると共に、ステータ82で電力を入出力する遊星歯車機構と同様の機能を有している。そのため、上述した第3の実施形態における第2電動発電機50と第2遊星歯車機構30との組合せによる構成と同様の機能を、第3電動機80に置き換えて実現することができる。
The configuration of the fourth
この場合、第3電動機80の第1ロータ81は本発明の第1の要素に相当し、第2ロータ83は本発明の第2の要素に相当し、ステータ82は本発明の第3の要素に相当する。そして、動力装置1dにおいて、第1クラッチ45と第2クラッチ46の締結状態/解放状態を制御することにより、上述した第3の実施形態の動力装置1cと同様に、図8(a)〜図9(b)で示した動作を実現することができる。
In this case, the first rotor 81 of the third
[第5の実施形態]次に、図11を参照して第5の実施形態について説明する。 [Fifth Embodiment] Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
図11は第5の実施形態の動力装置1eの構成図である。動力装置1eは、上述した第1の実施形態の動力装置1aの第1電動発電機40に対して、第3の実施形態の動力装置1cと同様に、第1クラッチ45及び第2クラッチ46を備えたものである。
FIG. 11 is a configuration diagram of a power unit 1e according to the fifth embodiment. The power unit 1e is different from the
この場合、第1クラッチ45及び第2クラッチ46と、第1クラッチ55及び第2クラッチ56のうちのいずれか一方が、本発明の第1クラッチ及び第2クラッチに相当すると共に、他方が本発明の第3クラッチ及び第4クラッチに相当する。 In this case, any one of the first clutch 45 and the second clutch 46 and the first clutch 55 and the second clutch 56 corresponds to the first clutch and the second clutch of the present invention, and the other is the present invention. This corresponds to the third clutch and the fourth clutch.
そして、第2発電電動機50を本発明の第1電動機とすると、第2遊星歯車機構30のリングギヤ32が本発明の第1電動機接続要素となると共に、第2遊星歯車機構30のキャリア34が本発明の第1電動機隣接要素となる。また、第1発電電動機40が本発明の第2電動機なって、第1遊星歯車機構20のサンギヤ21が本発明の第2電動機接続要素となると共に、第1遊星歯車機構20のキャリア24が本発明の第2電動機隣接要素となる。
When the
また、逆に第1発電電動機40を本発明の第1電動機とすると、第1遊星歯車機構20のサンギヤ21が本発明の第1電動機接続要素となると共に、第1遊星歯車機構20のキャリア24が本発明の第1電動機隣接要素となる。また、第2発電電動機50が本発明の第2電動機となって、第2遊星歯車機構30のリングギヤ32が本発明の第2電動機接続要素となると共に、第2遊星歯車機構30のキャリア34が本発明の第2電動機隣接要素となる。
Conversely, when the
ECU65は、第1電動発電機40に対して設けられた第1クラッチ45を締結状態とすると共に、第2クラッチ46を解放状態とし、且つ、第2電動発電機50に対して設けられた第1クラッチ55を締結状態とすると共に、第2クラッチ56を解放状態とすることにより、動力装置1eを、上述した図2(a),図2(b)及び図9(b)に示した1共線4要素動作状態とすることができる。
The
また、ECU65は、第2電動発電機50に対して設けられた第1クラッチ55を解放状態とすると共に、第2クラッチ56を締結状態とし、且つ、第1電動発電機40に対して設けられた第1クラッチ45を締結状態とすると共に、第2クラッチ46を解放状態とすることにより、動力装置1eを、上述した図3(b)に示した1共線3要素動作状態とすることができる。そして、これにより、高速走行時の第2電動発電機50の回転数の上昇を抑制することができる。
Further, the
また、ECU65は、第1電動発電機40に対して設けられた第1クラッチ45を解放状態とすると共に、第2クラッチ46を締結状態とし、且つ、第2電動発電機50に対して設けられた第1クラッチ55を締結状態とすると共に、第2クラッチ56を解放状態とすることにより、動力装置1eを、上述した図8(a),図8(b)に示した1共線3要素動作状態とすることができる。そして、これにより、発進時及び低速走行時の第1電動発電機40の回転速度の上昇を抑制することができる。
In addition, the
なお、本発明は上記第1〜第5の実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、上記第1〜第5の実施形態では、本発明の機械的差動装置として、第1遊星歯車機構20及び第2遊星歯車機構30を用いているが、以下の機構を有するものであれば、他の適当な装置を用いてもよい。
In addition, this invention can be implemented in various aspects, without being limited to the said 1st-5th embodiment. For example, in the first to fifth embodiments, the first
すなわち、共線図上に配列される3つの回転要素を有し、3つの回転要素のうちの1つの回転要素に入力された動力を他の2つの回転要素に分配する機能と、該2つの回転要素に入力された動力を合成した後、該1つの回転要素に出力する機能を有する装置であればよい。例えば、遊星歯車機構のギヤに代えて、表面間の摩擦により動力を伝達する複数のロータを有し、遊星歯車機構と同等の機能を有するような装置を用いてもよい。 That is, it has three rotating elements arranged on a collinear diagram, a function of distributing power input to one of the three rotating elements to the other two rotating elements, and the two Any device having a function of combining the power input to the rotating elements and then outputting the combined power to the one rotating element may be used. For example, instead of the gear of the planetary gear mechanism, a device having a plurality of rotors that transmit power by friction between surfaces and having a function equivalent to that of the planetary gear mechanism may be used.
また、第1〜第5の実施形態では、第1電動発電機40及び第2電動発電機50はDCブラシレスモータであるが、入力された電力を動力に変換する機能と、入力された動力を電力に変換する機能を有する装置であれば、ACモータ等の他の装置を用いてもよい。
In the first to fifth embodiments, the
また、第2の実施形態の第3電動機70及び第4実施形態の第3電動機80では、ステータ72,82と第1ロータ71,81との間に配置された第2ロータ73,83に、2列のコア(第1コア73a,第2コア73b)を設けたが、3列以上のコアを設けてもよい。この場合には、コアの列数をNとすると、第1ロータにおける隣接する磁極間の位相のずれを360°/Nとし、第2ロータにおける隣接するコアの間の位相のずれを360°/2Nとして、第1ロータ及び第2ロータを構成すればよい。
In the third
1a〜1e…(本発明の)動力装置、2…駆動輪、3…エンジン(原動機)、4…第1主軸(第1連結部)、6…連結軸(第2連結部)、20…第1遊星歯車機構、21…サンギヤ、22…リングギヤ、23…プラネタリギヤ、24…キャリア、30…第2遊星歯車機構、31…サンギヤ、32…リングギヤ、33…プラネタリギヤ、34…キャリア、40…第1電動機、41…ステータ、42…ロータ、45…第1クラッチ、46…第2クラッチ、50…第2電動機、51…ステータ、52…ロータ、55…第1クラッチ、56…第2クラッチ、61…第1PDU、62…第2PDU、63…バッテリ、65…ECU、70…第3電動機、71…第1ロータ、72…ステータ、73…第2ロータ、80…第3電動機、81…第1ロータ、82…ステータ、83…第2ロータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a-1e ... (invention) power unit, 2 ... drive wheel, 3 ... engine (prime mover), 4 ... 1st main shaft (1st connection part), 6 ... connection shaft (2nd connection part), 20 ... 1st 1 planetary gear mechanism, 21 ... sun gear, 22 ... ring gear, 23 ... planetary gear, 24 ... carrier, 30 ... second planetary gear mechanism, 31 ... sun gear, 32 ... ring gear, 33 ... planetary gear, 34 ... carrier, 40 ... first motor , 41 ... Stator, 42 ... Rotor, 45 ... First clutch, 46 ... Second clutch, 50 ... Second motor, 51 ... Stator, 52 ... Rotor, 55 ... First clutch, 56 ... Second clutch, 61 ... First 1 PDU, 62 ... second PDU, 63 ... battery, 65 ... ECU, 70 ... third electric motor, 71 ... first rotor, 72 ... stator, 73 ... second rotor, 80 ... third electric motor, 81 ... first rotor, 8 ... The stator, 83 ... the second rotor
Claims (6)
前記回転要素のうちの前記共線図で内側に配置された第2回転要素及び第3回転要素のいずれか一方に連結された原動機、及び他方に連結された被駆動部と、
前記回転要素のうちの前記共線図で外側に配置された第1回転要素及び第4回転要素のいずれかに対して設けられた第1電動機と、
前記第1回転要素と前記第4回転要素のうちの前記第1電動機が設けられた回転要素である第1電動機接続要素と、前記第1電動機とが連結された状態と、該連結が解除された状態とを切換える第1クラッチと、
前記第2回転要素と前記第3回転要素のうちの前記第1電動機接続要素と前記共線図上で隣接した回転要素である第1電動機隣接要素と、前記第1電動機とが連結された状態と、該連結が解除された状態とを切換える第2クラッチと、
前記第1クラッチにより前記第1電動機接続要素と前記第1電動機とが連結され、且つ、前記第2クラッチにより前記第1電動機隣接要素と前記第1電動機との連結が解除された1共線4要素動作状態と、
前記第1クラッチにより前記第1電動機接続要素と前記第1電動機との連結が解除され、且つ、前記第2クラッチにより前記第1電動機隣接要素と前記第1電動機とが連結された1共線3要素動作状態との切換えを、
前記第1電動機接続要素の回転速度と、前記第1電動機隣接要素の回転速度との差が、所定値以下であるときに行なう回転要素数切換手段とを備えたことを特徴とする動力装置。 A differential device in which four rotating elements are arranged on a nomograph;
A prime mover coupled to one of the second and third rotating elements disposed inside the collinear diagram of the rotating elements, and a driven unit coupled to the other;
A first electric motor provided for any one of the first rotating element and the fourth rotating element disposed outside in the collinear diagram of the rotating elements;
Of the first rotating element and the fourth rotating element, the first motor connecting element, which is a rotating element provided with the first motor, and the first motor are connected, and the connection is released. A first clutch for switching between
A state in which the first motor is connected to the first motor connecting element of the second rotating element and the third rotating element, the first motor adjacent element being a rotating element adjacent on the collinear diagram, and the first motor. And a second clutch that switches between the disengaged state ,
1 collinear line 4 in which the first motor connecting element and the first motor are connected by the first clutch, and the connection between the first motor adjacent element and the first motor is released by the second clutch. Element operating state;
1 collinear line 3 in which the connection between the first motor connecting element and the first motor is released by the first clutch, and the first motor adjacent element and the first motor are connected by the second clutch. Switching to the element operating state
A power plant comprising: a rotation element number switching means that performs when a difference between a rotation speed of the first motor connecting element and a rotation speed of the first motor adjacent element is a predetermined value or less .
前記回転要素数切換手段は、
前記第1クラッチにより前記第1電動機接続要素と前記第1電動機とが連結され、且つ、前記第2クラッチにより前記第1電動機接続要素と前記第1電動機との連結が解除された1共線4要素動作状態から、
前記第1クラッチにより前記第1電動機接続要素と前記第1電動機との連結が解除され、且つ、前記第2クラッチにより前記第1電動機隣接要素と前記第1電動機とが連結された1共線3要素動作状態への切換えを、
前記第1電動機接続要素の回転速度が、所定速度以上となったときに行なうことを特徴とする動力装置。 The power plant according to claim 1, wherein
The rotating element number switching means is
1 collinear line 4 in which the first motor connecting element and the first motor are connected by the first clutch, and the connection between the first motor connecting element and the first motor is released by the second clutch. From the element operating state,
1 collinear line 3 in which the connection between the first motor connecting element and the first motor is released by the first clutch, and the first motor adjacent element and the first motor are connected by the second clutch. Switching to the element operating state
The power unit, which is performed when a rotation speed of the first motor connecting element is equal to or higher than a predetermined speed .
前記差動装置は、共線図上に配列された第1、第2、及び第3の要素を有して、前記第2の要素に入力されたエネルギーを前記第1及び第3の要素に分配する機能と、前記第1及び前記第3の要素に入力されたエネルギーを合成して前記第2の要素に出力する機能とを有するエネルギー分配・合成装置と、
共線図上に配列された第4、第5、及び第6の要素とを有する機械的差動装置と、
前記第1の要素と前記第5の要素とを機械的に連結する第1連結部と、
前記第2の要素と前記第4の要素とを機械的に連結する第2連結部とを有し、
前記第1回転要素が前記第3の要素と前記第6の要素のうちのいずれか一方に相当すると共に、前記第4回転要素が他方に相当し、
前記第2回転要素が、前記第1連結部により連結された前記第1の要素及び前記第5の要素と、前記第2連結部により連結された前記第2の要素及び前記第4の要素とのうちのいずれか一方に相当すると共に、前記第3回転要素が他方に相当し、
前記第6の要素に対して前記第1電動機が設けられて、前記第6の要素が前記第1電動機接続要素となっていることを特徴とする動力装置。 The power plant according to claim 1 or 2,
The differential device includes first, second, and third elements arranged on a collinear diagram, and energy input to the second element is input to the first and third elements. An energy distributing / synthesizing device having a function of distributing, and a function of combining the energy input to the first and third elements and outputting the combined energy to the second element;
A mechanical differential having fourth, fifth and sixth elements arranged in a collinear diagram;
A first connecting portion that mechanically connects the first element and the fifth element;
A second connecting portion for mechanically connecting the second element and the fourth element;
The first rotating element corresponds to one of the third element and the sixth element, and the fourth rotating element corresponds to the other,
The second rotating element includes the first element and the fifth element connected by the first connecting part, and the second element and the fourth element connected by the second connecting part. And the third rotation element corresponds to the other,
The power device, wherein the first motor is provided for the sixth element, and the sixth element serves as the first motor connecting element .
前記エネルギー分配・合成装置は、回転磁界を発生するためのステータと、
磁石で構成されて、前記ステータと対向して設けられた第1ロータと、
軟磁性体で構成されて、前記ステータと前記第1ロータとの間に設けられた第2ロータとを、前記第1の要素と前記第2の要素と前記第3の要素に個別に割り当てて有し、
前記ステータと前記第1ロータと前記第2ロータとの間で、前記回転磁界の発生に伴なって形成される磁気回路を介してエネルギーを入出力すると共に、当該エネルギーの入出力に伴なって、前記回転磁界と前記第1ロータと前記第2ロータとが回転するように構成されていることを特徴とする動力装置。 The power plant according to claim 3 , wherein
The energy distribution / synthesis device includes a stator for generating a rotating magnetic field;
A first rotor composed of a magnet and provided to face the stator;
A second rotor made of a soft magnetic material and provided between the stator and the first rotor is individually assigned to the first element, the second element, and the third element. Have
Energy is input / output between the stator, the first rotor, and the second rotor via a magnetic circuit formed along with the generation of the rotating magnetic field, and the energy is input / output. The power device is configured to rotate the rotating magnetic field, the first rotor, and the second rotor .
前記エネルギー分配・合成装置は、前記第1の要素と前記第2の要素と前記第3の要素とを有する機械的差動装置と、前記第3の要素に連結された第2電動機とを有することを特徴とする動力装置。 The power plant according to claim 3 , wherein
The energy distribution / synthesis device includes a mechanical differential device having the first element, the second element, and the third element, and a second electric motor coupled to the third element. A power plant characterized by that.
前記第1回転要素と前記第4回転要素のうちの一方に対して前記第1電動機が設けられると共に、他方に対して第2電動機が設けられ、
前記第1回転要素と前記第4回転要素のうちの前記第2電動機が設けられた回転要素である第2電動機接続要素と、前記第2電動機とが連結された状態と、該連結が解除された状態とを切り換える第3クラッチと、
前記第2回転要素と前記第3回転要素とのうちの前記第2電動機接続要素と前記共線図上で隣接した回転要素である第2電動機隣接要素と、前記第2電動機とが連結された状態と、該連結が解除された状態とを切り換える第4クラッチとを備えたことを特徴とする動力装置。 The power plant according to any one of claims 1 to 5,
The first electric motor is provided for one of the first rotating element and the fourth rotating element, and the second electric motor is provided for the other,
Of the first rotating element and the fourth rotating element, the second motor connecting element, which is a rotating element provided with the second motor, and the second motor are connected, and the connection is released. A third clutch for switching between
Of the second rotating element and the third rotating element, the second motor connecting element and the second motor adjacent element which is a rotating element adjacent on the collinear diagram are connected to the second motor. A power device comprising: a fourth clutch that switches between a state and a state in which the connection is released .
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