JP5220196B2 - 動力装置 - Google Patents
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Description
また、前述した構成によれば、第2回転機では、後述する理由により、電機子磁極の数と磁石磁極の数と軟磁性体の数との比を、1:m:(1+m)/2(m≠1.0)という条件を満たす範囲内で任意に設定することによって、回転磁界、第1および第2ロータの間における回転数の共線関係を任意に設定することができる。したがって、第2回転機の設計の自由度を高めることができる。
さらに、後述するように、EV運転モード中、前述した動力循環を発生させず、かつ、第1出力部への無駄な動力の伝達を抑制するためには、前述したように第1および第2ロータが被駆動部および第1出力部にそれぞれ連結されていることから、回転磁界、第1および第2ロータの間の回転数の関係を表す共線図における第2ロータの回転数を表す直線と、回転磁界の回転数を表す直線との間の距離を小さく設定するのが好ましい。本発明によれば、上述したように第2回転機における回転磁界、第1および第2ロータの間の回転数の共線関係を任意に設定できるので、上記のような好ましい設定を容易に行うことが可能であり、それにより、後述する請求項4および5による効果を有効に得ることができる。
さらに、前述した構成によれば、第1回転機では、後述する理由により、第1電機子磁極の数と第1磁石磁極の数と第1軟磁性体の数との比を、1:m:(1+m)/2(m≠1.0)という条件を満たす範囲内で任意に設定することによって、第1回転磁界、第1および第2ロータの間における回転数の共線関係を任意に設定することができる。したがって、第1回転機の設計の自由度を高めることができる。同様に、第2回転機では、後述する理由により、第2電機子磁極の数と第2磁石磁極の数と第2軟磁性体の数との比を、1:n:(1+n)/2(n≠1.0)という条件を満たす範囲内で任意に設定することによって、第2回転磁界、第3および第4ロータの間における回転数の共線関係を任意に設定することができる。したがって、第2回転機の設計の自由度を高めることができる。
また、後述するように、EV運転モード中、前述した動力循環を発生させず、かつ、出力部への無駄な動力の伝達を抑制するためには、前述したように第1および第2ロータが被駆動部および出力部にそれぞれ連結されていることから、第1回転磁界、第1および第2ロータの間の回転数の関係を表す共線図における第2ロータの回転数を表す直線と、第1回転磁界の回転数を表す直線との間の距離を小さく設定するのが好ましい。本発明によれば、上述したように第1回転機における第1回転磁界、第1および第2ロータの間の回転数の共線関係を任意に設定できるので、上記のような好ましい設定を容易に行うことが可能であり、それにより、後述する請求項7および8による効果を有効に得ることができる。
このEVクリープモードは、エンジン3を停止した状態で、第1および第2回転機11,21のみを動力源として、駆動輪DW,DWを非常に低い回転数で正転させる運転モードであり、算出されたバッテリ34の充電状態が所定値よりも大きく、バッテリ34の電力が十分であるときに、選択される。
このEV発進モードは、エンジン3を停止した状態で、第1および第2回転機11,21のみを動力源として、車両を発進させる運転モードであり、EVクリープモードに続いて選択される。また、EV発進モードは、EVクリープモードと同様、充電状態が所定値よりも大きく、バッテリ34の電力が十分であるときに、選択される。
このEV走行モードは、エンジン3を停止した状態で、第1および第2回転機11,21のみを動力源として、車両を走行させる運転モードであり、EV発進モードに続いて選択される。また、EV走行モードは、充電状態が所定値よりも大きく、バッテリ34の電力が十分であるときで、かつ、駆動輪回転数NDWにより定まる第1サンギヤS1および第2キャリアC2の回転数が値0よりも若干大きな所定値NREF(例えば50rpm)以上のときに、選択される。なお、第1サンギヤS1および第2キャリアC2の回転数は、駆動輪回転数NDWに基づいて算出される。
NM2={(1+X+Y)NDW−Y・NREF}/(1+X) ……(1)
TM1=−{Y・TREQ+(Y+1)TEF}/(Y+1+X) ……(2)
TM2=−{(X+1)TREQ+X・TEF}/(X+1+Y) ……(3)
(A)第1電機子磁極が2個、第1磁石磁極が4個、すなわち、第1電機子磁極のN極およびS極を1組とする極対数が値1、第1磁石磁極のN極およびS極を1組とする極対数が値2であり、コア65aが3個(第1〜第3コア)である
なお、このように、本明細書で用いる「極対」は、N極およびS極の1組をいう。
NMF2=(β+1)NR4−β・NR3
=3・NR4−2・NR3 ……(36)
TSE2=TR3/β=−TR4/(β+1)
=TR3/2=−TR4/3 ……(37)
TGE2=TR3/β=−TR4/(1+β)
=TR3/2=−TR4/3 ……(38)
EVクリープモード中、バッテリ34から第1回転機61の第1ステータ63に電力を入力し、第1回転磁界を正転させるとともに、第2回転機71の第3ロータ74に後述するように伝達される動力を用いて、第2ステータ73で発電を行う。また、発電した電力を、第1ステータ63にさらに入力する。
EV発進モード中、EVクリープモードの移行直後には、EVクリープモードの場合と同様、バッテリ34から第1ステータ63に電力を入力し、第1回転磁界を正転させるとともに、第2ステータ73で発電を行う。また、第1ステータ63に入力される電力を増大させるとともに、逆転している第2回転磁界の第2磁界回転数NMF2を値0になるように制御する。そして、第2磁界回転数NMF2が値0になった後には、第1ステータ63に加え、バッテリ34から第2ステータ73に電力を入力し、第2回転磁界を正転させる。図25は、この場合における各種の回転要素の間の回転数の関係およびトルクの関係を示している。
EV走行モードは、駆動輪回転数NDWにより定まる第1および第4ロータ回転数NR1,NR4が前述した所定値NREF以上のときに、選択される。また、EV走行モード中、図25に示すEV発進モードの場合と同様、バッテリ34から第1および第2ステータ63,73の双方に電力を入力するとともに、第1および第2回転磁界を正転させる。図26は、EV走行モードにおける各種の回転要素の間の回転数の関係およびトルクの関係を示している。
NMF2={(1+α+β)NDW−β・NREF}/(1+α) ……(39)
TSE1=−{β・TREQ+(β+1)TEF}/(β+1+α) ……(40)
TSE2=−{(α+1)TREQ+α・TEF}/(α+1+β) ……(41)
EVクリープモード中、バッテリ34から第1回転機11の第1ステータ12に電力を入力し、第1ロータ13を正転させるとともに、第2回転機71の第3ロータ74に後述するように伝達される動力を用いて、第2ステータ73で発電を行う。また、発電した電力を、第1ステータ12にさらに入力する。
EV発進モード中、EVクリープモードからの移行直後には、EVクリープモードの場合と同様、バッテリ34から第1ステータ12に電力を入力し、第1ロータ13を正転させるとともに、第2ステータ73で発電を行う。また、第1ステータ12に入力される電力を増大させるとともに、逆転している第2回転磁界の第2磁界回転数NMF2を値0になるように制御する。そして、第2磁界回転数NMF2が値0になった後には、第1ステータ12に加え、バッテリ34から第2ステータ73に電力を入力し、第2回転磁界を正転させる。図30は、この場合における各種の回転要素の間の回転数の関係およびトルクの関係を示している。
EV走行モードは、駆動輪回転数NDWにより定まる第1サンギヤS1の回転数および第4ロータ回転数NR4が所定値NREF以上のときに、選択される。また、EV走行モード中、図30に示すEV発進モードの場合と同様、バッテリ34から第1および第2ステータ12,73の双方に電力を入力するとともに、第1ロータ13および第2回転磁界を正転させる。図31は、EV走行モードにおける各種の回転要素の間の回転数の関係およびトルクの関係を示している。
NMF2={(1+X+β)NDW−β・NREF}/(1+X) ……(42)
TM1=−{β・TREQ+(β+1)TEF}/(β+1+X) ……(43)
TSE2=−{(X+1)TREQ+X・TEF}/(X+1+β) ……(44)
EVクリープモード中、バッテリ34から第1回転機61の第1ステータ63に電力を入力し、第1回転磁界を正転させるとともに、第2回転機21の第2ロータ23に後述するように伝達される動力を用いて、第2ステータ22で発電を行う。また、発電した電力を、第1ステータ63にさらに入力する。
EV発進モード中、EVクリープモードからの移行直後には、EVクリープモードの場合と同様、バッテリ34から第1ステータ63に電力を入力し、第1回転磁界を正転させるとともに、第2ステータ22で発電を行う。また、第1ステータ63に入力される電力を増大させるとともに、逆転している第2ロータ23の第2回転機回転数NM2を値0になるように制御する。そして、第2回転機回転数NM2が値0になった後には、第1ステータ63に加え、バッテリ34から第2ステータ22に電力を入力し、第2ロータ23を正転させる。図35は、この場合における各種の回転要素の間の回転数の関係およびトルクの関係を示している。
EV走行モードは、駆動輪回転数NDWにより定まる第1ロータ回転数NR1および第2キャリアC2の回転数が前述した所定値NREF以上のときに、選択される。また、EV走行モード中、図35に示すEV発進モードの場合と同様に、バッテリ34から第1および第2ステータ63,22の双方に電力を入力するとともに、第1回転磁界および第2ロータ23を正転させる。図36は、EV走行モードにおける各種の回転要素の間の回転数の関係およびトルクの関係を示している。
NM2={(1+α+Y)NDW−Y・NREF}/(1+α) ……(45)
TSE1=−{Y・TREQ+(Y+1)TEF}/(Y+1+α) ……(46)
TM2=−{(α+1)TREQ+α・TEF}/(α+1+Y) ……(47)
3 エンジン(原動機)
3a クランク軸(出力部、第1出力部)
11 第1回転機
12 第1ステータ
13 第1ロータ(第2出力部)
21 第2回転機(第1回転機)
22 第2ステータ(ステータ)
23 第2ロータ(第2出力部)
31 第1PDU(制御装置)
32 第2PDU(制御装置)
33 VCU(制御装置)
PS1 第1遊星歯車装置(動力伝達機構)
S1 第1サンギヤ(第1要素)
C1 第1キャリア(第2要素)
R1 第1リングギヤ(第3要素)
PS2 第2遊星歯車装置(動力伝達機構)
S2 第2サンギヤ(第1要素)
C2 第2キャリア(第2要素)
R2 第2リングギヤ(第3要素)
51 動力装置
61 第1回転機(第2回転機)
63 第1ステータ(ステータ)
63a 鉄芯(第1電機子列、電機子列)
63c U相コイル(第1電機子列、電機子列)
63d V相コイル(第1電機子列、電機子列)
63e W相コイル(第1電機子列、電機子列)
64 第1ロータ
64a 永久磁石(第1磁石、磁石)
65 第2ロータ
65a コア(第1軟磁性体、軟磁性体)
71 第2回転機
73 第2ステータ(ステータ)
73a 鉄芯(第2電機子列、電機子列)
73b U相〜W相のコイル(第2電機子列、電機子列)
74 第3ロータ(第1ロータ)
74a 永久磁石(第2磁石、磁石)
75 第4ロータ(第2ロータ)
75a コア(第2軟磁性体、軟磁性体)
91 動力装置
111 動力装置
DW,DW 駆動輪(被駆動部)
Claims (8)
- 被駆動部を駆動するための動力装置であって、
動力を出力するための第1出力部を有する原動機と、
第2出力部を有する第1回転機と、
互いの間で動力を伝達可能で、互いの間に回転数に関する共線関係を保ちながら回転するとともに、当該回転数の関係を示す共線図において、順に並ぶように構成された第1要素、第2要素および第3要素を有する動力伝達機構と、
回転磁界を発生させるための不動のステータと、磁石で構成され、前記ステータに対向するように設けられた第1ロータと、軟磁性体で構成され、前記ステータと前記第1ロータの間に設けられた第2ロータとを有し、前記ステータ、前記第1および第2ロータの間で、前記回転磁界の発生に伴って電力と動力を入出力するとともに、前記回転磁界、前記第2および第1ロータが、互いの間に回転数に関する共線関係を保ちながら回転し、当該回転数の関係を示す共線図において、順に並ぶように構成された第2回転機と、
前記第1および第2回転機の動作を制御するための制御装置と、を備え、
前記第2要素および前記第1ロータならびに前記第1要素および前記第2ロータの一方は、前記第1出力部に連結され、前記第2要素および前記第1ロータならびに前記第1要素および前記第2ロータの他方は、前記被駆動部に連結されるとともに、前記第3要素は、前記第2出力部に連結されており、
前記第1回転機および前記ステータは、互いに電力を授受可能に構成されており、
前記制御装置は、前記原動機の停止中に前記第1および第2回転機の動作を制御することにより前記被駆動部を駆動するEV運転モード中、前記第1および第2回転機の一方から出力された動力の一部が前記第1および第2回転機の他方で電力に変換された状態で前記第1および第2回転機の前記一方に入力されることにより再び動力として当該一方から出力される動力循環が発生しないように、前記第1および第2回転機の動作を制御し、
前記磁石により、周方向に並んだ所定の複数の磁石磁極が構成されるとともに、当該複数の磁石磁極が、隣り合う各2つの前記磁石磁極が互いに異なる極性を有するように配置されることによって、磁極列が構成されており、
前記第1ロータは、前記周方向に回転自在に構成されており、
前記ステータは、所定の複数の電機子磁極を発生させることにより、前記周方向に回転する前記回転磁界を前記磁極列との間に発生させる電機子列を有しており、
前記軟磁性体は、互いに間隔を隔てて前記周方向に並んだ所定の複数の軟磁性体から成り、当該複数の軟磁性体で構成された軟磁性体列が、前記磁極列と前記電機子列の間に配置されており、
前記第2ロータは、前記周方向に回転自在に構成されており、
前記電機子磁極の数と前記磁石磁極の数と前記軟磁性体の数との比は、1:m:(1+m)/2(m≠1.0)に設定されていることを特徴とする動力装置。 - 前記第2要素および前記第1ロータは、前記第1出力部に連結されるとともに、前記第1要素および前記第2ロータは、前記被駆動部に連結されており、
前記制御装置は、前記EV運転モード中、前記第2要素および前記第1ロータの回転数がそれぞれ前記第1要素および前記第2ロータの回転数以下になるように、前記第1および第2回転機の動作を制御することを特徴とする、請求項1に記載の動力装置。 - 前記制御装置は、前記EV運転モード中、前記第2出力部の回転数が値0よりも高くなるように、前記第1および第2回転機の動作を制御することを特徴とする、請求項2に記載の動力装置。
- 前記第1要素および前記第2ロータは、前記第1出力部に連結されるとともに、前記第2要素および前記第1ロータは、前記被駆動部に連結されており、
前記制御装置は、前記EV運転モード中、前記第1要素および前記第2ロータの回転数がそれぞれ前記第2要素および前記第1ロータの回転数以下になるように、前記第1および第2回転機の動作を制御することを特徴とする、請求項1に記載の動力装置。 - 前記制御装置は、前記EV運転モード中、前記回転磁界の回転数が値0よりも高くなるように、前記第1および第2回転機の動作を制御することを特徴とする、請求項4に記載の動力装置。
- 被駆動部を駆動するための動力装置であって、
動力を出力するための出力部を有する原動機と、
第1回転磁界を発生させるための不動の第1ステータと、第1磁石で構成され、前記第1ステータに対向するように設けられた第1ロータと、第1軟磁性体で構成され、前記第1ステータと前記第1ロータの間に設けられた第2ロータとを有し、前記第1ステータ、前記第1および第2ロータの間で、前記第1回転磁界の発生に伴って電力と動力を入出力するとともに、前記第1回転磁界、前記第2および第1ロータが、互いの間に回転数に関する共線関係を保ちながら回転し、当該回転数の関係を示す共線図において、順に並ぶように構成された第1回転機と、
第2回転磁界を発生させるための不動の第2ステータと、第2磁石で構成され、前記第2ステータに対向するように設けられた第3ロータと、第2軟磁性体で構成され、前記第2ステータと前記第3ロータの間に設けられた第4ロータとを有し、前記第2ステータ、前記第3および第4ロータの間で、前記第2回転磁界の発生に伴って電力と動力を入出力するとともに、前記第2回転磁界、前記第4および第3ロータが、互いの間に回転数に関する共線関係を保ちながら回転し、当該回転数の関係を示す共線図において、順に並ぶように構成された第2回転機と、
前記第1および第2回転機の動作を制御するための制御装置と、を備え、
前記第2および第3ロータは、前記出力部に連結されるとともに、前記第1および第4ロータは、前記被駆動部に連結されており、
前記第1および第2ステータは、互いに電力を授受可能に構成されており、
前記制御装置は、前記原動機の停止中に前記第1および第2回転機の動作を制御することにより前記被駆動部を駆動するEV運転モード中、前記第1および第2回転機の一方から出力された動力の一部が前記第1および第2回転機の他方で電力に変換された状態で前記一方に入力されることにより再び動力として当該一方から出力される動力循環が発生しないように、前記第1および第2回転機の動作を制御し、
前記第1磁石により、第1周方向に並んだ所定の複数の第1磁石磁極が構成されるとともに、当該複数の第1磁石磁極が、隣り合う各2つの前記第1磁石磁極が互いに異なる極性を有するように配置されることによって、第1磁極列が構成されており、
前記第1ロータは、前記第1周方向に回転自在に構成されており、
前記第1ステータは、所定の複数の第1電機子磁極を発生させることにより、前記第1周方向に回転する前記第1回転磁界を前記第1磁極列との間に発生させる第1電機子列を有しており、
前記第1軟磁性体は、互いに間隔を隔てて前記第1周方向に並んだ所定の複数の第1軟磁性体から成り、当該複数の第1軟磁性体で構成された第1軟磁性体列が、前記第1磁極列と前記第1電機子列の間に配置されており、
前記第2ロータは、前記第1周方向に回転自在に構成されており、
前記第1電機子磁極の数と前記第1磁石磁極の数と前記第1軟磁性体の数との比は、1:m:(1+m)/2(m≠1.0)に設定されており、
前記第2磁石により、第2周方向に並んだ所定の複数の第2磁石磁極が構成されるとともに、当該複数の第2磁石磁極が、隣り合う各2つの前記第2磁石磁極が互いに異なる極性を有するように配置されることによって、第2磁極列が構成されており、
前記第3ロータは、前記第2周方向に回転自在に構成されており、
前記第2ステータは、所定の複数の第2電機子磁極を発生させることにより、前記第2周方向に回転する前記第2回転磁界を前記第2磁極列との間に発生させる第2電機子列を有しており、
前記第2軟磁性体は、互いに間隔を隔てて前記第2周方向に並んだ所定の複数の第2軟磁性体から成り、当該複数の第2軟磁性体で構成された第2軟磁性体列が、前記第2磁極列と前記第2電機子列の間に配置されており、
前記第4ロータは、前記第2周方向に回転自在に構成されており、
前記第2電機子磁極の数と前記第2磁石磁極の数と前記第2軟磁性体の数との比は、1:n:(1+n)/2(n≠1.0)に設定されていることを特徴とする動力装置。 - 前記制御装置は、前記EV運転モード中、前記第2および第3ロータの回転数がそれぞれ前記第1および第4ロータの回転数以下になるように、前記第1および第2回転機の動作を制御することを特徴とする、請求項6に記載の動力装置。
- 前記制御装置は、前記EV運転モード中、前記第1回転磁界の回転数が値0よりも高くなるように、前記第1および第2回転機の動作を制御することを特徴とする、請求項7に記載の動力装置。
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