JP6958536B2

JP6958536B2 - 電動車両用駆動装置及び電動車両

Info

Publication number: JP6958536B2
Application number: JP2018230068A
Authority: JP
Inventors: 誠日下部; 輝彦中澤; 育充長田
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: JP2020092560A

Description

本発明は、電動車両用駆動装置及び電動車両に関する。

一般的に電動モータ及び発電機の両方の機能を有するモータ発電機を車両の駆動源として走行する電動車両では、モータ発電機の回生ブレーキを用いて制動するが、モータ発電機や、モータ発電機に電力を供給するバッテリの出力には制限がある。特に、モータ発電機は、回転数が高くなると、得られる回生制動力が小さくなる。これにより、低速度より上側の車速領域では、運転者が要求する制動力をモータ発電機だけでは得られない。このため、一般的な電動車両では、モータ発電機の回生ブレーキと、摩擦ブレーキとの両方を使用して制動している。

非特許文献１には、電動車両において、モータ発電機の回生ブレーキと油圧による摩擦ブレーキとの両方を使って制動するとともに、その両方の配分を制御することが記載されている。

特許文献１には、ラビニヨ型の複合遊星歯車機構において、第１サンギアに第１モータ発電機の回転軸が連結され、第２サンギアに第２モータ発電機の回転軸が連結され、リングギアにフライホイールが連結され、キャリアに駆動輪が連結される電動車両用駆動装置が記載されている。この装置では、フライホイールを減速させながら駆動輪を加速させ、駆動輪を減速させながらフライホイールを加速させることができるので、エネルギ利用率を向上できるとされている。

"電動型制御ブレーキ"、[online]、日産自動車株式会社、[平成３０年１１月７日検索]、インターネット＜https://www.nissan-global.com/JP/TECHNOLOGY/OVERVIEW/edib.html＞

特開２０１０−６３０６号公報

非特許文献１に記載された電動車両では、摩擦ブレーキにより制動したときに発生した熱エネルギを多く捨ててしまっている。これにより、車速の低速度より高い領域において、減速が多くなると、エネルギの利用効率が悪化する。

一方、特許文献１に記載された電動車両では、フライホイールが停止している状態で、駆動輪の回転数が低速度より高くなると、２つのモータ発電機とフライホイールとが常に連動しているので、２つのモータ発電機の回転数が高くなる。これにより、回生トルクを所望の大きさまで高くできないことにより回生制動だけでは必要な制動力を得られない。これにより摩擦ブレーキを回生ブレーキと併用する必要があるが、この場合には、上記と同様にエネルギの利用効率が悪化する。

本発明の目的は、電動車両用駆動装置及び電動車両において、エネルギ利用効率を向上させることである。

本発明に係る電動車両用駆動装置は、第１モータ発電機と、第２モータ発電機と、遊星歯車機構とを備え、前記遊星歯車機構は、前記第１モータ発電機が接続される第１入力要素である第１サンギアと、前記第２モータ発電機が接続される第２入力要素である第２サンギアと、出力要素であるプラネタリキャリアと、前記プラネタリキャリアに回転可能に支持され、前記第２サンギアと噛み合う外側プラネタリピニオンと、前記プラネタリキャリアに回転可能に支持され、前記第１サンギア及び前記外側プラネタリピニオンと噛み合う内側プラネタリピニオンとを含み、前記第１モータ発電機及び前記第２モータ発電機の一方のモータ発電機にクラッチ、または変速比無限大を実現可能な変速機構を介して、フライホイールが接続される、電動車両用駆動装置である。

本発明に係る電動車両は、請求項１に記載の電動車両用駆動装置を含む電動車両であって、前記プラネタリキャリアに車軸が連結され、車両の制動時に前記第１モータ発電機及び前記第２モータ発電機のそれぞれの最大回生制動力を合わせた大きさ以上のエネルギ回生を可能に構成される、電動車両である。

本発明に係る電動車両用駆動装置及び電動車両によれば、車速の低速度より高い領域で、制動に必要なトルクを第１モータ発電機及び第２モータ発電機の少なくとも一方の回生トルクと、フライホイールを加速させる反力の合力として得ることができる。これにより、本発明によれば、フライホイールを使用しない従来構造で摩擦ブレーキの排熱として捨てていた運動エネルギの少なくとも一部を、回収して利用できるので、エネルギの利用効率を向上させることができる。さらに、フライホイールが停止している状態で、第１モータ発電機及び第２モータ発電機の他方の回転数を大きく下げて、回生トルクを高くできる。これにより必要な制動力を得られやすくなる。さらに、クラッチをオンすることによりフライホイールの回生制動を用いることができるので、さらに制動力を高くできる。このため、摩擦ブレーキの使用頻度を少なくできるので、さらにエネルギの利用効率を向上できる。

本発明に係る実施形態の電動車両用駆動装置を組み込んで構成する電動車両の構成図である。実施形態の電動車両用駆動装置において、クラッチがオフで、車両が走行停止した状態における、フライホイール、第１サンギア、第２サンギア及びプラネタリキャリアの回転状態を示す図である。実施形態の電動車両用駆動装置において、クラッチがオフで、車両が通常加速を行った場合における、フライホイール、第１サンギア、第２サンギア及びプラネタリキャリアの回転状態を示す図である。実施形態の電動車両用駆動装置において、車両の減速状態で、フライホイールによる回生を行う場合における、フライホイール、第１サンギア、第２サンギア及びプラネタリキャリアの回転状態を示す図である。実施形態の電動車両用駆動装置における制動力分配を示す図である。実施形態の電動車両用駆動装置において、図５の動作点Ｐ１での回生制動時における、フライホイール、第１サンギア、第２サンギア及びプラネタリキャリアの回転状態を示す図である。実施形態の電動車両用駆動装置において、図５の動作点Ｐ２での回生制動時における、フライホイール、第１サンギア、第２サンギア及びプラネタリキャリアの回転状態を示す図である。実施形態の電動車両用駆動装置において、図５の動作点Ｐ３での回生制動時における、フライホイール、第１サンギア、第２サンギア及びプラネタリキャリアの回転状態を示す図である。比較例の電動車両用駆動装置における制動力分配を示す図である。実施形態の別例の電動車両用駆動装置において、バッテリが満充電での回生制動する状態を示す図である。実施形態の別例の電動車両用駆動装置において、車両の走行停止時におけるフライホイールの運動エネルギを電気エネルギに変換する状態を示す図である。実施形態の別例の電動車両用駆動装置において、車両の走行時におけるフライホイールの運動エネルギを電気エネルギに変換する状態を示す図である。実施形態の別例の電動車両用駆動装置において、フライホイールの運動エネルギを車両加速エネルギに利用する状態を示す図である。実施形態の別例の電動車両用駆動装置を組み込んで構成する電動車両の構成図である。実施形態の別例の電動車両用駆動装置における変速機構の構成図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。以下において複数の実施形態や、変形例などが含まれる場合、それらを適宜組み合わせて実施することができる。以下において、形状、及び個数は、説明のための例示であって、電動車両の仕様に応じて適宜変更することができる。以下ではすべての図面において同等の要素には同一の符号を付して説明する。

図１は、実施形態の電動車両用駆動装置１２を組み込んで構成する電動車両１０の構成図である。電動車両１０は、電動車両用駆動装置１２、車両駆動軸５０、差動歯車機構５１、左右２つの車軸５２及び左右２つの車輪５４を備える。電動車両用駆動装置１２は、第１モータ発電機（Ｍ１）１４、第２モータ発電機（Ｍ２）１６、バッテリ１８、遊星歯車機構２０、クラッチ４０、フライホイール４３及び制御装置４８を含んで構成される。以下、第１モータ発電機１４は、第１ＭＧ１４と記載し、第２モータ発電機１６は、第２ＭＧ１６と記載する。

電動車両１０は、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の両方を駆動源として走行する。具体的には、バッテリ１８の放電電力が第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の一方または両方に供給され、電動車両１０が第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の一方または両方の駆動によって走行する。第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の動力は、遊星歯車機構２０を介して、車両駆動軸５０に伝達される。車両駆動軸５０には、差動歯車機構５１及び車軸５２を介して左右の車輪５４が連結されている。これにより、車両駆動軸５０が駆動することで、電動車両１０が走行する。このとき、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６は、電動モータとして動作する。電動車両１０は、ブレーキペダル（図示せず）の操作に連動して動作する摩擦ブレーキ（図示せず）と、加速の指示を行うアクセルペダル（図示せず）も有する。摩擦ブレーキは、摩擦力によって、車輪５４を制動する。アクセルペダルの操作量はペダルセンサで検出され、その検出信号が後述の制御装置４８に送信される。制御装置４８は、アクセルペダルの操作量の増加に応じて第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の回転数を増加させる。

電動車両１０の減速時には、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６が、車両を減速させる方向に回生トルクとしてのトルクを発生させることで発電する電力回生用の発電機としても動作する。第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６で発電した電力はバッテリ１８に供給され、バッテリ１８が充電される。車両の走行時に、アクセルペダルがオフとなることが検出されると、制御装置４８は、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６に必要に応じて回生トルクを発生させる。

第１ＭＧ１４は、インバータユニット４１に設けられる第１インバータ（図示せず）を介してバッテリ１８に接続される。第１インバータは、複数のスイッチング素子を有し、後述の制御装置４８からの制御信号によってスイッチング素子のスイッチングが制御される。これにより、第１ＭＧ１４のトルクが制御される。

第２ＭＧ１６は、インバータユニット４１に設けられる第２インバータ（図示せず）を介してバッテリ１８に接続される。第２インバータは、複数のスイッチング素子を有し、制御装置４８からの制御信号によってスイッチング素子のスイッチングが制御される。これにより、第２ＭＧ１６のトルクが制御される。以下では、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の回転速度と出力トルクとの関係であるトルク性能が互いに同一である場合を説明するが、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６のトルク性能を互いに異ならせることもできる。

遊星歯車機構２０は、リングギアのないラビニヨ型の複合遊星歯車機構である。遊星歯車機構２０は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構である第１機構Ｇ１と、シングルピニオン型の遊星歯車機構２０である第２機構Ｇ２とが組み合わされるとともに、複数の外側プラネタリピニオンＰ０が第１機構Ｇ１及び第２機構Ｇ２で共通に用いられる。

第１機構Ｇ１の第１サンギアＳ１には、歯車機構２１を介して、第１ＭＧ１４のロータが接続される。第１サンギアＳ１は第１入力要素である。第１サンギアＳ１と複数の外側プラネタリピニオンＰ０とには、第１機構Ｇ１の複数の内側プラネタリピニオンＰＩが噛み合っている。

第２機構Ｇ２の第２サンギアＳ２には、歯車機構２２を介して、第２ＭＧ１６のロータが接続される。第２サンギアＳ２は第２入力要素である。第２サンギアＳ２と複数の外側プラネタリピニオンＰ０とが噛み合っている。

複数の外側プラネタリピニオンＰ０及び複数の内側プラネタリピニオンＰＩは、出力要素であるプラネタリキャリアＣに回転可能に支持される。プラネタリキャリアＣには、歯車機構２３を介して車両駆動軸５０が連結される。

さらに、フライホイール（ＦＷ）４３は、第２ＭＧ１６のロータに、クラッチ（ＦＷＣ）４０を介して接続される。クラッチ４０は、例えば電磁クラッチであり、後述の制御装置４８により第２ＭＧ１６及びフライホイール４３の接続であるオンと、その接続の解除（切り離し）であるオフとを切り換える。クラッチ４０は、２つの回転体を有し、クラッチ４０のオンにより２つの回転体が摩擦によって滑りながら係合する。クラッチは、油圧で作動する油圧クラッチとしてもよい。

フライホイール４３は回転体であり、車体に回転可能に支持される。例えばフライホイール４３は鉄、鋼等の金属製であり、円板状に形成される。フライホイール４３の中心部に軸部４４の一端が固定され、その軸部４４がフライホイール４３の中心軸方向に沿って延びる。軸部４４の他端は、クラッチ４０の２つの回転体のうち、一方の回転体の中心部に固定される。フライホイール４３は、回転時の抵抗を低減するために、真空又は減圧された容器に収容され、その容器が車体に固定または支持されていてもよい。

クラッチ４０の２つの回転体のうち、他方の回転体の中心部には、第２ＭＧ１６のロータに固定された回転軸４５が固定される。

このような電動車両用駆動装置１２を含む電動車両１０では、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の動力が遊星歯車機構２０に入力されて合流し、プラネタリキャリアＣから車両駆動軸５０を介して車軸５２に出力される。

制御装置４８は、演算処理部と、演算処理部に接続されるメモリ等の記憶部と、Ｉ／Ｏインターフェース等を含んで構成される。制御装置４８は、上記のようにクラッチ４０を制御する。これとともに制御装置４８は、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の駆動を制御する。制御装置４８は、車両の走行停止時及び通常加速時にはクラッチ４０をオフし、減速時にはクラッチ４０をオンする。さらに、制御装置４８は、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６が最高回転数で回転している場合にも、クラッチ４０をオフする。

図２は、電動車両用駆動装置１２において、クラッチ（ＦＷＣ）４０がオフで、車両が走行停止した状態における、フライホイール（ＦＷ）４３、第１サンギアＳ１、第２サンギアＳ２及びプラネタリキャリアＣの回転状態を示している。なお、図２〜図４、図６〜図８の説明を含めて以下の説明では、説明を分かり易くするために、第１ＭＧ１４が歯車機構２１を介さずに直接第１サンギアＳ１に連結され、第２ＭＧ１６が歯車機構２２を介さずに直接第２サンギアＳ２に連結された構成により説明する。

図２に示すように、第２サンギアＳ２、プラネタリキャリアＣ及び第１サンギアＳ１の回転数は、互いに間隔をあけて配置した状態で直線により結んだ関係となる。以下の説明においては、電動車両１０の前進時のプラネタリキャリアＣ、第１、及び第２サンギアＳ１，Ｓ２の回転方向を正回転方向とする。

車両停止時にはクラッチ４０がオフされ、車軸５２に連結されたプラネタリキャリアＣの回転数が０となる。このようなクラッチ４０のオフ状態では、フライホイール４３が第２サンギアＳ２に接続されないので、第２サンギアＳ２及び第１サンギアＳ１の回転数は、プラネタリキャリアＣの回転数と直線で結ぶ関係になる限り、任意に選択することができる。これにより、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の回転数は、第２サンギアＳ２、プラネタリキャリアＣ及び第１サンギアＳ１の回転数が直線で結んだ関係となる限り、プラネタリキャリアＣが連結される車軸５２の回転数によらず任意に選択することができる。

図３は、電動車両用駆動装置１２において、クラッチ４０がオフで、車両が通常加速を行った場合における、フライホイール４３、第１サンギアＳ１、第２サンギアＳ２及びプラネタリキャリアＣの回転状態を示している。

図３では、第２サンギアＳ２、プラネタリキャリアＣ、及び第１サンギアＳ１のそれぞれの回転数を示す破線上における矢印により、それぞれの要素に作用する力の向きを示している。図３に示すように、車両の前進側への加速時には、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６を正回転方向に駆動させる。これにより、プラネタリキャリアＣに連結された車軸５２は、逆回転方向に反力が加わりながら、正回転方向に回転する。このとき、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の回転数の吹き上がりを防止するために、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６は、駆動トルクをバランスさせて駆動する。例えば、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６に作用する力は正回転方向の同じ大きさとする。第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の回転数は、互いに同じであっても、互いに異なってもよく、その大きさの関係は限定しない。図３に示すように第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６で回転数差がある場合に、その回転数差を一定としてもよいが、変化させてもよい。後述の車両の減速時にも、加速時の駆動トルクのバランスと同様に、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の回生トルクをバランスさせる必要がある。

図４は、電動車両用駆動装置において、車両の減速状態で、フライホイール（ＦＷ）４３による回生を行う場合における、フライホイール４３、第１サンギアＳ１、第２サンギアＳ２及びプラネタリキャリアＣの回転状態を示している。

図４に示すように、車両の前進状態での減速時には、クラッチ４０を接続する。クラッチ４０の接続前の状態で、フライホイール４３の回転数は０であるが、第２サンギアＳ２及び第２ＭＧ１６の回転数は前進走行で高くなっている。クラッチ４０が接続されると、フライホイール４３の動力が第２ＭＧ１６を介して第２サンギアＳ２に伝達される。これにより、フライホイール４３が第２サンギアＳ２の回転数に近づくように加速するとともに、第２サンギアＳ２には、フライホイール４３の加速による反力Ｆ３が加わって、第２サンギアＳ２の回転数がフライホイール４３の回転数に近づくように、逆回転方向に減速する。このとき、上記のように第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６のトルクをバランスさせる必要があるので、第１ＭＧ１４に、フライホイール４３の加速により第２ＭＧ１６に作用する反力Ｆ３とバランスする回生トルクＦ１を発生させる。これにより、車両を減速させることができる。このため、車両を制動させながら、フライホイール４３に運動エネルギを回生することができる。

図５は、電動車両用駆動装置１２における制動力分配を示している。図５では、車速と制動力との関係で、電動車両１０の動作範囲αを矩形部分で示している。図５の動作範囲α中、無地部分は、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の回生制動のみで制動を行う範囲であり、斜格子部分は、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６とフライホイール４３との回生制動で制動を行う範囲であり、砂地部分は第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の回生制動と摩擦ブレーキまたはこれらとともにフライホイール４３の回生制動を用いて、制動を行う範囲である。次に、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６とフライホイール４３との回生制動で制動する場合を、図５の動作点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３での動作を用いて説明する。

図６は、電動車両用駆動装置１２において、図５の動作点Ｐ１での回生制動時における、フライホイール４３、第１サンギアＳ１、第２サンギアＳ２及びプラネタリキャリアＣの回転状態を示している。動作点Ｐ１では、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６が、いずれも回生トルクＦ１，Ｆ２を発生できる回転数の最高回転数で回転しており、車速は高車速である。この場合には、回生制動力として、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の回生制動力しか使用できない。このときには、図６に示すように、クラッチがオフとなり、第１及び第２サンギアＳ１，Ｓ２と、プラネタリキャリアＣとが同一回転数で正回転方向に回転している。第１及び第２サンギアＳ１，Ｓ２は、逆回転方向に回生トルクＦ１，Ｆ２を発生しており、その回生トルクＦ１，Ｆ２が、プラネタリキャリアＣに作用して減速させる傾向となる。このときには、第１及び第２ＭＧ１４，１６のそれぞれの回生トルクＦ１，Ｆ２として、図５のＬ１で示す大きさの制動力に対応する小さいトルクしか得られない。

図７は、電動車両用駆動装置１２において、図５の動作点Ｐ２での回生制動時における、フライホイール４３、第１サンギアＳ１、第２サンギアＳ２及びプラネタリキャリアＣの回転状態を示している。動作点Ｐ２では、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６が、いずれも回生トルクＦ１，Ｆ２を小〜中の範囲で発生可能であり、車速は中車速と高車速との間である。この場合には、クラッチ４０をオンするとともに、第１ＭＧ１４の回生トルクＦ１を第２ＭＧ１６の回生トルクＦ２より大きくする。これにより、第１ＭＧ１４の回転数を大きく低下させて回生トルクＦ１をより増大できる。この状態で、フライホイール４３は加速し、その加速による反力Ｆ３が第２ＭＧ１６に加わることで、この反力Ｆ３と第１及び第２ＭＧ１４，１６の回生トルクＦ１，Ｆ２との合力がプラネタリキャリアＣに減速させる方向に作用する。フライホイール４３は、第１ＭＧ１４の回生トルクＦ１と第２ＭＧ１６の回生トルクＦ２との差分を使って加速し、その加速により回生することができる。このときには、第１ＭＧ１４と第２ＭＧ１６とで図５のＬ２で示す制動力に対応する回生トルクを発生できるとともに、フライホイール４３で図５のＬ３で示す制動力に対応する回生トルクを発生できる。

図８は、電動車両用駆動装置１２において、図５の動作点Ｐ３での回生制動時における、フライホイール４３、第１サンギアＳ１、第２サンギアＳ２及びプラネタリキャリアＣの回転状態を示している。動作点Ｐ３では、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６が、いずれも回生トルクＦ１，Ｆ２を小〜中の範囲で発生可能であり、車速は低車速と中車速との間である。この場合には、クラッチ４０をオンした状態で第１ＭＧ１４の回生トルクＦ１を第２ＭＧ１６の回生トルクＦ２よりさらに大きくする。これにより、第１ＭＧ１４の回転数をさらに低下させて回生トルクＦ１を最大とすることができる。この状態でも、フライホイール４３は加速し、その加速による反力Ｆ３が第２ＭＧ１６に加わる。この反力Ｆ３と第１及び第２ＭＧ１４，１６の回生トルクＦ１，Ｆ２との合力がプラネタリキャリアＣに、さらに減速させる方向に作用する。第１ＭＧ１４の回生トルクＦ１と第２ＭＧ１６の回生トルクＦ２との差分がさらに大きくなるので、フライホイール４３をさらに加速させ、その加速により回生することができる。このときには、第１ＭＧ１４と第２ＭＧ１６とで図５のＬ４で示す制動力に対応するより大きな回生トルクを発生できるとともに、フライホイール４３で図５のＬ５で示す制動力に対応する回生トルクを発生できる。

上記の電動車両１０によれば、プラネタリキャリアＣに車軸５２が連結されるとともに、車両の制動時に、フライホイール４３の回生制動を用いることが可能となる。これにより、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６のそれぞれの最大回生制動力を合わせた大きさ以上のエネルギ回生が可能となる。このため、エネルギの利用効率を向上できる。

上記の電動車両用駆動装置１２及び電動車両１０によれば、車速の低車速（低速度）より高い領域で、制動に必要なトルクを、第１及び第２ＭＧ１４，１６の回生トルクＦ１，Ｆ２と、フライホイール４３を加速させる反力Ｆ３の合力として得ることができる。これにより、実施形態によれば、フライホイールを使用しない従来構造で摩擦ブレーキの排熱として捨てていた運動エネルギの少なくとも一部を、回収して利用できるので、エネルギの利用効率を向上させることができる。

さらに、特許文献１に記載された構成と異なり、図４、図７に示したように、フライホイール４３が停止している状態で、フライホイール４３に連結される第２ＭＧ１６の回転数より第１ＭＧ１４の回転数を大きく下げることができ、第１ＭＧ１４の回生トルクを所望の大きさまで高くできる。これにより必要な制動力を得られやすくなる。さらに、クラッチ４０をオンすることによりフライホイール４３の回生制動を用いることができるので、さらに制動力を高くできる。このため、摩擦ブレーキの使用頻度を少なくできるので、エネルギの利用効率を向上できる。

さらに、本例の構成によれば、図２にかっこ付の丸で示すように、クラッチ４０をオフすれば、フライホイール４３の回転数が高くなった状態で、第１及び第２ＭＧ１４，１６の回転数を０として回転停止させることができる。このため、フライホイール４３が回転中の状態で、車両が走行停止しているときに、第１及び第２ＭＧ１４，１６も停止させることができる。このため、第１及び第２ＭＧ１４，１６にフライホイール４３による引き摺り損失が発生することを防止できる。

一方、特許文献１に記載された構成では、２つのモータ発電機とフライホイールとが常に連動しているので、フライホイールが回転している状態では、車両が走行停止していても、２つのモータ発電機のそれぞれを回転させる必要がある。これにより、モータ発電機の引き摺り損失が発生する頻度が多くなるので、エネルギ利用効率が悪化する。上記の実施形態によれば、このような不都合を防止できる。

図９は、比較例の電動車両用駆動装置における制動力分配を示している。比較例の構成は、図１に示した実施形態の電動車両用駆動装置１２において、フライホイール４３及びクラッチ４０を取り外した構成と同様である。この比較例では、車両で得られる制動力は、第１及び第２ＭＧ１４，１６の回生制動力、またはこの回生制動力と摩擦ブレーキの制動力の合力のいずれかとなる。図９の無地部分及び砂地部分が表す意味は、図５の場合と同様である。

このような比較例では、図５及び図９の比較から理解されるように、図５の斜線部分で示す第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６とフライホイール４３との回生制動で制動する場合がなくなるので、その分、摩擦ブレーキを用いる必要がある。このため、摩擦ブレーキの使用頻度が多くなるので、エネルギの利用効率が悪化する。実施形態によれば、このような不都合を防止できる。

図１０は、実施形態の別例の電動車両用駆動装置において、バッテリが満充電での回生制動する状態を示している。図１を参照して、本例の構成では、制御装置４８は、バッテリ１８の入出力電流の検出信号等からバッテリ１８の現在の充電量を算出する。制御装置４８は、バッテリ１８の予め設定された、または算出された最大充電量に対する現在の充電量算出値の割合である充電割合が１００％、すなわち満充電であるか否かを判定する。制御装置４８は、満充電と判定した場合に、減速時において、満充電時回生制動を行うように第１及び第２ＭＧ１４，１６を制御する。なお、図１０では、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６で発生するトルクまたは作用する反力の大きさをＡ１，Ａ２，Ａ３で示し、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の回転数をそれぞれＢ１，Ｂ２で示している。

満充電時回生制動では、例えば第１ＭＧ１４の回転数Ｂ１を第２ＭＧ１６の回転数Ｂ２より低下させた状態で、クラッチ４０をオンして、第１ＭＧ１４を回生運転させるとともに、第２ＭＧ１６を前進側に駆動運転させる。このとき、フライホイール４３は第２ＭＧ１６との回転数差により加速され、第２ＭＧ１６にはその加速による反力Ｆ３が作用する。

このとき、第１ＭＧ１４の回生出力の大きさＣ１は、第１ＭＧ１４の回転数Ｂ１と回生トルクＦ１の大きさＡ１の積で算出される（Ｃ１＝Ｂ１×Ａ１）。また、第２ＭＧ１６の駆動力の大きさＣ２は、第２ＭＧ１６の回転数Ｂ２と駆動トルクＦ２ａの大きさＡ２の積で算出される（Ｃ２＝Ｂ２×Ａ２）。そして、制御装置４８は、第２ＭＧ１６の駆動力の大きさＣ２を、第１ＭＧ１４の回生出力の大きさＣ１より大きくする（Ｃ２＞Ｃ１）。この状態で、第２ＭＧ１６の駆動トルクＦ２ａの大きさＡ２を、フライホイール４３の加速により第２ＭＧ１６に作用する反力Ｆ３の大きさＡ３より小さくする（Ａ２＜Ａ３）。また、この反力Ｆ３の大きさＡ３から第２ＭＧ１６の駆動トルクＦ２ａの大きさＡ２を差し引いた大きさ（Ａ３−Ａ２）を、第１ＭＧ１４の回生トルクＦ１の大きさＡ１と一致させる。これにより、車両が回生制動される。

上記のように、第２ＭＧ１６の駆動力の大きさＣ２を、第１ＭＧ１４の回生出力の大きさＣ１より大きくすることにより、バッテリ１８から電力が取り出されるので、バッテリ１８の満充電状態でバッテリ１８を充電することなく、車両を回生制動させることができる。このような構成を含む電動車両では、バッテリ１８を充電することなく、車両の前進時の運動エネルギからフライホイール４３の運動エネルギへの変換が可能になる。本例において、その他の構成及び作用は、図１〜図８に示した構成と同様である。

図１１は、実施形態の別例の電動車両用駆動装置において、車両の走行停止時におけるフライホイールの運動エネルギを電気エネルギに変換する状態を示している。図１２は、車両の走行時におけるフライホイールの運動エネルギを電気エネルギに変換する状態を示している。

本例の構成では、図１を参照して、制御装置４８は、バッテリ１８が満充電状態ではなくバッテリ１８の充電要求があった場合に、車両の停止時または走行時に、フライホイール４３の運動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ１８を充電させる。具体的には、車両の停止時に、制御装置４８は、充電要求があった場合で、クラッチ４０がオフであり、フライホイール４３が回転中である場合に、第２ＭＧ１６の回転数をフライホイール４３の回転数に一致させるように、第２ＭＧ１６を制御する。制御装置４８は、その状態でクラッチ４０をオンし、その時点から第２ＭＧ１６を回生運転させる。第２ＭＧ１６の回生トルクＦ２と、フライホイール４３の減速による反力Ｆ３ａとの大きさを一致させることにより、車軸５２にトルクを発生させることなく、第２ＭＧ１６の発電電力を得ることができる。これにより、フライホイール４３の運動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ１８を充電させることができる。

さらに、車両の走行時には、図１を参照して、制御装置４８は、充電要求があった場合で、クラッチ４０がオフであり、フライホイール４３が回転中である場合に、第２ＭＧ１６の回転数をフライホイール４３の回転数に一致させるように、第２ＭＧ１６を制御する。制御装置４８は、その状態でクラッチ４０をオンし、その時点から第２ＭＧ１６を回生運転させる。この場合にも、車両の停止時と同様に、第２ＭＧ１６の回生トルクＦ２と、フライホイール４３の減速による反力Ｆ３ａとの大きさを一致させることにより、車軸５２にフライホイール４３の動作に基づくトルクを発生させることなく、第２ＭＧ１６の発電電力を得ることができる。車軸５２は、クラッチオンの前の回転数を維持して回転することができる。これによっても、フライホイール４３の運動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ１８を充電させることができる。本例において、その他の構成及び作用は、図１〜図８の構成と同様である。

図１３は、実施形態の別例の電動車両用駆動装置において、フライホイールの運動エネルギを車両加速エネルギに利用する状態を示している。本例の構成では、フライホイールの運動エネルギを直接車両の加速エネルギに利用する。具体的には、図１を参照して、制御装置４８は、車両の走行時に加速要求がある場合で、クラッチ４０がオフであり、フライホイール４３が回転中である場合に、第２ＭＧ１６の回転数をフライホイール４３の回転数に一致させるように、第２ＭＧ１６を制御する。制御装置４８は、その状態でクラッチをオンし、その時点から第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６を駆動させる。このとき、第２ＭＧ１６の駆動トルクＦ２ａを、第１ＭＧ１４の駆動トルクＦ１ａより小さくすることにより、フライホイール４３が、第１及び第２ＭＧ１４，１６の駆動トルクＦ１ａ、Ｆ２ａ差によって減速される。これにより、フライホイール４３の減速による反力Ｆ３ａと第２ＭＧ１６の駆動トルクＦ２ａとの合力を、第１ＭＧ１４の駆動トルクＦ１ａとバランスさせながら車両を加速させることができる。このため、フライホイール４３の運動エネルギを直接車両の加速エネルギに利用できる。本例において、その他の構成及び作用は、図１〜図８の構成と同様である。

図１４は、実施形態の別例の電動車両用駆動装置１２ａを組み込んで構成する電動車両１０ａの構成図である。図１５は、実施形態の別例の電動車両用駆動装置１２ａにおける変速機構６０の構成図である。本例の構成は、第２ＭＧ１６のロータに、変速機構６０を介してフライホイール４３が接続される。変速機構６０は、ＩＶＴ（Infinity Variable Transmission）と呼ばれるものであり、変速比である入力軸と出力軸との速度比を無限大、すなわち出力軸の速度が０になることを実現可能である。

例えば、図１５に示すように、変速機構６０は、ダブルキャビティ式トロイダル型変速機６１と、遊星歯車機構７０とを組み合わせて構成される。このとき、トロイダル型変速機６１は、一対のアウターディスク６２の間に、インナーディスク６３が配置される。アウターディスク６２とインナーディスク６３との対向面にはそれぞれトロイド曲面であるアウター面６２ａとインナー面６３ａとが形成される。アウター面６２ａとインナー面６３ａとには複数のパワーローラ６４の外周面が接触する。各パワーローラ６４は、ケーシング（図示せず）に揺動可能かつ所定方向に移動可能に支持したトラニオン（図示せず）に回転可能に支持される。そして、各ディスク６２，６３の中心部を貫通した入力軸６５にアウターディスク６２と入力ギア６６が固定される。インナーディスク６３は、入力軸６５に回転可能に支持される。

遊星歯車機構７０は、キャリアギア７１に固定されるキャリア７２と、キャリア７２に回転可能に支持された複数のプラネタリギア７３と、サンギア７４及びリングギア７５とを含んで構成される。キャリアギア７１は、入力ギア６６にカウンタギア６７の噛み合い部を介して接続される。サンギア７４は、プラネタリギア７３の内側に噛み合うともに、出力軸７６が固定される。リングギア７５の内歯が、プラネタリギア７３の外側に噛み合うとともに、リングギア７５の外歯が、インナーディスク６３の外周側に固定されたインナーディスクギア６３ｂと噛み合う。

トラニオンの所定方向の移動によってトラニオンが揺動し、パワーローラ６４のアウター面６２ａとインナー面６３ａとの接触位置が変化するので、入力ギア６５とインナーディスクギア６３ｂとの間の変速比が変化する。この変速比を所定値にすることで、アウターディスク６２の回転状態に関係なくサンギア７４の速度を０としてサンギア７４及び出力軸７６を停止でき、変速比無限大を実現できる。トラニオンの移動は、制御装置４８によって制御される。

このような変速機構６０の入力軸６５及び出力軸７６の一方が第２ＭＧ１６のロータに連結され、入力軸６５及び出力軸７６の他方がフライホイール４３に連結される。

上記の構成によれば、フライホイール４３と第２ＭＧ１６との回転伝達状態と回転非伝達状態とを切り換えることができる。これにより、図１〜図８のクラッチ４０を備える構成と同様に、車速の低車速より高い領域で、制動に必要なトルクを、第１及び第２ＭＧ１４，１６の回生トルクと、フライホイール４３を加速させる反力の合力として得ることができる。このため、フライホイールを使用しない従来構造で摩擦ブレーキの排熱として捨てていた運動エネルギを、回収して利用できるので、エネルギの利用効率を向上させることができる。さらに、本例の構成によれば、図１〜図８の構成のようにクラッチ４０を用いる構成と異なり、クラッチ４０の摩擦熱による損失の発生を防止できる。本例において、その他の構成及び作用は、図１〜図８の構成と同様である。

なお、上記の各例の構成では、第１及び第２ＭＧ１４，１６のうち、第２ＭＧ１６に、クラッチ４０（図１）または変速機構６０（図１４）を介してフライホイール４３を接続する場合を説明した。一方、第１ＭＧ１４に、クラッチまたは変速機構を介してフライホイール４３を接続することもでき、その場合にも、上記の各例と同様の効果を得られる。

１０，１０ａ電動車両、１２，１２ａ電動車両用駆動装置、１４第１モータ発電機（第１ＭＧ）、１６第２モータ発電機（第２ＭＧ）、１８バッテリ、２０遊星歯車機構、２１，２２，２３歯車機構、４０クラッチ、４１インバータユニット、４３フライホイール、４４軸部、４５回転軸、４８制御装置、５０車両駆動軸、５１差動歯車機構、５２車軸、５４車輪、６０変速機構。

Claims

第１モータ発電機と、第２モータ発電機と、遊星歯車機構と、制御装置とを備え、
前記遊星歯車機構は、前記第１モータ発電機が接続される第１入力要素である第１サンギアと、前記第２モータ発電機が接続される第２入力要素である第２サンギアと、出力要素であるプラネタリキャリアと、前記プラネタリキャリアに回転可能に支持され、前記第２サンギアと噛み合う外側プラネタリピニオンと、前記プラネタリキャリアに回転可能に支持され、前記第１サンギア及び前記外側プラネタリピニオンと噛み合う内側プラネタリピニオンとを含み、
前記第１モータ発電機及び前記第２モータ発電機の一方のモータ発電機にクラッチを介して、フライホイールが接続され、
車両の停止時または走行時に、前記クラッチが接続解除で、かつ前記フライホイールが回転中である場合に、前記制御装置は、前記一方のモータ発電機の回転数を前記フライホイールの回転数に一致させた状態で前記クラッチを接続し、前記一方のモータ発電機を回生運転させる、
電動車両用駆動装置。
請求項１に記載の電動車両用駆動装置を含む電動車両であって、
前記プラネタリキャリアに車軸が連結され、
車両の制動時に前記第１モータ発電機及び前記第２モータ発電機のそれぞれの最大回生制動力を合わせた大きさ以上のエネルギ回生を可能に構成される、
電動車両。
請求項２に記載の電動車両用駆動装置を含む電動車両であって、
車両の制動時に前記第１モータ発電機及び前記第２モータ発電機のそれぞれの最大回生制動力を合わせた大きさ以上のエネルギ回生と、バッテリを充電することなく、車両の運動エネルギから前記フライホイールの運動エネルギへの変換とを可能に構成される、
電動車両。