WO2015033776A1 - 車両制御装置 - Google Patents

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WO2015033776A1
WO2015033776A1 PCT/JP2014/071757 JP2014071757W WO2015033776A1 WO 2015033776 A1 WO2015033776 A1 WO 2015033776A1 JP 2014071757 W JP2014071757 W JP 2014071757W WO 2015033776 A1 WO2015033776 A1 WO 2015033776A1
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rotor
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brake plate
shaft
control device
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PCT/JP2014/071757
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English (en)
French (fr)
Inventor
林 裕人
榎本 隆
Original Assignee
株式会社豊田自動織機
アイシン・エーアイ株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H37/084Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths at least one power path being a continuously variable transmission, i.e. CVT
    • F16H2037/0866Power split variators with distributing differentials, with the output of the CVT connected or connectable to the output shaft
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    • F16H3/00Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/727Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously with at least two dynamo electric machines for creating an electric power path inside the gearing, e.g. using generator and motor for a variable power torque path
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    • Y02T10/62Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle control device.
  • an output shaft of the internal combustion engine is connected to the rotating electrical machine, and the power of the internal combustion engine is used for power generation by the rotating electrical machine.
  • the vehicle described in Patent Document 1 includes an engine (internal combustion engine), a first rotating electrical machine, and a second rotating electrical machine.
  • An rotary electric machine in which a first rotary electric machine and a second rotary electric machine are integrated, and a rotary electric machine having a double rotor structure having two rotors arranged double inside and outside is described.
  • the engine is connected to the first rotating electrical machine portion formed on the inner peripheral side of the rotating electrical machine, and the wheel shaft is connected to the second rotating electrical machine portion formed on the outer peripheral side via a differential device.
  • the second running electrical machine unit is operated using only the stored power of the storage battery without operating the engine, that is, without generating power. Due to the rotating magnetic field formed by the rotating outer rotor in the rotating electrical machine part, the inner rotor of the first rotating electrical machine part is pulled and rotates together with the engine, resulting in power loss, which reduces the operating efficiency of the second rotating electrical machine part. For this reason, conventionally, by supplying electric power, a rotational torque in the direction opposite to the direction pulled with respect to the inner rotor is generated in the first rotating electrical machine part, and the inner rotor of the first rotating electrical machine part is forcibly combined with the engine. Stopped. At this time, there is a problem in that power consumption for stopping the inner rotor occurs, thereby increasing the amount of fuel consumed for power generation to supplement power consumption.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle control device that reduces energy consumption when the vehicle is operating with the engine (internal combustion engine) stopped. .
  • a vehicle control device includes a first rotor, a second rotor that is provided on a radially outer side of the first rotor so as to be relatively rotatable, and a diameter of the second rotor.
  • a rotating electrical machine including a stator provided on the outer side in the direction, a stopping mechanism capable of selectively stopping the rotation of the first rotor and the second rotor, and a control means for controlling the operation of the stopping mechanism,
  • One of the rotating shaft of the first rotor and the rotating shaft of the second rotor is mechanically connected to the internal combustion engine of the vehicle, and the other of the rotating shaft of the first rotor and the rotating shaft of the second rotor is the vehicle.
  • the rotating shaft of the first rotor has a first engaging portion that rotates integrally
  • the rotating shaft of the second rotor has a second engaging portion that rotates integrally.
  • the restraining mechanism operates to selectively engage the first engaging portion and the second engaging portion, and restrains the rotation.
  • a movement mechanism that operates to selectively engage the restraining engagement portion with the first engagement portion and the second engagement portion, and a drive unit that drives the movement mechanism, and the control unit includes: When electric power is supplied to the rotating electrical machine while the internal combustion engine is stopped, the stopping engagement portion is operated by the driving means, and the rotary shaft or the second rotor of the first rotor that is mechanically connected to the internal combustion engine It is made to engage with the 1st engaging part or the 2nd engaging part which this rotating shaft has.
  • the vehicle control device of the present invention it is possible to reduce energy consumption when the vehicle is operating with the internal combustion engine stopped.
  • FIG. 3 is a view of a surface along the line III-III in FIG.
  • FIG. 3 is a view of a surface along the line III-III in FIG.
  • Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
  • Embodiment 1 FIG. First, the configuration of the vehicle control device 101 according to the first embodiment of the present invention will be described.
  • the vehicle control device 101 will be described as being mounted on a hybrid vehicle that uses the rotating electrical machine 1 and the engine 70 as power sources but uses the power of the engine 70 for power generation by the rotating electrical machine 1.
  • a vehicle control apparatus 101 includes a rotating electrical machine 1 that is a double rotor type motor, an engine 70 that is an internal combustion engine mechanically coupled to an input shaft 3 of the rotating electrical machine 1, an inverter 71, A storage battery 72 and an ECU (Electronic Control Unit) 73 constituting control means are provided.
  • the input shaft 3 of the rotating electrical machine 1 is connected to the drive shaft of the engine 70 via the speed increasing / decreasing mechanism 40.
  • the inverter 71 converts AC power generated by the rotating electrical machine 1 into DC power and stores it in the storage battery 72, converts the DC power of the storage battery 72 into AC power, and supplies it to the rotating electrical machine 1.
  • the ECU 73 controls the operation of the engine 70 and the inverter 71. Further, the output shaft 24 a of the rotating electrical machine 1 is mechanically connected to the axle 74.
  • the rotating electrical machine 1 has a housing 2 that includes a first rotor 10, a second rotor 20, and a stator 30 therein.
  • the first rotor 10 constitutes a first rotor
  • the second rotor 20 constitutes a second rotor
  • the stator 30 constitutes a stator
  • the input shaft 3 is a rotation axis of the first rotor. Is configured.
  • the rotating electrical machine 1 also has an input shaft 3 whose both ends protrude from the outside of the housing 2.
  • a slip ring 4 is attached to one end 3a of the input shaft 3 so as to rotate integrally.
  • the slip ring 4 is electrically connected to the inverter 71 via a brush, and can supply and demand alternating current with the inverter 71.
  • a sun gear 41 of the speed increasing / decreasing mechanism 40 is attached to the other end 3 b of the input shaft 3 so as to rotate integrally with the input shaft 3.
  • the rotating electrical machine 1 has a cylindrical first rotor 10 provided so as to surround the outer periphery in the radial direction of the input shaft 3 in the housing 2.
  • the first rotor 10 includes a cylindrical first core 11 that is coaxially attached around the input shaft 3 so as to rotate integrally with the input shaft 3, and a circumferential direction in the vicinity of the outer peripheral surface of the first core 11.
  • a first coil 12 that is embedded in a ring and protrudes from both ends of the first core 11.
  • the first core 11 is made of a magnetic material such as iron.
  • the first coil 12 is electrically connected to the slip ring 4 via a conductor 4 a embedded in the input shaft 3.
  • the rotating electrical machine 1 has a cylindrical second rotor 20 provided in the housing 2 so as to surround the outer periphery in the radial direction of the first rotor 10 with a space therebetween.
  • the second rotor 20 can rotate relative to the first rotor 10.
  • the second rotor 20 includes a cylindrical second core 21 that surrounds the outer peripheral surface of the first core 11 of the first rotor 10 and is coaxially provided so as to be rotatable relative to the first core 11.
  • a plurality of first permanent magnets 22 embedded in the circumferential direction so as to face the first core 11 in the vicinity of the inner peripheral surface of 21, and an annular shape in the circumferential direction in the vicinity of the outer peripheral surface of the second core 21
  • the second core 21 is made of a magnetic material such as iron.
  • the rotating electrical machine 1 has a cylindrical stator 30 provided so as to surround the outer periphery in the radial direction of the second rotor 20 in a state of being fixed in the housing 2.
  • the stator 30 includes a cylindrical stator core 31 that surrounds the outer peripheral surface of the second core 21 of the second rotor 20 with a space therebetween, and a circumferential direction so as to face the second core 21 in the vicinity of the inner peripheral surface of the stator core 31.
  • the stator coil 32 is embedded in an annular shape and protrudes from both ends of the stator core 31.
  • the stator core 31 is made of a magnetic material such as iron.
  • the stator coil 32 is electrically connected to an inverter 71 outside the housing 2, and can supply and demand AC power to and from the inverter 71.
  • a substantially bottomed cylindrical shape is provided inside the housing 2 so as to wrap around the input shaft 3 and the first rotor 10 and to support the second core 21 of the second rotor 20 sandwiched from both sides.
  • Rotor brackets 24 and 25 are provided.
  • the rotor brackets 24 and 25 are rotatably supported by the outer peripheral surface 3c of the input shaft 3 extending through the ball bearings 26 and 27, respectively. Further, the rotor brackets 24 and 25 are connected to the second core 21 by a fastener so as to rotate integrally.
  • the rotor bracket 24 on the end 3 b side of the input shaft 3 is integrally formed with a cylindrical tube portion 24 a that protrudes toward the end 3 b on the end 3 b side from the ball bearing 26.
  • the cylindrical portion 24a is formed in parallel to the outer peripheral surface 3c so as to surround the outer peripheral surface 3c of the input shaft 3 with a space therebetween, and constitutes an output shaft that rotates coaxially with the second rotor 20.
  • a pinion gear 51 which is a cylindrical gear, is attached around the outer peripheral surface 24aa of the cylindrical portion, that is, the output shaft 24a so as to rotate integrally with the output shaft 24a.
  • a counter gear 52 is provided by being engaged with the pinion gear 51.
  • a differential gear (not shown) is engaged with the counter gear 52, and an axle 74 is mechanically connected to the differential gear. .
  • the counter gear 52 decelerates the rotation of the pinion gear 51 and transmits it to the differential gear.
  • the output shaft 24a constitutes the rotation shaft of the second rotor.
  • a disc-shaped second brake plate 53 is attached around the outer peripheral surface 24aa of the output shaft 24a so as to rotate integrally with the output shaft 24a.
  • the second brake plate 53 is disposed adjacent to the pinion gear 51 on the end 3b side of the input shaft 3 and at the end of the output shaft 24a.
  • the second notch 53a is formed to have a trapezoidal cross section that becomes wider radially outward when viewed along the cylindrical axis of the output shaft 24a, that is, the axial direction of the input shaft 3.
  • the 2nd brake board 53 comprises the 2nd engaging part
  • the 2nd notch 53a comprises the 2nd recessed part.
  • the speed increasing / decreasing mechanism 40 provided at the end 3 b of the input shaft 3 has a plurality of cylinders arranged by engaging outer peripheral gear teeth with outer peripheral gear teeth of a sun gear 41 that is a cylindrical gear. It has a planetary gear 42 which is a gear.
  • the plurality of planetary gears 42 are arranged at equal intervals along the outer periphery of the sun gear 41, and both ends of each rotating shaft 42 a are supported by the planetary gear carrier 43.
  • the planetary gear carrier 43 has a first carrier portion 43a that supports the rotating shaft 42a of the planetary gear 42 from the output shaft 24a side, and a second carrier portion 43b that supports the rotating shaft 42a from the opposite side of the output shaft 24a. ing.
  • the second carrier portion 43b is a disc-shaped support portion 43ba that supports one end of the rotation shaft 42a of all the planetary gears 42, and protrudes from the center of the support portion 43ba to the opposite side of the planetary gear 42 to serve as the drive shaft of the engine 70. And a connecting shaft 43bb which is mechanically connected.
  • the first carrier portion 43a has a cylindrical main body portion 43aa provided so as to surround the outer peripheral surface 3c of the input shaft 3 with a space therebetween, and radially outward from the main body portion 43aa on the planetary gear 42 side.
  • the first brake plate 43ac is formed to have the same configuration and the same diameter and the same thickness (thickness in the axial direction) as the second brake plate 53, and in the axial direction of the input shaft 3 with respect to the second brake plate 53. They are arranged on the same axis at intervals. In the outer periphery of the first brake plate 43ac, a plurality of first notches 43aca having the same shape as the second brake plate 53 are spaced apart from each other at equal intervals in the circumferential direction, like the second brake plate 53. Is formed.
  • the first brake plate 43ac constitutes a first engagement portion
  • the first notch portion 43aca constitutes a first recess.
  • the speed increasing / decreasing mechanism 40 includes a cylindrical ring gear 44 provided so as to surround the entire planetary gear 42 from the outer peripheral side.
  • the ring gear 44 has gear teeth on its inner peripheral surface engaged with the gear teeth of each planetary gear 42. For this reason, the planetary gear 42 can roll between the ring gear 44 and the sun gear 41 while gear engaging with both. Therefore, in the speed increasing / decreasing mechanism 40, when the sun gear 41 is rotationally driven together with the input shaft 3, the planetary gear 42 rolls around the sun gear 41 and rolls (revolves) around the sun gear 41. 42 and the planetary gear carrier 43 rotate.
  • the vehicle control device 101 includes a stopping mechanism 60 for the first brake plate 43ac and the second brake plate 53.
  • the restraining mechanism 60 includes a slide shaft 61 having a rack 61a that is a gear tooth on a part of a side surface, a rack pinion gear 62 that is a cylindrical gear engaged with the rack 61a, and a rack pinion gear 62 that is forward and reverse. It has a stepping motor 67 that can be driven to rotate in both directions, and guide portions 63 and 64 that are penetrated by the slide shaft 61 and guide the sliding of the slide shaft 61 in the axial direction.
  • the stepping motor 67 is configured to receive control of its operation by the ECU 73.
  • An engagement pin 66 that protrudes perpendicular to the axial direction is integrally attached to a portion of the slide shaft 61 where the rack 61a is not formed.
  • the projecting tip 66a (see FIG. 3) of the engagement pin 66 can be engaged in the first notch 43aca of the first brake plate 43ac and the second notch 53a of the second brake plate 53. It is formed in a shape that can be made.
  • the slide shaft 61, the rack pinion gear 62, and the guide portions 63 and 64 constitute a moving mechanism 65 that moves the engagement pin 66.
  • the slide shaft 61 is disposed in parallel with the input shaft 3 so that the tip end portion 66a of the engagement pin 66 is positioned in the gap between the first brake plate 43ac and the second brake plate 53.
  • the first guide portion 63 is disposed so as to be adjacent to the first brake plate 43ac on the sun gear 41 side in the axial direction of the slide shaft 61.
  • the second guide portion 64 is disposed so as to be adjacent to the second brake plate 53 on the pinion gear 51 side in the axial direction of the slide shaft 61.
  • the engaging pin 66 constitutes a restraining engaging portion
  • the stepping motor 67 constitutes a driving means.
  • the rack pinion gear 62 is rotationally driven in the forward direction by the stepping motor 67, and the slide shaft 61 having the rack 61a engaged with the rack pinion gear 62 is engaged with the engagement pin. 66 and slide in the direction from the first guide portion 63 toward the second guide portion 64.
  • the moving engagement pin 66 comes into contact with the second guide portion 64, the second guide portion 64 acts as a stopper and the slide of the slide shaft 61 stops.
  • the tip 66a of the engagement pin 66 engages with the second brake plate 53 within the second notch 53a, and the rotation of the second brake plate 53 is stopped.
  • the rotation of the output shaft 24a and the axle 74 mechanically connected to the output shaft 24a is stopped, and the vehicle on which the vehicle control device 101 is mounted is in a state where the parking brake mechanism is activated. That is, in the present embodiment, the stopping of the second brake plate 53 by the engagement pin 66 is used as a parking brake mechanism. Note that the ECU 73 stops the power supply to the stepping motor 67 when the movement of the engagement pin 66 is stopped by the second guide portion 64.
  • the rack pinion gear 62 is rotationally driven in the reverse direction by the stepping motor 67, and the slide shaft 61 and the engagement pin 66 are moved from the second guide portion 64 to the first guide portion. Slide toward 63.
  • the ECU 73 stops the stepping motor 67 when the moving engagement pin 66 is located between the first brake plate 43ac and the second brake plate 53, the engagement pin in the second notch 53a is stopped. 66 and the second brake plate 53 are disengaged, and the second brake plate 53 becomes rotatable, that is, the parking brake mechanism is released.
  • the engaging pin 66 located between the first brake plate 43ac and the second brake plate 53 is moved together with the slide shaft 61 toward the first guide portion 63, the engaging pin 66 is moved to the first guide portion 63. If it contacts, the slide of the slide shaft 61 will stop. At this time, the distal end portion 66a of the engagement pin 66 engages with the first brake plate 43ac in the first notch portion 43aca to stop the rotation of the first brake plate 43ac. As a result, the rotation of the planetary gear carrier 43 and the planetary gear 42 is stopped, whereby the engine 70 mechanically connected to the planetary gear carrier 43 and the input shaft 3 (and the first rotor) engaged with the planetary gear 42 are engaged. The rotation of 10) is stopped.
  • the stopping of the first brake plate 43ac by the engagement pin 66 is used as the brake mechanism of the engine 70 and the first rotor 10.
  • the ECU 73 stops supplying power to the stepping motor 67 when the movement of the engagement pin 66 is stopped by the first guide portion 63.
  • the power of the engine 70 is used for operating the first rotor 10 of the rotating electrical machine 1 to cause the rotating electrical machine 1 to generate electric power.
  • a hybrid vehicle takes four operating states: an EV traveling state, an HV traveling state, a stopped power generation state, and a vehicle stopped state.
  • the EV traveling state is a state in which power is supplied from the storage battery 72 to the stator 30 of the rotating electrical machine 1 while the engine 70 is stopped, and the second rotor 20 is rotationally driven to travel the vehicle.
  • the DC power of the storage battery 72 is converted into three-phase AC power by the inverter 71 and supplied to the stator 30, and a rotating magnetic field is generated in the stator coil 32 of the stator 30. Due to the generated rotating magnetic field, an electric torque is generated between the stator coil 32 and the second permanent magnet 23 of the second rotor 20, and the second rotor 20 is rotationally driven.
  • the engine 70 is operated and the first rotor 10 of the rotating electrical machine 1 is rotationally driven to cause the rotating electrical machine 1 to generate electric power, while electric power is supplied from the storage battery 72 to the stator 30 to rotationally drive the second rotor 20.
  • the vehicle is driven.
  • the second rotor 20 is rotationally driven by the electric torque generated by the rotating magnetic field generated by the stator coil 32 of the stator 30.
  • the rotational driving force of the engine 70 is greatly increased by the acceleration / deceleration mechanism 40 and transmitted to the input shaft 3 to rotate the first rotor 10 at a high speed.
  • a rotational difference is generated between the first rotor 10 and the second rotor 20, and an alternating current is generated in the first coil 12 of the first rotor 10 by the magnetic field generated by the first permanent magnet 22 that rotates together with the second rotor 20.
  • An induced electromotive force is generated.
  • the generated induced electromotive force is supplied to the inverter 71 via the conductor 4 a and the slip ring 4, converted into DC power by the inverter 71, and then stored in the storage battery 72.
  • the stationary power generation state power is not supplied to the stator 30 of the rotating electrical machine 1 and the second rotor 20 is not rotationally driven, and the engine 70 is operated to rotationally drive the first rotor 10 to cause the rotating electrical machine 1 to generate electric power.
  • the power generation operation in the rotating electrical machine 1 at this time is the same as the power generation operation in the HV running state, but the induction speed generated in the first coil 12 of the first rotor 10 because the rotation speed of the second rotor 20 is zero. Electric power increases.
  • the vehicle stop state is a state in which the engine 70 is stopped and power is not supplied to the rotating electrical machine 1 and the first rotor 10 and the second rotor 20 are stopped.
  • the ECU 73 controls the operation of the stop mechanism 60 in each state described above to stop the first brake plate 43ac or the second brake plate 53, that is, the brake mechanism of the engine 70. Alternatively, the parking brake mechanism is operated.
  • the engine 70 In the EV traveling state, the engine 70 is stopped, but the second rotor 20 of the rotating electrical machine 1 is rotationally driven, so that the ECU 73 operates the brake mechanism of the engine 70. At this time, the ECU 73 rotates the stepping motor 67 in the reverse direction and slides the engagement pin 66 together with the slide shaft 61 to engage the engagement pin 66 with the first notch 43aca of the first brake plate 43ac. Thereby, although the 2nd brake board 53 can rotate freely, rotation of the engine 70 and the input shaft 3 is stopped with the 1st brake board 43ac.
  • the ECU 73 In the HV traveling state, since the engine 70 is operated and the second rotor 20 of the rotating electrical machine 1 is rotationally driven, the ECU 73 does not operate any of the parking brake mechanism and the brake mechanism of the engine 70. At this time, the ECU 73 rotates the stepping motor 67 forward or backward to slide the engagement pin 66 together with the slide shaft 61, and positions the engagement pin 66 between the first brake plate 43ac and the second brake plate 53. . Accordingly, the first brake plate 43ac and the second brake plate 53 can freely rotate.
  • the engine 70 is operated, but the second rotor 20 of the rotating electrical machine 1 is not rotationally driven, so the ECU 73 operates the parking brake mechanism.
  • the ECU 73 rotates the stepping motor 67 forward, slides the engagement pin 66 together with the slide shaft 61, and engages the engagement pin 66 with the second notch 53 a of the second brake plate 53.
  • the engine 70 and the input shaft 3 can be rotationally driven together with the first brake plate 43ac, but the rotation of the second rotor 20 together with the second brake plate 53 is stopped. Even if the first rotor 10 is rotated in the rotational direction by the magnetic force of the first permanent magnet 22, the mechanical engagement between the second brake plate 53 and the engagement pin 66 is performed by the second rotor 20 and The rotation of the axle 74 is prevented.
  • the ECU 73 operates the parking brake mechanism in the same manner as the stop power generation state. Thereby, the mechanical engagement of the second brake plate 53 and the engagement pin 66 prevents the rotation of the second rotor 20 and the axle 74.
  • the brake mechanism and the parking brake mechanism of the engine 70 are operated, that is, the first brake plate 43ac and the second brake plate 53 are stopped by mechanical engagement using the engagement pins 66. That state is maintained without consuming power.
  • the vehicle control device 101 includes the first rotor 10, the second rotor 20 that is provided on the radially outer side of the first rotor 10, and the second rotor 20.
  • the rotating electrical machine 1 including the stator 30 provided on the radially outer side, the stopping mechanism 60 that can selectively stop the rotation of the first rotor 10 and the second rotor 20, and the ECU 73 that controls the operation of the stopping mechanism 60.
  • the input shaft 3 of the first rotor 10 is mechanically connected to the vehicle engine 70
  • the output shaft 24a of the second rotor 20 is mechanically connected to the vehicle axle 74
  • the input shaft 3 rotates integrally.
  • the output shaft 24a has a second brake plate 53 that rotates integrally.
  • the restraining mechanism 60 operates to selectively engage the first brake plate 43ac and the second brake plate 53 to restrain the rotation, and the engagement pin 66 is connected to the first brake plate 43ac and the second brake plate 43ac.
  • a moving mechanism 65 that operates to selectively engage the two brake plates 53 and a stepping motor 67 that drives the moving mechanism 65 are provided.
  • the ECU 73 operates the engagement pin 66 by the stepping motor 67, and the first brake plate 43ac included in the input shaft 3 mechanically connected to the engine 70. Engage with.
  • the moving mechanism 65 of the stopping mechanism 60 engages the engaging pin 66 with the first brake plate 43ac to stop the first brake plate 43ac, the input shaft 3 and the engine 70, and causes the engaging pin 66 to
  • the second brake plate 53 is engaged to stop the second brake plate 53, the output shaft 24 a and the axle 74, and the engagement pin 66 is not engaged to the first brake plate 43 ac and the second brake plate 53.
  • the restraining of each brake plate by the engaging pin 66 is mechanical engagement.
  • the engagement pin 66 is engaged with the first brake plate 43ac, so that the first brake plate 43ac, the input shaft 3 and the rotation of the engine 70 are stopped. Therefore, when electric power is supplied to the rotary electric machine 1 to drive the second rotor 20 to rotate, the first rotor 10 is pulled and rotated by the magnetic force generated by the field of the rotating second rotor 20 or the winding. Is prevented. Further, since the rotation prevention of the first rotor 10 is achieved and maintained by the mechanical engagement between the engagement pin 66 and the first brake plate 43ac, the rotation prevention of the first rotor 10 is maintained. It does not require energy such as electric power. Therefore, the vehicle control device 101 can reduce energy consumption when the vehicle is operating with the engine 70 stopped.
  • the first brake plate 43ac has a plurality of first notches 43aca arranged along the circumferential direction of the input shaft 3, and the second brake plate 53 is a circumferential direction of the output shaft 24a.
  • the engaging pin 66 is engaged with the first brake plate 43ac and the second brake plate 53 at the first notch portion 43aca and the second notch portion 53a, respectively. Is possible. Since each of the first brake plate 43ac and the second brake plate 53 has a plurality of notches 43aca and 53a along the rotation direction, the first brake plate 43ac and the second brake plate 53 rotate together with the input shaft 3 and the output shaft 24a, respectively.
  • the engagement pin 66 can be quickly and easily engaged with the first brake plate 43ac and the second brake plate 53 to be changed.
  • the first brake plate 43ac and the second brake plate 53 are arranged on the same axis.
  • the first brake plate 43ac and the second brake plate 53 behave in the same manner when rotating, so that the engagement pin 66 is selectively engaged with the first brake plate 43ac and the second brake plate 53.
  • the structure can be simplified.
  • one engagement pin 66 is provided, and the moving mechanism 65 is operated by the stepping motor 67 to engage the engagement pin 66 between the first brake plate 43ac and the second brake plate 53. Is moved linearly. Thereby, the structure for selectively engaging the engaging pin 66 with the first brake plate 43ac and the second brake plate 53 can be simplified.
  • the output shaft 24a is arranged coaxially with the input shaft 3.
  • the output shaft 24a can be configured to surround the outer periphery of the input shaft 3, or vice versa, and the first brake plate 43ac provided on the input shaft 3 and the first provided on the output shaft 24a.
  • the two brake plates 53 can be arranged close to each other. Therefore, the size of the stopping mechanism 60 can be reduced.
  • the vehicle control device 101 has a planetary gear 42 that is gear-engaged with the sun gear 41 around the sun gear 41 and a speed increasing / decreasing mechanism 40 that has a ring gear 44 that is gear-engaged with the planetary gear 42 around the planetary gear 42. It has.
  • the speed increasing / decreasing mechanism 40 speeds up the rotation of the engine 70 and transmits it to the input shaft 3 mechanically connected to the engine 70.
  • the first brake plate 43ac of the input shaft 3 is engaged with the engaging pin 66.
  • the planetary gear 42 is stopped.
  • the engine 70 is mechanically connected to the planetary gear 42, and the input shaft 3 is mechanically connected to the sun gear 41.
  • the engagement of the first brake plate 43ac and the engagement pin 66 stops the rotation of the planetary gear 42, whereby the rotation of the engine 70 can be stopped.
  • FIG. The vehicle control device according to Embodiment 2 of the present invention is obtained by replacing one engagement pin 66 on the slide shaft 61 in the stopping mechanism 60 of the vehicle control device 101 according to Embodiment 1 with two engagement pins. 266 and 366 are provided to face the first brake plate 43ac and the second brake plate 53.
  • the same reference numerals as those in the previous drawings are the same or similar components, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the restraining mechanism 260 in the vehicle control apparatus is a shaft that is arranged in parallel with the input shaft 3 (see FIG. 1) and has a spline engraved on the end portion 261a.
  • a gear gear 262 that is a cylindrical gear that is engaged with the end portion 261a on the outer periphery, and a stepping motor 67 that rotationally drives the gear gear 262.
  • the shaft 261 is supported by a support member (not shown) so as to be rotatable around its central axis.
  • Engagement pins 266 and 366 are attached to rotate together.
  • the engagement pins 266 and 366 protrude in directions different from each other in the direction perpendicular to the axial direction of the shaft 261 (in the opposite direction in this embodiment).
  • the engaging pins 266 and 366 respectively have arm portions 266a and 366a extending vertically from the shaft 261 in the axial direction, and the first notch portion 43aca and the second brake plate 53 of the first brake plate 43ac from the tip of the arm portion. Protrusions 266b and 366b projecting toward the two notches 53a.
  • the stepping motor 67 operates in the opposite direction as described above and the shaft 261 rotates in the direction D2 opposite to the direction D1 (counterclockwise on the paper surface of FIG. 5), the engagement of the first engagement pin 266 is released. Then, the first engagement pin 266 and the second engagement pin 366 return to the free state. At this time, energization to the stepping motor 67 is stopped. Further, when the stepping motor 67 is further operated to rotate the shaft 261 in the direction D2, the protruding portion 366b of the second engagement pin 366 engages with the second notch 53a of the second brake plate 53, and On the other hand, the first engagement pin 266 maintains a free state. At this time, the energization to the stepping motor 67 is stopped, and the rotation of the output shaft 24a and the axle 74 is stopped (see FIG. 1).
  • the rotation direction of the first brake plate 43ac and the second brake plate 53 is selectively controlled by controlling the drive direction of the stepping motor 67 and selectively switching the rotation direction to rotationally drive the shaft 261. Can be stopped.
  • movement of the vehicle control apparatus which concern on Embodiment 2 of this invention are the same as that of Embodiment 1, description is abbreviate
  • two engagement pins 266 and 366 are provided side by side on one shaft 261, and the shaft 261 is rotated by the stepping motor 67, whereby the first engagement is performed.
  • Engaging the pin 266 with the first brake plate 43ac, engaging the second engagement pin 366 with the second brake plate 53, and both the first engagement pin 266 and the second engagement pin 366 The engagement with the first brake plate 43ac and the second brake plate 53 is selectively performed. Further, the first engagement pin 266 is engaged with the first brake plate 43ac, so that the rotation of the first brake plate 43ac, the input shaft 3, and the engine 70 is stopped.
  • the vehicle control device according to the second embodiment has the same effects as the vehicle control device 101 according to the first embodiment.
  • the engaging pin 66 of the restraining mechanism 60 is merely configured to protrude from the slide shaft 61, but the restraining mechanism 260 of the vehicle control device of the second embodiment.
  • the engagement pins 266 and 366 in FIG. 6 a configuration having an arm portion and a protruding portion may be used.
  • the slide shaft 61 may be configured not only to slide in the axial direction but also to rotate around the central axis. Accordingly, the first notch portion 43aca of the rotating first brake plate 43ac and the second notch portion 53a of the second brake plate 53 are not damaged by the protruding portion between the notch portions.
  • the engaging pin can be easily engaged.
  • the tips of the engagement pins 66, 266, and 366 are engaged with the notches 43aca and 53a.
  • the engagement pin may be a gear gear, and the gear may be engaged with gear teeth formed on the outer periphery of the first brake plate 43ac and the second brake plate 53.
  • the structure for sliding the slide shaft 61 is not limited to the rack and pinion structure as in the embodiment, but a worm gear, a ball screw, and the like. Any structure that converts a rotational motion such as a slide motion into a slide motion may be used.
  • the input shaft 3 has the first brake plate 43ac indirectly via the speed increasing / decreasing mechanism 40 and is configured to rotate together with the first brake plate 43ac.
  • the input shaft 3 may have the first brake plate 43ac directly so as to rotate integrally on the same axis.
  • the input shaft 3 may directly have the first brake plate 43ac so as to rotate integrally on the same axis.
  • the drive shaft of the engine 70 is mechanically connected to the input shaft 3 and the axle 74 is mechanically connected to the output shaft 24a. It is not limited to this.
  • the axle 74 may be mechanically connected to the input shaft 3, and the drive shaft of the engine 70 may be mechanically connected to the output shaft 24a.
  • the first coil 10 is provided in the first rotor 10, and the first permanent magnet 22 and the second permanent magnet 23 are provided in the second rotor 20.
  • the stator coil 32 is provided in the stator 30, it is not limited to this,
  • the 1st rotor 10 and the 2nd rotor 20 may be the reverse structure.
  • the first permanent magnet 22 and the second permanent magnet 23 that are annularly provided in two rows near the inner peripheral surface and the outer peripheral surface are near the center of the second core 21. May be embedded in a ring in a row.
  • permanent magnets and coils may be embedded in the vicinity of the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the second core 21 of the second rotor 20, and the permanent magnets may be embedded in the stator 30.
  • An electromagnet is used in the rotary electric machine 1 of the vehicle control apparatus of Embodiment 1 and 2, although the 1st permanent magnet 22 and the 2nd permanent magnet 23 were used as a field magnet, it is not limited to this, An electromagnet is used. There may be.
  • the vehicle control device is mounted on a hybrid vehicle, but is not limited to this, and a double rotor type rotating electrical machine and an engine are used as a power source. Any machine that is used for power generation by a rotating electrical machine and driven by the rotating electrical machine can be mounted.

Abstract

 車両制御装置(101)は、その入力軸(3)が車両のエンジン(70)に機械的に連結される第一ロータ(10)、その出力軸(24a)が車両の車軸(74)に機械的に連結される第二ロータ(20)、及びステータ(30)を含む回転電機(1)と、制止機構(60)と、ECU(73)とを備える。入力軸(3)及び出力軸(24a)はそれぞれ、一体に回転する第一ブレーキ板(43ac)及び第二ブレーキ板(53)を有する。制止機構(60)は、第一ブレーキ板(43ac)及び第二ブレーキ板(53)に選択的に係合して回転を制止する係合ピン(66)と、係合ピン(66)を動作させる移動機構(65)と、移動機構(65)を駆動するステッピングモータ(67)とを有する。ECU(73)は、エンジン(70)を停止させつつ回転電機(1)に電力を供給する場合、係合ピン(66)を第一ブレーキ板(43ac)に係合させる。

Description

車両制御装置
 この発明は、車両制御装置に関する。
 内燃機関及び回転電機を動力源として備えるハイブリッド自動車において、内燃機関の出力軸が回転電機に連結され、内燃機関の動力を回転電機での発電に使用するものがある。
 例えば、特許文献1に記載される車両は、エンジン(内燃機関)、第一回転電機及び第二回転電機を備えている。第一回転電機及び第二回転電機を一体化した回転電機であり内外に二重に配置された2つのロータを有する二重ロータ構造の回転電機が記載されており、この回転電機を用いる場合では、回転電機の内周側に形成される第一回転電機部にエンジンが連結され、外周側に形成される第二回転電機部に差動装置を介して車輪軸が連結されている。
特開2005-47396号公報
 特許文献1に記載の車両において、エンジンを稼動せずに、つまり発電することなく蓄電池の蓄電力のみを使用して第二回転電機部を稼動させて車両を走行させるEV走行時では、第二回転電機部における回転する外側ロータが形成する回転磁界によって、第一回転電機部の内側ロータが引っ張られてエンジンと共に回転してしまって動力損失となり、第二回転電機部の稼動効率を低下させる。このため、従来から、電力を供給することによって第一回転電機部に内側ロータに対して引っ張られる方向と逆方向の回転トルクを発生させ、第一回転電機部の内側ロータをエンジンと共に強制的に停止させている。このとき、内側ロータの停止のための電力消費が生じ、それにより、消費電力を補うための発電に要する燃料の消費量が増加するという問題がある。
 この発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、エンジン(内燃機関)の停止状態での車両稼動時のエネルギー消費の低減を図る車両制御装置を提供することを目的とする。
 上記の課題を解決するために、この発明に係る車両制御装置は、第一回転子、第一回転子の径方向外側に相対回転可能に設けられる第二回転子、及び第二回転子の径方向外側に設けられる固定子を含む回転電機と、第一回転子及び第二回転子の回転を選択的に制止可能である制止機構と、制止機構の動作を制御する制御手段とを備え、第一回転子の回転軸及び第二回転子の回転軸の一方が車両の内燃機関に機械的に連結されると共に、第一回転子の回転軸及び第二回転子の回転軸の他方が車両の車軸に機械的に連結され、第一回転子の回転軸は、一体に回転する第一係合部を有し、第二回転子の回転軸は、一体に回転する第二係合部を有し、制止機構は、第一係合部及び第二係合部に選択的に係合するように動作して回転を制止する制止係合部と、制止係合部を第一係合部及び第二係合部に選択的に係合させるように動作させる移動機構と、移動機構を駆動する駆動手段とを有し、制御手段は、内燃機関を停止させつつ回転電機に電力を供給する場合、駆動手段によって制止係合部を動作させ、内燃機関に機械的に連結された方である第一回転子の回転軸又は第二回転子の回転軸が有する第一係合部又は第二係合部に係合させる。
 この発明に係る車両制御装置によれば、内燃機関の停止状態での車両稼動時のエネルギー消費を低減することが可能になる。
この発明の実施の形態1に係る車両制御装置の構成を示す模式図である。 図1の第二ブレーキ板及びピニオンギヤの斜視図である。 図1のIII-III線に沿った面を矢印の方向でみた図である。 この発明の実施の形態2に係る車両制御装置の制止機構を図1と同様にして示す拡大模式図である。 図4の制止機構を図3と同様にしてみた図である。
 以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
 まず、この発明の実施の形態1に係る車両制御装置101の構成を説明する。なお、車両制御装置101は、回転電機1及びエンジン70を動力源とするがエンジン70の動力を回転電機1による発電のために利用するハイブリッド自動車に搭載されるものであるとして説明する。
 図1を参照すると、車両制御装置101は、ダブルロータ型のモータである回転電機1と、回転電機1の入力軸3に機械的に連結された内燃機関であるエンジン70と、インバータ71と、蓄電池72と、制御手段を構成するECU(電子制御ユニット)73とを備えている。
 なお、回転電機1の入力軸3は、増減速機構40を介してエンジン70の駆動軸に連結されている。インバータ71は、回転電機1が発電した交流電力を直流電力に変換して蓄電池72に蓄電させ、蓄電池72の直流電力を交流電力に変換して回転電機1に供給する。ECU73は、エンジン70及びインバータ71の動作を制御する。また、回転電機1の出力軸24aは、車軸74に機械的に連結されている。
 回転電機1は、第一ロータ10、第二ロータ20及びステータ30を内部に含む筐体2を有している。
 ここで、第一ロータ10は第一回転子を構成し、第二ロータ20は第二回転子を構成し、ステータ30は固定子を構成し、入力軸3は、第一回転子の回転軸を構成している。
 また、回転電機1は、筐体2の外部に両端部が突出する入力軸3を有している。
 入力軸3の一方の端部3aには、スリップリング4が一体に回転するように取り付けられている。スリップリング4は、ブラシを介してインバータ71に電気的に接続され、インバータ71との間で交流電流の需給を行うことができる。
 また、入力軸3の他方の端部3bには、増減速機構40の太陽ギヤ41が入力軸3と同軸に一体に回転するように取り付けられている。
 また、回転電機1は、入力軸3の径方向外側の周囲を囲むようにして設けられた円筒状の第一ロータ10を、筐体2内に有している。第一ロータ10は、入力軸3と一体に回転するように入力軸3の周囲に同軸上に取り付けられた円筒状の第一コア11と、第一コア11の外周面近傍に周方向に沿って環状に埋め込まれる共に第一コア11の両端部から突出する巻線である第一コイル12とを有している。第一コア11は、鉄等の磁性体から形成されている。第一コイル12は、入力軸3に埋めこまれた導体4aを介してスリップリング4に電気的に接続されている。
 また、回転電機1は、第一ロータ10の径方向外側の周囲を間隔をあけて囲むようにして設けられた円筒状の第二ロータ20を、筐体2内に有している。第二ロータ20は、第一ロータ10に対して相対的に回転することができる。
 第二ロータ20は、第一ロータ10の第一コア11の外周面を囲み且つ第一コア11に対して相対回転可能に同軸上に設けられた円筒状の第二コア21と、第二コア21の内周面近傍で第一コア11に対向するように周方向に沿って環状に埋め込まれた複数の第一永久磁石22と、第二コア21の外周面近傍に周方向に沿って環状に埋め込まれた複数の第二永久磁石23とを有している。第二コア21は、鉄等の磁性体から形成されている。
 また、回転電機1は、第二ロータ20の径方向外側の周囲を囲むようにして設けられた円筒状のステータ30を、筐体2内に固定した状態で有している。ステータ30は、第二ロータ20の第二コア21の外周面を間隔あけて囲む円筒状のステータコア31と、ステータコア31の内周面近傍で第二コア21に対向するように周方向に沿って環状に埋め込まれる共にステータコア31の両端部から突出するステータコイル32とを有している。ステータコア31は、鉄等の磁性体から形成されている。ステータコイル32は、筐体2の外部のインバータ71と電気的に接続され、インバータ71との間で交流電力の需給を行うことができる。
 筐体2の内部には、入力軸3及び第一ロータ10の周囲を包み且つ第二ロータ20の第二コア21を両側部から挟持して支持するようにして設けられた略有底円筒状のロータブラケット24及び25が設けられている。ロータブラケット24及び25はそれぞれ、ボールベアリング26及び27を介して、これらを貫通して延在する入力軸3の外周面3cによって回転自在に支持されている。さらに、ロータブラケット24及び25は、締結具によって第二コア21に一体に回転するように連結されている。
 入力軸3の端部3b側にあるロータブラケット24には、ボールベアリング26よりも端部3b側で端部3bに向かって突出する円筒状の筒部24aが一体に形成されている。筒部24aは、入力軸3の外周面3cに対して間隔をあけて囲繞するようにして外周面3cと平行に形成され、第二ロータ20と同軸上で一体に回転する出力軸を構成している。
 筒部つまり出力軸24aの外周面24aaの周囲には、円筒歯車であるピニオンギヤ51が出力軸24aと一体に回転するように取り付けられている。さらに、ピニオンギヤ51にギヤ係合させてカウンタギヤ52が設けられており、カウンタギヤ52には、図示しないデファレンシャルギヤがギヤ係合し、デファレンシャルギヤには、車軸74が機械的に連結されている。なお、カウンタギヤ52は、ピニオンギヤ51の回転を減速させてデファレンシャルギヤに伝達する。
 ここで、出力軸24aは、第二回転子の回転軸を構成している。
 また、出力軸24aの外周面24aaの周りには、円盤状の第二ブレーキ板53が出力軸24aと同軸上で一体に回転するように取り付けられている。第二ブレーキ板53は、ピニオンギヤ51に入力軸3の端部3b側で隣接して、出力軸24aの端部に配置されている。
 第二ブレーキ板53の外周には、図2に示すように、複数の第二切欠き部53aが、互いに間隔をあけて周方向に等間隔に形成されている。第二切欠き部53aは、出力軸24aの円筒軸つまり入力軸3の軸方向に沿ってみたとき、径方向外側に向かって幅広になる台形断面を有して形成されている。
 ここで、第二ブレーキ板53は第二係合部を構成し、第二切欠き部53aは第二凹部を構成している。
 図1に戻り、入力軸3の端部3bに設けられた増減速機構40は、円筒歯車である太陽ギヤ41の外周のギヤ歯に外周のギヤ歯を係合させて配置された複数の円筒歯車である遊星ギヤ42を有している。複数の遊星ギヤ42は、太陽ギヤ41の外周に沿って等間隔に配置され、それぞれの回転軸42aの両端が遊星ギヤキャリア43によって支持されている。
 遊星ギヤキャリア43は、遊星ギヤ42の回転軸42aを出力軸24a側から支持する第一キャリア部43aと、回転軸42aを出力軸24aと反対側から支持する第二キャリア部43bとを有している。
 第二キャリア部43bは、全ての遊星ギヤ42の回転軸42aの一端を支持する円盤状の支持部43baと、支持部43baの中心から遊星ギヤ42と反対側に突出してエンジン70の駆動軸に機械的に連結される連結軸43bbとを有している。
 第一キャリア部43aは、入力軸3の外周面3cに対して間隔をあけて囲繞するように設けられる円筒状の本体部43aaと、遊星ギヤ42側で本体部43aaから径方向外側に向かって円盤状に突出し且つ全ての遊星ギヤ42の回転軸42aの他端を支持するフランジ部43abと、出力軸24a側で本体部43aaから径方向外側に向かって円盤状に突出する第一ブレーキ板43acとを有している。
 そして、第一キャリア部43a及び第二キャリア部43bは、入力軸3及び太陽ギヤ41の周りを一体に回転するように互いに連結されている。
 第一ブレーキ板43acは、第二ブレーキ板53と同径、同厚(軸方向厚さ)をした同じ構成を有して形成され、第二ブレーキ板53に対して入力軸3の軸方向に間隔をあけて同軸上に配置されている。そして、第一ブレーキ板43acの外周には、第二ブレーキ板53と同形状の複数の第一切欠き部43acaが、第二ブレーキ板53と同様に互いに間隔をあけて周方向に等間隔に形成されている。
 ここで、第一ブレーキ板43acは第一係合部を構成し、第一切欠き部43acaは第一凹部を構成している。
 また、増減速機構40は、全ての遊星ギヤ42の全体を外周側から囲繞するように設けられた円筒状のリングギヤ44を有している。リングギヤ44は、その内周面のギヤ歯を各遊星ギヤ42のギヤ歯に係合させている。このため、遊星ギヤ42は、リングギヤ44と太陽ギヤ41との間で両者にギヤ係合しつつ転動することができる。
 よって、増減速機構40では、入力軸3と共に太陽ギヤ41が回転駆動されると、遊星ギヤ42が太陽ギヤ41の周囲を転動し、太陽ギヤ41の周囲を転動(公転)する遊星ギヤ42と共に遊星ギヤキャリア43が回転する。このとき、太陽ギヤ41の回転の一部は、遊星ギヤ42の自転によって吸収され、遊星ギヤキャリア43は、太陽ギヤ41の回転速度から大幅に減速した速度で回転する。逆に言えば、エンジン70が稼動し、遊星ギヤキャリア43が回転駆動されると、太陽ギヤ41及び入力軸3(第一ロータ10)は、遊星ギヤキャリア43の回転速度から大幅に増速した速度で回転する。
 また、車両制御装置101は、第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53の制止機構60を備えている。
 制止機構60は、側面の一部にギヤ歯であるラック61aが形成されたスライドシャフト61と、ラック61aにギヤ係合する円筒歯車であるラック用ピニオンギヤ62と、ラック用ピニオンギヤ62を正逆の両方向に回転駆動することができるステッピングモータ67と、スライドシャフト61によって貫通されスライドシャフト61の軸方向の摺動を案内するガイド部63及び64とを有している。ステッピングモータ67は、ECU73によってその動作の制御を受けるように構成されている。
 スライドシャフト61におけるラック61aが形成されていない部位には、軸方向に垂直に突出する係合ピン66が一体に取り付けられている。係合ピン66の突出する先端部66a(図3参照)は、第一ブレーキ板43acの第一切欠き部43aca内及び第二ブレーキ板53の第二切欠き部53a内に係合することができる形状で形成されている。そして、スライドシャフト61、ラック用ピニオンギヤ62、並びにガイド部63及び64は、係合ピン66を移動させる移動機構65を構成している。
 スライドシャフト61は、係合ピン66の先端部66aを第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53の間の間隙に位置させるようにして、入力軸3と平行に配置されている。
 第一ガイド部63は、第一ブレーキ板43acに対して、スライドシャフト61の軸方向で太陽ギヤ41側で隣接する位置となるように配置されている。第二ガイド部64は、第二ブレーキ板53に対して、スライドシャフト61の軸方向でピニオンギヤ51側で隣接する位置となるように配置されている。
 ここで、係合ピン66は制止係合部を構成し、ステッピングモータ67は駆動手段を構成している。
 このため、ステッピングモータ67を正方向に回転動作させると、ステッピングモータ67によってラック用ピニオンギヤ62が正方向に回転駆動され、ラック用ピニオンギヤ62に係合するラック61aを有するスライドシャフト61が係合ピン66と共に、第一ガイド部63から第二ガイド部64に向かう方向にスライドする。移動する係合ピン66が第二ガイド部64に接触すると、第二ガイド部64がストッパとして作用してスライドシャフト61のスライドが停止する。このとき、図3に示すように、係合ピン66の先端部66aが、第二切欠き部53a内で第二ブレーキ板53に係合し、第二ブレーキ板53の回転を制止する。その結果、出力軸24a及び出力軸24aに機械的に連結される車軸74の回転が制止され、車両制御装置101を搭載する車両は、パーキングブレーキ機構が作動した状態となる。つまり、本実施の形態では、係合ピン66による第二ブレーキ板53の制止をパーキングブレーキ機構として利用している。なお、ECU73は、第二ガイド部64によって係合ピン66の移動が停止されると、ステッピングモータ67への電力供給を停止する。
 さらに、ステッピングモータ67を逆転方向に回転動作させると、ステッピングモータ67によってラック用ピニオンギヤ62が逆方向に回転駆動され、スライドシャフト61及び係合ピン66が、第二ガイド部64から第一ガイド部63に向かう方向にスライドする。移動する係合ピン66が第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53の間に位置する状態となったときにECU73がステッピングモータ67を停止させると、第二切欠き部53a内における係合ピン66と第二ブレーキ板53との係合が解除され、第二ブレーキ板53が回転可能になる、つまりパーキングブレーキ機構が解除される。
 また、第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53の間に位置する係合ピン66をスライドシャフト61共に第一ガイド部63に向かって移動させた場合、係合ピン66が第一ガイド部63に接触すると、スライドシャフト61のスライドが停止する。このとき、係合ピン66の先端部66aが、第一切欠き部43aca内で第一ブレーキ板43acに係合し、第一ブレーキ板43acの回転を制止する。その結果、遊星ギヤキャリア43及び遊星ギヤ42の回転が制止され、それにより、遊星ギヤキャリア43に機械的に連結されたエンジン70及び遊星ギヤ42にギヤ係合する入力軸3(及び第一ロータ10)の回転が制止される。つまり、本実施の形態では、係合ピン66による第一ブレーキ板43acの制止をエンジン70及び第一ロータ10のブレーキ機構として用いている。なお、ECU73は、第一ガイド部63によって係合ピン66の移動が停止されると、ステッピングモータ67への電力供給を停止する。
 次に、この発明の実施の形態1に係る車両制御装置101の動作を説明する。
 本実施の形態の車両制御装置101を搭載するハイブリッド自動車では、エンジン70の動力は、回転電機1の第一ロータ10を動作させて回転電機1に発電させるために利用される。このようなハイブリッド自動車は、EV走行状態、HV走行状態、停車発電状態、及び車両停車状態の4つの状態の稼動状態をとる。
 EV走行状態は、エンジン70を停止させた状態で、回転電機1のステータ30に蓄電池72から電力を供給し、第二ロータ20を回転駆動させて、車両を走行させる状態である。このとき、蓄電池72の直流電力がインバータ71で三相交流電力に変換されてステータ30に供給され、ステータ30のステータコイル32には、回転磁界が発生する。発生した回転磁界によって、ステータコイル32と第二ロータ20の第二永久磁石23との間に電動トルクが発生し、第二ロータ20が回転駆動される。
 HV走行状態は、エンジン70を稼動させて回転電機1の第一ロータ10を回転駆動して回転電機1に発電させつつ、ステータ30に蓄電池72から電力を供給して第二ロータ20を回転駆動させ、車両を走行させる状態である。このとき、第二ロータ20は、ステータ30のステータコイル32が発生する回転磁界による電動トルクによって回転駆動される。また、エンジン70の回転駆動力は、増減速機構40で大幅に増速されて入力軸3に伝達し、第一ロータ10を高速回転させる。これにより、第一ロータ10と第二ロータ20との間に回転差が生じ、第二ロータ20と共に回転する第一永久磁石22が発生する磁界によって第一ロータ10の第一コイル12に交流の誘導起電力が発生する。発生した誘導起電力は、導体4a及びスリップリング4を介してインバータ71に供給され、インバータ71で直流電力に変換された後に蓄電池72に蓄電される。
 停車発電状態は、回転電機1のステータ30への電力供給を行わずに第二ロータ20を回転駆動させない状態で、エンジン70を稼動させて第一ロータ10を回転駆動し回転電機1に発電させる状態である。このときの回転電機1における発電動作は、HV走行状態の発電動作と同様であるが、第二ロータ20の回転速度が零であるため、第一ロータ10の第一コイル12に発生する誘導起電力が大きくなる。
 車両停車状態は、エンジン70を停止させ且つ回転電機1への電力供給を行わず、第一ロータ10及び第二ロータ20を停止させた状態である。
 そして、ECU73は、以下の表1に示すように、上述の各状態において制止機構60の動作を制御して、第一ブレーキ板43ac又は第二ブレーキ板53の制止、つまり、エンジン70のブレーキ機構又はパーキングブレーキ機構を作動させる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 EV走行状態では、エンジン70を停止させるが、回転電機1の第二ロータ20を回転駆動するため、ECU73は、エンジン70のブレーキ機構を作動させる。このとき、ECU73は、ステッピングモータ67を逆回転させ、スライドシャフト61と共に係合ピン66をスライドさせて第一ブレーキ板43acの第一切欠き部43acaに係合ピン66を係合させる。これにより、第二ブレーキ板53は回転自在であるが、第一ブレーキ板43acと共にエンジン70及び入力軸3の回転が制止される。そして、第二ロータ20と共に回転する第一永久磁石22の磁力によって第一ロータ10が回転方向に引っ張られても、第一ブレーキ板43ac及び係合ピン66の機械的な係合が第一ロータ10及びエンジン70の回転を阻止する。
 HV走行状態では、エンジン70を稼動させると共に回転電機1の第二ロータ20を回転駆動するため、ECU73は、パーキングブレーキ機構及びエンジン70のブレーキ機構のいずれも作動させない。このとき、ECU73は、ステッピングモータ67を正又は逆に回転させてスライドシャフト61と共に係合ピン66をスライドさせ、係合ピン66を第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53の間に位置させる。これにより、第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53が自在に回転できるようになる。
 停車発電状態は、エンジン70を稼動させるが回転電機1の第二ロータ20を回転駆動しないため、ECU73は、パーキングブレーキ機構を作動させる。このとき、ECU73は、ステッピングモータ67を正回転させ、スライドシャフト61と共に係合ピン66をスライドさせて第二ブレーキ板53の第二切欠き部53aに係合ピン66を係合させる。これにより、第一ブレーキ板43acと共にエンジン70及び入力軸3は回転駆動可能であるが、第二ブレーキ板53と共に第二ロータ20の回転が制止される。そして、第一永久磁石22の磁力を介して、回転する第一ロータ10によって回転方向に引っ張られても、第二ブレーキ板53及び係合ピン66の機械的な係合が第二ロータ20及び車軸74の回転を阻止する。
 車両停車状態は、エンジン70を停止させ且つ回転電機1の第二ロータ20を回転駆動しないため、ECU73は、停車発電状態と同様にパーキングブレーキ機構を作動させる。これにより、第二ブレーキ板53及び係合ピン66の機械的な係合が第二ロータ20及び車軸74の回転を阻止する。
 いずれの状態においても、エンジン70のブレーキ機構及びパーキングブレーキ機構の作動、つまり第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53の制止は、係合ピン66を用いた機械的な係合で行われ、その状態が電力を消費することなく維持される。
 このように、この発明の実施の形態1に係る車両制御装置101は、第一ロータ10、第一ロータ10の径方向外側に相対回転可能に設けられる第二ロータ20、及び第二ロータ20の径方向外側に設けられるステータ30を含む回転電機1と、第一ロータ10及び第二ロータ20の回転を選択的に制止可能である制止機構60と、制止機構60の動作を制御するECU73とを備える。第一ロータ10の入力軸3が車両のエンジン70に機械的に連結されると共に、第二ロータ20の出力軸24aが車両の車軸74に機械的に連結され、入力軸3は、一体に回転する第一ブレーキ板43acを有し、出力軸24aは、一体に回転する第二ブレーキ板53を有している。制止機構60は、第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53に選択的に係合するように動作して回転を制止する係合ピン66と、係合ピン66を第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53に選択的に係合させるように動作させる移動機構65と、移動機構65を駆動するステッピングモータ67とを有している。ECU73は、エンジン70を停止させつつ回転電機1に電力を供給する場合、ステッピングモータ67によって係合ピン66を動作させ、エンジン70に機械的に連結された入力軸3が有する第一ブレーキ板43acに係合させる。
 これにより、制止機構60の移動機構65は、係合ピン66を第一ブレーキ板43acに係合させて、第一ブレーキ板43ac、入力軸3及びエンジン70を制止し、係合ピン66を第二ブレーキ板53に係合させて、第二ブレーキ板53、出力軸24a及び車軸74を制止し、係合ピン66を第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53に係合させないことで、制止を解除してエンジン70及び車軸74を回転自在にする。なお、係合ピン66による各ブレーキ板の制止は、機械的な係合である。そして、エンジン70を停止させつつ回転電機1に電力を供給して動作させる車両の稼動状態において、係合ピン66が第一ブレーキ板43acに係合することで、第一ブレーキ板43ac、入力軸3及びエンジン70の回転が制止される。よって、回転電機1において電力が供給されて第二ロータ20を回転駆動する場合、回転する第二ロータ20の界磁又は巻線が発生する磁力によって第一ロータ10が引っ張られて連れ回りすることが防がれる。さらに、この第一ロータ10の回転防止は、係合ピン66と第一ブレーキ板43acとの間の機械的な係合によって達成されると共に維持されるため、第一ロータ10の回転防止を維持するために電力等のエネルギーを要しない。従って、車両制御装置101は、エンジン70の停止状態での車両稼動時のエネルギー消費を低減することができる。
 また、車両制御装置101において、第一ブレーキ板43acは、入力軸3の周方向に沿って並ぶ複数の第一切欠き部43acaを有し、第二ブレーキ板53は、出力軸24aの周方向に沿って並ぶ複数の第二切欠き部53aを有し、係合ピン66は、第一切欠き部43aca及び第二切欠き部53aでそれぞれ第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53に係合可能である。第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53にそれぞれ、回転方向に沿って複数の切欠き部43aca及び53aがあるため、入力軸3及び出力軸24aとそれぞれ一緒に回転して回転方向の位置を変化させる第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53に対して、係合ピン66を素早く容易に係合させることができる。
 また、車両制御装置101において、第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53は、同軸上に配置されている。これにより、第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53は、回転する際、同じ挙動をするため、係合ピン66を第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53に選択的に係合させるための構造を簡易なものにすることができる。
 また、車両制御装置101において、1つの係合ピン66が設けられ、移動機構65は、ステッピングモータ67によって動作して、第一ブレーキ板43acから第二ブレーキ板53までの間で係合ピン66を直線的に移動させる。これにより、係合ピン66を第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53に選択的に係合させるための構造を簡易にすることができる。
 また、車両制御装置101において、出力軸24aは、入力軸3と同軸上に配置されている。このとき、出力軸24aを入力軸3の外周を囲繞する構成とする、又は、その反対の構成とすることができ、入力軸3に設けられる第一ブレーキ板43acと出力軸24aに設けられる第二ブレーキ板53とを近接して配置することができる。よって、制止機構60の小型化が可能になる。
 また、車両制御装置101は、太陽ギヤ41の周囲に太陽ギヤ41とギヤ係合する遊星ギヤ42を有すると共に遊星ギヤ42の周囲に遊星ギヤ42とギヤ係合するリングギヤ44を有する増減速機構40を備えている。増減速機構40は、エンジン70の回転を増速して、エンジン70に機械的に連結された入力軸3に伝達し、入力軸3が有する第一ブレーキ板43acは、係合ピン66と係合することで遊星ギヤ42を制止する。このとき、エンジン70は遊星ギヤ42に機械的に連結され、入力軸3は太陽ギヤ41に機械的に連結される。そして、第一ブレーキ板43ac及び係合ピン66の係合が、遊星ギヤ42の回転を制止することによって、エンジン70の回転を制止することができる。
実施の形態2.
 この発明の実施の形態2に係る車両制御装置は、実施の形態1の車両制御装置101の制止機構60においてスライドシャフト61に1つの係合ピン66を設けていたものを、2つの係合ピン266及び366を、第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53に対向するように設けたものである。
 なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
 図4及び図5をあわせて参照すると、実施の形態2に係る車両制御装置における制止機構260は、入力軸3(図1参照)と平行に配置され且つ端部261aにスプラインが刻まれたシャフト261と、端部261aに外周でギヤ係合している円筒歯車であるギヤ歯車262と、ギヤ歯車262を回転駆動するステッピングモータ67とを有している。シャフト261は、図示しない支持部材によってその中心軸を中心に回転自在であるように支持されている。
 シャフト261には、第一ブレーキ板43acの第一切欠き部43acaが形成された外周部分及び第二ブレーキ板53の第二切欠き部53aが形成された外周部分のそれぞれに対向する位置に、係合ピン266及び366が一体に回転するように取り付けられている。係合ピン266及び366は、シャフト261の軸方向に垂直な方向で互いに異なる方向(本実施の形態では、反対方向)に向かって突出している。係合ピン266及び366はそれぞれ、シャフト261から軸方向に垂直に延びるアーム部266a及び366aと、アーム部の先端から第一ブレーキ板43acの第一切欠き部43aca及び第二ブレーキ板53の第二切欠き部53aに向かうように突出する突出部266b及び366bとを有している。
 このため、ステッピングモータ67が動作し、シャフト261がその中心軸を中心に方向D1(図5の紙面上で時計回り)に回転駆動されると、第一係合ピン266の突出部266bが第一ブレーキ板43acの第一切欠き部43aca内に係合する。このとき、第二係合ピン366の突出部366bは係合せずフリーな状態であり、ステッピングモータ67への通電は停止される。これにより、入力軸3及びエンジン70の回転が制止される(図1参照)。
 さらに、ステッピングモータ67が上述と反対の動作をし、シャフト261が方向D1と反対の方向D2(図5の紙面上で反時計回り)に回転すると、第一係合ピン266の係合が解除され、第一係合ピン266及び第二係合ピン366はフリーな状態に戻る。このとき、ステッピングモータ67への通電は停止される。
 また、ステッピングモータ67をさらに動作させてシャフト261を方向D2に回転駆動すると、第二係合ピン366の突出部366bが第二ブレーキ板53の第二切欠き部53a内に係合し、その一方で、第一係合ピン266はフリーな状態を維持する。このとき、ステッピングモータ67への通電は停止され、出力軸24a及び車軸74の回転が制止される(図1参照)。
 上述のように、ステッピングモータ67の駆動方向を制御して、回転方向を選択的に切り換えてシャフト261を回転駆動することによって、第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53の回転を選択的に制止することができる。
 また、この発明の実施の形態2に係る車両制御装置のその他の構成及び動作は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
 そして、本実施の形態2に係る車両制御装置では、2つの係合ピン266及び366が1つのシャフト261上に並んで設けられ、ステッピングモータ67によってシャフト261を回転させることで、第一係合ピン266を第一ブレーキ板43acへ係合させること、第二係合ピン366を第二ブレーキ板53へ係合させること、並びに、第一係合ピン266及び第二係合ピン366のいずれも第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53に係合させないことを選択的に行う。さらに、第一係合ピン266が第一ブレーキ板43acに係合することで、第一ブレーキ板43ac、入力軸3及びエンジン70の回転が制止される。第二係合ピン366が第二ブレーキ板53に係合することで、第二ブレーキ板53、出力軸24a及び車軸74の回転が制止される。第一係合ピン266及び第二係合ピン366のいずれもが第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53に係合しない場合、エンジン70及び車軸74のいずれもが回転可能である。そして、第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53の回転の制止はそれぞれ、第一係合ピン266及び第二係合ピン366による機械的な係合によって達成されると共に維持されるため、電力等のエネルギーを要しない。従って、本実施の形態2に係る車両制御装置は、実施の形態1に係る車両制御装置101と同様の効果を有している。
 また、実施の形態1の車両制御装置101において、制止機構60の係合ピン66は、スライドシャフト61から単に突出するだけの構成であったが、実施の形態2の車両制御装置の制止機構260における係合ピン266及び366のように、アーム部及び突出部を有する構成であってもよい。この場合、スライドシャフト61を軸方向にスライドさせるだけでなく中心軸を中心に回転させる構成としてもよい。これにより、回転中の第一ブレーキ板43acの第一切欠き部43aca及び第二ブレーキ板53の第二切欠き部53aに対して、切欠き部同士の間の突出部分によって障害を受けることなく、係合ピンを容易に係合させることができる。
 また、実施の形態1及び2の車両制御装置の制止機構60及び260において、係合ピン66,266,366の先端を切欠き部43aca,53a内に係合させる構成であったが、これに限定されるものでない。係合ピンをギヤ歯車とし、第一ブレーキ板43ac及び第二ブレーキ板53の外周に形成したギヤ歯にギヤ係合させる構成としてもよい。
 また、実施の形態1の車両制御装置101の制止機構60において、スライドシャフト61をスライドさせる構造は、実施の形態のようにラック・アンド・ピニオン構造に限定されるものでなく、ウォームギヤ、ボールねじ等の回転動作をスライド動作に変換する構造であればよい。
 また、実施の形態1及び2の車両制御装置では、入力軸3は、増減速機構40を介して第一ブレーキ板43acを間接的に有し、第一ブレーキ板43acと共に回転する構成であったが、これに限定されるものでない。増減速機構40が設けられない場合、入力軸3は、第一ブレーキ板43acを、同軸上で一体に回転するように直接的に有してもよい。又は、増減速機構40が設けられる場合であっても、入力軸3は、第一ブレーキ板43acを、同軸上で一体に回転するように直接的に有してもよい。
 また、実施の形態1及び2の車両制御装置の回転電機1では、入力軸3にエンジン70の駆動軸が機械的に連結され、出力軸24aに車軸74が機械的に連結されていたが、これに限定されるものでない。入力軸3に車軸74が機械的に連結され、出力軸24aにエンジン70の駆動軸が機械的に連結されてもよい。
 また、実施の形態1及び2の車両制御装置の回転電機1では、第一ロータ10に第一コイル12が設けられ、第二ロータ20に第一永久磁石22及び第二永久磁石23が設けられ、ステータ30にステータコイル32が設けられていたが、これに限定されるものでなく、第一ロータ10と第二ロータ20とが逆の構成であってもよい。
 又は、第二ロータ20の第二コア21において、内周面及び外周面の近傍に二列で環状に設けられた第一永久磁石22及び第二永久磁石23は、第二コア21の中央付近に一列で環状に埋め込まれてもよい。
 又は、第二ロータ20の第二コア21の内周面及び外周面それぞれの近傍に、永久磁石及びコイルを埋め込み、ステータ30に永久磁石を埋め込んでもよい。
 また、実施の形態1及び2の車両制御装置の回転電機1では、界磁として第一永久磁石22及び第二永久磁石23を使用していたが、これに限定されるものでなく、電磁石であってもよい。
 また、実施の形態1及び2の車両制御装置は、ハイブリッド自動車に搭載されていたが、これに限定されるものでなく、ダブルロータ型の回転電機及びエンジンを動力源とするがエンジンの動力を回転電機による発電に利用し、回転電機によって駆動される機械であれば、搭載可能である。

Claims (7)

  1.  車両制御装置において、
     第一回転子、前記第一回転子の径方向外側に相対回転可能に設けられる第二回転子、及び前記第二回転子の径方向外側に設けられる固定子を含む回転電機と、
     前記第一回転子及び前記第二回転子の回転を選択的に制止可能である制止機構と、
     前記制止機構の動作を制御する制御手段と
    を備え、
     前記第一回転子の回転軸及び前記第二回転子の回転軸の一方が車両の内燃機関に機械的に連結されると共に、前記第一回転子の回転軸及び前記第二回転子の回転軸の他方が車両の車軸に機械的に連結され、
     前記第一回転子の回転軸は、一体に回転する第一係合部を有し、
     前記第二回転子の回転軸は、一体に回転する第二係合部を有し、
     前記制止機構は、
     前記第一係合部及び前記第二係合部に選択的に係合するように動作して回転を制止する制止係合部と、
     前記制止係合部を前記第一係合部及び前記第二係合部に選択的に係合させるように動作させる移動機構と、
     前記移動機構を駆動する駆動手段と
    を有し、
     前記制御手段は、
     前記内燃機関を停止させつつ前記回転電機に電力を供給する場合、
     前記駆動手段によって前記制止係合部を動作させ、
     前記内燃機関に機械的に連結された方である前記第一回転子の回転軸又は前記第二回転子の回転軸が有する前記第一係合部又は前記第二係合部に係合させる車両制御装置。
  2.  前記第一係合部は、前記第一回転子の回転軸の周方向に沿って並ぶ複数の第一凹部を有し、
     前記第二係合部は、前記第二回転子の回転軸の周方向に沿って並ぶ複数の第二凹部を有し、
     前記制止係合部は、前記第一凹部及び前記第二凹部でそれぞれ前記第一係合部及び前記第二係合部に係合可能である請求項1に記載の車両制御装置。
  3.  前記第一係合部及び前記第二係合部は、同軸上に配置される請求項1または2に記載の車両制御装置。
  4.  1つの前記制止係合部が設けられ、
     前記移動機構は、前記駆動手段によって動作して、前記第一係合部から前記第二係合部までの間で前記制止係合部を直線的に移動させる請求項1~3のいずれか一項に記載の車両制御装置。
  5.  2つの前記制止係合部が1つのシャフト上に並んで設けられ、
     前記移動機構は、前記駆動手段によって動作して、前記シャフトを回転させることで、前記制止係合部の一方を前記第一係合部へ係合させること、前記制止係合部の他方を前記第二係合部へ係合させること、並びに、前記制止係合部のいずれも前記第一係合部及び前記第二係合部に係合させないことを選択的に行う請求項1~3のいずれか一項に記載の車両制御装置。
  6.  前記第二回転子の回転軸は、前記第一回転子の回転軸と同軸上に配置される請求項1~5のいずれか一項に記載の車両制御装置。
  7.  太陽ギヤの周囲に前記太陽ギヤとギヤ係合する遊星ギヤを有すると共に前記遊星ギヤの周囲に前記遊星ギヤとギヤ係合するリングギヤを有する増速機構をさらに備え、
     前記増速機構は、前記内燃機関の回転を増速して、前記内燃機関に機械的に連結された前記第一回転子の回転軸又は前記第二回転子の回転軸に伝達し、
     前記内燃機関に機械的に連結された方である前記第一回転子の回転軸又は前記第二回転子の回転軸が有する前記第一係合部又は前記第二係合部は、前記制止係合部と係合することで前記遊星ギヤを制止する請求項1~6のいずれか一項に記載の車両制御装置。
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