(57)【要約】【課題】２機の電動機を備えた電動車両の駆動装置において効率を改善する。【解決手段】第１電動機１２と第２電動機１４は、それぞれ遊星歯車機構１６のサンギア２０とリングギア２２に接続される。キャリア２６に出力軸１８が接続される。サンギア２０とキャリア２６を結合して遊星歯車機構１６の差動を禁止するクラッチ４２が設けられている。差動を禁止することで、定まった出力軸トルクを発生するための第１および第２電動機１２，１４の出力トルクを変化させることができ、効率において有利な電動機の動作点を選択することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電動機と、
第２電動機と、
所定の関係をもって相対回転する３つの要素を有する遊星歯車機構であって、第１要素が前記第１電動機に接続され、第２要素が前記第２電動機に接続され、第３要素が出力軸に接続される遊星歯車機構と、
前記３つの要素のうちの２つの要素を結合可能な結合機構と、
前記第１電動機および前記第２電動機の出力を制御し、かつ前記結合機構の状態を制御する制御装置であって、前記結合機構を結合させ、かつ前記第１電動機および前記第２電動機の出力によって車両を駆動する制御モードを有する制御装置と、
を含む、電動車両の駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動車両の駆動装置であって、
さらに、第２電動機の回転を阻止する回転阻止機構を含み、
前記制御装置は、第２電動機の回転が阻止された状態で第１電動機の出力によって車両を駆動する制御モードを有する、
電動車両の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両の駆動装置、特に２機の電動機を有する駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機の動力により車両を駆動する電動車両が知られている。下記特許文献１には、エンジン（１０）と組み合わせられた車両駆動用の２機の電動機（モータジェネレータ２０−１，２０−２）を備えたハイブリッド駆動装置（１）が開示されている。２機の電動機（２０−１，２０−２）は、遊星歯車機構（３０）の３つの要素の２つに結合されており、電動機の出力（２０−１，２０−２）が残りの１つの要素に接続された入力軸（４２）から出力される。さらに、ハイブリッド駆動装置（１）には、遊星歯車機構（３０）のキャリア（Ｃ）とリングギア（Ｒ）を結合する第２クラッチ（Ｃ２）が備わる。第２クラッチ（Ｃ２）を係合した状態では、第２電動機（２０−２）を停止し、第１電動機（２０−１）のみで車両を駆動することが記載されている（［００２６］参照）。
【０００３】
下記特許文献２−４にも、２機の電動機を含む車両の駆動装置が示されている。
【０００４】
なお、上記の（  ）内の部材名および符号は、下記特許文献１に記載されたものであり、本願の実施の形態の説明で用いられる部材名および符号とは関連しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０６３６２３号公報
【特許文献２】米国特許第７８６７１２４号明細書
【特許文献３】特表２０１３−５３１９５８号公報
【特許文献４】特開２００６−３１１７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
遊星歯車機構を介して接続される２機の電動機で車両を駆動する場合、２機の電動機の回転速度の比は変更可能であるが、トルクの比は遊星歯車機構の構造で定まる比に固定される。しかし、トルク比を変更した方が、総合的な効率が高くなる場合がある。
【０００７】
本発明は、遊星歯車機構を介して接続される２機の電動機を備えた駆動装置において、２個の電動機のトルク比を変更可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電動車両の駆動装置は、第１電動機と、第２電動機と、所定の関係をもって相対回転する３つの要素を有する遊星歯車機構であって、第１要素が第１電動機に接続され、第２要素が第２電動機に接続され、第３要素が出力軸に接続される遊星歯車機構と、遊星歯車機構の３つの要素のうちの２つの要素を結合可能な結合機構と、第１電動機および第２電動機の出力を制御し、かつ結合機構の状態を制御する制御装置であって、結合機構を結合させ、かつ第１電動機および第２電動機の出力によって車両を駆動する制御モードを有する制御装置と、を含む。
【０００９】
結合機構により遊星歯車機構の２つの要素を結合することにより、遊星歯車機構の差動が禁止され、トルク比を変更することが可能になる。
【００１０】
また、前記の電動車両の駆動装置は、第２電動機の回転を阻止する回転阻止機構を含むものとでき、制御装置は、第２電動機の回転が阻止された状態で第１電動機の出力によって車両を駆動する制御モードを有するものとすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
結合機構により遊星歯車機構の２つの要素を結合することにより、２機の電動機のトルク比を変更することができ、電動機の動作点の選択自由度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の駆動装置１０の構成を示す模式図である。
【図２】駆動装置１０の遊星歯車機構の共線図であり、差動モードの説明図である。
【図３】駆動装置１０の遊星歯車機構の共線図であり、固定モードの説明図である。
【図４】駆動装置１０の遊星歯車機構の共線図であり、単一電動機モードの説明図である。
【図５】電動機の出力特性図である。
【図６】差動モードの電動機の運転範囲を説明する図である。
【図７】固定モードの電動機の運転範囲を説明する図である。
【図８】単一電動機モードの電動機の運転範囲を説明する図である。
【図９】本発明の他の実施形態の駆動装置１０の構成を示す模式図である。
【図１０】駆動装置６０の共線図である。
【図１１】本発明の他の実施形態の駆動装置１１０の構成を示す模式図である。
【図１２】駆動装置１１０の共線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、電動車両の駆動装置１０の構成を示す模式図である。駆動装置１０は、車両を駆動する第１電動機１２と第２電動機１４を有する。第１電動機１２と第２電動機１４は、それぞれ遊星歯車機構１６の２つの要素（入力要素）に接続されている。また、遊星歯車機構１６の残りの１つの要素（出力要素）に出力軸１８が接続されている。
【００１４】
遊星歯車機構１６は、同軸配置されるサンギア２０およびリングギア２２と、サンギア２０とリングギア２２にかみ合うプラネタリピニオン２４を回転可能に支持するプラネタリキャリア２６とを含む。以降、プラネタリピニオン２４をピニオン２４、プラネタリキャリア２６をキャリア２６と記す。
【００１５】
第１電動機１２の出力軸である第１電動機軸２８がサンギア２０に結合されている。第２電動機１４の出力軸である第２電動機軸３０には入力ギア３２が結合されており、入力ギア３２は、リングギア２２の外周に設けられた外周ギア３４とかみ合っている。つまり、第２電動機１４は、入力ギア３２と外周ギア３４を介してリングギア２２に接続されている。キャリア２６には出力軸１８が結合されている。出力軸１８には減速ギア列３６が接続され、減速ギア列３６は差動装置３８を有する終減速機４０を含む。終減速機４０から駆動輪（不図示）に出力が分配される。
【００１６】
駆動装置１０は、さらにサンギア２０とキャリア２６を結合するクラッチ４２を含む。クラッチ４２を解放した状態では、遊星歯車機構の３つの要素（サンギア２０、リングギア２２、キャリア２６）は、相対的に回転することができ差動動作する。このとき、２つの要素の回転速度が定まると、残りの１つの要素の回転速度は一意に定まる。クラッチ４２を係合すると、サンギア２０とキャリア２６が結合されて、３つの要素は一体となって回転する。つまり、３つの要素の差動が禁止される。
【００１７】
第２電動機軸３０上には、ワンウェイクラッチ４４が設けられ、第２電動機１４が停止しているときに、第２電動機軸３０の回転を停止させる。
【００１８】
第１電動機１２と第２電動機１４の回転速度および出力トルクは制御部４６により制御される。制御部４６は、第１電動機１２と第２電動機１４に電力を供給する電力制御装置を含み、例えば、供給電力の電圧および周波数を制御することにより、第１電動機１２および第２電動機１４の回転速度及び出力トルクを制御する。また、制御部４６は、クラッチ４２の制御も行う。クラッチ４２が液圧により動作する液圧クラッチであれば、制御部４６は、液圧制御装置を含み、クラッチ４２の動作を液圧により制御する。
【００１９】
図２から図４は、遊星歯車機構１６の３つの要素の速度、トルクの関係を説明する図、いわゆる共線図である。Ｓ，Ｃ，Ｒで示す縦軸は、それぞれサンギア２０、キャリア２６、リングギア２２の回転速度ωS，ωC，ωRを表す。サンギア２０、キャリア２６、リングギア２２のトルクがＴS，ＴC，ＴRで示されている。サンギアの歯数とリングギアの歯数の比を遊星歯車比ρと記す。また、Ｚrは、入力ギア３２と外周ギア３４のギア比である。サンギア２０のトルクＴSは、第１電動機１２のトルクＴ1と等しく、リングギア２２のトルクＴRは、第２電動機１４のトルクＴ2にギア比Ｚrを乗じた値である。
【００２０】
図２は、クラッチ４２を解放し、第１電動機１２および第２電動機１４によって車両を駆動する制御モードにおける３つの要素のトルクおよび回転速度の関係を示す図である。この制御モードにおいて、遊星歯車機構１６は差動動作し、この制御モードを以降「差動モード」と記す。サンギア２０とリングギア２２のトルクＴS，ＴRの関係は、
ＴS＝ρ×ＴR
であるから、第１電動機１２と第２電動機１４のトルクＴ1，Ｔ2の関係は、
Ｔ1＝Ｚr×ρ×Ｔ2
となる。また、キャリア２６のトルクＴCは、サンギア２０のトルクＴSとリングギア２２のトルクＴRの和（ＴC＝ＴS＋ＴR）であるから、出力軸１８のトルクＴO（＝ＴC）は、
ＴO＝Ｔ1＋Ｚr×Ｔ2
となる。３つの要素の回転速度ωS，ωC，ωRは、各縦軸Ｓ，Ｃ，Ｒに交差する直線の交点として表される。３つの要素の回転速度は、例えば、図２において、実線で表された直線との交点ωS，ωC，ωRを採ることができ、また破線で表された直線との交点ωS’，ωC，ωR’を採ることができる。回転速度が変化しても３つの要素のトルクの関係は変わらない。つまり、ある出力軸１８のトルクと回転速度を満たす第１電動機１２と第２電動機１４の回転速度の組は無数に存在する。
【００２１】
図３は、クラッチ４２を係合し、第１電動機１２および第２電動機１４によって車両を駆動する制御モードにおける３つの要素のトルクおよび回転速度の関係を示す図である。クラッチ４２が係合すると、３つの要素は一体となって回転し、遊星歯車機構１６は差動動作が禁止され、３つの要素は相対的に固定された状態となる。以降、この制御モードを「固定モード」と記す。固定モードにおいては、３つの要素の回転速度は等しい（ωS＝ωC＝ωR）。トルクの関係は、ＴC＝ＴS＋ＴRであり、クラッチ４２を解放した場合と異なり、ＴS＝ρ×ＴRの関係には拘束されない。したがって、ある出力軸１８のトルクと回転速度を満たす第１電動機１２のトルクと、第２電動機１４のトルクの組は無数に存在する。
【００２２】
図４は、クラッチ４２を解放し、第１電動機１２のみで車両を駆動する制御モードにおける３つの要素のトルクおよび回転速度の関係を示す図である。このモードにおいては、第２電動機１４は停止され、ワンウェイクラッチ４４によりリングギア２２が拘束される。以降、この制御モードを「単一電動機モード」と記す。３つの要素のトルクの関係は、差動モードの場合と同じであるが、リングギア２２のトルクＴRは、第２電動機１４が発生するのではなく、ワンウェイクラッチ４４の拘束により、サンギア２０のトルクＴSまたはキャリア２６のトルクＴCの反力として発生する。
【００２３】
図５は、電動機のトルク特性を示す図である。回転速度およびトルクが中程度のときに効率が高く、ここから離れるに従い効率が低下することが示されている。回転速度が中程度のときには、回転速度を変化させても効率は大きく変化しないが、トルクを変化させた場合には効率が変化することが理解できる。
【００２４】
差動モードにおいては、出力軸トルク、つまりキャリア２６のトルクＴCと回転速度ωC定まると、サンギア２０のトルクＴSおよびリングギア２２のトルクＴRは、一意に定まる。一方で、サンギア２０とリングギア２２の回転速度ωS，ωRは、遊星歯車比ρで定まる関係を満たす必要はあるが、変化させることができる。したがって、図６の矢印で示すように、第１電動機１２および第２電動機１４は、出力トルク一定のまま、回転速度を変えることができる。しかし、図６から理解されるように、回転速度を変化させても効率は大きく変化しない。
【００２５】
固定モードにおいては、キャリア２６のトルクＴCと回転速度ωC定まると、サンギア２０の回転速度ωSおよびリングギア２２の回転速度ωRは定まる。一方で、サンギア２０のトルクＴSおよびリングギア２２のトルクＴRは、これらのトルクの和がキャリア２６のトルクＴCとなるという条件の下、変化させることができる。したがって、図７に示すように、回転速度を維持したまま、第１電動機１２および第２電動機１４のトルクを変更することができる。図７から理解されるように、回転速度が中程度の領域では、トルクを変更すると効率が変化し、２機の電動機の総合効率が、差動モードに比べて高くなる可能性がある。
【００２６】
また、単一電動機モードにおいては、一方の電動機、この駆動装置１０の場合は、第１電動機１２の出力トルクを高くすることになり、図８に示すように、高効率の領域で運転することができる。
【００２７】
図９は、電動車両の駆動装置６０の構成を示す模式図である。駆動装置６０は、車両を駆動する第１電動機６２と第２電動機６４を有する。第１電動機６２と第２電動機６４は、それぞれ遊星歯車機構６６の２つの要素に接続されている。また、遊星歯車機構６６の残りの１つの要素が出力要素となっている。
【００２８】
遊星歯車機構６６は、同軸配置されるサンギア７０およびリングギア７２を含む。さらに遊星歯車機構６６は、サンギア７０にかみ合う内側プラネタリピニオン７４Ａと、この内側プラネタリピニオン７４Ａとリングギア７２にかみ合う外側プラネタリピニオン７４Ｂを回転可能に支持するプラネタリキャリア７６とを含む。以降、内側プラネタリピニオン７４Ａ、外側プラネタリピニオン７４Ｂを内側ピニオン７４Ａ、外側ピニオン７４Ｂと記し、プラネタリキャリア７６をキャリア７６と記す。
【００２９】
第１電動機６２の出力軸である第１電動機軸７８がキャリア７６に結合されている。第２電動機６４の出力軸である第２電動機軸８０にはサンギア７０が結合されている。リングギア７２の外周には外周ギア８４が設けられ、外周ギア８４が減速ギア列８６のギアとかみ合っている。減速ギア列８６は差動装置８８を有する終減速機９０を含む。終減速機９０から駆動輪（不図示）に出力が分配される。
【００３０】
駆動装置６０は、さらにサンギア７０とキャリア７６を結合するクラッチ９２を含む。クラッチ９２を解放した状態では、遊星歯車機構６６の３つの要素（サンギア７０、リングギア７２、キャリア７６）は、相対的に回転することができ差動動作する。このとき、２つの要素の回転速度が定まると、残りの１つの要素の回転速度は一意に定まる。クラッチ９２を係合すると、サンギア７０とキャリア７６が結合されて、３つの要素は一体となって回転する。つまり、３つの要素の差動が禁止される。
【００３１】
第２電動機軸８０上には、ワンウェイクラッチ９４が設けられ、第２電動機６４が停止しているときに、サンギア７０の回転を停止させる。
【００３２】
第１電動機６２と第２電動機６４の回転速度および出力トルクは制御部９６により制御される。制御部９６は、第１電動機６２と第２電動機６４に電力を供給する電力制御装置を含み、例えば、供給電力の電圧および周波数を制御することにより、第１電動機６２および第２電動機６４の回転速度及び出力トルクを制御する。また、制御部９６は、クラッチ９２の制御も行う。クラッチ９２が液圧により動作する液圧クラッチであれば、制御部９６は、液圧制御装置を含み、クラッチ９２の動作を液圧により制御する。
【００３３】
図１０は、駆動装置６０の共線図である。クラッチ９２を解放した差動モードにおいて、第１電動機６２のトルクＴ1、第２電動機６４のトルクＴ2および出力トルクＴO（リングギア７２のトルク）の関係は、遊星歯車比（＝サンギア歯数／リングギア歯数）をρとすると、
ρ×Ｔ1＝（１−ρ）×Ｔ2
ＴO＝Ｔ1＋Ｔ2
となる。
【００３４】
駆動装置６０においても、駆動装置１０と同様に、出力要素であるリングギア７２のトルクおよび回転速度が定まると、差動モードでは、サンギア７０とリングギア７２の回転速度は変更できるが、トルクは変更することができない。一方、固定モードでは、サンギア７０とリングギア７２の回転速度は変更できないが、トルクを変更することはできる。図７のように、回転速度が中程度のときには、トルクを変更することで効率が変化し、第１電動機６２および第２電動機６４の総合効率を小さくすることができる場合がある。また、単一電動機モードにおいては、第１電動機６２を高い効率の領域で運転することができる場合がある。
【００３５】
図１１は、電動車両の駆動装置１１０の構成を示す模式図である。駆動装置１１０は、車両を駆動する第１電動機１１２と第２電動機１１４を有する。第１電動機１１２と第２電動機１１４は、それぞれ遊星歯車機構１１６の２つの要素に接続されている。また、遊星歯車機構１１６の残りの１つの要素が出力要素となっている。
【００３６】
遊星歯車機構１１６は、２つのサンギア１２０Ａ，１２０Ｂと、プラネタリピニオン１２４Ａ，１２４Ｂを回転可能に支持するプラネタリキャリア１２６を有する。以降、プラネタリピニオン１２４Ａ，１２４Ｂをピニオン１２４Ａ，１２４Ｂと記し、プラネタリキャリア１２６をキャリア１２６と記す。遊星歯車機構１１６は、リングギアを有していない。第１電動機１１２は、第１電動機軸１２８Ａ、第１減速ギア対１３０Ａおよび第１サンギア軸１３２Ａを介してサンギア１２０Ａに接続されている。このサンギア１２０Ａを第１サンギア１２０Ａと記す。また、第２電動機１１４は、第２電動機軸１２８Ｂ、第２減速ギア対１３０Ｂおよび第２サンギア軸１３２Ｂを介してサンギア１２０Ｂに接続されている。このサンギア１２０Ｂを第２サンギア１２０Ｂと記す。第１サンギア１２０Ａには、一方のピニオン１２４Ａがかみ合っている。このピニオン１２４Ａを内側ピニオン１２４Ａと記す。ピニオン１２４Ａは、もう一つのピニオン１２４Ｂにかみ合っている。このピニオン１２４Ｂを外側ピニオン１２４Ｂと記す。外側ピニオン１２４Ｂは、第２サンギア１２０Ｂにかみ合っている。
【００３７】
キャリア１２６には出力ギア１３４が設けられ、出力ギア１３４は、差動装置１３６と一体の終減速機ギア１３８とかみ合っている。
【００３８】
駆動装置１１０は、さらに第１サンギア１２０Ａとキャリア１２６を結合するクラッチ１４２を含む。クラッチ１４２を解放した状態では、遊星歯車機構の３つの要素（第１サンギア１２０Ａ、第２サンギア１２０Ｂ、キャリア１２６）は、相対的に回転することができ差動動作する。このとき、２つの要素の回転速度が定まると、残りの１つの要素の回転速度は一意に定まる。クラッチ１４２を係合すると、第１サンギア１２０Ａとキャリア１２６が結合されて、３つの要素は一体となって回転する。つまり、３つの要素の差動が禁止される。クラッチ１４２は、第２サンギア１２０Ｂとキャリア１２６を結合するように設けることもできる。
【００３９】
第２サンギア軸１３２Ｂ上には、ワンウェイクラッチ１４４が設けられ、第２電動機１１４が停止しているときに、第２サンギア１２０Ｂの回転を停止させる。ワンウェイクラッチ１４４は、第２電動機軸１２８Ｂ上に設けることもできる。
【００４０】
図１２は、駆動装置１１０の共線図である。クラッチ１４２を解放した差動モードにおいて、第１電動機１１２のトルクＴ1、第２電動機１１４のトルクＴ2および出力トルクＴO（キャリア１２６のトルク）の関係は、第１サンギア１２０Ａの歯数をＺ1、第２サンギア１２０Ｂの歯数をＺ2とし、さらに第１減速ギア対１３０Ａ、第２減速ギア対１３０Ｂのギア比をそれぞれ，λ2とすると、
Ｚ1×λ1×Ｔ1＝Ｚ2×λ2×Ｔ2
ＴO＝λ1×Ｔ1＋λ2×Ｔ2
となる。
【００４１】
駆動装置１１０においても、駆動装置１０，６０と同様に、出力要素であるキャリア１２６のトルクおよび回転速度が定まると、差動モードでは、第１サンギア１２０Ａと第２サンギア１２０Ｂの回転速度は変更できるが、トルクは変更することができない。一方、固定モードでは、第１サンギア１２０Ａと第２サンギア１２０Ｂの回転速度は変更できないが、トルクを変更することはできる。図７のように、回転速度が中程度のときには、トルクを変更することで効率が変化し、第１電動機１１２および第２電動機１１４の総合効率を小さくすることができる場合がある。また、単一電動機モードにおいては、第１電動機１１２を高い効率の領域で運転することができる場合がある。
【００４２】
以上のように、遊星歯車機構を固定状態とすることで、固定値の出力トルクに対して、２機の電動機のトルクを変更することができ、２機の電動機の総合効率を高くできる可能性がある。また、一方の電動機のみで車両を駆動する場合に、他方の電動機の回転をワンウェイクラッチで止めることにより、一方の電動機を高い効率の領域で運転することができ、総合効率が向上する場合がある。
【００４３】
上述の実施形態では、一方の電動機のみで車両を駆動する場合に、他方の電動機の回転をワンウェイクラッチで止めたが、他の機械的手法、例えばドグクラッチ、摩擦ブレーキ等で止めることもできる。
【００４４】
遊星歯車機構は、上述した３つの形式に限らず、他の形式のものを採用することもできる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  駆動装置、１２  第１電動機、１４  第２電動機、１６  遊星歯車機構、１８  出力軸、２０  サンギア、２２  リングギア、２４  プラネタリピニオン、２６  プラネタリキャリア、２８  第１電動機軸、３０  第２電動機軸、３２  入力ギア、３４  外周ギア、３６  減速ギア列、３８  差動装置、４０  終減速機、４２  クラッチ（結合機構）、４４  ワンウェイクラッチ（回転阻止機構）、４６  制御部、６０  駆動装置、６２  第１電動機、６４  第２電動機、６６  遊星歯車機構、７０  サンギア、７２  リングギア、７４Ａ  内側プラネタリピニオン、７４Ｂ  外側プラネタリピニオン、７６  プラネタリキャリア、７８  第１電動機軸、８０  第２電動機軸、８２  入力ギア、８４  外周ギア、８６  減速ギア列、８８  差動装置、９０  終減速機、９２  クラッチ（結合機構）、９４  ワンウェイクラッチ（回転阻止機構）、９６  制御部、１１０  駆動装置、１１２  第１電動機、１１４  第２電動機、１１６  遊星歯車機構、１２０Ａ  第１サンギア、１２０Ｂ  第２サンギア、１２４Ａ  内側プラネタリピニオン、１２４Ｂ  外側プラネタリピニオン、１２６  プラネタリキャリア、１２８Ａ  第１電動機軸、１２８Ｂ  第２電動機軸、１３０Ａ  第１減速ギア対、１３０Ｂ  第２減速ギア対、１３２Ａ  第１サンギア軸、１３２Ｂ  第２サンギア軸、１３４  出力ギア、１３６  差動装置、１３８  終減速機ギア、１４２  クラッチ（結合機構）、１４４  ワンウェイクラッチ（回転阻止機構）、１４６  制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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