(57)【要約】【課題】ハイブリッド車両の動力装置に備えられた回転電機の永久磁石の減磁を抑え、動力性能の低下も抑える。【解決手段】動力装置は、原動機として第１回転電機と第２回転電機を含む。第１回転電機、第２回転電機および駆動輪は、それぞれ遊星歯車機構のリングギア（Ｒ）、サンギア（Ｓ）、キャリア（Ｃ）に接続される。第１回転電機の永久磁石が減磁が生じる温度に近づくと、第１回転電機の出力を低減し（Ｒ１→Ｒ２）、第２回転電機の出力を増加させる（Ｓ１→Ｓ３）。これにより、動力装置の全体の出力Ｃ１が維持される。【選択図】図２
2014024442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊星歯車機構の第１要素に接続される第１回転電機と、第２要素に接続される第２回転電機と、第１回転電機に接続される内燃機関を有し、遊星歯車機構の第３要素が駆動輪に接続されるハイブリッド車両用動力装置の制御装置であって、
第１回転電機と第２回転電機の少なくとも一方の永久磁石の温度を取得する温度取得手段と、
取得された温度が所定の範囲を逸脱した場合、温度が所定の範囲を逸脱した永久磁石を備えた回転電機の出力を低減し、他方の回転電機の出力を増加させる、制御部と、
を有する、ハイブリッド車両用動力装置の制御装置。
【請求項２】
遊星歯車機構の第１要素に接続される第１回転電機と、第２要素に接続される第２回転電機と、第１回転電機に接続される内燃機関を有し、遊星歯車機構の第３要素が駆動輪に接続されるハイブリッド車両用動力装置の制御装置であって、
第１回転電機と第２回転電機の少なくとも一方の永久磁石の温度を取得する温度取得手段と、
取得された温度が所定の範囲を逸脱した場合、温度が所定の範囲を逸脱した永久磁石を備えた回転電機の出力上限値を低減し、出力上限値の低減により当該回転電機の出力が低減された場合、他方の回転電機の出力を増加させる、制御部と、
を有する、ハイブリッド車両用動力装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機を含む複数種類の原動機を備えたハイブリッド車両用動力装置の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動用の原動機として内燃機関と回転電機を備えたハイブリッド車両が知られている。本明細書において、「回転電機」は、電動機、発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器の総称として用いる。車両原動機用の回転電機として、小形でかつ高出力という特性から、永久磁石を用いた回転電機（永久磁石式回転電機）が広く採用されている。
【０００３】
永久磁石は減磁、すなわち磁束密度の減少を起こすことがある。減磁の原因として、温度や外部磁界が知られている。永久磁石の発生する磁束に対し、逆向きの外部磁界を作用させると、永久磁石の磁束密度は低下する。外部磁界の磁束密度が小さい場合には、外部磁界を除去すれば永久磁石の磁束密度は元の値に復帰する。しかし、外部磁界の磁束密度がある値以上となると、外部磁界を除去しても永久磁石の磁束密度は元の値に戻らず、元の値より小さな値となる。つまり、減磁が発生する。
【０００４】
このような減磁の起こらない外部磁界の上限値は、保持力と呼ばれている。つまり、永久磁石はこの保持力以上の外部磁界が加わると、減磁が発生する。また、この保持力は温度によって変化する。例えば、フェライト磁石は、低温域において保持力が低下することが知られている。また、ネオジム磁石は高温域において保持力が低下することが知られている。
【０００５】
永久磁石式回転電機において、その永久磁石が減磁すると、この回転電機は所定の性能を発揮できなくなる。よって、永久磁石式回転電機は、永久磁石の減磁が起こらない領域で運転する必要がある。このために、永久磁石の保持力が低下して減磁が生じる運転条件においては、ステータにより形成される回転磁界の磁束密度が保持力を上回らないようにするために、回転電機の出力を抑制する制御が行われる場合がある。下記特許文献１には、永久磁石の温度を検出し、検出された温度に応じて減磁が生じないように回転電機のトルク指令の上限値を設定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２８９７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
永久磁石の減磁を防止するために、回転電機の出力を制限すると、車両の動力性能が低下する。特に、保持力向上のために添加している希少金属の使用量を抑えると、出力をより制限する必要が生じる。
【０００８】
本発明は、回転電機の永久磁石が減磁が生じる温度となった場合、あるいは近づいた場合においても、動力装置全体の出力低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のハイブリッド車両用動力装置は、遊星歯車機構を介して接続される２機の回転電機を有する。遊星歯車機構の３つの要素に対して、第１要素に第１回転電機が、第２要素に第２回転電機が接続され、第３要素は駆動輪に接続される。さらに、当該動力装置は、第１回転電機に接続される内燃機関を有する。この動力装置の動作を制御する制御装置は、２機の回転電機のうち少なくとも一方の永久磁石の温度を取得する温度取得手段を有する。さらに、制御装置は、温度取得手段により取得された温度が、所定の範囲、すなわち永久磁石に減磁が生じない範囲を逸脱する温度、あるいは逸脱に近づく温度であった場合、この温度が取得された回転電機の出力を低減し、もう一方の回転電機の出力は増加させる制御部を有する。
【００１０】
上記の制御部に代え、取得された永久磁石の温度が所定の範囲を逸脱する場合、この永久磁石を備えた回転電機の出力上限値を低減し、出力上限値の低減により当該回転電機の出力が低減された場合、他方の回転電機の出力を増加させる制御部を採用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
減磁が生じると想定される回転電機の出力を減少させ、他方の回転電機の出力を増加させることで、永久磁石の減磁を防止しつつ、動力装置全体の出力低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るハイブリッド車両用動力装置の構成を示すブロック図である。
【図２】遊星歯車機構の３要素上の出力の関係を示す図である。
【図３】減磁防止の処理を示すフローチャートである。
【図４】減磁防止の他の処理を示すフローチャートである。
【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、ハイブリッド車両用の動力装置１０の概略構成を示すブロック図である。動力装置１０は３機の原動機を有し、１機が内燃機関１２、残りの２機が回転電機１４，１６である。内燃機関１２は、例えばオットー機関やディーゼル機関とすることができる。この実施形態において、２機の回転電機は界磁に永久磁石を用いた永久磁石式回転電機であり、特に永久磁石式同期機とすることができる。
【００１４】
２機の回転電機は、遊星歯車機構１８の３要素のうちの２要素にそれぞれ接続され、他の１要素は駆動輪に接続される。この実施形態においては、１機の回転電機１４が遊星歯車機構１８のリングギア２０に接続され、もう１機の回転電機１６がサンギア２２に接続される。以降、リングギア２０に接続される回転電機を第１回転電機１４、サンギア２２に接続される回転電機を第２回転電機１６と記す。キャリア２６、すなわちリングギア２０とサンギア２２に噛み合うプラネタリピニオン２４を回転可能に支持する遊星歯車機構１８の第３の要素が出力要素となる。例えば、キャリア２６に出力歯車２８が結合され、この出力歯車２８から歯車列、差動装置等を介して駆動輪に動力が伝達される。回生制動を行う場合には、キャリア２６からの入力が、２機の回転電機の少なくとも一方に伝えられて、発電が行われる。
【００１５】
内燃機関１２の出力軸（クランク軸）と第１回転電機１４の出力軸（ロータ軸）の間には、第１クラッチ３０が設けられている。第１クラッチ３０を接続することにより、内燃機関１２と第１回転電機１４のそれぞれの出力軸が一体に回転する。第１クラッチ３０を切断することにより、第１回転電機１４は、内燃機関１２とは独立して動作することができる。第１回転電機１４とリングギア２０の間には、第２クラッチ３２とブレーキ３４が設けられている。第２クラッチ３２を接続することにより、第１回転電機１４とリングギア２０は、一体に回転する。一方、第２クラッチ３２を切断すると、リングギア２０と第１回転電機１４を切り離すことができる。ブレーキ３４を係合することにより、リングギア２０を回転しないように固定することができる。
【００１６】
動力装置１０は、内燃機関１２、第１および第２回転電機１４，１６、第１および第２クラッチ３０，３２並びにブレーキ３４の動作を制御する制御部３６を有する。制御部３６は、運転者の要求、車両の走行状態、動力装置１０の運転状態を取得し、これに基づき制御を行う。運転者の要求は、例えばアクセルペダル３８やブレーキペダル４０などの運転者が扱う操作子の操作または操作量に基づき取得することができる。車両の走行状態は、例えば、車両の走行速度を検出する車速センサ４１等により取得することができる。また、各車輪の回転速度を比較することにより滑りやすい路面を走行中であるなどの情報も取得することができる。動力装置１０の運転状態は、動力装置１０の所定部位に設けられた各種センサから取得することができる。センサの例としては、冷却液温度を検出する温度センサ、内燃機関１２の吸気管内の圧力を検出するセンサ、排気中の酸素等の濃度を検出するセンサ等が挙げられる。また、２機の回転電機１４，１６に電力を供給する二次電池の蓄電量も、動力装置１０の運転状態を示す情報として取得される。これらの制御部３６に入力される情報を取得する手段と制御部３６により、動力装置１０の制御装置が構成される。
【００１７】
動力装置１０の制御装置は、第１および第２回転電機１４，１６の永久磁石の温度を取得するための手段を有する。この手段は、第１および第２回転電機１４，１６それぞれの冷却液の温度を検出する温度センサと、温度センサで検出された温度に基づき永久磁石の温度を推定する演算手段を含む。制御部３６が予め定められた処理を実行することによって、永久磁石の温度を推定する演算手段として機能する。
【００１８】
永久磁石の温度を取得するためには、永久磁石に直接接するように温度センサを設けることが望ましいが、これは、レイアウト上の制約等により容易ではない。特に、回転電機のロータに永久磁石が配置される場合には、回転体からの信号を受信するための構成が装置の複雑化を招くため、永久磁石温度の直接検出は現実的でない。そこで、この実施形態では、永久磁石の温度と相関がとれる冷却液の温度に基づき、永久磁石の温度を推定している。冷却液は、潤滑油と兼用されてもよい。推定に用いることができる温度は、冷却液温度の他、回転電機のステータの温度、例えばコイルの温度とすることもできる。冷却液の温度を検出するためのセンサが各回転電機１４，１６に設けられる。以降、第１回転電機１４に対応して設けられた温度センサを第１温度センサ４２、第２回転電機１６に対応して設けられた温度センサを第２温度センサ４４と記す。第１および第２温度センサ４２，４４で検出された温度と永久磁石温度の対応関係が予め制御部３６に対応データ表として記憶されており、制御部３６は、検出された温度と記憶された対応関係から永久磁石の温度を算出する。
【００１９】
動力装置１０は、第１および第２クラッチ３０，３２およびブレーキ３４の動作を制御することにより、様々な動作モードを実現することができる。動作モードとして、動力装置１０をシリーズハイブリッドとして機能させるモードが挙げられる。第２クラッチ３２を切断することにより、内燃機関１２と第１回転電機１４を駆動輪から切り離した状態で動作させることができる。第１クラッチ３０を接続することにより、内燃機関１２によって第１回転電機１４を駆動し、第１回転電機１４を発電機として動作させることができる。発電された電力は不図示の二次電池に蓄えることができる。また、発電した電力により第２回転電機１６を駆動し、車両を走行させることができる。この際、ブレーキ３４を係合してリングギア２０を固定する。
【００２０】
動力装置１０をパラレルハイブリッドとして機能させるモードにおいては、第１および第２クラッチ３０，３２を接続し、ブレーキ３４を解放する。内燃機関１２は、第１回転電機１４を介してリングギア２０に接続され、内燃機関１２と、第１および第２回転電機１４，１６の一方または両方とにより車両を駆動することができる。このとき、第１回転電機１４を発電機として動作させて二次電池の充電を行うようにもできる。
【００２１】
さらに、動力装置１０を電動モードで動作させる場合は、第２クラッチ３２を切断し、ブレーキ３４を係合する。二次電池からの電力により第２回転電機１６を駆動して、車両を走行させる。また、第１および第２回転電機１４，１６により車両を駆動することもできる。この場合は、第１クラッチを切断し、第２クラッチ３２を接続し、ブレーキ３４を解放する。
【００２２】
図２は、２機の回転電機１４，１６の一方の永久磁石に減磁が生じる温度条件となった場合の回転電機１４，１６の出力調整について説明する図である。以下においては、高温域で永久磁石に減磁が生じる場合について説明する。
【００２３】
図２においては、遊星歯車機構１８の３要素上の出力が縦軸に示されている。図中左側のＳ軸上にはサンギア２２に接続される第２回転電機１６の出力が、中央のＣ軸上にはキャリア２６の出力が、右側のＲ軸にはリングギア２０に接続される第１回転電機１４および／または内燃機関１２の出力が示されている。Ｒ軸上の出力は、第１回転電機１４と内燃機関１２の出力の合計となるが、以降においては、簡単のために第１回転電機１４のみが出力する場合について説明する。
【００２４】
ある時点における３つの要素上の出力は、図２の各縦軸を横切る直線上に存在する。つまり、キャリア２６の出力をある値とするための第１および第２回転電機１４，１６の出力は、キャリア２６の出力のある値を示すＣ軸上の点（例えば点Ｃ１）を通過する直線（例えば直線ｍ１，ｍ３）と、Ｓ軸およびＲ軸の交点（例えば点Ｒ１，Ｓ１、Ｒ２，Ｓ３）により示される。したがって、キャリア２６の出力をある値とするための第１および第２回転電機１４，１６の出力の組み合わせは、無数に存在する。
【００２５】
一方の回転電機、例えば第１回転電機１４の永久磁石の温度が、減磁が生じる条件として予め定められた温度を超えた、あるいは近づいた場合、この第１回転電機１４の出力を、減磁が生じない値まで低下させ、他方の回転電機１６の出力を増加させる。第２回転電機１６の出力の増加分は、キャリア２６の出力が維持されるように決定することが好適である。
【００２６】
図３は、制御部３６にて実行される永久磁石の減磁防止に係る処理に関するフローチャートである。初期において、遊星歯車機構１８の３要素の出力（Ｒ１，Ｃ１，Ｓ１）が直線ｍ１上に存在する。第１温度センサ４２からの信号に基づき第１回転電機１４の永久磁石の温度を算出する（Ｓ１００）。算出された温度が所定値以上であるかが判定され（Ｓ１０２）、否定されれば終了する。温度が所定値以上である場合、第１回転電機の出力を、Ｒ１からＲ２に減少させる（Ｓ１０４）。減少量は、算出された温度との関係を予め定めておく。第１回転電機１４の出力の減少を補うために、第２回転電機１６の出力をＳ１からＳ３に増加させる（Ｓ１０６）。第２回転電機１６の出力をＳ３に増加させることにより、キャリア２６の出力Ｃ１を維持するようにする。
【００２７】
図４は、減磁防止に係る処理の他の例に関するフローチャートである。初期において、遊星歯車機構１８の３要素の出力（Ｒ１，Ｃ１，Ｓ１）が直線ｍ１上に存在する。第１温度センサ４２からの信号に基づき第１回転電機１４の永久磁石の温度を算出する（Ｓ２００）。算出された温度が所定値以上であるかが判定され（Ｓ２０２）、否定されれば終了する。温度が所定値以上の場合、第１回転電機１４の出力上限値を低下させる（Ｓ２０４）。出力上限値は、算出された温度において減磁が生じない出力の上限値であり、第１回転電機１４の出力はこの上限値以下に常に制御される。運転者の要求等の他の条件に基づき算出された第１回転電機１４の出力が上限値以上となると、第１回転電機１４の出力が上限値に低減される。第１回転電機１４の出力低減が実行されたかが判断され（Ｓ２０６）、否定されれば終了する。第１回転電機１４の出力のＲ１からＲ２への低減が実行されていれば、第２回転電機１６の出力をＳ１からＳ３に増加させる（Ｓ２０８）。第２回転電機１６の出力をＳ３に増加させることにより、キャリア２６の出力Ｃ１を維持するようにする。
【００２８】
上述の二つの処理フローにおいては、第１回転電機１４の永久磁石の温度が上昇した場合の処理であるが、逆に第２回転電機１６の永久磁石の温度が上昇した場合にも適用でき、第２回転電機１６の低減した出力を第１回転電機で補うようにすることができる。
【００２９】
以上の実施形態においては、２機の回転電機はいずれも永久磁石式回転電機であったが、一方を永久磁石を用いない回転電機、例えばリラクタンス式回転電機や誘導回転電機とした動力装置においても同様の制御を行うことができる。つまり、２機の回転電機のうち永久磁石式回転電機の永久磁石の温度を取得し、この温度が減磁を生じる温度を超えた、あるいは近づいた場合、出力を低減し、低下した出力を永久磁石を用いていない回転電機の出力で補うようにすることができる。
【００３０】
永久磁石の温度を取得するための温度センサは、他の部位、例えば回転電機のコイルの温度を検出するセンサとしてもよい。
【００３１】
また、２機の回転電機および駆動輪に、遊星歯車機構のどの要素を接続するかは、上述の実施形態に限定されず任意に定めることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  動力装置、１２  内燃機関、１４  第１回転電機、１６  第２回転電機、１８  遊星歯車機構、２０  リングギア、２２  サンギア、２６  キャリア、３６  制御部、４２  第１温度センサ、４４  第２温度センサ。
【図１】
2014024442.tif 000003
【図２】
2014024442.tif 000004
【図３】
2014024442.tif 000005
【図４】
2014024442.tif 000006