(57)【要約】【課題】エンジンと２重ロータ型モータを動力源として備える車両駆動機構であって、動力循環とそれに伴う損失の発生を回避して車両の走行可能距離を延ばすことができる車両駆動機構を提供する。【解決手段】車両駆動機構１００は、エンジン１０と、２重ロータ型モータ２０と、バッテリ３０と、第１、第２電力変換ユニット３１，３２と、電磁スイッチ３５と、コントロールユニット４０とを備えている。コントロールユニット４０は、エンジン１０の動力とバッテリ３０の充電電力とを併用して車両の走行を行うＲＥ走行モード時においては、電磁スイッチ３５を開状態に制御することによって２重ロータ型モータ２０の第２コイル２６と第２電力変換手段３２との間を電気的に遮断する。【選択図】図１
2014051248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させて動力を発生させる内燃機関と、
前記内燃機関に駆動軸を介して機械的に連結される第１回転子、該第１回転子の径方向外側に配設されると共に車軸に機械的に連結される第２回転子、および該第２回転子の径方向外側に配設される固定子を含み、前記第１回転子および前記第２回転子は、一方が第１コイルを有すると共に他方が第１磁石または第１磁気突極部を有し、前記第２回転子および前記固定子は、一方が第２コイルを有すると共に他方が第２磁石または第２磁気突極部を有する、回転電機と、
前記回転電機の前記第１、第２コイルと電気的に接続される蓄電手段と、
前記第１、第２コイルと前記蓄電手段との間にそれぞれ電気的に接続されて、前記第１、第２コイルから出力される交流電力を直流電力に変換すると共に前記蓄電手段から出力される直流電力を交流電力に変換する第１、第２電力変換手段と、
前記第２コイルと前記第２電力変換手段との間に設けられる電気的開閉手段と、
前記内燃機関の発生させる動力と前記蓄電手段に蓄えられている電力とを併用して車両の走行を行う場合に、前記電気的開閉手段を開状態に制御することによって前記第２コイルと前記第２電力変換手段との間を電気的に遮断する制御手段と
を備える、車両駆動機構。
【請求項２】
前記制御手段は、前記内燃機関の燃料が第１所定値以下であり、かつ前記蓄電手段に蓄えられている電力量が第２所定値以上である場合には、前記内燃機関の出力トルクを前記車軸の要求トルクと等しくなるように制御する、請求項１に記載の車両駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両駆動機構に係り、特にエンジンとモータを動力源として備えるハイブリッド自動車の車両駆動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンとモータを動力源として備えるハイブリッド自動車の普及が始まっている。特許文献１の図８には、エンジンと２重ロータ型モータを備えるハイブリッド自動車の車両駆動機構が開示されている。ここで開示されている２重ロータ型モータは、エンジンの駆動軸に連結される第１ロータと、第１ロータの径方向外側に配設されて車軸に連結される第２ロータと、第２ロータの径方向外側に配設されてハウジングに固定されるステータとを有している。第１ロータには第１コイルが設けられており、ステータには第２コイルが設けられている。また、第２ロータの内周側には、第１ロータの第１コイルと対向するように第１磁石が設けられており、第２ロータの外周側には、ステータの第２コイルと対向するように第２磁石が設けられている。また、第１、第２コイルは、直流−交流の相互変換が可能な第１、第２電力変換ユニットを介してバッテリに接続されており、バッテリとの間で電力の授受を行う。
【０００３】
上記の車両駆動機構を搭載したハイブリッド自動車において、バッテリの充電電力のみを使用して車両の走行を行う走行モード（以下、「ＥＶ走行モード」と呼ぶ）では、バッテリからステータの第２コイルへ電力が供給されて第２ロータが回転し、第２ロータに連結されている車軸が駆動されて車両の走行が行われる。
【０００４】
また、エンジンの動力とバッテリの充電電力とを併用して車両の走行を行う走行モード（以下、「ＲＥ走行モード」と呼ぶ）では、エンジンが発生させる動力によって第１ロータが回転すると第１コイル中に誘導電流が流れ、この誘導電流と第１磁石の磁界との相互作用によって第２ロータが回転して車両の走行が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−４７３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のＲＥ走行モード時において、第２ロータが回転すると、第２ロータ中の第２磁石が発生させる磁界がステータの第２コイルに作用して第２コイル中に誘起電圧が発生し、発電が行われる。この際に発電される交流電力は、第２電力変換ユニットによって直流電力に変換され、第１電力変換ユニットによって再び交流電力に変換されて第１コイルに供給される。すなわち、第２ロータの回転によって第２コイルで発電される電力が第１ロータの第１コイルに供給される動力循環が発生する。
【０００７】
このような動力循環状態における動力収支は、エンジンから供給される動力をＰＥ、バッテリから供給される電力をＰＢＡＴ、車軸が要求する動力をＰＷ、第２コイルで発電される電力をＰＯとすると、以下のように表される。
【０００８】
ＰＥ＋ＰＢＡＴ＋（ＰＯ−Ｐη）＝ＰＷ＋ＰＯ      （１）
【０００９】
上式において、Ｐηは第２コイルから第１コイルへ電力が循環する過程で第１、第２電力変換ユニットにおいて発生する損失であり、このような損失の発生によって車両の走行可能距離が減少してしまう。
【００１０】
この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、エンジンと２重ロータ型モータを動力源として備える車両駆動機構であって、動力循環とそれに伴う損失の発生を回避して車両の走行可能距離を延ばすことができる車両駆動機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、この発明に係る車両駆動機構は、燃料を燃焼させて動力を発生させる内燃機関（エンジン）と、内燃機関に駆動軸を介して機械的に連結される第１回転子、第１回転子の径方向外側に配設されると共に車軸に機械的に連結される第２回転子、および第２回転子の径方向外側に配設される固定子を含み、第１回転子および第２回転子は、一方が第１コイルを有すると共に他方が第１磁石または第１磁気突極部を有し、第２回転子および固定子は、一方が第２コイルを有すると共に他方が第２磁石または第２磁気突極部を有する、回転電機（２重ロータ型モータ）と、回転電機の第１、第２コイルと電気的に接続される蓄電手段と、第１、第２コイルと蓄電手段との間にそれぞれ電気的に接続されて、第１、第２コイルから出力される交流電力を直流電力に変換すると共に蓄電手段から出力される直流電力を交流電力に変換する第１、第２電力変換手段と、第２コイルと第２電力変換手段との間に設けられる電気的開閉手段と、内燃機関の発生させる動力と蓄電手段に蓄えられている電力とを併用して車両の走行を行う場合に、電気的開閉手段を開状態に制御することによって第２コイルと第２電力変換手段との間を電気的に遮断する制御手段とを備える。
【００１２】
制御手段は、内燃機関の燃料が第１所定値以下であり、かつ蓄電手段に蓄えられている電力量が第２所定値以上である場合には、内燃機関の出力トルクを車軸の要求トルクと等しくなるように制御してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る車両駆動機構によれば、動力循環とそれ伴う損失の発生を回避して車両の走行可能距離を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態に係る車両駆動機構の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態に係る車両駆動機構におけるガソリン量およびバッテリ充電量の変化と走行距離との関係を従来技術と比較して示す図である。
【図３】この発明の実施の形態に係る車両駆動機構の第１の変形例における２重ロータ型モータの各種構造を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態に係る車両駆動機構の第２の変形例における２重ロータ型モータの各種構造を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態に係る車両駆動機構の第３の変形例における２重ロータ型モータの各種構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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．
この発明の実施の形態に係る車両駆動機構１００の構成を図１に示す。
車両駆動機構１００は、ガソリン燃料を内部で燃焼させて動力を発生させるエンジン１０と、三相交流電力によって動作する２重ロータ型モータ２０とを動力源として備えている。２重ロータ型モータ２０は、エンジン１０の駆動軸１１に機械的に連結されて当該駆動軸１１と一体的に同一速度で回転する第１ロータ２１と、第１ロータ２１の径方向外側に配設されてアーム１２およびディファレンシャル１３を介して車軸１４に機械的に連結されて当該車軸１４と同一速度で回転する第２ロータ２２と、第２ロータ２２の径方向外側に配設されてモータケーシング２４に固定されるステータ２３とを有している。なお、第１ロータ２１は円柱状の形状、第２ロータ２２およびステータ２３は円環状の形状を有しており、図１にはそれらの断面が模式的に示されている。
【００１６】
第１ロータ２１には第１コイル２５が設けられており、ステータ２３には第２コイル２６が設けられている。また、第２ロータ２２の内周側には、第１ロータ２１の第１コイル２５と対向するように第１磁石２７が設けられており、第２ロータ２２の外周側には、ステータ２３の第２コイル２６と対向するように第２磁石２８が設けられている。なお、第１磁石２７と第２磁石２８とは一体的に設けられてもよい。
【００１７】
また、車両駆動機構１００は、バッテリ３０と、第１、第２電力変換ユニット３１，３２とを備えている。バッテリ３０は、直流電力を充放電可能であり、第１、第２電力変換ユニット３１，３２を介して２重ロータ型モータ２０との間で電力の授受を行う。第１、第２電力変換ユニット３１，３２は、バッテリ３０から出力される直流電力を三相交流電力に変換して２重ロータ型モータ２０に出力すると共に、２重ロータ型モータ２０から三相交流電力が回生される場合には、それを直流電力に変換してバッテリ３０に出力する。
【００１８】
駆動軸１１の途中には、第１ロータ２１と一体的に回転するスリップリング３３と当該スリップリング３３に接触するブラシ３４とが設けられており、第１電力変換ユニット３１は、ブラシ３４、スリップリング３３、および駆動軸１１に沿って配線される図示しない導電線を経由して、第１ロータ２１の第１コイル２５に電気的に接続されている。一方、第２電力変換ユニット３２は、電磁スイッチ３５を介してステータ２３の第２コイル２６に電気的に接続されている。
【００１９】
さらに、車両駆動機構１００は、コントロールユニット４０を備えている。コントロールユニット４０は、エンジン１０および第１、第２電力変換ユニット３１，３２の動作を制御すると共に、電磁スイッチ３５の開閉状態を制御することによって第２コイル２６と第２電力変換ユニット３２との間の電気的な接続状態を制御する。
【００２０】
次に、この実施の形態に係る車両駆動機構１００を搭載したハイブリッド自動車の走行可能距離について、まずＲＥ走行モードによってガソリン燃料が尽きるまで走行を行い、次にＥＶ走行モードによってバッテリの充電量（ＳＯＣ）が下限値に至るまで走行を行う場合の動作を例に説明する。
【００２１】
（ＲＥ走行モード時の動作）
まず、ＲＥ走行モード時において、コントロールユニット４０は、エンジン１０を駆動させると共に、電磁スイッチ３５を開状態に制御することによって第２コイル２６と第２電力変換ユニット３２との間を電気的に遮断する。
【００２２】
この際、エンジン１０から供給される動力によって第１ロータ２１が回転すると、第２ロータ２２の第１磁石２７が発生させる磁界の作用によって第１コイル２５中に誘起電圧が発生し、第１コイル２５に誘導電流が流れる。この誘導電流と磁界との相互作用によって第１ロータ２１と第２ロータ２２との間にトルクが発生して第２ロータ２２が回転し、この回転がアーム１２およびディファレンシャル１３を介して車軸１４に伝達されて車両の走行が行われる。
【００２３】
また、第２ロータ２２が回転すると、第２磁石２８が発生させる磁界がステータ２３の第２コイル２６に作用することによって第２コイル２６中に誘起電圧が発生するが、電磁スイッチ３５が開状態で第２コイル２６と第２電力変換ユニット３２との間が電気的に遮断されているため、第２コイル２６から第１コイル２５への電力の循環は起こらず、損失が発生することもない。
【００２４】
このような走行状態における車両駆動機構１００の動力収支は、エンジン１０から供給される動力をＰＥ、バッテリ３０から供給される電力をＰＢＡＴ、車軸１４が要求する動力をＰＷとすると、以下のように表される。
【００２５】
ＰＥ＋ＰＢＡＴ＝ＰＷ                        （２）
【００２６】
上の式（２）においては、従来技術の式（１）に含まれていた第２コイル２６から第１コイル２５への動力循環の過程で発生する損失Ｐηが含まれておらず、エンジン１０から供給される動力ＰＥとバッテリ３０から供給される電力ＰＢＡＴが効率良く車両の走行に使用されている。
【００２７】
（ＥＶ走行モード時の動作）
次に、ＥＶ走行モード時において、コントロールユニット４０は、エンジン１０を停止させると共に、電磁スイッチ３５を閉状態に制御することによって第２コイル２６と第２電力変換ユニット３２との間を電気的に接続した後、第２電力変換ユニット３２を制御することによってバッテリ３０から第２コイル２６に電力を供給する。
【００２８】
この際、第２コイル２６を流れる三相交流電流によって発生する回転磁界と第２ロータ２２の第２磁石２８が発生させる磁界との相互作用によって、ステータ２３と第２ロータ２２との間にトルクが発生する。このトルクを受けて第２ロータ２２が回転し、車両の走行が行われる。
【００２９】
このような走行状態における車両駆動機構１００の動力収支は、バッテリ３０から供給される電力をＰＢＡＴ、車軸１４が要求する動力をＰＷとすると、以下のように表される。
【００３０】
ＰＢＡＴ＝ＰＷ                              （３）
【００３１】
図２は、上記のようにＲＥ走行モード→ＥＶ走行モードの順に走行を行った場合における、ガソリン量およびバッテリ充電量の変化と車両の走行距離との関係を従来技術と比較して示した図である。図２を参照すると、この実施の形態に係る車両駆動機構１００では、ＲＥ走行モード時における動力循環とそれに伴う損失の発生が回避されるため、車両の走行可能距離が従来技術と比較して延びていることが分かる。
【００３２】
以上説明したように、この実施の形態に係る車両駆動機構１００では、エンジン１０の動力とバッテリ３０の充電電力とを併用して車両の走行を行うＲＥ走行モード時においては、電磁スイッチ３５を開状態に制御することによって第２コイル２６と第２電力変換手段３２との間を電気的に遮断する。これにより、第２コイル２６から第１コイル２５への動力循環とそれに伴う損失の発生が回避されるため、車両の走行可能距離を延ばすことができる。
【００３３】
なお、上記のＲＥ走行モード時において、ガソリン燃料の量は少ないがバッテリ３０の充電量は充分に多いという場合には、エンジン１０の出力トルクＴＥを車軸１４の要求トルクＴＷと等しくなるように制御してもよい。これにより、ガソリン燃料の消費が最小限に抑えられ、不足する動力はバッテリ３０から供給されるため、エンジン１０を低出力（低トルク）で長時間駆動させることができ、エンジン１０の動作効率が高まり、車両の走行可能距離をさらに延ばすことができる。
【００３４】
その他の実施の形態．
（第１の変形例）
上記の実施の形態における２重ロータ型モータ２０では、図１に示されているように、径方向内側から第１コイル２５、第１磁石２７、第２磁石２８、第２コイル２６の順に設けられる構造であったが、第１ロータ２１および第２ロータ２２において、一方が第１コイル２５を有すると共に他方が第１磁石２７を有し、第２ロータ２２およびステータ２３において、一方が第２コイル２６を有すると共に他方が第２磁石２８を有する構造であればよい。そのため、例えば図３の（ａ）〜（ｃ）に示されるような構造とすることもできる。図３（ａ）では、径方向内側から第１磁石２７ａ、第１コイル２５ａ、第２磁石２８ａ、第２コイル２６ａの順に設けられている。図３（ｂ）では、径方向内側から第１磁石２７ｂ、第１コイル２５ｂ、第２コイル２６ｂ、第２磁石２８ｂの順に設けられている。図３（ｃ）では、径方向内側から第１コイル２５ｃ、第１磁石２７ｃ、第２コイル２６ｃ、第２磁石２８ｃの順に設けられている。
【００３５】
（第２の変形例）
また、上記の実施の形態の２重ロータ型モータ２０において、第２ロータの本体を電磁鋼板で作成して磁気的な突極部を形成することによって、周知の同期リラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ）を構成してもよい。
【００３６】
図４（ａ）では、第２ロータ２２２ａの径方向外側に第２磁石２２８ａが設けられると共にステータ２２３ａに第２コイル２２６ａが設けられる構造は上記の実施の形態と同様であるが、第２ロータ２２２ａの径方向内側に多層スリット構造のフラックスバリア部２２９ａが４箇所形成され、各フラックスバリア部２２９ａ，２２９ａの間に４つの第１磁気突極部２３１ａが形成されている。また、第１ロータ２２１ａの第１コイル２２５ａは分布巻線型であり、第１ロータ２２１ａと第２ロータ２２２ａによってＳｙｎＲＭが構成されている。
【００３７】
図４（ｂ）では、第１ロータ２２１ｂに第１コイル２２５ｂが設けられると共に第２ロータ２２２ｂの径方向内側に第１磁石２２７ａが設けられる構造は上記の実施の形態と同様であるが、第２ロータ２２２ｂの径方向外側に４つの第２磁気突極部２３２ｂが形成されると共に、ステータ２２３ｂの第２コイル２２６ｂは分布巻線型であり、第２ロータ２２２ｂとステータ２２３ｂによってＳｙｎＲＭが構成されている。
【００３８】
図４（ｃ）では、第２ロータ２２２ｃの径方向内側に４つの第１磁気突極部２３１ｃが形成されると共に径方向外側に４つの第２磁気突極部２３２ｃが形成されており、また第１、第２コイル２２５ｃ，２２６ｃはともに分布巻線型であり、第１ロータ２２１ｃと第２ロータ２２２ｃによって内側ＳｙｎＲＭが構成されると共に、第２ロータ２２２ｃとステータ２２３ｃによって外側ＳｙｎＲＭが構成されている。
【００３９】
（第３の変形例）
また、上記の実施の形態の２重ロータ型モータ２０において、第２ロータの本体を電磁鋼板で作成して磁気的な突極部を形成すると共に、当該磁気的な突極部に対向するコイルを集中巻線型にして同じく突極構造を形成することによって、周知のスイッチドリラクタンスモータ（ＳＲＭ）を構成してもよい。
【００４０】
図５（ａ）では、第２ロータ３２２ａの径方向内側に６つの第１磁気突極部３３２ａが形成されると共に、第１ロータ３２１ａの第１コイル３２５ａが集中巻線型となって突極構造が形成されており、第１ロータ３２１ａと第２ロータ３２２ａによってＳＲＭが構成されている。
【００４１】
図５（ｂ）では、第２ロータ３２２ｂの径方向外側に６つの第２磁気突極部３３３ｂが形成されると共に、ステータ３２３ｂの第２コイル３２６ｂが集中巻線型となって突極構造が形成されており、第２ロータ３２２ｂとステータ３２３ｂによってＳＲＭが構成されている。
【００４２】
図５（ｃ）では、第２ロータ３２２ｃの径方向内側と外側にそれぞれ第１、第２磁気突極部３３２ｃ，３３３ｃが形成されると共に、第１、第２コイル３２５ｃ，３２６ｃが集中巻線型となってそれぞれ突極構造が形成されており、第１ロータ３２１ｃと第２ロータ３２２ｃによって内側ＳＲＭが構成されると共に、第２ロータ３２２ｃとステータ３２３ｃによって外側ＳＲＭが構成されている。
【符号の説明】
【００４３】
１００  車両駆動機構、１０  エンジン（内燃機関）、１１  駆動軸、１４  車軸、２０  ２重ロータ型モータ（回転電機）、２１  第１ロータ（第１回転子）、２２  第２ロータ（第２回転子）、２３  ステータ（固定子）、２５  第１コイル、２６  第２コイル、２７  第１磁石、２８  第２磁石、３０  バッテリ（蓄電手段）、３１  第１電力変換ユニット（第１電力変換手段）、３２  第２電力変換ユニット（第２電力変換手段）、３５  電磁スイッチ（電気的開閉手段）、４０  コントロールユニット（制御手段）、ＴＥ  エンジンの出力トルク、ＴＷ  車軸の要求トルク。
【図１】
2014051248.tif 000003
【図２】
2014051248.tif 000004
【図３】
2014051248.tif 000005
【図４】
2014051248.tif 000006
【図５】
2014051248.tif 000007