(57)【要約】【課題】エンジンおよびダブルロータ型モータを備える車両駆動機構において、エンジンの動力によって車両の走行を行う際に、中速走行時のみならず高速走行時や低速走行時においても高い動力伝達効率を得る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、第１駆動軸１１に連結されるエンジン１０と、第２駆動軸１２に連結されるダブルロータ型モータ２０とを備えており、第１駆動軸１１と第２駆動軸１２との間には２段変速付の増速機３０が設けられている。コントロールユニット５０は、車両の速度が第１所定速度Ｖ１を上回る場合には、増速機３０の増速比をＨｉ側に切り替え、第１所定速度Ｖ１を下回る場合にはＬｏｗ側に切り替える。【選択図】図１
2015151042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１駆動軸に機械的に連結される内燃機関と、
第２駆動軸に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む、回転電機と、
前記第１駆動軸と前記第２駆動軸との間に設けられる変速機と、
前記変速機の変速比を切り替える制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の動力によって車両の走行を行う際に、車両の速度が第１所定速度を上回る場合には前記変速機の変速比をＨｉ側に切り替え、車両の速度が前記第１所定速度を下回る場合には前記変速機の変速比をＬｏｗ側に切り替える、車両駆動機構。
【請求項２】
前記第２駆動軸と前記車軸とを機械的に連結可能な第１クラッチをさらに備え、
前記制御手段は、車両の速度が第２所定速度と該第２所定速度よりも速い第３所定速度との間にある場合には前記第１クラッチを非連結状態にし、車両の速度が前記第２所定速度を下回る場合または前記第３所定速度を上回る場合には前記第１クラッチを連結状態にする、請求項１に記載の車両駆動機構。
【請求項３】
前記第２駆動軸と前記第１回転子との連結を解除可能な第２クラッチをさらに備え、
前記制御手段は、前記第１クラッチを連結状態にする際には前記第２クラッチを非連結状態にし、前記第１クラッチを非連結状態にする際には前記第２クラッチを連結状態にする、請求項２に記載の車両駆動機構。
【請求項４】
前記第１クラッチと前記第２クラッチとは、ダブルクラッチとして一体的に構成される、請求項３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、特にエンジンおよび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】
エンジンおよび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、エンジンおよびダブル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ダブルロータ型モータは、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。
【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、バッテリから供給される電力によって車両の走行を行う場合（以下、「ＥＶ走行モード」と呼ぶ）には、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、エンジンが発生させる動力によって車両の走行を行う場合（以下、「ＲＥ走行モード」と呼ぶ）には、エンジンの動力によって第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走行モードにおいては、エンジンの駆動力がダブルロータ型モータの第１ロータから第２ロータに伝達されて車両の走行が行われている。この際、第１ロータから第２ロータへの動力伝達効率は車両の速度に依存し、図９に示されるようになる。この図から見て取れるように、車両が中速で走行している際には動力伝達効率が高いが、高速走行時や低速走行時においては動力伝達効率が低下し、結果としてエンジンの燃費が悪化してしまう。
【０００７】
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、エンジンおよびダブルロータ型モータを備える車両駆動機構において、エンジンの動力によって車両の走行を行う際に、中速走行時のみならず高速走行時や低速走行時においても高い動力伝達効率を得る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】
【０００８】
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、第１駆動軸に機械的に連結される内燃機関と、第２駆動軸に機械的に連結される第１回転子、当該第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、および当該第２回転子の径方向外側に配設される固定子を含む、回転電機と、第１駆動軸と第２駆動軸との間に設けられる変速機と、変速機の変速比を切り替える制御手段とを備え、制御手段は、内燃機関の動力によって車両の走行を行う際に、車両の速度が第１所定速度を上回る場合には変速機の変速比をＨｉ側に切り替え、車両の速度が第１所定速度を下回る場合には変速機の変速比をＬｏｗ側に切り替える。
【０００９】
第２駆動軸と車軸とを機械的に連結可能な第１クラッチをさらに備え、制御手段は、車両の速度が第２所定速度と当該第２所定速度よりも速い第３所定速度との間にある場合には第１クラッチを非連結状態にし、車両の速度が第２所定速度を下回る場合または第３所定速度を上回る場合には第１クラッチを連結状態にしてもよい。
【００１０】
第２駆動軸と第１回転子との連結を解除可能な第２クラッチをさらに備え、制御手段は、第１クラッチを連結状態にする際には第２クラッチを非連結状態にし、第１クラッチを非連結状態にする際には第２クラッチを連結状態にしてもよい。
【００１１】
第１クラッチと第２クラッチとは、ダブルクラッチとして一体的に構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、エンジンおよびダブルロータ型モータを備える車両駆動機構において、エンジンの動力によって車両の走行を行う際に、中速走行時のみならず高速走行時や低速走行時においても高い動力伝達効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１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１に係る車両駆動機構の増速機における各ギヤの回転数を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る車両駆動機構におけるダブルロータ型モータの動力伝達効率を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る車両駆動機構の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る車両駆動機構におけるダブルロータ型モータの動力伝達効率を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る車両駆動機構の構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る車両駆動機構におけるダブルロータ型モータの動力伝達効率を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係る車両駆動機構の構成を示す図である。
【図９】従来技術に係る車両駆動機構におけるダブルロータ型モータの動力伝達効率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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．
この発明の実施の形態１に係るハイブリッド自動車の車両駆動機構１００の構成を図１に模式的に示す。
車両駆動機構１００は、第１駆動軸１１に連結されるエンジン１０と、第２駆動軸１２に連結されるダブルロータ型モータ２０とを備えており、第１駆動軸１１と第２駆動軸１２との間には２段変速付の増速機３０が設けられている。
【００１５】
ダブルロータ型モータ２０は、第２駆動軸１２に連結されて当該第２駆動軸１２と一体的に回転する第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１３、減速機１４、およびディファレンシャル１５を介して車軸１６に機械的に連結される第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。
【００１７】
２段変速付の増速機３０は、Ｒａｖｉｇｎｅａｕｘ式の遊星歯車機構によって構成されており、キャリア３１は第１駆動軸１１に連結され、リヤサンギヤ３２は第２駆動軸１２に連結されている。また、フロントサンギヤ３３の回転を停止させる第１ブレーキＢ１と、リングギヤ３４の回転を停止させる第２ブレーキＢ２とが設けられている。
【００１８】
図２には、第１ブレーキＢ１を作動させてフロントサンギヤ３３の回転を停止させた場合における各ギヤの回転数と、第２ブレーキＢ２を作動させてリングギヤ３４の回転を停止させた場合における各ギヤの回転数とが示されている。この図から見て取れるように、第１ブレーキＢ１を作動させると、キャリア３１（入力側）とリヤサンギヤ３２（出力側）との回転数比が小さくなり、増速比が「Ｌｏｗ（増速比小）」に切り替わる。一方、第２ブレーキＢ２を作動させると、キャリア３１（入力側）とリヤサンギヤ３２（出力側）との回転数比が大きくなり、増速比が「Ｈｉ（増速比大）」に切り替わる。
【００１９】
また、車両駆動機構１００は、バッテリ４０と、第１インバータ４１と、第２インバータ４２とを備えており、第１、第２インバータ４１，４２は、後述するコントロールユニット５０によって制御される。バッテリ４０は、直流電力を充放電可能な二次電池であり、第１、第２インバータ４１，４２を介してダブルロータ型モータ２０との間で電力の授受を行う。
【００２０】
第１、第２インバータ４１，４２は、バッテリ４０から出力される直流電力を三相交流電力に変換してダブルロータ型モータ２０に出力すると共に、ダブルロータ型モータ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４０に出力する。
【００２１】
ダブルロータ型モータ２０の第１ロータ２１には、当該第１ロータ２１と一体的に回転するスリップリング４３と、スリップリング４３に接触するブラシ４４とが設けられている。第１インバータ４１は、ブラシ４４およびスリップリング４３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インバータ４２は、ステータ２３の第２コイル２６に電気的に接続されている。
【００２２】
コントロールユニット５０は、マイクロコンピュータによって構成されており、エンジン１０の動作を制御すると共に、第１インバータ４１および第２インバータ４２を制御することによって、バッテリ４０とダブルロータ型モータ２０との間の電力の授受を制御する。また、コントロールユニット５０は、増速機３０の第１ブレーキＢ１および第２ブレーキＢ２を制御することによって、増速機３０の増速比をＨｉまたはＬｏｗのいずれかに切り替える。
【００２３】
次に、この実施の形態１に係る車両駆動機構１００を搭載したハイブリッド自動車における、ＲＥ走行モード時の動作について説明する。
【００２４】
エンジン１０の動力によって車両の走行を行うＲＥ走行モードにおいては、コントロールユニット５０は、エンジン１０を最高出力の付近で動作させる。エンジン１０が最高出力の付近で動作して第１駆動軸１１を駆動すると、第１駆動軸１１の回転が増速機３０によって所定の増速比で増速されて第２駆動軸１２に伝達され、ダブルロータ型モータ２０の第１ロータ２１が回転する。
【００２５】
第１ロータ２１が回転して第１ロータ２１と第２ロータ２２との間に回転速度差が生じると、第２ロータ２２の第１磁石２７が発生させる磁界が第１ロータ２１の第１コイル２５に作用することによって第１コイル２５中に誘導電流が流れ、この誘導電流と第１磁石２７の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する。このトルクを受けて第２ロータ２２が回転すると、第２ロータ２２に機械的に連結されている車軸１６が駆動されて車両の走行が行われる。
【００２６】
図３には、ダブルロータ型モータ２０の第１ロータ２１から第２ロータ２２への動力伝達効率について、増速機３０の増速比がＨｉの場合の特性曲線とＬｏｗの場合の特性曲線とが重ねて示されている。この図から見て取れるように、増速比がＨｉの場合には、動力伝達効率の曲線全体が高速側にシフトし、効率のピーク部分も高速領域に現れる。一方、増速比がＬｏｗの場合には、動力伝達効率の曲線全体が低速側にシフトし、効率のピーク部分も低速領域に現れる。
【００２７】
コントロールユニット５０は、図示しない車速センサから取得される車両の速度が図中の第１所定速度Ｖ１を上回る場合には、増速機３０の増速比をＨｉ側に切り替える。その結果、動力伝達効率の曲線全体が高速側にシフトし、車両は中速から高速にかけて高い動力伝達効率を得ることができる。一方、車両の速度が第１所定速度Ｖ１を下回る場合には、コントロールユニット５０は、増速機３０の増速比をＬｏｗ側に切り替える。その結果、動力伝達効率の曲線全体が低速側にシフトし、車両は低速から中速にかけて高い動力伝達効率を得ることができる。
【００２８】
以上説明したように、この実施の形態１に係る車両駆動機構１００は、第１駆動軸１１に連結されるエンジン１０と、第２駆動軸１２に連結されるダブルロータ型モータ２０とを備えており、第１駆動軸１１と第２駆動軸１２との間には２段変速付の増速機３０が設けられている。コントロールユニット５０は、車両の速度が第１所定速度Ｖ１を上回る場合には、増速機３０の増速比をＨｉ側に切り替え、第１所定速度Ｖ１を下回る場合にはＬｏｗ側に切り替える。これにより、車両の中速走行時のみならず高速走行時や低速走行時においても高い動力伝達効率を得ることができ、エンジン１０の燃費を向上させることができる。
【００２９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るハイブリッド自動車の車両駆動機構２００の構成を図４に模式的に示す。
実施の形態２の車両駆動機構２００は、実施の形態１の車両駆動機構１００において、第２駆動軸１２の途中に第１クラッチ２６０を設けたものであり、第１クラッチ２６０は第２駆動軸１２と車軸１６とを機械的に連結することができる。
【００３０】
図５に示されるように、コントロールユニット２５０は、増速機３０の制御については実施の形態１と同様に、車両の速度が第１所定速度Ｖ１を上回る場合には増速比をＨｉ側に切り替え、第１所定速度Ｖ１を下回る場合にはＬｏｗ側に切り替える。また、コントロールユニット２５０は、車両の速度が図中の第２所定速度Ｖ２と第３所定速度Ｖ３との間にある場合には、第１クラッチ２６０を非連結状態にする。これにより、図中のＶ２〜Ｖ３の領域においては、実施の形態１と同様の動力伝達効率を得ることができる。
【００３１】
一方、車両の速度が第２所定速度Ｖ２を下回る場合または第３所定速度Ｖ３を上回る場合には、コントロールユニット２５０は、第１クラッチ２６０を連結状態にして第２駆動軸１２と車軸１６とを機械的に連結する。その結果、エンジン１０の駆動力が第２駆動軸１２から車軸１６に直接伝達されるようになる。また、この際、第１ロータ２１と第２ロータ２２とは同一速度で回転する。これにより、車速がＶ２を下回る領域およびＶ３を上回る領域においては、実施の形態１よりもさらに高い動力伝達効率を得ることができる。
【００３２】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るハイブリッド自動車の車両駆動機構３００の構成を図６に模式的に示す。
実施の形態３の車両駆動機構３００は、実施の形態２の車両駆動機構２００において、第２駆動軸１２の途中にさらに第２クラッチ３７０を設けたものであり、第２クラッチ３７０は第２駆動軸１２と第１ロータ２１との連結を解除することができる。
【００３３】
実施の形態２では、第１クラッチ２６０を連結状態にして第２駆動軸１２と車軸１６とを機械的に連結した際に、エンジン１０の駆動力が第２駆動軸１２から車軸１６に直接伝達されているにもかかわらず、第１ロータ２１が不必要に回転している。結果として、第１ロータ２１に設けられているスリップリング４３とブラシ４４が不必要に摩耗してしまう。
【００３４】
これに対して、実施の形態３では、図７に示されるように、第１クラッチ２６０を連結状態にして第２駆動軸１２と車軸１６とを機械的に連結する際には、第２クラッチ３７０を非連結状態にして第２駆動軸１２と第１ロータ２１とを切り離す。これにより、第１ロータ２１の回転が停止するため、スリップリング４３とブラシ４４の不必要な摩耗を防止することができる。
【００３５】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るハイブリッド自動車の車両駆動機構４００の構成を図８に模式的に示す。
実施の形態４の車両駆動機構４００は、実施の形態３の車両駆動機構３００における第１クラッチ２６０と第２クラッチ３７０とをダブルクラッチ４８０として一体的に構成したものである。
【００３６】
図８において、ダブルクラッチ４８０の部品４８０Ａをスライドさせると、第２駆動軸１２と車軸１６とが機械的に連結されると共に、第２駆動軸１２と第１ロータ２１とが切り離される。一方、部品４８０Ｂをスライドさせると、第２駆動軸１２と車軸１６とが切り離されると共に、第２駆動軸１２と第１ロータ２１とが連結される。このように構成しても、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１００，２００，３００，４００  車両駆動機構、１０  エンジン（内燃機関）、１１  第１駆動軸、１２  第２駆動軸、１６  車軸、２０  ダブルロータ型モータ（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）、５０，２５０，３５０，４５０  コントロールユニット（制御手段）、２６０  第１クラッチ、３７０  第２クラッチ、４８０  ダブルクラッチ。
【図１】
2015151042.tif 000003
【図２】
2015151042.tif 000004
【図３】
2015151042.tif 000005
【図４】
2015151042.tif 000006
【図５】
2015151042.tif 000007
【図６】
2015151042.tif 000008
【図７】
2015151042.tif 000009
【図８】
2015151042.tif 000010
【図９】
2015151042.tif 000011