(57)【要約】【課題】車両の減速時におけるエネルギーの回生の際に、電動発電機を発電効率の高い回転数に維持して、充電器における充電状態を高いレベルで維持することができる車両搭載用の動力回生装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】電動発電機１１、充電器１２、変換器１３、及び制御装置１４を備えた車両搭載用の動力回生装置１０において、電動発電機１１の内側入出力軸１１ａと外側入出力軸１１ｂの間に変速機構１１ｃを設け、この変速機構１１ｃを介して内側入出力軸１１ａと外側入出力軸１１ｂの間の回転力の伝達を行う。【選択図】図１
2013083276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動発電機、充電器、変換器、及び制御装置を備えた車両搭載用の動力回生装置において、前記電動発電機の内側入出力軸と外側入出力軸の間に変速機構を設け、該変速機構を介して前記内側入出力軸と前記外側入出力軸の間の回転力の伝達を行うことを特徴とする車両搭載用の動力回生装置。
【請求項２】
前記制御装置が、車両の発進時及び加速時には前記外側入出力軸の回転数を前記内側出力軸の回転数よりも低くする変速段に切り替えて、前記電動発電機の動力を車輪の駆動軸側に出力し、車両の減速時には前記内側入出力軸の回転数を前記外側入出力軸の回転数よりも低くする変速段に切り替えて、前記駆動軸側から入力された動力を前記電動発電機に伝達する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の車両搭載用の動力回生装置。
【請求項３】
前記内側入出力軸と前記外側入出力軸の間にクラッチ機構を設けると共に、前記制御装置が、前記充電器の充電状態が予め設定した範囲に達した場合で、かつ、車両が減速中の場合には、前記クラッチ機構を断絶することにより前記内側入出力軸と前記外側入出力軸の間を切り離すことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両搭載用の動力回生装置。
【請求項４】
電動発電機、充電器、変換器、及び制御装置を備えた車両搭載用の動力回生装置の制御方法において、前記電動発電機の内側入出力軸と外側入出力軸の間に変速機構を設け、該変速機構を介して前記内側入出力軸と前記外側入出力軸の間の回転力の伝達を行うと共に、車両の発進時及び加速時には前記外側入出力軸の回転数を前記内側出力軸の回転数よりも低くする変速段に切り替えて、前記電動発電機の動力を車輪の駆動軸側に出力し、車両の減速時には前記内側入出力軸の回転数を前記外側入出力軸の回転数よりも低くする変速段に切り替えて、前記駆動軸側から入力された動力を前記電動発電機に伝達することを特徴とする車両搭載用の動力回生装置の制御方法。
【請求項５】
前記充電器の充電状態が予め設定した範囲に達した場合で、かつ、車両が減速中の場合には、前記内側入出力軸と前記外側入出力軸の間に設けたクラッチ機構を断絶することにより前記内側入出力軸と前記外側入出力軸の間を切り離すことを特徴とする請求項４に記載の車両搭載用の動力回生装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブリッド車に用いられている電動発電機（モータージェネレーター）として適用可能な車両搭載用の動力回生装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車（ＥＶ車）やハイブリッド車（ＨＶ車、ＨＥＶ車）では、電動機（モーター）の動力によって発進及び加速を行い、減速時は発電機（ジェネレーター）を使用する回生ブレーキによってエネルギーの回収を行っている。これらの車両では、充電器（バッテリー）、変換機（インバーター）、電動発電機（モータージェネレーター）、及び、制御装置（コントローラー）で構成された動直回生装置を搭載し、車両の発進時及び加速時には、電気自動車では電動機による発進・加速を行い、ハイブリッド車では内燃機関の出力をパワーアシストし、車両の減速時には、電気自動車もハイブリッド車も発電機によるエネルギー回生を行い、これらの切り替えを行いながら、走行している。
【０００３】
この場合のエネルギー収支の関係としては、発進時及び加速時の電力の持ち出し量と減速時の回生量とのバランスは、相当長い下り坂でもない限り、持ち出し量が回生量を上まわる「持ち出し量＞回生量」の関係になっており、充電器の充電状態（ＳＯＣ：ステート  オブ  チャージ）は低下する一方となる。つまり、一般的に、発進時及び加速時における電気エネルギーの持ち出し量に対し、減速時における電気エネルギーの回生量は少なく、充電器の充電量は減少する傾向であり、電気自動車では走行距離が短くなってしまい、ハイブリッド車では、内燃機関の出力に対するアシスト量が小さくなってしまう。
【０００４】
これに関連して、エンジン、クラッチ、自動変速機、電動機（第２モータージェネレータ）の順で接続された車両用駆動装置で、電動機の回生時にエンジンの回転速度が所定の回転速度になるようにクラッチのスリップ状態を適切に制御して、クラッチが完全係合されている場合に比較してクラッチより上流側のエンジンの回転抵抗を抑制して、電動機の回生量を多く取ることを可能にして、燃費を向上させる車両用駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１９１０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の減速時におけるエネルギーの回生の際に、電動発電機を発電効率の高い回転数に維持して、充電器における充電状態を高いレベルで維持することができる車両搭載用の動力回生装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の車両搭載用の動力回生装置は、電動発電機、充電器、変換器、及び制御装置を備えた車両搭載用の動力回生装置において、前記電動発電機の内側入出力軸と外側入出力軸の間に変速機構を設け、該変速機構を介して前記内側入出力軸と前記外側入出力軸の間の回転力の伝達を行うように構成される。
【０００８】
この構成によれば、電動発電機の内部に変速機構を設けているので、車両の発進時及び加速時には電動発電機の出力効率の高い回転数を維持し、また、車両の減速時には電動発電機を発電効率の高い回転数に維持することができ、充電状態（ＳＯＣ）を高いレベルに維持する制御を行うことができるようになる。
【０００９】
つまり、充電器の充電状態に応じて、最も回生効率が良い回転数に近い領域で電動発電機を運転できるようにして、減速時の回生エネルギーを発進時及び加速時の動力として最大限に利用できるようになる。特に、従来技術では極低速における回転数での回生に主眼をおいた場合には、高速域では電動発電機の効率点を外してしまうことになるが、このようなデメリットを回避できるようになる。
【００１０】
また、上記の車両搭載用の動力回生装置において、前記制御装置が、車両の発進時及び加速時には前記外側入出力軸の回転数を前記内側出力軸の回転数よりも低くする変速段に切り替えて、前記電動発電機の動力を車輪の駆動軸側に出力し、車両の減速時には前記内側入出力軸の回転数を前記外側入出力軸の回転数よりも低くする変速段に切り替えて、前記駆動軸側から入力された動力を前記電動発電機に伝達する制御を行うように構成すると、同じ車両速度であっても、発進時及び加速時、並びに、減速時で変速段を切り替えるので、車両の発進時及び加速時のエネルギーの放出量を減少すると共に、車両の減速時のエネルギーの回生量を増加することができ、これにより、充電器の充電状態を良好に維持することができる。
【００１１】
なお、加速と減速の判断は、アクセルポジションによって行うことができ、車両の減速時には電動発電機の内側入出力軸の回転数を外側入出力軸の回転数よりも増速する変速段（ギア）が選択され、電動発電機の内側入出力軸の回転数を車両の発進時及び加速時の内側入出力軸の回転数よりも上昇させる。
【００１２】
更に、上記の車両搭載用の動力回生装置において、前記内側入出力軸と前記外側入出力軸の間にクラッチ機構を設けると共に、前記制御装置が、前記充電器の充電状態が予め設定した範囲に達した場合で、かつ、車両が減速中の場合には、前記クラッチ機構を断絶することにより前記内側入出力軸と前記外側入出力軸の間を切り離すように構成すると、これにより、逆起電力による電流降下を起す回転数にならないようにクラッチ機構を制御して、電動発電機を発電効率の高い回転数に維持することで、充電器の充電状態を高いレベルで維持することができる。
【００１３】
つまり、車両の減速時であっても、エネルギーの回生を必要としない場合には、クラッチ機構を断絶することにより、内側入出力軸と外側入出力軸の間を切り離すことで、引き摺りによるフリクションを低減して、惰行距離を延ばして、燃費を稼ぐことができる。つまり、電動発電機と充電器の保護及び惰行中のフリクション低減による燃費改善を図ることができる。言い換えれば、充電装置内の回生エネルギーが増加して、充電状態が所定の範囲に収まった場合には、減速時の回転数も加速時と同じ回転数となる変速段（ギア）のままとし、フリクション低減のためのクラッチの切り離しを行う。
【００１４】
また、内側入出力軸と外側入出力軸の間にクラッチ機構を設けることにより、減速から再加速の際にドライバーに違和感を与えるような遅れの発生を回避でき、更に、装置自体を小さくすることができる上に、電動発電機の保護にもなる。
【００１５】
上記の目的を達成するための本発明の車両搭載用の動力回生装置の制御方法は、電動発電機、充電器、変換器、及び制御装置を備えた車両搭載用の動力回生装置の制御方法において、前記電動発電機の内側入出力軸と外側入出力軸の間に変速機構を設け、該変速機構を介して前記内側入出力軸と前記外側入出力軸の間の回転力の伝達を行うと共に、車両の発進時及び加速時には前記外側入出力軸の回転数を前記内側出力軸の回転数よりも低くする変速段に切り替えて、前記電動発電機の動力を車輪の駆動軸側に出力し、車両の減速時には前記内側入出力軸の回転数を前記外側入出力軸の回転数よりも低くする変速段に切り替えて、前記駆動軸側から入力された動力を前記電動発電機に伝達することを特徴とする方法である。
【００１６】
この方法によれば、同じ車両速度であっても、車両の発進時及び加速時、並びに、車両の減速時で変速段を切り替えるので、車両の発進時及び加速時のエネルギーの放出量を減少し、また、車両の減速時のエネルギーの回生量を増加することができ、これにより、充電器の充電状態を良好に維持することができる。
【００１７】
また、上記の車両搭載用の動力回生装置の制御方法において、前記充電器の充電状態が予め設定した範囲に達した場合で、かつ、車両が減速中の場合には、前記内側入出力軸と前記外側入出力軸の間に設けたクラッチ機構を断絶することにより前記内側入出力軸と前記外側入出力軸の間を切り離すと、これにより、逆起電力による電流降下を起す回転数にならないようにクラッチ機構を制御して、電動発電機を発電効率の高い回転数に維持することができる。
【００１８】
なお、車軸用の変速機（Ｔ／Ｍ）のギア段の制御は、電動発電機のトルクカーブが最も効率の良いポイント付近で運転できるように、つまり、車速に応じて車軸用の変速機（Ｔ／Ｍ）のギア段の変速制御を電動発電機の回転数が最適になるように行う。
【００１９】
また、減速時の回生時の車軸用の変速機（Ｔ／Ｍ）のギア段の制御は、基本的には、ＴＣＭ（トランスミッションコントロールモジュール）の制御に従うが、充電状態によっては、ＨＣＵ（ハイブリッドコントロールユニット）またはＭＣＵ（モータ−コントロールユニット）側からの制御をＴＣＭの制御に割り込ませて優先して、一段ギアを低くしたり、ドライバーのブレーキ信号（スイッチ）を読み取り、一段ギアを下げた状態で維持したりする等の制御を行う。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の車両搭載用の動力回生装置及びその制御方法によれば、電動発電機に内蔵された変速機構により回転数を切り替えることで、車両の発進時及び加速時に消耗したエネルギーを、車両の減速時に効率よく回生できるようになり、充電状態を安定した状態で維持できるようになる。
【００２１】
これにより、充電状態を下限値以上に維持するために、エネルギーの回生量が増えることで、電気自動車（ＥＶ車）の場合には走行距離が伸び、ハイブリッド車（ＨＶ車、ＨＥＶ車）の場合にはパワーアシスト量を減らしたり、パワーアシストを止めたりする心配、言い換えれば、低充電状態時にパワーアシスト制限等を受ける心配も大幅に減ることとなるとともに、燃費を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る実施の形態の動力回生装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明に係る車両搭載用の動力回生装置及びその制御方法について説明する。なお、以下では電気自動車（ＥＶ車）を例にして説明するが、本発明は電気自動車に限定されず、ハイブリッド車（ＨＶ車、ＨＥＶ車）等の電動車両全般に適用可能である。
【００２４】
図１に示すように、本発明に係る車両搭載用の動力回生装置１０は、電動発電機（モータージェネレーター）１１、充電器（バッテリー）１２、変換器（インバーター）１３、及び制御装置（コントローラー）１４、変速機（トランスミッション：Ｔ／Ｍ）１５を備えて構成される。
【００２５】
この車両搭載用の動力回生装置１０では、電動発電機１１の内側入出力軸１１ａと外側入出力軸１１ｂの間に変速機構１１ｃを設け、この変速機構１１ｃを介して内側入出力軸１１ａと外側入出力軸１１ｂの間の回転力の伝達を行うように構成される。更に、内側入出力軸１１ａと外側入出力軸１１ｂの間にクラッチ機構１１ｄを設ける。例えば、この車両搭載用の動力回生装置１０は、二段変速ギア内蔵クラッチ付きモータージェネレーターで構成される。
【００２６】
そして、車両１の発進時や加速時等で、電動発電機１１が充電器１２から供給され変換機１３で適切な周波数の交流電気に変換された電力によって駆動されると、内側入出力軸１１ａの回転力（トルク）が、クラッチ機構１１ｄ、変速機構１１ｃ、外側入出力軸１１ｂを経て変速機１５に伝達され、更に、駆動軸（プロペラ・シャフト）１６と差動装置（ディファレンシャル・ギア）１７と車軸（アクスル・シャフト）１８を介して車輪１９に回転力が伝達されて、車両を走行させる。
【００２７】
また、車両１の減速時等で、電動発電機１１が車輪１９の回転によるエネルギーを回生する場合には、逆に、車輪１９の回転力が、車軸１８、差動装置１７、駆動軸１６、変速機１５を経て、外側入出力軸１１ｂに回転力が伝達され、変速機構１１ｃ、クラッチ機構１１ｄを介して、内側入出力軸１１ａが駆動され、電動発電機１１で発電されて、車輪１９の回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、更に、変換機１３で直流電気に変換して、充電器１２に充電する。
【００２８】
この構成によれば、車両１の発進時及び加速時には電動発電機１１の出力効率の高い回転数を維持し、また、車両１の減速時には電動発電機１１を発電効率の高い回転数に維持することで、充電器１２の充電状態（ＳＯＣ）を高いレベルに維持する制御を行うことができるようになる。  次に、この車両搭載用の動力回収装置１０における制御方法について説明する。車両１の発進時及び加速時には外側入出力軸１１ｂの回転数を内側出力軸１１ａの回転数よりも低くする変速段に変速機構１１ｃを切り替えて、電動発電機１１の動力を車輪１９の駆動軸１６側に出力し、車両１の減速時には内側入出力軸１１ａの回転数を外側入出力軸１１ｂの回転数よりも低くする変速段に変速機構１１ｃを切り替えて、電動発電機１１の駆動軸１６側から入力された動力を電動発電機１１に伝達する制御を行う。
【００２９】
これにより、同じ車両速度であっても、発進時及び加速時、並びに、減速時で変速機構１１ｃの変速段を切り替えることで、車両１の発進時及び加速時のエネルギーの放出量を減少し、また、車両１の減速時のエネルギーの回生量を増加することができるので、これにより、充電器１３の充電状態（ＳＯＣ）を良好に維持することができる。
【００３０】
なお、加速と減速の判断は、アクセル位置検出装置２０で検出されるアクセルポジションによって行うことができ、車両１の減速時には電動発電機１１の内側入出力軸１１ａの回転数を外側入出力軸１１ｂの回転数よりも増速する変速段（ギア）が選択され、電動発電機１１の内側入出力軸１１ａの回転数を車両１の発進時及び加速時の内側入出力軸１１ａの回転数よりも上昇させる。
【００３１】
更に、充電器１２の充電状態が予め設定した範囲に達した場合で、かつ、車両１が減速中の場合には、クラッチ機構１１ｄを断絶（ＯＦＦ）することで内側入出力軸１１ａと外側入出力軸１１ｂの間を切り離す。つまり、充電器１２内の回生エネルギーが増加して、充電状態が所定の範囲に収まった場合には、減速時の回転数も加速時と同じ変速段（ギア）のままとし、フリクション低減のためにクラッチの切り離しを行う。
【００３２】
これにより、逆起電力による電流降下を起す回転数にならないようにクラッチ機構１１ｄを制御して、電動発電機１１を発電効率の高い回転数に維持することができる。このように、車両１の減速時であっても、エネルギーの回生を必要としない場合には、クラッチ機構１１ｄにより、内側入出力軸１１ａと外側入出力軸１１ｂの間を切り離すことで、電動発電機１１と充電器１２の保護、及び、引き摺りによるフリクションを低減して、惰行距離を延ばして、燃費を稼ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の車両搭載用の動力回生装置及びその制御方法によれば、車両の減速時におけるエネルギーの回生の際に、電動発電機を発電効率の高い回転数に維持して、充電器における充電率を高いレベルで維持することができるので、電気自動車（ＥＶ車）やハイブリッド車（ＨＶ車、ＨＥＶ車）等の車両搭載用の動力回生装置及びその制御方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  車両
１０  車両搭載用の動力回生装置
１１  電動発電機（モータ−ジェネレーター）
１２  充電器（バッテリー）
１３  変換器（インバーター）
１４  制御装置（コントローラー）
１５  変速機（トランスミッション：Ｔ／Ｍ）
１１ａ  内側入出力軸
１１ｂ  外側入出力軸
１１ｃ  変速機構
１１ｄ  クラッチ機構
１６  駆動軸（プロペラ・シャフト）
１７  差動装置（ディファレンシャル・ギア）
１８  車軸（アクスル・シャフト）
１９  車輪
２０  アクセル位置検出装置
【図１】
2013083276.tif 000003