(57)【要約】【課題】２重ロータ型モータが発生させる動力によって車両の走行を行う際に、動力の損失が生じるのを防止することができる、ハイブリッド自動車の車両駆動機構を提供する。【解決手段】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における第１ロータ２１の第１コイル２５と第２ロータ２２のかご型導体２７とが互いに対向するように配設されると共に、第２ロータ２２の永久磁石２８とステータ２３の第２コイル２６とが互いに対向するように配設されている。エンジン１０を停止させて２重ロータ型モータ２０が発生させる動力によって車両の走行を行う際には、バッテリ３０から第２コイル２６への電力供給を行うと共に、バッテリ３０から第１コイル２５への電力供給を停止する。【選択図】図１
2013237306.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、
前記回転電機との間で電力の授受を行う蓄電手段と、
前記回転電機と前記蓄電手段との間の電力の授受を制御する制御手段と
を備える車両駆動機構において、
前記回転電機の前記第１回転子および前記第２回転子は、一方がかご型導体を有すると共に他方が第１コイルを有し、該かご型導体と該第１コイルが互いに対向するように配設され、
前記回転電機の前記第２回転子および前記固定子は、一方が永久磁石を有すると共に他方が第２コイルを有し、該永久磁石と該第２コイルが互いに対向するように配設され、
前記制御手段は、前記回転電機が発生させる動力によって車両の走行を行う際には、前記蓄電手段から前記第２コイルへの電力供給を行うと共に、前記蓄電手段から前記第１コイルへの電力供給を停止することを特徴とする、車両駆動機構。
【請求項２】
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、
前記回転電機との間で電力の授受を行う蓄電手段と、
前記回転電機と前記蓄電手段との間の電力の授受を制御する制御手段と
を備える車両駆動機構において、
前記回転電機の前記第１回転子および前記第２回転子は、一方が永久磁石を有すると共に他方が第１コイルを有し、該永久磁石と該第１コイルが互いに対向するように配設され、
前記回転電機の前記第２回転子および前記固定子は、一方がかご型導体を有すると共に他方が第２コイルを有し、該かご型導体と該第２コイルが互いに対向するように配設され、
前記制御手段は、前記内燃機関が発生させる動力によって車両の走行を行う際には、前記蓄電手段と前記第１コイルとの間で電力の授受を行わせると共に、前記蓄電手段から前記第２コイルへの電力供給を停止することを特徴とする、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。
【０００３】
上記のような車両駆動機構を搭載したハイブリッド自動車において、２重ロータ型モータが発生させる動力によって車両の走行を行う際には、バッテリからステータの第２コイルへの電力供給を行い、第２コイルを流れる電流によって発生する磁界と第２ロータの外周側に設けられている第２磁石の磁束との相互作用によって、ステータと第２ロータとの間にトルクを発生させる。このトルクによって第２ロータが回転すると、第２ロータに連結されている車軸が駆動され、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際には、エンジンの動力によって第１ロータが回転すると、第２ロータの第１磁石が発生させる磁界が第１ロータの第１コイルに作用することによって第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１ロータと第２ロータとの間にトルクが発生する。このトルクを受けて第２ロータが回転すると、第２ロータに連結されている車軸が駆動され、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】
しかしながら、上記のような構成において、２重ロータ型モータが発生させる動力によって車両の走行を行う際には、第２ロータが回転すると、その内周側に設けられている第１磁石が発生させる回転磁界が第１ロータの第１コイルに作用することによって第１コイル中に誘導電流が流れ、この誘導電流と回転磁界との相互作用によって、第２ロータと第１ロータとの間に引きずりトルクが発生し、動力の損失が生じるという問題がある。
【０００７】
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際にも、第２ロータが回転すると、その外周側に設けられている第２磁石が発生させる回転磁界がステータの第２コイルに作用することによって第２コイル中に誘導電流が流れ、この誘導電流と回転磁界との相互作用によって、第２ロータとステータとの間に引きずりトルクが発生し、同様に動力の損失が生じるという問題がある。
【０００８】
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において、２重ロータ型モータが発生させる動力によって車両の走行を行う際に、動力の損失が生じるのを防止す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。また、同じくエンジンおよび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において、エンジンが発生させる動力によって車両の走行を行う際に、動力の損失が生じるのを防止することができる車両駆動機構を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、この発明に係る第１の車両駆動機構は、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む回転電機（２重ロータ型モータ）と、回転電機との間で電力の授受を行う蓄電手段と、回転電機と蓄電手段との間の電力の授受を制御する制御手段とを備える車両駆動機構において、回転電機の第１回転子および第２回転子は、一方がかご型導体を有すると共に他方が第１コイルを有し、かご型導体と第１コイルが互いに対向するように配設され、回転電機の第２回転子および固定子は、一方が永久磁石を有すると共に他方が第２コイルを有し、永久磁石と第２コイルが互いに対向するように配設され、制御手段は、回転電機が発生させる動力によって車両の走行を行う際には、蓄電手段から第２コイルへの電力供給を行うと共に、蓄電手段から第１コイルへの電力供給を停止することを特徴とする。
【００１０】
また、この発明に係る第２の車両駆動機構は、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む回転電機（２重ロータ型モータ）と、回転電機との間で電力の授受を行う蓄電手段と、回転電機と蓄電手段との間の電力の授受を制御する制御手段とを備える車両駆動機構において、回転電機の第１回転子および第２回転子は、一方が永久磁石を有すると共に他方が第１コイルを有し、永久磁石と第１コイルが互いに対向するように配設され、回転電機の第２回転子および固定子は、一方がかご型導体を有すると共に他方が第２コイルを有し、かご型導体と第２コイルが互いに対向するように配設され、制御手段は、内燃機関が発生させる動力によって車両の走行を行う際には、蓄電手段と第１コイルとの間で電力の授受を行わせると共に、蓄電手段から第２コイルへの電力供給を停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る第１の車両駆動機構によれば、２重ロータ型モータが発生させる動力によって車両の走行を行う際に、動力の損失が生じるのを防止することができる。また、この発明に係る第２の車両駆動機構によれば、エンジンが発生させる動力によって車両の走行を行う際に、動力の損失が生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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における、かご型導体とその周辺構造を示す図である。
【図３】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４】この発明の実施の形態１に係る車両駆動機構の変形例における２重ロータ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２に係る車両駆動機構の変形例における２重ロータ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】
【００１３】
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に示す。この車両駆動機構１００は、２重ロータ型モータの発生させる動力によって車両の走行を行う際に、動力の損失が発生するのを防止することを目的とする。
【００１４】
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。
【００１５】
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と対向するようにかご型導体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と対向するように永久磁石２８が設けられている。
【００１６】
図２に詳細に示されるように、第２ロータ２２の内周側に設けられるかご型導体２７は、複数の導体棒２７ａの両端を環状導体（端絡環）２７ｂに接合したものである。また、第２ロータ２２の外周側には、永久磁石２８が複数設けられている。そして、再び図１を参照すると、第２ロータ２２のかご型導体２７と第１ロータ２１の第１コイル２５とによって周知のかご型誘導電動機が構成され、また第２ロータ２２の永久磁石２８とステータ２３の第２コイル２６とによって周知の同期電動機が構成されている。なお、第２ロータ２２におけるかご型導体２７と永久磁石２８との間隔は十分に開いており、永久磁石２８が発生させる磁界がかご型導体２７や第１コイル２５に作用することはない。
【００１７】
また、車両駆動機構１００は、バッテリ３０と、第１インバータ３１と、第２インバータ３２と、第１、第２インバータ３１，３２を制御するコントロールユニット４０とを備えている。
【００１８】
バッテリ３０は、直流電力を充放電可能であり、第１、第２インバータ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インバータ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。コントロールユニット４０は、第１、第２インバータ３１，３２を制御することによって、２重ロータ型モータ２０とバッテリ３０との間の電力の授受を制御する。
【００１９】
第１インバータ３１から出力される三相交流電力は、固定ブラシ５１および回転リング５２によって構成されるスリップリング機構５０を介して駆動軸１１に沿って配線される図示しない導電線に伝達され、この導電線を通って第１ロータ２１の第１コイル２５に供給される。一方、第２インバータ３２から出力される三相交流電力は、ステータ２３の第２コイル２６に供給される。
【００２０】
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の動作について説明する。
【００２１】
まず、エンジン１０が発生させる動力によって車両の走行を行う際には、コントロールユニット４０は、第１インバータ３１を制御することによって、バッテリ３０から第１ロータ２１の第１コイル２５への電力供給を行う。
【００２２】
この際、第１コイル２５を流れる三相交流電流によって発生する回転磁界が第２ロータ２２のかご型導体２７に作用することによってかご型導体２７中に誘導電流が流れ、この誘導電流と回転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、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、車両の走行が行われる。
【００２３】
一方、エンジン１０を停止させて２重ロータ型モータ２０が発生させる動力によって車両の走行を行う際には、コントロールユニット４０は、第１インバータ３１を制御することによって、バッテリ３０から第１ロータ２１の第１コイル２５への電力供給を停止すると共に、第２インバータ３２を制御することによって、バッテリ３０からステータ２３の第２コイル２６への電力供給を行う。
【００２４】
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の永久磁石２８の磁束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が回転すると、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、車両の走行が行われる。このとき、第１ロータ２１の第１コイル２５には電流が流れないため磁界は発生せず、第２ロータ２２が回転してもかご型コイル２７中に誘導電流が流れることはない。そのため、第２ロータ２２と第１ロータ２１との間に引きずりトルクが発生して動力の損失を生じることが防止される。
【００２５】
以上説明したように、この実施の形態１に係るハイブリッド自動車の車両駆動機構１００では、２重ロータ型モータ２０における第１ロータ２１の第１コイル２５と第２ロータ２２のかご型導体２７とが互いに対向するように配設されると共に、第２ロータ２２の永久磁石２８とステータ２３の第２コイル２６とが互いに対向するように配設されている。そして、エンジン１０を停止させて２重ロータ型モータ２０が発生させる動力によって車両の走行を行う際には、バッテリ３０から第２コイル２６への電力供給を行うと共に、バッテリ３０から第１コイル２５への電力供給を停止する。これにより、第２ロータ２２と第１ロータ２１との間に引きずりトルクが発生して動力の損失が生じるのを防止することができる。
【００２６】
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３に示す。この車両駆動機構２００は、エンジンの発生させる動力によって車両の走行を行う際に、動力の損失が発生するのを防止することを目的とするものである。２重ロータ型モータ２２０における第１ロータ２１の第１コイル２５と第２ロータ２２２の永久磁石２２８とが互いに対向するように配設されると共に、第２ロータ２２２のかご型導体２２７とステータ２３の第２コイル２６とが互いに対向するように配設されている。なお、以降の説明において、図１の参照符号と同一の符号は、同一または同様の構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
まず、エンジン１０を停止させて２重ロータ型モータ２２０が発生させる動力によって車両の走行を行う際には、コントロールユニット２４０は、第２インバータ３２を制御することによって、バッテリ３０からステータ２３の第２コイル２６への電力供給を行う。
【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が第２ロータ２２２のかご型導体２２７に作用することによってかご型導体２２７中に誘導電流が流れ、この誘導電流と回転磁界との相互作用によって、ステータ２３と第２ロータ２２２との間にトルクが発生する。このトルクによって第２ロータ２２２が回転すると、車軸１４が駆動されて車両の走行が行われる。
【００２９】
一方、エンジン１０が発生させる動力によって車両の走行を行う際には、コントロールユニット２４０は、第２インバータ３２を制御することによって、バッテリ３０からステータ２３の第２コイル２６への電力供給を停止すると共に、第１インバータ３１を制御することによって、バッテリ３０と第１ロータ２１の第１コイル２５との間で電力の授受が行われるようにする。
【００３０】
この際、エンジン１０の動力によって第１ロータ２１が回転すると、第２ロータ２２２の永久磁石２２８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、この誘導電流と永久磁石２２８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２２２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２２２が回転すると、車軸１４が駆動されて車両の走行が行われる。このとき、ステータ２３の第２コイル２６には電流が流れないため磁界は発生せず、第２ロータ２２２が回転してもかご型導体２２７中に誘導電流が流れることはない。そのため、第２ロータ２２２とステータ２３との間に引きずりトルクが発生して動力の損失を生じることが防止される。なお、第１コイル２５中に流れる誘導電流は、第１ロータ２１の回転速度ω１が第２ロータ２２２の回転速度ω２よりも高い場合には、第１コイル２１からバッテリ３０の方向に流れ、第１ロータ２１の回転速度ω１が第２ロータ２２２の回転速度ω２よりも低い場合には、バッテリ３０から第１コイル２１の方向に流れる。
【００３１】
以上説明したように、この実施の形態２に係るハイブリッド自動車の車両駆動機構２００では、２重ロータ型モータ２２０における第１ロータ２１の第１コイル２５と第２ロータ２２２の永久磁石２２８とが互いに対向するように配設されると共に、第２ロータ２２２のかご型導体２２７とステータ２３の第２コイル２６とが互いに対向するように配設されている。そして、エンジン１０の発生させる動力によって車両の走行を行う際には、バッテリ３０と第１コイル２５との間で電力の授受を行わせると共に、バッテリ３０から第２コイル２６への電力供給を停止する。これにより、第２ロータ２２２とステータ２３との間に引きずりトルクが発生して動力の損失が生じるのを防止することができる。
【００３２】
その他の実施の形態．
実施の形態１において、二重ロータ型モータ２０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、かご型導体２７、永久磁石２８、第２コイル２６の順に設けられる構造に限定されるものではなく、第１ロータ２１および第２ロータ２２において、一方がかご型導体２７を有すると共に他方が第１コイル２５を有し、第２ロータ２２およびステータ２３において、一方が永久磁石２８を有すると共に他方が第２コイル２６を有する構造であればよい。そのため、例えば図４の（ａ）〜（ｃ）に示されるような構造とすることもできる。図４（ａ）では、径方向内側からかご型導体２７ａ、第１コイル２５ａ、永久磁石２８ａ、第２コイル２６ａの順に設けられている。図４（ｂ）では、径方向内側からかご型導体２７ｂ、第１コイル２５ｂ、第２コイル２６ｂ、永久磁石２８ｂの順に設けられている。図４（ｃ）では、径方向内側から第１コイル２５ｃ、かご型導体２７ｃ、第２コイル２６ｃ、永久磁石２８ｃの順に設けられている。
【００３３】
また、実施の形態２においも、二重ロータ型モータ２２０は、図３に示されているように、径方向内側から第１コイル２５、永久磁石２２８、かご型導体２２７、第２コイル２６の順に設けられる構造に限定されるものではなく、第１ロータ２１および第２ロータ２２２２において、一方が永久磁石２２８を有すると共に他方が第１コイル２５を有し、第２ロータ２２２およびステータ２３において、一方がかご型導体２２７を有すると共に他方が第２コイル２６を有する構造であればよい。そのため、例えば図５の（ａ）〜（ｃ）に示されるような構造とすることもできる。図５（ａ）では、径方向内側から永久磁石２２８ａ、第１コイル２５ａ、かご型導体２２７ａ、第２コイル２６ａの順に設けられている。図５（ｂ）では、径方向内側から永久磁石２２８ｂ、第１コイル２５ｂ、第２コイル２６ｂ、かご型導体２２７ｂの順に設けられている。図５（ｃ）では、径方向内側から第１コイル２５ｃ、永久磁石２２８ｃ、第２コイル２６ｃ、かご型導体２２７ｃの順に設けられている。
【符号の説明】
【００３４】
１００，２００  車両駆動機構、１０  エンジン（内燃機関）、１４  車軸、２０，２２０  ２重ロータ型モータ（回転電機）、２１  第１ロータ（第１回転子）、２２，２２２  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、２７，２２７  かご型導体、２８，２２８  永久磁石、３０  バッテリ（蓄電手段）、４０，２４０  コントロールユニット（制御手段）。
【図１】
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【図２】
2013237306.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013237306.tif 000007