(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と、電流が供給されて駆動される電気モータと、少なくとも３個の歯車要素から成り、第１の歯車要素と前記発電機とが、第２の歯車要素と出力軸とが、第３の歯車要素とエンジンとが連結された差動歯車装置と、前記第２の歯車要素の出力回転数を検出する回転数検出手段と、該回転数検出手段によって検出された出力回転数に対応するエンジン回転数を算出し、発電機回転数が上限値を超えないように設定されたエンジン回転数の上限値を超えないように、算出されたエンジン回転数に基づいてエンジンによって発生させられるエンジントルクを小さくすることにより回転数を規制するエンジン回転数規制手段とを有することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
互いに独立に回転自在に配設された二つの回転子を備え、一方の回転子とエンジンとが、他方の回転子と出力軸とが連結された二重回転型発電機と、前記出力軸と連結され、電流が供給されて駆動される電気モータと、前記出力軸の出力回転数を検出する回転数検出手段と、該回転数検出手段によって検出された出力回転数に対応するエンジン回転数を算出し、発電機回転数が上限値を超えないように設定されたエンジン回転数の上限値を超えないように、算出されたエンジン回転数に基づいてエンジンによって発生させられるエンジントルクを小さくすることによりエンジン回転数を規制するエンジン回転数規制手段とを有することを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
前記出力回転数は車速情報である請求項１又は２に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ハイブリッド型車両においては、エンジンと電気モータとが連結され、エンジンだけを駆動するエンジン駆動モード、電気モータだけを駆動するモータ駆動モード、並びにエンジン及び電気モータを駆動するエンジン・モータ駆動モードで走行させることができるようにしたものが提供されている。
【０００３】
また、エンジンと発電機とを連結し、前記エンジンからの出力の一部を発電機に伝達するとともに、前記出力の残りを出力軸に直接伝達するようにしたハイブリッド型車両も提供されている。
そして、この種のハイブリッド型車両においては、発電機の反力を制御することによってエンジンを高効率領域で駆動することができるだけでなく、エンジンのエネルギーのすべてを発電に利用することがないので、燃費を向上させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のハイブリッド型車両においては、エンジンに対して反力要素となる発電機の制御系に異常が発生したり、発電機の電源ラインがヒューズ切れ等によって切断されたり、発電機のステータのコイルが短絡したりして発電機が非制御状態になると、エンジンによって発生させられたエンジントルクによって発電機の回転数が過剰に高くなってしまう。
【０００５】
そこで、発電機の回転数を検出し、該回転数が閾（しきい）値を超えたときに、エンジンから伝達されるエンジントルクを吸収するために発電量を増加させ、それ以上回転数を高くしないようにすることが考えられる。
ところが、前記エンジントルクを十分に吸収しようとすると、発電機の発電出力を大きくする必要が生じ、発電機が大型化するだけでなく、ハイブリッド型車両の重量が大きくなってしまう。
【０００６】
本発明は、前記従来のハイブリッド型車両の問題点を解決して、発電機の回転数が過剰に高くなるのを防止することができる駆動装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の駆動装置においては、発電機と、電流が供給されて駆動される電気モータと、少なくとも３個の歯車要素から成り、第１の歯車要素と前記発電機とが、第２の歯車要素と出力軸とが、第３の歯車要素とエンジンとが連結された差動歯車装置と、前記第２の歯車要素の出力回転数を検出する回転数検出手段と、該回転数検出手段によって検出された出力回転数に対応するエンジン回転数を算出し、発電機回転数が上限値を超えないように設定されたエンジン回転数の上限値を超えないように、算出されたエンジン回転数に基づいてエンジンによって発生させられるエンジントルクを小さくすることによりエンジン回転数を規制するエンジン回転数規制手段とを有する。
【０００８】
本発明の他の駆動装置においては、互いに独立に回転自在に配設された二つの回転子を備え、一方の回転子とエンジンとが、他方の回転子と出力軸とが連結された二重回転型発電機と、前記出力軸と連結され、電流が供給されて駆動される電気モータと、前記出力軸の出力回転数を検出する回転数検出手段と、該回転数検出手段によって検出された出力回転数に基づいて、発電機回転数が上限値を超えないように設定されたエンジン回転数の上限値を超えないように、エンジン回転数を規制するエンジン回転数規制手段とを有する。
【０００９】
本発明の更に他の駆動装置においては、さらに、前記出力回転数は車速情報である。
本発明の更に他の駆動装置においては、さらに、前記エンジン回転数規制手段は、エンジン回転数規制マップを参照して前記出力回転数に対応するエンジン回転数を算出し、該エンジン回転数が上限値を超えないようにする。
【００１０】
本発明の更に他の駆動装置においては、さらに、前記エンジン回転数規制手段は、算出されたエンジン回転数に基づいて、前記エンジンによって発生させられるエンジントルクを小さくする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は本発明の第１の実施の形態におけるハイブリッド型車両の駆動装置の概念図である。
図において、１１はエンジン（Ｅ／Ｇ）であり、該エンジン１１はラジエータ等の図示されない冷却装置に接続され、前記エンジン１１において発生させられた熱は冷却装置によって放出される。また、１２は前記エンジン１１の回転が伝達される出力軸、１３は該出力軸１２を介して伝達されたエンジントルクを分配する差動歯車装置としてのプラネタリギヤユニット、１４は該プラネタリギヤユニット１３によって分配されたエンジントルクが出力トルクとして出力される出力軸、１５は該出力軸１４に固定された第１カウンタドライブギヤ、１６は伝達軸１７を介して前記プラネタリギヤユニット１３と連結された発電機（Ｇ）である。
【００１２】
前記出力軸１４は、スリーブ形状を有し、前記出力軸１２を包囲して配設される。また、前記第１カウンタドライブギヤ１５はプラネタリギヤユニット１３よりエンジン１１側に配設される。
前記プラネタリギヤユニット１３は、第１の歯車要素としてのサンギヤＳ、該サンギヤＳと噛（し）合するピニオンＰ、該ピニオンＰと噛合する第２の歯車要素としてのリングギヤＲ、及び前記ピニオンＰを回転自在に支持する第３の歯車要素としてのキャリヤＣＲから成る。
【００１３】
また、前記サンギヤＳは前記伝達軸１７を介して発電機１６と、リングギヤＲは前記出力軸１４と、キャリヤＣＲは出力軸１２を介してエンジン１１とそれぞれ連結される。
さらに、前記発電機１６は、前記伝達軸１７に固定され、回転自在に配設されたロータ２１、及び該ロータ２１の周囲に配設されたステータ２２から成り、該ステータ２２はコイル２３を備える。前記発電機１６は、伝達軸１７を介して伝達される回転によって電力を発生させる。前記コイル２３は図示されないバッテリに接続され、該バッテリに電流が供給され充電される。前記ロータ２１には、ケーシング１９に連結されたブレーキＢが配設され、該ブレーキＢを係合させることによってロータ２１を停止させることができるようになっている。
【００１４】
また、２５は電気モータ（Ｍ）、２６は該電気モータ２５の回転が出力される出力軸、２７は該出力軸２６に固定された第２カウンタドライブギヤである。前記電気モータ２５は、前記出力軸２６に固定され、回転自在に配設されたロータ３７、及び該ロータ３７の周囲に配設されたステータ３８から成り、該ステータ３８はコイル３９を備える。
【００１５】
前記電気モータ２５は、コイル３９に供給される電流によって電気モータトルクを発生させる。そのために、前記コイル３９は、前記バッテリに接続され、該バッテリから電流が供給されるようになっている。また、ハイブリッド型車両の減速状態において、前記電気モータ２５は、図示されない駆動輪から回転を受けて回生電流を発生させ、該回生電流をバッテリに供給して充電する。
【００１６】
前記駆動輪をエンジン１１の回転と同じ方向に回転させるためにカウンタシャフト３１が配設され、該カウンタシャフト３１にカウンタドリブンギヤ３２が固定される。そして、該カウンタドリブンギヤ３２と前記第１カウンタドライブギヤ１５とが、また、カウンタドリブンギヤ３２と前記第２カウンタドライブギヤ２７とが噛合させられ、前記第１カウンタドライブギヤ１５の回転及び第２カウンタドライブギヤ２７の回転が反転されてカウンタドリブンギヤ３２に伝達されるようになっている。
【００１７】
さらに、前記カウンタシャフト３１には、前記カウンタドリブンギヤ３２より歯数が少ないデフピニオンギヤ３３が固定される。
そして、デフリングギヤ３５が配設され、該デフリングギヤ３５と前記デフピニオンギヤ３３とが噛合させられる。また、前記デフリングギヤ３５にディファレンシャル装置３６が固定され、前記デフリングギヤ３５に伝達された回転が、ディファレンシャル装置３６によって分配され、駆動輪に伝達される。
【００１８】
このように、エンジン１１によって発生させられた回転をカウンタドリブンギヤ３２に伝達することができるだけでなく、電気モータ２５によって発生させられた回転もカウンタドリブンギヤ３２に伝達することができるので、エンジン１１だけを駆動するエンジン駆動モード、電気モータ２５だけを駆動するモータ駆動モード、並びにエンジン１１及び電気モータ２５を駆動するエンジン・モータ駆動モードでハイブリッド型車両を走行させることができる。
【００１９】
また、前記発電機１６の制御を行うことによって、前記伝達軸１７の回転数を制御し、エンジン１１を最大効率点で駆動することができる。
次に、前記構成のハイブリッド型車両の動作について説明する。
図３は本発明の第１の実施の形態におけるプラネタリギヤユニットの作動概念図、図４は本発明の第１の実施の形態における通常走行時の回転数線図、図５は発電機の非制御状態を示す図である。
【００２０】
本実施の形態においては、図３に示されるように、リングギヤＲに出力軸１４が、キャリヤＣＲにエンジン１１が、サンギヤＳに発電機１６がそれぞれ接続され、プラネタリギヤユニット１３（図２）のリングギヤＲの歯数をサンギヤＳの歯数の２倍にしてある。したがって、出力軸１４に出力される出力トルクをＴO とし、エンジントルクをＴE とし、発電機１６によって発生させられる発電機トルクをＴG とすると、前記出力トルクＴO 、エンジントルクＴE 及び発電機トルクＴG は、
ＴE ：ＴO ：ＴG ＝３：２：１
の関係になり、互いに反力を受け合う。
【００２１】
そして、通常走行時において、出力軸１４の出力回転数ＮO 、エンジン１１のエンジン回転数ＮE 、及び発電機１６の発電機回転数ＮG は図４に示されるようになる。
ところで、前記発電機１６の制御系に異常が発生したり、発電機１６の電源ラインがヒューズ切れ等によって切断されたり、発電機１６のコイル２３が短絡したりして非制御状態になると、図５に示されるように、ハイブリッド型車両の慣性によって出力回転数ＮO が一定の値を保つのに対して、エンジントルクＴE によってエンジン回転数ＮE が高くなり、それに伴って発電機回転数ＮG が過剰に高くなってしまう。
【００２２】
そこで、エンジン回転数ＮE を規制して発電機回転数ＮG が過剰に高くなるのを防止するようにしている。
図１は本発明の第１の実施の形態におけるハイブリッド型車両の制御ブロック図、図６は本発明の第１の実施の形態におけるエンジンの制御系を示す図、図７は本発明の第１の実施の形態におけるエンジン回転数規制マップを示す図、図８は本発明の第１の実施の形態における発電機の制御状態における回転数線図である。なお、図７において、横軸に車速Ｖを、縦軸にエンジン回転数ＮE を採ってある。
【００２３】
図１において、１１はエンジン、１６は発電機、２５は電気モータ、４３はバッテリである。そして、４６は前記エンジン１１の制御を行うエンジン制御装置であり、該エンジン制御装置４６は、エンジン回転数センサ５４によって検出されたエンジン回転数ＮE を受け、スロットル開度θ等の指示信号をエンジン１１に送る。４７は前記発電機１６の制御を行う発電機制御装置であり、該発電機制御装置４７は発電機１６に電流指令ＩＧを送る。４９は前記電気モータ２５の制御を行う電気モータ制御装置であり、該電気モータ制御装置４９は電気モータ２５に電流指令ＩＭを送る。
【００２４】
また、５１はハイブリッド型車両の全体の制御を行う車両制御装置であり、該車両制御装置５１は、図示されないＣＰＵ、記憶装置等から成り、アクセルスイッチ５５によって検出されたアクセルペダル５２の踏込量α、回転数検出手段としての車速センサ５３によって検出された車速情報としての車速Ｖ、前記発電機制御装置４７によって検出された発電機トルクＴG 、及び前記バッテリ４３によって検出されたバッテリ状態を受けて、前記エンジン制御装置４６にエンジン１１のオン・オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）を設定したり、前記発電機制御装置４７に目標回転数ＮGSをセットしたり、前記電気モータ制御装置４９に目標トルクＴMS及び補正トルクΔＴM をセットしたりする。なお、本実施の形態において、車速Ｖは、出力軸１４（図２）の出力回転数Ｎ0 によって検出されるようになっているが、リングギヤＲの回転数、車輪の回転数等によって検出することもできる。
【００２５】
次に、エンジン１１の制御系について説明する。
図６において、１１はエンジン、４６はエンジン制御装置、５３は車速センサ、６１は前記エンジン１１を点火するイグナイタ、６２は燃料を図示されないシリンダ室内に噴射する燃料噴射器、６３は前記燃料と空気とを混合して混合気を形成するためのスロットル、６４は前記エンジン１１の図示されないクランクシャフトの位置を検出するクランク位置センサ、６５は排気パイプ６６内を通過する排気ガス中の酸素量を検出する酸素センサである。
【００２６】
ところで、前記車速センサ５３は、出力軸１４（図２）に臨ませて配設され、出力回転数ＮO を車速Ｖとして検出するので、エンジン回転数ＮE は、発電機回転数ＮG 及び車速Ｖの関数で表される。したがって、発電機１６の設計強度によって求められる発電機回転数ＮG の上限値をＮGMAXとすると、エンジン回転数ＮE の上限値ＮEMAXは車速Ｖの関数で表され、前記上限値ＮEMAXは、
0003921819.tif 000002
ｋ１：ブレーキＢを係合させて発電機１６を停止させたときの、ギヤ比だけで決定される定数（約２５）（６０〔ｋｍ／ｈ〕で１５００〔ｒｐｍ〕のとき）
ｋ２：プラネタリギヤユニット１３のギヤ比によって決定される定数（約３．０）
になる。
【００２７】
そこで、車両制御装置５１（図１）の図示されないエンジン回転数規制手段はエンジン回転数ＮE を規制する。すなわち、前記エンジン回転数規制手段は、前記記憶装置に格納された図７に示されるエンジン回転数規制マップを参照し、車速センサ５３によって検出された車速Ｖに対応するエンジン回転数ＮE の上限値ＮEMAXを求め、エンジン回転数ＮE が上限値ＮEMAXを超えないように、エンジン制御装置４６によってエンジン１１の制御を行う。なお、図７において、ＮLIはエンジン回転数ＮE の設計上の上限値、ＮP はブレーキＢを係合させてロータ２１を停止させたときのパラレル回転数である。また、前記エンジン回転数規制マップを参照することなく、前記式（１）に基づいて上限値ＮEMAXを算出することもできる。
【００２８】
そのために、電子制御方式のエンジン１１が搭載されたハイブリッド型車両において、前記エンジン回転数規制手段の図示されないエンジントルク規制手段は、エンジン回転数ＮE が前記上限値ＮEMAXに達すると、エンジン制御装置４６によって、燃料噴射器６２による燃料噴射量を少なく（フュエルカット）してエンジントルクＴE を小さくし、エンジン回転数ＮE が高くなるのを防止するようにしている。
【００２９】
なお、前記エンジントルク規制手段は、エンジン制御装置４６によって、イグナイタ６１による点火を停止させてエンジン１１を停止させることもできる。さらに、前記エンジントルク規制手段は、スロットル開度θを０にしたり、イグナイタ６１による点火タイミング、バルブタイミング又は圧縮比を変更したりして、エンジントルクＴE を小さくし、エンジン回転数ＮE が高くなるのを防止することもできる。
【００３０】
したがって、前記発電機１６の制御系に異常が発生したり、発電機１６の電源ラインがヒューズ切れ等によって切断されたり、発電機１６のコイル２３が短絡したりして非制御状態になっても、図８の実線で示されるように、エンジン回転数ＮE が低くされるので、発電機回転数ＮG が過剰に高くなるのをその分防止することができる。
【００３１】
また、発電機回転数ＮG を検出する必要がないので、発電機制御装置４７からの制御信号に依存することなく、発電機１６を保護することができる。しかも、発電機制御装置４７が故障しても発電機１６を保護することができる。
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図９は本発明の第２の実施の形態におけるハイブリッド型車両の駆動装置の概念図である。
【００３２】
図において、１１はエンジン（Ｅ／Ｇ）、１２は該エンジン１１を駆動することによって発生させられた回転を出力する出力軸、７０は該出力軸１２に接続された発電機としての二重回転型発電機（Ｇ）、１４は該二重回転型発電機７０に接続された出力軸、７５は該出力軸１４に固定されたカウンタドライブギヤである。
【００３３】
前記二重回転型発電機７０は、回転自在に配設された一方の回転子としてのステータ７２、該ステータ７２の内側において回転自在に配設された他方の回転子としてのロータ７１、及び該ロータ７１に巻装されたコイル７３から成る。この場合、前記ステータ７２は図示されないケースに固定されておらず、前記出力軸１２を介してエンジン１１と連結される。また、ロータ７１は出力軸１４と連結される。前記二重回転型発電機７０は、出力軸１２を介して伝達される回転によって電力を発生させる。前記コイル７３は図示されないバッテリに接続され、該バッテリに電流を供給して充電する。
【００３４】
また、２５は前記バッテリからの電流を受けて回転を発生させる電気モータ（Ｍ）である。該電気モータ２５は、前記出力軸１４に固定され、回転自在に配設されたロータ３７、該ロータ３７の周囲に配設されたステータ３８、及び該ステータ３８に巻装されたコイル３９から成る。前記電気モータ２５は、コイル３９に供給される電流によってトルクを発生させる。そのために、前記コイル３９は前記バッテリに接続され、該バッテリから電流が供給されるようになっている。また、コイル３９は図示されない駆動輪からの回転を受けて回生電流を発生させ、前記バッテリに回生電流を供給して充電する。
【００３５】
そして、前記エンジン１１の回転と同じ方向に前記駆動輪を回転させるためにカウンタシャフト３１が配設され、該カウンタシャフト３１にカウンタドリブンギヤ３２が固定される。また、該カウンタドリブンギヤ３２と前記カウンタドライブギヤ７５とが噛合させられ、該カウンタドライブギヤ７５の回転が反転されてカウンタドリブンギヤ３２に伝達されるようになっている。
【００３６】
さらに、前記カウンタシャフト３１には前記カウンタドリブンギヤ３２より歯数が少ないデフピニオンギヤ３３が固定され、該デフピニオンギヤ３３とデフリングギヤ３５とが噛合させられる。また、前記デフリングギヤ３５にディファレンシャル装置３６が固定され、デフリングギヤ３５に伝達された回転が前記ディファレンシャル装置３６によって分配され、駆動輪に伝達される。
【００３７】
この場合、車速情報としての車速Ｖを検出する回転数検出手段としての図示されないセンサが前記出力軸１４に臨ませて配設され、前記センサによって検出された車速Ｖに基づいて、エンジン回転数が制御される。
したがって、発電機制御装置４７に異常が発生したり、二重回転型発電機７０の電源ラインがヒューズ切れ等によって切断されたり、二重回転型発電機７０のコイル７３が短絡したりして前記二重回転型発電機７０が非制御状態になっても、エンジン回転数が低くされるので、発電機回転数、すなわち、ロータ７１とステータ７２との相対回転数が過剰に高くなるのを防止することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、駆動装置においては、発電機と、電流が供給されて駆動される電気モータと、少なくとも３個の歯車要素から成り、第１の歯車要素と前記発電機とが、第２の歯車要素と出力軸とが、第３の歯車要素とエンジンとが連結された差動歯車装置と、前記第２の歯車要素の出力回転数を検出する回転数検出手段と、該回転数検出手段によって検出された出力回転数に対応するエンジン回転数を算出し、発電機回転数が上限値を超えないように設定されたエンジン回転数の上限値を超えないように、算出されたエンジン回転数に基づいてエンジンによって発生させられるエンジントルクを小さくすることによりエンジン回転数を規制するエンジン回転数規制手段とを有する。
【００３９】
この場合、回転数検出手段によって出力回転数が検出されると、エンジン回転数規制手段は、出力回転数に基づいて、発電機回転数が上限値を超えないように設定されたエンジン回転数の上限値を超えないように、エンジン回転数を規制する。
したがって、発電機の制御系に異常が発生したり、発電機の電源ラインがヒューズ切れ等によって切断されたり、発電機のコイルが短絡したりして非制御状態になっても、エンジン回転数が低くされるので、発電機回転数が過剰に高くなるのをその分防止することができる。
【００４０】
また、発電機回転数を検出する必要がないので、発電機制御装置からの制御信号に依存することなく、発電機を保護することができる。しかも、発電機制御装置が故障しても発電機を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるハイブリッド型車両の制御ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるハイブリッド型車両の駆動装置の概念図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるプラネタリギヤユニットの作動概念図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における通常走行時の回転数線図である。
【図５】発電機の非制御状態を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるエンジンの制御系を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるエンジン回転数規制マップを示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における発電機の制御状態における回転数線図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるハイブリッド型車両の駆動装置の概念図である。
【符号の説明】
１１    エンジン
１３    プラネタリギヤユニット
１４    出力軸
１６    発電機
２５    電気モータ
５１    車両制御装置
５３    車速センサ
ＣＲ    キャリヤ
ＮE     エンジン回転数
ＮO     出力回転数
Ｒ    リングギヤ
Ｓ    サンギヤ
Ｖ    車速
【図１】
0003921819.tif 000003
【図２】
0003921819.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003921819.tif 000008
【図７】
0003921819.tif 000009
【図８】
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【図９】
0003921819.tif 000011