(57)【要約】【課題】エンジンをクランキングする時に、ロータ回転数が過剰に増加することによる損傷を防止できる回転電機を提供することを目的とする。【解決手段】車両ＥＣＵは、エンジンの完爆を検知した直後に、エンジンの完爆により過剰に増加したエンジンのトルクにより、エンジンの回転数がエンジン完爆時のＲｅ１から過剰な増加をすることを抑制するために、時間ｔ３’でのエンジンのトルクの最大値であるＴｅ１から、エンジン内部の点火が安定した時間ｔ４’においてエンジンのトルクが一定値になったときのトルクの値であるＴｅ２の値までの差に相当する、逆方向のトルクを第１のモータにかけるようにトルク制御が行われる。これにより、正方向への回転数を抑制する逆方向のトルクを第１のモータにかけるトルク制御がなされているので、エンジン及び第１のモータの正方向へのトルク増加を相殺する。【選択図】図３
2016040150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を介してエンジンに直接的又は間接的に接続された第１のロータと、
第２のロータと、
ステータと
を備え、
前記第１のロータと前記第２のロータとで第１のモータを構成し、前記第２のロータと前記ステータとで第２のモータを構成する回転電機であって、
前記エンジンが完爆した直後に、前記第１のモータに前記回転軸の回転方向に対して逆方向のトルクをかけ、前記第２のモータに前記回転軸の回転方向に対して正方向のトルクをかける回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に係り、特にエンジンをクランキングする回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の走行用の動力を提供するために、エンジンと回転電機であるモータとの両方を備えるハイブリッド自動車（ＨＶ）やプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両が普及してきている。これらのＨＶやＰＨＶにおいて、エンジンの始動のためにエンジンのクランクシャフトを回転させるクランキングを実施するためのセルモータを設けずに、走行用モータをクランキングに使用することが知られている。走行用モータをエンジンのクランキングに使用する場合は、クランクシャフトとモータの駆動軸とが接続された状態で、走行用モータを回転させてクランキングを開始し、エンジンがクランキングにより着火し、エンジン内での点火が安定し、自身の回転慣性で回転し続ける状態である完爆に至るまでクランキングを継続する。エンジンが完爆に至ればエンジンの始動が完了する。この時、エンジンの完爆時にエンジンのトルクが急速に発生することにより、エンジンの回転数が過剰に増加し、クランクシャフトに接続されている走行用モータのロータ回転数が過剰に増加することで、走行用モータのスリップリングに過負荷がかかり摩耗を早めたり、巻線ロータのコイルエンドが遠心力で広がったりという走行用モータの損傷を起こす可能性がある。
【０００３】
特許文献１には、車両の走行用の動力を供給するエンジンと走行用モータとを備え、モータによりエンジンのクランキングを行う際に、エンジンの完爆直後では走行用モータのトルクはエンジンのトルクよりも小さな値を取るようにロータのトルク制御を行うことで、エンジンと走行用モータとの回転数が過剰に増加することを防止するＨＶが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３５９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたＨＶに設けられた走行用モータは、シングルロータモータである。車両に設けられているモータがダブルロータモータである場合は、エンジンのクランクシャフトに接続された第１のロータと、車両の車軸に接続された第２のロータとの間にもトルクが発生するため、シングルロータモータとは異なるトルク制御を行う必要があるという問題点があった。
【０００６】
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、第１のロータ及び第２のロータを備える回転電機を用いてエンジンをクランキングする時に、ロータ回転数が過剰に増加することによる損傷を防止できる回転電機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】
【０００７】
この発明に係る回転電機は、回転軸を介してエンジンに直接的又は間接的に接続された第１のロータと、第２のロータと、ステータとを備え、第１のロータと第２のロータとで第１のモータを構成し、第２のロータとステータとで第２のモータを構成する回転電機であって、エンジンが完爆した直後に、第１のモータに回転軸の回転方向に対して逆方向のトルクをかけ、第２のモータに回転軸の回転方向に対して正方向のトルクをかける。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、回転軸を介してエンジンに直接的又は間接的に接続された第１のロータと、第２のロータを備え、ステータとを備え、第１のロータと第２のロータとで第１のモータを構成し、第２のロータとステータとで第２のモータを構成する回転電機が、エンジンが完爆した直後に、第１のモータに回転軸の回転方向に対して逆方向のトルクをかけ、第２のモータに回転軸の回転方向に対して正方向のトルクをかけるトルク制御を行うので、ロータ回転数が過剰に増加することによる回転電機の損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態に係るダブルロータモータの断面図である。
【図２】この発明の実施の形態に係るダブルロータモータを用いたエンジン始動時において、エンジンの完爆直後にトルク制御を行わない場合のダブルロータモータ及びエンジンの回転数及びトルクの変動を示した概略図である。
【図３】この発明の実施の形態に係るダブルロータモータを用いたエンジン始動時において、エンジンの完爆直後にトルク制御を行う場合のダブルロータモータ及びエンジンの回転数及びトルクの変動を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の実施の形態に係るダブルロータモータ２を備えたトランスアクスル１の構成を図１に示す。トランスアクスル１は、ＰＨＶである図示しない車両に設けられている。トランスアクスル１には、車両の走行用動力を供給する走行用モータとしての回転電機であるダブルロータモータ２が設けられ、ダブルロータモータ２は、第１のロータであるインナーロータ３と、第２のロータであるアウターロータ４と、ステータ５とを備えている。インナーロータ３は、円筒形状のロータコア６と、ロータコア６に挿入されるブラケット７とを備えている。アウターロータ４は、ギア機構４１を介して、図示しない車両の駆動輪の駆動機構に連結されている。ブラケット７は、その外周面と同心円状にその軸方向に伸びる円筒形状の軸接続部８を備えている。軸接続部８は、スリップリング軸４０と、車両の走行用動力を供給する図示しないエンジンにギア機構４２を介して連結された回転軸９とを収容し、それらを連結している。したがって、インナーロータ３は間接的に回転軸９と接続されていて、そのためインナーロータ３とエンジンとは連れ回っている。
【００１１】
インナーロータ３及びステータ５には、図示しない巻線コイルが設けられており、アウターロータ４には、図示しない永久磁石が設けられている。ロータコア６に巻かれているコイルがロータコア６の端面から突出している部分が、巻線ロータコイルエンド４４を構成している。ダブルロータモータ２を駆動する時に、インナーロータ３の巻線コイルとアウターロータ４の永久磁石との間に相互に働く力と、アウターロータ４の永久磁石とステータ５の巻線コイルとの間に相互に働く力とで、インナーロータ３及びアウターロータ４のそれぞれにトルクが発生する。そして、インナーロータ３とアウターロータ４とでインナーモータである第１のモータを構成しており、アウターロータ４とステータ５とでアウターモータである第２のモータを構成している。インナーロータ３及びアウターロータ４には、図示しないトルクセンサと回転数センサが設けられている。
【００１２】
スリップリング軸４０の周囲に、インナーロータ３のスリップリング４３が設けられている。また、インナーロータ３及びステータ５の巻線コイルには、ダブルロータモータ２のインナーロータ３及びアウターロータ４の回転数とトルクの情報に基づいてインナーロータ３及びステータ５の巻線コイルに印加する電流を制御して、インナーロータ３及びアウターロータ４の回転数とトルクを制御するための図示しないモータ制御回路が接続されている。
【００１３】
次に、この実施の形態に係るエンジン始動時の回転電機の動作を説明する。
まず、エンジンの完爆直後にトルク制御を行わない場合について説明する。車両に設けられた停止状態のエンジンを始動するためにクランキングを行う時は、図２に示すように、時間ｔ１において、図示しないモータ制御回路がダブルロータモータ２のインナーロータ３及びステータ５の巻線コイルに印加する電流を制御する。インナーロータ３とアウターロータ４とステータ５との相互に働く力で、第１のモータと第２のモータとにトルクをかける。ここで、ダブルロータモータ２について、エンジン回転方向と同じ方向へアウターロータ４を回転させる回転を正方向の回転とし、エンジン回転方向と逆方向へアウターロータ４を回転させる回転を逆方向の回転とする。また、第１のモータ及び第２のモータについて、アウターロータ４を正方向に回転させるトルクを正方向のトルクとし、アウターロータ４を逆方向に回転させるトルクを逆方向のトルクとする。モータ制御回路によるクランキング中のダブルロータモータ２の制御は、具体的には、第１のモータに逆方向のトルクＴｉ１（＜０）をかけるように制御し、第２のモータに、第１のモータと同じ一定の大きさで正方向のアウターロータ４のトルクＴｏ１（＝−Ｔｉ１）をかけるように制御する。こうして、第２のモータにおいてステータ５に対してアウターロータ４が正方向に回転するトルクＴｏ１がかかり、第１のモータにおいてアウターロータ４が逆方向に回転するトルクＴｉ１がかかっていることで、アウターロータ４ではトルクＴｏ１とトルクＴｉ１がつりあい、アウターロータ４に対するトルクＴｉ１による反作用で、インナーロータ３は正方向に回転する。時間ｔ１からエンジンが完爆する時間ｔ２までの間は、第１のモータに一定のトルクＴｉ１をかけることにより、インナーロータ３の回転数がＲｉ１まで正方向に増加していく。この時、インナーロータ３と回転軸９とエンジンとは接続されているので、インナーロータ３の回転数が増加していくに連れて回転軸９の回転数が正方向に増加していき、それにより図示しないエンジンの回転数が正方向にＲｅ１まで増加していく。
【００１４】
時間ｔ２においてエンジンの回転数がＲｅ１の状態でエンジンが完爆したとき、エンジンのトルクＴｅが発生して増加を開始する。これにより、完爆直後の時間ｔ２以降のエンジンの回転数がＲｅ１を超えて過剰に増加し始める。この時、図示しない回転数センサによりエンジンの回転数を検知して、完爆後にしか達成しえない所定回転数と比較する等の公知の手段を用いて、図示しない車両ＥＣＵはエンジンの完爆を検知し、モータ制御回路にクランキングの停止を指示する。時間ｔ２において、モータ制御回路は、クランキングのためにインナーロータ３に逆方向の第１のモータにトルクＴｉ１を発生させていた制御を終了する。すると、時間ｔ２からエンジン内での点火が安定する時間ｔ３までは、インナーロータ３はエンジンのトルクＴｅを受けて正方向にエンジンに連れ回り、インナーロータ３の回転数がエンジンの回転数と同様に、完爆の時の回転数Ｒｉ１から過剰に増加し始める。これにより、第１のモータのトルクはＴｉ１からＴｉ２（＞０）の範囲で正方向に変化し始める。また、モータ制御回路は、アウターロータ４が回転速度と回転方向とを変化させずに第１のモータのトルクを受けられるように、時間ｔ２以降では第２のモータのトルクを、第１のモータのトルクと同じ大きさで向きが逆になるようにＴｏ１からＴｏ２の範囲で制御する。したがって、第２のモータのトルクはＴｏ１から逆方向に変化し始める。エンジンの回転数とエンジンのトルクとインナーロータ３の回転数は、時間ｔ２から時間ｔ３までは過剰に増加し続ける。
【００１５】
エンジン内での点火が安定すると、時間ｔ３でエンジンのトルクが最大値であるＴｅ１の値をとり、エンジンのトルクの増加が止まる。さらに、エンジンの回転数及びインナーロータ３の回転数の増加も止まる。エンジンの回転数が最大値のＲｅ２となり、インナーロータ３の回転数が最大値のＲｉ２となる。時間ｔ３以降は、エンジンの回転数とエンジンのトルクとインナーロータ３の回転数とは時間とともに減少していく。そして、エンジンの回転数が、例えばアイドリング時にエンジンの回転数が安定した一定値Ｒｅ３となり、エンジンのトルクが、安定した一定値であるＴｅ２となる時の時間を時間ｔ４とする。時間ｔ４以降は、エンジンのトルクＴｅ２と第１のモータのトルクＴｉ２との向きが等しくなり、第１のモータのトルクＴｉ２と第２のモータのトルクＴｏ２との向きは逆であるが大きさが等しくなる（Ｔｉ２＝−Ｔｏ２）。ゆえに、インナーロータ３の回転数が一定値のＲｉ３に、第１のモータのトルクが一定値の正方向のトルクＴｉ２に、第２のモータのトルクが一定値の逆方向のＴｏ２に安定する。こうしてエンジンの始動が完了する。
【００１６】
次に、エンジンの完爆直後にトルク制御を行う場合を説明する。エンジンの完爆直後にトルク制御を行う場合は、図３に示すように、時間ｔ２までの動作はエンジンの完爆直後にトルク制御を行わない場合と同じである。そして、時間ｔ２においてエンジンの回転数Ｒｅ１の状態でエンジンが完爆すると、エンジンのトルクが正方向に発生し増加を開始する。車両ＥＣＵは、エンジンの完爆を検知した直後に、モータ制御回路に完爆直後のトルク制御を指示する。モータ制御回路により、第１のモータにクランキングのために時間ｔ１から時間ｔ２までかけていた逆方向の第１のモータのトルクＴｉ１をかけることを終了する。しかし、エンジンの完爆により過剰に増加したエンジンのトルクにより、エンジンの回転数がエンジン完爆時のＲｅ１から過剰な増加をすることを抑制するために、時間ｔ３’でのエンジンのトルクの最大値であるＴｅ１から、エンジン内部の点火が安定した時間ｔ４’においてエンジンのトルクが一定値になったときのトルクの値であるＴｅ２の値までの差に相当する、逆方向のトルクを第１のモータにかけるようにトルク制御が行われる。これにより、時間ｔ２からエンジン内での点火が安定する時間ｔ３’までのインナーロータ３は、エンジンに連れ回っているので正方向に回転し、エンジンのトルクにより第１のモータのトルクはＴｉ１から正方向に変化していくが、正方向への回転数を抑制する逆方向のトルクを第１のモータにかけるトルク制御がなされているので、エンジン及び第１のモータの正方向へのトルク増加を相殺する。
【００１７】
エンジン及び第１のモータの正方向へのトルク増加が相殺されることにより、インナーロータ３に連れ回っているエンジン及びインナーロータ３のそれぞれの回転数が、時間ｔ２でのＲｅ１及びＲｉ１から時間ｔ３（図２参照）のＲｅ２（図２参照）及びＲｉ２（図２参照）までのように過剰に増加しないように、時間ｔ３’において、エンジンの回転数がＲｅ２より小さなＲｅ２’に抑制され、インナーロータ３の回転数がＲｉ２より小さなＲｉ２’に抑制される。同時に、モータ制御回路は、時間ｔ２から時間ｔ３’までは、アウターロータ４が回転速度と回転方向とを変化させずに第１のモータのトルクを受けられるように、第２のモータのトルクを、第１のモータのトルクＴｉと同じ大きさで向きが逆方向になるように制御する。したがって、第２のモータのトルクは逆方向に変化する。これにより、エンジンが完爆した時間ｔ２の直後にエンジンの回転数が過剰に増加しないように抑制することができる。その結果、時間ｔ２以降のエンジンの回転数とインナーロータ３の回転数は、完爆直後にトルク制御を行わない場合と比較して緩やかに増加していくので、インナーロータ３の回転数が過剰に増加することにより、スリップリング４３及び巻線ロータコイルエンド４４が損傷することを防止できる。
【００１８】
エンジン内での点火が安定した時の時間である時間ｔ３’以降は、エンジンのトルクの増加が止まり、アイドリング時のトルク等の安定した一定値であるＴｅ２まで時間とともに減少していく。車両ＥＣＵは、エンジンの回転数の値等からエンジン内での点火が安定したことを検知して、モータ制御回路にトルク制御終了を指示する。モータ制御回路は、逆方向に第１のモータにトルクＴｉ１をかけていた制御を終了する。
【００１９】
その後は、インナーロータ３はエンジンに連れて回転を続ける。これにより、時間ｔ３’以降のエンジンの回転数とインナーロータ３の回転数とは、エンジンの回転数Ｒｅ２’とインナーロータ３の回転数Ｒｉ２’を維持して回転を続ける。第１のモータのトルクは、エンジンのトルクの変化に合わせて時間とともに値が逆方向に変化する。第２のモータは、第２のモータのトルクが第１のモータのトルクと同じ大きさで向きが逆になるように制御されるので、第１のモータのトルクの変化に合わせて時間とともに値が正方向に変化する。そして、エンジンのトルクが、例えばアイドリング時のエンジンのトルクＴｅ２等の安定した一定値になる時の時間を時間ｔ４’とする。時間ｔ４’以降は、エンジンのトルクＴｅ２と第１のモータのトルクＴｉ２との向きが等しくなり、第１のモータのトルクＴｉ２と第２のモータのトルクＴｏ２との向きは逆であるが大きさが等しくなる（Ｔｉ２＝−Ｔｏ２）。ゆえに、インナーロータ３の回転数が一定値のＲｉ２’に、第１のモータのトルクが一定値の正方向のＴｉ２に、第２のモータのトルクＴｏが一定値の逆方向のＴｏ２に安定する。こうしてエンジンの始動が完了する。
【００２０】
このように、ダブルロータモータ２を用いてエンジンをクランキングする時に、エンジンが完爆した直後に、第１のモータにエンジンの回転方向に対して逆方向のトルクをかけ、第２のモータにエンジンの回転方向に対して正方向のトルクをかけるトルク制御を行うので、インナーロータ３の回転数が過剰に増加することによるダブルロータモータ２の損傷を防止できる。
【００２１】
この実施の形態では、インナーロータ３は、スリップリング軸４０と、車両の走行用動力を供給する図示しないエンジンにギア機構４２を介して連結された回転軸９と間接的に接続されていたが、スリップリング軸４０と回転軸９とを直接接続してもよい。同様に、この実施の形態では、アウターロータ４は、ギア機構４１を介して、図示しない車両の駆動輪の駆動機構に間接的に連結されていたが、アウターロータ４と駆動機構とを直接連結してもよい。さらに、インナーロータ３が駆動機構と直接的又は間接的に接続されていて、アウターロータ４が回転軸９と直接的又は間接的に接続されていてもよい。その場合は、エンジンが完爆した直後に、アウターモータである第１のモータに、エンジンのクランキングの時及びエンジンの完爆直後にエンジンの回転方向に対して逆方向のトルクをかけ、インナーモータである第２のモータにエンジンの回転方向に対して正方向のトルクをかける制御を行う。
【００２２】
この実施の形態では、ダブルロータモータ２を備えたトランスアクスル１及びエンジンは、ＰＨＶである車両に設けられていたが、ダブルロータモータのインナーモータ又はアウターモータでエンジンを始動するものであれば、ＨＶなどのＰＨＶ以外の車両に設けられていてもよし、車両以外の設備又はシステムに設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００２３】
２  ダブルロータモータ（回転電機）、３  インナーロータ（第１のロータ）、４  アウターロータ（第２のロータ）、５  ステータ、９  回転軸。
【図１】
2016040150.tif 000003
【図２】
2016040150.tif 000004
【図３】
2016040150.tif 000005