(57)【要約】【課題】  大トルク領域の駆動系の総合効率を向上しつつ，広い運転範囲においても総合効率を向上させることが可能な車両システムとその制御方法を提供する。【解決手段】第１駆動源としてエンジンもしくはリラクタンス型電動機または誘導電動機を備え，かつ第２駆動源として表面磁石型電動機を備える車両システムの制御装置であって，前輪を前記第一の駆動源で駆動するとともに後輪を前記第二の電動源で駆動するように統合制御する制御装置。【選択図】  図1
2017043221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の前輪の駆動源としてエンジン若しくはリラクタンス型電動機又は誘導電動機を備え、
前記車両の後輪の駆動源として表面磁石型電動機を備える車両システムの制御装置であって、
前後輪の駆動源を統合制御する車両システムの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載された車両システムの制御装置であって、
前記表面磁石型電動機は、回転軸の軸方向において、空隙を挟んでロータ及びステータが対向するアキシャルギャップ型モータである車両システムの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載された車両システムの制御装置であって、
前記アキシャルギャップ型モータは、車両のホイール内に配置される車両システムの制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載されたいずれかの車両システムの制御装置であって、
所定負荷までは前記エンジン若しくはリラクタンス型電動機又は誘導電動機により車両を駆動し、当該所定負荷以上の場合は前記表面磁石型電動機との協調駆動により車両を駆動する車両システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，車両システムの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両は，車両に備えられたエンジンや電動機により，前輪もしくは後輪，さらには前輪と後輪の両方を駆動することで駆動力を得ている。これらの車両においては，車両の走行状況に応じて前輪と後輪の駆動力の配分を変更させることで，運転範囲の拡大や低燃費（もしくは電費）化を図っている。上述に示した車両の一例を特許文献１から特許文献３に示す。特許文献１記載のハイブリッド車の駆動システム構成では，エンジン効率の悪い低速・高トルクの領域を電動機で負担することで広い運転範囲と駆動系の総合効率の向上の両立を図っている。また，特許文献２ないし特許文献３に記載の電気自動車の駆動システム構成では，前輪と後輪に配置された電動機によって駆動しているため，低速・高トルク領域においてもエンジンと比較して効率が高く，駆動系の総合効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第5561099号
【特許文献２】特開2014-207727号公報
【特許文献３】特開2009-142036号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら， 特許文献１に記載のハイブリッド車の駆動システムでは，エンジン効率の悪い低速・高トルク領域を電動機で負担することで，エンジン単体の駆動と比べて駆動系の総合効率が高くなるものの，後輪に埋め込み磁石型電動機のようなリラクタンストルクを活用したリラクタンス型電動機が用いられているため，電動機の効率が低い部分で駆動されていることになる。一方で，特許文献２ないし特許文献３に記載の電気自動車駆動システムでは，前輪および後輪の電動機のいずれも，広い運転範囲を満足するために，埋め込み磁石型電動機のようなリラクタンストルクを活用したリラクタンス型電動機が用いられている。一般的に，リラクタンス型電動機は，大きなトルクを発生させるために，コイル磁束の力を使ってトルクを出すため，銅損が大きくなり効率が悪くなる。そのため，電動車両の発進時や勾配のある道路を走行する際には効率の低い大トルク領域で駆動する必要があるため，総合効率の低下を招く。
【０００５】
本発明は，上記の課題を解決するため，大トルク領域の駆動系の総合効率を向上しつつ，広い運転範囲においても総合効率を向上させることが可能な車両システムとその制御方法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】
【０００６】
上記の目的を達成するために，本発明では，第１駆動源としてエンジンもしくはリラクタンス型電動機または誘導電動機を備え，かつ第２駆動源として表面磁石型電動機を備える車両システムの制御装置であって，前輪を前記第一の駆動源で駆動するとともに後輪を前記第二の電動源で駆動するように統合制御する制御装置ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の車両システムおよびその制御装置は，第１駆動源の効率が低い大トルク領域の効率を改善するために，第２駆動源として大トルク領域の効率の高い表面磁石型電動機を駆動力として用いるため，大トルク領域の効率改善が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態の車両駆動システムを備えた車両。
【図２（ａ）】本発明の実施形態の第１駆動源および第２駆動源の特性。
【図２（ｂ）】第１駆動源１０の効率マップの一例。
【図２（ｃ）】第２駆動源２０のトルク特性ＮＴrearと，その効率マップの一例。
【図３】本発明の実施形態のアキシャルギャップ型の表面磁石型電動機の斜視図。
【図４】本発明の実施形態のアキシャルギャップ型の表面磁石型電動機の断面図。
【図５】本発明の実施形態のインホイール型の車両駆動システムを備えた車両。
【図６（ａ）】本発明の実施形態の表面磁石型電動機の一例を示す断面図である。
【図６（ｂ）】本発明の実施形態の表面磁石型電動機の他の例を示す断面図である。
【図７（ａ）】本発明の実施形態の表面磁石型電動機の磁石近傍における構造の一例を示す拡大図である。
【図７（ｂ）】本発明の実施形態の表面磁石型電動機の磁石近傍における構造の他の例を示す拡大図である。
【図７（ｃ）】本発明の実施形態の表面磁石型電動機の磁石近傍における構造の他の例を示す拡大図である。
【図７（ｄ）】本発明の実施形態の表面磁石型電動機の磁石近傍における構造の他の例を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下，本発明の実施例を説明する。図１に本発明の実施形態１の車両駆動システムを備えた車両１を示す。
【００１０】
車両１は，前輪車軸５１を介して第１駆動源１０によって駆動される前輪５０と，後輪車軸６１を介して第２駆動源２０によって駆動される後輪６０を有する。第１駆動源１０は，埋込磁石型電動機等のリラクタンス型電動機もしくは誘導型電動機で構成される。第１駆動源１０は，バッテリー１２から供給される電力をインバータ１１によって制御することで駆動する。また，第２駆動源２０は，表面磁石型電動機で構成される。第２駆動源２０は，バッテリー１２から供給される電力をインバータ２１によって制御されることで駆動する。
【００１１】
図２(a)から図２(c)に本発明の実施形態１における車両１の特性を示す。車両１の走行に必要なトルクと回転数特性をＮＴallで示す。本実施形態の車両駆動システムでは，図２(a)にＮＴfrontで示したトルクと回転数特性を第１駆動源１０で駆動し，ＮＴallからＮＴallを除いた領域を満たす部分（ＮＴrear）を第２駆動源２０で駆動する。
【００１２】
図２(b)に第１駆動源１０の効率マップの一例を示す。図２(b)において，効率はη1＞η2＞η3の順で高くなる。車両特性ＮＴallを第１駆動源１０のみ負担した場合，各回転数における大トルク領域Tmaxの部分では効率が悪くなる。ここで，大トルク領域Tmaxは，例えば，車両を停止状態から車両を発進させる場合や加速する場合，上り勾配路を走行する場合に使用される領域である。そこで，本実施形態では大トルク領域Tmaxの領域を後輪に配置した表面磁石型電動機で構成される第２駆動源２０で駆動する。
【００１３】
図２(c)に第２駆動源２０のトルク特性ＮＴrearと，その効率マップの一例を示す。表面磁石型電動機は，界磁側の磁石磁束を有効に活用してトルクを発生させるため，リラクタンス型電動機や誘導型電動機と比べて励磁電流を小さくすることできる。そのため，励磁側に発生する銅損が小さくなり，効率が高い特徴がある。
【００１４】
従って，図２(a)に示すように，第１駆動源の効率が悪い大トルク領域分を，第２駆動源２０に備えられる表面磁石型電動機に負担させて車両を駆動させることで，効率の高い駆動システムが提供できる。
【００１５】
図６(a)及び図６(b)は、上述した表面磁石型電動機の例を示す断面図である。図６(a)及び図６(b)のいずれにおいても、ラジアルモータ３００は、ロータコア３０１と、ステータコア３０３と、を有する。ロータコア３０１には、磁石３０２が周方向に複数配置される。図６(a)と図６(b)との違いは複数の磁石３０２同士の間隔であり、図６(a)の複数の磁石の間隔は図６(b)の複数の磁石の間隔よりも大きい。この場合、図６(a)のラジアルモータ３００が、図６(b)のラジアルモータ３００よりもリラクタンストルクが大きくなる。
【００１６】
このような特性を利用して、図１に示される前輪電動機１０には、図６(b)のラジアルモータ３００を適用することで、より効率の高い駆動システムが提供できる。
【００１７】
また、図１に示される前輪電動機１０には図６(b)のラジアルモータ３００を適用し、後輪電動機２０には図６(a)のラジアルモータ３００を適用することも考えられる。
【００１８】
さらに図７(a)ないし図７(d)は、上述した表面磁石型電動機の磁石近傍における構造の拡大図である。図７(a)の磁石配置は図６(a)に対応し、磁石３０２は、磁性体であるロータコア３０１に埋め込まれている。図７(b) の磁石配置は、磁石３０２がロータコア３０１から露出しかつ磁石３０２との間に空隙又ロータコア３０１が配置される場合を示し、図７(a)の磁石配置よりもリラクタンストルクが小さくなる。
【００１９】
図７(c) の磁石配置は、磁石３０２がロータコア３０１から露出しかつ磁石３０２との間に空隙がない場合を示し、図７(b)の磁石配置よりもリラクタンストルクが小さくなる。
【００２０】
また図７(d) の磁石配置は、磁石３０２がロータコア３０１から露出しかつ磁石３０２が樹脂等の非磁性体３０７に覆われる場合を示し、図７(b)の磁石配置とほぼ同等のリラクタンストルクが生じる。
【００２１】
本実施形態においては、前輪電動機１０と後輪電動機２０にこれらの磁石配置の電動機を組合せて配置することができる。
【００２２】
次に本発明の実施形態２の車両駆動システムについて説明する。図３および図４は，実施形態２における第２駆動源２０の表面磁石型電動機の構成の一例である。図３に示すように，本実施例では，第２駆動源２０にアキシャルギャップ構造の表面磁石型電動機（以下，アキシャルギャップ型電動機２００）を適用している。アキシャルギャップ型電動機２００は，電磁鋼板などの磁性薄板で作製したロータコア２０１と，ロータコア２０１の軸方向面に配置される複数の磁石２０２で構成されるロータを有する。加えて，周方向に複数配置されたステータコア２０３と，各コアに巻回されるコイル２０４とで構成されるステータを有する。ロータとステータは，空隙Ｇを介して回転軸Ｓ方向に対面するように配置される。
【００２３】
本実施例によれば，第２駆動源２０に用いられる表面磁石型電動機を小型化することが可能となるとともに，ラジアルギャップ構造の表面磁石型電動機よりも磁石に作用する遠心力に対する強度が高く，かつ信頼性が高い第２駆動源２０が得られる。
【００２４】
図５は本発明の実施形態３の車両駆動システムである。本実施形態では，第２駆動源を，車両１の後輪６０の左右それぞれの内部に配置された表面磁石型電動機２０ａおよび２０ｂで構成する。これに伴い，それぞれの表面磁石型電動機２０ａ，２０ｂに対応するインバータ２１ａ，２１ｂを備える。
【００２５】
本実施例によれば，第２駆動源を後輪６０内に備えているため，車両１の後部のスペースを広く確保することができる。また，第２駆動源が左右に独立して配置されるため，車両の走行制御を左右独立で行うことが可能となり，走行安定性を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００２６】
１…車両、１０…前輪電動機、１１…前輪インバータ、１２…バッテリー、２０…後輪電動機、２０ａ…後輪電動機、２０ｂ…後輪電動機、２１…後輪インバータ、２１ａ…後輪インバータ、２１ｂ…後輪インバータ、５０…前輪、５１…前輪車軸、６０…後輪、６１…後輪車軸、２００…アキシャルモータ、２０１…ロータコア、２０２…磁石、２０３…ステータコア、２０４…コイル、２０５…ハウジング、２０６…ベアリング、２０７…シャフト、３０１…ロータコア、３０２…磁石、３０３…ステータコア、S…回転軸、G…空隙
【図１】
2017043221.tif 000003
【図２（ａ）】
2017043221.tif 000004
【図２（ｂ）】
2017043221.tif 000005
【図２（ｃ）】
2017043221.tif 000006
【図３】
2017043221.tif 000007
【図４】
2017043221.tif 000008
【図５】
2017043221.tif 000009
【図６（ａ）】
2017043221.tif 000010
【図６（ｂ）】
2017043221.tif 000011
【図７（ａ）】
2017043221.tif 000012
【図７（ｂ）】
2017043221.tif 000013
【図７（ｃ）】
2017043221.tif 000014
【図７（ｄ）】
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