(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる所定の出力特性領域内を各々主動作領域として駆動制御される複数の電動機を有し、該複数の電動機の駆動により出力軸に要求される動力を出力可能な動力出力装置であって、
前記複数の電動機は、各々の主動作領域に対応する出力特性領域内で駆動制御されるときの動作損失が、他の出力特性領域内で駆動制御されるときの動作損失よりも少なくなるように、各々の主動作領域に対応する出力特性領域に応じて異なる方式により巻回されたコイルにより形成された電動機である動力出力装置。
【請求項２】
互いに異なる所定の出力特性領域内を各々主動作領域として駆動制御される複数の電動機を有し、該複数の電動機の駆動により出力軸に要求される動力を出力可能な動力出力装置であって、
前記複数の電動機は、各々の主動作領域に対応する出力特性領域が、電動機の動作可能な領域のうちで動作損失が少ない低損失領域となるようにそれぞれ選定され、各々の主動作領域に対応する出力特性領域に応じて異なる方式により巻回されたコイルにより形成された電動機である動力出力装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の動力出力装置であって、
前記複数の電動機のうち、前記所定の出力特性領域として高トルク低回転数の領域内を主動作領域として駆動制御される電動機は、集中巻コイルにより形成された電動機とし、低トルク高回転数の領域内を主動作領域として駆動制御される電動機は、分布巻コイルにより形成された電動機とした動力出力装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の動力出力装置であって、
前記動作損失は、銅損および鉄損に基づく損失である動力出力装置。
【請求項５】
請求項４記載の動力出力装置であって、
前記複数の電動機のうち、前記所定の出力特性として高トルク低回転数の領域内を主動作領域として駆動制御される電動機は、低銅損および高鉄損の電動機とし、低トルク高回転数の領域内を主動作領域として駆動制御される電動機は、高銅損および低鉄損の電動機とした動力出力装置。
【請求項６】
請求項１ないし５記載の動力出力装置が搭載された電動車両であって、
内燃機関を備え、
前記複数の電動機は、前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を受けて発電可能な発電電動機と、該発電電動機からの発電電力を用いて前記内燃機関と共に前記電動車両の車軸に要求される動力を出力可能な電動機とを含む電動車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力出力装置およびこれを搭載する電動車両に関し、詳しくは、互いに異なる所定の出力特性領域を各々主動作領域として駆動制御される複数の電動機を有し該複数の電動機の駆動により出力軸に要求される動力を出力可能な動力出力装置およびこれを搭載する電動車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の動力出力装置としては、定格出力が異なる２つの電動機と、動力出力装置の出力軸に要求される出力に応じて２つの電動機の電力供給の配分を制御する制御装置とを備えたものが提案されている（特開平６−１８９４１５号公報など）。この動力出力装置では、出力軸に要求される出力が小さいときには小さい定格出力の電動機に電力を供給し、出力軸に要求される出力が大きいときには大きい定格出力の電動機に電力を供給することにより、高出力性能と省電力化とを両立することができるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした動力出力装置では、装置のエネルギ効率が十分に向上しない場合がある。電動機は、その出力が同じであっても運転ポイント（トルクと回転数からなる出力特性ポイント）によっては回転に伴う電動機の損失、例えば、鉄損や銅損に基づく損失が大きく異なる。前述の動力出力装置では、装置の出力軸に要求される出力のみに基づいて定格出力の異なる２つの電動機から使用する電動機を選択するから、電動機が主に駆動制御される運転ポイントの領域によっては電動機の損失が大きくなり、装置のエネルギ効率が十分に向上しない場合がある。
【０００４】
本発明の動力出力装置は、装置のエネルギ効率をより向上させることを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置を搭載する電動車両は、車両のエネルギ効率をより向上させることを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の動力出力装置およびこれを搭載する電動車両は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の第１の動力出力装置は、
互いに異なる所定の出力特性領域内を各々主動作領域として駆動制御される複数の電動機を有し、該複数の電動機の駆動により出力軸に要求される動力を出力可能な動力出力装置であって、
前記複数の電動機は、各々の主動作領域に対応する出力特性領域内で駆動制御されるときの動作損失が、他の出力特性領域内で駆動制御されるときの動作損失よりも少なくなるように、各々の主動作領域に対応する出力特性領域に応じて異なる方式により巻回されたコイルにより形成された電動機であることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の第１の動力出力装置では、複数の電動機は、各々の主動作領域に対応する出力特性領域内で駆動制御されるときの動作損失が、他の出力特性領域内で駆動制御されるときの動作損失よりも少なくなるように、各々の主動作領域に対応する出力特性領域に応じて異なる方式により巻回されたコイルにより形成するから、装置全体のエネルギ効率をより向上させることができる。
【０００８】
本発明の第２の動力出力装置は、
互いに異なる所定の出力特性領域内を各々主動作領域として駆動制御される複数の電動機を有し、該複数の電動機の駆動により出力軸に要求される動力を出力可能な動力出力装置であって、
前記複数の電動機は、各々の主動作領域に対応する出力特性領域が、電動機の動作可能な領域のうちで動作損失が少ない低損失領域となるようにそれぞれ選定され、各々の主動作領域に対応する出力特性領域に応じて異なる方式により巻回されたコイルにより形成された電動機であることを要旨とする。
【０００９】
この本発明の第２の動力出力装置では、複数の電動機は、各々の主動作領域に対応する出力特性領域が電動機の動作可能な領域のうちで動作損失が少ない低損失領域となるようにそれぞれ選定され、各々の主動作領域に対応する出力特性領域に応じて異なる方式により巻回されたコイルにより形成されるから、装置全体のエネルギ効率を向上させることができる。
【００１０】
こうした本発明の第１または第２の動力出力装置において、前記複数の電動機のうち、前記所定の出力特性領域として高トルク低回転数の領域内を主動作領域として駆動制御される電動機は、集中巻コイルにより形成された電動機とし、低トルク高回転数の領域を主動作領域として駆動制御される電動機は、分布巻コイルにより形成された電動機としたものとすることもできる。
【００１１】
また、本発明の第１または第２の動力出力装置において、前記動作損失は、銅損および鉄損に基づく損失であるものとすることもできる。この態様の本発明の第１または第２の動力出力装置において、前記複数の電動機のうち、前記所定の出力特性領域として高トルク低回転数の領域内を主動作領域として駆動制御される電動機は、低銅損および高鉄損の電動機とし、低トルク高回転数の領域内を主動作領域として駆動制御される電動機は、高銅損および低鉄損の電動機としたものとすることもできる。
【００１２】
本発明の電動車両は、
本発明の第１または第２の動力出力装置が搭載された電動車両であって
内燃機関を備え、
前記複数の電動機は、前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を受けて発電可能な発電電動機と、該発電電動機からの発電電力を用いて前記内燃機関と共に前記電動車両の車軸に要求される動力を出力可能な電動機とを含むことを要旨とする。
【００１３】
この本発明の電動車両では、内燃機関を備え、複数の電動機は、内燃機関からの動力の少なくとも一部を受けて発電可能な発電電動機と、発電電動機からの発電電力を用いて内燃機関と共に電動車両の車軸に要求される動力を出力可能な電動機とを含む。この発電電動機と電動機とを各主動作領域に対応する出力特性領域に応じて構成することにより、車両のエネルギ効率をより向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように主にガソリンで駆動する内燃機関としてのエンジン２２と、エンジン２２からの動力を所定のトルク比でサンギア軸３３とリングギア軸３７とに分配可能なギアユニット３０と、ギアユニット３０のサンギア軸３３に連結された発電可能なモータＭＧ１と、ギアユニット３０のリングギア軸３７に連結されると共に車輪５４，５６の車軸５０に連結された発電可能なモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２との間でインバータ６２，６４を介して電力のやり取りを行なうバッテリ６０とを備える。
【００１５】
ギアユニット３０は、サンギア３２とリングギア３６とその間に設けられた複数のプラネタリピニオンギア３４とを備えるプラネタリギアユニットとして構成されている。ギアユニット３０の複数のプラネタリピニオンギア３４を連結するプラネタリキャリア３５には、エンジン２２のクランクシャフト２４がダンパ２６を介して接続されている。ギアユニット３０のサンギア軸３３には、モータＭＧ１の回転軸が接続されている。ギアユニット３０のリングギア軸３７には、モータＭＧ２の回転軸４０がリングギア軸３７に設けられたギア３８と回転軸４０に設けられたギア４２とを連結するベルト４４を介して接続されている。モータＭＧ２の回転軸４０に設けられたギア４６には、動力出力装置の出力軸としての車輪５４，５６の車軸５０がデファレンシャルギア５２を介して接続されている。したがって、ギアユニット３０のリングギア軸３７は、モータＭＧ２の回転軸４０に接続されると共に車輪５４，５６の車軸５０に接続されている。
【００１６】
モータＭＧ１，ＭＧ２は、例えば、外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと、三相コイルが巻回された発電可能なＰＭ型の同期式発電電動機として構成されている。モータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイルはそれぞれインバータ６２，６４に接続されており、モータＭＧ１、ＭＧ２はインバータ６２，６４による力行制御や回生制御により電動機や発電機として動作する。モータＭＧ１は、集中巻きコイルにより、モータＭＧ２は、分布巻きコイルによりそれぞれ形成されている。集中巻きのモータＭＧ１は、分布巻きのモータＭＧ２に比して鉄損が大きく高回転数領域におけるモータ損失は大きくなるものの、巻線を一つのティース（歯）に集中して巻くから、巻線として断面積の大きい平角線を用いて整列巻きすることにより、モータのスロットにおけるコイルの占積率を高くすることができると共にコイルエンドを小さくすることができる。これは、図２に例示する集中巻きモータと分布巻きモータとの巻線抵抗の比較結果のように、集中巻きの巻線抵抗が分布巻きの巻線抵抗よりも小さくなることを意味する。したがって、集中巻きのモータＭＧ１は、分布巻きのモータＭＧ２に比して、鉄損は大きいが銅損は小さいことがわかる。即ち、モータＭＧ１は低銅損高鉄損のモータであり、モータＭＧ２は高銅損低鉄損のモータであることがわかる。
【００１７】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、図示しない電子制御ユニットにより種々の運転モードが設定されてエンジン２２と共にモータＭＧ１およびモータＭＧ２が駆動制御される。この運転モードとしては、車軸５０への出力要求に見合った動力が出力されるようエンジン２２を運転すると共にエンジン２２からの動力をモータＭＧ１とモータＭＧ２とによりトルク変換して車軸５０に要求出力を出力するトルク変換駆動モードや、車軸５０への要求出力を上回る動力が出力されるようエンジン２２を運転すると共にエンジン２２からの動力をモータＭＧ１とモータＭＧ２とによりトルク変換して車軸５０に要求出力を出力すると共に余剰の電力をバッテリ６０を充電する充電駆動モード、車軸５０への要求出力を下回る動力が出力されるようエンジン２２を運転すると共にエンジン２２からの動力とバッテリ６０からの電力とを用いてモータＭＧ１とモータＭＧ２とにより車軸５０に要求出力を出力する放電駆動モードなどがある。
【００１８】
こうしたハイブリッド自動車２０における定常走行時では、トルク変換駆動モードが設定される。トルク変換駆動モードでは、エンジン２２は要求される出力に基づいてできる限り効率の高い運転ポイント（トルクと回転数により定まるポイント）で運転しつつ、車軸５０に指令トルクが出力されるようにエンジン２２からの動力をモータＭＧ１およびモータＭＧ２によりトルク変換する。トルク変換は、主にモータＭＧ１を高トルク低回転数の領域で駆動制御すると共にモータＭＧ２を低トルク高回転数の領域で駆動制御することにより行なわれる。即ち、図３に示すようにモータＭＧ１は高トルク低回転数の領域Ａ内を主動作領域ａ（他の出力特性領域よりも高頻度に設定される運転範囲）で駆動制御され、モータＭＧ２は低トルク高回転数の領域Ｂ内を主動作領域ｂとして駆動制御される。
【００１９】
図４はモータが駆動制御される出力特性領域に応じた銅損および鉄損の分布の一例を示す図である。モータＭＧ１，ＭＧ２は、その駆動に基づいて銅損や鉄損、機械損などの損失が発生する。このうち銅損は、発生するトルクが大きいほど大きく現われ、鉄損は、回転数が大きくなるほど大きく現われる。即ち、図４に示すように、高トルク低回転数の出力特性領域Ａでは、銅損は大きく現われると共に鉄損は小さく現われ、低トルク高回転数の出力特性領域Ｂでは、逆に銅損は小さく現われると共に鉄損は大きく現われる。したがって、高トルク低回転数の出力特性領域Ａ内で主に駆動制御されるモータＭＧ１として、モータが動作可能な領域のうちで高トルク低回転数域の動作損失が少ない低銅損高鉄損のモータを採用し、低トルク高回転数の出力特性領域Ｂ内で主に駆動制御されるモータＭＧ２として、低トルク高回転数域の動作損失が少ない高銅損低鉄損のモータを採用すれば、全体の損失を少なくできることがわかる。前述したように高トルク低回転数の出力特性領域Ａを主動作領域ａとするモータＭＧ１は低銅損高鉄損の集中巻きにより形成し、低トルク高回転数の領域Ｂを主動作領域ｂとするモータＭＧ２は高銅損低鉄損の分布巻きにより形成したから、モータＭＧ１の高トルクの駆動に伴う銅損の影響をより少なくすると共にモータＭＧ２の高回転数の駆動に伴う鉄損の影響をより少なくすることができる。また、高鉄損のモータＭＧ１は低回転数で駆動され、高銅損のモータＭＧ２は低トルクで駆動されるから、それぞれ鉄損や銅損の影響により損失が増加することもない。
【００２０】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータの回転に伴う損失のうち、銅損は大きく現われ鉄損は小さく現われる高トルク低回転数の領域内を主動作領域として駆動制御されるモータＭＧ１は、高トルク低回転数の領域を低損失領域とする低銅損高鉄損の集中巻きモータを採用し、銅損は小さく現われ鉄損は大きく現われる低トルク高回転数の領域内を主動作領域として駆動制御されるモータＭＧ２は、低トルク高回転数の領域を低損失領域とする高銅損低鉄損の分布巻きモータを採用するから、モータＭＧ１およびモータＭＧ２の駆動に伴う銅損および鉄損の影響をより少なくすることができ、車両全体のエネルギ効率をより向上させることができる。
【００２１】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータの出力可能な領域を高トルク低回転数の領域と低トルク高回転数の領域との２つの出力特性領域に分け、高トルク低回転数の領域内を主動作領域として駆動制御されるモータとして、高トルク低回転数の領域を低損失領域とする集中巻きモータを採用すると共に低トルク高回転数の領域内を主動作領域として駆動制御されるモータとして、低トルク高回転数の領域を低損失領域とする分布巻きモータを採用したが、モータの出力可能な領域を３つ以上の領域に分け、分割した各々の出力特性領域内を主動作領域として駆動制御される各モータとして、各出力特性領域を低損失領域とするモータ（各出力特性領域に応じてコイルの巻回方式の異なるモータ）をそれぞれ採用するものとしてもよい。例えば、分割された複数の出力特性領域のうち主動作領域に対応する出力特性領域で駆動するモータの損失が他の出力特性領域で駆動する場合の損失よりも少なくなるように毎極毎相のコイルのスロット数やコイルの断面積の大きさなどを適宜調節してモータを構成するのである。
【００２２】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明のこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例である動力出力装置が搭載されたハイブリッド車両２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】  分布巻きモータと集中巻きモータとの巻線抵抗の比較結果を説明する説明図である。
【図３】  モータＭＧ１の主動作領域とモータＭＧ２の主動作領域との関係を示す図である。
【図４】  モータが駆動制御される出力特性領域に応じた鉄損と銅損の分布を説明する説明図である。
【符号の説明】
２０  ハイブリッド自動車、２２  エンジン、２４  クランクシャフト、２６ダンパ、３０  ギアユニット、３２  サンギア、３３  サンギア軸、３４  プラネタリピニオンギア、３５  プラネタリキャリア、３６  リングギア、３７  リングギア軸、３８  ギア、４０  回転軸、４２  ギア、４４  ベルト、４６  ギア、５０  車軸、５２  ディファレンシャルギア、５４，５６  車輪、６０  バッテリ、６２，６４  インバータ、ＭＧ１，ＭＧ２  モータ。
【図１】
0004196545.tif 000002
【図２】
0004196545.tif 000003
【図３】
0004196545.tif 000004
【図４】
0004196545.tif 000005