(57)【要約】【課題】システム構成が簡単なハイブリッド車を提供することにある。【解決手段】エンジン１０と、エンジンに出力軸に接続された無段変速機２０と、電動機及び発電機として動作する回転電機１００とを有する。回転電機１００は、回転子に界磁用永久磁石１２４を有する永久磁石界磁形である。また、回転電機１００は、固定子１１０の内周に回転可能に設けられる第１及び第２の回転子１２０Ａ，１２０Ｂを有し、第１の回転子１２０Ａの永久磁石による磁極に対して、第２の回転子１２０Ｂの永久磁石による磁極位置を変える相対位相角調整手段を有し、有効磁束量を変えられる可変磁束型である。無段変速機の変速比を制御するコントロールユニット４０と、コントロールユニット４０による無段変速機２０の変速比の可変制御と連動して、可変磁束型回転電機における第２の回転子の磁極位置を変えるアクチュエータ１１８２を備える。【選択図】図１
2009126404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、電動機及び発電機として動作する回転電機と、前記エンジンに出力軸に接続された無段変速機とを有するハイブリッド車両であって、
前記回転電機は、回転子に界磁用永久磁石を有する永久磁石界磁形であり、また、固定子の内周に回転可能に設けられる第１及び第２の回転子を有し、前記第１の回転子の前記永久磁石による磁極に対して、前記第２の回転子の前記永久磁石による磁極位置を変える相対位相角調整手段を有し、有効磁束量を変えられる可変磁束型であり、
前記無段変速機の変速比を制御する制御手段と、
前記制御手段による前記無段変速機の変速比の可変制御と連動して、前記可変磁束型回転電機における前記第２の回転子の磁極位置を変える連動手段とを備えることを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド車両において、
前記無段変速機のアクチュエータは、前記制御手段によって制御される変速機用油圧アクチュエータであり、
前記連動手段は、前記回転電機の相対位相角調整手段を駆動するとともに、前記変速機用油圧アクチュエータに供給される油圧により駆動される位相角調整用油圧アクチュエータであることを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項３】
請求項１記載のハイブリッド車両において、
前記無段変速機のアクチュエータは、前記制御手段によって制御される変速機用アクチュエータであり、
前記連動手段は、前記回転電機の相対位相角調整手段を駆動するとともに、前記変速機用アクチュエータにより駆動される前記無段変速機のプーリーの軸間距離の変化の動きを伝達するリンク機構であることを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項４】
請求項１記載のハイブリッド車両において、
前記回転電機は、前記無段変速機の出力軸側に接続されることを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項５】
請求項１記載のハイブリッド車両において、
前記回転電機は、前記無段変速機の入力軸側に接続されることを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項６】
請求項１記載のハイブリッド車両において、
前記相対位相角調整手段は差動機構により構成されることを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項７】
請求項１記載のハイブリッド車両において、
前記相対位相角調整手段は、前記第１の回転子はシャフトに固定し、前記第２の回転子は前記シャフトから分離すると共に、前記シャフトと第２の回転子は磁極１極分の角度内で変位可能な構成からなることを特徴とするハイブリッド車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと電動機を動力源とするハイブリット車両に係り、電動機として可変磁束型の回転電機を用いるに好適なハイブリット車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石界磁形回転電機において、回転子の一部を軸方向に引き出すことにより、回転子に配置されている永久磁石が発生する磁束が固定子に作用する有効磁束量を変更できるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。永久磁石界磁形回転電機を発電機として使用するとき、回転電機の回転角速度ω（回転数）が上昇すると、回転電機の誘導起電力は比例して上昇する。このような場合、回転電機の第１の回転子の永久磁石に対して、第２の回転子の延久磁石の位置を変え、相対位相角を変えることで、有効磁束量を減ずることで、高回転時の発電を可能にすることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２６２５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の可変磁束型の回転電機において、発電機として用いる時、回転数に応じて有効磁束量を変化させるには、回転子の一部を軸方向に移動するための制御システムが必要となる。
【０００５】
一方、従来のハイブリット車両においては、エンジンの制御システムや変速機の制御システム等も必要であり、システム構成が複雑になると言う問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、システム構成が簡単なハイブリッド車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、電動機及び発電機として動作する回転電機と、前記エンジンに出力軸に接続された無段変速機とを有するハイブリッド車両であって、前記回転電機は、回転子に界磁用永久磁石を有する永久磁石界磁形であり、また、固定子の内周に回転可能に設けられる第１及び第２の回転子を有し、前記第１の回転子の前記永久磁石による磁極に対して、前記第２の回転子の前記永久磁石による磁極位置を変える相対位相角調整手段を有し、有効磁束量を変えられる可変磁束型であり、前記無段変速機の変速比を制御する制御手段と、前記制御手段による前記無段変速機の変速比の可変制御と連動して、前記可変磁束型回転電機における前記第２の回転子の磁極位置を変える連動手段とを備えるようにしたものである。  
かかる構成により、システム構成が簡単になるものである。
【０００８】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記無段変速機のアクチュエータは、前記制御手段によって制御される変速機用油圧アクチュエータであり、前記連動手段は、前記回転電機の相対位相角調整手段を駆動するとともに、前記変速機用油圧アクチュエータに供給される油圧により駆動される位相角調整用油圧アクチュエータである。
【０００９】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記無段変速機のアクチュエータは、前記制御手段によって制御される変速機用アクチュエータであり、前記連動手段は、前記回転電機の相対位相角調整手段を駆動するとともに、前記変速機用アクチュエータにより駆動される前記無段変速機のプーリーの軸間距離の変化の動きを伝達するリンク機構である。
【００１０】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記回転電機は、前記無段変速機の出力軸側に接続されるものである。
【００１１】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記回転電機は、前記無段変速機の入力軸側に接続されるものである。
【００１２】
（６）上記（１）において、好ましくは、前記相対位相角調整手段は差動機構により構成されるものである。
【００１３】
（７）上記（１）において、好ましくは、前記相対位相角調整手段は、前記第１の回転子はシャフトに固定し、前記第２の回転子は前記シャフトから分離すると共に、前記シャフトと第２の回転子は磁極１極分の角度内で変位可能な構成からなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１〜図１３を用いて、本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の構成及び動作について説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態によるハイブリッド車両の全体構成について説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の全体構成を示す模式図である。
【００１５】
エンジン１０の出力軸は、無段変速機２０に接続されている。無段変速機２０は、プライマリプーリー２２と、セカンダリプーリー２４と、金属ベルト２６と、油圧アクチュエータ２８とを備えている。プライマリプーリー２２の軸は、エンジン１０の出力軸に結合されている。プライマリプーリー２２とセカンダリプーリー２４とは、金属ベルト２６により連結されている。セカンダリプーリー２４の軸は、回転電機１００の軸に結合されている。油圧アクチュエータ２８は、ポンプ３０から供給される油圧によって動作する。油圧が高い時は、プライマリプーリ２２への押し付け力を増加し、プライマリプーリ６の軸間距離は広がり、プーリ半径が減少する。その結果、無段変速機２０における変速比が減少する。逆に、油圧が低くなると、プライマリプーリ２２への押し付け力を減少し、プライマリプーリ６の軸間距離は狭まり、プーリ半径が増加する。その結果、無段変速機２０における変速比が増加する。
【００１６】
回転電機１００は、永久磁石界磁形回転電機であり、また、回転子に配置されている永久磁石が発生する磁束が固定子に作用する有効磁束量を変更できる可変磁束型回転電機である。また、回転電機１００は、第１と第２の回転子を有しており、第２の回転子は、回転電機１００のシャフトに対して回動しながら、軸方向に往復動可能なものである。第２の回転子が、第１の回転子に対して回動することで、第１の回転子の永久磁石に対して、第２の回転子の延久磁石の位置を変えることができ、相対位相角を生じさせることができる。なお、回転電機１００の詳細構成については、図３を用いて後述する。
【００１７】
回転電機１００は、機械的相対位相入力軸１８０を有している。機械的相対位相入力軸１８０には、ラック機構１８２が係合している。図２を用いて後述するように、機械的相対位相入力軸１８０の外周にはピニオンギアが形成されており、このピニオンギアにラック機構１８２が係合している。ラック機構１７２は、油圧アクチュエータ１９０によって駆動される。油圧アクチュエータ１９０には、ポンプ３０から油圧が供給される。油圧アクチュエータ１９０には、油圧が減少した時、ラック機構１８２を戻すための戻りバネ１９２を有している。
【００１８】
コントロールユニット４０は、無段変速機２０の変速比を制御すると同時に、回転電機１００における有効磁束量を可変制御するものである。すなわち、コントロールユニット４０は、無段変速機２０の変速比制御と連動して、回転電機１００における有効磁束量を可変制御する。
【００１９】
コントロールユニット４０は、車速に応じて、ポンプ３０の油圧を制御する。コントロールユニット４０は、車速が速くなると、ポンプ３０の油圧を下げる。これによって、油圧アクチュエータ２８が動作して、無段変速機２０のプライマリプーリー２２が矢印Ａ方向に移動して軸間距離が狭まり、変速比が小さくなる。同時に、同時に、油圧アクチュエータ１９０が動作して、ラック機構１８２を矢印Ｂ方向に移動して、機械的相対位相入力軸１８０を回動させて、回転電機１００の第２の回転子を第１の回転子に対して回動し、回転電機１００における有効磁束量を減少させる。これによって、無段変速機２０の制御と、回転電機１００における有効磁束量の制御を、単一のコントロールユニット４０で行えるため、コントロールユニットのシステム構成を簡単にすることができる。なお、コントロールユニット４０における制御の詳細については、図９を用いて後述する。
【００２０】
エンジン１０の駆動力は、無段変速機２０及びデファレンシャルギア５０を介して、車輪５２に伝達される。また、回転電機１００が電動機として動作する場合の駆動力は、無段変速機２０を介して、エンジン１０に伝達され、エンジン１０を始動する。また、回転電機１００が電動機として動作する場合の駆動力は、デファレンシャルギア５０を介して、車輪５２に伝達されることもできる。回転電機１００が発電機として動作する場合には、車輪５２の駆動力によって回転電機１００が駆動され、発電機として動作する。
【００２１】
次に、図２を用いて、本実施形態によるハイブリッド車両に用いるラック機構１８２の構成について説明する。  
図２は、本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両に用いるラック機構の構成を示す正面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２２】
回転電機１００の機械的相対位相入力軸１８０の外周にはピニオンギアが形成されている。このピニオンギアに、ラック機構１８２が係合している。ラック機構１８２が矢印Ｂ方向に移動すると、機械的相対位相入力軸１８０は、矢印Ｃ方向に回動する。
【００２３】
次に、図３〜図８を用いて、本実施形態によるハイブリッド車両に用いる回転電機１００の第１の構成について説明する。  
最初に、図３を用いて、本実施形態によるハイブリッド車両に用いる回転電機１００の全体構成について説明する。  
図３は、本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両に用いる回転電機の構成を示すスケルトン図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２４】
回転電機１００は、固定子１１０と、第１の回転子１２０Ａと、第２の回転子１２０Ｂとを備えている。固定子１１０は、固定子鉄心１１２と、固定子鉄心１１２に巻回された固定子巻線（電機子巻線）１１４とを備えている。固定子１１０は、ハウジング１３０の内周側に固定保持されている。
【００２５】
第１の回転子１２０Ａ及び第２の回転子１２０Ｂは、固定子１１０の内周側に、間隙を設けて配置されるとともに、回転可能である。第１の回転子１２０Ａは、回転子鉄心１２２Ａと、回転子鉄心１２２Ａの内部に埋め込まれた永久磁石１２４Ａとを備えている。第２の回転子１２０Ｂは、回転子鉄心１２２Ｂと、回転子鉄心１２２Ｂの内部に埋め込まれた永久磁石１２４Ｂとを備えている。永久磁石１２４Ａ，１２４Ｂの個数が、それぞれ、４個の場合、４極の永久磁石界磁形回転電機が構成される。なお、永久磁石１２４Ａ，１２４Ｂは、回転子鉄心１２２Ａ，１２２Ｂの表面に貼り付けられた表面磁石であってもよいものである。
【００２６】
また、第２の回転子１２０Ｂは、機械的相対位相入力軸１８０を回動させることで、第１の回転子１２０Ｂに対して回動可能である。第１の回転子１２０Ａ及び第２の回転子１２０Ｂが４極の場合、第１の回転子１２０Ａの第１の永久磁石と、この永久磁石と同極の、第２の回転子１２０Ｂの第１の永久磁石の周方向位置が一致している状態を、基準角度（０度）とする。この状態に対して、第１の回転子１２０Ａの第１の永久磁石に対して、第２の回転子１２０Ｂの第１の永久磁石は、機械角で４５度（電気角で９０度）の範囲で回動可能である。
【００２７】
そのために、本実施形態では、第１の差動機構１４０と、第２の差動機構１５０と、立体カム機構１５０と、機械的相対位相入力軸１８０とを有している。第１の差動機構１４０は、第１の回転子１２０Ａに取り付けられている。第１差動機構１４０については、図４を用いて後述する。第２の差動機構１５０は、第２の回転子１２０Ｂに取り付けられている。機械的相対位相入力軸１８０は、前述したものであるが、第２の回転子１２０Ｂが第１の回転子１２０Ａとなす相対機械角を変更するための入力軸である。機械的相対位相入力軸１８０を回動することで、第２の回転子１２０Ｂに対する第１の回転子１２０Ａの相対機械角を変更でき、その結果、第２の回転子１２０Ｂに対する第１の回転子１２０Ａの相対位相角を変更できる。立体カム機構１５０は、機械的相対位相入力軸１８０の回動による相対機械角の増加に比例して、第１の回転子１２０Ａと第２の回転子１２０Ｂとの軸間距離が増加するように設けられたものである。立体カム機構１５０については、図６〜図８を用いて後述する。
【００２８】
次に、図４及び図５を用いて、本実施形態によるハイブリッド車両の回転電機１００に用いる第１の差動機構１４０の構成について説明する。  
図４は、本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の回転電機に用いる第１の差動機構の構成を示す正面図である。図５は、本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の回転電機に用いる第１及び第２の差動機構の動作を示す共線図である。
【００２９】
図４において、図４（Ａ）は図３のＡ−Ａ’断面を示し、図４（Ｂ）は図３のＢ−Ｂ’断面を示し、図４（Ｃ）は図３のＣ−Ｃ’断面を示し、図４（Ｄ）は図３のＤ−Ｄ’断面を示している。
【００３０】
図４（Ａ）と、図４（Ｄ）は、差動機構１４０のキャリアを表している。図４（Ｂ）は、太陽歯車Ｓと、太陽歯車Ｓの回りを噛合しながら公転する公転歯車Ｐ１を表している。図４（Ｃ）は、太陽歯車Ｓと歯数の異なる太陽歯車Ｑと、太陽歯車Ｑの回りを噛合しながら公転する公転歯車Ｐ２とを表している。公転歯車Ｐ１，Ｐ２は、互いに自転速度および公転速度が同一となるように、キャリアＣによって拘束される。これにより、差動機構が実現される。
【００３１】
第１の差動機構１４０のキャリアは、ハウジング１３０に固定される。また、第１の差動機構１４０と第２の差動機構１５０を構成する歯車の歯数は同一に設定される。また、機械的相対位相入力軸１８０は、第２の差動機構１５０のキャリアに取り付けられる。第１の回転子１２０Ａは、第１の差動機構１４０の太陽歯車Ｑに取り付けられる。第２の回転子１２０Ｂは、第２の差動機構１５０の太陽歯車Ｑに取り付けられる。第１の差動機構１４０の太陽歯車Ｓと第２の差動機構１５０の太陽歯車Ｓとは同一軸上に剛体接続され、回転電機１００の機械的出力軸１４５となる。
【００３２】
このような構成とすることで、機械的相対位相入力軸１８０を固定すれば、第１の差動機構１４０と第２の差動機構１５０とは、各機械要素が全く同じ運動をすることになる。また、機械的相対位相入力軸１８０に回転入力を与えると、第２の差動機構１５０の角速度が変化する。
【００３３】
図５は、機械的相対位相入力軸１８０に回転入力を与えた場合の共線図を示している。なお、共線図とは、遊星歯車などの差動機構の各回転軸の回転速度を表すのに用いられる図である。図５（Ａ），（Ｂ）の縦方向の長さが回転速度を意味し、長さが長いほど速度が速い。また、差動機構においては各軸（ここではＱ軸、Ｓ軸、Ｃ軸）の回転速度は一直線上になるという特徴がある。
【００３４】
図５（Ａ）は第１の差動機構１４０の共線図であり、図５（Ｂ）は第２の差動機構１５０の共線図である。第１の回転子１２０Ａと第２の回転子１２０Ｂに相対位相角Δωを入力するには、機械的相対位相入力軸１８０に角速度を与え、しかる後に固定する。
【００３５】
次に、図６〜図８を用いて、本実施形態によるハイブリッド車両の回転電機１００に用いる立体カム機構１６０の構成について説明する。  
図６は、本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の回転電機に用いる立体カム機構の分解側面図である。図７は、本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の回転電機に用いる立体カム機構の正面図である。図８は、本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の回転電機に用いる立体カム機構の動作説明図である。
【００３６】
図６に示すように、立体カム機構１６０は、第１の回転子１２０Ａに固定される第１カム１６２と、第２の回転子１２０Ｂに固定される第２カム１６４から構成される。第１カム１６２のカム面形状は、図６及び図７（Ａ）に示すようになっている。第２カム１６４のカム面形状は、図６及び図７（Ｂ）に示すようになっている。
【００３７】
次に、図８により、第１カム１６２と第２カム１６４の動作について説明する。第２の回転子１２０Ｂに相対位相角が与えられると、第２カム１６４が回転変位し、カム形状から第１カム１６２と第２カム１６４との軸方向距離が増大する。これにより、第２の回転子の１２０Ｂが、矢印Ｆ方向（回転電機１００の軸方向）に軸方向距離ΔＬだけ移動し、押し出される。
【００３８】
次に、図９を用いて、本実施形態によるハイブリッド車両における無段変速機と回転電機の制御内容について説明する。  
図９は、本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両における無段変速機と回転電機の制御内容の説明図である。
【００３９】
図９（Ａ）は、車速Ｖと無段変速機２０の変速比ＴＲの基本的な関係を示している。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示すように変速比ＴＲが変更された時の、車速Ｖとエンジン１０の回転数Ｎｅとの関係を示している。図９（Ｃ）は、図９（Ａ）に示すように変速比ＴＲが変更された時の、車速Ｖと発電機として動作する回転電機の回転数Ｎｇとの関係を示している。図９（Ｄ）は、回転電機の回転数Ｎｇと図６〜図８で説明した立体カム１６０により第２の回転子が軸方向に押し出された時の軸方向距離ΔＬを示している。
【００４０】
図９（Ａ）に示すように、無段変速機２０は、大きな変速比ＴＲ１から小さな変速比ＴＲ２までの間で、変速比を連続的に可変できる。変速比ＴＲ１は、例えば、２．４程度であり、変速比ＴＲ２は、例えば、０．６程度である。
【００４１】
図９（Ａ）に示すように、車速が０ｋｍ／ｈから所定車速Ｖ１になるまでは、無段変速機の変速比ＴＲは、大きな変速比ＴＲ２に維持される。その間、図９（Ｂ）に示すように、エンジン回転数Ｎｅは次第に上昇し、車速Ｖ１のとき、エンジン回転数Ｎｅは、Ｎｅ１となる。エンジン回転数Ｎｅ１は、例えば、２０００ｒｐｍである。
【００４２】
図９（Ａ）に示すように、車速Ｖ１から車速Ｖ２の間においては、無段変速機の変速比ＴＲは、大きな変速比ＴＲ２から小さな変速比ＴＲ２までの間、連続的に可変される。その間、図９（Ｂ）に示すように、エンジン回転数Ｎｅは、回転数Ｎｅ１に維持される。
【００４３】
図９（Ａ）に示すように、車速Ｖ２より速くなると、無段変速機の変速比ＴＲは、小さな変速比ＴＲ２に維持される。そして、その間、図９（Ｂ）に示すように、エンジン回転数Ｎｅは、回転数Ｎｅ１が徐々に増加する。
【００４４】
なお、以上の説明における無段変速機の変速比ＴＲの制御は基本的なものであり、運転者の意思を示すアクセル開度や、エンジンの状態を示す負荷に応じて、変速の制御は変更される。例えば、発進時にアクセル開度が大きく、運転者の意思として急加速が要求されていると、大きな変速比ＴＲ１は、車速Ｖ１よりも速い車速まで維持され、より低速段の変速比がより高速になるまで維持され、急加速を可能とする。
【００４５】
一方、図１に示したように、回転電機１００は、ディファレンシャルギア５０を介して車輪５２に接続されている。したがって、図９（Ｃ）に示すように、回転電機１００の回転数Ｎｇは、車速Ｖに比例して増加する。
【００４６】
また、回転電機１００における第２の回転子１２０Ｂの軸方向距離ΔＬは、図９（Ａ）に示した変速比ＴＲの制御と連動して変化するため、図９（Ｄ）に示すようになる。すなわち、車速Ｖ１までは軸方向距離ΔＬは０であり、車速Ｖ１から車速Ｖ２の間では、車速Ｖに応じて、軸方向距離ΔＬは、ΔＬｍａｘまで増加する。さらに、車速Ｖ２を超えると、軸方向距離ΔＬは、ΔＬｍａｘに保持される。
【００４７】
前述したように、第１の回転子１２０Ａに対する第２の回転子１２０Ｂの相対位相差は、軸方向距離ΔＬが０のとき、基準角度（０度）である。そして、軸方向距離ΔＬがΔＬｍａｘのとき、第１の回転子１２０Ａに対する第２の回転子１２０Ｂの相対位相差が機械角で４５度（電気角で９０度）となるように、設計されている。
【００４８】
したがって、回転電機１００の回転数Ｎｇに対する第１の回転子１２０Ａに対する第２の回転子１２０Ｂの相対位相差の変化は、図９（Ｄ）に示したものと同様になる。
【００４９】
永久磁石界磁形回転電機１００を発電機として使用するとき、回転電機の回転角速度ω（回転数）が上昇すると、回転電機の誘導起電力は比例して上昇する。このような場合、本実施形態の回転電機では、回転電機の第１の回転子の永久磁石に対して、第２の回転子の延久磁石の位置を変え、相対位相角を変えることで、有効磁束量を減ずることで、高回転時の発電を可能にすることができるものである。
【００５０】
本実施形態のように、コントロールユニット４０が無段変速機２０の変速比の制御と連動して、回転電機１００の第１の回転子１２０Ａに対する第２の回転子１２０Ｂの相対位相差を制御する場合、図９（Ｄ）に示したように、車速Ｖ１から車速Ｖ２の間では、車速が上昇すると、相対位相差を大きくでき、有効磁束量が小さくなるように制御できるので、高回転時の発電を可能にすることができる。したがって、単一のコントロールユニットにより、無段変速機２０の変速比と、磁束可変型回転電機１００の有効磁束量を制御可能となる。
【００５１】
次に、図１０及び図１１を用いて、本実施形態によるハイブリッド車両に用いる回転電機の第２の構成について説明する。  
図１０は、本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両に用いる回転電機の第２の構成を示すスケルトン図である。図１１は、本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の第２の構成の回転電機に用いる第１及び第２の差動機構の動作を示す共線図である。なお、図３と同一符号は、同一部分を示している。
【００５２】
本例の回転電機１００Ａは、図３に示した回転電機１００とは、第１の差動機構１４０Ａ，第２の差動機構１５０Ａの構成が異なるものである。他の構成は、図３に示したものと同様である。
【００５３】
第１の差動機構１４０Ａおよび第２の差動機構１５０Ａとしては、一般的な遊星歯車を用いている。また、第１の差動機構１４０Ａの遊星歯車と第２の差動機構１５０Ａの遊星歯車の対応する歯車の歯数は同一である。本例においても、第１の差動機構１４０Ａのキャリアはハウジング１３０に固定されており、第２の差動機構１５０Ａのキャリアは機械的相対位相入力軸１８０に接続される。
【００５４】
図１１の共線図において、図１１（Ａ）は第１の差動機構１４０Ａの共線図を示し、図１１（Ｂ）は第２の差動機構１５０Ａの共線図を示している。これらから、図３と同様に、相対位相角を入力できる。
【００５５】
次に、図１２及び図１３を用いて、本実施形態によるハイブリッド車両に用いる回転電機の第３の構成について説明する。  
図１２は、本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両に用いる回転電機の第３の構成を示す側面図である。図１３は、本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の第３の構成を示す正面図である。なお、図３と同一符号は、同一部分を示している。また、図１２及び図１３に示す回転電機の構成は、本願発明者らが先に出願し、公開された特開２００２−２６２５３４号公報の図１に示されるものと同様である。
【００５６】
固定子１１０の固定子鉄心１１２には、電機子巻線１１４がスロット内に巻装されており、ハウジング１３０に焼ばめ若しくは圧入されている。ハウジング１３０の内部には、冷却水が流れる冷却水流路１３２が形成されている。
【００５７】
永久磁石埋め込み型回転子１２０は、シャフト１４５に固定しされた第１の回転子１２０Ａと、シャフト１４５と分離した第２の回転子１２０Ｂからなる。
【００５８】
第１の回転子１２０Ａには、４個の永久磁石１２４Ａが回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる。同じく、第２の回転子１２０Ｂには、永久磁石１２４Ｂが回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる。第１と第２の回転子の２つの回転子を同一軸上に配置した界磁用磁石は固定子磁極に対向している。
【００５９】
シャフト１４５の内、第２の回転子１２０Ｂが配置される位置の外周には、雄ネジ部１４７が形成されている。また、第２の回転子１２０Ｂの内径側には、雌ネジ部１４８が形成されている。雄ネジ部１４７がボルトのネジ部となり、雌ネジ部１４８がナット部となり、お互いにネジの機能を持たせて接続されている。したがって、第２の回転子１２０Ｂは、シャフト１４５に対して回転しながら軸方向に、軸方向距離ΔＬだけ可変となっている。
【００６０】
また、第２の回転子１２０Ｂが、固定子の中心から所定の変位ΔＬｍａｘ以上はみ出さないように、第２の回転子１２０Ｂの側面にはストッパー１７０が設けされている。ストッパー１７０の位置は、図１に示した油圧アクチュエータ１９０によって制御可能である。アクチュエータ１９０により、ストッパー１７０の位置をシャフト１４５と平行に左右に可変することで、第１の永久磁石１２４Ａと第２の永久磁石１２４Ｂの磁極中心のずれる値を変えることができる。図１３に示す状態では、第１の永久磁石１２４Ａに対して、第２の永久磁石１２４Ｂの磁極中心が機械角で４５度（電気角で９０度）変位した状態を示している。これにより、固定子に対して、第１界磁用磁石と第２界磁用磁石からなる全体の有効磁束量を制御可能である。
【００６１】
上記のようにすることで、トルクの方向に応じて永久磁石の有効磁束量を変化することについて述べる。      
基本的に固定子には電機子巻線と回転子には永久磁石を用いる回転電機において、電動機として働く時と、発電機として働く時の回転子の回転方向が同じであれば、電動機として働く時と、発電機として働く時の回転子が受けるトルクの方向は反対になる。
【００６２】
また、同じ電動機と働く時、回転子の回転方向が反対になれば、トルク方向も反対になる。同じく、同じ発電機と働く時、回転子の回転方向が反対になれば、トルク方向も反対になる。
【００６３】
上記に説明した回転方向とトルク方向による基本理論を本発明の実施形態に係る回転電機に適用すると以下の通りである。
【００６４】
エンジン始動等のように低回転領域において電動機として働く時は、第１の回転子１２０Ａと第２の回転子１２０Ｂの同磁極の中心が揃えるようにして、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を最大にして、高トルク特性が得られる。
【００６５】
次に、発電機として働く時は、図１３に示すように回転子の回転方向が同じであると、回転子が受けるトルク方向は電動機として働く時と反対になり、シャフト１４５に対して第２の回転子１２０Ｂはボルトのネジ部からナット部が外れるように第１の回転子１２０Ａと第２の回転子１２０Ｂの間の間隔が広がりながら同磁極の中心がずれて、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を少なくすることになり、言い換えると弱め界磁効果があり、高回転領域において高出力発電特性が得られる。
【００６６】
なお、可変磁束型回転電機の構成としては、前述した特開２００２−２６２５３４号公報の図８〜図１８に示した構成のものも用いることができる。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態では、コントロールユニットが無段変速機の変速比の制御と連動して、回転電機の第１の回転子に対する第２の回転子の相対位相差を制御しているので、単一のコントロールユニットにより、無段変速機の変速比と、磁束可変型回転電機の有効磁束量を制御可能となる。したがって、コントロールシステムの構成を簡単にできる。
【００６８】
次に、図１４及び図１５を用いて、本発明の第２の実施形態によるハイブリッド車両の構成及び動作について説明する。  
図１４は、本発明の第２の実施形態によるハイブリッド車両の全体構成を示す模式図である。図１５は、本発明の第２の実施形態によるハイブリッド車両における連動機構の動作説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００６９】
図１に示した実施形態では、無段変速機の変速比の制御と、回転電機の祐子磁束量の制御を、油圧を用いて連動させていたのに対して、本実施形態では、機械的に連動させるようにしたものである。
【００７０】
そのため、図１４に示すように、本実施形態では、一方の端部が無段変速機２０のプライマリプーリ２２に接触し、他方の端部がラック機構１８２に係合されたリンク機構１８４を備えている。リンク機構１８４は、戻しバネ１８６を備えている。なお、その他の構成は、図１に示したものと同様である。回転電機１００の構成としては、図３，図１０，図１２等に示したものが用いられる。
【００７１】
次に、図１５を用いて、動作について説明する。リンク機構１８４の一方の端部は、無段変速機２０のプライマリプーリ２２に接触している。変速のためにプライマリプーリ２２が矢印Ａ方向に移動すると、リンク機構１８４が矢印Ｃ方向に回転し、ラック機構１８２を矢印Ｂ方向に移動させる。これにより機械的相対位相入力軸１８０が回転し、回転電機１００の第１の回転子１２０Ａと第２の回転子１２０Ｂ間の相対位相角を生じさせる。変速動作終了後、プライマリプーリ２２の幅は固定されるので、生じた相対位相角はそのまま固定される。また、プライマリプーリ２２の間隔が増加すると、バネ１８６により機械的相対位相入力軸１８０が基準位置に復帰し、相対位相角を基準角度に戻す。
【００７２】
本実施形態においても、無段変速機の変速比の制御と連動して、回転電機の第１の回転子に対する第２の回転子の相対位相差を制御しているので、単一のコントロールユニットにより、無段変速機の変速比と、磁束可変型回転電機の有効磁束量を制御可能となる。したがって、コントロールシステムの構成を簡単にできる。
【００７３】
次に、図１６及び図１７を用いて、本発明の第３の実施形態によるハイブリッド車両の構成及び動作について説明する。  
図１６は、本発明の第３の実施形態によるハイブリッド車両の全体構成を示す模式図である。図１７は、本発明の第２の実施形態によるハイブリッド車両における無段変速機と回転電機の制御内容の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００７４】
図１５に示すように、本実施形態では、無段変速機の変速比の制御と、回転電機の祐子磁束量の制御を、図１４と同様に機械的に連動させている。一方、本実施形態において、図１４と異なるのは、回転電機１００の配置である。すなわち、図１に示した例では、回転電機１００は、無段変速機２０の出力軸側に接続されていたのに対して、本実施形態では、無段変速機２０の入力軸側，すなわち、エンジン１０に接続されている。
【００７５】
次に、図１６を用いて、本実施形態によるハイブリッド車両における無段変速機と回転電機の制御内容について説明する。
【００７６】
図１６（Ａ）は、車速Ｖと無段変速機２０の変速比ＴＲの基本的な関係を示している。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）に示すように変速比ＴＲが変更された時の、車速Ｖとエンジン１０の回転数Ｎｅとの関係を示している。図１６（Ｃ）は、図１６（Ａ）に示すように変速比ＴＲが変更された時の、車速Ｖと発電機として動作する回転電機の回転数Ｎｇとの関係を示している。図１６（Ｄ）は、回転電機の回転数Ｎｇと図６〜図８で説明した立体カム１６０により第２の回転子が軸方向に押し出された時の軸方向距離ΔＬを示している。
【００７７】
図１６（Ａ）に示すように、無段変速機２０は、大きな変速比ＴＲ１から小さな変速比ＴＲ２までの間で、変速比を連続的に可変できる。変速比ＴＲ１は、例えば、２．４程度であり、変速比ＴＲ２は、例えば、０．６程度である。
【００７８】
図１６（Ａ）に示すように、車速が０ｋｍ／ｈから所定車速Ｖ１になるまでは、無段変速機の変速比ＴＲは、大きな変速比ＴＲ２に維持される。その間、図１６（Ｂ）に示すように、エンジン回転数Ｎｅは次第に上昇し、車速Ｖ１のとき、エンジン回転数Ｎｅは、Ｎｅ１となる。エンジン回転数Ｎｅ１は、例えば、２０００ｒｐｍである。
【００７９】
図１６（Ａ）に示すように、車速Ｖ１から車速Ｖ２の間においては、無段変速機の変速比ＴＲは、大きな変速比ＴＲ２から小さな変速比ＴＲ２までの間、連続的に可変される。その間、図１６（Ｂ）に示すように、エンジン回転数Ｎｅは、回転数Ｎｅ１に維持される。
【００８０】
図１６（Ａ）に示すように、車速Ｖ２より速くなると、無段変速機の変速比ＴＲは、小さな変速比ＴＲ２に維持される。そして、その間、図１６（Ｂ）に示すように、エンジン回転数Ｎｅは、回転数Ｎｅ１が徐々に増加する。
【００８１】
一方、図１に示したように、回転電機１００は、エンジン１０に接続されている。したがって、図１６（Ｃ）に示すように、回転電機１００の回転数Ｎｇは、図１６（Ｂ）に示したエンジン回転数Ｎｅと同様に変化する。
【００８２】
また、回転電機１００における第２の回転子１２０Ｂの軸方向距離ΔＬは、図１６（Ａ）に示した変速比ＴＲの制御と連動して変化するため、図１６（Ｄ）に示すようになる。すなわち、車速Ｖ１までは軸方向距離ΔＬは０であり、車速Ｖ１から車速Ｖ２の間では、車速Ｖに応じて、軸方向距離ΔＬは、ΔＬｍａｘまで増加する。さらに、車速Ｖ２を超えると、軸方向距離ΔＬは、ΔＬｍａｘに保持される。
【００８３】
前述したように、第１の回転子１２０Ａに対する第２の回転子１２０Ｂの相対位相差は、軸方向距離ΔＬが０のとき、基準角度（０度）である。そして、軸方向距離ΔＬがΔＬｍａｘのとき、第１の回転子１２０Ａに対する第２の回転子１２０Ｂの相対位相差が機械角で４５度（電気角で９０度）となるように、設計されている。
【００８４】
したがって、回転電機１００の回転数Ｎｇに対する第１の回転子１２０Ａに対する第２の回転子１２０Ｂの相対位相差の変化は、図１６（Ｄ）に示したものと同様になる。
【００８５】
永久磁石界磁形回転電機１００を発電機として使用するとき、回転電機の回転角速度ω（回転数）が上昇すると、回転電機の誘導起電力は比例して上昇する。このような場合、本実施形態の回転電機では、回転電機の第１の回転子の永久磁石に対して、第２の回転子の延久磁石の位置を変え、相対位相角を変えることで、有効磁束量を減ずることで、高回転時の発電を可能にすることができるものである。
【００８６】
本実施形態のように、コントロールユニット４０が無段変速機２０の変速比の制御と連動して、回転電機１００の第１の回転子１２０Ａに対する第２の回転子１２０Ｂの相対位相差を制御する場合、図１６（Ｄ）に示したように、車速Ｖ１以上では、車速が上昇すると、相対位相差を大きくでき、有効磁束量が小さくなるように制御できるので、高回転時の発電を可能にすることができる。したがって、単一のコントロールユニットにより、無段変速機２０の変速比と、磁束可変型回転電機１００の有効磁束量を制御可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両に用いるラック機構の構成を示す正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両に用いる回転電機の構成を示すスケルトン図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の回転電機に用いる第１の差動機構の構成を示す正面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の回転電機に用いる第１及び第２の差動機構の動作を示す共線図である。
【図６】本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の回転電機に用いる立体カム機構の分解側面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の回転電機に用いる立体カム機構の正面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の回転電機に用いる立体カム機構の動作説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両における無段変速機と回転電機の制御内容の説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両に用いる回転電機の第２の構成を示すスケルトン図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の第２の構成の回転電機に用いる第１及び第２の差動機構の動作を示す共線図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両に用いる回転電機の第３の構成を示す側面図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態によるハイブリッド車両の第３の構成を示す正面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態によるハイブリッド車両の全体構成を示す模式図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態によるハイブリッド車両における連動機構の動作説明図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態によるハイブリッド車両の全体構成を示す模式図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態によるハイブリッド車両における無段変速機と回転電機の制御内容の説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０…エンジン
２０…無段変速機
４０…コントロールユニット
３０…ポンプ
１００…回転電機
１１０…固定子
１１２…固定子鉄心
１１４…固定子巻線
１２０…回転子
１２０Ａ…第１の回転子
１２０Ｂ…第２の回転子
１２４…永久磁石
１２４Ａ…第１の回転子永久磁石
１２４Ｂ…第２の回転子永久磁石
１８２…アクチュエータ
１８４…リンク機構
【図１】
2009126404.tif 000003
【図２】
2009126404.tif 000004
【図３】
2009126404.tif 000005
【図４】
2009126404.tif 000006
【図５】
2009126404.tif 000007
【図６】
2009126404.tif 000008
【図７】
2009126404.tif 000009
【図８】
2009126404.tif 000010
【図９】
2009126404.tif 000011
【図１０】
2009126404.tif 000012
【図１１】
2009126404.tif 000013
【図１２】
2009126404.tif 000014
【図１３】
2009126404.tif 000015
【図１４】
2009126404.tif 000016
【図１５】
2009126404.tif 000017
【図１６】
2009126404.tif 000018
【図１７】
2009126404.tif 000019