車両用駆動装置
【課題】高速運転が可能な回転電機を有すると共に、各種エンジン及び変速機に組み合わせることが可能な回転電機を有する車両用駆動装置を提供する。
【解決手段】車両用駆動装置１００は、車両を駆動する回転動力を出力するエンジン１と、当該エンジン１の出力軸Ａ１と連結可能な入力軸Ａ２を有し、当該入力軸Ａ２の回転速度を変速して出力部材７に伝達する変速機５と、当該変速機５の入力軸Ａ２の軸心と異なる軸心からなる回転軸２１を有する回転電機２と、当該回転電機２の回転軸２１の回転速度を減速して変速機５の入力軸Ａ２に伝達する減速機４と、を備える。
【解決手段】車両用駆動装置１００は、車両を駆動する回転動力を出力するエンジン１と、当該エンジン１の出力軸Ａ１と連結可能な入力軸Ａ２を有し、当該入力軸Ａ２の回転速度を変速して出力部材７に伝達する変速機５と、当該変速機５の入力軸Ａ２の軸心と異なる軸心からなる回転軸２１を有する回転電機２と、当該回転電機２の回転軸２１の回転速度を減速して変速機５の入力軸Ａ２に伝達する減速機４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両に好適に用いることが可能な車両用駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーや地球温暖化の抑制に有効な車両として、回転電機を動力源として利用するハイブリッド車両や電動車両が実用化される。ハイブリッド車両は、化石燃料を燃料とする従来のエンジンに加え、電気エネルギーにより駆動される回転電機を動力源とする車両である。すなわち、エンジンを駆動することにより回転動力を得ると共に、車両が備えるバッテリから出力される直流電圧をインバータにより交流電圧に変換し、当該変換された交流電圧により回転電機を回転させて回転動力を得るものである。また、電動車両は、エンジンを搭載せず、電気エネルギーのみを動力源とする車両である。この種の車両に関する技術として、下記に示すものがある（例えば、特許文献１及び２、非特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載のハイブリッド車両の駆動装置では、エンジンと変速機との間に電動モータが組み込まれる構成となっている。また、特許文献２に記載のハイブリッド車両でも、エンジンとトランスミッションとの間に電動モータが挟み込むように形成されている。更に、非特許文献１に記載の小型トラック用パラレルハイブリッドシステムでも、エンジンとトランスミッションとの間にモータが備えられる構成となっている。これらの技術に示されるようなハイブリッドシステムは、パラレルハイブリッドシステムと称され、走行状態に応じてエンジン及びモータの双方が車輪を回転させる。例えば、エンジンに負荷がかかる発進時や加速時等ではモータが作動し、エンジンの駆動力を補助する。また、エンジンの効率が悪い低速時は、エンジンの回転を高めてモータを発電機として利用して回転させて、発電された電気エネルギーを充電することによりエネルギーの効率を高める。更に、制動時や降坂時には回生制動によるエネルギーの回収や停車時にエンジンストップを行い、エネルギー効率を高めている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６００９６号公報（段落番号００１９、００２１、図１等）
【特許文献２】特開２００５−５７８３２号公報（段落番号００１０等）
【非特許文献１】２００３年 自動車技術会春季学術講演会 小型トラック用パラレルハイブリッドシステムの開発（２００３５２４６、日野自動車株式会社）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、特許文献１及び２、また非特許文献１に記載の技術では、モータはエンジンと変速機（トランスミッション）との間に配設されたハイブリッドシステムが構成されている。そして、これらの技術では、組み付けの構造上、モータの回転数はエンジンの回転数と同一となるため、モータを高速運転することができない。また、エンジンとモータとの間に減速機を設けてモータの高速運転を実現することが考えられるが、前記文献に記載の技術に係る構造では、スペースの都合上、エンジンとモータとの間に減速機を配設することは容易ではない。したがって、モータを高速運転することができない。
【０００６】
また、この種のハイブリッドシステムにおいては、エンジン及び変速機に応じてモータに要求される出力が決定される。したがって、各種のエンジン及び変速機の組み合わせに対して少ない種類のモータで対応することは、構造上の点においても性能上の点においても容易ではない。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速運転が可能な回転電機を有すると共に、各種エンジン及び変速機に組み合わせることが可能な回転電機を有する車両用駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る車両用駆動装置の特徴構成は、車両を駆動する回転動力を出力するエンジンと、前記エンジンの出力軸の軸心と異なる軸心からなる回転軸を有する回転電機と、前記エンジンの出力軸と連結可能な入力軸を有し、当該入力軸に入力される回転速度を変速して出力部材に伝達する変速機と、前記変速機の入力軸と前記回転電機の回転軸とを連結し、当該回転軸の回転速度を減速して前記入力軸に伝達する減速機と、を備える点にある。
【０００９】
このような特徴構成とすれば、回転電機とエンジン及び変速機との間に、減速機を備えているため、回転電機の回転速度を変速機の入力軸が許容できる回転速度に低下させる必要が無いため、回転電機の回転速度を高速化することができる。また、エンジンからの回転動力を回転電機に伝達する場合には、エンジンの回転速度を高速度に変換して回転電機の回転軸に伝達することができる。したがって、回転電機を効率よく作動させることが可能となる。更に、エンジン及び変速機の組み合わせにより、必要とする回転電機の出力が異なる場合であっても、減速機を変更することにより種々のエンジン及び変速機に対応した出力を得ることができる。したがって、各種エンジン及び変速機に組み合わせることが可能な回転電機を有する車両用駆動装置を実現することができる。このため、各種の車両用駆動装置に対して、共通の回転電機を使用することができるため、低コストで車両用駆動装置を構成することができる。
【００１０】
また、前記減速機が、前記変速機の入力軸を中心軸として回転し、当該変速機の入力軸の周方向に沿って嵌合部が形成された第１のギヤと、前記変速機の入力軸の周方向に配置され、前記第１のギヤの嵌合部と嵌合すると共に、前記回転電機の回転軸を中心軸として回転し、当該回転電機の回転軸の周方向に沿って嵌合部が形成された第２のギヤと、からなると好適である。
【００１１】
このような構成とすれば、回転電機の回転動力を変速機に伝達する場合には、適切に回転電機の回転速度を減速して変速機に伝達することができる。また、エンジンの回転動力を回転電機に伝達する場合には、エンジンの回転速度を増速して回転電機に伝達することができる。
【００１２】
また、前記回転電機が複数備えられ、当該複数の回転電機が、前記変速機の入力軸の同心円上に配設されてあると好適である。
【００１３】
このような構成とすれば、複数の回転電機で変速機の入力軸を回転させることができる。したがって、１つの回転電機に要求された出力を複数の回転電機に分散させることができる。このため、回転電機のサイズが小さくなる。また、回転電機に要求される出力に合わせて、回転電機の数を決定すれば良いため、各種の車両用駆動装置に合わせて回転電機を共通化することができる。したがって、低コストの車両用駆動装置が実現できる。
【００１４】
また、直流電圧を交流電圧に変換する周波数変換部が備えられ、一つの前記周波数変換部で前記複数の回転電機を制御すると好適である。
【００１５】
このような構成とすれば、周波数変換部を複数備える必要がないため、コストダウンが可能となる。また、複数の周波数変換部を備える場合に生じる可能性がある周波数変換部の特性ばらつきによる回転電機の制御ばらつきを無くすことができる。したがって、適切に回転電機を制御することが可能となる。
【００１６】
また、前記複数の回転電機が、３相結線された３つの単相回転電機からなり、１つの３相回転電機として３相駆動されると好適である。
【００１７】
このような構成とすれば、単相回転電機のステータに巻き回されるコイルは、その有効開角を３相分布巻きでの有効開角と同程度としながら１つの磁極に集中して構成することができる。また、特に永久磁石トルクとリラクタンストルクとを併用する埋め込み磁石型同期モータを採用する場合には、３相回転電機での１磁極集中巻きコイルよりもリラクタンストルクの割合が大きい回転電機を形成することができる。したがって、回転電機のサイズを小さくすることができる。
【００１８】
また、前記複数の回転電機が、複数の３相回転電機からなり、各相が並列接続又は直列接続されてあると好適である。
【００１９】
このような構成とすれば、トルクリップルが少ないため、運転初期状態や定常状態であっても、スムーズに動作させることが可能となる。
【００２０】
また、前記複数の回転電機が、前記変速機の入力軸の周方向に沿って均等間隔に配設されてあると好適である。
【００２１】
このような構成とすれば、複数の回転電機からの加重（トルク伝達時のギヤ噛み合いにより発生する径方向力）が、変速機の入力軸に対して均等に分散されるため、変速機の入力軸が有するベアリング等の劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る車両用駆動装置１００を備えた車両について説明する。本車両用駆動装置１００は、化石燃料を動力エネルギーとするエンジン１と電気エネルギーを動力エネルギーとする回転電機２とを備えたハイブリッド車両に備えられる。まず、図１に基づいて車両用駆動装置１００の概略構成について説明する。図１は、車両用駆動装置１００の概略構成の模式図である。
【００２３】
図１に示されるように、車両用駆動装置１００は、車両駆動用の駆動力源としてエンジン１と回転電機２とを備え、エンジン１が伝達クラッチ３を介して減速機４と連結される。また、回転電機２は、当該回転電機２の回転動力が減速機４に伝達可能に構成される。これにより、エンジン１と回転電機２とが伝達クラッチ３を介して直列に連結されて、パラレル方式のハイブリッド車両に好適な車両用駆動装置１００が構成される。
【００２４】
エンジン１は、上述のように化石燃料を動力エネルギーとする。化石燃料とは、エンジン１がガソリンエンジンの場合にはガソリンが相当し、エンジン１がディーゼルエンジンの場合には軽油が相当する。また、エンジン１がＬＰガスエンジンの場合にはＬＰガスが相当する。そして、エンジン１は、これらの化石燃料を燃焼させてハイブリッド車両を駆動する回転動力を出力する。この回転動力は、エンジン１のクランク軸（図示しない）に連結される出力軸Ａ１を介して出力される。
【００２５】
回転電機２は、バッテリＢ１やキャパシタ（図示せず）等の蓄電装置（以下、バッテリＢ１とする）と電気的に接続される。そして、電力の供給を受けると動力を発生するモータ（電動機）として機能し、動力の供給を受けると電力を発生するジェネレータ（発電機）として機能するように構成されている。
【００２６】
バッテリＢ１は、出力電圧が数Ｖ程度のバッテリセルを複数個、直並列接続することにより、所定の電圧（例えば、２７０Ｖ以上）が出力可能なように構成される。バッテリＢ１は、回転電機２を駆動する駆動源として用いられる。また、このバッテリＢ１の出力は、ハイブリッド車両が備えるエアコン等の比較的消費電力の大きい電装品（図示しない）の電源としても用いられる。
【００２７】
また、エンジン１と回転電機２との間には、エンジン１からの動力を車輪６側に断接可能な伝達クラッチ３が設けられる。ここで、本車両用駆動装置１００は、車両の発進時や低速走行時には、伝達クラッチ３が解放されると共に、エンジン１が停止状態とされ、回転電機２の回転駆動力のみが車輪６に伝達されて走行する。この際、回転電機２は、バッテリＢ１からの電力の供給を受けて駆動力を発生する。そして、回転電機２の回転速度（すなわち車両の走行速度）が一定以上となった状態で、伝達クラッチ３が係合状態とされることにより、エンジン１がクランキングされて始動される。エンジン１の始動後は、エンジン１及び回転電機２の双方の回転駆動力が車輪６に伝達されて走行する。この際、回転電機２は、バッテリＢ１の充電状態により、エンジン１の回転駆動力により発電する状態と、バッテリＢ１から供給される電力により駆動力を発生する状態のいずれともなり得る。また、車両の減速時には、伝達クラッチ３が解放されると共に、エンジン１が停止状態とされ、回転電機２は、車輪６から伝達される回転駆動力により発電する状態となる。回転電機２で発電された交流電力は、周波数変換部１１で直流電力に変換されバッテリＢ１に蓄えられる。車両の停止時には、エンジン１及び回転電機２はいずれも停止され、伝達クラッチ３は解放される。
【００２８】
伝達クラッチ３の下流側には、変速機５が設けられる。変速機５は、エンジン１の出力軸Ａ１と連結可能な入力軸Ａ２を有し、当該入力軸Ａ２の回転速度を変速して出力部材７に伝達する。ここで、上述のように、出力軸Ａ１と入力軸Ａ２とは、伝達クラッチ３を係合することにより連結可能である。伝達クラッチ３が係合状態であれば、エンジン１の回転動力が入力軸Ａ２を介して変速機５に伝達される。一方、伝達クラッチ３が解放状態であれば、回転電機２の回転動力を減速機４が所定の減速比で減速して入力軸Ａ２に伝達される（詳細は後述する）。このような変速機５は、所謂オートマチックトランスミッションで構成すると好適である。係る場合には、変速機５は、トルクコンバータと変速機構とから構成される。トルクコンバータは、内部に充填された作動油を介して、駆動側（入力軸Ａ２側）のポンプインペラと従動側のタービンランナ（変速機構側）との間で駆動力の伝達を行う。
【００２９】
トルクコンバータの下流側には変速機構が連結され、当該変速機構により、トルクコンバータを介して伝達される駆動力源からの動力の回転を、所定の変速比で変速して車輪６側へ伝達される。変速機構は、有段の自動変速機で構成されており、各変速段の変速比を生成する歯車機構の回転要素の係合又は解放を行うクラッチやブレーキ等の摩擦係合要素を備えて構成されている。これらの変速機構の摩擦係合要素は、作動油の油圧に基づいて制御される。なお、変速機構は、無段の自動変速機で構成しても良い。また、変速機構にクラッチを備える場合、動力伝達経路を切り離すことにより、回転電機２でエンジン１の始動も行うことが可能となる。
【００３０】
変速機５の下流側には、出力部材７が連結され、当該出力部材７にディファレンシャル装置８を介して車輪６が接続されている。これにより、駆動力源から伝達された回転駆動力が変速機５により変速されて出力部材７に伝達され、この出力部材７に伝達された回転駆動力がディファレンシャル装置８を介して車輪６に伝達されるように構成されている。
【００３１】
回転電機２のトルクを大きくするには、回転電機２に通電される電流を大きくすると好適である。一方、回転電機２が有するステータＳに備えられるコイルＣのインピーダンスは一定である。したがって、回転電機２のトルクを大きくするには、回転電機２に供給される電圧を高くすると良い（即ち、コイルＣに通電される電流が大きくなるため、電磁力を大きくすることができる）。このため、本車両用駆動装置１００を搭載する車両は、バッテリＢ１の出力電圧は高い値に設定される（例えば、２７０Ｖ以上）。この出力電圧は、周波数変換部１１を介して回転電機２に供給される。詳細は、後述するが周波数変換部１１は、バッテリＢ１から出力される直流電圧を所定の周波数を有する交流電圧に変換する。
【００３２】
この周波数変換部１１は、制御部１０により制御される。この制御部１０は、周波数変換部１１が有するトランジスタ（後述する）の動作を制御するマイクロコンピュータにより構成される。したがって、バッテリＢ１の出力である高電圧を制御部１０に直接入力すると、マイクロコンピュータの絶対最大定格を越えて絶縁破壊されてしまうため、降圧部１２により所定の電圧に降圧された電圧が供給される。降圧部１２は、バッテリＢ１の出力電圧（例えば２７０Ｖ）を低電圧（例えば２．５Ｖや３．３Ｖ）に降圧する機能を有する。このため、降圧部１２は、例えばレギュレータ素子で形成することが可能であるし、降圧用ＤＣ／ＤＣコンバータで構成することも可能である。
【００３３】
ここで、回転電機２の出力は、回転動力として出力される。しかしながら、回転電機２から出力される回転動力の回転速度は、エンジン１の回転速度に比べて非常に高速であるため、この回転速度をそのまま変速機５に伝達することはできない。また、エンジン１の回転動力に応じてジェネレータとして機能する回転電機２を回転させる場合には、所定の回転速度以上で回転させる方が、発電効率が良い。したがって、変速機５の入力軸Ａ２と回転電機２の回転軸２１との間には、回転電機２の回転軸２１の回転速度を減速して変速機５の入力軸Ａ２に伝達する減速機４が配設される。
【００３４】
次に、回転電機２と減速機４と変速機５の入力軸Ａ２との配置構成について図２及び図３を用いて説明する。ここで、本車両用駆動装置１は、回転電機２が複数備えられる。このような構成であれば、１つの回転電機で構成する場合に比べて、必要とされるトルクを複数の小型の回転電機に分散させることができるため、配設するスペースをフレキシブルに決定することができる。したがって、車両用駆動装置１００のサイズを小さくすることができる。以下の説明では、回転電機２が３つ備えられている場合の例として説明する。
【００３５】
図２は入力軸Ａ２の軸方向展開断面を示した図（図３におけるII−Ｏ−II線矢
印方向の断面を示した図）であり、図３は図２のIII−III線矢印方向の断面を示し
た図である。なお、図２において、入力軸Ａ２やギヤ４や回転軸２１Ａ、２１Ｂ等については断面を図示していない。図２及び図３に示されるように、３つの回転電機２Ａ〜２Ｃは、変速機５の入力軸Ａ２の同心円上に配設される。ここで、図３に示されるように、３つの回転電機２Ａ〜２Ｃは、変速機５の入力軸Ａ２の周方向に沿って均等間隔で配設されると好適である。即ち、複数の回転電機２が３つからなる場合には、回転電機２Ａと回転電機２Ｂと回転電機２Ｃとの夫々の間隔が均等となるように、変速機５の入力軸Ａ２を基準として、１２０度ずつずらして配設すると好適である。このように配設すると、各回転電機２Ａ〜２Ｃからの変速機５の入力軸Ａ２に対する応力が均等になるため、当該応力により入力軸Ａ２が有するベアリングＢＲＧ１の機械的損傷を抑制することができる。
【００３６】
そして、夫々の回転電機２Ａ〜２Ｃは、変速機５の入力軸Ａ２の軸心と異なる軸心からなる回転軸２１Ａ〜２１Ｃを有する。変速機５の入力軸Ａ２の軸心と異なる軸心からなる回転軸２１Ａ〜２１Ｃとは、変速機５の入力軸Ａ２の軸心と回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃの軸心とが異なるということである。即ち、回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃが、変速機５の入力軸Ａ２と共通化されていないということである。
【００３７】
ここで、各回転電機２Ａ〜２Ｃは、ロータＲとステータＳとを有して構成され、ロータＲに永久磁石ＰＭ（図示せず）を備え、ステータＳにコイルＣが備えられる。そして、回転電機２Ａ〜２Ｃは、周波数変換部１１により変換された所定の周波数を有する交流電圧に基づく交流電流がコイルＣに供給され、永久磁石ＰＭとコイルＣとの間で働く引力及び斥力に基づき回転駆動される。このように回転駆動される回転電機２Ａ〜２Ｃは、出力軸Ａ１と夫々の回転軸２１Ａ〜２１Ｃとの相互位置関係がずれないように、回転電機２Ａ〜２Ｃを覆うケースＭ１と、出力軸Ａ１が軸受けＢＲＧ１により回転可能に支持する保持部材Ｍ２とにより支持される。なお、各回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃは、ケースＭ１に対して軸受けＢＲＧ２により回転可能に支持される。
【００３８】
変速機５の入力軸Ａ２と回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃとは、減速機４により相互に回転動力を伝達可能に配設される。そして、上述のように減速機４は、回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃの回転速度を減速して変速機５の入力軸Ａ２に伝達することができるように構成される。
【００３９】
減速機４は、変速機５の入力軸Ａ２に設けられた第１のギヤ４Ａと回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃに設けられた第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄを歯合して形成され、第１のギヤ４Ａの歯数が、第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄの歯数よりも多く形成される。
【００４０】
変速機５の入力軸Ａ２に設けられた第１のギヤ４Ａには、周方向側面部に嵌合部４１Ａが形成される。一方、回転電機２Ａの回転軸２１Ａに設けられた第２のギヤ４Ｂには、周方向側面部に嵌合部４１Ｂが形成される。同様に、回転電機２Ｂの回転軸２１Ｂに設けられた第２のギヤ４Ｃには、周方向側面部に嵌合部４１Ｃが形成され、回転電機２Ｃの回転軸２１Ｃに設けられた第２のギヤ４Ｄには、周方向側面部に嵌合部４１Ｄが形成される。ここで、回転電機２Ａ〜２Ｃを同じ速度で回転制御する場合には、嵌合部４１Ｂと嵌合部４１Ｃと嵌合部４１Ｄとの歯数は、同じ歯数となるように形成される。そして、嵌合部４１Ａと嵌合部４１Ｂ〜４１Ｄとは、互いに歯合される。このため、回転電機２Ａ〜２Ｃが、モータとして機能する場合には、回転電機２Ａ〜２Ｃが協同で変速機５の入力軸Ａ２を回転させることが可能となる。また、回転電機２Ａ〜２Ｃが、ジェネレータとして機能する場合には、変速機５の入力軸Ａ２が、複数の回転電機２Ａ〜２Ｃを回転させることが可能となる。
【００４１】
なお、各回転電機２Ａ〜２Ｃは、制御部１０により夫々の回転速度が等しくなるように制御される。このため、図３に示されるように、各回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃが時計方向に回転された場合には、当該回転軸２１Ａ〜２１Ｃの夫々と共通の軸心を有して形成される第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄも時計方向に回転する。したがって、第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄの嵌合部４１Ｂ〜４１Ｄと嵌合する嵌合部４１Ａを有する第１のギヤ４Ａが反時計方向に回転される。このようにして得られた回転動力は、変速機５の入力軸Ａ２に伝達される。
【００４２】
ここで、回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃの回転速度は、回転電機２Ａ〜２Ｃが高速回転をするため非常に速いものである。したがって、この回転速度を変速機５の入力軸Ａ２に伝達する場合には、所定の回転速度に減速して伝達される。このため、減速機４は、第１のギヤ４Ａの歯数が、第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄの歯数よりも多く形成される。したがって、減速機４は、回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃの回転速度を適切に減速させることが可能となる。
【００４３】
本実施形態では、回転電機２Ａ〜２Ｃは、３相結線された３つの単相回転電機から構成される。本実施形態で用いられる単相回転電機２の概略構造を図４に示す。図４に示されるように、単相回転電機２は、ロータＲに永久磁石ＰＭを備え、ステータＳにコイルＣが備えられる。なお、図４では、コイルＣがステータＳの径以上に突出して２点鎖線で示されているが、これはコイルＣの巻き回し状態を理解し易くするために記載したものであり、実際には、ステータＳの径を突出することなくステータＳに巻き回される。そして、制御部１０により、コイルＣに通電され発生する電磁力と永久磁石ＰＭとの間で発生する引力又は斥力に基づいてロータＲが回転軸２１を中心に回転する。ここで、図４のステータＳには、ステータＳに発生する制御磁束を流れ易くして、トルクリップルを滑らかにするために、コイルＣが巻き回されていない領域に補極Ｅが形成される。
【００４４】
次に、このような３つの単相回転電機２Ａ〜２Ｃを１つの３相回転電機として３相駆動する場合の結線について図５を用いて説明する。単相回転電機２は、夫々３相を構成するＵ相、Ｖ相、及びＷ相を構成する。ここでは、Ｕ相を構成する単相回転電機を２Ａとし、Ｖ相を構成する単相回転電機を２Ｂとし、Ｗ相を構成する単相回転電機を２Ｃとする。したがって、３相回転電機としての接続端子５０は、Ｕ相端子が単相回転電機２Ａの一方の端子に接続され、Ｖ相端子が単相回転電機２Ｂの一方の端子に接続され、Ｗ相端子が単相回転電機２Ｃの一方の端子に接続される。そして、夫々の単相回転電機２Ａ〜２Ｃの他方の端子は、直列に接続される。このように結線された３つの単相回転電機２Ａ〜２Ｃは、図６に示されるようなＹ結線となる。なお、上述の単相回転電機２Ａ〜２Ｃの他方の端子を直列に接続した結線は、電気的に中性な中性点で共通に接続され、中性点処理結線５１として機能する。
【００４５】
図７は、特に、制御部１０、周波数制御部１１、及び単相回転電機２Ａ〜２Ｃの構成を示した図である。上述のように単相回転電機２Ａ〜２Ｃは１つの３相回転電機となるようにＹ結線で接続され、３相を構成する各相端子は接続端子５０でまとめられる。そして、当該接続端子５０は、周波数変換部１１に接続される。
【００４６】
周波数変換部１１は、バッテリＢ１から出力される直流電圧を交流電圧に変換する。図７に示されるように、バッテリＢ１の正電極側にコレクタ端子が接続されたハイサイドのトランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５と、バッテリＢ１の負電極側にエミッタ端子が接続されたローサイドのトランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６と、の合計６つのトランジスタＱ１〜Ｑ６で構成される。例えば、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ４のみを同時にオンさせると、バッテリＢ１から第１電源ライン３１、トランジスタＱ１、単相回転電機２Ａ、単相回転電機２Ｂ、トランジスタＱ４を介して第２電源ライン３２に電流が流れる。一方、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ２のみを同時にオンさせると、バッテリＢ１から第１電源ライン３１、トランジスタＱ３、単相回転電機２Ｂ、単相回転電機２Ａ、トランジスタＱ２を介して第２電源ライン３２に電流が流れる。
【００４７】
このようにトランジスタＱ１及びトランジスタＱ４のみをオンさせた場合と、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ２のみをオンさせた場合とでは、単相回転電機２Ａ及び単相回転電機２Ｂに流れる電流の方向が異なる。そのため、各コイルＣには電流の流れる方向に応じた電磁力が働き、当該電磁力とロータＲが備える永久磁石ＰＭとの間で引力及び斥力が発生することとなる。したがって、トランジスタＱ１〜Ｑ６の中から選択されたハイサイドのトランジスタとローサイドのトランジスタとで形成される上下対トランジスタを順次オンさせることにより、ロータＲが回転力を得ることができる、即ち単相回転電機２Ａ〜２Ｃを回転駆動させることができる。
【００４８】
また、トランジスタＱ１〜Ｑ６には、コレクタ端子にカソード端子が、またエミッタ端子にアノード端子が接続されるように夫々ダイオードＤ１〜Ｄ６が配設されている。ここで、各コイルＣには、通電中にエネルギーが蓄えられるが、これらのダイオードＤ１〜Ｄ６は各コイルＣの通電を停止した際に該エネルギーに起因して発生する逆起電力によって周辺部品に悪影響を及ぼさないようにするために配設されるものである。このように、本車両用駆動装置１は、一つの周波数変換部１１で、複数の単相回転電機２Ａ〜２Ｃを、あたかも１つの３相回転電機として３相駆動する。
【００４９】
上述のトランジスタＱ１〜Ｑ６に対する一連の制御は、制御部１０により行われる。制御部１０は、ＥＣＵ１０ａとドライバ１０ｂとから構成される。ＥＣＵ１０ａは、トランジスタＱ１〜Ｑ６をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により動作させる。ＰＷＭ制御に関しては、公知であるため説明は省略する。単相回転電機２Ａの近傍には、ロータＲの回転角を検出する回転角検出部１３が備えられる。ここで、各単相回転電機２Ａ〜２Ｃは、組み付け時に各相の位相が１２０度毎になるように配設される。このため、回転角検出部１３は全ての単相回転電機２Ａ〜２Ｃに配設する必要がない。したがって、本実施形態では、単相回転電機２Ａの近傍にのみ配設される。回転角検出部１３から出力される検出信号は、ＥＣＵ１０ａに伝達される。
【００５０】
ＥＣＵ１０ａは、回転角検出部１３から出力される検出信号と、周波数変換部１１及び各コイルＣの間の電流とをモニタしている。ここで、ＥＣＵ１０ａの駆動方式によっては、電流をモニタするのではなく、電圧をモニタする構成であっても良い。
【００５１】
ＥＣＵ１０ａは、例えば、２．５Ｖや３．３Ｖ等の低電圧で動作するマイクロコンピュータによって構成される。そのため、トランジスタＱ１〜Ｑ６に流れる電流やトランジスタＱ１〜Ｑ６の電気的特性によっては、トランジスタＱ１〜Ｑ６をオンさせるためのドライブ能力が不足する虞がある。したがって、ＥＣＵ１０ａと周波数変換部１１との間には、ＥＣＵ１０ａから出力されるＰＷＭ信号のドライブ能力を上げるドライバ１０ｂが配設されている。このドライバ１０ｂは、ドライバＩＣで構成しても良いし、トランジスタで構成されたプッシュプル回路で構成しても良い。
【００５２】
また、上述のようにバッテリＢ１は、例えば２７０Ｖ以上の電圧を出力する。一方、ＥＣＵ１０ａは、２．５Ｖや３．３Ｖ等の低電圧で動作するマイクロコンピュータによって構成される。したがって、バッテリＢ１からの出力電圧を直接ＥＣＵ１０ａに印加すると絶縁破壊されるため、降圧部１２で所定の電圧（例えば１．５Ｖや３．３Ｖ）に降圧した後にＥＣＵ１０ａに印加される。また、周波数変換部１１の前段にはコンデンサ２０が配設される。このコンデンサ２０は、バッテリＢ１の出力に重畳するリップル成分の除去を行う。
【００５３】
ここで、単相回転電機２Ａ〜２Ｃは、バッテリＢ１から供給される電力に基づき回転する場合には、モータとして機能する。一方、エンジン１からの出力に基づき回転する場合には、ジェネレータとして機能する。ダイオードＤ１〜Ｄ６は、単相回転電機２Ａ〜２Ｃがジェネレータとして機能する場合には、コンデンサ２０と共に、ブリッジ整流回路を構成する。単相回転電機２Ａ〜２Ｃがジェネレータとして機能する際に、例えば、単相回転電機２ＡのコイルＣから単相回転電機２ＢのコイルＣに流れていた電流により蓄えられたエネルギーを取り出す場合には、単相回転電機２ＡのコイルＣ、ダイオードＤ１、コンデンサ２０、ダイオードＤ４、単相回転電機２ＢのコイルＣを介して、電流が流れることで、コンデンサ２０に当該電流に応じた電気エネルギーが蓄えられる。そして、単相回転電機２Ａ〜２Ｃの回転に応じて、他のコイルＣからもコンデンサ２０に電気エネルギーが蓄えられる。この電気エネルギーは、バッテリＢ１を充電することで回生される。
【００５４】
このように車両用駆動装置１００を構成することにより、高速運転している回転電機２の回転動力を変速機５の入力軸Ａ２に伝達することが可能となる。また、車両用駆動装置１００として要求される出力を複数の回転電機２に分散して配設されるため、１つあたりの回転電機２のサイズを小さくすることができる。このため、各種のエンジン１及び変速機５に組み合わせに拘らず、回転電機２を配設するスペースに制約がある場合であっても、容易に配設することができる。したがって、回転電機２をエンジン１及び変速機５に拘らず共通化することができるため、低コストで車両用駆動装置１００を実現できる。
【００５５】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、単相回転電機２のステータＳには、当該ステータＳに発生する制御磁束を流れ易くして、トルクリップルを滑らかにするために、コイルＣが巻き回されていない領域に補極Ｅが形成されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。図８に示される単相回転電機のように、補極Ｅを備えない構成とすることも当然に可能である。このような構成とすれば、ステータＳを構成する材料を少なくすることができることから、コストダウンが可能である。また、特異な形状をしていないことから、ステータＳを容易に作製することができる。
【００５６】
上記実施形態では、回転電機２が複数備えられ、当該複数の回転電機２が、３相結線された３つの単相回転電機２Ａ〜２Ｃからなるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、複数の回転電機２を、複数の３相回転電機２Ａ〜２Ｃから構成することも可能である。このような３相回転電機２の概略構造を図９に示す。３相回転電機２は、ステータＳにＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶ、Ｗ相コイルＣＷが巻き回される。そして、制御部１０により、各相コイルＣＵ、ＣＶ、ＣＷに通電され発生する電磁力と永久磁石ＰＭとの間で発生する引力又は斥力に基づいてロータＲが回転軸を中心に回転可能とされる。
【００５７】
そして、例えば、このような複数の３相回転電機２Ａ〜２Ｃの接続端子を、同相毎に並列接続して形成すると好適である。このような並列接続の形態を図１０に示す。図１０に示されるように、夫々の３相回転電機２Ａ〜２ＣのＵ相の端子は並列に接続され、接続端子５０のＵ相端子にまとめられる。また、夫々の３相回転電機２Ａ〜２ＣのＶ相の端子は並列に接続され、接続端子５０のＶ相端子にまとめられる。そして、夫々の３相回転電機２Ａ〜２ＣのＷ相の端子は並列に接続され、接続端子５０のＷ相端子にまとめられる。このように結線された３つの３相回転電機２Ａ〜２Ｃは、図１１に示されるように結線されることとなる。このように接続することにより、各３相回転電機２Ａ〜２Ｃに設けられる接続端子を夫々１組のみとすることが可能となる。したがって、部材費のコストダウンが可能なる。
【００５８】
或いは、例えば、このような複数の３相回転電機２Ａ〜２Ｃの接続端子を、同相毎に直列接続して形成することも可能である。このような直列接続の形態を図１２に示す。図１２に示されるように、夫々の３相回転電機２Ａ〜２ＣのＵ相の端子は直列に接続され、接続端子５０のＵ相端子にまとめられる。また、夫々の３相回転電機２Ａ〜２ＣのＶ相の端子は直列に接続され、接続端子５０のＶ相端子にまとめられる。そして、夫々の３相回転電機２Ａ〜２ＣのＷ相の端子は直列に接続され、接続端子５０のＷ相端子にまとめられる。また、接続端子５０が接続されていない側の３相回転電機２に電気的に中性な中性点で共通に接続され、中性点処理結線５１として機能する。このように結線された３つの３相回転電機２Ａ〜２Ｃは、図１３に示されるように結線されることとなる。このように接続することにより、各３相回転電機２Ａ〜２Ｃの各相コイルＣに通電される電流は等しくなるため、各３相回転電機２Ａ〜２Ｃの個体差によりコイルＣのインピーダンスにばらつきがある場合であっても、各３相回転電機２Ａ〜２Ｃを適切に回転制御することが可能となる。
【００５９】
上記実施形態では、複数の回転電機２として、３つの回転電機２Ａ〜２Ｃが備えられる場合の例として説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、図１４に示されるように６つの回転電機２Ａ〜２Ｆで構成することも可能である。係る場合には、回転電機２Ａ〜２Ｃで一対のＵ相、Ｖ相、Ｗ相とし、２Ｄ〜２Ｆでもう一対のＵ相、Ｖ相、Ｗ相とすると好適である。そして、各回転電機は、図１４に示されるように、６０度毎に均等に配設すると好適である。
【００６０】
上記実施形態では、減速機４の構成として、第１のギヤ４Ａと第２のギヤ４Ｂとが一列に整列している場合の例として図示した（図２参照）。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。図１５に示されるように、第１のギヤ４Ａを内歯車として構成することも可能である。このような構成であっても、適切に回転電機２の回転速度を減速して変速機４の入力軸Ａ２の伝達することが可能である。
【００６１】
上記実施形態では、周波数変換部１１はトランジスタＱ１〜Ｑ６により構成されるとして説明した。このトランジスタＱ１〜Ｑ６は、バイポーラトランジスタとすることも可能であるし、ＭＯＳ−ＦＥＴやＩＧＢＴとすることも当然に可能である。
【００６２】
上記実施形態では、回転電機２として単相回転電機或いは３相回転電機が用いられるとして説明した。これらの回転電機２は、同期式回転電機であっても誘導式回転電機であっても、車両用駆動装置１００を実現することは当然に可能である。特に、単相誘導式回転電機を用いる場合には、ステータＳ側にコイルＣに発生する磁界の発生を遅らせるために例えば隈取りコイルを設けると好適である。
【００６３】
また、複数の回転電機２を同期式回転電機と誘導式回転電機とを任意に組み合わせることも可能である。このように、同期式回転電機と誘導式回転電機とを組み合わせる場合には、各回転電機２を直列接続して使用すると好適である。また、係る場合には、ロータＲの回転角を検出する回転角検出部１３は、同期式回転電機のみ検出するだけでよく、誘導式回転電機の回転角の検出は特に要しない。誘導式回転電機の能力をあげて使用する場合には、回転角の検出を行うことも可能である。
【００６４】
また、複数の回転電機２は、性能の異なる回転電機２を任意に組み合わせて使用することも可能である。このような場合には、回転電機２毎に専用の周波数変換部１１を備える構成とすると好適である。このような構成とすれば、性能の異なる回転電機２を備えているため、互いの性能を補完して使用することができる。したがって、車両用駆動装置１００としての性能を向上させることが可能となる。
【００６５】
上記実施形態では、回転電機２は、バッテリＢ１から供給される電力に基づき回転制御されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、バッテリＢ１の出力電圧を高くするためにバッテリＢ１と周波数変換部１１との間に、電圧変換部を備えるように構成しても良い。このような電圧変換部として、コイルとトランジスタとダイオードとコンデンサとから昇圧機能を有するＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧チョッパー回路）を構成すると好適である。また、上述の電圧変換部に、回転電機２により発電された電力をバッテリＢ１の充電に適した電圧に降圧する機能を備えるように構成することも可能である。このような場合には、コイルとトランジスタとダイオードとコンデンサとから降圧機能を有するＤＣ／ＤＣコンバータ（降圧チョッパー回路）を構成すると好適である。もちろん、上述の昇圧チョッパー回路及び降圧チョッパー回路は、トランスを用いて構成することも当然に可能である。
【００６６】
上記実施形態では、減速機４が、変速機５の入力軸Ａ２に設けられた第１のギヤ４Ａと回転電機２の回転軸２１に設けられた第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄとを歯合して形成され、第１のギヤ４Ａの歯数が、第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄの歯数よりも多く形成されてあるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、減速機４を第１のギヤ４Ａと第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄとの間に他のギヤを設けるような、合計３つ以上のギヤから構成することも可能である。係る場合には、他のギヤの構成により、第１のギヤ４Ａの歯数を、第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄの歯数よりも少なく形成することも可能である。
【００６７】
上記実施形態では、回転電機２が複数備えられ、当該複数の回転電機２が、変速機５の入力軸Ａ２の同心円上に配設されてあるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、回転電機２は１つであっても良い。また、複数の回転電機２を備える場合には入力軸Ａ２の同心円上に配設せずに構成することも当然に可能である。
【００６８】
上記実施形態では、直流電圧を交流電圧に変換する周波数変換部１１が備えられ、一つの周波数変換部１１で複数の回転電機２を制御するとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、周波数変換部１１を複数備えるような構成とすることも可能である。
【００６９】
上記実施形態では、複数の回転電機２が、変速機４の入力軸Ａ２の周方向に沿って均等間隔で配設されてあるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。即ち、均等間隔で配設しない構成とすることも当然に可能である。
【００７０】
上記実施形態では、エンジン１と回転電機２との間に伝達クラッチ３を備えた構成として説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。当該伝達クラッチ３を備えない構成とすることも可能であるし、当該伝達クラッチ３とエンジン１との間にダンパを設けた構成とすることも当然に可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】車両用駆動装置の概略構成を示す模式図
【図２】入力軸の軸方向展開断面を示す図
【図３】図２におけるIII−III断面を示す図
【図４】単相回転電機の概略構造を示す図
【図５】３つの単相回転電機を１つの３相回転電機として３相駆動する場合の結線について示す図
【図６】３つの単相回転電機によるＹ結線を示す図
【図７】制御部、周波数制御部、及び単相回転電機の接続を示す図
【図８】補極を備えない単相回転電機の概略構成を示す図
【図９】３相回転電機の概略構造を示す図
【図１０】３つの３相回転電機の各相を並列接続した場合の接続形態を示す図
【図１１】３つの３相回転電機の各相を並列接続した場合の接続形態を模式的に示す図
【図１２】３つの３相回転電機の各相を直列接続した場合の接続形態を示す図
【図１３】３つの３相回転電機の各相を直列接続した場合の接続形態を模式的に示す図
【図１４】６つの回転電機を用いた場合の例について示す図
【図１５】他の実施形態に係る減速機の構成を示す図
【符号の説明】
【００７２】
１：エンジン
２：回転電機
３：伝達クラッチ
４：減速機
５：変速機
６：車輪
７：出力部材
８：ディファレンシャル装置
１０：制御部
１１：周波数変換部
１２：降圧部
２１：回転軸
Ａ１：出力軸
Ａ２：入力部材
Ｂ１：バッテリ
１００：車両用駆動装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両に好適に用いることが可能な車両用駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーや地球温暖化の抑制に有効な車両として、回転電機を動力源として利用するハイブリッド車両や電動車両が実用化される。ハイブリッド車両は、化石燃料を燃料とする従来のエンジンに加え、電気エネルギーにより駆動される回転電機を動力源とする車両である。すなわち、エンジンを駆動することにより回転動力を得ると共に、車両が備えるバッテリから出力される直流電圧をインバータにより交流電圧に変換し、当該変換された交流電圧により回転電機を回転させて回転動力を得るものである。また、電動車両は、エンジンを搭載せず、電気エネルギーのみを動力源とする車両である。この種の車両に関する技術として、下記に示すものがある（例えば、特許文献１及び２、非特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載のハイブリッド車両の駆動装置では、エンジンと変速機との間に電動モータが組み込まれる構成となっている。また、特許文献２に記載のハイブリッド車両でも、エンジンとトランスミッションとの間に電動モータが挟み込むように形成されている。更に、非特許文献１に記載の小型トラック用パラレルハイブリッドシステムでも、エンジンとトランスミッションとの間にモータが備えられる構成となっている。これらの技術に示されるようなハイブリッドシステムは、パラレルハイブリッドシステムと称され、走行状態に応じてエンジン及びモータの双方が車輪を回転させる。例えば、エンジンに負荷がかかる発進時や加速時等ではモータが作動し、エンジンの駆動力を補助する。また、エンジンの効率が悪い低速時は、エンジンの回転を高めてモータを発電機として利用して回転させて、発電された電気エネルギーを充電することによりエネルギーの効率を高める。更に、制動時や降坂時には回生制動によるエネルギーの回収や停車時にエンジンストップを行い、エネルギー効率を高めている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６００９６号公報（段落番号００１９、００２１、図１等）
【特許文献２】特開２００５−５７８３２号公報（段落番号００１０等）
【非特許文献１】２００３年 自動車技術会春季学術講演会 小型トラック用パラレルハイブリッドシステムの開発（２００３５２４６、日野自動車株式会社）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、特許文献１及び２、また非特許文献１に記載の技術では、モータはエンジンと変速機（トランスミッション）との間に配設されたハイブリッドシステムが構成されている。そして、これらの技術では、組み付けの構造上、モータの回転数はエンジンの回転数と同一となるため、モータを高速運転することができない。また、エンジンとモータとの間に減速機を設けてモータの高速運転を実現することが考えられるが、前記文献に記載の技術に係る構造では、スペースの都合上、エンジンとモータとの間に減速機を配設することは容易ではない。したがって、モータを高速運転することができない。
【０００６】
また、この種のハイブリッドシステムにおいては、エンジン及び変速機に応じてモータに要求される出力が決定される。したがって、各種のエンジン及び変速機の組み合わせに対して少ない種類のモータで対応することは、構造上の点においても性能上の点においても容易ではない。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速運転が可能な回転電機を有すると共に、各種エンジン及び変速機に組み合わせることが可能な回転電機を有する車両用駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る車両用駆動装置の特徴構成は、車両を駆動する回転動力を出力するエンジンと、前記エンジンの出力軸の軸心と異なる軸心からなる回転軸を有する回転電機と、前記エンジンの出力軸と連結可能な入力軸を有し、当該入力軸に入力される回転速度を変速して出力部材に伝達する変速機と、前記変速機の入力軸と前記回転電機の回転軸とを連結し、当該回転軸の回転速度を減速して前記入力軸に伝達する減速機と、を備える点にある。
【０００９】
このような特徴構成とすれば、回転電機とエンジン及び変速機との間に、減速機を備えているため、回転電機の回転速度を変速機の入力軸が許容できる回転速度に低下させる必要が無いため、回転電機の回転速度を高速化することができる。また、エンジンからの回転動力を回転電機に伝達する場合には、エンジンの回転速度を高速度に変換して回転電機の回転軸に伝達することができる。したがって、回転電機を効率よく作動させることが可能となる。更に、エンジン及び変速機の組み合わせにより、必要とする回転電機の出力が異なる場合であっても、減速機を変更することにより種々のエンジン及び変速機に対応した出力を得ることができる。したがって、各種エンジン及び変速機に組み合わせることが可能な回転電機を有する車両用駆動装置を実現することができる。このため、各種の車両用駆動装置に対して、共通の回転電機を使用することができるため、低コストで車両用駆動装置を構成することができる。
【００１０】
また、前記減速機が、前記変速機の入力軸を中心軸として回転し、当該変速機の入力軸の周方向に沿って嵌合部が形成された第１のギヤと、前記変速機の入力軸の周方向に配置され、前記第１のギヤの嵌合部と嵌合すると共に、前記回転電機の回転軸を中心軸として回転し、当該回転電機の回転軸の周方向に沿って嵌合部が形成された第２のギヤと、からなると好適である。
【００１１】
このような構成とすれば、回転電機の回転動力を変速機に伝達する場合には、適切に回転電機の回転速度を減速して変速機に伝達することができる。また、エンジンの回転動力を回転電機に伝達する場合には、エンジンの回転速度を増速して回転電機に伝達することができる。
【００１２】
また、前記回転電機が複数備えられ、当該複数の回転電機が、前記変速機の入力軸の同心円上に配設されてあると好適である。
【００１３】
このような構成とすれば、複数の回転電機で変速機の入力軸を回転させることができる。したがって、１つの回転電機に要求された出力を複数の回転電機に分散させることができる。このため、回転電機のサイズが小さくなる。また、回転電機に要求される出力に合わせて、回転電機の数を決定すれば良いため、各種の車両用駆動装置に合わせて回転電機を共通化することができる。したがって、低コストの車両用駆動装置が実現できる。
【００１４】
また、直流電圧を交流電圧に変換する周波数変換部が備えられ、一つの前記周波数変換部で前記複数の回転電機を制御すると好適である。
【００１５】
このような構成とすれば、周波数変換部を複数備える必要がないため、コストダウンが可能となる。また、複数の周波数変換部を備える場合に生じる可能性がある周波数変換部の特性ばらつきによる回転電機の制御ばらつきを無くすことができる。したがって、適切に回転電機を制御することが可能となる。
【００１６】
また、前記複数の回転電機が、３相結線された３つの単相回転電機からなり、１つの３相回転電機として３相駆動されると好適である。
【００１７】
このような構成とすれば、単相回転電機のステータに巻き回されるコイルは、その有効開角を３相分布巻きでの有効開角と同程度としながら１つの磁極に集中して構成することができる。また、特に永久磁石トルクとリラクタンストルクとを併用する埋め込み磁石型同期モータを採用する場合には、３相回転電機での１磁極集中巻きコイルよりもリラクタンストルクの割合が大きい回転電機を形成することができる。したがって、回転電機のサイズを小さくすることができる。
【００１８】
また、前記複数の回転電機が、複数の３相回転電機からなり、各相が並列接続又は直列接続されてあると好適である。
【００１９】
このような構成とすれば、トルクリップルが少ないため、運転初期状態や定常状態であっても、スムーズに動作させることが可能となる。
【００２０】
また、前記複数の回転電機が、前記変速機の入力軸の周方向に沿って均等間隔に配設されてあると好適である。
【００２１】
このような構成とすれば、複数の回転電機からの加重（トルク伝達時のギヤ噛み合いにより発生する径方向力）が、変速機の入力軸に対して均等に分散されるため、変速機の入力軸が有するベアリング等の劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る車両用駆動装置１００を備えた車両について説明する。本車両用駆動装置１００は、化石燃料を動力エネルギーとするエンジン１と電気エネルギーを動力エネルギーとする回転電機２とを備えたハイブリッド車両に備えられる。まず、図１に基づいて車両用駆動装置１００の概略構成について説明する。図１は、車両用駆動装置１００の概略構成の模式図である。
【００２３】
図１に示されるように、車両用駆動装置１００は、車両駆動用の駆動力源としてエンジン１と回転電機２とを備え、エンジン１が伝達クラッチ３を介して減速機４と連結される。また、回転電機２は、当該回転電機２の回転動力が減速機４に伝達可能に構成される。これにより、エンジン１と回転電機２とが伝達クラッチ３を介して直列に連結されて、パラレル方式のハイブリッド車両に好適な車両用駆動装置１００が構成される。
【００２４】
エンジン１は、上述のように化石燃料を動力エネルギーとする。化石燃料とは、エンジン１がガソリンエンジンの場合にはガソリンが相当し、エンジン１がディーゼルエンジンの場合には軽油が相当する。また、エンジン１がＬＰガスエンジンの場合にはＬＰガスが相当する。そして、エンジン１は、これらの化石燃料を燃焼させてハイブリッド車両を駆動する回転動力を出力する。この回転動力は、エンジン１のクランク軸（図示しない）に連結される出力軸Ａ１を介して出力される。
【００２５】
回転電機２は、バッテリＢ１やキャパシタ（図示せず）等の蓄電装置（以下、バッテリＢ１とする）と電気的に接続される。そして、電力の供給を受けると動力を発生するモータ（電動機）として機能し、動力の供給を受けると電力を発生するジェネレータ（発電機）として機能するように構成されている。
【００２６】
バッテリＢ１は、出力電圧が数Ｖ程度のバッテリセルを複数個、直並列接続することにより、所定の電圧（例えば、２７０Ｖ以上）が出力可能なように構成される。バッテリＢ１は、回転電機２を駆動する駆動源として用いられる。また、このバッテリＢ１の出力は、ハイブリッド車両が備えるエアコン等の比較的消費電力の大きい電装品（図示しない）の電源としても用いられる。
【００２７】
また、エンジン１と回転電機２との間には、エンジン１からの動力を車輪６側に断接可能な伝達クラッチ３が設けられる。ここで、本車両用駆動装置１００は、車両の発進時や低速走行時には、伝達クラッチ３が解放されると共に、エンジン１が停止状態とされ、回転電機２の回転駆動力のみが車輪６に伝達されて走行する。この際、回転電機２は、バッテリＢ１からの電力の供給を受けて駆動力を発生する。そして、回転電機２の回転速度（すなわち車両の走行速度）が一定以上となった状態で、伝達クラッチ３が係合状態とされることにより、エンジン１がクランキングされて始動される。エンジン１の始動後は、エンジン１及び回転電機２の双方の回転駆動力が車輪６に伝達されて走行する。この際、回転電機２は、バッテリＢ１の充電状態により、エンジン１の回転駆動力により発電する状態と、バッテリＢ１から供給される電力により駆動力を発生する状態のいずれともなり得る。また、車両の減速時には、伝達クラッチ３が解放されると共に、エンジン１が停止状態とされ、回転電機２は、車輪６から伝達される回転駆動力により発電する状態となる。回転電機２で発電された交流電力は、周波数変換部１１で直流電力に変換されバッテリＢ１に蓄えられる。車両の停止時には、エンジン１及び回転電機２はいずれも停止され、伝達クラッチ３は解放される。
【００２８】
伝達クラッチ３の下流側には、変速機５が設けられる。変速機５は、エンジン１の出力軸Ａ１と連結可能な入力軸Ａ２を有し、当該入力軸Ａ２の回転速度を変速して出力部材７に伝達する。ここで、上述のように、出力軸Ａ１と入力軸Ａ２とは、伝達クラッチ３を係合することにより連結可能である。伝達クラッチ３が係合状態であれば、エンジン１の回転動力が入力軸Ａ２を介して変速機５に伝達される。一方、伝達クラッチ３が解放状態であれば、回転電機２の回転動力を減速機４が所定の減速比で減速して入力軸Ａ２に伝達される（詳細は後述する）。このような変速機５は、所謂オートマチックトランスミッションで構成すると好適である。係る場合には、変速機５は、トルクコンバータと変速機構とから構成される。トルクコンバータは、内部に充填された作動油を介して、駆動側（入力軸Ａ２側）のポンプインペラと従動側のタービンランナ（変速機構側）との間で駆動力の伝達を行う。
【００２９】
トルクコンバータの下流側には変速機構が連結され、当該変速機構により、トルクコンバータを介して伝達される駆動力源からの動力の回転を、所定の変速比で変速して車輪６側へ伝達される。変速機構は、有段の自動変速機で構成されており、各変速段の変速比を生成する歯車機構の回転要素の係合又は解放を行うクラッチやブレーキ等の摩擦係合要素を備えて構成されている。これらの変速機構の摩擦係合要素は、作動油の油圧に基づいて制御される。なお、変速機構は、無段の自動変速機で構成しても良い。また、変速機構にクラッチを備える場合、動力伝達経路を切り離すことにより、回転電機２でエンジン１の始動も行うことが可能となる。
【００３０】
変速機５の下流側には、出力部材７が連結され、当該出力部材７にディファレンシャル装置８を介して車輪６が接続されている。これにより、駆動力源から伝達された回転駆動力が変速機５により変速されて出力部材７に伝達され、この出力部材７に伝達された回転駆動力がディファレンシャル装置８を介して車輪６に伝達されるように構成されている。
【００３１】
回転電機２のトルクを大きくするには、回転電機２に通電される電流を大きくすると好適である。一方、回転電機２が有するステータＳに備えられるコイルＣのインピーダンスは一定である。したがって、回転電機２のトルクを大きくするには、回転電機２に供給される電圧を高くすると良い（即ち、コイルＣに通電される電流が大きくなるため、電磁力を大きくすることができる）。このため、本車両用駆動装置１００を搭載する車両は、バッテリＢ１の出力電圧は高い値に設定される（例えば、２７０Ｖ以上）。この出力電圧は、周波数変換部１１を介して回転電機２に供給される。詳細は、後述するが周波数変換部１１は、バッテリＢ１から出力される直流電圧を所定の周波数を有する交流電圧に変換する。
【００３２】
この周波数変換部１１は、制御部１０により制御される。この制御部１０は、周波数変換部１１が有するトランジスタ（後述する）の動作を制御するマイクロコンピュータにより構成される。したがって、バッテリＢ１の出力である高電圧を制御部１０に直接入力すると、マイクロコンピュータの絶対最大定格を越えて絶縁破壊されてしまうため、降圧部１２により所定の電圧に降圧された電圧が供給される。降圧部１２は、バッテリＢ１の出力電圧（例えば２７０Ｖ）を低電圧（例えば２．５Ｖや３．３Ｖ）に降圧する機能を有する。このため、降圧部１２は、例えばレギュレータ素子で形成することが可能であるし、降圧用ＤＣ／ＤＣコンバータで構成することも可能である。
【００３３】
ここで、回転電機２の出力は、回転動力として出力される。しかしながら、回転電機２から出力される回転動力の回転速度は、エンジン１の回転速度に比べて非常に高速であるため、この回転速度をそのまま変速機５に伝達することはできない。また、エンジン１の回転動力に応じてジェネレータとして機能する回転電機２を回転させる場合には、所定の回転速度以上で回転させる方が、発電効率が良い。したがって、変速機５の入力軸Ａ２と回転電機２の回転軸２１との間には、回転電機２の回転軸２１の回転速度を減速して変速機５の入力軸Ａ２に伝達する減速機４が配設される。
【００３４】
次に、回転電機２と減速機４と変速機５の入力軸Ａ２との配置構成について図２及び図３を用いて説明する。ここで、本車両用駆動装置１は、回転電機２が複数備えられる。このような構成であれば、１つの回転電機で構成する場合に比べて、必要とされるトルクを複数の小型の回転電機に分散させることができるため、配設するスペースをフレキシブルに決定することができる。したがって、車両用駆動装置１００のサイズを小さくすることができる。以下の説明では、回転電機２が３つ備えられている場合の例として説明する。
【００３５】
図２は入力軸Ａ２の軸方向展開断面を示した図（図３におけるII−Ｏ−II線矢
印方向の断面を示した図）であり、図３は図２のIII−III線矢印方向の断面を示し
た図である。なお、図２において、入力軸Ａ２やギヤ４や回転軸２１Ａ、２１Ｂ等については断面を図示していない。図２及び図３に示されるように、３つの回転電機２Ａ〜２Ｃは、変速機５の入力軸Ａ２の同心円上に配設される。ここで、図３に示されるように、３つの回転電機２Ａ〜２Ｃは、変速機５の入力軸Ａ２の周方向に沿って均等間隔で配設されると好適である。即ち、複数の回転電機２が３つからなる場合には、回転電機２Ａと回転電機２Ｂと回転電機２Ｃとの夫々の間隔が均等となるように、変速機５の入力軸Ａ２を基準として、１２０度ずつずらして配設すると好適である。このように配設すると、各回転電機２Ａ〜２Ｃからの変速機５の入力軸Ａ２に対する応力が均等になるため、当該応力により入力軸Ａ２が有するベアリングＢＲＧ１の機械的損傷を抑制することができる。
【００３６】
そして、夫々の回転電機２Ａ〜２Ｃは、変速機５の入力軸Ａ２の軸心と異なる軸心からなる回転軸２１Ａ〜２１Ｃを有する。変速機５の入力軸Ａ２の軸心と異なる軸心からなる回転軸２１Ａ〜２１Ｃとは、変速機５の入力軸Ａ２の軸心と回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃの軸心とが異なるということである。即ち、回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃが、変速機５の入力軸Ａ２と共通化されていないということである。
【００３７】
ここで、各回転電機２Ａ〜２Ｃは、ロータＲとステータＳとを有して構成され、ロータＲに永久磁石ＰＭ（図示せず）を備え、ステータＳにコイルＣが備えられる。そして、回転電機２Ａ〜２Ｃは、周波数変換部１１により変換された所定の周波数を有する交流電圧に基づく交流電流がコイルＣに供給され、永久磁石ＰＭとコイルＣとの間で働く引力及び斥力に基づき回転駆動される。このように回転駆動される回転電機２Ａ〜２Ｃは、出力軸Ａ１と夫々の回転軸２１Ａ〜２１Ｃとの相互位置関係がずれないように、回転電機２Ａ〜２Ｃを覆うケースＭ１と、出力軸Ａ１が軸受けＢＲＧ１により回転可能に支持する保持部材Ｍ２とにより支持される。なお、各回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃは、ケースＭ１に対して軸受けＢＲＧ２により回転可能に支持される。
【００３８】
変速機５の入力軸Ａ２と回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃとは、減速機４により相互に回転動力を伝達可能に配設される。そして、上述のように減速機４は、回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃの回転速度を減速して変速機５の入力軸Ａ２に伝達することができるように構成される。
【００３９】
減速機４は、変速機５の入力軸Ａ２に設けられた第１のギヤ４Ａと回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃに設けられた第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄを歯合して形成され、第１のギヤ４Ａの歯数が、第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄの歯数よりも多く形成される。
【００４０】
変速機５の入力軸Ａ２に設けられた第１のギヤ４Ａには、周方向側面部に嵌合部４１Ａが形成される。一方、回転電機２Ａの回転軸２１Ａに設けられた第２のギヤ４Ｂには、周方向側面部に嵌合部４１Ｂが形成される。同様に、回転電機２Ｂの回転軸２１Ｂに設けられた第２のギヤ４Ｃには、周方向側面部に嵌合部４１Ｃが形成され、回転電機２Ｃの回転軸２１Ｃに設けられた第２のギヤ４Ｄには、周方向側面部に嵌合部４１Ｄが形成される。ここで、回転電機２Ａ〜２Ｃを同じ速度で回転制御する場合には、嵌合部４１Ｂと嵌合部４１Ｃと嵌合部４１Ｄとの歯数は、同じ歯数となるように形成される。そして、嵌合部４１Ａと嵌合部４１Ｂ〜４１Ｄとは、互いに歯合される。このため、回転電機２Ａ〜２Ｃが、モータとして機能する場合には、回転電機２Ａ〜２Ｃが協同で変速機５の入力軸Ａ２を回転させることが可能となる。また、回転電機２Ａ〜２Ｃが、ジェネレータとして機能する場合には、変速機５の入力軸Ａ２が、複数の回転電機２Ａ〜２Ｃを回転させることが可能となる。
【００４１】
なお、各回転電機２Ａ〜２Ｃは、制御部１０により夫々の回転速度が等しくなるように制御される。このため、図３に示されるように、各回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃが時計方向に回転された場合には、当該回転軸２１Ａ〜２１Ｃの夫々と共通の軸心を有して形成される第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄも時計方向に回転する。したがって、第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄの嵌合部４１Ｂ〜４１Ｄと嵌合する嵌合部４１Ａを有する第１のギヤ４Ａが反時計方向に回転される。このようにして得られた回転動力は、変速機５の入力軸Ａ２に伝達される。
【００４２】
ここで、回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃの回転速度は、回転電機２Ａ〜２Ｃが高速回転をするため非常に速いものである。したがって、この回転速度を変速機５の入力軸Ａ２に伝達する場合には、所定の回転速度に減速して伝達される。このため、減速機４は、第１のギヤ４Ａの歯数が、第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄの歯数よりも多く形成される。したがって、減速機４は、回転電機２Ａ〜２Ｃの回転軸２１Ａ〜２１Ｃの回転速度を適切に減速させることが可能となる。
【００４３】
本実施形態では、回転電機２Ａ〜２Ｃは、３相結線された３つの単相回転電機から構成される。本実施形態で用いられる単相回転電機２の概略構造を図４に示す。図４に示されるように、単相回転電機２は、ロータＲに永久磁石ＰＭを備え、ステータＳにコイルＣが備えられる。なお、図４では、コイルＣがステータＳの径以上に突出して２点鎖線で示されているが、これはコイルＣの巻き回し状態を理解し易くするために記載したものであり、実際には、ステータＳの径を突出することなくステータＳに巻き回される。そして、制御部１０により、コイルＣに通電され発生する電磁力と永久磁石ＰＭとの間で発生する引力又は斥力に基づいてロータＲが回転軸２１を中心に回転する。ここで、図４のステータＳには、ステータＳに発生する制御磁束を流れ易くして、トルクリップルを滑らかにするために、コイルＣが巻き回されていない領域に補極Ｅが形成される。
【００４４】
次に、このような３つの単相回転電機２Ａ〜２Ｃを１つの３相回転電機として３相駆動する場合の結線について図５を用いて説明する。単相回転電機２は、夫々３相を構成するＵ相、Ｖ相、及びＷ相を構成する。ここでは、Ｕ相を構成する単相回転電機を２Ａとし、Ｖ相を構成する単相回転電機を２Ｂとし、Ｗ相を構成する単相回転電機を２Ｃとする。したがって、３相回転電機としての接続端子５０は、Ｕ相端子が単相回転電機２Ａの一方の端子に接続され、Ｖ相端子が単相回転電機２Ｂの一方の端子に接続され、Ｗ相端子が単相回転電機２Ｃの一方の端子に接続される。そして、夫々の単相回転電機２Ａ〜２Ｃの他方の端子は、直列に接続される。このように結線された３つの単相回転電機２Ａ〜２Ｃは、図６に示されるようなＹ結線となる。なお、上述の単相回転電機２Ａ〜２Ｃの他方の端子を直列に接続した結線は、電気的に中性な中性点で共通に接続され、中性点処理結線５１として機能する。
【００４５】
図７は、特に、制御部１０、周波数制御部１１、及び単相回転電機２Ａ〜２Ｃの構成を示した図である。上述のように単相回転電機２Ａ〜２Ｃは１つの３相回転電機となるようにＹ結線で接続され、３相を構成する各相端子は接続端子５０でまとめられる。そして、当該接続端子５０は、周波数変換部１１に接続される。
【００４６】
周波数変換部１１は、バッテリＢ１から出力される直流電圧を交流電圧に変換する。図７に示されるように、バッテリＢ１の正電極側にコレクタ端子が接続されたハイサイドのトランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５と、バッテリＢ１の負電極側にエミッタ端子が接続されたローサイドのトランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６と、の合計６つのトランジスタＱ１〜Ｑ６で構成される。例えば、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ４のみを同時にオンさせると、バッテリＢ１から第１電源ライン３１、トランジスタＱ１、単相回転電機２Ａ、単相回転電機２Ｂ、トランジスタＱ４を介して第２電源ライン３２に電流が流れる。一方、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ２のみを同時にオンさせると、バッテリＢ１から第１電源ライン３１、トランジスタＱ３、単相回転電機２Ｂ、単相回転電機２Ａ、トランジスタＱ２を介して第２電源ライン３２に電流が流れる。
【００４７】
このようにトランジスタＱ１及びトランジスタＱ４のみをオンさせた場合と、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ２のみをオンさせた場合とでは、単相回転電機２Ａ及び単相回転電機２Ｂに流れる電流の方向が異なる。そのため、各コイルＣには電流の流れる方向に応じた電磁力が働き、当該電磁力とロータＲが備える永久磁石ＰＭとの間で引力及び斥力が発生することとなる。したがって、トランジスタＱ１〜Ｑ６の中から選択されたハイサイドのトランジスタとローサイドのトランジスタとで形成される上下対トランジスタを順次オンさせることにより、ロータＲが回転力を得ることができる、即ち単相回転電機２Ａ〜２Ｃを回転駆動させることができる。
【００４８】
また、トランジスタＱ１〜Ｑ６には、コレクタ端子にカソード端子が、またエミッタ端子にアノード端子が接続されるように夫々ダイオードＤ１〜Ｄ６が配設されている。ここで、各コイルＣには、通電中にエネルギーが蓄えられるが、これらのダイオードＤ１〜Ｄ６は各コイルＣの通電を停止した際に該エネルギーに起因して発生する逆起電力によって周辺部品に悪影響を及ぼさないようにするために配設されるものである。このように、本車両用駆動装置１は、一つの周波数変換部１１で、複数の単相回転電機２Ａ〜２Ｃを、あたかも１つの３相回転電機として３相駆動する。
【００４９】
上述のトランジスタＱ１〜Ｑ６に対する一連の制御は、制御部１０により行われる。制御部１０は、ＥＣＵ１０ａとドライバ１０ｂとから構成される。ＥＣＵ１０ａは、トランジスタＱ１〜Ｑ６をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により動作させる。ＰＷＭ制御に関しては、公知であるため説明は省略する。単相回転電機２Ａの近傍には、ロータＲの回転角を検出する回転角検出部１３が備えられる。ここで、各単相回転電機２Ａ〜２Ｃは、組み付け時に各相の位相が１２０度毎になるように配設される。このため、回転角検出部１３は全ての単相回転電機２Ａ〜２Ｃに配設する必要がない。したがって、本実施形態では、単相回転電機２Ａの近傍にのみ配設される。回転角検出部１３から出力される検出信号は、ＥＣＵ１０ａに伝達される。
【００５０】
ＥＣＵ１０ａは、回転角検出部１３から出力される検出信号と、周波数変換部１１及び各コイルＣの間の電流とをモニタしている。ここで、ＥＣＵ１０ａの駆動方式によっては、電流をモニタするのではなく、電圧をモニタする構成であっても良い。
【００５１】
ＥＣＵ１０ａは、例えば、２．５Ｖや３．３Ｖ等の低電圧で動作するマイクロコンピュータによって構成される。そのため、トランジスタＱ１〜Ｑ６に流れる電流やトランジスタＱ１〜Ｑ６の電気的特性によっては、トランジスタＱ１〜Ｑ６をオンさせるためのドライブ能力が不足する虞がある。したがって、ＥＣＵ１０ａと周波数変換部１１との間には、ＥＣＵ１０ａから出力されるＰＷＭ信号のドライブ能力を上げるドライバ１０ｂが配設されている。このドライバ１０ｂは、ドライバＩＣで構成しても良いし、トランジスタで構成されたプッシュプル回路で構成しても良い。
【００５２】
また、上述のようにバッテリＢ１は、例えば２７０Ｖ以上の電圧を出力する。一方、ＥＣＵ１０ａは、２．５Ｖや３．３Ｖ等の低電圧で動作するマイクロコンピュータによって構成される。したがって、バッテリＢ１からの出力電圧を直接ＥＣＵ１０ａに印加すると絶縁破壊されるため、降圧部１２で所定の電圧（例えば１．５Ｖや３．３Ｖ）に降圧した後にＥＣＵ１０ａに印加される。また、周波数変換部１１の前段にはコンデンサ２０が配設される。このコンデンサ２０は、バッテリＢ１の出力に重畳するリップル成分の除去を行う。
【００５３】
ここで、単相回転電機２Ａ〜２Ｃは、バッテリＢ１から供給される電力に基づき回転する場合には、モータとして機能する。一方、エンジン１からの出力に基づき回転する場合には、ジェネレータとして機能する。ダイオードＤ１〜Ｄ６は、単相回転電機２Ａ〜２Ｃがジェネレータとして機能する場合には、コンデンサ２０と共に、ブリッジ整流回路を構成する。単相回転電機２Ａ〜２Ｃがジェネレータとして機能する際に、例えば、単相回転電機２ＡのコイルＣから単相回転電機２ＢのコイルＣに流れていた電流により蓄えられたエネルギーを取り出す場合には、単相回転電機２ＡのコイルＣ、ダイオードＤ１、コンデンサ２０、ダイオードＤ４、単相回転電機２ＢのコイルＣを介して、電流が流れることで、コンデンサ２０に当該電流に応じた電気エネルギーが蓄えられる。そして、単相回転電機２Ａ〜２Ｃの回転に応じて、他のコイルＣからもコンデンサ２０に電気エネルギーが蓄えられる。この電気エネルギーは、バッテリＢ１を充電することで回生される。
【００５４】
このように車両用駆動装置１００を構成することにより、高速運転している回転電機２の回転動力を変速機５の入力軸Ａ２に伝達することが可能となる。また、車両用駆動装置１００として要求される出力を複数の回転電機２に分散して配設されるため、１つあたりの回転電機２のサイズを小さくすることができる。このため、各種のエンジン１及び変速機５に組み合わせに拘らず、回転電機２を配設するスペースに制約がある場合であっても、容易に配設することができる。したがって、回転電機２をエンジン１及び変速機５に拘らず共通化することができるため、低コストで車両用駆動装置１００を実現できる。
【００５５】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、単相回転電機２のステータＳには、当該ステータＳに発生する制御磁束を流れ易くして、トルクリップルを滑らかにするために、コイルＣが巻き回されていない領域に補極Ｅが形成されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。図８に示される単相回転電機のように、補極Ｅを備えない構成とすることも当然に可能である。このような構成とすれば、ステータＳを構成する材料を少なくすることができることから、コストダウンが可能である。また、特異な形状をしていないことから、ステータＳを容易に作製することができる。
【００５６】
上記実施形態では、回転電機２が複数備えられ、当該複数の回転電機２が、３相結線された３つの単相回転電機２Ａ〜２Ｃからなるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、複数の回転電機２を、複数の３相回転電機２Ａ〜２Ｃから構成することも可能である。このような３相回転電機２の概略構造を図９に示す。３相回転電機２は、ステータＳにＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶ、Ｗ相コイルＣＷが巻き回される。そして、制御部１０により、各相コイルＣＵ、ＣＶ、ＣＷに通電され発生する電磁力と永久磁石ＰＭとの間で発生する引力又は斥力に基づいてロータＲが回転軸を中心に回転可能とされる。
【００５７】
そして、例えば、このような複数の３相回転電機２Ａ〜２Ｃの接続端子を、同相毎に並列接続して形成すると好適である。このような並列接続の形態を図１０に示す。図１０に示されるように、夫々の３相回転電機２Ａ〜２ＣのＵ相の端子は並列に接続され、接続端子５０のＵ相端子にまとめられる。また、夫々の３相回転電機２Ａ〜２ＣのＶ相の端子は並列に接続され、接続端子５０のＶ相端子にまとめられる。そして、夫々の３相回転電機２Ａ〜２ＣのＷ相の端子は並列に接続され、接続端子５０のＷ相端子にまとめられる。このように結線された３つの３相回転電機２Ａ〜２Ｃは、図１１に示されるように結線されることとなる。このように接続することにより、各３相回転電機２Ａ〜２Ｃに設けられる接続端子を夫々１組のみとすることが可能となる。したがって、部材費のコストダウンが可能なる。
【００５８】
或いは、例えば、このような複数の３相回転電機２Ａ〜２Ｃの接続端子を、同相毎に直列接続して形成することも可能である。このような直列接続の形態を図１２に示す。図１２に示されるように、夫々の３相回転電機２Ａ〜２ＣのＵ相の端子は直列に接続され、接続端子５０のＵ相端子にまとめられる。また、夫々の３相回転電機２Ａ〜２ＣのＶ相の端子は直列に接続され、接続端子５０のＶ相端子にまとめられる。そして、夫々の３相回転電機２Ａ〜２ＣのＷ相の端子は直列に接続され、接続端子５０のＷ相端子にまとめられる。また、接続端子５０が接続されていない側の３相回転電機２に電気的に中性な中性点で共通に接続され、中性点処理結線５１として機能する。このように結線された３つの３相回転電機２Ａ〜２Ｃは、図１３に示されるように結線されることとなる。このように接続することにより、各３相回転電機２Ａ〜２Ｃの各相コイルＣに通電される電流は等しくなるため、各３相回転電機２Ａ〜２Ｃの個体差によりコイルＣのインピーダンスにばらつきがある場合であっても、各３相回転電機２Ａ〜２Ｃを適切に回転制御することが可能となる。
【００５９】
上記実施形態では、複数の回転電機２として、３つの回転電機２Ａ〜２Ｃが備えられる場合の例として説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、図１４に示されるように６つの回転電機２Ａ〜２Ｆで構成することも可能である。係る場合には、回転電機２Ａ〜２Ｃで一対のＵ相、Ｖ相、Ｗ相とし、２Ｄ〜２Ｆでもう一対のＵ相、Ｖ相、Ｗ相とすると好適である。そして、各回転電機は、図１４に示されるように、６０度毎に均等に配設すると好適である。
【００６０】
上記実施形態では、減速機４の構成として、第１のギヤ４Ａと第２のギヤ４Ｂとが一列に整列している場合の例として図示した（図２参照）。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。図１５に示されるように、第１のギヤ４Ａを内歯車として構成することも可能である。このような構成であっても、適切に回転電機２の回転速度を減速して変速機４の入力軸Ａ２の伝達することが可能である。
【００６１】
上記実施形態では、周波数変換部１１はトランジスタＱ１〜Ｑ６により構成されるとして説明した。このトランジスタＱ１〜Ｑ６は、バイポーラトランジスタとすることも可能であるし、ＭＯＳ−ＦＥＴやＩＧＢＴとすることも当然に可能である。
【００６２】
上記実施形態では、回転電機２として単相回転電機或いは３相回転電機が用いられるとして説明した。これらの回転電機２は、同期式回転電機であっても誘導式回転電機であっても、車両用駆動装置１００を実現することは当然に可能である。特に、単相誘導式回転電機を用いる場合には、ステータＳ側にコイルＣに発生する磁界の発生を遅らせるために例えば隈取りコイルを設けると好適である。
【００６３】
また、複数の回転電機２を同期式回転電機と誘導式回転電機とを任意に組み合わせることも可能である。このように、同期式回転電機と誘導式回転電機とを組み合わせる場合には、各回転電機２を直列接続して使用すると好適である。また、係る場合には、ロータＲの回転角を検出する回転角検出部１３は、同期式回転電機のみ検出するだけでよく、誘導式回転電機の回転角の検出は特に要しない。誘導式回転電機の能力をあげて使用する場合には、回転角の検出を行うことも可能である。
【００６４】
また、複数の回転電機２は、性能の異なる回転電機２を任意に組み合わせて使用することも可能である。このような場合には、回転電機２毎に専用の周波数変換部１１を備える構成とすると好適である。このような構成とすれば、性能の異なる回転電機２を備えているため、互いの性能を補完して使用することができる。したがって、車両用駆動装置１００としての性能を向上させることが可能となる。
【００６５】
上記実施形態では、回転電機２は、バッテリＢ１から供給される電力に基づき回転制御されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、バッテリＢ１の出力電圧を高くするためにバッテリＢ１と周波数変換部１１との間に、電圧変換部を備えるように構成しても良い。このような電圧変換部として、コイルとトランジスタとダイオードとコンデンサとから昇圧機能を有するＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧チョッパー回路）を構成すると好適である。また、上述の電圧変換部に、回転電機２により発電された電力をバッテリＢ１の充電に適した電圧に降圧する機能を備えるように構成することも可能である。このような場合には、コイルとトランジスタとダイオードとコンデンサとから降圧機能を有するＤＣ／ＤＣコンバータ（降圧チョッパー回路）を構成すると好適である。もちろん、上述の昇圧チョッパー回路及び降圧チョッパー回路は、トランスを用いて構成することも当然に可能である。
【００６６】
上記実施形態では、減速機４が、変速機５の入力軸Ａ２に設けられた第１のギヤ４Ａと回転電機２の回転軸２１に設けられた第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄとを歯合して形成され、第１のギヤ４Ａの歯数が、第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄの歯数よりも多く形成されてあるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、減速機４を第１のギヤ４Ａと第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄとの間に他のギヤを設けるような、合計３つ以上のギヤから構成することも可能である。係る場合には、他のギヤの構成により、第１のギヤ４Ａの歯数を、第２のギヤ４Ｂ〜４Ｄの歯数よりも少なく形成することも可能である。
【００６７】
上記実施形態では、回転電機２が複数備えられ、当該複数の回転電機２が、変速機５の入力軸Ａ２の同心円上に配設されてあるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、回転電機２は１つであっても良い。また、複数の回転電機２を備える場合には入力軸Ａ２の同心円上に配設せずに構成することも当然に可能である。
【００６８】
上記実施形態では、直流電圧を交流電圧に変換する周波数変換部１１が備えられ、一つの周波数変換部１１で複数の回転電機２を制御するとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、周波数変換部１１を複数備えるような構成とすることも可能である。
【００６９】
上記実施形態では、複数の回転電機２が、変速機４の入力軸Ａ２の周方向に沿って均等間隔で配設されてあるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。即ち、均等間隔で配設しない構成とすることも当然に可能である。
【００７０】
上記実施形態では、エンジン１と回転電機２との間に伝達クラッチ３を備えた構成として説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。当該伝達クラッチ３を備えない構成とすることも可能であるし、当該伝達クラッチ３とエンジン１との間にダンパを設けた構成とすることも当然に可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】車両用駆動装置の概略構成を示す模式図
【図２】入力軸の軸方向展開断面を示す図
【図３】図２におけるIII−III断面を示す図
【図４】単相回転電機の概略構造を示す図
【図５】３つの単相回転電機を１つの３相回転電機として３相駆動する場合の結線について示す図
【図６】３つの単相回転電機によるＹ結線を示す図
【図７】制御部、周波数制御部、及び単相回転電機の接続を示す図
【図８】補極を備えない単相回転電機の概略構成を示す図
【図９】３相回転電機の概略構造を示す図
【図１０】３つの３相回転電機の各相を並列接続した場合の接続形態を示す図
【図１１】３つの３相回転電機の各相を並列接続した場合の接続形態を模式的に示す図
【図１２】３つの３相回転電機の各相を直列接続した場合の接続形態を示す図
【図１３】３つの３相回転電機の各相を直列接続した場合の接続形態を模式的に示す図
【図１４】６つの回転電機を用いた場合の例について示す図
【図１５】他の実施形態に係る減速機の構成を示す図
【符号の説明】
【００７２】
１：エンジン
２：回転電機
３：伝達クラッチ
４：減速機
５：変速機
６：車輪
７：出力部材
８：ディファレンシャル装置
１０：制御部
１１：周波数変換部
１２：降圧部
２１：回転軸
Ａ１：出力軸
Ａ２：入力部材
Ｂ１：バッテリ
１００：車両用駆動装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を駆動する回転動力を出力するエンジンと、
前記エンジンの出力軸と連結可能な入力軸を有し、当該入力軸の回転速度を変速して出力部材に伝達する変速機と、
前記変速機の入力軸の軸心と異なる軸心からなる回転軸を有する回転電機と、
前記回転電機の回転軸の回転速度を減速して前記変速機の入力軸に伝達する減速機と、
を備える車両用駆動装置。
【請求項２】
前記減速機が、前記変速機の入力軸に設けられた第１のギヤと前記回転電機の回転軸に設けられた第２のギヤとを歯合して形成され、
前記第１のギヤの歯数が、前記第２のギヤの歯数よりも多く形成されてある請求項１に記載の車両用駆動装置。
【請求項３】
前記回転電機が複数備えられ、
当該複数の回転電機が、前記変速機の入力軸の同心円上に配設されてある請求項１又は２に記載の車両用駆動装置。
【請求項４】
直流電圧を交流電圧に変換する周波数変換部が備えられ、
一つの前記周波数変換部で前記複数の回転電機を制御する請求項３に記載の車両用駆動装置。
【請求項５】
前記複数の回転電機が、３相結線された３つの単相回転電機からなる請求項３又は４に記載の車両用駆動装置。
【請求項６】
前記複数の回転電機が３相回転電機からなり、前記複数の回転電機の接続端子が、同相毎に並列接続又は直列接続されてある請求項３又は４に記載の車両用駆動装置。
【請求項７】
前記複数の回転電機が、前記変速機の入力軸の周方向に沿って均等間隔で配設されてある請求項３から６のいずれか一項に記載の車両用駆動装置。
【請求項１】
車両を駆動する回転動力を出力するエンジンと、
前記エンジンの出力軸と連結可能な入力軸を有し、当該入力軸の回転速度を変速して出力部材に伝達する変速機と、
前記変速機の入力軸の軸心と異なる軸心からなる回転軸を有する回転電機と、
前記回転電機の回転軸の回転速度を減速して前記変速機の入力軸に伝達する減速機と、
を備える車両用駆動装置。
【請求項２】
前記減速機が、前記変速機の入力軸に設けられた第１のギヤと前記回転電機の回転軸に設けられた第２のギヤとを歯合して形成され、
前記第１のギヤの歯数が、前記第２のギヤの歯数よりも多く形成されてある請求項１に記載の車両用駆動装置。
【請求項３】
前記回転電機が複数備えられ、
当該複数の回転電機が、前記変速機の入力軸の同心円上に配設されてある請求項１又は２に記載の車両用駆動装置。
【請求項４】
直流電圧を交流電圧に変換する周波数変換部が備えられ、
一つの前記周波数変換部で前記複数の回転電機を制御する請求項３に記載の車両用駆動装置。
【請求項５】
前記複数の回転電機が、３相結線された３つの単相回転電機からなる請求項３又は４に記載の車両用駆動装置。
【請求項６】
前記複数の回転電機が３相回転電機からなり、前記複数の回転電機の接続端子が、同相毎に並列接続又は直列接続されてある請求項３又は４に記載の車両用駆動装置。
【請求項７】
前記複数の回転電機が、前記変速機の入力軸の周方向に沿って均等間隔で配設されてある請求項３から６のいずれか一項に記載の車両用駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−７００５０（Ｐ２０１０−７００５０Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３９６９３（Ｐ２００８−２３９６９３）
【出願日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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