電動駆動ユニット
【課題】 高効率でコンパクトな電動駆動ユニットを提供すること。
【解決手段】 電動機と無段変速機構とを接続したユニットを構成し、無段変速機構の変速比を所定の変速比とした場合に、要求トルクに応じて決まる第２の要求トルクが電動機の定格範囲内の時は、無段変速機構の変速比を所定の変速比に固定するとともに、第２の要求トルクを達成するよう電動機を制御し、定格範囲外のときは無段変速機構の変速比を変更するとともに、電動機を制御して駆動対象の要求トルクを達成することとした。
【解決手段】 電動機と無段変速機構とを接続したユニットを構成し、無段変速機構の変速比を所定の変速比とした場合に、要求トルクに応じて決まる第２の要求トルクが電動機の定格範囲内の時は、無段変速機構の変速比を所定の変速比に固定するとともに、第２の要求トルクを達成するよう電動機を制御し、定格範囲外のときは無段変速機構の変速比を変更するとともに、電動機を制御して駆動対象の要求トルクを達成することとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機を備えた駆動装置等として搭載される電動駆動ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、電動機と無段変速機を組み合わせた駆動装置が開示されている。この装置は、インバータと電動機の最大効率曲線から得られた目標モータ回転数で走行し、無段変速機によって変速比を制御することで運転者の意図に応じた駆動状態を達成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１７６４１９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、特許文献１に記載の装置にあっては、電動機の効率を意識するあまり、常時、無段変速機側で変速比制御を行うため下記に示す課題がある。まず、無段変速機としてはベルト式やトロイダル式といった種々の構成が知られているが、これら既存の無段変速機の効率は概ね９０％程度と常時噛み合いによる減速機構に比べて効率が低い。変速比を広範囲で変更する場合には、ある程度のギヤ比幅（（最低の減速比）／（最高の減速比）：以下、レシオカバレッジと記載する。）が必要となるが、無段変速機の場合、レシオカバレッジが５以上になると、効率が更に悪化する。また、レシオカバレッジを小さくすると効率は高まるものの電動機が大型化するため、いずれであっても車両搭載性の悪化を招く。
本発明は、上記課題に着目してなされたもので、高効率でコンパクトな電動駆動ユニット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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、電動機と無段変速機構とを接続したユニットを構成し、無段変速機構の変速比を所定の変速比とした場合に、要求トルクに応じて決まる第２の要求トルクが電動機の所定の範囲内の時は無段変速機構の変速比を所定の変速比に固定するとともに、電動機が第２の要求トルクを達成するよう制御し、所定の範囲外のときは、無段変速機構の変速比を変更するとともに、電動機を制御して要求トルクを達成することとした。
【発明の効果】
【０００６】
よって、高効率でコンパクトな電動駆動ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１の電動駆動ユニットを搭載した電気自動車の構成を表す概略図である。
【図２】実施例１の電動駆動ユニットの特定要素のみを表現した斜視図である。
【図３】実施例１の駆動力制御処理を表すフローチャートである。
【図４】実施例１の要求トルクマップである。
【図５】実施例１の電動機回転数と電動機トルク及びインバータ出力電圧の関係を表すマップである。
【図６】比較例１，２及び実施例１の体格及び効率の関係を表す概略図である。
【図７】実施例２のＫＲＧの寸法関係を表す概略図である。
【図８】実施例３の電動駆動ユニットを搭載したハイブリッド自動車の構成を表す概略図である。
【図９】実施例４の電動駆動ユニットを搭載したハイブリッド自動車の構成を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００８】
図１は実施例１の電動駆動ユニットを搭載した電気自動車の構成を表す概略図である。実施例１の電動駆動ユニットは、ハウジング１内に収装された電動機２と、コーンリング型無段変速機（以下、ＫＲＧと記載する。）４と、を有する。ＫＲＧ４の出力軸４８から出力された駆動力は、出力ギヤ４９と噛み合うデファレンシャル機構５を介して駆動輪６に伝達される。また、電動駆動ユニットには、走行状態を制御するコントローラ１００と、電源であるバッテリ３００と、電動機２に駆動電流を出力するインバータ２００とを有する。尚、説明の都合上、図１の紙面左右方向であって右から左に向かう方向をｘ軸正方向、図１の紙面上下方向であって下から上に向かう方向をｙ軸正方向、図１の紙面垂直方向であって裏から表に向かう方向をｚ軸正方向と定義する。
【０００９】
コントローラ１００には、運転者のアクセルペダル操作量ＡＰＯを検出するＡＰＯセンサ101のＡＰＯ信号と、車速ＶＳＰを検出する車速センサ102の車速信号が入力され、この入力されたセンサ信号に基づいて電動機２の駆動状態を制御する電動機制御手段と、ＫＲＧ４の変速状態を制御する変速機構制御手段、そして、ＫＲＧ４の変速比を１に固定した状態で電動機２が定格範囲内で要求されるトルクと回転数を出力可能か否かを判断する判断手段とを有する。尚、制御の詳細については後述する。
【００１０】
電動機２は、コイルが巻回されハウジング１内周に固定されたステータ２ａと、永久磁石が複数埋設されたロータ２ｂと、ロータ２ｂに接続された電動機出力軸２ｃと、を有する。この電動機２は、定格範囲内においてトルクと回転数の組み合わせを自由に達成できる定トルクモータである。定格範囲とは、電動機２を安定して連続運転可能な出力限界範囲をいう。図５は実施例１の電動機回転数と電動機トルク及びインバータ出力電圧の関係を表すマップである。実施例１の電動機２は、図５の斜線領域に示すように、定格トルクＴｍａｘ＝１００Ｎｍ、定格回転数Ｎｍａｘ＝１００００ｒｐｍで規定される領域が定格範囲で駆動され、定格トルクＴｍａｘの状態で定格回転数Ｎｍａｘで電動機２を回転させると、電動機２は定格出力を出力する。この出力まで自由に出力状態を制御しうる。インバータ２００の最大出力（最大電圧）はＴｍａｘ、かつＮｍａｘの状態のときに出力され、これ以下の出力範囲内で制御される。言い換えると、インバータ２００は１００Ｎｍ，１００００ｒｐｍの出力電圧に対応する構成でよく、出力軸トルクに要求されるトルクや回転数に対応する容量よりも小さな容量の構成でよい。
【００１１】
ＫＲＧ４は、電動機出力軸２ｃに接続されると共に同軸上に軸支され、このｘ軸方向の軸線に対し所定の傾斜角（以下、コーン角と記載する。図７参照）の円錐形状外周面を有するインプットコーン４３と、インプットコーン４３の軸線と平行なｘ軸方向の軸線上に配置され、インプットコーン４３と同一のコーン角の円錐形状外周面を有するアウトプットコーン４４と、を有する。尚、インプットコーン４３の最大半径（もしくは最小半径）とアウトプットコーン４４の最大半径（もしくは最小半径）とは、コーン角が同じであれば、同一でも異なるものであっても自由に組み合わせることができる。
【００１２】
アウトプットコーン４４の内部には、ローディング機構５０が内蔵されている。ローディング機構５０は、アウトプットコーン４４と一体に回転し軸方向端面にカム面を有するコーン側カム部材４５と、出力軸４８と一体に回転し軸方向端面にカム面を有する出力軸側カム部材４７と、コーン側カム部材４５と出力軸側カム部材４７との間に初期付勢力を付与するスプリング４６とを有する。両カム面の間にはボールが配置され、両部材の相対回動量に応じてｘ軸方向に伸びようとする力、すなわちローディング力が発生する。
【００１３】
インプットコーン４３とアウトプットコーン４４との間には、円環状であって円環内周面側とインプットコーン４３とが接触し、円環外周面とアウトプットコーン４４とが接触する変速リング４２が配置されている。変速リング４２は変速アクチュエータ４１により円環に沿って回転自在に支持されている。変速アクチュエータ４１は、変速リング４２を円環状の複数箇所において摺動自在に支持し、変速リング４２の法線ベクトルを規定する支持部材４１ｄを有する。また、支持部材４１ｄは移動軸４１ｃに沿って移動可能に構成されている。この移動軸４１ｃは、インプットコーン４３の中心軸とアウトプットコーン４４の中心軸を含む平面内において、コーン角方向（以下、変速方向と記載する。）と平行に延在されている。また、変速方向及びｚ軸方向の両方に垂直な回動軸方向を中心として移動軸４１ｃを回動させる回動部材４１ｂと、回動部材４１ｂの回動位置を制御する回動アクチュエータ４１ａと、を有する。
【００１４】
図２は実施例１の電動駆動ユニットの特定要素のみを表現した斜視図である。変速リング４２は、変速比が一定の場合、変速リング４２の法線ベクトルのｚ軸方向成分は０であり、変速方向と平行な所定のｘ軸方向成分とｙ軸方向成分とを有する。インプットコーン４３が回転すると、インプットコーン４３表面と変速リング４２内周面との間の摩擦伝達によって変速リング４２を駆動する。このとき、変速リング４２円環外周面とアウトプットコーン４４表面の間の摩擦伝達によってアウトプットコーン４４を駆動する。このように、変速比は、変速リング４２の位置がｘ軸正方向側であるほどＬｏｗ側となり、ｘ軸負方向側であるほどＨｉｇｈ側となる。実施例１のＫＲＧ４は、コーン４３，４４のｘ軸方向略中間部分において変速比が１となるように設定されている。ｘ軸方向中間部分はＫＲＧ４のトルク伝達効率が最も高まる位置である。
【００１５】
また、出力軸４８のトルクが増大すると、出力軸４８からｘ軸負方向側にアウトプットコーン４４を押し付ける力が作用し、変速リング４２がインプットコーン４３との間に押し付けられる。このように、トルクに応じてインプットコーン４３と変速リング４２とアウトプットコーン４４との間のローディング力が設定されるため、滑りを抑制した効率的な摩擦伝達が行われる。
【００１６】
変速指令が出力されると、回動アクチュエータ４１ａによって回動部材４１ｂが回動軸を中心に所定量回動される。すると、変速リング４２と両コーン４３，４４との接触部分に大きな速度差が生じ、この速度差によって変速リング４２を変速方向に移動させる力が作用する。この移動量によってｘ軸方向位置が変更され、変速比を無段階に変更する。変速終了時には回動アクチュエータ４１ａを回動させて変速リングの法線ベクトルのｚ方向成分が０となるように制御して変速を終了する。
【００１７】
（駆動力制御について）
次に、コントローラ１００内で実行される駆動力制御内容について説明する。図３は実施例１の駆動力制御処理を表すフローチャートである。尚、初期状態において、ＫＲＧ４の変速比は１に設定されている。
ステップＳ１では、要求トルクＦｄを算出する。図４は実施例１の要求トルクマップである。要求トルクＦｄは運転者のアクセルペダル開度ＡＰＯに応じて設定された複数の特性（連続的に設定してもよい）から構成され、現在の車速ＶＳＰとアクセルペダル開度ＡＰＯから要求トルクＦｄを決定する。
【００１８】
ステップＳ２では、コントローラ１００内の判断手段が、ＫＲＧ４の変速比が１と仮定して、車速ＶＳＰに対応する電動機回転数Ｎｄ及び電動機要求トルクＴｄを算出し、（Ｎｄ，Ｔｄ）が定格範囲内か否かを算出する。実施例１の場合、Ｎｄが１００００ｒｐｍ以下か否か、Ｔｄが１００Ｎｍ以下か否かを判断する。そして、定格範囲内のときはステップＳ３へ進み、それ以外のときはステップＳ４に進む。
【００１９】
ステップＳ３では、電動機目標制御量Ｆｍとして（Ｎｄ，Ｔｄ）を設定すると共に、ＫＲＧ４の目標変速比Ｇ＊＝１に設定する。そして、ステップＳ１１において電動機２が目標制御量となるように電動機制御手段が電動機２の制御を実行し、ステップＳ１２においてＫＲＧ４の変速比制御を実行する。
【００２０】
ステップＳ４では、判断手段が電動機回転数Ｎｄが最大回転数Ｎｍａｘよりも大きいか否かを判断し、大きいときは図５の定格範囲外のＡ領域にあると判断してステップＳ５に進み、それ以外のとき、すなわち電動機要求トルクＴｄが大きく、図５の定格範囲外のＢ領域にあるときはステップＳ８に進む。ちなみに、定格範囲と、Ａ領域と、Ｂ領域以外の領域の要求はインバータ２００の出力限界特性から基本的に達成できないことは言うまでもない。
【００２１】
ステップＳ５では、（Ｎｄ，Ｔｄ）の等出力線とＮｍａｘが交差するポイントにおける電動機トルクＴｍを検索する。尚、電動機トルクＴｍは、電動機要求トルクＴｄよりも高い値になることは言うまでもない。
ステップＳ６では、電動機目標制御量Ｆｍとして（Ｎｍａｘ，Ｔｍ）を設定する。
ステップＳ７では、目標変速比Ｇ＊＝（Ｎｍａｘ／Ｎｄ）に設定する。
【００２２】
ステップＳ８では、（Ｎｄ，Ｔｄ）の等出力線とＴｍａｘが交差するポイントにおける電動機回転数Ｎｍを検索する。尚、電動機回転数Ｎｍは、電動機要求回転数Ｎｄよりも高い値になることは言うまでもない。
ステップＳ９では、電動機目標制御量Ｆｍとして（Ｎｍ，Ｔｍａｘ）を設定する。
ステップＳ１０では、目標変速比Ｇ＊＝（Ｎｍ／Ｎｄ）に設定する。
【００２３】
ステップＳ１１では、設定された電動機目標制御量Ｆｍに基づいて電動機２が目標制御量となるように制御を実行する。
ステップＳ１２では、設定された目標変速比Ｇ＊に基づいて、変速制御手段がＫＲＧ４の変速比制御を実行する。
【００２４】
次に作用について説明する。一般の車両（例えば１ｔから１．５ｔクラス）に要求される動力性能に関し、変速機を備えることなく電動機のみで達成しようとすると、極めて高出力な電動機を搭載する必要がある。これは、電動機自体の大型化、インバータの大型化を招き、車両搭載は困難である。次に、変速機を搭載すれば変速機自体の構成は増えるものの、電動機の小型化及びインバータの小型化を図ることができ、車両搭載性は向上する。ここで、二つの選択肢を検討しうる。一つは、電動機の構成を中型とし、無段変速機が狭いレシオカバレッジを持つ構成とするもの、これを以下、比較例１と記載する。もう一つは、電動機の構成を小さくし、無段変速機が広いレシオカバレッジを持つ構成とするもの、これを以下、比較例２と記載する。
【００２５】
図６は、比較例１，２及び実施例１の体格及び効率の関係を表す概略図である。左側の縦軸は電動駆動ユニットの動力伝達効率を、右側の縦軸は電動駆動ユニットの体格（占有容積）の逆数を表す。体格の逆数が大きいほど搭載性がよく、体格の逆数が小さいほど搭載性が悪化する。無段変速機の一般的な特性として、レシオカバレッジを大きくすると、効率が低下するという特性がある。実施例１のＫＲＧ４の場合、レシオカバレッジを広げるには軸方向寸法を長くする、もしくはコーン角を大きくすることが考えられるが、いずれも効率の低下を招く（図７参照）。また、電動機の出力範囲を広げるには、電動機自身の体格の増大に加え、インバータの体格が増大する。
【００２６】
比較例１の場合、無段変速機のレシオカバレッジが小さいため、効率は高いが変速比が小さい分を補うために電動機及びインバータの体格を大きくしなければならず、体格が非常に大きくなる。比較例２の場合、無段変速機のレシオカバレッジが大きいため、電動機及びインバータの体格は小さくなるが、無段変速機の体格を大きくしなければならない。また、レシオカバレッジを広くすると伝達効率も低下することから、この低下分を補うためには電動機及びインバータを大きめにする必要がある。
【００２７】
これに対し、実施例１では、電動機２の定格範囲ではＫＲＧ４の変速比を最も効率の高い「１」に固定、言い換えると定格範囲では変速せず一定変速比とし、定格範囲を超えた要求があった場合のみ増速や減速を行う。よって、無段変速機のレシオカバレッジを狭くすることができ、伝達効率の低下を抑制することができる。また、伝達効率の低下が低いため、電動機２が低下分を補う必要が無く、電動機及びインバータ自体の体格の大型化を抑制することができるものである。
【００２８】
以上説明したように、実施例１にあっては下記に列挙する作用効果を得ることができる。
（１）電動機２と、電動機２に電力を供給するインバータ２００と、電動機２と駆動対象である駆動輪６との間に配置された無段変速機構であるＫＲＧ４と、インバータ２００を制御して電動機２を定格範囲内（所定のトルク範囲内かつ所定の回転数の範囲内）で制御する電動機制御手段（ステップＳ１１）と、ＫＲＧ４の変速比を制御する変速制御手段（ステップＳ１２）とを備え、ＫＲＧ４の変速比を所定の変速比（＝１）とした場合に決まる第２の要求トルク（電動機要求トルクＴｄ）が電動機２の定格範囲内であり、且つ、駆動対象の回転数に応じて決まる第２の回転数（電動機回転数Ｎｄ）が電動機２の定格範囲内であるか否かを判断する判断手段（ステップＳ２）を有し、判断手段が定格範囲内にあると判断した場合には、変速制御手段がＫＲＧ４の変速比を所定の一定変速比（＝１）に固定するとともに、電動機制御手段が第２の要求トルク（電動機要求トルクＴｄ）を達成するように電動機２を制御し、判断手段が定格範囲外であると判断した場合には、変速制御手段がＫＲＧ４の変速比を変更するとともに、電動機制御手段が電動機２を制御して要求トルクＦｄを達成することとした。よって、電動駆動ユニットの小型化を図ることができる。
【００２９】
（２）ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１１及びＳ１２（電動機制御手段）は、駆動対象の回転数を所定の一定変速比（＝１）で換算した電動機回転数Ｎｄが定格範囲外のときは、電動機回転数を最大回転数Ｎｍａｘとし、要求トルクＦｄの属する等出力線上であって最大回転数Ｎｍａｘに対応する電動機トルクＴｍに制御し、ステップＳ７，Ｓ１２（変速制御手段）は、最大回転数Ｎｍａｘを増速して駆動対象の回転数を達成する、言い換えると、目標変速比Ｇ＊＝（Ｎｍａｘ／Ｎｄ）に制御する。これにより、変速比の変化量を最小とすることができ、駆動効率の低下を抑制することができる。
【００３０】
（３）ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１１及びＳ１２（電動機制御手段）は、要求トルクＦｄが定格範囲外のときは、電動機トルクを最大トルクＴｍａｘとし、要求トルクＦｄの属する等出力線上であって最大トルクＴｍａｘに対応する電動機回転数Ｎｍに制御し、ステップＳ１０，Ｓ１２（変速制御手段）は、最大トルクＴｍａｘに対応する電動機回転数Ｎｍを減速して駆動対象の回転数を達成する、言い換えると、目標変速比Ｇ＊＝（Ｎｍ／Ｎｄ）に制御する。これにより、変速比の変化量を最小とすることができ、駆動効率の低下を抑制することができる。
【実施例２】
【００３１】
次に実施例２について説明する。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。実施例１では、ＫＲＧ４のレシオカバレッジを小さくするにあたり、軸方向寸法を短くして効率を上げつつ小型化した。言い換えると、伝達効率の低下する領域を使用しない構成とした。これに対し、実施例２では、軸方向寸法の短縮ではなく、コーン角を小さくすることで高効率化を達成し、電動機２及びインバータ２００の小型化を図るものである。
【００３２】
尚、ＫＲＧ４が変速によって生じる増減速に伴う負荷が小さいため、ローディング力を抑制することもできる。この場合、ローディングカムのカム面の傾斜を大きくすることができ、それに伴って更なる伝達効率の向上が見込める。
【００３３】
図７は実施例２のＫＲＧの寸法関係を表す概略図である。図７に示すように、インプットコーン４３にあっては最小半径ａ１と最大半径ａ２及び軸方向長さＬによって形状が規定され、アウトプットコーン４４にあっては最小半径ｂ１と最大半径ｂ２及び軸方向長さＬによって形状が規定される。ここで、（ａ２−ａ１）／Ｌ＝（ｂ２−ｂ１）／Ｌ＝ｔａｎαとなる（α＝コーン角）。各コーンを互いに近接するように軸方向に押し付けあう力、すなわちローディング力Ｆと、伝達可能トルクに相関のある垂直抗力Ｎ（摩擦力はＮ×摩擦係数μで表される。）との関係は、Ｎ＝Ｆ／ｓｉｎαと表される。短い軸方向長さＬで必要なレシオカバレッジを確保するには、コーン角αを大きくする必要がある。しかし、コーン角αが大きいと、変速リング４２内での回転数差が大きくなり、スピンロスを招くことから伝達効率が下がる。そこで、実施例２では、軸方向寸法の短縮化より、コーン角αを小さくすることで伝達効率の低下を抑制できる。
【実施例３】
【００３４】
次に実施例３について説明する。図８は実施例３の電動駆動ユニットを搭載した電気自動車の構成を表す概略図である。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。実施例２では、実施例１の構成に加え、アウトプットコーン４４と出力軸４８との間に減速機６０を備えたものである。アウトプットコーン４４の端部にはサンギヤ６１が形成され、ハウジング１にはリングギヤ６３が固定され、サンギヤ６１とリングギヤ６３との両ギヤに噛み合うピニオンを支持するピニオンキャリヤ６２が備えられ、ピニオンキャリヤ６２と出力軸４８とが接続されている。これにより、インプットコーン４３とアウトプットコーン４４によって減速された回転を更に減速して出力軸４８に伝達できるため、終減速比に制限があったとしても、より大きな減速比を得ることができる。また、小さな外形で大きな減速比が得られ、アウトプットコーン４４と同軸上に配置することで、車両搭載性を向上することができる。
【実施例４】
【００３５】
次に実施例４について説明する。図９は実施例４の電動駆動ユニットを搭載したハイブリッド自動車の構成を表す概略図である。実施例１，２はいずれも電動機のみを駆動源として走行する電気自動車を示した。これに対し、実施例４はエンジンＥＮＧを備えたハイブリッド車両である点が異なる。エンジンＥＮＧは、電動機２とクラッチ７０を介して断接可能に接続されている。コントローラ１００は、走行状態に基づいてエンジンＥＮＧの作動状態、クラッチ７０の断接状態を制御し、最適な効率で走行するよう設定される。尚、エンジンＥＮＧは一方方向にのみ回転可能であるため、電動機２とＫＲＧ４との間には前後進切換機構３が設けられている。この前後進切換機構３は遊星歯車機構と前進クラッチ及び後進ブレーキから構成された周知のものであるため、説明を省略する。
このように構成されたハイブリッド自動車において、電動機２のみの駆動力で走行するＥＶモード走行の場合には、実施例１と同様の制御を行うことにより、ＫＲＧ４の変速比の変化量を小さくして、駆動効率の低下を抑制することができる。
【００３６】
以上、実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限られず、適宜他の構成を取ることができる。例えば、実施例１ではコーンリング型無段変速機を採用した例を示したが、ベルト式無段変速機や、トロイダル式無段変速機を適用してもよい。尚、コーンリング型無段変速機は部品点数が少なく、オイルポンプ等を必要としないため、コスト的に非常に有利である。
また、車両駆動装置に適用した例を示したが、車両に限らず、電動機を駆動源として作動する要素に対しても同様に適用可能である。
また、実施例１では定格範囲内で固定する変速比を最も効率が高い「１」に設定したが、インプットコーンとアウトプットコーンの半径比を考慮して、機械的構成に最もバランスよく負荷が作用する変速比がある場合には、「１」に限らず、他の最も効率が高い変速比に固定すればよい。ただし、Ａ領域やＢ領域に対応する必要があることから、固定される変速比の両側にある程度の変速レンジを確保できる位置を選択すべき点に留意する。
また、実施例１では、固定する変速比を「１」に設定したため、車両として要求される要求トルクと電動機２のトルクをそのまま比較したが、変速比が「１」以外で固定される場合には、変速比に応じて定格の範囲内であるか否かを判定する必要がある。
また、実施例１では、定格回転数内で、且つ、定格トルク内での運転が、電動機２の効率が高いため、この領域内で運転する場合に、変速比を固定する制御を行ったが、定格トルクや定格回転数より大きい側でも効率が良い運転領域がある場合には、定格値より大きい値を境界として領域を設定することもできる。逆に、定格トルクや定格回転数であっても、電動機の効率が変速比を変化させる効率より落ちる場合には、定格値より小さい値を境界として領域を設定するようにしてもよい。
また、実施例１では、所定の変速比が１であるため、要求トルクＦｄが電動機２の定格トルクの範囲内であるか否かを判断したが、所定の変速比が１以外の場合には、その変速比（他の減速機構も含めた変速比）に応じて、要求トルクＦｄが第２の要求トルクに変換され、判断手段は、この変換された第２の要求トルクが定格範囲内にあるか否かを判断することとなる。
【符号の説明】
【００３７】
１ ハウジング
２ 電動機
３ 前後進切換機構
４ コーンリング型無段変速機
５ デファレンシャル機構
６ 駆動輪（駆動対象）
４１ 変速アクチュエータ
４１ａ 回動アクチュエータ
４１ｂ 回動部材
４１ｃ 移動軸
４１ｄ 支持部材
４２ 変速リング
４３ インプットコーン
４４ アウトプットコーン
５０ ローディング機構
６０ 減速機
１００ コントローラ
２００ インバータ
３００ バッテリ
ＥＮＧ エンジン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機を備えた駆動装置等として搭載される電動駆動ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、電動機と無段変速機を組み合わせた駆動装置が開示されている。この装置は、インバータと電動機の最大効率曲線から得られた目標モータ回転数で走行し、無段変速機によって変速比を制御することで運転者の意図に応じた駆動状態を達成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１７６４１９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、特許文献１に記載の装置にあっては、電動機の効率を意識するあまり、常時、無段変速機側で変速比制御を行うため下記に示す課題がある。まず、無段変速機としてはベルト式やトロイダル式といった種々の構成が知られているが、これら既存の無段変速機の効率は概ね９０％程度と常時噛み合いによる減速機構に比べて効率が低い。変速比を広範囲で変更する場合には、ある程度のギヤ比幅（（最低の減速比）／（最高の減速比）：以下、レシオカバレッジと記載する。）が必要となるが、無段変速機の場合、レシオカバレッジが５以上になると、効率が更に悪化する。また、レシオカバレッジを小さくすると効率は高まるものの電動機が大型化するため、いずれであっても車両搭載性の悪化を招く。
本発明は、上記課題に着目してなされたもので、高効率でコンパクトな電動駆動ユニット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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、電動機と無段変速機構とを接続したユニットを構成し、無段変速機構の変速比を所定の変速比とした場合に、要求トルクに応じて決まる第２の要求トルクが電動機の所定の範囲内の時は無段変速機構の変速比を所定の変速比に固定するとともに、電動機が第２の要求トルクを達成するよう制御し、所定の範囲外のときは、無段変速機構の変速比を変更するとともに、電動機を制御して要求トルクを達成することとした。
【発明の効果】
【０００６】
よって、高効率でコンパクトな電動駆動ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１の電動駆動ユニットを搭載した電気自動車の構成を表す概略図である。
【図２】実施例１の電動駆動ユニットの特定要素のみを表現した斜視図である。
【図３】実施例１の駆動力制御処理を表すフローチャートである。
【図４】実施例１の要求トルクマップである。
【図５】実施例１の電動機回転数と電動機トルク及びインバータ出力電圧の関係を表すマップである。
【図６】比較例１，２及び実施例１の体格及び効率の関係を表す概略図である。
【図７】実施例２のＫＲＧの寸法関係を表す概略図である。
【図８】実施例３の電動駆動ユニットを搭載したハイブリッド自動車の構成を表す概略図である。
【図９】実施例４の電動駆動ユニットを搭載したハイブリッド自動車の構成を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００８】
図１は実施例１の電動駆動ユニットを搭載した電気自動車の構成を表す概略図である。実施例１の電動駆動ユニットは、ハウジング１内に収装された電動機２と、コーンリング型無段変速機（以下、ＫＲＧと記載する。）４と、を有する。ＫＲＧ４の出力軸４８から出力された駆動力は、出力ギヤ４９と噛み合うデファレンシャル機構５を介して駆動輪６に伝達される。また、電動駆動ユニットには、走行状態を制御するコントローラ１００と、電源であるバッテリ３００と、電動機２に駆動電流を出力するインバータ２００とを有する。尚、説明の都合上、図１の紙面左右方向であって右から左に向かう方向をｘ軸正方向、図１の紙面上下方向であって下から上に向かう方向をｙ軸正方向、図１の紙面垂直方向であって裏から表に向かう方向をｚ軸正方向と定義する。
【０００９】
コントローラ１００には、運転者のアクセルペダル操作量ＡＰＯを検出するＡＰＯセンサ101のＡＰＯ信号と、車速ＶＳＰを検出する車速センサ102の車速信号が入力され、この入力されたセンサ信号に基づいて電動機２の駆動状態を制御する電動機制御手段と、ＫＲＧ４の変速状態を制御する変速機構制御手段、そして、ＫＲＧ４の変速比を１に固定した状態で電動機２が定格範囲内で要求されるトルクと回転数を出力可能か否かを判断する判断手段とを有する。尚、制御の詳細については後述する。
【００１０】
電動機２は、コイルが巻回されハウジング１内周に固定されたステータ２ａと、永久磁石が複数埋設されたロータ２ｂと、ロータ２ｂに接続された電動機出力軸２ｃと、を有する。この電動機２は、定格範囲内においてトルクと回転数の組み合わせを自由に達成できる定トルクモータである。定格範囲とは、電動機２を安定して連続運転可能な出力限界範囲をいう。図５は実施例１の電動機回転数と電動機トルク及びインバータ出力電圧の関係を表すマップである。実施例１の電動機２は、図５の斜線領域に示すように、定格トルクＴｍａｘ＝１００Ｎｍ、定格回転数Ｎｍａｘ＝１００００ｒｐｍで規定される領域が定格範囲で駆動され、定格トルクＴｍａｘの状態で定格回転数Ｎｍａｘで電動機２を回転させると、電動機２は定格出力を出力する。この出力まで自由に出力状態を制御しうる。インバータ２００の最大出力（最大電圧）はＴｍａｘ、かつＮｍａｘの状態のときに出力され、これ以下の出力範囲内で制御される。言い換えると、インバータ２００は１００Ｎｍ，１００００ｒｐｍの出力電圧に対応する構成でよく、出力軸トルクに要求されるトルクや回転数に対応する容量よりも小さな容量の構成でよい。
【００１１】
ＫＲＧ４は、電動機出力軸２ｃに接続されると共に同軸上に軸支され、このｘ軸方向の軸線に対し所定の傾斜角（以下、コーン角と記載する。図７参照）の円錐形状外周面を有するインプットコーン４３と、インプットコーン４３の軸線と平行なｘ軸方向の軸線上に配置され、インプットコーン４３と同一のコーン角の円錐形状外周面を有するアウトプットコーン４４と、を有する。尚、インプットコーン４３の最大半径（もしくは最小半径）とアウトプットコーン４４の最大半径（もしくは最小半径）とは、コーン角が同じであれば、同一でも異なるものであっても自由に組み合わせることができる。
【００１２】
アウトプットコーン４４の内部には、ローディング機構５０が内蔵されている。ローディング機構５０は、アウトプットコーン４４と一体に回転し軸方向端面にカム面を有するコーン側カム部材４５と、出力軸４８と一体に回転し軸方向端面にカム面を有する出力軸側カム部材４７と、コーン側カム部材４５と出力軸側カム部材４７との間に初期付勢力を付与するスプリング４６とを有する。両カム面の間にはボールが配置され、両部材の相対回動量に応じてｘ軸方向に伸びようとする力、すなわちローディング力が発生する。
【００１３】
インプットコーン４３とアウトプットコーン４４との間には、円環状であって円環内周面側とインプットコーン４３とが接触し、円環外周面とアウトプットコーン４４とが接触する変速リング４２が配置されている。変速リング４２は変速アクチュエータ４１により円環に沿って回転自在に支持されている。変速アクチュエータ４１は、変速リング４２を円環状の複数箇所において摺動自在に支持し、変速リング４２の法線ベクトルを規定する支持部材４１ｄを有する。また、支持部材４１ｄは移動軸４１ｃに沿って移動可能に構成されている。この移動軸４１ｃは、インプットコーン４３の中心軸とアウトプットコーン４４の中心軸を含む平面内において、コーン角方向（以下、変速方向と記載する。）と平行に延在されている。また、変速方向及びｚ軸方向の両方に垂直な回動軸方向を中心として移動軸４１ｃを回動させる回動部材４１ｂと、回動部材４１ｂの回動位置を制御する回動アクチュエータ４１ａと、を有する。
【００１４】
図２は実施例１の電動駆動ユニットの特定要素のみを表現した斜視図である。変速リング４２は、変速比が一定の場合、変速リング４２の法線ベクトルのｚ軸方向成分は０であり、変速方向と平行な所定のｘ軸方向成分とｙ軸方向成分とを有する。インプットコーン４３が回転すると、インプットコーン４３表面と変速リング４２内周面との間の摩擦伝達によって変速リング４２を駆動する。このとき、変速リング４２円環外周面とアウトプットコーン４４表面の間の摩擦伝達によってアウトプットコーン４４を駆動する。このように、変速比は、変速リング４２の位置がｘ軸正方向側であるほどＬｏｗ側となり、ｘ軸負方向側であるほどＨｉｇｈ側となる。実施例１のＫＲＧ４は、コーン４３，４４のｘ軸方向略中間部分において変速比が１となるように設定されている。ｘ軸方向中間部分はＫＲＧ４のトルク伝達効率が最も高まる位置である。
【００１５】
また、出力軸４８のトルクが増大すると、出力軸４８からｘ軸負方向側にアウトプットコーン４４を押し付ける力が作用し、変速リング４２がインプットコーン４３との間に押し付けられる。このように、トルクに応じてインプットコーン４３と変速リング４２とアウトプットコーン４４との間のローディング力が設定されるため、滑りを抑制した効率的な摩擦伝達が行われる。
【００１６】
変速指令が出力されると、回動アクチュエータ４１ａによって回動部材４１ｂが回動軸を中心に所定量回動される。すると、変速リング４２と両コーン４３，４４との接触部分に大きな速度差が生じ、この速度差によって変速リング４２を変速方向に移動させる力が作用する。この移動量によってｘ軸方向位置が変更され、変速比を無段階に変更する。変速終了時には回動アクチュエータ４１ａを回動させて変速リングの法線ベクトルのｚ方向成分が０となるように制御して変速を終了する。
【００１７】
（駆動力制御について）
次に、コントローラ１００内で実行される駆動力制御内容について説明する。図３は実施例１の駆動力制御処理を表すフローチャートである。尚、初期状態において、ＫＲＧ４の変速比は１に設定されている。
ステップＳ１では、要求トルクＦｄを算出する。図４は実施例１の要求トルクマップである。要求トルクＦｄは運転者のアクセルペダル開度ＡＰＯに応じて設定された複数の特性（連続的に設定してもよい）から構成され、現在の車速ＶＳＰとアクセルペダル開度ＡＰＯから要求トルクＦｄを決定する。
【００１８】
ステップＳ２では、コントローラ１００内の判断手段が、ＫＲＧ４の変速比が１と仮定して、車速ＶＳＰに対応する電動機回転数Ｎｄ及び電動機要求トルクＴｄを算出し、（Ｎｄ，Ｔｄ）が定格範囲内か否かを算出する。実施例１の場合、Ｎｄが１００００ｒｐｍ以下か否か、Ｔｄが１００Ｎｍ以下か否かを判断する。そして、定格範囲内のときはステップＳ３へ進み、それ以外のときはステップＳ４に進む。
【００１９】
ステップＳ３では、電動機目標制御量Ｆｍとして（Ｎｄ，Ｔｄ）を設定すると共に、ＫＲＧ４の目標変速比Ｇ＊＝１に設定する。そして、ステップＳ１１において電動機２が目標制御量となるように電動機制御手段が電動機２の制御を実行し、ステップＳ１２においてＫＲＧ４の変速比制御を実行する。
【００２０】
ステップＳ４では、判断手段が電動機回転数Ｎｄが最大回転数Ｎｍａｘよりも大きいか否かを判断し、大きいときは図５の定格範囲外のＡ領域にあると判断してステップＳ５に進み、それ以外のとき、すなわち電動機要求トルクＴｄが大きく、図５の定格範囲外のＢ領域にあるときはステップＳ８に進む。ちなみに、定格範囲と、Ａ領域と、Ｂ領域以外の領域の要求はインバータ２００の出力限界特性から基本的に達成できないことは言うまでもない。
【００２１】
ステップＳ５では、（Ｎｄ，Ｔｄ）の等出力線とＮｍａｘが交差するポイントにおける電動機トルクＴｍを検索する。尚、電動機トルクＴｍは、電動機要求トルクＴｄよりも高い値になることは言うまでもない。
ステップＳ６では、電動機目標制御量Ｆｍとして（Ｎｍａｘ，Ｔｍ）を設定する。
ステップＳ７では、目標変速比Ｇ＊＝（Ｎｍａｘ／Ｎｄ）に設定する。
【００２２】
ステップＳ８では、（Ｎｄ，Ｔｄ）の等出力線とＴｍａｘが交差するポイントにおける電動機回転数Ｎｍを検索する。尚、電動機回転数Ｎｍは、電動機要求回転数Ｎｄよりも高い値になることは言うまでもない。
ステップＳ９では、電動機目標制御量Ｆｍとして（Ｎｍ，Ｔｍａｘ）を設定する。
ステップＳ１０では、目標変速比Ｇ＊＝（Ｎｍ／Ｎｄ）に設定する。
【００２３】
ステップＳ１１では、設定された電動機目標制御量Ｆｍに基づいて電動機２が目標制御量となるように制御を実行する。
ステップＳ１２では、設定された目標変速比Ｇ＊に基づいて、変速制御手段がＫＲＧ４の変速比制御を実行する。
【００２４】
次に作用について説明する。一般の車両（例えば１ｔから１．５ｔクラス）に要求される動力性能に関し、変速機を備えることなく電動機のみで達成しようとすると、極めて高出力な電動機を搭載する必要がある。これは、電動機自体の大型化、インバータの大型化を招き、車両搭載は困難である。次に、変速機を搭載すれば変速機自体の構成は増えるものの、電動機の小型化及びインバータの小型化を図ることができ、車両搭載性は向上する。ここで、二つの選択肢を検討しうる。一つは、電動機の構成を中型とし、無段変速機が狭いレシオカバレッジを持つ構成とするもの、これを以下、比較例１と記載する。もう一つは、電動機の構成を小さくし、無段変速機が広いレシオカバレッジを持つ構成とするもの、これを以下、比較例２と記載する。
【００２５】
図６は、比較例１，２及び実施例１の体格及び効率の関係を表す概略図である。左側の縦軸は電動駆動ユニットの動力伝達効率を、右側の縦軸は電動駆動ユニットの体格（占有容積）の逆数を表す。体格の逆数が大きいほど搭載性がよく、体格の逆数が小さいほど搭載性が悪化する。無段変速機の一般的な特性として、レシオカバレッジを大きくすると、効率が低下するという特性がある。実施例１のＫＲＧ４の場合、レシオカバレッジを広げるには軸方向寸法を長くする、もしくはコーン角を大きくすることが考えられるが、いずれも効率の低下を招く（図７参照）。また、電動機の出力範囲を広げるには、電動機自身の体格の増大に加え、インバータの体格が増大する。
【００２６】
比較例１の場合、無段変速機のレシオカバレッジが小さいため、効率は高いが変速比が小さい分を補うために電動機及びインバータの体格を大きくしなければならず、体格が非常に大きくなる。比較例２の場合、無段変速機のレシオカバレッジが大きいため、電動機及びインバータの体格は小さくなるが、無段変速機の体格を大きくしなければならない。また、レシオカバレッジを広くすると伝達効率も低下することから、この低下分を補うためには電動機及びインバータを大きめにする必要がある。
【００２７】
これに対し、実施例１では、電動機２の定格範囲ではＫＲＧ４の変速比を最も効率の高い「１」に固定、言い換えると定格範囲では変速せず一定変速比とし、定格範囲を超えた要求があった場合のみ増速や減速を行う。よって、無段変速機のレシオカバレッジを狭くすることができ、伝達効率の低下を抑制することができる。また、伝達効率の低下が低いため、電動機２が低下分を補う必要が無く、電動機及びインバータ自体の体格の大型化を抑制することができるものである。
【００２８】
以上説明したように、実施例１にあっては下記に列挙する作用効果を得ることができる。
（１）電動機２と、電動機２に電力を供給するインバータ２００と、電動機２と駆動対象である駆動輪６との間に配置された無段変速機構であるＫＲＧ４と、インバータ２００を制御して電動機２を定格範囲内（所定のトルク範囲内かつ所定の回転数の範囲内）で制御する電動機制御手段（ステップＳ１１）と、ＫＲＧ４の変速比を制御する変速制御手段（ステップＳ１２）とを備え、ＫＲＧ４の変速比を所定の変速比（＝１）とした場合に決まる第２の要求トルク（電動機要求トルクＴｄ）が電動機２の定格範囲内であり、且つ、駆動対象の回転数に応じて決まる第２の回転数（電動機回転数Ｎｄ）が電動機２の定格範囲内であるか否かを判断する判断手段（ステップＳ２）を有し、判断手段が定格範囲内にあると判断した場合には、変速制御手段がＫＲＧ４の変速比を所定の一定変速比（＝１）に固定するとともに、電動機制御手段が第２の要求トルク（電動機要求トルクＴｄ）を達成するように電動機２を制御し、判断手段が定格範囲外であると判断した場合には、変速制御手段がＫＲＧ４の変速比を変更するとともに、電動機制御手段が電動機２を制御して要求トルクＦｄを達成することとした。よって、電動駆動ユニットの小型化を図ることができる。
【００２９】
（２）ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１１及びＳ１２（電動機制御手段）は、駆動対象の回転数を所定の一定変速比（＝１）で換算した電動機回転数Ｎｄが定格範囲外のときは、電動機回転数を最大回転数Ｎｍａｘとし、要求トルクＦｄの属する等出力線上であって最大回転数Ｎｍａｘに対応する電動機トルクＴｍに制御し、ステップＳ７，Ｓ１２（変速制御手段）は、最大回転数Ｎｍａｘを増速して駆動対象の回転数を達成する、言い換えると、目標変速比Ｇ＊＝（Ｎｍａｘ／Ｎｄ）に制御する。これにより、変速比の変化量を最小とすることができ、駆動効率の低下を抑制することができる。
【００３０】
（３）ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１１及びＳ１２（電動機制御手段）は、要求トルクＦｄが定格範囲外のときは、電動機トルクを最大トルクＴｍａｘとし、要求トルクＦｄの属する等出力線上であって最大トルクＴｍａｘに対応する電動機回転数Ｎｍに制御し、ステップＳ１０，Ｓ１２（変速制御手段）は、最大トルクＴｍａｘに対応する電動機回転数Ｎｍを減速して駆動対象の回転数を達成する、言い換えると、目標変速比Ｇ＊＝（Ｎｍ／Ｎｄ）に制御する。これにより、変速比の変化量を最小とすることができ、駆動効率の低下を抑制することができる。
【実施例２】
【００３１】
次に実施例２について説明する。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。実施例１では、ＫＲＧ４のレシオカバレッジを小さくするにあたり、軸方向寸法を短くして効率を上げつつ小型化した。言い換えると、伝達効率の低下する領域を使用しない構成とした。これに対し、実施例２では、軸方向寸法の短縮ではなく、コーン角を小さくすることで高効率化を達成し、電動機２及びインバータ２００の小型化を図るものである。
【００３２】
尚、ＫＲＧ４が変速によって生じる増減速に伴う負荷が小さいため、ローディング力を抑制することもできる。この場合、ローディングカムのカム面の傾斜を大きくすることができ、それに伴って更なる伝達効率の向上が見込める。
【００３３】
図７は実施例２のＫＲＧの寸法関係を表す概略図である。図７に示すように、インプットコーン４３にあっては最小半径ａ１と最大半径ａ２及び軸方向長さＬによって形状が規定され、アウトプットコーン４４にあっては最小半径ｂ１と最大半径ｂ２及び軸方向長さＬによって形状が規定される。ここで、（ａ２−ａ１）／Ｌ＝（ｂ２−ｂ１）／Ｌ＝ｔａｎαとなる（α＝コーン角）。各コーンを互いに近接するように軸方向に押し付けあう力、すなわちローディング力Ｆと、伝達可能トルクに相関のある垂直抗力Ｎ（摩擦力はＮ×摩擦係数μで表される。）との関係は、Ｎ＝Ｆ／ｓｉｎαと表される。短い軸方向長さＬで必要なレシオカバレッジを確保するには、コーン角αを大きくする必要がある。しかし、コーン角αが大きいと、変速リング４２内での回転数差が大きくなり、スピンロスを招くことから伝達効率が下がる。そこで、実施例２では、軸方向寸法の短縮化より、コーン角αを小さくすることで伝達効率の低下を抑制できる。
【実施例３】
【００３４】
次に実施例３について説明する。図８は実施例３の電動駆動ユニットを搭載した電気自動車の構成を表す概略図である。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。実施例２では、実施例１の構成に加え、アウトプットコーン４４と出力軸４８との間に減速機６０を備えたものである。アウトプットコーン４４の端部にはサンギヤ６１が形成され、ハウジング１にはリングギヤ６３が固定され、サンギヤ６１とリングギヤ６３との両ギヤに噛み合うピニオンを支持するピニオンキャリヤ６２が備えられ、ピニオンキャリヤ６２と出力軸４８とが接続されている。これにより、インプットコーン４３とアウトプットコーン４４によって減速された回転を更に減速して出力軸４８に伝達できるため、終減速比に制限があったとしても、より大きな減速比を得ることができる。また、小さな外形で大きな減速比が得られ、アウトプットコーン４４と同軸上に配置することで、車両搭載性を向上することができる。
【実施例４】
【００３５】
次に実施例４について説明する。図９は実施例４の電動駆動ユニットを搭載したハイブリッド自動車の構成を表す概略図である。実施例１，２はいずれも電動機のみを駆動源として走行する電気自動車を示した。これに対し、実施例４はエンジンＥＮＧを備えたハイブリッド車両である点が異なる。エンジンＥＮＧは、電動機２とクラッチ７０を介して断接可能に接続されている。コントローラ１００は、走行状態に基づいてエンジンＥＮＧの作動状態、クラッチ７０の断接状態を制御し、最適な効率で走行するよう設定される。尚、エンジンＥＮＧは一方方向にのみ回転可能であるため、電動機２とＫＲＧ４との間には前後進切換機構３が設けられている。この前後進切換機構３は遊星歯車機構と前進クラッチ及び後進ブレーキから構成された周知のものであるため、説明を省略する。
このように構成されたハイブリッド自動車において、電動機２のみの駆動力で走行するＥＶモード走行の場合には、実施例１と同様の制御を行うことにより、ＫＲＧ４の変速比の変化量を小さくして、駆動効率の低下を抑制することができる。
【００３６】
以上、実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限られず、適宜他の構成を取ることができる。例えば、実施例１ではコーンリング型無段変速機を採用した例を示したが、ベルト式無段変速機や、トロイダル式無段変速機を適用してもよい。尚、コーンリング型無段変速機は部品点数が少なく、オイルポンプ等を必要としないため、コスト的に非常に有利である。
また、車両駆動装置に適用した例を示したが、車両に限らず、電動機を駆動源として作動する要素に対しても同様に適用可能である。
また、実施例１では定格範囲内で固定する変速比を最も効率が高い「１」に設定したが、インプットコーンとアウトプットコーンの半径比を考慮して、機械的構成に最もバランスよく負荷が作用する変速比がある場合には、「１」に限らず、他の最も効率が高い変速比に固定すればよい。ただし、Ａ領域やＢ領域に対応する必要があることから、固定される変速比の両側にある程度の変速レンジを確保できる位置を選択すべき点に留意する。
また、実施例１では、固定する変速比を「１」に設定したため、車両として要求される要求トルクと電動機２のトルクをそのまま比較したが、変速比が「１」以外で固定される場合には、変速比に応じて定格の範囲内であるか否かを判定する必要がある。
また、実施例１では、定格回転数内で、且つ、定格トルク内での運転が、電動機２の効率が高いため、この領域内で運転する場合に、変速比を固定する制御を行ったが、定格トルクや定格回転数より大きい側でも効率が良い運転領域がある場合には、定格値より大きい値を境界として領域を設定することもできる。逆に、定格トルクや定格回転数であっても、電動機の効率が変速比を変化させる効率より落ちる場合には、定格値より小さい値を境界として領域を設定するようにしてもよい。
また、実施例１では、所定の変速比が１であるため、要求トルクＦｄが電動機２の定格トルクの範囲内であるか否かを判断したが、所定の変速比が１以外の場合には、その変速比（他の減速機構も含めた変速比）に応じて、要求トルクＦｄが第２の要求トルクに変換され、判断手段は、この変換された第２の要求トルクが定格範囲内にあるか否かを判断することとなる。
【符号の説明】
【００３７】
１ ハウジング
２ 電動機
３ 前後進切換機構
４ コーンリング型無段変速機
５ デファレンシャル機構
６ 駆動輪（駆動対象）
４１ 変速アクチュエータ
４１ａ 回動アクチュエータ
４１ｂ 回動部材
４１ｃ 移動軸
４１ｄ 支持部材
４２ 変速リング
４３ インプットコーン
４４ アウトプットコーン
５０ ローディング機構
６０ 減速機
１００ コントローラ
２００ インバータ
３００ バッテリ
ＥＮＧ エンジン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と、
電源から供給される電力を該電動機に供給するインバータと、
前記電動機と駆動対象との間に配置された無段変速機構と、
前記インバータを制御して、前記電動機を制御する電動機制御手段と、
前記無段変速機構の変速比を制御する変速制御手段とを備え、
前記電動機制御手段が前記電動機を、前記変速制御手段が前記無段変速機構をそれぞれ制御して要求トルクを達成する電動駆動ユニットにおいて、
前記無段変速機構の変速比を所定の変速比とした場合、前記要求トルクに応じて決まる第２の要求トルクが前記電動機の所定のトルクの範囲内であり、且つ、前記駆動対象の回転数に応じて決まる第２の回転数が前記電動機の所定の回転数の範囲内であるか否かを判断する判断手段を有し、
前記判断手段が前記範囲内であると判断した場合には、前記変速制御手段が前記無段変速機構の変速比を前記所定の変速比に固定するとともに、前記電動機制御手段が前記第２の要求トルクを達成するよう前記電動機を制御し、
前記判断手段が前記範囲外であると判断した場合には、前記変速制御手段が前記無段変速機構の変速比を変更するとともに、前記電動機制御手段が前記電動機を制御して前記要求トルクを達成することを特徴とする電動駆動ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の電動駆動ユニットにおいて、
前記電動機制御手段は、前記無段変速機構の変速比を所定の変速比とした場合に、前記駆動対象の回転数に応じて決まる前記電動機の回転数が前記範囲外のときは、前記電動機の回転数を前記所定の回転数に制御し、前記第２の要求トルクの属する等出力線上であって前記所定の回転数に対応するトルクに前記電動機を制御し、
前記変速制御手段は、前記所定の回転数を増速して前記駆動対象の回転数を達成する変速比に前記無段変速機構を制御することを特徴とする電動駆動ユニット。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電動駆動ユニットにおいて、
前記電動機制御手段は、前記無段変速機構の変速比を所定の変速比とした場合に、前記要求トルクに応じて決まる前記電動機の要求トルクが前記範囲外のときは、前記電動機のトルクを前記所定のトルクに制御し、前記第２の要求トルクの属する等出力線上であって前記所定のトルクに対応する回転数に前記電動機を制御し、
前記変速制御手段は、前記電動機の回転数を減速して前記要求トルクを達成する変速比に前記無段変速機構を制御することを特徴とする電動駆動ユニット。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか一つに記載の電動駆動ユニットにおいて、
前記所定の変速比は、前記無段変速機の伝達効率が最も高くなる変速比であることを特徴とする電動駆動ユニット。
【請求項１】
電動機と、
電源から供給される電力を該電動機に供給するインバータと、
前記電動機と駆動対象との間に配置された無段変速機構と、
前記インバータを制御して、前記電動機を制御する電動機制御手段と、
前記無段変速機構の変速比を制御する変速制御手段とを備え、
前記電動機制御手段が前記電動機を、前記変速制御手段が前記無段変速機構をそれぞれ制御して要求トルクを達成する電動駆動ユニットにおいて、
前記無段変速機構の変速比を所定の変速比とした場合、前記要求トルクに応じて決まる第２の要求トルクが前記電動機の所定のトルクの範囲内であり、且つ、前記駆動対象の回転数に応じて決まる第２の回転数が前記電動機の所定の回転数の範囲内であるか否かを判断する判断手段を有し、
前記判断手段が前記範囲内であると判断した場合には、前記変速制御手段が前記無段変速機構の変速比を前記所定の変速比に固定するとともに、前記電動機制御手段が前記第２の要求トルクを達成するよう前記電動機を制御し、
前記判断手段が前記範囲外であると判断した場合には、前記変速制御手段が前記無段変速機構の変速比を変更するとともに、前記電動機制御手段が前記電動機を制御して前記要求トルクを達成することを特徴とする電動駆動ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の電動駆動ユニットにおいて、
前記電動機制御手段は、前記無段変速機構の変速比を所定の変速比とした場合に、前記駆動対象の回転数に応じて決まる前記電動機の回転数が前記範囲外のときは、前記電動機の回転数を前記所定の回転数に制御し、前記第２の要求トルクの属する等出力線上であって前記所定の回転数に対応するトルクに前記電動機を制御し、
前記変速制御手段は、前記所定の回転数を増速して前記駆動対象の回転数を達成する変速比に前記無段変速機構を制御することを特徴とする電動駆動ユニット。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電動駆動ユニットにおいて、
前記電動機制御手段は、前記無段変速機構の変速比を所定の変速比とした場合に、前記要求トルクに応じて決まる前記電動機の要求トルクが前記範囲外のときは、前記電動機のトルクを前記所定のトルクに制御し、前記第２の要求トルクの属する等出力線上であって前記所定のトルクに対応する回転数に前記電動機を制御し、
前記変速制御手段は、前記電動機の回転数を減速して前記要求トルクを達成する変速比に前記無段変速機構を制御することを特徴とする電動駆動ユニット。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか一つに記載の電動駆動ユニットにおいて、
前記所定の変速比は、前記無段変速機の伝達効率が最も高くなる変速比であることを特徴とする電動駆動ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−７３５７３（Ｐ２０１１−７３５７３Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２７０９９（Ｐ２００９−２２７０９９）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００２３１３５０）ジヤトコ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００２３１３５０）ジヤトコ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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