動力出力装置

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【発明の名称】	動力出力装置
【発明者】	【氏名】山中章弘【氏名】佐々木正一【氏名】小谷武史
【要約】	【課題】回生電力を有効に消費できる動力出力装置を提供する。【解決手段】動力出力装置において、駆動軸に結合した電動機を備え、駆動軸の回転エネルギを電力として回生可能な構成とする。一方、電動機およびその駆動回路等、動力出力装置の高温部には、電気的に駆動可能な冷却手段を設ける。該冷却手段の駆動は、リレーのオン・オフにより制御される。この動力出力装置を車両に搭載した場合、該車両の制動中は電動機により電力を回生することができる。回生された電力は、通常バッテリの充電に使用されるが、バッテリが満充電の場合等には冷却手段の駆動に使用される。高温部は過熱状態にならないよう通常走行中に冷却されているが、回生電力を利用した冷却を行うことによりさらに温度を下げることができる。電動機等は温度が低い程、運転効率が向上するため、上記冷却により動力出力装置全体の効率が向上する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】駆動軸の回転動力と電力とを相互に変換可能な電動機を有する動力出力装置であって、前記電動機に電気的に接続されるとともに、該動力出力装置の高温部を冷却するための冷却手段と、前記電動機により駆動軸の回転動力を変換して得られた電力の少なくとも一部を用いて、前記冷却手段を運転する制御手段とを備える動力出力装置。
【請求項２】請求項１の動力出力装置であって、該動力出力装置の高温部に備えられた二以上の冷却手段と、前記冷却手段に対応して設けられ、前記高温部の温度を検出する二以上の温度検出手段とを有し、前記制御手段はさらに、前記各冷却手段ごとに、前記温度検出手段により検出された前記各高温部の温度に応じた所定の作動状態で、該冷却手段を運転する手段である動力出力装置。
【請求項３】請求項１または請求項２の動力出力装置であって、さらに前記電動機により駆動軸の回転動力を変換して得られた電力により充電され、電力を蓄積可能な蓄電手段と、該蓄電手段の充電状態を検出するための検出手段とを有し、前記制御手段は、さらに該検出手段により検出された充電状態が所定状態である場合に、前記電動機により駆動軸の回転動力を変換して得られた電力を用いて、前記冷却手段を運転する手段である動力出力装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも電動機を有する動力出力装置に関し、詳しくは該電動機により回生電力を得ることができる動力出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】駆動軸から動力を出力することができる動力出力装置には、従来より、原動機を用いるもの、電動機を用いるもの、および原動機と電動機を組み合わせて用いるもの（以下、ハイブリッド式動力出力装置という）等がある。電動機を用いる動力出力装置、およびハイブリッド式動力出力装置では、発電機として機能しうる電動機を用いることにより、駆動軸から動力を出力するだけでなく、駆動軸の回転動力を電力として回生することができるものもある。このような動力出力装置が車両に搭載された場合、該車両は制動時に車両の走行に伴う運動エネルギを電力として回生しバッテリに蓄えることができるため、省エネルギ性に優れたものとなる。この際、駆動軸の回転動力を電力として回生している間は、駆動軸の回転に負荷を与えることになるため、上記電力の回生により車両に制動力を与えることもできる。
【０００３】一方、上記バッテリが満充電に近い状態である場合は、回生電力を蓄えておくことができないため、車両の制動時にはその運動エネルギを何らかの形で消費する必要が生じる。通常の車両と同様、ブレーキの摩擦により熱として消費することも考えられる。ハイブリッド式動力出力装置については、車両の制動時に原動機の出力軸に結合された電動機に電力を供給し、原動機をモータリングすることによって上記運動エネルギを消費する動力出力装置が、本出願人により提案されている（特開平４―３２２１０５）。この動力出力装置では、上記運動エネルギが原動機のモータリングにより熱に変換されるため、原動機が暖機されていない場合には、有効なエネルギの消費方法である。
【０００４】また、はずみ車を別途設け、上記運動エネルギをはずみ車の回転エネルギとして蓄える方法も提案されている（特開昭６０－１７０４２８）。これは、省エネルギの観点から有効な方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、原動機をモータリングすることによって上記運動エネルギを消費する方法は、原動機が十分暖機した状態においては、運動エネルギを有効に活用しているものとはいえなかった。また、はずみ車にエネルギを蓄える方法は、はずみ車を別途設ける必要があるため、動力出力装置の構成を複雑にし、その重量が増大する等の問題もあった。
【０００６】本発明は上記課題を解決するためになされ、少なくとも電動機を有する動力出力装置において、該電動機により回生された電力を有効に活用できる動力出力装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本発明の第１の動力出力装置は、駆動軸の回転動力と電力とを相互に変換可能な電動機を有する動力出力装置であって、前記電動機に電気的に接続されるとともに、該動力出力装置の高温部を冷却するための冷却手段と、前記電動機により駆動軸の回転動力を変換して得られた電力の少なくとも一部を用いて、前記冷却手段を運転する制御手段とを備えることを要旨とする。
【０００８】かかる構成からなる動力出力装置であれば、電動機により駆動軸の回転動力を変換して得られた回生電力の少なくとも一部を用いて、冷却手段を運転することができる。上述の動力出力装置では、例えば電動機が高温部となるが、一般に電動機はその温度が低い程、運転効率が向上する。従って、上記動力出力装置により冷却手段が運転されれば電動機の温度が低下し、動力出力装置全体の運転効率が向上する。かかる動力出力装置に用いられる電動機は、駆動軸の回転動力と電力とを相互に変換可能であればよく、例えば直流電動機や同期電動機、誘導電動機など種々のものが挙げられる。
【０００９】動力出力装置の高温部は、電動機の他、電動機の駆動回路等、冷却することにより効率が向上するものであればよい。また、温度の低下とともに単純に効率が向上するという特性を備えるものの他、所定の温度で効率が極大となる特性を備えるものであってもよい。さらに、効率以外の種々の条件により、所定の温度以下に保持することが望ましいものであってもよい。これら高温部は、一カ所である必要はなく複数存在してもよいし、動力出力装置全体を高温部として扱ってもよい。
【００１０】前記動力出力装置においては、該動力出力装置の高温部に備えられた二以上の冷却手段と、前記冷却手段に対応して設けられ、前記高温部の温度を検出する二以上の温度検出手段とを有し、前記制御手段はさらに、前記各冷却手段ごとに、前記温度検出手段により検出された前記各高温部の温度に応じた所定の作動状態で、該冷却手段を運転する手段であるものとすることが好ましい。
【００１１】かかる構成をとる動力出力装置であれば、二以上の冷却手段について、高温部の温度に応じて、冷却手段ごとに所定の作動状態で運転することができる。前述の通り、高温部には、温度と効率の関係について種々の特性を有するものが含まれているため、かかる構成をとれば、より動力出力装置の全体効率が高くなるように冷却を行うことができる。
【００１２】なお、所定の作動状態には、温度に応じて連続的または段階的に変化する作動状態の他、温度に応じてオンまたはオフの状態となるものも含んでいる。また、二以上の冷却手段は、複数の高温部についてそれぞれ設けられているものであってもよいし、一つの高温部の複数箇所に設けられているものであってもよい。
【００１３】また、前記の動力出力装置において、さらに前記電動機により駆動軸の回転動力を変換して得られた電力により充電され、電力を蓄積可能な蓄電手段と、該蓄電手段の充電状態を検出するための検出手段とを有し、前記制御手段は、さらに該検出手段により検出された充電状態が所定状態である場合に、前記電動機により駆動軸の回転動力を変換して得られた電力を用いて、前記冷却手段を運転する手段であるものとすることも望ましい。
【００１４】この動力出力装置によれば、蓄電手段の充電状態が所定状態である場合に、冷却手段を運転することができる。従って、蓄電手段の充電状態に応じて、前記得られた電力を冷却手段の運転とその他の用途とに使い分けることができるため、該電力のより有効な活用が可能となる。
【００１５】ここで、蓄電手段の充電状態は、充電容量として表される物理量の他、例えば、満充電に対する割合等の相対的な量としてもよい。また、所定状態とは、ある一充電状態の他、一定の範囲をもった充電状態であってもよい。これらの所定状態は、満充電の状態を含まない状態であっても構わない。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。はじめに、実施例の構成について図１および図２を用いて説明する。図１は本実施例の動力出力装置を搭載した車両の概略構成を示す説明図、図２は本実施例の動力出力装置の冷却系統の概略構成を示す説明図である。
【００１７】まず、図１により、本実施例の動力出力装置を搭載した車両の全体構成について説明する。このハイブリッド車両の構成は大きくは、駆動力を発生する動力系統と、その制御系統および冷却系統と、プラネタリギヤ１２０等を介して駆動源からの駆動力を駆動輪１１６、１１８に伝達する動力伝達系統と、運転操作部等からなっている。また、上記、動力系統はエンジン１５０を含む系統とモータＭＧ１，ＭＧ２を含む系統とからなっており、制御系統は、エンジン１５０の運転を主に制御するための電子制御ユニット（以下、ＥＦＩＥＣＵと呼ぶ）１７０と、モータＭＧ１，ＭＧ２の運転を主に制御する制御ユニット１９０と、ＥＦＩＥＣＵ１７０および制御ユニット１９０に必要な信号を検出し入出力する種々のセンサ部とからなっている。なお、ＥＦＩＥＣＵ１７０および制御ユニット１９０の内部構成は図示していないが、これらはそれぞれ内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムに従い、後述する種々の制御処理を行うよう構成されている。
【００１８】以下、上記各系統を構成する要素について動力系統から順を追って説明する。エンジン１５０は、吸入口２００から吸入した空気と燃料噴射弁１５１から噴射されたガソリンとの混合気を燃焼室１５２に吸入し、この混合気の爆発により押し下げられるピストン１５４の運動をクランクシャフト１５６の回転運動に変換する。この爆発は、イグナイタ１５８からディストリビュータ１６０を介して導かれた高電圧によって点火プラグ１６２が形成した電気火花によって混合気が点火され燃焼することで生じる。燃焼により生じた排気は、排気口２０２を通って大気中に排出される。
【００１９】エンジン１５０の運転は、ＥＦＩＥＣＵ１７０により制御されている。ＥＦＩＥＣＵ１７０が行うエンジン１５０の制御としては、エンジン１５０の回転数に応じた点火プラグ１６２の点火時期制御や、吸入空気量に応じた燃料噴射量制御等がある。エンジン１５０の制御を可能とするために、ＥＦＩＥＣＵ１７０にはエンジン１５０の運転状態を示す種々のセンサが接続されている。例えばクランクシャフト１５６の回転数と回転角度を検出するためにディストリビュータ１６０に設けられた回転数センサ１７６及び回転角度センサ１７８などである。なお、ＥＦＩＥＣＵ１７０には、この他、例えばイグニッションキーの状態ＳＴを検出するスタータスイッチ１７９なども接続されているが、その他のセンサ，スイッチなどの図示は省略した。
【００２０】同じく動力系統を構成するモータＭＧ１、ＭＧ２について説明する。これらは、後述するプラネタリギヤ１２０を介してエンジン１５０と機械的に結合されているものである。モータＭＧ１は、同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ１３２と、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータ１３３とを備える。ステータ１３３は、無方向性電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、ケース１１９に固定されている。このモータＭＧ１は、ロータ１３２に備えられた永久磁石による磁界とステータ１３３に備えられた三相コイルによって形成される磁界との相互作用によりロータ１３２を回転駆動する電動機として動作し、場合によってはこれらの相互作用によりステータ１３３に備えられた三相コイルの両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。
【００２１】モータＭＧ２も、モータＭＧ１と同様に同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ１４２と、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータ１４３とを備える。モータＭＧ２のステータ１４３も無方向性電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、ケース１１９に固定されている。このモータＭＧ２もモータＭＧ１と同様に、電動機あるいは発電機として動作する。
【００２２】これらのモータＭＧ１，ＭＧ２は、駆動回路１９１、１９２を介してバッテリ１９４および制御ユニット１９０に電気的に接続されている。駆動回路１９１、１９２は、スイッチングを行うトランジスタを複数内蔵し、トランジスタインバータを構成している。制御ユニット１９０には、この他各種のセンサおよびスイッチが電気的に接続されている。制御ユニット１９０に接続されているセンサおよびスイッチとしては、アクセルペダルポジションセンサ１６４ａ、ブレーキペダルポジションセンサ１６５ａ、シフトポジションセンサ１８４、バッテリ１９４の残容量検出器１９９などがある。
【００２３】モータＭＧ１，ＭＧ２の制御を含むハイブリッド車両の運転状態の制御を可能とするために、この制御ユニット１９０には運転操作部からの種々の信号やバッテリ１９４の残容量等が入力され、また、エンジン１５０を制御するＥＦＩＥＣＵ１７０との間で種々の情報を、通信によってやりとりしている。運転操作部からの種々の信号として、具体的には、アクセルペダルポジションセンサ１６４ａからのアクセルペダルポジション（アクセルペダルの踏込量）ＡＰ、ブレーキペダルポジションセンサ１６５ａからのブレーキペダルポジション（ブレーキペダルの踏込量）ＢＰ、シフトポジションセンサ１８４からのシフトポジションＳＰがある。また、バッテリ１９４の残容量は残容量検出器１９９で検出される。なお、残容量検出器１９９は、バッテリ１９４の電解液の比重またはバッテリ１９４の全体の重量を測定して残容量を検出するものや、充電・放電の電流値と時間を演算して残容量を検出するものや、バッテリ１９４の端子間を瞬間的にショートさせて電流を流し内部抵抗を測ることにより残容量を検出するものなどが知られている。
【００２４】トランジスタインバータ１９１、１９２を用いたモータＭＧ１，ＭＧ２の制御方法は周知の技術である。つまり、制御ユニット１９０からトランジスタインバータ１９１、１９２へ制御信号を出力して、トランジスタインバータ１９１、１９２に内蔵される各トランジスタをスイッチングし、モータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイルに流れる電流をＰＷＭ制御によって擬似的な正弦波にすると、モータＭＧ１のステータ１３３に備えられた三相コイルおよびモータＭＧ２のステータ１４３に備えられた三相コイルのそれぞれに回転磁界が形成される。この回転磁界と、ロータ１３２、１４２外周面に貼り付けられた複数個の永久磁石による磁界との相互作用によって、ロータ１３２、１４２は回転する。
【００２５】駆動源からの駆動力を駆動輪１１６、１１８に伝達する動力伝達系統の構成は次の通りである。エンジン１５０の動力を伝達するためのクランクシャフト１５６およびプラネタリキャリア軸１２７と、モータＭＧ１，モータＭＧ２の回転を伝達する回転軸１２５、１２６とは、後述するプラネタリギヤ１２０を介して駆動軸１１２および動力伝達ギヤ１１１に機械的に結合されている。また、この駆動軸１１２および動力伝達ギヤ１１１はディファレンシャルギヤ１１４を介して左右の駆動輪１１６、１１８に結合されている。
【００２６】ここで、プラネタリギヤ１２０の構成と併せてクランクシャフト１５６、プラネタリキャリア軸１２７、モータＭＧ１の回転軸１２５、ＭＧ２の回転軸１２６の結合について説明する。プラネタリギヤ１２０は、サンギヤ１２１、リングギヤ１２２なる同軸の２つのギヤと、サンギヤ１２１とリングギヤ１２２との間に配置されサンギヤ１２１の外周を自転しながら公転する複数のプラネタリピニオンギヤ１２３の３つから構成される。サンギヤ１２１はプラネタリキャリア軸１２７に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸１２５を介してモータＭＧ１のロータ１３２に結合され、リングギヤ１２２はリングギヤ軸１２６を介してモータＭＧ２のロータ１４２に結合されている。また、プラネタリピニオンギヤ１２３は、その回転軸を軸支するプラネタリキャリア１２４を介してプラネタリキャリア軸１２７に結合され、プラネタリキャリア軸１２７はクランクシャフト１５６に結合されている。機構学上周知のことであるが、プラネタリギヤ１２０は上述のサンギヤ軸１２５、リングギヤ軸１２６およびクランクシャフト１５６の３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残余の１軸に入出力される動力が決定されるという性質を有している。
【００２７】リングギヤ１２２には、動力の取り出し用の動力取出ギヤ１２８が、リングギヤ１２２とモータＭＧ１との間の位置で結合されている。この動力取出ギヤ１２８は、チェーンベルト１２９により駆動軸１１２および動力伝達ギヤ１１１に接続されており、動力取出ギヤ１２８と駆動軸１１２および動力伝達ギヤ１１１との間で動力の伝達がなされる。上述の構成およびプラネタリギヤ１２０の性質に基づいて、ハイブリッド車両はモータＭＧ２のみを駆動源として走行することもできるし、エンジン１５０とモータＭＧ２の双方を駆動源として走行することもできる。具体的には、ハイブリッド車輌は減速時または降坂時等のエンジン動力を必要としないとき、および初期加速時には、エンジン１５０の運転を停止し、モータＭＧ２のみで走行する。通常走行時には、エンジン１５０を主駆動源としつつ、モータＭＧ２の動力も用いて走行する。エンジン１５０とモータＭＧ２の双方を駆動源として走行する場合には、必要なトルクおよびモータＭＧ２で発生し得るトルクに応じて、エンジン１５０を効率のよい運転ポイントで運転できるため、エンジン１５０のみを駆動源とする車両に比べて省資源性および排気浄化性に優れている。一方、クランクシャフト１５６の回転を、プラネタリキャリア軸１２７およびサンギヤ軸１２５を介してモータＭＧ１に伝達することができるため、エンジン１５０の運転によりモータＭＧ１で発電しつつ走行することも可能である。
【００２８】エンジン１５０、モータＭＧ１およびその駆動回路１９１、モータＭＧ２およびその駆動回路１９２等からなる動力系統を冷却する冷却系統について図２に基づいて説明する。本実施例では、冷却系統は全て冷却水を用いたいわゆる水冷式を適用しているが、エンジン１５０の冷却系統とモータＭＧ１、ＭＧ２およびその駆動回路の冷却系統とは独立なものとして構成されている。
【００２９】エンジン１５０の冷却系統は、エンジン１５０のみを駆動源とする従来車両で採用されているものと基本的には同じ構成である。エンジン１５０とラジエータ２５０がホース２５４で接続されており、冷却水はウォーターポンプ２６０によりこの中を循環する。冷却水は、エンジン１５０に設けられたウォータージャケット１７３でエンジン１５０の熱を吸収し、ラジエータ２５０で放熱することにより、エンジン１５０を冷却する。ラジエータ２５０には、冷却水の放熱を助けるべく、冷却ファン２５２が設けられている。冷却ファン２５２は、エンジン１５０のクランクシャフト１５６の回転をベルトで伝達することにより駆動される。冷却ファン２５２をバッテリ１９４を介して、モータＭＧ１、ＭＧ２と接続し、バッテリ１９４またはモータＭＧ１、ＭＧ２で回生される電力により駆動されるようにしてもよい。制御ユニット１９０は、ウォータージャケット１７３内に設けられた水温センサ１７４により、冷却水の温度を検出することで、エンジン１５０の冷却状態を感知している。
【００３０】一方、モータＭＧ１、ＭＧ２およびその駆動回路１９１、１９２の冷却系統は、次の構成をとっている。図２に示す通り、モータＭＧ１、ＭＧ２には、ケース１１９の外周を囲むようにウォータージャケット２５８、２５９が設けられている。駆動回路１９１、１９２はそれぞれトランジスタインバータを構成する素子が取り付けられている基板Ｂｄを介して、内部を冷却水が通過しているヒートシンク２５６に接触している。ウォータージャケット２５８、２５９およびヒートシンク２５６は、上記エンジン１５０のラジエータ２５０とは別個のラジエータ２５１と、それぞれホース２５５で接続されており、冷却水はウォーターポンプ２６１によりこの中を循環する。かかる構成により、駆動回路１９１、１９２で発生した熱は、ヒートシンク２５６内部を通過する冷却水に吸収され、モータＭＧ１、ＭＧ２で発生した熱は、ウォータージャケット２５８、２５９の内部を通過する冷却水に吸収される。冷却水は、これらの熱をラジエータ２５１で放熱する。ラジエータ２５１には、冷却水の放熱を助けるべく、冷却ファン２５３が設けられている。この冷却ファン２５３は、モータＭＧ１、ＭＧ２と駆動回路１９１、１９２、バッテリ１９４、リレー２５７を介して電気的に接続されており、バッテリ１９４の電力またはモータＭＧ１、ＭＧ２で回生される電力を使用して駆動される。冷却ファン２５３の駆動は制御ユニット１９０からの制御信号に従いリレー２５７を開閉することにより行う。
【００３１】駆動回路１９１、１９２には同じ基板上に隣接して、温度センサ１９１ｔ、１９２ｔが設けられている。また、モータＭＧ１、ＭＧ２には各モータのステータ１３３、１４３に巻回されているコイル部に温度センサ１３３ｔ、１４３ｔが設けられている。制御ユニット１９０は、これらの温度センサにより検出される温度により、駆動回路１９１、１９２およびモータＭＧ１、ＭＧ２の冷却状態を感知している。
【００３２】なお、本実施例では、エンジン１５０の冷却系統とモータＭＧ１、ＭＧ２およびその駆動回路１９１、１９２の冷却系統を別個独立の系統として構成したが、両者に共通のラジエータを設けること等により、これらを一つの系統で構成するものとしてもよいし、モータＭＧ１、ＭＧ２等の各部分ごとに冷却系統を構成するものとしてもよい。また、冷却水を用いる代わりに、各発熱部に冷却ファンを設ける等していわゆる空冷式の冷却系統を構成するものとしてもよい。
【００３３】（２）一般的動作次に、本実施例のハイブリッド車両の一般的な動作について説明する。前述した通り、以上の構成を有するハイブリッド車輌は通常走行時には、エンジン１５０を主駆動源としつつ、モータＭＧ２の動力も用いて走行する。この際、モータＭＧ２を駆動するための電力は、主にクランクシャフト１５６の回転をプラネタリキャリア軸１２７およびサンギヤ軸１２５を介してモータＭＧ１に伝達し、モータＭＧ１で発電することにより供給している。即ち、エンジン１５０の動力をトルク変換して駆動軸１１２から出力していることになる。
【００３４】その動作原理は、次の通りである。エンジン１５０の動力はプラネタリギヤ１２０でモータＭＧ１に伝達される動力と、リングギヤ軸１２６に伝達される動力とに分配される。モータＭＧ１に伝達された動力は、モータＭＧ１が発電機として機能することにより、電力に変換される。この電力をモータＭＧ２に供給し、モータＭＧ２を駆動することによって、リングギヤ軸１２６に動力を付加する。この結果、駆動軸１１２からは、エンジン１５０から出力され、リングギヤ軸１２６に分配された動力とモータＭＧ２によりリングギヤ軸に付加された動力の双方からなる動力が出力されるのである。
【００３５】このハイブリッド車両が制動するときには、駆動輪１１６、１１８の回転がディファレンシャルギヤ１１４、動力伝達ギヤ１１１、駆動軸１１２およびチェーンベルト１２９を介してリングギヤ１２６に伝達されるため、モータＭＧ２を発電機として機能させることにより車両の運動エネルギを電力に変換し、バッテリ１９４に充電しておくことができる。このとき、車両はモータＭＧ２での発電負荷によって制動することができる。かかる制動は、モータＭＧ１を用いて行ってもよい。
【００３６】上述した通り、本実施例のハイブリッド車両の走行中においては、モータＭＧ１、ＭＧ２はそれぞれ発電機または電動機として機能している。この際、モータＭＧ１、ＭＧ２およびその駆動回路１９１、１９２には、それぞれ生じるトルクに応じた電流が流れ発熱する。
【００３７】これらの各部で生じた熱は図２に示した冷却系統で冷却される。一般に、モータＭＧ１、ＭＧ２およびその駆動回路１９１、１９２は温度が低いほど効率が上がる特性を有している。しかし、これらを冷却するためには、冷却ファン２５３およびウォーターポンプ２６１を駆動する必要があり、そのために電力を消費することになる。従って、本実施例のハイブリッド車両は、冷却することによる効率の向上と、冷却するために必要なエネルギとの収支を考慮しつつ、全体として効率がよくなるように冷却ファン２５３およびウォーターポンプ２６１を運転する。冷却系統の運転は、連続的に運転される場合もあれば、断続的に運転される場合もある。
【００３８】一方、エンジン１５０は内燃機関であるため、非常に高温となる。従って、エンジン１５０各部の焼き付き等を防止するためには、その冷却系統は常に運転しておくことが望ましい。本実施例では、このような観点からエンジン１５０の冷却系統を上記モータＭＧ１、ＭＧ２等の冷却系統とは別個のものとし、またエンジン１５０のクランクシャフト１５６の回転を伝達することにより冷却ファン２５２およびウォーターポンプ２６０を駆動する構成をとっている。
【００３９】（３）回生電力使用制御上述した「（２）一般的動作」では、本実施例の構成をとるハイブリッド車両における動力出力原理および冷却系統の運転について説明した。次に、本実施例の特徴的な部分である回生電力使用制御ルーチンについて図３を用いて説明する。本ルーチンは、車両が制動中である場合等、モータＭＧ１またはモータＭＧ２で回生される電力を車両の駆動に使用しない場合に、その回生された電力を有効に活用することを目的とするルーチンである。制動中とは、車両が減速している場合のみならず、降坂時に車両の加速を抑制するように制動力をかけている場合も含まれる。回生電力使用制御ルーチンは、制御ユニット１９０が、エンジン１５０等の動力系統の運転制御を行う際に、所定時期に周期的に実行されるものである。
【００４０】回生電力使用制御ルーチンが実行されると、制御ユニット１９０は、電力を回生しているか否かを判断する（ステップＳ１００）。電力の回生は、モータＭＧ１、ＭＧ２のいずれで行われていてもよい。電力の回生をしていない場合には、制御ユニットは、何も処理を行わずに回生電力使用制御ルーチンを一旦終了する。
【００４１】電力の回生が行われている場合には、次のステップに進み、回生電力をバッテリ１９４に充電するか否かの判断として、バッテリ１９４の残容量ＳＯＣが所定の残容量Ｓ１よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１０５）。フローチャートには図示していないが、このステップに先立ち制御ユニット１９０は、バッテリ１９４の残容量検出器１９９により検出されるバッテリ残容量ＳＯＣを読み込んでいる。
【００４２】なお、所定の残容量Ｓ１は、ハイブリッド車両の走行に支障を生じないバッテリ１９４の充電状態に基づいて定められる所定の容量である。Ｓ１の値は、一定の値であってもよいし、ハイブリッド車両の走行状態や搭載される電気装備品の運転状態に応じて変化するものとしてもよい。例えば、空調機器が作動している場合には、非作動時に比べてＳ１の値を高くする等の設定が考えられる。
【００４３】バッテリ１９４の残容量ＳＯＣが上記所定の値Ｓ１以下である場合には、制御ユニット１９０は、バッテリ１９４の充電を優先すべきと判断して、その処理を実行する（ステップＳ１２５）。ＳＯＣがＳ１よりも大きい場合には、バッテリ１９４の充電を行う必要がないため、制御ユニット１９０は、次のステップに進み、温度センサによって検出された高温部の温度Ｔを所定の温度Ｔｕと比較する（ステップＳ１１０）。本実施例の場合は、モータＭＧ１、ＭＧ２およびその駆動回路１９１、１９２が高温部であり、温度センサ１３３ｔ、１４３ｔ、１９１ｔ、１９２ｔはこれら一つ一つに備えられている。従って、本実施例では、これらの温度センサから検出される温度の内、最も高い温度をステップＳ１１０の温度Ｔとしている。
【００４４】温度Ｔは冷却ファン等の運転を行うか否かの判断基準となるものであればよく、上述の各温度センサにより検出される温度の平均値としてもよいし、最低値としてもよい。また、温度センサをいずれか一カ所にのみ備え、該温度センサにより検出される温度としてもよい。
【００４５】一方、上述の所定の温度Ｔｕも冷却ファン等の運転を行うか否かの判断基準となる温度である。前述の通り、モータＭＧ１、ＭＧ２およびその駆動回路１９１、１９２は基本的に温度が低い程、効率が高くなる特性を備えている。図４にこの特性を概念的なグラフとして示す。かかる特性に鑑み、本実施例では温度Ｔｕを摂氏０度としている。このように冷却する程、効率が高くなる特性を備える高温部については、ステップＳ１１０における温度比較を行うことなく、後述する冷却ファン２５３の駆動をするものとしてもよい。
【００４６】制御ユニット１９０は、上記温度Ｔが所定の温度Ｔｕよりも大きい場合には、高温部の冷却をすべきと判断し、モータＭＧ１またはＭＧ２で回生された回生電力を用いて冷却ファン２５３を駆動する（ステップＳ１１５）。具体的には、制御ユニットはリレー２５７を閉にする信号を出力し、冷却ファン２５３に電圧が印加されるようにする。一方、冷却ファン２５３が既に駆動している場合には、その増速をする（ステップＳ１１５）。冷却ファン２５３の増速は、上記回生電力を用いることにより、冷却ファン２５３の駆動部に供給される電力を増大すればよい。具体的には、トランジスタを用いたスイッチング回路を冷却ファン２５３の駆動部に設け、そのトランジスタがオンとなる時間的割合を増大する方法が挙げられる。また、冷却ファン２５３への電力供給部に出力電圧が大小異なるトランスとリレーを設け、供給電圧が増大するようにリレーを切り替えるものとしてもよい。さらに、冷却ファン２５３の駆動部に使用されるモータのコイル巻き線の両端から電圧を印加する回路と途中から電圧を印加する回路とを設け、両者をリレーで切り替えることにより、コイルの巻き数を変化させる方法も考えられる。
【００４７】一方、温度Ｔが所定の温度Ｔｕ以下である場合には、制御ユニット１９０は、高温部の冷却は不要と判断して、回生電力を用いてエンジン１５０を負荷としてモータＭＧ１またはモータＭＧ２を回転する（ステップＳ１２０）。ここで、回転するのは、車両に搭載されている２つのモータＭＧ１、ＭＧ２のうち、電力を回生していない方のモータである。以上の処理を実行した後、制御ユニット１９０は、回生電力使用制御ルーチンを一旦終了する。
【００４８】前述の通り、本実施例のハイブリッド車両は、ここで説明している回生電力使用制御ルーチン以外の制御ルーチンにおいて、冷却ファン２５３およびウォーターポンプ２６１の運転を行っている。この運転は、冷却に必要なエネルギと冷却に基づく効率向上との収支を考慮したものである。これに対し、ステップＳ１１５は、バッテリ１９４に充電する必要のない、いわば余剰の回生電力を用いて冷却ファン２５３を駆動するものであるため、かかる収支を考慮することなく効率向上を図ることができる点で相違する。
【００４９】本実施例の動力出力装置によれば、回生電力を有効に活用でき、動力出力装置の運転効率を向上することができる。即ち、従来はバッテリ１９４に充電することができない回生電力は、エンジン１５０を負荷としてモータＭＧ１等を駆動することにより熱に代えて消費していたが、本実施例では、バッテリ１９４に充電する必要のない回生電力は、冷却ファン２５３を駆動することにより消費される。冷却ファン２５３の駆動により、ラジエータ２５１での放熱が促進され、冷却系統の冷却能力が向上するため、モータＭＧ１等の温度が低下する。図４に概念的なグラフで示す通り、モータＭＧ１、ＭＧ２およびその駆動回路１９１、１９２は温度が低くなる程、効率が向上する特性を有しているため、本実施例の動力出力装置は、全体として運転効率を向上することができる。
【００５０】本実施例では、モータＭＧ１、ＭＧ２およびその駆動回路１９１、１９２動力出力装置の高温部としており、これらの温度と効率は図４に示す特性を有しているが、他の特性を有しているものを高温部としてもよい。例えば、図５に示すように温度の上昇に伴い効率も向上するが、何らかの理由で所定の温度Ｔｂ以上では使用できないものを含めてもよいし、図６のように所定の温度Ｔｃで最も効率が高くなる特性を示すものを含めてもよい。このような特性を有するものを高温部とする場合には、回生電力使用制御ルーチンのステップＳ１１０における所定の温度Ｔｕは、それぞれ図５のＴｂまたは図６のＴｃとなる。図５のような特性を備えるものとしては、例えば、バッテリ１９４が挙げられる。
【００５１】なお、上記実施例においては、ステップＳ１１５で冷却ファン２５３を駆動または増速するものとしているが、その運転を高温部の温度に応じて連続的または段階的に変化するように制御するものとしてもよい。
【００５２】上記実施例における回生電力使用制御ルーチンが車両の制動時に実行されると、車両の運動エネルギを変換して得られた回生電力を冷却ファン２５３の駆動等で消費するため、車両には制動力が加えられる。しかし、冷却ファン２５３の駆動（ステップＳ１１５）において消費する電力が比較的小さい場合には、車両に十分な制動力が加えられない場合も考えられる。このような場合に備えて、ステップＳ１１５を実行した後に、さらに余っている回生電力を消費する処理を付加するものとしてもよい。具体的には、ステップ１２０と同じ処理を実行してエンジン１５０をモータリングしてもよいし、空調機器等の電気装備を運転するものとしてもよい。また、フライホイールを回す等して、電力以外の形態でエネルギの蓄積を図るものとしてもよい。
【００５３】また、上記実施例では、バッテリ１９４への充電を優先的に実行し、余った電力で冷却ファン２５３の駆動等を実行するものとしているが、これらの優先順序は逆であっても構わないし、高温部の温度に応じて、優先順序が変わる構成としてもよい。例えば、図５に示すように、高温部が所定の温度Ｔｂ以下での使用に制限される特性を備える場合、その温度ＴがＴｂに非常に近い場合には冷却ファン２５３の駆動を優先するものとし、温度ＴがＴｂに対し余裕のある温度である場合にはバッテリ１９４の充電を優先するものとする構成が考えられる。
【００５４】第１実施例は、冷却ファン２５３が一つの場合における実施例である。次に冷却ファンが複数存在する場合の実施例を第２実施例として示す。第２実施例の動力出力装置を搭載した車両の構成は、冷却系統を除き第１実施例（図１）と同じである。第２実施例の冷却系統は、バッテリ１９４およびモータＭＧ１、ＭＧ２の回生電力を用いて駆動することができる冷却ファンを複数備える点で第１実施例の冷却系統と相違する。具体的には、図２においてエンジン１５０の冷却系統に備えられた冷却ファン２５２を、電気的に駆動可能なものとし、バッテリ１９４と電気的に接続した構成となっている。その他、バッテリ１９４自身を冷却する冷却ファンを設けたり、モータＭＧ１、ＭＧ２およびその駆動回路１９１、１９２にそれぞれ冷却ファンを設けたりしてもよい。
【００５５】第２実施例の回生電力使用制御ルーチンが実行されると、制御ユニット１９０は、電力を回生しているか否かを判断する（ステップＳ１５０）。電力の回生は、モータＭＧ１、ＭＧ２のいずれで行われていてもよい。電力の回生をしていない場合には、制御ユニットは、何も処理を行わずに回生電力使用制御ルーチンを一旦終了する。
【００５６】電力の回生が行われている場合には、次のステップに進み、回生電力をバッテリ１９４に充電するか否かの判断として、バッテリ１９４の残容量ＳＯＣが所定の残容量Ｓ１よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１５５）。バッテリ１９４の残容量ＳＯＣが上記所定の値Ｓ１以下である場合にはバッテリ１９４の充電を行う（ステップＳ１８５）。ここまでの処理内容は、第１実施例と同じであり（図３ステップＳ１００およびＳ１０５）、所定の残容量Ｓ１の定め方も第１実施例と同じである。
【００５７】ＳＯＣがＳ１よりも大きい場合には次のステップに進み、温度センサによって検出された第１の高温部の温度Ｔ１を所定の温度Ｔｕ１と比較する（ステップＳ１６０）。ここで第１の高温部とは、複数の高温部のうち、冷却の優先順位がもっとも高い高温部をいう。本実施例においては、モータＭＧ１、ＭＧ２およびその駆動回路１９１、１９２からなる高温部とエンジン１５０という高温部の２つの高温部を有しており、効率向上のためには前者の冷却を優先すべきであるため、前者を第１の高温部としている。所定の温度Ｔｕ１は第１実施例と同様、高温部の温度特性を考慮して設定されている。
【００５８】制御ユニット１９０は、上記温度Ｔ１が所定の温度Ｔｕ１よりも大きい場合には、第１の高温部の冷却をすべきと判断して、モータＭＧ１またはＭＧ２で回生された回生電力を用いて第１高温部に設けられた冷却ファン２５３を駆動する（ステップＳ１６５）。また、冷却ファン２５３が既に駆動している場合には、上記電力を供給することにより、その増速をする（ステップＳ１６５）。一方、温度Ｔ１が所定の温度Ｔｕ１以下である場合には、制御ユニット１９０は、第１の高温部の冷却は不要と判断して、冷却ファン２５３を駆動する上記ステップ（Ｓ１６５）をスキップする。
【００５９】制御ユニット１９０は、温度センサによって検出された第２の高温部の温度Ｔ２を所定の温度Ｔｕ２と比較する（ステップＳ１７０）。本実施例では、第２の高温部はエンジン１５０であり、温度Ｔ２は水温センサ１７４により検出される温度である。また、所定の温度Ｔｕ２は、焼き付け等を起こすことなくエンジン１５０を運転できる温度の上限値より若干低い温度としている。エンジン１５０は温度が高い方が効率的な運転が可能であり、図５に示した温度特性を有しているため、上記方法により所定の温度Ｔｕ２を設定したのである。
【００６０】温度Ｔ２が所定の温度Ｔｕ２よりも大きい場合には、制御ユニット１９０は、第２高温部の冷却が必要と判断し、回線電力を用いて冷却ファン２５２を駆動する（ステップＳ１７５）。また、既に冷却ファン２５２が駆動している場合には、回生電力を供給することにより、その増速をする（ステップＳ１７５）。ただし、第１の高温部の冷却ファン２５３を駆動しているので（ステップ１６５）、その後さらに余った回生電力の範囲で冷却ファン２５２を駆動することになる。
【００６１】一方、温度Ｔ２が所定の温度Ｔｕ２以下である場合には、回生電力を用いてエンジン１５０を負荷としてモータＭＧ１またはモータＭＧ２を回転する（ステップＳ１８０）。ここで、回転するのは、車両に搭載されている２つのモータＭＧ１、ＭＧ２のうち、電力を回生していない方のモータである。以上の処理を実行した後、制御ユニット１９０は、回生電力使用制御ルーチンを一旦終了する。
【００６２】本実施例によれば、動力出力装置に温度特性の異なる複数の高温部が存在している場合に、各高温部の温度特性に応じて回生電力を有効に活用でき、動力出力装置の運転効率を向上することができる。
【００６３】本実施例では、モータＭＧ１、ＭＧ２およびその駆動回路１９１，１９２を一つの高温部としているが、これらを別々の高温部としてそれぞれ冷却ファンを設けるものとしてもよい。これらの高温部は、図４に示す温度特性を有している点では共通しているが、定格または使用頻度等の相違により温度上昇の程度が異なる可能性があり、結果として冷却の優先順位が異なる場合があるからである。このような場合に、本実施例の回生電力使用制御ルーチンによれば、冷却の優先順位の高い高温部から順に回生エネルギを割り当てることによって、有効に回生エネルギを活用することができる。
【００６４】なお、本実施例においては、高温部について冷却の優先順位を割り当てる考え方をとっており、モータＭＧ１等を第１の高温部とし、普段はその冷却を優先しているが、この優先順位は各高温部の温度やバッテリ充電量に応じて変更するものとしてもよい。例えば、上述の実施例において、第２の高温部であるエンジン１５０の温度が高くなり、焼き付け等を起こすおそれがある場合等には、モータＭＧ１等を冷却するか否かの判断（ステップＳ１６０）に先立ち、エンジン１５０を冷却するか否かの判断（ステップＳ１７０に相当する判断）を行うものとしてもよい。
【００６５】また、高温部に冷却の優先順位を設けることなく、全ての冷却ファンを駆動するものとしてもよい。例えば、冷却ファンの駆動に用いることができる回生電力量を各高温部の温度等に基づいて、各高温部に配分し、それぞれの冷却ファンを駆動するものとしてもよい。
【００６６】以上の実施例を適用するハイブリッド車両も種々の構成が可能である。図１ではエンジン１５０およびモータＭＧ２の駆動力をプラネタリギヤ１２０を介して駆動輪１１６、１１８に伝達するハイブリッド車両の構成を示したが、エンジン１５０、モータＭＧ１，ＭＧ２についてプラネタリギヤ１２０を介した接続は図８および図９に示す種々の形態としてもよい。例えば、図１に示した構成では、リングギヤ軸１２６に出力された動力をリングギヤ１２２に結合された動力取出ギヤ１２８を介してモータＭＧ１とモータＭＧ２との間から取り出したが、図８に変形例として示した構成のように、リングギヤ軸１２６を延出して動力を取り出すものとしてもよい。また、図９に変形例として示した構成のように、エンジン１５０側からプラネタリギヤ１２０，モータＭＧ２，モータＭＧ１の順になるよう配置してもよい。この場合、サンギヤ軸１２５Ｂは中空でなくてもよく、リングギヤ軸１２６Ｂは中空軸とする必要がある。この構成では、リングギヤ軸１２６Ｂに出力された動力をエンジン１５０とモータＭＧ２との間から取り出すことができる。さらに、図示しないが、図９においてモータＭＧ２とモータＭＧ１を入れ替えた構成とすることも可能である。
【００６７】以上は、プラネタリギヤ１２０を用いた変形例であるが、図１０に示すように、プラネタリギヤ１２０を用いない構成をとってもよい。図１０に示す構成では、図１におけるモータＭＧ１およびプラネタリギヤ１２０に代えて、ロータ（インナロータ）２３４およびステータ（アウタロータ）２３２の双方が同じ軸中心に相対的に回転可能であり電磁継手として作用し得るクラッチモータＭＧ３を用いている。クラッチモータＭＧ３のアウタロータ２３２はエンジン１５０のクランクシャフト１５６に機械的に結合され、クラッチモータＭＧ３のインナロータ２３４およびモータＭＧ２のロータ１４２は駆動軸１１２Ａに結合されている。モータＭＧ２のステータ１４３はケース１１９に固定されている。
【００６８】この構成では、プラネタリギヤ１２０に代えて、クラッチモータＭＧ３によりエネルギの分配を行う。クラッチモータＭＧ３に入出力される電気的なエネルギにより、インナロータ２３４とアウタロータ２３２の相対的な回転を制御し、エンジン１５０の動力を駆動軸１１２Ａに伝達することができる。また、モータＭＧ２のロータ１４２が駆動軸１１２Ａに取り付けられているため、モータＭＧ２を駆動源とすることもできる。さらに、エンジン１５０の動力によりモータＭＧ３で発電することもできる。このような構成のハイブリッド車両でも、クラッチモータＭＧ３またはモータＭＧ２により電力を回生することができるため、本発明を適用することができる。
【００６９】さらに、ハイブリッド車両は図１１に示すような、いわゆるシリーズ式の構成であっても構わない。シリーズ式のハイブリッド車両では、エンジン１５０の出力軸は発電機Ｇに機械的に結合されている。駆動輪１１６、１１８には、モータＭＧ４が動力伝達ギヤ１１１等を介して結合されているが、エンジン１５０は結合されてはいない。
【００７０】上述の構成をとるため、シリーズ式のハイブリッド車両では、エンジン１５０の動力は駆動輪１１６、１１８に伝達されることはなく発電機Ｇの運転に使われ、車両はバッテリ１９４の電力によりモータＭＧ４を動かすことにより駆動される。発電負荷は発電機Ｇに生じる起電力に比例する。シリーズ式のハイブリッド車両は、必要に応じて発電機Ｇで発電を行うため、通常余剰の電力は生じないが、車両の制動時にはモータＭＧ４により電力を回生することができるため、該回生電力を利用して本発明を有効に適用することができる。
【００７１】以上、本発明の実施例およびその変形例について説明してきたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、さらに種々の変形が可能である。例えば、エンジン１５０を搭載せず、駆動軸に結合されたモータと該モータと電力をやりとりするためのバッテリからなる電動式動力出力装置にも適用可能である。また、冷却ファン等を用いた冷却手段の他、ペルチェ効果を利用して直接電気的に冷却する手段等にしてもよい。

【出願人】	【識別番号】０００００３２０７【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【出願日】	平成９年（１９９７）８月６日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】下出隆史（外２名）
【公開番号】	特開平１１－６９５１０
【公開日】	平成１１年（１９９９）３月９日
【出願番号】	特願平９－２２５８７６