| 【発明の名称】 |
動力変換装置ならびに車両用駆動装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】瀬口 正弘
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 入力軸から出力軸に動力を伝達するための動力伝達装置において、ハウジング内に固定されると共に、コイルを有する固定子と、前記入力軸或いは出力軸に連結される相対回転可能に設けられた第１及び第２の回転子とを備え、前記第１の回転子は、第１のエアギャップを介して前記固定子と対向配置され、前記第２の回転子は、第２のエアギャップを介して前記第１の回転子と対向配置されると共に、前記第１および第２の回転子は相互電磁作用を行う界磁を有し、前記コイルによって、前記第１および第２の回転子の電磁作用を制御することを特徴とする動力変換装置。
【請求項２】 前記第１の回転子および第２の回転子は円筒状の磁性部材から構成され、これら第１および第２の回転子は、互いに対向する方向に突出する複数の第１磁極部および第２磁極部をそれぞれ有していることを特徴とする動力変換装置。
【請求項３】 内燃機関の出力を入力とし、連結される車両駆動軸に対し所定の駆動トルク及び回転数を出力制御する車両用駆動装置において、ハウジング内に固定されると共に、コイルを有する固定子と、前記内燃機関の出力或いは車両駆動軸に連結される相対回転可能に設けられた第１及び第２の回転子とを備え、前記第１の回転子は、第１のエアギャップを介して前記固定子と対向配置され、前記第２の回転子は、第２のエアギャップを介して前記第１の回転子と対向配置されると共に、前記第１および第２の回転子は相互電磁作用を行う界磁を有し、前記コイルによって、前記第１および第２の回転子の電磁作用を制御することを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項４】 内燃機関の出力を入力とし、連結される車両駆動軸に対し所定の駆動トルク及び回転数を出力制御する車両用駆動装置において、前記駆動装置は、ハウジングと、前記ハウジングに収容され、前記内燃機関から車両駆動軸に回転力を伝える相対回転可能な第１及び第２の回転子と、前記ハウジング内に固定される第１及び第２の固定子とを備えると共に、前記第１の固定子は、第１のコイルを有し、前記第２の固定子は第２のコイルを有すると共に、前記第２の回転子には、前記第１の回転子と第１のエアギャップを介しかつ前記第１の回転子と前記第１の固定子との間の第２のエアギャップを介して、前記第１のコイルと相互電磁作用を行う第１の界磁を有し 前記第１、第２のエアギャップと共に第１の回転電機を構成し、同じく前記第２の回転子には、前記第２の固定子と第３のエアギャップを介して前記第２のコイルと相互電磁作用を行う第２の界磁を有し前記第３のエアギャップと共に第２の回転電機を構成し、前記第１のコイルと蓄電手段間に設けられ、前記両回転子の角速度の差及び作用トルクに応じた電力を授受可能に制御する第１のインバ−タと前記第２のコイルと蓄電手段間に設けられ、前記固定子と前記第２の回転子との作用トルク及び第２の回転子の回転数に応じた電力を授受可能に制御する第２のインバ−タとを備える事を特徴とする車両用駆動装置。
【請求項５】 内燃機関の出力を入力とし、連結される車両駆動軸に対し所定の駆動トルク及び回転数を出力制御する駆動装置において、前記駆動装置は、ハウジングと、前記ハウジングに収容され、前記内燃機関から車両駆動軸に回転力を伝える相対回転可能な第１及び第２の回転子と、前記ハウジングに固定される第１及び第２の固定子とを備えるとともに、前記第２の回転子は前記固定子の内側に、前記第１の回転子は前記第２の回転子の内側に、更に前記第１の固定子は前記第１の回転子の内側に同心円状に配置され、前記第１の固定子は、第１のコイルを有し、前記第２の固定子は第２のコイルを有すると共に前記第２の回転子には、前記第１の回転子と第１のエアギャップを介しかつ前記第１の回転子は前記第１の固定子と第２のエアギャップを介して、前記第１のコイルと相互電磁作用を行う第１の界磁を有し、前記第１、第２のエアギャップと共に第１の回転電機を構成し、同じく前記第２の回転子には、前記第２の固定子と第３のエアギャップを介して前記第２のコイルと相互電磁作用を行う第２の界磁を有し、前記第３のエアギャップと共に第２の回転電機を構成し、前記第１のコイルと蓄電手段間に設けられ、前記両回転子の角速度の差及び作用トルクに応じた電力を授受可能に制御する第１のインバ−タと、前記第２のコイルと蓄電手段間に設けられ、前記固定子と前記第２の回転子との作用トルク及び第２の回転子の回転数に応じた電力を授受可能に制御する第２のインバ−タとを備える事を特徴とする車両用駆動装置。
【請求項６】 前記第２の回転子の第１の界磁及び前記第１の回転子の前記第１の界磁に対向する第２の界磁は軟磁性の突極構造からなる事を特徴とする請求項３もしくは４に記載の車両用駆動装置。
【請求項７】 前記第１の固定子のコイルは３相巻線からなり、第１と第２の回転子間のトルクＴが、第１の回転子と第１の固定子間のトルクｔに対し、Ｔ≧２ｔとなる様に通電位置を制御する事を特徴とする請求項３もしくは４に記載の車両用駆動装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は動力変換装置ならびに車両用駆動装置に関し、特に内燃機関の発生動力から転換された電力で車輪軸を駆動するハイブリッド形式の車両用駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平８−２５１７１０号公報においては、内燃機関発生動力の回転数を変換する電磁カップリングと、トルクを制御するアシスト電動機によって内燃機関と電気機械のハイブリッド化を行い、動力機関の省燃費、低公害化を実現している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このシステムでは回転数を変換するための電動機にブラシを有する回転機が必要であるためシステムの信頼性が課題となる。
【０００４】そこで本発明は、この電磁式駆動装置の回転数を制御する回転機に於いて回転機を、１つのステータと２つのロータで構成し、一方のロータを前記内燃機関へ、他方を前記車両駆動軸へ連結すると共に、前記ステータにより前記２つのロータ間に電磁力を発生させ、内燃機関のトルクを駆動軸に伝達することによって給電器を無くし信頼性を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成するため、内燃機関の出力を入力とし、連結される車両駆動軸に対し、所定の駆動トルク及び回転数を出力制御する電磁式駆動装置において、駆動トルクを制御する回転機と回転数を制御する回転機を備えたものの構造に関するもので、前記回転数を制御する回転機は、１つのステータと２つのロータで構成し、一方のロータを前記内燃機関へ、他方を前記車両駆動軸へ連結すると共に、前記ステータにより前記２つのロータ間に電磁力を発生させ、内燃機関のトルクを駆動軸に伝達すると共に前記駆動トルクを制御する回転機にて車両の駆動トルクをアシストするという技術的手段を採用するものである。
【０００６】
【作用】ステータにより２つのロータ間に電磁力を発生させ、内燃機関のトルクを駆動軸に伝達することによって給電器を無くし信頼性を向上させる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１に本考案の第１の実施例を示す。１００はエンジン（以下Ｅ／Ｇという）であり、１０００はＥ／Ｇ１００の出力を入力として受け、駆動輪７００等により構成される負荷出力（走行駆動出力）に対応出来る様に駆動トルク及び回転数の過不足分を調整して出力するトルク−回転数コンバータとして機能する駆動装置であり、内部に入出力の回転数を調整する回転数調整部１２００と入出力のトルクを調整するトルク調整部１４００及び出力を減速する減速部８００とを有する。このトルク−回転数コンバータ１０００を以下略してＴ−Ｓコンバータ１０００と呼ぶ。２００はＴ−Ｓコンバータ１０００の回転数調整部１２００の通電を制御するインバータであり、４００は同じくＴ−Ｓコンバータ１０００のトルク調整部１４００の通電を制御するインバータである。５００はＴ−Ｓコンバータ１０００の回転センサ及びその他の内部情報及び外部情報により、インバータ２００及び４００を制御するＥＣＵであり、６００はバッテリーである。８２０はＴ−Ｓコンバータ１０００からの出力を減速する減速部であり、減速部８２０は、デファレンシャルギヤ９００にギヤを介して連結されており、デファレンシャルギヤ９００により、減速部８２０により減速された回転力を駆動輪に等配分する。１１０はＥ／Ｇ１００の出力軸であり、エンジンの駆動とともに回転駆動し、Ｔ−Ｓコンバータ１０００の第１ロータ１３５０とセレーションを介して連結されており、従ってＥ／Ｇ１００からの回転出力を第１ロータ１３５０に伝達する。
【０００８】図１および図２において、第１ロータ１３５０は、中空円筒状の軟磁性部材１３５２、及びこの軟磁性部材１３５２の両端に設けられたフレーム１３５３、１３５４で構成され、エンジン１００の出力軸１１０に対し、ロータフレーム１３５４の端部に形成されたスプライン１３５４ａと連結し、エンジントルクを受け取る。また、第１ロータ１３５０は、軸受け１５１３、１５１２によって、第２ロータ１３１０に対し回転自在に支持される。
【０００９】第１ステータ１２１０は、第１ロータ１３５０の内径側に配置され、第１ロータ１３５０の軟磁性部材１３５２を介して、第２ロータ１３１０の第１ステータ側磁気回路部と磁力を作用させる磁路１２１２と巻線１２１１を有している。第１ステータ１２１０の一端は、軸受け１５１４を介して第１ロータ１３５０に支持され、他端は、スプライン１２１３ａを介してフレーム１７１０に固定されている。
【００１０】図２から明らかな如く、車両駆動装置１０００は、内側からシャフト１２１３により保持される第１のステータ１２１０とその外側に第１ロータ１３５０、及び第２ロータ１３１０が、更にその外側に第２のステータ１４１０が設けられている。
【００１１】第１ステ−タ１２１０は、回転磁界を作る巻線１２１１及びステ−タコア１２１２より構成され、第２ステ−タ１４１０は、回転磁界を作る巻線１４１１及びステ−タコア１４１２より構成されている。
【００１２】又、第２ステータ１４１０の内周には、ステータ１４１０と対向して、円筒状の第２ロータ１３１０が第１ロータ１３５０と相対的に回転可能なように同一軸上に回転自在に配置されている。第２ロータ１３１０は中空のロ−タヨ−ク１３１１のその外周面にステータ１４１０と電磁作用を行う磁極形状１３１１ａを形成し、ステータコア１４１２及び巻線１４１１とでトルク調整部１４００を構成する。
【００１３】又、第２ロータ１３１０の内周には、第１ロータ１３５０と対向して、中空のロ−タヨ−ク１３１１のその内周面に第１ロータを介して第１ステータと電磁作用を行う磁極形状１３１１ｂを形成し、ロ−タコア１２１２、巻線１２１１及び第１ロータコア１３５２とで回転数調整部１２００を構成する。
【００１４】本実施例では回転数調整部１２００に於いて、第２ロータ１３１０と第１ステータ１２１０の間に第１ロータ１３５０を配置し、回転数調整部１２００の回転磁界を形成する巻線１２１１とコア１２１２は固定し、その回転磁界をダミーロータの磁気回路１３５２と第２ロータ１３１０の内周面に形成された磁極形状１３１１ｂを介して通す事により、巻線１２１１を固定して相対回転する２つの第１、第２ロータ１３５０、１３１０間に電磁力（トルク）を作用させ、給電器を無くしている。
【００１５】以下、図３ないし図５において、回転数調整部１２００の第１ロータ１３５０と第２ロータ１３１０との間に相対回転トルクを発生する原理と通電方法を説明する。
【００１６】ここで、通電位置および相対位置を分かりやすくするため、第１ステータ１２１０と第１ロータ１３５０の位置を固定し、第２ロータ１３１０の位置を回転させている。また、第１ステータ１２１０と第１ロータ１３５０の相対位置も任意に変わるが、その時は第１ステータ１２１０の通電位置を第１ロータ１３５０の極位置に応じて変化させる事により対応出来る。
【００１７】まず、図３(ａ)に於ける第１ロータ１３５０の位置に対し、第２ロータ１３１０がこの図で代表される位置（θ１≦Ｘ≦θ２）にある場合の通電位置と磁束の流れを示す。ここで、Ｘは第２ロータ１３１０の内周面に形成された磁極部１３１１ｂの中心までの角度を示している。
【００１８】第１ロータ１３５０の磁極部１３５２ａと図示しない機械角度で９０度の位置にある磁極部に磁束Φ１が流れる様に、第１ステータ１２１０の三相巻線に通電する。これにより、図３（ａ）の第２ロータ１３１０の磁極部１３１１ｂ１を介して磁束Φ１が流れ、この磁束のエネルギーを低減すべき方向のトルクＴ１及びＴ２がそれぞれ第１、第２ロータ１３５０、１３１０に作用する。ここでトルクＴ１とトルクＴ２は等しい。また、この場合第１ステータ１２１０と第１ロータ１３５０との間に働く作用トルクを極力減らすため、第１ステータ１２１０への通電位置は第１ロータ１３５０に磁束を流したい極の中心を狙って磁束が流れる様にする。ここで、第１ステータ１２１０は３相の巻線１２１１を有し、この図では４倍スロット構造の分布巻の例であり、この場合の通電は図３（ｂ）に示す様に、Ｕ相に最大電流が流れＶ、Ｗ相に同等の電流が流れている。
【００１９】次に、図４（ａ）に於ける第１ロータ１３５０の位置に対して第２ロータ１３１０がこの図で代表される位置（θ２≦Ｘ≦θ３）にある場合の通電位置と磁束の流れを示す。この場合、第１ロータ１３５０の磁極部１３５２ｃと図示しない機械角度で９０度の位置にある磁極部に磁束Φ2が流れる様に第１ステータ１２１０の三相巻線に通電する。これにより、第２ロータ１３１０の極１３１１ｂ２を介して磁束Φ2が流れ、この磁束のエネルギーを低減すべき方向のトルクＴ１’及びＴ２’がそれぞれの第１、第２ロータ１３５０、１３１０に作用する。ここでトルクＴ１’とトルクＴ２’は等しい。この場合、図３（ａ）に対し第２ロータ１３１０の位置のみが変化したとして、その通電位置は図４（ｂ）に示す様に、Ｖ相に最大電流が流れＵ、Ｗ相に同等の電流が流れる。
【００２０】次に、図５（ａ）に於ける第１ロータ１３５０の位置に対して第２ロータ１３１０がこの図で代表される位置（θ３≦Ｘ≦θ４）にある場合の通電位置と磁束の流れを示す。この場合、第１ロータ１３５０の磁極部１３５２ｂと図示しない機械角度で９０度の位置にある磁極部に磁束Φ3が流れる様に第１ステータ１２１０の三相巻線に通電する。これにより、第２ロータ１３１０の極１３１１ｂ１を介して磁束Φ3が流れこの磁束のエネルギーを低減すべき方向のトルクＴ１”及びＴ２”がそれぞれ第１、第２ロータ１３５０、１３１０に作用する。ここでトルクＴ１”とトルクＴ２”は等しい。この場合も、図３（ａ）に対し第２ロータ１３１０の位置のみが変化したとして、その通電位置は図５（ｂ）に示す様に、Ｗ相に最大電流が流れＵ、Ｖ相に同等の電流が流れる。
【００２１】なお、通電方向の一方のみの例について述べたが逆方向でも動作する事ができる。
【００２２】次に、第１ステータ１２１０に対し、第１ロータ１３５０の位置が変化した場合の通電方法を以下に示す。ここでは第１ロータ１３５０と第２ロータ１３１０の相対位置を図３（ａ）の位置について説明する。図６（ａ）の各相の通電タイミングに対し、その時に発生する回転磁界は、│α│（ｃｏｓｔ，ｓｉｎｔ）（以下式という）になる。これより、回転磁界の方向は３相巻線の通電位置を制御する事により、任意の方向に変えることができる。その通電位置を具体化したのが図６（ａ）〜（ｅ）である。ここで、図６（ａ）をｔ＝０における各相の通電位置とした。式よりｔ＝π／１２では磁界の回転角度は電気角でπ／１２、今ここで述べているＭＧの３相界磁巻線は２極対であるので機械角ではπ／２４となる。ここで、図６（ａ）〜（ｅ）の第１ステータ１２１０に対する第１ロータ１３５０の位置における回転磁界の電流中心位置Ｉcと各相の通電量の関係は各図に示すｔの量と図７（ａ）の各相の通電量で示される。この関係により、第１ロータ１３５０の任意の位置に対してもその磁束を流すべき位置を狙って通電出来るので、図３の各第１、第２ロータ１３５０，１３１０の位置に対して、第１ステータ１２１０の位置が変化しても所望の位置に磁束を流す様に通電出来る。
【００２３】又、上記通電は第１、第２ロータ１３５０、１３１０の回転位置をセンサ１９１１及び１９１２により検出しその相対位置に対して行う。
【００２４】以上の構成と原理で給電器を使用せずに第１ロータ１３５０と第２ロータ１３１０間の作動トルクを固定の第１ステータ１２１０から調整出来るので信頼性が向上出来ると共に、給電器のスペース分小さく出来る。
【００２５】又、本回転機の２つのロータ間はスイッチドリラクタンスモータの原理を応用しているが、本考案の構成ではそのモータで課題となる巻線の使用率の低さから来る電流の集中を緩和出来、効率を向上させる事も可能である。
【００２６】次に、本発明の第２の実施例について、図８に基づいて説明する。
【００２７】この第２実施例においては、第１実施例における第１ロータ１３５０を、第２ロータ１３１０の外周に配置するようにしたものであり、その構成は同一のものである。なお、シャフト１２１３は、第２ロータ１３１０によって回転自在に支持されている。
【００２８】次に、本発明の第３の実施例について、図９に基づいて説明する。
【００２９】この第３の実施例においては、第１のステータ１２１０の内周に設けられた第１ロータ１３５０と、この第１ロータ１３５０の内周に回転自在に支持された第１シャフト１３１０ｃと、この第１シャフト１３１０ｃの外周に設けられた第１磁極部１３１０ａとを有している。また、第１シャフト１３１０ｃと同軸上に結合し、第１シャフト１３１０ｃの回転が伝達される第２シャフト１３１０ｄと、この第２シャフト１３１０ｄの外周に設けられた第２磁極部１３１０ｂと、この第２磁極部の外周に設けられた第２ステータ１４１０とから構成されている。
【００３０】なお、第１ステータ１２１０は、第１ハウジング１７２０に固定されると共に、第２ステータ１４１０は、第２ハウジング１７３０の内周に固定されている。また、デファレンシャルギヤ９００は、第２シャフト１３１０ｄの外周に設けられた１３３２ａと減速部８２０を介して回転が伝達されることになる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
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| 【出願日】 |
平成１１年６月４日（１９９９．６．４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９６９９８
【弁理士】
【氏名又は名称】碓氷 裕彦
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３５０３０９（Ｐ２０００−３５０３０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１５８０１０ |
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