| 【発明の名称】 |
ハイブリッド車両 |
| 【発明者】 |
【氏名】赤津 観
【氏名】中野 正樹
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| 【要約】 |
【課題】複数の回転電機を備えたハイブリッド車両において各回転電機の効率的に利用できるようにし、各回転電機に必要とされる容量を小さくする。
【解決手段】ハイブリッド車両は、エンジン３と、第１の回転電機１と、第１の回転電機１と異なる特性を有する第２の回転電機２と、駆動輪５に接続される駆動軸４と、少なくとも、第１の回転電機１とエンジン３とが機械的に接続されるとともに第２の回転電機２と駆動軸４とが機械的に接続される第１の接続状態と、第１の回転電機１と駆動軸４とが機械的に接続されるとともに第２の回転電機２とエンジン１とが機械的に接続される第２の接続状態とを切り換えることができる切換機構１０、２０とを備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】エンジンと、第１の回転電機と、前記第１の回転電機と異なる特性を有する第２の回転電機と、駆動輪に接続される駆動軸と、少なくとも、前記第１の回転電機と前記エンジンとが機械的に接続されるとともに前記第２の回転電機と前記駆動軸とが機械的に接続される第１の接続状態と、前記第１の回転電機と前記駆動軸とが機械的に接続されるとともに前記第２の回転電機と前記エンジンとが機械的に接続される第２の接続状態とを切り換えることができる切換機構と、を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項２】前記第１、第２の回転電機に異なる速度−トルク特性を持たせたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項３】前記第１、第２の回転電機の極数を異ならせることで前記第１、第２の回転電機に異なる速度−トルク特性を持たせたことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両。
【請求項４】前記第１、第２の回転電機の永久磁石量を異ならせることで前記第１、第２の回転電機に異なる速度−トルク特性を持たせたことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両。
【請求項５】前記第１、第２の回転電機に異なる効率特性を持たせたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項６】前記第１、第２の回転電機に異なる力率特性を持たせたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項７】前記第１、第２の回転電機を同軸多重回転電機で構成したことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項８】前記第１、第２の回転電機に異なる容量を持たせたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項９】回転電機のロータ及びステータの径方向長さあるいは軸方向長さを異ならせることで前記第１、第２の回転電機に異なる容量を持たせたことを特徴とする請求項８に記載のハイブリッド車両。
【請求項１０】前記切換機構は、バッテリの残存容量が少ないときは前記第１、第２の回転電機のうち容量の大きい方を前記エンジンに接続することを特徴とする請求項８に記載のハイブリッド車両。
【請求項１１】前記切換機構は、前記第１及び第２の回転電機の運転可能領域が重複する場合は、より効率の良いほうの回転電機が前記駆動軸に接続されるように接続状態を切り換えることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項１２】前記切換機構を、前記エンジンを前記第１の回転電機あるいは第２の回転電機に機械的に接続する第１の接続切換手段と、前記駆動軸を前記第１の回転電機あるいは第２の回転電機に機械的に接続する第２の接続切換手段と、で構成したことを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
【請求項１３】前記切換機構を、前記エンジンと前記第１の回転電機とを機械的に接続あるいは非接続とする第１の接続切換手段と、前記エンジンと前記第２の回転電機とを機械的に接続あるいは非接続とする第２の接続切換手段と、前記駆動軸と前記第１の回転電機とを機械的に接続あるいは非接続とする第３の接続切換手段と、前記駆動軸と前記第２の回転電機とを機械的に接続あるいは非接続とする第４の接続切換手段と、で構成したことを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
【請求項１４】前記切換機構を、前記第１の回転電機を前記エンジンあるいは前記駆動軸に機械的に接続する第１の接続切換手段と、前記第２の回転電機を前記エンジンあるいは駆動軸に機械的に接続する第２の接続切換手段と、で構成したことを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発電用、車両駆動用として複数の回転電機を備えたハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のハイブリッド車両としては、特開平11-313407号公報に開示されているものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとしている問題点】上記従来技術では、エンジンの発生する駆動力を第１の回転電機と第２の回転電機とに分配する遊星歯車機構と、この遊星歯車機構と第２の回転電機との間にクラッチを備えることにより、エンジンと車輪の駆動軸との間の無段変速を可能とするとともにシリーズ方式とパラレル方式との切り換えを実現している。
【０００４】しかしながら、上記従来のハイブリッド車両では、シリーズ方式及びパラレル方式のどちらの場合でも、エンジンの運転時に前記第１及び第２の回転電機の役割がそれぞれ固定されており、第１の回転電機が発電用、第２の回転電機が走行用となっている。このため、第１の回転電機はエンジンの燃費が良好となる低回転域をカバーできれば良いが、第２の回転電機は要求される駆動力を実現するために低回転域から高回転域までの広い運転領域をカバーする必要がある。例えば、シリーズ方式の場合、要求される駆動力を第２の回転電機のみで発生させる必要があるため、全運転領域をカバーできるように設計すると第２回転電機の磁石トルクあるいは容量（最大出力）が大きくなってしまい、効率、特に軽負荷時の効率が悪化するという問題がある。
【０００５】本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなされたものであり、複数の回転電機を備えたハイブリッド車両において各回転電機を効率的に利用できるようにし、各回転電機に必要とされる容量を小さくすることを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】第１の発明は、ハイブリッド車両において、エンジンと、第１の回転電機と、前記第１の回転電機と異なる特性を有する第２の回転電機と、駆動輪に接続される駆動軸と、少なくとも、前記第１の回転電機と前記エンジンとが機械的に接続されるとともに前記第２の回転電機と前記駆動軸とが機械的に接続される第１の接続状態と、前記第１の回転電機と前記駆動軸とが機械的に接続されるとともに前記第２の回転電機と前記エンジンとが機械的に接続される第２の接続状態とを切り換えることができる切換機構とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】第２の発明は、第１の発明において、前記第１、第２の回転電機に異なる速度−トルク特性を持たせたことを特徴とするものである。
【０００８】第３の発明は、第２の発明において、前記第１、第２の回転電機の極数を異ならせることで前記第１、第２の回転電機に異なる速度−トルク特性を持たせたことを特徴とするものである。
【０００９】第４の発明は、第２の発明において、前記第１、第２の回転電機の永久磁石量を異ならせることで前記第１、第２の回転電機に異なる速度−トルク特性を持たせたことを特徴とするものである。
【００１０】第５の発明は、第１の発明において、前記第１、第２の回転電機に異なる効率特性を持たせたことを特徴とするものである。
【００１１】第６の発明は、第１の発明において、前記第１、第２の回転電機に異なる力率特性を持たせたことを特徴とするものである。
【００１２】第７の発明は、第１の発明において、前記第１、第２の回転電機を同軸多重回転電機で構成したことを特徴とするものである。
【００１３】第８の発明は、第１の発明において、前記第１、第２の回転電機に異なる容量を持たせたことを特徴とするものである。
【００１４】第９の発明は、第８の発明において、回転電機のロータ及びステータの径方向長さあるいは軸方向長さを異ならせることで前記第１、第２の回転電機に異なる容量を持たせたことを特徴とするものである。
【００１５】第１０の発明は、第８の発明において、切換機構が、バッテリの残存容量が少ないときは前記第１、第２の回転電機のうち容量の大きい方を前記エンジンに接続することを特徴とするものである。
【００１６】第１１の発明は、第１の発明において、切換機構が、前記第１及び第２の回転電機の運転可能領域が重複する場合は、より効率の良いほうの回転電機が前記駆動軸に接続されるように接続状態を切り換えることを特徴とするものである。
【００１７】第１２の発明は、第１から第１１の発明において、切換機構が、前記エンジンを前記第１の回転電機あるいは第２の回転電機に機械的に接続する第１の接続切換手段と、前記駆動軸を前記第１の回転電機あるいは第２の回転電機に機械的に接続する第２の接続切換手段とで構成されることをを特徴とするものである。
【００１８】第１３の発明は、第１から第１１の発明において、切換機構が、前記エンジンと前記第１の回転電機とを機械的に接続あるいは非接続とする第１の接続切換手段と、前記エンジンと前記第２の回転電機とを機械的に接続あるいは非接続とする第２の接続切換手段と、前記駆動軸と前記第１の回転電機とを機械的に接続あるいは非接続とする第３の接続切換手段と、前記駆動軸と前記第２の回転電機とを機械的に接続あるいは非接続とする第４の接続切換手段とで構成されることを特徴とするものである。
【００１９】第１４の発明は、第１から第１１の発明において、切換機構が、前記第１の回転電機を前記エンジンあるいは前記駆動軸に機械的に接続する第１の接続切換手段と、前記第２の回転電機を前記エンジンあるいは駆動軸に機械的に接続する第２の接続切換手段とで構成されることを特徴とするものである。
【００２０】
【作用及び効果】したがって、第１の発明によれば、ハイブリッド車両用回転電機として特性の異なる少なくとも２つの回転電機を物理的に切り換えて使用することができる。これにより、それぞれの回転電機がカバーしなければならない運転領域が狭くなるので、一つの回転電機で全ての運転領域をカバーする場合と比べて各回転電機を小型化することができ、ハイブリッド車両の駆動システムを小型化することができる。また、回転電機を小型化できることからそれぞれの回転電機駆動用のインバータも小さくすることができ、運転領域が狭くなることから各回転電機をより高効率点に近いところで運転させることができる。
【００２１】ここでいう回転電機の特性とは、例えば速度−トルク特性であり（第２の発明）、一方の回転電機を低速高トルク型、他方を高速低トルク型とすれば、発進時を含む低速域では低速高トルク型の回転電機を車両駆動用に使用し、高速域では高速低トルク型の回転電機に切り換えて車両を駆動するといった切り換えが可能となる。回転電機に異なる速度−トルク特性を持たせるには回転電機の極数を異ならせる方法（例えば、一方を４極対、他方を２極対とする。）や、永久磁石量を異ならせる方法（例えば、一方を50[mWb]、他方を25[mWb]とする。）がある（第３、第４の発明）。極数を変えれば永久磁石量が同じでも速度−トルク特性を変えることができ、また、永久磁石量を変えれば極数が同じでも速度−トルク特性を変えることができる。
【００２２】また、速度−トルク特性以外の特性としては効率特性、力率特性を挙げることができ、回転電機のこれらの特性を異ならせるようにしてもよい（第５、第６の発明）。例えば、異なる効率特性をもたせる場合、一方の最大効率点を20[Nm]、5000[rpm]、他方の最大効率点を10[Nm]、10000[rpm]に設定しておき、より最大効率点に近い方の回転電機を使用するようにすれば車両全体としての効率を高めることができる。なお、力率は磁石量とインダクタンスとで決まるので、例えば一方の磁石量を他方より大きくすることで特性に差を持たせることができる。
【００２３】なお、上記複数の回転電機は別々に車両に設けてもよいが、多重回転電機（例えば、インナーロータ、ステータ、アウターロータからなる同軸三層構造の回転電機）として一体的に車両に設けることもできる(第７の発明）。これにより、上記回転電機を小型化できるという効果と相俟ってハイブリッド車両の駆動システムをさらに小型化することができる。
【００２４】また、第８の発明によれば、ハイブリッド車両用回転電機として容量の異なる少なくとも２つの回転電機を物理的に切り換えて使用することができる。これにより、例えば、駆動用に大容量、発電用に小容量の回転電機を用いていたときでも、特にバッテリ残容量が少ないときは両者を切り換えれば発電容量を上げることができ、バッテリの充電時間を短縮することができる（第１０の発明）。なお、回転電機の容量を異ならせるには、例えば、回転電機のロータ及びステータの径方向長さあるいは軸方向長さを異なるようにすればよい（第９の発明）。
【００２５】さらに、第１１の発明によれば、少なくとも２つの回転電機の運転可能領域が重複する場合にはより効率が高いほうの回転電機が選択されるので、車両全体の効率（燃費）を向上、特に、軽負荷時の回転電機効率を向上させることができる。
【００２６】なお、上記切換機構は、エンジンを第１の回転電機あるいは第２の回転電機に機械的に接続する第１の接続切換手段（例えば、ドグクラッチ）と、前記駆動軸を第１の回転電機あるいは第２の回転電機に機械的に接続する第２の接続切換手段（例えば、ドグクラッチ）とで構成することができる（第１２の発明、後述する第１の実施形態）。
【００２７】また、切換機構は、エンジンと第１の回転電機とを機械的に接続あるいは非接続とする第１の接続切換手段と、エンジンと第２の回転電機とを機械的に接続あるいは非接続とする第２の接続切換手段と、駆動軸と第１の回転電機とを機械的に接続あるいは非接続とする第３の接続切換手段と、駆動軸と第２の回転電機とを機械的に接続あるいは非接続とする第４の接続切換手段とで構成することもできる（第１３の発明、後述する第２の実施形態）。第１から第４の接続切換手段は例えば摩擦クラッチで構成することができる。切換機構をこのように構成することにより、より多彩な接続状態を実現することができる。
【００２８】さらに、切換機構は、第１の回転電機をエンジンあるいは前記駆動軸に選択的に接続する第１の接続切換手段と、第２の回転電機をエンジンあるいは駆動軸に選択的に接続する第２の接続切換手段とで構成することもできる（第１４の発明、後述する第３の実施形態）。第１、第２の接続切換手段は、例えばそれぞれ摩擦クラッチの組み合わせで構成することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００３０】図１は、本発明に係るハイブリッド車両の概略構成を示したものであり、図中１は第１の回転電機、２は第２の回転電機、３はエンジン、４は駆動軸、５は駆動軸４に接続される駆動輪、１０、２０は回転電機１、２とエンジン３あるいは駆動軸４との機械的な接続関係を切り換えるための切換機構である。ここでいう「機械的な接続」とは回転電機、エンジン等の要素が電気的な接続ではなくギヤ、シャフト等を介して機械的、物理的に接続されることを意味する。この他、車両には各回転電機を制御するためのインバータ、回転電機１、２における過不足電力を補償するバッテリ等が設けられている（図示せず）。
【００３１】回転電機１と回転電機２は異なる速度−トルク特性、最大効率点（例えば、回転電機１の最大効率点が20[Nm]、5000[rpm]、回転電機２の回転電機の最大効率点が10[Nm]、10000[rpm]）を有している。これら回転電機１、２は切換機構１０、２０によりエンジン３、駆動軸４のいずれか一方、あるいは両方に接続され、発電機あるいは電動機として機能する。回転電機１、２は、エンジン３に接続された場合は主に発電用として用いられ、駆動軸４に接続された場合は主に車両駆動用として用いられ、エンジン３及び駆動軸４に接続された場合は主にエンジン３による車両駆動の補助（アシスト用）として用いられる。
【００３２】図２は、回転電機１と回転電機２の極数、容量の組み合わせ例を示したものである。このような組合せとすることで回転電機１、２の速度−トルク特性を異ならせることができる。
【００３３】例えば、図２のC-1に示すように、第１の回転電機１の極数を８極、容量を３０ｋＷとし、第２の回転電機２の極数を４極、容量を３０ｋＷとした場合、それらの速度−トルク特性は図３に示すようになり、第１の回転電機１は低速高トルク型、第２の回転電機２は高速低トルク型となる。
【００３４】回転電機１、２の特性をこのように異なる特性とし、運転条件に応じてこれらを物理的に切り換えて発電用あるいは車両駆動用として使用することにより、各回転電機を効率的に用いることができる。例えば、発進時を含む低回転域で走行中は低速高トルク型の第１の回転電機１を駆動軸４に接続して駆動用として用い、高回転域に移行するに従って高速低トルク型の第２の回転電機２を駆動軸４に接続して駆動用として用いるようにすれば、各回転電機がカバーしなければならない運転領域が従来の１つの回転電機で全ての運転領域をカバーする場合と比べて狭くなって回転電機の小型化を実現でき、各回転電機を制御するインバータの小型も実現できる。また、各回転電機がカバーする運転領域が狭くなることから回転電機をより高効率点に近い運転点で運転させることができる。
【００３５】なお、両回転電機の運転可能領域の重なる領域（図３中の斜線領域）ではいずれの回転電機を用いることもできるが、運転可能領域が重なる領域ではいずれの回転電機を用いた方がより効率が良いかを効率マップを参照する等により判断し、より効率のより高いほうを選択して用いるようにすればよい。これによって、車両全体として燃費を向上させることができ、特に、軽負荷時における効率を向上させることができる。
【００３６】また、C-2に示すように、回転電機１の極数を８極、容量を２０ｋＷ、回転電機２の極数を８極、容量を４０ｋＷとした場合、それらの速度−トルク特性は図４に示すようになる。
【００３７】このように、２つの回転電機１、２の一方を大容量型、他方を小容量型とすることにより、例えば、小容量の回転電機１を発電用、大容量の回転電機２を駆動用として用いていた場合にバッテリ残存容量が少なくなってきた場合には、小容量の回転電機１を駆動軸４に接続して駆動用、大容量の発電機２をエンジン１に接続して発電用として用いることにより発電容量を上げてバッテリの充電を優先し、バッテリの充電時間を短縮することができる。
【００３８】また、C-3、C-4に示すように第１の回転電機１、第２の回転電機２の極数、容量を設定することもでき、その場合の各回転電機の速度−トルク特性は図５、図６に示すようになる。
【００３９】なお、ここでは極数を変えることで速度−トルク特性を回転電機１と回転電機２とで異ならせているが、回転電機１、２が永久磁石式の回転電機である場合には、例えば、一方の永久磁石量を他方より多くする（例えば、一方を50[mWb]、他方を25[mWb]とする）ことにより速度−トルク特性を異ならせるようにしてもよい。
【００４０】また、回転電機１と回転電機２とで力率特性を変えるるようにしてもよい。この場合、力率特性は、磁石量とインダクタンスとで決まるので、特性を異ならせるには、例えば、一方の磁石量を他方より大きくするようにする。
【００４１】また、容量を回転電機１と回転電機２とで異ならせるには、例えば、回転電機のロータ及びステータの径方向長さ(直径）Ｄを異ならせる、あるいは、ロータ及びステータの軸方向長さ（積厚）Ｌを異ならせることにより両回転電機の容量を異ならせることができる。
【００４２】次に、回転電機１、２と、エンジン３、駆動軸４との機械的な接続関係を切り換える機構の具体的な構成について説明する。
【００４３】図１に示されるように、切換機構１０は、カップリングスリーブ１１と、クラッチギヤ１２ないし１４とからなるドグクラッチで構成される。カップリングスリーブ１１を図中左右方向に変位させると、クラッチギヤ１２と１３、あるいはクラッチギヤ１３と１４とがカップリングスリーブ１１を介して接続され、回転電機１とエンジン３とが機械的に接続される状態（図中実線で示す状態Ａ1）と、回転電機２とエンジン３とが機械的に接続される状態（図中点線で示す状態Ａ2）とが切り換えられる。
【００４４】同様に、切換機構２０もカップリングスリーブ２１と、クラッチギヤ２２ないし２４とからなるドグクラッチで構成され、カップリングスリーブ２１を図中左右方向に変位させると回転電機１と駆動軸４とが機械的に接続される状態（図中実線で示す状態Ｂ1）と、回転電機２と駆動軸４とが機械的に接続される状態（図中点線で示す状態Ｂ2）とが切り換えられる。
【００４５】図７は切換機構１０、２０を操作することにより実現される接続状態を示したものである。これに示されるように、このハイブリッド車両では切換機構１０、２０を操作することによって４つの接続状態を切り換えることができる。
【００４６】具体的には、カップリングスリーブ１１、２１がそれぞれ図１に示した位置Ａ1、Ｂ2にある状態I-1では、エンジン３の出力がエンジン出力軸３ａ、クラッチギヤ１４、カップリングスリーブ１１、クラッチギヤ１２、回転電機１の回転軸１ａを介して回転電機１に伝達され、回転電機２の出力が回転軸２ａ、ギヤ３１、３５、クラッチギヤ３４、カップリングスリーブ２１、クラッチギヤ２３、中間軸３６、減速用ギヤ３７、３８を介して駆動軸４に伝達される。これにより、エンジン１の出力を回転電機１で電力に変換し、この電力を回転電機２に供給して駆動軸４を駆動する駆動方式（シリーズ１）が実現される。
【００４７】また、カップリングスリーブ１１、２１がそれぞれ図１に示した位置Ａ2、Ｂ1にある状態I-2では、エンジン３の出力がエンジン出力軸３ａ、クラッチギヤ１３、カップリングスリーブ１１、クラッチギヤ１４、回転電機２の回転軸２ａを介して回転電機２に伝達され、回転電機１の出力が回転軸１ａ、ギヤ３３、３４、クラッチギヤ２２、カップリングスリーブ２０、クラッチギヤ２３、中間軸３６、減速用ギヤ３７、３８を介して駆動軸４に伝達される。これにより、エンジン１の出力を回転電機２で電力に変換し、この電力を回転電機１に供給して駆動軸４を駆動するという駆動方式（シリーズ２）が実現される。
【００４８】また、カップリングスリーブ１１、２１がそれぞれ図１に示した位置Ａ1、Ｂ1にある状態I-3では、エンジン３の出力がエンジン出力軸３ａ、クラッチギヤ１３、カップリングスリーブ１１、クラッチギヤ１２、回転電機１の回転軸１ａ、ギヤ３３、３４、クラッチギヤ２２、カップリングスリーブ２１、クラッチギヤ２３、中間軸３６、減速用ギヤ３７、３８を介して駆動軸４に伝達される。回転電機１の出力もその回転軸１ａからエンジン出力と同一の経路を介して駆動軸４に伝達される。回転電機２はエンジン３、駆動軸４いずれとも接続されない。これにより、エンジン１で駆動軸４を直接駆動するとともに回転電機１を電動機として機能させてエンジン１による駆動をアシストする駆動方式（パラレル１）が実現される。
【００４９】また、カップリングスリーブ１１、２１がそれぞれ図１に示した位置Ａ2、Ｂ2にある状態I-4では、エンジン１の出力が、エンジン出力軸３ａ、クラッチギヤ１３、カップリングスリーブ１１、クラッチギヤ１４、回転電機２の回転軸２ａ、ギヤ３１、３５、クラッチギヤ２４、カップリングスリーブ２１、クラッチギヤ２３、中間軸３６、減速用ギヤ３７、３８を介して駆動軸４に伝達される。回転電機２の出力もその回転軸２ａからエンジン出力と同一の経路を介して駆動軸４に伝達される。回転電機１はエンジン３、駆動軸４のいずれとも接続されない。これにより、エンジン１で駆動軸４を直接駆動するとともに回転電機２を電動機として機能させてエンジン１による駆動をアシストする駆動方式（パラレル２）が実現される。
【００５０】したがって、本発明に係るハイブリッド車両はこのような回転電機とエンジンあるいは駆動軸との接続関係を物理的に切り換える切換機構を備えたことにより、特性、容量の異なる回転電機１、２の中からそのときの運転条件に最も適したもの、より効率の良いものを適宜選択して使用することができ、車両の走行性能を犠牲にすることなく回転電機、さらにはインバータの小型を図ることができる。
【００５１】続いて本発明の第２の実施形態について説明する。
【００５２】図８は第２の実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成を示したものである。
【００５３】このハイブリッド車両も第１の実施形態同様に特性、容量の異なる回転電機１、回転電機２を備え、運転条件に応じて回転電機１、２とエンジン３、駆動軸４との機械的な接続関係を適宜切り換えて走行するが、その切換を行う機構が第１の実施形態と異なる。
【００５４】すなわち、このハイブリッド車両は、第１の実施形態における切換機構１０、２０の代わりに摩擦クラッチで構成される切換機構４０、４５を備えており、回転電機１、２と、エンジン３、駆動軸４との接続関係の切換は切換機構４０、４５により実現される。
【００５５】切換機構４０は２つの摩擦クラッチ４１、４２で構成され、摩擦クラッチ４１を締結すると回転電機１とエンジン３とが機械的に接続され、摩擦クラッチ４２を締結すると回転電機２とエンジン３とが機械的に接続される。同様に、切換機構４５も２つの摩擦クラッチ４６、４７で構成され、摩擦クラッチ４６を締結すると回転電機１と駆動軸４とが機械的に接続され、摩擦クラッチ４７を締結すると回転電機２と駆動軸４とが機械的に接続される。
【００５６】これら切換機構４０、４５を操作することにより、すなわち、摩擦クラッチ４１、４２、４６、４７をそれぞれ締結あるいは解放することにより図９に示すような接続状態が実現される。
【００５７】具体的には、このハイブリッド車両においては、パラレル型、シリーズ型、ＥＶ型（回転電機による駆動のみの状態）を含む１６種類の接続状態を切り換えることができ、大きな駆動力が要求される運転領域ではパラレル型、要求駆動力の変動も少なくエンジン３を効率のよいところで運転させて燃費を優先させるときにはシリーズ型、エンジン停止状態から発進するときはＥＶ型に切り換えるといった切換ができる。
【００５８】また、シリーズ型には、回転電機１を発電用、回転電機２を車両駆動用として用いるシリーズ１型（図９の状態II-7）と、回転電機１を車両駆動用、回転電機２を発電用として用いる第２のシリーズ型（図９のII-10）とがある。これにより、図３に示したように回転電機１を低速大トルク型、回転電機２を高速低トルク型としておけば、低速走行時はシリーズ２型として回転電機１を車両駆動用として用いて十分な駆動トルクを確保し、高速走行はシリーズ１型として回転電機２を車両駆動用として用いて高速走行性能を確保する等、全走行領域で良好な運転性能を確保することができる。
【００５９】パラレル型、ＥＶ型においても回転電機１を車両駆動用として用いるパラレル１型（図９のII-11、II-14）と、回転電機２を車両駆動用として用いるパラレル２型（図９のII-9、II-15）２つの方式があり、発進時は低速高トルク型の第１の回転電機１を車両駆動用として用い、高速走行は高速低トルク型の第２の回転電機２を車両駆動用として用いるといった切り換えが可能である。
【００６０】また、回転電機１、２の両方でもって車両を駆動する状態（図９のII-1、II-3等）を作り出すことができ、高負荷領域では回転電機１、２の両方を車両駆動用として用いることによってより幅広い運転領域に対応することができる。
【００６１】さらに、発電のみを行う状態（図９中状態II-8、II-12、II-13）も作り出すことができ、エンジントルクが大きいときは低速高トルク型の第１の回転電機１を発電用、小さいときは高速低トルク型の第２の回転電機を発電用として用いることもできる。
【００６２】続いて本発明の第３の実施形態について説明する。
【００６３】図１０は第２の実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成を示したものである。第１の実施形態と同じ構成要素に対しては同一の引用符号を付して説明を省略する。
【００６４】図中１００は同軸三層構造の多重回転電機であり、インナーロータ１０１、ステータ１０２、アウターロータ１０３とで構成され、インナーロータ１０１とアウターロータ１０３とはそれぞれステータ１０２に対して相対回転可能になっている。インナーローラ１０１、アウターロータ１０３はそれぞれ発電機あるいは電動機として機能し、第１の実施形態における回転電機１、２に相当し、異なる特性、容量を有している。
【００６５】インナーロータ１０１、アウターロータ１０３、エンジン３、駆動軸４の接続関係は摩擦クラッチ５１ないし５４を締結、解放することにより切り換えることができ、摩擦クラッチ５１ないし５４が第１の実施形態における切換機構１０、２０に相当する。摩擦クラッチ５１ないし５４の締結状態とインナーロータ１０１、アウターロータ１０３、エンジン３、駆動軸４の接続関係は図１１に示すようになる。
【００６６】例えば、図１１中の状態III-1ではエンジン３の出力が、エンジン出力軸３ａ、回転軸１００ａを介してアウターロータ１０３に伝達され、インナーロータ１０１の出力がギヤ６３、６４、外側中空シャフト７１、ギヤ６６、６８、ディファ差動歯車機構６８を介して駆動軸４に伝達される。
【００６７】また、状態III-2ではエンジン３の出力が、エンジン出力軸３ａ、ギヤ６１、６７、内側中空シャフト７２、ギヤ６４、６３を介してインナーロータ１０１に伝達され、アウターロータ１０３の出力が、回転軸１００ａ、ギヤ６２、６５、６６、６８、差動歯車機構６８を介して駆動軸４に伝達される。
【００６８】したがって、この実施形態においてもインナーロータ１０１（第１の回転電機）を駆動軸４に接続するとともにアウターロータ１０３（第２の回転電機）をエンジン３に接続する状態と、逆にインナーロータ１０１をエンジン３に接続するとともにアウターロータ１０３を駆動軸４に接続する状態を切り換えることができ、インナーロータ１０１、アウターロータ１０３によって実現される２つの回転電機の特性、容量を異ならせておけば、上記既に説明した実施形態同様の切り換え操作を行うことにより各回転電機を効率的に用いることができ、多重回転電機１００、インバータの小型化を実現することができる。
【００６９】また、この実施形態においては、インナーロータ１０１、アウターロータ１０３の両方でもって車両を駆動あるいは発電する状態も作り出すことができ（図１１のIII-3、III-4）、より高負荷の運転領域にも対応することができるとともに、バッテリを急速に充電する必要が生じた場合にも対応することができる。
【００７０】以上、本発明の実施形態について説明したが、これらは本発明の適用範囲を限定するものではなく、本発明は、異なる特性あるいは異なる容量の回転電機を複数備え、それらとエンジン、駆動軸との機械的な接続関係を切り換える機構を備えた車両に対して広く適用することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年４月２４日（２００１．４．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５５１３
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 政喜 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−３２５３０８（Ｐ２００２−３２５３０８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１１月８日（２００２．１１．８） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１２５６６３（Ｐ２００１−１２５６６３） |
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