CN102548819A - 混合动力车辆 - Google Patents

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CN102548819A
CN102548819A CN2010800436218A CN201080043621A CN102548819A CN 102548819 A CN102548819 A CN 102548819A CN 2010800436218 A CN2010800436218 A CN 2010800436218A CN 201080043621 A CN201080043621 A CN 201080043621A CN 102548819 A CN102548819 A CN 102548819A
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whirler
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voltage
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圷重光
阿部典行
笠冈广太
板东真史
大矢聪义
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

一种混合动力车辆,其通过动力装置驱动,该动力装置具备:第1旋转机,其具有第1转子、第1定子和第2转子,其中在第1定子的电枢列产生的磁极的数量,驱动轴与第1转子以及第2转子的一方连接;输出轴与另一方连接的原动机;第2旋转机;蓄电器;和使蓄电器的输出电压升压的变压器。混合动力车辆具备:要求电压导出部,其根据运转状态,导出第1旋转机以及第2旋转机各自所需要的各要求电压;升压执行判断部,其在至少一方的要求电压大于第1阈值时,判断为由变压器进行升压;和控制部,根据升压执行判断部的判断结果,控制变压器。因此,能够实现小型化以及成本削减,并且能够提高驱动效率。

Description

混合动力车辆
技术领域
本发明涉及由用于驱动被驱动部的动力装置驱动的混合动力车辆。
背景技术
作为现有的这种动力装置,已知有例如专利文献1所公开的动力装置。该动力装置用于驱动车辆的左右驱动轮,具备作为动力源的内燃机、和与内燃机以及驱动轮连结的变速装置。该变速装置具有由一般的单排齿轮型(single pinion type)构成的第1以及第2行星齿轮装置、和分别具备一个转子以及定子的第1以及第2旋转机。
如图109所示,第1行星齿轮装置的第1环形齿轮、第1行星轮架以及第1恒星齿轮分别与内燃机、第2行星齿轮装置的第2行星轮架、以及第1旋转机机械连结。第2行星齿轮装置的第2恒星齿轮、第2行星轮架以及第2环形齿轮分别与第2旋转机、驱动轮、以及第1旋转机机械连结。此外,第1以及第2旋转机通过控制器相互电连接。另外,在图109中,关于要素间的连结,分别用实线表示机械的连结,用单点划线表示电连接。此外,用带箭头的粗实线表示动力以及电力的流动。
在以上构成的现有动力装置中,在车辆行驶中,内燃机的动力例如如下所示地传递给驱动轮。即,如图109所示,内燃机的动力传递给第1环形齿轮后,与如后所述地传递到第1恒星齿轮的动力合成,该合成动力通过第1行星轮架传递给第2行星轮架。此外,在该情况下,用第2旋转机进行发电的同时,所发电的电力通过控制器供应给第1旋转机。伴随该发电,传递给第2行星轮架的合成动力的一部分分配给第2恒星齿轮以及第2环形齿轮,剩下的合成动力传递给驱动轮。分配给第2恒星齿轮的动力传递给第2旋转机,分配给第2环形齿轮的动力通过第1旋转机传递给第1恒星齿轮。进而,在第1恒星齿轮,传递伴随上述的电力供应而产生的第1旋转机的动力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利第6478705号说明书
发明内容
发明要解决的课题
在该现有动力装置中,因为在其构成上,除了第1以及第2旋转机之外,用于分配、合成动力的至少2个行星齿轮装置是必不可少的,所以相应地导致动力装置的大型化。此外,如上所述,在现有的动力装置中,动力在由第1行星轮架→第2行星轮架→第2环形齿轮→第1旋转机→第1恒星齿轮→第1行星轮架构成的路径、和由第1行星轮架→第2行星轮架→第2恒星齿轮→第2旋转机→第1旋转机→第1恒星齿轮→第1行星轮架构成的路径中再循环。通过该动力再循环,来自第1环形齿轮以及第1恒星齿轮的非常大的合成动力通过第1行星轮架直接通过第2行星轮架,所以为了能够承受该大的合成动力,不得不使第1以及第2行星齿轮装置大型化,导致动力装置的进一步大型化以及成本的增大。而且,伴随那样的动力装置的大型化以及通过动力装置的动力的增大,在动力装置中产生的损失也增大,动力装置的驱动效率变低。
本发明的目的是提供一种由能够实现小型化以及成本削减、同时能够提高驱动效率的动力装置驱动的混合动力车辆。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题,实现所提到的目的,技术方案1所记载的发明的混合动力车辆,其特征在于,通过动力装置驱动,该动力装置具备:第1旋转机(例如,实施方式中的第1旋转机21),其具有:第1转子(例如,实施方式中的A1转子24),其中相邻2个磁极具有相互不同极性的磁极列沿圆周方向设置;第1定子(例如,实施方式中的定子23),其与所述第1转子在径向上对置地配置,具有根据在沿所述圆周方向排列的多个电枢产生的磁极的变化,产生沿所述圆周方向移动的旋转磁场的电枢列;和第2转子(例如,实施方式中的A2转子25),其配置在所述第1转子与所述第1定子之间,具有相互隔着间隔地沿所述圆周方向排列的多个软磁性体,该第1旋转机将在所述第1定子的所述电枢列产生的磁极的数量、所述第1转子的所述磁极列的磁极的数量和所述第2转子的所述软磁性体的数量之比,设定为1∶m∶(1+m)/2,其中,m≠1,在驱动轴连接所述第1转子以及所述第2转子的一方;原动机(例如,实施方式中的发动机3),其输出轴与所述第1转子以及所述第2转子的另一方连接;第2旋转机(例如,实施方式中的第2旋转机31、第1行星齿轮装置PS1以及旋转机101),其被构成为与所述驱动轴之间能输入输出动力,并且与所述第1旋转机之间能授受电力;蓄电器(例如,实施方式中的电池43),其与所述第1旋转机以及所述第2旋转机之间能授受电力;和变压器(例如,实施方式中的VCU44),其在所述蓄电器与所述第1旋转机以及所述第2旋转机的至少一方之间授受电力时使电压升压,所述混合动力车辆具备:要求电压导出部(例如,实施方式中的第1要求电压导出部63、第2要求电压导出部64),其根据该混合动力车辆的运转状态,导出所述第1旋转机以及所述第2旋转机各自所需要的各要求电压;升压执行判断部(例如,实施方式中的升压执行判断部65),其在所述第1旋转机的要求电压以及所述第2旋转机的要求电压的至少一方大于根据所述蓄电器的输出电压而设定的第1阈值时,判断为由所述变压器进行升压;和控制部(例如,实施方式中的ECU2),其根据所述升压执行判断部的判断结果,控制所述变压器。
而且,技术方案2所记载的发明的混合动力车辆中,其特征在于,所述升压执行判断部,在所述变压器进行升压动作中,所述第1旋转机的要求电压以及所述第2旋转机的要求电压的双方都小于比所述第1阈值小的第2阈值时,判断为停止由所述变压器进行升压。
而且,技术方案3所记载的发明的混合动力车辆中,其特征在于,所述控制部控制所述变压器,使其进行与所述第1旋转机的要求电压以及所述第2旋转机的要求电压中的较高的要求电压相应的升压。
而且,技术方案4所记载的发明的混合动力车辆中,其特征在于,通过动力装置驱动,该动力装置具备:第1旋转机(例如,实施方式中的第1旋转机21),其具有:第1转子(例如,实施方式中的A1转子24),其中相邻2个磁极具有相互不同极性的磁极列沿圆周方向设置;第1定子(例如,实施方式中的定子23),其与所述第1转子在径向上对置地配置,具有根据在沿所述圆周方向排列的多个电枢产生的磁极的变化,产生沿所述圆周方向移动的旋转磁场的电枢列;和第2转子(例如,实施方式中的A2转子25),其配置在所述第1转子与所述第1定子之间,具有相互隔着间隔地沿所述圆周方向排列的多个软磁性体,该第1旋转机将在所述第1定子的所述电枢列产生的磁极的数量、所述第1转子的所述磁极列的磁极的数量和所述第2转子的所述软磁性体的数量之比,设定为1∶m∶(1+m)/2,其中,m≠1,在驱动轴连接所述第1转子以及所述第2转子的一方;原动机(例如,实施方式中的发动机3),其输出轴与所述第1转子以及所述第2转子的另一方连接;第2旋转机(例如,实施方式中的第2旋转机31、第1行星齿轮装置PS1以及旋转机101),其被构成为与所述驱动轴之间能输入输出动力,并且与所述第1旋转机之间能授受电力;蓄电器(例如,实施方式中的电池43),其与所述第1旋转机以及所述第2旋转机之间能授受电力;变压器(例如,实施方式中的VCU44),其在所述蓄电器与所述第1旋转机以及所述第2旋转机的至少一方之间授受电力时使电压升压;和电力变换器(例如,实施方式中的第1PDU41、第2PDU42),其变换所述蓄电器与所述第1旋转机以及所述第2旋转机之间所授受的电力,所述混合动力车辆具备:要求电压导出部(例如,实施方式中的第1要求电压导出部63、第2要求电压导出部64),其根据该混合动力车辆的运转状态,导出所述第1旋转机以及所述第2旋转机各自所需要的各要求电压;和控制部(例如,实施方式中的***要求电压决定部66、第1旋转机损失值导出部165、第2旋转机损失值导出部166、第1PDU损失值导出部167、第2PDU损失值导出部168、VCU损失值导出部169、合计损失最小值探索部67),其控制所述变压器,使其以满足所述要求电压导出部导出的各要求电压、并且分别在所述第1旋转机、所述第2旋转机、所述电力变换器以及所述变压器产生的损失的合计成为最小的升压比进行升压。
而且,技术方案5所记载的发明的混合动力车辆中,其特征在于,通过动力装置驱动,该动力装置具备:第1旋转机(例如,实施方式中的第1旋转机21),其具有:第1转子(例如,实施方式中的A1转子24),其中相邻2个磁极具有相互不同极性的磁极列沿圆周方向设置;第1定子(例如,实施方式中的定子23),其与所述第1转子在径向上对置地配置,具有根据在沿所述圆周方向排列的多个电枢产生的磁极的变化,产生沿所述圆周方向移动的旋转磁场的电枢列;和第2转子(例如,实施方式中的A2转子25),其配置在所述第1转子与所述第1定子之间,具有相互隔着间隔地沿所述圆周方向排列的多个软磁性体,该第1旋转机将在所述第1定子的所述电枢列产生的磁极的数量、所述第1转子的所述磁极列的磁极的数量和所述第2转子的所述软磁性体的数量之比,设定为1∶m∶(1+m)/2,其中,m≠1,在驱动轴连接所述第1转子以及所述第2转子的一方;原动机(例如,实施方式中的发动机3),其输出轴与所述第1转子以及所述第2转子的另一方连接;第2旋转机(例如,实施方式中的第2旋转机31、第1行星齿轮装置PS1以及旋转机101),其被构成为与所述驱动轴之间能输入输出动力,并且与所述第1旋转机之间能授受电力;蓄电器(例如,实施方式中的电池43),其与所述第1旋转机以及所述第2旋转机之间能授受电力;和变压器(例如,实施方式中的VCU44),其在所述蓄电器与所述第1旋转机以及所述第2旋转机的至少一方之间授受电力时使电压升压,所述混合动力车辆具备控制部(例如,实施方式中的ECU2),该控制部控制所述变压器,使得在该混合动力车辆仅通过来自所述第1旋转机以及所述第2旋转机的至少一方的驱动力而行驶中,起动所述原动机之前,开始所述蓄电器的输出电压的升压。
而且,技术方案6所记载的发明的混合动力车辆,其特征在于,还具备检测该混合动力车辆的行驶速度的车速检测部(例如,实施方式中的车速传感器58),所述控制部控制所述变压器,使其在由所述车速检测部检测出的车速达到给定值的时点,开始所述蓄电器的输出电压的升压,所述给定值是低于起动所述原动机的车速的值。
而且,技术方案7所记载的发明的混合动力车辆,其特征在于,还具备:导出对该混合动力车辆的要求驱动力的要求驱动力导出部(例如,实施方式中的ECU2),所述控制部控制所述变压器,使其在由所述要求驱动力导出部导出的要求驱动力达到给定值的时点,开始所述蓄电器的输出电压的升压,所述给定值是低于起动所述原动机的要求驱动力的值。
而且,技术方案8所记载的发明的混合动力车辆,其特征在于,还具备:计算所述蓄电器的剩余容量的剩余容量算出部(例如,实施方式中的ECU2),所述控制部控制所述变压器,使其在由所述剩余容量算出部计算出的所述蓄电器的剩余容量下降到给定值的时点,开始所述蓄电器的输出电压的升压,所述给定值是高于起动所述原动机的剩余容量的值。
而且,技术方案9所记载的发明的混合动力车辆中,其特征在于,所述第2旋转机具有:电动机(例如,实施方式中的旋转机101),其具有旋转部件(例如,实施方式中的转子103)以及电枢(例如,实施方式中的定子102);旋转机构(例如,实施方式中的第1行星齿轮装置PS1),其具有保持共线关系进行动作的第1旋转要素(例如,实施方式中的第1恒星齿轮S1)、第2旋转要素(例如,实施方式中的第1行星轮架C1)、以及与所述旋转部件连接的第3旋转要素(例如,实施方式中的第1环形齿轮R1),具有将输入到所述第2旋转要素的能量分配给所述第1旋转要素以及所述第3旋转要素的功能、和将输入到所述第1旋转要素以及所述第3旋转要素的各能量合成并输出到所述第2旋转要素的功能,所述第1转子以及所述第2旋转要素、和所述第2转子以及所述第1旋转要素中的一方与所述原动机的所述输出轴连接,另一方与所述驱动轴连接。
而且,技术方案10所记载的发明的混合动力车辆中,其特征在于,所述第2旋转机具有:第3转子(例如,实施方式中的B1转子34),其中相邻2个磁极具有相互不同极性的磁极列沿圆周方向设置;第2定子(例如,实施方式中的定子33),其与所述第3转子在径向上对置地配置,具有根据在沿所述圆周方向排列的多个电枢产生的磁极的变化,产生沿所述圆周方向移动的旋转磁场的电枢列;和第4转子(例如,实施方式中的B2转子35),其配置在所述第3转子与所述第2定子之间,具有相互隔着间隔地沿所述圆周方向排列的多个软磁性体,在所述第2定子的所述电枢列产生的磁极的数量、所述第3转子的所述磁极列的磁极的数量和所述第4转子的所述软磁性体的数量之比,被设定为1∶m∶(1+m)/2,其中,m≠1,在所述驱动轴连接所述第1转子,在所述原动机的所述输出轴连接所述第2转子的情况下,所述第4转子与所述驱动轴连接,所述第3转子与所述原动机的所述输出轴连接,在所述驱动轴连接所述第2转子,在所述原动机的所述输出轴连接所述第1转子的情况下,所述第3转子与所述驱动轴连接,所述第4转子与所述原动机的所述输出轴连接。
发明效果
根据技术方案1~3所记载的发明的混合动力车辆,能够确保第1旋转机以及第2旋转机的输出。
根据技术方案4所记载的发明的混合动力车辆,能够进行与包括第1旋转机、第2旋转机、电力变换器以及变压器的***整体的损失相对应的变压器的控制。
根据技术方案5~8所记载的发明的混合动力车辆,能够降低蓄电器的消耗电力。
根据技术方案9~10所记载的发明的混合动力车辆,能够实现小型化以及成本削减,并且能够提高驱动效率。
附图说明
图1是示意性表示第1实施方式的动力装置的图。
图2是表示控制图1所示的发动机等的控制装置的框图。
图3是图1所示的第1旋转机的放大剖视图。
图4是示意性表示在圆周方向展开图1所示的第1旋转机的定子、A1以及A2转子的图。
图5是表示第1旋转机的等效电路的图。
图6是表示图1所示的第1旋转机中的第1磁场电角速度、A1以及A2的转子电角速度之间的关系的一例的速度共线图。
图7(a)~(c)是用于说明在将图1所示的第1旋转机的A1转子保持为不能旋转的状态下对定子供应电力时的动作的图。
图8(a)~(d)是用于说明图7(a)~(c)的后续动作的图。
图9(a)、(b)是用于说明图8(a)~(d)的后续动作的图。
图10是用于说明从图7(a)~(c)所示的状态,第1定子磁极旋转了电角度2π时的第1定子磁极、磁芯的位置关系的图。
图11(a)~(c)是用于说明在将图1所示的第1旋转机的A2转子保持为不能旋转的状态下对定子供应电力时的动作的图。
图12(a)~(d)是用于说明图11(a)~(c)的后续动作的图。
图13(a)、(b)是用于说明图12(a)~(d)的后续动作的图。
图14是表示将第1旋转机的A1转子保持为不能旋转时的U相~W相的反电动势的推移的一例的图。
图15是表示将第1旋转机的A1转子保持为不能旋转时的第1驱动用等效转矩、A1以及A2的转子传递转矩的推移的一例的图。
图16是表示将第1旋转机的A2转子保持为不能旋转时的U相~W相的反电动势的推移的一例的图。
图17是表示将第1旋转机的A2转子保持为不能旋转时的第1驱动用等效转矩、A1以及A2的转子传递转矩的推移的一例的图。
图18是图1所示的第2旋转机的放大剖视图。
图19是用于说明具备2个旋转机的动力装置的动作的一例的图。
图20是用于说明图19所示的动力装置的变速动作的图。
图21是针对在由第1以及第2旋转机驱动被驱动部时起动热力机的情况表示图19所示的动力装置中的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例的图。
图22是针对使被驱动部的速度迅速上升的情况表示图19所示的动力装置中的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例的图。
图23是表示图1的动力装置1中的驱动力控制的方框图。
图24是具有1共线4要素的构造的动力装置1中的速度共线图。
图25是针对EV蠕变(creep)中表示图1的动力装置中的转矩的传递状况的图。
图26的(a)是图1所示的动力装置的EV蠕变中的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图,(b)是将2个速度共线图合成得到的速度共线图。
图27是针对EV进发中表示图1的动力装置中的转矩的传递状况的图。
图28的(a)是图1所示的动力装置的EV进发时的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图的一例,(b)是将2个速度共线图合成得到的速度共线图。
图29是针对EV行驶中ENG起动时表示图1所示的动力装置中的转矩的传递状况的图。
图30是图1所示的动力装置的EV行驶中ENG起动时的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图。
图31是将图30所示的2个速度共线图合成得到的速度共线图。
图32是针对电池输入输出零模式的ENG行驶中表示图1所示的动力装置中的转矩的传递状况的图。
图33的(a)是图1所示的动力装置的电池输入输出零模式的ENG行驶中的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图,(b)是将2个速度共线图合成得到的速度共线图。
图34是针对辅助模式的ENG行驶中表示图1所示的动力装置中的转矩的传递状况的图。
图35是针对驱动时充电模式的ENG行驶中表示图1所示的动力装置中的转矩的传递状况的图。
图36的(a)是图1所示的动力装置的ENG行驶中开始急加速运转时的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图的一例,(b)是将2个速度共线图合成得到的速度共线图。
图37是针对减速再生中表示图1所示的动力装置中的转矩的传递状况的图。
图38的(a)是图1所示的动力装置的减速再生中的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图的一例,(b)是将2个速度共线图合成得到的速度共线图。
图39是针对停车中ENG起动时表示图1所示的动力装置中的转矩的传递状况的图。
图40的(a)是图1所示的动力装置的停车中ENG起动时的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图的一例,(b)是将2个速度共线图合成得到的速度共线图。
图41是针对ENG蠕变中表示图1所示的动力装置中的转矩的传递状况的图。
图42的(a)是图1所示的动力装置的ENG蠕变中的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图的一例,(b)是将2个速度共线图合成得到的速度共线图。
图43是针对ENG进发时表示图1所示的动力装置中的转矩的传递状况的图。
图44的(a)是图1所示的动力装置的ENG进发时的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图的一例,(b)是将2个速度共线图合成得到的速度共线图。
图45是针对EV后退进发时表示图1所示的动力装置中的转矩的传递状况的图。
图46的(a)是图1所示的动力装置的EV后退进发时的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图的一例,(b)是将2个速度共线图合成得到的速度共线图。
图47是针对ENG后退进发时表示图1所示的动力装置中的转矩的传递状况的图。
图48的(a)是图1所示的动力装置的ENG后退进发时的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图的一例,(b)是将2个速度共线图合成得到的速度共线图。
图49是表示用于实现ECU2执行的用于确保输出的VCU控制功能的构成的框图。
图50是表示第1要求电压导出部63以及第2要求电压导出部64的内部构成的框图。
图51是表示用于实现ECU2执行的考虑了损失的VCU控制功能的构成的框图。
图52是表示用于实现ECU2执行的与电池电压相应的VCU控制功能的构成的框图。
图53是表示电池43的输出电压范围和与升压比相应的升压电压的关系的曲线图。
图54是表示电池43的输出电压范围和电池电压和升压比的关系的曲线图。
图55的(a)是表示与车速相应的发动机3的起动以及升压开始的各时刻的一例的曲线图,(b)是表示VCU44的输出电压的时间变化的曲线图,(c)是表示第1旋转机21的输出转矩的时间变化的曲线图。
图56的(a)是表示与要求驱动力相应的发动机3的起动以及升压开始的各时刻的一例的曲线图,(b)是表示VCU44的输出电压的时间变化的曲线图,(c)是表示第1旋转机21的输出转矩的时间变化的曲线图。
图57的(a)是表示与电池SOC相应的发动机3的起动以及升压开始的各时刻的一例的曲线图,(b)是表示VCU44的输出电压的时间变化的曲线图,(c)是表示第1旋转机21的输出转矩的时间变化的曲线图。
图58是示意性表示第2实施方式的动力装置的图。
图59是示意性表示第3实施方式的动力装置的图。
图60是示意性表示第4实施方式的动力装置的图。
图61是示意性表示第5实施方式的动力装置的图。
图62是示意性表示第6实施方式的动力装置的图。
图63是示意性表示第7实施方式的动力装置的图。
图64是用于说明具备旋转机和差动装置的第1动力装置的动作的一例的图。
图65是用于说明图64所示的第1动力装置的变速动作的图。
图66是针对在由第1以及第2旋转机驱动被驱动部的过程中起动热力机的情况表示图64所示的第1动力装置中的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例的图。
图67是针对使被驱动部的速度迅速上升的情况表示图64所示的第1动力装置中的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例的图。
图68是用于说明具备旋转机和差动装置的第2动力装置的动作的其他例的图。
图69是用于说明图68所示的第2动力装置的变速动作的图。
图70是针对在由第1以及第2旋转机驱动被驱动部的过程中起动热力机的情况表示图68所示的第2动力装置中的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例的图。
图71是针对使被驱动部的速度迅速上升的情况表示图68所示的第2动力装置中的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例的图。
图72是表示控制图63所示的发动机等的控制装置的框图。
图73是表示图63的动力装置1F中的驱动力控制的方框图。
图74是具有1共线4要素的构造的动力装置1F中的速度共线图。
图75是针对EV行驶中ENG起动开始时表示图63所示的动力装置中的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例的图。
图76是用于说明基于图63所示的动力装置中的第1旋转机、旋转机的变速动作的图。
图77是针对ENG行驶中的急加速运转的开始时表示图63所示的动力装置中的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例的图。
图78是示意性表示第8实施方式的动力装置的图。
图79是示意性表示第9实施方式的动力装置的图。
图80是示意性表示第10实施方式的动力装置的图。
图81是示意性表示第11实施方式的动力装置的图。
图82是示意性表示第12实施方式的动力装置的图。
图83是示意性表示第13实施方式的动力装置的图。
图84的(a)是将表示第1恒星齿轮旋转速度、第1行星轮架旋转速度以及第1环形齿轮旋转速度的关系的一例的速度共线图,与表示第2恒星齿轮旋转速度、第2行星轮架旋转速度以及第2环形齿轮旋转速度的关系的一例的速度共线图一起表示的图,(b)是表示由图83所示的动力装置中的第1以及第2行星齿轮装置的连结构成的4个旋转要素的旋转速度的关系的一例的速度共线图。
图85的(a)将表示由图83所示的动力装置中的第1以及第2行星齿轮装置的连结构成的4个旋转要素的旋转速度的关系的一例的速度共线图,与表示第1磁场旋转速度、A1以及A2的转子旋转速度的关系的一例的速度共线图一起表示的图,(b)是表示由图83所示的动力装置中的第2旋转机、第1以及第2行星齿轮装置的连结构成的5个旋转要素的旋转速度的关系的一例的速度共线图。
图86的(a)是针对第1变速模式中,(b)是针对第2变速模式中,分别表示图83所示的动力装置中的各种旋转要素的旋转速度的关系的一例的速度共线图。
图87的(a)是针对第1变速模式中,(b)是针对第2变速模式中,分别表示在图83所示的动力装置中ENG行驶中的急加速运转开始时的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例的图。
图88的(a)是针对第1变速模式中,(b)是针对第2变速模式中,分别表示动力装置中的各种旋转要素的旋转速度的关系的一例的速度共线图。
图89是在使被驱动部的速度迅速上升时、并且(a)是针对第1变速模式中、(b)是针对第2变速模式中,分别表示动力装置中的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例的图。
图90是用于说明动力装置中的第1以及第2变速模式的切换的图。
图91是示意性表示第14实施方式中的动力装置的图。
图92是示意性表示第15实施方式中的动力装置的图。
图93是针对EV行驶中ENG起动开始时表示图92所示的动力装置中的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例的图。
图94是用于说明基于图92所示的动力装置中的旋转机、第2旋转机的变速动作的图。
图95是针对ENG行驶中的急加速运转开始时表示图92所示的动力装置中的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例的图。
图96是示意性表示第16实施方式中的动力装置的图。
图97是示意性表示第17实施方式中的动力装置的图。
图98是示意性表示第18实施方式中的动力装置的图。
图99是示意性表示第19实施方式中的动力装置的图。
图100是示意性表示第20实施方式中的动力装置的图。
图101的(a)是将表示第1恒星齿轮旋转速度、第1行星轮架旋转速度以及第1环形齿轮旋转速度的关系的一例的速度共线图,与表示第2恒星齿轮旋转速度、第2行星轮架旋转速度以及第2环形齿轮旋转速度的关系的一例的速度共线图一起表示的图,(b)是表示由图100所示的动力装置中的第1以及第2行星齿轮装置的连结构成的4个旋转要素的旋转速度的关系的一例的速度共线图。
图102的(a)是将表示由图100所示的动力装置中的第1以及第2行星齿轮装置的连结构成的4个旋转要素的旋转速度的关系的一例的速度共线图,与表示第2磁场旋转速度、B1以及B2的转子旋转速度的关系的一例的速度共线图一起表示的图,(b)是表示由图100所示的动力装置中的第2旋转机、第1以及第2行星齿轮装置的连结构成的5个旋转要素的旋转速度的关系的一例的速度共线图。
图103的(a)是针对第1变速模式中,(b)是针对第2变速模式中,分别表示图100所示的动力装置中的各种旋转要素的旋转速度的关系的一例的速度共线图。
图104的(a)、(b)是在图100所示的动力装置中,(a)针对第1变速模式中、(b)针对第2变速模式中,分别表示EV行驶中ENG起动开始时各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例的图。
图105的(a)是针对第1变速模式中,(b)是针对第2变速模式中,分别表示动力装置中的各种旋转要素的旋转速度的关系的一例的速度共线图。
图106是在由第1以及第2旋转机驱动被驱动部的过程中起动热力机的情况下,并且(a)针对第1变速模式中、(b)针对第2变速模式中,分别表示动力装置中的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例的图。
图107是示意性表示第21实施方式的动力装置的图。
图108是示意性表示第22实施方式的动力装置的图。
图109是用于说明现有动力装置的动作的一例的图。
具体实施方式
以下,参照附图来说明本发明所涉及的具有1共线4要素的构造的动力装置的实施方式。另外,对于附图中表示剖面的部分,适当省略影线。
(第1实施方式)
图1以及图2示意性地示出第1实施方式的动力装置1。该动力装置1用于驱动车辆(未图示)的左右驱动轮DW、DW(被驱动部),如图1所示,具备:作为动力源的内燃机3(热力机);第1旋转机21以及第2旋转机31;通过驱动轴10、10连结驱动轮DW、DW的差动齿轮机构9;第1功率驱动单元(以下称为“第1PDU”)41以及第2功率驱动单元(以下称为“第2PDU”)42;和双向升降压变换器(以下称为“VCU”)44。此外,如图2所示,动力装置1具备用于控制内燃机3以及第1以及第2旋转机21、31的动作的ECU2。如后所述,第1以及第2旋转机21、31还作为无级变速装置发挥功能。
内燃机(以下称为“发动机”)3例如是汽油发动机,在该发动机3的曲柄轴3a上,通过飞轮5直接连结由轴承4a自由旋转地支撑的第1旋转轴4。此外,对于第1旋转轴4,同心状地配置连结轴6以及第2旋转轴7,平行地配置惰轮轴8。这些连结轴6、第2旋转轴7以及惰轮轴8分别被轴承6a、7a以及8a、8a自由旋转地支撑。
连结轴6形成为中空,在其内侧自由旋转地嵌合上述第1旋转轴4。在惰轮轴8上,一体地设置第1齿轮8b以及第2齿轮8c,前者8b与和第2旋转轴7一体的齿轮7b啮合,后者8c与差动齿轮机构9的齿轮9a啮合。通过以上的构成,第2旋转轴7通过惰轮轴8、差动齿轮机构9与驱动轮DW、DW连结。以下,将第1旋转轴4、连结轴6以及第2旋转轴7的圆周方向、轴线方向以及径向分别简单地称为“圆周方向”、“轴线方向”以及“径向”。
<第1旋转机21>
如图1以及图3所示,第1旋转机21具有定子23、与定子23对置设置的A1转子24、和设置在两者23、24之间的A2转子25。这些定子23、A2转子25以及A1转子24沿径向从外侧开始以该顺序排列,被配置为同心状。在图3中,为了图示方便,利用轮廓图描画第1旋转轴4等的一部分要素。
上述定子23使第1旋转磁场产生,如图3以及图4所示,具有铁芯23a、和设置在该铁芯23a上的U相、V相以及W相的绕组23c、23d、23e。另外,为了方便,在图3中仅示出U相绕组23c。铁芯23a是层叠了多个钢板的圆筒状的部件,沿轴线方向延伸,固定在不能移动的壳体CA上。此外,在铁芯23a的内周面上形成12个槽23b,这些槽23b沿轴线方向延伸,并且在圆周方向上等间隔排列。上述U相~W相的绕组23c~23e以分布绕法(波状绕法)缠绕在槽23b上,并且通过前述的第1PDU41以及VCU44与电池43连接。第1PDU41由由逆变器等构成的电路构成,与第2PDU42以及ECU2连接(参照图1)。
在以上构成的定子23中,从电池43供应电力,在U相~W相的绕组23c~23e中流过电流时,或者如后所述进行了发电时,在铁芯23a的A1转子24侧的端部,在圆周方向上等间隔产生4个磁极(参照图7(a)~(c)),并且基于这些磁极的第1旋转磁场沿圆周方向移动。以下,将铁芯23a上产生的磁极称为“第1定子磁极”。此外,在圆周方向上相邻的各2个第1定子磁极的极性相互不同。另外,在图7(a)~(c)以及后述的其它附图中,在铁芯23a、U相~W相的绕组23c~23e上用(N)以及(S)表示第1定子磁极。
如图4所示,A1转子24具有由8个永磁铁24a构成的第1磁极列。这些永磁铁24a在圆周方向上等间隔排列,该第1磁极列与定子23的铁芯23a对置。各永磁铁24a沿轴线方向延伸,其轴线方向上的长度被设定为与定子23的铁芯23a的长度相同。
此外,永磁铁24a安装在环状的固定部24b的外周面上。该固定部24b由软磁性体例如铁构成,或者由层叠了多个钢板的部件构成,其内周面安装在环形板状的凸缘的外周面上。该凸缘与前述连结轴6一体地设置。通过以上结构,包含永磁铁24a的A1转子24成为与连结轴6一体地自由旋转。而且,因为如上述那样在由软磁性体构成的固定部24b的外周面上安装永磁铁24a,所以在各永磁铁24a中在定子23侧的端部表现(N)或者(S)的一个磁极。另外,在图4以及后述的其它附图中,用(N)以及(S)表示永磁铁24a的磁极。此外,在圆周方向上相邻的各2个永磁铁24a的极性相互不同。
A2转子25具有由6个磁芯25a构成的第1软磁性体列。这些磁芯25a在圆周方向上等间隔排列,该第1软磁性体列被配置为在定子23的铁芯23a与A1转子24的第1磁极列之间分别隔开给定间隔。各磁芯25a是软磁性体、例如是层叠了多个钢板的部件,沿轴线方向延伸。此外,与永磁铁24a同样,磁芯25a的轴线方向的长度被设定为与定子23的铁芯23a的长度相同。而且,磁芯25a通过沿轴线方向若干延伸的筒状的连结部25c安装在圆盘状的凸缘25b的外端部。该凸缘25b与前述第1旋转轴4一体地设置。据此,包含磁芯25a的A2转子25成为与第1旋转轴4一体地自由旋转。另外,为了方便,在图4以及图7(a)~(c)中省略了连结部25c以及凸缘25b。
以下,对于第1旋转机21的原理进行说明。另外,在该说明中,将定子23表示为“第1定子”、将A1转子24表示为“第1转子”、将A2转子25表示为“第2转子”。此外,将与供应给第1定子的电力以及第1旋转磁场的电角速度ωmf等效的转矩设为“第1驱动用等效转矩Te1”。首先,对于该第1驱动用等效转矩Te1与传递给第1以及第2转子的转矩(以下分别称为“第1转子传递转矩T1”“第2转子传递转矩T2”)的关系、和第1旋转磁场、第1以及第2转子的电角速度之间的关系进行说明。
在依据下述条件(A)以及(B)构成第1旋转机21的情况下,与第1旋转机21相当的等效电路如图5所示。
(A)第1定子具有U相、V相以及W相的3相绕组
(B)第1定子磁极为2个、第1磁极为4个,即,以第1定子磁极的N极以及S极为1组的极对数量的值为1、以第1磁极的N极以及S极为1组的极对数量的值为2,第1软磁性体由由第1磁芯、第2磁芯以及第3磁芯构成的3个软磁性体构成
另外,如此,在本说明书中使用的“极对”指的是1组N极以及S极。
在该情况下,通过第1软磁性体中的第1磁芯的第1磁极的磁通Ψk1用下式(1)表示。
【数1】
Ψk1=ψf·cos[2(θ2-θ1)]·····(1)
这里,Ψf是第1磁极的磁通的最大值,θ1以及θ2是第1磁极相对于U相绕组的旋转角度位置以及第1磁芯相对于U相绕组的旋转角度位置。此外,在该情况下,第1磁极的极对数量对第1定子磁极的极对数量的比的值为2.0,所以第1磁极的磁通相对于第1旋转磁场以2倍的周期旋转(变化),所以在上述式(1)中,为了表现该情况,对(θ2-θ1)乘以了值2.0。
因此,经由第1磁芯通过U相绕组的第1磁极的磁通Ψu1,用通过在式(1)中乘以cosθ2而得到的下式(2)表示。
【数2】
Ψu1=ψf·cos[2(θ2-θ1)]cosθ2·····(2)
同样地,通过第1软磁性体中的第2磁芯的第1磁极的磁通Ψk2用下式(3)表示。
【数3】
&Psi;k 2 = &psi;f &CenterDot; cos [ 2 ( &theta; 2 + 2 &pi; 3 - &theta; 1 ) ] &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 3 )
第2磁芯相对于第1定子的旋转角度位置,相对于第1磁芯前进了2π/3,所以在上述式(3)中,为了表现该情况,对θ2加上了2π/3。
因此,经由第2磁芯通过U相绕组的第1磁极的磁通Ψu2,用通过在式(3)中乘以cos(θ2+2π/3)而得到的下式(4)表示。
【数4】
&Psi;u 2 = &psi;f &CenterDot; cos [ 2 ( &theta; 2 + 2 &pi; 3 - &theta; 1 ) cos ( &theta; 2 + 2 &pi; 3 ) &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 4 )
同样地,经由第1软磁性体中的第3磁芯通过U相绕组的第1磁极的磁通Ψu3用下式(5)表示。
【数5】
&Psi;u 3 = &psi;f &CenterDot; cos [ 2 ( &theta; 2 + 4 &pi; 3 - &theta; 1 ) ] cos ( &theta; 2 + 4 &pi; 3 ) &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 5 )
在如图5所示那样的第1旋转机中,经由第1软磁性体通过U相绕组的第1磁极的磁通Ψu,成为将由上述式(2)、(4)以及(5)表示的磁通Ψu1~Ψu3相加所得之和,所以用下式(6)表示。
【数6】
&Psi;u = &psi;f &CenterDot; cos [ 2 ( &theta; 2 - &theta; 1 ) ] cos &theta; 2 + &psi;f &CenterDot; cos [ 2 ( &theta; 2 + 2 &pi; 3 - &theta; 1 ) ] cos ( &theta; 2 + 2 &pi; 3 )
+ &psi;f &CenterDot; cos [ 2 ( &theta; 2 + 4 &pi; 3 - &theta; 1 ) ] cos ( &theta; 2 + 4 &pi; 3 ) &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 6 )
此外,若将该式(6)一般化,则经由第1软磁性体通过U相绕组的第1磁极的磁通Ψu用下式(7)表示。
【数7】
&psi;u = &Sigma; i = 1 b &psi;f &CenterDot; cos { a [ &theta; 2 + ( i - 1 ) 2 &pi; b - &theta; 1 ] } cos { c [ &theta; 2 + ( i - 1 ) 2 &pi; b ] } &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 7 )
这里,a、b以及c分别是第1磁极的极对数量、第1软磁性体的数量以及第1定子磁极的极对数量。此外,若基于三角函数的和与积的公式,将该式(7)进行变形,则得到下式(8)。
【数8】
&Psi;u = &Sigma; i = 1 b 1 2 &CenterDot; &psi;f { cos [ ( a + c ) &theta; 2 - a &CenterDot; &theta; 1 + ( a + c ) ( i - 1 ) 2 &pi; b ]
+ cos [ ( a - c ) &theta; 2 - a &CenterDot; &theta; 1 + ( a - c ) ( i - 1 ) 2 &pi; b ] } &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 8 )
在该式(8)中,b=a+c,并且若基于cos(θ+2π)=cosθ进行整理,则得到下式(9)。
【数9】
&Psi;u = b 2 &CenterDot; &psi;f &CenterDot; cos [ ( a + c ) &theta; 2 - a &CenterDot; &theta; 1 ]
+ &Sigma; i = 1 b 1 2 &CenterDot; &psi;f { cos [ ( a - c ) &theta; 2 - a &CenterDot; &theta; 1 + ( a - c ) ( i - 1 ) 2 &pi; b ] } &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 9 )
若基于三角函数的加法定理整理该式(9),则得到下式(10)。
【数10】
&Psi;u = b 2 &CenterDot; &psi;f &CenterDot; cos [ ( a + c ) &theta; 2 - a &CenterDot; &theta; 1 ]
+ 1 2 &CenterDot; &psi;f &CenterDot; cos [ ( a - c ) &theta; 2 - a &CenterDot; &theta; 1 ] &Sigma; i = 1 b cos [ ( a - c ) ( i - 1 ) 2 &pi; b ]
- 1 2 &CenterDot; &psi;f &CenterDot; sin [ ( a - c ) &theta; 2 - a &CenterDot; &theta; 1 ] &Sigma; i = 1 b sin [ ( a - c ) ( i - 1 ) 2 &pi; b ] &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 10 )
以a-c≠0为条件,基于级数的总和、欧拉公式进行整理,则由下式(11)可知,该式(10)的右边的第2项的值为0。
【数11】
&Sigma; i = 1 b cos [ ( a - c ) ( i - 1 ) 2 &pi; b ] = &Sigma; i = 0 b - 1 1 2 { e j [ ( a - c ) 2 &pi; b i ] + e - j [ ( a - c ) 2 &pi; b i ] }
= 1 2 { e j [ ( a - c ) 2 &pi; b b ] - 1 e j [ ( a - c ) 2 &pi; b - 1 + e - j [ ( a - c ) 2 &pi; b b ] - 1 e - j [ ( a - c ) 2 &pi; b ] - 1 }
= 1 2 { e j [ ( a - c ) 2 &pi; ] - 1 e j [ ( a - c ) 2 &pi; b - 1 + e - j [ ( a - c ) 2 &pi; ] - 1 e - j [ ( a - c ) 2 &pi; b ] - 1 }
= 1 2 { 0 e j [ ( a - c ) 2 &pi; b - 1 + 0 e - j [ ( a - c ) 2 &pi; b ] - 1 }
= 0 &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 11 )
此外,以a-c≠0为条件,基于级数的总和、欧拉公式进行整理,则由下式(12)可知,上述式(10)的右边的第3项的值也为0。
【数12】
&Sigma; i = 1 b sin [ ( a - c ) ( i - 1 ) 2 &pi; b ] = &Sigma; i = 0 b - 1 1 2 { e j [ ( a - c ) 2 &pi; b i ] - e - j [ ( a - c ) 2 &pi; b i ] }
= 1 2 { e j [ ( a - c ) 2 &pi; b b ] - 1 e j [ ( a - c ) 2 &pi; b ] - 1 - e - j [ ( a - c ) 2 &pi; b b ] - 1 e - j [ ( a - c ) 2 &pi; b ] - 1 }
= 1 2 { e j [ ( a - c ) 2 &pi; ] - 1 e j [ ( a - c ) 2 &pi; b ] - 1 - e - j [ ( a - c ) 2 &pi; ] - 1 e - j [ ( a - c ) 2 &pi; b ] - 1 }
= 1 2 { 0 e j [ ( a - c ) 2 &pi; b ] - 1 - 0 e - j [ ( a - c ) 2 &pi; b ] - 1 }
= 0 &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 12 )
由此,在a-c≠0时,经由第1软磁性体通过U相绕组的第1磁极的磁通Ψu用下式(13)表示。
【数13】
&Psi;u = b 2 &CenterDot; &psi;f &CenterDot; cos [ ( a + c ) &theta; 2 - a &CenterDot; &theta; 1 ] &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 13 )
此外,在该式(13)中,若设a/c=α,则得到下式(14)。
【数14】
&Psi;u = b 2 &CenterDot; &psi;f &CenterDot; cos [ ( &alpha; + 1 ) c &CenterDot; &theta; 2 - &alpha; &CenterDot; c &CenterDot; &theta; 1 ] &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 14 )
进而,在该式(14)中,若设c·θ2=θe2,同时设c·θ1=θe1,则得到下式(15)。
【数15】
&Psi;u = b 2 &CenterDot; &psi;f &CenterDot; cos [ ( &alpha; + 1 ) &theta;e 2 - &alpha; &CenterDot; &theta;e 1 ] &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 15 )
这里,由对第1磁芯相对于U相绕组的旋转角度位置θ2乘以了第1定子磁极的极对数量c可知,θe2表示第1磁芯相对于U相绕组的电角度位置。此外,由对第1磁极相对于U相绕组的旋转角度位置θ1乘以了第1定子磁极的极对数量c可知,θe1表示第1磁极相对于U相绕组的电角度位置。
同样,因为V相绕组的电角度位置相对于U相绕组前进了电角度2π/3,所以经由第1软磁性体通过V相绕组的第1磁极的磁通Ψv用下式(16)表示。此外,因为W相绕组的电角度位置相对于U相绕组滞后了电角度2π/3,所以经由第1软磁性体通过W相绕组的第1磁极的磁通Ψw用下式(17)表示。
【数16】
&Psi;v = b 2 &CenterDot; &psi;f &CenterDot; cos [ ( &alpha; + 1 ) &theta;e 2 - &alpha; &CenterDot; &theta;e 1 - 2 &pi; 3 ] &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 16 )
【数17】
&Psi;w = b 2 &CenterDot; &psi;f &CenterDot; cos [ ( &alpha; + 1 ) &theta;e 2 - &alpha; &CenterDot; &theta;e 1 + 2 &pi; 3 ] &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 17 )
此外,若对分别用上述式(15)~(17)表示的磁通Ψu~Ψw进行时间微分,则分别得到下式(18)~(20)。
【数18】
d&Psi;u dt = - b 2 &CenterDot; &psi;f { [ ( &alpha; + 1 ) &omega;e 2 - &alpha; &CenterDot; &omega;e 1 ] sin [ ( &alpha; + 1 ) &theta;e 2 - &alpha; &CenterDot; &theta;e 1 ] } &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 18 )
【数19】
d&Psi;v dt = - b 2 &CenterDot; &psi;f { [ ( &alpha; + 1 ) &omega;e 2 - &alpha; &CenterDot; &omega;e 1 ] sin [ ( &alpha; + 1 ) &theta;e 2 - &alpha; &CenterDot; &theta;e 1 - 2 &pi; 3 ] } &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 19 )
【数20】
d&Psi;w dt = - b 2 &CenterDot; &psi;f { [ ( &alpha; + 1 ) &omega;e 2 - &alpha; &CenterDot; &omega;e 1 ] sin [ ( &alpha; + 1 ) &theta;e 2 - &alpha; &CenterDot; &theta;e 1 - 2 &pi; 3 ] } &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 20 )
这里,ωe1是θe1的时间微分值,即,将第1转子相对于第1定子的角速度换算为电角速度得到的值(以下称为“第1转子电角速度”),ωe2是θe2的时间微分值,即,将第2转子相对于第1定子的角速度换算为电角速度得到的值(以下称为“第2转子电角速度”)。
而且,不经由第1软磁性体而直接通过U相~W相的绕组的第1磁极的磁通非常小,其影响可以忽略。因此,经由第1软磁性体分别通过U相~W相的绕组的第1磁极的磁通Ψu~Ψw的时间微分值dΨu/dt~dΨw/dt(式(18)~(20)),分别表示伴随第1磁极、第1软磁性体相对于第1定子列旋转而在U相~W相的绕组产生的反电动势(感应电动势)。
由此,分别流过U相、V相以及W相的绕组的电流Iu、Iv以及Iw用下式(21)、(22)以及(23)表示。
【数21】
Iu=I·sin[(α+1)θe2-α·θe1]·····(21)
【数22】
Iv = I &CenterDot; sin [ ( &alpha; + 1 ) &theta;e 2 - &alpha; &CenterDot; &theta;e 1 - 2 &pi; 3 ] &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 22 )
【数23】
Iw = I &CenterDot; sin [ ( &alpha; + 1 ) &theta;e 2 - &alpha; &CenterDot; &theta;e 1 - 2 &pi; 3 ] &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 23 )
这里,I是流过U相~W相的绕组的电流的振幅(最大值)。
此外,根据这些式(21)~(23),第1旋转磁场的矢量相对于U相绕组的电角度位置θmf用下式(24)表示,并且第1旋转磁场相对于U相绕组的电角速度(以下称为“磁场电角速度”)ωmf用下式(25)表示。
【数24】
θmf=(α+1)θe2-α·θe1·····(24)
【数25】
ωmf=(α+1)ωe2-α·ωe1·····(25)
而且,通过电流Iu~Iw分别流过U相~W相的绕组,输出到第1以及第2转子的机械性输出(动力)W,若除了磁阻部分,则用下式(26)表示。
【数26】
W = d&Psi;u dt &CenterDot; Iu + d&Psi;v dt &CenterDot; Iv + d&Psi;w dt &CenterDot; Iw &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 26 )
将上述式(18)~(23)代入该式(26),进行整理后,得到下式(27)。
【数27】
W = - 3 &CenterDot; b 4 &CenterDot; &psi;f &CenterDot; I [ ( &alpha; + 1 ) &omega;e 2 - &alpha; &CenterDot; &omega;e 1 ] &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 27 )
而且,该机械性输出W、前述的第1以及第2转子传递转矩T1、T2和第1以及第2转子电角速度ωe1、ωe2的关系用下式(28)表示。
【数28】
W=T1·ωe1+T2·ωe2·····(28)
由这些式(27)以及(28)可知,第1以及第2转子传递转矩T1、T2分别用下式(29)以及(30)表示。
【数29】
T 1 = &alpha; &CenterDot; 3 &CenterDot; b 4 &CenterDot; &psi;f &CenterDot; I &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 29 )
【0093】
【数30】
T 2 = - ( &alpha; + 1 ) &CenterDot; 3 &CenterDot; b 4 &CenterDot; &psi;f &CenterDot; I &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 30 )
此外,根据供应给第1定子列的电力和机械性输出W相互相等(但是,忽略损失)、和所述式(25)以及(27),前述的第1驱动用等效转矩Te1用下式(31)表示。
【数31】
Tel = 3 &CenterDot; b 4 &CenterDot; &psi;f &CenterDot; I &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 31 )
而且,根据这些式(29)~(31),得到下式(32)。
【数32】
Tel = T 1 &alpha; = - T 2 ( &alpha; + 1 ) &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 32 )
由该式(32)表示的转矩的关系、以及由式(25)表示的电角速度的关系,与行星齿轮装置的恒星齿轮和环形齿轮和行星轮架中的转矩以及旋转速度的关系完全相同。
而且,如前所述,以b=a+c以及a-c≠0为条件,式(25)的电角速度的关系以及式(32)的转矩的关系成立。设第1磁极的数量为p、设第1定子磁极的数量为q时,该条件b=a+c用b=(p+q)/2、即,b/q=(1+p/q)/2表示。这里,设p/q=m时,由得到b/q=(1+m)/2可知,上述b=a+c的条件成立,表示第1定子磁极的数量和第1磁极的数量和第1软磁性体的数量之比为1∶m∶(1+m)/2。此外,上述a-c≠0的条件成立,表示m≠1.0。在本实施方式的第1旋转机21中,第1定子磁极的数量和第1磁极的数量和第1软磁性体的数量的比被设定为1∶m∶(1+m)/2(m≠1.0),所以可知式(25)所示的电角速度的关系和式(32)所示的转矩的关系成立,第1旋转机21适当地工作。
此外,由式(25)以及(32)可知,α=a/c,即,通过设定第1磁极的极对数量相对于第1定子磁极的极对数量的比(以下称为“第1极对数量比”),能够自由地设定磁场电角速度ωmf、第1以及第2转子电角速度ωe1、ωe2之间的关系、与第1驱动用等效转矩Te1、第1以及第2转子传递转矩T1、T2之间的关系,因此,能够提高第1旋转机的设计自由度。该效果,在多个第1定子的绕组的相数为前述的值3以外的情况下也同样可以得到。
如上所述,在第1旋转机21中,通过向第1定子供应电力从而产生第1旋转磁场时,产生连结前述的第1磁极和第1软磁性体和第1定子磁极那样的磁力线,通过该磁力线的磁力的作用,供应给第1定子的电力变换为动力,该动力从第1转子、第2转子输出,并且上述那样的电角速度、转矩的关系成立。因此,在没有对第1定子供应电力的状态下,通过向第1以及第2转子的至少一方输入动力,使该至少一方的转子相对于第1定子旋转时,在第1定子中进行发电,同时产生第1旋转磁场,在该情况下,也产生连结第1磁极和第1软磁性体和第1定子磁极那样的磁力线,并且通过该磁力线的磁力的作用,上述的式(25)所示的电角速度的关系和式(32)所示的转矩的关系成立。
即,将与发电产生的电力以及磁场电角速度ωmf等效的转矩设为“第1发电用等效转矩”时,在该第1发电用等效转矩与第1以及第2转子传递转矩T1、T2之间,式(32)所示那样的关系也成立。由以上可知,本实施方式的第1旋转机21与组合了行星齿轮装置和一般的1转子型的旋转机的装置具有相同的功能。
接下来,对以上的构成的第1旋转机21的动作进行说明。如前所述,在第1旋转机21中,第1定子磁极是4个、永磁铁24a的磁极(以下称为“第1磁极”)是8个、磁芯25a是6个。即,将第1定子磁极的数量和第1磁极的数量和磁芯25a的数量的比设定为1∶2.0∶(1+2.0)/2,将第1磁极的极对数量相对于第1定子磁极的极对数量的比(以下称为“第1极对数量比α”)设定为值2.0。由该情况以及前述的式(18)~(20)可知,伴随A1转子24、A2转子25相对于定子23旋转,分别在U相~W相的绕组23c~23e产生的反电动势(以下分别称为“U相反电动势Vcu”“V相反电动势Vcv”“W相反电动势Vcw”)由下式(33)、(34)以及(35)表示。
【数33】
Vcu=-3·ψF[(3·ωER2-2·ωER1)sin(3·θER2-2·θER1)]·····(33)
【数34】
Vcv = - 3 &CenterDot; &psi;F [ ( 3 &CenterDot; &omega;ER 2 - 2 &CenterDot; &omega;ER 1 ) sin ( 3 &CenterDot; &theta;ER 2 - 2 &CenterDot; &theta;ER 1 - 2 &pi; 3 ) ] &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 34 )
【数35】
Vcw = - 3 &CenterDot; &psi;F [ ( 3 &CenterDot; &omega;ER 2 - 2 &CenterDot; &omega;ER 1 ) sin ( 3 &CenterDot; &theta;ER 2 - 2 &CenterDot; &theta;ER 1 - 2 &pi; 3 ) ] &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 35 )
这里,ΨF是第1磁极的磁通的最大值。此外,θER1是A1转子电角度,是将A1转子24的特定永磁铁24a相对于特定U相绕组23c(以下称为“第1基准绕组”)的旋转角度位置换算为电角度位置的值。即,A1转子电角度θER1是对该特定永磁铁24a的旋转角度位置(以下称为“A1转子旋转角θA1”)乘以了第1定子磁极的极对数量、即值2得到的值。而且,θER2是A2转子电角度,是将A2转子25的特定磁芯25a相对于上述第1基准绕组的旋转角度位置换算为电角度位置得到的值。即,A2转子电角度θER2是对该特定磁芯25a的旋转角度位置(以下称为“A2转子旋转角θA2”)乘以了第1定子磁极的极对数量(值2)得到的值。
此外,上述式(33)~(35)中的ωER1是θER1的时间微分值,即,将A1转子24相对于定子23的角速度换算为电角速度得到的值(以下称为“A1转子电角速度”)。而且,ωER2是θER2的时间微分值,即,将A2转子25相对于定子23的角速度换算为电角速度得到的值(以下称为“A2转子电角速度”)。
此外,由前述的第1极对数量比α(=2.0)和所述式(21)~(23)可知,分别流过U相、V相以及W相的绕组23c、23d、23e的电流(以下分别称为“U相电流Iu”“V相电流Iv”“W相电流Iw”)用下式(36)、(37)以及(38)表示。
【数36】
Iu=I·sin(3·θER2-2·θER1)·····(36)
【数37】
Iv = I &CenterDot; sin ( 3 &CenterDot; &theta;ER 2 - 2 &CenterDot; &theta;ER 1 - 2 &pi; 3 ) &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 37 )
【数38】
Iw = I &CenterDot; sin ( 3 &CenterDot; &theta;ER 2 - 2 &CenterDot; &theta;ER 1 + 2 &pi; 3 ) &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 38 )
这里,I是流过U相~W相的绕组23c~23e的电流的振幅(最大值)。而且,由第1极对数量比α(=2.0)和所述式(24)以及(25)可知,定子23的第1旋转磁场的矢量相对于第1基准绕组的电角度位置(以下称为“第1磁场电角度位置θMFR”)用下式(39)表示,第1旋转磁场相对于定子23的电角速度(以下称为“第1磁场电角速度ωMFR”)用下式(40)表示。
【数39】
θMFR=(α+1)θER2-α·θER1=3·θER2-2·θER1·····(39)
【数40】
ωMFR=(α+1)ωER2-α·ωER1=3·ωER2-2·ωER1·····(40)
因此,用所谓的共线图表示第1磁场电角速度ωMFR和A1转子电角速度ωER1和A2转子电角速度ωER2的关系时,例如如图6所示。
此外,将与供应给定子23的电力以及第1磁场电角速度ωMFR等效的转矩设为第1驱动用等效转矩TSE1时,该第1驱动用等效转矩TSE1、传递给A1转子24的转矩(以下称为“A1转子传递转矩”)TRA1、和传递给A2转子25的转矩(以下称为“A2转子传递转矩”)TRA2的关系,由第1极对数量比α(=2.0)和所述式(32)可知,用下式(41)表示。
【数41】
TSE 1 = TRA 1 &alpha; = - TRA 2 ( &alpha; + 1 ) = TRA 1 2 = - TRA 2 3 &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 41 )
分别由上述式(40)以及(41)表示的电角速度以及转矩的关系,与恒星齿轮以及环形齿轮的齿轮比为1∶2的行星齿轮装置的恒星齿轮、环形齿轮以及行星轮架的旋转速度以及转矩的关系完全相同。
下面,对于供应给定子23的电力具体地如何变换为动力、如何从A1转子24、A2转子25输出,进行说明。首先,参照图7(a)~(c)~图9(a)、(b),说明将A1转子24保持为不能旋转的状态下对定子23供应电力的情况。另外,在图7(a)~(c)~图9(a)、(b)中,为了方便,省略了多个构成要素的符号。这种情况在后述的其他附图中也相同。此外,为了便于理解,对图7(a)~(c)~图9(a)、(b)中所示的相同的一个第1定子磁极以及磁芯25a附加了影线。
首先,如图7(a)所示,从某一个磁芯25a的中心与某一个永磁铁24a的中心在圆周方向上相互一致、同时从该磁芯25a起第3个磁芯25a的中心与从该永磁铁24a起第4个永磁铁24a的中心在圆周方向上相互一致的状态开始,使第1旋转磁场按照向该图的左方旋转的方式产生。在该发生的开始时,使相互具有相同的极性的隔一个的第1定子磁极的位置与中心与磁芯25a一致的各永磁铁24a的中心在圆周方向上一致,同时使该第1定子磁极的极性与该永磁铁24a的第1磁极的极性不同。
如前所述,由于基于定子23的第1旋转磁场产生在与A1转子24之间、以及具有磁芯25a的A2转子25配置在定子23和A1转子24之间,所以通过第1定子磁极以及第1磁极,各磁芯25a被磁化。由于该情况、以及在相邻的各磁芯25a之间空出了间隔,所以产生连结第1定子磁极和磁芯25a和第1磁极那样的磁力线ML。另外,在图7(a)~(c)~图9(a)、(b)中,为了方便,省略了铁芯23a、固定部24b的磁力线ML。该情况在后述的其他附图中也相同。
在图7(a)所示的状态下,磁力线ML按照连结圆周方向上的位置相互一致的第1定子磁极、磁芯25a以及第1磁极,并且连结这些第1定子磁极、磁芯25a以及第1磁极各自的圆周方向的各两侧相邻的第1定子磁极、磁芯25a以及第1磁极的方式产生。此外,在该状态下,由于磁力线ML是直线状,所以在磁芯25a上不作用使其沿圆周方向旋转的磁力。
而且,伴随第1旋转磁场的旋转,第1定子磁极从图7(a)所示的位置变化到图7(b)所示的位置时,磁力线ML成为弯曲的状态,伴随于此,对磁芯25a作用磁力,使得磁力线ML成为直线状。在该情况下,相对于连接由磁力线ML相互连结的第1定子磁极以及第1磁极的直线,磁力线ML成为在该磁芯25a处向与第1旋转磁场的旋转方向(以下称为“磁场旋转方向”)相反的方向凸状弯曲的状态,所以上述磁力按照将磁芯25a向磁场旋转方向驱动的方式起作用。通过这种磁力线ML的磁力作用,磁芯25a沿磁场旋转方向被驱动,旋转到图7(c)所示的位置,设置了磁芯25a的A2转子25也沿磁场旋转方向旋转。另外,图7(b)以及(c)中的虚线表示磁力线ML的磁通量非常小、第1定子磁极和磁芯25a和第1磁极之间的磁性连接弱。该情况在后述的其他附图中也相同。
此外,伴随第1旋转磁场进一步旋转,上述一系列动作,即,“磁力线ML在磁芯25a处向与磁场旋转方向相反的方向凸状弯曲→按照磁力线ML成为直线状的方式对磁芯25a作用磁力→磁芯25a以及A2转子25沿磁场旋转方向旋转”这样的动作,如图8(a)~(d)、图9(a)以及(b)所示,反复进行。如上所述,在将A1转子24保持为不能旋转的状态下对定子23供应电力时,通过如上所述那样的磁力线ML的磁力作用,供应给定子23的电力变换为动力,该动力从A2转子25输出。
此外,图10示出第1定子磁极从图7(a)的状态旋转了电角度2π的状态,由图10和图7(a)相比可知,磁芯25a相对于第1定子磁极沿同方向旋转了1/3的旋转角度。该结果,与在所述式(40)中通过设ωER1=0得到ωER2=ωMFR/3吻合。
下面,参照图11(a)~(c)~图13(a)、(b)来说明在将A2转子25保持为不能旋转的状态下对定子23供应电力时的动作。另外,在图11(a)~(c)~图13(a)、(b)中,为了便于理解,对相同的一个第1定子磁极以及永磁铁24a附加了影线。首先,如图11(a)所示,与前述的图7(a)的情况同样地,从某一个磁芯25a的中心与某一个永磁铁24a的中心在圆周方向上相互一致、同时从该磁芯25a起第3个磁芯25a的中心与从该永磁铁24a起第4个永磁铁24a的中心在圆周方向上相互一致的状态开始,使第1旋转磁场按照向该图的左方旋转的方式产生。在该产生的开始时,使相互具有相同极性的隔一个第1定子磁极的位置与中心与磁芯25a一致的各永磁铁24a的中心在圆周方向上一致,同时使该第1定子磁极的极性与该永磁铁24a的第1磁极的极性不同。
在图11(a)所示的状态下,与图7(a)的情况同样地,磁力线ML按照连结圆周方向上的位置相互一致的第1定子磁极、磁芯25a以及第1磁极、并且连结这些第1定子磁极、磁芯25a以及第1磁极各自的圆周方向上的各两侧相邻的第1定子磁极、磁芯25a以及第1磁极的方式产生。此外,在该状态下,由于磁力线ML是直线状,所以在永磁铁24a中不作用使其沿圆周方向旋转的磁力。
而且,在伴随第1旋转磁场的旋转,第1定子磁极从图11(a)所示的位置旋转到图11(b)所示的位置时,磁力线ML成为弯曲的状态,伴随于此,按照磁力线ML成为直线状的方式对永磁铁24a作用磁力。在该情况下,该永磁铁24a处于比用磁力线ML相互连结的第1定子磁极以及磁芯25a的延长线上向磁场旋转方向前进的位置,所以上述磁力,按照使永磁铁24a位于该延长线上的方式,即,按照向与磁场旋转方向相反的方向驱动永磁铁24a的方式起作用。通过这种磁力线ML的磁力作用,永磁铁24a被向与磁场旋转方向相反的方向驱动,旋转到图11(c)所示的位置,设置了永磁铁24a的A1转子24也向与磁场旋转方向相反的方向旋转。
此外,伴随第1旋转磁场进一步旋转,上述一系列动作,即,“磁力线ML弯曲,永磁铁24a位于比由磁力线ML相互连结的第1定子磁极以及磁芯25a的延长线上向磁场旋转方向前进的位置→按照磁力线ML成为直线状的方式对永磁铁24a作用磁力→永磁铁24a以及A1转子24沿与磁场旋转方向相反的方向旋转”这样的动作,如图12(a)~(d)、图13(a)以及(b)所示,反复进行。如上所述,在将A2转子25保持为不能旋转的状态下对定子23供应电力时,通过上述那样的磁力线ML的磁力作用,供应给定子23的电力变换为动力,该动力从A1转子24输出。
此外,图13(b)示出第1定子磁极从图11(a)的状态旋转了电角度2π的状态,由图13(b)和图11(a)的比较可知,永磁铁24a相对于第1定子磁极向相反方向旋转了1/2的旋转角度。该结果,与在所述式(40)中通过设ωER2=0而得到-ωER1=ωMFR/2吻合。
此外,图14以及图15示出将第1定子磁极、磁芯25a以及永磁铁24a的数量分别设定为值16、值18以及值20,将A1转子24保持为不能旋转的同时向定子23供应电力,由此从A2转子25输出动力的情况下的仿真结果。图14示出A2转子电角度θER2在值0~2π变化的期间U相~W相的反电动势Vcu~Vcw的推移的一例。
在该情况下,由于A1转子24被保持为不能旋转、第1定子磁极以及第1磁极的极对数量分别为值8以及值10、所述式(25),第1磁场电角速度ωMFR、A1以及A2的转子电角速度ωER1、ωER2之间的关系用ωMFR=2.25·ωER2表示。如图14所示,在A2转子电角度θER2在值0~2π变化的期间,U相~W相的反电动势Vcu~Vcw产生了大致2.25周期。此外,图14示出从A2转子25观察的U相~W相的反电动势Vcu~Vcw的变化状态,如该图所示,将A2转子电角度θER2作为横轴,这些反电动势按照W相反电动势Vcw、V相反电动势Vcv以及U相反电动势Vcu的顺序排列,这表示A2转子25沿磁场旋转方向旋转。以上那样的图14所示的仿真结果与基于上述的式(25)的ωMFR=2.25·ωER2的关系吻合。
而且,图15示出第1驱动用等效转矩TSE1、A1以及A2的转子传递转矩TRA1、TRA2的推移的一例。在该情况下,由于第1定子磁极以及第1磁极的极对数量分别为值8以及值10、以及所述式(32),第1驱动用等效转矩TSE1、A1以及A2的转子传递转矩TRA1、TRA2之间的关系用TSE1=TRA1/1.25=-TRA2/2.25表示。如图15所示,第1驱动用等效转矩TSE1成为大致-TREF,A1转子传递转矩TRA1成为大致1.25·(-TREF),A2转子传递转矩TRA2成为大致2.25·TREF。该TREF是给定转矩值(例如200Nm)。这样的图15所示的仿真结果,与基于上述的式(32)的TSE1=TRA1/1.25=-TRA2/2.25的关系吻合。
此外,图16以及图17示出与图14以及图15的情况同样地设定第1定子磁极、磁芯25a以及永磁铁24a的数量,代替A1转子24而将A2转子25保持为不能旋转的同时向定子23供应电力,由此从A1转子24输出动力的情况下的仿真结果。图16示出A1转子电角度θER1在值0~2π变化的期间U相~W相的反电动势Vcu~Vcw的推移的一例。
在该情况下,由于A2转子25被保持为不能旋转、第1定子磁极以及第1磁极的极对数量分别为值8以及值10、所述式(25),磁场电角速度ωMFR、A1以及A2的转子电角速度ωER1、ωER2之间的关系用ωMFR=-1.25·ωER1表示。如图16所示,在A1转子电角度θER1在值0~2π变化的期间,U相~W相的反电动势Vcu~Vcw产生大致1.25周期。此外,图16示出从A1转子24观察的U相~W相的反电动势Vcu~Vcw的变化状态,如该图所示,以A1转子电角度θER1为横轴,这些反电动势按照U相反电动势Vcu、V相反电动势Vcv以及W相反电动势Vcw的顺序排列,这表示A1转子24沿与磁场旋转方向相反的方向旋转。以上那样的图16所示的仿真结果,与基于上述的式(25)的ωMFR=-1.25·ωER1的关系吻合。
而且,图17示出第1驱动用等效转矩TSE1、A1以及A2的转子传递转矩TRA1、TRA2的推移的一例。在该情况下,也与图15的情况同样地,根据式(32),第1驱动用等效转矩TSE1、A1以及A2的转子传递转矩TRA1、TRA2之间的关系用TSE1=TRA1/1.25=-TRA2/2.25表示。如图17所示,第1驱动用等效转矩TSE1成为大致TREF,A1转子传递转矩TRA1成为大致1.25·TREF,A2转子传递转矩TRA2成为大致-2.25·TREF。这样的图17所示的仿真结果,与基于上述的式(32)的TSE1=TRA1/1.25=-TRA2/2.25的关系吻合。
如以上那样,在第1旋转机21中,通过对定子23的电力供应而产生第1旋转磁场时,产生连结前述的第1磁极和磁芯25a和第1定子磁极那样的磁力线ML,通过该磁力线ML的磁力作用,供应给定子23的电力变换为动力,该动力从A1转子24、A2转子25输出。在该情况下,在磁场电角速度ωMFR、A1以及A2的转子电角速度ωER1、ωER2之间,所述式(40)所示的关系成立,并且在第1驱动用等效转矩TSE1、A1以及A2的转子传递转矩TRA1、TRA2之间,所述式(41)所示的关系成立。
因此,在不对定子23供应电力的状态下,通过向A1以及A2的转子34、35的至少一方输入动力,从而使该至少一方相对于定子23旋转时,在定子23中,进行发电,同时产生第1旋转磁场,在该情况下,也产生连结第1磁极和磁芯25a和第1定子磁极那样的磁力线ML,并且通过该磁力线ML的磁力作用,式(40)所示的电角速度的关系和式(41)所示的转矩的关系成立。
即,将与发电产生的电力以及第1磁场电角速度ωMFR等效的转矩设为第1发电用等效转矩TGE1时,在该第1发电用等效转矩TGE1、A1以及A2的转子传递转矩TRA1、TRA2之间,下式(42)所示的关系成立。
TGE1=TRA1/α=-TRA2/(α+1)
=TRA1/2=-TRA2/3......(42)
此外,在向定子23的电力供应中以及发电中,在第1旋转磁场的旋转速度(以下称为“第1磁场旋转速度VMF1”)和A1以及A2的转子24、25的旋转速度(以下分别称为“A1转子旋转速度VRA1”“A2转子旋转速度VRA2”)之间,下式(43)成立。
VMF1=(α+1)VRA2-α·VRA1
=3·VRA2-2·VRA1......(43)
由以上可知,第1旋转机21与组合了行星齿轮装置和一般的1转子型的旋转机的装置具有相同的功能。
<第2旋转机31>
第2旋转机31与第1旋转机21同样地构成,以下,对其构成和动作进行简单说明。如图1以及图18所示,第2旋转机31具有定子33、与定子33对置设置的B1转子34、和设置在两者33、34之间的B2转子35。这些定子33、B2转子35以及B1转子34,在径向,从外侧开始按照该顺序排列,被配置为同心状。在图18中,与图3同样地,为了图示方便,以轮廓图的方式描画了第1旋转轴4等的一部分要素。
上述定子33使第2旋转磁场产生,如图18所示,具有铁芯33a、和设置在该铁芯33a上的U相、V相以及W相的绕组33b。铁芯33a是层叠了多个钢板的圆筒状的部件,沿轴线方向延伸,固定在壳体CA上。此外,在铁芯33a的内周面上形成了12个槽(未图示),这些槽在圆周方向上等间隔排列。上述U相~W相的绕组33b以分布绕法(波状绕法)缠绕在槽上,并且通过前述的第2PDU42以及VCU44与电池43连接。第2PDU42,与第1PDU41同样地由由逆变器等构成的电路构成,与第1PDU41以及ECU2连接(参照图1)。
在以上的构成的定子33中,从电池43供应电力,向U相~W相的绕组33b流过电流时,或者如后述那样进行发电时,在铁芯33a的B1转子34侧的端部,在圆周方向上等间隔地产生4个磁极,同时基于这些磁极的第2旋转磁场沿圆周方向移动。以下,将铁芯33a上产生的磁极称为“第2定子磁极”。此外,在圆周方向上相邻的各2个第2定子磁极的极性相互不同。
B1转子34具有由8个永磁铁34a(仅图示2个)构成的第2磁极列。这些永磁铁34a在圆周方向上等间隔排列,该第2磁极列与定子33的铁芯33a对置。各永磁铁34a沿轴线方向延伸,其轴线方向的长度被设定为与定子33的铁芯33a的长度相同。
此外,永磁铁34a安装在环状的固定部34b的外周面。该固定部34b由软磁性体、例如铁或者层叠了多个钢板的部件构成,其内周面安装在圆盘状的凸缘34c的外周面。该凸缘34c与前述的第1旋转轴4一体地设置。由此,包括永磁铁34a的B1转子34与第1旋转轴4一体地自由旋转。而且,因为如上述那样在由软磁性体构成的固定部34b的外周面安装了永磁铁34a,所以在各永磁铁34a上,在定子33侧的端部表现(N)或者(S)的一个磁极。此外,在圆周方向上相邻的各2个永磁铁34a的极性相互不同。
B2转子35具有由6个磁芯35a(仅图示2个)构成的第2软磁性体列。这些磁芯35a在圆周方向上等间隔排列,该第2软磁性体列被配置为在定子33的铁芯33a与B1转子34的磁极列之间分别隔开给定间隔。各磁芯35a是软磁性体,例如层叠了多个钢板的部件,沿轴线方向延伸。此外,磁芯35a的轴线方向的长度,与永磁铁34a同样地,被设定为与定子33的铁芯33a的长度相同。而且,磁芯35a,分别通过沿轴线方向稍微延伸的筒状的连结部35d以及35e而安装在圆盘状的凸缘35b以及35c的外端部。这些凸缘35b以及35c与前述的连结轴6以及第2旋转轴7一体地设置。据此,包括磁芯35a的B2转子35与连结轴6以及第2旋转轴7一体地自由旋转。
如此,第2旋转机31与第1旋转机21同样地构成,所以与组合了行星齿轮装置和一般的1转子型的旋转机的装置具有相同的功能。即,在向定子33的电力供应中以及发电中,在第2旋转磁场的电角速度、B1转子34以及B2转子35的电角速度之间,式(25)所示那样的关系成立。此外,将与供应给定子33的电力以及第2旋转磁场的电角速度等效的转矩设为“第2驱动用等效转矩”时,在该第2驱动用等效转矩、与传递给B1转子34以及B2转子35的转矩之间,式(32)所示那样的转矩的关系成立。而且,将与由定子33发电产生的电力以及第2旋转磁场的电角速度等效的转矩设为“第2发电用等效转矩”时,在该第2发电用等效转矩、和传递给B1转子34以及B2转子35的转矩之间,式(32)所示那样的转矩的关系成立。
接下来,对以上的构成的第2旋转机31的动作进行说明。如前所述,在第2旋转机31中,第2定子磁极是4个、永磁铁34a的磁极(以下称为“第2磁极”)是8个、磁芯35a是6个。即,第2定子磁极的数量和第2磁极的数量和磁芯35a的数量的比,与第1旋转机21的第1定子磁极的数量和第1磁极的数量和磁芯25a的数量的比同样地,被设定为1∶2.0∶(1+2.0)/2。此外,第2磁极的极对数量相对于第2定子磁极的极对数量的比(以下称为“第2极对数量比β”),与第1极对数量比α同样地,被设定为值2.0。如以上那样,第2旋转机31与第1旋转机21同样地构成,所以具有与第1旋转机21相同的功能。
即,将供应给定子33的电力变换为动力,从B1转子34、B2转子35输出,同时将输入到B1转子34、B2转子35的动力变换为电力,从定子33输出。此外,在这样的电力以及动力的输入输出中,第2旋转磁场、B1以及B2转子34、35保持式(40)所示那样的与旋转速度相关的共线关系进行旋转。即,在该情况下,在第2旋转磁场的旋转速度(以下称为“第2磁场旋转速度VMF2”)、和B1以及B2的转子34、35的旋转速度(以下分别称为“B1转子旋转速度VRB1”“B2转子旋转速度VRB2”)之间,下式(44)成立。
VMF2=(β+1)VRB2-β·VRB1
=3·VRB2-2·VRB1......(44)
此外,将与供应给定子33的电力以及第2旋转磁场等效的转矩设为“第2驱动用等效转矩TSE2”时,在第2驱动用等效转矩TSE2、和传递给B1以及B2的转子34、35的转矩(以下分别称为“B1转子传递转矩TRB1”、“B2转子传递转矩TRB2”)之间,下式(45)成立。
TSE2=TRB1/β=-TRB2/(β+1)
=TRB1/2=-TRB2/3......(45)
而且,将与由定子33发电产生的电力以及第2旋转磁场等效的转矩设为“第2发电用等效转矩TGE2”时,在第2发电用等效转矩TGE2、和B1以及B2的转子传递转矩TRB1、TRB2之间,下式(46)成立。
TGE2=TRB1/β=-TRB2/(1+β)
=TRB1/2=-TRB2/3......(46)
由以上那样,与第1旋转机21同样地,第2旋转机31与组合了行星齿轮装置和一般的1转子型的旋转机的装置具有相同的功能。
<ECU2>
ECU2控制使电池43的输出电压或者对电池43的充电电压升压或者降压的VCU44。通过ECU2对VCU44的控制,改变VCU44的变压比等。此外,ECU2通过控制第1PDU41,从而控制供应给第1旋转机21的定子23的电力、和伴随电力供应而由定子23产生的第1旋转磁场的第1磁场旋转速度VMF1。而且,ECU2通过控制第1PDU41,从而控制由定子23发电的电力、和伴随发电而由定子23产生的第1旋转磁场的第1磁场旋转速度VMF1。
此外,ECU2通过控制第2PDU42,从而控制供应给第2旋转机31的定子33的电力、和伴随电力供应而由定子33产生的第2旋转磁场的第2磁场旋转速度VMF2。而且,ECU2通过控制第2PDU42,从而控制由定子33发电的电力、和伴随发电而由定子33产生的第2旋转磁场的第2磁场旋转速度VMF2。
如以上那样,在动力装置1中,发动机3的曲柄轴3a、第1旋转机21的A2转子25、以及第2旋转机31的B1转子34通过第1旋转轴4而相互机械性连结。此外,第1旋转机21的A1转子24以及第2旋转机31的B2转子35通过连结轴6而相互机械性连结,B2转子35以及驱动轮DW、DW通过第2旋转轴7等而相互机械性连结。即,A1转子24以及B2转子35与驱动轮DW、DW机械性连结。而且,第1旋转机21的定子23以及第2旋转机31的定子33通过第1以及第2PDU41、42而相互电连接。此外,电池43通过VCU44,并分别通过第1以及第2PDU41、42与定子23以及33电连接。
图19是表示动力装置1的概略构成以及动力的传递状况的一例的概念图。另外,在图19中,第1旋转机21表示为“第1旋转机”、定子23表示为“第1定子”、A1转子24表示为“第1转子”、A2转子25表示为“第2转子”、第2旋转机31表示为“第2旋转机”、定子33表示为“第1定子”、B1转子34表示为“第3转子”、B2转子35表示为“第4转子”、发动机3表示为“热力机”、驱动轮DW、DW表示为“被驱动部”、第1PDU41表示为“第1控制器”、第2PDU42表示为“第2控制器”。如图19所示,第1旋转机的第2转子以及第2旋转机的第3转子与热力机的输出部机械性连结,第1旋转机的第1转子以及第2旋转机的第4转子与被驱动部机械性连结。此外,控制第1定子的发电/供应电力的第1控制器与第1旋转机的第1定子电连接,同时控制第2定子的发电/供应电力的第2控制器与第2旋转机的第2定子电连接,通过这些第1以及第2控制器,第1以及第2定子相互电连接。另外,在图19中,对于要素间的连结,用实线表示机械性连结,用单点划线表示电连接,用虚线表示磁性连结。此外,用带箭头的粗线表示动力以及电力的流动。
通过以上构成,在动力装置1中,热力机的动力,例如如下所示地传递到被驱动部。即,在将热力机的动力传递给被驱动部时,通过第1以及第2控制器的控制,使用热力机的动力的一部分由第1旋转机的第1定子进行发电,同时将发电产生的电力供应给第2旋转机的第2定子。如图19所示,在该第1旋转机的发电时,热力机的动力的一部分传递给与热力机的输出部连结的第2转子,而且通过前述的磁力线的磁力,作为电力传递给第1定子,与此相伴,通过磁力线的磁力,热力机的动力的一部分也传递给第1转子。即,传递给第2转子的热力机的动力,分配给第1定子以及第1转子。而且,分配给第1转子的动力传递给被驱动部,另一方面,分配给第1定子的电力供应给第2定子。
此外,如上所述,由第1定子发电产生的电力供应给第2定子时,该电力变换为动力,通过磁力线的磁力,传递给第4转子。伴随于此,热力机的动力的剩余部分传递给第3转子,而且通过磁力线的磁力,传递给第4转子。而且,传递给第4转子的动力传递给被驱动部。以上的结果,向被驱动部传递与热力机的动力相等大小的动力。
如以上那样,在本实施方式的动力装置1中,第1以及第2旋转机与组合了行星齿轮装置和一般的1转子型的旋转机的装置具有相同的功能,所以与前述的现有动力装置不同,不需要用于分配/合成动力从而进行传递的行星齿轮装置,因此,能够相应地使动力装置小型化。此外,与前述的现有情况不同,热力机的动力如上所述不进行再循环而传递给被驱动部,所以能够降低通过第1以及第2旋转机的动力。因此,能够实现第1以及第2旋转机的小型化以及成本削减,由此,能够实现动力装置的进一步小型化和成本削减。而且,通过使用具有与上述那样被降低的动力相称的转矩容量的第1以及第2旋转机,能够抑制动力损失、提高动力装置的驱动效率。
此外,热力机的动力,通过由第2转子、磁力线的磁力以及第1转子构成的第1传递路径、由第2转子、磁力线的磁力、第1定子、第1控制器、第2控制器、第2定子、磁力线的磁力、以及第4转子构成的第2传递路径、和由第3转子、磁力线的磁力以及第4转子构成的第3传递路径共计3个传递路径,以被分割的状态传递给被驱动部。据此,能够降低经由第2传递路径通过第1以及第2控制器的电力(能量),所以能够实现第1以及第2控制器的小型化以及成本削减,由此,能够实现动力装置的进一步小型化以及成本削减。此外,在第3传递路径中,热力机的动力暂时变换为电力后,再返回到动力,通过所谓的电气路径传递给被驱动部,与此相对,在第1以及第2传递路径中,不将动力变换为电力,而是通过磁力线的磁力以非接触,所谓的磁路径,将动力传递给被驱动部,所以传递效率比第3传递路径高。
而且,在如以上那样向被驱动部传递动力时,通过由第1以及第2控制器分别控制第1以及第2旋转磁场的旋转速度,从而能够将热力机的动力无级变速地传递给被驱动部。以下,对这一点进行说明。在第1旋转机中,由前述的功能可知,在第1定子、第1以及第2转子之间的能量分配/合成中,第1旋转磁场、第1以及第2转子一边保持关于式(25)所示的旋转速度的共线关系一边旋转。此外,在第2旋转机中,由前述的功能可知,在第2定子、第3以及第4转子之间的能量分配/合成中,第2旋转磁场、第3以及第4转子一边保持关于式(25)所示的旋转速度的共线关系一边旋转。
而且,在前述的连结关系中,在第2以及第3转子都不通过齿轮等变速机构而与热力机的输出部直接连结的情况下,第2以及第3转子的旋转速度都与热力机的输出部的旋转速度(以下称为“热力机的转速”)相等。此外,在第1以及第4转子都与被驱动部直接连结的情况下,第1以及第4转子的旋转速度都与被驱动部的速度相等。
这里,将第1~第4转子的旋转速度分别设为“第1~第4转子旋转速度VR1、VR2、VR3、VR4”,将第1以及第2旋转磁场的旋转速度分别设为“第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2”。根据上述的各种旋转要素的旋转速度的关系,这些旋转速度VR1~VR4、VMF1、以及VMF2的关系,例如如图20的粗实线所示。
另外,在图20中,实际上,与表示值0的横线交叉的纵线用于表示各种旋转要素的旋转速度,该纵线上所表示的白圈与横线的距离相当于各种旋转要素的旋转速度,但是为了方便,在该纵线的一端表示了表示各种旋转要素的旋转速度的符号。此外,分别用“+”以及“-”表示正转方向以及反转方向。而且,在图20中,β是第2磁极的极对数量相对于第2旋转机的第2定子磁极的极对数量的比(以下称为“第2极对数量比”)。以上的情况在后述的其他速度共线图中也同样适用。
因此,如图20中双点划线所示,例如,通过相对于第2以及第3转子旋转速度VR2、VR3,使第1磁场旋转速度VMF1上升,同时使第2磁场旋转速度VMF2下降,从而能够使热力机的动力无级地减速从而传递给被驱动部。相反,如图20中单点划线所示,通过相对于第2以及第3转子旋转速度VR2、VR3,使第1磁场旋转速度VMF1下降,同时使第2磁场旋转速度VMF2上升,从而可以使热力机的动力无级地加速从而传递给被驱动部。
此外,在第1旋转机的第1极对数量比α比较大的情况下,在热力机的转速比被驱动部的速度高时(参照图20的双点划线),第1磁场旋转速度VMF1变得比热力机的转速高,有可能变得过大。因此,通过将第1极对数量比α设定为较小的值,从而由图20中用虚线所示的速度共线图和用双点划线所示的速度共线图的比较可知,能够减小第1磁场旋转速度VMF1,由此能够防止由于第1磁场旋转速度VMF1的过大化引起产生损失从而驱动效率降低。而且,在第2旋转机的第2极对数量比β比较大的情况下,在被驱动部的速度比热力机的转速高时(参照图20的单点划线),第2磁场旋转速度VMF2变得比被驱动部的速度高,有可能变得过大。因此,通过将第2极对数量比β设定为较小的值,由图20中用虚线所示的速度共线图和用单点划线所示的速度共线图的比较可知,能够减小第2磁场旋转速度VMF2,由此,能够防止由于第2磁场旋转速度VMF2的过大化引起产生损失从而驱动效率降低。
此外,在动力装置中,例如,通过对第2旋转机的第2定子供应电力,同时由第1旋转机的第1定子发电,从而能够将第1旋转机的第1发电用等效转矩作为反力,在停止热力机的输出部的状态下,将前述的第2旋转机的第2驱动用等效转矩传递给被驱动部,由此,能够驱动被驱动部。而且,在这种被驱动部的驱动中,在热力机是内燃机的情况下,可以起动内燃机。图21示出该情况下的各种旋转要素的转矩的关系、和旋转速度的关系。在图21中,TDHE是传递给热力机的输出部的转矩(以下称为“热力机传递转矩”),TOUT是传递给被驱动部的转矩(以下称为“被驱动部传递转矩”)。此外,Tg1是第1发电用等效转矩,Te2是第2驱动用等效转矩。
在如上述那样起动热力机的情况下,由图21可知,将第1发电用等效转矩Tg1作为反力,将第2驱动用等效转矩Te2传递给被驱动部以及热力机的输出部这双方,所以第1旋转机所要求的转矩比这以外的情况变大。在该情况下,第1旋转机所要求的转矩即第1发电用等效转矩Tg1用下式(47)表示。
Tg1=-{β·TOUT+(β+1)TDHE}/(α+1+β)......(47)
由该式(47)可知,第1极对数量比α越大,相对于相同大小的被驱动部传递转矩TOUT以及热力机传递转矩TDHE,第1发电用等效转矩Tg1越变小。因此,通过将第1极对数量比α设定为较大的值,能够实现第1旋转机的进一步小型化以及成本削减。
而且,在动力装置中,例如,通过如下那样控制热力机、第1以及第2旋转机,从而能够使低速状态的被驱动部的速度迅速上升。图22示出如此使被驱动部的速度迅速上升的情况下的开始时的各种旋转要素的旋转速度的关系、和各种旋转要素的转矩的关系。在图22中,THE是热力机的转矩,Tg2是前述的第2发电用等效转矩。在该情况下,将热力机的转速提高到可以得到其最大转矩的给定转速。如图22所示,因为被驱动部的速度不立即上升,所以热力机的转速变得比被驱动部的速度高,同时两者的差变大,所以由两者的关系所决定的第2旋转磁场的旋转方向成为反转方向。为了从产生这样的第2旋转磁场的第2定子向被驱动部作用正的转矩,在第2定子中进行发电。而且,将由第2定子发电产生的电力供应给第1定子,同时使第1旋转磁场正转。
如上所述,热力机的转矩THE、第1驱动用等效转矩Te1以及第2发电用等效转矩Tg2都作为正的转矩传递给被驱动部,其结果,被驱动部的速度迅速上升。此外,在如上述那样使低速状态的被驱动部的速度迅速上升的情况下,由图22可知,热力机的转矩THE以及第1驱动用等效转矩Te1将第2发电用等效转矩Tg2作为反力而传递给被驱动部,所以第2旋转机所要求的转矩比这以外的情况变大。在该情况下,第2旋转机所要求的转矩即第2发电用等效转矩Tg2用下式(48)表示。
Tg2=-{α·THE+(1+α)TOUT}/(β+α+1)......(48)
由该式(48)可知,第2极对数量比β越大,相对于相同大小的被驱动部传递转矩TOUT以及热力机的转矩THE,第2发电用等效转矩Tg2变得越小。因此,通过将第2极对数量比β设定为较大的值,从而能够实现第2旋转机的进一步小型化以及成本削减。
由图2所示,在ECU2中,从曲柄角传感器51输出表示曲柄轴3a的曲柄角度位置的检测信号。ECU2基于该曲柄角度位置计算发动机转速NE。而且,在ECU2中,第1旋转角传感器52以及第2旋转角传感器53相互连接,这些第1以及第2旋转角传感器52、53分别检测前述的A1以及A2的转子旋转角θA1、θA2,这些检测信号输出给ECU2。ECU2基于检测出的A1以及A2的转子旋转角θA1、θA2,分别计算A1以及A2的转子旋转速度VRA1、VRA2。
此外,在ECU2中,第3旋转角传感器54以及第4旋转角传感器55相互连接。第3旋转角传感器54检测B1转子34的特定的永磁铁34a相对于第2旋转机31的特定的U相绕组33b(以下称为“第2基准绕组”)的旋转角度位置(以下称为“B1转子旋转角θB1”),并将其检测信号输出给ECU2。ECU2基于检测出的B1转子旋转角θB1计算B1转子旋转速度VRB1。上述第4旋转角传感器55检测B2转子35的特定的磁芯35a相对于第2基准绕组的旋转角度位置(以下称为“B2转子旋转角θB2”),并将其检测信号输出给ECU2。ECU2基于检测出的B2转子旋转角θB2计算B2转子旋转速度VRB2。
而且,在ECU2中,从电流电压传感器56输出表示向电池43输入输出的电流/电压值的检测信号。ECU2基于该检测信号计算电池43的充电状态。此外,在ECU2中,从加速器开度传感器57输出表示车辆的加速器踏板(未图示)的踩踏量即加速器开度AP的检测信号,从车速传感器58输出表示车速VP的检测信号。另外,该车速VP是驱动轮DW、DW的旋转速度。
ECU2由包括I/O接口、CPU、RAM以及ROM等的微型计算机构成,根据来自上述的各种传感器51~58的检测信号,控制发动机3、第1以及第2旋转机21、31的动作。另外,ECU2从存储进行该控制时所需要的各种映射等的存储器45读入数据。此外,ECU2根据安装在电池43的铠装体或者其周边的电池温度传感器62检测出的信号,导出电池43的温度。
<驱动力控制>
以下,参照图23以及图24来说明具有上述说明的1共线4要素的构造的动力装置1中ECU2进行的驱动力控制。图23是表示第1实施方式的动力装置1中的驱动力控制的方框图。此外,图24是具有1共线4要素的构造的动力装置1中的速度共线图。
如图23所示,ECU2取得上述说明的表示加速器开度AP的检测信号、和表示车速VP的检测信号。接下来,ECU2使用存储器45中所存储的驱动力映射,导出与加速器开度AP和车速VP对应的驱动力(以下称为“要求驱动力”)。接下来,ECU2计算与要求驱动力和车速VP相应的输出(以下称为“要求输出”)。另外,该要求输出,是用于车辆进行与驾驶员的加速器踏板操作相应的行驶所需要的输出。
接下来,ECU2根据上述说明的表示对电池43输入输出的电流/电压值的检测信号,取得电池43的剩余容量(SOC:State of Charge)的信息。接下来,ECU2决定与电池43的SOC相应的占要求输出的发动机3输出的比例。接下来,ECU2使用存储器45中存储的ENG动作映射,导出与发动机3的输出相应的最合适的动作点。另外,ENG动作映射,是基于表示与发动机3的轴转速和转矩和输出的关系相应的各动作点的燃料消耗率的BSFC(Brake Specific Fuel Consumption)的映射。接下来,ECU2导出在最合适动作点的发动机3的轴转速(以下称为“要求ENG轴转速”)。而且,ECU2导出在最合适动作点的发动机3的转矩(以下称为“ENG要求转矩”)。
接下来,ECU2控制发动机3使其输出ENG要求转矩。接下来,ECU2检测发动机3的轴转速。将此时所检测出的发动机3的轴转速称为“实际ENG轴转速”。接下来,ECU2计算要求ENG轴转速和实际ENG轴转速的差分Δrpm。ECU2控制第1旋转机21的输出转矩,使得差分Δrpm接近0。该控制,通过由第1旋转机21的定子23进行再生发电来进行,其结果,在第1旋转机21(MG1)的A2转子25上施加图24的共线图所示的转矩T12。
通过对第1旋转机21的A2转子25施加转矩T12,在第1旋转机21(MG1)的A1转子24上产生转矩T11。转矩T11由以下的式(49)来计算。
T11=α/(1+α)×T12...(49)
此外,通过在第1旋转机21的定子23的再生发电而产生的电能(再生能量)传送到第1PDU41。在图24的共线图中,用点线A表示由第1旋转机21的定子23产生的再生能量。
接下来,ECU2控制第2PDU42,使得对第2旋转机31的B2转子35施加从之前导出的要求驱动力,减去了上述计算出的转矩T11而得到的转矩。其结果,对第2旋转机31(MG2)的B2转子35施加转矩T22。另外,图24的共线图示出对第2旋转机31的定子33供应电能的情况,用点线B表示此时的电能。此时,在对第2旋转机31供应电能时,也可以使用由第1旋转机21的再生发电得到的再生能量。
如此,对第1旋转机21的A1转子24施加转矩T11,对第2旋转机31的B2转子35施加转矩T22。因为第1旋转机21的A1转子24与连结轴6连结,第2旋转机31的B2转子35与第2旋转轴7连结,所以在驱动轮DW、DW上施加转矩T11和转矩T22的总和。
但是,通过对第2旋转机31的B2转子35施加转矩T22,在第2旋转机31(MG2)的B1转子34上产生转矩T21。转矩T21由以下的式(50)表示。
T21=β/(1+β)×T22...(50)
因为第2旋转机31的B1转子34与发动机3的轴连结,所以发动机3的实际ENG轴转速由于转矩T21而受到影响。但是,即使实际ENG轴转速发生变化,ECU2也控制第1旋转机21的输出转矩,使得差分Δrpm接近0。通过该控制而转矩T12变化,第1旋转机21的A1转子24上产生的转矩T11也变化,所以ECU2改变对第2旋转机31的B2转子35施加的转矩T22。此时,通过变更后的转矩T22而产生的转矩T21也发生变化。如此,对第2旋转机31的B1转子34和B2转子35、以及第1旋转机21的A1转子24和A2转子25各自分别施加的转矩循环(T12→T11→T22→T21),从而各转矩逐渐收敛。
由以上说明可知,ECU2控制第1旋转机21的A2转子25上发生的转矩,使得发动机3在最合适的动作点工作,并且控制第2旋转机31的B2转子35上发生的转矩,使得向驱动轮DW、DW传递要求驱动力。
在上述说明中,在导出要求驱动力时以及导出要求输出时使用了车速VP,但是也可以使用车轴的转速的信息来代替车速VP。
<各动作模式中的动力装置1的动作>
下面,对通过ECU2的控制而进行的动力装置1的动作进行说明。在该动力装置1的动作模式中,包括EV蠕变、EV进发、EV行驶中ENG起动、ENG行驶、减速再生、停车中ENG起动、ENG蠕变、ENG进发、EV后退进发以及ENG后退进发。以下,对于这些动作模式,参照图25等表示转矩的传递状况的图、以及图26(a)、(b)等表示各种旋转要素的旋转速度的关系的速度共线图,从EV蠕变开始依次进行说明。在说明该动作模式之前,说明这些速度共线图。
由前述的连结关系可知,发动机转速NE、A2转子旋转速度VRA2以及B1转子旋转速度VRB1相互相等。此外,A1转子旋转速度VRA1以及B2转子旋转速度VRB2相互相等,若假设没有差动齿轮机构9等引起的变速,则车速VP与A1转子旋转速度VRA1以及B2转子旋转速度VRB2相等。根据以上情况、以及所述式(43)以及(54),发动机转速NE、车速VP、第1磁场旋转速度VMF1、A1转子旋转速度VRA1、A2转子旋转速度VRA2、第2磁场旋转速度VMF2、B1转子旋转速度VRB1、以及B2转子旋转速度VRB2之间的关系,由图26(a)、(b)等的速度共线图来表示。另外,在这些速度共线图中,第1以及第2极对数量比α、β都如前所述为值2.0。此外,在以下的动作模式的说明中,针对动力装置1的全部旋转要素,将沿与发动机3的曲柄轴3a的正转方向同方向旋转的情况称为“正转”,将沿与反转方向同方向旋转的情况称为“反转”。
·EV蠕变
该EV蠕变,是在停止了发动机3的状态下,使用第1以及第2旋转机21、31进行车辆的蠕变运转的动作模式。具体而言,从电池43向第2旋转机31的定子33供应电力,并且伴随于此,使由定子33产生的第2旋转磁场正转。此外,使用如后述那样向第1旋转机21的A1转子24传递的动力,由第1旋转机21的定子23进行发电,并且将发电产生的电力还供应给定子33。
图25示出上述EV蠕变中的转矩的传递状况。此外,图26(a)示出该EV蠕变中的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图的一例,图26(b)示出合成图26(a)所示的2个速度共线图所得到的速度共线图。此外,在图25以及后述的表示转矩的传递状况的其他图中,带箭头的粗虚线或者实线表示转矩的流动。而且,全部涂黑的箭头表示向正转方向作用的转矩,中空的箭头表示向反转方向作用的转矩。此外,对于定子23、33,实际上,转矩以电能的形态传递,但是在图25以及后述的表示转矩的传递状况的其他图中,为了方便,在转矩的流动中,附加影线来表示定子23、33中的能量的输入输出。而且,在图26(a)、(b)以及后述的其他速度共线图中,用“+”表示正转方向,用“-”表示反转方向。
如图25所示,EV蠕变中,伴随对第2旋转机31的定子33供应电力,来自定子33的第2驱动用等效转矩TSE2按照使B2转子35正转的方式起作用,并且如箭头A所示,按照使B1转子34反转的方式起作用。此外,传递给B2转子35的转矩的一部分,通过第2旋转轴7、差动齿轮机构9等传递给驱动轮DW、DW,由此,驱动轮DW、DW正转。
而且,EV蠕变中,传递给B2转子35的剩余转矩通过连结轴6传递给A1转子24后,伴随在第1旋转机21的定子23的发电,作为电能传递给定子23。此外,如图26(a)、(b)所示,伴随由定子23的发电而产生的第1旋转磁场反转。因此,如图25中箭头B所示,伴随由该定子23的发电而产生的第1发电用等效转矩TGE1,按照使A2转子25正转的方式起作用。此外,为了与该第1发电用等效转矩TGE1相称,传递给A1转子24的转矩进一步传递给A2转子25(用箭头C图示),按照使A2转子25正转的方式起作用。
在该情况下,通过控制供应给定子33的电力和由定子23发电产生的电力,使得由上述箭头A表示的使B1转子34反转的转矩、和由箭头B以及箭头C表示的使A2转子25正转的转矩相称,从而相互连结的A2转子25、B1转子34以及曲柄轴3a保持静止状态。其结果,如图26(a)、(b)所示,EV蠕变中,A2以及B1的转子旋转速度VRA2、VRB1成为值0,发动机转速NE也成为值0。
此外,EV蠕变中,进行控制,使得供应给第2旋转机31的定子33的电力、由第1旋转机21的定子23发电产生的电力、和第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2分别维持所述式(43)以及(44)所示的旋转速度的关系,并且使得A1以及B2的转子旋转速度VRA1、VRB2变得非常小(参照图26(a)、(b))。如上所述,进行车速VP非常小的蠕变运转。如上所述,在停止了发动机3的状态下,能够通过第1以及第2旋转机21、31的驱动力进行蠕变运转。
·EV进发
该EV进发,是从上述的EV蠕变中开始,在停止发动机3的状态下,使用第1以及第2旋转机21、31,使车辆进发、行驶的动作模式。EV进发时,使供应给第2旋转机31的定子33的电力以及由第1旋转机21的定子23发电产生的电力都增大。而且,维持式(43)以及(44)所示的旋转速度的关系,并且将A2以及B1的转子旋转速度VRA2、VRB1即发动机转速NE保持为值0,同时分别使EV蠕变中曾反转的第1旋转磁场的第1磁场旋转速度VMF1、和曾正转的第2旋转磁场的第2磁场旋转速度VMF2在与之前相同的旋转方向上上升。如上所述,如图28(a)、(b)中粗实线所示,A1以及B2的转子旋转速度VRA1、VRB2即车速VP从该图中虚线所示的EV蠕变状态开始上升,车辆进发。另外,EV进发中的转矩的传递状况,如图27所示,与图25所示的EV蠕变中的转矩的传递状况相同。
·EV行驶中ENG起动
该EV行驶中ENG起动,是在基于上述的EV进发的车辆的行驶中,起动发动机3的动作模式。EV行驶中ENG起动时,A1以及B2的转子旋转速度VRA1、VRB2即车速VP保持此时的值,同时进行控制使得在EV进发时如上所述曾反转的第1旋转磁场的第1磁场旋转速度VMF1成为值0,并且进行控制使得曾正转的第2旋转磁场的第2磁场旋转速度VMF2降低。而且,在第1磁场旋转速度VMF1成为值0之后,除了第2旋转机31的定子33之外,还对第1旋转机21的定子23,从电池43供应电力,使由定子23产生的第1旋转磁场正转,同时使第1磁场旋转速度VMF1上升。
图29示出EV行驶中ENG起动时,在上述那样对两定子23、33供应了电力的状态下的转矩的传递状况。由于前述的第2旋转机31的功能,如图29所示,通过如上述那样地电力供应给定子33,从而伴随第2驱动用等效转矩TSE2传递到B2转子35,如后述那样传递到B1转子34的转矩传递到B2转子35。即,合成第2驱动用等效转矩TSE2和传递给B1转子34的B1转子传递转矩TRB1,传递给B2转子35。此外,传递给B2转子35的转矩的一部分通过连结轴6传递给A1转子24,剩下的通过第2旋转轴7等传递给驱动轮DW、DW。
而且,在EV行驶中ENG起动时,由于前述的第1旋转机21的功能,如图29所示,通过从电池43向定子23供应电力,从而伴随第1驱动用等效转矩TSE1传递给A2转子25,如上述那样传递给A1转子24的转矩传递到A2转子25。即,合成第1驱动用等效转矩TSE1和传递给A1转子24的A1转子传递转矩TRA1,传递给A2转子25。此外,传递给A2转子25的转矩的一部分通过第1旋转轴4传递给B1转子34,剩下的通过第1旋转轴4以及飞轮5传递给曲柄轴3a,由此,曲柄轴3a正转。而且,在该情况下,控制供应给两定子23、33的电力,使得对驱动轮DW、DW以及发动机3充分地传递动力。
如上所述,如图30中粗实线所示,EV行驶中ENG起动时,车速VP保持在此时的值,同时A2以及B1的转子旋转速度VRA2、VRB1从用虚线表示的值0的状态上升,与A2以及B1的转子25、34连结的曲柄轴3a的旋转速度、即发动机转速NE也上升。在该状态下,根据检测出的曲柄角度位置,控制发动机3的燃料喷射阀、火花塞(均未图示)的点火动作,从而起动发动机3。此外,在该情况下,通过控制第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2,从而将发动机转速NE控制在适于起动发动机3的比较小的值。
图31示出合成了图30所示的2个速度共线图的速度共线图。在图31中,TDENG是传递给发动机3的曲柄轴3a的转矩(以下称为“发动机传递转矩”),TDDW是传递给驱动轮DW、DW的转矩(以下称为“驱动轮传递转矩”)。在该情况下,由图31可知,第2驱动用等效转矩TSE2将第1发电用等效转矩TGE1作为反力而传递给驱动轮DW、DW以及曲柄轴3a的双方,所以第1旋转机21所要求的转矩变得比这以外的情况大。在该情况下,第1旋转机21所要求的转矩即第1发电用等效转矩TGE1用下式(51)表示。
TGE1=-{β·TDDW+(β+1)TDENG}/(α+1+β)......(51)
由该式(51)可知,第1极对数量比α越大,相对于相同大小的驱动轮传递转矩TDDW以及发动机传递转矩TDENG,第1发电用等效转矩TGE1变得越小。在本实施方式中,因为第1极对数量比α被设定为值2.0,所以与设定为小于值1.0的情况相比,可以减小第1发电用等效转矩TGE1。
·ENG行驶
该ENG行驶,是使用发动机3的动力使车辆行驶的运转模式。ENG行驶中,控制通过发动机3中的燃烧而输出给曲柄轴3a的动力(以下称为“发动机动力”),基本上使得在能够产生要求转矩的范围内得到最优的燃料消耗率(以下称为“最优燃料消耗率”)。该要求转矩是车辆所要求的转矩,例如,根据检测出的车速VP以及加速器开度AP,通过检索映射(未图示)来计算。此外,ENG行驶中,使用传递给A2转子25的发动机动力,由第1旋转机21的定子23进行发电,同时将发电产生的电力供应给第2旋转机31的定子33,而不对电池43进行充电。以下。将该运转模式称为“电池输入输出零模式”。图32示出该电池输入输出零模式下的转矩的传递状况。
由于前述的第1旋转机21的功能,如图32所示,电池输入输出零模式中,由于发动机3中的燃烧而输出给曲柄轴3a的转矩(以下称为“发动机转矩”)的一部分通过A2转子25作为第1发电用等效转矩TGE1传递给定子23,伴随于此,发动机转矩的一部分通过A2转子25也传递给A1转子24。即,发动机转矩的一部分传递给A2转子25,同时传递给该A2转子25的发动机转矩分配给定子23以及A1转子24。此外,发动机转矩的剩余部分通过第1旋转轴4传递给B1转子34。
此外,与前述的EV行驶中ENG起动时同样地,第2驱动用等效转矩TSE2和B1转子传递转矩TRB1被合成,作为B2转子传递转矩TRB2传递给B2转子35。因此,电池输入输出零模式中,如上述那样由第1旋转机21的定子23发电产生的电力供应给第2旋转机31的定子33,由此第2驱动用等效转矩TSE2传递给B2转子35,伴随于此,如上述那样传递给B1转子34的发动机转矩传递给B2转子35。此外,如上述那样分配给A1转子24的发动机转矩通过连结轴6进而传递给B2转子35。
如上所述,将分配给A1转子24的发动机转矩、第2驱动用等效转矩TSE2、和传递给B1转子34的发动机转矩合成所得到的合成转矩传递给B2转子35。此外,该合成转矩通过第2旋转轴7等传递给驱动轮DW、DW。以上的结果,在电池输入输出零模式中,若没有由各齿轮产生的传递损失等,则对驱动轮DW、DW传递与发动机动力相等大小的动力。
而且,在电池输入输出零模式中,通过控制第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2,发动机动力被无级地变速,传递给驱动轮DW、DW。即,第1以及第2旋转机21、31作为无级变速装置发挥功能。
具体而言,如图33(a)、(b)中双点划线所示,在维持式(43)以及(44)所示的速度关系的情况下,通过相对于A2以及B1的转子旋转速度VRA2、VRB1即发动机转速NE,使第1磁场旋转速度VMF1上升,同时使第2磁场旋转速度VMF2下降,从而能够使A1以及B2的转子旋转速度VRA1、VRB2即车速VP无级地减速。相反,如图33(a)、(b)中单点划线所示,通过相对于A2以及B1的转子旋转速度VRA2、VRB1,使第1磁场旋转速度VMF1下降,同时使第2磁场旋转速度VMF2上升,从而可以使车速VP无级地加速。
此外,在该情况下,控制第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2,使得发动机转速NE成为目标转速。该目标转速,例如,根据车速VP以及所计算出的要求转矩,通过检索映射(未图示)来计算。在该映射中,目标转速被设定为相对于此时的车速VP以及要求转矩能够得到发动机3的最优燃料消耗率的值。
如上所述,电池输入输出零模式中,在第1以及第2旋转机21、31中,发动机动力暂时被分割,通过下面的第1~第3传递路径传递到B2转子35,并且以被合成的状态传递到驱动轮DW、DW。
第1传递路径:A2转子25→磁力线ML的磁力→A1转子24→连结轴6→B2转子35
第2传递路径:B1转子34→磁力线ML的磁力→B2转子35
第3传递路径:A2转子25→磁力线ML的磁力→定子23→第1PDU41→第2PDU42→定子33→磁力线ML的磁力→B2转子35
在这些第1以及第2传递路径中,发动机动力不变换为电力,而通过磁力线ML的磁力,通过所谓的磁路径传递到驱动轮DW、DW。此外,在上述第3传递路径中,发动机动力暂时变换为电力,再返回到动力,通过所谓的电气路径传递到驱动轮DW、DW。
此外,电池输入输出零模式中,控制由定子23发电产生的电力、和第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2,使得维持式(43)以及(44)所示的速度关系。
另一方面,ENG行驶中,在基于所计算出的要求转矩以及充电状态的下面的条件(a)以及(b)都成立时,用第2旋转机31辅助发动机3。以下,将该运转模式称为“辅助模式”。
(a)要求转矩>第1给定值
(b)充电状态>下限值
这里,第1给定值,例如,根据车速VP,通过检索映射(未图示)来计算。在该映射中,第1给定值被设定为:相对于此时的车速VP可以得到发动机3的最优燃料消耗率的转矩值。上述下限值,被设定为不导致电池43过放电的值。如此,在由此时的车速VP以及要求转矩表示的用于驱动车辆而所需的动力(以下称为“车辆要求动力”)比可得到最优燃料消耗率的发动机动力大时,并且电池43中剩余有足够的电力时,进行基于辅助模式的运转。
具体而言,与上述的电池输入输出零模式同样地,使用传递给A2转子25的发动机动力,用定子23进行发电。此外,在该情况下,与电池输入输出零模式不同,如图34所示,除了该发电产生的电力,还将电池43中所充电的电力供应给定子33。因此,基于从定子23以及电池43供应的电力的第2驱动用等效转矩TSE2传递给B2转子35。而且,与电池输入输出零模式同样地,将该第2驱动用等效转矩TSE2、伴随发电而分配给A1转子24的发动机转矩、和传递给B1转子34的发动机转矩合成所得到的转矩,通过B2转子35传递给驱动轮DW、DW。以上的结果,在辅助模式中,若没有各齿轮产生的传递损失等,则传递给驱动轮DW、DW的动力等于发动机动力与从电池43供应的电力(能量)之和。
此外,在辅助模式中中,控制由定子23发电的电力、从电池43供应给定子33的电力、和第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2,使得维持式(43)以及(44)所示的速度关系。其结果,发动机动力相对于车辆要求动力的不足部分,通过从电池43向定子33供应电力来补充。另外,上述的示例,是发动机动力相对于车辆要求动力的不足部分比较小的情况的示例,而在比较大的情况下,除了第2旋转机31的定子33,还对第1旋转机21的定子23从电池43供应电力。
另一方面,ENG行驶中,在下面的条件(c)以及(d)都成立时,如上所述利用发动机动力由第1旋转机21的定子23发电产生的电力的一部分对电池43充电,将剩下的供应给第2旋转机31的定子33。以下,将该运转模式称为“驱动时充电模式”。
(c)要求转矩<第2给定值
(d)充电状态<上限值
这里,第2给定值,例如,根据车速VP,通过检索映射(未图示)来计算。在该映射中,第2给定值被设定为:相对于此时的车速VP比可以得到最优燃料消耗率的转矩值小的值。上限值被设定为不导致电池43过充电的值。如此,在车辆要求动力比得到最优燃料消耗率的发动机动力小时,并且充电状态比较小时,进行基于驱动时充电模式的运转。
如图35所示,在该驱动时充电模式中,与前述的电池输入输出零模式不同,对第2旋转机31的定子33供应从由第1旋转机21的定子23发电产生的电力减去对电池43充电的电力所得大小的电力,基于该电力的第2驱动用等效转矩TSE2传递给B2转子35。此外,与电池输入输出零模式同样地,将该第2驱动用等效转矩TSE2、伴随发电而分配给A1转子24的发动机转矩、和传递给B1转子34的发动机转矩合成得到的转矩,通过B2转子35传递到驱动轮DW、DW。以上的结果,在驱动时充电模式中,若没有各齿轮产生的传递损失等,则传递给驱动轮DW、DW的动力成为从发动机动力减去对电池43充电的电力(能量)所得的大小。
此外,在驱动时充电模式中,控制由定子23发电的电力、对电池43充电的电力、和第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2,使得维持式(43)以及(44)所示的速度关系。其结果,发动机动力相对于车辆要求动力的剩余部分,在第1旋转机21的定子23中变换为电力,对电池43进行充电。
此外,ENG行驶中,不由第1旋转机21的定子23进行发电,从电池43向第2旋转机31的定子33供应电力,并且对该电力进行控制,使得第2驱动用等效转矩TSE2成为发动机转矩的1/2的情况下,由所述式(45)可知,发动机转矩的全部和第2驱动用等效转矩TSE2在B2转子35中被合成后,传递给驱动轮DW、DW。即,在该情况下,可以不通过前述的电气路径进行传递,而仅通过磁路径将发动机动力的全部传递给驱动轮DW、DW。此外,在该情况下,将发动机转矩的3/2倍的大小的转矩传递给驱动轮DW、DW。
而且,在对由第1旋转机21的定子23发电产生的电力进行控制,使得第1发电用等效转矩TGE1成为发动机转矩的1/3时,可以仅通过磁路径进行从发动机3向驱动轮DW、DW的动力传递。在该情况下,将发动机转矩的2/3倍的大小的转矩传递给驱动轮DW、DW。
此外,在ENG行驶中,使低速状态的车速VP迅速上升时(以下,将这种运转称为“ENG行驶中的急加速运转”),发动机3、第1以及第2旋转机21、31如下那样被控制。图36(a)示出该ENG行驶中的急加速运转的开始时的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图的一例,图36(b)示出将图36(a)所示的2个速度共线图合成得到的速度共线图。在图36中,TENG是发动机3的转矩。在该情况下,将发动机转速NE提高到可以得到其最大转矩的给定转速。如图36(a)、(b)所示,因为车速VP不立刻上升,所以发动机转速NE变得比车速VP高,而且两者的差变大,所以由两者的关系而决定的第2旋转磁场的旋转方向成为反转方向。因此,为了从产生这种第2旋转磁场的第2旋转机31的定子33向驱动轮DW、DW作用正的转矩,在定子33中进行发电。而且,将由定子33发电产生的电力供应给第1旋转机21的定子23,并且使第1旋转磁场正转。
如上所述,发动机转矩TENG、第1驱动用等效转矩TSE1以及第2发电用等效转矩TGE2都作为正的转矩传递给驱动轮DW、DW,其结果,车速VP迅速上升。此外,在ENG行驶中的急加速运转的开始时,由图36(a)、(b)所示可知,发动机转矩TENG以及第1驱动用等效转矩TSE1将第2发电用等效转矩TGE2作为反力而传递给驱动轮DW、DW,所以第2旋转机31所要求的转矩变得比这以外的情况大。在该情况下,第2旋转机31所要求的转矩即第2发电用等效转矩TGE2用下式(52)表示。
TGE2=-{α·TENG+(1+α)TDDW}/(β+1+α)......(52)
由该式(52)可知,第2极对数量比β越大,相对于相同大小的驱动轮传递转矩TDDW以及发动机转矩TENG,第2发电用等效转矩TGE2变得越小。在本实施方式中,因为第2极对数量比β被设定为值2.0,所以与设定为小于值1.0的情况相比,可以减小第2驱动用等效转矩TSE2。
·减速再生
该减速再生,是在车辆的减速行驶中,即在车辆正在以惯性行驶时,利用驱动轮DW、DW的惯性能量,在第1旋转机21、第2旋转机31中进行发电,同时将发电产生的电力充电到电池43中的动作模式。在减速再生中,传递给发动机3的驱动轮DW、DW的转矩占驱动轮DW、DW的转矩(基于惯性的转矩)的比例小时,利用驱动轮DW、DW的动力的一部分由两定子23、33进行发电,并且将发电产生的电力充电到电池43中。具体而言,在第1旋转机21的定子23中,使用如后述那样传递到A2转子25的动力进行该发电,在第2旋转机31的定子33中,使用如后述那样传递到B2转子35的动力进行该发电。
图37示出上述减速再生中的转矩的传递状况。此外,图38(a)示出该减速再生中的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图的一例,图38(b)示出将图38(a)所示的2个速度共线图合成得到的速度共线图。如图38所示,伴随在定子33的发电,将驱动轮DW、DW的转矩的全部、和如后述那样分配给A1转子24的转矩合成得到的合成转矩传递到B2转子35。此外,根据前述的第2旋转机31的功能,传递给B2转子35的上述合成转矩分配给定子33以及B1转子34。
而且,分配给B1转子34的转矩的一部分传递到发动机3,剩下的与前述的电池输入输出零模式的情况同样地伴随在定子23的发电而传递给A2转子25后,分配到定子23以及A1转子24。此外,分配给A1转子24的转矩传递给B2转子35。以上的结果,在减速再生中,若没有各齿轮产生的传递损失等,则传递到发动机3的动力与充电到电池43中的电力(能量)之和,与驱动轮DW、DW的动力相等。
·停车中ENG起动
该停车中ENG起动,是在车辆的停止中起动发动机3的动作模式。在停车中ENG起动时,从电池43向第1旋转机21的定子23供应电力,伴随于此,使由定子23产生的第1旋转磁场正转,同时利用如后述那样传递到B1转子34的动力由定子33进行发电,进而将发电产生的电力供应给定子23。
图39示出上述停车中ENG起动时的转矩的传递状况。此外,图40(a)示出该停车中ENG起动时的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图的一例,图40(b)示出将图40(a)所示的2个速度共线图合成得到的速度共线图。如图39所示,在停车中ENG起动时,伴随对定子23供应电力,来自定子23的第1驱动用等效转矩TSE1按照使A2转子25正转的方式起作用,同时如箭头D所示,按照使A1转子24反转的方式起作用。此外,传递给A2转子25的转矩的一部分传递到曲柄轴3a,由此曲柄轴3a正转。
而且,在停车中ENG起动时,传递给A2转子25的转矩的剩余部分传递给B1转子34后,伴随在第2旋转机31的定子33的发电,作为电能传递给定子33。此外,如图40(a)、(b)中粗实线所示,伴随由定子33的发电而产生的第2旋转磁场反转。因此,如图39中箭头E所示,伴随由该定子33的发电而产生的第2发电用等效转矩TGE2,按照使B2转子35正转的方式起作用。此外,以与该第2发电用等效转矩TGE2相称的方式,传递给B1转子34的转矩还传递给B2转子35(用箭头F图示),按照使B2转子35正转的方式起作用。
在该情况下,控制供应给第1旋转机21的定子23的电力和由第2旋转机31的定子33发电产生的电力,使得由上述箭头D所示的使A1转子24反转的转矩、与由箭头E以及F所示的使B2转子35正转的转矩相称,由此使相互连结的A1转子24、B2转子35以及驱动轮DW、DW保持静止状态。其结果,如图40(a)、(b)所示,A1以及B2的转子旋转速度VRA1、VRB2成为值0,车速VP也成为值0。
此外,在该情况下,控制供应给定子23的电力和由定子33发电产生的电力和第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2,使得维持所述式(43)以及(44)所示的速度关系,并且使得A2以及B1的转子旋转速度VRA2、VRB1成为比较小的值(参照图40(a)、(b))。如上所述,在停车中ENG起动时,将车速VP保持为值0,同时将发动机转速NE控制为适于发动机3的起动的比较小的值。此外,在该状态下,通过根据曲柄角度位置控制发动机3的燃料喷射阀、火花塞的点火动作,从而起动发动机3。
·ENG蠕变
该ENG蠕变,是使用发动机动力进行车辆的蠕变运转的动作模式。ENG蠕变中,使用传递给A2转子25的发动机动力,由定子23进行发电,并且使用传递给B1转子34的发动机动力,由定子33进行发电。此外,将如此由两定子23、33发电产生的电力充电到电池43中。
图41示出上述ENG蠕变中的转矩的传递状况。此外,图42(a)示出该ENG蠕变中的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图的一例,图42(b)示出将图42(a)所示的2个速度共线图合成得到的速度共线图。如图41所示,在该ENG蠕变中,与前述的电池输入输出零模式的情况同样地,伴随由上述定子23的发电,发动机转矩TENG的一部分传递到A2转子25,并且传递给A2转子25的发动机转矩TENG被分配给定子23以及A1转子24。此外,如图42(a)、(b)所示,伴随在定子33的发电而产生的第2旋转磁场反转。因此,如图41所示,相对于车速VP大致为值0,曲柄轴3a正转,所以伴随该发电而产生的第2发电用等效转矩TGE2,与上述的停车中ENG起动的情况同样地,按照使B2转子35正转的方式起作用。此外,以与该第2发电用等效转矩TGE2相称的方式,传递给B1转子34的发动机转矩TENG进而传递给B2转子35,按照使B2转子35正转的方式起作用。而且,如上述那样分配给A1转子24的发动机转矩TENG传递给B2转子35。
如上所述,ENG蠕变中,将分配给A1转子24的发动机转矩TENG、第2发电用等效转矩TGE2、和传递给B1转子34的发动机转矩TENG合成得到的合成转矩传递给B2转子35。此外,该合成转矩传递给驱动轮DW、DW,使驱动轮DW、DW正转。而且,控制在定子23、33中发电的电力、以及第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2,使得A1以及B2的转子旋转速度VRA1、VRB2即车速VP变得非常小(参照图42(a)、(b)),由此,进行蠕变运转。
此外,在该ENG蠕变中,如上所述,伴随在定子23的发电而分配给A1转子24的发动机转矩TENG、和伴随在定子33的发电而通过B1转子34传递给B2转子35的发动机转矩TENG,传递到驱动轮DW、DW。即,能够将发动机转矩TENG的一部分传递给驱动轮DW、DW,所以能够防止从驱动轮DW、DW对发动机3作用较大的反力,因此,能够在不产生发动机失速的情况下进行蠕变运转。另外,以上的ENG蠕变的运转,主要在充电状态小时或车辆爬坡时等进行。
·ENG进发
该ENG进发,是使用发动机动力使车辆进发的动作模式。图43示出该ENG进发时的转矩的传递状况。ENG进发时,控制在ENG蠕变中曾反转的第2旋转磁场的第2磁场旋转速度VMF2,使其变为值0,使曾正转的第1旋转磁场的第1磁场旋转速度VMF1上升,同时使发动机动力增大。而且,在第2磁场旋转速度VMF2变为值0之后,进行前述的电池输入输出零模式下的运转。如上所述,如图44(a)、(b)中粗实线所示,A1以及B2的转子旋转速度VRA1、VRB2即车速VP,从该图中虚线所示的ENG蠕变状态上升,车辆进发。
·EV后退进发
该EV后退进发,是在停止了发动机3的状态下,使用第1以及第2旋转机21、31,使车辆后退进发、行驶的动作模式。图45示出EV后退进发中的转矩的传递状况。此外,图46(a)示出该EV后退进发中的第1以及第2旋转机21、31的各速度共线图的一例,图46(b)示出将图46(a)所示的2个速度共线图合成得到的速度共线图。
EV后退进发时,对第2旋转机31的定子33以及第1旋转机21的定子23的双方,从电池43供应电力。其结果,使由定子23产生的第1旋转磁场正转,使由定子33产生的第2旋转磁场正转。如图46(a)、(b)所示,EV后退进发中,伴随对第1旋转机21的定子23供应电力,来自定子23的第1驱动用等效转矩,按照使A2转子25正转的方式起作用,同时按照使A1转子24反转的方式起作用。此外,伴随对第2旋转机31的定子33供应电力,来自定子33的第2驱动用等效转矩TSE2,按照使B2转子35反转的方式起作用,同时按照使B1转子24正转的方式起作用。如上所述,如图46(a)、(b)中粗实线所示,A1以及B2的转子旋转速度VRA1、VRB2、即车速VP,从该图中虚线所示的停止状态向负的方向上升,车辆进行后退进发。
·ENG后退进发
该ENG后退进发,是使用发动机动力使车辆后退进发的动作模式。图47示出该ENG后退进发中的转矩的传递状况。ENG后退进发时,进行控制,使得在ENG蠕变中曾反转的第2旋转磁场的第2磁场旋转速度VMF2进一步向负的方向上升,并且使曾正转的第1旋转磁场的第1磁场旋转速度VMF1上升,同时使发动机动力增大。如上所述,如图48(a)、(b)中粗实线所示,车速VP从该图中虚线所示的ENG蠕变状态向负的方向上升,车辆后退进发。
如上所述,根据本实施方式,第1以及第2旋转机21、31与组合了行星齿轮装置和一般的1转子型的旋转机的装置具有相同的功能,所以与前述的现有动力装置不同,不需要用于将动力进行分配/合成来传递的行星齿轮装置,因此,能够相应地使动力装置1小型化。此外,与前述的现有情况不同,如使用图32所说明的那样,发动机动力不进行再循环而传递给驱动轮DW、DW,所以能够降低通过第1以及第2旋转机21、31的动力。因此,能够实现第1以及第2旋转机21、31的小型化以及成本削减,由此能够实现动力装置1的进一步小型化和成本削减。而且,通过使用具有与如上述那样被降低的动力相称的转矩容量的第1以及第2旋转机21、31,从而能够抑制动力损失,提高动力装置1的驱动效率。
此外,发动机动力,经由前述的第1传递路径(A2转子25、磁力线ML的磁力、A1转子24、连结轴6、B2转子35)、第2传递路径(B1转子34、磁力线ML的磁力、B2转子35)、和第3传递路径(A2转子25、磁力线ML的磁力、定子23、第1PDU41、第2PDU42、定子33、磁力线ML的磁力、B2转子35)共计3条路径,以被分割的状态传递到驱动轮DW、DW。据此,能够降低经由第3传递路径而通过第1以及第2PDU41、42的电力(能量),所以能够实现第1以及第2PDU41、42的小型化以及成本削减,由此能够实现动力装置1的进一步小型化以及成本削减。而且,相对于在第3传递路径中通过电气路径将发动机动力传递给驱动轮DW、DW,在第1以及第2传递路径中通过磁路径将动力传递给驱动轮DW、DW,所以传递效率比第3传递路径高。
此外,如使用图33(a)、(b)所说明的那样,通过控制第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2,从而发动机动力被无级变速,传递给驱动轮DW、DW。而且,在该情况下,控制第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2,使得发动机转速NE成为能够得到最优燃料消耗率而设定的目标转速,所以能够控制发动机动力以得到最优燃料消耗率的同时驱动驱动轮DW、DW。因此,能够进一步提高动力装置1的驱动效率。
此外,因为第1旋转机21的第1极对数量比α被设定为值2.0,所以在第1旋转机21所要求的转矩尤其变大的EV行驶中ENG起动时,如使用所述式(51)所说明的那样,与将第1极对数量比α设定为小于值1.0的情况相比,能够减小第1发电用等效转矩TGE1,因此,能够实现第1旋转机21的进一步小型化以及成本削减。而且,因为第2旋转机31的第2极对数量比β被设定为值2.0,所以在第2旋转机31所要求的转矩尤其变大的ENG行驶中的急加速运转的开始时,如使用所述式(52)所说明的那样,与将第2极对数量比β设定为小于值1.0的情况相比,能够减小第2驱动用等效转矩TSE2,因此,能够实现第2旋转机31的进一步小型化以及成本削减。
此外,在车辆要求动力比获得最优燃料消耗率的发动机动力小时,进行驱动时充电模式下的运转,该驱动时充电模式中,控制发动机动力以获得最优燃料消耗率,并且发动机动力相对于车辆要求动力的剩余部分作为电力对电池43进行充电。此外,车辆要求动力比获得最优燃料消耗率的发动机动力大时,进行辅助模式下的运转,该辅助模式中,控制发动机动力以获得最优燃料消耗率,同时发动机动力相对于车辆要求动力的不足部分通过来自电池43的电力供应来补充。因此,无论驱动轮DW、DW的负荷大小如何,都能够进一步提高动力装置1的驱动效率。
<VCU的升压控制>
如上述说明的那样,ECU2控制VCU44。VCU44利用由ECU2指定的升压比改变电池43的输出电压。另外,实现高升压比的VCU,需要与高电压对应的开关元件,所以一般其尺寸较大。因此,根据电池43的输出电压范围和***的最高电压的关系等来设计VCU44的最大升压比。
以下,说明与ECU2执行的VCU控制相关的第1~第4实施例。
<第1实施例:用于确保输出的VCU控制>
在第1实施例中,ECU2进行用于确保第1旋转机21以及第2旋转机31的输出的VCU44的控制。图49是表示用于实现ECU2执行的用于确保输出的VCU控制功能的构成的框图。如图49所示,ECU2具有第1要求电压导出部63、第2要求电压导出部64和升压执行判断部65。另外,所谓要求电压,是根据车辆的运转状态,旋转机以此时的转速输出期望的转矩而需要的电压。
在第1要求电压导出部63中,输入表示第1旋转机21的定子23中的第1磁场电角速度ωMG1的信息、和表示为了发动机3在最合适的动作点工作而第1旋转机21所需要的转矩TMG1的信息。第1要求电压导出部63根据这2个信息,导出第1旋转机21所需要的电压(以下称为“第1要求电压”)VMG1。此外,在第2要求电压导出部64中,输入表示第2旋转机31的定子23中的第2磁场电角速度ωMG2的信息、和表示为了动力装置1输出用图A+1所说明的要求驱动力而第2旋转机31所需要的转矩TMG2的信息。第2要求电压导出部64根据这2个信息,导出第2旋转机31所需要的电压(以下称为“第2要求电压”)VMG2。
图50是表示第1要求电压导出部63以及第2要求电压导出部64的各内部构成的框图。如图50所示,各要求电压导出部具有正交区域电流导出部162、电压方程式运算部163和要求电压变换部164。正交区域电流导出部162根据旋转机所需要的转矩TMG,导出流过正交坐标(dq坐标)上的d轴上的定子的电流(以下称为“d轴电流”)Id以及流过q轴上的定子的电流(以下称为“q轴电流”)Iq。
电压方程式运算部163根据正交区域电流导出部162导出的d轴电流Id以及q轴电流Iq、以及旋转机的定子中的磁场电角速度ωMG等,基于以下所示的电压方程式计算正交坐标上的要求电压Va。另外,该电压方程式中的Vd是d轴上的要求电压,Vq是q轴上的要求电压,Ra是旋转机的电阻分量,Ld是旋转机的d轴上的电感分量,Lq是旋转机的q轴上的电感分量,Ψa是在旋转机产生的磁通。
【数42】
TGE1=TRA1/α=-TRA2/(α+1)
=TRA1/2=-TRA2/3
……(42)
要求电压变换部164使用以下的式,将电压方程式运算部163计算出的正交坐标上的要求电压Va变换为3相坐标上的要求电压VMG。
【数43】
VMF1=(α+1)VRA2-α·VRA1
=3·VRA2-2·VRA1
……(43)
由第1要求电压导出部63以及第2要求电压导出部64的各要求电压变换部164变换后的第1要求电压VMG1以及第2要求电压VMG2输入到升压执行判断部65。升压执行判断部65根据第1要求电压VMG1以及第2要求电压VMG2各自与阈值的比较结果,判断是否需要VCU44的升压。另外,在该比较时所用的阈值,存在第1阈值Vth1和第2阈值Vth2这两个。第1阈值Vth1、第2阈值Vth2以及电池43的输出电压(以下称为“电池电压”)Vb的关系如下所示。
Vth2<Vth1≤Vb
升压执行判断部65,在第1要求电压VMG1以及第2要求电压VMG2的至少一方比第1阈值Vth1大时(VMG1>Vth1或者VMG2>Vth1),判断为进行VCU44的升压。另外,此时ECU2对VCU44指定的升压比,是较高的一方的要求电压除以电池电压Vb所得的值。但是,该升压比不超过VCU44的最大升压比。
此外,升压执行判断部65,在VCU44进行升压动作中,第1要求电压VMG1以及第2要求电压VMG2的双方在第2阈值Vth2以下时(VMG1≤Vth2并且VMG2≤Vth2),判断为停止VCU44的升压。ECU2根据升压执行判断部65的判断结果,控制VCU44。另外,VCU44进行升压时的升压比,既可以固定也可以可变。
此外,ECU2可以控制VCU44,使得进行与第1要求电压VMG1以及第2要求电压VMG2中的较高的一方的要求电压相应的升压。此时ECU2对VCU44指定的升压比,是较高的一方的要求电压除以电池电压Vb得到的值。但是,该升压比不超过VCU44的最大升压比。
根据本实施例的VCU控制,能够确保第1旋转机21以及第2旋转机31的输出。
<第2实施例:考虑了损失的VCU控制>
在VCU44中产生开关损失。同样,在第1PDU41以及第2PDU42中也产生开关损失。对开关元件施加的电压越高,这些开关损失越大。而且,在第1旋转机21以及第2旋转机31中也产生损失。在力行动作时输入电压越高,由旋转机产生的损失越大,此外,在再生动作时输出电压越高,由旋转机产生的损失越大。
在第2实施例中,ECU2进行考虑了分别在第1旋转机21、第2旋转机31、第1PDU41、第2PDU42以及VCU44产生的损失的合计的VCU44的控制。图51是表示用于实现基于ECU2的考虑了损失的VCU控制功能的构成的框图。如图51所示,ECU2具有:第1实施例的ECU2具有的第1要求电压导出部63以及第2要求电压导出部64、***要求电压决定部66、第1旋转机损失值导出部165、第2旋转机损失值导出部166、第1PDU损失值导出部167、第2PDU损失值导出部168、VCU损失值导出部169和合计损失最小值探索部67。
***要求电压决定部66判断为VCU44进行与第1要求电压VMG1以及第2要求电压VMG2中的较高的一方的要求电压相应的升压,将该较高的一方的要求电压决定为***要求电压。***要求电压决定部66输出表示***要求电压的值。
第1旋转机损失值导出部165根据表示第1磁场电角速度ωMG1的信息、表示第1旋转机21所要求的转矩TMG1的信息、和后述的补正***要求电压值,导出由第1旋转机21产生的电力损失量(以下称为“第1旋转机损失值”)。同样,第2旋转机损失值导出部166根据表示第2磁场电角速度ωMG2的信息、表示第2旋转机31所要求的转矩TMG2的信息、和补正***要求电压值,导出由第2旋转机31产生的电力损失量(以下称为“第2旋转机损失值”)。
第1PDU损失值导出部167根据供应给第1旋转机21的电力或者由第1旋转机21产生的再生电力(将这些统称为“MG1电力”)、和补正***要求电压值,导出由第1PDU41产生的电力损失量(以下称为“第1PDU损失值”)。同样,第2PDU损失值导出部168根据供应给第2旋转机31的电力或者由第2旋转机31产生的再生电力(将这些统称为“MG2电力”)、和补正***要求电压值,导出由第2PDU42产生的电力损失量(以下称为“第2PDU损失值”)。
VCU损失值导出部169根据MG1电力和MG2电力和补正***要求电压值,导出由VCU44产生的电力损失量(以下称为“VCU损失值”)。另外,各损失值导出部执行的损失值的导出方法,是使用了映射的检索或者使用了表示各模型的运算式的计算等。
合计损失最小值探索部67补正***要求电压值,使得满足第1要求电压以及第2要求电压,并且第1旋转机损失值、第2旋转机损失值、第1PDU损失值、第2PDU损失值以及VCU损失值的合计成为最小,输出补正***要求电压值。另外,作为合计损失值成为最小的电压的导出方法,使用最速下降法(Steepest descent method)等。ECU2根据补正***要求电压值对VCU44指定的升压比,是补正***要求电压值除以电池电压Vb得到的值。其中,该升压比不超过VCU44的最大升压比。
根据本实施例,能够进行与包括第1旋转机21、第2旋转机31、第1PDU41、第2PDU42以及VCU44的***整体的损失相对应的VCU44的控制。
<第3实施例:与电池电压相应的VCU控制>
在第3实施例中,ECU2进行与电池电压相应的VCU44的控制。图52是表示用于实现ECU2执行的与电池电压相应的VCU控制功能的构成的框图。如图52所示,ECU2具有第1实施例的ECU2具有的第1要求电压导出部63以及第2要求电压导出部64、和升压比决定部68。
升压比决定部68,判断为VCU44进行与第1要求电压VMG1以及第2要求电压VMG2中的较高的一方的要求电压相应的升压,原则上,将该较高的一方的要求电压除以电池电压Vb得到的值决定为升压比。
图53是表示电池43的输出电压范围和与升压比相应的升压电压的关系的曲线图。如图53所示,电池电压根据电池43的状态在给定范围(以下称为“电池电压动作范围”)内变化。此外,对VCU44输出的升压电压,设定上限(以下称为“升压上限值”)。升压比决定部68按照升压电压不超过升压上限值的方式决定升压比。而且,对升压比也设定上限。将升压比的上限值设为α(α>1)时,VCU44能够输出对电池电压动作范围的电池电压Vb乘以了1~α的升压比的值并且为升压上限值以下的升压电压。图53中用斜线表示VCU44可以输出的该升压电压的可变范围。
在本实施例中对升压比设置了上限,所以在电池电压Vb低时,有时VCU44不能使电池电压Vb升压到要求电压。例如,如图53所示,电池电压Vb小于阈值Vth3时,VCU44不能使电池电压Vb升压到与升压上限值接近的要求电压。在本实施例中,在电池电压Vb小于阈值Vth3时,若不是比上限值α大的升压比则不能升压到要求电压的情况下,升压比决定部68将升压比决定为上限值α。
另外,ECU2在电池电压Vb小于阈值Vth4时,如图54所示,可以控制VCU44,使得限制电池43的输出来使电池电压Vb升压。此时,升压比决定部68在不超过上限值α的范围内决定升压比,使得电池43的输出不超越被限制的值。图54是表示电池43的输出电压范围和电池电压和升压比的关系的曲线图。如图54所示,在电池电压Vb小于阈值Vth4时,与电池电压Vb的降低一起限制电池43的输出。即,不从电池43输出图54中用斜线表示的区域的输出。
电池电压Vb具有伴随电池43的SOC的降低而降低的倾向。根据本实施例,电池电压Vb小于阈值时,从VCU44供应给旋转机的能量被抑制。因此,能够延迟电池43的SOC达到可以使用电池43的下限SOC的时刻。
<第4实施例:EV行驶中的先于ENG起动的升压开始控制>
如参照图A21进行的上述说明所示,在车辆进行EV行驶中起动发动机3时,对第1旋转机21的定子23也供应电力。此时,ECU2控制VCU44,使得在发动机3的起动之前开始升压动作。另外,VCU44从没有进行升压动作的状态开始升压动作,到VCU44的输出电压达到期望的升压电压,需要时间。
图55(a)~(c)的(a)是表示与车速相应的发动机3的起动以及升压开始的各时刻的一例的曲线图,(b)是表示VCU44的输出电压的时间变化的曲线图,(c)是表示第1旋转机21的输出转矩的时间变化的曲线图。ECU2在图55(a)中单点划线所示的车速VP达到发动机起动要求线所示的阈值时,进行控制使得开始向第1旋转机21的电力供应。此外,ECU2在车速VP达到升压要求线所示的阈值时,控制VCU44使得开始升压动作。
在车速VP达到发动机起动要求线所示的阈值时,开始了要起动发动机3的VCU44的升压动作的情况下,与VCU44的升压动作开始同时对第1旋转机21的定子23供应电力。但是,到VCU44的输出电压达到期望的升压电压需要时间,所以如图55(c)所示,第1旋转机21的输出转矩逐渐上升。
另一方面,在车速VP达到升压要求线所示的阈值时,开始了VCU44的升压动作的情况下,在不对第1旋转机21的定子23供应电力的状态下,进行VCU44的升压动作。此时,到VCU44的输出电压达到期望的升压电压所需要的时间,如图55(b)所示,比先前的例子短。另外,在VCU44的输出电压达到期望的升压电压后,紧接着开始向第1旋转机21的定子23的电力供应。因为传递给发动机3的转矩足够,所以如图55(c)所示,发动机3的起动时间与先前的例子相比为短时间即可。
如此,从车速VP达到发动机起动要求线所示的阈值时的升压开始到发动机3的起动完了所需要的时间t1,如图55(c)所示,比从车速VP达到发动机起动要求线所示的阈值时的升压开始到发动机3的起动完了所需要的时间t2短。因此,能够降低电池43的消耗电力。
上述说明,是根据车速VP判断发动机3的起动以及升压开始的各时刻的例子,但是如图56(a)~(c)以及图57(a)~(c)所示,ECU2也可以根据用图A+1所说明的要求驱动力或者电池43的SOC来判断各时刻。图56(a)~(c)的(a)是表示与要求驱动力相应的发动机3的起动以及升压开始的各时刻的一例的曲线图,(b)是表示VCU44的输出电压的时间变化的曲线图,(c)是表示第1旋转机21的输出转矩的时间变化的曲线图。图57(a)~(c)的(a)是表示与电池SOC相应的发动机3的起动以及升压开始的各时刻的一例的曲线图,(b)是表示VCU44的输出电压的时间变化的曲线图,(c)是表示第1旋转机21的输出转矩的时间变化的曲线图。
(第2~第5实施方式)
下面,参照图58~图61来说明第2~第5实施方式的动力装置1A、1B、1C、1D。这些动力装置1A~1D与第1实施方式相比,主要的不同点是分别还具备变速装置61、71、81、91,在第2~第5实施方式中,发动机3和第1以及第2旋转机21、31和驱动轮DW、DW之间的连结关系都与第1实施方式相同。即,A2以及B1的转子25、34与发动机3的曲柄轴3a机械性连结,并且A1以及B2的转子24、35与驱动轮DW、DW机械性连结。此外,在图58~图61中,对于与第1实施方式相同的构成要素,使用相同的符号来表示。这在后述的用于说明其他实施方式的图中也同样适用。以下,从第2实施方式的动力装置1A开始,以与第1实施方式的不同点为中心进行说明。
(第2实施方式)
如图58所示,在该动力装置1A中,设置了变速装置61来代替前述的相互啮合的齿轮7b以及第1齿轮8b。该变速装置61是带式的无级变速装置,具有与前述的第2旋转轴7连结的输入轴、与惰轮轴8连结的输出轴、分别设置在输入轴以及输出轴上的带轮、和缠绕在这些带轮上的金属带(均未图示)。变速装置61通过改变这些带轮的有效直径,来将输入到该输入轴的动力以进行了变速的状态输出给输出轴。此外,变速装置61的变速比(输入轴的转速/输出轴的转速)通过ECU2来控制。
如上所述,变速装置61设置在A1以及B2的转子24、35和驱动轮DW、DW之间,传递给A1以及B2的转子24、35的动力通过变速装置61而被变速,传递给驱动轮DW、DW。
在以上构成的动力装置1A中,在前述的EV进发时、ENG进发时等,从A1以及B2的转子24、35向驱动轮DW、DW传递极其大的转矩时,变速装置61的变速比被控制为大于值1.0的减速侧的给定值。据此,传递给A1以及B2的转子24、35的转矩在变速装置61中被增大后,传递给驱动轮DW、DW。与此相应地,控制在第1旋转机21发电的电力以及供应给第2旋转机31的电力(发电的电力),使得传递给A1以及B2的转子24、35的转矩变小。因此,根据本实施方式,能够减小第1以及第2旋转机21、31所要求的转矩的最大值,能够实现第1以及第2旋转机21、31的进一步小型化以及成本削减。
此外,在车速VP极其高的高车速运转中等,A1以及B2的转子旋转速度VRA1、VRB2变得过大时,变速装置61的变速比被控制为小于值1.0的加速侧的给定值。据此,能够相对于车速VP,使A1以及B2的转子旋转速度VRA1、VRB2下降,所以能够防止两转子旋转速度VRA1、VRB2的过大化所导致的第1以及第2旋转机21、31的故障。如前所述,A1转子24由磁铁构成,磁铁的强度比软磁性体低,容易产生上述那样的不良,所以尤其有效。
而且,在包括EV行驶、ENG行驶的车辆行驶中,控制变速装置61的变速比,使得第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2分别成为给定第1以及第2目标值。对于这些第1以及第2目标值,在仅将第1以及第2旋转机21、31用作动力源时,根据车速VP通过检索映射来计算,在将发动机3、第1以及第2旋转机21、31用作动力源时,根据发动机转速NE以及车速VP通过检索与上述不同的映射来计算。此外,在这些映射中,第1以及第2目标值被设定为相对于此时的车速VP(以及发动机转速NE)可以得到第1以及第2旋转机21、31的高效率那样的值。而且,与这种变速装置61的控制並行地,将第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2分别控制为第1以及第2目标值。如上所述,根据本实施方式,在车辆的行驶中,能够获得第1以及第2旋转机21、31的高效率。
此外,如使用图33(a)、(b)所说明的那样,能够通过第1以及第2旋转机21、31使发动机动力无级变速之后传递给驱动轮DW、DW,所以能够降低变速装置61的变速动作的频度。因此,能够抑制由该变速动作产生的热损失,由此,能够确保动力装置1A的高驱动效率。此外,根据本实施方式,能够同样获得第1实施方式的效果。
另外,在本实施方式中,变速装置61是带式的无级变速装置,但也可以是环型式的无级变速装置或齿轮式的有级变速装置。
(第3实施方式)
在图59所示的第3实施方式的动力装置1B中,变速装置71是齿轮式的有级变速装置,具有输入轴72以及输出轴(未图示)、齿轮比相互不同的多个齿轮列、和按各齿轮列使所述多个齿轮列与和输入轴72以及输出轴之间连接/切断的离合器(均未图示)。变速装置71将输入到该输入轴72的动力以通过这些多个齿轮列的一个而进行了变速的状态输出到输出轴。此外,在变速装置71中,通过这些多个齿轮列,设定由前进用的第1速(变速比=输入轴72的转速/输出轴的转速>1.0)、第2速(变速比=1.0)以及第3速(变速比<1.0)、和后退用的一个变速级构成的共计4个变速级,该变更通过ECU2来控制。
此外,在动力装置1B中,与第1实施方式不同,不在第2旋转轴7上设置齿轮7b,A1以及B2的转子24、35如下所示地与驱动轮DW、DW连结。即,A1转子24与变速装置71的输入轴72直接连结,变速装置71的输出轴与前述的连结轴6直接连结。在连结轴6上一体地设置齿轮6b,该齿轮6b与前述的第1齿轮8b啮合。
如以上那样,A1转子24通过变速装置71、齿轮6b、第1齿轮8b、惰轮轴8、第2齿轮8c、齿轮9a、以及差动齿轮机构9等与驱动轮DW、DW机械性连结。此外,传递到A1转子24的动力通过变速装置71被变速,传递给驱动轮DW、DW。而且,B2转子35通过连结轴6、齿轮6b、以及第1齿轮8b等与驱动轮DW、DW机械性连结,而不通过变速装置71。
在以上构成的动力装置1B中,在ENG进发时等,从A1转子24向驱动轮DW、DW传递极其大的转矩时,变速装置71的变速级被控制为第1速(变速比>1.0)。据此,传递到A1转子24的转矩在变速装置71中被增大后,传递给驱动轮DW、DW。据此,控制由第1旋转机21发电产生的电力,使得传递给A1转子24的转矩变小。据此,根据本实施方式,能够减小第1旋转机21所要求的转矩的最大值,能够实现第1旋转机21的进一步小型化以及成本削减。
此外,在车速VP极其高的高车速运转中等,A1转子旋转速度VRA1变得过大时,变速装置71的变速级被控制为第3速(变速比<1.0)。据此,根据本实施方式,能够使A1转子旋转速度VRA1相对于车速VP下降,所以能够防止由A1转子旋转速度VRA1的过大化引起的第1旋转机21的故障。A1转子24由磁铁构成,磁铁的强度比软磁性体低,容易产生上述那样的不良,所以尤其有效。
而且,在包括EV行驶、ENG行驶的车辆行驶中,控制变速装置71的变速级,使得第1磁场旋转速度VMF1成为给定目标值。该目标值,在仅将第1以及第2旋转机21、31用作动力源时,通过根据车速VP检索映射来计算,在将发动机3、第1以及第2旋转机21、31用作动力源时,通过根据发动机转速NE以及车速VP检索与上述不同的映射来计算。此外,在这些映射中,目标值被设定为相对于此时的车速VP(以及发动机转速NE)可以获得第1旋转机21的高效率的值。而且,与这种变速装置71的控制並行地,将第1磁场旋转速度VMF1控制为上述目标值。据此,根据本实施方式,车辆的行驶中,能够获得第1旋转机21的高效率。
此外,在ENG行驶中、并且变速装置71的变速动作中,即,在将变速装置71的输入轴72以及输出轴与变速前的齿轮列切断后,直到与变速目标的齿轮列连接为止的期间,第1以及第2旋转机21、31如下所示地进行控制。即,变速装置71的变速动作中,通过变速装置71中的齿轮列与输入轴72以及输出轴之间的切断,将A1转子24和驱动轮DW、DW之间切断,由此驱动轮DW、DW的负荷不作用到A1转子24,所以在第1旋转机21中不进行发电,从电池43向第2旋转机31的定子33供应电力。
据此,根据本实施方式,在变速装置71的变速动作中,将来自定子33的第2驱动用等效转矩TSE2、和传递给B1转子34的发动机转矩TENG的一部分合成,通过B2转子35传递到驱动轮DW、DW,所以能够抑制由于发动机转矩TENG不通过变速装置71传递给驱动轮DW、DW而引起的变速冲击,因此,能够提高商品性。此外,根据本实施方式,能够同样获得第1实施方式的效果。
(第4实施方式)
在图60所示的第4实施方式的动力装置1C中,与第1实施方式不同,不在第2旋转轴7上设置齿轮7b,前述的第1齿轮8b与连结轴6上一体设置的齿轮6b啮合。据此,A1转子24通过连结轴6、齿轮6b、第1齿轮8b、惰轮轴8、第2齿轮8c、齿轮9a、以及、差动齿轮机构9等,与驱动轮DW、DW连结,而不通过变速装置81。
此外,变速装置81是与第3实施方式的变速装置71同样地构成的具有第1速~第3速的变速级的齿轮式的有级变速装置,具有与B2转子35直接连结的输入轴82、和与连结轴6直接连结的输出轴(未图示),对输入到输入轴82的动力进行变速,输出到输出轴。而且,变速装置81的变速级的变更通过ECU2来控制。
根据上述构成,B2转子35通过变速装置81、齿轮6b、以及第2齿轮8c等与驱动轮DW、DW机械性连结。此外,传递到B2转子35的动力通过变速装置81被变速,传递给驱动轮DW、DW。
在以上构成的动力装置1C中,在EV进发时、ENG进发时等,从B2转子35向驱动轮DW、DW传递极其大的转矩时,变速装置81的变速级被控制为第1速(变速比>1.0)。据此,传递给B2转子35的转矩在变速装置81中被增大后,传递给驱动轮DW、DW。据此,控制供应给第2旋转机31的电力,使得传递到B2转子35的转矩变小。据此,根据本实施方式,能够减小第2旋转机31所要求的转矩的最大值,能够实现第2旋转机31的进一步小型化以及成本削减。如前所述,在ENG进发时,将来自定子33的转矩和传递给B1转子34的发动机转矩TENG的一部分合成,通过B2转子35传递给驱动轮DW、DW,所以对B2转子35作用比A1转子24大的转矩,所以尤其有效。
此外,在车速VP极其高的高车速运转中等,B2转子旋转速度VRB2变得过大时,变速装置81的变速级被控制为第3速(变速比<1.0)。据此,根据本实施方式,能够相对于车速VP,使B2转子旋转速度VRB2下降,所以能够防止由B2转子旋转速度VRB2的过大化引起的第2旋转机31的故障。
而且,在包括EV行驶、ENG行驶的车辆行驶中,控制变速装置81的变速级,使得第2磁场旋转速度VMF2成为给定目标值。对于该目标值,在仅将第1以及第2旋转机21、31用作动力源时,通过根据车速VP检索映射来计算,在将发动机3、第1以及第2旋转机21、31用作动力源时,通过根据发动机转速NE以及车速VP检索与上述不同的映射来计算。此外,在这些映射,目标值被设定为相对于此时的车速VP(以及发动机转速NE)可以获得第2旋转机31的高效率的值。而且,与这种变速装置81的控制並行地,将第2磁场旋转速度VMF2控制为上述目标值。据此,根据本实施方式,在车辆行驶中,能够获得第2旋转机31的高效率。
此外,在ENG行驶中,并且变速装置81的变速动作中(将输入轴82以及输出轴与变速前的齿轮列切断后,直到连接到变速目标的齿轮列为止的期间),即,通过变速装置81将B2转子35和驱动轮DW、DW之间切断时,由使用图32所说明的转矩的传递状况等可知,发动机转矩TENG的一部分通过A1转子24传递到驱动轮DW、DW。据此,根据本实施方式,变速装置81的变速动作中,能够抑制由发动机转矩TENG不通过变速装置81传递给驱动轮DW、DW而引起的变速冲击,因此,能够提高商品性。此外,根据本实施方式,能够同样地获得第1实施方式的效果。
(第5实施方式)
在图61所示的第5实施方式的动力装置1D中,变速装置91是由行星齿轮装置等构成的齿轮式的有级变速装置,具有输入轴92以及输出轴(未图示),作为变速级设定了由第1速(变速比=输入轴92的转速/输出轴的转速=1.0)和第2速(变速比<1.0)构成的共计2个变速级。这些变速级的变更由ECU2进行。
此外,变速装置91的输入轴92与飞轮5直接连结,同时其输出轴(未图示)与前述的第1旋转轴4直接连结。如此,变速装置91设置在曲柄轴3a与A2以及B1的转子25、34之间,对发动机动力进行变速,传递给A2转子25以及B1转子34。而且,前述的差动齿轮机构9的齿轮9a的齿数大于惰轮轴8的第2齿轮8c的齿数,由此,传递到惰轮轴8的动力以被减速的状态传递给驱动轮DW、DW。
在以上构成的动力装置1D中,在ENG进发时等,从A1以及B2的转子24、35向驱动轮DW、DW传递极其大的转矩时,变速装置91的变速级被控制为第2速(变速比<1.0)。据此,输入到A2以及B1的转子25、34的发动机转矩TENG变小。据此,控制由第1旋转机21发电的电力以及供应给第2旋转机31的电力(发电的电力),使得传递到A1以及B2的转子24、35的发动机转矩TENG变小。此外,传递到A1以及B2的转子24、35的发动机转矩TENG以通过基于第2齿轮8c以及齿轮9a的减速而被增大的状态,传递给驱动轮DW、DW。如上所述,根据本实施方式,能够减小第1以及第2旋转机21、31所要求的转矩的最大值,能够实现第1以及第2旋转机21、31的进一步小型化以及成本削减。
此外,在发动机转速NE极其高时,变速装置91的变速级被控制为第1速(变速比=1.0)。据此,根据本实施方式,与变速级为第2速的情况相比较,能够使A2以及B1的转子旋转速度VRA2、VRB1下降,所以能够防止由两转子旋转速度VRA2、VRB1的过大化引起的第1以及第2旋转机21、31的故障。由于B1转子34由磁铁构成,所以容易发生上述那样的不良,所以尤其有效。
而且,ENG行驶中,变速装置91的变速级根据发动机转速NE以及车速VP变更为第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2分别成为可获得第1以及第2旋转机21、31的高效率的值。此外,与这种变速装置91的变速级的变更並行地,将第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2控制为由此时的发动机转速NE、车速VP、变速装置91的变速级、所述式(43)以及(44)决定的值。据此,根据本实施方式,车辆的行驶中,能够获得第1以及第2旋转机21、31的高效率。
此外,在ENG行驶中,并且在变速装置91的变速动作中,即,通过变速装置91将发动机3与A2以及B1的转子25、34之间切断时,为了抑制变速冲击,如下那样控制第1以及第2旋转机21、31。以下,将这种第1以及第2旋转机21、31的控制称为“变速冲击控制”。
即,对定子23、33供应电力,并且使伴随于此由定子23、33分别产生的第1以及第2旋转磁场都正转。据此,将来自定子23的第1驱动用等效转矩TSE1、和如后述那样传递到A1转子24的转矩合成,将该合成转矩传递给A2转子25。传递到A2转子25的转矩,通过上述变速装置91进行的切断,不传递给曲柄轴3a,而传递给B1转子34,进而与来自定子33的第2驱动用等效转矩TSE2合成后,传递给B2转子35。传递到B2转子35的转矩的一部分传递给A1转子24,剩下的传递给驱动轮DW、DW。
因此,根据本实施方式,变速动作中,能够抑制由发动机转矩TENG不传递到驱动轮DW、DW而引起的变速冲击,能够提高商品性。另外,该变速冲击控制,不局限于在变速装置91的变速动作中进行。此外,根据本实施方式,能够同样地获得第1实施方式的效果。
另外,在第3~第5实施方式中,变速装置71、81、91是齿轮式的有级变速装置,但是也可以是带式或环型式的无级变速装置。
(第6实施方式)
下面,参照图62来说明第6实施方式的动力装置1E。如图62所示,该动力装置1E在第1实施方式的动力装置1中增加了制动机构BL。以下,以与第1实施方式的不同点为中心进行说明。
该制动机构BL具有与前述的第1旋转轴4以及壳体CA连接的单向离合器OC。该单向离合器OC构成为:在向连结有第1旋转轴4的曲柄轴3a作用使其反转的动力时,将第1旋转轴4和构成为不能旋转的壳体CA之间连接,并且,在作用使其正转的动力时,将第1旋转轴4和壳体CA之间切断。
即,通过由单向离合器OC以及壳体CA构成的制动机构BL,第1旋转轴4的旋转仅在与曲柄轴3a、A2转子25、以及B1转子34一起正转的情况下才被容许,在第1旋转轴4与曲柄轴3a等一起反转的情况下,阻止第1旋转轴4的旋转。
在以上构成的动力装置1E中,如下所述地进行基于前述的EV蠕变以及EV进发的运转。即,对定子23、33供应电力,使伴随于此而由定子23产生的第1旋转磁场反转,同时使由定子33产生的第2旋转磁场正转。此外,控制第1以及第2磁场旋转速度VMF1、VMF2,使得(β+1)·|VMF1|=α·|VMF2|成立。而且,控制供应给第1以及第2旋转机21、31的电力,使得对驱动轮DW、DW传递足够的转矩。
相对于如上述那样反转的定子23的第1旋转磁场,如上所述通过制动机构BL阻止A2转子25的反转,所以由前述的第1旋转机21的功能可知,供应给定子23的电力全部作为动力传递到A1转子24,由此A1转子24正转。此外,相对于如上述那样正转的定子33的第2旋转磁场,通过制动机构BL阻止B1转子34的反转,由前述的第2旋转机31的功能可知,供应给定子33的电力全部作为动力传递到B2转子35,由此B2转子35正转。而且,传递到A1以及B2的转子24、35的动力传递给驱动轮DW、DW,其结果,驱动轮DW、DW正转。
而且,在该情况下,相对于由制动机构BL阻止了反转的A2以及B1的转子25、34,第1以及第2驱动用等效转矩TSE1、TSE2分别按照使其反转的方式起作用,由此,曲柄轴3a、A2以及B1的转子25、34不仅不反转,而保持静止状态。
如上所述,根据本实施方式,可以不使用发动机动力,而通过第1以及第2旋转机21、31驱动驱动轮DW、DW。此外,该驱动中,曲柄轴3a不仅不反转,而且保持静止状态,所以不会拖拽发动机3。
另外,在以上所叙述的第1~第6实施方式中,将第1以及第2极对数量比α、β都设定为值2.0,但是在将第1以及第2极对数量比α、β设定为小于值1.0时,可以获得如下效果。由前述的图33(a)、(b)所示的各种旋转要素的旋转速度的关系可知,在将第1极对数量比α设定为比较大的值时,在发动机转速NE高于车速VP时(参照图33(a)、(b)的双点划线),第1磁场旋转速度VMF1变得高于发动机转速NE,有可能变得过大。相对于此,通过将第1极对数量比α设定为小于值1.0,由图33(a)、(b)中虚线所示的速度共线图和双点划线所示的速度共线图的比较可知,能够减小第1磁场旋转速度VMF1,因此,能够防止由第1磁场旋转速度VMF1的过大化引起的损失的发生而驱动效率降低。
此外,在将第2极对数量比β设定为比较大的值的情况下,在车速VP高于发动机转速NE时(参照图33(a)、(b)的单点划线),第2磁场旋转速度VMF2变得高于车速VP,有可能变得过大。相对于此,通过将第2极对数量比β设定为小于值1.0,由图33(a)、(b)中虚线所示的速度共线图和单点划线所示的速度共线图的比较可知,能够减小第2磁场旋转速度VMF2,因此,能够防止由第2磁场旋转速度VMF2的过大化引起的损失的发生而驱动效率降低。
而且,在第1~第6实施方式中,将A2转子25以及B1转子34相互连结,将A1转子24以及B2转子35相互连结,但是若A2转子25以及B1转子34与曲柄轴3a连结,则可以不相互连结,此外,若A1转子24以及B2转子35与驱动轮DW、DW连结,则可以不相互连结。在该情况下,可以用2个变速装置构成第2实施方式的变速装置61,同时将这2个变速装置的一方设置在A1转子24和驱动轮DW、DW之间,将另一方设置在B2转子35和驱动轮DW、DW之间。同样地,可以用2个变速装置构成第5实施方式的变速装置91,同时将这2个变速装置的一方设置在A2转子25和曲柄轴3a之间,将另一方设置在B1转子34和曲柄轴3a之间。
此外,在第1~第5实施方式中,当然还可以设置用于阻止曲柄轴3a的反转的制动机构BL。此外,用单向离合器OC以及壳体CA构成了该制动机构BL,但是若能够阻止曲柄轴3a的反转,则可以用其他机构、例如带型制动器(band brake)等构成。
(第7实施方式)
下面,参照图63来说明第7实施方式的动力装置1F。该动力装置1F与第1实施方式的动力装置1相比,仅在将第2旋转机31置换为一般的单排齿轮型的第1行星齿轮装置PS1和一般的1转子型的旋转机101的点上不同。另外,在该图中,对于与第1实施方式相同的构成要素,使用相同的符号来表示。这对于后述的其他实施方式也同样。以下,以与第1实施方式的不同点为中心进行说明。
如图63所示,第1行星齿轮装置PS1具有第1恒星齿轮S1、设置在该第1恒星齿轮S1的外周的第1环形齿轮R1、与两齿轮S1、R1啮合的多个(例如3个)第1行星齿轮P1(仅图示2个)、和自由旋转地支撑第1行星齿轮P1的第1行星轮架C1。第1恒星齿轮S1的齿数和第1环形齿轮R1的齿数的比(第1恒星齿轮S1的齿数/第1环形齿轮R1的齿数,以下称为“第1行星齿轮比r1”),被设定为略小于值1.0的给定值,被设定为一般的行星齿轮装置可以取得的值中比较大的值。
上述第1恒星齿轮S1通过第1旋转轴4与A2转子25机械性直接连结,并且通过第1旋转轴4以及飞轮5与曲柄轴3a机械性直接连结。此外,第1行星轮架C1通过连结轴6与A1转子24机械性直接连结,并且通过第2旋转轴7、齿轮7b、第1齿轮8b、惰轮轴8、第2齿轮8c、齿轮9a、差动齿轮机构9等与驱动轮DW、DW机械性连结。即,A1转子24以及第1行星轮架C1与驱动轮DW、DW机械性连结。
此外,第1行星齿轮装置PS1通过该构成,具有与一般的行星齿轮装置相同的公知功能。即具有:在第1恒星齿轮S1、第1环形齿轮R1以及第1行星轮架C1的旋转方向相互相同时,将输入到第1行星轮架C1的动力分配给第1恒星齿轮S1以及第1环形齿轮R1的功能;和将输入到第1恒星齿轮S1以及第1环形齿轮R1的动力合成,输出给第1行星轮架C1的功能。此外,在这种动力的分配/合成中,第1恒星齿轮S1、第1环形齿轮R1以及第1行星轮架C1保持关于旋转速度的共线关系进行旋转。在该情况下,第1恒星齿轮S1、第1环形齿轮R1以及第1行星轮架C1之间的旋转速度的关系用下式(53)表示。
VRI1=(r1+1)VCA1-r1·VSU1......(53)
这里,VRI1是第1环形齿轮R1的旋转速度(以下称为“第1环形齿轮旋转速度”),VCA1是第1行星轮架C1的旋转速度(以下称为“第1行星轮架旋转速度”),VSU1是第1恒星齿轮S1的旋转速度(以下称为“第1恒星齿轮旋转速度”)。
旋转机101是3相无刷DC电动机,具有由多个绕组等构成的定子102、和由磁铁等构成的转子103。此外,旋转机101具有:将供应给定子102的电力变换为动力,输出给转子103的功能;和将输入到转子103的动力变换为电力,输出给定子102的功能。转子103与第1环形齿轮R1一体地设置,与第1环形齿轮R1一起自由旋转。定子102通过第2PDU42与电池43电连接。即,第1旋转机21的定子23和旋转机101的定子102通过第1以及第2PDU41、42相互电连接。
图64是表示动力装置1F的概略构成以及动力的传递状况的一例的概念图。另外,在图64中,第1旋转机21用“第1旋转机”表示,定子23用“第1定子”表示,A1转子24用“第1转子”表示,A2转子25用“第2转子”表示,第1行星齿轮装置PS1用“差动装置”表示,第1恒星齿轮S1用“第1要素”表示,第1行星轮架C1用“第2要素”表示,第1环形齿轮R1用“第3要素”表示,旋转机101用“第2旋转机”表示,发动机3用“热力机”表示,驱动轮DW、DW用“被驱动部”表示,第1PDU41用“第1控制器”表示,第2PDU42用“第2控制器”表示。差动装置具有与行星齿轮装置相同的功能。而且,第1转子以及差动装置的第2要素与被驱动部机械性连结,第2转子以及差动装置的第1要素与热力机的第1输出部机械性连结。此外,差动装置的第3要素与第2旋转机的第2输出部机械性连结,并且定子以及第2旋转机通过第1以及第2控制器相互电连接。
根据以上的构成,在动力装置中,热力机的动力,例如如下所述地传递到被驱动部。以下,将第2转子以及第1要素与热力机的第1输出部连结、并且第1转子以及第2要素与被驱动部连结的动力装置称为“第1动力装置”,将第1转子以及第2要素与热力机的第1输出部连结、并且第2转子以及第1要素与被驱动部连结的动力装置称为“第2动力装置”。此外,对于从这些第1以及第2动力装置中的热力机向被驱动部的动力传递,从第1动力装置开始进行说明。另外,在图64中,与图19同样地,对于要素间的连结,用实线表示机械性连结,用单点划线表示电连接,用虚线表示磁性连结。此外,用带箭头的粗线表示动力以及电力的流动。
在将热力机的动力传递给被驱动部时,通过第1以及第2控制器的控制,使用热力机的动力的一部分由第1旋转机进行发电,并且将发电产生的电力供应给第2旋转机。由该第1旋转机进行发电时,如图64所示,热力机的动力的一部分传递到与热力机的第1输出部连结的第2转子,进而通过前述的磁力线的磁力,分配给第1转子以及定子。在该情况下,传递到第2转子的动力的一部分变换为电力,分配给定子。此外,如上所述分配给第1转子的动力传递到被驱动部,另一方面,分配给定子的电力供应给第2旋转机。而且,如上述那样由第1旋转机发电产生的电力供应给第2旋转机时,该电力变换为动力后,传递给第3要素。此外,热力机的动力的剩余部分传递给第1要素,与如上述那样传递到第3要素的动力合成后,通过第2要素传递给被驱动部。以上的结果,与热力机的动力相等大小的动力传递到被驱动部。
如上所述,在本实施方式的第1动力装置1F中,与第1实施方式的动力装置1同样地,第1旋转机具有与组合了行星齿轮装置和一般的1转子型的旋转机的装置相同的功能,所以与为了分配/合成动力来进行传递而需要2个行星齿轮装置的前述的现有动力装置不同,具有一个用于相同目的的差动装置即可。因此,能够相应地使第1动力装置小型化。这对于上述的第2动力装置也同样。此外,在第1动力装置中,与前述的现有情况不同,热力机的动力如上述那样不用再循环而传递给被驱动部,所以能够降低通过第1旋转机、差动装置以及第2旋转机的动力。因此,能够实现第1旋转机、差动装置以及第2旋转机的小型化以及成本削减,由此,能够实现第1动力装置的进一步小型化和成本削减。而且,通过使用具有与如上述那样降低了的动力相称的转矩容量的第1旋转机、差动装置以及第2旋转机,能够抑制动力损失,提高第1动力装置的驱动效率。
此外,热力机的动力,经由由第2转子、磁力线的磁力以及第1转子构成的第1传递路径、由第2转子、磁力线的磁力、定子、第1控制器、第2控制器、第2旋转机、第3要素、以及第2要素构成的第2传递路径、和由第1以及第2要素构成的第3传递路径共计3条传递路径,以被分割的状态传递给被驱动部。据此,能够降低经由第2传递路径通过第1以及第2控制器的电力(能量),所以能够实现第1以及第2控制器的小型化以及成本削减,由此能够实现第1动力装置的进一步小型化以及成本削减。
而且,在进行如以上那样的向被驱动部的动力传递时,通过第1以及第2控制器分别控制定子的旋转磁场的旋转速度和第2旋转机的第2输出部的旋转速度,由此能够对热力机的动力进行无级变速之后传递给被驱动部。以下,对于这一点进行说明。在第1旋转机中,由前述的功能可知,在定子、第1以及第2转子之间的能量的分配/合成中,旋转磁场、第1以及第2转子保持如式(25)所示的关于旋转速度的共线关系而旋转。此外,在差动装置中,在第1~第3要素之间的能量的分配/合成中,第1~第3要素保持关于旋转速度的共线关系而旋转。而且,在前述的连结关系中,在第2转子以及第1要素与热力机的第1输出部直接连结的情况下,第2转子以及第1要素的旋转速度都与热力机的第1输出部的旋转速度相等。此外,在第1转子以及第2要素与被驱动部直接连结的情况下,第1转子以及第2要素的旋转速度都与被驱动部的速度相等。而且,在第2旋转机的第2输出部以及第3要素相互直接连结的情况下,第2旋转机以及第3要素的旋转速度相互相等。
这里,将热力机的第1输出部的旋转速度设为“热力机的转速”,将第2旋转机的第2输出部的旋转速度设为“第2旋转机的旋转速度”。此外,将旋转磁场的旋转速度设为“磁场旋转速度VF”,将第1以及第2转子的旋转速度分别设为“第1以及第2转子旋转速度VR1、VR2”,将第1~第3要素的旋转速度分别设为“第1~第3要素旋转速度V1~V3”。根据上述的各种旋转要素的旋转速度的关系,热力机的转速、被驱动部的速度、磁场旋转速度VF、第1以及第2转子旋转速度VR1、VR2、第1~第3要素旋转速度V1~V3、和第2旋转机的旋转速度的关系如例如图65的粗实线所示。
因此,如图65中双点划线所示,例如,相对于第2转子旋转速度VR2以及第1要素旋转速度V1,使磁场旋转速度VF上升,同时使第2旋转机的旋转速度下降,由此能够对热力机的动力进行无级减速之后传递给被驱动部。相反,如图65中单点划线所示,相对于第2转子旋转速度VR2以及第1要素旋转速度V1,使磁场旋转速度VF下降,并且使第2旋转机的旋转速度上升,由此能够对热力机的动力进行无级加速之后传递给被驱动部。
此外,在第1旋转机的极对数量比α比较大的情况下,在热力机的转速高于被驱动部的速度时(参照图65的双点划线),磁场旋转速度VF变得高于热力机的转速,有可能变得过大。因此,通过将第1旋转机的极对数量比α设定为较小的值,由图65中虚线所示的速度共线图和双点划线所示的速度共线图的比较可知,能够减小磁场旋转速度VF,由此,能够防止由磁场旋转速度VF的过大化引起的损失发生而导致驱动效率降低。
而且,将关于差动装置中的第1~第3要素的旋转速度的共线关系设定为第1要素和第2要素的旋转速度的差和第2要素和第3要素的旋转速度的差为值1.0:值X(X>0),通过将值X设定得比较大时,在被驱动部的速度高于热力机的转速时(参照图65的单点划线),第2旋转机的旋转速度变得高于被驱动部的速度,有可能变得过大。因此,通过将上述值X设定为比较小的值,由图65中虚线所示的速度共线图和单点划线所示的速度共线图的比较可知,能够减小第2旋转机的旋转速度,由此能够防止由第2旋转机的旋转速度的过大化引起的损失发生而导致的驱动效率降低。
此外,在第1动力装置中,通过对第2旋转机供应电力,同时由第1定子进行发电,从而可以将前述的第1旋转机的发电用等效转矩作为反力,在停止了热力机的第1输出部的状态下,将输出到第2旋转机的第2输出部的转矩(以下称为“第2旋转机转矩”)传递到被驱动部,由此,能够驱动被驱动部。而且,在这种被驱动部的驱动中,在热力机为内燃机的情况下,可以起动内燃机。图66示出该情况下的各种旋转要素的转矩的关系和旋转速度的关系。在图66中,与技术方案1同样地,TOUT是被驱动部传递转矩,TDHE、Tg以及TM2分别是传递到热力机的第1输出部的转矩(以下称为“热力机传递转矩”)、发电用等效转矩以及第2旋转机转矩。
在如上述那样起动热力机时,由图66可知,因为第2旋转机转矩TM2将第1旋转机的发电用等效转矩Tg作为反力而传递给被驱动部以及热力机的第1输出部这双方,所以第1旋转机所要求的转矩变得比这以外的情况大。在该情况下,第1旋转机所要求的转矩即发电用等效转矩Tg用下式(54)表示。
Tg=-{X·TOUT+(X+1)TDHE}/(α+1+X)......(54)
由该式(54)可知,第1旋转机的极对数量比α越大,相对于相同大小的被驱动部传递转矩TOUT以及热力机传递转矩TDHE,发电用等效转矩Tg变得越小。因此,通过将极对数量比α设定为比较大的值,能够实现第1旋转机的进一步小型化以及成本削减。
而且,在第1动力装置中,通过如下那样控制热力机、第1以及第2旋转机,能够使低速状态的被驱动部的速度迅速上升。图67示出如此使被驱动部的速度迅速上升的情况下的开始时的各种旋转要素的旋转速度的关系、和各种旋转要素的转矩的关系。在图67中,与技术方案1同样地,THE是热力机的转矩,Te是前述的第1旋转机的驱动用等效转矩。在该情况下,可以将热力机的转速提高到可获得其最大转矩的给定转速。如图67所示,因为被驱动部的速度不立刻上升,所以热力机的转速变得高于被驱动部的速度,同时两者的差变大,所以第2旋转机的第2输出部反转。此外,为了从如此反转的第2旋转机的第2输出部对被驱动部作用正的转矩,在第2旋转机中进行发电。而且,将由第2旋转机发电产生的电力供应给第1旋转机的定子,并且使由该定子产生的旋转磁场正转。
如上所述,热力机的转矩THE、驱动用等效转矩Te以及第2旋转机转矩TM2都作为正的转矩而传递给被驱动部,其结果,被驱动部的速度迅速上升。此外,如上述那样,在使低速状态的被驱动部的速度迅速上升时,由图67可知,热力机的转矩THE以及驱动用等效转矩Te将第2旋转机转矩TM2作为反力而传递给被驱动部,所以第2旋转机所要求的转矩变得比这以外的情况大。在该情况下,第2旋转机所要求的转矩即第2旋转机转矩TM2用下式(55)表示。
TM2=-{α·THE+(1+α)TOUT}/(X+1+α)......(55)
由该式(55)可知,值X越大,相对于相同大小的被驱动部传递转矩TOUT以及热力机的转矩THE,第2旋转机转矩TM2变得越小。因此,通过将值X设定为比较大的值,能够实现第2旋转机的进一步小型化以及成本削减。
此外,图68示意性示出从前述的第2动力装置中的热力机向被驱动部的动力传递状况的一例。另外,图68中的各种旋转要素的连结关系等记载方法与图64相同。在该第2动力装置中,热力机的动力例如如下所述地传递给被驱动部。即,通过第1以及第2控制器的控制,使用热力机的动力的一部分由第2旋转机进行发电,并且将发电产生的电力供应给第1旋转机的定子。在该第2旋转机进行发电时,如图68所示,热力机的动力的一部分传递到与热力机的第1输出部连结的第2要素,分配给第1以及第3要素。分配给第1要素的动力传递给被驱动部,另一方面,分配给第3要素的动力传递给第2旋转机,并且变换为电力后供应给定子。
而且,如上述那样由第2旋转机发电产生的电力供应给定子时,该电力变换为动力,通过磁力线的磁力,传递给第2转子。伴随于此,热力机的动力的剩余部分传递给第1转子,进而通过磁力线的磁力,传递给第2转子。此外,传递到第2转子的动力传递给被驱动部。以上的结果,与热力机的动力相等大小的动力传递到被驱动部。
如上所述,在第2动力装置中,也与前述的第1动力装置同样地,热力机的动力不进行再循环而传递到被驱动部,所以能够降低通过第1旋转机、差动装置以及第2旋转机的动力。因此,与第1动力装置同样地,能够实现第1旋转机、差动装置以及第2旋转机的小型化以及成本削减,由此,能够实现第2动力装置的进一步小型化和成本削减,同时能够提高第2动力装置的驱动效率。此外,仅通过在第1动力装置和第2动力装置之间,第1旋转机以及差动装置中的动力的分配/合成成为相反关系,在第2动力装置中,如图68所示,热力机的动力通过前述的第1~第3传递路径共计3条传递路径,以被分割的状态传递给被驱动部。因此,与第1动力装置同样地,能够实现第1以及第2控制器的小型化以及成本削减,由此,能够实现第2动力装置的进一步小型化以及成本削减。
而且,在第2动力装置中,也与第1动力装置同样地,在上述那种向被驱动部的动力传递时,通过由第1以及第2控制器分别控制磁场旋转速度VF以及第2旋转机的旋转速度,从而能够将热力机的动力进行无级变速后传递给被驱动部。具体而言,在第2动力装置中,热力机的转速、被驱动部的速度、磁场旋转速度VF、第1以及第2转子旋转速度VR1、VR2、第1~第3要素旋转速度V1~V3、和第2旋转机的旋转速度的关系,例如如图69的粗实线所示。如图69中双点划线所示,例如,相对于第2要素旋转速度V2以及第1转子旋转速度VR1,使第2旋转机的旋转速度上升,并且使磁场旋转速度VF下降,由此能够将热力机的动力进行无级减速后传递给被驱动部。相反,如图69中单点划线所示,相对于第2要素旋转速度V2以及第1转子旋转速度VR1,使第2旋转机的旋转速度下降,并且使磁场旋转速度VF上升,由此能够将热力机的动力进行无级加速后传递给被驱动部。
此外,在第1旋转机的极对数量比α比较大的情况下,在被驱动部的速度高于热力机的转速时(参照图69的单点划线),磁场旋转速度VF变得高于被驱动部的速度,有可能变得过大。因此,通过将极对数量比α设定为比较小的值,由图69中虚线所示的速度共线图和单点划线所示的速度共线图的比较可知,能够减小磁场旋转速度VF,由此,能够防止由磁场旋转速度VF的过大化引起的损失发生而导致的驱动效率降低。
而且,在决定关于前述的差动装置中的旋转速度的共线关系的值X比较大的情况下,在热力机的转速高于被驱动部的速度时(参照图69的双点划线),第2旋转机的旋转速度变得高于热力机的转速,有可能变得过大。因此,通过将该值X设定为比较小的值,由图69中虚线所示的速度共线图和双点划线所示的速度共线图的比较可知,能够减小第2旋转机的旋转速度,由此能够防止由第2旋转机的旋转速度的过大化引起的损失发生而导致的驱动效率降低。
此外,在第2动力装置中,对第1旋转机的定子供应电力,并且由第2旋转机进行发电,由此可以将第2旋转机转矩TM2作为反力,在停止了热力机的第1输出部的状态下,将第1旋转机的驱动用等效转矩Te传递给被驱动部,由此能够驱动被驱动部。而且,在这种被驱动部的驱动中,热力机是内燃机的情况下,与第1动力装置同样地,可以起动内燃机。图70示出该情况下的各种旋转要素的转矩的关系、和旋转速度的关系。
如上所述起动热力机的情况下,由图70可知,驱动用等效转矩Te将第2旋转机转矩TM2作为反力而传递给被驱动部以及热力机的输出部的双方,所以第2旋转机所要求的转矩变得比这以外的情况大。在该情况下,第2旋转机所要求的转矩即第2旋转机转矩TM2用下式(56)表示。
TM2=-{α·TOUT+(1+α)TDHE}/(X+α+1)......(56)
由该式(56)可知,值X越大,相对于相同大小的被驱动部传递转矩TOUT以及热力机传递转矩TDHE,第2旋转机转矩TM2变得越小。因此,通过将值X设定为比较大的值,可以实现第2旋转机的进一步小型化以及成本削减。
而且,在第2动力装置中,通过如下那样控制热力机、第1以及第2旋转机,与第1动力装置同样地,能够使低速状态的被驱动部的速度迅速上升。图71示出如此使被驱动部的速度迅速上升的情况下的开始时的各种旋转要素的旋转速度的关系、和各种旋转要素的转矩的关系。在该情况下,可以将热力机的转速提高到可获得其最大转矩的给定旋转速度。如图71所示,因为被驱动部的速度不立刻上升,所以热力机的转速变得高于被驱动部的速度,并且两者的差变大,所以由这两者的关系决定的旋转磁场的旋转方向成为反转方向。因此,为了从产生这种旋转磁场的第1旋转机的定子对被驱动部作用正的转矩,在定子中进行发电。而且,将由定子发电产生的电力供应给第2旋转机,并且使该第2输出部正转。
如上所述,热力机的转矩THE、第2旋转机转矩TM2以及发电用等效转矩Tg都作为正的转矩传递给被驱动部,其结果,被驱动部的速度迅速上升。此外,在如上述那样使低速状态的被驱动部的速度迅速上升的情况下,由图71可知,热力机的转矩THE以及第2旋转机转矩TM2将第1旋转机的发电用等效转矩Tg作为反力而传递给被驱动部,所以第1旋转机所要求的转矩变得比这以外的情况大。在该情况下,第1旋转机所要求的转矩即发电用等效转矩Tg用下式(57)表示。
Tg=-{X·THE+(1+X)TOUT}/(α+1+X)......(57)
由该式(57)可知,极对数量比α越大,相对于相同大小的被驱动部传递转矩TOUT以及热力机的转矩THE,发电用等效转矩Tg变得越小。因此,通过将极对数量比α设定为较大的值,能够实现第1旋转机的进一步小型化以及成本削减。
此外,如图72所示,ECU2上连接有旋转角传感器59,该旋转角传感器59检测旋转机101的转子103的旋转角度位置,并将其检测信号输出给ECU2。ECU2根据该检测信号计算转子103的旋转速度(以下称为“转子旋转速度”)。此外,ECU2根据检测到的转子103的旋转角度位置控制第2PDU42,由此控制供应给旋转机101的定子102的电力、由定子102发电的电力、转子旋转速度。另外,ECU2从存储进行该控制时所需的各种映射等的存储器45读入数据。此外,ECU2根据安装在电池43的铠装体或者其周边的电池温度传感器62检测出的信号,导出电池43的温度。
以下,参照图73以及图74来说明在具有上述说明的1共线4要素的构造的动力装置1F中ECU2进行的驱动力控制。图73是表示第7实施方式的动力装置1F中的驱动力控制的方框图。此外,图74是具有1共线4要素的构造的动力装置1F中的速度共线图。
如图73所示,ECU2取得表示上述说明的加速器开度AP的检测信号、表示车速VP的检测信号。接下来,ECU2使用存储器45中所存储的驱动力映射,导出与加速器开度AP和车速VP相应的驱动力(以下称为“要求驱动力”)。接下来,ECU2计算与要求驱动力和车速VP相应的输出(以下称为“要求输出”)。另外,该要求输出,是用于车辆进行与驾驶员的加速器踏板操作相应的行驶而需要的输出。
接下来,ECU2根据上述说明的表示对电池43进行输入输出的电流/电压值的检测信号,取得电池43的剩余容量(SOC:State ofCharge)的信息。接下来,ECU2决定与电池43的SOC相应的发动机3的输出占要求输出的比例。接下来,ECU2使用存储器45中所存储的ENG动作映射,导出与发动机3的输出相应的最合适的动作点。另外,ENG动作映射,是基于表示与发动机3的轴转速和转矩和输出的关系相应的各动作点的燃料消耗率的BSFC(Brake Specific Fuel Consumption)的映射。接下来,ECU2导出在最合适动作点的发动机3的轴转速(以下称为“要求ENG轴转速”)。而且,ECU2导出在最合适动作点的发动机3的转矩(以下称为“ENG要求转矩”)。
接下来,ECU2控制发动机3,以输出ENG要求转矩。接下来,ECU2检测发动机3的轴转速。将此时检测出的发动机3的轴转速称为“实际ENG轴转速”。接下来,ECU2计算要求ENG轴转速和实际ENG轴转速的差分Δrpm。ECU2控制第1旋转机21的输出转矩,使得差分Δrpm接近0。该控制,通过由第1旋转机21的定子23进行再生发电来进行,其结果,对第1旋转机21(MG1)的A2转子25施加图74的共线图所示的转矩T12。
通过对第1旋转机21的A2转子25施加转矩T12,在第1旋转机21(MG1)的A1转子24产生转矩T11。转矩T11通过以下的式(58)来计算。
T11=α/(1+α)×T12...(58)
此外,通过在第1旋转机21的定子23的再生发电而产生的电能(再生能量)被送到第1PDU41。在图74的共线图中,用点线A表示由第1旋转机21的定子23产生的再生能量。
接下来,ECU2控制第2PDU42,使得对第1行星齿轮装置PS1的第1行星轮架C1施加从之前导出的要求驱动力减去上述计算出的转矩T11而得到的转矩T22。其结果,对旋转机101(MG2)的转子103施加转矩,传递到第1行星齿轮装置PS1的第1行星轮架C1。另外,图74的共线图示出对旋转机101的定子102供应电能的情况,用点线B表示此时的电能。此时,在对旋转机101供应电能时,可以使用由第1旋转机21的再生发电得到的再生能量。
如此,对第1旋转机21的A1转子24施加转矩T11,对第1行星齿轮装置PS1的第1行星轮架C1施加转矩T22。第1旋转机21的A1转子24通过连结轴6与第1行星齿轮装置PS1的第1行星轮架C1连结,第1行星齿轮装置PS1的第1行星轮架C1与第2旋转轴7连结,所以对驱动轮DW、DW施加转矩T11和转矩T22的总和。
但是,通过对第1行星齿轮装置PS1的第1行星轮架C1施加转矩T22,在第1行星齿轮装置PS1的第1恒星齿轮S1上产生转矩T21。转矩T21由以下的式(59)表示。
T21=β/(1+β)×T22...(59)
因为第1行星齿轮装置PS1的第1恒星齿轮S1与发动机3的轴连结,所以发动机3的实际ENG轴转速受到转矩T21的影响。但是,即使实际ENG轴转速变化,ECU2也控制第1旋转机21的输出转矩,使得差分Δrpm接近0。通过该控制而转矩T12变化,第1旋转机21的A1转子24上产生的转矩T11也变化,所以ECU2变更对旋转机101的转子103施加的转矩。此时,通过变更后的转矩而产生的转矩T21也变化。如此,分别施加到第1旋转机21的A1转子24以及A2转子25、以及第1行星齿轮装置PS1的第1恒星齿轮S1以及第1行星轮架C1的转矩进行循环(T12→T11→T22→T21),各转矩逐渐收敛。
如以上说明的那样,ECU2控制在第1旋转机21的A2转子25产生的转矩,使得发动机3在最合适的动作点工作,并且控制在旋转机101的转子103产生的转矩,使得对驱动轮DW、DW传递要求驱动力。
在上述说明中,在导出要求驱动力时以及导出要求输出时使用了车速VP,但是也可以使用车轴的转速的信息来代替车速VP。
如上所述,本实施方式的动力装置1F与第1实施方式的动力装置1相比较,仅将第2旋转机31置换为第1行星齿轮装置PS1以及旋转机101,具有与该动力装置1完全相同的功能。此外,在动力装置1F中,同样地进行在第1实施方式所叙述的EV蠕变等的各种动作模式下的运转。在该情况下,将关于第2旋转机31的各种参数(第2磁场旋转速度VMF2等)置换为对应的旋转机101的各种参数来进行这些动作模式的运转。以下,对于这些动作模式,以与第1实施方式不同的点为中心来简单地进行说明。
·EV蠕变
在EV蠕变中,从电池43对旋转机101的定子102供应电力,并且使转子103正转。此外,使用如后述那样传递到第1旋转机21的A1转子24的动力,由定子23进行发电,并且将发电的电力供应给定子102。伴随于此,输出到旋转机101的转子103的转矩(以下称为“旋转机转矩”)按照使第1行星轮架C1正转的方式起作用,并且按照使第1恒星齿轮S1反转的方式起作用。此外,传递到第1行星轮架C1的转矩的一部分通过第2旋转轴7等传递给驱动轮DW、DW,由此驱动轮DW、DW正转。
而且,EV蠕变中,传递到第1行星轮架C1的转矩的剩余部分通过连结轴6传递给A1转子24后,伴随在第1旋转机21的定子23的发电,作为电能传递给定子23。此外,如第1实施方式中所叙述的那样,因为伴随该发电而产生的第1旋转磁场反转,所以第1发电用等效转矩TGE1按照使A2转子25正转的方式起作用。此外,以与该第1发电用等效转矩TGE1相称的方式,传递给A1转子24的转矩进而传递到A2转子25,按照使A2转子25正转的方式起作用。
在该情况下,控制供应给定子102的电力和由定子23发电的电力,使得使上述的第1恒星齿轮S1反转的转矩和使A2转子25正转的转矩相称,由此相互连结的A2转子25、第1恒星齿轮S1以及曲柄轴3a保持静止状态。其结果,EV蠕变中,A2转子旋转速度VRA2以及第1恒星齿轮旋转速度VSU1成为值0,发动机转速NE也成为值0。
此外,EV蠕变中,分别控制供应给定子102的电力、由定子23发电的电力、和第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度,使得维持所述式(43)以及(53)所示的速度关系、并且第1行星轮架旋转速度VCA1以及A1转子旋转速度VRA1变得非常小。如上所述,进行车速VP非常小的蠕变运转。如上所述,可以在停止了发动机3的状态下,通过第1旋转机21以及旋转机101来进行蠕变运转。
·EV进发
在EV进发时,使供应给旋转机101的定子102的电力以及由第1旋转机21的定子23发电的电力都增大。而且,维持式(43)以及(53)所示的旋转速度的关系,将发动机转速NE保持为值0,同时分别使EV蠕变中曾反转的第1旋转磁场的第1磁场旋转速度VMF1、和曾正转的转子103的转子旋转速度向与之前相同的旋转方向上升。如上所述,车速VP上升,车辆进发。
·EV行驶中ENG起动
在EV行驶中ENG起动时,将车速VP保持为此时的值,同时控制EV进发时如上述那样曾反转的第1旋转磁场的第1磁场旋转速度VMF1成为值0,并且控制曾正转的转子103的转子旋转速度使其下降。而且,第1磁场旋转速度VMF1成为值0后,除了旋转机101的定子102之外,还对第1旋转机21的定子23从电池43供应电力,使由定子23产生的第1旋转磁场正转,同时使第1磁场旋转速度VMF1上升。
通过如上述那样对定子102供应电力,旋转机101的旋转机转矩通过第1环形齿轮R1传递给第1行星轮架C1,伴随于此如后述那样传递到第1恒星齿轮S1的转矩传递给第1行星轮架C1。即,将旋转机转矩和传递到第1恒星齿轮S1的转矩合成,传递给第1行星轮架C1。此外,传递到第1行星轮架C1的转矩的一部分通过连结轴6传递给A1转子24,剩余部分通过第2旋转轴7等传递给驱动轮DW、DW。
而且,EV行驶中ENG起动时,如第1实施方式中所叙述的那样,从电池43对定子23供应电力,由此伴随第1驱动用等效转矩TSE1传递到A2转子25,如上述那样传递到A1转子24的转矩传递给A2转子25。此外,传递到A2转子25的转矩的一部分通过第1旋转轴4传递给第1恒星齿轮S1,剩余部分通过第1旋转轴4等传递给曲柄轴3a,由此,曲柄轴3a正转。而且,在该情况下,控制供应给两定子102、23的电力,使得对驱动轮DW、DW以及发动机3传递足够的动力。
如上所述,EV行驶中ENG起动时,车速VP被保持为此时的值,并且发动机转速NE上升。在该状态下,与第1实施方式同样地,根据曲柄角度位置控制发动机3的燃料喷射阀、火花塞的点火动作,由此起动发动机3。此外,通过控制第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度,从而将发动机转速NE控制为适于发动机3的起动的比较小的值。
图75示出EV行驶中ENG起动的开始时的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例。在该图中,VRO以及TMOT分别是旋转机101的转子旋转速度以及旋转机转矩。在该情况下,由图75知,旋转机转矩TMOT将第1发电用等效转矩TGE1作为反力而传递给驱动轮DW、DW以及曲柄轴3a的双方,所以与第1实施方式同样地,第1旋转机21所要求的转矩变得比这以外的情况大。在该情况下,与第1实施方式同样地,第1旋转机21所要求的转矩即第1发电用等效转矩TGE1用下式(60)表示。
TGE1=-{r1·TDDW+(1+r1)TDENG}/(α+1+r1)
......(60)
由该式(60)可知,第1极对数量比α越大,相对于相同大小的驱动轮传递转矩TDDW以及发动机传递转矩TDENG,第1发电用等效转矩TGE1变得越小。在本实施方式中,与第1实施方式同样地,第1极对数量比α被设定为值2.0,所以与设定为小于值1.0的情况相比,能够减小第1发电用等效转矩TGE1。
·ENG行驶
在ENG行驶中,按照第1实施方式中所叙述的执行条件,进行电池输入输出零模式、辅助模式、驱动时充电模式下的运转。该电池输入输出零模式中,使用传递到A2转子25的发动机动力,由第1旋转机21的定子23进行发电,并且将发电的电力供应给旋转机101的定子102,而不对电池43充电。在该情况下,与第1实施方式同样地,发动机转矩TENG的一部分通过A2转子25分配给定子23以及A1转子24。此外,发动机转矩TENG的剩余部分通过第1旋转轴4传递给第1恒星齿轮S1。而且,与上述的EV行驶中ENG起动时同样地,将旋转机转矩TMOT和如上述那样传递到第1恒星齿轮S1的转矩合成,传递给第1行星轮架C1。此外,如上述那样分配给A1转子24的发动机转矩TENG通过连结轴6进而传递给第1行星轮架C1。
如上所述,将分配给A1转子24的发动机转矩TENG、旋转机转矩TMOT、和传递到第1恒星齿轮S1的发动机转矩TENG合成得到的合成转矩传递给第1行星轮架C1。此外,该合成转矩通过第2旋转轴7等传递给驱动轮DW、DW。以上的结果,电池输入输出零模式中,若没有各齿轮的传递损失等,则与第1实施方式同样地,与发动机动力相等大小的动力传递到驱动轮DW、DW。
而且,在电池输入输出零模式中,通过控制第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度VRO,发动机动力被无级变速,传递给驱动轮DW、DW。即,第1旋转机21、第1行星齿轮装置PS1以及旋转机101作为无级变速装置发挥功能。
具体而言,如图76中双点划线所示,维持所述式(43)以及(53)所示的速度关系的情况下,相对于A2转子旋转速度VRA2以及第1恒星齿轮旋转速度VSU1、即发动机转速NE,使第1磁场旋转速度VMF1上升,同时使转子旋转速度VRO下降,由此可以对A1转子旋转速度VRA1以及第1行星轮架旋转速度VCA1、即车速VP进行无级减速。相反,如图76中单点划线所示,相对于发动机转速NE,使第1磁场旋转速度VMF1下降,同时使转子旋转速度VRO上升,由此可以对车速VP进行无级加速。而且,在该情况下,控制第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度VRO,使得发动机转速NE成为目标转速。
如上所述,电池输入输出零模式中,在第1旋转机21、第1行星齿轮装置PS1以及旋转机101中,发动机动力暂时被分割,经由下面的第1~第3传递路径传递到第1行星轮架C1,并且以被合成的状态传递到驱动轮DW、DW。
第1传递路径:A2转子25→磁力线ML的磁力→A1转子24→连结轴6→第1行星轮架C1
第2传递路径:第1恒星齿轮S1→第1行星齿轮P1→第1行星轮架C1
第3传递路径:A2转子25→磁力线ML的磁力→定子23→第1PDU41→第2PDU42→旋转机101→第1环形齿轮R1→第1行星齿轮P1→第1行星轮架C1
在这些第1以及第2传递路径中,发动机动力不变换为电力,而通过磁路径、基于齿轮的啮合的所谓机械路径,传递给驱动轮DW、DW。
此外,电池输入输出零模式中,控制由定子23发电的电力和第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度VRO,使得维持所述式(43)以及(53)所示的速度关系。
此外,辅助模式中,使用传递给A2转子25的发动机动力,由定子23进行发电,并且除了该发电产生的电力之外,还将电池43中所充电的电力供应给旋转机101的定子102。因此,基于从定子23以及电池43对定子102供应的电力的旋转机转矩TMOT传递给第1行星轮架C1。而且,与上述的电池输入输出零模式同样地,将该旋转机转矩TMOT、伴随由定子23的发电而分配给A1转子24的发动机转矩TENG、和传递给第1恒星齿轮S1的发动机转矩TENG合成得到的转矩,通过第1行星轮架C1传递给驱动轮DW、DW。以上的结果,辅助模式中,若没有各齿轮产生的传递损失等,则与第1实施方式同样地,传递到驱动轮DW、DW的动力等于发动机动力和从电池43供应的电力(能量)之和。
而且,辅助模式中,控制由定子23发电的电力、从电池43供应给定子102的电力、和第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度VRO,使得式(43)以及(53)所示的速度关系被维持。其结果,与第1实施方式同样地,发动机动力相对于车辆要求动力的不足部分,通过从电池43对定子102供应电力来补偿。另外,在发动机动力相对于车辆要求动力的不足部分比较大的情况下,除了旋转机101的定子102之外,还对第1旋转机21的定子23从电池43供应电力。
此外,驱动时充电模式中,从由第1旋转机21的定子23发电产生的电力减去充电到电池43中的电力所得的大小的电力供应给旋转机101的定子102,基于该电力的旋转机转矩TMOT传递给第1行星轮架C1。而且,与电池输入输出零模式同样地,将该旋转机转矩TMOT、伴随在定子23的发电而分配给A1转子24的发动机转矩TENG、和传递给第1恒星齿轮S1的发动机转矩TENG合成得到的转矩,通过第1行星轮架C1传递给驱动轮DW、DW。以上的结果,驱动时充电模式中,若没有各齿轮引起的传递损失等,则与第1实施方式同样地,传递给驱动轮DW、DW的动力成为从发动机动力减去对电池43充电的电力(能量)所得的大小。
而且,驱动时充电模式中,控制由定子23发电的电力、对电池43充电的电力、和第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度VRO,使得维持式(43)以及(53)所示的速度关系。其结果,与第1实施方式同样地,发动机动力相对于车辆要求动力的剩余部分,在第1旋转机21的定子23中变换为电力,对电池43进行充电。
此外,ENG行驶中,不由第1旋转机21的定子23进行发电,而从电池43对旋转机101的定子102供应电力,并且控制该电力,使得旋转机转矩TMOT成为发动机转矩TENG的1/r1倍的大小的情况下,将发动机转矩TENG的全部和旋转机转矩TMOT在第1行星轮架C1中合成后,传递给驱动轮DW、DW。即,在该情况下,可以不通过前述的电气路径传递发动机动力,而仅通过机械路径将发动机动力传递给驱动轮DW、DW。此外,在该情况下,发动机转矩TENG的(r1+1)/r1倍的大小的转矩传递给驱动轮DW、DW。
而且,在第1实施方式中所叙述的ENG行驶中的急加速运转时,如下那样控制发动机3、第1旋转机21以及旋转机101。图77示出ENG行驶中的急加速运转的开始时的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例。在该情况下,与第1实施方式同样地,将发动机转速NE提高到可以获得其最大转矩的给定转速。此外,如图77所示,因为车速VP不立即上升,所以发动机转速NE变得高于车速VP,并且两者的差变大,所以旋转机101的转子103反转。为了从这样反转的转子103向驱动轮DW、DW作用正的转矩,在定子102中进行发电。而且,将由定子102发电产生的电力供应给第1旋转机21的定子23,使第1旋转磁场正转。
如上所述,发动机转矩TENG、第1驱动用等效转矩TSE1以及旋转机转矩TMOT都作为正的转矩传递给驱动轮DW、DW,其结果,车速VP迅速上升。此外,ENG行驶中的急加速运转的开始时,由图77可知,发动机转矩TENG以及第1驱动用等效转矩TSE1将旋转机转矩TMOT作为反力而传递给驱动轮DW、DW,所以旋转机101所要求的转矩变得比这以外的情况大。在该情况下,旋转机101所要求的转矩即旋转机转矩TMOT用下式(61)表示。
TMOT=-{α·TENG+(1+α)TDDW}/(r1+1+α)......(61)
由该式(61)可知,第1行星齿轮比r1越大,相对于相同大小的驱动轮传递转矩TDDW以及发动机转矩TENG,旋转机转矩TMOT变得越小。在本实施方式中,将第1行星齿轮比r1设定为一般的行星齿轮装置可以取得的值中比较大的值,所以与设定为较小的值的情况相比,能够减小旋转机转矩TMOT。
·减速再生
减速再生中,传递给发动机3的驱动轮DW、DW的转矩相对于驱动轮DW、DW的转矩(基于惯性的转矩)的比例小时,使用驱动轮DW、DW的动力的一部分由两定子23、102进行发电,并且将发电的电力充电到电池43中。伴随由定子102的发电,将驱动轮DW、DW的转矩的全部和如后述那样分配给A1转子24的转矩合成得到的合成转矩传递给第1行星轮架C1。此外,传递给第1行星轮架C1的上述合成转矩,被分配给第1恒星齿轮S1以及第1环形齿轮R1,分配给第1环形齿轮R1的转矩传递给转子103。
而且,分配给第恒星齿轮S1的转矩的一部分传递给发动机3,与前述的电池输入输出零模式的情况同样地,剩余部分伴随在定子23的发电而传递给A2转子25后,被分配给定子23以及A1转子24。此外,分配给A1转子24的转矩传递给第1行星轮架C1。以上的结果,减速再生中,若没有各齿轮引起的传递损失等,则与第1实施方式同样地,传递给发动机3的动力与对电池43充电的电力(能量)之和等于驱动轮DW、DW的动力。
·停车中ENG起动
停车中ENG起动时,从电池43向第1旋转机21的定子23供应电力,使伴随于此由定子23产生的第1旋转磁场正转,同时由旋转机101的定子102进行发电,将发电的电力进而供应给定子23。如第1实施方式中所叙述的那样,伴随对定子23供应电力,来自定子23的第1驱动用等效转矩TSE1按照使A2转子25正转的方式起作用,同时按照使A1转子24反转的方式起作用。此外,传递给A2转子25的转矩的一部分传递给曲柄轴3a,由此曲柄轴3a正转。
此外,停车中ENG起动时,传递给A2转子25的转矩的剩余部分传递给第1恒星齿轮S1后,伴随在旋转机101的定子102的发电,通过第1行星齿轮P1、第1环形齿轮R1以及转子103,作为电能传递给定子102。此外,相对于车速VP为值0,曲柄轴3a如上述那样正转,所以转子103反转。因此,伴随在该定子102的发电而产生的旋转机转矩TMOT,通过第1环形齿轮R1传递给第1行星轮架C1,按照使第1行星轮架C1正转的方式起作用。此外,以与该旋转机转矩TMOT相称的方式,传递给第1恒星齿轮S1的转矩进而传递给第1行星轮架C1,按照使第1行星轮架C1正转的方式起作用。
在该情况下,控制供应给第1旋转机21的定子23的电力和由旋转机101的定子102发电的电力,使得使上述的A1转子24反转的转矩和使第1行星轮架C1正转的转矩相称,由此相互连结的A1转子24、第1行星轮架C1以及驱动轮DW、DW保持静止状态。其结果,A1转子旋转速度VRA1以及第1行星轮架旋转速度VCA1成为值0,车速VP也成为值0。
此外,在该情况下,控制供应给定子23的电力和由定子102发电的电力和第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度VRO,使得维持式(43)以及(53)所示的速度关系,并且使得A2转子旋转速度VRA2以及第1恒星齿轮旋转速度VSU1成为比较小的值。如上所述,停车中ENG起动时,与第1实施方式同样地,将车速VP保持值0,并且将发动机转速NE控制为适于发动机3的起动的比较小的值。此外,在该状态下,根据曲柄角度位置控制发动机3的燃料喷射阀、火花塞的点火动作,由此发动机3起动。
·ENG蠕变
ENG蠕变中,由定子23以及102进行发电。此外,将如此由两定子23、102发电的电力充电到电池43中。与前述的电池输入输出零模式的情况同样地,伴随在上述定子23的发电,发动机转矩TENG的一部分传递给A2转子25,并且传递给A2转子25的发动机转矩TENG分配给定子23以及A1转子24。此外,相对于车速VP大致为值0,曲柄轴3a正在正转,所以旋转机101的转子103反转。因此,伴随由上述定子102的发电而产生的旋转机转矩TMOT,与上述的停车中ENG起动的情况同样地,按照使第1行星轮架C1正转的方式起作用。此外,以与旋转机转矩TMOT相称的方式,传递给第1恒星齿轮S1的发动机转矩TENG进而传递给第1行星轮架C1,按照使第1行星轮架C1正转的方式起作用。而且,如上述那样分配给A1转子24的发动机转矩TENG传递给第1行星轮架C1。
如上所述,ENG蠕变中,将分配给A1转子24的发动机转矩TENG、旋转机转矩TMOT、和传递给第1恒星齿轮S1的发动机转矩TENG合成得到的合成转矩传递给第1行星轮架C1。该合成转矩传递给驱动轮DW、DW,使驱动轮DW、DW正转。此外,控制由定子23、102发电的电力、第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度VRO,使得A1转子旋转速度VRA1以及第1行星轮架旋转速度VCA1即车速VP变得非常小,由此进行蠕变运转。
此外,ENG蠕变中,如上所述,伴随由定子23的发电而分配给A1转子24的发动机转矩TENG、和伴随由定子102的发电而通过第1恒星齿轮S1传递给第1行星轮架C1的发动机转矩TENG,传递给驱动轮DW、DW。据此,与第1实施方式同样地,能够将发动机转矩TENG的一部分传递给驱动轮DW、DW,所以能够不产生发动机失速地进行蠕变运转。
·ENG进发
ENG进发时,控制ENG蠕变中曾反转的转子103的转子旋转速度VRO使其为值0,使曾正转的第1旋转磁场的第1磁场旋转速度VMF1上升,并且使发动机动力增大。而且,转子旋转速度VRO变为值0后,进行前述的电池输入输出零模式下的运转。如上所述,车速VP上升,车辆进发。
·EV后退进发
EV后退进发时,从电池43对旋转机101的定子102以及第1旋转机21的定子23的双方供应电力。其结果,使由定子23产生的第1旋转磁场正转,使由定子102产生的第2旋转磁场正转。EV后退进发中,伴随对第1旋转机21的定子23供应电力,来自定子23的第1驱动用等效转矩按照使A2转子25正转的方式起作用,并且按照使A1转子24反转的方式起作用。此外,伴随对旋转机101的定子102供应电力,来自定子102的第2驱动用等效转矩TSE2按照使第1行星齿轮装置PS1的第1行星轮架C1反转的方式起作用,并且按照使第1行星齿轮装置PS1的第1恒星齿轮S1正转的方式起作用。如上所述,车速VP在负的方向上升,车辆后退进发。
·ENG后退进发
ENG后退进发时,控制ENG蠕变中曾反转的第2旋转磁场的第2磁场旋转速度VMF2使其进一步向负的方向上升,并且使曾正转的第1旋转磁场的第1磁场旋转速度VMF1上升,使发动机动力增大。如上所述,车速VP向负的方向上升,车辆后退进发。
如上所述,根据本实施方式,第1旋转机21具有与组合了行星齿轮装置和一般的1转子型的旋转机的装置相同的功能,所以与前述的现有动力装置不同,不需要用于分配/合成动力来传递的2个行星齿轮装置,有第1行星齿轮装置PS1就够。因此,能够相应地使动力装置1F小型化。此外,在动力装置1F中,如电池输入输出零模式的动作说明中所叙述的那样,与前述的现有情况不同,发动机动力不用再循环而传递给驱动轮DW、DW,所以能够降低通过第1旋转机21、第1行星齿轮装置PS1以及旋转机101的动力。因此,能够实现第1旋转机21、第1行星齿轮装置PS1以及旋转机101的小型化以及成本削减,由此能够实现动力装置1F的进一步小型化和成本削减。而且,通过使用具有与上述那样被降低的动力相称的转矩容量的第1旋转机21、第1行星齿轮装置PS1以及旋转机101,能够抑制动力的损失,提高动力装置1F的驱动效率。
此外,发动机动力经由第1传递路径(A2转子25、磁力线ML的磁力、A1转子24、连结轴6、第1行星轮架C1)、第2传递路径(第1恒星齿轮S1、第1行星齿轮P1、第1行星轮架C1)、和第3传递路径(A2转子25、磁力线ML的磁力、定子23、第1PDU41、第2PDU42、旋转机101、第1环形齿轮R1、第1行星齿轮P1、第1行星轮架C1)共计3条传递路径,以被分割的状态传递给驱动轮DW、DW。据此,能够降低经由第3传递路径通过第1以及第2PDU41、42的电力(能量),所以能够实现第1以及第2PDU41、42的小型化以及成本削减,由此,能够实现动力装置1F的进一步小型化以及成本削减。
而且,如使用图76说明的那样,通过控制第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度VRO,发动机动力被无级变速,传递给驱动轮DW、DW。此外,在该情况下,控制第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度VRO,使得发动机转速NE成为为了获得最优燃料消耗率而设定的目标转速,所以能够控制发动机动力使得获得最优燃料消耗率,同时驱动驱动轮DW、DW。因此,能够进一步提高动力装置1F的驱动效率。
此外,与第1实施方式同样地,第1旋转机21的第1极对数量比α被设定为值2.0。据此,在第1旋转机21所要求的转矩变得特别大的EV行驶中ENG起动时,如使用图75所述式(60)所说明的那样,与将第1极对数量比α设定为小于值1.0的情况相比,能够减小第1发电用等效转矩TGE1,因此,能够实现第1旋转机21的进一步小型化以及成本削减。而且,将第1行星齿轮装置PS1的第1行星齿轮比r1设定为一般的行星齿轮装置可以取得的值中比较大的值。据此,在旋转机101所要求的转矩变得特别大的ENG行驶中的急加速运转的开始时,如使用图77和所述式(61)所说明的那样,与将第1行星齿轮比r1设定为较小的值的情况相比,能够减小旋转机转矩TMOT,因此,能够实现旋转机101的进一步小型化以及成本削减。此外,根据本实施方式,能够同样地获得第1实施方式的效果。
另外,本实施方式的动力装置1F进行与第1实施方式的动力装置1进行的“与电池SOC相应的控制”同样的控制。但是,在本实施方式中,将第1实施方式的第2旋转机31置换为第1行星齿轮装置PS1和1转子型的旋转机101。因此,将第2旋转机31读作旋转机101,将第2旋转机31的定子33读作旋转机101的定子102,将B2转子35读作第1行星齿轮装置PS1的第1行星轮架C1。
(第8~第12实施方式)
下面,参照图78~图82来说明第8~第12实施方式的动力装置1G、1H、1I、1J、1K。与第7实施方式相比较,这些动力装置1G~1K分别还具备变速装置111、121、131、141、151,这一点主要不同,在第8~第12实施方式中,发动机3、第1旋转机21、第1行星齿轮装置PS1、旋转机101、以及驱动轮DW、DW之间的连结关系都与第7实施方式相同。即,A2转子25以及第1恒星齿轮S1与发动机3的曲柄轴3a机械性连结,并且A1转子24以及第1行星轮架C1与驱动轮DW、DW机械性连结。此外,旋转机101的转子103与第1环形齿轮R1机械性连结。而且,在图78~图82中,对于与第7实施方式相同的构成要素,使用相同的符号来表示。这在后述的用于说明其他实施方式的图中也同样适用。以下,从第8实施方式的动力装置1G开始,以与第7实施方式的不同点为中心进行说明。
(第8实施方式)
如图78所示,在该动力装置1G中,代替前述的相互啮合的齿轮7b以及第1齿轮8b而设置变速装置111。该变速装置111是带式无级变速装置,具有与前述的第2旋转轴7连结的输入轴、与惰轮轴8连结的输出轴、分别设置在输入轴以及输出轴上的带轮、和绕在这些带轮上的金属带(均未图示)。变速装置111通过变更这些带轮的有效直径,从而将输入到输入轴上的动力以进行了变速的状态输出到输出轴。此外,变速装置111的变速比(输入轴的转速/输出轴的转速)通过ECU2来控制。
如上所述,变速装置111设置在A1转子24以及第1行星轮架C1与驱动轮DW、DW之间,传递到A1转子24以及第1行星轮架C1的动力通过变速装置111被变速,传递给驱动轮DW、DW。
在以上构成的动力装置1G中,在前述的EV进发时或ENG进发时等,从A1转子24以及第1行星轮架C1向驱动轮DW、DW传递极其大的转矩时,变速装置111的变速比被控制为大于值1.0的减速侧的给定值。据此,传递到A1转子24以及第1行星轮架C1的转矩,在变速装置111中被增大后,传递给驱动轮DW、DW。据此,控制由第1旋转机21发电的电力以及供应给旋转机101的电力(发电的电力),使得传递给A1转子24以及第1行星轮架C1的转矩变小。据此,根据本实施方式,能够减小第1旋转机21以及旋转机101所要求的转矩的最大值,所以能够实现第1旋转机21以及旋转机101的进一步小型化以及成本削减。而且,能够减小通过第1恒星齿轮S1以及第1环形齿轮R1传递给第1行星轮架C1的转矩的最大值,所以能够实现第1行星齿轮装置PS1的进一步小型化以及成本削减。
此外,在包括EV行驶、ENG行驶的车辆的行驶中,车速VP极其高的情况下等,A1转子旋转速度VRA1变得过大时,变速装置111的变速比被控制为小于值1.0的加速侧的给定值。据此,根据本实施方式,能够相对于车速VP,使A1转子旋转速度VRA下降,所以能够防止A1转子旋转速度VRA1的过大化所导致的第1旋转机21的故障。如前所述,A1转子24由磁铁构成,磁铁的强度比软磁性体低,容易产生上述那样的不良,所以尤其有效。
此外,在车速VP比发动机转速NE高的高车速运转中等,由车速VP和发动机转速NE的关系所决定的转子旋转速度VRO变得过大时,将变速装置111的变速比控制为小于值1.0的加速侧的给定值。据此,根据本实施方式,通过相对于车速VP,使第1行星轮架旋转速度VCA1降低,从而由前述的图76可知,能够使转子旋转速度VRO下降,所以能够防止由转子旋转速度VRO的过大化导致的旋转机101的故障。
而且,在车辆行驶中,控制变速装置111的变速比,使得第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度VRO分别成为给定第1以及第2目标值。对于这些第1以及第2目标值,在仅将第1旋转机21以及旋转机101用作动力源时,根据车速VP通过检索映射来计算,在将发动机3、第1旋转机21以及旋转机101用作动力源时,根据发动机转速NE以及车速VP通过检索与上述不同的映射来计算。此外,在这些映射中,第1以及第2目标值被设定为相对于此时的车速VP(以及发动机转速NE)可以得到第1旋转机21以及旋转机101的高效率那样的值。而且,与这种变速装置111的控制並行地,将第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度VRO分别控制为第1以及第2目标值。如上所述,根据本实施方式,在车辆的行驶中,能够获得第1旋转机21以及旋转机101的高效率。
此外,在本实施方式中,如使用图76所说明的那样,能够通过第1旋转机21、第1行星齿轮装置PS1以及旋转机101使发动机动力无级变速之后传递给驱动轮DW、DW,所以能够降低变速装置111的变速动作的频度。因此,能够抑制由该变速动作产生的热损失,由此,能够确保动力装置1G的高驱动效率。此外,根据本实施方式,能够同样获得第7实施方式的效果。
另外,在本实施方式中,变速装置111是带式的无级变速装置,但也可以是环型式或者油压式的无级变速装置或齿轮式的有级变速装置。
(第9实施方式)
在图79所示的第9实施方式的动力装置1H中,变速装置121是由行星齿轮装置等构成的齿轮式的有级变速装置,具有输入轴122以及输出轴(未图示),作为变速级,设定由第1速(变速比=输入轴122的转速/输出轴的转速=1.0)和第2速(变速比<1.0)构成的共计2个变速级。这些变速级的变更由ECU2来进行。此外,变速装置121的输入轴122通过飞轮5与曲柄轴3a直接连结,并且变速装置121的输出轴(未图示)与前述的第1旋转轴4直接连结。如此,变速装置121被设置在曲柄轴3a与A2转子25以及第1恒星齿轮S1之间,使发动机动力变速,传递给A2转子25以及第1恒星齿轮S1。
而且,前述的差动齿轮机构9的齿轮9a的齿数大于惰轮轴8的第2齿轮8c的齿数,由此,传递给惰轮轴8的动力以被减速后的状态传递给驱动轮DW、DW。
在以上构成的动力装置1H中,ENG进发时等,在从A1转子24以及第1行星轮架C1向驱动轮DW、DW传递极其大的转矩时,变速装置121的变速级被控制为第2速(变速比<1.0)。据此,输入到A2转子25以及第1恒星齿轮S1的发动机转矩TENG变小。据此,控制由第1旋转机21发电的电力以及供应给旋转机101的电力(发电的电力),使得传递给A1转子24以及第1行星轮架C1的发动机转矩TENG变小。此外,传递给A1转子24以及第1行星轮架C1的发动机转矩TENG,在通过基于第2齿轮8c以及齿轮9a的减速而被增大的状态下,传递给驱动轮DW、DW。如上所述,根据本实施方式,能够减小第1旋转机21以及旋转机101所要求的转矩的最大值,能够实现第1旋转机21以及旋转机101的进一步小型化以及成本削减。而且,能够减小通过第1恒星齿轮S1以及第1环形齿轮R1而传递给第1行星轮架C1的转矩的最大值,所以能够实现第1行星齿轮装置PS1的进一步小型化以及成本削减。
此外,在发动机转速NE极其高时,变速装置121的变速级被控制为第1速(变速比=1.0)。据此,根据本实施方式,与变速级为第2速的情况相比,能够减小A2转子旋转速度VRA2,所以能够防止由A2转子旋转速度VRA2的过大化导致的第1旋转机21的故障。
而且,在车速VP比发动机转速NE高的高车速运转中等,在转子旋转速度VRO变得过大时,变速装置121的变速级被控制为第2速。据此,根据本实施方式,通过相对于发动机转速NE使第2恒星齿轮旋转速度VSU2上升,由图76可知,能够使转子旋转速度VRO下降,所以能够防止由转子旋转速度VRO的过大化导致的旋转机101的故障。
此外,ENG行驶中,根据发动机转速NE以及车速VP,变更变速装置121的变速级,使得第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度VRO分别成为可获得第1旋转机21以及旋转机101的高效率的值。而且,与这种变速装置121的变速级的变更並行地,将第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度VRO控制为由此时的发动机转速NE、车速VP、变速装置121的变速级、所述式(43)以及(53)决定的值。据此,根据本实施方式,车辆行驶中,能够获得第1旋转机21以及旋转机101的高效率。
此外,在ENG行驶中,并且变速装置121的变速动作中,即,通过变速装置121而将发动机3和A2转子25以及第1恒星齿轮S1之间切断时,为了抑制变速冲击,如下那样控制第1旋转机21以及旋转机101。以下,将这种第1旋转机21以及旋转机101的控制称为“变速冲击控制”。
即,对第1旋转机21的定子23供应电力,使伴随于此由定子23产生的第1旋转磁场正转,并且对旋转机101的定子102供应电力,使转子103正转。据此,将第1驱动用等效转矩TSE1和如后述那样传递给A1转子24的转矩合成,将该合成转矩传递给A2转子25。传递给A2转子25的转矩,通过上述的变速装置121执行的切断,不传递给曲柄轴3a,而传递给第1恒星齿轮S1,而且,与传递给第1环形齿轮R1的旋转机转矩TMOT合成后,传递给第1行星轮架C1。传递给第1行星轮架C1的转矩的一部分传递给A1转子24,剩余部分传递给驱动轮DW、DW。
因此,根据本实施方式,变速动作中,能够抑制发动机转矩TENG不再传递给驱动轮DW、DW而引起的变速冲击,能够提高商品性。另外,该变速冲击控制,不局限于在变速装置121的变速动作中进行。此外,根据本实施方式,能够同样获得第7实施方式的效果。
(第10实施方式)
在图80所示的第10实施方式的动力装置1I中,变速装置131是齿轮式的有级变速装置,具有输入轴132以及输出轴(未图示)、齿轮比相互不同的多个齿轮列、和按照每个齿轮列将这些多个齿轮列与输入轴132以及输出轴之间连接/切断的离合器(均未图示)。变速装置131将输入到输入轴132的动力,以通过这些多个齿轮列的一个而进行了变速的状态,输出到输出轴。此外,在变速装置131中,通过这多个齿轮列,设定由前进用的第1速(变速比=输入轴132的转速/输出轴的转速>1.0)、第2速(变速比=1.0)以及第3速(变速比<1.0)、和后退用的一个变速级构成的共计4个变速级,其变更通过ECU2来控制。
此外,在动力装置1I中,与第7实施方式不同,没有设置第2旋转轴7,A1转子24与变速装置131的输入轴132直接连结,变速装置131的输出轴与前述的连结轴6直接连结。在连结轴6上一体地设置齿轮6b,该齿轮6b与前述的第1齿轮8b啮合。
如上所述,A1转子24通过变速装置131、连结轴6、齿轮6b、第1齿轮8b、惰轮轴8、第2齿轮8c、齿轮9a、以及差动齿轮机构9等,与驱动轮DW、DW机械性连结。此外,传递给A1转子24的动力通过变速装置131被变速,传递给驱动轮DW、DW。而且,第1行星轮架C1通过连结轴6、齿轮6b以及第1齿轮8b等,与驱动轮DW、DW机械性连结,而不通过变速装置131。
此外,旋转机101的转子103与旋转轴103a一体地设置,该旋转轴103a通过凸缘与第1环形齿轮R1直接连结。据此,转子103与第1环形齿轮R1机械性直接连结,与第1环形齿轮R1一体地自由旋转。
在以上构成的动力装置1I中,ENG进发时等,从A1转子24向驱动轮DW、DW传递极其大的转矩时,变速装置131的变速级被控制为第1速(变速比>1.0)。据此,传递给A1转子24的转矩在变速装置131中被增大后,传递给驱动轮DW、DW。据此,控制由第1旋转机21发电的电力,使得传递给A1转子24的转矩变小。据此,根据本实施方式,能够减小第1旋转机21所要求的转矩的最大值,能够实现第1旋转机21的进一步小型化以及成本削减。
此外,在车速VP极其高的高车速运转中等,A1转子旋转速度VRA1变得过大时,变速装置131的变速级被控制为第3速(变速比<1.0)。据此,根据本实施方式,能够相对于车速VP,使A1转子旋转速度VRA1下降,所以能够防止由A1转子旋转速度VRA1的过大化引起的第1旋转机21的故障。A1转子24由磁铁构成,磁铁的强度低于软磁性体,容易产生上述那样的不良,尤其有效。
而且,在包括EV行驶、ENG行驶的车辆行驶中,控制变速装置131的变速级,使得第1磁场旋转速度VMF1成为给定目标值。对于该目标值,在仅将第1旋转机21以及旋转机101用作动力源时,通过根据车速VP检索映射来计算,在将发动机3、第1旋转机21以及旋转机101用作动力源时,通过根据发动机转速NE以及车速VP检索与上述不同的映射来计算。此外,在这些映射,目标值被设定为相对于此时的车速VP(以及发动机转速NE)可以获得第1旋转机21的高效率的值。而且,与这种变速装置131的控制並行地,将第1磁场旋转速度VMF1控制为上述目标值。据此,根据本实施方式,在车辆行驶中,能够获得第1旋转机21的高效率。
此外,在ENG行驶中,并且变速装置131的变速动作中,即,将变速装置131的输入轴132以及输出轴与变速前的齿轮列切断后,直到与变速目标的齿轮列连接为止的期间,如下那样控制第1旋转机21以及旋转机101。即,变速装置131的变速动作中,通过将变速装置131中的齿轮列与输入轴132以及输出轴之间切断,A1转子24和驱动轮DW、DW之间被切断,由此驱动轮DW、DW的负荷不作用到A1转子24。因此,在第1旋转机21中不进行发电,从电池43向旋转机101的定子102供应电力。
据此,根据本实施方式,变速装置131的变速动作中,将传递给第1环形齿轮R1的旋转机转矩TMOT、和传递给第1恒星齿轮S1的发动机转矩TENG合成,通过第1行星轮架C1传递给驱动轮DW、DW,所以能够抑制发动机转矩TENG不再传递给驱动轮DW、DW所导致的变速冲击,因此,可以提高商品性。
此外,通过第1旋转机21、第1行星齿轮装置PS1以及旋转机101,可以将发动机动力进行无级变速之后传递给驱动轮DW、DW,所以能够降低变速装置131的变速动作的频度,因此,能够提高动力装置1I的驱动效率。此外,根据本实施方式,能够同样地获得第7实施方式的效果。
(第11实施方式)
在图81所示的第11实施方式的动力装置1J中,与第10实施方式同样地,不设置第2旋转轴7,第1齿轮8b与一体地设置在连结轴6上的齿轮6b啮合。据此,A1转子24以及第1行星轮架C1通过连结轴6、齿轮6b、第1齿轮8b、惰轮轴8、第2齿轮8c、齿轮9a、差动齿轮机构9等,与驱动轮DW、DW机械性连结,而不通过变速装置141。
此外,变速装置141是与第10实施方式的变速装置131同样地构成的具有第1速~第3速的变速级的齿轮式的有级变速装置,具有通过旋转轴103a与旋转机101的转子103直接连结的输入轴(未图示)、和与第1环形齿轮R1直接连结的输出轴142,对输入到输入轴的动力进行变速,输出到输出轴142。而且,变速装置141的变速级的变更通过ECU2来控制。如此,转子103通过变速装置141与第1环形齿轮R1机械性连结,此外,转子103的动力通过变速装置141被变速,传递给第1环形齿轮R1。
在以上构成的动力装置1J中,在EV进发时、ENG进发时等,从转子103向驱动轮DW、DW传递极其大的转矩时,变速装置141的变速级被控制为第1速(变速比>1.0)。据此,旋转机转矩TMOT在变速装置141中被增大后,通过第1环形齿轮R1以及第1行星轮架C1传递给驱动轮DW、DW。据此,控制供应给旋转机101的电力(发电的电力),使得旋转机转矩TMOT变小。据此,根据本实施方式,能够减小旋转机101所要求的转矩的最大值,能够实现旋转机101的进一步小型化以及成本削减。
此外,在车速VP比发动机转速NE高的高车速运转中等,转子旋转速度VRO变得过大时,变速装置141的变速级被控制为第3速(变速比<1.0)。据此,根据本实施方式,相对于由此时的车速VP和发动机转速NE的关系而决定的第1环形齿轮旋转速度VRI1,能够使转子旋转速度VRO下降,所以能够防止由转子旋转速度VRO的过大化导致的旋转机101的故障。
而且,在包括EV行驶、ENG行驶的车辆的行驶中,控制变速装置141的变速级,使得转子旋转速度VRO成为给定目标值。该目标值,在仅将第1旋转机21以及旋转机101用作动力源时,通过根据车速VP检索映射来计算,在将发动机3、第1旋转机21以及旋转机101用作动力源时,通过根据发动机转速NE以及车速VP检索与上述不同的映射来计算。此外,在这些映射中,目标值被设定为相对于此时的车速VP(以及发动机转速NE)可获得旋转机101的高效率的值。而且,与这种变速装置141的控制並行地,将转子旋转速度VRO控制为上述目标值。据此,根据本实施方式,车辆的行驶中,能够获得旋转机101的高效率。
此外,在ENG行驶中,并且变速装置141的变速动作中,即,通过变速装置141将转子103和驱动轮DW、DW之间切断时,如第7实施方式中所叙述的那样,将发动机转矩TENG的一部分通过A1转子24传递给驱动轮DW、DW。因此,根据本实施方式,变速装置141的变速动作中,能够抑制发动机转矩TENG不再传递给驱动轮DW、DW而导致的变速冲击,所以可以提高商品性。
此外,通过第1旋转机21、第1行星齿轮装置PS1以及旋转机101,可以对发动机动力进行无级变速之后传递给驱动轮DW、DW,所以能够降低变速装置141的变速动作的频度,因此,能够提高动力装置1J的驱动效率。此外,根据本实施方式,能够同样地获得第7实施方式的效果。
(第12实施方式)
在图82所示的第12实施方式的动力装置1K中,与第10以及第11实施方式同样地,不设置第2旋转轴7,第1齿轮8b与一体地设置在连结轴6上的齿轮6b啮合。此外,变速装置151是与第10实施方式的变速装置131同样地构成的具有第1速~第3速的变速级的齿轮式的有级变速装置,具有与第1行星轮架C1直接连结的输入轴152、和与连结轴6直接连结的输出轴(未图示),对输入到输入轴152的动力进行变速,输出给输出轴。而且,变速装置151的变速级的变更通过ECU2来控制。
如上所述,第1行星轮架C1通过变速装置151、连结轴6、齿轮6b、第1齿轮8b等与驱动轮DW、DW机械性连结,此外,传递给第1行星轮架C1的动力通过变速装置151被变速,传递给驱动轮DW、DW。而且,A1转子24通过连结轴6、齿轮6b、第1齿轮8b等与驱动轮DW、DW机械性连结,而不通过变速装置151。此外,转子103与第10实施方式同样地,通过旋转轴103a与第1环形齿轮R1直接连结,与第1环形齿轮R1一体地自由旋转。
在以上的构成的动力装置1K中,在EV进发时、ENG进发时等,从第1行星轮架C1向驱动轮DW、DW传递极其大的转矩时,变速装置151的变速级被控制为第1速(变速比>1.0)。据此,传递给第1行星轮架C1的转矩,在变速装置151中被增大后,传递给驱动轮DW、DW。据此,控制供应给旋转机101的电力(发电的电力),使得旋转机转矩TMOT变小。据此,根据本实施方式,能够减小旋转机101所要求的转矩的最大值、和传递给第1行星轮架C1的转矩的最大值,能够实现旋转机101以及第1行星齿轮装置PS1的进一步小型化以及成本削减。
此外,在车速VP比发动机转速NE高的高车速运转中等,转子旋转速度VRO变得过大时,变速装置151的变速级被控制为第3速(变速比<1.0)。据此,根据本实施方式,通过相对于车速VP,使第1行星轮架旋转速度VCA1下降,由图76可知,能够使转子旋转速度VRO下降,所以能够防止由转子旋转速度VRO的过大化导致的旋转机101的故障。
而且,在包括EV行驶、ENG行驶的车辆的行驶中,控制变速装置151的变速级,使得转子旋转速度VRO成为给定目标值。该目标值,在仅将第1旋转机21以及旋转机101用作动力源时,通过根据车速VP检索映射来计算,在将发动机3、第1旋转机21以及旋转机101用作动力源时,通过根据发动机转速NE以及车速VP检索与上述不同的映射来计算。此外,在这些映射中,目标值被设定为相对于此时的车速VP(以及发动机转速NE)可获得旋转机101的高效率的值。而且,与这种变速装置151的控制並行地,将转子旋转速度VRO控制为上述目标值。据此,根据本实施方式,车辆行驶中,能够获得旋转机101的高效率。
此外,在ENG行驶中、并且变速装置151的变速动作中,即,通过变速装置151将第1行星轮架C1和驱动轮DW、DW之间切断时,如第7实施方式中所叙述的那样,将发动机转矩TENG的一部分通过A1转子24传递给驱动轮DW、DW。据此,根据本实施方式,与第11实施方式同样地,在变速装置151的变速动作中,能够抑制由发动机转矩TENG不再传递给驱动轮DW、DW而导致的变速冲击,因此,能够提高商品性。
而且,通过第1旋转机21、第1行星齿轮装置PS1以及旋转机101,可以对发动机动力进行无级变速之后传递给驱动轮DW、DW,所以能够降低变速装置151的变速动作的频度,因此,能够提高动力装置1K的驱动效率。此外,根据本实施方式,能够同样地获得第7实施方式的效果。
另外,在第9~第12实施方式中,变速装置121~151是齿轮式的有级变速装置,但是也可以是带式或环型式、油压式的无级变速装置。
(第13实施方式)
下面,参照图83来说明第13实施方式的动力装置1L。该动力装置1L与第7实施方式相比较,还具备变更转子旋转速度VRO以及车速VP的速度差与车速VP以及发动机转速NE的速度差之比的变速装置,主要是这一点不同。以下,以与第7实施方式的不同点为中心进行说明。
如图83所示,在该动力装置1L中,与第11实施方式同样地,不设置第2旋转轴7,第1齿轮8b与一体地设置在连结轴6上的齿轮6b啮合,由此,A1转子24以及第1行星轮架C1通过连结轴6、齿轮6b、第1齿轮8b、差动齿轮机构9等,与驱动轮DW、DW机械性连结,而不通过上述变速装置。此外,与第10实施方式同样地,转子103与旋转轴103a一体地自由旋转。
上述变速装置具备第2行星齿轮装置PS2、第1离合器CL1以及第2离合器CL2。第2行星齿轮装置PS2与第1行星齿轮装置PS1同样地构成,具有第2恒星齿轮S2、第2环形齿轮R2、以及自由旋转地支撑与两齿轮S2、R2啮合的多个(例如3个)第2行星齿轮P2(仅图示2个)的第2行星轮架C2。第2恒星齿轮S2通过旋转轴与第1行星轮架C1机械性直接连结,据此,与第1行星轮架C1一体地自由旋转。此外,第2行星轮架C2通过中空的轴、凸缘,与第1环形齿轮R1机械性直接连结,由此与第1环形齿轮R1一体地自由旋转。以下,将第2恒星齿轮S2、第2环形齿轮R2以及第2行星轮架C2的旋转速度分别称为“第2恒星齿轮旋转速度VSU2”“第2环形齿轮旋转速度VRI2”以及“第2行星轮架旋转速度VCA2”。
上述第1离合器CL1例如由摩擦式多板离合器构成,设置在第2行星轮架C2和旋转轴103a之间。即,第2行星轮架C2通过第1离合器CL1与转子103机械性直接连结。此外,第1离合器CL1通过由ECU2控制其第1离合器CL1的结合程度,使第2行星轮架C2和旋转轴103a之间,即,第2行星轮架C2和转子103之间连接/切断。
上述第2离合器CL2,与第1离合器CL1同样地由摩擦式多板离合器构成,设置在第2环形齿轮R2和旋转轴103a之间。即,第2环形齿轮R2通过第2离合器CL2与转子103机械性直接连结。此外,第2离合器CL2通过由ECU2控制其结合程度,将第2环形齿轮R2和旋转轴103a之间,即,第2环形齿轮R2和转子103之间连接/切断。
如上所述,在动力装置1L中,旋转机101的转子103通过第1离合器CL1以及第2行星轮架C2与第1环形齿轮R1机械性连结,并且通过第2离合器CL2、第2环形齿轮齿轮R2、第2行星齿轮P2、以及第2行星轮架C2与第1环形齿轮R1机械性连结。
图84(a)示出表示第1恒星齿轮旋转速度VSU1、第1行星轮架旋转速度VCA1以及第1环形齿轮旋转速度VRI1的关系的一例的速度共线图、以及表示第2恒星齿轮旋转速度VSU2、第2行星轮架旋转速度VCA2以及第2环形齿轮旋转速度VRI2的关系的一例的速度共线图。在该图中,r2是第2恒星齿轮S2的齿数与第2环形齿轮R2的齿数之比(第2恒星齿轮S2的齿数/第2环形齿轮R2的齿数,以下称为“第2行星齿轮比”)。
如前所述,因为第1行星轮架C1以及第2恒星齿轮S2相互直接连结,所以第1行星轮架旋转速度VCA1以及第2恒星齿轮旋转速度VSU2相互相等,因为第1环形齿轮R1以及第2行星轮架C2相互直接连结,所以第1环形齿轮旋转速度VRI1以及第2行星轮架旋转速度VCA2相互相等。因此,图84(a)的关于第1以及第2行星齿轮装置PS1、PS2的2个速度共线图,用图83(b)那样的一个速度共线图来表示。如该图所示,通过如上所述的第1以及第2行星齿轮装置PS1、PS2的各种旋转要素的连结,构成旋转速度相互处于共线关系的4个旋转要素。
此外,图85(a)将表示上述4个旋转要素的旋转速度的关系的一例的速度共线图与表示第1磁场旋转速度VMF1、A1以及A2的转子旋转速度VRA1、VRA2的关系的一例的速度共线图一起示出。如前所述,因为第1行星轮架C1以及A1转子24相互直接连结,所以第2行星轮架旋转速度VCA2以及A1转子旋转速度VRA1相互相等。此外,因为第1恒星齿轮S1以及A2转子25相互直接连结,所以第1恒星齿轮旋转速度VSU1以及A2转子旋转速度VRA2相互相等。因此,图85(a)的2个速度共线图用图85(b)那样的一个速度共线图表示。
此外,因为曲柄轴3a、A2转子25以及第1恒星齿轮S1相互直接连结,所以发动机转速NE、A2转子旋转速度VRA2以及第1恒星齿轮旋转速度VSU1相互相等。而且,因为驱动轮DW、DW、A1转子24、第1行星轮架C1以及第2恒星齿轮S2相互连结,所以若没有差动齿轮机构9的变速等,车速VP、A1转子旋转速度VRA1、第1行星轮架旋转速度VCA1以及第2恒星齿轮旋转速度VSU2相互相等。
此外,因为转子103分别通过第1以及第2离合器CL1、CL2与第2行星轮架C2以及第2环形齿轮R2连结,所以在连接第1离合器CL1同时切断第2离合器CL2时(以下,将这种离合器的连接/切断状态称为“第1变速模式”),转子旋转速度VRO以及第2行星轮架旋转速度VCA2相互相等。而且,在切断第1离合器CL1同时连接第2离合器CL2时(以下,将这种离合器的连接/切断状态称为“第2变速模式”),转子旋转速度VRO以及第2环形齿轮旋转速度VRI2相互相等。
如上所述,第1磁场旋转速度VMF1、发动机转速NE、车速VP、以及转子旋转速度VRO,在第1变速模式中成为例如图86(a)所示的共线关系,在第2变速模式中成为例如图86(b)所示的共线关系。
如这些图86(a)以及图86(b)所示,关于速度共线图中的表示车速VP的纵线和表示转子旋转速度VRO的纵线之间的距离,上述的第1变速模式的一方小于第2变速模式,所以转子旋转速度VRO以及车速VP的旋转差DN2与车速VP以及发动机转速NE的旋转差DN1之比(以下称为“旋转比DN2/DN1”),在第1变速模式时较小。
在以上构成的动力装置1L中,在车速VP比发动机转速NE高的高车速运转中、前述的EV行驶中,车速VP高时等,在转子旋转速度VRO变得过大时,使用第1变速模式。据此,根据本实施方式,由上述的旋转比DN2/DN1的关系可知,与使用了第2变速模式的情况相比,能够减小转子旋转速度VRO,所以能够防止由转子旋转速度VRO的过大化导致的旋转机101的故障。
此外,在ENG行驶中的急加速运转的开始时,即,在旋转机101所要求的转矩变大的情况下,使用了第1以及第2变速模式时,各种旋转要素的旋转速度和转矩的关系分别用图87(a)以及图87(b)来表示。在该情况下,在使用了第1变速模式时,旋转机101所要求的转矩、即旋转机转矩TMOT用所述式(61)表示。另一方面,在使用了第2变速模式时,旋转机转矩TMOT用下式(62)表示。
TMOT=-{α·TENG+(1+α)TDDW}
/(r1·r2+r1+1+α)......(62)
由这些式(61)和式(62)的比较可知,相对于相同大小的驱动轮传递转矩TDDW以及发动机转矩TENG,第2变速模式的旋转机转矩TMOT较小。因此,在ENG行驶中的急加速运转时,使用第2变速模式。
根据本实施方式,如上述那样使用第2变速模式,并且基于上述的式(62),控制由旋转机101发电的电力,所以能够减小旋转机101所要求的转矩的最大值,进而,能够实现旋转机101的进一步小型化以及成本削减。
此外,在包括EV行驶、ENG行驶的车辆的行驶中,在发动机3的停止中根据车速VP从第1以及第2变速模式中选择可获得旋转机101的更高效率的变速模式,在发动机3的运转中根据车速VP以及发动机转速NE从第1以及第2变速模式中选择可获得旋转机101的更高效率的变速模式。据此,根据本实施方式,能够将转子旋转速度VRO控制在适当的高度,能够获得旋转机101的高效率。
而且,在第2行星轮架旋转速度VCA2以及第2环形齿轮旋转速度VRI2相互相等时进行第1以及第2变速模式的切换。据此,根据本实施方式,能够在保持驱动轮DW、DW、发动机3的旋转同时顺利地进行第1以及第2变速模式的切换,能够确保良好的操纵性能。
此外,在ENG行驶中,并且在第1以及第2变速模式之间转移时,即使在切断第1以及第2离合器CL1、CL2的双方的情况下,如第7实施方式中所述,也能够通过A2以及A1的转子25、24将发动机转矩TENG的一部分传递给驱动轮DW、DW。因此,能够抑制转矩的急剧减少等的变速冲击,所以可以提高商品性。此外,根据本实施方式,能够同样地获得第7实施方式的效果。
另外,在本实施方式中,使第2恒星齿轮S2与第1行星轮架C1连结,并且使第2环形齿轮R2通过第2离合器CL2与转子103连结,但是也可以使这些的连结关系相反,即,使第2环形齿轮R2与第1行星轮架C1连结,并且使第2恒星齿轮S2通过第2离合器CL2与转子103连结。此外,在本实施方式中,由摩擦式多板离合器构成了第1以及第2离合器CL1、CL2,但是也可以利用例如电磁离合器等来构成。
图88(a)、(b)是分别表示动力装置1L中的各种旋转要素的旋转速度的关系的一例的速度共线图,(a)针对第1变速模式中、(b)针对第2变速模式中。另外,在图88(a)、(b)中,旋转机21用“第1旋转机”表示,旋转机101用“第2旋转机”表示,第2恒星齿轮S2用“一方齿轮”或者“第1齿轮”表示,第2环形齿轮R2用“另一方齿轮”或者“第2齿轮”表示,第2行星轮架C2用“行星轮架”表示,第2输出部用“旋转轴103a”表示,第1离合器用“第1离合器CL1”表示,第2离合器用“第1离合器CL2”表示,发动机3用“热力机”表示,驱动轮DW、DW用“被驱动部”表示。这里,将第2行星齿轮装置PS2的一方齿轮的旋转速度设为“第1齿轮旋转速度VG1”,将第2行星齿轮装置PS2的另一方齿轮的旋转速度设为“第2齿轮旋转速度VG2”,将第2行星齿轮装置PS2的行星轮架的旋转速度设为“行星轮架旋转速度VC”。在上述的连结关系中,在各种旋转要素被直接连结,并且通过第1离合器的连接将第2旋转机的第2输出部与行星轮架连结,并且通过第2离合器的切断将第2输出部和另一方齿轮之间切断时(以下,将这种第1以及第2离合器的连接/切断状态称为“第1变速模式”),热力机的转速、被驱动部的速度等的关系如例如图88(a)所示。此外,通过第1离合器的切断将第2旋转机的第2输出部和行星轮架之间切断,并且通过第2离合器的连接将第2输出部与另一方齿轮连结时(以下,将这种第1以及第2离合器的连接/切断状态称为“第2变速模式”),热力机的转速、被驱动部的速度等的关系如例如图88(b)所示。
另外,如前所述,本实施方式的第1旋转机具有与第1实施方式的第1旋转机21相同的功能,所以由所述式(25)可知,磁场旋转速度VF和第1转子旋转速度VR1和第2转子旋转速度VR2的关系用VF=(α+1)VR2-α·VR1表示。因此,在图88(a)、(b)所示的速度共线图中,从表示磁场旋转速度VF的纵线到表示第2转子旋转速度VR2的纵线之间的距离、与从表示第2转子旋转速度VR2的纵线到表示第1转子旋转速度VR1的纵线之间的距离之比是1∶(1/α)。此外,在图88(a)、(b)中,将从表示第1齿轮旋转速度VG1的纵线到表示行星轮架旋转速度VC的纵线之间的距离设为Y,将从表示行星轮架旋转速度VC的纵线到表示第2齿轮旋转速度VG2的纵线之间的距离设为Z。
由这些图88(a)和图88(b)的比较可知,关于速度共线图中的表示被驱动部的速度的纵线与表示第2旋转机的旋转速度的纵线之间的距离,第1变速模式的一方小于第2变速模式,所以第2旋转机的第2输出部以及被驱动部的速度差D2和被驱动部以及热力机的速度差D1之比(D2/D1),在第1变速模式时较小。此外,在被驱动部的速度高于热力机的转速时,第2旋转机的旋转速度变得高于被驱动部的速度,有可能变得过大。因此,例如,在这种情况下,通过使用第1变速模式,由上述的速度差D1和D2之比的关系可知,与使用第2变速模式的情况相比,能够减小第2旋转机的旋转速度,所以能够防止由第2旋转机的旋转速度的过大化导致的第2旋转机的故障。
而且,如使用图67所说明的那样,第2旋转机所要求的转矩变大的情况下,使用第1变速模式时,驱动用等效转矩Te、热力机转矩THE、被驱动部传递转矩TOUT、以及第2旋转机转矩TM2的关系如例如图89(a)所示。此外,第2旋转机所要求的转矩、即第2旋转机转矩TM2用例如下式(63)表示。
TM2=-{THE+[(1/α)+1]TOUT}/[Y+(1/α)+1]
......(63)
另一方面,在使用第2变速模式时,驱动用等效转矩Te、热力机转矩THE、被驱动部传递转矩TOUT、以及第2旋转机转矩TM2的关系如例如图89(b)所示。此外,第2旋转机的转矩TM2用例如下式(64)表示。
TM2=-{THE+[(1/α)+1]TOUT}/[Z+Y+(1/α)+1]
......(64)
由上述式(63)和式(64)的比较可知,相对于相同大小的被驱动部传递转矩TOUT以及热力机的转矩THE,第2变速模式的第2旋转机的转矩TM2较小。因此,例如,在如上述那样第2旋转机所要求的转矩变大时,通过使用第2变速模式,能够减小第2旋转机转矩TM2,进而能够实现第2旋转机的进一步小型化以及成本削减。
此外,例如,根据热力机的转速以及被驱动部的速度,选择第1或者第2变速模式,由此能够将第2旋转机的旋转速度控制为适当的大小,由此,能够获得第2旋转机的高效率。而且,通过在行星轮架旋转速度VC以及第2齿轮旋转速度VG2如图90所示那样相互相等时进行第1以及第2变速模式的切换,能够保持被驱动部、热力机的旋转的同时顺利地进行第1以及第2变速模式的切换,能够确保良好的操纵性能。
此外,例如,可以不通过齿轮式的有级变速装置而使第1转子与被驱动部连结,由此在第1以及第2变速模式之间进行转移时,通过第1以及第2离合器的双方处于切断状态,切断第2旋转机和被驱动部之间,由图64可知,也能够将热力机的转矩THE的一部分通过第2以及第1转子传递给被驱动部。因此,在第1以及第2变速模式之间进行转移时,能够抑制变速冲击,所以可以提高商品性。
(第14实施方式)
下面,参照图91来说明第14实施方式的动力装置1M。该动力装置1M是在第7实施方式的动力装置1F中增加了第6实施方式中所述的制动机构BL的装置。以下,以与第7实施方式的不同点为中心进行说明。
在动力装置1M中,通过由单向离合器OC以及壳体CA构成的制动机构BL,对于第1旋转轴4的旋转,仅在与曲柄轴3a、A2转子25以及第1恒星齿轮S1一起正转的情况下才被容许,在与曲柄轴3a等一起反转的情况下被阻止。
在以上构成的动力装置1M中,如下那样进行前述的EV蠕变运转以及EV进发的运转。即,对第1旋转机21的定子23以及旋转机101的定子102供应电力,使伴随于此由定子23产生的第1旋转磁场反转,并且使转子103与第1环形齿轮R1一起正转。此外,控制第1磁场旋转速度VMF1以及转子旋转速度VRO,使得(1+r1)·|VMF1|=α·|VRO|成立。而且,控制供应给定子23以及102的电力,使得对驱动轮DW、DW传递足够的转矩。
与前述的第6实施方式同样地,供应给定子23的电力全部作为动力传递给A1转子24,由此,A1转子24正转。此外,相对于如上述那样正转的转子103,由制动机构BL阻止第1恒星齿轮S1的反转,所以来自旋转机101的动力全部通过第1环形齿轮R1以及第1行星齿轮P1传递给第1行星轮架C1,由此,第1行星轮架C1正转。而且,传递给A1转子24以及第1行星轮架C1的动力传递给驱动轮DW、DW,其结果,驱动轮DW、DW正转。
此外,在该情况下,对于由制动机构BL阻止反转的A2转子25以及第1恒星齿轮S1,分别通过上述的第1旋转机21以及旋转机101的控制,从定子23以及转子103作用使其反转的转矩。据此,曲柄轴3a、A2转子25以及第1恒星齿轮S1不仅不反转,而且保持静止状态。
如上所述,根据本实施方式,可以不使用发动机动力,而通过第1旋转机21以及旋转机101驱动驱动轮DW、DW。此外,该驱动中,曲柄轴3a不仅不反转,而且保持静止状态,所以不会拖拽发动机3。此外,能够同样获得第7实施方式的效果。
另外,在之前所叙述的第7~第14实施方式中,与第1实施方式同样地,将第1旋转机21的第1极对数量比α设定为值2.0,但是通过设定为小于值1.0,由前述的图33(a)、(b)以及图76可知,能够防止由第1磁场旋转速度VMF1的过大化引起的损失发生而导致驱动效率降低。此外,在第7~第14实施方式中,将第1行星齿轮装置PS1的第1行星齿轮比r1设定为比较大的值,但是通过将其设定为比较小的值,可以获得如下效果。
由图76可知,在将第1行星齿轮比r1设定为比较大的值的情况下,在车速VP高于发动机转速NE(参照图76的单点划线)时,转子旋转速度VRO变得高于车速VP,有可能变得过大。相对于此,通过将第1行星齿轮比r1设定为较小的值,由图76中虚线所示的速度共线图和单点划线所示的速度共线图的比较可知,能够减小转子旋转速度VRO,因此,能够防止由转子旋转速度VRO的过大化引起的损失发生而导致驱动效率降低。
而且,在第7~第14实施方式中,将A2转子25以及第1恒星齿轮S1相互直接连结,并且将A1转子24以及第1行星轮架C1相互直接连结,但是若A2转子25以及第1恒星齿轮S1与曲柄轴3a连结,则可以不相互直接连结,此外,A1转子24以及第1行星轮架C1若与驱动轮DW、DW连结,则也可以不相互直接连结。在该情况下,可以将第8以及第9实施方式的变速装置111、121分别由2个变速装置构成,并且如下那样进行设置。即,可以将构成变速装置111的2个变速装置的一方设置在A1转子24和驱动轮DW、DW之间,将另一方设置在第1行星轮架C1和驱动轮DW、DW之间。此外,还可以将构成变速装置121的2个变速装置的一方设置在A2转子25和曲柄轴3a之间,将另一方设置在第1恒星齿轮S1和曲柄轴3a之间。
此外,在第7~第14实施方式中,将第1恒星齿轮S1以及第1环形齿轮R1分别与发动机3以及旋转机101连结,但是也可以使它们的连结关系相反,即,使第1环形齿轮R1以及第1恒星齿轮S1分别与发动机3以及旋转机101连结。在该情况下,在旋转机101所要求的转矩变得特别大的ENG行驶中的急加速运转时,旋转机转矩TMOT用下式(65)表示。
TMOT=-{α·TFNG+(1+α)TDDW}/(r1’+1+α)
......(65)
在该式(65)中,r1’是第1环形齿轮R1的齿数与第1恒星齿轮S1的齿数的比(第1环形齿轮的齿数/第1恒星齿轮S1的齿数),大于值1.0。由这种情况、第1行星齿轮比r1即如前所述第1恒星齿轮S1的齿数/第1环形齿轮R1的齿数小于值1.0的情况、所述式(61)和式(65)可知,能够使旋转机转矩TMOT变得更小,因此,能够实现旋转机101的进一步小型化以及成本削减。
(第15实施方式)
下面,参照图92来说明第15实施方式的动力装置1N。该动力装置1N与第1实施方式的动力装置1相比较,设置了第7实施方式中所叙述的第1行星齿轮装置PS1以及旋转机101来代替第1旋转机21,这一点不同。以下,以与第1实施方式的不同点为中心进行说明。
如图92所示,第1行星齿轮装置PS1的第1行星轮架C1以及第2旋转机31的B1转子34通过第1旋转轴4相互机械性直接连结,并且通过第1旋转轴4以及飞轮5与曲柄轴3a机械性直接连结。此外,第2旋转机31的B2转子35通过连结轴6与第1行星齿轮装置PS1的第1恒星齿轮S1机械性直接连结,并且通过第2旋转轴7、齿轮7b、第1齿轮8b、惰轮轴8、第2齿轮8c、齿轮9a、差动齿轮机构9等与驱动轮DW、DW机械性连结。即,第1恒星齿轮S1以及B2转子35与驱动轮DW、DW机械性连结。此外,定子102通过第1PDU41与电池43电连接。即,旋转机101的定子102和第2旋转机31的定子33通过第1以及第2PDU41、42相互电连接。
此外,与第7实施方式同样地,通过前述的旋转角传感器59来检测旋转机101的转子103的旋转角度位置。此外,ECU2根据检测出的转子103的旋转角度位置计算转子旋转速度VRO,并且通过控制第1PDU41,从而控制供应给旋转机101的定子102的电力、由定子102发电的电力、转子旋转速度VRO。
如上所述,本实施方式的动力装置1N与第1实施方式的动力装置1相比较,仅是将第1旋转机21置换为第1行星齿轮装置PS1以及旋转机101,与该动力装置1具有完全相同的功能。此外,在动力装置1N中,同样地进行在第1实施方式中所叙述的EV蠕变等的各种动作模式的运转。在该情况下,将关于第1旋转机21的各种参数(第1磁场旋转速度VMF1等)置换为对应的旋转机101的各种参数来进行这些动作模式的运转。以下,对于这些动作模式,以与第1实施方式的不同点为中心来进行简单说明。
·EV蠕变
在EV蠕变中,与第1实施方式同样地,向第2旋转机31的定子33从电池43供应电力,并且使第2旋转磁场正转。此外,使用如后述那样传递给旋转机101的转子103的动力,由定子102进行发电,并且将发电的电力供应给定子23。伴随于此,如第1实施方式中所叙述的那样,来自定子33的第2驱动用等效转矩TSE2,按照使B2转子35正转的方式起作用,并且按照使B1转子34反转的方式起作用。此外,传递给B2转子35的转矩的一部分通过第2旋转轴7等传递给驱动轮DW、DW,由此,驱动轮DW、DW正转。
而且,EV蠕变中,传递给B2转子35的转矩的剩余部分通过连结轴6传递给第1恒星齿轮S1后,伴随由旋转机101的定子102的发电,通过第1行星齿轮P1、第1环形齿轮R1以及转子103作为电能传递给定子102。此外,在该情况下,因为转子103反转,所以伴随在定子102的发电而产生的旋转机转矩TMOT通过第1环形齿轮R1以及第1行星齿轮P1传递给第1行星轮架C1,按照使第1行星轮架C1正转的方式起作用。此外,以与该旋转机转矩TMOT相称的方式,传递给第1恒星齿轮S1的转矩通过第1行星齿轮P1进而传递给第1行星轮架C1,按照使第1行星轮架C1正转的方式起作用。
在该情况下,控制供应给定子33的电力和由定子102发电的电力,使得使上述的使B1转子34反转的转矩和使第1行星轮架C1正转的转矩相称,由此相互连结的B1转子34、第1行星轮架C1以及曲柄轴3a保持静止状态。其结果,EV蠕变中、B1转子旋转速度VRB1以及第1行星轮架旋转速度VCA1成为值0,发动机转速NE也成为值0。
此外,EV蠕变中,分别控制供应给定子33的电力、由定子102发电的电力、第2磁场旋转速度VMF2以及转子旋转速度VRO,使得维持所述式(44)以及(53)所示的速度关系,并且使得B2转子旋转速度VRB2以及第1恒星齿轮旋转速度VSU1变得非常小。如上所述,进行车速VP非常小的蠕变运转。如上所述,可以在停止了发动机3的状态下,通过旋转机101以及第2旋转机31来进行蠕变运转。
·EV进发
EV进发时,使供应给第2旋转机31的定子33的电力以及由旋转机101的定子102发电的电力都增大。而且,维持式(44)以及(53)所示的旋转速度的关系,将发动机转速NE保持为值0,并且使EV蠕变中曾反转的转子103的转子旋转速度VRO、和曾正转的第2旋转磁场的第2磁场旋转速度VMF2分别在与之前相同的旋转方向上上升。如上所述,车速VP上升,车辆进发。
·EV行驶中ENG起动
EV行驶中ENG起动时,将车速VP保持为此时的值的同时,进行控制使得EV进发时如上所述曾反转的转子103的转子旋转速度VRO变为值0,并且进行控制使曾正转的第2旋转磁场的第2磁场旋转速度VMF2下降。而且,在转子旋转速度VRO成为值0后,除了第2旋转机31的定子33之外,还对旋转机101的定子102从电池43供应电力,使转子103正转的同时,使转子旋转速度VRO上升。
伴随如上述那样向定子33供应电力,如第1实施方式中所叙述的那样,将第2驱动用等效转矩TSE2和如后述那样传递给B1转子34的转矩合成,传递给B2转子35。此外,传递给B2转子35的转矩的一部分通过连结轴6传递给第1恒星齿轮S1,剩余部分通过第2旋转轴7等传递给驱动轮DW、DW。
此外,EV行驶中ENG起动时,通过从电池43向定子102供应电力,旋转机转矩TMOT通过第1环形齿轮R1以及第1行星齿轮P1传递给第1行星轮架C1,伴随于此,如上述那样传递给第1恒星齿轮S1的转矩通过第1行星齿轮P1传递给第1行星轮架C1。此外,传递给第1行星轮架C1的转矩的一部分通过第1旋转轴4传递给B1转子34,剩余部分通过第1旋转轴4等传递给曲柄轴3a,由此,曲柄轴3a正转。而且,在该情况下,控制供应给两定子33、102的电力,使得向驱动轮DW、DW以及发动机3传递足够的动力。
如上所述,EV行驶中ENG起动时,将车速VP保持在此时的值,并且发动机转速NE上升。在该状态下,与第1实施方式同样地,根据曲柄角度位置,控制发动机3的燃料喷射阀、火花塞的点火动作,由此起动发动机3。此外,通过控制转子旋转速度VRO以及第2磁场旋转速度VMF2,将发动机转速NE控制为适于发动机3的起动的比较小的值。
图93示出EV行驶中ENG起动的开始时的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例。由前述的各种旋转要素的连结关系可知,第1行星轮架旋转速度VCA1、B1转子旋转速度VRB 1以及发动机转速NE相互相等,第1恒星齿轮旋转速度VSU1以及B2转子旋转速度VRB2相互相等,第1环形齿轮旋转速度VRI1以及转子旋转速度VRO相互相等。此外,若没有基于差动齿轮机构9等的变速,则车速VP、第1恒星齿轮旋转速度VSU1以及B2转子旋转速度VRB2相互相等。根据这种情况、和式(44)以及(53),这些旋转速度VCA1、VRB1、NE、VSU1、VRB2、VP、VRI1、以及VRO、和第2磁场旋转速度VMF2的关系例如如图93的所示。
在该情况下,由图93可知,第2驱动用等效转矩TSE2将旋转机转矩TMOT作为反力而传递给驱动轮DW、DW以及曲柄轴3a的双方,所以旋转机101所要求的转矩变得比这以外的情况大。在该情况下,旋转机101所要求的转矩即旋转机转矩TMOT用下式(66)表示。
TMOT=-{β·TDDW+(1+β)TDENG}/(r1+1+β)......(66)
由该式(66)可知,第1行星齿轮比r1越大,相对于相同大小的驱动轮传递转矩TDDW以及发动机传递转矩TDENG,旋转机转矩TMOT变得越小。如前所述,第1行星齿轮比r1被设定为一般的行星齿轮装置可以取得的值中比较大的值,所以能够实现旋转机101的小型化以及成本削减。
·ENG行驶
ENG行驶中,根据第1实施方式中所述的执行条件,进行电池输入输出零模式、辅助模式、驱动时充电模式的运转。在该电池输入输出零模式中,使用传递给转子103的发动机动力,由旋转机101的定子102进行发电,并且将发电的电力供应给第2旋转机31的定子33,而不对电池43充电。在该情况下,通过由该定子102的发电,发动机转矩TENG的一部分通过第1行星轮架C1、第1行星齿轮P1以及第1环形齿轮R1传递给转子103,伴随于此,发动机转矩TENG的一部分还通过第1行星轮架C1以及第1行星齿轮P1传递给第1恒星齿轮S1。即,将发动机转矩TENG的一部分分配给第1恒星齿轮S1以及第1环形齿轮R1。
此外,发动机转矩TENG的剩余部分通过第1旋转轴4传递给B1转子34。而且,与上述的EV行驶中ENG起动时同样地,第2驱动用等效转矩TSE2和如上述那样传递给B1转子34的转矩被合成,传递给B2转子35。此外,如上述那样分配给第1恒星齿轮S1的发动机转矩TENG通过连结轴6进而传递给B2转子35。
如上所述,将分配给第1恒星齿轮S1的发动机转矩TENG、第2驱动用等效转矩TSE2、和传递给B1转子34的发动机转矩TENG合成得到的合成转矩传递给B2转子35。此外,该合成转矩通过第2旋转轴7等传递给驱动轮DW、DW。以上的结果,在电池输入输出零模式中,若没有各齿轮引起的传递损失等,则与第1实施方式同样地,与发动机动力相等大小的动力传递给驱动轮DW、DW。
而且,在电池输入输出零模式中,通过控制转子旋转速度VRO以及第2磁场旋转速度VMF2,发动机动力被无级变速,传递给驱动轮DW、DW。即,第1行星齿轮装置PS1、旋转机101以及第2旋转机31作为无级变速装置发挥功能。
具体而言,如图94中双点划线所示,一边维持所述式(53)以及(44)所示的速度关系,一边相对于第1行星轮架旋转速度VCA1以及B1转子旋转速度VRB1、即发动机转速NE,使转子旋转速度VRO上升同时使第2磁场旋转速度VMF2下降,由此可以将第1恒星齿轮旋转速度VSU1以及B2转子旋转速度VRB2、即车速VP无级减速。相反,如图94中单点划线所示,通过相对于发动机转速NE,使转子旋转速度VRO下降,同时使第2磁场旋转速度VMF2上升,从而可以使车速VP无级加速。而且,在该情况下,控制转子旋转速度VRO以及第2磁场旋转速度VMF2,使得发动机转速NE成为目标转速。
如上所述,在电池输入输出零模式中,在第1行星齿轮装置PS1、旋转机101以及第2旋转机31中,发动机动力暂时被分割,经由下面的第1~第3传递路径传递给B2转子35,并且以被合成的状态,传递给驱动轮DW、DW。
第1传递路径:第1行星轮架C1→第1行星齿轮P1→第1恒星齿轮S1→连结轴6→B2转子35
第2传递路径:B1转子34→磁力线的磁力→B2转子35
第3传递路径:第1行星轮架C1→第1行星齿轮P1→第1环形齿轮R1→转子103→定子102→第1PDU41→第2PDU42→定子33→磁力线的磁力→B2转子35
在这些第1以及第2传递路径中,发动机动力不变换为电力,而通过磁路径、机械路径,传递给驱动轮DW、DW。此外,在第3传递路径中,发动机动力通过电气路径传递给驱动轮DW、DW。
此外,在电池输入输出零模式中,控制由定子102发电的电力、转子旋转速度VRO以及第2磁场旋转速度VMF2,使得式(53)以及(44)所示的速度关系被维持。
此外,在辅助模式中,由旋转机101的定子102进行发电,并且除了该发电产生的电力之外,还将电池43中所充电的电力供应给第2旋转机31的定子33。因此,基于由定子102以及电池43供应给定子33的电力的第2驱动用等效转矩TSE2传递给B2转子35。而且,与上述的电池输入输出零模式同样地,将该第2驱动用等效转矩TSE2、伴随在定子102的发电而分配给第1恒星齿轮S1的发动机转矩TENG、和传递给B1转子34的发动机转矩TENG合成得到的转矩,通过B2转子35传递给驱动轮DW、DW。以上的结果,在辅助模式中,若没有各齿轮引起的传递损失等,则与第1实施方式同样地,传递给驱动轮DW、DW的动力等于发动机动力与从电池43供应的电力(能量)之和。
而且,在辅助模式中,控制由定子102发电的电力、从电池43供应给定子33的电力、和转子旋转速度VRO以及第2磁场旋转速度VMF2,使得所述式(53)以及(44)所示的速度关系被维持。其结果,与第1实施方式同样地,发动机动力相对于车辆要求动力的不足部分,通过从电池43向第2旋转机31的定子33供应电力来进行补偿。另外,发动机动力相对于车辆要求动力的不足部分比较大的情况下,除了第2旋转机31的定子33之外,还对旋转机101的定子102从电池43供应电力。
此外,在驱动时充电模式中,从由旋转机101的定子102发电产生的电力减去对电池43充电的电力所得的大小的电力被供应给第2旋转机31的定子33,基于该电力的第2驱动用等效转矩TSE2传递给B2转子35。而且,与电池输入输出零模式同样地,将该第2驱动用等效转矩TSE2、伴随在定子102的发电而分配给第1恒星齿轮S1的发动机转矩TENG、和传递给B1转子34的发动机转矩TENG合成得到的转矩,通过B2转子35传递给驱动轮DW、DW。以上的结果,在驱动时充电模式中,若没有各齿轮引起的传递损失等,则与第1实施方式同样地,传递给驱动轮DW、DW的动力成为从发动机动力减去对电池43充电的电力(能量)所得的大小。
而且,在驱动时充电模式中,控制由定子102发电的电力、对电池43充电的电力、和转子旋转速度VRO以及第2磁场旋转速度VMF2,使得式(53)以及(44)所示的速度关系被维持。其结果,与第1实施方式同样地,发动机动力相对于车辆要求动力的剩余部分,在旋转机101的定子102中变换为电力,对电池43充电。
此外,ENG行驶中,控制由旋转机101的定子102发电的电力,使得旋转机转矩TMOT成为发动机转矩TENG的1/(1+r1)的情况下,可以仅通过磁路径来进行从发动机3向驱动轮DW、DW的动力传递。在该情况下,发动机转矩TENG的r1/(1+r1)倍的大小的转矩传递给驱动轮DW、DW。
而且,在第1实施方式中所述的ENG行驶中的急加速运转时,如下所述地控制发动机3、旋转机101以及第2旋转机31。图95示出ENG行驶中的急加速运转的开始时的各种旋转要素的旋转速度以及转矩的关系的一例。在该情况下,与第1实施方式同样地,将发动机转速NE提高到可以获得其最大转矩的给定转速。此外,如图95所示,因为车速VP不立刻上升,所以发动机转速NE变得高于车速VP,并且两者的差变大,所以由两者的关系而决定的第2旋转磁场的旋转方向成为反转方向。为了从产生这种第2旋转磁场的定子33向驱动轮DW、DW作用正的转矩,在定子33中进行发电。而且,将由定子33发电的电力供应给旋转机101的定子102,使转子103正转。
如上所述,发动机转矩TENG、旋转机转矩TMOT以及第2发电用等效转矩TGE2都作为正的转矩传递给驱动轮DW、DW,其结果,车速VP迅速上升。此外,在ENG行驶中的急加速运转的开始时,由图95可知,发动机转矩TENG以及旋转机转矩TMOT将第2发电用等效转矩TGE2作为反力而传递给驱动轮DW、DW,所以第2旋转机31所要求的转矩变得比这以外的情况大。在该情况下,第2旋转机31所要求的转矩即第2发电用等效转矩TGE2用下式(67)表示。
TGE2=-{r1·TENG+(1+r1)TDDW}/(β+1+r1)......(67)
由该式(67)可知,第2极对数量比β越大,相对于相同大小的驱动轮传递转矩TDDW以及发动机转矩TENG,旋转机转矩TMOT变得越小。在本实施方式中,因为将第2极对数量比β设定为值2.0,所以与第1实施方式同样地,能够实现第2旋转机31的小型化以及成本削减。
·减速再生
在减速再生中,在传递给发动机3的驱动轮DW、DW的转矩相对于驱动轮DW、DW的转矩(基于惯性的转矩)的比例小时,使用驱动轮DW、DW的动力的一部分由两定子102、33进行发电,并且将发电的电力充电到电池43中。伴随在定子33的发电,将驱动轮DW、DW的转矩的全部、和如后述那样分配给第1恒星齿轮S1的转矩合成得到的合成转矩传递给B2转子35。此外,传递给B2转子35的上述合成转矩被分配给定子33以及B1转子34。
而且,分配给B1转子34的转矩的一部分传递给发动机3,剩余部分,与前述的电池输入输出零模式的情况同样地,伴随在定子102的发电,传递给第1行星轮架C1后,分配给定子102以及第1恒星齿轮S1。此外,分配给第1恒星齿轮S1的转矩传递给B2转子35。以上的结果,在减速再生中,若没有各齿轮引起的传递损失等,则与第1实施方式同样地,传递给发动机3的动力、和充电到电池43的电力(能量)的和等于驱动轮DW、DW的动力。
·停车中ENG起动
在停车中ENG起动时,从电池43向旋转机101的定子102供应电力,使转子103正转,并且在第2旋转机31的定子33进行发电,将发电的电力进而供应给定子102。伴随向定子102的电力供应而传递给第1环形齿轮R1的旋转机转矩TMOT,通过第1行星齿轮P1传递给第1行星轮架C1以及第1恒星齿轮S1,按照使第1行星轮架C1正转的方式起作用,同时按照使第1恒星齿轮S1反转的方式起作用。此外,传递给第1行星轮架C1的转矩的一部分传递给曲柄轴3a,由此,曲柄轴3a正转。
此外,在停车中ENG起动时,传递给第1行星轮架C1的转矩的剩余部分传递给B1转子34后,伴随在第2旋转机31的定子33的发电,作为电能传递给定子33。此外,在该情况下,如第1实施方式中所叙述的那样,第2旋转磁场反转。因此,伴随在该定子33的发电而产生的第2发电用等效转矩TGE2按照使B2转子35正转的方式起作用。此外,以与该第2发电用等效转矩TGE2相称的方式,传递给B1转子34的转矩进而传递给B2转子35,按照使B2转子35正转的方式起作用。
在该情况下,控制供应给旋转机101的定子102的电力和由第2旋转机31的定子33发电的电力,使得使上述第1恒星齿轮S1反转的转矩和使B2转子35正转的转矩相称,由此相互连结的第1恒星齿轮S1、B2转子35以及驱动轮DW、DW保持静止状态。其结果,第1恒星齿轮旋转速度VSU1以及B2转子旋转速度VRB2成为值0,车速VP也成为值0。
此外,在该情况下,控制供应给定子102的电力和由定子33发电的电力和转子旋转速度VRO以及第2磁场旋转速度VMF2,使得式(53)以及(44)所示的速度关系被维持,并且使得第1行星轮架旋转速度VCA1以及B1转子旋转速度VRB1成为比较小的值。如上所述,在停车中ENG起动时,与第1实施方式同样地,在将车速VP保持为值0的同时,控制发动机转速NE成为适于发动机3的起动的比较小的值。此外,在该状态下,根据曲柄角度位置控制发动机3的燃料喷射阀、火花塞的点火动作,由此起动发动机3。
·ENG蠕变
在ENG蠕变中,由定子102以及33进行发电。此外,将如此由两定子102、33发电产生的电力充电到电池43中。与前述的电池输入输出零模式的情况同样地,伴随在上述定子102的发电,发动机转矩TENG的一部分传递给第1行星轮架C1,并且传递给第1行星轮架C1的发动机转矩TENG被分配给定子102以及第1恒星齿轮S1。此外,与第1实施方式同样地,伴随在上述定子33的发电而产生的第2旋转磁场反转。因此,伴随在上述定子33的发电而产生的第2发电用等效转矩TGE2按照使B2转子35正转的方式起作用。此外,以与第2发电用等效转矩TGE2相称的方式,传递给B1转子34的发动机转矩TENG进而传递给B2转子35,按照使B2转子35正转的方式起作用。而且,如上述那样分配给第1恒星齿轮S1的发动机转矩TENG传递给B2转子35。
如上所述,ENG蠕变中,将分配给第1恒星齿轮S1的发动机转矩TENG、第2发电用等效转矩TGE2、和传递给B1转子34的发动机转矩TENG合成得到的合成转矩传递给B2转子35。该合成转矩传递给驱动轮DW、DW,使驱动轮DW、DW正转。此外,控制由定子102、33发电的电力、转子旋转速度VRO以及第2磁场旋转速度VMF2,使得第1恒星齿轮旋转速度VSU1以及B2转子旋转速度VRB2即车速VP变得非常小,由此进行蠕变运转。
此外,ENG蠕变中,如上所述,伴随由定子102的发电而分配给第1恒星齿轮S1的发动机转矩TENG、和伴随由定子33的发电而通过B1转子34传递给B2转子35的发动机转矩TENG,传递给驱动轮DW、DW。据此,与第1实施方式同样地,能够将发动机转矩TENG的一部分传递给驱动轮DW、DW,所以能够不产生发动机失速地进行蠕变运转。
·ENG进发
ENG进发时,控制ENG蠕变中曾反转的第2旋转磁场的第2磁场旋转速度VMF2变为值0,使曾正转的转子103的转子旋转速度VRO上升,同时使发动机动力增大。而且,在第2磁场旋转速度VMF2变为值0后,进行前述的电池输入输出零模式的运转。如上所述,车速VP上升,车辆进发。
如上所述,根据本实施方式,第2旋转机31具有与组合了行星齿轮装置和一般的1转子型的旋转机的装置相同的功能,所以与前述的现有动力装置不同,不需要用于分配/合成动力从而传递的2个行星齿轮装置,有一个第1行星齿轮装置PS1即可。因此,能够相应地使动力装置1N小型化。此外,在动力装置1N中,如电池输入输出零模式的动作说明中所叙述的那样,与前述的现有情况不同,发动机动力不进行再循环而传递给驱动轮DW、DW,所以能够降低通过第1行星齿轮装置PS1、旋转机101以及第2旋转机31的动力。因此,能够实现第1行星齿轮装置PS1、旋转机101以及第2旋转机31的小型化以及成本削减,由此能够实现动力装置1N的进一步小型化和成本削减。而且,通过使用具有与上述那样被降低的动力相称的转矩容量的第1行星齿轮装置PS1、旋转机101以及第2旋转机31,能够抑制动力损失,提高动力装置1N的驱动效率。
此外,发动机动力经由第1传递路径(第1行星轮架C1、第1行星齿轮P1、第1恒星齿轮S1、连结轴6、B2转子35)、第2传递路径(B1转子34、磁力线的磁力、B2转子35)、和第3传递路径(第1行星轮架C1、第1行星齿轮P1、第1环形齿轮R1、转子103、定子102、第1PDU41、第2PDU42、定子33、磁力线的磁力、B2转子35)共计3个传递路径,以被分割的状态传递给驱动轮DW、DW。据此,能够降低经由第3传递路径通过第1以及第2PDU41、42的电力(能量),所以能够实现第1以及第2PDU41、42的小型化以及成本削减,由此能够实现动力装置1N的进一步小型化以及成本削减。
而且,如使用图94所说明的那样,通过控制转子旋转速度VRO以及第2磁场旋转速度VMF2,发动机动力被无级变速,传递给驱动轮DW、DW。此外,在该情况下,控制转子旋转速度VRO以及第2磁场旋转速度VMF2,使得发动机转速NE成为为了获得最优燃料消耗率而设定的目标转速,所以能够一边控制发动机动力以得到最优燃料消耗率,一边驱动驱动轮DW、DW。因此,能够进一步提高动力装置1N的驱动效率。
此外,第1行星齿轮装置PS1的第1行星齿轮比r1被设定为一般的行星齿轮装置可以取得的值中比较大的值。据此,在旋转机101所要求的转矩变得特别大的EV行驶中ENG起动时,如使用图93以及所述式(66)所说明的那样,与将第1行星齿轮比r1设定为较小的值的情况相比,能够减小旋转机转矩TMOT,因此,能够实现旋转机101的进一步小型化以及成本削减。而且,第2旋转机31的第2极对数量比β被设定为值2.0。据此,在第2旋转机31所要求的转矩变得特别大的ENG行驶中的急加速运转时,如使用图95以及所述式(67)所说明的那样,与将第2极对数量比β设定为小于值1.0的情况相比,能够减小旋转机转矩TMOT,因此,能够实现第2旋转机31的进一步小型化以及成本削减。此外,根据本实施方式,能够同样地获得第1实施方式的效果。
另外,本实施方式的动力装置1N进行与第1实施方式的动力装置1进行的“与电池SOC相应的控制”同样的控制。但是,在本实施方式中,将第1实施方式的第1旋转机21置换为第1行星齿轮装置PS1和1转子型的旋转机101。因此,将第1旋转机21读作旋转机101,将第1旋转机21的定子23读作旋转机101的定子102,将A2转子25读作第1行星齿轮装置PS1的第1行星轮架C1。
(第16~第19实施方式)
下面,参照图96~图99来说明第16~第19实施方式的动力装置1O、1P、1Q、1R。与第15实施方式相比,这些动力装置1O~1R分别还具备变速装置161、171、181、191,主要是这一点不同,在第16~第19实施方式中,发动机3、旋转机101、第1行星齿轮装置PS1、第2旋转机31以及驱动轮DW、DW之间的连结关系都与第15实施方式相同。即,第1行星轮架C1以及B1转子34与发动机3的曲柄轴3a机械性连结,并且第1恒星齿轮S1以及B2转子35与驱动轮DW、DW机械性连结。此外,旋转机101的转子103与第1环形齿轮R1机械性连结。而且,在图96~图99中,对于与第15实施方式相同的构成要素,使用相同的符号来表示。这在后述的用于说明其他实施方式的图中也同样适用。以下,从第16实施方式的动力装置1O开始,以与第15实施方式的不同点为中心进行说明。
(第16实施方式)
如图96所示,在该动力装置1O中,设置了变速装置161来代替前述的相互啮合的齿轮7b以及第1齿轮8b。与第8实施方式的变速装置111同样地,该变速装置161是带式的无级变速装置,具有与前述的第2旋转轴7连结的输入轴、与惰轮轴8连结的输出轴、分别设置在输入轴以及输出轴上的带轮、和绕在这些带轮上的金属带(均未图示)。变速装置161通过变更这些带轮的有效直径,从而将输入到输入轴上的动力以进行了变速的状态输出到输出轴。此外,变速装置161的变速比(输入轴的转速/输出轴的转速)通过ECU2来控制。
如上所述,变速装置161设置在第1恒星齿轮S1以及B2转子35与驱动轮DW、DW之间,此外,传递到第1恒星齿轮S1以及B2转子35的动力通过变速装置161被变速,传递给驱动轮DW、DW。
在以上构成的动力装置1O中,在EV进发时或ENG进发时等,从第1恒星齿轮S1以及B2转子35向驱动轮DW、DW传递极其大的转矩时,变速装置161的变速比被控制为大于值1.0的减速侧的给定值。据此,传递到第1恒星齿轮S1以及B2转子35的转矩,在变速装置161中被增大后,传递给驱动轮DW、DW。据此,控制由旋转机101发电的电力以及供应给第2旋转机31的电力(发电的电力),使得传递给第1恒星齿轮S1以及B2转子35的转矩变小。据此,根据本实施方式,能够减小旋转机101以及第2旋转机31所要求的转矩的最大值,所以能够实现旋转机101以及第2旋转机31的进一步小型化以及成本削减。此外,通过上述的变速装置161以及旋转机101的控制,能够减小通过第1行星轮架C1分配给第1恒星齿轮S1以及第1环形齿轮R1的转矩,能够减小传递给第1行星轮架C1的转矩的最大值,所以能够实现第1行星齿轮装置PS1的进一步小型化以及成本削减。
而且,在车速VP极其高的高车速运转中等,B2转子旋转速度VRB2变得过大时,变速装置161的变速比被控制为小于值1.0的加速侧的给定值。据此,根据本实施方式,能够相对于车速VP,使B2转子旋转速度VRB2下降,所以能够防止B2转子旋转速度VRB2的过大化所导致的第2旋转机31的故障。
此外,在发动机转速NE比车速VP高的急加速时等,由发动机转速NE和车速VP的关系决定的转子旋转速度VRO变得过大时,变速装置161的变速比被控制为大于值1.0的减速侧的给定值。据此,根据本实施方式,通过相对于车速VP,使第1恒星齿轮旋转速度VSU1上升,由前述的图94可知,能够使转子旋转速度VRO下降,所以能够防止由转子旋转速度VRO的过大化导致的旋转机101的故障。
而且,在包括EV行驶、ENG行驶的车辆的行驶中,控制变速装置161的变速比,使得转子旋转速度VRO以及第2磁场旋转速度VMF2分别成为给定第1以及第2目标值。对于这些第1以及第2目标值,在仅将旋转机101以及第2旋转机31用作动力源时,根据车速VP通过检索映射来计算,在将发动机3、旋转机101以及第2旋转机31用作动力源时,根据发动机转速NE以及车速VP通过检索与上述不同的映射来计算。此外,在这些映射中,第1以及第2目标值被设定为相对于此时的车速VP(以及发动机转速NE)可以得到旋转机101以及第2旋转机31的高效率那样的值。而且,与这种变速装置161的控制並行地,将转子旋转速度VRO以及第2磁场旋转速度VMF2分别控制为第1以及第2目标值。如上所述,根据本实施方式,在车辆的行驶中,能够获得旋转机101以及第2旋转机31的高效率。
此外,在本实施方式中,如使用图94所说明的那样,也能够通过、旋转机101、第1行星齿轮装置PS1以及第2旋转机31使发动机动力无级变速之后传递给驱动轮DW、DW,所以能够降低变速装置161的变速动作的频度。因此,能够抑制由该变速动作产生的热损失,由此,能够确保动力装置1O的高驱动效率。此外,根据本实施方式,能够同样获得第15实施方式的效果。
另外,在本实施方式中,变速装置161是带式的无级变速装置,但也可以是环型式或者油压式的无级变速装置或齿轮式的有级变速装置。
(第17实施方式)
在图97所示的第17实施方式的动力装置1P中,变速装置171与前述的第9实施方式的变速装置121同样地,是由行星齿轮装置等构成的齿轮式的有级变速装置,具有输入轴172以及输出轴(未图示),作为变速级,设定由第1速(变速比=输入轴172的转速/输出轴的转速=1.0)和第2速(变速比<1.0)构成的共计2个变速级。这些变速级的变更由ECU2来进行。此外,变速装置171的输入轴172通过飞轮5与曲柄轴3a直接连结,并且其输出轴(未图示)与第1旋转轴4直接连结。如此,变速装置171被设置在曲柄轴3a与第1行星轮架C1以及B1转子34之间,使发动机动力变速,传递给第1行星轮架C1以及B1转子34。
而且,与第9实施方式同样地,前述的差动齿轮机构9的齿轮9a的齿数大于惰轮轴8的第2齿轮8c的齿数,由此,传递给惰轮轴8的动力以被减速后的状态传递给驱动轮DW、DW。
在以上构成的动力装置1P中,ENG进发时等,在从第1恒星齿轮S1以及B2转子35向驱动轮DW、DW传递极其大的转矩时,变速装置171的变速级被控制为第2速(变速比<1.0)。据此,输入到第1行星轮架C1以及B1转子34的发动机转矩TENG变小。据此,控制由旋转机101发电的电力以及供应给第2旋转机31的电力(发电的电力),使得传递给第1恒星齿轮S1以及B2转子35的发动机转矩TENG变小。此外,传递给第1恒星齿轮S1以及B2转子35的发动机转矩TENG,在通过基于第2齿轮8c以及齿轮9a的减速而被增大的状态下,传递给驱动轮DW、DW。如上所述,根据本实施方式,能够减小旋转机101以及第2旋转机31所要求的转矩的最大值,能够实现旋转机101以及第2旋转机31的进一步小型化以及成本削减。而且,能够减小通过第1行星轮架C1而分配给第1恒星齿轮S1以及第1环形齿轮R1的转矩的最大值,所以能够实现第1行星齿轮装置PS1的进一步小型化以及成本削减。
此外,在发动机转速NE极其高时,变速装置171的变速级被控制为第1速(变速比=1.0)。据此,根据本实施方式,与变速级为第2速的情况相比,能够减小B1转子旋转速度VRB1,所以能够防止由B1转子旋转速度VRB1的过大化导致的第2旋转机31故障。B1转子34由磁铁构成,容易发生如上所述的不良,所以尤其有效。
而且,在发动机转速NE高于车速VP的急加速时等,转子旋转速度VRO变得过大时,变速装置171的变速级被控制为第1速。据此,与变速级为第2速的情况相比,第1行星轮架旋转速度VCA1变小,所以根据本实施方式,由图94可知,能够使转子旋转速度VRO下降,因此,能够防止由转子旋转速度VRO的过大化导致的旋转机101的故障。
此外,ENG行驶中,根据发动机转速NE以及车速VP,变更变速装置171的变速级,使得转子旋转速度VRO以及第2磁场旋转速度VMF2分别成为可获得旋转机101以及第2旋转机31的高效率的值。而且,与这种变速装置171的变速级的变更並行地,将转子旋转速度VRO以及第2磁场旋转速度VMF2控制为由此时的发动机转速NE、车速VP、变速装置171的变速级、所述式(44)、以及式(53)决定的值。据此,根据本实施方式,车辆行驶中,能够获得旋转机101以及第2旋转机31的高效率。
此外,在ENG行驶中,并且变速装置171的变速动作中,即,通过变速装置171而将发动机3和第1行星轮架C1以及B1转子34之间切断时,为了抑制变速冲击,如下那样控制旋转机101以及第2旋转机31。以下,与第9实施方式同样地,将这种旋转机101以及第2旋转机31的控制称为“变速冲击控制”。
即,对旋转机101的定子102供应电力,使转子103正转,并且对第2旋转机31的定子33供应电力,使伴随于此产生的第2旋转磁场正转。据此,将传递给第1环形齿轮R1的旋转机转矩TMOT、和如后述那样传递给第1恒星齿轮S1的转矩合成后,传递给第1行星轮架C1。传递给第1行星轮架C1的转矩,通过上述的变速装置171进行的切断,不传递给曲柄轴3a,而传递给B1转子34,而且,与来自第4定子232的第2驱动用等效转矩TSE2合成后,传递给B2转子35。传递给B2转子35的转矩的一部分传递给第1恒星齿轮S1,剩余部分传递给驱动轮DW、DW。
因此,根据本实施方式,变速动作中,能够抑制发动机转矩TENG不再传递给驱动轮DW、DW而引起的变速冲击,能够提高商品性。另外,该变速冲击控制,不局限于在变速装置171的变速动作中进行。此外,根据本实施方式,能够同样获得第15实施方式的效果。
(第18实施方式)
在图98所示的第18实施方式的动力装置1Q中,与第15实施方式不同,没有设置第2旋转轴7,第1齿轮8b与一体地设置在连结轴6上的齿轮6b啮合。据此,第1恒星齿轮S1以及B2转子35通过连结轴6、齿轮6b、第1齿轮8b、惰轮轴8、第2齿轮8c、齿轮9a、差动齿轮机构9等,与驱动轮DW、DW机械性连结,而不通过变速装置181。
此外,变速装置181,是与第10实施方式的变速装置131同样地构成的具有第1速~第3速的变速级的齿轮式的有级变速装置,具有通过凸缘与第1环形齿轮R1直接连结的输入轴182、和通过凸缘与转子103直接连结的输出轴183,对输入到输入轴182的动力进行变速,并输出给输出轴183。而且,变速装置181的变速级的变更通过ECU2来控制。如此,第1环形齿轮R1通过变速装置181与转子103机械性连结,此外,将传递给第1环形齿轮R1的动力通过变速装置181进行变速,并传递给转子103。
在以上构成的动力装置1Q中,在EV进发时、ENG进发时等,向转子103传递极其大的转矩时,变速装置181的变速级被控制为第3速(变速比<1.0)。据此,传递给第1环形齿轮R1的转矩在变速装置181中被降低后,传递给转子103。据此,控制由旋转机101发电的电力,使得传递给转子103的转矩变小。此外,在前述的停车中ENG起动时,变速装置181的变速级被控制为第3速(变速比<1.0)。在该情况下,因为输入轴182以及输出轴183分别与第1环形齿轮R1以及转子103连结,所以通过上述的变速装置181的控制,在停车中ENG起动时,旋转机101的转矩被增大,通过第1环形齿轮R1、第1行星齿轮P1以及第1行星轮架C1传递给曲柄轴3a。据此,控制供应给旋转机101的电力,使得旋转机101的旋转机转矩TMOT变小。如上所述,根据本实施方式,能够实现旋转机101的进一步小型化以及成本削减。
此外,在EV进发时等,即使如上述那样控制变速装置181的变速级从第1环形齿轮R1传递给转子103的动力的大小本身也不发生变化、以及在将由旋转机101发电的电力通过定子33作为动力传递给B2转子35时能够将通过B2转子35传递给驱动轮DW、DW的转矩控制为任意大小,所以能够向驱动轮DW、DW传递足够大小的转矩。
而且,在发动机转速NE高于车速VP的急加速时等,在由发动机转速NE和车速VP的关系决定的转子旋转速度VRO变得过大时,变速装置181的变速级被控制为第1速(变速比>1.0)。据此,相对于由此时的发动机转速NE和车速VP的关系决定的第1环形齿轮旋转速度VRI1,能够使转子旋转速度VRO下降,所以能够防止由转子旋转速度VRO的过大化导致的旋转机101的故障。
此外,在包括EV行驶、ENG行驶的车辆的行驶中,控制变速装置181的变速级,使得转子旋转速度VRO成为给定目标值。该目标值,在仅将旋转机101以及第2旋转机31用作动力源时,通过根据车速VP检索映射来计算,在将发动机3、旋转机101以及第2旋转机31用作动力源时,通过根据发动机转速NE以及车速VP检索与上述不同的映射来计算。此外,在这些映射中,目标值被设定为相对于此时的车速VP(以及发动机转速NE)可获得旋转机101的高效率的值。而且,与这种变速装置181的控制並行地,将转子旋转速度VRO控制为上述目标值。据此,根据本实施方式,车辆的行驶中,能够获得旋转机101的高效率。
此外,在ENG行驶中、并且变速装置181的变速动作中,通过将变速装置181中的齿轮列、和输入轴182以及输出轴183之间切断,转子103和第1环形齿轮R1之间被切断,由此不再对转子103作用发动机转矩TENG。因此,在旋转机101中不进行发电,从电池43向第2旋转机31的定子33供应电力。
据此,根据本实施方式,变速装置181的变速动作中,将来自定子33的第2驱动用等效转矩TSE2和传递给B1转子34的发动机转矩TENG合成,通过B2转子35传递给驱动轮DW、DW,所以能够抑制不再将发动机转矩TENG传递给驱动轮DW、DW所引起的变速冲击,因此,可以提高商品性。
此外,与第15实施方式同样地,通过旋转机101、第1行星齿轮装置PS1以及第2旋转机31,可以对发动机动力进行无级变速而传递给驱动轮DW、DW,所以能够降低变速装置181的变速动作的频度,因此,能够提高动力装置1Q的驱动效率。此外,根据本实施方式,能够同样获得第15实施方式的效果。
(第19实施方式)
在图99所示的第19实施方式的动力装置1R中,与第18实施方式同样地,没有设置第2旋转轴7,第1齿轮8b与一体地设置在连结轴6上的齿轮6b啮合。此外,变速装置191是与第7实施方式的变速装置131同样地构成的具有第1速~第3速的变速级的齿轮式的有级变速装置,具有与第1恒星齿轮S1直接连结的输入轴192、和与连结轴6直接连结的输出轴(未图示),对输入到输入轴192的动力进行变速,并输出给输出轴。而且,变速装置191的变速级的变更通过ECU2来控制。
如上所述,第1恒星齿轮S1通过变速装置191、连结轴6、齿轮6b、第1齿轮8b等与驱动轮DW、DW机械性连结,此外,传递给第1恒星齿轮S1的动力通过变速装置191被变速,传递给驱动轮DW、DW。而且,B2转子35通过连结轴6、齿轮6b、第1齿轮8b等,与驱动轮DW、DW机械性连结,而不通过变速装置191。
在以上构成的动力装置1R中,在ENG进发时等,从第1恒星齿轮S1向驱动轮DW、DW传递极其大的转矩时,变速装置191的变速级被控制为第1速(变速比>1.0)。据此,传递给第1恒星齿轮S1的转矩在变速装置191中被增大后,传递给驱动轮DW、DW。据此,控制由旋转机101发电的电力,使得分配给第1恒星齿轮S1以及第1环形齿轮R1的转矩变小。据此,根据本实施方式,能够减小通过第1行星轮架C1分配给第1恒星齿轮S1以及第1环形齿轮R1的转矩,所以能够实现第1行星齿轮装置PS1的进一步小型化以及成本削减。而且,能够减小从第1环形齿轮R1传递给转子103的转矩,所以能够实现旋转机101的进一步小型化以及成本削减。
此外,在发动机转速NE比车速VP高的急加速时等,转子旋转速度VRO变得过大时,变速装置191的变速级被控制为第1速。据此,根据本实施方式,能够相对于车速VP,使第1恒星齿轮旋转速度VSU1上升,由图94可知,能够使转子旋转速度VRO下降,所以能够防止由转子旋转速度VRO的过大化导致的旋转机101的故障。
此外,在包括EV行驶、ENG行驶的车辆的行驶中,控制变速装置191的变速级,使得转子旋转速度VRO成为给定目标值。该目标值,在仅将旋转机101以及第2旋转机31用作动力源时,通过根据车速VP检索映射来计算,在将发动机3、旋转机101以及第2旋转机31用作动力源时,通过根据发动机转速NE以及车速VP检索与上述不同的映射来计算。此外,在这些映射中,目标值被设定为相对于此时的车速VP(以及发动机转速NE)可获得旋转机101的高效率的值。而且,与这种变速装置191的控制並行地,将转子旋转速度VRO控制为上述目标值。据此,根据本实施方式,车辆的行驶中,能够获得旋转机101的高效率。
而且,在ENG行驶中、并且变速装置191的变速动作中,通过变速装置191中的齿轮列和输入轴192以及输出轴之间的切断,将第1恒星齿轮S1和驱动轮DW、DW之间切断,由此驱动轮DW、DW的负荷不再作用到第1恒星齿轮S1。因此,变速装置191的变速动作中,在旋转机101中不进行发电,从电池43向第2旋转机31的定子33供应电力。
据此,根据本实施方式,变速装置191的变速动作中,将第2驱动用等效转矩TSE2和传递给B1转子34的发动机转矩TENG合成,通过B2转子35传递给驱动轮DW、DW,所以能够抑制发动机转矩TENG不再传递给驱动轮DW、DW所导致的变速冲击,因此,可以提高商品性。
此外,通过旋转机101、第1行星齿轮装置PS1以及第2旋转机31,可以对发动机动力进行无级变速而传递给驱动轮DW、DW,所以能够降低变速装置191的变速动作的频度,因此,能够提高动力装置1R的驱动效率。此外,根据本实施方式,能够同样地获得第15实施方式的效果。
另外,在第17~第19实施方式中,变速装置171~191是齿轮式的有级变速装置,但是也可以是带式、环型式、油压式的无级变速装置。
(第20实施方式)
下面,参照图100来说明第20实施方式的动力装置1S。该动力装置1S与第15实施方式相比,主要不同点是还具备用于变更转子旋转速度VRO以及车速VP的速度差与车速VP以及发动机转速NE的速度差之比的变速装置。以下,以与第15实施方式的不同点为中心进行说明。
如图100所示,在该动力装置1S中,与第18实施方式同样地,没有设置第2旋转轴7,第1齿轮8b与一体地设置在连结轴6上的齿轮6b啮合,由此,第1恒星齿轮S1以及B2转子35通过连结轴6、齿轮6b、第1齿轮8b、差动齿轮机构9等与驱动轮DW、DW机械性连结。
上述变速装置,与第13实施方式中所叙述的变速装置同样地,具备第2行星齿轮装置PS2、第1以及第2离合器CL1、CL2。第2恒星齿轮S2一体地设置在第1旋转轴4上,由此,与第1行星轮架C1、曲柄轴3a以及B1转子34机械性直接连结。此外,第2行星轮架C2通过凸缘或中空的轴与第1环形齿轮R1机械性直接连结,由此与第1环形齿轮R1一体地自由旋转。
第1离合器CL1设置在第2行星轮架C2和转子103之间。即,第2行星轮架C2通过第1离合器CL1与转子103机械性直接连结。此外,第1离合器CL1由ECU2控制其结合程度,从而将第2行星轮架C2和转子103之间连接/切断。第2离合器CL2设置在第2环形齿轮R2和转子103之间。即,第2环形齿轮R2通过第2离合器CL2与转子103机械性直接连结。此外,第2离合器CL2由ECU2控制其结合程度,由此将第2环形齿轮R2和转子103之间连接/切断。
如上所述,旋转机101的转子103通过第1离合器CL1以及第2行星轮架C2与第1环形齿轮R1机械性连结,并且通过第2离合器CL2、第2环形齿轮R2、第2行星齿轮P2、以及第2行星轮架C2与第1环形齿轮R1机械性连结。
图101(a)将表示第1恒星齿轮旋转速度VSU1、第1行星轮架旋转速度VCA1以及第1环形齿轮旋转速度VRI1的关系的一例的速度共线图与表示第2恒星齿轮旋转速度VSU2、第2行星轮架旋转速度VCA2以及第2环形齿轮旋转速度VRI2的关系的一例的速度共线图一起示出。如上所述,因为第1行星轮架C1以及第2恒星齿轮S2相互直接连结,所以第1行星轮架旋转速度VCA1以及第2恒星齿轮旋转速度VSU2相互相等,因为第1环形齿轮R1以及第2行星轮架C2相互直接连结,所以第1环形齿轮旋转速度VRI1以及第2行星轮架旋转速度VCA2相互相等。因此,图101(a)的关于第1以及第2行星齿轮装置PS1、PS2的2个速度共线图可以用图101(b)那样的一个速度共线图表示。如该图所示,通过以上那样的第1以及第2行星齿轮装置PS1、PS2的各种旋转要素的连结,构成旋转速度相互处于共线关系的4个旋转要素。
此外,图102(a)将表示上述4个旋转要素的旋转速度的关系的一例的速度共线图与表示第2磁场旋转速度VMF2、B1以及B2的转子旋转速度VRB1、VRB2的关系的一例的速度共线图一起示出。如前所述,因为第1行星轮架C1以及B1转子34相互直接连结,所以第1行星轮架旋转速度VCA1以及B1转子旋转速度VRB1相互相等。此外,因为第1恒星齿轮S1以及B2转子35相互直接连结,所以第1恒星齿轮旋转速度VSU1以及B2转子旋转速度VRB2相互相等。因此,图102(a)的2个速度共线图可以用图102(b)那样的一个速度共线图表示。
此外,因为曲柄轴3a、第1行星轮架C1、B1转子34以及第2恒星齿轮S2相互直接连结,所以发动机转速NE、第1行星轮架旋转速度VCA1、B1转子旋转速度VRB1以及第2恒星齿轮旋转速度VSU2相互相等。而且,因为驱动轮DW、DW、第1恒星齿轮S1以及B2转子35相互连结,所以若没有基于差动齿轮机构9的变速等,则车速VP、第1恒星齿轮旋转速度VSU1以及B2转子旋转速度VRB2相互相等。
此外,转子103分别通过第1以及第2离合器CL1、CL2与第2行星轮架C2以及第2环形齿轮R2直接连结,所以在连接第1离合器CL1同时切断第2离合器CL2时(以下,将这种离合器的连接/切断状态称为“第1变速模式”),转子旋转速度VRO以及第2行星轮架旋转速度VCA2相互相等。而且,在切断第1离合器CL1同时连接第2离合器CL2时(以下,将这种离合器的连接/切断状态称为“第2变速模式”),转子旋转速度VRO以及第2环形齿轮旋转速度VRI2相互相等。
如上所述,转子旋转速度VRO、发动机转速NE、车速VP、以及第2磁场旋转速度VMF2,在第1变速模式中成为例如图103(a)所示的共线关系,在第2变速模式中成为例如图103(b)所示的共线关系。
由这些图103(a)以及图103(b)所示,关于速度共线图中的表示车速VP的纵线和表示转子旋转速度VRO的纵线之间的距离,上述的第1变速模式的一方比第2变速模式小,所以转子旋转速度VRO以及车速VP的旋转差DN2和发动机转速NE以及车速VP的旋转差DN1的比(以下称为“旋转比DN2/DN1”)在第1变速模式时小。
在以上构成的动力装置1S中,在发动机转速NE高于车速VP的急加速时等,由发动机转速NE和车速VP的关系决定的转子旋转速度VRO变得过大时,采用第1变速模式。据此,根据本实施方式,由上述的旋转比DN2/DN1的关系可知,与采用第2变速模式的情况相比,能够减小转子旋转速度VRO,所以能够防止由转子旋转速度VRO的过大化导致的旋转机101的故障。
此外,在EV行驶中ENG起动时,即,旋转机101所要求的转矩变大的情况下,使用了第1以及第2变速模式时,各种旋转要素的旋转速度和转矩的关系分别用图104(a)以及图104(b)表示。在该情况下,在使用了第1变速模式时,旋转机101所要求的转矩、即旋转机转矩TMOT用所述式(66)表示。另一方面,在使用了第2变速模式时,旋转机转矩TMOT用下式(68)表示。
TMOT=-{β·TDDW+(1+β)TDENG}
/(r1·r2+r1+1+β)......(68)
由这些式(66)和式(68)的比较可知,相对于相同大小的驱动轮传递转矩TDDW以及发动机传递转矩TDENG,第2变速模式的旋转机转矩TMOT较小。因此,在EV行驶中ENG起动时,使用第2变速模式。
根据本实施方式,如上述那样使用第2变速模式,并且根据式(68),控制由旋转机101发电的电力。因此,能够减小旋转机101所要求的转矩的最大值,进而能够实现旋转机101的进一步小型化以及成本削减。
此外,在包括EV行驶、ENG行驶的车辆的行驶中,在发动机3的停止中根据车速VP从第1以及第2变速模式中选择可以得到旋转机101的更高效率的变速模式,在发动机3的运转中根据车速VP以及发动机转速NE,从第1以及第2变速模式中选择可以得到旋转机101的更高效率的变速模式。据此,根据本实施方式,在车辆的行驶中,能够将转子旋转速度VRO控制在适当的高度,所以能够获得旋转机101的高效率。
而且,与第13实施方式同样地,在第2行星轮架旋转速度VCA2以及第2环形齿轮旋转速度VRI2相互相等时,进行第1以及第2变速模式的切换。据此,根据本实施方式,能够在保持驱动轮DW、DW、发动机3的旋转的同时,顺序地进行第1以及第2变速模式的切换,能够确保良好的操纵性能。
此外,在ENG行驶中,并且在第1以及第2变速模式之间进行转移时,在切断第1以及第2离合器CL1、CL2的双方后,直到连接两离合器CL1、CL2的一方为止的期间,转子103和曲柄轴3a之间被切断,由此发动机转矩TENG不再作用到转子103,所以在旋转机101的定子102中不进行发电,从电池43向第2旋转机31的第2定子33供应电力。
据此,根据本实施方式,在第1以及第2变速模式之间转移时,即使将第1以及第2离合器CL1、CL2的双方切断时,第2驱动用等效转矩TSE2、和传递给B1转子34的发动机转矩TENG也被合成,通过B2转子35传递给驱动轮DW、DW,所以能够抑制发动机转矩TENG不再传递给驱动轮DW、DW而导致的变速冲击,因此,可以提高商品性。此外,根据本实施方式,能够同样获得第15实施方式的效果。
此外,在本实施方式中,将第2恒星齿轮S2与第1行星轮架C1连结,并且将第2环形齿轮R2通过第2离合器CL2与转子103连结,但是这些连结关系也可以相反,即,将第2环形齿轮R2与第1行星轮架C1连结,并且将第2恒星齿轮S2通过第2离合器CL2与转子103连结。此外,在本实施方式中,由摩擦式多板离合器构成第1以及第2离合器CL1、CL2,但是也可以例如用电磁离合器等来构成。
图105(a)、(b)是分别表示动力装置1S中的各种旋转要素的旋转速度的关系的一例的速度共线图,(a)针对第1变速模式中,(b)针对第2变速模式中。另外,在图105(a)、(b)中,旋转机101用“第1旋转机”表示,旋转机31用“第2旋转机”表示,第2恒星齿轮S2用“一方齿轮”或者“第1齿轮”表示,第2环形齿轮R2用“另一方齿轮”或者“第2齿轮”表示,第2行星轮架C2用“行星轮架”表示,第2输出部用“第1旋转轴4”表示,第1离合器用“第1离合器CL1”表示,第2离合器用“第1离合器CL2”表示,发动机3用“热力机”表示,驱动轮DW、DW用“被驱动部”表示。这里,将第2行星齿轮装置PS2的一方齿轮的旋转速度设为第1齿轮旋转速度VG1,将第2行星齿轮装置PS2的另一方齿轮的旋转速度设为第2齿轮旋转速度VG2,将第2行星齿轮装置PS2的行星轮架的旋转速度设为行星轮架旋转速度VC。在上述的连结关系中,在各种旋转要素直接连结、并且通过第1离合器的连接而将第2旋转机的第2输出部与行星轮架连结、同时通过第2离合器的切断而将第2输出部和另一方齿轮之间切断时,热力机的转速、被驱动部的速度等的关系如例如图105(a)所示。以下,将这种第1以及第2离合器的连接/切断状态称为“第1变速模式”。此外,在通过第1离合器的切断将第2旋转机的第2输出部和行星轮架之间切断、同时通过第2离合器的连接将第2输出部与另一方齿轮连结时,热力机的转速、被驱动部的速度等的关系如例如图105(b)所示。以下,将这种第1以及第2离合器的连接/切断状态称为“第2变速模式”。
另外,在图105(a)、(b)所示的速度共线图中,从表示磁场旋转速度VF的纵线到表示第2转子旋转速度VR2的纵线之间的距离、与从表示第2转子旋转速度VR2的纵线到表示第1转子旋转速度VR1的纵线之间的距离之比是1∶(1/α)。而且,在图105(a)、(b)中,将从表示第1齿轮旋转速度VG1的纵线到表示行星轮架旋转速度VC的纵线之间的距离设为Y,将从表示行星轮架旋转速度VC的纵线到表示第2齿轮旋转速度VG2的纵线之间的距离设为Z。
由这些图105(a)和图105(b)的比较可知,关于速度共线图中的表示被驱动部的速度的纵线和表示第2旋转机的旋转速度的纵线之间的距离,第1变速模式的一方小于第2变速模式,第2旋转机的第2输出部以及被驱动部的速度差D2和热力机以及被驱动部的速度差D1的比(D2/D1),在第1变速模式时较小。此外,在热力机的转速高于被驱动部的速度时,第2旋转机的旋转速度变得高于被驱动部的速度,有可能变得过大。因此,例如,在这种情况下,通过使用第1变速模式,由上述的速度差D2和D1的比的关系可知,与使用第2变速模式的情况相比,能够减小第2旋转机的旋转速度,所以能够防止由第2旋转机的旋转速度的过大化导致的第2旋转机的故障。
而且,如使用图70所说明的那样,在第2旋转机所要求的转矩变大的情况下,使用第1变速模式时,驱动用等效转矩Te、热力机传递转矩TDHE、被驱动部传递转矩TOUT、以及第2旋转机转矩TM2的关系如例如图106(a)所示。此外,第2旋转机所要求的转矩、即第2旋转机转矩TM2用例如下式(69)表示。
TM2=-{TOUT+[(1/α)+1]TDHE}/[Y+(1/α)+1]......(69)
另一方面,在使用第2变速模式时,驱动用等效转矩Te、热力机传递转矩TDHE、被驱动部传递转矩TOUT、以及第2旋转机转矩TM2的关系如例如图106(b)所示。此外,第2旋转机转矩TM2用例如下式(70)表示。
TM2=-{TOUT+[(1/α)+1]TDHE}/[Z+Y+(1/α)+1]......(70)
由上述式(69)和(70)的比较可知,相对于相同大小的热力机传递转矩TDHE以及被驱动部传递转矩TOUT,第2变速模式的第2旋转机转矩TM2较小。因此,例如,在如上述那样第2旋转机所要求的转矩变大时,通过使用第2变速模式,能够减小第2旋转机转矩TM2,进而能够实现第2旋转机的进一步小型化以及成本削减。
此外,例如,通过根据热力机的转速以及被驱动部的速度,选择第1或者第2变速模式,能够将第2旋转机的旋转速度控制为适当的大小,由此能够获得第2旋转机的高效率。而且,通过在行星轮架旋转速度VC以及第2齿轮旋转速度VG2相互相等时进行以上的第1以及第2变速模式的切换,能够在保持被驱动部、热力机的旋转的同时,顺利地进行上述切换,能够确保良好的操纵性能。
此外,在使用图68所说明的热力机的动力向被驱动部的传递中,传递给第2要素的热力机的转矩THE,将伴随由第2旋转机的发电而作用于第3要素的负荷转矩作为反力,而通过第1要素传递给被驱动部。因此,在第1以及第2变速模式之间转移时,在第1以及第2离合器的双方被切断的情况下,第3要素和第2旋转机之间被切断,由此来自第2旋转机的负荷转矩不再作用于第3要素,其结果,通过第2以及第1要素而传递的热力机的转矩THE变得极其小。根据本发明,例如,能够不通过那样的有级变速装置而使第2转子与被驱动部连结,由此,即使在第1以及第2离合器的双方被切断的情况下,由图68可知,也能够将热力机的转矩THE的一部分通过第1以及第2转子传递给被驱动部,所以能够抑制转矩的急剧减少等的变速冲击,因此,能够提高商品性。
(第21实施方式)
下面,参照图107来说明第21实施方式的动力装置1T。该动力装置1T与第15实施方式相比较,主要不同点是还具备变速装置201。以下,以与第15实施方式的不同点为中心进行说明。
如图107所示,在该动力装置1T中,与第18~第20实施方式同样地,没有设置第2旋转轴7,第1齿轮8b与一体地设置在连结轴6上的齿轮6b啮合。据此,第1恒星齿轮S1通过连结轴6、齿轮6b、第1齿轮8b、差动齿轮机构9等,与驱动轮DW、DW机械性连结,而不通过上述变速装置201。
此外,变速装置201是与第10实施方式的变速装置131同样地构成的具有第1速~第3速的变速级的齿轮式的有级变速装置,具有与B2转子35直接连结的输入轴202、和与连结轴6直接连结的输出轴(未图示),对输入到输入轴202的动力进行变速,输出到输出轴。而且,变速装置201的变速级的变更通过ECU2来控制。
如上所述,B2转子35通过变速装置201、连结轴6、齿轮6b、第1齿轮8b等与驱动轮DW、DW连结,此外,传递给B2转子35的动力通过变速装置201被变速,传递给驱动轮DW、DW。
在以上构成的动力装置1T中,在EV进发时、ENG进发时等,从B2转子35向驱动轮DW、DW传递极其大的转矩时,变速装置201的变速级被控制为第1速(变速比>1.0)。据此,传递给B2转子35的B2转子传递转矩TRB2在变速装置201中被增大后,传递给驱动轮DW、DW。与其相应地,控制供应第2旋转机31的定子33的电力,使得B2转子传递转矩TRB2变小。据此,根据本实施方式,能够减小第2旋转机31所要求的转矩的最大值,能够实现第2旋转机31的进一步小型化以及成本削减。
此外,在车速VP极其高的高车速运转中等,B2转子旋转速度VRB2变得过大时,变速装置201的变速级被控制为第3速(变速比<1.0)。据此,根据本实施方式,能够相对于车速VP,使B2转子旋转速度VRB2下降,所以能够防止由B2转子旋转速度VRB2的过大化导致的第2旋转机31的故障。
而且,在包括EV行驶、ENG行驶的车辆的行驶中,控制变速装置201的变速级,使得第2磁场旋转速度VMF2成为给定目标值。该目标值,在仅将旋转机101以及第2旋转机31用作动力源时,通过根据车速VP检索映射来计算,在将发动机3、旋转机101以及第2旋转机31用作动力源时,通过根据发动机转速NE以及车速VP检索与上述不同的映射来计算。此外,在这些映射中,目标值被设定为相对于此时的车速VP(以及发动机转速NE)可获得第2旋转机31的高效率的值。而且,与这种变速装置201的控制並行地,将第2磁场旋转速度VMF2控制为上述目标值。据此,根据本实施方式,车辆的行驶中,能够获得第2旋转机31的高效率。
此外,在ENG行驶中,在变速装置201的变速动作中(在输入轴202以及输出轴与变速前的齿轮列被切断后,直到连接到变速目标的齿轮列为止的期间),即,通过变速装置201将B2转子35和驱动轮DW、DW之间切断时,如第15实施方式中所述那样,发动机转矩TENG的一部分通过第1恒星齿轮S1传递给驱动轮DW、DW。据此,根据本实施方式,变速装置201的变速动作中,能够抑制发动机转矩TENG不再传递给驱动轮DW、DW引起的变速冲击,因此,能够提高商品性。
而且,与第15实施方式同样地,通过旋转机101、第1行星齿轮装置PS1以及第2旋转机31,可以对发动机动力进行无级变速而传递给驱动轮DW、DW,所以能够降低变速装置201的变速动作的频度,因此,能够提高动力装置1T的驱动效率。此外,根据本实施方式,能够同样获得第15实施方式的效果。
另外,在本实施方式中,变速装置201是齿轮式的有级变速装置,但是也可以是带式、环型式、油压式的无级变速装置。
(第22实施方式)
下面,参照图108来说明第22实施方式的动力装置1U。如图111所示,该动力装置1U是在第15实施方式的动力装置1N中增加了第6实施方式中所述的制动机构BL的装置。以下,以与第15实施方式的不同点为中心进行说明。
在动力装置1U中,通过该制动机构BL,对于第1旋转轴4的旋转,仅在与曲柄轴3a、第1行星轮架C1、以及B1转子34一起正转的情况下被容许,在与曲柄轴3a等一起反转的情况下被阻止。
此外,在动力装置1U中,如下那样进行前述的EV蠕变以及EV进发的运转。即,向旋转机101的定子102供应电力,使转子103与第1环形齿轮R1一起反转,并且向第2旋转机31的定子33供应电力,使伴随于此由定子33产生的的第2旋转磁场正转。此外,控制转子旋转速度VRO以及第2磁场旋转速度VMF2,使得(β+1)·|VRO|=r1·|VMF2|成立。而且,控制供应给定子102、33的电力,使得向驱动轮DW、DW传递足够的转矩。
相对于如上述那样与转子103一起反转的第1环形齿轮R1,如上所述通过制动机构BL阻止第1行星轮架C1的反转,所以旋转机101的动力全部通过第1环形齿轮R1以及第1行星齿轮P1传递给第1恒星齿轮S1,按照使第1恒星齿轮S1正转的方式起作用。此外,相对于如上述那样正转的定子33的第2旋转磁场,通过制动机构BL阻止B1转子34的反转,所以供应给定子33的电力全部作为动力传递给B2转子35,按照使B2转子35正转的方式起作用。而且,传递给第1恒星齿轮S1以及B2转子35的动力,传递给驱动轮DW、DW,使驱动轮DW、DW正转。
此外,在该情况下,分别对于通过制动机构BL阻止反转的第1行星轮架C1以及B1转子34,通过上述的旋转机101以及第2旋转机31的控制,从转子103以及定子33作用使其反转的转矩。据此,曲柄轴3a、第1行星轮架C1以及B1转子34不仅不反转,而且保持静止状态。
如上所述,根据本实施方式,可以不使用发动机动力,而通过旋转机101以及第2旋转机31驱动驱动轮DW、DW。此外,该驱动中,曲柄轴3a不仅不反转,而且保持静止状态,所以不会拖拽发动机3。此外,能够同样获得第15实施方式的效果。
另外,在之前所叙述的第15~第22实施方式中,与第1实施方式同样地,将第2旋转机31的第2极对数量比β设定为值2.0,但是通过设定为小于值1.0,由前述的图33(a)、(b)以及图94可知,能够防止由第2磁场旋转速度VMF2的过大化引起的损失发生而导致驱动效率降低。此外,在第15~第22实施方式中,将第1行星齿轮装置PS1的第1行星齿轮比r1设定为比较大的值,但是通过设定为比较小的值,可以获得如下效果。
由前述的图94可知,在将第1行星齿轮比r1设定为比较大的值的情况下,在发动机转速NE比车速VP高(参照图94的双点划线)时,转子旋转速度VRO变得高于发动机转速NE,有可能变得过大。相对于此,通过将第1行星齿轮比r1设定为比较小的值,由图94中虚线所示的速度共线图和双点划线所示的速度共线图的比较可知,能够减小转子旋转速度VRO,因此,能够防止由转子旋转速度VRO的过大化引起的损失发生而导致驱动效率降低。
而且,在第15~第22实施方式中,将第1行星轮架C1以及B1转子34相互直接连结,并且将第1恒星齿轮S1以及B2转子35相互直接连结,但是若第1行星轮架C1以及B1转子34与曲柄轴3a连结,则也可以不相互直接连结,此外,若第1恒星齿轮S1以及B2转子35与驱动轮DW、DW连结,则也可以不相互直接连结。在该情况下,可以将第16以及第17实施方式的变速装置161、171分别用2个变速装置来构成,并且如下那样设置。即,可以将构成变速装置161的2个变速装置的一方设置在第1恒星齿轮S1和驱动轮DW、DW之间,将另一方设置在B2转子35和驱动轮DW、DW之间。此外,可以将构成变速装置171的2个变速装置的一方设置在第1行星轮架C1和曲柄轴3a之间,将另一方设置在B1转子34和曲柄轴3a之间。
此外,在第15~第22实施方式中,将第1恒星齿轮S1以及第1环形齿轮R1分别与驱动轮DW、DW以及旋转机101连结,但是也可以使这些的连结关系相反,即,可以使第1环形齿轮R1以及第1恒星齿轮S1分别与驱动轮DW、DW以及旋转机101连结。在该情况下,在旋转机101所要求的转矩变得特别大的EV行驶中ENG起动时,旋转机转矩TMOT用下式(71)表示。
TMOT=-{β·TDDW+(1+β)TDENG}/(r1’+1+β)......(71)
在该式(71)中,r1’是如前所述第1环形齿轮的齿数和第1恒星齿轮S1的齿数的比(第1环形齿轮的齿数/第1恒星齿轮S1的齿数),大于值1.0。由该情况、第1行星齿轮比r1即如前所述第1恒星齿轮S1的齿数/第1环形齿轮的齿数小于值1.0的情况、所述式(66)和式(71)可知,能够使旋转机转矩TMOT进一步变小,因此,能够实现旋转机101的进一步小型化以及成本削减。
此外,在第7~第22实施方式中,作为差动装置使用了第1行星齿轮装置PS1,但是只要是具有以下功能的装置,则可以采用其他适当的装置。即,只要是具有3个要素,具有将输入给3个要素中的1个要素的动力分配给其他2个要素的功能、和将输入到它们中其他2个要素的动力合成后输出给上述1个要素的功能,在该动力的分配/合成中,3个要素保持线性的速度关系的同时旋转的装置即可。例如,可以采用具有通过表面间的摩擦来传递动力的多个辊,具有与行星齿轮装置同等功能的装置,来代替行星齿轮装置的齿轮。而且,虽然省略了详细说明,但是还可以采用日本国特开2008-39045号公报所公开的由多个磁铁、软磁性体的组合构成的装置。此外,作为差动装置,还可以采用双排齿轮型的行星齿轮装置。以上的情况对于第2行星齿轮装置PS2也同样适用。
而且,在第7~第22实施方式中,旋转机101是DC电动机,但是只要是具有将供应的电力变换为动力的功能、和将输入的动力变换为电力的功能的装置,则可以是其他装置,例如,AC电动机。此外,在第7~第13实施方式以及第15~第21实施方式中,当然还可以设置用于阻止曲柄轴3a的反转的制动机构BL。此外,用单向离合器OC以及壳体CA构成了该制动机构BL,但是只要能够阻止曲柄轴3a的反转,则也可以由其他机构、例如带型制动器等构成。
另外,本发明不限定于说明的实施方式,能够以各种方式实施。例如,ECU2、第1以及第2PDU41、42只要是可以控制定子23、33、102的发电/供电的装置即可。例如,可以用搭载了微型计算机的电路等构成。此外,电池43例如可以是电容器。而且,还可以根据需要而省略电池43。
此外,在实施方式中,第1定子磁极被设定为4个、第1磁极被设定为8个、磁芯25a被设定为6个。即,实施方式是第1定子磁极的数量和第1磁极的数量和第1软磁性体的数量之比为1∶2∶1.5的例子,但是这些数量的比只要满足1∶m∶(1+m)/2(m≠1.0),作为第1定子磁极、第1磁极以及磁芯25a的数量,就可以采用任意数量。该情况对于第2旋转机31也同样适用。而且,在实施方式中,用钢板构成了磁芯25a、35a,但是也可以用其他软磁性体来构成。
此外,在实施方式中,将定子23以及A1转子24分别配置在径向的外侧以及内侧,但是也可以相反地,分别配置在径向的内侧以及外侧。而且,在实施方式中,将定子23、A1以及A2的转子24、25配置为沿径向排列,作为所谓的辐射式(radial type)构成了第1旋转机21,但是也可以将定子23、A1以及A2的转子24、25配置为沿轴线方向排列,作为所谓的轴向式(axial type)构成第1旋转机21。以上的情况对于第2旋转机31也同样适用。
此外,在实施方式中,用单一的永磁铁24a的磁极构成了一个磁极,但是也可以用多个永磁铁的磁极构成。例如,通过按照2个永磁铁的磁极在定子23侧相互靠近的方式,将这2个永磁铁排列为倒V字状,从而构成一个磁极,由此能够提高前述的磁力线ML的指向性。而且,还可以使用电磁铁、或可以产生移动磁场的定子,来代替实施方式中的永磁铁24a。此外,在实施方式中,将U相~W相的绕组23c~23e以分布绕法缠绕在槽23b上,但不局限于此,也可以用集中绕法。而且,在实施方式中,用U相~W相的3相绕组构成了绕组23c~23e,但是只要能够产生第1旋转磁场,则该绕组的相数不局限于此,可以是任意值。此外,作为槽23b的数量,当然还可以采用实施方式所示的以外的任意数量。而且,在实施方式中,等间隔地配置了槽23b、永磁铁24a、磁芯25a,但是也可以配置为不等间隔。以上的情况对于第2旋转机31也同样适用。
此外,在实施方式中,作为热力机的发动机3是汽油发动机,但是也可以是其他机器,例如,柴油发动机、外燃机等。而且,本实施方式是将动力装置应用于车辆的例子,但是不局限于此,例如可以应用于船舶、航空器等。此外,在本发明的主旨的范围内,可以适当改变细微部分的构成。
对本发明详细地并且参照特定的实施方式进行了说明,但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下施加各种变更、修正,对于本领域的技术人员来说是显而易见的。
本申请基于2009年10月13日申请的日本专利申请(特愿2009-236720),并在此加入其内容作为参考。
符号说明
1动力装置
1A动力装置
1B动力装置
1C动力装置
1D动力装置
1E动力装置
1F动力装置
1G动力装置
1H动力装置
1I动力装置
1J动力装置
1K动力装置
1L动力装置
1M动力装置
1N动力装置
1O动力装置
1P动力装置
1Q动力装置
1R动力装置
1S动力装置
1T动力装置
1U动力装置
DW驱动轮(被驱动部)
2ECU(第1控制器、第2控制器)
3a曲柄轴(输出部、第1输出部)
3发动机(热力机)
21第1旋转机23定子(第1定子)
23a铁芯(第1定子、定子)
23c U相绕组(第1定子、定子)
23d V相绕组(第1定子、定子)
23e W相绕组(第1定子、定子)
24A1转子(第1转子)
24a永磁铁(第1磁极、磁极)
25A2转子(第2转子)
25a磁芯(第1软磁性体、软磁性体)
31第2旋转机(第1旋转机)
33定子(第2定子)
33a铁芯(第2定子、定子)
33b U相绕组(第2定子、定子)
33b V相绕组(第2定子、定子)
33b W相绕组(第2定子、定子)
34B1转子(第3转子、第1转子)
34a永磁铁(第2磁极、磁极)
35B2转子(第4转子、第2转子)
35a磁芯(第2软磁性体、软磁性体)
41第1PDU(第1控制器、第2控制器)
42第2PDU(第2控制器、第1控制器)
43电池(蓄电装置)
61变速装置
71变速装置
81变速装置
91变速装置
101旋转机(第2旋转机)
103转子(第2输出部)
111变速装置
121变速装置
131变速装置
141变速装置
151变速装置
161变速装置
171变速装置
181变速装置
191变速装置
201变速装置
PS1第1行星齿轮装置(差动装置)
S1第1恒星齿轮(第1要素、第3要素)
R1第1环形齿轮(第3要素、第1要素)
C1第1行星轮架(第2要素)
BL制动机构
PS2第2行星齿轮装置(行星齿轮装置)
S2第2恒星齿轮(恒星齿轮)
R2第2环形齿轮(环形齿轮)
P2第2行星齿轮(行星齿轮)
C2第2行星轮架(行星轮架)
CL1第1离合器
CL2第2离合器
44VCU
63第1要求电压导出部
64第2要求电压导出部
65升压执行判断部
162正交区域电流导出部
163电压方程式运算部
164要求电压变换部
66***要求电压决定部
165第1旋转机损失值导出部
166第2旋转机损失值导出部
167第1PDU损失值导出部
168第2PDU损失值导出部
169VCU损失值导出部
67合计损失最小值探索部
68升压比决定部

Claims (10)

1.一种混合动力车辆,其特征在于,通过动力装置驱动,该动力装置具备:
第1旋转机,其具有:第1转子,其中相邻2个磁极具有相互不同极性的磁极列沿圆周方向设置;第1定子,其与所述第1转子在径向上对置地配置,具有根据在沿所述圆周方向排列的多个电枢产生的磁极的变化,产生沿所述圆周方向移动的旋转磁场的电枢列;和第2转子,其配置在所述第1转子与所述第1定子之间,具有相互隔着间隔地沿所述圆周方向排列的多个软磁性体,该第1旋转机将在所述第1定子的所述电枢列产生的磁极的数量、所述第1转子的所述磁极列的磁极的数量和所述第2转子的所述软磁性体的数量之比,设定为1∶m∶(1+m)/2,其中,m≠1,在驱动轴连接所述第1转子以及所述第2转子的一方;
原动机,其输出轴与所述第1转子以及所述第2转子的另一方连接;
第2旋转机,其被构成为与所述驱动轴之间能输入输出动力,并且与所述第1旋转机之间能授受电力;
蓄电器,其与所述第1旋转机以及所述第2旋转机之间能授受电力;和
变压器,其在所述蓄电器与所述第1旋转机以及所述第2旋转机的至少一方之间授受电力时使电压升压,
所述混合动力车辆具备:
要求电压导出部,其根据该混合动力车辆的运转状态,导出所述第1旋转机以及所述第2旋转机各自所需要的各要求电压;
升压执行判断部,其在所述第1旋转机的要求电压以及所述第2旋转机的要求电压的至少一方大于根据所述蓄电器的输出电压而设定的第1阈值时,判断为由所述变压器进行升压;和
控制部,其根据所述升压执行判断部的判断结果,控制所述变压器。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆,其特征在于,
所述升压执行判断部,在所述变压器进行升压动作中,所述第1旋转机的要求电压以及所述第2旋转机的要求电压的双方都小于比所述第1阈值小的第2阈值时,判断为停止由所述变压器进行升压。
3.根据权利要求1所述的混合动力车辆,其特征在于,
所述控制部控制所述变压器,使其进行与所述第1旋转机的要求电压以及所述第2旋转机的要求电压中的较高的要求电压相应的升压。
4.一种混合动力车辆,其特征在于,通过动力装置驱动,该动力装置具备:
第1旋转机,其具有:第1转子,其中相邻2个磁极具有相互不同极性的磁极列沿圆周方向设置;第1定子,其与所述第1转子在径向上对置地配置,具有根据在沿所述圆周方向排列的多个电枢产生的磁极的变化,产生沿所述圆周方向移动的旋转磁场的电枢列;和第2转子,其配置在所述第1转子与所述第1定子之间,具有相互隔着间隔地沿所述圆周方向排列的多个软磁性体,该第1旋转机将在所述第1定子的所述电枢列产生的磁极的数量、所述第1转子的所述磁极列的磁极的数量和所述第2转子的所述软磁性体的数量之比,设定为1∶m∶(1+m)/2,其中,m≠1,在驱动轴连接所述第1转子以及所述第2转子的一方;
原动机,其输出轴与所述第1转子以及所述第2转子的另一方连接;
第2旋转机,其被构成为与所述驱动轴之间能输入输出动力,并且与所述第1旋转机之间能授受电力;
蓄电器,其与所述第1旋转机以及所述第2旋转机之间能授受电力;
变压器,其在所述蓄电器与所述第1旋转机以及所述第2旋转机的至少一方之间授受电力时使电压升压;和
电力变换器,其变换所述蓄电器与所述第1旋转机以及所述第2旋转机之间所授受的电力,
所述混合动力车辆具备:
要求电压导出部,其根据该混合动力车辆的运转状态,导出所述第1旋转机以及所述第2旋转机各自所需要的各要求电压;和
控制部,其控制所述变压器,使其以满足所述要求电压导出部导出的各要求电压、并且分别在所述第1旋转机、所述第2旋转机、所述电力变换器以及所述变压器产生的损失的合计为最小的升压比,进行升压。
5.一种混合动力车辆,其特征在于,通过动力装置驱动,该动力装置具备:
第1旋转机,其具有:第1转子,其中相邻2个磁极具有相互不同极性的磁极列沿圆周方向设置;第1定子,其与所述第1转子在径向上对置地配置,具有根据在沿所述圆周方向排列的多个电枢产生的磁极的变化,产生沿所述圆周方向移动的旋转磁场的电枢列;和第2转子,其配置在所述第1转子与所述第1定子之间,具有相互隔着间隔地沿所述圆周方向排列的多个软磁性体,该第1旋转机将在所述第1定子的所述电枢列产生的磁极的数量、所述第1转子的所述磁极列的磁极的数量和所述第2转子的所述软磁性体的数量之比,设定为1∶m∶(1+m)/2,其中,m≠1,在驱动轴连接所述第1转子以及所述第2转子的一方;
原动机,其输出轴与所述第1转子以及所述第2转子的另一方连接;
第2旋转机,其被构成为与所述驱动轴之间能输入输出动力,并且与所述第1旋转机之间能授受电力;
蓄电器,其与所述第1旋转机以及所述第2旋转机之间能授受电力;和
变压器,其在所述蓄电器与所述第1旋转机以及所述第2旋转机的至少一方之间授受电力时使电压升压,
所述混合动力车辆具备控制部,该控制部控制所述变压器,使得在该混合动力车辆仅通过来自所述第1旋转机以及所述第2旋转机的至少一方的驱动力而行驶中,起动所述原动机之前,开始所述蓄电器的输出电压的升压。
6.根据权利要求5所述的混合动力车辆,其特征在于,
还具备:检测该混合动力车辆的行驶速度的车速检测部,
所述控制部控制所述变压器,使其在由所述车速检测部检测出的车速达到给定值的时点,开始所述蓄电器的输出电压的升压,
所述给定值是低于起动所述原动机的车速的值。
7.根据权利要求5所述的混合动力车辆,其特征在于,
还具备:导出对该混合动力车辆的要求驱动力的要求驱动力导出部,
所述控制部控制所述变压器,使其在由所述要求驱动力导出部导出的要求驱动力达到给定值的时点,开始所述蓄电器的输出电压的升压,
所述给定值是低于起动所述原动机的要求驱动力的值。
8.根据权利要求5所述的混合动力车辆,其特征在于,
还具备:计算所述蓄电器的剩余容量的剩余容量算出部,
所述控制部控制所述变压器,使其在由所述剩余容量算出部计算出的所述蓄电器的剩余容量下降到给定值的时点,开始所述蓄电器的输出电压的升压,
所述给定值是高于起动所述原动机的剩余容量的值。
9.根据权利要求1~8中的任一项所述的混合动力车辆,其特征在于,
所述第2旋转机具有:
电动机,其具有旋转部件以及电枢;和
旋转机构,其具有保持共线关系进行动作的第1旋转要素、第2旋转要素以及与所述旋转部件连接的第3旋转要素,具有将输入到所述第2旋转要素的能量分配给所述第1旋转要素以及所述第3旋转要素的功能、和将输入到所述第1旋转要素以及所述第3旋转要素的各能量合成并输出到所述第2旋转要素的功能,
所述第1转子以及所述第2旋转要素、和所述第2转子以及所述第1旋转要素中的一方与所述原动机的所述输出轴连接,另一方与所述驱动轴连接。
10.根据权利要求1~8中的任一项所述的混合动力车辆,其特征在于,
所述第2旋转机具有:
第3转子,其中相邻2个磁极具有相互不同极性的磁极列沿圆周方向设置;
第2定子,其与所述第3转子在径向上对置地配置,具有根据在沿所述圆周方向排列的多个电枢产生的磁极的变化,产生沿所述圆周方向移动的旋转磁场的电枢列;和
第4转子,其配置在所述第3转子与所述第2定子之间,具有相互隔着间隔地沿所述圆周方向排列的多个软磁性体,
在所述第2定子的所述电枢列产生的磁极的数量、所述第3转子的所述磁极列的磁极的数量和所述第4转子的所述软磁性体的数量之比,被设定为1∶m∶(1+m)/2,其中,m≠1,
在所述驱动轴连接所述第1转子,在所述原动机的所述输出轴连接所述第2转子的情况下,所述第4转子与所述驱动轴连接,所述第3转子与所述原动机的所述输出轴连接,
在所述驱动轴连接所述第2转子,在所述原动机的所述输出轴连接所述第1转子的情况下,所述第3转子与所述驱动轴连接,所述第4转子与所述原动机的所述输出轴连接。
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