JP2010070137A - 動力装置 - Google Patents
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- F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
- F16H37/10—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing at both ends of intermediate shafts
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Abstract
【解決手段】第1回転体51が原動機2の出力軸に連結され、第2回転体52が第1動力伝達経路22を介して被駆動部4に連結されたエネルギー分配・合成装置3と、第1動力伝達経路22での動力伝達を可能とする動作状態と動力伝達を遮断する動作状態とに選択的に動作可能な第1動力伝達・遮断機構34,36,37と、原動機2の出力軸と被駆動部4との間を連結する第2動力伝達経路23と、第2動力伝達経路での動力伝達を可能とする動作状態と動力伝達を遮断する動作状態とに選択的に動作可能な第2動力伝達・遮断機構32とを備え、エネルギー分配・合成装置3の第2回転体52に補機5を連結する。
【選択図】図1
Description
本発明の第1実施形態を図1〜図12を参照して説明する。
p:q:r=1:m:(1+m)/2 ……(1)
(ただし、m≠1)
なお、p,qは偶数(2の倍数)、mは正の有理数である。
上式(2a)〜(2c)において、Ψfは、第1ロータ51の磁極の磁束の最大値、θe2は、ステータ53のコイル532のうちの1つの基準コイルに対する第2ロータ52の電気角での角度位置、ωe2は、θe2の時間的変化率(すなわち第2ロータ52の電気角速度)、θe1は、上記基準コイルに対する第1ロータ51の電気角での角度位置、ωe1は、θe1の時間的変化率(すなわち第1ロータ51の電気角速度)である。なお、式(2a)〜(2c)では、第1ロータ51の1つの磁極が上記基準コイルに対向する状態でのθe1の値を“0”とし、第2ロータ52の1つのコア521が上記基準コイルに対向する状態でのθe2の値を“0”としている。また、上記“電気角”は、機械角に電機子磁極の極対数(N極及びS極の対の個数(=p/2))を乗じた角度を意味する。
θmf=(m+1)・θe2−m・θe1 ……(3a)
ωmf=(m+1)・ωe2−m・ωe1 ……(3b)
上記のように、ステータ53に回転磁界を発生させることによって、回転機3の運転を適切に行い、第1ロータ51及び第2ロータ52にトルクを発生させることができる。この時、ステータ53のコイル532への供給電力(入力電力)又はコイル532からの出力電力を、回転磁界の電気角での角速度ωmfで除算したものを該回転磁界の等価トルクTmf(以下、回転磁界等価トルクTmfという)と定義し、第1ロータ51及び第2ロータ52にそれぞれ発生するトルクをT1,T2としたとき、これらのTmf,T1,T2の間には、次式(4)の関係が成立する。なお、ここでは、銅損、鉄損等のエネルギー損失は無視し得る程度に微小であるとする。
Tmf=T1/m=−T2/(m+1) ……(4)
上記式(3b)、(4)によりそれぞれ示される回転速度の相互関係、トルクの相互関係は、前記遊星歯車装置34の如き周知のシングルピニオン型の遊星歯車装置のサンギヤ、リングギヤ、キャリアの回転速度の相互関係、トルクの相互関係と同じ関係となる。すなわち、電機子磁極及び第1ロータ51の一方がサンギヤ、他方がリングギヤに対応し、第2ロータ52がキャリアに対応する。
[停止時アイドルストップモード]
図5は停止時アイドルストップモードでの動力装置1の動作状態を示している。この停止時アイドルストップモードは、車両の停車状態で、エンジン2の運転を停止する動作モード、すなわち、エンジン2の所謂アイドルストップを行う動作モードである。
[EV発進・走行モード]
図6はEV発進・走行モードでの動力装置1の動作状態を示している。このEV発進・走行モードは、前記停止時アイドルストップモードから移行する動作モードである。そして、このEV発進・走行モードは、エンジン2の運転を停止したまま、電動機3の動力のみによって、車両の前進方向への発進・走行を行う動作モードである。
[EV後エンジン始動モード]
図7はEV後エンジン始動モードでの動力装置1の動作状態を示している。このEV後エンジン始動モードは、前記EV発進・走行モードから移行する動作モードである。そして、このEV後エンジン始動モードは、回転機3の動力による駆動輪4,4の駆動(車両の前進走行)を行いながら、エンジン2を始動する動作モードである。
[停止時エンジン始動モード]
図8は停止時エンジン始動モードでの動力装置1の動作状態を示している。この停止時エンジン始動モードは、前記停止時アイドルストップモードから移行する動作モードである。そして、この停止時エンジン始動モードは、車両の停車状態で、エンジン2を始動する動作モードである。
[停止時エンジンアイドルモード]
図9は停止時エンジンアイドルモードでの動力装置1の動作状態を示している。この停止時エンジンアイドルモードは、前記停止時エンジン始動モードから移行する動作モードである。そして、この停止時エンジンアイドルモードは、車両の停車状態で、エンジン2のアイドル運転を行いながら、該エンジン2の動力によって補機5を駆動する動作モードである。また、この停止時エンジンアイドルモードでは、必要に応じて回転機3の発電を行い(コイル524から電力を出力させる)、バッテリ11の充電を行う。
[エンジン駆動発進モード]
図10はエンジン駆動発進モードでの動力装置1の動作状態を示している。このエンジン駆動発進モードは、前記停止時エンジンアイドルモードから移行する動作モードである。そして、このエンジン駆動発進モードは、エンジン2の動力を使用して車両を前進方向に発進させる動作モードである。
[エンジン走行モード]
図11はエンジン走行モードでの動力装置1の動作状態を示している。このエンジン走行モードは、前記EV後エンジン始動モード、又は、エンジン駆動発進モードから移行する動作モードである。そして、このエンジン走行モードは、エンジン2の動力を主に第2動力伝達経路23を介して駆動輪4,4に伝達して車両の前進走行を行う動作モードである。
[エンジン駆動後退モード]
図12は、エンジン駆動後退モードでの動力装置1の動作状態を示している。このエンジン駆動後退モードは、前記停止時エンジンアイドルモードから移行する動作モードである。そして、このエンジン駆動後退モードは、エンジン2の動力を使用して車両を後退させる動作モードである。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を図13及び図14を参照して説明する。なお、本実施形態は、第1実施形態の動力装置1と、回転機の一部の構成のみが相違するものである。すなわち、本実施形態は、前記回転機3の代わりに、これと一部の構成のみが相違する回転機60(前記第4発明におけるエネルギー分配・合成装置として機能する回転機60)を備えたものである。そこで、本実施形態の説明では、第1実施形態のものと同一の構成については、第1実施形態と同一の参照符号を用い、説明を省略する。
上式(5a)〜(5c)において、Ψは、第1ロータ61の永久磁石612a,612bによる総磁束量、θe22は、ステータ63のコイル632のうちの1つの基準コイルに対する第2ロータ62の電気角での回転角度位置、ωe22は、θe22の時間的変化率(すなわち第2ロータ62の電気角速度)、θe11は、上記基準コイルに対する第1ロータ61の電気角での回転角度位置、ωe11は、θe11の時間的変化率(すなわち第1ロータ61の電気角速度)である。なお、式(5a)〜(5c)では、第1ロータ61の第1永久磁石612aの1つの磁極が上記基準コイルに対向する状態でのθe11の値を“0”とし、第2ロータ62の1つの第1コア621aが上記基準コイルに対向する状態でのθe22の値を“0”としている。
θmf2=2・θe22−θe11 ……(6a)
ωmf2=2・ωe2−ωe1 ……(6b)
上記のように、ステータ63に第1及び第2子電機子磁極の回転磁界を発生させることによって、回転機60の運転を適切に行い、第1ロータ61及び第2ロータ62にトルクを発生させることができる。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態を図15〜図17を参照して説明する。なお、本実施形態は、第1実施形態の動力装置1と、回転機の一部の構成のみが相違するものである。すなわち、本実施形態は、前記回転機3の代わりに、これと一部の構成が相違する回転機70(前記第4発明におけるエネルギー分配・合成装置として機能する回転機70)を備えたものである。そこで、本実施形態の説明では、第1実施形態のものと同一の構成については、第1実施形態と同一の参照符号を用い、説明を省略する。
次に、本発明の第4実施形態を図18及び図19を参照して説明する。なお、本実施形態は、第1実施形態の動力装置1と、回転機の一部の構成のみが相違するものである。すなわち、本実施形態は、前記回転機3の代わりに、これと一部の構成が相違する回転機80(前記第5発明におけるエネルギー分配・合成装置として機能する回転機80)を備えたものである。そこで、本実施形態の説明では、第1実施形態のものと同一の構成については、第1実施形態と同一の参照符号を用い、説明を省略する。
この場合、これらの位相差θs,θa,θbは、次式(7)の関係を満たすように設定されている。
θs=2θb−θa ……(7)
より具体的には、本実施形態では、θs=−θa、且つ、θb=0とされ、これにより、式(7)の関係が満たされている。この場合、θs、θaの大きさ(絶対値)は、いずれも電気角で“π”である。従って、θaがθbに対して電気角πだけ大きくなると共に、θsがθbに対して電気角πだけ小さくなっている。
[変形態様について]
次に、前記第1〜第4実施形態の変形態様を以下にいくつか説明する。
Claims (13)
- 被駆動部と補機とを駆動するための動力装置であって、
動力を出力するための出力軸を有する原動機と、
回転運動エネルギーを入出力する2つの回転体と、電気エネルギーを入出力する電気要素とを有し、前記2つの回転体のそれぞれの回転運動エネルギーと前記電気要素の電気エネルギーとの間で相互にエネルギー変換を行いつつ前記2つの回転体と前記電気要素との間で相互に非接触でエネルギーの分配・合成を行い得るように構成されると共に、前記2つの回転体のうちの一方の回転体である第1回転体が、前記原動機の出力軸に連結され、且つ、他方の回転体である第2回転体が第1動力伝達経路を介して前記被駆動部に連結されたエネルギー分配・合成装置と、
前記第1動力伝達経路に含まれ、該第1動力伝達経路での動力伝達を可能とする第1動作状態と該第1動力伝達経路での動力伝達を遮断する第2動作状態とに選択的に動作可能な第1動力伝達・遮断機構と、
前記原動機の出力軸と前記被駆動部との間を前記第1動力伝達・遮断機構を迂回して連結する第2動力伝達経路と、
前記第2動力伝達経路に含まれ、該第2動力伝達経路での動力伝達を可能とする第3動作状態と該第2動力伝達経路での動力伝達を遮断する第4動作状態とに選択的に動作可能な第2動力伝達・遮断機構とを備え、
前記エネルギー分配・合成装置の前記第2回転体に前記補機を連結したことを特徴とする動力装置。 - 請求項1記載の動力装置において、前記エネルギー分配・合成装置は、回転磁界を発生するための電機子を有する不動のステータと、磁石を有し、前記ステータに対向して回転自在に設けられた第1ロータと、軟磁性体で構成され、前記ステータと第1ロータとの間で該ステータ及び第1ロータと非接触状態で回転自在に設けられた第2ロータとを有し、前記ステータと第1ロータと第2ロータとの間で前記回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介してエネルギーの分配・合成を行うと共に、該エネルギーの分配・合成時に、前記回転磁界、第1ロータ及び第2ロータのそれぞれ回転速度の相互の関係が所定の共線関係に保たれるように構成され、前記電機子の電機子巻線により前記電気要素が構成され、前記第1ロータ及び第2ロータにより前記2つの回転体が構成されていることを特徴とする動力装置。
- 請求項2記載の動力装置において、前記ステータは、前記第1ロータの回転軸心周りの方向である周方向に並ぶように該ステータに設けられた複数の前記電機子から成る電機子列を有すると共に、該電機子列は、前記周方向に回転することにより前記回転磁界を発生する複数の電機子磁極から成る電機子磁極列であって、該周方向で互いに隣合う当該電機子磁極の極性が互いに異なる極性となる電機子磁極列を、該電機子列を構成する電機子の電機子巻線の通電によって生成するように構成され、
前記第1ロータは、該第1ロータに設けられた複数の前記磁石によって前記電機子列に対向して前記周方向に並ぶように形成される複数の磁極から成る磁極列であって、該周方向で互いに隣合う当該磁極の極性が互いに異なる極性となる磁極列を有し、
前記第2ロータは、前記電機子列と前記磁極列との間で前記周方向に並ぶように該第2ロータに設けられた複数の前記軟磁性体から成る軟磁性体列を有し、
前記ステータの電機子磁極の個数と、前記第1ロータの磁極の個数と、前記第2ロータの軟磁性体の個数との比が、1:m:(1+m)/2(ただし、m≠1)に設定されていることを特徴とする動力装置。 - 請求項2記載の動力装置において、前記ステータは、前記第1ロータの回転軸心周りの方向である周方向に並ぶように該ステータに設けられた複数の前記電機子から成る電機子列を有すると共に、該電機子列は、前記周方向に回転することにより前記回転磁界を発生する複数の電機子磁極から成る電機子磁極列であって、該周方向で互いに隣合う当該電機子磁極の極性が互いに異なる極性となる電機子磁極列を、該電機子列を構成する電機子の電機子巻線の通電によって生成するように構成され、
前記第1ロータは、該第1ロータに設けられた複数の前記磁石によって、前記電機子列に対向して前記周方向に並ぶように形成される複数の磁極から成る磁極列であって、該周方向で互いに隣合う当該磁極の極性が互いに異なる極性となる磁極列を有し、
前記第2ロータは、前記電機子列と前記磁極列との間で前記周方向に並ぶように該第2ロータに設けられた複数の前記軟磁性体から成る軟磁性体列を有し、
さらに、前記電機子列と前記磁極列と前記軟磁性体列とを1組の回転機構造としてn組(n:2以上の整数)の回転機構造を備え、
前記n組の回転構造において、前記電機子列で生成される前記電機子磁極列と前記磁極列との間の前記周方向における電気角の位相差が、電気角2π/nづつずれた状態に設定されていると共に、前記電機子列で生成される前記電機子磁極列と前記軟磁性体列との間の前記周方向における電気角の位相差が、電気角π/nづつずれた状態に設定されていることを特徴とする動力装置。 - 請求項2記載の動力装置において、前記ステータは、前記第1ロータの回転軸心と同軸心の仮想の第1円柱外周面に沿うようにして該第1円柱外周面の一端側から他端側に向かって第1所定方向にそれぞれ延在すると共に前記第1ロータの回転軸心周りの方向である周方向に並ぶように該ステータに設けられた複数の前記電機子を有し、該複数の電機子は、前記周方向に回転することにより前記回転磁界を発生する複数の電機子磁極であって、それぞれの当該電機子磁極が前記第1所定方向に延在し、且つ前記周方向で互いに隣合う当該電機子磁極の極性が互いに異なる極性となる複数の電機子磁極を、前記複数の電機子の電機子巻線の通電によって生成するように構成され、
前記第1ロータは、該第1ロータに設けられた複数の前記磁石によって、前記第1ロータの回転軸心と同軸心の仮想の第2円柱外周面に沿うようにして該第2円柱外周面の一端側から他端側に向かって第2所定方向にそれぞれ延在すると共に前記複数の電機子との間の間隙を有して前記周方向に並ぶように形成された複数の磁極であって、該周方向で互いに隣合う当該磁極の極性が互いに異なる極性となる複数の磁極を有し、
前記第2ロータは、前記複数の電機子と前記複数の磁極との間で、前記第1ロータの回転軸心と同軸心の仮想の第3円柱外周面に沿うようにして該第3円柱外周面の一端側から他端側に向かって第3所定方向にそれぞれ延在すると共に前記周方向に並ぶように該第2ロータに設けられた複数の前記軟磁性体を有し、
前記複数の電機子により生成される前記電機子磁極のそれぞれの前記第1所定方向での両端部間の電気角をθs、前記複数の磁極のそれぞれの前記第2所定方向での両端部間の電気角をθa、前記複数の軟磁性体のそれぞれの前記第3所定方向での両端部間の電気角をθbとしたとき、θs=2・θb−θaの関係が成立するように当該電気角θs、θa、θbが設定されていることを特徴とする動力装置。 - 請求項5記載の動力装置において、前記3つの電気角θs、θa、θbは、θs及びθaの一方がθbに対して電気角πだけ大きくなると共に、θs及びθaの一方がθbに対して電気角πだけ小さくなるように設定されていることを特徴とする動力装置。
- 請求項3〜6のいずれか1項に記載の動力装置において、前記補機は、前記第2回転体としての前記第2ロータに連結されていることを特徴とする動力装置。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の動力装置において、前記エネルギー分配・合成装置の2つの回転体のうちの前記第1回転体の回転を阻止又は制動する第5動作状態と該回転の阻止又は制動を解除する第6動作状態とに選択的に動作可能なブレーキ機構を備えることを特徴とする動力装置。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の動力装置において、前記エネルギー分配・合成装置の2つの回転体のうちの前記第2回転体から前記第1動力伝達経路を介して前記被駆動部に伝達される動力によって回転する該被駆動部の回転方向が正逆2つの回転方向のうちの一方の回転方向となるように該動力の伝達を行う第7動作状態と、該被動部の回転方向が前記2つの回転方向のうちの他方の回転方向となるように該動力の伝達を行う第8動作状態とに選択的に動作可能な正逆転切換機構を備えたことを特徴とする動力装置。
- 請求項9記載の動力装置において、前記正逆転切換機構は、サンギヤとリングギヤと該サンギヤ及びリングギヤに噛合されたピニオンギヤを回転自在に支持するキャリアとを有し、前記サンギヤ及びリングギヤの一方が前記エネルギー分配・合成装置の第2回転体に連結され、且つ、前記サンギヤ及びリングギヤの他方が前記被駆動部に連結された遊星歯車装置と、前記キャリアを回転不能にロックする第9動作状態と該ロックを解除する第10動作状態とに選択的に動作可能な第1ロック機構と、前記キャリアを前記サンギヤ及びリングギヤのいずれか一方に一体に回転可能に連結する第11動作状態と該連結を解除する第12動作状態とに選択的に動作可能な第1クラッチ機構とを備え、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第10動作状態、第11動作状態に動作させた状態を前記第7動作状態及び第8動作状態の一方の動作状態として有すると共に、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第9動作状態、第12動作状態に動作させた状態を前記第7動作状態及び第8動作状態の他方の動作状態として有することを特徴とする動力装置。
- 請求項10記載の動力装置において、前記正逆転切換機構は、前記第1動力伝達・遮断機構としての機能を兼ねており、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第10動作状態、第11動作状態に動作させた状態、又は、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第9動作状態、第12動作状態に動作させた状態を前記第1動作状態として有すると共に、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第10動作状態、第12動作状態に動作させた状態を前記第2動作状態として有することを特徴とする動力装置。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の動力装置において、前記エネルギー分配・合成装置の第2回転体を回転不能にロックする第13動作状態と該ロックを解除する第14動作状態とに選択的に動作可能な第2ロック機構を備えることを特徴とする動力装置。
- 請求項10又は11記載の動力装置において、前記正逆転切換機構は、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第9動作状態、第11動作状態に動作させた状態を、前記エネルギー分配・合成装置の第2回転体を回転不能にロックする動作状態として有することを特徴とする動力装置。
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