JP2019037043A - Driving device of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、第一電動機及び第二電動機の二つの電動機と、これら二つの電動機が接続された遊星歯車機構とを備える車両の駆動装置に関する。 The present invention relates to a vehicle drive device that includes two electric motors, a first electric motor and a second electric motor, and a planetary gear mechanism to which the two electric motors are connected.
従来、例えば特許文献1に示すように、車両の駆動源として機能する二つの電動機と、これら二つの電動機の回転軸と車両の駆動輪に動力を伝達する出力軸がそれぞれ各回転要素に接続された遊星歯車機構(差動機構)とを備える車両の駆動装置がある。
Conventionally, for example, as shown in
特許文献1に記載の駆動装置では、一組の遊星歯車機構の共線図上における両外側の回転要素それぞれに電動機が接続されており、それらの間に配置された回転要素が車両の出力軸に接続されている。しかしながらこの構成では、少なくともいずれかの電動機に接続された回転要素の回転数が出力軸に接続された回転要素の回転数よりも高くなる。そのため、出力軸の回転数が非常に高くなった際に電動機が過度に高回転となることで電動機の効率の悪化を招くおそれがある。
In the drive device described in
また、車両の駆動源として用いることが可能な電動機(モータ)には、ロータに永久磁石が用いられたタイプのモータ(永久磁石モータ:いわゆる磁石有りモータ)と、ロータに永久磁石が用いられていないタイプのモータ(誘導モータ:いわゆる磁石無しモータ)がある。一般に、磁石有りモータは、低回転領域において比較的に高効率である一方、高回転領域においては鉄損が大きくなり効率が悪化する特性を有する。また、磁石無しモータは、高回転領域において鉄損が小さく効率が良い一方、低回転領域においては大きなトルクを出力するために大電流を流す必要があるため銅損が大きくなり効率が悪化する特性を有する。 In addition, motors that can be used as a drive source for vehicles use a type of motor in which a permanent magnet is used for the rotor (permanent magnet motor: a motor with a magnet) and a permanent magnet for the rotor. There is no type of motor (induction motor: motor without magnet). In general, a motor with a magnet has a relatively high efficiency in a low rotation region, and has a characteristic in which the iron loss increases and the efficiency deteriorates in a high rotation region. In addition, the motor without magnets has low iron loss and high efficiency in the high rotation range, while in the low rotation range it is necessary to flow a large current to output a large torque. Have
そのため、駆動源として一つのモータのみを有する電動車両(EV:Electric Vehicle)において、当該モータを磁石有りモータとして低回転高トルク出力型にすると、高回転領域において鉄損が大きくなり効率が悪化する。一方で当該モータを磁石無しモータとして高回転低トルク型にすると、低回転領域において銅損が大きくなり効率が悪化する。また、モータが磁石無しモータのものは、高回転領域において鉄損は小さく効率が良い特徴があるが、磁石有りモータに対して同体格・同電圧条件下で出力可能なトルクが小さいため、高トルクを出力できるようにすると、モータ自体の大型化を招くという課題がある。 Therefore, in an electric vehicle (EV) having only one motor as a drive source, if the motor is a low-rotation high-torque output type as a motor with a magnet, the iron loss increases in the high-rotation region and the efficiency deteriorates. . On the other hand, if the motor is a high-rotation low-torque type as a motor without a magnet, the copper loss increases in the low-rotation region and the efficiency deteriorates. In addition, motors without magnets are characterized by low iron loss and high efficiency in the high rotation range, but the torque that can be output under the same physique and voltage conditions is small compared to motors with magnets. If torque can be output, there is a problem that the motor itself is increased in size.
上記の点に鑑み、電動機の高い効率を実現させつつ、装置の小型化及び軽量化を図ることができる車両の駆動装置が求められている。 In view of the above points, there is a need for a vehicle drive device that can reduce the size and weight of the device while realizing high efficiency of the electric motor.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電動機の高い効率を実現しつつ、装置の小型化及び軽量化を図ることができる車両の駆動装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a vehicle drive device that can reduce the size and weight of the device while realizing high efficiency of the electric motor. is there.
上記目的を達成するため、本発明にかかる車両の駆動装置は、第一電動機(M1)及び第二電動機(M2)と、第一回転要素(S)と第二回転要素(C)と第三回転要素(R)とが共線図上においてこの順に並ぶ遊星歯車機構(PG)と、を備える車両の駆動装置であって、第一回転要素(S)は、第一電動機(M1)の回転軸(L1)と接続され、第二回転要素(C)は、第二電動機(M2)の回転軸(L2)と接続され、第三回転要素(R)は、車両の駆動輪(W)に動力を伝達する出力軸(OS)に接続されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a vehicle drive apparatus according to the present invention includes a first electric motor (M1), a second electric motor (M2), a first rotating element (S), a second rotating element (C), and a third electric motor. A planetary gear mechanism (PG) in which a rotating element (R) is arranged in this order on a nomographic chart, wherein the first rotating element (S) is a rotation of the first electric motor (M1). Connected to the shaft (L1), the second rotating element (C) is connected to the rotating shaft (L2) of the second electric motor (M2), and the third rotating element (R) is connected to the drive wheels (W) of the vehicle. It is connected to an output shaft (OS) for transmitting power.
本発明にかかる車両の駆動装置によれば、遊星歯車機構の三つの回転要素のうち共線図上で外側に配置された第三回転要素に出力軸が接続された構成を備えることで、出力軸が接続された第三回転要素の回転数が高くなった場合でも、第一電動機が接続された第一回転要素の回転数と第二電動機が接続された第二回転要素の回転数が第三回転要素の回転数以上に高くなることを回避できる。したがって、第一電動機及び第二電動機が過度の高回転となることを防止でき、第一電動機及び第二電動機の効率の低下を抑制することができる。 According to the vehicle drive device of the present invention, an output shaft is provided with a configuration in which the output shaft is connected to the third rotating element arranged on the outer side of the alignment chart among the three rotating elements of the planetary gear mechanism. Even when the rotation speed of the third rotating element to which the shaft is connected becomes high, the rotation speed of the first rotating element to which the first motor is connected and the rotation speed of the second rotating element to which the second motor is connected are It can avoid becoming higher than the rotation speed of the three-rotation element. Therefore, it can prevent that a 1st motor and a 2nd motor become excessively high rotation, and can suppress the fall of the efficiency of a 1st motor and a 2nd motor.
また、本発明にかかる車両の駆動装置によれば、共線図上における第一回転要素と第二回転要素の距離が遠い場合には、車両の発進時に出力軸に出力されるトルクとして比較的に高いトルクが得られ易い構造となる。その一方で、共線図上における第一回転要素と第二回転要素の距離が近い場合には、第一電動機の回転数を低く抑えやすいため、電動機の効率を高めることができる。 Further, according to the vehicle drive device of the present invention, when the distance between the first rotating element and the second rotating element on the nomograph is long, the torque output to the output shaft when the vehicle starts is relatively Therefore, it is easy to obtain a high torque. On the other hand, when the distance between the first rotating element and the second rotating element on the nomographic chart is short, it is easy to keep the rotational speed of the first motor low, so that the efficiency of the motor can be increased.
第一電動機(M1)は、回転子と固定子の少なくともいずれかに永久磁石を備える電動機であり、第二電動機(M2)は、回転子と固定子のいずれにも永久磁石を備えない電動機であってよい。 The first electric motor (M1) is an electric motor including a permanent magnet in at least one of the rotor and the stator, and the second electric motor (M2) is an electric motor including no permanent magnet in either the rotor or the stator. It may be.
この構成によれば、共線図上で出力軸が接続された第三回転要素から遠い回転要素である第一回転要素にいわゆる磁石有り電動機が接続されていることで、車両の発進時に磁石有り電動機の駆動で出力軸に出力される駆動力(トルク)として、比較的に大きな駆動力(トルク)を容易に得ることができる構造となる。 According to this configuration, a so-called magnet-equipped motor is connected to the first rotating element that is a rotating element far from the third rotating element to which the output shaft is connected on the nomograph, so that there is a magnet when the vehicle starts. As a driving force (torque) output to the output shaft by driving the electric motor, a relatively large driving force (torque) can be easily obtained.
また、電動機効率の幅が広いいわゆる磁石有り電動機が遊星歯車機構の共線図上における外側の回転要素に接続されることで、駆動装置全体の電動機効率を高めることができる。 In addition, a so-called magnet-equipped motor having a wide range of motor efficiency is connected to an outer rotating element on the alignment chart of the planetary gear mechanism, so that the motor efficiency of the entire drive device can be increased.
また、車両の低速走行時に使用する第一電動機と高速時にのみ使用する第二電動機の構成を考えると、使用頻度が比較的に少ない第二電動機にいわゆる磁石無しの電動機を用いることで、装置のコストの低廉化を図ることが可能となる。 Considering the configuration of the first motor used when the vehicle is traveling at a low speed and the second motor used only when the vehicle is running at a high speed, a so-called magnet-less motor can be used for the second motor that is used less frequently. Costs can be reduced.
また、この車両の駆動装置では、第二回転要素には、当該第二回転要素の正転方向への回転を許容し逆転方向への回転を係止することが可能な係止機構(OWC)が接続されていてもよい。 Further, in this vehicle drive device, the second rotating element is allowed to rotate in the forward rotation direction of the second rotating element and can be locked in the reverse rotation direction (OWC). May be connected.
この構成によれば、車両の低速走行時には、係止機構で第二回転要素の回転が係止されるようにすることで、第一回転要素に接続された第一電動機のみの駆動力で車両を走行させることができる。また、車両の高速走行時には、第二回転要素の回転が許容された状態とすることで、第一回転要素に接続された第一電動機の駆動力に加えて、第二回転要素に接続された第二電動機の駆動力を用いて車両を走行させることが可能となる。 According to this configuration, when the vehicle is traveling at a low speed, the rotation of the second rotating element is locked by the locking mechanism, so that the vehicle is driven by the driving force of only the first motor connected to the first rotating element. Can be run. In addition, when the vehicle is traveling at a high speed, the rotation of the second rotation element is allowed, so that it is connected to the second rotation element in addition to the driving force of the first motor connected to the first rotation element. It becomes possible to drive the vehicle using the driving force of the second electric motor.
またこの場合、係止機構は、ワンウェイクラッチ(OWC)であってよい。 In this case, the locking mechanism may be a one-way clutch (OWC).
係止機構をワンウェイクラッチとすることで、電子的な制御を行う機構や他の動力源の動力などを用いることなく第一回転要素の一方の回転を係止することが可能となるため、駆動装置の構成の簡素化や軽量化及び低コスト化を図ることが可能となる。 By using a one-way clutch as the locking mechanism, it is possible to lock the rotation of one of the first rotating elements without using the electronic control mechanism or the power of another power source. It is possible to simplify the configuration of the device, reduce the weight, and reduce the cost.
また、この車両の駆動装置では、遊星歯車機構は、シングルピニオン型の遊星歯車機構であり、第一回転要素はサンギヤ(S)であり、第二回転要素はキャリア(C)であり、第三回転要素はリングギヤ(R)であってよい。あるいは、第一回転要素はリングギヤ(R)であり、第二回転要素はキャリア(C)であり、第三回転要素はサンギヤ(S)であってよい。 In this vehicle drive device, the planetary gear mechanism is a single pinion type planetary gear mechanism, the first rotating element is the sun gear (S), the second rotating element is the carrier (C), The rotating element may be a ring gear (R). Alternatively, the first rotating element may be a ring gear (R), the second rotating element may be a carrier (C), and the third rotating element may be a sun gear (S).
シングルピニオン型の遊星歯車機構では、三つの回転要素のうち共線図上における中間の第二回転要素から両側の第一回転要素と第三回転要素それぞれまでの距離が不等であるいわゆる不等配構成となる。このような不等配構成によって、共線図上において、車両の発進時に駆動力を生じる第一電動機が接続された第一回転要素と、出力軸が接続された第三回転要素とのレバー比を大きく取ることが可能となる。したがって、第一回転要素に接続された第一電動機の大きさを小さく抑えながら車両の発進時から大きな駆動力(トルク)を出し易い構成となる。
なお、上記の括弧内の符号は、後述する実施形態における対応する構成要素の図面参照番号を参考のために示すものである。
In the single pinion type planetary gear mechanism, the distance from the middle second rotating element to the first rotating element and the third rotating element on both sides of the three rotating elements on the collinear diagram is unequal. It becomes a configuration. With such an unequal arrangement, on the collinear diagram, the lever ratio between the first rotating element connected to the first electric motor that generates the driving force when the vehicle starts and the third rotating element connected to the output shaft. It becomes possible to take large. Accordingly, it is possible to easily generate a large driving force (torque) from the start of the vehicle while keeping the size of the first electric motor connected to the first rotating element small.
In addition, the code | symbol in said parenthesis shows the drawing reference number of the corresponding component in embodiment mentioned later for reference.
本発明にかかる車両の駆動装置によれば、電動機の高い効率を実現しつつ、装置の小型化及び軽量化を図ることができる。 According to the vehicle drive device of the present invention, it is possible to reduce the size and weight of the device while realizing high efficiency of the electric motor.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
〔第一実施形態〕
図1は、本発明の一実施形態に係る車両の内部構成を示すブロック図である。本実施形態における車両1は、駆動源(動力源)としての第一モータ(第一電動機)M1及び第二モータ(第二電動機)M2を有する駆動装置10を備える電動車両である。駆動装置10から発生した動力は、車両1の駆動輪Wに伝達される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[First embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of a vehicle according to an embodiment of the present invention. The
車両1は、第一モータM1及び第二モータM2との間で電力の授受が可能なバッテリ(蓄電装置)11を備える。バッテリ11は、第一モータM1及び第二モータM2で発電した電力を蓄電するとともに、蓄電した電力を第一モータM1及び第二モータM2に供給する。
The
第一モータM1及び第二モータM2は、電動機(トラクションモータ)としても発電機(ジェネレータ)としても機能する。第一モータM1及び第二モータM2を電動機として機能させる場合、バッテリ11の電気エネルギーを利用して車両1を走行させるための動力を発生する。一方、第一モータM1及び第二モータM2を発電機として機能させる場合、車両1の減速時に回生により電力を発電し、発電した電力をバッテリ11に蓄電する。
The first motor M1 and the second motor M2 function as both an electric motor (traction motor) and a generator (generator). When the first motor M <b> 1 and the second motor M <b> 2 function as electric motors, power for running the
車両1は、駆動装置10などの各部を制御するための制御装置であるコントローラ15を備える。コントローラ15は、ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)などで構成することができる。コントローラ15は、車両1の各種の運転条件に応じて、駆動装置10の第一モータM1と第二モータM2両方を動力源として用いる制御をしたり、第一モータM1と第二モータM2のいずれか一方のみを動力源として用いる制御をしたり、第一モータM1と第二モータM2の少なくともいずれかを用いて回生を行う制御をしたりする。
The
そのため、コントローラ15には、車速を検出する車速センサS1からの信号と、車両1の運転者が操作する図示しないアクセルペダルのアクセル開度を検出するアクセル開度センサS2からの信号と、運転者のシフト操作によるシフトポジションで選択される車両1の走行レンジを検出するシフトポジションセンサS3からの信号と、運転者が操作する図示しないフットブレーキ(制動機構)の作動の有無を検出するブレーキセンサS4からの信号と、バッテリ11の残容量(SOC)を検出する残容量センサS5からのバッテリ11の残容量に関する信号などがそれぞれ入力されるようになっている。上記の走行レンジは、例えば車両1に搭載された一般的な変速機と同様の走行レンジであって、車両1の発進が可能なDレンジのほか、停車用のPレンジやNレンジ、後進用のRレンジなどを含めることができる。なお、ここでいう車両1の発進が可能な走行レンジには、上記のDレンジのほか、1レンジや2レンジなどの走行レンジがある場合は、それらの走行レンジも含まれる。また、コントローラ15には、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサS6の検出信号や、車両1の傾きを検知する傾斜角センサS7からの傾斜角の情報に関する信号、車両1の加減速度を検出する加減速度センサS8からの加減速度の情報に関する信号なども入力される。
Therefore, the
コントローラ15は、上記の各種入力信号をもとに車両1の現在の運転状態(走行状態)を判断し、当該運転状態に対応する要求駆動力(目標駆動力)を算出する。コントローラ15は、この要求駆動力を実現するように駆動装置10の出力制御を行う。
The
図2は、駆動装置10の構成を示すスケルトン図である。また、図3は、駆動装置10の各回転要素の共線図(速度線図)である。駆動装置10は、サンギヤ(第一回転要素)Sとキャリア(第二回転要素)Cとリングギヤ(第三回転要素)Rとを備え、これらサンギヤSとキャリアCとリングギヤRの回転数が共線図上においてこの順に一直線上に並ぶ共線関係を満たすように構成した遊星歯車機構PGを備える。遊星歯車機構PGは、シングルピニオン型の遊星歯車機構である。そして、遊星歯車機構PGのサンギヤSは、第一モータM1の回転軸L1と接続され、キャリア(プラネタリキャリア)Cは、第二モータM2の回転軸L2と接続され、リングギヤRは、車両1の駆動輪Wに動力を伝達する出力軸OSと接続されている。また、遊星歯車機構PGのキャリアC(第二モータM2の回転軸L2)には、当該キャリアCの回転を阻止することが可能なワンウェイクラッチ(係止機構)OWCが接続される。ワンウェイクラッチOWCは、キャリアC及び回転軸L2の正転回転のみを許容し逆転回転を阻止するように構成されている。
FIG. 2 is a skeleton diagram showing the configuration of the driving
リングギヤRには、ディファレンシャル機構DFの最終減速従動ギヤG2に噛み合う最終減速駆動ギヤG1が連結されている。したがって、リングギヤRの回転(駆動力)は、最終減速駆動ギヤG1及び最終減速従動ギヤG2を介してディファレンシャル機構DFに伝達され、ディファレンシャル機構DFから車両1の駆動輪W(図1参照)に繋がる出力軸OSに伝達される。
The ring gear R is connected to a final reduction drive gear G1 that meshes with a final reduction driven gear G2 of the differential mechanism DF. Therefore, the rotation (driving force) of the ring gear R is transmitted to the differential mechanism DF via the final reduction drive gear G1 and the final reduction driven gear G2, and is connected to the drive wheels W (see FIG. 1) of the
第一モータM1は、その回転子(ロータ)に永久磁石を備える永久磁石型モータ(いわゆる磁石有りモータ:IPMモータ)であり、第二モータM2は、その回転子(ロータ)に永久磁石を備えていない誘導モータ(いわゆる磁石無しモータ:IMモータ)である。 The first motor M1 is a permanent magnet type motor (so-called magnet motor: IPM motor) having a permanent magnet in its rotor (rotor), and the second motor M2 has a permanent magnet in its rotor (rotor). Induction motor (so-called magnetless motor: IM motor).
図4は、車両1の各走行状態と第一モータM1及び第二モータM2の動作状態(ON/OFF)及びワンウェイクラッチOWCの係合状態(LOCK/FREE)との関係を示す一覧表である。また、図5は、各走行状態での遊星歯車機構PGの各要素の速度関係を示す共線図である。なお、図5の共線図に示す矢印は各要素にかかるトルクを示しており、図の上向きが正トルクであり下向きが負トルクである。
FIG. 4 is a list showing the relationship between each running state of the
図4に示すように、車両1の低車速(発進時を含む)での前進走行時には、第一モータM1をオン(逆転駆動)し、第二モータM2をオフ(停止)する。これにより、図5(a)に示すように、第一モータM1の動力による回転がサンギヤSに伝達されて遊星歯車機構PGに入力する。遊星歯車機構PGに入力した回転(動力)は、リングギヤRから出力軸OSを介して車両1の駆動輪Wへ伝達される。このとき、遊星歯車機構PGのキャリアC及び第二モータM2の回転軸L2が逆転向きに回転しようとするが、この向きへの回転はワンウェイクラッチOWCで阻止される。したがって、遊星歯車機構PGのキャリアC及び第二モータM2の回転軸L2が係止(LOCK)状態となる。これにより、第一モータM1の駆動力のみで車両1が発進する。
As shown in FIG. 4, when the
高車速での前進走行時には、低車速時と同様、第一モータM1をオン(逆転駆動)し、第二モータM2をオン(正転駆動)する。このとき、遊星歯車機構PGのキャリアC及び第二モータM2の回転軸L2が正転向きに回転することで、ワンウェイクラッチOWCは回転許容(FREE)状態となる。したがって、高車速での前進走行時には、第一モータM1の駆動力と第二モータM2の駆動力を合わせた駆動力で車両1が走行する。
When traveling forward at a high vehicle speed, the first motor M1 is turned on (reverse drive) and the second motor M2 is turned on (forward drive) as in the case of a low vehicle speed. At this time, the carrier C of the planetary gear mechanism PG and the rotation shaft L2 of the second motor M2 rotate in the forward rotation direction, so that the one-way clutch OWC is in a rotation allowed (FREE) state. Therefore, during forward traveling at a high vehicle speed, the
前進時かつ低車速での回生時(減速時)には、第一モータM1への電力供給を停止すると共に、第二モータM2への電力供給を停止する。その状態で、駆動輪Wから出力軸OSを介して遊星歯車機構PGのリングギヤRにトルクが入力する。このトルクが第一モータM1に入力することで、第一モータM1で制動及び回生が行われる。なおこのとき、キャリアC及び第二モータM2の回転軸L2が逆転向きに回転しようとすることで、ワンウェイクラッチOWCが回転阻止状態(LOCK)となる。このように、車両1の前進時かつ低車速での回生時(減速時)には、第一モータM1で制動又は回生を行う。
At the time of forward movement and regeneration at a low vehicle speed (during deceleration), power supply to the first motor M1 is stopped and power supply to the second motor M2 is stopped. In this state, torque is input from the drive wheel W to the ring gear R of the planetary gear mechanism PG via the output shaft OS. When this torque is input to the first motor M1, braking and regeneration are performed by the first motor M1. At this time, the one-way clutch OWC is in a rotation-blocking state (LOCK) because the rotation axis L2 of the carrier C and the second motor M2 tries to rotate in the reverse direction. Thus, when the
前進時かつ高車速での回生時(減速時)には、第一モータM1への電力供給を停止すると共に、第二モータM2への電力供給を停止する。その状態で、駆動輪Wから出力軸OSを介して遊星歯車機構PGのリングギヤRにトルクが入力する。このトルクが第一モータM1及び第二モータM2に入力することで、第一モータM1及び第二モータM2で制動及び回生が行われる。なおこのとき、キャリアC及び第二モータM2の回転軸L2が正転向きに回転することで、ワンウェイクラッチOWCが回転許容状態(FREE)となる。このように、車両1の前進時かつ高車速での回生時(減速時)には、第一モータM1及び第二モータM2で制動又は回生を行う。
When the vehicle is moving forward and regenerating at a high vehicle speed (deceleration), the power supply to the first motor M1 is stopped and the power supply to the second motor M2 is stopped. In this state, torque is input from the drive wheel W to the ring gear R of the planetary gear mechanism PG via the output shaft OS. When this torque is input to the first motor M1 and the second motor M2, braking and regeneration are performed by the first motor M1 and the second motor M2. At this time, the carrier C and the rotation shaft L2 of the second motor M2 rotate in the forward rotation direction, so that the one-way clutch OWC enters a rotation allowed state (FREE). Thus, when the
車両1の後進の際には、第一モータM1をオン(正転駆動)すると共に、第二モータM2をオン(正転駆動)する。このとき、第二モータM2の発生トルクに対して第一モータM1の発生トルクが釣り合うように制御する。また、第二モータM2は、回転数が0に近い状態となるように制御する。これにより、図5(e)に示すように、遊星歯車機構PGのリングギヤRから出力軸OSに逆転回転の動力が出力されて車両1の駆動輪Wへ伝達される。これにより、車両1を後進させることができる。
When the
後進時の回生時(減速時)には、出力軸OS及びリングギヤRが逆転方向へ回転して車両が後進している状態で、第二モータM2への電力供給を停止する。その状態で、駆動輪Wから出力軸OSを介して遊星歯車機構PGのリングギヤRにトルクが入力する。このトルクが第一モータM1に入力することで、第一モータM1で制動及び回生が行われる。なおこのとき、キャリアC及び第二モータM2の回転軸L2が逆転向きに回転しようとすることで、ワンウェイクラッチOWCが回転阻止状態(LOCK)となる。このように、車両1の後進時の回生時(減速時)には、第一モータM1で制動又は回生を行う。
During regeneration (during deceleration) during reverse travel, the power supply to the second motor M2 is stopped while the output shaft OS and the ring gear R rotate in the reverse direction and the vehicle is moving backward. In this state, torque is input from the drive wheel W to the ring gear R of the planetary gear mechanism PG via the output shaft OS. When this torque is input to the first motor M1, braking and regeneration are performed by the first motor M1. At this time, the one-way clutch OWC is in a rotation-blocking state (LOCK) because the rotation axis L2 of the carrier C and the second motor M2 tries to rotate in the reverse direction. Thus, during regeneration (during deceleration) when the
本実施形態の駆動装置10では、遊星歯車機構PGの共線図上で外側に配置されたリングギヤ(第三回転要素)Rに出力軸OSが接続された構成を備えることで、リングギヤRの回転数が高くなった場合でも、第一モータM1が接続されたサンギヤ(第一回転要素)Sの回転数と第二モータM2が接続されたキャリア(第二回転要素)Cの回転数が当該リングギヤRの回転数以上に高くなることを回避できる。したがって、第一モータM1及び第二モータM2が過度の高回転となることを防止できるので、これら第一モータM1及び第二モータM2の効率の低下を抑制することができる。
The
また、本実施形態の車両の駆動装置10によれば、共線図上で出力軸OSが接続されたリングギヤ(第三回転要素)Rから遠い回転要素であるサンギヤ(第一回転要素)Sにいわゆる磁石有りモータである第一モータM1が接続されていることで、車両の発進時に第一モータM1の駆動で出力軸OSに出力される駆動力(トルク)として、比較的に大きなトルクを容易に得ることができる構造となる。
Further, according to the
また、モータ効率の幅が広いいわゆる磁石有りモータである第一モータM1が遊星歯車機構PGの共線図上における外側の回転要素であるサンギヤSに接続されることで、駆動装置10の全体の電動機効率を高めることができる。 Further, the first motor M1, which is a so-called magnet motor with a wide range of motor efficiency, is connected to the sun gear S which is an outer rotating element on the alignment chart of the planetary gear mechanism PG, so that Electric motor efficiency can be increased.
また、車両1の低速走行時に使用する第一モータM1と高速時にのみ使用する第二モータM2の構成を考えると、使用頻度が比較的に少ない第二モータM2にいわゆる磁石無しモータを用いることで、駆動装置10のコストの低廉化を図ることが可能となる。
Considering the configuration of the first motor M1 that is used when the
また、本実施形態の駆動装置10では、磁石無しモータである第二モータM2が接続された遊星歯車機構PGのキャリアCに伝達動力を断続できる動力断続機構(係止機構)を設けている。この断続機構は、第二モータM2の正転駆動時の回転軸L2及びキャリアCの回転方向(向き)とは逆方向(逆向き)の回転が阻止(ロック)されるように構成したワンウェイクラッチOWCである。
Further, in the driving
磁石有りモータである第一モータM1は、最高効率点が低回転領域から中回転領域にある。したがって、低回転領域から中回転領域では比較的に効率が良いものの、高回転領域では効率が低下する特徴がある。一方、磁石無しモータである第二モータM2は、最高効率点が中回転領域から高回転領域にある。したがって、中回転領域から高回転領域では比較的に効率が良いものの、低回転領域では効率が低下する特徴がある。そして、車両1の低車速域での走行では、駆動装置10に低回転・高負荷が要求される。このような低車速域において、第二モータM2が駆動するように設定すると、第二モータM2の大型化と効率の低下を招くおそれがある。そのため低車速域では、極力、第二モータM2は停止させておき、第一モータM1の駆動力のみで車両1を走行させる方が良い。このことを実現するために、本実施形態の駆動装置10では、第二モータM2が0回転でロックするように上記の動力断続機構(係止機構)であるワンウェイクラッチOWCを設けている。また、動力断続機構(係止機構)の構成の複雑化による駆動装置10の大型化や重量増を防ぐために、動力の断続の切り替えを能動的ではなく受動的に行うことが可能な機構であるワンウェイクラッチOWCを採用している。
The first motor M1, which is a motor with a magnet, has a maximum efficiency point in a low rotation region to a medium rotation region. Therefore, the efficiency is relatively good in the low-rotation region to the medium-rotation region, but the efficiency decreases in the high-rotation region. On the other hand, the second motor M2, which is a magnetless motor, has the highest efficiency point from the middle rotation region to the high rotation region. Therefore, the efficiency is relatively good in the middle rotation region to the high rotation region, but the efficiency is lowered in the low rotation region. When the
以上説明したように、本実施形態の駆動装置10によれば、シングルピニオン型の遊星歯車機構PGにおいて、三つの回転要素のうち、共線図の中間に配置したキャリア(第二回転要素)Cが磁石無しモータである第二モータM2の回転軸L2に連結されており、外側の一方に配置したサンギヤ(第一回転要素)Sに磁石有りモータである第一モータM1の回転軸L1に連結されており、外側の他方に配置したリングギヤ(第三回転要素)Rに駆動輪Wに繋がる出力軸OSが連結されている。
As described above, according to the driving
これにより、異なる特性の二つのモータ、特に低回転領域から中回転領域で効率の良い磁石有りモータである第一モータM1と、高回転領域で効率の良い磁石無しモータである第二モータM2とを組み合わせて使用することができ、リングギヤRに接続した出力軸OSの要求出力に対して、異なる特性を有する二つのモータそれぞれを効率の良い動作点で動作させた動力を合成して出力することができるようになる。したがって、低回転領域から高回転領域のより広い回転領域で第一モータM1及び第二モータM2を高い効率で動作させることが可能な駆動装置10となる。
Accordingly, two motors having different characteristics, in particular, a first motor M1 that is a motor with a magnet that is efficient in a low rotation region to a middle rotation region, and a second motor M2 that is a motor without a magnet that is efficient in a high rotation region, In combination with the required output of the output shaft OS connected to the ring gear R, the power obtained by operating each of the two motors having different characteristics at an efficient operating point is output. Will be able to. Therefore, the
また、本実施形態の駆動装置10が備える遊星歯車機構PGは、シングルピニオン型の遊星歯車機構である。シングルピニオン型の遊星歯車機構の方が、ダブルピニオン型の遊星歯車機構と比べて部品点数が少なくて済むため、駆動装置10の小型化及び軽量化と耐久性及び信頼性の向上を図ることが可能となる。また、部品の噛合数(噛合部分の数)が少ないため動力の伝達効率も良い。
Further, the planetary gear mechanism PG provided in the driving
また、本実施形態の駆動装置10では、第二モータM2が接続されたキャリアCの回転を係止可能とすることで動力の伝達の断続を切り替えることができる断続機構(係止機構)を設けている。
Further, in the driving
磁石無しモータである第二モータM2からの動力伝達において、第二モータM2の回転軸L2の正転方向の動力は伝達し、逆回転方向の動力はロックする構造としている。これにより、低車速高トルク領域において、磁石無しモータである第二モータM2を停止できることによって、第二モータM2に要求されるトルクを小さく設定できる。したがって、第二モータM2の小型化が可能となる。 In the power transmission from the second motor M2 which is a magnetless motor, the power in the forward rotation direction of the rotation shaft L2 of the second motor M2 is transmitted, and the power in the reverse rotation direction is locked. Thereby, in the low vehicle speed high torque area | region, the torque requested | required of the 2nd motor M2 can be set small by stopping the 2nd motor M2 which is a motor without a magnet. Therefore, the second motor M2 can be downsized.
また、上記の断続機構として、第二モータM2の正転駆動時のキャリアCの回転が阻止(ロック)されるように構成したワンウェイクラッチOWCを採用している。この構成によれば、他の動力源の動力などを用いることなくキャリアCの一方の回転の係止が可能となるため、駆動装置10の構成の簡素化や軽量化を図ることが可能となる。
Further, a one-way clutch OWC configured to prevent (lock) the rotation of the carrier C when the second motor M2 is driven to rotate forward is employed as the intermittent mechanism. According to this configuration, the rotation of one of the carriers C can be locked without using the power of another power source, so that the configuration of the
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について説明する。なお、第二実施形態の説明及び対応する図面においては、第一実施形態と同一又は相当する構成部分には同一の符号を付し、以下ではその部分の詳細な説明は省略する。また、以下で説明する事項以外の事項については、第一実施形態と同じである。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the description of the second embodiment and the corresponding drawings, the same or corresponding components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted below. In addition, matters other than those described below are the same as those in the first embodiment.
図6は、本発明の第二実施形態にかかる駆動装置10−2を示す図である。また、図7は、駆動装置10−2が備える遊星歯車機構PGの各回転要素の共線図である。図2に示す第一実施形態の駆動装置10では、遊星歯車機構PGのサンギヤSに磁石有りモータである第一モータM1が接続され、キャリアCに磁石無しモータである第二モータM2が接続され、リングギヤRに出力軸OSが接続されていたのに対して、本実施形態の駆動装置10−2では、遊星歯車機構PGのサンギヤSに出力軸OSが接続され、キャリアCに磁石無しモータである第二モータM2が接続され、リングギヤRに磁石有りモータである第一モータM1が接続されている。
FIG. 6 is a diagram showing a driving device 10-2 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a collinear diagram of each rotating element of the planetary gear mechanism PG included in the driving device 10-2. In the
また、図2に示す第一実施形態の駆動装置10では、第一モータM1と第二モータM2を遊星歯車機構PGに対して回転軸L1,L2の軸方向における互いに異なる側(すなわち、第一モータM1を図の左側に配置し、第二モータM2を図の右側に配置)していたのに対して、図6に示す第二実施形態の駆動装置10−2では、第一モータM1と第二モータM2を軸方向で遊星歯車機構PGに対して互いに同じ側に配置している。また、第一モータM1と第二モータM2を軸方向の同位置で内径側と外径側に配置(同心円上に配置)している。
In the
本実施形態の駆動装置10−2が備える第一モータM1と第二モータM2の構成をより詳細に説明すると、第二モータM2は、キャリアCに連結された回転軸L2上に設けたロータ(回転子)41と、ロータ41の外周を囲む位置に設けられてケース50の内周面50aに固定された環状の固定子42とを備える。ケース50は、駆動装置10−2の構成要素を収容する筐体等の一部であってよく、第二モータM2の外周を囲む環状に形成されている。また、第一モータM1は、第二モータM2の外周を囲む位置に設けられており、ケース50の外周面50bに固定された環状のステータ(固定子)32と、ステータ32の外周を囲む位置に設けた環状のロータ(回転子)31とを備える。ロータ31は、第一モータM1の回転軸L1上に設置されている。そして、第二モータM2のロータ41の内部には磁石(永久磁石)が取り付けられておらず、第一モータM1のロータ31の内部には磁石(永久磁石)33が取り付けられている。
The configuration of the first motor M1 and the second motor M2 included in the driving device 10-2 of the present embodiment will be described in more detail. The second motor M2 is a rotor (on a rotating shaft L2 connected to the carrier C). (Rotor) 41 and an
本実施形態の駆動装置10−2では、遊星歯車機構PGのサンギヤSに出力軸OSが接続され、キャリアCに磁石無しモータである第二モータM2が接続され、リングギヤRに磁石有りモータである第一モータM1が接続されている。この構成においても、遊星歯車機構PGの共線図上で外側に配置されたサンギヤSに出力軸OSが接続された構成を備えることで、サンギヤSの回転数が高くなった場合でも、第一モータM1が接続されたリングギヤRの回転数と第二モータM2が接続されたキャリアCの回転数がサンギヤSの回転数以上に高くなることを回避できる。したがって、第一モータM1及び第二モータM2が過度の高回転となることを防止でき、第一モータM1及び第二モータM2の効率の低下を抑制することができる。 In the drive device 10-2 of this embodiment, the output shaft OS is connected to the sun gear S of the planetary gear mechanism PG, the second motor M2 that is a motor without magnets is connected to the carrier C, and the motor with magnets is connected to the ring gear R. A first motor M1 is connected. Even in this configuration, even when the rotational speed of the sun gear S is increased by providing the configuration in which the output shaft OS is connected to the sun gear S arranged outside on the collinear diagram of the planetary gear mechanism PG, It can be avoided that the rotational speed of the ring gear R to which the motor M1 is connected and the rotational speed of the carrier C to which the second motor M2 is connected are higher than the rotational speed of the sun gear S. Therefore, it can prevent that the 1st motor M1 and the 2nd motor M2 become excessively high rotation, and can suppress the fall of the efficiency of the 1st motor M1 and the 2nd motor M2.
また、本実施形態の駆動装置10−2では、第一モータM1と第二モータM2を遊星歯車機構PGに対して回転軸L1、L2の軸方向における同じ側に配置し、かつ、磁石有りモータである第一モータM1を磁石無しモータである第二モータM2と同心円上の外径側に配置している。これらにより、駆動装置10−2の幅方向の寸法(回転軸L1,L2の軸方向における幅寸法)の小型化を図っている。また、比較的小径化が可能な第二モータM2を内径側に配置し、比較的大径化が必要な第一モータM1を第二モータM2の外径側に配置したことで、これら第二モータM2と第一モータM1に必要な大きさ(体格)を確保しながらそれらの設置スペースを小さく抑えて駆動装置10−2の外形寸法の小型化を図っている。 In the driving device 10-2 of the present embodiment, the first motor M1 and the second motor M2 are arranged on the same side in the axial direction of the rotation shafts L1 and L2 with respect to the planetary gear mechanism PG, and the motor with magnet The first motor M1 is arranged on the outer diameter side concentrically with the second motor M2 which is a magnetless motor. Accordingly, the size of the driving device 10-2 in the width direction (width size in the axial direction of the rotation shafts L1 and L2) is reduced. In addition, the second motor M2 capable of a relatively small diameter is disposed on the inner diameter side, and the first motor M1 that requires a relatively large diameter is disposed on the outer diameter side of the second motor M2. While securing the necessary size (physique) for the motor M2 and the first motor M1, the installation space is kept small, and the external dimensions of the drive device 10-2 are reduced.
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims and the specification and drawings. Deformation is possible.
例えば、上記実施形態に示す駆動装置10,10−2は、駆動源として機能することが可能な二つのモータを備える電動車両用の駆動装置であるが、本発明の駆動装置を備えた車両としては、上記実施形態に示す二つのモータを備えた電動車両以外にも、例えば、上記の二つのモータ以外にエンジン(内燃機関)など他の駆動源も備える車両(ハイブリッド車両)にも適用が可能である。この場合、例えば、本発明の駆動装置を車両の副駆動輪を駆動するための駆動装置として用いることができる。
For example, the driving
また、遊星歯車機構の第二回転要素の回転を係止可能な係止機構としては、上記のワンウェイクラッチOWCには限られず、その他にも第二回転要素の回転を係止可能な構成要素であれば、ブレーキなど他の機構を用いることも可能である。 Further, the locking mechanism that can lock the rotation of the second rotating element of the planetary gear mechanism is not limited to the one-way clutch OWC, and other components that can lock the rotation of the second rotating element are also included. If so, it is possible to use other mechanisms such as a brake.
また、上記実施形態に示す磁石有りモータである第一モータM1は、ロータ(回転子)に永久磁石が設置されたモータであるが、本発明の磁石を備えたモータは、ロータ(回転子)に永久磁石が設置されたモータには限らず、ステータ(固定子)に永久磁石が設置されたモータ、あるいはステータとロータの両方に永久磁石が設置されたモータであってもよい。 The first motor M1, which is a motor with magnets shown in the above embodiment, is a motor in which a permanent magnet is installed in a rotor (rotor). However, a motor provided with the magnet of the present invention is a rotor (rotor). The motor is not limited to a motor in which permanent magnets are installed, but may be a motor in which permanent magnets are installed in a stator (stator), or a motor in which permanent magnets are installed in both the stator and rotor.
10,10−2 駆動装置
11 バッテリ(蓄電装置)
15 コントローラ(制御装置)
31 ロータ(回転子)
32 ステータ(固定子)
33 磁石(永久磁石)
41 ロータ(回転子)
42 ステータ(固定子)
50 ケース
50a 内周面
50b 外周面
PG 遊星歯車機構
S サンギヤ(第一回転要素又は第三回転要素)
C キャリア(第二回転要素)
R リングギヤ(第三回転要素又は第一回転要素)
M1 第一モータ(第一電動機)
M2 第二モータ(第二電動機)
L1 回転軸
L2 回転軸
OS 出力軸
DF ディファレンシャル機構
G1 最終減速駆動ギヤ
G2 最終減速従動ギヤ
OWC ワンウェイクラッチ(係止機構)
W 駆動輪
S1 車速センサ
S2 アクセル開度センサ
S3 シフトポジションセンサ
S4 ブレーキセンサ
S5 残容量センサ
S6 操舵角センサ
S7 傾斜角センサ
S8 加減速度センサ
10, 10-2
15 Controller (Control device)
31 Rotor
32 Stator
33 Magnet (permanent magnet)
41 Rotor
42 Stator
50
C carrier (second rotating element)
R ring gear (third rotating element or first rotating element)
M1 first motor (first electric motor)
M2 Second motor (second motor)
L1 Rotating shaft L2 Rotating shaft OS Output shaft DF Differential mechanism G1 Final reduction drive gear G2 Final reduction driven gear OWC One-way clutch (locking mechanism)
W drive wheel S1 vehicle speed sensor S2 accelerator opening sensor S3 shift position sensor S4 brake sensor S5 remaining capacity sensor S6 steering angle sensor S7 tilt angle sensor S8 acceleration / deceleration sensor
Claims (6)
第一回転要素と第二回転要素と第三回転要素とが共線図上においてこの順に並ぶ遊星歯車機構と、を備える車両の駆動装置であって、
前記第一回転要素は、前記第一電動機の回転軸と接続され、
前記第二回転要素は、前記第二電動機の回転軸と接続され、
前記第三回転要素は、前記車両の駆動輪に動力を伝達する出力軸に接続される
ことを特徴とする車両の駆動装置。 A first motor and a second motor;
A planetary gear mechanism in which a first rotation element, a second rotation element, and a third rotation element are arranged in this order on a nomographic chart,
The first rotating element is connected to a rotating shaft of the first electric motor;
The second rotating element is connected to a rotating shaft of the second electric motor;
The third drive element is connected to an output shaft that transmits power to the drive wheels of the vehicle.
前記第二電動機は、回転子と固定子のいずれにも永久磁石を備えない電動機である
ことを特徴とする請求項1に記載の車両の駆動装置。 The first electric motor is an electric motor including a permanent magnet in at least one of a rotor and a stator,
2. The vehicle drive device according to claim 1, wherein the second electric motor is an electric motor in which neither a rotor nor a stator includes a permanent magnet.
ことを特徴とする請求項2に記載の車両の駆動装置。 The locking mechanism capable of allowing the second rotating element to rotate in the forward rotation direction and locking the rotation in the reverse rotation direction is connected to the second rotating element. 3. The vehicle drive device according to 2.
ことを特徴とする請求項3に記載の車両の駆動装置。 The vehicle driving apparatus according to claim 3, wherein the locking mechanism is a one-way clutch.
前記第一回転要素はサンギヤであり、
前記第二回転要素はキャリアであり、
前記第三回転要素はリングギヤである
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の車両の駆動装置。 The planetary gear mechanism is a single pinion type planetary gear mechanism,
The first rotating element is a sun gear;
The second rotating element is a carrier;
5. The vehicle drive device according to claim 1, wherein the third rotation element is a ring gear. 6.
前記第一回転要素はリングギヤであり、
前記第二回転要素はキャリアであり、
前記第三回転要素はサンギヤである
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の車両の駆動装置。 The planetary gear mechanism is a single pinion type planetary gear mechanism,
The first rotating element is a ring gear;
The second rotating element is a carrier;
The vehicle drive device according to any one of claims 1 to 4, wherein the third rotating element is a sun gear.
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CN113864411A (en) * | 2021-10-26 | 2021-12-31 | 中南大学 | Unpowered-interruption continuously variable transmission |
-
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