JPH10327564A - 車両用駆動装置 - Google Patents

車両用駆動装置

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JPH10327564A
JPH10327564A JP9135212A JP13521297A JPH10327564A JP H10327564 A JPH10327564 A JP H10327564A JP 9135212 A JP9135212 A JP 9135212A JP 13521297 A JP13521297 A JP 13521297A JP H10327564 A JPH10327564 A JP H10327564A
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field magnet
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torque
yoke
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型軽量化された車両用駆動装置を提供する
こと。 【解決手段】 本発明の車両用駆動装置1000は、巻
線をもち機枠に固定されているステータ1410と、巻
線をもちエンジン出力軸110と接続されて軸支され第
1ロータ1210と、駆動輪700と接続されて軸支さ
れ外周面で外周界磁を形成してステータ1410に対向
し内周面で内周界磁を形成して第1ロータ1210に対
向している第2ロータとを有する。第1ロータ1210
と第2ロータ1310との間に内周磁気回路が形成さ
れ、第2ロータ1310とステータ1410との間に外
周磁気回路が形成されてトルクの授受が行われるので、
軸出力の伝達が効率よく行われる。また、二つの回転電
機が二重構造で一体に構成されているので、小型軽量で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関であるエ
ンジンと回転電機との両方を備えているハイブリッド型
車両用の電磁カップリング駆動装置の技術分野に属す
る。
【0002】
【従来の技術】この分野の従来技術としては、特開平7
−15805号公報に開示されている技術がある。同公
報には、エンジンにより発生した軸出力の回転数を変換
する電磁カップリング装置と、上記軸出力のトルクを制
御する補助電動機との作用により、エンジンと回転電機
とのハイブリッド車両用駆動装置が開示されている。こ
の車両用駆動装置は、エンジンおよび回転電機と駆動輪
とを結ぶディファレンシャル・ホイールアッセンブリ
と、同アッセンブリに接続されている回転電機とを主要
構成要素としている。
【0003】このようなハイブリッド化のねらいとする
ところは、燃費の向上とそれに伴う低公害化とである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記公報
の車両用駆動装置では、前述のように、ディファレンシ
ャル・ホイールアッセンブリと回転電機との二つを主要
構成要素としているので、容積がかさばる上に車両全体
の重量増大を招かざるを得ない。その結果、期待するほ
どには燃費向上も低公害化も実現され得ず、不都合であ
る。
【0005】また、上記公報の車両用駆動装置は、機能
的には在来型のAT車両のトルクコンバータおよび変速
機に代わるものであるが、前述のように容積がかさばる
のでトルクコンバータおよび変速機の占める空間には収
容しきれない。それゆえ、車両の小型化に資することが
できないという不都合もある。そこで本発明は、小型軽
量化された車両用駆動装置を提供することを解決すべき
課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために、発明者らは以下の手段を発明
した。 (第1手段)本発明の第1手段は、請求項1記載の車両
用駆動装置である。本手段では、ステータと第1ロータ
とにそれぞれ電機子が形成されており、両者の間に介在
する第2ロータには外周界磁および内周界磁が形成され
ている。それゆえ、第1ロータと第2ロータとの間に形
成される内周磁気回路を適正に制御することにより、第
1ロータと第2ロータとの間でトルクの授受が行われて
回転電機が構成され、両者の間で回転数調整部の回転電
機作用が発揮される。また、第2ロータとステータとの
間に形成される外周磁気回路を適正に制御することによ
り、第2ロータとステータとの間でトルクの授受が行わ
れて別の回転電機が構成され、トルク調整部の回転電機
作用が発揮される。
【0007】ここで、第1ロータはエンジン出力軸に接
続されていてエンジンにより回転駆動され、いっぽう第
2ロータは駆動輪の駆動軸に接続されており、同駆動軸
を回転駆動するか逆に同駆動軸から回転駆動される。エ
ンジンの回転数はスロットル開度情報およびトルク負荷
等の条件によりほぼ決まっており、駆動輪の駆動軸の回
転数も搭載車両の走行速度によって一意に決まってい
る。それゆえ、第1ロータの回転数と第2ロータの回転
数とはそれぞれ独立に決まっているものと考えられ、第
1ロータと第2ロータとの間で形成される回転数調整部
の回転電機作用では、両ロータの間での回転数の調整が
主たる作用となる。この作用は、第1ロータのロータコ
アおよびロータ巻線からなる電機子が、電動作用をもつ
場合にも発電作用を行う場合にも変わらない。
【0008】一方、ステータのステータコアおよびステ
ータ巻線からなる電機子は、第2ロータに適正なトルク
を授受して第2ロータを所望の回転数で駆動する必要が
ある。なぜなら、搭載車両を所望の速度で走行させるに
は、駆動輪の駆動軸に連なる第2ロータを適正な回転数
で駆動する必要があるからである。それゆえ、ステータ
と第2ロータとの間で形成されるトルク調整部の回転電
機作用では、第2ロータに適正な駆動トルクを授受する
ことが主たる作用となる。この作用は、ステータの電機
子が、第2ロータに加速方向にトルクを加えて電動作用
をもつ場合にも、第2ロータに減速方向にトルクを加え
て発電作用を行う場合にも、変わらない。
【0009】以上では、回転数調整部の回転電機作用と
トルク調整部の回転電機作用との作用の違いを強調し
て、本手段の車両用駆動装置の作用を説明した。しかし
ながら要するに、ステータの電機子と第1ロータの電機
子とを適正に制御して、第1ロータから第2ロータへ効
率よく動力の伝達を行うことが本手段の車両用駆動装置
の要諦である。すなわち、エンジン出力軸に接続されて
いる第1ロータには適正なトルク負荷がかかるように
し、駆動輪の駆動軸に接続されている第2ロータには所
望の回転数になるように適正なトルクをかけることであ
る。
【0010】なお、ステータの電機子の制御と第1ロー
タの電機子の制御とは、それぞれに電気的に接続されて
いるインバータによってなされるように外部回路を構成
することが可能である。また、回転数調整部およびトル
ク調整部にそれぞれ形成されている回転電機の発電作用
およびまたは電動作用の結果生じる電力の余剰分や不足
分は、各インバータに接続されたバッテリー(二次電
池)との電力の授受で調整できるように外部回路を構成
すると良い。そのうえでバッテリーの容量が十分に大き
ければ、電力が不足したり無駄に消費されたりすること
はない。
【0011】また、通常の運転状態である搭載車両の前
進時には、第1ロータの回転方向と第2ロータの回転方
向とは同一方向であるから、第1ロータから第2ロータ
への電磁力を介する動力伝達は比較的高い効率で行われ
る。したがって本手段によれば、従来技術と異なってデ
ィファレンシャル・ホイールアセンブリを必要とせず、
しかも二種類の回転電機機能を持つ回転電機が一つの機
枠内に収容されているので、従来技術に比べて極めて小
型かつ軽量である。また、本手段の車両用駆動装置は、
構成がシンプルで軽量小型であるばかりではなく動力の
伝達効率も比較的高いので、搭載車両を小型軽量で動力
性能が高くすることが可能になり、搭載車両の低燃費化
および低公害化が達成され得る。
【0012】すなわち本手段によれば、小型軽量化され
た高効率の車両用駆動装置を提供することができるとい
う効果がある。本手段ではまた、外側界磁磁石および内
側界磁磁石という二種類の永久磁石と、これらの永久磁
石を保持する積層電磁鋼板からなるロータヨークと、ロ
ータヨークを貫通して固定している複数の固定ピンとか
ら、第2ロータの要部が構成されている。それゆえ、第
2ロータには巻線を有する電機子構造が装置されておら
ず、界磁を形成する上記二種類の永久磁石とロータヨー
クとを主たる機能要素としているので、第2ロータを比
較的薄くかつ軽量に構成することが可能である。その結
果、本手段の車両用駆動装置をいっそう小型軽量化する
ことが可能になる。また、ステータおよび第1ロータに
対して充分なトルクの授受が行えるだけの界磁を発生さ
せながら、第2ロータの慣性モーメントを比較的小さく
抑えることができるので、加速時および減速時の応答特
性が向上する(時定数が短縮される)。
【0013】したがって本手段によれば、前述の効果に
加えて、車両用駆動装置をいっそう小型軽量化すること
が可能になるばかりではなく、搭載車両の加速時および
減速時の応答特性が向上するという効果がある。 (第2手段)本発明の第2手段は、請求項2記載の車両
用駆動装置である。
【0014】本手段では第2ロータにおいて、外側界磁
磁石の周方向中間部では内側界磁磁石と外側界磁磁石と
が互いに近接して近接部が形成され、外側界磁磁石の周
方向端部では内側界磁磁石と外側界磁磁石とが離間して
離間部が形成されている。そして離間部は、軟磁性の積
層電磁鋼板からなるロータヨークと同じく軟磁性材料か
らなる固定ピンとによって埋められており、多数の磁束
を通すことが可能になっている。
【0015】ここで、ステータ巻線が形成する磁界と第
1ロータ巻線が形成する磁界との間に差が大きい場合に
は、外側界磁磁石と内側界磁磁石との間のロータヨーク
(バックヨーク)を周方向に多数の磁束が通ることにな
る。その際、外側界磁磁石の周方向端部に近い離間部を
多くの磁束が通り、外側界磁磁石の周方向中間部に近い
近接部にはほとんど磁束が通ることがない。それゆえ、
本手段での第2ロータの構成によれば、バックヨークの
厚さ分布がほぼ理想的となり、ロータヨークの厚さ分布
に無駄が少ないので、よりいっそう第2ロータを薄くか
つ軽量に構成することが可能になる。
【0016】また、軟磁性材料からなる固定ピンはバッ
クヨークの離間部を貫通しているので、固定ピンは構造
部材としてだけではなく透磁率の高い軟磁性の機能材料
としての作用をも有する。それゆえ、複数の固定ピンの
配設に関して、空間上でも重量上でも無駄がない。ま
た、外側界磁磁石および前記内側界磁磁石は、それぞれ
平板形状であるから市販の永久磁石材料の利用が可能と
なり、材料コストの低減になる。さらに、第2ロータの
半径方向の厚さが薄くなる分、ロータヨークの外径と内
径との差が縮まり、ロータヨークの材料の節減にもな
る。
【0017】したがって本手段によれば、前述の第1手
段の効果に加えて、第2ロータをよりいっそう薄く軽量
に構成することができるので、本手段の車両用駆動装置
をさらに小型軽量化することが可能になる。そればかり
ではなく、搭載車両の加速時および減速時の応答特性が
さらに向上するという効果もある。また、二種類の永久
磁石の材料コストの低減と、ロータヨークの材料コスト
の低減とにより、本手段によれば車両用駆動装置をより
安価に製造することが可能になるという効果もある。
【0018】(第3手段)本発明の第3手段は、請求項
3記載の車両用駆動装置である。本手段では、固定ピン
の外周面はローレット仕上げされており、表面に凹凸が
形成されている。それゆえ、ロータヨークのピン孔に固
定ピンを圧入する際に、固定ピンの外径とピン孔の内径
との公差が比較的粗くても、所定の範囲の圧入力で圧入
が可能である。公差が粗くても済むのであれば、ロータ
ヨークを打ち抜き加工する際にピン孔を形成するだけ
で、ピン孔の仕上げ加工を要さないので製造コストを低
減することが可能になる。
【0019】したがって本手段によれば、前述の第1手
段または第2手段の効果に加えて、固定ピンの圧入によ
りロータヨークの固定を完全にしながら、第2ロータの
製造コストが低減されてコストダウンになるという効果
がある。 (第4手段)本発明の第4手段は、請求項4記載の車両
用駆動装置である。
【0020】本手段では、ロータヨークのピン孔には切
り欠きが形成されており、固定ピンを圧入する際にピン
孔の内径が多少膨らみ得るようにピン孔が形成されてい
る。それゆえ、ロータヨークのピン孔に固定ピンを圧入
する際に、固定ピンの外径とピン孔の内径との公差が比
較的粗くても、所定の範囲の圧入力で圧入が可能であ
る。公差が粗くても済むのであれば、ロータヨークを打
ち抜き加工する際に切り欠き付きのピン孔を形成するだ
けで、ピン孔の仕上げ加工を要さないので製造コストを
低減することが可能になる。
【0021】したがって本手段によれば、前述の第1手
段または第2手段の効果に加えて、固定ピンの圧入によ
りロータヨークの固定を完全にしながら、第2ロータの
製造コストが低減されてコストダウンになるという効果
がある。
【0022】
【発明の実施の形態および実施例】本発明の車両用駆動
装置の実施の形態については、当業者に実施可能な理解
が得らえるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明す
る。 [実施例1] (実施例1の全体構成)本発明の実施例1としての車両
用駆動装置1000は、図1に示すように、エンジン1
00の出力軸110からの軸出力を、必要に応じて増減
し、適正なトルクおよび回転数で駆動輪700を駆動す
る装置である。それゆえ、軸出力の増減作用を除いて考
えれば、本実施例の車両用駆動装置1000は、電磁力
を介して作動する一種のトルク−回転数(T−S)コン
バータとしてその作用をとらえることも可能である。
【0023】本実施例の車両用駆動装置1000の要部
は、機枠としての前部フレーム1710に固定されてい
るステータ1410と、エンジン出力軸110に接続さ
れている第1ロータ1210と、駆動輪700に接続さ
れている第2ロータ1310とからなる。ステータ14
10は、積層電磁鋼板からなるステータコア1412と
ステータ巻線1411とからなり、ステータ巻線141
1はインバータ400に三相で接続されている。
【0024】第1ロータ1210は、ロータコア121
2およびロータ巻線1211をもち、ステータ1410
と同軸に軸支され、所定の間隔を空けてステータ141
0の内周面に対向している。第1ロータ1210の入力
軸1213は、先端部(図中左端部)に形成されている
内部ギヤ1213aでエンジン100の出力軸110と
接続されており、第1ロータ1210はエンジン100
の軸出力によって回転駆動される。ロータ巻線1211
は、第1ロータ1210の入力軸1213の後端部(図
中右端部)に装置されているブラシ部1600を介し
て、三相で別のインバータ200に接続されている。
【0025】ここでブラシ部1600は、後部フレーム
1720に固定されているブラシホルダ1610に保持
されているブラシ1620と、リード部1660で各ロ
ータ巻線1211に接続されているスリップリング16
30とからなる。ブラシホルダ1610、ブラシ162
0、スリップリング1630およびリード部1660
は、それぞれ三セットある。各スリップリング1630
の間は、絶縁部1650により互いに絶縁されている。
なお、ブラシ部1600は、前部フレーム1710に固
定されている後部フレーム1720の後端(図中右端)
を封止するカバーケース1920によって覆われてい
る。
【0026】第2ロータ1310は、ステータ1410
および第1ロータ1210と同軸に配設されている。す
なわち、第2ロータ1310はその両端でステータ14
10に固定されているベアリング1510,1513に
回転自在に軸支されており、第1ロータ1210はその
両端付近で第2ロータ1310に保持されているベアリ
ング1511,1514に回転自在に軸支されている。
それゆえ、第1ロータ1210と第2ロータ1310と
は、電磁的な力学関係はあるものの、互いに独立に回転
することが可能である。
【0027】第2ロータ1310の永久磁石1220,
1420により界磁を形成する要部は、肉厚が比較的薄
い中空円筒状の形状をもち、ステータ1410の内周面
と第1ロータ1210の外周面との間の前述の所定の間
隔に収容されている。すなわち第2ロータ1310は、
外周界磁を形成している外周面でステータ1410の内
周面に対向し、内周界磁を形成している内周面で第1ロ
ータ1210の外周面に対向している。
【0028】第2ロータ1310の上記要部は、外周界
磁および内周界磁を形成する二種類の永久磁石122
0,1420と、同永久磁石を保持している積層電磁鋼
板からなるロータヨーク1311と、ロータヨーク13
11を貫通して固定している固定ピン1333からな
る。第2ロータ1310の上記要部の両端は、剛性が高
いエンドプレート1334,1335から形成されてお
り、各固定ピン1333は、エンドプレート1334,
1335に形成されている貫通孔に圧入されている。そ
れゆえ、組み立て工程の途中であっても上記要部が不用
意に分解してしまうことはなくなり、組立が容易にな
る。
【0029】エンドプレート1334,1335からさ
らに突出している各固定ピン1333の両端部は、それ
ぞれ前部ロータフレーム1331と後部ロータフレーム
1332とに圧入固定されている(あるいは図示しない
ネジ止めにより位置決めされて固定されている)。前述
の各ベアリング1510〜1514は、前部ロータフレ
ーム1331および後部ロータフレーム1332の内周
側および外周側に、それぞれ取り付けられている。前部
ロータフレーム1331の先端部(図中左端部)の外周
には内部ギヤ1331aが形成されており、内部ギヤ1
331aを介してギヤ1811が前部ロータフレーム1
331の先端部に周方向に固定されている。ギヤ181
1は、隣接する他のギヤ1812と噛み合って減速部1
800を構成しており、第2ロータ1310は、減速部
1800およびディファレンシャル・ギヤ部1900を
介して駆動輪700の駆動軸と接続されている。
【0030】なお、第1ロータ1210および第2ロー
タ1310の回転角度は、二つの回転角センサ191
1,1912によってそれぞれ計測され、ECU(電子
制御装置)500に入力される。ECU500は、二つ
の回転角センサ1911,1912からの情報と、アク
セル開度やスロットル開度などの情報とから適正な制御
則に基づいて演算を行い、前述の二つのインバータ20
0,400を制御する。両インバータ200,400は
並列にバッテリ600に接続されており、バッテリ60
0は両インバータ200,400と電力の授受を行っ
て、車両用駆動装置の発電作用による充電や電動作用に
よる給電を行う。
【0031】ここで、第1ロータ1210と第2ロータ
1310との間には、内周磁気回路が形成されて、トル
クの授受が行われる。そして、第1ロータ1210と第
2ロータ1310との間では回転数が通常は異なってい
るので、エンジン100に接続されている第1ロータ1
210から駆動輪700に接続されている第2ロータ1
310に至る間に、ロータ回転数の調整が行われている
ものと見なすことができる。それゆえ、第2ロータ13
10の永久磁石1220を含む部分と第1ロータ121
0とをもって、回転数調整部1200と呼ぶことにす
る。
【0032】一方、第2ロータ1310とステータ14
10との間には、外周磁気回路が形成されてトルクの授
受が行われる。そして、ステータ1410が第2ロータ
1310に及ぼすトルクによって、第1ロータ1210
が第2ロータ1310に及ぼすトルクの適正な第2ロー
タ1310のトルクに対する過不足の調整が行われる。
それゆえ、第2ロータ1310の永久磁石1440を含
む部分とステータ1410とをもって、トルク調整部1
400と呼ぶことにする。
【0033】なお、第1ロータ1210の回転方向と第
2ロータ1310の回転方向とは、通常時すなわち搭載
車両の前進時には、同一方向である。 (実施例1の要部構成)本実施例の車両用駆動装置10
00の要部は、図2に示すように、同軸に配設されてい
る第1ロータ1210、第2ロータ1310およびステ
ータ1410から構成されている。
【0034】前述のように、第1ロータ1210の入力
軸1213はエンジン出力軸110(図1参照)に接続
されており、第1ロータ1210は回転自在に軸支され
ている。また、第2ロータ1310は駆動輪700(図
1参照)に接続されて、回転自在に軸支されている。そ
して第1ロータ1210の回転方向と第2ロータ131
0の回転方向とは、通常時には同一方向である。一方、
ステータ1410は、エンジン100に対して固定され
ている前部フレーム1710(図1参照)に収容され
て、固定保持されている。
【0035】第1ロータ1210の要部は、入力軸12
13と、入力軸1213の周囲に軸長方向に積層された
多数枚の電磁鋼板からなるロータコア1212と、ロー
タコア1212のスロット1212aに巻装されている
ロータ巻線1211とから構成されている。一方、ステ
ータ1410は、軸長方向に積層された多数枚の電磁鋼
板からなるステータコア1412と、ステータコア14
12のスロット1412aに巻装されているステータ巻
線1411とから構成されている。
【0036】本実施例で特徴的である第2ロータ131
0の要部の構成については、以下に詳説する。第2ロー
タ1310の要部は、外側界磁磁石1420および内側
界磁磁石1220と、両者1220,1420を所定の
位置に保持しているロータヨーク1311と、ロータヨ
ーク1311を貫通している複数の固定ピン1333と
から構成されている。
【0037】外側界磁磁石1420は、それぞれ所定の
厚さの平板状の永久磁石であり、第2ロータ1310の
外周面に交番に磁極を向けるように第2ロータ1310
の外周側に配設され、外周界磁を形成している。一方、
内側界磁磁石1220は、それぞれ外側界磁磁石142
0に比べて周方向の幅が約半分の所定の厚さの平板状の
永久磁石であり、二枚一組になっている。そして内側界
磁磁石1220は、それぞれの外側界磁磁石1420と
対応する位置で、各外側界磁磁石1420と磁化方向
(磁極方向)をそろえて、第2ロータ1310の内周側
に配設され、内周界磁を形成している。
【0038】ロータヨーク1311は、中空円筒状に積
層された多数の電磁鋼板からなり、打ち抜かれた矩形の
貫通孔に、外側界磁磁石1420および内側界磁磁石1
220を保持している。なお、この矩形の貫通孔の隅の
部分は、工作上の都合によりまた隅部への応力集中を防
ぐために、突出した丸み部が形成されている。また、複
数本の固定ピン1333は、積層電磁鋼板からなるロー
タヨーク1311に打ち抜かれた円形の貫通孔を軸長方
向に貫通し、外側界磁磁石1420、内側界磁磁石12
20およびロータヨーク1311を一体に固定してい
る。
【0039】内側界磁磁石1220は、前述のように、
外側界磁磁石1420の各一枚に対してそれぞれ二枚が
周方向に並べられている。内側界磁磁石1220は、外
側界磁磁石1420の周方向中間部では外側界磁磁石1
420に近接して近接部1311aを形成しており、外
側界磁磁石1420の周方向端部では外側界磁磁石14
20と離間して離間部1311bを形成している。そし
て各固定ピン1333は、軟磁性の鋼材からなる丸棒で
あり、離間部1311bに打ち抜きで形成されているロ
ータヨーク1311のピン孔1311mを貫通して配設
されている。なお、固定ピン1333の外周面はローレ
ット仕上げされており、組立過程において固定ピン13
33はロータヨーク1311のピン孔1311mに圧入
固定されている。
【0040】固定ピン1333の外径とピン孔1311
mの内径とは、やや締まりばめ気味に公差が設定されて
いる。それゆえ、固定ピン1333のローレット仕上げ
の効果とも相まって、ロータヨーク1311とそれを固
定している固定ピン1333との間にガタがないので、
第2ロータ1310が偏心する恐れがない。したがっ
て、固定ピン1333のガタに起因して、第2ロータ1
310のエアギャップd1,d2が詰まってしまった
り、第2ロータ1310のダイナミックバランスが崩れ
てしまったりする恐れがなくなる。
【0041】ここで、前述の近接部1311aおよび離
間部1311bを形成しているロータヨーク1311の
バックヨーク1311jの寸法、特に離間部1311b
の寸法について考察を加えることにする。その際、固定
ピン1333の透磁率および飽和磁束密度は、ロータヨ
ーク1311のそれらとほぼ等しいものと仮定し、固定
ピン1333の部分も、ロータヨーク1311と同等の
磁気特性を持つものとして扱う。
【0042】第2ロータ1310のロータヨーク131
1を透過する磁束の状態には、様々な場合があり得る。
たとえば、図3に示すように、第2ロータ1310の磁
束がそのまま第1ロータ1210およびステータ141
0に同等に達している場合がある。また、図4に示すよ
うに、ステータ1410側からの磁束の一部が第2ロー
タ1310のバックヨーク1311jをバイパスして、
比較的短い閉磁路を形成している場合もある。逆に、図
示はしないが、第1ロータ1210側からの磁束の一部
が第2ロータ1310のバックヨーク1311jをバイ
パスして、比較的短い閉磁路を形成している場合もあ
る。
【0043】仮に、図4に示すように、内側界磁磁石1
220を含む回転数調整部1200の界磁の磁束が、第
1ロータ1210の電機子の電磁作用により完全に相殺
された場合を想定しよう。すると、ロータヨーク131
1のバックヨーク1311jの離間部1311bの厚さ
は、トルク調整部1400に含まれる外側界磁磁石14
20の磁束が通れるだけの幅を有すれば良いことにな
る。ここで、外側界磁磁石1420および内側界磁磁石
1220は、ともに同一材料からなる希土類磁石であ
る。また、希土類磁石が磁路内で生じる磁束密度は、通
常0.8テスラ程度であり、ロータヨーク1311内に
形成される磁路の磁束密度は、最大で通常1.0〜2.
0テスラ程度である。そして、磁路として作用する離間
部1311b(図4参照)の半径方向の幅をtとし、外
側界磁磁石1420の一つあたりの周方向の幅をLとす
れば、両者t,Lの間には次式の関係が成り立つ。
【0044】 1.0t < 0.8L/2 < 2.0t したがって、ロータヨーク1311の離間部1311b
の半径方向の幅tは、次式の範囲にあれば必要十分であ
ることになる。 0.2L < t < 0.4L 実際の設計にあたっては、外側界磁磁石1420および
内側界磁磁石1220の磁気特性と、ロータヨーク13
11および固定ピン1333の磁気特性とが、かなり正
確に与えられ得る。そこで、実運用上で離間部1311
bを通すべき磁束の最大量を設定し、前述の考え方に基
づいて固定ピン1333の直径および離間部1311b
の半径方向の幅tを最小限に決定することが可能であ
る。
【0045】一方、ロータヨーク1311の近接部13
11aにはほとんど磁束が通らない(図3および図4参
照)ので、強度の許す範囲で半径方向の幅を狭く設定す
ることが可能である。そして、外側界磁磁石1420お
よび内側界磁磁石1220が平板状でありながら、ロー
タヨーク1311の近接部1311aから離間部131
1bに移行するに連れて半径方向の幅が増える。近接部
1311aから離間部1311bに移るにつれてバック
ヨーク1311jを通すべき磁束は増大するので、その
結果、バックヨーク1311j内はほぼ一定の磁束密度
に保たれ、バックヨーク1311jの容積効率は優れた
ものとなっている。
【0046】以上の考察から、外側界磁磁石1420お
よび内側界磁磁石1220に安価な平板状の永久磁石を
使用しながら、中空円筒状の第2ロータ1310の要部
の厚みを必要最小限に抑制することができることが分か
る。以下では再び図2を参照して、なお本実施例の車両
用駆動装置1000の要部について説明する。
【0047】外側界磁磁石1420の外側に位置するロ
ータヨーク1311の磁路部1311kは、第2ロータ
1310の外周面にq軸方向(周方向)の磁路を形成し
ており、ステータ1410の変動磁界によりリラクタン
ストルクを発生させる作用がある。また、内側界磁磁石
1220の内側に位置するロータヨーク1311の磁路
部1311lは、第2ロータ1310の内周面にq軸方
向の磁路を形成しており、第1ロータ1210の変動磁
界によりリラクタンストルクを発生させる作用がある。
それゆえ、ロータヨーク1311の磁路部1311k,
1311lはともに、各界磁磁石1220,1420を
保持する構造部材であるだけではなく、電磁的にも有効
に作用する機能部材でもある。
【0048】最後に、第1ロータ1210と第2ロータ
1310との間のエアギャップg1と、第2ロータ13
10とステータ1410との間のエアギャップg2につ
いて言及する。第2ロータ1310の要部の外周面およ
び内周面は、積層鋼板からなるロータヨーク1311に
より形成されているので、軸長方向両端をエンドプレー
ト1334,1335で固定されている状態で容易に切
削ないし研削加工ができる。それゆえ、第1ロータ12
10の外径d1に合わせてロータヨーク1311の内周
面を加工し、最小限のエアギャップg1を精度良く形成
することが可能である。同様に、ステータ1410の内
径に合わせてロータヨーク1311の外周面を加工し、
ロータヨーク1311の外径d2を適正に形成して、最
小限のエアギャップg2を精度良く形成することが可能
である。
【0049】したがって、最小限のエアギャップg1,
g2をもって第1ロータ1210、第2ロータ1310
およびステータ1410からなる二重構造の回転電機を
構成することができるので、本実施例の車両用駆動装置
1000の直径はより小さく抑制される。また、エアギ
ャップg1,g2が狭い分だけそこを通る磁気回路の効
率が向上し、本実施例の車両用駆動装置1000の回転
電機としての性能も向上する。
【0050】(実施例1の作用)本実施例の車両用駆動
装置1000は、以上のように構成されているので、エ
ンジン100の軸出力を駆動輪700に伝達し適宜に軸
出力を増したり発電したりする車両用駆動装置1000
として、以下のような作用を発揮する。先ず、エンジン
100の軸出力(すなわち入力軸1213への入力)が
回転数2n[rpm]×トルクt[Nm]であり、第2
ロータ1310からの軸出力を回転数n[rpm]×ト
ルク2t[Nm]に変換したい場合を想定する。この場
合、第1ロータ1210から第2ロータ1310へ軸出
力が変換されるにあたり、回転数調整部1200では発
電作用が行われ、逆にトルク調整部1400では電動作
用が行われて、軸出力の変換(トルクコンバート)が行
われる。
【0051】すなわち、第1ロータ1210が回転数2
nで回転しているのに対し、第2ロータ1310は回転
数nでしか回転していないので、第1ロータ1210は
第2ロータ1310から制動作用を受けていることにな
る。その際、第1ロータ1210に加えられている軸出
力のトルクはtでしかないから、第1ロータ1210か
ら第2ロータ1310へのトルク伝達量はtに限定され
る。したがって、以下の説明では簡単化のために電磁気
的な損失を無視して考えると、第1ロータ1210では
回転数(2n−n=n)×トルクt=エネルギーntの
発電が行われる。言い換えると、ECU500は、イン
バータ200を制御して第1ロータ1210にエネルギ
ーntだけの発電を行わせる。
【0052】第1ロータ1210で発電された電気エネ
ルギーntは、インバータ200を介して、二つのイン
バータ200,400、バッテリ600およびECU5
00からなる外部回路に導入される。そして、上記電気
エネルギーntは、同外部回路からインバータ400を
介してステータ1410に供給され、トルク調整部14
00での電動作用により第2ロータ1310に対してト
ルクtを及ぼす。言い換えると、ECU500は、イン
バータ400を制御してステータ1410の回転磁界を
形成し、回転数nで回転している第2ロータ1310に
対して回転方向にトルクtを加える。
【0053】ここで、前述のようなインバータ200,
400の制御は、回転角センサ1911,1912によ
る第1ロータ1210および第2ロータ1310のそれ
ぞれの回転角の測定値に基づいて行われる。すなわち、
ECU500で両回転角に基づいて適正な界磁制御計算
が行われ、インバータ200,400に対して、第1ロ
ータ1210および第2ロータ1310への通電タイミ
ングが適正に指示される。
【0054】その結果、回転数nで回転している第2ロ
ータ1310に対し、第1ロータ1210からのトルク
tとステータ1410からのトルクtとで、合計2tの
トルクが回転方向にかかる。したがって、第1ロータ1
210の軸入力2nt(回転数2n×トルクt)は、第
2ロータ1310の軸出力2nt(回転数n×トルク2
t)に減速変換される。
【0055】次に、先ほどとは逆に、エンジン100の
軸出力(すなわち入力軸1213への入力)が回転数n
[rpm]×トルク2t[Nm]であり、第2ロータ1
310からの軸出力を回転数2n[rpm]×トルクt
[Nm]に変換したい場合を想定する。この場合、第1
ロータ1210から第2ロータ1310へ軸出力が変換
されるにあたり、回転数調整部1200では電動作用が
行われ、逆にトルク調整部1400では発電作用が行わ
れて、軸出力の変換が行われる。
【0056】すなわち、第1ロータ1210が回転数n
で回転しているのに対し、第2ロータ1310は回転数
2nで回転するので、第1ロータ1210は第2ロータ
1310を加速する方向に電動作用を及ぼすことにな
る。その際、第1ロータ1210に加えられている軸出
力のトルクは2tであるから、このトルクを吸収するた
めには第1ロータ1210から第2ロータ1310への
トルク伝達量は2tでなければならない。したがって、
第1ロータ1210では回転数(2n−n=n)×トル
ク2t=エネルギー2ntの電動作用が行われる。言い
換えると、ECU500は、インバータ200を制御し
て第1ロータ1210にエネルギー2ntもの電動作用
を行わせる。
【0057】第1ロータ1210での電動作用に要する
電気エネルギー2ntは、インバータ200を介して、
上記外部回路から供給される。そして、上記電気エネル
ギー2ntは、同外部回路へインバータ400を介して
ステータ1410から供給されている。すなわち、ステ
ータ1410は、ステータ1410を含むトルク調整部
1400での発電作用により、回転数2nで回転してい
る第2ロータ1310に対してトルクtの制動を及ぼ
す。言い換えると、ECU500は、インバータ400
を制御してステータ1410の回転磁界を形成し、回転
数2nで回転している第2ロータ1310に対して回転
方向とは逆方向にトルクtを加えて、ステータ1410
で発電を行わせる。
【0058】その結果、回転数2nで回転している第2
ロータ1310に対し、第1ロータ1210から加わる
トルク2tと、ステータ1410から加わる制動トルク
tとの差で、結局tのトルクが回転方向にかかる。した
がって、第1ロータ1210の軸入力2nt(回転数n
×トルク2t)は、第2ロータ1310の軸出力2nt
(回転数2n×トルクt)に増速変換される。
【0059】この増速変換と前述の減速変換とを比較す
ると、この増速変換では外部回路を介して伝達される電
気エネルギーは2ntであり、前述の減速変換において
外部回路を介して伝達される電気エネルギーntに比べ
て倍と大きい。それゆえ、増速変換は減速変換よりも電
磁気的な損失が大きいので、本実施例の車両用駆動装置
1000は、あまり増速変換での運用を行わず、主にや
や減速変換気味で運用するようにした方が高効率で使用
できる。したがって、エンジン100から駆動輪700
に至るまでのギヤ比等の設定は、車両用駆動装置100
0を減速気味で運用できるようになされているべきであ
る。
【0060】以上では第1ロータ1210への軸入力と
第2ロータ1310からの軸出力とが等しい場合を取り
上げて説明したが、実際には上記軸入力と上記軸出力と
は一致しない場合がほとんどである。そこで、例えば上
記軸入力が上記軸出力に及ばない場合には、その差はバ
ッテリ600からの給電によるステータ1410および
または第1ロータ1210の電動作用で補われる。逆
に、上記軸入力が上記軸出力を上回っている場合には、
ステータ1410およびまたは第1ロータ1210で発
電された電気エネルギーをもってバッテリ600に蓄電
がなされる。
【0061】その極端な場合の一例に、エンジンブレー
キをかけて搭載車両を制動する場合がある。この場合に
は、上記軸入力が負である以上に上記軸出力が大きく負
であり、駆動輪700に接続されている第2ロータ13
10が形成する回転界磁によって、ステータ1410だ
けではなく第1ロータ1210でも発電が行われてバッ
テリ600に蓄電される。このようにエンジンブレーキ
をかける場合には、発電作用がステータ1410と第1
ロータ1210との両方で行われ、一方に集中すること
がないので、ステータ1410も第1ロータ1210も
あまり大きな発電容量を必要とされない。それゆえ、ス
テータ1410も第1ロータ1210もともに、比較的
小型軽量に構成されうる。
【0062】したがって、本実施例の車両用駆動装置1
000を主にやや減速気味で運用するように搭載車両の
駆動系の設計がなされていれば、電磁気的な損失も最小
限に抑制され、極めて高効率での運用が可能になる。 (実施例1の効果)本実施例の車両用駆動装置1000
は、以上のような構成及び作用を有するので数々の効果
を有するが、それらの効果は次の三点に要約される。
【0063】第1の効果は、大幅な小型軽量化である。
すなわち、本実施例の車両用駆動装置1000によれ
ば、従来技術と異なってディファレンシャル・ホイール
アセンブリ(通常のAT車ではオートマチック・トラン
スミッション)が必要ないので、その分大幅な小型軽量
化が可能である。また、発電機と電動機とを別個にもつ
構成の車両用駆動装置と比較しても、本実施例の車両用
駆動装置1000は、簡素にして小型かつ軽量に構成さ
れている。なぜならば、本実施例の車両用駆動装置10
00では、回転数調整部1200とトルク調整部140
0との二重構造により、発電機能と電動機能とをもつ二
つの回転電機が同軸で一体化されているからである。
【0064】また、本実施例の車両用駆動装置1000
によれば、前述のように、第2ロータ1310が極めて
合理的に構成されており、低廉化と同時にさらなる小型
化が可能である。また、第2ロータ1310の慣性モー
メントの低減により、動的な応答特性が向上していると
いう効果も生じる。その結果、本実施例の車両用駆動装
置1000によれば、搭載車両の小型軽量化が可能にな
り、搭載車両の製品コストおよび運用コストの低廉化に
つながるとともに、軽量なので動力性能の向上にもつな
がるという効果が発揮される。
【0065】第2の効果は、軸出力の変換効率の向上で
ある。すなわち、本実施例の車両用駆動装置1000に
よれば、前述のようにやや減速気味で運用するように搭
載車両の駆動系の設計がなされていれば、電磁気的な損
失も最小限に抑制され、極めて高効率での運用が可能に
なる。それゆえ、ディファレンシャル・ホイールアセン
ブリを有する従来技術に比べ、多数の歯車の噛み合いに
よる機械的な損失もないので、動力の伝達効率が向上す
るという効果がある。
【0066】また、発電機と電動機とを別個にもつ構成
の車両用駆動装置では、全ての軸入力を発電機で吸収し
外部回路を経由して電動機を駆動するが、本実施例では
第1ロータ1210から第2ロータ1310をある程度
直接駆動する。それゆえ、本実施例の駆動装置によれば
電気的な損失が少ないので、発電機と電動機とを別個に
もつ構成の車両用駆動装置と比較しても、高効率の動力
伝達が可能である。
【0067】したがって、本実施例の車両用駆動装置1
000によれば、エンジン100から駆動輪700まで
高効率での動力伝達が可能であるので、搭載車両の低燃
費化とそれに伴う低公害化とが達成されるという効果が
ある。第3の効果は、製品のコストダウンである。すな
わち、本実施例の車両用駆動装置1000では、構成が
簡素であり、ディファレンシャル・ホイールアセンブリ
も別個の発電機および電動機も必要とされないので、製
品コストが低減されている。さらに、前述のように第2
ロータ1310が既製品の永久磁石を材料として合理的
かつ製造容易に構成されているので、第2ロータ131
0の製造コストを抑制することができ、よりいっそう車
両用駆動装置1000の製品コストが低減されている。
【0068】したがって、本実施例の車両用駆動装置1
000を搭載した車両は、前述の運用費(すなわち燃
費)ばかりではなく、製品コストまで低廉化されるとい
う効果がある。 (実施例1の変形態様1)前述の実施例1では、第2ロ
ータ1310のロータヨーク1311のピン孔1311
mは円孔であり、ローレット仕上げの固定ピン1333
と締まりばめで嵌合するとしたが、その他の構成も可能
である。たとえば変形態様1として、図5に示すよう
に、ロータヨーク1311のピン孔1311mには切り
欠き1311pが形成されており、固定ピン1333が
切り欠き1311pをもつピン孔1311mに締まりば
めで圧入固定されている構成も可能である。この際、固
定ピン1333の外周面はローレット仕上げされている
必要はない。
【0069】本変形態様では、切り欠き1311pの作
用で固定ピン1333の圧入時にピン孔1311mが微
少に拡がるので、固定ピン1333およびロータヨーク
1311に過大な力をかけることなく圧入工程が行われ
る。その結果、意図しない変形などの恐れなしに無理な
く圧入工程が行われながら、公差が緩和されてコストダ
ウンになるなど、実施例1と同様の作用効果が得られ
る。
【0070】なお、切り欠き1311pはピン孔131
1mの形成と同時に打ち抜き加工で形成されるから、切
り欠き1311pを設けたことによるコストアップはほ
とんど無い。 (実施例1の変形態様2)前述の実施例1およびその変
形態様1の固定ピン1333に代えて、ボルトまたはボ
ルトナットによってロータヨーク1311の固定を行う
変形態様2も可能である。本変形態様においても、ボル
トの長い首部にローレット仕上げを施したり、またはピ
ン孔1311mに切り欠き1311pを設けたりするこ
とにより、実施例1およびその変形態様1と同様の作用
効果を得ることができる。
【0071】(実施例1の付記)前述の実施例1とは逆
に、第1ロータ1210を駆動輪700に接続し、第2
ロータ1310をエンジン100に接続する構成でも、
車両用駆動装置を構成することも可能ではある。しかし
ながら、エンジンブレーキ作動時等を除く通常の運用に
おいては、エンジン100の方が駆動輪700よりも回
転数が高いことを考慮に入れれば、車両用駆動装置10
00は減速側で運用されるべきものである。すると、前
述の構成では実施例1とは逆に、第1ロータ1210の
回転数が第2ロータ1310の回転数よりも低くなり、
電磁的な損失が増えるので第2ロータ1310から第1
ロータ1210への動力伝達効率はあまり高いとは言え
ない。
【0072】かといって、エンジン100から第2ロー
タ1310に至るまでに減速比の大きい減速機を挿置す
れば、第1ロータ1210の回転数を第2ロータ131
0の回転数よりも高くできるが、新たに二つの不都合を
生じる。第1の不都合は、減速機による機械的な損失が
大きくなることと、減速機の重量及び容積が増えて小型
軽量化の妨げになることである。第2の不都合は、車両
用駆動装置が低速回転で強大なトルクを伝達するように
なるので、車両用駆動装置自身を小型軽量化するのが難
しくなり、やはり小型軽量化の妨げになることである。
【0073】それゆえ、エンジン100および駆動輪7
00と第1ロータ1210および第2ロータ1310と
の接続は、実施例1のようにするのがほとんどの面で実
効性が高いと考えられる。また、通常の運用時すなわち
車両の前進時に、第1ロータ1210と第2ロータ13
10とが逆方向に回転するように構成することも可能で
はある。しかし、このような構成では電磁的な損失も機
械的な損失も大きくなり、動力伝達効率の低下をきたす
ので、好ましいことではない。
【0074】なお、エンジン100としては、ガソリン
エンジンやディーゼルエンジンなどのレシプロエンジン
に限定される必要はなく、ロータリエンジンやターボシ
ャフトエンジンなどであっても良く、極論すれば蒸気機
関などであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1としての車両用駆動装置の全体構成
を示す側断面図
【図2】 実施例1としての車両用駆動装置の要部構成
を示す端面図
【図3】 実施例1の車両用駆動装置の磁路の一例を示
す端面図
【図4】 実施例1の車両用駆動装置の磁路の他の例を
示す端面図
【図5】 実施例1の変形態様1の車両用駆動装置の要
部構成を示す端面図
【符号の説明】
100:エンジン 110:エンジン出力軸 200,400:インバータ 500:ECU 6
00:バッテリ 700:駆動輪(タイヤ/ホイール) 1000:車両用駆動装置、トルク−回転数コンバータ
(T−Sコンバータ) 1200:回転数調整部 1210:第1ロータ(第1回転子) 1211:ロータ巻線 1212:ロータコア(積層電磁鋼板製) 1212
a:スロット 1213:第1ロータ軸(入力軸) 1213a:内
部ギヤ 1310:第2ロータ(第2回転子) 1311:ロータヨーク(積層電磁鋼板製) 1311a:近接部 1311b:離間部 1311j:バックヨーク 1311k,1311l:磁路部 1311m:ピン孔 1311p:切り欠き部 1331:前部ロータフレーム 1331a:内部ギ
ヤ 1332:後部ロータフレーム 1333:固定ピン 1334,1335:エンドプ
レート 1220:内側界磁磁石(板状の永久磁石) 1420:外側界磁磁石(板状の永久磁石) 1400:トルク調整部 1410:ステータ(固定子) 1411:ステータ巻線 1412:ステータコア(積層電磁鋼板製) 141
2a:スロット 1510〜1514:ベアリング 1600:ブラシ部 1610:ブラシホルダ 1620:ブラシ 1630:スリップリング 1650:絶縁部 1660:リード部 1710:前部フレーム(機枠) 1720:後部フ
レーム(機枠) 1800:減速部 1811,1812:ギヤ 1900:ディファレンシャルギヤ部 1911,1912:回転角センサ 1920:カバ
ーケース d1:第1ロータ外径 d2:第2ロータ外径 g
1,g2:エアギャップ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ステータコアおよびステータ巻線をもち、
    機枠に固定されているステータと、 ロータコアおよびロータ巻線をもち、エンジン出力軸と
    接続されてこのステータと同軸に軸支され、所定の間隔
    を空けてこのステータに対向している第1ロータと、 駆動輪の駆動軸と接続されてこのステータと同軸に軸支
    され、外周界磁を形成している外周面でこのステータに
    対向し、内周界磁を形成している内周面でこの第1ロー
    タに対向している第2ロータと、を有する車両用駆動装
    置において、 前記第2ロータは、 前記外周面に交番に磁極を向けるように外周側に配設さ
    れ、前記外周界磁を形成する外側界磁磁石と、 この外側界磁磁石と対応する位置で各外側界磁磁石と磁
    化方向をそろえて内周側に配設され、前記内周界磁を形
    成する内側界磁磁石と、 中空円筒状に積層された多数の電磁鋼板からなり、この
    外側界磁磁石およびこの内側界磁磁石を保持しているロ
    ータヨークと、 このロータヨークを軸長方向に貫通し、この外側界磁磁
    石、この内側界磁磁石およびこのロータヨークを一体に
    固定している複数の固定ピンとを有し、 前記第1ロータと前記第2ロータとの間に内周磁気回路
    が形成されてトルクの授受が行われ、 前記第2ロータと前記ステータとの間に外周磁気回路が
    形成されてトルクの授受が行われ、 前記第1ロータの回転方向と前記第2ロータの回転方向
    とは、搭載車両の前進時に同一方向であることを特徴と
    する、 車両用駆動装置。
  2. 【請求項2】前記外側界磁磁石の形状および前記内側界
    磁磁石の形状は、それぞれ所定の厚さの平板形状であ
    り、 前記内側界磁磁石は、前記外側界磁磁石の一枚に対して
    二枚が周方向に並べられており、この外側界磁磁石の周
    方向中間部ではこの外側界磁磁石に近接して近接部を形
    成し、この外側界磁磁石の周方向端部ではこの外側界磁
    磁石と離間して離間部を形成しており、 前記固定ピンは軟磁性材料からなり、前記離間部に形成
    されている前記ロータヨークのピン孔を貫通して配設さ
    れている、 請求項1記載の車両用駆動装置。
  3. 【請求項3】前記固定ピンの外周面はローレット仕上げ
    されており、この固定ピンは前記ロータヨークの前記ピ
    ン孔に圧入固定されている、 請求項1〜2のうちいずれかに記載の車両用駆動装置。
  4. 【請求項4】前記ロータヨークの前記ピン孔には切り欠
    きが形成されており、前記固定ピンはこのピン孔に圧入
    固定されている、 請求項1〜2のうちいずれかに記載の車両用駆動装置。
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