JP6546967B2 - 動力装置 - Google Patents

Description

本発明は、動力装置に関し、特にハイブリッド車両の動力装置に関する。

従来より、駆動用モータとエンジンとを備えたハイブリッド車両において、駆動用モータのトルクを利用してエンジンを始動する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このようなハイブリッド車両では、一般的に、駆動用モータでＥＶ走行しているときに、エンジンを始動するためのトルクをリザーブトルクとして確保している。そのため、本来の駆動用モータが出力できる最大トルクに対し、ＥＶ走行可能範囲はリザーブトルクを差し引いたトルク領域となる。

図１５は、縦軸にモータのトルク、横軸にモータの回転数をとったモータのトルク特性図である。モータの最大トルクがＡ（Ｎｍ）及び最大出力がＢ（ｋＷ）、エンジンの始動に必要な始動トルク（ＥＮＧ始動リザーブトルク）がＹ（Ｎｍ）、又は始動出力がＳ（ｋＷ）とすると、ＥＶ走行可能範囲はモータのトルクがＡ−Ｙ（Ｎｍ）以下、又は出力がＢ−Ｓ（ｋＷ）の領域（ＥＶ可能範囲）に制限されてしまう。

特開２０１２−０８１８７５号公報

近年では、燃費向上の要求等からよりＥＶ走行可能範囲を広げることが求められている。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、エンジンを始動するためのリザーブトルクを確保しつつ、ＥＶ走行可能範囲を広げることができる動力装置を提供することにある。

上記目的を達成するための構成は、以下の態様に示すとおりである。なお、括弧内には、一例として後述の実施形態において対応する要素を示しているが、これに限定されるものではない。
（１） 駆動用ロータ（駆動用ロータＴＲ）と、該駆動用ロータに対向配置される駆動用ステータ（駆動用ステータＴＳ）と、を備える駆動用モータ（駆動用モータＭ）と、
車両の車輪に機械的に連結され、前記駆動用ロータと一体に回転する駆動用モータ軸（モータシャフトＭＳ）と、
エンジン（エンジンＥ）と、
前記駆動用モータ軸と機械的に連結され、該エンジンのトルクを出力するエンジン出力軸（クランクシャフトＣＳ）と、
前記エンジン出力軸と前記駆動用モータ軸との動力伝達経路上に配置されるクラッチ（クラッチＣＬ）と、
前記駆動用モータのトルクで前記エンジンを始動制御する制御装置（制御装置ＣＴＲ）と、を備える動力装置（動力装置１、１Ａ）であって、
該動力装置は、磁気減速機構（磁気減速機構ＳＲ）をさらに備え、
該磁気減速機構は、
回転磁界を発生させるための減速用ステータ（減速用ステータＳ）と、
複数の磁極部を備え前記減速用ステータに対向する第１減速用ロータ（第１減速用ロータＲ１）と、
複数の軟磁性部を備え前記減速用ステータと前記第１減速用ロータとの間に設けられた第２減速用ロータ（第２減速用ロータＲ２）と、を有し、
前記減速用ステータを励磁することで、前記減速用ステータの回転磁界速度と前記第１減速用ロータの回転速度と前記第２減速用ロータの回転速度との間で所定の共線関係を保ちながら回転するように構成され、
前記第２減速用ロータは、前記エンジン出力軸と機械的に連結され、
前記第１減速用ロータは、前記駆動用ロータと共用され、
前記制御装置は、前記エンジンを始動する際に、前記クラッチを解放した状態で、前記減速用ステータの回転磁界を固定するように励磁する。

（２） （１）に記載の動力装置であって、
前記第１減速用ロータは、所定方向に並んだ所定の複数の前記磁極部で構成され、隣り合う各２つの前記磁極部が互いに異なる極性を有するように配置された磁極列を有し、
前記減速用ステータは、前記磁極列に対向するように配置され、複数の電機子に発生する所定の複数の電機子磁極により、前記所定方向に移動する回転磁界を前記磁極列との間に発生させる電機子列を有し、
前記第２減速用ロータは、互いに間隔を隔てて前記所定方向に並んだ所定の複数の前記軟磁性部で構成され、前記磁極列と前記電機子列の間に位置するように配置された軟磁性部列を有し、
前記減速用ステータの磁極対数１に対し、前記第１減速用ロータの極対数をα、前記第２減速用ロータの前記軟磁性部の数をβとすると、β＝α＋１、ただしα≠１を満たす。

この磁気減速機構によれば、互いに対向する第１減速用ロータの磁極列と減速用ステータの電機子列の間に位置するように、第２減速用ロータの軟磁性部列が配置されており、これらの磁極列、電機子列および軟磁性部列をそれぞれ構成する複数の磁極、電機子および軟磁性部は、所定方向に並んでいる。また、電機子列への電力の供給に伴い、複数の電機子磁極が発生し、これらの電機子磁極による移動磁界が、磁極列との間に発生するとともに、所定方向に移動する。さらに、隣り合う各２つの磁極が互いに異なる極性を有しており、隣り合う各２つの軟磁性部間には、間隔が空いている。上記のように、磁極列と電機子列の間において、複数の電機子磁極による移動磁界が発生するとともに軟磁性部列が配置されていることから、軟磁性部は、電機子磁極と磁極によって磁化される。このことと、上記のように隣り合う各２つの軟磁性部間に間隔が空いていることによって、磁極と軟磁性部と電機子磁極を結ぶような磁力線が発生する。また、この磁力線による磁力の作用により、減速用ステータの回転磁界を固定するように電機子に電力を供給することで、第１減速用ロータに対し第２減速用ロータの回転速度を下げることができる。

この場合、例えば、本発明の磁気減速機構を次の条件（ａ）および（ｂ）の下に構成したときには、移動磁界、第１及び第２減速用ロータの間の速度の関係と、第１及び第２減速用ロータと減速用ステータの間のトルクの関係は、次のように表される。
（ａ）磁気減速機構が回転機であり、電機子がＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相コイルを有する
（ｂ）減速用ステータの磁極対数１に対し、第１減速用ロータの極対数をα、第２減速用ロータの軟磁性部の数をβとし、β＝α＋１、ただしα≠１とする
なお、α＝２のとき、減速用ステータの電機子磁極の磁極対数が１、第１減速用ロータの極対数が２個、第２減速用ロータの軟磁性部が３個である。本明細書で用いる「磁極対」及び「極対」は、Ｎ極およびＳ極の１組をいい、磁極数で言うとα＝２のとき、減速用ステータの電機子磁極が２個、第１減速用ロータの磁極が４個である。図１４はα＝２のときの磁気減速機構の等価回路である。

第１減速用ロータの回転角度をθ_１、第２減速用ロータの回転角度をθ_２とすると、軟磁性部のうち一つの軟磁性部を通過して、１つのコイルに入る磁束の成分は、

で表される。

上記の式を一般化すると、

で表される。

一周分合計すると、

で表される。

前記より、各相を通過する磁束量は、ロータ磁束をψ_ｆとして、

で表される。

ステータ界磁の角度・角速度をθ_ｓ・ω_ｓとすると、

で表される。

よって、誘起電力の電圧式は、

で表される。

このとき印加電流は

で表される。

印加電圧は、

で表される。

磁気減速機構の入出力の関係から以下の式が導かれる。なお、Ｔ_１は第１減速用ロータのトルク、Ｔ_２は第１減速用ロータのトルク、ω_１は第１減速用ロータの角速度、ω_２は第２減速用ロータの角速度である。

これより、以下の式が導かれる。

ステータ界磁の相当トルクを

とおけば、以下の式が導かれる。

この電気角速度の関係およびトルクの関係は、遊星歯車装置のサンギヤ、リングギヤおよびキャリアにおける回転速度およびトルクの関係と同一である。また、このような電気角速度の関係およびトルクの関係は、上述したステータを移動不能にした場合だけに限らず、あらゆる第１及び第２減速用ロータと減速用ステータの移動の可否の条件において成立する。なお、本発明では、磁気減速機構を用いることで、機械式減速機構に発生する高調波振動成分が車輪に伝達されず、振動特性が向上する。

（３） （１）又は（２）に記載の動力装置であって、
前記減速用ステータ、前記第１減速用ロータ、及び前記第２減速用ロータは、径方向で対向する。

（４） （１）又は（２）に記載の動力装置であって、
前記減速用ステータ、前記第１減速用ロータ、及び前記第２減速用ロータは、軸方向で対向する。

（５） （１）〜（４）のいずれかに記載の動力装置であって、
前記駆動用モータは、前記駆動用ステータの径方向内側に前記駆動用ロータが対向配置され、
前記磁気減速機構の前記第１減速用ロータの前記磁極部は、前記駆動用モータの前記駆動用ロータの内周部に周方向に並んで配置された磁石で構成される。

（６） 駆動用ロータ（駆動用ロータＴＲ）と、該駆動用ロータに対向配置される駆動用ステータ（駆動用ステータＴＳ）と、を備える駆動用モータ（駆動用モータＭ）と、
車両の車輪に機械的に連結され、前記駆動用ロータと一体に回転する駆動用モータ軸（モータシャフトＭＳ）と、
エンジン（エンジンＥ）と、
前記駆動用モータ軸と機械的に連結され、該エンジンのトルクを出力するエンジン出力軸（クランクシャフトＣＳ）と、
前記エンジン出力軸と前記駆動用モータ軸との動力伝達経路上に配置されるクラッチ（クラッチＣＬ）と、
前記駆動用モータのトルクで前記エンジンを始動制御する制御装置（制御装置ＣＴＲ）と、を備える動力装置（動力装置１Ｂ、１Ｃ）であって、
該動力装置は、磁気減速機構（磁気減速機構ＳＲ）をさらに備え、
該磁気減速機構は、
前記駆動用モータの前記駆動用ステータと共用される第１減速用ステータ（第１減速用ステータＳ１）と、
回転磁界を発生させるための第２減速用ステータ（第２減速用ステータＳ２）と、
複数の軟磁性部を備え前記第１減速用ステータと前記第２減速用ステータとの間に設けられた減速用ロータ（減速用ロータＲ）と、を有し、
前記第２減速用ステータを励磁することで、前記第２減速用ステータの回転磁界速度と前記第１減速用ステータの回転磁界速度と前記減速用ロータの回転速度との間で所定の共線関係を保ちながら回転するように構成され、
前記減速用ロータは、前記エンジン出力軸と機械的に連結され、
前記制御装置は、前記エンジンを始動する際に、前記クラッチを解放した状態で、前記第２減速用ステータの回転磁界を固定するように励磁する。

（７） （６）に記載の動力装置であって、
前記第２減速用ステータは、前記第１減速用ステータの電機子列に対向するように配置され、複数の電機子に発生する所定の複数の電機子磁極により、所定方向に移動する回転磁界を前記第１減速用ステータの前記電機子列との間に発生させる電機子列を有し、
前記減速用ロータは、互いに間隔を隔てて前記所定方向に並んだ所定の複数の前記軟磁性部で構成され、前記第１減速用ステータの前記電機子列と前記第２減速用ステータの前記電機子列の間に位置するように配置された軟磁性部列を有し、
前記第２減速用ステータの磁極対数１に対し、前記第１減速用ステータの磁極対数をα、前記減速用ロータの前記軟磁性部の数をβとすると、β＝α＋１、ただしα≠１を満たす。

この磁気減速機構によれば、互いに対向する第１減速用ステータの電機子列と第２減速用ステータの電機子列の間に位置するように、減速用ロータの軟磁性部列が配置されており、これらの第１減速用ステータの電機子列、第２減速用ステータの電機子列および軟磁性部列をそれぞれ構成する複数の第１減速用ステータの電機子、第２減速用ステータの電機子および軟磁性部は、所定方向に並んでいる。また、第２減速用ステータの電機子列への電力の供給に伴い、複数の電機子磁極が発生し、これらの電機子磁極による移動磁界が、第１減速用ステータの電機子列との間に発生するとともに、所定方向に移動する。さらに、隣り合う各２つの軟磁性部間には、間隔が空いている。上記のように、第１減速用ステータの電機子列と第２減速用ステータの電機子列の間において、複数の電機子磁極による移動磁界が発生するとともに軟磁性部列が配置されていることから、軟磁性部は、第１減速用ステータの電機子磁極と第２減速用ステータの電機子磁極によって磁化される。このことと、上記のように隣り合う各２つの軟磁性部間に間隔が空いていることによって、第１減速用ステータの電機子磁極と軟磁性部と第２減速用ステータの電機子磁極を結ぶような磁力線が発生する。また、この磁力線による磁力の作用により、第２減速用ステータの回転磁界を固定するように電機子に電力を供給することで、第１減速用ステータの回転磁界に伴って回転する駆動用ロータに対し減速用ロータの回転速度を下げることができる。

詳しい説明は省略するが、Ｔ_ｓ１を第１減速用ステータのステータ界磁の相当トルク、Ｔ_Ｓ２を第２減速用ステータのステータ界磁の相当トルク、Ｔ_Ｒを減速用ロータのトルク、ω_Ｓ１を第１減速用ステータのステータ界磁の角速度、ω_Ｓ２を第２減速用ステータのステータ界磁の角速度、ω_Ｒを減速用ロータの角速度とすると、この磁気減速機構では以下の式が導かれる。

この電気角速度の関係、およびトルクの関係も、遊星歯車装置のサンギヤ、リングギヤおよびキャリアにおける回転速度およびトルクの関係と同一である。

（８） （６）又は（７）に記載の動力装置であって、
前記第２減速用ステータ、第１減速用ステータ、及び前記減速用ロータは、径方向で対向する。

（９） （６）又は（７）に記載の動力装置であって、
前記第２減速用ステータ、第１減速用ステータ、及び前記減速用ロータは、軸方向で対向する。

（１）によれば、エンジンの始動時にクラッチを解放した状態で、磁気減速機構の減速用ステータの回転磁界を固定するように励磁することで、エンジンの始動時の回転数を下げることができる。これに伴ってエンジンの始動に必要な駆動用モータのトルクを下げることができるので、これまでエンジンの始動のために使用できなかったリザーブトルクを少なくすることでき、ＥＶ走行領域を広げることができる。
また、磁気減速機構を用いることで、機械式減速機構に発生する高調波振動成分が車輪に伝達されず、振動特性が向上する。

（２）によれば、減速用ステータの磁極対数１に対し、第１減速用ロータの極対数をα、第２減速用ロータの軟磁性部の数をβとすると、β＝α＋１（α≠１）を満たすことで、減速用ステータの回転磁界速度と第１減速用ロータの回転速度と第２減速用ロータの回転速度との間で所定の共線関係が成立する。

（３）によれば、減速用ステータ、第１減速用ロータ、及び第２減速用ロータが径方向で対向することで、磁気減速機構をラジアルモータから構成することができる。

（４）によれば、減速用ステータ、第１減速用ロータ、及び第２減速用ロータが軸方向で対向することで、磁気減速機構をアキシャルモータから構成することができる。

（５）によれば、減速機構の第１減速用ロータの磁極部は、駆動用ロータの内周部に周方向に並んだ複数の磁石で構成されることで駆動用モータの駆動用ロータと共用される。

（６）によれば、エンジンの始動時にクラッチを解放した状態で、磁気減速機構の第２減速用ステータの回転磁界を固定するように励磁することで、エンジンの始動時の回転数を下げることができる。これに伴ってエンジンの始動に必要な駆動用モータのトルクを下げることができるので、これまでエンジンの始動のために使用できなかったリザーブトルクを少なくすることでき、ＥＶ走行領域を広げることができる。
また、磁気減速機構を用いることで、機械式減速機構に発生する高調波振動成分が車輪に伝達されず、振動特性が向上する。

（７）によれば、第２減速用ステータの磁極対数１に対し、第１減速用ステータの磁極対数をα、減速用ロータの軟磁性部の数をβとすると、β＝α＋１（α≠１）を満たすことで、第２減速用ステータの回転磁界速度と第１減速用ステータの回転磁界速度と減速用ロータの回転速度との間で所定の共線関係が成立する。

（８）によれば、第２減速用ステータ、第１減速用ステータ、及び減速用ロータが、径方向で対向することで、磁気減速機構をラジアルモータから構成することができる。

（９）によれば、第２減速用ステータ、第１減速用ステータ、及び減速用ロータが、軸方向で対向することで、磁気減速機構をアキシャルモータから構成することができる。

本発明の第１実施形態に係る動力装置の概略構成図である。 図１の動力装置と同じ動作特性を有する遊星歯車機構を備えた動力装置の概略構成図である。 図１の動力装置に組み込まれた磁気減速機構の共線図である。 エンジン始動制御のフロー図である。 駆動用モータのトルク特性図である。 ＥＶ走行時における動力装置のモータとエンジンの回転数及びトルクの関係を模式的に示す模式図である。 エンジン始動（磁気減速機構励磁）時における動力装置のモータとエンジンの回転数及びトルクの関係を模式的に示す模式図である。 エンジン始動（クラッチ締結）時における動力装置のモータとエンジンの回転数及びトルクの関係を模式的に示す模式図である。 エンジン始動（磁気減速機構励磁）からエンジン走行（モータアシストあり）への遷移時における動力装置のモータとエンジンの回転数及びトルクの関係を模式的に示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る動力装置の概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係る動力装置の概略構成図である。 図１１の動力装置に組み込まれた磁気減速機構の共線図である。 本発明の第４実施形態に係る動力装置の概略構成図である。 磁気減速機構（α＝２のとき）の等価回路である。 従来の駆動用モータのトルク特性図である。

本発明の各実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る動力装置１を概略構成図である。この動力装置１は、車両（図示せず）の駆動輪ＤＷを駆動するためのものであり、駆動源である駆動用モータＭ及びエンジンＥと、駆動用モータＭ及びエンジンＥと駆動輪ＤＷとの動力伝達経路上に配置される変速機ＴＭと、駆動用モータＭとエンジンＥとの動力伝達経路上に配置されるクラッチＣＬと、磁気減速機構ＳＲと、制御装置ＣＴＲと、を備える。

駆動用モータＭは、内部に磁石が配置された駆動用ロータＴＲと、駆動用ロータＴＲの外径側に対向配置された駆動用ステータＴＳと、を備える３相交流のインナーロータ型モータである。駆動用ロータＴＲには駆動用ロータＴＲと一体に回転するモータシャフトＭＳが取り付けられ、モータシャフトＭＳが変速機ＴＭを介して駆動輪ＤＷに連結される。

クラッチＣＬは、駆動用モータＭのモータシャフトＭＳとエンジンＥのクランクシャフトＣＳとの動力伝達経路上に配置され、解放により駆動用モータＭとエンジンＥとの機械的な動力伝達を遮断し、締結により駆動用モータＭとエンジンＥとの機械的な動力伝達を許容する。

磁気減速機構ＳＲは、励磁コイルが巻回され、回転磁界を発生させるための減速用ステータＳと、減速用ステータＳの外径側に対向配置された第１減速用ロータＲ１と、減速用ステータＳと第１減速用ロータＲ１との間に設けられた第２減速用ロータＲ２と、を備える。

第１減速用ロータＲ１は、駆動用モータＭの駆動用ロータＴＲと共用され、駆動用ロータＴＲの軸方向一端部（図１中、右端部）の内周面には、周方向に並ぶように複数の磁石ＭＧが設けられている。この磁石ＭＧは、隣り合う磁石ＭＧ同士が互いに異なる極性を有するように配置され、磁極列を構成する。

減速用ステータＳは、駆動用ロータＴＲの軸方向一端部（図１中、右端部）で第１減速用ロータＲ１の磁極列に径方向で対向するように配置され、複数の電機子に発生する複数の電機子磁極により、周方向に移動する回転磁界を磁極列との間に発生させる電機子列を有する。

第２減速用ロータＲ２は、互いに間隔を隔てて周方向に並んだ複数の軟磁性部で構成され、第１減速用ロータＲ１の磁極列と減速用ステータＳの電機子列の間に位置するように配置された軟磁性部列を有し、エンジンＥのクランクシャフトＣＳに機械的に連結されている。

磁気減速機構ＳＲは、減速用ステータＳの磁極対数１に対し、第１減速用ロータＲ１の極対数をα、第２減速用ロータＲ２の軟磁性部の数をβとすると、β＝α＋１、ただしα≠１を満たすように設定されている。これにより上記したように、図１に記載の磁気減速機構ＳＲは、図２に記載の遊星歯車機構ＰＬを備えた動力装置１００と同じ動作特性となる。

即ち、磁気減速機構ＳＲの回転磁界を固定可能な減速用ステータＳを、ブレーキＢにより固定可能な遊星歯車機構のサンギヤＳＧに置き換え、磁気減速機構ＳＲの第１減速用ロータＲ１を、遊星歯車機構のリングギヤＲＧに置き換え、磁気減速機構ＳＲの第２減速用ロータＲ２を、遊星歯車機構のプラネタリキャリアＰＣに置き換えても、同じ動作特性が得られる。

磁気減速機構ＳＲにおいて、減速用ステータＳを励磁すると、図３の共線図で示すように、減速用ステータＳの回転磁界の界磁回転数ω_Ｓと第１減速用ロータＲ１の角速度ω_１と第２減速用ロータＲ２の角速度ω_２とが共線関係を満たす。なお、本明細書において共線図とは、各回転要素の間の電機角速度の関係を示す図であって、値０を示す横線から縦線上の黒丸までの距離が各回転要素の電機角速度を表す。また、共線関係とは、各回転要素の電機角速度が単一の直線上に並ぶことを言う。

図３に示すように、減速用ステータＳの回転磁界を固定する、即ち減速用ステータＳの回転磁界の界磁回転数ω_Ｓが零となるように励磁すると、共線関係から第２減速用ロータＲ２の角速度ω_２が第１減速用ロータＲ１の角速度ω_１に対し下がることになる。また、速度比に応じて第２減速用ロータＲ２を回転させる際に第１減速用ロータＲ１に作用するトルクＴ_１（Ｔ_１＜Ｔ_２）も小さくなる。なお、磁気減速機構ＳＲの減速用ステータＳの回転磁界を固定するように励磁することは、図２に示した遊星歯車機構ＰＬを備えた動力装置１００においてブレーキＢを締結し、サンギヤＳＧを固定することと同じ作用を果たす。

なお、減速用ステータＳを励磁しない場合、減速用ステータＳと第１減速用ロータＲ１と第２減速用ロータＲ２とが同期せず、共線関係が成立しない。

制御装置ＣＴＲは、駆動用モータＭの回転磁界制御、エンジンＥの点火制御、トルク制御、クラッチＣＬの解放・締結制御、及び磁気減速機構ＳＲの減速用ステータＳの回転磁界制御等を行う。

このように構成された動力装置１では、クラッチＣＬを締結し、エンジンＥを駆動すると、エンジンＥのトルクがクランクシャフトＣＳからクラッチＣＬ及び変速機ＴＭを介して駆動輪ＤＷに伝達され、エンジン走行が実現される。このとき、駆動用モータＭを駆動するとモータアシスト走行が可能である。

また、エンジンＥを停止し、クラッチＣＬを解放した状態で駆動用モータＭを駆動すると、駆動用モータＭのトルクがモータシャフトＭＳから変速機ＴＭを介して駆動輪ＤＷに伝達され、ＥＶ走行が実現される。

次に、ＥＶ走行中に駆動用モータＭのトルクでエンジンＥを始動するエンジン始動制御について図４〜図９を参照しながら説明する。

ＥＶ走行中は、上記したようにＥＶ走行中はクラッチＣＬを解放した状態であり、エンジンＥは停止している。そのため、図６に示すように、駆動用モータＭはエンジンＥとは独立して所定の回転数で回転し、駆動輪ＤＷを介して作用する走行抵抗と駆動用モータＭのトルク（駆動トルク）とが釣り合っている。

図４に示すように、エンジンＥの始動要求があると、先ず、駆動用モータＭの要求トルク又は要求出力がＡ−Ｙ（Ｎｍ）以下、又はＳ（ｋＷ）以下であるかどうか、即ち、駆動用モータＭの駆動力要求が図５のトルク特性図の領域（Ｉ）の範囲内であるかどうかを判断する（ステップＳＳ１）。なお、モータの最大トルクＡ（Ｎｍ）、又は最大出力Ｂ（ｋＷ）に対し、この領域（Ｉ）では、始動トルク又は始動出力としてＹ（Ｎｍ）又はＳ（ｋＷ）を出力できる余裕のある領域である。

ステップＳＳ１において、駆動用モータＭの要求トルク又は要求出力がＡ−Ｙ（Ｎｍ）以下又はＳ（ｋＷ）以下ではない、即ち、図５のトルク特性図の領域（Ｉ）の範囲外である場合、ＥＶ走行を継続する（ステップＳＳ２）。

続いて、駆動用モータＭの要求トルク又は要求出力がＡ−Ｘ（Ｎｍ）以下、又はＺ（ｋＷ）以下であるかどうか、即ち、図５のトルク特性図の領域（ＩＩ）の範囲内であるかどうかを判断する（ステップＳＳ３）。なお、モータの最大トルクＡ（Ｎｍ）、又は最大出力Ｂ（ｋＷ）に対し、この領域（ＩＩ）では、始動トルク又は始動出力としてＸ（Ｎｍ）（Ｘ＜Ｙ）、又はＺ（ｋＷ）（Ｚ＜Ｓ）しか出力できない領域である。

ステップＳＳ３において、駆動用モータＭの要求トルク又は要求出力がＡ−Ｘ（Ｎｍ）以下又はＺ（ｋＷ）以下である場合、即ち、図５のトルク特性図の領域（ＩＩ）の範囲内である場合、磁気減速機構ＳＲの減速用ステータＳの回転磁界を固定するように励磁するとともに、駆動用モータＭに駆動トルクに加えて始動トルクＸ（Ｎｍ）を印加する（ステップＳＳ４）。このときの上記したように（図３参照）、磁気減速機構ＳＲでは減速用ステータＳを回転磁界が固定され、第２減速用ロータＲ２の角速度ω_２が第１減速用ロータＲ１の角速度ω_１に対し下がることになる。

したがって、図７に示すように、第１減速用ロータＲ１と共用する駆動用ロータＴＲ（駆動用モータＭ）の回転数に対し、第２減速用ロータＲ２に連結されるクランクシャフトＣＳ（エンジンＥ）の回転数が下がり、エンジンＥを始動するのに必要な駆動用モータＭの始動トルクも小さくなる。即ち、図８に示すように、磁気減速機構ＳＲの減速用ステータＳを励磁せずにクラッチＣＬを締結してエンジンＥを始動させる場合には、エンジンＥを始動するのに必要な駆動用モータＭの始動トルクがＹ（Ｎｍ）必要であるが、磁気減速機構ＳＲの減速用ステータＳの回転磁界を固定するように励磁することで、エンジンＥを始動するのに必要な駆動用モータＭの始動トルクがＸ（Ｎｍ）で足りることとなる。言い換えると、図５のトルク特性図の領域（Ｉ）を超えて領域（ＩＩ）までＥＶ走行を許可しても、駆動用モータＭのトルクでエンジンＥを始動することが可能となる。

ステップＳＳ３において、駆動用モータＭの要求トルク又は要求出力がＡ−Ｘ（Ｎｍ）以下又はＺ（ｋＷ）以下でない場合、即ち、図５のトルク特性図の領域（Ｉ）及び領域（ＩＩ）の範囲外である場合、磁気減速機構ＳＲの減速用ステータＳの回転磁界を固定するように励磁しても、エンジンＥを始動するのに必要な始動トルクＸ（Ｎｍ）を駆動用モータＭが出力できないので、ＥＶ走行を継続する。

ステップＳＳ４で磁気減速機構ＳＲの減速用ステータＳを励磁し、駆動用モータＭに駆動トルクに加えて始動トルクＸ（Ｎｍ）を印加した後、エンジンＥの回転数ＮＥが最少始動回転数Ｋｒｐｍ以上か否かを判断する（ステップＳＳ５）。その結果、エンジンＥの回転数ＮＥが最少始動回転数Ｋｒｐｍ以上であればエンジンＥを点火（火入れ）する（ステップＳＳ６）。その後、エンジンＥの始動を確認し（ステップＳＳ７）、エンジンＥの始動が確認されれば、減速用ステータＳの励磁を停止するとともに、駆動用モータＭへの始動トルクＸ（Ｎｍ）の印加を停止する（ステップＳＳ８）。

続いて、エンジンＥの目標回転数ＮＥを設定し（ステップＳＳ９）、変速機ＴＭのシフト段を選定してシフトアップが必要かどうかを判断する（ステップＳＳ１０）。エンジンＥの目標回転数がエンジンＥの始動時の回転数に対し所定以上高い場合、変速機ＴＭのシフトアップせずにクラッチＣＬを締結するとエンジンＥが吹き上がるため、ステップＳＳ１０においてシフトアップの必要性を判断する。

ステップＳＳ１０でシフトアップの必要がない場合は、エンジンＥを自立制御しエンジンＥの回転数ＮＥを上昇させる（ステップＳＳ１１）。また、ステップＳＳ１０でシフトアップが必要な場合は、クラッチＣＬを滑らせながら締結する、いわゆる半クラッチ状態で、図９に示すようにシフトアップとともに駆動用モータＭの回転数ＮＭＯＴを下げる（ステップＳＳ１２）。ステップＳＳ１１及びステップＳＳ１２の後、クラッチＣＬを締結することでエンジンＥの回転数ＮＥと駆動用モータＭの回転数ＮＭＯＴとが等しくなる（ステップＳＳ１３）。エンジンを駆動開始することで（ステップＳＳ１４）、エンジンＥによるエンジン走行となる。

また、ステップＳＳ１に戻って、ステップＳＳ１において、駆動用モータＭの要求トルク又は要求出力がＡ−Ｙ（Ｎｍ）以下又はＳ（ｋＷ）以下である、即ち、図５のトルク特性図の領域（Ｉ）の範囲内である場合、駆動用モータＭの回転数ＮＭＯＴが（１＋α）×Ｋ（ｒｐｍ）以下であるかどうかを判断する（ステップＳＳ１５）。即ち、磁気減速機構ＳＲの減速用ステータＳの回転磁界を固定するように励磁した場合における、エンジンＥの最少始動回転数Ｋｒｐｍに所定の変速比を乗算して駆動用モータＭの必要回転数を算出し、駆動用モータＭの回転数ＮＭＯＴが駆動用モータＭの必要回転数以下でなければ、ステップＳＳ２〜ステップＳＳ１２の磁気減速機構ＳＲを用いた始動制御を行う。

ステップＳＳ１５において、駆動用モータＭの回転数ＮＭＯＴが駆動用モータＭの必要回転数以下であれば磁気減速機構ＳＲを用いた始動制御を行うには、駆動用モータＭの回転数ＮＭＯＴが足りないため、図８に示すように、駆動用モータＭに駆動トルクに加えて始動トルクＹ（Ｎｍ）を印加する（ステップＳＳ１６）。そして、クラッチＣＬを滑らせながら締結する、いわゆる半クラッチ状態でエンジンＥの回転数ＮＥを引き上げる（ステップＳＳ１６）。エンジンＥの回転数ＮＥを引き上げた後は、クラッチＣＬを締結することでエンジンＥの回転数ＮＥと駆動用モータＭの回転数ＮＭＯＴとが等しくなり（ステップＳＳ１３）、エンジンを駆動開始することで（ステップＳＳ１４）、エンジンＥによるエンジン走行（図９はモータアシストあり）となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、動力装置１が磁気減速機構ＳＲを備えるので、エンジンＥの始動時にクラッチＣＬを解放した状態で、磁気減速機構ＳＲの減速用ステータＳの回転磁界を固定するように励磁することで、エンジンＥの始動時の回転数を下げることができる。これに伴ってエンジンＥの始動に必要な駆動用モータＭのトルクを下げることができるので、これまでエンジンＥの始動のために使用できなかったリザーブトルクを少なくすることでき、ＥＶ走行領域を広げることができる。

また、磁気減速機構ＳＲを用いることで、機械式減速機構に発生する高調波振動成分が駆動輪ＤＷに伝達されず、振動特性が向上する。

また、減速用ステータＳ、第１減速用ロータＲ１、及び第２減速用ロータＲ２が径方向で対向することで、磁気減速機構ＳＲをラジアルモータから構成することができる。

＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態の動力装置１Ａについて図１０を参照して説明する。なお、第２実施形態の動力装置１Ａは、磁気減速機構ＳＲがアキシャルモータから構成されている点を除き第１実施形態の動力装置１と同一の構成を有するので、同一の構成については同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態の動力装置１Ａの磁気減速機構ＳＲは、励磁コイルが巻回され、回転磁界を発生させるための減速用ステータＳと、減速用ステータＳに対し軸方向に対向配置された第１減速用ロータＲ１と、減速用ステータＳと第１減速用ロータＲ１との間に設けられた第２減速用ロータＲ２と、を備える。

第１減速用ロータＲ１は、駆動用モータＭの駆動用ロータＴＲと共用され、駆動用ロータＴＲの軸方向一端部（図１中、右端部）の内周部から径方向内側に延設された内側円盤部１５に、周方向に並ぶように複数の磁石ＭＧが設けられている。この磁石ＭＧは、隣り合う磁石ＭＧ同士が互いに異なる極性を有するように配置され、磁極列を構成する。

減速用ステータＳは、磁極列に対向するように配置され、複数の電機子に発生する複数の電機子磁極により、周方向に移動する回転磁界を磁極列との間に発生させる電機子列を構成する。

第２減速用ロータＲ２は、互いに間隔を隔てて周方向に並んだ複数の軟磁性部で構成され、磁極列と電機子列の間に位置するように配置された軟磁性部列を構成し、エンジンＥのクランクシャフトＣＳに機械的に連結されている。

このように磁気減速機構ＳＲを、減速用ステータＳ、第１減速用ロータＲ１、及び第２減速用ロータＲ２が軸方向に対向するアキシャルモータから構成しても、第１実施形態の動力装置１と同じ動作特性が得られる。

＜第３実施形態＞
次に本発明の第３実施形態の動力装置１について図１１を参照して説明する。なお、第１及び第２実施形態の動力装置１、１Ａでは、駆動用モータＭの駆動用ロータＴＲが磁気減速機構ＳＲと共用されていが、本実施形態の動力装置１Ｂでは、駆動用モータＭの駆動用ステータＴＳが磁気減速機構ＳＲと共用されている点で相違する。

磁気減速機構ＳＲは、駆動用モータＭの駆動用ステータＴＳと共用される第１減速用ステータＳ１と、回転磁界を発生させるための第２減速用ステータＳ２と、複数の軟磁性部を備え第１減速用ステータＳ１と第２減速用ステータＳ２との間に設けられた減速用ロータＲと、を備える。

第２減速用ステータＳ２は、駆動用ステータＴＳの軸方向一端部（図１１中、右端部）で第１減速用ステータＳ１の電機子列に径方向で対向するように配置され、複数の電機子に発生する複数の電機子磁極により、周方向に移動する回転磁界を第１減速用ステータＳ１の電機子列との間に発生させる電機子列を有する。

減速用ロータＲは、互いに間隔を隔てて周方向に並んだ複数の軟磁性部で構成され、第１減速用ステータＳ１の電機子列と第２減速用ステータＳ２の電機子列の間に位置するように配置された軟磁性部列を有し、エンジンＥのクランクシャフトＣＳに機械的に連結されている。

第２減速用ステータＳ２の磁極対数１に対し、第１減速用ステータＳ１の磁極対数をα、減速用ロータＲの軟磁性部の数をβとすると、β＝α＋１、ただしα≠１を満たすように設定されている。これにより上記したように、図１１に記載の磁気減速機構ＳＲにおいても、図２に記載の遊星歯車機構を備えた動力装置１００と同じ動作特性となる。

即ち、磁気減速機構ＳＲの回転磁界を固定可能な第２減速用ステータＳ２を、ブレーキＢにより固定可能な遊星歯車機構のサンギヤＳＧに置き換え、磁気減速機構ＳＲの第１減速用ステータＳ１を、遊星歯車機構のリングギヤＲＧに置き換え、磁気減速機構ＳＲの減速用ロータＲを、遊星歯車機構のプラネタリキャリアＰＣに置き換えても、同じ動作特性が得られる。

磁気減速機構ＳＲにおいて、第２減速用ステータＳ２を励磁すると、図１２の共線図で示すように、第２減速用ステータＳ２の回転磁界の界磁回転数ω_Ｓ２と第１減速用ステータＳ１の角速度ω_Ｓ１と減速用ロータＲの角速度ω_Ｒとが共線関係を満たす。また、減速用ステータＳの回転磁界を固定する、即ち第２減速用ステータＳ２の回転磁界の界磁回転数ω_Ｓが零となるように励磁すると、共線関係から減速用ロータＲの角速度ω_Ｒが第１減速用ステータＳ１の角速度ω_Ｓ１に対し下がることになる。また、速度比に応じて減速用ロータＲを回転させる際に第１減速用ステータＳ１に作用するトルクＴ_Ｓ１も小さくなる。なお、磁気減速機構ＳＲの第２減速用ステータＳ２の回転磁界を固定するように励磁することは、図２に示した遊星歯車機構ＰＬを備えた動力装置１００においてブレーキＢを締結し、サンギヤＳＧを固定することと同じ作用を果たす。

第２減速用ステータＳ２を励磁しない場合、第２減速用ステータＳ２と第１減速用ステータＳ１と減速用ロータＲとが同期せず、共線関係が成立しない。

このように構成された動力装置１Ｂでも、クラッチＣＬを締結し、エンジンＥを駆動すると、エンジンＥのトルクがクランクシャフトＣＳからクラッチＣＬ及び変速機ＴＭを介して駆動輪ＤＷに伝達され、エンジン走行が実現される。このとき、駆動用モータＭを駆動するとモータアシスト走行が可能である。

また、エンジンＥを停止し、クラッチＣＬを解放した状態で駆動用モータＭを駆動すると、駆動用モータＭのトルクがモータシャフトＭＳから変速機ＴＭを介して駆動輪ＤＷに伝達され、ＥＶ走行が実現される。

さらに、動力装置１Ｂが磁気減速機構ＳＲを備えるので、エンジンＥの始動時にクラッチＣＬを解放した状態で、磁気減速機構ＳＲの第２減速用ステータＳ２の回転磁界を固定するように励磁することで、エンジンＥの始動時の回転数を下げることができる。これに伴ってエンジンＥの始動に必要な駆動用モータＭのトルクを下げることができるので、これまでエンジンＥの始動のために使用できなかったリザーブトルクを少なくすることでき、ＥＶ走行領域を広げることができる。

＜第４実施形態＞
次に本発明の第４実施形態の動力装置１Ｃについて図１３を参照して説明する。なお、第４実施形態の動力装置１Ｃは、磁気減速機構ＳＲがアキシャルモータから構成されている点を除き第３実施形態の動力装置１Ｂと同一の構成を有するので、同一の構成については同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態の動力装置１の磁気減速機構ＳＲは、駆動用モータＭの駆動用ステータＴＳと共用される第１減速用ステータＳ１と、回転磁界を発生させるための第２減速用ステータＳ２と、複数の軟磁性部を備え第１減速用ステータＳ１と第２減速用ステータＳ２との間に設けられた減速用ロータＲと、を備える。

第１減速用ステータＳ１は、駆動用ステータＴＳの軸方向一端部（図１中、右端部）に形成されたステータコア１２が駆動用ロータＴＲの内周面と略同径位置まで延設されることで構成される。駆動用ステータＴＳのステータコア１２は、例えば一般的な電磁鋼板を積層した積層コア１３と磁性粒子を圧着した圧粉コア１４からなるハイブリッドコア等から形成される。

第２減速用ステータＳ２は、駆動用ステータＴＳの軸方向一端部（図１３中、右端部）で第１減速用ステータＳ１の電機子列に軸方向で対向するように配置され、複数の電機子に発生する複数の電機子磁極により、周方向に移動する回転磁界を第１減速用ステータＳ１の電機子列との間に発生させる電機子列を有する。

減速用ロータＲは、互いに間隔を隔てて周方向に並んだ複数の軟磁性部で構成され、第１減速用ステータＳ１の電機子列と第２減速用ステータＳ２の電機子列の間に位置するように配置された軟磁性部列を有し、エンジンＥのクランクシャフトＣＳに機械的に連結されている。

このように磁気減速機構ＳＲを、第２減速用ステータＳ２、第１減速用ステータＳ１、及び減速用ロータＲが軸方向に対向するアキシャルモータから構成しても、第３実施形態の動力装置１と同じ動作特性が得られる。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 動力装置
ＣＬ クラッチ
ＣＳ クランクシャフト（エンジン出力軸）
ＣＴＲ 制御装置
Ｅ エンジン
Ｍ 駆動用モータ
ＭＳ モータシャフト（駆動用モータ軸）
Ｒ 減速用ロータ
Ｒ１ 第１減速用ロータ
Ｒ２ 第２減速用ロータ
Ｓ 減速用ステータ
Ｓ１ 第１減速用ステータ
Ｓ２ 第２減速用ステータ
ＳＲ 磁気減速機構
ＴＲ 駆動用ロータ
ＴＳ 駆動用ステータ

Claims (9)

1. 駆動用ロータと、該駆動用ロータに対向配置される駆動用ステータと、を備える駆動用モータと、
   車両の車輪に機械的に連結され、前記駆動用ロータと一体に回転する駆動用モータ軸と、
   エンジンと、
   前記駆動用モータ軸と機械的に連結され、該エンジンのトルクを出力するエンジン出力軸と、
   前記エンジン出力軸と前記駆動用モータ軸との動力伝達経路上に配置されるクラッチと、
   前記駆動用モータのトルクで前記エンジンを始動制御する制御装置と、を備える動力装置であって、
   該動力装置は、磁気減速機構をさらに備え、
   該磁気減速機構は、
   回転磁界を発生させるための減速用ステータと、
   複数の磁極部を備え前記減速用ステータに対向する第１減速用ロータと、
   複数の軟磁性部を備え前記減速用ステータと前記第１減速用ロータとの間に設けられた第２減速用ロータと、を有し、
   前記減速用ステータを励磁することで、前記減速用ステータの回転磁界速度と前記第１減速用ロータの回転速度と前記第２減速用ロータの回転速度との間で所定の共線関係を保ちながら回転するように構成され、
   前記第２減速用ロータは、前記エンジン出力軸と機械的に連結され、
   前記第１減速用ロータは、前記駆動用ロータと共用され、
   前記制御装置は、前記エンジンを始動する際に、前記クラッチを解放した状態で、前記減速用ステータの回転磁界を固定するように励磁する、動力装置。
2. 請求項１に記載の動力装置であって、
   前記第１減速用ロータは、所定方向に並んだ所定の複数の前記磁極部で構成され、隣り合う各２つの前記磁極部が互いに異なる極性を有するように配置された磁極列を有し、
   前記減速用ステータは、前記磁極列に対向するように配置され、複数の電機子に発生する所定の複数の電機子磁極により、前記所定方向に移動する回転磁界を前記磁極列との間に発生させる電機子列を有し、
   前記第２減速用ロータは、互いに間隔を隔てて前記所定方向に並んだ所定の複数の前記軟磁性部で構成され、前記磁極列と前記電機子列の間に位置するように配置された軟磁性部列を有し、
   前記減速用ステータの磁極対数１に対し、前記第１減速用ロータの極対数をα、前記第２減速用ロータの前記軟磁性部の数をβとすると、β＝α＋１、ただしα≠１を満たす、動力装置。
3. 請求項１又は２に記載の動力装置であって、
   前記減速用ステータ、前記第１減速用ロータ、及び前記第２減速用ロータは、径方向で
   対向する、動力装置。
4. 請求項１又は２に記載の動力装置であって、
   前記減速用ステータ、前記第１減速用ロータ、及び前記第２減速用ロータは、軸方向で
   対向する、動力装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の動力装置であって、
   前記駆動用モータは、前記駆動用ステータの径方向内側に前記駆動用ロータが対向配置され、
   前記磁気減速機構の前記第１減速用ロータの前記磁極部は、前記駆動用モータの前記駆動用ロータの内周部に周方向に並んで配置された磁石で構成される、動力装置。
6. 駆動用ロータと、該駆動用ロータに対向配置される駆動用ステータと、を備える駆動用モータと、
   車両の車輪に機械的に連結され、前記駆動用ロータと一体に回転する駆動用モータ軸と、
   エンジンと、
   前記駆動用モータ軸と機械的に連結され、該エンジンのトルクを出力するエンジン出力軸と、
   前記エンジン出力軸と前記駆動用モータ軸との動力伝達経路上に配置されるクラッチと、
   前記駆動用モータのトルクで前記エンジンを始動制御する制御装置と、を備える動力装置であって、
   該動力装置は、磁気減速機構をさらに備え、
   該磁気減速機構は、
   前記駆動用モータの前記駆動用ステータと共用される第１減速用ステータと、
   回転磁界を発生させるための第２減速用ステータと、
   複数の軟磁性部を備え前記第１減速用ステータと前記第２減速用ステータとの間に設けられた減速用ロータと、を有し、
   前記第２減速用ステータを励磁することで、前記第２減速用ステータの回転磁界速度と前記第１減速用ステータの回転磁界速度と前記減速用ロータの回転速度との間で所定の共線関係を保ちながら回転するように構成され、
   前記減速用ロータは、前記エンジン出力軸と機械的に連結され、
   前記制御装置は、前記エンジンを始動する際に、前記クラッチを解放した状態で、前記第２減速用ステータの回転磁界を固定するように励磁する、動力装置。
7. 請求項６に記載の動力装置であって、
   前記第２減速用ステータは、前記第１減速用ステータの電機子列に対向するように配置され、複数の電機子に発生する所定の複数の電機子磁極により、所定方向に移動する回転磁界を前記第１減速用ステータの前記電機子列との間に発生させる電機子列を有し、
   前記減速用ロータは、互いに間隔を隔てて前記所定方向に並んだ所定の複数の前記軟磁性部で構成され、前記第１減速用ステータの前記電機子列と前記第２減速用ステータの前記電機子列の間に位置するように配置された軟磁性部列を有し、
   前記第２減速用ステータの磁極対数１に対し、前記第１減速用ステータの磁極対数をα、前記減速用ロータの前記軟磁性部の数をβとすると、β＝α＋１、ただしα≠１を満たす、動力装置。
8. 請求項６又は７に記載の動力装置であって、
   前記第２減速用ステータ、第１減速用ステータ、及び前記減速用ロータは、径方向で対向する、動力装置。
9. 請求項６又は７に記載の動力装置であって、
   前記第２減速用ステータ、第１減速用ステータ、及び前記減速用ロータは、軸方向で対向する、動力装置。

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