特開 2021-195982 電動車両の駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-195982(P2021-195982A)

(43)【公開日】2021年12月27日

(54)【発明の名称】電動車両の駆動装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 3/72 20060101AFI20211129BHJP

   F16H 3/58 20060101ALI20211129BHJP

   B60K 17/12 20060101ALI20211129BHJP

   B60L 15/20 20060101ALI20211129BHJP

【ＦＩ】

   F16H3/72 A

   F16H3/58

   B60K17/12

   B60L15/20 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2020-101853(P2020-101853)

(22)【出願日】2020年6月11日

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】黒石 真且

(72)【発明者】

【氏名】富永 孝

(72)【発明者】

【氏名】高橋 克明

(72)【発明者】

【氏名】加藤 裕一郎

【テーマコード（参考）】

3D042

3J528

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D042AA05

3D042AB01

3D042BE01

3J528EB63

3J528FB02

3J528FB03

3J528FB13

3J528FC18

3J528FC24

3J528FC64

3J528GA02

3J528JB01

3J528JC01

5H125AA01

5H125AC12

5H125BA06

5H125BE05

5H125EE08

(57)【要約】

【課題】駆動開始から効率よく加速できる電動車両の駆動装置を得る。
【解決手段】電動車両の駆動源である第1モータＭａ及び第２モータＭｂを備え、電動車両の走行開始時に第1モータＭａを駆動する１モータ駆動を行い、第1モータＭａの回転数が所定の回転数に達した際に、第1モータＭａと共に第２モータＭｂを駆動させる２モータ駆動を行うように第1モータＭａ及び第２モータＭｂの各々の回転を制御する。遊星歯車機構１２を含む歯車機構は、１モータ駆動の際の総減速比が最大となるように、構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動車両の駆動源である第1モータ及び第２モータと、
前記電動車両の走行開始時に前記第1モータを駆動する１モータ駆動を行い、前記第1モータの回転数が所定の回転数に達した際に、前記第1モータと共に前記第２モータを駆動させる２モータ駆動を行うように前記第1モータ及び前記第２モータの各々の回転を制御する制御部と、
前記１モータ駆動の際に、前記第1モータの出力軸の回転を、複数の減速比を合成した総減速比で前記電動車両の駆動輪に伝達し、前記２モータ駆動の際に、前記第1モータ及び前記第２モータの各々の出力軸の回転を前記電動車両の駆動輪に伝達する歯車機構と、
を含み、
前記１モータ駆動の際の前記総減速比が最大となるように、前記歯車機構が構成されている電動車両の駆動装置。

【請求項2】

最高車速時の前記第1モータの回転数を上限回転数とし、前記１モータ駆動の際の前記総減速比が最大となるように、前記歯車機構の複数の減速比が設定されている請求項１に記載の電動車両の駆動装置。

【請求項3】

前記歯車機構は、前記第２モータのギヤ比がＧ_b、ラビニヨ式遊星歯車のギヤ比がρ、最終減速機のギヤ比がＧ_dであり、
前記第２モータの上限回転数をＮ_bNmax 、前記第1モータの定格出力をＰ_a とすると共に、前記電動車両の最大車速における駆動輪のトルクをＴ_Vmax 、前記電動車両の最大車速における出力をＰ_Vmaxとした場合に、以下の関係式を満たす構成である請求項２に記載の電動車両の駆動装置。

【請求項4】

前記歯車機構は、前記第1モータのギヤ比がＧ_aであり、
前記第２モータのトルク値を前記第1モータのトルク値で除算して得られるトルク比をα、前記第1モータの上限回転数をＮ_aNmaxとした場合に、以下の関係式を満たす構成である請求項３に記載の電動車両の駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電動車両の駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、２つのモータをラビニヨ式遊星歯車とワンウェイクラッチにて結合することにより、１モータの動力又は２モータの動力で車両を駆動させる電動車両の駆動装置の発明が開示されている。

【0003】

特許文献２には、第1モータと第２モータとは、回転力の大きさが等しく、かつ回転力の向きが反対になる第1変速状態と、回転力の大きさと回転力の向きとが等しくなる第２変速状態とを切り替えて運転することにより、エネルギー損失を低減できるインホイールモータの発明が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８−１００７０９号公報

【特許文献2】特開２０１３−０３２０９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１には、最大トルク発生条件、及び最高速度条件において、１モータ駆動から２モータ駆動への切り替えによりトルク及び最高速度が不連続とならないギヤ比条件は示されているが、システム効率を向上させるために必要なギヤ比の設定方法が示されていない。

【0006】

また、特許文献２に開示されている発明は、モータの回転数（回転速度）を選択して駆動することができるが、インホイールモータとして想定されている特性が限定的で、システム効率に最適なギヤ比が得られないという問題があった。

【0007】

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、駆動開始から効率よく加速できる電動車両の駆動装置を得ることが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第1の態様に係る電動車両の駆動装置は、電動車両の駆動源である第1モータ及び第２モータと、前記電動車両の走行開始時に前記第1モータを駆動する１モータ駆動を行い、前記第1モータの回転数が所定の回転数に達した際に、前記第1モータと共に前記第２モータを駆動させる２モータ駆動を行うように前記第1モータ及び前記第２モータの各々の回転を制御する制御部と、前記１モータ駆動の際に、前記第1モータの出力軸の回転を、複数の減速比を合成した総減速比で前記電動車両の駆動輪に伝達し、前記２モータ駆動の際に、前記第1モータ及び前記第２モータの各々の出力軸の回転を前記電動車両の駆動輪に伝達する歯車機構と、を含み、前記１モータ駆動の際の前記総減速比が最大となるように、前記歯車機構が構成されている。

【0009】

第１の態様によれば、駆動開始時に第１モータによる１モータ駆動を行い、第１モータの回転数が所定の回転数に達した際に、第１モータと共に第２モータを駆動する２モータ駆動を行う際に、１モータ駆動の際の前記総減速比が最大となるように、歯車機構を構成することより、効率が良好な領域でモータを駆動させることができる。

【0010】

第２の態様は、第1の態様において、最高車速時の前記第1モータの回転数を上限回転数とし、前記１モータ駆動の際の前記総減速比が最大となるように、前記歯車機構の複数の減速比が設定されている。

【0011】

第２の態様によれば、１モータ駆動の際の総減速比が最大となるように、前記歯車機構の複数の減速比を設定することより、効率が良好な領域でモータを駆動させることができる。

【0012】

第３の態様は、第２の態様において、前記歯車機構は、前記第２モータのギヤ比がＧ_b、ラビニヨ式遊星歯車のギヤ比がρ、最終減速機のギヤ比がＧ_dであり、前記第２モータの上限回転数をＮ_bNmax 、前記第1モータの定格出力をＰ_a とすると共に、前記電動車両の最大車速における駆動輪のトルクをＴ_Vmax 、前記電動車両の最大車速における出力をＰ_Vmaxとした場合に、以下の関係式を満たす構成である。

【0013】

第３の態様によれば、１モータ駆動から２モータ駆動に円滑に移行するための条件を定量化できる。

【0014】

第４の態様は、第３の態様において、前記歯車機構は、前記第1モータのギヤ比がＧ_aであり、前記第２モータのトルク値を前記第1モータのトルク値で除算して得られるトルク比をα、前記第1モータの上限回転数をＮ_aNmaxとした場合に、以下の関係式を満たす構成である請求項３に記載の電動車両の駆動装置。

【0015】

第４の態様によれば、電動車両を効率よく加速させるための第２モータと第１モータとのトルク比等の仕様を定量化することにより、電動車両の設計に資する。

【発明の効果】

【0016】

駆動開始から効率よく加速できる電動車両の駆動装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本実施形態に係る電動車両の駆動装置の構成を示す概略図である。

【図2】１モータ駆動の場合の動力の流れを示す説明図である。

【図3】２モータ駆動の場合の動力の流れを示す説明図である。

【図4】車両の動力源である第１モータを駆動するための電力を生成するモータ駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。

【図5】（Ａ）は、モータの回転数に対するトルク特性の一例を示した概略図であり、（Ｂ）は、インバータの回転数に対するトルク特性の一例を示した概略図であり、（Ｃ）は、ギヤにおける回転数に対するトルク特性の一例を示した概略図である。

【図6】第１モータ及び第２モータの各々の回転数とトルクとで示された動作点の変化の一例を示した概略図である。

【図7】車両が最大車速に加速する場合の第１モータ及び第２モータの各々の動作点の変化の一例を示した概略図である。

【図8】第１モータ及び第２モータの各々で最大加速をした場合の動作点の変化を示した概略図である。

【図9】総減速比とモード走行時の損失の計算例を示した概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る電動車両の駆動装置１０の構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態に係る電動車両の駆動装置１０は、第1モータＭa及び第２モータＭbを備え、第1モータＭa及び第２モータＭbの各々の動力は、遊星歯車機構１２に各々伝達される。遊星歯車機構１２に伝達された動力は、差動装置を含む最終減速機１４を介して左右の駆動輪１６に供給される。

【0019】

遊星歯車機構１２は、いわゆるラビニヨ式遊星歯車であり、第1モータＭaが接続される第1サンギヤ１８と、第２モータＭbが接続される第２サンギヤ２０とを有する。第２サンギヤ２０は、プラネタリキャリア２２（ 以下、「キャリア２２」と略記） に回転可能に支持された複数の外側プラネタリピニオン２４（ 以下、「外側ピニオン２４」と略記）と噛み合っている。第1サンギヤ１８は、キャリア２２に回転可能に支持された複数の内側プラネタリピニオン２６（ 以下、「内側ピニオン２６」と略記）と噛み合っている。各内側ピニオン２６は、各々１個の外側ピニオン２４とも噛み合っている。第1サンギヤ１８、第２サンギヤ２０及びキャリア２２の各々は共通の軸線周りに回動可能である。

【0020】

また、キャリア２２は、出力要素として出力ギヤ２８を有する。出力ギヤ２８は、最終減速機１４の差動装置と一体に回転する被駆動ギヤ３０と共に最終減速歯車対３２を構成する。

【0021】

遊星歯車機構１２は、第1サンギヤ１８と外側ピニオン２４と内側ピニオン２６とからなる第1遊星歯車列３４ と、第２サンギヤ２０と外側ピニオン２４とからなる第２遊星歯車列３６とを含む複合型の遊星歯車機構である。第1遊星歯車列３４ はダブルピニオン型の遊星歯車列であり、第２遊星歯車列３６はシングルピニオン型の遊星歯車列である。

【0022】

第1サンギヤ１８は第1入力軸３８に固定され、第1入力軸３８は第1入力歯車対４０を介して第1モータＭaの出力軸である第1電動機軸４２に接続されている。また、第1電動機軸４２自体を第1入力軸３８としてもよい。第２サンギヤ２０は第２入力軸４４に固定され、さらに第２入力軸４４は第２入力歯車対４６を介して第２モータＭbの出力軸である第２電動機軸４８に接続されている。また、第２電動機軸４８自体を第２入力軸４４としてもよい。第1入力歯車対４０及び第２入力歯車対４６は、第1電動機軸４２及び第２電動機軸４８と第1入力軸３８及び第２入力軸４４との各々の間の動力伝達に係る構成である。

【0023】

遊星歯車機構１２は、３要素２自由度機構であり、３つの要素のうち２つの要素の回転数が定まると、残り１つの要素の回転数が一意に決定される。例えば、第1サンギヤ１８と第２サンギヤ２０との各々の回転数が定まると、第1サンギヤ１８と第２サンギヤ２０との各々の回転数に応じてキャリア２２の回転数が決定される。

【0024】

第1モータＭaから第1サンギヤ１８に至る伝達系に、車両が前進するときの第1サンギヤ１８の回転方向の回転を許容し、後進方向の回転を阻止するワンウェイクラッチ５０が第1入力軸３８上に設けられている。

【0025】

駆動装置１０は、第1モータＭaの出力のみで車両を駆動する１モータ駆動と、第1モータＭa及び第２モータＭbの各々の出力により車両を駆動する２モータ駆動との２つの駆動方式で車両を駆動することができる。１モータ駆動は、低速、低負荷の条件で使用され、２モータ駆動は、高速、高負荷の条件で使用される。

【0026】

図２は、１モータ駆動の場合の動力の流れを示す説明図である。第1モータＭaの出力は、第1入力歯車対４０を介して第1入力軸３８及び第1サンギヤ１８に伝達されて第1遊星歯車列３４を動作させる。第1サンギヤ１８及び第２サンギヤ２０の各々の回転数に応じてキャリア２２の回転数が定まり、キャリア２２の回転は、最終減速機１４を介して駆動輪１６に伝わる。

【0027】

図３は、２モータ駆動の場合の動力の流れを示す説明図である。第1モータＭaの出力は、第1入力歯車対４０を介して第1入力軸３８及び第1サンギヤ１８に伝達される。また、第２モータＭbの出力は、第２入力歯車対４６を介して第２入力軸４４及びび第２サンギヤ２０に伝達される。第1サンギヤ１８及び第２サンギヤ２０の各々の回転数に応じてキャリア２２の回転数が定まり、キャリア２２の回転は、最終減速機１４を介して駆動輪１６に伝わる。

【0028】

図４は、車両の動力源である第1モータＭaを駆動するための電力を生成するモータ駆動装置１００の構成の一例を示すブロック図である。図４に示したように第1モータＭaは三相同期モータであり、モータ駆動装置１００は、後述するインバータ１４０により、直流電源から供給された直流電圧から三相交流様の電圧を生成して第1モータＭaの巻線に印加する。本実施形態に係る車両は、第1モータＭaと共に第２モータＭbを動力源として備えるので、第２モータＭb用のモータ駆動装置を第1モータＭa用のモータ駆動装置１００とは別に備える。しかしながら、第２モータＭb用のモータ駆動装置の構成は、第1モータＭa用のモータ駆動装置１００と略同一なので、詳細な説明は省略する。

【0029】

モータ駆動装置１００は、直流電源であるバッテリ１１２を含む直流電源部１１０と、直流電源部１１０から供給された直流電圧から、インバータ１４０によるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）で第1モータＭaの巻線であるコイル１６２に印加する三相交流様の電圧を生成するインバータ部１３０と、インバータ１４０を構成するスイッチング素子であるトランジスタ１４２Ｕ、１４２Ｖ、１４２Ｗ、１４４Ｕ、１４４Ｖ、１４４Ｗのスイッチングの制御に係るＰＷＭ信号を出力するモータ制御装置１８０と、モータ制御装置１８０が出力したＰＷＭ信号を、トランジスタ１４２Ｕ、１４２Ｖ、１４２Ｗ、１４４Ｕ、１４４Ｖ、１４４Ｗをオンが可能な程度に増幅してインバータ１４０に出力するモータドライブ回路１９０と、を備えている。

【0030】

第1モータＭaは、一例として三相交流様の電圧で駆動される三相同期モータであるが、直流で駆動されるブラシ付きのモータでもよく、かかる場合は、インバータ１４０に代えて、４つのスイッチング素子で構成されたＨブリッジ回路を有する駆動回路を備える。

【0031】

直流電源部１１０のバッテリ１１２は、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池等の充放電が可能な二次電池であり、複数のセルを直列に配設することにより、電動輸送機器の走行が可能な数百Ｖ程度の電圧が出力可能に構成されている。

【0032】

バッテリ１１２は、等価的にバッテリ内部抵抗１１４とバッテリ内部インダクタ１１６とが直列に接続された回路モデルで表現される。図４に示したように、バッテリ内部抵抗１１４は、一端がバッテリ１１２の正極に接続され、他端がバッテリ内部インダクタ１１６の一端に接続されているモデルで表現される。バッテリ内部インダクタ１１６は、前述のように一端がバッテリ内部抵抗１１４の他端に接続されると共に、当該他端がインバータ部１３０に接続されるモデルで表される。またバッテリ１１２の端子部には、正極と負極とを短絡するバッテリ部インダクタ１１８とバッテリ部コンデンサ１２０とが接続されている。バッテリ部インダクタ１１８及びバッテリ部コンデンサ１２０は、バッテリ１１２の端子部よりもバッテリ１１２の本体側に配置されていてもよい。

【0033】

インバータ部１３０は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）インバータ１４０により構成されている。図４に示すように、インバータ１４０は、スイッチング素子であるトランジスタ１４２Ｕ、１４２Ｖ、１４２Ｗ、１４４Ｕ、１４４Ｖ、１４４Ｗを備えている。トランジスタ１４２Ｕ、１４２Ｖ、１４２Ｗ、１４４Ｕ、１４４Ｖ、１４４Ｗは、一例として、高電圧に対応でき、かつオン抵抗が比較的小さいＩＧＢＴであるが、ＮチャンネルＦＥＴでもよい。

【0034】

インバータ１４０において、トランジスタ１４２Ｕ、１４２Ｖ、１４２Ｗの各々は、上段スイッチング素子として機能し、トランジスタ１４４Ｕ、１４４Ｖ、１４４Ｗの各々は、下段スイッチング素子として機能する。なお、トランジスタ１４２Ｕ、１４２Ｖ、１４２Ｗ及びトランジスタ１４４Ｕ、１４４Ｖ、１４４Ｗは、各々、個々を区別する必要がない場合は「トランジスタ１４２」、「トランジスタ１４４」と総称し、個々を区別する必要がある場合は、「Ｕ」、「Ｖ」、「Ｗ」の符号を付して称する。

【0035】

トランジスタ１４２Ｕ、１４２Ｖ、１４２Ｗ、１４４Ｕ、１４４Ｖ、１４４ＷがＩＧＢＴの場合、トランジスタ１４２Ｕのエミッタ及びトランジスタ１４４Ｕのコレクタは、コイル１６２Ｕの端子に接続されており、トランジスタ１４２Ｖのエミッタ及びトランジスタ１４４Ｖのコレクタは、コイル１６２Ｖの端子に接続されており、トランジスタ１４２Ｗのエミッタ及びトランジスタ１４４Ｗのコレクタは、コイル１６２Ｗの端子に接続されている。

【0036】

トランジスタ１４２Ｕ、１４２Ｖ、１４２Ｗ、１４４Ｕ、１４４Ｖ、１４４ＷがＦＥＴの場合は、トランジスタ１４２Ｕのソース及びトランジスタ１４４Ｕのドレインは、コイル１６２Ｕの端子に接続されており、トランジスタ１４２Ｖのソース及びトランジスタ１４４Ｖのドレインは、コイル１６２Ｖの端子に接続されており、トランジスタ１４２Ｗのソース及びトランジスタ１４４Ｗのドレインは、コイル１６２Ｗの端子に接続されている。

【0037】

また、インバータ１４０の正極側端子と負極側端子とは、平滑コンデンサ１３２によって短絡されている。

【0038】

トランジスタ１４２Ｕ、１４２Ｖ、１４２Ｗ、１４４Ｕ、１４４Ｖ、１４４Ｗは、（ＩＧＢＴであれ、ＦＥＴであれ）ゲートに正電荷の駆動信号が印加されるとオン状態になる。例えば、トランジスタ１４２Ｕがオンかつトランジスタ１４４Ｕがオフの場合は、コイル１６２Ｕにバッテリ１１２の電力が通電され、トランジスタ１４２Ｕがオフかつトランジスタ１４４Ｕがオンの場合は、コイル１６２Ｕが接地される。以下同様に、トランジスタ１４２Ｖがオンかつトランジスタ１４４Ｖがオフの場合は、コイル１６２Ｖにバッテリ１１２の電力が通電され、トランジスタ１４２Ｖがオフかつトランジスタ１４４Ｖがオンの場合は、コイル１６２Ｖが接地され、トランジスタ１４２Ｗがオンかつトランジスタ１４４Ｗがオフの場合は、コイル１６２Ｗにバッテリ１１２の電力が通電され、トランジスタ１４２Ｗがオフかつトランジスタ１４４Ｗがオンの場合は、コイル１６２Ｗが接地される。

【0039】

インバータ１４０は、上述のように、トランジスタ１４２Ｕ、１４２Ｖ、１４２Ｗ、１４４Ｕ、１４４Ｖ、１４４Ｗをオンオフさせることにより、コイル１６２Ｕ、１６２Ｖ、１６２Ｗに通電する。また、インバータ１４０は、トランジスタ１４２Ｕ、１４２Ｖ、１４２Ｗ、１４４Ｕ、１４４Ｖ、１４４Ｗを小刻みにオンオフさせるＰＷＭにより、コイル１６２Ｕ、１６２Ｖ、１６２Ｗに印加する電圧を変化させることができる。

【0040】

第1モータＭaは、通電されたコイル１６２Ｕ、１６２Ｖ、１６２Ｗに生じた磁界に追従して、永久磁石で構成された回転子１６４が回転する三相同期モータである。コイル１６２Ｕ、１６２Ｖ、１６２Ｗの各々の端子（一端）は、前述のようにインバータ１４０のトランジスタ１４２Ｕ、１４２Ｖ、１４２Ｗ、１４４Ｕ、１４４Ｖ、１４４Ｗに接続され、コイル１６２Ｕ、１６２Ｖ、１６２Ｗの各々の他端は、１の中性点６２Ｎに接続される星形結線（Ｙ字結線）を呈する。コイル１６２Ｕ、１６２Ｖ、１６２Ｗは、星形結線以外に、例えばデルタ結線でもよい。

【0041】

なお、コイル１６２Ｕ、１６２Ｖ、１６２Ｗは、各々、個々を区別する必要がない場合は「コイル１６２」と総称し、個々を区別する必要がある場合は、「Ｕ」、「Ｖ」、「Ｗ」の符号を付して称する。

【0042】

本実施の形態に係るモータ駆動装置１００は、コイル１６２Ｕ、１６２Ｖ、１６２Ｗへの通電を、インバータ１４０によって時系列で切り替えることにより、コイル１６２Ｕ、１６２Ｖ、１６２Ｗにいわゆる回転磁界を生じさせる。回転子１６４は、コイル１６２Ｕ、１６２Ｖ、１６２Ｗに生じた回転磁界への吸引または当該回転磁界との反発によって回転する。

【0043】

三相同期モータにおいて、コイル１６２Ｕ、１６２Ｖ、１６２Ｗへの通電は、回転子１６４の磁極の位置に応じて行う必要があるので、本実施の形態では、モータ磁極位置検出器１７０により、回転子１６４の磁極の位置を検出している。

【0044】

モータ制御装置１８０は、上位の制御装置である車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００から入力された指令信号、モータ磁極位置検出器１７０によって検出した回転子１６４の磁極の位置及びインバータ電流センサ１５０で検出した、インバータ１４０が出力した電流の値に基づいて、コイル１６２Ｕ、１６２Ｖ、１６２Ｗに印加する電圧の波形の位相及び振幅（電圧変化の範囲）を算出し、当該位相及び振幅に応じたパルス信号であるＰＷＭ制御信号をモータドライブ回路１９０に出力する。電圧の波形の位相は、主に回転子１６４の磁極の位置の変化に対応して決定され、振幅は、インバータ１４０が出力した電流の値に基づいて上限が定められる。例えば、当該電流値が所定値を超えた場合は、第1モータＭaが過負荷のおそれがあるので、電圧波形の振幅を抑制する。

【0045】

モータドライブ回路１９０は、モータ制御装置１８０が出力したＰＷＭ制御信号を、トランジスタ１４２、１４４をオン状態にできる程度に増幅して生成した駆動信号をトランジスタ１４２、１４４の各々のゲートに印加する。駆動信号は、ＰＷＭ制御信号と同様に、回転子１６４の磁極の位置に応じた位相及び振幅に従ったパルスで構成されているので、インバータ１４０は、コイル１６２に回転子１６４の磁極の位置に応じた回転磁界を生じさせる電圧を生成することができる。

【0046】

後述するように、本実施形態では、第1モータＭaのみを駆動する場合と、第1モータＭaと共に第２モータＭbを駆動する場合とがある。車両を、第1モータＭaのみで駆動するか、第1モータＭaと第２モータＭbとで駆動するか否かは、車両ＥＣＵ２００からモータ制御装置１８０に入力される指令信号による。

【0047】

以下、本実施形態に係る電動車両の駆動装置１０の動作特性に基づく構成について説明する。図５（Ａ）は、モータの回転数に対するトルク特性の一例を示した概略図である。図５（Ａ）に示したように、モータの回転数に対するトルク特性には、一般的なモータの駆動制御で達成される常用域と、モータの巻線に供給される電力に比してモータの回転数とトルクとの積で示される当該モータの出力が良好な高効率の領域とが存在する。高効率の領域は、常用域に比して高回転かつ低トルクの傾向を有する。

【0048】

一般にモータは、低回転かつ高トルクで回転させると効率が低下するので、効率を向上させるには、常用域で用いるモータ回転数をできるだけ高くすると共にトルクを小さくする。モータを高回転かつ低トルクで回転させるには、矢印Ｌｏｗで示したように、ギヤ比をローギヤにすれば全体効率が向上する。

【0049】

図５（Ｂ）は、インバータの回転数に対するトルク特性の一例を示した概略図であり、図５（Ｃ）は、ギヤにおける回転数に対するトルク特性の一例を示した概略図である。図５（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、インバータもギヤもトルクが大きくなると損失が大きくなるため、動作域が高回転かつ低トルク側になる方が、効率が向上する。

【0050】

また、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、２モータ駆動では、同一トルクを出力する際に、１モータ駆動に比べモータの回転数を低くできる。後述するように、本実施形態では、低速時は１モータ、高速時は２モータで駆動し、２つのモータの各々の回転数領域をできるだけ高く、かつ各々のトルクは低くなるように設定することにより、効率の低い動作領域での動作頻度を抑制し、電動車両の駆動装置１０の効率を向上させる。

【0051】

図６は、第1モータＭa及び第２モータＭbの各々の回転数とトルクとで示された動作点の変化の一例を示した概略図であり、以下、図６を参照して各々のモータの回転数及びトルクの変化について説明する。

【0052】

第1モータＭa及び第２モータＭbの各々の出力軸の回転数を同一のＮ_oとし、第1モータＭa及び第２モータＭbの各々の出力軸のトルクＴも同一とする。かかる前提の下に、第1モータＭaを駆動する１モータ駆動をした場合の第1モータＭaの回転数をＮ_a1、第２モータＭbを駆動する１モータ駆動をした場合の第２モータＭbの回転数をＮ_b1とする。また、第1モータＭa及び第２モータＭbの各々を駆動する２モータ駆動をした場合の第1モータＭaの回転数をＮ_a2、第２モータＭbの回転数をＮ_b2とする。

【0053】

図６に示したように、トルクＴ_a、Ｔ_bは1モータ駆動と２モータ駆動とによらず変わらないとする。また、第1モータＭaが回転数Ｎ_a1、トルクＴ_aで回転している場合の出力と、第２モータＭbが回転数Ｎ_b1、トルクＴ_bで回転している場合の出力とが等しい場合、下記の式が導かれる。
Ｎ_b1Ｔ_b＝Ｎ_a1Ｔ_a

【0054】

第1入力歯車対４０のギヤ比、すなわち第1モータＭaのギヤ比をＧ_a、第２入力歯車対４６のギヤ比、すなわち第２モータＭbのギヤ比をＧ_b、第1サンギヤ１８の歯数をＺ_DP、第２サンギヤ２０の歯車をＺ_SP、最終減速機１４のギヤ比をＧ_dとすると、第1モータＭaの回転数Ｎ_a1及び第２モータＭbの回転数Ｎ_b1は、下記のようになる。
Ｎ_a1＝Ｎ_oＧ_aＺ_DPＧ_d
Ｎ_b1＝Ｎ_oＧ_bＺ_SPＧ_d

【0055】

そして、ラビニヨ式遊星歯車のギヤ比をρ＝Ｚ_DP／Ｚ_SPとすると、トルク比α は下記の式（１）で定義される。

【0056】

１モータ駆動時の第２モータＭbの回転数をＮ_b1とし、１モータ駆動から２モータ駆動に切り替えた場合の第1モータＭaの回転数Ｎ_a2及び第２モータＭbの回転数Ｎ_b2とする。１モータ駆動から２モータ駆動への切り替え時は、１モータ駆動時における第２モータＭbの出力Ｎ_b1Ｔ_bと、２モータ駆動に移行直後の第1モータＭa及び第２モータＭbの合計出力であるＮ_a2Ｔ_a＋Ｎ_b2Ｔ_bとが下記の式のように等しくなる。
Ｎ_a2Ｔ_a＋Ｎ_b2Ｔ_b＝Ｎ_b1Ｔ_b

【0057】

上記の式と式（１）とから、下記の式（２）、（３）が導かれる。

【0058】

図６では、１モータ駆動で第２モータＭbが回転数Ｎ_b1で回転する場合、及び２モータ駆動で第２モータＭbが回転数Ｎ_b2で回転する場合のいずれであっても、第２モータＭbのトルクＴ_bは同じである。従って、第1モータＭaのトルクＴ_aが、第２モータＭbのトルクＴ_bよりも大きくなるほど上記の式（１）で示したトルク比αは小さくなり、動作点は、図６の左上に移動していく。

【0059】

続いて、車両の最高車速条件における各々のモータの回転数及びトルクについて説明する。図７は、車両が最大車速に加速する場合の第1モータＭa及び第２モータＭbの各々の動作点の変化の一例を示した概略図である。

【0060】

図７において、第1モータＭa及び第２モータＭbの各々の出力軸の回転数を同一のＮ_oとすると、上記の式（２）から下記の式（４）が定義される。

【0061】

複数のギヤ比Ｇ_ｂ、Ｇ_ｄを用いて表される、１モータ駆動時の総減速比Ｇ_totalを大きくすれば、第２モータＭbの動作点が高回転低トルク側になることにより効率の低い領域を使う頻度が下がり、電動車両の駆動装置１０の効率が全体として向上する。ただしモータの回転数には上限があるため、Ｇ_totalには限度がある。本実施形態では、高速時の２モータ駆動の条件からＧ_totalが最大となる条件を導く。

【0062】

Ｇ_totalを大きくするためには第２モータＭbの回転数は上限回転数Ｎ_bNmaxとし、かつ第２モータＭbのトルクＴ_bを抑制する。また、第1モータＭaの動作点は、出力が最大となるＰ_a＝Ｎ_aＴ_a 線上、第２モータＭbの動作点は、Ｎ_b2＝Ｎ_bNmax線上とすると、電動車両の最大車速時の出力Ｐ_Vmaxが、２モータ駆動時において、第1モータＭaの回転数Ｎ_a2、トルクＴ_a、第２モータＭbの回転数Ｎ_b2、トルクＴ_bで達成されるとすると、下記の関係式が導かれる。

【0063】

そして、式（４）に基づいて、高速時の２モータ駆動の条件から導かれる総減速比Ｇ_totalは、下記の式（５）で表される。

【0064】

１モータ駆動から２モータ駆動に円滑に移行するには、式（４）が示す１モータ駆動時の総減速比Ｇ_totalと、式（５）が示す、高速時の２モータ駆動の条件から導かれる総減速比Ｇ_totalとの偏差が小さいことが望ましい。本実施形態では、下記の式（６）に示したように、当該偏差差が所定値、例えば０．０５未満になるようにして、各々のモータの回転数、ギヤ比及びトルクの設定条件を決定する。

【0065】

また、Ｎ_a2＜Ｎ_aNmaxである必要があることを前提として、式（２）の関係を用いると、トルク比αについて下記の式が得られる。

【0066】

式（４）及びＰ_Vmax＝Ｎ_VmaxＴ_Vmaxであることにより、下記の式（７）が得られる。

【0067】

上記の式（６）、（７）より、総減速比Ｇ_totalを最大化し効率を向上させるギヤ比等の設定条件である式（８）、（９）が得られる。式（８）の左辺は、式（４）が示す総減速比Ｇ_totalと、式（５）が示す総減速比Ｇ_totalとの差分である。また、式（９）の右辺は、２モータ駆動時における最大車速時の電動車両の駆動輪の出力と第1モータＭaの最大出力との差分に第1モータＭaの上限回転数を乗算して得た値を、第２モータＭaの上限回転数と第1モータＭaの最大出力との積で除算して得られる値である。

【0068】

続いて、最大加速条件における第1モータＭa及び第２モータＭbの各々の動作点について説明する。図８は、第1モータＭa及び第２モータＭbの各々で最大加速をした場合の動作点の変化を示した概略図である。

【0069】

図８では、２モータ駆動時に、最大トルクＴ_Tmaxを出力可能する際の第1モータＭa及び第２モータＭbの各々の回転数Ｎ_Tmaxを示した動作点（Ｎ_Tmax、Ｔ_Tmax）に至るまでの第1モータＭa及び第２モータＭbの各々の動作点の変化を示している。前述のように、総減速比Ｇ_totalを大きくすることにより、最大加速性能を向上させることができる。また、低回転領域ではモータの回転数を高くした方が効率がよいので、同じ出力を得る場合に２モータ駆動として各々のモータの回転数を下げるよりも1モータ駆動とした方が効率がよいことが分かる。

【0070】

従って、最大加速条件下では、図８の最大トルクＴ_bTmaxに従って第２モータＭbを１モータ駆動させ、第２モータＭｂの出力が定格出力を超えるような場合、すなわち、第２モータＭbの回転数が上昇し第２モータＭｂの出力が定格出力Ｐ_bに達した場合に、第1モータＭaも回転させる２モータ駆動に切り替えることが合理的であると推測できる。

【0071】

第1モータＭaの最大トルクが第２モータＭbの最大トルクを上回るような場合、まず、第1モータＭaを回転させ、第1モータＭaの回転数が上昇し第１モータＭａの出力が定格出力Ｐ_aに達した場合に、第２モータＭbも回転させる２モータ駆動に切り替えるようにしてもよい。

【0072】

実際の電動車両の走行では、第２モータＭb（又は第1モータＭa）が過負荷になることを回避するために、第２モータＭb（第1モータＭa）の回転数が最大値以下の所定の回転数に達する所定の回転数となった場合に、第1モータＭa（又は第２モータＭb）も回転させる２モータ駆動に切り替えることがより合理的である。

【0073】

図９は、総減速比Ｇtotalとモード走行時の損失の計算例を示した概略図である。図９に示したように、総減速比Ｇ_totalを大きくすると損失が減少し、効率が向上することがわかる。

【0074】

以上説明したように、本実施形態では、１モータ駆動において第１モータの回転数を高めに制御して第１モータの回転数が所定の回転数に達した場合に、第２モータも第１モータと共に駆動する２モータ駆動を行うことにより、電動車両を駆動開始から効率よく加速することが可能となる。

【0075】

かかる加速を可能にするために、本実施形態では、式（８）に示したように、式（４）に示す総減速比Ｇ_totalと、式（５）に示す総減速比Ｇ_totalとの差分を所定値未満に抑制する。また、式（９）に示したように、第２モータと第１モータとのトルク比が、右辺は、２モータ駆動時における最大車速時の駆動輪への出力と第1モータＭaの最大出力との差分に第1モータＭaの上限回転数を乗算して得た値を、第２モータＭaの上限回転数と第1モータＭaの最大出力との積で除算して得られる値未満であるように構成する。

【0076】

以上のように、本実施形態では、電動車両を駆動開始から効率よく加速することが可能となる総減速比Ｇ_total及びトルク比等の仕様を定量化でき、駆動効率が良好な電動車両の設計に資する。

【符号の説明】

【0077】

１０ 駆動装置
１２ 遊星歯車機構
１４ 最終減速機
１６ 駆動輪
４０ 第1入力歯車対
４６ 第２入力歯車対
Ｍa 第1モータ
Ｍb 第２モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】