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(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】P2022172662
(43)【公開日】2022-11-17
(54)【発明の名称】ハイブリッド駆動装置
(51)【国際特許分類】
B60K 6/445 20071001AFI20221110BHJP
B60W 10/08 20060101ALI20221110BHJP
B60W 20/10 20160101ALI20221110BHJP
B60L 15/20 20060101ALI20221110BHJP
B60L 50/16 20190101ALI20221110BHJP
【ＦＩ】
B60K6/445 ZHV
B60W10/08 900
B60W20/10
B60L15/20 S
B60L50/16
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021078713
(22)【出願日】2021-05-06
(71)【出願人】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100126664
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 慎吾
(74)【代理人】
【識別番号】100154852
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 太一
(74)【代理人】
【識別番号】100194087
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 伸一
(72)【発明者】
【氏名】笠岡 広太
(72)【発明者】
【氏名】阿部 典行
【テーマコード（参考）】
3D202
5H125
【Ｆターム（参考）】
3D202AA03
3D202BB11
3D202BB52
3D202CC01
3D202EE10
5H125AA01
5H125AC08
5H125AC12
5H125BA04
5H125EE08
(57)【要約】
【課題】装置構成に要する費用が嵩むことを抑制することができるハイブリッド駆動装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド駆動装置１０は、遊星歯車機構１５を備える。遊星歯車機構１５は、共線図上で順次に配列されるサン軸（Ｓ）２２、キャリア軸（Ｃ）２７及びリング軸（Ｒ）２５を備える。ハイブリッド駆動装置１０は、サン軸２２に接続される内燃機関１１及び第１回転電機１３と、リング軸２５に接続される第２回転電機１４と、キャリア軸２７に接続される駆動軸１８とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】ハイブリッド駆動装置１０は、遊星歯車機構１５を備える。遊星歯車機構１５は、共線図上で順次に配列されるサン軸（Ｓ）２２、キャリア軸（Ｃ）２７及びリング軸（Ｒ）２５を備える。ハイブリッド駆動装置１０は、サン軸２２に接続される内燃機関１１及び第１回転電機１３と、リング軸２５に接続される第２回転電機１４と、キャリア軸２７に接続される駆動軸１８とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
共線図上で順次に配列される第１回転要素、第２回転要素及び第３回転要素を有する遊星歯車機構と、
前記第１回転要素に接続される内燃機関及び第１回転電機と、
前記第２回転要素に接続される駆動軸と、
前記第３回転要素に接続される第２回転電機と、
を備える
ことを特徴とするハイブリッド駆動装置。
前記第１回転要素に接続される内燃機関及び第１回転電機と、
前記第２回転要素に接続される駆動軸と、
前記第３回転要素に接続される第２回転電機と、
を備える
ことを特徴とするハイブリッド駆動装置。
【請求項2】
前記第１回転電機の回転数を制御することによって前記遊星歯車機構の動作状態を設定する制御装置を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド駆動装置。
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ハイブリッド駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば、遊星歯車機構の２つの入力要素に接続される２つの回転電機を備える駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１８－１１７４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上記した従来技術の駆動装置では、遊星歯車機構の機械損失を低減するために、遊星歯車機構の差動を抑制している。しかしながら、例えば、勾配路等での車両の静止状態で回転電機の適宜の相にのみに電流が集中して流れる同相通電が許容される場合、回転電機の通電を制御する素子等に対して所定以上の耐熱性を確保する必要が生じる。
【0005】
本発明は、装置構成に要する費用が嵩むことを抑制することが可能なハイブリッド駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係るハイブリッド駆動装置（例えば、実施形態でのハイブリッド駆動装置１０）は、共線図上で順次に配列される第１回転要素（例えば、実施形態でのサンギヤ２１及びサン軸（Ｓ）２２）、第２回転要素（例えば、実施形態でのキャリア２６及びキャリア軸（Ｃ）２７）及び第３回転要素（例えば、実施形態でのリングギヤ２４及びリング軸（Ｒ）２５）を有する遊星歯車機構（例えば、実施形態での遊星歯車機構１５）と、前記第１回転要素に接続される内燃機関（例えば、実施形態での内燃機関（Ｅ）１１）及び第１回転電機（例えば、実施形態での第１回転電機（ＭＧ１）１３）と、前記第２回転要素に接続される駆動軸（例えば、実施形態での駆動軸（ＤＳ）１８）と、前記第３回転要素に接続される第２回転電機（例えば、実施形態での第２回転電機（ＭＧ２）１４）と、を備える。
（１）本発明の一態様に係るハイブリッド駆動装置（例えば、実施形態でのハイブリッド駆動装置１０）は、共線図上で順次に配列される第１回転要素（例えば、実施形態でのサンギヤ２１及びサン軸（Ｓ）２２）、第２回転要素（例えば、実施形態でのキャリア２６及びキャリア軸（Ｃ）２７）及び第３回転要素（例えば、実施形態でのリングギヤ２４及びリング軸（Ｒ）２５）を有する遊星歯車機構（例えば、実施形態での遊星歯車機構１５）と、前記第１回転要素に接続される内燃機関（例えば、実施形態での内燃機関（Ｅ）１１）及び第１回転電機（例えば、実施形態での第１回転電機（ＭＧ１）１３）と、前記第２回転要素に接続される駆動軸（例えば、実施形態での駆動軸（ＤＳ）１８）と、前記第３回転要素に接続される第２回転電機（例えば、実施形態での第２回転電機（ＭＧ２）１４）と、を備える。
【0007】
（２）上記（１）に記載のハイブリッド駆動装置は、前記第１回転電機の回転数を制御することによって前記遊星歯車機構の動作状態を設定する制御装置（例えば、実施形態での制御装置３０）を備えてもよい。
【発明の効果】
【0008】
上記（１）によれば、第１回転電機とともに第１回転要素に接続される内燃機関を備えることによって、内燃機関の大きさの増大を抑制しながら、第１回転電機及び第２回転電機の回転数の組み合わせを適宜に設定することができる。例えば、各回転電機での同相通電を回避することによって、通電を制御する素子等に対して高い耐熱性の確保が必要になることを抑制し、装置構成に要する費用が嵩むことを抑制することができる。
【0009】
上記（２）によれば、制御装置による制御が複雑になることを抑制しながら、遊星歯車機構の各回転要素の回転数を設定して、駆動軸の駆動力を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施形態でのハイブリッド駆動装置を搭載する車両の構成図。
【図2】本発明の実施形態でのハイブリッド駆動装置の制御装置の機能構成の一例を示すブロック図。
【図3】本発明の実施形態でのハイブリッド駆動装置の遊星歯車機構の各回転要素の共線図（速度線図）の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態に係るハイブリッド駆動装置について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、実施形態でのハイブリッド駆動装置１０を搭載する車両１の構成図である。
図１に示すように、ハイブリッド駆動装置１０は、例えば、車両１に搭載される動力源である。
ハイブリッド駆動装置１０は、例えば、内燃機関１１と、ハウジング１２の内部に収容される第１回転電機１３、第２回転電機１４、遊星歯車機構１５、動力伝達機構１６及びディファレンシャル機構１７と、駆動軸１８とを備える。
図１は、実施形態でのハイブリッド駆動装置１０を搭載する車両１の構成図である。
図１に示すように、ハイブリッド駆動装置１０は、例えば、車両１に搭載される動力源である。
ハイブリッド駆動装置１０は、例えば、内燃機関１１と、ハウジング１２の内部に収容される第１回転電機１３、第２回転電機１４、遊星歯車機構１５、動力伝達機構１６及びディファレンシャル機構１７と、駆動軸１８とを備える。
【0012】
内燃機関（Ｅ）１１は、ハウジング１２の外部に配置されている。内燃機関１１のクランク軸１１ａは、後述するようにハウジング１２の内部でダンパー１９を介してサン軸２２に接続されている。
ハウジング１２は、後述するサン軸２２を支持する複数の軸受２０を備える。
ハウジング１２は、後述するサン軸２２を支持する複数の軸受２０を備える。
【0013】
第１回転電機（ＭＧ１）１３は、ハウジング１２の内部に固定される第１ステータ１３ａと、後述するサン軸２２に直結される第１ロータ１３ｂとを備える。第１回転電機１３の中心軸線は、サン軸２２の中心軸線と同一である。
第２回転電機（ＭＧ２）１４は、ハウジング１２の内部に固定される第２ステータ１４ａと、後述するリング軸２５に直結される第２ロータ１４ｂとを備える。第２回転電機１４の中心軸線は、リング軸２５の中心軸線と同一である。
第２回転電機（ＭＧ２）１４は、ハウジング１２の内部に固定される第２ステータ１４ａと、後述するリング軸２５に直結される第２ロータ１４ｂとを備える。第２回転電機１４の中心軸線は、リング軸２５の中心軸線と同一である。
【0014】
遊星歯車機構１５は、例えば、いわゆる２つの太陽歯車ＫとキャリアＨとによって基本軸（入力軸、出力軸及び補助軸）が構成される２Ｋ－Ｈ型の遊星歯車機構である。
遊星歯車機構１５は、サンギヤ２１及びサン軸（Ｓ）２２と、複数のプラネタリギヤ２３と、リングギヤ２４及びリング軸（Ｒ）２５と、キャリア２６及びキャリア軸（Ｃ）２７とを備える。
遊星歯車機構１５は、サンギヤ２１及びサン軸（Ｓ）２２と、複数のプラネタリギヤ２３と、リングギヤ２４及びリング軸（Ｒ）２５と、キャリア２６及びキャリア軸（Ｃ）２７とを備える。
【0015】
サンギヤ２１は外歯車である。サンギヤ２１は複数のプラネタリギヤ２３に噛み合う。サンギヤ２１の中心軸であるサン軸２２は、第１回転電機１３の第１ロータ１３ｂに直結されている。サン軸２２は、ハウジング１２の内部に固定される複数の軸受２０によって支持されるとともに、ダンパー１９を介してクランク軸１１ａに連結されている。
複数のプラネタリギヤ２３の各々は外歯車である。複数のプラネタリギヤ２３はサンギヤ２１及びリングギヤ２４に噛み合う。
リングギヤ２４は内歯車である。リングギヤ２４は複数のプラネタリギヤ２３に噛み合う。リングギヤ２４の中心軸であるリング軸２５は、第２回転電機１４の第２ロータ１４ｂに直結されている。
キャリア２６は、複数のプラネタリギヤ２３の各々の中心軸を支持する。キャリア２６の中心軸であるキャリア軸２７は、動力伝達機構１６に直結されている。
複数のプラネタリギヤ２３の各々は外歯車である。複数のプラネタリギヤ２３はサンギヤ２１及びリングギヤ２４に噛み合う。
リングギヤ２４は内歯車である。リングギヤ２４は複数のプラネタリギヤ２３に噛み合う。リングギヤ２４の中心軸であるリング軸２５は、第２回転電機１４の第２ロータ１４ｂに直結されている。
キャリア２６は、複数のプラネタリギヤ２３の各々の中心軸を支持する。キャリア２６の中心軸であるキャリア軸２７は、動力伝達機構１６に直結されている。
【0016】
動力伝達機構１６は、例えば、複数のギヤ、ベルト及びチェーン等の機械要素の少なくともいずれかを備える。動力伝達機構１６は、例えば、キャリア軸２７に直結されるギヤ１６ａと、ディファレンシャル機構１７に直結されるギヤ１６ｂとの間で動力を伝達する。
ディファレンシャル機構１７は駆動軸（ＤＳ）１８に連結されている。
ディファレンシャル機構１７は駆動軸（ＤＳ）１８に連結されている。
【0017】
図２は、実施形態でのハイブリッド駆動装置１０の制御装置３０の機能構成の一例を示すブロック図である。
制御装置３０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵなどのプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びタイマーなどの電子回路を備えるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。制御装置３０の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などの集積回路であってもよい。
図２に示すように、制御装置３０は、例えば、回転数フィードバック部３１と、回転数制御部３２と、第１演算部３３と、第２演算部３４と、第３演算部３５とを備える。
制御装置３０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵなどのプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びタイマーなどの電子回路を備えるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。制御装置３０の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などの集積回路であってもよい。
図２に示すように、制御装置３０は、例えば、回転数フィードバック部３１と、回転数制御部３２と、第１演算部３３と、第２演算部３４と、第３演算部３５とを備える。
【0018】
回転数フィードバック部３１は、第１回転電機１３の回転数の目標値である目標回転数ＴＮＥ（ＭＧ１）と、第１回転電機１３の実際の回転数である実回転数ＮＥ（ＭＧ１）との差分を算出する。
回転数制御部３２は、回転数フィードバック部３１から出力される目標回転数ＴＮＥ（ＭＧ１）と実回転数ＮＥ（ＭＧ１）との差分に基づく制御増幅によって、実回転数ＮＥ（ＭＧ１）を目標回転数ＴＮＥ（ＭＧ１）に一致させるために必要となる第１回転電機１３のトルクに対する指令値である第１指令トルクＴＣ１（ＭＧ１）を算出する。
回転数制御部３２は、回転数フィードバック部３１から出力される目標回転数ＴＮＥ（ＭＧ１）と実回転数ＮＥ（ＭＧ１）との差分に基づく制御増幅によって、実回転数ＮＥ（ＭＧ１）を目標回転数ＴＮＥ（ＭＧ１）に一致させるために必要となる第１回転電機１３のトルクに対する指令値である第１指令トルクＴＣ１（ＭＧ１）を算出する。
【0019】
第１演算部３３は、図３及び下記数式（１）に基づいて、回転数制御部３２から出力される第１指令トルクＴＣ１（ＭＧ１）に、リングギヤ２４とサンギヤ２１とのギヤ比（つまり、リングギヤ２４の歯数Ｚｒとサンギヤ２１の歯数Ｚｓとの比（＝Ｚｒ／Ｚｓ））αによる所定の第１係数（（１＋α）／２）を乗算する。
図３は、実施形態でのハイブリッド駆動装置１０の遊星歯車機構１５の各回転要素（第１回転電機１３に直結されたサン軸２２、第２回転電機１４に直結されたリング軸２５及び駆動軸１８に連結されたキャリア軸２７）の共線図（速度線図）の一例である。図３に示すように、共線図の縦軸は回転数であり、共線図の横軸はギヤ比αに応じたパラメータである。リング軸（Ｒ）２５、駆動軸（ＤＳ）１８及びサン軸（Ｓ）２２の各回転数ωｒ，ωｃ，ωｓは、共線図の同一直線上で順次に配列されている。サン軸２２のトルクτｓと、リング軸２５のトルクτｒと、キャリア軸２７のトルクτｃとは、ギヤ比αに応じた下記数式（１）を満たす。
図３は、実施形態でのハイブリッド駆動装置１０の遊星歯車機構１５の各回転要素（第１回転電機１３に直結されたサン軸２２、第２回転電機１４に直結されたリング軸２５及び駆動軸１８に連結されたキャリア軸２７）の共線図（速度線図）の一例である。図３に示すように、共線図の縦軸は回転数であり、共線図の横軸はギヤ比αに応じたパラメータである。リング軸（Ｒ）２５、駆動軸（ＤＳ）１８及びサン軸（Ｓ）２２の各回転数ωｒ，ωｃ，ωｓは、共線図の同一直線上で順次に配列されている。サン軸２２のトルクτｓと、リング軸２５のトルクτｒと、キャリア軸２７のトルクτｃとは、ギヤ比αに応じた下記数式（１）を満たす。
【0020】
【数1】
【0021】
第２演算部３４は、上記数式（１）に基づいて、駆動軸１８のトルクの指令値に関連するキャリア軸２７のトルクの指令値である駆動指令トルクＴＣＡに対して第１演算部３３から出力されるトルク値を減算する。
第３演算部３５は、上記数式（１）に基づいて、第２演算部３４から出力されるトルク値に、ギヤ比αによる所定の第２係数（２α／（１＋α））を乗算することによって、第２回転電機１４のトルクに対する指令値である第２指令トルクＴＣ２（ＭＧ２）を算出する。
第３演算部３５は、上記数式（１）に基づいて、第２演算部３４から出力されるトルク値に、ギヤ比αによる所定の第２係数（２α／（１＋α））を乗算することによって、第２回転電機１４のトルクに対する指令値である第２指令トルクＴＣ２（ＭＧ２）を算出する。
【0022】
制御装置３０は、例えば車両１の運転者の要求に応じた駆動指令トルクＴＣＡを設定した場合、各回転電機１３，１４の回転数、トルク及び損失（又は効率）の対応関係を示す特性データを参照して、第１回転電機１３及び第２回転電機１４の全体での損失を最小とするように目標回転数ＴＮＥ（ＭＧ１）を設定する。
【0023】
制御装置３０は、例えば車両１が勾配路で静止状態となる場合等のように、第１回転電機１３及び第２回転電機１４の駆動時にキャリア軸２７の回転数ωｃがゼロになる場合、各回転電機１３，１４での同相通電を回避するように、第１回転電機１３又は第２回転電機１４の回転数を増大させることによって、遊星歯車機構１５を差動動作させる。
【0024】
上述したように、実施形態のハイブリッド駆動装置１０は、各回転電機１３，１４での同相通電を回避しながら、回転数の組み合わせを適宜に設定することができ、通電を制御する素子等に対して高い耐熱性の確保が必要になることを抑制し、装置構成に要する費用が嵩むことを抑制することができる。
第１回転電機（ＭＧ１）１３及び第２回転電機（ＭＧ２）１４による動力合成で駆動軸（ＤＳ）１８を駆動することができることに加えて、サンギヤ２１及びサン軸（Ｓ）２２に第１回転電機（ＭＧ１）１３とともに接続される内燃機関（Ｅ）１１を備えることによって、内燃機関１１の大きさを車両１の平均走行エネルギー相当まで小さくすることができる。
また、内燃機関１１の一部又は全ての気筒を休止させる気筒休止との組み合わせによってエネルギー効率を向上させることができる。
また、出力密度が大きなバッテリと組み合わせることができ、例えば、内燃機関１１の動力等による第１回転電機１３の発電で得られる電力を、バッテリを介した電圧変換によって第２回転電機１４等に供給することができる。
第１回転電機（ＭＧ１）１３及び第２回転電機（ＭＧ２）１４による動力合成で駆動軸（ＤＳ）１８を駆動することができることに加えて、サンギヤ２１及びサン軸（Ｓ）２２に第１回転電機（ＭＧ１）１３とともに接続される内燃機関（Ｅ）１１を備えることによって、内燃機関１１の大きさを車両１の平均走行エネルギー相当まで小さくすることができる。
また、内燃機関１１の一部又は全ての気筒を休止させる気筒休止との組み合わせによってエネルギー効率を向上させることができる。
また、出力密度が大きなバッテリと組み合わせることができ、例えば、内燃機関１１の動力等による第１回転電機１３の発電で得られる電力を、バッテリを介した電圧変換によって第２回転電機１４等に供給することができる。
【0025】
キャリア軸２７に接続される駆動軸（ＤＳ）１８の要求出力に対して、異なる特性を有する第１回転電機１３及び第２回転電機１４の各々を効率の良い動作点で動作させて得られる動力を合成して出力することができる。これにより、各回転電機１３，１４を広範囲の回転領域で高い効率で動作させることができる。
【0026】
（変形例）
以下、実施形態の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同一部分については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
以下、実施形態の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同一部分については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
【0027】
上述した実施形態では、内燃機関１１のクランク軸１１ａは、サン軸２２に接続されるとしたが、これに限定されず、リング軸２５に接続されてもよい。
【0028】
上述した実施形態では、内燃機関１１と同一の回転要素に接続される回転電機、例えばサンギヤ２１に接続される第１回転電機１３は、例えばウォーターポンプ、オイルポンプ及び空調装置のコンプレッサ等の車両１に搭載される補機の一部を構成してもよい。
【0029】
上述した実施形態では、ハイブリッド駆動装置１０は、内燃機関１１のクランク軸１１ａの逆回転を回避するために、ワンウェイクラッチを備えてもよいし、内燃機関１１と同一の回転要素に接続される回転電機、例えばサンギヤ２１に接続される第１回転電機１３からのトルクによって内燃機関１１を規制してもよい。
【0030】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0031】
１…車両、１０…ハイブリッド駆動装置、１１…内燃機関、１２…ハウジング、１３…第１回転電機、１４…、第２回転電機、１５…遊星歯車機構、１６…動力伝達機構、１７…ディファレンシャル機構、１８…駆動軸（ＤＳ）、２１…サンギヤ（第１回転要素）、２２…サン軸（第１回転要素）、２４…リングギヤ（第３回転要素）、２５…リング軸（第３回転要素）、２６…キャリア（第２回転要素）、２７…キャリア軸（第２回転要素）、３０…制御装置、３１…回転数フィードバック部、３２…回転数制御部、３３…第１演算部、３４…第２演算部、３５…第３演算部。
【図1】
【図2】
【図3】