特許 7415631 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-09

(45)【発行日】2024-01-17

(54)【発明の名称】電動車両の駆動装置

(51)【国際特許分類】

   B60L 3/00 20190101AFI20240110BHJP

   B60K 1/02 20060101ALI20240110BHJP

   B60L 15/20 20060101ALI20240110BHJP

   F16H 3/72 20060101ALI20240110BHJP

   B60L 9/18 20060101ALN20240110BHJP

【ＦＩ】

B60L3/00 J

B60K1/02

B60L15/20 S

F16H3/72 A

B60L9/18 P

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020020435

(22)【出願日】2020-02-10

(65)【公開番号】P2021126030

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2022-10-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 嘉昭

(72)【発明者】

【氏名】中澤 輝彦

(72)【発明者】

【氏名】日下部 誠

(72)【発明者】

【氏名】長田 育充

【審査官】清水 康

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０６３５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０５０７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８７１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１００７０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ １／００ － ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ － １３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ － ５８／４０

Ｂ６０Ｋ １／０２

Ｆ１６Ｈ ３／７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１モータと、第２モータと、前記第１モータ及び前記第２モータの出力を合流させて駆動力を出力する遊星歯車機構と、少なくとも前記第１モータ及び前記第２モータのそれぞれの回転数を制御する制御部と、を有する電動車両の駆動装置であって、
前記第２モータの出力上に前進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を設け、
前記制御部は、前記電動車両がロック状態になり、かつ、前記第１モータまたは前記第２モータがロック状態になった場合に、前記第１モータを前記第２モータの回転方向とは逆方向に回転させ、前記第１モータの回転数を前記第２モータの回転数に前記遊星歯車機構の減速比を含む係数を乗じて決定し、前記電動車両の車速が０となる下記式を満たす前記第１モータの回転数と前記第２モータの回転数とをそれぞれ決定し、前記第２モータの回転数を０の近傍ではない任意の前進方向の回転数とする、
電動車両の駆動装置。

【数1】

ここで、ω１は前記第１モータの回転数、ω２は前記第２モータの回転数、Ｇ１は前記第１モータの減速機構の減速比、Ｇ２は前記第２モータの減速機構の減速比、ρは前記遊星歯車機構の減速比である。

【請求項2】

請求項１に記載の電動車両の駆動装置であって、
前記制御部は、前記第１モータまたは前記第２モータの指令回転数が所定回転数以下であって指令トルクが所定トルク値以上である状態が所定時間以上続いた場合には、前記第１モータまたは前記第２モータがロック状態になったと判定する、
電動車両の駆動装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の電動車両の駆動装置であって、
前記制御部は、前記第１モータまたは前記第２モータのそれぞれのインバータの冷却水温が所定温度以上の場合には、前記第１モータまたは前記第２モータがロック状態になったと判定する、
電動車両の駆動装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の電動車両の駆動装置であって、
前記制御部は、前記電動車両がロック状態であって、前記第１モータのみの出力で前記電動車両を駆動している場合には、前記第１モータおよび前記第２モータの出力で前記電動車両を駆動する、
電動車両の駆動装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の電動車両の駆動装置であって、
前記遊星歯車機構は、前記第１モータが接続される第１入力要素である第１サンギアと、前記第２モータが接続される第２入力要素である第２サンギアと、出力要素であるプラネタリキャリアと、前記プラネタリキャリアに回転可能に支持され、前記第１サンギアと噛み合う内側プラネタリピニオンと、前記プラネタリキャリアに回転可能に支持され、前記第２サンギアおよび前記内側プラネタリピニオンと噛み合う外側プラネタリピニオンと、を含む、
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し、特に２台のモータを有する駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

２台のモータを有する電動車両が知られている。特許文献１には、第１モータと、第２モータと、第１モータ及び第２モータの出力を合流させて駆動力を出力する遊星歯車機構とを有する電動車両の駆動装置が開示されている。

【0003】

上記電動車両は、アクセルペダルが踏み込まれているものの障害物等により動けない状態、又は登り勾配においてずり落ちないようにアクセルペダルを踏むことで停車させる状態のようなロック状態になる場合がある。電動車両がロック状態となった場合には、モータも同様にロック状態となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－１００７０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

モータのロック状態では、モータのロータの位置に応じた特定の相に電流が集中し、当該相のインバータのスイッチング素子の温度が上昇するおそれがある。そのため、電動車両がロック状態となった場合であってもモータのロック状態を回避することができることが望まれている。

【0006】

本発明の目的は、電動車両がロック状態となった場合であってもモータのロック状態を回避することができる電動車両の駆動装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の１つの態様は、第１モータと、第２モータと、第１モータ及び第２モータの出力を合流させて駆動力を出力する遊星歯車機構と、少なくとも第１モータ及び第２モータのそれぞれの回転数を制御する制御部と、を有する電動車両の駆動装置であって、制御部は、電動車両がロック状態になった場合に、第１モータ及び第２モータを回転させる。

【0008】

また、制御部は、電動車両がロック状態になった場合に、第１モータを第２モータの回転方向とは逆方向に回転させることが好適である。

【0009】

また、制御部は、電動車両がロック状態になった場合に、第１モータの回転数を第２モータの回転数に遊星歯車機構の減速比を含む係数を乗じて決定することが好適である。

【0010】

また、制御部は、電動車両がロック状態になった場合に、下記式を満たす第１モータの回転数と第２モータの回転数とをそれぞれ決定する。

【数1】

ここで、ω１は第１モータの回転数（０の近傍ではない任意の値）、ω２は第２モータの回転数（０の近傍ではない任意の値）、Ｇ１は第１モータの減速機構の減速比、Ｇ２は第２モータの減速機構の減速比、ρは遊星歯車機構の減速比である。

【0011】

また、遊星歯車機構は、第１モータが接続される第１入力要素である第１サンギアと、第２モータが接続される第２入力要素である第２サンギアと、出力要素であるプラネタリキャリアと、プラネタリキャリアに回転可能に支持され、第１サンギアと噛み合う内側プラネタリピニオンと、プラネタリキャリアに回転可能に支持され、第２サンギアおよび内側プラネタリピニオンと噛み合う外側プラネタリピニオンと、を含むことが好適である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、電動車両がロック状態となった場合であってもモータのロック状態を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態の一例である駆動装置を示す模式図である。

【図2】実施形態の一例である駆動装置の第１走行モードにおける動力の流れを示す図である。

【図3】実施形態の一例である駆動装置の第２走行モードにおける動力の流れを示す図である。

【図4】実施形態の一例である駆動装置の制御部を示すブロック図である。

【図5】モータロック回避制御の流れを示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。

【0015】

図１を用いて、駆動装置１０について説明する。図１は、駆動装置１０の構成を示す模式図である。

【0016】

本実施形態の一例である駆動装置１０は、電動車両を駆動する装置であって、第１モータＭ１と、第２モータＭ２と、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の出力を合流させて駆動力を出力する遊星歯車機構２０と、少なくとも第１モータＭ１及び第２モータＭ２のそれぞれの回転数を制御する制御部５０（図４参照）とを有する。第１モータＭ１及び第２モータＭ２は、それぞれ遊星歯車機構２０の別の入力要素に接続されている。遊星歯車機構２０の出力要素は差動装置を含む最終減速機構４０を介して左右の駆動輪１１に接続されている。

【0017】

遊星歯車機構２０は、２つの入力要素として、第１モータＭ１が接続される第１サンギア２１と、第２モータＭ２が接続される第２サンギア２２とを有する。第１サンギア２１は、後述するキャリア２４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（以下、内側ピニオン２３とする）と噛み合っている。第２サンギア２２は、プラネタリキャリア（以下、キャリア２４とする）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（以下、外側ピニオン２５とする）と噛み合っている。各内側ピニオン２３は、それぞれ１個の外側ピニオン２５とも噛み合っている。

【0018】

遊星歯車機構２０では、第１サンギア２１、第２サンギア２２及びキャリア２４は共通の軸線周りに回動可能である。キャリア２４は、出力要素として出力ギア２６を有する。出力ギア２６は、差動装置と一体に回転する被駆動ギア４１と共に最終減速歯車対４２を構成する。遊星歯車機構２０は、第１サンギア２１と外側ピニオン２５と内側ピニオン２３からなる第１遊星歯車列２７と、第２サンギア２２と外側ピニオン２５からなる第２遊星歯車列２８とを含む複合型の遊星歯車機構である。第１遊星歯車列２７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２８はシングルピニオン型の遊星歯車列である。

【0019】

第１サンギア２１は、第１入力軸３１に固定される。第１入力軸３１は、第１入力歯車対３２を介して第１モータＭ１の出力軸である第１モータ軸３３に接続されている。なお、第１モータ軸３３そのものを第１入力軸３１としてもよい。第２サンギア２２は、第２入力軸３５に固定される。第２入力軸３５は、第２入力歯車対３６を介して第２モータＭ２の出力軸である第２モータ軸３７に接続されている。なお、第２モータ軸３７そのものを第２入力軸３５としてもよい。

【0020】

第１入力歯車対３２は、第１モータ軸３３と第１入力軸３１の間の伝達機構を代表するものであり、第２入力歯車対３６は、第２モータ軸３７と第２入力軸３５の間の伝達機構を代表するものであり、他の構成、例えば３個以上の歯車から構成される歯車列としてもよい。第１入力歯車対３２及び第２入力歯車対３６に替えて他の速度変換機構、例えばチェーンとスプロケットを含んで伝達機構としてもよい。

【0021】

本実施形態の遊星歯車機構２０は、３要素２自由度の機構であり、３つの要素のうち２つの要素の回転速度が定まると、残りの１つの要素の回転速度が一意に決定される。例えば、第１サンギア２１及び第２サンギア２２の回転速度が定まると、これに応じてキャリア２４の回転速度が決定される。

【0022】

第２モータＭ２から第２サンギア２２に至る伝達系に、電動車両が前進するときの第２サンギア２２の回転方向の回転を許容し、後進方向の回転を阻止するクラッチ要素が設けられている。クラッチ要素は、例えば第２入力軸３５上に設けられたワンウェイクラッチ４５である。

【0023】

駆動装置１０は、第１モータＭ１の出力のみで電動車両を駆動する第１走行モードと、第１モータＭ１と第２モータＭ２との両者の出力により電動車両を駆動する第２走行モードとの２つの走行モードとを有する。第１走行モードは、低速又は低負荷の条件で使用され、第２走行モードは、高速又は高負荷の条件で使用される。

【0024】

図２を用いて、第１走行モードについて説明する。図２は、第１走行モードにおける駆動装置１０の動力の流れを示す図である。

【0025】

第１走行モードでは、第１モータＭ１の出力が第１入力歯車対３２を介して第１入力軸３１及び第１サンギア２１に伝わり第１遊星歯車列２７を動作させる。第１遊星歯車列２７の動作に伴い、第２遊星歯車列２８にもトルクが伝わり、第２サンギア２２を回転させようとするものの、電動車両の前進時において当該回転はワンウェイクラッチ４５により阻止される。

【0026】

これにより、３つの要素のうち、２つの要素（第１サンギア２１、第２サンギア２２）の回転速度が定まり、残りの１つの要素（キャリア２４）の回転速度が定まる。キャリア２４の回転は、最終減速機構４０を介して駆動輪１１に伝わる。一方、車両後進時においては、第２サンギア２２をワンウェイクラッチ４５によって固定することができないので、第２モータＭ２を動作させて第２サンギア２２を固定する又は極めて低速で駆動する。

【0027】

図３を用いて、第２走行モードについて説明する。図３は、第２走行モードにおける駆動装置１０の動力の流れを示す図である。

【0028】

第２走行モードでは、第１モータＭ１の出力が第１入力歯車対３２を介して第１入力軸３１及び第１サンギア２１に伝達される。一方、第２モータＭ２の出力は、第２入力歯車対３６を介して第２入力軸３５及び第２サンギア２２に伝達される。２つの要素（第１サンギア２１、第２サンギア２２）の回転速度が決定されるので、残りの１つの要素（キャリア２４）の回転速度が決定される。

【0029】

また、電動車両が所定速度で走行中においては、キャリア２４の回転速度が電動車両の速度に応じて決定される。第１モータＭ１及び第２モータＭ２のそれぞれの回転速度は、相互に制約を受けるものの変更可能である。したがって、第１モータＭ１及び第２モータＭ２のそれぞれの効率が良い回転速度で運転することで、駆動装置１０の電力消費を少なくすることができる。なお、第２モータＭ２は、ワンウェイクラッチ４５により後進方向の回転が阻止されているので、第２走行モードは後進時には使用できない。

【0030】

図４を用いて、制御部５０について説明する。図４は、制御部５０を示すブロック図である。

【0031】

制御部５０は、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の出力を制御するものである。第１モータＭ１及び第２モータＭ２の出力には、少なくとも第１モータＭ１及び第２モータＭ２のそれぞれの回転数が含まれる。制御部５０は、第１モータＭ１と、第２モータＭ２と、電動車両のアクセル開度センサー５５と、電動車両の車速センサー５６とに接続される。

【0032】

制御部５０には、制御を実行する演算処理装置としてのＣＰＵと、ＣＰＵに接続される記憶装置としてのＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）とが搭載される。また、制御部５０は、電動車両に要求される駆動力を算出する要求駆動力算出部５１と、電動車両の通常運転の場合に第１モータＭ１及び第２モータＭ２の出力を制御する通常時制御部５２と、電動車両がロック状態の場合に第１モータＭ１及び第２モータＭ２の出力を制御するロック時制御部５３とを有する。

【0033】

要求駆動力算出部５１は、アクセル開度センサー５５が取得する電動車両のアクセル開度と、電動車両の車速センサー５６が取得する車速とに基づいて電動車両の駆動装置１０に要求される駆動力を算出する。通常時制御部５２は、電動車両が通常運転の場合に、要求駆動力算出部５１によって算出された要求駆動力に基づいて第１モータＭ１及び第２モータＭ２の指令値を決定して、当該指令値を第１モータＭ１及び第２モータＭ２にそれぞれ送信する。第１モータＭ１及び第２モータＭ２の指令値には、少なくとも第１モータＭ１及び第２モータＭ２のそれぞれの回転数及びトルクの指令値が含まれる。

【0034】

ロック時制御部５３は、電動車両の駆動装置１０のロック時において、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の指令値を決定して、当該指令値を第１モータＭ１及び第２モータＭ２に送信する。第１モータＭ１及び第２モータＭ２の指令値には、少なくとも第１モータＭ１及び第２モータＭ２のそれぞれの回転数の指令値が含まれる。電動車両のロック時とは、例えばアクセルペダルが踏み込まれているものの障害物等により動けない状態、又は登り勾配においてずり落ちないようにアクセルペダルを踏むことで停車させる状態の時である。

【0035】

図５を用いて、モータロック回避制御Ｓ１０について説明する。図５は、モータロック回避制御Ｓ１０の流れを示すフローである。

【0036】

モータロック回避制御Ｓ１０は、電動車両がロック状態の場合であっても、制御部５０によって第１モータＭ１及び第２モータＭ２をそれぞれ回転させることによって、第１モータＭ１及び第２モータＭ２がロック状態になることを回避する制御である。モータロック回避制御Ｓ１０によれば、電動車両がロック状態の場合であっても、第１モータＭ１及び第２モータＭ２がロック状態になることを回避することができる。

【0037】

ステップＳ１１において、通常時制御部５２は、駆動装置１０の走行モードを決定し、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の指令値を決定し、当該指令値を第１モータＭ１及び第２モータＭ２にそれぞれ送信する。第１モータＭ１及び第２モータＭ２の指令値には、少なくとも第１モータＭ１及び第２モータＭ２のそれぞれの回転数及びトルクの指令値が含まれる。

【0038】

ステップＳ１２において、通常時制御部５２は、電動車両がロック状態であるかどうかを確認する。具体的には、例えば第１モータＭ１又は第２モータＭ２の指令回転数が所定回転数以下であって指令トルクが所定トルク値以上である状態が所定時間以上続いた場合には、電動車両がロック状態であると判定する。また、例えば第１モータＭ１又は第２モータＭ２のそれぞれのインバータの冷却水温が所定温度以上の場合には電動車両がロック状態であると判定してもよい。電動車両がロック状態であればステップＳ１３に移行し、電動車両がロック状態でなければモータロック回避制御Ｓ１０を終了する。

【0039】

ステップＳ１３において、ロック時制御部５３は、現在の走行モードが第１走行モードであるかどうかを確認する。現在の走行モードが第１走行モードであれば、ステップＳ１４に移行し、走行モードを第２走行モードに変更する。

【0040】

ステップＳ１５において、ロック時制御部５３は、第１モータＭ１の回転数ω１の回転数を式（１）に示す値と決定し、第２モータＭ２の回転数ω２をα（０の近傍ではない任意の正値）と決定して、第１モータＭ１及び第２モータＭ２に送信する。

【数2】

ここで、上述したようにαは、０の近傍ではない任意の正値とする。なお、正値とは、電動車両が前進する場合のモータの回転数の方向を正としたときの回転数である。また、本実施形態の駆動装置１０では、ワンウェイクラッチ４５により後進方向の回転が阻止されているためαを０の近傍ではない任意の正値としているものの、ワンウェイクラッチ４５が設けられない駆動装置では、αを０の近傍ではない任意値としてもよい。

【0041】

以下では、式（１）による回転数ω１の算出方法について説明する。
駆動装置１０では、車速Ｖと第１モータＭ１の回転数ω１及び第２モータＭ２の回転数ω２の関係は以下の式（２）で与えられる。

【数3】

ここで、車速：Ｖ［ｋｍ／ｈ］、駆動輪１１の半径：Ｒｔｉｒｅ［ｍ］、最終減速機構４０の減速比：Ｇｆ、第１モータＭ１の減速機構の減速比：Ｇ１、第２モータＭ２の減速機構の減速比：Ｇ２、遊星歯車機構２０の減速比：ρとする。なお、第１モータＭ１の減速機構の減速比とは、第１モータＭ１から第１サンギア２１までの減速比である。第２モータＭ２の減速機構の減速比とは、第２モータＭ２から第２サンギア２２までの減速比である。遊星歯車機構２０の減速比とは、第１サンギア２１又は第２サンギア２２から出力ギア２６までの減速比である。

【0042】

式（２）において、電動車両がロック状態の場合には、Ｖ＝０ｋｍ/ｈとなる。このとき、回転数ω１及び回転数ω２は式（２）を展開して以下の関係が成り立つ。

【数4】

第１モータＭ１及び第２モータＭ２をそれぞれ回転させるために、式（３）を満たすべく、ω２の指令値として０ｒｐｍ近傍ではない正値を決定し、ω１の指令値として式（３）を満たす値、すなわち上述した式（１）を決定すればよい。

【0043】

本実施形態の一例である駆動装置１０の効果について説明する。駆動装置１０によれば、モータロック回避制御Ｓ１０によって電動車両がロック状態の場合であっても、第１モータＭ１及び第２モータＭ２をそれぞれ回転させることによって、第１モータＭ１及び第２モータＭ２がロック状態になることを回避することができる。これにより、第１モータＭ１及び第２モータＭ２のロータの位置に応じた特定の相に電流が集中し、当該相のインバータのスイッチング素子の温度が上昇することを回避できる。

【0044】

なお、本発明は上述した実施形態及びその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0045】

１０ 駆動装置、１１ 駆動輪、２０ 遊星歯車機構、２１ 第１サンギア、２３ 内側ピニオン、２４ キャリア、２５ 外側ピニオン、２６ 出力ギア、４０ 最終減速機構、４１ 被駆動ギア、４２ 最終減速歯車対、４５ ワンウェイクラッチ、５０ 制御部、５１ 要求駆動力算出部、５２ 通常時制御部、５３ ロック時制御部、５５ アクセル開度センサー、５６ 車速センサー、Ｓ１０ モータロック回避制御。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】