JP4218671B2 - ハイブリッド車両の動力出力装置 - Google Patents

Description

この発明は、ハイブリッド車両の動力出力装置に関し、特に、モータを駆動制御するパワー制御ユニットとモータとを１つのケースに収めたハイブリッド車両の動力出力装置に関する。

最近、環境性能と走行性能とを兼ね備えた自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、インバータを介して直流電源によって駆動されるモータを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。

現状のハイブリッド自動車において、車両駆動力を発生する動力出力装置は、インバータの大きな箱型ケースがシャーシに固定され、その下にモータケース（トランスアクスル）が配置されるという構成を採っているものが多い。なるべく多くの車種に搭載することができるハイブリッド自動車の動力出力装置について考慮すると、ケースが２個の構成であると車種ごとにその配置が最適化されることになるため、部品の共通化が図りにくい。

本来、組合せて動作することが必要なユニットは１つのケースに収めて一体化してしまうことが望ましい。かかる観点から、特開２００４−３４３８４５号公報（特許文献１）は、モータとインバータとを一体化したハイブリッド車両の駆動装置を開示する。
特開２００４−３４３８４５号公報 特開２００５−３２８３０号公報 特開２００５−７３３９２号公報

ここで、ハイブリッド自動車においては、直流電源からの直流電圧を昇圧コンバータによって昇圧し、その昇圧した直流電圧をインバータに供給されることも検討されている。これは、モータの高出力化とエネルギー効率の向上とを図るものである。

したがって、昇圧コンバータについても、協働動作の観点から、インバータと同様にモータと一体化できれば、部品の共通化および装置の小型化に一層効果的であることは明らかである。

しかしながら、上記の特許文献１に開示されるハイブリッド車両の駆動装置は、モータの上にインバータを載せただけの構造であり、昇圧コンバータをさらに一体化させた構造については全く開示も示唆もされていない。

昇圧コンバータは、一般的に、リアクトルとスイッチング素子からなるチョッパ回路との組合せにより構成される。詳細には、リアクトルには、スイッチング素子のオン／オフに応じて、直流電源からスイッチングされた電流が流れて電力が蓄積される。そして、リアクトルは、その蓄積された電力をスイッチング素子のオン／オフに応じてインバータ側へ供給する。昇圧コンバータは、このような動作を繰り返して、昇圧動作を行なう。

そして、この昇圧動作において、リアクトルのコイルにスイッチングされた電流が流れると、コアを循環する磁束に起因して振動が発生する。この振動は、ボディに伝搬して車室内に騒音をもたらす可能性がある。そのため、従来の動力出力装置では、リアクトルの振動を吸収するための手段が別途設置されていた（たとえば特許文献２および３参照）。

以上のことから、昇圧コンバータをモータと一体化させるにあたっては、装置の小型化に加えて、リアクトルの振動吸収手段の設置についても、十分な配慮が必要とされる。

それゆえ、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータ駆動系が一体化され、かつモータ駆動系のリアクトルの振動を吸収可能なハイブリッド車両の動力出力装置を提供することである。

この発明によれば、駆動軸に動力を出力するハイブリッド車両の動力出力装置は、燃料の燃焼エネルギーを源に動力を発生するエンジンと、エンジンの発生した動力に回転電機の発生した動力を合成して駆動軸に伝達する動力伝達装置と、スイッチング素子とリアクトルとを含み、スイッチング素子のスイッチング動作により電源からの直流電力と、回転電機を駆動制御する交流電力との間の電力変換を行なうパワー制御ユニットと、エンジンに振動伝達可能に連結され、動力伝達装置とパワー制御ユニットとを収容するケースと、エンジンと車体との相対振動を吸収可能にエンジンを車体に懸架する防振装置とを備える。

上記のハイブリッド車両の動力出力装置によれば、リアクトルをモータケースと一体化したことにより、スイッチングされた電流の通電時に発生するリアクトルの振動は、エンジンの振動とともに、エンジンの防振装置によって吸収される。したがって、リアクトルの振動が車体に伝搬するのが抑制されるため、車室内の騒音低減を図ることができる。さらに、新たにリアクトルの振動吸収手段の設置が不要となるため、装置の小型化が促進される。

好ましくは、動力伝達装置は、電源によって駆動されて動力を発生する第１および第２の回転電機と、エンジンの出力を第１の回転電機および駆動軸に機械的に分配する動力分割機構とを含む。パワー制御ユニットは、第１および第２の回転電機にそれぞれ対応して設けられる第１および第２のインバータと、スイッチング素子とリアクトル素子とを有し、スイッチング素子のスイッチング動作により、電源と第１および第２のインバータとの間で電圧変換する電圧変換器とを含む。

上記のハイブリッド車両の動力出力装置によれば、電圧変換動作時に発生するリアクトルの振動がエンジンの防振装置により吸収される。これにより、リアクトルの振動が車体に伝搬するのが抑制されるため、車室内の騒音が低減される。

好ましくは、リアクトルには、スイッチング素子によってスイッチングされた電流が流れる。防振装置は、エンジンおよびケースと車体との間に振動可能に連結された弾性体を有し、弾性体の振動方向が、通電時にリアクトルが振動する方向と略同じとなるように設けられる。

上記のハイブリッド車両の動力出力装置によれば、通電時に発生するリアクトルの振動がエンジンの防振装置によって効率良く吸収される。

好ましくは、防振装置は、弾性体とリアクトルとが略同一直線上を振動するように設けられる。

上記のハイブリッド車両の動力出力装置によれば、通電時に発生するリアクトルの振動がエンジンの防振装置によって効率良く吸収される。

好ましくは、防振装置は、弾性体の振動方向が、通電時に前記リアクトルが振動する方向およびエンジンが振動する方向と略同じとなるように設けられる。

上記のハイブリッド自動車の動力出力装置によれば、防振装置の振動減衰力を最大限に利用することが可能となる。

この発明によれば、リアクトルをモータケースと一体化したことにより、スイッチングされた電流の通電時に発生するリアクトルの振動は、エンジンの振動とともに、エンジンの防振装置によって吸収される。したがって、リアクトルの振動が車体に伝搬するのが抑制されるため、車室内の騒音低減を図ることができる。さらに、新たにリアクトルの振動吸収手段の設置が不要となるため、装置の小型化が促進される。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図１は、この発明の実施の形態によるハイブリッド車両の動力出力装置（以下、「ハイブリッド動力出力装置」と称する）の全体構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態において、ハイブリッド車両は、シリーズ／パラレルハイブリッド車両として説明するが、ハイブリッド車両は、シリーズハイブリッド車両やパラレルハイブリッド車両であってもよい。

図１を参照して、ハイブリッド動力出力装置１００は、エンジンＥＮＧと、バッテリＢと、インバータＩＮＶと、昇圧コンバータ１２と、車輪ＷＨと、トランスアクスル２０と、ＥＣＵ（Electric Control Unit）９０とを備える。

エンジンＥＮＧは、ガソリン等の燃料の燃焼エネルギーを源として駆動力を発生する。バッテリＢは、電力ラインへ直流電力を供給する。バッテリＢは、ニッケル水素、リチウムイオン等の二次電池や燃料電池などが適用される。また、バッテリＢに代わる蓄電装置として、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いても良い。

インバータＩＮＶは、バッテリＢから昇圧コンバータ１２を介して電力ライン８１に供給された直流電力を交流電力に変換して電力ライン８３へ出力する。あるいは、インバータＩＮＶは、電力ライン８１に供給された交流電力を直流電力に変換して電力ライン８２へ出力する。

トランスアクスル２０は、トランスミッションとアクスル（車軸）とを一体構造として備えており、動力分割機構ＰＳＤと、減速機ＲＤと、モータジェネレータＭＧ１と、モータジェネレータＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニット２１とを有する。この発明において、従来、トランスアクスル２０とは独立したケースに収容されていたパワー制御ユニット２１は、トランスアクスル２０に一体化され、同一ケース内に収容される。

動力分割機構ＰＳＤは、エンジンＥＮＧによって生じた駆動力を、減速機ＲＤを介して車輪駆動用の駆動軸へ伝達する経路と、モータジェネレータＭＧ１へ伝達する経路とに分割可能である。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、発電機としても電動機としても機能し得る。モータジェネレータＭＧ１は、概ね発電機として動作することが多いため「発電機」と呼ばれることがあり、モータジェネレータＭＧ２は主として電動機として動作するため「電動機」と呼ばれることがある。

モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構ＰＳＤを介して伝達されたエンジンＥＮＧからの駆動力によって回転されて発電する。モータジェネレータＭＧ１が発電した電力は、電力ライン８３を介してインバータＩＮＶに供給され、バッテリＢの充電電力として、あるいはモータジェネレータＭＧ２の駆動電力として用いられる。

モータジェネレータＭＧ２は、インバータＩＮＶから電力ライン８３に供給された交流電力によって回転駆動される、モータジェネレータＭＧ２によって生じた駆動力は、減速機ＲＤを介して駆動軸へ伝達される。なお、駆動軸にて駆動される車輪ＷＨ以外の車輪（図示せず）については、単なる従動輪としても良いが、さらに図示しない別のモータジェネレータにて駆動されるように構成して、いわゆる四輪駆動システムを構成するようにしても良い。

また、回生制動動作時にモータジェネレータＭＧ２が車輪の減速に伴なって回転される場合には、モータジェネレータＭＧ２に生じた起電力（交流電力）が電力ライン８３へ供給される、この場合には、インバータＩＮＶが電力ライン８３へ供給された電力を直流電力に変換して電力ライン８１へ出力することによりバッテリＢが充電される。

ＥＣＵ９０は、ハイブリッド動力出力装置１００が搭載された自動車を運転者の指示に応じて運転させるために、自動車に搭載された機器・回路群の全体動作を制御する。ＥＣＵ９０は、代表的には、予めプログラムされた所定シーケンスおよび所定演算を実行するためのマイクロコンピュータおよびメモリ（ＲＡＭ，ＲＯＭ等）で構成される。

図２は、図１のハイブリッド動力出力装置１００を搭載した車両におけるモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。

図２を参照して、車両１０００は、電池ユニット４０と、トランスアクスル２０と、制御装置３０と、図示しないエンジンおよび車輪とを含む。

トランスアクスル２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構ＰＳＤと、減速機ＲＤと、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニット２１とを備える。

動力分割機構ＰＳＤは、基本的には、エンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構ＰＳＤとしては、サンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。

動力分割機構ＰＳＤの２つの回転軸（プラネタリキャリヤ，サンギヤ）がエンジンＥＮＧ、モータジェネレータＭＧ１の各回転軸にそれぞれ接続され、他の１つの回転軸（リングギヤ）は減速機ＲＤを介して、もしくは直接的にモータジェネレータＭＧ２に接続されるような構成が考えられる。

なお減速機ＲＤの回転軸は、後に説明するように図示しない減速ギヤやディファレンシャルギヤによって車輪に結合されている。

電池ユニット４０には端子４１，４２が設けられている。また、トランスアクスル２０には端子４３，４４が設けられている。車両１０００は、さらに、端子４１と端子４３とを結ぶパワーケーブル６と、端子４２と端子４４とを結ぶパワーケーブル８とを含む。

電池ユニット４０は、バッテリＢと、バッテリＢの負極と端子４２との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ３と、バッテリＢの正極と端子４１との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ２と、バッテリＢの正極と端子４１との間に直列に接続される、システムメインリレーＳＭＲ１および制限抵抗Ｒとを含む。システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥに応じて導通／非導通状態が制御される。

電池ユニット４０は、さらに、バッテリＢの端子間の電圧ＶＢを測定する電圧センサ１０と、バッテリＢに流れる電流ＩＢを検知する電流センサ１１とを含む。

パワー制御ユニット２１は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ対応して設けられるインバータ２２，１４と、インバータ２２，１４に共通して設けられる昇圧コンバータ１２とを含む。なお、インバータ２２，１４は、図１におけるインバータＩＮＶを構成する。

昇圧コンバータ１２は、端子４３，４４間の電圧を昇圧する。インバータ１４は、昇圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。

昇圧コンバータ１２は、一方端が端子４３に接続されるリアクトルＬ１と、昇圧後の電圧ＶＨを出力する昇圧コンバータ１２の出力端子間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２と、平滑用コンデンサＣ２とを含む。平滑用コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

インバータ１４は車輪を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ１４は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６，およびＷ相アーム１７は、昇圧コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子
Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中性点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ２として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０へ出力する。

インバータ２２は、昇圧コンバータ１２に対してインバータ１４と並列的に接続される。インバータ２２は、モータジェネレータＭＧ１に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。インバータ２２は、昇圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けてたとえばエンジンを始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。

また、インバータ２２は、エンジンのクランクシャフトから伝達される回転トルクによってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力をモータジェネレータＭＧ２またはバッテリＢへ供給する。このとき昇圧コンバータ１２は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ２２の内部の構成は、図示しないがインバータ１４と同様であり、詳細な説明は繰返さない。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流ＩＢの各値、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および起動信号ＩＧＯＮを受ける。

ここで、トルク指令値ＴＲ１，モータ回転数ＭＲＮ１およびモータ電流値ＭＣＲＴ１はモータジェネレータＭＧ１に関するものであり、トルク指令値ＴＲ２，モータ回転数ＭＲＮ２およびモータ電流値ＭＣＲＴ２はモータジェネレータＭＧ２に関するものである。

また、電圧ＶＢはバッテリＢの電圧であり、電流ＩＢは、バッテリＢに流れる電流である。電圧ＶＬは昇圧コンバータ１２の昇圧前電圧であり、電圧ＶＨは昇圧コンバータ１２の昇圧後電圧である。

そして制御装置３０は、昇圧コンバータ１２に対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵ，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤおよび動作禁止を指示する信号ＣＳＤＮを出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して昇圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。

同様に制御装置３０は、インバータ２２に対して直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。

図３は、図２における動力分割機構ＰＳＤおよび減速機ＲＤの詳細を説明するための模式図である。

図３を参照して、この発明によるハイブリッド動力出力装置は、モータジェネレータＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ２の回転軸に接続される減速機ＲＤと、減速機ＲＤで減速された回転軸の回転に応じて回転する車軸と、エンジンＥＮＧと、モータジェネレータＭＧ１と、減速機ＲＤとエンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ１との間で動力分配を行なう動力分割機構ＰＳＤとを備える。減速機ＲＤは、モータジェネレータＭＧ２から動力分割機構ＰＳＤへの減速比が、たとえば２倍以上である。

エンジンＥＮＧのクランクシャフト５０とモータジェネレータＭＧ１のロータ３２とモータジェネレータＭＧ２のロータ３７とは同じ軸を中心に回転する。

動力分割機構ＰＳＤは、図３に示す例ではプラネタリギヤであり、クランクシャフト５０に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合されたサンギヤ５１と、クランクシャフト５０と同軸上を回転可能に支持されているリングギヤ５２と、サンギヤ５１とリングギヤ５２との間に配置され、サンギヤ５１の外周を自転しながら公転するピニオンギヤ５３と、クランクシャフト５０の端部に結合され各ピニオンギヤ５３の回転軸を支持するプラネタリキャリヤ５４とを含む。

動力分割機構ＰＳＤは、サンギヤ５１に結合されたサンギヤ軸と、リングギヤ５２に結合されたリングギヤケースおよびプラネタリキャリヤ５４に結合されたクランクシャフト５０の３軸が動力の入出力軸とされる。そしてこの３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残りの１軸に入出力される動力は他の２軸へ入出力される動力に基づいて定まる。

動力の取出用のカウンタドライブギヤ７０がリングギヤケースの外側に設けられ、リングギヤ５２と一体的に回転する。カウンタドライブギヤ７０は、動力伝達減速ギヤＲＧに接続されている。そしてカウンタドライブギヤ７０と動力伝達減速ギヤＲＧとの間で動力の伝達がなされる。動力伝達減速ギヤＲＧはディファレンシャルギヤＤＥＦを駆動する。また、下り坂等では車輪の回転がディファレンシャルギヤＤＥＦに伝達され、動力伝達減速ギヤＲＧはディファレンシャルギヤＤＥＦによって駆動される。

モータジェネレータＭＧ１は、回転磁界を形成するステータ３１と、ステータ３１内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれているロータ３２とを含む。ステータ３１は、ステータコア３３と、ステータコア３３に巻回される三相コイル３４とを含む。ロータ３２は、動力分割機構ＰＳＤのサンギヤ５１と一体的に回転するサンギヤ軸に結合されている。ステータコア３３は、電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。

モータジェネレータＭＧ１は、ロータ３２に埋め込まれた永久磁石による磁界と三相コイル３４によって形成される磁界との相互作用によりロータ３２を回転駆動する電動機として動作する。またモータジェネレータＭＧ１は、永久磁石による磁界とロータ３２の回転との相互作用により三相コイル３４の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。

モータジェネレータＭＧ２は、回転磁界を形成するステータ３６と、ステータ３１内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれたロータ３７とを含む。ステータ３６は、ステータコア３８と、ステータコア３８に巻回される三相コイル３９とを含む。

ロータ３７は、動力分割機構ＰＳＤのリングギヤ５２と一体的に回転するリングギヤケースに減速機ＲＤによって結合されている。ステータコア３８は、たとえば電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。

モータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界とロータ３７の回転との相互作用により三相コイル３９の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。またモータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界と三相コイル３９によって形成される磁界との相互作用によりロータ３７を回転駆動する電動機として動作する。

減速機ＲＤは、プラネタリギヤの回転要素の一つであるプラネタリキャリヤ６６がトランスアクスルのケースに固定された構造により減速を行なう。すなわち、減速機ＲＤは、ロータ３７のシャフトに結合されたサンギヤ６２と、リングギヤ５２と一体的に回転するリングギヤ６８と、リングギヤ６８およびサンギヤ６２に噛み合いサンギヤ６２の回転をリングギヤ６８に伝達するピニオンギヤ６４とを含む。

たとえば、サンギヤ６２の歯数に対しリングギヤ６８の歯数を２倍以上にすることにより、減速比を２倍以上にすることができる。

［構成要素の配置説明］
図４は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両のトランスアクスル２０の外観を示す斜視図である。

図５は、トランスアクスル２０の平面図である。
図４、図５を参照して、トランスアクスル２０のケースは、ケース１０４とケース１０２とに分割可能に構成されている。ケース１０４は主としてモータジェネレータＭＧ１を収容する部分であり、ケース１０２は、主としてモータジェネレータＭＧ２およびパワー制御ユニットを収容する部分である。

ケース１０４にはフランジ１０６が形成され、ケース１０２にはフランジ１０５が形成され、フランジ１０６とフランジ１０５とがボルト等で固定されることにより、ケース１０４とケース１０２とが一体化される。

ケース１０２にはパワー制御ユニット２１を組付けるための開口部１０８が設けられている。この開口部１０８の内部左側部分（車両進行方向側）にはコンデンサＣ２が収容され、中央部分にはパワー素子基板１２０と端子台１１６，１１８とが収容され、右側部分にはリアクトルＬ１とが収容されている。なお、この開口部１０８は車両搭載状態においては蓋により閉じられている。また、コンデンサＣ２を右側に、リアクトルＬ１を左側に収容するように入れ換えても良い。

つまり、リアクトルＬ１はモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の回転軸の一方側に配置され、コンデンサＣ２は回転軸の他方側に配置されている。そしてコンデンサＣ２とリアクトルＬ１との間の領域にパワー素子基板１２０が配置されている。パワー素子基板１２０の下方にはモータジェネレータＭＧ２が配置されている。

パワー素子基板１２０にはモータジェネレータＭＧ１を制御するインバータ２２と、モータジェネレータＭＧ２を制御するインバータ１４と、昇圧コンバータのアーム部１３とが搭載されている。

インバータ１４とインバータ２２との間の領域には上下に重ねて配置された電源用バスバーが設けられている。インバータ１４のＵ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、Ｗ相アーム１７からはそれぞれ１本ずつのバスバーがモータジェネレータＭＧ２のステータコイルにつながる端子台１１６に向けて設けられている。同様にインバータ２２からも３本のバスバーがモータジェネレータＭＧ１のステータコイルにつながる端子台１１８に向けて設けられている。

パワー素子基板１２０は高温になるためこれを冷却するためにパワー素子基板１２０の下には通水路が設けられており、通水路への冷却水入口１１４と冷却水出口１１２とがケース１０２に設けられている。なお、この入口や出口などは、たとえば、ケース１０２に対し、フランジ１０６，１０５を貫通させてユニオンナット等を打ち込んで構成される。

図３の電池ユニット４０から端子４３，４４にパワーケーブルを介して与えられた電圧は、リアクトルＬ１およびアーム部１３を含む昇圧コンバータ１２によって昇圧される。そして、その昇圧された電圧は、コンデンサＣ２によって平滑化されてインバータ１４および２２に供給される。

このように昇圧コンバータ１２を用いて電池電圧を昇圧して用いることにより、バッテリ電圧を２００Ｖ程度に低減しつつ、かつモータジェネレータを５００Ｖを超える高電圧で駆動することが可能となる。これにより、電力供給を小電流で行なうことにより電気損失を抑制し、かつモータの高出力を実現することができる。

トランスアクスル２０として、インバータ１４，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に加えて、昇圧コンバータ１２も含めて一体化する場合には、比較的大きな部品であるリアクトルＬ１およびコンデンサＣ２の配置場所が問題となる。

図６は、トランスアクスル２０を図５のＸ１方向から見た側面図である。
図６を参照して、ケース１０２にはモータジェネレータ組付け用および保守用の開口部１０９が設けられており、この開口部１０９は車両搭載状態においては蓋により閉じられている。

開口部１０９の内部にはモータジェネレータＭＧ２が配置されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相のバスバーが接続されるステータ３６の内部にロータ３７が配置されている。ロータ３７の中央部分には中空のシャフト６０が見えている。

図５に示すように、ケース１０２のパワー制御ユニット２１を収容する収容室にはモータジェネレータＭＧ２のステータ３６が大きく食い込んでいるので、モータジェネレータＭＧ２の一方側にはリアクトルＬ１が配置され他方側にはコンデンサＣ２が配置され、大型部品を効率よく収容している。これにより、コンパクトなハイブリッド車両のトランスアクスルが実現される。

さらに、この発明によれば、トランスアクスル２０にパワー制御ユニット２１を一体化させたことによって、以下に述べるように、リアクトルＬ１に発生する振動がハイブリッド車両のボディに伝搬するのを抑制することができる。

詳細には、リアクトルＬ１は、図７に示すように、コア２２１と、コイル２２２とを含む。コア２２１は、直線部２２１０，２２１２と、湾曲部２２１１，２２１３とからなる。

湾曲部２２１１は、直線部２２１０との間にギャップ２２３を有し、直線部２２１２との間にギャップ２２４を有する。湾曲部２２１３は、直線部２２１２との間にギャップ２２５を有し、直線部２２１０との間にギャップ２２６を有する。コイル２２２は、直線部２２１０，２２１２に巻回される。

直流電流が矢印で示す方向にコイル２２２を流れると、磁束がコア２２１中で発生し、その発生した磁束は、ギャップ２２３を矢印２２７の方向に通過して湾曲部２２１１を伝搬する。そして、磁束は、ギャップ２２４を矢印２２８の方向に通過して直線部２２１２を伝搬し、ギャップ２２５を矢印２２８の方向に通過する。磁束は、さらに、湾曲部２２１３を伝搬し、ギャップ２２６を矢印２２７の方向に通過する。このように、直流電流がコイル２２２を流れると、磁束は、コア２２１中を循環する。

そして、再び図２および図５を参照して、パワー制御ユニット２１がモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するとき、昇圧コンバータ１２のＩＧＢＴ素子Ｑ２は、上述したようにオン／オフされる。そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ２はオンされると、パワーケーブル６、リアクトルＬ１、ＩＧＢＴ素子Ｑ２、パワーケーブル８およびバッテリＢからなる閉回路に直流電流が流れる。そして、磁束がリアクトルＬ１のコア２２１に発生し、湾曲部２２１１，２２１３は、直線部２２１０，２２１２の方向へ引かれる。また、ＩＧＢＴ素子Ｑ２がオフされると、磁束がコア２２１に発生しないので、湾曲部２２１１，２２１３は、直線部２２１０，２２１２から引力を受けない。

したがって、ＩＧＢＴ素子Ｑ２がオン／オフされると、リアクトルＬ１のコア２２１の湾曲部２２１１，２２１３は、直線部２２１０，２２１２の方向へ移動したり、元の位置に戻ったりして振動する。

そして、リアクトルＬ１は、ケース１０２の開口部１０８に固定されているため、リアクトルＬ１で発生した振動は、ケース１０２に伝搬する。さらに、この振動は、ケース１０２をボディに固定するための固定部材を介して、ボディに伝搬する。その結果、車室内には、リアクトルＬ１の振動に基づく騒音が発生する。

ところで、一般に、エンジンを搭載した車両においては、エンジン振動がボディに伝搬して車室内に騒音を発生させるのを抑制するために、エンジンを、エンジンマウントと呼ばれる防振装置を用いてボディに懸架させる方法が採られている。このとき、エンジンと直結されるトランスアクスルについても、エンジン振動を受けて振動することから、エンジンと一体化されてエンジンマウントによりボディに懸架される。

エンジンマウントは、たとえば液体封入式のゴムブッシュなどの弾性体により形成される。エンジンマウントは、ゴム内部を液体が移動することによってゴム本来の伸縮性が補われて、ボディに対するエンジンの相対振動を吸収する。

この発明によれば、振動源となるリアクトルＬ１をトランスアクスル２０と一体化させたことによって、上述したリアクトルＬ１の振動を、エンジンの防振装置であるエンジンマウントにより吸収させることが可能となる。

そして、このとき、振動源であるリアクトルＬ１とエンジンマウントとの位置関係を最適化することにより、より効率良くリアクトルＬ１の振動を吸収することができる。

具体的には、図５に示すように、リアクトルＬ１の近傍にエンジンマウントＥＭを配置する構成とすれば良い。本構成によれば、リアクトルＬ１の振動は、近傍のエンジンマウントＥＭによって効率的に吸収され、ボディに伝搬するのが抑制される。このとき、許容される限りにおいて、エンジンマウントＥＭとリアクトルＬ１とが略同一直線上を振動するように配置することが出来れば、リアクトルＬ１の振動の吸収に一層効果的であることは明らかである。

さらには、図６に示すように、エンジンマウントＥＭ内部の弾性体の振動方向が、リアクトルＬ１の振動方向に略一致するように配置する構成とする。

リアクトルＬ１は、図７で述べたように、コア２２１を循環する磁束により湾曲部と直線部との間に引力が作用することによって、矢印ＬＮ１の方向に振動する。そこで、エンジンマウントＥＭ内部の弾性体の振動方向（矢印ＬＮ２の方向に相当）を、このリアクトルＬ１の振動方向と略一致させるようにエンジンマウントＥＭを配置すれば、リアクトルＬ１の振動を効率的に吸収することができる。

さらに、本構成において、エンジンマウントＥＭ内部の弾性体の振動方向を、エンジンＥＮＧの振動方向に略一致するように配置する構成とすれば、エンジンマウントＥＭの振動減衰力を最大限に利用することが可能となる。この場合、エンジンマウントＥＭは、エンジンマウントＥＭ内部の弾性体の振動方向が、リアクトルＬ１の振動方向およびエンジンＥＮＧ内部のピストンの往復運動の方向に略一致するように配置される。

以上のように、本発明の実施の形態によれば、トランスアクスルのモータジェネレータＭＧ２および動力分割機構の空きスペースを利用して、インバータおよび昇圧コンバータを含むパワー制御ユニットを、コンパクトに配置することができる。これにより、従来のガソリン車のトランスアクスル部分の形状に近づけることができるため、より多くの車種に搭載可能なハイブリッド車両の動力出力装置を実現することができる。

また、パワー制御ユニットの昇圧コンバータのリアクトルに発生する振動を、エンジン振動を吸収する既存の防振装置によって吸収することができる。その結果、リアクトルの振動がボディに伝搬するのが抑制され、車室内の騒音の発生を防止することができる。

さらに、防振装置を、振動源となるリアクトルの近傍であって、かつ互いの振動方向が略一致するように設置することにより、リアクトルの振動をより効率良く吸収することが可能となる。このとき、防振装置を、リアクトルおよびエンジンに対して、互いの振動方向が略一致するように配置すれば、エンジンマウントＥＭの振動減衰力を最大限に引出すことが可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、ハイブリッド自動車に搭載される動力出力装置に適用することができる。

この発明の実施の形態によるハイブリッド動力出力装置の全体構成を示すブロック図である。 図１のハイブリッド動力出力装置を搭載した車両におけるモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。 図２における動力分割機構および減速機の詳細を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両のトランスアクスル２０の外観を示す斜視図である。 トランスアクスルの平面図である。 トランスアクスルを図５のＸ１方向から見た側面図である。 図６に示されたリアクトルの斜視図である。

符号の説明

６，８ パワーケーブル、１０ 電圧センサ、１１ 電流センサ、１２ 昇圧コンバータ、１３ アーム部、１４，２２ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２０ トランスアクスル、２１ パワー制御ユニット、２４，２５ 電流センサ、３０ 制御装置、３１，３６ ステータ、３２，３７ ロータ、３３，３８ ステータコア、３４，３９ 三相コイル、４０ 電池ユニット、４１〜４４ 端子、５０ クランクシャフト、５１，６２ サンギヤ、５２，６８ リングギヤ、５３，６４ ピニオンギヤ、５４，６６ プラネタリキャリヤ、６０ シャフト、７０ カウンタドライブギヤ、８１〜８３ 電力ライン、１００ ハイブリッド動力出力装置、１０２，１０４ ケース、１０５，１０６ フランジ、１０８，１０９ 開口部、１１２ 冷却水出口、１１４ 冷却水入口、１１６，１１８ 端子台、１２０ パワー素子基板、２２１ コア、２２２ コイル、２２３〜２２６ ギャップ、１０００ 車両、２２１０，２２１２ 直線部、２２１１，２２１３ 湾曲部、Ｂ バッテリ、Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＤＥＦ ディファレンシャルギヤ、ＥＭ エンジンマウント、ＥＮＧ エンジン、ＩＮＶ インバータ、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＳＤ 動力分割機構、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、ＲＤ 減速機、ＲＧ 動力伝達減速ギヤ、ＳＭＲ１〜ＳＭＲ３ システムメインリレー、ＷＨ 車輪。

Claims (5)

1. 駆動軸に動力を出力するハイブリッド車両の動力出力装置であって、
   燃料の燃焼エネルギーを源に動力を発生するエンジンと、
   前記エンジンの発生した動力に回転電機の発生した動力を合成して前記駆動軸に伝達する動力伝達装置と、
   スイッチング素子とリアクトルとを含み、前記スイッチング素子のスイッチング動作により、電源からの直流電力と前記回転電機を駆動制御する交流電力との間の電力変換を行なうパワー制御ユニットと、
   前記エンジンに振動伝達可能に連結され、前記動力伝達装置と前記パワー制御ユニットとを収容するケースと、
   前記エンジンと前記車体との相対振動を吸収可能に前記エンジンおよび前記ケースを前記車体に懸架する防振装置とを備える、ハイブリッド車両の動力出力装置。
2. 前記動力伝達装置は、
   前記電源によって駆動されて動力を発生する第１および第２の回転電機と、
   前記エンジンの出力を前記第１の回転電機および前記駆動軸に機械的に分配する動力分割機構とを含み、
   前記パワー制御ユニットは、
   前記第１および第２の回転電機にそれぞれ対応して設けられる第１および第２のインバータと、
   前記スイッチング素子と前記リアクトル素子とを有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作により、前記電源と前記第１および第２のインバータとの間で電圧変換する電圧変換器とを含む、請求項１に記載のハイブリッド車両の動力出力装置。
3. 前記リアクトルには、前記スイッチング素子によってスイッチングされた電流が流れ、
   前記防振装置は、前記エンジンおよび前記ケースと前記車体との間に振動可能に連結された弾性体を有し、前記弾性体の振動方向が、通電時に前記リアクトルが振動する方向と略同じとなるように設けられる、請求項２に記載のハイブリッド車両の動力出力装置。
4. 前記防振装置は、前記弾性体と前記リアクトルとが略同一直線上を振動するように設けられる、請求項３に記載のハイブリッド自動車の動力出力装置。
5. 前記防振装置は、前記弾性体の振動方向が、通電時に前記リアクトルが振動する方向および前記エンジンが振動する方向と略同じとなるように設けられる、請求項３に記載のハイブリッド自動車の動力出力装置。

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