JP2008195251A

JP2008195251A - 動力伝達装置

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Publication number: JP2008195251A
Application number: JP2007033030A
Authority: JP
Inventors: Takao Watanabe; 隆男渡辺
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2027-02-14
Also published as: JP4924077B2

Abstract

【課題】固定子導体への電力供給によって負荷を駆動する場合の効率を向上させる。
【解決手段】エンジン３６の動力が入力側ロータ２８に伝達され、入力側ロータ２８の回転速度が出力側ロータ１８の回転速度より高くなると、入力側ロータ２８のかご型導体３０に誘導電流が発生し、この誘導電流と出力側ロータ１８の永久磁石３３の界磁束との電磁気相互作用により出力側ロータ１８にトルクが作用して出力側ロータ１８が回転駆動する。さらに、ステータ１６のステータ巻線２０に交流電流が流れることで発生する回転磁界と出力側ロータ１８の永久磁石３２の界磁束との電磁気相互作用によっても、出力側ロータ１８にトルクを作用させることができ、出力側ロータ１８を回転駆動することができる。その際には、ステータ１６及び出力側ロータ１８が同期モータとして機能する。
【選択図】図２

Description

本発明は、動力伝達装置に関し、特に、原動機からの動力を回転子同士の電磁気結合を利用して負荷へ伝達することで負荷を駆動することが可能であり、さらに、固定子導体への電力供給によっても負荷を駆動することが可能な動力伝達装置に関する。

この種の動力伝達装置の関連技術が下記特許文献１，２に開示されている。特許文献１による動力伝達装置は、界磁を形成する永久磁石が配設されエンジン（原動機）に機械的に接続されたロータと、ロータの永久磁石と電磁気的に結合する導体が配設されロータに対し相対回転可能で負荷に機械的に接続されたロータバーと、ロータバーの導体と電磁気的に結合するコイルが配設されたステータと、を備える。特許文献１においては、ロータに伝達されたエンジンからの動力は、ロータの永久磁石とロータバーの導体との電磁気結合によってロータバーに伝達されるため、エンジンの動力により負荷を駆動することができる。さらに、ステータのコイルとロータバーの導体との電磁気結合によって、ステータのコイルに供給された電力を用いてロータバーに動力を発生させることができるため、エンジンが動力を発生していなくても負荷を駆動することができる。

特許文献２による動力伝達装置は、巻線が配設されたステータと、ステータの巻線と電磁気的に結合する巻線が配設されエンジン（原動機）に機械的に接続される第１ロータと、第１ロータの巻線と電磁気的に結合する永久磁石が配設され第１ロータに対し相対回転可能で負荷に機械的に接続される第２ロータと、を備える。特許文献２においては、第１ロータに伝達されたエンジンからの動力は、第１ロータの巻線と第２ロータの永久磁石との電磁気結合によって第２ロータに伝達されるため、エンジンの動力により負荷を駆動することができる。さらに、ステータの巻線と第１ロータの巻線との電磁気結合、及び第１ロータの巻線と第２ロータの永久磁石との電磁気結合によって、ステータの巻線に供給された電力を用いて第２ロータに動力を発生させることができるため、エンジンが動力を発生していなくても負荷を駆動することができる。

特開平１０−６６３９９号公報特開２０００−１９７３２４号公報

特許文献１においては、ステータのコイルへの電力供給によりロータバーに動力を発生させて負荷を駆動する場合は、ステータのコイルに流れる電流に伴って形成される回転磁界によりロータバーの導体に誘導電流が発生し、これらの誘導電流及び回転磁界によりロータバーにトルクが作用してロータバーが回転駆動する。つまり、ステータ及びロータバーが誘導モータとして機能する。そのため、ステータのコイルへの電力供給により負荷を駆動する場合の効率が低下する。

特許文献２においても、ステータの巻線への電力供給により第２ロータに動力を発生させて負荷を駆動する場合は、ステータ及び第１ロータが誘導モータとして機能する。さらに、ステータの巻線への電力供給により第２ロータに動力を発生させるためには、ステータの巻線から第１ロータの巻線を経由して第２ロータの永久磁石に磁界を及ぼす必要があり、磁界が第１ロータを経由することで損失が増大する。そのため、ステータの巻線への電力供給により負荷を駆動する場合の効率が低下する。

本発明は、原動機からの動力を回転子同士の電磁気結合を利用して負荷へ伝達することで負荷を駆動することが可能であるとともに、固定子導体への電力供給によっても負荷を駆動することが可能な動力伝達装置において、固定子導体への電力供給によって負荷を駆動する場合の効率を向上させることを目的とする。

本発明に係る動力伝達装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る動力伝達装置は、原動機からの動力が伝達される入力側回転子と、入力側回転子に対し相対回転可能であり、入力側回転子と電磁気的に結合することで入力側回転子からの動力が伝達可能な出力側回転子と、出力側回転子と電磁気的に結合することで出力側回転子との間でエネルギーの授受を行うことが可能な固定子と、を備え、出力側回転子には、界磁束を発生する磁石が配設されており、固定子には、前記界磁束との電磁気相互作用により出力側回転子にトルクを作用させるための回転磁界を発生可能な固定子導体が配設されており、入力側回転子には、前記磁石との回転差の発生に伴って、前記界磁束との電磁気相互作用により出力側回転子にトルクを作用させるための誘導電流が流れる回転子導体が配設されていることを要旨とする。

本発明によれば、入力側回転子の回転子導体と出力側回転子の磁石との電磁気結合によって、入力側回転子と出力側回転子との間で動力伝達を行うことができ、入力側回転子に繋がる原動機からの動力を出力側回転子に繋がる負荷へ伝達することができる。さらに、固定子の固定子導体と出力側回転子の磁石との電磁気結合によって、固定子導体に供給された電力を利用して出力側回転子に動力を発生させて負荷を駆動することができる。固定子導体への電力供給によって負荷を駆動する場合は、固定子及び出力側回転子が、誘導モータよりも効率の高い同期モータとして機能する。その結果、固定子導体への電力供給によって負荷を駆動する場合の効率を向上させることができる。

本発明の一態様では、入力側回転子と出力側回転子とを機械的に係合させることが可能な係合装置を備えることが好適である。係合装置により入力側回転子と出力側回転子とを機械的に係合させることで、入力側回転子と出力側回転子との間のすべりに伴って入力側回転子の回転子導体に誘導電流が流れることで生じる損失を抑えることができる。

本発明の一態様では、前記回転子導体は、出力側回転子との距離を変化させる方向に移動可能な状態で入力側回転子に支持されていることが好適である。例えば回転子導体と出力側回転子との距離を増大させることで、回転子導体に発生する誘導電流を低減することができ、入力側回転子と出力側回転子との間に作用するトルクを低減することができる。この態様では、前記回転子導体は、入力側回転子の回転速度の減少に応じて出力側回転子との距離を増大させるように移動可能な状態で入力側回転子に支持されていることが好適である。これによって、入力側回転子の回転速度が低い場合に、回転子導体に流れる誘導電流を低減することができ、出力側回転子に作用する引き摺りトルクを低減することができる。

本発明の一態様では、入力側回転子には、前記回転子導体を開放することが可能な開放機構が配設されていることが好適である。開放機構により回転子導体を開放することで、回転子導体に誘導電流が流れるのを防止することができ、入力側回転子と出力側回転子との間にトルクが作用するのを防止することができる。この態様では、前記開放機構は、出力側回転子の回転速度が入力側回転子の回転速度より高くなる場合に、前記回転子導体を開放する機構であることが好適である。これによって、出力側回転子の回転速度が入力側回転子の回転速度より高くなる場合に、回転子導体に誘導電流が流れるのを防止することができ、出力側回転子に作用する引き摺りトルクを低減することができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１，２は、本発明の実施形態に係る動力伝達装置を備えるハイブリッド駆動装置の構成の概略を示す図であり、図１は全体構成の概略を示し、図２は回転電機１０の構成の概略を示す。本実施形態に係るハイブリッド駆動装置は、動力（機械的動力）を発生可能な原動機として設けられたエンジン（内燃機関）３６と、エンジン３６と車輪３８との間に設けられた変速機４４と、エンジン３６と変速機４４との間に設けられた回転電機１０と、回転電機１０と変速機４４との間に設けられた前後進切換装置４６と、を備える。なお、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置については、例えば車両を駆動するための動力出力装置として用いることができる。

回転電機１０は、図示しないケーシングに固定されたステータ（固定子）１６と、ステータ１６の径方向内側に配置されステータ１６に対し相対回転可能な入力側ロータ（入力側回転子）２８と、ステータ１６と入力側ロータ２８との間に配置されステータ１６及び入力側ロータ２８に対し相対回転可能な出力側ロータ（出力側回転子）１８と、を有する。ステータ１６は、ステータコア（固定子鉄心）５１と、ステータコア５１に配設された複数相（例えば３相）のステータ巻線（固定子導体）２０と、を含む。

入力側ロータ２８は、ロータコア（回転子鉄心）５２と、ロータコア５２の外周部に出力側ロータ１８と対向して配設されたかご型導体（回転子導体）３０と、を含む。入力側ロータ２８は回転電機１０の入力軸３４に機械的に連結され、入力軸３４はダンパ１１を介してエンジン３６と機械的に連結されていることで、入力側ロータ２８にはエンジン３６からの動力が伝達される。

出力側ロータ１８は、ロータコア（回転子鉄心）５３と、ロータコア５３にその周方向に沿って配設され界磁束を発生する永久磁石３２，３３と、を含む。出力側ロータ１８は回転電機１０の出力軸２４に機械的に連結されており、出力軸２４は前後進切換装置４６に機械的に連結されている。永久磁石３２は、ロータコア５３の外周部にステータ１６（ステータコア５１）と対向して配設されており、永久磁石３３は、ロータコア５３の内周部に入力側ロータ２８（かご型導体３０）と対向して配設されている。ここでは永久磁石３２，３３を一体化することも可能である。

直流電源として設けられた充放電可能な蓄電装置４２は、例えば二次電池により構成することができ、電気エネルギーを蓄える。インバータ４０は、スイッチング素子（図示せず）を備えており、スイッチング素子のスイッチング動作により蓄電装置４２からの直流電圧を交流（例えば１２０度ずつ位相が異なる３相交流）に変換して、ステータ巻線２０の各相に交流電流を流すことが可能である。複数相のステータ巻線２０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、ステータ巻線２０は、ステータ周方向に回転する回転磁界を発生する。そして、ステータ巻線２０で発生した回転磁界と永久磁石３２で発生した界磁束との電磁気相互作用（吸引及び反発作用）により、出力側ロータ１８にトルク（磁石トルク）を作用させることができ、出力側ロータ１８を回転駆動することができる。つまり、蓄電装置４２からステータ巻線２０に供給された電力を出力側ロータ１８の動力（機械的動力）に変換することができる。さらに、インバータ４０は、ステータ巻線２０の各相に流れる交流電流を直流に変換して、電気エネルギーを蓄電装置４２に回生する方向の変換も可能である。その場合は、出力側ロータ１８の動力がステータ巻線２０の電力に変換されて蓄電装置４２に回収される。このように、ステータ１６のステータ巻線２０と出力側ロータ１８の永久磁石３２とが電磁気的に結合されていることで、ステータ１６と出力側ロータ１８との間でエネルギーの授受を行うことが可能である。そして、インバータ４０は双方向の電力変換が可能であり、ステータ巻線２０は蓄電装置４２に対して電力の送受が可能である。

また、入力側ロータ２８が出力側ロータ１８に対し相対回転することでかご型導体３０と永久磁石３３との間に回転差が生じるのに伴って、かご型導体３０に誘導電流が流れる。そして、この誘導電流に伴って生じる磁界と永久磁石３３の界磁束との電磁気相互作用によっても、出力側ロータ１８にトルクを作用させることができ、出力側ロータ１８を回転駆動することができる。このように、入力側ロータ２８のかご型導体３０と出力側ロータ１８の永久磁石３３とが電磁気的に結合されていることで、入力側ロータ２８から出力側ロータ１８へ動力（機械的動力）を伝達することができる。さらに、出力側ロータ１８から入力側ロータ２８へ動力を伝達することもできる。

クラッチ４８は、その係合／解放により、入力軸３４（入力側ロータ２８）と出力軸２４（出力側ロータ１８）との機械的係合及びその解除を行うことが可能である。クラッチ４８を係合させて、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８とを機械的に係合させることで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８とが一体となって等しい回転速度で回転する。一方、クラッチ４８を解放して、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との機械的係合を解除することで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差が許容される。ここでのクラッチ４８は、例えば油圧や電磁力を利用してその係合／解放を切り替えることが可能であり、さらに、クラッチ４８に供給する油圧力や電磁力を調整することで、クラッチ４８の締結力を調整することもできる。

前後進切換装置４６は、クラッチＣ１が係合状態でブレーキＢ１が解放状態である場合は、出力側ロータ１８（エンジン３６）からのトルクをその方向を逆転させることなく変速機１４へ伝達し、ブレーキＢ１が係合状態でクラッチＣ１が解放状態である場合は、出力側ロータ１８からのトルクをその方向を逆転させて変速機１４へ伝達する。一方、クラッチＣ１及びブレーキＢ１の両方が解放状態である場合は、出力側ロータ１８と変速機１４との間のトルク伝達が遮断される。変速機１４は、出力側ロータ１８（エンジン３６）からの動力を変速して車輪３８へ伝達する。図１は変速機１４が無段変速機である例を示しているが、変速機１４が有段変速機であってもよい。変速機１４が有段変速機である場合は、前後進切換装置４６を省略することができる。

電子制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、ステータ巻線２０の各相に流れる交流電流を制御する。そして、電子制御ユニット５０は、エンジン３６の運転状態の制御、及び変速機１４の変速比の制御も行う。さらに、電子制御ユニット５０は、クラッチ４８の係合／解放を切り替えることで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との機械的係合／その解除を切り替える制御も行う。

次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置の動作について説明する。

エンジン３６が動力を発生している場合は、エンジン３６の動力が入力側ロータ２８に伝達され、入力側ロータ２８が回転駆動する。入力側ロータ２８（かご型導体３０）の回転速度が出力側ロータ１８（永久磁石３３）の回転速度より高くなると、かご型導体３０に誘導電流が発生し、この誘導電流と永久磁石３３の界磁束との電磁気相互作用により出力側ロータ１８にトルクが作用して出力側ロータ１８が回転駆動する。このように、入力側ロータ２８に伝達されたエンジン３６からの動力は、入力側ロータ２８のかご型導体３０と出力側ロータ１８の永久磁石３３との電磁気結合によって、出力側ロータ１８へ伝達される。出力側ロータ１８に伝達された動力は、前後進切換装置４６及び変速機１４を介して車輪３８へ伝達されることで、車輪３８の回転駆動に用いられる。したがって、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動する（負荷を駆動する）ことができる。さらに、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転差を許容することができるため、車輪３８の回転が停止してもエンジン３６がストールすることはない。

入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間のすべりｓを以下の（１）式のように定義すると、ｓ＝１（ストール状態）からｓ＞０の範囲内において入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間で動力伝達を行うことが可能である。ただし、（１）式において、ｎｉｎは入力側ロータ２８の回転速度であり、ｎｏｕｔは出力側ロータ１８の回転速度である。

ｓ＝（ｎｉｎ−ｎｏｕｔ）／ｎｉｎ（１）

図３に、かご型導体３０の内部抵抗をＲ１，Ｒ２，Ｒ３（Ｒ３＞Ｒ２＞Ｒ１）に変化させた場合におけるすべりｓと出力側ロータ１８の駆動トルクＴとの関係を示す。図３に示すように、すべりｓが０（入力側ロータ２８と出力側ロータ１８とが同期状態）に近づくと、かご型導体３０に発生する誘導電流が減少することで出力側ロータ１８の駆動トルクＴが低下する。また、かご型導体３０の内部抵抗が増大するのに対して、駆動トルクＴが最大となるときのすべりｓが１に近づく。回転電機１０を車両の発進装置としてトルクコンバータの代わりに用いる場合は、ストール状態（すべりｓ＝１）において駆動トルクＴが最大となる特性が好ましいため、かご型導体３０の内部抵抗が大きいことが好ましく、図３の中では内部抵抗をＲ３に設定することが好適である。

さらに、本実施形態では、電子制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、出力側ロータ１８の動力を制御することができ、負荷の駆動制御を行うことができる。例えば、電子制御ユニット５０は、蓄電装置４２からステータ巻線２０へ電力供給するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、ステータ１６に回転磁界を形成することができる。そして、ステータ巻線２０で発生した回転磁界と永久磁石３２で発生した界磁束との電磁気相互作用によっても、出力側ロータ１８にトルクを作用させることができ、出力側ロータ１８を回転駆動することができる。このように、ステータ巻線２０への供給電力は、ステータ巻線２０と出力側ロータ１８の永久磁石３３との電磁気結合によって、出力側ロータ１８の動力（機械的動力）に変換される。したがって、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動するとともに、ステータ巻線２０への供給電力を用いて発生させた出力側ロータ１８の動力により車輪３８の回転駆動をアシストすることができる。この場合、車輪３８に伝達される動力は、エンジン３６の動力より大きくなる。一方、電子制御ユニット５０は、ステータ巻線２０から蓄電装置４２へ電力回収するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動するとともに、エンジン３６の動力の一部をステータ巻線２０と永久磁石３３との電磁気結合によってステータ巻線２０の電力に変換して蓄電装置４２に回収することができる。この場合、車輪３８に伝達される動力は、エンジン３６の動力より小さくなる。

また、本実施形態において、エンジン３６の動力を用いずに回転電機１０の動力を用いて負荷を駆動する（車輪３８を回転駆動する）ＥＶ（Electric Vehicle）走行を行う場合は、電子制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング動作を制御することで、負荷の駆動制御を行う。例えば、電子制御ユニット５０は、蓄電装置４２からステータ巻線２０へ電力供給するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、ステータ巻線２０への供給電力をステータ巻線２０と永久磁石３３との電磁気結合によって出力側ロータ１８の動力に変換し、車輪３８を回転駆動する。このように、エンジン３６が動力を発生していなくても、ステータ巻線２０への電力供給により車輪３８を回転駆動することができる。また、電子制御ユニット５０は、負荷の減速運転時において、ステータ巻線２０から蓄電装置４２へ電力回収するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、負荷の動力をステータ巻線２０と永久磁石３３との電磁気結合によってステータ巻線２０の電力に変換して蓄電装置４２に回収することができる。

また、車速（車輪３８の回転速度）がある一定速度以上となり、以下の（２）式が成立する場合には、クラッチ４８を係合して入力側ロータ２８と出力側ロータ１８とを機械的に連結することで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間のすべりに伴ってかご型導体３０に誘導電流が流れることで生じるジュール損失を抑えることができる。ただし、（２）式において、Ｎｅｎｇはエンジン３６の回転速度、Ｎｏｕｔは変速機１４の出力軸回転速度、γは変速機１４の変速比である。

Ｎｏｕｔ＞Ｎｅｎｇ／γ （２）

また、クラッチ４８を係合する場合は、クラッチ４８の締結力を調整することで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間で伝達されるトルクを制限することができる。したがって、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間で衝撃トルクの伝達を抑制することができる。

また、電子制御ユニット５０は、前後進切換装置４６のクラッチＣ１及びブレーキＢ１を解放し且つクラッチ４８を係合した状態で、蓄電装置４２からステータ巻線２０へ電力供給するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、ステータ巻線２０への供給電力を用いてエンジン３６の始動を行うことができる。そして、電子制御ユニット５０は、エンジン３６の始動後に、前後進切換装置４６のクラッチＣ１及びブレーキＢ１を解放し且つクラッチ４８を係合した状態で、ステータ巻線２０から蓄電装置４２へ電力回収するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、エンジン３６の動力を用いて発電を行い、発電電力をステータ巻線２０から蓄電装置４２に回収することができる。

以上説明した本実施形態では、回転電機１０は、入力側ロータ２８のかご型導体３０と出力側ロータ１８の永久磁石３３との電磁気結合により、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間で動力伝達を行うことができ、入力側ロータ２８に繋がるエンジン３６からの動力を出力側ロータ１８に繋がる車輪３８へ伝達することができる。さらに、回転電機１０は、ステータ１６のステータ巻線２０と出力側ロータ１８の永久磁石３２との電磁気結合により、ステータ巻線２０に供給された電力を利用して出力側ロータ１８に動力を発生させて車輪３８を回転駆動することができる。このように、エンジン３６からの動力を負荷へ伝達する動力伝達装置の機能と、ステータ巻線２０への電力供給により負荷を駆動する電動モータの機能とを回転電機１０に持たせることができるため、ハイブリッド駆動装置の小型化を実現することができる。さらに、負荷にトルクを作用させる際には、エンジン３６のトルクと回転電機１０（出力側ロータ１８）のトルクとを併用することができるため、ステータ巻線２０の量を減らすことができる。その結果、ステータ１６の小型化、回転電機１０の熱負荷低減、及び回転電機１０の効率向上を図ることができる。

また、エンジン３６からのトルクを車輪３８へ伝達する際には、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転差を許容することができるため、回転電機１０を発進装置として機能させることができる。そのため、摩擦クラッチやトルクコンバータ等の発進装置を別に設ける必要がなくなる。さらに、インバータ４０のスイッチング動作を制御することなく（蓄電装置４２からステータ巻線２０への電力供給を行うことなく）、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間で動力伝達を行うことができるため、蓄電装置４２の蓄電量が少ない場合や極低温時等においても、エンジン３６からの動力を車輪３８へ伝達することができる。

また、例えばＥＶ走行を行う場合等、ステータ巻線２０への電力供給により出力側ロータ１８に動力を発生させて車輪３８を回転駆動する場合は、ステータ１６及び出力側ロータ１８が、同期モータ（永久磁石同期モータ）として機能する。同期モータは誘導モータより効率が高いため、ステータ巻線２０への電力供給により車輪３８を回転駆動する場合の効率を向上させることができる。

次に、本実施形態の他の構成例について説明する。

図４，５に示す入力側ロータ２８の構成例では、入力側ロータ２８（ロータコア５２）に導体収容溝６２が形成されており、導体収容溝６２の深さ方向は入力側ロータ２８の径方向（以下、ロータ径方向とする）に一致している。そして、回転子導体３０が導体収容溝６２に収容されていることで、回転子導体３０がロータ径方向に移動可能な状態で入力側ロータ２８（ロータコア５２）に支持されている。回転子導体３０には、ばね６４の弾性力によりロータ径方向内側への付勢力が作用している。さらに、回転子導体３０には、入力側ロータ２８の回転に伴ってロータ径方向外側への遠心力が作用する。入力側ロータ２８の回転速度の増大に応じて回転子導体３０に作用する遠心力が増大し、回転子導体３０がロータ径方向外側へ移動することで、回転子導体３０と出力側ロータ１８（永久磁石３３）との距離が減少する。一方、入力側ロータ２８の回転速度の減少に応じて回転子導体３０に作用する遠心力が減少し、回転子導体３０がロータ径方向内側へ移動することで、回転子導体３０と出力側ロータ１８との距離が増大する。このように、回転子導体３０がロータ径方向（導体収容溝６２の深さ方向）に沿って移動することで、回転子導体３０と出力側ロータ１８との距離が変化する。

入力側ロータ２８が高速で回転している場合は、図４に示すように、回転子導体３０が遠心力によってロータ径方向外側へ移動することで、回転子導体３０と出力側ロータ１８（永久磁石３３）との距離が減少する。そのため、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に回転差が生じるのに伴って回転子導体３０に誘導電流が発生し、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間にトルクが作用する。したがって、入力側ロータ２８に伝達されたエンジン３６からの動力を出力側ロータ１８へ伝達することができる。

一方、入力側ロータ２８の回転が停止している場合、あるいは入力側ロータ２８が低速で回転している場合は、図５に示すように、ばね６４の付勢力によって回転子導体３０がロータ径方向内側へ移動することで、回転子導体３０と出力側ロータ１８との距離が増大する。そのため、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に回転差が生じるのに伴って回転子導体３０に発生する誘導電流を低減することができ、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に作用するトルクを低減することができる。

エンジン３６の動力を用いずにステータ巻線２０への電力供給により車輪３８を回転駆動するＥＶ走行を行う場合は、例えば入力側ロータ２８の回転が停止した状態で出力側ロータ１８が回転する等、出力側ロータ１８の回転速度が入力側ロータ２８の回転速度より高くなる。その場合は、回転子導体３０に誘導電流が流れることで出力側ロータ１８に入力側ロータ２８からの引き摺りトルクが作用する。ただし、図４，５に示す構成例では、ＥＶ走行を行う場合は、回転子導体３０がロータ径方向内側へ移動して出力側ロータ１８から離れるため、回転子導体３０に流れる誘導電流を低減することができ、出力側ロータ１８に作用する引き摺りトルクを低減することができる。その結果、ＥＶ走行をより高効率に行うことができる。

なお、特許文献１において、エンジンの動力を用いずにステータのコイルへの電力供給によりロータバーに動力を発生させて負荷を駆動する場合は、ロータバーの導体とロータの永久磁石との電磁気結合によりロータバーに引き摺りトルクが作用することで、引き摺り損失が増大する。また、特許文献２においても、エンジンの動力を用いずにステータの巻線への電力供給により第２ロータに動力を発生させて負荷を駆動する場合は、第２ロータの永久磁石と第１ロータの巻線との電磁気結合により第２ロータに引き摺りトルクが作用することで、引き摺り損失が増大する。これに対して本実施形態では、ＥＶ走行を行う場合に、入力側ロータ２８の回転子導体３０と出力側ロータ１８の永久磁石３３との電磁気結合を抑えることができ、出力側ロータ１８に作用する引き摺りトルクを減少させることができる。

また、図６，７に示す入力側ロータ２８の構成例では、図４，５に示す構成例と比較して、導体収容溝６２に連通する油路６３が入力軸３４に形成されている。油路６３を介して導体収容溝６２に供給する油圧を増大させることで、図６に示すように、回転子導体３０がロータ径方向外側へ移動し、回転子導体３０と出力側ロータ１８との距離が減少する。一方、導体収容溝６２に供給する油圧を減少または停止させることで、図７に示すように、回転子導体３０がロータ径方向内側へ移動し、回転子導体３０と出力側ロータ１８との距離が増大する。

このように、図６，７に示す構成例では、油路６３を介して導体収容溝６２に供給する油圧を制御して回転子導体３０のロータ径方向位置を制御することで、回転子導体３０と出力側ロータ１８との距離を制御することができる。これによって、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転差の発生に伴って回転子導体３０に流れる誘導電流を制御することができ、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に作用するトルクを制御することができる。例えばエンジン３６の動力により車輪３８を回転駆動する場合に、導体収容溝６２に供給する油圧を制御することで、エンジン３６から車輪３８へ伝達されるトルクを制御することができる。また、ＥＶ走行を行う場合に、導体収容溝６２に供給する油圧を減少または停止させることで、出力側ロータ１８に作用する引き摺りトルクを減少させることができ、ＥＶ走行をより高効率に行うことができる。

また、図８に示す構成例では、入力側ロータ２８（ロータコア５２）に回転子導体としてロータ巻線６０が配設されている。入力側ロータ２８（ロータ巻線６０）と出力側ロータ１８（永久磁石３３）との間に回転差が発生すると、ロータ巻線６０に誘導電流が発生し、この誘導電流に伴って生じる磁界と永久磁石３３の界磁束との電磁気相互作用により出力側ロータ１８にトルクが作用して出力側ロータ１８が回転駆動する。このように、入力側ロータ２８のロータ巻線６０と出力側ロータ１８の永久磁石３３との電磁気結合によって、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間で動力伝達を行うことができる。

また、図９，１０に示す構成例では、入力側ロータ２８に、ロータ巻線６０の短絡／開放を切り換えることが可能なスイッチ６６が配設されている。図９に示すように、スイッチ６６をオン状態に切り換えることで、ロータ巻線６０を短絡（クローズ）することができる。この場合は、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転差の発生に伴って回転子導体３０に誘導電流が流れることで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間にトルクが作用する。一方、図１０に示すように、スイッチ６６をオフ状態に切り換えることで、ロータ巻線６０を開放（オープン）することができる。この場合は、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に回転差が生じても、ロータ巻線６０に誘導電流が流れず、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間にトルクは作用しない。なお、スイッチ６６のオン状態／オフ状態の切り換えについては、電磁石６８が発生する電磁力により行うことができる。

エンジン３６の動力により車輪３８を回転駆動する場合は、図９に示すように、スイッチ６６をオン状態に切り換えてロータ巻線６０を短絡することで、ロータ巻線６０に誘導電流が流れるのを許容する。これによって、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間にトルクを作用させることができ、エンジン３６の動力を車輪３８へ伝達することができる。

また、ＥＶ走行を行う場合は、例えば入力側ロータ２８の回転が停止した状態で出力側ロータ１８が回転する等、出力側ロータ１８の回転速度が入力側ロータ２８の回転速度より高くなる。その場合は、図１０に示すように、スイッチ６６をオフ状態に切り換えてロータ巻線６０を開放することで、ロータ巻線６０に誘導電流が流れるのを防止する。これによって、出力側ロータ１８に引き摺りトルクが作用するのが防止されるため、ＥＶ走行をより高効率に行うことができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の実施形態に係る動力伝達装置を備えるハイブリッド駆動装置の構成の概略を示す図である。本発明の実施形態に係る動力伝達装置の構成の概略を示す図である。入力側ロータと出力側ロータとの間のすべりに対する出力側ロータの駆動トルクの関係を示す図である。本発明の実施形態に係る動力伝達装置の他の構成の概略を示す図である。本発明の実施形態に係る動力伝達装置の他の構成の概略を示す図である。本発明の実施形態に係る動力伝達装置の他の構成の概略を示す図である。本発明の実施形態に係る動力伝達装置の他の構成の概略を示す図である。本発明の実施形態に係る動力伝達装置の他の構成の概略を示す図である。本発明の実施形態に係る動力伝達装置の他の構成の概略を示す図である。本発明の実施形態に係る動力伝達装置の他の構成の概略を示す図である。

符号の説明

１０回転電機、１６ステータ、１８出力側ロータ、２０ステータ巻線、２４出力軸、２８入力側ロータ、３０かご型導体（回転子導体）、３２，３３永久磁石、３４入力軸、３６エンジン、３８車輪、４０インバータ、４２蓄電装置、４４変速機、４６前後進切換装置、４８クラッチ、５０電子制御ユニット、６０ロータ巻線、６６スイッチ。

Claims

原動機からの動力が伝達される入力側回転子と、
入力側回転子に対し相対回転可能であり、入力側回転子と電磁気的に結合することで入力側回転子からの動力が伝達可能な出力側回転子と、
出力側回転子と電磁気的に結合することで出力側回転子との間でエネルギーの授受を行うことが可能な固定子と、
を備え、
出力側回転子には、界磁束を発生する磁石が配設されており、
固定子には、前記界磁束との電磁気相互作用により出力側回転子にトルクを作用させるための回転磁界を発生可能な固定子導体が配設されており、
入力側回転子には、前記磁石との回転差の発生に伴って、前記界磁束との電磁気相互作用により出力側回転子にトルクを作用させるための誘導電流が流れる回転子導体が配設されている、動力伝達装置。
請求項１に記載の動力伝達装置であって、
入力側回転子と出力側回転子とを機械的に係合させることが可能な係合装置を備える、動力伝達装置。
請求項１または２に記載の動力伝達装置であって、
前記回転子導体は、出力側回転子との距離を変化させる方向に移動可能な状態で入力側回転子に支持されている、動力伝達装置。
請求項３に記載の動力伝達装置であって、
前記回転子導体は、入力側回転子の回転速度の減少に応じて出力側回転子との距離を増大させるように移動可能な状態で入力側回転子に支持されている、動力伝達装置。
請求項１または２に記載の動力伝達装置であって、
入力側回転子には、前記回転子導体を開放することが可能な開放機構が配設されている、動力伝達装置。
請求項５に記載の動力伝達装置であって、
前記開放機構は、出力側回転子の回転速度が入力側回転子の回転速度より高くなる場合に、前記回転子導体を開放する機構である、動力伝達装置。