JP2009033917A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動力伝達装置のトルク伝達容量を向上させる。
【解決手段】第１及び第２ロータ２８，７８と第３ロータ１８との間に回転差が発生するのに伴って第１ロータ巻線３０に誘導電流が流れることで回転磁界が発生し、第１ロータ２８と第３ロータ１８との間にトルクが作用する。さらに、第２ロータ巻線８０に流れる誘導電流により発生した回転磁界が第２ステータ６６に作用するのに応じて第２ステータ巻線７０に誘導起電力が発生し、この誘導起電力が第１ステータ巻線２０に供給されることで回転磁界が発生し、第１ステータ１６と第３ロータ１８との間にトルクが作用する。さらに、第２ロータ巻線８０で発生した回転磁界と第２ステータ巻線７０に流れる誘導電流により、第２ステータ６６と第２ロータ７８との間にトルクが作用する。
【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に開示されている。特許文献１による動力伝達装置は、磁石が配設され駆動輪に機械的に連結された第１ロータと、第１ロータの磁石と電磁気的に結合する巻線が配設されエンジン（原動機）に機械的に連結された第２ロータと、第１ロータの磁石と電磁気的に結合する巻線が配設されたステータと、第２ロータの巻線に電気的に接続された巻線が配設され第２ロータに機械的に連結されたトランスロータと、トランスロータの巻線と電磁気的に結合する巻線が配設されたトランスステータと、を備える。特許文献１においては、第２ロータに伝達されたエンジンからの動力は、第２ロータの巻線と第１ロータの磁石との電磁気結合によって第１ロータに伝達されるため、エンジンの動力により駆動輪を駆動することができる。さらに、バッテリーからインバータを介してトランスステータの巻線に供給された電力を、トランスステータの巻線とトランスロータの巻線との電磁気結合によってトランスロータの巻線及び第２ロータの巻線に供給することができるため、トランスステータの巻線への電力供給を制御することで、駆動輪の回転速度を制御することができる。また、ステータの巻線と第１ロータの磁石との電磁気結合によって、バッテリーからインバータを介してステータの巻線に供給された電力を用いて第１ロータに動力を発生させて駆動輪を駆動することができるため、ステータの巻線への電力供給を制御することで、駆動輪に伝達されるトルクを制御することができる。

特許第３０６７５９４号公報 特開２００７−１１６８３７号公報

特許文献１においては、トランスロータの巻線の巻回軸及びトランスステータの巻線の巻回軸は、いずれもロータ回転軸方向と平行であり、トランスロータとトランスステータが対向する方向である径方向と直交している。そのため、トランスロータ及びトランスステータは単にトランスとして機能し、トランスロータとトランスステータとの間にはトルクは発生しない。したがって、エンジンが発生するトルクを、トランスロータ及びトランスステータで受けることができず、第１ロータと第２ロータとの間に発生するトルクのみで受ける必要がある。その結果、トルク伝達容量が低下する。

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、トルク伝達容量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、回転磁界を発生可能な第１回転子導体が配設された第１回転子と、第１回転子と結合された第２回転子であって、第１回転子導体に接続され且つ回転磁界を発生可能な第２回転子導体が配設された第２回転子と、回転磁界を発生可能な第１固定子導体が配設された第１固定子と、第１及び第２回転子に対し相対回転可能な第３回転子であって、第１回転子導体で発生した回転磁界が作用するのに応じて第１回転子との間にトルクが作用し、第１固定子導体で発生した回転磁界が作用するのに応じて第１固定子との間にトルクが作用する第３回転子と、第２回転子導体で回転磁界が発生するのに応じて誘導電流が流れる第２固定子導体が配設された第２固定子であって、当該誘導電流と第２回転子導体で発生した回転磁界との相互作用により第２回転子にトルクを作用させることが可能な第２固定子と、を備え、第１及び第２回転子と第３回転子との一方に原動機からの動力が伝達されるとともに、第１及び第２回転子と第３回転子との他方から負荷へ動力が伝達され、第１及び第２回転子導体は、第１回転子と第３回転子との間に回転差が発生するのに伴って誘導電流が流れることで回転磁界を発生し、第２固定子導体から第１固定子導体への電力供給が可能であることを要旨とする。

本発明の一態様では、第１回転子導体及び第２回転子導体に誘導電流が流れる場合に発生する回転磁界の回転方向が第１回転子導体と第２回転子導体で互いに同方向になるように、第１回転子導体と第２回転子導体が接続されており、第２回転子の極数が第１回転子の極数以上であることが好適である。この態様では、第２回転子の極数が第１回転子の極数と等しいことが好適である。さらに、この態様では、第２固定子導体と第１固定子導体との間に位相調整回路が設けられていることが好適である。

本発明の一態様では、第１及び第２回転子導体に誘導電流が流れる場合に発生する回転磁界の回転方向が第１回転子導体と第２回転子導体で互いに逆方向になるように、第１回転子導体と第２回転子導体が接続されていることが好適である。

本発明の一態様では、第２固定子導体からの交流電力を整流する整流器が設けられており、整流器で整流された電力が第１インバータで交流に変換されて第１固定子導体へ供給されることが好適である。

本発明の一態様では、電源から第２固定子導体への電力供給が可能であることが好適である。この態様では、前記電源は直流電源であり、直流電源からの直流電力が第２インバータで交流に変換されて第２固定子導体へ供給されることが好適である。

本発明の一態様では、第１回転子には第１回転子導体として第１回転子巻線が配設され、第２回転子には第２回転子導体として第２回転子巻線が配設されていることが好適である。この態様では、第２固定子には第２固定子導体として固定子巻線が配設されており、第２回転子巻線の巻回軸及び固定子巻線の巻回軸が、第２回転子と第２固定子との対向方向に一致することが好適である。

本発明の一態様では、第１回転子には第１回転子導体として第１かご型導体が配設され、第２回転子には第２回転子導体として第２かご型導体が配設されていることが好適である。

本発明の一態様では、第３回転子には界磁束を発生する磁石が配設されており、前記界磁束と第１回転子導体で発生した回転磁界との相互作用により第１回転子と第３回転子との間にトルクが作用することが好適である。また、本発明の一態様では、第３回転子には界磁束を発生する磁石が配設されており、前記界磁束と第１固定子導体で発生した回転磁界との相互作用により第１固定子と第３回転子との間にトルクが作用することが好適である。

本発明の一態様では、第１及び第２回転子と第３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。

本発明によれば、第１回転子と第３回転子との間、第１固定子と第３回転子との間、及び第２固定子と第２回転子との間にトルクを作用させることができるので、トルク伝達容量を向上させることができる。

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１〜４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２〜４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、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第１ステータ（第１固定子）１６と、第１ステータ１６の径方向内側に配置され第１ステータ１６に対し相対回転可能な第１ロータ（第１回転子）２８と、図示しないケーシングに固定された第２ステータ（第２固定子）６６と、第２ステータ６６の径方向内側に配置され第２ステータ６６に対し相対回転可能な第２ロータ（第２回転子）７８と、第１ステータ１６と第１ロータ２８との間に配置され第１ステータ１６及び第１ロータ２８に対し相対回転可能な第３ロータ（第３回転子）１８と、を有する。第２ロータ７８は、回転軸４８を介して第１ロータ２８と機械的に結合されている。第１ロータ２８及び第２ロータ７８は回転電機１０の入力軸３４に機械的に連結され、入力軸３４はエンジン３６と機械的に連結されていることで、第１ロータ２８及び第２ロータ７８にはエンジン３６からの動力が伝達される。一方、第３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は変速機４４を介して車輪３８に機械的に連結されていることで、車輪３８には第３ロータ１８からの動力が伝達される。

第１ステータ１６は、ステータコア（第１固定子鉄心）５１と、ステータコア５１にその周方向に沿って配設された複数相（例えば３相）の第１ステータ巻線（第１固定子導体）２０と、を含む。複数相の第１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、第１ステータ巻線２０は、第１ステータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。同様に、第２ステータ６６は、ステータコア（第２固定子鉄心）１０１と、ステータコア１０１にその周方向に沿って配設された複数相（例えば３相）の第２ステータ巻線（第２固定子導体）７０と、を含む。複数相の第２ステータ巻線７０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、第２ステータ巻線７０は、第２ステータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。

第１ロータ２８は、ロータコア（第１回転子鉄心）５２と、ロータコア５２にその周方向に沿って配設された複数相（例えば３相）の第１ロータ巻線（第１回転子導体）３０と、を含む。複数相の第１ロータ巻線３０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、第１ロータ巻線３０は、第１ロータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。同様に、第２ロータ７８は、ロータコア（第２回転子鉄心）１０２と、ロータコア１０２にその周方向に沿って配設された複数相（例えば３相）の第２ロータ巻線（第２回転子導体）８０と、を含む。複数相の第２ロータ巻線８０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、第２ロータ巻線８０は、第２ロータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。

第２ロータ巻線８０は、第１ロータ巻線３０と電気的に接続（直結）されている。ここでは、第１ロータ巻線３０及び第２ロータ巻線８０に交流電流が流れる場合に発生する回転磁界の回転方向が第１ロータ巻線３０と第２ロータ巻線８０とで互いに同方向になるように、第１ロータ巻線３０と第２ロータ巻線８０が同相接続されている。例えば第１ロータ巻線３０及び第２ロータ巻線８０がともにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相巻線により構成されている場合は、図５に示すように、第１ロータ巻線３０のＵ相と第２ロータ巻線８０のＵ相とを接続し、第１ロータ巻線３０のＶ相と第２ロータ巻線８０のＶ相とを接続し、第１ロータ巻線３０のＷ相と第２ロータ巻線８０のＷ相とを接続する（すべての相について同じ相の巻線同士を接続する）ことで、第１ロータ巻線３０と第２ロータ巻線８０とで発生する磁界の回転方向が互いに同方向となる。

第３ロータ１８は、ロータコア（第３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。永久磁石３２は、ロータコア５３の外周部に第１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の内周部に第１ロータ２８（ロータコア５２）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。

第１ロータ２８、第３ロータ１８、及び第１ステータ１６のより詳細な構成例を図６に示し、第２ロータ７８及び第２ステータ６６のより詳細な構成例を図７に示す。図６に示す例では、第１ロータ２８、第３ロータ１８、及び第１ステータ１６が同心円状に配置されている。第１ステータ１６のステータコア５１には、径方向内側（第３ロータ１８側）へ突出した複数のティース５１ａが第１ステータ周方向に沿って間隔をおいて配列されており、各第１ステータ巻線２０がこれらのティース５１ａに巻回されていることで、磁極が構成される。第１ロータ２８のロータコア５２には、径方向外側（第３ロータ１８側）へ突出した複数のティース５２ａが第１ロータ周方向に沿って間隔をおいて配列されており、各第１ロータ巻線３０がこれらのティース５２ａに巻回されていることで、磁極が構成される。第１ステータ１６のティース５１ａと第３ロータ１８の永久磁石３２とが第３ロータ１８の回転中心軸（第１ロータ２８の回転中心軸と一致する）に直交する径方向に対向配置されており、第１ロータ２８のティース５２ａと第３ロータ１８の永久磁石３３とがこの径方向に対向配置されている。第１ステータ巻線２０の巻回軸及び第１ロータ巻線３０の巻回軸は、この径方向（第１ロータ２８と第３ロータ１８が対向する方向）に一致している。永久磁石３２，３３は第３ロータ周方向に間隔をおいて配列されており、さらに、永久磁石３２はロータコア５３内にＶ字状に埋設されている。ただし、永久磁石３２，３３については、第３ロータ１８の表面（外周面または内周面）に露出していてもよいし、第３ロータ１８内（ロータコア５３内）に埋設されていてもよい。

図７に示す例では、第２ロータ７８及び第２ステータ６６が同心円状に配置されている。第２ステータ６６のステータコア１０１には、径方向内側（第２ロータ７８側）へ突出した複数のティース１０１ａが第２ステータ周方向に沿って間隔をおいて配列されており、各第２ステータ巻線７０がこれらのティース１０１ａに巻回されていることで、磁極が構成される。第２ロータ７８のロータコア１０２には、径方向外側（第２ステータ６６側）へ突出した複数のティース１０２ａが第２ロータ周方向に沿って間隔をおいて配列されており、各第２ロータ巻線８０がこれらのティース１０２ａに巻回されていることで、磁極が構成される。第２ロータ７８の極数は、第１ロータ２８の極数と等しい。第２ステータ６６のティース１０１ａと第２ロータ７８のティース１０２ａとが第２ロータ７８の回転中心軸に直交する径方向に対向配置されており、第２ステータ巻線７０の巻回軸及び第２ロータ巻線８０の巻回軸がこの径方向（第２ステータ６６と第２ロータ７８が対向する方向）に一致している。

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からの直流電力を交流（例えば３相交流）に変換して、第１ステータ巻線２０及び第２ステータ巻線７０の各相に供給することが可能である。第２ステータ巻線７０と第１ステータ巻線２０との間、より具体的には、第２ステータ巻線７０と第１ステータ巻線２０及びインバータ４０とを電気的に接続するための電力ラインには、位相調整回路４３が設けられている。

複数相の第１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、第１ステータ巻線２０は、第１ステータ周方向に回転する回転磁界を発生する。そして、第１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、第３ロータ１８にトルク（磁石トルク）を作用させることができ、第３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から第１ステータ巻線２０に供給された電力を第３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、第１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、第３ロータ１８の動力が第１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、第１ステータ１６の第１ステータ巻線２０と第３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、第１ステータ巻線２０で発生する回転磁界を第３ロータ１８に作用させて、第１ステータ１６と第３ロータ１８との間にトルク（磁石トルク）を作用させることができる。さらに、例えば図６に示すように、永久磁石３２間に突極部として磁性体（強磁性体）が第１ステータ１６（ティース５１ａ）と対向して配置されている例や、永久磁石３２が第３ロータ１８内（ロータコア５３内）に埋設されている例では、第１ステータ１６の発生する回転磁界が第３ロータ１８に作用するのに応じて、磁石トルクに加えてリラクタンストルクも第１ステータ１６と第３ロータ１８との間に作用する。そして、インバータ４０は双方向の電力変換が可能であり、蓄電装置４２は第１ステータ巻線２０に対して電力の送受が可能である。

また、第１及び第２ロータ２８，７８が第３ロータ１８に対し相対回転して第１ロータ２８（第１ロータ巻線３０）と第３ロータ１８（永久磁石３３）との間に回転差が生じるのに伴って、第１ロータ巻線３０に誘導起電力が発生して誘導電流が流れることで回転磁界が生じる。そして、第１ロータ巻線３０の誘導電流により生じる回転磁界と永久磁石３３の界磁束との電磁気相互作用によっても、第３ロータ１８にトルクを作用させることができ、第３ロータ１８を回転駆動することができる。このように、第１ロータ２８の第１ロータ巻線３０と第３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、第１ロータ巻線３０で発生する回転磁界が第３ロータ１８に作用するのに応じて、第１ロータ２８と第３ロータ１８との間にトルク（磁石トルク）が作用する。そのため、第１ロータ２８と第３ロータ１８との間で動力（機械的動力）を伝達することができ、電磁カップリング機能を実現することができる。さらに、永久磁石３３間に突極部として磁性体（強磁性体）が第１ロータ２８（ティース５２ａ）と対向して配置されている例や、永久磁石３３が第３ロータ１８内（ロータコア５３内）に埋設されている例では、第１ロータ２８の発生する回転磁界が第３ロータ１８に作用するのに応じて、磁石トルクに加えてリラクタンストルクも第１ロータ２８と第３ロータ１８との間に作用する。

さらに、第１ロータ巻線３０は第２ロータ巻線８０と電気的に接続されているため、第１ロータ２８と第３ロータ１８との回転差に伴って第１ロータ巻線３０に発生した誘導電流は第２ロータ巻線８０にも流れ、この第２ロータ巻線８０に流れる誘導電流により回転磁界が第２ロータ７８にも形成される。そして、第２ロータ巻線８０で発生した回転磁界が第２ステータ６６に作用するのに応じて、第２ステータ巻線７０に誘導起電力が発生して誘導電流が流れる。第２ステータ巻線７０に生じた誘導起電力（交流電圧）は、位相調整回路４３で位相が調整されてから第１ステータ巻線２０に供給され、第１ステータ１６では、第２ステータ巻線７０から第１ステータ巻線２０に供給された交流電力を利用して回転磁界を発生させて第３ロータ１８を回転駆動することができる。さらに、第２ロータ巻線８０で発生した回転磁界と第２ステータ巻線７０に流れる誘導電流との電磁気相互作用により、第２ステータ６６と第２ロータ７８との間にトルクが作用する。このように、第２ロータ７８の第２ロータ巻線８０と第２ステータ６６の第２ステータ巻線７０とが電磁気的に結合されていることで、第２ロータ巻線８０に発生した交流起電力を非接触で第２ステータ巻線７０へ伝達する非接触給電機能を実現することができる。さらに、第２ロータ７８及び第２ステータ６６を誘導機として機能させることができる。

クラッチ４８は、その係合／解放により、入力軸３４（第１及び第２ロータ２８，７８）と出力軸２４（第３ロータ１８）との機械的係合及びその解除を選択的に行うことが可能である。クラッチ４８を係合させて、第１及び第２ロータ２８，７８と第３ロータ１８とを機械的に係合させることで、第１及び第２ロータ２８，７８と第３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、第１及び第２ロータ２８，７８と第３ロータ１８との機械的係合を解除することで、第１及び第２ロータ２８，７８と第３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。

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、第１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、第１及び第２ロータ２８，７８と第３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の動力が第１及び第２ロータ２８，７８に伝達され、第１及び第２ロータ２８，７８が回転駆動する。第１及び第２ロータ２８，７８の回転速度が第３ロータ１８の回転速度より高くなると、第１ロータ巻線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第３ロータ１８にトルクが作用して第３ロータ１８が回転駆動する。このように、第１及び第２ロータ２８，７８に伝達されたエンジン３６からの動力は、第１ロータ２８の第１ロータ巻線３０と第３ロータ１８の永久磁石３３との電磁気結合によって、第３ロータ１８へ伝達される。第３ロータ１８に伝達された動力は、変速機４４で変速されてから車輪３８へ伝達されることで、車両の駆動等、負荷の駆動に用いられる。したがって、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動することができる。さらに、第１及び第２ロータ２８，７８と第３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。

さらに、第１ロータ巻線３０に発生した誘導電流が第２ロータ巻線８０にも流れるため、第２ロータ７８に回転磁界が形成されることで、第２ステータ巻線７０にも誘導電流が生じる。これによって、第２ステータ６６と第２ロータ７８との間にトルクが作用する。第２ステータ巻線７０に生じた誘導電流は第１ステータ巻線２０にも流れることで第１ステータ１６に回転磁界が形成され、この回転磁界と永久磁石３２の界磁束との電磁気相互作用によっても、第３ロータ１８にトルクが作用する。これによって、第３ロータ１８のトルクを増幅させることができる。

ここで、第１ロータ２８の極数をＰ１、第２ロータ７８の極数をＰ２、入力軸３４（第１及び第２ロータ２８，７８）の回転速度をＮｅ［ｒｐｍ］、出力軸２４（第３ロータ１８）の回転速度をＮｏｕｔ［ｒｐｍ］とする。第１及び第２ロータ２８，７８と第３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の範囲内において第１及び第２ロータ２８，７８と第３ロータ１８との間で動力伝達を行うことが可能である。

ｓ＝（Ｎｅ−Ｎｏｕｔ）／Ｎｅ （１）

（１）式から、出力軸２４（第３ロータ１８）の回転速度Ｎｏｕｔは、以下の（２）式で表される。

Ｎｏｕｔ＝（１−ｓ）×Ｎｅ （２）

第１及び第２ロータ２８，７８と第３ロータ１８との相対回転速度はｓ×Ｎｅであるから、第１ロータ巻線３０には、以下の（３）式で表される周波数ｆ１［Ｈｚ］の交流起電力が発生する。

ｆ１＝Ｐ１×ｓ×Ｎｅ／１２０ （３）

第１及び第２ロータ２８，７８の回転速度がＮｅであるから、第１ロータ巻線３０と第２ロータ巻線８０との接続が図５に示す場合（磁界の回転方向が同方向の場合）は、第２ステータ６６（第２ステータ巻線７０）では、以下の（４）式で表される周波数ｆ２［Ｈｚ］の交流電力を回収することができる。

ｆ２＝Ｐ２／１２０×（１−Ｐ１／Ｐ２×ｓ）×Ｎｅ （４）

第１ロータ２８の極数Ｐ１と第２ロータ７８の極数Ｐ２が等しい（Ｐ１＝Ｐ２）場合は、第２ステータ６６で回収される交流電力の周波数ｆ２は、以下の（５）式で表され、第３ロータ１８の回転速度Ｎｏｕｔの同期駆動周波数に一致する。

ｆ２＝Ｐ１／１２０×（１−ｓ）×Ｎｅ （５）

したがって、本実施形態では、Ｐ１＝Ｐ２とすることで、第２ステータ巻線７０で回収された交流電力を、その周波数を変換することなく第１ステータ巻線２０に供給して、第３ロータ１８を同期駆動することができ、第３ロータ１８のトルクを増幅させることができる。その際には、第２ステータ巻線７０から第１ステータ巻線２０に供給される交流電力の位相を位相調整回路４３で調整することで、第１ステータ１６と第３ロータ１８との間に作用するトルクを調整することができる。

また、（４）式から、第２ロータ７８の極数Ｐ２が第１ロータ２８の極数Ｐ１以上である（Ｐ２≧Ｐ１）場合は、第２ステータ６６と第２ロータ７８との間に作用するトルクは、第１ロータ２８と第３ロータ１８との間に作用するトルクと同方向となる。つまり、入力軸３４のトルクは、第２ロータ７８に作用するトルクと第１ロータ２８に作用するトルクの和となる。

さらに、蓄電装置４２から第１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、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、第１ステータ巻線２０への供給電力を用いて発生させた第３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、第２ステータ巻線７０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の動力の一部を第２ステータ巻線７０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、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から第１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、第１ステータ巻線２０への供給電力を第１ステータ巻線２０と永久磁石３２との電磁気結合によって第３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、第１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、第１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、負荷の動力を第１ステータ巻線２０と永久磁石３２との電磁気結合によって第１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、Ｎｏｕｔ＞Ｎｅが成立する場合には、クラッチ４８を係合して第１及び第２ロータ２８，７８と第３ロータ１８とを機械的に連結することで、第１及び第２ロータ２８，７８と第３ロータ１８との間のすべりに伴って第１及び第２ロータ巻線３０，８０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。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、第１及び第２ロータ２８，７８と第３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、第１及び第２ロータ２８，７８と第３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、蓄電装置４２から第２ステータ巻線７０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、第２ステータ６６に回転磁界を形成することができる。第２ステータ６６の回転磁界が第２ロータ７８に作用するのに応じて、第２ロータ巻線８０に誘導電流が発生する。そして、第２ステータ６６の回転磁界と第２ロータ巻線８０の誘導電流との電磁気相互作用により、第２ステータ６６と第２ロータ７８との間にトルクを作用させることで、第２ロータ７８を回転駆動してエンジン３６のクランキングを行うことができる。これによって、第２ステータ巻線７０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。ここでのエンジン３６の始動については、第３ロータ１８の回転中（車両の走行中）に行うこともできるし、第３ロータ１８の停止中（車両の停止中）に行うこともできる。

以上説明した本実施形態では、第１及び第２ロータ２８，７８と第３ロータ１８との間に回転差が発生するのに伴って第１及び第２ロータ巻線３０，８０に誘導電流が流れることで回転磁界が発生し、第１ロータ巻線３０で発生した回転磁界が第３ロータ１８に作用するのに応じて第１ロータ２８と第３ロータ１８との間にトルクが作用する。これによって、第１及び第２ロータ２８，７８に繋がるエンジン３６からの動力を第３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、第２ロータ巻線８０で発生した回転磁界が第２ステータ６６に作用するのに応じて第２ステータ巻線７０に誘導起電力が発生し、この誘導起電力が第１ステータ巻線２０に供給されることで回転磁界が発生し、第１ステータ巻線２０で発生した回転磁界が第３ロータ１８に作用するのに応じて第１ステータ１６と第３ロータ１８との間にトルクが作用する。これによって、第１及び第２ロータ巻線３０，８０に流れる誘導電流を利用して第３ロータ１８のトルクを増幅させることができる。さらに、第２ステータ６６及び第２ロータ７８により誘導機が構成され、第２ロータ巻線８０で発生した回転磁界と第２ステータ巻線７０に流れる誘導電流により、第２ステータ６６と第２ロータ７８との間にトルクが作用する。これによって、エンジン３６が発生するトルクを、第１ロータ２８と第３ロータ１８との間に発生するトルクだけでなく、第２ステータ６６と第２ロータ７８との間に発生するトルクによっても受けることができる。このように、本実施形態によれば、第１ロータ２８と第３ロータ１８との間、第１ステータ１６と第３ロータ１８との間、及び第２ステータ６６と第２ロータ７８との間にトルクを作用させることができるので、トルク伝達容量（トルク伝達密度）を向上させることができる。

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、第１及び第２ロータ２８，７８と第３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から第１ステータ巻線２０への電力供給を行うことなく）、第１及び第２ロータ２８，７８と第３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。

なお、前述の特許文献１では、トランスロータ及びトランスステータで回収可能な交流電力の周波数は第１ロータと第２ロータの差動回転速度に比例し、第１ロータの回転速度に同期しない。そのため、ステータの巻線へ電力供給するインバータとトランスステータの巻線へ電力供給するインバータとが別個に必要となる。これに対して本実施形態では、第１ロータ２８の極数Ｐ１を第２ロータ７８の極数Ｐ２と等しくすることで、第２ステータ６６で回収される交流電力の周波数ｆ２を第３ロータ１８の回転速度Ｎｏｕｔの同期駆動周波数に一致させることができる。そのため、第２ステータ巻線７０で回収された交流電力を、その周波数を変換することなく第１ステータ巻線２０に供給して、第３ロータ１８を同期駆動することができる。その結果、インバータを共通化することができ、装置の構成を簡略化することができる。さらに、第２ステータ巻線７０で回収された交流電力を、インバータを介さずに第１ステータ巻線２０に供給して、第３ロータ１８を回転駆動することができるので、インバータの容量を低減することができ、高効率化を図ることができる。そして、第２ステータ巻線７０から第１ステータ巻線２０に供給される交流電力の位相を調整回路４３で調整することで、第１ステータ１６と第３ロータ１８との間に作用するトルクを調整することができる。

また、前述の特許文献１では、トランスロータとトランスステータとの間にトルクは発生しないため、エンジンを始動する場合は、ステータから第１ロータを介して第２ロータへトルクを作用させてエンジンのクランキングを行う必要がある。そのため、駆動輪と独立にエンジンを始動することが困難であり、エンジン始動時の効率も低下する。これに対して本実施形態では、蓄電装置４２から第２ステータ巻線７０への電力供給により、第２ステータ６６と第２ロータ７８との間にトルクを作用させてエンジン３６のクランキングを行うことができるため、エンジン３６の始動を車輪３８と独立に効率よく行うことができる。

次に、本実施形態の他の構成例について説明する。

本実施形態では、第１ロータ２８の極数Ｐ１を第２ロータ７８の極数Ｐ２と異ならせることもできる。ただし、Ｐ１≠Ｐ２の場合は、第２ステータ６６で回収される交流電力の周波数ｆ２は、第３ロータ１８の回転速度Ｎｏｕｔの同期駆動周波数に一致しない。その場合は、図８に示すように、第２ステータ巻線７０で回収された交流電力を整流する整流器９３を設け、整流器９３で整流された電力をインバータ４０で交流に変換して第１ステータ巻線２０に供給することで、第１ロータ２８と第３ロータ１８との間にトルクを作用させて第３ロータ１８のトルクを増幅させることができる。したがって、極数Ｐ１，Ｐ２の条件によらず、第２ステータ巻線７０で回収された電力を利用して第３ロータ１８を回転駆動することができる。さらに、整流器９３で整流された電力を蓄電装置４２に回収することもできる。また、図８に示すように、蓄電装置４２からの直流電力を交流（例えば３相交流）に変換して第２ステータ巻線７０の各相に供給するインバータ４１を設け、蓄電装置４２から第２ステータ巻線７０へ電力供給するようにインバータ４１のスイッチング動作を制御することで、第２ステータ巻線７０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。

また、第１ロータ巻線３０と第２ロータ巻線８０との接続が図５に示す場合（磁界の回転方向が同方向の場合）は、前述の（４）式から、第２ロータ７８の極数Ｐ２を第１ロータ２８の極数Ｐ１以上（Ｐ２≧Ｐ１）に設定することで、第２ステータ６６と第２ロータ７８との間に作用するトルクは、第１ロータ２８と第３ロータ１８との間に作用するトルクと同方向となる。これによって、エンジン３６が受ける負荷トルクは、第２ロータ７８に作用するトルクと第１ロータ２８に作用するトルクの和となり、エンジン３６が受ける負荷トルクを増大させることができる。

また、本実施形態では、第１ロータ巻線３０及び第２ロータ巻線８０に交流電流が流れる場合に発生する回転磁界の回転方向が第１ロータ巻線３０と第２ロータ巻線８０とで互いに逆方向になるように、第１ロータ巻線３０と第２ロータ巻線８０を逆相接続することもできる。例えば第１ロータ巻線３０及び第２ロータ巻線８０がともにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相巻線により構成されている場合は、図９に示すように、第１ロータ巻線３０のＵ相と第２ロータ巻線８０のＵ相とを接続し、第１ロータ巻線３０のＶ相と第２ロータ巻線８０のＷ相とを接続し、第１ロータ巻線３０のＷ相と第２ロータ巻線８０のＶ相とを接続する（３相のうち１つの相について同じ相の巻線同士を接続し、３相のうち２つの相について異なる相の巻線同士を接続する）ことで、第１ロータ巻線３０と第２ロータ巻線８０とで発生する磁界の回転方向が互いに逆方向となる。

第１ロータ巻線３０と第２ロータ巻線８０との接続が図９に示す場合（磁界の回転方向が逆方向の場合）は、第２ステータ６６（第２ステータ巻線７０）では、以下の（６）式で表される周波数ｆ２［Ｈｚ］の交流電力を回収することができる。

ｆ２＝Ｐ２／１２０×（１＋Ｐ１／Ｐ２×ｓ）×Ｎｅ （６）

この場合は、（６）式から、第１ロータ２８の極数Ｐ１及び第２ロータ７８の極数Ｐ２の条件に関係なく、第２ステータ６６と第２ロータ７８との間に作用するトルクは、第１ロータ２８と第３ロータ１８との間に作用するトルクと同方向となる。そのため、エンジン３６が受ける負荷トルクは、第２ロータ７８に作用するトルクと第１ロータ２８に作用するトルクの和となり、エンジン３６が受ける負荷トルクを増大させることができる。

ただし、この場合は、第１ロータ２８の極数Ｐ１及び第２ロータ７８の極数Ｐ２の条件に関係なく、第２ステータ６６で回収される交流電力の周波数ｆ２は、第３ロータ１８の回転速度Ｎｏｕｔの同期駆動周波数に一致しない。そのため、図８に示すように、整流器９３及びインバータ４１を設ける。そして、第２ステータ巻線７０で回収された交流電力を整流器９３で整流し、整流器９３で整流された電力をインバータ４０で交流に変換して第１ステータ巻線２０に供給することで、第３ロータ１８のトルクを増幅させる。これによって、第１ロータ巻線３０と第２ロータ巻線８０との接続条件によらず、第２ステータ巻線７０で回収された電力を利用して第３ロータ１８を回転駆動することができる。また、エンジン３６の始動を行うときは、蓄電装置４２から第２ステータ巻線７０へ電力供給するようにインバータ４１のスイッチング動作を制御することで、第２ステータ巻線７０への供給電力を用いてエンジン３６のクランキングを行う。

また、本実施形態では、例えば図１０に示すように、第１ロータ２８に第１かご型導体１３０を第３ロータ１８（永久磁石３３）と対向させて配設するとともに、第２ロータ７８に第２かご型導体１８０を第２ステータ６６（第２ステータ巻線７０が巻回されたティース）と対向させて配設することもできる。第１かご型導体１３０と第２かご型導体１８０は電気的に接続されている。この例では、第３ロータ１８の永久磁石３３の極数Ｐ１を第２ステータ６６の極数Ｐ２と等しく設定する（Ｐ１＝Ｐ２）ことで、第２ステータ６６で回収される交流電力の周波数ｆ２が第３ロータ１８の回転速度Ｎｏｕｔの同期駆動周波数に一致する。そのため、第２ステータ巻線７０で回収された交流電力を、その周波数を変換することなく第１ステータ巻線２０に供給して、第３ロータ１８を同期駆動することができる。その際には、第２ステータ巻線７０から第１ステータ巻線２０に供給される交流電力の位相を位相調整回路４３で調整することで、第１ステータ１６と第３ロータ１８との間に作用するトルクを調整することができる。

一方、Ｐ１≠Ｐ２の場合は、第２ステータ６６で回収される交流電力の周波数ｆ２が第３ロータ１８の回転速度Ｎｏｕｔの同期駆動周波数に一致しないため、位相調整回路４３に代えて、整流器９３及びインバータ４１（図８参照）を設ける。

また、第２ステータ６６の極数Ｐ２を第３ロータ１８の永久磁石３３の極数Ｐ１以上（Ｐ２≧Ｐ１）に設定することで、第２ステータ６６と第２ロータ７８との間に作用するトルクは、第１ロータ２８と第３ロータ１８との間に作用するトルクと同方向となり、エンジン３６が受ける負荷トルクは、第２ロータ７８に作用するトルクと第１ロータ２８に作用するトルクの和となる。

また、本実施形態では、例えば図１１，１２に示すように、回転電機１０と車輪３８との間に無段変速機（ＣＶＴ）１４４を配置することもできる。図１１に示す例では、回転電機１０と無段変速機１４４との間に前後進切換装置４６が配置されており、図１２に示す例では、エンジン３６と回転電機１０との間に前後進切換装置４６が配置されている。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、入力されたトルク（図１１では第３ロータ１８からのトルク、図１２ではエンジン３６からのトルク）をその方向を逆転させることなく出力し、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、入力されたトルクをその方向を逆転させて出力する。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、前後進切換装置４６の入出力間のトルク伝達が遮断される。図１２に示す例によれば、ＥＶ走行を行う場合に前後進切換装置４６のクラッチＣ１及びブレーキＢ１を解放状態にすることで、第１ロータ２８と第３ロータ１８との間に発生するトルクによりエンジン３６が連れ回されるのを防ぐことができ、エンジン３６が連れ回されることで生じる損失を抑制することができる。

また、本実施形態では、回転電機１０の入力軸３４と出力軸２４とを入れ替えることもできる。すなわち、第３ロータ１８がエンジン３６に機械的に連結され、第１及び第２ロータ２８，７８が変速機４４を介して車輪３８に機械的に連結されていてもよい。この場合は、エンジン３６からの動力が第３ロータ１８に伝達され、第１及び第２ロータ２８，７８からの動力が車輪３８に伝達される。そして、この場合は、出力軸２４のトルクを第１ロータ２８と第３ロータ１８との間に発生するトルクと第２ステータ６６と第２ロータ７８との間に発生するトルクとで受けることができる。また、蓄電装置４２から第２ステータ巻線７０への電力供給により、第２ステータ６６と第２ロータ７８との間にトルクを作用させてＥＶ走行を行うことができる。

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概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る動力伝達装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る動力伝達装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る動力伝達装置の概略構成を示す図である。 第１ロータ巻線３０と第２ロータ巻線８０との接続の一例を示す図である。 第１ロータ２８、第３ロータ１８、及び第１ステータ１６の構成例を示す図である。 第２ロータ７８及び第２ステータ６６の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る動力伝達装置の他の概略構成を示す図である。 第１ロータ巻線３０と第２ロータ巻線８０との接続の他の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る動力伝達装置の他の概略構成を示す図である。 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他の概略構成を示す図である。 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他の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０ 回転電機、１６ 第１ステータ、１８ 第３ロータ、２０ 第１ステータ巻線、２４ 出力軸、２８ 第１ロータ、３０ 第１ロータ巻線、３２，３３ 永久磁石、３４ 入力軸、３６ エンジン、３８ 車輪、４０，４１ インバータ、４２ 蓄電装置、４３ 位相調整回路、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、６６ 第２ステータ、７０ 第２ステータ巻線、７８ 第２ロータ、８０ 第２ロータ巻線、９３ 整流器、１３０ 第１かご型導体、１４４ 無段変速機、１８０ 第２かご型導体。

Claims (11)

1. 回転磁界を発生可能な第１回転子導体が配設された第１回転子と、
   第１回転子と結合された第２回転子であって、第１回転子導体に接続され且つ回転磁界を発生可能な第２回転子導体が配設された第２回転子と、
   回転磁界を発生可能な第１固定子導体が配設された第１固定子と、
   第１及び第２回転子に対し相対回転可能な第３回転子であって、第１回転子導体で発生した回転磁界が作用するのに応じて第１回転子との間にトルクが作用し、第１固定子導体で発生した回転磁界が作用するのに応じて第１固定子との間にトルクが作用する第３回転子と、
   第２回転子導体で回転磁界が発生するのに応じて誘導電流が流れる第２固定子導体が配設された第２固定子であって、当該誘導電流と第２回転子導体で発生した回転磁界との相互作用により第２回転子にトルクを作用させることが可能な第２固定子と、
   を備え、
   第１及び第２回転子と第３回転子との一方に原動機からの動力が伝達されるとともに、第１及び第２回転子と第３回転子との他方から負荷へ動力が伝達され、
   第１及び第２回転子導体は、第１回転子と第３回転子との間に回転差が発生するのに伴って誘導電流が流れることで回転磁界を発生し、
   第２固定子導体から第１固定子導体への電力供給が可能である、動力伝達装置。
2. 請求項１に記載の動力伝達装置であって、
   第１回転子導体及び第２回転子導体に誘導電流が流れる場合に発生する回転磁界の回転方向が第１回転子導体と第２回転子導体で互いに同方向になるように、第１回転子導体と第２回転子導体が接続されており、
   第２回転子の極数が第１回転子の極数以上である、動力伝達装置。
3. 請求項２に記載の動力伝達装置であって、
   第２回転子の極数が第１回転子の極数と等しい、動力伝達装置。
4. 請求項１に記載の動力伝達装置であって、
   第１及び第２回転子導体に誘導電流が流れる場合に発生する回転磁界の回転方向が第１回転子導体と第２回転子導体で互いに逆方向になるように、第１回転子導体と第２回転子導体が接続されている、動力伝達装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１に記載の動力伝達装置であって、
   電源から第２固定子導体への電力供給が可能である、動力伝達装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１に記載の動力伝達装置であって、
   第１回転子には第１回転子導体として第１回転子巻線が配設され、第２回転子には第２回転子導体として第２回転子巻線が配設されている、動力伝達装置。
7. 請求項６に記載の動力伝達装置であって、
   第２固定子には第２固定子導体として固定子巻線が配設されており、
   第２回転子巻線の巻回軸及び固定子巻線の巻回軸が、第２回転子と第２固定子との対向方向に一致する、動力伝達装置。
8. 請求項１〜５のいずれか１に記載の動力伝達装置であって、
   第１回転子には第１回転子導体として第１かご型導体が配設され、第２回転子には第２回転子導体として第２かご型導体が配設されている、動力伝達装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１に記載の動力伝達装置であって、
   第３回転子には界磁束を発生する磁石が配設されており、
   前記界磁束と第１回転子導体で発生した回転磁界との相互作用により第１回転子と第３回転子との間にトルクが作用する、動力伝達装置。
10. 請求項１〜８のいずれか１に記載の動力伝達装置であって、
    第３回転子には界磁束を発生する磁石が配設されており、
    前記界磁束と第１固定子導体で発生した回転磁界との相互作用により第１固定子と第３回転子との間にトルクが作用する、動力伝達装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１に記載の動力伝達装置であって、
    第１及び第２回転子と第３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。

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