JP2009166723A - 動力装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動効率を高め、構成の単純化、小型化および軽量化を図れる動力装置を提供する。
【解決手段】動力装置1は、第1出力部3aを有する原動機3と、第1ステータ12と第1ロータ11と第2ロータ13の間で、第1回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力し、それに伴い、第1回転磁界、第2ロータ13および第1ロータ11が、互いの間に回転数の共線関係を保ちながら回転する第1回転機10と、第2ステータ22と第3ロータ21と第4ロータ23の間で、第2回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力し、それに伴って、第2回転磁界、第4ロータ23および第3ロータ21が、互いの間に回転数の共線関係を保ちながら回転する第2回転機20と、を備え、第1および第3のロータ11,21が、第1出力部3aに連結されるとともに、第2および第4のロータ13,23がそれぞれ、左右の被駆動部WFL,WFRに連結されている。
【選択図】 図2
【解決手段】動力装置1は、第1出力部3aを有する原動機3と、第1ステータ12と第1ロータ11と第2ロータ13の間で、第1回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力し、それに伴い、第1回転磁界、第2ロータ13および第1ロータ11が、互いの間に回転数の共線関係を保ちながら回転する第1回転機10と、第2ステータ22と第3ロータ21と第4ロータ23の間で、第2回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力し、それに伴って、第2回転磁界、第4ロータ23および第3ロータ21が、互いの間に回転数の共線関係を保ちながら回転する第2回転機20と、を備え、第1および第3のロータ11,21が、第1出力部3aに連結されるとともに、第2および第4のロータ13,23がそれぞれ、左右の被駆動部WFL,WFRに連結されている。
【選択図】 図2
Description
本発明は、直進・旋回可能な輸送機関を推進するための左右の被駆動部を駆動する動力装置に関する。
従来、この種の動力装置として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。この動力装置は、車両の左右の駆動輪を駆動するためのものであり、いずれも一般的な1ロータタイプの第1および第2の回転機と、いずれも一般的なシングルピニオンタイプの第1および第2の遊星歯車装置と、発電機を備えている。第1遊星歯車装置の第1サンギヤおよび第2遊星歯車装置の第2サンギヤは、第1回転機の出力軸および第2回転機の出力軸にそれぞれ連結されており、第1遊星歯車装置の第1キャリアおよび第2遊星歯車装置の第2キャリアは、左駆動輪および右駆動輪にそれぞれ連結されている。また、第1遊星歯車装置の第1リングギヤおよび第2遊星歯車装置の第2リングギヤは、互いに直結されるとともに、発電機に連結されている。
以上の構成の従来の動力装置では、次のようにして左右の駆動輪が駆動される。すなわち、第1および第2の回転機に電力を供給することによって、第1および第2の回転機の出力軸を正転させるとともに、第3回転機において発電を行う。これにより、第1および第2の回転機のトルクはそれぞれ、第1および第2のサンギヤに伝達されるとともに、第3回転機での発電に伴って第1および第2のリングギヤに作用する制動トルクを反力として、第1および第2のキャリアに伝達され、さらに、左右の駆動輪に伝達される。その結果、左右の駆動輪が正転し、車両が走行する。
また、車両の右旋回時には、第1回転機を正転させることによって、第1サンギヤおよび第1キャリアに正転させるトルクが伝達されるとともに、第1リングギヤに逆転させるトルクが伝達される。また、第2回転機を逆転させることによって、第2サンギヤおよび第2キャリアに逆転させるトルクが伝達されるとともに、第2リングギヤに正転させるトルクが伝達される。この場合、第1および第2のリングギヤが互いに連結されているので、上述した第1リングギヤを逆転させるトルクと第2リングギヤを正転させるトルクが互いに相殺される。また、第1キャリアを介して左駆動輪に正転させるトルクが伝達され、第2キャリアを介して右駆動輪に逆転させるトルクが伝達される。以上の結果、車両の右旋回時、左駆動輪が増速されるとともに、右駆動輪が減速され、それにより、車両の右旋回がアシストされる。車両の左旋回時にも、上記とは逆の動作によって、車両の左旋回がアシストされる。
上述したように、従来の動力装置では、車両の直進時および左右の旋回時のいずれにおいても、第1および第2の回転機の動力が、第1および第2の遊星歯車装置を介して左右の駆動輪に伝達されるので、第1および第2の遊星歯車装置における機械的な歯車の噛み合いやフリクションによる動力の伝達ロスによって、動力装置による左右の駆動輪の駆動効率が低くなってしまう。また、複数の歯車や軸を組み合わせた複雑な機構を有する第1および第2の遊星歯車装置を用いなければならないため、動力装置の構成が非常に複雑になることに加え、サイズや重量も大きくなってしまう。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、駆動効率を高めることができるとともに、構成の単純化、小型化および軽量化を図ることができる動力装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、請求項1に係る発明は、直進・旋回可能な輸送機関(実施形態における(以下、本項において同じ)車両V)を推進するための左右の被駆動部(左右の前輪WFL,WFR)を駆動する動力装置1、1A、1B、1C、1Dであって、第1出力部(クランク軸3a)を有し、第1出力部から動力を出力する原動機(エンジン3)と、第1回転磁界を発生させるための不動の第1ステータ12と、第1ステータ12に対向するように設けられ、磁石で構成された第1ロータ11と、第1ステータ12と第1ロータ11の間に設けられ、軟磁性体で構成された第2ロータ13とを有し、第1ステータ12と第1ロータ11と第2ロータ13の間で、第1回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力し、エネルギの入出力に伴って、第1回転磁界、第2ロータ13および第1ロータ11が、互いの間に回転数の共線関係を保ちながら回転するように構成された第1回転機10と、第2回転磁界を発生させるための不動の第2ステータ22と、第2ステータ22に対向するように設けられ、磁石で構成された第3ロータ21と、第2ステータ22と第3ロータ21の間に設けられ、軟磁性体で構成された第4ロータ23とを有し、第2ステータ22と第3ロータ21と第4ロータ23の間で、第2回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力し、エネルギの入出力に伴って、第2回転磁界、第4ロータ23および第3ロータ21が、互いの間に回転数の共線関係を保ちながら回転するように構成された第2回転機20と、を備え、第1および第3のロータ11,21が、原動機の第1出力部に機械的に連結されるとともに、第2および第4のロータ13,23が、左被駆動部および右被駆動部にそれぞれ機械的に連結されていることを特徴とする。
この動力装置によれば、第1回転機では、第1ステータと第1ロータと第2ロータの間で、第1ステータにおける第1回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギが入出力されるとともに、このエネルギの入出力に伴って、第1回転磁界、第2および第1のロータは、互いの間に回転数の共線関係を保ちながら回転する。このような第1回転磁界、第1および第2のロータの三者間の速度関係は、遊星歯車装置のサンギヤおよびリングギヤの一方、他方、およびプラネタリギヤを支持するキャリア(以下、これらを「3要素」という)の回転数の関係に相当する。このため、第1ステータと第1ロータと第2ロータの間におけるエネルギの入出力の関係は、遊星歯車装置の上記3要素の間におけるエネルギの入出力の関係と同じになっている。
また、同様に、第2ステータと第3ロータと第4ロータの間で、第2ステータにおける第2回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギが入出力されるとともに、このエネルギの入出力に伴って、第2回転磁界、第4および第3のロータは、互いの間に回転数の共線関係を保ちながら回転する。このような第2回転磁界、第3および第4のロータの三者間の速度関係は、遊星歯車装置のサンギヤおよびリングギヤの一方、他方、およびプラネタリギヤを支持するキャリアの回転数の関係に相当する。このため、第2ステータと第3ロータと第4ロータの間におけるエネルギの入出力の関係も、遊星歯車装置の3要素の間におけるエネルギの入出力の関係と同じになっている。
さらに、第1および第3のロータが、原動機の第1出力部に連結されるとともに、第2および第4のロータが、左被駆動部および右被駆動部にそれぞれ連結されている。以上の構成の動力装置では、原動機、第1および第2の回転機の動力は、例えば次のようにして左右の被駆動部に伝達される。
すなわち、原動機の第1出力部から動力を出力し、第1および第2のステータに電力を供給するとともに、第1および第2の回転磁界を、第1出力部とともに回転する第1および第3のロータの回転方向と同方向に回転させる。この場合、上述した第1回転機におけるエネルギの入出力関係から、第1ステータに供給された電力は動力に変換された後(以下、この動力を「第1電力変換動力」という)、磁気回路を介して第2ロータに伝達され、それに伴い、第1ロータに伝達された第1出力部の動力が、磁気回路を介して第2ロータに伝達される。第2ロータに伝達された動力は、左被駆動部に伝達される。さらに、上述した第2回転機におけるエネルギの入出力関係から、第2ステータに供給された電力は動力に変換された後(以下、この動力を「第2電力変換動力」という)、磁気回路を介して第4ロータに伝達され、それに伴い、第3ロータに伝達された第1出力部の動力が、磁気回路を介して第4ロータに伝達される。第4ロータに伝達された動力は、右被駆動部に伝達される。以上の結果、左右の被駆動部が原動機、第1および第2の回転機によって駆動され、ひいては、輸送機関が推進される。
また、例えば、上述した左右の被駆動部の駆動中、第1ステータに供給される電力を制御することによって、第2ロータを介して左被駆動部に伝達されるトルクを制御できるとともに、第1回転磁界の回転数を制御することによって、第2ロータの回転数すなわち左被駆動部の回転数を制御できる。さらに、第2ステータに供給される電力を制御することによって、第4ロータを介して右被駆動部に伝達されるトルクを制御できるとともに、第2回転磁界の回転数を制御することによって、第4ロータの回転数すなわち右被駆動部の回転数を制御できる。
以上の制御によって、左右の被駆動部に伝達されるトルクを同じ大きさに制御できるとともに、左右の被駆動部の回転数を同じ高さに制御できるので、輸送機関を直進させることができる。また、左被駆動部に伝達されるトルクおよび左被駆動部の回転数の双方を右被駆動部よりも大きくすることができるので、輸送機関の右旋回をアシストすることができる。逆に、右被駆動部に伝達されるトルクおよび右被駆動部の回転数の双方を左被駆動部よりも大きくすることができるので、輸送機関の左旋回をアシストすることができる。以上の旋回アシストによって、輸送機関の旋回を安定させ、かつ、速やかに行うことができる。
また、上述した輸送機関の直進時および左右の旋回アシスト中のいずれにおいても、原動機の動力、第1および第2の電力変換動力は、磁気回路を介した非接触による、いわゆる磁気パスによって左右の被駆動部に伝達されるので、その伝達効率は、前述した従来の動力装置のように第1および第2の遊星歯車装置を介して行う場合よりも高い。さらに、前述したように第1および第2の回転機が遊星歯車装置と動力源を組み合わせた機能を有するので、原動機の動力ならびに第1および第2の回転機の動力を左右の被駆動部に分配するための遊星歯車装置が不要になる。以上により、第1および第2の遊星歯車装置を用いる前述した従来の場合と比較して、動力装置による左右の被駆動部の駆動効率を高めることができるとともに、動力装置の構成の単純化、小型化および軽量化を図ることができる。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の動力装置1、1A、1B、1Cにおいて、原動機は熱機関であり、第2出力部(ロータ32)を有し、供給された電力を動力に変換し、第2出力部に出力する機能と、第2出力部に入力された動力を電力に変換する機能を有する第3回転機30をさらに備え、第3回転機30の第2出力部が、原動機の第1出力部に機械的に連結され、第1ステータ12および第3回転機30が互いに電気的に接続されるとともに、第2ステータ22および第3回転機30が互いに電気的に接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、例えば、第1〜第3の回転機を制御することによって、熱機関である原動機の動力を無段階に変速して、すなわち、動力におけるトルクと回転数の組み合わせを無段階に変更して、左右の被駆動部に伝達することができる。具体的には、原動機の動力の一部を用いて第3回転機で発電を行うとともに、発電した電力をすべて、第1および第2のステータに供給する。これにより、原動機の動力の一部は、第3回転機を介して、電力となって第1および第2のステータに伝達された後、請求項1の作用で述べたように、第1および第2の電力変換動力に変換され、第2および第4のロータに伝達される。それに伴い、原動機の動力の残りは、第1および第3のロータを介して、第2および第4のロータに伝達される。また、第2および第4のロータに伝達された動力は、左右の被駆動部にそれぞれ伝達される。以上の結果、左右の被駆動部に伝達される動力の和は、原動機の動力と等しくなる。
一方、前述したように、第1回転磁界、第2および第1のロータは、回転数の共線関係を保ちながら回転し、第2回転磁界、第3および第4のロータは、回転数の共線関係を保ちながら回転する。また、原動機の第1出力部に第1および第3のロータが直結されている場合には、第1出力部の回転数、第1および第3のロータの回転数は互いに等しい。さらに、左右の被駆動部に第2および第4のロータがそれぞれ直結されている場合には、左被駆動部の回転数および第2ロータの回転数は互いに等しく、右被駆動部の回転数および第4ロータの回転数は互いに等しい。以上から、第1出力部の回転数、第1〜第4のロータの回転数、第1および第2の回転磁界の回転数、ならびに、左右の被駆動部の回転数の関係は、例えば図41の太い実線のように示される。なお、同図は、いわゆる速度共線図であり、この速度共線図および後述する他の速度共線図では、値0を示す横線に交わる縦線は、各パラメータの回転数を表すためのものであり、この縦線上に表される白丸と横線との隔たりが、各パラメータの回転数に相当する。
上述した第1〜第3の回転機を用いた左右の被駆動部への動力の伝達の際、第3回転機で発電する電力を制御することによって、原動機から第3回転機に伝達されるトルクを減少させるとともに、第1回転磁界の回転数を低下させることによって、第1ロータおよび第1ステータから第2ロータを介して左被駆動部に伝達されるトルクを増大させることができるとともに、第2ロータの回転数すなわち左被駆動部の回転数を低下させることができる。これにより、図41に破線と中抜きの矢印で示すように、第1出力部の回転数に対して、左被駆動部の回転数を無段階に低下させることができる。同様に、第3回転機で発電する電力の制御により、第3回転機に伝達されるトルクを減少させるとともに、第2回転磁界の回転数を低下させることによって、第3ロータおよび第2ステータから第4ロータを介して右被駆動部に伝達されるトルクを増大させることができるとともに、第4ロータの回転数すなわち右被駆動部の回転数を低下させることができる。これにより、図41に破線と中抜きの矢印で示すように、第1出力部の回転数に対して、右被駆動部の回転数を無段階に低下させることができる。以上により、原動機の動力を無段階に減速して、左右の被駆動部に伝達することができる。
上記とは逆に、第3回転機で発電する電力の制御により、原動機から第3回転機に伝達されるトルクを増大させるとともに、第1回転磁界の回転数を上昇させることによって、第1ロータおよび第1ステータから第2ロータを介して左被駆動部に伝達されるトルクを減少させることができるとともに、第2ロータの回転数すなわち左被駆動部の回転数を上昇させることができる。これにより、図41に一点鎖線と中抜きの矢印で示すように、第1出力部の回転数に対して、左被駆動部の回転数を無段階に上昇させることができる。同様に、第3回転機で発電する電力の制御により、第3回転機に伝達されるトルクを増大させるとともに、第2回転磁界の回転数を上昇させることによって、第3ロータおよび第2ステータから第4ロータを介して右被駆動部に伝達されるトルクを減少させることができるとともに、第4ロータの回転数すなわち右被駆動部の回転数を上昇させることができる。これにより、図41に一点鎖線と中抜きの矢印で示すように、第1出力部の回転数に対して、右被駆動部の回転数を無段階に上昇させることができる。以上により、原動機の動力を無段階に増速して、左右の被駆動部に伝達することができる。
以上のように、熱機関である原動機の動力を無段階に変速して左右の被駆動部に伝達できるので、例えば、左右の被駆動部の回転数に対して、原動機の第1出力部の回転数を、原動機の最良の効率が得られるように制御することが可能であり、それにより、原動機の動力を用いた左右の被駆動部の駆動効率をさらに高めることができる。
また、第3回転機の第2出力部が、原動機の第1出力部に連結されているので、例えば、第3回転機に電力を供給することにより、第2出力部の動力を第1出力部に伝達し、第1出力部を駆動でき、ひいては、熱機関である原動機を始動することができる。さらに、この場合、第1および第2のステータに電力を供給するとともに、それに伴って発生する第1および第2の回転磁界の回転数を制御することによって、左右の被駆動部を停止状態に保持できる。
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の動力装置1Aにおいて、第1および第3のロータ11,21は互いに連結されており、原動機の第1出力部および第3回転機30の第2出力部と第1および第3のロータ11,21との間を接続・遮断するクラッチCLをさらに備えることを特徴とする。
この構成によれば、第1および第3のロータが互いに連結されており、クラッチによって、第1および第2の出力部と第1および第3のロータとの間が接続・遮断される。このため、例えば、請求項2の作用で述べたように原動機を始動する場合に、第1および第2の出力部と第1および第3のロータとの間をクラッチで遮断することによって、第2出力部の動力が第1出力部にのみ伝達され、第1および第3のロータには伝達されず、第1および第3のロータが回転しないので、請求項2の作用で述べた左右の被駆動部を停止状態に保持するための第1および第2のステータへの電力供給が不要になる。これにより、原動機を始動するための電力供給用のバッテリの小型化を図ることができる。
請求項4に係る発明は、請求項2に記載の動力装置1、1A、1B、1Cにおいて、充電・放電可能に構成され、第1および第2のステータ12,22ならびに第3回転機30に電気的に接続された蓄電装置(バッテリ44)をさらに備えることを特徴とする。
この構成によれば、充電・放電可能な蓄電装置が、第1および第2のステータならびに第3回転機に接続されている。このため、例えば、原動機の最良な燃費(以下「最良燃費」という)が得られる動力に対して、左右の被駆動部を駆動するのに必要な動力が小さいときに、原動機の動力を最良燃費が得られるように制御するとともに、原動機の余剰の動力を、第3回転機において電力に変換した後、電力として蓄電装置に充電することが可能になる。逆に、原動機の最良燃費が得られる動力に対して、左右の被駆動部の駆動に必要な動力が大きいときに、原動機の動力を最良燃費が得られるように制御するとともに、動力の不足を、上記の蓄電装置に充電した電力を第1および第2のステータに供給することにより補うことが可能になる。以上により、左右の被駆動部の駆動に必要な動力の大小にかかわらず、原動機の最良燃費を得ることができる。
前記目的を達成するため、請求項5に係る発明は、直進・旋回可能な輸送機関(実施形態における(以下、本項において同じ)車両V)を推進するための左右の被駆動部(左右の前輪WFL,WFR)を駆動する動力装置1Eであって、入力部(ロータ32)を有し、入力部に入力された動力を電力に変換する発電機(第3回転機30)と、第1回転磁界を発生させるための不動の第1ステータ12と、第1ステータ12に対向するように設けられ、磁石で構成された第1ロータ11と、第1ステータ12と第1ロータ11の間に設けられ、軟磁性体で構成された第2ロータ13とを有し、第1ステータ12と第1ロータ11と第2ロータ13の間で、第1回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力し、エネルギの入出力に伴って、第1回転磁界、第2ロータ13および第1ロータ11が、互いの間に回転数の共線関係を保ちながら回転するように構成された第1回転機10と、第2回転磁界を発生させるための不動の第2ステータ22と、第2ステータ22に対向するように設けられ、磁石で構成された第3ロータ21と、第2ステータ22と第3ロータ21の間に設けられ、軟磁性体で構成された第4ロータ23とを有し、第2ステータ22と第3ロータ21と第4ロータ23の間で、第2回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力し、エネルギの入出力に伴って、第2回転磁界、第4ロータ23および第3ロータ21が、互いの間に回転数の共線関係を保ちながら回転するように構成された第2回転機20と、を備え、第1および第3のロータ11,21が、発電機の入力部に機械的に連結され、第2および第4のロータ13,23が、左被駆動部および右被駆動部にそれぞれ機械的に連結され、第1ステータ12および発電機が互いに電気的に接続されるとともに、第2ステータ22および発電機が互いに電気的に接続されていることを特徴とする。
この動力装置の第1および第2の回転機はそれぞれ、請求項1の第1および第2の回転機と同様の構成を有しており、それにより、同様の機能を有している。また、第1回転機の第1ロータおよび第2回転機の第3ロータが、発電機の入力部に連結されており、第1回転機の第2ロータおよび第2回転機の第4ロータが、左被駆動部および右被駆動部にそれぞれ連結されている。以上の構成の動力装置では、第1および第2の回転機の動力は、例えば次のようにして左右の被駆動部に伝達される。
すなわち、第1および第2のステータに電力を供給するとともに、発電機において発電を行う。この場合、第1ステータに供給された電力および第1回転磁界と等価のトルクを第1駆動用等価トルクとすると、この第1駆動用等価トルクは、発電機から第1ロータに伝達される制動トルクを反力として、磁気回路を介して第2ロータに伝達され、さらに、左被駆動部に伝達される。また、第2ステータに供給された電力および第2回転磁界と等価のトルクを第2駆動用等価トルクとすると、この第2駆動用等価トルクは、発電機から第3ロータに伝達される制動トルクを反力として、磁気回路を介して第4ロータに伝達され、さらに、右被駆動部に伝達される。以上の結果、左右の被駆動部が、第1および第2の回転機によって駆動され、ひいては、輸送機関が推進される。
また、例えば、上述した左右の被駆動部の駆動中、第1ステータに供給される電力を制御することによって、第2ロータを介して左被駆動部に伝達されるトルクを制御できるとともに、第1回転磁界の回転数を制御することによって、第2ロータの回転数すなわち左被駆動部の回転数を制御できる。さらに、第2ステータに供給される電力を制御することによって、第4ロータを介して右被駆動部に伝達されるトルクを制御できるとともに、第2回転磁界の回転数を制御することによって、第4ロータの回転数すなわち右被駆動部の回転数を制御できる。
以上の制御によって、左右の被駆動部に伝達されるトルクを同じ大きさに制御できるとともに、左右の被駆動部の回転数を同じ高さに制御できるので、輸送機関を直進させることができる。また、左被駆動部に伝達されるトルクおよび左被駆動部の回転数の双方を右被駆動部よりも大きくすることができるので、輸送機関の右旋回をアシストすることができる。逆に、右被駆動部に伝達されるトルクおよび右被駆動部の回転数の双方を左被駆動部よりも大きくすることができるので、輸送機関の左旋回をアシストすることができる。以上の旋回アシストによって、輸送機関の旋回を安定させ、かつ、速やかに行うことができる。
また、上述した輸送機関の直進時および左右の旋回アシスト中のいずれにおいても、第1および第2のステータからの第1および第2の駆動用等価トルクは、磁気回路を介した非接触による、いわゆる磁気パスによって左右の被駆動部に伝達されるので、その伝達効率は、前述した従来の動力装置のように第1および第2の遊星歯車装置を介して行う場合よりも高い。さらに、請求項1の場合と同様、第1および第2の回転機が遊星歯車装置と動力源を組み合わせた機能を有するので、第1および第2の回転機の動力を左右の被駆動部に分配するための遊星歯車装置が不要になる。以上により、第1および第2の遊星歯車装置を用いる前述した従来の場合と比較して、動力装置による左右の被駆動部の駆動効率を高めることができるとともに、動力装置の構成の単純化、小型化および軽量化を図ることができる。また、例えば、第1および第2のステータに蓄電装置の電力を供給する場合には、発電機で発電した電力を第1および第2のステータに供給することによって、この蓄電装置の小型化を図ることが可能になる。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図1は、本実施形態による動力装置を適用した車両V(輸送機関)を、図2は、本発明の第1実施形態による動力装置1を、それぞれ概略的に示している。この車両Vは、左右の前輪WFL,WFR(左被駆動部、右被駆動部)および後輪WRL,WRRと、左右の前輪WFL,WFRを駆動するための動力装置1を備えている。また、車両Vでは、ハンドル(図示せず)の回転に伴い、左右の前輪WFL,WFRの向きが変化することによって、左右方向への旋回が行われる。
図2に示すように、この動力装置1は、動力源としての内燃機関3(原動機)、第1回転機10および第2回転機20と、第3回転機30を備えている。内燃機関(以下「エンジン」という)3は、例えばガソリンエンジンであり、そのクランク軸3a(第1出力部)には、ギヤ4が一体に設けられている。このギヤ4は、回転自在のアイドラギヤ5に噛み合っており、このアイドラギヤ5は、ギヤ6aに噛み合っている。
第3回転機30は、例えば3相ブラシレスDCモータであり、複数の鉄芯やコイルなどで構成されたステータ31と、複数の磁石などで構成されたロータ32(第2出力部)とを有している。第3回転機30は、ステータ31に供給された電力を動力に変換し、ロータ32に出力する機能と、ロータ32に入力された動力を電力に変換し、ステータ31に出力する機能を有している。
このステータ31は、移動不能のケースCAに固定されるとともに、図3に示すように、第3パワードライブユニット(以下「第3PDU」という)43を介して、バッテリ44(蓄電装置)に電気的に接続されている。上記のロータ32は、ステータ31に対向するように配置されており、回転自在になっている。また、ロータ32は、回転軸32aを介して、トルクや回転速度を変更するようなギヤなどの変速機構を介さずに、クランク軸3aに機械的に連結されている。以下、ギヤなどの変速機構を介さずに各要素を連結することを適宜、「直結」という。
上記の第3PDU43は、インバータなどの電気回路で構成されており、バッテリ44は、充電・放電可能に構成されている。また、図4に示すように、第3PDU43には、後述するECU2が電気的に接続されている。ECU2は、第3PDU43を制御することによって、ステータ31に供給する電力と、ステータ31で発電する電力と、ロータ32の回転数(以下「ロータ回転数」という)NRを制御する。
図2および図5に示すように、第1回転機10は、第1ロータ11と、第1ロータ11に対向するように配置された第1ステータ12と、両者11,12の間に所定の間隔を存した状態で設けられた第2ロータ13とを備えている。第1ロータ11、第2ロータ13および第1ステータ12は、径方向に、内側からこの順で並んでいる。以下、図5の左側を「左」、右側を「右」として説明する。
第1ロータ11は、2n個の永久磁石11aを有しており、これらの永久磁石11aは、連結軸6の周方向(以下、単に「周方向」という)に等間隔で並んだ状態で、リング状の固定部11bの外周面に取り付けられている。各永久磁石11aは、軸線方向に直交する断面がほぼ扇形状になっており、連結軸6の軸線方向(以下、単に「軸線方向」という)に若干延びている。上記の固定部11bは、軟磁性体、例えば鉄で構成されており、その内周面が、連結軸6に一体に取り付けられている。以上の構成により、永久磁石11aすなわち第1ロータ11は、連結軸6と一体に回転自在になっている。
また、図6に示すように、連結軸6を中心として、周方向に隣り合う各2つの永久磁石11aがなす中心角は、所定角度θである。また、永久磁石11aの極性は、周方向に隣り合う各2つについては互いに異なっている。以下、永久磁石11aの左側および右側の磁極をそれぞれ、「第1磁極」および「第2磁極」という。
第1ステータ12は、回転磁界を発生させるものであり、周方向に等間隔で並んだ3n個の電機子12aを有している。各電機子12aは、鉄芯12bと、鉄芯12bに巻回されたコイル12cなどで構成されている。鉄芯12bは、軸線方向に直交する断面がほぼ扇形状になっており、軸線方向に永久磁石11aとほぼ同じ長さを有している。鉄芯12bの内周面の軸線方向の中央部には、周方向に延びる溝12dが形成されている。3n個のコイル12cは、n組のU相、V相およびW相の3相コイルを構成している(図6参照)。また、電機子12aは、ケースCAに、リング状の固定部12eを介して取り付けられており、移動不能になっている。以上のような電機子12aおよび永久磁石11aの数と配置から、ある1つの電機子12aの中心が、永久磁石11aの中心と周方向に一致したときには、その電機子12aに対して2つおきの電機子12aの中心と、その永久磁石11aに対して1つおきの永久磁石11aの中心とが、周方向に一致する。
さらに、図3に示すように、第1ステータ12は、第1パワードライブユニット(以下「第1PDU」という)41を介してバッテリ44に電気的に接続されており、この第1PDU41は、前述した第3PDU43と同様、インバータなどの電気回路で構成されている。また、図3および図4に示すように、第1PDU41には、第3PDU43およびECU2が電気的に接続されている。すなわち、第1ステータ12は、ステータ31に電気的に接続されている。さらに、電機子12aは、バッテリ44から電力が供給されたとき、または、後述するように発電したときに、鉄芯12bの左右の端部に、互いに異なる極性の磁極がそれぞれ発生するように構成されている。また、これらの磁極の発生に伴って、第1ロータ11の左側(第1磁極側)の部分との間および右側(第2磁極側)の部分との間に、第1および第2の回転磁界が周方向に回転するようにそれぞれ発生する。以下、鉄芯12bの左右の端部に発生する磁極をそれぞれ、「第1電機子磁極」および「第2電機子磁極」という。また、これらの第1および第2の電機子磁極の数はそれぞれ、永久磁石11aの磁極の数と同じ、すなわち2nである。
第2ロータ13は、複数の第1コア13aおよび第2コア13bを有している。第1および第2のコア13a,13bはそれぞれ、周方向に等間隔で並んでおり、両者13a,13bの数はいずれも、永久磁石11aと同じ、すなわち2nに設定されている。各第1コア13aは、軟磁性体、例えば複数の鋼板を積層したもので、軸線方向に直交する断面がほぼ扇形状になっており、軸線方向に永久磁石11aのほぼ半分の長さで延びている。各第2コア13bは、第1コア13aと同様、複数の鋼板を積層したもので、軸線方向に直交する断面がほぼ扇形状になっており、軸線方向に永久磁石11aのほぼ半分の長さで延びている。
また、軸線方向において、第1コア13aは、第1ロータ11の左側(第1磁極側)の部分と第1ステータ12の左側(第1電機子磁極側)の部分との間に配置され、第2コア13bは、第1ロータ11の右側(第2磁極側)の部分と第1ステータ12の右側(第2電機子磁極側)の部分との間に配置されている。さらに、第2コア13bは、第1コア13aに対して周方向に互い違いに並んでおり、その中心が、第1コア13aの中心に対して、前述した所定角度θの1/2、ずれている(図6参照)。
また、第1および第2のコア13a,13bはそれぞれ、フランジ13dの外端部に、軸線方向に若干延びる棒状の連結部13cを介して取り付けられている。フランジ13dは、左駆動軸7に一体に同心状に設けられており、この左駆動軸7は、左前輪WFLに直結されている。これにより、第1および第2のコア13a,13bすなわち第2ロータ13は、左前輪WFLに機械的に直結されており、左前輪WFLと一体に回転自在になっている。
以上の構成の第1回転機10では、図6に示すように、第1および第2の回転磁界の発生中、各第1電機子磁極の極性が、それに対向する(最も近い)各第1磁極の極性と異なるときには、各第2電機子磁極の極性は、それに対向する(最も近い)各第2磁極の極性と同じになる。また、各第1磁極と各第1電機子磁極の間に、各第1コア13aが位置しているときには、各第2コア13bが、周方向に隣り合う各2組の第2電機子磁極および第2磁極の間に位置する。さらに、図示しないが、第1および第2の回転磁界の発生中、各第2電機子磁極の極性が、それに対向する(最も近い)各第2磁極の極性と異なるときには、各第1電機子磁極の極性は、それに対向する(最も近い)各第1磁極の極性と同じになる。また、各第2磁極と各第2電機子磁極の間に、各第2コア13bが位置しているときには、各第1コア13aが、周方向に隣り合う各2組の第1電機子磁極および第1磁極の間に位置する。
また、第1回転機10は、第1および第2のロータ11,13で回転動力を入出力するとともに、第1ステータ12で電力を入出力する遊星歯車装置とみなすことができる。以下、この点に関し、第1回転機10の動作に基づいて説明する。上述した図6では、展開図として示したために、電機子12aおよび固定部12eが2つに分かれているように示されているものの、これらは実際には1つのものであるので、図6の構成を、それと等価のものとして、図7のように示すことができる。このため、以下、第1回転機10の動作を、永久磁石11a、電機子12a、第1および第2のコア13a,13bが、図7に示すように配置されているものとして説明する。
また、この動作説明を、説明の便宜上、第1および第2の回転磁界の動きを、それと等価の、永久磁石11aと同数の2n個の仮想の永久磁石(以下「仮想磁石」という)VMの物理的な動きに置き換えて説明するものとする。また、仮想磁石VMの左側(第1磁極側)および右側(第2磁極側)の磁極をそれぞれ、第1および第2の電機子磁極として、第1ロータ11の左側(第1磁極側)の部分との間および右側(第2磁極側)の部分との間にそれぞれ発生する回転磁界を、第1および第2の回転磁界として、説明するものとする。さらに、以下、永久磁石11aの左側の部分および右側の部分を、第1磁石部および第2磁石部という。
まず、第1回転機10の動作として、第1ロータ11を回転不能にした状態で、第1ステータ12への電力供給により第1および第2の回転磁界を発生させた場合の動作について説明する。
図8(a)に示すように、各第1コア13aが各第1磁石部に対向するとともに、各第2コア13bが隣り合う各2つの第2磁石部の間に位置した状態から、第1および第2の回転磁界を、同図の下方に回転させるように発生させる。その発生の開始時においては、各第1電機子磁極の極性を、それに対向する各第1磁極の極性と異ならせるとともに、各第2電機子磁極の極性をそれに対向する各第2磁極の極性と同じにする。
第1コア13aは、前述したように配置されているので、第1磁極および第1電機子磁極によって磁化されるとともに、第1磁極、第1コア13aおよび第1電機子磁極の間に、磁力線(以下「第1磁力線」という)G1が発生する。同様に、第2コア13bは、前述したように配置されているので、第2電機子磁極および第2磁極によって磁化されるとともに、第2電機子磁極、第2コア13bおよび第2磁極の間に、磁力線(以下「第2磁力線」という)G2が発生する。
図8(a)に示す状態では、第1磁力線G1は、第1磁極、第1コア13aおよび第1電機子磁極を結ぶように発生し、第2磁力線G2は、周方向に隣り合う各2つの第2電機子磁極と両者の間に位置する第2コア13bを結ぶように、また、周方向に隣り合う各2つの第2磁極と両者の間に位置する第2コア13bを結ぶように発生する。その結果、この状態では、図10(a)に示すような磁気回路が構成される。この状態では、第1磁力線G1が直線状であることにより、第1コア13aには、周方向に回転させるような磁力は作用しない。また、周方向に隣り合う各2つの第2電機子磁極と第2コア13bの間の2つの第2磁力線G2の曲がり度合いおよび総磁束量が互いに等しく、同様に、周方向に隣り合う各2つの第2磁極と第2コア13bの間の2つの第2磁力線G2の曲がり度合いおよび総磁束量も、互いに等しく、バランスしている。このため、第2コア13bにも、周方向に回転させるような磁力は作用しない。
そして、仮想磁石VMが図8(a)に示す位置から図8(b)に示す位置に回転すると、第2電機子磁極、第2コア13bおよび第2磁極を結ぶような第2磁力線G2が発生するとともに、第1コア13aと第1電機子磁極の間の第1磁力線G1が、曲がった状態になる。また、これに伴い、第1および第2の磁力線G1,G2によって、図10(b)に示すような磁気回路が構成される。
この状態では、第1磁力線G1の曲がり度合いは小さいものの、その総磁束量が多いため、比較的強い磁力が第1コア13aに作用する。これにより、第1コア13aは、仮想磁石VMの回転方向、すなわち第1および第2の回転磁界の回転方向(以下、「磁界回転方向」という)に、比較的大きな駆動力で駆動され、その結果、第2ロータ13が磁界回転方向に回転する。また、第2磁力線G2の曲がり度合いは大きいものの、その総磁束量が少ないため、比較的弱い磁力が第2コア13bに作用し、それにより、第2コア13bは、磁界回転方向に比較的小さな駆動力で駆動され、その結果、第2ロータ13が磁界回転方向に回転する。
次いで、仮想磁石VMが、図8(b)に示す位置から、図8(c),(d)および図9(a),(b)に示す位置に順に回転すると、第1および第2のコア13a,13bはそれぞれ、第1および第2の磁力線G1,G2による磁力によって磁界回転方向に駆動され、その結果、第2ロータ13が磁界回転方向に回転する。その間、第1コア13aに作用する磁力は、第1磁力線G1の曲がり度合いが大きくなるものの、その総磁束量が少なくなることによって、徐々に弱くなり、第1コア13aを磁界回転方向に駆動する駆動力が、徐々に小さくなる。また、第2コア13bに作用する磁力は、第2磁力線G2の曲がり度合いが小さくなるものの、その総磁束量が多くなることによって、徐々に強くなり、第2コア13bを磁界回転方向に駆動する駆動力が、徐々に大きくなる。
そして、仮想磁石VMが図9(b)に示す位置から図9(c)に示す位置に回転する間、第2磁力線G2が曲がった状態になるとともに、その総磁束量が最多に近い状態になり、その結果、最強の磁力が第2コア13bに作用し、第2コア13bに作用する駆動力が最大になる。その後、図9(c)に示すように、仮想磁石VMが第1および第2の磁石部に対向する位置に移動すると、互いに対向する第1電機子磁極および第1磁極が互いに同一極性になり、第1コア13aが、周方向に隣り合う2組の同一極性の第1電機子磁極および第1磁極の間に位置するようになる。この状態では、第1磁力線G1の曲がり度合いが大きいものの、その総磁束量が少ないことによって、第1コア13aには、磁界回転方向に回転させるような磁力が作用しない。また、互いに対向する第2電機子磁極および第2磁極が互いに異なる極性になる。
この状態から、仮想磁石VMがさらに回転すると、第1および第2の磁力線G1,G2による磁力によって、第1および第2のコア13a,13bが磁界回転方向に駆動され、第2ロータ13が磁界回転方向に回転する。その際、仮想磁石VMが図8(a)に示す位置まで回転する間、以上とは逆に、第1コア13aに作用する磁力は、第1磁力線G1の曲がり度合が小さくなるものの、その総磁束量が多くなることによって強くなり、第1コア13aに作用する駆動力が大きくなる。逆に、第2コア13bに作用する磁力は、第2磁力線G2の曲がり度合が大きくなるものの、その総磁束量が少なくなることによって弱くなり、第2コア13bに作用する駆動力が小さくなる。
以上のように、仮想磁石VMの回転、すなわち第1および第2の回転磁界の回転に伴い、第1および第2のコア13a,13bにそれぞれ作用する駆動力が、交互に大きくなったり、小さくなったりする状態を繰り返しながら、第2ロータ13が磁界回転方向に回転する。この場合、第1および第2のコア13a,13bを介して伝達されるトルクをT13a,T13bとすると、第2ロータ13に伝達されるトルク(以下「第2ロータ伝達トルク」という)TR2と、これら2つのトルクT13a,T13bとの関係は、概ね図11に示すものになる。同図に示すように、2つのトルクT13a,T13bは、同じ周期でほぼ正弦波状に変化するとともに、位相が半周期分、互いにずれている。また、第2ロータ13には第1および第2のコア13a,13bが連結されているため、第2ロータ伝達トルクTR2は、上記のように変化する2つのトルクT13a,T13bを足し合わせたものとなり、ほぼ一定になる。
また、第1および第2の磁力線G1,G2による磁力の作用によって、第1コア13aが、第1磁力線G1で結ばれた第1磁極と第1電機子磁極の中間に位置し、かつ、第2コア13bが、第2磁力線G2で結ばれた第2磁極と第2電機子磁極の中間に位置した状態を保ちながら、第2ロータ13が回転する。このため、第1および第2の回転磁界の回転数(以下「第1磁界回転数」という)NMF1と、第1ロータ11の回転数(以下「第1ロータ回転数」という)NR1と、第2ロータ13の回転数(以下「第2ロータ回転数」という)NR2との間には一般に、次式(1)が成立する。
NR2=(NMF1+NR1)/2 ……(1)
また、この式(1)を変形すると、次式(2)が得られる。
NMF1−NR2=NR2−NR1 ……(2)
NR2=(NMF1+NR1)/2 ……(1)
また、この式(1)を変形すると、次式(2)が得られる。
NMF1−NR2=NR2−NR1 ……(2)
これらの式(1)および(2)から明らかなように、第2ロータ回転数NR2は、第1磁界回転数NMF1と第1ロータ回転数NR1との平均速度に等しく、換言すれば、第1磁界回転数NMF1と第2ロータ回転数NR2との差は、第2ロータ回転数NR2と第1ロータ回転数NR1との差に等しい。このように、第1磁界回転数NMF1、第1および第2のロータ回転数NR1,NR2は、共線関係にある。
以上から、上述した第1ロータ回転数NR1が値0のときには、NR2=NMF1/2が成立し、このときの第1磁界回転数NMF1、第1および第2のロータ回転数NR1,NR2の関係を表す速度共線図は、例えば図12(a)のように示される。上記のように、第1磁界回転数NMF1と第2ロータ回転数NR2との差が、第2ロータ回転数NR2と第1ロータ回転数NR1との差に等しいことから、図12(a)に示す速度共線図において、第1磁界回転数NMF1を表す縦線と第2ロータ回転数NR2を表す縦線との間の距離と、第1ロータ回転数NR1を表す縦線と第2ロータ回転数NR2を表す縦線との間の距離との比は、1:1である。このことは、第1磁界回転数NMF1、第1および第2のロータ回転数NR1,NR2の関係を表す他の速度共線図についても同様である。
また、この場合、第2ロータ回転数NR2が、第1磁界回転数NMF1の1/2に減速されるので、第2ロータ伝達トルクTR2は、第1ステータ12への供給電力および第1磁界回転数NMF1と等価のトルクを第1駆動用等価トルクTSE1とすると、この第1駆動用等価トルクTSE1の2倍になる。すなわち、次式(3)が成立する。
TR2=2・TSE1 ……(3)
以上のように、第1ロータ11を回転不能にした状態で第1ステータ12に電力を供給した場合には、この電力はすべて、第2ロータ13に動力として伝達される。
TR2=2・TSE1 ……(3)
以上のように、第1ロータ11を回転不能にした状態で第1ステータ12に電力を供給した場合には、この電力はすべて、第2ロータ13に動力として伝達される。
次に、第2ロータ13を回転不能にした状態で、第1ステータ12への電力供給により第1および第2の回転磁界を発生させた場合の動作について説明する。
この場合にも、図14(a)に示すように、各第1コア13aが各第1磁石部に対向するとともに、各第2コア13bが隣り合う各2つの第2磁石部の間に位置した状態から、第1および第2の回転磁界を同図の下方に回転させるように発生させる。その発生の開始時においては、各第1電機子磁極の極性を、それに対向する各第1磁極の極性と異ならせるとともに、各第2電機子磁極の極性をそれに対向する各第2磁極の極性と同じにする。この状態では、前述した図10(a)に示すような磁気回路が構成される。
そして、仮想磁石VMが、図14(a)に示す位置から図14(b)に示す位置に回転すると、第1コア13aと第1電機子磁極の間の第1磁力線G1が曲がった状態になるのに伴い、第2電機子磁極が第2コア13bに近づくことによって、第2電機子磁極、第2コア13bおよび第2磁極を結ぶような第2磁力線G2が発生する。その結果、前述した図10(b)に示すような磁気回路が構成される。
この状態では、第1磁極と第1コア13aの間の第1磁力線G1の総磁束量は多いものの、この第1磁力線G1がまっすぐであるため、第1コア13aに対して第1磁石部を回転させるような磁力が発生しない。また、第2磁極およびこれと異なる極性の第2電機子磁極の間の距離が比較的長いことにより、第2コア13bと第2磁極の間の第2磁力線G2の総磁束量は比較的少ないものの、その曲がり度合いが大きいことによって、第2磁石部に、これを第2コア13bに近づけるような磁力が作用する。これにより、永久磁石11aは、仮想磁石VMの回転方向、すなわち磁界回転方向と逆方向(図14の上方)に駆動され、図14(c)に示す位置に向かって回転する。これに伴い、第1ロータ11が磁界回転方向と逆方向に回転する。
そして、永久磁石11aが図14(b)に示す位置から図14(c)に示す位置に向かって回転する間、仮想磁石VMは、図14(d)に示す位置に向かって回転する。以上のように、第2磁石部が第2コア13bに近づくことにより、第2コア13bと第2磁極の間の第2磁力線G2の曲がり度合いは小さくなるものの、仮想磁石VMが第2コア13bにさらに近づくのに伴い、第2磁力線G2の総磁束量は多くなる。その結果、この場合にも、第2磁石部に、これを第2コア13b側に近づけるような磁力が作用し、それにより、永久磁石11aが、磁界回転方向と逆方向に駆動される。
また、永久磁石11aが磁界回転方向と逆方向に回転するのに伴い、第1磁極と第1コア13aの間の第1磁力線G1が曲がることによって、第1磁石部に、これを第1コア13aに近づけるような磁力が作用する。しかし、この状態では、第1磁力線G1による磁力は、第1磁力線G1の曲がり度合いが第2磁力線G2よりも小さいことによって、上述した第2磁力線G2による磁力よりも弱い。その結果、両磁力の差分に相当する磁力によって、永久磁石11aが、磁界回転方向と逆方向に駆動される。
そして、図14(d)に示すように、第1磁極と第1コア13aの間の距離と、第2コア13bと第2磁極の間の距離が互いにほぼ等しくなったときには、第1磁極と第1コア13aの間の第1磁力線G1の総磁束量および曲がり度合いが、第2コア13bと第2磁極の間の第2磁力線G2の総磁束量および曲がり度合いとそれぞれほぼ等しくなる。その結果、これらの第1および第2の磁力線G1,G2による磁力が互いにほぼ釣り合うことによって、永久磁石11aが一時的に駆動されない状態になる。
この状態から、仮想磁石VMが図15(a)に示す位置まで回転すると、第1磁力線G1の発生状態が変化し、図15(b)に示すような磁気回路が構成される。それにより、第1磁力線G1による磁力が、第1磁石部を第1コア13aに近づけるようにほとんど作用しなくなるので、永久磁石11aは、第2磁力線G2による磁力によって、図15(c)に示す位置まで、磁界回転方向と逆方向に駆動される。
そして、図15(c)に示す位置から、仮想磁石VMが若干、回転すると、以上とは逆に、第1磁極と第1コア13aの間の第1磁力線G1による磁力が、第1磁石部に、これを第1コア13aに近づけるように作用し、それにより、永久磁石11aが、磁界回転方向と逆方向に駆動され、第1ロータ11が磁界回転方向と逆方向に回転する。そして、仮想磁石VMがさらに回転すると、第1磁極と第1コア13aの間の第1磁力線G1による磁力と第2コア13bと第2磁極の間の第2磁力線G2による磁力との差分に相当する磁力によって、永久磁石11aが、磁界回転方向と逆方向に駆動される。その後、第2磁力線G2による磁力が、第2磁石部を第2コア13bに近づけるようにほとんど作用しなくなると、第1磁力線G1による磁力によって、永久磁石11aが磁界回転方向と逆方向に駆動される。
以上のように、第1および第2の回転磁界の回転に伴い、第1磁極と第1コア13aの間の第1磁力線G1による磁力と、第2コア13bと第2磁極の間の第2磁力線G2による磁力と、これらの磁力の差分に相当する磁力とが、永久磁石11aに、すなわち第1ロータ11に交互に作用し、それにより、第1ロータ11が磁界回転方向と逆方向に回転する。また、そのように磁力すなわち駆動力が第1ロータ11に交互に作用することによって、第1ロータ11に伝達されるトルク(以下「第1ロータ伝達トルク」という)TR1は、ほぼ一定になる。
また、このときの第1磁界回転数NMF1、第1および第2のロータ回転数NR1,NR2の関係は、前記式(1)において、NR2=0とすることにより、NR1=−NMF1で表され、例えば図12(b)のように示される。このように、第1ロータ11は、第1および第2の回転磁界と同じ速度で逆方向に回転する。さらに、この場合、第1ロータ伝達トルクTR1は、第1駆動用等価トルクTSE1と等しくなり、次式(4)が成立する。
TR1=TSE1 ……(4)
TR1=TSE1 ……(4)
また、第1磁界回転数NMF1、第1および第2のロータ回転数NR1,NR2がいずれも値0でない場合、例えば、第1および/または第2のロータ11,13を動力の入力により回転させた状態で、第1および第2の回転磁界を発生させた場合には、第1磁界回転数NMF1、第1および第2のロータ回転数NR1,NR2の間に、前述した一般式(1)がそのまま成立し、三者間の速度関係は、例えば図13(a)のように示される。
さらに、第2ロータ13を動力により回転させるとともに、例えば第1ステータ12における相間短絡により第1磁界回転数NMF1を値0に制御した場合には、第2ロータ13に入力された動力(エネルギ)は、第1ステータ12には伝達されず、第1および第2の磁力線G1,G2による磁力を介して第1ロータ11にすべて伝達される。同様に、第1ロータ11を動力により回転させるとともに、第1磁界回転数NMF1を値0に制御した場合には、第1ロータ11に入力された動力(エネルギ)は、第1ステータ12には伝達されず、第1および第2の磁力線G1,G2による磁力を介して第2ロータ13にすべて伝達される。
また、このときの第1磁界回転数NMF1、第1および第2のロータ回転数NR1,NR2の関係は、前記式(1)において、NMF1=0とすることによって、NR1=2・NR2で表され、例えば図13(b)のように示される。また、第1および第2のロータ伝達トルクTR1,TR2の間に、次式(5)が成立する。
TR1=TR2/2 ……(5)
TR1=TR2/2 ……(5)
さらに、第1回転機10では、第1ステータ12への電力供給が行われていない場合でも、電機子12aに対して、第1ロータ11への動力の入力により永久磁石11aが回転したり、第2ロータ13への動力の入力により第1および第2のコア13a,13bが回転したときには、電機子12aにおいて、誘導起電力が発生し、発電が行われる。この発電に伴って、第1および第2の回転磁界が発生した場合にも、前記式(1)が成立する。
また、第1磁界回転数NMF1、第1および第2のロータ回転数NR1,NR2の間に、前記式(1)および(2)と図12(a)および(b)と図13(a)および(b)で表されるような関係が常に成立し、このような三者間の速度関係は、遊星歯車装置のリングギヤおよびサンギヤの一方、他方、およびプラネタリギヤを支持するキャリアの回転数の関係に相当する。さらに、そのような速度関係が、第1ステータ12への電力供給時だけでなく、発電時にも同様に得られることから、第1回転機10は、第1および第2のロータ11,13で回転動力を入出力するとともに、第1ステータ12で電力を入出力する遊星歯車装置とみなすことができる。
さらに、第1ロータ11に動力を入力するとともに、第1ステータ12に電力を供給した場合において、第1および第2の回転磁界ならびに第1および第2のロータ11,13の回転方向が互いに同じであるときには、第1ステータ12から出力された第1駆動用等価トルクTSE1と、第1ロータ11に伝達された第1ロータ伝達トルクTR1が、第1および第2の磁力線G1,G2すなわち磁気回路を介して、合成された後、第2ロータ13に第2ロータ伝達トルクTR2として伝達される。すなわち、第1駆動用等価トルクTSE1、第1および第2のロータ伝達トルクTR1,TR2の間に、次式(6)が成立する。
TR2=TSE1+TR1 ……(6)
TR2=TSE1+TR1 ……(6)
ただし、この場合、前記式(2)に示すように、第1磁界回転数NMF1と第2ロータ回転数NR2との差、および第2ロータ回転数NR2と第1ロータ回転数NR1との差が、互いに等しいため、第1駆動用等価トルクTSE1と第1ロータ伝達トルクTR1のトルク合成比は、1:1である。したがって、エネルギ(動力・電力)の合成比は、第1ロータ回転数NR1と第1磁界回転数NMF1との比に等しい。
また、第2ロータ13に動力を入力するとともに、この動力を用いて第1ステータ12で発電を行った場合において、第1および第2の回転磁界ならびに第1および第2のロータ11,13の回転方向が互いに同じであるときには、第1ステータ12で発電される電力および第1磁界回転数NMF1と等価のトルクを第1発電用等価トルクTGE1とすると、この第1発電用等価トルクTGE1と、第1および第2のロータ伝達トルクTR1,TR2との間に、次式(7)が成立する。
TR2=TGE1+TR1 ……(7)
この場合、この式(7)から明らかなように、第2ロータ伝達トルクTR2が、第1および第2の磁力線G1,G2すなわち磁気回路を介して、分割された後、第1発電用等価トルクTGE1および第1ロータ伝達トルクTR1として出力される。また、前記式(2)に示すように、第1磁界回転数NMF1と第2ロータ回転数NR2との差、および第2ロータ回転数NR2と第1ロータ回転数NR1との差が、互いに等しいため、この場合のトルク分配比は1:1である。したがって、エネルギ(動力・電力)の分配比は、第1ロータ回転数NR1と第1磁界回転数NMF1との比に等しい。
TR2=TGE1+TR1 ……(7)
この場合、この式(7)から明らかなように、第2ロータ伝達トルクTR2が、第1および第2の磁力線G1,G2すなわち磁気回路を介して、分割された後、第1発電用等価トルクTGE1および第1ロータ伝達トルクTR1として出力される。また、前記式(2)に示すように、第1磁界回転数NMF1と第2ロータ回転数NR2との差、および第2ロータ回転数NR2と第1ロータ回転数NR1との差が、互いに等しいため、この場合のトルク分配比は1:1である。したがって、エネルギ(動力・電力)の分配比は、第1ロータ回転数NR1と第1磁界回転数NMF1との比に等しい。
また、ECU2は、第1PDU41を制御することによって、第1ステータ12に供給する電力と、電力の供給に伴って発生する第1および第2の回転磁界の第1磁界回転数NMF1を制御する。さらに、ECU2は、第1PDU41を制御することによって、第1ステータ12で発電する電力と、発電に伴って発生する第1および第2の回転磁界の第1磁界回転数NMF1を制御する。
前記第2回転機20は、第3ロータ21と、第3ロータ21に対向するように配置された第2ステータ22と、両者21,22の間に所定の間隔を存した状態で設けられた第4ロータ23とを備えている。これらの第2ステータ22、第3および第4のロータ21,23は、上述した第1回転機10の第1ステータ12、第1および第2のロータ11,13と同様に構成されているので、その具体的な説明については省略する。また、図3に示すように、第2ステータ22は、第2パワードライブユニット(以下「第2PDU」という)42を介してバッテリ44に電気的に接続されている。この第2PDU42は、第1および第3のPDU41,43と同様、インバータなどの電気回路で構成されている。さらに、図3および図4に示すように、第2PDU42には、第3PDU43およびECU2が電気的に接続されている。すなわち、第2ステータ22は、ステータ31に電気的に接続されている。さらに、第2ステータ22は、電力の供給・発電に伴って、第1ステータ12の第1および第2の回転磁界と同様の第3および第4の回転磁界を発生させる。
また、第2回転機20は、第1回転機10と同様の機能を有しており、第3および第4のロータ21,23で回転動力を入出力するとともに、第2ステータ22で電力を入出力する遊星歯車装置とみなすことができる。さらに、第2ステータ22で発生する第3および第4の回転磁界の回転数を第2磁界回転数NMF2とし、第3および第4のロータ21,23の回転数をそれぞれ第3および第4のロータ回転数NR3,NR4とすると、これらの回転数NMF2、NR3およびNR4の間に、前記式(1)および(2)と図12(a)および(b)と図13(a)および(b)で表されるような関係が、第2ステータ22への電力供給時および発電時のいずれの場合にも常に成立する。したがって、次式(8)および(9)が成立する。
NR4=(NMF2+NR3)/2 ……(8)
NMF2−NR4=NR4−NR3 ……(9)
NR4=(NMF2+NR3)/2 ……(8)
NMF2−NR4=NR4−NR3 ……(9)
また、第3および第4のロータ21,23に伝達されるトルクをそれぞれ、「第3および第4のロータ伝達トルクTR3,TR4」とし、第2ステータ22への供給電力および第2磁界回転数NMF2と等価のトルクを「第2駆動用等価トルクTSE2」とし、第2ステータ22で発電される電力および第2磁界回転数NMF2と等価のトルクを「第2発電用等価トルクTGE2」とする。この場合、これらのトルクTR3、TR4、TSE2およびTGE2の間に、前記式(3)〜(7)で表されるような関係が常に成立し、したがって、次式(10)〜(14)が成立する。
TR4=2・TSE2(ただし、NR3=0、NR4=NMF2/2) ……(10)
TR3=TSE2(ただし、NR4=0、NR3=−NMF2) ……(11)
TR3=TR4/2(ただし、NMF2=0、NR3=2・NR4) ……(12)
TR4=TSE2+TR3(ただし、TSE2=TR3、NR4=
(NMF2+NR3)/2) ……(13)
TR4=TGE2+TR3(ただし、TGE2=TR3、NR4=
(NMF2+NR3)/2) ……(14)
TR4=2・TSE2(ただし、NR3=0、NR4=NMF2/2) ……(10)
TR3=TSE2(ただし、NR4=0、NR3=−NMF2) ……(11)
TR3=TR4/2(ただし、NMF2=0、NR3=2・NR4) ……(12)
TR4=TSE2+TR3(ただし、TSE2=TR3、NR4=
(NMF2+NR3)/2) ……(13)
TR4=TGE2+TR3(ただし、TGE2=TR3、NR4=
(NMF2+NR3)/2) ……(14)
さらに、図2に示すように、第3ロータ21は、連結軸6を介して第1ロータ11に機械的に直結されており、それにより、連結軸6および第1ロータ11と一体に回転自在になっている。また、連結軸6には、前述したギヤ6aが一体に設けられている。以上の構成により、第1および第3のロータ11,21は、連結軸6、ギヤ6a、アイドラギヤ5、およびギヤ4を介して、クランク軸3aおよびロータ32に機械的に連結されている。また、第4ロータ23は、右駆動軸8を介して右前輪WFRに機械的に直結されている。これにより、第4ロータ23は、右前輪WFRと一体に回転自在になっている。
ECU2は、第2PDU42を制御することによって、第2ステータ22に供給する電力と、電力の供給に伴って第2ステータ22で発生する第3および第4の回転磁界の第2磁界回転数NMF2を制御する。また、ECU2は、第2PDU42を制御することによって、第2ステータ22で発電する電力と、発電に伴って第2ステータ22で発生する第3および第4の回転磁界の第2磁界回転数NMF2を制御する。
また、図4に示すように、ECU2には、クランク角センサ51から、クランク軸3aのクランク角度位置を表す検出信号が出力される。ECU2は、このクランク角度位置に基づいてエンジン回転数NEを算出する。さらに、前述したようにロータ32がクランク軸3aに直結されている関係から、ECU2は、検出されたクランク角度位置に基づいて、ロータ回転数NRを算出する。また、ECU2には、第1回転角センサ52および第2回転角センサ53からそれぞれ、第1および第2のロータ11,13の回転角度位置を表す検出信号が出力される。ECU2は、検出された第1および第2のロータ11,13の回転角度位置に基づいて、第1および第2のロータ回転数NR1,NR2をそれぞれ算出する。
また、ECU2には、第3回転角センサ54および第4回転角センサ55からそれぞれ、第3および第4のロータ21,23の回転角度位置を表す検出信号が出力される。ECU2は、検出された第3および第4のロータ21,23の回転角度位置に基づいて、第3および第4のロータ回転数NR3,NR4をそれぞれ算出する。さらに、前述したように第2ロータ13が左前輪WFLに直結されている関係から、ECU2は、検出された第2ロータ13の回転角度位置に基づいて、左前輪WFLの回転数(以下「左前輪回転数」という)NWFLを算出する。また、前述したように第4ロータ23が右前輪WFRに直結されている関係から、ECU2は、検出された第4ロータ23の回転角度位置に基づいて、右前輪WFRの回転数(以下「右前輪回転数」という)NWFRを算出する。さらに、ECU2には、左後輪回転数センサ56から左後輪WRLの回転数(以下「左後輪回転数」という)NWRLを表す検出信号が、右後輪回転数センサ57から右後輪WRRの回転数(以下「右後輪回転数」という)NWRRを表す検出信号が、出力される。ECU2は、これらの左右の後輪回転数NWRL,NWRRの平均値を車速として算出する。
また、ECU2には、操舵角センサ58から車両Vのハンドルの操舵角θstを表す検出信号が、ヨーレートセンサ59から車両Vのヨーレートγを表す検出信号が、出力される。さらに、ECU2には、電流電圧センサ60から、バッテリ44に入出力される電流・電圧値を表す検出信号が、出力される。ECU2は、この検出信号に基づいて、バッテリ44の充電状態を算出する。また、ECU2には、アクセル開度センサ61から、車両Vのアクセルペダル(図示せず)の踏み込み量であるアクセル開度APを表す検出信号が、ブレーキセンサ62から、車両Vのブレーキペダル(図示せず)の踏込量であるブレーキペダル踏込量BPを表す検出信号が、出力される。
ECU2は、I/Oインターフェース、CPU、RAMおよびROMなどからなるマイクロコンピュータで構成されており、上述した各種のセンサ51〜62からの検出信号に応じ、エンジン3および第1〜第3の回転機10,20,30の動作を制御する。これにより、動力装置1の各種の動作が行われる。
図16(a)は、第1磁界回転数NMF1、第1および第2のロータ回転数NR1,NR2の関係の一例を表す速度共線図を、第2磁界回転数NMF2、第3および第4のロータ回転数NR3,NR4の関係の一例を表す速度共線図とともに示している。前述したように、第1および第3のロータ11,21が互いに直結されているので、第1および第3のロータ回転数NR1,NR3は互いに等しい。したがって、図16(a)の第1および第2の回転機10,20に関する2つの速度共線図は、図16(b)のように表される。
また、前述したように第2および第4のロータ13,23が左前輪WFLおよび右前輪WFRにそれぞれ直結されているので、第2ロータ回転数NR2および左前輪回転数NWFLは互いに等しく、第4ロータ回転数NR4および右前輪回転数NWFRは互いに等しい。さらに、クランク軸3a、ロータ32、第1および第3のロータ11,21が互いに連結されているので、ギヤ4などによる変速がないとすれば、エンジン回転数NE、ロータ回転数NR、第1および第3のロータ回転数NR1,NR3は、互いに等しい。
以上から、第1〜第3の回転機10,20,30の各要素の回転数、エンジン回転数NE、および左右の前輪回転数NWFL,NWFRの関係は、例えば図17のように示される。なお、同図および後述する他の速度共線図では、縦線上の白丸と値0を示す横線との隔たりが各パラメータの回転数に相当するが、便宜上、白丸の付近に各パラメータの回転数の符号を表記している。以下、この図17に示すような速度共線図を用いて、ECU2の制御による動力装置1の動作を説明する。また、クランク軸3aの回転方向と左右の前後輪WFL,WFR,WRL,WRRの正転方向は同じになっており、以下、クランク軸3aの回転方向と同方向に回転することを「正転」といい、クランク軸3aの回転方向と逆方向に回転することを「逆転」という。さらに、図17および後述する他の速度共線図では、正転方向を「+」、逆転方向を「−」で表記している。また、以下の説明では、各ギヤなどによる損失はないものとする。
まず、車両Vの停止中にエンジン3を始動する場合の動作について説明する。以下、このようなエンジン3の始動を「停車中ENG始動」という。この停車中ENG始動時、ステータ31に電力を供給し、ロータ32を正転させる。その結果、ロータ32の動力がクランク軸3aに伝達され、クランク軸3aが正転する。この場合、ステータ31に供給される電力は、エンジン回転数NEが所定の始動時用回転数NESTになるように制御される。この始動時用回転数NESTは、エンジン3の始動に適した所定値に設定されている。
また、この場合、上記のようにクランク軸3aが回転し、それにより第1および第3のロータ11,21が回転するのに伴い、第1および第2のステータ12,22において、電力供給および発電が行われていなくても、第1〜第4の回転磁界が発生する。その結果、これらの第1〜第4の回転磁界による回転抵抗を反力として、ロータ32のトルク(以下「ロータトルクTR」という)の一部が、第2および第4のロータ13,23を介して、左右の前輪WFL,WFRに伝達され、両者WFL,WFRを正転させるように作用する。ここで、クランク軸3aに伝達されるトルクを「クランク軸伝達トルクTCRK」とし、第1および第2の回転磁界による回転抵抗を「第1磁界回転抵抗DMF1」とし、第3および第4の回転磁界による回転抵抗を「第2磁界回転抵抗DMF2」とすると、これらのクランク軸伝達トルクTCRK、第1および第2の磁界回転抵抗DMF1,DMF2、ならびにロータトルクTRの関係は、例えば図18のように示される。
停車中ENG始動時、上記のようにロータトルクTRが左右の前輪WFL,WFRに伝達されるのを防止するために、第1および第2の磁界回転抵抗DMF1,DMF2を打ち消すように、第1および第2のステータ12,22に電力を供給するとともに、第1〜第4の回転磁界を逆転させる。この場合、第1および第2のステータ12,22に供給する電力は、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2がそれぞれ第1および第2の磁界回転抵抗DMF1,DMF2と等しくなるように制御される。また、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2は、前記式(1)および(8)が成立するように、かつ、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが値0になるように制御される。
以上により、停車中ENG始動時、図18に示すように、左右の前輪WFL,WFRが停止状態(NWFL=NWFR=0)に保持されるとともに、エンジン回転数NEが始動時用回転数NESTに制御される。その状態で、検出されたクランク角度位置に応じ、エンジン3の燃料噴射弁や点火プラグの点火動作を制御することによって、エンジン3が始動される。このように、停車中ENG始動時、エンジン回転数NEを始動に適した始動時用回転数NESTに制御した状態で、エンジン3を始動することができるので、エンジン3の振動やノイズの発生を防止でき、商品性を高めることができる。また、エンジン3の始動に伴って、左右の前輪WFL,WFRを駆動することがなく、両者WFL,WFRを停止状態に保持できる。
また、エンジン3の始動後の停車中において、停車中ENG始動時と同様にして第1および第2の回転機10,20を制御することによって、左右の前輪WFL,WFRにエンジン3のトルクが伝達されるのを防止でき、車両Vを停止状態に保持できる。以下、停車中ENG始動時や停車中において、左右の前輪WFL,WFRへのトルク伝達の防止のために上述したように行われる第1および第2のステータ12,22への電力供給制御を、「停車時用の電力供給制御」という。
次に、上述した停車中ENG始動後における車両Vの発進時の動作について説明する。以下、この車両Vの発進を「ENG発進」という。具体的には、ENG発進時、エンジン3のスロットル弁(図示せず)を制御することにより、エンジン3に吸入される混合気を増大させることによって、エンジン3の動力を増大させるとともに、第1および第3のロータ11,21に伝達されるエンジン3の動力を用いて、第1および第2のステータ12,22において発電を行う。
図19(a)は、ENG発進の開始時におけるエンジン回転数NE、左右の前輪回転数NWFL,NWFR、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の関係の一例を示している。この場合、同図に示すように、第1および第3のロータ11,21が正転するのに対し、第2および第4のロータ回転数NR2,NR4が値0であることと、前記式(1)および(8)から、第1および第2のステータ12,22の発電に伴って発生する第1〜第4の回転磁界はいずれも逆転する。このことと、第1および第2の回転機10,20の各要素における前述したエネルギの入出力関係から、エンジン3から第1ロータ11に伝達された第1ロータ伝達トルクTR1と第1発電用等価トルクTGE1が、1:1の合成比で合成された後、第2ロータ12を介して左前輪WFLに伝達され、左前輪WFLを正転させるように作用する。また、エンジン3から第3ロータ21に伝達された第3ロータ伝達トルクTR3と第2発電用等価トルクTGE2が、1:1の合成比で合成された後、第4ロータ22を介して右前輪WFRに伝達され、右前輪WFRを正転させるように作用する。
以上から、ENG発進の開始時、エンジン3のトルク(以下「エンジントルク」という)TENGと、左右の前輪WFL,WFRに伝達されるトルク(以下、それぞれ「左前輪伝達トルクTWLT」「右前輪伝達トルクTWRT」という)と、第1および第2の発電用等価トルクTGE1,TGE2との関係は、例えば図19(a)のように示される。また、この場合、第1および第2のステータ12,22で発電する電力を漸増させることによって、第1および第2の発電用等価トルクTGE1,TGE2を漸増させるとともに、上述したように逆転している第1〜第4の回転磁界の第1および第2の磁界回転数NMF1,NMFを、値0になるように制御する。上述した第1および第2の回転機10,20におけるトルクの合成から明らかなように、上記のように第1および第2の発電用等価トルクTGE1,TGE2を漸増させることによって、エンジン3から左右の前輪WFL,WFRに伝達されるトルクが漸増する。以上により、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが、図19(a)に示す値0の状態から、図19(b)に示すように正転方向に上昇し、その結果、車両Vが前方に発進する。
以上のように、ENG発進時、第1および第2のステータ12,22で発電する電力の制御によって、エンジン3から左右の前輪WFL,WFRに伝達されるトルクを漸増させることができるので、左右の前輪WFL,WFRからエンジン3に大きな負荷が急激に作用するのを防止でき、エンジンストールを発生させることなく、車両Vを発進させることができる。また、ENG発進時、第1および第2のステータ12,22で発電される電力は、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTが互いに等しくなるように制御されるとともに、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2は、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが互いに等しくなるように制御される。以上により、ENG発進時、車両Vの良好な直進性を得ることができる。
そして、ENG発進後、上述した制御により第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2が値0になった後には、バッテリ44から第1および第2のステータ12,22に電力を供給するとともに、第1〜第4の回転磁界をいずれも正転させる。これにより、前記式(6)を用いて説明したように、エンジン3から第1ロータ11に伝達された第1ロータ伝達トルクTR1と第1駆動用等価トルクTSE1は、合成された後、第2ロータ13を介して左前輪WFLに伝達され、左前輪WFLをさらに正転させる。また、前記式(13)を用いて説明したように、エンジン3から第3ロータ21に伝達された第3ロータ伝達トルクTR3と第2駆動用等価トルクTSE2は、合成された後、第4ロータ23を介して右前輪WFRに伝達され、右前輪WFRをさらに正転させる。
次に、上述したENG発進後の車両Vの直進中における動作について説明する。以下、この車両Vの直進を「ENG直進」という。このENG直進中には、通常直進モード、充電直進モードおよびアシスト直進モードによる運転が、要求動力に応じて選択的に行われる。この要求動力は、車両Vに要求される要求トルクPMCMDと車速によって定まるものであり、この要求トルクPMCMDは、車速およびアクセル開度APに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって算出される。以下、これらの運転モードにおける動作について、通常直進モードから順に説明する。
この通常直進モードによる運転は、要求動力が所定の最良燃費範囲(エンジン3の最良の燃費が得られる動力の範囲)内にあるときに行われる。具体的には、通常直進モード中、エンジン3のスロットル弁や燃料噴射弁を制御することにより、エンジン3に吸入される混合気を制御することによって、エンジン3の動力を要求動力になるように制御する。また、エンジン3の動力の一部を用いてステータ31で発電を行うとともに、発電した電力をすべて、バッテリ44に充電せずに、第1および第2のステータ12,22に供給する。これにより、エンジン3の動力の一部がロータ32に伝達されるとともに、エンジン3の動力の残りが、第1および第3のロータ11,21に伝達される。ロータ32に伝達された動力は、電力に変換され、第1および第2のステータ12,22に供給される。第1ステータ12に供給された電力は、動力に変換されるとともに(以下、この動力を「第1電力変換動力」という)、前述した第1および第2の磁力線G1,G2すなわち磁気回路を介して、第1ロータ11に伝達された動力と合成された後、第2ロータ13を介して左前輪WFLに伝達され、左前輪WFLをさらに正転させる。また、第2ステータ22に供給された電力は、動力に変換されるとともに(以下、この動力を「第2電力変換動力」という)、磁気回路を介して、第3ロータ21に伝達された動力と合成された後、第4ロータ23を介して右前輪WFRに伝達され、右前輪WFRをさらに正転させる。また、通常直進モード中、左右の前輪WFL,WFRに伝達される動力の和は、エンジン3の動力と等しくなる。
また、通常直進モード中、ステータ31で発電する電力、ならびに第1および第2の回転機10,20に供給される電力を制御することによって、エンジン回転数NEを目標エンジン回転数NECMDになるように制御するとともに、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTをいずれも、要求トルクPMCMDの1/2の大きさになるように制御する。この目標エンジン回転数NECMDは、車速および要求トルクPMCMDに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって算出される。このマップでは、目標エンジン回転数NECMDは、エンジン3の最良の燃費が得られるような値に設定されている。この場合、第1〜第3の回転機10,20,30は、無段変速機として機能する。以下、この点について説明する。
図20は、通常直進モード中におけるエンジン回転数NE、ロータ回転数NR、左右の前輪回転数NWFL,NWFR、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の関係の一例を、エンジントルクTENG、ロータ32に伝達されるトルク(以下「ロータ伝達トルク」という)TRT、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の関係の一例とともに示している。前記式(6)から、左前輪伝達トルクTWLTと第1駆動用等価トルクTSE1と第1ロータ伝達トルクTR1の間に、次式(15)が成立するとともに、この式(15)において、第1駆動用等価トルクTSE1および第1ロータ伝達トルクTR1は、互いに等しい。したがって、次式(16)が成立する。
TWLT=TSE1+TR1 ……(15)
TSE1=TWLT/2 ……(16)
TWLT=TSE1+TR1 ……(15)
TSE1=TWLT/2 ……(16)
さらに、前記式(13)から、右前輪伝達トルクTWRTと第2駆動用等価トルクTSE2と第3ロータ伝達トルクTR3の間に、次式(17)が成立するとともに、この式(17)において、第2駆動用等価トルクTSE2および第3ロータ伝達トルクTR3は、互いに等しい。したがって、次式(18)が成立する。
TWRT=TSE2+TR3 ……(17)
TSE2=TWRT/2 ……(18)
また、これらの式(16)および(18)において、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTをPMCMD/2に置き換えると、次式(19)が得られる。
TSE1=TSE2=PMCMD/4 ……(19)
したがって、通常直進モード中、第1および第2のステータ12,22に供給する電力は、この式(19)が成立するように制御される。これにより、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTは、要求トルクPMCMDの1/2の大きさになり、互いに等しくなるので、車両Vの良好な直進性を得ることができる。
TWRT=TSE2+TR3 ……(17)
TSE2=TWRT/2 ……(18)
また、これらの式(16)および(18)において、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTをPMCMD/2に置き換えると、次式(19)が得られる。
TSE1=TSE2=PMCMD/4 ……(19)
したがって、通常直進モード中、第1および第2のステータ12,22に供給する電力は、この式(19)が成立するように制御される。これにより、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTは、要求トルクPMCMDの1/2の大きさになり、互いに等しくなるので、車両Vの良好な直進性を得ることができる。
さらに、前述したように、第1ロータ回転数NR1が、目標エンジン回転数NECMDに制御されるエンジン回転数NEと等しいことと、第2ロータ回転数NR2が左前輪回転数NWFLと等しいことと、前記式(1)から、次式(20)が得られる。したがって、第1磁界回転数NMF1は、この式(20)が成立するように制御される。
NMF1=2・NWFL−NECMD ……(20)
また、前述したように、第3ロータ回転数NR3が、目標エンジン回転数NECMDに制御されるエンジン回転数NEと等しいことと、第4ロータ回転数NR4が右前輪回転数NWFRと等しいことと、前記式(8)から、次式(21)が得られる。したがって、第2磁界回転数NMF2は、この式(21)が成立するように制御される。
NMF2=2・NWFR−NECMD ……(21)
NMF1=2・NWFL−NECMD ……(20)
また、前述したように、第3ロータ回転数NR3が、目標エンジン回転数NECMDに制御されるエンジン回転数NEと等しいことと、第4ロータ回転数NR4が右前輪回転数NWFRと等しいことと、前記式(8)から、次式(21)が得られる。したがって、第2磁界回転数NMF2は、この式(21)が成立するように制御される。
NMF2=2・NWFR−NECMD ……(21)
さらに、ステータ31で発電した電力が第1および第2のステータ12,22にすべて供給されるので、ロータ伝達トルクTRTおよびロータ回転数NRと、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2ならびに第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2との間に、次式(22)が成立する。
TRT・NR=TSE1・NMF1+TSE2・NMF2 ……(22)
TRT・NR=TSE1・NMF1+TSE2・NMF2 ……(22)
ここで、ロータ32およびクランク軸3aが互いに直結されていることから、ロータ回転数NRはエンジン回転数NEと等しく、すなわち目標エンジン回転数NECMDと等しい。このことと、上記式(22)および(19)〜(21)から、次式(23)が得られる。
TRT・NECMD=(2・NWFL−NECMD)PMCMD/4
+(2・NWFR−NECMD)PMCMD/4 ……(23)
また、車両Vの直進時には、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが互いに等しいので、両者を代表して左前輪回転数NWFLを用いると、上記式(23)から、次式(24)が得られる。
TRT=PMCMD(NWFL/NECMD−1/2) ……(24)
したがって、ステータ31で発電する電力は、この式(24)が成立するように制御される。
TRT・NECMD=(2・NWFL−NECMD)PMCMD/4
+(2・NWFR−NECMD)PMCMD/4 ……(23)
また、車両Vの直進時には、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが互いに等しいので、両者を代表して左前輪回転数NWFLを用いると、上記式(23)から、次式(24)が得られる。
TRT=PMCMD(NWFL/NECMD−1/2) ……(24)
したがって、ステータ31で発電する電力は、この式(24)が成立するように制御される。
さらに、通常直進モード中、以上に述べた第1〜第3の回転機10,20,30の制御によって、エンジン3の動力を減速して左右の前輪WFL,WFRに伝達する場合には、ロータ伝達トルクTRT、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2、ならびに第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2は、次のようにして制御される。
すなわち、この場合、エンジン3の動力がTENG・NEで表され、左右の前輪WFL,WFRに伝達される動力の和がPMCMD・NWFL(またはNWFR)で表されるとともに、前者および後者は互いに等しい(TENG・NE=NWFL・PMCMD)。このことと、上記式(24)から、次式(25)が得られる。
TRT=TENG{1−NECMD/(2・NWFL)} ……(25)
この式(25)から明らかなように、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが目標エンジン回転数NECMDよりも低いほど、すなわち、第1〜第3の回転機10,20,30による減速度合が大きいほど、ロータ伝達トルクTRTはより小さい側に制御される。この場合、エンジントルクTENGの一部がロータ32に伝達され、残りが第1および第3のロータ11,21に伝達されるので、ロータ伝達トルクTRTが上記のように制御されることによって、エンジン3から第1および第3のロータ11,21に伝達される第1および第3のロータ伝達トルクTR1,TR3はいずれも、より大きくなる。また、前記式(19)から明らかなように、要求トルクPMCMDが大きいほど、すなわち、第1〜第3の回転機10,20,30による減速度合が大きいほど、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2はいずれも、より大きい側に制御される。以上の第1および第3のロータ伝達トルクTR1,TR3ならびに第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の制御によって、前記式(15)および(17)から明らかなように、第1〜第3の回転機10,20,30による減速度合が大きくなるにつれて、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTが無段階に大きくなる。
TRT=TENG{1−NECMD/(2・NWFL)} ……(25)
この式(25)から明らかなように、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが目標エンジン回転数NECMDよりも低いほど、すなわち、第1〜第3の回転機10,20,30による減速度合が大きいほど、ロータ伝達トルクTRTはより小さい側に制御される。この場合、エンジントルクTENGの一部がロータ32に伝達され、残りが第1および第3のロータ11,21に伝達されるので、ロータ伝達トルクTRTが上記のように制御されることによって、エンジン3から第1および第3のロータ11,21に伝達される第1および第3のロータ伝達トルクTR1,TR3はいずれも、より大きくなる。また、前記式(19)から明らかなように、要求トルクPMCMDが大きいほど、すなわち、第1〜第3の回転機10,20,30による減速度合が大きいほど、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2はいずれも、より大きい側に制御される。以上の第1および第3のロータ伝達トルクTR1,TR3ならびに第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の制御によって、前記式(15)および(17)から明らかなように、第1〜第3の回転機10,20,30による減速度合が大きくなるにつれて、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTが無段階に大きくなる。
また、前記式(20)および(21)から明らかなように、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが目標エンジン回転数NECMDよりも低いほど、すなわち、第1〜第3の回転機10,20,30による減速度合が大きいほど、第1および第2の磁界回転数NFM1,NMF2はより低速側に制御される。これにより、図21に破線と中抜きの矢印で示すように、エンジン回転数NEに対して、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが無段階に低下する。この場合、前述したように左右の前輪WFL,WFRに、エンジン3の動力と同じ大きさの動力が伝達されることから明らかなように、上述した各種のパラメータの制御によって、エンジン3の動力が無段階に減速された状態で、左右の前輪WFL,WFRに伝達される。
上記とは逆に、前述した第1〜第3の回転機10,20,30の制御によって、エンジン3の動力を増速して左右の前輪WFL,WFRに伝達する場合には、第1〜第3の回転機10,20,30による増速度合が大きいほど、ロータ伝達トルクTRTは、より大きい側に制御され、その結果、エンジン3から第1および第3のロータ11,21に伝達される第1および第3のロータ伝達トルクTR1,TR3はいずれも、より小さくなる。また、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2はいずれも、より小さい側に制御される。以上により、第1〜第3の回転機10,20,30による増速度合が大きくなるにつれて、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTが無段階に小さくなる。また、第1〜第3の回転機10,20,30による増速度合が大きいほど、第1および第2の磁界回転数NFM1,NMF2はより増速側に制御され、それにより、図21に一点鎖線と中抜きの矢印で示すように、エンジン回転数NEに対して、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが無段階に上昇する。以上の結果、上述した各種のパラメータの制御によって、エンジン3の動力が無段階に増速された状態で、左右の前輪WFL,WFRに伝達される。
なお、上述した第1〜第3の回転機10,20,30を用いた変速動作は、第1〜第4の回転磁界が正転しているとき、すなわち、NWFL(またはNWFR)/NECMD>1/2が成立しているときに行われる。一方、NWFL/NECMD=1/2のときには、式(20)および(21)から明らかなように、エンジン回転数NEと左右の前輪回転数NWFL,NWFRの関係によって定まる第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2が値0になる。この場合には、ステータ22で発電が行われず、第1および第2のステータ12,22において相間短絡が行われ、それにより、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2が値0に制御される。その結果、前記式(5)および(12)などから明らかなように、エンジン3の動力が1/2に減速され、左右の前輪WFL,WFRに伝達される。すなわち、この場合、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTの和が、エンジントルクTENGの2倍の大きさになり、左右の前輪回転数NWFL,NWFRがエンジン回転数NEの1/2の大きさになる。
また、NWFL/NECMD<1/2のときには、式(20)および(21)から明らかなように、第1〜第4の回転磁界が逆転し、その場合には、第1および第2のステータ12,22において発電が行われるとともに、発電した電力がすべてステータ31に供給される。この場合にも、第1および第2のステータ12,22で発電する電力、ステータ31に供給する電力、ならびに第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の制御によって、エンジン3の動力を無段階に変速して、左右の前輪WFL,WFRに伝達することができる。
次に、前述した充電直進モードについて、通常直進モードと異なる点を中心に説明する。充電直進モードによる運転は、次の条件(a)および(b)が成立しているときに行われ、充電直進モード中には、通常直進モードと異なり、ステータ31において発電した電力の一部を、バッテリ44に充電する。
(a)バッテリ44の充電状態が第1所定値よりも小さいとき
(b)前述した要求動力が最良燃費範囲よりも小さい側にあるとき
これにより、充電直進モードは、バッテリ44の電力が比較的小さく、過充電にならないときで、かつ、要求動力が、エンジン3の最良の燃費が得られる動力(以下「最良燃費動力」という)よりも小さいときに行われる。
(a)バッテリ44の充電状態が第1所定値よりも小さいとき
(b)前述した要求動力が最良燃費範囲よりも小さい側にあるとき
これにより、充電直進モードは、バッテリ44の電力が比較的小さく、過充電にならないときで、かつ、要求動力が、エンジン3の最良の燃費が得られる動力(以下「最良燃費動力」という)よりも小さいときに行われる。
具体的には、充電直進モード中、通常直進モードと異なり、エンジン3の動力を最良燃費動力になるように制御する。これにより、エンジン回転数NEおよびエンジントルクTENGは、目標エンジン回転数NECMDおよび目標エンジントルクTECMDにそれぞれ制御される。さらに、ステータ31で発電した電力の一部をバッテリ44に充電するとともに、残りを第1および第2のステータ12,22に供給する。この場合、上記のように最良燃費動力に制御されるエンジン3の動力の要求動力に対する余剰分が、バッテリ44に電力として充電される。また、充電直進モード中、バッテリ44に充電される電力(エネルギ)と左右の前輪WFL,WFRに伝達される動力の和は、エンジン3の動力と等しくなる。さらに、通常直進モードと同様、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTはいずれも、要求トルクPMCMDの1/2の大きさになるように制御される。
なお、充電直進モード中における左右の前輪WFL,WFRへの動力の伝達に関し、ステータ31で発電した電力の一部がバッテリ44に充電される以外は、通常直進モードと同様であるので、その説明については省略する。また、エンジン回転数NE、ロータ回転数NR、左右の前輪回転数NWFL,NWFR、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の関係と、エンジントルクTENG、ロータ伝達トルクTRT、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の関係は、例えば前述した図20のように示される。
また、充電直進モード中、第1および第2のステータ12,22に供給する電力と、ステータ31で発電する電力と、バッテリ44に充電する電力は、次のようにして制御される。すなわち、第1および第2のステータ12,22に供給する電力は、通常直進モードと同様、前記式(19)、すなわち、TSE1=TSE2=PMCMD/4が成立するように制御される。また、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2はそれぞれ、通常直進モードと同様、前記式(20)および(21)、すなわち、NMF1=2・NWFL−NECMDおよびNMF2=2・NWFR−NECMDが成立するように制御される。
一方、充電直進モード中、ステータ31で発電する電力は、通常直進モードと異なり、次のようにして制御される。この場合、目標エンジントルクTECMDに制御されるエンジントルクTENGが、ロータ32、第1および第3のロータ11,21に伝達されるため、次式(26)が成立する。
TECMD=TRT+TR1+TR3 ……(26)
TECMD=TRT+TR1+TR3 ……(26)
また、この場合にも、通常直進モードと同様、第1ロータ伝達トルクTR1および第1駆動用等価トルクTSE1が互いに等しく、第3ロータ伝達トルクTR3および第2駆動用等価トルクTSE2が互いに等しい。このことと、上述したようにTSE1=TSE2=PMCMD/4が成立することと、上記式(26)から、次式(27)が得られる。
TRT=TECMD−PMCMD/2 ……(27)
したがって、充電直進モード中、ステータ31で発電する電力は、この式(27)が成立するように制御される。
TRT=TECMD−PMCMD/2 ……(27)
したがって、充電直進モード中、ステータ31で発電する電力は、この式(27)が成立するように制御される。
さらに、充電直進モード中、ロータ伝達トルクTRTのうち、バッテリ44の充電に用いられるトルクを充電トルクTGとする。この場合、ステータ31で発電した電力の一部がバッテリ44に充電されるとともに、残りが第1および第2のステータ12,22に供給されることから、次式(28)が成立する。
(TRT−TG)NR=TSE1・NMF1+TSE2・NMF2 ……(28)
(TRT−TG)NR=TSE1・NMF1+TSE2・NMF2 ……(28)
ここで、ロータ32およびクランク軸3aが互いに直結されていることから、ロータ回転数NRはエンジン回転数NEと等しく、すなわち目標エンジン回転数NECMDと等しい。また、充電直進モード中、上述したように、TRT=TECMD−PMCMD/2、TSE1=TSE2=PMCMD/4、NMF1=2・NWFL−NECMD、およびNMF2=2・NWFR−NECMDが成立する。以上のことと、上記式(28)から、次式(29)が得られる。
(TECMD−PMCMD/2−TG)NECMD
=(2・NWFL−NECMD)PMCMD/4+(2・NWFR−NECMD)
・PMCMD/4 ……(29)
(TECMD−PMCMD/2−TG)NECMD
=(2・NWFL−NECMD)PMCMD/4+(2・NWFR−NECMD)
・PMCMD/4 ……(29)
また、車両Vの直進時には、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが互いに等しいので、両者を代表して左前輪回転数NWFLを用いると、上記式(29)は次式(30)で表される。
TG=TECMD−PMCMD・NWFL/NECMD ……(30)
したがって、充電直進モード中、バッテリ44に充電される電力は、この式(30)が成立するように制御される。
TG=TECMD−PMCMD・NWFL/NECMD ……(30)
したがって、充電直進モード中、バッテリ44に充電される電力は、この式(30)が成立するように制御される。
次に、前述したアシスト直進モードについて、通常直進モードと異なる点を中心に説明する。アシスト直進モードによる運転は、次の条件(c)および(d)が成立しているときに行われ、アシスト直進モード中には、通常直進モードと異なり、バッテリ44の電力が第1および第2のステータ12,22に供給される。
(c)バッテリ44の充電状態が第2所定値(<第1所定値)よりも大きいとき
(b)要求動力が最良燃費範囲よりも大きい側にあるとき
これにより、充電直進モードは、バッテリ44の電力が十分にあり、かつ、要求動力が、エンジン3の最良燃費動力よりも大きいときに行われる。
(c)バッテリ44の充電状態が第2所定値(<第1所定値)よりも大きいとき
(b)要求動力が最良燃費範囲よりも大きい側にあるとき
これにより、充電直進モードは、バッテリ44の電力が十分にあり、かつ、要求動力が、エンジン3の最良燃費動力よりも大きいときに行われる。
具体的には、アシスト直進モード中、充電直進モードと同様、エンジン3の動力を最良燃費動力になるように制御する。これにより、エンジン回転数NEおよびエンジントルクTENGは、目標エンジン回転数NECMDおよび目標エンジントルクTECMDにそれぞれ制御される。さらに、ステータ31で発電した電力に加え、バッテリ44の電力を第1および第2のステータ12,22に供給する。この場合、上記のように最良燃費動力に制御されるエンジン3の動力の要求動力に対する不足分が、バッテリ44から第1および第2のステータ12,22への電力供給によって補われる。また、アシスト直進モード中、左右の前輪WFL,WFRに伝達される動力は、バッテリ44からの電力(エネルギ)とエンジン3の動力の和と等しくなる。さらに、通常直進モードと同様、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTはいずれも、要求トルクPMCMDの1/2の大きさになるように制御される。
なお、アシスト直進モード中における左右の前輪WFL,WFRへの動力の伝達に関し、バッテリ44からの電力が第1および第2のステータ12,22に供給される以外は、通常直進モードと同様であるので、その説明については省略する。また、エンジン回転数NE、左右の前輪回転数NWFL,NWFR、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の関係と、エンジントルクTENG、ロータ伝達トルクTRT、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の関係は、例えば前述した図20のように示される。
また、アシスト直進モード中、第1および第2のステータ12,22に供給するトータルの電力、ステータ31で発電する電力、ならびに、バッテリ44から第1および第2のステータ12,22に供給する電力は、次のようにして制御される。すなわち、第1および第2のステータ12,22に供給するトータルの電力は、通常直進モードと同様、前記式(19)が成立するように制御される。また、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2はそれぞれ、通常直進モードと同様、前記式(20)および(21)が成立するように制御される。
さらに、アシスト直進モード中、充電直進モードと同様、エンジントルクTENGが、目標エンジントルクTECMDに制御されることと、ロータ32、第1および第3のロータ11,21に伝達されることから、前記式(26)が成立する。また、この場合にも、充電直進モードと同様、TR1=TSE1=PMCMD/4が成立するとともに、TR3=TSE2=PMCMD/4が成立する。以上から、前記式(27)、すなわち、TRT=TECMD−PMCMD/2が得られる。したがって、アシスト直進モード中にも、ステータ31で発電する電力は、この式(27)が成立するように制御される。
また、アシスト直進モード中、バッテリ44からの電力供給により発生するトルクを、アシストトルクTAとする。この場合、ステータ31で発電した電力に加え、バッテリ44の電力が第1および第2のステータ12,22に供給されることから、次式(31)が成立する。
(TRT+TA)NR=TSE1・NMF1+TSE2・NMF2 ……(31)
(TRT+TA)NR=TSE1・NMF1+TSE2・NMF2 ……(31)
ここで、前述したように、ロータ回転数NRはエンジン回転数NEと等しく、すなわち目標エンジン回転数NECMDと等しい。また、アシスト直進モード中、上述したように、TRT=TECMD−PMCMD/2、TSE1=TSE2=PMCMD/4、NMF1=2・NWFL−NECMD、およびNMF2=2・NWFR−NECMDが成立する。以上のことと、上記式(31)から、次式(32)が得られる。
(TECMD−PMCMD/2+TA)NECMD
=(2・NWFL−NECMD)PMCMD/4+(2・NWFR−NECMD)
・PMCMD/4 ……(32)
(TECMD−PMCMD/2+TA)NECMD
=(2・NWFL−NECMD)PMCMD/4+(2・NWFR−NECMD)
・PMCMD/4 ……(32)
また、車両Vの直進時には、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが互いに等しいので、両者を代表して左前輪回転数NWFLを用いると、式(32)は次式(33)で表される。
TA=PMCMD・NWFL/NECMD−TECMD ……(33)
したがって、アシスト直進モード中、バッテリ44から第1および第2のステータ12,22に供給される電力は、この式(33)が成立するように制御される。
TA=PMCMD・NWFL/NECMD−TECMD ……(33)
したがって、アシスト直進モード中、バッテリ44から第1および第2のステータ12,22に供給される電力は、この式(33)が成立するように制御される。
なお、要求トルクPMCMDが極めて大きいために、式(27)(TRT=TECMD−PMCMD/2)で表されるロータ伝達トルクTRTが値0よりも小さくなるようなときには、ステータ31において発電を行わずに、ステータ31にバッテリ44の電力を供給するとともに、ロータ32を正転させる。
次に、車両Vの走行中の左右の旋回時における動作について説明する。車両Vの旋回中、第1および第2の回転機10,20を制御することにより、左右の前輪WFL,WFRの間にトルク差を生じさせ、旋回アシスト力を生じさせることによって、旋回アシストが行われる。動力装置1は、旋回アシストを行う運転モードとして、車両Vの走行中の右旋回時において小さな旋回アシスト力を生じさせる第1右旋回アシストモードと、大きな旋回アシスト力を生じさせる第2右旋回アシストモードを有している。まず、第1右旋回アシストモードについて説明する。
この第1右旋回アシストモード中には、左前輪伝達トルクTWLTを右前輪伝達トルクTWRTよりも大きくすることによって、小さな旋回アシスト力を生じさせる。図22(a)および(b)は、第1右旋回アシストモード中でかつ低車速走行中におけるエンジン回転数NEおよび左右の前輪回転数NWFL,NWFRなどの関係の一例を示している。同図に示すように、通常、低車速走行中における右旋回時、左右の前輪回転数NWFL,NWFRの回転差は比較的大きく、エンジン回転数NEは比較的低い。また、左前輪回転数NWFLは、エンジン回転数NEよりも高くなり、両者NWFL,NEの関係によって定まる第1および第2の回転磁界の回転方向は、正転方向になる。
第1右旋回アシストモード中には、エンジン3の動力を最良燃費動力になるように制御する。これにより、エンジン回転数NEおよびエンジントルクTENGは、目標エンジン回転数NECMDおよび目標エンジントルクTECMDにそれぞれ制御される。また、ステータ31において、エンジン3の動力の一部を用いて発電を行う。さらに、図22(a)に示すように、第1右旋回アシストモード中でかつ低車速走行中、エンジン回転数NEと右前輪回転数NWFRの関係によって定まる第3および第4の回転磁界の回転方向が、逆転方向になる場合があり、その場合には、第2ステータ22において発電を行う。また、基本的には、ステータ31および第2ステータ22で発電した電力をすべて、第1ステータ12に供給するとともに、第1および第2の回転磁界を正転させる。
以上により、第1右旋回アシストモード中、エンジン3の動力が、次のように左右の前輪WFL,WFRに伝達される。すなわち、ステータ31での発電に伴ってエンジン3の動力の一部がロータ32に伝達されるとともに、残りが第1および第3のロータ11,21に伝達される。ロータ32に伝達された動力は、ステータ31において電力に変換され、第1ステータ12に供給される。
また、第3ロータ21に伝達された動力の一部は、第2ステータ22において電力に変換され、第1ステータ12に供給される。この場合、上述したように第3および第4の回転磁界の回転方向が逆転方向であることと、第2回転機20の各要素における前述したエネルギの入出力関係から、第2ステータ22からの第2発電用等価トルクTGE2とエンジン3から第3ロータ21に伝達された第3ロータ伝達トルクTR3は、磁気回路を介して、1:1の合成比で合成された後、第4ロータ23を介して右前輪WFRに伝達され、右前輪WFRをさらに正転させる。換言すれば、第3ロータ21に伝達されたエンジン3の動力が、第4ロータ23に動力として、第2ステータ22に電力として、それぞれ分配される。また、ステータ31および第2ステータ22から第1ステータ12に供給された電力は、第1電力変換動力として、磁気回路を介して、第1ロータ11に伝達されたエンジン3の動力と合成された後、第2ロータ13を介して左前輪WFLに伝達され、左前輪WFLをさらに正転させる。
以上の結果、第1右旋回アシストモード中、左右の前輪WFL,WFRに伝達される動力の和は、エンジン3の動力と等しくなる。また、この場合におけるエンジントルクTENG、ロータ伝達トルクTRT、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1駆動用等価トルクTSE1、および第2発電用等価トルクTGE2の関係は、例えば図22(a)のように示される。
さらに、第1右旋回アシストモード中、より具体的には、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTは、次のようにして制御され、それにより、右旋回アシストが行われる。すなわち、車速、アクセル開度AP、操舵角θstおよびヨーレートγに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって、左前輪要求トルクTLCMDおよび右前輪要求トルクTRCMDを算出する。これらの左右の前輪要求トルクTLCMD,TRCMDはそれぞれ、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTの目標値である。また、左右の前輪要求トルクTLCMD,TRCMDに応じ、第1ステータ12に供給する電力、ステータ31および第2ステータ22で発電する電力を制御することによって、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTをそれぞれ、左右の前輪要求トルクTLCMD,TRCMDになるように制御する。上記のマップでは、基本的には、左前輪要求トルクTLCMDは、右前輪要求トルクTRCMDよりも大きな値に設定されている。これにより、第1右旋回アシストモード中、左前輪伝達トルクTWLTが右前輪伝達トルクTWRTよりも大きくなり、その結果、小さな旋回アシスト力が生じ、車両Vの右旋回アシストが行われる。
以下、第1右旋回アシストモード中における第1ステータ12に供給する電力、ステータ31および第2ステータ22で発電する電力の制御について説明する。この場合にも、上述した左前輪WFLへの動力の伝達から明らかなように、通常直進モードと同様、前記式(15)および(16)が成立する。この式(16)、すなわち、TSE1=TWLT/2において、左前輪伝達トルクTWLTを左前輪要求トルクTLCMDに置き換えると、次式(34)が得られる。
TSE1=TLCMD/2 ……(34)
したがって、第1ステータ12に供給する電力は、この式(34)が成立するように制御される。
TSE1=TLCMD/2 ……(34)
したがって、第1ステータ12に供給する電力は、この式(34)が成立するように制御される。
また、前述したように、第2発電用等価トルクTGE2と第3ロータ伝達トルクTR3が1:1の合成比で合成された後、右前輪WFRに伝達される。このため、右前輪伝達トルクTWRTと第2発電用等価トルクTGE2と第3ロータ伝達トルクTR3の間に、次式(35)が成立するとともに、この式(35)において、第2発電用等価トルクTGE2および第3ロータ伝達トルクTR3は、互いに等しい。したがって、次式(36)が成立する。
TWRT=TGE2+TR3 ……(35)
TGE2=TWRT/2 ……(36)
この式(36)において、右前輪伝達トルクTWRTを右前輪要求トルクTRCMDに置き換えると、次式(37)が得られる。
TGE2=TRCMD/2 ……(37)
したがって、第2ステータ22で発電する電力は、この式(37)が成立するように制御される。
TWRT=TGE2+TR3 ……(35)
TGE2=TWRT/2 ……(36)
この式(36)において、右前輪伝達トルクTWRTを右前輪要求トルクTRCMDに置き換えると、次式(37)が得られる。
TGE2=TRCMD/2 ……(37)
したがって、第2ステータ22で発電する電力は、この式(37)が成立するように制御される。
さらに、第1右旋回アシストモード中にも、通常直進モードと同様、前記式(1)および(8)が成立することと、エンジン回転数NEを目標エンジン回転数NECMDに制御することなどから、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2はそれぞれ、前記式(20)および(21)が成立するように制御される。
また、この場合にも、エンジントルクTENGが、目標エンジントルクTECMDに制御されることと、ロータ32、第1および第3のロータ11,21に伝達されることから、前記式(26)、すなわち、TECMD=TR1+TR3+TRTが成立する。さらに、上述したように、第1駆動用等価トルクTSE1および第1ロータ伝達トルクTR1が互いに等しい(式(15))ことと、上記式(34)から、TR1=TLCMD/2が成立するとともに、第2発電用等価トルクTGE2および第3ロータ伝達トルクTR3が互いに等しいことと、上記式(37)から、TR3=TRCMD/2が成立する。以上から、次式(38)が得られる。
TRT=TECMD−(TLCMD/2+TRCMD/2) ……(38)
したがって、ステータ31で発電する電力は、この式(38)が成立するように制御される。
TRT=TECMD−(TLCMD/2+TRCMD/2) ……(38)
したがって、ステータ31で発電する電力は、この式(38)が成立するように制御される。
また、図22(b)に示すように、第1右旋回アシストモード中でかつ低車速走行中、エンジン回転数NEと右前輪回転数NWFRの関係によって定まる第3および第4の回転磁界の回転方向が、正転方向になる場合があり、その場合には、第2ステータ22に電力を供給するとともに、第3および第4の回転磁界を正転させる。第2ステータ22に供給された電力は、第2電力変換動力として、磁気回路を介して、第3ロータ21に伝達されたエンジン3の動力と合成された後、第4ロータ23を介して右前輪WFRに伝達され、右前輪WFRをさらに正転させる。この場合には、前述したようにステータ31で発電した電力が、第1および第2のステータ12,22に供給される。以上から、この場合におけるエンジントルクTENG、ロータ伝達トルクTRT、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の関係は、例えば図22(b)のように示される。
さらに、この場合、上述した右前輪WFRへの動力の伝達から明らかなように、通常直進モードと同様、右前輪伝達トルクTWRTと第2駆動用等価トルクTSE2と第3ロータ伝達トルクTR3の間に、前記式(17)および(18)が成立する。この式(18)において、右前輪伝達トルクTWRTを右前輪要求トルクTRCMDに置き換えると、次式(39)が得られる。
TSE2=TRCMD/2 ……(39)
したがって、第2ステータ22に供給する電力は、この式(39)が成立するように制御される。以上により、この場合にも、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTがそれぞれ、左右の前輪要求トルクTLCMD,TRCMDに制御されることによって、左前輪伝達トルクTWLTが右前輪伝達トルクTWRTよりも大きくなり、右旋回アシストが行われる。
TSE2=TRCMD/2 ……(39)
したがって、第2ステータ22に供給する電力は、この式(39)が成立するように制御される。以上により、この場合にも、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTがそれぞれ、左右の前輪要求トルクTLCMD,TRCMDに制御されることによって、左前輪伝達トルクTWLTが右前輪伝達トルクTWRTよりも大きくなり、右旋回アシストが行われる。
さらに、図23に示すように、第1右旋回アシストモード中でかつ高車速走行中には、左右の前輪回転数NWFL,NWFRの回転差は比較的小さく、エンジン回転数NEは比較的高い。また、左右の前輪回転数NWFL,NWFRはいずれも、エンジン回転数NEよりも高くなる。このため、この場合には、エンジン回転数NEと左右の前輪回転数NWFL,NWFRの関係によって定まる第1〜第4の回転磁界の回転方向はいずれも、正転方向になる。したがって、この場合、上述した図22(b)の場合の制御動作が同様にして行われる。以上から、この場合におけるエンジン回転数NE、ロータ回転数NR、左右の前輪回転数NWFL,NWFR、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の関係と、エンジントルクTENG、ロータ伝達トルクTRT、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の関係は、例えば図23のように示される。また、この場合にも、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTがそれぞれ、左右の前輪要求トルクTLCMD,TRCMDに制御されることによって、右旋回アシストが行われる。
さらに、上述した第1右旋回アシストモード中、前述したように最良燃費動力に制御されるエンジン3の動力よりも、左右の前輪WFL,WFRに伝達すべき動力が小さいときには、その余剰分がバッテリ44に充電され、逆に大きいときには、その不足分が、バッテリ44から第1ステータ12(および第2ステータ22)への電力供給によって補われる。なお、この左右の前輪WFL,WFRに伝達すべき動力は、前述した左右の前輪要求トルクTLCMD,TRCMDおよび左右の前輪回転数NWFL,NWFRによって定まるものである。また、この場合におけるバッテリ44の充電・放電制御は、前述した充電直進モードおよびアシスト直進モードと同様の手法で行われるので、その詳細な説明は省略する。さらに、左右の前輪要求トルクTLCMD,TRCMDの和が極めて大きいために、前記式(38)、すなわち、TRT=TECMD−(TLCMD/2+TRCMD/2)で表されるロータ伝達トルクTRTが、値0よりも小さくなるようなときには、アシスト直進モードと同様、ステータ31において発電を行わずに、ステータ31にバッテリ44の電力を供給するとともに、ロータ32を正転させる。
次に、前記第2右旋回アシストモード中における動作について説明する。この第2右旋回アシストモード中には、左右の前輪WFL,WFRの間に大きなトルク差を発生させ、大きな旋回アシスト力を生じさせるために、第1右旋回アシストモードとは異なり、右前輪WFRには、駆動力を作用させずに、制動力を作用させる。図24(a)および(b)は、第2右旋回アシストモード中でかつ低車速走行中におけるエンジン回転数NEおよび左右の前輪回転数NWFL,NWFRなどの関係の一例を示している。前述した図22(a)および(b)の場合と同様、図24(a)および(b)に示すように、低車速走行中における右旋回時、左右の前輪回転数NWFL,NWFRの回転差は比較的大きく、エンジン回転数NEは比較的低い。また、左前輪回転数NWFLは、エンジン回転数NEよりも高くなり、両者NWFL,NEの関係によって定まる第1および第2の回転磁界の回転方向は、正転方向になる。
第2右旋回アシストモード中には、第1右旋回アシストモードと同様、エンジン3の動力を最良燃費動力になるように制御する。これにより、エンジン回転数NEおよびエンジントルクTENGは、目標エンジン回転数NECMDおよび目標エンジントルクTECMDにそれぞれ制御される。また、ステータ31において、エンジン3の動力の一部を用いて発電を行う。さらに、図24(a)に示すように、エンジン回転数NEと右前輪回転数NWFRの関係によって定まる第3および第4の回転磁界の回転方向が、正転方向になる場合があり、その場合には、右前輪WFRから第4ロータ23に伝達される動力を用いて、第2ステータ22において発電が行われる。また、基本的には、ステータ31で発電した電力を、第1ステータ12に供給し、第1および第2の回転磁界を正転させるとともに、第2ステータ22で発電した電力をバッテリ44に充電する。
以上により、第2右旋回アシストモード中、左前輪WFLに、エンジン3の動力が次のように伝達され、駆動力が作用するとともに、右前輪WFRに制動力が次のように作用する。すなわち、第1右旋回アシストモードと同様、ステータ31での発電に伴ってエンジン3の動力の一部がロータ32に伝達されるとともに、残りが第1および第3のロータ11,21に伝達される。ロータ32に伝達された動力は、電力に変換され、第1ステータ12に供給される。ステータ31から第1ステータ12に供給された電力は、第1電力変換動力として、磁気回路を介して、第1ロータ11に伝達されたエンジン3の動力と合成された後、第2ロータ13を介して左前輪WFLに伝達され、左前輪WFLをさらに正転させる。すなわち、左前輪WFLに駆動力が作用する。この場合、第1ステータ12からの第1駆動用等価トルクTSE1は、左前輪伝達トルクTWLTを反力として、第1ロータ11を介して第3ロータ21を逆転させるように作用する。
また、第2右旋回アシストモード中、上述したように、第2ステータ22で発電が行われるとともに、第3および第4の回転磁界が正転するので、第2発電用等価トルクTGE2は、第4ロータ23に伝達される右前輪WFRのトルク(以下「右前輪トルクTWR」という)を反力として、磁気回路を介して第3ロータ21をクランク軸3aとともに正転させるように作用し、上述した第3ロータ21に逆転させるように作用するトルクを反力として、磁気回路を介して第4ロータ23を右前輪WFRとともに逆転させるように作用する。すなわち、右前輪WFRに制動力が作用する。以上のように、左前輪WFLに駆動力が、右前輪WFRに制動力が、それぞれ作用し、それにより、大きな旋回アシスト力が得られ、右旋回アシストが行われる。
以上から、第2右旋回アシストモード中におけるエンジントルクTENG、ロータ伝達トルクTRT、左前輪伝達トルクTWLT、右前輪トルクTWR、第1駆動用等価トルクTSE1、および第2発電用等価トルクTGE2の関係は、例えば図24(a)のように示される。
また、第2右旋回アシストモード中、より具体的には、左前輪伝達トルクTWLTと右前輪WFRに作用する制動力は、次のようにして制御される。すなわち、車速、アクセル開度AP、操舵角θstおよびヨーレートγに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって、前述した左前輪要求トルクTLCMDと右前輪制動トルクBTRCMDを算出する。この右前輪制動トルクBTRCMDは、右前輪WFRに作用させる制動力の目標値である。また、これらの左前輪要求トルクTLCMDおよび右前輪制動トルクBTRCMDに応じ、第1ステータ12に供給する電力、ステータ31および第2ステータ22で発電する電力を制御することによって、左前輪伝達トルクTWLTを左前輪要求トルクTLCMDになるように制御するとともに、右前輪WFRに作用する制動力を右前輪制動トルクBTRCMDになるように制御する。
以下、第2右旋回アシストモード中における第1ステータ12に供給する電力、ステータ31および第2ステータ22で発電する電力の制御について説明する。この場合にも、前述した左前輪WFLへの動力の伝達から明らかなように、通常直進モードと同様、前記式(15)および(16)が成立する。また、第1右旋回アシストモードと同様、この式(16)において、左前輪伝達トルクTWLTを左前輪要求トルクTLCMDに置き換えると、前記式(34)、すなわち、TSE1=TLCMD/2が得られる。したがって、第1ステータ12に供給する電力は、式(34)が成立するように制御される。
さらに、第2右旋回アシストモード中、第2回転機20における前述したエネルギの入出力関係から、右前輪トルクTWRと第2発電用等価トルクTGE2と第3ロータ伝達トルクTR3の間に、次式(40)が成立するとともに、この式(40)において、第2発電用等価トルクTGE2および第3ロータ伝達トルクTR3は、互いに等しい。したがって、次式(41)が成立する。
TWR=TGE2+TR3 ……(40)
TGE2=TWR/2 ……(41)
この場合、右前輪WFRから第4ロータ23に右前輪トルクTWRが伝達されており、そのことは、第4ロータ23から右前輪WFRに制動力が作用していることと同じである。したがって、式(41)において、右前輪トルクTWRを右前輪制動トルクBTRCMDに置き換えた次式(42)が成立するように、第2ステータ22で発電する電力は制御される。これにより、右前輪WFRには、右前輪制動トルクBTRCMDと同じ大きさの制動力が作用する。
TGE2=BTRCMD/2 ……(42)
TWR=TGE2+TR3 ……(40)
TGE2=TWR/2 ……(41)
この場合、右前輪WFRから第4ロータ23に右前輪トルクTWRが伝達されており、そのことは、第4ロータ23から右前輪WFRに制動力が作用していることと同じである。したがって、式(41)において、右前輪トルクTWRを右前輪制動トルクBTRCMDに置き換えた次式(42)が成立するように、第2ステータ22で発電する電力は制御される。これにより、右前輪WFRには、右前輪制動トルクBTRCMDと同じ大きさの制動力が作用する。
TGE2=BTRCMD/2 ……(42)
さらに、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2は、通常直進モードと同様、前記式(20)および(21)、すなわち、NMF1=2・NWFL−NECMDおよびNMF2=2・NWFR−NECMDが成立するように制御される。
また、前述したように、第2発電用等価トルクTGE2は、右前輪トルクTWRを反力として、第3ロータ21を正転させるように作用し、第1駆動用等価トルクTSE1は、左前輪伝達トルクTWLTを反力として、第1ロータ11を逆転させるように作用する。このため、クランク軸3a、ロータ32、第1および第3のロータ11,21におけるトルクの釣り合い関係は、例えば次式(43)で表される。
TECMD+TGE2=TRT+TSE1 ……(43)
さらに、第2右旋回アシストモード中、前述したように、TSE1=TLCMD/2およびTGE2=BTRCMD/2が成立することと、上記式(43)から、次式(44)が得られる。
TRT=TECMD+BTRCMD/2−TLCMD/2 ……(44)
したがって、ステータ31で発電する電力は、この式(44)が成立するように制御される。
TECMD+TGE2=TRT+TSE1 ……(43)
さらに、第2右旋回アシストモード中、前述したように、TSE1=TLCMD/2およびTGE2=BTRCMD/2が成立することと、上記式(43)から、次式(44)が得られる。
TRT=TECMD+BTRCMD/2−TLCMD/2 ……(44)
したがって、ステータ31で発電する電力は、この式(44)が成立するように制御される。
さらに、図24(b)に示すように、第2右旋回アシストモード中で、かつ、低車速走行中、エンジン回転数NEと右前輪回転数NWFRの関係によって定まる第3および第4の回転磁界の回転方向が、逆転方向になる場合があり、その場合には、第2ステータ22に電力を供給するとともに、第3および第4の回転磁界を逆転させる。この場合、ステータ31で発電した電力が、第1および第2のステータ12,22に供給される。また、この場合におけるエンジントルクTENG、ロータ伝達トルクTRT、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の関係は、例えば図24(b)のように示される。この図24(b)と前述した図24(a)の比較から明らかなように、第2回転機20を上記のように制御することによって、第2駆動用等価トルクTSE2は、第3および第4のロータ21,23に対し、図24(a)の場合と同様に作用する。
このため、この場合、第2ステータ22に供給する電力は、前記式(42)において第2発電用等価トルクTGE2を第2駆動用等価トルクTSE2に置き換えた次式(45)が成立するように制御される。
TSE2=BTRCMD/2 ……(45)
この場合にも、左前輪伝達トルクTWLTが左前輪要求トルクTLCMDに制御されるとともに、右前輪WFRに作用する制動力が右前輪制動トルクBTRCMDに制御され、右旋回アシストが行われる。
TSE2=BTRCMD/2 ……(45)
この場合にも、左前輪伝達トルクTWLTが左前輪要求トルクTLCMDに制御されるとともに、右前輪WFRに作用する制動力が右前輪制動トルクBTRCMDに制御され、右旋回アシストが行われる。
さらに、図25に示すように、第2右旋回アシストモード中でかつ高車速走行中には、左右の前輪回転数NWFL,NWFRの回転差は比較的小さく、エンジン回転数NEは比較的高い。また、左右の前輪回転数NWFL,NWFRはいずれも、エンジン回転数NEよりも高くなる。このため、この場合には、エンジン回転数NEと左右の前輪回転数NWFL,NWFRの関係によって定まる第1〜第4の回転磁界の回転方向はいずれも、正転方向になる。したがって、この場合、第1〜第3の回転機10,20,30に対し、前述した図24(a)の場合の制御動作が同様にして行われる。以上から、この場合におけるエンジン回転数NE、ロータ回転数NR、左右の前輪回転数NWFL,NWFR、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の関係と、エンジントルクTENG、ロータ伝達トルクTRT、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1駆動用等価トルクTSE1、および第2発電用等価トルクTGE2の関係は、例えば図25のように示される。また、この場合にも、左前輪伝達トルクTWLTが左前輪要求トルクTLCMDに制御されるとともに、右前輪WFRに作用する制動力が右前輪制動トルクBTRCMDに制御されることによって、右旋回アシストが行われる。
さらに、第2右旋回アシストモード中には、左前輪WFLに駆動力を作用させるとともに、右前輪WFRに制動力を作用させることから、左前輪要求トルクTLCMDが比較的大きいために、左前輪WFLに作用する駆動力が大きい場合には、車両Vがオーバーステア状態になるおそれがあり、これを回避するために、第2右旋回アシストモードによる運転は実行されない。このため、第2右旋回アシストモード中、基本的には、前述したように最良燃費動力に制御されるエンジン3の動力よりも、左前輪WFLに伝達すべき動力は小さくなり、その余剰分がバッテリ44に充電される。すなわち、ステータ31で発電した電力の一部が、第1ステータ12に供給され、残りがバッテリ44に充電される。なお、この左前輪WFLに伝達すべき動力は、前述した左前輪要求トルクTLCMDおよび左前輪回転数NWFLによって定まるものである。また、バッテリ44の充電状態が前述した第1所定値以上で、過充電になるようなときには、第2右旋回アシストモードによる運転は実行されない。さらに、この場合におけるバッテリ44の充電制御は、前述した充電直進モードと同様の手法で行われるので、その詳細な説明は省略する。
一方、車両Vの左旋回中には、左旋回アシスト力を生じさせるための第1および第2の左旋回アシストモードによる運転が行われる。これらの第1および第2の左旋回アシストモードにおける動作は、上述した第1および第2の右旋回アシストモードと同様にして行われるので、その詳細な説明については省略する。
次に、車両Vの減速走行中、すなわち、アクセル開度APがほぼ値0で、車両Vが惰性で走行している場合における動作について説明する。減速走行中でかつ車両Vの直進時、エンジン3への燃料の供給を停止する(フューエルカット)とともに、充電状態が前記第1所定値よりも小さいときには、左右の前輪WFL,WFRから第2および第4のロータ13,23に伝達される動力を用いて、第1および第2のステータ12,22において発電を行うとともに、発電した電力をバッテリ44に充電する。以下、このようなバッテリ44への充電を「減速回生」という。
図26は、減速回生中におけるエンジン回転数NE、ロータ回転数NR、左右の前輪回転数NWL,NWR、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の関係の一例を示している。同図に示すように、この場合、第1および第2のロータ11,13ならびに第1および第2の回転磁界が正転するので、前記式(7)を用いて説明したように、左前輪WFLから第2ロータ13に伝達された第2ロータ伝達トルクTR2は、第1発電用等価トルクTGE1および第1ロータ伝達トルクTR1として、1:1の分配比で分配される。また、第1ロータ伝達トルクTR1は、ロータ32に伝達され、ロータ32を正転させる。また、第3および第4のロータ21,23ならびに第3および第4の回転磁界が正転するので、前記式(14)を用いて説明したように、右前輪WFRから第4ロータ23に伝達された第4ロータ伝達トルクTR4は、第2発電用等価トルクTGE2および第3ロータ伝達トルクTR3として、1:1の分配比で分配される。第3ロータ伝達トルクTR3は、ロータ32に伝達され、ロータ32を正転させる。また、第1および第2のステータ12,22での発電に伴ってロータ32に上記のように伝達された動力を用いて、ステータ31において発電を行うとともに、発電した電力をバッテリ44に充電する。
以上から、減速回生中における左右の前輪トルクTWL,TWR、ロータ伝達トルクTRT、第1および第2の発電用等価トルクTGE1,TGE2の関係は、例えば図26のように示される。この場合、ステータ31、第1および第2のステータ12,22で発電する電力は、左右の前輪WFL,WFRに同じ大きさの目標制動トルクBTCMDが作用するように、かつ、エンジン回転数NEが極めて低い所定回転数NEIになるように、次のようにして制御される。この目標制動トルクBTCMDは、ブレーキペダル踏込量BPに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって算出される。
減速回生中、上述したように、左前輪WFLから第2ロータ13に伝達された第2ロータ伝達トルクTR2が、第1発電用等価トルクTGE1および第1ロータ伝達トルクTR1として、1:1の分配比で分配される。したがって、左前輪トルクTWLと第1発電用等価トルクTGE1と第1ロータ伝達トルクTR1の間に、次式(46)が成立するとともに、この式(46)において、第1発電用等価トルクTGE1および第1ロータ伝達トルクTR1は、互いに等しい。したがって、次式(47)が成立する。
TWL=TGE1+TR1 ……(46)
TGE1=TWL/2 ……(47)
TWL=TGE1+TR1 ……(46)
TGE1=TWL/2 ……(47)
この場合、左前輪WFLから第2ロータ13に左前輪トルクTWLが伝達されており、そのことは、第2ロータ13から左前輪WFLに制動力が作用していることと同じである。したがって、上記式(46)において、左前輪トルクTWLを目標制動トルクBTCMDに置き換えた次式(48)が成立するように、第1ステータ12で発電する電力が制御される。
TGE1=BTCMD/2 ……(48)
TGE1=BTCMD/2 ……(48)
また、減速回生中、前述したように、右前輪WFRから第4ロータ23に伝達された第4ロータ伝達トルクTR4が、第2発電用等価トルクTGE2および第3ロータ伝達トルクTR3として、1:1の分配比で分配される。したがって、右前輪トルクTWRと第2発電用等価トルクTGE2と第3ロータ伝達トルクTR3の間に、次式(49)が成立するとともに、この式(49)において、第2発電用等価トルクTGE2および第3ロータ伝達トルクTR3は、互いに等しい。したがって、次式(50)が成立する。
TWR=TGE2+TR3 ……(49)
TGE2=TWR/2 ……(50)
TWR=TGE2+TR3 ……(49)
TGE2=TWR/2 ……(50)
上記式(48)と同じ観点から、上記式(50)において右前輪トルクTWRを目標制動トルクBTCMDに置き換えた次式(51)が成立するように、第2ステータ22で発電する電力は制御される。
TGE2=BTCMD/2 ……(51)
TGE2=BTCMD/2 ……(51)
さらに、減速回生中、前述したようにエンジン回転数NEを極めて低い所定回転数NEIに制御することと、前記式(1)および(8)から、次式(52)および(53)が得られる。
NMF1=2・NWFL−NEI ……(52)
NMF2=2・NWFR−NEI ……(53)
したがって、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2はそれぞれ、これらの式(52)および(53)が成立するように制御される。なお、減速回生中、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2を、エンジン回転数NEが値0になるように制御してもよい。
NMF1=2・NWFL−NEI ……(52)
NMF2=2・NWFR−NEI ……(53)
したがって、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2はそれぞれ、これらの式(52)および(53)が成立するように制御される。なお、減速回生中、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2を、エンジン回転数NEが値0になるように制御してもよい。
また、前述したように、第1および第3のロータ11,21を介して、ロータ32にトルクが伝達されるので、ロータ伝達トルクTRTと第1ロータ伝達トルクTR1と第3ロータ伝達トルクTR3の間に、次式(54)が成立する。
TRT=TR1+TR3 ……(54)
さらに、前述したように、第1発電用等価トルクTGE1および第1ロータ伝達トルクTR1が互いに等しいことと、式(48)から、TR1=BTCMD/2が成立するとともに、第2発電用等価トルクTGE2および第3ロータ伝達トルクTR3が互いに等しいことと、式(51)から、TR3=BTCMD/2が成立する。以上から、次式(55)が得られる。
TRT=BTCMD ……(55)
したがって、ステータ31で発電する電力は、この式(55)が成立するように制御される。以上の制御動作によって、減速回生中、左右の前輪WFL,WFRに同じ大きさの目標制動トルクBTCMDが作用する。
TRT=TR1+TR3 ……(54)
さらに、前述したように、第1発電用等価トルクTGE1および第1ロータ伝達トルクTR1が互いに等しいことと、式(48)から、TR1=BTCMD/2が成立するとともに、第2発電用等価トルクTGE2および第3ロータ伝達トルクTR3が互いに等しいことと、式(51)から、TR3=BTCMD/2が成立する。以上から、次式(55)が得られる。
TRT=BTCMD ……(55)
したがって、ステータ31で発電する電力は、この式(55)が成立するように制御される。以上の制御動作によって、減速回生中、左右の前輪WFL,WFRに同じ大きさの目標制動トルクBTCMDが作用する。
また、車両Vの減速走行中における右旋回時には、安定した減速力を生じさせる右旋回減速モードによる運転が行われる。この右旋回減速モード中には、第1〜第3の回転機10,20,30の制御によって、左右の前輪WFL,WFRに制動力を作用させるとともに、これらの制動力が、車両Vが若干、アンダーステア状態になるように制御される。図27(a)および(b)は、右旋回減速モード中でかつ低車速走行中におけるエンジン回転数NEおよび左右の前輪回転数NWFL,NWFRなどの関係の一例を示している。前述した図22(a)および(b)の場合と同様、図27(a)および(b)に示すように、低車速走行中における右旋回時、左右の前輪回転数NWFL,NWFRの回転差は比較的大きく、エンジン回転数NEは比較的低い。また、左前輪回転数NWFLは、エンジン回転数NEよりも高くなり、前者NWFLと後者NEの関係によって定まる第1および第2の回転磁界の回転方向は、正転方向になる。
右旋回減速モード中には、第1および第2の右旋回アシストモードと同様、エンジン3の動力を最良燃費動力になるように制御する。これにより、エンジン回転数NEおよびエンジントルクTENGは、目標エンジン回転数NECMDおよび目標エンジントルクTECMDにそれぞれ制御される。また、ステータ31において、クランク軸3aや第1および第3のロータ11,21からロータ32に伝達される動力を用いて発電を行う。さらに、この場合、図27(a)に示すように、エンジン回転数NEと左前輪回転数NWFLの関係によって定まる第1および第2の回転磁界の回転方向が正転方向になることと、左前輪WFLに制動力を作用させることから、左前輪WFLから第2ロータ13に伝達される動力を用いて、第1ステータ12において発電を行う。また、図27(a)に示すように、エンジン回転数NEと右前輪回転数NWFRの関係によって定まる第3および第4の回転磁界の回転方向が逆転方向になる場合があり、その場合には、右前輪WFRに制動力を作用させるために、ステータ31および第1ステータ12で発電した電力を第2ステータ22に供給するとともに、第3および第4の回転磁界を逆転させる。
以上により、右旋回減速モード中、左右の前輪WFL,WFRに制動力が次のようにして作用する。すなわち、上述したようにステータ31で発電が行われるので、この発電に伴う制動トルクが、第1および第3のロータ11,21に伝達される。また、この場合、上述したように第1ステータ12で発電が行われるとともに、第1および第2の回転磁界が正転するので、第1発電用等価トルクTGE1は、左前輪トルクTWLを反力として、第1ロータ11をクランク軸3aとともに正転させるように作用し、第1ロータ11に上述したように伝達された制動トルクを反力として、第2ロータ13を左前輪WFLとともに逆転させるように作用する。このように、第1発電用等価トルクTGE1と第1ロータ11に伝達された制動トルクに基づく制動力が、左前輪WFLに作用する。換言すれば、左前輪WFLから第2ロータ13に伝達された第2ロータ伝達トルクTR2が、第1発電用等価トルクTGE1および第1ロータ伝達トルクTR1として分配され、この場合の分配比は、前記式(7)を用いて説明したように1:1である。
また、右旋回減速モード中、上述したように第2ステータ22に電力を供給するとともに、第3および第4の回転磁界を逆転させるので、第2駆動用等価トルクTSE2は、右前輪トルクTWRを反力として、第3ロータ21をクランク軸3aとともに正転させるように作用し、上述したように第3ロータ21に伝達された制動トルクを反力として、第4ロータ23を右前輪WFRとともに逆転させるように作用する。このように、第2駆動用等価トルクTSE2と第3ロータ21に伝達された制動トルクが合成され、制動力として右前輪WFRに作用する。この場合の合成比は、前記式(13)を用いて説明したように1:1である。以上から、右旋回減速モード中におけるエンジントルクTENG、ロータ伝達トルクTRT、第2ロータ13に伝達される左前輪WFLのトルク(以下「左前輪トルクTWL」という)、右前輪トルクTWR、第1発電用等価トルクTGE1、および第2駆動用等価トルクTSE2の関係は、例えば図27(a)のように示される。
また、右旋回減速モード中、より具体的には、左右の前輪WFL,WFRに作用する制動力は、次のようにして制御される。すなわち、車速、ブレーキ開度BP、操舵角θstおよびヨーレートγに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって、左前輪制動トルクBTLCMDと前述した右前輪制動トルクBTRCMDを算出する。この左前輪制動トルクBTLCMDは、左前輪WFLに作用させる制動力の目標値である。また、この場合、第1ステータ12で発電する電力、第2ステータ22に供給する電力、およびステータ31で発電する電力は、左右の前輪WFL,WFRに作用する制動力がそれぞれ左右の前輪制動トルクBTLCMD,BTRCMDになるように制御される。さらに、上記のマップでは、左前輪制動トルクBTLCMDは、右前輪制動トルクBTRCMDよりも大きな値に設定されている。
以下、右旋回減速モード中でかつ低車速走行中における第1ステータ12で発電する電力、第2ステータ22に供給する電力、およびステータ31で発電する電力の制御について説明する。この場合、上述した動力装置1と左右の前輪WFL,WFRとの間におけるトルクの伝達から、減速走行中と同様、左前輪トルクTWLと第1発電用等価トルクTGE1と第1ロータ伝達トルクTR1の間に、前記式(46)および(47)、すなわち、TWL=TGE1+TR1およびTGE1=TWL/2が成立する。
前記式(48)や(51)と同じ観点から、式(47)において、左前輪トルクTWLを左前輪制動トルクBTLCMDに置き換えた次式(56)が成立するように、第1ステータ12で発電する電力は制御される。これにより、左前輪WFLには、左前輪制動トルクBTLCMDと同じ大きさの制動力が作用する。
TGE1=BTLCMD/2 ……(56)
TGE1=BTLCMD/2 ……(56)
さらに、前述した動力装置1と左右の前輪WFL,WFRとの間におけるトルクの伝達から、右前輪トルクTWRと第2駆動用等価トルクTSE2と第3ロータ伝達トルクTR3の間に、次式(57)が成立する。また、この式(57)において、第2駆動用等価トルクTSE2および第3ロータ伝達トルクTR3が互いに等しいことから、次式(58)が得られる。
TWR=TSE2+TR3 ……(57)
TSE2=TWR/2 ……(58)
上記式(56)と同じ観点から、式(58)において、右前輪トルクTWRを右前輪制動トルクBTRCMDに置き換えた次式(59)が成立するように、第2ステータ22に供給する電力が制御される。これにより、右前輪WFRには、右前輪制動トルクBTRCMDと同じ大きさの制動力が作用する。
TSE2=BTRCMD/2 ……(59)
TWR=TSE2+TR3 ……(57)
TSE2=TWR/2 ……(58)
上記式(56)と同じ観点から、式(58)において、右前輪トルクTWRを右前輪制動トルクBTRCMDに置き換えた次式(59)が成立するように、第2ステータ22に供給する電力が制御される。これにより、右前輪WFRには、右前輪制動トルクBTRCMDと同じ大きさの制動力が作用する。
TSE2=BTRCMD/2 ……(59)
さらに、右旋回減速モード中にも、通常直進モードと同様、前記式(1)および(8)が成立することと、エンジン回転数NEを目標エンジン回転数NECMDに制御することから、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2はそれぞれ、前記式(20)および(21)が成立するように制御される。
また、前述したように、第1発電用等価トルクTGE1は、左前輪トルクTWLを反力として、第1ロータ11を正転させるように作用し、第1発電用等価トルクTGE1および第1ロータ伝達トルクTR1は互いに等しい。また、第2駆動用等価トルクTSE2は、右前輪トルクTWRを反力として、第3ロータ21を正転させるように作用し、第2駆動用等価トルクTSE2および第3ロータ伝達トルクTR3は互いに等しい。以上から、クランク軸3a、ロータ32、第1および第3のロータ11,21におけるトルクの釣り合い関係は、例えば次式(60)で表される。
TRT=TECMD+TGE1+TSE2 ……(60)
この式(60)と、前記式(56)および(59)より、次式(61)が得られる。
TRT=TECMD+BTLCMD/2+BTRCMD/2 ……(61)
したがって、ステータ31で発電する電力は、この式(61)が成立するように制御される。
TRT=TECMD+TGE1+TSE2 ……(60)
この式(60)と、前記式(56)および(59)より、次式(61)が得られる。
TRT=TECMD+BTLCMD/2+BTRCMD/2 ……(61)
したがって、ステータ31で発電する電力は、この式(61)が成立するように制御される。
なお、上述した制御動作において、ステータ31および第1ステータ12で発電した電力が、第2ステータ22に供給すべき電力よりも大きいときには、その余剰分がバッテリ44に充電される。
また、図27(b)に示すように、右旋回減速モード中で、かつ、低車速走行中、エンジン回転数NEと右前輪回転数NWFRの関係によって定まる第3および第4の回転磁界の回転方向が正転方向になる場合があり、その場合には、右前輪WFRから第4ロータ23に伝達される動力を用いて、第2ステータ22で発電を行うとともに、発電した電力をバッテリ44に充電する。このように、前述した図24(a)の場合と同様、第2ステータ22で発電が行われるとともに、第3および第4の回転磁界が正転するので、第2発電用等価トルクTGE2は、右前輪トルクTWRを反力として、第3ロータ21をクランク軸3aとともに正転させるように作用し、第3ロータ21に前述したように伝達された制動トルクを反力として、第4ロータ23とともに右前輪WFRを逆転させるように作用する。このように、第2発電用等価トルクTGE2と第3ロータ21に伝達された制動トルクに基づく制動力が、右前輪WFRに作用する。換言すれば、右前輪WFRから第4ロータ23に伝達された第4ロータ伝達トルクTR4が、第2発電用等価トルクTGE2および第3ロータ伝達トルクTR3として分配され、この場合の分配比は、前記式(14)を用いて説明したように1:1である。
以上から、この場合におけるエンジントルクTENG、ロータ伝達トルクTRT、左右の前輪トルクTWL,TWR、第1および第2の発電用等価トルクTGE1,TGE2の関係は、例えば図27(b)のように示される。
さらに、この場合、上述したように、右前輪WFRと第2回転機20の間のトルクの伝達は、第2右旋回アシストモード(図24(a)の場合)と同様にして行われる。このため、第2右旋回アシストモードと同様、第2ステータ22で発電する電力は、前記式(42)、すなわち、TGE2=BTRCMD/2が成立するように制御される。また、この場合にも、左右の前輪WFL,WFRに作用する制動力がそれぞれ、左右の前輪制動トルクBTLCMD,BTRCMDに制御され、安定した減速力が得られる。
また、図28に示すように、右旋回減速モード中でかつ高車速走行中には、左右の前輪回転数NWFL,NWFRの回転差は比較的小さく、エンジン回転数NEは比較的高い。さらに、左右の前輪回転数NWFL,NWFRはいずれも、エンジン回転数NEよりも高くなる。このため、この場合には、エンジン回転数NEと左右の前輪回転数NWFL,NWFRの関係によって定まる第1〜第4の回転磁界の回転方向はいずれも、正転方向になる。したがって、この場合にも、第1および第2のステータ12,22では発電が行われるとともに、発電した電力がバッテリ44に充電される。以上から、この場合におけるエンジン回転数NE、ロータ回転数NR、左右の前輪回転数NWFL,NWFR、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の関係と、エンジントルクTENG、ロータ伝達トルクTRT、左右の前輪トルクTWL,TWR、第1および第2の発電用等価トルクTGE1,TGE2の関係は、例えば図28のように示される。また、この場合にも、前述した図27(b)の場合における制御動作が同様にして行われ、それにより、左右の前輪WFL,WFRに作用する制動力がそれぞれ、左右の前輪制動トルクBTLCMD,BTRCMDに制御されることによって、安定した減速力を得ることができる。
なお、以上の右旋回減速モードによる運転は、バッテリ44の充電状態が前述した第1所定値よりも小さく、過充電にならないようなときに実行される。
また、車両Vの減速走行中における左旋回時には、安定した減速力を生じさせる左旋回減速モードによる運転が行われる。この左旋回減速モードにおける動作は、右旋回減速モードと同様にして行われるので、その詳細な説明については省略する。さらに、左右の旋回減速モード中、減速走行中と同様、エンジン3への燃料供給を停止してもよいことは、もちろんである。
次に、エンジン3の運転中に車両Vを後進させる場合の動作について説明する。以下、このような車両Vの後進を「ENG後進」という。このENG後進中、ステータ31で発電を行い、発電した電力を第1および第2のステータ12,22に供給するとともに、第1〜第4の回転磁界を逆転させる。これにより、第1駆動用等価トルクTSE1は、ステータ31での発電に伴ってロータ32を介して第1ロータ11に伝達された制動トルクを反力として、磁気回路および第2ロータ13を介して左前輪WFLに伝達され、それにより、左前輪WFLが逆転する。このように、第1駆動用等価トルクTSE1と第1ロータ11に伝達された制動トルクが合成され、左前輪WFLに伝達される。この場合の合成比は、前記式(6)を用いて説明したように1:1である。また、第2駆動用等価トルクTSE2は、ステータ31での発電に伴ってロータ32を介して第3ロータ21に伝達される制動トルクを反力として、磁気回路および第4ロータ23を介して右前輪WFRに伝達され、それにより、右前輪WFRが逆転する。このように、第2駆動用等価トルクTSE2と第3ロータ21に伝達された制動トルクが合成され、右前輪WFRに伝達される。この場合の合成比は、前記式(13)を用いて説明したように1:1である。以上のように、左右の前輪WFL,WFRが逆転し、その結果、車両Vが後進する。
以上から、ENG後進中におけるエンジン回転数NE、ロータ回転数NR、左右の前輪回転数NWFL,NWFR、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の関係と、エンジントルクTENG、ロータ伝達トルクTRT、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の関係は、例えば図29のように示される。
ENG後進中、第1および第2のステータ12,22に供給する電力、ならびにステータ31で発電する電力は、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTがいずれも要求トルクPMCMDの1/2の大きさになるように制御される。具体的には、この場合、上述した左右の前輪WFL,WFRへのトルクの伝達から明らかなように、第1ロータ11に作用する制動トルク、すなわち第1ロータ伝達トルクTR1と、左前輪伝達トルクTWLTと第1駆動用等価トルクTSE1の間に、前記式(15)および(16)が成立し、第3ロータ21に作用する制動トルク、すなわち第3ロータ伝達トルクTR3と、右前輪伝達トルクTWRTと第2駆動用等価トルクTSE2の間に、前記式(17)および(18)が成立する。また、通常直進モードと同様、これらの式(16)および(18)において、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTをPMCMD/2に置き換えることによって、前記式(19)、すなわち、TSE1=TSE2=PMCMD/4が得られる。したがって、第1および第2のステータ12,22に供給する電力は、この式(19)が成立するように制御される。
また、ENG後進中、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2は、前記式(1)および(8)が成立するように制御される。
さらに、この場合、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2はそれぞれ、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTを反力として、第1および第3のロータ11,21を正転させるように作用するので、ロータ伝達トルクTRT、エンジントルクTENG、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の間に、次式(62)が成立する。
TRT=TENG+TSE1+TSE2 ……(62)
また、上述したように、TSE1=TSE2=PMCMD/4が成立することと、この式(62)から、次式(63)が得られる。
TRT=TENG+PMCMD/2 ……(63)
したがって、ステータ31で発電する電力は、この式(63)が成立するように制御される。
TRT=TENG+TSE1+TSE2 ……(62)
また、上述したように、TSE1=TSE2=PMCMD/4が成立することと、この式(62)から、次式(63)が得られる。
TRT=TENG+PMCMD/2 ……(63)
したがって、ステータ31で発電する電力は、この式(63)が成立するように制御される。
なお、ENG後進の開始時、ステータ31で発電する電力の制御により、ステータ伝達トルクTRTを漸増させることによって、ロータ32からエンジン3に大きな負荷が急激に作用するのを防止でき、エンジンストールを発生させることなく、車両Vを後方に発進させることができる。
次に、エンジン3を停止したままで、第1〜第3の回転機10,20,30を用いて、車両Vを発進させる場合の動作について説明する。以下、このような車両Vの発進を「EV発進」という。このEV発進時、第1および第2のステータ12,22に、バッテリ44から電力を供給し、第1〜第4の回転磁界を正転させるとともに、ステータ31において相間短絡を行う。これにより、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2はそれぞれ、ステータ31における相間短絡に伴ってロータ32から第1および第3のロータ11,21に作用する制動トルク(以下「短絡制動トルクBTS」という)を反力として、磁気回路を介して第2および第4のロータ13,23に伝達される。第2および第4のロータ13,23に伝達されたトルクは、左右の前輪WFL,WFRにそれぞれ伝達され、それにより、両者WFL,WFRが正転し、車両Vが発進する。
以上から、EV発進時におけるロータ回転数NR、左右の前輪回転数NWFL,NWFR、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の関係と、短絡制動トルクBTS、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の関係は、例えば図30のように示される。この場合、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2は、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTを反力として、第1および第3のロータ11,21をクランク軸3aとともに逆転させるように作用するものの、短絡制動トルクBTSによって、図30に示すように、ロータ回転数NRすなわちエンジン回転数NEがほぼ値0に保持される。したがって、EV発進時、クランク軸3aを逆転させずに、また、エンジン3を引きずることなく、車両Vを発進させることができる。
また、EV発進時、第1および第2のステータ12,22に供給する電力は、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTが互いに等しくなるように制御され、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2は、前記式(1)および(8)が成立するように、かつ、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが互いに等しくなるように制御される。これにより、ENG発進時、車両Vの良好な直進性を得ることができる。
なお、EV発進時、ステータ31での相間短絡に伴ってジュール熱が発生し、その分、左右の前輪WFL,WFRの駆動効率が低くなる。この場合、第1および第3のロータ11,21の逆転をワンウェイクラッチなどを用いて防止することにより、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2をそれぞれ、左右の前輪WFL,WFRにより効率良く伝達することができる。それに加え、クランク軸3aの逆転を防止でき、エンジン3を引きずることがない。
また、EV発進後の車両Vの直進中、第1および第2のステータ12,22に供給する電力はそれぞれ、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTがいずれも要求トルクPMCMDの1/2の大きさになるように制御される。以下、エンジン3の停止状態での第1〜第3の回転機10,20,30を用いた車両Vの走行を「EV走行」という。
この場合、上述したように第1および第3のロータ回転数NR1,NR3がいずれもほぼ値0になることと、前記式(3)および(10)から、左前輪伝達トルクTWLTと第1駆動用等価トルクTSE1の間、および右前輪伝達トルクTWRTと第2駆動用等価トルクTSE2の間にはそれぞれ、次式(64)および(65)が成立する。
TWLT=2・TSE1 ……(64)
TWRT=2・TSE2 ……(65)
これらの式(64)および(65)において、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTをPMCMD/2に置き換えると、前記式(19)、すなわち、TSE1=TSE2=PMCMD/4が得られる。したがって、第1および第2のステータ12,22に供給する電力は、この式(19)が成立するように制御される。
TWLT=2・TSE1 ……(64)
TWRT=2・TSE2 ……(65)
これらの式(64)および(65)において、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTをPMCMD/2に置き換えると、前記式(19)、すなわち、TSE1=TSE2=PMCMD/4が得られる。したがって、第1および第2のステータ12,22に供給する電力は、この式(19)が成立するように制御される。
また、EV走行中の車両Vの旋回時、式(64)および(65)から明らかなように、第1および第2のステータ12,22に供給する電力を制御することにより、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2を制御することによって、左右の前輪WFL,WFRの間にトルク差を生じさせることができ、左右の旋回アシストを行うことができる。なお、EV発進・走行は、バッテリ44の充電状態が前述した第2所定値よりも大きいときに行われる。
さらに、EV走行中、バッテリ44の充電状態が第2所定値以下になり、バッテリ44の電力が比較的小さくなったときには、エンジン3を始動する。以下、このようなエンジン3の始動を「EV走行中ENG始動」という。このEV走行中ENG始動時、第1および第2のステータ12,22に加え、ステータ31にバッテリ44の電力を供給し、ロータ32を正転させる。この場合、ロータ32の動力の一部がクランク軸3aに伝達されることによって、クランク軸3aが正転し、ロータ32の動力の残りは、第1および第3のロータ11,21に伝達される。また、通常直進モード中と同様、第1ステータ12に供給された電力は、第1電力変換動力として、磁気回路を介して、第1ロータ11に伝達された動力と合成された後、第2ロータ13を介して左前輪WFLに伝達され、左前輪WFLをさらに正転させる。また、第2ステータ22に供給された電力は、第2電力変換動力として、磁気回路を介して、第3ロータ21に伝達された動力と合成された後、第4ロータ23を介して右前輪WFRに伝達され、右前輪WFRをさらに正転させる。
また、EV走行中ENG始動時、ステータ31に供給する電力およびロータ回転数NRを制御することによって、エンジン回転数NEを、前述した始動時用回転数NESTになるように制御する。その状態で、検出されたクランク角度位置に応じ、エンジン3の燃料噴射弁や点火プラグの点火動作を制御することによって、エンジン3が始動される。以上から、EV走行中ENG始動時におけるエンジン回転数NE、ロータ回転数NR、左右の前輪回転数NWFL,NWFR、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の関係と、ロータトルクTR、クランク軸伝達トルクTCRK、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の関係は、例えば図31のように示される。
また、EV走行中ENG始動時、ステータ31、第1および第2のステータ12,22に供給する電力は、次のようにして制御される。すなわち、上述した動力の伝達から、通常直進モードと同様、前記式(15)〜(18)が成立し、これらの式(15)〜(18)において、EV走行中と同様、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTをPMCMD/2に置き換えると、前記式(19)、すなわち、TSE1=TSE2=PMCMD/4が得られる。したがって、第1および第2のステータ12,22に供給する電力は、この式(19)が成立するように制御される。
さらに、前述したように、第1ロータ回転数NR1が、始動時用回転数NESTに制御されるエンジン回転数NEと等しいことと、第2ロータ回転数NR2が左前輪回転数NWFLと等しいことと、前記式(1)から、次式(66)が得られる。したがって、第1磁界回転数NMF1は、この式(66)が成立するように制御される。
NMF1=2・NWFL−NEST ……(66)
また、前述したように、第3ロータ回転数NR3が、始動時用回転数NESTに制御されるエンジン回転数NEと等しいことと、第4ロータ回転数NR4が右前輪回転数NWFRと等しいことと、前記式(8)から、次式(67)が得られる。したがって、第2磁界回転数NMF2は、この式(67)が成立するように制御される。
NMF2=2・NWFR−NEST ……(67)
さらに、この場合、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2は、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが互いに等しくなるように制御される。
NMF1=2・NWFL−NEST ……(66)
また、前述したように、第3ロータ回転数NR3が、始動時用回転数NESTに制御されるエンジン回転数NEと等しいことと、第4ロータ回転数NR4が右前輪回転数NWFRと等しいことと、前記式(8)から、次式(67)が得られる。したがって、第2磁界回転数NMF2は、この式(67)が成立するように制御される。
NMF2=2・NWFR−NEST ……(67)
さらに、この場合、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2は、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが互いに等しくなるように制御される。
また、EV走行中ENG始動時、前述したように、ロータ32の動力、すなわち、ロータトルクTRの一部がクランク軸3aに伝達され、残りが第1および第3のロータ11,21に伝達されるため、ロータトルクTR、クランク軸伝達トルクTCRK、第1および第3のロータ伝達トルクTR1,TR3の間に次式(68)が成立する。
TR=TCRK+TR1+TR3 ……(68)
また、上述したように、第1ロータ伝達トルクTR1および第1駆動用等価トルクTSE1が互いに等しく(式(15))、第3ロータ伝達トルクTR3および第2駆動用等価トルクTSE2が互いに等しい(式(17))。このことと、TSE1=TSE2=PMCMD/4が成立することと、上記式(68)から、次式(69)が得られる。
TR=TCRK+PMCMD/2 ……(69)
したがって、ステータ31に供給する電力は、この式(69)が成立するように制御される。なお、クランク軸伝達トルクTCRKは実験により定めた所定値に設定されている。また、前述したようにクランク軸3aとロータ31が直結されているため、ロータ回転数NRは始動時用回転数NESTに制御される。
TR=TCRK+TR1+TR3 ……(68)
また、上述したように、第1ロータ伝達トルクTR1および第1駆動用等価トルクTSE1が互いに等しく(式(15))、第3ロータ伝達トルクTR3および第2駆動用等価トルクTSE2が互いに等しい(式(17))。このことと、TSE1=TSE2=PMCMD/4が成立することと、上記式(68)から、次式(69)が得られる。
TR=TCRK+PMCMD/2 ……(69)
したがって、ステータ31に供給する電力は、この式(69)が成立するように制御される。なお、クランク軸伝達トルクTCRKは実験により定めた所定値に設定されている。また、前述したようにクランク軸3aとロータ31が直結されているため、ロータ回転数NRは始動時用回転数NESTに制御される。
以上のように、EV走行中ENG始動時、前述した停車中ENG始動と同様、エンジン回転数NEを始動に適した始動時用回転数NESTに制御した状態で、エンジン3を始動することができるので、エンジン3の振動やノイズの発生を防止でき、商品性を高めることができる。また、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTが互いに同じ大きさになるように制御されるとともに、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが互いに同じ大きさになるように制御されるので、車両Vの良好な直進性を確保することができる。さらに、エンジン3の始動のためにクランク軸3aにトルクを伝達しても、ステータ31、第1および第2のステータ12,22への電力供給によって、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTの和を要求トルクPMCMDと同じ大きさに制御できるので、エンジン3の始動に伴って左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTが急減するのを防止でき、したがって、良好なドライバビリティを確保することができる。
次に、エンジン3の停止中に第1〜第3の回転機10,20,30によって車両Vを後進させる場合の動作について説明する。以下、このような車両Vの後進を「EV後進」という。EV後進中、第1および第2のステータ12,22にバッテリ44から電力を供給するとともに、第1〜第4の回転磁界を逆転させる。この場合、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2は、第2および第4のロータ13,23に作用する左右の前輪WFL,WFRのフリクションを反力として、第1および第3のロータ11,21を正転させるように作用し、その結果、第1および第3のロータ11,21が、ロータ32とともに正転する。また、EV後進中、第1および第3のロータ11,21からロータ32に伝達される動力を用いてステータ31で発電を行うとともに、発電した電力を第1および第2のステータ12,22に供給する。この発電に伴い、第1および第3のロータ11,21には、ロータ32から制動トルクが作用する。第1および第2の回転機10,20の各要素における前述したエネルギの入出力関係から、ステータ31での発電に伴って第1ロータ11に作用する制動トルクと第1駆動用等価トルクTSE1は、磁気回路を介して、1:1の合成比で合成された後、第2ロータ13を介して左前輪WFLに伝達される。また、ステータ31での発電に伴って第3ロータ21に作用する制動トルクと第2駆動用等価トルクTSE2は、磁気回路を介して、1:1の合成比で合成された後、第4ロータ23を介して右前輪WFRに伝達される。以上の結果、左右の前輪WFL,WFRが逆転し、車両Vが後進する。
以上から、EV後進中におけるロータ回転数NR、左右の前輪回転数NWFL,NWFR、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の関係と、ロータ伝達トルクTRT、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の関係は、例えば図32のように示される。
また、EV後進中、より具体的には、第1および第2のステータ12,22に供給する電力、ステータ31で発電する電力は、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTがいずれも要求トルクPMCMDの1/2の大きさになるように制御される。この場合、図32に示すトルクの関係と図30や図31に示すトルクの関係の比較から明らかなように、EV後進中では、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の向きがいずれも、EV走行中に対して逆になっているだけで、実質的なトルクの関係は同じである。したがって、第1および第2のステータ12,22に供給する電力は、EV走行中と同様、前記式(19)、すなわち、TSE1=TSE2=PMCMD/4が成立するように制御される。
また、EV後進中、前述したように、ステータ31での発電に伴う制動トルクが第1および第3のロータ11,21に伝達されるので、ロータ伝達トルクTRTと第1および第3のロータ伝達トルクTR1,TR3の間に、前記式(54)、すなわち、TRT=TR1+TR3が成立する。さらに、この場合にも、第1駆動用等価トルクTSE1および第1ロータ伝達トルクTR1は、互いに等しく、第2駆動用等価トルクTSE2および第3ロータ伝達トルクTR3は、互いに等しい。このことと、上述したようにTSE1=TSE2=PMCMD/4およびTRT=TR1+TR3が成立することから、次式(70)が得られる。
TRT=PMCMD/2 ……(70)
したがって、ステータ31で発電する電力は、この式(70)が成立するように制御される。
TRT=PMCMD/2 ……(70)
したがって、ステータ31で発電する電力は、この式(70)が成立するように制御される。
さらに、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2はそれぞれ、前記式(1)および(8)が成立するように、かつ、ロータ32が正転するように(NR>0)制御される。これは、ロータ32を正転させることによって、ステータ31において発電を行うためである。
また、EV後進中、前述したトルクの伝達から明らかなように、第1ステータ12に供給された電力は、動力として、左前輪WFLおよびロータ32に分配され、第2ステータ22に供給された電力は、動力として、右前輪WFRおよびロータ32に分配される。また、ロータ32に分配された動力は、ステータ31において電力に変換され、第1および第2のステータ12,22に供給される。したがって、バッテリ44から第1および第2のステータ12,22に供給される電力は、左右の前輪WFL,WFRに分配される動力が極めて小さいときには、極めて小さくなる。
以上のように、本実施形態によれば、第1および第3のロータ11,21が、エンジン3のクランク軸3aに機械的に連結されるとともに、第2および第4のロータ13,23が、左右の前輪WFL,WFRにそれぞれ機械的に直結されている。また、第3回転機30のロータ32が、クランク軸3aに機械的に直結され、ステータ31、第1および第2のステータ12,22が互いに電気的に接続されるとともに、バッテリ44に電気的に接続されている。
さらに、通常直進モードにおける第1および第2の回転機10,20の制御によって、車両Vを直進させることができる。また、第1および第2の左右の旋回アシストモードにおける第1および第2の回転機10,20の制御によって、車両Vの左右の旋回をアシストすることができ、それにより、車両Vの旋回を安定させ、かつ、速やかに行うことができる。
さらに、通常直進モードや第1右旋回アシストモードなどの各種の運転モードによる運転中、エンジン3の動力、第1および第2のステータ12,22に供給された電力が、磁気回路を介した非接触による、いわゆる磁気パスによって左右の前輪WFL,WFRに伝達されるので、その伝達効率は、前述した従来の場合よりも高い。また、前述したように第1および第2の回転機10,20が遊星歯車装置と動力源を組み合わせた機能を有しており、動力装置1には、エンジン3の動力ならびに第1および第2の回転機10,20の動力を左右の前輪WFL,WFRに分配するための遊星歯車装置が設けられていない。以上により、前述した従来の場合と比較して、動力装置1による左右の前輪WFL,WFRの駆動効率を高めることができるとともに、動力装置1の構成の単純化、小型化および軽量化を図ることができる。
さらに、通常直進モードにおける第1〜第3の回転機10,20,30の制御によって、エンジン3の動力が無段階に変速され、左右の前輪WFL,WFRに伝達されるとともに、エンジン回転数NEが目標エンジン回転数NECMDになるように制御される。また、エンジン3の動力が最良燃費動力になるように制御されるとともに、そのように制御されるエンジン3の動力が要求動力に対して余るときには、充電直進モードにおける第1〜第3の回転機10,20,30の制御によって、その余剰分がバッテリ44に充電され、要求動力に対して不足するときには、アシスト直進モードにおける第1〜第3の回転機10,20,30の制御により、その不足分がバッテリ44からの電力供給によって補われる。また、以上のような制御動作が、第1および第2の左右の旋回アシストモードにおいても行われる。以上により、車両Vの走行中、要求動力の大小にかかわらず、エンジン3の最良の燃費を得ることができ、エンジン3の動力を用いた左右の前輪WFL,WFRの駆動効率を高めることができる。
さらに、停車中ENG始動時における第1〜第3の回転機10,20,30の制御によって、左右の前輪WFL,WFRを停止したまま、エンジン3を始動することができる。
次に、図33を参照しながら、本発明の第2実施形態による動力装置1Aについて説明する。この動力装置1Aは、第1実施形態の動力装置1にクラッチCLを付加したものである。同図では、第1実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を用いて示している。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
この動力装置1Aでは、第1実施形態と異なり、前述したアイドラギヤ5は、ギヤ6aに噛み合っておらず、クラッチCLを介してギヤ9に直結されており、このギヤ9にギヤ6aは噛み合っている。このクラッチCLは、例えば油圧式の摩擦クラッチであり、ECU2の制御によって、アイドラギヤ5とギヤ9の間、すなわち、クランク軸3aおよびロータ32と、第1および第3のロータ11,21との間を接続・遮断する。
この動力装置1Aでは、前述した停車中ENG始動が、第1実施形態と異なり、次のようにして行われる。すなわち、クラッチCLによってクランク軸3aおよびロータ32と第1および第3のロータ11,21との間を遮断する。そして、バッテリ44からステータ31に電力を供給し、ロータ32を正転させることによって、クランク軸3aを正転させる。この場合、ステータ31に供給する電力およびロータ回転数NRは、エンジン回転数NEが前述した始動時用回転数NESTになるように制御される。また、その状態で、検出されたクランク角度位置に応じ、エンジン3の燃料噴射弁や点火プラグの点火動作を制御することによって、エンジン3が始動される。
また、エンジン3の始動後の停車中、クランク軸3aおよびロータ32と第1および第3のロータ11,21との間は、クラッチCLにより遮断状態に保持される。以上のように、停車中ENG始動時やエンジン3の始動後の停車中、第1実施形態と異なり、クラッチCLでクランク軸3aおよびロータ32と第1および第3のロータ11,21との間を遮断するので、ロータ32やエンジン3の動力は、第1および第3のロータ11,21には伝達されない。したがって、第1実施形態で述べた停車時用の電力供給制御を行うことなく、左右の前輪WFL,WFRを停止状態に保持できるので、その分、バッテリ44の電力を確保でき、ひいては、バッテリ44の小型化を図ることができる。
また、停車中ENG始動後、前述したENG発進が次のようにして行われる。すなわち、ロータ32に伝達されるエンジン3の動力の一部を用いて、ステータ31で発電を行い、上述したように遮断されているクラッチCLを接続することによって、エンジントルクTENGを第1および第3のロータ11,21に伝達する。また、ステータ31で発電した電力を第1および第2のステータ12,22に供給し、第1〜第4の回転磁界を正転させる。以上の結果、エンジン3から第1ロータ11に伝達された第1ロータ伝達トルクTR1と第1駆動用等価トルクTSE1が、1:1の合成比で合成された後、第2ロータ12を介して左前輪WFLに伝達される。さらに、エンジン3から第3ロータ21に伝達された第3ロータ伝達トルクTR3と第2駆動用等価トルクTSE2が、1:1の合成比で合成された後、第4ロータ22を介して右前輪WFRに伝達される。以上の結果、左右の前輪WFL,WFRが正転し、車両Vが発進する。
また、ENG発進時、クラッチCLの締結力を漸増させることによって、エンジン3から第1および第3のロータ11,21に伝達されるトルクを漸増させるとともに、第1および第2のステータ12,22に供給する電力を制御することによって、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2を漸増させる。以上により、ENG発進時、第1実施形態と同様、エンジン3から左右の前輪WFL,WFRに伝達されるトルクを漸増させることができるので、エンジンストールを発生させることなく、車両Vを発進させることができる。また、上述した構成から明らかなように、本実施形態によれば、第1実施形態の効果を同様に得ることができる。
なお、本実施形態において、前述した各種の動作を次のようにして行うことによって、バッテリ44を省略することが可能である。すなわち、充電直進モードやアシスト直進モード、EV走行など、バッテリ44から第1および第2のステータ12,22に電力を供給するような運転モードを行わず、前述した停車中ENG始動を、車両Vに一般的に搭載されている補機駆動用のバッテリからステータ31に電力を供給することによって行う。この場合にも、通常直進モードや第1の左右の旋回モードによって、左右の前輪WFL,WFRを駆動することができる。
次に、図34を参照しながら、本発明の第3実施形態による動力装置1Bについて説明する。この動力装置1Bは、第2実施形態の動力装置1Aと比較して、クラッチCLに代えて変速装置70を設けた点が異なっている。同図では、第2実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を用いて示している。以下、第1および第2の実施形態と異なる点を中心に説明する。
この変速装置70は、複数のギヤやクラッチなどで構成されたギヤ式の有段変速装置であり、入力軸71および出力軸72を有しており、変速段として、第1速(変速比=入力軸71の回転数/出力軸72の回転数>1.0)と第2速(変速比=1.0)から成る2つの変速段が設定されている。これらの変速段の変更はECU2によって行われる。また、これらの入力軸71および出力軸72は、アイドラギヤ5およびギヤ9にそれぞれ直結されている。このように、変速機70は、クランク軸3aおよびロータ32と第1および第3のロータ11,21との間に設けられており、また、変速装置70によって、エンジン3の動力が変速され、第1および第3のロータ11,21に伝達される。さらに、変速装置70での変速段の変更中、変速装置70のクラッチによって、入力軸71と出力軸72の間、すなわち、クランク軸3aおよびロータ32と第1および第3のロータ11,21との間が遮断される。
以上の構成の動力装置1Bでは、前述したENG後進時、変速装置70の変速段を第1速(変速比>1.0)に制御するとともに、それ以外のときには、第2速(変速比=1.0)に制御する。これは次の理由による。前述した図29に示す速度共線図から明らかなように、ENG後進時、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが高いほど、同じ大きさの第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2に対して、エンジン回転数NEがとるべき値はより小さくなる。その結果、エンジン3の動力が小さくなり、それに伴い、ステータ31において発電される電力が、第1および第2のステータ12,22に供給すべき電力を下回る場合があり、その場合には、ステータ31で発電した電力に加え、バッテリ44の電力を第1および第2のステータ12,22に供給しなければならない。このため、車両Vを長時間、後進させるには、大型のバッテリ44が必要になる。
なお、この場合、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2を高めることによって、あるいは、エンジン3と第1および第3のロータ11,21の間に減速ギヤを設けることによって、エンジン回転数NEがとるべき値をより大きくすることが考えられる。しかし、前者の場合には、その分、第1および第2のステータ12,22に供給すべき電力が大きくなる結果、ステータ31において発電される電力を、第1および第2のステータ12,22に供給すべき電力よりも大きくすることができない。それだけでなく、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2が過大になり、それによる不具合が発生するおそれがある。また、上述したように減速ギヤを設けた場合には、第1および第3のロータ回転数NR1,NR3がエンジン回転数NEよりも常に低くなるので、車両Vの前進中における高車速走行時、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2が過大になり、それによる不具合が発生するおそれがある。
これに対し、本実施形態によれば、ENG後進時、変速装置70の変速段を、変速比が値1.0よりも大きな第1速に制御するので、左右の前輪回転数NWFL,NWFRと第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の関係によって定まるエンジン回転数NEがとるべき値よりも、エンジン回転数NEを高めることができ、それにより、より大きなエンジン3の動力を得ることができる。したがって、第1および第2のステータ12,22に供給すべき電力を、ステータ31で発電する電力により十分に賄うことができるので、バッテリ44の電力を確保することができ、ひいては、バッテリ44を小型化することができる。また、ENG後進時以外のときには、変速装置70の変速段を変速比が値1.0の第2速に制御するので、上述した減速ギヤを設けた場合と異なり、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の過大化による不具合が発生するのを防止することができる。
また、停車中ENG始動時やエンジン3の始動後の停車中、変速装置70のクラッチによって、クランク軸3aおよびロータ32と第1および第3のロータ11,21との間が遮断され、第2実施形態と同様の制御動作が行われる。このため、第2実施形態で述べたように、バッテリ44を省略することが可能である。さらに、本実施形態によれば、上述した構成から明らかなように、第1実施形態の効果を同様に得ることができる。
次に、図35を参照しながら、本発明の第4実施形態による動力装置1Cについて説明する。この動力装置1Cは、第2実施形態の動力装置1Aと比較して、クラッチCLに代えて正逆転切換装置80を設けた点が異なっている。同図では、第2実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を用いて示している。以下、第1および第2の実施形態と異なる点を中心に説明する。
この正逆転切換装置80は、複数のギヤやクラッチなどで構成されており、アイドラギヤ5に直結された入力軸81とギヤ9に直結された出力軸82を有し、入力軸81に入力された動力を出力軸82に伝達するとともに、その際の出力軸82の回転方向を、入力軸81と同方向および逆方向の一方に設定する。正逆転切換装置80の動作はECU2によって制御される。また、正逆転切換装置80での出力軸82の回転方向の切換中、正逆転切換装置80のクラッチによって、入力軸81と出力軸82の間、すなわち、クランク軸3aおよびロータ32と第1および第3のロータ11,21との間が遮断される。
以上の構成の動力装置1Cでは、前述したENG後進時の動作が、第1実施形態の場合と異なっている。具体的には、ENG後進時、正逆転切換装置80の制御により、出力軸82の回転方向を入力軸81と逆方向に設定することによって、クランク軸3aおよびロータ32の回転方向は正転方向のままで、第1および第3のロータ11,21の回転方向が逆転方向に切り換えられる。これにより、第1および第3のロータ11,21は、エンジン3からの動力の伝達に伴って逆転する。
図36(a)は、ENG後進の開始時における第1および第3のロータ回転数NR1,NR3、左右の前輪回転数NWFL,NWFR、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の関係の一例を示している。同図に示すように、ENG後進の開始時、第1および第3のロータ11,21が逆転している場合において、停車中で左右の前輪回転数NWFL,NWFRが値0のときには、第1〜第4の回転磁界が正転する。この状態から、第1および第2のステータ12,22で発電を行うことによって、前述したENG発進と同様、エンジン3から第1ロータ11に伝達された第1ロータ伝達トルクTR1と第1発電用等価トルクTGE1は、1:1の合成比で合成された後、第2ロータ12を介して左前輪WFLに伝達され、左前輪WFLを逆転させるように作用する。また、エンジン3から第3ロータ21に伝達された第3ロータ伝達トルクTR3と第2発電用等価トルクTGE2は、1:1の合成比で合成された後、第4ロータ22を介して右前輪WFRに伝達され、右前輪WFRを逆転させるように作用する。
以上から、ENG後進の開始時におけるエンジントルクTENG、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1および第2の発電用等価トルクTGE1,TGE2の関係は、例えば図36(a)のように示される。さらに、ENG後進の開始時、第1および第2のステータ12,22で発電する電力を漸増させることによって、第1および第2の発電用等価トルクTGE1,TGE2を漸増させるとともに、上述したように正転している第1〜第4の回転磁界の第1および第2の磁界回転数NMF1,NMFを、値0になるように制御する。また、エンジン3の動力を増大させる。上述した第1および第2の回転機10,20におけるトルクの合成から明らかなように、上記のように第1および第2の発電用等価トルクTGE1,TGE2を漸増させることによって、エンジン3から左右の前輪WFL,WFRに伝達されるトルクが漸増する。以上により、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが、図36(a)に示す値0の状態から、図36(b)に示すように逆転方向に上昇し、その結果、車両Vが後方に発進する。
また、この場合、前述したENG発進時と同様、第1および第2のステータ12,22で発電する電力の制御によって、エンジン3から左右の前輪WFL,WFRに伝達されるトルクを漸増させることができるので、左右の前輪WFL,WFRからエンジン3に大きな負荷が急激に作用するのを防止でき、エンジンストールを発生させることなく、車両Vを後方に発進させることができる。
さらに、車両Vの後方への発進後、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが逆転方向に上昇し、第1および第3のロータ回転数NR1,NR3と左右の前輪回転数NWFL,NWFRによって定まる第1〜第4の回転磁界の回転方向が逆転方向になったときには、ステータ31において発電を行い、発電した電力を第1および第2のステータ12,22に供給するとともに、第1〜第4の回転磁界を逆転させる。この場合における第1〜第3の回転機10,20,30の制御動作は、第1〜第4の回転磁界の回転方向が逆転方向である以外は、第1実施形態の場合と同様であるので、その詳細な説明については省略する。
また、停車中ENG始動時やエンジン3の始動後の停車中、正逆転切換装置80のクラッチによって、クランク軸3aおよびロータ32と第1および第3のロータ11,21との間が遮断され、第2実施形態と同様の制御動作が行われる。このため、第2実施形態で述べたように、バッテリ44を省略することが可能である。さらに、本実施形態によれば、上述した構成から明らかなように、第1実施形態の効果を同様に得ることができる。
次に、図37を参照しながら、本発明の第5実施形態による動力装置1Dについて説明する。この動力装置1Dは、第1実施形態と比較して、第3回転機30および第3PDU43を省略した点が異なっている。同図では、第1実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を用いて示している。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
動力装置1Dでは、停車中ENG始動が、スタータ(図示せず)によりクランク軸3aを正転させること以外は、第1実施形態と同様にして行われ、ENG発進が、第1実施形態と同様にして行われる。さらに、図38に示すように、ENG発進後の車両Vの走行中、エンジン回転数NEと左右の前輪回転数NWFL,NWFRの関係によって定まる第1〜第4の回転磁界の回転方向が正転方向であるときには、バッテリ44から第1および第2のステータ12,22に電力を供給するとともに、第1〜第4の回転磁界を正転させる。
これにより、エンジン3の動力の一部および残りが第1および第3のロータ11,21に伝達され、第1ステータ12に供給された電力が、第1電力変換動力として、磁気回路を介して、第1ロータ11に伝達された動力と合成された後、第2ロータ13に伝達される。第2ロータ13に伝達された動力は、左前輪WFLに伝達され、左前輪WFLをさらに正転させる。また、第2ステータ22に供給された電力が、第2電力変換動力として、磁気回路を介して、第3ロータ21に伝達された動力と合成された後、第4ロータ23に伝達される。第4ロータ23に伝達された動力は、右前輪WFRに伝達され、右前輪WFRをさらに正転させる。以上から、この場合におけるエンジントルクTENG、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の関係は、例えば図38のように示される。
この場合、前記式(6)および(13)から明らかなように、エンジン3から第1ロータ11に伝達された第1ロータ伝達トルクTR1と第1駆動用等価トルクTSE1が1:1の合成比で合成され、左前輪WFLに伝達されるとともに、エンジン3から第3ロータ21に伝達された第3ロータ伝達トルクTR3と第2駆動用等価トルクTSE2が1:1の合成比で合成され、右前輪WFRに伝達される。このことから明らかなように、車両Vの直進中、第1および第2のステータ12,22に供給する電力を制御することにより、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2を同じ大きさに制御することによって、前述した通常直進モードと同様、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTを同じ大きさに制御でき、車両Vの良好な直進性を得ることができる。また、車両Vの旋回中、第1および第2のステータ12,22に供給する電力の制御により、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2を異なる大きさに制御することによって、左右の前輪WFL,WFRにトルク差を生じさせ、旋回アシストを行うことができる。
さらに、車両Vの旋回中、前述した第2右旋回アシストモードと同様にして、第1および第2の回転機10,20を制御することにより、内側の前輪(右旋回中には右前輪WFR、左旋回中には左前輪WFL)には制動力を、外側の前輪(右旋回中には左前輪WFL、左旋回中には右前輪WFR)には駆動力を、それぞれ作用させることによって、旋回アシストを行うことができる。
以上のように、本実施形態によれば、第1実施形態と同様、車両Vの直進中や旋回中に、エンジン3の動力ならびに第1および第2の回転機10,20の動力を、磁気回路を介して左右の前輪WFL,WFRに伝達することができる。また、エンジン3の動力ならびに第1および第2の回転機10,20の動力を左右の前輪WFL,WFRに分配するための遊星歯車装置が、動力装置1Dに設けられていない。以上により、前述した従来の場合と比較して、動力装置1Dによる左右の前輪WFL,WFRの駆動効率を高めることができるとともに、動力装置1Dの構成の単純化、小型化および軽量化を図ることができる。
なお、動力装置1Dにおいて、クランク軸3aを回転不能に保持するためのブレーキ機構を設けてもよい。その場合には、前述したEV走行やEV後進を行うことができるとともに、減速走行中、左右の前輪WFL,WFRから第2および第4のロータ13,23に伝達される動力を用いて、第1および第2のステータ12,22において発電を行うとともに、発電した電力をバッテリ44に充電することができる。
なお、第1および第5の実施形態では、第1および第3のロータ11,21を連結軸6を介して互いに連結しているが、第1および第3のロータ11,21は、クランク軸3aに連結されていれば、互いに連結されていなくてもよい。
次に、図39を参照しながら、本発明の第6実施形態による動力装置1Eについて説明する。この動力装置1Eは、第1実施形態と比較して、エンジン3を省略した点が異なっている。同図では、第1実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を用いて示している。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、本実施形態では、第3回転機30およびロータ32が、請求項5の発明における発電機および入力部にそれぞれ相当する。
動力装置1Eでは、前述したEV後進および減速回生が、第1実施形態と同様にして行われる。また、前述したEV発進は、第1実施形態と異なり、次のようにして行われる。すなわち、EV発進時、第1および第2のステータ12,22にバッテリ44から電力を供給し、第1〜第4の回転磁界を正転させる。この場合、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2は、第2および第4のロータ13,23に作用する左右の前輪WFL,WFRのフリクションを反力として、第1および第3のロータ11,21を逆転させるように作用し、その結果、第1および第3のロータ11,21が、ロータ32とともに逆転する。また、EV発進時、ロータ32に上記のように伝達される動力を用いてステータ31で発電を行うとともに、発電した電力を第1および第2のステータ12,22に供給する。この発電に伴い、第1および第3のロータ11,21には、ロータ32から制動トルクが作用する。第1および第2の回転機10,20の各要素における前述したエネルギの入出力関係から、ステータ31での発電に伴って第1ロータ11に作用する制動トルクと第1駆動用等価トルクTSE1は、磁気回路を介して、1:1の合成比で合成された後、第2ロータ13を介して左前輪WFLに伝達される。また、ステータ31での発電に伴って第3ロータ21に作用する制動トルクと第2駆動用等価トルクTSE2は、磁気回路を介して、1:1の合成比で合成された後、第4ロータ23を介して右前輪WFRに伝達される。以上により、左右の前輪WFL,WFRが正転し、車両Vが前方に発進する。
以上から、EV発進時におけるロータ回転数NR、左右の前輪回転数NWFL,NWFR、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2の関係と、ロータ伝達トルクTRT、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRT、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2の関係は、例えば図40のように示される。EV発進時、第1および第2のステータ12,22に供給する電力は、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTが互いに等しくなるように制御され、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2は、前記式(1)および(8)が成立するように、かつ、左右の前輪回転数NWFL,NWFRが互いに等しくなるように制御される。これにより、EV発進時、車両Vの良好な直進性を得ることができる。
そして、EV発進後のEV走行中、左右の前輪回転数NWFL,NWFRがある程度、上昇するまでは、上述した第1〜第3の回転機10,20,30の制御が行われる。この場合、車両Vの左右の旋回中、上述した左右の前輪WFL,WFRへのトルクの伝達から明らかなように、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2を制御することによって、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTを同じ大きさに制御でき、車両Vの良好な直進性を得ることができ、また、左右の前輪WFL,WFRの間にトルク差を生じさせることができ、左右の旋回アシストを行うことができる。
また、EV走行中、左右の前輪回転数NWFL,NWFRがある程度、上昇した後には、ステータ31で発電する電力を制御することによって、上述したように逆転しているロータ32のロータ回転数NRを、値0になるように制御する。これにより、ロータ回転数NRが値0になった後には、第1および第2のステータ12,22に加え、ステータ31にバッテリ44から電力を供給するとともに、ロータ32を正転させる。ロータ32の動力は、第1および第3のロータ11,21に伝達され、第1ロータ11に伝達された動力は、磁気回路を介して、第1ステータ12からの第1電力変換動力と合成された後、第2ロータ13を介して左前輪WFLに伝達され、左前輪WFLをさらに正転させる。また、第3ロータ21に伝達された動力は、磁気回路を介して、第2ステータ22からの第2電力変換動力と合成された後、第4ロータ23を介して右前輪WFRに伝達され、右前輪WFRをさらに正転させる。
この場合、前記式(6)および(13)から明らかなように、ロータ32から第1ロータ11に伝達された第1ロータ伝達トルクTR1と第1駆動用等価トルクTSE1が1:1の合成比で合成され、左前輪WFLに伝達されるとともに、ロータ32から第3ロータ21に伝達された第3ロータ伝達トルクTR3と第2駆動用等価トルクTSE2が1:1の合成比で合成され、右前輪WFRに伝達される。このことから明らかなように、車両Vの直進中、第1および第2のステータ12,22に供給する電力を制御することにより、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2を同じ大きさに制御することによって、前述した通常直進モードと同様、左右の前輪伝達トルクTWLT,TWRTを同じ大きさに制御でき、車両Vの良好な直進性を得ることができる。また、車両Vの旋回中、第1および第2のステータ12,22に供給する電力の制御により、第1および第2の駆動用等価トルクTSE1,TSE2を異なる大きさに制御することによって、左右の前輪WFL,WFRにトルク差を生じさせ、旋回アシストを行うことができる。
上述したように、EV走行中、左右の前輪回転数NWFL,NWFRがある程度上昇した後に、第1および第2のステータ12,22に加え、ステータ31に電力を供給するとともに、ロータ32を正転させるので、左右の前輪回転数NMF1,NMF2に対して、第1および第2の磁界回転数NMF1,NMF2を低下させることができる。したがって、両者NMF1,NMF2の過大化による不具合が発生するのを防止することができる。
以上のように、本実施形態によれば、第1実施形態と同様、車両Vの直進中や旋回中に、第1および第2の回転機10,20の動力を、磁気回路を介して左右の前輪WFL,WFRに伝達することができる。また、第1および第2の回転機10,20の動力を左右の前輪WFL,WFRに分配するための遊星歯車装置が、動力装置1Eに設けられていない。以上により、前述した従来の場合と比較して、動力装置1Eによる左右の前輪WFL,WFRの駆動効率を高めることができるとともに、動力装置1Eの構成の単純化、小型化および軽量化を図ることができる。また、EV走行中、ステータ31で発電した電力を第1および第2のステータ12,22に供給するので、バッテリ44の小型化を図ることができる。
なお、本実施形態では、第1および第3のロータ11,21を連結軸6を介して互いに連結しているが、第1および第3のロータ11,21は、ロータ32に連結されていれば、互いに連結されていなくてもよい。
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、本実施形態では、本発明における原動機は、エンジン3すなわちガソリンエンジンであるが、例えばディーゼルエンジンや外燃機関などでもよい。また、本実施形態では、第3回転機30は、ブラシレスDCモータであるが、供給された電力を動力に変換する機能と、入力された動力を電力に変換する機能を有するものであれば、例えばACモータでもよい。さらに、本実施形態では、クラッチCLは、油圧式の摩擦クラッチであるが、クランク軸3aおよびロータ32と第1および第3のロータ11,21との間を接続・遮断するものであれば、例えば電磁クラッチでもよい。また、本実施形態では、本発明における蓄電装置は、バッテリ44であるが、充電・放電可能なものであれば、例えばキャパシタでもよい。さらに、本実施形態では、本発明における左右の被駆動部は、左右の前輪WFL,WFRであるが、左右の後輪WRL,WRRでもよい。また、本実施形態では、エンジン3や第1〜第3の回転機10,20,30を制御する制御装置を、ECU2および第1〜第3のPDU41〜43で構成しているが、マイクロコンピュータと電気回路の組み合わせで構成してもよい。さらに、本実施形態では、本発明における輸送機関は、車両Vであるが、例えば船舶や航空機でもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
1 動力装置
1A 動力装置
1B 動力装置
1C 動力装置
1D 動力装置
1E 動力装置
3 内燃機関(原動機)
3a クランク軸(第1出力部)
10 第1回転機
11 第1ロータ
12 第1ステータ
13 第2ロータ
20 第2回転機
21 第3ロータ
22 第2ステータ
23 第4ロータ
30 第3回転機(発電機)
32 ロータ(第2出力部、入力部)
44 バッテリ(蓄電装置)
V 車両(輸送機関)
WFL 左前輪(左被駆動部)
WFR 右前輪(右被駆動部)
CL クラッチ
1A 動力装置
1B 動力装置
1C 動力装置
1D 動力装置
1E 動力装置
3 内燃機関(原動機)
3a クランク軸(第1出力部)
10 第1回転機
11 第1ロータ
12 第1ステータ
13 第2ロータ
20 第2回転機
21 第3ロータ
22 第2ステータ
23 第4ロータ
30 第3回転機(発電機)
32 ロータ(第2出力部、入力部)
44 バッテリ(蓄電装置)
V 車両(輸送機関)
WFL 左前輪(左被駆動部)
WFR 右前輪(右被駆動部)
CL クラッチ
Claims (5)
- 直進・旋回可能な輸送機関を推進するための左右の被駆動部を駆動する動力装置であって、
第1出力部を有し、当該第1出力部から動力を出力する原動機と、
第1回転磁界を発生させるための不動の第1ステータと、当該第1ステータに対向するように設けられ、磁石で構成された第1ロータと、前記第1ステータと前記第1ロータの間に設けられ、軟磁性体で構成された第2ロータとを有し、前記第1ステータと前記第1ロータと前記第2ロータの間で、前記第1回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力し、当該エネルギの入出力に伴って、前記第1回転磁界、前記第2ロータおよび前記第1ロータが、互いの間に回転数の共線関係を保ちながら回転するように構成された第1回転機と、
第2回転磁界を発生させるための不動の第2ステータと、当該第2ステータに対向するように設けられ、磁石で構成された第3ロータと、前記第2ステータと前記第3ロータの間に設けられ、軟磁性体で構成された第4ロータとを有し、前記第2ステータと前記第3ロータと前記第4ロータの間で、前記第2回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力し、当該エネルギの入出力に伴って、前記第2回転磁界、前記第4ロータおよび前記第3ロータが、互いの間に回転数の共線関係を保ちながら回転するように構成された第2回転機と、を備え、
前記第1および第3のロータが、前記原動機の前記第1出力部に機械的に連結されるとともに、前記第2および第4のロータが、前記左被駆動部および前記右被駆動部にそれぞれ機械的に連結されていることを特徴とする動力装置。 - 前記原動機は熱機関であり、
第2出力部を有し、供給された電力を動力に変換し、前記第2出力部に出力する機能と、前記第2出力部に入力された動力を電力に変換する機能を有する第3回転機をさらに備え、
前記第3回転機の前記第2出力部が、前記原動機の前記第1出力部に機械的に連結され、前記第1ステータおよび前記第3回転機が互いに電気的に接続されるとともに、前記第2ステータおよび前記第3回転機が互いに電気的に接続されていることを特徴とする、請求項1に記載の動力装置。 - 前記第1および第3のロータは互いに連結されており、
前記原動機の前記第1出力部および前記第3回転機の前記第2出力部と前記第1および第3のロータとの間を接続・遮断するクラッチをさらに備えることを特徴とする、請求項2に記載の動力装置。 - 充電・放電可能に構成され、前記第1および第2のステータならびに前記第3回転機に電気的に接続された蓄電装置をさらに備えることを特徴とする、請求項2に記載の動力装置。
- 直進・旋回可能な輸送機関を推進するための左右の被駆動部を駆動する動力装置であって、
入力部を有し、当該入力部に入力された動力を電力に変換する発電機と、
第1回転磁界を発生させるための不動の第1ステータと、当該第1ステータに対向するように設けられ、磁石で構成された第1ロータと、前記第1ステータと前記第1ロータの間に設けられ、軟磁性体で構成された第2ロータとを有し、前記第1ステータと前記第1ロータと前記第2ロータの間で、前記第1回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力し、当該エネルギの入出力に伴って、前記第1回転磁界、前記第2ロータおよび前記第1ロータが、互いの間に回転数の共線関係を保ちながら回転するように構成された第1回転機と、
第2回転磁界を発生させるための不動の第2ステータと、当該第2ステータに対向するように設けられ、磁石で構成された第3ロータと、前記第2ステータと前記第3ロータの間に設けられ、軟磁性体で構成された第4ロータとを有し、前記第2ステータと前記第3ロータと前記第4ロータの間で、前記第2回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力し、当該エネルギの入出力に伴って、前記第2回転磁界、前記第4ロータおよび前記第3ロータが、互いの間に回転数の共線関係を保ちながら回転するように構成された第2回転機と、を備え、
前記第1および第3のロータが、前記発電機の前記入力部に機械的に連結され、前記第2および第4のロータが、前記左被駆動部および前記右被駆動部にそれぞれ機械的に連結され、前記第1ステータおよび前記発電機が互いに電気的に接続されるとともに、前記第2ステータおよび前記発電機が互いに電気的に接続されていることを特徴とする動力装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008008183A JP2009166723A (ja) | 2008-01-17 | 2008-01-17 | 動力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2008008183A JP2009166723A (ja) | 2008-01-17 | 2008-01-17 | 動力装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2008
- 2008-01-17 JP JP2008008183A patent/JP2009166723A/ja not_active Withdrawn
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