JP2009274537A - Power transmission device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable inversion driving of a load without preparing an advancement and reverse travel switching device between an engine and a load without using power from an electric accumulator. <P>SOLUTION: When rotating an output side rotor 18 in a direction opposite to an engine rotation direction, an electronic control unit 50 controls rotation speed and torque of an engine 36 by controlling a boosting ratio of a boosting converter 94 and throttle opening or fuel injection amount of an engine 36 based on the required power of a vehicle. Further, the electronic control unit 50 controls the torque which acts on the output side rotor 18 from a stator 16 so that the torque of a direction opposite to the engine rotation direction which acts on the output side rotor 18 from the stator 16 becomes larger than the torque of engine rotation direction which acts on the output side rotor 18 from the input side rotor 28. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、動力伝達装置に関し、特に、エンジン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。   The present invention relates to a power transmission device, and in particular, can drive a load by transmitting power from an engine to a load using electromagnetic coupling between rotors. The present invention relates to a power transmission device capable of driving a load by supply.

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正転方向に駆動して車両を前進方向に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。   The related art of this type of power transmission device is disclosed in Patent Document 1 below. The power transmission device according to Patent Document 1 includes a first rotor in which a magnet is disposed and mechanically coupled to a drive wheel, and a winding that is electromagnetically coupled to the magnet of the first rotor, and is disposed in an engine (prime mover). A mechanically coupled second rotor, a stator having a winding electromagnetically coupled to the magnet of the first rotor, and a winding electrically connected to the winding of the second rotor And a transformer rotor mechanically coupled to the second rotor, and a transformer stator in which windings electromagnetically coupled to the windings of the transformer rotor are disposed. In Patent Document 1, the power from the engine transmitted to the second rotor is transmitted to the first rotor by electromagnetic coupling between the winding of the second rotor and the magnet of the first rotor. The wheel can be driven in the forward direction to drive the vehicle in the forward direction. Further, the electric power supplied from the battery to the winding of the transformer stator via the inverter is supplied to the winding of the transformer rotor and the winding of the second rotor by electromagnetic coupling between the winding of the transformer stator and the winding of the transformer rotor. Therefore, the rotational speed of the drive wheels can be controlled by controlling the power supply to the windings of the transformer stator. In addition, electromagnetic coupling between the stator winding and the first rotor magnet causes the first rotor to generate power using the electric power supplied from the battery to the stator winding via the inverter to drive the drive wheels. Therefore, the torque transmitted to the drive wheels can be controlled by controlling the power supply to the stator windings.

特許第3067594号公報Japanese Patent No. 30675594 特開2007−116837号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-116837 特開平9−46815号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-46815

特許文献1においては、エンジンと駆動輪との間に前後進切替装置が設けられていないので、車両を後進方向に駆動するためには、バッテリー(蓄電装置)からインバータを介してステータの巻線に電力を供給して第1ロータに逆転方向のトルクを発生させることで、駆動輪を逆転方向に駆動する必要がある。しかし、バッテリーに蓄えられている電気エネルギーが少ないときには、バッテリーからステータの巻線への電力供給により駆動輪(第1ロータ)を逆転方向に駆動することが困難となる。エンジンと駆動輪との間に前後進切替装置を設ければ、エンジンの動力を第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り駆動輪へ伝達することで、バッテリーに蓄えられている電気エネルギーが少なくてもエンジンの動力を用いて駆動輪を逆転方向に駆動することが可能となる。しかし、前後進切替装置を設ける分、構成の大型化及び高コスト化を招くことになる。   In Patent Document 1, since the forward / reverse switching device is not provided between the engine and the drive wheel, in order to drive the vehicle in the reverse direction, the stator winding is connected from the battery (power storage device) via the inverter. It is necessary to drive the drive wheels in the reverse direction by supplying electric power to the first rotor to generate torque in the reverse direction. However, when the electrical energy stored in the battery is small, it becomes difficult to drive the drive wheel (first rotor) in the reverse direction by supplying power from the battery to the windings of the stator. If a forward / reverse switching device is provided between the engine and the drive wheel, the engine power can be stored in the battery by transmitting it to the drive wheel by electromagnetic coupling between the winding of the second rotor and the magnet of the first rotor. Even if there is little electric energy, the driving wheel can be driven in the reverse direction using the power of the engine. However, since the forward / reverse switching device is provided, the configuration is increased in size and cost.

本発明は、エンジン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、エンジンと負荷との間に前後進切替装置を設けず且つ蓄電装置からの電力を用いずに、負荷の逆転駆動を可能にすることを目的とする。   The present invention can drive the load by transmitting power from the engine to the load using electromagnetic coupling between the rotors, and can also drive the load by supplying power to the stator conductor. An object of the present invention is to enable reverse drive of a load without providing a forward / reverse switching device between an engine and a load and without using electric power from a power storage device.

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。   The power transmission device according to the present invention employs the following means in order to achieve the above-described object.

本発明に係る動力伝達装置は、回転磁界を発生可能な回転子導体が配設された第1回転子と、回転磁界を発生可能な固定子導体が配設された固定子と、第1回転子に対し相対回転可能な第2回転子であって、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、固定子導体で発生した回転磁界が作用するのに応じて固定子との間にトルクが作用する第2回転子と、を備え、回転子導体は、第1回転子と第2回転子との間に回転差が発生するのに起因して誘導電流が流れることで回転磁界を発生し、第1回転子にエンジンからの動力が伝達され、第2回転子から負荷へ動力が伝達される動力伝達装置であって、回転子導体の交流電力を取り出すための電力伝達部と、電力伝達部で取り出された交流電力を電力変換して固定子導体へ供給することが可能な電力変換部と、エンジンの回転速度及びトルクと、固定子と第2回転子との間に作用するトルクと、を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、第2回転子をエンジン回転方向と逆方向に回転させる場合には、負荷の要求動力に基づいてエンジンの回転速度及びトルクを制御し、さらに、第1回転子から第2回転子に作用するエンジン回転方向のトルクよりも固定子から第2回転子に作用する前記逆方向のトルクが大きくなるように、固定子から第2回転子に作用するトルクを制御することを要旨とする。   The power transmission device according to the present invention includes a first rotor provided with a rotor conductor capable of generating a rotating magnetic field, a stator provided with a stator conductor capable of generating a rotating magnetic field, and a first rotation. A second rotor that can rotate relative to the rotor, wherein torque is generated between the first rotor and the stator conductor in response to a rotating magnetic field generated by the rotor conductor. A second rotor in which torque acts between the stator and the rotor in response to the magnetic field acting, and the rotor conductor generates a rotational difference between the first rotor and the second rotor. A power transmission device that generates a rotating magnetic field by causing an induced current to flow due to the above, transmits power from the engine to the first rotor, and transmits power from the second rotor to a load. A power transmission unit for extracting the AC power of the child conductor, and the AC power extracted by the power transmission unit A power converter that can be converted and supplied to the stator conductor, and a control device that controls the rotational speed and torque of the engine and the torque acting between the stator and the second rotor. And the control device controls the rotational speed and torque of the engine based on the required power of the load when rotating the second rotor in the direction opposite to the engine rotation direction. The gist is to control the torque acting on the second rotor from the stator so that the torque in the opposite direction acting on the second rotor from the stator becomes larger than the torque in the engine rotation direction acting on the rotor. And

本発明の一態様では、電力変換部は、電力伝達部で取り出された交流電力を整流する整流器と、整流器で整流された電力を電圧変換して出力するDC−DCコンバータと、DC−DCコンバータで電圧変換された電力を交流に変換して固定子導体へ供給することが可能なインバータと、を含み、制御装置は、第2回転子をエンジン回転方向と逆方向に回転させる場合には、負荷の要求動力に基づいて、DC−DCコンバータにおける電圧変換比と、エンジンのスロットル開度または燃料噴射量と、を制御することで、エンジンの回転速度及びトルクを制御することが好適である。   In one aspect of the present invention, the power conversion unit includes a rectifier that rectifies the AC power extracted by the power transmission unit, a DC-DC converter that converts the voltage rectified by the rectifier and outputs the voltage, and a DC-DC converter. An inverter capable of converting the voltage-converted power into alternating current and supplying the stator conductor to the stator conductor, and when the control device rotates the second rotor in the direction opposite to the engine rotation direction, It is preferable to control the rotational speed and torque of the engine by controlling the voltage conversion ratio in the DC-DC converter and the throttle opening or fuel injection amount of the engine based on the required power of the load.

また、本発明に係る動力伝達装置は、回転磁界を発生可能な回転子導体が配設された第1回転子と、回転磁界を発生可能な固定子導体が配設された固定子と、第1回転子に対し相対回転可能な第2回転子であって、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、固定子導体で発生した回転磁界が作用するのに応じて固定子との間にトルクが作用する第2回転子と、を備え、回転子導体は、第1回転子と第2回転子との間に回転差が発生するのに起因して誘導電流が流れることで回転磁界を発生し、第1回転子にエンジンからの動力が伝達され、第2回転子から負荷へ動力が伝達される動力伝達装置であって、電気エネルギーを蓄える蓄電装置と、回転子導体の交流電力を取り出すための電力伝達部と、電力伝達部で取り出された交流電力と蓄電装置からの直流電力とのいずれかを電力変換して固定子導体へ供給することが可能な電力変換部と、エンジンの回転速度及びトルクと、固定子と第2回転子との間に作用するトルクと、を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、第2回転子をエンジン回転方向と逆方向に回転させる場合には、蓄電装置の蓄電状態に基づいてエンジンの運転を行うか否かを判定し、エンジンの運転を行うと判定したときは、負荷の要求動力に基づいてエンジンの回転速度及びトルクを制御し、さらに、第1回転子から第2回転子に作用するエンジン回転方向のトルクよりも固定子から第2回転子に作用する前記逆方向のトルクが大きくなるように、固定子から第2回転子に作用するトルクを制御することを要旨とする。   The power transmission device according to the present invention includes a first rotor provided with a rotor conductor capable of generating a rotating magnetic field, a stator provided with a stator conductor capable of generating a rotating magnetic field, A second rotor that can rotate relative to one rotor, and torque is generated between the first rotor and the stator conductor in response to the rotating magnetic field generated by the rotor conductor. A second rotor in which torque acts between the stator and the rotor in response to the action of the rotating magnetic field, and the rotor conductor has a rotational difference between the first rotor and the second rotor. A power transmission device that generates a rotating magnetic field by causing an induced current to flow due to the generation of power, transmits power from an engine to a first rotor, and transmits power from a second rotor to a load. , A power storage device for storing electrical energy, and a power transmission unit for taking out AC power of the rotor conductor A power conversion unit capable of converting either AC power taken out by the power transmission unit or DC power from the power storage device and supplying the converted power to the stator conductor; engine rotational speed and torque; and And a control device that controls torque acting between the child and the second rotor. When the second rotor is rotated in the direction opposite to the engine rotation direction, the control device It is determined whether or not to operate the engine based on the state of charge, and when it is determined that the engine is to be operated, the engine speed and torque are controlled based on the required power of the load, and the first rotation The torque acting on the second rotor from the stator is controlled so that the torque in the opposite direction acting on the second rotor from the stator becomes larger than the torque on the engine rotating direction acting on the second rotor from the child. Need to do To.

本発明の一態様では、電力変換部は、電力伝達部で取り出された交流電力を整流する整流器と、整流器で整流された電力を電圧変換して出力するDC−DCコンバータと、DC−DCコンバータで電圧変換された電力と蓄電装置からの直流電力とのいずれかを交流に変換して固定子導体へ供給することが可能なインバータと、を含み、制御装置は、第2回転子をエンジン回転方向と逆方向に回転させる場合に、蓄電装置の蓄電状態に基づいてエンジンの運転を行うと判定したときは、負荷の要求動力に基づいて、DC−DCコンバータにおける電圧変換比と、エンジンのスロットル開度または燃料噴射量と、を制御することで、エンジンの回転速度及びトルクを制御することが好適である。   In one aspect of the present invention, the power conversion unit includes a rectifier that rectifies the AC power extracted by the power transmission unit, a DC-DC converter that converts the voltage rectified by the rectifier and outputs the voltage, and a DC-DC converter. An inverter capable of converting either of the electric power converted in voltage and the direct current power from the power storage device into alternating current and supplying the alternating current to the stator conductor, and the control device causes the second rotor to rotate the engine. When it is determined that the engine is to be operated based on the power storage state of the power storage device when rotating in the reverse direction, the voltage conversion ratio in the DC-DC converter and the engine throttle are determined based on the required power of the load. It is preferable to control the rotational speed and torque of the engine by controlling the opening degree or the fuel injection amount.

本発明の一態様では、制御装置は、第2回転子をエンジン回転方向と逆方向に回転させる場合に、蓄電装置の蓄電状態に基づいてエンジンの運転を行わないと判定したときは、固定子から第2回転子に前記逆方向のトルクを作用させることが好適である。   In one aspect of the present invention, when the control device rotates the second rotor in the direction opposite to the engine rotation direction and determines that the engine is not operated based on the power storage state of the power storage device, the stator It is preferable to apply the reverse torque to the second rotor.

本発明の一態様では、電力伝達部は、電力変換部に接続されたブラシと、第1回転子の回転子導体に接続され、ブラシに対し摺動しながら第1回転子とともに回転するスリップリングと、を含むことが好適である。   In one aspect of the present invention, the power transmission unit is connected to the brush connected to the power conversion unit and the rotor conductor of the first rotor, and is a slip ring that rotates with the first rotor while sliding with respect to the brush. It is preferable to include.

本発明によれば、負荷の要求動力に基づいてエンジンの回転速度及びトルクを制御するとともに、第1回転子から第2回転子に作用するエンジン回転方向のトルクよりも固定子から第2回転子に作用するエンジン回転方向と逆方向のトルクが大きくなるように、固定子から第2回転子に作用するトルクを制御することで、エンジンの動力を利用して発生させた電力を固定子導体へ供給して第2回転子をエンジン回転方向と逆方向に回転させるとともに、エンジンの動力で負荷の要求動力を賄うことができる。その結果、エンジンと負荷との間に前後進切替装置を設けず且つ蓄電装置からの電力を用いずに、負荷の逆転駆動が可能となる。   According to the present invention, the rotational speed and torque of the engine are controlled based on the required power of the load, and the stator to the second rotor is more than the torque in the engine rotation direction that acts on the second rotor from the first rotor. By controlling the torque acting on the second rotor from the stator so that the torque in the direction opposite to the engine rotating direction acting on the motor increases, the electric power generated using the engine power is sent to the stator conductor. The second rotor can be supplied and rotated in the direction opposite to the engine rotation direction, and the required power of the load can be covered by the engine power. As a result, it is possible to reversely drive the load without providing a forward / reverse switching device between the engine and the load and without using electric power from the power storage device.

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。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

図1〜3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2,3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無段変速機(CVT)44と、エンジン36と無段変速機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。   1-3 is a figure which shows the outline of a structure of the hybrid drive device provided with the power transmission device which concerns on embodiment of this invention, FIG. 1 shows the outline of the whole structure, FIG. The outline of a structure is shown. The hybrid drive device according to the present embodiment includes an engine (internal combustion engine) 36 provided as a prime mover capable of generating power (mechanical power) and a continuously variable transmission (between the engine 36 and wheels 38). CVT) 44, and the rotating electrical machine 10 provided between the engine 36 and the continuously variable transmission 44. In addition, about the hybrid drive device which concerns on this embodiment, it can be used as a power output device for driving a vehicle, for example.

回転電機10は、図示しないケーシングに固定されたステータ16と、ステータ16の径方向内側に配置されステータ16に対し相対回転可能な第1ロータ28と、ステータ16と第1ロータ28との間に配置されステータ16及び第1ロータ28に対し相対回転可能な第2ロータ18と、を有する。第1ロータ28は回転電機10の入力軸34と機械的に連結され、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にはエンジン36からの動力が伝達される。一方、第2ロータ18は回転電機10の出力軸24と機械的に連結されており、出力軸24は無段変速機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2ロータ18からの動力が無段変速機44で変速されてから伝達される。なお、以下の説明では、第1ロータ28を入力側ロータとし、第2ロータ18を出力側ロータとする。   The rotating electrical machine 10 includes a stator 16 fixed to a casing (not shown), a first rotor 28 that is disposed radially inward of the stator 16 and that can rotate relative to the stator 16, and between the stator 16 and the first rotor 28. And a second rotor 18 that is disposed and is rotatable relative to the stator 16 and the first rotor 28. The first rotor 28 is mechanically connected to the input shaft 34 of the rotating electrical machine 10, and the input shaft 34 is mechanically connected to the engine 36, so that power from the engine 36 is transmitted to the first rotor 28. The On the other hand, the second rotor 18 is mechanically connected to the output shaft 24 of the rotating electrical machine 10, and the output shaft 24 is mechanically connected to the wheels 38 via the continuously variable transmission 44. The power from the second rotor 18 is transmitted after being shifted by the continuously variable transmission 44. In the following description, the first rotor 28 is an input side rotor, and the second rotor 18 is an output side rotor.

ステータ16は、ステータコア(固定子鉄心)51と、ステータコア51にその周方向に沿って配設された複数相(例えば3相)のステータ巻線(固定子導体)20と、を含む。複数相のステータ巻線20に複数相(例えば3相)の交流電流が流れることで、ステータ巻線20は、ステータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。   The stator 16 includes a stator core (stator core) 51 and a plurality of (for example, three-phase) stator windings (stator conductors) 20 disposed on the stator core 51 along the circumferential direction thereof. When a plurality of phases (for example, three phases) of alternating current flows through the plurality of stator windings 20, the stator windings 20 can generate a rotating magnetic field that rotates in the stator circumferential direction.

入力側ロータ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)のロータ巻線(回転子導体)30と、を含む。複数相のロータ巻線30に複数相(例えば3相)の交流電流が流れることで、ロータ巻線30は、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。   The input-side rotor 28 includes a rotor core (first rotor core) 52 and a plurality of (for example, three-phase) rotor windings (rotor conductors) 30 disposed on the rotor core 52 along the circumferential direction thereof. Including. When a plurality of phases (for example, three phases) of alternating current flows through the plurality of rotor windings 30, the rotor windings 30 can generate a rotating magnetic field that rotates in the circumferential direction of the rotor.

出力側ロータ18は、ロータコア(第2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の外周部にステータ16(ステータコア51)と対向して配設されており、永久磁石33は、ロータコア53の内周部に入力側ロータ28(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。   The output-side rotor 18 includes a rotor core (second rotor core) 53 and permanent magnets 32 and 33 that are disposed on the rotor core 53 along the circumferential direction thereof and generate a field magnetic flux. The permanent magnet 32 is disposed on the outer peripheral portion of the rotor core 53 so as to face the stator 16 (stator core 51), and the permanent magnet 33 is opposed to the input-side rotor 28 (rotor core 52) on the inner peripheral portion of the rotor core 53. Arranged. Here, the permanent magnets 32 and 33 can also be integrated.

入力側ロータ28、出力側ロータ18、及びステータ16のより詳細な構成例を図4に示す。図4に示す例では、入力側ロータ28、出力側ロータ18、及びステータ16が同心円状に配置されている。ステータ16のステータコア51には、径方向内側へ(出力側ロータ18へ向けて)突出した複数のティース51aが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。入力側ロータ28のロータコア52には、径方向外側へ(出力側ロータ18へ向けて)突出した複数のティース52aがロータ周方向に沿って間隔をおいて配列されており、各ロータ巻線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。ステータ16のティース51aと出力側ロータ18の永久磁石32とが出力側ロータ18の回転中心軸(入力側ロータ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、入力側ロータ28のティース52aと出力側ロータ18の永久磁石33とがこの径方向に対向配置されている。ステータ巻線20の巻回軸及びロータ巻線30の巻回軸は、この径方向(入力側ロータ28と出力側ロータ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、出力側ロータ18の表面(外周面または内周面)に露出していてもよいし、出力側ロータ18内(ロータコア53内)に埋設されていてもよい。   A more detailed configuration example of the input side rotor 28, the output side rotor 18, and the stator 16 is shown in FIG. In the example shown in FIG. 4, the input side rotor 28, the output side rotor 18, and the stator 16 are arranged concentrically. In the stator core 51 of the stator 16, a plurality of teeth 51 a protruding radially inward (toward the output-side rotor 18) are arranged at intervals along the circumferential direction of the stator. The magnetic pole is configured by being wound around the teeth 51a. A plurality of teeth 52a protruding radially outward (toward the output-side rotor 18) are arranged on the rotor core 52 of the input-side rotor 28 at intervals along the circumferential direction of the rotor. Is wound around these teeth 52a, thereby forming a magnetic pole. The teeth 51a of the stator 16 and the permanent magnets 32 of the output-side rotor 18 are opposed to each other in the radial direction perpendicular to the rotation center axis of the output-side rotor 18 (which coincides with the rotation center axis of the input-side rotor 28). The teeth 52a of the side rotor 28 and the permanent magnets 33 of the output side rotor 18 are arranged to face each other in the radial direction. The winding axis of the stator winding 20 and the winding axis of the rotor winding 30 coincide with this radial direction (the direction in which the input side rotor 28 and the output side rotor 18 face each other). The permanent magnets 32 and 33 are arranged at intervals in the circumferential direction of the rotor, and the permanent magnet 32 is embedded in the rotor core 53 in a V shape. However, the permanent magnets 32 and 33 may be exposed on the surface (outer peripheral surface or inner peripheral surface) of the output-side rotor 18 or may be embedded in the output-side rotor 18 (in the rotor core 53). .

クラッチ48は、その係合/解放により、入力軸34(入力側ロータ28)と出力軸24(出力側ロータ18)との機械的係合及びその解除を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、入力側ロータ28と出力側ロータ18とを機械的に係合させることで、入力側ロータ28と出力側ロータ18とが一体となって等しい回転速度で回転する。一方、クラッチ48を解放して、入力側ロータ28と出力側ロータ18との機械的係合を解除することで、入力側ロータ28と出力側ロータ18との回転速度差が許容される。ここでのクラッチ48は、例えば油圧や電磁力を利用してその係合/解放を切り替えることが可能であり、さらに、クラッチ48に供給する油圧力や電磁力を調整することで、クラッチ48の締結力を調整することもできる。   The clutch 48 can selectively perform mechanical engagement between the input shaft 34 (input-side rotor 28) and the output shaft 24 (output-side rotor 18) and release thereof by engagement / release. By engaging the clutch 48 and mechanically engaging the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18, the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18 are integrally rotated at the same rotational speed. On the other hand, by releasing the clutch 48 and releasing the mechanical engagement between the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18, a difference in rotational speed between the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18 is allowed. Here, the clutch 48 can be switched between engagement and disengagement using, for example, hydraulic pressure or electromagnetic force. Further, by adjusting the hydraulic pressure or electromagnetic force supplied to the clutch 48, The fastening force can also be adjusted.

図1に示す例では、無段変速機44は、回転電機10の出力軸24に連結されエンジン36からの動力が伝達されるプライマリプーリ(入力回転部材)130と、車輪38に連結され車輪38へ動力を伝達するセカンダリプーリ(出力回転部材)132と、プライマリプーリ130及びセカンダリプーリ132に巻き掛けられた無端ベルト134と、を備えるベルト式無段変速機である。ベルト式無段変速機44は、プライマリプーリ130に伝達されたエンジン36からの動力を変速してセカンダリプーリ132から車輪38へ伝達する。そして、ベルト式無段変速機44は、プライマリプーリ130及びセカンダリプーリ132への無端ベルト134の掛かり径を例えば油圧力により変化させることで変速比γ(=プライマリプーリ130の回転速度/セカンダリプーリ132の回転速度)を変更する。ただし、ここでの無段変速機44の種類は特に限定されるものではなく、例えばトロイダル式無段変速機であってもよい。   In the example shown in FIG. 1, the continuously variable transmission 44 is connected to a primary pulley (input rotating member) 130 that is connected to the output shaft 24 of the rotating electrical machine 10 and to which power from the engine 36 is transmitted, and to the wheel 38. This is a belt-type continuously variable transmission that includes a secondary pulley (output rotating member) 132 that transmits power to a primary pulley 130 and an endless belt 134 that is wound around the secondary pulley 132. The belt type continuously variable transmission 44 shifts the power from the engine 36 transmitted to the primary pulley 130 and transmits it from the secondary pulley 132 to the wheels 38. The belt-type continuously variable transmission 44 changes the engagement diameter of the endless belt 134 to the primary pulley 130 and the secondary pulley 132 by, for example, hydraulic pressure, thereby changing the gear ratio γ (= rotational speed of the primary pulley 130 / secondary pulley 132. Change the rotation speed). However, the kind of continuously variable transmission 44 here is not specifically limited, For example, a toroidal continuously variable transmission may be sufficient.

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、ステータ巻線20の各相に供給することが可能である。   The chargeable / dischargeable power storage device 42 provided as a direct current power source can be constituted by a secondary battery, for example, and stores electrical energy. The inverter 40 includes a switching element (not shown), and converts DC power from the power storage device 42 into alternating current (for example, three-phase alternating current) by switching operation of the switching element, and converts each phase of the stator winding 20 to each phase. It is possible to supply.

スリップリング95は、入力側ロータ28と機械的に連結されており、ロータ巻線30の各相及びブラシ96とそれぞれ電気的に接続されている。スリップリング95は、回転が固定されたブラシ96に対し摺動しながら(ブラシ96との電気的接続を維持しながら)、入力側ロータ28とともに回転する。ブラシ96は、整流器93と電気的に接続されており、ブラシ96からの電力は整流器93へ供給される。このスリップリング95及びブラシ96により、入力側ロータ28のロータ巻線30の電力(交流電力)を取り出すための電力伝達部を構成することができ、取り出された交流電力は整流器93へ供給される。   The slip ring 95 is mechanically coupled to the input side rotor 28 and is electrically connected to each phase of the rotor winding 30 and the brush 96. The slip ring 95 rotates with the input-side rotor 28 while sliding with respect to the brush 96 whose rotation is fixed (while maintaining electrical connection with the brush 96). The brush 96 is electrically connected to the rectifier 93, and power from the brush 96 is supplied to the rectifier 93. The slip ring 95 and the brush 96 can constitute a power transmission unit for extracting the power (AC power) of the rotor winding 30 of the input side rotor 28, and the extracted AC power is supplied to the rectifier 93. .

整流器93は、スリップリング95及びブラシ96により取り出されたロータ巻線30からの交流電力を整流して直流に変換する。昇圧コンバータ(DC−DCコンバータ)94は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子のスイッチング動作により整流器93で整流された直流電力を昇圧(電圧変換)して出力する。昇圧コンバータ94で昇圧(電圧変換)された直流電力は、インバータ40で交流に変換されてからステータ巻線20の各相へ供給可能である。つまり、インバータ40は、昇圧コンバータ94で昇圧された直流電力と蓄電装置42からの直流電力とのいずれか(少なくとも一方)を交流に変換してステータ巻線20の各相へ供給することが可能である。また、昇圧コンバータ94で昇圧された直流電力を蓄電装置42に回収することも可能である。ここでの整流器93は、スリップリング95側から昇圧コンバータ94側への一方向のみの電力変換を行い、昇圧コンバータ94は、整流器93側から蓄電装置42側(あるいはインバータ40側)への一方向のみの電力変換を行う。このように、整流器93、昇圧コンバータ94、及びインバータ40を含んで、スリップリング95及びブラシ96により取り出された交流電力と蓄電装置42からの直流電力とのいずれか(少なくとも一方)を電力変換してステータ巻線20の各相へ供給することが可能な電力変換部を構成することができる。   The rectifier 93 rectifies AC power from the rotor winding 30 taken out by the slip ring 95 and the brush 96 and converts it into DC. The step-up converter (DC-DC converter) 94 includes a switching element, and boosts (voltage converts) DC power rectified by the rectifier 93 by the switching operation of the switching element and outputs it. The DC power boosted (voltage converted) by the boost converter 94 can be supplied to each phase of the stator winding 20 after being converted to AC by the inverter 40. That is, inverter 40 can convert either (at least one) of the DC power boosted by boost converter 94 and the DC power from power storage device 42 to AC and supply it to each phase of stator winding 20. It is. Further, the DC power boosted by the boost converter 94 can be recovered by the power storage device 42. Here, rectifier 93 performs power conversion in only one direction from slip ring 95 side to boost converter 94 side, and boost converter 94 is unidirectional from rectifier 93 side to power storage device 42 side (or inverter 40 side). Only perform power conversion. In this manner, including the rectifier 93, the boost converter 94, and the inverter 40, either (at least one) of the AC power extracted by the slip ring 95 and the brush 96 and the DC power from the power storage device 42 is converted. Thus, a power converter that can be supplied to each phase of the stator winding 20 can be configured.

電子制御ユニット50は、インバータ40のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、ステータ巻線20の各相に流れる交流電流を制御する。そして、電子制御ユニット50は、昇圧コンバータ94内のスイッチング素子をスイッチング動作するときのデューティ比を制御することで、昇圧コンバータ94での昇圧比(電圧変換比)を制御する。さらに、電子制御ユニット50は、エンジン36の運転状態の制御、及び無段変速機44の変速比の制御も行う。さらに、電子制御ユニット50は、クラッチ48の係合/解放を切り替えることで、入力側ロータ28と出力側ロータ18との機械的係合/その解除を切り替える制御も行う。   The electronic control unit 50 controls the alternating current flowing through each phase of the stator winding 20 by controlling the switching operation of the switching element of the inverter 40. The electronic control unit 50 controls the boost ratio (voltage conversion ratio) in the boost converter 94 by controlling the duty ratio when the switching element in the boost converter 94 is switched. Further, the electronic control unit 50 also controls the operation state of the engine 36 and the speed ratio of the continuously variable transmission 44. Further, the electronic control unit 50 also performs control to switch mechanical engagement / release of the input side rotor 28 and the output side rotor 18 by switching engagement / release of the clutch 48.

インバータ40のスイッチング動作により複数相のステータ巻線20に複数相(例えば3相)の交流電流が流れることで、ステータ巻線20は、ステータ周方向に回転する回転磁界を発生する。そして、ステータ巻線20で発生した回転磁界と永久磁石32で発生した界磁束との電磁気相互作用(吸引及び反発作用)により、出力側ロータ18にトルク(磁石トルク)を作用させることができ、出力側ロータ18を回転駆動することができる。つまり、蓄電装置42からステータ巻線20に供給された電力を出力側ロータ18の動力(機械的動力)に変換することができ、ステータ16及び出力側ロータ18を同期電動機(PMモータ部)として機能させることができる。さらに、インバータ40は、ステータ巻線20の各相に流れる交流電流を直流に変換して、電気エネルギーを蓄電装置42に回収する方向の変換も可能である。その場合は、出力側ロータ18の動力がステータ巻線20の電力に変換されて蓄電装置42に回収される。このように、ステータ16のステータ巻線20と出力側ロータ18の永久磁石32とが電磁気的に結合されていることで、ステータ巻線20で発生する回転磁界を出力側ロータ18に作用させて、ステータ16と出力側ロータ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4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が出力側ロータ18内(ロータコア53内)に埋設されている例では、ステータ16の発生する回転磁界が出力側ロータ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ステータ16と出力側ロータ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はステータ巻線20に対して電力の送受が可能である。   When a plurality of phases (for example, three phases) of alternating current flows through the plurality of stator windings 20 by the switching operation of the inverter 40, the stator windings 20 generate a rotating magnetic field that rotates in the circumferential direction of the stator. The torque (magnet torque) can be applied to the output-side rotor 18 by electromagnetic interaction (attraction and repulsion) between the rotating magnetic field generated in the stator winding 20 and the field magnetic flux generated in the permanent magnet 32. The output side rotor 18 can be rotationally driven. That is, the electric power supplied from the power storage device 42 to the stator winding 20 can be converted into the power (mechanical power) of the output-side rotor 18, and the stator 16 and the output-side rotor 18 are used as a synchronous motor (PM motor unit). Can function. Further, the inverter 40 can also convert the alternating current flowing in each phase of the stator winding 20 into a direct current and recover the electric energy in the power storage device 42. In that case, the motive power of the output-side rotor 18 is converted into the electric power of the stator winding 20 and recovered by the power storage device 42. As described above, the stator winding 20 of the stator 16 and the permanent magnet 32 of the output side rotor 18 are electromagnetically coupled, so that the rotating magnetic field generated in the stator winding 20 is applied to the output side rotor 18. A torque (magnet torque) can be applied between the stator 16 and the output-side rotor 18. Further, for example, as shown in FIG. 4, an example in which a magnetic material (ferromagnetic material) is disposed between the permanent magnets 32 as salient pole portions facing the stator 16 (tooth 51a), or the permanent magnet 32 is on the output side. In the example embedded in the rotor 18 (in the rotor core 53), the reluctance torque in addition to the magnet torque is also applied to the stator 16 and the output side rotor in response to the rotating magnetic field generated by the stator 16 acting on the output side rotor 18. 18 to act. The inverter 40 can perform bidirectional power conversion, and the power storage device 42 can transmit and receive power to and from the stator winding 20.

また、入力側ロータ28が出力側ロータ18に対し相対回転して入力側ロータ28(ロータ巻線30)と出力側ロータ18(永久磁石33)との間に回転差が生じるのに伴ってロータ巻線30に誘導起電力が発生し、この誘導起電力に起因してロータ巻線30に誘導電流が流れることで回転磁界が生じる。そして、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、出力側ロータ18にトルクを作用させることができ、出力側ロータ18を回転駆動することができる。このように、入力側ロータ28のロータ巻線30と出力側ロータ18の永久磁石33とが電磁気的に結合されていることで、ロータ巻線30で発生する回転磁界が出力側ロータ18に作用するのに応じて、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間にトルク(磁石トルク)が作用する。そのため、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間で動力(機械的動力)を伝達することができ、入力側ロータ28及び出力側ロータ18を誘導電磁カップリング部として機能させることができる。さらに、永久磁石33間に突極部として磁性体(強磁性体)が入力側ロータ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が出力側ロータ18内(ロータコア53内)に埋設されている例では、入力側ロータ28の発生する回転磁界が出力側ロータ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入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用する。   Further, as the input side rotor 28 rotates relative to the output side rotor 18, a rotation difference is generated between the input side rotor 28 (rotor winding 30) and the output side rotor 18 (permanent magnet 33). An induced electromotive force is generated in the winding 30 and an induced current flows through the rotor winding 30 due to the induced electromotive force, thereby generating a rotating magnetic field. The torque can be applied to the output-side rotor 18 by the electromagnetic interaction between the rotating magnetic field generated by the induced current of the rotor winding 30 and the field flux of the permanent magnet 33, and the output-side rotor 18 is driven to rotate. Can do. As described above, the rotor winding 30 of the input-side rotor 28 and the permanent magnet 33 of the output-side rotor 18 are electromagnetically coupled, so that the rotating magnetic field generated in the rotor winding 30 acts on the output-side rotor 18. As a result, torque (magnet torque) acts between the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18. Therefore, power (mechanical power) can be transmitted between the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18, and the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18 can function as an induction electromagnetic coupling unit. Further, an example in which a magnetic body (ferromagnetic body) is disposed as a salient pole portion between the permanent magnets 33 so as to face the input side rotor 28 (tooth 52a), or the permanent magnet 33 is disposed in the output side rotor 18 (rotor core 53). In the example embedded in the inner), in accordance with the rotating magnetic field generated by the input-side rotor 28 acting on the output-side rotor 18, the reluctance torque in addition to the magnet torque is applied to the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18. Acts during.

ロータ巻線30の誘導電流により入力側ロータ28と出力側ロータ18との間にトルクを発生させる際には、電子制御ユニット50は、昇圧コンバータ94の出力電圧が蓄電装置42の電圧よりも高くなるように昇圧コンバータ94での昇圧比を制御する。これによって、昇圧コンバータ94から蓄電装置42とインバータ40間の配線へ電流が流れ、ロータ巻線30に誘導電流が流れるため、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間にトルクが作用する。一方、電子制御ユニット50は、昇圧コンバータ94の出力電圧が蓄電装置42の電圧よりも低くなるように昇圧コンバータ94での昇圧比を制御することで、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に回転差が生じてもロータ巻線30に誘導電流が流れなくなり、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間にトルクは作用しなくなる。また、昇圧コンバータ94内のスイッチング素子をオフ状態に維持して昇圧コンバータ94による昇圧(電圧変換)を停止させることによっても、ロータ巻線30に誘導電流が流れなくなり、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間にトルクは作用しなくなる。   When the torque is generated between the input side rotor 28 and the output side rotor 18 by the induced current of the rotor winding 30, the electronic control unit 50 causes the output voltage of the boost converter 94 to be higher than the voltage of the power storage device 42. Thus, the boost ratio in the boost converter 94 is controlled. As a result, a current flows from the boost converter 94 to the wiring between the power storage device 42 and the inverter 40, and an induced current flows through the rotor winding 30, so that torque acts between the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18. On the other hand, the electronic control unit 50 controls the step-up ratio in the boost converter 94 so that the output voltage of the boost converter 94 is lower than the voltage of the power storage device 42, so that the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18 Even if a rotational difference occurs between them, the induction current does not flow through the rotor winding 30, and the torque does not act between the input side rotor 28 and the output side rotor 18. Also, by stopping the boosting (voltage conversion) by the boost converter 94 while maintaining the switching element in the boost converter 94 in the off state, the induced current does not flow through the rotor winding 30, and the input side rotor 28 and the output side Torque stops working with the rotor 18.

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。   Next, the operation of the hybrid drive device according to this embodiment will be described.

エンジン36が動力を発生している場合は、エンジン36の動力が入力側ロータ28に伝達され、入力側ロータ28がエンジン回転方向に回転駆動する。入力側ロータ28の回転速度が出力側ロータ18の回転速度より高くなると、ロータ巻線30に誘導起電力が発生する。電子制御ユニット50は、昇圧コンバータ94の出力電圧が蓄電装置42の電圧よりも高くなるように昇圧コンバータ94での昇圧比を制御することで、ロータ巻線30に誘導電流が流れ、この誘導電流と永久磁石33の界磁束との電磁気相互作用により出力側ロータ18にエンジン回転方向のトルクが作用して出力側ロータ18がエンジン回転方向に回転駆動する。このように、入力側ロータ28に伝達されたエンジン36からの動力は、入力側ロータ28のロータ巻線30と出力側ロータ18の永久磁石33との電磁気結合によって、出力側ロータ18へ伝達される。出力側ロータ18に伝達された動力は、無段変速機44で変速されてから車輪38へ伝達されることで、車両の前進駆動等、負荷の正転駆動に用いられる。したがって、エンジン36の動力を用いて車輪38を正転方向に回転駆動することができ、車両を前進方向に駆動することができる。さらに、入力側ロータ28と出力側ロータ18との回転差を許容することができるため、車輪38の回転が停止してもエンジン36がストールすることはない。そのため、回転電機10を発進装置として機能させることができ、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。   When the engine 36 is generating power, the power of the engine 36 is transmitted to the input side rotor 28, and the input side rotor 28 is rotationally driven in the engine rotation direction. When the rotational speed of the input side rotor 28 becomes higher than the rotational speed of the output side rotor 18, an induced electromotive force is generated in the rotor winding 30. The electronic control unit 50 controls the boost ratio in the boost converter 94 so that the output voltage of the boost converter 94 is higher than the voltage of the power storage device 42, whereby an induced current flows in the rotor winding 30, and this induced current Torque in the engine rotation direction acts on the output-side rotor 18 due to electromagnetic interaction between the magnetic field flux of the permanent magnet 33 and the permanent magnet 33, and the output-side rotor 18 is rotationally driven in the engine rotation direction. Thus, the power from the engine 36 transmitted to the input side rotor 28 is transmitted to the output side rotor 18 by electromagnetic coupling between the rotor winding 30 of the input side rotor 28 and the permanent magnet 33 of the output side rotor 18. The The motive power transmitted to the output side rotor 18 is transmitted to the wheel 38 after being shifted by the continuously variable transmission 44 and used for forward driving of the load such as forward driving of the vehicle. Therefore, the wheel 38 can be rotationally driven in the forward direction using the power of the engine 36, and the vehicle can be driven in the forward direction. Further, since the rotation difference between the input side rotor 28 and the output side rotor 18 can be allowed, the engine 36 does not stall even if the rotation of the wheels 38 is stopped. Therefore, the rotating electrical machine 10 can function as a starting device, and there is no need to separately provide a starting device such as a friction clutch or a torque converter.

さらに、ロータ巻線30に発生した交流電力は、スリップリング95及びブラシ96を介して取り出される。取り出された交流電力は整流器93で直流に整流され、整流された直流電力は昇圧コンバータ94で昇圧される。そして、昇圧コンバータ94からの直流電力がインバータ40で交流に変換されてからステータ巻線20に供給されることで、ステータ16に回転磁界が形成される。このステータ16の回転磁界と出力側ロータ18の永久磁石32の界磁束との電磁気相互作用によっても、出力側ロータ18にエンジン回転方向のトルクを作用させることができる。これによって、出力側ロータ18のエンジン回転方向のトルクを増幅させるトルク増幅機能を実現することができる。また、昇圧コンバータ94からの直流電力を蓄電装置42に回収することも可能である。   Further, AC power generated in the rotor winding 30 is taken out via the slip ring 95 and the brush 96. The extracted AC power is rectified to DC by a rectifier 93, and the rectified DC power is boosted by a boost converter 94. Then, the DC power from the boost converter 94 is converted into AC by the inverter 40 and then supplied to the stator winding 20, whereby a rotating magnetic field is formed in the stator 16. The torque in the engine rotation direction can be applied to the output side rotor 18 also by the electromagnetic interaction between the rotating magnetic field of the stator 16 and the field flux of the permanent magnet 32 of the output side rotor 18. As a result, a torque amplification function for amplifying the torque of the output side rotor 18 in the engine rotation direction can be realized. It is also possible to collect DC power from boost converter 94 in power storage device 42.

さらに、蓄電装置42からステータ巻線20へ電力供給するようにインバータ40のスイッチング動作を制御することで、エンジン36の動力を用いて車輪38を正転方向に回転駆動するとともに、ステータ巻線20への供給電力を用いて発生させた出力側ロータ18の動力により車輪38の正転方向の回転駆動をアシストすることができる。また、負荷の減速運転時には、電子制御ユニット50は、ステータ巻線20から蓄電装置42へ電力回収するようにインバータ40のスイッチング動作を制御することで、負荷の動力をステータ巻線20と永久磁石32との電磁気結合によってステータ巻線20の電力に変換して蓄電装置42に回収することができる。   Further, by controlling the switching operation of the inverter 40 so that electric power is supplied from the power storage device 42 to the stator winding 20, the wheel 38 is rotated in the normal rotation direction using the power of the engine 36, and the stator winding 20. The rotational drive of the wheel 38 in the forward rotation direction can be assisted by the power of the output-side rotor 18 generated using the power supplied to the wheel. Further, at the time of load deceleration operation, the electronic control unit 50 controls the switching operation of the inverter 40 so that power is recovered from the stator winding 20 to the power storage device 42, so that the load power is transmitted to the stator winding 20 and the permanent magnet. The electric power of the stator winding 20 can be converted by the electromagnetic coupling with 32 and recovered in the power storage device 42.

また、クラッチ48を係合して入力側ロータ28と出力側ロータ18とを機械的に連結することもできる。これによって、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間のすべりに伴ってロータ巻線30に誘導電流が流れることで生じるジュール損失を抑えることができる。また、クラッチ48を係合する場合は、クラッチ48の締結力を調整することで、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間で伝達されるトルクを制限することができる。したがって、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間で衝撃トルクの伝達を抑制することができる。   Further, the input side rotor 28 and the output side rotor 18 can be mechanically coupled by engaging the clutch 48. As a result, it is possible to suppress Joule loss caused by the induction current flowing through the rotor winding 30 due to the slip between the input side rotor 28 and the output side rotor 18. When engaging the clutch 48, the torque transmitted between the input side rotor 28 and the output side rotor 18 can be limited by adjusting the fastening force of the clutch 48. Therefore, transmission of impact torque between the input side rotor 28 and the output side rotor 18 can be suppressed.

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からステータ巻線20へ電力供給するようにインバータ40のスイッチング動作を制御することで、ステータ巻線20への供給電力をステータ巻線20と永久磁石32との電磁気結合によって出力側ロータ18の動力に変換し、車輪38を回転駆動する。このように、エンジン36が動力を発生していなくても、ステータ巻線20への電力供給により車輪38を回転駆動することができる。   In addition, when EV (Electric Vehicle) traveling is performed by driving the load using the power of the rotating electrical machine 10 without using the power of the engine 36 (rotating the wheel 38), the electronic control unit 50 By controlling the switching operation, drive control of the load is performed. For example, the electronic control unit 50 controls the switching operation of the inverter 40 so that power is supplied from the power storage device 42 to the stator winding 20, thereby supplying the stator winding 20 with the stator winding 20 and the permanent magnet 32. Is converted into the power of the output-side rotor 18 by the electromagnetic coupling, and the wheel 38 is rotationally driven. Thus, even if the engine 36 is not generating power, the wheels 38 can be rotationally driven by supplying power to the stator winding 20.

次に、車輪38を逆転方向に回転駆動して車両を後進方向に駆動する、つまり負荷を逆転駆動する場合の動作について説明する。   Next, the operation in the case where the wheel 38 is driven to rotate in the reverse direction to drive the vehicle in the reverse direction, that is, the load is driven in the reverse direction will be described.

本実施形態では、エンジン36と車輪38との間に前後進切替装置が設けられていないため、エンジン36の動力を入力側ロータ28のロータ巻線30と出力側ロータ18の永久磁石33との電磁気結合により車輪38へ伝達することで、車両を後進方向に駆動する(車輪38を逆転方向に回転駆動する)ことはできない。蓄電装置42からステータ巻線20へ電力供給して出力側ロータ18に逆転方向のトルクを作用させ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、車輪38を逆転方向に回転駆動することは可能である。つまり、EV走行により車両を後進方向に駆動することは可能である。しかし、蓄電装置42に蓄えられている電気エネルギーが少ないときには、蓄電装置42からステータ巻線20への電力供給により(EV走行により)、車輪38(出力側ロータ18)を逆転方向に回転駆動することが困難となる。エンジン36と車輪38との間に前後進切替装置を設ければ、エンジン36の動力を入力側ロータ28のロータ巻線30と出力側ロータ18の永久磁石33との電磁気結合により車輪38へ伝達することで、蓄電装置42に蓄えられている電気エネルギーが少なくてもエンジン36の動力を用いて車輪38を逆転方向に回転駆動することが可能となる。しかし、前後進切替装置を設ける分、構成の大型化及び高コスト化を招くことになる。   In this embodiment, since the forward / reverse switching device is not provided between the engine 36 and the wheel 38, the power of the engine 36 is transmitted between the rotor winding 30 of the input side rotor 28 and the permanent magnet 33 of the output side rotor 18. By transmitting to the wheel 38 by electromagnetic coupling, the vehicle cannot be driven in the reverse direction (the wheel 38 is rotationally driven in the reverse direction). By controlling the switching operation of the inverter 40 so that electric power is supplied from the power storage device 42 to the stator winding 20 and the torque on the output side rotor 18 is applied to the output side rotor 18, the wheels 38 can be rotationally driven in the reverse direction. It is. That is, it is possible to drive the vehicle in the reverse direction by EV traveling. However, when the electrical energy stored in the power storage device 42 is small, the wheels 38 (the output-side rotor 18) are driven to rotate in the reverse direction by supplying power from the power storage device 42 to the stator winding 20 (by EV traveling). It becomes difficult. If a forward / reverse switching device is provided between the engine 36 and the wheel 38, the power of the engine 36 is transmitted to the wheel 38 by electromagnetic coupling between the rotor winding 30 of the input side rotor 28 and the permanent magnet 33 of the output side rotor 18. As a result, even if the electrical energy stored in the power storage device 42 is small, the wheels 38 can be rotationally driven in the reverse direction using the power of the engine 36. However, since the forward / reverse switching device is provided, the configuration is increased in size and cost.

そこで、本実施形態では、車両を後進方向に駆動する(車輪38を逆転方向に回転駆動する)場合には、エンジン36の動力を用いて入力側ロータ28及び出力側ロータ18による誘導電磁カップリング部を発電運転して入力側ロータ28のロータ巻線30に電力を発生させる。そして、このロータ巻線30に発生した電力を、スリップリング95及びブラシ96により取り出し、整流器93、昇圧コンバータ94、及びインバータ40により電力変換してからステータ巻線20へ供給することで、ステータ16及び出力側ロータ18によるPMモータ部を力行運転して出力側ロータ18を逆転方向(エンジン回転方向と逆方向)に回転駆動する。これによって、エンジン36と車輪38との間に前後進切替装置を設けず且つ蓄電装置42からの電力を用いずに、車輪38を逆転方向に回転駆動する。   Therefore, in the present embodiment, when the vehicle is driven in the reverse direction (wheels 38 are rotated in the reverse direction), induction electromagnetic coupling is performed by the input side rotor 28 and the output side rotor 18 using the power of the engine 36. The power generation operation of the part is performed to generate electric power in the rotor winding 30 of the input side rotor 28. Then, the electric power generated in the rotor winding 30 is taken out by the slip ring 95 and the brush 96, converted into electric power by the rectifier 93, the step-up converter 94, and the inverter 40 and then supplied to the stator winding 20, whereby the stator 16 And the PM motor part by the output side rotor 18 is power-running, and the output side rotor 18 is rotationally driven in the reverse rotation direction (the direction opposite to the engine rotation direction). Thus, the wheel 38 is rotated in the reverse direction without providing the forward / reverse switching device between the engine 36 and the wheel 38 and without using the electric power from the power storage device 42.

ここで、エンジン36のトルク(入力側ロータ28から出力側ロータ18に作用するトルク)をTeng、ステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクをTMG、出力軸24(出力側ロータ18)のトルクをToutとする。エンジン36が動力を発生している状態で車輪38を正転方向に回転駆動する場合には、図5に示すように、出力側ロータ18の回転方向、及びステータ16で発生させる回転磁界の方向は、いずれもエンジン回転方向と同方向であり、入力側ロータ28から出力側ロータ18に作用するトルクTengの方向、及びステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGの方向は、いずれもエンジン回転方向と同方向である。そのため、車輪38を正転方向に回転駆動する場合には、出力軸24(出力側ロータ18)のトルクToutは以下の(1)式で表される。 Here, the torque of the engine 36 (torque acting on the output side rotor 18 from the input side rotor 28) is T eng , the torque acting on the output side rotor 18 from the stator 16 is T MG , and the output shaft 24 (output side rotor 18). T out is defined as T out . When the wheels 38 are rotationally driven in the forward rotation direction while the engine 36 is generating power, the rotation direction of the output-side rotor 18 and the direction of the rotating magnetic field generated by the stator 16 are shown in FIG. Are the same as the engine rotation direction, and the direction of the torque T eng acting on the output side rotor 18 from the input side rotor 28 and the direction of the torque T MG acting on the output side rotor 18 from the stator 16 Is also in the same direction as the engine rotation direction. Therefore, when the wheel 38 is rotationally driven in the forward rotation direction, the torque T out of the output shaft 24 (output side rotor 18) is expressed by the following equation (1).

out=TMG+Teng (1) T out = T MG + T eng (1)

一方、エンジン36が動力を発生している状態で車輪38を逆転方向に回転駆動する場合には、図6に示すように、出力側ロータ18の回転方向、及びステータ16で発生させる回転磁界の方向は、いずれもエンジン回転方向と逆方向であり、入力側ロータ28から出力側ロータ18に作用するトルクTengの方向がエンジン回転方向と同方向であるのに対して、ステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGの方向がエンジン回転方向と逆方向となる。そのため、車輪38を逆転方向に回転駆動する場合には、出力軸24(出力側ロータ18)のトルクToutは以下の(2)式で表される。(2)式において、出力軸24のトルクTout、及びステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGについては、エンジン回転方向と逆方向を正とし、入力側ロータ28から出力側ロータ18に作用するトルク(エンジン36のトルク)Tengについては、エンジン回転方向と同方向を正としている。(2)式から、エンジン36が動力を発生している状態で車輪38を逆転方向に回転駆動するためには、ステータ16から出力側ロータ18に作用させるエンジン回転方向と逆方向のトルクTMGを入力側ロータ28から出力側ロータ18に作用するエンジン回転方向と同方向のトルクTengよりも大きくする必要がある。 On the other hand, when the wheels 38 are rotationally driven in the reverse direction while the engine 36 is generating power, the rotational direction of the output-side rotor 18 and the rotating magnetic field generated by the stator 16 as shown in FIG. The directions are opposite to the engine rotation direction, and the direction of the torque T eng acting on the output side rotor 18 from the input side rotor 28 is the same direction as the engine rotation direction, whereas the direction from the stator 16 to the output side The direction of the torque TMG acting on the rotor 18 is opposite to the engine rotation direction. Therefore, when the wheel 38 is rotationally driven in the reverse rotation direction, the torque T out of the output shaft 24 (output side rotor 18) is expressed by the following equation (2). In the equation (2), the torque T out of the output shaft 24 and the torque T MG acting from the stator 16 to the output side rotor 18 are positive in the direction opposite to the engine rotation direction, and the input side rotor 28 to the output side rotor 18 are positive. As for the torque (torque of the engine 36) T eng acting on the engine, the same direction as the engine rotation direction is positive. From equation (2), in order to rotationally drive the wheel 38 in the reverse direction while the engine 36 is generating power, the torque T MG in the direction opposite to the engine rotation direction applied from the stator 16 to the output-side rotor 18. Needs to be larger than the torque T eng in the same direction as the engine rotation direction acting on the output side rotor 18 from the input side rotor 28.

out=TMG−Teng (2) T out = T MG −T eng (2)

エンジン36が動力を発生している状態で車輪38を逆転方向に回転駆動する場合のパワーフローを図7に示す。図7における電力変換部には、整流器93、昇圧コンバータ94、及びインバータ40が含まれる。図7に示すパワーフローにおいては、エンジン36の動力Wengが誘導電磁カップリング部(入力側ロータ28及び出力側ロータ18)の発電運転により入力側ロータ28のロータ巻線30の発電電力WGに変換される。ロータ巻線30の発電電力WGは電力変換部(整流器93、昇圧コンバータ94、及びインバータ40)で電力変換されてからステータ16のステータ巻線20へ供給される。ステータ巻線20に供給された電力は、PMモータ部(ステータ16及び出力側ロータ18)の力行運転により出力側ロータ18の動力WMGに変換される。その際には、出力側ロータ18は入力側ロータ28と逆方向に回転駆動し、出力側ロータ18の動力WMGの一部が誘導電磁カップリング部の発電運転により入力側ロータ28のロータ巻線30の発電電力WGに変換されるため、出力側ロータ18の動力WMGの一部が電力に変換されてステータ巻線20へ供給される動力循環が発生する。そして、出力側ロータ18の動力WMGの残りが出力軸24から無段変速機44を介して車輪38へ伝達される。図7に示すパワーフローから、蓄電装置42からの電力を用いずに車輪38を逆転方向に回転駆動するためには、出力軸24(車輪38)に要求される動力をエンジン36の動力で賄う必要があり、電子制御ユニット50は、エンジン36の動力が車輪38に要求される動力以上となるようにエンジン36の運転状態(トルク及び回転速度)を制御する必要がある。 FIG. 7 shows a power flow when the wheels 38 are driven to rotate in the reverse direction while the engine 36 is generating power. The power converter in FIG. 7 includes a rectifier 93, a boost converter 94, and an inverter 40. In the power flow shown in FIG. 7, the power W eng of the engine 36 is generated by the induction electromagnetic coupling unit (the input side rotor 28 and the output side rotor 18) and the generated power W G of the rotor winding 30 of the input side rotor 28. Is converted to Generated power W G of the rotor winding 30 is supplied to the power conversion unit (rectifier 93, boost converter 94, and the inverter 40) stator windings 20 of the stator 16 after being power conversion. The electric power supplied to the stator winding 20 is converted into power W MG of the output side rotor 18 by the power running operation of the PM motor unit (the stator 16 and the output side rotor 18). At that time, the output-side rotor 18 is rotationally driven in a direction opposite to that of the input-side rotor 28, and a part of the power WMG of the output-side rotor 18 is wound around the rotor of the input-side rotor 28 by the power generation operation of the induction electromagnetic coupling unit. to be converted into electric power generated W G on line 30, power circulation is generated part of the power W MG output side rotor 18 is supplied to the stator winding 20 is converted into electric power. The remainder of the power W MG of the output side rotor 18 is transmitted from the output shaft 24 to the wheels 38 via the continuously variable transmission 44. From the power flow shown in FIG. 7, in order to rotationally drive the wheel 38 in the reverse direction without using the electric power from the power storage device 42, the power required for the output shaft 24 (wheel 38) is covered by the power of the engine 36. The electronic control unit 50 needs to control the operating state (torque and rotational speed) of the engine 36 so that the power of the engine 36 is equal to or higher than the power required for the wheels 38.

エンジン36(入力側ロータ28)の回転速度をNeng、出力軸24(出力側ロータ18)の回転速度をNoutとすると、エンジン36の動力Wengは以下の(3)式で表され、PMモータ部の力行運転による出力側ロータ18の動力WMGは以下の(4)式で表され、出力軸24から無段変速機44を介して車輪38へ伝達される動力Woutは以下の(5)式で表される。 When the rotational speed of the engine 36 (input side rotor 28) is N eng and the rotational speed of the output shaft 24 (output side rotor 18) is N out , the power W eng of the engine 36 is expressed by the following equation (3): The power W MG of the output side rotor 18 by the power running operation of the PM motor unit is expressed by the following equation (4), and the power W out transmitted from the output shaft 24 to the wheels 38 via the continuously variable transmission 44 is as follows. It is represented by the formula (5).

eng=Teng×Neng (3)
MG=TMG×Nout (4)
out=Tout×Nout (5)
W eng = T eng × N eng (3)
W MG = T MG × N out (4)
W out = T out × N out (5)

また、誘導電磁カップリング部(入力側ロータ28及び出力側ロータ18)の発電効率をηG、PMモータ部(ステータ16及び出力側ロータ18)のモータ効率をηMGとすると、PMモータ部の力行運転による出力側ロータ18の動力WMGに関して以下の(6)式が成立する。 Further, when the power generation efficiency of the induction electromagnetic coupling part (input side rotor 28 and output side rotor 18) is η G and the motor efficiency of the PM motor part (stator 16 and output side rotor 18) is η MG , the PM motor part (6) is established below for power W MG output side rotor 18 by the power running operation.

MG=ηMG×ηG×Teng×(Neng+Nout) (6) W MG = η MG × η G × T eng × (N eng + N out) (6)

(2)〜(6)式から、エンジン36の動力が車輪38へ伝達されるまでの効率η(=Wout/Weng)は、以下の(7)式で表される。(7)式から、出力軸24のトルクToutに対してエンジン36のトルクTengが小さいほど効率ηが高くなることがわかる。これは動力循環の量が出力軸24のトルクToutとエンジン36のトルクTengとの比によって決まるためである。 From the equations (2) to (6), the efficiency η (= W out / W eng ) until the power of the engine 36 is transmitted to the wheel 38 is expressed by the following equation (7). From the equation (7), it can be seen that the efficiency η increases as the torque T eng of the engine 36 decreases with respect to the torque T out of the output shaft 24. This is because the amount of power circulation is determined by the ratio between the torque T out of the output shaft 24 and the torque T eng of the engine 36.

Figure 2009274537
Figure 2009274537

ここで、PMモータ部の最大トルク(ステータ16から出力側ロータ18に作用する最大トルク)を300Nm、PMモータ部の最大出力を40kW、誘導電磁カップリング部の効率を0.8(一定)、PMモータ部の効率を0.8(一定)とした場合に、車速に対する出力トルク(車輪38のトルク)の特性を計算した例を図8に示す。図8に示すように、エンジン36の回転速度をNengを変化させることで、車速に対する出力トルクの特性を変化させることができる。また、エンジン36のトルクTengを変化させることによっても、車速に対する出力トルクの特性を変化させることができる。そこで、電子制御ユニット50は、車両を後退方向に駆動する(出力側ロータ18をエンジン回転方向と逆方向に回転駆動する)場合には、与えられた車両の要求動力に基づいてエンジン36の回転速度Neng及びトルクTengを制御する。さらに、電子制御ユニット50は、入力側ロータ28から出力側ロータ18に作用するエンジン回転方向のトルクTengよりもステータ16から出力側ロータ18に作用するエンジン回転方向と逆方向のトルクTMGが大きくなるように、ステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGを制御する。これによって、エンジン36が動力を発生している状態で出力側ロータ18をエンジン回転方向と逆方向に回転駆動するとともに、車両の要求動力をエンジン36の動力により賄う。なお、車両の要求動力については、車輪38の要求トルクと、図示しないセンサで検出された車輪38の回転速度(車速)とから演算することができ、車輪38の要求トルクについては、例えば図示しないセンサで検出されたアクセル開度から演算することができる。 Here, the maximum torque of the PM motor unit (maximum torque acting on the output side rotor 18 from the stator 16) is 300 Nm, the maximum output of the PM motor unit is 40 kW, the efficiency of the induction electromagnetic coupling unit is 0.8 (constant), FIG. 8 shows an example in which the characteristics of the output torque (the torque of the wheels 38) with respect to the vehicle speed are calculated when the efficiency of the PM motor unit is 0.8 (constant). As shown in FIG. 8, the characteristic of the output torque with respect to the vehicle speed can be changed by changing N eng of the rotational speed of the engine 36. The characteristics of the output torque with respect to the vehicle speed can also be changed by changing the torque T eng of the engine 36. Therefore, when the electronic control unit 50 drives the vehicle in the backward direction (rotates the output-side rotor 18 in the direction opposite to the engine rotation direction), the electronic control unit 50 rotates the engine 36 based on the given required power of the vehicle. Control speed N eng and torque T eng . Further, the electronic control unit 50 has a torque T MG in the direction opposite to the engine rotation direction acting on the output side rotor 18 from the stator 16 rather than the torque T eng in the engine rotation direction acting on the output side rotor 18 from the input side rotor 28. The torque TMG acting on the output side rotor 18 from the stator 16 is controlled so as to increase. As a result, the output side rotor 18 is rotationally driven in the direction opposite to the engine rotation direction while the engine 36 is generating power, and the required power of the vehicle is covered by the power of the engine 36. The required power of the vehicle can be calculated from the required torque of the wheel 38 and the rotational speed (vehicle speed) of the wheel 38 detected by a sensor (not shown). The required torque of the wheel 38 is not shown, for example. It can be calculated from the accelerator opening detected by the sensor.

ステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGの制御については、インバータ40のスイッチング動作により例えばステータ巻線20に流す電流の振幅や位相角を制御することで行うことができる。また、エンジン36のトルクTengの制御については、エンジン36がガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関の場合は例えばスロットル開度を制御することで行うことができ、エンジン36がディーゼルエンジン等の圧縮着火式内燃機関の場合は例えば燃料噴射量を制御することで行うことができる。スロットル開度によりエンジン36のトルクTengを制御する場合は、エンジン36のスロットルを電子制御スロットルにより構成する。また、エンジン36の回転速度Nengの制御については、昇圧コンバータ94における昇圧比(電圧変換比)を制御することで行うことができる。以下、その理由について説明する。 The torque TMG that acts on the output side rotor 18 from the stator 16 can be controlled by controlling the amplitude and phase angle of the current flowing through the stator winding 20 by the switching operation of the inverter 40, for example. The torque T eng of the engine 36 can be controlled by controlling the throttle opening when the engine 36 is a spark ignition type internal combustion engine such as a gasoline engine. The engine 36 is compressed by a diesel engine or the like. In the case of an ignition type internal combustion engine, it can be performed by controlling the fuel injection amount, for example. When the torque T eng of the engine 36 is controlled by the throttle opening, the throttle of the engine 36 is configured by an electronic control throttle. Further, the rotation speed N eng of the engine 36 can be controlled by controlling the boost ratio (voltage conversion ratio) in the boost converter 94. The reason will be described below.

入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用するトルク(以下、電磁カップリングトルクとする)は、入力側ロータ28と出力側ロータ18との相対回転速度に応じて変化し、一般に図9に示すような相対回転速度−トルク特性で表される。さらに、相対回転速度−トルク特性は負荷抵抗に応じて変化し、図10に示すように、負荷抵抗の増加に対して電磁カップリングトルクのピーク値が相対回転速度の高い側へ推移する(比例推移)。そのため、負荷抵抗の調整により相対回転速度−トルク特性を制御することができ、負荷抵抗を大きい値に調整すると電磁カップリングトルクのピーク値が相対回転速度の高い側へ調整され、負荷抵抗を小さい値に調整すると電磁カップリングトルクのピーク値が相対回転速度の低い側へ調整される。ここでの負荷抵抗は、図11に示すロータ巻線30の外部回路97における等価抵抗を表し、この外部回路97には、スリップリング95、ブラシ96、整流器93、昇圧コンバータ94、インバータ40、及びステータ巻線20等が含まれる。これらの中で、昇圧コンバータ94及びインバータ40が等価抵抗(負荷抵抗)の可調整要素である。   Torque acting between the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18 (hereinafter referred to as electromagnetic coupling torque) varies according to the relative rotational speed between the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18, and is generally shown in FIG. 9 is represented by a relative rotation speed-torque characteristic. Furthermore, the relative rotational speed-torque characteristics change according to the load resistance, and as shown in FIG. 10, the peak value of the electromagnetic coupling torque shifts to the higher relative rotational speed side as the load resistance increases (proportional). Transition). Therefore, the relative rotational speed-torque characteristics can be controlled by adjusting the load resistance. When the load resistance is adjusted to a large value, the peak value of the electromagnetic coupling torque is adjusted to the higher relative rotational speed side, and the load resistance is reduced. When the value is adjusted, the peak value of the electromagnetic coupling torque is adjusted to the lower relative rotational speed side. The load resistance here represents an equivalent resistance in the external circuit 97 of the rotor winding 30 shown in FIG. 11, which includes a slip ring 95, a brush 96, a rectifier 93, a boost converter 94, an inverter 40, and A stator winding 20 and the like are included. Among these, the boost converter 94 and the inverter 40 are adjustable elements of equivalent resistance (load resistance).

外部回路97のうち、昇圧コンバータ94に着目した等価回路を図12に示す。図12における外部回路98には、インバータ40及びステータ巻線20等が含まれる。昇圧コンバータ94は、リアクトルLとダイオードDとスイッチング素子Sと平滑コンデンサCとを含んで構成され、スイッチング素子Sをオンオフさせるスイッチング動作によりa−a’端子間電圧E1とb−b’端子間電圧E2との昇圧比E2/E1を制御する。スイッチング素子Sのオン期間をTon、スイッチング素子Sのオフ期間をToff、スイッチング素子Sのスイッチング周期をT=Ton+Toffとし、スイッチング動作のデューティ比dを以下の(8)式のように定義すると、昇圧比E2/E1は以下の(9)式で表される。 Of the external circuit 97, an equivalent circuit focusing on the boost converter 94 is shown in FIG. The external circuit 98 in FIG. 12 includes an inverter 40, a stator winding 20 and the like. Boost converter 94 includes a reactor L, a diode D, a switching element S, and a smoothing capacitor C. A switching operation for turning on and off switching element S is performed between aa ′ terminal voltage E 1 and bb ′ terminal. The step-up ratio E 2 / E 1 with the voltage E 2 is controlled. When the ON period of the switching element S is Ton, the OFF period of the switching element S is Toff, the switching cycle of the switching element S is T = Ton + Toff, and the duty ratio d of the switching operation is defined as the following equation (8), The ratio E 2 / E 1 is expressed by the following equation (9).

d=Ton/(Ton+Toff) (8)
2/E1=1/(1−d) (9)
d = Ton / (Ton + Toff) (8)
E 2 / E 1 = 1 / (1-d) (9)

スイッチング素子Sのオン状態での等価回路を図13に、スイッチング素子Sのオフ状態での等価回路を図14に示す。スイッチング素子Sのオン状態(短絡状態)では、ロータ巻線30側から見た負荷抵抗は低くなり、スイッチング素子Sのオフ状態では、ロータ巻線30側から見た負荷抵抗は(スイッチング素子Sのオン状態よりも)高くなる。そのため、スイッチング素子Sのオン状態の割合を高くする(デューティ比dを大きくして昇圧比を増加させる)と負荷側の等価抵抗は低い値となり、スイッチング素子Sのオフ状態の割合を高くする(デューティ比dを小さくして昇圧比を減少させる)と負荷側の等価抵抗は高い値となる。さらに、インバータ40のスイッチング素子をオフ状態に維持することで、負荷側の等価抵抗をさらに高い値に制御することができる。したがって、昇圧コンバータ94での昇圧比を増加させることで、ロータ巻線30側から見た負荷抵抗を低くして、電磁カップリングトルクのピーク値を相対回転速度の低い側へ推移させることができる。一方、昇圧コンバータ94での昇圧比を減少させることで、ロータ巻線30側から見た負荷抵抗を高くして、電磁カップリングトルクのピーク値を相対回転速度の高い側へ推移させることができる。   FIG. 13 shows an equivalent circuit when the switching element S is in an on state, and FIG. 14 shows an equivalent circuit when the switching element S is in an off state. In the ON state (short circuit state) of the switching element S, the load resistance viewed from the rotor winding 30 side is low, and in the OFF state of the switching element S, the load resistance viewed from the rotor winding 30 side is (of the switching element S Higher than on) Therefore, if the ratio of the ON state of the switching element S is increased (the duty ratio d is increased to increase the step-up ratio), the equivalent resistance on the load side becomes a low value, and the ratio of the OFF state of the switching element S is increased ( When the duty ratio d is reduced to reduce the step-up ratio), the equivalent resistance on the load side becomes a high value. Furthermore, the equivalent resistance on the load side can be controlled to a higher value by maintaining the switching element of the inverter 40 in the OFF state. Therefore, by increasing the step-up ratio in the step-up converter 94, the load resistance viewed from the rotor winding 30 side can be lowered, and the peak value of the electromagnetic coupling torque can be shifted to the lower relative rotational speed side. . On the other hand, by reducing the step-up ratio in the step-up converter 94, the load resistance viewed from the rotor winding 30 side can be increased, and the peak value of the electromagnetic coupling torque can be shifted to the higher relative rotational speed side. .

また、電磁カップリングトルクをTc、エンジン軸慣性をJeとすると、エンジン36の回転角速度ωeは以下の(10)式で表される。(10)式から、エンジン36のトルクTengに応じて電磁カップリングトルクTcを制御することで、エンジン36の回転角速度ωeを制御することができる。 Further, if the electromagnetic coupling torque is T c and the engine shaft inertia is J e , the rotational angular velocity ω e of the engine 36 is expressed by the following equation (10). From the equation (10), the rotational angular velocity ω e of the engine 36 can be controlled by controlling the electromagnetic coupling torque T c according to the torque T eng of the engine 36.

Figure 2009274537
Figure 2009274537

ここで、エンジン36のトルクTengと出力軸24(出力側ロータ18)の回転角速度ωoutがともに一定であり、且つエンジン36のトルクTengと電磁カップリングトルクTcがエンジン36の回転角速度ωe0でほぼ釣り合った平衡状態を仮定する。この場合、図15,16から、回転角速度ωe0近傍において(10)式で表されるエンジン36の回転角速度ωeの振る舞いが安定となる条件は以下の(11)式で表される。このためには、以下の(12)式が満たされる範囲で本実施形態に係る動力伝達装置を動作させる必要がある。ここで、図15はエンジン36の回転角速度ωeの振る舞いが安定となる場合を示し、図16はエンジン36の回転角速度ωeの振る舞いが不安定となる場合を示す。したがって、エンジン36の回転角速度ωeの振る舞いが安定となるためには、図17に示すように、電磁カップリングトルクがピーク値となる相対回転速度(図17中の破線で示す)よりも低い範囲で本実施形態に係る動力伝達装置を動作させる必要がある。 Here, the rotational angular velocity omega out of the torque T eng and the output shaft 24 of the engine 36 (the output side rotor 18) are both constant, and the rotational angular velocity of the torque T eng and the electromagnetic coupling torque T c of the engine 36 is an engine 36 Assume an equilibrium state almost balanced at ω e0 . In this case, from FIGS. 15 and 16, the condition that the behavior of the rotational angular velocity ω e of the engine 36 expressed by the equation (10) becomes stable near the rotational angular velocity ω e0 is expressed by the following equation (11). For this purpose, it is necessary to operate the power transmission device according to the present embodiment within a range where the following expression (12) is satisfied. Here, FIG. 15 shows a case where the behavior of the rotational angular velocity omega e of the engine 36 becomes stable, FIG. 16 shows a case where the behavior of the rotational angular velocity omega e of the engine 36 becomes unstable. Therefore, in order for the behavior of the rotational angular speed ω e of the engine 36 to be stable, as shown in FIG. 17, the electromagnetic coupling torque is lower than the relative rotational speed (shown by the broken line in FIG. 17) at the peak value. It is necessary to operate the power transmission device according to the present embodiment within the range.

Figure 2009274537
Figure 2009274537

以上のことから、電子制御ユニット50は、エンジン36のトルクTengに基づいて昇圧コンバータ94での昇圧比を制御することで、電磁カップリングトルクTcを制御することができ、エンジン36の回転速度Nengを制御することができる。例えば、昇圧コンバータ94での昇圧比を増大させることで、電磁カップリングトルクのピーク値を相対回転速度の低い側へ推移させて電磁カップリングトルクTcを増大させることができる。そして、電磁カップリングトルクTcをエンジン36のトルクTengより増大させることで、エンジン36の回転速度Nengを減少させることができる。一方、昇圧コンバータ94での昇圧比を減少させることで、電磁カップリングトルクのピーク値を相対回転速度の高い側へ推移させて電磁カップリングトルクTcを減少させることができる。そして、電磁カップリングトルクTcをエンジン36のトルクTengより減少させることで、エンジン36の回転速度Nengを増大させることができる。さらに、インバータ40のスイッチング素子をオフ状態に維持することで、電磁カップリングトルクTcをさらに減少させることができる。 From the above, the electronic control unit 50 can control the electromagnetic coupling torque T c by controlling the step-up ratio in the step-up converter 94 based on the torque T eng of the engine 36, and the rotation of the engine 36. The speed N eng can be controlled. For example, by increasing the step-up ratio in the step-up converter 94, the electromagnetic coupling torque Tc can be increased by shifting the peak value of the electromagnetic coupling torque to the low relative rotational speed side. The rotational speed N eng of the engine 36 can be decreased by increasing the electromagnetic coupling torque T c from the torque T eng of the engine 36. On the other hand, by reducing the step-up ratio in the step-up converter 94, the peak value of the electromagnetic coupling torque can be shifted to the higher relative rotational speed side, and the electromagnetic coupling torque Tc can be reduced. The rotational speed N eng of the engine 36 can be increased by reducing the electromagnetic coupling torque T c from the torque T eng of the engine 36. Furthermore, the electromagnetic coupling torque Tc can be further reduced by maintaining the switching element of the inverter 40 in the OFF state.

次に、エンジン36が動力を発生している状態で車輪38を逆転方向に回転駆動する場合に、電子制御ユニット50がエンジン36の回転速度Neng及びトルクTengを制御するための処理について、図18に示すフローチャートを用いて説明する。まずステップS101では、与えられた車両の要求動力Ptv(車輪38の回転速度及び要求トルク)に対してエンジン36の目標トルクTtengが決定される。次にステップS102では、与えられた車両の要求動力Ptvに対してエンジン36の目標回転速度Ntengを決定するためにロータ巻線30の外部回路97における目標等価抵抗Rtが決定される。 Next, regarding the process for the electronic control unit 50 to control the rotational speed N eng and the torque T eng of the engine 36 when the wheels 38 are rotationally driven in the reverse direction while the engine 36 is generating power, This will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, in step S101, the target torque Tt eng of the engine 36 is determined for the given required power Ptv (rotation speed and required torque of the wheels 38) of the vehicle. Next, in step S102, the target equivalent resistance Rt in the external circuit 97 of the rotor winding 30 is determined in order to determine the target rotational speed Nt eng of the engine 36 for the given required power Ptv of the vehicle.

ステップS103では、電磁カップリングトルクTcがエンジン36の目標トルクTtengとバランスする(エンジン36の回転速度が安定する)ためのエンジン36の目標回転速度Ntengを演算するトルクバランス処理が実行される。このトルクバランス処理においては、図19のフローチャートに示す処理が実行される。まずステップS201では、電磁カップリングトルクTcが演算される。前述のように、電磁カップリングトルクTcは入力側ロータ28(エンジン36)と出力側ロータ18との相対回転速度Δrpmに応じて変化し、相対回転速度−電磁カップリングトルク特性は負荷抵抗に応じて変化する。そのため、エンジン36の目標回転速度Ntengと出力側ロータ18の回転速度Noutとの差と、目標等価抵抗Rtとに基づいて、電磁カップリングトルクTcを演算することができる。 In step S103, torque balance processing is performed to calculate the target rotational speed Nt eng of the engine 36 so that the electromagnetic coupling torque T c balances with the target torque Tt eng of the engine 36 (the rotational speed of the engine 36 is stabilized). The In this torque balance process, the process shown in the flowchart of FIG. 19 is executed. First, in step S201, the electromagnetic coupling torque Tc is calculated. As described above, the electromagnetic coupling torque Tc changes in accordance with the relative rotational speed Δrpm between the input side rotor 28 (engine 36) and the output side rotor 18, and the relative rotational speed-electromagnetic coupling torque characteristic depends on the load resistance. Will change accordingly. Therefore, the electromagnetic coupling torque T c can be calculated based on the difference between the target rotational speed Nt eng of the engine 36 and the rotational speed N out of the output side rotor 18 and the target equivalent resistance Rt.

ステップS202では、エンジン36の目標トルクTtengがステップS201で演算された電磁カップリングトルクTcより大きいか否かが判定される。エンジン36の目標トルクTtengが電磁カップリングトルクTcより大きい場合(ステップS202の判定結果がYesの場合)は、ステップS203において、電磁カップリングトルクTcを増加させるために、エンジン36の目標回転速度Ntengを現在値から所定量ΔNt1増加させて相対回転速度Δrpmを増加させる。そして、ステップS201に戻る。一方、エンジン36の目標トルクTtengが電磁カップリングトルクTc以下の場合(ステップS202の判定結果がNoの場合)は、ステップS204において、エンジン36の回転速度が安定するための目標回転速度Ntengが現在値に決定される。そして、トルクバランス処理の実行を終了する。 In step S202, it is determined whether or not the target torque Tt eng of the engine 36 is larger than the electromagnetic coupling torque Tc calculated in step S201. When the target torque Tt eng of the engine 36 is larger than the electromagnetic coupling torque T c (when the determination result of step S202 is Yes), in order to increase the electromagnetic coupling torque T c in step S203, the target of the engine 36 is set. The rotational speed Nt eng is increased by a predetermined amount ΔNt1 from the current value to increase the relative rotational speed Δrpm. Then, the process returns to step S201. On the other hand, when the target torque Tt eng of the engine 36 is equal to or less than the electromagnetic coupling torque T c (when the determination result in Step S202 is No), in Step S204, the target rotational speed Nt for stabilizing the rotational speed of the engine 36. eng is determined to be the current value. Then, the execution of the torque balance process is terminated.

トルクバランス処理の実行後は、ステップS104において、現在のエンジン36の目標出力(目標トルクTteng及び目標回転速度Nteng)が車両の要求動力Ptvを賄うのに十分であるか否かが判定される。ここでは、PMモータ部の力行運転による出力側ロータ18の動力WMGに関して前述の(6)式が成立することから、以下の(13)式が成立するか否かを判定することで、現在のエンジン36の目標トルクTteng及び目標回転速度Ntengで車両の要求動力Ptvを賄えるか否かを判定することができる。(13)式が成立せず、現在のエンジン36の目標出力が車両の要求動力Ptvを賄うのに十分でない場合(ステップS104の判定結果がNoの場合)は、ステップS105において、エンジン36の目標回転速度Ntengを現在値から増加させるために、目標等価抵抗Rtを現在値から所定量ΔRt1増加させる。あるいは、ステップS105において、エンジン36の目標トルクTtengを現在値から所定量ΔTt1増加させる。そして、ステップS103に戻る。一方、(13)式が成立し、現在のエンジン36の目標出力が車両の要求動力Ptvを賄うのに十分である場合(ステップS104の判定結果がYesの場合)は、ステップS106に進む。 After execution of the torque balance process, in step S104, it is determined whether or not the current target output (target torque Tt eng and target rotational speed Nt eng ) of the engine 36 is sufficient to cover the required power Ptv of the vehicle. The Here, since the above equation (6) is established for the power W MG of the output side rotor 18 by the power running operation of the PM motor unit, it is determined whether the following equation (13) is established or not. it can be the target torque Tt eng and the target rotation speed Nt eng of the engine 36 to determine whether can cover the required power Ptv vehicle. If equation (13) does not hold and the current target output of the engine 36 is not sufficient to cover the required power Ptv of the vehicle (if the determination result in step S104 is No), the target of the engine 36 is determined in step S105. In order to increase the rotational speed Nt eng from the current value, the target equivalent resistance Rt is increased by a predetermined amount ΔRt1 from the current value. Alternatively, in step S105, the target torque Tt eng of the engine 36 is increased by a predetermined amount ΔTt1 from the current value. Then, the process returns to step S103. On the other hand, if the equation (13) is established and the current target output of the engine 36 is sufficient to cover the required power Ptv of the vehicle (if the determination result in step S104 is Yes), the process proceeds to step S106.

ηMG×ηG×Tteng×(Nteng+Nout)−Tteng×Nout≧Ptv (13) η MG × η G × Tt eng × (Nt eng + N out) -Tt eng × N out ≧ Ptv (13)

ステップS106では、現在のエンジン36の目標回転速度Ntengが所定値Nt0よりも低いか否かが判定される。現在のエンジン36の目標回転速度Ntengが所定値Nt0以上である場合(ステップS106の判定結果がNoの場合)は、エンジン36の目標出力(Tteng×Nteng)が変化しないように、目標等価抵抗Rtを現在値から所定量ΔRt2減少させてエンジン36の目標回転速度Ntengを現在値から減少させるとともに、エンジン36の目標トルクTtengを現在値から所定量ΔTt2増加させる。そして、ステップS103に戻る。一方、現在のエンジン36の目標回転速度Ntengが所定値Nt0よりも低い場合(ステップS106の判定結果がYesの場合)は、エンジン36の目標トルクTteng及び目標回転速度Ntengが現在値に決定される。 In step S106, it is determined whether or not the current target rotational speed Nt eng of the engine 36 is lower than a predetermined value Nt0. When the current target rotational speed Nt eng of the engine 36 is equal to or greater than the predetermined value Nt0 (when the determination result in step S106 is No), the target output (Tt eng × Nt eng ) of the engine 36 is not changed. The equivalent resistance Rt is decreased from the current value by a predetermined amount ΔRt2, the target rotational speed Nt eng of the engine 36 is decreased from the current value, and the target torque Tt eng of the engine 36 is increased from the current value by a predetermined amount ΔTt2. Then, the process returns to step S103. On the other hand, when the current target rotational speed Nt eng of the engine 36 is lower than the predetermined value Nt0 (when the determination result of step S106 is Yes), the target torque Tt eng and the target rotational speed Nt eng of the engine 36 are set to the current values. It is determined.

以上の図18,19のフローチャートに示す処理によれば、エンジン36の動力で車両の要求動力Ptvを賄うとともにエンジン36の回転速度Nengを所定値Nt0より低減するためのエンジン36の目標トルクTteng及び目標回転速度Ntengが演算される。そして、電子制御ユニット50は、エンジン36のトルクTengが目標トルクTtengに一致するようにエンジン36のスロットル開度(ガソリンエンジンの場合)または燃料噴射量(ディーゼルエンジンの場合)を制御するとともに、エンジン36の回転速度Nengが目標回転速度Ntengに一致するように昇圧コンバータ94での昇圧比を制御する。さらに、電子制御ユニット50は、入力側ロータ28から出力側ロータ18に作用するエンジン回転方向のトルクTengよりもステータ16から出力側ロータ18に作用するエンジン回転方向と逆方向のトルクTMGが大きくなるように、インバータ40のスイッチング動作によりステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGを制御する。その際には、以下の(14)式が成立するように、ステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGを制御する。(14)式において、出力軸24のトルクToutについては、例えばアクセル開度に基づいて演算可能である。 18 and 19, the target torque Tt of the engine 36 for covering the required power Ptv of the vehicle with the power of the engine 36 and reducing the rotational speed N eng of the engine 36 below the predetermined value Nt0. eng and target rotational speed Nt eng are calculated. The electronic control unit 50 controls the throttle opening (in the case of a gasoline engine) or the fuel injection amount (in the case of a diesel engine) of the engine 36 so that the torque T eng of the engine 36 matches the target torque Tt eng. The boost ratio in the boost converter 94 is controlled so that the rotation speed N eng of the engine 36 matches the target rotation speed Nt eng . Further, the electronic control unit 50 has a torque T MG in the direction opposite to the engine rotation direction acting on the output side rotor 18 from the stator 16 rather than the torque T eng in the engine rotation direction acting on the output side rotor 18 from the input side rotor 28. The torque T MG acting on the output side rotor 18 from the stator 16 is controlled by the switching operation of the inverter 40 so as to increase. At that time, the torque T MG acting on the output side rotor 18 from the stator 16 is controlled so that the following expression (14) is established. In the equation (14), the torque T out of the output shaft 24 can be calculated based on, for example, the accelerator opening.

MG=Teng+Tout (14) T MG = T eng + T out (14)

以上説明した本実施形態によれば、エンジン36の動力を利用して発生させた電力をステータ巻線20へ供給して出力側ロータ18をエンジン回転方向と逆方向に回転駆動することができるとともに、エンジン36の動力で車両の要求動力Ptvを賄うことができる。そのため、エンジン36と車輪38との間に前後進切替装置を設けず且つ蓄電装置42からの電力を用いずに、車両を後進方向に駆動することができる。前後進切替装置を設ける必要がない分、構成の小型化及び低コスト化を実現することができる。そして、前後進切替装置のクラッチ部で発生していた引き摺り損失をなくすことができる。さらに、前後進切替装置が占めていたスペースを利用して、例えば回転電機10のトルク伝達容量の増大や周辺部品の搭載性の改善が可能となり、また、無段変速機44でのベルト幅増加やプーリ剛性増加も可能となる。また、蓄電装置42からの電力を用いずに車両を後進方向に駆動することができるため、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、車両を後進方向に駆動することができる。   According to the present embodiment described above, the electric power generated using the power of the engine 36 can be supplied to the stator winding 20 to rotate the output side rotor 18 in the direction opposite to the engine rotation direction. The required power Ptv of the vehicle can be covered by the power of the engine 36. Therefore, the vehicle can be driven in the reverse direction without providing the forward / reverse switching device between the engine 36 and the wheel 38 and without using the electric power from the power storage device 42. Since there is no need to provide a forward / reverse switching device, it is possible to reduce the size and cost of the configuration. And the drag loss which has generate | occur | produced in the clutch part of the forward / reverse switching device can be eliminated. Further, by utilizing the space occupied by the forward / reverse switching device, for example, it is possible to increase the torque transmission capacity of the rotating electrical machine 10 and improve the mountability of peripheral parts, and to increase the belt width in the continuously variable transmission 44. And pulley rigidity can be increased. Further, since the vehicle can be driven in the reverse direction without using the electric power from the power storage device 42, the vehicle can be driven in the reverse direction even when the power storage amount of the power storage device 42 is small or at extremely low temperatures. it can.

さらに、本実施形態では、エンジン36が動力を発生している状態で車輪38を逆転方向に回転駆動する場合には、エンジン36のトルクTengを小さくすることで、動力循環の量を低減することができ、エンジン36の動力が車輪38へ伝達されるまでの効率ηを向上させることができる。また、エンジン36の回転速度Nengを低く抑えることで、エンジン36が発生する振動・騒音を低減することができる。 Further, in the present embodiment, when the wheels 38 are rotationally driven in the reverse direction while the engine 36 is generating power, the amount of power circulation is reduced by reducing the torque T eng of the engine 36. The efficiency η until the power of the engine 36 is transmitted to the wheels 38 can be improved. Moreover, vibration and noise generated by the engine 36 can be reduced by keeping the rotational speed N eng of the engine 36 low.

以上の実施形態の説明では、車両を後進方向に駆動する場合に、エンジン36の動力を利用して発生させた電力をステータ巻線20へ供給して出力側ロータ18をエンジン回転方向と逆方向に回転駆動するものとした。ただし、本実施形態において、車両を後進方向に駆動する場合に蓄電装置42に電気エネルギーが十分に蓄えられているときは、エンジン36の運転を停止した状態で、蓄電装置42からステータ巻線20へ電力供給して出力側ロータ18に逆転方向のトルクを作用させ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、車輪38を逆転方向に回転駆動することも可能である。つまり、EV走行により車両を後進方向に駆動することも可能である。その場合のパワーフローを図20に示す。図20に示すパワーフローにおいては、蓄電装置42からの直流電力が電力変換部(インバータ40)で交流に変換されてステータ16のステータ巻線20に供給される。ステータ巻線20に供給された電力は、PMモータ部(ステータ16及び出力側ロータ18)の力行運転により出力側ロータ18の動力に変換され、出力側ロータ18の動力が出力軸24から無段変速機44を介して車輪38へ伝達される。   In the above description of the embodiment, when the vehicle is driven in the reverse direction, the electric power generated by using the power of the engine 36 is supplied to the stator winding 20 so that the output-side rotor 18 is reverse to the engine rotation direction. It was supposed to be driven to rotate. However, in the present embodiment, when the vehicle is driven in the reverse direction and the electrical energy is sufficiently stored in the power storage device 42, the power storage device 42 stops the operation of the engine 36 and the stator winding 20 is stopped. It is also possible to drive the wheel 38 to rotate in the reverse direction by controlling the switching operation of the inverter 40 so that electric power is supplied to the output side rotor 18 to apply torque in the reverse direction to the output side rotor 18. That is, it is possible to drive the vehicle in the reverse direction by EV traveling. The power flow in that case is shown in FIG. In the power flow shown in FIG. 20, direct current power from the power storage device 42 is converted into alternating current by the power conversion unit (inverter 40) and supplied to the stator winding 20 of the stator 16. The electric power supplied to the stator winding 20 is converted into the power of the output side rotor 18 by the power running operation of the PM motor unit (the stator 16 and the output side rotor 18), and the power of the output side rotor 18 is continuously variable from the output shaft 24. It is transmitted to the wheel 38 via the transmission 44.

電子制御ユニット50は、車両を後進方向に駆動する(出力側ロータ18をエンジン回転方向と逆方向に回転駆動する)場合に、エンジン36の運転を行うか否かを蓄電装置42の蓄電状態に基づいて判定することが好ましい。つまり、EV走行により車両を後進方向に駆動するか否かを蓄電装置42の蓄電状態に基づいて判定することが好ましい。ここでの蓄電装置42の蓄電状態としては、例えば二次電池の充電状態(SOC:State of Charge)、すなわち二次電池の電池残存容量を用いることができ、図示しないセンサにより検出された二次電池の電流及び電圧に基づいて二次電池のSOC(電池残存容量)を推定することができる。   When the electronic control unit 50 drives the vehicle in the reverse direction (rotates the output-side rotor 18 in the direction opposite to the engine rotation direction), whether or not to operate the engine 36 is set in the power storage state of the power storage device 42. It is preferable to determine based on this. That is, it is preferable to determine whether or not to drive the vehicle in the reverse direction by EV traveling based on the power storage state of the power storage device 42. As the power storage state of the power storage device 42 here, for example, the state of charge (SOC) of the secondary battery, that is, the remaining battery capacity of the secondary battery can be used, and the secondary battery detected by a sensor (not shown). The SOC (battery remaining capacity) of the secondary battery can be estimated based on the battery current and voltage.

車両を後進方向に駆動する場合に蓄電装置42の蓄電量(二次電池のSOC)が設定値以上であるときは、電子制御ユニット50は、エンジン36の運転を行わないと判定し、エンジン36の運転を停止する。電子制御ユニット50は、エンジン36の運転を行わないと判定したときは、インバータ40のスイッチング動作により蓄電装置42からステータ巻線20へ電力を供給してステータ16から出力側ロータ18にエンジン回転方向と逆方向のトルクを作用させることで、車輪38を逆転方向に回転駆動する。つまり、EV走行により車両を後進方向に駆動する。その際には、車輪38の要求トルクに基づいて、ステータ16から出力側ロータ18に作用させるトルクを制御する。   When the vehicle is driven in the reverse direction, if the amount of power stored in the power storage device 42 (SOC of the secondary battery) is equal to or greater than the set value, the electronic control unit 50 determines that the engine 36 is not operated, and the engine 36 Stop driving. When the electronic control unit 50 determines that the engine 36 is not operated, the electric power is supplied from the power storage device 42 to the stator winding 20 by the switching operation of the inverter 40 and the engine rotation direction from the stator 16 to the output-side rotor 18. By rotating the torque in the reverse direction, the wheel 38 is rotationally driven in the reverse direction. That is, the vehicle is driven in the reverse direction by EV traveling. At that time, the torque applied from the stator 16 to the output-side rotor 18 is controlled based on the required torque of the wheel 38.

一方、車両を後進方向に駆動する場合に蓄電装置42の蓄電量(二次電池のSOC)が設定値より低いときは、電子制御ユニット50は、エンジン36の運転を行うと判定する。電子制御ユニット50は、エンジン36の運転を行うと判定したときは、図18,19のフローチャートに従ってエンジン36の目標トルクTteng及び目標回転速度Ntengを決定し、エンジン36のトルクTengが目標トルクTtengに一致するようにエンジン36のスロットル開度(ガソリンエンジンの場合)または燃料噴射量(ディーゼルエンジンの場合)を制御するとともに、エンジン36の回転速度Nengが目標回転速度Ntengに一致するように昇圧コンバータ94での昇圧比を制御する。さらに、電子制御ユニット50は、入力側ロータ28から出力側ロータ18に作用するエンジン回転方向のトルクTengよりもステータ16から出力側ロータ18に作用するエンジン回転方向と逆方向のトルクTMGが大きくなるように、インバータ40のスイッチング動作によりステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGを制御する。 On the other hand, when the vehicle is driven in the reverse direction and the amount of power stored in the power storage device 42 (SOC of the secondary battery) is lower than the set value, the electronic control unit 50 determines that the engine 36 is to be operated. The electronic control unit 50, when it is determined to perform the operation of the engine 36, determines a target torque Tt eng and the target rotation speed Nt eng of the engine 36 in accordance with the flowchart of FIG. 18 and 19, the torque T eng of the engine 36, the target The throttle opening (in the case of a gasoline engine) or the fuel injection amount (in the case of a diesel engine) of the engine 36 is controlled so as to match the torque Tt eng, and the rotational speed N eng of the engine 36 matches the target rotational speed Nt eng . Thus, the boost ratio in the boost converter 94 is controlled. Further, the electronic control unit 50 has a torque T MG in the direction opposite to the engine rotation direction acting on the output side rotor 18 from the stator 16 rather than the torque T eng in the engine rotation direction acting on the output side rotor 18 from the input side rotor 28. The torque T MG acting on the output side rotor 18 from the stator 16 is controlled by the switching operation of the inverter 40 so as to increase.

次に、本実施形態の他の構成例について説明する。   Next, another configuration example of this embodiment will be described.

図21,22に示す構成例では、入力側ロータ28のロータ巻線30の電力を取り出すための電力伝達部として、図1,2に示す構成例におけるスリップリング95及びブラシ96の代わりに、図示しないケーシングに固定された電力伝達用ステータ66と、電力伝達用ステータ66の径方向内側に配置され電力伝達用ステータ66に対し相対回転可能な電力伝達用ロータ78と、が設けられている。電力伝達用ステータ66は、ステータコア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)の電力伝達用ステータ巻線(電力伝達用固定子導体)70と、を含む。電力伝達用ステータ巻線70は、整流器93と電気的に接続されている。複数相の電力伝達用ステータ巻線70に複数相(例えば3相)の交流電流が流れることで、電力伝達用ステータ巻線70は、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。   In the configuration example shown in FIGS. 21 and 22, instead of the slip ring 95 and the brush 96 in the configuration example shown in FIGS. 1 and 2, the power transmission unit for taking out the power of the rotor winding 30 of the input side rotor 28 is illustrated. There are provided a power transmission stator 66 fixed to the casing that is not connected, and a power transmission rotor 78 that is disposed radially inside the power transmission stator 66 and is rotatable relative to the power transmission stator 66. The power transmission stator 66 includes a stator core 101 and a plurality of (for example, three-phase) power transmission stator windings (power transmission stator conductors) 70 disposed on the stator core 101 along the circumferential direction thereof. Including. The power transmission stator winding 70 is electrically connected to the rectifier 93. When a plurality of phases (for example, three phases) of alternating current flows through the power transmission stator winding 70, the power transmission stator winding 70 can generate a rotating magnetic field that rotates in the circumferential direction of the stator.

電力伝達用ロータ78は、ロータコア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)の電力伝達用ロータ巻線(電力伝達用回転子導体)80とを含み、入力側ロータ28と機械的に結合されている。複数相の電力伝達用ロータ巻線80に複数相(例えば3相)の交流電流が流れることで、電力伝達用ロータ巻線80は、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。電力伝達用ロータ巻線80は、入力側ロータ28のロータ巻線30と電気的に接続(直結)されている。ここでは、ロータ巻線30及び電力伝達用ロータ巻線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ロータ巻線30と電力伝達用ロータ巻線80とで互いに逆方向になるように、ロータ巻線30と電力伝達用ロータ巻線80が逆相接続されている。例えばロータ巻線30及び電力伝達用ロータ巻線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23に示すように、ロータ巻線30のU相と電力伝達用ロータ巻線80のU相とを接続し、ロータ巻線30のV相と電力伝達用ロータ巻線80のW相とを接続し、ロータ巻線30のW相と電力伝達用ロータ巻線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、ロータ巻線30と電力伝達用ロータ巻線80とで発生する磁界の回転方向が互いに逆方向となる。   The power transmission rotor 78 includes a rotor core 102 and a plurality of (for example, three-phase) power transmission rotor windings (power transmission rotor conductors) 80 disposed on the rotor core 102 along the circumferential direction thereof. , And mechanically coupled to the input-side rotor 28. When a plurality of phases (for example, three phases) of alternating current flows through the plurality of phases of the power transmission rotor winding 80, the power transmission rotor winding 80 can generate a rotating magnetic field that rotates in the rotor circumferential direction. The power transmission rotor winding 80 is electrically connected (directly connected) to the rotor winding 30 of the input side rotor 28. Here, the rotating direction of the rotating magnetic field generated when an alternating current flows in the rotor winding 30 and the power transmission rotor winding 80 is opposite to each other in the rotor winding 30 and the power transmission rotor winding 80. Further, the rotor winding 30 and the power transmission rotor winding 80 are connected in reverse phase. For example, when both the rotor winding 30 and the power transmission rotor winding 80 are constituted by three-phase windings of U phase, V phase, and W phase, as shown in FIG. Are connected to the U phase of the rotor winding 80 for power transmission, the V phase of the rotor winding 30 is connected to the W phase of the rotor winding 80 for power transmission, and the W phase of the rotor winding 30 is connected to the power transmission. By connecting the V phase of the rotor winding 80 (connecting windings of the same phase for one of the three phases and connecting windings of different phases for two of the three phases) The rotating directions of the magnetic fields generated by the rotor winding 30 and the power transmission rotor winding 80 are opposite to each other.

電力伝達用ロータ78及び電力伝達用ステータ66のより詳細な構成例を図24に示す。図24に示す例では、電力伝達用ロータ78及び電力伝達用ステータ66が同心円状に配置されている。電力伝達用ステータ66のステータコア101には、径方向内側(電力伝達用ロータ78側)へ突出した複数のティース101aがステータ周方向に沿って間隔をおいて配列されており、各電力伝達用ステータ巻線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。電力伝達用ロータ78のロータコア102には、径方向外側(電力伝達用ステータ66側)へ突出した複数のティース102aがロータ周方向に沿って間隔をおいて配列されており、各電力伝達用ロータ巻線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。電力伝達用ステータ66のティース101aと電力伝達用ロータ78のティース102aとが電力伝達用ロータ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、電力伝達用ステータ巻線70の巻回軸及び電力伝達用ロータ巻線80の巻回軸がこの径方向(電力伝達用ステータ66と電力伝達用ロータ78が対向する方向)に一致している。   A more detailed configuration example of the power transmission rotor 78 and the power transmission stator 66 is shown in FIG. In the example shown in FIG. 24, the power transmission rotor 78 and the power transmission stator 66 are arranged concentrically. In the stator core 101 of the power transmission stator 66, a plurality of teeth 101a protruding radially inward (on the power transmission rotor 78 side) are arranged at intervals along the stator circumferential direction. The winding 70 is wound around these teeth 101a, thereby forming a magnetic pole. In the rotor core 102 of the power transmission rotor 78, a plurality of teeth 102a protruding outward in the radial direction (on the power transmission stator 66 side) are arranged at intervals along the rotor circumferential direction. The winding 80 is wound around these teeth 102a, thereby forming a magnetic pole. The teeth 101a of the power transmission stator 66 and the teeth 102a of the power transmission rotor 78 are arranged to face each other in the radial direction orthogonal to the rotation center axis of the power transmission rotor 78, and the winding of the power transmission stator winding 70 is wound. The shaft and the winding axis of the power transmission rotor winding 80 coincide with this radial direction (the direction in which the power transmission stator 66 and the power transmission rotor 78 face each other).

図21,22に示す構成例では、ロータ巻線30は電力伝達用ロータ巻線80と電気的に接続されているため、入力側ロータ28と出力側ロータ18との回転差に起因してロータ巻線30に発生した誘導電流は電力伝達用ロータ巻線80にも流れ、この電力伝達用ロータ巻線80に流れる誘導電流により回転磁界が電力伝達用ロータ78にも形成される。そして、電力伝達用ロータ巻線80で発生した回転磁界が電力伝達用ステータ66に作用するのに応じて、電力伝達用ステータ巻線70に誘導起電力が発生し、この誘導起電力に起因して電力伝達用ステータ巻線70に誘導電流が流れる。電力伝達用ステータ巻線70に発生した交流電力は、整流器93へ供給されて直流に整流される。さらに、電力伝達用ロータ巻線80で発生した回転磁界と電力伝達用ステータ巻線70に流れる誘導電流との電磁気相互作用により、電力伝達用ステータ66と電力伝達用ロータ78との間にトルクが作用する。電力伝達用ステータ66と電力伝達用ロータ78との間に作用するトルクは、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用するトルクと同方向となる。このように、電力伝達用ロータ巻線80と電力伝達用ステータ巻線70とが電磁気的に結合されていることで、電力伝達用ステータ66及び電力伝達用ロータ78をトランスとして機能させることができ、ロータ巻線30に発生した交流電力を非接触で取り出すことが可能となる。さらに、電力伝達用ステータ66及び電力伝達用ロータ78を誘導機として機能させることができる。なお、本実施形態では、電力伝達用ステータ66及び電力伝達用ロータ78を誘導機として機能させずにトランスとしてのみ機能させるように構成することによっても、ロータ巻線30に発生した交流電力を非接触で取り出すことが可能となる。   In the configuration example shown in FIGS. 21 and 22, the rotor winding 30 is electrically connected to the power transmission rotor winding 80, so that the rotor is caused by the rotational difference between the input side rotor 28 and the output side rotor 18. The induced current generated in the winding 30 also flows in the power transmission rotor winding 80, and a rotating magnetic field is also formed in the power transmission rotor 78 by the induced current flowing in the power transmission rotor winding 80. Then, in response to the rotating magnetic field generated in the power transmission rotor winding 80 acting on the power transmission stator 66, an induced electromotive force is generated in the power transmission stator winding 70, resulting from this induced electromotive force. Thus, an induced current flows through the power transmission stator winding 70. The AC power generated in the power transmission stator winding 70 is supplied to the rectifier 93 and rectified to DC. Further, due to the electromagnetic interaction between the rotating magnetic field generated in the power transmission rotor winding 80 and the induced current flowing in the power transmission stator winding 70, torque is generated between the power transmission stator 66 and the power transmission rotor 78. Works. The torque acting between the power transmission stator 66 and the power transmission rotor 78 is in the same direction as the torque acting between the input side rotor 28 and the output side rotor 18. As described above, the power transmission rotor winding 80 and the power transmission stator winding 70 are electromagnetically coupled, so that the power transmission stator 66 and the power transmission rotor 78 can function as a transformer. The AC power generated in the rotor winding 30 can be taken out without contact. Furthermore, the power transmission stator 66 and the power transmission rotor 78 can function as an induction machine. In the present embodiment, the AC power generated in the rotor winding 30 can be reduced by configuring the power transmission stator 66 and the power transmission rotor 78 to function only as a transformer without functioning as an induction machine. It can be taken out by contact.

図21,22に示す構成例において、車輪38を逆転方向に回転駆動する場合には、エンジン36のトルクTeng(エンジン回転方向を正とする)は以下の(15)式で表され、出力軸24のトルクTout(エンジン回転方向と逆方向を正とする)は以下の(16)式で表される。(15)、(16)式において、Tcupは入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用するトルク(入力側ロータ28にエンジン回転方向と逆方向のトルクが作用する場合を正とする)であり、Ttransは電力伝達用ステータ66と電力伝達用ロータ78との間に作用するトルク(電力伝達用ロータ78にエンジン回転方向と逆方向のトルクが作用する場合を正とする)である。 In the configuration example shown in FIGS. 21 and 22, when the wheel 38 is rotationally driven in the reverse rotation direction, the torque T eng of the engine 36 (with the engine rotational direction being positive) is expressed by the following equation (15), and the output The torque T out of the shaft 24 (positive in the direction opposite to the engine rotation direction) is expressed by the following equation (16). In the equations (15) and (16), T cup is a torque acting between the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18 (when the torque in the direction opposite to the engine rotation direction acts on the input-side rotor 28) T trans is a torque that acts between the power transmission stator 66 and the power transmission rotor 78 (a positive torque is applied to the power transmission rotor 78 in the direction opposite to the engine rotation direction). It is.

eng=Tcup+Ttrans (16)
out=TMG−Tcup=TMG−Teng+Ttrans (17)
T eng = T cup + T trans (16)
T out = T MG −T cup = T MG −T eng + T trans (17)

誘導電磁カップリング部の発電効率(電力伝達用ステータ66及び電力伝達用ロータ78の効率も含む)をηG、PMモータ部のモータ効率をηMGとすると、(3)〜(5)、(16)、(17)式から、PMモータ部の力行運転による出力側ロータ18の動力WMGに関して以下の(18)式が成立する。 When the power generation efficiency of the induction electromagnetic coupling part (including the efficiency of the power transmission stator 66 and the power transmission rotor 78) is η G , and the motor efficiency of the PM motor part is η MG , (3) to (5), ( 16), (17) from the equation, the following (18 with respect to the power W MG output side rotor 18 due to a power running operation of the PM motor) is established.

MG=ηMG×ηG×(Tcup×Nout+Teng×Neng)
=ηMG×ηG×(Tcup×(Neng+Nout)+Ttrans×Neng) (18)
W MG = η MG × η G × (T cup × N out + T eng × N eng )
= Η MG × η G × (T cup × (N eng + N out ) + T trans × N eng ) (18)

(3)〜(5)、(16)〜(18)式から、エンジン36の動力が車輪38へ伝達されるまでの効率η(=Wout/Weng)は、以下の(19)式で表される。(19)式から、出力軸24のトルクToutに対して入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用するトルクTcupが小さいほど効率ηが高くなることがわかる。そのため、エンジン36のトルクTengに対して電力伝達用ステータ66と電力伝達用ロータ78との間に作用するトルクTtransを大きくし入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用するトルクTcupを小さくすることで、効率ηを向上させることが可能である。 From the equations (3) to (5) and (16) to (18), the efficiency η (= W out / W eng ) until the power of the engine 36 is transmitted to the wheel 38 is expressed by the following equation (19). expressed. From equation (19), it can be seen that the efficiency η increases as the torque T cup acting between the input side rotor 28 and the output side rotor 18 with respect to the torque T out of the output shaft 24 decreases. Therefore, the torque T trans acting between the power transmission stator 66 and the power transmission rotor 78 is increased with respect to the torque T eng of the engine 36, and the torque acting between the input side rotor 28 and the output side rotor 18. By reducing T cup , it is possible to improve the efficiency η.

Figure 2009274537
Figure 2009274537

図21,22に示す構成例においても、車両を後退方向に駆動する(出力側ロータ18をエンジン回転方向と逆方向に回転駆動する)場合には、電子制御ユニット50は、エンジン36の動力が車両の要求動力Ptv以上となるようにエンジン36の回転速度Neng及びトルクTengを制御する。その際には、PMモータ部の力行運転による出力側ロータ18の動力WMGに関して前述の(18)式が成立することから、以下の(20)式が成立するようにエンジン36の回転速度Neng及びトルクTengを制御することが好ましい。(20)式において、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用するトルクTcupについては、エンジン36の回転速度Nengと出力側ロータ18の回転速度Noutとの差と、ロータ巻線30の外部回路97における等価抵抗R(昇圧コンバータ94での昇圧比)とに基づいて演算可能である。なお、図21,22に示す構成例においても、昇圧コンバータ94での昇圧比を制御することで、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用するトルクTcupを制御することができ、エンジン36の回転速度Nengを制御することができる。 Also in the configuration examples shown in FIGS. 21 and 22, when the vehicle is driven in the backward direction (the output-side rotor 18 is driven to rotate in the direction opposite to the engine rotation direction), the electronic control unit 50 has the power of the engine 36. The rotational speed N eng and torque T eng of the engine 36 are controlled so as to be equal to or higher than the required power Ptv of the vehicle. At that time, the rotational speed of the engine 36, as from the aforementioned (18) is established with respect to the power W MG output side rotor 18 due to a power running operation of the PM motor, the following equation (20) holds N Preferably, eng and torque T eng are controlled. In the equation (20), regarding the torque T cup acting between the input side rotor 28 and the output side rotor 18, the difference between the rotational speed N eng of the engine 36 and the rotational speed N out of the output side rotor 18, and the rotor Calculation can be performed based on the equivalent resistance R in the external circuit 97 of the winding 30 (step-up ratio in the step-up converter 94). 21 and 22, the torque T cup acting between the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18 can be controlled by controlling the boost ratio in the boost converter 94. The rotational speed N eng of the engine 36 can be controlled.

ηMG×ηG×(Tcup×Nout+Teng×Neng)−Tcup×Nout≧Ptv (20) η MG × η G × (T cup × N out + T eng × N eng) -T cup × N out ≧ Ptv (20)

さらに、電子制御ユニット50は、入力側ロータ28から出力側ロータ18に作用するエンジン回転方向のトルクTcupよりもステータ16から出力側ロータ18に作用するエンジン回転方向と逆方向のトルクTMGが大きくなるように、ステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGを制御する。その際には、以下の(21)式が成立するように、ステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGを制御することが好ましい。これによって、エンジン36の動力を利用して発生させた電力をステータ巻線20へ供給して出力側ロータ18をエンジン回転方向と逆方向に回転駆動することができるとともに、エンジン36の動力で車両の要求動力Ptvを賄うことができる。 Further, the electronic control unit 50 has a torque T MG acting in the direction opposite to the engine rotation direction acting on the output side rotor 18 from the stator 16 rather than the torque T cup acting on the output side rotor 18 from the input side rotor 28. The torque TMG acting on the output side rotor 18 from the stator 16 is controlled so as to increase. In that case, it is preferable to control the torque T MG acting on the output side rotor 18 from the stator 16 so that the following expression (21) is established. As a result, electric power generated using the power of the engine 36 can be supplied to the stator winding 20 to rotate the output-side rotor 18 in the direction opposite to the engine rotation direction. The required power Ptv can be covered.

MG=Tcup+Tout (21) T MG = T cup + T out (21)

なお、図21,22に示す構成例においても、電子制御ユニット50は、車両を後進方向に駆動する場合に、エンジン36の運転を行うか否かを蓄電装置42の蓄電状態(二次電池のSOC)に基づいて判定することが好ましい。蓄電装置42の蓄電量(二次電池のSOC)が設定値以上であるときは、電子制御ユニット50は、エンジン36の運転を行わないと判定し、インバータ40のスイッチング動作により蓄電装置42からステータ巻線20へ電力を供給してステータ16から出力側ロータ18にエンジン回転方向と逆方向のトルクを作用させることで、車輪38を逆転方向に回転駆動する。一方、蓄電装置42の蓄電量(二次電池のSOC)が設定値より低いときは、電子制御ユニット50は、エンジン36の運転を行うと判定し、エンジン36の動力が車両の要求動力Ptv以上となるようにエンジン36の回転速度Neng及びトルクTengを制御するとともに、入力側ロータ28から出力側ロータ18に作用するエンジン回転方向のトルクTcupよりもステータ16から出力側ロータ18に作用するエンジン回転方向と逆方向のトルクTMGが大きくなるように、ステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGを制御する。 In the configuration examples shown in FIGS. 21 and 22 as well, the electronic control unit 50 determines whether or not to operate the engine 36 when the vehicle is driven in the reverse direction. It is preferable to determine based on the SOC). When the amount of power stored in the power storage device 42 (SOC of the secondary battery) is equal to or greater than the set value, the electronic control unit 50 determines that the engine 36 is not operated, and the inverter 40 switches the power from the power storage device 42 to the stator. By supplying electric power to the winding 20 and applying torque in the direction opposite to the engine rotation direction from the stator 16 to the output side rotor 18, the wheel 38 is rotationally driven in the reverse direction. On the other hand, when the storage amount of the power storage device 42 (SOC of the secondary battery) is lower than the set value, the electronic control unit 50 determines that the engine 36 is to be operated, and the power of the engine 36 is equal to or higher than the required power Ptv of the vehicle. The rotational speed N eng and the torque T eng of the engine 36 are controlled so that the engine 16 has an engine rotational direction torque T cup acting on the output side rotor 18 from the input side rotor 28. as the torque T MG of the engine rotation direction and the reverse direction is increased to, controlling the torque T MG acting on the output side rotor 18 from the stator 16.

また、図21,22に示す構成例では、ロータ巻線30及び電力伝達用ロータ巻線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ロータ巻線30と電力伝達用ロータ巻線80とで互いに同方向になるように、ロータ巻線30と電力伝達用ロータ巻線80とを同相接続することもできる。例えばロータ巻線30及び電力伝達用ロータ巻線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25に示すように、ロータ巻線30のU相と電力伝達用ロータ巻線80のU相とを接続し、ロータ巻線30のV相と電力伝達用ロータ巻線80のV相とを接続し、ロータ巻線30のW相と電力伝達用ロータ巻線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、ロータ巻線30と電力伝達用ロータ巻線80とで発生する磁界の回転方向が互いに同方向となる。その場合は、電力伝達用ロータ78の極数P2を入力側ロータ28の極数P1以上(P2≧P1)に設定することで、電力伝達用ステータ66と電力伝達用ロータ78との間に作用するトルクは、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用するトルクと同方向となる。   21 and 22, the rotating direction of the rotating magnetic field generated when an alternating current flows through the rotor winding 30 and the power transmission rotor winding 80 is the rotor winding 30 and the power transmission rotor winding. The rotor winding 30 and the power transmission rotor winding 80 can also be connected in phase so that they are in the same direction. For example, when both the rotor winding 30 and the power transmission rotor winding 80 are constituted by three-phase windings of U phase, V phase, and W phase, as shown in FIG. Are connected to the U phase of the rotor winding 80 for power transmission, the V phase of the rotor winding 30 is connected to the V phase of the rotor winding 80 for power transmission, and the W phase of the rotor winding 30 is connected to the power transmission. By connecting the W phase of the rotor winding 80 (connecting windings of the same phase for all phases), the rotation direction of the magnetic field generated by the rotor winding 30 and the power transmission rotor winding 80 can be changed. They are in the same direction. In this case, the number of poles P2 of the power transmission rotor 78 is set to be equal to or greater than the number of poles P1 of the input side rotor 28 (P2 ≧ P1), so The torque to be applied is in the same direction as the torque acting between the input side rotor 28 and the output side rotor 18.

また、図26に示す構成例では、図1,2に示す構成例と比較して、スタータ用インバータ41が設けられている。スタータ用インバータ41は、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、ブラシ96及びスリップリング95を介してロータ巻線30の各相に供給する。図26に示す構成例において、エンジン36を始動する場合は、蓄電装置42からスリップリング95を介してロータ巻線30へ電力供給するようにスタータ用インバータ41のスイッチング動作を制御することで、ロータ巻線30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ことができる。その際には、入力側ロータ28に回転磁界を形成し、この回転磁界と出力側ロータ18の永久磁石33の界磁束との電磁気相互作用によりエンジン36に繋がる入力側ロータ28にトルクを作用させるが、出力側ロータ18もその反力トルクを受けることになる。そのため、EV走行時にエンジン36を始動する場合は、蓄電装置42からステータ巻線20へ電力供給して出力側ロータ18にこの反力トルクを打ち消すトルクを作用させるようにインバータ40のスイッチング動作を制御することで、ステータ巻線20への供給電力を用いて出力側ロータ18を回転駆動することができる。   Further, in the configuration example shown in FIG. 26, a starter inverter 41 is provided as compared with the configuration examples shown in FIGS. The starter inverter 41 converts DC power from the power storage device 42 into AC (for example, three-phase AC), and supplies the AC power to each phase of the rotor winding 30 via the brush 96 and the slip ring 95. In the configuration example shown in FIG. 26, when starting the engine 36, the switching operation of the starter inverter 41 is controlled so that power is supplied from the power storage device 42 to the rotor winding 30 via the slip ring 95, thereby The cranking of the engine 36 can be performed using the power supplied to the winding 30. At that time, a rotating magnetic field is formed in the input side rotor 28, and torque is applied to the input side rotor 28 connected to the engine 36 by electromagnetic interaction between the rotating magnetic field and the field flux of the permanent magnet 33 of the output side rotor 18. However, the output-side rotor 18 also receives the reaction torque. Therefore, when starting the engine 36 during EV traveling, the switching operation of the inverter 40 is controlled so that electric power is supplied from the power storage device 42 to the stator winding 20 and the torque that cancels the reaction torque is applied to the output-side rotor 18. As a result, the output-side rotor 18 can be rotationally driven using the power supplied to the stator winding 20.

以上の説明では、整流器93で整流された電力を電圧変換して出力するDC−DCコンバータとして昇圧コンバータ94を設けるものとしたが、本実施形態では、DC−DCコンバータとして降圧コンバータや昇降圧コンバータを設けることも可能である。その場合でも、DC−DCコンバータにおける電圧変換比(スイッチング素子をスイッチング動作させるときのデューティ比)を制御することで、ロータ巻線30側から見た負荷抵抗を調整することができるため、電磁カップリングトルクTcを制御することができ、エンジン36の回転速度Nengを制御することができる。 In the above description, the step-up converter 94 is provided as a DC-DC converter that converts the voltage rectified by the rectifier 93 and outputs the voltage. However, in this embodiment, a step-down converter or a step-up / down converter is used as the DC-DC converter. It is also possible to provide. Even in that case, the load resistance viewed from the rotor winding 30 side can be adjusted by controlling the voltage conversion ratio (duty ratio when the switching element is switched) in the DC-DC converter. The ring torque T c can be controlled, and the rotational speed N eng of the engine 36 can be controlled.

また、本実施形態では、入力側ロータ28に、回転子導体としてロータ巻線30の代わりにかご型導体を出力側ロータ18(永久磁石33)と対向させて設けることも可能である。   In the present embodiment, a squirrel-cage conductor as a rotor conductor instead of the rotor winding 30 may be provided on the input-side rotor 28 so as to face the output-side rotor 18 (permanent magnet 33).

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。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.

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。It is a figure which shows schematic structure of a hybrid drive device provided with the power transmission device which concerns on embodiment of this invention. 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。It is a figure which shows schematic structure of the power transmission device which concerns on embodiment of this invention. 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。It is a figure which shows schematic structure of the power transmission device which concerns on embodiment of this invention. 入力側ロータ28、出力側ロータ18、及びステータ16の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an input side rotor 28, an output side rotor 18, and a stator 16. 出力側ロータ18をエンジン回転方向に回転駆動する場合におけるトルクの方向を説明する図である。It is a figure explaining the direction of the torque in the case of rotationally driving the output side rotor 18 in an engine rotation direction. 出力側ロータ18をエンジン回転方向と逆方向に回転駆動する場合におけるトルクの方向を説明する図である。It is a figure explaining the direction of the torque in the case of rotationally driving the output side rotor 18 in a direction opposite to the engine rotation direction. エンジン36が動力を発生している状態で出力側ロータ18をエンジン回転方向と逆方向に回転駆動する場合におけるパワーフローを示す図である。It is a figure which shows the power flow in the case of rotationally driving the output side rotor 18 in the reverse direction to an engine rotation direction in the state in which the engine 36 is generating motive power. 車速に対する出力トルクの特性を計算した例を示す図である。It is a figure which shows the example which calculated the characteristic of the output torque with respect to a vehicle speed. 入力側ロータ28と出力側ロータ18の相対回転速度−トルク特性の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a relative rotational speed-torque characteristic between an input side rotor and an output side rotor. 入力側ロータ28と出力側ロータ18の相対回転速度−トルク特性の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a relative rotational speed-torque characteristic between an input side rotor and an output side rotor. ロータ巻線30及びその外部回路97の等価回路を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of a rotor winding 30 and its external circuit 97. 昇圧コンバータ94の構成例を示す図である。3 is a diagram illustrating a configuration example of a boost converter 94. FIG. スイッチング素子Sのオン状態での等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit in the ON state of the switching element S. スイッチング素子Sのオフ状態での等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit in the OFF state of the switching element S. エンジン36の回転角速度ωeの振る舞いが安定となる条件を説明する図である。It is a figure explaining the conditions from which the behavior of rotational angular velocity (omega) e of the engine becomes stable. エンジン36の回転角速度ωeの振る舞いが不安定となる条件を説明する図である。It is a figure explaining the conditions from which the behavior of the rotation angular velocity (omega) e of the engine becomes unstable. エンジン36の回転角速度ωeの振る舞いが安定となる条件を説明する図である。It is a figure explaining the conditions from which the behavior of rotational angular velocity (omega) e of the engine becomes stable. 電子制御ユニット50がエンジン36の回転速度及びトルクを制御するための処理を説明するフローチャートである。7 is a flowchart for explaining processing for the electronic control unit 50 to control the rotational speed and torque of the engine 36. 電子制御ユニット50がエンジン36の回転速度及びトルクを制御するための処理を説明するフローチャートである。7 is a flowchart for explaining processing for the electronic control unit 50 to control the rotational speed and torque of the engine 36. エンジン36の運転を停止した状態で出力側ロータ18をエンジン回転方向と逆方向に回転駆動する場合におけるパワーフローを示す図である。It is a figure which shows the power flow in the case where the output side rotor 18 is rotationally driven in the direction opposite to the engine rotation direction with the operation of the engine 36 stopped. 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。It is a figure which shows the other schematic structure of the power transmission device which concerns on embodiment of this invention. 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。It is a figure which shows the other schematic structure of the power transmission device which concerns on embodiment of this invention. ロータ巻線30と電力伝達用ロータ巻線80との接続の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the connection of the rotor coil | winding 30 and the rotor coil | winding 80 for electric power transmission. 電力伝達用ロータ78及び電力伝達用ステータ66の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the rotor 78 for electric power transmission, and the stator 66 for electric power transmission. ロータ巻線30と電力伝達用ロータ巻線80との接続の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the connection of the rotor coil | winding 30 and the rotor coil | winding 80 for electric power transmission. 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。It is a figure which shows the other schematic structure of the power transmission device which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 回転電機、16 ステータ、18 出力側ロータ(第2ロータ)、20 ステータ巻線、24 出力軸、28 入力側ロータ(第1ロータ)、30 ロータ巻線、32,33 永久磁石、34 入力軸、36 エンジン、38 車輪、40 インバータ、42 蓄電装置、44 無段変速機、48 クラッチ、50 電子制御ユニット、66 電力伝達用ステータ、70 電力伝達用ステータ巻線、78 電力伝達用ロータ、80 電力伝達用ロータ巻線、93 整流器、94 昇圧コンバータ、95 スリップリング、96 ブラシ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rotating electrical machine, 16 Stator, 18 Output side rotor (2nd rotor), 20 Stator winding, 24 Output shaft, 28 Input side rotor (1st rotor), 30 Rotor winding, 32, 33 Permanent magnet, 34 Input shaft , 36 engine, 38 wheels, 40 inverter, 42 power storage device, 44 continuously variable transmission, 48 clutch, 50 electronic control unit, 66 power transmission stator, 70 power transmission stator winding, 78 power transmission rotor, 80 power Rotor winding for transmission, 93 rectifier, 94 boost converter, 95 slip ring, 96 brush.

Claims (6)

回転磁界を発生可能な回転子導体が配設された第1回転子と、
回転磁界を発生可能な固定子導体が配設された固定子と、
第1回転子に対し相対回転可能な第2回転子であって、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、固定子導体で発生した回転磁界が作用するのに応じて固定子との間にトルクが作用する第2回転子と、
を備え、
回転子導体は、第1回転子と第2回転子との間に回転差が発生するのに起因して誘導電流が流れることで回転磁界を発生し、
第1回転子にエンジンからの動力が伝達され、第2回転子から負荷へ動力が伝達される動力伝達装置であって、
回転子導体の交流電力を取り出すための電力伝達部と、
電力伝達部で取り出された交流電力を電力変換して固定子導体へ供給することが可能な電力変換部と、
エンジンの回転速度及びトルクと、固定子と第2回転子との間に作用するトルクと、を制御する制御装置と、
を備え、
制御装置は、
第2回転子をエンジン回転方向と逆方向に回転させる場合には、
負荷の要求動力に基づいてエンジンの回転速度及びトルクを制御し、
さらに、第1回転子から第2回転子に作用するエンジン回転方向のトルクよりも固定子から第2回転子に作用する前記逆方向のトルクが大きくなるように、固定子から第2回転子に作用するトルクを制御する、動力伝達装置。
A first rotor provided with a rotor conductor capable of generating a rotating magnetic field;
A stator provided with a stator conductor capable of generating a rotating magnetic field;
A second rotor that is rotatable relative to the first rotor, wherein torque acts between the first rotor and the stator conductor in response to the rotating magnetic field generated by the rotor conductor. A second rotor in which a torque acts between the stator and the stator according to the action of the generated rotating magnetic field;
With
The rotor conductor generates a rotating magnetic field by causing an induced current to flow due to a difference in rotation between the first rotor and the second rotor,
A power transmission device in which power from an engine is transmitted to a first rotor and power is transmitted from a second rotor to a load,
A power transmission unit for taking out AC power of the rotor conductor;
A power conversion unit capable of converting the AC power extracted by the power transmission unit into power and converting it to the stator conductor;
A control device for controlling the rotational speed and torque of the engine and the torque acting between the stator and the second rotor;
With
The control device
When rotating the second rotor in the direction opposite to the engine rotation direction,
Control the engine speed and torque based on the required power of the load,
Furthermore, from the stator to the second rotor, the torque in the reverse direction acting on the second rotor from the stator becomes larger than the torque in the engine rotational direction acting on the second rotor from the first rotor. A power transmission device that controls the applied torque.
請求項1に記載の動力伝達装置であって、
電力変換部は、
電力伝達部で取り出された交流電力を整流する整流器と、
整流器で整流された電力を電圧変換して出力するDC−DCコンバータと、
DC−DCコンバータで電圧変換された電力を交流に変換して固定子導体へ供給することが可能なインバータと、
を含み、
制御装置は、第2回転子をエンジン回転方向と逆方向に回転させる場合には、負荷の要求動力に基づいて、DC−DCコンバータにおける電圧変換比と、エンジンのスロットル開度または燃料噴射量と、を制御することで、エンジンの回転速度及びトルクを制御する、動力伝達装置。
The power transmission device according to claim 1,
The power converter
A rectifier that rectifies the AC power extracted by the power transmission unit;
A DC-DC converter that converts the voltage of the power rectified by the rectifier and outputs the voltage;
An inverter capable of converting the electric power converted by the DC-DC converter into alternating current and supplying the alternating current to the stator conductor;
Including
When the control device rotates the second rotor in the direction opposite to the engine rotation direction, the controller converts the voltage conversion ratio in the DC-DC converter, the throttle opening of the engine or the fuel injection amount based on the required power of the load. , By controlling the engine speed and torque.
回転磁界を発生可能な回転子導体が配設された第1回転子と、
回転磁界を発生可能な固定子導体が配設された固定子と、
第1回転子に対し相対回転可能な第2回転子であって、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、固定子導体で発生した回転磁界が作用するのに応じて固定子との間にトルクが作用する第2回転子と、
を備え、
回転子導体は、第1回転子と第2回転子との間に回転差が発生するのに起因して誘導電流が流れることで回転磁界を発生し、
第1回転子にエンジンからの動力が伝達され、第2回転子から負荷へ動力が伝達される動力伝達装置であって、
電気エネルギーを蓄える蓄電装置と、
回転子導体の交流電力を取り出すための電力伝達部と、
電力伝達部で取り出された交流電力と蓄電装置からの直流電力とのいずれかを電力変換して固定子導体へ供給することが可能な電力変換部と、
エンジンの回転速度及びトルクと、固定子と第2回転子との間に作用するトルクと、を制御する制御装置と、
を備え、
制御装置は、
第2回転子をエンジン回転方向と逆方向に回転させる場合には、
蓄電装置の蓄電状態に基づいてエンジンの運転を行うか否かを判定し、エンジンの運転を行うと判定したときは、
負荷の要求動力に基づいてエンジンの回転速度及びトルクを制御し、
さらに、第1回転子から第2回転子に作用するエンジン回転方向のトルクよりも固定子から第2回転子に作用する前記逆方向のトルクが大きくなるように、固定子から第2回転子に作用するトルクを制御する、動力伝達装置。
A first rotor provided with a rotor conductor capable of generating a rotating magnetic field;
A stator provided with a stator conductor capable of generating a rotating magnetic field;
A second rotor that is rotatable relative to the first rotor, wherein torque acts between the first rotor and the stator conductor in response to the rotating magnetic field generated by the rotor conductor. A second rotor in which a torque acts between the stator and the stator according to the action of the generated rotating magnetic field;
With
The rotor conductor generates a rotating magnetic field by causing an induced current to flow due to a difference in rotation between the first rotor and the second rotor,
A power transmission device in which power from an engine is transmitted to a first rotor and power is transmitted from a second rotor to a load,
A power storage device for storing electrical energy;
A power transmission unit for taking out AC power of the rotor conductor;
A power conversion unit capable of power-converting and supplying either AC power taken out by the power transmission unit or DC power from the power storage device to the stator conductor;
A control device for controlling the rotational speed and torque of the engine and the torque acting between the stator and the second rotor;
With
The control device
When rotating the second rotor in the direction opposite to the engine rotation direction,
When it is determined whether to operate the engine based on the power storage state of the power storage device, and when it is determined to operate the engine,
Control the engine speed and torque based on the required power of the load,
Furthermore, from the stator to the second rotor, the torque in the reverse direction acting on the second rotor from the stator becomes larger than the torque in the engine rotational direction acting on the second rotor from the first rotor. A power transmission device that controls the applied torque.
請求項3に記載の動力伝達装置であって、
電力変換部は、
電力伝達部で取り出された交流電力を整流する整流器と、
整流器で整流された電力を電圧変換して出力するDC−DCコンバータと、
DC−DCコンバータで電圧変換された電力と蓄電装置からの直流電力とのいずれかを交流に変換して固定子導体へ供給することが可能なインバータと、
を含み、
制御装置は、第2回転子をエンジン回転方向と逆方向に回転させる場合に、蓄電装置の蓄電状態に基づいてエンジンの運転を行うと判定したときは、負荷の要求動力に基づいて、DC−DCコンバータにおける電圧変換比と、エンジンのスロットル開度または燃料噴射量と、を制御することで、エンジンの回転速度及びトルクを制御する、動力伝達装置。
The power transmission device according to claim 3,
The power converter
A rectifier that rectifies the AC power extracted by the power transmission unit;
A DC-DC converter that converts the voltage of the power rectified by the rectifier and outputs the voltage;
An inverter capable of converting either the electric power converted by the DC-DC converter and the direct-current power from the power storage device into alternating current and supplying the alternating current to the stator conductor;
Including
When the control device determines that the engine is to be operated based on the power storage state of the power storage device when rotating the second rotor in the direction opposite to the engine rotation direction, the control device performs DC- A power transmission device that controls the rotational speed and torque of an engine by controlling a voltage conversion ratio in a DC converter and a throttle opening or fuel injection amount of the engine.
請求項3または4に記載の動力伝達装置であって、
制御装置は、第2回転子をエンジン回転方向と逆方向に回転させる場合に、蓄電装置の蓄電状態に基づいてエンジンの運転を行わないと判定したときは、固定子から第2回転子に前記逆方向のトルクを作用させる、動力伝達装置。
The power transmission device according to claim 3 or 4,
When the control device determines that the engine is not to be operated based on the power storage state of the power storage device when rotating the second rotor in the direction opposite to the engine rotation direction, the control device shifts the stator from the stator to the second rotor. A power transmission device that applies reverse torque.
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、
電力伝達部は、
電力変換部に接続されたブラシと、
第1回転子の回転子導体に接続され、ブラシに対し摺動しながら第1回転子とともに回転するスリップリングと、
を含む、動力伝達装置。
The power transmission device according to any one of claims 1 to 5,
The power transmission part
A brush connected to the power converter,
A slip ring connected to the rotor conductor of the first rotor and rotating with the first rotor while sliding against the brush;
Including a power transmission device.
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