JP2010116101A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子導体の容量増大及び固定子導体へ電力供給する電力変換装置の容量増大を招くことなく負荷の駆動力を増大させるとともに、動力伝達装置を小型化する。
【解決手段】第１ロータ２８に伝達された動力を利用して第１ステータ巻線３０に電力を発生させることが可能なステータと、第２ステータ巻線２０に供給された電力を利用して第２ロータ１８に動力を発生させることが可能なステータとが、１つのステータ１６に共有化されている。ステータ１６においては、第２ステータ巻線２０が第１ステータ巻線３０より径方向外側に配置されている。第１ロータ２８はステータ１６より径方向内側でステータ１６と対向配置されており、第２ロータ１８はステータ１６より径方向外側でステータ１６と対向配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力伝達装置に関し、特に、原動機からの動力を負荷へ伝達することで負荷を駆動することが可能であり、さらに、固定子導体への電力供給によっても負荷を駆動することが可能な動力伝達装置に関する。

この種の動力伝達装置としては、図１１に示す構成が提案されている（例えば下記特許文献１参照）。図１１に示す構成では、エンジン１３６の動力は、遊星歯車機構により構成される動力分配機構１５２で２分配される。分配されたエンジン１３６の動力の一方は変速機１４４で変速されてから車輪１３８に伝達されることで車両の駆動に用いられ、分配されたエンジン１３６の動力の他方は発電機１１１のロータ１２８に伝達される。発電機１１１では、ロータ１２８に伝達された動力を利用してステータ１１７の巻線１３０に交流電力を発生させる回生運転を行う。ステータ１１７の巻線１３０に発生した交流電力は、インバータ１４１，１４０で電力変換（インバータ１４１では交流から直流、インバータ１４０では直流から交流）がそれぞれ行われてから電動機１１０のステータ１１６の巻線１２０に供給される。電動機１１０では、ステータ１１６の巻線１２０に供給された交流電力を利用してロータ１１８に動力を発生させる力行運転を行う。ロータ１１８に発生した動力は変速機１４４で変速されてから車輪１３８に伝達されることで車両の駆動に用いられる。また、蓄電装置１４２からインバータ１４０を介してステータ１１６の巻線１２０に供給された電力を利用してロータ１１８に動力を発生させることによっても、車両の駆動を行うことができる。

特開２００５−２６４７６２号公報 特開２００３−１２７６７９号公報

図１１に示す構成では、発電機１１１のロータ１２８は動力分配機構１５２で分配されるトルクを受けることができればよいため、発電機１１１のトルク容量は小さくて済む。一方、エンジン１３６が動力を発生していない状態で電動機１１０のロータ１１８の動力により車両の駆動を行うこともあるので、車両の駆動力を増大させるためには、電動機１１０のトルク容量を増大させることが要求される。ただし、電動機１１０のトルクを増大させるために、ステータ１１６の巻線１２０に流す電流を増加させると、ステータ１１６の巻線１２０の容量及びインバータ１４０のスイッチング素子の容量を増大させる必要があり、コスト高を招くことになる。一方、ステータ１１６の巻線１２０に流す電流を増加させずに電動機１１０のトルクを増大させようとすると、電動機１１０が大型化して動力伝達装置の大型化を招くことになる。

本発明は、固定子導体への電力供給により負荷を駆動する場合に、固定子導体の容量増大及び固定子導体へ電力供給する電力変換装置の容量増大を招くことなく負荷の駆動力を増大させるとともに、動力伝達装置を小型化することを目的とする。

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

本発明に係る動力伝達装置は、第１回転部に伝達された原動機からの動力を第２回転部及び第３回転部に分配することが可能な動力分配機構と、第２回転部に分配された動力が伝達される第１回転子と、第３回転部に分配された動力が伝達される変速機と、変速機へ動力を伝達可能な第２回転子と、第１固定子導体及び第２固定子導体が配設された固定子であって、第１回転子に伝達された動力を利用して第１固定子導体に電力を発生させることが可能であり、第２固定子導体に供給された電力を利用して第２回転子に動力を発生させることが可能な固定子と、を備え、変速機からの動力が負荷の駆動に用いられる動力伝達装置であって、固定子においては、第２固定子導体が第１固定子導体より径方向外側に配置され、第１回転子は固定子より径方向内側で固定子と対向配置され、第２回転子は固定子より径方向外側で固定子と対向配置されていることを要旨とする。

本発明の一態様では、第１固定子導体に発生した電力を電力変換して第２固定子導体へ供給することが可能な電力変換部をさらに備えることが好適である。

本発明の一態様では、動力分配機構は、第２回転部の回転速度が０であるときの第１回転部の回転速度と第３回転部の回転速度との比が所定比となる機構であり、第１回転部の回転速度と変速機の出力軸の回転速度との比である総変速比の目標値が前記所定比と変速機の最大変速比との積よりも大きい場合に、変速機の変速比を最大変速比に制御し、第１回転部の回転速度と第３回転部の回転速度との比を前記総変速比の目標値と変速機の最大変速比との商に制御することが好適である。

本発明の一態様では、動力分配機構は、第２回転部の回転速度が０であるときの第１回転部の回転速度と第３回転部の回転速度との比が所定比となる機構であり、第１回転部の回転速度と変速機の出力軸の回転速度との比である総変速比の目標値が前記所定比と変速機の最大変速比との積以下である場合に、第２回転部の回転速度を略０に制御することが好適である。

本発明の一態様では、第１回転部と第２回転部と第３回転部のうちの２つを係合させることが可能な係合装置をさらに備えることが好適である。

本発明の一態様では、第１回転部の回転速度と変速機の出力軸の回転速度との比である総変速比の目標値が変速機の最大変速比よりも大きい場合に、変速機の変速比を最大変速比に制御し、第１回転部の回転速度と第３回転部の回転速度との比を前記総変速比の目標値と変速機の最大変速比との商に制御することが好適である。

本発明の一態様では、第１回転部の回転速度と変速機の出力軸の回転速度との比である総変速比の目標値が変速機の最大変速比以下である場合に、係合装置により第１回転部と第２回転部と第３回転部のうちの２つを係合させることが好適である。

本発明によれば、第２固定子導体の容量増大及び第２固定子導体へ電力供給する電力変換部の容量増大を招くことなく、固定子と第２回転子との間のトルク容量を増大させることができるので、負荷の駆動力を増大させることができる。さらに、固定子と第１回転子と第２回転子とを含んで構成される回転電機の軸方向長さを短縮することができるので、動力伝達装置を小型化することができる。

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

図１，２は、本発明の実施形態に係る動力伝達装置を備えるハイブリッド駆動装置の構成の概略を示す図であり、図１は全体構成の概略を示し、図２は回転電機１０の構成の概略を示す。本実施形態に係るハイブリッド駆動装置は、動力（機械的動力）を発生可能な原動機として設けられたエンジン（内燃機関）３６と、エンジン３６と車輪３８との間に設けられ、変速比の変更が可能な変速機（機械式変速機）４４と、ステータ１６と第１ロータ２８と第２ロータ１８とを有する回転電機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。

エンジン３６の出力軸は、ダンパー１１を介して動力分配機構５２に機械的に連結されている。動力分配機構５２は、エンジン３６の出力軸（ダンパー１１）の他に、回転電機１０の第１ロータ２８と、変速機４４の入力軸４４ａ及び回転電機１０の第２ロータ１８とも機械的に連結されている。ここでの動力分配機構５２は、例えばリングギアＲとキャリアＣとサンギアＳとを回転要素として有する遊星歯車機構（シングルピニオン遊星歯車）により構成することができ、キャリアＣがエンジン３６の出力軸（ダンパー１１）に機械的に連結され、サンギアＳが回転電機１０の第１ロータ２８に機械的に連結され、リングギアＲが変速機４４の入力軸４４ａ及び回転電機１０の第２ロータ１８に機械的に連結されている。変速機４４の出力軸４４ｂは、駆動輪である車輪３８と機械的に連結されている。変速機４４は、変速比をステップ的に（段階的に）変更することが可能な有段変速機により構成することもできるし、変速比を連続的に（無段階に）変更することが可能な無段変速機により構成することもできる。

動力分配機構（遊星歯車機構）５２において、サンギアＳ、キャリアＣ、及びリングギアＲの３つの回転要素の回転速度は、図３の共線図に示す共線関係にある。ただし、図３の共線図において、ρはサンギアＳとリングギアＲの歯数比（０＜ρ＜１を満たす定数）である。図３の共線図では、エンジン３６に連結されたキャリアＣが、第１ロータ２８に連結されたサンギアＳと、変速機４４の入力軸４４ａに連結されたリングギアＲとの間に配置されている。そのため、エンジン３６からキャリアＣに伝達されたトルクは、サンギアＳ及びリングギアＲにそれらのトルク比が所定比ρになる状態で分配されてから、第１ロータ２８及び変速機４４の入力軸４４ａにそれぞれ伝達される。そして、動力分配機構（遊星歯車機構）５２は２自由度の回転自由度を有する機構であり、サンギアＳ、キャリアＣ、及びリングギアＲの３つの回転要素のうち２つの回転要素の回転速度が決まると、残りの１つの回転要素の回転速度も決まる。なお、図３の共線図において、サンギアＳ、キャリアＣ、及びリングギアＲの回転速度については、エンジン３６が動力を発生しているときのキャリアＣの回転方向（共線図の上側）を正としている。

回転電機１０のステータ１６は、第１ロータ２８及び第２ロータ１８とそれぞれ所定の空隙を空けて対向配置されている。第１ロータ２８及び第２ロータ１８は、いずれもステータ１６に対して相対回転可能であり、さらに、互いに相対回転可能である。ステータ１６には、複数相（例えば３相）の第１ステータ巻線（第１固定子導体）３０が第１ロータ２８と対向して配設され、複数相（例えば３相）の第２ステータ巻線２０（第２固定子導体）が第２ロータ１８と対向して配設されている。複数相の第１ステータ巻線３０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、第１ステータ巻線３０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、第１ステータ巻線３０で発生した回転磁界が第１ロータ２８に作用するのに応じてステータ１６と第１ロータ２８との間にトルクが作用する。そのため、第１ステータ巻線３０に供給された交流電力を利用して第１ロータ２８に動力（機械的動力）を発生させることが可能であり、さらに、第１ロータ２８の機械的動力を利用して第１ステータ巻線３０に交流電力を発生させることも可能である。同様に、複数相の第２ステータ巻線２０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、第２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、第２ステータ巻線２０で発生した回転磁界が第２ロータ１８に作用するのに応じてステータ１６と第２ロータ１８との間にトルクが作用する。そのため、第２ステータ巻線２０に供給された交流電力を利用して第２ロータ１８に動力（機械的動力）を発生させることが可能であり、さらに、第２ロータ１８の機械的動力を利用して第２ステータ巻線２０に交流電力を発生させることも可能である。

図１，２では、第１ロータ２８及び第２ロータ１８の具体的構成の図示を省略しているが、ステータ１６と第１ロータ２８との間にトルクを作用させるための第１ロータ２８の構成、及びステータ１６と第２ロータ１８との間にトルクを作用させるための第２ロータ１８の構成については、周知の構成で実現可能である。例えば、第１ロータ２８に永久磁石をステータ１６と対向させて配設してステータ１６及び第１ロータ２８を同期機として機能させることも可能であるし、第１ロータ２８にロータ巻線等の回転子導体をステータ１６と対向させて配設してステータ１６及び第１ロータ２８を誘導機として機能させることも可能である。同様に、第２ロータ１８に永久磁石を配設してステータ１６及び第２ロータ１８を同期機として機能させることも可能であるし、第２ロータ１８にロータ巻線等の回転子導体を配設してステータ１６及び第２ロータ１８を誘導機として機能させることも可能である。

直流電源として設けられた充放電可能な蓄電装置４２は、例えば二次電池により構成することができ、電気エネルギーを蓄える。インバータ４１は、第１ステータ巻線３０の各相毎にスイッチング素子（図示せず）を備えており、スイッチング素子のスイッチング動作により蓄電装置４２からの直流電力を交流（例えば３相交流）に変換して、第１ステータ巻線３０の各相に供給することが可能である。さらに、インバータ４１は、第１ステータ巻線３０の交流電力を直流に変換して蓄電装置４２に回収する方向の変換も可能である。同様に、インバータ４０も、第２ステータ巻線２０の各相毎にスイッチング素子（図示せず）を備えており、スイッチング素子のスイッチング動作により蓄電装置４２からの直流電力を交流（例えば３相交流）に変換して、第２ステータ巻線２０の各相に供給することが可能である。さらに、インバータ４０も、第２ステータ巻線２０の交流電力を直流に変換して蓄電装置４２に回収する方向の変換も可能である。さらに、インバータ４１，４０により、第１ステータ巻線３０と第２ステータ巻線２０との間で電力変換を行うことも可能である。

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して、第２ステータ巻線２０の各相に流れる交流電流を制御することで、ステータ１６と第２ロータ１８との間に作用するトルクを制御する。そして、電子制御ユニット５０は、インバータ４１のスイッチング動作を制御して、第１ステータ巻線３０の各相に流れる交流電流を制御することで、ステータ１６と第１ロータ２８との間に作用するトルクを制御する。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、及び変速機４４の変速比の制御も行う。

エンジン３６が発生した動力は、ダンパー１１を介して動力分配機構５２のキャリアＣに伝達される。動力分配機構５２は、キャリアＣに伝達されたエンジン３６からの動力をサンギアＳ及びリングギアＲに分配する。エンジン３６からリングギアＲに分配された動力は、変速機４４へ伝達され変速されてから車輪３８に伝達されることで、車両の駆動等、負荷の駆動に用いられる。一方、エンジン３６からサンギアＳに分配された動力は、回転電機１０の第１ロータ２８に伝達される。ステータ１６では、第１ロータ２８に伝達された動力を利用して第１ステータ巻線３０に交流電力を発生させる（発電を行う）ように、第１ロータ２８に回生トルクを作用させる。第１ステータ巻線３０に発生した交流電力は、インバータ４１，４０で電力変換（インバータ４１では交流から直流、インバータ４０では直流から交流）がそれぞれ行われてから第２ステータ巻線２０に供給される。ステータ１６では、第２ステータ巻線２０に供給された交流電力を利用して第２ロータ１８に動力（機械的動力）を発生させるように、第２ロータ１８に力行トルクを作用させる。第２ロータ１８に発生した動力は、変速機４４へ伝達され変速されてから車輪３８に伝達されることで、車両の駆動等、負荷の駆動に用いられる。エンジン３６の動力を車輪３８へ伝達する場合には、電子制御ユニット５０は、インバータ４１のスイッチング動作を制御して第１ロータ２８の回転速度を制御することで、動力分配機構５２のキャリアＣの回転速度とリングギアＲの回転速度との比を制御することができる。これによって、動力分配機構５２のキャリアＣの回転速度と変速機４４の出力軸４４ｂの回転速度との比で表される動力伝達装置全体の総変速比を制御することができる。その際には、キャリアＣの回転速度とリングギアＲの回転速度との比を連続的に制御することができるので、無段変速機能を実現することが可能となる。また、電子制御ユニット５０は、変速機４４の変速比を制御することによっても、動力伝達装置全体の総変速比を制御することができる。

また、第１ステータ巻線３０に発生した交流電力をインバータ４１で直流に変換してから蓄電装置４２に回収することも可能である。そして、蓄電装置４２からの直流電力をインバータ４０で交流に変換してから第２ステータ巻線２０に供給することも可能である。そのため、エンジン３６が動力を発生していなくても、蓄電装置４２からインバータ４０を介して第２ステータ巻線２０に供給された電力を利用して第２ロータ１８に動力を発生させることで、車両の駆動等、負荷の駆動を行うことができる。また、第２ロータ１８に回生トルクを作用させることで、第２ロータ１８（車輪３８）の動力を第２ステータ巻線２０の発電電力に変換し、インバータ４０で直流に変換してから蓄電装置４２に回収することも可能である。また、蓄電装置４２からインバータ４１を介して第１ステータ巻線３０に供給された電力を利用して第１ロータ２８に動力を発生させることで、エンジン３６の始動を行うことも可能である。

本実施形態では、第１ロータ２８に伝達された動力を利用して第１ステータ巻線３０に電力を発生させることが可能なステータと、第２ステータ巻線２０に供給された電力を利用して第２ロータ１８に動力を発生させることが可能なステータとが、１つのステータ１６に共有化されている。そして、第１ロータ２８、ステータ１６、及び第２ロータ１８が同心円状に配置されており、ロータ回転軸に直交する径方向においてステータ１６が第１ロータ２８及び第２ロータ１８と対向配置されている。ステータ１６においては、第１ステータ巻線３０が内周側に配設され、第２ステータ巻線２０が外周側に配設されており、第２ステータ巻線２０が第１ステータ巻線３０より径方向外側に（外周側に）配置されている。第１ロータ２８はステータ１６より径方向内側で（ステータ１６の内周側で）ステータ１６（第１ステータ巻線３０）と対向配置されており、第２ロータ１８はステータ１６より径方向外側で（ステータ１６の外周側で）ステータ１６（第２ステータ巻線２０）と対向配置されている。図１に示す例では、回転電機１０（同心円状に配置された第１ロータ２８、ステータ１６、及び第２ロータ１８）がエンジン３６と変速機４４との間の位置に配置され、動力分配機構５２が回転電機１０と変速機４４との間の位置に配置され、ダンパー１１がエンジン３６と回転電機１０との間の位置に配置されている。

第１ロータ２８の力行トルクはエンジン３６の始動に用いられ、第１ロータ２８の回生トルクは第１ステータ巻線３０の発電に用いられる。第１ロータ２８では、エンジン３６（キャリアＣ）からサンギアＳに分配されるトルクを受けることができればよいため、第１ロータ２８に発生可能な最大トルクは小さくて済む。一方、第２ロータ１８の力行トルクは車輪３８に伝達されることで車両の駆動（負荷の駆動）に用いられ、第２ロータ１８の回生トルクは第２ステータ巻線２０の発電に用いられる。エンジン３６が動力を発生していない状態で第２ロータ１８の動力により車両の駆動（負荷の駆動）を行うこともあるので、車両（負荷）の駆動力を増大させるためには、第２ロータ１８に発生可能な最大力行トルクを大きくすることが要求される。そのため、ステータ１６と第２ロータ１８との間のトルク容量は、ステータ１６と第１ロータ２８との間のトルク容量よりも大きいことが要求される。ただし、ステータ１６と第２ロータ１８との間のトルクを増大させるために、第２ステータ巻線２０に流す電流を増加させると、第２ステータ巻線２０の容量及びインバータ４０のスイッチング素子の容量を増大させる必要がある。また、ステータ１６と第２ロータ１８との間で発生可能な最大トルクを増大させるために、ステータ１６及び第２ロータ１８の軸方向長さを増加させると、動力伝達装置全体の軸方向長さが増加して大型化する。

これに対して本実施形態では、第２ロータ１８をステータ１６より径方向外側に配置し、第１ロータ２８をステータ１６より径方向内側に配置することで、ステータ１６と第２ロータ１８との間のトルク容量をステータ１６と第１ロータ２８との間のトルク容量よりも大きくすることができる。そのため、第２ステータ巻線２０の容量増大及びインバータ４０のスイッチング素子の容量増大を招くことなく、第２ロータ１８に発生可能な最大トルクを増大させることができ、車両（負荷）の駆動力を増大させることができる。さらに、回転電機１０の軸方向長さを短縮することができ、動力伝達装置の小型化を図ることができる。なお、第１ロータ２８に発生可能な最大トルクは小さくて済むため、ステータ１６と第１ロータ２８との間のトルク容量が小さくなっても、第１ステータ巻線３０の容量増大及びインバータ４１のスイッチング素子の容量増大を招くことはない。

さらに、本実施形態では、エンジン３６の動力や第２ロータ１８に発生した動力を変速機４４で減速してから車輪３８へ伝達することで、車両（負荷）の駆動力をさらに増大させることができる。そのため、変速機４４で減速する分、ステータ１６と第１ロータ２８との間のトルク容量低減、及びステータ１６と第２ロータ１８との間のトルク容量低減を図ることができる。その結果、第１ステータ巻線３０の容量低減、第２ステータ巻線２０の容量低減、及びインバータ４０，４１のスイッチング素子の容量低減を図ることができる。

本実施形態では、例えば図４に示すように、整流器９３と昇圧コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）９４とを設けることもできる。図４に示す構成例では、インバータ４１は、蓄電装置４２側（あるいはインバータ４０側）から第１ステータ巻線３０側への（直流から交流への）一方向のみの電力変換を行う。整流器９３は、ダイオード等の整流素子により第１ステータ巻線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第２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）を交流に変換して第２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、第１ステータ巻線３０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。第１ロータ２８に伝達された動力を利用して第１ステータ巻線３０に交流電力を発生させるときは、昇圧コンバータ９４のスイッチング動作により第１ステータ巻線３０側から蓄電装置４２側（あるいはインバータ４０側）への電力変換を行う。電子制御ユニット５０は、昇圧コンバータ９４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して、昇圧コンバータ９４での昇圧比（ＤＣ−ＤＣコンバータでの電圧変換比）を制御することで、第１ステータ巻線３０の各相に流れる交流電流を制御することができ、ステータ１６と第１ロータ２８との間に作用するトルクを制御することができる。一方、第１ステータ巻線３０に供給された電力を利用して第１ロータ２８に動力を発生させるときは、インバータ４１のスイッチング動作により蓄電装置４２側から第１ステータ巻線３０側への電力変換を行う。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ９４として、昇圧コンバータの代わりに、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。

次に、電子制御ユニット５０が動力伝達装置全体の総変速比（キャリアＣの回転速度と変速機４４の出力軸４４ｂの回転速度との比）を制御する処理の好適な例について、図５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、動力伝達装置全体の要求総変速比（総変速比の目標値）γｒｅｑが設定される。ここでは、要求総変速比γｒｅｑが連続的な値に設定される。次にステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で設定された要求総変速比γｒｅｑが１／(１＋ρ)×γｍｉｎ以上且つ１／(１＋ρ)×γｍａｘ以下であるか否かが判定される。ここで、１／(１＋ρ)は、第１ロータ２８（サンギアＳ）の回転速度が０であるときにおける動力分配機構５２のキャリアＣの回転速度とリングギアＲの回転速度との比である。また、γｍｉｎは変速機４４の最小変速比、γｍａｘは変速機４４の最大変速比であり、変速機４４は、最小変速比γｍｉｎ以上且つ最大変速比γｍａｘ以下の範囲で変速比を段階的に変化させることが可能な有段変速機であるものとする。１／(１＋ρ)×γｍｉｎ≦γｒｅｑ≦１／(１＋ρ)×γｍａｘが成立する場合（ステップＳ１０２の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ１０３において、変速機４４の変速比γが、γ≦(１＋ρ)×γｒｅｑを満たす最も大きな変速比に制御される。それとともに、キャリアＣの回転速度とリングギアＲの回転速度との比γｓｕｂがγｒｅｑ／γに一致する（あるいはほぼ一致する）ように、第１ロータ２８（サンギアＳ）の回転速度が制御される。これによって、動力伝達装置全体の総変速比が要求総変速比γｒｅｑに一致する（あるいはほぼ一致する）ように、キャリアＣとリングギアＲの回転速度比γｓｕｂ、及び変速機４４の変速比γがそれぞれ制御される。その際には、サンギアＳ（第１ロータ２８）の回転方向がキャリアＣ（エンジン３６）及びリングギアＲ（変速機４４の入力軸４４ａ）の回転方向と同方向になる、またはサンギアＳの回転速度が０になるように、キャリアＣとリングギアＲの回転速度比γｓｕｂが所定比１／(１＋ρ)以上に制御される。

一方、γｒｅｑ＞１／(１＋ρ)×γｍａｘまたはγｒｅｑ＜１／(１＋ρ)×γｍｉｎが成立する場合（ステップＳ１０２の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ１０４において、要求総変速比γｒｅｑが１／(１＋ρ)×γｍａｘより大きいか否かが判定される。γｒｅｑ＞１／(１＋ρ)×γｍａｘが成立する場合（ステップＳ１０４の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ１０５において、変速機４４の変速比γが最大変速比γｍａｘに制御される。それとともに、キャリアＣの回転速度とリングギアＲの回転速度との比γｓｕｂがγｒｅｑ／γｍａｘに一致する（あるいはほぼ一致する）ように、第１ロータ２８の回転速度が制御される。これによって、動力伝達装置全体の総変速比が要求総変速比γｒｅｑに一致する（あるいはほぼ一致する）ように、キャリアＣとリングギアＲの回転速度比γｓｕｂ、及び変速機４４の変速比γがそれぞれ制御される。その際には、サンギアＳの回転方向がキャリアＣ及びリングギアＲの回転方向と同方向になるように、キャリアＣとリングギアＲの回転速度比γｓｕｂが所定比１／(１＋ρ)より大きい値に制御される。一方、γｒｅｑ＜１／(１＋ρ)×γｍｉｎが成立する場合（ステップＳ１０４の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ１０６において、変速機４４の変速比γが最小変速比γｍｉｎに制御される。それとともに、キャリアＣの回転速度とリングギアＲの回転速度との比γｓｕｂが１／(１＋ρ)に一致する（あるいはほぼ一致する）ように、第１ロータ２８の回転速度が０（あるいはほぼ０）に制御される。

動力分配機構５２のキャリアＣに伝達されたエンジン３６からの動力がサンギアＳ及びリングギアＲに分配される場合に、車速（車輪３８の回転速度）が増大して、サンギアＳの回転方向がキャリアＣ及びリングギアＲの回転方向と反対方向になると、第１ロータ２８のトルクが回生トルクから力行トルクに変化することになる。その場合は、第２ロータ１８の動力を利用して第２ステータ巻線２０に電力を発生させ、第２ステータ巻線２０から第１ステータ巻線３０に供給された電力を利用して第１ロータ２８に動力を発生させる、いわゆる動力循環が発生することになる。その結果、エンジン３６（キャリアＣ）から車輪３８（変速機４４の出力軸４４ｂ）への動力伝達効率が低下する。これに対して図５に示すフローチャートの処理によれば、キャリアＣとリングギアＲの回転速度比γｓｕｂを所定比１／(１＋ρ)以上の値に制御することで、サンギアＳの回転が停止する、またはサンギアＳの回転方向がキャリアＣ及びリングギアＲの回転方向と同方向になる状態を維持することができ、第１ロータ２８のトルクが力行トルクになるのを防ぐことができる。そのため、動力循環の発生を防ぐことができ、動力伝達効率の低下を抑えることができる。さらに、図４に示す構成例において、エンジン３６（キャリアＣ）からサンギアＳに分配されるトルクを第１ロータ２８のトルクにより受けるためには、昇圧コンバータ９４のスイッチング動作により第１ステータ巻線３０側から蓄電装置４２側（あるいはインバータ４０側）への電力変換を行うだけでよく、インバータ４１のスイッチング動作により蓄電装置４２側から第１ステータ巻線３０側への電力変換を行う必要がなくなる。そのため、インバータ４１のスイッチング動作により蓄電装置４２側から第１ステータ巻線３０側への電力変換を行う必要があるのは、エンジン３６の始動を行うときだけとなる。エンジン３６のクランキングトルクは、エンジン３６（キャリアＣ）からサンギアＳに分配されるトルクよりも小さくて済むため、第１ステータ巻線３０の各相毎に設けられた、インバータ４１のスイッチング素子の容量は、整流器９３の整流素子（ダイオード）の容量、昇圧コンバータ９４のスイッチング素子の容量、及びインバータ４０のスイッチング素子の容量よりも小さくて済む。したがって、インバータ４１のスイッチング素子の容量低減によるコスト削減を図ることができる。

また、本実施形態では、電子制御ユニット５０は、図６に示すフローチャートの処理に従って、動力伝達装置全体の総変速比を制御することもできる。まずステップＳ２０１では、動力伝達装置全体の要求総変速比γｒｅｑが設定される。変速機４４が最小変速比γｍｉｎ以上且つ最大変速比γｍａｘ以下の範囲で変速比を連続的に変化させることが可能な無段変速機である場合は、要求総変速比γｒｅｑが連続的な値に設定される。一方、変速機４４が最小変速比γｍｉｎ以上且つ最大変速比γｍａｘ以下の範囲で変速比を段階的に変化させることが可能な有段変速機である場合は、要求総変速比γｒｅｑは、変速機（有段変速機）４４で選択可能な変速比γｎと前述の所定比１／(１＋ρ)とに基づく離散的な値に設定され、例えば１／(１＋ρ)×γｎに設定される。

次にステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で設定された要求総変速比γｒｅｑが１／(１＋ρ)×γｍｉｎ以上且つ１／(１＋ρ)×γｍａｘ以下であるか否かが判定される。１／(１＋ρ)×γｍｉｎ≦γｒｅｑ≦１／(１＋ρ)×γｍａｘが成立する場合（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、変速機４４の変速比γが(１＋ρ)×γｒｅｑに制御される。それとともに、キャリアＣの回転速度とリングギアＲの回転速度との比γｓｕｂが所定比１／(１＋ρ)に一致する（あるいはほぼ一致する）ように、第１ロータ２８の回転速度が０（あるいはほぼ０）に制御される。

一方、γｒｅｑ＞１／(１＋ρ)×γｍａｘまたはγｒｅｑ＜１／(１＋ρ)×γｍｉｎが成立する場合（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、要求総変速比γｒｅｑが１／(１＋ρ)×γｍａｘより大きいか否かが判定される。γｒｅｑ＞１／(１＋ρ)×γｍａｘが成立する場合（ステップＳ２０４の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ２０５において、変速機４４の変速比γが最大変速比γｍａｘに制御される。それとともに、キャリアＣの回転速度とリングギアＲの回転速度との比γｓｕｂがγｒｅｑ／γｍａｘに一致する（あるいはほぼ一致する）ように、第１ロータ２８の回転速度が制御される。その際には、キャリアＣとリングギアＲの回転速度比γｓｕｂが所定比１／(１＋ρ)より大きい値に制御され、サンギアＳの回転方向がキャリアＣ及びリングギアＲの回転方向と同方向になる。一方、γｒｅｑ＜１／(１＋ρ)×γｍｉｎが成立する場合（ステップＳ２０４の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ２０６において、変速機４４の変速比γが最小変速比γｍｉｎに制御される。それとともに、キャリアＣの回転速度とリングギアＲの回転速度との比γｓｕｂが１／(１＋ρ)に一致する（あるいはほぼ一致する）ように、第１ロータ２８の回転速度が０（あるいはほぼ０）に制御される。

本実施形態では、エンジン３６（キャリアＣ）と車輪３８（変速機４４の出力軸４４ｂ）との間の動力伝達経路として、エンジン３６の機械的動力をキャリアＣからリングギアＲに分配して変速機４４を介して車輪３８へ伝達する伝達経路（機械パスによる伝達経路とする）と、キャリアＣから第１ロータ２８（サンギアＳ）に分配された機械的動力を利用して発生した第１ステータ巻線３０の発電電力をインバータ４１（あるいは整流器９３及び昇圧コンバータ９４）とインバータ４０を介して第２ステータ巻線２０に供給して第２ロータ１８の機械的動力に変換する伝達経路（電気パスによる伝達経路とする）と、が設けられる。電気パスによる伝達経路においては、インバータ４１（あるいは整流器９３及び昇圧コンバータ９４）とインバータ４０にてパワーの損失が生じるため、機械パスによる伝達経路よりもパワーの伝達効率が低下する。そのため、電気パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーが増大すると、エンジン３６（キャリアＣ）から車輪３８（変速機４４の出力軸４４ｂ）への動力伝達効率が低下しやすくなる。これに対して図６に示すフローチャートの処理によれば、動力伝達装置全体の要求総変速比γｒｅｑが１／(１＋ρ)×γｍａｘ以下である場合に、第１ロータ２８（サンギアＳ）の回転速度を０（あるいはほぼ０）に制御することで、電気パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーを０（あるいはほぼ０）にすることができる。したがって、動力伝達装置全体の変速比が小さい領域での動力伝達効率を向上させることができる。そして、要求総変速比γｒｅｑが１／(１＋ρ)×γｍａｘよりも大きい場合に、変速機４４の変速比γを最大変速比γｍａｘに制御するとともに、キャリアＣとリングギアＲの回転速度比γｓｕｂをγｒｅｑ／γｍａｘに一致させるように第１ロータ２８の回転速度を制御することで、動力伝達装置全体の変速比が大きい領域において、電気パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーを低減しつつ、動力伝達装置全体の総変速比を要求総変速比γｒｅｑ通りに制御することができる。

また、本実施形態では、例えば図７〜９に示すように、動力分配機構（遊星歯車機構）５２のキャリアＣとサンギアＳとリングギアＲのうちの２つを係合させることが可能な係合装置としてのクラッチ４８を設けることもできる。図７，８に示す例では、クラッチ４８は、その係合／解放により、キャリアＣとリングギアＲ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、キャリアＣとリングギアＲとを機械的に係合させることで、動力分配機構５２のキャリアＣとサンギアＳとリングギアＲとが一体となって等しい回転速度で回転し、第１ロータ２８と第２ロータ１８とが一体となって等しい回転速度で回転する。この場合は、エンジン３６の動力が変速機４４で変速されてから車輪３８へ伝達される。一方、クラッチ４８を解放して、キャリアＣとリングギアＲとの機械的係合を解除することで、キャリアＣとサンギアＳとリングギアＲとの回転速度差が許容され、第１ロータ２８と第２ロータ１８との回転速度差が許容される。また、図９に示す例では、クラッチ４８は、その係合／解放により、キャリアＣとサンギアＳ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、キャリアＣとサンギアＳとを機械的に係合させることで、動力分配機構５２のキャリアＣとサンギアＳとリングギアＲ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、キャリアＣとサンギアＳとの機械的係合を解除することで、キャリアＣとサンギアＳとリングギアＲ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。油圧を利用してクラッチ４８の係合／解放を切り替える場合は、エンジン３６の出力軸（ダンパー１１）とキャリアＣとを機械的に連結する回転軸３４の内部に油路を形成し、この油路を介してクラッチ４８に油圧を供給することが可能である。なお、図７に示す構成例において、インバータ４１が第１ステータ巻線３０側から蓄電装置４２側（あるいはインバータ４０側）への電力変換も行う場合は、整流器９３及び昇圧コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）９４を省略することも可能である。

図７〜９に示す構成例では、電子制御ユニット５０は、図１０に示すフローチャートの処理に従って、動力伝達装置全体の総変速比を制御することもできる。まずステップＳ３０１では、図６に示すフローチャートのステップＳ２０１と同様に、動力伝達装置全体の要求総変速比γｒｅｑが設定される。次にステップＳ３０２では、ステップＳ３０１で設定された要求総変速比γｒｅｑがγｍｉｎ以上且つγｍａｘ以下であるか否かが判定される。γｍｉｎ≦γｒｅｑ≦γｍａｘが成立する場合（ステップＳ３０２の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ３０３において、変速機４４の変速比γがγｒｅｑに制御される。それとともに、クラッチ４８を係合してキャリアＣとサンギアＳとリングギアＲのうちの２つを係合させることで、キャリアＣの回転速度とリングギアＲの回転速度との比γｓｕｂが１に制御される。

一方、γｒｅｑ＞γｍａｘまたはγｒｅｑ＜γｍｉｎが成立する場合（ステップＳ３０２の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ３０４において、要求総変速比γｒｅｑがγｍａｘより大きいか否かが判定される。γｒｅｑ＞γｍａｘが成立する場合（ステップＳ３０４の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ３０５において、変速機４４の変速比γが最大変速比γｍａｘに制御される。それとともに、キャリアＣの回転速度とリングギアＲの回転速度との比γｓｕｂがγｒｅｑ／γｍａｘに一致する（あるいはほぼ一致する）ように、第１ロータ２８の回転速度が制御される。その際には、キャリアＣとリングギアＲの回転速度比γｓｕｂが１より大きい値に制御され、サンギアＳの回転方向がキャリアＣ及びリングギアＲの回転方向と同方向になる。一方、γｒｅｑ＜γｍｉｎが成立する場合（ステップＳ３０４の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ３０６において、変速機４４の変速比γが最小変速比γｍｉｎに制御される。それとともに、クラッチ４８を係合してキャリアＣとサンギアＳとリングギアＲのうちの２つを係合させることで、キャリアＣの回転速度とリングギアＲの回転速度との比γｓｕｂが１に制御される。

図１０に示すフローチャートの処理によれば、動力伝達装置全体の要求総変速比γｒｅｑがγｍａｘ以下である場合に、クラッチ４８を係合してキャリアＣとサンギアＳとリングギアＲのうちの２つを係合させることで、電気パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーを０にすることができる。したがって、動力伝達装置全体の変速比が小さい領域での動力伝達効率を向上させることができる。そして、要求総変速比γｒｅｑがγｍａｘよりも大きい場合に、変速機４４の変速比γを最大変速比γｍａｘに制御するとともに、キャリアＣとリングギアＲの回転速度比γｓｕｂをγｒｅｑ／γｍａｘに一致させるように第１ロータ２８の回転速度を制御することで、動力伝達装置全体の変速比が大きい領域において、電気パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーを低減しつつ、動力伝達装置全体の総変速比を要求総変速比γｒｅｑ通りに制御することができる。

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

本発明の実施形態に係る動力伝達装置を備えるハイブリッド駆動装置の概略構成を示す図である。 回転電機の構成の概略を示す図である。 遊星歯車機構の各回転要素の回転速度を示す共線図である。 本発明の実施形態に係る動力伝達装置を備えるハイブリッド駆動装置の他の概略構成を示す図である。 動力伝達装置全体の総変速比を制御する処理の一例を説明するフローチャートである。 動力伝達装置全体の総変速比を制御する処理の他の例を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態に係る動力伝達装置を備えるハイブリッド駆動装置の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る動力伝達装置を備えるハイブリッド駆動装置の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る動力伝達装置を備えるハイブリッド駆動装置の他の概略構成を示す図である。 動力伝達装置全体の総変速比を制御する処理の他の例を説明するフローチャートである。 関連技術に係る動力伝達装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０ 回転電機、１１ ダンパー、１６ ステータ、１８ 第２ロータ、２０ 第２ステータ巻線、２８ 第１ロータ、３０ 第１ステータ巻線、３６ エンジン、３８ 車輪、４０，４１ インバータ、４２ 蓄電装置、４４ 変速機、４８ クラッチ、５０ 電子制御ユニット、５２ 動力分配機構、９３ 整流器、９４ 昇圧コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）、Ｃ キャリア、Ｒ リングギア、Ｓ サンギア。

Claims (7)

1. 第１回転部に伝達された原動機からの動力を第２回転部及び第３回転部に分配することが可能な動力分配機構と、
   第２回転部に分配された動力が伝達される第１回転子と、
   第３回転部に分配された動力が伝達される変速機と、
   変速機へ動力を伝達可能な第２回転子と、
   第１固定子導体及び第２固定子導体が配設された固定子であって、第１回転子に伝達された動力を利用して第１固定子導体に電力を発生させることが可能であり、第２固定子導体に供給された電力を利用して第２回転子に動力を発生させることが可能な固定子と、
   を備え、
   変速機からの動力が負荷の駆動に用いられる動力伝達装置であって、
   固定子においては、第２固定子導体が第１固定子導体より径方向外側に配置され、
   第１回転子は固定子より径方向内側で固定子と対向配置され、第２回転子は固定子より径方向外側で固定子と対向配置されている、動力伝達装置。
2. 請求項１に記載の動力伝達装置であって、
   第１固定子導体に発生した電力を電力変換して第２固定子導体へ供給することが可能な電力変換部をさらに備える、動力伝達装置。
3. 請求項２に記載の動力伝達装置であって、
   動力分配機構は、第２回転部の回転速度が０であるときの第１回転部の回転速度と第３回転部の回転速度との比が所定比となる機構であり、
   第１回転部の回転速度と変速機の出力軸の回転速度との比である総変速比の目標値が前記所定比と変速機の最大変速比との積よりも大きい場合に、変速機の変速比を最大変速比に制御し、第１回転部の回転速度と第３回転部の回転速度との比を前記総変速比の目標値と変速機の最大変速比との商に制御する、動力伝達装置。
4. 請求項２または３に記載の動力伝達装置であって、
   動力分配機構は、第２回転部の回転速度が０であるときの第１回転部の回転速度と第３回転部の回転速度との比が所定比となる機構であり、
   第１回転部の回転速度と変速機の出力軸の回転速度との比である総変速比の目標値が前記所定比と変速機の最大変速比との積以下である場合に、第２回転部の回転速度を略０に制御する、動力伝達装置。
5. 請求項２に記載の動力伝達装置であって、
   第１回転部と第２回転部と第３回転部のうちの２つを係合させることが可能な係合装置をさらに備える、動力伝達装置。
6. 請求項５に記載の動力伝達装置であって、
   第１回転部の回転速度と変速機の出力軸の回転速度との比である総変速比の目標値が変速機の最大変速比よりも大きい場合に、変速機の変速比を最大変速比に制御し、第１回転部の回転速度と第３回転部の回転速度との比を前記総変速比の目標値と変速機の最大変速比との商に制御する、動力伝達装置。
7. 請求項５または６に記載の動力伝達装置であって、
   第１回転部の回転速度と変速機の出力軸の回転速度との比である総変速比の目標値が変速機の最大変速比以下である場合に、係合装置により第１回転部と第２回転部と第３回転部のうちの２つを係合させる、動力伝達装置。

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