JP3531622B2

JP3531622B2 - 動力出力装置

Info

Publication number: JP3531622B2
Application number: JP2001119666A
Authority: JP
Inventors: 由浩川島; 純和社本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2004-05-31
Anticipated expiration: 2016-11-14
Also published as: JP2002017004A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動力出力装置に関
し、詳しくは、駆動軸に動力を出力する動力出力装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の動力出力装置としては、
車両に搭載される装置であって、原動機の出力軸と駆動
軸とを電磁継手により電磁的に結合して原動機から出力
された動力を駆動軸に出力すると共に駆動軸に取り付け
られた電動機から駆動軸に動力を出力するものが提案さ
れている（例えば、特開昭５３−１３３８１４号公報
等）。この動力出力装置では、電動機により車両の走行
を開始し、電動機の回転数が所定の回転数になったら、
電磁継手へ励磁電流を与えて原動機をクランキングする
と共に原動機への燃料供給や火花点火を行なって原動機
を始動する。原動機が始動した後は、原動機から出力さ
れる動力の一部を電磁継手による電磁的な結合を介して
駆動軸に出力して車両を走行させる。原動機から出力さ
れる動力の残余は、電磁継手の電磁的な結合の滑りに応
じた電力として回生され、走行の開始の際に用いられる
電力としてバッテリに蓄えられたり、電動機の駆動に必
要な電力として用いられる。電動機は、駆動軸に出力す
べき動力が電磁継手を介して出力される動力では不足す
るときに駆動され、この不足分を補う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た動力出力装置の電動機にインバータ回路等により駆動
制御される電動機を用いると、駆動軸が高回転で回転し
ている最中に何らかの異常により電動機の制御が行なう
ことができなくなったときには、バッテリやインバータ
回路が破損する場合を生じるという問題があった。一般
に、電動機は、必要な電流値を小さくするために逆起電
圧が大きくなるよう設計されており、高回転で回転させ
るときには、逆起電圧がバッテリの電圧より高くならな
いよう弱め界磁制御がなされる。こうした制御の最中に
制御装置等に異常が生じ、電動機の制御を行なうことが
できなくなると、電動機が生じる逆起電圧を低くするこ
とができなくなり、電動機は発電機として動作し、これ
によって得られる電力によってバッテリを充電する。こ
のときバッテリが満充電に近いと、バッテリは過充電さ
れることになり、場合によっては破損する。また、電動
機が生じる逆起電圧が高電圧となり、インバータ回路内
の平滑コンデンサ等を破損させてしまう場合もある。

【０００４】こうした問題は、上述の従来例の動力出力
装置に限られず、駆動軸に電動機が取り付けられておれ
ば、同様に生じる問題である。例えば、本出願人が以前
提案した、原動機の出力軸と駆動軸と発電機の回転軸と
に結合された遊星歯車装置を介して原動機から出力され
た動力を駆動軸に出力すると共に駆動軸に取り付けられ
た電動機から駆動軸に動力を出力する装置（特開昭第５
０−３０２２３号公報）でも同様である。

【０００５】本発明の動力出力装置は、駆動軸が高回転
で回転している最中に電動機の制御を行なうことができ
なくなり、電動機が発電機として動作したときでも、電
動機を制御するインバータ回路や蓄電手段の破損を防止
することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力
装置は、電動機の制御を行なうことができなくなったと
きに生じる駆動軸に出力される動力の変動を小さくする
ことを目的の一つとする。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の動力出力装置は、上述の目的の少なくとも一部を
達成するために以下の手段を採った。

【０００７】本発明の動力出力装置は、駆動軸と動力の
やり取りをする電動機と、蓄電手段を有し、該電動機へ
電力の供給が可能な電力供給手段と、複数のスイッチン
グ素子と帰還ダイオードとからなり前記電動機と前記電
力供給手段との間に介在するインバータ回路を有し、該
インバータ回路のスイッチング素子のスイッチングを制
御することにより前記電動機を駆動制御する電動機制御
手段と、電気エネルギを消費可能な電気的負荷と、該電
動機制御手段による前記電動機の制御に異常が生じ前記
インバータ回路が該電動機からみて整流回路を構成する
とき、前記インバータ回路と前記蓄電手段との接続を遮
断するとともに、該インバータ回路を介して前記電動機
により回生される電気エネルギの少なくとも一部が前記
電気的負荷で消費されるよう該電気的負荷を制御する異
常時制御手段とを備えることを要旨とする。

【０００８】この本発明の動力出力装置は、複数のスイ
ッチング素子と帰還ダイオードとからなるインバータ回
路を有する電動機制御手段が、インバータ回路のスイッ
チング素子のスイッチングを制御することにより電力供
給手段から電力の供給を受けて駆動軸と動力のやり取り
をする電動機を駆動制御する。異常時制御手段は、電動
機制御手段による電動機の制御に異常が生じインバータ
回路が電動機からみて整流回路を構成するときに、この
インバータ回路を介して電動機により回生される電気エ
ネルギの少なくとも一部が電気的負荷で消費されるよう
電気的負荷を制御する。

【０００９】こうした本発明の動力出力装置によれば、
インバータ回路を介して電動機により回生される電気エ
ネルギの一部を電気的負荷で消費することができる。こ
の結果、電動機により回生される電気エネルギが過剰と
なったりその電圧が高電圧になることによって生じるイ
ンバータ回路を構成する素子や電動機制御手段を構成す
る素子の破損を防止することができる。

【００１０】また、前記異常時制御手段は、前記インバ
ータ回路と前記蓄電手段との接続を遮断する遮断手段を
備える。従って、蓄電手段やインバータ回路，電動機の
保護を強化することができる。

【００１１】本発明の動力出力装置において、前記電動
機制御手段は、該電動機制御手段による前記電動機の制
御に異常が生じたとき、前記インバータ回路が前記電動
機からみて整流回路を構成するよう前記複数のスイッチ
ング素子をスイッチングする異常時スイッチング手段を
備えるものとすることもできる。こうすれば、電動機制
御手段による電動機の制御に異常が生じたときに、イン
バータ回路を電動機からみて整流回路となるようにする
ことができる。こうした異常時スイッチング手段は、前
記駆動軸の回転数が所定値以上のとき、前記インバータ
回路が前記電動機からみて整流回路を構成するようスイ
ッチングする手段であるものとすることもできる。こう
すれば、駆動軸の回転数が所定値以上のとき、即ち電動
機から起電圧が高くインバータ回路を構成する素子や電
動機制御手段を構成する素子に破損が生じるおそれがあ
るときにのみ制御するものとすることができる。

【００１２】また、本発明の動力出力装置において、前
記インバータ回路は、前記複数のスイッチング素子のス
イッチングに必要な電力の供給が停止したとき、前記帰
還ダイオードにより前記電動機からみて整流回路を構成
する回路であるものとすることができる。こうすれば、
スイッチング素子のスイッチングに必要な電力の供給が
停止したときも同様に制御することができる。

【００１３】これら変形例を含めて本発明の動力出力装
置において、前記電力供給手段は、出力軸を有する原動
機と、該原動機の出力軸と前記駆動軸とに結合され該出
力軸に入出力される動力と該駆動軸に入出力される動力
とのエネルギ偏差を対応する電気エネルギの入出力によ
り調整するエネルギ調整手段と、充放電が可能で前記エ
ネルギ調整手段と前記インバータ回路とを並列に接続す
る蓄電手段とを備え、前記電気的負荷は、前記エネルギ
調整手段であり、前記異常時制御手段は、前記インバー
タ回路を介して前記電動機から回生される電気エネルギ
の少なくとも一部が前記エネルギ調整手段により消費さ
れるよう該エネルギ調整手段を制御する手段であるもの
とすることもできる。

【００１４】この態様の動力出力装置では、エネルギ調
整手段による原動機の出力軸と前記駆動軸とに結合さ
れ、この出力軸に入出力される動力と駆動軸に入出力さ
れる動力とのエネルギ偏差を対応して入出力される電気
エネルギか、エネルギ調整手段とインバータ回路とを並
列に接続する蓄電手段に蓄えられた電気エネルギかが、
電動機に電力として供給される。そして、エネルギ調整
手段は、電動機制御手段による電動機の制御に異常が生
じインバータ回路が電動機からみて整流回路を構成する
ときには、インバータ回路を介して電動機から回生され
る電気エネルギの少なくとも一部を消費するよう異常時
制御手段によって制御されることにより、電気的負荷と
して動作する。この態様の動力出力装置とすれば、エネ
ルギ調整手段を電気的負荷として動作させることができ
る。この結果、負荷量を調整することができる。

【００１５】また、原動機とエネルギ調整手段と蓄電手
段とを備える本発明の動力出力装置において、前記異常
時制御手段は、前記駆動軸に出力される動力の変動の少
なくとも一部を打ち消すよう前記原動機および前記エネ
ルギ調整手段を制御する手段であるものとすることもで
きる。こうすれば、駆動軸に出力される動力の変動を小
さくすることができる。

【００１６】この駆動軸に出力される動力の変動を打ち
消す態様の動力出力装置において、所定の指示に基づい
て駆動軸に出力すべき目標動力を設定する目標動力設定
手段を備え、異常時制御手段は、前記インバータ回路を
介して前記電動機から回生される電気エネルギが前記原
動機から出力される動力と前記目標動力設定手段により
設定された目標動力とのエネルギ偏差に相当するよう前
記原動機の運転を制御する原動機運転手段と、前記原動
機から出力される動力と前記目標動力設定手段により設
定された目標動力とのエネルギ偏差を前記インバータ回
路を介して前記電動機から回生される電気エネルギを用
いて調整するよう前記エネルギ調整手段を制御するエネ
ルギ調整制御手段とを備えるものとすることもできる。
こうすれば、電動機制御手段による電動機の制御に異常
が生じたときでも、目標動力を駆動軸に出力することが
できる。

【００１７】これら原動機とエネルギ調整手段と蓄電手
段とを備える本発明の動力出力装置において、前記エネ
ルギ調整手段は、前記原動機の出力軸に結合された第１
のロータと、前記駆動軸に結合された第２のロータとを
有し、該両ロータ間の電磁的な結合を介して前記原動機
の出力軸と該駆動軸との間で動力のやり取りをする電動
機を備えるものとしたり、前記エネルギ調整手段は、回
転軸を有し該回転軸と動力のやり取りをする第２の電動
機と、前記駆動軸と前記出力軸と前記回転軸とに各々結
合される３軸を有し、該３軸のうちいずれか２軸へ動力
が入出力されたとき、該入出力された動力に基づいて定
まる動力を残余の１軸へ入出力する３軸式動力入出力手
段とを備えるものとすることもできる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施例と
しての動力出力装置２０の概略構成を示す構成図、図２
は図１の動力出力装置２０を組み込んだ車両の概略構成
を示す構成図である。説明の都合上、まず図２を用い
て、車両全体の構成から説明する。

【００１９】図２に示すように、この車両には、動力源
であるエンジン５０としてガソリンにより運転されるガ
ソリンエンジンが備えられている。このエンジン５０
は、吸気系からスロットルバルブ６６を介して吸入した
空気と燃料噴射弁５１から噴射されたガソリンとの混合
気を燃焼室５２に吸入し、この混合気の爆発により押し
下げられるピストン５４の運動をクランクシャフト５６
の回転運動に変換する。ここで、スロットルバルブ６６
はアクチュエータ６８により開閉駆動される。点火プラ
グ６２は、イグナイタ５８からディストリビュータ６０
を介して導かれた高電圧によって電気火花を形成し、混
合気はその電気火花によって点火されて爆発燃焼する。

【００２０】このエンジン５０の運転は、電子制御ユニ
ット（以下、ＥＦＩＥＣＵと呼ぶ）７０により制御され
ている。ＥＦＩＥＣＵ７０には、エンジン５０の運転状
態を示す種々のセンサが接続されている。例えば、スロ
ットルバルブ６６の開度（ポジション）を検出するスロ
ットルバルブポジションセンサ６７、エンジン５０の負
荷を検出する吸気管負圧センサ７２、エンジン５０の水
温を検出する水温センサ７４、ディストリビュータ６０
に設けられクランクシャフト５６の回転数と回転角度を
検出する回転数センサ７６および回転角度センサ７８な
どである。なお、ＥＦＩＥＣＵ７０には、この他、例え
ばイグニッションキーの状態ＳＴを検出するスタータス
イッチ７９なども接続されているが、その他のセンサ，
スイッチなどの図示は省略した。

【００２１】エンジン５０のクランクシャフト５６に
は、後述するクラッチモータ３０およびアシストモータ
４０を介して駆動軸２２が結合されている。駆動軸２２
は、ディファレンシャルギヤ２４に結合されており、動
力出力装置２０からのトルクは最終的に左右の駆動輪２
６，２８に伝達される。このクラッチモータ３０および
アシストモータ４０は、制御装置８０により制御されて
いる。制御装置８０の構成は後で詳述するが、内部には
制御ＣＰＵ９０が備えられており、シフトレバー８２に
設けられたシフトポジションセンサ８４やアクセルペダ
ル６４に設けられたアクセルペダルポジションセンサ６
４ａ，ブレーキペダル６５に設けられたブレーキペダル
ポジションセンサ６５ａなども接続されている。また、
制御装置８０は、上述したＥＦＩＥＣＵ７０と通信によ
り、種々の情報をやり取りしている。

【００２２】図１に示すように、第１実施例の動力出力
装置２０は、大きくは、エンジン５０と、エンジン５０
のクランクシャフト５６にアウタロータ３２が結合され
ると共に駆動軸２２にインナロータ３４が結合されたク
ラッチモータ３０と、駆動軸２２に結合されたロータ４
２を有するアシストモータ４０と、クラッチモータ３０
およびアシストモータ４０を駆動制御する制御装置８０
とから構成されている。

【００２３】クラッチモータ３０は、アウタロータ３２
の内周面に永久磁石３５を備え、インナロータ３４に形
成されたスロットに三相のコイル３６を巻回する同期電
動機として構成されている。この三相コイル３６への電
力は、スリップリング３８を介して供給される。インナ
ロータ３４において三相コイル３６用のスロットおよび
ティースを形成する部分は、無方向性電磁鋼板の薄板を
積層することで構成されている。なお、クランクシャフ
ト５６には、その回転角度θｅを検出するレゾルバ３９
が設けられているが、このレゾルバ３９は、ディストリ
ビュータ６０に設けられた回転角度センサ７８と兼用す
ることも可能である。

【００２４】他方、アシストモータ４０も同期電動機と
して構成されているが、回転磁界を形成する三相コイル
４４は、ケース４５に固定されたステータ４３に巻回さ
れている。このステータ４３も、無方向性電磁鋼板の薄
板を積層することで形成されている。ロータ４２の外周
面には、複数個の永久磁石４６が設けられている。アシ
ストモータ４０では、この永久磁石４６により磁界と三
相コイル４４が形成する磁界との相互作用により、ロー
タ４２が回転する。ロータ４２が機械的に結合された軸
は、動力出力装置２０のトルクの出力軸である駆動軸２
２であり、駆動軸２２には、その回転角度θｄを検出す
るレゾルバ４８が設けられている。また、駆動軸２２
は、ケース４５に設けられたベアリング４９により軸支
されている。

【００２５】係るクラッチモータ３０とアシストモータ
４０とは、クラッチモータ３０のインナロータ３４がア
シストモータ４０のロータ４２、延いては駆動軸２２に
機械的に結合されている。したがって、エンジン５０と
両モータ３０，４０との関係を簡略に言えば、エンジン
５０からクランクシャフト５６に出力された軸トルクが
クラッチモータ３０のアウタロータ３２およびインナロ
ータ３４を介して駆動軸２２に出力され、アシストモー
タ４０からのトルクがこれに加減算されるということに
なる。

【００２６】アシストモータ４０は、通常の永久磁石型
三相同期モータとして構成されているが、クラッチモー
タ３０は、永久磁石３５を有するアウタロータ３２も三
相コイル３６を備えたインナロータ３４も、共に回転す
るよう構成されている。そこで、クラッチモータ３０の
構成の詳細について、さらに説明する。クラッチモータ
３０のアウタロータ３２はクランクシャフト５６に、イ
ンナロータ３４は駆動軸２２に結合されており、アウタ
ロータ３２に永久磁石３５が設けられていることは既に
説明した。この永久磁石３５は、第１実施例では８個
（Ｎ極，Ｓ極が各４個）設けられており、アウタロータ
３２の内周面に貼付されている。その磁化方向はクラッ
チモータ３０の軸中心に向かう方向であり、一つおきに
磁極の方向は逆向きになっている。この永久磁石３５と
僅かなギャップにより対向するインナロータ３４の三相
コイル３６は、インナロータ３４に設けられた計１２個
のスロット（図示せず）に巻回されており、各コイルに
通電すると、スロットを隔てるティースを通る磁束を形
成する。各コイルに三相交流を流すと、この磁界は回転
する。三相コイル３６の各々は、スリップリング３８か
ら電力の供給を受けるよう接続されている。このスリッ
プリング３８は、駆動軸２２に固定された回転リング３
８ａとブラシ３８ｂとから構成されている。なお、三相
（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の電流をやり取りするために、スリッ
プリング３８には三相分の回転リング３８ａとブラシ３
８ｂとが用意されている。

【００２７】隣接する一組の永久磁石３５が形成する磁
界と、インナロータ３４に設けられた三相コイル３６が
形成する回転磁界との相互作用により、アウタロータ３
２とインナロータ３４とは種々の振る舞いを示す。通常
は、三相コイル３６に流す三相交流の周波数は、クラン
クシャフト５６に直結されたアウタロータ３２の回転数
（１秒間の回転数）とインナロータ３４の回転数との偏
差の周波数としている。

【００２８】次に、クラッチモータ３０およびアシスト
モータ４０を駆動制御する制御装置８０について説明す
る。制御装置８０は、クラッチモータ３０を駆動する第
１の駆動回路９１と、アシストモータ４０を駆動する第
２の駆動回路９２と、両駆動回路９１，９２を制御する
制御ＣＰＵ９０と、二次電池であるバッテリ９４とから
構成されている。制御ＣＰＵ９０は、１チップマイクロ
プロセッサであり、内部に、ワーク用のＲＡＭ９０ａ、
処理プログラムを記憶したＲＯＭ９０ｂ、入出力ポート
（図示せず）およびＥＦＩＥＣＵ７０と通信を行なうシ
リアル通信ポート（図示せず）を備える。この制御ＣＰ
Ｕ９０には、レゾルバ３９からのエンジン５０の回転角
度θｅ、レゾルバ４８からの駆動軸２２の回転角度θ
ｄ、アクセルペダルポジションセンサ６４ａからのアク
セルペダルポジション（アクセルペダルの踏込量）Ａ
Ｐ、シフトポジションセンサ８４からのシフトポジショ
ンＳＰ、バッテリ９４の残容量を検出する残容量検出器
９９からの残容量ＢRMなどが、入力ポートを介して入力
されている。なお、残容量検出器９９は、バッテリ９４
の電解液の比重またはバッテリ９４の全体の重量を測定
して残容量を検出するものや、充電・放電の電流値と時
間を演算して残容量を検出するものや、バッテリの端子
間を瞬間的にショートさせて電流を流し内部抵抗を測る
ことにより残容量を検出するものなどが知られている。

【００２９】また、制御ＣＰＵ９０は、第１の駆動回路
９１および第２の駆動回路９２が備える後述するスイッ
チング用の電子制御ユニット（以下、「スイッチングＣ
ＰＵ」という）９１ａ，９２ａと通信によりモータ制御
に必要な情報のやり取りをしている。

【００３０】第１の駆動回路９１は、スイッチング素子
である６個のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６と、６個
のダイオードＤ１ないしＤ６と、トランジスタＴｒ１な
いしＴｒ６のスイッチングを制御するスイッチングＣＰ
Ｕ９１ａとから構成されている。６個のトランジスタＴ
ｒ１ないしＴｒ６は、トランジスタインバータを構成し
ており、それぞれ、一対の電源ラインＬ１，Ｌ２に対し
てソース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配置さ
れ、その接続点に、クラッチモータ３０の三相コイル
（ＵＶＷ）３６の各々が、スリップリング３８を介して
接続されている。また、各トランジスタＴｒ１ないしＴ
ｒ６には帰還ダイオードＤ１ないしＤ６が取り付けられ
ており、トランジスタＴｒ１ないしＴｒ６をすべてオフ
とすると、ダイオードＤ１ないしＤ６により三相全波整
流回路が構成されるようになっている。スイッチングＣ
ＰＵ９１ａは、１チップマイクロプロセッサとして構成
されており、図示しないが、内部に、ワーク用のＲＡ
Ｍ、クラッチモータ３０の駆動制御用のプログラムを記
憶したＲＯＭ、レゾルバ３９からのエンジン５０の回転
角度θｅやレゾルバ４８からの駆動軸２２の回転角度θ
ｄ，２つの電流検出器９５，９６からのクラッチ電流値
Ｉｕｃ，Ｉｖｃを入力する入力ポート、トランジスタＴ
ｒ１ないしＴｒ６をオンオフする制御信号ＳＷ１を出力
する出力ポートを備える。電源ラインＬ１，Ｌ２は、バ
ッテリ９４のプラス側とマイナス側に、それぞれ接続さ
れているから、スイッチングＣＰＵ９１ａにより対をな
すトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオン時間の割合を
制御信号ＳＷ１により順次制御し、各コイル３６に流れ
る電流を、ＰＷＭ制御によって擬似的な正弦波にする
と、三相コイル３６により回転磁界が形成される。

【００３１】第２の駆動回路９２も、スイッチング素子
である６個のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６と、
６個のダイオードＤ１１ないしＤ１６と、トランジスタ
Ｔｒ１１ないしＴｒ１６のスイッチングを制御するスイ
ッチングＣＰＵ９２ａとから構成されている。第２の駆
動回路９２の６個のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１
６もトランジスタインバータを構成しており、それぞ
れ、第１の駆動回路９１と同様に配置されていて、対を
なすトランジスタの接続点は、アシストモータ４０の三
相コイル４４の各々に接続されている。また、各トラン
ジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６にも帰還ダイオードＤ１
１ないしＤ１６が取り付けられており、第１の駆動回路
９１と同様に、トランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６を
すべてオフとすると、ダイオードＤ１１ないしＤ１６に
より三相全波整流回路が構成されるようになっている。
スイッチングＣＰＵ９２ａも、１チップマイクロプロセ
ッサとして構成されており、図示しないが、内部に、ワ
ーク用のＲＡＭ、アシストモータ４０の駆動制御用のプ
ログラムを記憶したＲＯＭ、レゾルバ３９からのエンジ
ン５０の回転角度θｅや２つの電流検出器９７，９８か
らのアシスト電流値Ｉｕａ，Ｉｖａを入力する入力ポー
ト、トランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６をオンオフす
る制御信号ＳＷ２を出力する出力ポートを備える。した
がって、スイッチングＣＰＵ９２ａにより対をなすトラ
ンジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオン時間の割合を制
御信号ＳＷ２により順次制御し、各コイル４４に流れる
電流を、ＰＷＭ制御によって擬似的な正弦波にすると、
三相コイル４４により、回転磁界が形成される。なお、
電源ラインＬ１とＬ２との間には、電圧を平滑化するた
めのコンデンサ９３が設けられている。また、バッテリ
９４は、制御用の電力の供給が停止したときにはオフと
なるノーマルオープンのシステムメインリレー９４ａ，
９４ｂにより電源ラインＬ１，Ｌ２と接続されており、
このシステムメインリレー９４ａ，９４ｂは、制御ＣＰ
Ｕ９０によって駆動制御される。

【００３２】以上構成を説明した第１実施例の動力出力
装置２０の動作について説明する。第１実施例の動力出
力装置２０の動作原理、特にトルク変換の原理は以下の
通りである。エンジン５０がＥＦＩＥＣＵ７０により運
転され、エンジン５０の回転数Ｎｅが所定の回転数Ｎ１
で回転しているとする。このとき、スイッチングＣＰＵ
９１ａがスリップリング３８を介してクラッチモータ３
０の三相コイル３６に何等電流を流していないとすれ
ば、すなわちスイッチングＣＰＵ９１ａから出力される
制御信号ＳＷ１によりトランジスタＴｒ１，３，５をオ
フとしトランジスタＴｒ２，４，６をオンとした状態と
すれば、三相コイル３６には何等の電流も流れないか
ら、クラッチモータ３０のアウタロータ３２とインナロ
ータ３４とは電磁的に全く結合されていない状態とな
り、エンジン５０のクランクシャフト５６は空回りして
いる状態となる。この状態では、三相コイル３６からの
回生も行なわれない。すなわち、エンジン５０はアイド
ル回転をしていることになる。

【００３３】スイッチングＣＰＵ９１ａからの制御信号
ＳＷ１によりトランジスタをオンオフ制御すると、エン
ジン５０のクランクシャフト５６の回転数Ｎｅと駆動軸
２２の回転数Ｎｄとの偏差（言い換えれば、クラッチモ
ータ３０におけるアウタロータ３２とインナロータ３４
の回転数差Ｎｃ（Ｎｅ−Ｎｄ））に応じて、クラッチモ
ータ３０の三相コイル３６に一定の電流が流れ、クラッ
チモータ３０は発電機として機能し、電流が第１の駆動
回路９１を介して回生され、バッテリ９４が充電され
る。このとき、アウタロータ３２とインナロータ３４と
は一定の滑りが存在する結合状態となり、インナロータ
３４は、エンジン５０の回転数Ｎｅ（クランクシャフト
５６の回転数）よりは低い回転数Ｎｄで回転する。この
状態で、回生される電気エネルギと等しいエネルギがア
シストモータ４０で消費されるように、スイッチングＣ
ＰＵ９２ａが第２の駆動回路９２のトランジスタＴｒ１
１ないしＴｒ１６をオンオフ制御すると、アシストモー
タ４０の三相コイル４４に電流が流れ、アシストモータ
４０においてトルクが発生する。

【００３４】図３に照らせば、エンジン５０が回転数Ｎ
１，トルクＴ１の運転ポイントＰ１で運転しているとき
に、クラッチモータ３０によりトルクＴ１を駆動軸２２
に出力すると共に領域Ｇ１で表わされるエネルギを回生
し、この回生されたエネルギを領域Ｇ２で表わされるエ
ネルギとしてアシストモータ４０に供給することによ
り、駆動軸２２を回転数Ｎ２，トルクＴ２の運転ポイン
トＰ２で回転させることができるのである。

【００３５】次に、エンジン５０が回転数Ｎｅが所定の
回転数Ｎ２でトルクＴｅがトルクＴ２で運転されてお
り、駆動軸２２が回転数Ｎ２より大きな回転数Ｎ１で回
転している場合を考える。この状態では、クラッチモー
タ３０のインナロータ３４は、アウタロータ３２に対し
て回転数差Ｎｃ（Ｎｅ−Ｎｄ）の絶対値で示される回転
数で駆動軸２２の回転方向に回転するから、クラッチモ
ータ３０は、通常のモータとして機能し、バッテリ９４
からの電力により駆動軸２２に回転エネルギを与える。
一方、スイッチングＣＰＵ９２ａによりアシストモータ
４０によって電力が回生されるようトランジスタＴｒ１
１ないしＴｒ１６をオンオフ制御すると、アシストモー
タ４０のロータ４２とステータ４３との間の滑りにより
三相コイル４４に回生電流が流れる。ここで、アシスト
モータ４０により回生される電力がクラッチモータ３０
により消費されるようスイッチングＣＰＵ９１ａにより
トランジスタＴｒ１ないしＴｒ６をオンオフ制御すれ
ば、クラッチモータ３０を、バッテリ９４に蓄えられた
電力を用いることなく駆動することができる。

【００３６】図３に照らせば、エンジン５０が回転数Ｎ
２，トルクＴ２で運転しているときに、領域Ｇ１と領域
Ｇ３との和として表わされるエネルギをクラッチモータ
３０に供給して駆動軸２２にトルクＴ２を出力すると共
に、クラッチモータ３０に供給するエネルギを領域Ｇ２
と領域Ｇ３との和として表わされるエネルギとしてアシ
ストモータ４０から回生して賄うことにより、駆動軸２
２を回転数Ｎ１，トルクＴ１の運転ポイントＰ２で回転
させることができるのである。

【００３７】なお、第１実施例の動力出力装置２０で
は、こうしたエンジン５０から出力される動力のすべて
をトルク変換して駆動軸２２に出力する動作の他に、エ
ンジン５０から出力される動力（トルクＴｅと回転数Ｎ
ｅとの積）と、クラッチモータ３０により回生または消
費される電気エネルギと、アシストモータ４０により消
費または回生される電気エネルギとを調節することによ
り、余剰の電気エネルギを見い出してバッテリ９４を放
電する動作としたり、不足する電気エネルギをバッテリ
９４に蓄えられた電力により補う動作など種々の動作と
することもできる。

【００３８】次に、車両が走行状態にあるときに、第２
の駆動回路９２のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６
の温度異常を検出したときやトランジスタＴｒ１１ない
しＴｒ１６に過電流が生じたときなど、通常にアシスト
モータ４０の制御を行なうことができないときのトルク
制御について図４に例示する異常時トルク制御ルーチン
に基づき説明する。こうした異常時トルク制御ルーチン
は、第２の駆動回路９２に設けられた図示しない温度セ
ンサからの信号や電流検出器９７，９８により検出され
るアシスト電流Ｉｕａ，Ｉｖａなどの信号に基づいてス
イッチングＣＰＵ９２ａで実行される図示しない異常判
定ルーチンにより異常が判定されたときに実行される。

【００３９】本ルーチンが実行されると、制御装置８０
の制御ＣＰＵ９０は、まず、バッテリ９４を保護するた
めにシステムメインリレー９４ａ，９４ｂをオフとして
バッテリ９４と第１の駆動回路９１および第２の駆動回
路９２とを遮断する（ステップＳ１００）。そして、第
２の駆動回路９２のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１
６のすべてをオフとする（ステップＳ１０２）。具体的
には、制御ＣＰＵ９０からスイッチングＣＰＵ９２ａに
向けてトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のすべてを
オフとする信号を出力し、これを受信したスイッチング
ＣＰＵ９２ａが制御信号ＳＷ２を出力することによりト
ランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のすべてをオフする
のである。このようにトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ
１６のすべてをオフとすると、第２の駆動回路９２は、
各トランジスタに設けられた帰還ダイオードＤ１１ない
しＤ１６により三相全波整流回路を構成し、これにより
同期電動機として構成されたアシストモータ４０は、発
電機として動作することになる。

【００４０】続いて、アクセルペダルポジションセンサ
６４ａにより検出されるアクセルペダル６４の踏込量で
あるアクセルペダルポジションＡＰを読み込む処理を行
なう（ステップＳ１０４）。アクセルペダル６４は運転
者が出力トルクが足りないと感じたときに踏み込まれる
ものであり、したがって、アクセルペダルポジションＡ
Ｐの値は運転者の欲している出力トルク（すなわち、駆
動軸２２に出力すべきトルク）に対応するものである。
続いて、読み込まれたアクセルペダルポジションＡＰに
応じた出力トルクの目標値（駆動軸２２に出力すべきト
ルクの目標値（以下、「トルク指令値」ともいう））Ｔ
ｄ＊を導出する処理を行なう（ステップＳ１０６）。実
施例では、各アクセルペダルポジションＡＰに対して対
応する出力トルク指令値Ｔｄ＊を定め、これを予めマッ
プとしてＲＯＭ９０ｂに記憶しておき、アクセルペダル
ポジションＡＰが読み込まれると、ＲＯＭ９０ｂに記憶
したマップを参照して読み込んだアクセルペダルポジシ
ョンＡＰに対応する出力トルク指令値Ｔｄ＊を導出する
ものとした。

【００４１】次に、駆動軸２２の回転数Ｎｄを読み込み
（ステップＳ１０８）、読み込んだ回転数Ｎｄを閾値Ｎ
ｓｅｔと比較する（ステップＳ１１０）。ここで、駆動
軸２２の回転数Ｎｄは、レゾルバ４８により検出される
駆動軸２２の回転角度θｄから求めることができる。ま
た、閾値Ｎｓｅｔは、アシストモータ４０の逆起電圧Ｅ
ａがコンデンサ９３の耐電圧となるロータ４２の回転数
より若干小さな値として設定されるものである。

【００４２】駆動軸２２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔよ
り大きいときには、アシストモータ４０の逆起電圧Ｅａ
がコンデンサ９３の耐電圧より大きくなってコンデンサ
９３を破損させるおそれがあると判断し、アシストモー
タ４０により得られる電気エネルギの一部をクラッチモ
ータ３０により消費するようクラッチモータ３０のトル
ク指令値Ｔｃ＊とエンジン５０の目標回転数Ｎｅ＊およ
び目標トルクＴｅ＊を設定する処理（ステップＳ１１２
ないしＳ１１６の処理）を実行する。この処理として
は、まず、駆動軸２２の回転数Ｎｄに基づいてアシスト
モータ４０から回生される電力Ｐａを計算する（ステッ
プＳ１１２）。実施例では、駆動軸２２の各回転数Ｎｄ
に対してアシストモータ４０から回生される電力Ｐａを
予め実験により求めてマップとしてＲＯＭ９０ｂに記憶
しておき、回転数Ｎｄが読み込まれると、ＲＯＭ９０ｂ
に記憶したマップからこの回転数Ｎｄに対応する電力Ｐ
ａを導出するものとしたが、次式（１）により算出する
ものとしてもよい。式（１）中、Ｖはコンデンサ９３の
耐電圧より若干高い電圧であり、ＲａおよびｊωＬａは
アシストモータ４０を起電力Ｅａの電源としてみたとき
のアシストモータ４０および第２の駆動回路９２のイン
ピーダンスである。アシストモータ４０を起電力Ｅａの
電源としてみたときの動力出力装置２０の等価回路を図
５に示す。なお、アシストモータ４０の逆起電圧Ｅａ
は、式（２）により求めることができる。式（２）中、
ｋは巻線係数、ｎは一相の巻き数、ｆは周波数、φは一
極当たりのエアギャップ磁束基本波成分である。

【００４３】Ｐａ＝Ｅａ・Ｉａ＝Ｅａ・（Ｅａ−Ｖ）／（Ｒａ＋ｊωＬａ） …（１）Ｅａ＝４．４４ｋｎｆφ …（２）

【００４４】アシストモータ４０により回生される電力
Ｐａを導出すると、次式（３）によりクラッチモータ３
０のトルク指令値Ｔｃ＊を設定する（ステップＳ１１
４）。ここで、式（３）中、右辺第２項は、アシストモ
ータ４０から駆動軸２２に出力される制動トルクに相当
するものである。このようにクラッチモータ３０のトル
ク指令値Ｔｃ＊を設定することにより、駆動軸２２に運
転者の欲するトルク（トルク指令値Ｔｄ＊）を出力する
ことができる。

【００４５】Ｔｃ＊←Ｔｄ＊＋Ｐａ／Ｎｄ …（３）

【００４６】次に、次式（４）および式（５）によりエ
ンジン５０の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊
を設定する（ステップＳ１１６）。ここで、式（４）の
右辺第２項は、アシストモータ４０により回生される電
力Ｐａをクラッチモータ３０で消費するときのクラッチ
モータ３０の回転数に相当するものである。したがっ
て、式（４）で計算される値をエンジン５０の目標回転
数Ｎｅ＊として設定することにより、クラッチモータ３
０の回転数であるエンジン５０の回転数Ｎｅと駆動軸２
２の回転数Ｎｄとの回転数差Ｎｃを−Ｐａ／Ｔｃ＊と
し、アシストモータ４０により回生される電力Ｐａをク
ラッチモータ３０で消費することができるようになる。
また、式（５）に示すように、エンジン５０の目標トル
クＴｅ＊にクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊を
設定するのは、クラッチモータ３０から出力されるトル
クがエンジン５０の負荷トルクとなるからである。

【００４７】Ｎｅ＊←Ｎｄ−Ｐａ／Ｎｄ …（４）Ｔｅ＊←Ｔｃ＊ …（５）

【００４８】一方、ステップＳ１１０で駆動軸２２の回
転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔ以下のときには、コンデンサ９
３を破損させるおそれはないと判断し、クラッチモータ
３０をロックアップする信号を出力すると共に（ステッ
プＳ１１８）、エンジン５０の目標回転数Ｎｅ＊と目標
トルクＴｅ＊とに駆動軸２２の回転数Ｎｄとトルク指令
値Ｔｄ＊とを設定する（ステップＳ１２０）。このよう
に設定することによりエンジン５０から出力される回転
数が値Ｎｄでトルクが値Ｔｄ＊の動力を直接駆動軸２２
に出力することができる。なお、クラッチモータ３０を
ロックアップするのに必要な電力は銅損や鉄損のみであ
るから小さく、アシストモータ４０によって回生される
電力で賄うことができる。

【００４９】こうしてクラッチモータ３０のトルク指令
値Ｔｃ＊やエンジン５０の目標回転数Ｎｅ＊，目標トル
クＴｅ＊を設定すると、クラッチモータ３０およびエン
ジン５０の制御を行なう（ステップＳ１２２およびＳ１
２４）。具体的には、制御ＣＰＵ９０からスイッチング
ＣＰＵ９１ａに向けてクラッチモータ３０のトルク指令
値Ｔｃ＊を出力すると共にＥＦＩＥＣＵ７０に向けてエ
ンジン５０の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを
出力することにより、スイッチングＣＰＵ９１ａによっ
てクラッチモータ３０から出力されるトルクが値Ｔｄ＊
となるようクラッチモータ３０を制御すると共にＥＦＩ
ＥＣＵ７０によってエンジン５０が回転数が値Ｎｅ＊で
トルクが値Ｔｅ＊となるようエンジン５０を制御するの
である。実施例では、図示の都合上、クラッチモータ３
０とエンジン５０の制御を本ルーチンの別々のステップ
として記載したが、スイッチングＣＰＵ９１ａによるク
ラッチモータ３０の制御とＥＦＩＥＣＵ７０によるエン
ジン５０の制御は、本ルーチンとは別個独立に行なわれ
る。

【００５０】クラッチモータ３０の制御は、図６に例示
するクラッチモータ制御ルーチンにより行なわれる。本
ルーチンが実行されると、スイッチングＣＰＵ９１ａ
は、まず、駆動軸２２の回転角度θｄをレゾルバ４８か
ら、エンジン５０のクランクシャフト５６の回転角度θ
ｅをレゾルバ３９から入力する処理を行ない（ステップ
Ｓ１３０，Ｓ１３２）、クラッチモータ３０の電気角θ
ｃを両軸の回転角度θｅ，θｄから求める処理を行なう
（ステップＳ１３４）。実施例では、クラッチモータ３
０として４極対の同期電動機を用いているから、θｃ＝
４（θｅ−θｄ）を演算することになる。

【００５１】次に、電流検出器９５，９６により、クラ
ッチモータ３０の三相コイル３６のＵ相とＶ相に流れて
いる電流Ｉｕｃ，Ｉｖｃを検出する処理を行なう（ステ
ップＳ１３６）。電流はＵ，Ｖ，Ｗの三相に流れている
が、その総和はゼロなので、二つの相に流れる電流を測
定すれば足りる。こうして得られた三相の電流を用いて
座標変換（三相−二相変換）を行なう（ステップＳ１３
８）。座標変換は、永久磁石型の同期電動機のｄ軸，ｑ
軸の電流値に変換することであり、次式（６）を演算す
ることにより行なわれる。ここで座標変換を行なうの
は、永久磁石型の同期電動機においては、ｄ軸及びｑ軸
の電流が、トルクを制御する上で本質的な量だからであ
る。もとより、三相のまま制御することも可能である。

【００５２】

【数１】

【００５３】次に、２軸の電流値に変換した後、クラッ
チモータ３０におけるトルク指令値Ｔｃ＊から求められ
る各軸の電流指令値Ｉｄｃ＊，Ｉｑｃ＊と実際各軸に流
れた電流Ｉｄｃ，Ｉｑｃと偏差を求め、各軸の電圧指令
値Ｖｄｃ，Ｖｑｃを求める処理を行なう（ステップＳ１
４０）。すなわち、まず以下の式（７）の演算を行な
い、次に次式（８）の演算を行なうのである。ここで、
Ｋｐ１，２及びＫｉ１，２は、各々係数である。これら
の係数は、適用するモータの特性に適合するよう調整さ
れる。なお、電圧指令値Ｖｄｃ，Ｖｑｃは、電流指令値
Ｉ＊との偏差ΔＩに比例する部分（式（８）右辺第１
項）と偏差ΔＩのｉ回分の過去の累積分（右辺第２項）
とから求められる。

【００５４】

【数２】

【００５５】

【数３】

【００５６】その後、こうして求めた電圧指令値をステ
ップＳ１３８で行なった変換の逆変換に相当する座標変
換（二相−三相変換）を行ない（ステップＳ１４２）、
実際に三相コイル３６に印加する電圧Ｖｕｃ，Ｖｖｃ，
Ｖｗｃを求める処理を行なう。各電圧は、次式（９）に
より求める。

【００５７】

【数４】

【００５８】実際の電圧制御は、第１の駆動回路９１の
トランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオンオフ時間により
なされるから、式（９）によって求めた各電圧指令値と
なるよう各トランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオン時間
をＰＷＭ制御する（ステップＳ１４４）。

【００５９】ステップＳ１１０で駆動軸２２の回転数Ｎ
ｄが閾値Ｎｓｅｔ以下と判断され、ステップＳ１１８で
クラッチモータ３０をロックアップする信号が出力され
たときには、クラッチモータ３０の制御は、クラッチモ
ータ３０のアウタロータ３２とインナロータ３４とが相
対的に回転しないようロックアップする制御となる。具
体的には、クラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊に
トルク指令値Ｔｄ＊を設定したものとして図６に例示す
るクラッチモータ制御ルーチンを実行し、各相の電流値
を求め、求めた電流値の定電流を三相コイル３６に流す
ことによって行なわれる。

【００６０】次に、エンジン５０の制御（図４のステッ
プＳ１２０）について説明する。エンジン５０は、図４
のステップＳ１１６で設定された目標回転数Ｎｅ＊およ
び目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで定常運転状態され
るよう、ＥＦＩＥＣＵ７０によるスロットルバルブ６６
の開度制御，燃料噴射弁５１からの燃料噴射制御，点火
プラグ６２による点火制御を受ける。なお、エンジン５
０は、その負荷トルクにより出力トルクＴｅと回転数Ｎ
ｅとが変化するから、ＥＦＩＥＣＵ７０による制御だけ
では目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポ
イントで運転することはできず、負荷トルクの制御、す
なわちクラッチモータ３０のトルクＴｃの制御も必要と
なるが、このクラッチモータ３０のトルクＴｃの制御
は、前述したクラッチモータ３０の制御となる。

【００６１】駆動軸２２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔよ
り大きいときの各軸へのトルクの作用状態の一例を図７
に示す。図示するように、発電機として動作するアシス
トモータ４０から回生される電力Ｐａが丁度クラッチモ
ータ３０により消費されるように、かつ、クラッチモー
タ３０から出力されるトルクＴｃがアシストモータ４０
から駆動軸２２に作用するトルクＴａを打ち消してなお
駆動軸２２にトルクＴｄ（値Ｔｄ＊）が作用するようク
ラッチモータ３０のトルクＴｃおよびエンジン５０の運
転ポイント（回転数ＮｅとトルクＴｅ）を調整すること
により、アシストモータ４０を制御できない状態となっ
ても駆動軸２２に所望の動力を出力することができる。

【００６２】以上説明した第１実施例の動力出力装置２
０によれば、アシストモータ４０が制御できない状態と
なり発電機として動作しても、アシストモータ４０によ
り回生される電力Ｐａをクラッチモータ３０によって消
費することができる。この結果、アシストモータ４０の
逆起電圧がコンデンサ９３の耐電圧より高くなる回転数
で回転していても、図５に示すアシストモータ４０を電
源としてみたときのインピーダンス（ＲａとｊωＬａ）
を流れる電流が大きくなるから、このインピーダンスに
よる電圧降下によってコンデンサ９３の端子電圧を耐電
圧未満にすることができ、コンデンサ９３の破損を防止
することができる。しかも、アシストモータ４０の逆起
電圧がコンデンサ９３の耐電圧より高くなる回転数で駆
動軸２２が回転しているときには、アシストモータ４０
から回生される電力Ｐａをクラッチモータ３０によって
消費すると共にクラッチモータ３０から出力されるトル
クＴｃがアシストモータ４０から駆動軸２２に作用する
トルクＴａを打ち消してなお駆動軸２２に値Ｔｄ＊のト
ルクが作用するようクラッチモータ３０のトルクＴｃお
よびエンジン５０の運転ポイント（回転数Ｎｅとトルク
Ｔｅ）を調整し、駆動軸２２がそれ以下の回転数で回転
しているときには、クラッチモータ３０をロックアップ
すると共に駆動軸２２に出力すべき動力（回転数が値Ｎ
ｄでトルクが値Ｔｄ＊）がエンジン５０から出力される
ようその運転ポイントに調整するから、アシストモータ
４０が制御できない状態のときでも、駆動軸２２に所望
の動力を出力することができる。そして、この制御は、
アシストモータ４０が制御できない状態となったときに
直ちに行なわれるから、駆動軸２２に出力されるトルク
の変動を小さくすることができる。

【００６３】また、バッテリ９４をシステムメインリレ
ー９４ａ，９４ｂにより第１の駆動回路９１および第２
の駆動回路９２から切り離すから、アシストモータ４０
により回生される電力Ｐａによるバッテリ９４の過充電
を防止することができ、過充電の結果生じるバッテリ９
４の破損を防止することができる。

【００６４】第１実施例の動力出力装置２０では、第２
の駆動回路９２のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６
の温度異常を検出したときやトランジスタＴｒ１１ない
しＴｒ１６に過電流が生じたときなど、スイッチングＣ
ＰＵ９２ａによるトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６
のスイッチングがまだ可能な状態のときに図４の異常時
トルク制御ルーチンを実行するものとしたが、電源ライ
ンの切断などによりスイッチングＣＰＵ９２ａへの電力
の供給が停止したときや、スイッチングＣＰＵ９２ａの
内部ロジックに異常が生じスイッチングＣＰＵ９２ａが
動作できない状態となったときなどにも図４の異常時ト
ルク制御ルーチンを適用することができる。この場合、
スイッチングＣＰＵ９２ａの動作の停止によってトラン
ジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６はすべてオフとなるか
ら、ステップＳ１０２の処理は不要となる。こうすれ
ば、スイッチングＣＰＵ９２ａが動作不能となったとき
でも、上述の効果を得ることができ、コンデンサ９３や
バッテリ９４の破損を防止することができる。

【００６５】第１実施例の動力出力装置２０では、アシ
ストモータ４０の制御を行なうことができない状態のと
きでもアクセルペダル６４の踏込量に応じたトルクを駆
動軸２２に出力するようクラッチモータ３０とエンジン
５０とを制御したが、アシストモータ４０により回生さ
れる電力Ｐａをクラッチモータ３０により消費するよう
クラッチモータ３０を制御するものであれば、駆動軸２
２に出力するトルクは如何なるトルクとしてもよい。

【００６６】第１実施例の動力出力装置２０では、駆動
軸２２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔより大きいときにア
シストモータ４０により回生される電力Ｐａをクラッチ
モータ３０で消費するようクラッチモータ３０とエンジ
ン５０とを制御したが、駆動軸２２の回転数Ｎｄが閾値
Ｎｓｅｔ以下のときにも同様に制御するものとしてもよ
い。

【００６７】第１実施例の動力出力装置２０では、クラ
ッチモータ３０とアシストモータ４０とをそれぞれ別個
に駆動軸２２に取り付けたが、図８に例示する変形例で
ある動力出力装置２０Ｂのように、クラッチモータとア
シストモータとが一体となるよう構成してもよい。この
変形例の動力出力装置２０Ｂの構成について以下に簡単
に説明する。図示するように、変形例の動力出力装置２
０Ｂのクラッチモータ３０Ｂは、クランクシャフト５６
に結合したインナロータ３４Ｂと、駆動軸２２に結合し
たアウタロータ３２Ｂとから構成され、インナロータ３
４Ｂには三相コイル３６Ｂが取り付けられており、アウ
タロータ３２Ｂには永久磁石３５Ｂがその外周面側の磁
極と内周面側の磁極とが異なるよう嵌め込まれている。
なお、図示しないが、永久磁石３５Ｂの外周面側の磁極
と内周面側の磁極との間には、非磁性体により構成され
た部材が嵌挿されている。一方、アシストモータ４０Ｂ
は、このクラッチモータ３０Ｂのアウタロータ３２Ｂ
と、三相コイル４４が取り付けられたステータ４３とか
ら構成される。すなわち、クラッチモータ３０Ｂのアウ
タロータ３２Ｂがアシストモータ４０Ｂのロータを兼ね
る構成となっている。なお、クランクシャフト５６に結
合したインナロータ３４Ｂに三相コイル３６Ｂが取り付
けられているから、クラッチモータ３０Ｂの三相コイル
３６Ｂに電力を供給するスリップリング３８は、クラン
クシャフト５６に取り付けられている。

【００６８】この変形例の動力出力装置２０Ｂでは、ア
ウタロータ３２Ｂに嵌め込まれた永久磁石３５Ｂの内周
面側の磁極に対してインナロータ３４Ｂの三相コイル３
６Ｂに印加する電圧を制御することにより、クラッチモ
ータ３０とアシストモータ４０とを駆動軸２２に別個に
取り付けた前述の動力出力装置２０のクラッチモータ３
０と同様に動作する。また、アウタロータ３２Ｂに嵌め
込まれた永久磁石３５Ｂの外周面側の磁極に対してステ
ータ４３の三相コイル４４に印加する電圧を制御するこ
とにより第１実施例の動力出力装置２０のアシストモー
タ４０と同様に動作する。したがって、変形例の動力出
力装置２０Ｂは、上述した第１実施例の動力出力装置２
０のすべての動作について同様に動作する。

【００６９】こうした変形例の動力出力装置２０Ｂによ
れば、アウタロータ３２Ｂがクラッチモータ３０Ｂのロ
ータの一方とアシストモータ４０Ｂのロータとを兼ねる
から、動力出力装置２０Ｂの小型化および軽量化を図る
ことができる。

【００７０】また、第１実施例の動力出力装置２０は、
ＦＲ型の車両に適用する場合について説明したが、ＦＦ
型の車両に搭載する構成や４輪駆動の車両に搭載する構
成としてもよい。４輪駆動の車両に搭載する場合は、図
９に例示する変形例の動力出力装置２０Ｃのようにな
る。この変形例の動力出力装置２０Ｃでは、駆動軸２２
に取り付けられていたアシストモータ４０を駆動軸２２
より分離して、車両の後輪部に独立して配置し、このア
シストモータ４０によって後輪部の駆動輪２７，２９を
駆動する。一方、駆動軸２２の先端はギヤ２３を介して
ディファレンシャルギヤ２４に結合されており、この駆
動軸２２によって前輪部の駆動輪２６，２８を駆動す
る。このような構成の下においても、前述した第１実施
例を実現することは可能である。

【００７１】第１実施例の動力出力装置２０では、クラ
ッチモータ３０に対する電力の伝達手段として回転リン
グ３８ａとブラシ３８ｂとからなるスリップリング３８
を用いたが、回転リング−水銀接触、磁気エネルギの半
導体カップリング、回転トランス等を用いることもでき
る。

【００７２】次に、本発明の第２の実施例としての動力
出力装置１１０について説明する。図１０は第２実施例
の動力出力装置２０の概略構成を示す構成図、図１１は
第２実施例の動力出力装置２０を組み込んだ車両の概略
構成を示す構成図である。

【００７３】第２実施例の動力出力装置１１０が組み込
まれた車両は、図１１に示すように、クランクシャフト
１５６にクラッチモータ３０とアシストモータ４０とが
取り付けられている代わりにプラネタリギヤ１２０，モ
ータＭＧ１およびモータＭＧ２が取り付けられている点
を除いて第１実施例の動力出力装置２０が組み込まれた
車両（図２）と同様の構成をしている。したがって、第
２実施例の動力出力装置１１０の構成のうち第１実施例
の動力出力装置２０と同一の構成については、値１００
を加えた符号を付し、その説明は省略する。なお、第２
実施例の動力出力装置１１０の説明でも、明示しない限
り第１実施例の動力出力装置２０の説明の際に用いた符
号はそのまま同じ意味で用いる。

【００７４】図１０に示すように、動力出力装置１１０
は、大きくは、エンジン１５０、エンジン１５０のクラ
ンクシャフト１５６にプラネタリキャリア１２４が機械
的に結合されたプラネタリギヤ１２０、プラネタリギヤ
１２０のサンギヤ１２１を回転可能に取り付けられたた
モータＭＧ１、プラネタリギヤ１２０のリングギヤ１２
２に結合された駆動軸１１２に取り付けられたモータＭ
Ｇ２および両モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する制御
装置１８０から構成されている。

【００７５】プラネタリギヤ１２０は、クランクシャフ
ト１５６に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸１２５
に結合されたサンギヤ１２１と、クランクシャフト１５
６と同軸の駆動軸１１２に結合されたリングギヤ１２２
と、サンギヤ１２１とリングギヤ１２２との間に配置さ
れサンギヤ１２１の外周を自転しながら公転する複数の
プラネタリピニオンギヤ１２３と、クランクシャフト１
５６の端部に結合され各プラネタリピニオンギヤ１２３
の回転軸を軸支するプラネタリキャリア１２４とから構
成されている。このプラネタリギヤ１２０では、サンギ
ヤ１２１，リングギヤ１２２およびプラネタリキャリア
１２４にそれぞれ結合されたサンギヤ軸１２５，駆動軸
１１２およびクランクシャフト１５６の３軸が動力の入
出力軸とされ、３軸のうちいずれか２軸へ入出力される
動力が決定されると、残余の１軸に入出力される動力は
決定された２軸へ入出力される動力に基づいて定まる。
なお、このプラネタリギヤ１２０の３軸への動力の入出
力についての詳細は後述する。

【００７６】モータＭＧ１は、同期電動発電機として構
成され、外周面に複数個の永久磁石１３５を有するロー
タ１３２と、回転磁界を形成する三相コイル１３４が巻
回されたステータ１３３とを備える。ロータ１３２は、
プラネタリギヤ１２０のサンギヤ１２１に結合されたサ
ンギヤ軸１２５に結合されている。ステータ１３３は、
無方向性電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、ケ
ース１１３に固定されている。このモータＭＧ１は、永
久磁石１３５による磁界と三相コイル１３４によって形
成される磁界との相互作用によりロータ１３２を回転駆
動する電動機として動作し、永久磁石１３５による磁界
とロータ１３２の回転との相互作用により三相コイル１
３４の両端に起電力を生じさせる発電機として動作す
る。なお、サンギヤ軸１２５には、その回転角度θｓを
検出するレゾルバ１３９が設けられている。

【００７７】モータＭＧ２も、モータＭＧ１と同様に同
期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁
石１４５を有するロータ１４２と、回転磁界を形成する
三相コイル１４４が巻回されたステータ１４３とを備え
る。ロータ１４２は、プラネタリギヤ１２０のリングギ
ヤ１２２に結合された駆動軸１１２に結合されており、
ステータ１４３はケース１１３に固定されている。モー
タＭＧ２のステータ１４３も無方向性電磁鋼板の薄板を
積層して形成されている。このモータＭＧ２もモータＭ
Ｇ１と同様に、電動機あるいは発電機として動作する。
駆動軸１１２には、その回転角度θｄを検出するレゾル
バ１４９が設けられている。また、駆動軸１１２は、ケ
ース１１３に設けられたベアリング１１３ａにより軸支
されている。

【００７８】図１０に示すように、第２実施例の動力出
力装置１１０が備える制御装置１８０は、第１実施例の
動力出力装置２０の制御装置８０と同様に構成されてい
る。すなわち制御装置１８０は、モータＭＧ１を駆動す
る第１の駆動回路１９１、モータＭＧ２を駆動する第２
の駆動回路１９２、両駆動回路１９１，１９２を制御す
る制御ＣＰＵ１９０、二次電池であるバッテリ１９４か
ら構成されている。なお、第２実施例の制御ＣＰＵ１９
０の入力ポートには、第１実施例の制御ＣＰＵ９０の入
力ポートに入力されるクランクシャフト５６の回転角度
θｅに代えてレゾルバ１３９からのサンギヤ軸１２５の
回転角度θｓが入力されている。

【００７９】第１および第２の駆動回路１９１，１９２
も、第１実施例の第１および第２の駆動回路９１，９２
と同様に、トランジスタインバータを構成する６個のト
ランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６，Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６と、ト
ランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６，Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６のすべ
てオフとすると三相全波整流回路を構成する帰還ダイオ
ードＤ１〜Ｄ６，Ｄ１１〜Ｄ１６と、トランジスタＴｒ
１〜Ｔｒ６，Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６のスイッチングを制御
するスイッチングＣＰＵ１９１ａ，１９２ａとから構成
されている。なお、第１の駆動回路１９１のスイッチン
グＣＰＵ１９１ａの入力ポートには、クランクシャフト
５６の回転角度θｓと駆動軸２２の回転角度θｄおよび
クラッチ電流値Ｉｕｃ，Ｉｖｃに代えてレゾルバ１３９
からのサンギヤ軸１２５の回転角度θｓと２つの電流検
出器１９５，１９６からのモータＭＧ１の電流値Ｉｕ
１，Ｉｖ１とが入力されており、第２の駆動回路１９２
のスイッチングＣＰＵ１９２ａの入力ポートには、クラ
ンクシャフト５６の回転角度θｓおよびアシスト電流値
Ｉｕａ，Ｉｖａに代えてレゾルバ１４９からの駆動軸１
１２の回転角度θｄと２つの電流検出器１９７，１９８
からのモータＭＧ２の電流値Ｉｕ２，Ｉｖ２とが入力さ
れている。したがって、スイッチングＣＰＵ１９１ａ，
１９２ａにより対をなすトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６，
Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６のオン時間の割合を制御信号ＳＷ
１，ＳＷ２により順次制御し、三相コイル１３４，１４
４に流れる電流をＰＷＭ制御によって擬似的な正弦波に
すると、三相コイル１３４，１４４により、回転磁界が
形成される。

【００８０】次に第２実施例の動力出力装置１１０の動
作について説明する。第２実施例の動力出力装置１１０
の動作原理、特にトルク変換の原理は以下の通りであ
る。エンジン１５０を回転数Ｎｅ，トルクＴｅの運転ポ
イントＰ１で運転し、このエンジン１５０から出力され
るエネルギＰｅと同一のエネルギであるが異なる回転数
Ｎｄ，トルクＴｄの運転ポイントＰ２で駆動軸１１２を
運転する場合、すなわち、エンジン１５０から出力され
る動力をトルク変換して駆動軸１１２に作用させる場合
について考える。この時のエンジン１５０と駆動軸１１
２の回転数およびトルクの関係を図１２に示す。

【００８１】プラネタリギヤ１２０のサンギヤ１２１，
リングギヤ１２２およびプラネタリキャリア１２４に結
合された３軸（サンギヤ軸１２５，駆動軸１１２および
クランクシャフト１５６）における回転数やトルクの関
係は、機構学の教えるところによれば、図１３および図
１４に例示する共線図と呼ばれる図として表わすことが
でき、幾何学的に解くことができる。なお、プラネタリ
ギヤ１２０における３軸の回転数やトルクの関係は、上
述の共線図を用いなくても各軸のエネルギを計算するこ
となどにより数式的に解析することもできる。本実施例
では説明の容易のため共線図を用いて説明する。

【００８２】図１３における縦軸は３軸の回転数軸であ
り、横軸は３軸の座標軸の位置の比を表わす。すなわ
ち、サンギヤ軸１２５と駆動軸１１２の座標軸Ｓ，Ｒを
両端にとったとき、クランクシャフト１５６の座標軸Ｃ
は、軸Ｓと軸Ｒを１：ρに内分する軸として定められ
る。ここで、ρは、リングギヤ１２２の歯数に対するサ
ンギヤ１２１の歯数の比であり、次式（１０）で表わさ
れる。

【００８３】

【数５】

【００８４】いま、エンジン１５０が回転数Ｎｅで運転
されており、駆動軸１１２が回転数Ｎｄで運転されてい
る場合を考えているから、クランクシャフト１５６の座
標軸Ｃにエンジン１５０の回転数Ｎｅを、駆動軸１１２
の座標軸Ｒに回転数Ｎｄをプロットすることができる。
この両点を通る直線を描けば、この直線と座標軸Ｓとの
交点で表わされる回転数としてサンギヤ軸１２５の回転
数Ｎｓを求めることができる。以下、この直線を動作共
線と呼ぶ。なお、回転数Ｎｓは、回転数Ｎｅと回転数Ｎ
ｄとを用いて比例計算式（次式（１１））により求める
ことができる。このようにプラネタリギヤ１２０では、
サンギヤ１２１，リングギヤ１２２およびプラネタリキ
ャリア１２４に結合された３軸のうちいずれか２つの回
転を決定すると、残余の１つの回転は、決定した２つの
回転に基づいて決定される。

【００８５】

【数６】

【００８６】次に、描かれた動作共線に、エンジン１５
０のトルクＴｅをクランクシャフト１５６の座標軸Ｃを
作用線として図中下から上に作用させる。このとき動作
共線は、トルクに対してはベクトルとしての力を作用さ
せたときの剛体として取り扱うことができるから、座標
軸Ｃ上に作用させたトルクＴｅは、平行な２つの異なる
作用線への力の分離の手法により、座標軸Ｓ上のトルク
Ｔｅｓと座標軸Ｒ上のトルクＴｅｒとに分離することが
できる。このときトルクＴｅｓおよびＴｅｒの大きさ
は、次式（１２）および（１３）によって表わされる。

【００８７】

【数７】

【００８８】動作共線がこの状態で安定であるために
は、動作共線の力の釣り合いをとればよい。すなわち、
座標軸Ｓ上には、トルクＴｅｓと大きさが同じで向きが
反対のトルクＴｍ１を作用させ、座標軸Ｒ上には、駆動
軸１１２に出力すべきトルクＴｄと同じ大きさで向きが
反対のトルクとトルクＴｅｒとの合力に対し大きさが同
じで向きが反対のトルクＴｍ２を作用させるのである。
このトルクＴｍ１はモータＭＧ１により、トルクＴｍ２
はモータＭＧ２により作用させることができる。このと
き、モータＭＧ１では回転の方向と逆向きにトルクを作
用させるから、モータＭＧ１は発電機として動作するこ
とになり、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わされ
る電気エネルギＰｍ１をサンギヤ軸１２５から回生す
る。モータＭＧ２では、回転の方向とトルクの方向とが
同じであるから、モータＭＧ２は電動機として動作し、
トルクＴｍ２と回転数Ｎｄとの積で表わされる電気エネ
ルギＰｍ２を動力として駆動軸１１２に出力する。

【００８９】ここで、電気エネルギＰｍ１と電気エネル
ギＰｍ２とを等しくすれば、モータＭＧ２で消費する電
力のすべてをモータＭＧ１により回生して賄うことがで
きる。このためには、入力されたエネルギのすべてを出
力するものとすればよいから、エンジン１５０から出力
されるエネルギＰｅと駆動軸１１２に出力すべきエネル
ギＰｄとを等しくすればよい。すなわち、トルクＴｅと
回転数Ｎｅとの積で表わされるエネルギＰｅと、トルク
Ｔｄと回転数Ｎｄとの積で表わされるエネルギＰｄとを
等しくするのである。図１２に照らせば、運転ポイント
Ｐ１で運転されているエンジン１５０から出力されるト
ルクＴｅと回転数Ｎｅとで表わされる動力を、トルク変
換して、同一のエネルギでトルクＴｄと回転数Ｎｄとで
表わされる動力として駆動軸１１２に出力するのであ
る。

【００９０】図１３に示す共線図ではサンギヤ軸１２５
の回転数Ｎｓは正の値であったが、エンジン１５０の回
転数Ｎｅと駆動軸１１２の回転数Ｎｄとによっては、図
１４に示す共線図のように負の値となる場合もある。こ
のときには、モータＭＧ１では、回転の方向とトルクの
作用する方向とが同じになるから、モータＭＧ１は電動
機として動作し、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表
わされる電気エネルギＰｍ１を消費する。一方、モータ
ＭＧ２では、回転の方向とトルクの作用する方向とが逆
になるから、モータＭＧ２は発電機として動作し、トル
クＴｍ２と回転数Ｎｄとの積で表わされる電気エネルギ
Ｐｍ２を駆動軸１１２から回生することになる。この場
合、モータＭＧ１で消費する電気エネルギＰｍ１とモー
タＭＧ２で回生する電気エネルギＰｍ２とを等しくすれ
ば、モータＭＧ１で消費する電気エネルギＰｍ１をモー
タＭＧ２で丁度賄うことができる。

【００９１】以上、第２実施例の動力出力装置１１０に
おける基本的なトルク変換について説明したが、第２実
施例の動力出力装置１１０は、こうしたエンジン１５０
から出力される動力のすべてをトルク変換して駆動軸１
１２に出力する動作の他に、エンジン１５０から出力さ
れる動力（トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積）と、モータ
ＭＧ１により回生または消費される電気エネルギＰｍ１
と、モータＭＧ２により消費または回生される電気エネ
ルギＰｍ２とを調節することにより、余剰の電気エネル
ギを見い出してバッテリ１９４を放電する動作とした
り、不足する電気エネルギをバッテリ１９４に蓄えられ
た電力により補う動作など種々の動作とすることもでき
る。

【００９２】こうした第２実施例の動力出力装置１１０
でも、車両が走行状態にあるときに、第２の駆動回路１
９２のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６の温度異常
を検出したときやトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６
に過電流が生じたときなど、通常にモータＭＧ２の制御
を行なうことができないときには、第１実施例の動力出
力装置２０と同様の異常時トルク制御処理を行なうこと
ができる。第２実施例の動力出力装置１１０における異
常時トルク制御処理は、図１５に例示する異常時トルク
制御ルーチンにより行なわれる。本ルーチンのステップ
Ｓ２００ないしＳ２１０の処理は、第１実施例の異常時
トルク制御ルーチン（図４）のステップＳ１００ないし
Ｓ１１０の処理と同一であるから、その説明は省略す
る。

【００９３】ステップＳ２１０で、駆動軸１１２の回転
数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔより大きいときには、モータＭＧ
２の逆起電圧Ｅｍ２がコンデンサ１９３の耐電圧より大
きくなってコンデンサ１９３を破損させるおそれがある
と判断し、モータＭＧ２により得られる電気エネルギの
一部をモータＭＧ１により消費するようモータＭＧ１の
トルク指令値Ｔｍ１＊とエンジン１５０の目標回転数Ｎ
ｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する処理（ステップ
Ｓ２１２ないしＳ２１６の処理）を実行する。この処理
としては、まず、駆動軸１１２の回転数Ｎｄに基づいて
モータＭＧ２から回生される電力Ｐｍ２を計算する（ス
テップＳ２１２）。この計算の手法または導出の手法は
第１実施例で説明した。

【００９４】続いて、次式（１４）によりモータＭＧ１
のトルク指令値Ｔｃ＊を設定する（ステップＳ２１
４）。ここで、式（１４）中、右辺括弧内第２項は、モ
ータＭＧ２から駆動軸１１２に出力される制動トルクに
相当するものであるから、右辺括弧内は、モータＭＧ２
の制動トルクを打ち消してなお駆動軸１１２に値Ｔｄ＊
のトルクが作用するようプラネタリギヤ１２０側から駆
動軸１１２に出力するトルクとなる。したがって、式
（１４）により設定されるモータＭＧ１のトルク指令値
Ｔｍ１＊は、上述のトルクをプラネタリギヤ１２０側か
ら駆動軸１１２に出力するための反力としてのトルクと
なる。

【００９５】Ｔｍ１＊←ρ×（Ｔｄ＊＋Ｐｍ２／Ｎｄ） …（１４）

【００９６】次に、次式（１５）によりサンギヤ軸１２
５の目標回転数Ｎｓ＊を計算する（ステップＳ２１
５）。なお、式（１５）の右辺の負符号は、モータＭＧ
２により回生される電力Ｐｍ２をモータＭＧ１で消費す
るために、モータＭＧ１のロータ１３２が取り付けられ
たサンギヤ軸１２５をモータＭＧ１から出力されるトル
クとは逆向きに回転させる必要があるために付されるも
のである。

【００９７】Ｎｓ＊←−Ｐｍ２／Ｔｍ１＊ …（１５）

【００９８】そして、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ
＊と目標トルクＴｅ＊とを次式（１６）と式（１７）と
により設定する（ステップＳ２１６）。ここで、式（１
６）は、プラネタリギヤ１２０を介して駆動軸１１２を
回転数Ｎｄで回転させ、サンギヤ軸１２５を目標回転数
Ｎｓ＊で回転させたときのクランクシャフト１５６の回
転数を算出する式であり、式（１７）は、式（１４）と
同様に、モータＭＧ２の制動トルクを打ち消してなお駆
動軸１１２に値Ｔｄ＊のトルクが作用するようプラネタ
リギヤ１２０側から駆動軸１１２に出力するトルク（括
弧内）をプラネタリギヤ１２０側から駆動軸１１２に出
力するためにエンジン５０から出力すべきトルクを求め
る式である。この状態の共線図を図１６に示す。

【００９９】

【数８】

【０１００】一方、ステップＳ２１０で駆動軸１１２の
回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔ以下のときには、コンデンサ
１９３を破損させるおそれはないと判断し、モータＭＧ
１をロックアップする信号を出力すると共に（ステップ
Ｓ２１８）、次式（１８）と式（１９）とによりエンジ
ン１５０の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設
定する（ステップＳ２２０）。このように設定すること
によりプラネタリギヤ１２０を介して駆動軸１１２に値
Ｔｄ＊のトルクを出力することができる。なお、モータ
ＭＧ１をロックアップするのに必要な電力は銅損や鉄損
のみだから小さく、モータＭＧ２によって回生される電
力で賄うことができる。この状態の共線図を図１７に示
す。

【０１０１】

【数９】

【０１０２】こうしてモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ
１＊やエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊，目標トルク
Ｔｅ＊を設定すると、モータＭＧ１およびエンジン１５
０の制御を行なう（ステップＳ２２２およびＳ２２
４）。具体的には、制御ＣＰＵ１９０からスイッチング
ＣＰＵ１９１ａに向けてモータＭＧ１のトルク指令値Ｔ
ｍ１＊を出力すると共にＥＦＩＥＣＵ１７０に向けてエ
ンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊と
を出力することにより、スイッチングＣＰＵ１９１ａに
よってモータＭＧ１から出力されるトルクが式（１４）
により計算される値となるようモータＭＧ１を制御する
と共にＥＦＩＥＣＵ１７０によってエンジン１５０が回
転数が値Ｎｅ＊でトルクが値Ｔｅ＊となるようエンジン
１５０を制御するのである。第２実施例でも、図示の都
合上、モータＭＧ１とエンジン１５０の制御を本ルーチ
ンの別々のステップとして記載したが、スイッチングＣ
ＰＵ１９１ａによるモータＭＧ１の制御とＥＦＩＥＣＵ
１７０によるエンジン１５０の制御は、本ルーチンとは
別個独立に行なわれる。なお、ＥＦＩＥＣＵ１７０によ
るエンジン１５０の制御は、第１実施例のＥＦＩＥＣＵ
７０によるエンジン５０の制御と同一であるから、その
説明は省略する。

【０１０３】モータＭＧ１の制御は、図１８に例示する
クラッチモータ制御ルーチンにより行なわれる。本ルー
チンが実行されると、スイッチングＣＰＵ１９１ａは、
まず、サンギヤ軸１２５の回転角度θｓをレゾルバ１３
９から入力し（ステップＳ２３０）、入力した回転角度
θｓからモータＭＧ１の電気角θ１を求める処理を行な
う（ステップＳ２３４）。第２実施例では、モータＭＧ
１として４極対の同期電動機を用いているから、θ１＝
４θｓを演算することになる。

【０１０４】そして、電流検出器１９５，１９６によ
り、モータＭＧ１の三相コイル１３４のＵ相とＶ相に流
れている電流Ｉｕ１，Ｉｖ１を検出し（ステップＳ２３
６）、第１実施例のクラッチモータ３０の制御（図６）
と同様の座標変換（ステップＳ２３８）および電圧指令
値Ｖｄ１，Ｖｑ１の演算を行ない（ステップＳ２４
０）、更に電圧指令値の逆座標変換（ステップＳ２４
２）を行なって、第１の駆動回路１９１のトランジスタ
Ｔｒ１ないしＴｒ６のオンオフ制御時間を求め、ＰＷＭ
制御を行なう（ステップＳ２４４）。これらの処理は、
クラッチモータ３０について行なったものと全く同一で
ある。

【０１０５】以上説明した第２実施例の動力出力装置１
１０によれば、モータＭＧ２が制御できない状態となり
発電機として動作しても、モータＭＧ２により回生され
る電力Ｐｍ２をモータＭＧ１によって消費することがで
きる。この結果、モータＭＧ２の逆起電圧がコンデンサ
１９３の耐電圧より高くなる回転数で回転していても、
モータＭＧ２を電源としてみたときのモータＭＧ２や第
２の駆動回路１９２におけるインピーダンスを流れる電
流が大きくなるから、このインピーダンスによる電圧降
下によってコンデンサ１９３の端子電圧を耐電圧未満に
することができ、コンデンサ１９３の破損を防止するこ
とができる。しかも、モータＭＧ２の逆起電圧がコンデ
ンサ１９３の耐電圧より高くなる回転数で駆動軸１１２
が回転しているときには、モータＭＧ２から回生される
電力Ｐｍ２をモータＭＧ１により消費すると共にプラネ
タリギヤ１２０を介して駆動軸１１２に出力されるトル
クがモータＭＧ２の制動トルクを打ち消してなお駆動軸
１１２にトルクＴｄ（値Ｔｄ＊）が作用するようモータ
ＭＧ１のトルクＴｍ１およびエンジン１５０の運転ポイ
ント（回転数ＮｅとトルクＴｅ）を調整し、駆動軸１１
２がそれ以下の回転数で回転しているときには、モータ
ＭＧ１をロックアップすると共にプラネタリギヤ１２０
を介して駆動軸１１２に出力されるトルクが値Ｔｄ＊と
なるようエンジン１５０の運転ポイントを調整するか
ら、モータＭＧ２が制御できない状態のときでも、駆動
軸１１２に所望の動力を出力することができる。そし
て、この制御は、モータＭＧ２が制御できない状態とな
ったときに直ちに行なわれるから、駆動軸１１２に出力
するトルクの変動を小さくすることができる。

【０１０６】もとより、バッテリ１９４をシステムメイ
ンリレー１９４ａ，１９４ｂにより第１の駆動回路９１
および第２の駆動回路９２から切り離すから、モータＭ
Ｇ２により回生される電力Ｐｍ２によるバッテリ１９４
の過充電を防止することができ、過充電の結果生じるバ
ッテリ１９４の破損を防止することができる。

【０１０７】第２実施例の動力出力装置１１０では、第
２の駆動回路１９２のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ
１６の温度異常を検出したときやトランジスタＴｒ１１
ないしＴｒ１６に過電流が生じたときなど、スイッチン
グＣＰＵ１９２ａによるトランジスタＴｒ１１ないしＴ
ｒ１６のスイッチングがまだ可能な状態のときに図１５
の異常時トルク制御ルーチンを実行するものとしたが、
電源ラインの切断などによりスイッチングＣＰＵ１９２
ａへの電力の供給が停止したときや、スイッチングＣＰ
Ｕ１９２ａの内部ロジックに異常が生じスイッチングＣ
ＰＵ１９２ａが動作できない状態となったときなどにも
図１５の異常時トルク制御ルーチンを適用することがで
きる。この場合、スイッチングＣＰＵ１９２ａの動作の
停止によってトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６はす
べてオフとなるから、ステップＳ２０２の処理は不要と
なる。こうすれば、スイッチングＣＰＵ１９２ａが動作
不能となったときでも、上述の効果を得ることができ、
コンデンサ１９３やバッテリ１９４の破損を防止するこ
とができる。

【０１０８】第２実施例の動力出力装置１１０では、モ
ータＭＧ２が制御できない状態のときでもアクセルペダ
ル１６４の踏込量に応じたトルクを駆動軸１１２に出力
するようモータＭＧ１とエンジン１５０とを制御した
が、モータＭＧ２により回生される電力Ｐｍ２をモータ
ＭＧ１により消費するようモータＭＧ１を制御するもの
であれば、駆動軸１１２に出力するトルクは如何なるト
ルクとしてもよい。たとえば、図１９の共線図に示すよ
うに、エンジン１５０への燃料噴射を停止するものとし
てもよい。この場合、次式（２０）に示すように、駆動
軸１１２の回転数Ｎｄから求められるモータＭＧ２によ
り回生される電力Ｐｍ２とサンギヤ軸１２５の回転数Ｎ
ｓとから求められる値をモータＭＧ１のトルク指令値Ｔ
ｍ１＊に設定してモータＭＧ１を制御すればよい。な
お、図１９の共線図中の座標軸Ｃ上に作用するトルクＴ
ｅは、エンジン１５０を連れ回すのに必要なトルクであ
り、座標軸Ｓおよび座標軸Ｒ上のトルクＴｅｓおよびト
ルクＴｅｒは、座標軸Ｃ上にトルクＴｅが作用すること
によって座標軸Ｓおよび座標軸Ｒ上に作用するトルクで
ある。

【０１０９】Ｔｍ１＊←−Ｐｍ２／Ｎｓ …（２０）

【０１１０】第２実施例の動力出力装置１１０では、駆
動軸１１２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔより大きいとき
にモータＭＧ２により回生される電力Ｐｍ２をモータＭ
Ｇ１で消費するようモータＭＧ１とエンジン１５０とを
制御したが、駆動軸１１２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔ
以下のときにも同様に制御するものとしてもよい。

【０１１１】第２実施例の動力出力装置１１０は、ＦＲ
型の車両に適用する場合について説明したが、ＦＦ型の
車両に搭載する構成や４輪駆動の車両に搭載する構成と
してもよい。４輪駆動の車両に搭載する場合は、図２０
に例示する変形例の動力出力装置１１０Ｃのようにな
る。この変形例の動力出力装置１１０Ｃでは、駆動軸１
１２に結合していたモータＭＧ２を駆動軸１１２より分
離して、車両の後輪部に独立して配置し、このモータＭ
Ｇ２によって後輪部の駆動輪１１７，１１９を駆動す
る。一方、リングギヤ１２２に出力される動力はリング
ギヤ１２２に取り付けられた動力取出ギヤ１２８および
動力伝達ギヤ１１１を介してディファレンシャルギヤ１
１４に伝達されて前輪部の駆動輪１１６，１１８を駆動
する。このような構成の下においても、前述した第２実
施例を実現することは可能である。

【０１１２】また、第２実施例の動力出力装置１１０で
は、３軸式動力入出力手段としてプラネタリギヤ１２０
を用いたが、一方はサンギヤと他方はリングギヤとギヤ
結合すると共に互いにギヤ結合しサンギヤの外周を自転
しながら公転する２つ１組の複数組みのプラネタリピニ
オンギヤを備えるダブルピニオンプラネタリギヤを用い
るものとしてもよい。この他、３軸式動力入出力手段と
して３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力を決定
すれば、この決定した動力に基づいて残余の１軸に入出
力される動力を決定されるものであれば如何なる装置や
ギヤユニット等、例えば、ディファレンシャルギヤ等を
用いることもできる。

【０１１３】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこうした実施の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。

【０１１４】例えば、上述した第１実施例の動力出力装
置２０や第２実施例の動力出力装置１１０では、エンジ
ン５０，１５０としてガソリンエンジンを用いたが、そ
の他に、ディーゼルエンジンや、タービンエンジンや、
ジェットエンジンなど各種の内燃あるいは外燃機関を用
いることもできる。

【０１１５】また、第１実施例の動力出力装置２０や第
２実施例の動力出力装置１１０では、クラッチモータ３
０やアシストモータ４０，モータＭＧ１，モータＭＧ２
にＰＭ形（永久磁石形；Permanent Magnet type）同期
電動機を用いたが、回転子を回転させるだけで逆起電圧
を発生するものであれば如何なる電動機を用いてもよ
く、例えば、バーニアモータや、直流電動機や、超電導
モータや、ステップモータなどを用いることもできる。

【０１１６】あるいは、第１実施例の動力出力装置２０
や第２実施例の動力出力装置１１０では、第１および第
２の駆動回路９１，９２，１９１，１９２としてトラン
ジスタインバータを用いたが、その他に、ＩＧＢＴ（絶
縁ゲートバイポーラモードトランジスタ；Insulated Ga
te Bipolar mode Transistor）インバータや電圧ＰＷＭ
（パルス幅変調；Pulse Width Modulation）インバー
タ，方形波インバータ（電圧形インバータ，電流形イン
バータ），共振インバータなどを用いることもできる。

【０１１７】また、バッテリ９４，１９４としては、Ｐ
ｂバッテリ，ＮｉＭＨバッテリ，Ｌｉバッテリなどを用
いることができるが、バッテリ９４，１９４に代えてキ
ャパシタを用いることもできる。

【０１１８】さらに、第１実施例の動力出力装置２０や
第２実施例の動力出力装置１１０では、アシストモータ
４０やモータＭＧ２により回生された電力Ｐａ、Ｐｍ２
をクラッチモータ３０やモータＭＧ１により消費した
が、第２の駆動回路９２や第２の駆動回路１９２を、動
力出力装置が備える補機の電動機や車両が備えるエアー
コンディショナーのコンプレッサ，エネルギ消費用の抵
抗などの電気的負荷に接続し、アシストモータ４０やモ
ータＭＧ２により回生された電力Ｐａ、Ｐｍ２をこの電
気的負荷により消費するものとしてもよい。

【０１１９】以上の各実施例では、動力出力装置を車両
に搭載する場合について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、船舶，航空機などの交通手段
や、その他各種産業機械などに搭載することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例としての動力出力装置２
０の概略構成を示す構成図である。

【図２】第１実施例の動力出力装置２０を組み込んだ車
両の概略構成を示す構成図である。

【図３】第１実施例の動力出力装置２０の動作原理を説
明するためのグラフである。

【図４】第１実施例の制御装置８０により実行される異
常時トルク制御ルーチンを例示するフローチャートであ
る。

【図５】モータＭＧ２を起電力Ｅａの電源としてみたと
きの動力出力装置２０の等価回路である。

【図６】第１実施例の制御装置８０により実行されるク
ラッチモータ制御ルーチンを例示するフローチャートで
ある。

【図７】駆動軸２２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔより大
きいときの各軸へのトルクの作用状態の一例を示す説明
図である。

【図８】変形例の動力出力装置２０Ｂの概略構成を示す
構成図である。

【図９】４輪駆動車に適用した変形例の動力出力装置２
０Ｃの概略構成を示す構成図である。

【図１０】本発明の第２の実施例としての動力出力装置
１１０の概略構成を示す構成図である。

【図１１】第２実施例の動力出力装置１１０を組み込ん
だ車両の概略構成を示す構成図である。

【図１２】第２実施例の動力出力装置１１０の動作原理
を説明するためのグラフである。

【図１３】第２実施例におけるプラネタリギヤ１２０に
結合された３軸の回転数とトルクの関係を示す共線図で
ある。

【図１４】第２実施例におけるプラネタリギヤ１２０に
結合された３軸の回転数とトルクの関係を示す共線図で
ある。

【図１５】第２実施例の制御装置１８０により実行され
る異常時トルク制御ルーチンを例示するフローチャート
である。

【図１６】駆動軸１１２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔよ
り大きい状態で異常時トルク制御処理を実施したときの
共線図である。

【図１７】駆動軸１１２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔ以
下の状態で異常時トルク制御処理を実施したときの共線
図である。

【図１８】第２実施例の制御装置１８０により実行され
るモータＭＧ１の制御ルーチンを例示するフローチャー
トである。

【図１９】エンジン１５０への燃料噴射を停止する変形
例の共線図である。

【図２０】４輪駆動車に適用した変形例の動力出力装置
１１０Ｃの概略構成を示す構成図である。

【符号の説明】

２０…動力出力装置２０Ｂ，２０Ｃ…動力出力装置２２…駆動軸２３…ギヤ２４…ディファレンシャルギヤ２６，２８…駆動輪２７，２９…駆動輪３０…クラッチモータ３２…アウタロータ３４…インナロータ３５…永久磁石３６…三相コイル３８…スリップリング３８ａ…回転リング３８ｂ…ブラシ３９…レゾルバ４０…アシストモータ４２…ロータ４３…ステータ４４…三相コイル４５…ケース４６…永久磁石４８…レゾルバ４９…ベアリング５０…エンジン５１…燃料噴射弁５２…燃焼室５４…ピストン５６…クランクシャフト５８…イグナイタ６０…ディストリビュータ６２…点火プラグ６４…アクセルペダル６４ａ…アクセルペダルポジションセンサ６５…ブレーキペダル６５ａ…ブレーキペダルポジションセンサ６６…スロットルバルブ６７…スロットルバルブポジションセンサ６８…アクチュエータ７０…ＥＦＩＥＣＵ７２…吸気管負圧センサ７４…水温センサ７６…回転数センサ７８…回転角度センサ７９…スタータスイッチ８０…制御装置８２…シフトレバー８４…シフトポジションセンサ９０…制御ＣＰＵ９０ａ…ＲＡＭ９０ｂ…ＲＯＭ９１…第１の駆動回路９１ａ…スイッチングＣＰＵ９２…第２の駆動回路９２ａ…スイッチングＣＰＵ９３…コンデンサ９４…バッテリ９４ａ，９４ｂ…システムメインリレー９５，９６…電流検出器９７，９８…電流検出器９９…残容量検出器１１０…動力出力装置１１０Ｃ…動力出力装置１１１…動力伝達ギヤ１１２…駆動軸１１３…ケース１１３ａ…ベアリング１１４…ディファレンシャルギヤ１１６，１１８…駆動輪１１７，１１９…駆動輪１２０…プラネタリギヤ１２１…サンギヤ１２２…リングギヤ１２３…プラネタリピニオンギヤ１２４…プラネタリキャリア１２５…サンギヤ軸１２８…動力取出ギヤ１３２…ロータ１３３…ステータ１３４…三相コイル１３５…永久磁石１３９…レゾルバ１４２…ロータ１４３…ステータ１４４…三相コイル１４５…永久磁石１４９…レゾルバ１５０…エンジン１５６…クランクシャフト１６４…アクセルペダル１７０…ＥＦＩＥＣＵ１８０…制御装置１９０…制御ＣＰＵ１９１…第１の駆動回路１９１ａ…スイッチングＣＰＵ１９２…第２の駆動回路１９２ａ…スイッチングＣＰＵ１９３…コンデンサ１９４…バッテリ１９４ａ，１９４ｂ…システムメインリレー１９５，１９６…電流検出器１９７，１９８…電流検出器Ｄ１〜Ｄ６…ダイオードＤ１１〜Ｄ１６…ダイオードＬ１，Ｌ２…電源ラインＭＧ１…モータＭＧ２…モータＴｒ１〜Ｔｒ６…トランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１６…トランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 11/14 B60K 6/04 F02D 29/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動軸に動力を出力する動力出力装置で
あって、前記駆動軸と動力のやり取りをする電動機と、蓄電手段を有し、該電動機へ電力の供給が可能な電力供
給手段と、複数のスイッチング素子と帰還ダイオードとからなり前
記電動機と前記電力供給手段との間に介在するインバー
タ回路を有し、該インバータ回路のスイッチング素子の
スイッチングを制御することにより前記電動機を駆動制
御する電動機制御手段と、電気エネルギを消費可能な電気的負荷と、該電動機制御手段による前記電動機の制御に異常が生じ
前記インバータ回路が該電動機からみて整流回路を構成
するとき、前記インバータ回路と前記蓄電手段との接続
を遮断するとともに、該インバータ回路を介して前記電
動機により回生される電気エネルギの少なくとも一部が
前記電気的負荷で消費されるよう該電気的負荷を制御す
る異常時制御手段とを備える動力出力装置。
【請求項２】前記電動機制御手段は、該電動機制御手
段による前記電動機の制御に異常が生じたとき、前記イ
ンバータ回路が前記電動機からみて整流回路を構成する
よう前記複数のスイッチング素子をスイッチングする異
常時スイッチング手段を備える請求項１記載の動力出力
装置。
【請求項３】前記異常時スイッチング手段は、前記駆
動軸の回転数が所定値以上のとき、前記インバータ回路
が前記電動機からみて整流回路を構成するようスイッチ
ングする手段である請求項２記載の動力出力装置。
【請求項４】前記インバータ回路は、前記複数のスイ
ッチング素子のスイッチングに必要な電力の供給が停止
したとき、前記帰還ダイオードにより前記電動機からみ
て整流回路を構成する回路である請求項１記載の動力出
力装置。
【請求項５】請求項１ないし４記載の動力出力装置で
あって、前記電力供給手段は、（ａ）出力軸を有する原動機と、
（ｂ）該原動機の出力軸と前記駆動軸とに結合され、該
出力軸に入出力される動力と該駆動軸に入出力される動
力とのエネルギ偏差を対応する電気エネルギの入出力に
より調整するエネルギ調整手段と、（ｃ）充放電が可能
で、前記エネルギ調整手段と前記インバータ回路とを並
列に接続する蓄電手段とを備え、前記電気的負荷は、前
記エネルギ調整手段であり、前記異常時制御手段は、前記インバータ回路を介して前
記電動機から回生される電気エネルギの少なくとも一部
が前記エネルギ調整手段により消費されるよう該エネル
ギ調整手段を制御する手段である動力出力装置。
【請求項６】前記異常時制御手段は、前記駆動軸に出
力される動力の変動の少なくとも一部を打ち消すよう前
記原動機および前記エネルギ調整手段を制御する手段で
ある請求項５記載の動力出力装置。
【請求項７】請求項６記載の動力出力装置であって、所定の指示に基づいて駆動軸に出力すべき目標動力を設
定する目標動力設定手段を備え、異常時制御手段は、（ｄ）前記インバータ回路を介して
前記電動機から回生される電気エネルギが前記原動機か
ら出力される動力と前記目標動力設定手段により設定さ
れた目標動力とのエネルギ偏差に相当するよう前記原動
機の運転を制御する原動機運転手段と、（ｅ）前記原動
機から出力される動力と前記目標動力設定手段により設
定された目標動力とのエネルギ偏差を、前記インバータ
回路を介して前記電動機から回生される電気エネルギを
用いて調整するよう前記エネルギ調整手段を制御するエ
ネルギ調整制御手段とを備える動力出力装置。
【請求項８】前記エネルギ調整手段は、前記原動機の
出力軸に結合された第１のロータと、前記駆動軸に結合
された第２のロータとを有し、該両ロータ間の電磁的な
結合を介して前記原動機の出力軸と該駆動軸との間で動
力のやり取りをする電動機を備える請求項５ないし７い
ずれか記載の動力出力装置。
【請求項９】請求項５ないし７いずれか記載の動力出
力装置であって、前記エネルギ調整手段は、（ｂ１）回転軸を有し、該回
転軸と動力のやり取りをする第２の電動機と、（ｂ２）
前記駆動軸と前記出力軸と前記回転軸とに各々結合され
る３軸を有し、該３軸のうちいずれか２軸へ動力が入出
力されたとき、該入出力された動力に基づいて定まる動
力を残余の１軸へ入出力する３軸式動力入出力手段とを
備える動力出力装置。