JP5145139B2 - Power transmission device - Google Patents

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Description

本発明は、動力伝達装置に関し、特に、原動機からの動力を回転子同士の電磁気結合を利用して負荷へ伝達することで負荷を駆動することが可能であり、さらに、固定子導体への電力供給によっても負荷を駆動することが可能な動力伝達装置に関する。   The present invention relates to a power transmission device, and in particular, it is possible to drive a load by transmitting power from a prime mover to a load using electromagnetic coupling between rotors, and further to power to a stator conductor. 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。さらに、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。また、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ることで、エンジンが動力を発生していなくても駆動輪を駆動することができる。このように、特許文献1においては、エンジンの動力とバッテリーからステータの巻線への供給電力とのいずれかを選択的に用いて駆動輪を駆動することができる。   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. 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. Further, by the electromagnetic coupling between the stator winding and the magnet of the first rotor, power is supplied from the battery to the stator winding via the inverter to generate power in the first rotor 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. Further, by generating power in the first rotor using electric power supplied from the battery to the stator windings via the inverter, the drive wheels can be driven even if the engine does not generate power. As described above, in Patent Document 1, the driving wheel can be driven by selectively using either the power of the engine or the power supplied from the battery to the winding of the stator.

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、エンジンの動力とバッテリーからステータの巻線への供給電力とのいずれかを選択的に用いて駆動輪を駆動する際には、駆動輪の駆動条件に関係なくエンジンの始動を行えることが望ましい。ただし、駆動輪の回転が停止している状態でエンジンの始動を行う場合は、駆動輪を駆動することなくバッテリーからの電力を用いてエンジンのクランキングを行う必要がある。また、バッテリーからステータの巻線への供給電力を用いて駆動輪を駆動している状態でエンジンの始動を行う場合は、駆動輪を駆動するトルクを低下させることなくバッテリーからの電力を用いてエンジンのクランキングを行う必要がある。   In Patent Document 1, when driving wheels are selectively used using either engine power or power supplied from a battery to a stator winding, the engine is started regardless of the driving conditions of the driving wheels. It is desirable to be able to do it. However, when starting the engine while the rotation of the drive wheels is stopped, it is necessary to crank the engine using the electric power from the battery without driving the drive wheels. In addition, when starting the engine while driving the drive wheels using the power supplied from the battery to the stator windings, the power from the battery is used without reducing the torque that drives the drive wheels. It is necessary to crank the engine.

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、負荷の駆動条件に関係なくエンジンの始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 make it possible to start the engine regardless of the drive condition of the load.

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、交流電流が流れることで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、交流電流が流れることで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、第2回転子と負荷との間のトルク伝達を許容または遮断する第1クラッチと、電気エネルギーを蓄える蓄電装置からの直流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、回転子導体の交流電力を取り出すための電力伝達部と、電力伝達部と蓄電装置またはインバータとの間で電力変換を行う電力変換部と、インバータから固定子導体に流れる交流電流を制御することで、固定子と第2回転子との間に作用するトルクを制御し、電力変換部で行われる電力変換を制御して回転子導体に流れる交流電流を制御することで、第1回転子と第2回転子との間に作用するトルクを制御する制御装置と、を備え、制御装置は、エンジンを始動する場合には、負荷の要求トルクに基づいて、第1クラッチにより第2回転子と負荷との間のトルク伝達を許容するか否かを決定し、第2回転子をエンジン回転方向に回転駆動するように固定子から第2回転子にトルクを作用させるとともに、第1回転子と第2回転子との間にトルクが作用するように電力変換部で行われる電力変換を制御し、さらに、第1クラッチにより第2回転子と負荷との間のトルク伝達を許容するときは、第1回転子と第2回転子との間に作用するトルクと、負荷の要求トルクとに基づいて、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 when an alternating current flows, and a stator conductor capable of generating a rotating magnetic field when an alternating current flows. Between the first rotor and the second rotor that can rotate relative to the first rotor in response to a rotating magnetic field generated by the rotor conductor. A second rotor in which torque acts and a torque acts between the stator and the rotor in response to a rotating magnetic field generated in the stator conductor. The rotor conductor includes a first rotor and a first rotor. A rotating magnetic field is generated when an induced current flows due to a rotational difference between the two rotors, and power from the engine is transmitted to the first rotor, and power is transmitted from the second rotor to the load. To transmit torque between the second rotor and the load. Is a first clutch that shuts off, an inverter that can convert DC power from a power storage device that stores electrical energy into AC and supply it to the stator conductor, and a power transmission unit that extracts AC power from the rotor conductor And a power conversion unit that performs power conversion between the power transmission unit and the power storage device or the inverter, and an AC current that flows from the inverter to the stator conductor, thereby controlling between the stator and the second rotor. The torque acting between the first rotor and the second rotor is controlled by controlling the alternating current flowing through the rotor conductor by controlling the power conversion performed by the power conversion unit. A control device, and when starting the engine, the control device determines whether or not to allow torque transmission between the second rotor and the load by the first clutch based on the required torque of the load. Decide In the power conversion unit, torque is applied from the stator to the second rotor so that the two rotors are rotationally driven in the engine rotation direction, and torque is applied between the first rotor and the second rotor. When controlling the power conversion to be performed and further allowing torque transmission between the second rotor and the load by the first clutch, torque acting between the first rotor and the second rotor; The gist is to control the torque acting on the second rotor from the stator based on the required torque of the load.

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蓄電装置またはインバータへ供給するDC−DCコンバータと、を含み、制御装置は、DC−DCコンバータにおける電圧変換比を制御して回転子導体に流れる交流電流を制御することで、第1回転子と第2回転子との間に作用するトルクを制御し、さらに、エンジンを始動する場合には、第1回転子と第2回転子との間にトルクが作用するようにDC−DCコンバータにおける電圧変換比を制御することが好適である。この態様では、第1クラッチは、第2回転子側の回転部材と負荷側の回転部材との回転速度差を許容しながら第2回転子と負荷との間でトルク伝達を行うことが可能であり、制御装置は、エンジンを始動する場合に第2回転子の回転速度が所定のクランキング回転速度以下であるときは、第1クラッチにより第2回転子側の回転部材と負荷側の回転部材との回転速度差を許容しながら第2回転子と負荷との間でトルク伝達を行うとともに、第2回転子の回転速度を前記所定のクランキング回転速度よりも高くなるように制御することが好適である。   In one embodiment of the present invention, the power conversion unit includes a rectifier that rectifies the AC power extracted by the power transmission unit, and a DC-DC converter that converts the voltage rectified by the rectifier and supplies the voltage to the power storage device or the inverter. The control device controls the voltage conversion ratio in the DC-DC converter to control the alternating current flowing in the rotor conductor, thereby generating torque acting between the first rotor and the second rotor. When controlling and further starting the engine, it is preferable to control the voltage conversion ratio in the DC-DC converter so that torque acts between the first rotor and the second rotor. In this aspect, the first clutch can transmit torque between the second rotor and the load while allowing a difference in rotational speed between the rotating member on the second rotor side and the rotating member on the load side. And when the engine is started and the rotational speed of the second rotor is equal to or lower than a predetermined cranking rotational speed, the first clutch causes the rotary member on the second rotor side and the rotary member on the load side by the first clutch. Torque is transmitted between the second rotor and the load while allowing a difference in rotational speed between the second rotor and the load, and the rotational speed of the second rotor is controlled to be higher than the predetermined cranking rotational speed. Is preferred.

本発明の一態様では、制御装置は、エンジンを始動する場合には、第1回転子に発生する回転磁界が第2回転子と同期して回転するように回転子導体に流れる交流電流を制御することが好適である。この態様では、制御装置は、エンジンを始動する場合に第2回転子の回転速度が第1回転子の回転速度よりも低いときは、蓄電装置からの直流電力を交流に変換して電力伝達部を介して回転子導体へ供給するように電力変換部で行われる電力変換を制御し、エンジンを始動する場合に第2回転子の回転速度が第1回転子の回転速度よりも高いときは、電力伝達部で取り出された回転子導体の交流電力を直流に変換して蓄電装置またはインバータへ供給するように電力変換部で行われる電力変換を制御することにより、第1回転子の回転速度を所定のクランキング回転速度とすることが好適である。   In one aspect of the present invention, when starting the engine, the control device controls an alternating current flowing through the rotor conductor so that the rotating magnetic field generated in the first rotor rotates in synchronization with the second rotor. It is preferable to do. In this aspect, the control device converts the direct current power from the power storage device into alternating current when the rotation speed of the second rotor is lower than the rotation speed of the first rotor when the engine is started. When the power conversion performed by the power conversion unit is controlled so as to be supplied to the rotor conductor via the motor, and the rotation speed of the second rotor is higher than the rotation speed of the first rotor when starting the engine, By controlling the power conversion performed in the power conversion unit so that the AC power of the rotor conductor taken out by the power transmission unit is converted into DC and supplied to the power storage device or the inverter, the rotation speed of the first rotor is controlled. It is preferable to set a predetermined cranking rotation speed.

本発明の一態様では、制御装置は、エンジンを始動する場合に負荷の要求トルクが所定値より大きいときは、第1クラッチにより第2回転子と負荷との間のトルク伝達を許容し、エンジンを始動する場合に負荷の要求トルクが前記所定値以下であるときは、第1クラッチにより第2回転子と負荷との間のトルク伝達を遮断することが好適である。   In one aspect of the present invention, the control device permits torque transmission between the second rotor and the load by the first clutch when the required torque of the load is larger than a predetermined value when starting the engine, When the required torque of the load is equal to or less than the predetermined value when starting the engine, it is preferable that the torque transmission between the second rotor and the load is interrupted by the first clutch.

本発明の一態様では、第1回転子と第2回転子とを機械的に係合させてそれらの間のトルク伝達を許容することが可能な第2クラッチをさらに備え、制御装置は、エンジンを始動する場合には、第2クラッチにより第1回転子と第2回転子との間のトルク伝達を許容することが好適である。   In one aspect of the present invention, the controller further includes a second clutch capable of mechanically engaging the first rotor and the second rotor to allow torque transmission therebetween, and the control device includes an engine. When starting the engine, it is preferable to allow torque transmission between the first rotor and the second rotor by the second clutch.

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、第2回転子をエンジン回転方向に回転駆動するように固定子から第2回転子にトルクを作用させるとともに、第1回転子と第2回転子との間にトルクが作用するように電力変換部で行われる電力変換を制御することで、エンジンのクランキングを行うことができる。さらに、負荷の要求トルクに基づいて、第1クラッチにより第2回転子と負荷との間のトルク伝達を許容するか否かを決定し、第1クラッチにより第2回転子と負荷との間のトルク伝達を許容するときは、第1回転子と第2回転子との間に作用するトルクと、負荷の要求トルクとに基づいて、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、負荷の駆動条件に関係なくエンジンの始動が可能となる。   According to the present invention, torque is applied from the stator to the second rotor so that the second rotor is rotationally driven in the engine rotation direction, and torque is applied between the first rotor and the second rotor. Thus, the engine can be cranked by controlling the power conversion performed by the power conversion unit. Further, based on the required torque of the load, it is determined whether or not torque transmission between the second rotor and the load is permitted by the first clutch, and between the second rotor and the load by the first clutch. When torque transmission is permitted, the torque acting on the second rotor from the stator is controlled based on the torque acting between the first rotor and the second rotor and the required torque of the load. Thus, the engine can be started regardless of the driving condition of the load.

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変速機44と、エンジン36と変速機44との間に設けられた回転電機10と、を備える。なお、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置については、例えば車両を駆動するための動力出力装置として用いることができる。   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), a transmission 44 provided between the engine 36 and wheels 38, And the rotating electrical machine 10 provided between the engine 36 and the 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はクラッチ47及び変速機44を介して車輪38に機械的に連結可能であり、第2ロータ18からの動力が変速機44で変速されて車輪38へ伝達可能である。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 can be mechanically connected to the wheel 38 via the clutch 47 and the transmission 44. The power from 18 can be shifted by the transmission 44 and transmitted to the wheels 38. 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47は、出力軸24(出力側ロータ18)に連結されたクラッチ板47aと変速機44(車輪38)に連結されたクラッチ板47bとの係合/解放により、出力側ロータ18と車輪38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。出力軸24側のクラッチ板47aと変速機44側のクラッチ板47bとを係合させて、出力側ロータ18と車輪38とを機械的に係合させることで、出力側ロータ18と車輪38との間のトルク伝達が許容される。一方、クラッチ板47aとクラッチ板47bとを解放して、出力側ロータ18と車輪38との機械的係合を解除することで、出力側ロータ18と車輪38との間のトルク伝達が遮断される。ここでのクラッチ47は、例えば油圧や電磁力を利用してクラッチ板47aとクラッチ板47bとの係合/解放を切り替えることが可能である。さらに、クラッチ47に供給する油圧力や電磁力を調整することで、クラッチ板47aとクラッチ板47bとの締結力を調整することもできる。クラッチ板47aとクラッチ板47bとの締結力を調整することで、クラッチ板47aとクラッチ板47bとの回転速度差を許容しながら、クラッチ板47aとクラッチ板47bとの間のトルク伝達(出力側ロータ18と車輪38との間のトルク伝達)を許容することが可能となる。   The clutch 47 is engaged with and released from the clutch plate 47a connected to the output shaft 24 (output-side rotor 18) and the clutch plate 47b connected to the transmission 44 (wheel 38). Can be selectively engaged and disengaged. By engaging the clutch plate 47a on the output shaft 24 side and the clutch plate 47b on the transmission 44 side and mechanically engaging the output side rotor 18 and the wheel 38, the output side rotor 18 and the wheel 38 are Torque transmission between is allowed. On the other hand, by releasing the clutch plate 47a and the clutch plate 47b and releasing the mechanical engagement between the output side rotor 18 and the wheel 38, the torque transmission between the output side rotor 18 and the wheel 38 is cut off. The The clutch 47 here can switch engagement / release of the clutch plate 47a and the clutch plate 47b using, for example, hydraulic pressure or electromagnetic force. Further, by adjusting the oil pressure and electromagnetic force supplied to the clutch 47, the fastening force between the clutch plate 47a and the clutch plate 47b can be adjusted. By adjusting the fastening force between the clutch plate 47a and the clutch plate 47b, torque transmission between the clutch plate 47a and the clutch plate 47b (output side) is allowed while allowing a difference in rotational speed between the clutch plate 47a and the clutch plate 47b. Torque transmission between the rotor 18 and the wheel 38) can be permitted.

クラッチ48は、入力軸34(入力側ロータ28)に連結されたクラッチ板48aと出力軸24(出力側ロータ18)に連結されたクラッチ板48bとの係合/解放により、入力側ロータ28と出力側ロータ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。入力軸34側のクラッチ板48aと出力軸24側のクラッチ板48bとを係合させて、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との間のトルク伝達が許容され、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、クラッチ板48aとクラッチ板48bとを解放して、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も、例えば油圧や電磁力を利用してクラッチ板48aとクラッチ板48bとの係合/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、クラッチ板48aとクラッチ板48bとの締結力を調整することもできる。クラッチ板48aとクラッチ板48bとの締結力を調整することで、クラッチ板48aとクラッチ板48bとの回転速度差を許容しながら、クラッチ板48aとクラッチ板48bとの間のトルク伝達(入力側ロータ28と出力側ロータ18との間のトルク伝達)を許容することが可能となる。   The clutch 48 is engaged with the input side rotor 28 by engagement / release of the clutch plate 48a connected to the input shaft 34 (input side rotor 28) and the clutch plate 48b connected to the output shaft 24 (output side rotor 18). It is possible to selectively perform mechanical engagement with and release from the output-side rotor 18. By engaging the clutch plate 48a on the input shaft 34 side and the clutch plate 48b on the output shaft 24 side and mechanically engaging the input side rotor 28 and the output side rotor 18, the input side rotor 28 and the output side are output. Torque transmission with the side rotor 18 is allowed, and the input side rotor 28 and the output side rotor 18 are integrally rotated at the same rotational speed. On the other hand, the clutch plate 48a and the clutch plate 48b are released, and the mechanical engagement between the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18 is released, whereby the rotational speed difference between the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18 is reached. Is acceptable. The clutch 48 here can also switch engagement / release of the clutch plate 48a and the clutch plate 48b using, for example, hydraulic pressure or electromagnetic force, and further, the hydraulic pressure or electromagnetic force supplied to the clutch 48 can be changed. By adjusting, the fastening force between the clutch plate 48a and the clutch plate 48b can also be adjusted. By adjusting the fastening force between the clutch plate 48a and the clutch plate 48b, torque transmission between the clutch plate 48a and the clutch plate 48b (input side) is allowed while allowing a difference in rotational speed between the clutch plate 48a and the clutch plate 48b. Torque transmission between the rotor 28 and the output-side rotor 18) can be permitted.

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。このように、整流器93及び昇圧コンバータ94を含んで、スリップリング95(ロータ巻線30)とインバータ40または蓄電装置42との間で電力変換を行う電力変換部を構成することができる。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。そのため、整流器93及び昇圧コンバータ94を含む電力変換部は、スリップリング95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。   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. In this manner, a power conversion unit that performs power conversion between the slip ring 95 (the rotor winding 30) and the inverter 40 or the power storage device 42 can be configured including the rectifier 93 and the boost converter 94. 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. Therefore, the power conversion unit including rectifier 93 and boost converter 94 performs power conversion in only one direction from slip ring 95 side to power storage device 42 side (or inverter 40 side).

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、インバータ40からステータ巻線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。これによって、スリップリング95(ロータ巻線30)とインバータ40または蓄電装置42との間で行われる電力変換を制御して、ロータ巻線30の各相に流れる交流電流を制御する。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。さらに、電子制御ユニット50は、クラッチ47の係合/解放を切り替えることで出力側ロータ18と車輪38との機械的係合/その解除を切り替える制御、及びクラッチ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 that flows from the inverter 40 to 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. As a result, the power conversion performed between the slip ring 95 (rotor winding 30) and the inverter 40 or the power storage device 42 is controlled to control the alternating current flowing in each phase of the rotor winding 30. Furthermore, the electronic control unit 50 also controls the operating state of the engine 36 and the speed ratio of the transmission 44. Furthermore, the electronic control unit 50 switches the engagement / release of the clutch 47 to switch the mechanical engagement / release of the output-side rotor 18 and the wheel 38, and switches the engagement / release of the clutch 48. Thus, control for switching mechanical engagement / release of the input side rotor 28 and output side rotor 18 is also performed.

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. 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、電磁カップリング機能を実現することができる。さらに、永久磁石33間に突極部として磁性体(強磁性体)が入力側ロータ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 an electromagnetic coupling function can be realized. 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 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、インバータ40のスイッチング動作を行わない状態で昇圧コンバータ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 boost 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 in a state where the switching operation of the inverter 40 is not performed. Even if a rotational difference occurs between the side rotor 28 and the output side rotor 18, no induced current flows through the rotor winding 30, and no torque acts 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、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 power transmitted to the output-side rotor 18 is transmitted to the wheels 38 after being shifted by the transmission 44 and used for forward rotation 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、車速(車輪38の回転速度)がある一定速度以上となり、(出力側ロータ18の回転速度)>(入力側ロータ28の回転速度)が成立する場合には、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, when the vehicle speed (the rotational speed of the wheel 38) exceeds a certain speed and (the rotational speed of the output-side rotor 18)> (the rotational speed of the input-side rotor 28) is satisfied, the clutch 48 is engaged. The input side rotor 28 and the output side rotor 18 may be mechanically coupled. 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.

エンジン36の動力を用いて車輪38を回転駆動する場合に、電子制御ユニット50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、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を制御することができ、エンジン36のトルクを制御することができる。以下、その理由について説明する。   When the wheels 38 are rotationally driven using the power of the engine 36, the electronic control unit 50 controls the step-up ratio (voltage conversion ratio) in the step-up converter 94 so that the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18 The torque acting between them can be controlled, and the torque of the engine 36 can be controlled. 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5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6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7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. 5 is represented by a relative rotational speed-torque characteristic. Further, the relative rotational speed-torque characteristics change according to the load resistance, and as shown in FIG. 6, 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. 7, 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8に示す。図8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(1)式のように定義すると、昇圧比E2/E1は以下の(2)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. 8 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, and is connected between aa ′ terminal voltage E 1 and bb ′ terminal by a switching operation for turning on / off switching element S. 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 period of the switching element S is T = Ton + Toff, and the duty ratio d of the switching operation is defined as the following equation (1), The ratio E 2 / E 1 is expressed by the following equation (2).

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

スイッチング素子Sのオン状態での等価回路を図9に、スイッチング素子Sのオフ状態での等価回路を図10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. 9 shows an equivalent circuit when the switching element S is turned on, and FIG. 10 shows an equivalent circuit when the switching element S is turned off. 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、エンジン36のトルクをTe、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(3)式で表される。 Further, assuming that the torque of the engine 36 is T e , 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 (3).

Figure 0005145139
Figure 0005145139

ここで、エンジン36のトルクTe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Te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11,12から、回転角速度ωe0近傍において(3)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(4)式で表される。このためには、以下の(5)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11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12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13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13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 e 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 e 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. 11 and 12, the condition that the behavior of the rotational angular velocity ω e of the engine 36 expressed by the equation (3) is stable near the rotational angular velocity ω e0 is expressed by the following equation (4). For this purpose, it is necessary to operate the power transmission device according to the present embodiment within a range where the following expression (5) is satisfied. Here, FIG. 11 shows a case where the behavior of the rotational angular velocity omega e of the engine 36 becomes stable, FIG. 12 shows a case where the behavior of the rotational angular velocity omega e of the engine 36 becomes unstable. Therefore, in order to stabilize the behavior of the rotational angular speed ω e of the engine 36, as shown in FIG. 13, the electromagnetic coupling torque is lower than the relative rotational speed (shown by the broken line in FIG. 13) at the peak value. It is necessary to operate the power transmission device according to the present embodiment within the range.

Figure 0005145139
Figure 0005145139

以上のことから、電子制御ユニット50は、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のトルクTe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(エンジン36のトルクTe)を増大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(エンジン36のトルクTe)を減少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 controls the boosting ratio of the boosting converter 94, it is possible to control the electromagnetic coupling torque T c, it is possible to control the torque T e of the engine 36. For example, by increasing the step-up ratio in the step-up converter 94, the peak value of the electromagnetic coupling torque is shifted to the low relative rotational speed side to increase the electromagnetic coupling torque T c (torque T e of the engine 36). be able to. On the other hand, by reducing the step-up ratio in the step-up converter 94, the peak value of the electromagnetic coupling torque is shifted to the higher relative rotational speed side, and the electromagnetic coupling torque T c (torque T e of the engine 36) is reduced. be able to. Furthermore, the electromagnetic coupling torque Tc can be further reduced by maintaining the switching element of the inverter 40 in the OFF state.

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、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置において、停止状態のエンジン36を始動する場合の動作について説明する。   Next, in the hybrid drive device according to the present embodiment, the operation when the stopped engine 36 is started will be described.

エンジン36を始動する場合に、車両が停止しており(車輪38の回転速度が0であり)、車両の要求駆動力(車輪38の要求トルク)Ttvが所定値以下(例えば0)であるときは、電子制御ユニット50は、クラッチ板47aとクラッチ板47bとを解放して、クラッチ47による出力側ロータ18と変速機44(車輪38)との間のトルク伝達を遮断する。ここでの車両の要求駆動力(車輪38の要求トルク)Ttv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。そして、図14のパワーフローに示すように、電子制御ユニット50は、出力側ロータ18をエンジン回転方向に回転駆動するようインバータ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へ電力供給してステータ巻線20に交流電流を流すことで、ステータ16から出力側ロータ18にエンジン回転方向のトルクTMGを作用させる。図14における電力変換部には、整流器93及び昇圧コンバータ94が含まれる。出力側ロータ18が回転駆動すると、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昇圧コンバータ94での昇圧比(電力変換)を制御することで、ロータ巻線30に誘導電流を流して入力側ロータ28と出力側ロータ18との間にトルクTcoilを作用させる。その際には、クラッチ板48aとクラッチ板48bとの回転速度差を許容するようクラッチ板48aとクラッチ板48bとを滑らせながら係合させて、クラッチ48により入力側ロータ28(クラッチ板48a)と出力側ロータ18(クラッチ板48b)との間のトルクTCの伝達を許容することも可能である。入力側ロータ28と出力側ロータ18との間にトルクTcoilを作用させることで、図14のパワーフローに示すように、出力側ロータ18の動力が永久磁石33とロータ巻線30との電磁気結合により入力側ロータ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。これによって、入力側ロータ28に連結されたエンジン36のクランキングが行われる。その際には、電子制御ユニット50は、入力側ロータ28の回転速度Nengがエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度N0以上になるように、ステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMG、及び入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用するトルクTcoil(あるいはTcoil+TC)を制御する。この場合は、入力側ロータ28及び出力側ロータ18は誘導機として機能する。なお、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に流す交流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、永久磁石33とロータ巻線30との電磁気結合により入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用するトルク(電磁カップリングトルク)Tcoilの制御については、前述のように、昇圧コンバータ94における昇圧比(電圧変換比)を制御してロータ巻線30に流す交流電流を制御することで行うことができる。また、クラッチ48により入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用するトルク(クラッチトルク)TCの制御については、クラッチ板48aとクラッチ板48bとの締結力を制御することで行うことができる。 When the engine 36 is started, the vehicle is stopped (the rotational speed of the wheel 38 is 0), and the required driving force (required torque of the wheel 38) Ttv is equal to or less than a predetermined value (for example, 0). The electronic control unit 50 releases the clutch plate 47a and the clutch plate 47b, and interrupts the torque transmission between the output side rotor 18 and the transmission 44 (wheel 38) by the clutch 47. The required driving force of the vehicle (required torque of the wheels 38) Ttv here can be calculated from the accelerator opening detected by a sensor (not shown), for example. Then, as shown in the power flow of FIG. 14, the electronic control unit 50 supplies power from the power storage device 42 to the stator winding 20 by the switching operation of the inverter 40 so as to rotationally drive the output-side rotor 18 in the engine rotation direction. By passing an alternating current through the stator winding 20, torque TMG in the engine rotation direction is applied from the stator 16 to the output-side rotor 18. The power conversion unit in FIG. 14 includes a rectifier 93 and a boost converter 94. When the output side rotor 18 is rotationally driven, an induced electromotive force is generated in the rotor winding 30. The electronic control unit 50 controls the boost ratio (power conversion) 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, thereby causing an induction current to flow through the rotor winding 30. A torque T coil is applied between the input side rotor 28 and the output side rotor 18. At that time, the clutch plate 48a and the clutch plate 48b are slidably engaged with each other so as to allow a difference in rotational speed between the clutch plate 48a and the clutch plate 48b, and the input side rotor 28 (clutch plate 48a) is engaged by the clutch 48. It is also possible to allow transmission of the torque T C between the output side rotor 18 and the output side rotor 18 (clutch plate 48b). By applying a torque T coil between the input side rotor 28 and the output side rotor 18, the power of the output side rotor 18 is electromagnetically generated between the permanent magnet 33 and the rotor winding 30 as shown in the power flow of FIG. 14. The coupling is transmitted to the input side rotor 28, and the input side rotor 28 is rotationally driven in the engine rotation direction. Thus, cranking of the engine 36 connected to the input side rotor 28 is performed. At that time, the electronic control unit 50 causes the torque T applied from the stator 16 to the output-side rotor 18 so that the rotational speed N eng of the input-side rotor 28 is equal to or higher than a predetermined cranking rotational speed N0 at which the engine can be started. MG and torque T coil (or T coil + T C ) acting between the input side rotor 28 and the output side rotor 18 are controlled. In this case, the input side rotor 28 and the output side rotor 18 function as induction machines. The torque TMG that acts on the output side rotor 18 from the stator 16 can be controlled by controlling, for example, the amplitude and phase angle of the alternating current that flows through the stator winding 20 by the switching operation of the inverter 40. As described above, the control of the torque (electromagnetic coupling torque) T coil acting between the input side rotor 28 and the output side rotor 18 by the electromagnetic coupling between the permanent magnet 33 and the rotor winding 30 is as described above. This can be done by controlling the step-up ratio (voltage conversion ratio) in the converter 94 and controlling the alternating current flowing through the rotor winding 30. Further, the torque (clutch torque) T C acting between the input side rotor 28 and the output side rotor 18 by the clutch 48 is controlled by controlling the fastening force between the clutch plate 48a and the clutch plate 48b. Can do.

図14に示す車両停止時に(車両の要求駆動力Ttvが0であるときに)エンジン36を始動する場合のパワーフローにおいては、ステータ16から出力側ロータ18に伝達されるトルクTMG、出力側ロータ18から変速機44(車輪38)に伝達されるトルクTout、出力側ロータ18から入力側ロータ28に伝達される電磁カップリングトルクTcoil、出力側ロータ18から入力側ロータ28に伝達されるクラッチトルクTC、入力側ロータ28からエンジン36に伝達されるトルクTeng、出力側ロータ18(クラッチ板47a)の回転速度NMG、変速機44の入力軸(クラッチ板47b)の回転速度Nout、及び入力側ロータ28の回転速度Nengに関して、以下の(6)〜(9)式が成立する。ただし、各トルクTMG、Tout、Tcoil、TC、Tengについては、エンジン回転方向を正としている。 In the power flow when the engine 36 is started when the vehicle is stopped (when the required driving force Ttv of the vehicle is 0) shown in FIG. 14, the torque T MG transmitted from the stator 16 to the output side rotor 18, Torque T out transmitted from the rotor 18 to the transmission 44 (wheel 38), electromagnetic coupling torque T coil transmitted from the output side rotor 18 to the input side rotor 28, and transmitted from the output side rotor 18 to the input side rotor 28. Clutch torque T C , torque T eng transmitted from the input side rotor 28 to the engine 36, rotation speed N MG of the output side rotor 18 (clutch plate 47 a), rotation speed of the input shaft (clutch plate 47 b) of the transmission 44. Regarding N out and the rotational speed N eng of the input side rotor 28, the following equations (6) to (9) are established. However, the engine rotation direction is positive for each torque T MG , T out , T coil , T C , and T eng .

out=0 (6)
eng=Tcoil+TC=TMG (7)
eng≦NMG (8)
out=0 (9)
T out = 0 (6)
T eng = T coil + T C = T MG (7)
N eng ≦ N MG (8)
N out = 0 (9)

一方、エンジン36を始動する場合に、EV走行により車両が走行しており(車輪38の回転速度が0でなく)、車両の要求駆動力(車輪38の要求トルク)Ttvが所定値より大きい(例えば0でない)ときは、電子制御ユニット50は、クラッチ板47aとクラッチ板47bとを係合させた状態に制御し、クラッチ47による出力側ロータ18と変速機44(車輪38)との間のトルク伝達を許容する。そして、図15のパワーフローに示すように、電子制御ユニット50は、出力側ロータ18をエンジン回転方向に回転駆動するようインバータ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へ電力供給してステータ巻線20に交流電流を流すことで、ステータ16から出力側ロータ18にエンジン回転方向のトルクTMGを作用させる。それとともに、電子制御ユニット50は、ロータ巻線30に誘導電流が流れるよう昇圧コンバータ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との間に電磁カップリングトルクTcoilを作用させる。これによって、図15のパワーフローに示すように、出力側ロータ18の動力が永久磁石33とロータ巻線30との電磁気結合により入力側ロータ28に伝達され、入力側ロータ28に連結されたエンジン36のクランキングが行われる。その際には、クラッチ板48aとクラッチ板48bとの回転速度差を許容するようクラッチ板48aとクラッチ板48bとを滑らせながら係合させて、クラッチ48により入力側ロータ28と出力側ロータ18との間のトルクTCの伝達を許容することも可能である。さらに、電子制御ユニット50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Tcoil(あるいはTcoil+TC)と、車両の要求駆動力(車輪38の要求トルク)Ttvとに基づいて、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。ここでは、以下の(10)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を制御することで、エンジン36のクランキング時にステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGを電磁カップリングトルクTcoil分増大させる。これによって、エンジン36のクランキングに必要なトルクと車輪38の要求トルクTtvとをステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGで賄うことができ、エンジン36のクランキング時に出力側ロータ18から変速機44(車輪38)に伝達されるトルクToutが低下するのを防ぐことができる。(10)式において、γは変速機44の変速比である。なお、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用する電磁カップリングトルクTcoilについては、出力側ロータ18の回転速度NMGと入力側ロータ28の回転速度Neng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。 On the other hand, when the engine 36 is started, the vehicle is traveling by EV traveling (the rotation speed of the wheel 38 is not 0), and the required driving force (required torque of the wheel 38) Ttv of the vehicle is larger than a predetermined value ( For example, when not 0), the electronic control unit 50 controls the clutch plate 47a and the clutch plate 47b to be engaged with each other, and between the output side rotor 18 by the clutch 47 and the transmission 44 (wheel 38). Allow torque transmission. As shown in the power flow of FIG. 15, the electronic control unit 50 supplies power from the power storage device 42 to the stator winding 20 by the switching operation of the inverter 40 so as to rotationally drive the output-side rotor 18 in the engine rotation direction. By passing an alternating current through the stator winding 20, torque TMG in the engine rotation direction is applied from the stator 16 to the output-side rotor 18. At the same time, the electronic control unit 50 controls the step-up ratio in the step-up converter 94 so that an induced current flows through the rotor winding 30, thereby providing an electromagnetic coupling torque T between the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18. Activate coil . Accordingly, as shown in the power flow of FIG. 15, the power of the output side rotor 18 is transmitted to the input side rotor 28 by electromagnetic coupling between the permanent magnet 33 and the rotor winding 30, and the engine connected to the input side rotor 28. 36 crankings are performed. At that time, the clutch plate 48a and the clutch plate 48b are slidably engaged with each other so as to allow a difference in rotational speed between the clutch plate 48a and the clutch plate 48b, and the input side rotor 28 and the output side rotor 18 are engaged by the clutch 48. it is also possible to permit the transmission of torque T C between. Furthermore, the electronic control unit 50 reduces the torque T coil (or T coil + T C ) acting between the input side rotor 28 and the output side rotor 18 and the required driving force of the vehicle (the required torque of the wheel 38) Ttv. Based on this, the torque T MG acting on the output side rotor 18 from the stator 16 is controlled. Here, the torque TMG acting on the output side rotor 18 from the stator 16 is controlled so that the following expression (10) is established, so that the stator 16 acts on the output side rotor 18 when the engine 36 is cranked. the torque T MG increase electromagnetic coupling torque T coil minute. This makes it possible to cover a torque T MG acting on the output side rotor 18 and the required torque Ttv torque and the wheel 38 necessary for cranking of the engine 36 from the stator 16, the output side rotor during cranking of the engine 36 18 The torque T out transmitted from the transmission to the transmission 44 (wheel 38) can be prevented from decreasing. In the equation (10), γ is a gear ratio of the transmission 44. Regarding the electromagnetic coupling torque T coil acting between the input side rotor 28 and the output side rotor 18, the difference between the rotational speed N MG of the output side rotor 18 and the rotational speed N eng of the input side rotor 28, The calculation can be performed based on the equivalent resistance R (the boost ratio in the boost converter 94) in the external circuit 97 of the rotor winding 30.

MG=Tcoil+Ttv/γ (10) T MG = T coil + Ttv / γ (10)

EV走行状態でエンジン36を始動する場合に、出力側ロータ18の回転速度NMGがエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度N0よりも高いときは、電子制御ユニット50は、クラッチ板47aとクラッチ板47bとの回転速度差を許容しないで出力側ロータ18と変速機44(車輪38)との間のトルク伝達を許容するように、クラッチ板47aとクラッチ板47bとを滑らせずに係合させた状態に制御する。そして、電子制御ユニット50は、入力側ロータ28の回転速度Nengがエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度N0以上になるように、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Tcoil(あるいはTcoil+TC)を制御する。この場合は、図15のパワーフローにおいて、以下の(11)〜(13)式が成立する。 When starting the engine 36 in the EV running state is higher than the cranking rotational speed N0 rotational speed N MG is given possible engine start of the output side rotor 18, the electronic control unit 50, the clutch plates 47a and the clutch The clutch plate 47a and the clutch plate 47b are engaged without slipping so that torque transmission between the output side rotor 18 and the transmission 44 (wheel 38) is allowed without allowing a difference in rotational speed with the plate 47b. Control to let it go. The electronic control unit 50 acts between the input side rotor 28 and the output side rotor 18 so that the rotational speed N eng of the input side rotor 28 is equal to or higher than a predetermined cranking rotational speed N0 at which the engine can be started. The torque T coil (or T coil + T C ) is controlled. In this case, the following equations (11) to (13) are established in the power flow of FIG.

out=TMG−Tcoil (11)
eng=Tcoil+TC (12)
eng≦NMG=Nout (13)
T out = T MG −T coil (11)
T eng = T coil + T C (12)
N eng ≦ N MG = N out (13)

一方、EV走行状態でエンジン36を始動する場合に、出力側ロータ18の回転速度NMGがエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度N0以下であるときは、電子制御ユニット50は、クラッチ板47aとクラッチ板47bとの回転速度差を許容しながら出力側ロータ18と変速機44(車輪38)との間のトルク伝達を許容するように、クラッチ板47aとクラッチ板47bとを滑らせながら係合させた状態に制御する。その際には、電子制御ユニット50は、ステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGを増大させるとともに、クラッチ板47aとクラッチ板47bとの締結力を低下させる。これによって、出力側ロータ18の回転速度NMGをエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度N0より高くなるように制御する。そして、電子制御ユニット50は、入力側ロータ28の回転速度Nengがエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度N0以上になるように、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Tcoil(あるいはTcoil+TC)を制御する。この場合は、図15のパワーフローにおいて、以下の(14)〜(16)式が成立する。 On the other hand, when starting the engine 36 in the EV running state, when the output side rotor 18 rotational speed N MG is below a predetermined cranking rotational speed N0 possible engine start, the electronic control unit 50, the clutch plate 47a The clutch plate 47a and the clutch plate 47b are slid so as to allow torque transmission between the output side rotor 18 and the transmission 44 (wheel 38) while allowing a rotational speed difference between the clutch plate 47b and the clutch plate 47b. Control to the combined state. At that time, the electronic control unit 50 increases the torque TMG acting on the output side rotor 18 from the stator 16 and decreases the fastening force between the clutch plate 47a and the clutch plate 47b. Thus, controlling the rotational speed N MG output side rotor 18 to be higher than the engine startable predetermined cranking rotational speed N0. The electronic control unit 50 acts between the input side rotor 28 and the output side rotor 18 so that the rotational speed N eng of the input side rotor 28 is equal to or higher than a predetermined cranking rotational speed N0 at which the engine can be started. The torque T coil (or T coil + T C ) is controlled. In this case, the following equations (14) to (16) are established in the power flow of FIG.

out=TMG−Tcoil (14)
eng=Tcoil+TC (15)
eng≦NMG≠Nout (16)
T out = T MG −T coil (14)
T eng = T coil + T C (15)
N eng ≤ N MG ≠ N out (16)

以上説明した本実施形態では、エンジン36を始動する場合には、出力側ロータ18をエンジン回転方向に回転駆動するようにステータ16から出力側ロータ18にトルクTMGを作用させるとともに、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間にトルクTcoilを作用させ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、エンジン36のクランキングを行うことができる。さらに、車輪38の要求トルクTtvに基づいてクラッチ47により出力側ロータ18と車輪38との間のトルク伝達を許容するか否かを決定し、車輪38の要求トルクTtvが0であるときには、出力側ロータ18と車輪38との間のトルク伝達を遮断することで、エンジン36のクランキング時に車輪38にトルクが伝達されるのを防ぐことができる。さらに、車輪38の要求トルクTtvが0でなく、クラッチ47により出力側ロータ18と車輪38との間のトルク伝達を許容するときには、ステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGを入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用するトルクTcoil分増大させることで、エンジン36のクランキング時に車輪38に伝達されるトルクが低下するのを防止することができる。したがって、本実施形態によれば、車両停止時とEV走行時の両方において、車輪38のトルクに影響を与えずにエンジン36のクランキングを行うことができ、車両の駆動条件に関係なくエンジン36を始動することができる。その結果、ハイブリッド車用の高出力なスタータ及びドライブプレートが不要になる。さらに、車両駆動トルク並の高トルクによりエンジン36の始動性が向上する。 In the present embodiment described above, when starting the engine 36, the torque TMG is applied from the stator 16 to the output-side rotor 18 so as to rotationally drive the output-side rotor 18 in the engine rotation direction, and the input-side rotor. The engine 36 can be cranked by controlling the step-up ratio in the step-up converter 94 so that the torque T coil is applied between the rotor 28 and the output side rotor 18. Further, it is determined whether or not torque transmission between the output side rotor 18 and the wheel 38 is permitted by the clutch 47 based on the required torque Ttv of the wheel 38. When the required torque Ttv of the wheel 38 is 0, the output By interrupting the torque transmission between the side rotor 18 and the wheel 38, it is possible to prevent the torque from being transmitted to the wheel 38 when the engine 36 is cranked. Further, instead of the required torque Ttv 0 of the wheel 38, when allowing torque transmission between the output side rotor 18 and the wheel 38 by the clutch 47, the input-side torque T MG acting on the output side rotor 18 from the stator 16 By increasing the torque T coil acting between the rotor 28 and the output-side rotor 18, it is possible to prevent the torque transmitted to the wheels 38 from being lowered when the engine 36 is cranked. Therefore, according to the present embodiment, the cranking of the engine 36 can be performed without affecting the torque of the wheel 38 both when the vehicle is stopped and when the EV is running, and the engine 36 is independent of the driving conditions of the vehicle. Can be started. As a result, a high output starter and drive plate for a hybrid vehicle are not required. Further, the startability of the engine 36 is improved by the high torque equivalent to the vehicle driving torque.

さらに、本実施形態では、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へ電力を供給することなく、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間にトルクTcoilを作用させることができる。そのため、蓄電装置42とスリップリング95(ロータ巻線30)との間の電力変換については、ロータ巻線30の交流電力を直流に変換して蓄電装置42(またはインバータ40)へ供給する方向の電力変換のみが行えればよく、蓄電装置42からの直流電力を交流に変換してスリップリング95(ロータ巻線30)へ供給する方向の電力変換を行う必要がなくなる。その結果、蓄電装置42とスリップリング95との間には、一方向の(スリップリング95側から蓄電装置42側への)電力変換を行うための整流器93と昇圧コンバータ(DC−DCコンバータ)94を設ければよく、双方向の電力変換を行うためのインバータが不要となる。したがって、動力伝達装置の構成の簡略化及び低コスト化を図ることができる。 Further, in the present embodiment, the torque T coil can be applied between the input side rotor 28 and the output side rotor 18 without supplying electric power from the power storage device 42 to the rotor winding 30 via the slip ring 95. it can. Therefore, for power conversion between power storage device 42 and slip ring 95 (rotor winding 30), the AC power of rotor winding 30 is converted to direct current and supplied to power storage device 42 (or inverter 40). It is sufficient that only power conversion can be performed, and there is no need to perform power conversion in a direction in which DC power from the power storage device 42 is converted into AC and supplied to the slip ring 95 (rotor winding 30). As a result, a rectifier 93 and a boost converter (DC-DC converter) 94 for performing power conversion in one direction (from the slip ring 95 side to the power storage device 42 side) are provided between the power storage device 42 and the slip ring 95. And an inverter for performing bidirectional power conversion becomes unnecessary. Therefore, the configuration of the power transmission device can be simplified and the cost can be reduced.

さらに、本実施形態では、EV走行状態でエンジン36を始動する場合に、出力側ロータ18の回転速度NMGがエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度N0以下であるときは、クラッチ板47aとクラッチ板47bとの回転速度差を許容しながら出力側ロータ18と車輪38との間のトルク伝達を許容することで、車輪38の回転速度を増大させることなく出力側ロータ18の回転速度NMGをエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度N0より高くすることができる。したがって、低車速時においてもエンジン36を始動することができる。 Furthermore, in the present embodiment, when starting the engine 36 in the EV running state, when the output side rotor 18 rotational speed N MG is below a predetermined cranking rotational speed N0 possible engine start of a clutch plate 47a By allowing torque transmission between the output-side rotor 18 and the wheel 38 while allowing a difference in rotation speed with the clutch plate 47b, the rotation speed N MG of the output-side rotor 18 is not increased without increasing the rotation speed of the wheel 38. Can be made higher than a predetermined cranking rotational speed N0 at which the engine can be started. Therefore, the engine 36 can be started even at a low vehicle speed.

以上の実施形態の説明では、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を設けた場合について説明した。ただし、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、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用する電磁カップリングトルクTcoilを制御することができる。 In the above description of the embodiment, the case where the boost converter 94 is provided as a DC-DC converter that converts the voltage rectified by the rectifier 93 and outputs the voltage is described. However, in this embodiment, it is also possible to provide a step-down converter or a step-up / down converter as the DC-DC converter. 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 electromagnetic coupling torque T coil acting between the rotor 28 and the output side rotor 18 can be controlled.

次に、本実施形態の他の構成例について説明する。図16に示す構成例では、図2に示す構成例と比較して、スリップリング95(ロータ巻線30)とインバータ40または蓄電装置42との間で電力変換を行う電力変換部として、整流器93及び昇圧コンバータ94の代わりにインバータ41が設けられている。インバータ41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、ブラシ96及びスリップリング95を介してロータ巻線30の各相に供給することが可能である。さらに、インバータ41は、ロータ巻線30の各相に流れる交流電流を直流に変換する方向の電力変換も可能である。インバータ41からの直流電力は、インバータ40または蓄電装置42へ供給可能である。このように、インバータ41は、スリップリング95(ロータ巻線30)とインバータ40または蓄電装置42との間で双方向の電力変換を行うことが可能である。電子制御ユニット50は、インバータ41のスイッチング素子のスイッチング動作によりインバータ41で行われる電力変換を制御することで、ロータ巻線30の各相に流れる交流電流を制御することができ、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用する電磁カップリングトルクTcoilを制御することができる。 Next, another configuration example of this embodiment will be described. In the configuration example illustrated in FIG. 16, as compared with the configuration example illustrated in FIG. 2, the rectifier 93 serves as a power conversion unit that performs power conversion between the slip ring 95 (the rotor winding 30) and the inverter 40 or the power storage device 42. In addition, an inverter 41 is provided instead of the boost converter 94. The inverter 41 includes a switching element (not shown), converts DC power from the power storage device 42 to AC (for example, three-phase AC) by the switching operation of the switching element, and passes through the brush 96 and the slip ring 95. And can be supplied to each phase of the rotor winding 30. Furthermore, the inverter 41 can also perform power conversion in a direction in which an alternating current flowing in each phase of the rotor winding 30 is converted into a direct current. DC power from the inverter 41 can be supplied to the inverter 40 or the power storage device 42. Thus, the inverter 41 can perform bidirectional power conversion between the slip ring 95 (the rotor winding 30) and the inverter 40 or the power storage device. The electronic control unit 50 can control the alternating current flowing in each phase of the rotor winding 30 by controlling the power conversion performed in the inverter 41 by the switching operation of the switching element of the inverter 41, so that the input-side rotor 28 can be controlled. And the output side rotor 18 can be controlled with an electromagnetic coupling torque T coil .

図16に示す構成例において、エンジン36を始動する場合には、電子制御ユニット50は、出力側ロータ18をエンジン回転方向に回転駆動するようインバータ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へ電力供給してステータ巻線20に交流電流を流すことで、ステータ16から出力側ロータ18にエンジン回転方向のトルクTMGを作用させる。それとともに、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によりロータ巻線30に交流電流を流すことで、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に電磁カップリングトルクTcoilを作用させる。これによって、出力側ロータ18の動力が永久磁石33とロータ巻線30との電磁気結合により入力側ロータ28に伝達され、入力側ロータ28に連結されたエンジン36のクランキングが行われる。その際には、電子制御ユニット50は、ロータ巻線30の交流電流により入力側ロータ28に形成される回転磁界が出力側ロータ18の永久磁石33と同期して回転するようにロータ巻線30に流す交流電流の周波数を制御する。ここでは、入力側ロータ28の極数をP1、入力側ロータ28の回転速度をNeng[rpm]、出力側ロータ18の回転速度をNMG[rpm]とすると、入力側ロータ28の回転速度Nengと出力側ロータ18の回転速度NMGとに基づいて以下の(17)式または(18)式が成立するようにロータ巻線30に流す交流電流の周波数f1[Hz]を制御することで、ロータ巻線30で発生する回転磁界を出力側ロータ18の永久磁石33と同期させることができる。この場合は、入力側ロータ28及び出力側ロータ18は同期機として機能する。 In the configuration example shown in FIG. 16, when starting the engine 36, the electronic control unit 50 performs the switching operation of the inverter 40 to rotate the output side rotor 18 in the engine rotation direction from the power storage device 42 to the stator winding 20. By supplying electric power to the stator winding 20 and supplying an alternating current to the stator winding 20, torque T MG in the engine rotation direction is applied from the stator 16 to the output-side rotor 18. At the same time, the electronic control unit 50 applies an electromagnetic coupling torque T coil between the input side rotor 28 and the output side rotor 18 by causing an alternating current to flow through the rotor winding 30 by the switching operation of the inverter 41. As a result, the power of the output side rotor 18 is transmitted to the input side rotor 28 by electromagnetic coupling between the permanent magnet 33 and the rotor winding 30, and the engine 36 connected to the input side rotor 28 is cranked. At that time, the electronic control unit 50 rotates the rotor winding 30 so that the rotating magnetic field formed in the input side rotor 28 by the alternating current of the rotor winding 30 rotates in synchronization with the permanent magnet 33 of the output side rotor 18. To control the frequency of the alternating current flowing through the. Here, if the number of poles of the input-side rotor 28 is P1, the rotation speed of the input-side rotor 28 is N eng [rpm], and the rotation speed of the output-side rotor 18 is N MG [rpm], the rotation speed of the input-side rotor 28 Based on N eng and the rotational speed N MG of the output side rotor 18, the frequency f 1 [Hz] of the alternating current flowing through the rotor winding 30 is controlled so that the following expression (17) or (18) is established. Thus, the rotating magnetic field generated in the rotor winding 30 can be synchronized with the permanent magnet 33 of the output-side rotor 18. In this case, the input side rotor 28 and the output side rotor 18 function as a synchronous machine.

f1=P1×(NMG−Neng)/120 (NMG>Nengの場合) (17)
f1=P1×(Neng−NMG)/120 (NMG<Nengの場合) (18)
f1 = P1 × (N MG -N eng) / 120 ( the case of N MG> N eng) (17 )
f1 = P1 × (N eng -N MG) / 120 ( the case of N MG <N eng) (18 )

エンジン36のクランキング時には、電子制御ユニット50は、入力側ロータ28の回転速度Nengがエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度N0以上になるように、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Tcoilを制御する。出力側ロータ18の回転速度NMGがエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度N0よりも低いときは、図17のパワーフローに示すように、電子制御ユニット50は、蓄電装置42からの直流電力をインバータ41で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の各相へ供給するようインバータ41のスイッチング動作(インバータ41で行われる電力変換)を制御する。この場合は、入力側ロータ28は力行運転を行う。一方、出力側ロータ18の回転速度NMGがエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度N0よりも高いときは、図18のパワーフローに示すように、電子制御ユニット50は、スリップリング95及びブラシ96を介して取り出されたロータ巻線30の交流電力をインバータ41で直流に変換して蓄電装置42またはインバータ40へ供給するようインバータ41のスイッチング動作(インバータ41で行われる電力変換)を制御する。この場合は、入力側ロータ28は回生運転(発電運転)を行う。また、電子制御ユニット50は、エンジン36のクランキング時に出力側ロータ18の回転速度NMGが入力側ロータ28の回転速度Nengよりも低い場合は、蓄電装置42からの直流電力をインバータ41で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の各相へ供給するようインバータ41で行われる電力変換を制御し、エンジン36のクランキング時に出力側ロータ18の回転速度NMGが入力側ロータ28の回転速度Nengよりも高い場合は、スリップリング95及びブラシ96を介して取り出されたロータ巻線30の交流電力をインバータ41で直流に変換して蓄電装置42またはインバータ40へ供給するようインバータ41で行われる電力変換を制御することもできる。これによって、入力側ロータ28の回転速度Nengをエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度N0とすることができる。 When the engine 36 is cranked, the electronic control unit 50 sets the input side rotor 28 and the output side rotor 18 so that the rotational speed N eng of the input side rotor 28 becomes equal to or higher than a predetermined cranking rotational speed N0 at which the engine can be started. The torque T coil acting during the period is controlled. Is lower than the cranking rotational speed N0 rotational speed N MG is given possible engine start of the output side rotor 18, as shown in the power flow of FIG. 17, the electronic control unit 50, the DC power from the power storage device 42 Is converted into alternating current by the inverter 41 and the switching operation of the inverter 41 (power conversion performed by the inverter 41) is controlled so as to be supplied to each phase of the rotor winding 30 via the brush 96 and the slip ring 95. In this case, the input side rotor 28 performs a power running operation. On the other hand, when higher than the cranking rotational speed N0 rotational speed N MG is given possible engine start of the output side rotor 18, as shown in the power flow of FIG. 18, the electronic control unit 50, the slip ring 95 and the brush The switching operation of the inverter 41 (power conversion performed by the inverter 41) is controlled so that the alternating current power of the rotor winding 30 taken out through 96 is converted into direct current by the inverter 41 and supplied to the power storage device 42 or the inverter 40. . In this case, the input side rotor 28 performs a regenerative operation (power generation operation). The electronic control unit 50, when the rotational speed N MG of the output side rotor 18 during cranking of the engine 36 is lower than the rotational speed N eng of the input side rotor 28, the DC power from the power storage device 42 by the inverter 41 The power conversion performed by the inverter 41 is controlled so as to be converted into alternating current and supplied to each phase of the rotor winding 30 via the brush 96 and the slip ring 95, and the rotational speed N of the output side rotor 18 is cranked when the engine 36 is cranked. When MG is higher than the rotational speed N eng of the input side rotor 28, the AC power of the rotor winding 30 taken out via the slip ring 95 and the brush 96 is converted into DC by the inverter 41, and the power storage device 42 or the inverter The power conversion performed by the inverter 41 can be controlled so as to be supplied to the inverter 40. Thereby, the rotational speed N eng of the input side rotor 28 can be set to a predetermined cranking rotational speed N0 at which the engine can be started.

なお、図16に示す構成例においても、エンジン36を始動する場合に、車両が停止しており(車輪38の回転速度が0であり)、車両の要求駆動力Ttvが所定値以下(例えば0)であるときは、電子制御ユニット50は、クラッチ板47aとクラッチ板47bとを解放して、クラッチ47による出力側ロータ18と変速機44(車輪38)との間のトルク伝達を遮断する。一方、エンジン36を始動する場合に、EV走行により車両が走行しており(車輪38の回転速度が0でなく)、車両の要求駆動力Ttvが所定値より大きい(例えば0でない)ときは、電子制御ユニット50は、クラッチ板47aとクラッチ板47bとを係合させた状態に制御し、クラッチ47による出力側ロータ18と変速機44(車輪38)との間のトルク伝達を許容する。   In the configuration example shown in FIG. 16 also, when the engine 36 is started, the vehicle is stopped (the rotational speed of the wheels 38 is 0), and the required driving force Ttv of the vehicle is equal to or less than a predetermined value (for example, 0). ), The electronic control unit 50 releases the clutch plate 47a and the clutch plate 47b, and interrupts torque transmission between the output side rotor 18 and the transmission 44 (wheels 38) by the clutch 47. On the other hand, when starting the engine 36, when the vehicle is traveling by EV traveling (the rotation speed of the wheel 38 is not 0) and the required driving force Ttv of the vehicle is larger than a predetermined value (for example, not 0), The electronic control unit 50 controls the clutch plate 47a and the clutch plate 47b to be engaged, and allows torque transmission between the output side rotor 18 and the transmission 44 (wheel 38) by the clutch 47.

さらに、エンジン36を始動する場合に、EV走行時でクラッチ47による出力側ロータ18と車輪38との間のトルク伝達を許容するときは、電子制御ユニット50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Tcoilと、車両の要求駆動力Ttvとに基づいて、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。ここでも、前述の(10)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を制御し、エンジン36のクランキング時にステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGを電磁カップリングトルクTcoil分増大させることで、エンジン36のクランキングに必要なトルクと車輪38の要求トルクTtvとをステータ16から出力側ロータ18に作用するトルクTMGで賄うことができる。なお、入力側ロータ28と出力側ロータ18との間に作用する電磁カップリングトルクTcoilについては、ロータ巻線30の各相に流れる電流に基づいて演算可能である。また、図17,18に示すパワーフローにおいて、以下の(19)〜(21)式が成立する。 Further, when starting the engine 36, when permitting torque transmission between the output side rotor 18 and the wheels 38 by the clutch 47 during EV traveling, the electronic control unit 50 includes the input side rotor 28 and the output side rotor. The torque T MG acting on the output side rotor 18 from the stator 16 is controlled based on the torque T coil acting between the stator 18 and the required driving force Ttv of the vehicle. Also here, the torque T MG acting on the output side rotor 18 from the stator 16 is controlled so that the above-mentioned equation (10) is satisfied, and the torque T MG acting on the output side rotor 18 from the stator 16 when the engine 36 is cranked. Is increased by the electromagnetic coupling torque T coil, the torque required for cranking the engine 36 and the required torque Ttv of the wheel 38 can be covered by the torque T MG acting on the output side rotor 18 from the stator 16. The electromagnetic coupling torque T coil acting between the input-side rotor 28 and the output-side rotor 18 can be calculated based on the current flowing through each phase of the rotor winding 30. In the power flows shown in FIGS. 17 and 18, the following equations (19) to (21) are established.

out=TMG−Tcoil (19)
eng=Tcoil (20)
MG=Nout (21)
T out = T MG −T coil (19)
T eng = T coil (20)
N MG = N out (21)

以上説明した図16に示す構成例でも、車両停止時とEV走行時の両方において、車輪38のトルクに影響を与えずにエンジン36のクランキングを行うことができ、車両の駆動条件に関係なくエンジン36を始動することができる。さらに、図16に示す構成例では、エンジン36のクランキング時に、入力側ロータ28に発生する回転磁界が出力側ロータ18と同期して回転するようにインバータ41のスイッチング動作によりロータ巻線30に流れる交流電流を制御することで、出力側ロータ18の回転速度NMGに関係なく入力側ロータ28の回転速度Nengをエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度N0以上に制御することができる。したがって、低車速時においても、クラッチ47を滑らせることなくエンジン36を始動することができる。 In the configuration example shown in FIG. 16 described above, the engine 36 can be cranked without affecting the torque of the wheel 38 both when the vehicle is stopped and when the EV is running, regardless of the driving conditions of the vehicle. The engine 36 can be started. Further, in the configuration example shown in FIG. 16, when the engine 36 is cranked, the rotating magnetic field generated in the input-side rotor 28 rotates in synchronization with the output-side rotor 18 by the switching operation of the inverter 41 to the rotor winding 30. By controlling the flowing alternating current, the rotational speed N eng of the input side rotor 28 can be controlled to be equal to or higher than a predetermined cranking rotational speed N0 at which the engine can be started regardless of the rotational speed N MG of the output side rotor 18. Therefore, the engine 36 can be started without sliding the clutch 47 even at a low vehicle speed.

以上の実施形態の説明では、ロータ巻線30の交流電力を取り出すための電力伝達部としてスリップリング95及びブラシ96を設けた場合について説明した。ただし、本実施形態では、ロータ巻線30の交流電力を取り出すための電力伝達部として、特許文献1のように、ロータ巻線30に電気的に接続された巻線が配設され入力側ロータ28に機械的に連結されたトランスロータと、整流器93またはインバータ41に電気的に接続され且つ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設けることも可能である。   In the description of the above embodiment, the case where the slip ring 95 and the brush 96 are provided as the power transmission unit for taking out the AC power of the rotor winding 30 has been described. However, in this embodiment, as an electric power transmission part for taking out the alternating current power of the rotor coil | winding 30, the coil electrically connected to the rotor coil | winding 30 is arrange | positioned like patent document 1, and an input side rotor is arrange | positioned. It is also possible to provide a transformer rotor mechanically coupled to 28 and a transformer stator electrically connected to the rectifier 93 or the inverter 41 and provided with windings electromagnetically coupled to the windings of the transformer rotor. It is.

また、以上の実施形態の説明では、入力側ロータ28に回転子導体としてロータ巻線30を設けた場合について説明した。ただし、本実施形態では、入力側ロータ28に回転子導体として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 above description of the embodiment, the case where the rotor winding 30 is provided as the rotor conductor in the input side rotor 28 has been described. However, in this embodiment, it is also possible to provide a squirrel-cage conductor as a rotor conductor 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. 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. 車両停止時にエンジン36を始動する場合の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 starting the engine 36 at the time of a vehicle stop. EV走行時にエンジン36を始動する場合の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 starting the engine 36 at the time of EV driving | running | working. 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. エンジン36を始動する場合に入力側ロータ28の回転速度が出力側ロータ18の回転速度より高いときのパワーフローを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a power flow when the rotational speed of the input side rotor is higher than the rotational speed of the output side rotor when the engine is started. エンジン36を始動する場合に入力側ロータ28の回転速度が出力側ロータ18の回転速度より低いときのパワーフローを示す図である。7 is a diagram showing a power flow when the rotational speed of the input side rotor is lower than the rotational speed of the output side rotor when the engine is started. FIG.

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、40,41 インバータ、42 蓄電装置、44 変速機、47,48 クラッチ、47a,47b,48a,48b クラッチ板、50 電子制御ユニット、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, 41 inverter, 42 power storage device, 44 transmission, 47, 48 clutch, 47a, 47b, 48a, 48b clutch plate, 50 electronic control unit, 93 rectifier, 94 boost converter, 95 slip ring 96 brushes.

Claims (8)

交流電流が流れることで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、
交流電流が流れることで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、
第2回転子と負荷との間のトルク伝達を許容または遮断する第1クラッチと、
電気エネルギーを蓄える蓄電装置からの直流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、
回転子導体の交流電力を取り出すための電力伝達部と、
電力伝達部と蓄電装置またはインバータとの間で電力変換を行う電力変換部と、
インバータから固定子導体に流れる交流電流を制御することで、固定子と第2回転子との間に作用するトルクを制御し、電力変換部で行われる電力変換を制御して回転子導体に流れる交流電流を制御することで、第1回転子と第2回転子との間に作用するトルクを制御する制御装置と、
を備え、
制御装置は、
エンジンを始動する場合には、
負荷の要求トルクに基づいて、第1クラッチにより第2回転子と負荷との間のトルク伝達を許容するか否かを決定し、
第2回転子をエンジン回転方向に回転駆動するように固定子から第2回転子にトルクを作用させるとともに、第1回転子と第2回転子との間にトルクが作用するように電力変換部で行われる電力変換を制御し、
さらに、第1クラッチにより第2回転子と負荷との間のトルク伝達を許容するときは、第1回転子と第2回転子との間に作用するトルクと、負荷の要求トルクとに基づいて、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 when an alternating current flows;
A stator provided with a stator conductor capable of generating a rotating magnetic field when an alternating current flows;
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 first clutch that allows or blocks torque transmission between the second rotor and the load;
An inverter capable of converting direct current power from a power storage device for storing electric energy into alternating current and supplying the alternating current to the stator conductor;
A power transmission unit for taking out AC power of the rotor conductor;
A power conversion unit that performs power conversion between the power transmission unit and the power storage device or the inverter;
By controlling the alternating current flowing from the inverter to the stator conductor, the torque acting between the stator and the second rotor is controlled, and the power conversion performed by the power converter is controlled to flow to the rotor conductor. A control device for controlling torque acting between the first rotor and the second rotor by controlling the alternating current;
With
The control device
When starting the engine,
Determining whether to allow torque transmission between the second rotor and the load by the first clutch based on the required torque of the load;
The torque is applied from the stator to the second rotor so that the second rotor is rotationally driven in the engine rotation direction, and the power converter is configured so that the torque is applied between the first rotor and the second rotor. Control the power conversion performed in
Further, when torque transmission between the second rotor and the load is permitted by the first clutch, based on the torque acting between the first rotor and the second rotor and the required torque of the load. A power transmission device that controls torque acting on the second rotor from the stator.
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蓄電装置またはインバータへ供給するDC−DCコンバータと、
を含み、
制御装置は、
DC−DCコンバータにおける電圧変換比を制御して回転子導体に流れる交流電流を制御することで、第1回転子と第2回転子との間に作用するトルクを制御し、
さらに、エンジンを始動する場合には、第1回転子と第2回転子との間にトルクが作用するようにDC−DCコンバータにおける電圧変換比を制御する、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 power rectified by the rectifier into a voltage and supplies it to the power storage device or the inverter;
Including
The control device
By controlling the voltage conversion ratio in the DC-DC converter and controlling the alternating current flowing in the rotor conductor, the torque acting between the first rotor and the second rotor is controlled,
Furthermore, when starting an engine, the power transmission device which controls the voltage conversion ratio in a DC-DC converter so that a torque may act between a 1st rotor and a 2nd rotor.
請求項2に記載の動力伝達装置であって、
第1クラッチは、第2回転子側の回転部材と負荷側の回転部材との回転速度差を許容しながら第2回転子と負荷との間でトルク伝達を行うことが可能であり、
制御装置は、エンジンを始動する場合に第2回転子の回転速度が所定のクランキング回転速度以下であるときは、第1クラッチにより第2回転子側の回転部材と負荷側の回転部材との回転速度差を許容しながら第2回転子と負荷との間でトルク伝達を行うとともに、第2回転子の回転速度を前記所定のクランキング回転速度よりも高くなるように制御する、動力伝達装置。
The power transmission device according to claim 2,
The first clutch is capable of transmitting torque between the second rotor and the load while allowing a difference in rotational speed between the rotating member on the second rotor side and the rotating member on the load side,
When the engine is started and the rotation speed of the second rotor is equal to or lower than a predetermined cranking rotation speed, the control device causes the first clutch to connect the rotation member on the second rotor side and the rotation member on the load side. A power transmission device that transmits torque between the second rotor and the load while allowing a rotational speed difference, and controls the rotational speed of the second rotor to be higher than the predetermined cranking rotational speed. .
請求項1に記載の動力伝達装置であって、
制御装置は、エンジンを始動する場合には、第1回転子に発生する回転磁界が第2回転子と同期して回転するように回転子導体に流れる交流電流を制御する、動力伝達装置。
The power transmission device according to claim 1,
When starting the engine, the control device controls an alternating current flowing through the rotor conductor so that a rotating magnetic field generated in the first rotor rotates in synchronization with the second rotor.
請求項4に記載の動力伝達装置であって、
制御装置は、
エンジンを始動する場合に第2回転子の回転速度が所定のクランキング回転速度よりも低いときは、蓄電装置からの直流電力を交流に変換して電力伝達部を介して回転子導体へ供給するように電力変換部で行われる電力変換を制御し、
エンジンを始動する場合に第2回転子の回転速度が前記所定のクランキング回転速度よりも高いときは、電力伝達部で取り出された回転子導体の交流電力を直流に変換して蓄電装置またはインバータへ供給するように電力変換部で行われる電力変換を制御する、動力伝達装置。
The power transmission device according to claim 4,
The control device
When starting the engine, if the rotation speed of the second rotor is lower than a predetermined cranking rotation speed, the DC power from the power storage device is converted to AC and supplied to the rotor conductor via the power transmission unit. To control the power conversion performed in the power conversion unit,
When starting the engine, if the rotation speed of the second rotor is higher than the predetermined cranking rotation speed, the AC power of the rotor conductor taken out by the power transmission unit is converted to DC, and the power storage device or inverter A power transmission device that controls power conversion performed by the power conversion unit so as to be supplied to the power transmission unit.
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、
制御装置は、
エンジンを始動する場合に負荷の要求トルクが所定値より大きいときは、第1クラッチにより第2回転子と負荷との間のトルク伝達を許容し、
エンジンを始動する場合に負荷の要求トルクが前記所定値以下であるときは、第1クラッチにより第2回転子と負荷との間のトルク伝達を遮断する、動力伝達装置。
The power transmission device according to any one of claims 1 to 5,
The control device
When the required torque of the load is larger than a predetermined value when starting the engine, torque transmission between the second rotor and the load is permitted by the first clutch,
A power transmission device that interrupts torque transmission between a second rotor and a load by a first clutch when a required torque of the load is equal to or less than the predetermined value when the engine is started.
請求項1〜6のいずれか1に記載の動力伝達装置であって、
第1回転子と第2回転子とを機械的に係合させてそれらの間のトルク伝達を許容することが可能な第2クラッチをさらに備え、
制御装置は、エンジンを始動する場合には、第2クラッチにより第1回転子と第2回転子との間のトルク伝達を許容する、動力伝達装置。
The power transmission device according to any one of claims 1 to 6,
A second clutch capable of mechanically engaging the first rotor and the second rotor to allow torque transmission therebetween;
The control device is a power transmission device that allows torque transmission between the first rotor and the second rotor by the second clutch when the engine is started.
請求項1〜7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 7,
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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