JP5390120B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

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。

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。また、ステータの巻線と第１ロータの磁石との電磁気結合によって、バッテリーからインバータを介してステータの巻線に供給された電力を用いて第１ロータに動力を発生させて駆動輪を駆動することができるため、ステータの巻線への電力供給を制御することで、駆動輪に伝達されるトルクを制御することができる。

特許第３０６７５９４号公報 特開２００７−１１６８３７号公報 特開平９−４６８１５号公報

特許文献１の動力伝達装置において、トルク伝達容量を増大させるためには、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り第１ロータと第２ロータとの間で発生可能な最大トルクを増大させる必要がある。しかし、ステータが第１ロータの径方向外側（最外層）に配置され、第２ロータが第１ロータの径方向内側（最内層）に配置されている構成のため、第１ロータと第２ロータとの間で発生可能な最大トルクが小さくなる。第１ロータと第２ロータが径方向に対向する部分の回転軸方向長さを増大させることで、第１ロータと第２ロータとの間で発生可能な最大トルクを増大させることが可能となるが、トランスロータ及びトランスステータが第２ロータと回転軸方向に隣接しているため、動力伝達装置全体の回転軸方向長さを増大させずに第１ロータと第２ロータとの対向部分の回転軸方向長さを増大させることは困難である。したがって、特許文献１においては、動力伝達装置の体格の大型化を抑えつつトルク伝達容量を増大させることは困難である。

また、特許文献１において、第２ロータの巻線と第１ロータの磁石との電磁気結合によりエンジンからの動力を駆動輪へ伝達する際には、第２ロータの巻線に誘導電流が流れることで第２ロータが発熱するため、第２ロータを冷却する必要がある。しかし、第２ロータは最内層に配置されているので、冷却風（空気）が第２ロータへ導入されにくく、回転する最内層の第２ロータを冷却するためには、第２ロータと連結されたエンジン軸の内部に油や水等の液体冷媒の供給通路を形成し、エンジン軸内部の供給通路を介して第２ロータへ液体冷媒を供給する必要がある。その場合は、回転するエンジン軸内部の供給通路に液体冷媒を供給する必要があるため、第２ロータへ液体冷媒を供給するための構成が複雑化し、第２ロータを冷却するための構成が複雑化する。

本発明は、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、体格の大型化を抑えつつトルク伝達容量を向上させることを目的とする。さらに、本発明は、この動力伝達装置において、誘導電流の流れる回転子導体が配設された回転子の冷却を容易化することを目的とする。

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

本発明に係る動力伝達装置は、回転磁界を発生可能な回転子導体が配設された第１回転子と、回転磁界を発生可能な固定子導体が配設された固定子と、第１回転子に対し相対回転可能であり、磁石が配設された第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、回転子導体の交流電力を取り出すための電力伝達部と、を備え、第１回転子と第２回転子との一方に原動機からの動力が伝達されるとともに、第１回転子と第２回転子との他方から負荷へ動力が伝達され、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、電力伝達部で取り出された交流電力が固定子導体へ供給可能であり、固定子が第２回転子の径方向内側に配置され、第１回転子が第２回転子の径方向外側に配置され、第１回転子が最も径方向外側に配置されていることを要旨とする。

本発明の一態様では、最も径方向外側に第１回転子、その径方向内側に第２回転子が配置されていることが好適である。本発明の一態様では、電力伝達部は、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を含み、ブラシからの交流電力が固定子導体へ供給可能であることが好適である。

本発明の一態様では、電力伝達部は、第１回転子と結合された電力伝達用回転子であって、第１回転子の回転子導体に接続され且つ回転磁界を発生可能な電力伝達用回転子導体が配設された給電用回転子と、電力伝達用回転子導体で回転磁界が発生するのに起因して誘導電流が流れる電力伝達用固定子導体が配設された電力伝達用固定子と、を含み、電力伝達用固定子導体からの交流電力が固定子導体へ供給可能であることが好適である。

本発明の一態様では、電力伝達部で取り出された交流電力を電力変換して固定子導体へ供給することが可能な電力変換部をさらに備えることが好適である。この態様では、電力変換部は、電力伝達部で取り出された交流電力を整流する整流器と、整流器で整流された電力を電圧変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、を含み、ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された電力がインバータで交流に変換されて固定子導体へ供給可能であることが好適である。

本発明によれば、固定子が第２回転子の径方向内側に配置され、第１回転子が第２回転子の径方向外側に配置されていることで、動力伝達装置の回転軸方向長さの増大を抑えつつ、第１回転子と第２回転子との間で発生可能な最大トルクを増大させることができる。その結果、動力伝達装置の体格の大型化を抑えつつ、トルク伝達容量を向上させることができる。さらに、回転子導体に流れる誘導電流により発熱する第１回転子が第２回転子の径方向外側に配置されていることで、第１回転子の冷却が容易となる。

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

図１〜３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。

回転電機１０は、エンジン３６と変速機１４との間に形成された、ケーシング１５の内周側の空間内に配置されている。回転電機１０は、ケーシング１５に固定されたステータ１６と、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２ロータ１８は、第１ロータ２８の回転軸方向（図２の左右方向）と直交する径方向（図２の上下方向）において第１ロータ２８及びステータ１６と所定の空隙を空けて対向配置されている。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は変速機４４を介して車輪３８に機械的に連結されていることで、車輪３８には第２ロータ１８からの動力が変速機４４で変速されてから伝達される。なお、以下の説明では、第１ロータ２８を入力側ロータとし、第２ロータ１８を出力側ロータとする。

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。

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。

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、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、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。

本実施形態では、ステータ１６が出力側ロータ１８の径方向内側に配置され、入力側ロータ２８が出力側ロータ１８の径方向外側に配置されている。つまり、ステータ１６が最内層、出力側ロータ１８が中間層、入力側ロータ２８が最外層に配置されている。永久磁石３２は、ステータ１６（ステータコア５１）と対向するよう出力側ロータ１８（ロータコア５３）の内周部に配設されており、永久磁石３３は、入力側ロータ２８（ロータコア５２）と対向するよう出力側ロータ１８（ロータコア５３）の外周部に配設されている。

図２に示す例では、ステータ１６はステータ支持部材８１を介してケーシング１５に固定されており、ステータ支持部材８１は変速機１４側からステータ１６に連結されている。入力側ロータ２８はロータ支持部材８２を介して入力軸３４に機械的に連結されており、ロータ支持部材８２はエンジン３６側から入力側ロータ２８に連結されている。出力側ロータ１８はロータ支持部材８３を介して出力軸２４に機械的に連結されており、ロータ支持部材８３はエンジン３６側から出力側ロータ１８に連結されている。ロータ支持部材８２は、ロータ支持部材８３よりもエンジン３６側に配置されている。出力側ロータ１８及びロータ支持部材８３は、ベアリング８４，８５によりケーシング１５（ステータ支持部材８１）に回転可能に支持されており、入力側ロータ２８及びロータ支持部材８２は、ベアリング８６，８７によりロータ支持部材８３に回転可能に支持されている。ベアリング８４，８６は、ロータ１８，２８及びステータ１６より変速機１４側に配置されており、ベアリング８５，８７は、ロータ１８，２８及びステータ１６よりエンジン３６側に配置されている。

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。

クラッチ４８は、その係合／解放により、入力軸３４（入力側ロータ２８）と出力軸２４（出力側ロータ１８）との機械的係合及びその解除を選択的に行うことが可能である。クラッチ４８を係合させて、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８とを機械的に係合させることで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８とが一体となって等しい回転速度で回転する。一方、クラッチ４８を解放して、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との機械的係合を解除することで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差が許容される。図２に示す例では、クラッチ４８は、入力側ロータ２８及び出力側ロータ１８よりエンジン３６側に配置されており、入力側ロータ２８とロータ支持部材８２との間に形成される空間内に配置されている。クラッチ４８を係合させることで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８がロータ支持部材８２，８３を介して連結される。ここでのクラッチ４８は、例えば油圧を利用してその係合／解放を切り替えることが可能であり、出力軸２４の内部に形成された油路４９を介してクラッチ４８に油圧が供給される。ただし、電磁力を利用してクラッチ４８の係合／解放を切り替えることも可能である。また、クラッチ４８に供給する油圧力や電磁力を調整することで、クラッチ４８の締結力を調整することもできる。

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。

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。図２に示す例では、スリップリング９５及びブラシ９６は、ロータ支持部材８２よりエンジン３６側に配置されており、スリップリング９５は、ロータ支持部材８２を介して入力側ロータ２８に連結されている。ここでのロータ支持部材８２は、スリップリング９５と入力側ロータ２８とを連結する機能の他に、スリップリング９５及びブラシ９６に対しクラッチ４８及びベアリング８７を遮蔽する機能も有する。

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、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からの交流電力は、ステータ巻線２０の各相へ供給可能である。また、昇圧コンバータ９４で昇圧された直流電力を蓄電装置４２に回収することも可能である。ここでの整流器９３は、スリップリング９５側から昇圧コンバータ９４側への一方向のみの電力変換を行い、昇圧コンバータ９４は、整流器９３側から蓄電装置４２側（あるいはインバータ４０側）への一方向のみの電力変換を行う。このように、整流器９３及び昇圧コンバータ９４を含んで、スリップリング９５及びブラシ９６により取り出された交流電力を電力変換してステータ巻線２０の各相へ供給することが可能な電力変換部を構成することができる。

電子制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、ステータ巻線２０の各相に流れる交流電流を制御する。そして、電子制御ユニット５０は、昇圧コンバータ９４内のスイッチング素子をスイッチング動作するときのデューティ比を制御することで、昇圧コンバータ９４での昇圧比（電圧変換比）を制御する。さらに、電子制御ユニット５０は、エンジン３６の運転状態の制御、及び変速機４４の変速比の制御も行う。さらに、電子制御ユニット５０は、クラッチ４８の係合／解放を切り替えることで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との機械的係合／その解除を切り替える制御も行う。

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。

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。

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内のスイッチング素子（図示せず）をスイッチング動作するときのデューティ比（スイッチング周期におけるオン期間の割合）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。その際には、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。

次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置の動作、特に、車輪３８を回転駆動する場合の動作について説明する。

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にトルクが作用して出力側ロータ１８が回転駆動する。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、車両の駆動等、負荷の駆動に用いられる。したがって、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転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く、回転電機１０を発進装置として機能させることができる。そのため、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。さらに、蓄電装置４２からステータ巻線２０への電力供給を行うことなく、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間で動力伝達を行うことができるため、蓄電装置４２の蓄電量が少ない場合や極低温時等においても、エンジン３６からの動力を車輪３８へ伝達することができる。

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にトルクが作用する。これによって、出力側ロータ１８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。

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。

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で、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。

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。

本実施形態に係る動力伝達装置において、トルク伝達容量を増大させるためには、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り入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間で発生可能な最大トルクを増大させることが望ましい。これに対して本実施形態では、ステータ１６を出力側ロータ１８の内周側の最内層に配置し、入力側ロータ２８を出力側ロータ１８の外周側の最外層に配置することで、入力側ロータ２８及び出力側ロータ１８の外径を拡大できるため、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８が径方向に対向する部分の回転軸方向長さを増大させることなく、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間で発生可能な最大トルクを増大させることができる。したがって、回転電機１０の体格の大型化を抑えつつ、トルク伝達容量（トルク伝達密度）を向上させることができる。

また、本実施形態では、互いに摺動するスリップリング９５及びブラシ９６を介してロータ巻線３０に発生する電力を取り出しており、スリップリング９５及びブラシ９６における電力伝達機能を劣化させないためには、スリップリング９５とブラシ９６の摺動部に油や水等が付着しないようにすることが望ましい。これに対して本実施形態では、ロータ支持部材８２がクラッチ４８及びベアリング８７をスリップリング９５及びブラシ９６から遮蔽するため、クラッチ４８やベアリング８７に供給された油がスリップリング９５とブラシ９６の摺動部に飛散するのを防ぐことができる。その結果、スリップリング９５及びブラシ９６における電力伝達機能の劣化を防ぐことができる。

また、本実施形態では、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りエンジン３６からの動力を車輪３８へ伝達する際には、ロータ巻線３０に誘導電流が流れることで入力側ロータ２８が発熱するため、入力側ロータ２８を冷却することが望ましい。これに対して本実施形態では、入力側ロータ２８が最外層に配置されているため、空冷や液冷等による入力側ロータ２８の冷却が容易であり、入力側ロータ２８の過熱を防ぐことができ、過熱によるロータ巻線３０の絶縁破壊等が防止される。なお、ステータ巻線２０への電力供給の際にはステータ１６が発熱するため、ステータ１６を冷却することが望ましいが、ステータ１６は、ケーシング１５に固定されて回転しないため、最内層に配置されても空冷や液冷等による冷却が困難になることはない。以下、入力側ロータ２８及びステータ１６の冷却を行うための構成例について説明する。

図５に示す構成例では、ブラシ９６とケーシング１５とを機械的に連結するブラシ支持部材８８に、空気導入口５４が形成されている。ロータ支持部材８２には通風翼５５がブラシ支持部材８８側へ突出して設けられており、通風翼５５は入力側ロータ２８及びロータ支持部材８２とともに回転する。ケーシング１５における入力側ロータ２８の外周面と対向する位置には、空気排出口５６が形成されている。

ロータ巻線３０に流れる誘導電流により入力側ロータ２８に発生した熱は、ロータ支持部材８２に伝わる。空気導入口５４を通ってブラシ支持部材８８とロータ支持部材８２との間に形成される空気通路５７に流入した冷却用の空気は、図５の矢印に示すように、ロータ支持部材８２に衝突することで、ロータ支持部材８２との間で熱交換を行う。この熱交換により、ロータ支持部材８２からの除熱が行われ、入力側ロータ２８が冷却される。ロータ支持部材８２に衝突した空気は、通風翼５５の回転に伴って、図５の矢印に示すように、ロータ支持部材８２及び入力側ロータ２８とケーシング１５との間に形成される空気通路５８へ流れる。空気通路５８を流れる空気は、入力側ロータ２８との間で熱交換を行う。この熱交換によっても、入力側ロータ２８の冷却が行われる。入力側ロータ２８との間で熱交換を行った空気は、図５の矢印に示すように、空気排出口５６を通ってケーシング１５の外部へ排出される。なお、ロータ支持部材８２については、入力側ロータ２８からの熱伝導性を良好にするためには例えばアルミニウム等の熱抵抗の低い材料を用いることが好ましく、強度とコストを考慮すると例えば鋳鉄等を用いることが好ましい。

また、ステータ巻線２０への電力供給によりステータ１６に発生した熱は、ステータ支持部材８１を介してケーシング１５に伝わる。空気排出口５６を通る空気がケーシング１５との間で熱交換を行うことで、ケーシング１５からの除熱が行われ、ステータ１６が冷却される。このように、図５に示す構成例では、空冷により入力側ロータ２８及びステータ１６の冷却を行う。

また、図６に示す構成例では、図５に示す構成例と比較して、ケーシング１５及びステータ支持部材８１に、冷媒供給通路５９及び冷媒排出通路６０が形成されており、冷媒供給通路５９及び冷媒排出通路６０は、ステータ１６（ステータコア５１）の内部に連通している。油や水等の液体冷媒は、冷媒供給通路５９を通ってステータ１６（ステータコア５１）の内部に供給されることで、ステータ１６との間で熱交換を行う。この熱交換により、ステータ１６が冷却される。ステータ１６の内部に供給された液体冷媒は、冷媒排出通路６０を通ってケーシング１５の外部へ排出される。このように、図６に示す構成例では、空冷により入力側ロータ２８の冷却を行い、液冷によりステータ１６の冷却を行う。なお、ケーシング１５及びステータ支持部材８１は固定されているため、冷媒供給通路５９への液体冷媒の供給は容易である。

次に、本実施形態の他の構成例について説明する。

図７，８に示す構成例では、入力側ロータ２８のロータ巻線３０の電力を取り出すための電力伝達部として、図１，２に示す構成例におけるスリップリング９５及びブラシ９６の代わりに、ケーシング１５に固定された電力伝達用ステータ６６と、電力伝達用ステータ６６の径方向内側に配置され電力伝達用ステータ６６に対し相対回転可能な電力伝達用ロータ７８と、が設けられている。電力伝達用ステータ６６は、ステータコア１０１と、ステータコア１０１にその周方向に沿って配設された複数相（例えば３相）の電力伝達用ステータ巻線（電力伝達用固定子導体）７０と、を含む。電力伝達用ステータ巻線７０は、整流器９３と電気的に接続されている。複数相の電力伝達用ステータ巻線７０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、電力伝達用ステータ巻線７０は、ステータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。また、電力伝達用ロータ７８は、ロータコア１０２と、ロータコア１０２にその周方向に沿って配設された複数相（例えば３相）の電力伝達用ロータ巻線（電力伝達用回転子導体）８０とを含み、入力側ロータ２８と機械的に結合されている。複数相の電力伝達用ロータ巻線８０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、電力伝達用ロータ巻線８０は、ロータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。入力側ロータ２８の冷却用の空気は、図７の矢印に示すように、電力伝達用ステータ６６と電力伝達用ロータ７８との間に形成される空隙を通って空気通路５７に流入する。

電力伝達用ロータ巻線８０は、入力側ロータ２８のロータ巻線３０と電気的に接続（直結）されている。ここでは、ロータ巻線３０及び電力伝達用ロータ巻線８０に交流電流が流れる場合に発生する回転磁界の回転方向がロータ巻線３０と電力伝達用ロータ巻線８０とで互いに逆方向になるように、ロータ巻線３０と電力伝達用ロータ巻線８０が逆相接続されている。例えばロータ巻線３０及び電力伝達用ロータ巻線８０がともにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相巻線により構成されている場合は、図９に示すように、ロータ巻線３０のＵ相と電力伝達用ロータ巻線８０のＵ相とを接続し、ロータ巻線３０のＶ相と電力伝達用ロータ巻線８０のＷ相とを接続し、ロータ巻線３０のＷ相と電力伝達用ロータ巻線８０のＶ相とを接続する（３相のうち１つの相について同じ相の巻線同士を接続し、３相のうち２つの相について異なる相の巻線同士を接続する）ことで、ロータ巻線３０と電力伝達用ロータ巻線８０とで発生する磁界の回転方向が互いに逆方向となる。

電力伝達用ロータ７８及び電力伝達用ステータ６６のより詳細な構成例を図１０に示す。図１０に示す例では、電力伝達用ロータ７８及び電力伝達用ステータ６６が同心円状に配置されている。電力伝達用ステータ６６のステータコア１０１には、径方向内側（電力伝達用ロータ７８側）へ突出した複数のティース１０１ａがステータ周方向に沿って間隔をおいて配列されており、各電力伝達用ステータ巻線７０がこれらのティース１０１ａに巻回されていることで、磁極が構成される。電力伝達用ロータ７８のロータコア１０２には、径方向外側（電力伝達用ステータ６６側）へ突出した複数のティース１０２ａがロータ周方向に沿って間隔をおいて配列されており、各電力伝達用ロータ巻線８０がこれらのティース１０２ａに巻回されていることで、磁極が構成される。電力伝達用ステータ６６のティース１０１ａと電力伝達用ロータ７８のティース１０２ａとが電力伝達用ロータ７８の回転中心軸に直交する径方向に対向配置されており、電力伝達用ステータ巻線７０の巻回軸及び電力伝達用ロータ巻線８０の巻回軸がこの径方向（電力伝達用ステータ６６と電力伝達用ロータ７８が対向する方向）に一致している。

図７，８に示す構成例では、ロータ巻線３０は電力伝達用ロータ巻線８０と電気的に接続されているため、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転差に起因してロータ巻線３０に発生した誘導電流は電力伝達用ロータ巻線８０にも流れ、この電力伝達用ロータ巻線８０に流れる誘導電流により回転磁界が電力伝達用ロータ７８にも形成される。そして、電力伝達用ロータ巻線８０で発生した回転磁界が電力伝達用ステータ６６に作用するのに応じて、電力伝達用ステータ巻線７０に誘導起電力が発生し、この誘導起電力に起因して電力伝達用ステータ巻線７０に誘導電流が流れる。電力伝達用ステータ巻線７０に発生した交流電力は、整流器９３へ供給されて直流に整流される。さらに、電力伝達用ロータ巻線８０で発生した回転磁界と電力伝達用ステータ巻線７０に流れる誘導電流との電磁気相互作用により、電力伝達用ステータ６６と電力伝達用ロータ７８との間にトルクが作用する。電力伝達用ステータ６６と電力伝達用ロータ７８との間に作用するトルクは、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に作用するトルクと同方向となる。このように、電力伝達用ロータ巻線８０と電力伝達用ステータ巻線７０とが電磁気的に結合されていることで、電力伝達用ステータ６６及び電力伝達用ロータ７８をトランスとして機能させることができ、ロータ巻線３０に発生した交流電力を非接触で取り出すことが可能となる。さらに、電力伝達用ステータ６６及び電力伝達用ロータ７８を誘導機として機能させることができる。なお、本実施形態では、電力伝達用ステータ６６及び電力伝達用ロータ７８を誘導機として機能させずにトランスとしてのみ機能させるように構成することによっても、ロータ巻線３０に発生した交流電力を非接触で取り出すことが可能となる。

なお、図７，８に示す構成例では、ロータ巻線３０及び電力伝達用ロータ巻線８０に交流電流が流れる場合に発生する回転磁界の回転方向がロータ巻線３０と電力伝達用ロータ巻線８０とで互いに同方向になるように、ロータ巻線３０と電力伝達用ロータ巻線８０とを同相接続することもできる。例えばロータ巻線３０及び電力伝達用ロータ巻線８０がともにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相巻線により構成されている場合は、図１１に示すように、ロータ巻線３０のＵ相と電力伝達用ロータ巻線８０のＵ相とを接続し、ロータ巻線３０のＶ相と電力伝達用ロータ巻線８０のＶ相とを接続し、ロータ巻線３０のＷ相と電力伝達用ロータ巻線８０のＷ相とを接続する（すべての相について同じ相の巻線同士を接続する）ことで、ロータ巻線３０と電力伝達用ロータ巻線８０とで発生する磁界の回転方向が互いに同方向となる。その場合は、電力伝達用ロータ７８の極数Ｐ２を入力側ロータ２８の極数Ｐ１以上（Ｐ２≧Ｐ１）に設定することで、電力伝達用ステータ６６と電力伝達用ロータ７８との間に作用するトルクは、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に作用するトルクと同方向となる。

以上の説明では、整流器９３で整流された電力を電圧変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータとして昇圧コンバータ９４を設けるものとしたが、本実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータとして降圧コンバータや昇降圧コンバータを設けることも可能である。

また、本実施形態では、回転電機１０の入力軸３４と出力軸２４とを入れ替えることもできる。すなわち、第２ロータ１８がエンジン３６に機械的に連結され、第１ロータ２８が変速機４４を介して車輪３８に機械的に連結されていてもよい。この場合は、エンジン３６からの動力が第２ロータ１８に伝達され、第１ロータ２８からの動力が変速機４４で変速されて車輪３８に伝達されるため、第２ロータ１８が入力側ロータとなり、第１ロータ２８が出力側ロータとなる。

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

本発明の実施形態に係る動力伝達装置を備えるハイブリッド駆動装置の概略構成を示す図である。 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。 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。 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。 入力側ロータ２８及びステータ１６の冷却を行うための構成例を示す図である。 入力側ロータ２８及びステータ１６の冷却を行うための他の構成例を示す図である。 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。 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。 ロータ巻線３０と電力伝達用ロータ巻線８０との接続の一例を示す図である。 電力伝達用ロータ７８及び電力伝達用ステータ６６の構成例を示す図である。 ロータ巻線３０と電力伝達用ロータ巻線８０との接続の他の例を示す図である。

符号の説明

１０ 回転電機、１６ ステータ、１８ 出力側ロータ（第２ロータ）、２０ ステータ巻線、２４ 出力軸、２８ 入力側ロータ（第１ロータ）、３０ ロータ巻線、３２，３３ 永久磁石、３４ 入力軸、３６ エンジン、３８ 車輪、４０ インバータ、４２ 蓄電装置、４４ 変速機、４８ クラッチ、５０ 電子制御ユニット、５４ 空気導入口、５５ 通風翼、５６ 空気排出口、５７，５８ 空気通路、６６ 電力伝達用ステータ、７０ 電力伝達用ステータ巻線、７８ 電力伝達用ロータ、８０ 電力伝達用ロータ巻線、８１ ステータ支持部材、８２，８３ ロータ支持部材、９３ 整流器、９４ 昇圧コンバータ、９５ スリップリング、９６ ブラシ。

Claims (6)

1. 回転磁界を発生可能な回転子導体が配設された第１回転子と、
   回転磁界を発生可能な固定子導体が配設された固定子と、
   第１回転子に対し相対回転可能であり、磁石が配設された第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、
   回転子導体の交流電力を取り出すための電力伝達部と、
   を備え、
   第１回転子と第２回転子との一方に原動機からの動力が伝達されるとともに、第１回転子と第２回転子との他方から負荷へ動力が伝達され、
   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、
   電力伝達部で取り出された交流電力が固定子導体へ供給可能であり、
   固定子が第２回転子の径方向内側に配置され、第１回転子が第２回転子の径方向外側に配置され、第１回転子が最も径方向外側に配置されている、動力伝達装置。
2. 請求項１に記載の動力伝達装置であって、
   最も径方向外側に第１回転子、その径方向内側に第２回転子が配置されている、動力伝達装置。
3. 請求項２に記載の動力伝達装置であって、
   電力伝達部は、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を含み、
   ブラシからの交流電力が固定子導体へ供給可能である、動力伝達装置。
4. 請求項２に記載の動力伝達装置であって、
   電力伝達部は、
   第１回転子と結合された電力伝達用回転子であって、第１回転子の回転子導体に接続され且つ回転磁界を発生可能な電力伝達用回転子導体が配設された給電用回転子と、
   電力伝達用回転子導体で回転磁界が発生するのに起因して誘導電流が流れる電力伝達用固定子導体が配設された電力伝達用固定子と、
   を含み、
   電力伝達用固定子導体からの交流電力が固定子導体へ供給可能である、動力伝達装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１に記載の動力伝達装置であって、
   電力伝達部で取り出された交流電力を電力変換して固定子導体へ供給することが可能な電力変換部をさらに備える、動力伝達装置。
6. 請求項５に記載の動力伝達装置であって、
   電力変換部は、
   電力伝達部で取り出された交流電力を整流する整流器と、
   整流器で整流された電力を電圧変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、
   を含み、
   ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された電力がインバータで交流に変換されて固定子導体へ供給可能である、動力伝達装置。

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