JP5571879B2 - 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において、エンジンの動力を用いて駆動輪を駆動する場合は、エンジンの運転状態（回転速度及びトルク）を制御できることが望ましい。例えば、エンジンの熱効率が高くなるようにエンジンの運転状態を制御することで、エンジンの熱効率が高い状態を維持しながら駆動輪を駆動することが可能となる。また、動力伝達装置の動力伝達効率が高くなるようにエンジンの運転状態を制御することで、動力伝達装置の動力伝達効率が高い状態を維持しながら駆動輪を駆動することが可能となる。しかし、特許文献１においては、エンジンの運転状態（回転速度及びトルク）を制御するために、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る電力を制御することで、第２ロータの巻線に供給される電力を制御している。そのため、バッテリーとトランスステータの巻線との間には、バッテリーからの直流電力を交流に変換してトランスステータの巻線（第２ロータの巻線）へ供給する電力変換と、トランスステータの巻線の交流電力を直流に変換してバッテリーへ回収する電力変換との双方向の電力変換を行うためのインバータが必要になる。その結果、バッテリーとステータの巻線との間で双方向の電力変換を行うためのインバータだけでなく、バッテリーとトランスステータの巻線との間で双方向の電力変換を行うためのインバータも別途必要となり、２つのインバータが必要となることで構成の複雑化及び高コスト化を招くことになる。

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、構成の複雑化及び高コスト化を招くことなく、原動機の運転状態を制御しながら負荷の駆動を可能に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る動力伝達装置であって、第１回転子と第２回転子との他方からの動力を変速して負荷へ伝達する、変速比を変更可能な変速機と、回転子導体の交流電力を取り出すための電力伝達部と、電力伝達部で取り出された交流電力を電力変換して固定子導体へ供給することが可能な電力変換部と、原動機のトルクに基づいて原動機の回転速度を目標回転速度に略一致させるように電力変換部における電力変換を制御する制御装置と、を備え、電力変換部は、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場合は、電力伝達部で取り出された交流電力を整流器で整流し、整流器で整流された電力をＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換して出力し、ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された電力をインバータで交流に変換して固定子導体へ供給するものであり、制御装置は、原動機のトルクに基づいて原動機の回転速度を目標回転速度に略一致させるようにＤＣ−ＤＣコンバータにおける電圧変換比を制御することを要旨とする。

本発明の一態様では、制御装置は、原動機のトルクに対して、原動機の効率が所定の高効率となる原動機の目標回転速度を演算することが好適である。

本発明の一態様では、制御装置は、原動機のトルクと前記第１回転子と第２回転子との他方の回転速度とに対して、前記第１回転子と第２回転子との一方から他方への動力伝達効率が所定値以上となる原動機の目標回転速度を演算することが好適である。

本発明の一態様では、制御装置は、原動機のトルクと前記第１回転子と第２回転子との他方の回転速度とに対して、原動機の効率と前記第１回転子と第２回転子との一方から他方への動力伝達効率との積が略最大となる原動機の目標回転速度を演算することが好適である。

本発明の一態様では、電力伝達部は、整流器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。

本発明によれば、原動機のトルクに基づいて原動機の回転速度を目標回転速度に略一致させるように電力変換部における電力変換を制御することで、電力伝達部を介して第１回転子の回転子導体へ電力供給することなく原動機の回転速度を制御することができる。その結果、第１回転子の回転子導体に対して双方向の電力変換を行うためのインバータが不要となり、動力伝達装置の構成の複雑化及び高コスト化を招くことなく、原動機の運転状態を制御しながら負荷の駆動が可能となる。

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、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、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。

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。

クラッチ４８は、その係合／解放により、入力軸３４（入力側ロータ２８）と出力軸２４（出力側ロータ１８）との機械的係合及びその解除を選択的に行うことが可能である。クラッチ４８を係合させて、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８とを機械的に係合させることで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８とが一体となって等しい回転速度で回転する。一方、クラッチ４８を解放して、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との機械的係合を解除することで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差が許容される。ここでのクラッチ４８は、例えば油圧や電磁力を利用してその係合／解放を切り替えることが可能であり、さらに、クラッチ４８に供給する油圧力や電磁力を調整することで、クラッチ４８の締結力を調整することもできる。

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。

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。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。

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、エンジン３６の動力を用いて車輪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い。

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。

本実施形態では、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動する場合は、電子制御ユニット５０は、エンジン３６の運転状態を制御する。ここでは、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、エンジン３６の運転状態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。

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。

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。

ｄ＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ） （１）
Ｅ₂／Ｅ₁＝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。

また、エンジン３６のトルクをＴ_e、電磁カップリングトルクをＴ_c、エンジン軸慣性をＪ_eとすると、エンジン３６の回転速度ω_eは以下の（３）式で表される。（３）式から、エンジン３６のトルクＴ_eに応じて電磁カップリングトルクＴ_cを制御することで、エンジン３６の回転速度ω_eを制御することができる。

ここで、エンジン３６のトルクＴ_eと出力軸２４（出力側ロータ１８）の回転速度ω_outがともに一定であり、且つエンジン３６のトルクＴ_eと電磁カップリングトルクＴ_cがエンジン３６の回転速度ω_e0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、回転速度ω_e0近傍において（３）式で表されるエンジン３６の回転速度ω_e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の回転速度ω_eの振る舞いが安定となる場合を示し、図１２はエンジン３６の回転速度ω_e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の回転速度ω_e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。

以上のことから、電子制御ユニット５０は、エンジン３６のトルクＴ_eに基づいて昇圧コンバータ９４での昇圧比を制御することで、電磁カップリングトルクＴ_cを制御することができ、エンジン３６の回転速度ω_e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Ｔ_cを増大させることができる。そして、電磁カップリングトルクＴ_cをエンジン３６のトルクＴ_eより増大させることで、エンジン３６の回転速度ω_eを減少させることができる。一方、昇圧コンバータ９４での昇圧比を減少させることで、電磁カップリングトルクのピーク値を相対回転速度の高い側へ推移させて電磁カップリングトルクＴ_cを減少させることができる。そして、電磁カップリングトルクＴ_cをエンジン３６のトルクＴ_eより減少させることで、エンジン３６の回転速度ω_eを増大させることができる。さらに、インバータ４０のスイッチング素子をオフ状態に維持することで、電磁カップリングトルクＴ_cをさらに減少させることができる。なお、エンジン３６のトルクＴ_eについては、エンジン３６がガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関である場合は、スロットル開度により取得可能である。また、エンジン３６がディーゼルエンジン等の圧縮着火式内燃機関である場合は、エンジン３６のトルクＴ_eを燃料噴射量により取得可能である。また、エンジン３６のトルクＴ_eを車両のアクセルペダルの操作量（エンジン３６の要求トルク）により取得することも可能である。

図１４に、電子制御ユニット５０が昇圧コンバータ９４の制御によりエンジン３６の回転速度ω_eを制御する場合の制御ブロック図を示す。図１４の制御ブロック図においては、目標相対回転速度Δω_refと相対回転速度Δωとの偏差Δω_ref−Δωが減算器５６で演算される。目標相対回転速度Δω_refは、エンジン３６の目標回転速度ω_erefと出力軸２４（出力側ロータ１８）の回転速度ω_outとの差ω_eref−ω_outで表され、相対回転速度Δωは、エンジン３６の回転速度ω_eと出力軸２４の回転速度ω_outとの差ω_e−ω_outで表される。ＰＩ制御器５８は、偏差Δω_ref−Δωの値を０にするためのデューティ比の制御指令信号を生成して昇圧コンバータ９４のスイッチング素子Ｓへ出力する。これによって、エンジン３６の回転速度ω_eを目標回転速度ω_erefに一致（あるいはほぼ一致）させるように昇圧コンバータ９４における昇圧比が制御される。

本実施形態では、電子制御ユニット５０は、エンジン３６のトルクＴ_eに基づいてエンジン３６の目標回転速度ω_erefを演算する。例えば、エンジン３６の熱効率は、図１５に示すように、エンジン３６の回転速度ω_eやトルクＴ_eに応じて変化し、与えられたエンジン動力に対して熱効率が最も高くなる点を結んだ線である最適燃費線が存在する。そこで、電子制御ユニット５０は、与えられたエンジン３６のトルクＴ_eに対して、エンジン３６の熱効率が所定の高効率となるエンジン３６の目標回転速度ω_erefを演算することができる。ここでは、エンジン３６のトルクＴ_eに対してエンジン３６の熱効率が最も高くなるように、最適燃費線上において、与えられたエンジン３６のトルクＴ_eに対応するエンジン３６の回転速度ω_eを目標回転速度ω_erefとして演算することができる。これによって、熱効率の高くなるエンジン３６の運転状態（回転速度ω_e及びトルクＴ_e）を維持しながら車輪３８を回転駆動することが可能となる。なお、図１５に示すようなエンジン３６の熱効率特性（最適燃費線）は、電子制御ユニット５０内の記憶装置に予め記憶される。

また、本実施形態では、エンジン３６（入力軸３４）と車輪３８（出力軸２４）との間の動力伝達経路として、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との電磁気結合を介した伝達経路（機械パスによる伝達経路とする）と、ロータ巻線３０、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と出力側ロータ１８の永久磁石３２との電磁気結合を介した伝達経路（電気パスによる伝達経路とする）と、が設けられる。エンジン出力パワーＰｏω_engは以下の（６）式で表され、機械パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーＰｏω_coupは以下の（７）式で表され、電気パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーＰｏω_eleは以下の（８）式で表される。

Ｐｏω_eng＝Ｔ_e×ω_e （６）
Ｐｏω_coup＝Ｔ_c×ω_out （７）
Ｐｏω_ele＝Ｔ_e×ω_e−Ｔ_c×ω_out （８）

電気パスによる伝達経路においては、整流器９３、昇圧コンバータ９４、及びインバータ４０にてパワーの損失が生じるため、機械パスによる伝達経路よりもパワーの伝達効率が低下する。そのため、本実施形態に係る動力伝達装置の動力伝達効率（入力側ロータ２８から出力側ロータ１８への動力伝達効率）は、機械パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーＰｏω_coupと電気パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーＰｏω_eleとの配分に応じて変化する。より具体的には、電気パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーＰｏω_eleの配分が少ないほど（機械パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーＰｏω_coupの配分が多いほど）、入力側ロータ２８から出力側ロータ１８への動力伝達効率が高くなる。したがって、電子制御ユニット５０は、電気パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーＰｏω_eleの配分（あるいは機械パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーＰｏω_coupの配分）を演算することで、入力側ロータ２８から出力側ロータ１８への動力伝達効率を演算することができる。その際には、パワーＰｏω_eleの配分（あるいはパワーＰｏω_coupの配分）と動力伝達効率との関係を表す特性マップを電子制御ユニット５０内の記憶装置に予め記憶しておき、この記憶された特性マップにおいて、パワーＰｏω_eleの配分（あるいはパワーＰｏω_coupの配分）に対応する動力伝達効率を演算する。（３）、（６）〜（８）式から、電気パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーＰｏω_eleの配分（機械パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーＰｏω_coupの配分）については、エンジン３６の回転速度ω_e及びトルクＴ_eと出力側ロータ１８の回転速度ω_outとに基づいて演算可能である。つまり、電子制御ユニット５０は、エンジン３６の回転速度ω_e及びトルクＴ_eと出力側ロータ１８の回転速度ω_outとに基づいて、入力側ロータ２８から出力側ロータ１８への動力伝達効率を演算することができる。

そこで、電子制御ユニット５０は、与えられたエンジン３６のトルクＴ_eと出力側ロータ１８の回転速度ω_out（例えば図示しないセンサにより検出）とに対して、入力側ロータ２８から出力側ロータ１８への動力伝達効率が所定値以上となるエンジン３６の目標回転速度ω_erefを演算することもできる。ここでは、与えられたエンジン３６のトルクＴ_eと出力側ロータ１８の回転速度ω_outとに対して、電気パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーＰｏω_eleの配分が所定値以下となるように（あるいは機械パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーＰｏω_coupの配分が所定値以上となるように）、エンジン３６の目標回転速度ω_erefを演算することができる。これによって、入力側ロータ２８から出力側ロータ１８への動力伝達効率が高くなるエンジン３６の運転状態（回転速度ω_e及びトルクＴ_e）を維持しながら車輪３８を回転駆動することが可能となる。

また、入力側ロータ２８から出力側ロータ１８への動力伝達効率を向上させるために、電気パスによる伝達経路を介して伝達されるパワーＰｏω_eleの配分が少なくなるようにエンジン３６の回転速度ω_eを低下させて入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との差動回転速度を減少させることもできる。この場合は、昇圧コンバータ９４での昇圧比を上昇させることで、エンジン３６の動作点を低回転高トルク側へ推移させて、動力伝達効率を向上させることが可能となる。ただし、この場合は、エンジン３６の動作点の制限（回転速度下限、最大トルク上限）を考慮して、昇圧コンバータ９４での昇圧比に制限値を設定することが好ましい。

また、本実施形態では、電子制御ユニット５０は、与えられたエンジン３６のトルクＴ_eと出力側ロータ１８の回転速度ω_outとに対して、エンジン３６の熱効率と入力側ロータ２８から出力側ロータ１８への動力伝達効率との積が最大（あるいはほぼ最大）となるエンジン３６の目標回転速度ω_erefを演算することもできる。これによって、システム全体の効率が高くなるエンジン３６の運転状態（回転速度ω_e及びトルクＴ_e）を維持しながら車輪３８を回転駆動することが可能となる。

以上説明した本実施形態では、エンジン３６のトルクＴ_eに基づいて昇圧コンバータ９４における昇圧比を制御することで、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との間に作用するトルク（電磁カップリングトルク）Ｔ_cを制御することができ、エンジン３６の回転速度ω_eを制御することができる。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、本実施形態によれば、動力伝達装置の構成の複雑化及び高コスト化を招くことなく、エンジン３６の運転状態を制御しながら車輪３８を回転駆動することが可能となる。

なお、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、車輪３８の回転速度（車両の速度）が高くなると、出力側ロータ１８の回転速度も高くなる。出力側ロータ１８の回転速度が入力側ロータ２８の回転速度よりも高い状態でロータ巻線３０に誘導電流が流れると、出力側ロータ１８にその回転速度を減少させる方向のトルク（制動トルク）が作用することで、車輪３８（車両）に制動力が作用することになる。これに対して本実施形態では、車輪３８の回転速度（車両の速度）が高くなっても、変速機４４の変速比を小さくする方向に変更することで、入力側ロータ２８の回転速度が出力側ロータ１８の回転速度よりも高い状態を維持することができる。その状態では、ロータ巻線３０の誘導電流は、出力側ロータ１８にその回転速度を増大させる方向のトルクを作用させるように流れるため、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、出力側ロータ１８（車輪３８）に制動トルクが作用するのを防止することができる。さらに、本実施形態では、出力側ロータ１８の回転速度が入力側ロータ２８の回転速度より高くなっても、電子制御ユニット５０は、昇圧コンバータ９４の出力電圧が蓄電装置４２の電圧よりも低くなるように昇圧コンバータ９４での昇圧比を制御する（あるいは昇圧コンバータ９４による昇圧を停止させる）ことで、ロータ巻線３０に誘導電流が流れるのを防止することができる。したがって、出力側ロータ１８の回転速度が入力側ロータ２８の回転速度より高くなっても、出力側ロータ１８（車輪３８）に制動トルクが作用するのを防止することができる。ただし、本実施形態において、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動する場合は、電子制御ユニット５０は、出力側ロータ１８の回転速度が入力側ロータ２８の回転速度よりも低くなるように変速機４４の変速比を制御することが好ましい。

また、エンジン３６からのトルクを車輪３８へ伝達する際には、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、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。

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。

また、本実施形態では、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）走行を行うこともできる。その場合は、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。

次に、本実施形態の他の構成例について説明する。

図１６，１７に示す構成例では、入力側ロータ２８のロータ巻線３０の電力を取り出すための電力伝達部として、図１，２に示す構成例におけるスリップリング９５及びブラシ９６の代わりに、図示しないケーシングに固定された電力伝達用ステータ６６と、電力伝達用ステータ６６の径方向内側に配置され電力伝達用ステータ６６に対し相対回転可能な電力伝達用ロータ７８と、が設けられている。電力伝達用ステータ６６は、ステータコア１０１と、ステータコア１０１にその周方向に沿って配設された複数相（例えば３相）の電力伝達用ステータ巻線（電力伝達用固定子導体）７０と、を含む。電力伝達用ステータ巻線７０は、整流器９３と電気的に接続されている。複数相の電力伝達用ステータ巻線７０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、電力伝達用ステータ巻線７０は、ステータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。

電力伝達用ロータ７８は、ロータコア１０２と、ロータコア１０２にその周方向に沿って配設された複数相（例えば３相）の電力伝達用ロータ巻線（電力伝達用回転子導体）８０とを含み、入力側ロータ２８と機械的に結合されている。複数相の電力伝達用ロータ巻線８０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、電力伝達用ロータ巻線８０は、ロータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。電力伝達用ロータ巻線８０は、入力側ロータ２８のロータ巻線３０と電気的に接続（直結）されている。ここでは、ロータ巻線３０及び電力伝達用ロータ巻線８０に交流電流が流れる場合に発生する回転磁界の回転方向がロータ巻線３０と電力伝達用ロータ巻線８０とで互いに逆方向になるように、ロータ巻線３０と電力伝達用ロータ巻線８０が逆相接続されている。例えばロータ巻線３０及び電力伝達用ロータ巻線８０がともにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相巻線により構成されている場合は、図１８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１９に示す。図１９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１６，１７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。

図１６，１７に示す構成例においても、エンジン３６のトルクＴ_eに基づいて昇圧コンバータ９４における昇圧比を制御することで、蓄電装置４２から電力伝達用ステータ巻線７０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との間に作用するトルク（電磁カップリングトルク）Ｔ_cを制御することができ、エンジン３６の回転速度ω_eを制御することができる。

なお、図１６，１７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２０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。その場合でも、ＤＣ−ＤＣコンバータにおける電圧変換比（スイッチング素子をスイッチング動作させるときのデューティ比）を制御することで、ロータ巻線３０側から見た負荷抵抗を調整することができるため、電磁カップリングトルクＴ_cを制御することができ、エンジン３６の回転速度ω_eを制御することができる。

また、本実施形態では、入力側ロータ２８に、回転子導体としてロータ巻線３０の代わりにかご型導体を出力側ロータ１８（永久磁石３３）と対向させて設けることも可能である。

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。その場合でも、ＤＣ−ＤＣコンバータにおける電圧変換比を制御することで、第２ロータ１８と第１ロータ２８との間に作用するトルク（電磁カップリングトルク）Ｔ_cを制御することができ、エンジン３６の回転速度ω_eを制御することができる。

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

本発明の実施形態に係る動力伝達装置を備えるハイブリッド駆動装置の概略構成を示す図である。 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。 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。 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。 昇圧コンバータ９４の構成例を示す図である。 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。 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。 エンジン３６の回転速度ω_eの振る舞いが安定となる条件を説明する図である。 エンジン３６の回転速度ω_eの振る舞いが不安定となる条件を説明する図である。 エンジン３６の回転速度ω_eの振る舞いが安定となる条件を説明する図である。 昇圧コンバータ９４の制御によりエンジン３６の回転速度ω_eを制御する場合の制御ブロック図である。 エンジン３６の熱効率特性の一例を示す図である。 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、６６ 電力伝達用ステータ、７０ 電力伝達用ステータ巻線、７８ 電力伝達用ロータ、８０ 電力伝達用ロータ巻線、９３ 整流器、９４ 昇圧コンバータ、９５ スリップリング、９６ ブラシ。

Claims (5)

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る動力伝達装置であって、
   第１回転子と第２回転子との他方からの動力を変速して負荷へ伝達する、変速比を変更可能な変速機と、
   回転子導体の交流電力を取り出すための電力伝達部と、
   電力伝達部で取り出された交流電力を電力変換して固定子導体へ供給することが可能な電力変換部と、
   原動機のトルクに基づいて原動機の回転速度を目標回転速度に略一致させるように電力変換部における電力変換を制御する制御装置と、
   を備え、
   電力変換部は、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場合は、電力伝達部で取り出された交流電力を整流器で整流し、整流器で整流された電力をＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換して出力し、ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された電力をインバータで交流に変換して固定子導体へ供給するものであり、
   制御装置は、原動機のトルクに基づいて原動機の回転速度を目標回転速度に略一致させるように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。
2. 請求項１に記載の動力伝達装置であって、
   制御装置は、原動機のトルクに対して、原動機の効率が所定の高効率となる原動機の目標回転速度を演算する、動力伝達装置。
3. 請求項１に記載の動力伝達装置であって、
   制御装置は、原動機のトルクと前記第１回転子と第２回転子との他方の回転速度とに対して、前記第１回転子と第２回転子との一方から他方への動力伝達効率が所定値以上となる原動機の目標回転速度を演算する、動力伝達装置。
4. 請求項１に記載の動力伝達装置であって、
   制御装置は、原動機のトルクと前記第１回転子と第２回転子との他方の回転速度とに対して、原動機の効率と前記第１回転子と第２回転子との一方から他方への動力伝達効率との積が略最大となる原動機の目標回転速度を演算する、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、
   電力伝達部は、
   整流器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。

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