動力伝達装置
【課題】回転子同士の電磁気結合によるトルクを利用して動力伝達が行われる状態から、係合装置の係合により動力伝達が行われる状態への移行を、駆動トルクの低下を抑えながら円滑に行う。
【解決手段】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によりエンジン３６から駆動軸３７への動力伝達が行われる状態から、クラッチ４８の係合によりエンジン３６から駆動軸３７への動力伝達が行われる状態に移行する場合に、入力側ロータ２８の回転速度が出力側ロータ１８の回転速度に近づくようにエンジン３６の回転速度を制御しつつ、蓄電装置４２からの直流電力をインバータ４０で交流に変換してステータ巻線２０へ供給することでステータ１６と出力側ロータ１８との間にトルクを作用させるようにインバータ４０で行われる電力変換を制御する。
【解決手段】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によりエンジン３６から駆動軸３７への動力伝達が行われる状態から、クラッチ４８の係合によりエンジン３６から駆動軸３７への動力伝達が行われる状態に移行する場合に、入力側ロータ２８の回転速度が出力側ロータ１８の回転速度に近づくようにエンジン３６の回転速度を制御しつつ、蓄電装置４２からの直流電力をインバータ４０で交流に変換してステータ巻線２０へ供給することでステータ１６と出力側ロータ１８との間にトルクを作用させるようにインバータ４０で行われる電力変換を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達装置に関し、特に、回転子同士の電磁気結合を利用して動力伝達を行うことが可能な動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、巻線が配設されエンジンに機械的に連結された第１ロータと、第１ロータの巻線と電磁気的に結合する磁石が配設され駆動軸に機械的に連結された第２ロータと、第２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１ロータの巻線と電気的に接続されたスリップリングと、スリップリングと電気的に接触するブラシと、バッテリーとステータの巻線との間で電力を授受可能に制御する第１インバータと、スリップリング及びブラシを介してバッテリーと第１ロータの巻線との間で電力を授受可能に制御する第２インバータと、を備える。特許文献１においては、第１ロータに伝達されたエンジンからの動力は、第１ロータの巻線と第２ロータの磁石との電磁気結合によって第２ロータに伝達されるため、エンジンの動力により駆動軸を駆動することができる。さらに、第２インバータを介してバッテリーと第１ロータの巻線との間で電力の授受が可能になるため、第２インバータにより第１ロータの巻線の電力を制御することで、駆動軸の回転速度を制御することができる。その場合において、第１ロータの回転速度が第２ロータの回転速度よりも高いときは、第１ロータの巻線の発電電力が第２インバータを介してバッテリー側へ供給され、第１ロータの回転速度が第２ロータの回転速度よりも低いときは、バッテリーの電力が第２インバータを介して第１ロータの巻線に供給される。さらに、ステータの巻線と第２ロータの磁石との電磁気結合によって、バッテリー側から第１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２ロータに動力を発生させて駆動軸を駆動することができるため、第１インバータによりステータの巻線への電力供給を制御することで、駆動軸に伝達されるトルクを制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５４３５００号公報
【特許文献２】特開２００９−７３４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１においては、第１ロータと第２ロータとを機械的に係合させることが可能なクラッチ等の係合装置を設け、係合装置を係合させることで、第１ロータの巻線と第２ロータの磁石との電磁気結合によるトルクを作用させることなく、エンジンの動力により駆動軸を駆動することが可能となる。これによって、第１ロータと第２ロータとの間のすべりに伴って第１ロータの巻線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可能となる。ただし、第１ロータの巻線と第２ロータの磁石との電磁気結合によるトルクを利用してエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる状態に移行するためには、第１ロータと第２ロータとで回転速度差を小さくして回転を同期させる必要がある。しかし、第１ロータと第２ロータとの回転速度差が小さくなると、第１ロータの巻線と第２ロータの磁石との電磁気結合によるトルクが低下するため、駆動軸に伝達されるトルクが低下して、要求される駆動トルクが得られなくなる。
【０００５】
本発明は、回転子同士の電磁気結合によるトルクを利用して動力伝達が行われる状態から、係合装置の係合により動力伝達が行われる状態への移行を、駆動トルクの低下を抑えながら円滑に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
本発明に係る動力伝達装置は、エンジンからの動力が伝達され、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であり、駆動軸へ動力を伝達する第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、蓄電装置と固定子導体との間で電力変換を行うことが可能なインバータと、第１回転子と第２回転子とを機械的に係合させることが可能な係合装置と、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、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、を備える動力伝達装置であって、制御装置は、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクによりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第１動力伝達状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子の回転速度が第２回転子の回転速度に近づくようにエンジンの回転速度を制御しつつ、蓄電装置からの直流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ことで固定子と第２回転子との間にトルクを作用させるようにインバータで行われる電力変換を制御することを要旨とする。
【０００８】
本発明の一態様では、制御装置は、前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、蓄電装置からの直流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ことで固定子と第２回転子との間にトルクを作用させるときは、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクと、駆動軸の要求トルクとに基づいて、固定子と第２回転子との間に作用するトルクを制御することが好適である。
【０００９】
本発明の一態様では、制御装置は、前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子の回転速度が第２回転子の回転速度に近づくようにエンジンのスロットル開度または燃料噴射量を制御することでエンジンの回転速度を制御することが好適である。
【００１０】
また、本発明に係る動力伝達装置は、エンジンからの動力が伝達され、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であり、駆動軸へ動力を伝達する第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、第１回転子と第２回転子とを機械的に係合させることが可能な係合装置と、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、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、を備える動力伝達装置であって、制御装置は、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクによりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第１動力伝達状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクと、駆動軸の要求トルクとに基づいて、係合装置における伝達トルクを制御することを要旨とする。
【００１１】
本発明の一態様では、制御装置は、前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクと、固定子と第２回転子との間に作用するトルクと、駆動軸の要求トルクとに基づいて、係合装置における伝達トルクを制御することが好適である。
【００１２】
また、本発明に係る動力伝達装置は、エンジンからの動力が伝達され、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であり、駆動軸へ動力を伝達する第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、蓄電装置と回転子導体との間で電力変換を行うことが可能なインバータと、回転子導体に発生した交流電力を整流することが可能な整流器と、整流器で整流された直流電力を電圧変換して蓄電装置へ出力することが可能なＤＣ−ＤＣコンバータと、第１回転子と第２回転子とを機械的に係合させることが可能な係合装置と、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、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、を備える動力伝達装置であって、制御装置は、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクによりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第１動力伝達状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第２動力伝達状態に移行する場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータでの電圧変換とインバータでの電力変換のいずれにより第１回転子と第２回転子との間にトルクを作用させるかを、第１回転子と第２回転子との回転速度差に基づいて決定することを要旨とする。
【００１３】
本発明の一態様では、前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、インバータでの電力変換により第１回転子と第２回転子との間にトルクを作用させるときにおける第１回転子の回転速度と第２回転子の回転速度との差が、ＤＣ−ＤＣコンバータでの電圧変換により第１回転子と第２回転子との間にトルクを作用させるときにおける第１回転子の回転速度と第２回転子の回転速度との差よりも小さいことが好適である。
【００１４】
本発明の一態様では、インバータの容量が、整流器の容量、及びＤＣ−ＤＣコンバータの容量よりも小さいことが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクによりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第１動力伝達状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第２動力伝達状態への移行を、駆動軸への伝達トルクの低下を抑えながら円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】電子制御ユニットの構成例を示す機能ブロック図である。
【図６】電子制御ユニットの他の構成例を示す機能ブロック図である。
【図７】電子制御ユニットにより実行される処理の一例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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と駆動軸３７（車輪３８）との間に設けられ、変速比の変更が可能な変速機（機械式変速機）４４と、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。
【００１９】
回転電機１０は、図示しないステータケース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、ロータ回転軸と直交する径方向においてステータ１６及び第１ロータ２８と所定の空隙を空けて対向し、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。ステータ１６は、第１ロータ２８より径方向外側の位置に第１ロータ２８と間隔を空けて配置されており、第２ロータ１８は、径方向においてステータ１６と第１ロータ２８との間の位置に配置されている。つまり、第１ロータ２８は第２ロータ１８より径方向内側の位置で第２ロータ１８と対向配置されており、ステータ１６は第２ロータ１８より径方向外側の位置で第２ロータ１８と対向配置されている。第１ロータ２８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は変速機４４を介して駆動軸３７に機械的に連結されていることで、駆動軸３７（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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
係合装置としてのクラッチ４８は、エンジン３６と変速機４４との間に、回転電機１０（入力側ロータ２８及び出力側ロータ１８）に対し並列に設けられている。クラッチ４８は、エンジン３６（入力側ロータ２８）に機械的に連結されたクラッチ板４８ａと変速機４４（出力側ロータ１８）に機械的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／その解除を選択的に行うことが可能であり、動力伝達の許容／遮断を選択的に行うことが可能である。クラッチ板４８ａとクラッチ板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、クラッチ４８を介したエンジン３６と変速機４４（駆動軸３７）との間の動力伝達が許容される。クラッチ４８の係合時は、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、クラッチ４８を介したエンジン３６と変速機４４（駆動軸３７）との間の動力伝達が遮断される。クラッチ４８の解放時は、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４８を介したエンジン３６と変速機４４（駆動軸３７）との間の動力伝達を許容することが可能となる。
【００２５】
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、スイッチング素子と、スイッチング素子に対し逆並列接続されたダイオード（整流素子）とを備える公知の構成により実現可能であり、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。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に回収する方向の電力変換も可能である。このように、インバータ４０は、蓄電装置４２とステータ巻線２０との間で双方向の電力変換を行うことが可能である。
【００２６】
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、さらに、ロータ巻線３０の各相と電気的に接続されている。回転が固定されたブラシ９６は、スリップリング９５に押し付けられて電気的に接触する。スリップリング９５は、ブラシ９６に対し摺動しながら（ブラシ９６との電気的接触を維持しながら）、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。
【００２７】
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からの交流電力をダイオード（整流素子）により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、スイッチング素子及びダイオード（整流素子）を備える公知の構成により実現可能であり、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。そのため、ロータ巻線３０とステータ巻線２０との間で電力変換を行うことが可能である。また、昇圧コンバータ９４で昇圧された直流電力を蓄電装置４２に回収することも可能である。ここでの整流器９３は、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は、ロータ巻線３０側から蓄電装置４２側（あるいはインバータ４０側）への一方向のみの電力変換を行う。なお、昇圧コンバータ９４の代わりに、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。
【００２８】
インバータ４１は、ブラシ９６と電気的に接続されており、整流器９３及び昇圧コンバータ９４に対し並列に設けられている。インバータ４１は、スイッチング素子と、スイッチング素子に対し逆並列接続されたダイオード（整流素子）とを備える公知の構成により実現可能であり、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。インバータ４１（スイッチング素子）の容量は、整流器９３（ダイオード）の容量、昇圧コンバータ９４（スイッチング素子）の容量、及びインバータ４０（スイッチング素子）の容量よりも小さい。
【００２９】
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）を制御して、ロータ巻線３０の各相に流れる交流電流を制御する。また、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を制御することによっても、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可能である。そして、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。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。
【００３０】
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、ステータ１６及び出力側ロータ１８を同期電動機（ＰＭモータ部）として機能させることができる。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。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、ステータ１６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る。
【００３１】
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（交流電流）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、入力側ロータ２８及び出力側ロータ１８を誘導電磁カップリング部として機能させることができる。
【００３２】
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（以下、電磁カップリングトルクとする）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との間に電磁カップリングトルクが作用する。その際には、電子制御ユニット５０は、昇圧コンバータ９４での昇圧比の制御によりロータ巻線３０に流れる交流電流を制御することで、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を制御することができる（特許文献２も参照されたい）。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との間に電磁カップリング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との間に電磁カップリングトルクは作用しなくなる。
【００３３】
また、インバータ４１のスイッチング動作により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。そして、ロータ巻線３０で発生した回転磁界と永久磁石３３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、入力側ロータ２８にトルク（磁石トルク）を作用させることができ、入力側ロータ２８を回転駆動することができる。一方、インバータ４１のスイッチング素子をオフ状態に維持してスイッチング動作を停止させることで、ロータ巻線３０に交流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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。クラッチ４８が解放されている状態で、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、スリップリング９５及びブラシ９６を介してロータ巻線３０に誘導電流（交流電流）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入力側ロータ２８から出力側ロータ１８にエンジン回転方向の電磁カップリング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で変速されてから駆動軸３７（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。
【００３６】
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。なお、昇圧コンバータ９４のスイッチング動作を行うときは、インバータ４１のスイッチング動作を行わない。
【００３７】
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。
【００３８】
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からの直流電力を交流に変換してステータ巻線２０へ供給するように、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、駆動軸３７（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。なお、ＥＶ走行を行う場合は、クラッチ４８を解放状態に制御する。
【００３９】
また、エンジン３６を始動する場合は、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で交流に変換してスリップリング９５及びブラシ９６を介してロータ巻線３０へ供給するように、インバータ４１のスイッチング動作を制御することで、ロータ巻線３０への供給電力を用いてエンジン３６のクランキングを行うことができる。このように、ロータ巻線３０には、エンジン３６を始動するための交流電力が供給される。エンジン３６のクランキングの際には、入力側ロータ２８の回転磁界と出力側ロータ１８の永久磁石３３の界磁束との電磁気相互作用によりエンジン３６に繋がる入力側ロータ２８にトルクを作用させるが、出力側ロータ１８もその反力トルクを受けることになる。そのため、ＥＶ走行時にエンジン３６を始動する場合は、蓄電装置４２からステータ巻線２０へ電力供給して出力側ロータ１８にこの反力トルクを打ち消すトルクを作用させ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への供給電力を用いて出力側ロータ１８を回転駆動することができる。なお、エンジン３６を始動する場合は、クラッチ４８を解放状態に制御する。また、インバータ４１のスイッチング動作を行うときは、昇圧コンバータ９４のスイッチング動作を行わない。
【００４０】
ここで、整流器９３及び昇圧コンバータ９４が設けられておらず、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動するために、インバータ４１のスイッチング動作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を制御する場合を考える。その場合において、エンジン３６から車輪３８へ伝達されるトルクを増大させるためには、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に発生可能な最大トルクを増大させることが要求され、インバータ４１を介して蓄電装置４２側とロータ巻線３０との間で授受可能な最大電力を増大させることが要求される。そのためには、インバータ４１のスイッチング素子及び逆並列ダイオードの容量を増大させる必要がある。その結果、高容量のスイッチング素子や整流素子の個数が増加する。これに対して本実施形態では、昇圧コンバータ９４のスイッチング動作によりロータ巻線３０側から蓄電装置４２側（あるいはインバータ４０側）への電力変換を行うことで、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の動力を用いて車輪３８を回転駆動することができる。エンジン３６の始動を行うためのクランキングトルクは、エンジン３６から車輪３８へ伝達されるトルクよりも小さくて済むため、エンジン３６の始動を行う場合に、インバータ４１を介して蓄電装置４２側からロータ巻線３０側へ供給される電力は、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動する場合に、整流器９３、昇圧コンバータ９４、及びインバータ４０を介してロータ巻線３０側からステータ巻線２０側へ供給される電力よりも小さくて済む。したがって、インバータ４１（スイッチング素子）の容量は、整流器９３（ダイオード）の容量、昇圧コンバータ９４（スイッチング素子）の容量、及びインバータ４０（スイッチング素子）の容量よりも小さくて済む。その結果、エンジン３６から車輪３８へ伝達されるトルクの減少を招くことなく、インバータ４１（スイッチング素子）を低容量化することができ、高容量のスイッチング素子の個数を削減することによるコスト削減を図ることができる。
【００４１】
また、本実施形態において、エンジン３６の動力を用いて車両を前進方向に駆動する場合には、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、ロータ巻線３０に交流電流が流れず入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間にトルクが作用しなくても、エンジン３６からの動力をクラッチ４８を介して駆動軸３７（車輪３８）へ伝達することができる。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可能となる。このように、本実施形態では、回転電機１０の入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に作用するトルクによりエンジン３６からの動力を駆動軸３７へ伝達することが可能な第１の動力伝達経路の他に、エンジン３６からの動力を回転電機１０に対し並列に設けられたクラッチ４８を介して駆動軸３７へ伝達することが可能な第２の動力伝達経路が設けられている。そして、変速機４４は、第１の動力伝達経路と第２の動力伝達経路のいずれかからの動力を変速して駆動軸３７へ伝達することが可能である。
【００４２】
次に、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により第１の動力伝達経路を介してエンジン３６から駆動軸３７への動力伝達が行われる第１の動力伝達状態（以下、電磁カップリング状態とする）から、クラッチ４８の係合により第２の動力伝達経路を介してエンジン３６から駆動軸３７への動力伝達が行われる第２の動力伝達状態（以下、ロックアップ状態とする）に移行する場合に、電子制御ユニット５０が実行する処理について説明する。
【００４３】
電磁カップリング状態においては、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ので、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行するためには、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８とで回転速度差を小さくして回転を同期させる必要がある。そこで、電子制御ユニット５０は、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合には、入力側ロータ２８の回転速度が出力側ロータ１８の回転速度に近づくようにエンジン３６の回転速度を制御する。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の場合は、電子制御ユニット５０は、エンジン３６のスロットル開度を減少させるように制御し、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の場合は、電子制御ユニット５０は、エンジン３６の燃料噴射量を減少させるように制御する。これによって、エンジントルクを低下させてエンジン回転速度を低下させることで、入力側ロータ２８の回転速度を出力側ロータ１８の回転速度に近づけて回転を同期させる。
【００４４】
ただし、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差が小さくなると、ロータ巻線３０に発生する誘導起電力が低下する。誘導起電力の低下によりロータ巻線３０に流れる誘導電流が小さくなると、入力側ロータ２８から出力側ロータ１８に作用する電磁カップリングトルクが低下して駆動軸３７に伝達されるトルクが低下するとともに、ロータ巻線３０からスリップリング９５及びブラシ９６を介して取り出される発電電力が低下する。ロータ巻線３０に流れる誘導電流を増加させるためには、昇圧コンバータ９４での昇圧比を増加させる必要があるが、昇圧コンバータ９４でのスイッチング損失の増加を招かない昇圧比の範囲には限界があるため、ロータ巻線３０の誘導起電力の低下に起因するロータ巻線３０の発電電力の低下分及び駆動軸３７のトルクの低下分を昇圧コンバータ９４の制御だけで補償することは困難となる。
【００４５】
そこで、電子制御ユニット５０は、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合には、入力側ロータ２８の回転速度が出力側ロータ１８の回転速度に近づくようにエンジン３６の回転速度を制御しつつ、蓄電装置４２からの直流電力をインバータ４０で交流に変換してステータ巻線２０へ供給することでステータ１６と出力側ロータ１８との間にトルク（以下、ＭＧトルクとする）を作用させるようにインバータ４０で行われる電力変換（インバータ４０のスイッチング動作）を制御する。蓄電装置４２からステータ巻線２０への供給電力を利用してステータ１６から出力側ロータ１８にエンジン回転方向のＭＧトルクを作用させることで、ロータ巻線３０の誘導起電力の低下に起因するロータ巻線３０の発電電力の低下分及び駆動軸３７のトルクの低下分を補償することができる。そして、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との回転速度差が所定値以下になったら、クラッチ４８を係合させることでロックアップ状態に移行する。
【００４６】
ＭＧトルクを制御するための電子制御ユニット５０の機能ブロック図の一例を図５に示す。要求トルク演算部１５１は、例えばアクセル開度と車両速度（駆動軸３７の回転速度）に基づいて、駆動軸３７の要求トルクＴreqを演算する。電磁カップリングトルク検出部１５２は、例えばロータ巻線３０の電流に基づいて、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Ｔcoupを検出する。ＭＧトルク指令値演算部１５３は、要求トルク演算部１５１で演算された駆動軸３７の要求トルクＴreqと、電磁カップリングトルク検出部１５２で検出された電磁カップリングトルクＴcoupに基づいて、ステータ１６から出力側ロータ１８に作用させるＭＧトルクの指令値Ｔmg#tempを演算する。例えば、変速機４４の変速比をγとすると、
Ｔmg#temp＝Ｔreq／γ−Ｔcoup
によりＭＧトルクの指令値Ｔmg#tempが演算される。ＭＧトルク指令値制限部１５４は、ＭＧトルク指令値演算部１５３で演算されたＭＧトルクの指令値Ｔmg#tempを、例えば蓄電装置４２から出力可能な電力Ｐowと出力側ロータ１８の回転速度ωoutに基づく上限値Ｔmg#max以下に制限し、制限後のＭＧトルクの指令値Ｔmg#refを出力する。そして、ステータ１６から出力側ロータ１８に作用するＭＧトルクＴmgがＭＧトルク指令値制限部１５４から出力される指令値Ｔmg#refに一致するように、インバータ４０のスイッチング動作が制御される。このように、電子制御ユニット５０は、蓄電装置４２からステータ巻線２０への供給電力を利用してステータ１６と出力側ロータ１８との間にＭＧトルクＴmgを作用させるときは、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Ｔcoupと、駆動軸３７の要求トルクＴreqとに基づいて、ステータ１６と出力側ロータ１８との間に作用するＭＧトルクＴmgを制御する。
【００４７】
以上説明した本実施形態によれば、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合に、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差が小さくなることで入力側ロータ２８から出力側ロータ１８に作用するエンジン回転方向の電磁カップリングトルクＴcoupが低下しても、蓄電装置４２からステータ巻線２０への供給電力を利用してステータ１６から出力側ロータ１８に発生させたエンジン回転方向のＭＧトルクＴmgにより、電磁カップリングトルクＴcoupの低下分を補償することができ、要求トルクＴreq通りの駆動軸３７のトルクを維持することができる。したがって、電磁カップリング状態からロックアップ状態への移行を、駆動軸３７のトルクの低下を抑えながら円滑且つ速やかに行うことができる。
【００４８】
次に、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合に、電子制御ユニット５０が実行する他の処理について説明する。
【００４９】
本実施形態では、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合に、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との間に作用する電磁カップリングトルクＴcoupと、駆動軸３７の要求トルクＴreqとに基づいて、クラッチ４８における伝達トルクＴclutchを制御することも可能である。クラッチ４８における伝達トルクＴclutchの制御は、クラッチ４８を半係合状態にしてクラッチ板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。そして、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との回転速度差が所定値以下になったら、クラッチ４８を完全に係合させることでロックアップ状態に移行する。クラッチ４８における伝達トルクＴclutchによっても、電磁カップリングトルクＴcoupの低下分を補償することができ、要求トルクＴreq通りの駆動軸３７のトルクを維持することができる。したがって、電磁カップリング状態からロックアップ状態への移行を、駆動軸３７のトルクの低下を抑えながら円滑且つ速やかに行うことができる。
【００５０】
クラッチ４８における伝達トルクＴclutch及びＭＧトルクＴmgを制御するための電子制御ユニット５０の機能ブロック図の一例を図６に示す。図６において、要求トルク演算部１５１、電磁カップリングトルク検出部１５２、ＭＧトルク指令値演算部１５３、及びＭＧトルク指令値制限部１５４は、図５と同様である。ＭＧトルク検出部１５５は、例えばステータ巻線２０の電流に基づいて、ステータ１６と出力側ロータ１８との間に作用するＭＧトルクＴmgを検出する。クラッチトルク指令値演算部１５６は、ＭＧトルク指令値演算部１５３で演算されたＭＧトルクの指令値Ｔmg#tempと、ＭＧトルク検出部１５５で検出されたＭＧトルクＴmgに基づいて、クラッチ４８における伝達トルクの指令値Ｔclutch#refを演算する。例えば、変速機４４の変速比をγとすると、
Ｔclutch#ref＝Ｔmg#temp−Ｔmg＝Ｔreq／γ−Ｔcoup−Ｔmg
によりＭＧトルクの指令値Ｔmg#tempが演算される。そして、クラッチ４８における伝達トルクＴclutchがクラッチトルク指令値演算部１５６で演算された指令値Ｔclutch#refに一致するように、クラッチ４８の締結力が制御される。その際には、ＭＧトルク指令値制限部１５４での上限値Ｔmg#maxを調整することで、クラッチ４８における伝達トルクＴclutchとＭＧトルクＴmgとの配分を調整することができる。このように、電子制御ユニット５０は、ステータ１６と出力側ロータ１８との間にＭＧトルクＴmgを作用させるときは、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Ｔcoupと、ステータ１６と出力側ロータ１８との間に作用するＭＧトルクＴmgと、駆動軸３７の要求トルクＴreqとに基づいて、クラッチ４８における伝達トルクＴclutchを制御する。
【００５１】
また、本実施形態では、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合に、電子制御ユニット５０は、昇圧コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）９４での電圧変換とインバータ４１での電力変換のいずれにより入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に電磁カップリングトルクＴcoupを作用させるかを、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差に基づいて決定することも可能である。ここでのインバータ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して電気エネルギーを蓄電装置４２に回収する方向の電力変換も可能であり、蓄電装置４２とロータ巻線３０との間で双方向の電力変換を行うことが可能である。以下、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合に、電子制御ユニット５０が実行する処理について、図７のフローチャートを用いて説明する。
【００５２】
まずステップＳ１０１では、入力側ロータ２８の回転速度ωinが出力側ロータ１８の回転速度ωoutに近づくようにエンジン３６のスロットル開度（あるいは燃料噴射量）の制御によりエンジン３６の回転速度ωinが制御される。次にステップＳ１０２では、入力側ロータ２８の回転速度ωinと出力側ロータ１８の回転速度ωoutとの差ωin−ωoutが設定値δω１より小さいか否かが判定される。回転速度差ωin−ωoutが設定値δω１以上の場合（ステップＳ１０２の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ１０３において、昇圧コンバータ９４での電圧変換（スイッチング制御）により入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に電磁カップリングトルクＴcoupを作用させる。一方、回転速度差ωin−ωoutが設定値δω１より小さい場合（ステップＳ１０２の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ１０４において、インバータ４１での電力変換（スイッチング制御）により入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に電磁カップリングトルクＴcoupを作用させる。ここでは、ロータ巻線３０の交流電力をインバータ４１で直流に変換してインバータ４０（あるいは蓄電装置４２）へ供給することで電磁カップリングトルクＴcoupを発生させるように、インバータ４１での電力変換（インバータ４１のスイッチング動作）が制御される。
【００５３】
次にステップＳ１０５では、入力側ロータ２８の回転速度ωinと出力側ロータ１８の回転速度ωoutとの差ωin−ωoutが所定値δω２（δω２＜δω１）以下であるか否かが判定される。回転速度差ωin−ωoutが所定値δω２より大きい場合（ステップＳ１０５の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ１０１に戻る。一方、回転速度差ωin−ωoutが所定値δω２以下の場合（ステップＳ１０５の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ１０６において、クラッチ４８を係合させることでロックアップ状態に移行する。図７のフローチャートの処理によれば、インバータ４１での電力変換により入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に電磁カップリングトルクＴcoupを作用させるときにおける入力側ロータ２８の回転速度ωinと出力側ロータ１８の回転速度ωoutとの差ωin−ωoutが、昇圧コンバータ９４での電圧変換により入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に電磁カップリングトルクＴcoupを作用させるときにおける入力側ロータ２８の回転速度ωinと出力側ロータ１８の回転速度ωoutとの差ωin−ωoutよりも小さくなる。
【００５４】
電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合に、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差ωin−ωoutが小さくなると、ロータ巻線３０に発生する誘導起電力が低下する。誘導起電力の低下によりロータ巻線３０に流れる誘導電流が小さくなると、電磁カップリングトルクＴcoupが低下する。電磁カップリングトルクＴcoupを増加させるためには、昇圧コンバータ９４での昇圧比を増加させる必要があるが、昇圧コンバータ９４でのスイッチング損失の増加を招かない昇圧比の範囲には限界があるため、ロータ巻線３０の誘導起電力の低下に起因する電磁カップリングトルクＴcoupの低下分を昇圧コンバータ９４の制御で補償することは困難となる。これに対して図７のフローチャートの処理によれば、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差ωin−ωoutが設定値δω１より小さくなり、電磁カップリングトルクＴcoupの低下分を昇圧コンバータ９４の制御で補償することが困難なときは、インバータ４１での電力変換（ロータ巻線３０側からインバータ４０側への電力変換）により電磁カップリングトルクＴcoupを発生させることで、ロータ巻線３０の誘導起電力の低下に起因する電磁カップリングトルクＴcoupの低下分を補償することができ、要求トルクＴreq通りの駆動軸３７のトルクを維持することができる。したがって、電磁カップリング状態からロックアップ状態への移行を、駆動軸３７のトルクの低下を抑えながら円滑且つ速やかに行うことができる。なお、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差ωin−ωoutが小さい条件では、ロータ巻線３０での発電電力は小さいため、インバータ４１（スイッチング素子）の容量が小さくても、電磁カップリングトルクＴcoupの低下分をインバータ４１での電力変換により補償することは可能である。また、ステップＳ１０２での設定値δω１については、昇圧コンバータ９４での電圧変換により電磁カップリングトルクＴcoupを発生可能な閾値として設定される。
【００５５】
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。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 回転電機、１６ ステータ、１８ 第２ロータ（出力側ロータ）、２０ ステータ巻線、２８ 第１ロータ（入力側ロータ）、３０ ロータ巻線、３２，３３ 永久磁石、３６ エンジン、３７ 駆動軸、３８ 車輪、４０，４１ インバータ、４２ 蓄電装置、４４ 変速機、４８ クラッチ、５０ 電子制御ユニット、５１ ステータコア、５２，５３ ロータコア、９３ 整流器、９４ 昇圧コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）、９５ スリップリング、９６ ブラシ、１５１ 要求トルク演算部、１５２ 電磁カップリングトルク検出部、１５３ ＭＧトルク指令値演算部、１５４ ＭＧトルク指令値制限部、１５５ ＭＧトルク検出部、１５６ クラッチトルク指令値演算部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達装置に関し、特に、回転子同士の電磁気結合を利用して動力伝達を行うことが可能な動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、巻線が配設されエンジンに機械的に連結された第１ロータと、第１ロータの巻線と電磁気的に結合する磁石が配設され駆動軸に機械的に連結された第２ロータと、第２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１ロータの巻線と電気的に接続されたスリップリングと、スリップリングと電気的に接触するブラシと、バッテリーとステータの巻線との間で電力を授受可能に制御する第１インバータと、スリップリング及びブラシを介してバッテリーと第１ロータの巻線との間で電力を授受可能に制御する第２インバータと、を備える。特許文献１においては、第１ロータに伝達されたエンジンからの動力は、第１ロータの巻線と第２ロータの磁石との電磁気結合によって第２ロータに伝達されるため、エンジンの動力により駆動軸を駆動することができる。さらに、第２インバータを介してバッテリーと第１ロータの巻線との間で電力の授受が可能になるため、第２インバータにより第１ロータの巻線の電力を制御することで、駆動軸の回転速度を制御することができる。その場合において、第１ロータの回転速度が第２ロータの回転速度よりも高いときは、第１ロータの巻線の発電電力が第２インバータを介してバッテリー側へ供給され、第１ロータの回転速度が第２ロータの回転速度よりも低いときは、バッテリーの電力が第２インバータを介して第１ロータの巻線に供給される。さらに、ステータの巻線と第２ロータの磁石との電磁気結合によって、バッテリー側から第１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２ロータに動力を発生させて駆動軸を駆動することができるため、第１インバータによりステータの巻線への電力供給を制御することで、駆動軸に伝達されるトルクを制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５４３５００号公報
【特許文献２】特開２００９−７３４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１においては、第１ロータと第２ロータとを機械的に係合させることが可能なクラッチ等の係合装置を設け、係合装置を係合させることで、第１ロータの巻線と第２ロータの磁石との電磁気結合によるトルクを作用させることなく、エンジンの動力により駆動軸を駆動することが可能となる。これによって、第１ロータと第２ロータとの間のすべりに伴って第１ロータの巻線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可能となる。ただし、第１ロータの巻線と第２ロータの磁石との電磁気結合によるトルクを利用してエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる状態に移行するためには、第１ロータと第２ロータとで回転速度差を小さくして回転を同期させる必要がある。しかし、第１ロータと第２ロータとの回転速度差が小さくなると、第１ロータの巻線と第２ロータの磁石との電磁気結合によるトルクが低下するため、駆動軸に伝達されるトルクが低下して、要求される駆動トルクが得られなくなる。
【０００５】
本発明は、回転子同士の電磁気結合によるトルクを利用して動力伝達が行われる状態から、係合装置の係合により動力伝達が行われる状態への移行を、駆動トルクの低下を抑えながら円滑に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
本発明に係る動力伝達装置は、エンジンからの動力が伝達され、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であり、駆動軸へ動力を伝達する第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、蓄電装置と固定子導体との間で電力変換を行うことが可能なインバータと、第１回転子と第２回転子とを機械的に係合させることが可能な係合装置と、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、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、を備える動力伝達装置であって、制御装置は、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクによりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第１動力伝達状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子の回転速度が第２回転子の回転速度に近づくようにエンジンの回転速度を制御しつつ、蓄電装置からの直流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ことで固定子と第２回転子との間にトルクを作用させるようにインバータで行われる電力変換を制御することを要旨とする。
【０００８】
本発明の一態様では、制御装置は、前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、蓄電装置からの直流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ことで固定子と第２回転子との間にトルクを作用させるときは、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクと、駆動軸の要求トルクとに基づいて、固定子と第２回転子との間に作用するトルクを制御することが好適である。
【０００９】
本発明の一態様では、制御装置は、前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子の回転速度が第２回転子の回転速度に近づくようにエンジンのスロットル開度または燃料噴射量を制御することでエンジンの回転速度を制御することが好適である。
【００１０】
また、本発明に係る動力伝達装置は、エンジンからの動力が伝達され、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であり、駆動軸へ動力を伝達する第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、第１回転子と第２回転子とを機械的に係合させることが可能な係合装置と、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、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、を備える動力伝達装置であって、制御装置は、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクによりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第１動力伝達状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクと、駆動軸の要求トルクとに基づいて、係合装置における伝達トルクを制御することを要旨とする。
【００１１】
本発明の一態様では、制御装置は、前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクと、固定子と第２回転子との間に作用するトルクと、駆動軸の要求トルクとに基づいて、係合装置における伝達トルクを制御することが好適である。
【００１２】
また、本発明に係る動力伝達装置は、エンジンからの動力が伝達され、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であり、駆動軸へ動力を伝達する第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、蓄電装置と回転子導体との間で電力変換を行うことが可能なインバータと、回転子導体に発生した交流電力を整流することが可能な整流器と、整流器で整流された直流電力を電圧変換して蓄電装置へ出力することが可能なＤＣ−ＤＣコンバータと、第１回転子と第２回転子とを機械的に係合させることが可能な係合装置と、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、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、を備える動力伝達装置であって、制御装置は、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクによりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第１動力伝達状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第２動力伝達状態に移行する場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータでの電圧変換とインバータでの電力変換のいずれにより第１回転子と第２回転子との間にトルクを作用させるかを、第１回転子と第２回転子との回転速度差に基づいて決定することを要旨とする。
【００１３】
本発明の一態様では、前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、インバータでの電力変換により第１回転子と第２回転子との間にトルクを作用させるときにおける第１回転子の回転速度と第２回転子の回転速度との差が、ＤＣ−ＤＣコンバータでの電圧変換により第１回転子と第２回転子との間にトルクを作用させるときにおける第１回転子の回転速度と第２回転子の回転速度との差よりも小さいことが好適である。
【００１４】
本発明の一態様では、インバータの容量が、整流器の容量、及びＤＣ−ＤＣコンバータの容量よりも小さいことが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクによりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第１動力伝達状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第２動力伝達状態への移行を、駆動軸への伝達トルクの低下を抑えながら円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】電子制御ユニットの構成例を示す機能ブロック図である。
【図６】電子制御ユニットの他の構成例を示す機能ブロック図である。
【図７】電子制御ユニットにより実行される処理の一例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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と駆動軸３７（車輪３８）との間に設けられ、変速比の変更が可能な変速機（機械式変速機）４４と、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。
【００１９】
回転電機１０は、図示しないステータケース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、ロータ回転軸と直交する径方向においてステータ１６及び第１ロータ２８と所定の空隙を空けて対向し、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。ステータ１６は、第１ロータ２８より径方向外側の位置に第１ロータ２８と間隔を空けて配置されており、第２ロータ１８は、径方向においてステータ１６と第１ロータ２８との間の位置に配置されている。つまり、第１ロータ２８は第２ロータ１８より径方向内側の位置で第２ロータ１８と対向配置されており、ステータ１６は第２ロータ１８より径方向外側の位置で第２ロータ１８と対向配置されている。第１ロータ２８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は変速機４４を介して駆動軸３７に機械的に連結されていることで、駆動軸３７（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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
係合装置としてのクラッチ４８は、エンジン３６と変速機４４との間に、回転電機１０（入力側ロータ２８及び出力側ロータ１８）に対し並列に設けられている。クラッチ４８は、エンジン３６（入力側ロータ２８）に機械的に連結されたクラッチ板４８ａと変速機４４（出力側ロータ１８）に機械的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／その解除を選択的に行うことが可能であり、動力伝達の許容／遮断を選択的に行うことが可能である。クラッチ板４８ａとクラッチ板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、クラッチ４８を介したエンジン３６と変速機４４（駆動軸３７）との間の動力伝達が許容される。クラッチ４８の係合時は、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、クラッチ４８を介したエンジン３６と変速機４４（駆動軸３７）との間の動力伝達が遮断される。クラッチ４８の解放時は、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４８を介したエンジン３６と変速機４４（駆動軸３７）との間の動力伝達を許容することが可能となる。
【００２５】
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、スイッチング素子と、スイッチング素子に対し逆並列接続されたダイオード（整流素子）とを備える公知の構成により実現可能であり、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。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に回収する方向の電力変換も可能である。このように、インバータ４０は、蓄電装置４２とステータ巻線２０との間で双方向の電力変換を行うことが可能である。
【００２６】
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、さらに、ロータ巻線３０の各相と電気的に接続されている。回転が固定されたブラシ９６は、スリップリング９５に押し付けられて電気的に接触する。スリップリング９５は、ブラシ９６に対し摺動しながら（ブラシ９６との電気的接触を維持しながら）、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。
【００２７】
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からの交流電力をダイオード（整流素子）により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、スイッチング素子及びダイオード（整流素子）を備える公知の構成により実現可能であり、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。そのため、ロータ巻線３０とステータ巻線２０との間で電力変換を行うことが可能である。また、昇圧コンバータ９４で昇圧された直流電力を蓄電装置４２に回収することも可能である。ここでの整流器９３は、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は、ロータ巻線３０側から蓄電装置４２側（あるいはインバータ４０側）への一方向のみの電力変換を行う。なお、昇圧コンバータ９４の代わりに、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。
【００２８】
インバータ４１は、ブラシ９６と電気的に接続されており、整流器９３及び昇圧コンバータ９４に対し並列に設けられている。インバータ４１は、スイッチング素子と、スイッチング素子に対し逆並列接続されたダイオード（整流素子）とを備える公知の構成により実現可能であり、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。インバータ４１（スイッチング素子）の容量は、整流器９３（ダイオード）の容量、昇圧コンバータ９４（スイッチング素子）の容量、及びインバータ４０（スイッチング素子）の容量よりも小さい。
【００２９】
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）を制御して、ロータ巻線３０の各相に流れる交流電流を制御する。また、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を制御することによっても、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可能である。そして、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。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。
【００３０】
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、ステータ１６及び出力側ロータ１８を同期電動機（ＰＭモータ部）として機能させることができる。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。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、ステータ１６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る。
【００３１】
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（交流電流）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、入力側ロータ２８及び出力側ロータ１８を誘導電磁カップリング部として機能させることができる。
【００３２】
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（以下、電磁カップリングトルクとする）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との間に電磁カップリングトルクが作用する。その際には、電子制御ユニット５０は、昇圧コンバータ９４での昇圧比の制御によりロータ巻線３０に流れる交流電流を制御することで、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を制御することができる（特許文献２も参照されたい）。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との間に電磁カップリング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との間に電磁カップリングトルクは作用しなくなる。
【００３３】
また、インバータ４１のスイッチング動作により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。そして、ロータ巻線３０で発生した回転磁界と永久磁石３３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、入力側ロータ２８にトルク（磁石トルク）を作用させることができ、入力側ロータ２８を回転駆動することができる。一方、インバータ４１のスイッチング素子をオフ状態に維持してスイッチング動作を停止させることで、ロータ巻線３０に交流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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。クラッチ４８が解放されている状態で、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、スリップリング９５及びブラシ９６を介してロータ巻線３０に誘導電流（交流電流）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入力側ロータ２８から出力側ロータ１８にエンジン回転方向の電磁カップリング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で変速されてから駆動軸３７（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。
【００３６】
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。なお、昇圧コンバータ９４のスイッチング動作を行うときは、インバータ４１のスイッチング動作を行わない。
【００３７】
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。
【００３８】
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からの直流電力を交流に変換してステータ巻線２０へ供給するように、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、駆動軸３７（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。なお、ＥＶ走行を行う場合は、クラッチ４８を解放状態に制御する。
【００３９】
また、エンジン３６を始動する場合は、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で交流に変換してスリップリング９５及びブラシ９６を介してロータ巻線３０へ供給するように、インバータ４１のスイッチング動作を制御することで、ロータ巻線３０への供給電力を用いてエンジン３６のクランキングを行うことができる。このように、ロータ巻線３０には、エンジン３６を始動するための交流電力が供給される。エンジン３６のクランキングの際には、入力側ロータ２８の回転磁界と出力側ロータ１８の永久磁石３３の界磁束との電磁気相互作用によりエンジン３６に繋がる入力側ロータ２８にトルクを作用させるが、出力側ロータ１８もその反力トルクを受けることになる。そのため、ＥＶ走行時にエンジン３６を始動する場合は、蓄電装置４２からステータ巻線２０へ電力供給して出力側ロータ１８にこの反力トルクを打ち消すトルクを作用させ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への供給電力を用いて出力側ロータ１８を回転駆動することができる。なお、エンジン３６を始動する場合は、クラッチ４８を解放状態に制御する。また、インバータ４１のスイッチング動作を行うときは、昇圧コンバータ９４のスイッチング動作を行わない。
【００４０】
ここで、整流器９３及び昇圧コンバータ９４が設けられておらず、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動するために、インバータ４１のスイッチング動作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を制御する場合を考える。その場合において、エンジン３６から車輪３８へ伝達されるトルクを増大させるためには、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に発生可能な最大トルクを増大させることが要求され、インバータ４１を介して蓄電装置４２側とロータ巻線３０との間で授受可能な最大電力を増大させることが要求される。そのためには、インバータ４１のスイッチング素子及び逆並列ダイオードの容量を増大させる必要がある。その結果、高容量のスイッチング素子や整流素子の個数が増加する。これに対して本実施形態では、昇圧コンバータ９４のスイッチング動作によりロータ巻線３０側から蓄電装置４２側（あるいはインバータ４０側）への電力変換を行うことで、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の動力を用いて車輪３８を回転駆動することができる。エンジン３６の始動を行うためのクランキングトルクは、エンジン３６から車輪３８へ伝達されるトルクよりも小さくて済むため、エンジン３６の始動を行う場合に、インバータ４１を介して蓄電装置４２側からロータ巻線３０側へ供給される電力は、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動する場合に、整流器９３、昇圧コンバータ９４、及びインバータ４０を介してロータ巻線３０側からステータ巻線２０側へ供給される電力よりも小さくて済む。したがって、インバータ４１（スイッチング素子）の容量は、整流器９３（ダイオード）の容量、昇圧コンバータ９４（スイッチング素子）の容量、及びインバータ４０（スイッチング素子）の容量よりも小さくて済む。その結果、エンジン３６から車輪３８へ伝達されるトルクの減少を招くことなく、インバータ４１（スイッチング素子）を低容量化することができ、高容量のスイッチング素子の個数を削減することによるコスト削減を図ることができる。
【００４１】
また、本実施形態において、エンジン３６の動力を用いて車両を前進方向に駆動する場合には、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、ロータ巻線３０に交流電流が流れず入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間にトルクが作用しなくても、エンジン３６からの動力をクラッチ４８を介して駆動軸３７（車輪３８）へ伝達することができる。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可能となる。このように、本実施形態では、回転電機１０の入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に作用するトルクによりエンジン３６からの動力を駆動軸３７へ伝達することが可能な第１の動力伝達経路の他に、エンジン３６からの動力を回転電機１０に対し並列に設けられたクラッチ４８を介して駆動軸３７へ伝達することが可能な第２の動力伝達経路が設けられている。そして、変速機４４は、第１の動力伝達経路と第２の動力伝達経路のいずれかからの動力を変速して駆動軸３７へ伝達することが可能である。
【００４２】
次に、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により第１の動力伝達経路を介してエンジン３６から駆動軸３７への動力伝達が行われる第１の動力伝達状態（以下、電磁カップリング状態とする）から、クラッチ４８の係合により第２の動力伝達経路を介してエンジン３６から駆動軸３７への動力伝達が行われる第２の動力伝達状態（以下、ロックアップ状態とする）に移行する場合に、電子制御ユニット５０が実行する処理について説明する。
【００４３】
電磁カップリング状態においては、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ので、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行するためには、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８とで回転速度差を小さくして回転を同期させる必要がある。そこで、電子制御ユニット５０は、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合には、入力側ロータ２８の回転速度が出力側ロータ１８の回転速度に近づくようにエンジン３６の回転速度を制御する。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の場合は、電子制御ユニット５０は、エンジン３６のスロットル開度を減少させるように制御し、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の場合は、電子制御ユニット５０は、エンジン３６の燃料噴射量を減少させるように制御する。これによって、エンジントルクを低下させてエンジン回転速度を低下させることで、入力側ロータ２８の回転速度を出力側ロータ１８の回転速度に近づけて回転を同期させる。
【００４４】
ただし、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差が小さくなると、ロータ巻線３０に発生する誘導起電力が低下する。誘導起電力の低下によりロータ巻線３０に流れる誘導電流が小さくなると、入力側ロータ２８から出力側ロータ１８に作用する電磁カップリングトルクが低下して駆動軸３７に伝達されるトルクが低下するとともに、ロータ巻線３０からスリップリング９５及びブラシ９６を介して取り出される発電電力が低下する。ロータ巻線３０に流れる誘導電流を増加させるためには、昇圧コンバータ９４での昇圧比を増加させる必要があるが、昇圧コンバータ９４でのスイッチング損失の増加を招かない昇圧比の範囲には限界があるため、ロータ巻線３０の誘導起電力の低下に起因するロータ巻線３０の発電電力の低下分及び駆動軸３７のトルクの低下分を昇圧コンバータ９４の制御だけで補償することは困難となる。
【００４５】
そこで、電子制御ユニット５０は、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合には、入力側ロータ２８の回転速度が出力側ロータ１８の回転速度に近づくようにエンジン３６の回転速度を制御しつつ、蓄電装置４２からの直流電力をインバータ４０で交流に変換してステータ巻線２０へ供給することでステータ１６と出力側ロータ１８との間にトルク（以下、ＭＧトルクとする）を作用させるようにインバータ４０で行われる電力変換（インバータ４０のスイッチング動作）を制御する。蓄電装置４２からステータ巻線２０への供給電力を利用してステータ１６から出力側ロータ１８にエンジン回転方向のＭＧトルクを作用させることで、ロータ巻線３０の誘導起電力の低下に起因するロータ巻線３０の発電電力の低下分及び駆動軸３７のトルクの低下分を補償することができる。そして、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との回転速度差が所定値以下になったら、クラッチ４８を係合させることでロックアップ状態に移行する。
【００４６】
ＭＧトルクを制御するための電子制御ユニット５０の機能ブロック図の一例を図５に示す。要求トルク演算部１５１は、例えばアクセル開度と車両速度（駆動軸３７の回転速度）に基づいて、駆動軸３７の要求トルクＴreqを演算する。電磁カップリングトルク検出部１５２は、例えばロータ巻線３０の電流に基づいて、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Ｔcoupを検出する。ＭＧトルク指令値演算部１５３は、要求トルク演算部１５１で演算された駆動軸３７の要求トルクＴreqと、電磁カップリングトルク検出部１５２で検出された電磁カップリングトルクＴcoupに基づいて、ステータ１６から出力側ロータ１８に作用させるＭＧトルクの指令値Ｔmg#tempを演算する。例えば、変速機４４の変速比をγとすると、
Ｔmg#temp＝Ｔreq／γ−Ｔcoup
によりＭＧトルクの指令値Ｔmg#tempが演算される。ＭＧトルク指令値制限部１５４は、ＭＧトルク指令値演算部１５３で演算されたＭＧトルクの指令値Ｔmg#tempを、例えば蓄電装置４２から出力可能な電力Ｐowと出力側ロータ１８の回転速度ωoutに基づく上限値Ｔmg#max以下に制限し、制限後のＭＧトルクの指令値Ｔmg#refを出力する。そして、ステータ１６から出力側ロータ１８に作用するＭＧトルクＴmgがＭＧトルク指令値制限部１５４から出力される指令値Ｔmg#refに一致するように、インバータ４０のスイッチング動作が制御される。このように、電子制御ユニット５０は、蓄電装置４２からステータ巻線２０への供給電力を利用してステータ１６と出力側ロータ１８との間にＭＧトルクＴmgを作用させるときは、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Ｔcoupと、駆動軸３７の要求トルクＴreqとに基づいて、ステータ１６と出力側ロータ１８との間に作用するＭＧトルクＴmgを制御する。
【００４７】
以上説明した本実施形態によれば、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合に、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差が小さくなることで入力側ロータ２８から出力側ロータ１８に作用するエンジン回転方向の電磁カップリングトルクＴcoupが低下しても、蓄電装置４２からステータ巻線２０への供給電力を利用してステータ１６から出力側ロータ１８に発生させたエンジン回転方向のＭＧトルクＴmgにより、電磁カップリングトルクＴcoupの低下分を補償することができ、要求トルクＴreq通りの駆動軸３７のトルクを維持することができる。したがって、電磁カップリング状態からロックアップ状態への移行を、駆動軸３７のトルクの低下を抑えながら円滑且つ速やかに行うことができる。
【００４８】
次に、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合に、電子制御ユニット５０が実行する他の処理について説明する。
【００４９】
本実施形態では、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合に、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との間に作用する電磁カップリングトルクＴcoupと、駆動軸３７の要求トルクＴreqとに基づいて、クラッチ４８における伝達トルクＴclutchを制御することも可能である。クラッチ４８における伝達トルクＴclutchの制御は、クラッチ４８を半係合状態にしてクラッチ板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。そして、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との回転速度差が所定値以下になったら、クラッチ４８を完全に係合させることでロックアップ状態に移行する。クラッチ４８における伝達トルクＴclutchによっても、電磁カップリングトルクＴcoupの低下分を補償することができ、要求トルクＴreq通りの駆動軸３７のトルクを維持することができる。したがって、電磁カップリング状態からロックアップ状態への移行を、駆動軸３７のトルクの低下を抑えながら円滑且つ速やかに行うことができる。
【００５０】
クラッチ４８における伝達トルクＴclutch及びＭＧトルクＴmgを制御するための電子制御ユニット５０の機能ブロック図の一例を図６に示す。図６において、要求トルク演算部１５１、電磁カップリングトルク検出部１５２、ＭＧトルク指令値演算部１５３、及びＭＧトルク指令値制限部１５４は、図５と同様である。ＭＧトルク検出部１５５は、例えばステータ巻線２０の電流に基づいて、ステータ１６と出力側ロータ１８との間に作用するＭＧトルクＴmgを検出する。クラッチトルク指令値演算部１５６は、ＭＧトルク指令値演算部１５３で演算されたＭＧトルクの指令値Ｔmg#tempと、ＭＧトルク検出部１５５で検出されたＭＧトルクＴmgに基づいて、クラッチ４８における伝達トルクの指令値Ｔclutch#refを演算する。例えば、変速機４４の変速比をγとすると、
Ｔclutch#ref＝Ｔmg#temp−Ｔmg＝Ｔreq／γ−Ｔcoup−Ｔmg
によりＭＧトルクの指令値Ｔmg#tempが演算される。そして、クラッチ４８における伝達トルクＴclutchがクラッチトルク指令値演算部１５６で演算された指令値Ｔclutch#refに一致するように、クラッチ４８の締結力が制御される。その際には、ＭＧトルク指令値制限部１５４での上限値Ｔmg#maxを調整することで、クラッチ４８における伝達トルクＴclutchとＭＧトルクＴmgとの配分を調整することができる。このように、電子制御ユニット５０は、ステータ１６と出力側ロータ１８との間にＭＧトルクＴmgを作用させるときは、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Ｔcoupと、ステータ１６と出力側ロータ１８との間に作用するＭＧトルクＴmgと、駆動軸３７の要求トルクＴreqとに基づいて、クラッチ４８における伝達トルクＴclutchを制御する。
【００５１】
また、本実施形態では、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合に、電子制御ユニット５０は、昇圧コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）９４での電圧変換とインバータ４１での電力変換のいずれにより入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に電磁カップリングトルクＴcoupを作用させるかを、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差に基づいて決定することも可能である。ここでのインバータ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して電気エネルギーを蓄電装置４２に回収する方向の電力変換も可能であり、蓄電装置４２とロータ巻線３０との間で双方向の電力変換を行うことが可能である。以下、電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合に、電子制御ユニット５０が実行する処理について、図７のフローチャートを用いて説明する。
【００５２】
まずステップＳ１０１では、入力側ロータ２８の回転速度ωinが出力側ロータ１８の回転速度ωoutに近づくようにエンジン３６のスロットル開度（あるいは燃料噴射量）の制御によりエンジン３６の回転速度ωinが制御される。次にステップＳ１０２では、入力側ロータ２８の回転速度ωinと出力側ロータ１８の回転速度ωoutとの差ωin−ωoutが設定値δω１より小さいか否かが判定される。回転速度差ωin−ωoutが設定値δω１以上の場合（ステップＳ１０２の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ１０３において、昇圧コンバータ９４での電圧変換（スイッチング制御）により入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に電磁カップリングトルクＴcoupを作用させる。一方、回転速度差ωin−ωoutが設定値δω１より小さい場合（ステップＳ１０２の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ１０４において、インバータ４１での電力変換（スイッチング制御）により入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に電磁カップリングトルクＴcoupを作用させる。ここでは、ロータ巻線３０の交流電力をインバータ４１で直流に変換してインバータ４０（あるいは蓄電装置４２）へ供給することで電磁カップリングトルクＴcoupを発生させるように、インバータ４１での電力変換（インバータ４１のスイッチング動作）が制御される。
【００５３】
次にステップＳ１０５では、入力側ロータ２８の回転速度ωinと出力側ロータ１８の回転速度ωoutとの差ωin−ωoutが所定値δω２（δω２＜δω１）以下であるか否かが判定される。回転速度差ωin−ωoutが所定値δω２より大きい場合（ステップＳ１０５の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ１０１に戻る。一方、回転速度差ωin−ωoutが所定値δω２以下の場合（ステップＳ１０５の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ１０６において、クラッチ４８を係合させることでロックアップ状態に移行する。図７のフローチャートの処理によれば、インバータ４１での電力変換により入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に電磁カップリングトルクＴcoupを作用させるときにおける入力側ロータ２８の回転速度ωinと出力側ロータ１８の回転速度ωoutとの差ωin−ωoutが、昇圧コンバータ９４での電圧変換により入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に電磁カップリングトルクＴcoupを作用させるときにおける入力側ロータ２８の回転速度ωinと出力側ロータ１８の回転速度ωoutとの差ωin−ωoutよりも小さくなる。
【００５４】
電磁カップリング状態からロックアップ状態に移行する場合に、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差ωin−ωoutが小さくなると、ロータ巻線３０に発生する誘導起電力が低下する。誘導起電力の低下によりロータ巻線３０に流れる誘導電流が小さくなると、電磁カップリングトルクＴcoupが低下する。電磁カップリングトルクＴcoupを増加させるためには、昇圧コンバータ９４での昇圧比を増加させる必要があるが、昇圧コンバータ９４でのスイッチング損失の増加を招かない昇圧比の範囲には限界があるため、ロータ巻線３０の誘導起電力の低下に起因する電磁カップリングトルクＴcoupの低下分を昇圧コンバータ９４の制御で補償することは困難となる。これに対して図７のフローチャートの処理によれば、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差ωin−ωoutが設定値δω１より小さくなり、電磁カップリングトルクＴcoupの低下分を昇圧コンバータ９４の制御で補償することが困難なときは、インバータ４１での電力変換（ロータ巻線３０側からインバータ４０側への電力変換）により電磁カップリングトルクＴcoupを発生させることで、ロータ巻線３０の誘導起電力の低下に起因する電磁カップリングトルクＴcoupの低下分を補償することができ、要求トルクＴreq通りの駆動軸３７のトルクを維持することができる。したがって、電磁カップリング状態からロックアップ状態への移行を、駆動軸３７のトルクの低下を抑えながら円滑且つ速やかに行うことができる。なお、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差ωin−ωoutが小さい条件では、ロータ巻線３０での発電電力は小さいため、インバータ４１（スイッチング素子）の容量が小さくても、電磁カップリングトルクＴcoupの低下分をインバータ４１での電力変換により補償することは可能である。また、ステップＳ１０２での設定値δω１については、昇圧コンバータ９４での電圧変換により電磁カップリングトルクＴcoupを発生可能な閾値として設定される。
【００５５】
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。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 回転電機、１６ ステータ、１８ 第２ロータ（出力側ロータ）、２０ ステータ巻線、２８ 第１ロータ（入力側ロータ）、３０ ロータ巻線、３２，３３ 永久磁石、３６ エンジン、３７ 駆動軸、３８ 車輪、４０，４１ インバータ、４２ 蓄電装置、４４ 変速機、４８ クラッチ、５０ 電子制御ユニット、５１ ステータコア、５２，５３ ロータコア、９３ 整流器、９４ 昇圧コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）、９５ スリップリング、９６ ブラシ、１５１ 要求トルク演算部、１５２ 電磁カップリングトルク検出部、１５３ ＭＧトルク指令値演算部、１５４ ＭＧトルク指令値制限部、１５５ ＭＧトルク検出部、１５６ クラッチトルク指令値演算部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの動力が伝達され、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であり、駆動軸へ動力を伝達する第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、
蓄電装置と固定子導体との間で電力変換を行うことが可能なインバータと、
第１回転子と第２回転子とを機械的に係合させることが可能な係合装置と、
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、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、
を備える動力伝達装置であって、
制御装置は、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクによりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第１動力伝達状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子の回転速度が第２回転子の回転速度に近づくようにエンジンの回転速度を制御しつつ、蓄電装置からの直流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ことで固定子と第２回転子との間にトルクを作用させるようにインバータで行われる電力変換を制御する、動力伝達装置。
【請求項２】
請求項１に記載の動力伝達装置であって、
制御装置は、前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、蓄電装置からの直流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ことで固定子と第２回転子との間にトルクを作用させるときは、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクと、駆動軸の要求トルクとに基づいて、固定子と第２回転子との間に作用するトルクを制御する、動力伝達装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の動力伝達装置であって、
制御装置は、前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子の回転速度が第２回転子の回転速度に近づくようにエンジンのスロットル開度または燃料噴射量を制御することでエンジンの回転速度を制御する、動力伝達装置。
【請求項４】
エンジンからの動力が伝達され、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であり、駆動軸へ動力を伝達する第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、
第１回転子と第２回転子とを機械的に係合させることが可能な係合装置と、
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、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、
を備える動力伝達装置であって、
制御装置は、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクによりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第１動力伝達状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクと、駆動軸の要求トルクとに基づいて、係合装置における伝達トルクを制御する、動力伝達装置。
【請求項５】
請求項４に記載の動力伝達装置であって、
制御装置は、前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクと、固定子と第２回転子との間に作用するトルクと、駆動軸の要求トルクとに基づいて、係合装置における伝達トルクを制御する、動力伝達装置。
【請求項６】
エンジンからの動力が伝達され、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であり、駆動軸へ動力を伝達する第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、
蓄電装置と回転子導体との間で電力変換を行うことが可能なインバータと、
回転子導体に発生した交流電力を整流することが可能な整流器と、
整流器で整流された直流電力を電圧変換して蓄電装置へ出力することが可能なＤＣ−ＤＣコンバータと、
第１回転子と第２回転子とを機械的に係合させることが可能な係合装置と、
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、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、
を備える動力伝達装置であって、
制御装置は、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクによりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第１動力伝達状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第２動力伝達状態に移行する場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータでの電圧変換とインバータでの電力変換のいずれにより第１回転子と第２回転子との間にトルクを作用させるかを、第１回転子と第２回転子との回転速度差に基づいて決定する、動力伝達装置。
【請求項７】
請求項６に記載の動力伝達装置であって、
前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、インバータでの電力変換により第１回転子と第２回転子との間にトルクを作用させるときにおける第１回転子の回転速度と第２回転子の回転速度との差が、ＤＣ−ＤＣコンバータでの電圧変換により第１回転子と第２回転子との間にトルクを作用させるときにおける第１回転子の回転速度と第２回転子の回転速度との差よりも小さい、動力伝達装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の動力伝達装置であって、
インバータの容量が、整流器の容量、及びＤＣ−ＤＣコンバータの容量よりも小さい、動力伝達装置。
【請求項１】
エンジンからの動力が伝達され、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であり、駆動軸へ動力を伝達する第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、
蓄電装置と固定子導体との間で電力変換を行うことが可能なインバータと、
第１回転子と第２回転子とを機械的に係合させることが可能な係合装置と、
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、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、
を備える動力伝達装置であって、
制御装置は、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクによりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第１動力伝達状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子の回転速度が第２回転子の回転速度に近づくようにエンジンの回転速度を制御しつつ、蓄電装置からの直流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ことで固定子と第２回転子との間にトルクを作用させるようにインバータで行われる電力変換を制御する、動力伝達装置。
【請求項２】
請求項１に記載の動力伝達装置であって、
制御装置は、前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、蓄電装置からの直流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ことで固定子と第２回転子との間にトルクを作用させるときは、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクと、駆動軸の要求トルクとに基づいて、固定子と第２回転子との間に作用するトルクを制御する、動力伝達装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の動力伝達装置であって、
制御装置は、前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子の回転速度が第２回転子の回転速度に近づくようにエンジンのスロットル開度または燃料噴射量を制御することでエンジンの回転速度を制御する、動力伝達装置。
【請求項４】
エンジンからの動力が伝達され、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であり、駆動軸へ動力を伝達する第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、
第１回転子と第２回転子とを機械的に係合させることが可能な係合装置と、
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、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、
を備える動力伝達装置であって、
制御装置は、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクによりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第１動力伝達状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクと、駆動軸の要求トルクとに基づいて、係合装置における伝達トルクを制御する、動力伝達装置。
【請求項５】
請求項４に記載の動力伝達装置であって、
制御装置は、前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクと、固定子と第２回転子との間に作用するトルクと、駆動軸の要求トルクとに基づいて、係合装置における伝達トルクを制御する、動力伝達装置。
【請求項６】
エンジンからの動力が伝達され、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であり、駆動軸へ動力を伝達する第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、
蓄電装置と回転子導体との間で電力変換を行うことが可能なインバータと、
回転子導体に発生した交流電力を整流することが可能な整流器と、
整流器で整流された直流電力を電圧変換して蓄電装置へ出力することが可能なＤＣ−ＤＣコンバータと、
第１回転子と第２回転子とを機械的に係合させることが可能な係合装置と、
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、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、
を備える動力伝達装置であって、
制御装置は、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクによりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第１動力伝達状態から、係合装置の係合によりエンジンから駆動軸への動力伝達が行われる第２動力伝達状態に移行する場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータでの電圧変換とインバータでの電力変換のいずれにより第１回転子と第２回転子との間にトルクを作用させるかを、第１回転子と第２回転子との回転速度差に基づいて決定する、動力伝達装置。
【請求項７】
請求項６に記載の動力伝達装置であって、
前記第１動力伝達状態から前記第２動力伝達状態に移行する場合に、インバータでの電力変換により第１回転子と第２回転子との間にトルクを作用させるときにおける第１回転子の回転速度と第２回転子の回転速度との差が、ＤＣ−ＤＣコンバータでの電圧変換により第１回転子と第２回転子との間にトルクを作用させるときにおける第１回転子の回転速度と第２回転子の回転速度との差よりも小さい、動力伝達装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の動力伝達装置であって、
インバータの容量が、整流器の容量、及びＤＣ−ＤＣコンバータの容量よりも小さい、動力伝達装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１３１７６０（Ｐ２０１１−１３１７６０Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９３６７２（Ｐ２００９−２９３６７２）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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