JP6167806B2

JP6167806B2 - 動力伝達装置

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Publication number: JP6167806B2
Application number: JP2013201583A
Authority: JP
Inventors: 渡辺　隆男; 隆男渡辺; 育充長田; 亘土方; 英滋土屋; 浅海　周; 周浅海; 竜也宮野; 友博宮部
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: JP2015067050A

Description

本発明は、動力伝達装置に関し、特に、回転子間に作用するトルクによりエンジンから駆動軸へ動力を伝達して駆動軸を駆動することが可能であり、さらに、固定子と回転子間に作用するトルクによっても駆動軸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を備える車両用駆動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による車両用駆動装置は、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永久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ロータの永久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、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ロータの永久磁石との電磁気結合により第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して車両を前進駆動することができる。また、ステータの巻線と第２ロータの永久磁石との電磁気結合により、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ることによっても、駆動軸を駆動して車両を前進駆動することができる。

特開２０００−５０５８５号公報特開２００８−１８７４２号公報特開２００９−７３４７２号公報特開２００９−２７４５３６号公報

特許文献１において、エンジンの運転を停止した状態でステータと第２ロータ間に作用するトルクにより駆動軸を駆動して車両を前進駆動する場合は、第２ロータと第１ロータとの回転差により第１ロータに渦電流が流れ、渦電流による損失が発生する。さらに、エンジンの始動を行う場合は、第２ロータから第１ロータに作用するトルクによりエンジンのクランキングを行うが、その際に、ステータから第２ロータに作用するトルクは、駆動軸の駆動（車両の前進駆動）以外に、第１ロータから第２ロータに作用する反作用トルクを受けるためにも用いられ、この反作用トルク分、駆動軸の駆動トルクが低下する。また、ステータと第２ロータ間に作用するトルクにより駆動軸を逆方向に駆動して車両を後退駆動する場合は、ステータの巻線へ電力を供給する必要があるが、そのために、エンジンの動力を利用して第１ロータの巻線に電力を発生させるよう第１ロータと第２ロータ間にトルクを作用させて発電運転を行うと、第１ロータから第２ロータに作用するトルクが駆動軸を減速させる方向に作用し、駆動軸の駆動トルクが低下する。このように、特許文献１においては、ステータと第２ロータ間に作用するトルクにより駆動軸を駆動する場合の駆動性能が低下する。

本発明は、固定子と回転子間に作用するトルクにより駆動軸を駆動する場合の駆動性能を向上させ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、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入力側回転子と、前記入力側回転子に対し相対回転可能な第１出力側回転子であって、回転子導体で発生した回転磁界が作用するのに応じて前記入力側回転子との間にトルクが作用する第１出力側回転子と、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、駆動軸へ動力を伝達する第２出力側回転子であって、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出力側回転子と、前記第１出力側回転子に結合された入力側ギアと、前記駆動軸に結合された出力側ギアと、固定部材に結合された固定ギアと、前記入力側ギアと前記出力側ギアとがギア結合した状態と前記入力側ギアと前記固定ギアとがギア結合した状態とを選択的に切り替えるために前記入力側ギア、前記出力側ギア及び前記固定ギアとギア結合可能なスリーブギアと、を備え、前記第１出力側回転子を前記駆動軸または前記固定部材に選択的に係合させる係合解放機構と、を備え、前記駆動軸を駆動する場合に、前記入力側ギアと前記出力側ギアとを前記スリーブギアを介してギア結合させて前記係合解放機構により前記第１出力側回転子を前記駆動軸に係合させ、前記入力側回転子と前記第１出力側回転子間に作用するトルクにより前記エンジンからの動力を前記駆動軸へ伝達する第１駆動モードと、前記入力側ギアと前記固定ギアとを前記スリーブギアを介してギア結合させて前記係合解放機構により前記第１出力側回転子を前記固定部材に係合させ、固定子と前記第２出力側回転子間に作用するトルクにより前記駆動軸を駆動する第２駆動モードと、を選択的に切り替えることを要旨とする。

本発明の一態様では、前記エンジンの運転を停止した状態で前記駆動軸を駆動する場合は、前記第２駆動モードを選択することが好適である。

本発明の一態様では、前記エンジンの始動を行う場合は、前記第２駆動モードを選択し、前記第１出力側回転子と前記入力側回転子間に作用するトルクにより前記エンジンのクランキングを行うことが好適である。

本発明の一態様では、前記エンジンから前記駆動軸への動力伝達時の前記駆動軸の回転方向と逆方向に前記駆動軸を駆動する場合は、前記第２駆動モードを選択することが好適である。

本発明の一態様では、前記第２駆動モードから前記第１駆動モードへ切り替える場合に、前記係合解放機構による前記第１出力側回転子と前記固定部材の係合を解除するときは、前記入力側回転子と前記第１出力側回転子間のトルクを０に制御することが好適である。

本発明の一態様では、前記第２駆動モードから前記第１駆動モードへ切り替える場合に、前記係合解放機構による前記第１出力側回転子と前記固定部材の係合を解除したら、前記エンジンの運転状態で、前記第１出力側回転子を加速させるよう前記入力側回転子と前記第１出力側回転子間にトルクを作用させることが好適である。

本発明の一態様では、前記第１駆動モードから前記第２駆動モードへ切り替える場合に、前記係合解放機構による前記第１出力側回転子と前記駆動軸の係合を解除したら、前記第１出力側回転子を減速させるよう前記入力側回転子と前記第１出力側回転子間にトルクを作用させることが好適である。

本発明によれば、固定子と第２出力側回転子間に作用するトルクにより駆動軸を駆動する第２駆動モードにおいては、第１出力側回転子を固定部材に係合させることで、第２駆動モードにより駆動軸を駆動する場合の駆動性能を向上させることができる。

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において、エンジン３６の動力を用いて駆動軸３７を駆動する動作の一例を説明する図である。本発明の実施形態に係る動力伝達装置において、エンジン３６の運転を停止した状態で駆動軸３７を駆動する動作の一例を説明する図である。本発明の実施形態に係る動力伝達装置において、エンジン３６を始動する動作の一例を説明する図である。本発明の実施形態に係る動力伝達装置において、駆動軸３７を逆方向に駆動する動作の一例を説明する図である。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を備えるハイブリッド駆動装置の他の概略構成を示す図である。

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る。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、動力（機械的動力）の発生及び発電が可能な第１及び第２回転電機１０，１１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。

第１回転電機１０は、回転可能な入力側ロータ２８と、径方向において入力側ロータ２８と所定の空隙を空けて対向し、入力側ロータ２８に対し相対回転可能な第１出力側ロータ１８と、を有する。図１に示す例では、入力側ロータ２８が第１出力側ロータ１８より径方向内側の位置で第１出力側ロータ１８と対向配置されている。入力側ロータ２８は、ロータコア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。第１出力側ロータ１８は、ロータコア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複数の永久磁石３３と、を含む。複数の永久磁石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。

第２回転電機１１は、ケーシング１５に固定されたステータ１６と、径方向においてステータ１６と所定の空隙を空けて対向し、ステータ１６に対し相対回転可能な第２出力側ロータ１９と、を有する。図１に示す例では、第２出力側ロータ１９がステータ１６より径方向内側の位置でステータ１６と対向配置されている。ステータ１６は、ステータコア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。第２出力側ロータ１９は、ロータコア５４と、ロータコア５４にその周方向に沿って配設され界磁束を発生する複数の永久磁石３２と、を含む。複数の永久磁石３２は、ロータコア５４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いる。

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。蓄電装置４２とステータ巻線２０との間で電力変換を行う第１電力変換装置として設けられたインバータ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。

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、インバータ４１と電気的に接続されている。蓄電装置４２及びインバータ４０のいずれかとロータ巻線３０との間で電力変換を行う第２電力変換装置として設けられたインバータ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。さらに、インバータ４１は、ロータ巻線３０の各相に流れる交流電流を直流に変換する方向の電力変換も可能である。その際には、ロータ巻線３０の交流電力がスリップリング９５及びブラシ９６により取り出され、この取り出された交流電力がインバータ４１で直流に変換される。インバータ４１で直流に変換された電力は、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、インバータ４１からの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、インバータ４１で直流に変換された電力を蓄電装置４２に回収することも可能である。このように、インバータ４１は、蓄電装置４２及びインバータ４０のいずれかとロータ巻線３０との間で双方向の電力変換を行うことが可能である。

第１回転電機１０の入力側ロータ２８及びスリップリング９５はエンジン３６と機械的に連結されていることで、入力側ロータ２８にはエンジン３６からの動力が伝達される。また、第２回転電機１１の第２出力側ロータ１９は駆動軸３７と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出力側ロータ１９からの動力が伝達される。

本実施形態では、第１回転電機１０の第１出力側ロータ１８を駆動軸３７またはケーシング（固定部材）１５に選択的に機械的に係合させるクラッチ機構（係合解放機構）６０が設けられている。図１に示す例では、クラッチ機構６０は、第１出力側ロータ１８に機械的に連結された入力側ギア６１と、駆動軸３７に機械的に連結された出力側ギア６２と、ケーシング１５に機械的に連結された固定ギア６３と、入力側ギア６１を出力側ギア６２または固定ギア６３に選択的に係合させるスリーブギア６４と、を含む。入力側ギア６１と出力側ギア６２と固定ギア６３とスリーブギア６４の中心軸は一致しており、中心軸方向において入力側ギア６１が出力側ギア６２と固定ギア６３との間の位置に配置され、スリーブギア６４の内歯が入力側ギア６１の外歯と噛み合っている。さらに、スリーブギア６４は、入力側ギア６１との噛み合いを維持しながら中心軸方向に移動可能であり、スリーブギア６４の内歯が出力側ギア６２の外歯と噛み合い且つ固定ギア６３の外歯と噛み合わない第１係合位置と、スリーブギア６４の内歯が固定ギア６３の外歯と噛み合い且つ出力側ギア６２の外歯と噛み合わない第２係合位置と、スリーブギア６４の内歯が出力側ギア６２の外歯及び固定ギア６３の外歯の両方と噛み合わない解放位置と、に移動可能である。スリーブギア６４が第１係合位置に位置する場合は、第１出力側ロータ１８がケーシング１５に係合せず駆動軸３７に係合する状態（第１係合状態）となり、駆動軸３７には第１出力側ロータ１８からの動力が伝達される。一方、スリーブギア６４が第２係合位置に位置する場合は、第１出力側ロータ１８が駆動軸３７に係合せずケーシング１５に係合する状態（第２係合状態）となり、第１出力側ロータ１８の回転が固定される。また、スリーブギア６４が解放位置に位置する場合は、第１出力側ロータ１８が駆動軸３７及びケーシング１５の両方に係合しない状態（解放状態）となる。スリーブギア６４を出力側ギア６２または固定ギア６３と噛み合わせるための機構として、シンクロメッシュ（同期噛合機構）を適用することも可能である。

図１に示す例では、エンジン３６及び第１回転電機１０の入力側ロータ２８の回転軸が一致しており、この回転軸方向においてクラッチ機構６０がエンジン３６と第１回転電機１０（入力側ロータ２８）との間の位置に配置されている。第２回転電機１１の第２出力側ロータ１９の回転軸７２、カウンタ軸７３、及び駆動軸３７は、エンジン３６及び入力側ロータ２８の回転軸７１と平行に配置されている。カウンタ軸７３にはギア７４，７５が設けられ、第２出力側ロータ１９の回転軸７２にはギア７８が設けられ、カウンタ軸７３のギア７４と回転軸７２のギア７８が噛み合うことで、第２出力側ロータ１９がカウンタ軸７３を介して駆動軸３７に機械的に連結される。さらに、カウンタ軸７３のギア７４がギア７６と噛み合うことで、カウンタ軸７３とクラッチ機構６０の出力側ギア６２が機械的に連結され、カウンタ軸７３のギア７５がギア７７と噛み合うことで、カウンタ軸７３と駆動軸３７が機械的に連結される。これによって、クラッチ機構６０の出力側ギア６２がカウンタ軸７３を介して駆動軸３７に機械的に連結され、クラッチ機構６０のスリーブギア６４が出力側ギア６２と噛み合う第１係合位置に位置する場合は、第１出力側ロータ１８がカウンタ軸７３を介して駆動軸３７に係合する。

第１回転電機１０には、入力側ロータ２８（エンジン３６）の回転速度を検出するための回転速度センサ８１と、第１出力側ロータ１８の回転速度を検出するための回転速度センサ８２が付設されており、第２回転電機１１には、第２出力側ロータ１９の回転速度を検出するための回転速度センサ８３が付設されている。回転速度センサ８１で検出された入力側ロータ２８の回転速度、回転速度センサ８２で検出された第１出力側ロータ１８の回転速度、及び回転速度センサ８３で検出された第２出力側ロータ１９の回転速度は、電子制御ユニット５０に入力される。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してインバータ４０での電力変換を制御することで、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、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してインバータ４１での電力変換を制御することで、ロータ巻線３０の各相に流れる交流電流を制御する。さらに、電子制御ユニット５０は、クラッチ機構６０を第１係合状態と第２係合状態と解放状態に切り替える（スリーブギア６４の位置を第１係合位置と第２係合位置と解放位置に切り替える）制御を行い、エンジン３６の運転状態の制御も行う。

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、第２出力側ロータ１９にトルク（磁石トルク）を作用させることができ、第２出力側ロータ１９を回転駆動することができる。つまり、蓄電装置４２からインバータ４０を介してステータ巻線２０に供給された電力を第２出力側ロータ１９の動力（機械的動力）に変換することができ、第２回転電機１１（ステータ１６及び第２出力側ロータ１９）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、第２出力側ロータ１９の動力をステータ巻線２０の電力に変換してインバータ４０を介して蓄電装置４２に回収することも可能である。このように、ステータ１６のステータ巻線２０と第２出力側ロータ１９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第２出力側ロータ１９に作用させて、ステータ１６と第２出力側ロータ１９との間にトルク（磁石トルク）を作用させることができる。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と第２出力側ロータ１９との間に作用するトルク（ＰＭモータトルク）を制御することができる。

また、入力側ロータ２８が第１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）と第１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、第１出力側ロータ１８にトルクを作用させることができ、第１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と第１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第１出力側ロータ１８に作用するのに応じて、入力側ロータ２８と第１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と第１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、第１回転電機１０（入力側ロータ２８及び第１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。

ロータ巻線３０の誘導電流により入力側ロータ２８と第１出力側ロータ１８との間にトルク（電磁カップリングトルク）を発生させる際には、電子制御ユニット５０は、ロータ巻線３０に誘導電流が流れるのを許容するように、インバータ４１のスイッチング動作を行う。その際には、電子制御ユニット５０は、インバータ４１のスイッチング動作によりロータ巻線３０に流れる交流電流を制御することで、入力側ロータ２８と第１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。一方、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に誘導電流が流れなくなり、入力側ロータ２８と第１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、駆動軸３７を駆動する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がエンジン回転方向に回転駆動する。入力側ロータ２８の回転速度が第１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、ロータ巻線３０に誘導電流が流れるのを許容するように、インバータ４１のスイッチング動作を行う。これによって、ロータ巻線３０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から第１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Ｔｃｏｕｐが作用する。図２に示すように、クラッチ機構６０を第１係合状態に制御して第１出力側ロータ１８を駆動軸３７に係合させた状態では、第１出力側ロータ１８は、回転が許容され、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と第１出力側ロータ１８の永久磁石３３との電磁気結合によって、第１出力側ロータ１８へ伝達される。第１出力側ロータ１８に伝達された動力は、図２の矢印ａに示すように、カウンタ軸７３を介して駆動軸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の動力を用いて駆動軸３７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と第１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、第１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。以下、クラッチ機構６０を第１係合状態に制御して第１出力側ロータ１８を駆動軸３７に係合させ、入力側ロータ２８と第１出力側ロータ１８間に作用する電磁カップリングトルクＴｃｏｕｐによりエンジン３６からの動力を駆動軸３７へ伝達する駆動モードを第１駆動モードとする。

さらに、第１駆動モードにおいて、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インバータ４１で直流に変換される。そして、インバータ４０のスイッチング動作により、インバータ４１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、ステータ巻線２０に交流電流が流れ、ステータ１６に回転磁界が形成される。このステータ１６の回転磁界と第２出力側ロータ１９の永久磁石３２の界磁束との電磁気相互作用によって、ステータ１６から第２出力側ロータ１９にエンジン運転時の回転方向と同方向のトルクＴｍｇを作用させることができ、図２の矢印ｂに示すように、第２出力側ロータ１９の動力がカウンタ軸７３を介して駆動軸３７へ伝達される。これによって、駆動軸３７の正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。一方、第１駆動モードにおいて、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、インバータ４１で直流に変換された電力を蓄電装置４２に回収することも可能である。その場合は、エンジン３６の動力が駆動軸３７（車輪３８）の動力よりも大きくなり、特に駆動軸３７に要求されるトルクが小さい軽負荷走行時に、エンジン３６の熱効率が高くなる動作点でエンジン３６の運転を行うことが可能となる。

また、第１駆動モードにおいて、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第２出力側ロータ１９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。その場合は、エンジン３６の動力が駆動軸３７（車輪３８）の動力よりも小さくなり、特に駆動軸３７に要求されるトルクが大きい高負荷走行時に、エンジン３６の熱効率が高くなる動作点でエンジン３６の運転を行うことが可能となる。

また、本実施形態では、エンジン３６の運転を停止した状態で蓄電装置４２の電力を用いて駆動軸３７（車輪３８）を駆動するＥＶ（Electric Vehicle）走行を行うことも可能である。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の交流電流によりステータ１６から第２出力側ロータ１９にエンジン運転時（第１駆動モード時）の回転方向と同方向のトルクＴｍｇを作用させる。これによって、第２出力側ロータ１９を第１駆動モード時の回転方向と同方向に回転駆動し、図３の矢印ｃに示すように、第２出力側ロータ１９の動力をカウンタ軸７３を介して駆動軸３７へ伝達することで、ＥＶ走行により駆動軸３７を正転方向に回転駆動する（車両を前進方向に駆動する）ことができる。また、ステータ巻線２０から電力回収するようインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、ステータ１６から第２出力側ロータ１９に減速方向（エンジン運転時の回転方向と逆方向）のトルクＴｍｇを作用させて、駆動軸３７を減速させる（車両を減速させる）回生走行を行うことも可能である。

ただし、ＥＶ走行時に、第２出力側ロータ１９の回転に連動して第１出力側ロータ１８が連れ回ると、第１出力側ロータ１８と入力側ロータ２８との回転差により入力側ロータ２８に渦電流が流れ、渦電流による損失が発生する。そこで、本実施形態では、エンジン３６の運転を停止した状態でＥＶ走行により駆動軸３７を駆動する場合は、図３に示すように、クラッチ機構６０を第２係合状態に制御し、第１出力側ロータ１８をケーシング１５に固定して第２出力側ロータ１９及び駆動軸３７から切り離した状態で、ステータ１６と第２出力側ロータ１９間に作用するトルクＴｍｇにより駆動軸３７を駆動する。これによって、ＥＶ走行時に、第２出力側ロータ１９の回転に連動して第１出力側ロータ１８が連れ回ることで第１出力側ロータ１８と入力側ロータ２８とに回転差が発生するのを防ぎ、入力側ロータ２８の渦電流による損失を抑えることができる。以下、クラッチ機構６０を第２係合状態に制御して第１出力側ロータ１８をケーシング１５に係合させ、ステータ１６と第２出力側ロータ１９間に作用するトルクＴｍｇにより駆動軸３７を駆動する駆動モードを第２駆動モードとする。

また、エンジン３６の始動を行う場合は、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へ供給するようインバータ４１のスイッチング動作を制御することで、ロータ巻線３０の交流電流により第１出力側ロータ１８から入力側ロータ２８にエンジン回転方向のトルクＴｃｏｕｐを作用させる。これによって、図４の矢印ｄに示すように、蓄電装置４２からロータ巻線３０への供給電力を用いて入力側ロータ２８をエンジン回転方向に回転させ、入力側ロータ２８の動力をエンジン３６へ伝達することで、エンジン３６のクランキングを行う。

ただし、第１出力側ロータ１８から入力側ロータ２８にエンジン回転方向のトルクＴｃｏｕｐを作用させてエンジン３６のクランキングを行う際には、入力側ロータ２８から第１出力側ロータ１８にエンジン回転方向と逆方向の反作用トルク−Ｔｃｏｕｐが作用する。クラッチ機構６０を第１係合状態に制御し、ステータ１６から第２出力側ロータ１９にエンジン運転時の回転方向と同方向のトルクＴｍｇを作用させるようインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、この反作用トルク−Ｔｃｏｕｐを受けることが可能となる。しかし、ＥＶ走行時にエンジン３６を始動する場合は、ステータ１６から第２出力側ロータ１９に作用するトルクＴｍｇは、駆動軸３７の正転方向の回転駆動（車両の前進方向の駆動）以外に、入力側ロータ２８から第１出力側ロータ１８に作用する反作用トルク−Ｔｃｏｕｐを受けるためにも用いられる。この反作用トルク−Ｔｃｏｕｐ分、駆動軸３７の駆動トルクが低下する。

そこで、本実施形態では、エンジン３６の始動を行う場合は、図４に示すように、クラッチ機構６０を第２係合状態に制御し、第１出力側ロータ１８をケーシング１５に固定して第２出力側ロータ１９及び駆動軸３７から切り離し、第２駆動モードを選択する。その状態で、第１出力側ロータ１８と入力側ロータ２８間に作用するトルクＴｃｏｕｐによりエンジン３６のクランキングを行う。これによって、エンジン３６のクランキング時に、入力側ロータ２８から第１出力側ロータ１８に作用する反作用トルク−Ｔｃｏｕｐをケーシング１５で受けることができ、ステータ１６から第２出力側ロータ１９に作用するトルクＴｍｇでこの反作用トルク−Ｔｃｏｕｐを受ける必要がなくなる。したがって、ＥＶ走行時にエンジン３６を始動する場合は、ステータ１６から第２出力側ロータ１９に作用するトルクＴｍｇをすべて駆動軸３７の正転方向の回転駆動（車両の前進方向の駆動）に用いることができ、駆動軸３７の駆動トルクの低下を抑えることができる。

また、車両を後退させる（駆動軸３７を逆転方向に回転駆動する）リバース走行を行う場合は、電子制御ユニット５０は、蓄電装置４２からの直流電力を交流に変換してステータ巻線２０へ供給するようインバータ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の交流電流によりステータ１６から第２出力側ロータ１９にエンジン運転時（第１駆動モード時）の回転方向と逆方向のトルクＴｍｇを作用させる。これによって、第２出力側ロータ１９を第１駆動モード時の回転方向と逆方向に回転駆動し、図５の矢印ｃに示すように、第２出力側ロータ１９の動力をカウンタ軸７３を介して駆動軸３７へ伝達することで、ＥＶ走行により駆動軸３７を逆転方向に回転駆動する（車両を後進方向に駆動する）。また、ステータ巻線２０から電力回収するようインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、ステータ１６から第２出力側ロータ１９に減速方向のトルクＴｍｇを作用させて、駆動軸３７を減速させる（車両を減速させる）回生走行を行うことも可能である。

ただし、ＥＶ走行によりリバース走行を行う場合は、ステータ巻線２０への電力供給を行う必要がある。そして、蓄電装置４２の蓄電量が少ないとき等、蓄電装置４２からの供給電力量が不足するときは、エンジン３６を運転するとともに、ロータ巻線３０から電力回収するようインバータ４１のスイッチング動作を制御することで、図５の矢印ｅに示すように、エンジン３６の動力を利用して第１回転電機１０の発電運転を行って、発電電力をステータ巻線２０へ供給する必要がある。しかし、第１回転電機１０の発電運転の際には、入力側ロータ２８から第１出力側ロータ１８にエンジン回転方向のトルクＴｃｏｕｐが作用する。その際に、クラッチ機構６０を第１係合状態に制御すると、第１出力側ロータ１８のエンジン回転方向のトルクＴｃｏｕｐが駆動軸３７に伝達され、逆転方向に回転駆動する駆動軸３７を減速させる方向に作用する。この第１出力側ロータ１８から駆動軸３７へ伝達されるトルク分、駆動軸３７の駆動トルクが低下する。

そこで、本実施形態では、リバース走行を行う場合は、図５に示すように、クラッチ機構６０を第２係合状態に制御し、第１出力側ロータ１８をケーシング１５に固定して第２出力側ロータ１９及び駆動軸３７から切り離し、第２駆動モードを選択する。その状態で、ステータ１６と第２出力側ロータ１９間のトルクＴｍｇにより、エンジン３６から駆動軸３７への動力伝達時（第１駆動モード時）の駆動軸３７の回転方向と逆方向に駆動軸３７を回転駆動する。これによって、リバース走行時に、エンジン３６の動力を利用して第１回転電機１０の発電運転を行っても、第１出力側ロータ１８から駆動軸３７への減速トルクの伝達を防ぐことができ、駆動軸３７の駆動トルクの低下を抑えることができる。

以上説明した本実施形態では、入力側ロータ２８と第１出力側ロータ１８間のトルクＴｃｏｕｐによりエンジン３６からの動力を駆動軸３７へ伝達する場合は、クラッチ機構６０を第１係合状態に制御して第１駆動モードを選択する。一方、ＥＶ走行やリバース走行等、ステータ１６と第２出力側ロータ１９間のトルクＴｍｇにより駆動軸３７を駆動する場合は、クラッチ機構６０を第２係合状態に制御して第２駆動モードを選択する。第２駆動モードでは、第２出力側ロータ１９の回転に連動して第１出力側ロータ１８が連れ回るのを防ぐことができ、入力側ロータ２８の渦電流による損失を抑えることができる。さらに、第１出力側ロータ１８から入力側ロータ２８にトルクＴｃｏｕｐを作用させてエンジン３６を始動する際には、入力側ロータ２８から第１出力側ロータ１８に作用する反作用トルク−Ｔｃｏｕｐをステータ１６から第２出力側ロータ１９に作用するトルクＴｍｇで受ける必要がなくなり、駆動軸３７の駆動トルクの低下を抑えることができる。その結果、ＥＶ走行可能車速を増やすことができる。また、第２駆動モードでは、リバース走行時に、エンジン３６の動力を利用して第１回転電機１０の発電運転を行っても、駆動軸３７の駆動トルクの低下を抑えることができる。このように、本実施形態によれば、駆動軸３７を駆動する場合に、第１駆動モードと第２駆動モードを選択的に切り替えながら実行することで、ステータ１６と第２出力側ロータ１９間のトルクＴｍｇにより駆動軸３７を駆動する場合の駆動性能を向上させることができる。

なお、特許文献２には、第１及び第２モータジェネレータと、第１〜第３遊星歯車機構と、第１及び第２クラッチと、第１及び第２ブレーキとを備えるハイブリッド駆動装置が示されている。特許文献２では、第２ブレーキにより第２遊星歯車機構のサンギアの回転を拘束する、または第１クラッチにより第１遊星歯車機構のキャリアと第２遊星歯車機構のキャリア及び第３遊星歯車機構のリングギアとを連結することで、エンジンの動力を駆動軸及び第１モータジェネレータへ分配して駆動軸を駆動するとともに、第１モータジェネレータの発電運転による電力を第２モータジェネレータへ供給して駆動軸を駆動するスプリットモードを選択する。また、第１ブレーキにより第１遊星歯車機構のサンギア及び第３遊星歯車機構のキャリアの回転を拘束することで、エンジンの動力を利用して第１モータジェネレータの発電運転を行うとともに、第１モータジェネレータの発電電力を第２モータジェネレータへ供給して駆動軸を駆動するシリーズモードを選択する。ただし、特許文献２では、３つの遊星歯車機構と、２つのクラッチと、２つのブレーキを設けて装置を構成しており、シリーズモードとスプリットモードの両モードにおいて、遊星歯車機構の差動による損失、及びクラッチ・ブレーキによる引き摺り損失が発生する。これに対して本実施形態では、遊星歯車機構が不要で、クラッチ・ブレーキの数も少なく構成要素が簡素化されており、車両等への搭載性が良好である。さらに、本実施形態では、遊星歯車機構の差動による損失、及びクラッチ・ブレーキによる引き摺り損失も発生しない。

次に、第１駆動モードと第２駆動モードを切り替える動作の好適な例について説明する。第２駆動モードから第１駆動モードに切り替える場合は、まずスリーブギア６４を第２係合位置から解放位置に移動させてクラッチ機構６０を第２係合状態から解放状態に切り替える。スリーブギア６４と固定ギア６３の噛み合いを解除して第１出力側ロータ１８とケーシング１５の係合を解除するときには、第１出力側ロータ１８がケーシング１５で反力を受ける状態にならないよう入力側ロータ２８と第１出力側ロータ１８間のトルクＴｃｏｕｐを０に制御することが好ましい。これによって、スリーブギア６４と固定ギア６３の噛み合いを円滑に解除することができる。第１出力側ロータ１８とケーシング１５の係合を解除したら、エンジン３６の運転を行っている状態で、入力側ギア６１の回転を加速させて出力側ギア６２の回転に同期するよう入力側ロータ２８と第１出力側ロータ１８間にトルクＴｃｏｕｐを作用させる。入力側ギア６１（第１出力側ロータ１８）の回転速度については回転速度センサ８２により検出可能であり、出力側ギア６２の回転速度については回転速度センサ８３の検出値から演算可能である。入力側ロータ２８から第１出力側ロータ１８にエンジン回転方向のトルクＴｃｏｕｐを作用させて第１出力側ロータ１８（入力側ギア６１）の回転速度を出力側ギア６２の回転速度まで加速する際には、第１出力側ロータ１８から入力側ロータ２８にエンジン回転方向と逆方向の反作用トルク−Ｔｃｏｕｐが作用し、エンジン３６のトルクＴｅｎｇでこの反作用トルク−Ｔｃｏｕｐを受ける。その際には、エンジン３６の回転速度の低下を抑えるために、入力側ロータ２８と第１出力側ロータ１８間のトルクＴｃｏｕｐがエンジントルクＴｅｎｇ以下になるように、トルクＴｃｏｕｐ，Ｔｅｎｇを制御することが好ましい。第１出力側ロータ１８の回転速度が出力側ギア６２の回転速度まで増加して入力側ギア６１の回転が出力側ギア６２の回転に同期したら、スリーブギア６４を解放位置から第１係合位置に移動させて出力側ギア６２と噛み合わせることで、クラッチ機構６０を解放状態から第１係合状態に切り替える。これによって、第１出力側ロータ１８と駆動軸３７の係合に要する時間を短縮することができ、第１駆動モードへの切り替えを円滑に行うことができる。なお、例えば出力側ギア６２と入力側ギア６１の回転速度差が設定回転速度以下になるとき等、入力側ギア６１の回転が出力側ギア６２の回転に必ずしも同期していないときに、スリーブギア６４の解放位置から第１係合位置への移動を開始することも可能である。

一方、第１駆動モードから第２駆動モードに切り替える場合は、まずスリーブギア６４を第１係合位置から解放位置に移動させてクラッチ機構６０を第１係合状態から解放状態に切り替える。スリーブギア６４と出力側ギア６２の噛み合いを解除して第１出力側ロータ１８と駆動軸３７の係合を解除するときには、入力側ギア６１と出力側ギア６２のトルク差が小さくなる（理想的には０になる）ように、入力側ロータ２８と第１出力側ロータ１８間のトルクＴｃｏｕｐを制御することが好ましい。これによって、スリーブギア６４と出力側ギア６２の噛み合いを円滑に解除することができる。第１出力側ロータ１８と駆動軸３７の係合を解除したら、第１出力側ロータ１８（入力側ギア６１）の回転を減速させて停止させるよう入力側ロータ２８と第１出力側ロータ１８間にトルクＴｃｏｕｐを作用させる。第１出力側ロータ１８（入力側ギア６１）の回転速度については回転速度センサ８２により検出可能である。入力側ロータ２８から第１出力側ロータ１８に作用するエンジン回転方向と逆方向のトルクＴｃｏｕｐによって、第１出力側ロータ１８の回転が減速して停止したら、スリーブギア６４を解放位置から第２係合位置に移動させて固定ギア６３と噛み合わせることで、クラッチ機構６０を解放状態から第２係合状態に切り替える。これによって、第１出力側ロータ１８とケーシング１５の係合に要する時間を短縮することができ、第２駆動モードへの切り替えを円滑に行うことができる。なお、例えば第１出力側ロータ１８（入力側ギア６１）の回転速度が設定回転速度以下になるとき等、第１出力側ロータ１８の回転が必ずしも停止していないときに、スリーブギア６４の解放位置から第２係合位置への移動を開始することも可能である。

本実施形態では、例えば図６に示すように、クラッチ機構６０をカウンタ軸７３上に配置することも可能である。図６に示す構成例では、第１出力側ロータ１８がギア７６に機械的に連結され、入力側ギア６１がギア７９に機械的に連結され、ギア７９がギア７６と噛み合うことで、入力側ギア６１が第１出力側ロータ１８に機械的に連結される。出力側ギア６２は、カウンタ軸７３に機械的に連結されることで、駆動軸３７に機械的に連結される。

また、本実施形態では、例えば図７に示すように、カウンタ軸７３を省略することも可能である。図７に示す構成例では、エンジン３６が増速ギア６８，６９を介して入力側ロータ２８に機械的に連結されている。そして、回転軸７２のギア７８がギア７７と噛み合うことで、第２出力側ロータ１９が駆動軸３７に機械的に連結され、ギア７７がギア７６と噛み合うことで、クラッチ機構６０の出力側ギア６２が駆動軸３７に機械的に連結される。

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。

１０第１回転電機、１１第２回転電機、１５ケーシング、１６ステータ、１８第１出力側ロータ、１９第２出力側ロータ、２０ステータ巻線、２８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、５０電子制御ユニット、５１ステータコア、５２，５３ロータコア、６０クラッチ機構、６１入力側ギア、６２出力側ギア、６３固定ギア、６４スリーブギア、８１，８２，８３回転速度センサ、９５スリップリング、９６ブラシ。

Claims

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入力側回転子と、
前記入力側回転子に対し相対回転可能な第１出力側回転子であって、回転子導体で発生した回転磁界が作用するのに応じて前記入力側回転子との間にトルクが作用する第１出力側回転子と、
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、
駆動軸へ動力を伝達する第２出力側回転子であって、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出力側回転子と、
前記第１出力側回転子に結合された入力側ギアと、前記駆動軸に結合された出力側ギアと、固定部材に結合された固定ギアと、前記入力側ギアと前記出力側ギアとがギア結合した状態と前記入力側ギアと前記固定ギアとがギア結合した状態とを選択的に切り替えるために前記入力側ギア、前記出力側ギア及び前記固定ギアとギア結合可能なスリーブギアと、を備え、前記第１出力側回転子を前記駆動軸または前記固定部材に選択的に係合させる係合解放機構と、
を備え、
前記駆動軸を駆動する場合に、
前記入力側ギアと前記出力側ギアとを前記スリーブギアを介してギア結合させて前記係合解放機構により前記第１出力側回転子を前記駆動軸に係合させ、前記入力側回転子と前記第１出力側回転子間に作用するトルクにより前記エンジンからの動力を前記駆動軸へ伝達する第１駆動モードと、
前記入力側ギアと前記固定ギアとを前記スリーブギアを介してギア結合させて前記係合解放機構により前記第１出力側回転子を前記固定部材に係合させ、固定子と前記第２出力側回転子間に作用するトルクにより前記駆動軸を駆動する第２駆動モードと、
を選択的に切り替える、動力伝達装置。
請求項１に記載の動力伝達装置であって、
前記エンジンの運転を停止した状態で前記駆動軸を駆動する場合は、前記第２駆動モードを選択する、動力伝達装置。
請求項１または２に記載の動力伝達装置であって、
前記エンジンの始動を行う場合は、前記第２駆動モードを選択し、前記第１出力側回転子と前記入力側回転子間に作用するトルクにより前記エンジンのクランキングを行う、動力伝達装置。
請求項１〜３のいずれか１に記載の動力伝達装置であって、
前記エンジンから前記駆動軸への動力伝達時の前記駆動軸の回転方向と逆方向に前記駆動軸を駆動する場合は、前記第２駆動モードを選択する、動力伝達装置。
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、
前記第２駆動モードから前記第１駆動モードへ切り替える場合に、前記係合解放機構による前記第１出力側回転子と前記固定部材の係合を解除するときは、前記入力側回転子と前記第１出力側回転子間のトルクを０に制御する、動力伝達装置。
請求項１〜５のいずれか１に記載の動力伝達装置であって、
前記第２駆動モードから前記第１駆動モードへ切り替える場合に、前記係合解放機構による前記第１出力側回転子と前記固定部材の係合を解除したら、前記エンジンの運転状態で、前記第１出力側回転子を加速させるよう前記入力側回転子と前記第１出力側回転子間にトルクを作用させる、動力伝達装置。
請求項１〜６のいずれか１に記載の動力伝達装置であって、
前記第１駆動モードから前記第２駆動モードへ切り替える場合に、前記係合解放機構による前記第１出力側回転子と前記駆動軸の係合を解除したら、前記第１出力側回転子を減速させるよう前記入力側回転子と前記第１出力側回転子間にトルクを作用させる、動力伝達装置。