(57)【要約】【課題】回転駆動物に対して電磁気力を作用させる巻線回路との間で電力授受を行う電力制御装置において、電力制御の際のエネルギー効率が低下することを回避しつつ装置規模を小さくすることを目的とする。【解決手段】制御部５０は、発電電力検出値Ｐと所定の閾値αとを比較する。制御部５０は、発電電力検出値Ｐが閾値αよりも大きいときは、半導体スイッチＳ３をオフにし、整流昇圧／インバータ回路４２の半導体スイッチＳ２１〜Ｓ２６をオフにする。そして、ロータ巻線１８に発生する交流発電電圧を整流および昇圧し、蓄電器２６および出力側インバータ回路２８に出力するよう、昇圧コンバータ回路４０を制御する。制御部５０は、発電電力検出値Ｐが閾値α以下であるときは、半導体スイッチをＳ３オンにし、昇圧コンバータ回路４０の半導体スイッチＳ１をオフにする。そして、整流昇圧／インバータ回路４２の部分的ＰＷＭ制御を行う。【選択図】図２
2010252607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動物に対して電磁気力を作用させる第１巻線回路および第２巻線回路との間で電力授受を行う電力制御装置において、
与えられた直流電力を交流電力に変換して前記第１巻線回路に与え、または前記第１巻線回路が発生する交流電力を直流電力に変換して出力する双方向電力変換部と、
前記第１巻線回路が発生する交流電力を直流電力に変換して出力する単方向電力変換部と、
前記双方向電力変換部および前記単方向電力変換部を制御する制御部と、
与えられた直流電力を充電し、または与えられた直流電力を交流電力に変換して前記第２巻線回路に与える第２巻線電力交換部と、
を備え、
前記制御部は、
前記双方向電力変換部が出力する直流電力を前記第２巻線電力交換部に与える状態、または前記単方向電力変換部が出力する直流電力を前記第２巻線電力交換部に与える状態のいずれかの状態となるよう、前記第１巻線回路が発生する電力に応じて前記双方向電力変換部および前記単方向電力変換部を制御することを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力制御装置において、
前記制御部は、
前記第１巻線回路が発生する電力が所定の閾値より大きいときは、前記単方向電力変換部が出力する直流電力を前記第２巻線電力交換部に与える状態となるよう前記双方向電力変換部および前記単方向電力変換部を制御し、前記第１巻線回路が発生する電力が所定の閾値以下であるときは、前記双方向電力変換部が出力する直流電力を前記第２巻線電力交換部に与える状態となるよう前記双方向電力変換部および前記単方向電力変換部を制御することを特徴とする電力制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力制御装置において、
前記第２巻線電力交換部は、
与えられた直流電力を交流電力に変換して前記第２巻線回路に与えるインバータ回路と、
前記双方向電力変換部との間で直流電力の充放電を行い、前記単方向電力変換部から出力される直流電力を充電し、前記インバータ回路に直流電力を放電する蓄電器を備えることを特徴とする電力制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力制御装置において、
前記第１巻線回路は、
与えられた多相交流電力に基づいて磁界を発生し、与えられた磁界の変化に基づいて多相交流電力を発生する複数の相巻線を備え、
前記双方向電力変換部は、
直流電力から多相交流電力への変換または多相交流電力から直流電力への変換を行う複数のスイッチング素子を備え、
前記単方向電力変換部は、
与えられた多相交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、
スイッチング素子を備え前記整流回路から与えられた直流電圧を昇圧し出力する昇圧コンバータ回路と、
を備えることを特徴とする電力制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力制御装置と、
前記第１巻線回路を備え、エンジンシャフトに取り付けられた入力側ロータと、
前記エンジンシャフトを中心として前記入力側ロータの周りに永久磁石が周回配置されるよう永久磁石を支持する出力側ロータと、
前記第２巻線回路を備え、前記出力側ロータの回転軸を中心として前記出力側ロータの周りに磁界を発生するステータ巻線回路と、
を備える車両駆動システム。
【請求項６】
請求項５に記載の車両駆動システムにおいて、
前記制御部は、
前記双方向電力変換部から前記第１巻線回路に交流電力が与えられるよう前記双方向電力変換部を制御して前記入力側ロータを回転駆動し、前記エンジンシャフトを有するエンジンを始動することを特徴とする車両駆動システム。
【請求項７】
モータと、
エンジンと、
モータジェネレータと、
前記モータのシャフト、前記エンジンのシャフト、および前記モータジェネレータのシャフトが取り付けられ、これらのシャフトのトルクを合成するプラネタリギアユニットと、
を備える車両駆動システムにおいて、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力制御装置を備え、
前記モータジェネレータは、前記第１巻線回路を備え、
前記モータは、前記第２巻線回路を備えることを特徴とする車両駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転駆動物に対して電磁気力を作用させる巻線回路との間で電力授受を行う電力制御装置および車両駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンおよびモータジェネレータを搭載するハイブリッド車両が広く用いられている。ハイブリッド車両は、走行状態に応じてエンジンの駆動力およびモータジェネレータの駆動力の少なくともいずれかによって走行する。
【０００３】
ハイブリッド車両の駆動装置には、電磁気力に基づくトルクをエンジンシャフトに作用させる複数系統の巻線を備えるものがある。図１０はそのようなハイブリッド車両駆動装置の駆動部をエンジンシャフト１６に平行な断面を以て示したものである。図１１は、この駆動部をエンジンシャフト１６に垂直な断面を以て示した詳細図である。このハイブリッド車両駆動装置は、円柱形状の入力側ロータ１０、入力側ロータ１０の円柱形状と中心軸位置を共通にして入力側ロータ１０を取り囲む円筒形状の出力側ロータ１２、および入力側ロータ１０および出力側ロータ１２と中心軸位置を共通とした筒状筐体１４を備える。
【０００４】
入力側ロータ１０は、その中心軸位置がエンジンシャフト１６と一致するようエンジンシャフト１６に取り付けられる。また、入力側ロータ１０と出力側ロータ１２は異なる回転速度で回転可能とする。
【０００５】
入力側ロータ１０には、入力側ロータ１０の周方向に回転磁界を発生させるロータ巻線１８が取り付けられる。出力側ロータ１２には、出力側ロータ１２の外側および内側に磁界を発生させる複数の永久磁石２０が取り付けられる。筒状筐体１４には、内部に回転磁界を発生させるステータ巻線２２が取り付けられる。
【０００６】
ステータ巻線２２に交流電圧が印加されることで、筒状筐体１４内には回転磁界が発生する。これによって永久磁石２０に電磁気力が作用し、出力側ロータ１２はトルクを発生する。また、入力側ロータ１０は、ロータ巻線１８に電流が流れることで出力側ロータ１２の永久磁石２０との間に作用する電磁気力によって、出力側ロータ１０との間でトルクを作用させる。入力側ロータ１０と出力側ロータ１２との間に作用するトルクは、入力側ロータ１０と出力側ロータ１２との回転速度差、ロータ巻線１８に印加される交流電圧の大きさ、出力側ロータ１２の永久磁石２０から発せられる磁界の大きさ等によって定まる。
【０００７】
このような構成によれば、エンジントルクが伝達された入力側ロータ１０との間の電磁気力の作用、およびステータ巻線２２との間の電磁気力の作用によるトルクを出力側ロータ１２に発生させることができる。これによって、ステータ巻線２２から発生した回転磁界によるトルクとエンジントルクとを出力側ロータ１２において合成することができる。出力側ロータ１２に発生したトルクは、トルク伝達機構によってハイブリッド車両の車輪に伝達される。
【０００８】
出力側ロータ１２に発生するトルクは、ロータ巻線１８およびステータ巻線２２のそれぞれに与える電力を調整することで制御することができる。図１２に巻線電力を制御する電力制御装置を示す。ここでは、ロータ巻線１８およびステータ巻線２２がそれぞれ３相巻線を有する例を示す。入力側インバータ回路２４は、蓄電器２６の出力電圧とロータ巻線１８の相間端子電圧との間で直流交流変換を行う。入力側インバータ回路２４は、蓄電器２６側の電圧とロータ巻線１８の相間端子電圧との大小関係を調整することで、蓄電器２６からロータ巻線１８に電力を供給し、またはロータ巻線１８から蓄電器２６に電力を供給する。
【０００９】
出力側インバータ回路２８は、蓄電器２６の出力電圧とステータ巻線２２の相間端子電圧との間で直流交流変換を行う。出力側インバータ回路２８は、蓄電器２６側の電圧とステータ巻線２２の相間端子電圧との大小関係を調整することで、蓄電器２６からステータ巻線２２に電力を供給し、またはステータ巻線２２から蓄電器２６に電力を供給する。ロータ巻線１８から入力側インバータ回路２４を介して蓄電器２６側に供給される電力のうち、蓄電器２６に充電されない電力は出力側インバータ回路２８に供給され、ステータ巻線２２から出力側インバータ回路２８を介して蓄電器２６側に供給される電力のうち、蓄電器２６に充電されない電力は入力側インバータ回路２４に供給される。入力側インバータ回路２４および出力側インバータ回路２８の電力変換制御によって、入力側ロータ１０および出力側ロータ１２に発生するトルクを調整することができる。
【００１０】
なお、以下の特許文献１には、図１０〜図１２に例示したハイブリッド車両駆動装置と同様の装置について記載されている。また、特許文献２および３には電力制御装置について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３０６７５９４号公報
【特許文献２】特開平１１−１６４５６２号公報
【特許文献３】特開平１１−３５６０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図１２の装置の入力側インバータ回路２４は、ロータ巻線１８をなす３相巻線との間で授受される電力を調整する。多相巻線に接続されるインバータ回路としては、複数のスイッチング素子を用いる構成を採用することができる。入力側インバータ回路２４に複数のスイッチング素子を用いる場合、各スイッチング素子の許容電力容量は、ロータ巻線１８の最大発電電力量で定められる。そのため、入力側ロータ１０および出力側ロータ１２において想定される回転状態に応じて、許容電力容量に余裕のあるスイッチング素子を採用する必要がある。これによって、従来、ハイブリッド車両駆動装置の規模が大きくなるという問題があった。
【００１３】
また、一般に、スイッチング素子を採用する回路においては、スイッチング制御に伴う損失が発生する。この損失は、スイッチング制御の周波数を一定とすれば、入出力電力に拘わらずほぼ一定の値となる。したがって、例えば、ロータ巻線１８の発電電力が小さいときには、入力側インバータ回路２４の回路構成によっては、その発電電力から損失として奪われる割合が高くなり、電力制御の際のエネルギー効率が低下するという問題が生じる。
【００１４】
本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、ハイブリッド車両等に搭載され、回転駆動物に対して電磁気力を作用させる巻線回路との間で電力授受を行う電力制御装置において、電力制御の際のエネルギー効率が低下することを回避しつつ装置規模を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、回転駆動物に対して電磁気力を作用させる第１巻線回路および第２巻線回路との間で電力授受を行う電力制御装置において、与えられた直流電力を交流電力に変換して前記第１巻線回路に与え、または前記第１巻線回路が発生する交流電力を直流電力に変換して出力する双方向電力変換部と、前記第１巻線回路が発生する交流電力を直流電力に変換して出力する単方向電力変換部と、前記双方向電力変換部および前記単方向電力変換部を制御する制御部と、与えられた直流電力を充電し、または与えられた直流電力を交流電力に変換して前記第２巻線回路に与える第２巻線電力交換部と、を備え、前記制御部は、前記双方向電力変換部が出力する直流電力を前記第２巻線電力交換部に与える状態、または前記単方向電力変換部が出力する直流電力を前記第２巻線電力交換部に与える状態のいずれかの状態となるよう、前記第１巻線回路が発生する電力に応じて前記双方向電力変換部および前記単方向電力変換部を制御することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る電力制御装置においては、前記制御部は、前記第１巻線回路が発生する電力が所定の閾値より大きいときは、前記単方向電力変換部が出力する直流電力を前記第２巻線電力交換部に与える状態となるよう前記双方向電力変換部および前記単方向電力変換部を制御し、前記第１巻線回路が発生する電力が所定の閾値以下であるときは、前記双方向電力変換部が出力する直流電力を前記第２巻線電力交換部に与える状態 となるよう前記双方向電力変換部および前記単方向電力変換部を制御することが好適である。
【００１７】
また、本発明に係る電力制御装置においては、前記第２巻線電力交換部は、与えられた直流電力を交流電力に変換して前記第２巻線回路に与えるインバータ回路と、前記双方向電力変換部との間で直流電力の充放電を行い、前記単方向電力変換部から出力される直流電力を充電し、前記インバータ回路に直流電力を放電する蓄電器を備えることが好適である。
【００１８】
また、本発明に係る電力制御装置においては、前記第１巻線回路は、与えられた多相交流電力に基づいて磁界を発生し、与えられた磁界の変化に基づいて多相交流電力を発生する複数の相巻線を備え、前記双方向電力変換部は、直流電力から多相交流電力への変換または多相交流電力から直流電力への変換を行う複数のスイッチング素子を備え、前記単方向電力変換部は、与えられた多相交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、スイッチング素子を備え前記整流回路から与えられた直流電圧を昇圧し出力する昇圧コンバータ回路と、を備えることが好適である。
【００１９】
また、本発明に係る車両駆動システムは、前記電力制御装置と、前記第１巻線回路を備え、エンジンシャフトに取り付けられた入力側ロータと、前記エンジンシャフトを中心として前記入力側ロータの周りに永久磁石が周回配置されるよう永久磁石を支持する出力側ロータと、前記第２巻線回路を備え、前記出力側ロータの回転軸を中心として前記出力側ロータの周りに磁界を発生するステータ巻線回路と、を備えることが好適である。
【００２０】
また、本発明に係る車両駆動システムにおいては、前記制御部は、前記双方向電力変換部から前記第１巻線回路に交流電力が与えられるよう前記双方向電力変換部を制御して前記入力側ロータを回転駆動し、前記エンジンシャフトを有するエンジンを始動することが好適である。
【００２１】
また、本発明は、モータと、エンジンと、モータジェネレータと、前記モータのシャフト、前記エンジンのシャフト、および前記モータジェネレータのシャフトが取り付けられ、これらのシャフトのトルクを合成するプラネタリギアユニットと、を備える車両駆動システムにおいて、前記電力制御装置を備え、前記モータジェネレータは、前記第１巻線回路を備え、前記モータは、前記第２巻線回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、回転駆動物に対して電磁気力を作用させる巻線回路との間で電力授受を行う電力制御装置において、電力制御の際のエネルギー効率が低下することを回避しつつ装置規模を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置の回路構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置の制御を示すフローチャートである。
【図４】半導体スイッチの制御タイミングを示す図である。
【図５】第２の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置の構成を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置の回路構成を示す図である。
【図７】第３の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置の制御を示すフローチャートである。
【図８】第３の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図９】第４の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置の構成を示す図である。
【図１０】ハイブリッド車両駆動装置の駆動部をエンジンシャフトに対する平行断面を以て示す図である。
【図１１】ハイブリッド車両駆動装置の駆動部をエンジンシャフトに対する垂直断面を以て示す図である。
【図１２】ハイブリッド車両駆動装置に対する電力制御装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１に本発明の第１の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置１００の構成を示す。図１０〜図１２に示した構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【００２５】
ハイブリッド車両駆動装置１００は、エンジン４８、円柱形状の入力側ロータ１０、入力側ロータ１０と中心軸位置を共通にして入力側ロータ１０を取り囲む円筒形状の出力側ロータ１２、および入力側ロータ１０および出力側ロータ１２と中心軸位置を共通とする筒状筐体１４を備える。
【００２６】
入力側ロータ１０に取り付けられたロータ巻線１８は３相の巻線を備える。エンジンシャフト１６には、互いに絶縁されるようエンジンシャフト１６の外周に配置された３つの導電性リング４４が取り付けられる。ロータ巻線１８からは３相の巻線導線が引き出され、エンジンシャフト１６の内部を通り、それぞれ対応する導電性リング４４に接続される。各導電性リング４４には導電性のコレクタバネ４６が接触する。各コレクタバネ４６は整流昇圧／インバータ回路４２および整流回路３８に接続される。これによって、ロータ巻線１８は導電性リング４４およびコレクタバネ４６を介して整流昇圧／インバータ回路４２および整流回路３８に接続される。
【００２７】
筒状筐体１４に取り付けられたステータ巻線２２は３相の巻線を備える。ステータ巻線２２からは３相の巻線導線が引き出され、出力側インバータ回路２８に接続される。
【００２８】
ステータ巻線２２に３相交流電圧が印加されることで、筒状筐体１４内に回転磁界が発生する。これによって出力側ロータ１２はトルクを発生する。また、入力側ロータ１０は、出力側ロータ１２との間に作用する電磁気力によってトルクを発生する。
【００２９】
入力側ロータ１０および出力側ロータ１２の各トルクは、ロータ巻線１８およびステータ巻線２２のそれぞれに与える電力を調整することで制御することができる。このトルク制御は、後述するように、蓄電器２６、整流昇圧／インバータ回路４２、整流回路３８、昇圧コンバータ回路４０、出力側インバータ回路２８等を用いて行う。
【００３０】
出力側ロータ１２の一端の開口にはクラッチ筐体３０が取り付けられる。クラッチ筐体３０は、出力側ロータ１２側を臨む開口の形状を出力側ロータ１２の開口形状と同一とし、出力側ロータ１２とは反対側を臨む開口が終端板で塞がれた蓋付き筒形状を有する。クラッチ筐体３０の内側壁面には、筒形状中心軸に垂直な板面を有し、エンジンシャフト貫通穴が開けられた出力側クラッチ板３２が取り付けられる。クラッチ筐体３０の終端板の中心には、板面に垂直に出力軸３４が取り付けられる。
【００３１】
エンジンシャフト１６は入力側ロータ１０の中心軸を貫通すると共に、出力側クラッチ板３２に開けられたエンジンシャフト貫通穴を貫通する。エンジンシャフト１６には、エンジンシャフト１６に垂直な板面を有し、エンジンシャフト１６に貫かれると共に、出力側クラッチ板３２を挟む２枚のエンジンシャフトクラッチ板３６が取り付けられる。
【００３２】
エンジンシャフトクラッチ板３６は、出力側クラッチ板３２との間で接触／解放制御がされる。エンジンシャフトクラッチ板３６を出力側クラッチ板３２から解放した場合、入力側ロータ１０と出力側ロータ１２との回転速度差を許容することができる。したがって、入力側ロータ１０と出力側ロータ１２との間に電磁気力を作用させることができ、入力側ロータ１０との間の電磁気力の作用によるトルクを出力側ロータ１２に発生させることができる。これに加えて、出力側ロータ１２には、ステータ巻線２２との間の電磁気力の作用によるトルクを発生させることができる。これによって、ステータ巻線２２から発生した回転磁界によるトルクとエンジントルクとを出力側ロータ１２において合成することができる。
【００３３】
一方、エンジンシャフトクラッチ板３６を出力側クラッチ板３２に接触させた場合、入力側ロータ１０と出力側ロータ１２は、同一の回転速度で回転する。したがって、入力側ロータ１０と出力側ロータ１２との間の電磁気力の作用はなく、エンジンシャフト１６のトルクを出力側ロータ１２に直接伝達することができる。また、出力側ロータ１２には、ステータ巻線２２との間の電磁気力の作用によるトルクを合成することができる。出力側ロータ１２のトルクは出力軸３４を介してハイブリッド車両の車輪に伝達される。
【００３４】
このような構成によれば、発進時にはエンジンシャフトクラッチ板３６を出力側クラッチ板３２から解放しエンジン４８を停止させた状態で、出力側ロータ１２とステータ巻線２２との間の電磁気力の作用によるトルクによってハイブリッド車両を加速させることができる。ハイブリッド車両が発進し、所定速度に達したときには、入力側ロータ１０と出力側ロータ１２との間の電磁気力の作用によるトルクによってエンジン４８を始動し、ステータ巻線２２から発生した回転磁界によるトルクとエンジントルクとを出力側ロータ１２において合成し、合成トルクによってハイブリッド車両を走行させることができる。さらに、エンジンシャフトクラッチ板３６を出力側クラッチ板３２に接触させ、エンジン４８単独の駆動力、またはエンジン４８の駆動力および出力側ロータ１２による電磁気力に基づく合成トルクによって、ハイブリッド車両を走行させることができる。エンジンは低速回転時のエネルギー効率が低い。したがって、低速走行時にエンジン駆動を行わないことで、低速走行時のエネルギー効率を向上させることができる。このような走行制御は、次に説明する回路構成によって行うことができる。
【００３５】
図２にハイブリッド車両駆動装置１００の回路構成を示す。図１２の電力制御装置の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を簡略に行う。
【００３６】
上記のように、出力側インバータ回路２８は、蓄電器２６と共にステータ巻線２２との間で電力を授受する電力交換部として機能する。出力側インバータ回路２８の３相交流電力端子Ｔ９はステータ巻線２２に接続される。出力側インバータ回路２８は、直流正極端子Ｔ７および直流負極端子Ｔ８からステータ巻線２２に供給される電力、またはステータ巻線２２から直流正極端子Ｔ７および直流負極端子Ｔ８に出力される電力を、制御部５０の制御に基づいて調整する。
【００３７】
整流回路３８および昇圧コンバータ回路４０は、ロータ巻線１８が発生した交流電力を直流電力に変換し、蓄電器２６および出力側インバータ回路２８へと供給する単方向電力変換部として機能する。
【００３８】
ロータ巻線１８を構成する各相巻線は、インダクタ１８Ｌと発電電圧源１８ｅが直列接続された等価回路によって表される。インダクタ１８Ｌは、相巻線が有するインダクタンスに対応し、発電電圧源１８ｅの出力電圧は、出力側ロータ１２との間の電磁誘導作用よる発電電圧に対応する。
【００３９】
整流回路３８はロータ巻線１８の発電電圧を整流し、整流によって得られた直流電圧を昇圧コンバータ回路４０に出力する。整流回路３８は、整流ダイオードＤ１１〜Ｄ１６を備える。整流ダイオードＤ１１のアノード端子は、整流ダイオードＤ２のカソード端子に接続される。整流ダイオードＤ１３のアノード端子は、整流ダイオードＤ１４のカソード端子に接続される。整流ダイオードＤ１５のアノード端子は、整流ダイオードＤ１６のカソード端子に接続される。
【００４０】
ロータ巻線１８から引き出された３相の巻線導線Ｕ，Ｖ，およびＷは、それぞれ、整流ダイオードＤ１１とＤ１２との接続節点、整流ダイオードＤ１２とＤ１３との接続節点、および整流ダイオードＤ１２とＤ１３との接続節点に接続される。整流ダイオードＤ１１，Ｄ１３，およびＤ１５のカソード端子は、正極出力端子Ｔ１に接続される。整流ダイオードＤ１２，Ｄ１４，およびＤ１６のアノード端子は、負極出力端子Ｔ２に接続される。正極出力端子Ｔ１および負極出力端子Ｔ２は、それぞれ、昇圧コンバータ回路４０の正極端子Ｔ３および負極端子Ｔ４に接続される。
【００４１】
巻線導線Ｕと巻線導線Ｖとの間の電圧の大きさが、整流回路３８の正極出力端子Ｔ１と負極出力端子Ｔ２との間の直流電圧よりも大きく、この相間電圧が巻線導線Ｕ側を正とする場合、整流ダイオードＤ１１およびＤ１４が導通する。巻線導線Ｕと巻線導線Ｖとの間の電圧の大きさが正極出力端子Ｔ１と負極出力端子Ｔ２との間の直流電圧よりも大きく、この相間電圧が巻線導線Ｖ側を正とする場合、整流ダイオードＤ１３およびＤ１２が導通する。
【００４２】
巻線導線Ｖと巻線導線Ｗとの間の電圧の大きさが正極出力端子Ｔ１と負極出力端子Ｔ２との間の直流電圧よりも大きく、この相間電圧が巻線導線Ｖ側を正とする場合、整流ダイオードＤ１３およびＤ１６が導通する。巻線導線Ｖと巻線導線Ｗとの間の電圧の大きさが正極出力端子Ｔ１と負極出力端子Ｔ２との間の直流電圧よりも大きく、この相間電圧が巻線導線Ｗ側を正とする場合、整流ダイオードＤ１５およびＤ１４が導通する。
【００４３】
巻線導線Ｗと巻線導線Ｕとの間の電圧の大きさが正極出力端子Ｔ１と負極出力端子Ｔ２との間の直流電圧よりも大きく、この相間電圧が巻線導線Ｗ側を正とする場合、整流ダイオードＤ１５およびＤ１２が導通する。巻線導線Ｗと巻線導線Ｕとの間の電圧の大きさが正極出力端子Ｔ１と負極出力端子Ｔ２との間の直流電圧よりも大きく、この相間電圧が巻線導線Ｕ側を正とする場合、整流ダイオードＤ１１およびＤ１６が導通する。
【００４４】
他方、各相間電圧の大きさが正極出力端子Ｔ１と負極出力端子Ｔ２との間の直流電圧以下であるときは、整流ダイオードＤ１１〜Ｄ１６は導通しない。
【００４５】
このような動作によって、ロータ巻線１８が出力する３相交流電圧は直流電圧に変換され、昇圧コンバータ回路４０に出力される。
【００４６】
昇圧コンバータ回路４０は、整流回路３８から出力された電圧を昇圧する。昇圧コンバータ回路４０は、半導体スイッチＳ１、フリーホイールダイオードＤ１、および整流ダイオードＤ２を備える。半導体スイッチＳ１としては、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、その他のバイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等を用いることができる。以下に説明するその他の半導体スイッチについても同様である。ここでは、半導体スイッチとしてＩＧＢＴを採用した例を取り上げる。
【００４７】
半導体スイッチＳ１のコレクタ端子は正極端子Ｔ３に接続される。半導体スイッチＳ１のエミッタ端子は、負極端子Ｔ４および昇圧負極端子Ｔ６に接続される。半導体スイッチＳ１のゲート端子は制御部５０に接続される。また、半導体スイッチＳ１のエミッタ端子には、フリーホイールダイオードＤ１のアノード端子が接続され、半導体スイッチＳ１のコレクタ端子には、フリーホイールダイオードＤ１のカソード端子が接続される。
【００４８】
整流ダイオードＤ２のアノード端子は半導体スイッチＳ１のコレクタ端子に接続され、整流ダイオードＤ２のカソード端子は、昇圧正極端子Ｔ５に接続される。昇圧正極端子Ｔ５は、蓄電器２６の正極および出力側インバータ回路２８の直流正極端子Ｔ７に接続され、昇圧負極端子Ｔ６は、蓄電器２６の負極および出力側インバータ回路２８の直流負極端子Ｔ８に接続される。
【００４９】
制御部５０は、半導体スイッチＳ１のゲート端子の電圧を制御することにより、コレクタ端子とエミッタ端子との間のオンオフ制御を行う。整流回路３８から正極端子Ｔ３と負極端子Ｔ４との間に直流電圧が印加されているときに、半導体スイッチＳ１をオンにすると、整流ダイオードＤ１１〜Ｄ１６のうち導通状態にあるものに接続されている相巻線（以下、導通相巻線とする。）に電流が流れる。その後、半導体スイッチＳ１をオフにすると、電流変化に基づく誘導起電力が導通相巻線に発生する。
【００５０】
導通相巻線に接続された発電電圧源１８ｅの出力電圧に誘導起電力が加算された電圧が、昇圧正極端子Ｔ５と昇圧負極端子Ｔ６との間の電圧より大きいときは、整流ダイオードＤ２が導通し、昇圧正極端子Ｔ５と昇圧負極端子Ｔ６との間に発電電圧源１８ｅの出力電圧に誘導起電力が加算された電圧が出力される。これによって、ロータ巻線１８において生じた３相交流電圧を整流し、整流電圧を昇圧した電圧によって、蓄電器２６および出力側ロータインバータ回路２８に直流電力を供給することができる。
【００５１】
一方、導通相巻線に接続された発電電圧源１８ｅの出力電圧に誘導起電力が加算された電圧が、昇圧正極端子Ｔ５と昇圧負極端子Ｔ６との間の電圧以下であるときは、整流ダイオードＤ２が遮断され、蓄電器２６および出力側ロータインバータ回路２８から昇圧コンバータ回路４０への電力流入を回避することができる。
【００５２】
昇圧正極端子Ｔ５と昇圧負極端子Ｔ６との間の電圧は、半導体スイッチＳ１のスイッチング周期に対するオン時間の比率を示すデューティ比を変化させることによって調整することができる。制御部５０が、昇圧正極端子Ｔ５と昇圧負極端子Ｔ６との間の電圧を、蓄電器２６の出力電圧を超える電圧に調整した場合には、昇圧正極端子Ｔ５および昇圧負極端子Ｔ６から蓄電器２６および出力側インバータ回路２８に電力を供給することができる。
【００５３】
なお、フリーホイルダイオードＤ１は、半導体スイッチＳ１のコレクタ端子とエミッタ端子との間に逆方向バイアスの誘導起電力が発生することで導通する。これによって、出力電圧のリップル成分を低減することができる。
【００５４】
蓄電器２６には、繰り返し充放電が可能なリチウムイオン電池等の二次電池を用いることができる。蓄電器２６は、自らの出力電圧と、蓄電器２６に接続された回路の出力電圧との関係に応じて、充電または放電を行う。
【００５５】
出力側インバータ回路２８、蓄電器２６、整流回路３８、および昇圧コンバータ回路４０によれば、次のような制御を行うことができる。
【００５６】
まず、エンジンシャフトクラッチ板３６を出力側クラッチ板３２から解放した場合について説明する。制御部５０は、走行制御に応じて、出力側インバータ回路２８からステータ巻線２２に出力される３相交流電圧の大きさおよび周波数を調整し、筒状筐体１４の内側に発生させる回転磁界の大きさおよび回転速度を調整する。これによって走行制御に応じた回転磁界を発生させ、それに応じたトルクを出力側ロータ１２に作用させてハイブリッド車両を駆動することができる。
【００５７】
エンジン回転時には、入力側ロータ１０はエンジンシャフト１６と共に回転する。入力側ロータ１０と出力側ロータ１２との回転速度差がある場合、ロータ巻線１８に交流発電電圧が発生する。制御部５０は、ロータ巻線１８に発生する交流発電電圧を整流および昇圧し、蓄電器２６および出力側インバータ回路２８に出力するよう昇圧コンバータ回路４０を制御する。これによって、蓄電器２６および出力側インバータ回路２８に発電電力を供給することができる。さらに、蓄電器２６に供給する電力によって蓄電器２６を充電することができる。
【００５８】
次に、エンジンシャフトクラッチ板３６を出力側クラッチ板３２に接触させた場合には、エンジンシャフト１６のトルクは出力側ロータ１２に直接伝達される。さらに、出力側ロータ１２には、ステータ巻線２２との間の電磁気力の作用によるトルクが合成される。これによって、エンジン４８の駆動力およびステータ巻線２２による電磁気力による合成トルクによってハイブリッド車両を駆動することができる。
【００５９】
エンジン４８を始動するための回路構成につき説明する。ハイブリッド車両駆動装置１００においては、出力側ロータ１２が回転し、エンジンシャフトクラッチ板３６を出力側クラッチ板３２から解放しエンジン４８を停止させている状態において、エンジン４８を始動することができる。この場合、整流昇圧／インバータ回路４２からロータ巻線１８に電力を供給し、入力側ロータ１０にトルクを発生させることでエンジン４８を始動する。
【００６０】
整流昇圧／インバータ回路４２は、蓄電器２６若しくは出力側インバータ回路２８からロータ巻線１８に電力を供給し、または、ロータ巻線１８から蓄電器２６若しくは出力側インバータ回路２８に電力を供給することができる。すなわち、整流昇圧／インバータ回路４２は、ロータ巻線１８と蓄電器２６および出力側インバータ回路２８との間において、双方向電力変換部として機能する。エンジン始動時には、整流昇圧／インバータ回路４２は、蓄電器２６若しくは出力側インバータ回路２８からロータ巻線１８に電力を供給するよう機能する。
【００６１】
整流昇圧／インバータ回路４２は、半導体スイッチＳ２１〜Ｓ２６を備える。半導体スイッチＳ２１のエミッタ端子は、半導体スイッチＳ２２のコレクタ端子に接続される。半導体スイッチＳ２３のエミッタ端子は、半導体スイッチＳ２４のコレクタ端子に接続される。半導体スイッチＳ２５のエミッタ端子は、半導体スイッチＳ２６のコレクタ端子に接続される。各半導体スイッチのゲート端子は制御部５０に接続される。
【００６２】
半導体スイッチＳ２１とＳ２２との接続節点、半導体スイッチＳ２２とＳ２３との接続節点、および半導体スイッチＳ２２とＳ２３との接続節点は、それぞれ、ロータ巻線１８から引き出された３相の巻線導線Ｕ，Ｖ，およびＷに接続される。
【００６３】
半導体スイッチＳ２１，Ｓ２３，およびＳ２５のコレクタ端子は、直流正極端子Ｔ１０に接続される。半導体スイッチＳ２２，Ｓ２４，およびＳ２６のエミッタ端子は、直流負極端子Ｔ１１に接続される。半導体スイッチＳ２１〜Ｓ２６のコレクタ端子とエミッタ端子との間には、それぞれ、エミッタ端子側をアノード端子側にしてフリーホイールダイオードＤ２１〜Ｄ２６が接続される。
【００６４】
直流正極端子Ｔ１０は、半導体スイッチＳ３および整流ダイオードＤ３を介して蓄電器２６の正極に接続され、直流負極端子Ｔ１１は蓄電器２６の負極に接続される。半導体スイッチＳ３のコレクタ端子は直流負極端子Ｔ１０に接続され、半導体スイッチＳ３のエミッタ端子は蓄電器２６の正極に接続される。半導体スイッチＳ３のコレクタ端子とエミッタ端子との間には、エミッタ端子側をアノード端子として整流ダイオードＤ３が接続される。半導体スイッチＳ３のゲート端子は制御部５０に接続され、制御部５０は、ゲート端子の電圧を制御することで半導体スイッチＳ３をオンまたはオフに制御する。
【００６５】
半導体スイッチＳ２１およびＳ２４をオンにすることで、巻線導線ＵとＶとの間には巻線導線Ｕ側を正として電圧が出力される。半導体スイッチＳ２３およびＳ２２をオンにすることで、巻線導線ＵとＶとの間には巻線導線Ｖ側を正として電圧が出力される。半導体スイッチＳ２３およびＳ２６をオンにすることで、巻線導線ＶとＷとの間には巻線導線Ｖ側を正として電圧が出力される。半導体スイッチＳ２５およびＳ２４をオンにすることで巻線導線ＶとＷとの間には巻線導線Ｗ側を正として電圧が出力される。半導体スイッチＳ２５およびＳ２２をオンにすることで、巻線導線ＷとＵとの間には巻線導線Ｗ側を正として電圧が出力される。半導体スイッチＳ２６およびＳ２１をオンにすることで、巻線導線ＷとＵとの間には巻線導線Ｕ側を正として電圧が出力される。
【００６６】
制御部５０は、このようなスイッチング状態の組み合わせを時間と共に変化させる。これによって、整流昇圧／インバータ４２は、巻線導線Ｕ，Ｖ，およびＷに３相交流電圧を出力することができる。
【００６７】
フリーホイールダイオードＤ２１〜Ｄ２６は、それぞれ、半導体スイッチＳ２１〜Ｓ２６のコレクタ端子とエミッタ端子との間に逆方向バイアスの誘導起電力が発生することで導通する。これによって、出力電圧のリップル成分を低減することができる。
【００６８】
エンジンシャフトクラッチ板３６を出力側クラッチ板３２から解放しエンジン４８を停止させている状態において、エンジン４８を始動する場合、制御部５０は、整流昇圧／インバータ回路４２からロータ巻線１８に電力を供給するよう整流昇圧／インバータ回路４２を制御する。これによって、ロータ巻線１８に電流が流れ、入力側ロータ１０は、出力側ロータ１２との間の電磁気力の作用によりトルクを発生する。発生したトルクはエンジンシャフト１６によってエンジン４８に伝達される。これによって、エンジン４８を始動することができる。
【００６９】
昇圧コンバータ回路４０が備える半導体スイッチＳ１の許容電力容量は、ロータ巻線１８から蓄電器２６および出力側インバータ回路２８に供給する発電電力に基づいて定める。また、整流昇圧／インバータ４２が備える半導体スイッチＳ２１〜Ｓ２６の許容電力容量は、蓄電器２６および出力側インバータ回路２８からロータ巻線１８に供給するエンジン始動電力に基づいて定める。
【００７０】
ハイブリッド車両では、エンジン始動電力の最大値は発電電力の最大値よりも小さい。したがって、整流昇圧／インバータ回路４２の半導体スイッチＳ２１〜Ｓ２６には、昇圧コンバータ回路４０の半導体スイッチＳ１の許容電力容量よりも小さい許容電力容量を有するものを採用することができる。
【００７１】
図１２に示す従来の入力側インバータ回路２４に６個の半導体スイッチを採用した場合、発電電力に基づいて許容電力容量が決定された大型の半導体スイッチが６個必要となる。本実施形態によれば、許容電力容量の大きい１個の半導体スイッチＳ１と、許容電力容量の小さい６個の半導体スイッチＳ２１〜Ｓ２６を採用する。そのため、入力側インバータ回路２４に許容電力容量の大きい６個の半導体スイッチを採用した従来のハイブリッド車両駆動装置に比べて規模を小型化することができる。
【００７２】
次に、エネルギー効率を向上させる制御について図３のフローチャートを参照して説明する。一般に、スイッチング素子を採用する回路では、スイッチング制御に伴う損失が発生する。この損失は、スイッチング制御の周波数を一定とすれば、入出力電力に拘わらずほぼ一定の値となる。したがって、昇圧コンバータ回路４０の入力電力が小さいときには、入力電力から損失として奪われる割合が高くなり、昇圧動作におけるエネルギー効率が低下するという問題が生じる。そこで、本実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置１００では、ロータ巻線１８の発電電力に応じた制御を行う。なお、ここでは、エンジンシャフトクラッチ板３６が出力側クラッチ板３２から解放され、入力側ロータ１０と出力側ロータ１２とに回転速度差がある場合を想定する。
【００７３】
発電電力センサ５２は、ロータ巻線１８の発電電力を検出し、発電電力検出値Ｐを制御部５０に出力する。制御部５０は、発電電力検出値Ｐを読み込み（Ｓ１０１）、発電電力検出値Ｐと所定の閾値αとを比較する（Ｓ１０２）。制御部５０は、発電電力検出値Ｐが閾値αよりも大きいときは、半導体スイッチＳ３をオフにし（Ｓ１０３）、整流昇圧／インバータ回路４２の半導体スイッチＳ２１〜Ｓ２６をオフにする（Ｓ１０４）。そして、ロータ巻線１８に発生する交流発電電圧を整流および昇圧し、蓄電器２６および出力側インバータ回路２８に出力するよう、昇圧コンバータ回路４０を制御する（Ｓ１０５）。これによって、蓄電器２６および出力側インバータ回路２８に発電電力が供給される。
【００７４】
一方、制御部５０は、発電電力検出値Ｐが閾値α以下であるときは、半導体スイッチをＳ３オンにし（Ｓ１０６）、昇圧コンバータ回路４０の半導体スイッチＳ１をオフにする（Ｓ１０７）。そして、次に説明するように、整流昇圧／インバータ回路４２の部分的ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行う（Ｓ１０８）。
【００７５】
相電圧センサＶｕ，Ｖｖ，およびＶｗは、それぞれ、中性点Ｎの電圧を基準とした巻線導線Ｕ，Ｖ，およびＷの相電圧を検出する。そして、Ｕ相電圧検出値ｅｕ、Ｖ相電圧検出値ｅｖ、および、Ｗ相電圧検出値ｅｗを制御部５０に出力する。
【００７６】
制御部５０は、Ｕ相電圧検出値ｅｕが正から負に変化する負方向ゼロクロスタイミングから所定時間ｔ１経過後に半導体スイッチＤ２１をオンにし、所定時間ｔ２だけオンを維持した後、オフにする。そして、Ｕ相電圧検出値ｅｕが負から正に変化する正方向ゼロクロスタイミングから所定時間ｔ１経過後に半導体スイッチＳ２２をオンにし、所定時間ｔ２だけオンを維持した後、オフにする。制御部５０は、同様に、Ｖ相電圧検出値ｅｖの負方向ゼロクロスタイミングおよび正方向ゼロクロスタイミングに従うタイミングで、それぞれ、半導体スイッチＳ２３およびＳ２４を制御し、Ｗ相電圧検出値ｅｗの負方向ゼロクロスタイミングおよび正方向ゼロクロスタイミングに従うタイミングで、それぞれ、半導体スイッチＳ２５およびＳ２６を制御する。
【００７７】
図４は、半導体スイッチＳ２１および半導体スイッチＳ２２の制御タイミングをＵ相電圧検出値と共に示したものである。図４の横軸は時間を示し縦軸は電圧を示す。時間波形ｅｕはＵ相電圧検出値を示し、時間波形ｇ２１およびｇ２２は、それぞれ、半導体スイッチＳ２１およびＳ２２のゲート端子電圧を示す。ゲート端子電圧は、高電圧側が半導体スイッチのオン電圧であり、低電圧側が半導体スイッチのオフ電圧である。半導体スイッチＳ２３および半導体スイッチＳ２４の制御タイミングおよび半導体スイッチＳ２５および半導体スイッチＳ２６の制御タイミングについては、図４の時間波形を３分の１周期間隔で右方向に移動させた時間波形を以て示すことができる。
【００７８】
部分的ＰＷＭ制御によれば、ロータ巻線１８の各相巻線を昇圧用のインダクタとして用い、上下に接続された２つの半導体スイッチの組を昇圧用のスイッチング素子として用いることができる。これによって、各相巻線の発電電圧に誘導起電力を加えた直流電圧を直流正極端子Ｔ１０および直流負極端子Ｔ１１から出力することができる。
【００７９】
目標昇圧電圧は、発電電力検出値Ｐに応じて上記時間ｔ１およびｔ２を調整することで制御することができる。制御部５０は、発電電力検出値Ｐと時間ｔ１およびｔ２との関係を示すテーブルを記憶するものとする。そして、部分的ＰＷＭ制御に際しては、発電電力センサ５２から取得した発電電力検出値Ｐに対応する時間ｔ１およびｔ２をそのテーブルを参照して求め、求められた時間ｔ１およびｔ２に従う昇圧／インバータ回路４２の制御を行う。
【００８０】
このような制御によれば、ロータ巻線１８の発電電力が閾値αより大きいときは、発電電力は、整流回路３８および昇圧コンバータ回路４０を介して蓄電器２６および出力側インバータ回路２８に供給される。一方、ロータ巻線１８の発電電力が閾値α以下であるときは、発電電力は、部分的ＰＷＭ制御により、整流昇圧／インバータ回路４２を介して蓄電器２６および出力側インバータ回路２８に供給される。
【００８１】
昇圧コンバータ回路４０が、１個の半導体スイッチＳ１を用いるのに対し、整流昇圧／インバータ回路４２は、上下に接続される半導体スイッチを３組用いる。そのため、昇圧後の電圧が両回路で同一であり、昇圧電圧に含まれるリップル成分を両回路で同程度とする場合、整流昇圧／インバータ回路４２の方が昇圧コンバータ回路４０に比べて、一つの半導体スイッチにおけるスイッチング周波数を低くすることができる。
【００８２】
半導体スイッチは、スイッチング周波数が低い程、スイッチング制御に伴う損失が少ない。そのため、許容電力容量が許す限り、整流昇圧／インバータ回路４２を用いる方が昇圧コンバータ回路４０を用いる場合に比べて、スイッチング制御に伴う損失を少なくすることができる。
【００８３】
したがって、ロータ巻線１８の発電電力が小さいときに、ロータ巻線１８から整流昇圧／インバータ回路４２を介して、蓄電器２６および出力側インバータ回路２８に電力を供給することで、発電電力から損失として奪われる電力の割合を低減することができる。これによってエネルギー効率を向上することができる。
【００８４】
なお、閾値αは、ロータ巻線１８から整流昇圧／インバータ回路４２に供給することのできる最大電力に基づいて決定することが好ましい。この最大電力は、整流昇圧／インバータ回路４２の各半導体スイッチの許容電力容量に基づいて定めることができる。
【００８５】
また、上記では、時間ｔ２の間、半導体スイッチのオン状態を維持する制御について採り上げた。このような制御の他、時間ｔ２の間、所定の周期およびデューティ比を以て半導体スイッチのオンオフ制御を行う制御を採用してもよい。
【００８６】
次に、第２の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置について説明する。図５に第２の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置１０２の構成を示す。図１に示す構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８７】
ハイブリッド車両駆動装置１０２は、ハイブリッド車両駆動装置１００の導電性リング４４およびコレクタバネ４６を、副入力側ロータ５４および副筒状筐体５８に置き換えたものである。ロータ巻線１８と整流昇圧／インバータ回路４２および整流回路３８との間の電気的接続は、副入力側ロータ５４に設けられた副ロータ巻線５６と副筒状筐体５８に設けられた副ステータ巻線６０との間の電磁誘導作用によって行う。
【００８８】
円柱形状の副入力側ロータ５４は、中心軸位置がエンジンシャフト１６と一致するようエンジンシャフト１６に取り付けられる。副入力側ロータ５４にはその周方向に回転磁界を発生させる副ロータ巻線５６が取り付けられる。副ロータ巻線５６は３相の巻線を備え、各相巻線はロータ巻線１８から引き出された対応する巻線導線に接続される。
【００８９】
副筒状筐体５８は、副入力側ロータ５４と中心軸位置が一致するよう配置される。副筒状筐体５８には、内部に回転磁界を発生させる副ステータ巻線６０が取り付けられる。副ステータ巻線６０は３相の巻線を備える。副ステータ巻線６０からは３相の巻線導線が引き出され、整流回路３８および整流昇圧／インバータ回路４２に接続される。
【００９０】
入力側ロータ１０と出力側ロータ１２との間の電磁気力の作用によって、ロータ巻線１８および副ロータ巻線５６には電磁誘導作用による電流が流れる。これによって、副入力側ロータ５４の外周には回転磁界が発生する。この回転磁界によって、副ステータ巻線６０に３相交流誘導起電力が発生する。
【００９１】
また、副ステータ巻線６０に３相交流電圧が印加されることによって、副筒状筐体５８の内部に回転磁界が発生する。これによって、副ロータ巻線５６に電磁気力を作用させることができ、副入力側ロータ５４およびエンジンシャフト１６にトルクを発生させることができる。さらに、副ロータ巻線５６およびロータ巻線１８に流れる電流により、入力側ロータ１０と出力側ロータ１２との間に電磁気力によるトルクを作用させることができる。
【００９２】
第３の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置について説明する。図６に第３の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置１０４の回路構成を示す。図２に示す構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９３】
整流昇圧／インバータ回路４２の直流正極端子Ｔ１０および直流負極端子Ｔ１１は、それぞれ、昇圧コンバータ回路４０の正極端子Ｔ３および負極端子Ｔ４に接続される。昇圧コンバータ回路４０は、図２の昇圧コンバータ回路４０に半導体スイッチＳ４を追加した構成を有する。半導体スイッチＳ４のコレクタ端子は整流ダイオードＤ２のカソード端子に接続され、半導体スイッチＳ４のエミッタ端子は整流ダイオードＤ２のアノード端子に接続される。半導体スイッチＤ４のゲート端子は制御部５０に接続される。半導体スイッチＳ４は制御部５０によってオンまたはオフに制御される。
【００９４】
エンジンシャフトクラッチ板３６を出力側クラッチ板３２から解放しエンジン４８を停止させている状態において、エンジン４８を始動する場合、制御部５０は昇圧コンバータ回路４０の半導体スイッチＳ４をオンにし、昇圧コンバータ回路４０の半導体スイッチＳ１をオフにする。そして、整流昇圧／インバータ回路４２からロータ巻線１８に電力が供給されるよう整流昇圧／インバータ回路４２を制御する。これによって、ロータ巻線１８に電流が流れ、入力側ロータ１０は、出力側ロータ１２との間の電磁気力の作用によりトルクを発生する。発生したトルクはエンジンシャフト１６からエンジン４８に伝達される。これによって、エンジン４８を始動することができる。
【００９５】
エンジンシャフトクラッチ板３６が出力側クラッチ板３２から解放され、入力側ロータ１０と出力側ロータ１２に回転速度差があり、ロータ巻線１８から整流昇圧／インバータ回路４２に発電電力が供給される場合の制御について図７を参照して説明する。
【００９６】
制御部５０は、半導体スイッチＳ４をオフにする（Ｓ２０１）。制御部５０は、発電電力検出値Ｐを読み込み（Ｓ２０２）、発電電力検出値Ｐと所定の閾値αとを比較する（Ｓ２０３）。制御部５０は、発電電力検出値Ｐが閾値αよりも大きいときは、整流昇圧／インバータ回路４２の半導体スイッチＳ２１〜Ｓ２６をオフにする（Ｓ２０４）。これによって、整流昇圧／インバータ回路４２のフリーホイールダイオードＤ２１〜Ｄ２６は、図２のハイブリッド車両駆動装置１００における整流回路３８と同一の回路を構成する。フリーホイールダイオードＤ２１〜Ｄ２６は、ロータ巻線１８から出力される３相交流電圧を整流し、昇圧コンバータ回路４０に出力する。
【００９７】
制御部５０は、整流昇圧／インバータ回路４２から出力された直流電圧を昇圧し、蓄電器２６および出力側インバータ回路２８に出力するよう、昇圧コンバータ回路４０を制御する（Ｓ２０５）。これによって、蓄電器２６および出力側インバータ回路２８に発電電力が供給される。
【００９８】
一方、制御部５０は、発電電力検出値Ｐが閾値α以下であるときは、昇圧コンバータ回路４０の半導体スイッチＳ１をオフにする（Ｓ２０６）。これによって、半導体スイッチＳ１のコレクタ端子およびエミッタ端子の間は解放状態となる。制御部５０は、上記のように、整流昇圧／インバータ回路４２の半導体スイッチＳ２１〜Ｓ２６につき部分的ＰＷＭ制御を行う（Ｓ２０７）。
【００９９】
このような構成および動作によれば、第１の実施形態で用いられる整流回路３８を省略することができる。これによって、ハイブリッド車両駆動装置を小型化することができる。また、第１の実施形態と同様、部分的ＰＷＭ制御によってエネルギー効率を向上させることができる。
【０１００】
なお、ここでは、整流昇圧／インバータ回路４２にロータ巻線１８を接続した構成について説明した。このような構成の他、本実施形態を図５の構成に応用し、整流昇圧／インバータ回路４２に副ステータ巻線６０を接続する構成としてもよい。
【０１０１】
図８に第３の実施形態に係る整流昇圧／インバータ回路４２についてのシミュレーション結果を示す。横軸は時間を示し縦軸は電圧を示す。時間波形Ｅｕは、中性点Ｎの電圧を基準とした巻線導線Ｕの電圧を示す。時間波形Ｇ２１およびＧ２２は、それぞれ、部分的ＰＷＭ制御を行った場合の半導体スイッチＳ２１およびＳ２２のゲート端子電圧を示す。時間波形Ｉｕは、部分的ＰＷＭ制御を行った場合の巻線導線Ｕに流れる電流を示す。時間波形Ｖ１は、部分的ＰＷＭ制御を行った場合における直流正極端子Ｔ１０と直流負極端子Ｔ１１との間の電圧を示し、時間波形Ｖ２は、半導体スイッチＳ２１〜Ｓ２６をオフとし、整流昇圧／インバータ回路４２を整流回路として動作させた場合における直流正極端子Ｔ１０と直流負極端子Ｔ１１との間の電圧を示す。
【０１０２】
次に、第４の実施形態について説明する。図９に第４の実施形態に係るハイブリッド車両駆動装置１０６の構成を示す。この実施形態は、第１の実施形態をいわゆるパラレルハイブリッドシステムに応用したものである。図２に示した構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１０３】
ハイブリッド車両駆動装置１０６を搭載するハイブリッド車両は、発進時にはエンジン４８を停止させた状態でモータ６４のトルクによって加速する。ハイブリッド車両が発進し、所定速度に達したときにはエンジン４８を始動し、エンジン４８およびモータ６４の合成トルクによって走行する。また、走行制御によりハイブリッド車両の速度が所定速度よりも低下したときは、エンジン４８を停止し、モータ６４のトルクによって走行する。走行中のエンジン４８の始動は、モータ６４とは別に備えられたモータジェネレータ６２によって行われる。
【０１０４】
エンジン４８、モータ６４、およびモータジェネレータ６２の各シャフトはプラネタリギアユニット６６に取り付けられる。プラネタリギアユニット６６は、エンジン４８、モータ６４およびモータジェネレータ６２の相互間でトルクを伝達する。
【０１０５】
モータ６４のシャフトには動力伝達機構６８が取り付けられる。動力伝達機構６８は、エンジン４８、モータ６４、およびモータジェネレータ６２の相互間でトルクを作用した結果モータ６４のシャフトに発生したトルクを、車輪７４に伝達する。
【０１０６】
モータジェネレータ６２は、そのシャフトと共に回転するロータと、ロータとの間で電磁気力を作用させる３相ステータ巻線７０を備える。モータジェネレータ６２の３相ステータ巻線７０から引き出された巻線導線Ｕ，Ｖ，およびＷは、それぞれ、整流ダイオードＤ１１とＤ１２との接続節点、整流ダイオードＤ１３とＤ１４との接続節点、および整流ダイオードＤ１５とＤ１６との接続節点に接続される。また、整流昇圧／インバータ回路４２の半導体スイッチＳ２１とＳ２２との接続節点、半導体スイッチＳ２３とＳ２４との接続節点、および半導体スイッチＳ２５とＳ２６との接続節点は、それぞれ、３相ステータ巻線７０から引き出された巻線導線Ｕ，Ｖ，およびＷに接続される。
【０１０７】
モータ６４は、そのシャフトと共に回転するロータと、ロータとの間で電磁気力を作用させる３相ステータ巻線７２を備える。３相ステータ巻線７２から引き出された巻線導線は出力側インバータ回路２８に接続される。
【０１０８】
モータジェネレータ６２は、整流回路３８または整流昇圧／インバータ回路４２との間で授受される電力を調整することで制御することができる。モータ６４は、出力側インバータ回路２８との間で授受される電力を調整することで制御することができる。
【０１０９】
ハイブリッド車両駆動装置１０６による駆動制御について説明する。エンジン４８を停止し、モータジェネレータ６２を空回り状態とすることにより、プラネタリギアユニット６６はモータ６４に対して無負荷状態となる。これによって、モータ６４のトルクのみによる走行およびモータ６４による回生発電制動が可能となる。
【０１１０】
また、モータ６４の回転速度を一定に制御することにより、プラネタリギアユニット６６はモータジェネレータ６２からエンジン４８にトルクを伝達することができる。これによって、モータジェネレータ６２によるエンジン４８の始動が可能となる。
【０１１１】
さらに、モータジェネレータ６２の回転速度を一定に制御することで、プラネタリギアユニット６６はエンジン４８からモータ６４にトルクを伝達することができる。これによって、エンジン４８のトルクがモータ６４のシャフトに加えられる。モータ６４のシャフトのトルクは動力伝達機構６８を介して車輪７４に伝達される。これによって、エンジン４８およびモータ６４の合成トルクによる走行が可能となる。
【０１１２】
このような制御によって、ハイブリッド車両は、速度が所定速度より低いときにはエンジン４８を停止した状態で、モータ６４のトルクによって走行する。エンジン４８は低速回転時のエネルギー効率が低い。したがって、低速走行時にエンジン駆動を行わないことで、低速走行時のエネルギー効率を向上させることができる。
【０１１３】
ここでは、第１の実施形態をパラレルハイブリッドシステムに応用した実施形態について説明した。同様にして、第３の実施形態をパラレルハイブリッドシステムに応用することも可能である。この場合、図２の整流昇圧／インバータ回路４２にモータジェネレータ６２を接続し、出力側インバータ回路２８にモータ６４を接続した構成とすればよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１０  入力側ロータ、１２  出力側ロータ、１４  筒状筐体、１６  エンジンシャフト、１８  ロータ巻線、１８Ｌ  インダクタ、１８ｅ  発電電圧源、２０  永久磁石、２２  ステータ巻線、２４  入力側インバータ回路、２６  蓄電器、２８  出力側インバータ回路、３０  クラッチ筐体、３２  出力側クラッチ板、３４  出力軸、３６  エンジンシャフトクラッチ板、３８  整流回路、４０  昇圧コンバータ回路、４２  整流昇圧／インバータ回路、４４  導電性リング、４６  コレクタバネ、４８  エンジン、５０  制御部、５２  発電電力センサ、５４  副入力側ロータ、５６  副ロータ巻線、５８  副筒状筐体、６０  副ステータ巻線、６２  モータジェネレータ、６４  モータ、６６  プラネタリギアユニット、６８  動力伝達機構、７０，７２  ３相ステータ巻線、７４  車輪。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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