(57)【要約】【課題】少ない永久磁石量で、固定子と第２回転子との間のトルクの低下を抑えつつ、回転子導体への電力供給を行わずに第１回転子と第２回転子との間のトルクを増大させる。【解決手段】出力側ロータ１８は、入力側ロータ２８と対向する内周面に露出した状態で周方向に沿って配置され、周方向において磁極が交互する複数の永久磁石３３と、入力側ロータ２８及びステータ１６と対向する径方向に関して、永久磁石３３との結合面からステータ１６と対向する外周面にかけて設けられたロータコア５３とを含み、永久磁石３３の磁束が入力側ロータ２８に作用するとともにロータコア５３を介してステータ１６に作用する。出力側ロータ１８には、周方向に隣接する永久磁石３３間でロータコア５３を通って回り込む漏れ磁束を抑制するための空隙５４が、径方向に関して、永久磁石３３同士の隣接部分付近からステータ１６と対向する外周面付近にかけて設けられている。【選択図】図３
2010114959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転磁界を発生可能な回転子導体が配設された第１回転子と、
回転磁界を発生可能な固定子導体が配設された固定子と、
第１回転子及び固定子と対向し、第１回転子に対し相対回転可能な第２回転子であって、回転子導体で発生した回転磁界が作用するのに応じて第１回転子との間にトルクが作用し、固定子導体で発生した回転磁界が作用するのに応じて固定子との間にトルクが作用する第２回転子と、
を備え、
回転子導体は、第１回転子と第２回転子との間に回転差が発生するのに起因して誘導電流が流れることで回転磁界を発生し、
第１回転軸及び第２回転軸の一方に原動機からの動力が伝達され、第１回転軸及び第２回転軸の他方から負荷へ動力が伝達される動力伝達装置であって、
第２回転子は、
第１回転子と対向する面に露出した状態、または第１回転子と薄い鉄心層を介して対向する状態で周方向に沿って配置され、当該周方向において磁極が交互する複数の永久磁石と、
第１回転子及び固定子との対向方向に関して、永久磁石との結合面から固定子との対向面にかけて設けられた回転子鉄心と、
を含み、
前記永久磁石の磁束が第１回転子に作用するとともに前記回転子鉄心を介して固定子に作用し、
第２回転子には、周方向に隣接する永久磁石間で回転子鉄心を通って回り込む漏れ磁束を抑制するための空隙または非磁性体が、前記対向方向に関して、永久磁石同士の隣接部分またはその付近から固定子との対向面またはその付近にかけて設けられている、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、
前記空隙または非磁性体の前記周方向に関する長さは、固定子側が永久磁石側よりも長い、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、
第１回転子は第２回転子より径方向内側で第２回転子と対向配置され、
固定子は第２回転子より径方向外側で第２回転子と対向配置されている、動力伝達装置。
【請求項４】
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、
回転子導体の交流電力を取り出すための電力伝達部と、
電力伝達部で取り出された交流電力を電力変換して固定子導体へ供給することが可能な電力変換部と、
をさらに備える、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、
電力伝達部は、
電力変換部に接続されたブラシと、
第１回転子の回転子導体に接続され、ブラシに対し摺動しながら第１回転子とともに回転するスリップリングと、
を含む、動力伝達装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の動力伝達装置であって、
電力変換部は、
電力伝達部で取り出された交流電力を整流する整流器と、
整流器で整流された電力を電圧変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、
を含み、
ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された電力がインバータで交流に変換されて固定子導体へ供給可能である、動力伝達装置。
【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、原動機からの動力を回転子同士の電磁気結合を利用して負荷へ伝達することで負荷を駆動することが可能であり、さらに、固定子導体への電力供給によっても負荷を駆動することが可能な動力伝達装置に関する。
【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、ステータ巻線を持ち機枠に固定されているステータと、ロータ巻線を持ちエンジン出力軸と接続された第１ロータと、駆動輪と接続された第２ロータと、を備える。ステータは第１ロータより径方向外側の位置に第１ロータと間隔を空けて配置され、第２ロータは径方向においてステータと第１ロータとの間の位置に配置されている。第２ロータにおいては、外周界磁及び内周界磁を形成する主界磁磁石と、外周界磁を形成する外側副界磁磁石と、内周界磁を形成する内側副界磁磁石とが、ロータヨーク（ロータコア）内に埋設されている。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ロータのロータ巻線と第２ロータの内周界磁を形成する主界磁磁石及び内側副界磁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輪を駆動することができる。また、ステータ巻線と第２ロータの外周界磁を形成する主界磁磁石及び外側副界磁磁石との電磁気結合によって、バッテリーからインバータを介してステータ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輪を駆動することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−５０５８５号公報
【発明の開示】
【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２ロータの磁石配置が、第１ロータ側（内周側）及びステータ側（外周側）ともに、ロータコア内に永久磁石が埋設されたＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型の磁石配置となっている。ＩＰＭ型の磁石配置では、永久磁石が発生する磁束のうちトルク（磁石トルク）に寄与しない漏れ磁束の割合が増加しやすくなるが、磁石トルクとともにリラクタンストルクも発生させることが可能であるため、第２ロータのトルクを増大させることが可能となる。しかし、特許文献１において、第１ロータと第２ロータとの間にリラクタンストルクを発生させるためには、バッテリー等の外部電源からインバータを介して第１ロータのロータ巻線に能動的に電流を流す必要がある。第１ロータのロータ巻線に電力供給することなくロータ巻線に受動的に流れる誘導電流により第１ロータと第２ロータとの間にトルクを発生させる場合は、第１ロータと第２ロータとの間にリラクタンストルクは発生せず磁石トルクのみが発生するため、第１ロータと第２ロータとの間に発生するトルクが永久磁石の漏れ磁束により低下する。また、特許文献１においては、第１ロータと第２ロータとの間にトルクを発生させるために主界磁磁石及び内側副界磁磁石により内周界磁を形成し、ステータと第２ロータとの間にトルクを発生させるために主界磁磁石及び外側副界磁磁石により外周界磁を形成しているため、第２ロータのロータコア内に埋設する永久磁石量が増えて磁石配置が複雑化する。
【０００５】
本発明は、第１回転子の回転子導体と第２回転子の永久磁石との電磁気結合により第１回転子と第２回転子との間にトルクが作用し、固定子の固定子導体と第２回転子の永久磁石との電磁気結合により固定子と第２回転子との間にトルクが作用する動力伝達装置において、少ない永久磁石量で、固定子と第２回転子との間のトルクの低下を抑えつつ、第１回転子の回転子導体への電力供給を行うことなく第１回転子と第２回転子との間のトルクを増大させることを目的とする。
【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、回転磁界を発生可能な回転子導体が配設された第１回転子と、回転磁界を発生可能な固定子導体が配設された固定子と、第１回転子及び固定子と対向し、第１回転子に対し相対回転可能な第２回転子であって、回転子導体で発生した回転磁界が作用するのに応じて第１回転子との間にトルクが作用し、固定子導体で発生した回転磁界が作用するのに応じて固定子との間にトルクが作用する第２回転子と、を備え、回転子導体は、第１回転子と第２回転子との間に回転差が発生するのに起因して誘導電流が流れることで回転磁界を発生し、第１回転軸及び第２回転軸の一方に原動機からの動力が伝達され、第１回転軸及び第２回転軸の他方から負荷へ動力が伝達される動力伝達装置であって、第２回転子は、第１回転子と対向する面に露出した状態、または第１回転子と薄い鉄心層を介して対向する状態で周方向に沿って配置され、当該周方向において磁極が交互する複数の永久磁石と、第１回転子及び固定子との対向方向に関して、永久磁石との結合面から固定子との対向面にかけて設けられた回転子鉄心と、を含み、前記永久磁石の磁束が第１回転子に作用するとともに前記回転子鉄心を介して固定子に作用し、第２回転子には、周方向に隣接する永久磁石間で回転子鉄心を通って回り込む漏れ磁束を抑制するための空隙または非磁性体が、前記対向方向に関して、永久磁石同士の隣接部分またはその付近から固定子との対向面またはその付近にかけて設けられていることを要旨とする。
【０００８】
本発明の一態様では、前記空隙または非磁性体の前記周方向に関する長さは、固定子側が永久磁石側よりも長いことが好適である。
【０００９】
本発明の一態様では、第１回転子は第２回転子より径方向内側で第２回転子と対向配置され、固定子は第２回転子より径方向外側で第２回転子と対向配置されていることが好適である。
【００１０】
本発明の一態様では、回転子導体の交流電力を取り出すための電力伝達部と、電力伝達部で取り出された交流電力を電力変換して固定子導体へ供給することが可能な電力変換部と、をさらに備えることが好適である。この態様では、電力伝達部は、電力変換部に接続されたブラシと、第１回転子の回転子導体に接続され、ブラシに対し摺動しながら第１回転子とともに回転するスリップリングと、を含むことが好適である。また、この態様では、電力変換部は、電力伝達部で取り出された交流電力を整流する整流器と、整流器で整流された電力を電圧変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、を含み、ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された電力がインバータで交流に変換されて固定子導体へ供給可能であることが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、少ない永久磁石量で、固定子と第２回転子との間のトルクの低下を抑えつつ、第１回転子の回転子導体への電力供給を行うことなく第１回転子と第２回転子との間のトルクを増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１，２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は回転電機１０の構成の概略を示す。本実施形態に係るハイブリッド駆動装置は、動力（機械的動力）を発生可能な原動機として設けられたエンジン（内燃機関）３６と、エンジン３６と車輪３８との間に設けられた変速機４４と、エンジン３６と変速機４４との間に設けられた回転電機１０と、を備える。なお、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置については、例えば車両を駆動するための動力出力装置として用いることができる。
【００１４】
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は回転電機１０の入力軸３４と機械的に連結され、入力軸３４はエンジン３６と機械的に連結されていることで、入力軸３４（第１ロータ２８）にはエンジン３６からの動力が伝達される。一方、第２ロータ１８は回転電機１０の出力軸２４と機械的に連結されており、出力軸２４は変速機４４を介して車輪３８に機械的に連結されていることで、車輪３８には出力軸２４（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。
【００１５】
ステータ１６は、ステータコア（固定子鉄心）５１と、ステータコア５１にその周方向に沿って配設された複数相（例えば３相）のステータ巻線（固定子導体）２０と、を含む。複数相のステータ巻線２０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、ステータ巻線２０は、ステータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。
【００１６】
入力側ロータ２８は、ロータコア（第１回転子鉄心）５２と、ロータコア５２にその周方向に沿って配設された複数相（例えば３相）のロータ巻線（回転子導体）３０と、を含む。複数相のロータ巻線３０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、ロータ巻線３０は、ロータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。
【００１７】
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複数の永久磁石３３と、を含む。各永久磁石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。
【００１８】
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３，４に示す。図３では、周方向に関して入力側ロータ２８、出力側ロータ１８、及びステータ１６の構成の一部を図示している。ただし、図３において図示を省略している残りの部分の構成は、図示している部分と同様の構成である。図３，４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）突出した複数のステータティース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がこれらのステータティース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）突出した複数のロータティース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がこれらのロータティース５２ａに巻回されていることで、磁極が構成される。
【００１９】
出力側ロータ１８においては、複数の永久磁石３３が入力側ロータ２８と対向する内周面に露出した状態で周方向に沿って配列されている。図３，４に示す例では、複数の永久磁石３３は、周方向に間隔を空けずに配列されている。各永久磁石３３の着磁方向は、ロータ回転軸に直交する径方向（出力側ロータ１８が入力側ロータ２８及びステータ１６と対向する方向）に一致（あるいはほぼ一致）しており、永久磁石３３の内周面３３ａ及び外周面３３ｂが磁極面として機能する。図３，４に示す例では、各永久磁石３３は湾曲した形状であり、各磁極面３３ａ，３３ｂが曲面である。複数の永久磁石３３は、周方向（ロータ回転方向）において磁極面３３ａ，３３ｂの磁極が交互する（「Ｎ極」と「Ｓ極」が交互に並ぶ）ように、つまり隣接する永久磁石３３同士で着磁方向が反転するように配置されている。各永久磁石３３の内周側の磁極面３３ａは出力側ロータ１８の内周面に露出した状態でロータティース５２ａと対向配置されており、各永久磁石３３の磁極面３３ａからの磁束は入力側ロータ２８に作用する。ロータコア５３の内周面５３ａは永久磁石３３の外周側の磁極面３３ｂと結合され、ロータコア５３の外周面５３ｂはステータティース５１ａと対向配置されている。つまり、ロータコア５３は、出力側ロータ１８が入力側ロータ２８及びステータ１６と対向する径方向に関して、永久磁石３３との結合面からステータ１６との対向面にかけて設けられている。そして、出力側ロータ１８におけるステータ１６と対向する外周部には、永久磁石は設けられておらず、ロータコア５３が配置されている。各永久磁石３３の磁極面３３ｂからの磁束はロータコア５３を介してステータ１６に作用する。ロータコア５３については、例えば薄い珪素鋼板（電磁鋼板）をロータ回転軸方向に積層して形成することが可能である。
【００２０】
さらに、出力側ロータ１８のロータコア５３には、周方向に隣接する永久磁石３３の磁極面３３ｂ間でロータコア５３を通って回り込む漏れ磁束を抑制するための空隙５４が複数形成されている。複数の空隙５４は、永久磁石３３よりもステータ１６側（径方向外側）に配置されており、周方向に関して永久磁石３３の幅と等しい（あるいはほぼ等しい）間隔をおいて配列されている。図４に示すように、ロータコア５３の各空隙５４は径方向に延びており、径方向内側の端部が永久磁石３３の磁極面３３ｂ同士の隣接部分３３ｃ付近に位置し、径方向外側の端部がロータコア５３の外周面５３ｂ付近に位置する。つまり、ロータコア５３の各空隙５４は、入力側ロータ２８及びステータ１６との対向方向である径方向に関して、永久磁石３３の磁極面３３ｂ同士の隣接部分３３ｃ付近からステータ１６と対向する外周面５３ｂ付近にかけて形成されている。出力側ロータ１８においては、この空隙５４により、ステータ１６からの磁束が通る場合の磁気抵抗が回転方向に応じて変化し、空隙５４の位置で磁気抵抗が高くなる。各空隙５４の幅（周方向に関する長さ）については、ステータ１６側（径方向外側端部）の長さａが永久磁石３３側（径方向内側端部）の長さｂよりも長く、永久磁石３３側（径方向内側端部）からステータ１６側（径方向外側端部）に向かうにつれて徐々に増大している。図４に示す例では、空隙５４の径方向内側端部と永久磁石３３の磁極面３３ｂ同士の隣接部分３３ｃとの間に磁気的な橋絡部分５３ｃが設けられ、空隙５４の径方向外側端部と出力側ロータ１８（ロータコア５３）の外周面５３ｂとの間に磁気的な橋絡部分５３ｄが設けられている。ただし、磁気的な橋絡部分５３ｃを省略して空隙５４の径方向内側端部を永久磁石３３の磁極面３３ｂ同士の隣接部分３３ｃまで延ばすことも可能であるし、磁気的な橋絡部分５３ｄを省略して空隙５４の径方向外側端部をステータ１６と対向する外周面５３ｂまで延ばすことも可能である。また、周方向に隣接する永久磁石３３の磁極面３３ｂ間でロータコア５３を通って回り込む漏れ磁束を抑制するために、空隙５４の代わりに非磁性体を出力側ロータ１８に設けることも可能である。その場合は、上記の説明において、「空隙５４」を「非磁性体」に置き換えたものを考えればよい。
【００２１】
クラッチ４８は、その係合／解放により、入力軸３４（入力側ロータ２８）と出力軸２４（出力側ロータ１８）との機械的係合及びその解除を選択的に行うことが可能である。クラッチ４８を係合させて、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８とを機械的に係合させることで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８とが一体となって等しい回転速度で回転する。一方、クラッチ４８を解放して、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との機械的係合を解除することで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差が許容される。ここでのクラッチ４８は、例えば油圧や電磁力を利用してその係合／解放を切り替えることが可能であり、さらに、クラッチ４８に供給する油圧力や電磁力を調整することで、クラッチ４８の締結力を調整することもできる。
【００２２】
直流電源として設けられた充放電可能な蓄電装置４２は、例えば二次電池により構成することができ、電気エネルギーを蓄える。インバータ４０は、スイッチング素子（図示せず）を備えており、スイッチング素子のスイッチング動作により蓄電装置４２からの直流電力を交流（例えば３相交流）に変換して、ステータ巻線２０の各相に供給することが可能である。
【００２３】
スリップリング９５は、入力側ロータ２８と機械的に連結されており、ロータ巻線３０の各相及びブラシ９６とそれぞれ電気的に接続されている。スリップリング９５は、回転が固定されたブラシ９６に対し摺動しながら（ブラシ９６との電気的接続を維持しながら）、入力側ロータ２８とともに回転する。ブラシ９６は、整流器９３と電気的に接続されており、ブラシ９６からの電力は整流器９３へ供給される。このスリップリング９５及びブラシ９６により、入力側ロータ２８のロータ巻線３０の電力（交流電力）を取り出すための電力伝達部を構成することができ、取り出された交流電力は整流器９３へ供給される。
【００２４】
整流器９３は、スリップリング９５及びブラシ９６により取り出されたロータ巻線３０からの交流電力を整流して直流に変換する。昇圧コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）９４は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子のスイッチング動作により整流器９３で整流された直流電力を昇圧（電圧変換）して出力する。昇圧コンバータ９４で昇圧（電圧変換）された直流電力は、インバータ４０で交流に変換されてからステータ巻線２０の各相へ供給可能である。つまり、インバータ４０は、昇圧コンバータ９４で昇圧された直流電力と蓄電装置４２からの直流電力とのいずれか（少なくとも一方）を交流に変換してステータ巻線２０の各相へ供給することが可能である。また、昇圧コンバータ９４で昇圧された直流電力を蓄電装置４２に回収することも可能である。このように、整流器９３及び昇圧コンバータ９４を含んで、スリップリング９５及びブラシ９６により取り出された交流電力を電力変換してステータ巻線２０の各相へ供給することが可能な電力変換部を構成することができる。ここでの整流器９３は、スリップリング９５側から昇圧コンバータ９４側への一方向のみの電力変換を行い、昇圧コンバータ９４は、整流器９３側から蓄電装置４２側（あるいはインバータ４０側）への一方向のみの電力変換を行う。そのため、整流器９３及び昇圧コンバータ９４を含む電力変換部は、スリップリング９５側から蓄電装置４２側（あるいはインバータ４０側）への一方向のみの電力変換を行う。
【００２５】
電子制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、ステータ巻線２０の各相に流れる交流電流を制御する。そして、電子制御ユニット５０は、昇圧コンバータ９４内のスイッチング素子をスイッチング動作するときのデューティ比を制御することで、昇圧コンバータ９４での昇圧比（電圧変換比）を制御する。さらに、電子制御ユニット５０は、エンジン３６の運転状態の制御、及び変速機４４の変速比の制御も行う。さらに、電子制御ユニット５０は、クラッチ４８の係合／解放を切り替えることで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との機械的係合／その解除を切り替える制御も行う。
【００２６】
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、出力側ロータ１８にトルク（磁石トルク）を作用させることができ、出力側ロータ１８を回転駆動することができる。つまり、蓄電装置４２からステータ巻線２０に供給された電力を出力側ロータ１８の動力（機械的動力）に変換することができる。さらに、インバータ４０は、ステータ巻線２０の各相に流れる交流電流を直流に変換して、電気エネルギーを蓄電装置４２に回収する方向の変換も可能である。その場合は、出力側ロータ１８の動力がステータ巻線２０の電力に変換されて蓄電装置４２に回収される。このように、ステータ１６のステータ巻線２０と出力側ロータ１８の永久磁石３３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、出力側ロータ１８においては、ステータ１６からの磁束が通る場合の磁気抵抗が空隙５４により回転方向に応じて変化するため、ステータ１６の発生する回転磁界が出力側ロータ１８に作用するのに応じて、磁石トルクに加えてリラクタンストルクもステータ１６と出力側ロータ１８との間に作用する。そして、インバータ４０は双方向の電力変換が可能であり、蓄電装置４２はステータ巻線２０に対して電力の送受が可能である。
【００２７】
また、入力側ロータ２８が出力側ロータ１８に対し相対回転して入力側ロータ２８（ロータ巻線３０）と出力側ロータ１８（永久磁石３３）との間に回転差が生じるのに伴ってロータ巻線３０に誘導起電力が発生し、この誘導起電力に起因してロータ巻線３０に誘導電流が流れることで回転磁界が生じる。そして、ロータ巻線３０の誘導電流により生じる回転磁界と永久磁石３３の界磁束との電磁気相互作用によっても、出力側ロータ１８にトルクを作用させることができ、出力側ロータ１８を回転駆動することができる。このように、入力側ロータ２８のロータ巻線３０と出力側ロータ１８の永久磁石３３とが電磁気的に結合されていることで、ロータ巻線３０で発生する回転磁界が出力側ロータ１８に作用するのに応じて、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間にトルク（磁石トルク）が作用する。そのため、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間で動力（機械的動力）を伝達することができ、電磁カップリング機能を実現することができる。
【００２８】
ロータ巻線３０の誘導電流により入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間にトルクを発生させる際には、電子制御ユニット５０は、昇圧コンバータ９４の出力電圧が蓄電装置４２の電圧よりも高くなるように昇圧コンバータ９４での昇圧比を制御する。これによって、昇圧コンバータ９４から蓄電装置４２とインバータ４０間の配線へ電流が流れ、ロータ巻線３０に誘導電流が流れるため、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間にトルクが作用する。一方、電子制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング動作を行わない状態で昇圧コンバータ９４の出力電圧が蓄電装置４２の電圧よりも低くなるように昇圧コンバータ９４での昇圧比を制御することで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に回転差が生じてもロータ巻線３０に誘導電流が流れなくなり、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間にトルクは作用しなくなる。また、昇圧コンバータ９４内のスイッチング素子をオフ状態に維持して昇圧コンバータ９４による昇圧（電圧変換）を停止させることによっても、ロータ巻線３０に誘導電流が流れなくなり、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間にトルクは作用しなくなる。
【００２９】
次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置の動作、特に、車輪３８を回転駆動する場合の動作について説明する。
【００３０】
エンジン３６が動力を発生している場合は、エンジン３６の動力が入力側ロータ２８に伝達され、入力側ロータ２８が回転駆動する。入力側ロータ２８の回転速度が出力側ロータ１８の回転速度より高くなると、ロータ巻線３０に誘導起電力が発生する。電子制御ユニット５０は、昇圧コンバータ９４の出力電圧が蓄電装置４２の電圧よりも高くなるように昇圧コンバータ９４での昇圧比を制御することで、ロータ巻線３０に誘導電流が流れ、この誘導電流と永久磁石３３の界磁束との電磁気相互作用により出力側ロータ１８にトルクが作用して出力側ロータ１８が回転駆動する。このように、入力側ロータ２８に伝達されたエンジン３６からの動力は、入力側ロータ２８のロータ巻線３０と出力側ロータ１８の永久磁石３３との電磁気結合によって、出力側ロータ１８へ伝達される。出力側ロータ１８に伝達された動力は、変速機４４で変速されてから車輪３８へ伝達されることで、車両の駆動等、負荷の駆動に用いられる。したがって、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動することができる。さらに、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転差を許容することができるため、車輪３８の回転が停止してもエンジン３６がストールすることはなく、回転電機１０を発進装置として機能させることができる。そのため、摩擦クラッチやトルクコンバータ等の発進装置を別に設ける必要がなくなる。さらに、蓄電装置４２からステータ巻線２０への電力供給を行うことなく、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間で動力伝達を行うことができるため、蓄電装置４２の蓄電量が少ない場合や極低温時等においても、エンジン３６からの動力を車輪３８へ伝達することができる。
【００３１】
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にトルクが作用する。これによって、出力側ロータ１８のトルクを増幅させるトルク増幅機能を実現することができる。また、昇圧コンバータ９４からの直流電力を蓄電装置４２に回収することも可能である。
【００３２】
さらに、蓄電装置４２からステータ巻線２０へ電力供給するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動するとともに、ステータ巻線２０への供給電力を用いて発生させた出力側ロータ１８の動力により車輪３８の回転駆動をアシストすることができる。また、負荷の減速運転時には、電子制御ユニット５０は、ステータ巻線２０から蓄電装置４２へ電力回収するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、負荷の動力をステータ巻線２０と永久磁石３２との電磁気結合によってステータ巻線２０の電力に変換して蓄電装置４２に回収することができる。
【００３３】
また、車速（車輪３８の回転速度）がある一定速度以上となり、（出力側ロータ１８の回転速度）＞（入力側ロータ２８の回転速度）が成立する場合には、クラッチ４８を係合して入力側ロータ２８と出力側ロータ１８とを機械的に連結することで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間のすべりに伴ってロータ巻線３０に誘導電流が流れることで生じるジュール損失を抑えることができる。また、クラッチ４８を係合する場合は、クラッチ４８の締結力を調整することで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間で伝達されるトルクを制限することができる。したがって、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間で衝撃トルクの伝達を抑制することができる。
【００３４】
また、エンジン３６の動力を用いずに回転電機１０の動力を用いて負荷を駆動する（車輪３８を回転駆動する）ＥＶ（Electric Vehicle）走行を行う場合は、電子制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング動作を制御することで、負荷の駆動制御を行う。例えば、電子制御ユニット５０は、蓄電装置４２からステータ巻線２０へ電力供給するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、ステータ巻線２０への供給電力をステータ巻線２０と永久磁石３３との電磁気結合によって出力側ロータ１８の動力に変換し、車輪３８を回転駆動する。このように、エンジン３６が動力を発生していなくても、ステータ巻線２０への電力供給により車輪３８を回転駆動することができる。
【００３５】
次に、本実施形態に係る動力伝達装置において、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に発生するトルク、及びステータ１６と出力側ロータ１８との間に発生するトルクについて、出力側ロータ１８のロータコア５３内に永久磁石を埋設したＩＰＭ型の構成と対比させて説明する。
【００３６】
図５に示すように、ロータコア５３における入力側ロータ２８と対向する内周側に永久磁石３３が埋設されているＩＰＭ型の構成では、永久磁石３３の内周側磁極面３３ａの磁束には、周方向に隣接する永久磁石３３の内周側磁極面３３ａ間を入力側ロータ２８（ロータコア５２）を介して流れることでトルク（磁石トルク）に寄与する有効磁束６１の他に、同一の永久磁石３３の内周側磁極面３３ａと外周側磁極面３３ｂとの間でロータコア５３を通って回り込むことでトルクに寄与しない漏れ磁束６２も含まれる。この漏れ磁束６２が発生する分、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に作用する磁石トルクが低下する。ＩＰＭ型の構成では、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に磁石トルクとともにリラクタンストルクも発生させることで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間のトルクを増大させることが可能となるが、リラクタンストルクを発生させるためには、蓄電装置４２等の外部電源からインバータを介してロータ巻線３０に能動的に電流を流す必要がある。そのため、蓄電装置４２の蓄電量が少ない場合や極低温時等においては、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間のトルクを増大させることが困難となる。さらに、リラクタンストルクを発生させるためにロータ巻線３０に電力供給する場合は、出力側ロータ１８の回転速度が入力側ロータ２８の回転速度よりも高くなるオーバードライブ状態となり、ステータ巻線２０の電力をロータ巻線３０に供給することによる動力循環が発生して動力伝達効率が低下する。また、ロータ巻線３０に電力供給することなくロータ巻線３０に受動的に流れる誘導電流により入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間にトルクを発生させる場合は、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間にリラクタンストルクは発生せず磁石トルクのみが発生するため、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に発生するトルクが漏れ磁束６２により低下する。なお、図５に示す例では、ロータコア５３内に永久磁石３３がＶ字状に埋設されているが、永久磁石３３の形状がＶ字形状以外であっても同様の漏れ磁束６２が発生する。
【００３７】
これに対して本実施形態では、図６に示すように、各永久磁石３３の内周側磁極面３３ａが出力側ロータ１８の内周面に露出した状態で入力側ロータ２８と対向しているため、永久磁石３３の内周側磁極面３３ａの磁束については、周方向に隣接する永久磁石３３の内周側磁極面３３ａ間を入力側ロータ２８（ロータコア５２）を介して流れることでトルク（磁石トルク）に寄与する有効磁束６１が支配的となる。そのため、トルクに寄与する有効磁束６１を増加させることができるとともに、トルクに寄与しない漏れ磁束６２を減少させることができる。したがって、ロータ巻線３０に受動的に流れる誘導電流により発生する、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間の磁石トルクを増大させることができ、ロータ巻線３０に電力供給することなく入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間のトルクを増大させることができる。その結果、蓄電装置４２の蓄電量が少ない場合や極低温時等においても、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間のトルクを増大させることができる。さらに、ステータ巻線２０の電力をロータ巻線３０に供給することによる動力循環の発生も防ぐことができる。なお、本実施形態では、図６に示すように、周方向に隣接する永久磁石３３の内周側磁極面３３ａ間を入力側ロータ２８を介さずに空隙を介して流れることでトルクに寄与しない漏れ磁束６３も発生するが、この漏れ磁束６３は僅かである。
【００３８】
また、図７に示すように、ロータコア５３におけるステータ１６と対向する外周側に永久磁石３２が埋設されているＩＰＭ型の構成では、永久磁石３２の外周側磁極面３２ｂの磁束には、周方向に隣接する永久磁石３２の外周側磁極面３２ｂ間をステータ１６（ステータコア５１）を介して流れることでトルク（磁石トルク）に寄与する有効磁束７１の他に、同一の永久磁石３２の外周側磁極面３２ｂと内周側磁極面３２ａとの間でロータコア５３を通って回り込むことでトルクに寄与しない漏れ磁束７２も含まれる。さらに、永久磁石３２の外周側磁極面３２ｂと永久磁石３３の内周側磁極面３３ａとの間でロータコア５３を通って回り込むことでトルクに寄与しない漏れ磁束７３も発生する。この漏れ磁束７２，７３が発生する分、ステータ１６と出力側ロータ１８との間に作用する磁石トルクが低下する。そして、永久磁石３３の外周側磁極面３３ｂと永久磁石３２の内周側磁極面３２ａとの間のロータコア５３の部分では、この部分を流れる磁束７０がトルクを発生させるために有効に働いていない。なお、図７に示す例では、ロータコア５３内に永久磁石３２がＶ字状に埋設されているが、永久磁石３２の形状がＶ字形状以外であっても同様の磁束７０，７２，７３が発生する。
【００３９】
これに対して本実施形態では、図８に示すように、永久磁石３３の外周側磁極面３３ｂの磁束７４がロータコア５３を介してステータ１６（ステータコア５１）に作用する。そのため、この磁束７４が、周方向に隣接する永久磁石３３の外周側磁極面３３ｂ間をステータ１６（ステータコア５１）を介して流れることでトルク（磁石トルク）に寄与する有効磁束として働く。さらに、周方向に隣接する永久磁石３３の外周側磁極面３３ｂ間でステータ１６を介さずにロータコア５３を通って回り込む漏れ磁束７５が空隙５４により抑制されるので、磁石トルクに寄与する有効磁束７４を増加させることができる。その際には、空隙５４の永久磁石３３側（径方向内側端部）の幅ｂを小さくし、空隙５４のステータ１６側（径方向外側端部）の幅ａを大きくすることで、永久磁石３３の外周側磁極面３３ｂにおける有効磁束７４の流れが空隙５４により阻害されるのを防ぎつつ、トルクに寄与しない漏れ磁束７５を減少させることができる。そして、空隙５４の永久磁石３３側の幅ｂを小さくすることで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間のトルクに寄与する有効磁束６１の減少を抑えることもできる。さらに、本実施形態では、ステータ巻線２０に流れる電流により磁化したステータティース５１ａ間をロータコア５３を介して流れることでリラクタンストルクに寄与する有効磁束７６も発生する。磁石トルクとともにリラクタンストルクも併用することで、ステータ１６と出力側ロータ１８との間のトルクを増大させることができる。空隙５４の形状を変えることで、磁石トルクとリラクタンストルクとの配分等の磁気特性を変化させることも可能である。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態によれば、少ない永久磁石量で、ステータ１６と出力側ロータ１８との間のトルクの低下を抑えつつ、入力側ロータ２８のロータ巻線３０への電力供給を行うことなく入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間のトルクを増大させることができる。
【００４１】
また、出力側ロータ１８の回転に伴って永久磁石３２，３３には遠心力が作用する。図７に示すＩＰＭ型の構成において、永久磁石３２，３３をロータコア５３（電磁鋼板）の強度で保持する場合は、永久磁石３２の端部と出力側ロータ１８（ロータコア５３）の外周面５３ｂとの間の磁気的な橋絡部分（漏れ磁束７２が通る部分）のみで永久磁石３２，３３の遠心力を受けることになる。そのため、遠心力に対する永久磁石３２，３３の保持力が低下し、出力側ロータ１８の強度が低下しやすくなる。
【００４２】
これに対して本実施形態において、永久磁石３３をロータコア５３（電磁鋼板）の強度で保持する場合は、ロータコア５３の内周側の磁気的な橋絡部分５３ｃとロータコア５３の外周側の磁気的な橋絡部分５３ｄとで永久磁石３３の遠心力を受けることができる。そのため、遠心力に対する永久磁石３３の保持力を増すことができ、出力側ロータ１８の強度を向上させることができる。
【００４３】
次に、出力側ロータ１８の他の構成例について説明する。
【００４４】
図９に示す構成例では、図３，４に示す構成例と比較して、各永久磁石３３がロータコア５３の内周面（入力側ロータ２８との対向面）に形成された溝内に装着されている。この場合は、ロータコア５３が周方向に隣接する永久磁石３３間にも位置する。この構成例によれば、入力側ロータ２８への引付力及びロータ回転方向への力に対して、永久磁石３３の貼り付け強度を向上させることができる。
【００４５】
また、図１０に示す構成例では、図９に示す構成例と比較して、ロータコア５３の内周面の溝内に装着された各永久磁石３３が角型であり、内周側磁極面３３ａ及び外周側磁極面３３ｂが平面である。この構成例においても、入力側ロータ２８への引付力及びロータ回転方向への力に対して、永久磁石３３の貼り付け強度を向上させることができる。さらに、この構成例によれば、永久磁石３３のコスト削減を図ることができる。
【００４６】
また、図１１に示す構成例では、図３，４に示す構成例と比較して、複数の永久磁石３３は、入力側ロータ２８（ロータティース５２ａ）と薄いロータコア（鉄心）の層５３ｆを介して対向する状態で周方向に沿って配列されている。この構成例においても、入力側ロータ２８への引付力及びロータ回転方向への力に対して、永久磁石３３の貼り付け強度を向上させることができる。
【００４７】
以上の実施形態の説明では、整流器９３で整流された電力を電圧変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータとして昇圧コンバータ９４を設けた場合について説明した。ただし、本実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータとして降圧コンバータや昇降圧コンバータを設けることも可能である。
【００４８】
また、以上の実施形態の説明では、ロータ巻線３０の交流電力を取り出すための電力伝達部として、スリップリング９５及びブラシ９６を設けた場合について説明した。ただし、本実施形態では、ロータ巻線３０の交流電力を取り出すための電力伝達部として、ロータ巻線３０に電気的に接続された巻線が配設され入力側ロータ２８に機械的に連結されたトランスロータと、整流器９３に電気的に接続され且つトランスロータの巻線と電磁気的に結合する巻線が配設されたトランスステータと、を設けることも可能である。
【００４９】
また、本実施形態では、回転電機１０の入力軸３４と出力軸２４とを入れ替えることもでき、第２ロータ１８を入力軸３４に機械的に連結し、第１ロータ２８を出力軸２４に機械的に連結することもできる。すなわち、第２ロータ１８がエンジン３６に機械的に連結され、第１ロータ２８が変速機４４を介して車輪３８に機械的に連結されていてもよい。この場合は、エンジン３６からの動力が入力軸３４に連結された第２ロータ１８に伝達され、出力軸２４に連結された第１ロータ２８からの動力が変速機４４で変速されて車輪３８に伝達されるため、第２ロータ１８が入力側ロータとなり、第１ロータ２８が出力側ロータとなる。
【００５０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【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】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】出力側ロータ１８がＩＰＭ型の構成の場合に入力側ロータ２８及び出力側ロータ１８における磁束の流れを説明する図である。
【図６】本発明の実施形態の入力側ロータ２８及び出力側ロータ１８における磁束の流れを説明する図である。
【図７】出力側ロータ１８がＩＰＭ型の構成の場合に出力側ロータ１８及びステータ１６における磁束の流れを説明する図である。
【図８】本発明の実施形態の出力側ロータ１８及びステータ１６における磁束の流れを説明する図である。
【図９】入力側ロータ２８、出力側ロータ１８、及びステータ１６の他の構成例を示す図である。
【図１０】入力側ロータ２８、出力側ロータ１８、及びステータ１６の他の構成例を示す図である。
【図１１】入力側ロータ２８、出力側ロータ１８、及びステータ１６の他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  回転電機、１６  ステータ、１８  出力側ロータ（第２ロータ）、２０  ステータ巻線、２４  出力軸、２８  入力側ロータ（第１ロータ）、３０  ロータ巻線、３３  永久磁石、３４  入力軸、３６  エンジン、３８  車輪、４０  インバータ、４２  蓄電装置、４４  変速機、４８  クラッチ、５０  電子制御ユニット、５１  ステータコア、５２，５３  ロータコア、５４  空隙、９３  整流器、９４  昇圧コンバータ、９５  スリップリング、９６  ブラシ。
【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】
2010114959.tif 000009
【図８】
2010114959.tif 000010
【図９】
2010114959.tif 000011
【図１０】
2010114959.tif 000012
【図１１】
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