(57)【要約】【課題】エンジンから負荷へ伝達されるトルクの減少を招くことなく電力変換装置の素子の容量を低減することで低コスト化を実現する。【解決手段】クランキング用インバータ４１は、蓄電装置４２からの直流電力を交流に変換してロータ巻線３０に供給する。整流器９３は、ロータ巻線３０に発生した交流電力を整流し、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４は、整流器９３で整流された直流電力を電圧変換して出力する。モータ用インバータ４０は、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４で電圧変換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を交流に変換してステータ巻線２０に供給する。インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６の容量は、ダイオードＤ３１〜Ｄ３６の容量、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１の容量、及びインバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６の容量よりも小さい。【選択図】図４
2010206971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの始動を行うための交流電力が供給され且つエンジンからの動力を利用して交流電力が発生可能な回転電機の第１巻線と、回転子に動力を発生させるための交流電力が供給される回転電機の第２巻線との間で電力変換を行うことが可能な電力変換装置であって、
蓄電装置からの直流電力を第１インバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により交流に変換して第１巻線に供給することでエンジンの始動を行うことが可能な第１インバータと、
第１巻線に発生した交流電力を整流素子により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コンバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により電圧変換して出力することが可能な第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、
第１ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された直流電力と蓄電装置からの直流電力とのいずれかを第２インバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により交流に変換して第２巻線に供給することで回転子に動力を発生させることが可能な第２インバータと、
を備え、
第１インバータ用スイッチング素子の容量が、整流素子の容量、コンバータ用スイッチング素子の容量、及び第２インバータ用スイッチング素子の容量よりも小さい、電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、整流器で整流された直流電力をコンバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により昇圧して出力する昇圧動作と、整流器で整流された直流電力をコンバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により降圧して出力する降圧動作とのいずれかを選択的に行うことが可能な昇降圧コンバータである、電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置であって、
第１巻線から第１インバータを介して蓄電装置に流れる電流を遮断することが可能なインバータ用遮断手段を備え、
第１巻線に発生する誘導起電力の大きさが蓄電装置の電圧以上である場合は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータが降圧動作を行い、インバータ用遮断手段が第１巻線から第１インバータを介して蓄電装置に流れる電流を遮断する、電力変換装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の電力変換装置であって、
第１巻線に発生する誘導起電力の大きさが蓄電装置の電圧よりも低い場合は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータが昇圧動作を行う、電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
蓄電装置からの直流電力を電圧変換して出力することが可能な第２ＤＣ−ＤＣコンバータを備え、
第１インバータは、第２ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された直流電力を第１インバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により交流に変換して第１巻線に供給することでエンジンの始動を行うことが可能であり、
第２インバータは、第１ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された直流電力と第２ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された直流電力とのいずれかを第２インバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により交流に変換して第２巻線に供給することで回転子に動力を発生させることが可能である、電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置であって、
第１巻線に発生する誘導起電力の大きさが蓄電装置の電圧以上である場合は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、その出力電圧が第１巻線に発生する誘導起電力の大きさよりも高くなるように、蓄電装置からの直流電力を電圧変換して出力する、電力変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、整流器で整流された直流電力をコンバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により昇圧して出力することが可能な昇圧コンバータである、電力変換装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電力変換装置であって、
第１巻線から蓄電装置に流れる電流を遮断することが可能な遮断手段を備え、
第１巻線に発生する誘導起電力の大きさが蓄電装置の電圧以上である場合は、遮断手段が第１巻線から蓄電装置に流れる電流を遮断する、電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電力変換装置であって、
遮断手段は、第１巻線から第１ＤＣ−ＤＣコンバータを介して蓄電装置に流れる電流を遮断することが可能なコンバータ用遮断手段を含み、
第１巻線に発生する誘導起電力の大きさが蓄電装置の電圧以上である場合は、コンバータ用遮断手段が第１巻線から第１ＤＣ−ＤＣコンバータを介して蓄電装置に流れる電流を遮断する、電力変換装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の電力変換装置であって、
遮断手段は、第１巻線から第１インバータを介して蓄電装置に流れる電流を遮断することが可能なインバータ用遮断手段を含み、
第１巻線に発生する誘導起電力の大きさが蓄電装置の電圧以上である場合は、インバータ用遮断手段が第１巻線から第１インバータを介して蓄電装置に流れる電流を遮断する、電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１巻線をリアクトルとして利用して整流器で整流された直流電力を電圧変換する、電力変換装置。
【請求項１２】
エンジンの始動を行うための交流電力が供給され且つエンジンからの動力を利用して交流電力が発生可能な回転電機の第１巻線と、回転子に動力を発生させるための交流電力が供給される回転電機の第２巻線との間で電力変換を行うことが可能な電力変換装置であって、
蓄電装置からの直流電力を第１インバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により交流に変換して第１巻線に供給することでエンジンの始動を行うことが可能であり、第１巻線に発生した交流電力を整流素子により整流することが可能な第１インバータと、
第１インバータの整流素子で整流された直流電力をコンバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により電圧変換して出力することが可能なＤＣ−ＤＣコンバータと、
ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された直流電力と蓄電装置からの直流電力とのいずれかを第２インバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により交流に変換して第２巻線に供給することで回転子に動力を発生させることが可能な第２インバータと、
ＤＣ−ＤＣコンバータと並列に設けられ、第１インバータと蓄電装置との間を流れる電流を許容または遮断するスイッチと、
を備え、
第１インバータ用スイッチング素子の容量が、整流素子の容量、コンバータ用スイッチング素子の容量、及び第２インバータ用スイッチング素子の容量よりも小さい、電力変換装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電力変換装置であって、
ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング動作を行う場合は、第１インバータ用スイッチング素子をオフに制御し、第１インバータと蓄電装置との間を流れる電流をスイッチにより遮断する、電力変換装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１に記載の電力変換装置を備える動力伝達装置であって、
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巻線として前記第１巻線が配設された第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巻線として前記第２巻線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、負荷へ動力を伝達する第２回転子であって、前記第１巻線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、前記第２巻線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、
前記第１巻線は、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する、動力伝達装置。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか１に記載の電力変換装置を備える動力伝達装置であって、
第１回転部に伝達されたエンジンからの動力を第２回転部及び第３回転部に分配することが可能な動力分配機構と、
第２回転部に分配された動力が伝達される第１回転子と、
第３回転部に分配された動力が伝達される変速機と、
変速機へ動力を伝達可能な第２回転子と、
第１回転子に伝達された動力を利用して前記第１巻線に交流電力を発生させることが可能な第１固定子と、
前記第２巻線に供給された交流電力を利用して第２回転子に動力を発生させることが可能な第２固定子と、
を備える、動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達装置及び電力変換装置に関し、特に、エンジンからの動力を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、及びこの動力伝達装置にて用いられる電力変換装置に関する。
【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、磁石が配設され駆動輪に機械的に連結された第１ロータと、第１ロータの磁石と電磁気的に結合する三相巻線が配設されエンジン（原動機）に機械的に連結された第２ロータと、第１ロータの磁石と電磁気的に結合する三相巻線が配設されたステータと、第２ロータの三相巻線に電気的に接続された三相巻線が配設され第２ロータに機械的に連結されたトランスロータと、トランスロータの三相巻線と電磁気的に結合する三相巻線が配設されたトランスステータと、バッテリーとステータの三相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、バッテリーとトランスステータの三相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２ロータに伝達されたエンジンからの動力は、第２ロータの三相巻線と第１ロータの磁石との電磁気結合によって第１ロータに伝達されるため、エンジンの動力により駆動輪を駆動することができる。さらに、トランスステータの三相巻線とトランスロータの三相巻線との電磁気結合によって、第２インバータを介してバッテリーと第２ロータの三相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２ロータの三相巻線の電力を制御することで、駆動輪の回転速度を制御することができる。その場合において、第２ロータの回転速度が第１ロータの回転速度よりも高いときは、第２ロータの三相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２ロータの回転速度が第１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２ロータの三相巻線に供給される。さらに、ステータの三相巻線と第１ロータの磁石との電磁気結合によって、バッテリー側から第１インバータを介してステータの三相巻線に供給された電力を用いて第１ロータに動力を発生させて駆動輪を駆動することができるため、第１インバータによりステータの三相巻線への電力供給を制御することで、駆動輪に伝達されるトルクを制御することができる。また、バッテリーから第１インバータを介してステータの三相巻線に供給された電力を用いて第１ロータに動力を発生させることで、エンジンが動力を発生していなくても駆動輪を駆動することができる。また、バッテリーから第２インバータを介して第２ロータの三相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で、エンジンの始動を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０６７５９４号公報
【特許文献２】特開２００７−１１６８３７号公報
【特許文献３】特開平９−４６８１５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、第２インバータは、駆動輪の回転速度を制御するために、第２ロータの回転速度が第１ロータの回転速度よりも高いときは、第２ロータの三相巻線の交流電力を直流に変換してバッテリー側へ供給し、第２ロータの回転速度が第１ロータの回転速度よりも低いときは、バッテリーからの直流電力を交流に変換して第２ロータの三相巻線に供給する役割を果たす。さらに、第２インバータは、エンジンの始動を行うために、バッテリーからの直流電力を交流に変換して第２ロータの三相巻線に供給する役割も果たす。エンジンの始動を行うためのクランキングトルクは、第２ロータの三相巻線と第１ロータの磁石との電磁気結合によってエンジンから第１ロータ（駆動輪）へ伝達されるトルクよりも小さくて済むため、エンジンの始動を行う場合に第２インバータを介してバッテリーから第２ロータの三相巻線に供給される電力は小さくて済む。ただし、エンジンから駆動輪へ伝達されるトルクを増大させるためには、第１ロータと第２ロータ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、第２インバータを介してバッテリー側と第２ロータの三相巻線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、第２インバータの素子の容量を増大させる必要があり、コスト高を招くことになる。一方、第２インバータの素子の容量を減少させると、第２インバータを介してバッテリー側と第２ロータの三相巻線との間で授受可能な最大電力も減少するため、第１ロータと第２ロータとの間に発生可能な最大トルクが減少し、エンジンから駆動輪へ伝達されるトルクが減少する。
【０００５】
本発明は、エンジンから負荷へ伝達されるトルクの減少を招くことなく電力変換装置の素子の容量を低減することで低コスト化を実現す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及び電力変換装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明に係る電力変換装置は、エンジンの始動を行うための交流電力が供給され且つエンジンからの動力を利用して交流電力が発生可能な回転電機の第１巻線と、回転子に動力を発生させるための交流電力が供給される回転電機の第２巻線との間で電力変換を行うことが可能な電力変換装置であって、蓄電装置からの直流電力を第１インバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により交流に変換して第１巻線に供給することでエンジンの始動を行うことが可能な第１インバータと、第１巻線に発生した交流電力を整流素子により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コンバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により電圧変換して出力することが可能な第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、第１ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された直流電力と蓄電装置からの直流電力とのいずれかを第２インバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により交流に変換して第２巻線に供給することで回転子に動力を発生させることが可能な第２インバータと、を備え、第１インバータ用スイッチング素子の容量が、整流素子の容量、コンバータ用スイッチング素子の容量、及び第２インバータ用スイッチング素子の容量よりも小さいことを要旨とする。
【０００８】
本発明の一態様では、第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、整流器で整流された直流電力をコンバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により昇圧して出力する昇圧動作と、整流器で整流された直流電力をコンバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により降圧して出力する降圧動作とのいずれかを選択的に行うことが可能な昇降圧コンバータであることが好適である。この態様では、第１巻線から第１インバータを介して蓄電装置に流れる電流を遮断することが可能なインバータ用遮断手段を備え、第１巻線に発生する誘導起電力の大きさが蓄電装置の電圧以上である場合は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータが降圧動作を行い、インバータ用遮断手段が第１巻線から第１インバータを介して蓄電装置に流れる電流を遮断することが好適である。また、この態様では、第１巻線に発生する誘導起電力の大きさが蓄電装置の電圧よりも低い場合は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータが昇圧動作を行うことが好適である。
【０００９】
本発明の一態様では、蓄電装置からの直流電力を電圧変換して出力することが可能な第２ＤＣ−ＤＣコンバータを備え、第１インバータは、第２ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された直流電力を第１インバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により交流に変換して第１巻線に供給することでエンジンの始動を行うことが可能であり、第２インバータは、第１ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された直流電力と第２ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された直流電力とのいずれかを第２インバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により交流に変換して第２巻線に供給することで回転子に動力を発生させることが可能であることが好適である。この態様では、第１巻線に発生する誘導起電力の大きさが蓄電装置の電圧以上である場合は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、その出力電圧が第１巻線に発生する誘導起電力の大きさよりも高くなるように、蓄電装置からの直流電力を電圧変換して出力することが好適である。
【００１０】
本発明の一態様では、第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、整流器で整流された直流電力をコンバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により昇圧して出力することが可能な昇圧コンバータであることが好適である。この態様では、第１巻線から蓄電装置に流れる電流を遮断することが可能な遮断手段を備え、第１巻線に発生する誘導起電力の大きさが蓄電装置の電圧以上である場合は、遮断手段が第１巻線から蓄電装置に流れる電流を遮断することが好適である。さらに、この態様では、遮断手段は、第１巻線から第１ＤＣ−ＤＣコンバータを介して蓄電装置に流れる電流を遮断することが可能なコンバータ用遮断手段を含み、第１巻線に発生する誘導起電力の大きさが蓄電装置の電圧以上である場合は、コンバータ用遮断手段が第１巻線から第１ＤＣ−ＤＣコンバータを介して蓄電装置に流れる電流を遮断することが好適である。また、この態様では、遮断手段は、第１巻線から第１インバータを介して蓄電装置に流れる電流を遮断することが可能なインバータ用遮断手段を含み、第１巻線に発生する誘導起電力の大きさが蓄電装置の電圧以上である場合は、インバータ用遮断手段が第１巻線から第１インバータを介して蓄電装置に流れる電流を遮断することが好適である。
【００１１】
本発明の一態様では、第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１巻線をリアクトルとして利用して整流器で整流された直流電力を電圧変換することが好適である。
【００１２】
また、本発明に係る電力変換装置は、エンジンの始動を行うための交流電力が供給され且つエンジンからの動力を利用して交流電力が発生可能な回転電機の第１巻線と、回転子に動力を発生させるための交流電力が供給される回転電機の第２巻線との間で電力変換を行うことが可能な電力変換装置であって、蓄電装置からの直流電力を第１インバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により交流に変換して第１巻線に供給することでエンジンの始動を行うことが可能であり、第１巻線に発生した交流電力を整流素子により整流することが可能な第１インバータと、第１インバータの整流素子で整流された直流電力をコンバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により電圧変換して出力することが可能なＤＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータで電圧変換された直流電力と蓄電装置からの直流電力とのいずれかを第２インバータ用スイッチング素子のスイッチング動作により交流に変換して第２巻線に供給することで回転子に動力を発生させることが可能な第２インバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータと並列に設けられ、第１インバータと蓄電装置との間を流れる電流を許容または遮断するスイッチと、を備え、第１インバータ用スイッチング素子の容量が、整流素子の容量、コンバータ用スイッチング素子の容量、及び第２インバータ用スイッチング素子の容量よりも小さいことを要旨とする。
【００１３】
本発明の一態様では、ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング動作を行う場合は、第１インバータ用スイッチング素子をオフに制御し、第１インバータと蓄電装置との間を流れる電流をスイッチにより遮断することが好適である。
【００１４】
また、本発明に係る動力伝達装置は、本発明に係る電力変換装置を備える動力伝達装置であって、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巻線として前記第１巻線が配設された第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巻線として前記第２巻線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、負荷へ動力を伝達する第２回転子であって、前記第１巻線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、前記第２巻線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、前記第１巻線は、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することを要旨とする。
【００１５】
また、本発明に係る動力伝達装置は、本発明に係る電力変換装置を備える動力伝達装置であって、第１回転部に伝達されたエンジンからの動力を第２回転部及び第３回転部に分配することが可能な動力分配機構と、第２回転部に分配された動力が伝達される第１回転子と、第３回転部に分配された動力が伝達される変速機と、変速機へ動力を伝達可能な第２回転子と、第１回転子に伝達された動力を利用して前記第１巻線に交流電力を発生させることが可能な第１固定子と、前記第２巻線に供給された交流電力を利用して第２回転子に動力を発生させることが可能な第２固定子と、を備えることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、エンジンから負荷へ伝達されるトルクの減少を招くことなく、電力変換装置の素子の容量を低減することができ、低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１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１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１に係る動力伝達装置の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る動力伝達装置にて用いられる電力変換装置の概略構成を示す図である。
【図５】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６】入力側ロータ２８と出力側ロータ１８の相対回転速度−トルク特性の一例を示す図である。
【図７】入力側ロータ２８と出力側ロータ１８の相対回転速度−トルク特性の一例を示す図である。
【図８】ロータ巻線３０及びその外部回路９７の等価回路を示す図である。
【図９】発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の構成例を示す図である。
【図１０】スイッチング素子Ｓ１のオン状態での等価回路を示す図である。
【図１１】スイッチング素子Ｓ１のオフ状態での等価回路を示す図である。
【図１２】エンジン３６の回転速度ωeの振る舞いが安定となる条件を説明する図である。
【図１３】エンジン３６の回転速度ωeの振る舞いが不安定となる条件を説明する図である。
【図１４】エンジン３６の回転速度ωeの振る舞いが安定となる条件を説明する図である。
【図１５】ＥＶ走行時にエンジン３６を始動する場合に電子制御ユニット５０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施形態１に係る動力伝達装置にて用いられる電力変換装置の他の概略構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態１に係る動力伝達装置にて用いられる電力変換装置の他の概略構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態１に係る動力伝達装置にて用いられる電力変換装置の他の概略構成を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態２に係る動力伝達装置にて用いられる電力変換装置の概略構成を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態３に係る動力伝達装置にて用いられる電力変換装置の概略構成を示す図である。
【図２１】本発明の実施形態４に係る動力伝達装置にて用いられる電力変換装置の概略構成を示す図である。
【図２２】本発明の実施形態５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２３】本発明の実施形態５に係る動力伝達装置の概略構成を示す図である。
【図２４】本発明の実施形態５に係る動力伝達装置にて用いられる電力変換装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
「実施形態１」
図１〜４は、本発明の実施形態１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及び電力変換装置の構成の概略を示し、図３は回転電機１０の構成の概略を示し、図４は電力変換装置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、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。
【００２０】
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、以下の実施形態１〜４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。
【００２１】
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）の第１巻線３０と、を含む。複数相の第１巻線３０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、第１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。
【００２２】
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）の第２巻線２０と、を含む。複数相の第２巻線２０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、第２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。なお、以下の実施形態１〜４の説明では、第１巻線３０をロータ巻線とし、第２巻線２０をステータ巻線とする。
【００２３】
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。
【００２４】
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５に示す。図５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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。モータ用インバータ４０は、蓄電装置４２（直流電源）の正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに並列接続され、ステータ巻線２０の各相２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ毎に対応して設けられた複数（図４では３本）のスイッチングアーム７２，７４，７６を備える。スイッチングアーム７２は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに直列接続された１対のインバータ用スイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２２と、インバータ用スイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２２のそれぞれと逆並列接続された１対のダイオード（整流素子）Ｄ２１，Ｄ２２とを含む。同様に、スイッチングアーム７４は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに直列接続された１対のインバータ用スイッチング素子Ｓ２３，Ｓ２４と、インバータ用スイッチング素子Ｓ２３，Ｓ２４のそれぞれと逆並列接続された１対のダイオードＤ２３，Ｄ２４とを含み、スイッチングアーム７６は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに直列接続された１対のインバータ用スイッチング素子Ｓ２５，Ｓ２６と、インバータ用スイッチング素子Ｓ２５，Ｓ２６のそれぞれと逆並列接続された１対のダイオードＤ２５，Ｄ２６とを含む。３相のステータ巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗは、Ｙ（スター）結線されており、各スイッチングアーム７２，７４，７６の中点とそれぞれ接続されている。モータ用インバータ４０は、インバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６のオンオフを繰り返すスイッチング動作により、蓄電装置４２からの直流電力を３相交流に変換してステータ巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗへ供給することが可能である。さらに、モータ用インバータ４０は、ステータ巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの３相交流電力を直流に変換して蓄電装置４２に回収する方向の変換も可能である。
【００２７】
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。
【００２８】
整流器９３は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに並列接続され、ロータ巻線３０の各相３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ毎に対応して設けられた複数（図４では３本）の整流アーム６２，６４，６６を備える。整流アーム６２は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに直列接続された１対のダイオード（整流素子）Ｄ３１，Ｄ３２を含む。同様に、整流アーム６４は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに直列接続された１対のダイオードＤ３３，Ｄ３４を含み、整流アーム６６は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに直列接続された１対のダイオードＤ３５，Ｄ３６を含む。３相のロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗは、Ｙ（スター）結線されており、スリップリング９５及びブラシ９６を介して各整流アーム６２，６４，６６の中点とそれぞれ接続されている。整流器９３は、スリップリング９５及びブラシ９６により取り出されたロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗの３相交流電力をダイオード（整流素子）Ｄ３１〜Ｄ３６により整流して直流に変換することが可能である。
【００２９】
発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で整流アーム６２，６４，６６と並列接続されたコンバータ用スイッチング素子Ｓ１と、正側ラインＰＬに設けられ、アノード側がコンバータ用スイッチング素子Ｓ１の一端に接続されるとともにカソード側が蓄電装置４２の一端（正側端子）に接続されたダイオードＤ１と、を備える昇圧コンバータにより構成されている。発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４は、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１のオンオフを繰り返すスイッチング動作により、整流器９３（ダイオードＤ１１〜Ｄ１６）で整流された直流電力を電圧変換（昇圧）して出力することが可能である。発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４で電圧変換（昇圧）された直流電力は、モータ用インバータ４０で交流に変換されてからステータ巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗへ供給可能である。つまり、モータ用インバータ４０は、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４で電圧変換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）をインバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６のスイッチング動作により交流に変換してステータ巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗへ供給することが可能である。そのため、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗとステータ巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗとの間で電力変換を行うことが可能である。また、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４で電圧変換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（ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ側）から発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４側への一方向のみの電力変換を行い、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４は、整流器９３側から蓄電装置４２側（あるいはモータ用インバータ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及び発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４は、スリップリング９５側から蓄電装置４２側（あるいはモータ用インバータ４０側）への一方向のみの電力変換を行う。
【００３０】
発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のスイッチング動作の際には、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１のスイッチング周波数をロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗの３相交流電力の周波数よりも高くすることで、３相のロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗがリアクトルとして機能する。そのため、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４にリアクトルを別途設ける必要がなくなる。例えば、整流アーム６２，６４，６６の中点の電圧のうち、ロータ巻線３０Ｕに接続された整流アーム６２の中点の電圧が最も高く、ロータ巻線３０Ｖに接続された整流アーム６４の中点の電圧が最も低い場合は、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖをリアクトルとして利用することができる。その場合において、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１をオンすると、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖにエネルギーが一時的に蓄積され、この状態でコンバータ用スイッチング素子Ｓ１をオンからオフすると、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖに蓄積されたエネルギーがダイオードＤ１を介して蓄電装置４２やモータ用インバータ４０へ供給される。その際に、蓄電装置４２やモータ用インバータ４０への供給電圧（発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の出力電圧）については、整流器９３の出力電圧（発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の入力電圧）よりも高くすることができる。また、整流アーム６２，６４，６６の中点の電圧のうち、ロータ巻線３０Ｖに接続された整流アーム６４の中点の電圧が最も高く、ロータ巻線３０Ｗに接続された整流アーム６６の中点の電圧が最も低い場合は、ロータ巻線３０Ｖ，３０Ｗをリアクトルとして利用することができる。このように、リアクトルとして機能するロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗが各整流アーム６２，６４，６６の中点の電圧（各ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗの電圧）に応じて順次切り替わり、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４は、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗのうち、電圧の最も高いロータ巻線と電圧の最も低いロータ巻線とをリアクトルとして利用して、整流器９３で整流された直流電力を電圧変換（昇圧）することができる。ただし、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４は、整流器９３からの直流電流に応じてエネルギーを一時的に蓄積可能なリアクトルを別途備えていてもよい。その場合は、リアクトルの一端は、整流器９３（ダイオードＤ３１，Ｄ３３，Ｄ３５のカソード側）に接続され、リアクトルの他端は、ダイオードＤ１のアノード側及びコンバータ用スイッチング素子Ｓ１の一端に接続される。また、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の出力側には、蓄電装置４２と並列に平滑コンデンサが設けられていてもよい。また、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４（昇圧コンバータ）の構成は、図４に示す構成に限られるものではなく、他の構成を用いることもできる。
【００３１】
クランキング用インバータ４１は、整流器９３及び発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４に対し並列に設けられている。クランキング用インバータ４１は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに並列接続され、ロータ巻線３０の各相３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ毎に対応して設けられた複数（図４では３本）のスイッチングアーム８２，８４，８６を備える。スイッチングアーム８２は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに直列接続された１対のインバータ用スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２と、インバータ用スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２のそれぞれと逆並列接続された１対のダイオード（整流素子）Ｄ１１，Ｄ１２とを含む。同様に、スイッチングアーム８４は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに直列接続された１対のインバータ用スイッチング素子Ｓ１３，Ｓ１４と、インバータ用スイッチング素子Ｓ１３，Ｓ１４のそれぞれと逆並列接続された１対のダイオードＤ１３，Ｄ１４とを含み、スイッチングアーム８６は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに直列接続された１対のインバータ用スイッチング素子Ｓ１５，Ｓ１６と、インバータ用スイッチング素子Ｓ１５，Ｓ１６のそれぞれと逆並列接続された１対のダイオードＤ１５，Ｄ１６とを含む。Ｙ（スター）結線された３相のロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗは、スリップリング９５及びブラシ９６を介して各スイッチングアーム８２，８４，８６の中点とそれぞれ接続されている。クランキング用インバータ４１は、インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６のオンオフを繰り返すスイッチング動作により、蓄電装置４２からの直流電力を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３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗへ供給することが可能である。本実施形態では、クランキング用インバータ４１の容量が、整流器９３の容量、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の容量、及びモータ用インバータ４０の容量よりも小さい。より具体的には、インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６の容量が、ダイオードＤ３１〜Ｄ３６の容量、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１の容量、及びインバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６の容量よりも小さく、さらに、ダイオードＤ１の容量、及びダイオードＤ２１〜Ｄ２６の容量よりも小さい。そして、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６の容量も、ダイオードＤ３１〜Ｄ３６の容量、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１の容量、及びインバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６の容量よりも小さく、さらに、ダイオードＤ１の容量、及びダイオードＤ２１〜Ｄ２６の容量よりも小さい。
【００３２】
電子制御ユニット５０は、モータ用インバータ４０のインバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６のスイッチング動作を制御することで、ステータ巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ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、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のコンバータ用スイッチング素子Ｓ１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、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換比を制御して、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ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、クランキング用インバータ４１のインバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６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３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに流れる交流電流を制御することが可能である。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。
【００３３】
モータ用インバータ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、ステータ巻線２０には、出力側ロータ１８に動力（機械的動力）を発生させるための交流電力が供給され、モータ用インバータ４０のスイッチング動作により、蓄電装置４２（あるいは発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４）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の動力に変換することができる。さらに、モータ用インバータ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５に示すように、永久磁石３２間に突極部として磁性体（強磁性体）がステータ１６（ティース５１ａ）と対向して配置されている例や、永久磁石３２が出力側ロータ１８内（ロータコア５３内）に埋設されている例では、ステータ１６の発生する回転磁界が出力側ロータ１８に作用するのに応じて、磁石トルクに加えてリラクタンストルクもステータ１６と出力側ロータ１８との間に作用する。そして、インバータ４０は双方向の電力変換が可能であり、蓄電装置４２はステータ巻線２０に対して電力の送受が可能である。
【００３４】
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。
【００３５】
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、発電用ＤＣ−ＤＣ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発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換比（昇圧比）を制御する。これによって、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４から蓄電装置４２とモータ用インバータ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、モータ用インバータ４０のスイッチング動作を行わない状態で発電用ＤＣ−ＤＣ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発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換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、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のコンバータ用スイッチング素子Ｓ１をオフ状態に維持して発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４による電圧変換（昇圧）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。
【００３６】
また、クランキング用インバータ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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、発電用ＤＣ−ＤＣ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発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換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。
【００３９】
さらに、エンジン３６からの動力を利用してロータ巻線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整流器９３で直流に整流され、整流された直流電力は発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４で電圧変換される。そして、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４からの直流電力がモータ用インバータ４０で交流に変換されてからステータ巻線２０に供給されることで、ステータ１６に回転磁界が形成される。このステータ１６の回転磁界と出力側ロータ１８の永久磁石３２の界磁束との電磁気相互作用によっても、出力側ロータ１８にトルクが作用する。これによって、出力側ロータ１８のトルクを増幅させるトルク増幅機能を実現することができる。また、発電用ＤＣ−ＤＣ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、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のスイッチング動作を行うときは、クランキング用インバータ４１のスイッチング動作を行わない。
【００４０】
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モータ用インバータ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モータ用インバータ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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、電子制御ユニット５０は、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４における電圧変換比を制御することで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に作用するトルクを制御することができ、エンジン３６のトルクを制御することができる。以下、その理由について説明する。
【００４３】
入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に作用するトルク（以下、電磁カップリングトルクとする）は、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との相対回転速度に応じて変化し、一般に図６に示すような相対回転速度−トルク特性で表される。さらに、相対回転速度−トルク特性は負荷抵抗に応じて変化し、図７に示すように、負荷抵抗の増加に対して電磁カップリングトルクのピーク値が相対回転速度の高い側へ推移する（比例推移）。そのため、負荷抵抗の調整により相対回転速度−トルク特性を制御することができ、負荷抵抗を大きい値に調整すると電磁カップリングトルクのピーク値が相対回転速度の高い側へ調整され、負荷抵抗を小さい値に調整すると電磁カップリングトルクのピーク値が相対回転速度の低い側へ調整される。ここでの負荷抵抗は、図８に示すロータ巻線３０の外部回路９７における等価抵抗を表し、この外部回路９７には、スリップリング９５、ブラシ９６、整流器９３、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４、モータ用インバータ４０、及びステータ巻線２０等が含まれる。これらの中で、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４及びモータ用インバータ４０が等価抵抗（負荷抵抗）の可調整要素である。
【００４４】
外部回路９７のうち、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４に着目した等価回路を図９に示す。図９における外部回路９８には、モータ用インバータ４０及びステータ巻線２０等が含まれる。図９に示す例では、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４は、リアクトルＬ１とダイオードＤ１とコンバータ用スイッチング素子Ｓ１と平滑コンデンサＣとを含んで構成され、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１をオンオフさせるスイッチング動作によりａ−ａ’端子間電圧Ｅ1とｂ−ｂ’端子間電圧Ｅ2との電圧変換比（昇圧比）Ｅ2／Ｅ1を制御する。ただし、前述のように、ロータ巻線３０をリアクトルとして利用することで、リアクトルＬ１を省略することも可能である。コンバータ用スイッチング素子Ｓ１のオン期間をＴｏｎ、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１のオフ期間をＴｏｆｆ、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１のスイッチング周期をＴ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆとし、スイッチング動作のデューティ比ｄを以下の（１）式のように定義すると、昇圧比Ｅ2／Ｅ1は以下の（２）式で表される。
【００４５】
ｄ＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）      （１）
Ｅ2／Ｅ1＝１／（１−ｄ）      （２）
【００４６】
コンバータ用スイッチング素子Ｓ１のオン状態での等価回路を図１０に、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１のオフ状態での等価回路を図１１に示す。コンバータ用スイッチング素子Ｓ１のオン状態（短絡状態）では、ロータ巻線３０側から見た負荷抵抗は低くなり、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１のオフ状態では、ロータ巻線３０側から見た負荷抵抗は（コンバータ用スイッチング素子Ｓ１のオン状態よりも）高くなる。そのため、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１のオン状態の割合を高くする（デューティ比ｄを大きくして昇圧比を増加させる）と負荷側の等価抵抗は低い値となり、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１のオフ状態の割合を高くする（デューティ比ｄを小さくして昇圧比を減少させる）と負荷側の等価抵抗は高い値となる。さらに、モータ用インバータ４０のスイッチング素子をオフ状態に維持することで、負荷側の等価抵抗をさらに高い値に制御することができる。したがって、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換比を増加させることで、ロータ巻線３０側から見た負荷抵抗を低くして、電磁カップリングトルクのピーク値を相対回転速度の低い側へ推移させることができる。一方、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換比を減少させることで、ロータ巻線３０側から見た負荷抵抗を高くして、電磁カップリングトルクのピーク値を相対回転速度の高い側へ推移させることができる。
【００４７】
また、エンジン３６のトルクをＴe、電磁カップリングトルクをＴc、エンジン軸慣性をＪeとすると、エンジン３６の回転角速度ωeは以下の（３）式で表される。
【００４８】
【数１】
2010206971.tif 000003
【００４９】
ここで、エンジン３６のトルクＴeと出力軸２４（出力側ロータ１８）の回転角速度ωoutがともに一定であり、且つエンジン３６のトルクＴeと電磁カップリングトルクＴcがエンジン３６の回転角速度ωe0でほぼ釣り合った平衡状態を仮定する。この場合、図１２，１３から、回転角速度ωe0近傍において（３）式で表されるエンジン３６の回転角速度ωeの振る舞いが安定となる条件は以下の（４）式で表される。このためには、以下の（５）式が満たされる範囲で本実施形態に係る動力伝達装置を動作させる必要がある。ここで、図１２はエンジン３６の回転角速度ωeの振る舞いが安定となる場合を示し、図１３はエンジン３６の回転角速度ωeの振る舞いが不安定となる場合を示す。したがって、エンジン３６の回転角速度ωeの振る舞いが安定となるためには、図１４に示すように、電磁カップリングトルクがピーク値となる相対回転速度（図１４中の破線で示す）よりも低い範囲で本実施形態に係る動力伝達装置を動作させる必要がある。
【００５０】
【数２】
2010206971.tif 000004
【００５１】
以上のことから、電子制御ユニット５０は、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換比を制御することで、電磁カップリングトルクＴcを制御することができ、エンジン３６のトルクＴeを制御することができる。例えば、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換比を増大させることで、電磁カップリングトルクのピーク値を相対回転速度の低い側へ推移させて電磁カップリングトルクＴc（エンジン３６のトルクＴe）を増大させることができる。一方、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換比を減少させることで、電磁カップリングトルクのピーク値を相対回転速度の高い側へ推移させて電磁カップリングトルクＴc（エンジン３６のトルクＴe）を減少させることができる。さらに、モータ用インバータ４０のスイッチング素子をオフ状態に維持することで、電磁カップリングトルクＴcをさらに減少させることができる。
【００５２】
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、モータ用インバータ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、モータ用インバータ４０のスイッチング動作を制御することで、ステータ巻線２０への供給電力をステータ巻線２０と永久磁石３２との電磁気結合によって出力側ロータ１８の動力に変換し、車輪３８を回転駆動する。このように、エンジン３６が動力を発生していなくても、ステータ巻線２０への電力供給により車輪３８を回転駆動することができる。
【００５３】
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からの直流電力を交流に変換してスリップリング９５を介してロータ巻線３０へ供給するように、クランキング用インバータ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。ここでのクランキング用インバータ４１は、蓄電装置４２側からスリップリング９５側（ロータ巻線３０側）への一方向のみの電力変換を行う。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モータ用インバータ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、クランキング用インバータ４１のスイッチング動作を行うときは、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のスイッチング動作を行わない。
【００５４】
また、ＥＶ走行時に出力側ロータ１８の回転速度がエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度よりも高い場合は、電子制御ユニット５０は、ロータ巻線３０に誘導電流を流すように発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換比を制御して入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間にトルクを作用させることによっても、エンジン３６の始動を行うことが可能である。その際には、電子制御ユニット５０は、入力側ロータ２８の回転速度がエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度以上になるように、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。
【００５５】
ＥＶ走行時にエンジン３６を始動する場合に電子制御ユニット５０が実行する処理の一例を図１５に示す。まずステップＳ１０１において、ＥＶ走行指令が出力されると、ステップＳ１０２において、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モータ用インバータ４０のスイッチング動作を制御することでＥＶ走行を行う。次にステップＳ１０３において、エンジンクランキング指令が出力されると、ステップＳ１０４において、出力側ロータ１８の回転速度Ｎｏｕｔがエンジン始動可能な所定のクランキング回転速度Ｎ０よりも高いか否かが判定される。出力側ロータ１８の回転速度Ｎｏｕｔが所定のクランキング回転速度Ｎ０以下の場合（Ｓ１０４の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ１０５において、蓄電装置４２からスリップリング９５を介してロータ巻線３０へ電力供給するようにクランキング用インバータ４１のスイッチング動作を制御することで、エンジン３６のクランキングを行う。一方、出力側ロータ１８の回転速度Ｎｏｕｔが所定のクランキング回転速度Ｎ０よりも高い場合（Ｓ１０４の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ１０６において、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間にトルクを作用させるように発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換比を制御することで、エンジン３６のクランキングを行う。
【００５６】
ここで、整流器９３及び発電用ＤＣ−ＤＣ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、クランキング用インバータ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、クランキング用インバータ４１を介して蓄電装置４２側とロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ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、クランキング用インバータ４１のインバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６及びダイオードＤ１１〜Ｄ１６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。
【００５７】
これに対して本実施形態では、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のスイッチング動作によりロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ側から蓄電装置４２側（あるいはモータ用インバータ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。そのため、クランキング用インバータ４１のスイッチング動作により蓄電装置４２側からロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ側への電力変換を行う必要があるのは、エンジン３６の始動を行うときだけとなる。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。そのため、エンジン３６の始動を行う場合に、クランキング用インバータ４１を介して蓄電装置４２側からロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ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、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４、及びモータ用インバータ４０を介してロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ側からステータ巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ側へ供給される電力よりも小さくて済む。したがって、各ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ毎に設けられたインバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６の容量は、ダイオードＤ３１〜Ｄ３６の容量、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１の容量、及びインバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６の容量よりも小さくて済み、さらに、ダイオードＤ１の容量、及びダイオードＤ２１〜Ｄ２６の容量よりも小さくて済む。そして、各ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ毎に設けられたダイオードＤ１１〜Ｄ１６の容量も、ダイオードＤ３１〜Ｄ３６の容量、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１の容量、及びインバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６の容量よりも小さくて済み、さらに、ダイオードＤ１の容量、及びダイオードＤ２１〜Ｄ２６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、インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６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。
【００５８】
なお、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動する場合に、車輪３８の回転速度（車両の速度）が高くなると、出力側ロータ１８の回転速度も高くなる。出力側ロータ１８の回転速度が入力側ロータ２８の回転速度よりも高い状態でロータ巻線３０に誘導電流が流れると、出力側ロータ１８にその回転速度を減少させる方向のトルク（制動トルク）が作用することで、車輪３８（車両）に制動力が作用することになる。これに対して本実施形態では、車輪３８の回転速度（車両の速度）が高くなっても、変速機４４の変速比を小さくする方向に変更することで、入力側ロータ２８の回転速度が出力側ロータ１８の回転速度よりも高い状態を維持することができる。その状態では、ロータ巻線３０の誘導電流は、出力側ロータ１８にその回転速度を増大させる方向のトルクを作用させるように流れるため、蓄電装置４２からスリップリング９５を介してロータ巻線３０へ電力を供給することなく、出力側ロータ１８（車輪３８）に制動トルクが作用するのを防止することができる。さらに、本実施形態では、出力側ロータ１８の回転速度が入力側ロータ２８の回転速度より高くなっても、電子制御ユニット５０は、発電用ＤＣ−ＤＣ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発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換比を制御する（あるいは発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４による電圧変換を停止させる）ことで、ロータ巻線３０に誘導電流が流れるのを防止することができる。したがって、出力側ロータ１８の回転速度が入力側ロータ２８の回転速度より高くなっても、出力側ロータ１８（車輪３８）に制動トルクが作用するのを防止することができる。ただし、本実施形態において、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動する場合は、電子制御ユニット５０は、出力側ロータ１８の回転速度が入力側ロータ２８の回転速度よりも低くなるように変速機４４の変速比を制御することが好ましい。
【００５９】
また、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差が増大して、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに発生する誘導起電力の大きさ（整流器９３による整流後の直流電圧）Ｖｅｍｆが蓄電装置４２の電圧Ｖｄｃよりも高くなる場合は、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のスイッチング動作に関係なく、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗからクランキング用インバータ４１のダイオードＤ１１，Ｄ１３，Ｄ１５（あるいは発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のダイオードＤ１）を介して蓄電装置４２に電流が流れ込む。その場合は、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４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ことができなくなる。ＶｅｍｆがＶｄｃよりも高くなる状況は、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差が増大した場合の他にも、ステータ巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗで大電力を消費した場合等、蓄電装置４２の蓄電量（ＳＯＣ）が低下した場合にも生じる。そこで、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４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ためには、想定される動作条件（入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差の条件）がＶｅｍｆ＜Ｖｄｃを満たすように、入力側ロータ２８及び出力側ロータ１８の設計を行う必要がある。
【００６０】
あるいは、Ｖｅｍｆ≧Ｖｄｃとなる動作条件を想定して、例えば図１６に示すように、クランキング用インバータ４１から蓄電装置４２に流れる電流を遮断することで、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗからクランキング用インバータ４１（ダイオードＤ１１，Ｄ１３，Ｄ１５）を介して蓄電装置４２に流れる電流を遮断することが可能なスイッチＳ６１と、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４から蓄電装置４２に流れる電流を遮断することで、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗから発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４（ダイオードＤ１）を介して蓄電装置４２に流れる電流を遮断することが可能なスイッチＳ６２と、を設けることもできる。図１６に示す構成例において、Ｖｅｍｆ≧Ｖｄｃが成立する場合は、電子制御ユニット５０は、スイッチＳ６１をオフに制御してロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗからクランキング用インバータ４１（ダイオードＤ１１，Ｄ１３，Ｄ１５）を介して蓄電装置４２に流れる電流を遮断するとともに、スイッチＳ６２をオフに制御してロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗから発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４（ダイオードＤ１）を介して蓄電装置４２に流れる電流を遮断する。これによって、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗから蓄電装置４２に電流が流れ込むのを防止することができる。そして、電子制御ユニット５０は、Ｖｅｍｆ＜Ｖｄｃが成立してから、スイッチＳ６２をオンに制御して発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４と蓄電装置４２との間を流れる電流を許容することで、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４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ことが可能となる。また、電子制御ユニット５０は、Ｖｅｍｆ＜Ｖｄｃが成立する場合に、スイッチＳ６１をオンに制御してクランキング用インバータ４１と蓄電装置４２との間を流れる電流を許容することで、クランキング用インバータ４１のスイッチング動作によりエンジン３６の始動を行うことが可能となる。なお、蓄電装置４２の電圧Ｖｄｃについては、例えば図示しないセンサにより直接的に検出することが可能である。また、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに発生する誘導起電力の大きさ（整流器９３による整流後の直流電圧）Ｖｅｍｆについては、例えば、図示しないセンサにより検出した入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転速度差から間接的に取得することも可能であるし、図示しないセンサにより直接的に検出することも可能である。また、スイッチＳ６１の制御を不要とするために、蓄電装置４２からクランキング用インバータ４１への電流の流れを許容するとともにクランキング用インバータ４１から蓄電装置４２への電流の流れを遮断するダイオードをスイッチＳ６１の代わりに設けることも可能である。このダイオードにより、蓄電装置４２からクランキング用インバータ４１を介したロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗへの電流の流れが許容されるとともに、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗからクランキング用インバータ４１を介した蓄電装置４２への電流の流れが遮断される。
【００６１】
また、本実施形態では、図１７に示すように、クランキング用インバータ４１のダイオードＤ１１〜Ｄ１６を省略することも可能である。クランキング用インバータ４１のスイッチング動作を行う（蓄電装置４２からの電力を利用して入力側ロータ２８を駆動する）場合には、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗのインダクタンスにより、各スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６の切り替え時にスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６の逆方向に導通する必要がある。そこで、通常は図４に示すように、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６と逆並列にダイオードＤ１１〜Ｄ１６が設けられ、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗのインダクタンスにより蓄えられたエネルギーの一部がダイオードＤ１１〜Ｄ１６により蓄電装置４２側へ帰還する。ただし、図１７に示す構成例でも、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗのインダクタンスにより蓄えられたエネルギーを蓄電装置４２側へ帰還させる経路は、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗと発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４（コンバータ用スイッチング素子Ｓ１）との間に設置された整流器９３（ダイオードＤ３１〜Ｄ３６）によって確保されている。そのため、クランキング用インバータ４１に設置されていた低容量のダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、整流器９３の高容量のダイオードＤ３１〜Ｄ３６で代用可能であり、省略が可能である。なお、クランキング用インバータ４１のダイオードＤ１１〜Ｄ１６を省略する場合は、Ｖｅｍｆ≧Ｖｄｃとなる動作条件を想定して、例えば図１８に示すように、スイッチＳ６２を設けることもできる。電子制御ユニット５０は、Ｖｅｍｆ≧Ｖｄｃが成立する場合は、スイッチＳ６２をオフに制御してロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗから発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４を介して蓄電装置４２に流れる電流を遮断し、Ｖｅｍｆ＜Ｖｄｃが成立する場合は、スイッチＳ６２をオンに制御して発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４と蓄電装置４２との間を流れる電流を許容する。
【００６２】
「実施形態２」
図１９は、本発明の実施形態２に係る動力伝達装置にて用いられる電力変換装置の構成の概略を示す図である。以下の実施形態２の説明では、実施形態１と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施形態１と同様である。
【００６３】
本実施形態では、実施形態１（図４に示す構成例）と比較して、クランキング用インバータ４１から蓄電装置４２に流れる電流を遮断することで、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗからクランキング用インバータ４１を介して蓄電装置４２に流れる電流を遮断することが可能なスイッチＳ６１が設けられている。そして、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４は、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１及びダイオードＤ１の他に、正側ラインＰＬに設けられ、一端がダイオードＤ１のアノード側及びコンバータ用スイッチング素子Ｓ１の一端に接続されたリアクトルＬ１と、アノード側が負側ラインＳＬに接続されるとともにカソード側がリアクトルＬ１の他端に接続されたダイオードＤ２と、一端が整流器９３（ダイオードＤ１１，Ｄ１３，Ｄ１５）に接続されるとともに他端がダイオードＤ２のカソード側及びリアクトルＬ１の他端に接続されたコンバータ用スイッチング素子Ｓ２と、をさらに備える昇降圧コンバータにより構成されている。
【００６４】
発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４は、コンバータ用スイッチング素子Ｓ２をオンにした状態で、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１のオンオフを繰り返すスイッチング動作により、整流器９３（ダイオードＤ１１〜Ｄ１６）で整流された直流電力を昇圧して出力する昇圧動作を行うことが可能である。昇圧動作の際に、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１をオフからオンすると、整流器９３からの直流電流に応じてリアクトルＬ１にエネルギーが一時的に蓄積され、この状態でコンバータ用スイッチング素子Ｓ１をオンからオフすると、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーがダイオードＤ１を介して蓄電装置４２やモータ用インバータ４０へ供給される。コンバータ用スイッチング素子Ｓ１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、昇圧比を制御することができる。さらに、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４は、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１をオフにした状態で、コンバータ用スイッチング素子Ｓ２のオンオフを繰り返す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降圧して出力する降圧動作を行うことが可能である。降圧動作の際にも、コンバータ用スイッチング素子Ｓ２をオフからオンすると、整流器９３からの直流電流に応じてリアクトルＬ１にエネルギーが一時的に蓄積され、この状態でコンバータ用スイッチング素子Ｓ２をオンからオフすると、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーがダイオードＤ１を介して蓄電装置４２やモータ用インバータ４０へ供給される。コンバータ用スイッチング素子Ｓ２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、降圧比を制御することができる。ここでの発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４も、整流器９３側から蓄電装置４２側（あるいはモータ用インバータ４０側）への一方向のみの電力変換を行う。なお、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４（昇降圧コンバータ）の構成は、図１９に示す構成に限られるものではなく、他の構成を用いることもできる。
【００６５】
ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに発生する誘導起電力の大きさ（整流器９３による整流後の直流電圧）Ｖｅｍｆが蓄電装置４２の電圧Ｖｄｃよりも低い場合（Ｖｅｍｆ＜Ｖｄｃの場合）は、電子制御ユニット５０は、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに誘導電流が流れる（発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の出力電圧が蓄電装置４２の電圧Ｖｄｃよりも高くなる）ように、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の昇圧動作を行うときの昇圧比を制御する（コンバータ用スイッチング素子Ｓ２をオンにした状態でコンバータ用スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を行うときのデューティ比を制御する）。これによって、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動するときに、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る。なお、Ｖｅｍｆ＜Ｖｄｃの場合は、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗからクランキング用インバータ４１のダイオードＤ１１，Ｄ１３，Ｄ１５を介して蓄電装置４２に電流が流れ込むことはないため、スイッチＳ６１をオンに制御する。
【００６６】
一方、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに発生する誘導起電力の大きさＶｅｍｆが蓄電装置４２の電圧Ｖｄｃ以上である場合（Ｖｅｍｆ≧Ｖｄｃの場合）は、電子制御ユニット５０は、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに誘導電流が流れる（発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の出力電圧が蓄電装置４２の電圧Ｖｄｃよりも高くなる）ように、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の降圧動作を行うときの降圧比を制御する（コンバータ用スイッチング素子Ｓ１をオフにした状態でコンバータ用スイッチング素子Ｓ２のスイッチング動作を行うときのデューティ比を制御する）。さらに、電子制御ユニット５０は、スイッチＳ６１をオフに制御してクランキング用インバータ４１から蓄電装置４２に流れる電流を遮断することで、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗからクランキング用インバータ４１のダイオードＤ１１，Ｄ１３，Ｄ１５を介して蓄電装置４２に電流が流れ込むのを防ぐ。これによって、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動するときに、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る。
【００６７】
本実施形態でも、実施形態１と同様に、クランキング用インバータ４１の容量が、整流器９３の容量、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の容量、及びモータ用インバータ４０の容量よりも小さくて済む。より具体的には、インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６の容量は、ダイオードＤ３１〜Ｄ３６の容量、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の容量、及びインバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６の容量よりも小さくて済み、さらに、ダイオードＤ１，Ｄ２の容量、リアクトルＬ１の容量、及びダイオードＤ２１〜Ｄ２６の容量よりも小さくて済む。そして、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６の容量も、ダイオードＤ３１〜Ｄ３６の容量、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の容量、及びインバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６の容量よりも小さくて済み、さらに、ダイオードＤ１，Ｄ２の容量、リアクトルＬ１の容量、及びダイオードＤ２１〜Ｄ２６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、インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６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。
【００６８】
さらに、本実施形態では、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動するときに、ＶｅｍｆとＶｄｃの大小に関係なく、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４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ことができる。その結果、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との動作条件（回転速度差の条件）に関係なく、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に作用するトルクを制御することができ、入力側ロータ２８及び出力側ロータ１８の設計自由度を広げることができる。
【００６９】
なお、本実施形態でも、スイッチＳ６１の制御を不要とするために、蓄電装置４２からクランキング用インバータ４１への電流の流れを許容するとともにクランキング用インバータ４１から蓄電装置４２への電流の流れを遮断するダイオードをスイッチＳ６１の代わりに設けることも可能である。
【００７０】
「実施形態３」
図２０は、本発明の実施形態３に係る動力伝達装置にて用いられる電力変換装置の構成の概略を示す図である。以下の実施形態３の説明では、実施形態１，２と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施形態１，２と同様である。
【００７１】
本実施形態では、実施形態１（図４に示す構成例）と比較して、蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４が設けられている。ここでの蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに直列接続された１対のコンバータ用スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４と、コンバータ用スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のそれぞれと逆並列接続された１対のダイオードＤ３，Ｄ４と、一端が蓄電装置４２の一端（正側端子）に接続されるとともに他端がコンバータ用スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の接続点に接続されたリアクトルＬ２とを備える。コンバータ用スイッチング素子Ｓ３はリアクトルＬ２の他端と蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４の出力端（正側ラインＰＬ）との間に配置されており、コンバータ用スイッチング素子Ｓ４はリアクトルＬ２の他端と蓄電装置４２の他端（負側端子）との間に配置されている。蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４の入力側には、コンデンサＣ１が蓄電装置４２と並列に設けられ、蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４の出力側には、コンデンサＣ２がモータ用インバータ４０のスイッチングアーム７２，７４，７６（クランキング用インバータ４１のスイッチングアーム８２，８４，８６）と並列に設けられている。
【００７２】
蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４は、コンバータ用スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のオンオフを繰り返すスイッチング動作により、蓄電装置４２からの直流電力を電圧変換（昇圧）して出力することが可能である。その際に、コンバータ用スイッチング素子Ｓ４をオンすると、蓄電装置４２から流れる直流電流に応じてリアクトルＬ２にエネルギーが一時的に蓄積され、この状態でコンバータ用スイッチング素子Ｓ４をオンからオフすると、リアクトルＬ２に蓄積されたエネルギーがダイオードＤ３を介してコンデンサＣ２に蓄えられる。蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４で電圧変換（昇圧）された直流電力は、モータ用インバータ４０で交流に変換されてからステータ巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗへ供給可能である。さらに、蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４で電圧変換（昇圧）された直流電力をクランキング用インバータ４１で交流に変換してロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗへ供給することも可能である。一方、蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４は、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４からの直流電力またはモータ用インバータ４０からの直流電力を電圧変換（降圧）して蓄電装置４２へ供給する方向の変換も可能である。電子制御ユニット５０は、蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４のコンバータ用スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４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、蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４での電圧変換比を制御する。なお、蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４の構成は、図２０に示す構成に限られるものではなく、他の構成を用いることもできる。
【００７３】
ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに発生する誘導起電力の大きさ（整流器９３による整流後の直流電圧）Ｖｅｍｆが蓄電装置４２の電圧Ｖｄｃよりも低い場合（Ｖｅｍｆ＜Ｖｄｃの場合）は、電子制御ユニット５０は、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに誘導電流が流れるように、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での昇圧比を制御する（コンバータ用スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を行うときのデューティ比を制御する）。これによって、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動するときに、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る。その場合には、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４で電圧変換（昇圧）された直流電力については、蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４で電圧変換（降圧）してから蓄電装置４２に回収することが可能である。また、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４で電圧変換（昇圧）された直流電力をモータ用インバータ４０で交流に変換してからステータ巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗに供給することも可能である。その際には、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の出力電圧がステータ巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗに発生する逆起電力よりも高くなるように、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での昇圧比を制御する。
【００７４】
一方、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに発生する誘導起電力の大きさＶｅｍｆが蓄電装置４２の電圧Ｖｄｃ以上である場合（Ｖｅｍｆ≧Ｖｄｃの場合）は、電子制御ユニット５０は、蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４の出力電圧（コンデンサＣ２の電圧）Ｖｄｃ２がＶｅｍｆよりも高くなるように、蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４での電圧変換比（昇圧比）を制御する（コンバータ用スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４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）。これによって、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗからクランキング用インバータ４１のダイオードＤ１１，Ｄ１３，Ｄ１５（あるいは発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のダイオードＤ１）を介して発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の出力側（コンデンサＣ２側）に電流が流れ込むのを防ぐことができる。さらに、電子制御ユニット５０は、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに誘導電流が流れる（発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の出力電圧が蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４の出力電圧Ｖｄｃ２よりも高くなる）ように、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での昇圧比を制御する。これによって、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動するときに、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る。
【００７５】
本実施形態でも、実施形態１と同様に、インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６の容量は、ダイオードＤ３１〜Ｄ３６の容量、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１の容量、及びインバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６の容量よりも小さくて済み、さらに、ダイオードＤ１の容量、及びダイオードＤ２１〜Ｄ２６の容量よりも小さくて済む。そして、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６の容量も、ダイオードＤ３１〜Ｄ３６の容量、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１の容量、及びインバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６の容量よりも小さくて済み、さらに、ダイオードＤ１の容量、及びダイオードＤ２１〜Ｄ２６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、インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６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。
【００７６】
さらに、本実施形態でも、実施形態２と同様に、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動するときに、ＶｅｍｆとＶｄｃの大小に関係なく、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４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ことができる。その結果、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との動作条件（回転速度差の条件）に関係なく、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に作用するトルクを制御することができ、入力側ロータ２８及び出力側ロータ１８の設計自由度を広げることができる。
【００７７】
なお、本実施形態でも、実施形態１と同様に、クランキング用インバータ４１のダイオードＤ１１〜Ｄ１６を省略することも可能である。
【００７８】
「実施形態４」
図２１は、本発明の実施形態４に係る動力伝達装置にて用いられる電力変換装置の構成の概略を示す図である。以下の実施形態４の説明では、実施形態１〜３と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施形態１〜３と同様である。
【００７９】
本実施形態では、実施形態１（図４に示す構成例）と比較して、整流器９３（ダイオードＤ３１〜Ｄ３６）が省略されている。クランキング用インバータ４１は、インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６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に変換してロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗへ供給するだけでなく、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに発生した交流電力をダイオードＤ１１〜Ｄ１６により整流して（直流に変換して）発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４へ供給することも可能である。発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４は、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作により、クランキング用インバータ４１のダイオードＤ１１〜Ｄ１６で整流された直流電力を電圧変換（昇圧）して出力することが可能である。ここでの発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４も、クランキング用インバータ４１側から蓄電装置４２側（あるいはモータ用インバータ４０側）への一方向のみの電力変換を行う。インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６の容量は、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６の容量、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１の容量、及びインバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６の容量よりも小さく、さらに、ダイオードＤ１の容量、及びダイオードＤ２１〜Ｄ２６の容量よりも小さい。また、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４を介さずに（発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４をバイパスして）クランキング用インバータ４１と蓄電装置４２との間を流れる電流を許容または遮断するためのスイッチＳ６１が発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４と並列に設けられている。なお、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の構成は、図２１に示す構成に限られるものではなく、例えば図１９に示す構成等、他の構成を用いることもできる。
【００８０】
本実施形態において、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動する場合に、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４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ときは、電子制御ユニット５０は、スイッチＳ６１をオフに制御することで、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４を介さずに（発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４をバイパスして）クランキング用インバータ４１と蓄電装置４２との間を流れる電流を遮断する。さらに、電子制御ユニット５０は、インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６をすべてオフに制御する。その状態で、電子制御ユニット５０は、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに誘導電流が流れる（発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の出力電圧が蓄電装置４２の電圧Ｖｄｃよりも高くなる）ように、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換比（昇圧比）を制御する。これによって、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に作用するトルクを制御することができる。ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに発生した交流電力は、クランキング用インバータ４１のダイオードＤ１１〜Ｄ１６により直流に整流され、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６による整流後の直流電力は、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４で昇圧されてからモータ用インバータ４０と蓄電装置４２とのいずれかへ供給される。
【００８１】
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、スイッチＳ６１をオンに制御することで、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４を介さずに（発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４をバイパスして）クランキング用インバータ４１と蓄電装置４２との間を流れる電流を許容する。その状態で、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ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗへ供給するように、クランキング用インバータ４１（インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６）のスイッチング動作を制御する。これによって、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ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。
【００８２】
本実施形態では、エンジン３６の始動を行う場合に、クランキング用インバータ４１のインバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６を介して蓄電装置４２側からロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ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、クランキング用インバータ４１のダイオードＤ１１〜Ｄ１６、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４、及びモータ用インバータ４０を介してロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ側からステータ巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ側へ供給される電力よりも小さくて済む。したがって、インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６の容量は、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６の容量、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１の容量、及びインバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６の容量よりも小さくて済み、さらに、ダイオードＤ１の容量、及びダイオードＤ２１〜Ｄ２６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、インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６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。
【００８３】
「実施形態５」
図２２〜２４は、本発明の実施形態５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２２は全体構成の概略を示し、図２３は回転電機１０の構成の概略を示し、図２４は電力変換装置の構成の概略を示す。以下の実施形態５の説明では、実施形態１〜４と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施形態１〜４と同様である。
【００８４】
エンジン３６の出力軸は、ダンパー１１を介して動力分配機構５２に機械的に連結されている。動力分配機構５２は、エンジン３６の出力軸（ダンパー１１）の他に、回転電機１０の第１ロータ２８と、変速機４４の入力軸４４ａ及び回転電機１０の第２ロータ１８とも機械的に連結されている。ここでの動力分配機構５２は、例えばリングギアＲとキャリアＣとサンギアＳとを回転要素として有する遊星歯車機構（シングルピニオン遊星歯車）により構成することができ、キャリアＣがエンジン３６の出力軸（ダンパー１１）に機械的に連結され、サンギアＳが回転電機１０の第１ロータ２８に機械的に連結され、リングギアＲが変速機４４の入力軸４４ａ及び回転電機１０の第２ロータ１８に機械的に連結されている。変速機４４の出力軸４４ｂは、駆動輪である車輪３８と機械的に連結されている。変速機４４は、変速比をステップ的に（段階的に）変更することが可能な有段変速機により構成することもできるし、変速比を連続的に（無段階に）変更することが可能な無段変速機により構成することもできる。
【００８５】
回転電機１０のステータ１６は、第１ロータ２８及び第２ロータ１８とそれぞれ所定の空隙を空けて対向配置されている。第１ロータ２８及び第２ロータ１８は、いずれもステータ１６に対して相対回転可能であり、さらに、互いに相対回転可能である。ステータ１６には、複数相（例えば３相）の第１巻線３０が第１ロータ２８と対向して配設され、複数相（例えば３相）の第２巻線２０が第２ロータ１８と対向して配設されている。複数相の第１巻線３０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、第１巻線３０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、第１巻線３０で発生した回転磁界が第１ロータ２８に作用するのに応じてステータ１６と第１ロータ２８との間にトルクが作用する。そのため、第１巻線３０に供給された交流電力を利用して第１ロータ２８に動力（機械的動力）を発生させることが可能であり、さらに、第１ロータ２８の機械的動力を利用して第１巻線３０に交流電力を発生させることも可能である。同様に、複数相の第２巻線２０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、第２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、第２巻線２０で発生した回転磁界が第２ロータ１８に作用するのに応じてステータ１６と第２ロータ１８との間にトルクが作用する。そのため、第２巻線２０に供給された交流電力を利用して第２ロータ１８に動力（機械的動力）を発生させることが可能であり、さらに、第２ロータ１８の機械的動力を利用して第２巻線２０に交流電力を発生させることも可能である。
【００８６】
図２２，２３では、第１ロータ２８及び第２ロータ１８の具体的構成の図示を省略しているが、ステータ１６と第１ロータ２８との間にトルクを作用させるための第１ロータ２８の構成、及びステータ１６と第２ロータ１８との間にトルクを作用させるための第２ロータ１８の構成については、周知の構成で実現可能である。例えば、第１ロータ２８に永久磁石をステータ１６と対向させて配設してステータ１６及び第１ロータ２８を同期機として機能させることも可能であるし、第１ロータ２８にロータ巻線等の回転子導体をステータ１６と対向させて配設してステータ１６及び第１ロータ２８を誘導機として機能させることも可能である。同様に、第２ロータ１８に永久磁石を配設してステータ１６及び第２ロータ１８を同期機として機能させることも可能であるし、第２ロータ１８にロータ巻線等の回転子導体を配設してステータ１６及び第２ロータ１８を誘導機として機能させることも可能である。
【００８７】
図２２，２３に示す例では、第１ロータ２８に伝達された動力を利用して第１巻線３０に電力を発生させることが可能なステータ（第１ステータ）と、第２巻線２０に供給された電力を利用して第２ロータ１８に動力を発生させることが可能なステータ（第２ステータ）とが、１つのステータ１６に共有化されている。そして、第１ロータ２８、ステータ１６、及び第２ロータ１８が同心円状に配置されており、ロータ回転軸に直交する径方向においてステータ１６が第１ロータ２８及び第２ロータ１８と対向配置されている。ステータ１６においては、第１ステータ巻線３０が内周側に配設され、第２ステータ巻線２０が外周側に配設されており、第２ステータ巻線２０が第１ステータ巻線３０より径方向外側に（外周側に）配置されている。第１ロータ２８はステータ１６より径方向内側で（ステータ１６の内周側で）ステータ１６（第１巻線３０）と対向配置されており、第２ロータ１８はステータ１６より径方向外側で（ステータ１６の外周側で）ステータ１６（第２巻線２０）と対向配置されている。ただし、第１ロータ２８に伝達された動力を利用して第１巻線３０に電力を発生させることが可能な第１ステータと、第２巻線２０に供給された電力を利用して第２ロータ１８に動力を発生させることが可能な第２ステータとを別体にすることも可能である。
【００８８】
エンジン３６が発生した動力は、ダンパー１１を介して動力分配機構５２のキャリアＣに伝達される。動力分配機構５２は、キャリアＣに伝達されたエンジン３６からの動力をサンギアＳ及びリングギアＲに分配する。エンジン３６からリングギアＲに分配された動力は、変速機４４へ伝達され変速されてから車輪３８に伝達されることで、車両の駆動等、負荷の駆動に用いられる。一方、エンジン３６からサンギアＳに分配された動力は、回転電機１０の第１ロータ２８に伝達される。ステータ１６では、第１ロータ２８に伝達された動力を利用して第１巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに交流電力を発生させる（発電を行う）ように、第１ロータ２８に回生トルクを作用させる。その際には、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４（コンバータ用スイッチング素子Ｓ１）のスイッチング動作により第１巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ側からモータ用インバータ４０側（あるいは蓄電装置４２側）への電力変換を行う。電子制御ユニット５０は、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１をスイッチング動作するときのデューティ比を制御して、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換比（昇圧比）を制御することで、第１巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに流れる交流電流を制御することができ、ステータ１６と第１ロータ２８との間に作用するトルクを制御することができる。第１巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに発生した交流電力は、整流器９３（ダイオードＤ３１〜Ｄ３６）により直流に整流され、整流後の直流電力は、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４により電圧変換（昇圧）される。そして、電圧変換後の直流電力が、モータ用インバータ４０（インバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６）のスイッチング動作により交流に変換されてから第２巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗに供給される。ステータ１６では、第２巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗに供給された交流電力を利用して第２ロータ１８に動力（機械的動力）を発生させるように、第２ロータ１８に力行トルクを作用させる。第２ロータ１８に発生した動力は、変速機４４へ伝達され変速されてから車輪３８に伝達されることで、車両の駆動等、負荷の駆動に用いられる。
【００８９】
また、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４による電圧変換後の直流電力を蓄電装置４２に回収することも可能である。そして、蓄電装置４２からの直流電力をモータ用インバータ４０で交流に変換してから第２巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗに供給することも可能である。そのため、エンジン３６が動力を発生していなくても、蓄電装置４２からモータ用インバータ４０を介して第２巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗに供給された電力を利用して第２ロータ１８に動力を発生させることで、車両の駆動等、負荷の駆動を行うことができる。また、第２ロータ１８に回生トルクを作用させることで、第２ロータ１８（車輪３８）の動力を第２巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの発電電力に変換し、モータ用インバータ４０で直流に変換してから蓄電装置４２に回収することも可能である。また、クランキング用インバータ４１（インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６）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に変換して第１巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗへ供給することで、第１巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗへの供給電力を利用して第１ロータ２８に動力を発生させることも可能であり、これによって、エンジン３６の始動を行うことも可能である。なお、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のスイッチング動作を行うときは、クランキング用インバータ４１のスイッチング動作を行わない。また、クランキング用インバータ４１のスイッチング動作を行うときは、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のスイッチング動作を行わない。
【００９０】
本実施形態において、エンジン３６（キャリアＣ）からサンギアＳに分配されるトルクを第１ロータ２８のトルクにより受けるためには、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のスイッチング動作により第１巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ側からモータ用インバータ４０側（あるいは蓄電装置４２側）への電力変換を行うだけでよく、クランキング用インバータ４１のスイッチング動作により蓄電装置４２側から第１巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ側への電力変換を行う必要がなくなる。そのため、クランキング用インバータ４１のスイッチング動作により蓄電装置４２側から第１巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ側への電力変換を行う必要があるのは、エンジン３６の始動を行うときだけとなる。エンジン３６のクランキングトルクは、エンジン３６（キャリアＣ）からサンギアＳに分配されるトルクよりも小さくて済む。そのため、エンジン３６の始動を行う場合に、クランキング用インバータ４１を介して蓄電装置４２側からロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ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、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４、及びモータ用インバータ４０を介して第１巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ側から第２巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ側へ供給される電力よりも小さくて済む。したがって、本実施形態でも、実施形態１と同様に、インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６の容量は、ダイオードＤ３１〜Ｄ３６の容量、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１の容量、及びインバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６の容量よりも小さくて済み、さらに、ダイオードＤ１の容量、及びダイオードＤ２１〜Ｄ２６の容量よりも小さくて済む。そして、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６の容量も、ダイオードＤ３１〜Ｄ３６の容量、コンバータ用スイッチング素子Ｓ１の容量、及びインバータ用スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６の容量よりも小さくて済み、さらに、ダイオードＤ１の容量、及びダイオードＤ２１〜Ｄ２６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、インバータ用スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６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。
【００９１】
なお、動力分配機構５２のキャリアＣに伝達されたエンジン３６からの動力がサンギアＳ及びリングギアＲに分配される場合に、車速（車輪３８の回転速度）が増大して、サンギアＳの回転方向がキャリアＣ及びリングギアＲの回転方向と反対方向になると、第１ロータ２８のトルクが回生トルクから力行トルクに変化することになる。その場合は、第２ロータ１８の動力を利用して第２巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗに電力を発生させ、第２巻線２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗから第１巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに供給された電力を利用して第１ロータ２８に動力を発生させる、いわゆる動力循環が発生することになる。これに対して本実施形態では、車輪３８の回転速度（車両の速度）が高くなっても、変速機４４の変速比を小さくする方向に変更することで、サンギアＳの回転方向がキャリアＣ及びリングギアＲの回転方向と同方向となる状態を維持することができ、第１ロータ２８のトルクが回生トルクとなる状態を維持することができる。その結果、動力循環の発生を防ぐことができる。
【００９２】
また、本実施形態でも、第１巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに発生する誘導起電力の大きさ（整流器９３による整流後の直流電圧）Ｖｅｍｆが蓄電装置４２の電圧Ｖｄｃよりも高くなる場合は、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のスイッチング動作に関係なく、第１巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗからクランキング用インバータ４１のダイオードＤ１１，Ｄ１３，Ｄ１５（あるいは発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のダイオードＤ１）を介して蓄電装置４２に電流が流れ込む。その場合は、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のスイッチング動作により第１ロータ２８のトルクを制御することができなくなる。そこで、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のスイッチング動作により第１ロータ２８のトルクを制御するためには、想定される動作条件（第１ロータ２８の回転速度の条件）がＶｅｍｆ＜Ｖｄｃを満たすように、ステータ１６及び第１ロータ２８の設計を行う必要がある。あるいは、Ｖｅｍｆ≧Ｖｄｃとなる動作条件を想定して、実施形態１（図１６に示す構成例）と同様に、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗからクランキング用インバータ４１を介して蓄電装置４２に流れる電流を遮断することが可能なスイッチＳ６１と、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗから発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４を介して蓄電装置４２に流れる電流を遮断することが可能なスイッチＳ６２と、を設けることもできる。各スイッチＳ６１，Ｓ６２の制御については、図１６に示す構成例と同様である。また、スイッチＳ６１の制御を不要とするために、蓄電装置４２からクランキング用インバータ４１への電流の流れを許容するとともにクランキング用インバータ４１から蓄電装置４２への電流の流れを遮断するダイオードをスイッチＳ６１の代わりに設けることも可能である。
【００９３】
また、本実施形態でも、実施形態１（図１７，１８に示す構成例）と同様に、クランキング用インバータ４１のダイオードＤ１１〜Ｄ１６を省略することも可能である。
【００９４】
また、本実施形態でも、実施形態２（図１９に示す構成例）と同様に、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗからクランキング用インバータ４１を介して蓄電装置４２に流れる電流を遮断することが可能なスイッチＳ６１を設けるとともに、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４を昇降圧コンバータにより構成することもできる。その場合においても、図１９に示す構成例と同様に、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに発生する誘導起電力の大きさ（整流器９３による整流後の直流電圧）Ｖｅｍｆと蓄電装置４２の電圧Ｖｄｃとに基づいて、スイッチＳ６１の制御、及び発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換比の制御を行うことで、ＶｅｍｆとＶｄｃの大小に関係なく、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のスイッチング動作により第１ロータ２８のトルクを制御することができる。その結果、ステータ１６及び第１ロータ２８の設計自由度を広げることができる。また、スイッチＳ６１の制御を不要とするために、蓄電装置４２からクランキング用インバータ４１への電流の流れを許容するとともにクランキング用インバータ４１から蓄電装置４２への電流の流れを遮断するダイオードをスイッチＳ６１の代わりに設けることも可能である。
【００９５】
また、本実施形態でも、実施形態３（図２０に示す構成例）と同様に、蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４を設けることもできる。その場合においても、図２０に示す構成例と同様に、ロータ巻線３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに発生する誘導起電力の大きさＶｅｍｆと蓄電装置４２の電圧Ｖｄｃとに基づいて、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４での電圧変換比の制御、及び蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ８４での電圧変換比の制御を行うことで、ＶｅｍｆとＶｄｃの大小に関係なく、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４のスイッチング動作により第１ロータ２８のトルクを制御することができる。
【００９６】
また、本実施形態でも、実施形態４（図２１に示す構成例）と同様に、整流器９３（ダイオードＤ３１〜Ｄ３６）を省略するとともに、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４を介さずにクランキング用インバータ４１と蓄電装置４２との間を流れる電流を許容または遮断するためのスイッチＳ６１を発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４と並列に設けることもできる。その場合においても、スイッチＳ６１の制御、発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ９４の制御、及びクランキング用インバータ４１の制御については、図２１に示す構成例と同様である。
【００９７】
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】
【００９８】
１０  回転電機、１６  ステータ、１８  第２ロータ（出力側ロータ）、２０  第２巻線（ステータ巻線）、２４  出力軸、２８  第１ロータ（入力側ロータ）、３０  第１巻線（ロータ巻線）、３２，３３  永久磁石、３４  入力軸、３６  エンジン、３８  車輪、４０  モータ用インバータ、４１  クランキング用インバータ、４２  蓄電装置、４４  変速機、４８  クラッチ、５０  電子制御ユニット、８４  蓄電装置用ＤＣ−ＤＣコンバータ、９３  整流器、９４  発電用ＤＣ−ＤＣコンバータ、９５  スリップリング、９６  ブラシ、Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６，Ｄ３１〜Ｄ３６  ダイオード、Ｌ１，Ｌ２  リアクトル、Ｓ１〜Ｓ４  コンバータ用スイッチング素子、Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６  インバータ用スイッチング素子、Ｓ６１，Ｓ６２  スイッチ。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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