(57)【要約】【課題】小型化および製造コストの削減を実現できるとともに、設計の自由度を高めることができる動力装置を提供する。【解決手段】動力装置１は、エンジン３と、第１および第２回転機１０，２０を備え、これらの動力によって前輪４を駆動する。第１回転機１０は、第１および第２ロータ１４，１５とステータ１６を備え、ステータ１６に発生する電機子磁極の数と、第１ロータ１４の磁極の数と、第２ロータ１５の軟磁性体コア１５ａの数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２（ただしｍ≠１）となるように設定されている。【選択図】図２
2010023698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力によって被駆動部を駆動する動力装置であって、
熱機関と、
ステータと、当該ステータに対して相対的に回転自在の第１ロータおよび第２ロータとを有し、当該第１ロータおよび当該第２ロータの一方が前記熱機関に機械的に連結されるとともに、当該第１ロータおよび当該第２ロータの他方が前記被駆動部に機械的に連結された第１回転機と、
を備え、
前記ステータは、円周方向に並んだ複数の電機子で構成され、電力の供給に伴って当該複数の電機子に発生する電機子磁極により、前記円周方向に回転する回転磁界を発生させる電機子列を有し、
前記第１ロータは、前記電機子列に対向するように配置された磁極列を有し、当該磁極列は、互いに間隔を存して前記円周方向に並ぶとともに隣り合う各２つが互いに異なる極性を有する複数の磁極で構成され、
前記第２ロータは、前記電機子列と前記磁極列の間に配置された軟磁性体列を有し、当該軟磁性体列は、互いに間隔を存して前記円周方向に並んだ複数の軟磁性体で構成され、
前記電機子磁極の数と前記磁極の数と前記軟磁性体の数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２（ただしｍ≠１）となるように設定されていることを特徴とする動力装置。
【請求項２】
前記第１回転機の前記第１ロータは前記被駆動部に機械的に連結され、前記第２ロータは前記熱機関に機械的に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の動力装置。
【請求項３】
前記第２ロータの回転を制止するための制止装置をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の動力装置。
【請求項４】
前記被駆動部および前記第１ロータに機械的に連結された回転軸を有する第２回転機をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の動力装置。
【請求項５】
前記第１回転機の前記第１ロータおよび前記第２回転機の前記回転軸と、前記被駆動部との間の変速動作を行う変速装置をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の動力装置。
【請求項６】
前記第１回転機の前記第２ロータと前記熱機関との間の変速動作を行う変速装置をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の動力装置。
【請求項７】
前記第２回転機の前記回転軸は、変速装置を介して前記第１回転機の前記第１ロータおよび前記被駆動部に機械的に連結されており、
当該変速装置は、前記第２回転機の前記回転軸と、前記第１回転機の前記第１ロータおよび前記被駆動部との間の変速動作を行うことを特徴とする請求項４に記載の動力装置。
【請求項８】
前記被駆動部とは別個の第２被駆動部と、
当該第２被駆動部に機械的に連結された第２回転機と、をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の動力装置。
【請求項９】
前記第１回転機の前記第２ロータと前記熱機関との間の変速動作を行う変速装置をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の動力装置。
【請求項１０】
前記第２回転機と前記第２被駆動部との間の変速動作を行う変速装置をさらに備えることを特徴とする請求項８または９に記載の動力装置。
【請求項１１】
前記第１回転機の前記第１ロータは前記熱機関に機械的に連結され、前記第２ロータは前記被駆動部に機械的に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の動力装置。
【請求項１２】
前記第１ロータの回転を制止するための制止装置をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の動力装置。
【請求項１３】
前記熱機関および前記第１ロータに機械的に連結された回転軸を有する第２回転機をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の動力装置。
【請求項１４】
前記第１回転機の前記第１ロータおよび前記第２回転機の前記回転軸と、前記熱機関との間を機械的に接続・遮断するクラッチをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の動力装置。
【請求項１５】
前記第１回転機の前記第２ロータと前記被駆動部との間の変速動作を行う変速装置をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の動力装置。
【請求項１６】
前記第２回転機の前記回転軸と前記熱機関との間の変速動作を行う変速装置をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の動力装置。
【請求項１７】
前記被駆動部とは別個の第２被駆動部と、
当該第２被駆動部に機械的に連結された第２回転機と、をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の動力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力によって被駆動部を駆動する動力装置に関し、特に動力源として熱機関および回転機を備えたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の動力装置として、特許文献１に記載されたものを本出願人は既に提案している。この動力装置は、ハイブリッド車両の駆動輪を駆動するものであり、特許文献１の図２，３に示す例では、動力源として、エンジン、第１回転機および第２回転機を備えている。
【０００３】
この第１回転機は、円筒状のケースと、ケースに回転自在に支持された入力軸および出力軸と、ケースの内壁に周方向に沿って設けられたステータと、ケース内に収容された第１ロータと、第１ロータとステータの間に設けられた第２ロータなどを備えており、これらのステータ、第１ロータおよび第２ロータは、互いに同心に配置されている。この第１回転機では、その入力軸はエンジンの出力軸に機械的に連結され、出力軸は第２回転機の回転軸に直結されている。また、第１ロータは、出力軸の先端部に同心に固定されており、その外周面には、第１および第２永久磁石列が周方向に沿って互いに平行に延びている。第１および第２永久磁石列の各々は、複数の永久磁石で構成されており、これらの永久磁石は、互いに等間隔でかつ隣り合う各２つが互いに異なる極性で配置されている。
【０００４】
さらに、第２ロータは、入力軸の先端部に同心に固定されており、その外周面には、第１および第２軟磁性体列が周方向に沿って互いに平行に延びている。第１および第２軟磁性体列は、周方向に沿って所定間隔で並ぶ複数の軟磁性体コアで構成されているとともに、第２軟磁性体列の軟磁性体コア（以下「第２コア」という）は、第１軟磁性体列の軟磁性体コア（以下「第１コア」という）に対して、電気角π／２ずつずれるように配置されている。また、ステータは、所定間隔で配置された複数の電機子を備えており、隣り合う各３つの電機子のコイルは、電力が供給されたときに、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相を示しながら回転磁界を発生する３相コイルとして構成されている。
【０００５】
以上のように構成された第１回転機では、電力がステータに供給されると、ステータにおいて、第１回転磁界および第２回転磁界がステータの周方向に回転するように発生し、それに伴い、第１および第２回転磁界の磁極と、第１および第２永久磁石の磁極とによって、第１および第２コアが磁化されることで、これらの要素間に磁力線が発生する。さらに、発生した磁力線によって、第１および第２ロータが駆動され、それに起因して、動力が出力軸または入力軸から出力される。
【０００６】
一方、第２回転機は、ＤＣブラシレスモータで構成されており、その回転軸が駆動輪に機械的に連結されている。以上の動力装置では、ハイブリッド車両の運転状態に応じて、エンジン、第１回転機および第２回転機の動作状態が制御され、その結果、これらの動力源が発生する動力によって、駆動輪が駆動される。
【０００７】
【特許文献１】国際公開第０８／０１８５３９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の動力装置によれば、第１回転機において、２つの軟磁性体列が必要不可欠であるので、その分、第１回転機が大型化するとともに製造コストが増大し、結果的に、動力装置自体の大型化および製造コストの増大を招いてしまう。また、第１回転機の構造上の特性に起因して、第１ロータと第２ロータとの回転差が、回転磁界と第２ロータとの回転差に等しくなるような速度関係しか成立しないので、設計の自由度が低いという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、小型化および製造コストの削減を実現できるとともに、設計の自由度を高めることができる動力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、動力によって被駆動部（前輪４）を駆動する動力装置１，１Ａ〜１Ｄであって、熱機関（エンジン３）と、ステータ１６と、ステータ１６に対して相対的に回転自在の第１ロータ１４および第２ロータ１５とを有し、第１ロータ１４および第２ロータ１５の一方が熱機関（エンジン３）に機械的に連結されるとともに、第１ロータ１４および第２ロータ１５の他方が被駆動部（前輪４）に機械的に連結された第１回転機１０と、を備え、ステータ１６は、円周方向に並んだ複数の電機子（鉄芯１６ａ、Ｕ相〜Ｗ相コイル１６ｃ〜１６ｅ）で構成され、電力の供給に伴って複数の電機子に発生する電機子磁極により、円周方向に回転する回転磁界を発生させる電機子列（鉄芯１６ａ、Ｕ相〜Ｗ相コイル１６ｃ〜１６ｅ）を有し、第１ロータ１４は、電機子列に対向するように配置された磁極列を有し、磁極列は、互いに間隔を存して円周方向に並ぶとともに隣り合う各２つが互いに異なる極性を有する複数の磁極（永久磁石１４ａ）で構成され、第２ロータ１５は、電機子列と磁極列の間に配置された軟磁性体列を有し、軟磁性体列は、互いに間隔を存して円周方向に並んだ複数の軟磁性体（軟磁性体コア１５ａ）で構成され、電機子磁極の数と磁極の数と軟磁性体の数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２（ただしｍ≠１）となるように設定されていることを特徴とする。
【００１１】
この動力装置によれば、第１回転機において、第１ロータの磁極列が、ステータの電機子列に対向するように配置され、第２ロータの軟磁性体列が、これらの電機子列と磁極列の間に配置されている。この軟磁性体列は、互いに間隔を存して円周方向に並んだ複数の軟磁性体で構成されているので、電機子列への電力の供給に伴って回転磁界が発生した場合、複数の電機子に発生する電機子磁極と、第１ロータの磁極とによって、各軟磁性体が磁化される。その際、複数の軟磁性体が互いに間隔を存しているので、磁力線が軟磁性体と電機子磁極と磁極との間に発生し、それに起因して、電機子への供給電力が動力に変換される。この動力は、第１ロータおよび第２ロータがステータに対して回転自在であることによって、第１ロータおよび／または第２ロータから出力されるとともに、第１ロータおよび第２ロータの一方が熱機関に、他方が被駆動部にそれぞれ機械的に連結されていることによって、熱機関および／または非駆動部が動力によって駆動される。
【００１２】
ここで、電機子への電力供給によって発生した回転磁界の電気角速度および供給電力と等価なトルクを駆動用等価トルクＴｅとした場合、この駆動用等価トルクＴｅと、第１ロータに伝達されるトルクＴ１と、第２ロータに伝達されるトルクＴ２との関係、第１および第２ロータの電気角速度と回転磁界の電気角速度と関係は、以下に述べるようになる。
【００１３】
まず、本発明の第１回転機を下記の条件（ｆ１），（ｆ２）が成立するように構成した場合、そのような第１回転機に相当する等価回路は図３０に示すものとなる。なお、本明細書では、一対のＮ極およびＳ極を「極対」といい、極対の数を「極対数」という。
（ｆ１）電機子がＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相コイルを有すること。
（ｆ２）電機子磁極が２個すなわち電機子磁極の極対数が値１であり、磁極が４個すなわち磁極の極対数が値２であるとともに、軟磁性体が第１〜第３軟磁性体の計３個であること。
【００１４】
このような第１回転機の場合、第１軟磁性体を通過する磁極の磁束Ψｋ１は、下式（１）で表される。
【数１】
2010023698.tif 000003
【００１５】
この式（１）において、ψｆは磁極の磁束の最大値を示しており、θ１およびθ２はそれぞれ、Ｕ相コイルに対する磁極の回転角度位置および第１軟磁性体の回転角度位置を示している。また、磁極の極対数と電機子磁極の極対数との比が値２である関係上、磁極の磁束は回転磁界に対して２倍の周期で回転（変化）するので、そのことを表すために、上式（１）では、値２が（θ２−θ１）に乗算されている。
【００１６】
ここで、第１軟磁性体を介してＵ相コイルを通過する磁極の磁束Ψｕ１は、式（１）で表される磁束Ψｋ１にｃｏｓθ２を乗算した値に相当するので、下式（２）が得られる。
【数２】
2010023698.tif 000004
【００１７】
上記と同様に、第２軟磁性体を通過する磁極の磁束Ψｋ２は、下式（３）で表される。
【数３】
2010023698.tif 000005
この場合、電機子に対する第２軟磁性体の回転角度位置は、第１軟磁性体に対して２π／３だけ進んでいるので、上式（３）では、そのことを表すために、θ２に２π／３が加算されている。
【００１８】
また、第２軟磁性体を介してＵ相コイルを通過する磁極の磁束Ψｕ２は、式（３）で表される磁束Ψｋ２にｃｏｓ（θ２＋２π／３）を乗算した値に相当するので、下式（４）が得られる。
【数４】
2010023698.tif 000006
【００１９】
以上と同様の手法により、第３軟磁性体を介してＵ相コイルを通過する磁極の磁束Ψｕ３の算出式として、下式（５）が得られる。
【数５】
2010023698.tif 000007
【００２０】
図３０に示すような第１回転機の場合、３つの軟磁性体を介してＵ相コイルを通過する磁極の磁束Ψｕは、以上の式（２），（４），（５）で表される磁束Ψｕ１〜Ψｕ３の和となるので、下式（６）で表される。
【数６】
2010023698.tif 000008
【００２１】
また、この式（６）を一般化すると、軟磁性体を介してＵ相コイルを通過する磁極の磁束Ψｕは、下式（７）で表される。
【数７】
2010023698.tif 000009
この式（７）において、ａ、ｂおよびｃはそれぞれ、磁極の極対数、軟磁性体の数および電機子磁極の極対数を示している。
【００２２】
さらに、上式（７）を、三角関数の和と積の公式に基づいて変形すると、下式（８）が得られる。
【数８】
2010023698.tif 000010
【００２３】
この式（８）において、ｂ＝ａ＋ｃとするとともに、ｃｏｓ（θ＋２π）＝ｃｏｓθの関係を用いて整理すると、下式（９）が得られる。
【数９】
2010023698.tif 000011
【００２４】
この式（９）を三角関数の加法定理を用いて整理すると、下式（１０）が得られる。
【数１０】
2010023698.tif 000012
【００２５】
この式（１０）において、右辺の第２項における積分項を、ａ−ｃ≠０を条件として級数の総和の公式およびオイラーの公式を用いて整理すると、下式（１１）が得られる。すなわち、式（１０）の右辺の第２項は値０となる。
【数１１】
2010023698.tif 000013
【００２６】
また、上式（１０）において、右辺の第３項における積分項を、ａ−ｃ≠０を条件として級数の総和の公式およびオイラーの公式を用いて整理すると、下式（１２）が得られる。すなわち、式（１０）の右辺の第３項も値０となる。
【数１２】
2010023698.tif 000014
【００２７】
以上により、ａ−ｃ≠０の場合、軟磁性体を介してＵ相コイルを通過する磁極の磁束Ψｕは、下式（１３）で表される。
【数１３】
2010023698.tif 000015
【００２８】
ここで、磁極の極対数ａと電機子磁極の極対数ｃとの比を「極対数比α」とした場合、α＝ａ／ｃとなるので、これを式（１３）に代入すると、下式（１４）が得られる。
【数１４】
2010023698.tif 000016
【００２９】
さらに、この式（１４）において、ｃ・θ２＝θｅ２とするとともに、ｃ・θ１＝θｅ１とすると、下式（１５）が得られる。
【数１５】
2010023698.tif 000017
ここで、θｅ２は、Ｕ相コイルに対する軟磁性体の回転角度位置θ２に電機子磁極の極対数ｃを乗算した値であるので、Ｕ相コイルに対する軟磁性体の電気角度位置を表す。また、θｅ１は、Ｕ相コイルに対する磁極の回転角度位置θ１に電機子磁極の極対数ｃを乗算した値であるので、Ｕ相コイルに対する磁極の電気角度位置を表す。
【００３０】
また、軟磁性体を介してＶ相コイルを通過する磁極の磁束Ψｖは、Ｖ相コイルの電気角度位置がＵ相コイルに対して電気角２π／３だけ進んでいるので、下式（１６）で表される。
【数１６】
2010023698.tif 000018
【００３１】
さらに、軟磁性体を介してＷ相コイルを通過する磁極の磁束Ψｗは、Ｗ相コイルの電気角度位置がＵ相コイルに対して電気角２π／３だけ遅れているので、下式（１７）で表される。
【数１７】
2010023698.tif 000019
【００３２】
次いで、以上の式（１５）〜（１７）を時間微分すると、下式（１８）〜（２０）がそれぞれ得られる。
【数１８】
2010023698.tif 000020
【数１９】
2010023698.tif 000021
【数２０】
2010023698.tif 000022
ここで、ωｅ１は、θｅ１の時間微分値、すなわちステータに対する第１ロータの角速度を電気角速度に換算した値（以下「第１ロータ電気角速度」という）を表しており、ωｅ２は、θｅ２の時間微分値、すなわちステータに対する第２ロータの角速度を電気角速度に換算した値（以下「第２ロータ電気角速度」という）を表している。
【００３３】
この場合、軟磁性体を介さずにＵ相〜Ｗ相のコイルを直接、通過する磁極の磁束は、極めて小さく、その影響は無視できるので、式（１８）〜（２０）に示される、軟磁性体を介してＵ相〜Ｗ相のコイルをそれぞれ通過する磁極の磁束Ψｕ〜Ψｗの時間微分値ｄΨｕ／ｄｔ〜ｄΨｗ／ｄｔは、磁極や軟磁性体が電機子列に対して回転するのに伴ってＵ相〜Ｗ相のコイルに発生する逆起電圧（誘導起電圧）をそれぞれ表すものになる。
【００３４】
したがって、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイルをそれぞれ流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、下式（２１），（２２），（２３）で表される。
【数２１】
2010023698.tif 000023
【数２２】
2010023698.tif 000024
【数２３】
2010023698.tif 000025
ここで、Ｉは、Ｕ相〜Ｗ相のコイルを流れる電流の振幅（最大値）を表している。
【００３５】
また、以上の式（２１）〜（２３）より、Ｕ相コイルに対する回転磁界のベクトルの電気角度位置θｍｆは、下式（２４）で表されるとともに、Ｕ相コイルに対する回転磁界の電気角速度（以下「磁界電気角速度」という）ωｍｆは、下式（２５）で表される。
【数２４】
2010023698.tif 000026
【数２５】
2010023698.tif 000027
【００３６】
さらに、Ｕ相〜Ｗ相のコイルに電流Ｉｕ〜Ｉｗがそれぞれ流れることで第１および第２ロータに出力される機械的出力（動力）Ｗは、リラクタンス分を除くと、下式（２６）で表される。
【数２６】
2010023698.tif 000028
【００３７】
この式（２６）に前述した式（１８）〜（２３）を代入し、整理すると、下式（２７）が得られる。
【数２７】
2010023698.tif 000029
【００３８】
一方、機械的出力Ｗと、前述した第１および第２ロータ伝達トルクＴ１，Ｔ２と、第１および第２ロータ電気角速度ωｅ１，ωｅ２との関係は、下式（２８）で表される。
【数２８】
2010023698.tif 000030
【００３９】
以上の式（２７），（２８）を参照すると明らかなように、第１および第２ロータ伝達トルクＴ１，Ｔ２はそれぞれ、下式（２９）および（３０）で表される。
【数２９】
2010023698.tif 000031
【数３０】
2010023698.tif 000032
【００４０】
また、電機子列に供給された電力と機械的出力Ｗは、損失を無視すれば互いに等しいことになるので、前述した式（２５）と式（２７）の関係から、前述した駆動用等価トルクＴｅは、下式（３１）で表される。
【数３１】
2010023698.tif 000033
【００４１】
さらに、以上の式（２９）〜（３１）より、下式（３２）が得られる。
【数３２】
2010023698.tif 000034
【００４２】
この場合、上式（３２）で表される３つのトルクＴｅ，Ｔ１，Ｔ２の関係、および前述した式（２５）で表される３つの電気角速度ωｍｆ，ωｅ１，ωｅ２の関係は、遊星歯車装置のサンギヤとリングギヤとキャリアにおけるトルクおよび回転速度の関係と同一である。さらに、前述したように、ｂ＝ａ＋ｃおよびａ−ｃ≠０が成立することを条件として、式（２５）の電気角速度の関係および式（３２）のトルクの関係が成立する。ここで、磁極の数をｐ、電機子磁極の数をｑとすると、ｐ＝２ａ，ｑ＝２ｃが成立するので、条件式ｂ＝ａ＋ｃは、ｂ＝（ｐ＋ｑ）／２、すなわちｂ／ｑ＝（１＋ｐ／ｑ）／２と書き換えられる。さらに、極数比ｍをｍ＝ｐ／ｑと定義すると、ｂ／ｑ＝（１＋ｍ）／２が得られる。
【００４３】
以上により、ｂ＝ａ＋ｃという条件式が成立していることは、電機子磁極の数と磁極の数と軟磁性体の数との比ｑ：ｐ：ｂが、１：ｍ：（１＋ｍ）／２であることに相当する。また、上記のａ−ｃ≠０という条件が成立していることは、ｑ≠ｐすなわち極数比ｍが値１以外の正数であることを表す。したがって、本発明の第１回転機によれば、電機子磁極の数と磁極の数と軟磁性体の数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２（ただしｍ≠１）に設定されているので、式（２５）に示す電気角速度の関係と式（３２）に示すトルクの関係が成立し、それにより、第１回転機を、遊星歯車装置のサンギヤとリングギヤとキャリア（以下「遊星歯車装置の三要素」という）と同様の動作特性で運転できることになる。この場合、極対数比αは、α＝ａ／ｃ＝（ｐ／２）／（ｑ／２）＝ｐ／ｑであるので、α＝ｍが成立する。
【００４４】
以上のように、本発明の動力装置によれば、第１回転機において１つの軟磁性体列のみを設けるだけでよいので、その分、第１回転機を小型化できるとともに製造コストを低減できる。その結果、動力装置自体を小型化でき、製造コストを低減できる。また、前述した式（２５），（３２）を参照すると明らかなように、極対数比αすなわち極数比ｍの設定の仕方によって、３つの電気角速度ωｍｆ，ωｅ１，ωｅ２の関係を自由に設定できるとともに、３つのトルクＴｅ，Ｔ１，Ｔ２の関係も自由に設定できる。この点は、電力供給による回転磁界の発生中のみならず、発電による回転磁界の発生中にも同様に当てはまる。これに加えて、式（３２）から明らかなように、極対数比αが大きいほど、第１および第２ロータ伝達トルクＴ１，Ｔ２に対して、駆動用等価トルクＴｅがより小さくなる。このことは、発電中にも同様に当てはまる。したがって、極対数比αをより大きな値に設定することによって、ステータの小型化を図ることができ、ひいては動力装置をより小型化することができる。以上の理由により、第１回転機すなわち動力装置の設計の自由度を高めることができる。
【００４５】
また、式（２５）に基づき、３つの電気角速度ωｍｆ，ωｅ１，ωｅ２の関係は、例えば図３１のように表すことができる。同図は、いわゆる速度共線図であり、この速度共線図において、縦軸の値０を通る横線と交わる縦線は、各パラメータの回転速度を表すためのものであり、この縦線上に表される白丸と横線との間隔が、各パラメータの回転速度に相当する。
【００４６】
この図３１を参照すると明らかなように、極対数比αが小さいほど、速度共線図における磁界電気角速度ωｍｆを表す縦線と、第２ロータ電気角速度ωｅ２を表す縦線との間の距離が小さくなるので、第１ロータ電気角速度ωｅ１と第２ロータ電気角速度ωｅ２との差Δω１に対する、第２ロータ電気角速度ωｅ２と磁界電気角速度ωｍｆとの差Δω２の比（Δω２／Δω１）は、より小さくなる。したがって、極対数比αをより小さな値に設定することによって、第２ロータ電気角速度ωｅ２が第１ロータ電気角速度ωｅ１を上回るような場合において、磁界電気角速度ωｍｆの過大化による損失の発生により駆動効率や発電効率が低下するのを防止できる。なお、以上の作用効果は、第１回転機において、複数の電機子のコイルの相数が前述した値３以外の場合にも同様に得ることができる。
【００４７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の動力装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、第１回転機１０の第１ロータ１４は被駆動部（前輪４）に機械的に連結され、第２ロータ１５は熱機関（エンジン３）に機械的に連結されていることを特徴とする。
【００４８】
この動力装置によれば、熱機関および第１回転機を動力源とする動力装置を実現することができる。また、前述したように、第１回転機における３つの電気角速度の関係および３つのトルクの関係が、遊星歯車装置の三要素における速度およびトルクの関係と同じになるので、熱機関の動力を第２ロータ、第１ロータおよび被駆動部の順に伝達できるとともに、その伝達状態を変更することができる。
【００４９】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の動力装置１Ｂにおいて、第２ロータ１５の回転を制止するための制止装置（電磁ブレーキ５５）をさらに備えることを特徴とする。
【００５０】
この動力装置によれば、前述したように、第１回転機における３つの電気角速度の関係および３つのトルクの関係が、遊星歯車装置の三要素における速度およびトルクの関係と同じになるので、例えば、熱機関が停止している場合、制止装置によって第２ロータの回転を制止するとともに、電力を第１回転機のステータに供給し、回転磁界を発生させると、ステータへの供給電力が動力変換されて第１ロータに入力され、第１ロータが回転駆動される。それにより、被駆動部を駆動することができる。
【００５１】
請求項４に係る発明は、請求項２に記載の動力装置１において、被駆動部（前輪４）および第１ロータ１４に機械的に連結された回転軸（出力軸１３）を有する第２回転機２０をさらに備えることを特徴とする。
【００５２】
この動力装置によれば、被駆動部および第１ロータに機械的に連結された回転軸を有する第２回転機をさらに備えているので、この第２回転機を運転することによって、熱機関および第１回転機の動力に加えて、第２回転機の動力を被駆動部に伝達することができ、それにより、請求項２の動力装置よりも大きな駆動力によって、被駆動部を駆動することができる。
【００５３】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の動力装置１において、第１回転機１０の第１ロータ１４および第２回転機２０の回転軸（出力軸１３）と、被駆動部（前輪４）との間の変速動作を行う変速装置５０をさらに備えることを特徴とする。
【００５４】
この動力装置によれば、第１回転機の第１ロータおよび第２回転機の回転軸と、被駆動部との間の変速動作を行う変速装置をさらに備えているので、この変速装置の変速比を適切に設定することにより、第１回転機および第２回転機の小型化や低回転化を図ることができる。例えば、変速装置の減速比を大きく設定することによって、第１回転機および第２回転機を介して変速装置に伝達すべきトルクを小さく設定することができ、それにより、第１回転機および第２回転機を小型化することができる。
【００５５】
請求項６に係る発明は、請求項４に記載の動力装置において、第１回転機１０の第２ロータ１５と熱機関（エンジン３）との間の変速動作を行う変速装置５１をさらに備えることを特徴とする。
【００５６】
この動力装置によれば、第１回転機の第２ロータと熱機関との間の変速動作を行う変速装置をさらに備えているので、熱機関の動力を変速しながら第１回転機に伝達することができる。
【００５７】
請求項７に係る発明は、請求項４に記載の動力装置において、第２回転機２０の回転軸（出力軸１３）は、変速装置５２を介して第１回転機１０の第１ロータ１４および被駆動部（前輪４）に機械的に連結されており、変速装置５２は、第２回転機２０の回転軸（出力軸１３）と、第１回転機１０の第１ロータ１４および被駆動部（前輪４）との間の変速動作を行うことを特徴とする。
【００５８】
この動力装置によれば、第２回転機の回転軸が変速装置を介して第１回転機の第１ロータおよび被駆動部に機械的に連結されており、この変速装置によって、第２回転機の回転軸と、第１回転機の第１ロータおよび被駆動部との間の変速動作が行われるので、この変速装置の変速比を適切に設定することにより、第２回転機の小型化および低回転化を図ることができる。例えば、変速装置の減速比を大きく設定することによって、第２回転機から変速装置に伝達すべきトルクを小さく設定することができ、それにより、第２回転機を小型化することができる。
【００５９】
請求項８に係る発明は、請求項２に記載の動力装置１Ａにおいて、被駆動部（前輪４）とは別個の第２被駆動部（後輪５）と、第２被駆動部（後輪５）に機械的に連結された第２回転機２０と、をさらに備えることを特徴とする。
【００６０】
この動力装置によれば、第１回転機および第２回転機を運転することによって、被駆動部および第２被駆動部を別個に駆動することができる。
【００６１】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載の動力装置１Ａにおいて、第１回転機１０の第２ロータ１５と熱機関（エンジン３）との間の変速動作を行う変速装置５３をさらに備えることを特徴とする。
【００６２】
この動力装置によれば、第１回転機の第２ロータと熱機関との間の変速動作を行う変速装置をさらに備えているので、熱機関の動力を変速しながら第１回転機に伝達することができる。
【００６３】
請求項１０に係る発明は、請求項８または９に記載の動力装置１Ａにおいて、第２回転機２０と第２被駆動部（後輪５）との間の変速動作を行う変速装置５４をさらに備えることを特徴とする。
【００６４】
この動力装置によれば、第２回転機と第２被駆動部との間の変速動作を行う変速装置をさらに備えているので、この変速装置の変速比を適切に設定することにより、第２回転機の小型化および低回転化を図ることができる。例えば、変速装置の減速比を大きく設定することによって、第２回転機から変速装置に伝達すべきトルクを小さく設定することができ、それにより、第２回転機を小型化することができる。
【００６５】
請求項１１に係る発明は、請求項１に記載の動力装置１Ｃ，１Ｄにおいて、第１回転機１０の第１ロータ１４は熱機関（エンジン３）に機械的に連結され、第２ロータ１５は被駆動部（前輪４）に機械的に連結されていることを特徴とする。
【００６６】
この動力装置によれば、熱機関および第１回転機を動力源とする動力装置を実現することができる。また、前述したように、第１回転機における３つの電気角速度の関係および３つのトルクの関係が、遊星歯車装置の三要素における速度およびトルクの関係と同じになるので、熱機関の動力を第１ロータ、第２ロータおよび被駆動部の順に伝達できるとともに、その伝達状態を変更することができる。
【００６７】
請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載の動力装置１Ｃにおいて、第１ロータ１４の回転を制止するための制止装置（第２回転機２０）をさらに備えることを特徴とする。
【００６８】
この動力装置によれば、前述したように、第１回転機における３つの電気角速度の関係および３つのトルクの関係が、遊星歯車装置の三要素における速度およびトルクの関係と同じになるので、例えば、熱機関が停止している場合、制止装置によって第１ロータの回転を制止するとともに、電力を第１回転機のステータに供給し、回転磁界を発生させると、ステータへの供給電力が動力変換されて第２ロータに入力され、第２ロータが回転駆動される。それにより、被駆動部を駆動することができる。
【００６９】
請求項１３に係る発明は、請求項１１に記載の動力装置１Ｃにおいて、熱機関（エンジン３）および第１ロータ１４に機械的に連結された回転軸（入力軸１２）を有する第２回転機２０をさらに備えることを特徴とする。
【００７０】
この動力装置によれば、熱機関および第１ロータに機械的に連結された回転軸を有する第２回転機をさらに備えているので、この第２回転機を運転することによって、熱機関および第１回転機の動力に加えて、第２回転機の動力を被駆動部に伝達することができ、それにより、請求項１１の動力装置よりも大きな駆動力によって、被駆動部を駆動することができる。
【００７１】
請求項１４に係る発明は、請求項１３に記載の動力装置１Ｃにおいて、第１回転機１０の第１ロータ１４および第２回転機２０の回転軸（入力軸１２）と、熱機関（エンジン３）との間を機械的に接続・遮断するクラッチ５６をさらに備えることを特徴とする。
【００７２】
この動力装置によれば、第１回転機の第１ロータおよび第２回転機の回転軸と、熱機関との間を機械的に接続・遮断するクラッチをさらに備えているので、熱機関が停止中の場合において、クラッチを遮断側に駆動するとともに、第１回転機および第２回転機の少なくとも一方を力行運転すれば、熱機関を停止したままで、第１回転機および／または第２回転機の動力を被駆動部に伝達できる。それにより、被駆動部を駆動することができる。
【００７３】
請求項１５に係る発明は、請求項１３に記載の動力装置１Ｃにおいて、第１回転機１０の第２ロータ１５と被駆動部（前輪４）との間の変速動作を行う変速装置５７をさらに備えることを特徴とする。
【００７４】
この動力装置によれば、第１回転機の第２ロータと被駆動部との間の変速動作を行う変速装置をさらに備えているので、この変速装置の変速比を適切に設定することにより、第１回転機および第２回転機の小型化や低回転化を図ることができる。例えば、変速装置の減速比を大きく設定することによって、第１回転機および第２回転機を介して変速装置に伝達すべきトルクを小さく設定することができ、それにより、第１回転機および第２回転機を小型化することができる。
【００７５】
請求項１６に係る発明は、請求項１３に記載の動力装置１Ｃにおいて、第２回転機２０の回転軸（入力軸１２）と熱機関（エンジン３）との間の変速動作を行う変速装置５８をさらに備えることを特徴とする。
【００７６】
この動力装置によれば、第２回転機の回転軸と熱機関との間の変速動作を行う変速装置をさらに備えているので、熱機関の動力を変速しながら第２回転機に伝達することができる。
【００７７】
請求項１７に係る発明は、請求項１１に記載の動力装置１Ｄにおいて、被駆動部（前輪４）とは別個の第２被駆動部（後輪５）と、第２被駆動部（後輪５）に機械的に連結された第２回転機２０と、をさらに備えることを特徴とする。
【００７８】
この動力装置によれば、請求項８に係る発明と同様の作用効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７９】
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る動力装置について説明する。なお、以下の説明では、図１〜図３の左側および右側をそれぞれ「左」および「右」という。図１および図２に示すように、本実施形態の動力装置１は、ハイブリッド車両（以下「車両」という）２の左右の前輪４，４を駆動するものであり、動力源として、エンジン３、第１回転機１０および第２回転機２０を備えている。
【００８０】
この車両２では、エンジン３が第１回転機１０に連結されているとともに、第１回転機１０および第２回転機２０が、ギヤ機構６、差動ギヤ機構７および左右の駆動軸８，８を介して、左右の前輪４，４に連結されている。それにより、後述するように、エンジン３の動力や、第１回転機１０および第２回転機２０の動力が前輪４，４に伝達される。また、車両２は、遊動輪である左右の後輪５，５を備えている。なお、本実施形態では、エンジン３が熱機関に、前輪４が被駆動部にそれぞれ相当する。
【００８１】
エンジン３は、ガソリンを燃料とする多気筒内燃機関であり、後述するＥＮＧ・ＥＣＵ２９によって、その運転状態が制御される。また、２つの回転機１０，２０およびギヤ機構６はいずれも、エンジン３のシリンダブロックに固定された駆動系ハウジング（いずれも図示せず）内に収容されている。
【００８２】
ギヤ機構６は、第１回転機１０の後述する出力軸１３に平行な第１および第２ギヤ軸６ａ，６ｂと、出力軸１３および２つのギヤ軸６ａ，６ｂ上に設けられた４つのギヤ６ｃ〜６ｆなどで構成されている。このギヤ６ｃは、出力軸１３の右端部に同心に固定されており、ギヤ６ｄと常に噛み合っている。このギヤ６ｄは、第１ギヤ軸６ａに同心かつ回転自在に嵌合しており、上記ギヤ６ｃに加えて、第２ギヤ軸６ｂの右端部に同心に固定されたギヤ６ｅと常に噛み合っている。
【００８３】
また、ギヤ６ｆは、第２ギヤ軸６ｂの左端部に同心に固定され、差動ギヤ機構７のギヤ７ａと常に噛み合っている。以上の構成により、出力軸１３の回転は、ギヤ機構６を介して差動ギヤ機構７に伝達される。
【００８４】
次に、図３および図４を参照しながら、第１回転機１０および第２回転機２０について説明する。図３は、第１回転機１０および第２回転機２０の断面構成を模式的に示したものであり、図４は、図３のＡ−Ａ線の位置で周方向に沿って破断した円環状の断面を直線状に模式的に示した図である。なお、両図においては、理解の容易化のために断面部分のハッチングが省略されており、この点は後述する図６などにおいても同様である。
【００８５】
まず、第１回転機１０について説明する。図３に示すように、第１回転機１０は、前述した駆動系ハウジングに固定されたケース１１と、左端部がエンジン３のクランクシャフトに直結された入力軸１２と、この入力軸１２と同心の出力軸１３（回転軸）と、ケース１１内に収容され、出力軸１３と一体に回転する第１ロータ１４と、ケース１１内に収容され、入力軸１２と一体に回転する第２ロータ１５と、ケース１１の周壁１１ｃの内周面に固定されたステータ１６などを備えている。これらの第１ロータ１４、第２ロータ１５およびステータ１６は、径方向の内側から外側に向かって、互いに同心に配置されている。
【００８６】
ケース１１は、左右の側壁１１ａ，１１ｂと、これらの側壁１１ａ，１１ｂの外周端部に固定された円筒状の周壁１１ｃなどで構成されている。左右の側壁１１ａ，１１ｂの中心部には、軸受１１ｄ，１１ｅがそれぞれ取り付けられており、入力軸１２および出力軸１３はそれぞれ、これらの軸受１１ｄ，１１ｅによって回転自在に支持されている。さらに、２つの軸１２，１３は、図示しないスラスト軸受などによって、その軸線方向の移動が規制されている。
【００８７】
第１ロータ１４は、出力軸１３の左端部に同心に固定された回転盤部１４ｂと、この回転盤部１４ｂの外端部に固定された円筒状のリング部１４ｃなどを備えている。このリング部１４ｃは、軟磁性体で構成され、その外周面には、永久磁石列が周方向に沿ってステータ１６の鉄芯１６ａに対向するように設けられている。この永久磁石列は、図４に示すように、８個の永久磁石１４ａ（磁極）で構成されている。
【００８８】
これらの永久磁石１４ａは、隣り合う各２つが互いに異なる極性を有し、等間隔で配置されているとともに、各永久磁石１４ａの軸線方向の長さは、所定長さに設定されている。なお、図４および後述する図６などでは、永久磁石１４ａのＮ極およびＳ極がそれぞれ、（Ｎ）および（Ｓ）と表記されているとともに、理解の容易化のために、主要な構成以外のもの（例えばケース１１など）の図示が省略されている。
【００８９】
一方、ステータ１６は、回転磁界を発生させるものであり、鉄芯１６ａと、この鉄芯１６ａに巻き付けられたＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイル１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ（図４参照）を有している。この鉄芯１６ａは、複数の鋼板を積層した円筒状のものであり、ケース１１に固定されているとともに、軸線方向の長さが、永久磁石１４ａと同じ長さに設定されている。
【００９０】
また、鉄芯１６ａの内周面には、１２個のスロット１６ｂが形成されており、これらのスロット１６ｂは、軸線方向に延びるとともに、第１主軸４の周方向（以下、単に「周方向」という）に等間隔で並んでいる。なお、本実施形態では、鉄芯１６ａおよびＵ相〜Ｗ相コイル１６ｃ〜１６ｅが電機子および電機子列に相当する。
【００９１】
さらに、Ｕ相〜Ｗ相のコイル１６ｃ〜１６ｅは、スロット１６ｂに分布巻き（波巻き）で巻回されているとともに、後述する１ＳＴ・ＰＤＵ３１を介して、後述するバッテリ３３に電気的に接続されている。
【００９２】
以上の構成により、ステータ１６では、バッテリ３３から電力が供給され、Ｕ相〜Ｗ相コイル１６ｃ〜１６ｅに電流が流れたとき、または後述するように発電が行われたときに、鉄芯１６ａの第１ロータ１４側の端部に、４個の磁極が周方向に等間隔で発生する（図６参照）とともに、これらの磁極による回転磁界が周方向に回転する。以下、鉄芯１６ａに発生する磁極を「電機子磁極」という。この場合、周方向に隣り合う各２つの電機子磁極の極性は、互いに異なるものとなる。なお、後述する図６などでは、電機子磁極のＮ極およびＳ極もそれぞれ、永久磁石１４ａのＮ極およびＳ極と同様に、（Ｎ）および（Ｓ）と表記する。
【００９３】
一方、第２ロータ１５は、入力軸１２の右端部に固定された回転盤部１５ｂと、この回転盤部１５ｂの外端部から第２回転機２０側に延びる支持部１５ｃと、この支持部１５ｃに固定され、第１ロータ１４の永久磁石列とステータ１６の鉄芯１６ａとの間に配置された軟磁性体コア列を有している。この軟磁性体コア列は、軟磁性体（例えば鋼板の積層体）製の、６個の軟磁性体コア１５ａで構成されている。
【００９４】
これらの軟磁性体コア１５ａは、周方向に沿って等間隔で配置され、永久磁石１４ａおよび鉄芯１６ａに対して所定の間隔を存するように設けられている。また、軟磁性体コア１５ａの軸線方向の長さは、永久磁石１４ａおよびステータ１６の鉄芯１６ａと同じ長さに設定されている。
【００９５】
次に、以上のように構成された第１回転機１０の動作原理について説明する。前述したように、本実施形態の第１回転機１０の場合、電機子磁極が４個、永久磁石１４ａの磁極（以下「磁石磁極」という）が８個、軟磁性体コア１５ａが６個となっているので、電機子磁極の数と磁石磁極の数と軟磁性体コア１５ａの数との比（以下「要素数比」という）は、４：８：６＝１：２：１．５＝１：２：（１＋２）／２に設定されている。この要素数比は前述した極数比ｍ（＝極対数比α）を値２に設定したときのものに相当するので、前述した式（１８）〜（２０）から明らかなように、第１ロータ１４および第２ロータ１５がステータ１６に対して回転した際、それに伴ってＵ相コイル１６ｃに発生する逆起電圧（以下「Ｕ相逆起電圧」という）Ｖｃｕと、Ｖ相コイル１６ｄに発生する逆起電圧（以下「Ｖ相逆起電圧」という）Ｖｃｖと、Ｗ相コイル１６ｅに発生する逆起電圧（以下「Ｗ相逆起電圧」という）Ｖｃｗはそれぞれ、下式（３３）〜（３５）で表される。
【数３３】
2010023698.tif 000035
【数３４】
2010023698.tif 000036
【数３５】
2010023698.tif 000037
【００９６】
ここで、ψＦは、磁石磁極の磁束の最大値を表している。また、θＥＲ１は、第１ロータ電気角であり、特定のＵ相コイル１６ｃ（以下「基準コイル」という）に対する第１ロータ１４の特定の永久磁石１４ａの回転角度位置を、電気角度位置に換算した値である。すなわち、第１ロータ電気角θＥＲ１は、この特定の永久磁石１４ａの回転角度位置に、電機子磁極の極対数（値２）を乗算した値である。さらに、θＥＲ２は、第２ロータ電気角であり、上記の基準コイルに対する第２ロータ１５の特定の軟磁性体コア１５ａの回転角度位置を、電気角度位置に換算した値である。すなわち、第２ロータ電気角θＥＲ２は、この特定の軟磁性体コア１５ａの回転角度位置に、電機子磁極の極対数（値２）を乗算した値である。
【００９７】
また、上式（３３）〜（３５）におけるωＥＲ１は、第１ロータ電気角速度であり、θＥＲ１の時間微分値、すなわちステータ１６に対する第１ロータ１４の角速度を電気角速度に換算した値である。さらに、ωＥＲ２は、第２ロータ電気角速度であり、θＥＲ２の時間微分値、すなわちステータ１６に対する第２ロータ１５の角速度を電気角速度に換算した値である。
【００９８】
また、第１回転機１０の場合、要素数比が前述したように設定されているので、前述した式（２１）〜（２３）から明らかなように、Ｕ相コイル１６ｃを流れる電流（以下「Ｕ相電流」という）Ｉｕと、Ｖ相コイル１６ｄを流れる電流（以下「Ｖ相電流」という）Ｉｖと、Ｗ相コイル１６ｅを流れる電流（以下「Ｗ相電流」という）Ｉｗはそれぞれ、下式（３６）〜（３８）で表される。
【数３６】
2010023698.tif 000038
【数３７】
2010023698.tif 000039
【数３８】
2010023698.tif 000040
これらの式（３６）〜（３８）において、Ｉは、Ｕ相〜Ｗ相コイル１６ｃ〜１６ｅを流れる電流の振幅（最大値）を表している。
【００９９】
さらに、第１回転機１０の場合、要素数比が前述したように設定されているので、前述した式（２４）および（２５）から明らかなように、基準コイルに対するステータ１６の回転磁界のベクトルの電気角度位置（以下「磁界電気角度位置」という）θＭＦＲは、下式（３９）で表され、ステータ１６に対する回転磁界の電気角速度（以下「磁界電気角速度」という）ωＭＦＲは、下式（４０）で表される。
【数３９】
2010023698.tif 000041
【数４０】
2010023698.tif 000042
【０１００】
以上により、第１回転機１０の場合、磁界電気角速度ωＭＦＲと第１ロータ電気角速度ωＥＲ１と第２ロータ電気角速度ωＥＲ２との関係は、例えば図５に示すようになる。
【０１０１】
また、ステータ１６に供給された電力および磁界電気角速度ωＭＦＲと等価のトルクを駆動用等価トルクＴＳＥとした場合、この駆動用等価トルクＴＳＥと、第１ロータ１４に伝達されるトルク（以下「第１ロータ伝達トルク」という）ＴＲ１と、第２ロータ１５に伝達されるトルク（以下「第２ロータ伝達トルク」という）ＴＲ２との関係は、前述した要素数比および前述した式（３２）から明らかなように、下式（４１）で表される。
【数４１】
2010023698.tif 000043
【０１０２】
以上のように、式（４０）で表される３つの電気角速度ωＭＦＲ，ωＥＲ１，ωＥＲ２の関係と、式（４１）で表される３つのトルクＴＳＥ，ＴＲ１，ＴＲ２の関係は、サンギヤおよびリングギヤのギヤ比が１：２である遊星歯車装置のサンギヤ、リングギヤおよびキャリア（以下「遊星歯車装置の三要素」という）における回転速度およびトルクの関係と同一である。
【０１０３】
次に、第１回転機１０において、ステータ１６に供給された電力が動力に変換され、第１ロータ１４および第２ロータ１５から出力される場合の動作について説明する。まず、図６〜図８を参照しながら、第１ロータ１４を回転不能に保持した状態でステータ１６に電力を供給した場合の動作について説明する。なお、図６〜図８では、理解の容易化のために、特定の電機子磁極と特定の軟磁性体コア１５ａに対してのみ、ハッチングが施されている。
【０１０４】
まず、図６（ａ）に示すように、図中の左端の軟磁性体コア１５ａの中心と、図中の左端の永久磁石１４ａの中心が、周方向に互いに一致するとともに、その軟磁性体コア１５ａから３つ右隣の軟磁性体コア１５ａの中心と、その永久磁石１４ａから４つ右隣の永久磁石１４ａの中心が、周方向に互いに一致した状態から、回転磁界を、図中の左方向に回転するように発生させる。その発生の開始時においては、互いに同じ極性の電機子磁極の位置を、中心が軟磁性体コア１５ａと一致している各永久磁石１４ａの中心と周方向に一致させるとともに、この電機子磁極の極性をこの永久磁石１４ａの磁石磁極の極性と異なるように設定する。
【０１０５】
この状態で、ステータ１６による回転磁界が第１ロータ１４との間に発生すると、軟磁性体コア１５ａを有する第２ロータ１５が、ステータ１６と第１ロータ１４の間に配置されているので、電機子磁極および磁石磁極によって、各軟磁性体コア１５ａが磁化され、それに伴い、軟磁性体コア１５ａが間隔を存して設けられていることで、電機子磁極と軟磁性体コア１５ａと磁石磁極を結ぶような磁力線ＭＬが発生する。
【０１０６】
図６（ａ）に示す状態では、磁力線ＭＬは、周方向の位置が互いに一致している電機子磁極、軟磁性体コア１５ａおよび磁石磁極を結ぶとともに、これらの電機子磁極、軟磁性体コア１５ａおよび磁石磁極のそれぞれの周方向の両隣の電機子磁極、軟磁性体コア１５ａおよび磁石磁極を結ぶように発生する。また、この状態では、磁力線ＭＬが直線状であることにより、軟磁性体コア１５ａに対して、これを周方向に回転させるような磁力は作用しない。
【０１０７】
そして、回転磁界の回転に伴って電機子磁極が図６（ａ）に示す位置から図６（ｂ）に示す位置まで回転すると、磁力線ＭＬが曲がった状態になり、それに伴い、磁力線ＭＬが直線状になるように、磁力が軟磁性体コア１５ａに作用する。この場合、磁力が作用する軟磁性体コア１５ａにおいて、磁力線ＭＬは、電機子磁極および磁石磁極を結ぶ直線に対して、回転磁界の回転方向（以下「磁界回転方向」という）と逆方向に凸に曲がった状態になるので、磁力線ＭＬに起因する磁力は、軟磁性体コア１５ａを磁界回転方向に駆動するように作用する。それにより、軟磁性体コア１５ａは、磁界回転方向に駆動され、図６（ｃ）に示す位置に向かって回転し、軟磁性体コア１５ａが設けられた第２ロータ１５も、磁界回転方向に回転する。なお、図６（ｂ）および（ｃ）における破線は、磁力線ＭＬの磁束量が極めて小さく、電機子磁極と軟磁性体コア１５ａと磁石磁極の間の磁気的なつながりが弱いことを表している。このことは、後述する他の図面においても同様である。
【０１０８】
また、回転磁界がさらに回転するのに伴い、上述した一連の動作、すなわち、「磁力線ＭＬが軟磁性体コア１５ａにおいて磁界回転方向と逆方向に凸に曲がる→磁力線ＭＬが直線状になるように軟磁性体コア１５ａに磁力が作用する→軟磁性体コア１５ａおよび第２ロータ１５が、磁界回転方向に回転する」という動作が、図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ），（ｂ）に示すように繰り返される。以上のように、第１ロータ１４を回転不能に保持した状態で、ステータ１６に電力を供給した場合には、上述したような磁力線ＭＬに起因する磁力の作用によって、ステータ１６に供給された電力は動力に変換され、その動力が第２ロータ１５から出力される。
【０１０９】
また、図９は、図６（ａ）に示す状態から電機子磁極が電気角２πだけ回転した状態を示しており、両図を比較すると明らかなように、軟磁性体コア１５ａは、電機子磁極に対して１／３の回転角度だけ、同方向に回転していることが判る。この結果は、前述した式（４０）において、ωＥＲ１＝０としたときに、ωＥＲ２＝ωＭＦＲ／３が成立することと合致する。
【０１１０】
次に、図１０〜図１２を参照しながら、第２ロータ１５を回転不能に保持した状態で、電力をステータ１６に供給した場合の動作について説明する。なお、図１０〜図１２では、理解の容易化のために、特定の電機子磁極および永久磁石１４ａに対して、ハッチングが施されている。
【０１１１】
まず、図１０（ａ）に示すように、前述した図６（ａ）の場合と同様に、図中の左端の軟磁性体コア１５ａの中心と図中の左端の永久磁石１４ａの中心とが、周方向に互いに一致するとともに、その軟磁性体コア１５ａから３つ右隣の軟磁性体コア１５ａの中心とその永久磁石１４ａから４つ右隣の永久磁石１４ａの中心とが、周方向に互いに一致している状態において、回転磁界を図中の左方向に回転するように発生させる。その発生の開始時においては、互いに同じ極性の電機子磁極の位置を、中心が軟磁性体コア１５ａと一致している各永久磁石１４ａの中心と周方向に一致させるとともに、この電機子磁極の極性をこの永久磁石１４ａの磁石磁極の極性と異なるように設定する。
【０１１２】
図１０（ａ）に示す状態状態では、図６（ａ）の場合と同様に、磁力線ＭＬは、周方向の位置が互いに一致している電機子磁極、軟磁性体コア１５ａおよび磁石磁極を結ぶとともに、これらの電機子磁極、軟磁性体コア１５ａおよび磁石磁極のそれぞれの周方向の両隣の電機子磁極、軟磁性体コア１５ａおよび磁石磁極を結ぶように発生する。また、この状態では、磁力線ＭＬが直線状であることにより、軟磁性体コア１５ａに対して、これを周方向に回転させるような磁力は作用しない。
【０１１３】
そして、回転磁界の回転に伴って電機子磁極が図１０（ａ）に示す位置から図１０（ｂ）に示す位置まで回転すると、磁力線ＭＬが曲がった状態になり、それに伴い、磁力線ＭＬが直線状になるように、磁力が永久磁石１４ａに作用する。この場合、この永久磁石１４ａが、磁力線ＭＬで互いに結ばれた電機子磁極および軟磁性体コア１５ａの延長線上よりも磁界回転方向に進んだ位置にあるため、磁力線ＭＬに起因する磁力は、この延長線上に永久磁石１４ａを位置させるように作用する。すなわち、永久磁石１４ａを磁界回転方向と逆方向に駆動するように作用する。それにより、永久磁石１４ａは、磁界回転方向と逆方向に駆動され、図１０（ｃ）に示す位置に向かって回転し、永久磁石１４ａが設けられた第１ロータ１４も、磁界回転方向と逆方向に回転する。
【０１１４】
また、回転磁界がさらに回転するのに伴い、上述した一連の動作が図１１（ａ）〜（ｄ）および図１２（ａ），（ｂ）に示すように繰り返される。すなわち、「磁力線ＭＬが曲がり、磁力線ＭＬで互いに結ばれた電機子磁極および軟磁性体コア１５ａの延長線上よりも、永久磁石１４ａが磁界回転方向に進んだ位置に位置する→磁力線ＭＬが直線状になるように永久磁石１４ａに磁力が作用する→永久磁石１４ａおよび第１ロータ１４が、磁界回転方向と逆方向に回転する」という動作が、繰り返される。以上のように、第２ロータ１５を回転不能に保持した状態で、電力をステータ１６に供給した場合、上述したような磁力線ＭＬに起因する磁力の作用によって、ステータ１６に供給された電力は動力に変換され、その動力が第１ロータ１４から出力される。
【０１１５】
また、図１２（ｂ）は、図１０（ａ）に示す状態から電機子磁極が電気角２πだけ回転した状態を示しており、両図を比較すると明らかなように、永久磁石１４ａは、電機子磁極に対して１／２の回転角度だけ、逆方向に回転していることが判る。この結果は、前述した式（４０）において、ωＥＲ２＝０としたときに、−ωＥＲ１＝ωＭＦＲ／２が成立することと合致する。
【０１１６】
以上のように、本実施形態の第１回転機１０では、ステータ１６への電力供給により回転磁界を発生させると、前述した磁石磁極と軟磁性体コア１５ａと電機子磁極とを結ぶような磁力線ＭＬが発生し、この磁力線ＭＬによる磁力の作用によって、電機子に供給された電力は動力に変換され、その動力が、第１ロータ１４や第２ロータ１５から出力される。この場合、磁界電気角速度ωＭＦＲ、第１および第２のロータ電気角速度ωＥＲ１，ωＥＲ２の間に、前述した式（４０）に示す関係が成立するとともに、駆動用等価トルクＴＳＥ、第１および第２のロータ伝達トルクＴＲ１，ＴＲ２の間に、前述した式（４１）に示す関係が成立する。これらの３つのトルクＴＳＥ，ＴＲ１，ＴＲ２の関係および電気角速度ωＭＦＲ，ωＥＲ１，ωＥＲ２の関係は、遊星歯車装置の三要素におけるトルクおよび回転速度の関係と同一である。
【０１１７】
そのため、ステータ１６に電力を供給していない状態で、第１ロータ１４および／または第２ロータ１５に動力を入力することによって、第１ロータ１４および／または第２ロータ１５をステータ１６に対して回転させると、ステータ１６において、発電が行われるとともに、回転磁界が発生する。その際、磁石磁極と軟磁性体と電機子磁極を結ぶような磁力線ＭＬが発生するとともに、この磁力線ＭＬによる磁力の作用によって、式（４０）に示す電気角速度の関係と式（４１）に示すトルクの関係が成立する。すなわち、発電した電力および磁界電気角速度ωＭＦＲと等価のトルクを発電用等価トルクＴＧＥとすると、この発電用等価トルクＴＧＥ、第１および第２のロータ伝達トルクＴＲ１，ＴＲ２の間にも、式（４１）の「ＴＳＥ」を「ＴＧＥ」に置き換えた関係が成立する。
【０１１８】
以上のように、本実施形態の第１回転機１０の場合、３つのトルクの関係および３つの電気角速度の関係が、遊星歯車装置の三要素におけるトルクおよび回転速度の関係と同一になるので、第１回転機１０を遊星歯車装置と同じ動作特性で運転することができる。
【０１１９】
次に、第２回転機２０について説明する。この第２回転機２０は、ＤＣブラシレスモータで構成されており、図３に示すように、前述した駆動系ハウジングに固定されたケース２１と、ケース２１内に収容され、出力軸１３に同心に固定されたロータ２２と、ケース２１の周壁２１ｃの内周面に固定されたステータ２３などを備えている。
【０１２０】
ケース２１は、左右の側壁２１ａ，２１ｂと、これらの側壁２１ａ，２１ｂの外周端部に固定された円筒状の周壁２１ｃなどで構成されている。左右の側壁２１ａ，２１ｂの内端部には、軸受２１ｄ，２１ｅがそれぞれ取り付けられており、出力軸１３は、これらの軸受２１ｄ，２１ｅによって回転自在に支持されている。
【０１２１】
ロータ２２は、出力軸１３に同心に固定された回転盤部２２ａと、この回転盤部２２ａの外端部に固定された円筒状のリング部２２ｂなどを備えている。このリング部２２ｂは、軟磁性体で構成され、その外周面には、永久磁石列が周方向に沿って設けられている。この永久磁石列は、所定個数の永久磁石２２ｃで構成されており、これらの永久磁石２２ｃは、互いに同じ所定角度の間隔でかつ隣り合う各２つが互いに異なる極性で配置されている。
【０１２２】
ステータ２３は、ケース２１の周壁２１ｃの内周面に周方向に沿って設けられた複数の電機子２３ａを有している。これらの電機子２３ａは、回転磁界を発生するものであり、互いに同じ所定角度の間隔で配置され、後述する２ＮＤ・ＰＤＵ３２を介して、バッテリ３３に電気的に接続されている。
【０１２３】
一方、動力装置１は、図２に示すように、エンジン３を主に制御するためのＥＮＧ・ＥＣＵ２９と、第１回転機１０および第２回転機２０を主に制御するためのＭＯＴ・ＥＣＵ３０などを備えている。これらのＥＣＵ２９，３０はいずれも、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵおよびＩ／Ｏインターフェースなどからなるマイクロコンピュータ（いずれも図示せず）で構成されている。
【０１２４】
ＥＮＧ・ＥＣＵ２９には、クランク角センサ、駆動軸回転数センサ、アクセル開度センサおよび車速センサなどの各種のセンサ（いずれも図示せず）が接続されている。ＥＮＧ・ＥＣＵ２９は、これらの各種のセンサの検出信号に基づき、エンジン回転数ＮＥ、駆動軸８の回転数（以下「駆動軸回転数」という）ＮＤ、アクセル開度ＡＰ（図示しないアクセルペダルの操作量）および車速ＶＰなどを算出するとともに、これらのパラメータに応じて、燃料噴射弁や点火プラグなどを駆動することにより、エンジン３の運転を制御する。さらに、ＥＮＧ・ＥＣＵ２９は、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０に電気的に接続されており、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０との間で、エンジン回転数ＮＥおよび駆動軸回転数ＮＤなどの各種データを送受信する。
【０１２５】
一方、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０には、１ＳＴ・ＰＤＵ３１、２ＮＤ・ＰＤＵ３２、第１回転角センサ３５および第２回転角センサ３６が接続されている。１ＳＴ・ＰＤＵ３１は、インバータなどを含む電気回路で構成され、第１回転機１０およびバッテリ３３に接続されている。また、２ＮＤ・ＰＤＵ３２は、１ＳＴ・ＰＤＵ３１と同様にインバータなどを含む電気回路で構成され、第２回転機２０およびバッテリ３３に接続されている。
【０１２６】
さらに、第１回転角センサ３５は、ステータ１６に対する第１ロータ１４の回転角度を検出して、それを表す検出信号をＭＯＴ・ＥＣＵ３０に出力する。また、第２回転角センサ３６は、ステータ１６に対する第２ロータ１５の回転角度を検出して、それを表す検出信号をＭＯＴ・ＥＣＵ３０に出力する。ＭＯＴ・ＥＣＵ３０は、これらのセンサの検出信号や前述したＥＮＧ・ＥＣＵ２９からの各種データなどに応じて、以下に述べるように、２つの回転機１０，２０の運転状態を制御する。  
【０１２７】
次に、車両運転中の、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０による第１回転機１０および第２回転機２０の制御手法について説明する。まず、停車中のエンジン始動制御について説明する。この制御では、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０は、エンジン停止中で停車中の場合において、所定のエンジン始動条件が成立したとき（例えば、図示しないイグニッション・スイッチがＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り換わったとき）に、バッテリ３３の電力を、１ＳＴ・ＰＤＵ３１を介して第１回転機１０に供給し、回転磁界をステータ１６に発生させる。この場合、第１回転機１０では、第１ロータ１４が前輪４に機械的に連結され、第２ロータ１５がエンジン３のクランクシャフトに機械的に連結されているので、停車中でエンジン停止状態の場合、第１ロータ１４の方が第２ロータ１５よりも回転抵抗が極めて大きい状態となり、それに起因して、第１ロータ１４が停止したままで、第２ロータ１５が回転磁界の回転方向に駆動されることになる。その結果、回転磁界の回転に伴って、第２ロータ１５が駆動され、それにより、エンジン３を始動することができる。
【０１２８】
また、エンジン運転中で停車中の場合において、所定の発進条件が成立したとき（例えば、図示しないブレーキペダルが操作されておらず、アクセル開度ＡＰが所定値以上のとき）には、発進制御が実行される。まず、停車中は、出力軸１３すなわち第１ロータ１４が回転停止状態となっているので、エンジン３が発生する動力はすべて、磁力線を介して、第１回転機１０のステータ１６に伝達され、これに回転磁界を発生させることで、誘導起電力（すなわち逆起電圧）が発生する。ＭＯＴ・ＥＣＵ３０は、ステータ１６への供給電流を制御することにより、ステータ１６で発生した誘導起電力を回生し、その回生電力をすべて、１ＳＴ・ＰＤＵ３１および２ＮＤ・ＰＤＵ３２を介して第２回転機２０に供給する。その結果、第２回転機２０のロータ２２によって、出力軸１３が駆動され、前輪４，４が駆動されることで、車両２が発進する。車両２の発進後、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０は、車速の上昇に伴い、第１回転機１０における回生電力が漸減するように制御すると同時に、その回生電力を第２回転機２０に供給するように制御する。
【０１２９】
さらに、エンジン運転中で走行中のときには、変速制御が実行される。この変速制御では、エンジン３の運転状態（例えば、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰなど）および／または車両２の走行状態（例えば車速ＶＰなど）に応じて、エンジン３の動力のうちの、第１ロータ１４を介して前輪４に伝達される動力と、第１回転機１０で電力として回生される動力との割合を変更するように、第１回転機１０が制御されるとともに、この回生電力を第２回転機２０に供給することにより、第２回転機２０が制御される。この場合、前述したように、第１回転機１０は、遊星歯車装置と同様の動作特性で運転可能なものであるので、上記のように第１回転機１０を制御するとともに、第１回転機１０での回生電力を第２回転機２０に供給することによって、第２回転機２０を制御すると、電気的な損失を無視すれば、第１回転機１０および第２回転機２０を介して、エンジン３の動力をすべて前輪４に伝達しながら、第２ロータ１５の回転数と出力軸１３の回転数との比、言い換えればエンジン回転数ＮＥと駆動軸回転数ＮＤとの比を任意に変更することができる。すなわち、２つの回転機１０，２０を制御することで、自動変速装置としての機能を実現することができる。
【０１３０】
また、この変速制御中、所定の動力伝達条件が成立したとき（例えば、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰが所定領域にあるとき）には、第１回転機１０での電力回生を中止し、ロック電流をステータ１６に供給するかまたは第１回転機１０における相間短絡制御を実行することなどにより、ステータ１６の回転磁界の回転速度を値０に制御する。このように制御した場合には、磁気伝達可能な範囲内であれば、エンジン３の動力をすべて磁気を介して前輪４に伝達できるので、第１回転機１０における回生電力を、２ＮＤ・ＰＤＵ３２を介して第２回転機２０に供給するように制御する場合と比べて、動力伝達効率を向上させることができる。
【０１３１】
一方、エンジン運転中で走行中（減速フューエルカット運転中も含む）の場合において、バッテリ３３の充電残量ＳＯＣが所定値ＳＯＣ＿ＲＥＦ（例えば５０％）以下のときには、第１回転機１０および／または第２回転機２０における回生電力を制御し、バッテリ３３への充電制御を実行する。それにより、バッテリ３３において十分な充電残量ＳＯＣを確保することができる。
【０１３２】
また、エンジン運転中で所定のアシスト条件が成立したとき（例えば、坂道発進のとき、登坂走行中であるとき、または加速走行中であるとき）には、アシスト制御が実行される。具体的には、バッテリ３３内の電力を第１回転機１０および／または第２回転機２０に供給することによって、第１回転機１０および／または第２回転機２０の動力と、エンジン３の動力とが前輪４に伝達されるように、第１回転機１０および／または第２回転機２０が制御される。それにより、エンジン３に加えて、第１回転機１０および／または第２回転機２０を動力源として、アシスト走行またはアシスト発進することができる。
【０１３３】
さらに、エンジン３が停止中でかつ車両２が停止中の場合において、所定の回転機発進条件が成立したとき（例えば、バッテリ３３の充電残量ＳＯＣが所定値ＳＯＣ＿ＲＥＦを上回っており、ブレーキペダルが操作されていない状態で、アクセル開度ＡＰが所定値以上のとき）には、回転機発進制御が実行される。具体的には、エンジン３を停止したままで、バッテリ３３の電力が第１回転機１０および第２回転機２０に同時に供給され、２つの回転機１０，２０が同時に駆動される。その際、第２回転機２０が回転し始めるのと同時に、出力軸１３が回転し始めるが、第１回転機１０において、停止しているエンジン３に連結された第２ロータ１５側の回転抵抗が第１ロータ１４側よりもかなり大きくなる。その結果、ステータ１６に回転磁界を発生させることにより、第１ロータ１４を駆動することができ、第１回転機１０および第２回転機２０の動力によって、車両２を発進させることができる。なお、エンジン３の回転抵抗が不足する場合には、エンジン３をロックするか、回転抵抗を増大させる装置を設けてもよい。
【０１３４】
以上のように、本実施形態の動力装置１によれば、エンジン３、第１回転機１０および第２回転機２０を動力源として、車両２を駆動することができる。また、第１回転機１０を１つの軟磁性体列のみを備えるように構成すればよいので、その分、第１回転機１０を小型化できるとともに製造コストを低減できる。その結果、動力装置１自体を小型化でき、製造コストを低減できるとともに、設計の自由度を高めることができる。また、前述した式（４０），（４１）を参照すると明らかなように、第１回転機１０における極対数比αすなわち極数比ｍの設定の仕方によって、３つの電気角速度ωＭＦＲ，ωＥＲ１，ωＥＲ２の関係を自由に設定できるとともに、３つのトルクＴＳＥ，ＴＲ１，ＴＲ２の関係も自由に設定できる。その結果、設計の自由度をさらに高めることができる。
【０１３５】
次に、第１実施形態の動力装置１において、第１回転機１０の極対数比α（＝極数比ｍ）を変更したときのトルク変化などについて説明する。具体的には、エンジン運転中での車両走行中、エンジン３の動力の一部を第１回転機１０によって電力回生し、この回生電力を第２回転機２０に供給することで、第２回転機２０を力行制御している場合を例にとって説明する。
【０１３６】
まず、動力装置１において、第１回転機１０の極対数比αが値１以外の任意の値に設定され、駆動輪が出力軸１３に直結されていると仮定する。この場合、入力軸１２すなわち第２ロータ１５の電気角速度をωＥＮＧとし、ステータ１６の回転磁界の電気角速度をωＭＧ１とし、出力軸１３すなわち第１ロータ１４の電気角速度ωＯＵＴとすると、これらの電気角速度の関係は、例えば図１３に示すようになるとともに、下式（４２）が成立する。
【数４２】
2010023698.tif 000044
【０１３７】
さらに、エンジン３から入力軸１２に入力されるトルクをエンジントルクＴＥＮＧとし、ステータ１６の回生電力および回転磁界の電気角速度ωＭＧ１に等価なトルクを第１回転機トルクＴＭＧ１とし、第２回転機２０への供給電力および電気角速度ωＭＧ２に等価なトルクを第２回転機トルクＴＭＧ２とし、駆動輪への伝達トルクに起因して駆動輪が路面から受ける反力としてのトルクを駆動トルクＴＯＵＴとすると、下式（４３），（４４）が成立するとともに、これらのトルクの関係は図１３に示すようになる。なお、下式（４３），（４４）においては、図１３の上向きのトルクを正値で表している。
【０１３８】
【数４３】
2010023698.tif 000045
【数４４】
2010023698.tif 000046
【０１３９】
ここで、第１所定値α１および第２所定値α２を、α１＜α２が成立するような極対数比αの所定値とした場合、α＝α１のときの第１および第２回転機トルクＴＭＧ１（α１），ＴＭＧ２（α１）はそれぞれ、下式（４５），（４６）で表される。
【数４５】
2010023698.tif 000047
【数４６】
2010023698.tif 000048
【０１４０】
また、α＝α２のときの第１および第２回転機トルクＴＭＧ１（α２），ＴＭＧ２（α２）はそれぞれ、下式（４７），（４８）で表される。
【数４７】
2010023698.tif 000049
【数４８】
2010023698.tif 000050
【０１４１】
以上の式（４５）,（４７）より、極対数比αを第１所定値α１から第２所定値α２に変更した場合の、第１回転機トルクＴＭＧ１の変化量ΔＴＭＧ１は、下式（４９）で表される。
【数４９】
2010023698.tif 000051
【０１４２】
また、式（４６）,（４８）より、極対数比αを第１所定値α１から第２所定値α２に変更した場合の、第２回転機トルクＴＭＧ２の変化量ΔＴＭＧ２は、下式（５０）で表される。
【数５０】
2010023698.tif 000052
【０１４３】
ここで、ＴＥＮＧ＞０，ＴＭＧ１＜０，ＴＭＧ２＞０，α１＜α２であるので、以上の式（４９），（５０）を参照すると明らかなように、極対数比αを第１所定値α１から第２所定値α２に変更することで、第１および第２回転機トルクＴＭＧ１，ＴＭＧ２の絶対値が減少することになる。すなわち、極対数比αをより大きな値に設定することで、第１回転機１０および第２回転機２０を小型化できることが判る。
【０１４４】
また、２つの回転機１０，２０とバッテリ３３との間で電力が入出力されていないとすれば、第１回転機１０の回生電力はそのまま第２回転機２０に供給されるので、下式（５１）が成立する。
【数５１】
2010023698.tif 000053
【０１４５】
ここで、第１回転機１０から第２回転機２０に供給される電力を伝達電力ＷＭＧとし、エンジン出力ＷＥＮＧに対する伝達電力ＷＭＧの比を出力比ＲＷとすると、この出力比ＲＷは、下式（５２）により算出される。
【数５２】
2010023698.tif 000054
【０１４６】
前述した式（４２），（４３）の関係を上式（５２）に適用すると、下式（５３）が得られる。
【数５３】
2010023698.tif 000055
【０１４７】
ここで、減速比Ｒを下式（５４）に示すように定義し、これを上式（５３）に適用すると、下式（５５）が得られる。
【数５４】
2010023698.tif 000056
【数５５】
2010023698.tif 000057
【０１４８】
上式（５５）より、極対数比αを第１所定値α１および第２所定値α２に設定したときの出力比ＲＷ（α１），ＲＷ（α２）はそれぞれ、下式（５６），（５７）で算出される。
【数５６】
2010023698.tif 000058
【数５７】
2010023698.tif 000059
【０１４９】
以上の式（５６）,（５７）より、極対数比αを第１所定値α１から第２所定値α２に変更した場合の、出力比の変化量ΔＲＷは、下式（５８）で表される。
【数５８】
2010023698.tif 000060
【０１５０】
ここで、α１＜α２であるので、上式（５８）を参照すると明らかなように、極対数比αを第１所定値α１から第２所定値α２に変更することで、出力比ＲＷを低減でき、伝達電力ＷＭＧを低減できることが判る。また、前述した式（５５）において、極対数比αを値１、値１．５、値２に設定したときの出力比ＲＷと減速比Ｒの関係は、図１４に示すようになる。この図１４を参照すると明らかなように、極対数比αをより大きな値に設定することで、減速比Ｒのほぼ全域において、伝達電力ＷＭＧを低減できることが判る。一般に、効率の観点からは、動力を機械伝達または磁気伝達したときの方が、電力を回転機によって動力に変換したときと比べて優れているので、上記のように、伝達電力ＷＭＧを低減することによって、伝達効率を向上できることになる。すなわち、本発明の動力装置の場合、極対数比α（＝極数比ｍ）をより大きく設定することによって、伝達効率を向上させることができる。
【０１５１】
なお、第１実施形態は、本発明の動力装置１を被駆動部としての前輪４を備える車両２に適用した例であるが、本発明の動力装置はこれに限らず、例えば、船舶および航空機などの様々な産業機器に適用可能である。ここで、本発明の動力装置を船舶に適用した場合には、スクリューなどの推進力を生じる部分が被駆動部に相当し、動力装置を航空機に適用した場合には、プロペラやロータなどの推進力を生じる部分が被駆動部に相当する。
【０１５２】
また、第１実施形態は、熱機関として、ガソリンを燃料とする内燃機関を用いた例であるが、本発明の熱機関はこれに限らず、熱エネルギを継続的に機械的エネルギに変える装置であればよい。例えば、熱機関として、軽油または天然ガスを燃料とする内燃機関やスターリングエンジンなどの外燃機関を用いてもよい。
【０１５３】
さらに、第１実施形態は、第１回転機１０において、電機子磁極の数を「４」に、磁極の数を「８」に、軟磁性体としての軟磁性体コア１５ａの数を「６」にそれぞれ設定した例であるが、本発明の第１回転機における電機子磁極の数、磁極の数および軟磁性体の数はこれらの値に限らず、電機子磁極の数と磁極の数と軟磁性体の数が、極数比ｍを値１以外の正数とした場合において、電機子磁極の数と磁極の数と軟磁性体の数との比すなわち要素数比が１：ｍ：（１＋ｍ）／２となるように、設定されていればよい。また、第１実施形態の第１回転機１０は、要素数比においてｍ＝２に設定した例であるが、極数比ｍはこれに限らず、値１以外の正数であればよい。
【０１５４】
また、第１実施形態は、第１ロータ１４の磁極として永久磁石１４ａの磁極を用いた例であるが、第１ロータ１４に電機子列を設け、この電機子列に発生する磁極を永久磁石の磁極に代えて用いてもよい。
【０１５５】
一方、第１実施形態は、第１回転機１０および第２回転機２０の運転を制御する制御手段として、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０、１ＳＴ・ＰＤＵ３１および２ＮＤ・ＰＤＵ３２を用いた例であるが、第１回転機１０および第２回転機２０を制御する制御手段はこれに限らず、これらの回転機１０，２０の運転を制御できるものであればよい。例えば、２つの回転機１０，２０を制御する制御手段として、マイクロコンピュータを搭載した電気回路などを用いてもよい。
【０１５６】
また、第１実施形態は、第１回転機１０および第２回転機２０を出力軸１３上に軸線方向に並べて配置した例であるが、第１回転機１０および第２回転機２０の配置はこれに限らない。例えば、図１５に示すように、第２回転機２０の外側に第１回転機１０が位置するように、両者を径方向に並べて配置してもよい。このようにすれば、２つの回転機１０，２０の軸線方向のサイズを小型化することができ、動力装置１の設計の自由度を高めることができる。
【０１５７】
さらに、図１６に示すように、第１回転機１０の第１ロータ１４と第２回転機２０のロータ２２を別個の軸上に配置してもよい。なお、同図においては、理解の容易化のために断面部分のハッチングが省略されている。同図に示すように、この第２回転機２０では、ロータ２２が前述した出力軸１３上ではなく、第１ギヤ軸６ａ上に設けられている。このようにすれば、２つの回転機１０，２０の配置において、動力装置１の設計の自由度を高めることができる。
【０１５８】
一方、第１実施形態の動力装置１において、図１７に示すように、ギヤ機構６に代えて、変速装置（図では「Ｔ／Ｍ」と表す）５０を設けてもよい。この変速装置５０は、出力軸１３と前輪４との間の減速比を段階的または無段階に変更するものであり、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０によって変速動作が制御される。なお、変速装置５０としては、具体的には、トルクコンバータ付きの有段自動変速装置、ベルト式無段変速装置、トロイダル式無段変速装置および自動ＭＴ（アクチュエータによって、クラッチの接続・遮断動作および変速動作を実行する有段自動変速装置）などのいずれかが適宜、用いられる。
【０１５９】
このように構成した場合、例えば、変速装置５０における低回転・高負荷域用の減速比を大きく設定することによって、第１回転機１０および第２回転機２０を介して変速装置５０に伝達すべきトルクを小さく設定することができ、それにより、第１回転機１０および第２回転機２０を小型化することができる。一方、変速装置５０における高車速・高負荷域用の減速比を小さく設定することによって、第１回転機１０および第２回転機２０の回転数を低下させることができる。それにより、第１回転機１０の場合、その界磁回転数を低減できることで、エネルギ損失を低減でき、伝達効率を向上させることができるとともに、寿命を延ばすことができる。また、第２回転機２０の場合、その運転効率を向上させることができるとともに、寿命を延ばすことができる。
【０１６０】
また、第１実施形態の動力装置１において、図１８に示すように、変速装置５１を、エンジン３と第２ロータ１５の間に延びる入力軸１２の途中に設けてもよい。この変速装置５１は、エンジン３と第２ロータ１５との間の増速比を段階的または無段階に変更するものであり、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０によって変速動作が制御される。なお、変速装置５１としては、上記変速装置５０と同様に、トルクコンバータ付きの有段自動変速装置、ベルト式無段変速装置、トロイダル式無段変速装置および自動ＭＴなどのいずれかが適宜、用いられる。
【０１６１】
このように構成した場合、例えば、変速装置５１における低回転・高負荷域用の増速比および終減速装置（すなわち差動ギヤ機構７）の終減速比をいずれも大きく設定することによって、第１回転機１０および第２回転機２０を介して終減速装置側に伝達すべきトルクを小さく設定することができ、それにより、第１回転機１０および第２回転機２０を小型化することができる。一方、変速装置５１における高車速・高負荷域用の増速比を小さく（または１：１に）設定することによって、第１回転機１０および第２回転機２０の回転数を低下させることができる。それにより、前述したように、第１回転機１０の場合、その界磁回転数を低減できることで、エネルギ損失を低減でき、伝達効率を向上させることができるとともに、寿命を延ばすことができる。また、第２回転機２０の場合、その運転効率を向上させることができるとともに、寿命を延ばすことができる。
【０１６２】
さらに、第１実施形態の動力装置１において、図１９に示すように、ギヤ機構６の位置を、出力軸１３の第１ロータ１４とロータ２２との間に変更するとともに、出力軸１３のギヤ機構６とロータ２２の間に、変速装置５２を設けてもよい。この変速装置５２は、ロータ２２とギヤ６ｃとの間の減速比を段階的または無段階に変更するものであり、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０によって変速動作が制御される。なお、変速装置５２としては、前述した変速装置５０と同様に、トルクコンバータ付きの有段自動変速装置、ベルト式無段変速装置、トロイダル式無段変速装置および自動ＭＴなどのいずれかが適宜、用いられる。
【０１６３】
このように構成した場合、例えば、変速装置５２における低回転・高負荷域用の減速比を大きく設定することによって、第２回転機２０から前輪４に伝達すべきトルクを小さく設定することができ、それにより、第２回転機２０を小型化することができる。一方、変速装置５２における高車速・高負荷域用の減速比を小さく設定することによって、第２回転機２０の回転数を低下させることができ、それにより、前述したように、運転効率を向上させることができるとともに、寿命を延ばすことができる。
【０１６４】
次に、図２０を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る動力装置１Ａについて説明する。同図に示すように、この動力装置１Ａは、第１実施形態の動力装置１と比べると、第２回転機２０を後輪駆動用の動力源として用いた点が異なっており、それ以外は第１実施形態の動力装置１とほぼ同様に構成されているので、以下、第１実施形態の動力装置１と異なる点を中心に説明するとともに、同じ構成に関しては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１６５】
この動力装置１Ａでは、第１ギヤ軸６ａ上のギヤ６ｄが差動ギヤ機構７のギヤ７ａと常に噛み合っており、それにより、出力軸１３の回転は、ギヤ６ｃ，６ｄおよび差動ギヤ機構７を介して、前輪４，４に伝達される。
【０１６６】
また、第２回転機２０は、差動ギヤ機構２５および左右の駆動軸２６，２６などを介して、左右の後輪５，５に連結されており、これにより、後述するように、第２回転機２０の動力が後輪５，５（第２被駆動部）に伝達される。
【０１６７】
第２回転機２０のロータ２２は、ギヤ軸２４の左端部に同心に固定されており、このギヤ軸２４の右端部には、ギヤ２４ａがギヤ軸２４に同心に固定されている。このギヤ２４ａは、差動ギヤ機構２５のギヤ２５ａと常に噛み合っている。以上の構成により、第２回転機２０の動力は、ギヤ２４ａおよび差動ギヤ機構２５を介して、後輪５，５に伝達される。
【０１６８】
以上のように構成された本実施形態の動力装置１Ａによれば、第１実施形態の動力装置１と同様の作用効果を得ることができる。これに加えて、車両２の発進時、第１回転機１０で回生された電力を第２回転機２０に供給することにより、全輪駆動状態で発進することができ、その結果、雪道などの低μ路での発進性を向上させることができる。また、走行中も、全輪駆動状態で走行可能となるので、低μ路での走行安定性を向上させることができる。
【０１６９】
また、第２実施形態の動力装置１Ａにおいて、図２１に示すように、変速装置５３を、エンジン３と第２ロータ１５の間に延びる入力軸１２の途中に設けるとともに、変速装置５４を、ギヤ軸２４のギヤ２４ａとロータ２２との間に設けてもよい。この変速装置５３は、エンジン３と第２ロータ１５との間の増速比を段階的または無段階に変更するものであり、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０によって変速動作が制御される。さらに、変速装置５４は、第２回転機２０と後輪５との間の減速比を段階的または無段階に変更するものであり、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０によって変速動作が制御される。なお、変速装置５３，５４としては、前述した変速装置５０と同様に、トルクコンバータ付きの有段自動変速装置、ベルト式無段変速装置、トロイダル式無段変速装置および自動ＭＴなどのいずれかが適宜、用いられる。
【０１７０】
このように構成した場合、例えば、変速装置５３における低回転・高負荷域用の増速比および終減速装置（すなわち差動ギヤ機構７）の終減速比をいずれも大きく設定することにより、第１回転機１０を介して終減速装置側に伝達すべきトルクを小さく設定することができ、それにより、第１回転機１０を小型化することができる。一方、変速装置５３における高車速・高負荷域用の増速比を小さく（または１：１に）設定することにより、第１回転機１０の回転数を低下させることができる。それにより、前述したように、第１回転機１０において、その界磁回転数を低減できることで、エネルギ損失を低減でき、伝達効率を向上させることができるとともに、寿命を延ばすことができる。
【０１７１】
さらに、例えば、変速装置５４における低回転・高負荷域用の減速比を大きく設定することにより、第２回転機２０の発生トルクを小さく設定することができ、それにより、第２回転機２０を小型化することができる。一方、変速装置５４における高車速・高負荷域用の減速比を小さく設定することにより、第２回転機２０の回転数を低下させることができる。それにより、第２回転機２０において、その運転効率を向上させることができるとともに、寿命を延ばすことができる。
【０１７２】
なお、図２１に示す例では、２つの変速装置５３，５４を動力装置１Ａに設けたが、これらの変速装置５３，５４の一方を省略してもよい。
【０１７３】
次に、図２２を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る動力装置１Ｂについて説明する。同図に示すように、この動力装置１Ｂは、第１実施形態の動力装置１と比べると、第２回転機２０および２ＮＤ・ＰＤＵ３２などを省略するとともに、電磁ブレーキ５５を付加した点が異なっており、それ以外は第１実施形態の動力装置１とほぼ同様に構成されているので、以下、第１実施形態の動力装置１と異なる点を中心に説明するとともに、同じ構成に関しては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１７４】
この動力装置１Ｂでは、前述した第２実施形態の動力装置１Ａと同様に、第１ギヤ軸６ａ上のギヤ６ｄが差動ギヤ機構７のギヤ７ａと常に噛み合っており、それにより、出力軸１３の回転は、ギヤ６ｃ，６ｄおよび差動ギヤ機構７を介して、前輪４，４に伝達される。
【０１７５】
また、電磁ブレーキ５５（制止装置）は、入力軸１２の第１回転機１０とエンジン３の間に設けられており、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０に電気的に接続されている。この電磁ブレーキ５５は、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０によってＯＮ／ＯＦＦ状態が切り換えられるとともに、ＯＦＦ状態のときには、入力軸１２の回転を許容し、ＯＮ状態のときには、入力軸１２の回転を制止する。
【０１７６】
次に、車両運転中の、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０による第１回転機１０および電磁ブレーキ５５の制御について説明する。なお、電磁ブレーキ５５は、後述する回転機発進制御のときにのみＯＮ状態に制御されるとともに、この回転機発進制御以外の各種の制御においては、ＯＦＦ状態に保持される。
【０１７７】
まず、エンジン始動制御について説明する。このエンジン始動制御は、エンジン停止中で停車中の場合において、前述した所定のエンジン始動条件が成立したときに、第１回転機１０の動力によってエンジン３を始動するものである。具体的には、所定の始動条件が成立すると、バッテリ３３の電力が、１ＳＴ・ＰＤＵ３１を介して第１回転機１０に供給される。それにより、前述したように、第１ロータ１４が停止したままで、第２ロータ１５が駆動され、その結果、エンジン３が始動される。
【０１７８】
また、エンジン運転中で停車中の場合において、前述した所定の発進条件が成立したときには、発進制御が実行される。この発進制御では、所定の発進条件が成立すると、まず、第１回転機１０において、エンジン３の動力を電力として回生する（すなわち発電する）。そして、電力回生の開始後、その回生電力が減少するように、第１回転機１０が制御される。それにより、エンジンストールを回避しながら、エンジン３の動力によって、車両２を発進させることができる。
【０１７９】
さらに、エンジン運転中で走行中には、エンジン動力の分配制御が実行される。この分配制御では、エンジン３の運転状態（エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰなど）および／または車両２の走行状態（車速ＶＰなど）に応じて、エンジン３の動力のうちの、第１ロータ１４を介して前輪４に伝達される動力と、第１回転機１０で電力として回生される動力との割合を変更するように、第１回転機１０が制御される。それにより、エンジン３の運転状態および／または車両２の走行状態に応じて、回生電力を適切に制御しながら、車両２を走行させることができる。
【０１８０】
また、この分配制御中、前述した所定の動力伝達条件が成立したときには、ステータ１６の回転磁界の回転速度が値０となるように、第１回転機１０が制御される。それにより、エンジン３の動力を、磁気伝達可能な範囲内であれば、第２ロータ１５および第１ロータ１４を介して前輪４にすべて磁気伝達することができる。
【０１８１】
一方、エンジン運転中で走行中（減速フューエルカット運転中も含む）、エンジン３の動力が電力回生されている場合において、バッテリ３３の充電残量ＳＯＣが前述した所定値ＳＯＣ＿ＲＥＦ以下のときには、回生電力がバッテリ３３に供給され、バッテリ３３の充電制御が実行される。なお、前述した発進制御中に電力回生が実行されたときにも、バッテリ３３の充電残量ＳＯＣが所定値ＳＯＣ＿ＲＥＦ以下であれば、バッテリ３３の充電制御が実行される。それにより、バッテリ３３において十分な充電残量ＳＯＣを確保することができる。
【０１８２】
また、エンジン運転中で走行中の場合において、前述した所定のアシスト条件が成立したときには、アシスト制御が実行される。具体的には、バッテリ３３内の電力が第１回転機１０に供給され、エンジン３および第１回転機１０の動力によって前輪４を駆動するように、第１回転機１０が制御される。それにより、エンジン３に加えて、第１回転機１０を動力源として、アシスト走行することができる。
【０１８３】
さらに、エンジン停止中でかつ停車中の場合において、前述した所定の回転機発進条件が成立したときには、電磁ブレーキ５５がＯＮされ、第２ロータ１５の回転が制止されるとともに、バッテリ３３の電力を第１回転機１０に供給することにより、第１回転機１０が力行制御される。それにより、エンジン３を停止したままで、第１回転機１０によって前輪４を駆動し、車両２を発進させることができる。その結果、燃費を向上させることができる。
【０１８４】
次に、図２３を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る動力装置１Ｃについて説明する。同図に示すように、この動力装置１Ｃは、第１実施形態の動力装置１と比べると、第１回転機１０および第２回転機２０の配置が異なっており、それ以外は第１実施形態の動力装置１とほぼ同様に構成されているので、以下、第１実施形態の動力装置１と異なる点を中心に説明するとともに、同じ構成に関しては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１８５】
この動力装置１Ｃでは、第２回転機２０がエンジン３と第１回転機１０の間に配置され、そのロータ２２は、入力軸１２（回転軸）の所定部位に同心に固定されている。さらに、第１回転機１０では、第１ロータ１４がロータ２２よりも下流側の入力軸１２の右端部に同心に固定され、第２ロータ１５が出力軸１３の左端部に同心に固定されている。それにより、第１回転機１０の運転時、第２ロータ１５が回転しているときには、その動力が前輪４，４に伝達される。
【０１８６】
次に、車両運転中の、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０による第１回転機１０および第２回転機２０の双方を制御する場合の制御手法について説明する。まず、停車中のエンジン始動制御について説明する。この制御では、エンジン停止中で停車中の場合において、前述した所定の始動条件が成立したときには、前述したバッテリ３３の電力が第１回転機１０および／または第２回転機２０に供給され、第１回転機１０および／または第２回転機２０の動力が入力軸１２を介してエンジン３に伝達されるように、第１回転機１０および／または第２回転機２０が力行制御される。それにより、第１回転機１０および／または第２回転機２０の動力によって、エンジン３を始動することができる。
【０１８７】
また、エンジン運転中で停車中の場合において、前述した所定の発進条件が成立したときには、発進制御が実行される。具体的には、停車中、エンジン３の動力は、入力軸１２に伝達され、第１回転機１０の第１ロータ１４が駆動される。その状態で、第１回転機１０を制御することにより、第１回転機１０で電力回生を実行するとともに、その回生電力を第２回転機２０に供給すると、第２回転機２０のロータ２２によって、第１ロータ１４が駆動され、エネルギ循環が発生する。この状態で、第１回転機１０での回生電力を減少側に制御すると、第１回転機１０の第２ロータ１５が回転し、出力軸１３が駆動され、前輪４，４が駆動されることで、車両２が発進する。車両２の発進以降、第１回転機１０での回生電力をさらに減少側に制御するとともに、第１回転機１０のステータ１６の磁界回転方向が逆転から正転に移行した後は、第２回転機２０を回生制御しかつ第１回転機１０を力行制御することにより、車速が上昇する。
【０１８８】
さらに、エンジン運転中で走行中のときには、変速制御が実行される。この変速制御では、エンジン３の運転状態（エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰなど）および／または車両２の走行状態（車速ＶＰなど）に応じて、エンジン３の動力のうちの、入力軸１２を介して第１ロータ１４に伝達される動力と、第２回転機２０で電力として回生される動力との割合を変更するように、第２回転機２０が制御されるとともに、この回生電力を第１回転機１０に供給することにより、第１回転機１０が制御される。この場合、前述したように、第１回転機１０が、遊星歯車装置と同様の動作特性を示すように運転可能であるので、上記のように第２回転機２０を制御するとともに、第２回転機２０での回生電力を第１回転機１０に供給することによって、第１回転機１０を制御すると、電気的な損失を無視すれば、第１回転機１０および第２回転機２０を介して、エンジン３の動力をすべて前輪４に伝達しながら、入力軸１２の回転数と出力軸１３の回転数との比、言い換えればエンジン回転数ＮＥと駆動軸回転数ＮＤとの比を任意に変更することができる。すなわち、２つの回転機１０，２０を制御することで、自動変速装置としての機能を実現することができる。
【０１８９】
また、この変速制御中、前述した所定の動力伝達条件が成立したときには、第１回転機１０での電力回生を中止し、ロック電流をステータ１６に供給するかまたは第１回転機１０における相間短絡制御を実行することなどにより、ステータ１６の回転磁界の回転速度を値０に制御する。このように制御した場合、磁気伝達可能な範囲内であれば、エンジン３の動力をすべて磁気を介して前輪４に伝達できるので、第１回転機１０における回生電力を、２ＮＤ・ＰＤＵ３２を介して第２回転機２０に供給するように制御する場合と比べて、動力伝達効率を向上させることができる。
【０１９０】
一方、エンジン運転中で走行中（減速フューエルカット運転中も含む）の場合において、バッテリ３３の充電残量ＳＯＣが前述した所定値ＳＯＣ＿ＲＥＦ以下のときには、第１回転機１０および／または第２回転機２０における回生電力を制御し、バッテリ３３への充電制御を実行する。それにより、バッテリ３３において十分な充電残量ＳＯＣを確保することができる。なお、前述した発進制御や変速制御の実行中において、バッテリ３３の充電残量ＳＯＣが所定値ＳＯＣ＿ＲＥＦ以下のときに、バッテリ３３への充電制御を実行してもよい。
【０１９１】
また、エンジン運転中で前述した所定のアシスト条件が成立したときには、アシスト制御が実行される。具体的には、バッテリ３３内の電力を第１回転機１０および／または第２回転機２０に供給することによって、第１回転機１０および／または第２回転機２０の動力と、エンジン３の動力とが前輪４に伝達されるように、第１回転機１０および／または第２回転機２０が制御される。それにより、エンジン３に加えて、第１回転機１０および／または第２回転機２０を動力源として、アシスト走行またはアシスト発進することができる。
【０１９２】
さらに、エンジン停止中でかつ停車中の場合において、前述した所定の回転機発進条件が成立したときには、回転機発進制御が実行される。具体的には、エンジン３を停止したままで、バッテリ３３の電力を２ＮＤ・ＰＤＵ３２を介して第２回転機２０に供給し、第２回転機２０（制止装置）を、ロータ２２が回転停止状態に保持されるように制御することで、第１ロータ１４の回転を制止するとともに、バッテリ３３の電力を１ＳＴ・ＰＤＵ３１を介して第１回転機１０に供給し、第１回転機１０の力行制御を実行する。その結果、第１回転機１０の電力が磁気を介して出力軸１３側に動力として伝達され、それにより、車両２を発進させることができる。
【０１９３】
次に、車両２の運転中において、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０による第２回転機２０の制御を停止し、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０によって第１回転機１０のみを制御する場合の制御手法について説明する。まず、エンジン運転中で停車中の場合において、前述した所定の発進条件が成立したときには、発進制御が実行される。この発進制御では、上記所定の発進条件が成立すると、まず、第１回転機１０において、エンジン３の動力を電力として回生し、電力回生の開始後、その回生電力が減少するように、第１回転機１０が制御される。それにより、エンジンストールを回避しながら、エンジン３の動力によって、車両２を発進させることができる。
【０１９４】
さらに、エンジン運転中で走行中には、エンジン動力の分配制御が実行される。この分配制御では、エンジン３の運転状態（エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰなど）および／または車両２の走行状態（車速ＶＰなど）に応じて、エンジン３の動力のうちの、第２ロータ１５を介して前輪４に伝達される動力と、第１回転機１０で電力として回生される動力との割合を変更するように、第１回転機１０が制御される。それにより、エンジン３の運転状態および／または車両２の走行状態に応じて、回生電力を適切に制御しながら、車両２を走行させることができる。
【０１９５】
また、この分配制御中、前述した所定の動力伝達条件が成立したときには、ステータ１６の回転磁界の回転速度が値０となるように、第１回転機１０が制御される。それにより、エンジン３の動力を、磁気伝達可能な範囲内であれば、第１ロータ１４および第２ロータ１５を介して前輪４にすべて磁気伝達することができる。
【０１９６】
一方、エンジン運転中で走行中（減速フューエルカット運転中も含む）、エンジン３の動力が電力回生されている場合において、バッテリ３３の充電残量ＳＯＣが所定値ＳＯＣ＿ＲＥＦ以下のときには、回生電力がバッテリ３３に供給され、バッテリ３３の充電制御が実行される。なお、前述した発進制御中に電力回生が実行されたときにも、バッテリ３３の充電残量ＳＯＣが所定値ＳＯＣ＿ＲＥＦ以下であれば、バッテリ３３の充電制御が実行される。それにより、バッテリ３３において十分な充電残量ＳＯＣを確保することができる。
【０１９７】
また、エンジン運転中で走行中の場合において、前述した所定のアシスト条件が成立したときには、アシスト制御が実行される。具体的には、バッテリ３３内の電力が第１回転機１０に供給され、エンジン３および第１回転機１０の動力によって前輪４を駆動するように、第１回転機１０が制御される。それにより、エンジン３に加えて、第１回転機１０を動力源として、アシスト走行することができる。以上のように、第１回転機１０のみを制御することによって、車両２を運転することができる。
【０１９８】
以上のように、本実施形態の動力装置１Ｃによれば、エンジン３、第１回転機１０および第２回転機２０を動力源として、車両２を駆動することができる。また、第１回転機１０を１つの軟磁性体列のみを備えるように構成すればよいので、その分、第１回転機１０を小型化できるとともに製造コストを低減できる。その結果、動力装置１Ｃ自体を小型化でき、製造コストを低減できるとともに、設計の自由度を高めることができる。さらに、前述したように、第１回転機１０の極対数比αすなわち極数比ｍの設定の仕方によって、第１回転機１０における３つの電気角速度および３つのトルクの関係も自由に設定でき、それにより、設計の自由度をさらに高めることができる。
【０１９９】
次に、第４実施形態の動力装置１Ｃにおいて、第１回転機１０の極対数比α（＝極数比ｍ）を変更したときのトルク変化などについて説明する。具体的には、エンジン運転中での車両走行中、エンジン３の動力の一部を第２回転機２０によって電力回生し、この回生電力を第１回転機１０に供給することで、第１回転機１０を力行制御している場合を例にとって説明する。
【０２００】
まず、動力装置１Ｃにおいて、第１回転機１０の極対数比αが値１以外の任意の値に設定され、駆動輪が出力軸１３に直結されていると仮定する。この場合、入力軸１２すなわち第１ロータ１４の電気角速度をωＥＮＧとし、ステータ１６の回転磁界の電気角速度をωＭＧ１とし、出力軸１３すなわち第２ロータ１５の電気角速度をωＯＵＴとすると、これらの電気角速度の関係は、例えば図２４に示すようになるとともに、下式（５９）が成立する。
【数５９】
2010023698.tif 000061
【０２０１】
さらに、エンジン３から入力軸１２に入力されるトルクをエンジントルクＴＥＮＧとし、第１回転機１０への供給電力および電気角速度ωＭＧ１に等価なトルクを第１回転機トルクＴＭＧ１とし、第２回転機２０の回生電力および電気角速度ωＭＧ２に等価なトルクを第２回転機トルクＴＭＧ２とし、駆動輪への伝達トルクに起因して駆動輪が路面から受ける反力としてのトルクを駆動トルクＴＯＵＴとすると、下式（６０），（６１）が成立するとともに、これらのトルクの関係は図２４に示すようになる。なお、下式（６０），（６１）においては、図２４の上向きのトルクを正値で表している。
【０２０２】
【数６０】
2010023698.tif 000062
【数６１】
2010023698.tif 000063
【０２０３】
ここで、極対数比αを前述した第１所定値α１に設定したときの第１および第２回転機トルクＴＭＧ１（α１），ＴＭＧ２（α１）はそれぞれ、下式（６２），（６３）で表される。
【数６２】
2010023698.tif 000064
【数６３】
2010023698.tif 000065
【０２０４】
さらに、極対数比αを前述した第２所定値α２に設定したときの第１および第２回転機トルクＴＭＧ１（α２），ＴＭＧ２（α２）はそれぞれ、下式（６４），（６５）で表される。
【数６４】
2010023698.tif 000066
【数６５】
2010023698.tif 000067
【０２０５】
以上の式（６２）,（６４）より、極対数比αを第１所定値α１から第２所定値α２に変更した場合の、第１回転機トルクＴＭＧ１の変化量ΔＴＭＧ１は、下式（６６）で表される。
【数６６】
2010023698.tif 000068
【０２０６】
また、式（６３）,（６５）より、極対数比αを第１所定値α１から第２所定値α２に変更した場合の、第２回転機トルクＴＭＧ２の変化量ΔＴＭＧ２は、下式（６７）で表される。
【数６７】
2010023698.tif 000069
【０２０７】
ここで、ＴＯＵＴ＜０，ＴＭＧ１＞０，ＴＭＧ２＜０，α１＜α２であるので、以上の式（６６），（６７）を参照すると明らかなように、極対数比αを第１所定値α１から第２所定値α２に変更することで、第１および第２回転機トルクＴＭＧ１，ＴＭＧ２の絶対値が減少することになる。すなわち、極対数比αをより大きな値に設定することで、第１回転機１０および第２回転機２０を小型化できることが判る。
【０２０８】
また、２つの回転機１０，２０とバッテリ３３との間で電力が入出力されていないとすれば、第２回転機２０の回生電力はそのまま第１回転機１０に供給されるので、下式（６８）が成立する。
【数６８】
2010023698.tif 000070
【０２０９】
さらに、機械的損失および電気的損失を無視すれば、下式（６９）が成立する。
【数６９】
2010023698.tif 000071
【０２１０】
ここで、第２回転機２０から第１回転機１０に供給される電力を伝達電力ＷＭＧ’とし、エンジン出力ＷＥＮＧに対する伝達電力ＷＭＧ’の比を出力比ＲＷ’とすると、この出力比ＲＷ’は、下式（７０）により算出される。
【数７０】
2010023698.tif 000072
【０２１１】
前述した式（５９），（６０）の関係を上式（７０）に適用すると、下式（７１）が得られる。
【数７１】
2010023698.tif 000073
【０２１２】
ここで、減速比Ｒを下式（７２）に示すように定義し、これを上式（７１）に適用すると、下式（７３）が得られる。
【数７２】
2010023698.tif 000074
【数７３】
2010023698.tif 000075
【０２１３】
上式（７３）より、極対数比αを第１所定値α１および第２所定値α２に設定したときの出力比ＲＷ（α１）’，ＲＷ（α２）’はそれぞれ、下式（７４），（７５）で算出される。
【数７４】
2010023698.tif 000076
【数７５】
2010023698.tif 000077
【０２１４】
以上の式（７４）,（７５）より、極対数比αを第１所定値α１から第２所定値α２に変更した場合の、出力比の変化量ΔＲＷ’は、下式（７６）で表される。
【数７６】
2010023698.tif 000078
【０２１５】
ここで、α１＜α２であるので、上式（７６）を参照すると明らかなように、極対数比αを第１所定値α１から第２所定値α２に変更することで、出力比ＲＷ’を低減でき、伝達電力ＷＭＧ’を低減できることが判る。また、前述した式（７３）において、極対数比αを値１、値１．５、値２に設定したときの出力比ＲＷ’と減速比Ｒの関係は、図２５に示すようになる。この図２５を参照すると明らかなように、極対数比αをより大きな値に設定することで、減速比Ｒのほぼ全域において、伝達電力ＷＭＧ’を低減できることが判る。一般に、効率の観点からは、動力を機械伝達または磁気伝達したときの方が、電力を回転機によって動力に変換したときと比べて優れているので、上記のように、伝達電力ＷＭＧ’を低減することによって、伝達効率を向上できることになる。すなわち、本発明の動力装置の場合、極対数比α（＝極数比ｍ）をより大きく設定することによって、伝達効率を向上させることができる。
【０２１６】
なお、第４実施形態は、エンジン３を停止した状態で車両２を発進する際、第２回転機２０を制止状態に制御し、第１回転機１０を力行制御した例であるが、これに代えて、図２６に示すように、動力装置１Ｃにおいて、エンジン３と第２回転機２０との間にクラッチ５６を設けてもよい。このように構成した場合、エンジン３を停止した状態で車両２を発進する際、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０によって、クラッチ５６を遮断状態に保持するとともに、その状態で、２つの回転機１０，２０の少なくとも一方が力行制御される。それにより、２つの回転機１０，２０の少なくとも一方の動力によって、エンジン３を停止したままで、車両２を発進させることができる。この場合、クラッチ５６としては、電磁クラッチや、油圧アクチュエータによって駆動される油圧式クラッチなどの動力を伝達・遮断する機構であって、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０によって制御可能なものであればよい。
【０２１７】
一方、第４実施形態の動力装置１Ｃにおいて、図２７に示すように、ギヤ機構６に代えて、変速装置５７を設けてもよい。この変速装置５７は、出力軸１３と前輪４との間の減速比を段階的または無段階に変更するものであり、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０によって変速動作が制御される。なお、変速装置５７としては、前述した変速装置５０と同様に、トルクコンバータ付きの有段自動変速装置、ベルト式無段変速装置、トロイダル式無段変速装置および自動ＭＴなどのいずれかが適宜、用いられる。
【０２１８】
このように構成した場合、例えば、変速装置５７における低回転・高負荷域用の減速比を大きく設定することによって、第１回転機１０および第２回転機２０を介して変速装置５７に伝達すべきトルクを小さく設定することができ、それにより、第１回転機１０および第２回転機２０を小型化することができる。一方、変速装置５７における高車速・高負荷域用の減速比を小さく設定することによって、第１回転機１０および第２回転機２０の回転数を低下させることができる。それにより、第１回転機１０の場合、その界磁回転数を低減できることで、エネルギ損失を低減でき、伝達効率を向上させることができるとともに、寿命を延ばすことができる。また、第２回転機２０の場合、その運転効率を向上させることができるとともに、寿命を延ばすことができる。
【０２１９】
また、第４実施形態の動力装置１Ｃにおいて、図２８に示すように、変速装置５８を、エンジン３とロータ２２の間に延びる入力軸１２の途中に設けてもよい。この変速装置５８は、エンジン３とロータ２２との間の増速比を段階的または無段階に変更するものであり、ＭＯＴ・ＥＣＵ３０によって変速動作が制御される。なお、変速装置５８としては、前述した変速装置５０と同様に、トルクコンバータ付きの有段自動変速装置、ベルト式無段変速装置、トロイダル式無段変速装置および自動ＭＴなどのいずれかが適宜、用いられる。
【０２２０】
このように構成した場合、例えば、変速装置５８における低回転・高負荷域用の増速比および終減速装置（すなわち差動ギヤ機構７）の終減速比をいずれも大きく設定することによって、第１回転機１０および第２回転機２０を介して終減速装置側に伝達すべきトルクを小さく設定することができ、それにより、第１回転機１０および第２回転機２０を小型化することができる。一方、変速装置５８における高車速・高負荷域用の増速比を小さく（または１：１に）設定することによって、第１回転機１０および第２回転機２０の回転数を低下させることができる。それにより、前述したように、第１回転機１０の場合、その界磁回転数を低減できることで、エネルギ損失を低減でき、伝達効率を向上させることができるとともに、寿命を延ばすことができる。また、第２回転機２０の場合、その運転効率を向上させることができるとともに、寿命を延ばすことができる。
【０２２１】
次に、図２９を参照しながら、本発明の第５実施形態に係る動力装置１Ｄについて説明する。この動力装置１Ｄは、上記第４実施形態の動力装置１Ｃにおける第２回転機２０の位置を、前述した第２実施形態の動力装置１Ａと同様に、エンジン３と第１回転機１０の間の位置から後輪５側に変更するとともに、この第２回転機２０によって後輪５を駆動するように構成したものである。この動力装置１Ｄによれば、前述した第２実施形態の動力装置１Ａと同様に、車両２の発進時、全輪駆動状態で発進することができ、それにより、雪道などの低μ路での発進性を向上させることができる。また、走行中も、全輪駆動状態で走行可能となるので、低μ路での走行安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０２２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る動力装置およびこれを適用したハイブリッド車両の概略構成を示す図である。
【図２】第１実施形態の動力装置の概略構成を示す図である。
【図３】第１回転機および第２回転機の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線の位置で周方向に沿って破断した円環状の断面を直線状に模式的に示した図である。
【図５】磁界電気角速度ωＭＦＲと第１ロータ電気角速度ωＥＲ１と第２ロータ電気角速度ωＥＲ２との関係の一例を示す速度共線図である。
【図６】第１回転機の第１ロータを回転不能に保持した状態で、ステータに電力を供給した場合における動作を説明するための図である。
【図７】図６の続きの動作を説明するための図である。
【図８】図７の続きの動作を説明するための図である。
【図９】図５に示す状態から、電機子磁極が電気角２πだけ回転したときにおける電機子磁極や軟磁性体コアの位置関係を説明するための図である。
【図１０】第１回転機の第２ロータを回転不能に保持した状態で、ステータに電力を供給した場合における動作を説明するための図である。
【図１１】図１０の続きの動作を説明するための図である。
【図１２】図１１の続きの動作を説明するための図である。
【図１３】第１実施形態の動力装置の第１回転機における極対数比αを任意の値としたときの３つの電気角速度および３つのトルクの関係の一例を示す速度共線図である。
【図１４】第１実施形態の動力装置の第１回転機における極対数比αを値１、値１．５、値２に設定したときの出力比ＲＷと減速比Ｒの関係を示す図である。
【図１５】第１回転機および第２回転機の配置の変形例を示す図である。
【図１６】第１回転機および第２回転機の配置の他の変形例を示す図である。
【図１７】第１実施形態の動力装置に変速装置を設けた場合の一例を示す図である。
【図１８】第１実施形態の動力装置に変速装置を設けた場合の他の一例を示す図である。
【図１９】第１実施形態の動力装置に変速装置を設けた場合のさらに他の一例を示す図である。
【図２０】第２実施形態に係る動力装置の概略構成を示す図である。
【図２１】第２実施形態の動力装置に変速装置を設けた場合の一例を示す図である。
【図２２】第３実施形態に係る動力装置の概略構成を示す図である。
【図２３】第４実施形態に係る動力装置の概略構成を示す図である。
【図２４】第４実施形態の動力装置の第１回転機における極対数比αを任意の値としたときの３つの電気角速度および３つのトルクの関係の一例を示す速度共線図である。
【図２５】第４実施形態の動力装置の第１回転機における極対数比αを値１、値１．５、値２に設定したときの出力比ＲＷ’と減速比Ｒの関係を示す図である。
【図２６】第４実施形態の動力装置にクラッチを設けた場合の一例を示す図である。
【図２７】第４実施形態の動力装置に変速装置を設けた場合の一例を示す図である。
【図２８】第４実施形態の動力装置に変速装置を設けた場合の他の一例を示す図である。
【図２９】第５実施形態に係る動力装置の概略構成を示す図である。
【図３０】本発明の第１回転機に相当する等価回路を示す図である。
【図３１】本発明の第１回転機における磁界電気角速度ωｍｆと、第１ロータ電気角速度ωｅ１と、第２ロータ電気角速度ωｅ２との関係の一例を示す速度共線図である。
【符号の説明】
【０２２３】
１  動力装置
１Ａ〜１Ｄ  動力装置
３  エンジン（熱機関）
４  前輪（被駆動部）
５  後輪（第２被駆動部）
１０  第１回転機
１２  入力軸（回転軸）
１３  出力軸（回転軸）
１４  第１ロータ
１４ａ  永久磁石（磁極）
１５  第２ロータ
１５ａ  軟磁性体コア（軟磁性体）
１６  ステータ
１６ａ  鉄芯（電機子、電機子列）
１６ｃ  Ｕ相コイル（電機子、電機子列）
１６ｄ  Ｖ相コイル（電機子、電機子列）
１６ｅ  Ｗ相コイル（電機子、電機子列）
２０  第２回転機（制止装置）
５０〜５４  変速装置
５５  電磁ブレーキ（制止装置）
５６  クラッチ
５７，５８  変速装置
【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】
2010023698.tif 000089
【図１２】
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【図１３】
2010023698.tif 000091
【図１４】
2010023698.tif 000092
【図１５】
2010023698.tif 000093
【図１６】
2010023698.tif 000094
【図１７】
2010023698.tif 000095
【図１８】
2010023698.tif 000096
【図１９】
2010023698.tif 000097
【図２０】
2010023698.tif 000098
【図２１】
2010023698.tif 000099
【図２２】
2010023698.tif 000100
【図２３】
2010023698.tif 000101
【図２４】
2010023698.tif 000102
【図２５】
2010023698.tif 000103
【図２６】
2010023698.tif 000104
【図２７】
2010023698.tif 000105
【図２８】
2010023698.tif 000106
【図２９】
2010023698.tif 000107
【図３０】
2010023698.tif 000108
【図３１】
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