(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
出力軸を有し、燃料の燃焼により運転される原動機と、
前記出力軸に結合される第１の回転軸と前記駆動軸に結合される第２の回転軸とを有し、前記第１の回転軸に入出力される動力と前記第２の回転軸に入出力される動力とのエネルギ偏差を対応する電気エネルギの入出力により調整するエネルギ調整手段と、
前記出力軸または前記駆動軸と動力のやり取りをする電動機と、
前記エネルギ調整手段による前記エネルギ偏差の調整に必要な電気エネルギとして調整電気エネルギによる充放電と、前記電動機による動力のやり取りに必要な電気エネルギとしての電動機電気エネルギによる充放電とが可能な蓄電手段と、
前記駆動軸に出力する目標動力を設定する目標動力設定手段と、
該設定された目標動力に基づき、前記原動機を効率よく運転するものとして予め定めた動作特性に従って、前記原動機の目標運転状態を設定する目標運転状態設定手段と、
前記調整電気エネルギと前記電動機電気エネルギとを演算すると共に、該演算された両電気エネルギについての充電と放電の符号を考慮した総和として、前記蓄電手段を充放電する充放電エネルギを演算する充放電エネルギ演算手段と、
該演算された充放電エネルギが、前記蓄電手段が放電可能な第１の値から充電可能な第２の値までの所定範囲に入っていない場合には、該充放電エネルギが該所定範囲内となるよう前記調整電気エネルギと前記電動機電気エネルギのいずれか一方の電気エネルギを制限する電気エネルギ制限手段と、
前記目標運転状態に基づいて前記原動機への前記燃料の供給を制御すると共に、該総和が所定範囲に入っている両電気エネルギのうち前記調整電気エネルギに従って前記エネルギ調整手段を駆動して、前記原動機を、前記設定した目標運転状態に沿って制御する原動機制御手段と、
前記総和が所定範囲に入った両電気エネルギのうち前記電動機電気エネルギに従って前記電動機を駆動し、前記原動機から出力される動力の少なくとも一部がエネルギ変換されて前記駆動軸との間でやり取りされるよう前記電動機を制御する電動機制御手段と
を備える動力出力装置。
【請求項２】
請求項１記載の動力出力装置であって、
前記電動機は、前記駆動軸と動力のやり取りをする電動機であり、
前記電気エネルギ制限手段は、前記電動機電気エネルギを制限する手段である
動力出力装置。
【請求項３】
請求項１記載の動力出力装置であって、
前記電動機は、前記出力軸と動力のやり取りをする電動機であり、
前記電気エネルギ制限手段は、前記調整電気エネルギを制限する手段である
動力出力装置。
【請求項４】
前記エネルギ調整手段は、前記第１の回転軸に結合された第１のロータと、前記第２の回転軸に結合され該第１のロータに対して相対的に回転可能な第２のロータとを有し、該両ロータ間の電磁的な結合を介して該両回転軸間の動力のやり取りをする対ロータ電動機である請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置。
【請求項５】
請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置であって、
前記エネルギ調整手段は、
前記第１の回転軸および前記第２の回転軸と異なる第３の回転軸を有し、前記３つの回転軸のうちいずれか２つの回転軸へ入出力される動力を決定したとき、該決定された動力に基づいて残余の回転軸へ動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、
前記第３の回転軸と動力のやり取りをする回転軸電動機とを備える
動力出力装置。
【請求項６】
出力軸を有し、燃料の燃焼により運転される原動機と、
前記出力軸に結合される第１の回転軸と駆動軸に結合される第２の回転軸とを有し、前記第１の回転軸に入出力される動力と前記第２の回転軸に入出力される動力とのエネルギ偏差を対応する電気エネルギの入出力により調整するエネルギ調整手段と、
前記出力軸または前記駆動軸と動力のやり取りをする電動機と、
前記エネルギ調整手段による前記エネルギ偏差の調整に必要な電気エネルギとして調整電気エネルギによる充放電と、前記電動機による動力のやり取りに必要な電気エネルギとしての電動機電気エネルギによる充放電とが可能な蓄電手段と
を備える動力出力装置の制御方法であって、
（ａ）前記駆動軸に出力する目標動力を設定し、
（ｂ）該設定された目標動力に基づき、前記原動機を効率よく運転するものとして予め定めた動作特性に従って、前記原動機の目標運転状態を設定し、
（ｄ）前記調整電気エネルギと前記電動機電気エネルギとを演算すると共に、該演算された両電気エネルギについての充電と放電の符号を考慮した総和として、前記蓄電手段を充放電する充放電エネルギを演算し、
（ｅ）該演算された充放電エネルギが、前記蓄電手段が放電可能な第１の値から充電可能な第２の値までの所定範囲に入っていない場合には、該充放電エネルギが該所定範囲内となるよう前記調整電気エネルギと前記電動機電気エネルギのいずれか一方の電気エネルギを制限し、
（ｆ）前記目標運転状態に基づいて前記原動機への前記燃料の供給を制御すると共に、該総和が所定範囲に入っている両電気エネルギのうち前記調整電気エネルギに従って前記エネルギ調整手段を駆動して、前記原動機を、前記設定した目標運転状態に沿って制御し、
（ｇ）前記総和が所定範囲に入った両電気エネルギのうち前記電動機電気エネルギに従って前記電動機を駆動し、前記原動機から出力される動力の少なくとも一部がエネルギ変換されて前記駆動軸との間でやり取りされるよう前記電動機を制御する
動力出力装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力出力装置およびその制御方法に関し、詳しくは、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびこうした動力出力装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置としては、車両に搭載される装置であって、原動機の出力軸と電動機のロータに結合された駆動軸とを電磁継手により電磁的に結合して原動機の動力を駆動軸に出力するものが提案されている（例えば、特開昭５３−１３３８１４号公報等）。この動力出力装置では、電動機により車両の走行を開始し、電動機の回転数が所定の回転数になったら、電磁継手へ励磁電流を与えて原動機をクランキングすると共に原動機への燃料供給や火花点火を行なって原動機を始動する。原動機が始動した後は、原動機からの動力を電磁継手の電磁的な結合により駆動軸に出力して車両を走行させる。電動機は、電磁継手により駆動軸に出力される動力では駆動軸に必要な動力が不足する場合に駆動され、この不足分を補う。電磁継手は、駆動軸に動力を出力している際、その電磁的な結合の滑りに応じた電力を回生する。この回生された電力は、走行の開始の際に用いられる電力としてバッテリに蓄えられたり、駆動軸の動力の不足分を補う電動機の動力として用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の動力出力装置は、駆動軸の回転数が大きくなると、装置全体の効率が低下する場合を生じるという問題があった。上述の動力出力装置では、駆動軸の回転数が大きくなったときでも電磁継手により駆動軸に動力を出力しようとすると、原動機の回転数を駆動軸の回転数以上にしなければならない。原動機の効率のよい運転ポイントの領域は、その回転数と負荷トルクとにより範囲が定まっているのが通常であるから、その範囲を超える回転数で駆動軸が回転しているときには、原動機は効率のよい運転ポイントの範囲外で運転しなければならず、この結果、装置全体の効率が低下することとなる。
【０００４】
出願人は、こうした問題に対する解決策の１つとして、既に出願した特願平７−２６６４７５号において、電磁継手に代えて原動機の出力軸と駆動軸とにそれぞれ結合される２つのロータを有し発電動作が可能な対ロータ電動機を用い、駆動軸の回転数が大きくなったときには、この対ロータ電動機をモータとして制御して、原動機の出力軸に結合されたロータに対して相対的に駆動軸に結合されたロータを回転駆動させることにより、駆動軸の回転数より小さな回転数で原動機を運転可能とするものを提案している。こうした動力出力装置は、更に原動機の出力軸や駆動軸に電動機を設け、原動機から出力される動力を対ロータ電動機と電動機とによりトルク変換して所望の動力として駆動軸に出力する。
【０００５】
しかし、従来の動力出力装置や提案の動力出力装置では、原動機や対ロータ電動機，電動機の制御は、定常運転状態における制御としているため、駆動軸に出力すべき目標動力に変更が生じたときには、変更された目標動力に対する原動機の応答時間が対ロータ電動機や電動機の応答時間に比して遅いことから、過剰な電力による蓄電手段の充電や蓄電手段から過剰な電力の放電を必要とする場合が生じる。即ち、定常状態における制御では、原動機が２つの電動機と同様に直ちに変更された目標動力に対応する運転が可能として制御するから、原動機から出力される動力が目標動力に対応する動力になっていないにも拘わらず、２つの電動機は直ちに変更された目標動力に対応する運転となることによって、過剰な電力による蓄電手段の充放電が生じるのである。こうした過剰な電力による蓄電手段の充放電は、蓄電手段の寿命の低下や、蓄電手段の破損、ヒューズの切断などの不都合を生じさせる。
【０００６】
本発明の動力出力装置およびその制御方法は、こうした問題を解決し、過剰な電力による蓄電手段の充放電を回避することを目的の一つとする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の動力出力装置およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００８】
本発明の動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
出力軸を有し、燃料の燃焼により運転される原動機と、
前記出力軸に結合される第１の回転軸と前記駆動軸に結合される第２の回転軸とを有し、前記第１の回転軸に入出力される動力と前記第２の回転軸に入出力される動力とのエネルギ偏差を対応する電気エネルギの入出力により調整するエネルギ調整手段と、
前記出力軸または前記駆動軸と動力のやり取りをする電動機と、
前記エネルギ調整手段による前記エネルギ偏差の調整に必要な電気エネルギとして調整電気エネルギによる充放電と、前記電動機による動力のやり取りに必要な電気エネルギとしての電動機電気エネルギによる充放電とが可能な蓄電手段と、
前記駆動軸に出力する目標動力を設定する目標動力設定手段と、
該設定された目標動力に基づき、前記原動機を効率よく運転するものとして予め定めた動作特性に従って、前記原動機の目標運転状態を設定する目標運転状態設定手段と、
前記調整電気エネルギと前記電動機電気エネルギとを演算すると共に、該演算された両電気エネルギについての充電と放電の符号を考慮した総和として、前記蓄電手段を充放電する充放電エネルギを演算する充放電エネルギ演算手段と、
該演算された充放電エネルギが、前記蓄電手段が放電可能な第１の値から充電可能な第２の値までの所定範囲に入っていない場合には、該充放電エネルギが該所定範囲内となるよう前記調整電気エネルギと前記電動機電気エネルギのいずれか一方の電気エネルギを制限する電気エネルギ制限手段と、
前記目標運転状態に基づいて前記原動機への前記燃料の供給を制御すると共に、該総和が所定範囲に入っている両電気エネルギのうち前記調整電気エネルギに従って前記エネルギ調整手段を駆動して、前記原動機を、前記設定した目標運転状態に沿って制御する原動機制御手段と、
前記総和が所定範囲に入った両電気エネルギのうち前記電動機電気エネルギに従って前記電動機を駆動し、前記原動機から出力される動力の少なくとも一部がエネルギ変換されて前記駆動軸との間でやり取りされるよう前記電動機を制御する電動機制御手段と
を備えることを要旨とする。
【０００９】
この本発明の動力出力装置は、原動機の出力軸に結合される第１の回転軸と駆動軸に結合される第２の回転軸とを有するエネルギ調整手段が、第１の回転軸に入出力される動力と第２の回転軸に入出力される動力とのエネルギ偏差を対応する電気エネルギの入出力により調整し、電動機が原動機の出力軸または駆動軸と動力のやり取りをする。蓄電手段は、必要に応じ、エネルギ調整手段によるエネルギ偏差の調整に必要な電気エネルギとして調整電気エネルギによる充放電と、電動機による動力のやり取りに必要な電気エネルギとしての電動機電気エネルギによる充放電とを行なう。目標動力設定手段は、駆動軸に出力する目標動力を設定し、目標運転状態設定手段は、目標動力設定手段により設定された目標動力に基づき、前記原動機を効率よく運転するものとして予め定めた動作特性に従って、原動機の目標運転状態を設定する。充放電エネルギ演算手段は、調整電気エネルギと電動機電気エネルギとを演算すると共に、演算された両電気エネルギについての充電と放電の符号を考慮した総和として、蓄電手段を充放電する充放電エネルギを演算する。電気エネルギ制限手段は、こうして演算された充放電エネルギが、前記蓄電手段が放電可能な第１の値から充電可能な第２の値までの所定範囲に入っていない場合には、この充放電エネルギが所定範囲内となるよう調整電気エネルギと電動機電気エネルギのいずれか一方の電気エネルギを制限する。原動機制御手段は、目標運転状態に基づいて前記原動機への前記燃料の供給を制御すると共に、前記総和が所定範囲に入っている両電気エネルギのうち前記調整電気エネルギに従って前記エネルギ調整手段を駆動して、前記原動機を、前記設定した目標運転状態に沿って制御する。また、電動機制御手段は、前記総和が所定範囲に入った両電気エネルギのうち前記電動機電気エネルギに従って前記電動機を駆動し、前記原動機から出力される動力の少なくとも一部がエネルギ変換されて前記駆動軸との間でやり取りされるよう前記電動機を制御する。なお、ここでいう「動力」は、軸に作用するトルクとその軸の回転数との積の形態で表わされるエネルギを意味する。したがって、動力としてのエネルギの大きさが同じでも、トルクと回転数とが異なれば、動力としての形態が異なるから、異なる動力となる。
【００１０】
こうした本発明の動力出力装置によれば、蓄電手段を充放電する充放電エネルギを所定範囲内とすることができる。この結果、過剰な電力による蓄電手段の充放電が回避されるから、蓄電手段の寿命の低下や、蓄電手段の破損、動力出力装置が備えるヒューズの切断などの不都合を回避することができる。しかも、原動機の運転状態は、こうした制限に拘わらず、目標運転状態となるよう制御することができる。この結果、原動機が目標運転状態で運転されるに至れば、こうした制限を解除することができる。
【００１１】
この本発明の動力出力装置において、前記電動機は前記駆動軸と動力のやり取りをする電動機であり、前記電気エネルギ制限手段は前記電動機電気エネルギを制限する手段であるものとしたり、前記電動機は前記出力軸と動力のやり取りをする電動機であり、前記電気エネルギ制限手段は前記調整電気エネルギを制限する手段であるものとすることもできる。こうすれば、容易に充放電エネルギの制限の影響を駆動軸への出力にのみ反映させることができる。
【００１２】
これらの変形例を含め本発明の動力出力装置において、前記エネルギ調整手段は、前記第１の回転軸に結合された第１のロータと、前記第２の回転軸に結合され該第１のロータに対して相対的に回転可能な第２のロータとを有し、該両ロータ間の電磁的な結合を介して該両回転軸間の動力のやり取りをする対ロータ電動機であるものとすることもできる。
【００１３】
また、本発明の動力出力装置において、前記エネルギ調整手段は、前記第１の回転軸および前記第２の回転軸と異なる第３の回転軸を有し、前記３つの回転軸のうちいずれか２つの回転軸へ入出力される動力を決定したとき、該決定された動力に基づいて残余の回転軸へ動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３の回転軸と動力のやり取りをする回転軸電動機と、を備えるものとすることもできる。
【００１４】
本発明の動力出力装置の制御方法は、
出力軸を有し、燃料の燃焼により運転される原動機と、
前記出力軸に結合される第１の回転軸と駆動軸に結合される第２の回転軸とを有し、前記第１の回転軸に入出力される動力と前記第２の回転軸に入出力される動力とのエネルギ偏差を対応する電気エネルギの入出力により調整するエネルギ調整手段と、
前記出力軸または前記駆動軸と動力のやり取りをする電動機と、
前記エネルギ調整手段による前記エネルギ偏差の調整に必要な電気エネルギとして調整電気エネルギによる充放電と、前記電動機による動力のやり取りに必要な電気エネルギとしての電動機電気エネルギによる充放電とが可能な蓄電手段と
を備える動力出力装置の制御方法であって、
（ａ）前記駆動軸に出力する目標動力を設定し、
（ｂ）該設定された目標動力に基づき、前記原動機を効率よく運転するものとして予め定めた動作特性に従って、前記原動機の目標運転状態を設定し、
（ｄ）前記調整電気エネルギと前記電動機電気エネルギとを演算すると共に、該演算された両電気エネルギについての充電と放電の符号を考慮した総和として、前記蓄電手段を充放電する充放電エネルギを演算し、
（ｅ）該演算された充放電エネルギが、前記蓄電手段が放電可能な第１の値から充電可能な第２の値までの所定範囲に入っていない場合には、該充放電エネルギが該所定範囲内となるよう前記調整電気エネルギと前記電動機電気エネルギのいずれか一方の電気エネルギを制限し、
（ｆ）前記目標運転状態に基づいて前記原動機への前記燃料の供給を制御すると共に、該総和が所定範囲に入っている両電気エネルギのうち前記調整電気エネルギに従って前記エネルギ調整手段を駆動して、前記原動機を、前記設定した目標運転状態に沿って制御し、
（ｇ）前記総和が所定範囲に入った両電気エネルギのうち前記電動機電気エネルギに従って前記電動機を駆動し、前記原動機から出力される動力の少なくとも一部がエネルギ変換されて前記駆動軸との間でやり取りされるよう前記電動機を制御すること
を要旨とする。
【００１５】
この本発明の動力出力装置の制御方法によれば、蓄電手段を充放電する充放電エネルギを所定範囲内とすることができる。この結果、過剰な電力による蓄電手段の充放電が回避されるから、蓄電手段の寿命の低下や、蓄電手段の破損、動力出力装置が備えるヒューズの切断などの不都合を回避することができる。しかも、原動機の運転状態は、こうした制限に拘わらず、目標運転状態となるよう制御することができる。この結果、原動機が目標運転状態で運転されるに至れば、こうした制限を解除することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施例としての動力出力装置２０の概略構成を示す構成図、図２は図１の第１実施例の動力出力装置２０を組み込んだ車両の概略構成を示す構成図である。説明の都合上、まず図２を用いて、車両全体の構成から説明する。
【００１７】
図２に示すように、この車両には、動力源であるエンジン５０としてガソリンにより運転されるガソリンエンジンが備えられている。このエンジン５０は、吸気系からスロットルバルブ６６を介して吸入した空気と燃料噴射弁５１から噴射されたガソリンとの混合気を燃焼室５２に吸入し、この混合気の爆発により押し下げられるピストン５４の運動をクランクシャフト５６の回転運動に変換する。ここで、スロットルバルブ６６はアクチュエータ６８により開閉駆動される。点火プラグ６２は、イグナイタ５８からディストリビュータ６０を介して導かれた高電圧によって電気火花を形成し、混合気はその電気火花によって点火されて爆発燃焼する。
【００１８】
このエンジン５０の運転は、電子制御ユニット（以下、ＥＦＩＥＣＵと呼ぶ）７０により制御されている。ＥＦＩＥＣＵ７０には、エンジン５０の運転状態を示す種々のセンサが接続されている。例えば、スロットルバルブ６６の開度（ポジション）を検出するスロットルバルブポジションセンサ６７、エンジン５０の負荷を検出する吸気管負圧センサ７２、エンジン５０の水温を検出する水温センサ７４、ディストリビュータ６０に設けられクランクシャフト５６の回転数と回転角度を検出する回転数センサ７６および回転角度センサ７８などである。なお、ＥＦＩＥＣＵ７０には、この他、例えばイグニッションキーの状態ＳＴを検出するスタータスイッチ７９なども接続されているが、その他のセンサ，スイッチなどの図示は省略した。
【００１９】
エンジン５０のクランクシャフト５６には、後述するクラッチモータ３０およびアシストモータ４０を介して駆動軸２２が結合されている。駆動軸２２は、ディファレンシャルギヤ２４に結合されており、動力出力装置２０からのトルクは最終的に左右の駆動輪２６，２８に伝達される。このクラッチモータ３０およびアシストモータ４０は、制御装置８０により制御されている。制御装置８０の構成は後で詳述するが、内部には制御ＣＰＵが備えられており、シフトレバー８２に設けられたシフトポジションセンサ８４やアクセルペダル６４に設けられたアクセルペダルポジションセンサ６４ａ，ブレーキペダル６５に設けられたブレーキペダルポジションセンサ６５ａなども接続されている。また、制御装置８０は、上述したＥＦＩＥＣＵ７０と通信により、種々の情報をやり取りしている。これらの情報のやり取りを含む制御については、後述する。
【００２０】
図１に示すように、実施例の動力出力装置２０は、大きくは、エンジン５０と、エンジン５０のクランクシャフト５６にアウタロータ３２が結合されると共に駆動軸２２にインナロータ３４が結合されたクラッチモータ３０と、駆動軸２２に結合されたロータ４２を有するアシストモータ４０と、クラッチモータ３０およびアシストモータ４０を駆動制御する制御装置８０とから構成されている。
【００２１】
クラッチモータ３０は、図１に示すように、アウタロータ３２の内周面に永久磁石３５を備え、インナロータ３４に形成されたスロットに三相のコイル３６を巻回する同期電動機として構成されている。この三相コイル３６への電力は、スリップリング３８を介して供給される。インナロータ３４において三相コイル３６用のスロットおよびティースを形成する部分は、無方向性電磁鋼板の薄板を積層することで構成されている。なお、クランクシャフト５６には、その回転角度θｅを検出するレゾルバ３９が設けられているが、このレゾルバ３９は、ディストリビュータ６０に設けられた回転角度センサ７８と兼用することも可能である。
【００２２】
他方、アシストモータ４０も同期電動機として構成されているが、回転磁界を形成する三相コイル４４は、ケース４５に固定されたステータ４３に巻回されている。このステータ４３も、無方向性電磁鋼板の薄板を積層することで形成されている。ロータ４２の外周面には、複数個の永久磁石４６が設けられている。アシストモータ４０では、この永久磁石４６により磁界と三相コイル４４が形成する磁界との相互作用により、ロータ４２が回転する。ロータ４２が機械的に結合された軸は、動力出力装置２０のトルクの出力軸である駆動軸２２であり、駆動軸２２には、その回転角度θｄを検出するレゾルバ４８が設けられている。また、駆動軸２２は、ケース４５に設けられたベアリング４９により軸支されている。
【００２３】
係るクラッチモータ３０とアシストモータ４０とは、クラッチモータ３０のインナロータ３４がアシストモータ４０のロータ４２、延いては駆動軸２２に機械的に結合されている。したがって、エンジン５０と両モータ３０，４０との関係を簡略に言えば、エンジン５０からクランクシャフト５６に出力された軸トルクがクラッチモータ３０のアウタロータ３２およびインナロータ３４を介して駆動軸２２に出力され、アシストモータ４０からのトルクがこれに加減算されるということになる。
【００２４】
アシストモータ４０は、通常の永久磁石型三相同期モータとして構成されているが、クラッチモータ３０は、永久磁石３５を有するアウタロータ３２も三相コイル３６を備えたインナロータ３４も、共に回転するよう構成されている。そこで、クラッチモータ３０の構成の詳細について、さらに説明する。クラッチモータ３０のアウタロータ３２はクランクシャフト５６に、インナロータ３４は駆動軸２２に結合されており、アウタロータ３２に永久磁石３５が設けられていることは既に説明した。この永久磁石３５は、実施例では８個（Ｎ極が４個でＳ極が４個）設けられており、アウタロータ３２の内周面に貼付されている。その磁化方向はクラッチモータ３０の軸中心に向かう方向であり、一つおきに磁極の方向は逆向きになっている。この永久磁石３５と僅かなギャップにより対向するインナロータ３４の三相コイル３６は、インナロータ３４に設けられた計１２個のスロット（図示せず）に巻回されており、各コイルに通電すると、スロットを隔てるティースを通る磁束を形成する。各コイルに三相交流を流すと、この磁界は回転する。三相コイル３６の各々は、スリップリング３８から電力の供給を受けるよう接続されている。このスリップリング３８は、駆動軸２２に固定された回転リング３８ａとブラシ３８ｂとから構成されている。なお、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の電流をやり取りするために、スリップリング３８には三相分の回転リング３８ａとブラシ３８ｂとが用意されている。
【００２５】
隣接する一組の永久磁石３５が形成する磁界と、インナロータ３４に設けられた三相コイル３６が形成する回転磁界との相互作用により、アウタロータ３２とインナロータ３４とは種々の振る舞いを示す。通常は、三相コイル３６に流す三相交流の周波数は、クランクシャフト５６に直結されたアウタロータ３２の回転数とインナロータ３４の回転数との偏差の４倍の周波数としている。
【００２６】
次に、クラッチモータ３０およびアシストモータ４０を駆動制御する制御装置８０について説明する。制御装置８０は、クラッチモータ３０を駆動する第１の駆動回路９１と、アシストモータ４０を駆動する第２の駆動回路９２と、両駆動回路９１，９２を制御する制御ＣＰＵ９０と、二次電池であるバッテリ９４とから構成されている。制御ＣＰＵ９０は、１チップマイクロプロセッサであり、内部に、ワーク用のＲＡＭ９０ａ、処理プログラムを記憶したＲＯＭ９０ｂ、入出力ポート（図示せず）およびＥＦＩＥＣＵ７０と通信を行なうシリアル通信ポート（図示せず）を備える。この制御ＣＰＵ９０には、レゾルバ３９からのエンジン５０の回転角度θｅ、レゾルバ４８からの駆動軸２２の回転角度θｄ、アクセルペダルポジションセンサ６４ａからのアクセルペダルポジション（アクセルペダル６４の踏込量）ＡＰ、ブレーキペダルポジションセンサ６５ａからのブレーキペダルポジション（ブレーキペダル６５の踏込量）ＢＰ、シフトポジションセンサ８４からのシフトポジションＳＰ、第１の駆動回路９１に設けられた２つの電流検出器９５，９６からのクラッチ電流値Ｉｕｃ，Ｉｖｃ、第２の駆動回路に設けられた２つの電流検出器９７，９８からのアシスト電流値Ｉｕａ，Ｉｖａ、残容量検出器９９からのバッテリ９４の残容量ＢRMなどが、入力ポートを介して入力されている。なお、残容量検出器９９は、バッテリ９４の電解液の比重またはバッテリ９４の全体の重量を測定して残容量を検出するものや、充電・放電の電流値と時間を演算して残容量を検出するものや、バッテリの端子間を瞬間的にショートさせて電流を流し内部抵抗を測ることにより残容量を検出するものなどが知られている。
【００２７】
また、制御ＣＰＵ９０からは、第１の駆動回路９１に設けられたスイッチング素子である６個のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６を駆動する制御信号ＳＷ１と、第２の駆動回路９２に設けられたスイッチング素子としての６個のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６を駆動する制御信号ＳＷ２とが出力されている。第１の駆動回路９１内の６個のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６は、トランジスタインバータを構成しており、それぞれ、一対の電源ラインＬ１，Ｌ２に対してソース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配置され、その接続点に、クラッチモータ３０の三相コイル（ＵＶＷ）３６の各々が、スリップリング３８を介して接続されている。電源ラインＬ１，Ｌ２は、バッテリ９４のプラス側とマイナス側に、それぞれ接続されているから、制御ＣＰＵ９０により対をなすトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオン時間の割合を制御信号ＳＷ１により順次制御し、各コイル３６に流れる電流を、ＰＷＭ制御によって擬似的な正弦波にすると、三相コイル３６により、回転磁界が形成される。
【００２８】
他方、第２の駆動回路９２の６個のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６も、トランジスタインバータを構成しており、それぞれ、第１の駆動回路９１と同様に配置されていて、対をなすトランジスタの接続点は、アシストモータ４０の三相コイル４４の各々に接続されている。従って、制御ＣＰＵ９０により対をなすトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオン時間を制御信号ＳＷ２により順次制御し、各コイル４４に流れる電流を、ＰＷＭ制御によって擬似的な正弦波にすると、三相コイル４４により、回転磁界が形成される。
【００２９】
以上構成を説明した第１実施例の動力出力装置２０の動作について説明する。第１実施例の動力出力装置２０の動作原理、特にトルク変換の原理は以下の通りである。エンジン５０がＥＦＩＥＣＵ７０により運転され、エンジン５０の回転数Ｎｅが値Ｎ１で回転しているとする。このとき、制御装置８０がスリップリング３８を介してクラッチモータ３０の三相コイル３６に何等電流を流していないとすれば、即ち第１の駆動回路９１のトランジスタＴｒ１，３，５をオフとしトランジスタＴｒ２，４，６をオンとした状態であれば、三相コイル３６には何等の電流も流れないから、クラッチモータ３０のアウタロータ３２とインナロータ３４とは電磁的に全く結合されていない状態となり、エンジン５０のクランクシャフト５６は空回りしている状態となる。
【００３０】
制御装置８０の制御ＣＰＵ９０が制御信号ＳＷ１を出力してトランジスタをオンオフ制御すると、エンジン５０のクランクシャフト５６の回転数Ｎｅと駆動軸２２の回転数Ｎｄとの偏差（言い換えれば、クラッチモータ３０におけるアウタロータ３２とインナロータ３４の回転数差Ｎｃ（Ｎｅ−Ｎｄ））に応じて、クラッチモータ３０の三相コイル３６に電流が流れ、クラッチモータ３０は発電機として機能し、電流が第１の駆動回路９１を介して回生され、バッテリ９４が充電される。このとき、アウタロータ３２とインナロータ３４とは滑りが存在する電磁的な結合状態となり、インナロータ３４は、エンジン５０の回転数Ｎｅ（クランクシャフト５６の回転数）より低い回転数Ｎｄで回転する。この状態で、回生される電気エネルギと等しいエネルギがアシストモータ４０で消費されるように、制御ＣＰＵ９０が第２の駆動回路９２を制御すると、アシストモータ４０の三相コイル４４に電流が流れ、アシストモータ４０においてトルクが発生する。
【００３１】
図３に照らせば、エンジン５０の回転数Ｎｅが値Ｎ１でトルクＴｅが値Ｔ１の運転ポイントＰ１で運転しているときに、クラッチモータ３０で値Ｔ１のトルクを駆動軸２２に伝達すると共に領域Ｇ１で表わされるエネルギを回生し、この回生されたエネルギを領域Ｇ２で表わされるエネルギとしてアシストモータ４０に供給することにより、値Ｎ２の回転数で回転する駆動軸２２に値Ｔ２のトルクを出力することができる。
【００３２】
次に、エンジン５０の回転数Ｎｅが値Ｎ２でトルクＴｅが値Ｔ２の運転ポイントＰ２で運転されており、駆動軸２２の回転数Ｎｄが値Ｎ２より大きな値Ｎ１で回転している場合を考える。この状態では、クラッチモータ３０のインナロータ３４は、アウタロータ３２に対して回転数差Ｎｃ（Ｎｅ−Ｎｄ）の絶対値で示される回転数で駆動軸２２の回転方向に回転するから、クラッチモータ３０は、通常のモータとして機能し、バッテリ９４からの電力により駆動軸２２に回転エネルギを与える。一方、制御ＣＰＵ９０によりアシストモータ４０により電力を回生するよう第２の駆動回路９２を制御すると、アシストモータ４０のロータ４２とステータ４３との間の滑りにより三相コイル４４に回生電流が流れる。ここで、アシストモータ４０により回生される電力がクラッチモータ３０により消費されるよう制御ＣＰＵ９０により第１および第２の駆動回路９１，９２を制御すれば、クラッチモータ３０を、バッテリ９４に蓄えられた電力を用いることなく駆動することができる。
【００３３】
図３に照らせば、クランクシャフト５６の回転数Ｎｅが値Ｎ２でトルクＴｅが値Ｔ２の運転ポイントＰ２で運転しているときに、領域Ｇ１と領域Ｇ３との和として表わされるエネルギをクラッチモータ３０に供給して駆動軸２２に値Ｔ２のトルクを出力すると共に、クラッチモータ３０に供給するエネルギを領域Ｇ２と領域Ｇ３との和として表わされるエネルギとしてアシストモータ４０から回生して賄うことにより、値Ｎ１の回転数で回転する駆動軸２２に値Ｔ１のトルクを出力することができる。
【００３４】
なお、第１実施例の動力出力装置２０では、こうしたエンジン５０から出力される動力のすべてをトルク変換して駆動軸２２に出力する動作の他に、エンジン５０から出力される動力（トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積）を駆動軸２２に要求される動力（トルクＴｄと回転数Ｎｄとの積）より大きくして余剰の電気エネルギを見い出し、バッテリ９４の充電を伴う動作としたり、逆にエンジン５０から出力される動力を駆動軸２２に要求される動力より小さくして電気エネルギが不足するものし、バッテリ９４から放電を伴う動作とすることもできる。
【００３５】
次に、実施例の動力出力装置２０におけるトルク制御について図４に例示するトルク制御ルーチンに基づき具体的に説明する。トルク制御ルーチンは、動力出力装置が起動されてから所定時間毎（例えば、２０ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。本ルーチンが実行されると、制御装置８０の制御ＣＰＵ９０は、まず、駆動軸２２の回転数Ｎｄを読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。駆動軸２２の回転数Ｎｄは、レゾルバ４８により検出される駆動軸２２の回転角度θｄから求めることができる。
【００３６】
続いて、アクセルペダルポジションセンサ６４ａにより検出されるアクセルペダル６４の踏込量であるアクセルペダルポジションＡＰを読み込む処理を行なう（ステップＳ１０２）。アクセルペダル６４は運転者が出力トルクが足りないと感じたときに踏み込まれるものであり、したがって、アクセルペダルポジションＡＰの値は運転者の欲している出力トルク（すなわち、駆動軸２２に出力すべきトルク）に対応するものである。次に、読み込んだアクセルペダルポジションＡＰと駆動軸２２の回転数Ｎｄとに基づいてＴｄ＊を導出する処理を行なう（ステップＳ１０４）。実施例では、各アクセルペダルポジションＡＰと回転数Ｎｄとの組み合わせに対して対応するトルク指令値Ｔｄ＊を定め、これを予めマップとしてＲＯＭ９０ｂに記憶しておき、駆動軸２２の回転数ＮｄとアクセルペダルポジションＡＰが読み込まれると、ＲＯＭ９０ｂに記憶したマップを参照して対応するトルク指令値Ｔｄ＊を導出するものとした。なお、このマップの一例を図５に示す。
【００３７】
こうしてトルク指令値Ｔｄ＊を導出すると、導出したトルク指令値Ｔｄ＊と読み込まれた駆動軸２２の回転数Ｎｄとから、駆動軸２２に出力すべきエネルギＰｄを計算（Ｐｄ＝Ｎｄ×Ｔｄ＊）により求めると共に（ステップＳ１０６）、求めたエネルギＰｄを伝達効率ηｔで割ってエンジン５０から出力すべきエネルギＰｅを算出する（ステップＳ１０８）。そして、このエネルギＰｅに基づいてエンジン５０の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する処理を行なう（ステップＳ１１０）。ここで、エンジン５０から出力されるエネルギＰｅはエンジン５０の回転数ＮｅとトルクＴｅとの積に等しいから、エネルギＰｅと目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊との関係はＰｅ＝Ｎｅ＊×Ｔｅ＊となる。しかし、かかる関係を満足する目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊との組合せは無数に存在する。そこで、実施例では、実験などにより各エネルギＰｅに対してエンジン５０ができる限り効率の高い状態で運転され、かつエネルギＰｅの変化に対してエンジン５０の運転状態が滑らかに変化する運転ポイントを目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊との組み合わせとして求め、これを予めＲＯＭ９０ｂにマップとして記憶しておき、エネルギＰｅに対応する目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊との組み合わせをこのマップから導出するものとした。このマップについて、更に説明する。
【００３８】
図６は、エンジン５０の運転ポイントとエンジン５０の効率との関係を示すグラフである。図中曲線Ｂはエンジン５０の運転可能な領域の境界を示す。エンジン５０の運転可能な領域には、その特性に応じて効率が同一の運転ポイントを示す曲線α１ないしα６のような等効率線を描くことができる。また、エンジン５０の運転可能な領域には、トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積で表わされるエネルギが一定の曲線、例えば曲線Ｃ１−Ｃ１ないしＣ３−Ｃ３を描くことができる。こうして描いたエネルギ一定の曲線Ｃ１−Ｃ１ないしＣ３−Ｃ３に沿って各運転ポイントの効率をエンジン５０の回転数Ｎｅを横軸として表わすと図７のグラフのようになる。
【００３９】
図示するように、出力するエネルギが同じでも、どの運転ポイントで運転するかによってエンジン５０の効率は大きく異なる。例えばエネルギ一定の曲線Ｃ１−Ｃ１上では、エンジン５０を運転ポイントＡ１（トルクＴｅ１，回転数Ｎｅ１）で運転することにより、その効率を最も高くすることができる。このような効率が最も高い運転ポイントは、出力エネルギ一定の曲線Ｃ２−Ｃ２およびＣ３−Ｃ３ではそれぞれ運転ポイントＡ２およびＡ３が相当するように、各エネルギ一定の曲線上に存在する。図６中の曲線Ａは、これらのことに基づき各エネルギＰｅに対してエンジン５０の効率ができる限り高くなる運転ポイントを連続する線で結んだものである。実施例では、この曲線Ａ上の各運転ポイント（回転数Ｎｅ，トルクＴｅ）とエネルギＰｅとの関係をマップとしたものを用いてエンジン５０の目標回転数Ｎｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定した。
【００４０】
ここで、曲線Ａを連続する曲線で結ぶのは、エネルギＰｅの変化に対して不連続な曲線によりエンジン５０の運転ポイントを定めると、エネルギＰｅが不連続な運転ポイントを跨いで変化するときにエンジン５０の運転状態が急変することになり、その変化の程度によっては、目標の運転状態にスムースに移行できずノッキングを生じたり停止してしまう場合があるからである。したがって、このように曲線Ａを連続する曲線で結ぶと、曲線Ａ上の各運転ポイントがエネルギ一定の曲線上で最も効率が高い運転ポイントとならない場合もある。なお、図６中、回転数ＮｅｍｉｎとトルクＴｅｍｉｎとにより表わされる運転ポイントＡｍｉｎは、エンジン５０から出力可能な最小エネルギの運転ポイントである。
【００４１】
こうしてエンジン５０の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定すると、これらの設定した値を用いてクラッチモータ３０，アシストモータ４０およびエンジン５０の各制御を行なう（ステップＳ１１２ないしＳ１１６）。実施例では、図示の都合上、クラッチモータ３０，アシストモータ４０およびエンジン５０の各制御を本ルーチンの別々のステップとして記載したが、実際には、これらの制御は本ルーチンとは別個独立にかつ総合的に行なわれる。例えば、制御ＣＰＵ９０が割り込み処理を利用して、クラッチモータ３０とアシストモータ４０の制御を本ルーチンとは異なるタイミングで平行して実行すると共に、通信によりＥＦＩＥＣＵ７０に指示を送信して、ＥＦＩＥＣＵ７０によりエンジン５０の制御も平行して行なわせるのである。
【００４２】
クラッチモータ３０の制御（図４のステップＳ１１２）は、図８に例示するクラッチモータ制御ルーチンによってなされる。このルーチンが実行されると、制御装置８０の制御ＣＰＵ９０は、まず、エンジン５０の回転数Ｎｅを読み込む処理を実行する（ステップＳ１２０）。エンジン５０の回転数Ｎｅは、クランクシャフト５６に取り付けられたレゾルバ３９により検出されるクランクシャフト５６の回転角度θｅから求めることもできるし、ディストリビュータ６０に設けられた回転数センサ７６により検出される値をＥＦＩＥＣＵ７０からの通信により得るものとしてもよい。続いて、読み込んだエンジン５０の回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｅ＊とに基づいて次式（１）により算出される値をクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊に設定する（ステップＳ１２２）。ここで、式（１）中の右辺第１項は前回このルーチンが起動されたときにこのステップで設定されたクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊であり、右辺第２項は回転数Ｎｅの目標回転数Ｎｅ＊からの偏差を打ち消す比例項であり、右辺第３項は定常偏差をなくすための積分項である。このようにクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊をエンジン５０の回転数Ｎｅに基づいて設定しクラッチモータ３０のトルクＴｃを制御することにより、エンジン５０を目標回転数Ｎｅ＊で運転することができるのである。
【００４３】
【数１】
0003704879.tif 000002
【００４４】
次に、駆動軸２２の回転角度θｄをレゾルバ４８から、エンジン５０のクランクシャフト５６の回転角度θｅをレゾルバ３９から入力する処理を行ない（ステップＳ１２４，Ｓ１２６）、クラッチモータ３０の電気角θｃを両軸の回転角度θｅ，θｄから求める処理を行なう（ステップＳ１２８）。実施例では、クラッチモータ３０として４極対の同期電動機を用いているから、θｃ＝４（θｅ−θｄ）を演算することになる。
【００４５】
３０の電気角θｃを算出すると、電流検出器９５，９６により検出されるクラッチモータ３０の三相コイル３６のＵ相とＶ相に流れている電流Ｉｕｃ，Ｉｖｃを読み込む処理を行なう（ステップＳ１３０）。電流はＵ，Ｖ，Ｗの三相に流れているが、その総和はゼロなので、二つの相に流れる電流を測定すれば足りる。こうして得られた三相の電流を用いて座標変換（三相−二相変換）を行なう（ステップＳ１３２）。座標変換は、永久磁石型の同期電動機のｄ軸，ｑ軸の電流値に変換することであり、次式（２）を演算することにより行なわれる。ここで座標変換を行なうのは、永久磁石型の同期電動機においては、ｄ軸及びｑ軸の電流が、トルクを制御する上で本質的な量だからである。もとより、三相のまま制御することも可能である。
【００４６】
【数２】
0003704879.tif 000003
【００４７】
次に、２軸の電流値に変換した後、クラッチモータ３０におけるトルク指令値Ｔｃ＊から求められる各軸の電流指令値Ｉｄｃ＊，Ｉｑｃ＊と実際各軸に流れた電流Ｉｄｃ，Ｉｑｃと偏差を求め、各軸の電圧指令値Ｖｄｃ，Ｖｑｃを求める処理を行なう（ステップＳ１３４）。即ち、まず以下の式（３）の演算を行ない、次に次式（４）の演算を行なうのである。ここで、Ｋｐ１，２及びＫｉ１，２は、各々係数である。これらの係数は、適用するモータの特性に適合するよう調整される。なお、電圧指令値Ｖｄｃ，Ｖｑｃは、電流指令値Ｉ＊との偏差△Ｉに比例する部分（式（４）右辺第１項）と偏差△Ｉのｉ回分の過去の累積分（右辺第２項）とから求められる。
【００４８】
【数３】
0003704879.tif 000004
【００４９】
【数４】
0003704879.tif 000005
【００５０】
その後、こうして求めた電圧指令値をステップＳ１３２で行なった変換の逆変換に相当する座標変換（二相−三相変換）を行ない（ステップＳ１３６）、実際に三相コイル３６に印加する電圧Ｖｕｃ，Ｖｖｃ，Ｖｗｃを求める処理を行なう。各電圧は、次式（５）により求める。
【００５１】
【数５】
0003704879.tif 000006
【００５２】
実際の電圧制御は、第１の駆動回路９１のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオンオフ時間によりなされるから、式（５）によって求めた各電圧指令値となるよう各トランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオン時間をＰＷＭ制御する（ステップＳ１３８）。
【００５３】
なお、クラッチモータ３０の制御は、トルク指令値Ｔｃ＊の符号を駆動軸２２にクランクシャフト５６の回転方向に正のトルクが作用するときを正とすると、正の値のトルク指令値Ｔｃ＊が設定されても、エンジン５０の回転数Ｎｅが駆動軸２２の回転数Ｎｄより大きいとき（正の値の回転数差Ｎｃ（Ｎｅ−Ｎｄ）が生じるとき）には、回転数差Ｎｃに応じた回生電流を発生させる回生制御がなされ、回転数Ｎｅが回転数Ｎｄより小さいとき（負の値の回転数差Ｎｃ（Ｎｅ−Ｎｄ）が生じるとき）には、クランクシャフト５６に対して相対的に回転数差Ｎｃの絶対値で示される回転数で駆動軸２２の回転方向に回転する力行制御がなされる。クラッチモータ３０の回生制御と力行制御は、トルク指令値Ｔｃ＊が正の値であれば、共にアウタロータ３２に取り付けられた永久磁石３５と、インナロータ３４の三相コイル３６に流れる電流により生じる回転磁界とにより正の値のトルクが駆動軸２２に作用するよう第１の駆動回路９１のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６を制御するものであるから、同一のスイッチング制御となる。即ち、トルク指令値Ｔｃ＊の符号が同じであれば、クラッチモータ３０の制御が回生制御であっても力行制御であっても同じスイッチング制御となる。したがって、図８のクラッチモータ制御ルーチンで回生制御と力行制御のいずれも行なうことができる。また、トルク指令値Ｔｃ＊が負の値のとき、即ち駆動軸２２を制動しているときや車両を後進させているときは、ステップＳ１２８のクラッチモータ３０の電気角θｃの変化の方向が逆になるから、この際の制御も図８のクラッチモータ制御ルーチンにより行なうことができる。
【００５４】
次に、アシストモータ４０の制御（図４のステップＳ１１４）について図９および図１０に例示するアシストモータ制御ルーチンに基づき説明する。アシストモータ制御ルーチンが実行されると、制御装置８０の制御ＣＰＵ９０は、まず、駆動軸２２に出力すべきトルクの指令値Ｔｄ＊からクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊を減じてアシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊を設定する（ステップＳ１４０）。このようにアシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊を設定することにより、駆動軸２２にトルク指令値Ｔｄ＊に相当するトルクを出力することができるのである。
【００５５】
続いて、エンジン５０の回転数Ｎｅと駆動軸２２の回転数Ｎｄとを読み込み（ステップＳ１４２）、読み込んだ回転数Ｎｅと回転数Ｎｄとを用いて次式（６）および式（７）によりクラッチモータ電力Ｐｃとアシストモータ電力Ｐａとを算出する（ステップＳ１４４，Ｓ１４６）。ここで、実施例では、クラッチモータ電力Ｐｃの符号はクラッチモータ３０が発電機として動作して電力を発電するときを正とし、アシストモータ電力Ｐａはアシストモータ４０が電動機として動作して電力を消費するときを正とした。
【００５６】
Ｐｃ＝Ｔｃ＊×（Ｎｅ−Ｎｄ）    …（６）
Ｐａ＝Ｔａ＊×Ｎｄ              …（７）
【００５７】
次に、クラッチモータ電力Ｐｃからアシストモータ電力Ｐａを減じてバッテリ９４の充放電電力Ｐｂを算出し（ステップＳ１４８）、算出した充放電電力Ｐｂが閾値Ｐｂ１と閾値Ｐｂ２とにより表わされる充放電範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１５０）。ここで、充放電電力Ｐｂは、上述のクラッチモータ電力Ｐｃとアシストモータ電力Ｐａとの符号の付け方から解るように、バッテリ９４を充電するときに正の値となり、バッテリ９４から電力の放電がなされるときに負の値となる。また、充放電可能範囲は、バッテリ９４の充放電が許容される電力の範囲であり、バッテリ９４の性能などによって定められる。したがって、閾値Ｐｂ１は負の値として設定され、閾値Ｐｂ２は正の値として設定されることになる。
【００５８】
充放電電力Ｐｂが充放電可能範囲外となるときには、充放電電力Ｐｂが充放電可能範囲内となるようアシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊を再設定する（ステップＳ１５２，Ｓ１５４）。即ち、充放電電力Ｐｂが閾値Ｐｂ１より小さいときには次式（８）により、充放電電力Ｐｂが閾値Ｐｂ２より大きいときには次式（９）により、アシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊を再設定するのである。このようにアシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊を再設定することにより、充放電可能範囲内の電力によってバッテリ９４を充放電することができる。
【００５９】
Ｔａ＊＝（Ｐｃ−Ｐｂ１）／Ｎｄ    …（８）
Ｔａ＊＝（Ｐｃ−Ｐｂ２）／Ｎｄ    …（９）
【００６０】
こうしてバッテリ９４が充放電可能範囲内の電力で充放電されるようアシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊を再設定すると、次に、駆動軸２２の回転角度θｄをレゾルバ４８を用いて検出し（ステップＳ１５６）、検出した駆動軸２２の回転角度θｄからアシストモータ４０の電気角θａを求める処理を行なう（ステップＳ１５８）。実施例では、アシストモータ４０にも４極対の同期電動機を用いているから、θａ＝４θｄを演算することになる。そして、アシストモータ４０の各相電流を電流検出器９７，９８を用いて検出する処理（ステップＳ１６０）を行なう。その後、クラッチモータ３０と同様の座標変換（ステップＳ１６２）および電圧指令値Ｖｄａ，Ｖｑａの演算を行ない（ステップＳ１６４）、更に電圧指令値の逆座標変換（ステップＳ１６６）を行なって、アシストモータ４０の第２の駆動回路９２のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオンオフ制御時間を求め、ＰＷＭ制御を行なう（ステップＳ１６８）。これらのステップＳ１６０ないしステップＳ１６８の処理は、クラッチモータ３０の制御として説明した図８のステップＳ１３０ないしＳ１３８の処理と同一である。
【００６１】
ここで、アシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊は、アシストモータ４０が力行駆動されるか回生駆動されるかにより正の値となったり負の値となったりする。しかし、アシストモータ４０の力行制御と回生制御は、クラッチモータ３０の制御と同様に、共に図９および図１０のアシストモータ制御ルーチンで行なうことができる。また、駆動軸２２がクランクシャフト５６の回転方向と逆向きに回転しているときも同様である。なお、アシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊の符号は、駆動軸２２にクランクシャフト５６の回転方向に正のトルクが作用するときを正とした。
【００６２】
次に、エンジン５０の制御（図４のステップＳ１１６）について説明する。エンジン５０は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とにより表わされる運転ポイントで定常運転状態となるようその回転数ＮｅとトルクＴｅとが制御される。具体的には、エンジン５０が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とで表わされる運転ポイントで運転されるよう、制御ＣＰＵ９０から通信により目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したＥＦＩＥＣＵ７０によってスロットルバルブ６６の開度制御，燃料噴射弁５１からの燃料噴射制御および点火プラグ６２による点火制御が行なわれると共に、制御装置８０の制御ＣＰＵ９０によりエンジン５０の負荷トルクとしてのクラッチモータ３０のトルクＴｃを制御が行なわれるのである。エンジン５０は、その負荷トルクにより出力トルクＴｅと回転数Ｎｅとが変化するから、ＥＦＩＥＣＵ７０による制御だけでは目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊の運転ポイントで運転することはできず、負荷トルクを与えるクラッチモータ３０のトルクＴｃの制御も必要となるからである。なお、クラッチモータ３０のトルクＴｃの制御は、前述したクラッチモータ３０の制御で説明した。
【００６３】
以上説明した第１実施例の動力出力装置２０によれば、バッテリ９４を充放電する充放電電力Ｐｂが充放電可能範囲内にないときには、充放電可能範囲内となるようにアシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊を再設定するから、バッテリ９４の過剰な電力による充電や、バッテリ９４からの過剰な電力の放電を回避することができる。この結果、バッテリ９４を破損するといった不都合や、大電流が流れることによるヒューズの切断といった不都合を回避することができる。しかも、クラッチモータ３０のトルク制御によってエンジン５０の回転数Ｎｅを制御し、アシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊を再設定することによってバッテリ９４の充放電電力Ｐｂを充放電可能範囲内とするから、充放電電力Ｐｂの制御に拘わらず、エンジン５０を安定して目標回転数Ｎｅ＊で運転することができる。
【００６４】
もとより、エンジン５０から出力する動力をクラッチモータ３０とアシストモータ４０とによりトルク変換して駆動軸２２に出力するから、動力出力装置２０をより効率のよいものにすることができる。
【００６５】
第１実施例の動力出力装置２０では、クラッチモータ３０とアシストモータ４０とをそれぞれ別個に駆動軸２２に取り付けたが、図１１に例示する変形例の動力出力装置２０Ａのように、クラッチモータとアシストモータとが一体となるよう構成してもよい。この変形例の動力出力装置２０Ａの構成について以下に簡単に説明する。図示するように、変形例の動力出力装置２０Ａのクラッチモータ３０Ａは、クランクシャフト５６に結合したインナロータ３４Ａと、駆動軸２２に結合したアウタロータ３２Ａとから構成され、インナロータ３４Ａには三相コイル３６Ａが取り付けられており、アウタロータ３２Ａには永久磁石３５Ａがその外周面側の磁極と内周面側の磁極とが異なるよう嵌め込まれている。なお、図示しないが、永久磁石３５Ａの外周面側の磁極と内周面側の磁極との間には、非磁性体により構成された部材が嵌挿されている。一方、アシストモータ４０Ａは、このクラッチモータ３０Ａのアウタロータ３２Ａと、三相コイル４４が取り付けられたステータ４３とから構成される。すなわち、クラッチモータ３０Ａのアウタロータ３２Ａがアシストモータ４０Ａのロータを兼ねる構成となっている。なお、クランクシャフト５６に結合したインナロータ３４Ａに三相コイル３６Ａが取り付けられているから、クラッチモータ３０Ａの三相コイル３６Ａに電力を供給するスリップリング３８は、クランクシャフト５６に取り付けられている。
【００６６】
この変形例の動力出力装置２０Ａでは、アウタロータ３２Ａに嵌め込まれた永久磁石３５Ａの内周面側の磁極に対してインナロータ３４Ａの三相コイル３６Ａに印加する電圧を制御することにより、クラッチモータ３０とアシストモータ４０とを駆動軸２２に別個に取り付けた前述の動力出力装置２０のクラッチモータ３０と同様に動作する。また、アウタロータ３２Ａに嵌め込まれた永久磁石３５Ａの外周面側の磁極に対してステータ４３の三相コイル４４に印加する電圧を制御することにより実施例の動力出力装置２０のアシストモータ４０と同様に動作する。したがって、変形例の動力出力装置２０Ａは、上述した実施例の動力出力装置２０が行なうすべての動作について同様に動作する。
【００６７】
こうした変形例の動力出力装置２０Ａによれば、アウタロータ３２Ａがクラッチモータ３０Ａのロータの一方とアシストモータ４０Ａのロータとを兼ねるから、動力出力装置の小型化および軽量化を図ることができる。
【００６８】
また、第１実施例の動力出力装置２０では、アシストモータ４０を駆動軸２２に取り付けたが、図１２の変形例の動力出力装置２０Ｂに示すように、アシストモータ４０をエンジン５０とクラッチモータ３０との間のクランクシャフト５６に取り付けてもよい。こうした変形例の動力出力装置２０Ｂは次のように動作する。いま、エンジン５０が、図３のトルクと回転数とにより表わされる出力エネルギ一定の曲線上の回転数Ｎｅが値Ｎ１でトルクＴｅが値Ｔ１の運転ポイントＰ１で運転されており、駆動軸２２が値Ｎ２の回転数Ｎｄの回転数で回転しているとする。クランクシャフト５６に取り付けられたアシストモータ４０からクランクシャフト５６にトルクＴａ（Ｔａ＝Ｔ２−Ｔ１）を出力すれば、図３の領域Ｇ２と領域Ｇ３の和で表わされるエネルギがクランクシャフト５６に与えられて、クランクシャフト５６のトルクは値Ｔ２（Ｔ１＋Ｔａ）となる。一方、クラッチモータ３０のトルクＴｃを値Ｔ２として制御すれば、駆動軸２２にこのトルクＴｃ（Ｔ１＋Ｔａ）が出力されると共に、エンジン５０の回転数Ｎｅと駆動軸２２の回転数Ｎｄとの回転数差Ｎｃに基づく電力（領域Ｇ１と領域Ｇ３との和で表わされるエネルギ）が回生される。したがって、アシストモータ４０のトルクＴａをクラッチモータ３０により回生される電力により丁度賄えるよう設定し、この回生電力を電源ラインＬ１，Ｌ２を介して第２の駆動回路９２に供給すれば、アシストモータ４０は、この回生電力により駆動することになる。
【００６９】
また、エンジン５０が、図３中の回転数Ｎｅが値Ｎ２でトルクＴｅが値Ｔ２の運転ポイントＰ２で運転されており、駆動軸２２が値Ｎ２の回転数Ｎｄで回転しているときを考える。このとき、アシストモータ４０のトルクＴａをＴ２−Ｔ１で求められる値として制御すれば、アシストモータ４０は回生制御され、図３中の領域Ｇ２で表わされるエネルギ（電力）をクランクシャフト５６から回生する。一方、クラッチモータ３０は、インナロータ３４がアウタロータ３２に対して回転数差Ｎｃ（Ｎ１−Ｎ２）の回転数で駆動軸２２の回転方向に相対的に回転するから、通常のモータとして機能し、回転数差Ｎｃに応じた領域Ｇ１で表わされるエネルギを駆動軸２２に回転エネルギとして与える。したがって、アシストモータ４０のトルクＴａを、アシストモータ４０により回生される電力でクラッチモータ３０により消費される電力を丁度賄えるよう設定すれば、クラッチモータ３０は、アシストモータ４０により回生される電力によって駆動することになる。
【００７０】
したがって、変形例の動力出力装置２０Ｂでも、第１実施例の動力出力装置２０と同様に、アシストモータ４０のトルクＴａおよびクラッチモータ３０のトルクＴｃを、次式（１０）および式（１１）が成り立つよう制御すれば、エンジン５０から出力されるエネルギを自由にトルク変換して駆動軸２２に付与することができる。また、変形例の動力出力装置２０Ｂでも、第１実施例の動力出力装置２０と同様に、こうしたエンジン５０から出力される動力のすべてをトルク変換して駆動軸２２に出力する動作の他に、エンジン５０から出力される動力（トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積）を駆動軸２２に要求される動力（トルクＴｄと回転数Ｎｄとの積）より大きくして余剰の電気エネルギを見い出し、バッテリ９４の充電を伴う動作としたり、逆にエンジン５０から出力される動力を駆動軸２２に要求される動力より小さくして電気エネルギが不足するものし、バッテリ９４から放電を伴う動作とすることもできる。
【００７１】
Ｔｅ×Ｎｅ＝Ｔｃ×Ｎｄ    …（１０）
Ｔｅ＋Ｔａ＝Ｔｃ＝Ｔｄ    …（１１）
【００７２】
したがって、変形例の動力出力装置２０Ｂでも、第１実施例の動力出力装置２０と同様に図４のトルク制御ルーチンを実行することができ、第１実施例の動力出力装置２０が奏する効果と同様に効果を奏することができる。なお、変形例の動力出力装置２０Ｂでは、アシストモータ４０がクランクシャフト５６に取り付けられていることから、クラッチモータ３０の制御は図８のクラッチモータ制御ルーチンに代えて図１３に例示するクラッチモータ制御ルーチンにより行ない、アシストモータ４０の制御は図９および図１０のアシストモータ制御ルーチンに代えて図１４と図１０とによるアシストモータ制御ルーチンにより行なう必要がある。以下、このクラッチモータ３０の制御とアシストモータ４０の制御について説明する。説明の都合上、まず、アシストモータ４０の制御から説明する。
【００７３】
図１４と図１０とからなるアシストモータ制御ルーチンが実行されると、制御装置８０の制御ＣＰＵ９０は、まず、エンジン５０の回転数Ｎｅを読み込み（ステップＳ１９０）、読み込んだ回転数Ｎｅとエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊とを用いて次式（１２）によって算出される値をアシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊に設定する（ステップＳ１９２）。ここで、式（１２）中の右辺第１項は前回このルーチンが起動されたときにこのステップで設定されたアシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊であり、右辺第２項は回転数Ｎｅの目標回転数Ｎｅ＊からの偏差を打ち消す比例項であり、右辺第３項は定常偏差をなくすための積分項である。このようにアシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊をエンジン５０の回転数Ｎｅに基づいて設定しアシストモータ４０のトルクＴａを制御することにより、エンジン５０を目標回転数Ｎｅ＊で運転することができる。即ち、変形例の動力出力装置２０Ｂでは、クランクシャフト５６に取り付けられたアシストモータ４０によりエンジン５０の回転数制御がなされるのである。こうしてアシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊を設定すると、この設定したトルク指令値Ｔａ＊に相当するトルクがアシストモータ４０から出力されるよう図１０の各処理が行なわれる。この図１０の各処理については詳述したので、ここでは省略する。
【００７４】
【数６】
0003704879.tif 000007
【００７５】
図１３に例示するクラッチモータ制御ルーチンが実行されると、制御装置８０の制御ＣＰＵ９０は、まず、駆動軸２２にトルク指令値Ｔｄ＊を出力するために、クラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊にトルク指令値Ｔｄ＊を設定する（ステップＳ１７０）。そして、図９のルーチンのステップＳ１４２ないしＳ１５０の処理と同一のステップＳ１７２ないしＳ１８０の処理、即ちバッテリ９４を充放電する充放電電力Ｐｂを算出し、この充放電電力Ｐｂが充放電可能範囲内となっているか否かを判定する処理を行なう。そして、充放電電力Ｐｂが充放電可能範囲外のときには、充放電電力Ｐｂが充放電可能範囲内となるようクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊を再設定する（ステップＳ１８２，Ｓ１８４）。即ち、充放電電力Ｐｂが閾値Ｐｂ１より小さいときには次式（１３）により、充放電電力Ｐｂが閾値Ｐｂ２より大きいときには次式（１４）により、クラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊を再設定するのである。このようにクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊を再設定することにより、充放電可能範囲内の電力によってバッテリ９４を充放電することができる。
【００７６】
Ｔｃ＊＝（Ｐｂ１＋Ｐａ）／（Ｎｅ−Ｎｄ）    …（１３）
Ｔｃ＊＝（Ｐｂ２＋Ｐａ）／（Ｎｅ−Ｎｄ）    …（１４）
【００７７】
こうしてクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊を設定すると、この設定したトルク指令値Ｔｃ＊に相当するトルクがクラッチモータ３０から出力されるよう図８のルーチンのステップＳ１２４ないしＳ１３８の処理と同一の処理が行なわれる。この処理については詳述したので、これ以上の説明は省略する。
【００７８】
以上説明したように、変形例の動力出力装置２０Ｂは、クラッチモータ３０とアシストモータ４０の役割が異なるものの、第１実施例の動力出力装置２０と同様に動作することができるから、第１実施例の動力出力装置２０が奏する効果と同様の効果を奏することができる。
【００７９】
こうした変形例の動力出力装置２０Ｂでは、アシストモータ４０をエンジン５０とクラッチモータ３０との間のクランクシャフト５６に取り付けたが、図１５に例示する変形例の動力出力装置２０Ｃのように、アシストモータ４０とクラッチモータ３０とでエンジン５０を挟持する配置としてもよい。
【００８０】
また、変形例の動力出力装置２０Ｂを、図１６に例示する変形例の動力出力装置２０Ｄのように、クラッチモータとアシストモータとを一体となるよう構成してもよい。こうした変形例の動力出力装置２０Ｄでは、図示するように、クラッチモータ３０Ｄのアウタロータ３２Ｄがアシストモータ４０Ｄのロータを兼ねる構成となっており、アウタロータ３２Ｄに嵌め込まれた永久磁石３５Ｄの内周面側の磁極に対してインナロータ３４Ｄの三相コイル３６に印加する電圧を制御することにより、変形例の動力出力装置２０Ｂのクラッチモータ３０と同様の動作が可能となる。また、アウタロータ３２Ｄに嵌め込まれた永久磁石３５Ｄの外周面側の磁極に対してステータ４３の三相コイル４４に印加する電圧を制御することにより、変形例の動力出力装置２０Ｂのアシストモータ４０と同様の動作が可能となる。したがって、変形例の動力出力装置２０Ｄは、変形例の動力出力装置２０Ｂのすべての動作について全く同様に動作することができる。この変形例の動力出力装置２０Ｄによれば、変形例の動力出力装置２０Ｂが奏する効果、即ち第１実施例の動力出力装置２０が奏する効果の他に動力出力装置の小型化および軽量化を図ることができるという効果も奏する。
【００８１】
こうした第１実施例の動力出力装置２０や変形例の動力出力装置２０Ｂは、アシストモータ４０が駆動軸２２かクランクシャフト５６のいずれかに取り付けられていたが、図１７の変形例の動力出力装置２０Ｅに示すように、アシストモータ４０Ｅを、クラッチＣＬ１，ＣＬ２により駆動軸２２に取り付けた構成としたり、クランクシャフト５６に取り付ける構成としたりするものとしてもよい。変形例の動力出力装置２０Ｅは、図示するように、クランクシャフト５６に取り付けられたインナロータ３２Ｅと駆動軸２２に取り付けられたアウタロータ３４Ｅにより構成されるクラッチモータ３０Ｅと、クランクシャフト５６と同軸上で中空の回転軸４１に取り付けられたアシストモータ４０Ｅと、クランクシャフト５６と回転軸４１との接続および接続の解除を行なうクラッチＣＬ１と、クラッチモータ３０Ｅのアウタロータ３４Ｅを介して駆動軸２２と回転軸４１との接続および接続の解除を行なうクラッチＣＬ２とを備える。クラッチＣＬ１，ＣＬ２は、図示しない油圧回路等の駆動手段により駆動され、この駆動手段は、信号ラインを介して制御装置８０の制御ＣＰＵ９０によって駆動制御を受けるようになっている。なお、回転軸４１には、アシストモータ４０Ｅの制御に必要な回転軸４１の回転角度を検出するレゾルバ４１ａが設けられている。
【００８２】
変形例の動力出力装置２０Ｅは、クラッチＣＬ１をオフ（接続の解除状態）とすると共にクラッチＣＬ２をオン（接続状態）とすることにより、アシストモータ４０Ｅが駆動軸２２に取り付けられた構成となり、第１実施例の動力出力装置２０と同一の構成となる。また、変形例の動力出力装置２０Ｅは、クラッチＣＬ１をオンとすると共にクラッチＣＬ２をオフとすることにより、アシストモータ４０Ｅがクランクシャフト５６に取り付けられた構成となり、変形例の動力出力装置２０Ｂと同一の構成になる。したがって、変形例の動力出力装置２０Ｅは、クラッチＣＬ１をオフとすると共にクラッチＣＬ２をオンとすることにより、第１実施例の動力出力装置２０により実行される図４のトルク制御ルーチン，図８のクラッチモータ制御ルーチン，図９および図１０のアシストモータ制御ルーチンによる制御を行なうことができ、クラッチＣＬ１をオンとすると共にクラッチＣＬ２をオフとすることにより、変形例の動力出力装置２０Ｂにより実行される図４のトルク制御ルーチン，図１３のクラッチモータ制御ルーチン，図１４と図１０とからなるアシストモータ制御ルーチンによる制御を行なうことができる。この結果、変形例の動力出力装置２０Ｅは、第１実施例の動力出力装置２０が奏する効果や変形例の動力出力装置２０Ｂが奏する効果を同様に奏することができる。
【００８３】
第１実施例の動力出力装置２０やその変形例では、ＦＲ型あるいはＦＦ型の車両に動力出力装置を搭載したが、図１８に例示する変形例の動力出力装置２０Ｆのように、４輪駆動車（４ＷＤ）に適用してもよい。この構成では、駆動軸２２に機械的に結合していたアシストモータ４０を駆動軸２２より分離して、車両の後輪部に独立して配置し、このアシストモータ４０によって後輪部の駆動輪２７，２９を駆動する。一方、駆動軸２２の先端はギヤ２３を介してディファレンシャルギヤ２４に結合されており、この駆動軸２２によって前輪部の駆動輪２６，２８を駆動する。このような構成の下においても、前述した第１実施例を実現することは可能である。
【００８４】
また、第１実施例の動力出力装置２０では、クラッチモータ３０に対する電力の伝達手段として回転リング３８ａとブラシ３８ｂとからなるスリップリング３８を用いたが、回転リング−水銀接触、磁気エネルギの半導体カップリング、回転トランス等を用いることもできる。
【００８５】
次に、本発明の第２の実施例としての動力出力装置１１０について説明する。図１９は第２実施例としての動力出力装置１１０の概略構成を示す構成図、図２０は第２実施例の動力出力装置１１０の部分拡大図、図２１は第２実施例の動力出力装置１１０を組み込んだ車両の概略構成を示す構成図である。
【００８６】
第２実施例の動力出力装置１１０が組み込まれた車両は、図２１に示すように、クランクシャフト１５６にクラッチモータ３０とアシストモータ４０とが取り付けられている代わりにプラネタリギヤ１２０，モータＭＧ１およびモータＭＧ２が取り付けられている点を除いて第１実施例の動力出力装置２０が組み込まれた車両（図２）と同様の構成をしている。したがって、第２実施例の動力出力装置１１０の構成のうち第１実施例の動力出力装置２０と同一の構成については、値１００を加えた符号を付し、その説明は省略する。なお、第２実施例の動力出力装置１１０の説明でも、明示しない限り第１実施例の動力出力装置２０の説明の際に用いた符号はそのまま同じ意味で用いる。
【００８７】
図１９に示すように、第２実施例の動力出力装置１１０は、大きくは、エンジン１５０、エンジン１５０のクランクシャフト１５６にプラネタリキャリア１２４が機械的に結合されたプラネタリギヤ１２０、プラネタリギヤ１２０のサンギヤ１２１に結合されたモータＭＧ１、プラネタリギヤ１２０のリングギヤ１２２に結合されたモータＭＧ２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する制御装置１８０から構成されている。
【００８８】
図２０に示すように、プラネタリギヤ１２０は、クランクシャフト１５６に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸１２５に結合されたサンギヤ１２１と、クランクシャフト１５６と同軸のリングギヤ軸１２６に結合されたリングギヤ１２２と、サンギヤ１２１とリングギヤ１２２との間に配置されサンギヤ１２１の外周を自転しながら公転する複数のプラネタリピニオンギヤ１２３と、クランクシャフト１５６の端部に結合され各プラネタリピニオンギヤ１２３の回転軸を軸支するプラネタリキャリア１２４とから構成されている。このプラネタリギヤ１２０では、サンギヤ１２１，リングギヤ１２２およびプラネタリキャリア１２４にそれぞれ結合されたサンギヤ軸１２５，リングギヤ軸１２６およびプラネタリキャリア１２４（クランクシャフト１５６）の３軸が動力の入出力軸とされ、３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残余の１軸に入出力される動力は決定された２軸へ入出力される動力に基づいて定まる。なお、このプラネタリギヤ１２０の３軸への動力の入出力についての詳細は後述する。
【００８９】
リングギヤ１２２には、動力の取り出し用の動力取出ギヤ１２８がモータＭＧ１側に結合されている。この動力取出ギヤ１２８は、チェーンベルト１２９により動力伝達ギヤ１１１に接続されており、動力取出ギヤ１２８と動力伝達ギヤ１１１との間で動力の伝達がなされる。図２１に示すように、この動力伝達ギヤ１１１はディファレンシャルギヤ１１４にギヤ結合されている。したがって、動力出力装置１１０から出力された動力は、最終的に左右の駆動輪１１６，１１８に伝達される。
【００９０】
モータＭＧ１は、同期電動発電機として構成され、外周面に複数個（実施例では、Ｎ極が４個でＳ極が４個）の永久磁石１３５を有するロータ１３２と、回転磁界を形成する三相コイル１３４が巻回されたステータ１３３とを備える。ロータ１３２は、プラネタリギヤ１２０のサンギヤ１２１に結合されたサンギヤ軸１２５に結合されている。ステータ１３３は、無方向性電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、ケース１１５に固定されている。このモータＭＧ１は、永久磁石１３５による磁界と三相コイル１３４によって形成される磁界との相互作用によりロータ１３２を回転駆動する電動機として動作し、永久磁石１３５による磁界とロータ１３２の回転との相互作用により三相コイル１３４の両端に起電力を生じさせる発電機として動作する。なお、サンギヤ軸１２５には、その回転角度θｓを検出するレゾルバ１３９が設けられている。
【００９１】
モータＭＧ２も、モータＭＧ１と同様に同期電動発電機として構成され、外周面に複数個（実施例では、Ｎ極が４個でＳ極が４個）の永久磁石１４５を有するロータ１４２と、回転磁界を形成する三相コイル１４４が巻回されたステータ１４３とを備える。ロータ１４２は、プラネタリギヤ１２０のリングギヤ１２２に結合されたリングギヤ軸１２６に結合されており、ステータ１４３はケース１１５に固定されている。モータＭＧ２のステータ１４３も無方向性電磁鋼板の薄板を積層して形成されている。このモータＭＧ２もモータＭＧ１と同様に、電動機あるいは発電機として動作する。なお、リングギヤ軸１２６には、その回転角度θｒを検出するレゾルバ１４９が設けられている。
【００９２】
図１９に示すように、第２実施例の動力出力装置１１０が備える制御装置１８０は、第１実施例の動力出力装置２０が備える制御装置８０と同様に構成されている。すなわち、制御装置１８０は、モータＭＧ１を駆動する第１の駆動回路１９１、モータＭＧ２を駆動する第２の駆動回路１９２、両駆動回路１９１，１９２を制御する制御ＣＰＵ１９０、二次電池であるバッテリ１９４から構成されており、制御ＣＰＵ１９０は、内部に、ワーク用のＲＡＭ１９０ａ、処理プログラムを記憶したＲＯＭ１９０ｂ、入出力ポート（図示せず）およびＥＦＩＥＣＵ１７０と通信を行なうシリアル通信ポート（図示せず）を備える。この制御ＣＰＵ１９０には、第１実施例の制御ＣＰＵ９０と同様に、レゾルバ１３９からのサンギヤ軸１２５の回転角度θｓ、レゾルバ１４９からのリングギヤ軸１２６の回転角度θｒ、アクセルペダルポジションセンサ１６４ａからのアクセルペダルポジションＡＰ、ブレーキペダルポジションセンサ１６５ａからのブレーキペダルポジションＢＰ、シフトポジションセンサ１８４からのシフトポジションＳＰ、第１の駆動回路１９１に設けられた２つの電流検出器１９５，１９６からの電流値Ｉｕ１，Ｉｖ２、第２の駆動回路１９２に設けられた２つの電流検出器１９７，１９８からの電流値Ｉｕ２，Ｉｖ２、残容量検出器１９９からのバッテリ１９４の残容量ＢRMなどが、入力ポートを介して入力されている。
【００９３】
また、制御ＣＰＵ１９０からは、第１の駆動回路１９１に設けられたスイッチング素子である６個のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６を駆動する制御信号ＳＷ１と、第２の駆動回路１９２に設けられたスイッチング素子としての６個のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６を駆動する制御信号ＳＷ２とが出力されている。この第１の駆動回路１９１および第２の駆動回路１９２内の各々６個のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６，トランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６は、それぞれトランジスタインバータを構成しており、それぞれ、一対の電源ラインＬ１，Ｌ２に対してソース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配置され、その接続点に、第１の駆動回路１９１ではモータＭＧ１の三相コイル１３４の各々が、第２の駆動回路１９２ではモータＭＧ２の三相コイル１４４の各々が接続されている。電源ラインＬ１，Ｌ２は、バッテリ１９４のプラス側とマイナス側に、それぞれ接続されている。したがって、制御ＣＰＵ１９０により対をなすトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６，トランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオン時間の割合を制御信号ＳＷ１，ＳＷ２により順次制御し、三相コイル１３４，１４４に流れる電流をＰＷＭ制御によって擬似的な正弦波にすると、三相コイル１３４，１４４により、回転磁界が形成される。
【００９４】
次に、第２実施例の動力出力装置１１０の動作について説明する。第２実施例の動力出力装置１１０の動作原理、特にトルク変換の原理は以下の通りである。エンジン１５０を回転数ＮｅとトルクＴｅとで表わされる運転ポイントＰ１で運転し、このエンジン１５０から出力されるエネルギＰｅと同一のエネルギであるが異なる回転数ＮｒとトルクＴｒとで表わされる運転ポイントＰ２でリングギヤ軸１２６を運転する場合、即ち、エンジン１５０から出力される動力をトルク変換してリングギヤ軸１２６に作用させる場合について考える。この時のエンジン１５０とリングギヤ軸１２６の回転数およびトルクの関係は、図２２に示されている。
【００９５】
プラネタリギヤ１２０の３軸（サンギヤ軸１２５，リングギヤ軸１２６およびプラネタリキャリア１２４）における回転数やトルクの関係は、機構学の教えるところによれば、図２３および図２４に例示する共線図と呼ばれる図として表わすことができ、幾何学的に解くことができる。なお、プラネタリギヤ１２０における３軸の回転数やトルクの関係は、上述の共線図を用いなくても各軸のエネルギを計算することなどにより数式的に解析することもできる。第２実施例では説明の容易のため共線図を用いて説明する。
【００９６】
図２３における縦軸は３軸の回転数軸であり、横軸は３軸の座標軸の位置の比を表わす。すなわち、サンギヤ軸１２５とリングギヤ軸１２６の座標軸Ｓ，Ｒを両端にとったとき、プラネタリキャリア１２４の座標軸Ｃは、軸Ｓと軸Ｒを１：ρに内分する軸として定められる。ここで、ρは、リングギヤ１２２の歯数に対するサンギヤ１２１の歯数の比であり、次式（１５）で表わされる。
【００９７】
【数７】
0003704879.tif 000008
【００９８】
いま、エンジン１５０が回転数Ｎｅで運転されており、リングギヤ軸１２６が回転数Ｎｒで運転されている場合を考えているから、エンジン１５０のクランクシャフト１５６が結合されているプラネタリキャリア１２４の座標軸Ｃにエンジン１５０の回転数Ｎｅを、リングギヤ軸１２６の座標軸Ｒに回転数Ｎｒをプロットすることができる。この両点を通る直線を描けば、この直線と座標軸Ｓとの交点で表わされる回転数としてサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓを求めることができる。以下、この直線を動作共線と呼ぶ。なお、回転数Ｎｓは、回転数Ｎｅと回転数Ｎｒとを用いて比例計算式（次式（１６））により求めることができる。このようにプラネタリギヤ１２０では、サンギヤ１２１，リングギヤ１２２およびプラネタリキャリア１２４のうちいずれか２つの回転を決定すると、残余の１つの回転は、決定した２つの回転に基づいて決定される。
【００９９】
【数８】
0003704879.tif 000009
【０１００】
次に、描かれた動作共線に、エンジン１５０のトルクＴｅをプラネタリキャリア１２４の座標軸Ｃを作用線として図中下から上に作用させる。このとき動作共線は、トルクに対してはベクトルとしての力を作用させたときの剛体として取り扱うことができるから、座標軸Ｃ上に作用させたトルクＴｅは、向きが同じで異なる作用線への力の分離の手法により、座標軸Ｓ上のトルクＴｅｓと座標軸Ｒ上のトルクＴｅｒとに分離することができる。このときトルクＴｅｓおよびＴｅｒの大きさは、次式（１７）および式（１８）によって表わされる。
【０１０１】
【数９】
0003704879.tif 000010
【０１０２】
動作共線がこの状態で安定であるためには、動作共線の力の釣り合いをとればよい。すなわち、座標軸Ｓ上には、トルクＴｅｓと大きさが同じで向きが反対のトルクＴｍ１を作用させ、座標軸Ｒ上には、リングギヤ軸１２６に出力するトルクと同じ大きさで向きが反対のトルクＴｒとトルクＴｅｒとの合力に対し大きさが同じで向きが反対のトルクＴｍ２を作用させるのである。このトルクＴｍ１はモータＭＧ１により、トルクＴｍ２はモータＭＧ２により作用させることができる。このとき、モータＭＧ１では回転の方向と逆向きにトルクを作用させるから、モータＭＧ１は発電機として動作することになり、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わされる電気エネルギＰｍ１をサンギヤ軸１２５から回生する。モータＭＧ２では、回転の方向とトルクの方向とが同じであるから、モータＭＧ２は電動機として動作し、トルクＴｍ２と回転数Ｎｒとの積で表わされる電気エネルギＰｍ２を動力としてリングギヤ軸１２６に出力する。
【０１０３】
ここで、電気エネルギＰｍ１と電気エネルギＰｍ２とを等しくすれば、モータＭＧ２で消費する電力のすべてをモータＭＧ１により回生して賄うことができる。このためには、入力されたエネルギのすべてを出力するものとすればよいから、エンジン１５０から出力されるエネルギＰｅとリングギヤ軸１２６に出力されるエネルギＰｒとを等しくすればよい。すなわち、トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積で表わされるエネルギＰｅと、トルクＴｒと回転数Ｎｒとの積で表わされるエネルギＰｒとを等しくするのである。図２２に照らせば、運転ポイントＰ１で運転されているエンジン１５０から出力されるトルクＴｅと回転数Ｎｅとで表わされる動力を、トルク変換して、エネルギが同一でトルクＴｒと回転数Ｎｒとで表わされる動力としてリングギヤ軸１２６に出力するのである。前述したように、リングギヤ軸１２６に出力された動力は、動力取出ギヤ１２８および動力伝達ギヤ１１１により駆動軸１１２に伝達され、ディファレンシャルギヤ１１４を介して駆動輪１１６，１１８に伝達される。したがって、リングギヤ軸１２６に出力される動力と駆動輪１１６，１１８に伝達される動力とにはリニアな関係が成立するから、駆動輪１１６，１１８に伝達される動力を、リングギヤ軸１２６に出力される動力を制御することにより制御することができる。
【０１０４】
図２３に示す共線図ではサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓは正であったが、エンジン１５０の回転数Ｎｅとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとによっては、図２４に示す共線図のように負となる場合もある。このときには、モータＭＧ１では、回転の方向とトルクの作用する方向とが同じになるから、モータＭＧ１は電動機として動作し、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わされる電気エネルギＰｍ１を消費する。一方、モータＭＧ２では、回転の方向とトルクの作用する方向とが逆になるから、モータＭＧ２は発電機として動作し、トルクＴｍ２と回転数Ｎｒとの積で表わされる電気エネルギＰｍ２をリングギヤ軸１２６から回生することになる。この場合、モータＭＧ１で消費する電気エネルギＰｍ１とモータＭＧ２で回生する電気エネルギＰｍ２とを等しくすれば、モータＭＧ１で消費する電気エネルギＰｍ１をモータＭＧ２で丁度賄うことができる。
【０１０５】
以上の説明から解るように、第２実施例の動力出力装置１１０では、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒに拘わらず、エンジン１５０から出力される動力のすべてをトルク変換してリングギヤ軸１２６に出力することができる。このことは、第１実施例の動力出力装置２０と同様に、プラネタリギヤ１２０，モータＭＧ１およびモータＭＧ２とによるトルク変換の効率を１００％とすれば、エンジン１５０の運転ポイントは、リングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギＰｒと同一のエネルギを出力する運転ポイントであれば如何なるポイントであってもよいこととなり、リングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギＰｒと同一のエネルギを出力することを条件にリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒに拘わらず自由に定めることができることを意味する。したがって、第２実施例の動力出力装置１１０は、第１実施例の動力出力装置２０と同様に、エンジン１５０から出力される動力のすべてをトルク変換してリングギヤ軸１２６に出力する動作の他に、エンジン１５０から出力される動力（トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積）をリングギヤ軸１２６に要求される動力（トルクＴｒと回転数Ｎｒとの積）より大きくして余剰の電気エネルギを見い出し、バッテリ１９４の充電を伴う動作としたり、逆にエンジン１５０から出力される動力をリングギヤ軸１２６に要求される動力より小さくして電気エネルギが不足するものし、バッテリ１９４から放電を伴う動作とすることもできる。
【０１０６】
こうした第２実施例の動力出力装置１１０は、上述したように、プラネタリギヤ１２０の動作を考慮する必要があるが、エンジン１５０の運転ポイントとリングギヤ軸１２６の運転ポイントとを独立に設定できるから、第１実施例の動力出力装置２０と同様な処理、即ち図４のトルク制御ルーチンと同様な処理を行なうことができる。図２５に第２実施例の動力出力装置１１０において実行されるトルク制御ルーチンの一例を示す。図示するように、図２５のトルク制御ルーチンは、図４のトルク制御ルーチンと比較すると、駆動軸２２の回転数Ｎｄや駆動軸２２に出力すべきトルクの指令値Ｔｄ＊，駆動軸２２に出力すべきエネルギＰｄなどをリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒやリングギヤ軸１２６に出力すべきトルクの指令値Ｔｒ＊，リングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギＰｒなどに変更し（ステップＳ２００〜Ｓ２１０）、設定されたエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊を回転数Ｎｅに代えて上述した式（１６）を用いてサンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｓ＊を設定する処理（ステップＳ２１１）を追加し、更に、クラッチモータ３０およびアシストモータ４０の制御をモータＭＧ１およびモータＭＧ２の制御（ステップＳ２１２およびＳ２１４）に変更したものである。第２実施例の動力出力装置１１０のリングギヤ軸１２６は、動力取出ギヤ１２８，チェーンベルト１２９，動力伝達ギヤ１１１およびディファレンシャルギヤ１１４を介して駆動輪１１６，１１８に接続されているから、第１実施例の動力出力装置２０の駆動軸２２に相当する。したがって、サンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｓ＊の設定とモータＭＧ１およびモータＭＧ２の制御を除けば、図２５のトルク制御ルーチンは、図４のトルク制御ルーチンと同一の処理ということができる。以下、モータＭＧ１およびモータＭＧ２の制御について説明する。なお、ステップＳ２００のリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒの読み込みは、リングギヤ軸１２６に設けられたレゾルバ１４９により検出されるリングギヤ軸１２６の回転角度θｒから求めることができる。
【０１０７】
モータＭＧ１の制御（図２５のステップＳ２１２）は、図２６に例示するモータＭＧ１の制御ルーチンにより行なわれる。このルーチンが実行されると、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０は、まず、サンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓを読み込む処理を実行する（ステップＳ２２０）。サンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓは、レゾルバ１３９により検出されるサンギヤ軸１２５の回転角度θｓから求めることができる。続いて、読み込んだ回転数Ｎｓとサンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｓ＊とを用いて次式（１９）により算出される値をモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊に設定する（ステップＳ２２２）。ここで、式（１９）中の右辺第１項は前回このルーチンが起動されたときにこのステップで設定されたモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊であり、右辺第２項は回転数Ｎｓの目標回転数Ｎｓ＊からの偏差を打ち消す比例項であり、右辺第３項は定常偏差をなくすための積分項である。このようにモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊をサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓに基づいて設定しモータＭＧ１のトルクＴｍ１を制御することにより、サンギヤ軸１２５を目標回転数Ｎｓ＊で回転させることができる。この結果、上述の式（１６）の関係から、エンジン１５０を目標回転数Ｎｅ＊で運転することができるのである。
【０１０８】
【数１０】
0003704879.tif 000011
【０１０９】
こうしてモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊を設定すると、図９および図１０のアシストモータ制御ルーチンのステップＳ１５６ないしＳ１６８の処理と同様であるステップＳ２２６ないしＳ２３８の処理を実行する。これらの処理についての詳細な説明は既にしているから、ここでは省略する。
【０１１０】
モータＭＧ２の制御（図２５のステップＳ２１４）は、図２７および図２８に例示するモータＭＧ２の制御ルーチンによって行なわれる。このルーチンが実行されると、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０は、まず、次式（２０）によって算出される値をモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊に設定する（ステップＳ２４０）。ここで、式（２０）は、図２３や図２４の共線図における動作共線の釣り合いから求めることができる。
【０１１１】
【数１１】
0003704879.tif 000012
【０１１２】
そして、図９および図１０のアシストモータ制御ルーチンにおけるステップＳ１４２ないしＳ１５０の処理と同様なステップＳ２４２ないしＳ２５０の処理、即ち、サンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとを読み込み（ステップＳ２４２）、モータＭＧ１の電力Ｐｍ１とモータＭＧ２の電力Ｐｍ２とを算出し（ステップＳ２４４，Ｓ２４６）、充放電電力Ｐｂを求めて（ステップＳ２４８）、これが充放電可能範囲内となっているか否かを判定するするのである（ステップＳ２５０）。なお、第２実施例では、モータＭＧ１の電力Ｐｍ１は、モータＭＧ１が発電機として動作して電力を発電するときを正とし、モータＭＧ２の電力Ｐｍ２は、モータＭＧ２が電動機として動作して電力を消費するときを正とした。そして、充放電電力Ｐｂが充放電可能範囲外のときには、充放電電力Ｐｂが充放電可能範囲内となるようモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊を再設定する（ステップＳ２５２，Ｓ２５４）。即ち、充放電電力Ｐｂが閾値Ｐｂ１より小さいときには次式（２１）により、充放電電力Ｐｂが閾値Ｐｂ２より大きいときには次式（２２）により、モータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊を再設定するのである。このようにモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊を再設定することにより、充放電可能範囲内の電力によってバッテリ１９４を充放電することができる。
【０１１３】
Ｔｍ２＊＝（Ｐｍ１−Ｐｂ１）／Ｎｒ    …（２１）
Ｔｍ２＊＝（Ｐｍ１−Ｐｂ２）／Ｎｒ    …（２２）
【０１１４】
こうしてモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊を設定すると、この設定したトルク指令値Ｔｍ２＊に相当するトルクがモータＭＧ２から出力されるよう図９および図１０のルーチンのステップＳ１５６ないしＳ１６８の処理と同様のステップＳ２５６ないしＳ２６８の処理が行なわれる。この処理については詳述したので、これ以上の説明は省略する。
【０１１５】
以上説明した第２実施例の動力出力装置１１０によれば、バッテリ１９４を充放電する充放電電力Ｐｂが充放電可能範囲内にないときには、充放電可能範囲内となるようにモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊を再設定するから、バッテリ１９４の過剰な電力による充電や、バッテリ１９４からの過剰な電力の放電を回避することができる。この結果、バッテリ１９４を破損するといった不都合や、大電流が流れることによるヒューズの切断といった不都合を回避することができる。しかも、モータＭＧ１のトルク制御によってエンジン１５０の回転数Ｎｅを制御し、モータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊を再設定することによってバッテリ１９４の充放電電力Ｐｂを充放電可能範囲内とするから、充放電電力Ｐｂの制御に拘わらず、エンジン１５０を安定して目標回転数Ｎｅ＊で運転することができる。
【０１１６】
もとより、エンジン１５０から出力する動力をプラネタリギヤ１２０，モータＭＧ１およびモータＭＧ２によりトルク変換してリングギヤ軸１２６、延いては駆動輪１１６，１１８に出力するから、動力出力装置１１０をより効率のよいものにすることができる。
【０１１７】
第２実施例の動力出力装置１１０では、リングギヤ軸１２６に出力された動力をリングギヤ１２２に結合された動力取出ギヤ１２８を介してモータＭＧ１とモータＭＧ２との間から取り出したが、図２９の変形例の動力出力装置１１０Ａに示すように、リングギヤ軸１２６を延出してケース１１５から取り出すものとしてもよい。また、図３０の変形例の動力出力装置１１０Ｂに示すように、エンジン１５０側からプラネタリギヤ１２０，モータＭＧ２，モータＭＧ１の順になるよう配置してもよい。この場合、サンギヤ軸１２５Ｂは中空でなくてもよく、リングギヤ軸１２６Ｂは中空軸とする必要がある。こうすれば、リングギヤ軸１２６Ｂに出力された動力をエンジン１５０とモータＭＧ２との間から取り出すことができる。
【０１１８】
第２実施例の動力出力装置１１０では、モータＭＧ２をリングギヤ軸１２６に取り付けたが、図３１に例示する変形例の動力出力装置１１０Ｃのように、モータＭＧ２をクランクシャフト１５６に取り付けるものとしてもよい。この変形例の動力出力装置１１０Ｃでは、図３１に示すように、プラネタリギヤ１２０のサンギヤ１２１に結合されたサンギヤ軸１２５ＣにはモータＭＧ１のロータ１３２が取り付けられており、プラネタリキャリア１２４には、第２実施例の動力出力装置１１０と同様に、エンジン１５０のクランクシャフト１５６が取り付けられている。このクランクシャフト１５６には、モータＭＧ２のロータ１４２と、クランクシャフト１５６の回転角度θｅを検出するレゾルバ１５７とが取り付けられている。プラネタリギヤ１２０のリングギヤ１２２に取り付けられたリングギヤ軸１２６Ｃは、その回転角度θｒを検出するレゾルバ１４９が取り付けられているだけで、動力取出ギヤ１２８に結合されている。
【０１１９】
この変形例の動力出力装置１１０Ｃは次のように動作する。エンジン１５０を回転数ＮｅとトルクＴｅとで表わされる運転ポイントＰ１で運転し、エンジン１５０から出力されるエネルギＰｅ（Ｐｅ＝Ｎｅ×Ｔｅ）と同じエネルギＰｒ（Ｐｒ＝Ｎｒ×Ｔｒ）となる回転数ＮｒとトルクＴｒとで表わされる運転ポイントＰ２でリングギヤ軸１２６Ｃを運転する場合、すなわち、エンジン１５０から出力される動力をトルク変換してリングギヤ軸１２６Ｃに作用させる場合について考える。この状態の共線図を図３２および図３３に例示する。
【０１２０】
図３２の共線図における動作共線の釣り合いを考えると、次式（２３）ないし式（２６）が導き出される。即ち、式（２３）はエンジン１５０から入力されるエネルギＰｅとリングギヤ軸１２６Ｃに出力されるエネルギＰｒの釣り合いから導き出され、式（２４）はクランクシャフト１５６を介してプラネタリキャリア１２４に入力されるエネルギの総和として導き出される。また、式（２５）および式（２６）はプラネタリキャリア１２４に作用するトルクを座標軸Ｓおよび座標軸Ｒを作用線とするトルクに分離することにより導出される。
【０１２１】
【数１２】
0003704879.tif 000013
【０１２２】
この動作共線がこの状態で安定であるためには、動作共線の力の釣り合いがとれればよいから、トルクＴｍ１とトルクＴｃｓとを等しく、かつ、トルクＴｒとトルクＴｃｒとを等しくすればよい。以上の関係からトルクＴｍ１およびトルクＴｍ２を求めれば、次式（２７）および式（２８）のように表わされる。
【０１２３】
【数１３】
0003704879.tif 000014
【０１２４】
したがって、モータＭＧ１により式（２７）で求められるトルクＴｍ１をサンギヤ軸１２５Ｃに作用させ、モータＭＧ２により式（２８）で求められるトルクＴｍ２をクランクシャフト１５６に作用させれば、エンジン１５０から出力されるトルクＴｅおよび回転数Ｎｅで表わされる動力をトルクＴｒおよび回転数Ｎｒで表わされる動力にトルク変換してリングギヤ軸１２６Ｃに出力することができる。なお、この共線図の状態では、モータＭＧ１は、ロータ１３２の回転の方向とトルクの作用方向が逆になるから、発電機として動作し、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わされる電気エネルギＰｍ１を回生する。一方、モータＭＧ２は、ロータ１４２の回転の方向とトルクの作用方向が同じになるから、電動機として動作し、トルクＴｍ２と回転数Ｎｒとの積で表わされる電気エネルギＰｍ２を消費する。
【０１２５】
図３２に示す共線図ではサンギヤ軸１２５Ｃの回転数Ｎｓは正であったが、エンジン１５０の回転数Ｎｅとリングギヤ軸１２６Ｃの回転数Ｎｒとによっては、図３３に示す共線図のように負となる場合もある。このときには、モータＭＧ１は、ロータ１３２の回転の方向とトルクの作用する方向とが同じになるから、電動機として動作し、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わされる電気エネルギＰｍ１を消費する。一方、モータＭＧ２は、ロータ１４２の回転の方向とトルクの作用する方向とが逆になるから、発電機として動作し、トルクＴｍ２と回転数Ｎｒとの積で表わされる電気エネルギＰｍ２をリングギヤ軸１２６Ｃから回生することになる。
【０１２６】
以上説明したように、変形例の動力出力装置１１０Ｃでも、第２実施例の動力出力装置１１０と同様に、図２５のトルク制御ルーチンを実行することができ、第２実施例の動力出力装置１１０が奏する効果と同様に効果を奏することができる。なお、変形例の動力出力装置１１０Ｃでは、モータＭＧ２がクランクシャフト１５６に取り付けられていることから、モータＭＧ１の制御は図２６のモータＭＧ１の制御ルーチンに代えて図３４に例示するモータＭＧ１の制御ルーチンにより行ない、モータＭＧ２の制御は図２７および図２８のモータＭＧ２の制御ルーチンに代えて図３５と図２８とによるモータＭＧ２の制御ルーチンにより行なう必要がある。以下、このモータＭＧ１の制御とモータＭＧ２の制御について説明する。説明の都合上、まず、モータＭＧ２の制御から説明する。
【０１２７】
図３５と図２８とからなるモータＭＧ２の制御ルーチンが実行されると、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０は、まず、エンジン５０の回転数Ｎｅを読み込み（ステップＳ２９０）、読み込んだ回転数Ｎｅとエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊とを用いて次式（２９）によって算出される値をモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊に設定する（ステップＳ２９２）。ここで、式（２９）中の右辺第１項は前回このルーチンが起動されたときにこのステップで設定されたモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊であり、右辺第２項は回転数Ｎｅの目標回転数Ｎｅ＊からの偏差を打ち消す比例項であり、右辺第３項は定常偏差をなくすための積分項である。このようにモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊をエンジン１５０の回転数Ｎｅに基づいて設定しモータＭＧ２のトルクＴｍ２を制御することにより、エンジン１５０を目標回転数Ｎｅ＊で運転することができる。即ち、変形例の動力出力装置１１０Ｃでは、クランクシャフト１５６に取り付けられたモータＭＧ２によりエンジン１５０の回転数制御を行なうのである。こうしてモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊を設定すると、この設定したトルク指令値Ｔｍ２＊に相当するトルクがモータＭＧ２から出力されるよう図２８の各処理が行なわれる。この図２８の各処理については詳述したので、ここでは省略する。
【０１２８】
【数１４】
0003704879.tif 000015
【０１２９】
図３４に例示するモータＭＧ１の制御ルーチンが実行されると、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０は、まず、リングギヤ軸１２６に出力すべきトルクの指令値Ｔｒ＊にプラネタリギヤ１２０のギヤ比ρを乗じたものをモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊に設定する（ステップＳ２７０）。そして、図２７のルーチンのステップＳ２４２ないしＳ２５０の処理と同一のステップＳ２７２ないしＳ２８０の処理、即ちバッテリ１９４を充放電する充放電電力Ｐｂを算出し、この充放電電力Ｐｂが充放電可能範囲内となっているか否かを判定する処理を行なう。そして、充放電電力Ｐｂが充放電可能範囲外のときには、充放電電力Ｐｂが充放電可能範囲内となるようモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊を再設定する（ステップＳ２８２，Ｓ２８４）。即ち、充放電電力Ｐｂが閾値Ｐｂ１より小さいときには次式（３０）により、充放電電力Ｐｂが閾値Ｐｂ２より大きいときには次式（３１）により、モータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊を再設定するのである。このようにモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊を再設定することにより、充放電可能範囲内の電力によってバッテリ１９４を充放電することができる。
【０１３０】
Ｔｍ１＊＝（Ｐｍ２＋Ｐｂ１）／Ｎｓ    …（３０）
Ｔｍ１＊＝（Ｐｍ２＋Ｐｂ２）／Ｎｓ    …（３１）
【０１３１】
こうしてモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊を設定すると、この設定したトルク指令値Ｔｍ１＊に相当するトルクがモータＭＧ１から出力されるよう図２６のルーチンのステップＳ２２６ないしＳ２３８の処理と同一の処理が行なわれる。この処理については詳述したので、これ以上の説明は省略する。
【０１３２】
以上説明したように、変形例の動力出力装置１１０Ｃは、モータＭＧ１とモータＭＧ２の役割が異なるものの、第２実施例の動力出力装置１１０と同様に動作することができるから、第２実施例の動力出力装置１１０が奏する効果と同様の効果を奏することができる。
【０１３３】
変形例の動力出力装置１１０Ｃでは、エンジン１５０とモータＭＧ１とによりモータＭＧ２を挟持する配置としたが、図３６の変形例の動力出力装置１１０Ｄに示すように、モータＭＧ１とモータＭＧ２とでエンジン１５０を挟持する配置としてもよい。また、変形例の動力出力装置１１０Ｃでは、リングギヤ軸１２６Ｃに出力された動力をリングギヤ１２２に結合された動力取出ギヤ１２８を介してモータＭＧ１とモータＭＧ２との間から取り出したが、図３７の変形例の動力出力装置１１０Ｅに示すように、リングギヤ軸１２６Ｅを延出してケース１１５から取り出すものとしてもよい。
【０１３４】
第２実施例の動力出力装置１１０やその変形例では、ＦＲ型あるいはＦＦ型の２輪駆動の車両に動力出力装置を搭載するものとしたが、図３８の変形例の動力出力装置１１０Ｆに示すように、４輪駆動の車両に適用するものとしてもよい。この構成では、リングギヤ軸１２６に結合していたモータＭＧ２をリングギヤ軸１２６より分離して、車両の後輪部に独立して配置し、このモータＭＧ２によって後輪部の駆動輪１１７，１１９を駆動する。一方、リングギヤ軸１２６は動力取出ギヤ１２８および動力伝達ギヤ１１１を介してディファレンシャルギヤ１１４に結合されて前輪部の駆動輪１１６，１１８を駆動する。このような構成の下においても、第２実施例を実行することは可能である。
【０１３５】
また、第２実施例の動力出力装置１１０やその変形例では、３軸式動力入出力手段としてプラネタリギヤ１２０を用いたが、一方はサンギヤと他方はリングギヤとギヤ結合すると共に互いにギヤ結合しサンギヤの外周を自転しながら公転する２つ１組の複数組みのプラネタリピニオンギヤを備えるダブルピニオンプラネタリギヤを用いるものとしてもよい。この他、３軸式動力入出力手段として３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力を決定すれば、この決定した動力に基づいて残余の１軸に入出力される動力を決定されるものであれば如何なる装置やギヤユニット等、例えば、ディファレンシャルギヤ等を用いることもできる。
【０１３６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の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。
【０１３７】
例えば、上述した第１実施例の動力出力装置２０やその変形例のエンジン５０、あるいは第２実施例の動力出力装置１１０やその変形例のエンジン１５０としてガソリンエンジンを用いたが、その他に、ディーゼルエンジンや、タービンエンジンや、ジェットエンジンなど各種の内燃あるいは外燃機関を用いることもできる。
【０１３８】
また、第１実施例の動力出力装置２０やその変形例のクラッチモータ３０やアシストモータ４０、あるいは第２実施例の動力出力装置１１０やその変形例のモータＭＧ１やモータＭＧ２にＰＭ形（永久磁石形；Permanent Magnet type）同期電動機を用いたが、回生動作および力行動作の双方が可能なものであれば、その他にも、ＶＲ形（可変リラクタンス形；Variable Reluctance type）同期電動機や、バーニアモータや、直流電動機や、誘導電動機や、超電導モータや、ステップモータなどを用いることもできる。
【０１３９】
あるいは、第１実施例の動力出力装置２０やその変形例あるいは第２実施例の動力出力装置１１０やその変形例では、第１および第２の駆動回路９１，９２，１９１，１９２としてトランジスタインバータを用いたが、その他に、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラモードトランジスタ；Insulated Gate Bipolar mode Transistor）インバータや、サイリスタインバータや、電圧ＰＷＭ（パルス幅変調；Pulse Width Modulation）インバータや、方形波インバータ（電圧形インバータ，電流形インバータ）や、共振インバータなどを用いることもできる。
【０１４０】
また、バッテリ９４，１９４としては、Ｐｂバッテリ，ＮｉＭＨバッテリ，Ｌｉバッテリなどを用いることができるが、バッテリ１９４に代えてキャパシタを用いることもできる。
【０１４１】
以上の実施例では、動力出力装置を車両に搭載する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、船舶，航空機などの交通手段や、その他各種産業機械などに搭載することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例としての動力出力装置２０の概略構成を示す構成図である。
【図２】第１実施例の動力出力装置２０を組み込んだ車両の概略構成を示す構成図である。
【図３】第１実施例の動力出力装置２０の動作原理を説明するためのグラフである。
【図４】第１実施例の制御装置８０により実行されるトルク制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図５】アクセルペダルポジションＡＰと回転数Ｎｄとトルク指令値Ｔｄ＊との関係を例示するマップである。
【図６】エンジン５０の運転ポイントと効率の関係を例示するグラフである。
【図７】エネルギ一定の曲線に沿ったエンジン５０の運転ポイントの効率とエンジン５０の回転数Ｎｅとの関係を例示するグラフである。
【図８】第１実施例の制御装置８０により実行されるクラッチモータ制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図９】第１実施例の制御装置８０により実行されるアシストモータ制御ルーチンの前半部を例示するフローチャートである。
【図１０】第１実施例の制御装置８０により実行されるアシストモータ制御ルーチンの後半部を例示するフローチャートである。
【図１１】第１実施例の変形例の動力出力装置２０Ａの概略構成を示す構成図である。
【図１２】第１実施例の変形例の動力出力装置２０Ｂの概略構成を示す構成図である。
【図１３】変形例の動力出力装置２０Ｂにより実行されるクラッチモータ制御ルーチンの一部を例示するフローチャートである。
【図１４】変形例の動力出力装置２０Ｂにより実行されるアシストモータ制御ルーチンの前半部を例示するフローチャートである。
【図１５】第１実施例の変形例の動力出力装置２０Ｃの概略構成を示す構成図である。
【図１６】第１実施例の変形例の動力出力装置２０Ｄの概略構成を示す構成図である。
【図１７】第１実施例の変形例の動力出力装置２０Ｅの概略構成を示す構成図である。
【図１８】第１実施例の変形例である動力出力装置２０Ｆの概略構成を示す構成図である。
【図１９】第２実施例としての動力出力装置１１０の概略構成を示す構成図である。
【図２０】第２実施例の動力出力装置１１０の部分拡大図である。
【図２１】第２実施例の動力出力装置１１０を組み込んだ車両の概略の構成を例示する構成図である。
【図２２】第２実施例の動力出力装置１１０の動作原理を説明するためのグラフである。
【図２３】第２実施例におけるプラネタリギヤ１２０に結合された３軸の回転数とトルクの関係を示す共線図である。
【図２４】第２実施例におけるプラネタリギヤ１２０に結合された３軸の回転数とトルクの関係を示す共線図である。
【図２５】第２実施例の制御装置１８０により実行されるトルク制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図２６】第２実施例の制御装置１８０により実行されるモータＭＧ１の制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図２７】第２実施例の制御装置１８０により実行されるモータＭＧ２の制御ルーチンの前半部を例示するフローチャートである。
【図２８】第２実施例の制御装置１８０により実行されるモータＭＧ２の制御ルーチンの後半部を例示するフローチャートである。
【図２９】第２実施例の変形例である動力出力装置１１０Ａの概略構成を示す構成図である。
【図３０】第２実施例の変形例である動力出力装置１１０Ｂの概略構成を示す構成図である。
【図３１】第２実施例の変形例である動力出力装置１１０Ｃの概略構成を示す構成図である。
【図３２】変形例の動力出力装置１１０Ｃにおけるプラネタリギヤ１２０に結合された３軸の回転数とトルクの関係を示す共線図である。
【図３３】変形例の動力出力装置１１０Ｃにおけるプラネタリギヤ１２０に結合された３軸の回転数とトルクの関係を示す共線図である。
【図３４】変形例の動力出力装置１１０Ｃにより実行されるモータＭＧ１の制御ルーチンの一部を例示するフローチャートである。
【図３５】変形例の動力出力装置１１０Ｃにより実行されるモータＭＧ２の制御ルーチンの前半部を例示するフローチャートである。
【図３６】第２実施例の変形例である動力出力装置１１０Ｄの概略構成を示す構成図である。
【図３７】第２実施例の変形例である動力出力装置１１０Ｅの概略構成を示す構成図である。
【図３８】第２実施例の変形例である動力出力装置１１０Ｆの概略構成を示す構成図である。
【符号の説明】
２０…動力出力装置
２０Ａ〜２０Ｂ…動力出力装置
２２…駆動軸
２３…ギヤ
２４…ディファレンシャルギヤ
２６，２８…駆動輪
２７，２９…駆動輪
３０…クラッチモータ
３２…アウタロータ
３４…インナロータ
３５…永久磁石
３６…三相コイル
３８…スリップリング
３８ａ…回転リング
３８ｂ…ブラシ
３９…レゾルバ
４０…アシストモータ
４１…回転軸
４１ａ…レゾルバ
４２…ロータ
４３…ステータ
４４…コイル
４４…三相コイル
４５…ケース
４６…永久磁石
４８…レゾルバ
４９…ベアリング
５０…エンジン
５１…燃料噴射弁
５２…燃焼室
５４…ピストン
５６…クランクシャフト
５８…イグナイタ
６０…ディストリビュータ
６２…点火プラグ
６４…アクセルペダル
６４ａ…アクセルペダルポジションセンサ
６５…ブレーキペダル
６５ａ…ブレーキペダルポジションセンサ
６６…スロットルバルブ
６７…スロットルバルブポジションセンサ
６８…アクチュエータ
７０…ＥＦＩＥＣＵ
７２…吸気管負圧センサ
７４…水温センサ
７６…回転数センサ
７８…回転角度センサ
７９…スタータスイッチ
８０…制御装置
８２…シフトレバー
８４…シフトポジションセンサ
９０…制御ＣＰＵ
９０ａ…ＲＡＭ
９０ｂ…ＲＯＭ
９１…第１の駆動回路
９２…第２の駆動回路
９４…バッテリ
９５，９６…電流検出器
９７，９８…電流検出器
９９…残容量検出器
１１０…動力出力装置
１１０Ａ〜１１０Ｆ…動力出力装置
１１１…動力伝達ギヤ
１１２…駆動軸
１１４…ディファレンシャルギヤ
１１５…ケース
１１６，１１８…駆動輪
１１７，１１９…駆動輪
１２０…プラネタリギヤ
１２１…サンギヤ
１２２…リングギヤ
１２３…プラネタリピニオンギヤ
１２４…プラネタリキャリア
１２５…サンギヤ軸
１２６…リングギヤ軸
１２８…動力取出ギヤ
１２９…チェーンベルト
１３２…ロータ
１３３…ステータ
１３４…三相コイル
１３５…永久磁石
１３９…レゾルバ
１４２…ロータ
１４３…ステータ
１４４…三相コイル
１４５…永久磁石
１４９…レゾルバ
１５０…エンジン
１５６…クランクシャフト
１５７…レゾルバ
１６４ａ…アクセルペダルポジションセンサ
１６５ａ…ブレーキペダルポジションセンサ
１７０…ＥＦＩＥＣＵ
１８０…制御装置
１８４…シフトポジションセンサ
１９０…制御ＣＰＵ
１９０ａ…ＲＡＭ
１９０ｂ…ＲＯＭ
１９１…第１の駆動回路
１９２…第２の駆動回路
１９４…バッテリ
１９５，１９６…電流検出器
１９７，１９８…電流検出器
１９９…残容量検出器
ＣＬ１…クラッチ
ＣＬ２…クラッチ
Ｌ１，Ｌ２…電源ライン
ＭＧ１…モータ
ＭＧ２…モータ
Ｔｒ１〜Ｔｒ６…トランジスタ
Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６…トランジスタ
【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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