(57)【要約】【課題】コンパクトで簡素な変速システムを構成できる電気変速装置１を提供する。【解決手段】電気変速装置１は、エンジンＥ／ＧとトランスミッションＴ／Ｍとの間に配置される磁気変調式の回転機２と、この回転機２に接続される双方向インバータ１０と、この双方向インバータ１０に接続される車両走行用の蓄電池１３とを備え、エンジン動力を車軸に伝達する過程で、回転機２が発電作動と電動作動とを行い、その発電作動と電動作動を行う際に、蓄電装置との間で双方向インバータ１０を通じて電力の授受を行うことを特徴とする。上記の構成および作動によれば、回転機２の発電作動で発電された電力を一旦、走行用電池１３に溜めて、次の発電作動を要しない時に電動力として出力軸７に戻すことができるので、一つの回転機２と双方向インバータ１０および蓄電池１３とから成るコンパクトで簡素な電気変速装置１を実現できる。【選択図】図１
2014061749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両エンジン（Ｅ／Ｇ）と車軸との間に配置される回転機（２）と、
この回転機（２）に接続される双方向インバータ（１０）と、
この双方向インバータ（１０）に接続される蓄電装置（１３、１６）とを有し、
前記回転機（２）は、
前記エンジン（Ｅ／Ｇ）に連結される入力軸（５）と、
前記車軸側に連結される出力軸（７）と、
固定子鉄心（４ａ）に極対数ｍの三相巻線（４ｂ）を施した固定子（４）と、
Ｎ極磁石とＳ極磁石とを周方向に交互に配列した極対数ｎの界磁回転子（６）と、
軟磁性体によって形成されるｍ＋ｎ個の磁極片（８ａ）を有し、このｍ＋ｎ個の磁極片（８ａ）が、それぞれ周方向に磁気的に分離して配列される磁気誘導回転子（８）とを備え、
前記界磁回転子（６）が前記固定子（４）と前記磁気誘導回転子（８）との間に配置される、あるいは、前記磁気誘導回転子（８）が前記固定子（４）と前記界磁回転子（６）との間に配置され、且つ、前記界磁回転子（６）と前記磁気誘導回転子（８）のどちらか一方の回転子が前記入力軸（５）に連結され、他方の回転子が前記出力軸（７）に連結される電気変速装置（１）であって、
前記エンジン動力を前記車軸に伝達する過程で、前記回転機（２）が発電作動と電動作動とを行い、その発電作動と電動作動を行う際に、前記蓄電装置（１３、１６）との間で前記双方向インバータ（１０）を通じて電力の授受を行うことを特徴とする電気変速装置。
【請求項２】
請求項１に記載した電気変速装置（１）において、
前記入力軸（５）の回転を前記エンジン（Ｅ／Ｇ）の正回転方向にのみ許容し、逆方向の回転を阻止する逆転防止手段（９）を備えることを特徴とする電気変速装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した電気変速装置（１）において、
前記蓄電装置は、車両走行用の蓄電池（１３）であることを特徴とする電気変速装置。
【請求項４】
請求項３に記載した電気変速装置（１）において、
前記双方向インバータ（１０）には、前記車両走行用の蓄電池（１３）と並列にダミーロード（１４）が接続されていることを特徴とする電気変速装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載した電気変速装置（１）において、
前記蓄電装置は、電気二重層キャパシタ（１６）であり、
前記双方向インバータ（１０）には、前記電気二重層キャパシタ（１６）と車両走行用の蓄電池（１３）とが並列に接続され、且つ、前記車両走行用の蓄電池（１３）のプラス側に電圧差吸収手段（１７）が直列に接続されていることを特徴とする電気変速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、内燃機関の動力と電池電力とで走行するハイブリッド車両の動力装置に用いて好適な電気変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハイブリッド車両の変速装置として、２つの回転子と１つの固定子を有する磁気変調式モータと、１つの回転子と１つの固定子を有する一般的構造の磁石モータとを組み合わせて、エンジンの高速低トルク動力を低速高トルク動力に変換して車軸側に伝達する動力変換技術がある。
なお、磁気変調式モータとは、非接触で動力伝達を行う磁気歯車装置に磁気変調原理を取り入れたもので、その基本的な構造は、極対数ｍの永久磁石を有する外側回転子と、極対数ｎの永久磁石を有する内側回転子との間に、（ｍ±ｎ）個の軟磁性体片から成る磁気変調子を配置して磁気変調させるものである。
【０００３】
例えば、特許文献１には、磁気変調式モータに相当する第１の回転機の事例が記載されている。この第１の回転機は、磁気変調式モータの外側回転子を巻線式ステータとして構成すると共に、そのステータに対して相対的に回転自在に配置される第１ロータと第２ロータとを有し、例えば、第２ロータの入力軸がエンジンのクランク軸に直結され、第１ロータの出力軸がギヤ機構等を介して被駆動部（車軸側）に連結されている。
第１ロータは、ステータの電機子列に対向するように配置される磁極列を有し、この磁極列は、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で構成されている。
第２ロータは、前記電機子列と前記磁極列との間に配置される軟磁性体列を有し、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。  
【０００４】
また、特許文献１には、第１の回転機とは別に一般的な磁石モータである第２の回転機を備え、第１の回転機と第２の回転機とを出力軸上に軸線方向に並べて配置する事例、あるいは、第２の回転機の外側に第１の回転機を配置する事例（同文献１の図１５参照）が開示されている。この図１５に示す事例では、第１の回転機と第２の回転機とを径方向に並べて配置するので、軸線方向のサイズを小型化でき、動力装置の設計の自由度を高めることができる。
さらに、第１の回転機と第２の回転機とを別置きとする事例、例えば、第１の回転機を前輪駆動用の動力源として使用し、第２の回転機を後輪駆動用の動力源として使用する事例等も記載されている。
【０００５】
上記のように、特許文献１には、磁気変調式モータに相当する第１の回転機と、一般的な磁石モータである第２の回転機とを組み合わせることによって、駆動力の発生や速度変換を行う動力装置の技術が開示されている。
ところで、特許文献１の第１の回転機は、ステータに発生する回転磁界の速度、第１ロータの回転速度、および、第２ロータの回転速度の関係を、公知の機械式遊星ギヤモータの作動説明に使用される共線図上で表すことができる。言い換えると、機械式遊星ギヤモータと同様に作動させることができる。
この第１の回転機を構成する磁気変調式モータは、ギヤ同士が噛み合って動力を伝達する機械式遊星ギヤモータとは異なり、固定子と回転子とが非接触で作動するので、オイル潤滑を要し、且つ、伝達効率も悪い機械式遊星ギヤモータに取って代わる優れた技術として期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５０５５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１に開示される動力装置は、第１の回転機に加えて第２の回転機を備え、且つ、第１の回転機と第２の回転機とにそれぞれＰＤＵと称するインバータが必要である。すなわち、二つの回転機と二つのインバータが必要となるため、システム全体の必要スペースが大きくなってしまうという問題があった。その要因を分析した結果、特許文献１に係る従来技術には、以下の問題点が有ることが分かった。
特許文献１の動力装置は、第１の回転機の電機子で発電させて、この電力を第２の回転機に供給し、出力軸に動力として再生するものであるが、この際に、第１の回転機と第２の回転機とで周波数の異なる電力を受け渡しするには、どうしても原理的に二つのインバータが必要となる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたものであり、その目的は、コンパクトで簡素な変速システムを構成できる電気変速装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、車両エンジンと車軸との間に配置される回転機と、この回転機に接続される双方向インバータと、この双方向インバータに接続される蓄電装置とを有し、回転機は、エンジンに連結される入力軸と、車軸側に連結される出力軸と、固定子鉄心に極対数ｍの三相巻線を施した固定子と、Ｎ極磁石とＳ極磁石とを周方向に交互に配列した極対数ｎの界磁回転子と、軟磁性体によって形成されるｍ＋ｎ個の磁極片を有し、このｍ＋ｎ個の磁極片が、それぞれ周方向に磁気的に分離して配列される磁気誘導回転子とを備え、界磁回転子が固定子と磁気誘導回転子との間に配置される、あるいは、磁気誘導回転子が固定子と界磁回転子との間に配置され、且つ、界磁回転子と磁気誘導回転子のどちらか一方の回転子が入力軸に連結され、他方の回転子が出力軸に連結される電気変速装置であって、エンジン動力を車軸に伝達する過程で、回転機が発電作動と電動作動とを行い、その発電作動と電動作動を行う際に、蓄電装置との間で双方向インバータを通じて電力の授受を行うことを特徴とする。
【０００９】
本発明の電気変速装置では、磁気変調式の回転機を備えるので、エンジン動力を車軸に伝達する過程で、一つの回転機に発電作動と電動作動を行わせることができ、発電作動によって発電された電力は、双方向インバータを通じて蓄電装置に蓄えられる。その後、蓄電装置に蓄えられた電力を利用して回転機を電動作動させることで、一旦、蓄電装置に蓄えた電力を無駄にすることなく、回転機の電動作動によって車軸に戻すことができる。
上記の作動によれば、特許文献１に開示される従来技術のように、第１の回転機で発電させた電力を第２の回転機に供給し、出力軸にモータ動力として再生する必要はないので、従来技術に係る第２の回転機と、その第２の回転機を駆動するインバータを省略できる。よって、本発明の電気変速装置は、一つの磁気変調式回転機と双方向インバータおよび蓄電装置により、コンパクトで簡素な変速システムを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係る回転機の構造を簡略的に示す縦断面図である。
【図２】回転機の磁気回路構造を示す断面図である。
【図３】実施例１に係る電気変速装置の回路構成図である。
【図４】磁気変調原理の作動説明図である。
【図５】回転機の基本作動を共線図に表した説明図である。
【図６】出力軸への動力入力Ｐｋと入力軸の回転角速度ωｎとの関係をグラフ化した図面である。
【図７】実施例２に係る電気変速装置の回路構成図である。
【図８】実施例３に係る電気変速装置の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００１２】
（実施例１）
実施例１では、本発明の電気変速装置をエンジン動力と電池動力とで走行するハイブリッド車両の動力装置に適用した一例を説明する。
電気変速装置１は、図１に示す様に、エンジンＥ／ＧとトランスミッションＴ／Ｍとの間に配置される磁気変調式の回転機２と、この回転機２に接続されるインバータ１０および後述する蓄電装置を備える。
回転機２は、フレーム３に固定される電機子４と、入力軸５に連結される第１回転子６と、出力軸７に連結される第２回転子８とを有し、この第２回転子８を挟んで、径方向の外側に電機子４、径方向の内側に第１回転子６が配置される。
【００１３】
回転機２のフレーム３は、例えば、軸方向のエンジン側を覆うフロントフレームと、軸方向のトランスミッション側を覆うリヤフレームとで構成され、図示しないエンジンフレームに固定されている。
入力軸５は、軸受を兼ねる一方向クラッチ９を介してフロントフレームに回転可能に支持され、一方向クラッチ９よりフロントフレームの外側（図示左側）へ突き出る軸方向の端部がエンジンＥ／Ｇに連結される。
一方向クラッチ９は、本発明の逆転防止手段であり、入力軸５の回転をエンジンＥ／Ｇの正回転方向にのみ許容し、逆方向の回転を阻止する働きを有する。
出力軸７は、図示しない軸受を介してリヤフレームに回転可能に支持され、軸受よりリヤフレームの外側（図示右側）へ突き出る軸方向の端部がトランスミッションＴ／Ｍに接続される。
【００１４】
電機子４は、本発明の固定子であり、図２に示す様に、多数（実施例１では７２個）のスロット４ｓが周方向に等ピッチに形成された円環状の電機子鉄心４ａと、スロット４ｓを通って電機子鉄心４ａに巻装される電機子巻線４ｂ（図１参照）とで構成される。
電機子鉄心４ａは、例えば、電磁鋼板よりプレスで打ち抜いた複数枚の鉄心シートを積層して構成され、電機子鉄心４ａの内周面にスロット４ｓが開口している。
電機子巻線４ｂは、極対数ｍ＝６の磁極を形成する三相巻線（Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相）から成り、図３に示す様に、各相の一方の端子が中性点Ｏを形成してスター結線され、他方の端子がインバータ１０の接続端子ｘｏ、ｙｏ、ｚｏに接続される。
【００１５】
第１回転子６は、本発明の界磁回転子であり、図２に示す様に、円環状のロータ鉄心６ａと、このロータ鉄心６ａに埋設される極対数ｎ＝１０の磁極を形成する２０個の永久磁石６ｂ（例えばネオジム磁石）とで構成される。
ロータ鉄心６ａは、例えば、電磁鋼板よりプレスで打ち抜いた複数枚の鉄心シートを積層して構成される。ロータ鉄心６ａの外周側には、鉄心シートの積層方向に貫通する２０カ所の磁石挿入孔が周方向に等ピッチに形成されている。
永久磁石６ｂは、ロータ鉄心６ａに形成された磁石挿入孔に挿入されて径方向に着磁され、且つ、周方向に隣り合う磁石６ｂ同士が異なる極性を有する、つまり、Ｎ極磁石とＳ極磁石とが交互に配置される。
【００１６】
第２回転子８は、本発明の磁気誘導回転子であり、図２に示す様に、電機子４と第１回転子６の間に配置される極対数ｋ＝１６の軟磁性体から成る１６個の磁極片８ａにより構成され、この１６個の磁極片８ａが周方向に間隔（空間）を開けて等ピッチに配置される。
磁極片８ａは、例えば、電磁鋼板をプレスで打ち抜いた円環状の磁極シートを複数枚積層して構成され、図示しないボルトやリベット等の締結部材によりロータディスク１１（図１参照）に固定される。なお、図２に示す第２回転子８は、周方向に隣り合う磁極片８ａ同士が、それぞれ径方向の内周側に設けられる内側ブリッジ８ｂと、外周側に設けられる外側ブリッジ８ｃとで周方向に連結されているが、１６個の磁極片８ａを個々に独立して設けることもできる。
ロータディスク１１は、例えば、非磁性体であるステンレス鋼によって形成され、径方向の内周側に設けられる円筒ボス（図示せず）が出力軸７の外周に嵌合してキー結合される、あるいは、出力軸７の外周にセレーション嵌合して出力軸７と一体に回転する。
【００１７】
インバータ１０は、回転機２を電動作動させる時に、蓄電装置の直流電力を交流電力に変換して電機子巻線４ｂに供給し、回転機２を発電作動させる時に、電機子巻線４ｂに発生する交流電圧を直流電圧に変換して蓄電装置に充電する双方向インバータである。このインバータは、図３に示す様に、各相の接続端子ｘｏ、ｙｏ、ｚｏにそれぞれ上下一対のスイッチング素子Ｔｒ（例えばＩＧＢＴ）が接続され、各相毎に一対のスイッチング素子Ｔｒをオン／オフすることにより転流動作を制御するＰＷＭインバータである。
実施例１の蓄電装置は、車両走行用の蓄電池（以下、走行用電池１３と呼ぶ）であり、インバータ１０のプラス端子１０ａとマイナス端子１０ｂにＤＣ配線１２を介して接続される。走行用電池１３は、例えば、自動車に搭載される一般的な鉛蓄電池に比べて、軽量かつ小型で高性能なリチウムイオン電池を使用する。
【００１８】
ここで、回転機２の磁気変調原理について説明する。
図４には、Ｎ極磁石とＳ極磁石とを周方向に交互に配列して構成される極対数ｎ＝１０の第１回転子６と、三相巻線（同図では省略している）を極対数ｍ＝６となるピッチで巻装した電機子４と、第１回転子６と電機子４との間に１６個（極対数ｋ＝１６）の磁極片８ａを周方向に一定の間隔で配列した第２回転子８とが示されており、図解の便宜上、直線状に展開した一部を図示している。また、第２回転子８は停止しているものとする。
第１回転子６が図示矢印Ａ方向に移動すると、第２回転子８をフィルターとして第１回転子６から電機子４へ磁束が流れる。つまり、第２回転子８は、１６個の磁気的良導体である磁極片８ａと、磁気的不導体である空間とが交互に存在しているため、第１回転子６の１０極対の周波数成分と、第２回転子８の１６極対の周波数成分との和または差の周波数成分が第２回転子８を通り抜けて電機子４に流れる。
【００１９】
従って、電機子４には、１０極対の周波数成分と１６極対の周波数成分との和または差の周波数成分をキャッチする極対数の巻線、つまり２６極対または６極対の三相巻線を施すことで、第１回転子６および第２回転子８との間で磁気的にエネルギを取り交わすことができる。すなわち、第１回転子６、第２回転子８、および電機子４の三者に磁気的な相互作用が働く。ここで重要なことは、第１回転子６の周波数成分と第２回転子８の周波数成分との差分を取って電機子４の極対数ｍを設定することである。これにより、磁界の発生源である第１回転子６の回転方向と、三相巻線が作る回転磁界の回転方向（図示矢印Ｂ方向）とが逆方向となり、あたかも、機械式の遊星ギヤモータの如く、遊星ギヤの公転運動を固定した時に、サンギヤとリングギヤとが互いに逆方向に回転する状態、すなわち、遊星ギヤモータにおける共線関係を成すことを意味している。
なお、本願発明者は、先に出願した特願２０１２−１６０４９、特願２０１２−４３０９３にて、磁気変調原理を取り入れた電動機の作動を詳細に説明している。
【００２０】
次に、ハイブリッド車両の主要な運転モードにおける回転機２の作動状態について図５を用いて説明する。なお、以下の説明では、エンジンＥ／Ｇの正回転方向を正方向、エンジンＥ／Ｇの逆回転方向を逆方向と定義し、第１回転子６の回転角速度をωｎ、第２回転子８の回転角速度をωｋ、電機子４に施された三相巻線が作る回転磁界の回転角速度をωｍとする。
同図（ａ）は、エンジン動力が入力軸５に伝達されて第１回転子６の回転角速度ωｎが上昇し、車両は停止から発進へ移行する状態を示している。
第１回転子６の回転角速度ωｎと、第２回転子８の回転角速度ωｋと、電機子４の三相巻線が作る回転磁界の回転角速度ωｍは、上述した共線関係に並ぶ性質があるので、同図（ａ）に示す様に、出力軸７が停止している状態で、入力軸５がエンジンＥ／Ｇに駆動されて正方向に回転する時は、三相巻線が作る回転磁界は、マイナスの回転角速度（ωｍ＜０）で駆動される必要がある。
【００２１】
この時、出力軸７は今から正方向に回転しようとするが、そのためには、三相巻線が作る回転磁界は、図中右方向（正方向）にトルクを発生する必要がある。つまり、三相巻線が作る回転磁界は、回転方向が逆方向で、正方向にトルクを発生するため、その乗算としての供給電力は負となる。すなわち、電機子４は発電状態に置くことが必要となる。これにより、三相巻線に交流電圧が発生し、その発生電圧がインバータ１０により直流に変換されて走行用電池１３に蓄えられる。
【００２２】
上記のように、電機子４が発電状態に置かれることで、その発電トルクの反力を第２回転子８を通して出力軸７から出力できる。よって、第２回転子８は、トランスミッションＴ／Ｍを徐々に起動助勢することになる。この時、出力軸７の回転角速度（＝第２回転子８の回転角速度ωｋ）がゼロのため、三相巻線が作る回転磁界の回転角速度ωｍと極対数ｍとの積は、第１回転子６の回転角速度ωｎと極対数ｎとの積に等しい関係になる。これは、同図（ａ）に示す二つの三角形が点対称の相似形となることであり、出力軸７の回転角速度がゼロの時にのみ成立する。
【００２３】
同図（ｂ）は、電機子４の発電反力も加わり、第２回転子８とトランスミッションＴ／Ｍとに連結された出力軸７の回転が始まり、三相巻線が作る逆方向の回転磁界の回転角速度ωｍが徐々にゼロに接近し、発電反力が略無くなった状態の瞬間を示している。
この時、出力軸７に連結された第２回転子８の回転角速度ωｋは、入力軸５に連結された第１回転子６の回転角速度ωｎに対して｛（ｎ／（ｎ＋ｍ）｝を乗算した比率となる。この瞬間は、電機子４は電力の給電も発電もしていないが、回転角速度ゼロの回転磁界を維持している必要がある。すなわち、直流界磁の状態であり、機械式遊星ギヤモータで言うと、電機子４は、固定されたリングギヤと等価な作用となっている。
【００２４】
同図（ｃ）は、先の発電作動で走行用電池１３に蓄えられた電力を利用して回転機２に電動作動を行わせる電動アシスト状態、すなわち、電機子４による電動トルクを大きくしている状態を示している。
電機子４による電動トルクを大きくすることで、エンジン動力が伝達されて回転する入力軸５の回転角速度（＝第１回転子６の回転角速度ωｎ）を同等に維持または減らしても、トランスミッションＴ／Ｍへ伝達される出力軸７の回転角速度（＝第２回転子８の回転角速度ωｋ）を増すことができる。すなわち、入力より出力の回転角速度が大きい増速状態となっている。
【００２５】
同図（ｄ）は、エンジンＥ／Ｇを停止にまで近づけて、モータトルク（電機子４による電動トルク）を大きくしている状態を示している。
ここでは、同図（ｃ）に示す状態から、入力より出力の回転角速度が更に大きい増速状態となっている。
同図（ｅ）は、エンジンＥ／Ｇを停止した状態で、上記ｄ）の状態から更にモータトルクを増大している状態を示している。
この時、出力軸７の負荷が重い時は、入力軸５が逆方向に回転しようとするが、一方向クラッチ９によって入力軸５の逆方向の回転が阻止されるので、出力軸７より出力を取り出すことができる。
【００２６】
次に、動力や電力の関係が入力軸５の回転角速度に対して、どのように作動するかについて、図６を参照して説明する。
まず、説明の前に、理論的関係式を導出しておく。
入力軸５への動力入力とトルクと回転角速度とを、それぞれＰｎ、τｎ、ωｎとし、出力軸７への動力入力とトルクと回転角速度とを、それぞれＰｋ、τｋ、ωｋとし、電機子４の三相巻線への電力入力とトルクと回転角速度とを、それぞれＰｍ、τｍ、ωｍとすると、
Ｐｎ＝τｎ・ωｎ
Ｐｋ＝τｋ・ωｋ
Ｐｍ＝τｍ・ωｍ  ……………………………………………………………………（１）
また、全ての流入電力と動力との和はゼロであるので、
Ｐｍ＋Ｐｋ＋Ｐｎ＝０  ………………………………………………………………（２）
となる。
【００２７】
他方、「二つの周波数要素の差が第三の要素の周波数と同調する」という、周波数に関する磁気変調原理の適用から、極対数＝個数ｋの第２回転子８と、極対数ｎの第１回転子６と、極対数ｍの電機子４とのそれぞれの回転角速度ωｋ、ωｎ、ωｍに関して、次式が成立する。
ｋ・ωｋ＝ｍ・ωｍ＋ｎ・ωｎ  ……………………………………………………（３）
この式（３）を変形すると、
ωｋ＝（ｍ／ｋ）・ωｍ＋（ｎ／ｋ）・ωｎ  ……………………………………（４）
式（１）を式（２）に代入し、さらに式（４）を代入してωｋを消去すると、
｛τｍ＋（ｍ／ｋ）τｋ｝・ωｍ＋｛τｎ＋（ｎ／ｋ）τｋ｝・ωｎ＝０  …（５）
【００２８】
上記の式（５）は、任意のωｍ、ωｎに対して恒等的に成立するので、これらの係数は恒等ゼロである。
従って、
τｍ＝−（ｍ／ｋ）τｋ  ……………………………………………………………（６）
τｎ＝−（ｎ／ｋ）τｋ  ……………………………………………………………（７）
（ｎ／ｋ）τｋ＝−（ｎ／ｍ）τｍ  ………………………………………………（８）
となる。
【００２９】
これらを基に、エンジンＥ／Ｇに連結された入力軸５の回転角速度ωｎに対する出力軸７の動力Ｐｋの関係を求める。
式（２）より、
Ｐｋ＝−Ｐｎ−Ｐｍ  
＝−（τｎ・ωｎ）−Ｐｍ        ［∵式（１）］
＝（ｎ／ｋ）τｋ・ωｎ−Ｐｍ    ［∵式（７）］
＝−（ｎ／ｍ）τｍ・ωｎ−Ｐｍ  ［∵式（８）］  ………………………（９）
【００３０】
図６は、エンジンＥ／Ｇに連結された入力軸５の回転角速度ωｎに対する出力軸７の動力Ｐｋの関係、すなわち式（９）の関係式を示している。
ここで、Ｐｋは、出力軸７を通して回転機２に入っていく動力であり、ωｎは、正方向の回転のみである（逆方向の回転は一方向クラッチ９により阻止される）ので、実際にエンジンＥ／Ｇからの動力入力を受けてトランスミッションＴ／Ｍへと出力される関係を表しているのは、Ｐｋ≦０、且つ、ωｎ≧０の範囲であり、同図の第四象限の範囲である。また、電機子４（三相巻線）への電力入力をＰｍとすると、同図のように、Ｐｍ＞０（電動）の場合と、Ｐｍ＜０（発電）の場合とで、直線の式おいてＰｋ軸切片が正負に異なる関係になり、理解の容易のため、発電の場合と電動の場合とを分けて表している。この図６において、図５に示した作動は、図示の○印と破線矢印とで示した軌跡を辿る。
【００３１】
（実施例１の作用効果）
実施例１に記載した電気変速装置１において重要なことは、エンジン動力を車軸に伝達する過程において、最初に回転機２を発電作動させ、その発電電力を走行用電池１３に蓄えた後、回転機２を電動作動させる時に、走行用電池１３に蓄えた電力を利用することである。このように作動させることで、一旦、走行用電池１３に蓄えた電力を無駄にすることなく、回転機２の電動作動によって車軸に戻すことができる。
特許文献１に開示される従来技術では、第１の回転機で発電させた電力を第２の回転機に供給して出力軸にモータ動力として再生するため、二つの回転機と二つのインバータを必要とするのに対し、実施例１の構成によれば、一つの回転機２とインバータ１０および蓄電装置である走行用電池１３により従来技術と等価的な変速システムを実現できるので、コンパクトで簡素な電気変速装置１を提供できる。
また、実施例１の電気変速装置１は、エンジンＥ／Ｇに連結される入力軸５の逆回転を防止する一方向クラッチ９を備えているので、例えば、上記の図５（ｅ）を参照して説明した様に、変速作動時に回転機２の電動作動を強めても、エンジンＥ／Ｇを逆回転させることはなく、併せて車軸への動力伝達を強力にできる。
【００３２】
（実施例２）
次に、本発明に係る実施例２を説明する。
この実施例２に示す電気変速装置１は、図７に示す様に、インバータ１０のプラス端子１０ａとマイナス端子１０ｂとの間に、走行用電池１３と並列にダミーロード１４（疑似負荷抵抗）を接続し、且つ、ダミーロード１４と直列に半導体スイッチ１５を接続した一例である。
容量の巨大な走行用電池１３は、回転機２の変速作動時の発電量を大抵は吸収できるものの、走行履歴やアクセル操作（例えば、アクセルペダルの踏み込み量が少ない状態が続くような操作）によっては、蓄電状態が続いても、瞬時たりとも蓄電できない時も僅かに存在する。そのような時には、半導体スイッチ１５をオンして、回転機２の発電量をダミーロード１４に消費させることで、回転機２の変速作動機能を確保することができる。
【００３３】
（実施例３）
この実施例３は、本発明の蓄電装置として主に電気二重層キャパシタ１６を使用する一例である。このキャパシタ１６は、図８に示す様に、インバータ１０のプラス端子１０ａとマイナス端子１０ｂとの間に走行用電池１３と並列に接続される。また、インバータ１０のプラス端子１０ａに接続されるＤＣ配線１２において、キャパシタ１６に分岐する分岐点（図中Ｐ点）と走行用電池１３との間には、電圧差吸収手段１７（例えばコイル、ＤＣ−ＤＣコンバータ等）が介在されている。
【００３４】
キャパシタ１６は、瞬時大電力の収受特性が良いので、回転機２の発電作動および電動作動による電力の授受を高応答に制御できる。また、逆に、回転機２の様々な運転モードを高速で変遷させる際の電源電圧を安定化できる効果がある。
さらに、上記の分岐点Ｐと走行用電池１３との間に電圧差吸収手段１７を設けているので、例えば、回転機２の発電作動による急激な電圧上昇に対しても、走行用電池１３に支配されることなく、キャパシタ１６に応答良く充電できる。
【００３５】
（変形例）
実施例１に記載した回転機２は、本発明の界磁回転子である第１回転子６が最も内径側に配置され、その第１回転子６と電機子４との間に本発明の磁気誘導回転子である第２回転子８を配置した構成であるが、第１回転子６と第２回転子８の配置を逆にしても良い。また、実施例１では、回転機２の最も外径側に電機子４（本発明の固定子）を配置しているが、回転機２の最も内径側に電機子４を配置する構成でも良い。
さらに、実施例１では、入力軸５に第１回転子６が連結され、出力軸７に第２回転子８が連結されるが、その逆でも良い。つまり、入力軸５に第２回転子８を連結し、出力軸７に第１回転子６を連結しても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１    電気変速装置
２    回転機
４    電機子（固定子）
４ｂ  三相巻線
５    入力軸
６    第１回転子（界磁回転子）
６ｂ  永久磁石（Ｎ極磁石、Ｓ極磁石）
７    出力軸
８    第２回転子（磁気誘導回転子）
８ａ  磁極片
１０    インバータ（双方向インバータ）
１３    車両走行用の蓄電池（蓄電装置）
１６    電気二重層キャパシタ（蓄電装置）
Ｅ／Ｇ  車両エンジン
【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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