(57)【要約】【課題】車両の各駆動輪に伝達されるトルクの配分制御を広範囲に且つ長時間継続して行うことができる車両用駆動力配分装置を提供する。【解決手段】誘導機１２は、ステータ巻線２０が配設されたステータ１６と、ロータ巻線２２が配設されたロータ１８とを含む。同期機１４は、ロータ巻線３０が配設され且つロータ１８と連結されたロータ２６と、永久磁石３２が配設され且つロータ２６に対し独立して回転可能なロータ２８とを含む。ロータ巻線２２，３０は、電流が流れる場合に発生する回転磁界の方向が互いに逆方向になるように接続されている。ロータ１８が後輪７０に連結され、ロータ２８が前輪６０に連結され、エンジン３６からのトルクがロータ２８及び前輪６０に伝達される。ステータ巻線２０に流す電流の位相角の制御により、前輪６０及び後輪７０に伝達されるトルクの配分が制御される。【選択図】図１
2008254541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機からのトルクを第１車輪及び第２車輪に分配して伝達する車両用駆動力配分装置であって、
回転磁界を発生可能な固定子導体が配設された固定子と、回転磁界を発生可能な第１回転子導体が配設された第１回転子と、を含み、固定子導体及び第１回転子導体の一方で発生した回転磁界により固定子導体及び第１回転子導体の他方に誘導電流が発生する誘導機と、
回転磁界を発生可能な第２回転子導体が配設され且つ第１回転子と連結された第２回転子と、界磁束を発生する磁極が配設され且つ第２回転子に対し独立して回転可能な第３回転子と、を含み、第２回転子導体で発生した回転磁界と磁極で発生した界磁束との相互作用により第２回転子と第３回転子との間でトルクが作用する同期機と、
を備え、
第１回転子導体及び第２回転子導体に電流が流れる場合に発生する回転磁界の方向が第１回転子導体と第２回転子導体とで互いに逆方向になるように、第１回転子導体と第２回転子導体とが接続されており、
第１回転子が第１車輪に連結され、第３回転子が第２車輪に連結され、
原動機からのトルクは、第３回転子及び第２車輪に伝達され、
固定子導体に流す電流の制御により第１車輪及び第２車輪に伝達されるトルクの配分が制御される、車両用駆動力配分装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用駆動力配分装置であって、
第１回転子と第１車輪との間、及び第３回転子と第２車輪との間の少なくとも一方に、動力を変速して伝達する変速機構が設けられている、車両用駆動力配分装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両用駆動力配分装置であって、
第３回転子から第２車輪にかけての変速比が、第１回転子から第１車輪にかけての変速比と異なる、車両用駆動力配分装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用駆動力配分装置であって、
第３回転子から第２車輪にかけての変速比が、第１回転子から第１車輪にかけての変速比よりも大きい、車両用駆動力配分装置。
【請求項５】
原動機からのトルクを第１車輪及び第２車輪に分配して伝達する車両用駆動力配分装置であって、
回転磁界を発生可能な固定子導体が配設された固定子と、回転磁界を発生可能な第１回転子導体が配設された第１回転子と、を含み、固定子導体及び第１回転子導体の一方で発生した回転磁界により固定子導体及び第１回転子導体の他方に誘導電流が発生する誘導機と、
回転磁界を発生可能な第２回転子導体が配設され且つ第１回転子と連結された第２回転子と、界磁束を発生する磁極が配設され且つ第２回転子に対し独立して回転可能な第３回転子と、を含み、第２回転子導体で発生した回転磁界と磁極で発生した界磁束との相互作用により第２回転子と第３回転子との間でトルクが作用する同期機と、
を備え、
第１回転子導体及び第２回転子導体に電流が流れる場合に発生する回転磁界の方向が第１回転子導体と第２回転子導体とで互いに逆方向になるように、第１回転子導体と第２回転子導体とが接続されており、
第１回転子が第１車輪に連結され、第３回転子が第２車輪に連結され、
原動機からのトルクは、第１回転子及び第１車輪に伝達され、
固定子導体に流す電流の制御により第１車輪及び第２車輪に伝達されるトルクの配分が制御される、車両用駆動力配分装置。
【請求項６】
請求項５に記載の車両用駆動力配分装置であって、
第１回転子と第１車輪との間、及び第３回転子と第２車輪との間の少なくとも一方に、動力を変速して伝達する変速機構が設けられている、車両用駆動力配分装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の車両用駆動力配分装置であって、
第１回転子から第１車輪にかけての変速比が、第３回転子から第２車輪にかけての変速比と異なる、車両用駆動力配分装置。
【請求項８】
請求項７に記載の車両用駆動力配分装置であって、
第１回転子から第１車輪にかけての変速比が、第３回転子から第２車輪にかけての変速比よりも大きい、車両用駆動力配分装置。
【請求項９】
原動機と、
請求項１〜８のいずれか１に記載の車両用駆動力配分装置と、
を備える、車両駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原動機からのトルクを第１車輪及び第２車輪に分配して伝達する車両用駆動力配分装置、及びそれを備える車両駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の各駆動輪へ伝達するトルクの配分を制御することができる車両駆動システムの関連技術が下記特許文献１，２に開示されている。特許文献１による車両駆動システムは、エンジンと後輪の間に介装される第１変速機と、エンジンと前輪の間に介装される第２変速機と、第１変速機とエンジンの間に介装される第１クラッチと、第２変速機とエンジンの間に介装される第２クラッチと、第２変速機と第２クラッチの間に介装されるモータとを備える。そして、第１クラッチ及び第２クラッチを締結してエンジンの駆動力を前輪及び後輪に伝達する第１の駆動モードと、第１クラッチを締結してエンジンの駆動力を後輪に伝達するとともに第２クラッチを解放してモータの駆動力を前輪に伝達する第２の駆動モードとを切り換えられるように構成している。第２の駆動モードでは、モータの駆動力を制御することで、前輪及び後輪に伝達されるトルクの配分を制御することができる。
【０００３】
また、特許文献２においては、駆動力源及び前輪が遊星歯車機構のリングギアに連結され、後輪が遊星歯車機構のキャリアに連結され、モータが遊星歯車機構のサンギアに連結されている。そして、モータの駆動力を制御することで、前輪及び後輪に伝達されるトルクの配分を制御している。
【０００４】
また、その他の関連技術として、特許文献３，４による車両駆動システム、及び特許文献５〜８による回転電機が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７３８３号公報
【特許文献２】特開２００６−１１１１９８号公報
【特許文献３】特開２００４−８８９８４号公報
【特許文献４】特開２００４−３４０２０５号公報
【特許文献５】特開２００１−３３９９７６号公報
【特許文献６】特開２００１−２５８１５９号公報
【特許文献７】特開２００２−９５２８８号公報
【特許文献８】特開平１１−１６８８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２において、前輪及び後輪に伝達されるトルクの配分制御を継続して行うためには、二次電池等の蓄電装置からモータに電力を供給し続ける必要がある。そして、前輪及び後輪に伝達されるトルクの配分を広範囲に制御するためには、モータの駆動力を増大させる必要があり、モータ（蓄電装置）の消費電力も増大しやすくなる。そのため、特許文献１，２においては、トルクの配分制御を広範囲に且つ長時間継続して行うことが困難となる。
【０００７】
本発明は、車両の各駆動輪に伝達されるトルクの配分制御を広範囲に且つ長時間継続して行うことができる車両用駆動力配分装置、及びそれを備える車両駆動システム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】
【０００８】
本発明に係る車両用駆動力配分装置及びそれを備える車両駆動システムは、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００９】
本発明に係る車両用駆動力配分装置は、原動機からのトルクを第１車輪及び第２車輪に分配して伝達する車両用駆動力配分装置であって、回転磁界を発生可能な固定子導体が配設された固定子と、回転磁界を発生可能な第１回転子導体が配設された第１回転子と、を含み、固定子導体及び第１回転子導体の一方で発生した回転磁界により固定子導体及び第１回転子導体の他方に誘導電流が発生する誘導機と、回転磁界を発生可能な第２回転子導体が配設され且つ第１回転子と連結された第２回転子と、界磁束を発生する磁極が配設され且つ第２回転子に対し独立して回転可能な第３回転子と、を含み、第２回転子導体で発生した回転磁界と磁極で発生した界磁束との相互作用により第２回転子と第３回転子との間でトルクが作用する同期機と、を備え、第１回転子導体及び第２回転子導体に電流が流れる場合に発生する回転磁界の方向が第１回転子導体と第２回転子導体とで互いに逆方向になるように、第１回転子導体と第２回転子導体とが接続されており、第１回転子が第１車輪に連結され、第３回転子が第２車輪に連結され、原動機からのトルクは、第３回転子及び第２車輪に伝達され、固定子導体に流す電流の制御により第１車輪及び第２車輪に伝達されるトルクの配分が制御されることを要旨とする。
【００１０】
また、本発明に係る車両用駆動力配分装置は、原動機からのトルクを第１車輪及び第２車輪に分配して伝達する車両用駆動力配分装置であって、回転磁界を発生可能な固定子導体が配設された固定子と、回転磁界を発生可能な第１回転子導体が配設された第１回転子と、を含み、固定子導体及び第１回転子導体の一方で発生した回転磁界により固定子導体及び第１回転子導体の他方に誘導電流が発生する誘導機と、回転磁界を発生可能な第２回転子導体が配設され且つ第１回転子と連結された第２回転子と、界磁束を発生する磁極が配設され且つ第２回転子に対し独立して回転可能な第３回転子と、を含み、第２回転子導体で発生した回転磁界と磁極で発生した界磁束との相互作用により第２回転子と第３回転子との間でトルクが作用する同期機と、を備え、第１回転子導体及び第２回転子導体に電流が流れる場合に発生する回転磁界の方向が第１回転子導体と第２回転子導体とで互いに逆方向になるように、第１回転子導体と第２回転子導体とが接続されており、第１回転子が第１車輪に連結され、第３回転子が第２車輪に連結され、原動機からのトルクは、第１回転子及び第１車輪に伝達され、固定子導体に流す電流の制御により第１車輪及び第２車輪に伝達されるトルクの配分が制御されることを要旨とする。
【００１１】
また、本発明に係る車両駆動システムは、原動機と、本発明に係る車両用駆動力配分装置と、を備えることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、固定子導体に流す電流の制御により第１車輪及び第２車輪に伝達されるトルクの配分を広範囲に制御することができる。さらに、第１車輪及び第２車輪に伝達されるトルクの配分制御を行う際には、原動機からの動力を用いて誘導機の第１回転子及び同期機の第２回転子に動力を発生させることができるので、トルクの配分制御を長時間継続して行うことができる。したがって、本発明によれば、第１車輪及び第２車輪に伝達されるトルクの配分制御を広範囲に且つ長時間継続して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１４】
図１，２は、本発明の実施形態に係る車両用駆動力配分装置を備える車両駆動システムの概略構成を示す図であり、本発明を４輪駆動車両の駆動力配分装置に適用した場合を示す。図１は全体構成の概略を示し、図２は回転電機１０の構成の概略を示す。車両を駆動するための原動機として設けられたエンジン（内燃機関）３６の出力軸は、トランスミッション（変速機）５２及びチェーン等の伝動機構５４を介して回転電機１０の入力軸３４と前輪側プロペラシャフト５６とに連結されている。回転電機１０の出力軸２４は、後輪側プロペラシャフト６６に連結されている。後輪側プロペラシャフト６６と後輪（第１の車輪）７０との間には、後輪側ディファレンシャルギア６８が設けられている。後輪側ディファレンシャルギア６８は、差動装置の機能の他に、動力を減速（変速）して伝達する機能も有しており、後輪側プロペラシャフト６６に伝達された動力は、後輪側ディファレンシャルギア６８で減速（変速）されてから後輪７０に伝達される。同様に、前輪側プロペラシャフト５６と前輪（第２の車輪）６０との間には、前輪側ディファレンシャルギア５８が設けられている。前輪側ディファレンシャルギア５８は、差動装置の機能の他に、動力を減速（変速）して伝達する機能も有しており、前輪側プロペラシャフト５６に伝達された動力は、前輪側ディファレンシャルギア５８で減速（変速）されてから前輪６０に伝達される。
【００１５】
回転電機１０は、誘導機１２と同期機１４とを有する。誘導機１２は、外枠４４に固定されたステータ（固定子）１６と、ステータ１６の内側に配置されステータ１６に対し回転可能なロータ（第１の回転子）１８と、を含む。ステータ１６には、固定子導体として複数相（例えば３相）のステータ巻線２０がその周方向に沿って配設されている。複数相のステータ巻線２０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、ステータ巻線２０は、ステータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。
【００１６】
ロータ１８は、回転電機１０の出力軸２４と連結されている。つまり、ロータ１８は、後輪側プロペラシャフト６６及び後輪側ディファレンシャルギア６８を介して後輪７０に連結されている。ロータ１８には、第１の回転子導体として複数相（例えば３相）のロータ巻線２２がその周方向に沿って配設されている。複数相のロータ巻線２２に交流電流が流れることで、ロータ巻線２２は、ロータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。ロータ巻線２２はステータ巻線２０と対向しており、ステータ巻線２０及びロータ巻線２２の一方で発生した回転磁界により、ステータ巻線２０及びロータ巻線２２の他方に誘導電流が発生する。この回転磁界及び誘導電流によって、ステータ１６とロータ１８との間でトルクが作用する。
【００１７】
同期機１４は、ロータ（第２の回転子）２６と、ロータ２６の外側に配置され且つロータ２６に対し独立して回転可能なロータ（第３の回転子）２８と、を含む。ロータ（インナーロータ）２６は、回転軸４８を介して誘導機１２のロータ１８に連結されている。ロータ２６には、第２の回転子導体として複数相（例えば３相）のロータ巻線３０がその周方向に沿って配設されている。複数相のロータ巻線３０に交流電流が流れることで、ロータ巻線３０は、ロータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。
【００１８】
ロータ巻線３０は、ロータ巻線２２と電気的に接続（直結）されている。ここでは、ロータ巻線２２及びロータ巻線３０に交流電流が流れる場合に発生する回転磁界の方向がロータ巻線２２とロータ巻線３０とで互いに逆方向になるように、ロータ巻線２２とロータ巻線３０とが逆相接続されている。例えばロータ巻線２２及びロータ巻線３０がともにａ相、ｂ相、ｃ相の３相巻線により構成されている場合は、ロータ巻線２２のａ相とロータ巻線３０のａ相とを接続し、ロータ巻線２２のｂ相とロータ巻線３０のｃ相とを接続し、ロータ巻線２２のｃ相とロータ巻線３０のｂ相とを接続することで、ロータ巻線２２とロータ巻線３０とで発生する回転磁界の方向が互いに逆方向となる。また、ロータ巻線２２とロータ巻線３０とは、磁気的には絶縁されるように配置されている。
【００１９】
ロータ（アウターロータ）２８は、回転電機１０の入力軸３４と連結されている。つまり、ロータ２８は、伝動機構５４及びトランスミッション５２を介してエンジン３６の出力軸に連結されているとともに、前輪側プロペラシャフト５６及び前輪側ディファレンシャルギア５８を介して前輪６０に連結されている。ロータ２８には、界磁束を発生する磁極として複数の永久磁石３２がその周方向に沿って配設されている。永久磁石３２はロータ巻線３０と対向しており、ロータ巻線３０で発生した回転磁界と永久磁石３２で発生した界磁束との相互作用（吸引及び反発作用）により、ロータ２６とロータ２８との間でトルクが作用する。このように、同期機１４は、互いに独立に回転可能な２つのロータ２６，２８を備えたＰＭ（永久磁石）型同期機として構成される。そして、回転電機１０は、互いに独立して回転可能な２つの回転軸（入力軸３４及び出力軸２４）を有する２軸型の回転電機である。
【００２０】
直流電源として設けられた充放電可能な蓄電装置４２は、例えば二次電池により構成することができ、電気エネルギーを蓄える。インバータ４０は、スイッチング素子（図示せず）を備えており、スイッチング素子のスイッチング動作により蓄電装置４２からの直流電圧を交流（例えば１２０度ずつ位相が異なる３相交流）に変換して、誘導機１２のステータ巻線２０の各相に交流電流を流すことが可能である。さらに、インバータ４０は、ステータ巻線２０の各相に流れる交流電流を直流に変換して、電気エネルギーを蓄電装置４２に回生する方向の変換も可能である。このように、インバータ４０は双方向の電力変換が可能であり、誘導機１２のステータ巻線２０は蓄電装置４２に対して電力の送受が可能である。なお、インバータ４０のスイッチング制御は、インバータ制御ユニット５０により行われ、インバータ制御ユニット５０は、車両制御ユニット５１からの指令を受けてインバータ４０のスイッチング制御を行う。
【００２１】
次に、本実施形態に係る車両駆動システムの動作について説明する。
【００２２】
エンジン３６の動力を用いて車両を駆動する（前輪６０及び後輪７０を回転駆動する）場合は、インバータ制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。エンジン３６からのトルクが前輪側プロペラシャフト５６及び前輪側ディファレンシャルギア５８を介して前輪６０に伝達されることで、前輪６０が回転駆動する。さらに、エンジン３６からのトルクが回転電機１０の入力軸３４（同期機１４のロータ２８）に伝達されることで、ロータ２８が回転駆動し、ロータ２８に配設された永久磁石３２の発生する界磁束が回転磁界を形成する。この永久磁石３２が回転することで発生した回転磁界によりロータ２６に配設されたロータ巻線３０に誘導電流が発生し、このロータ巻線３０に流れる誘導電流により回転磁界がロータ２６に形成される。そして、同期機１４においては、ロータ巻線３０で発生した回転磁界と永久磁石３２で発生した界磁束との吸引及び反発作用により、ロータ２６にトルクが作用してロータ２６が回転駆動する。つまり、ロータ２６と連結された後輪７０が回転駆動する。
【００２３】
同期機１４のロータ巻線３０は、誘導機１２のロータ巻線２２と電気的に接続されているため、ロータ巻線３０に発生した誘導電流はロータ巻線２２にも流れ、このロータ巻線２２に流れる誘導電流により回転磁界が誘導機１２のロータ１８にも形成される。そして、ロータ巻線２２で発生した回転磁界によりステータ巻線２０に誘導電流が発生し、この回転磁界及び誘導電流によってロータ１８にトルクが作用する。ここで、ロータ巻線２２及びロータ巻線３０に誘導電流が流れる場合に発生する回転磁界の方向は、ロータ巻線２２とロータ巻線３０とで互いに逆方向であるため、誘導機１２のロータ１８に作用するトルクの方向は、同期機１４のロータ２６に作用するトルクの方向と同方向になる。したがって、誘導機１２のロータ１８に作用するトルクによっても、ロータ１８と連結された後輪７０が回転駆動する。
【００２４】
このように、本実施形態では、エンジン３６からのトルクが前輪６０及び後輪７０に分配されて伝達される。そして、エンジン３６（入力軸３４）と後輪７０（出力軸２４）との間の動力伝達経路として、ロータ２６及び回転軸４８を介した伝達経路（機械パスによる伝達経路）と、ロータ巻線３０及びロータ巻線２２を介した伝達経路（電気パスによる伝達経路）と、が設けられる。機械パスにおいては、エンジン３６の動力が同期機１４のロータ２６の動力に変換され、ロータ２６の動力が回転軸４８を介して出力軸２４から出力される。一方、電気パスにおいては、エンジン３６の動力がロータ巻線３０及びロータ巻線２２の電力に一旦変換され、ロータ巻線２２の電力が誘導機１２のロータ１８の動力に変換されて出力軸２４から出力される。そして、後輪７０に伝達される動力は、機械パスによる伝達動力と電気パスによる伝達動力との合計となる。本実施形態では、電気パスによる動力伝達の際には、インバータ等の電力変換器による電力変換を行うことなく動力伝達を行うことができる。そのため、電気パスによる動力伝達の際に生じる損失を低減することができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、同期機１４のロータ２６，２８間に回転差（滑り）を生じさせるために、誘導機１２のロータ１８と後輪７０との間に設けられた後輪側ディファレンシャルギア６８の終減速比Ｇrを、同期機１４のロータ２８と前輪６０との間に設けられた前輪側ディファレンシャルギア５８の終減速比Ｇfと異ならせる。つまり、ロータ１８（ロータ２６）から後輪７０にかけての減速比（変速比）を、ロータ２８から前輪６０にかけての減速比（変速比）と異ならせる。その際には、後輪７０に制動力が作用しないように、エンジン３６と連結されエンジン３６からのトルクが伝達されるロータ２８の回転速度をロータ２６の回転速度よりも高く設定することが好ましい。そのためには、前輪側ディファレンシャルギア５８の終減速比Ｇfを後輪側ディファレンシャルギア６８の終減速比Ｇrよりも大きく設定する、つまり、ロータ２８から前輪６０にかけての減速比をロータ１８から後輪７０にかけての減速比よりも大きく設定することが好ましい。
【００２６】
さらに、本実施形態では、インバータ制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、誘導機１２のロータ１８の動力を制御することができ、車両の駆動制御を行うことができる。例えば、インバータ制御ユニット５０は、蓄電装置４２から誘導機１２のステータ巻線２０へ電力供給するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、ステータ１６に回転磁界を形成することができる。そして、このステータ巻線２０で発生した回転磁界によりロータ巻線２２に誘導電流が発生し、この回転磁界及び誘導電流によってもロータ１８にトルクを作用させることができ、ロータ１８と連結された後輪７０を回転駆動することができる。このように、本実施形態では、蓄電装置４２から誘導機１２のステータ巻線２０への電力供給により誘導機１２を力行運転することで、エンジン３６の動力を用いて前輪６０及び後輪７０を回転駆動するとともに、ステータ巻線２０への供給電力を用いて発生させたロータ１８の動力により後輪７０の回転駆動をアシストすることができる。この場合、前輪６０及び後輪７０に伝達される動力は、エンジン３６の動力より大きくなる。
【００２７】
一方、インバータ制御ユニット５０は、誘導機１２のステータ巻線２０から蓄電装置４２へ電力回収するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御して誘導機１２を回生運転することで、エンジン３６の動力を用いて前輪６０及び後輪７０を回転駆動するとともに、エンジン３６の動力の一部を誘導機１２のステータ巻線２０の電力に変換して蓄電装置４２に回収することができる。この場合、前輪６０及び後輪７０に伝達される動力は、エンジン３６の動力より小さくなる。さらに、インバータ制御ユニット５０は、車両の減速運転時において、誘導機１２のステータ巻線２０から蓄電装置４２へ電力回収するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、車両の動力を誘導機１２のステータ巻線２０の電力に変換して蓄電装置４２に回収する回生制動を行うことができる。このように、本実施形態では、ハイブリッド車両の機能も実現することができる。
【００２８】
次に、本実施形態に係る回転電機１０の特性方程式について、図３Ａ〜図３Ｄを用いて説明する。特性方程式の導出の際には、誘導機１２及び同期機１４を同じ座標系で考える必要があるため、以下に説明する座標変換を行う。ただし、図３Ａ〜図３Ｄは、誘導機１２及び同期機１４の極対数が１であり、ステータ巻線２０及びロータ巻線２２，３０がいずれもａ相、ｂ相、ｃ相の３相巻線により構成される場合を示している。
【００２９】
図３Ａに示すように、誘導機１２のロータ１８と同期機１４のロータ２６とで互いに逆方向の回転磁界を形成するために、誘導機１２のロータ巻線２２のａ相と同期機１４のロータ巻線３０のａ相とが接続され、ロータ巻線２２のｂ相とロータ巻線３０のｃ相とが接続され、ロータ巻線２２のｃ相とロータ巻線３０のｂ相とが接続されている。そこで、図３Ｂに示すように、同期機１４をロータ巻線３０ごとロータ巻線２２のａ相を対称軸として反転する。なお、図３Ａ、図３Ｂにおいて、θwはロータ１８，２６の回転角、θeはロータ２８の回転角、Ｔpはロータ２８のトルク（エンジン３６の回転方向を正とする）を表す。そして、図３Ｂに示すように、反転後のロータ２８の回転角θe'は２×θw−θeであり、反転後のロータ２８のトルクＴp'は−Ｔpである。
【００３０】
次に、図３Ｃに示すように、三相二相変換を行う。図３Ｃに示す三相二相変換後のα−β軸は、巻線に固定した座標系である。なお、三相二相変換の変換行列Ａは、以下の（１）式で表される。
【００３１】
【数１】
2008254541.tif 000003
【００３２】
次に、図３Ｄに示すように、磁石磁束に同期した座標系に変換する同期座標変換を行う。図３Ｄに示す同期座標変換後のｄ−ｑ軸は、磁石磁束に同期した座標系である。なお、同期座標変換の変換行列Ｂは、以下の（２）式で表される。
【００３３】
【数２】
2008254541.tif 000004
【００３４】
同期機（ＰＭ型同期機）１４の特性方程式については、ｄ−ｑ同期座標に変換したモデルで考えると、既知のｄ−ｑ座標系の電圧方程式が利用できる。座標変換の際にロータ巻線２２のａ相を対称軸として反転していることを考慮して、以下の（３）式が得られる。
【００３５】
【数３】
2008254541.tif 000005
【００３６】
ロータ２６，２８の位置関係及び回転方向を考慮して、同期機１４の電気角速度ωpeは以下の（４）式で表される。
【００３７】
【数４】
2008254541.tif 000006
【００３８】
ただし、（４）式において、ωpは同期機１４の機械角速度、ωeは入力軸３４の角速度（＝ｄθe／ｄｔ）、ωwは出力軸２４の角速度（＝ｄθw／ｄｔ）、ωe'＝２×ωw−ωeである。
【００３９】
一方、誘導機１２の特性方程式については、ステータ１６及びロータ１８とも供給電源周期に同期したγ−δ座標系で表すことができ、以下の（５）式が得られる。ただし、γ軸方向を同期機（ＰＭ型同期機）１４の磁石磁束方向とする。
【００４０】
【数５】
2008254541.tif 000007
【００４１】
誘導機１２のステータ巻線２０の電気角周波数ωは、以下の（６）式で表される。
【００４２】
【数６】
2008254541.tif 000008
【００４３】
前述したように、誘導機１２のロータ巻線２２と同期機１４のロータ巻線３０とは電気的に接続（直結）されているため、（３）、（５）式において、ｖd＝ｖγr、ｖq＝ｖδr、ｉd＝−ｉγr、ｉq＝−ｉδrである。（３）、（５）式を合成すると、以下の（７）式が得られる。
【００４４】
【数７】
2008254541.tif 000009
【００４５】
そして、同期機１４のトルクＴp、誘導機１２のトルクＴiは、以下の（８）、（９）式でそれぞれ表される。
【００４６】
【数８】
2008254541.tif 000010
【００４７】
また、誘導機１２のすべりは、以下の（１０）式で表される。
【００４８】
【数９】
2008254541.tif 000011
【００４９】
ここで、ステータ巻線２０に流す電流の位相角（ステータ電流位相角）の変化に対する同期機１４のトルクＴp及び誘導機１２のトルクＴiの特性を計算した一例を図４に示す。本実施形態では、図４に示すように、ステータ電流位相角の制御により同期機１４のトルクＴp及び誘導機１２のトルクＴiを制御することができる。
【００５０】
また、回転電機１０の入力軸３４及び前輪側プロペラシャフト５６に伝達されるエンジン３６からの駆動トルクをＴe、前輪側ディファレンシャルギア５８の終減速比（変速比）をＧf、後輪側ディファレンシャルギア６８の終減速比（変速比）をＧrとすると、前輪６０に分配されて伝達される駆動トルクＴfは以下の（１１）式で表され、後輪７０に分配されて伝達される駆動トルクＴrは以下の（１２）式で表される。
【００５１】
Ｔf＝Ｇf・(Ｔe−Ｔp)          （１１）
Ｔr＝Ｇr・(Ｔp＋Ｔi)          （１２）
【００５２】
（１１）、（１２）式から、ステータ巻線２０に流す電流（ステータ電流位相角）の制御により同期機１４のトルクＴp及び誘導機１２のトルクＴiを制御することで、前輪６０及び後輪７０に伝達される駆動トルクの配分を制御できることがわかる。前輪６０及び後輪７０の駆動トルクの配分を制御するために、車両制御ユニット５１は、例えばアクセル開度や車速等の車両走行状態に基づいて、前輪６０及び後輪７０の駆動トルク配分の指令値を算出してインバータ制御ユニット５０へ出力する。インバータ制御ユニット５０は、車両制御ユニット５１からの駆動トルク配分の指令値に基づいてステータ電流位相角の指令値を算出してインバータ４０へ出力し、インバータ４０のスイッチング制御を行うことでステータ電流位相角の制御を行う。
【００５３】
ステータ電流位相角の変化に対して、トルクＴp、トルクＴp＋Ｔiは、例えば図５に示すように変化する。ここで、トルクＴeを図５中のように仮定すると、トルクＴeとトルクＴpの差がトルクＴf／Ｇfである。そして、トルクＴpがトルクＴeと等しくなるステータ電流位相角φ2において、Ｔf＝０となり、前輪６０の駆動トルクＴfと後輪７０の駆動トルクＴrとの配分が０：１００（前輪０％、後輪１００％）になる。そして、トルクＴp＋ＴiがトルクＴpを上回った分は、回転電機１０（誘導機１２）によるアシストトルク分になる。また、Ｔp＋Ｔi＝０となるステータ電流位相角φ1（φ1＜φ2）において、Ｔr＝０となり、前輪６０の駆動トルクＴfと後輪７０の駆動トルクＴrとの配分が１００：０（前輪１００％、後輪０％）になる。そして、ステータ電流位相角をφ1〜φ2の範囲で制御することにより、前輪６０及び後輪７０に伝達される駆動トルクの配分を１００：０〜０：１００の範囲で連続的に変化させることができる。例えば、ステータ電流位相角をφ1から増大させると、エンジン３６から前輪６０に伝達されるトルクが減少するとともにエンジン３６から後輪７０に伝達されるトルクが増大する。また、ステータ巻線２０に流す電流の大きさ（ステータ電流振幅）を制御することで、前輪６０及び後輪７０に伝達される駆動トルクの大きさを制御することができる。また、ステータ電流位相角をトルクＴp＋Ｔiが負になる範囲内に制御することで、回生制動を行うことができる。回生制動を行う場合は、エンジン３６は動力を発生しないように制御される。
【００５４】
以上説明した本実施形態では、インバータ４０のスイッチング制御（ステータ電流位相角の制御）により、前輪６０及び後輪７０に伝達される駆動トルクの配分を１００：０〜０：１００の範囲で広範囲に制御することができる。さらに、駆動トルクの配分制御を行う際には、エンジン３６からの動力を用いて誘導機１４のロータ１８及び同期機１４のロータ２６に動力を発生させることができるので、蓄電装置４２の消費電力を低減することができ、駆動トルクの配分制御を長時間継続して行うことができる。したがって、本実施形態によれば、前輪６０及び後輪７０に伝達される駆動トルクの配分制御を広範囲に且つ長時間継続して行うことができる。その結果、車両運動性能を向上させることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、従来の油圧（摩擦クラッチ）を用いて駆動トルクの配分制御を行う構成と比較して、駆動トルクの配分制御の応答性及び精度を向上させることができる。さらに、駆動トルクの配分制御を行う際に生じる損失も低減することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、蓄電装置４２から誘導機１２のステータ巻線２０へ電力供給するようにインバータ４０のスイッチング制御を行うことで、後輪７０の回転駆動をアシストすることができ、前輪６０及び後輪７０に伝達される動力をエンジン３６の動力より大きくすることができる。また、ステータ巻線２０から蓄電装置４２へ電力回収するようにインバータ４０のスイッチング制御を行うことで、車両の動力を蓄電装置４２に回収する（回生制動を行う）ことができる。このように、本実施形態では、ハイブリッド車両の機能も実現することができ、燃費効率を改善することができる。
【００５７】
次に、本実施形態の他の構成例について説明する。
【００５８】
本実施形態では、図６に示すように、前輪６０と後輪７０とを交換して構成することも可能である。すなわち、前輪側プロペラシャフト５６を回転電機１０の出力軸２４（誘導機１２のロータ１８）に連結するとともに、後輪側プロペラシャフト６６を回転電機１０の入力軸３４（同期機１４のロータ２８）に連結することもできる。この場合は、ロータ１８が前輪側プロペラシャフト５６及び前輪側ディファレンシャルギア５８を介して前輪６０に連結され、ロータ２８が後輪側プロペラシャフト６６及び後輪側ディファレンシャルギア６８を介して後輪７０に連結される。そして、エンジン３６からのトルクがロータ２８及び後輪７０に伝達される。この場合も、ステータ巻線２０に流す電流（ステータ電流位相角）の制御により、前輪６０及び後輪７０に伝達される駆動トルクの配分を１００：０〜０：１００の範囲で広範囲に制御することができる。なお、この場合は、同期機１４のロータ２６，２８間に回転差を生じさせる際に前輪６０に制動力が作用しないように、ロータ２８と後輪７０との間に設けられた後輪側ディファレンシャルギア６８の終減速比Ｇrをロータ１８と前輪６０との間に設けられた前輪側ディファレンシャルギア５８の終減速比Ｇfよりも大きく設定することが好ましい。つまり、ロータ２８から後輪７０にかけての減速比をロータ１８から前輪６０にかけての減速比よりも大きく設定することが好ましい。
【００５９】
また、本実施形態では、図７に示すように、回転電機１０の入力軸３４と出力軸２４とを入れ替えて、エンジン３６の出力軸を後輪側プロペラシャフト６６及び誘導機１２のロータ１８に連結することもできる。この場合は、エンジン３６からのトルクがロータ１８及び後輪７０に伝達される。この場合も、ステータ巻線２０に流す電流（ステータ電流位相角）の制御により、前輪６０及び後輪７０に伝達される駆動トルクの配分を１００：０〜０：１００の範囲で広範囲に制御することができる。なお、この場合は、同期機１４のロータ２６，２８間に回転差を生じさせる際に前輪６０に制動力が作用しない（エンジン３６と連結されエンジン３６からのトルクが伝達されるロータ２６の回転速度がロータ２８の回転速度よりも高くなる）ように、後輪側ディファレンシャルギア６８の終減速比Ｇrを前輪側ディファレンシャルギア５８の終減速比Ｇfよりも大きく設定することが好ましい。つまり、ロータ１８から後輪７０にかけての減速比をロータ２８から前輪６０にかけての減速比よりも大きく設定することが好ましい。
【００６０】
さらに、図８に示すように、前輪側プロペラシャフト５６（前輪６０）を誘導機１２のロータ１８に連結するとともに、後輪側プロペラシャフト６６（後輪７０）を同期機１４のロータ２８に連結することもできる。この場合は、エンジン３６からのトルクがロータ１８及び前輪６０に伝達される。この場合も、ステータ巻線２０に流す電流（ステータ電流位相角）の制御により、前輪６０及び後輪７０に伝達される駆動トルクの配分を１００：０〜０：１００の範囲で広範囲に制御することができる。なお、この場合は、同期機１４のロータ２６，２８間に回転差を生じさせる際に後輪７０に制動力が作用しないように、前輪側ディファレンシャルギア５８の終減速比Ｇfを後輪側ディファレンシャルギア６８の終減速比Ｇrよりも大きく設定する、つまり、ロータ１８から前輪６０にかけての減速比をロータ２８から後輪７０にかけての減速比よりも大きく設定することが好ましい。
【００６１】
以上の実施形態では、前輪６０及び後輪７０に伝達される駆動トルクの配分を制御する場合について説明した。ただし、本実施形態では、以下に説明するように、左輪及び右輪に伝達される駆動トルクの配分を制御することもでき、本発明を２輪駆動車両の駆動力配分装置に適用することもできる。以下の説明では、左輪及び右輪は、前輪であってもよいし、後輪であってもよい。
【００６２】
図９に示す構成例では、エンジン３６の出力軸は、トランスミッション５２及び伝動機構５４を介して回転電機１０の入力軸３４と減速機構７８とに連結されている。回転電機１０の出力軸２４は、右輪側ドライブシャフト８６に連結されている。減速機構７８は、左輪側ドライブシャフト７６を介して左輪６１に連結されており、同期機１４のロータ２８は、伝動機構５４及びトランスミッション５２を介してエンジン３６の出力軸に連結されているとともに、減速機構７８及び左輪側ドライブシャフト７６を介して左輪６１に連結されている。そのため、エンジン３６からの動力は、ロータ２８に伝達されるとともに、減速機構７８で減速されてから左輪６１に伝達される。右輪側ドライブシャフト８６は右輪７１に連結されており、誘導機１２のロータ１８は、右輪側ドライブシャフト８６を介して右輪７１に連結されている。
【００６３】
図９に示す構成例では、ステータ巻線２０に流す電流（ステータ電流位相角）の制御により、左輪６１及び右輪７１に伝達される駆動トルクの配分を１００：０〜０：１００の範囲で広範囲に制御することができる。なお、減速機構７８については、左輪６１と右輪７１とで回転差が生じていない状態で、エンジン３６と連結されエンジン３６からのトルクが伝達されるロータ２８の回転速度をロータ２６の回転速度よりも高くするために設けられており、例えば遊星歯車式の減速機構を用いることができる。ただし、ロータ２８の回転速度をロータ２６の回転速度よりも高くするために、減速機構７８に代えてまたは減速機構７８に加えて、ロータ１８から右輪７１に至る動力伝達経路に動力を増速して伝達する増速機構を設けることもできる。ここでの増速機構についても、例えば遊星歯車式の減速機構を用いることができる。
【００６４】
なお、左輪６１及び右輪７１に伝達される駆動トルクの配分を制御する場合は、左輪側ドライブシャフト７６（左輪６１）を誘導機１２のロータ１８に連結するとともに、右輪側ドライブシャフト８６（右輪７１）を減速機構７８を介して同期機１４のロータ２８に連結することもできる。また、エンジン３６の出力軸を誘導機１２のロータ１８と右輪側ドライブシャフト８６（あるいは左輪側ドライブシャフト７６）とに連結し、エンジン３６からのトルクをロータ１８と右輪７１（あるいは左輪６１）とに伝達することもできる。
【００６５】
以上の実施形態では、車両を駆動するための原動機としてエンジン３６を用いた場合について説明した。ただし、本実施形態では、原動機としてエンジン３６の代わりにモータを用いることもできる。さらに、本実施形態では、エンジン３６の出力軸にモータを連結し、原動機としてエンジン３６及びモータの両方を用いることもできる。
【００６６】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用駆動力配分装置を備える車両駆動システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における回転電機の概略構成を示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態における回転電機の特性方程式を導出する際に行う座標変換を説明する図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態における回転電機の特性方程式を導出する際に行う座標変換を説明する図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態における回転電機の特性方程式を導出する際に行う座標変換を説明する図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態における回転電機の特性方程式を導出する際に行う座標変換を説明する図である。
【図４】ステータ電流位相角の変化に対する同期機のトルク及び誘導機のトルクの特性を計算した一例を示す図である。
【図５】ステータ電流位相角の変化に対する前輪及び後輪の駆動トルクの変化の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る車両用駆動力配分装置を備える車両駆動システムの他の概略構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る車両用駆動力配分装置を備える車両駆動システムの他の概略構成を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る車両用駆動力配分装置を備える車両駆動システムの他の概略構成を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る車両用駆動力配分装置を備える車両駆動システムの他の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  回転電機、１２  誘導機、１４  同期機、１６  ステータ、１８，２６，２８  ロータ、２０  ステータ巻線、２２，３０  ロータ巻線、２４  出力軸、３２  永久磁石、３４  入力軸、３６  エンジン、４０  インバータ、４２  蓄電装置、４４  外枠、５０  インバータ制御ユニット、５１  車両制御ユニット、５２  トランスミッション、５４  伝動機構、５６  前輪側プロペラシャフト、５８  前輪側ディファレンシャルギア、６０  前輪、６１  左輪、６６  後輪側プロペラシャフト、６８  後輪側ディファレンシャルギア、７０  後輪、７１  右輪、７６  左輪側ドライブシャフト、７８  減速機構、８６  右輪側ドライブシャフト。
【図１】
2008254541.tif 000012
【図２】
2008254541.tif 000013
【図３Ａ】
2008254541.tif 000014
【図３Ｂ】
2008254541.tif 000015
【図３Ｃ】
2008254541.tif 000016
【図３Ｄ】
2008254541.tif 000017
【図４】
2008254541.tif 000018
【図５】
2008254541.tif 000019
【図６】
2008254541.tif 000020
【図７】
2008254541.tif 000021
【図８】
2008254541.tif 000022
【図９】
2008254541.tif 000023