(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
第１回転子と結合された第２回転子であって、第１回転子導体に接続され且つ回転磁界を発生可能な第２回転子導体が配設された第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回転子との間で回転力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回転子導体及び第２回転子導体で互いに逆方向になるように、第１回転子導体及び第２回転子導体が接続されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
第１回転子導体及び第２回転子導体がともに複数相の巻線により構成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機であって、
固定子導体は、電源に対して電力の送受が可能であることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の回転電機であって、
固定子導体が複数相の巻線により構成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１または２に記載の回転電機であって、
固定子導体が短絡導体により構成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１に記載の回転電機であって、
第１回転子及び第２回転子が一体化されて構成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１に記載の回転電機であって、
第１及び第２回転子と第３回転子との少なくとも一方の回転を拘束することが可能な回転拘束装置が設けられていることを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１に記載の回転電機であって、
第３回転子に磁極として永久磁石が配設されていることを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１に記載の回転電機と、
第１回転子及び第３回転子の一方と連結され且つ動力を発生可能なエンジンと、
を備え、
第１回転子及び第３回転子の他方と連結された出力軸から動力の出力が可能であることを特徴とするハイブリッド駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力の発生と発電を行うことが可能な回転電機、及びそれを備えるハイブリッド駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
動力発生源としてエンジンと電動機を備えるハイブリッド駆動装置については、例えば図８に示す構成が提案されている。図８に示す構成例では、エンジン１３６の動力は、遊星歯車機構で構成される動力分配機構１３７により２分配される。分配されたエンジン１３６の動力の一方は車輪１３８に伝達され、分配されたエンジン１３６の動力の他方は発電機１１４による発電電力に変換される。発電機１１４による発電電力は、インバータ１４０，１４１で電力変換（インバータ１４０では交流から直流、インバータ１４１では直流から交流）が行われてからモータ１１２に供給される。モータ１１２は、供給された電力をロータ（図示せず）の動力に変換して車輪１３８を回転駆動する。このように、図８に示す構成では、エンジン１３６と車輪１３８との間の動力伝達経路として、エンジン１３６からの機械的動力を車輪１３８に伝達する伝達経路（機械パスによる伝達経路）と、発電機１１４、インバータ１４０，１４１、及びモータ１１２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。
【０００３】
また、回転電機については、例えば下記特許文献１〜４に示す構成が開示されている。特許文献１，３による回転電機は、各々が固定子及び回転子を有する２つの誘導機により構成されている。そして、２つの誘導機の回転子同士が結合され、２つの誘導機の回転子巻線同士が接続されている。
【０００４】
特許文献２による回転電機は、固定子及び回転子を有する誘導機と、固定子及び回転子を有する同期機とにより構成されている。そして、誘導機の回転子と同期機の回転子とが結合されている。
【０００５】
特許文献４による回転電機は、外部とのエネルギー変換を主として行う第１の電機子コイルを持つ第１の固定子と、第１の固定子に空隙を介して対向するように配置された第１の回転子と、第２の電機子コイルを持ち且つ第１の回転子に別の空隙を介して対向するように配置された第２の固定子と、第１の回転子の回転軸に独立して回転できるよう支承されたフライホイールと、第１の回転子にさらに別の空隙を介して対向する位置においてフライホイールに結合された第２の回転子とを備える。そして、第１の回転子における第２の固定子と対向する面及び第２の回転子と対向する面に導体が配置されており、これらの導体が接続されている。さらに、第２の回転子における第１の回転子と対向する面にも導体が配置されている。特許文献４においては、互いに対向配置された第１の回転子及び第２の固定子により誘導機が構成される。さらに、互いに対向配置された第１の回転子及び第２の回転子によっても別の誘導機が構成される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３３９９７６号公報
【特許文献２】特開２００１−２５８１５９号公報
【特許文献３】特開２００２−９５２８８号公報
【特許文献４】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】
【０００７】
図８に示す構成例では、電気パスによる動力伝達がインバータ１４０，１４１を介して行われるが、インバータ１４０，１４１による電力変換の際には損失が生じる。そのため、電気パスによる動力伝達が行われるときの損失が増大し、動力伝達効率が低下してしまうという問題点がある。
【０００８】
本発明は、損失を低減することができる回転電機及びそれを備えるハイブリッド駆動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】
【０００９】
本発明に係る回転電機及びそれを備えるハイブリッド駆動装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【００１０】
本発明に係る回転電機は、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、第１回転子と結合された第２回転子であって、第１回転子導体に接続され且つ回転磁界を発生可能な第２回転子導体が配設された第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回転子との間で回転力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回転子導体及び第２回転子導体で互いに逆方向になるように、第１回転子導体及び第２回転子導体が接続されていることを要旨とする。
【００１１】
本発明では、同期機の第３回転子及び誘導機の第１回転子が独立して回転可能であり、第３回転子と第１回転子との間の動力伝達経路として、第２回転子を介した機械パスによる伝達経路と、第２回転子導体及び第１回転子導体を介した電気パスによる伝達経路と、が設けられる。第２回転子導体及び第１回転子導体を介した電気パスによる動力伝達の際には、インバータ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ので、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。したがって、本発明によれば、第３回転子と第１回転子との間の動力伝達の際に生じる損失を低減することができる。
【００１２】
本発明では、第１回転子導体及び第２回転子導体をともに複数相の巻線により構成することができる。
【００１３】
本発明では、固定子導体は、電源に対して電力の送受が可能であることが好適である。本発明では、固定子導体を複数相の巻線により構成することができる。また、本発明では、固定子導体を短絡導体により構成することもできる。
【００１４】
本発明では、第１回転子及び第２回転子が一体化されて構成されていることが好適である。さらに、第１回転子導体及び第２回転子導体を一体のかご型導体により構成することもできる。
【００１５】
本発明では、第１及び第２回転子と第３回転子との少なくとも一方の回転を拘束することが可能な回転拘束装置が設けられていることが好適である。また、本発明では、第３回転子に磁極として永久磁石が配設されていることが好適である。
【００１６】
また、本発明に係るハイブリッド駆動装置は、本発明に係る回転電機と、第１回転子及び第３回転子の一方と連結され且つ動力を発生可能なエンジンと、を備え、第１回転子及び第３回転子の他方と連結された出力軸から動力の出力が可能であることを要旨とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１，２は、本発明の実施形態に係る回転電機を備えるハイブリッド駆動装置の構成の概略を示す図であり、図１は全体構成の概略を示し、図２は回転電機１０の構成の概略を示す。本実施形態に係るハイブリッド駆動装置は、動力を発生可能なエンジン（内燃機関）３６と、エンジン３６と車輪３８との間に設けられた回転電機１０と、を備えている。そして、回転電機１０は、車輪３８に連結された誘導機１２と、エンジン３６と誘導機１２との間に設けられた同期機１４と、を備えている。なお、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置については、例えば車両を駆動するための動力出力装置として用いることができる。
【００１９】
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。
【００２０】
ロータ１８は回転電機１０の出力軸２４と連結されており、回転電機１０の出力軸２４は車輪３８と連結されている。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との間で回転力が作用する。
【００２１】
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、誘導機１２のロータ１８と回転軸４８を介して結合されている。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。
【００２２】
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及びロータ巻線３０で互いに逆方向になるように、ロータ巻線２２及びロータ巻線３０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及びロータ巻線３０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及びロータ巻線３０は、磁気的には絶縁されるように配置されている。
【００２３】
ロータ（アウターロータ）２８は回転電機１０の入力軸３４と連結されており、回転電機１０の入力軸３４はエンジン３６と連結されている。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により、ロータ２６とロータ２８との間で回転力が作用する。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）型同期機により構成される。そして、本実施形態に係る回転電機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。
【００２４】
直流電源として設けられた充放電可能な二次電池４２は、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二次電池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、電気エネルギーを二次電池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は二次電池４２に対して電力の送受が可能である。
【００２５】
ブレーキ４６は、その係合／解放の切り替えによって、回転電機１０の入力軸３４、すなわちエンジン３６及びロータ２８の回転の拘束／その解除を切り替えることが可能である。
【００２６】
電子制御ユニット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のステータ巻線２０の各相に流れる交流電流を制御する。そして、電子制御ユニット５０は、エンジン３６の運転状態を制御する。さらに、電子制御ユニット５０は、ブレーキ４６の係合／解放を切り替えることで、回転電機１０の入力軸３４（エンジン３６及びロータ２８）の回転の拘束／その解除を切り替える制御を行う。
【００２７】
次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置の動作について説明する。
【００２８】
エンジン３６の動力を用いて負荷を駆動する（車輪３８を回転駆動する）場合は、電子制御ユニット５０は、ブレーキ４６を解放状態に制御して、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が回転駆動することで、エンジン３６と連結された同期機１４のロータ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作用により、ロータ２６に回転力が作用してロータ２６が回転駆動する。つまりロータ２６と連結された車輪３８が回転駆動する。
【００２９】
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に回転力が作用する。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及びロータ巻線３０で互いに逆方向であるため、誘導機１２のロータ１８に作用する回転力の方向は、同期機１４のロータ２６に作用する回転力の方向と同方向になる。したがって、誘導機１２のロータ１８に作用する回転力によっても、ロータ１８と連結された車輪３８が回転駆動する。
【００３０】
このように、本実施形態では、図１に示すように、エンジン３６（入力軸３４）と車輪３８（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、車輪３８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。
【００３１】
さらに、本実施形態では、電子制御ユニット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、負荷の駆動制御を行うことができる。例えば、電子制御ユニット５０は、二次電池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に回転力を作用させることができ、ロータ１８と連結された車輪３８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、二次電池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の動力を用いて車輪３８を回転駆動するとともに、ステータ巻線２０への供給電力を用いて発生させたロータ１８の動力により車輪３８の回転駆動をアシストすることができる。この場合、車輪３８に伝達される動力は、エンジン３６の動力より大きくなる。
【００３２】
一方、電子制御ユニット５０は、誘導機１２のステータ巻線２０から二次電池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の動力を用いて車輪３８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の電力に変換して二次電池４２に回収することができる。この場合、車輪３８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、電子制御ユニット５０は、負荷の減速運転時において、誘導機１２のステータ巻線２０から二次電池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、負荷の動力を誘導機１２のステータ巻線２０の電力に変換して二次電池４２に回収することができる。
【００３３】
また、本実施形態において、エンジン３６の動力を用いずに回転電機１０の動力を用いて負荷を駆動する（車輪３８を回転駆動する）ＥＶ走行を行う場合は、電子制御ユニット５０は、ブレーキ４６を係合状態に制御することで、エンジン３６及びロータ２８の回転を拘束する。その状態で、電子制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング動作を制御することで、負荷の駆動制御を行う。例えば、電子制御ユニット５０は、二次電池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に誘導電流が発生することで、ロータ１８に回転力が作用する。さらに、ロータ巻線２２に発生した誘導電流はロータ巻線３０にも流れ、このロータ巻線３０に流れる誘導電流により、ロータ１８の回転磁界と逆方向の回転磁界が同期機１４のロータ２６に形成される。そして、このロータ巻線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により、ロータ１８の回転力と同方向の回転力がロータ２６に作用する。そのため、ロータ１８，２６と連結された車輪３８が回転駆動する。一方、電子制御ユニット５０は、負荷の減速運転時において、誘導機１２のステータ巻線２０から二次電池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、負荷の動力を誘導機１２のステータ巻線２０の電力に変換して二次電池４２に回収することができる。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
【数１】
0004539528.tif 000002
【００３８】
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。
【００３９】
【数２】
0004539528.tif 000003
【００４０】
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。
【００４１】
【数３】
0004539528.tif 000004
【００４２】
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。
【００４３】
【数４】
0004539528.tif 000005
【００４４】
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（エンジン３６）の角速度（＝ｄθe／ｄｔ）、ωwは出力軸２４（車輪３８）の角速度（＝ｄθw／ｄｔ）、ωe'＝２×ωw−ωeである。
【００４５】
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。
【００４６】
【数５】
0004539528.tif 000006
【００４７】
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。
【００４８】
【数６】
0004539528.tif 000007
【００４９】
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。
【００５０】
【数７】
0004539528.tif 000008
【００５１】
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。
【００５２】
【数８】
0004539528.tif 000009
【００５３】
また、誘導機１２のすべりは、以下の（１０）式で表される。
【００５４】
【数９】
0004539528.tif 000010
【００５５】
ここで、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。図４は、ωe＝２００［ｒａｄ／ｓ］、ωw＝１９０［ｒａｄ／ｓ］、ステータ電流の大きさ１００［Ａ］の条件で、同期機１４のトルクＴp及び誘導機１２のトルクＴiを計算した例を示している。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。
【００５６】
以上説明した本実施形態では、ロータ巻線３０及びロータ巻線２２を介した電気パスによる動力伝達の際には、インバータ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。したがって、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、エンジン３６と車輪３８との間の動力伝達効率を向上させることができる。さらに、本実施形態では、前述の図８に示す構成と比較して、インバータの個数を減らすことができるので、装置の小型化及び低コスト化を実現することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、エンジン３６と車輪３８との間に設けられた回転電機１０によりトルクコンバータの機能も実現することができる。入力軸３４（ロータ２８）と出力軸２４（ロータ１８，２６）とが独立して回転可能であるため、エンジン３６及び車輪３８の係合／解放を切り替えるクラッチを省略することができる。
【００５８】
なお、特許文献１，３には、２つの誘導機の回転子同士を結合し且つ２つの誘導機の回転子巻線同士を接続した回転電機が示されている。しかし、特許文献１，３では、２つの誘導機はともに固定子と回転子により構成されており、回転電機の回転軸は１つである。これに対して本実施形態に係る回転電機１０は、互いに独立して回転可能な２つの回転軸を有するため、特許文献１，３とは異なる。さらに、本実施形態に係る回転電機１０は、同期機１４と誘導機１２とを結合する点でも特許文献１，３と異なる。また、特許文献２には、誘導機の回転子と同期機の回転子とを結合した回転電機が示されている。しかし、特許文献２においても、誘導機及び同期機はともに固定子と回転子により構成されており、回転電機の回転軸は１つである。さらに、特許文献２には、誘導機の回転子巻線と同期機の回転子巻線とを接続することについては示されていない。また、特許文献４では、互いに対向配置された第１の回転子及び第２の固定子により誘導機が構成され、互いに対向配置された第１の回転子及び第２の回転子により別の誘導機が構成される。これに対して本実施形態に係る回転電機１０は、同期機１４と誘導機１２とを結合する点で特許文献４と異なる。さらに、特許文献４には、第１の回転子に配置された２つの導体が形成する回転磁界の方向についても言及が無い。このように、本実施形態に係る回転電機１０は、特許文献１〜４とは異なる。
【００５９】
ロータ２８に誘導巻線を配設してロータ２６，２８により誘導機を構成する場合を考えると、ロータ２８の誘導巻線に電力供給するためにスリップリング及びインバータが必要となるが、本実施形態では、ロータ２８に永久磁石３２を配設することで、スリップリング及びインバータが不要となる。さらに、磁石磁束に対するステータ電流位相角の制御により、同期機１４のトルク及び誘導機１２のトルクを自由に制御することができる。
【００６０】
次に、本実施形態の他の構成例について説明する。
【００６１】
図５Ａ、図５Ｂに示す構成例では、同期機１４のロータ２６と誘導機１２のロータ１８とが一体化されて構成されている。ロータ１８，２６は同期機１４のロータ２８の外側に配置されており、誘導機１２のステータ１６はロータ１８，２６の外側に配置されている。図５Ａ、図５Ｂの他の構成及び動作については、図２に示す構成例と同様である。
【００６２】
また、図６に示す構成例では、図２に示す構成例と比較して、ブレーキ４６及びインバータ４０が省略されており、誘導機１２のステータ１６に配設されたステータ巻線２０が短絡されている。ただし、ステータ１６に配設する固定子導体として、ステータ巻線２０（短絡巻線）の代わりにかご型導体を用いることもできる。回転電機１０の出力軸２４は、変速機（図示せず）を介して車輪３８に連結されている。
【００６３】
図６に示す構成例でも、回転電機１０の入力軸３４と連結されたエンジン３６が回転駆動することで、ロータ２８が回転駆動して永久磁石３２の発生する界磁束が回転磁界を形成する。この回転磁界により、ロータ巻線３０に誘導電流が発生してロータ２６に回転磁界が形成される。そして、ロータ巻線３０による回転磁界と永久磁石３２による界磁束との相互作用（吸引作用）により、ロータ２６に回転力が作用してロータ２６（車輪３８）が回転駆動する。また、ロータ巻線３０に発生した誘導電流はロータ巻線２２にも流れることで、ロータ２６の回転磁界と逆方向の回転磁界がロータ１８に形成されるため、ステータ巻線２０に誘導電流が発生する。そして、ロータ巻線２２による回転磁界及びステータ巻線２０の誘導電流によって、ロータ２６の回転力と同方向の回転力がロータ１８に作用する。このロータ１８に作用する回転力によっても、車輪３８が回転駆動する。このように、図６に示す構成例でも、入力軸３４と出力軸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を介した電気パスによる伝達経路と、が設けられる。そして、図６に示す構成例でも、回転電機１０によりトルクコンバータの機能を実現することができる。入力軸３４（ロータ２８）と出力軸２４（ロータ１８，２６）とが独立して回転可能であるため、エンジン３６及び車輪３８の係合／解放を切り替えるクラッチを省略することができる。
【００６４】
また、図７に示す構成例では、図２に示す構成例と比較して、同期機１４のロータ２６と誘導機１２のロータ１８とが一体化されて構成されている。そして、ロータ１８，２６に配設される回転子導体が、一体のかご型導体２３により構成されている。図７に示す構成例によれば、ロータ１８，２６の構成を簡略化することができる。
【００６５】
以上説明した図２，５Ａ，５Ｂ，６，７に示す構成例では、同期機１４のロータ２８に配設する磁極として、永久磁石３２の代わりに電磁石を用いることもできる。ロータ２８に電磁石を配設する場合は、スリップリングを介して電磁石の巻線に電流を流すことで、電磁石による界磁束を発生させることができる。また、ロータ２８に電磁石を配設する場合は、例えば低負荷時に、電磁石の巻線への電流を停止することもできる。
【００６６】
以上説明した図２，５Ａ，５Ｂ，６，７示す構成例では、回転電機１０の入力軸３４と出力軸２４とを入れ替えることもできる。すなわち、誘導機１２のロータ１８（同期機１４のロータ２６）をエンジン３６と連結し、同期機１４のロータ２８を車輪３８と連結することもできる。その場合は、係合／解放の切り替えによりロータ１８，２６（エンジン３６）の回転の拘束／その解除を切り替えることが可能なブレーキ４６を設けることができる。また、本実施形態では、係合／解放の切り替えにより回転の拘束／その解除を切り替えることが可能なブレーキ４６を、回転電機１０の入力軸３４側及び出力軸２４側の両方に設けることもできる。
【００６７】
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】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係る回転電機を備えるハイブリッド駆動装置の構成の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る回転電機の構成の概略を示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に係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係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係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係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５Ａ】本発明の実施形態に係る回転電機の他の構成の概略を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に係る回転電機の他の構成の概略を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る回転電機の他の構成の概略を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る回転電機の他の構成の概略を示す図である。
【図８】関連技術に係るハイブリッド駆動装置の構成の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
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、３８  車輪、４０  インバータ、４２  二次電池、４６  ブレーキ、５０  電子制御ユニット。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
0004539528.tif 000016
【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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