JPH1066399A - 動力伝達装置，電動機およびこの動力伝達装置を用いた車輌 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原動機の出力の一部を駆動軸に出力でき、必
要に応じて回生する簡略な構成を提供する。 【解決手段】 原動機５０の出力軸５６と駆動軸２２と
の間に、複合モータ１３０を設ける。この複合モータ１
３０は、回転磁界を形成可能なロータ１３２と裸導体４
０を有するかご型のロータバー１３４と固定子４０に設
けられた三相コイル４４を備える。複合モータ１３０
は、ロータバー１３４とロータ１３２、ロータバー１３
４と三相コイル４４とがそれぞれ誘導電動機を構成して
おり、簡易な構成であるにも関わらず、原動機５０の回
転エネルギを駆動軸２２側に出力し、あるいは三相コイ
ル４４を介して回生可能である。ロータバー１３４の裸
導体４０間の抵抗値を制御可能なフォトトランジスタＰ
Ｔを設けるなどにより、更に様々な運転制御が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原動機の出力を負
荷に接続された駆動軸に伝達する動力伝達装置、この動
力伝達装置を構成する誘導電動機およびこの動力伝達装
置を用いた車輌に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、原動機の回転軸に二つの回転子と
コイルとを設けた複合電動機を結合し、これらのコイル
への通電を制御することで、原動機の出力のトルクを変
換して外部に出力するものが知られている（例えば、特
公昭５３−５８号公報に記載された「電磁継手と三相交
流電動機の結合装置」や特開昭４８−１５４６号公報に
記載された「電磁歯車装置」など）。かかる装置では、
各コイルに通電して回転子に電磁石を形成し、この電磁
石のＳ，Ｎ極同士の吸引・反発の相互作用により、回転
子を回転している。この場合、回転子の回転は、外部の
多相交流の周期に同期的であり、形成される電磁石の極
数をＰ、多相交流の周波数をｆ、軸の回転数をｎ、とす
ると、 ｎ＝１２０×ｆ／Ｐ の関係が成り立つことが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
装置では、極数Ｐの変更は、タップの切換による他はな
く、非連続的な調整とならざるを得ないから、動力伝達
装置として、回転数とトルクをきめ細かく制御すること
ができなかった。また、これらの装置では、スリップリ
ングなどを介して電力を回転子上のコイルに供給せざる
を得ないから、ブラシなどの摺動部を持つことになり、
装置全体の信頼性が低下するという問題があった。

【０００４】本発明の動力伝達装置は、こうした問題を
解決し、きめ細かな出力制御を実現し、かつ電力制御を
非接触な構成により実現することを目的としてなされ、
次の構成を採った。また、本発明は、かかる動力伝達装
置に用いるのに適した誘導電動機および動力伝達装置を
用いた車輌を提供することも、その目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の動力伝達装置は、原動機の出力を負荷に接続され
た駆動軸に伝達する動力伝達装置であって、前記原動機
の出力軸に機械的に接続され、界磁を形成可能なロータ
と、前記ロータと電磁的に結合し、該ロータに対して相
対的に回転可能であって、前記駆動軸に結合されたロー
タバーと、該ロータバーと電磁的に結合した固定子コイ
ルと、該固定子コイルとの間で多相交流をやり取り可能
な多相交流駆動回路とを備えたことを要旨とする。

【０００６】この動力伝達装置は、原動機の出力軸に機
械的に結合されたロータと、駆動軸に結合されたロータ
バーとが電磁的に結合されており、更にロータバーと固
定子コイルとが電磁的に結合されている。従って、丁度
固定子とロータとの間にロータバーが介在する構成とな
る。ここで、固定子コイルと多相交流駆動回路との間で
多相交流をやり取りすることにより、ロータバーと固定
子コイルとの間の電磁的な結合が変化し、原動機の出力
を基にして、駆動軸に所望のトルクを伝達することが可
能になる。

【０００７】かかる動力伝達装置において、前記ロータ
に、界磁を形成可能な界磁コイルを内蔵し、この界磁コ
イルと電磁的に結合可能な励磁コイルをロータ外に設け
た構成を採ることができる。この場合には、ロータとの
間で直接エネルギのやり取りを行なうことができる。

【０００８】また、この動力伝達装置において、ロータ
バーを、前記駆動軸の軸方向に平行な複数の導体を備
え、該導体の両端にそれぞれスリップリングを備えた構
造とし、このロータバーと固定子コイルとにより、かご
型誘導機を構成することも好適である。かご型誘導機
は、同期電動機よりも構成を簡略にできるなどの利点が
得られる。また、このスリップリングに、導体間の電気
的な抵抗を変更可能な可変抵抗素子を備えれば、かご型
誘導機の特性をこの抵抗値を可変することにより、容易
に調整可能となる。

【０００９】かかる動力伝達装置は、可変抵抗素子の抵
抗値を制御して、ロータバーの出力トルクを、駆動軸に
接続された負荷に応じた値に調整するトルク調整手段を
備えるものとすることができる。ロータバーの出力トル
クを駆動軸に接続された負荷に応じた値に調整すること
により、駆動軸回転数の加速、維持、減速などを自在に
行なうことができる。

【００１０】また、こうした動力伝達装置において、多
相交流駆動回路を制御し、ロータバーの滑りを調整する
ことにより、駆動軸に出力されるトルクを調整する滑り
調整手段を備える構成を採ることも可能である。この場
合には、ロータバーの滑りを調整することにより、駆動
軸に出力されるトルクを調整することができる。

【００１１】もとより、駆動軸に出力されるトルクは、
多相交流駆動回路を制御し、固定子コイルに付与する多
相交流の周波数を調整することによっても、ロータバー
の滑りの調整を介して、制御することができる。

【００１２】本発明の動力伝達装置は、少なくとも電力
を放出可能な二次電池を備え、二次電池に蓄えられた電
力を利用して多相交流駆動回路を介して、電動機を駆動
して、駆動軸のトルクを制御する構成とすることができ
る。この構成によれば、原動機からのエネルギでは、駆
動軸側に必要とされるエネルギをまかなうことができな
いとき、二次電池に蓄えられた電力を利用して、これを
補うことができる。

【００１３】他方、少なくとも電力を充電可能な二次電
池を備え、固定子コイルから回生された電力を該二次電
池に蓄える構成とすることもできる。この場合には、原
動機の出力が駆動軸側が必要とするエネルギに対して余
剰なとき、これを二次電池に蓄えることができる。

【００１４】次に、本発明の誘導電動機の構成について
説明する。本発明の誘導電動機は、回転軸に機械的に接
続され、界磁を形成可能なロータと、前記ロータと電磁
的に結合し、該ロータに対して相対的に回転可能であっ
て、駆動軸に結合されたロータバーと、該ロータバーと
電磁的に結合した固定子コイルとを備え、該固定子コイ
ルとの間で多相交流をやり取り可能な多相交流駆動回路
により駆動される構成を有する。

【００１５】この誘導電動機は、回転軸に機械的に結合
されたロータと、駆動軸に結合されたロータバーとが電
磁的に結合されており、更にロータバーと固定子コイル
とが電磁的に結合されている。従って、丁度固定子とロ
ータとの間にロータバーが介在する構成となる。ここ
で、固定子コイルとの間で多相交流をやり取り可能な多
相交流駆動回路により駆動されることにより、ロータバ
ーと固定子コイルとの間の電磁的な結合が変化し、回転
軸側を基準として、駆動軸に所望のトルクを出力するこ
とが可能になる。

【００１６】かかる誘導電動機において、ロータに、界
磁を形成可能な界磁コイルを内蔵し、この界磁コイルと
電磁的に結合可能な励磁コイルを設けることも好適であ
る。この場合には、直接ロータとの間でエネルギを入出
力することができる。

【００１７】また、この誘導電動機を、そのロータバー
が、駆動軸の軸方向に平行な複数の導体を備え、該導体
の両端にそれぞれスリップリングを備えたかご型誘導機
として構成することもできる。更に、このスリップリン
グに、導体間の電気的な抵抗を変更可能な可変抵抗素子
を備える構成も好適である。この場合には、かご型電動
機としての利点を享受しつつ、外部から容易にその特性
を可変することができる。

【００１８】次に、本発明の車輌について説明する。本
発明の車輌は、原動機の出力軸に結合された動力伝達装
置の出力により、車輪に結合された駆動軸を駆動する車
輌であって、前記動力伝達装置は、前記原動機の出力軸
に機械的に接続され、界磁を形成可能なロータと、前記
ロータと電磁的に結合し、該ロータに対して相対的に回
転可能であって、前記駆動軸に結合されたロータバー
と、該ロータバーと電磁的に結合した固定子コイルと、
を備え、更に車輌の運転状態を検出する運転状態検出手
段と、該検出された運転状態に基づいて、該固定子コイ
ルとの間で多相交流をやり取りする多相交流駆動回路と
を備えたことを要旨とする。

【００１９】この車輌では、動力伝達装置が、原動機の
出力軸に機械的に結合されたロータと駆動軸に結合され
たロータバーとが電磁的に結合されており、更にロータ
バーと固定子コイルとが電磁的に結合された構成を有す
る。従って、この動力伝達装置では、丁度固定子とロー
タとの間にロータバーが介在する構成となる。ここで、
車輌の運転状態を検出し、この運転状態に基づいて、固
定子コイルと多相交流駆動回路との間で多相交流をやり
取りすることにより、ロータバーと固定子コイルとの間
の電磁的な結合が変化し、原動機の出力を基にして、駆
動軸に車輌の運転状態に応じたトルクを伝達することが
可能になる。

【００２０】ここで、動力伝達装置のロータバーは、前
記回転軸に平行な複数の導体からなり、その両端にスリ
ップリングが設けられてなり、このスリップリングに
は、導体間の電気的な抵抗を変更可能な可変抵抗素子を
設ける構成とすることができる。このとき、可変抵抗素
子の抵抗値を制御して、ロータバーの出力トルクを、駆
動軸に接続された負荷に応じた値に調整するトルク調整
手段を備えるものとすれば、車輌の駆動軸に接続された
負荷に応じて動力伝達装置の特性を容易に可変すること
ができ、好適である。

【００２１】もとより、車輌の運転状態に基づいて、多
相交流駆動回路を制御し、ロータバーの滑りを調整する
ことで、駆動軸に出力されるトルクを調整するといった
構成も可能である。動力伝達装置のロータバーは誘導電
動機の構成をとるから、滑りを制御することにより、容
易にその出力を調整することができる。

【００２２】また、こうした車輌に、少なくとも電力を
放出可能な二次電池を搭載し、運転状態検出手段により
検出された車輌の負荷と原動機の出力とを比較し、車輌
の負荷の方が大きい場合には、この二次電池に蓄えられ
た電力を利用して電動機を駆動して、駆動軸のトルクを
増大する構成を採ることも望ましい。原動機の出力では
不足する場合に、これを補うことができる。

【００２３】他方、少なくとも電力を充電可能な二次電
池を車載し、運転状態検出手段により検出された車輌の
負荷と原動機の出力とを比較し、車輌の負荷の方が小さ
い場合には、電動機から電力を回生し、この二次電池に
蓄える構成とすることも望ましい。この場合には、原動
機の余剰のエネルギを二次電池に蓄えることができ、エ
ネルギの利用効率が向上する。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の第１の実施例の形態としての動力
伝達装置２０およびその駆動回路の概略構成を示す構成
図、図２は図１の動力伝達装置２０を搭載する車両の概
略構成を示す構成図である。説明の都合上、まず図３を
用いて、車両全体の構成から説明する。

【００２５】図２に示すように、この車両には、動力源
である原動機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。この原動機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はモー
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。

【００２６】この原動機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、原動機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の開度を検出するスロットルポジションセ
ンサ６７や、原動機の５０の負荷を検出する吸気管負圧
センサ７２、原動機５０の水温を検出する水温センサ７
４、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
及び回転角度センサ７８などである。なお、ＥＦＩＥＣ
Ｕ７０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。

【００２７】原動機５０のクランクシャフト５６は、動
力伝達装置２０を介して駆動軸２２に結合されている。
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、駆動軸２２から出力されるトルクは最終的に左右
の駆動輪２６，２８に伝達される。動力伝達装置２０
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６５、あるいはブレーキペ
ダル６９の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジシ
ョンセンサ６９ａ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。

【００２８】動力伝達装置２０の構成について説明す
る。図１に示すように、動力伝達装置２０は、動力を発
生する原動機５０に結合され、車軸２２に動力を出力す
るものであって、複合モータ３０として実現されてい
る。この複合モータ３０は、原動機５０のクランクシャ
フト５６の一端に機械的に結合されたロータ３２、この
ロータ３２に対して相対的に回転可能であり駆動軸２２
に結合されたロータバー３４、ロータバー３４の外周に
位置する固定子３６から構成されている。また、原動機
５０の回転数θｅを検出する回転数センサ５７がクラン
クシャフト５６に、駆動軸２２の回転数θｄを検出する
回転数センサ５９が駆動軸２２に、それぞれ設けられて
いる。

【００２９】各モータの概略構成について、複合モータ
３０の断面図である図３により説明する。複合モータ３
０は、図３に示すように、ロータ３２の外周面に一対の
永久磁石３７，３８を備える。このロータ３２は、無方
向性電磁鋼板の薄板を積層することにより形成されてい
る。また、ロータバー３４は、かご型電動機におけるか
ご型巻線と同じものであり、鉄心表面の２４個の溝に裸
導体（実施例ではアルミニウム）４０を入れ、その両端
を短絡環４１によって短絡した構成を有する。ロータバ
ー３４の外見を、図４に示した。

【００３０】固定子３６には、図３に示すように、２４
本のティース４２が設けられており、このティース４２
間のスロット４３には、回転磁界を形成する三相コイル
４４が巻回されている。この固定子３６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。この三
相コイル４４に通電される三相交流により回転磁界が形
成される。固定子３６とロータバー３４およびロータ３
２との距離は、この回転磁界が、ロータバー３４のみな
らず、ロータ３２の永久磁石３７，３８とも相互作用を
生じる程度の距離とされている。

【００３１】ロータ３２上の永久磁石３７，３８が形成
する磁界と固定子３６上の三相コイル４４が形成する回
転磁界とロータバー３４における裸導体４０を流れる電
流の作用により、ロータ３２とロータバー３４は種々の
振る舞いを示す。複合モータ３０の制御の詳細について
は、後で詳しく説明する。

【００３２】次に、複合モータ３０を駆動・制御する制
御装置８０およびその駆動回路について説明する。制御
装置８０は、複合モータ３０を駆動する駆動回路９１、
駆動回路９１を制御する制御ＣＰＵ９０、二次電池であ
るバッテリ９４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ＲＯＭ
９０ｂ、入出力ポート（図示せず）及びＥＦＩＥＣＵ７
０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、回転数センサ５７から
のエンジン回転角度θｅ、回転数センサ５９からの駆動
軸回転角度θｄ、アクセルペダルポジションセンサ６５
からのアクセルペダルポジション（アクセルペダルの踏
込量）ＡＰ、シフトポジションセンサ８４からのシフト
ポジションＳＰ、駆動回路９１に設けられた２つの電流
検出器９５，９６からの電流値Ｉｕ，Ｉｖ、バッテリ９
４の残容量を検出する残容量検出器９９からの残容量Ｂ
RM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。

【００３３】また、制御ＣＰＵ９０からは、駆動回路９
１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が出
力されている。駆動回路９１内の６個のトランジスタＴ
ｒ１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Ｐ１，Ｐ２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、複合モータ３０の三相コイル（ＵＶ
Ｗ）４４の各々が、接続されている。電源ラインＰ１，
Ｐ２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。

【００３４】以上構成を説明した動力伝達装置２０の動
作について説明する。図５は、本実施例の動力伝達装置
２０や原動機を運転する運転制御ルーチンを示すフロー
チャートである。図示するように、まず制御装置８０
は、車輌の運転状態を入力する処理を行なう（ステップ
Ｓ１００）。車輌の運転状態とは、例えばアクセルペダ
ルポジションセンサ６５から読み込んだアクセルペダル
６４の操作量や原動機５０の回転角度θｄなど、車輌の
運転状態を表わしている諸量である。続いて、入力した
運転状態に基づいて、運転モードを決定する処理を行な
い（ステップＳ１１０）、決定した運転モードに従っ
て、原動機５０や複合モータ３０を運転する処理を行な
う（ステップＳ１２０）。本実施例で実現可能な運転モ
ードを図６に示す。図６は、原動機５０と組み合わせ
て、動力伝達装置２０における複合モータ３０の動作状
態の組み合わせを示す説明図である。第１の実施の形態
では、動力伝達装置２０において、制御装置８０が可変
できる対象は、原動機５０の運転または停止と、三相コ
イル４４への送電またはその停止（オフ）である。原動
機５０の運転または停止は、実際には、ＥＦＩＥＣＵ７
０を介して行なわれる。第１の実施の形態では、図６に
示した３つの運転モードが実現可能である。以下、これ
らの運転モードについて説明する。

【００３５】（１）原動機５０の出力のみで駆動軸２２
を運転するモード このモードでは、原動機５０を運転し、三相コイル４４
への送電をオフする。この場合には、クランクシャフト
５６を介してロータ３２が回転される。ロータ３２の表
面には、永久磁石３７，３８が固定されているので、ロ
ータ３２の回転により回転磁界が発生し、かご型のロー
タバー３４は、誘導機の動作原理に従い回転する。図７
に、かご型誘導機における滑り率Ｓと出力トルクＴとの
関係を例示した。図示するように、かご型誘導機におい
ては、負荷と釣り合うトルクが得られる滑り率Ｓで運転
されることになる。なお、滑り率Ｓ＝１とは、誘導電動
機が、同期速度で運転されている状態をいう。

【００３６】（２）複合モータ３０によるアシストを受
けて運転するモード このモードでは、原動機５０を運転し、かつ三相コイル
４４に送電を行なう。三相コイル４４の送電は、実際に
は、回転数センサ５９により検出した駆動軸の回転角度
θｄに基づき、ロータバー３４の回転数に応じた回転磁
界が三相コイル４４に生じるように行なう。三相コイル
４４の回転磁界によりロータバー３４は直接駆動され、
駆動軸２２の回転は、複合モータ３０によりアシストさ
れることになる。この結果、駆動軸２２は、原動機５０
の出力するトルク以上のトルクにより回転される。この
場合、複合モータ３０を回転するエネルギは、バッテリ
９４から供給される。固定子側の三相コイル４４の電圧
を高くした場合の複合モータ３０の出力トルクＴの変化
の様子を図８に示した。滑り率Ｓにより最大トルクを得
るものとしても、負荷より小さなトルクしか得られない
場合には、三相コイル４４に印可する電圧（実際には、
トランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のデューティ）を可変
することにより、動力伝達装置２０全体の出力トルクＴ
を増加するのである。

【００３７】（３）車輌走行中のエンジン始動モード このモードでは、車輌は走行しており、駆動軸２２、ひ
いてはロータバー３４は回転している。ロータバー３４
の回転により、永久磁石３７，３８を備えたロータ３２
も回転しており、原動機５０のクランクシャフト５６回
転している。この状態で、ＥＦＩＥＣＵ７０から、燃料
噴射弁５１の開弁信号やイグナイタ５８の作動信号など
が出力されると、原動機５０は始動する。

【００３８】以上説明した第１の実施の形態の動力伝達
装置２０によれば、かご型誘導機の構成を用い、原動機
５０の出力を容易にアシストすることができる。しか
も、かご型誘導機の構成を用いているので、構成が極め
て簡易なものになるという利点がある。ロータ３２に対
して相対的に回転するロータバー３４に通電を行なう必
要がなく、スリップリングや差動トランスといった部品
を備える必要がない。このため、構成が簡易で、信頼性
が高いという利点が得られる。

【００３９】なお、上記構成では、原動機５０が運転さ
れていてかつ駆動軸２２が回転していない状態（アイド
ル状態）にすることができないが、図示しないクラッチ
などにより駆動軸２２を固定する構成を設ければ良い。
この場合には、ロータ３２の回転により、三相コイル４
４には起電力が誘導されるので、駆動回路９１のトラン
ジスタＴｒ１ないしＴｒ６をオン・オフして、電力を三
相コイル４４から回生し、バッテリ９４を充電すること
も可能である。

【００４０】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。第２の実施の形態における概略構成を図９に
示す。この実施の形態では、第１の実施の形態と比べ
て、次の点が相違する。なお、第１の実施の形態と同一
の部材については、同一の符号を用いて図示・説明す
る。

【００４１】（Ａ）動力伝達装置１２０は、永久磁石３
７，３８を備えた第１の実施の形態の複合モータ３０に
代えて、ロータ励磁コイル１３３とロータフィールドコ
イル１３５を備えた複合モータ１３０を採用した。この
複合モータ１３０は、図１０に示すように、ロータ１３
２が永久磁石３７，３８に代えて、ロータフィールドコ
イル１３５を備える。また、ロータ励磁コイル１３３
が、ロータ１３２の外周に設けられている。このロータ
フィールドコイル１３５は、カップリングコイル１３３
ａと結合されている。カップリングコイル１３３ａは、
励磁コイル１３３と電磁的に結合し、励磁コイル１３３
に交流電流を流すことにより、フィールドコイル１３５
に電流を流すことが可能となっている。複合モータ１３
０における固定子のティースなどの構成は、第１の実施
の形態と同一である。

【００４２】（Ｂ）動力伝達装置１２０を制御する制御
装置１８０は、第１の実施の形態の第１の駆動回路９１
の構成に加えて、第１の駆動回路９１と同一の構成を有
する第２の駆動回路９２を備える。第２の駆動回路９２
も、そのソースラインとシンクラインがバッテリ９４の
両極に結合されており、その間に２個一組のトランジス
タＴｒ１１ないしＴｒ１６を備える。２個一組のトラン
ジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のエミクタとコレクタの
結合点には、ロータ励磁コイル１３３の三相ｕ，ｖ，ｗ
が結合されている。また、励磁コイル１３３のｕ相およ
びｖ相の電流を検出する電流検出器９７，９８も設けら
れている。トランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオン
・オフを制御する制御信号ＳＷ２が制御ＣＰＵ９０から
各トランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６に接続されてい
る。

【００４３】第２の実施の形態における動力伝達装置１
２０のその他の構成および制御装置８０による処理の内
容は、第１の実施の形態と同様である。かかる動力伝達
装置１２０では、図１１に示した５つの運転モードを実
現することができる。この５つの運転モードのうち、
（１）（２）（３）の３つは、第１の実施の形態とほぼ
同一の運転モードである。即ち、第１の実施の形態で
は、ロータ３２は永久磁石３７，３８を備え、永久磁石
による回転磁界を利用したが、この実施の形態では、ロ
ータ励磁コイル１３３に通電することにより、ロータフ
ィールドコイル１３５をオンとし、永久磁石による回転
磁界に代えているのである。もとより、この実施の形態
では、励磁コイル１３３に通電する電流の強度を代える
ことにより、ロータフィールドコイル１３５による磁界
の強さを変えることができるので、第１の実施の形態と
比べると、例えばパワーアシストのアシスト量の制御
を、励磁コイル１３３への通電を制御することにより行
なうことができるなど、制御の自由度が高いという利点
が得られる。また、図１２に示すように、三相コイルに
通電する交流の周波数を代えることによっても複合モー
タ１３０の出力トルクを変えることができる。したがっ
て、交流の周波数を変えることによっても、原動機５０
の出力と複合モータ１３０の出力とを加えたものを、負
荷とバランスさせることができる。

【００４４】他の運転モードについて説明する。 （４）減速運転モード このモードは、原動機５０を運転し、ロータ励磁コイル
１３３への通電を行なわず、即ちロータフィールドコイ
ル１３５をオフとする。このとき、車輌が走行中であれ
ば、駆動軸２２は回転しており、かご型のロータバー１
３４も回転している。そこで、固定子３６の三相コイル
４４に接続された第１の駆動回路９１のトランジスタＴ
ｒ１ないしＴｒ６を、駆動軸２２の回転に同期してオン
・オフすると、三相コイル４４に誘導された電力をバッ
テリ９４に回生することができる。このとき、ロータバ
ー１３４の裸導体に電流が流れ、ロータ１３２のロータ
フィールドコイル１３５と間で相互作用を生じる。この
結果、原動機５０の出力するエネルギは、ロータ１３２
からロータバー１３４を介して駆動軸２２に伝達される
ことになり、結局車輌の減速によるエネルギと原動機５
０の出力とが回生されることになる。なお、原動機５０
を停止していても、複合モータ１３０側からロータ１３
２が受ける力を原動機５０のクランクシャフト５６の静
止摩擦力以下に制御しながら減速を行なうのであれば、
原動機５０を逆回転することがないから、原動機５０を
停止したまま制動を行なうことができる。この場合に
は、制動によるエネルギのみを回生する運転モードとな
る。

【００４５】（５）後退、微動などの運転モード このモードでは、ロータ励磁コイル１３３への通電はオ
フとし、フィールドコイル１３５もオフとする。その上
で、原動機５０を運転もしくは停止し、複合モータ１３
０の三相コイル４４に送電する。この運転モードでは、
結局複合モータ１３０のみにより駆動軸２２が回転され
ることになる。したがって、三相コイル４４へ送電する
際、通常の回転方向に応じて三相交流を流せば、駆動軸
２２は正転して車輌は微速前進し、反対方向に三相交流
を流せば、駆動軸２２は逆転して、車輌は後退すること
になる。なお、このモードで、原動機５０を運転すれ
ば、ロータ１３２は、かご型のロータバー１３４の内部
で回転するから、ロータ励磁コイル１３３から電力を回
生することも可能である。

【００４６】この実施の形態によれば、第１の形態の効
果に加えて、ロータ１３２側の界磁の強さを自由に制御
することができ、動力伝達装置１２０により多様な動力
伝達を実現することができる。したがって、実現できる
運転モードの幅を広くすることができる。また、減速時
などに電力を回生することができるので、車輌としての
トータルなエネルギ消費を低減することができる。な
お、この実施の形態では、三相コイル４４のＵ相および
Ｖ相に流れる電流を電流検出器９５，９６により、また
ロータ励磁コイル１３３のｕ相およびｖ相に流れる電流
を電流検出器９７，９８により、各々検出しているが、
誘導電動機では、滑りにより出力を制御しているので、
各相コイルに流れる電流を検出しなくても、その運転を
制御することも可能である。

【００４７】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。第３の実施の形態は、第２の形態とほぼ同様
のハード構成を用いるが、ロータバー２３４の構成が異
なる。ロータバー２３４の構成を図１３に示した。図示
するように、このロータバー２３４に、裸導体４０を電
気的に結合する短絡環４１に代えて、絶縁環２４１を用
い、裸導体４０間にフォトトランジスタＰＴを接続して
いる。このフォトトランジスタＰＴに向き合う位置に発
光ダイオードＬＥＤが設けられており、発光ダイオード
ＬＥＤの点灯を制御することにより、裸導体４０間の抵
抗値を可変することができる。発光ダイオードＬＥＤ
は、制御装置２８０の制御ＣＰＵ２９０の出力ポートに
接続されているから、この実施の形態では、制御装置２
８０は、第２の実施の形態において制御可能であった要
素（原動機５０の運転状態、ロータ励磁コイル１３３へ
の送電の有無、固定子３６の三相コイル４４への送電の
有無）に加えて、かご型誘導機における裸導体間の抵抗
値Ｒを可変することができる。誘導電動機では、回転子
側の電流の流れ易さ、即ち抵抗値Ｒを可変することによ
り、図１４に示したように、同じ滑り率Ｓであっても、
モータの出力トルクＴを可変することができる。従っ
て、制御装置２８０は、発光ダイオードＬＥＤの発光状
態を制御して、フォトトランジスタＰＴの状態を制御す
ることにより、誘導電動機としての出力トルクを自由に
制御することができる。なお、フォトトランジスタＰＴ
は、スイッチング素子として用いてそのオン・オフのデ
ューティを制御することにより、抵抗値Ｒを可変するも
のとしても良い、照射光量に応じて電流の流れ易さが変
わるリニアな領域を利用して制御を行なっても良い。

【００４８】かかる構成を有するこの実施の形態では、
図１５に示す運転モードにより、原動機５０および動力
伝達装置１２０を運転することが可能である。この実施
の形態では、制御装置２８０による処理は第１の実施の
形態における処理（図５参照）と同一であり、また図１
５に示した運転モードのうち、（１）ないし（５）は、
第１，第２実施例で説明した運転モードとほぼ同一であ
る。そこで、（６）以降の運転モードについて説明す
る。

【００４９】（６）車輌停止状態での原動機の始動モー
ド この運転モードでは、制御装置２８０はＥＦＩＥＣＵ７
０を介して原動機５０の運転を停止している。この状態
で、発光ダイオードＬＥＤを消灯してフォトトランジス
タＰＴをオフ状態とし、ロータ励磁コイル１３３に通電
してロータフィールドコイル１３５をオンとし、更に三
相コイル４４に送電する。この結果、裸導体４０には電
流が流れず、三相コイル４４とロータ１３２のフィール
ドコイル１３５による磁界との相互作用により、ロータ
１３２、延いてはクランクシャフト５６が回転される。
クランクシャフト５６の回転に応じて、ＥＦＩＥＣＵ７
０により燃料噴射弁５１やイグナイタ５８の制御を行な
うことは、（１）の運転モードと同様である。この運転
モード（６）では、裸導体４０に電流が流れないことか
ら、ロータバー１３４、延いては駆動軸２２を回転させ
る力は働かず、原動機５０の始動に伴って駆動軸２２を
特に固定しておく必要がない。

【００５０】（７）車輌発進モード１ このモードは、図示するように、原動機５０を停止した
状態で車輌を発進・走行させる運転モードである。この
場合には、ロータ励磁コイル１３３への通電をオフと
し、三相コイル４４への送電のみ行なう。従って、この
構成では、固定子３６側の三相コイル４４とロータバー
１３４とでかご型誘導電動機を構成していることにな
る。発光ダイオードＬＥＤの状態をオフ（抵抗値大）か
らオン（抵抗値小または０）へと制御することにより、
複合モータ１３０におけるロータバー１３４の出力トル
クＴは徐々に増大し、ロータバー１３４に結合された駆
動軸２２が回転されて、車輌は発進する。発進後は、三
相コイル４４に流れる電流を制御することにより、自由
に駆動軸２２のトルク、回転数を制御して、走行するこ
とができる。

【００５１】（８）車輌発進モード２ このモードは、上記の発進モードに加えて、原動機５０
を運転状態としたものであり、原動機５０の出力を駆動
軸２２側に出力すべく、ロータ励磁コイル１３３もオン
状態とするものである。バッテリ９４の充電の割合が低
いと判断された場合などには、原動機５０を、上記の原
動機始動モードなどによりバッテリ９４の電力を利用し
て起動すると、後は主として原動機５０の出力を利用し
て、車輌を発進させる。車輌が発進した後は、原動機５
０の出力のみで単に運転するモード（１）、または車輌
減速中や車輌停止中に電力をバッテリ９４に回生する運
転モード（４）（９）により運転を行なう。バッテリ９
４の充電状態が高まれば、原動機５０を停止して、バッ
テリ９４の電力を利用した複合モータ１３０による運転
モード（７）や、原動機５０の出力を複合モータ１３０
によりアシストして高トルクで運転するモード（２）な
どで、車輌を運転することができる。

【００５２】（９）車輌停止中の充電モード この運転状態では、原動機５０は運転されており、ロー
タ励磁コイル１３３およびロータフィールドコイル１３
５がオン状態とされる。また、発光ダイオードＬＥＤは
消灯されており、フォトトランジスタＰＴはオフ状態と
される。したがって、この状態では、裸導体４０には電
流は流れず、ロータ１３２のロータフィールドコイル１
３５の固定子３６側の三相コイル４４とが直接相互作用
を生じる。そこで、運転モード（４）同様、三相コイル
４４側の第１の駆動回路９１の各トランジスタＴｒ１な
いしＴｒ６のオンオフを制御すれば、原動機５０の出力
するエネルギの大部分を三相コイル４４を介して、バッ
テリ９４に回生することができる。

【００５３】（１０）運転停止モード 車輌を停止し使用しない場合などには、原動機５０をは
じめとして、総ての動作をオフ状態とする。なお、走行
中の信号待ちで車輌が停止している場合などにも、この
運転停止モードとする事ができる。この状態から、使用
者がアクセルペダル６４を踏み込めば、制御装置２８０
は、上述した車輌発進モード（７）（８）により、車輌
を発進することができる。原動機５０を停止したまま車
輌を発進した場合でも、その後、いつでも必要に応じ
て、上述した始動モード（３）（６）により、原動機５
０を始動することができる。

【００５４】以上説明した第３の実施の形態によれば、
車輌の運転状態に応じて、動力伝達装置１２０を自由に
制御して、必要なトルクを駆動軸２２に出力すると共
に、余剰のエネルギの回生、原動機５０の必要最小限の
運転などを実現することができる。この結果、かご型誘
導電動機を基本構成とするシンプルな構成により、動力
伝達装置１２０を構成することができ、かつ必要な動力
を駆動軸２２に伝達・出力することができる。

【００５５】以上、本発明のいくつかの実施の形態につ
いて説明したが、本発明は、こうした実施の形態に何ら
限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲
内において、種々なる形態で実施することができる。例
えば、この動力伝達装置を図１６に示すにように４輪駆
動車（４ＷＤ）に適用するようにしても良い。即ち、図
１６に示す構成では、前輪側の駆動軸２２には、上述し
た動力伝達装置１２０をそのまま配置し、駆動軸２２に
設けたギヤ２３およびディファレンシャルギヤ２４を介
して、前輪部の駆動輪２６，２８を駆動する。他方、車
両の後輪側の駆動軸には独立のモータ３４０を配置し、
後輪部の駆動輪２７，２９を、このモータ３４０によっ
て駆動する。モータ３４０の駆動用に、第１，第２の駆
動回路９１，９２と同一の構成を有する第３の駆動回路
９３を設ける。制御装置２８０その他の構成は、第３の
実施の形態と同様である。

【００５６】かかる構成では、前輪側の駆動輪２６，２
８については、図１５に示した総ての運転モードによる
運転が可能となり、更に後輪側の駆動輪２７，２９につ
いては、バッテリ９４の電力を利用して出力トルクのア
シスト制御を行なったり、逆に余剰のエネルギをモータ
３４０を介して回生し、バッテリ９４に蓄えるといった
制御を行なうことができる。

【００５７】また、上述した各実施の形態においては、
原動機５０としてガソリンにより運転されるガソリンエ
ンジンを用いていたが、その他にも、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
内燃或いは外燃機関を用いることができる。

【００５８】第１及び第２の駆動回路９１，９２として
は、トランジスタインバータを用いていたが、その他に
も、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が用いることができる。

【００５９】また、バッテリ９４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９４に代えてキャパシタを用いる
こともできる。

【００６０】以上の各実施例では、動力伝達装置を車両
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，航空機などの輸送機器
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伝達装置２
０の概略構成を示す構成図である。

【図２】図１の動力伝達装置２０を搭載する車両の概略
構成を示す構成図である。

【図３】複合モータ３０の構造を、回転軸に交差する方
向の断面により模式的に示す説明図である。

【図４】ロータバー３４の構造を示す斜視図である。

【図５】動力伝達装置２０などの運転制御の処理を示す
フローチャートである。

【図６】第１の実施の形態における運転モードを例示す
る説明図である。

【図７】誘導電動機の運転特性を示すグラフである。

【図８】同じく誘導電動機のステータの三相コイルの電
圧ｖと出力トルクとの関係を示すグラフである。

【図９】本発明の第２の実施の形態における動力伝達装
置１２０の概略構成を示す構成図である。

【図１０】第２の実施の形態における複合モータ１３０
の構造を、回転軸に交差する方向の断面により模式的に
示す説明図である。

【図１１】第２の実施の形態における運転モードを例示
する説明図である。

【図１２】誘導電動機の三相コイルに印可する交流の周
波数と出力トルクＴとの関係を例示するグラフである。

【図１３】本発明の第３の実施の形態における要部であ
るロータバー２３４の構成を例示する説明図である。

【図１４】誘導電動機の裸導体間の抵抗値Ｒと出力トル
クＴとの関係を例示するグラフである。

【図１５】第３の実施の形態における運転モードを例示
する説明図である。

【図１６】本発明の動力伝達装置を４輪駆動車に適応し
た場合の構成を示す構成図である。

【符号の説明】

２０…動力伝達装置 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…複合モータ ３２…ロータ ３４…ロータバー ３６…固定子 ３７，３８…永久磁石 ４０…裸導体 ４１…短絡環 ４２…ティース ４３…スロット ４４…三相コイル ５０…原動機 ５１…燃料噴射弁 ５２…燃焼室 ５４…ピストン ５６…クランクシャフト ５７…回転数センサ ５８…イグナイタ ５９…回転数センサ ６０…ディストリビュータ ６２…点火プラグ ６４…アクセルペダル ６５…アクセルペダルポジションセンサ ６６…スロットルバルブ ６７…スロットルポジションセンサ ６８…モータ ６９…ブレーキペダル ６９ａ…ブレーキペダルポジションセンサ 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 １２０…動力伝達装置 １３０…複合モータ １３２…ロータ １３３…ロータ励磁コイル １３３ａ…カップリングコイル １３４…ロータバー １３５…ロータフィールドコイル １８０…制御装置 ２３４…ロータバー ２４１…絶縁環 ２８０…制御装置 ２９０…制御ＣＰＵ ３４０…モータ ＬＥＤ…発光ダイオード ＰＴ…フォトトランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｐ 7/36 Ｈ０２Ｐ 7/36 Ｊ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原動機の出力を負荷に接続された駆動軸
   に伝達する動力伝達装置であって、 前記原動機の出力軸に機械的に接続され、界磁を形成可
   能なロータと、 前記ロータと電磁的に結合し、該ロータに対して相対的
   に回転可能であって、前記駆動軸に結合されたロータバ
   ーと、 該ロータバーと電磁的に結合した固定子コイルと、 該固定子コイルとの間で多相交流をやり取り可能な多相
   交流駆動回路とを備えた動力伝達装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の動力伝達装置であって、 前記ロータは、界磁を形成可能な界磁コイルを内蔵し、 該界磁コイルと電磁的に結合可能な励磁コイルを設けた
   動力伝達装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の動力伝達装置であって、 前記ロータバーは、前記駆動軸の軸方向に平行な複数の
   導体を備え、該導体の両端にそれぞれスリップリングを
   備え、 該ロータバーと前記固定子コイルとにより、かご型誘導
   機を構成した動力伝達装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の動力伝達装置であって、 前記スリップリングに搭載され、前記導体間の電気的な
   抵抗を変更可能な可変抵抗素子を備えた動力伝達装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の動力伝達装置であって、 前記可変抵抗素子の抵抗値を制御して、前記ロータバー
   の出力トルクを、前記駆動軸に接続された負荷に応じた
   値に調整するトルク調整手段を備えた動力伝達装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の動力伝達装置であって、 前記多相交流駆動回路を制御し、前記ロータバーの滑り
   を調整することにより、前記駆動軸に出力されるトルク
   を調整する滑り調整手段を備えた動力伝達装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の動力伝達装置であって、 前記多相交流駆動回路を制御し、前記固定子コイルに付
   与する多相交流の周波数を調整することにより、ロータ
   バーの滑りを可変して前記駆動軸に出力されるトルクを
   調整する周波数調整手段を備えた動力伝達装置。
8. 【請求項８】 請求項１記載の動力伝達装置であって、 少なくとも電力を放出可能な二次電池を備え、 該二次電池に蓄えられた電力を利用して前記多相交流駆
   動回路を介して、前記電動機を駆動して、前記駆動軸の
   トルクを制御する動力伝達装置。
9. 【請求項９】 請求項１記載の動力伝達装置であって、 少なくとも電力を充電可能な二次電池を備え、 前記固定子コイルから回生された電力を該二次電池に蓄
   える動力伝達装置。
10. 【請求項１０】 回転軸に機械的に接続され、界磁を形
    成可能なロータと、 前記ロータと電磁的に結合し、該ロータに対して相対的
    に回転可能であって、駆動軸に結合されたロータバー
    と、 該ロータバーと電磁的に結合した固定子コイルとを備
    え、 該固定子コイルとの間で多相交流をやり取り可能な多相
    交流駆動回路により駆動される誘導電動機。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の誘導電動機であっ
    て、 前記ロータは、界磁を形成可能な界磁コイルを内蔵し、 該界磁コイルと電磁的に結合可能な励磁コイルを設けた
    誘導電動機。
12. 【請求項１２】 請求項１０記載の誘導電動機であっ
    て、 前記ロータバーは、前記駆動軸の軸方向に平行な複数の
    導体を備え、該導体の両端にそれぞれスリップリングを
    備えた誘導電動機。
13. 【請求項１３】 前記スリップリングに搭載され、前記
    導体間の電気的な抵抗を変更可能な可変抵抗素子を備え
    た請求項１０記載の誘導電動機。
14. 【請求項１４】 原動機の出力軸に結合された動力伝達
    装置の出力により、車輪に結合された駆動軸を駆動する
    車輌であって、 前記動力伝達装置は、 前記原動機の出力軸に機械的に接続され、界磁を形成可
    能なロータと、 前記ロータと電磁的に結合し、該ロータに対して相対的
    に回転可能であって、前記駆動軸に結合されたロータバ
    ーと、 該ロータバーと電磁的に結合した固定子コイルと、 を備え、更に車輌の運転状態を検出する運転状態検出手
    段と、 該検出された運転状態に基づいて、該固定子コイルとの
    間で多相交流をやり取りする多相交流駆動回路とを備え
    た車輌。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の車輌であって、 前記動力伝達装置のロータバーは、前記回転軸に平行な
    複数の導体からなり、その両端にスリップリングが設け
    られてなり、 該スリップリングには、前記導体間の電気的な抵抗を変
    更可能な可変抵抗素子が設けられ、 前記可変抵抗素子の抵抗値を制御して、前記ロータバー
    の出力トルクを、前記駆動軸に接続された負荷に応じた
    値に調整するトルク調整手段を備えた車輌。
16. 【請求項１６】 請求項１４記載の車輌であって、 前記検出された車輌の運転状態に基づいて、前記多相交
    流駆動回路を制御し、前記ロータバーの滑りを調整する
    ことにより、前記駆動軸に出力されるトルクを調整する
    滑り調整手段を備えた車輌。
17. 【請求項１７】 請求項１４記載の車輌であって、 少なくとも電力を放出可能な二次電池を備え、 前記運転状態検出手段により検出された車輌の負荷と、
    前記原動機の出力とを比較し、該車輌の負荷の方が大き
    い場合には、該二次電池に蓄えられた電力を利用して前
    記電動機を駆動して、前記駆動軸のトルクを増大する車
    輌。
18. 【請求項１８】 請求項１４記載の車輌であって、 少なくとも電力を充電可能な二次電池を備え、 前記運転状態検出手段により検出された車輌の負荷と、
    前記原動機の出力とを比較し、該車輌の負荷の方が小さ
    い場合には、前記電動機から電力を回生し、該二次電池
    に蓄える車輌。