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【発明の名称】 動力出力装置
【発明者】 【氏名】川島 由浩

【氏名】社本 純和
【要約】 【課題】電動機が高回転で回転している最中に制御できなくなり発電機として動作したときのインバータ回路や蓄電手段の保護を図る。

【解決手段】駆動軸２２が高回転している最中にアシストモータ４０の制御ができなくなったときには、システムメインリレー９４ａ，９４ｂをオフすることによりバッテリ９４を遮断すると共に、第２の駆動回路９２のダイオードＤ１１〜Ｄ１６により構成される三相全波整流回路を介してアシストモータ４０により回生される電力を、第１の駆動回路９１のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオンオフ制御することによりクラッチモータ３０を電動機として動作させて消費する。この結果、アシストモータ４０によって回生される電力によるバッテリ９４の過充電を防止することができ、アシストモータ４０の逆起電圧をコンデンサ９３の耐電圧未満にしてコンデンサ９３の破損を防止することができる。
【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、前記駆動軸と動力のやり取りをする電動機と、蓄電手段を有し、該電動機へ電力の供給が可能な電力供給手段と、複数のスイッチング素子と帰還ダイオードとからなり前記電動機と前記電力供給手段との間に介在するインバータ回路を有し、該インバータ回路のスイッチング素子のスイッチングを制御することにより前記電動機を駆動制御する電動機制御手段と、電気エネルギを消費可能な電気的負荷と、該電動機制御手段による前記電動機の制御に異常が生じ前記インバータ回路が該電動機からみて整流回路を構成するとき、前記インバータ回路と前記蓄電手段との接続を遮断するとともに、該インバータ回路を介して前記電動機により回生される電気エネルギの少なくとも一部が前記電気的負荷で消費されるよう該電気的負荷を制御する異常時制御手段とを備える動力出力装置。
【請求項２】 前記電動機制御手段は、該電動機制御手段による前記電動機の制御に異常が生じたとき、前記インバータ回路が前記電動機からみて整流回路を構成するよう前記複数のスイッチング素子をスイッチングする異常時スイッチング手段を備える請求項１記載の動力出力装置。
【請求項３】 前記異常時スイッチング手段は、前記駆動軸の回転数が所定値以上のとき、前記インバータ回路が前記電動機からみて整流回路を構成するようスイッチングする手段である請求項２記載の動力出力装置。
【請求項４】 前記インバータ回路は、前記複数のスイッチング素子のスイッチングに必要な電力の供給が停止したとき、前記帰還ダイオードにより前記電動機からみて整流回路を構成する回路である請求項１記載の動力出力装置。
【請求項５】 請求項１ないし４記載の動力出力装置であって、前記電力供給手段は、（ａ）出力軸を有する原動機と、（ｂ）該原動機の出力軸と前記駆動軸とに結合され、該出力軸に入出力される動力と該駆動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、（ｃ）充放電が可能で、前記エネルギ調整手段と前記インバータ回路とを並列に接続する蓄電手段とを備え、前記電気的負荷は、前記エネルギ調整手段であり、前記異常時制御手段は、前記インバータ回路を介して前記電動機から回生される電気エネルギの少なくとも一部が前記エネルギ調整手段により消費されるよう該エネルギ調整手段を制御する手段である動力出力装置。
【請求項６】 前記異常時制御手段は、前記駆動軸に出力される動力の変動の少なくとも一部を打ち消すよう前記原動機および前記エネルギ調整手段を制御する手段である請求項５記載の動力出力装置。
【請求項７】 請求項６記載の動力出力装置であって、所定の指示に基づいて駆動軸に出力すべき目標動力を設定する目標動力設定手段を備え、異常時制御手段は、（ｄ）前記インバータ回路を介して前記電動機から回生される電気エネルギが前記原動機から出力される動力と前記目標動力設定手段により設定された目標動力とのエネルギ偏差に相当するよう前記原動機の運転を制御する原動機運転手段と、（ｅ）前記原動機から出力される動力と前記目標動力設定手段により設定された目標動力とのエネルギ偏差を、前記インバータ回路を介して前記電動機から回生される電気エネルギを用いて調整するよう前記エネルギ調整手段を制御するエネルギ調整制御手段とを備える動力出力装置。
【請求項８】 前記エネルギ調整手段は、前記原動機の出力軸に結合された第１のロータと、前記駆動軸に結合された第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前記原動機の出力軸と該駆動軸との間で動力のやり取りをする電動機を備える請求項５ないし７いずれか記載の動力出力装置。
【請求項９】 請求項５ないし７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、（ｂ１）回転軸を有し、該回転軸と動力のやり取りをする第２の電動機と、（ｂ２）前記駆動軸と前記出力軸と前記回転軸とに各々結合される３軸を有し、該３軸のうちいずれか２軸へ動力が入出力されたとき、該入出力された動力に基づいて定まる動力を残余の１軸へ入出力する３軸式動力入出力手段とを備える動力出力装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、動力出力装置に関し、詳しくは、駆動軸に動力を出力する動力出力装置に関する。
【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、原動機の出力軸と駆動軸とを電磁継手により電磁的に結合して原動機から出力された動力を駆動軸に出力すると共に駆動軸に取り付けられた電動機から駆動軸に動力を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、原動機から出力される動力の一部を電磁継手による電磁的な結合を介して駆動軸に出力して車両を走行させる。原動機から出力される動力の残余は、電磁継手の電磁的な結合の滑りに応じた電力として回生され、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、電動機の駆動に必要な電力として用いられる。電動機は、駆動軸に出力すべき動力が電磁継手を介して出力される動力では不足するときに駆動され、この不足分を補う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうした動力出力装置の電動機にインバータ回路等により駆動制御される電動機を用いると、駆動軸が高回転で回転している最中に何らかの異常により電動機の制御が行なうことができなくなったときには、バッテリやインバータ回路が破損する場合を生じるという問題があった。一般に、電動機は、必要な電流値を小さくするために逆起電圧が大きくなるよう設計されており、高回転で回転させるときには、逆起電圧がバッテリの電圧より高くならないよう弱め界磁制御がなされる。こうした制御の最中に制御装置等に異常が生じ、電動機の制御を行なうことができなくなると、電動機が生じる逆起電圧を低くすることができなくなり、電動機は発電機として動作し、これによって得られる電力によってバッテリを充電する。このときバッテリが満充電に近いと、バッテリは過充電されることになり、場合によっては破損する。また、電動機が生じる逆起電圧が高電圧となり、インバータ回路内の平滑コンデンサ等を破損させてしまう場合もある。
【０００４】こうした問題は、上述の従来例の動力出力装置に限られず、駆動軸に電動機が取り付けられておれば、同様に生じる問題である。例えば、本出願人が以前提案した、原動機の出力軸と駆動軸と発電機の回転軸とに結合された遊星歯車装置を介して原動機から出力された動力を駆動軸に出力すると共に駆動軸に取り付けられた電動機から駆動軸に動力を出力する装置（特開昭第５０−３０２２３号公報）でも同様である。
【０００５】本発明の動力出力装置は、駆動軸が高回転で回転している最中に電動機の制御を行なうことができなくなり、電動機が発電機として動作したときでも、電動機を制御するインバータ回路や蓄電手段の破損を防止することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置は、電動機の制御を行なうことができなくなったときに生じる駆動軸に出力される動力の変動を小さくすることを目的の一つとする。
【０００６】
【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。
【０００７】本発明の動力出力装置は、駆動軸と動力のやり取りをする電動機と、蓄電手段を有し、該電動機へ電力の供給が可能な電力供給手段と、複数のスイッチング素子と帰還ダイオードとからなり前記電動機と前記電力供給手段との間に介在するインバータ回路を有し、該インバータ回路のスイッチング素子のスイッチングを制御することにより前記電動機を駆動制御する電動機制御手段と、電気エネルギを消費可能な電気的負荷と、該電動機制御手段による前記電動機の制御に異常が生じ前記インバータ回路が該電動機からみて整流回路を構成するとき、前記インバータ回路と前記蓄電手段との接続を遮断するとともに、該インバータ回路を介して前記電動機により回生される電気エネルギの少なくとも一部が前記電気的負荷で消費されるよう該電気的負荷を制御する異常時制御手段とを備えることを要旨とする。
【０００８】この本発明の動力出力装置は、複数のスイッチング素子と帰還ダイオードとからなるインバータ回路を有する電動機制御手段が、インバータ回路のスイッチング素子のスイッチングを制御することにより電力供給手段から電力の供給を受けて駆動軸と動力のやり取りをする電動機を駆動制御する。異常時制御手段は、電動機制御手段による電動機の制御に異常が生じインバータ回路が電動機からみて整流回路を構成するときに、このインバータ回路を介して電動機により回生される電気エネルギの少なくとも一部が電気的負荷で消費されるよう電気的負荷を制御する。
【０００９】こうした本発明の動力出力装置によれば、インバータ回路を介して電動機により回生される電気エネルギの一部を電気的負荷で消費することができる。この結果、電動機により回生される電気エネルギが過剰となったりその電圧が高電圧になることによって生じるインバータ回路を構成する素子や電動機制御手段を構成する素子の破損を防止することができる。
【００１０】また、前記異常時制御手段は、前記インバータ回路と前記蓄電手段との接続を遮断する遮断手段を備える。従って、蓄電手段やインバータ回路，電動機の保護を強化することができる。
【００１１】本発明の動力出力装置において、前記電動機制御手段は、該電動機制御手段による前記電動機の制御に異常が生じたとき、前記インバータ回路が前記電動機からみて整流回路を構成するよう前記複数のスイッチング素子をスイッチングする異常時スイッチング手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、電動機制御手段による電動機の制御に異常が生じたときに、インバータ回路を電動機からみて整流回路となるようにすることができる。こうした異常時スイッチング手段は、前記駆動軸の回転数が所定値以上のとき、前記インバータ回路が前記電動機からみて整流回路を構成するようスイッチングする手段であるものとすることもできる。こうすれば、駆動軸の回転数が所定値以上のとき、即ち電動機から起電圧が高くインバータ回路を構成する素子や電動機制御手段を構成する素子に破損が生じるおそれがあるときにのみ制御するものとすることができる。
【００１２】また、本発明の動力出力装置において、前記インバータ回路は、前記複数のスイッチング素子のスイッチングに必要な電力の供給が停止したとき、前記帰還ダイオードにより前記電動機からみて整流回路を構成する回路であるものとすることができる。こうすれば、スイッチング素子のスイッチングに必要な電力の供給が停止したときも同様に制御することができる。
【００１３】これら変形例を含めて本発明の動力出力装置において、前記電力供給手段は、出力軸を有する原動機と、該原動機の出力軸と前記駆動軸とに結合され該出力軸に入出力される動力と該駆動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、充放電が可能で前記エネルギ調整手段と前記インバータ回路とを並列に接続する蓄電手段とを備え、前記電気的負荷は、前記エネルギ調整手段であり、前記異常時制御手段は、前記インバータ回路を介して前記電動機から回生される電気エネルギの少なくとも一部が前記エネルギ調整手段により消費されるよう該エネルギ調整手段を制御する手段であるものとすることもできる。
【００１４】この態様の動力出力装置では、エネルギ調整手段による原動機の出力軸と前記駆動軸とに結合され、この出力軸に入出力される動力と駆動軸に入出力される動力とのエネルギ偏差を対応して入出力される電気エネルギか、エネルギ調整手段とインバータ回路とを並列に接続する蓄電手段に蓄えられた電気エネルギかが、電動機に電力として供給される。そして、エネルギ調整手段は、電動機制御手段による電動機の制御に異常が生じインバータ回路が電動機からみて整流回路を構成するときには、インバータ回路を介して電動機から回生される電気エネルギの少なくとも一部を消費するよう異常時制御手段によって制御されることにより、電気的負荷として動作する。この態様の動力出力装置とすれば、エネルギ調整手段を電気的負荷として動作させることができる。この結果、負荷量を調整することができる。
【００１５】また、原動機とエネルギ調整手段と蓄電手段とを備える本発明の動力出力装置において、前記異常時制御手段は、前記駆動軸に出力される動力の変動の少なくとも一部を打ち消すよう前記原動機および前記エネルギ調整手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、駆動軸に出力される動力の変動を小さくすることができる。
【００１６】この駆動軸に出力される動力の変動を打ち消す態様の動力出力装置において、所定の指示に基づいて駆動軸に出力すべき目標動力を設定する目標動力設定手段を備え、異常時制御手段は、前記インバータ回路を介して前記電動機から回生される電気エネルギが前記原動機から出力される動力と前記目標動力設定手段により設定された目標動力とのエネルギ偏差に相当するよう前記原動機の運転を制御する原動機運転手段と、前記原動機から出力される動力と前記目標動力設定手段により設定された目標動力とのエネルギ偏差を前記インバータ回路を介して前記電動機から回生される電気エネルギを用いて調整するよう前記エネルギ調整手段を制御するエネルギ調整制御手段とを備えるものとすることもできる。こうすれば、電動機制御手段による電動機の制御に異常が生じたときでも、目標動力を駆動軸に出力することができる。
【００１７】これら原動機とエネルギ調整手段と蓄電手段とを備える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、前記原動機の出力軸に結合された第１のロータと、前記駆動軸に結合された第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前記原動機の出力軸と該駆動軸との間で動力のやり取りをする電動機を備えるものとしたり、前記エネルギ調整手段は、回転軸を有し該回転軸と動力のやり取りをする第２の電動機と、前記駆動軸と前記出力軸と前記回転軸とに各々結合される３軸を有し、該３軸のうちいずれか２軸へ動力が入出力されたとき、該入出力された動力に基づいて定まる動力を残余の１軸へ入出力する３軸式動力入出力手段とを備えるものとすることもできる。
【００１８】
【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。
【００１９】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。
【００２０】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。
【００２１】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ＣＰＵ９０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。
【００２２】図１に示すように、第１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。
【００２３】クラッチモータ３０は、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。
【００２４】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。
【００２５】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。
【００２６】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、第１実施例では８個（Ｎ極，Ｓ極が各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。
【００２７】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（１秒間の回転数）とインナロータ３４の回転数との偏差の周波数としている。
【００２８】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、バッテリ９４の残容量を検出する残容量検出器９９からの残容量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。
【００２９】また、制御ＣＰＵ９０は、第１の駆動回路９１および第２の駆動回路９２が備える後述するスイッチング用の電子制御ユニット（以下、「スイッチングＣＰＵ」という）９１ａ，９２ａと通信によりモータ制御に必要な情報のやり取りをしている。
【００３０】第１の駆動回路９１は、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と、６個のダイオードＤ１ないしＤ６と、トランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のスイッチングを制御するスイッチングＣＰＵ９１ａとから構成されている。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。また、各トランジスタＴｒ１ないしＴｒ６には帰還ダイオードＤ１ないしＤ６が取り付けられており、トランジスタＴｒ１ないしＴｒ６をすべてオフとすると、ダイオードＤ１ないしＤ６により三相全波整流回路が構成されるようになっている。スイッチングＣＰＵ９１ａは、１チップマイクロプロセッサとして構成されており、図示しないが、内部に、ワーク用のＲＡＭ、クラッチモータ３０の駆動制御用のプログラムを記憶したＲＯＭ、レゾルバ３９からのエンジン５０の回転角度θｅやレゾルバ４８からの駆動軸２２の回転角度θｄ，２つの電流検出器９５，９６からのクラッチ電流値Ｉｕｃ，Ｉｖｃを入力する入力ポート、トランジスタＴｒ１ないしＴｒ６をオンオフする制御信号ＳＷ１を出力する出力ポートを備える。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、スイッチングＣＰＵ９１ａ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。
【００３１】第２の駆動回路９２も、スイッチング素子である６個のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６と、６個のダイオードＤ１１ないしＤ１６と、トランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のスイッチングを制御するスイッチングＣＰＵ９２ａとから構成されている。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。また、各トランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６にも帰還ダイオードＤ１１ないしＤ１６が取り付けられており、第１の駆動回路９１と同様に、トランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６をすべてオフとすると、ダイオードＤ１１ないしＤ１６により三相全波整流回路が構成されるようになっている。スイッチングＣＰＵ９２ａも、１チップマイクロプロセッサとして構成されており、図示しないが、内部に、ワーク用のＲＡＭ、アシストモータ４０の駆動制御用のプログラムを記憶したＲＯＭ、レゾルバ３９からのエンジン５０の回転角度θｅや２つの電流検出器９７，９８からのアシスト電流値Ｉｕａ，Ｉｖａを入力する入力ポート、トランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６をオンオフする制御信号ＳＷ２を出力する出力ポートを備える。したがって、スイッチングＣＰＵ９２ａにより対をなすトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオン時間の割合を制御信号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。なお、電源ラインＬ１とＬ２との間には、電圧を平滑化するためのコンデンサ９３が設けられている。また、バッテリ９４は、制御用の電力の供給が停止したときにはオフとなるノーマルオープンのシステムメインリレー９４ａ，９４ｂにより電源ラインＬ１，Ｌ２と接続されており、このシステムメインリレー９４ａ，９４ｂは、制御ＣＰＵ９０によって駆動制御される。
【００３２】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が所定の回転数Ｎ１で回転しているとする。このとき、スイッチングＣＰＵ９１ａ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、すなわちスイッチングＣＰＵ９１ａから出力される制御信号ＳＷ１によりトランジスタＴｒ１，３，５をオフとしトランジスタＴｒ２，４，６をオンとした状態とすれば、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。この状態では、三相コイル３６からの回生も行なわれない。すなわち、エンジン５０はアイドル回転をしていることになる。
【００３３】スイッチングＣＰＵ９１ａからの制御信号ＳＷ１により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に一定の電流が流れ、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とは一定の滑りが存在する結合状態となり、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）よりは低い回転数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、スイッチングＣＰＵ９２ａが第２の駆動回路９２のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６をオンオフ制御すると、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。
【００３４】図３に照らせば、エンジン５０が回転数Ｎ１，トルク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によりトルクＴ１を駆動軸２２に出力すると共に領域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、駆動軸２２を回転数Ｎ２，トルクＴ２の運転ポイントＰ２で回転させることができるのである。
【００３５】次に、エンジン５０が回転数Ｎｅが所定の回転数Ｎ２でトルクＴｅがトルクＴ２で運転されており、駆動軸２２が回転数Ｎ２より大きな回転数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、スイッチングＣＰＵ９２ａによりアシストモータ４０によって電力が回生されるようトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６をオンオフ制御すると、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スイッチングＣＰＵ９１ａによりトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６をオンオフ制御すれば、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。
【００３６】図３に照らせば、エンジン５０が回転数Ｎ２，トルクＴ２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にトルクＴ２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、駆動軸２２を回転数Ｎ１，トルクＴ１の運転ポイントＰ２で回転させることができるのである。
【００３７】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）と、クラッチモータ３０により回生または消費される電気エネルギと、アシストモータ４０により消費または回生される電気エネルギとを調節することにより、余剰の電気エネルギを見い出してバッテリ９４を放電する動作としたり、不足する電気エネルギをバッテリ９４に蓄えられた電力により補う動作など種々の動作とすることもできる。
【００３８】次に、車両が走行状態にあるときに、第２の駆動回路９２のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６の温度異常を検出したときやトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６に過電流が生じたときなど、通常にアシストモータ４０の制御を行なうことができないときのトルク制御について図４に例示する異常時トルク制御ルーチンに基づき説明する。こうした異常時トルク制御ルーチンは、第２の駆動回路９２に設けられた図示しない温度センサからの信号や電流検出器９７，９８により検出されるアシスト電流Ｉｕａ，Ｉｖａなどの信号に基づいてスイッチングＣＰＵ９２ａで実行される図示しない異常判定ルーチンにより異常が判定されたときに実行される。
【００３９】本ルーチンが実行されると、制御装置８０の制御ＣＰＵ９０は、まず、バッテリ９４を保護するためにシステムメインリレー９４ａ，９４ｂをオフとしてバッテリ９４と第１の駆動回路９１および第２の駆動回路９２とを遮断する（ステップＳ１００）。そして、第２の駆動回路９２のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のすべてをオフとする（ステップＳ１０２）。具体的には、制御ＣＰＵ９０からスイッチングＣＰＵ９２ａに向けてトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のすべてをオフとする信号を出力し、これを受信したスイッチングＣＰＵ９２ａが制御信号ＳＷ２を出力することによりトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のすべてをオフするのである。このようにトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のすべてをオフとすると、第２の駆動回路９２は、各トランジスタに設けられた帰還ダイオードＤ１１ないしＤ１６により三相全波整流回路を構成し、これにより同期電動機として構成されたアシストモータ４０は、発電機として動作することになる。
【００４０】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Ｓ１０４）。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。続いて、読み込まれたアクセルペダルポジションＡＰに応じた出力トルクの目標値（駆動軸２２に出力すべきトルクの目標値（以下、「トルク指令値」ともいう））Ｔｄ＊を導出する処理を行なう（ステップＳ１０６）。実施例では、各アクセルペダルポジションＡＰに対して対応する出力トルク指令値Ｔｄ＊を定め、これを予めマップとしてＲＯＭ９０ｂに記憶しておき、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読み込んだアクセルペダルポジションＡＰに対応する出力トルク指令値Ｔｄ＊を導出するものとした。
【００４１】次に、駆動軸２２の回転数Ｎｄを読み込み（ステップＳ１０８）、読み込んだ回転数Ｎｄを閾値Ｎｓｅｔと比較する（ステップＳ１１０）。ここで、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。また、閾値Ｎｓｅｔは、アシストモータ４０の逆起電圧Ｅａがコンデンサ９３の耐電圧となるロータ４２の回転数より若干小さな値として設定されるものである。
【００４２】駆動軸２２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔより大きいときには、アシストモータ４０の逆起電圧Ｅａがコンデンサ９３の耐電圧より大きくなってコンデンサ９３を破損させるおそれがあると判断し、アシストモータ４０により得られる電気エネルギの一部をクラッチモータ３０により消費するようクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊とエンジン５０の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する処理（ステップＳ１１２ないしＳ１１６の処理）を実行する。この処理としては、まず、駆動軸２２の回転数Ｎｄに基づいてアシストモータ４０から回生される電力Ｐａを計算する（ステップＳ１１２）。実施例では、駆動軸２２の各回転数Ｎｄに対してアシストモータ４０から回生される電力Ｐａを予め実験により求めてマップとしてＲＯＭ９０ｂに記憶しておき、回転数Ｎｄが読み込まれると、ＲＯＭ９０ｂに記憶したマップからこの回転数Ｎｄに対応する電力Ｐａを導出するものとしたが、次式（１）により算出するものとしてもよい。式（１）中、Ｖはコンデンサ９３の耐電圧より若干高い電圧であり、ＲａおよびｊωＬａはアシストモータ４０を起電力Ｅａの電源としてみたときのアシストモータ４０および第２の駆動回路９２のインピーダンスである。アシストモータ４０を起電力Ｅａの電源としてみたときの動力出力装置２０の等価回路を図５に示す。なお、アシストモータ４０の逆起電圧Ｅａは、式（２）により求めることができる。式（２）中、ｋは巻線係数、ｎは一相の巻き数、ｆは周波数、φは一極当たりのエアギャップ磁束基本波成分である。
【００４３】
Ｐａ＝Ｅａ・Ｉａ＝Ｅａ・（Ｅａ−Ｖ）／（Ｒａ＋ｊωＬａ） …（１）
Ｅａ＝４．４４ｋｎｆφ …（２）
【００４４】アシストモータ４０により回生される電力Ｐａを導出すると、次式（３）によりクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊を設定する（ステップＳ１１４）。ここで、式（３）中、右辺第２項は、アシストモータ４０から駆動軸２２に出力される制動トルクに相当するものである。このようにクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊を設定することにより、駆動軸２２に運転者の欲するトルク（トルク指令値Ｔｄ＊）を出力することができる。
【００４５】
Ｔｃ＊←Ｔｄ＊＋Ｐａ／Ｎｄ …（３）
【００４６】次に、次式（４）および式（５）によりエンジン５０の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する（ステップＳ１１６）。ここで、式（４）の右辺第２項は、アシストモータ４０により回生される電力Ｐａをクラッチモータ３０で消費するときのクラッチモータ３０の回転数に相当するものである。したがって、式（４）で計算される値をエンジン５０の目標回転数Ｎｅ＊として設定することにより、クラッチモータ３０の回転数であるエンジン５０の回転数Ｎｅと駆動軸２２の回転数Ｎｄとの回転数差Ｎｃを−Ｐａ／Ｔｃ＊とし、アシストモータ４０により回生される電力Ｐａをクラッチモータ３０で消費することができるようになる。また、式（５）に示すように、エンジン５０の目標トルクＴｅ＊にクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊を設定するのは、クラッチモータ３０から出力されるトルクがエンジン５０の負荷トルクとなるからである。
【００４７】Ｎｅ＊←Ｎｄ−Ｐａ／Ｎｄ …（４）
Ｔｅ＊←Ｔｃ＊ …（５）
【００４８】一方、ステップＳ１１０で駆動軸２２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔ以下のときには、コンデンサ９３を破損させるおそれはないと判断し、クラッチモータ３０をロックアップする信号を出力すると共に（ステップＳ１１８）、エンジン５０の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とに駆動軸２２の回転数Ｎｄとトルク指令値Ｔｄ＊とを設定する（ステップＳ１２０）。このように設定することによりエンジン５０から出力される回転数が値Ｎｄでトルクが値Ｔｄ＊の動力を直接駆動軸２２に出力することができる。なお、クラッチモータ３０をロックアップするのに必要な電力は銅損や鉄損のみであるから小さく、アシストモータ４０によって回生される電力で賄うことができる。
【００４９】こうしてクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊やエンジン５０の目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊を設定すると、クラッチモータ３０およびエンジン５０の制御を行なう（ステップＳ１２２およびＳ１２４）。具体的には、制御ＣＰＵ９０からスイッチングＣＰＵ９１ａに向けてクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊を出力すると共にＥＦＩＥＣＵ７０に向けてエンジン５０の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを出力することにより、スイッチングＣＰＵ９１ａによってクラッチモータ３０から出力されるトルクが値Ｔｄ＊となるようクラッチモータ３０を制御すると共にＥＦＩＥＣＵ７０によってエンジン５０が回転数が値Ｎｅ＊でトルクが値Ｔｅ＊となるようエンジン５０を制御するのである。実施例では、図示の都合上、クラッチモータ３０とエンジン５０の制御を本ルーチンの別々のステップとして記載したが、スイッチングＣＰＵ９１ａによるクラッチモータ３０の制御とＥＦＩＥＣＵ７０によるエンジン５０の制御は、本ルーチンとは別個独立に行なわれる。
【００５０】クラッチモータ３０の制御は、図６に例示するクラッチモータ制御ルーチンにより行なわれる。本ルーチンが実行されると、スイッチングＣＰＵ９１ａは、まず、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Ｓ１３０，Ｓ１３２）、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Ｓ１３４）。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。
【００５１】次に、電流検出器９５，９６により、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を検出する処理を行なう（ステップＳ１３６）。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Ｓ１３８）。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（６）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。
【００５２】
【数１】

【００５３】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Ｓ１４０）。すなわち、まず以下の式（７）の演算を行ない、次に次式（８）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ΔＩに比例する部分（式（８）右辺第１項）と偏差ΔＩのｉ回分の過去の累積分（右辺第２項）とから求められる。
【００５４】
【数２】

【００５５】
【数３】

【００５６】その後、こうして求めた電圧指令値をステップＳ１３８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Ｓ１４２）、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（９）により求める。
【００５７】
【数４】

【００５８】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（９）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Ｓ１４４）。
【００５９】ステップＳ１１０で駆動軸２２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔ以下と判断され、ステップＳ１１８でクラッチモータ３０をロックアップする信号が出力されたときには、クラッチモータ３０の制御は、クラッチモータ３０のアウタロータ３２とインナロータ３４とが相対的に回転しないようロックアップする制御となる。具体的には、クラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊にトルク指令値Ｔｄ＊を設定したものとして図６に例示するクラッチモータ制御ルーチンを実行し、各相の電流値を求め、求めた電流値の定電流を三相コイル３６に流すことによって行なわれる。
【００６０】次に、エンジン５０の制御（図４のステップＳ１２０）について説明する。エンジン５０は、図４のステップＳ１１６で設定された目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで定常運転状態されるよう、ＥＦＩＥＣＵ７０によるスロットルバルブ６６の開度制御，燃料噴射弁５１からの燃料噴射制御，点火プラグ６２による点火制御を受ける。なお、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回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで運転することはできず、負荷トルクの制御、すなわちクラッチモータ３０のトルクＴｃの制御も必要となるが、このクラッチモータ３０のトルクＴｃの制御は、前述したクラッチモータ３０の制御となる。
【００６１】駆動軸２２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔより大きいときの各軸へのトルクの作用状態の一例を図７に示す。図示するように、発電機として動作するアシストモータ４０から回生される電力Ｐａが丁度クラッチモータ３０により消費されるように、かつ、クラッチモータ３０から出力されるトルクＴｃがアシストモータ４０から駆動軸２２に作用するトルクＴａを打ち消してなお駆動軸２２にトルクＴｄ（値Ｔｄ＊）が作用するようクラッチモータ３０のトルクＴｃおよびエンジン５０の運転ポイント（回転数ＮｅとトルクＴｅ）を調整することにより、アシストモータ４０を制御できない状態となっても駆動軸２２に所望の動力を出力することができる。
【００６２】以上説明した第１実施例の動力出力装置２０によれば、アシストモータ４０が制御できない状態となり発電機として動作しても、アシストモータ４０により回生される電力Ｐａをクラッチモータ３０によって消費することができる。この結果、アシストモータ４０の逆起電圧がコンデンサ９３の耐電圧より高くなる回転数で回転していても、図５に示すアシストモータ４０を電源としてみたときのインピーダンス（ＲａとｊωＬａ）を流れる電流が大きくなるから、このインピーダンスによる電圧降下によってコンデンサ９３の端子電圧を耐電圧未満にすることができ、コンデンサ９３の破損を防止することができる。しかも、アシストモータ４０の逆起電圧がコンデンサ９３の耐電圧より高くなる回転数で駆動軸２２が回転しているときには、アシストモータ４０から回生される電力Ｐａをクラッチモータ３０によって消費すると共にクラッチモータ３０から出力されるトルクＴｃがアシストモータ４０から駆動軸２２に作用するトルクＴａを打ち消してなお駆動軸２２に値Ｔｄ＊のトルクが作用するようクラッチモータ３０のトルクＴｃおよびエンジン５０の運転ポイント（回転数ＮｅとトルクＴｅ）を調整し、駆動軸２２がそれ以下の回転数で回転しているときには、クラッチモータ３０をロックアップすると共に駆動軸２２に出力すべき動力（回転数が値Ｎｄでトルクが値Ｔｄ＊）がエンジン５０から出力されるようその運転ポイントに調整するから、アシストモータ４０が制御できない状態のときでも、駆動軸２２に所望の動力を出力することができる。そして、この制御は、アシストモータ４０が制御できない状態となったときに直ちに行なわれるから、駆動軸２２に出力されるトルクの変動を小さくすることができる。
【００６３】また、バッテリ９４をシステムメインリレー９４ａ，９４ｂにより第１の駆動回路９１および第２の駆動回路９２から切り離すから、アシストモータ４０により回生される電力Ｐａによるバッテリ９４の過充電を防止することができ、過充電の結果生じるバッテリ９４の破損を防止することができる。
【００６４】第１実施例の動力出力装置２０では、第２の駆動回路９２のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６の温度異常を検出したときやトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６に過電流が生じたときなど、スイッチングＣＰＵ９２ａによるトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のスイッチングがまだ可能な状態のときに図４の異常時トルク制御ルーチンを実行するものとしたが、電源ラインの切断などによりスイッチングＣＰＵ９２ａへの電力の供給が停止したときや、スイッチングＣＰＵ９２ａの内部ロジックに異常が生じスイッチングＣＰＵ９２ａが動作できない状態となったときなどにも図４の異常時トルク制御ルーチンを適用することができる。この場合、スイッチングＣＰＵ９２ａの動作の停止によってトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６はすべてオフとなるから、ステップＳ１０２の処理は不要となる。こうすれば、スイッチングＣＰＵ９２ａが動作不能となったときでも、上述の効果を得ることができ、コンデンサ９３やバッテリ９４の破損を防止することができる。
【００６５】第１実施例の動力出力装置２０では、アシストモータ４０の制御を行なうことができない状態のときでもアクセルペダル６４の踏込量に応じたトルクを駆動軸２２に出力するようクラッチモータ３０とエンジン５０とを制御したが、アシストモータ４０により回生される電力Ｐａをクラッチモータ３０により消費するようクラッチモータ３０を制御するものであれば、駆動軸２２に出力するトルクは如何なるトルクとしてもよい。
【００６６】第１実施例の動力出力装置２０では、駆動軸２２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔより大きいときにアシストモータ４０により回生される電力Ｐａをクラッチモータ３０で消費するようクラッチモータ３０とエンジン５０とを制御したが、駆動軸２２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔ以下のときにも同様に制御するものとしてもよい。
【００６７】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８に例示する変形例である動力出力装置２０Ｂ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２０Ｂ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２０Ｂのクラッチモータ３０Ｂは、クランクシャフト５６に結合したインナロータ３４Ｂと、駆動軸２２に結合したアウタロータ３２Ｂとから構成され、インナロータ３４Ｂには三相コイル３６Ｂが取り付けられており、アウタロータ３２Ｂには永久磁石３５Ｂ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３５Ｂ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４０Ｂは、このクラッチモータ３０Ｂのアウタロータ３２Ｂ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３０Ｂのアウタロータ３２Ｂがアシストモータ４０Ｂ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３４Ｂに三相コイル３６Ｂが取り付けられているから、クラッチモータ３０Ｂの三相コイル３６Ｂ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。
【００６８】この変形例の動力出力装置２０Ｂでは、アウタロータ３２Ｂに嵌め込まれた永久磁石３５Ｂの内周面側の磁極に対してインナロータ３４Ｂの三相コイル３６Ｂ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３２Ｂに嵌め込まれた永久磁石３５Ｂ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第１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２０Ｂは、上述した第１実施例の動力出力装置２０のすべての動作について同様に動作する。
【００６９】こうした変形例の動力出力装置２０Ｂによれば、アウタロータ３２Ｂがクラッチモータ３０Ｂのロータの一方とアシストモータ４０Ｂのロータとを兼ねるから、動力出力装置２０Ｂの小型化および軽量化を図ることができる。
【００７０】また、第１実施例の動力出力装置２０は、ＦＲ型の車両に適用する場合について説明したが、ＦＦ型の車両に搭載する構成や４輪駆動の車両に搭載する構成としてもよい。４輪駆動の車両に搭載する場合は、図９に例示する変形例の動力出力装置２０Ｃのようになる。この変形例の動力出力装置２０Ｃでは、駆動軸２２に取り付けられ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。
【００７１】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。
【００７２】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１０は第２実施例の動力出力装置２０の概略構成を示す構成図、図１１は第２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。
【００７３】第２実施例の動力出力装置１１０が組み込まれた車両は、図１１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。
【００７４】図１０に示すように、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を回転可能に取り付けられたたモータＭＧ１、プラネタリギヤ１２０のリングギヤ１２２に結合された駆動軸１１２に取り付けられたモータＭＧ２および両モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する制御装置１８０から構成されている。
【００７５】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と同軸の駆動軸１１２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，駆動軸１１２およびクランクシャフト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。
【００７６】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１１３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。
【００７７】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に結合された駆動軸１１２に結合されており、ステータ１４３はケース１１３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。駆動軸１１２には、その回転角度θｄを検出するレゾルバ１４９が設けられている。また、駆動軸１１２は、ケース１１３に設けられたベアリング１１３ａにより軸支されている。
【００７８】図１０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の制御装置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から構成されている。なお、第２実施例の制御ＣＰＵ１９０の入力ポートには、第１実施例の制御ＣＰＵ９０の入力ポートに入力されるクランクシャフト５６の回転角度θｅに代えてレゾルバ１３９からのサンギヤ軸１２５の回転角度θｓが入力されている。
【００７９】第１および第２の駆動回路１９１，１９２も、第１実施例の第１および第２の駆動回路９１，９２と同様に、トランジスタインバータを構成する６個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６，Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６と、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６，Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６のすべてオフとすると三相全波整流回路を構成する帰還ダイオードＤ１〜Ｄ６，Ｄ１１〜Ｄ１６と、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６，Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６のスイッチングを制御するスイッチングＣＰＵ１９１ａ，１９２ａとから構成されている。なお、第１の駆動回路１９１のスイッチングＣＰＵ１９１ａの入力ポートには、クランクシャフト５６の回転角度θｓと駆動軸２２の回転角度θｄおよびクラッチ電流値Ｉｕｃ，Ｉｖｃに代えてレゾルバ１３９からのサンギヤ軸１２５の回転角度θｓと２つの電流検出器１９５，１９６からのモータＭＧ１の電流値Ｉｕ１，Ｉｖ１とが入力されており、第２の駆動回路１９２のスイッチングＣＰＵ１９２ａの入力ポートには、クランクシャフト５６の回転角度θｓおよびアシスト電流値Ｉｕａ，Ｉｖａに代えてレゾルバ１４９からの駆動軸１１２の回転角度θｄと２つの電流検出器１９７，１９８からのモータＭＧ２の電流値Ｉｕ２，Ｉｖ２とが入力されている。したがって、スイッチングＣＰＵ１９１ａ，１９２ａにより対をなすトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６，Ｔｒ１１〜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。
【００８０】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，トルクＴｅの運転ポイント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Ｎｄ，トルクＴｄの運転ポイントＰ２で駆動軸１１２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駆動軸１１２に作用させる場合について考える。この時のエンジン１５０と駆動軸１１２の回転数およびトルクの関係を図１２に示す。
【００８１】プラネタリギヤ１２０のサンギヤ１２１，リングギヤ１２２およびプラネタリキャリア１２４に結合された３軸（サンギヤ軸１２５，駆動軸１１２およびクランクシャフト１５６）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１３および図１４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。本実施例では説明の容易のため共線図を用いて説明する。
【００８２】図１３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と駆動軸１１２の座標軸Ｓ，Ｒを両端にとったとき、クランクシャフト１５６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（１０）で表わされる。
【００８３】
【数５】

【００８４】いま、エンジン１５０が回転数Ｎｅで運転されており、駆動軸１１２が回転数Ｎｄで運転されている場合を考えているから、クランクシャフト１５６の座標軸Ｃにエンジン１５０の回転数Ｎｅを、駆動軸１１２の座標軸Ｒに回転数Ｎｄ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Ｎｄとを用いて比例計算式（次式（１１））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に結合された３軸のうちいずれか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。
【００８５】
【数６】

【００８６】次に、描かれた動作共線に、エンジン１５０のトルクＴｅをクランクシャフト１５６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、平行な２つの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（１２）および（１３）によって表わされる。
【００８７】
【数７】

【００８８】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、駆動軸１１２に出力すべきトルクＴｄと同じ大きさで向きが反対のトルクとトルク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Ｎｄとの積で表わされる電気エネルギＰｍ２を動力として駆動軸１１２に出力する。
【００８９】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と駆動軸１１２に出力すべきエネルギＰｄ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Ｔｄと回転数Ｎｄとの積で表わされるエネルギＰｄとを等しくするのである。図１２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、同一のエネルギでトルクＴｄと回転数Ｎｄとで表わされる動力として駆動軸１１２に出力するのである。
【００９０】図１３に示す共線図ではサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓは正の値であったが、エンジン１５０の回転数Ｎｅと駆動軸１１２の回転数Ｎｄとによっては、図１４に示す共線図のように負の値となる場合もある。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Ｎｄとの積で表わされる電気エネルギＰｍ２を駆動軸１１２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。
【００９１】以上、第２実施例の動力出力装置１１０における基本的なトルク変換について説明したが、第２実施例の動力出力装置１１０は、こうしたエンジン１５０から出力される動力のすべてをトルク変換して駆動軸１１２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）と、モータＭＧ１により回生または消費される電気エネルギＰｍ１と、モータＭＧ２により消費または回生される電気エネルギＰｍ２とを調節することにより、余剰の電気エネルギを見い出してバッテリ１９４を放電する動作としたり、不足する電気エネルギをバッテリ１９４に蓄えられた電力により補う動作など種々の動作とすることもできる。
【００９２】こうした第２実施例の動力出力装置１１０でも、車両が走行状態にあるときに、第２の駆動回路１９２のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６の温度異常を検出したときやトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６に過電流が生じたときなど、通常にモータＭＧ２の制御を行なうことができないときには、第１実施例の動力出力装置２０と同様の異常時トルク制御処理を行なうことができる。第２実施例の動力出力装置１１０における異常時トルク制御処理は、図１５に例示する異常時トルク制御ルーチンにより行なわれる。本ルーチンのステップＳ２００ないしＳ２１０の処理は、第１実施例の異常時トルク制御ルーチン（図４）のステップＳ１００ないしＳ１１０の処理と同一であるから、その説明は省略する。
【００９３】ステップＳ２１０で、駆動軸１１２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔより大きいときには、モータＭＧ２の逆起電圧Ｅｍ２がコンデンサ１９３の耐電圧より大きくなってコンデンサ１９３を破損させるおそれがあると判断し、モータＭＧ２により得られる電気エネルギの一部をモータＭＧ１により消費するようモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊とエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する処理（ステップＳ２１２ないしＳ２１６の処理）を実行する。この処理としては、まず、駆動軸１１２の回転数Ｎｄに基づいてモータＭＧ２から回生される電力Ｐｍ２を計算する（ステップＳ２１２）。この計算の手法または導出の手法は第１実施例で説明した。
【００９４】続いて、次式（１４）によりモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｃ＊を設定する（ステップＳ２１４）。ここで、式（１４）中、右辺括弧内第２項は、モータＭＧ２から駆動軸１１２に出力される制動トルクに相当するものであるから、右辺括弧内は、モータＭＧ２の制動トルクを打ち消してなお駆動軸１１２に値Ｔｄ＊のトルクが作用するようプラネタリギヤ１２０側から駆動軸１１２に出力するトルクとなる。したがって、式（１４）により設定されるモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊は、上述のトルクをプラネタリギヤ１２０側から駆動軸１１２に出力するための反力としてのトルクとなる。
【００９５】
Ｔｍ１＊←ρ×（Ｔｄ＊＋Ｐｍ２／Ｎｄ） …（１４）
【００９６】次に、次式（１５）によりサンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｓ＊を計算する（ステップＳ２１５）。なお、式（１５）の右辺の負符号は、モータＭＧ２により回生される電力Ｐｍ２をモータＭＧ１で消費するために、モータＭＧ１のロータ１３２が取り付けられたサンギヤ軸１２５をモータＭＧ１から出力されるトルクとは逆向きに回転させる必要があるために付されるものである。
【００９７】
Ｎｓ＊←−Ｐｍ２／Ｔｍ１＊ …（１５）
【００９８】そして、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを次式（１６）と式（１７）とにより設定する（ステップＳ２１６）。ここで、式（１６）は、プラネタリギヤ１２０を介して駆動軸１１２を回転数Ｎｄで回転させ、サンギヤ軸１２５を目標回転数Ｎｓ＊で回転させたときのクランクシャフト１５６の回転数を算出する式であり、式（１７）は、式（１４）と同様に、モータＭＧ２の制動トルクを打ち消してなお駆動軸１１２に値Ｔｄ＊のトルクが作用するようプラネタリギヤ１２０側から駆動軸１１２に出力するトルク（括弧内）をプラネタリギヤ１２０側から駆動軸１１２に出力するためにエンジン５０から出力すべきトルクを求める式である。この状態の共線図を図１６に示す。
【００９９】
【数８】

【０１００】一方、ステップＳ２１０で駆動軸１１２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔ以下のときには、コンデンサ１９３を破損させるおそれはないと判断し、モータＭＧ１をロックアップする信号を出力すると共に（ステップＳ２１８）、次式（１８）と式（１９）とによりエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ２２０）。このように設定することによりプラネタリギヤ１２０を介して駆動軸１１２に値Ｔｄ＊のトルクを出力することができる。なお、モータＭＧ１をロックアップするのに必要な電力は銅損や鉄損のみだから小さく、モータＭＧ２によって回生される電力で賄うことができる。この状態の共線図を図１７に示す。
【０１０１】
【数９】

【０１０２】こうしてモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊やエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊を設定すると、モータＭＧ１およびエンジン１５０の制御を行なう（ステップＳ２２２およびＳ２２４）。具体的には、制御ＣＰＵ１９０からスイッチングＣＰＵ１９１ａに向けてモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊を出力すると共にＥＦＩＥＣＵ１７０に向けてエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを出力することにより、スイッチングＣＰＵ１９１ａによってモータＭＧ１から出力されるトルクが式（１４）により計算される値となるようモータＭＧ１を制御すると共にＥＦＩＥＣＵ１７０によってエンジン１５０が回転数が値Ｎｅ＊でトルクが値Ｔｅ＊となるようエンジン１５０を制御するのである。第２実施例でも、図示の都合上、モータＭＧ１とエンジン１５０の制御を本ルーチンの別々のステップとして記載したが、スイッチングＣＰＵ１９１ａによるモータＭＧ１の制御とＥＦＩＥＣＵ１７０によるエンジン１５０の制御は、本ルーチンとは別個独立に行なわれる。なお、ＥＦＩＥＣＵ１７０によるエンジン１５０の制御は、第１実施例のＥＦＩＥＣＵ７０によるエンジン５０の制御と同一であるから、その説明は省略する。
【０１０３】モータＭＧ１の制御は、図１８に例示するクラッチモータ制御ルーチンにより行なわれる。本ルーチンが実行されると、スイッチングＣＰＵ１９１ａは、まず、サンギヤ軸１２５の回転角度θｓをレゾルバ１３９から入力し（ステップＳ２３０）、入力した回転角度θｓからモータＭＧ１の電気角θ１を求める処理を行なう（ステップＳ２３４）。第２実施例では、モータＭＧ１として４極対の同期電動機を用いているから、θ１＝４θｓを演算することになる。
【０１０４】そして、電流検出器１９５，１９６により、モータＭＧ１の三相コイル１３４のＵ相とＶ相に流れている電流Ｉｕ１，Ｉｖ１を検出し（ステップＳ２３６）、第１実施例のクラッチモータ３０の制御（図６）と同様の座標変換（ステップＳ２３８）および電圧指令値Ｖｄ１，Ｖｑ１の演算を行ない（ステップＳ２４０）、更に電圧指令値の逆座標変換（ステップＳ２４２）を行なって、第１の駆動回路１９１のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオンオフ制御時間を求め、ＰＷＭ制御を行なう（ステップＳ２４４）。これらの処理は、クラッチモータ３０について行なったものと全く同一である。
【０１０５】以上説明した第２実施例の動力出力装置１１０によれば、モータＭＧ２が制御できない状態となり発電機として動作しても、モータＭＧ２により回生される電力Ｐｍ２をモータＭＧ１によって消費することができる。この結果、モータＭＧ２の逆起電圧がコンデンサ１９３の耐電圧より高くなる回転数で回転していても、モータＭＧ２を電源としてみたときのモータＭＧ２や第２の駆動回路１９２におけるインピーダンスを流れる電流が大きくなるから、このインピーダンスによる電圧降下によってコンデンサ１９３の端子電圧を耐電圧未満にすることができ、コンデンサ１９３の破損を防止することができる。しかも、モータＭＧ２の逆起電圧がコンデンサ１９３の耐電圧より高くなる回転数で駆動軸１１２が回転しているときには、モータＭＧ２から回生される電力Ｐｍ２をモータＭＧ１により消費すると共にプラネタリギヤ１２０を介して駆動軸１１２に出力されるトルクがモータＭＧ２の制動トルクを打ち消してなお駆動軸１１２にトルクＴｄ（値Ｔｄ＊）が作用するようモータＭＧ１のトルクＴｍ１およびエンジン１５０の運転ポイント（回転数ＮｅとトルクＴｅ）を調整し、駆動軸１１２がそれ以下の回転数で回転しているときには、モータＭＧ１をロックアップすると共にプラネタリギヤ１２０を介して駆動軸１１２に出力されるトルクが値Ｔｄ＊となるようエンジン１５０の運転ポイントを調整するから、モータＭＧ２が制御できない状態のときでも、駆動軸１１２に所望の動力を出力することができる。そして、この制御は、モータＭＧ２が制御できない状態となったときに直ちに行なわれるから、駆動軸１１２に出力するトルクの変動を小さくすることができる。
【０１０６】もとより、バッテリ１９４をシステムメインリレー１９４ａ，１９４ｂにより第１の駆動回路９１および第２の駆動回路９２から切り離すから、モータＭＧ２により回生される電力Ｐｍ２によるバッテリ１９４の過充電を防止することができ、過充電の結果生じるバッテリ１９４の破損を防止することができる。
【０１０７】第２実施例の動力出力装置１１０では、第２の駆動回路１９２のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６の温度異常を検出したときやトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６に過電流が生じたときなど、スイッチングＣＰＵ１９２ａによるトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のスイッチングがまだ可能な状態のときに図１５の異常時トルク制御ルーチンを実行するものとしたが、電源ラインの切断などによりスイッチングＣＰＵ１９２ａへの電力の供給が停止したときや、スイッチングＣＰＵ１９２ａの内部ロジックに異常が生じスイッチングＣＰＵ１９２ａが動作できない状態となったときなどにも図１５の異常時トルク制御ルーチンを適用することができる。この場合、スイッチングＣＰＵ１９２ａの動作の停止によってトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６はすべてオフとなるから、ステップＳ２０２の処理は不要となる。こうすれば、スイッチングＣＰＵ１９２ａが動作不能となったときでも、上述の効果を得ることができ、コンデンサ１９３やバッテリ１９４の破損を防止することができる。
【０１０８】第２実施例の動力出力装置１１０では、モータＭＧ２が制御できない状態のときでもアクセルペダル１６４の踏込量に応じたトルクを駆動軸１１２に出力するようモータＭＧ１とエンジン１５０とを制御したが、モータＭＧ２により回生される電力Ｐｍ２をモータＭＧ１により消費するようモータＭＧ１を制御するものであれば、駆動軸１１２に出力するトルクは如何なるトルクとしてもよい。たとえば、図１９の共線図に示すように、エンジン１５０への燃料噴射を停止するものとしてもよい。この場合、次式（２０）に示すように、駆動軸１１２の回転数Ｎｄから求められるモータＭＧ２により回生される電力Ｐｍ２とサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓとから求められる値をモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊に設定してモータＭＧ１を制御すればよい。なお、図１９の共線図中の座標軸Ｃ上に作用するトルクＴｅは、エンジン１５０を連れ回すのに必要なトルクであり、座標軸Ｓおよび座標軸Ｒ上のトルクＴｅｓおよびトルクＴｅｒは、座標軸Ｃ上にトルクＴｅが作用することによって座標軸Ｓおよび座標軸Ｒ上に作用するトルクである。
【０１０９】
Ｔｍ１＊←−Ｐｍ２／Ｎｓ …（２０）
【０１１０】第２実施例の動力出力装置１１０では、駆動軸１１２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔより大きいときにモータＭＧ２により回生される電力Ｐｍ２をモータＭＧ１で消費するようモータＭＧ１とエンジン１５０とを制御したが、駆動軸１１２の回転数Ｎｄが閾値Ｎｓｅｔ以下のときにも同様に制御するものとしてもよい。
【０１１１】第２実施例の動力出力装置１１０は、ＦＲ型の車両に適用する場合について説明したが、ＦＦ型の車両に搭載する構成や４輪駆動の車両に搭載する構成としてもよい。４輪駆動の車両に搭載する場合は、図２０に例示する変形例の動力出力装置１１０Ｃのようになる。この変形例の動力出力装置１１０Ｃでは、駆動軸１１２に結合していたモータＭＧ２を駆動軸１１２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１２２に出力される動力はリングギヤ１２２に取り付けられた動力取出ギヤ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に伝達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、前述した第２実施例を実現することは可能である。
【０１１２】また、第２実施例の動力出力装置１１０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。
【０１１３】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。
【０１１４】例えば、上述した第１実施例の動力出力装置２０や第２実施例の動力出力装置１１０では、エンジン５０，１５０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。
【０１１５】また、第１実施例の動力出力装置２０や第２実施例の動力出力装置１１０では、クラッチモータ３０やアシストモータ４０，モータＭＧ１，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、回転子を回転させるだけで逆起電圧を発生するものであれば如何なる電動機を用いてもよく、例えば、バーニアモータや、直流電動機や、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。
【０１１６】あるいは、第１実施例の動力出力装置２０や第２実施例の動力出力装置１１０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）インバータや電圧ＰＷＭ（パルス幅変調；Pulse Width Modulation）インバータ，方形波インバータ（電圧形インバータ，電流形インバータ），共振インバータなどを用いることもできる。
【０１１７】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９４，１９４に代えてキャパシタを用いることもできる。
【０１１８】さらに、第１実施例の動力出力装置２０や第２実施例の動力出力装置１１０では、アシストモータ４０やモータＭＧ２により回生された電力Ｐａ、Ｐｍ２をクラッチモータ３０やモータＭＧ１により消費したが、第２の駆動回路９２や第２の駆動回路１９２を、動力出力装置が備える補機の電動機や車両が備えるエアーコンディショナーのコンプレッサ，エネルギ消費用の抵抗などの電気的負荷に接続し、アシストモータ４０やモータＭＧ２により回生された電力Ｐａ、Ｐｍ２をこの電気的負荷により消費するものとしてもよい。
【０１１９】以上の各実施例では、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。
【出願人】 【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【出願日】 平成８年１１月１４日（１９９６．１１．１４）
【代理人】 【識別番号】１０００９６８１７
【弁理士】
【氏名又は名称】五十嵐 孝雄 （外３名）
【公開番号】 特開２００２−１７００４（Ｐ２００２−１７００４Ａ）
【公開日】 平成１４年１月１８日（２００２．１．１８）
【出願番号】 特願２００１−１１９６６６（Ｐ２００１−１１９６６６）