JP2003299281A - 回転電機及びその回転電機を用いたハイブリッド車両 - Google Patents
回転電機及びその回転電機を用いたハイブリッド車両Info
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
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- Hybrid Electric Vehicles (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 励磁コイルを使用せずに極対数を１：１に変
化させることができるようにした回転電機と、その回転
電機を用いたハイブリッド車両を提供する。 【解決手段】 インナーロータとアウターロータを同軸
状に配置し、これら２つのロータ間にステータを配置し
た回転電機において、前記インナーロータとアウターロ
ータの極対数が異なり、極対数が少ない方のロータの極
対数を増加して前記インナーロータとアウターロータの
極対数を同じにする極対数可変機構を具える。前記極対
数可変機構を、極対数を変化させる方のロータの界磁を
永久磁石で構成し、１極の界磁極を複数分割し、分割さ
れた１つ置きの磁石を磁石反転機構によって１８０度反
転することによって極対数を増加するように構成した。
化させることができるようにした回転電機と、その回転
電機を用いたハイブリッド車両を提供する。 【解決手段】 インナーロータとアウターロータを同軸
状に配置し、これら２つのロータ間にステータを配置し
た回転電機において、前記インナーロータとアウターロ
ータの極対数が異なり、極対数が少ない方のロータの極
対数を増加して前記インナーロータとアウターロータの
極対数を同じにする極対数可変機構を具える。前記極対
数可変機構を、極対数を変化させる方のロータの界磁を
永久磁石で構成し、１極の界磁極を複数分割し、分割さ
れた１つ置きの磁石を磁石反転機構によって１８０度反
転することによって極対数を増加するように構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機に関し、
特に、インナーロータ及びアウターロータを同軸状に配
置し、前記２つのロータ間にステータを配置した回転電
機に関する。本発明は、さらに、このような回転電機を
用いたハイブリッド車両にも関する。
特に、インナーロータ及びアウターロータを同軸状に配
置し、前記２つのロータ間にステータを配置した回転電
機に関する。本発明は、さらに、このような回転電機を
用いたハイブリッド車両にも関する。
【０００２】
【従来の技術】上述したような２つのロータを持つ回転
電機では、インナーロータとアウターロータの極対数比
を１：１にすると、同期磁気カップリング運転を行うこ
とができる。このような回転電機は、例えば、特開２０
０１−２７５３９６号公報において開示されている。こ
の従来の回転電機では、永久磁石をインナーロータ：ア
ウターロータ＝１：１の極対数で配置し、いずれかのロ
ータに励磁コイルを配置し、非同期運転したい場合に
は、この励磁コイルに電流を流して励磁コイルの配置さ
れている方のロータの極対数を増やすようにしている。
電機では、インナーロータとアウターロータの極対数比
を１：１にすると、同期磁気カップリング運転を行うこ
とができる。このような回転電機は、例えば、特開２０
０１−２７５３９６号公報において開示されている。こ
の従来の回転電機では、永久磁石をインナーロータ：ア
ウターロータ＝１：１の極対数で配置し、いずれかのロ
ータに励磁コイルを配置し、非同期運転したい場合に
は、この励磁コイルに電流を流して励磁コイルの配置さ
れている方のロータの極対数を増やすようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の回
転電機では、磁石による極対数比は１：１であり、極対
数を変化させる場合に励磁コイルに励磁するという構成
になっていたため、励磁時に銅損が発生し、効率が低下
するという問題があった。
転電機では、磁石による極対数比は１：１であり、極対
数を変化させる場合に励磁コイルに励磁するという構成
になっていたため、励磁時に銅損が発生し、効率が低下
するという問題があった。
【０００４】また、上記で引用した公報に開示されてい
るように、極対数比を１：１で使用するモードは、同期
運転、すなわち、インナーロータとアウターロータの速
度が同じ場合に限られている。ＨＥＶ（ハイブリッド
車）のように、一方のロータをエンジンに接続し、他方
のロータを変速機に接続するような用途では、アウター
ロータとインナーロータの速度が異なる場合が多くなる
ため、このような従来の技術を用いた場合、多くの場合
において励磁コイルに通電しなければならないことにな
り、効率が悪化するという問題もあった。
るように、極対数比を１：１で使用するモードは、同期
運転、すなわち、インナーロータとアウターロータの速
度が同じ場合に限られている。ＨＥＶ（ハイブリッド
車）のように、一方のロータをエンジンに接続し、他方
のロータを変速機に接続するような用途では、アウター
ロータとインナーロータの速度が異なる場合が多くなる
ため、このような従来の技術を用いた場合、多くの場合
において励磁コイルに通電しなければならないことにな
り、効率が悪化するという問題もあった。
【０００５】したがって、本発明は、上述した問題を解
決するために、励磁コイルを使用せずに極対数１：１に
変化させることができるようにした回転電機と、その回
転電機を用いたハイブリッド車両を提供することを目的
とする。
決するために、励磁コイルを使用せずに極対数１：１に
変化させることができるようにした回転電機と、その回
転電機を用いたハイブリッド車両を提供することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の第１発
明は、インナーロータとアウターロータを同軸状に配置
し、これら２つのロータ間にステータを配置した回転電
機において、前記インナーロータとアウターロータの極
対数が異なり、極対数が少ない方のロータの極対数を増
加して前記インナーロータとアウターロータの極対数を
同じにする極対数可変機構を具えることを特徴とする。
明は、インナーロータとアウターロータを同軸状に配置
し、これら２つのロータ間にステータを配置した回転電
機において、前記インナーロータとアウターロータの極
対数が異なり、極対数が少ない方のロータの極対数を増
加して前記インナーロータとアウターロータの極対数を
同じにする極対数可変機構を具えることを特徴とする。
【０００７】請求項２に記載の第２発明は、第１発明に
おいて、前記極対数可変機構を、極対数を変化させる方
のロータの界磁を永久磁石で構成し、１極の界磁極を複
数分割し、分割された１つ置きの磁石を磁石反転機構に
よって１８０度反転することによって極対数を増加する
ように構成したことを特徴とする。
おいて、前記極対数可変機構を、極対数を変化させる方
のロータの界磁を永久磁石で構成し、１極の界磁極を複
数分割し、分割された１つ置きの磁石を磁石反転機構に
よって１８０度反転することによって極対数を増加する
ように構成したことを特徴とする。
【０００８】請求項３に記載の第３発明は、第２発明に
おいて、前記磁石反転機構を、反転する磁石を円筒状の
ロータ部材に埋め込み、前記磁石を含んだ円筒状のロー
タ部材が、ロータ全体と独立に回転し、前記円筒状のロ
ータ部材が一体化したピン穴の開いた棒状の部材を有
し、油圧シリンダが該シリンダ先端に設置されたピンを
前記ピン穴に抜き差しして前記磁石の回転を制御するよ
うに構成したことを特徴とする。
おいて、前記磁石反転機構を、反転する磁石を円筒状の
ロータ部材に埋め込み、前記磁石を含んだ円筒状のロー
タ部材が、ロータ全体と独立に回転し、前記円筒状のロ
ータ部材が一体化したピン穴の開いた棒状の部材を有
し、油圧シリンダが該シリンダ先端に設置されたピンを
前記ピン穴に抜き差しして前記磁石の回転を制御するよ
うに構成したことを特徴とする。
【０００９】請求項４に記載の第４発明は、第１、第２
又は第３発明の回転電機を用いたハイブリッド車両であ
って、前記アウターロータとインナーロータのいずれか
一方をエンジンの出力軸に接続し、他方を変速機構に接
続したことを特徴とする。
又は第３発明の回転電機を用いたハイブリッド車両であ
って、前記アウターロータとインナーロータのいずれか
一方をエンジンの出力軸に接続し、他方を変速機構に接
続したことを特徴とする。
【００１０】請求項５に記載の第５発明は、第４発明に
おいて、発進時及び高速巡航時に、前記極対数可変機構
がインナーロータとアウターロータの極対数を同じにし
て駆動することを特徴とする。
おいて、発進時及び高速巡航時に、前記極対数可変機構
がインナーロータとアウターロータの極対数を同じにし
て駆動することを特徴とする。
【００１１】請求項６に記載の第６発明は、第１、第２
又は第３発明の回転電機を用いたハイブリッド車両であ
って、前記アウターロータとインナーロータのいずれか
一方を、クラッチを介してエンジンに接続し、他方を前
記変速機構に接続し、前記クラッチが切り離されている
ときには、前記極対数可変機構が、前記インナーロータ
とアウターロータの極対数を同じにして駆動することを
特徴とする。
又は第３発明の回転電機を用いたハイブリッド車両であ
って、前記アウターロータとインナーロータのいずれか
一方を、クラッチを介してエンジンに接続し、他方を前
記変速機構に接続し、前記クラッチが切り離されている
ときには、前記極対数可変機構が、前記インナーロータ
とアウターロータの極対数を同じにして駆動することを
特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】第１発明によれば、インナーロータの極
対数を変化させることで、極対数の異なる（例えば、イ
ンナーロータとアウターロータの極対数比が１：２の）
非同期運転と、極対数が同じである（すなわち、インナ
ーロータとアウターロータの極対数比が１：１の）同期
磁気カップリング運転とが可能になる。
対数を変化させることで、極対数の異なる（例えば、イ
ンナーロータとアウターロータの極対数比が１：２の）
非同期運転と、極対数が同じである（すなわち、インナ
ーロータとアウターロータの極対数比が１：１の）同期
磁気カップリング運転とが可能になる。
【００１３】第２発明によれば、界磁をすべて永久磁石
で構成することにより、界磁に必要な電流を流す必要が
ないので損失が減少する。また、インナーロータの磁極
１極を予め分割して配置することにより、複数に分割さ
れた１つおきの磁石のみの極性を反転させれば、極対数
を増加させることができ、損失を発生することなく第１
発明の効果が得られる。
で構成することにより、界磁に必要な電流を流す必要が
ないので損失が減少する。また、インナーロータの磁極
１極を予め分割して配置することにより、複数に分割さ
れた１つおきの磁石のみの極性を反転させれば、極対数
を増加させることができ、損失を発生することなく第１
発明の効果が得られる。
【００１４】第３発明によれば、磁石の回転制御を、セ
ンサなどの電気部品を設けることなく行うことができ
る。
ンサなどの電気部品を設けることなく行うことができ
る。
【００１５】第４発明によれば、ハイブリッド車両とし
て構成することで、走行に際して車速、必要駆動力に係
わりなく、エンジンを高効率運転点で運動することがで
きるので、燃費を向上することができる。
て構成することで、走行に際して車速、必要駆動力に係
わりなく、エンジンを高効率運転点で運動することがで
きるので、燃費を向上することができる。
【００１６】第５発明によれば、発進時には両ロータの
極対数を同じにして車軸にエンジントルク＋回転電機ト
ルクを発生させることで大きな発進トルクを得ることが
でき、また高速巡航時にも極対数を同じにすることで、
エンジン効率のよい点でエンジンを駆動することがで
き、回転電機には通電しないことで損失を低減すること
ができる。
極対数を同じにして車軸にエンジントルク＋回転電機ト
ルクを発生させることで大きな発進トルクを得ることが
でき、また高速巡航時にも極対数を同じにすることで、
エンジン効率のよい点でエンジンを駆動することがで
き、回転電機には通電しないことで損失を低減すること
ができる。
【００１７】第６発明によれば、クラッチによりエンジ
ンと回転電機を切り離すことで、電気自動車として動作
することが可能になり、極対数を同じにすることで等価
的に回転電機の磁石量が増加したことと同じになるの
で、極対数が異なる場合と比べて大きなトルクで駆動す
ることができる。
ンと回転電機を切り離すことで、電気自動車として動作
することが可能になり、極対数を同じにすることで等価
的に回転電機の磁石量が増加したことと同じになるの
で、極対数が異なる場合と比べて大きなトルクで駆動す
ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を実
施例によって、図面の参照と共に詳細に説明する。すべ
ての図面において、同じ符号は同様の要素を示す。図１
は、本発明による回転電機の構成を示す断面図である。
本回転電機１００は、インナーロータシャフト９の中心
軸線（回転電機の中心軸線でもある）Ｃ上に、同心円状
に、内側から、インナーロータシャフト９に取り付けら
れたインナーロータ７、ステータ１、アウターロータシ
ャフト１０に取り付けられたアウターロータ８の順で配
置された多重ロータ構造を成し、アウターロータ８とイ
ンナーロータ７との２つのロータ間に位置するステータ
１は、ステータコア２と、ステータコア２を軸方向両側
から挟み込んで支持するブラケット５とを具える。ボル
ト６は、ブラケット５とステータコア２に設けられた穴
を貫通し、これらの部材を固定することにより、ステー
タ１を形成している。ステータコア２は、周方向に配置
された複数のステータピースに分割され、各々のステー
タピースにはコイルが巻装され、各々のステータピース
は、複数枚のステータ鋼板を積層して形成される。イン
ナーロータ７の磁石に取り付けられた磁石回転機構１２
は、インナーロータ７の磁石の一部を回転させる。
施例によって、図面の参照と共に詳細に説明する。すべ
ての図面において、同じ符号は同様の要素を示す。図１
は、本発明による回転電機の構成を示す断面図である。
本回転電機１００は、インナーロータシャフト９の中心
軸線（回転電機の中心軸線でもある）Ｃ上に、同心円状
に、内側から、インナーロータシャフト９に取り付けら
れたインナーロータ７、ステータ１、アウターロータシ
ャフト１０に取り付けられたアウターロータ８の順で配
置された多重ロータ構造を成し、アウターロータ８とイ
ンナーロータ７との２つのロータ間に位置するステータ
１は、ステータコア２と、ステータコア２を軸方向両側
から挟み込んで支持するブラケット５とを具える。ボル
ト６は、ブラケット５とステータコア２に設けられた穴
を貫通し、これらの部材を固定することにより、ステー
タ１を形成している。ステータコア２は、周方向に配置
された複数のステータピースに分割され、各々のステー
タピースにはコイルが巻装され、各々のステータピース
は、複数枚のステータ鋼板を積層して形成される。イン
ナーロータ７の磁石に取り付けられた磁石回転機構１２
は、インナーロータ７の磁石の一部を回転させる。
【００１９】図２は、本発明による回転電機の一実施例
の断面図である。この図の状態は、非同期運転モードで
ある。アウターロータ８には、アウター磁石１０が埋め
込まれており、これらの磁石は、隣り合う磁石の極性が
それぞれ反対になるように配置されている。インナーロ
ータ７には、線状に配置されたインナー磁石１１ａ及び
１１ｂから成る複数の組が埋め込まれている。２つ１組
のインナー磁石のうち、一方（本例においては１１ｂ）
に図１に示したような磁石回転機構を設け、回転可能と
する。隣り合う組の回転しないインナー磁石１１ａは、
それぞれ反対になるように配置する。この図の状態で
は、各々の組の回転するインナー磁石１１ｂの極性は、
回転しないインナー磁石１１ａの極性と同じである。ま
た、隣り合う組の回転可能な磁石同士が隣接するように
配置し、回転可能な磁石を１８０度回転させた場合、隣
り合う磁石の極性が反対になるようにする。この図２の
状態において、各々の組のインナー磁石は同じ極性であ
るため、１つの磁石とみなすことができる。したがっ
て、インナーロータとアウターロータの極対数比は、
１：２である。
の断面図である。この図の状態は、非同期運転モードで
ある。アウターロータ８には、アウター磁石１０が埋め
込まれており、これらの磁石は、隣り合う磁石の極性が
それぞれ反対になるように配置されている。インナーロ
ータ７には、線状に配置されたインナー磁石１１ａ及び
１１ｂから成る複数の組が埋め込まれている。２つ１組
のインナー磁石のうち、一方（本例においては１１ｂ）
に図１に示したような磁石回転機構を設け、回転可能と
する。隣り合う組の回転しないインナー磁石１１ａは、
それぞれ反対になるように配置する。この図の状態で
は、各々の組の回転するインナー磁石１１ｂの極性は、
回転しないインナー磁石１１ａの極性と同じである。ま
た、隣り合う組の回転可能な磁石同士が隣接するように
配置し、回転可能な磁石を１８０度回転させた場合、隣
り合う磁石の極性が反対になるようにする。この図２の
状態において、各々の組のインナー磁石は同じ極性であ
るため、１つの磁石とみなすことができる。したがっ
て、インナーロータとアウターロータの極対数比は、
１：２である。
【００２０】図３は、図２と同じ回転電機において、各
々のインナー磁石の組における回転可能な磁石（図２に
おける１１ｂ）を回転した後の磁極の配置を示す断面図
である。この図の状態は、同期磁気カップリング運転モ
ードである。回転角度は、１８０度である。このような
インナー磁石の回転により、隣り合う磁石間で磁性が反
転し、結果として極対数が図２の状態の２倍になる。こ
の例において、インナー磁石回転前の図２の配置におい
て２極対であったものが、インナー磁石回転後の図３の
配置において４極対になっている。この図３の状態にお
いて、インナーロータとアウターロータの極対数比は
１：１である。
々のインナー磁石の組における回転可能な磁石（図２に
おける１１ｂ）を回転した後の磁極の配置を示す断面図
である。この図の状態は、同期磁気カップリング運転モ
ードである。回転角度は、１８０度である。このような
インナー磁石の回転により、隣り合う磁石間で磁性が反
転し、結果として極対数が図２の状態の２倍になる。こ
の例において、インナー磁石回転前の図２の配置におい
て２極対であったものが、インナー磁石回転後の図３の
配置において４極対になっている。この図３の状態にお
いて、インナーロータとアウターロータの極対数比は
１：１である。
【００２１】ここで、同期磁気カップリング運転とは、
２つのロータが磁気的に結合して同速度で回転すること
である。ここでいう磁気的な結合とは、磁気吸引力又は
磁気反発力である。インナーロータ及びアウターロータ
を同軸に配置する回転電機でいうならば、アウターロー
タとインナーロータの回転数が同じであり、例えば、ア
ウターロータが外力によって回されると、インナーロー
タがアウターロータに引き付けられて同速度で回転す
る。これに対して非同期運転とは、例えば上記の例では
インナーロータの運転状態（速度、トルク）が、アウタ
ーロータに関係なく運動することを言う。同期磁気カッ
プリング運転では、両方のロータに合致した電流をステ
ータに流す必要がなく、極対数が異なった構成で同期運
転が必要な場合に比べて回転電機損失を減少させること
ができる。
２つのロータが磁気的に結合して同速度で回転すること
である。ここでいう磁気的な結合とは、磁気吸引力又は
磁気反発力である。インナーロータ及びアウターロータ
を同軸に配置する回転電機でいうならば、アウターロー
タとインナーロータの回転数が同じであり、例えば、ア
ウターロータが外力によって回されると、インナーロー
タがアウターロータに引き付けられて同速度で回転す
る。これに対して非同期運転とは、例えば上記の例では
インナーロータの運転状態（速度、トルク）が、アウタ
ーロータに関係なく運動することを言う。同期磁気カッ
プリング運転では、両方のロータに合致した電流をステ
ータに流す必要がなく、極対数が異なった構成で同期運
転が必要な場合に比べて回転電機損失を減少させること
ができる。
【００２２】インナーロータとアウターロータの極対数
比を変化させるために、アウターロータの極対数を変化
させることも考えられるが、アウターロータはインナー
ロータと比べて周長が長いため、極対数を多くして磁石
の利用率を上げることが一般的である。したがって、本
発明による回転電機においては、インナーロータの極対
数よりアウターロータの極対数を多くしたほうが、回転
電機の小型化、高効率化に適している。インナーロータ
とアウターロータの極対数を同じにする場合、アウター
ロータの極対数が多いときには、アウターロータの極対
数を減じることが必要である。しかし、アウターロータ
の磁石を反転させて極対数を減じた場合には、アウター
ロータ１極の占める面積がステータ幅に対して極端に広
くなり、両隣のステータにまで１極の影響が及ぶため、
トルクリップルが増える。また、インナー１極から見た
アウター１極の角度が広くなり、インナーロータ磁極１
極の裏側とアウターロータ磁極が反発し、インナーロー
タとアウターロータが同期しづらくなるという問題があ
る（反トルクが発生するため）。また、アウターロータ
の磁石１極の起磁力をなんらかの方法で封じ込めた場合
には、磁石の利用率が下がり、同期トルクが減少すると
いった問題がある。一方、インナーロータの磁石を回転
させて極対数を増やした場合は、インナーロータの磁石
がステータ幅に対して広くなりすぎることはなく、また
磁石の利用率は変わらないため、アウターロータの極対
数を減じた場合のような問題は発生しない。したがっ
て、インナーロータの極対数を変化（増加）させること
が望ましい。また、インナーロータの極対数を増やすこ
とで、出力を低下することなく１極対あたりのステータ
磁束鎖交数を減少することができるので、インナーロー
タ磁石からアウターロータ磁石へ向かう磁束鎖交数が減
少し、鉄損が減少する。さらに、インナーロータとアウ
ターロータの極対数比が１：２の状態から１：１に変化
させる例に基づいて説明しているが、インナー磁石をさ
らに細かく分割して１つ置きに回転させるようにすれ
ば、例えば１：３のように１：２と異なった極対数から
１：１の極対数に変化させるようにすることも可能であ
る。
比を変化させるために、アウターロータの極対数を変化
させることも考えられるが、アウターロータはインナー
ロータと比べて周長が長いため、極対数を多くして磁石
の利用率を上げることが一般的である。したがって、本
発明による回転電機においては、インナーロータの極対
数よりアウターロータの極対数を多くしたほうが、回転
電機の小型化、高効率化に適している。インナーロータ
とアウターロータの極対数を同じにする場合、アウター
ロータの極対数が多いときには、アウターロータの極対
数を減じることが必要である。しかし、アウターロータ
の磁石を反転させて極対数を減じた場合には、アウター
ロータ１極の占める面積がステータ幅に対して極端に広
くなり、両隣のステータにまで１極の影響が及ぶため、
トルクリップルが増える。また、インナー１極から見た
アウター１極の角度が広くなり、インナーロータ磁極１
極の裏側とアウターロータ磁極が反発し、インナーロー
タとアウターロータが同期しづらくなるという問題があ
る（反トルクが発生するため）。また、アウターロータ
の磁石１極の起磁力をなんらかの方法で封じ込めた場合
には、磁石の利用率が下がり、同期トルクが減少すると
いった問題がある。一方、インナーロータの磁石を回転
させて極対数を増やした場合は、インナーロータの磁石
がステータ幅に対して広くなりすぎることはなく、また
磁石の利用率は変わらないため、アウターロータの極対
数を減じた場合のような問題は発生しない。したがっ
て、インナーロータの極対数を変化（増加）させること
が望ましい。また、インナーロータの極対数を増やすこ
とで、出力を低下することなく１極対あたりのステータ
磁束鎖交数を減少することができるので、インナーロー
タ磁石からアウターロータ磁石へ向かう磁束鎖交数が減
少し、鉄損が減少する。さらに、インナーロータとアウ
ターロータの極対数比が１：２の状態から１：１に変化
させる例に基づいて説明しているが、インナー磁石をさ
らに細かく分割して１つ置きに回転させるようにすれ
ば、例えば１：３のように１：２と異なった極対数から
１：１の極対数に変化させるようにすることも可能であ
る。
【００２３】図４は、図２と同様の回転電機において、
回転角度を１８０度以外とした場合の磁極の配置を示す
断面図である。このようにして、回転後の（すなわち、
極対数一致モードでの）磁極分布がなるべく等分布にな
るようにしてもよい。このような場合の角度の設定は、
後述する回転機構の位置止めピンを予め所定の角度にな
るようにして設定する。
回転角度を１８０度以外とした場合の磁極の配置を示す
断面図である。このようにして、回転後の（すなわち、
極対数一致モードでの）磁極分布がなるべく等分布にな
るようにしてもよい。このような場合の角度の設定は、
後述する回転機構の位置止めピンを予め所定の角度にな
るようにして設定する。
【００２４】図５は、本発明による回転電機の一実施例
における磁石回転機構を説明する断面図である。この図
において、インナーロータ７とステータ１のみを示して
あり、アウターロータを省略している。インナーロータ
７の回転可能な磁石１１ｂには軸方向へ穴の開いた棒２
０が接続されており、この棒の先端には回り止めピン２
７が取り付けられている。インナーロータ７には、シリ
ンダ２３が設けられ、このシリンダ２３には、ピン２１
と油路２６が接続され、油路２６からの油圧がない状態
では、ピン２１はバネ２４によりシリンダ２３の方へ引
き戻されている。油路２６から油圧が加えられると、ピ
ン２１は棒２０に開いた穴に挿さり、磁石１１ｂの回転
を止める。油圧を減じれば、穴に挿さっていたピン２１
はバネ２４により引き戻され、ピン２１が穴から抜けて
磁石１１ｂは開放状態になる。磁石１１ｂが回転して所
定の位置に達したときにピン２１を挿さなければならな
いため、位置決めが必要であるが、この位置決めを、回
り止めピン２７と、回り止め２５によって行う。つま
り、磁石１１ｂが回転していくと、所定の位置に達した
とき回り止めピン２７が回り止め２５に当たり位置が固
定されるので、磁石１１ｂはそれ以上回転できず静止す
る。そのときに油圧をかけてピン２１を挿せば磁石１１
ｂが固定される。
における磁石回転機構を説明する断面図である。この図
において、インナーロータ７とステータ１のみを示して
あり、アウターロータを省略している。インナーロータ
７の回転可能な磁石１１ｂには軸方向へ穴の開いた棒２
０が接続されており、この棒の先端には回り止めピン２
７が取り付けられている。インナーロータ７には、シリ
ンダ２３が設けられ、このシリンダ２３には、ピン２１
と油路２６が接続され、油路２６からの油圧がない状態
では、ピン２１はバネ２４によりシリンダ２３の方へ引
き戻されている。油路２６から油圧が加えられると、ピ
ン２１は棒２０に開いた穴に挿さり、磁石１１ｂの回転
を止める。油圧を減じれば、穴に挿さっていたピン２１
はバネ２４により引き戻され、ピン２１が穴から抜けて
磁石１１ｂは開放状態になる。磁石１１ｂが回転して所
定の位置に達したときにピン２１を挿さなければならな
いため、位置決めが必要であるが、この位置決めを、回
り止めピン２７と、回り止め２５によって行う。つま
り、磁石１１ｂが回転していくと、所定の位置に達した
とき回り止めピン２７が回り止め２５に当たり位置が固
定されるので、磁石１１ｂはそれ以上回転できず静止す
る。そのときに油圧をかけてピン２１を挿せば磁石１１
ｂが固定される。
【００２５】図６は、磁石回転機構の他の例を説明する
断面図である。この例においては、ピン２１を棒２０の
穴に挿して磁石１１ｂを固定する代わりに、ブレーキ２
８を用いて棒２０を挟み込んで固定する。
断面図である。この例においては、ピン２１を棒２０の
穴に挿して磁石１１ｂを固定する代わりに、ブレーキ２
８を用いて棒２０を挟み込んで固定する。
【００２６】上記磁石回転機構における磁石の回転原理
を説明する。図７は、磁石の回転原理を説明する断面図
である。永久磁石回転電機のロータ回転トルクは、磁石
の吸引力によって生じる。この図において、矢印を付け
た磁石１１ｂに着目する。この状態において、磁石１１
ｂはＮ極であるとする。ステータをＳ極に励磁すれば、
Ｎ極の磁石１１ｂがひきつけられる。このとき、磁石１
１ｂには矢印方向のトルクが生じ、このトルクがインナ
ーロータ７を回転させようとする。ここで、磁石１１ｂ
が自由に回転可能な状態にある場合、磁石１１ｂに生じ
たトルクはインナーロータ７の回転トルクに変換され
ず、磁石１１ｂが回転する。回転した磁石１１ｂは、前
述した回り止め機構により回転を停止され、ピン２１が
棒２０の穴に入ることによって（又はブレーキ２８が棒
２０を挟み込むことによって）固定され、磁石１１ｂが
受ける力は、インナーロータ７の回転トルクに変換され
る。
を説明する。図７は、磁石の回転原理を説明する断面図
である。永久磁石回転電機のロータ回転トルクは、磁石
の吸引力によって生じる。この図において、矢印を付け
た磁石１１ｂに着目する。この状態において、磁石１１
ｂはＮ極であるとする。ステータをＳ極に励磁すれば、
Ｎ極の磁石１１ｂがひきつけられる。このとき、磁石１
１ｂには矢印方向のトルクが生じ、このトルクがインナ
ーロータ７を回転させようとする。ここで、磁石１１ｂ
が自由に回転可能な状態にある場合、磁石１１ｂに生じ
たトルクはインナーロータ７の回転トルクに変換され
ず、磁石１１ｂが回転する。回転した磁石１１ｂは、前
述した回り止め機構により回転を停止され、ピン２１が
棒２０の穴に入ることによって（又はブレーキ２８が棒
２０を挟み込むことによって）固定され、磁石１１ｂが
受ける力は、インナーロータ７の回転トルクに変換され
る。
【００２７】図８は、ハイブリッド車両として構成した
本発明の一実施形態を説明する図である。回転電機１０
０のアウターロータ８をエンジン３１に、インナーロー
タ７を変速機３２に接続する。変速機３２を車軸３３に
接続する。同期カップリング運転モードにおいて、アウ
ターロータ８はエンジン３０によって回転され、アウタ
ーロータ８の回転によって磁気カップリングを経てイン
ナーロータ７が回転し、車軸３３が回転される。ステー
タ１にインナーロータ７用のトルク電流を流せば、車軸
３３のトルクはエンジントルク＋インナーロータ発生ト
ルクとなり、トルクコンバータの役目を果たすことがで
き、燃料使用率を下げることができる。同期磁気カップ
リング運転モード（極対数一致モード）を、例えば発進
時と高速巡航時とにおいて使用する。発進時には、磁気
カップリングに加え、インナーロータ７及びアウターロ
ータ８用の電流（この場合は、単一電流となる）をステ
ータ１に流せば、変速機３１にはエンジントルク＋回転
電機トルクが加わり、大きな駆動力を得ることができ
る。磁気カップリングを使用しない場合は、エンジント
ルクと回転電機トルクの和を出力することができない。
また、高速巡航時にはステータ１に電流を流さず、エン
ジントルクはアウターロータ８に伝わり、磁気カップリ
ングによってインナーロータ７を経由してそのまま変速
機３２に伝わる。従来のように磁気カップリングを使用
しない場合は、回転電機に通電する必要があり、損失が
増加する。発進時と高速巡航時以外の他の走行状態で
は、磁気カップリングを使用せず、非同期運転モードに
おいてインナーロータ７、アウターロータ８ともに独立
して運転（駆動及び発電）し、エンジン３１の最適燃費
点で駆動する。必ずしも変速機３２を用いる必要はな
い。
本発明の一実施形態を説明する図である。回転電機１０
０のアウターロータ８をエンジン３１に、インナーロー
タ７を変速機３２に接続する。変速機３２を車軸３３に
接続する。同期カップリング運転モードにおいて、アウ
ターロータ８はエンジン３０によって回転され、アウタ
ーロータ８の回転によって磁気カップリングを経てイン
ナーロータ７が回転し、車軸３３が回転される。ステー
タ１にインナーロータ７用のトルク電流を流せば、車軸
３３のトルクはエンジントルク＋インナーロータ発生ト
ルクとなり、トルクコンバータの役目を果たすことがで
き、燃料使用率を下げることができる。同期磁気カップ
リング運転モード（極対数一致モード）を、例えば発進
時と高速巡航時とにおいて使用する。発進時には、磁気
カップリングに加え、インナーロータ７及びアウターロ
ータ８用の電流（この場合は、単一電流となる）をステ
ータ１に流せば、変速機３１にはエンジントルク＋回転
電機トルクが加わり、大きな駆動力を得ることができ
る。磁気カップリングを使用しない場合は、エンジント
ルクと回転電機トルクの和を出力することができない。
また、高速巡航時にはステータ１に電流を流さず、エン
ジントルクはアウターロータ８に伝わり、磁気カップリ
ングによってインナーロータ７を経由してそのまま変速
機３２に伝わる。従来のように磁気カップリングを使用
しない場合は、回転電機に通電する必要があり、損失が
増加する。発進時と高速巡航時以外の他の走行状態で
は、磁気カップリングを使用せず、非同期運転モードに
おいてインナーロータ７、アウターロータ８ともに独立
して運転（駆動及び発電）し、エンジン３１の最適燃費
点で駆動する。必ずしも変速機３２を用いる必要はな
い。
【００２８】図９は、図８に示す本発明のハイブリッド
車両における非同期運転モード（極対数比１：２）と、
同期カップリング運転モード（極対数比１：１）との切
り替えを説明するフローチャートである。ステップＳ１
０１において、必要な駆動力を計算する。次に、ステッ
プＳ１０２において、現在のエンジン動作点で必要駆動
力を満たせるか否かを決定する。例えば、発進時であっ
て駆動力不足を回転電機のアシストトルクによって補う
場合、“いいえ”でステップＳ１０３に進みエンジン動
作点を確認する。ここで、エンジン動作点が適当でない
（例えば、最適燃費点にいない）場合、ステップＳ１０
５でエンジン動作点を変更し、またステップＳ１０１の
駆動力計算に戻るが、エンジン動作点が適切である場合
は必要駆動力を回転電機シストトルクで補う必要がある
ので、ステップＳ１０７に進み、同期カップリング運転
モードに入り、インナーロータとアウターロータの極対
数を一致させて、磁気カップリングを使用し、さらにイ
ンナーロータ７及びアウターロータ８用の電流をステー
タ１に流し、エンジントルク＋回転電機トルクを駆動力
として発生させる。また、高速巡航時には、ステップＳ
１０２では“はい”でステップＳ１０４に進み、車速が
所定の速度以上ならばステップＳ１０７に進み、同期カ
ップリング運転モードに入る。この場合も、磁気カップ
リングによってエンジン回転数と回転電機回転数とは同
じであるが、ステータには電流を供給しない。すなわ
ち、ロックアップと同等の状態となる。ステップＳ１０
４で車速が所定の速度未満である他の走行状態の場合、
ステップＳ１０６で通常モードに入り、インナーロータ
７とアウターロータ８の極対数が一致しない（すなわ
ち、本例においては極対数比が１：２の）非同期運転モ
ードで、両ロータが独立して回転、駆動する。
車両における非同期運転モード（極対数比１：２）と、
同期カップリング運転モード（極対数比１：１）との切
り替えを説明するフローチャートである。ステップＳ１
０１において、必要な駆動力を計算する。次に、ステッ
プＳ１０２において、現在のエンジン動作点で必要駆動
力を満たせるか否かを決定する。例えば、発進時であっ
て駆動力不足を回転電機のアシストトルクによって補う
場合、“いいえ”でステップＳ１０３に進みエンジン動
作点を確認する。ここで、エンジン動作点が適当でない
（例えば、最適燃費点にいない）場合、ステップＳ１０
５でエンジン動作点を変更し、またステップＳ１０１の
駆動力計算に戻るが、エンジン動作点が適切である場合
は必要駆動力を回転電機シストトルクで補う必要がある
ので、ステップＳ１０７に進み、同期カップリング運転
モードに入り、インナーロータとアウターロータの極対
数を一致させて、磁気カップリングを使用し、さらにイ
ンナーロータ７及びアウターロータ８用の電流をステー
タ１に流し、エンジントルク＋回転電機トルクを駆動力
として発生させる。また、高速巡航時には、ステップＳ
１０２では“はい”でステップＳ１０４に進み、車速が
所定の速度以上ならばステップＳ１０７に進み、同期カ
ップリング運転モードに入る。この場合も、磁気カップ
リングによってエンジン回転数と回転電機回転数とは同
じであるが、ステータには電流を供給しない。すなわ
ち、ロックアップと同等の状態となる。ステップＳ１０
４で車速が所定の速度未満である他の走行状態の場合、
ステップＳ１０６で通常モードに入り、インナーロータ
７とアウターロータ８の極対数が一致しない（すなわ
ち、本例においては極対数比が１：２の）非同期運転モ
ードで、両ロータが独立して回転、駆動する。
【００２９】図１０は、本発明によるハイブリッド車両
の他の実施形態を示す図である。図９の構成に加え、回
転電機１００のアウターロータ８とエンジン３１との間
にクラッチ３６を配置している。この場合、発進時及び
低速時に大トルクが必要な場合でも、エンジン３１を停
止して、回転電機１００のみで走行することができる。
さらに、磁気カップリングにより、磁石量がインナーロ
ータ７とアウターロータ８の和になるため、大トルクを
出力できる。
の他の実施形態を示す図である。図９の構成に加え、回
転電機１００のアウターロータ８とエンジン３１との間
にクラッチ３６を配置している。この場合、発進時及び
低速時に大トルクが必要な場合でも、エンジン３１を停
止して、回転電機１００のみで走行することができる。
さらに、磁気カップリングにより、磁石量がインナーロ
ータ７とアウターロータ８の和になるため、大トルクを
出力できる。
【００３０】図１１は、図１０に示す本発明のハイブリ
ッド車両における非同期運転モード（極対数比１：２）
と、同期カップリング運転モード（極対数比１：１）と
の切り替えを説明するフローチャートである。ステップ
Ｓ２０１においてクラッチが切れているかどうか決定
し、切れていればステップＳ２０２に進む。すなわち、
この例において、エンジンと回転電機との間に設置され
たクラッチが切れたときに極対数を一致させるか否かの
判断を行う。ステップＳ２０２において、必要な駆動力
を計算する。次にステップＳ２０３において、出力軸に
つながれた片ロータの出力トルクのみで必要な駆動力を
満たせるか否かを決定する。満たせる場合、ステップＳ
２０５に進み、非同期運転モードでそのまま走行する。
満たせない場合、ステップＳ２０４に進み、同期カップ
リング運転モードに入り、極対数を一致させて両ロータ
の磁束を併せて使用することで、駆動力を増加させ、必
要な駆動力を満足させる。
ッド車両における非同期運転モード（極対数比１：２）
と、同期カップリング運転モード（極対数比１：１）と
の切り替えを説明するフローチャートである。ステップ
Ｓ２０１においてクラッチが切れているかどうか決定
し、切れていればステップＳ２０２に進む。すなわち、
この例において、エンジンと回転電機との間に設置され
たクラッチが切れたときに極対数を一致させるか否かの
判断を行う。ステップＳ２０２において、必要な駆動力
を計算する。次にステップＳ２０３において、出力軸に
つながれた片ロータの出力トルクのみで必要な駆動力を
満たせるか否かを決定する。満たせる場合、ステップＳ
２０５に進み、非同期運転モードでそのまま走行する。
満たせない場合、ステップＳ２０４に進み、同期カップ
リング運転モードに入り、極対数を一致させて両ロータ
の磁束を併せて使用することで、駆動力を増加させ、必
要な駆動力を満足させる。
【図１】 本発明による回転電機の構成を示す断面図で
ある。
ある。
【図２】 本発明による回転電機の一実施例の断面図で
ある。
ある。
【図３】 磁石を回転した後の磁極の配置を示す断面図
である。
である。
【図４】 回転角度を１８０度以外とした場合の磁極の
配置を示す断面図である。
配置を示す断面図である。
【図５】 磁石回転機構を説明する断面図である。
【図６】 磁石回転機構の他の例を説明する断面図であ
る。
る。
【図７】 磁石の回転原理を説明する断面図である。
【図８】 ハイブリッド車両として構成した本発明の一
実施形態を説明する図である。
実施形態を説明する図である。
【図９】 図８のハイブリッド車両における運転モード
切り替えのフローチャートである。
切り替えのフローチャートである。
【図１０】 ハイブリッド車両として構成した本発明の
他の実施形態を説明する図である。
他の実施形態を説明する図である。
【図１１】 図１０のハイブリッド車両における運転モ
ード切り替えのフローチャートである。
ード切り替えのフローチャートである。
１ ステータ
２ ステータコア
４ アウターロータシャフト
５ ブラケット
６ ボルト
７ インナーロータ
８ アウターロータ
９ インナーロータシャフト
１０ アウター磁石
１１ａ、１１ｂ インナー磁石
１２ 磁石回転機構
２０ 棒
２１ ピン
２３ シリンダ
２４ バネ
２５ 回り止め
２６ 油路
２７ 回り止めピン
２８ ブレーキ
３１ エンジン
３２ 変速機
３３ 車軸
３６ クラッチ
１００ 回転電機
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｂ６０Ｌ 11/14 Ｂ６０Ｌ 11/14
Ｈ０２Ｋ 1/22 ＺＨＶ Ｈ０２Ｋ 1/22 ＺＨＶＡ
16/02 16/02
21/12 21/12 Ｍ
Ｆターム(参考） 5H002 AA09 AB07 AE08
5H115 PA11 PG04 PI16 PU01 PU21
PU28 SE03 SE08 TR04 UI32
5H621 BB02 GA12 HH01 JK01 JK03
5H622 AA03 CA02 CA10 CB01 CB06
PP03
Claims (6)
- 【請求項１】 インナーロータとアウターロータを同軸
状に配置し、これら２つのロータ間にステータを配置し
た回転電機において、前記インナーロータとアウターロ
ータの極対数が異なり、極対数が少ない方のロータの極
対数を増加して前記インナーロータとアウターロータの
極対数を同じにする極対数可変機構を具えることを特徴
とする回転電機。 - 【請求項２】 請求項１に記載の回転電機において、前
記極対数可変機構を、極対数を変化させる方のロータの
界磁を永久磁石で構成し、１極の界磁極を複数分割し、
分割された１つ置きの磁石を磁石反転機構によって１８
０度反転することによって極対数を増加するように構成
したことを特徴とする回転電機。 - 【請求項３】 請求項２に記載の回転電機において、前
記磁石反転機構を、反転する磁石を円筒状のロータ部材
に埋め込み、前記磁石を含んだ円筒状のロータ部材が、
ロータ全体と独立に回転し、前記円筒状のロータ部材が
一体化したピン穴の開いた棒状の部材を有し、油圧シリ
ンダが該シリンダ先端に設置されたピンを前記ピン穴に
抜き差しして前記磁石の回転を制御するように構成した
ことを特徴とする回転電機。 - 【請求項４】 請求項１、２又は３に記載の回転電機を
用いたハイブリッド車両であって、前記アウターロータ
とインナーロータのいずれか一方をエンジンの出力軸に
接続し、他方を変速機構に接続したことを特徴とするハ
イブリッド車両。 - 【請求項５】 請求項４に記載のハイブリッド車両にお
いて、発進時及び高速巡航時に、前記極対数可変機構が
インナーロータとアウターロータの極対数を同じにして
駆動することを特徴とするハイブリッド車両。 - 【請求項６】 請求項１、２又は３に記載の回転電機を
用いたハイブリッド車両であって、前記アウターロータ
とインナーロータのいずれか一方を、クラッチを介して
エンジンに接続し、他方を前記変速機構に接続し、前記
クラッチが切り離されているときには、前記極対数可変
機構が、前記インナーロータとアウターロータの極対数
を同じにして駆動することを特徴とするハイブリッド車
両。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002098251A JP3610961B2 (ja) | 2002-04-01 | 2002-04-01 | 回転電機及びその回転電機を用いたハイブリッド車両 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002098251A JP3610961B2 (ja) | 2002-04-01 | 2002-04-01 | 回転電機及びその回転電機を用いたハイブリッド車両 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003299281A true JP2003299281A (ja) | 2003-10-17 |
| JP3610961B2 JP3610961B2 (ja) | 2005-01-19 |
Family
ID=29387899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002098251A Expired - Fee Related JP3610961B2 (ja) | 2002-04-01 | 2002-04-01 | 回転電機及びその回転電機を用いたハイブリッド車両 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3610961B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008001313A (ja) * | 2006-06-26 | 2008-01-10 | Honda Motor Co Ltd | モータを備える車両の制御装置 |
| JP2008037351A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Honda Motor Co Ltd | モータ制御装置 |
| JP2008056141A (ja) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Honda Motor Co Ltd | ハイブリッド車両の制御装置 |
| JP2008067499A (ja) * | 2006-09-07 | 2008-03-21 | Honda Motor Co Ltd | 回転電機を具備する車両 |
| JP2009073472A (ja) * | 2007-08-27 | 2009-04-09 | Toyota Central R&D Labs Inc | 動力伝達装置 |
| JP2011130661A (ja) * | 2009-12-18 | 2011-06-30 | General Electric Co <Ge> | 二重反転可能発電機 |
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