JP2007174757A - ステータ回転可能型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】弱め界磁制御を用いることなく、回転電機の誘起電圧が高くなることを防止する。
【解決手段】ケース2に回転可能に支持されたステータ5と、このステータ５をケース２に固定する第１ブレーキ７とを具えたステータ回転可能型回転電機１において、少なくとも３個の回転要素ｓ，ｃ，ｒを具えた差動装置１４を設け、このうち１個の回転要素ｃとステータ５とを駆動結合し、他の１個の回転要素ｓと回転電機１のロータ１１とを駆動結合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に発生する誘起電圧を低減する技術に関するものである。

永久磁石を具えた回転電機においては、出力軸の回転速度が高回転となった場合に誘起電圧が過度に上昇して、インバータやバッテリに悪影響を与えたり、逆起電力が発生してモータとしての出力効率が低下したり、永久磁石が減磁したりする等の問題が生じる。そこで誘起電圧の上昇を防止する手段としては従来、例えば特許文献１に記載の発明のように、弱め界磁制御を用いるのが常套である。
一方で、弱め界磁制御は回転電機の力率を損なうという問題があるため、弱め界磁制御を行わないで、誘起電圧の上昇を回避する発明としては例えば特許文献２に記載のごときものもある。特許文献２に記載の駆動装置は、永久磁石を具えたロータと、コイルを具えたステータより構成した回転電機において、ステータを外側のケーシングに回転可能に支持する。そして、回転電機をモータとして駆動する間は係合機構を締結してステータを回転不能に固定する。反対に、回転電機をモータとして駆動しない間は係合機構を解放してステータの回転を許容する。これにより、ステータおよびロータ間の相対回転数を低減して誘起電圧が過度に上昇することを回避し、逆起電力の発生を防止したものである。
特開平１０−２６２３５９号公報 特開２００５−１２４２５３号公報

しかし、上記従来のような特許文献２に記載の回転電機にあっては、以下に説明するような問題を生ずる。つまり、係合機構の締結または解放の二者択一的なものであるため、モータとして駆動するか若しくは全く駆動しないか、のどちらか一方の状態のみ選択されることとなり、誘起電圧を抑制しつつ出力軸回転数を高回転領域にして駆動運転することができないという問題がある。
また特許文献２に記載の回転電機にあっては、係合機構の解放中はステータおよびロータ間の相対回転数が制御不能となるため、係合機構の解放中は降坂路を走行中や減速走行中であってもエネルギーを回生することができないという問題が生じる。ここで、たとえ係合機構を半クラッチ状態にして、ステータおよびロータ間の相対回転数を制御することとしても、半クラッチ状態とすれば係合機構でエネルギーが熱に変換して消滅してしまうこととなり、エネルギー回生効率が悪化してしまう。

本発明は、上述の実情に鑑み、回転電機の出力軸の回転数に応じて、ステータおよびロータ間の相対回転数を制御することができるステータ回転可能型の回転電機を提案するものである。

この目的のため本発明によるステータ回転可能型の回転電機は、請求項１に記載のごとく、
ケースに回転可能に支持されたステータと、該ステータをケースに固定する第１ブレーキ装置とを具えたステータ回転可能型回転電機において、
少なくとも３個の回転要素を具えた差動装置を設け、このうち１個の回転要素と前記ステータとを駆動結合し、他の１個の回転要素と回転電機のロータとを駆動結合したことを
特徴としたものである。

かかる本発明の構成によれば、ステータとロータとを差動装置で駆動結合したため、ロータ高回転時には、第１ブレーキ装置を解放してステータを回転自在とし、この差動装置を制御することによってステータおよびロータ間の相対回転数を決定することが可能となり、出力軸の絶対回転数が高回転数であっても上記の相対回転数を低回転にすることができる。したがって、従来のように、弱め界磁制御をすることなく誘起電圧を抑制することが可能となる他、出力軸回転数を高回転領域にしたまま運転することが可能になる。
このため、誘起電圧を抑制と、回転電機の運転（駆動運転および回生運転）とを同時に実行することができるという有益な効果が得られる。
そして、降坂路を走行中や減速走行中であっても誘起電圧を抑制しつつエネルギーを回生することができ、バッテリの充電が可能になる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の第1実施例になるステータ回転可能型の回転電機１を、回転軸を含む平面で断面にして示す縦断面図である。
回転電機１の外殻を形成するケース２は、その内空領域で軸受け３，４を介して、ステータ５を回転可能に支持する。ステータ５は中空円筒形状であり、その内周側には、コイル巻線６を周方向に複数配置する。

ステータ５外周とケース２内周との間には、ステータ５をケース２に固定する第1ブレーキ７を設け、さらに、ステータ５を外部電源と電気的に接続するためのスリップリング８を設ける。

第1ブレーキ７は、ケース２内壁には軸Ｏ方向に延在するスプライン溝（図示せず）を刻設しておき、該スプライン溝にはリング形状のクラッチ板を複数枚嵌合させる。該クラッチ板はケース２に、軸Ｏ方向には移動可能かつ周方向には移動不能にスプライン嵌合する。同様に、ステータ５外壁にもクラッチ板をスプライン嵌合させる。そしてステータ５を固定する時には、図示しないピストン機構で、ケース２側のクラッチ板とステータ５側のクラッチ板とを押圧して、締結を実行する。これに対し、ステータ５を固定しないのであれば、上記押圧をせず、第1ブレーキ７を解放する。

スリップリング８は、ケース２外側で図示しない強電ハーネスと、インバータと、バッテリと接続する。またスリップリング８は、ステータ５内でコイル巻線６と接続する。ステータ５がケース２に対して相対回転中、スリップリング８が摺動しつつ、スリップリング８とコイル巻線６に通電する。

ステータ５の軸O方向両端は、軸受け９，１０を介して、ロータ１１の中心軸１２，１３を回転可能に支持する。
ロータ１１には、軸O方向に延在する中心軸１２，１３を一体に結合する。またロータ１１は永久磁石を複数具え、ロータ１１およびコイル巻線６間の電磁的作用によってトルク（マグネットトルクおよびリラクタンストルク）を発生し、回転する。これらトルクおよび回転による出力は、中心軸１２，１３（出力軸１３ともいう）に伝達される。
出力軸１３は、図示しない先端側で、車輪等の負荷と駆動結合する。

ロータ１１側から突出した中心軸１２の先端は、遊星歯車組１４のサンギヤｓと結合する。サンギヤｓおよび遊星歯車組１４のリングギヤｒは、軸Ｏを回転中心とする。これらサンギヤｓとリングギヤｒとの間には、複数のプラネタリギヤｐを軸Ｏ周方向に複数配置する。サンギヤｓの外周歯およびリングギヤｒの内周歯と噛合する複数のプラネタリギヤｐを、共通のキャリアｃで連結する。またキャリアｃは、ステータ５と結合する。これによりキャリアｃは、プラネタリギヤｐ同士の相対位置関係を規定する他、プラネタリギヤｐの自転を許容しつつ、軸Ｏを中心とするプラネタリギヤｐの公転を回転運動として取り出して、ステータ５の回転数と一致させる。

遊星歯車組１４はステータ５外側かつケース２内に収容されている。リングギヤｒ外周とケース２内周との間には、リングギヤｒをケース２に固定する第1ブレーキ１９を設ける。
第1ブレーキ１９も第1ブレーキ７と同様に、リング形状のクラッチ板を複数枚スプライン嵌合させて構成する。該クラッチ板はケース２およびリングギヤｒに、軸Ｏ方向には移動可能かつ周方向には移動不能に嵌合する。そしてリングギヤｒを固定する時には、図示しないピストン機構で、クラッチ板同士を押圧して、締結を実行する。これに対し、リングギヤｒを固定しないのであれば、上記押圧をせず、第1ブレーキ１９を解放する。

ロータ１１はステータ５からみて相対回転する。図１に示すように出力軸１３はロータ１１に一体結合するため、ロータ１１の絶対回転数は出力軸１３の回転数に等しい。

ロータ１１の絶対回転数が低回転および中回転の場合、第1ブレーキ１９を解放してリングギヤを回転自由とし、第1ブレーキ７を締結してステータ５を回転不能に固定する。ステータ５の回転数を０にすることにより、出力軸１３の回転数は、ステータ５およびロータ１１間の相対回転数と等しくなる。
この結果、コイル巻線６にはロータ１１の絶対回転数に比例した誘起電圧が生じる。

ロータ１１の絶対回転数が高回転の場合、第1ブレーキ１９を締結してリングギヤｒを回転不能に固定し、第1ブレーキ７を解放してステータ５を回転自由とする。リングギヤｒの回転数を０にすることで、遊星歯車組１４はサンギヤｓとキャリアｃとの相対回転数を後述する共線図で表される関係にする。ここでいう相対回転数は、サンギヤｓの絶対回転数よりも少なくなるよう（０に近くなるよう）構成する。図１に示すように、サンギヤｓはロータ１１と駆動結合し、キャリアｃはステータ５と駆動結合する。したがって第１実施例では、ステータ５およびロータ１１間の相対回転数をロータ１１の絶対回転数よりも少なくすることが可能になる。
この結果、コイル巻線６にはロータ１１の相対回転数に比例した誘起電圧が生じ、ロータ１１の絶対回転数が高回転であっても、誘起電圧が高くなることを回避することができる。そして、モータとしての出力効率の低下および永久磁石の減磁を回避することができる。

ロータ１１の絶対回転数が高回転であるか否かの判別は例えば、レゾルバなどの回転数検出センサを出力軸１３に設けておき、検出した回転数が、予め記憶しておいた所定値以上であれば、高回転と判断する。あるいは、コイル６の誘起電圧を直接検出する電圧センサを設け、検出した誘起電圧が、インバータ２２の耐圧性能以上であれば、高回転と判断する。

遊星歯車組１４を構成する各回転要素ｓ，ｒ、ｃの回転数は、図２に共線図で示される。
ロータ１１の絶対回転数と同じであるサンギヤｓの回転数が低中回転n1の場合、
第1ブレーキ７を締結してキャリアｃの回転数を０に保持しているため、各回転要素ｓ，ｒ、ｃの回転数はレバーαの関係となる。

サンギヤｓの回転数が低中回転n1から図２にβで示すよう上昇して高回転n2となった場合について説明する。上述のように第1および第2ブレーキ装置７，１９を締結・解放していれば、各回転要素ｓ，ｒ、ｃの回転数はレバーγの関係となり、ロータ１１およびステータ５間の相対回転数が高回転n2となり、誘起電圧が大きくなるという不具合が発生する。相対回転数が高回転となるのは不具合が発生することから、図２に示す相対回転数n2には、×を付しておく。
そこで、第1ブレーキ７を解放してキャリアｃの回転拘束を解き、第２ブレーキ１９を締結してリングギヤｒの回転数を０にする。これにより、各回転要素ｓ，ｒ、ｃの回転数はレバーδの関係となり、ロータ１１およびステータ５間の相対回転数を高回転n2から中回転n3に減少させることが可能になる。したがって、誘起電圧を抑制することができる。

なお、ロータ１１およびステータ５間の相対回転数を上述のように制御する相対回転数制御制御手段は、回転電機１の目標トルクおよび目標回転数を制御するコントローラ（図示せず）であってよい。

つぎに本発明になるステータ回転可能型回転電機の第2実施例について説明する。ここでは、上述した第1実施例と共通する部材については、同じ符号を付して説明を省略し、異なる部材には新たに符号を付して説明する。

図３は本発明の第２実施例になるステータ回転可能型の回転電機２１を、回転軸を含む平面で断面にして示す縦断面図である。

ロータ１１には、軸O方向に延在する中心軸１２，１５を一体に結合する。
ステータ５の軸O方向両端は、軸受９，１０を介して、中心軸１２，１５を回転可能に支持する。ロータ１１のトルクおよび回転による出力は、中心軸１２，１５に伝達される。

中心軸１５には、遊星歯車組１４を駆動結合する。遊星歯車組１４はステータ５外壁とケース２の内壁との間に収容されている。
ロータ１１側から突出した中心軸１５の先端は、遊星歯車組１４のサンギヤｓと結合する。サンギヤｓおよび遊星歯車組１４のリングギヤｒは、軸Ｏを回転中心とする。これらサンギヤｓとリングギヤｒとの間には、複数のプラネタリギヤｐを軸Ｏ周方向に複数配置する。サンギヤｓの外周歯およびリングギヤｒの内周歯と噛合する複数のプラネタリギヤｐを、軸受け１０を支持するステータ５の軸受支持部５ｃで連結する。つまり軸受支持部５ｃは遊星歯車組１４のキャリアを兼用する。これによりキャリア５ｃは、プラネタリギヤｐ同士の相対位置関係を規定する他、プラネタリギヤｐの自転を許容しつつ、軸Ｏを中心とするプラネタリギヤｐの公転を回転運動として取り出して、ステータ５の回転数と一致させる。

サンギヤｓからみて中心軸１５と反対側には、出力軸１３の一端を結合する。出力軸１３は、図示しない他端側で、車輪と駆動結合し、回転電機２１の出力を車輪に伝達する。つまり出力軸１３の他端は、負荷と連結する。

ロータ１１からみて出力軸１３と反対側にあるステータ５の軸受支持部５aには、インバータ２２を個設する。インバータ２２にはバッテリ２３を個設する。これらインバータ２２およびバッテリ２３は、軸受支持部５aの外壁とケース２の内壁との間に位置する。回転電機２１の駆動中、バッテリ２３は放電し、インバータ２２を介して、コイル巻線６に電力を供給する。また回転電機２１の回生中、バッテリ２３はインバータ２２を介して、コイル巻線６から電力を供給され、バッテリ２３を充電する。

インバータ２２は図示しないコントローラと接続し、当該コントローラは回転電機２１の駆動指令および回生指令をインバータ２２に与える。

遊星歯車組１４を構成する各回転要素ｓ，ｒ、５ｃの回転数は、図２に共線図で示され、第１実施例と同様の効果を奏する。

さらに、第2実施例の回転電機２１では、図３に示すようにステータ５にインバータ２２およびバッテリ２３を結合したため、以下に説明する効果を奏する。
つまり、インバータ２２およびバッテリ２３はステータ５と一体に回転するため、ステータ５の質量は大きくなり、キャリア５ｃの慣性モーメントが大きくなる。したがって、図２のレバーδで示すようにステータ５を回転させることにより、回転エネルギーを一旦ステータ５に貯蔵することが可能になる。このときのステータ５は内燃機関を具えた車両駆動系におけるフライホイールの役目を果たす。

このため例えば、ステータ５を回転させて運転していた回転電機２１が、ステータ５を固定して運転するよう切り替わる際には、ステータ５に貯蔵していた回転エネルギーを用いることができ、モータ消費電力の低減および回生効率の向上を図ることができる。

さらに、第2実施例の回転電機２１では、図３に示すようにステータ５にインバータ２２およびバッテリ２３を結合したため、図１に示すスリップリング８や、図示しない強電ハーネスのようなものを介さなくても、バッテリ２３からコイル巻線６に電力を供給することが可能となる。したがって、回転電機３１の軽量化および小型化を図ることができ、車両等への搭載性が向上する。

つぎに本発明になるステータ回転可能型回転電機の第３実施例について説明する。ここでは、上述した各実施例と共通する部材については、同じ符号を付して説明を省略し、異なる部材には新たに符号を付して説明する。

図４は本発明の第３実施例になるステータ回転可能型の回転電機３１を、回転軸を含む平面で断面にして示す縦断面図である。

インバータ２２およびバッテリ２３には軸O方向に延在する孔２４を設けておく。
中心軸１２の先端１２ｓをステータ５の外方に突出させる。先端１２ｓと孔２４の内周面との間には第1クラッチ２５を設ける。
第１クラッチ２５もブレーキ７，１９と同様に、リング形状のクラッチ板を複数枚スプライン嵌合させて構成する。該クラッチ板は中心軸１２およびバッテリ２３に、軸Ｏ方向には移動可能かつ周方向には移動不能に嵌合する。そして中心軸１２をバッテリ２３に結合する時には、図示しないピストン機構で、クラッチ板同士を押圧して、締結を実行する。これに対し、結合しないのであれば、上記押圧をせず、第1クラッチ２５を解放する。

第1クラッチ２５を解放中、中心軸１２はインバータ２２およびバッテリ２３から切り離され、それぞれ別個に回転する。中心軸１２はロータ１１と結合し、インバータ２２およびバッテリ２３はステータ５と結合する。したがって、ステータ５とロータ１１は別個に回転する。これは回転電機が駆動または回生するために必須であるため、通常は第1クラッチ２５を解放しておく。
第1クラッチ２５を締結中、中心軸１２はインバータ２２およびバッテリ２３に連結され、これら１２，２２，２３は一体回転する。したがって、ステータ５とロータ１１との相対回転数が０になる。

サンギヤｓと出力軸１３との結合部分には第2クラッチ２６を挿置する。
第２クラッチ２６も第1クラッチ２５と同様に、リング形状のクラッチ板を複数枚スプライン嵌合させて構成する。該クラッチ板はサンギヤｓおよび出力軸１３に、軸Ｏ方向には移動可能かつ周方向には移動不能に嵌合する。そして出心軸１３をサンギヤｓに結合する時には、図示しないピストン機構で、クラッチ板同士を押圧して、締結を実行する。これに対し、結合しないのであれば、上記押圧をせず、第２クラッチ２６を解放する。

第2クラッチ２６を締結中、出力軸１３はサンギヤｓに連結され、これらｓ，１３は一体回転する。第2クラッチ２６を解放中、出力軸１３はサンギヤｓから切り離され、それぞれ別個に回転する。図４に示すように第2クラッチ２６はステータ５外壁とケース２の内壁との間に位置するが、ケース２外にあってもよい。

回転電機３１に設けた遊星歯車組１４を構成する各回転要素ｓ，ｒ、５ｃの回転数は、図５に共線図で示される。
図５中、前述した図２の共線図に示すレバーおよび回転数と同じ箇所については、同様の符号を付して説明を省略する。つまり回転電機３１は、前述した回転電機１および回転電機２１と同様の効果を奏し、出力軸１３およびサンギヤｓが高回転であっても、ステータ５およびロータ１１間の相対回転数を低減して、誘起電圧の上昇を防止することができる。

さらに、第３実施例の回転電機３１では、図４に示すように第1クラッチ２５を設けたため、以下に説明する効果を奏する。
つまり通常は第１クラッチ２５を解放しておき、回転電機３１の駆動運転および回生運転を可能にして、各回転要素ｓ，ｒ、５ｃの回転数を、図５に示すレバーα、γ、δのように規定する。

これに対し、誘起電圧を０にしたい場合には、第1クラッチ２６を締結し、ステータ５とロータ１１との相対回転数を０にして、各回転要素ｓ，ｒ，５ｃの回転数を、図５に示すレバーεのように規定する。ロータ１１はサンギヤｓと結合し、ステータ５はキャリア５ｃと結合するため、サンギヤｓの回転数とキャリア５ｃの回転数は等しくなり、図５中、レバーεは二重線で示すように水平（相対回転数が０）になる。

外部（出力軸１３側）から回転電機３１に回転が入力される場合、バッテリ２３が満充電であれば、回転電機３１の回生運転は必要ではない。そこで、この実施例では、第1クラッチ２５を締結し、第１ブレーキ７を解放し、第2ブレーキ１９を解放し、第２クラッチ２６を締結して、コイル巻線６の誘起電圧を０にする。
さらに、一体となったステータ５およびロータ１１の回転数は、出力軸１３の回転数（例えば図５の回転数n2）と等しくなり、ステータ５およびロータ１１の慣性モーメントを利用して回生運転以外の手段で回転エネルギーを貯蔵することが可能となる。ここで付言すると、このときのステータ５は内燃機関を具えた車両駆動系におけるフライホイールの役目を果たす。

したがって例えば、各回転要素の回転数をレバーεのように実現中、出力軸１３の回転数が低下する予定があれば、第２クラッチ２６を解放して、回転エネルギーを貯蔵するフライホイールバッテリとして役目を果たすことが可能になる。
その後例えば、第２クラッチ２６を締結して、出力軸１３の駆動を開始する際には、当該貯蔵された回転エネルギーを駆動運転に用いることができ、モータとしての効率が向上する。
このように、回転エネルギーを貯蔵する回転エネルギー貯蔵手段は、回転電機１の目標トルクおよび目標回転数を制御するコントローラ（図示せず）であってよい。

次に、回転電機１，２１，３１の操作方法を運転状態に応じて分類した図表を図６に示す。

この実施例では力行（駆動運転）中と回生運転中につき、ロータ１１の絶対回転数に応じて第1ブレーキ７と、第2ブレーキ１９と、第1クラッチ２５と、第2クラッチ２６とを締結または解放する。

まず力行（駆動運転）中につき図６に沿って説明する。
ロータ１１の絶対回転数が低回転のとき、誘起電圧は低いので問題は生じない。そこで図６の「力行」における「ロータ（低）」の項目に示すように、第1ブレーキ７を締結し、第2ブレーキ１９を解放する。
なお、第1クラッチ２５と、第2クラッチ２６は必須ではないため、斜線で表示する。第1クラッチ２５や、第2クラッチ２６を具えていれば、これら２５，２６を締結する。
このとき遊星歯車組１４の状態は図７に示す共線図のレバーαになる。

説明を図６に戻すと、ロータ１１の絶対回転数が高回転のとき、誘起電圧が高くなることを防止するため、図６の「力行」における「ロータ（高）」の項目に示すように、第1ブレーキ７を解放し、第2ブレーキ１９を締結する。
なお、第1クラッチ２５と、第2クラッチ２６は必須ではないため、斜線で表示する。第1クラッチ２５や、第2クラッチ２６を具えていれば、締結する。
このとき遊星歯車組１４の状態は図７に示す共線図のレバーδになる。

説明を図６に戻すと、ロータ１１の絶対回転数が低回転から高回転に変化するとき、図６の「力行」における「ロータ（低⇔高）」の項目に示すように制御する。つまり、解放された第1ブレーキ７を締結させつつ、締結された第2ブレーキ１９を解放させるようこれら第1ブレーキ７および第2ブレーキ１９を調節する。
あるいはロータ１１の絶対回転数が高回転から低回転に変化するとき、締結された第1ブレーキ７を解放させつつ、解放された第2ブレーキ１９を締結させるようこれら第1ブレーキ７および第2ブレーキ１９を調節する。
なお、第1クラッチ２５と、第2クラッチ２６は必須ではないため、斜線で表示する。第1クラッチ２５や、第2クラッチ２６を具えていれば締結状態にしておく。
このとき遊星歯車組１４の状態は、図７に示す共線図のレバーζのようになる。つまりレバーαとレバーδとの間に一時的に位置する。

次に回生運転中につき図６に沿って説明する。
バッテリ２３の残量が少ないとき、またロータ１１の絶対回転数が低回転のとき、図６の「回生」における「BAT残量（少）」の項目に示すように、第1ブレーキ７を締結し、第2ブレーキ１９を解放する。これによりバッテリ２３を充電する。
なお、第1クラッチ２５と、第2クラッチ２６は必須ではないため、斜線で表示する。第1クラッチ２５や、第2クラッチ２６を具えていれば、これら２５，２６を締結する。
このとき遊星歯車組１４の状態は図７に示す共線図のレバーαになる。

説明を図６に戻すと、バッテリ２３の残量が中程度のとき、またロータ１１の絶対回転数が高回転のとき、図６の「回生」における「BAT残量（中）」の項目に示すように、第1ブレーキ７を解放し、第2ブレーキ１９を締結する。これにより、ステータ５およびロータ１１間の相対回転数を低減し、誘起電圧を低くしてバッテリ２３を充電する。
なお、第1クラッチ２５と、第2クラッチ２６は必須ではないため、斜線で表示する。第1クラッチ２５や、第2クラッチ２６を具えていれば、締結する。
このとき遊星歯車組１４の状態は図７に示す共線図のレバーδになる。

第1クラッチ２５を具えていれば、バッテリ２３の残量が満のときの操作が可能になる。つまり図６の「回生」における「BAT残量（満）」の項目に示すように、第1ブレーキ７を解放し、第2ブレーキ１９を解放し、第１クラッチ２５を締結する。これにより、遊星歯車組１４の状態を図７に示す共線図のレバーεのようにして、ステータ５およびロータ１１を一体回転させる。一体回転とすれば、ステータ５とロータ１１との相対回転数を０にして、誘起電圧を０にすることが可能となる。誘起電圧が０であれば、バッテリ２３が充電されることはない。

さらに第2クラッチ２６を具えていれば、以下に説明するような効果を得ることができる。

第１に、フライホイールモータとして回転エネルギーを貯蔵することができる。
まず、出力軸１３が駆動輪などの負荷側に連れ回されて回転中は、第1ブレーキ７を解放し、第2ブレーキ１９を解放し、第１クラッチ２５を締結する。さらには第２クラッチ２６を締結する。図７のレバーεの状態にして、ステータ５とロータ１１と遊星歯車組１４を回転させておく。
次に、出力軸１３が停止する等、出力軸１３の回転数が低下するという事情が予測されるときは、予め第２クラッチ２６を解放し、ステータ５とロータ１１と遊星歯車組１４とを惰性回転させておく。出力軸１３が停止しても、図７のレバーεの状態を保持する。

特に、バッテリ２３の残量が満充電状態のときは、回生運転以外の方法で回転エネルギーを貯蔵することができる。したがって、回転電機の全て運転状態を総合的に着目したときのエネルギー効率を向上させることができる。

第２に出力軸１３の停止中に回生運転が可能になる。
まず、図６の「BAT残量（満）」の項目で示すように、出力軸１３の停止中は第2クラッチ２６を解放しておき、上述したように回転エネルギーを貯蔵する（図７のレバーε）。
次に、回転電機３１を回生運転させるときは、図６の「出力軸停止時にフライホイール活用」の項目で示すように、第1ブレーキ７を解放したまま、第2ブレーキ１９を解放したまま、第１クラッチ２５を解放に切り替え、ステータ５およびロータ１１間の相対回転を許容する。第２クラッチ２６を締結し、サンギヤｓを回転不能に固定する（図７のレバーη）。あるいは低速回転とする（図７のレバーθ）。
このようにロータ１１の相対回転数を得ることから、出力軸１３の回転数が停止または低回転であっても、回生が可能になって、バッテリ２３を充電することができる。

第３に、フライホイールモータとして回転電機３１の運転開始を補助することができる。
まず、図６の「BAT残量（満）」の項目で示すように、出力軸１３の停止中は第2クラッチ２６を解放しておき、上述したように回転エネルギーを貯蔵する（図７のレバーε）。
次に、上述のフライホイールモータとして活用中の回転電機３１を始動する際には、図６中、「始動」において「フライホイール活用」の項目で示すように、第1ブレーキ７を解放したまま、第2ブレーキ１９を解放したままとする。
そして、締結していた第1クラッチ２５を解放し、解放していた第２クラッチ２６を徐々に締結する。これにより、ステータ５およびロータ１１に貯蔵しておいた回転エネルギーを使って出力軸１３の始動を補助することができる。

ところで上述した第１〜３実施例の回転電機１，２１，３１は、ケース２に回転可能に支持されたステータ５と、ステータ５をケース２に固定する第１ブレーキ７とを具える。
そして差動装置として少なくとも３個の回転要素ｒ、ｓ、ｃを具えた遊星歯車組１４を設け、このうち１個の回転要素ｃとステータ５とを駆動結合し、他の１個の回転要素ｓとロータ１１とを駆動結合したことから、
ステータ５とロータ１１との間の相対回転数を低回転にすることが可能となり、誘起電圧を低減することができる。
しかも、誘起電圧を低減できるのみならず、誘起電圧の抑制と、回転電機の運転を両立させることが可能となり、出力軸回転数を高回転領域にしたまま運転することが可能になる。
したがって、降坂路を走行中や減速走行中であっても誘起電圧を抑制しつつエネルギーを回生することができ、バッテリの充電が可能になる。また、降坂路を走行中や減速走行中であっても誘起電圧を抑制しつつエネルギーを回生することができ、バッテリの充電が可能になる。

具体的には、ロータ１１の絶対回転数が所定値以上の高回転n2となる場合には、前記第１ブレーキ７を解放し、遊星歯車組１４における残りの１個の回転要素ｒを図２に示すレバーδのように回転数制御して、ステータ５およびロータ１１間の相対回転数をn3に低減することが可能になる。
このため本実施例では、出力軸回転数を高回転領域にしたまま運転することが可能になり、誘起電圧の抑制しつつ、回転電機を駆動運転または回生運転することができるという有益な効果が得られる。

より具体的には、リングギヤｒを固定する第２ブレーキ１９を設け、ロータ１１の回転数が所定値以上の高回転となる場合には、第２ブレーキ１９を締結してリングギヤｒを固定するよう構成したことから、
図２，４の共線図に示すように、ロータ１１の絶対回転数が高回転n2であっても、ステータ５およびロータ１１間の相対回転数を小中回転n3とすることが可能になる。

また回転電機３１では、ロータ１１およびステータ５間の駆動結合を断接する第１クラッチ２５を設け、誘起電圧を０にする場合には、第1ブレーキ７および第２ブレーキ１９を解放し第１クラッチ２５を締結するよう構成したことから、
図５の共線図にレバーεで示すように、ステータ５と結合するキャリア５ｃの回転数とロータ１１と結合するサンギヤｓの回転数とを一致させることが可能となり、誘起電圧を０にすることができる。
したがって、バッテリ２３の充電状態が満の場合には、出力軸１３の回転を許容しつつ充電を中止することが可能になる。

また回転電機３１では、ロータ１１および出力軸１３間の駆動結合を断接する第２クラッチ２６を設け、通常は第２クラッチ２６を締結しておく。また出力軸１３が回転状態では適宜、第1ブレーキ７と第２ブレーキ１９とを解放し第1クラッチ２５を締結する。
そして、出力軸１３が回転状態から略０になる等低下することが予測されるときには前もって第2クラッチ２６を解放することから、
回転電機を駆動運転していないときは、負荷側から出力軸１３側に回転が入力されると、回転電機３１を連れ回してステータ５およびロータ１１を一体回転させることができる。そしてその後、負荷側からの回転入力が停止する場合には、該第2クラッチ２６を解放して、ステータ５およびロータ１１に回転エネルギーを貯蔵することができる。
したがって、回転電機３１をフライホイールモータとして活用することが可能となる。

そして、図６の図表に示すように、駆動運転の開始時（モータ始動時）には、第2クラッチ２６を徐々に締結することから、
回転電機３１に貯蔵しておいた回転エネルギーを用いて容易に駆動運転を開始することが可能となり、モータ消費電力の低減にも寄与することができる。

また、上述した回転電機１，２１，３１においては、緊急の場合には誘起電圧の発生を抑制ないし中止することが可能である。つまり、回転電機１，２１，３１の異常や、バッテリ２３の異常や、これら回転電機およびバッテリを電気的に接続するスリップリング８、インバータ２２および強電ハーネスなどの電気系統の異常を検出する異常検知手段（図示せず）を設けておく。
そして、上記の異常、例えば誘起電圧がインバータ２２の耐圧性能を超えた等の異常を検知した場合には、回転電機１，２１，３１が具備するすべてのブレーキ７，１９を解放する。
これにより、誘起電圧の発生を抑制ないし中断することが可能となり、回転電機１，２１，３１、バッテリ２３およびインバータ２２を含めた電気系統を保護することができる。

特に、回転電機３１のように第１クラッチ２５を具えていれば、異常検知手段（図示せず）が異常を検知した場合には、すべてのブレーキ７，１９を解放し、第１クラッチ２５を締結する。
これにより、ロータ１１とステータ５は相対回転しないので誘起電圧の発生をなくして、通電を遮断することができる。

また、上述した回転電機２１，３１においては、ステータ５に、質量の大きなバッテリ２３や、さらにはインバータ２２を質量体として結合したことから、
スリップリング８や、強電ハーネスを回転電機に設ける必要がなくなり、回転電機を小型化することができる。

特に回転電機３１においてはフライホイールモータとして活用することから、
上述のように質量体を取り付けることで、益々大きな回転エネルギーを貯蔵することができる。
なお質量体を直接ステータ５に取り付ける他、図には示さなかったが、ステータ５と駆動結合したサンギヤｓに質量体を駆動結合しても略同等の効果を得ることができる。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨に逸脱しない範囲において種々変更が加えられうるものである。例えば、遊星歯車組１４としてダブルピニオン式遊星歯車機構やラビニョ式遊星歯車機構を用いてもよい。また、遊星歯車組１４のリングギヤｒを固定する他、リングギヤｒおよびキャリアｃの回転数を制御することによって、ステータ５とロータ１１との相対回転数（キャリアｃとサンギヤｓとの相対回転数に等しい）を制御する構成であってもよい。

本発明の第１実施例になるステータ回転可能型の回転電機を示す縦断面図である。 同実施例のステータ回転可能型回転電機が具備する遊星歯車組の回転数を示す共線図である。 本発明の第２実施例になるステータ回転可能型の回転電機を示す縦断面図である。 本発明の第３実施例になるステータ回転可能型の回転電機を示す縦断面図である。 同実施例のステータ回転可能型回転電機が具備する遊星歯車組の回転数を示す共線図である。 同実施例のステータ回転可能型回転電機が具備するブレーキおよびクラッチの操作を運転状態毎に分類して示す図表である。 同実施例のステータ回転可能型回転電機が具備する遊星歯車組の回転数を運転状態毎に示す共線図である。

符号の説明

２ 回転電機ケース
５ ステータ
６ コイル巻線
７ 第1ブレーキ
８ スリップリング
１１ ロータ
１２ ロータ中心軸
１３ 出力軸
１４ 遊星歯車組
１９ 第２ブレーキ
２２ 直流・交流変換用電流制御回路（インバータ）
２３ 直流バッテリ
２４ 貫通孔
２５ 第1クラッチ
２６ 第2クラッチ

Claims (10)

1. ケースに回転可能に支持されたステータと、該ステータをケースに固定する第１ブレーキ装置とを具えたステータ回転可能型回転電機において、
   少なくとも３個の回転要素を具えた差動装置を設け、このうち１個の回転要素と前記ステータとを駆動結合し、他の１個の回転要素と回転電機のロータとを駆動結合したことを
   特徴とするステータ回転可能型回転電機。
2. 請求項１に記載のステータ回転可能型回転電機において、
   前記差動装置を遊星歯車機構とし、
   ロータの回転数が所定値以上の場合には、前記第１ブレーキ装置を解放し、前記差動装置の残りの１個の回転要素を回転数制御して、該ステータおよびロータ間の相対回転数を低減する相対回転数制御手段を設けたことを特徴とするステータ回転可能型回転電機。
3. 請求項２に記載のステータ回転可能型回転電機において、
   前記１個の回転要素を遊星歯車機構のキャリアとし、前記他の１個の回転要素を遊星歯車機構のサンギヤとし、前記残りの１個の回転要素を遊星歯車機構のリングギヤとし、
   当該リングギヤを固定する第２ブレーキ装置を設け、
   ロータの回転数が所定値以上の場合には、前記相対回転数制御手段が当該第２ブレーキ装置を締結して当該リングギヤを固定するよう構成したことを特徴とするステータ回転可能型回転電機。
4. 請求項３に記載のステータ回転可能型回転電機において、
   ロータおよびステータ間の駆動結合を断接する第１クラッチ装置を設け、
   誘起電圧を０にする場合には、前記第1ブレーキ装置および前記第２ブレーキ装置を解放し第１クラッチ装置を締結するよう構成したことを特徴とするステータ回転可能型回転電機。
5. 請求項４に記載のステータ回転可能型回転電機において、
   ロータおよび出力軸間の駆動結合を断接する第２クラッチ装置と、
   回転電機の非駆動時における出力軸の回転状態では前記第1ブレーキ装置および前記第２ブレーキ装置を解放し前記第1クラッチ装置および第２クラッチ装置を締結し、当該出力軸の回転数が低下することが予測されるときには該第2クラッチ装置を解放する回転エネルギー貯蔵手段と、を設けたことを特徴とするステータ回転可能型回転電機。
6. 請求項５に記載のステータ回転可能型回転電機において、
   該回転電機が駆動を開始する際には、前記回転エネルギー貯蔵手段が、第2クラッチ装置を徐々に締結することを特徴とするステータ回転可能型回転電機。
7. 請求項３〜６のいずれか１項に記載のステータ回転可能型回転電機において、
   該回転電機と、バッテリと、これら回転電機およびバッテリ間を電気的に接続する電気系統と、の異常を検知する異常検知手段を具え、
   当該異常を検知した際には、前記ブレーキ装置を全て解放するよう構成したことを特徴とするステータ回転可能型回転電機。
8. 請求項７に記載のステータ回転可能型回転電機において、
   当該異常を検知した際には、第１クラッチ装置を締結することを特徴とするステータ回転可能型回転電機。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のステータ回転可能型回転電機において、
   前記ステータ、または前記ステータと駆動結合した前記１個の回転要素のうち、少なくとも一方に質量体を結合したことを特徴とするステータ回転可能型回転電機。
10. 請求項９に記載のステータ回転可能型回転電機において、
    前記質量体は、回転電機との間で電力を授受するバッテリ、または該回転電機およびバッテリ間を接続するインバータのうち少なくとも一方を含むことを特徴とするステータ回転可能型回転電機。

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