JP2008236962A - 回転電機及びそれを備えるハイブリッド駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに相対回転可能な第１回転子と第２回転子との間でトルク伝達を行うことが可能な回転電機において、第１回転子及び第２回転子のトルクを制御する際の自由度を高めるとともにブラシレスを実現する。
【解決手段】励磁コイル３０は、第１ロータ２８の回転中心軸を囲むよう第１ロータ２８の回転方向に沿って巻回されており、非回転シャフト１７に取り付けられている。第１ロータ２８には、励磁コイル３０に電流が流れたときにその回転方向において磁極が交互するクロー部５２ａ，５４ａが第２ロータ１８と対向して配設されている。励磁コイル３０の電流により第１ロータ２８に形成された磁界が第２ロータ１８に作用するのに応じて第１ロータ２８と第２ロータ１８との間にトルクが作用する。ステータ巻線２０の電流によりステータ１６に形成された磁界が第２ロータ１８に作用するのに応じてステータ１６と第２ロータ１８との間にトルクが作用する。
【選択図】図３

Description

本発明は、互いに相対回転可能な第１回転子と第２回転子との間でトルク伝達を行うことが可能な回転電機、及びそれを備えるハイブリッド駆動装置に関する。

この種の回転電機の関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１による回転電機は、巻線が配設されたステータと、ステータの巻線と電磁気的に結合する巻線が配設されエンジン（原動機）に機械的に接続される第１ロータと、第１ロータの巻線と電磁気的に結合する永久磁石が配設され第１ロータに対し相対回転可能で負荷に機械的に接続される第２ロータと、を備える。特許文献１においては、第１ロータに伝達されたエンジンからの動力は、第１ロータの巻線と第２ロータの永久磁石との電磁気結合によって第２ロータに伝達されるため、エンジンの動力により負荷を駆動することができる。さらに、ステータの巻線と第１ロータの巻線との電磁気結合、及び第１ロータの巻線と第２ロータの永久磁石との電磁気結合によって、ステータの巻線に供給された電力を用いて第２ロータに動力を発生させることができるため、エンジンが動力を発生していなくても負荷を駆動することができる。

特開２０００−１９７３２４号公報

特許文献１においては、ステータの巻線に流す電流を制御することで、第１ロータ及び第２ロータのトルクを制御することができるが、第１ロータ及び第２ロータのトルクは互いに連動して変化するため、これらのトルクを独立して制御することはできない。そのため、第１ロータ及び第２ロータのトルクを制御する際の自由度が低下する。第２ロータに永久磁石の代わりに巻線を設けた場合は、ステータの巻線に流す電流の他に第２ロータの巻線に流す電流も制御することで、第１ロータ及び第２ロータのトルクを独立して制御することが可能となる。しかし、その場合は、第２ロータの巻線に電流を流すためにスリップリングが必要となる。その結果、第２ロータの巻線に電流を流す際の損失が増大するとともに保守性が低下する。

また、特許文献１においては、第１ロータ及び第２ロータのトルクを制御するために、巻線が配設されたステータを設ける必要がある。その結果、回転電機の構成が複雑化する。

本発明は、互いに相対回転可能な第１回転子と第２回転子との間でトルク伝達を行うことが可能な回転電機において、第１回転子及び第２回転子のトルクを制御する際の自由度を高めるとともにブラシレスを実現することを目的の１つとする。

また、本発明は、互いに相対回転可能な第１回転子と第２回転子との間でトルク伝達を行うことが可能な回転電機において、構成を簡略化するとともにブラシレスを実現することを目的の１つとする。

本発明に係る回転電機及びそれを備えるハイブリッド駆動装置は、上述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。

本発明に係る回転電機は、第１回転子と、電流が流れるのに応じて第１回転子に磁界を形成する励磁導体と、第１回転子に対し相対回転可能な第２回転子であって、第１回転子に形成された磁界が作用するのに応じて第１回転子との間にトルクが作用する第２回転子と、磁界を発生可能な固定子であって、当該磁界を第２回転子に作用させることで第２回転子にトルクを作用させることが可能な固定子と、を備え、前記励磁導体は、回転が拘束された拘束部材に取り付けられていることを要旨とする。

本発明によれば、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルク、及び固定子と第２回転子との間に作用するトルクを独立して制御することができるので、第１回転子と第２回転子との間でトルク伝達を行いながら、第１回転子のトルク及び第２回転子のトルクを独立して制御することができる。さらに、励磁導体は拘束部材に取り付けられていることでその回転が拘束されているため、励磁導体に電流を流す際にスリップリング（ブラシ）が不要となる。したがって、第１回転子及び第２回転子のトルクを制御する際の自由度を高めることができるとともに、回転電機のブラシレス化を実現することができる。

本発明の一態様では、前記励磁導体は、第１回転子の回転軸を囲むよう第１回転子の回転方向に沿って巻回された励磁コイルであり、第１回転子には、前記励磁コイルに電流が流れたときにその回転方向において磁極が交互するクローポール部が第２回転子と対向して配設されていることが好適である。

本発明の一態様では、第２回転子には、磁石が第１回転子と対向して配設されており、第１回転子に形成された磁界と前記磁石の発生する磁界との相互作用により第１回転子と第２回転子との間にトルクが作用することが好適である。また、本発明の一態様では、第２回転子には、第１回転子から作用する磁界の変動に応じて誘導電流が流れる誘導導体が第１回転子と対向して配設されていることが好適である。また、本発明の一態様では、第２回転子は、第１回転子に形成された磁界が作用するのに応じて第１回転子との間にリラクタンストルクが作用する回転子であることが好適である。また、本発明の一態様では、第２回転子には、磁石が第１回転子と対向して配設されており、第２回転子は、第１回転子に形成された磁界と前記磁石の発生する磁界との相互作用により第１回転子との間に磁石トルクが作用するとともに、第１回転子に形成された磁界が作用するのに応じて第１回転子との間にリラクタンストルクが作用する回転子であることが好適である。

本発明の一態様では、第２回転子には、磁石が固定子と対向して配設されており、固定子の発生する磁界と前記磁石の発生する磁界との相互作用により第２回転子にトルクが作用することが好適である。また、本発明の一態様では、第２回転子には、固定子から作用する磁界の変動に応じて誘導電流が流れる誘導導体が固定子と対向して配設されていることが好適である。また、本発明の一態様では、第２回転子は、固定子の発生する磁界が作用するのに応じてリラクタンストルクが作用する回転子であることが好適である。また、本発明の一態様では、第２回転子には、磁石が固定子と対向して配設されており、第２回転子は、固定子の発生する磁界と前記磁石の発生する磁界との相互作用により磁石トルクが作用するとともに、固定子の発生する磁界が作用するのに応じてリラクタンストルクが作用する回転子であることが好適である。

また、本発明に係る回転電機は、第１回転子と、電流が流れるのに応じて第１回転子に磁界を形成する励磁導体と、第１回転子に対し相対回転可能な第２回転子であって、第１回転子に形成された磁界が作用するのに応じて第１回転子との間にトルクが作用する第２回転子と、磁界を発生可能な固定子であって、当該磁界を第１回転子に作用させることで第１回転子にトルクを作用させることが可能な固定子と、を備え、前記励磁導体は、固定子に取り付けられていることを要旨とする。

本発明によれば、第１回転子と第２回転子との間に作用するトルク、及び固定子と第１回転子との間に作用するトルクを独立して制御することができるので、第１回転子と第２回転子との間でトルク伝達を行いながら、第１回転子のトルク及び第２回転子のトルクを独立して制御することができる。さらに、励磁導体は固定子に取り付けられていることでその回転が拘束されているため、励磁導体に電流を流す際にスリップリングが不要となる。したがって、第１回転子及び第２回転子のトルクを制御する際の自由度を高めることができるとともに、回転電機のブラシレス化を実現することができる。

また、本発明に係る回転電機は、第１回転子と、電流が流れるのに応じて第１回転子に磁界を形成する励磁導体と、第１回転子に対し相対回転可能な第２回転子であって、第１回転子に形成された磁界が作用するのに応じて第１回転子との間にトルクが作用する第２回転子と、を備え、前記励磁導体は、回転が拘束された拘束部材に取り付けられていることを要旨とする。

本発明によれば、励磁導体に流す電流を制御することで、固定子を設けることなく第１回転子と第２回転子との間に作用するトルクを制御することができる。さらに、励磁導体の回転は拘束されているため、励磁導体に電流を流す際にスリップリングが不要となる。したがって、回転電機の構成を簡略化することができるとともに、回転電機のブラシレス化を実現することができる。

また、本発明に係るハイブリッド駆動装置は、本発明に係る回転電機と、第１回転子及び第２回転子の一方と連結され且つ動力を発生可能なエンジンと、を備え、第１回転子及び第２回転子の他方と連結された出力軸から動力の出力が可能であることを要旨とする。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

「実施形態１」
図１〜４は、本発明の実施形態１に係る回転電機を備えるハイブリッド駆動装置の構成の概略を示す図であり、図１は全体構成の概略を示し、図２〜４は回転電機１０の構成の概略を示す。そして、図２は回転電機１０の軸線方向から見た内部構成の一部を示し、図３は図２のＡ−Ａ断面図を示し、図４は図２のＢ−Ｂ断面図を示す。ただし、図２において図示を省略している部分の構成は、図示している部分と同様の構成である。本実施形態に係るハイブリッド駆動装置は、動力を発生可能なエンジン（内燃機関）３６と、エンジン３６と車輪３８との間に設けられた回転電機１０と、を備える。なお、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置については、例えば車両を駆動するための動力出力装置として用いることができる。

回転電機１０は、図示しないケーシングに固定されたステータ（固定子）１６と、ステータ１６の径方向内側に配置されステータ１６に対し相対回転可能な第１ロータ（第１回転子）２８と、ステータ１６と第１ロータ２８との間に配置されステータ１６及び第１ロータ２８に対し相対回転可能な第２ロータ（第２回転子）１８と、第１ロータ２８の径方向内側に配置され回転が拘束された非回転シャフト（拘束部材）１７と、を有する。第１ロータ２８は回転電機１０の入力軸３４に機械的に連結され、入力軸３４はエンジン３６と機械的に連結されていることで、第１ロータ２８にはエンジン３６からの動力が伝達される。一方、第２ロータ１８は回転電機１０の出力軸２４に機械的に連結されており、出力軸２４は車輪３８に機械的に連結されていることで、車輪３８には第２ロータ１８からの動力が伝達される。

ステータ１６は、ステータコア（固定子鉄心）５１と、ステータコア５１に配設された複数相（例えば３相）のステータ巻線（固定子導体）２０と、を含む。ステータコア５１には、径方向内側（第２ロータ１８側）へ突出した複数のティース５１ａがステータ１６の周方向に沿って間隔をおいて配列されており、各ステータ巻線２０はこれらのティース５１ａに装着されている。

第２ロータ１８は、その周方向に沿って配設され界磁束を発生する複数の永久磁石３２を含み、図示しないベアリングにより非回転シャフト１７に回転自在に支持されている。第２ロータ１８の回転中心軸は非回転シャフト１７の中心軸と一致している。第２ロータ１８（永久磁石３２）の外周面はステータ１６（ティース５１ａ）と対向しており、第２ロータ１８（永久磁石３２）の内周面は第１ロータ２８と対向している。複数の永久磁石３２は、第２ロータ１８の回転方向（周方向）において磁極が交互する、つまり第２ロータ１８の外周側及び内周側のそれぞれについて「Ｎ極」と「Ｓ極」が交互に並ぶように配置されている。ここでの永久磁石３２については、図２〜４に示すように第２ロータ１８の表面（外周面及び内周面）に露出していてもよいし、第２ロータ１８内（ロータコア内）に埋設されていてもよい。また、第２ロータ１８の外周部と内周部とで、別々の永久磁石を配設することもできる。

第１ロータ２８は、ロータコア（回転子鉄心）５２，５４と、これらのロータコア５２，５４同士を機械的に接続する非磁性体（例えば樹脂等）５６と、を含み、ベアリング６２，６４により非回転シャフト１７に回転自在に支持されている。第１ロータ２８の回転中心軸も非回転シャフト１７の中心軸と一致している。ロータコア５２，５４は、第１ロータ２８の回転中心軸と平行方向（回転軸方向）に関して互いに間隔をおいて配置されており、ロータコア５２，５４間には、溝５５が第１ロータ２８の回転方向に沿って形成されている。ロータコア５２の外周部には、図３，５に示すように、ロータコア５４側（回転軸方向の一方側、図の下側）へ突出した複数のクロー部（爪部）５２ａが第１ロータ２８の回転方向（周方向）に沿って間隔をおいて配列されており、各クロー部５２ａは第２ロータ１８（永久磁石３２）と対向している。そして、ロータコア５４の外周部には、図４，５に示すように、ロータコア５２側（回転軸方向の他方側、図の上側）へ突出した複数のクロー部（爪部）５４ａが第１ロータ２８の回転方向に沿って間隔をおいて配列されており、各クロー部５４ａも第２ロータ１８（永久磁石３２）と対向している。さらに、クロー部５２ａ，５４ａは、図５に示すように、第１ロータ２８の回転方向において交互に並ぶように配列されている。ここで、図５は、第２ロータ１８側（径方向外側）から見た第１ロータ２８（クロー部５２ａ，５４ａ）の構成の一部を示す。ただし、図５は説明の便宜上、第１ロータ２８をその周方向に沿って展開して図示しており、図５において図示を省略している部分の構成は、図示している部分と同様の構成である。

励磁コイル（励磁導体）３０は、第１ロータ２８の回転中心軸を囲むよう第１ロータ２８の回転方向（周方向）に沿って巻回されており、ロータコア５２，５４間の溝５５に収容されている。ここでの励磁コイル３０としては、例えば単相のコイルを用いることができる。本実施形態では、図３，４に示すように、励磁コイル３０が非回転シャフト１７の外周部に取り付けられており、励磁コイル３０の回転が拘束されている。つまり、第１ロータ２８（ロータコア５２，５４）が励磁コイル３０に対し相対回転する。そのため、励磁コイル３０とロータコア５２，５４との間に若干の空隙を設けることが好ましい。また、非回転シャフト１７の外周部には、磁性体（強磁性体）５８がロータコア５２，５４と対向して配設されている。

直流電源として設けられた充放電可能な蓄電装置４２は、例えば二次電池により構成することができ、電気エネルギーを蓄える。インバータ４０は、スイッチング素子（図示せず）を備えており、ステータ巻線２０の各相に例えばスター結線等により接続されている。インバータ４０は、スイッチング素子のスイッチング動作により蓄電装置４２からの直流電圧を交流（例えば１２０度ずつ位相が異なる３相交流）に変換して、ステータ巻線２０の各相に交流電流を流すことが可能である。複数相（例えば３相）のステータ巻線２０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、ステータ１６は、その周方向に回転する回転磁界を発生する。そして、ステータ巻線２０で発生した回転磁界と永久磁石３２で発生した磁界（界磁束）との電磁気相互作用（吸引及び反発作用）により、第２ロータ１８にトルク（磁石トルク）を作用させることができ、第２ロータ１８を回転駆動することができる。つまり、蓄電装置４２からステータ巻線２０に供給された電力を第２ロータ１８の動力（機械的動力）に変換することができる。さらに、インバータ４０は、ステータ巻線２０の各相に流れる交流電流を直流に変換して、電気エネルギーを蓄電装置４２に回生する方向の変換も可能である。その場合は、第２ロータ１８の動力がステータ巻線２０の電力に変換されて蓄電装置４２に回収される。このように、ステータ１６のステータ巻線２０と第２ロータ１８の永久磁石３２とが電磁気的に結合されていることで、ステータ１６の発生する回転磁界を第２ロータ１８に作用させて、第２ロータ１８にトルク（磁石トルク）を作用させることができる。そして、第２ロータ１８の回転方向に沿って配列された各永久磁石３２間に突極部として磁性体（強磁性体）がステータ１６（ティース５１ａ）と対向して配置されている例や、各永久磁石３２が第２ロータ１８のロータコア内に埋設されている例では、ステータ１６の発生する回転磁界が第２ロータ１８に作用するのに応じて、磁石トルクに加えてリラクタンストルクもステータ１６と第２ロータ１８との間に作用する。さらに、ステータ巻線２０の各相に流す電流を制御することで、ステータ１６と第２ロータ１８との間に作用するトルクを制御することができる。そして、インバータ４０は双方向の電力変換が可能であり、蓄電装置４２はステータ巻線２０に対して電力の送受が可能である。

また、インバータ４１は、スイッチング素子（図示せず）を備えており、非回転シャフト１７内を通る引き出し導線３１を介して励磁コイル３０に接続されている。インバータ４１は、スイッチング素子のスイッチング動作により蓄電装置４２からの直流電圧を交流に変換して、励磁コイル３０に交流電流を流すことが可能である。さらに、インバータ４１は、励磁コイル３０に流れる交流電流を直流に変換して、電気エネルギーを蓄電装置４２に回生する方向の変換も可能である。つまり、インバータ４１も双方向の電力変換が可能であり、蓄電装置４２は励磁コイル３０に対して電力の送受が可能である。励磁コイル３０に電流が流れることで、第１ロータ２８（ロータコア５２，５４）に磁界が形成され、クロー部５２ａ，５４ａが磁化して磁極として機能する。例えば励磁コイル３０に流れる電流の向きが図６，７に示す方向（図面の奥方向）である場合は、クロー部５２ａがＮ極且つクロー部５４ａがＳ極として機能する。一方、励磁コイル３０に流れる電流の向きが図８，９に示す方向（図面の手前方向）である場合は、クロー部５２ａがＳ極且つクロー部５４ａがＮ極として機能する。つまり、第１ロータ２８の回転方向において「Ｎ極」と「Ｓ極」が交互に並び（磁極が交互し）、励磁コイル３０に流れる電流の向きに応じてクロー部５２ａ，５４ａの磁極が切り替わる。そして、励磁コイル３０が第１ロータ２８に形成した磁界と永久磁石３２で発生した磁界（界磁束）との電磁気相互作用（吸引及び反発作用）により、第１ロータ２８と第２ロータ１８との間にトルクが作用する。このように、励磁コイル３０と永久磁石３２とが電磁気的に結合されていることで、励磁コイル３０により第１ロータ２８に形成された磁界が第２ロータ１８に作用するのに応じて、第１ロータ２８と第２ロータ１８との間にトルク（磁石トルク）が作用する。そして、第２ロータ１８の回転方向に沿って配列された各永久磁石３２間に突極部として磁性体（強磁性体）が第１ロータ２８（クロー部５２ａ，５４ａ）と対向して配置されている例や、各永久磁石３２が第２ロータ１８のロータコア内に埋設されている例では、第１ロータ２８に形成された磁界が第２ロータ１８に作用するのに応じて、磁石トルクに加えてリラクタンストルクも第１ロータ２８と第２ロータ１８との間に作用する。さらに、励磁コイル３０に流す電流を制御することで、第１ロータ２８と第２ロータ１８との間に作用するトルクを制御することができる。そして、第１ロータ２８はクローポール型ロータであり、第２ロータ１８（永久磁石３２）と対向してロータコア５２，５４に配設されたクロー部５２ａ，５４ａによりクローポールが形成される。

電子制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング素子のスイッチング動作を制御してステータ巻線２０の各相に流す電流を制御することで、ステータ１６と第２ロータ１８との間に作用するトルクを制御する。そして、電子制御ユニット５０は、インバータ４１のスイッチング素子のスイッチング動作を制御して励磁コイル３０に流す電流を制御することで、第１ロータ２８と第２ロータ１８との間に作用するトルクを制御する。さらに、電子制御ユニット５０は、エンジン３６の運転状態の制御も行う。

本実施形態において、エンジン３６の動力を用いて負荷を駆動する（車輪３８を回転駆動する）場合は、電子制御ユニット５０は、インバータ４１のスイッチング動作を制御して励磁コイル３０に流す電流を制御する。エンジン３６が回転駆動することで、エンジン３６と連結された第１ロータ２８が回転駆動し、第１ロータ２８のクロー部５２ａ，５４ａが回転磁界を形成する。この回転磁界と永久磁石３２の界磁束との吸引及び反発作用により、第２ロータ１８にトルクが作用して第２ロータ１８と連結された車輪３８が回転駆動する。このように、第１ロータ２８に伝達されたエンジン３６からの動力は、励磁コイル３０と永久磁石３２との電磁気結合によって第２ロータ１８へ伝達され、出力軸２４から車輪３８へ出力されるため、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動する（負荷を駆動する）ことができる。その際には、励磁コイル３０と永久磁石３２との電磁気結合を利用してインバータ４０，４１を介さないパスにより動力を伝達することができるため、動力伝達効率を向上させることができる。さらに、励磁コイル３０に流す電流の制御により、第１ロータ２８から第２ロータ１８へ伝達されるトルクを制御することができる。なお、第１ロータ２８と第２ロータ１８との回転差を許容することができるため、車輪３８の回転が停止してもエンジン３６がストールすることはない。

さらに、本実施形態では、電子制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング素子のスイッチング動作を制御してステータ巻線２０の各相に流す電流を制御することで、第２ロータ１８のトルクを制御することができ、負荷の駆動制御を行うことができる。例えば、電子制御ユニット５０は、蓄電装置４２からステータ巻線２０へ電力供給するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、ステータ１６に回転磁界を形成することができる。そして、ステータ巻線２０で発生した回転磁界と永久磁石３２で発生した界磁束との吸引及び反発作用によっても、第２ロータ１８にトルクを作用させることができ、第２ロータ１８を回転駆動することができる。このように、ステータ巻線２０への供給電力は、ステータ巻線２０と永久磁石３２との電磁気結合によって第２ロータ１８の動力（機械的動力）に変換される。したがって、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動するとともに、ステータ巻線２０への供給電力を用いて発生させた第２ロータ１８の動力により車輪３８の回転駆動をアシストすることができる。一方、電子制御ユニット５０は、ステータ巻線２０から蓄電装置４２へ電力回収するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動するとともに、エンジン３６の動力の一部をステータ巻線２０と永久磁石３３との電磁気結合によってステータ巻線２０の電力に変換して蓄電装置４２に回収することができる。なお、エンジン３６の動力と車輪３８に伝達された動力との間に差が生じているときは、蓄電装置４２の充電または放電によってその差分が吸収される。

以上説明した本実施形態では、励磁コイル３０に流す電流及びステータ巻線２０に流す電流を独立して制御することができるので、第１ロータ２８と第２ロータ１８との間に作用するトルク、及びステータ１６と第２ロータ１８との間に作用するトルクを独立して制御することができる。その結果、第１ロータ２８と第２ロータ１８との間でトルク伝達を行いながら、第１ロータ２８のトルク及び第２ロータ１８のトルクを独立して制御することができ、第１ロータ２８のトルク及び第２ロータ１８のトルクを制御する際の自由度を高めることができる。さらに、励磁コイル３０は非回転シャフト１７に取り付けられていることでその回転が拘束されているため、励磁コイル３０に電流を流す際にスリップリング（ブラシ）が不要となる。したがって、回転電機１０のブラシレス化を実現することができる。その結果、励磁コイル３０に電流を流す際の損失を低減することができるとともに、回転電機１０の保守性を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、第１ロータ２８と第２ロータ１８との間に作用するトルク、及びステータ１６と第２ロータ１８との間に作用するトルクを独立して制御することで、車輪３８に伝達されるトルク（第２ロータ１８のトルク）、及びエンジン３６の回転速度（第１ロータ２８の回転速度）を独立して制御することができる。したがって、エンジン３６の回転速度及びトルクが図１０に示すエンジン３６の最適燃費線（与えられたエンジン動力に対して効率が最も高くなる点を結んだ線）上に位置する状態を保つようにエンジン３６の運転制御を行うとともに、車輪３８に伝達される動力が車両要求動力（例えばアクセル開度及び車速に基づいて設定）に一致するように第２ロータ１８のトルクを制御することができる。その際には、エンジン３６の回転速度（第１ロータ２８の回転速度）と車輪３８の回転速度（第２ロータ１８の回転速度）との比を連続的に変化させることが可能となるため、無段変速機能を実現することができる。

また、本実施形態では、エンジン３６の動力を用いずに回転電機１０の動力を用いて負荷を駆動する（車輪３８を回転駆動する）ＥＶ（Electric Vehicle）走行を行うこともできる。このＥＶ走行を行う場合は、電子制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング動作を制御することで、負荷の駆動制御を行う。例えば、電子制御ユニット５０は、蓄電装置４２からステータ巻線２０へ電力供給するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、ステータ巻線２０への供給電力をステータ巻線２０と永久磁石３２との電磁気結合によって第２ロータ１８の動力に変換し、車輪３８を回転駆動する。このように、エンジン３６が動力を発生していなくても、ステータ巻線２０への電力供給により車輪３８を回転駆動することができる。また、電子制御ユニット５０は、負荷の減速運転時において、ステータ巻線２０から蓄電装置４２へ電力回収するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、負荷の動力をステータ巻線２０と永久磁石３２との電磁気結合によってステータ巻線２０の電力に変換して蓄電装置４２に回収することができる。

ただし、本実施形態では、ＥＶ走行を行う場合に、インバータ４１のスイッチング動作を制御することもできる。例えば、電子制御ユニット５０は、蓄電装置４２から励磁コイル３０へ電力供給するようにインバータ４１のスイッチング動作を制御することで、励磁コイル３０への供給電力を励磁コイル３０と永久磁石３２との電磁気結合によって第２ロータ１８の動力に変換し、車輪３８を回転駆動することができる。また、電子制御ユニット５０は、負荷の減速運転時において、励磁コイル３０から蓄電装置４２へ電力回収するようにインバータ４１のスイッチング動作を制御することもできる。この場合は、負荷の動力が励磁コイル３０と永久磁石３２との電磁気結合によって励磁コイル３０の電力に変換されて蓄電装置４２に回収される。

「実施形態２」
図１１〜１３は、本発明の実施形態２に係る回転電機を備えるハイブリッド駆動装置の構成の概略を示す図であり、図１１は回転電機１０の軸線方向から見た内部構成の一部を示し、図１２は図１１のＡ−Ａ断面図を示し、図１３は図１１のＢ−Ｂ断面図を示す。以下の実施形態２の説明では、実施形態１と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態では、第２ロータ１８がかご型ロータであり、第２ロータ１８の外周部にかご型巻線（誘導導体）６２がステータ１６（ティース５１ａ）と対向して配設されており、第２ロータ１８の内周部にかご型巻線（誘導導体）６３が第１ロータ２８（クロー部５２ａ，５４ａ）と対向して配設されている。ただし、かご型巻線６２，６３を共通化することも可能である。

本実施形態でも、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動する場合は、電子制御ユニット５０は、励磁コイル３０に流す電流を制御する。エンジン３６が回転駆動すると、第１ロータ２８のクロー部５２ａ，５４ａが回転磁界を形成し、この回転磁界が第２ロータ１８のかご型巻線６３に作用することで、第１ロータ２８からかご型巻線６３に作用する磁界が変動する。この磁界の変動に応じてかご型巻線６３に誘導電流が発生し、この誘導電流及び第１ロータ２８の回転磁界によって第１ロータ２８と第２ロータ１８との間にトルクが作用して第２ロータ１８（車輪３８）が回転駆動する。このように、第１ロータ２８に伝達されたエンジン３６からの動力は、励磁コイル３０とかご型巻線６３との電磁気結合によって第２ロータ１８（車輪３８）へ伝達される。

さらに、本実施形態でも、ステータ巻線２０に電流を流すことで、ステータ１６に回転磁界を形成することができる。ステータ１６の発生する回転磁界が第２ロータ１８のかご型巻線６２に作用することで、ステータ１６からかご型巻線６２に作用する磁界が変動する。この磁界の変動に応じてかご型巻線６２に誘導電流が発生する。この誘導電流及びステータ１６の回転磁界によっても、第２ロータ１８にトルクを作用させることができ、第２ロータ１８を回転駆動することができる。したがって、ステータ巻線２０への電力供給によりＥＶ走行を行うことができる。ステータ巻線２０への供給電力は、ステータ巻線２０とかご型巻線６２との電磁気結合によって第２ロータ１８の動力に変換される。ただし、励磁コイル３０への電力供給によっても、ＥＶ走行を行うことが可能である。

本実施形態でも実施形態１と同様に、第１ロータ２８のトルク及び第２ロータ１８のトルクを制御する際の自由度を高めることができるとともに、回転電機１０のブラシレス化を実現することができる。そして、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動する場合は、エンジン３６の回転速度及びトルクがエンジン３６の最適燃費線上に位置する状態を保つようにエンジン３６の運転制御を行うとともに、車輪３８に伝達される動力が車両要求動力に一致するように第２ロータ１８のトルクを制御することができる。

「実施形態３」
図１４〜１６は、本発明の実施形態３に係る回転電機を備えるハイブリッド駆動装置の構成の概略を示す図であり、図１４は回転電機１０の軸線方向から見た内部構成の一部を示し、図１５は図１４のＡ−Ａ断面図を示し、図１６は図１４のＢ−Ｂ断面図を示す。以下の実施形態３の説明では、実施形態１，２と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態では、第２ロータ１８が軟磁性材で構成されている。第２ロータ１８の外周部には、複数の突極部７２がその回転方向（周方向）に沿って間隔をおいて配列されており、各突極部７２はステータ１６（ティース５１ａ）と対向している。そのため、ステータ１６に対する第２ロータ１８の磁気抵抗（リラクタンス）が第２ロータ１８の回転方向（周方向）に応じて変化する。そして、第２ロータ１８の内周部には、複数の突極部７３がその回転方向（周方向）に沿って間隔をおいて配列されており、各突極部７３は第１ロータ２８（クロー部５２ａ，５４ａ）と対向している。そのため、第１ロータ２８に対する第２ロータ１８の磁気抵抗が第２ロータ１８の回転方向に応じて変化する。ただし、第２ロータ１８内にスリット（空隙）を形成することによっても、第２ロータ１８の磁気抵抗をその回転方向に応じて変化させることができる。

本実施形態でも、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動する場合は、電子制御ユニット５０は、励磁コイル３０に流す電流を制御する。エンジン３６が回転駆動すると、第１ロータ２８のクロー部５２ａ，５４ａが回転磁界を形成し、この回転磁界が第２ロータ１８に作用する。第２ロータ１８は、第１ロータ２８からの磁界が作用するのに応じて、より磁束が通りやすい方向へ回転しようとする。これによって、第１ロータ２８と第２ロータ１８との間にリラクタンストルクが作用して第２ロータ１８が回転駆動する。

さらに、本実施形態でも、ステータ巻線２０に電流を流すことで、ステータ１６に回転磁界を形成することができる。ステータ１６の発生する回転磁界が第２ロータ１８に作用するのに応じて、第２ロータ１８は、より磁束が通りやすい方向へ回転しようとする。これによっても、第２ロータ１８にリラクタンストルクを作用させることができ、第２ロータ１８を回転駆動することができる。したがって、ステータ巻線２０への電力供給によりＥＶ走行を行うことができる。ただし、励磁コイル３０への電力供給によっても、ＥＶ走行を行うことが可能である。

本実施形態でも実施形態１，２と同様に、第１ロータ２８のトルク及び第２ロータ１８のトルクを制御する際の自由度を高めることができるとともに、回転電機１０のブラシレス化を実現することができる。そして、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動する場合は、エンジン３６の回転速度及びトルクがエンジン３６の最適燃費線上に位置する状態を保つようにエンジン３６の運転制御を行うとともに、車輪３８に伝達される動力が車両要求動力に一致するように第２ロータ１８のトルクを制御することができる。

以上説明した実施形態１〜３では、第２ロータ１８の外周部に、永久磁石３２、かご型巻線６２、及び突極部７２のいずれか１つ以上を、ステータ１６（ティース５１ａ）と対向させて配設することもできる。また、第２ロータ１８の内周部に、永久磁石３２、かご型巻線６３、及び突極部７３のいずれか１つ以上を、第１ロータ２８（クロー部５２ａ，５４ａ）と対向させて配設することもできる。

また、実施形態１〜３では、ステータ１６及びインバータ４０を省略することも可能である。ステータ１６及びインバータ４０を省略した場合も、励磁コイル３０に流す電流を制御することで、第１ロータ２８に伝達されたエンジン３６からの動力を第２ロータ１８（車輪３８）へ伝達することができる。そして、蓄電装置４２から励磁コイル３０へ電力供給するようにインバータ４１のスイッチング動作を制御することで、エンジン３６が動力を発生していなくても第２ロータ１８を回転駆動することができる。ステータ１６及びインバータ４０を省略することで、回転電機１０の構成を簡略化することができるとともに、回転電機１０のブラシレス化を実現することができる。

また、実施形態１〜３では、回転電機１０の入力軸３４と出力軸２４とを入れ替えることもできる。すなわち、第２ロータ１８をエンジン３６と連結し、第１ロータ２８を車輪３８と連結することもできる。この場合も、励磁コイル３０に流す電流を制御することで、第２ロータ１８に伝達されたエンジン３６からの動力を第１ロータ２８（車輪３８）へ伝達することができる。

「実施形態４」
図１７〜２１は、本発明の実施形態４に係る回転電機を備えるハイブリッド駆動装置の構成の概略を示す図であり、図１７は回転電機１０の軸線方向から見た内部構成の一部を示し、図１８は図１７のＡ−Ａ断面図を示し、図１９は図１７のＢ−Ｂ断面図を示し、図２０はステータ１６側（径方向外側）から見た第１ロータ２８の構成の一部を示し、図２１は第２ロータ１８側（径方向内側）から見た第１ロータ２８の構成の一部を示す。ただし、図２０，２１は説明の便宜上、第１ロータ２８をその周方向に沿って展開して図示している。以下の実施形態４の説明では、実施形態１〜３と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態では、第１ロータ２８がステータ１６と第２ロータ１８との間に配置されている。第２ロータ１８は回転電機１０の入力軸３４に機械的に連結されていることで、第２ロータ１８にはエンジン３６からの動力が伝達される。一方、第１ロータ２８は回転電機１０の出力軸２４に機械的に連結されていることで、車輪３８には第１ロータ２８からの動力が伝達される。第２ロータ１８の外周部には、複数の永久磁石３２がその周方向に沿って配設されており、各永久磁石３２は第１ロータ２８と対向している。ここでの永久磁石３２についても、図１７〜１９に示すように第２ロータ１８の表面（外周面）に露出していてもよいし、第２ロータ１８内（ロータコア内）に埋設されていてもよい。

第１ロータ２８のロータコア５２の外周部には、図１８，２０に示すように、複数の突極部８２がその回転方向（周方向）に沿って間隔をおいて配列されており、各突極部８２はステータ１６（ティース５１ａ）と対向している。そして、第１ロータ２８のロータコア５４の外周部には、図１９，２０に示すように、複数の突極部８３がその回転方向に沿って間隔をおいて配列されており、各突極部８３もステータ１６と対向している。そのため、ステータ１６に対する第１ロータ２８の磁気抵抗が第１ロータ２８の回転方向に応じて変化する。

ロータコア５２の内周部には、図１８，２１に示すように、ロータコア５４側（回転軸方向の一方側、図の下側）へ突出した複数のクロー部５２ａが第１ロータ２８の回転方向に沿って間隔をおいて配列されており、各クロー部５２ａは第２ロータ１８（永久磁石３２）と対向している。そして、ロータコア５４の内周部には、図１９，２１に示すように、ロータコア５２側（回転軸方向の他方側、図の上側）へ突出した複数のクロー部５４ａが第１ロータ２８の回転方向に沿って間隔をおいて配列されており、各クロー部５４ａも第２ロータ１８（永久磁石３２）と対向している。さらに、クロー部５２ａ，５４ａは、図２１に示すように、第１ロータ２８の回転方向において交互に並ぶように配列されている。これらのクロー部５２ａ，５４ａにより、第１ロータ２８の回転方向において磁極が交互するクローポールが形成される。

本実施形態では、第１ロータ２８に磁界を形成するための励磁コイル３０は、突極部８２，８３間に形成された空間に収容されている。そして、励磁コイル３０は、図１８，１９に示すように、ステータ１６の内周部（ティース５１ａ先端部）に取り付けられていることで、その回転が拘束されている。

本実施形態でも、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動する場合は、電子制御ユニット５０は、励磁コイル３０に流す電流を制御する。エンジン３６が回転駆動すると、エンジン３６と連結された第２ロータ１８の永久磁石３２が回転磁界を形成し、この回転磁界が第１ロータ２８に作用する。また、励磁コイル３０に電流が流れると、第１ロータ２８のクロー部５２ａ，５４ａが磁界を形成し、この磁界が第２ロータ１８に作用する。そして、クロー部５２ａ，５４ａの磁界と永久磁石３２の磁界との吸引及び反発作用により、第１ロータ２８と第２ロータ１８との間にトルク（磁石トルク）が作用して第１ロータ２８と連結された車輪３８が回転駆動する。さらに、第２ロータ１８の回転方向に沿って配列された各永久磁石３２間に突極部として磁性体（強磁性体）が第１ロータ２８（クロー部５２ａ，５４ａ）と対向して配置されている例や、各永久磁石３２が第２ロータ１８のロータコア内に埋設されている例では、第１ロータ２８に形成された磁界が第２ロータ１８に作用するのに応じて、磁石トルクに加えてリラクタンストルクも第１ロータ２８と第２ロータ１８との間に作用する。

さらに、本実施形態でも、ステータ巻線２０に電流を流すことで、ステータ１６に回転磁界を形成することができる。ステータ１６の発生する回転磁界が第１ロータ２８に作用するのに応じて、第１ロータ２８は、より磁束が通りやすい方向へ回転しようとする。これによっても、第１ロータ２８にトルク（リラクタンストルク）を作用させることができ、第１ロータ２８を回転駆動することができる。したがって、ステータ巻線２０への電力供給によりＥＶ走行を行うことができる。ただし、励磁コイル３０への電力供給によっても、ＥＶ走行を行うことが可能である。

以上説明した本実施形態では、励磁コイル３０に流す電流及びステータ巻線２０に流す電流を制御することで、第１ロータ２８と第２ロータ１８との間に作用するトルク、及びステータ１６と第１ロータ２８との間に作用するトルクを独立して制御することができる。その結果、第１ロータ２８と第２ロータ１８との間でトルク伝達を行いながら、第１ロータ２８のトルク及び第２ロータ１８のトルクを独立して制御することができ、第１ロータ２８のトルク及び第２ロータ１８のトルクを制御する際の自由度を高めることができる。さらに、励磁コイル３０はステータ１６に取り付けられていることでその回転が拘束されているため、励磁コイル３０に電流を流す際にスリップリングが不要となり、回転電機１０のブラシレス化を実現することができる。そして、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を回転駆動する場合は、エンジン３６の回転速度及びトルクがエンジン３６の最適燃費線上に位置する状態を保つようにエンジン３６の運転制御を行うとともに、車輪３８に伝達される動力が車両要求動力に一致するように第１ロータ２８のトルクを制御することができる。

実施形態４では、第２ロータ１８の外周部に、永久磁石３２、かご型巻線、及び突極部のいずれか１つ以上を、第１ロータ２８（クロー部５２ａ，５４ａ）と対向させて配設することもできる。また、第１ロータ２８の外周部に、永久磁石、かご型巻線、及び突極部８２，８３のいずれか１つ以上を、ステータ１６（ティース５１ａ）と対向させて配設することもできる。

また、実施形態４でも、回転電機１０の入力軸３４と出力軸２４とを入れ替えることもできる。すなわち、第１ロータ２８をエンジン３６と連結し、第２ロータ１８を車輪３８と連結することもできる。この場合も、励磁コイル３０に流す電流を制御することで、第１ロータ２８に伝達されたエンジン３６からの動力を第２ロータ１８（車輪３８）へ伝達することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の実施形態１に係る回転電機を備えるハイブリッド駆動装置の構成の概略を示す図である。 本発明の実施形態１に係る回転電機の構成の概略を示す図である。 本発明の実施形態１に係る回転電機の構成の概略を示す図である。 本発明の実施形態１に係る回転電機の構成の概略を示す図である。 本発明の実施形態１に係る回転電機の構成の概略を示す図である。 励磁コイルに電流を流すことで第１ロータに形成される磁極を説明する図である。 励磁コイルに電流を流すことで第１ロータに形成される磁極を説明する図である。 励磁コイルに電流を流すことで第１ロータに形成される磁極を説明する図である。 励磁コイルに電流を流すことで第１ロータに形成される磁極を説明する図である。 エンジンの最適燃費線を説明する図である。 本発明の実施形態２に係る回転電機の構成の概略を示す図である。 本発明の実施形態２に係る回転電機の構成の概略を示す図である。 本発明の実施形態２に係る回転電機の構成の概略を示す図である。 本発明の実施形態３に係る回転電機の構成の概略を示す図である。 本発明の実施形態３に係る回転電機の構成の概略を示す図である。 本発明の実施形態３に係る回転電機の構成の概略を示す図である。 本発明の実施形態４に係る回転電機の構成の概略を示す図である。 本発明の実施形態４に係る回転電機の構成の概略を示す図である。 本発明の実施形態４に係る回転電機の構成の概略を示す図である。 本発明の実施形態４に係る回転電機の構成の概略を示す図である。 本発明の実施形態４に係る回転電機の構成の概略を示す図である。

符号の説明

１０ 回転電機、１６ ステータ、１７ 非回転シャフト、１８ 第２ロータ、２０ ステータ巻線、２４ 出力軸、２８ 第１ロータ、３０ 励磁コイル、３２ 永久磁石、３４ 入力軸、３６ エンジン、３８ 車輪、４０，４１ インバータ、４２ 蓄電装置、５０ 電子制御ユニット、５２，５４ ロータコア、５２ａ，５４ａ クロー部、６２，６３ かご型巻線、７２，７３，８２，８３ 突極部。

Claims (14)

1. 第１回転子と、
   電流が流れるのに応じて第１回転子に磁界を形成する励磁導体と、
   第１回転子に対し相対回転可能な第２回転子であって、第１回転子に形成された磁界が作用するのに応じて第１回転子との間にトルクが作用する第２回転子と、
   磁界を発生可能な固定子であって、当該磁界を第２回転子に作用させることで第２回転子にトルクを作用させることが可能な固定子と、
   を備え、
   前記励磁導体は、回転が拘束された拘束部材に取り付けられている、回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記励磁導体は、第１回転子の回転軸を囲むよう第１回転子の回転方向に沿って巻回された励磁コイルであり、
   第１回転子には、前記励磁コイルに電流が流れたときにその回転方向において磁極が交互するクローポール部が第２回転子と対向して配設されている、回転電機。
3. 請求項１または２に記載の回転電機であって、
   第２回転子には、磁石が第１回転子と対向して配設されており、
   第１回転子に形成された磁界と前記磁石の発生する磁界との相互作用により第１回転子と第２回転子との間にトルクが作用する、回転電機。
4. 請求項１または２に記載の回転電機であって、
   第２回転子には、第１回転子から作用する磁界の変動に応じて誘導電流が流れる誘導導体が第１回転子と対向して配設されている、回転電機。
5. 請求項１または２に記載の回転電機であって、
   第２回転子は、第１回転子に形成された磁界が作用するのに応じて第１回転子との間にリラクタンストルクが作用する回転子である、回転電機。
6. 請求項１または２に記載の回転電機であって、
   第２回転子には、磁石が第１回転子と対向して配設されており、
   第２回転子は、第１回転子に形成された磁界と前記磁石の発生する磁界との相互作用により第１回転子との間に磁石トルクが作用するとともに、第１回転子に形成された磁界が作用するのに応じて第１回転子との間にリラクタンストルクが作用する回転子である、回転電機。
7. 請求項１または２に記載の回転電機であって、
   第２回転子には、磁石が固定子と対向して配設されており、
   固定子の発生する磁界と前記磁石の発生する磁界との相互作用により第２回転子にトルクが作用する、回転電機。
8. 請求項１または２に記載の回転電機であって、
   第２回転子には、固定子から作用する磁界の変動に応じて誘導電流が流れる誘導導体が固定子と対向して配設されている、回転電機。
9. 請求項１または２に記載の回転電機であって、
   第２回転子は、固定子の発生する磁界が作用するのに応じてリラクタンストルクが作用する回転子である、回転電機。
10. 請求項１または２に記載の回転電機であって、
    第２回転子には、磁石が固定子と対向して配設されており、
    第２回転子は、固定子の発生する磁界と前記磁石の発生する磁界との相互作用により磁石トルクが作用するとともに、固定子の発生する磁界が作用するのに応じてリラクタンストルクが作用する回転子である、回転電機。
11. 第１回転子と、
    電流が流れるのに応じて第１回転子に磁界を形成する励磁導体と、
    第１回転子に対し相対回転可能な第２回転子であって、第１回転子に形成された磁界が作用するのに応じて第１回転子との間にトルクが作用する第２回転子と、
    磁界を発生可能な固定子であって、当該磁界を第１回転子に作用させることで第１回転子にトルクを作用させることが可能な固定子と、
    を備え、
    前記励磁導体は、固定子に取り付けられている、回転電機。
12. 請求項１１に記載の回転電機であって、
    前記励磁導体は、第１回転子の回転軸を囲むよう第１回転子の回転方向に沿って巻回された励磁コイルであり、
    第１回転子には、前記励磁コイルに電流が流れたときにその回転方向において磁極が交互するクローポール部が第２回転子と対向して配設されている、回転電機。
13. 第１回転子と、
    電流が流れるのに応じて第１回転子に磁界を形成する励磁導体と、
    第１回転子に対し相対回転可能な第２回転子であって、第１回転子に形成された磁界が作用するのに応じて第１回転子との間にトルクが作用する第２回転子と、
    を備え、
    前記励磁導体は、回転が拘束された拘束部材に取り付けられている、回転電機。
14. 請求項１〜１３のいずれか１に記載の回転電機と、
    第１回転子及び第２回転子の一方と連結され且つ動力を発生可能なエンジンと、
    を備え、
    第１回転子及び第２回転子の他方と連結された出力軸から動力の出力が可能である、ハイブリッド駆動装置。

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