WO2014188757A1

WO2014188757A1 - 回転電機の回転子、回転電機、電動駆動システム、及び電動車両

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Publication number: WO2014188757A1
Application number: PCT/JP2014/056097
Authority: WO
Inventors: 秀俊江夏; 菊地　聡; 松延　豊; 知弘安達
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2014-11-27
Also published as: JPWO2014188757A1

Abstract

　回転電機のイナーシャ増大を抑えつつトルク特性を向上できる回転電機の回転子、及びこれを備えた回転電機、電動駆動システム、電動車両を提供する。　永久磁石４００又はフラックスバリアを回転子鉄心７に備える回転電機１の回転子３であって、永久磁石の磁極中心軸、又は固定子２から発生した磁束が回転子を通って当該固定子へ戻る磁気回路の磁気抵抗が最も高くなる磁極位置と回転中心軸を結んだ線をｄ軸としたとき、回転子鉄心はｄ軸上に孔を有し、孔の外径側を構成する境界線のうち、少なくとも一部が最大トルク発生時もしくは最小トルク発生時に回転子鉄心を通る磁束に沿った形状である回転電機の回転子。

Description

回転電機の回転子、回転電機、電動駆動システム、及び電動車両

　本発明は、回転電機の回転子、及びこれを備えた回転電機、電動駆動システム、電動車両に関する。

　車両用の回転電機、例えばハイブリッド電気自動車の駆動用電動機などでは、発進、追い越し等、加速性能が必要となるため、モータには瞬時的な加速トルクが要求される。

　また、回生時には回転方向とは逆向きにトルクが発生するような位相で電流を流すことで、バッテリにエネルギを戻している。

　自動車用途に用いられる回転電機の場合、瞬時的なトルクを発生させるため、電動機として永久磁石式の回転電機を採用し、大電流を通電し、かつ磁気飽和を発せさせないよう回転子の磁路を拡げることで高応答な瞬時トルク発生を実現している。

　しかし、回転子の磁路を太くすることで、イナーシャの増大、インダクタンス増加に伴う必要な端子間電圧の増大が問題となる。

　イナーシャが増大した場合、同じ力行トルクでも必要な回転数に達するまでの時間が余計にかかるため、必要な回転数に達するまで電流を流し続ける必要があり、銅損が増大し、効率低下に結びつく。また、加速、減速の追従が困難となり、つまり制御性が悪化する問題もある。当然、イナーシャが大きいということは、回転子重量が重くなることと同義であるため、車体重量が増大し、環境負荷の増大の原因となりうる。

　また、高速時に必要な端子間電圧が増大する、つまり力率が悪化するため、逆方向の大トルクを得るためにＰＷＭインバータ電圧を高くしないとならない問題がある。

　高速時の急加速はエンジンのアシストが期待できるため、むしろ低速時のトルクを達成することが重要である。一方、低速時の回生の場合、そもそも車体が持っている運動エネルギが小さいので必ずしも大トルクが求められないが、高速時は車体が持っている運動エネルギが大きく、急減速時にフットブレーキやエンジンブレーキのアシストを使った場合、大きなエネルギ損失につながるため、回生は高速時にこそエネルギ回生ができる構成が望ましい。

　イナーシャ低減と低速時のトルク保持に対する課題に対して特許文献１に、肉抜きを設けて磁気飽和の発生を防止しつつ、イナーシャを低減している例が挙げられている。

特開２００９－０１１０１１号公報

　本発明の目的は、回転電機のイナーシャ増大を抑えつつトルク特性を向上できる回転電機の回転子、及びこれを備えた回転電機、電動駆動システム、電動車両を提供することである。

　上記課題を解決するために、例えば請求の範囲に記載の構成を採用する。
　本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、永久磁石又はフラックスバリアを回転子鉄心に備える回転電機の回転子であって、前記永久磁石の磁極中心軸、又は固定子から発生した磁束が回転子を通って当該固定子へ戻る磁気回路の磁気抵抗が最も高くなる磁極位置と回転中心軸を結んだ線をｄ軸としたとき、前記回転子鉄心は前記ｄ軸上に孔を有し、前記孔の外径側を構成する境界線のうち、少なくとも一部が最大トルク発生時もしくは最小トルク発生時に前記回転子鉄心を通る磁束に沿った形状であることを特徴とする。

　本発明によれば、回転電機のイナーシャ増大を抑えつつトルク特性を向上できる回転電機の回転子、及びこれを備えた回転電機、電動駆動システム、電動車両を提供することができる。　
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１による回転電機の部分断面図である。図１に示す回転電機の回転軸に垂直な断面図である。図２の部分拡大図である。本発明の効果を示した図である。本発明の効果を示した図である。本発明の効果を示した磁束線図である。本発明の効果を示した図である。回転電機を駆動するためのシステム図である。本発明を電気自動車に適用した場合の電気自動車のブロック構成図である。

　以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。　
　なお、以下の説明では、回転電機の一例として、ハイブリット自動車に用いられる電動機を用いる。また、以下の説明において、「軸方向」は回転電機の回転軸に沿った方向を指す。周方向は回転電機の回転方向に沿った方向を指す。「径方向」は回転電機の回転軸を中心としたときの動径方向（半径方向）を指す。「内周側」は径方向内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側（外径側）を指す。

　本発明の実施例１について、図１～図４に基づいて説明する。図１は、本発明の実施例による永久磁石を使用した回転電機１の部分断面図である。永久磁石を使用した回転電機１の固定子２は、固定子鉄心４と、この固定子鉄心４に形成されたスロットに巻回された３相あるいは多相の固定子巻線５と、を備えており、前記固定子２はハウジング１１に収納され保持されている。回転子３は、永久磁石を挿入するための磁石挿入孔６が設けられた回転子鉄心７と、前記回転子鉄心７に形成された前記磁石挿入孔６に挿入された回転子の磁極を形成するための永久磁石４００と、シャフト８とを備えている。前記シャフト８は、ハウジング１１の両端に固定されたエンドブラケット９にベアリング１０によって回転可能に保持されている。

　回転電機１には、回転子３の磁極位置を検出するための磁極位置検出器ＰＳが設けられている。前記磁極位置検出器ＰＳは例えばレゾルバで構成される。さらに回転子３の回転速度を検出するため回転速度検出器Ｅが設けられている。前記回転速度検出器Ｅはここではエンコーダであり、回転子３の側部に配置され、シャフト８の回転に同期してパルスを発生し、該パルスを計数することで回転速度が計測できる。回転電機１は、磁極位置検出器ＰＳの信号に基づき磁石位置を検知し、回転速度検出器Ｅの出力信号を基に回転速度を検出し、図示しない制御装置により、回転電機１の目標トルクを発生するための交流電流が固定子巻線５に供給される。制御装置により固定子巻線５に供給される電流が制御されることにより、回転電機の出力トルクが制御される。

　図２は、図１に示す回転電機の回転軸に垂直な面での断面図である。なお煩雑さを避けるためにハウジングの図示は省略している。また図３は図２の部分拡大図である。これらの図において、回転電機１は固定子２と回転子３とを備えており、固定子２は固定子鉄心４と前記固定子鉄心４の回転子側に周方向において全周に渡って形成されたスロットに巻回された固定子巻線５を備えている。固定子鉄心４はコアバック部とも言われている略円筒状のヨーク部２１と前記ヨーク部２１から径方向における内側に突出する形状を成すティース部２２とを有し、前記ティース部２２は全周に渡って形成されている。隣接する前記ティース部２２の間には前記スロットが形成され、前記スロットは前記固定子巻線を収納し保持する。全周に渡って配置された前記固定子巻線に３相交流電流が供給されることにより前記固定子には回転磁界を発生する。また後述する回転子が発生する磁束が前記固定子巻線に鎖交し、前記回転子が回転することにより前記鎖交磁束が変化することにより、前記固定子巻線に誘起電圧が発生する。前記回転子に埋設された永久磁石４００は、ｄ軸付近に有している。図３に記載の例では１極あたり３個有しているが、これは遠心力による破損を防ぐためである。

　回転子３は、回転軸に沿う方向に積層された電磁鋼板からなる回転子鉄心７と、回転子鉄心７に設けられた磁極を形成するための永久磁石４００を備えている。図２や図３の実施例では、１極あたり直線状に３個配置された磁石４００で１つの磁極即ち各磁極を形成する。磁極を形成する各磁石はｄ軸方向に磁化されており、一つの磁極において固定子側がＮ極となるように磁化されているとその両隣の磁極を構成する磁石は逆に固定子側がＳ極となるように磁化されている。

　なお本実施例では上述のように各磁極は周方向に直線状に配置された少なくとも３組の磁石によって形成されているが、磁石の配置は直線状以外でも良い。例えば、Ｖ字形に配置しても良いし、Ｖ字形とバスタブ形とを組み合わせた形状に配置しても良い。各磁極を構成する磁石量を増やすと各磁極の磁束量が多くなり、発生する回転トルクが増大する、あるいは誘起される誘起電圧が大きくなる傾向となる。

　図１乃至図３において、該当する全ての部品または部分に参照符号を付すと煩雑となるので、同じ部品の内の一部をそれら全体の代表として一部にのみ参照符号を付し、他の部分の参照符号は省略する。本出願の実施例に示す構造は回転子鉄心の内部に磁石を配置している構造の回転電機（埋め込み磁石形回転電機と記す）である。磁極を形成する永久磁石は回転子鉄心の固定子側が外周面に配置する構造の回転電機（以下表面磁石形回転電機と記す）は発生する回転トルクの変動を抑制できる効果が顕著であるが、効率が低下する欠点があり、回転トルクの変動の抑制が必須とされる操舵力をアシストするためのモータに適している。一方埋め込み磁石形回転電機は回転子と固定子間のギャップを小さくできるために高効率あるいは小型で高出力の回転電機に適しており、自動車の走行用の回転電機に適している。本出願に記載されている実施例は何れも自動車の走行用の回転電機に適している。

　図２および図３に記載の実施例では、回転子鉄心７に永久磁石を挿入し固定するための磁石挿入孔６が各磁石に対応して設けられており、各磁極に対応して設けられた磁石挿入孔６は固定子側に対して開く状態に配置されており、各磁極に対応して全周に渡って配置されている。磁石挿入孔６はｄ軸インダクタンスＬｄの増大を防ぐ役目も果たしているため、ＬｄとＬｑの差で生じるリラクタンストルクの向上の役目もある。よって、磁石挿入孔６には必ずしも磁石を充填させる必要はなく、比透磁率が回転子鉄心と比較して低い材料であれば構わない。また、何も充填しない場合はリラクタンストルクのみで動作するのでシンクロナスリラクタンスモータと呼称する。

　回転子鉄心７の各前記磁石挿入孔６は例えばプレスの打ち抜き加工により形成される。回転軸方向に積層された電磁鋼板により形成される前記回転子鉄心７はシャフト８（図示せず）に固定されており、シャフト８と共に回転する。

　回転子３の回転子鉄心７は、隣接する各磁極の周方向における間に、固定子が発生するｑ軸の磁束Φｑを通すための補助磁極部３３を全周に渡って形成しており、その一部を図３に記載する。また逆の見方では、図３において、各隣接する補助磁極部３３の間に永久磁石により形成される磁極が設けられており、この実施例では各磁極は複数の永久磁石を固定子側に対して開く状態に配置して構成されている。各磁石挿入孔に収納し保持される永久磁石はフラックスバリアの役割もあるため、低リコイル透磁率の材料が望ましい。

　回転子３の回転子鉄心７にはさらに、磁石挿入孔６の内径側に孔３７が設けられている。この孔３７は、力行時の磁束に沿った形状となるように形成されている。本実施例では、孔３７はｄ軸を中心線として見たときに周方向に非対称の形状であり、回転子の回転方向側（図２の例では反時計方向）の面積が大きくなるように形成されている。また、本実施例における孔３７はその内径側では周方向に対称な形状であるが、その外径側では回転方向側において磁石挿入孔６にむけて拡がるように構成されている。

　本実施例の孔３７は、図３に示すように、孔３７の外径部を構成する境界線として、反回転方向から最外径部へ延伸する第１の境界線３８と、回転方向から最外径部へ延伸する第２の境界線３９とを有している。第１の境界線３８は、内径側に凸となる弧状に形成されている。この弧は円弧でも楕円弧でも良い。別の言い方をすれば、第１の境界線３８は円弧の中心点又は楕円弧の焦点が、第１の境界線３８より外径側に位置する形状である。また、本実施例の孔３７の最外径部は、ｄ軸から見て回転方向側に位置している。

　なお、ここでは説明の為に第１の境界線３８と第２の境界線３９を例示したが、孔３７の形状が、力行時の磁束に沿った形状となるように形成されていれば、外径側を構成する他の境界線があっても良い。たとえば、第１の境界線３８と第２の境界線３８とをつなぐ部分が鋭角に構成される必要は無く、図３や図６に示すように曲線を介してつながれるように構成されても良い。

　図３を用いて反時計方向に回転子３が回る場合の例を示す。力行における最大トルク時には波線で示す磁気回路６０１が作られる。上記永久磁石４００により発生するｄ軸の磁束Φｄが回転子外周との間の回転子鉄心７により形成される磁極片部３４、回転子３と固定子４との間のギャップ３６、を介して固定子２を通り、隣接する他の磁極の永久磁石４００を通って、元の永久磁石４００に戻る。その際、前記磁気回路を通る磁束Φｄが前記固定子２を通る際に固定子巻線５を流れる電流と作用して回転トルクを発生する。また前記磁気回路を通る磁束Φｄが前記固定子巻線５と鎖交し、この鎖交磁束量の単位時間当たりの変化量に基づいて固定子巻線５に誘起電圧が発生する。

　なお、図３は概念図であり磁束を正確には表現していないが、磁束Φｄは永久磁石４００の内部では磁化方向に沿っておりその表面においては垂直に出入りしており、また固定子鉄心４や回転子鉄心７の表面に対して垂直に出入りする。

　回生における最大トルク時（マイナス方向の最大トルク）には実線で示す磁気回路６０２が作られる。この場合、孔３７が磁束を妨げる方向に働く。そのため、最大トルクが小さくなるが、インダクタンスが小さくなるため端子間電圧が低くなる。よって、高速回転に適した構造となる。

　図４に本実施例のトルク－回転数特性を示す。孔をｄ軸に対して左右対称にした場合を比較例とした。トルクがプラスの場合は力行モードの最大トルク、マイナスの場合は回生モードの最大トルクを示す。本実施例によると力行モードでは一致しているのに対し、回生モードでは最大トルクこそ小さいが、７０００ｒ／ｍｉｎを超えると比較例より本発明の方が高い特性を示している。これは端子間電圧が低くて済むことによるメリットである。

　ＨＥＶやＥＶの場合、回生モードにおいて低速で大トルクが求められるケースはあまりないが、高速時における回生エネルギ向上は頻度が高いため、メリットは高い。

　図５に孔配置角度を変えてみたときの最大トルク性能をプロットしたグラフを示す。孔配置角度とは、ｑ軸と、孔３７の第２の境界線３９の機械角度［ｄｅｇ］を示す。図２、図３の実施例では孔配置角度が３５ｄｅｇ時で最大力行トルクのピークを示している。一方、５ｄｅｇ付近では最大回生トルクが最大となっており、発電のみの用途であれば、このような形でも構わない。

　図６に孔配置角度が３５ｄｅｇとした場合、力行モードにおける最大トルク時の磁束線図を示す。これより、磁束線に沿って孔が設けられていることが分かる。

　図７に従来例と本発明である孔配置角度が３５ｄｅｇとした場合のイナーシャ、トルク、損失をそれぞれ解析した。トルクと損失は力行モードにおける定格運転時、低速時の最大トルク時、高速時の最大トルク時の３ケースとした。その結果、トルク、損失はほとんど変化することなく、５％のイナーシャ低減に成功したことがわかる。

　次に、図８を用いて本実施例の回転電機装置の構成を説明する。本実施例１の回転電機１は、回転電機１と、回転電機１の駆動電源を構成する直流電源５１と、回転電機１に供給される電力を制御して駆動を制御する制御装置とを備えている。

　永久磁石を使用した回転電機１は前述した通り構成あるいは後述する構造を有している。直流電源５１は、例えば交流電源と該交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ部で構成しても良いし、車両に搭載されるリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池であっても良い。制御装置はインバータ装置であり、直流電源５１から直流電力を受け交流電力に変換して、その交流電力を回転電機１の固定子巻線５に供給している。インバータ装置は、直流電源５１と固定子巻線５との間に電気的に接続された電力系のインバータ回路５３（電力変換回路）と、インバータ回路５３の動作を制御する制御回路１３０とを備えている。

　インバータ回路５３は、スイッチング用半導体素子、例えばＭＯＳ―ＦＥＴ（金属酸化膜半導体形電解効果トランジスタ）、あるいはＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）から構成されたブリッジ回路を有し、平滑用コンデンサモジュールからの直流電力を交流電力に変換し、あるいは回転電機が発生した交流電力を直流電力に変換する。上記ブリッジ回路は、アームと呼ばれる高電位側スイッチと低電位側スイッチと直列回路が回転電機１の相数分電気的に並列に接続されて構成されていて、三相交流電力を発生する本実施例では３組設けられている。各アームの高電位側スイッチの端子は直流電源５１の正極側に電気的に接続され、低電位側スイッチの端子は直流電源５１の負極側に電気的に接続されている。各アームの上側のスイッチング用半導体素子と下側のスイッチング用半導体素子との接続点から回転電機１の固定子巻線５に相電圧を供給するように前記固定子巻線５に電気的に接続されている。

　インバータ回路５３から固定子巻線５へ供給される相電流は、回転電機に交流電力を供給するための各相のバスバーにそれぞれ設けられた電流検出器５２により計測される。電流検出器５２は例えば変流器である。制御回路１３０は、トルク指令や制動指令を含む入力情報に基づいて目標トルクを得るためのインバータ回路５３のスイッチング用半導体素子のスイッチング動作を制御する作用をする。入力情報としては例えば、回転電機１に対する要求トルクである電流指令信号Ｉｓと、回転電機１の回転子３の磁極位置θが入力されている。要求トルクである電流指令信号Ｉｓは、車両の場合に運転者から要求されるアクセル操作量などの要求量に応じて上位コントローラから送られてくる指令により制御回路１３０で演算して求められる。磁極位置θは、磁極位置検出器ＰＳの出力から得られた検出情報である。

　速度制御回路５８は、上位コントローラの要求指令により作られた速度指令ωｓと、エンコーダからの位置情報θ１から周波数を電圧に変換するＦ／Ｖ変換器６１を介して得られる実際の速度である実速度ωｆとから、速度差ωｅを算出し、これにＰＩ制御によってトルク指令である電流指令Ｉｓと回転子３の回転角θ１を出力する。上記ＰＩ制御は偏差値に比例乗数を乗ずる比例項Ｐと積分項Ｉを使用する一般に使用されている制御方式である。

　位相シフト回路５４は、回転速度検出器Ｅが発生する回転の同期したパルス、すなわち回転子３の位置情報θを、速度制御回路５８からの回転角θ１の指令に応じて位相シフトして出力する。位相シフトは、例えば固定子巻線５に流れる電流が作る電機子起磁力の合成ベクトルを、永久磁石４００が作る磁束又は磁界の方向に対して電気角で９０度以上進むようにする。

　正弦波・余弦波発生回路５９は、回転子３の永久磁石４００の磁極位置を検出する位置検出ＰＳと、位相シフト回路５４からの位相シフトされた回転子の位置情報θに基づいて、固定子巻線５の各巻線の誘起電圧を位相シフトした正弦波出力を発生する。ここで位相シフト量には値が零の場合も含む。

　２相―３相変換回路５６は、速度制御回路５８からの電流指令ＩＳと正弦波・余弦波発生回路５９の出力とに応じて、各相の電流指令Ｉｓｕ、Ｉｓｖ、Ｉｓｗを出力する。各相はそれぞれ個別に電流制御系５５ａ、５５ｂ、５５ｃを持ち、電流指令Ｉｓｕ、Ｉｓｖ、Ｉｓｗと電流検出器５２からの電流検出信号Ｉｆｕ、Ｉｆｖ、Ｉｆｗに応じた信号を、インバータ回路５３に送ってスイッチング用半導体素子のスイッチング動作を制御し、３相交流の各相電流が制御される。この場合、各相合成の電流は、界磁磁束に直角、あるいは位相シフトした位置に制御され、これによって無整流子で、かつ直流機と同等の特性を得ることができる。

　上述の交流電流の各相の電流制御系５５ａ、５５ｂ、５５ｃから出力された信号は、対応する相のアームを構成するスイッチング用半導体の制御端子に入力される。これにより、各スイッチング用半導体がオン・オフ動作であるスイッチング動作を行い、直流電源５１から平滑用コンデンサモジュールを介して供給された直流電力が交流電力に変換され、固定子巻線５の対応する相巻線に供給される。

　本実施例１のインバータ装置では、固定子巻線５に流れる電機子起磁力の合成ベクトルを、永久磁石４００が作る磁束又は磁界の方向に対して直交するように、或いは位相シフトするように、固定子巻線５に流れる電流（各相巻線に流れる相電流）を常に形成している。これにより、本実施例１の回転電機装置では、無整流子すなわちブラシレスの回転電機１を用いて、直流機と同等の特性を得ることができる。尚、弱め界磁電流は、固定子巻線５に流れる電流が作る電機子起磁力の合成ベクトルを、永久磁石４００が作る磁束又は磁界の方向に対して９０度（電気角）以上進むように、固定子巻線５に流れる電流（各相巻線に流れる相電流）を常に形成する制御である。

　従って、本実施例１の回転電機装置では、固定子巻線５に流れる電流が作る電機子起磁力の合成ベクトルを、永久磁石４００が作る磁束又は磁界の方向に対して直交するように、固定子巻線５に流れる電流（各相巻線に流れる相電流）を回転子３の磁極位置に基づいて制御すれば、回転電機１から連続的に最大トルクを出力できる。弱め界磁制御が必要な時には、固定子巻線５に流れる電流が作る電機子起磁力の合成ベクトルを、永久磁石４００が作る磁束又は磁界の方向に対して９０度（電気角）以上進むように、固定子巻線５に流れる電流（各相巻線に流れる相電流）を回転子３の磁極位置に基づいて制御すればよい。

　次に、フェライト磁石などのように減磁しやすい永久磁石４００を用いた場合の着磁判定及び着磁方法について説明する。回転電機１には、さらに磁束検出器６０が備えられ、この磁束検出器６０が出力する磁束量を表す値と前記Ｆ／Ｖ変換器６２が出力する実速度ωｆを着磁判定回路６１に入力し、再着磁の要不要について判定する。永久磁石４００に弱め界磁電流に基づく磁束を加えたことにより、仮に可逆減磁の範囲を超えた強い磁束が永久磁石に加えられると、永久磁石、特に第２永久磁石４０２、が減磁してしまう恐れがある。このように仮に不可逆減磁した場合には、永久磁石が発生する磁束量が減少するため、永久磁石の再着磁が必要となる。永久磁石の再着磁が必要判断された場合には着磁判定回路６１から位相シフト回路５４に着磁指令を出力する。

　次に着磁判定回路６１から位相シフト回路５４に着磁指令を出力された場合の第２永久磁石４０２の着磁方法について説明する。着磁のために特別な着磁回路を使用しても良いことはもちろんであるが、特別な着磁回路を使用しなくても、上述の制御回路１３０を使用して、ある程度の再着磁が可能である。図８に永久磁石を内蔵した上述の回転電機における電流位相とトルクの関係を示す。ここで、電流位相０度はｑ軸である。永久磁石４００、特に第２永久磁石４０２、が不可逆減磁した場合には、固定子巻線５に流れる電流が作る電機子起磁力の合成ベクトルを、永久磁石４００が作る磁束又は磁界の方向に対して電気角で９０度程度遅れるように、固定子巻線５に流れる電流すなわち各相巻線に流れる相電流を制御する。このように固定子巻線５に供給する相電流を制御することにより、固定子巻線５に流れる電流が作る電機子起磁力の合成ベクトルが永久磁石４００の磁化に対して増磁する方向となるため、永久磁石４００、特に第２永久磁石４０２、を着磁することが、すなわち減磁された磁化状態を再び強くすることが可能となる。

　以上の説明では、内転型の回転電機で説明したが、外転型の回転電機でも適用できる。また、本発明は、分布巻方式の回転電機、集中巻方式の回転電機の両者においても適用できる。

　次に、上述の実施例が適用される電気自動車に適用した実施例について、図１３を用いて説明する。図１３は、本発明を適用した電気自動車のブロック構成図である。

　電気自動車の車体１００は、４つの車輪１１０、１１２、１１４、１１６によって支持されている。この電気自動車は、前輪駆動であるため、前方の車軸１５４には、走行トルクを発生しあるいは制動トルクを発生する回転電機１が機械的に接続されており、回転電機１により発生する回転トルクが機械的な伝達機構により伝達される。回転電機１は、図７により説明した制御装置１３０およびインバータ回路５３によって発生した３相交流電力により駆動され、該駆動トルクが制御される。

　制御装置１３０の動力源としては、リチウム二次電池などの高電圧バッテリで構成される直流電源５１が備えられ、この直流電源５１からの直流電力が制御装置１３０の制御に基づいてインバータ回路５３がスイッチング動作し、交流電力に変換され、回転電機１に供給される。回転電機１の回転トルクにより車輪１１０、１１４が駆動され、車両が走行する。

　また運転者のブレーキ操作により、制御装置１３０はインバータ回路が発生する交流電力の回転子の磁極に対する位相を反転することにより、回転電機１は発電機として作用し、回生制動運転が行われる。回転電機１は走行を抑える方向の回転トルクを発生して、車両１００の走行に対して制動力を発生する。このとき車両の運動エネルギが電気エネルギに変換され、直流電源５１に電気エネルギが充電される。

　なお、以上の実施例では、回転電機を電気自動車の車輪の駆動に用いるものとして説明したが、電動車両用の駆動装置、電動建機用の駆動装置及び他あらゆる駆動装置においても使用できるものである。なお、本実施例による回転電機を電動車両、特に電気自動車に適用すれば、低イナーシャ、回生時の最高回転数が向上でき、回生出力が大きな電気自動車を提供することができる。また、本発明の回転電機を使用することにより、電動車両から排出される環境負荷を軽減することが可能である。

　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　　　　１　回転電機　
　　　　２　固定子　
　　　　３　回転子　
　　　　４　固定子鉄心　
　　　　５　固定子巻線　
　　　　６　磁石挿入孔　
　　　　７　回転子鉄心　
　　　　８　シャフト　
　　　　９　エンドブラケット　
　　　１０　ベアリング　
　　　１１　ハウジング　
　　　２１　固定子のヨーク部　
　　　２２　ティース部　
　　　２３　スロット　
　　　３３　補助磁極部　
　　　３４　磁極片部　
　　　３５　磁気空隙　
　　　３６　ギャップ　
　　　３７　孔　
　　　３８　第１の境界線　
　　　３９　第２の境界線　
　　　５１　直流電源　
　　　５２　電流検出器　
　　　５３　インバータ回路　
　　　５４　位相シフト回路　
　　５５ａ、５５ｂ、５５ｃ　各相の電流制御系　
　　１００　電気自動車の車両　
　　１１０、１１２、１１４、１１６　車輪　
　　１３０　電気自動車の制御装置　
　　１５４　車軸　
　　４００　永久磁石　
　　５０１　ブリッジ　
　　６０１　磁気回路（力行時）　
　　６０２　磁気回路（回生時）　
　　　ＰＳ　回転速度検出器　
　　　　Ｅ　回転位置検出器

Claims

　永久磁石又はフラックスバリアを回転子鉄心に備える回転電機の回転子であって、
　前記永久磁石の磁極中心軸、又は固定子から発生した磁束が回転子を通って当該固定子へ戻る磁気回路の磁気抵抗が最も高くなる磁極位置と回転中心軸を結んだ線をｄ軸としたとき、前記回転子鉄心は前記ｄ軸上に孔を有し、
　前記孔の外径側を構成する境界線のうち、少なくとも一部が最大トルク発生時もしくは最小トルク発生時に前記回転子鉄心を通る磁束に沿った形状である回転電機の回転子。
　請求項１に記載の回転電機の回転子であって、
　前記孔が、前記ｄ軸を挟んで周方向に非対称であり、回転子の反回転方向側より回転方向側の面積が大きい形状である回転電機の回転子。
　請求項２に記載の回転電機の回転子であって、
　前記孔の外径側を構成する境界線として、前記反回転方向側から前記孔の最外径部へ延伸する第１の境界線と、前記回転方向側から前記最外径部へ延伸する第２の境界線とを有し、
　第１の境界線が、内径側に凸となる弧状に形成されている回転電機の回転子。
　請求項３に記載の回転電機の回転子であって、
　前記最外径部が、前記ｄ軸から見て前記回転方向側に位置している回転電機の回転子。
　請求項４に記載の回転電機の回転子であって、
　前記永久磁石を前記ｄ軸に対して垂直に埋設した回転電機の回転子。
　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の回転電機の回転子を備える回転電機であって、
　前記回転子に近接して配置される固定子と、
　前記固定子に設けられたコイルとを有し、
　最大電流値のまま電流位相を振って与えた際、回転方向にトルク最大となる電流位相を力行時とし、逆回転方向にトルク最大となる電流位相を回生時とした場合、
　回生時のトルクより力行時のトルクが大きく、
　回生時のコイル端子間電圧より力行時のコイル端子間電圧が高い回転電機。
　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の回転電機の回転子を備える回転電機であって、
　前記回転子に近接して配置される固定子と、
　前記固定子に設けられたコイルとを有し、
　最大電流値のまま電流位相を振って与えた際、回転方向にトルク最大となる電流位相を力行時とし、逆回転方向にトルク最大となる電流位相を回生時とした場合、
　回生時のトルクより力行時のトルクが小さく、
　回生時のコイル端子間電圧より力行時のコイル端子間電圧が低いことを
　特徴とした回転子を有する回転電機
　電力を供給するバッテリと、
　前記供給された電力により駆動トルクを出力する回転電機と、
　前記駆動トルクを制御する制御装置とを備えた電動駆動システムであって、
　前記回転電機は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の回転電機であることを特徴とする電動駆動システム。
　電力を供給するバッテリと、
　前記供給された電力により車両を駆動する駆動トルクを出力する回転電機と、
　駆動トルクを制御する制御装置からなる駆動システムを備えた電動車両であって、
　前記駆動システムは、請求項８記載の電動駆動システムである電動車両。