(57)【要約】  回転電機は、ローターと、ステーター鉄心と、ステーター鉄心に絶縁状態で巻かれて形成されるとともに、電力回路に接続されるトランス一次コイルと、ステーター鉄心に絶縁状態で巻かれて形成されるとともに、直流交流変換器を介してバッテリーに接続されるトランス二次コイルと、を含む。
2012053304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローター(１０)と、
ステーター鉄心(２１)と、
前記ステーター鉄心(２１)に絶縁状態で巻かれて形成されるとともに、電力回路(９)に接続されるトランス一次コイル(４１)と、
前記ステーター鉄心(２１)に絶縁状態で巻かれて形成されるとともに、直流交流変換器(７)を介してバッテリー(８)に接続されるトランス二次コイル(４２)と、
を含む回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記直流交流変換器(７)は、直流電力線(７１ｐ，７１ｎ)がバッテリー(８)に接続され、交流電力線(７２ｕ，７２ｖ，７２ｗ)が前記ステーター鉄心(２１)のティース(２１１)に絶縁状態で巻かれて形成されるステーターコイル(２２)に接続され、
前記トランス二次コイル(４２)は、一端が回転電機の中性点に接続され、他端が前記直流交流変換器(７)の正側直流電力線(７１ｐ)又は負側直流電力線(７１ｎ)に接続される、
回転電機。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の回転電機において、
前記ステーター鉄心(２１)は、前記ローター(１０)の外に配置されるとともに、ローター軸方向に貫通するトランス形成孔(２１ａ)を有し、
前記トランス一次コイル(４１)及び前記トランス二次コイル(４２)は、前記トランス形成孔(２１ａ)を挿通して前記ステーター鉄心(２１)に巻かれて形成される、
回転電機。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の回転電機において、
前記トランス一次コイル(４１)及び前記トランス二次コイル(４２)は、前記ステーター鉄心(２１)の軸を対称に互いに対向するように前記ステーター鉄心(２１)のティース(２１１)に巻かれて形成される、
回転電機。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機において、
前記トランス一次コイル(４１)及び前記トランス二次コイル(４２)は、所定のピッチ数及び所定の分布数で前記ステーター鉄心(２１)のティース(２１１)に巻かれて形成されるが、少なくとも１ペアのティース(２１１ａ)には巻かれない、
回転電機。
【請求項６】
請求項５に記載の回転電機において、
前記所定のピッチ数は、スロット数を極対数で除算した値の整数倍である、
回転電機。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の回転電機において、
前記所定の分布数は、スロット数を極対数で除算した値の整数倍である、
回転電機。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の回転電機において、
ロードホイール(２０１)の内周側に配置されるインホイールタイプであり、
前記トランス二次コイル(４２)と前記直流交流変換器(７)との間に接続されるとともに、回転電機ハウジングの外周に配置されるリアクトル(５１)をさらに含む、
回転電機。
【請求項９】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の回転電機において、
前記ステーター鉄心(２１)は、ローター軸方向に貫通するリアクトル形成孔(２１ｂ)を有し、
前記トランス二次コイル(４２)と前記直流交流変換器(７)との間に接続されるとともに、前記リアクトル形成孔(２１ｂ)を挿通して前記ステーター鉄心(２１)に巻かれたコイル(５１ａ)で形成されるリアクトル(５１)をさらに含む、
回転電機。
【請求項１０】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の回転電機を使用する車載回転電機システムにおいて、
前記トランス一次コイル(４１)に接続される電力回路(９)と、
前記トランス二次コイル(４２)及びステーターコイル(２２)に接続される直流交流変換器(７)と、
前記直流交流変換器(７)に接続されるバッテリー(８)と、
を有し、
前記トランス二次コイル(４２)に接続され、前記回転電機がトルクを出力しているときにトランス二次コイル(４２)に流れる電流を遮断する電流断続器(５２，５３，７５２)をさらに含む、
車載回転電機システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記電流断続器は、前記トランス二次コイル(４２)と前記直流交流変換器(７)との間に配置され、前記回転電機がトルクを出力しているときに開放するスイッチ(５２)である、
車載回転電機システム。
【請求項１２】
請求項１０に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記電流断続器は、前記トランス二次コイル(４２)と前記直流交流変換器(７)との間に配置されたコンデンサー(５３)である、
車載回転電機システム。
【請求項１３】
請求項８又は請求項９に記載の回転電機を使用する車載回転電機システムにおいて、
前記トランス一次コイル(４１)に接続される電力回路(９)と、
前記リアクトル(５１)及びステーターコイル(２２)に接続される直流交流変換器(７)と、
前記直流交流変換器(７)に接続されるバッテリー(８)と、
を有し、
前記リアクトル(５１)に接続され、前記回転電機がトルクを出力しているときにリアクトル(５１)に流れる電流を遮断する電流断続器(５２，５３，７５２)をさらに含む、
車載回転電機システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記電流断続器は、前記リアクトル(５１)と前記直流交流変換器(７)との間に配置され、前記回転電機がトルクを出力しているときに開放するスイッチ(５２)である、
車載回転電機システム。
【請求項１５】
請求項１３に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記電流断続器は、前記リアクトル(５１)と前記直流交流変換器(７)との間に配置されたコンデンサー(５３)である、
車載回転電機システム。
【請求項１６】
請求項１０又は請求項１３に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記電流断続器は、前記直流交流変換器(７)のコンデンサー(７５２)で兼用される、
車載回転電機システム。
【請求項１７】
請求項１０から請求項１６までのいずれか１項に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記電力回路(９)は、力率改善回路を含む、
車載回転電機システム。
【請求項１８】
請求項１０から請求項１６までのいずれか１項に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記直流交流変換器(７)は、車外電源側交流の電流及び電圧に基づいて、力率改善制御を実行する、
車載回転電機システム。
【請求項１９】
請求項１０から請求項１８までのいずれか１項に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記電力回路(９)は、前記トランス一次コイル(４１)の電圧を制御し、
前記直流交流変換器(７)は、前記トランス二次コイル(４２)の電流を制御し、
前記電力回路(９)及び前記直流交流変換器(７)は、前記トランス一次コイル(４１)の電圧の位相と前記トランス二次コイル(４２)の電流の位相とが一致するように制御する、
車載回転電機システム。
【請求項２０】
請求項１０から請求項１９までのいずれか１項に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記トランス一次コイル(４１)に並列に接続されるコンデンサー(９１)をさらに含む、
車載回転電機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機及びその回転電機を使用する車載回転電機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＪＰ−Ｈ０９−２３３７０９−Ａに示されるように、バッテリーによって走行する電気車輌等では、回転電機を駆動制御する回路と、外部用電力移動回路(主は充電回路)を保有している。
【発明の概要】
【０００３】
しかしながら、これらの回路はサイズが大きく、よりコンパクト化することが望まれている。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、より小形化した回転電機及びその回転電機を使用する車載回転電機システムを提供することである。
【０００５】
本発明のある態様の回転電機は、ローターと、ステーター鉄心と、を含む。そして前記ステーター鉄心に絶縁状態で巻かれて形成されるとともに、電力回路に接続されるトランス一次コイルと、前記ステーター鉄心に絶縁状態で巻かれて形成されるとともに、直流交流変換器を介してバッテリーに接続されるトランス二次コイルと、を含む。
【０００６】
本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明による回転電機の第１実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明による回転電機の第１実施形態の主要部を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明による回転電機を使用する車載回転電機システムを示す図である。
【図４】図４は、回転電機がインホイールタイプである場合のリアクトルの設置について説明する図である。
【図５】図５は、本発明による回転電機の第２実施形態の主要部を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明による回転電機の第３実施形態を示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明による回転電機の第３実施形態による作用効果を説明する図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明による回転電機の第３実施形態による作用効果を説明する図である。
【図８】図８は、本発明による車載回転電機システムの第２実施形態を示す図である。
【図９】図９は、本発明による車載回転電機システムの第３実施形態を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明による車載回転電機システムの第４実施形態を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明による車載回転電機システムの第５実施形態を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明による車載回転電機システムの第６実施形態を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明による車載回転電機システムの第７実施形態を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明による車載回転電機システムの第８実施形態を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明による車載回転電機システムの第９実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１実施形態）
＜回転電機の構造＞
図１は、本発明による回転電機の第１実施形態の概略構成を示す断面図である。
【０００９】
ここでは、回転電機１として、３相１２極１８スロットの永久磁石型三相交流モーターを例に挙げて説明する。また発明のコンセプトを明確にするために、最初に発明の要旨を簡単に説明する。バッテリーによって走行する電気車輌等では、回転電機を駆動制御する回路と、外部用電力移動回路(主は充電回路)を保有している。これらの回路は、サイズが大きい。そのためこれらの回路のサイズを、よりコンパクト化することが望まれている。これに対して本件発明者は、回転電機を駆動制御する回路と外部用電力移動回路(主は充電回路)とは、類似した部品を多数使っている一方で、同時には使用されないことに着目し、回路を共用することに着想した。具体的な発明内容を以下に説明する。
【００１０】
回転電機１は、ローター１０と、ステーター２０と、を含む。
【００１１】
ローター１０は、シャフト１１と、ローター鉄心１２と、永久磁石１３と、を含む。
【００１２】
シャフト１１は、ローター１０の回転中心軸である。
【００１３】
ローター鉄心１２は、シャフト１１の周囲に取り付けられる。ローター鉄心１２は、円形の薄い鋼板が多数積層されて形成される。ローター鉄心１２の外周部分には孔が形成される。その孔に永久磁石１３が挿入される。
【００１４】
永久磁石１３は、ローター１０のほぼ全長に渡って延設される。永久磁石１３は隣接する永久磁石の磁極が互いに相違するよう配置される。
【００１５】
ステーター２０は、ステーター鉄心２１と、ステーターコイル２２と、を含む。ステーター２０は、ローター１０の外周に配置される。
【００１６】
ステーター鉄心２１は、薄い鋼板が多数積層されて形成される。ステーター鉄心２１の内周側にはティース２１１が形成される。そのティース２１１に絶縁層を介してステーターコイル２２が巻かれる。
【００１７】
ステーターコイル２２に電流が流れると磁束が生じて永久磁石１３に反発力／吸引力が発生する。この結果、ローター１０がシャフト１１を中心に回転する。
【００１８】
ステーター鉄心２１には、孔２１ａが形成される。本実施形態では、ステーター鉄心２１の一部が凸設されたタブ２１２が形成される。このタブ２１２に孔２１ａが形成される。
【００１９】
図２は、本発明による回転電機の第１実施形態の主要部を示す斜視図である。
【００２０】
ステーター鉄心２１のバックヨーク２１３に沿って、Ｕ相交流電力線、Ｖ相交流電力線及びＷ相交流電力線が配置される。また中性点であるＮ線が配置される。ティース２１１に形成されたステーターコイル２２は、Ｎ線といずれかの交流電力線とに接続される。図２では、左のティース２１１に形成されたステーターコイル(Ｕ相コイル)２２は、Ｎ線及びＵ相交流電力線に接続される。真中のティース２１１に形成されたステーターコイル(Ｖ相コイル)２２は、Ｎ線及びＶ相交流電力線に接続される。右のティース２１１に形成されたステーターコイル２２(Ｗ相コイル)は、Ｎ線及びＷ相交流電力線に接続される。図２の左右は省略されているが、これが順次繰り返される。
【００２１】
一次コイル４１及び二次コイル４２は、孔２１ａ及びステーター鉄心２１の外側を通って巻かれる。一次コイル４１は、後述するように電力回路に接続される。二次コイル４２は、一端が中性点(Ｎ線)に接続され、他端が後述するように直流交流変換器７に接続される。
【００２２】
このように構成することで、一次コイル４１及び二次コイル４２並びにステーター鉄心２１でトランスが形成される。このように回転電機１の一部を共用してトランス機能を得ることができるので、別体部品のトランスを用いる場合と比較して全体として小形である。
【００２３】
＜車載回転電機システムについて＞
図３は、本発明による回転電機を使用する車載回転電機システムを示す図である。
【００２４】
車載回転電機システムＳは、回転電機１と、直流交流変換器７と、バッテリー８と、電力回路９と、を含む。
【００２５】
直流交流変換器７は、回転電機１とバッテリー８との間に設けられる。直流交流変換器７は、バッテリー８からの直流電力を交流に変換するインバーター機能と、回転電機１からの交流電力を直流に変換するコンバーター機能と、を併せ持つ。直流交流変換器７は、正側直流電力線７１ｐと、負側直流電力線７１ｎと、Ｕ相交流電力線７２ｕと、Ｖ相交流電力線７２ｖと、Ｗ相交流電力線７２ｗと、を有する。
【００２６】
正側直流電力線７１ｐは、バッテリー８の正極に接続される。負側直流電力線７１ｎは、バッテリー８の負極に接続される。正側直流電力線７１ｐと負側直流電力線７１ｎとの間には、バッテリー８に並列にコンデンサー７５が接続される。コンデンサー７５は、直流電力を平滑化する。
【００２７】
Ｕ相交流電力線７２ｕは、回転電機１のＵ相コイルに接続される。Ｖ相交流電力線７２ｖは、回転電機１のＶ相コイルに接続される。Ｗ相交流電力線７２ｗは、回転電機１のＷ相コイルに接続される。
【００２８】
直流交流変換器７は、直流電力線と交流電力線との間に６つのＩＧＢＴモジュール(正側Ｕ相ＩＧＢＴモジュール，負側Ｕ相ＩＧＢＴモジュール，正側Ｖ相ＩＧＢＴモジュール，負側Ｖ相ＩＧＢＴモジュール，正側Ｗ相ＩＧＢＴモジュール，負側Ｗ相ＩＧＢＴモジュール)を有する。
【００２９】
各ＩＧＢＴモジュール(スイッチングモジュール)は、スイッチング素子ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲート型バイポーラトランジスター)と、ＩＧＢＴに逆方向に並列接続された整流素子(整流ダイオード；Free Wheeling Diode;以下「ＦＷＤ」と称す)を含む。各ＩＧＢＴモジュールは、コントローラー１００のパルス幅変調(Pulse Width Modulation；ＰＷＭ)信号に基づいてオンオフする。
【００３０】
回転電機１の一次コイル４１は、電力回路９に接続され、差込口を介して最終的には車外電源に接続される。
【００３１】
回転電機１の二次コイル４２は、一端が中性点(Ｎ線)に接続され、他端がリアクトル５１及びスイッチ５２を介して負側直流電力線７１ｎに接続される。
【００３２】
このような車載回転電機システムにおいて、回転電機１を駆動して走行するときは、スイッチ５２をオフする。すると、バッテリー８の電力が直流交流変換器７で交流に変換されて回転電機１に供給されて回転電機１が駆動される。また回転電機１の回生電力が直流交流変換器７で直流に変換されてバッテリー８に供給されてバッテリー８が充電される。このようにスイッチ５２を用いることで、電流を遮断できる。
【００３３】
車外電源を使用してバッテリー８を充電するときは、スイッチ５２をオンするとともに、車外電源に接続する。すると、車外電源の交流電力が一次コイル４１に伝わる。そして上述のように、一次コイル４１及び二次コイル４２並びにステーター鉄心２１でトランスが形成されるので、適正電圧に昇圧された電力が二次コイル４２から直流交流変換器７で直流に変換されてバッテリー８に供給されてバッテリー８が充電される。
【００３４】
このように本実施形態の車載回転電機システムによれば、一次コイル４１及び二次コイル４２並びにステーター鉄心２１で、車外電源を使用して充電するときのトランスを形成した。このようにすることで、バッテリー８と車外電源との間が絶縁される。仮に絶縁されていないと、何らかの故障が生じたときに、車外電源への差込ジャックにバッテリー８の高電圧が印加されてしまう事態が発生しうる。しかしながら、本実施形態のようにトランスを介して接続されれば、そのような問題を生じない。
【００３５】
そして本実施形態では、別途トランスを設けるのではなく、回転電機１にトランス機能を内蔵する。したがって、別体部品のトランスを用いる場合と比較して全体として小形にでき、また製造コストを安価にすることができる。
【００３６】
また上述の通り、本実施形態では、通常、回転電機１を駆動するために用いられる直流交流変換器７を、二次コイル４２とバッテリー８との間の電力変換器として利用可能な構成にした。したがって、充電用の直流交流変換器をまるまる１つ減らすことができ、小形化が可能になる。
【００３７】
図４は、回転電機がインホイールタイプである場合のリアクトルの設置について説明する図である。
【００３８】
回転電機の中性点とバッテリー８との間のインダクタンス(以下「零相インダクタンス」と称す)は、一般的な回転電機では小さい。このため、ＰＷＭによる電流リップルが巨大化し、損失、放射ノイズが増大するという問題がある。これを解決するには、リアクトルを設ければよい。
【００３９】
しかしながら、充電電流のＰＷＭ周波数に同期した充電パワー変動を吸収できる、換言すれば、ある程度大きなエネルギー貯蔵能力があるリアクトルは、サイズが大きい。
【００４０】
回転電機１がロードホイールの内周側に配置されるいわゆるインホイールタイプの場合に、図３に示したリアクトル５１をモータールーム（プラグインハイブリッド電気車輌(plug-in hybrid electric vehicle；ＰＨＥＶ)であればエンジンルーム）に設置してもよい。しかしながら、リアクトル５１のサイズが大きいことから、車輌の客室空間を狭める可能性がある。
【００４１】
ところで、インホイールタイプでは、図４に示すように、ロードホイール２０１の内側にブレーキ２０２や、サスペンションメンバー２０３が存在することから、必然的に回転電機１の外周部分に無用な空間が存在することとなる。
【００４２】
そこで本件発明者は、この空間にリアクトル５１を設置することに着想した。このようにすれば、インホイール回転電機ユニットによる空間効率をアップでき、車輌の客室空間を狭めることがない。
【００４３】
（回転電機の第２実施形態）
図５は、本発明による回転電機の第２実施形態の主要部を示す斜視図である。
【００４４】
本実施形態では、回転電機１の一部を共用して、リアクトル機能をも得るようにした。具体的には、ステーター鉄心２１に、スリット孔２１ｂを形成する。本実施形態では、特にタブ２１２にスリット孔２１ｂが形成される。そしてスリット孔２１ｂ及びステーター鉄心２１の外側を通るようにリアクトルコイル５１ａを形成する。リアクトルコイル５１ａは、一端が二次コイル４２に接続され、他端が直流交流変換器７に接続される。
【００４５】
本実施形態によれは、リアクトルコイル５１ａ及びステーター鉄心２１でリアクトルが形成される。このように回転電機１の一部を共用してリアクトル機能を得ることができるので、別体部品のリアクトルを用いる場合と比較して全体として小形であり、また製造コストが安価である。
【００４６】
（回転電機の第３実施形態）
図６は、本発明による回転電機の第３実施形態を示す断面図である。
【００４７】
第１実施形態では、孔２１ａ及びステーター鉄心２１の外側を通るように、一次コイル４１及び二次コイル４２を形成してトランス機能を実現した。これに対して本実施形態では、互いに対向し、かつ、所定のピッチ数及び所定の分布数でステーター鉄心２１のティース２１１に、一次コイル４１及び二次コイル４２を形成してトランス機能を実現する。
【００４８】
一次コイル４１は、第１コイル４１１と、第２コイル４１２と、第３コイル４１３と、を含む。すなわち一次コイル４１は、３つのコイルからなり、分布数が３である。また、第１コイル４１１、第２コイル４１２及び第３コイル４１３は、６つのティースに渡って形成される。すなわちピッチ数が６である。
【００４９】
二次コイル４２も一次コイル４１と同様である。すなわち二次コイル４２は、第１コイル４２１と、第２コイル４２２と、第３コイル４２３と、を含む。すなわち二次コイル４２は、３つのコイルからなり、分布数が３である。また、第１コイル４２１、第２コイル４２２及び第３コイル４２３は、６つのティースに渡って形成される。すなわちピッチ数が６である。
【００５０】
なおステーター鉄心２１の１８個のティースの内、ティース２１１ａには、一次コイル４１も二次コイル４２も形成されていない。このようにした理由は後述する。
【００５１】
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明による回転電機の第３実施形態による作用効果を説明する図である。
【００５２】
本実施形態では、ステーター鉄心２１のティース２１１に、互いに対向するように、一次コイル４１及び二次コイル４２を形成した。このようにして一次コイル４１に交流を流すと、図７Ａに矢印で示すように磁束が生じて、相互誘導作用によって二次コイル４２にも交流が流れ、トランス機能を得ることができる。すなわち本実施形態によれば、第１実施形態で必要であった孔２１ａが不要であり、第１実施形態に比較してさらに小形になる。
【００５３】
また本実施形態では、ステーター鉄心２１のティース２１１ａには、一次コイル４１も二次コイル４２も形成しない。このようにすると、図７Ｂに矢印で示すようにトランスの漏れ磁束が生じて、トランスの自己インダクタンスが高まり、リアクトル作用が発生する。この結果、回転電機の零相インダクタンスの不足を補うことができる。したがって、リアクトルが不要になったり、又はエネルギー貯蔵能力が小さいリアクトルを使用することができ、製造コストを低減できるとともに全体として小形になる。
【００５４】
また本実施形態では、コイルのピッチ数を、スロット数(１８)を極対数(６)で除算した値(３)の整数倍にした。コイルの分布数を、スロット数(１８)を極対数(６)で除算した値(３)の整数倍にした。
【００５５】
このようにすることで、コイルのピッチ数及び分布数が極弧の整数倍長になるので、磁石のＮ極Ｓ極に均等にトランス磁束が流れるため、この磁束によるトルク発生を抑制することができる。
【００５６】
すなわち、巻線係数は、短節係数に分布係数を乗算して得られる。つまり（巻線係数）＝（短節係数）×（分布係数）である。巻線係数が零であると、コイルに電流が流れてもトルクが発生しない。コイルのピッチ数を、スロット数を極対数で除算した値の整数倍にすることで、短節係数が零になる。またコイルの分布数を、スロット数を極対数で除算した値の整数倍にすることで、分布係数が零になる。そこで本実施形態のように構成することで、トルクを発生することなく、トランス機能を得ることができるのである。
【００５７】
（車載回転電機システムの第２実施形態）
図８は、本発明による車載回転電機システムの第２実施形態を示す図である。
【００５８】
第１実施形態(図３)では、リアクトル５１及び負側直流電力線７１ｎがスイッチ５２を介して接続されていたが、本実施形態では、図３のスイッチ５２に代えてコンデンサー５３を使用する。
【００５９】
このような車載回転電機システムでは、回転電機１を駆動して走行するときは、中性点の電圧が、バッテリー８の電圧の半分の一定電圧になる。コンデンサーは、交流を流すが直流を流さないという特性がある。したがって、回転電機１を駆動して走行するときは、コンデンサー５３に電流が流れない。
【００６０】
車外電源を使用してバッテリー８を充電するときは、車外電源に接続する。すると、車外電源の交流電力が一次コイル４１に伝わる。そして上述のように、一次コイル４１及び二次コイル４２並びにステーター鉄心２１でトランスが形成されるので、適正電圧に昇圧された交流電力が二次コイル４２から流れる。コンデンサー５３は交流を流すので、その電力が直流交流変換器７に流れ、直流交流変換器７で直流に変換されてバッテリー８に供給されてバッテリー８が充電される。
【００６１】
このように本実施形態の車載回転電機システムでは、第１実施形態のスイッチ５２に代えてコンデンサー５３を使用するので、第１実施形態と同様の機能を安価に達成できる。
【００６２】
（車載回転電機システムの第３実施形態）
図９は、本発明による車載回転電機システムの第３実施形態を示す図である。
【００６３】
本実施形態では、直列接続されたコンデンサー７５１及びコンデンサー７５２が、バッテリー８に並列に接続されている。そしてリアクトル５１は、一端が二次コイル４２に接続され、他端がコンデンサー７５１及びコンデンサー７５２の間に接続される。
【００６４】
本実施形態のように構成すれば、コンデンサー７５２が、図８のコンデンサー５３の機能をも果たすようになる。したがって第２実施形態に比較して製造コストを安価にすることができる。また全体的なサイズを小形化できる。
【００６５】
（車載回転電機システムの第４実施形態）
図１０は、本発明による車載回転電機システムの第４実施形態を示す図である。
【００６６】
本実施形態の電力回路９は、ダイオードブリッジ形全波整流器と、力率改善回路と、ＭＯＳＦＥＴ型インバーターと、を組み合わせたＡＣ／ＡＣコンバーターを含む。
【００６７】
電力回路９は、車外電源の周波数（５０〜６０Ｈｚ）を整流して一旦直流にしてインバーターによって数１００Ｈｚ〜数ｋＨｚの正弦波などの交流電流に変換する。
【００６８】
このような構成にすることで、トランス及びコンデンサーの動作周波数を高くすることができるので、エネルギー貯蔵量が小さくなる。この結果、製造コストを安価にすることができるとともに、全体的なサイズを小形化できる。また、充電中に回転電機に流れる電流を高周波化できるので、回転電機の微小トルクによる振動減衰を高めることができる。すなわち車外電源の周波数が５０〜６０Ｈｚ程度の場合であっても、充電中に回転電機から騒音や振動を発生することを防止できる。
【００６９】
なお本実施形態では、ダイオードブリッジ形全波整流器を用いる場合で説明した。しかしながらこれには限定されない。ＭＯＳＦＥＴなどで構成されるフルブリッジ全波整流器を用いてもよい。これは、特に、車輌から車外電源に電力を戻す場合（いわゆる売電の場合）に有効である。
【００７０】
（車載回転電機システムの第５実施形態）
図１１は、本発明による車載回転電機システムの第５実施形態を示す図である。
【００７１】
本実施形態では、第４実施形態で設けていた力率改善回路を省略し、直流交流変換器(回転電機駆動用インバーター)７で力率改善制御を実行する。
【００７２】
車外電源から供給される充電電力は、トランス電流にトランス電圧を乗算して求められる。トランス電流は回転電機駆動用インバーター７で制御できるので、車外電源側の電力をコントロールできる。具体的には、車外電源側電流を力率１の正弦波とするため、電圧Ｖｓの２乗に比例した電力を、トランス通過電力の車外電源周波数の２倍周波数成分となるように、トランス電流を回転電機駆動用インバーター７で作り出せばよい。すなわち、
（トランス電流振幅）∝Ｖｓ2÷（トランス電圧振幅）
【００７３】
このように制御することで、車外電源側専用の力率改善回路が不要となるので、製造コストを安価にすることができるとともに、全体的なサイズを小形化できる。
【００７４】
（車載回転電機システムの第６実施形態）
図１２は、本発明による車載回転電機システムの第６実施形態を示す図である。
【００７５】
本実施形態は、上記各実施形態を最適に組み合わせた例を示す。
【００７６】
回転電機としては、図６に示したものを用いる。これによってリアクトルが不要になる。また二次コイル４２は、一端が中性点(Ｎ線)に接続され、他端がコンデンサー７５１及びコンデンサー７５２の間に接続される。さらに力率改善回路は設けることなく、直流交流変換器(回転電機駆動用インバーター)７で力率改善制御を実行する。
【００７７】
このようにすることで、部品点数を大幅に減らすことができ、製造コストが非常に安価になるとともに、全体的なサイズを小形化できる。
【００７８】
（車載回転電機システムの第７実施形態）
図１３は、本発明による車載回転電機システムの第７実施形態を示す図である。
【００７９】
車外電源から供給される充電電力は、トランス電流にトランス電圧を乗算して求められる。本実施形態では、トランス電流及びトランス電圧を制御する。トランス電流は、回転電機駆動用インバーター７で制御可能である。トランス電圧は、電力回路９のＡＣ／ＡＣコンバーターで制御可能である。
【００８０】
そして本実施形態では、回転電機駆動用インバーター７で制御するトランス電流の位相と、電力回路９のＡＣ／ＡＣコンバーターで制御するトランス電圧の位相と、が、一致するように制御する。
【００８１】
このように制御することで、トランス動作力率が高まる。力率が高まれば、トランス、カップリングコンデンサーを小形化でき、製造コストも安価になる。
【００８２】
（車載回転電機システムの第８実施形態）
図１４は、本発明による車載回転電機システムの第８実施形態を示す図である。
【００８３】
本実施形態の電力回路９は、一次コイル４１と並列にコンデンサー９１を接続して共振回路を形成する。
【００８４】
このように構成しても、トランス動作力率が高まる。力率が高まれば、トランス、カップリングコンデンサーを小形化でき、製造コストも安価になる。また、電力回路９のＡＣ／ＡＣコンバーター内のインバーターＩＮＶの電圧を抑制できるので、小形のインバーターを使用できる。
【００８５】
（車載回転電機システムの第９実施形態）
図１５は、本発明による車載回転電機システムの第９実施形態を示す図である。
【００８６】
上記各実施形態では、電力回路９として、車外電源からの電力を流す回路を掲げて、車外電源からの電力でバッテリー８を充電する場合を説明した。
【００８７】
本実施形態の電力回路９は、車両に搭載された補機用バッテリーに電流を流し、車両に搭載された補機用バッテリー(電圧１２〜１４Ｖ)を充電する回路である。
【００８８】
図１５に示されるように、回転電機１，トランスなどの構成は、上記各実施形態と同様であり、同じように装置全体の小形化、低コスト化を図ることが可能である。
【００８９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００９０】
たとえば、上記実施形態では、孔２１ａを、ステーター鉄心２１の一部が凸設されたタブ２１２に形成する場合を例示したが、タブ２１２を形成することなく、ステーター鉄心２１に孔２１ａを形成してもよい。
【００９１】
また、車載回転電機システムの第１〜８実施形態においては、車外電源を使用してバッテリー８を充電する場合を例示して説明したが、同様のシステムで、車輌で発電した電力を車外電源に送電するシステムにも適用できる。
【００９２】
さらに上記実施形態では、ラジアルギャップモーターを例示して説明したが、アキシャルギャップモーターに適用してもよい。
【００９３】
さらにまた上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
【００９４】
本願は、２０１０年１０月１９日に日本国特許庁に出願された特願２０１０−２３４７６５に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
2012053304.tif 000003
【図２】
2012053304.tif 000004
【図３】
2012053304.tif 000005
【図４】
2012053304.tif 000006
【図５】
2012053304.tif 000007
【図６】
2012053304.tif 000008
【図７Ａ】
2012053304.tif 000009
【図７Ｂ】
2012053304.tif 000010
【図８】
2012053304.tif 000011
【図９】
2012053304.tif 000012
【図１０】
2012053304.tif 000013
【図１１】
2012053304.tif 000014
【図１２】
2012053304.tif 000015
【図１３】
2012053304.tif 000016
【図１４】
2012053304.tif 000017
【図１５】
2012053304.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月13日(2012.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローター（１０）と、
ステーター鉄心（２１）と、
直流電力線（７１ｐ，７１ｎ）がバッテリー（８）に接続され、交流電力線（７２ｕ，７２ｖ，７２ｗ）が前記ステーター鉄心（２１）のティース（２１１）に絶縁状態で巻かれて形成されるステーターコイル（２２）に接続された直流交流変換器（７）と、
前記ステーター鉄心（２１）に絶縁状態で巻かれて形成されるとともに、電力回路（９）に接続されるトランス一次コイル（４１）と、
前記ステーター鉄心（２１）に絶縁状態で巻かれて形成されるとともに、一端が回転電機の中性点に接続され、他端が前記直流交流変換器（７）の正側直流電力線（７１ｐ）又は負側直流電力線（７１ｎ）に接続されるトランス二次コイル（４２）と、
を含む回転電機。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機において、
前記ステーター鉄心（２１）は、前記ローター（１０）の外に配置されるとともに、ローター軸方向に貫通するトランス形成孔（２１ａ）を有し、
前記トランス一次コイル（４１）及び前記トランス二次コイル（４２）は、前記トランス形成孔（２１ａ）を挿通して前記ステーター鉄心（２１）に巻かれて形成される、
回転電機。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機において、
前記トランス一次コイル（４１）及び前記トランス二次コイル（４２）は、前記ステーター鉄心（２１）の軸を対称に互いに対向するように前記ステーター鉄心（２１）のティース（２１１）に巻かれて形成される、
回転電機。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機において、
前記トランス一次コイル（４１）及び前記トランス二次コイル（４２）は、所定のピッチ数及び所定の分布数で前記ステーター鉄心（２１）のティース（２１１）に巻かれて形成されるが、少なくとも１ペアのティース（２１１ａ）には巻かれない、
回転電機。
【請求項６】
請求項５に記載の回転電機において、
前記所定のピッチ数は、スロット数を極対数で除算した値の整数倍である、
回転電機。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の回転電機において、
前記所定の分布数は、スロット数を極対数で除算した値の整数倍である、
回転電機。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の回転電機において、
ロードホイール（２０１）の内周側に配置されるインホイールタイプであり、
前記トランス二次コイル（４２）と前記直流交流変換器（７）との間に接続されるとともに、回転電機ハウジングの外周に配置されるリアクトル（５１）をさらに含む、
回転電機。
【請求項９】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の回転電機において、
前記ステーター鉄心（２１）は、ローター軸方向に貫通するリアクトル形成孔（２１ｂ）を有し、
前記トランス二次コイル（４２）と前記直流交流変換器（７）との間に接続されるとともに、前記リアクトル形成孔（２１ｂ）を挿通して前記ステーター鉄心（２１）に巻かれたコイル（５１ａ）で形成されるリアクトル（５１）をさらに含む、
回転電機。
【請求項１０】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の回転電機を使用する車載回転電機システムにおいて、
前記トランス一次コイル（４１）に接続される電力回路（９）と、
前記トランス二次コイル（４２）及びステーターコイル（２２）に接続される直流交流変換器（７）と、
前記直流交流変換器（７）に接続されるバッテリー（８）と、
を有し、
前記トランス二次コイル（４２）に接続され、前記回転電機がトルクを出力しているときにトランス二次コイル（４２）に流れる電流を遮断する電流断続器（５２，５３，７５２）をさらに含む、
車載回転電機システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記電流断続器は、前記トランス二次コイル（４２）と前記直流交流変換器（７）との間に配置され、前記回転電機がトルクを出力しているときに開放するスイッチ（５２）である、
車載回転電機システム。
【請求項１２】
請求項１０に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記電流断続器は、前記トランス二次コイル（４２）と前記直流交流変換器（７）との間に配置されたコンデンサー（５３）である、
車載回転電機システム。
【請求項１３】
請求項８又は請求項９に記載の回転電機を使用する車載回転電機システムにおいて、
前記トランス一次コイル（４１）に接続される電力回路（９）と、
前記リアクトル（５１）及びステーターコイル（２２）に接続される直流交流変換器（７）と、
前記直流交流変換器（７）に接続されるバッテリー（８）と、
を有し、
前記リアクトル（５１）に接続され、前記回転電機がトルクを出力しているときにリアクトル（５１）に流れる電流を遮断する電流断続器（５２，５３，７５２）をさらに含む、
車載回転電機システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記電流断続器は、前記リアクトル（５１）と前記直流交流変換器（７）との間に配置され、前記回転電機がトルクを出力しているときに開放するスイッチ（５２）である、
車載回転電機システム。
【請求項１５】
請求項１３に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記電流断続器は、前記リアクトル（５１）と前記直流交流変換器（７）との間に配置されたコンデンサー（５３）である、
車載回転電機システム
【請求項１６】
請求項１０又は請求項１３に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記電流断続器は、前記直流交流変換器（７）のコンデンサー（７５２）で兼用される、
車載回転電機システム。
【請求項１７】
請求項１０から請求項１６までのいずれか１項に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記電力回路（９）は、力率改善回路を含む、
車載回転電機システム。
【請求項１８】
請求項１０から請求項１６までのいずれか１項に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記直流交流変換器（７）は、車外電源側交流の電流及び電圧に基づいて、力率改善制御を実行する、
車載回転電機システム。
【請求項１９】
請求項１０から請求項１８までのいずれか１項に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記電力回路（９）は、前記トランス一次コイル（４１）の電圧を制御し、
前記直流交流変換器（７）は、前記トランス二次コイル（４２）の電流を制御し、
前記電力回路（９）及び前記直流交流変換器（７）は、前記トランス一次コイル（４１）の電圧の位相と前記トランス二次コイル（４２）の電流の位相とが一致するように制御する、
車載回転電機システム。
【請求項２０】
請求項１０から請求項１９までのいずれか１項に記載の車載回転電機システムにおいて、
前記トランス一次コイル（４１）に並列に接続されるコンデンサー（９１）をさらに含む、
車載回転電機システム。
【国際調査報告】
2012053304.tif 000019
2012053304.tif 000020
2012053304.tif 000021
2012053304.tif 000022