(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、前記ハウジングに固定される固定子と、第１軸に連結されて前記固定子の径内側に回転自在に収容される第１回転子と、第２軸に連結されて前記固定子及び第１回転子の間に相対回転自在に介設される第２回転子と、前記固定子に巻装された固定子巻線と、前記第１回転子に巻装された回転子巻線と、前記第２回転子に配設されて前記両巻線に電磁結合する磁気回路と、前記両巻線間の電力授受を制御して前記両軸間の相対角速度又はトルクを制御する電力制御回路とを備え、
前記回転子巻線は、前記第１回転子の各スロットに収容された各回転子導体と、前記各回転子導体の端末を相互に接続する複数のリング状の輪状導体とを備え、前記輪状導体は、前記第１回転子の両端面に固定される電気絶縁性のホルダにより電気絶縁可能に支持されることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の負荷駆動装置において、
前記ホルダは、前記第１回転子の端面に締結される輪状体からなることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の負荷駆動装置において、
前記輪状導体は、前記ホルダに埋設された輪板状の輪板部と、前記輪板部から前記ホルダの外周外側へ突出して前記回転子導体の端末が接続される端子部とを備えることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項４】
請求項３記載の負荷駆動装置において、
前記端子部は、前記回転子導体の端末が嵌入される溝部を有することを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項５】
請求項１乃至４記載の負荷駆動装置において、
前記ホルダは、軸方向に所定間隔を隔てて並設される多数の前記輪状導体を保持し、前記各輪状導体は、前記回転子巻線を構成する多数相の相巻線の各端末を接続して星型乃至デルタ型の巻線を構成することを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項６】
請求項５記載の負荷駆動装置において、
前記回転子巻線は、三相星型巻線からなることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項７】
請求項６記載の負荷駆動装置において、
前記ホルダは、前記三相星型巻線の各相端が別々に接続されるＸ相、Ｙ相及びＺ相の輪状導体と、前記三相星型巻線の共通端がそれぞれ接続される共通の輪状導体とを有することを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項８】
請求項７記載の負荷駆動装置において、
前記第２回転子の磁気回路は前記回転子巻線と電磁結合するｍ極の界磁極を有し、前記各相の輪状導体はｍ／２個の前記端子部を有し、前記共通の輪状導体は３ｍ／２個の前記端子部を有することを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項９】
請求項５記載の負荷駆動装置において、
前記回転子巻線は、三相デルタ型巻線からなることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項１０】
請求項９記載の負荷駆動装置において、
前記ホルダは、前記三相星型巻線の各相端が接続されるＸ相、Ｙ相及びＺ相の輪状導体を有することを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の負荷駆動装置において、
前記第２回転子の磁気回路は前記回転子巻線と電磁結合するｍ極の界磁極を有し、前記各相の輪状導体はｍ／２個の前記端子部を有することを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項１２】
請求項３乃至１１記載の負荷駆動装置において、
任意の前記輪状導体の任意の前記端子部に周方向に隣接して前記任意の輪状導体と異なる前記輪状導体の端子部が配置されるとともに、周方向に隣接する二つの前記端子部は軸方向に所定距離を隔てて配設されていることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の負荷駆動装置において、
各前記輪状導体の各前記端子部は、互いに周方向略等距離位置に配設されることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項１４】
請求項３乃至１３記載の負荷駆動装置において、
前記輪状導体は、前記輪板部から前記ホルダの内周内側へ突出して前記送電回路と電力授受する電力授受端子を有することを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の負荷駆動装置において、
前記各回転子導体は、前記第１回転子をなす鉄心の各ティースに個別に集中巻きされることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の負荷駆動装置において、
前記第１回転子をなす鉄心は、第１軸に嵌着される円筒部と、前記円筒部の外周に放射状に植設される前記ティースとからなることを特徴とする負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力軸と出力軸との間に配設されて入力角速度及び入力トルクを所定の出力角速度及び出力トルクに変換する負荷駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７ー１５８０５号は、燃費節約及び有害排気ガスの低減を目的として内燃機関発生動力の回転数を変換する電磁カップリングと、トルクを制御する補助電動機とからなる車両用負荷駆動装置を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電磁トルクコンバータ機能を実現する上記負荷駆動装置は２つの独立した回転機を必要とするので装置構成が複雑となり、重量及び必要スペースが大きく、実用化が困難であった。
この種の電磁トルクコンバータ機能を実現するより小型の負荷駆動装置構成として、ハウジングに固定される固定子と、入力軸（又は出力軸）に連結されて固定子の径内側に回転自在に収容される第１回転子と、出力軸（又は入力軸）に連結されて固定子及び第１回転子の間に相対回転自在に介設される第２回転子と、固定子に巻装された固定子巻線と、第１回転子に巻装された回転子巻線と、第２回転子に配設されて両巻線に電磁結合する磁気回路と、両巻線間で電力授受を行う送電回路と、送電回路の送電を制御して両軸間の相対角速度又はトルクを制御する制御回路とを備えた同軸型コンバータを考えることができる。第２回転子に配設される上記磁気回路としては、永久磁石型界磁極、励磁コイル型界磁極、籠型コイル付鉄心などを考えることができる。このような同軸型コンバータでは、両巻線間の電力授受量を制御することにより、両軸間のトルク（及び角速度）の変換を従来より小型軽量な装置構成で実現することができるはずである。
【０００４】
しかしながら、上記同軸型コンバータでは、回転する第１回転子の両端面から回転子巻線のコイルエンドが軸方向に突出するため、第１回転子と独立にその外周を回転する第２回転子の支持が著しく困難となるという不具合が生じることがわかった。
径内側の第１回転子の回転子巻線を上記した永久磁石型界磁極、励磁コイル型界磁極、籠型コイル付鉄心とすれば、このようなコイルエンドの軸方向膨出問題は解決されるが、その結果、更に径大位置にあるため高い遠心力が作用する第２回転子においてコイルエンドの軸方向膨出が生じ、問題は一層重大となってしまう。
【０００５】
更にこの回転子巻線のコイルエンドは、コイル長の増大を招くので、銅損の増大や、冷却空気流による冷却性能の低下、特に遠心方向への冷却空気流の阻害を招くという問題もあった。
参考例として、固定子巻線及び回転子巻線に三相巻線を用い、第２回転子にこれら両巻線と個別に電磁結合する径内側、径外側、２種類の永久磁石型界磁極を配設した同期機型の構成を図１２及び図１３に示す。
【０００６】
第１ロータ１２１０’には第２ロータ１３１０’の径内側の界磁極１２２０の２磁極ピッチ当たり６個のティース１２１４’が等ピッチで配置されている。各ティース１２１４は軸方向に延設されつつ径方向に突出しており、三相巻線１２１１’の各相コイル１２１１ａ’、１２１１ｂ’、１２１１ｃ’は通常の同期機の電機子コイルと同じく３個のティース１２１４’を１単位としてそれぞれ巻装されている。したがって、各相コイル１２１１ａ’、１２１１ｂ’、１２１１ｃ’のコイルエンドは重なりあうので大型かつコアから軸方向へ突出することになり、各コイルエンドに作用する遠心力が大きくなり、更にその分だけ第１ロータ１２１０’の機械的支持が難しくなる。更に、図１１に示すように、三相巻線１２１１’は直列に巻かれるためコイル断面積が大きくなり、その端末Ｘ、Ｙ、Ｚを結線するのも容易ではない。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、径外側の回転子の支持が容易で高速回転可能な小型軽量の負荷駆動装置を提供することをその目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現する請求項１記載の負荷駆動装置では、ハウジングの固定子とその径内側の第１回転子との間に相対回転自在に介設されてこれら固定子及び第１回転子と電磁結合する第２回転子をもち、固定子の固定子巻線と第１回転子の回転子巻線とで電力授受する負荷駆動装置において、第１回転子をなす鉄心に巻装される回転子導体と、各回転子導体の端末を相互に接続する複数のリング状の輪状導体とで第１回転子の回転子巻線を構成し、更に、第１回転子の両端面に固定される電気絶縁性のホルダでこれら輪状導体を電気絶縁可能に支持する。
【０００９】
すなわち、回転子巻線のいわゆるコイルエンドのうち、複数のティースを越える渡り配線部分（ラップ部分）は、各相ともこれら輪状導体に代替される。
このようにすれば、回転子巻線のコイルエンドの軸方向への膨出を従来より格段に低減することが可能となり、第１回転子の耐遠心力性能を向上することができる。また、回転子巻線のコイルエンドの上記膨出低減により第２回転子を機械的支持することが容易となり、その耐遠心力性能を著しく向上することができる。更に、回転子巻線のコイル長の短縮による銅損の低減や冷却空気流の増大も実現する。
【００１０】
更に説明すると、装置の小型化には高速化が最も有力な手段であるが、小型高速化すると各部にかかる遠心力が増大しまた発熱密度も増大する。したがって、本請求項の構成は、小型高速の負荷駆動装置において特に有効であることがわかる。更に、本請求項の構成では、回転子巻線の同相の各回転子導体は、輪状導体で並列接続されることになるので、回転子巻線の逆起電力が小さくなり、電力制御回路と回転子巻線との間の電流量は増大する傾向となる。しかし、本請求項の構成では、上記説明した高速性能の向上により回転子巻線の逆起電力が増大し、単位電力授受のための上記電流量を低減することができ、回転子巻線への配線や電力制御回路を構成する素子の小型化を実現することもできる。また、銅損低減も実現する。
【００１１】
請求項２記載の装置では、ホルダは、前記第１回転子の端面に締結される輪状体からなるので、構造が簡単小型で良好に各輪状導体を支持することができる。請求項３記載の装置では、各輪状導体は、ホルダに埋設された輪板状の輪板部からホルダの外周外側へ突出する端子部をもち、この端子部に回転子導体の端末を接続するので、輪状導体やホルダの構造を複雑化することなく、回転子導体と輪状導体との接続の容易化を実現することができる。
【００１２】
請求項４記載の装置では、端子部は、回転子導体の端末が嵌入される溝部を有するので、両者の接続が良好かつ簡単となる。
請求項５記載の装置では、ホルダに３個以上の輪状導体を互いに離れて軸方向へ配列するので、極めて構造が簡単となり、ホルダによるそれらの支持も容易となる。
【００１３】
請求項６記載の装置では、回転子巻線を三相星型巻線とするので、相間電圧を三相デルタ型巻線よりも増大することができ、配線抵抗損失の低減、及び、回転子巻線と電力制御回路との授受電流量の低減による配線断面積の縮小や素子の小型化を実現することができる。なお、この三相星型巻線において、中性線は設けてもよく、設けなくてもよいが、設けたとしてもその断面積は他の巻線より大幅に縮小できるので、配線コストの増大及び配線抵抗損失の増加は回避できる。
【００１４】
請求項７記載の装置では、請求項６の構成を簡単なコイルエンド構成で実現することができる。
請求項８記載の装置では、各端子部にそれぞれ回転子導体の各端末を個別に接続するので、確実な接続を行うことができる。
請求項９記載の装置では、回転子巻線を三相デルタ型巻線とするので、輪状導体を３個とし、中性点接続も省略できるので、輪状導体及びそれを支持するホルダの軽量化、耐遠心力性能の向上を図ることができる。
【００１５】
請求項１０記載の装置では、請求項９の構成を簡単なコイルエンド構成で実現することができる。
請求項１１記載の装置では、各端子部にそれぞれ回転子導体の各端末を個別に接続するので、確実な接続を行うことができる。
請求項１２記載の装置では、輪状導体の任意の端子部に周方向に隣接して異なる前記輪状導体の端子部を設け、更に、周方向に隣接する少なくとも二つの端子部は軸方向に所定距離を隔てて配設されるので、同一の輪状導体の端子部が周方向に隣接することがなく、それらの間の電気絶縁特に耐沿面放電絶縁性能を向上することができる。
【００１６】
請求項１３記載の装置では、輪状導体の各端子部を周方向略等距離位置に配設するので、各端子部間の電気絶縁性の向上、各端子部と回転子導体との接続の容易化を実現することができる。
請求項１４記載の装置では、輪状導体はホルダの内周内側へ突出する電力授受端子をもつので、構造が簡単で小型の構成で電力制御回路と輪状導体との接続を実現することができる。
【００１７】
請求項１５記載の装置では、各回転子導体は第１回転子をなす鉄心の各ティースに個別に集中巻きされるので、回転子巻線の軸方向への膨出を低減して請求項１の効果の一層の向上を図ることができる。
請求項１６記載の装置では、第１回転子をなす鉄心が第１軸に嵌着される円筒部と円筒部の外周に放射状に植設されるティースとで構成するので、上記集中巻きを容易に実現することができる。なお、このティース植設型鉄心では、従来の一体型鉄心よりティースの耐遠心力性能が低下するが、本構成では、いわゆるコイルエンドの簡素化のために回転子巻線の重量が軽減でき、その分、ティースのに要求される耐遠心力性能を緩和できるので、好都合である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の負荷駆動装置は、電磁トルクコンバータ機能を実現する。この電磁トルクコンバータ機能は、入力軸から出力軸へ伝達されるトルクを制御するのみならず、出力軸から入力軸への逆のトルク伝達も制御する。すなわち、この負荷駆動装置は、入力軸から出力軸へ伝達される正及び負のトルクも制御する。
【００１９】
本発明の負荷駆動装置において、第１回転子と第２回転子とが第１の回転電機を構成し、第２回転子と固定子とが第２の回転電機を構成している。第１回転子の回転子巻線と固定子の固定子巻線とは電力制御回路を通じて電力を授受し、これにより、第２軸は上記第１の回転電機により第１軸とトルク授受するとともに、第２の回転電機及び電力制御回路を通じて固定子とトルク授受する。電力制御回路は内部に電力蓄電手段をもつことができ、この場合には、両回転手段は更にこの電力蓄電手段と電力（トルク）授受することができる。更に、これらの両回転電機は、周知の各種形式を採用することができ、採用した各形式に応じて可能な公知の種々の速度制御方式を採用することができる。これらの結果、出力軸は入力軸の角速度及びトルクに拘束されることなく最適な角速度及びトルクを発生することができる。
【００２０】
第１軸及び第２軸に入力軸及び出力軸のうちのどちらを割り当てるかは自由であるが、第１軸を入力軸とし、第２軸を出力軸とするほうが出力トルクの増幅が容易となる。すなわち、第１軸は第１の回転電機によってのみトルク授受し、第１の回転電機によって制限される最大トルクが制限されるが、第２軸は、第１、第２の回転電機を通じてトルク授受するために、最大トルクは、これら両回転電機の最大トルクの合計となる。
【００２１】
この負荷駆動装置は、上述の如く同軸型複合回転電機構造を有し、第２回転子は固定子の固定子巻線及び第１回転子の回転子巻線と回転電機結合（本明細書では単に電磁結合ともいう）する磁気回路を備える。この磁気回路としては、永久磁石型界磁極、励磁コイル型界磁極、籠型コイル付鉄心などを採用することができる。
【００２２】
本発明の負荷駆動装置において、入力軸を車両用内燃機関に連結し、電力蓄電手段として二次電池を採用することができる。この装置構成はいわゆるハイブリッド駆動構成を実現し、内燃機関は車両運転上、許される範囲で最小の排気ガス発生条件又は最低燃費条件又はこれら両条件をミックスした条件範囲で運転できるという利点を生ずる。
【００２３】
本発明の好適な態様を以下の実施例に基づいて説明する。
【００２４】
【実施例】
車両用途に適用した本発明の負荷駆動装置の軸方向断面図を図１に示し、その径方向断面図を図２に示す。
１００は内燃機関等のエンジンであり、１０００はトルク−回転数コンバータとして機能する負荷駆動装置であって、エンジン１００から、入力トルク及び入力回転数で規定される入力動力を受入れて、車両用駆動輪等から構成される負荷へ、出力トルク及び出力回転数で規定される出力動力を所望値に制御して供給する。負荷駆動装置１０００は、内部に一対のコイルと界磁極により構成される入出力軸間の回転数を調整する回転数調整部（本発明でいう第１の回転電機）１２００と、入出力軸間のトルクを調整するトルク調整部（本発明でいう第２の回転電機）１４００とを有する。以下、この負荷駆動装置１０００すなわちトルクー回転数コンバータをＴーＳコンバータと略称する。
【００２５】
２００は、ＴーＳコンバータ１０００の回転数調整部１２００への通電を制御する三相インバータである。本実施例において回転数調整部１２００は３相交流回転電機により構成されており、回転数調整部１２００とインバータ２００との間の電力授受はインバータ２００のスイッチング動作により制御される。
４００は、ＴーＳコンバータ１０００のトルク調整部１４００への通電を制御する三相インバータである。本実施例においてトルク調整部１４００は３相交流回転電機により構成されており、トルク調整部１４００とインバータ４００との間の電力授受はインバータ４００のスイッチング動作により制御される。
【００２６】
５００は、ＴーＳコンバータ１０００に設けられた回転センサ１９１１，１９１２などから入力される内部情報及び外部情報によりインバータ２００及び４００を制御するＥＣＵである。
６００は、一般車両等に用いられている直流のバッテリーであり、これらインバータ２００、４００、ＥＣＵ５００、バッテリー６００は、本発明でいう電力制御回路を構成している。
【００２７】
７００は、負荷出力車両のタイヤ等により構成される駆動輪である。エンジン１００とＴーＳコンバータ１０００との間には一般の内燃機関駆動型の車両に広く用いられているジョイント部及び減速機（増速機含む）等が配設されているが、本実施例では図示を省略する。同様に、ＴーＳコンバータ１０００と駆動輪７００との間にも減速機８００、差動ギヤ９００等が設けられている。
【００２８】
次に、ＴーＳコンバータ１０００の詳細な構造について説明する。
エンジン１００の回転動力を出力する出力軸１１０は、図示しないジョイント部、減速機（増速機）等を介してＴーＳコンバータ１０００のほぼ中心に位置するシャフト（第１軸）１２１３と直結されている。なお、本実施例では出力軸１１０とシャフト１２１３とを同一軸状に直線配置したが、車両の搭載スペースに合わせて適宜ジョイント等を介して出力軸１１０とシャフト１２１３とを角度をもたせて配置することも可能である。シャフト１２１３には、第１ロータ１２１０の他、後述するベアリング、電源供給の為のスリップリング、回転センサ１９１１、１９１２等が配設されている。
【００２９】
ＴーＳコンバータ１０００は、シャフト１２１３に嵌着固定された第１回転子である第１ロータ１２１０と、第１ロータ１２１０に回転自在に嵌着された第２回転子である第２ロータ１３１０と、第２ロータ１３１０が回転自在に嵌入される固定子であるステータ１４１０とを有している。
ステータ１４１０は、回転磁界を作る三相巻線（固定子巻線）１４１１及びステータコア１４１２により構成されて、ステータコア１４１２は、外部フレーム１７２０の内周面に固定され、外部フレーム１７２０は、それに嵌着された外部フレーム１７１０とともにこのＴＳコンバータ１０００のハウジングを構成している。また、これら外部フレーム１７１０、１７２０はエンジン１００の後端面に締結、固定されている。
【００３０】
第１ロータ１２１０は、回転磁界を形成する三相巻線（回転子巻線）１２１１及びロータコア１２１２から構成されており、巻線１２１１は、ブラシホルダ１６１０、ブラシ１６２０、スリップリング１６３０、及び、シャフト１２１３内部にモールド等の絶縁部１６５０を介して設けられているリード部１６６０及びターミナル１８１０を介して給電乃至送電可能となっている。第１ロータ１２１０の径外側には、円筒状の第２ロータ１３１０が第１ロータ１２１０に対して相対回転自在に同軸配置されている。
【００３１】
第２ロータ１３１０は、円筒状のロータヨーク１３１１をもち、その内周側に位置して磁石界磁（永久磁石型界磁極）１２２０が配設され、その外周側に位置して磁石界磁（永久磁石型界磁極）１４２０が配設されている。磁石界磁１２２０は、ロータコア１２１２及び巻線１２１１とともに回転数調整部１２００を構成し、磁石界磁１４２０は、ステータコア１４１２及び巻線１４１１とともにトルク調整部１４００を構成している。磁石界磁１２２０は、第２ロータ１３１０の内周側に周方向へ極性交互かつ等間隔に配置された磁石群からなり、磁石界磁１４２０は、第２ロータ１３１０の外周側に周方向へ極性交互かつ等間隔に配置された磁石群からなる。
【００３２】
第２ローター１３１０のロータヨーク１３１１は、ブラケット状の一対のロータフレーム１３３１、１３３２及びベアリング１５１０、１５１１を介して外部フレーム（ハウジング）１７１０、１７２０に回転自在に支承されている。第１ロータ１２１０は、シャフト１２１３及びベアリング１５１２、１５１３を介して第２ロータ１３１０のロータフレーム１３３１、１３３２に回転自在に支承されている。
【００３３】
第２ロータ１３１０のロータフレーム１３３２は、ギヤ８４０にスプライン嵌着されており、ギヤ８４０は、減速機部８００の連結ギヤ８４５及び差動ギヤ部９００を介して車両の駆動輪７００に連結されている。
１９１１、１９１２は、回転センサであり、それぞれ第１ロータ１２１０、第２ロータ１３１０の回転角度位置を検出している。１７３０はブラシホルダ１６１０を囲包するエンドカバーである。
【００３４】
次に、第１ロータ１２１０、第２ロータ１３１０及びステータ１４１０について図２に基づいて更に詳しく説明する。
第１ロータ１２１０は、外周側に断面Ｔ字状の複数のロータティース１２１４をもつロータコア１２１２からなり、ロータコア１２１２はシャフト１２１３に圧入されている。各ロータティース１２１４にはティース巻線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃが巻装されている。ロータティース１２１４の径外側には円筒状のロータヨーク１３１１がエアギャップｇ１を介して回転自在に設けられており、その径内側には前述したように複数の磁石１２２０が周方向へ等間隔かつ極性交互に設けられている。各磁石１２２０の周方向両端部には、開口部１３１１ａが磁束漏洩低減のために形成されている。ロータヨーク１３１１には各磁石１２２０の間に位置して貫通孔１３１１が貫設されており、この貫通孔１３１１ｂに嵌挿されたスルーボルト１３３３によりロータヨーク１３１１は両側のロータフレーム１３３１、１３３２に締結されている。
【００３５】
上述した界磁極１２２０の磁束が巻線１２１１と鎖交して一つの磁気回路が形成されることにより、インバータ２００により巻線１２１１への通電電流を制御して負荷の回転数を調整する回転数調整部１２００が構成される。
同様に、ロータヨーク１３１１の外周面側には複数の磁石１４２０が周方向へ等間隔かつ極性交互に設けられており、各磁石１４２０の周方向両端部には開口部１３１１ａが磁速漏洩低減のために形成されている。磁石１４２０の他の配置状況は磁石１２２０と同様である。
【００３６】
第２ロータ１３１０の径外側にはステータ１４１０が所定のエアギャップｇ２を介して設けられている。ステータ１４１０のステータコア１４１２の内周面側には巻線（固定子巻線）１４１１が巻装されるための複数のスロット１４１２ａが形成されており、上述した界磁極１４２０の磁束が巻線１４１１と鎖交して一つの磁気回路が形成される。これにより、インバータ４００により巻線１４１１への通電電流を制御して負荷のトルクを調整するトルク調整部１４００が構成される。
【００３７】
次に、上記装置の作動を説明する。
エンジン１００からの入力動力の回転数（入力回転数）を２ｎ〔ｒｐｍ〕、トルクをｔ〔Ｎｍ〕とし、車両負荷への出力動力の回転数（出力回転数）をｎ〔ｒｐｍ〕、トルクを２ｔ〔Ｎｍ〕とする場合について説明する。
回転数調整部１２００において、第１ロータ１２１０と第２ロータ１３１０との間の伝達トルクをｔ〔Ｎｍ〕とし、入力回転数２ｎ〔ｒｐｍ〕を出力回転数ｎ〔ｒｐｍ〕へ調整する。第２ロータ１３１０において、トルクｔ〔Ｎｍ〕、回転数ｎ〔ｒｐｍ〕の出力を得るためには、第２ロータ１３１０の回転数調整部１２００側の磁石１２２０の位置を回転センサ１９１１、１９１２の相対角により検出し、第１ロータ１２１０の巻線１２１１への通電タイミングを計算、制御することにより通常は制動（発電）状態に制御する。すると、第１ロータ１２１０より得られた発電出力がバッテリ６００を介してトルク調整部１４００へ送られる。第１ロータ１２１０の巻線１２１１への通電はインバータ２００から給電器１６００のブラシホルダ１６１０、ブラシ１６２０、スリップリング１６３０及びリード部１６６０及びターミナル１８１０を経て行われ、通電タイミングは第１ロータ１２１０、第２ロータ１３１０の回転角度位置を検出する回転センサ１９１１、１９１２の出力信号に基づいて計算される。これにより、第２ロータ１３１０側へのトルクｔ〔Ｎｍ〕、回転数ｎ〔ｒｐｍ〕の出力が得られる。このように、回転数調整部１２００は、エンジン１００の出力を負荷出力側である駆動輪７００へそのまま伝達しながら、入力回転数と出力回転数との差によって発電する機能を持つ。逆に、入力回転数が出力回転数より小さいときは、バッテリー６００により給電を受け、電動機としての機能を行う。
【００３８】
次に、第１ロータ１２１０よりエンジン１００の出力トルクｔ〔Ｎｍ〕を電磁力を介して伝えられた第２ロータ１３１０は、車両出力２ｎｔ（トルク２ｔ，回転数ｎ）とするために、不足となっているトルク分及びそれに必要な出力ｎｔを補う必要がある。この場合のトルク調整部１４００の働きは通常のモータと同様で、インバータ４００からステータ巻線１４１１へ所望のトルク、回転数となるように、第２ロータ１３１０のトルク調整部１４００側の磁石界磁１４２０の位置を回転センサ１９１２で検出し、通電タイミングを計算して給電を制御する。逆に、入力トルクが出力トルク以上となれば、トルク調整部１４００は発電モードで働き、過剰なエネルギーをバッテリ６００に送る。
【００３９】
以上のようにエンジン１００からの入力動力（トルクｔ、回転数２ｎ）のうち、トルクｔは回転数調整部１２００によってエンジン１００のトルクｔはそのまま第２ロータ１３１０へ伝達され、エンジン１００の回転数２ｎ（入力回転数）を所望の出力回転数ｎに合わせるが、その時に生ずる回転数差ｎ×トルクｔのエネルギーを電力に変換し、インバータ２００、バッテリ６００を介してトルク調整部１４００へ送る。トルク調整部１４００側では、回転数調整部１２００或いはバッテリ６００の出力を受け、入力トルクと出力トルクとの差を補償する。又、回転数調整部１２００もエンジン１００の入力の設定によっては電動機として機能することができる。
【００４０】
逆に、車両制動時には、エンジン１００をブレーキとして機能させることができる。すなわち、回転数調整部１２００の第１ロータ１２１０の回転抵抗体として利用でき、車両の制動エネルギーの内、回転数調整部１２００で制動エネルギーの一部を吸収するので、トルク調整部１４００が負担する制動エネルギーは減少し、制動時に必要な容量も小さくする事ができる。
【００４１】
以上のような構成によりエンジン１００の回転エネルギーの一部を電磁力を介してダイレクトに走行駆動側へ伝達することで、電力系統及び回転機の容量を小さくすることができ、さらには２つの回転機を複合化し、内外配置としたので大幅に小型化が可能となった。又、回転エネルギーの一部を電力変換し、更に動力変換する割合が減るので、その分だけ効率向上を図ることができる。
【００４２】
更に、上記原理を一般化して説明する。
入力トルクをＴｉ、入力角速度をωｉ、出力トルクをＴｏ、出力角速度をωｏ、両ロータ間の伝達トルクをＴ１、送電電力をＰとし、固定子と第２回転子との間の伝達トルクをＴ２とする。Ｔ１＝Ｔｉであり、Ｔｏ＝Ｔ１＋Ｔ２であり、損失を０とすれば、Ｐはω２・Ｔ２となる。
【００４３】
入力動力はωｉ・Ｔｉ＝ω１・Ｔ１であり、第２回転子は第１回転子から伝達トルクをＴ１を受けてω２で回転するので、その伝達動力はω２・Ｔ１である。入力動力ω１・Ｔ１の残り（ω１−ω２）・Ｔ１は電力変換され、ω２・Ｔ２として固定子から第２回転子に伝達される。したがって、第２回転子の出力動力ω２・Ｔｏは、ω２・（Ｔ１＋Ｔ２）となる。
【００４４】
なお、一般に回転機は多極化することで必要磁路断面積が減少する。本実施例では、磁石１２２０、１４２０を多数配設して多極化することで、第２ロータ１３１０の厚さを薄くしており、２つの回転機（回転数調整部１２００、トルク調整部１４００）を同心円状に配置し一体化した際の径の増大を抑止している。
次に、第１ロータ１２１０の３相巻線１２１１の巻装方式について説明する。
【００４５】
ロータコア１２１２は円板状になっており、その外周側に断面Ｔ字状のロータティース１２１４が所定の間隔で植設されている。ロータティース１２１４には、ロータコア１２１２への固定のためにタブテール１２１４ａが設けられている。各ロータティース１２１４には、３相のティース巻線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃが個別に、絶縁紙１２１５によりロータティース１２１４と電気的に絶縁された状態で集中巻きされており、各ロータティース１２１４は、３相のティース巻線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃが巻装されたロータティース１２１４の順序で配置されている。ロータティース１２１４の個数は、ロータティース１２１４に対向する第２ロータ１３１０の内部の磁石１２２０によって形成される磁極の２磁極ピッチにつき３個の割合で形成されている。
【００４６】
３相巻線１２１１の結線は、図３に示すように、ロータティース１２１４に個別に巻装された各相のティース巻線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃ（本発明でいう回転子導体）がそれぞれ並列になるようターミナル１８１０（図１参照）上の結線部にて、はんだ付けにより接続されている。したがって、本実施例では、３相巻線１２１１の各相巻線は、それぞれ全ティース数の１／３個の上記ティース巻線の並列接続により構成されている。
【００４７】
ターミナル１８１０は、図４〜図８に示すように、各ティース巻線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃの巻き始めに個別に結線される３つの導電体（輪状導体）１８１１、１８１２、１８１３と、各ティース巻線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃの巻き終わり全てに結線される１つの導電体（輪状導体）１８１４と、これら導電体１８１１、１８１２、１８１３、１８１４を支持する樹脂輪板である電気絶縁材（ホルダ）１８１５とからなる。
【００４８】
導電体１８１１には、ティース巻線１２１１ａの端末をかしめた後、はんだ付け固定が可能となるよう先端に凹溝をもつ径外側の端子部１８１１ａが設けられ、端子部１８１１ａはティース巻線１２１１ａの巻き始めと結線されている。また、導電体１８１１には、先端に凹溝をもつ径内側の端子部１８１１ｂが設けられ、端子部１８１１ｂは、リード部１６６０に結線される。ティース巻線１２１１ａの端末は、端子部１８１１ａの凹溝に挿入された後、この凹溝をかしめて機械的に固定され、更にはんだ付けにより最終的に固定される。
【００４９】
同様に、導電体１８１２には端子部１８１２ａ、１８１２ｂが設けられ、端子部１８１２ａはティース巻線１２１１ｂの巻き始めに接続されている。また同様に、導電体１８１３には端子部１８１３ａ、１８１３ｂが設けられ、端子部１８１３ａはティース巻線１２１１ｃの巻き始めに接続されている。
更に、導電体１８１４にも、コイルをかしめた後はんだ付け固定が可能となるように、先端に凹溝をもつ端子部１８１４ａが設けられ、端子部１８１４ａは３相の各ティース巻線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃの巻き終わりとそれぞれ結線されて３相のティース巻線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃを電気的に接続し、三相星型巻線の中性点をなしている。
【００５０】
端子部１８１１ａ、１８１１ｂ、１８１１ｃは順番に周方向に配列され、更にこれら端子部１８１１ａ、１８１１ｂ、１８１１ｃは、隣接する端子部に対して軸方向に必ずずれて配設され、沿面放電電圧の増大を実現している。
この三相巻線１２１１の構成では、ロータコア１２１２の外周に第２ロータ１３１０の２磁極ピッチ当たり３個のロータティース１２１４が配設され、各ロータティース１２１４に順次ｘ相、ｙ相、ｚ相の巻線を行っているので、巻線ピッチは２／３磁極ピッチとなる。本実施例によれば、１磁極ピッチであった従来のコイル巻装構造に比べて、１相当たりのコイル全長が２／３となるため抵抗値も２／３に低減される。これにより同一電流が流れたときに発生する損失は２／３に減少し、３相コイル１２１１の温度上昇が低減される。また、三相巻線１２１１は、各ティース巻線をそれぞれロータティース１２１４に集中巻した後、これらティース巻線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃをもつロータコア１２１２をタブテール１２１４ａにより固定する構造であるため、コイル占積率を従来構造より向上することができる。従って、同一巻線の仕様に対して線径の太い導体にて巻くことができるため抵抗値が減少し、これによっても３相巻線１２１１の温度上昇を低減することができる。
【００５１】
また、前述のように各ティース巻線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃはそれぞれ１つのロータティース１２１４に集中巻きされるために、巻線に張力を加えることが可能であり、コイルの耐遠心力性能も向上する。さらにこの巻線方式と従来例の巻線方式とを、図３、図１３により比較すると、本実施例のものでは、周方向に区画的に巻くことが可能であるが、従来例の巻線方式であるとｘ相、ｙ相、ｚ相の各相相互のラップ部がコイルエンドに生じる。このラップ部はコイルエンド部の質量を増加させ、コイルエンド部に作用する遠心力を増加させる。これに対し、本実施例のものでは基本的にラップ部は生じないので、遠心力の増加を抑えることができる。
【００５２】
また、前述のように、三相巻線１２１１の各ティース巻線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃは、それぞれ１つのロータティース１２１４に集中巻きされた後、ロータコア１２１２にタブテール１２１４ａにより固定される構造であり、電気的な接続はターミナル１８１０上で結線されるが、本実施例では結線作業性、信頼性がターミナル１８１０を用いることで格段に向上する。また、結線部分のリード長も短縮できるので、結線部分の耐遠心力性能も向上する。更に、ターミナル１８１０の周方向に隣り合う端子部が軸方向にもずれていることで沿放電面距離が増加し、絶縁耐圧が向上する。
【００５３】
更に、三相巻線１２１１のインピーダンスに注目すると、本実施例のようなコイルエンド構造を採用しない場合、第１ロータ１２１０の内径側と外径側とでコイル長や磁気回路が微妙に異なるため、三相巻線１２１１の各相コイル間でインダクタンスや抵抗が異なることが多く、このことが回転機の振動および騒音に対して悪影響を及ぼしてしたが、本実施例の巻線方式ではこのようなアンバランスを大幅に低減することができる。
【００５４】
更に、本実施例によれば、上記した三相巻線１２１１のコイルエンドの軸方向への膨出量が従来のモータの電機子コイルのそれに比べて格段に低減できるので、第２ローター１３１０を支持する両側のローターフレーム１３３１、１３３２と第２ローター１３１０の端面との間の軸方向距離を格段に短縮することができ、第２ローター１３１０の耐遠心力性能（高速回転性能）や耐振性を格段に向上することができる。
（変形態様）
本発明の負荷駆動装置の変形態様を以下に説明する。
【００５５】
上記実施例では、１ティース当たり１相のコイルのみが集中巻きされる巻装構造を示したが、三相巻線１２１１の各相コイルがラップ部をもつ（各相コイルのコイルエンドが互いに重なり合う）図１２に示した参考例の巻装構造でも、各ティース巻線を直列結線から並列結線に変更することで適用可能である。この並列結線としたときの結線図を図９に示す。用いるターミナル１８１０は実施例１に示すものをそのまま適用することができる。
（実施例２）
本発明の他の実施例を図１０及び図１１を参照して説明する。ただし、実施例１の構成要素と機能が共通の構成要素には同一符号を付けるものとする。
【００５６】
この実施例の負荷駆動装置は、実施例１のそれにおいて図１１に示すように巻線１２１１をデルタ結線とした点だけが異なっている。
このようにすれば、図１０に示すように  ティース巻線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃの巻き始め、巻き終わりに個別に結線される３つの導電体（輪状導体）１８１１、１８１２、１８１３だけを用いればよく、導電体（輪状導体）１８１４を省略でき、その結果として、端子部１８１４ａ（図４参照）を省略して、端子ピッチを倍増することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の負荷駆動装置の一実施例を示す軸方向断面図である。
【図２】  図１の装置の径方向断面図である。
【図３】  図１の三相巻線１２１１の配線方式を示す配線図である。
【図４】  （ａ）は図１のターミナル１８１０の軸方向断面図である。
（ｂ）はその正面図である。
【図５】  （ａ）は図４の導電体１８１１の軸方向断面図である。
（ｂ）はその正面図である。
【図６】  （ａ）は図４の導電体１８１２の軸方向断面図である。
（ｂ）はその正面図である。
【図７】  （ａ）は図４の導電体１８１３の軸方向断面図である。
（ｂ）はその正面図である。
【図８】  （ａ）は図４の導電体１８１４の軸方向断面図である。
（ｂ）はその正面図である。
【図９】  本発明の負荷駆動装置の変形態様における三相巻線１２１１の配線方式を示す配線図である。
【図１０】  本発明の負荷駆動装置の他実施例を示すものであり、（ａ）はターミナル１８１０の軸方向断面図、（ｂ）は正面図である。
【図１１】  図１０のターミナルを用いるデルタ結線配線図である。
【図１２】  本発明の参考例としての負荷駆動装置を示す径方向断面図である。
【図１３】  図１２の装置の第１ロータの結線図である。
【符号の説明】
２００、４００は三相インバータ（電力制御回路）、５００はＥＣＵ（電力制御回路）、６００はバッテリー（電力制御回路）、１０００は負荷駆動装置、１２００は回転数調整部（本発明でいう第１の回転電機）、１２１３はシャフト（第１軸）、１２１０は第１ロータ（第１回転子）、１３１０は第２ロータ１３１０（第２回転子）、１２１１は三相巻線（回転子巻線）、１３３１、１３３２はローターフレーム（第２軸）、１４００はトルク調整部（本発明でいう第２の回転電機）、１４１０はステータ（固定子）、１４１１は三相巻線（固定子巻線）、１７１０、１７２０は外部フレーム（ハウジング）、１８１０はターミナル、１８１１、１８１２、１８１３、１８１４は導電体（輪状導体）、１８１５は電気絶縁材（ホルダ）、１８１１ａ、１８１１ｂ、１８１２ａ、１８１２ｂ、１８１３ａ、１８１３ｂは端子部。
【図１】
0003651150.tif 000002
【図２】
0003651150.tif 000003
【図３】
0003651150.tif 000004
【図４】
0003651150.tif 000005
【図５】
0003651150.tif 000006
【図６】
0003651150.tif 000007
【図７】
0003651150.tif 000008
【図８】
0003651150.tif 000009
【図９】
0003651150.tif 000010
【図１０】
0003651150.tif 000011
【図１１】
0003651150.tif 000012
【図１２】
0003651150.tif 000013
【図１３】
0003651150.tif 000014