(57)【要約】【課題】ブラシが摩耗しにくくなり、スリップリングの機能の信頼性が向上する。【解決手段】この発明に係る回転電機１０１は、インナーロータ１０と、アウターロータ２０と、ステータ３０と、車両がＲＥモード走行を行う時に回転し、かつ車両がＥＶモード走行を行う時に回転を停止する入力軸４０と、入力軸４０に一体回転可能に取り付けられ、インナーロータ１０に電気的に接続するスリップリング７０と、インバータ６と電気的に接続するとともに、スリップリング７０と接触するブラシ５１，５２，５３と、ブラシ５１，５２，５３に対するスリップリング７０の位相角を検出し、その位相角を記憶し、ＥＶモード走行時の位相角Θが、前回のＥＶモード走行時の位相角Θに対して、位相差α分ずれた角度になる位置で入力軸４０の回転を停止させるＥＣＵ３とを備える。【選択図】図３
2014225952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の内燃機関に機械的に連結するとともに、蓄電池との間でインバータを介して電力のやり取りを行う第一回転子と、
前記車両の車軸に機械的に連結し、前記第一回転子に対向するとともに相対回転可能に設けられる第二回転子と、
前記第二回転子に対向して設けられるとともに、前記蓄電池との間で前記インバータを介して電力のやり取りを行う固定子と、
前記第一回転子を一体回転可能に支持するとともに、前記車両がＲＥモード走行を行う時に回転し、かつ前記車両がＥＶモード走行を行う時に回転を停止する回転シャフトと、
前記回転シャフトに一体回転可能に取り付けられるとともに、前記第一回転子に電気的に接続するスリップリングと、
前記インバータと電気的に接続するとともに、前記スリップリングと接触するブラシと、
前記ブラシに対する前記スリップリングの位相角を検出する位相角検出手段と、
前記位相角検出手段によって検出された前記位相角を記憶する位相角記憶手段と
前記回転シャフトの回転を制御する制御手段であって、ＥＶモード走行時の前記位相角Θが、前記位相角記憶手段によって記憶された前回のＥＶモード走行時の前記位相角Θに対して、位相差α分ずれた角度になる位置で前記回転シャフトの回転を停止させる制御手段と、
を備える回転電機。
【請求項２】
前記位相差αは３６０度の約数ではない請求項１に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に関し、特にダブルロータ型の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の図８には、インナーロータとアウターロータを有するダブルロータ型の回転電機が記載されている。インナーロータ及びアウターロータの周りにはステータが配置されている。インナーロータの回転軸はエンジンに連結されている。また、インナーロータはブラシを介してインバータと電気的に接続している。なお、インナーロータの回転軸にはスリップリングが取り付けられていると考えられ、ブラシはスリップリングに接触している。一方、アウターロータは差動装置、車輪軸を介して車輪に接続している。
【０００３】
ここで、特許文献１に記載されるような回転電機では、ステータ又はインナーロータに流れる三相交流電流が作り出す回転磁界によって、アウターロータが回転し、車両の車輪が駆動される。ここで、車両に大きなトルクを発生させるためには、ステータに交流電流を流すと同時に、ブラシ及びスリップリングを介してインナーロータにも交流電流を流す必要がある。しかしながら、この時インナーロータがアウターロータから反力を受けて回転してしまうと動力損失が発生してしまうため、この動力損失を抑えるため、インナーロータの回転軸はブレーキで拘束されなければならない。
【０００４】
一方、インバータに接続される蓄電池の充電率が下がった時は、インナーロータは、回転軸の拘束を解除され、エンジンによって回転駆動されるとともに発電を行う。すなわち、インナーロータが回転するとともに電磁誘導によって電流が発生し、スリップリング、ブラシ及びインバータを介して蓄電池に電力が蓄えられる。
なお、以下の説明において、回転電機が発電を行わずに車輪を駆動している状態の時の車両の走行をＥＶモード走行という。また、回転電機が発電を行うと同時に車輪を駆動している状態の時の車両の走行をＲＥ（ｒａｎｇｅ  ｅｘｔｅｎｄ）モード走行という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−４７３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、特許文献１に記載されているような回転電機において、車両のＥＶモード走行時は、インナーロータの回転軸は拘束されたままである。従って、インナーロータの回転軸に取りつけられたスリップリングには、無回転でブラシと接触した状態のまま電流が流れ続けている。その結果、ブラシとスリップリングとの接触部分の温度が局所的に上昇してブラシが融解し、その溶融物によってブラシとスリップリングとが固着してしまうおそれがあった。ここで、車両がＲＥモード走行に切り替わって、インナーロータとともにスリップリングが回転を開始すると、ブラシとスリップリングとの固着状態は解除される。しかし、溶融物の残りが付着しているためスリップリングの表面は非常に荒れた状態となる。従って、スリップリングの回転中に、溶融物がスリップリング表面とブラシとの間に噛みこんでしまい、ブラシが異常摩耗する原因となっていた。そして、ブラシが摩耗すると、インバータとインナーロータとの間における電流の円滑なやり取りが妨げられ、スリップリングの機能に対する信頼性が低下するという問題が生じていた。
【０００７】
この発明はこのような問題を解決するためになされたもので、ブラシが摩耗しにくく、スリップリングの機能の信頼性が向上する回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、この発明に係る回転電機は、車両の内燃機関に機械的に連結するとともに、蓄電池との間でインバータを介して電力のやり取りを行う第一回転子と、車両の車軸に機械的に連結し、第一回転子に対向するとともに相対回転可能に設けられる第二回転子と、第二回転子に対向して設けられるとともに、蓄電池との間でインバータを介して電力のやり取りを行う固定子と、第一回転子を一体回転可能に支持するとともに、車両がＲＥモード走行を行う時に回転し、かつ車両がＥＶモード走行を行う時に回転を停止する回転シャフトと、回転シャフトに一体回転可能に取り付けられるとともに、第一回転子に電気的に接続するスリップリングと、インバータと電気的に接続するとともに、スリップリングと接触するブラシと、ブラシに対するスリップリングの位相角を検出する位相角検出手段と、位相角検出手段によって検出された位相角を記憶する位相角記憶手段と、回転シャフトの回転を制御する制御手段であって、ＥＶモード走行時の位相角Θが、位相角記憶手段によって記憶された前回のＥＶモード走行時の位相角Θに対して、位相差α分ずれた角度になる位置で回転シャフトの回転を停止させる制御手段とを備える。
これによって、車両がＥＶモード走行を行う度に、ブラシはスリップリングに対して毎回異なる位置で接触するようになる。
【０００９】
また、この発明に係る回転電機において、位相差αが３６０度の約数ではないようにすることもできる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る回転電機によれば、ブラシが摩耗しにくくなり、スリップリングの機能の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態に係る回転電機の概略を模式的に示した図である。
【図２】図１の回転電機の構造を示す、より詳細な断面側面図である。
【図３】図１の回転電機の制御において、（ａ）はＥＶモード走行時の、（ｂ）は（ａ）の状態からＲＥモード走行又は車両停止を経て次のＥＶモード走行に移った時の、ブラシとスリップリングとの接触の様子と位相角Θをそれぞれ模式的に示す正面図である。
【図４】図１の回転電機の制御の様子を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態に係る回転電機１０１を、エンジンを備えるハイブリッド自動車に搭載されるダブルロータ型の回転電機として説明する。
【００１３】
図１を参照すると、筐体１と、筐体１の内部に固定して取り付けられる皿上のセンタハウジング２とを有する回転電機１０１が示されている。
回転電機１０１は、筐体１及びセンタハウジング２を貫通して両端が外部に延びる金属製の入力軸４０を有している。ここで、入力軸４０は、ベアリング４２，４３を介して筐体１に回転可能に支持されている。また、入力軸４０は、ベアリング４４を介してセンタハウジング２にも回転可能に支持されている。入力軸４０の一方の端部４０ａは、図示しないエンジンに機械的に連結されている。また、入力軸４０の他方の端部４０ｂには、スリップリング７０が一体回転可能に取り付けられている。スリップリング７０には三層のブラシ５１，５２，５３が接触している。
なお、入力軸４０は、回転シャフトを構成する。
【００１４】
また、回転電機１０１は、インナーロータ１０、アウターロータ２０及びステータ３０とを備える。インナーロータ１０、アウターロータ２０及びステータ３０は、それぞれ略円筒形状であり、同心円状に順次内側から外側に向かって配置されている。
インナーロータ１０は、入力軸４０に一体回転可能に支持されている。すなわち、インナーロータ１０は入力軸４０を介して車両の内燃機関に機械的に接続されている。また、インナーロータ１０は、入力軸４０に固定される第一コア１１と、第一コア１１の両端にその周方向に沿って配設される第一コイル１２とを有する。なお、入力軸４０の内部には、長手方向に延びるように導体棒９０が設けられており、インナーロータ１０は導体棒９０を介してスリップリング７０に電気的に接続されている。また、スリップリング７０に接触するブラシ５１，５２，５３もインナーロータ１０に電気的に接続している。
なお、インナーロータ１０は第一回転子を、アウターロータ２０は第二回転子を、ステータ３０は固定子を構成する。
【００１５】
また、アウターロータ２０は、第二コア２１と、第二コア２１にその周方向に沿って環状に埋め込まれる永久磁石２２，２３と、第二コア２１を両端から挟み込み支持する皿形状のロータブラケット２４，２５を有している。ロータブラケット２４，２５はベアリング２７，６２を介して入力軸４０に回転可能に支持されている。すなわち、アウターロータ２０はロータブラケット２４，２５を介して入力軸４０に相対的に回転可能に取り付けられる。よって、アウターロータ２０はインナーロータ１０に対向するとともに相対回転可能に設けられている。また、永久磁石２２は、第二コア２１の外周部にステータ３０と対向して配設され、永久磁石２３は、第二コア２１の内周部にインナーロータ１０と対向して配設される。また、ロータブラケット２５には、入力軸４０の周囲を囲むようにして設けられた略円筒状の出力軸６０が接続されている。この出力軸６０には、ピニオンギヤ５が一体となって回転するように固定して接続される。すなわち、ピニオンギヤ５は出力軸６０とともに、入力軸４０に対して相対的に回転可能となっている。
【００１６】
ステータ３０は、アウターロータ２０に対向して設けられるとともに、筐体１の内側に回転不能に取り付けられている。ステータ３０は、ステータコア３１と、ステータコア３１の両端にその周方向に沿って配設されたステータコイル３２とを有する。
【００１７】
筐体１と入力軸４０の端部４０ａとの間には第一レゾルバ１８が取り付けられる。第一レゾルバ１８は、入力軸４０の筐体１に対する位相角、すなわちインナーロータ１０のステータ３０に対する位相角を検出する。また、このインナーロータ１０のステータ３０に対する位相角は、ブラシ５１，５２，５３のスリップリング７０に対する位相角でもある。また、入力軸４０の端部４０ｂ近傍において、筐体１とロータブラケット２４との間には第二レゾルバ２８が取り付けられる。第二レゾルバ２８は、ロータブラケット２４の筐体１に対する位相角、すなわちアウターロータ２０のステータ３０に対する位相角を検出する。
ここで、第一レゾルバ１８は位相角検出手段を構成する。
【００１８】
次に、図２を参照すると、スリップリング７０はブラシ５１，５２，５３を介してインバータ６と電気的に接続している。また、ステータ３０のステータコイル３２もインバータ６と電気的に接続している。スリップリング７０とインバータ６との間、及びステータコイル３２とインバータ６との間には三相交流電流が流れ、電力のやり取りが行われる。また、インバータ６は蓄電池７に電気的に接続されており、インバータ６と蓄電池７との間には直流電流が流れ、電力のやり取りが行われる。すなわち、インナーロータ１０及びステータ３０は、蓄電池７との間でインバータ６を介して電力のやり取りを行う。
【００１９】
入力軸４０には、入力軸４０の回転を停止させるためのブレーキ機構（図示せず）が設けられている。このブレーキ機構にはＥＣＵ３が電気的に接続されており、ＥＣＵ３はブレーキ機構を制御して入力軸４０を拘束する位相角を決定する。すなわち、ＥＣＵ３は入力軸４０の回転を制御している。また、ＥＣＵ３は第一レゾルバ１８にも電気的に接続している。ここで、ＥＣＵ３は制御手段及び位相角記憶手段を構成する。
【００２０】
また、ピニオンギヤ５はギヤボックス１５と係合している。また、ギヤボックス１５の中心を貫通してギヤシャフト１６が設けられており、ギヤシャフト１６は、車両の車輪（図示せず）を駆動する車軸（図示せず）に機械的に連結する。すなわち、アウターロータ２０は車両の車軸に機械的に連結している。
【００２１】
図１及び２を参照して、回転電機１０１の動作について説明する。
まず、車両がＥＶモード走行を行っている時の回転電機１０１の動作について説明する。
蓄電池７からインバータ６を介してステータ３０のステータコイル３２に三相交流電流が流れる。これによって、ステータコイル３２とアウターロータ２０の永久磁石２３との間で回転磁界が発生する。また同時に、蓄電池７からインバータ６、ブラシ５１，５２，５３及びスリップリング７０を介してインナーロータ１０の第一コイル１２にも三相交流電流が流れる。これによって、インナーロータ１０の第一コイル１２とアウターロータ２０の永久磁石２２との間でも回転磁界が発生する。そして、ステータコイル３２と永久磁石２３との間、及び第一コイル１２と永久磁石２２との間に発生する回転磁界により、アウターロータ２０は回転運動を開始し、ピニオンギヤ５、ギヤボックス１５、ギヤシャフト１６及び車軸を介して車両の車輪を駆動する。なお、この時、インナーロータ１０が回転しないように、入力軸４０はブレーキ（図示せず）によって拘束され、回転を停止している。ここで、ＥＣＵ３は、前回のＥＶ走行時に第一レゾルバ１８によって検出された入力軸４０の位相角を記憶しており、この位相角に基づいてブレーキを制御し、入力軸４０を拘束する位相角を決定する。
【００２２】
次に、車両がＲＥモード走行を行っている時の回転電機１０１の動作について説明する。なお、車両は、蓄電池７の充電率が一定値以下となった場合にＲＥモード走行を行う。
蓄電池７からインバータ６を介してステータ３０のステータコイル３２に三相交流電流が供給されると、ステータコイル３２とアウターロータ２０の永久磁石２３との間で回転磁界が発生する。この回転磁界によって、ＥＶモード走行時と同様にアウターロータ２０は回転運動をし、ピニオンギヤ５、ギヤボックス１５、ギヤシャフト１６及び車軸を介して車両の車輪を駆動する。一方、ＲＥモード走行時、入力軸４０はブレーキによる拘束を解除されて回転している。よって、インナーロータ１０は、エンジン（図示せず）によって入力軸４０を介して回転駆動される。そのため、アウターロータ２０の永久磁石２２と対向して回転するインナーロータ１０の第一コイル１２には、誘導電流が発生する。そして、第一コイル１２に発生した電力は、スリップリング７０、ブラシ５１，５２，５３及びインバータ６を介して、蓄電池７に蓄えられる。
【００２３】
車両がＥＶモード走行を行う時において、スリップリング７０とブラシ５１，５２，５３との接触位置を表す位相角について、図３の（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。なお、図３にはスリップリング７０に対するブラシ５１の接触状態のみが示されているが、ブラシ５２，５３においても同様であるものとする。
ブラシ５１は、３つのブラシ片５１ａ，５１ｂ，５１ｃを有する。ブラシ片５１ａ，５１ｂ，５１ｃは互いに１２０度ずつ離間している。また、図３（ａ）に示す状態において、ブラシ片５１ａ，５１ｂ，５１ｃはそれぞれＡ点，Ｂ点，Ｃ点においてスリップリング７０に点接触している。ここで、スリップリング７０に基準点Ｘを設定し、基準点Ｘに対するＡ点の位相角をΘとする。位相角Θは、前述のように、入力軸４０の位相角を検出する第一レゾルバ１８によって検出され、ＥＣＵ３に記憶される。なお、この実施の形態において位相角Θは９０度である。
【００２４】
次に、車両がＥＶモード走行からＲＥモード走行に移り、その後再びＥＶモード走行を行う時におけるスリップリング７０とブラシ５１との接触の状態を図３（ｂ）に示す。この時、ブラシ片５１ａ，５１ｂ，５１ｃはそれぞれＡ’点，Ｂ’点，Ｃ’点においてスリップリング７０に点接触している。そして、Ａ’点は、前回のＥＶ走行時にブラシ片５１ａと接触していたＡ点に対して位相差αだけずれた位置にある。すなわち、Ａ’点は基準点Ｘより位相角Θ＋αずれた位置にあり、前回のＥＶモード走行時に対して、位相角ΘがΘ＋αに書き換えられたことになる。Ｂ’点，Ｃ’点も同様である。
なお、ＥＶモード走行から車両が一旦停止した時のスリップリング７０とブラシ５１との接触の状態も、同様に図３（ｂ）に表される。すなわち、ＥＶモード走行からイグニッションがＯＦＦになった瞬間、位相角ΘはΘ＋αに書き換えられて、図３（ｂ）に示されるような状態において入力軸４０は回転を停止する。
【００２５】
ここで、位相差αは３６０度の約数ではない数値に設定される。具体的には、この実施の形態において、位相差αは２３度である。すなわち、位相角Θは、車両がＥＶモード走行を行う毎に、位相差α＝２３度ずつずれていく。よって、一番初めにＡ点においてスリップリング７０がブラシ片５１ａと接触していた場合、位相角ΘがΘ＋αに書き換わる度に、スリップリング７０とブラシ片５１ａとの接触位置はＡ点から２３度、４６度・・・３４５度、３６８度と乖離していく。すなわち、位相差αは３６０度の約数ではないため、スリップリング７０に対してブラシ片５１ａが接触する位置がスリップリング７０の外周を一周したとしても、スリップリング７０とブラシ片５１ａとが再び同じＡ点で接触することはない。
一方、もし位相差αが３６０度の約数である３０度だった場合、スリップリング７０とブラシ片５１ａとの接触位置はＡ点から３０度、６０度、９０度・・・と乖離していく。従って、１３回目にＥＶモード走行を行った時に、スリップリング７０とブラシ片５１ａとの接触位置は３６０度を一周してちょうどＡ点に戻ってきてしまう。そのため、Ａ点におけるスリップリングの表面の荒れが特に激しくなり、ブラシが摩耗しやすくなる。
【００２６】
次に、図４を参照して、ＥＣＵ３が位相角Θを決定するための制御について説明する。
まず、イグニッションがＯＮの状態の時において、ＥＣＵ３が位相角Θを読み込んだ上で（ステップＳ０）、ステップＳ１でイグニッションがＯＮからＯＦＦに切り替わったか否かを判断する。イグニッションがＯＦＦに切り替わっていたら（車両が停止状態にあったら）、ステップＳ２において、停止直前にＥＶモード走行を行っていたか否かを判断する。イグニッションがＯＦＦになる直前にＥＶモード走行を行っていた場合は、ステップＳ３において、ＥＣＵ３は位相角Θの情報をΘ＋αに書き換える。そして、ＥＣＵ３は、新しく書き換えられた位相角Θにおいてスリップリング７０がブラシ５１，５２，５３と接触するように、入力軸４０の回転を停止させる。
【００２７】
また、ステップＳ１を経て、ステップＳ２で車両が停止する直前にＥＶモードで走行していなかった（ＲＥモードで走行していた）と判断された場合は、ＥＣＵ３は、位相角Θを書き換えずに、入力軸４０の回転を停止させる（ステップＳ５）。
【００２８】
また、ステップＳ１でイグニッションがＯＮの状態である（車両が走行中である）と判断されると、ステップＳ６に移り、車両がＥＶモード走行を行っているか否かが判断される。ＥＶモード走行であれば、位相角Θは書き換えらない状態で入力軸４０が拘束され、車両は走行を続ける（ステップＳ７）。
【００２９】
また、イグニッションがＯＮの状態であり（ステップＳ１）、ステップＳ６で車両がＥＶモード走行をしていない（ＲＥモードで走行している）と判断された場合は、車両がＲＥモード走行を行う前にＥＶモード走行を行ったか否かが判断される（ステップＳ８）。ＲＥモード走行の前にＥＶモード走行を行っていた場合は、ステップＳ９においてＥＣＵ３は位相角ΘをΘ＋αに書き換える。
さらに、ステップＳ８で、ＲＥモード走行の前にＥＶモード走行を行っていないと判断された場合は、何もしない。
【００３０】
以上より、ＥＣＵ３は、車両の走行がＥＶモード走行になる度にスリップリング７０とブラシ５１，５２，５３の接触位置が変わるように、入力軸４０の停止位置を制御している。すなわち、ＥＣＵ３は、ＥＶモード走行時の位相角Θが、前回のＥＶモード走行時の位相角Θに対して、位相差α分ずれた角度になる位置で入力軸４０の回転を停止させる。そのため、車両の走行がＥＶモード走行になる度に、スリップリング７０の同じ箇所でブラシ５１，５２，５３が溶融して固着してしまうという事態を防ぐことができる。これにより、スリップリング７０の表面の荒れ具合は最小限となり、ブラシ５１，５２，５３の異常摩耗が防止される。従って、インバータ６とインナーロータ１０との間において円滑に電力のやり取りが行われ、スリップリングの機能に対する信頼性が向上するとともに、ブラシ５１，５２，５３の耐久性も向上する。
【００３１】
また、ＥＣＵ３には、位相差αとして３６０度の約数ではない数値が設定されている。そのため、スリップリング７０とブラシ５１，５２，５３との接触位置が、スリップリング７０に対して一周した場合であっても、スリップリング７０とブラシ５１，５２，５３とが再び同じ位置で接触する事態を防ぐことができる。よって、スリップリング７０の表面の荒れを更に抑止することができる。
【符号の説明】
【００３２】
３  ＥＣＵ（制御手段、位相角記憶手段）、６  インバータ、７  蓄電池、１０  インナーロータ（第一回転子）、１８  第一レゾルバ（位相角検出手段）、２０  アウターロータ（第二回転子）、３０  ステータ（固定子）、４０  入力軸（回転シャフト）、５１，５２，５３  ブラシ、７０  スリップリング、１０１  回転電機。
【図１】
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【図２】
2014225952.tif 000004
【図３】
2014225952.tif 000005
【図４】
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