(57)【要約】【課題】  高速回転が可能で、かつエネルギ効率が改善された回転電機のロータ、回転電機および車両駆動装置を提供する。【解決手段】  回転電機のロータ４２は、ロータの回転中心を中心とする電気角で１２７°〜１４０°の範囲内に、回転中心側を頂点とするＶ字に沿って配置される磁石９０，９２と、磁石９０，９２をそれぞれ収納する孔８２，８４が設けられるロータ本体とを備える。ロータ本体は、Ｖ字の頂点部に位置し孔８２，８４を仕切る支持部８６を有する。【選択図】        図４
2006254629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの回転中心を中心とする電気角で１２７°〜１４０°の範囲内に、回転中心側を頂点とするＶ字に沿って配置される第１、第２の磁石と、
前記第１、第２の磁石をそれぞれ収納する第１、第２の孔が設けられるロータ本体とを備え、前記ロータ本体は、前記Ｖ字の頂点部に位置し前記第１、第２の孔を仕切る支持部を有する、回転電機のロータ。
【請求項２】
前記ロータは、８極の埋込磁石同期式回転電機のロータである、請求項１に記載の回転電機のロータ。
【請求項３】
ステータと、
ロータとを備え、前記ロータは、
ロータの回転中心を中心とする電気角で１２７°〜１４０°の範囲内に、回転中心側を頂点とするＶ字に沿って配置される第１、第２の磁石と、
前記第１、第２の磁石をそれぞれ収納する第１、第２の孔が設けられるロータ本体とを含み、前記ロータ本体は、前記Ｖ字の頂点部に位置し前記第１、第２の孔を仕切る支持部を有する、回転電機。
【請求項４】
前記回転電機は、８極の埋込磁石同期式回転電機である、請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
第１の回転電機と、
前記第１の回転電機の回転軸に接続される減速機構と、
前記減速機構で減速された回転軸の回転に応じて回転する車軸とを備え、
前記第１の回転電機は、
ステータと、
ロータとを含み、前記ロータは、
ロータの回転中心を中心とする電気角で１２７°〜１４０°の範囲内に、回転中心側を頂点とするＶ字に沿って配置される第１、第２の磁石と、
前記第１、第２の磁石をそれぞれ収納する第１、第２の孔が設けられるロータ本体とを含み、前記ロータ本体は、前記Ｖ字の頂点部に位置し前記第１、第２の孔を仕切る支持部を有する、車両駆動装置。
【請求項６】
エンジンと、
第２の回転電機と、
前記減速機構と前記エンジンと前記第２の回転電機の間で動力分配を行なう動力分配機構とをさらに備え、
前記減速機構は前記第１の回転電機から前記動力分配機構への減速比が２倍以上である、請求項５に記載の車両駆動装置。
【請求項７】
第１の回転電機と、
前記第１の回転電機の回転軸に接続される減速機構と、
前記減速機構で減速された回転軸の回転に応じて回転する車軸と、
エンジンと、
第２の回転電機と、
前記減速機構と前記エンジンと前記第２の回転電機の間で動力分配を行なう動力分配機構とを備え、
前記減速機構は前記第１の回転電機から前記動力分配機構への減速比が２分の１以下である、車両駆動装置。
【請求項８】
前記エンジンの回転軸と前記第１の回転電機の回転軸と前記第２の回転電機の回転軸とは同じ軸を中心に回転する、請求項６または７に記載の車両駆動装置。
【請求項９】
前記動力分配機構は、前記減速機構と前記エンジンと前記第２の回転電機に接続されるプラネタリギヤであり、
前記減速機構は、プラネタリギヤの１つの回転要素が固定された歯車機構である、請求項８に記載の車両駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機のロータ、回転電機、車両駆動装置に関し、より特定的には、埋込磁石同期モータのロータおよびそれを搭載する回転電機、車両駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の防止、資源保護の観点から自動車の果たすべき役割が大変重要になってきている。自動車にとって二酸化炭素の排出削減は燃費を改善することである。燃費の改善は、排出ガス清浄化や安全確保とも両立することが必要である。
【０００３】
燃費が改善された車両として燃料電池自動車やハイブリッド自動車が注目されている。ハイブリッド自動車は、ガソリンエンジン、トランスミッション、インバータ、電池、モータおよびそれらの制御装置から構成される。このような車両には、信頼性が高く効率が良く回転速度の可変な制御性の良いモータが求められる。この条件を満たすモータの一つとして埋込磁石同期モータ（以下ＩＰＭモータ）がある。
【０００４】
特開２００４−３２０９５２号公報（特許文献１）および特開２００１−２５１８２５号公報（特許文献２）には永久磁石をＶ字型に配置したＩＰＭモータが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３２０９５２号公報
【特許文献２】特開２００１−２５１８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ハイブリッド自動車は、まず１．５リッタークラスの小型車に搭載され実用化された。しかし、さらなる地球温暖化防止のためには、より大型の車両にも適用して燃費の改善を図ることが望ましい。たとえば、３．３リッターエンジンを搭載する大型のスポーツユーティリティビークル（以下ＳＵＶ）等にも対応可能なハイブリッドシステムの開発が期待されている。そのためには、大出力エンジンとのバランス上、車両駆動用のモータの出力密度を大幅に向上させる必要がある。
【０００６】
モータの出力密度を向上させるには、モータの出力トルク自身を向上させる方法と、モータを高速回転させてこれを歯車機構によって減速してトルクを大きくする方法とが考えられる。
【０００７】
図９は、現在までに車両用モータとして開発されたモータのステータ外径と回転数との関係を示した図である。
【０００８】
従来の車両用モータは、図９の線の下部に位置する点Ａ〜Ｆで示されるものである。モータのトルクを向上させるには、ロータの外径を極力大きくすることが有利であるが、従来の車両に対してこの外径を大きくすると、車両駆動装置が大型化してしまうため好ましくない。
【０００９】
このため、ステータの直径は従来の点Ａ〜Ｄの車両用モータと同等であるが２倍以上の高速回転が可能な図９の点Ｓに示されるようなモータを開発することができれば、これを減速して用いることによりＳＵＶへの適用が可能なハイブリッドシステムが実現される。この場合、従来に比べて遠心力に対するロータ強度を向上させる必要がある。
【００１０】
一方、燃費の改善のためにはモータで生ずる損失も考慮する必要がある。
【００１１】
図１０は、主たるモータ損失の配分比率を説明するための図である。
【００１２】
図１０において、領域Ｒ１は銅損が鉄損よりも大きい領域であり、領域Ｒ２は鉄損が銅損よりも大きい領域である。
【００１３】
鉄損は、磁性体である鉄芯を交流磁界に置いた際に、磁気ヒステリシスまたは渦電流のために熱に変換されるエネルギである。また銅損は、コイルの巻線中の抵抗に起因する電力損失である。図１０に示すようにモータ回転数が高い領域では鉄損が増加する傾向があることがわかる。
【００１４】
一方、車両用モータは広い速度範囲で高い出力が要求されるにもかかわらず、市街地走行などの通常の運転では、軽負荷域の使用頻度が高いことが特徴である。図１０の領域Ｒ３は、市街地走行における頻度の高い動作領域を表わしている。すなわち図１０に示されるように、軽負荷領域Ｒ３は、鉄損の占める割合が大きい領域Ｒ２の中にほぼ含まれる。
【００１５】
図９の点Ｓで示されるように回転数の高いモータを実現させると、鉄損が増えてしまう。なぜなら鉄損のうちのヒステリシス損は回転数に比例し、渦電流損は回転数の２乗に比例する。つまり鉄損は、回転数の１乗から２乗に比例して増加するからである。
【００１６】
つまり、燃費を向上させるには頻度の高い軽負荷領域での燃費向上が重要である。しかし、出力密度を上げるため回転数の高いモータとすると、鉄損の影響がより顕著になる。このため、出力密度を向上させかつ燃費を改善するためには、鉄損を抑制する技術が重要となる。
【００１７】
この発明の目的は、高速回転が可能で、かつエネルギ効率が改善された回転電機のロータ、回転電機および車両駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明は、要約すると、回転電機のロータであって、ロータの回転中心を中心とする電気角で１２７°〜１４０°の範囲内に、回転中心側を頂点とするＶ字に沿って配置される第１、第２の磁石と、第１、第２の磁石をそれぞれ収納する第１、第２の孔が設けられるロータ本体とを備える。ロータ本体は、Ｖ字の頂点部に位置し第１、第２の孔を仕切る支持部を有する。
【００１９】
好ましくは、ロータは、８極の埋込磁石同期式回転電機のロータである。
【００２０】
この発明の他の局面に従うと、回転電機であって、ステータと、ロータとを備える。ロータは、ロータの回転中心を中心とする電気角で１２７°〜１４０°の範囲内に、回転中心側を頂点とするＶ字に沿って配置される第１、第２の磁石と、第１、第２の磁石をそれぞれ収納する第１、第２の孔が設けられるロータ本体とを含む。ロータ本体は、Ｖ字の頂点部に位置し第１、第２の孔を仕切る支持部を有する。
【００２１】
好ましくは、回転電機は、８極の埋込磁石同期式回転電機である。
【００２２】
この発明のさらに他の局面に従うと、車両駆動装置であって、第１の回転電機と、第１の回転電機の回転軸に接続される減速機構と、減速機構で減速された回転軸の回転に応じて回転する車軸とを備える。第１の回転電機は、ステータと、ロータとを含む。ロータは、ロータの回転中心を中心とする電気角で１２７°〜１４０°の範囲内に、回転中心側を頂点とするＶ字に沿って配置される第１、第２の磁石と、第１、第２の磁石をそれぞれ収納する第１、第２の孔が設けられるロータ本体とを含む。ロータ本体は、Ｖ字の頂点部に位置し第１、第２の孔を仕切る支持部を有する。
【００２３】
好ましくは、車両駆動装置は、エンジンと、第２の回転電機と、減速機構とエンジンと第２の回転電機の間で動力分配を行なう動力分配機構とをさらに備える。減速機構は第１の回転電機から動力分配機構への減速比が２倍以上である。
【００２４】
この発明のさらに他の局面に従うと、車両駆動装置であって、第１の回転電機と、第１の回転電機の回転軸に接続される減速機構と、減速機構で減速された回転軸の回転に応じて回転する車軸と、エンジンと、第２の回転電機と、減速機構とエンジンと第２の回転電機の間で動力分配を行なう動力分配機構とを備える。減速機構は第１の回転電機から動力分配機構への減速比が２倍以上である。
【００２５】
好ましくは、エンジンの回転軸と第１の回転電機の回転軸と第２の回転電機の回転軸とは同じ軸を中心に回転する。
【００２６】
より好ましくは、動力分配機構は、減速機構とエンジンと第２の回転電機に接続されるプラネタリギヤである。減速機構は、プラネタリギヤの１つの回転要素が固定された歯車機構である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、鉄損低減とロータコアの強度向上の両立が可能となり、高速回転が可能で、かつエネルギ効率が改善された車両の駆動装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明について図面を参照しつつ詳しく説明する。なお、以下において同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は繰返さない。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド自動車の車両駆動装置の構造を示す断面図である。
【００３０】
図１を参照して、この車両駆動装置は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分配機構ＰＳＤと、減速機構ＲＤと、減速ギヤＲＧと、ディファレンシャルギヤＤＥＦとを含む。
【００３１】
図１の断面図に示すように、主として車輪を駆動するモータとして動作するモータジェネレータＭＧ２と主として発電機として動作するモータジェネレータＭＧ１と動力分配機構ＰＳＤなどを、図示しないエンジンと同じ軸上に配置することで、車両駆動装置ユニットの小型および低重心化を図っている。
【００３２】
図２は、図１における動力分配機構ＰＳＤおよび減速機構ＲＤの詳細を説明するための模式図である。
【００３３】
図２を参照して、この車両駆動装置は、モータジェネレータＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ２の回転軸に接続される減速機構ＲＤと、減速機構ＲＤで減速された回転軸の回転に応じて回転する車軸と、エンジン５０と、モータジェネレータＭＧ１と、減速機構ＲＤとエンジン５０とモータジェネレータＭＧ１との間で動力分配を行なう動力分配機構ＰＳＤとを備える。減速機構ＲＤは、モータジェネレータＭＧ２から動力分配機構への減速比が２倍以上である。
【００３４】
エンジン５０の回転軸とモータジェネレータＭＧ１の回転軸とモータジェネレータＭＧ２の回転軸とは同じ軸を中心に回転する。
【００３５】
動力分配機構ＰＳＤは、プラネタリギヤであり、クランクシャフト５６に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合されたサンギヤ２１と、クランクシャフト５６と同軸上を回転可能に支持されているリングギヤ２２と、サンギヤ２１とリングギヤ２２との間に配置され、サンギヤ２１の外周を自転しながら公転するピニオンギヤ２３と、クランクシャフト５６の端部に結合され各ピニオンギヤ２３の回転軸を支持するプラネタリキャリヤ２４とを含む。
【００３６】
動力分配機構ＰＳＤは、サンギヤ２１に結合されたサンギヤ軸と、リングギヤ２２に結合されたリングギヤケースおよびプラネタリキャリヤ２４に結合されたクランクシャフト５６の３軸が動力の入出力軸とされる。そしてこの３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残りの１軸に入出力される動力は他の２軸へ入出力される動力に基づいて定まる。
【００３７】
動力の取出用の動力取出ギヤ７０がリングギヤケースの外側に設けられ、リングギヤ２２と一体的に回転する。動力取出ギヤ７０は、動力伝達減速ギヤＲＧに接続されている。そして動力取出ギヤ７０と動力伝達減速ギヤＲＧとの間で動力の伝達がなされる。動力伝達減速ギヤＲＧはディファレンシャルギヤＤＥＦを駆動する。また、下り坂等では車輪の回転がディファレンシャルギヤＤＥＦに伝達され、動力伝達減速ギヤＲＧはディファレンシャルギヤＤＥＦによって駆動される。
【００３８】
モータジェネレータＭＧ１は、複数個の永久磁石が配置されたロータ３２と、回転磁界を形成する三相コイル３４が巻回されたステータ３３とを含む。ロータ３２は
、動力分配機構ＰＳＤのサンギヤ２１と一体的に回転するサンギヤ軸に結合されている。ステータ３３は、電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。
【００３９】
モータジェネレータＭＧ１は、ロータ３２に埋め込まれた永久磁石による磁界と三相コイル３４によって形成される磁界との相互作用によりロータ３２を回転駆動する電動機として動作する。またモータジェネレータＭＧ１は、永久磁石による磁界とロータ３２の回転との相互作用により三相コイル３４の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。
【００４０】
モータジェネレータＭＧ２は、複数個の永久磁石が埋め込まれたロータ４２と、回転磁界を形成する三相コイル４４が巻回されたステータ４３とを含む。
【００４１】
ロータ４２は、動力分配機構ＰＳＤのリングギヤ２２と一体的に回転するリングギヤケースに減速機構ＲＤによって結合されている。ステータ４３は、電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。
【００４２】
モータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界とロータ４２の回転との相互作用により三相コイル４４の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。またモータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界と三相コイル４４によって形成される磁界との相互作用によりロータ４２を回転駆動する電動機として動作する。
【００４３】
減速機構ＲＤは、プラネタリギヤの回転要素の一つであるプラネタリキャリヤ６６が車両駆動装置のケースに固定された構造により減速を行なう。すなわち、減速機構ＲＤは、ロータ４２のシャフトに結合されたサンギヤ６２と、リングギヤ２２と一体的に回転するリングギヤ６８と、リングギヤ６８およびサンギヤ６２に噛み合いサンギヤ６２の回転をリングギヤ６８に伝達するピニオンギヤ６４とを含む。
【００４４】
サンギヤ６２の歯数に対しリングギヤ６８の歯数を２倍以上にすることにより、減速比を２倍以上にすることができる。
【００４５】
図３は、図２に示した減速機構ＲＤを組み込むことによるモータ特性の変化を示した図である。
【００４６】
図２、図３を参照して、モータジェネレータＭＧ２に対して２倍以上の減速比となる減速機構を組合せることで、要求される車軸トルクに対してモータトルクを２分の１以下とすることができる。これにより、モータ体格を小型化することが可能となった。
【００４７】
図４は、モータジェネレータＭＧ２のステータ４３およびロータ４２の断面形状を示した図である。
【００４８】
図４を参照して、ロータ４２は積層された電磁鋼板により構成され、各々の電磁鋼板には永久磁石９０，９２をそれぞれ収納する孔８２，８４が設けられている。
【００４９】
磁石９０，９２は、ロータ４２の回転中心を重心とする電気角で１３０°の範囲内に配置されている。これは後に説明するＴＨＤが３０％以下となる範囲１２４°〜１４３、５°およびＴＨＤが２９．５％以下となる範囲１２７°〜１４０°に含まれている。
【００５０】
また、磁石９０，９２は、回転中心側を頂点とするＶ字に沿って配置されている。ロータ４２を構成する電磁鋼板は、Ｖ字の頂点部に位置し孔８２，８４を仕切る支持部８６を有している。なお、本明細書においては、Ｖ字とは、次第に頂点に向かって狭くなる形状を意味し、例えば後に説明する図７のような湾曲配置等も含まれることが意図されている。以下、このロータ形状の設計手法について説明する。
【００５１】
モータの出力密度を向上するために高回転運転させる駆動モータに対しては、（１）ロータ強度の向上、（２）鉄損低減、（３）リラクタンストルクの有効利用が必要となるので、これら（１）〜（３）を重要な評価指標とする。なお、極数に関してはロータ強度と磁石量低減の観点では増やすことが望ましいが、鉄損増加が問題になる。今回の検討では、実績のある従来システムとの互換性を考慮して８極を選択して以下の検討を行なった。
【００５２】
［埋込磁石配置の検討］
ＩＰＭモータのトルクは、良く知られるように、次式（１）で表される。
Ｔ＝Ｐnφmｉq＋Ｐn（Ｌd−Ｌq）ｉdｉq      …（１）
ここでＴはトルク、Ｐnは極対数、φmは永久磁石による電機子鎖交磁束、ｉd，ｉqはそれぞれｄ軸，ｑ軸電流、Ｌd，Ｌqはそれぞれｄ軸，ｑ軸インダクタンスである。そして、式（１）の右辺第１項は磁石トルク、第２項はリラクタンストルクを表す。
【００５３】
高速走行時にモータに誘起される電圧が過大となるとモータ駆動回路の主回路の耐電圧制限が問題となるので、これを考慮してφmを決定する必要がある。すなわちトルクＴを大きくするには、式（１）右辺第２項の磁石トルクにおけるφmをあまり大きくせずに、式（１）右辺第２項のリラクタンストルクを有効に活用する必要がある。
【００５４】
式（１）右辺第２項ではｉdが負の値をとるため、リラクタンストルクを向上するＩＰＭ構造とはＬqを最大にし、Ｌdを最小とする構造である。言い換えると、リラクタンストルクを向上する構造は、ｑ軸磁束が最も通りやすく、かつｄ軸磁束が最も通りにくくなる構造である。
【００５５】
ｑ軸磁束が最も通りやすい方向は、ロータ全体を鉄としｑ軸電流を流したときにベクトルポテンシャルの等高線（磁束線）が通る方向である。したがって、ｑ軸インダクタンスＬqを最大にするＩＰＭ構造とは、ベクトルポテンシャルの等高線に沿ってフラックスバリアを配置し、そのバリアに磁石を配置する構造である。
【００５６】
フラックスバリアを多層設けるマルチフラックスバリア構造によって大きなリラクタンストルクを得ることも提案されている。しかし、２層以上のフラックスバリアを配置する構造となると、埋込む磁石が薄くなり加工による磁石コストの増加が顕著になるため、フラックスバリアは１層で検討を行なった。
【００５７】
図５は、８極の場合のベクトルポテンシャルの等高線を示した図である。ベクトルポテンシャルの等高線に沿わせて磁石を配置するとしても、図５の開角θの選定により任意の形状が可能となるので、次にθを決定する必要がある。
【００５８】
開角θは磁石トルク向上の観点からは大きくとることが望ましいが、鉄損や無負荷誘起電圧の低減においては小さくした方が望ましい。すなわち開角θには最適値が存在する。
【００５９】
θの値は重要視する要素により選択する最適値が異なるが、本実施の形態では、鉄損の高調波成分を低減させるというポイントから開角θを選定する。計算により求めたギャップ磁束分布密度の波形は、磁石の埋込形状によって波高値は異なるが、波幅はほとんど同じで、磁石開角θによって決定される矩形波状となる。
【００６０】
磁束分布密度の波形を開角θを波幅とする矩形波と近似し、基本波成分の割合を示す総合歪み率ＴＨＤを以下のようにθの関数として求める。
【００６１】
ＴＨＤ＝各次高調波振幅／基本波振幅×１００
＝（√（矩形波実効値2−基本波実効値2））／基本波実効値
＝（√((√(θ/π)2−(１/√２×４/π×sin(θ/２))2))/(１/√２×４/π×sin(θ/２))
＝（√(２×π2／４2×(θ/π−１/２×４2/π2×sin2(θ/２))))/(sin(θ/２))
以上の導出により、結局総合歪み率ＴＨＤ（％）は、次式（２）で表される。
ＴＨＤ＝（√（πθ／８−sin2(θ/２)）／（sin(θ/２)）      …（２）
図６は、高調波含有率ＴＨＤの波幅θによる変化を示した図である。
【００６２】
図６に示すように、ＴＨＤが２９％で最小となるのは波幅θ＝１３３．５°である。磁束波形の高調波により無負荷鉄損の高調波成分が増加するので、鉄損低減の観点からＴＨＤを小さくすることが好ましい。理想的にはＴＨＤが最小値となるように磁石開角θを１３３．５°とするのが良い。
【００６３】
なお、実際には、設計的にトルク向上を優先するにはθを大きめにするのが望ましく、また強度向上を優先するにはθを小さめに設計することが望ましいので、ＴＨＤをあまり大きくしない範囲内で磁石開角θを決定する必要がある。これらの観点から妥当な数値として、ＴＨＤを３０％以下にする必要があり、より好ましくは２９．５％以下にするのが望ましい。つまり、磁石開角θは、ＴＨＤが３０％以下となるθ＝１２４°〜１４３．５°の間に収まっておればよく、より好ましくはＴＨＤが２９．５％以下となるように開角θ＝１２７°〜１４０°の間に収めることがよい。
【００６４】
［ブリッジ構造の検討］
ＩＰＭモータでは、ロータ強度を確保するために磁石を挿入するフラックスバリア部にブリッジが必要とする。しかしブリッジの存在により磁石の漏れ磁束が増加するので、ブリッジはロータ強度が成立する範囲で最低限の幅および本数にすることが望ましい。
【００６５】
図７は、ブリッジ部を梁要素でモデル化した図である。
【００６６】
図７において、３本のブリッジＢ１，Ｂ２，Ｂ３の検討モデルが示される。このモデルでは、磁石は図５の等ベクトルポテンシャル線に沿うように電気角でほぼθｍとなる開角で１層に配置した。そして図７中に△で示す梁の下端を完全拘束した状態で、磁石重量Ｍｍと磁石上部の鉄芯重量Ｍｉとを加算した重量Ｍ＝Ｍｍ＋Ｍｉに相当する遠心力がロータの回転中心から外に向かう方向に重心点Ａに働き各梁が引っ張られるものとした。図７においてａ，ｂはそれぞれ梁の幅と長さとを示している。
【００６７】
図８は、ブリッジ本数を２本から５本まで変化させたときの最大応力の変化を示す図である。
【００６８】
図８のデータは、梁の幅ａと長さｂとを固定して求めた値である。図８の目標ラインは、材料の降伏応力から定まるラインであり、加工工程など最終的な形状を考慮した場合に応力条件が成立可能になると予測される値である。図８に示されるように、ブリッジ数を２本から３本に増加すると、最大応力は大幅に緩和されることがわかる。
【００６９】
一方、ブリッジ本数による磁石トルクに関しては、ブリッジ本数が増えるにつれてロータ内での漏れ磁束が増加してしまうことで不利になる。ステータを固定して考えたとき鎖交磁束φｍの有効利用率は、ブリッジ数が２，３，４，５本の場合で計算値はそれぞれ９６％、９２％、８７％、８２％と低下する。
【００７０】
また、リラクタンストルクについても検討すると、ｑ軸インダクタンスＬqの変化は無いが、ｄ軸方向の磁路が増えることでｄ軸インダクタンスＬdは増加する。ブリッジ数が２，３，４，５本の場合でＬq−Ｌdの計算値はそれぞれ１．５４６、１．３７３、１．２９１、１．２０８（ｍＨ）と低下する。式（１）における第２項のＩdは負であるので、Ｌq−Ｌdが減少するとリラクタンストルクも減少してしまう。
【００７１】
したがって、磁石トルクについてもリラクタンストルクについても、ブリッジ本数を３本から４、５本に増加させることは好ましくない。
【００７２】
そこでブリッジ本数を２本とするか３本とするかを決定するために、応力が目標値以下となるまでブリッジ幅ａを増加させた２本ブリッジのモデルについて新たに計算を行なった。
【００７３】
その結果、３本ブリッジの当初の場合は磁束φｍの有効利用率が９２％であったのに対しブリッジ幅ａを増加させた場合のブリッジ本数２本の場合は有効利用率は８６％に低下してしまった。また、Ｌq−Ｌdの計算値は３本ブリッジの当初の場合は１．３７３であったのが、ブリッジ幅ａを増加させた場合のブリッジ本数２本の場合は１．１９４（ｍＨ）に低下してしまった。したがって、単位体積当たりの磁束とリラクタンストルクを最も効果的に利用できるロータ構造として３本のブリッジ構造を決定した。
【００７４】
このようにして、図４に示したロータの設計を行ない、材料等の改善を併せて行なった結果、要求される出力特性を満足しながら、トルク密度が向上し３０％以上の無負荷損失低減が可能となった。このうちリラクタンストルクの向上と高調波損失の低減による効果はおよそ１０％と考えられる。
【００７５】
以上説明したように、本実施の形態では、磁石の開角を高調波含有率の低い値に設定し、磁石間にブリッジを配置してロータ強度を高めることで、鉄損低減とロータコアの強度向上の両立が可能となる。これにより、高速回転が可能で、かつエネルギ効率が改善された車両の駆動装置を実現することができる。
【００７６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態に係るハイブリッド自動車の車両駆動装置の構造を示す断面図である。
【図２】図１における動力分配機構ＰＳＤおよび減速機構ＲＤの詳細を説明するための模式図である。
【図３】図２に示した減速機構ＲＤを組み込むことによるモータ特性の変化を示した図である。
【図４】モータジェネレータＭＧ２のステータ４３およびロータ４２の断面形状を示した図である。
【図５】８極の場合のベクトルポテンシャルの等高線を示した図である。
【図６】高調波含有率ＴＨＤの波幅θによる変化を示した図である。
【図７】ブリッジ部を梁要素でモデル化した図である。
【図８】ブリッジ本数を２本から５本まで変化させたときの最大応力の変化を示す図である。
【図９】現在までに車両用モータとして開発されたモータのステータ外径と回転数との関係を示した図である。
【図１０】主たるモータ損失の配分比率を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７８】
２１，６２  サンギヤ、２２，６８  リングギヤ、２３，６４  ピニオンギヤ、２４，６６  プラネタリキャリヤ、３２，４２  ロータ、３３，４３  ステータ、３４，４４  三相コイル、３５  永久磁石、５０  エンジン、５６  クランクシャフト、７０  動力取出ギヤ、８２，８４  孔、８６  支持部、９０，９２  永久磁石、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３  ブリッジ、ＤＥＦ  ディファレンシャルギヤ、ＭＧ１，ＭＧ２  モータジェネレータ、ＰＳＤ  動力分配機構、ＲＤ  減速機構、ＲＧ  減速ギヤ。
【図１】
2006254629.tif 000003
【図２】
2006254629.tif 000004
【図３】
2006254629.tif 000005
【図４】
2006254629.tif 000006
【図５】
2006254629.tif 000007
【図６】
2006254629.tif 000008
【図７】
2006254629.tif 000009
【図８】
2006254629.tif 000010
【図９】
2006254629.tif 000011
【図１０】
2006254629.tif 000012