(57)【要約】【課題】マグネットトルクを十分に利用することができ、モータを小型化することができるようにする。【解決手段】回転自在に支持されたロータコア３４と、ロータコア３４の円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石３０とを有する。ロータコア３４は、各永久磁石３０間の中央に等ピッチで形成された突極５７を備える。また、各突極５７の開き角度の中心線は、隣接する二つの永久磁石３０の開き角度の各中心線の成す角の中心線と一致させられる。そして、各突極５７の形状は、ロータコア３４の回転方向における突極５７の中心とロータコア３４の軸心とを結ぶ線に対して非対称にされる。突極５７に発生する磁束密度分布の中心がロータコア３４の回転方向に対して逆の方向にずらされるので、マグネットトルクを十分に利用することができ、モータ２５を小型化することができる。【選択図】　　　　　図１
2004032947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支持されたロータコアと、該ロータコアの円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石とを有するとともに、前記ロータコアは、前記各永久磁石間の中央に等ピッチで形成された突極を備え、該各突極の開き角度の中心線は、隣接する二つの永久磁石の開き角度の各中心線の成す角の中心線と一致させられ、前記各突極の形状は、前記ロータコアの回転方向における突極の中心とロータコアの軸心とを結ぶ線に対して非対称にされることを特徴とするモータ。
【請求項２】
回転自在に支持されたロータコアと、該ロータコアの円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石とを有するとともに、前記ロータコアは、前記各永久磁石間の中央に等ピッチで形成された突極を備え、該各突極の開き角度の中心線は、隣接する二つの永久磁石の開き角度の各中心線の成す角の中心線と一致させられ、前記各突極において、前記ロータコアの回転方向における突極の中心より下流側のエアギャップが上流側のエアギャップより大きくされることを特徴とするモータ。
【請求項３】
回転自在に支持されたロータコアと、該ロータコアの円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石とを有するとともに、前記ロータコアは、前記各永久磁石間の中央に等ピッチで形成された突極を備え、該各突極の開き角度の中心線は、隣接する二つの永久磁石の開き角度の各中心線の成す角の中心線と一致させられ、前記各突極の前半部にテーパ部が形成されることを特徴とするモータ。
【請求項４】
回転自在に支持されたロータコアと、該ロータコアの円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石とを有するとともに、前記ロータコアは、前記各永久磁石間の中央に等ピッチで形成された突極を備え、該各突極の開き角度の中心線は、隣接する二つの永久磁石の開き角度の各中心線の成す角の中心線と一致させられ、前記各突極の前半部に穴部が形成されることを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マグネットトルク及びリラクタンストルクを併用するモータ、例えば、永久磁石式同期モータ等のモータにおいては、ロータのｄ軸上にマグネットトルクを発生させるための永久磁石が、ｑ軸上にリラクタンストルクを発生させるための突極が配設され、ステータのコイルに電流が供給されることによって形成される電磁石の位置を表す電流位相を変化させることにより、前記マグネットトルク及びリラクタンストルクが変化させられる。
【０００３】
図２は電流位相とトルクとの関係図である。なお、図において、横軸に電流位相を、縦軸にトルクを採ってある。
【０００４】
図において、Ｔｍはマグネットトルク、Ｔｒはリラクタンストルク、ＴｔはマグネットトルクＴｍ及びリラクタンストルクＴｒを加算して得られる合計トルクＴｔである。なお、電磁石の位置が各永久磁石間の中央であり、かつ、突極の中央にあるときの電流位相を電気角で０〔°〕であるとすると、電流位相が０〔°〕であるときに、マグネットトルクＴｍが最大値になり、電流位相が４５〔°〕であるときに、リラクタンストルクＴｒが最大値になる。
【０００５】
したがって、合計トルクＴｔの最大値は、電流位相が０〜４５〔°〕の間の値θ１（例えば、３０〔°〕）で得られ、そのとき、マグネットトルクＴｍは最大値を採らない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のモータにおいては、マグネットトルクＴｍが最大値を採らない状態で合計トルクＴｔの最大値を得るようにしているので、マグネットトルクＴｍを十分に利用することができない。したがって、必要な値の合計トルクＴｔを発生させようとすると、永久磁石を大きくしなければならず、モータが大型化してしまう。
【０００７】
また、モータを高速で駆動すると、モータの角速度ωとｑ軸インダクタンスＬｑとの積によって表される抵抗が大きくなるので、前記突極用のインダクタンス、すなわち、ｑ軸インダクタンスＬｑとｑ軸電流ｉｑとの積を小さくするために前記電流位相を、９０〔°〕に向けて進め、例えば、値θ２（例えば、７０〔°〕）にする必要があるが、この場合、突極を通過する磁束の数が少なくなるので、モータのトルク定数が小さくなり、マグネットトルクＴｍ及びリラクタンストルクＴｒが小さくなり、合計トルクＴｔも小さくなってしまう。その結果、モータによって発生させられる出力が小さくなってしまう。
【０００８】
本発明は、前記従来のモータの問題点を解決して、マグネットトルクを十分に利用することができ、小型化することができるとともに、高速で駆動したときにモータによって発生させられる出力を大きくすることができるモータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明のモータにおいては、回転自在に支持されたロータコアと、該ロータコアの円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石とを有する。
【００１０】
そして、前記ロータコアは、前記各永久磁石間の中央に等ピッチで形成された突極を備える。また、該各突極の開き角度の中心線は、隣接する二つの永久磁石の開き角度の各中心線の成す角の中心線と一致させられる。そして、前記各突極の形状は、前記ロータコアの回転方向における突極の中心とロータコアの軸心とを結ぶ線に対して非対称にされる。
【００１１】
本発明の他のモータにおいては、回転自在に支持されたロータコアと、該ロータコアの円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石とを有する。
【００１２】
そして、前記ロータコアは、前記各永久磁石間の中央に等ピッチで形成された突極を備える。また、該各突極の開き角度の中心線は、隣接する二つの永久磁石の開き角度の各中心線の成す角の中心線と一致させられる。そして、前記各突極において、前記ロータコアの回転方向における突極の中心より下流側のエアギャップが上流側のエアギャップより大きくされる。
【００１３】
本発明の更に他のモータにおいては、回転自在に支持されたロータコアと、該ロータコアの円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石とを有する。
【００１４】
そして、前記ロータコアは、前記各永久磁石間の中央に等ピッチで形成された突極を備える。また、該各突極の開き角度の中心線は、隣接する二つの永久磁石の開き角度の各中心線の成す角の中心線と一致させられる。そして、前記各突極の前半部にテーパ部が形成される。
【００１５】
本発明の更に他のモータにおいては、回転自在に支持されたロータコアと、該ロータコアの円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石とを有する。
【００１６】
そして、前記ロータコアは、前記各永久磁石間の中央に等ピッチで形成された突極を備える。また、該各突極の開き角度の中心線は、隣接する二つの永久磁石の開き角度の各中心線の成す角の中心線と一致させられる。そして、前記各突極の前半部に穴部が形成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図３は本発明の第１の実施の形態における車両駆動装置の要部を示す概略図である。
【００１９】
図において、１２は図示されないエンジンと直接連結された出力軸としてのクランクシャフト、１３はドライブプレート、１４は流体伝動装置としてのトルクコンバータ、２５は永久磁石式同期モータ等のモータである。前記トルクコンバータ１４は、センタピース１５、該センタピース１５と連結されたフロントカバー１６、該フロントカバー１６と連結されたポンプインペラ１７、該ポンプインペラ１７と対向させて配設され、ポンプインペラ１７と共にトーラスを構成し、かつ、タービンハブ１８を介して変速装置の入力軸１９と連結されたタービンランナ２１、ステータ２２、係脱自在に配設されたロックアップクラッチ装置２３、及びトルクコンバータ１４を介して伝達されるトルク、すなわち、伝達トルクの変動を吸収するダンパ装置２４を備える。
【００２０】
そして、前記トルクコンバータ１４において、前記エンジンから伝達された回転は、クランクシャフト１２、ドライブプレート１３及び環状プレート３８を介してフロントカバー１６に伝達され、該フロントカバー１６に固定されたポンプインペラ１７に伝達される。この場合、該ポンプインペラ１７が回転すると、トーラス内の油は、トルクコンバータ１４の軸の周囲を流れ、遠心力が加わってポンプインペラ１７、タービンランナ２１及びステータ２２間を循環し、タービンランナ２１を回転させ、前記入力軸１９に伝達される。
【００２１】
そして、ハイブリッド型車両の発進時等のように、前記ポンプインペラ１７が回転を開始したばかりで、ポンプインペラ１７とタービンランナ２１との回転速度差が大きい場合、タービンランナ２１から流れ出た油はポンプインペラ１７の回転を妨げる方向に流れる。そこで、ポンプインペラ１７とタービンランナ２１との間に前記ステータ２２が配設され、該ステータ２２は、ポンプインペラ１７とタービンランナ２１との回転速度差が大きいときに、ポンプインペラ１７の回転を助ける方向に油の流れを変換する。
【００２２】
続いて、前記タービンランナ２１の回転速度が高くなり、前記ポンプインペラ１７と前記タービンランナ２１との回転速度差が小さくなると、ステータ２２のブレードの表側に当たっていた油が裏側に当たるようになって、油の流れが妨げられる。そこで、前記ステータ２２を一定方向にだけ回転可能にするために、前記ステータ２２の内周側にワンウェイクラッチＦが配設される。したがって、油がブレードの裏側に当たるようになると、ワンウェイクラッチＦによってステータ２２は自然に回転するようになるので、前記油は円滑に循環する。
【００２３】
そして、ハイブリッド型車両が発進した後、あらかじめ設定された車速が得られると、ロックアップクラッチ装置２３が係合させられ、前記エンジンの回転が油を介することなく前記入力軸１９に直接伝達される。
【００２４】
ところで、前記モータ２５は、車両駆動装置ケース２６に固定されたステータ２８、及び該ステータ２８より径方向内方において、前記フロントカバー１６に取り付けられて回転自在に配設されたロータ３１を備え、前記ステータ２８は、ステータコア３２、及び該ステータコア３２に巻装されたコイル３３を備え、前記ロータ３１は、ロータコア３４、並びに該ロータコア３４の円周方向における複数箇所に配設された図示されない永久磁石及び図示されない突極を備える。そして、前記ロータ３１はクランクシャフト１２及びフロントカバー１６と一体に回転させられる。
【００２５】
前記ロータ３１はロータハブ３６を介して前記センタピース１５にセンタリングされ、前記ロータハブ３６は、フロントカバー１６と連結されるとともに、環状プレート３８を介してドライブプレート１３と連結される。なお、３５はロータコア３４及び前記永久磁石を挟むための側板、ｂｔ１、ｂｔ２はボルトである。
【００２６】
次に、電動車両駆動制御装置としてのハイブリッド型車両駆動制御装置について説明する。
【００２７】
図４は本発明の第１の実施の形態におけるハイブリッド型車両駆動制御装置の概略図である。
【００２８】
図において、１１はエンジン、１２はクランクシャフト、１４はトルクコンバータ、２５はモータ、２９は該モータ２５を駆動するためのモータインバータとしてのインバータ、３７は駆動輪、４１は、前記トルクコンバータ１４と連結され、トルクコンバータ１４から出力された回転を所定の変速段で変速する変速装置、４３はハイブリッド型車両を走行させるための電源となる第１のバッテリとしての主バッテリ、４５はハイブリッド型車両の補機を作動させるための電源となる第２のバッテリとしての補機バッテリである。前記インバータ２９は、リレーとしてのメインリレー４７及び直流ケーブルＣＢ１、ＣＢ２を介して主バッテリ４３に接続され、該主バッテリ４３から直流の電流が供給される。また、前記主バッテリ４３は、メインリレー４７、直流ケーブルＣＢ１、ＣＢ２、及び該直流ケーブルＣＢ１、ＣＢ２から分岐する直流ケーブルＣＢ３、ＣＢ４を介してＤＣ／ＤＣコンバータ４８に接続され、該ＤＣ／ＤＣコンバータ４８と前記補機バッテリ４５とが接続される。
【００２９】
本実施の形態において、前記主バッテリ４３における第１の電源電圧としての電圧は４２〔Ｖ〕であり、前記補機バッテリ４５における第２の電源電圧としての電圧は１２〔Ｖ〕であり、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ４８は、４２〔Ｖ〕の電圧を１２〔Ｖ〕の電圧に変換したり、１２〔Ｖ〕の電圧を４２〔Ｖ〕の電圧に変換したりする。また、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ４８内にスイッチ５６が配設され、該スイッチ５６をオン・オフすることによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ４８を作動させたり、ＤＣ／ＤＣコンバータ４８の作動を停止させたりすることができる。
【００３０】
前記インバータ２９の入口側に、インバータ２９に印加される直流の電圧、すなわち、モータインバータ電圧Ｖｉｎを検出するために直流電圧検出部としてのモータインバータ電圧センサ７６が配設され、前記直流ケーブルＣＢ２の所定の箇所に、インバータ２９に供給される直流の電流、すなわち、モータインバータ電流Ｉｉｎを検出するために直流電流検出部としてのモータインバータ電流センサ７８が配設される。そして、前記モータインバータ電圧Ｖｉｎは車両制御装置５１に、モータインバータ電流Ｉｉｎはモータ制御装置４９に送られる。なお、前記主バッテリ４３とインバータ２９との間に平滑用のコンデンサＣが接続される。
【００３１】
また、前記車両制御装置５１は、図示されないＣＰＵ、記録装置等から成り、車両駆動装置の全体の制御を行い、所定のプログラム、データ等に基づいてコンピュータとして機能する。前記車両制御装置５１に、エンジン制御装置４６、モータ制御装置４９及び自動変速機制御装置５２が接続される。そして、前記エンジン制御装置４６は、図示されないＣＰＵ、記録装置等から成り、エンジン１１の制御を行うために、スロットル開度θ、バルブタイミング等の指示信号をエンジン１１に送る。また、前記モータ制御装置４９は、図示されないＣＰＵ、記録装置等から成り、前記モータ２５の制御を行うために、駆動信号をインバータ２９に送る。そして、前記自動変速機制御装置５２は、図示されないＣＰＵ、記録装置等から成り、自動変速機の制御を行うために、ソレノイド信号等の各信号を変速装置４１に送る。なお、前記エンジン制御装置４６、モータ制御装置４９及び自動変速機制御装置５２によって第１の制御装置が、前記車両制御装置５１によって、第１の制御装置より上位に位置する第２の制御装置が構成される。また、前記エンジン制御装置４６、モータ制御装置４９及び自動変速機制御装置５２は、車両制御装置５１と同様に、所定のプログラム、データ等に基づいてコンピュータとして機能する。
【００３２】
前記インバータ２９は、駆動信号に従って駆動され、力行時に主バッテリ４３から直流の電流を受けて、各相の電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを発生させ、各相の電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷをモータ２５に供給し、回生時に該モータ２５から各相の電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを受けて、直流の電流を発生させ、主バッテリ４３に供給する。
【００３３】
そして、４４は前記主バッテリ４３の状態、すなわち、バッテリ状態としてのバッテリ残量ＳＯＣを検出するバッテリ残量検出装置、５３は変速操作部としての図示されないシフトレバーの位置、すなわち、シフトポジションＳＰを検出するシフトポジションセンサ、５５は図示されないアクセルペダルの位置（踏込量）、すなわち、アクセルペダル位置ＡＰを検出するエンジン負荷検出部及びアクセル操作検出部としてのアクセルスイッチ、６２は図示されないブレーキペダルの位置（踏込量）、すなわち、ブレーキペダル位置ＢＰを検出するブレーキ操作検出部としてのブレーキスイッチ、６３は主バッテリ４３の温度ｔｍＢを検出する温度検出部としてのバッテリ温度センサである。なお、前記アクセルペダル位置ＡＰによってエンジン１１に対する負荷、すなわち、エンジン負荷が表される。
【００３４】
そして、６８、６９はそれぞれ各相の電流ＩＵ、ＩＶを検出する交流電流検出部としての電流センサ、７２は前記バッテリ状態としてのバッテリ電圧ＶＢを検出する主バッテリ４３用の電圧検出部としてのバッテリ電圧センサである。前記バッテリ電圧ＶＢは車両制御装置５１に送られる。また、バッテリ状態として、バッテリ電流、バッテリ温度等を検出することもできる。なお、バッテリ残量検出装置４４、バッテリ電圧センサ７２、図示されないバッテリ電流センサ、図示されないバッテリ温度センサ等によってバッテリ状態検出部が構成される。また、電流ＩＵ、ＩＶはモータ制御装置４９に供給される。
【００３５】
前記車両制御装置５１は、前記エンジン制御装置４６にエンジン制御信号を送り、エンジン制御装置４６によってエンジン１１の駆動・停止を設定させる。また、前記車両制御装置５１の図示されない車速算出処理手段は、車速算出処理を行い、モータ２５のロータ３１（図３）の位置、すなわち、ロータ位置を読み込み、該ロータ位置の変化率を算出し、該変化率、及び前記センターピース１５から駆動輪３７までのトルク伝達系におけるギヤ比に基づいて車速を算出する。
【００３６】
そして、車両制御装置５１は、エンジン１１の回転速度、すなわち、エンジン回転速度ＮＥの目標値を表すエンジン目標回転速度ＮＥ＊　、及びモータ２５のトルク、すなわち、モータトルクＴの目標値を表すモータ目標トルクＴ＊　を設定する。本実施の形態においては、前記モータ２５を、エンジン１１を始動するためのスタータとして使用したり、発電機として使用したりするようになっているが、エンジン１１のスロットル開度θが変化してエンジントルクＴＥが変動したときに補助駆動源として使用することもできる。
【００３７】
次に、前記モータ制御装置４９の動作について説明する。この場合、モータ制御装置４９は、モータ２５のロータ３１の磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御を行う。
【００３８】
まず、モータ制御装置４９の図示されないモータ回転速度算出処理手段は、モータ回転速度算出処理を行い、前記ロータ位置を読み込み、該ロータ位置の変化率を算出することによってモータ２５の回転速度、すなわち、モータ回転速度Ｎを算出する。
【００３９】
続いて、前記モータ制御装置４９の図示されないモータ制御処理手段は、モータ制御処理を行い、モータ目標トルクＴ＊　及びバッテリ電圧ＶＢを読み込み、前記モータ回転速度Ｎ、モータ目標トルクＴ＊　及びバッテリ電圧ＶＢに基づいて、前記モータ制御装置４９の記録装置に記録されたモータ制御用の電流指令値マップを参照し、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊　及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊　を算出し、決定する。
【００４０】
また、前記モータ制御処理手段は、電流センサ６８、６９から電流ＩＵ、ＩＶを読み込むとともに、該電流ＩＵ、ＩＶに基づいて電流ＩＷ
ＩＷ＝ＩＵ−ＩＶ
を算出する。なお、電流ＩＷを電流ＩＵ、ＩＶと同様に電流センサによって検出することもできる。
【００４１】
続いて、前記モータ制御処理手段の図示されない交流電流算出処理手段は、交流電流算出処理を行い、交流の電流であるｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを算出する。そのために、前記交流電流算出処理手段は、３相／２相変換を行い、電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷをｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑに変換する。そして、前記モータ制御処理手段の図示されない交流電圧指令値算出処理手段は、交流電圧指令値算出処理を行い、前記ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑ、並びに前記ｄ軸電流指令値ｉｄ＊　及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊　に基づいて、電圧指令値Ｖｄ＊　、Ｖｑ＊　を算出する。また、前記モータ制御処理手段は、２相／３相変換を行い、電圧指令値Ｖｄ＊　、Ｖｑ＊　を電圧指令値ＶＵ＊　、ＶＶ＊　、ＶＷ＊　に変換し、該電圧指令値ＶＵ＊　、ＶＶ＊　、ＶＷ＊　に基づいてパルス幅変調信号ＳＵ、ＳＶ、ＳＷを算出し、該パルス幅変調信号ＳＵ、ＳＶ、ＳＷを前記モータ制御装置４９の図示されないドライブ処理手段に対して出力する。該ドライブ処理手段は、ドライブ処理を行い、パルス幅変調信号ＳＵ、ＳＶ、ＳＷに基づいて駆動信号を前記インバータ２９に送る。このようにして、モータ２５のフィードバック制御が行われる。
【００４２】
次に、前記モータ２５の構造について説明する。
【００４３】
図１は本発明の第１の実施の形態におけるロータの例を示す図、図５は本発明の第１の実施の形態におけるロータの要部を示す概念図である。
【００４４】
図において、３１はモータ２５の駆動に伴って矢印Ａ方向に回転させられるロータ、３４は回転自在に支持されたロータコア、３０は、該ロータコア３４の円周方向における複数箇所、本実施の形態においては、１２箇所に等ピッチで配設された永久磁石であり、前記ロータコア３４は、磁性体等、例えば、鋼材によって形成された環状の本体部５０、該本体部５０より径方向外方において、前記永久磁石３０を包囲して形成された磁石部としての保持部６５、及び前記各永久磁石３０間の中央に等ピッチで形成された突極５７を備え、永久磁石３０と突極５７との間に溝５８、５９が形成される。該保持部６５は、ロータ３１が回転させられたときに、遠心力に抗して永久磁石３０を保持する。
【００４５】
前記ロータ３１の円周方向において、前記突極５７の開き角度をα１とし、永久磁石３０の開き角度をα２とし、開き角度α１の中心線（ロータ３１の回転方向における突極５７の中心とロータコア３４の軸心（ロータ３１の軸心）とを結ぶ線）をε１とし、開き角度α２の中心線（ロータ３１の回転方向における永久磁石３０の中心とロータコア３４の軸心とを結ぶ線）をε２としたとき、前記中心線ε１は、二つの中心線ε２の成す角の中心線と一致させられる。
【００４６】
前記ロータ３１の外周には、ステータコア３２（図３）が配設され、該ステータコア３２には、７２個のティースが等ピッチで径方向内方に向けて突出させて形成され、各ティース間にスロットが形成される。
【００４７】
前記永久磁石３０は、前記中心線ε１によって設定されるｄ軸上に形成され、コイル３３に電流が供給されることによって形成される電磁石の位置を表す電流位相を変化させることにより、マグネットトルクＴｍを発生させる。また、突極５７は、前記中心線ε２によって設定されるｑ軸上に形成され、前記電流位相を変化させることによってリラクタンストルクＴｒを発生させる。ｑ軸はｄ軸から電気角で９０〔°〕進んだ位置に設定される。
【００４８】
ところで、前記突極５７の形状は、前記中心線ε１に対して非対称にされ、永久磁石３０の回転方向における下流側を前方とし、上流側を後方としたとき、突極５７の外周縁における前方の所定の領域、本実施の形態においては、突極５７の前端から中心線ε１よりわずかに後方に設定された箇所までの第１の領域（主として突極５７の前半部）に、テーパ部ｐａが形成され、前記第１の領域の後端から突極５７の後端までの第２の領域（主として突極５７の後半部）に、ロータ３１の円周方向に沿って延びる平坦（たん）部ｐｂが形成される。
【００４９】
ところで、前記永久磁石３０は、磁束の通りやすさからみてエアギャップと等価であるのに対して、突極５７は、本体部５０と一体に、磁性体、例えば、鋼材によって形成されるので、ステータコア３２に向けて、すなわち、径方向外方に向けて突出させられている量が多い分だけエアギャップが小さくなる。
【００５０】
したがって、前記第１の領域にテーパ部ｐａが形成されることによって、ステータ２２とロータ３１との間のエアギャップは、前記ロータコア３４の回転方向における突極５７の中心より下流側において大きくされる。
【００５１】
そして、突極５７の全体からみると、巻線にｑ軸電流ｉｑを流すことによる起磁力によって突極５７に発生する磁束密度分布の中心が、ロータ３１の回転方向（矢印Ａ方向）に対して逆方向、すなわち、矢印Ｂ方向にずらされる（オフセットされる）。
【００５２】
これはリラクタンストルクＴｒにとってのｑ軸が矢印Ｂ方向にずれたことと等価であるので、電流位相が０〔°〕であっても、リラクタンストルクＴｒを発生させることができ、該リラクタンストルクＴｒが最大値になる電流位相は、４５〔°〕から０〔°〕に近づく。なお、本実施の形態において、モータ２５はクランクシャフト１２を介してエンジン１１と連結されているので、一方向にだけ駆動され、ロータ３１は矢印Ａ方向にだけ回転させられる。
【００５３】
本実施の形態においては、第１の領域にテーパ部ｐａが形成されるので、ロータ３１を回転させたときに、各ティースと対応する突極５７とが切り換わる際の磁束の流れの変化を緩和することができる。したがって、脈動が発生するのを防止することができる。その結果、モータ２５を駆動したときに振動が発生するのを防止することができる。なお、モータ２５の特性に応じてテーパ部ｐａに代えて、第１の領域を所定のパターンで変形させることもできる。
【００５４】
図６は本発明の第１の実施の形態における電流位相とトルクとの関係図である。なお、図において、横軸に電流位相を、縦軸にトルクを採ってある。
【００５５】
図において、Ｔｍはマグネットトルクであり、極対数をＰとし、巻線を鎖交する永久磁石３０の磁束をφｍとし、マグネットトルクＴｍは、
Ｔｍ＝Ｐ・φｍ・ｉｑ
になる。ここで、ｑ軸電流ｉｑは、コイル３３（図３）に供給される電流をＩ（ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ）とすると、
ｉｑ＝√（３）・Ｉ・ｃｏｓθ
であるので、マグネットトルクＴｍは、
Ｔｍ＝Ｐ・φｍ・√（３）・Ｉ・ｃｏｓθ
になる。
【００５６】
また、Ｔｒはリラクタンストルクであり、ｄ軸インダクタンスをＬｄとし、ｑ軸インダクタンスをＬｑとし、ｄ軸電流をｉｄとしたとき、リラクタンストルクＴｒは、
Ｔｒ＝Ｐ・（Ｌｄ−Ｌｑ）・ｉｄ・ｉｑ
になる。ここで、ｄ軸電流ｉｄは、
ｉｄ＝√（３）・Ｉ・ｓｉｎθ
であるので、磁束の中心が矢印Ｂ方向に移動させられる角度（電気角）をβとすると、リラクタンストルクＴｒは、
Ｔｒ＝Ｐ・（Ｌｄ−Ｌｑ）・３・Ｉ２　・２・ｓｉｎ（２θ＋β）
＝６・Ｐ・（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉ２　・ｓｉｎ（２θ＋β）
になる。
【００５７】
また、ＴｔはマグネットトルクＴｍ及びリラクタンストルクＴｒを加算して得られる合計トルクであり、該合計トルクＴｔは、
Ｔｔ＝Ｐ・φｍ・√（３）・Ｉ・ｃｏｓθ＋
６・Ｐ・（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉ２　・ｓｉｎ（２θ＋β）
になる。この場合、電流位相が０〔°〕であるときに、マグネットトルクＴｍが最大値τｍａｘになり、リラクタンストルクＴｒが零（０）より大きい所定の値τｃになる。したがって、リラクタンストルクＴｒが最大値になる電流位相は、４５〔°〕から０〔°〕に近づき、θ４〔°〕になる。
【００５８】
そして、合計トルクＴｔの最大値は、電流位相が０〜θ４〔°〕の間の値θ３（例えば、３０〔°〕）で得られ、そのとき、マグネットトルクＴｍは最大値τｍａｘに近い値を採る。したがって、マグネットトルクＴｍを十分に利用することができるので、必要な値の合計トルクＴｔを発生させようとするときに、モータ２５を小型化することができる。
【００５９】
なお、前記テーパ部ｐａ（図５）が形成されない場合の合計トルクＴｔは、
Ｔｔ＝Ｐ・φｍ・√（３）・Ｉ・ｃｏｓθ＋
６・Ｐ・（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉ２　・ｓｉｎ２θ
である。
【００６０】
ところで、モータ２５が高回転領域で駆動され、角速度ωが大きくなると、ｑ軸インダクタンスＬｑと角速度ωとの積を表す値ω・Ｌｑがその分大きくなり、モータ２５の出力を大きくすることができなくなってしまう。そこで、モータ２５を高回転領域で駆動する場合に電流位相を所定の量だけ進め、弱め界磁制御を行うようにしている。
【００６１】
ところが、本実施の形態においては、巻線にｑ軸電流ｉｑを流すことによる起磁力によって突極５７に発生する磁束密度分布の中心が、ロータ３１の回転方向（矢印Ａ方向）に対して逆の矢印Ｂ方向に移動させられているので、その分通常の突極５７の形状に対して力行側におけるｑ軸インダクタンスＬｑが小さい。したがって、弱め界磁制御を行う際の電流位相を進める量をその分だけ少なくすることができる。その結果、合計トルクＴｔが小さくなるのを防止することができ、モータ２５によって発生させられる出力を大きくすることができる。
【００６２】
次に、モータ２５が低回転領域で駆動され、角速度ωが低い場合、及びモータ２５が高回転領域で駆動され、角速度ωが高い場合のコイル３３に印加される電圧Ｖ（ＶＵ、ＶＶ、ＶＷ）について説明する。
【００６３】
図７はオフセットがない場合のモータの低回転領域の駆動状態を示す比較図、図８はオフセットがない場合のモータの高回転領域の駆動状態を示す比較図、図９は本発明の第１の実施の形態におけるモータの低回転領域の駆動状態を示す図、図１０は本発明の第１の実施の形態におけるモータの高回転領域の駆動状態を示す図である。
【００６４】
ところで、ｄ−ｑ軸モデル上のｑ軸電圧をＶｑとし、ｄ軸電圧をＶｄとしたとき、電圧Ｖは、
Ｖ＝√（Ｖｑ２　＋Ｖｄ２　）
であり、ロータ３１（図３）の角速度をωとし、ステータ２８の抵抗をＲとし、巻線を鎖交する永久磁石３０の磁束をφｍとすると、ｑ軸電圧Ｖｑは、電圧方程式から
Ｖｑ＝ω・φｍ＋Ｒ・ｉｑ
になる。また、オフセットがない場合のｑ軸インダクタンスＬｑをＬｑ１としたとき、ｄ軸電圧Ｖｄは、電圧方程式から
Ｖｄ＝−ω・Ｌｑ１・ｉｑ
になる。
【００６５】
そして、従来のモータのように、オフセットがない場合でモータ２５が低回転領域で駆動されると、図７に示されるように、電圧Ｖは、破線で示される上限値の範囲内に収まる。
【００６６】
また、オフセットがない場合でモータ２５が高回転領域で駆動されると、角速度ωが高くなるのに伴って、ｑ軸電圧Ｖｑが大きくなり、図８に示されるように、理論上、必要になる電圧Ｖ′は、上限値の範囲を超え、電圧飽和が発生してしまう。そこで、弱め界磁制御が行われ、負のｄ軸電流ｉｄが供給され、ｄ軸電圧Ｖｄは、
Ｖｄ＝−ω・Ｌｑ１・ｉｑ＋Ｒ・ｉｄ
にされる。また、ｑ軸電圧Ｖｑは、
Ｖｑ＝ω・φｍ＋Ｒ・ｉｑ＋ω・Ｌｄ・ｉｄ
になる。
【００６７】
このようにして、図８に示されるように、電圧Ｖは、破線で示される上限値の範囲内に収まるようになる。
【００６８】
一方、本実施の形態において、オフセットがある場合のｑ軸インダクタンスＬｑをＬｑ２としたとき、
Ｌｑ２＜Ｌｑ１
であるので、
Ｖｄ＝−ω・Ｌｑ２・ｉｑ＋Ｒ・ｉｄ
にされる。また、ｑ軸電圧Ｖｑは、
Ｖｑ＝ω・φｍ＋Ｒ・ｉｑ＋ω・Ｌｄ・ｉｄ
になり、モータ２５が低回転領域で駆動されると、図９に示されるように、電圧Ｖは、上限値の範囲内に収まる。
【００６９】
そして、オフセットがある場合でモータ２５が高回転領域で駆動されると、角速度ωが高くなるのに伴って、ｑ軸電圧Ｖｑが大きくなり、図１０に示されるように、理論上、必要になる電圧Ｖ′は、上限値の範囲を超えてしまう。そこで、弱め界磁制御が行われ、負のｄ軸電流ｉｄが供給され、ｄ軸電圧Ｖｄは、
Ｖｄ＝−ω・Ｌｑ２・ｉｑ＋Ｒ・ｉｄ
にされる。また、ｑ軸電圧Ｖｑは、
Ｖｑ＝ω・φｍ＋Ｒ・ｉｑ＋ω・Ｌｄ・ｉｄ
になる。
【００７０】
ところが、本実施の形態においては、オフセットがある場合のｑ軸インダクタンスＬｑの値Ｌｑ２が値Ｌｑ１より小さいので、図１０の電圧Ｖ′は図８の電圧Ｖ′と比べて小さい。したがって、弱め界磁制御を開始するモータ回転速度Ｎを高くすることができる。また、弱め界磁制御において供給されるｄ軸電流ｉｄを小さくすることができる。
【００７１】
その結果、高速で駆動したときに、合計トルクＴｔが小さくなるのを防止することができ、モータによって発生させられる出力を大きくすることができる。
【００７２】
次に、モータ２５を駆動してモータトルクＴを発生させる力行時においてコイル３３に印加される電圧を力行時モータ電圧Ｖｍｏｔとし、モータ２５によって逆方向のモータトルクＴが出力される回生時においてコイル３３に印加される電圧を回生時モータ電圧Ｖｇｅｎとしたときの、力行時モータ電圧Ｖｍｏｔ及び回生時モータ電圧Ｖｇｅｎの特性について説明する。
【００７３】
図１１は本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置の概念図、図１２はオフセットがない場合の力行時モータ電圧及び回生時モータ電圧の特性図、図１３は本発明の第１の実施の形態における力行時モータ電圧及び回生時モータ電圧の特性図である。なお、図１２及び１３において、横軸にモータ回転速度Ｎを、縦軸にモータトルクＴを採ってある。
【００７４】
図１１において、２５はモータ、２９はインバータ、４３は主バッテリである。ここで、バッテリ電圧をＶＢとし、バッテリ電流をＩＢとし、主バッテリ４３の内部抵抗をＲ１とし、モータインバータ電流をＩｉｎとし、インバータ２９のスイッチング抵抗をＲ２とし、直流ケーブルＣＢ１、ＣＢ２（図４）の抵抗をＲ３とすると、力行時モータ電圧Ｖｍｏｔは、
Ｖｍｏｔ＝ＶＢ−ＩＢ・Ｒ１−Ｉｉｎ・Ｒ２−Ｉｉｎ・Ｒ３
になる。また、回生時モータ電圧Ｖｇｅｎは、
Ｖｇｅｎ＝ＶＢ＋Ｉｉｎ・Ｒ３＋Ｉｉｎ・Ｒ２＋ＩＢ・Ｒ１
になる。
【００７５】
力行時と回生時とでバッテリ電圧ＶＢが等しい場合において、従来のモータのようにオフセットがないと、図１２に示されるように、高回転時において、同じモータ回転速度Ｎでは、回生時のモータトルクＴｇｅｎは力行時のモータトルクＴｍｏｔより大きい。そして、本実施の形態においては、オフセットがあるので、力行時は、従来よりもｑ軸インダクタンスＬｑが小さくなり、弱め界磁制御を行う際の電流位相の進め量を小さくすることができ、トルク定数（＝トルク／電流）の高い電流位相で制御することができるため、高回転時のモータトルクＴｍｏｔが大きくなり、回生時は逆に、従来よりｑ軸インダクタンスＬｑが大きくなるのでモータトルクＴｇｅｎがその分低くなる。その結果、図１３に示されるように、回生時のモータトルクＴｇｅｎと力行時のモータトルクＴｍｏｔとを等しくすることができ、力行時及び回生時のモータ２５の出力を平準化することができる。
【００７６】
本実施の形態においては、各突極５７における第１の領域にテーパ部ｐａが形成されるようになっているが、各突極５７における第１の領域の軸方向の寸法を、第２の領域の軸方向の寸法より小さくすることもできる。
【００７７】
また、各突極５７における第１の領域の軸方向の寸法を、ロータ３１の円周方向における下流側ほど小さくなるように徐々に変化させることもできる。
【００７８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００７９】
図１４は本発明の第２の実施の形態におけるロータの例を示す図である。
【００８０】
図において、２５はモータ、３１はロータ、３０は永久磁石、１５７は突極である。この場合、該突極１５７の形状は、中心線ε１に対して非対称にされ、突極１５７における前方の所定の領域、本実施の形態においては、突極１５７の前半部の第１の領域に、軸方向に延びる穴部１５８が形成される。該穴部１５８は断面が円形の形状を有するが、他の任意の形状を有することもできる。
【００８１】
前記穴部１５８は、磁束の通りやすさからみて、エアギャップと等価であるので、穴部１５８の径方向外方におけるエアキャップが見掛け上大きくなり、突極５７の全体からみると、巻線にｑ軸電流ｉｑを流すことによる起磁力によって突極１５７に発生する磁束密度分布の中心が、ロータ３１の回転方向（矢印Ａ方向）に対して逆の矢印Ｂ方向（図５）にずらされる。
【００８２】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００８３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、モータにおいては、回転自在に支持されたロータコアと、該ロータコアの円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石とを有する。
【００８４】
そして、前記ロータコアは、前記各永久磁石間の中央に等ピッチで形成された突極を備える。また、該各突極の開き角度の中心線は、隣接する二つの永久磁石の開き角度の各中心線の成す角の中心線と一致させられる。そして、前記各突極の形状は、前記ロータコアの回転方向における突極の中心とロータコアの軸心とを結ぶ線に対して非対称にされる。
【００８５】
この場合、巻線にｑ軸電流を流すことによる起磁力によって突極に発生する磁束密度分布の中心がロータの回転方向に対して逆方向にずらされる。したがって、マグネットトルクを十分に利用することができ、モータを小型化することができる。
【００８６】
また、弱め界磁制御を行う際の電流位相を進める量をその分だけ少なくすることができるので、合計トルクが小さくなるのを防止することができ、モータによって発生させられる出力を大きくすることができる。
【００８７】
そして、回生時のモータトルクが低くなるので、回生時のモータトルクと力行時のモータトルクとを等しくすることができ、力行時及び回生時のモータの出力を平準化することができる。
【００８８】
本発明の他のモータにおいては、回転自在に支持されたロータコアと、該ロータコアの円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石とを有する。
【００８９】
そして、前記ロータコアは、前記各永久磁石間の中央に等ピッチで形成された突極を備える。また、該各突極の開き角度の中心線は、隣接する二つの永久磁石の開き角度の各中心線の成す角の中心線と一致させられる。そして、前記各突極の前半部にテーパ部が形成される。
【００９０】
この場合、各突極の前半部にテーパ部が形成されるので、ロータコアを回転させたときに、各ティースと対応する突極とが切り換わる際の磁束の流れの変化を緩和することができる。したがって、脈動が発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるロータの例を示す図である。
【図２】電流位相とトルクとの関係図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における車両駆動装置の要部を示す概略図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるハイブリッド型車両駆動制御装置の概略図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるロータの要部を示す概念図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における電流位相とトルクとの関係図である。
【図７】オフセットがない場合のモータの低回転領域の駆動状態を示す比較図である。
【図８】オフセットがない場合のモータの高回転領域の駆動状態を示す比較図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態におけるモータの低回転領域の駆動状態を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態におけるモータの高回転領域の駆動状態を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置の概念図である。
【図１２】オフセットがない場合の力行時モータ電圧及び回生時モータ電圧の特性図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態における力行時モータ電圧及び回生時モータ電圧の特性図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態におけるロータの例を示す図である。
【符号の説明】
２５　　モータ
３０　　永久磁石
３４　　ロータコア
５７、１５７　　突極
１５８　　穴部
ｐａ　　テーパ部
【図１】
2004032947.tif 000003
【図２】
2004032947.tif 000004
【図３】
2004032947.tif 000005
【図４】
2004032947.tif 000006
【図５】
2004032947.tif 000007
【図６】
2004032947.tif 000008
【図７】
2004032947.tif 000009
【図８】
2004032947.tif 000010
【図９】
2004032947.tif 000011
【図１０】
2004032947.tif 000012
【図１１】
2004032947.tif 000013
【図１２】
2004032947.tif 000014
【図１３】
2004032947.tif 000015
【図１４】
2004032947.tif 000016