(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
前記固定子に空隙を介して配置された回転子と、
前記回転子の鉄心の内部に周方向に設けられた複数の磁極と、を有し、
前記回転子の磁極間鉄心部分にスリットを設けるとともに、
前記磁極と前記磁極間鉄心部分の間には磁気的空隙が設けられており、
前記スリットと前記磁極の間の鉄心部分は、前記回転子の回転によって前記磁極及び前記磁極の外側の回転子鉄心部分に遠心力が発生し、当該遠心力によって前記スリットと前記磁極の間の鉄心部分に応力がかかったときに、圧縮応力を生じさせる部位を有し、
前記回転子の外周から前記磁気的空隙の内周側端部までの寸法に比べ、前記回転子の外周から前記スリットの底部までの寸法が長い回転電機。
【請求項２】
請求項１記載の回転電機であって、
当該スリットと前記磁極の間の鉄心部分は、前記圧縮応力を生じさせる部位によって、当該鉄心部分に生じる応力が分散されている回転電機。
【請求項３】
請求項１記載の回転電機であって、
前記磁気的空隙の径方向長さは、前記磁極の径方向長さよりも小さく、さらに前記磁気的空隙と前記磁極の径方向外周面は、ほぼ同一の径方向深さに位置しており、
前記スリットは、周方向の幅が径方向に略同一に設けられている回転電機。
【請求項４】
請求項１記載の回転電機であって、
前記磁気的空隙の径方向長さは、前記磁極の径方向長さよりも小さく、さらに前記磁気的空的と前記磁極の径方向外周面は、ほぼ同一の径方向深さに位置しており、
前記スリットは、前記磁気的空隙に対して径方向に対応する部位では、周方向の幅が径方向に略同一に設けられており、前記磁気的空隙よりも径方向内側の部位では、周方向幅が前記磁気的空隙に対応している部位よりも大きい回転電機。
【請求項５】
請求項１記載の回転電機であって、
前記磁極に対して周方向に隣接した鉄心部分は、前記磁気的空隙に周方向に隣接している部分から前記磁極に向かって湾曲する部位を有する回転電機。
【請求項６】
請求項１記載の回転電機であって、
前記スリットの開口部のうち、反磁極側の部位に切欠きを設けた回転電機。
【請求項７】
請求項１記載の回転電機であって、
前記スリットの開口部に比べ、前記スリットの底部が前記回転子の磁極中央方向に形成されている回転電機。
【請求項８】
請求項７記載の回転電機であって、
前記スリットと前記非磁性部の間に存在する前記回転子鉄心の前記回転子周方向における厚さが、前記スリットの底部と磁石挿入孔の間に存在する前記回転子鉄心の前記回転子周方向における厚さと略等しい回転電機。
【請求項９】
請求項１記載の回転電機であって、
前記磁極間鉄心部分は、前記固定子の起磁力によるリラクタンストルクを発生する補助磁極としての機能を有する回転電機。
【請求項１０】
請求項１記載の回転電機であって、
それぞれ前記磁極は、複数の永久磁石を周方向に同一磁極方向に並べたものである回転電機。
【請求項１１】
請求項１記載の回転電機であって、
それぞれ前記磁極は、複数の永久磁石を周方向に同一磁極方向に並べたものであり、軸方向断面形状が、前記固定子側に開口するＶ字型に設けられている回転電機。
【請求項１２】
請求項１記載の回転電機であって、
前記固定子は、環状のヨーク鉄心と、該ヨーク鉄心から径方向に突出した複数のティース鉄心から構成されている固定子鉄心と、該固定子鉄心に装着された固定子巻線とを有する回転電機。
【請求項１３】
内燃機関の駆動力と、請求項１記載の回転電機の駆動力とによって駆動されるハイブリッド自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機およびそれを用いたハイブリッド自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機、特に車両の駆動用として用いられる永久磁石回転電機には、その制御回路であるインバータ装置を含めて小型化と高出力化が要求されている。特に低速回転域において大トルクの出力が可能であり、かつ高速回転域においても高出力が可能な永久磁石回転電機が望まれている。このため、永久磁石回転電機としては従来、高速回転時に弱め界磁が可能であり、しかもリラクタンストルクを活用できる補助突極付の埋込型永久磁石式回転電機が用いられている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、高速回転時の遠心力に対する機械的な強度を向上させるために、永久磁石の固定子側にある回転子鉄心と、永久磁石の回転子の中心軸側にある回転子鉄心とを機械的に接続するブリッジ部を設けるものが知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開１０−１２６９８５号公報
【特許文献２】特開２００６−１８７１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両駆動に用いられる永久磁石式回転電機は、体格あたりに要求されるトルクが非常に大きい。また、回転電機から出力されるトルクを大きくするためには一般に、固定子巻線に流す電流を大きくすればよい。しかし、電流を大きくすると、その分、発熱が大きくなるので、電流密度に熱的な制約が生じる。従って、車両駆動に用いられる永久磁石式回転電機において少しでも多くのトルクを出力するためには、永久磁石の磁束を有効に利用することが有効である。
【０００６】
埋込型永久磁石式回転電機において永久磁石の有効磁束を増やすためには、永久磁石の埋め込み深さを小さく（浅く）して漏れ磁束を少なくすればよい。しかしながら、車両駆動に用いられる埋込型永久磁石式回転電機は高回転で使用されるので、永久磁石の埋め込み深さを小さく（浅く）するためには、遠心力に対する機械的な強度を向上させ、高回転に耐え得る構造とする必要がある。
【０００７】
遠心力に対する機械的な強度を向上させるために前述のブリッジ部を設けた場合、当該ブリッジ部が鉄心と同様の磁性体であることから、ブリッジ部を持たない回転電機に比べ永久磁石の有効磁束は少なくなる可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、永久磁石の有効磁束を考慮しながら、高回転に耐え得る構造をもつ回転電機、及びそれを用いたハイブリッド自動車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、回転子が回転する際に、磁石を保持している鉄心部分に圧縮応力を発生させるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、永久磁石の有効磁束を考慮しながら、高回転に耐え得る構造をもつ回転電機、及びそれを用いたハイブリッド自動車を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態は、例えば、永久磁石式回転電機の回転子鉄心に、回転時に圧縮応力を故意に発生させる構造を設け、回転子鉄心に発生する引張応力を低減する回転電機である。ここで、回転時に前記回転子鉄心に発生する圧縮応力と引張応力の絶対値が略等しくなるようにすることが好ましい。
【００１２】
さらに具体的には、永久磁石を内部に埋め込むための磁石挿入孔と、その両側に非磁性部と、さらにその両側に回転子鉄心の外周側からのスリットを有し、回転子の外周から非磁性部までの寸法に比べ、回転子の外周から前記スリットの底部までの寸法を長くすることである。ここで、スリットの開口部に比べてスリットの底部が回転子の磁極中央方向に形成されていることが好ましい。さらに、スリットと非磁性部の間に存在する回転子鉄心の回転子周方向における厚さが、スリットの底部と磁石挿入孔の間に存在する回転子鉄心の回転子周方向における厚さと略等しいことが好ましい。
【００１３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１４】
まず、本実施例のモータジェネレータが適用される車両の構成を図１に基づいて説明する。本実施例では、２つの異なる動力源を持つハイブリッド電気自動車を例に挙げて説明する。
【００１５】
本実施例のハイブリッド電気自動車は、内燃機関であるエンジンＥＮＧと、モータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを、モータジェネレータＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷをそれぞれ駆動するように構成された四輪駆動式のものである。本実施例では、エンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを、モータジェネレータＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷをそれぞれ駆動する場合について説明するが、モータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを、エンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷをそれぞれ駆動するようにしてもよい。
【００１６】
前輪ＦＬＷ，ＦＲＷの前輪車軸ＦＤＳには差動装置ＦＤＦを介して変速機Ｔ／Ｍが機械的に接続されている。変速機Ｔ／Ｍには動力分配機構ＰＳＭを介してモータジェネレータＭＧ１とエンジンＥＮＧが機械的に接続されている。動力分配機構ＰＳＭは、回転駆動力の合成や分配を司る機構である。モータジェネレータＭＧ１の固定子巻線にはインバータ装置ＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。インバータ装置ＩＮＶは、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、モータジェネレータＭＧ１の駆動を制御するものである。インバータ装置ＩＮＶの直流側にはバッテリＢＡＴが電気的に接続されている。
【００１７】
後輪ＲＬＷ，ＲＲＷの後輪車軸ＲＤＳには差動装置ＲＤＦと減速機ＲＧを介してモータジェネレータＭＧ２が機械的に接続されている。モータジェネレータＭＧ２の固定子巻線にはインバータ装置ＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。ここで、インバータ装置ＩＮＶはモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対して共用のものであって、モータジェネレータＭＧ１用のパワーモジュールＰＭＵ１及び駆動回路装置ＤＣＵ１と、モータジェネレータＭＧ２用のパワーモジュールＰＭＵ２及び駆動回路装置ＤＣＵ２と、モータ制御装置ＭＣＵとを備えている。
【００１８】
エンジンＥＮＧにはスタータＳＴＲが取り付けられている。スタータＳＴＲはエンジンＥＮＧを始動させるための始動装置である。
【００１９】
エンジン制御装置ＥＣＵは、エンジンＥＮＧの各コンポーネント機器（絞り弁，燃料噴射弁など）を動作させるための制御値をセンサや他制御装置などからの入力信号に基づいて演算する。この制御値は制御信号としてエンジンＥＮＧの各コンポーネント機器の駆動装置に出力される。これにより、エンジンＥＮＧの各コンポーネント機器の動作が制御される。
【００２０】
変速機Ｔ／Ｍの動作は変速機制御装置ＴＣＵによって制御されている。変速機制御装置ＴＣＵは、変速機構を動作させるための制御値をセンサや他制御装置などからの入力信号に基づいて演算する。この制御値は制御信号として変速機構の駆動装置に出力される。これにより、変速機Ｔ／Ｍの変速機構の動作が制御される。
【００２１】
バッテリＢＡＴはバッテリ電圧が２００ｖ以上の高電圧のリチウムイオンバッテリであり、バッテリ制御装置ＢＣＵによって充放電や寿命などが管理されている。バッテリ制御装置ＢＣＵには、バッテリの充放電や寿命などを管理するために、バッテリＢＡＴの電圧値及び電流値などが入力されている。尚、図示省略したが、バッテリとしては、バッテリ電圧１２ｖの低圧バッテリも搭載されており、制御系の電源，ラジオやライトなどの電源として用いられている。
【００２２】
エンジン制御装置ＥＣＵ，変速機制御装置ＴＣＵ，モータ制御装置ＭＣＵ及びバッテリ制御装置ＢＣＵは車載用ローカルエリアネットワークＬＡＮを介して相互に電気的に接続されていると共に、総合制御装置ＧＣＵと電気的に接続されている。これにより、各制御装置間では双方向の信号伝送が可能になり、相互の情報伝達，検出値の共有などが可能になる。総合制御装置ＧＣＵは、車両の運転状態に応じて各制御装置に指令信号を出力するものである。例えば総合制御装置ＧＣＵは、運転者の加速要求に基づいたアクセルの踏み込み量に応じて車両の必要トルク値を算出し、この必要トルク値を、エンジンＥＮＧの運転効率が良くなるように、エンジンＥＮＧ側の出力トルク値とモータジェネレータＭＧ１側の出力トルク値とに分配し、分配されたエンジンＥＮＧ側の出力トルク値をエンジントルク指令信号としてエンジン制御装置ＥＣＵに出力し、分配されたモータジェネレータＭＧ１側の出力トルク値をモータトルク指令信号としてモータ制御装置ＭＣＵに出力する。
【００２３】
次に、本実施例のハイブリッド自動車の動作について説明する。
【００２４】
ハイブリッド電気自動車の始動時，低速走行時（エンジンＥＮＧの運転効率（燃費）が低下する走行領域）は、モータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する。尚、本実施例では、ハイブリッド電気自動車の始動時及び低速走行時、モータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する場合について説明するが、モータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動し、モータジェネレータＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもよい）。インバータ装置ＩＮＶにはバッテリＢＡＴから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータ装置ＩＮＶによって三相交流電力に変換される。これによって得られた三相交流電力はモータジェネレータＭＧ１の固定子巻線に供給される。これにより、モータジェネレータＭＧ１は駆動され、回転出力を発生する。この回転出力は動力分配機構ＰＳＭを介して変速機Ｔ／Ｍに入力される。入力された回転出力は変速機Ｔ／Ｍによって変速され、差動装置ＦＤＦに入力される。入力された回転出力は差動装置ＦＤＦによって左右に分配され、左右の前輪車軸ＦＤＳにそれぞれ伝達される。これにより、前輪車軸ＦＤＳが回転駆動される。そして、前輪車軸ＦＤＳの回転駆動によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷが回転駆動される。
【００２５】
ハイブリッド電気自動車の通常走行時（乾いた路面を走行する場合であって、エンジンＥＮＧの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、エンジンＥＮＧによって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する。このため、エンジンＥＮＧの回転出力は動力分配機構ＰＳＭを介して変速機Ｔ／Ｍに入力される。入力された回転出力は変速機Ｔ／Ｍによって変速される。変速された回転出力は差動装置ＦＤＦを介して前輪車軸ＦＤＳに伝達される。これにより、前輪ＦＬＷ，ＦＲＷが回転駆動される。また、バッテリＢＡＴの充電状態を検出し、バッテリＢＡＴを充電する必要がある場合は、エンジンＥＮＧの回転出力を、動力分配機構ＰＳＭを介してモータジェネレータＭＧ１に分配し、モータジェネレータＭＧ１を回転駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は発電機として動作する。この動作により、モータジェネレータＭＧ１の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータ装置ＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡＴに供給される。これにより、バッテリＢＡＴは充電される。
【００２６】
ハイブリッド電気自動車の四輪駆動走行時（雪道などの低μ路を走行する場合であって、エンジンＥＮＧの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、モータジェネレータＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷを駆動する。また、上記通常走行と同様に、エンジンＥＮＧによって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する。さらに、モータジェネレータＭＧ１の駆動によってバッテリＢＡＴの蓄電量が減少するので、上記通常走行と同様に、エンジンＥＮＧの回転出力によってモータジェネレータＭＧ１を回転駆動してバッテリＢＡＴを充電する。モータジェネレータＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷを駆動するために、インバータ装置ＩＮＶにはバッテリＢＡＴから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータ装置ＩＮＶによって三相交流電力に変換され、この変換によって得られた交流電力がモータジェネレータＭＧ２の固定子巻線に供給される。これにより、モータジェネレータＭＧ２は駆動され、回転出力を発生する。発生した回転出力は、減速機ＲＧによって減速されて差動装置ＲＤＦに入力される。入力された回転出力は差動装置ＲＤＦによって左右に分配され、左右の後輪車軸ＲＤＳにそれぞれ伝達される。これにより、後輪車軸ＲＤＳが回転駆動される。そして、後輪車軸ＲＤＳの回転駆動によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷが回転駆動される。
【００２７】
ハイブリッド電気自動車の加速時は、エンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する。尚、本実施例では、ハイブリッド電気自動車の加速時、エンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する場合について説明するが、エンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動し、モータジェネレータＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもよい）。エンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ１の回転出力は動力分配機構ＰＳＭを介して変速機Ｔ／Ｍに入力される。入力された回転出力は変速機Ｔ／Ｍによって変速される。変速された回転出力は差動装置ＦＤＦを介して前輪車軸ＦＤＳに伝達される。これにより、前輪ＦＬＷ，ＦＲＷが回転駆動される。
【００２８】
ハイブリッド電気自動車の回生時（ブレーキを踏み込み時，アクセルの踏み込みを緩めた時或いはアクセルの踏み込みを止めた時などの減速時）は、前輪ＦＬＷ，ＦＲＷの回転力を前輪車軸ＦＤＳ，差動装置ＦＤＦ，変速機Ｔ／Ｍ，動力分配機構ＰＳＭを介してモータジェネレータＭＧ１に伝達し、モータジェネレータＭＧ１を回転駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は発電機として動作する。この動作により、モータジェネレータＭＧ１の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータ装置ＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡＴに供給される。これにより、バッテリＢＡＴは充電される。一方、後輪ＲＬＷ，ＲＲＷの回転力を後輪車軸ＲＤＳ，差動装置ＲＤＦ，減速機ＲＧを介してモータジェネレータＭＧ２に伝達し、モータジェネレータＭＧ２を回転駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は発電機として動作する。この動作により、モータジェネレータＭＧ２の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータ装置ＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡＴに供給される。これにより、バッテリＢＡＴは充電される。
【００２９】
図２は、本実施例のインバータ装置ＩＮＶの構成を示す。
【００３０】
インバータ装置ＩＮＶは、前述したように、パワーモジュールＰＭＵ１，ＰＭＵ２、駆動回路装置ＤＣＵ１，ＤＣＵ２及びモータ制御装置ＭＣＵから構成されている。パワーモジュールＰＭＵ１，ＰＭＵ２は同一構成のものである。駆動回路装置ＤＣＵ１，ＤＣＵ２は同一構成のものである。
【００３１】
パワーモジュールＰＭＵ１，ＰＭＵ２は、バッテリＢＡＴから供給された直流電力を交流電力に変換して、それを対応するモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に供給する変換回路（主回路ともいう）を構成している。また、変換回路は、対応するモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２から供給された交流電力を直流電力に変換してバッテリＢＡＴに供給することもできる。
【００３２】
変換回路はブリッジ回路であり、三相分の直列回路がバッテリＢＡＴの正極側と負極側との間に電気的に並列に接続されて構成されている。直列回路はアームとも呼ばれ、２つの半導体素子によって構成されている。
【００３３】
アームは相毎に、上アーム側のパワー半導体素子と下アーム側のパワー半導体素子とが電気的に直列に接続されて構成されている。本実施例では、パワー半導体素子として、スイッチング半導体素子であるＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いている。ＩＧＢＴを構成する半導体チップは、コレクタ電極，エミッタ電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。ＩＧＢＴのコレクタ電極とエミッタ電極との間にはＩＧＢＴとは別チップのダイオードが電気的に接続されている。ダイオードは、ＩＧＢＴのエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向になるように、ＩＧＢＴのエミッタ電極とコレクタ電極との間に電気的に接続されている。尚、パワー半導体素子としては、ＩＧＢＴの代わりにＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いる場合もある。この場合、ダイオードは省略される。
【００３４】
パワー半導体素子Ｔｐｕ１のエミッタ電極とパワー半導体素子Ｔｎｕ１のコレクタ電極が電気的に直列に接続されることにより、パワーモジュールＰＭＵ１のｕ相アームが構成されている。ｖ相アーム，ｗ相アームもｕ相アームと同様に構成されており、パワー半導体素子Ｔｐｖ１のエミッタ電極とパワー半導体素子Ｔｎｖ１のコレクタ電極が電気的に直列に接続されることにより、パワーモジュールＰＭＵ１のｖ相アームが、パワー半導体素子Ｔｐｗ１のエミッタ電極とパワー半導体素子Ｔｎｗ１のコレクタ電極が電気的に直列に接続されることにより、パワーモジュールＰＭＵ１のｗ相アームがそれぞれ構成されている。パワーモジュールＰＭＵ２についても、上述したパワーモジュールＰＭＵ１と同様の接続関係で各相のアームが構成されている。
【００３５】
パワー半導体素子Ｔｐｕ１，Ｔｐｖ１，Ｔｐｗ１，Ｔｐｕ２，Ｔｐｖ２，Ｔｐｗ２のコレクタ電極はバッテリＢＡＴの高電位側（正極側）に電気的に接続されている。パワー半導体素子Ｔｎｕ１，Ｔｎｖ１，Ｔｎｗ１，Ｔｎｕ２，Ｔｎｖ２，Ｔｎｗ２のエミッタ電極はバッテリＢＡＴの低電位側（負極側）に電気的に接続されている。
【００３６】
パワーモジュールＰＭＵ１のｕ相アーム（ｖ相アーム，ｗ相アーム）の中点（各アームの上アーム側パワー半導体素子のエミッタ電極と下アーム側パワー半導体素子のコレクタ電極との接続部分）は、モータジェネレータＭＧ１のｕ相（ｖ相，ｗ相）の固定子巻線に電気的に接続されている。
【００３７】
パワーモジュールＰＭＵ２のｕ相アーム（ｖ相アーム，ｗ相アーム）の中点（各アームの上アーム側パワー半導体素子のエミッタ電極と下アーム側パワー半導体素子のコレクタ電極との接続部分）は、モータジェネレータＭＧ２のｕ相（ｖ相，ｗ相）の固定子巻線に電気的に接続されている。
【００３８】
バッテリＢＡＴの正極側と負極側との間には、パワー半導体素子が動作することによって生じる直流電圧の変動を抑制するために、平滑用の電解コンデンサＳＥＣが電気的に接続されている。
【００３９】
駆動回路装置ＤＣＵ１，ＤＣＵ２は、モータ制御装置ＭＣＵから出力された制御信号に基づいて、パワーモジュールＰＭＵ１，ＰＭＵ２の各パワー半導体素子を動作させる駆動信号を出力し、各パワー半導体素子を動作させる駆動部を構成するものであり、絶縁電源，インタフェース回路，駆動回路，センサ回路及びスナバ回路（いずれも図示省略）などの回路部品から構成されている。
【００４０】
モータ制御装置ＭＣＵは、マイクロコンピュータから構成された演算装置であり、複数の入力信号を入力し、パワーモジュールＰＭＵ１，ＰＭＵ２の各パワー半導体素子を動作させるための制御信号を駆動回路装置ＤＳＵ１，ＤＳＵ２に出力する。入力信号としてはトルク指令値τ*１，τ*２、電流検知信号Ｉｕ１〜Ｉｗ１，Ｉｕ２〜Ｉｗ２、磁極位置検知信号θ１，θ２が入力されている。
【００４１】
トルク指令値τ*１，τ*２は車両の運転モードに応じて上位の制御装置から出力されたものである。トルク指令値τ*１はモータジェネレータＭＧ１に、トルク指令値τ*２はモータジェネレータＭＧ２にそれぞれ対応する。電流検知信号Ｉｕ１〜Ｉｗ１は、インバータ装置ＩＮＶの変換回路からモータジェネレータＭＧ１の固定子巻線に供給されるｕ相〜ｗ相の入力電流の検知信号であり、変流器（ＣＴ）などの電流センサによって検知されたものである。電流検知信号Ｉｕ２〜Ｉｗ２は、インバータ装置ＩＮＶからモータジェネレータＭＧ２の固定子巻線に供給されたｕ相〜ｗ相の入力電流の検知信号であり、変流器（ＣＴ）などの電流センサによって検知されたものである。磁極位置検知信号θ１はモータジェネレータＭＧ１の回転の磁極位置の検知信号であり、レゾルバ，エンコーダ，ホール素子，ホールＩＣなどの磁極位置センサによって検知されたものである。磁極位置検知信号θ２はモータジェネレータＭＧ１の回転の磁極位置の検知信号であり、レゾルバ，エンコーダ，ホール素子，ホールＩＣなどの磁極位置センサによって検知されたものである。
【００４２】
モータ制御装置ＭＣＵは、入力信号に基づいて電圧制御値を演算し、この電圧制御値を、パワーモジュールＰＭＵ１，ＰＭＵ２のパワー半導体素子Ｔｐｕ１〜Ｔｎｗ１，Ｔｐｕ２〜Ｔｎｗ２を動作させるための制御信号（ＰＷＭ信号（パルス幅変調信号））として駆動回路装置ＤＣＵ１，ＤＣＵ２に出力する。
【００４３】
一般にモータ制御装置ＭＣＵが出力するＰＷＭ信号は、時間平均した電圧が正弦波になるようにしている。この場合、瞬時の最大出力電圧は、インバータの入力である直流ラインの電圧だから、正弦波の電圧を出力する場合には、その実効値は１／√２になる。そこで、本発明のハイブリッド車両では、限られたインバータ装置でさらにモータの出力をあげるために、モータの入力電圧の実効値を増やす。つまり、ＭＣＵのＰＷＭ信号が矩形波状にＯＮとＯＦＦしか無いようにする。こうすれば、矩形波の波高値はインバータの直流ラインの電圧Ｖｄｃとなり、その実効値はＶｄｃとなる。これが最も電圧実効値を高くする方法である。
【００４４】
しかし、矩形波電圧は、低回転数領域ではインダクタンスが小さいために電流波形が乱れる問題があり、これによりモータに不要な加振力が発生し騒音が生じる。したがって、矩形波電圧制御は高速回転時のみ使用し、低周波数では通常のＰＷＭ制御を行う。
【００４５】
図３及び図４には、本発明の一実施例をなすモータジェネレータＭＧ１の構成を示す。
【００４６】
本実施例では、モータジェネレータＭＧ１として埋設型永久磁石式三相交流同期機を用いた場合を例に挙げ説明する。尚、本実施例では、モータジェネレータＭＧ１の構成について説明するが、モータジェネレータＭＧ２も同様の構成になっている。
【００４７】
尚、ここで説明する回転電機の実施例は、上述したようなインバータ構造や駆動構造を有する自動車に適用可能であるが、これに限られるものではなく、磁石埋め込み型の回転子を有する回転電機であれば広く適用可能である。
【００４８】
図３に示すように、本実施例のモータジェネレータＭＧ１は、固定子１０と、この固定子１０の内周側に空隙３０を介して対向配置されて、回転可能に保持された回転子２０から構成されている。固定子１０及び回転子２０はハウジングに保持されている。ハウジングは図示省略している。
【００４９】
図４に部位１の拡大図を示す。固定子１０は固定子鉄心１１及び固定子巻線１２を備えている。固定子鉄心１１は複数の磁性体、例えば複数の珪素鋼板を軸方向に積層して形成したものであり、ヨーク部（コアバック部ともいう）及びティース部（突出部或いは突極部ともいう）から構成されている。ヨーク部は、ハウジングの内周側に嵌合された円筒状のヨークコア１１ａ（コアバックともいう）から構成されている。ティース部は、ヨークコア１１ａの内周側から径方向に突出し、所定の間隔をもって周方向に複数配置された複数のティースコア１１ｂから構成されている。本実施例では、ヨークコア１１ａの内周側に７２個のティースコア１１ｂが形成されている。これにより、本実施例では、固定子磁極の極数が７２極の固定子１０が得られる。
【００５０】
隣接するティースコア１１ｂ間のそれぞれには、軸方向に連続すると共に、回転子２０側に７２個のスロット１３が形成されている。７２個のスロット１３内にはスロット絶縁（図示省略）が設けられ、固定子巻線１２を構成するＵ相，Ｖ相，Ｗ相などの複数の相巻線が装着されている。本実施例では、固定子巻線１２の巻き方として分布巻を採用している。ここで、分布巻は、複数のスロット１３を跨いで離間した２つのスロット１３に相巻線が収納されるように、相巻線が固定子鉄心１１に巻かれる巻線方式である。本実施例では、巻線方式として分布巻を採用しているので、弱め界磁制御や、リラクタンストルクを活用して、低回転速度だけでなく高回転速度までの広い回転数範囲についての制御が可能となる。
【００５１】
回転子２０は回転子鉄心２１及び永久磁石２２を備えている。回転子鉄心２１は、複数の円環状の磁性体、例えば複数の円環状の珪素鋼板が軸方向に積層して形成されたものである。回転子鉄心２１の外周部には、周方向に等間隔で配置されると共に、軸方向一側端側から軸方向他側端側に貫通する１２個の永久磁石挿入孔２８が形成されている。永久磁石挿入孔２８のそれぞれは、積層前に円環状の珪素鋼板それぞれの外周部の同一部位に、同一形状，同一寸法，同数の開口部を形成しておくことにより、円環状の珪素鋼板を積層した際、必然的に形成される。
【００５２】
永久磁石挿入孔２８のそれぞれには磁極としての永久磁石２２が挿入されている。これにより、回転子鉄心２１の外周側内部に１２個の永久磁石２２が埋め込まれた回転子２０が得られる。本実施例では、回転子磁極の極数が１２極の回転子２０を例にして説明する。
【００５３】
永久磁石２２は、磁極単位で隣接するもの同士が互いに逆極性となるように、周方向にＳ極のものとＮ極のものが永久磁石挿入孔２８に交互に挿入されている。これにより、隣接する永久磁石２２間のそれぞれにある回転子鉄心２１部分には補助磁極部２５が形成される。補助磁極部２５は、永久磁石２２の磁気回路をバイパスする磁気回路を構成するものであり、固定子１０の起磁力によって直接、磁束を回転子２０側に発生させる領域である。また、永久磁石２２のそれぞれの外周側の回転子鉄心２１部分には磁極片部２６が形成される。磁極片部２６は、永久磁石２２の磁束が通る磁気回路を構成する領域である。
【００５４】
本実施例では、永久磁石２２の磁束によるトルクと、補助磁極部２５を通る磁束によるリラクタンストルクとを両方活用できるので、モータジェネレータＭＧ１の効率を向上させることができる。また、本実施例では、補助磁極部２５によって弱め界磁制御が可能になるので、モータジェネレータＭＧ１の高速運転領域を広げることができる。さらに、本実施例では、磁極片部２６が磁性体であるので、固定子磁極の脈動磁束を緩和することができる。
【００５５】
各回転子磁極における永久磁石２２の周方向両側端部には、磁気的空隙である１対の非磁性部２４が形成されている。非磁性部２４は、各回転子磁極における永久磁石２２の周方向両端部における永久磁石２２の磁束密度分布の傾きを緩やかにするためのものであり、永久磁石挿入孔２９と一体に形成され、永久磁石挿入孔２９に永久磁石２２が挿入されたときに、永久磁石２２の周方向端部に隣接するように形成される。非磁性部２４も永久磁石挿入孔２９と同様に、軸方向の一方から他方に貫通している。非磁性部２４内にはワニスなどの充填材が充填されていても良い。非磁性部２４を設けた本実施例ではコギングトルクを減少させることができる。さらに、非磁性部２４の形成により、非磁性部２４の回転子２０外周側に形成された磁路部２７の径方向の寸法を、永久磁石２２の径方向の幅よりも小さくでき、永久磁石２２の漏洩磁束を低減することができる。実際、磁路部２７の径方向寸法は、永久磁石２２の径方向幅の半分以下である。
【００５６】
非磁性部２４の周方向反磁極側には、回転子２０の外周側からのスリット２３が形成されている。回転子２０の外周から非磁性部２４までの寸法Ｂに比べ、回転子２０の中心からスリット２３の底部までの寸法Ａのほうが長くなっている。
【００５７】
図５には、本実施例のようにスリット２３が形成されている回転子と、スリット２３が形成されていない回転子において発生する応力を縦軸に、回転子の回転速度を横軸にとった特性図を示す。
【００５８】
図５に示すように、スリット２３がない回転子では、絶対値で比較すると圧縮応力よりも引張応力のほうが高い。この応力は、回転時に回転子鉄心２１及び永久磁石２２に発生する遠心力によるもので、回転速度の２乗に略比例する。応力の向きは回転子２０の略周方向となり、磁極片部２６と補助磁極部２５との間の境界に形成された磁路部２７の非磁性部２４側に最大の引張応力が発生する。この際、磁路部２７の固定子１０側には引張応力に比べ絶対値が小さい圧縮応力が発生する。
【００５９】
図４に示す本実施例の回転子においては、絶対値で比較すると圧縮応力と引張応力が略等しく、かつスリット２３のない回転子に比べ回転子鉄心２１に発生する引張応力が小さい。スリット２３には、回転子２０が回転する際に、回転子鉄心２１の部位３２に圧縮応力を発生させることにより、回転子鉄心に発生する引張応力を低減させる効果がある。この場合、引張応力は部位３１に発生する。言い換えれば、回転子鉄心２１に発生する応力全体を、新たに形成した圧縮応力発生部位によって分散させているのである。
【００６０】
すなわち、永久磁石２２に対して周方向に隣接した鉄心部分は、回転子２０の回転によって永久磁石２２及びその外側の回転子鉄心部分である磁極片部２６に遠心力が発生し、当該遠心力によって永久磁石２２に対して周方向に隣接した鉄心部分、ここではスリット２３と永久磁石２２の間の鉄心部分である磁路部２７に応力がかかったときに、圧縮応力を生じさせる部位を持っている。特に、これによって増加した圧縮応力の絶対値が引っ張り応力の絶対値と等しいことが好ましい。これにより、磁路部２７が、あたかもバネのように作用し、当該応力が分散する。
【００６１】
図６に、本発明の別の実施例を示す。以下述べる事項の他は、上記実施例と同様である。
【００６２】
図４と同様に、非磁性部２４の周方向反磁極側には、回転子２０の外周側からのスリット２３が形成されており、回転子２０の外周から非磁性部２４までの寸法Ｂに比べ、回転子２０の中心からスリット２３の底部までの寸法Ａのほうが長くなっている。さらに、磁極中央からスリット２３の開口部までの寸法Ｃに比べ、磁極中央からスリット２３の底部までの寸法Ｄが短い。また、永久磁石２２に対して周方向に隣接した鉄心部分は、非磁性部２４に周方向に隣接している部分から永久磁石２２に向かって湾曲している。
【００６３】
このことにより、補助磁極部２５を大きくとることができ、リラクタンストルクの向上が可能であり、モータジェネレータＭＧ１の効率をさらに向上させることができる。また、引張応力が発生する部位３１の形状をスリット２３の開口部よりも大きな円形状とできるので、さらなる引張応力の低減が望める。スリット２３と非磁性部２４の間に存在する回転子鉄心２１の周方向における厚さが、スリット２３の底部と磁石挿入孔２８の間に存在する回転子鉄心２１の回転子２０の周方向における厚さと略等しくでき、永久磁石２２の漏洩磁束を低減することができる。
【００６４】
図７に、本発明の別の実施例を示す。以下述べる事項の他は、上記実施例と同様である。
【００６５】
永久磁石２２は矩形ではなく、回転子２０の外周側にあたる部分が円弧形状になっている。このように、永久磁石２２の形状が矩形でなくても、上記実施例と同様の効果が得られる。
【００６６】
図８に、本発明の別の実施例を示す。以下に述べる事項の他は、上記実施例と同様である。
【００６７】
１つの磁極に対し、２個の永久磁石２２がＶ字形状に配置されている。このように永久磁石２２の個数が磁極あたり１つでなくても、上記実施例と同様の効果が得られる。
【００６８】
図９に、本発明の別の実施例を示す。以下に述べる事項の他は、上記実施例と同様である。
【００６９】
ここでは、１つの永久磁石２２の周方向両側にあるスリット２３のうち、一方のスリット２３の開口部について、その反永久磁石側の回転子コア表面に図のような切欠き４１を設けたものである。これにより、上記実施例と同様の効果が得られるとともに、回転時のトルクリプル低減の効果も得られる。
【００７０】
尚、ここでは切欠き４１は１つの平面をなしているが、これは曲面でも良い。また、１つの平面ではなく、複数の屈曲部をなすように、複数回切り欠いても良く、またその場合は曲面と平面の組み合わせであっても良い。
【００７１】
図１０に、本発明の別の実施例を示す。以下に述べる事項の他は、上記実施例と同様である。
【００７２】
この実施例は、図９の切欠き４１を、永久磁石２２の周方向両側のスリット２３にそれぞれ設けたものである。これによっても、上記実施例と同様の効果が得られる。切欠き４１の形状については、図９の説明と同様である。
【００７３】
上記のいずれの実施例においても、鉄心材料は高価になるが、高張力電磁鋼板を回転子鉄心に用いることも有効である。
【００７４】
上記のいずれの実施例においても、回転子鉄心に発生する引張応力を低減することで、高回転に耐えながら永久磁石の磁束を有効に利用することができるので、車両駆動に好適な永久磁石式回転電機を安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施例をなすモータジェネレータが適用されるハイブリッド自動車の構成を示すブロック図。
【図２】図１のインバータ装置の回路構成を示す回路図を示す。
【図３】図１のモータジェネレータの構造を示す断面図を示す。
【図４】図１のモータジェネレータの構造を示す断面の部分拡大図を示す。
【図５】図１のモータジェネレータの回転速度−回転子に発生する応力特性図を示す。
【図６】本発明の他の実施例をなすモータジェネレータの構造を示す断面の部分拡大図を示す。
【図７】本発明の他の実施例をなすモータジェネレータの構造を示す断面の部分拡大図を示す。
【図８】本発明の他の実施例をなすモータジェネレータの構造を示す断面の部分拡大図を示す。
【図９】本発明の他の実施例をなすモータジェネレータの構造を示す断面の部分拡大図を示す。
【図１０】本発明の他の実施例をなすモータジェネレータの構造を示す断面の部分拡大図を示す。
【符号の説明】
【００７６】
２０  回転子
２１  回転子鉄心
２２  永久磁石
２３  スリット
２４  非磁性部
２７  磁路部
２８  磁石挿入孔
４１  切欠き
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004740273.tif 000008
【図８】
0004740273.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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