(57)【要約】【課題】高トルクの誘導電動機、電動駆動システム及びそれらを備えた電動車両を提供する。【解決手段】回転子鉄心１３７に設けた多数のスロットと、スロット内に埋設した導電性のバーと、これらのバーを軸方向両端面で短絡する導電性のエンドリング１３４とで構成されたかご形導体を有する回転子１３０を備え、かご形導体は、主として基本波磁束と鎖交させる第１のバーと、主として第３次高調波成分を鎖交させる第２のバーとを前記エンドリングで短絡するよう誘導電動機を構成する。【選択図】  図５
2013176233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心に設けた多数のスロットと、該スロット内に埋設した導電性のバーと、
これらのバーを軸方向両端面で短絡する導電性のエンドリングとで構成されたかご形導体を有する回転子を備えた誘導電動機において、
前記かご形導体は、主として基本波磁束と鎖交させる第１のバーと、主として第３次高調波成分を鎖交させる第２のバーとを前記エンドリングで短絡して構成した誘導電動機。
【請求項２】
回転子鉄心に設けた多数のスロットと、該スロット内に埋設した導電性のバーと、前記導電性のバーを軸方向両端面で短絡する導電性のエンドリングとで構成されたかご形導体を有する回転子を備えた誘導電動機において、
前記導電性のバーは第１のバーと第２のバーとからなり、
前記第１のバーは前記第２のバーより断面積が大きく、
前記第１のバーの周方向端部と前記第２のバーの周方向端部との間に前記回転子鉄心を有し、
前記第２のバーの径方向中心は、前記第１のバーの径方向中心より径方向外側に位置している誘導電動機。
【請求項３】
請求項２に記載の誘導電動機において、
前記第２のバーの径方向長さは、前記第１のバーの径方向長さに対し１／３以下である誘導電動機。
【請求項４】
請求項２に記載の誘導電動機において、
前記第１のバーの頭部側にスリットを設けた誘導電動機。
【請求項５】
請求項２に記載の誘導電動機において、
前記第１のバーの頭部側に、前記第１のバーより断面積の小さい第３のバーを設けた誘導電動機。
【請求項６】
請求項２に記載の誘導電動機において、
固定子鉄心と、該固定子鉄心の周方向に等間隔に設けられた固定子スロットと、前記固定子スロットに納められた固定子巻線とを有する固定子とを有し、
前記回転子は前記固定子とギャップを介して回転自在に支持され、
前記固定子スロットの開口部の周方向幅が、前記固定子巻線の周方向幅よりも小さい誘導電動機。
【請求項７】
請求項６に記載の誘導電動機において、
前記固定子巻線の巻回ピッチが、磁極ピッチよりも小さい誘導電動機。
【請求項８】
電力を供給するバッテリと、
前記供給された電力により駆動トルクを出力する回転電機と、
前記駆動トルクを制御する制御装置とを備えた電動駆動システムにおいて、
前記回転電機は、請求項１乃至７記載の誘導電動機であり、
前記制御装置は、前記誘導電動機を過励磁で制御する電動駆動システム。
【請求項９】
電力を供給するバッテリと、
前記供給された電力により車両を駆動する駆動トルクを出力する回転電機と、
前記駆動トルクを制御する制御装置からなる駆動システムを備えた電動車両において、
前記駆動システムは、請求項８記載の駆動システムである電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機、電動駆動システム及びそれらを備えた電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の回転電機、例えばハイブリッド電気自動車の駆動用モータなどでは、発進、追い越し等、加速性能が必要となるため、モータには瞬時的な加速トルクが要求される。自動車用途に用いられる誘導電動機の場合、この瞬時的なトルクを発生させるため大電流を通電する必要があることから、インバータのスイッチング素子やバスバーに発生する回路損失が大となり発熱対策の観点からインバータ体積が大きくなってしまう問題がある。そのため、瞬時トルク発生時のインバータ電流低減、すなわちモータのトルク特性向上が望まれている。
【０００３】
この対策例として特許文献１では、モータのギャップ磁束密度を略台形に分布させることで、見かけ上の基本波磁束密度を増やしトルク向上を図る技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許７７４１７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１では、ギャップ磁束密度分布を略台形にさせるため、固定子ティースや回転子ティースの幅を狭小化させることで磁気回路を強制的に飽和させている。その結果、波形そのもののピーク値は磁気飽和により制限されるが、基本波成分としては増加させることができ、トルク向上を図ることが可能となる。その結果、トルク発生に必要な電流値を削減させることができ、インバータ損失も低減させることができる。
【０００６】
しかしこの場合、瞬時トルクを発生させる車両の加速時と通常の巡航時とのいずれの運転条件においても、常にモータの磁気回路は飽和している（高調波が重畳している）こととなる。その結果、高調波による鉄損や銅損などのモータ損失が増加してしまい、車両の燃料消費量を増加させてしまう懸念がある。さらに、巡航時の車内の静寂性を確保したい運転条件においても、高調波に起因した騒音の増大が問題となる。
【０００７】
そこで、本発明は、加速トルクが要求される駆動条件の場合のみ、瞬時的にトルクを増加させる電動車両用の誘導電動機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
【０００９】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、回転子鉄心に設けた多数のスロットと、該スロット内に埋設した導電性のバーと、これらのバーを軸方向両端面で短絡する導電性のエンドリングとで構成されたかご形巻線を有する回転子を備え、前記かご形導体は、主として基本波磁束と鎖交させる第１のバーと、主として第３次高調波成分を鎖交させる第２のバーとを前記エンドリングで短絡するよう誘導電動機を構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、車両巡航時の特性を損ねることなく、加速時の瞬時トルクを増加させると共に、インバータの発熱を抑えることができ、駆動システムの特性に優れた誘導電動機を提供できる。
【００１１】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例である回転電機が適用されるハイブリッド電気自動車の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施例であるインバータ装置の回路構成を示す回路図。
【図３】本発明の一実施例である誘導電動機の断面構造図。
【図４】本発明の一実施例である構造図。
【図５】本発明の一実施例である誘導電動機の断面構造を示す部分拡大図。
【図６】本発明の一実施例である誘導電動機の固定子スロット構造を示す部分拡大図。
【図７】本発明の一実施例である誘導電動機の回転子構造を示す部分拡大図。
【図８】本発明適用時のトルクを従来例と比較した測定結果。
【図９】本発明の他の実施例である誘導電動機の回転子構造を示す部分拡大図。
【図１０】本発明の他の実施例である誘導電動機の回転子構造を示す部分拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について、ハイブリッド電気自動車に用いられる駆動用モータを例に説明する。
【００１４】
〔実施例１〕
まず、本実施例の回転電機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、回転電機ＭＧ１によって前輪ＦＬＷ、ＦＲＷを、回転電機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。
【００１６】
本実施例では、エンジンＥＮＧと回転電機ＭＧ１によって前輪ＷＦＬＷ、ＦＲＷを、回転電機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、回転電機ＭＧ１によって前輪ＷＦＬＷ、ＦＲＷを、エンジンＥＮＧと回転電機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。
【００１７】
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を介して回転電機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。回転電機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、回転電機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。
【００１８】
後輪ＲＬＷ、ＲＲＷの後輪車軸ＲＤＳには差動装置ＲＤＦと減速機ＲＧを介して回転電機ＭＧ２が機械的に接続されている。回転電機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は回転電機ＭＧ１、ＭＧ２に対して共用のものであって、回転電機ＭＧ１用のパワーモジュールＰＭＵ１及び駆動回路装置ＤＣＵ１と、回転電機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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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回転電機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、分配された回転電機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。
【００２４】
次に、本実施例のハイブリッド電気自動車の動作について説明する。
【００２５】
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、回転電機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、回転電機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、回転電機ＭＧ１によって前輪ＦＬＷ、ＦＲＷを駆動し、回転電機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回転電機ＭＧ１の固定子巻線に供給される。これにより、回転電機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。
【００２６】
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をＷＨ−Ｆ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を介して回転電機ＭＧ１に分配し、回転電機ＭＧ１を回転駆動する。これにより、回転電機ＭＧ１は発電機として動作する。この動作により、回転電機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。
【００２７】
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、回転電機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、回転電機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回転電機ＭＧ１を回転駆動してバッテリＢＡＴを充電する。回転電機ＭＧ２によって後輪ＲＬＷ、ＲＲＷを駆動するめに、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回転電機ＭＧ２の固定子巻線に供給される。これにより、回転電機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。
【００２８】
ハイブリッド電気自動車の加速時は、エンジンＥＮＧと回転電機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と回転電機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と回転電機ＭＧ１によって前輪ＦＬＷ、ＦＲＷを駆動し、回転電機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と回転電機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。
【００２９】
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を介して回転電機ＭＧ１に伝達し、回転電機ＭＧ１を回転駆動する。これにより、回転電機ＭＧ１は発電機として動作する。この動作により、回転電機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を介して回転電機ＭＧ２に伝達し、回転電機ＭＧ２を回転駆動する。これにより、回転電機ＭＧ２は発電機として動作する。この動作により、回転電機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。
【００３０】
図２に、本実施例のインバータ装置ＩＮＶの構成を示す。
【００３１】
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。
【００３２】
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、それを対応する回転電機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、対応する回転電機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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、回転電機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。
【００３８】
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、回転電機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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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は回転電機ＭＧ１に、トルク指令値τ＊２は回転電機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の変換回路から回転電機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から回転電機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は回転電機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は回転電機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。
【００４３】
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。
【００４４】
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電気自動車両では、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。
【００４５】
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。
【００４６】
次に、本発明に係る回転電機ＭＧ２の具体的な構成を図３から図８を用いて説明する。
図３から図７は本発明の一実施例に係る回転電機ＭＧ２を示す平面図および部分拡大図であり、同一部分には同一符号を付している。本実施例では、回転電機ＭＧ２として三相誘導電動機を用いた場合を例に挙げ説明する。ここで、回転電機ＭＧ２の構成について説明するが、回転電機ＭＧ１も同様の構成としてもよく、また、ＭＧ１のみ永久磁石式三相同期電動機として構成してもよい。
【００４７】
図３、図５に示すように、回転電機ＭＧ２は、回転磁界を発生する固定子１１０と、固定子１１０との磁気的作用により回転すると共に、固定子１１０の内周側とギャップ１６０を介して回転可能に配置された回転子１３０とを備えている。
【００４８】
図３、図５、図６に示すように、固定子１１０は、コアバック１１２とティース１１３からなる固定子鉄心１１１と、通電により磁束を発生させる固定子巻線１２０を挿入する固定子スロット１２１とを備えている。
【００４９】
固定子鉄心１１１は、板状の磁性部材を打ち抜いて形成した複数の板状の成型部材を軸方向に積層して形成したものである。ここで、軸方向とは回転子の回転軸に沿う方向を意味する。
【００５０】
図５、図６に示すように、固定子巻線１２０は固定子スロット１２１に埋設されるが、巻線の巻回ピッチは磁極ピッチ（図示せず）よりも小さい短節巻としている。また、固定子スロット１２１には固定子スロット開口部１２３を有しており、この開口部の周方向幅Ｗｓは、固定子巻線１２０の周方向幅（図では線径）Ｗｃに対し十分小さい寸法としている。
【００５１】
図３から図５、図７に示すように、回転子１３０は、回転側の磁路を構成する回転子鉄心１３７、アルミや銅などの非磁性かつ導電性の金属で構成された第１のバー１３１、および第２のバー１３２、回転軸となるシャフト１３５を備えている。
【００５２】
ここで、第２のバー１３２は、第１のバー１３１に対し断面積を小さく構成しており、第１のバー１３１間に配置している。すなわち、径方向に見たとき、第１のバー１３１と第２のバー１３２とが交わらない位置に配置されており、換言すると第１のバー１３１の周方向端部と第２のバー１３２の周方向端部との間に回転子鉄心１３７を有するように配置された構成である。
【００５３】
さらに、第２のバー１３２の径方向高さｈ２は、第１のバー１３１の径方向高さｈ１の１／３以下となるよう構成している。また、第２のバー１３２は、第１のバー１３１より径方向外側寄りに配置されている。すなわち、第２のバー１３２の径方向中心が、第１のバー１３１の径方向中心よりも径方向外側に位置するような配置である。
【００５４】
第１のバー１３１および第２のバー１３２は軸方向に伸びており、これらのバー１３１、１３２を軸方向端部で短絡するためのエンドリング１３４を設け、かご形巻線を構成している。
【００５５】
上述の構成とした場合の効果を以下に述べる。
【００５６】
誘導電動機駆動システムを搭載した電動車両において、瞬時トルクを有する運転条件の場合には、すべりを制御してトルク電流成分を増やし、モータトルクを増加させるのが一般的である。この一方、過励磁制御が可能な駆動システムであれば、励磁電流を瞬時的に増加させることができ、トルク電流の制御範囲が広がり更なるトルク向上が可能となる。
【００５７】
過励磁制御を適用した場合、励磁電流を増加させるためモータの機内磁束がこの励磁電流に比例して増加することになり、磁気回路の磁気飽和が促進される。モータの磁気飽和が促進されると、ギャップ磁束密度分布波形に第３次高調波が重畳される。この第３次高調波は、空間的に基本波の三倍の波長を有し、時間的に三倍の周波数で回転する成分である。仮に、モータの磁極数が４極であり、電源周波数（基本波周波数）が５０Hzにて回転する場合、その同期速度は１５００ｒ／minとなる。一方、第３次高調波による回転磁界は、基本波に対し三倍の波長を有するため、基本波極数４極に対し１２極となる。また、時間的には三倍の周波数となるため、基本波周波数５０Hzに対し１５０Hzとなるため、その同期速度は１５００ｒ／minとなり、基本波成分の回転磁界と一致する。つまり、第３次高調波成分は基本波成分の回転磁界と同様に有効トルクとして寄与する成分となる。
【００５８】
この第３次高調波成分は、前述したように基本波磁束に対して波長が短くなるため、一般的な誘導電動機の設計法に基づいてバー本数を決定してしまうと、第３次高調波成分がバーに十分鎖交できず、結果的に有効トルクとして活用することが不可となる。
【００５９】
本発明は、この問題に鑑み、図３、図５、図７に示すように、断面積が大である第１のバー１３１と断面積が小である第２のバー１３２を設けている。すなわち、第１のバー１３１は従来の誘導電動機の設計法に基づいて本数を決定しており、主として基本波磁束を捕捉する役割を果す。一方、第２のバー１３２は、第１のバー１３１間に設けることで、波長の短い第３次高調波磁束を捕捉する役割を担っている。ここで、図７に示したように、第２のバー１３２の径方向高さｈ２が第１のバー１３１の径方向高さｈ１に対し１／３以下で構成しているが、これは、第３次高調波磁束成分の導電性材料における浸透深さが基本波に対し１／３となるためである。また、各々のバーの断面積が異なる理由は、第１のバー１３１は主として基本波と鎖交する、つまりあらゆる運転条件において常に基本波電流が流れ続けることから、断面積を大きくとることで、バー損失を低減させるためである。一方、第２のバー１３２は、瞬時トルク発生時のみ機能すればよいこと、悪戯に断面積を大きく確保すると、第１のバー１３１と鎖交する基本波磁束の流れを阻害することとなり、逆効果となるためである。
【００６０】
また、第３次高調波成分の振幅に対し、他の有力高調波成分、特に固定子スロット開口部１２３を有するために生じるスロット高調波成分や、固定子巻線１２０の巻装によって生じる起磁力高調波成分の振幅が大きい場合、第２のバー１３２には、これらスロット高調波や起磁力高調波成分による損失だけが発生してしまい、第３次高調波成分を活用することができなくなる。よって、本実施例では、図５、図６に示したように、固定子巻線１２０を短節巻で巻装しており、起磁力高調波成分の影響を最少化すると共に、固定子スロット開口部の周方向幅Ｗｓを固定子巻線１２０の線径以下に狭小化させることで、スロット高調波成分の影響を最小化させている。
【００６１】
上述した構成とした場合のトルクを測定し、従来例と比較した結果を図８に示す。図において、横軸の電流は、定格電流を１.０とし、過励磁制御時の通電電流１.５倍、２.０倍として基準化し、縦軸のトルクは、従来例の定格電流通電条件でのトルクを１.０として基準化して示している。
【００６２】
図８に示したように、従来例に対し、本発明でのトルクはいずれの通電状態でも向上しており、特に過励磁状態が顕著になるにつれ、トルク向上が促進されることが確認できた。
【００６３】
以上をまとめると、本実施例で述べた誘導電動機の構成とすることで、電動車両に瞬時トルクが必要な運転状態の場合には、過励磁制御をＯＮすることで、モータ機内の磁気飽和が促進され、ギャップ磁束密度成分重畳する第３次高調波成分の作用により、基本波トルクを向上させることができる。また、巡航時など瞬時トルクを必要としない運転条件の場合は過励磁制御をＯＦＦすれば、第３次高調波による高調波損失や騒音が発生しないため、燃料消費量を増やすこともなく、車内の静寂性も確保できる。
【００６４】
〔実施例２〕
図９に本発明の他の実施例を示す回転子断面の部分拡大図を示す。図７と同様の部分には同じ符号を付している。
【００６５】
図９の構成において、図７の構成と異なる点は、第２のバー１３２を、第１のバー１３１間に２本配置した点にある。このように構成した場合、図７の構成と同様な効果が得られるとともに、第３次高調波成分と鎖交するバー本数が増えるため、より高いトルク向上効果を得ることができる。
【００６６】
〔実施例３〕
図１０に本発明の他の実施例を示す回転子断面の部分拡大図を示す。図７と同様の部分には同じ符号を付している。
【００６７】
図１０の構成において、図７や図９の構成と異なる点は、第２のバー１３２を第１のバー１３１間に配置すると共に、第３のバー１３３を第１のバー１３１の頭部（径方向外側）に設けている点である。第３のバー１３３の断面積は、第２のバー１３２の断面積と同じである。このように構成した場合、図７、図９と同様な効果が得られる。さらに、第３のバーは第２のバーと見なすことができ、実質的に第２のバー１３２の周方向ピッチを均一化し、第３次高調波成分と鎖交するバー本数を見かけ上増やすことができるため、より高いトルク向上効果を得ることができる。
【００６８】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００６９】
また、各構成部品は説明上必要と考えられるものを示しており、実際の製品と比較した場合、必ずしも全ての構成部品を示しているとは限らない。
【符号の説明】
【００７０】
１１０  固定子
１１１  固定子鉄心
１１２  コアバック
１１３  ティース
１２０  固定子巻線
１２１  固定子スロット
１２２  固定子スロット開口部
１３０  回転子
１３１  第１のバー
１３２  第２のバー
１３３  第３のバー
１３４  エンドリング
１３５  シャフト
１３６  回転子スロット開口部
１３７  回転子鉄心
１６０  ギャップ
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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