DE60037869T2 - Elektrisches Hybridfahrzeug mit einer dynamoelektrischen Permanentmagnetmaschine - Google Patents

Elektrisches Hybridfahrzeug mit einer dynamoelektrischen Permanentmagnetmaschine Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Hybridfahrzeug, das eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine verwendet, und insbesondere eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine, die derart aufgebaut ist, dass mehrere Dauermagnete in Umfangsrichtung eines Rotors eingefügt sind, und ein elektrisches Hybridfahrzeug, bei dem die dynamoelektrische Maschine und ein Motor mit einer Antriebswelle in Reihe verbunden sind und kein Getriebe zum Umschalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen vorgesehen ist.
  • BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • Die Leistungseigenschaft des Fahrzeugs ist bei einem Geschwindigkeitsänderungsverhältnis einer ersten Vorwärtsgeschwindigkeit 1,05- bis 1,2-mal größer als bei einem Geschwindigkeitsänderungsverhältnis einer Rückwärtsgeschwindigkeit. Diese Leistungseigenschaft ist bei einem Elektrofahrzeug, das ein Hybridfahrzeug einschließt, in der gleichen Weise erforderlich, und das größte Drehmoment sollte im Fall einer Rückwärtsbewegung ausgegeben werden.
  • In diesem Fall ist herkömmlicherweise zum Beabsichtigen der Erhöhung einer Ausgabe einer dynamoelektrischen Dauermagnetmaschine bisher eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine, bei der die Form von Magneten in einem Rotor an jedem Pol in nicht-symmetrischer Weise ausgebildet ist, und ein Fahrzeug mit Motorantrieb bekannt gewesen, welches dieselbe verwendet. Als repräsentative Aus führungsbeispiele sind die ungeprüften japanischen Offenlegungsschriften Nr. 8-33246 , Nr. 9-182331 und 9-271151 vorhanden.
  • Der in den ungeprüften japanischen Offenlegungsschriften Nr. 8-33246 und Nr. 9-182331 beschriebene Aufbau erfolgt derart, dass zum Bereitstellen einer dynamoelektrischen Dauermagnetmaschine, die für eine Rotation in einer Richtung geeignet ist, ein Stanzloch zum Verhindern eines Streuflusses zwischen den Magneten vorgesehen ist und ein Dauermagnet-Einfügungsloch in einem Innenabschnitt eines Eisenkerns in einem Rotor in einem vorgegebenen geneigten Winkel in Bezug auf die Umfangsrichtung vorgesehen ist oder ein Dauermagnet so angeordnet ist, dass er in Rotationsrichtung (normale Drehung) verschoben ist, wodurch die Gesamtmenge an Magnetfluss erhöht wird und ein Reluktanzdrehmoment benutzt wird, um eine Ausgabe zu steigern.
  • Ferner ist der in der ungeprüften japanischen Offenlegungsschrift Nr. 9-271151 beschriebene Aufbau eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine für ein Fahrzeug mit Motorantrieb, bei der ein Magnet-Einfügungsloch lang gemacht ist und ein Dauermagnet in einer verschobenen Weise angeordnet ist, wodurch ein Drehmoment erhöht wird. Weiterhin besteht als herkömmliches Ausführungsbeispiel einer dynamoelektrischen Dauermagnetmaschine für ein Elektrofahrzeug ein in der ungeprüften japanischen Offenlegungsschrift Nr. 9-261901 beschriebener Aufbau. Diese Technik entspricht einem Aufbau, bei dem die Anordnung des Dauermagneten durch einen Abstand von einem Zentrum des Rotors definiert ist, um eine Reduzierung des Streuflusses anzustreben.
  • In diesem Fall ist es unter den oben erwähnten herkömmlichen Techniken zunächst bei dem ersteren Aufbau, bei dem "die Dauermagneten an jedem Pol nicht-symmetrisch sind", möglich, das Dreh moment zu erhöhen, jedoch ist es beabsichtigt, den Magnetfluss in der Rotationsrichtung (normale Drehung) zu verstärken, so dass der Aufbau auf die dynamoelektrische Maschine angewandt wird, die für eine Drehung in einer Richtung geeignet ist. Ferner hat der letztere Aufbau, bei dem "die Dauermagneten an jedem Pol nicht-symmetrisch sind" natürlich die gleiche Leistungseigenschaft sowohl bei der Vorwärtsbewegung (normale Drehung) als auch bei der Rückwärtsbewegung (Umkehrdrehung). Demgemäß ist es unvermeidbar, dass sie die dynamoelektrische Maschine ist, die 1,05- bis 1,2-mal das bei der Vorwärtsbewegung inhärent erforderliche Drehmoment (das gleiche Drehmoment wie dasjenige bei der Rückwärtsbewegung) ausgeben kann. Da zusammen mit dem Ausgeben eines unnötigen hohen Drehmoments die Magnetflussmenge groß ist, wird zu einem Zeitpunkt einer Drehung mit hoher Geschwindigkeit ein schwächender Feldstrom erhöht, so dass die Effizienz verringert wird.
  • Insbesondere ist es bei einem elektrischen Hybridfahrzeug, bei dem eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine und ein Motor mit einer Antriebswelle in Reihe verbunden sind und kein Getriebe zum Umschalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen vorgesehen ist, da ein Drehmoment des Motors zu einem Zeitpunkt einer Vorwärtsbewegung aufgebracht wird, nicht notwendig, dass das Vorwärtsdrehmoment ein hohes Drehmoment ist. Weiterhin wird, da die dynamoelektrische Maschine und der Motor mit der Antriebswelle in Reihe verbunden sind, eine Drehzahl der dynamoelektrischen Maschine die gleiche wie diejenige des Motors, so dass ein spezifischer Kraftstoffverbrauch reduziert wird, sofern nicht zu einem Zeitpunkt einer Drehung mit hoher Geschwindigkeit eine hohe Effizienz erreicht wird.
  • Im Gegensatz dazu ist zu einem Zeitpunkt einer Rückwärtsbewegung, da das Getriebe zum Umschalten zwischen den Vorwärts- und Rück wärtsbewegungen nicht vorgesehen ist, ein hohes Drehmoment, das dem 1,05- bis 1,2-Fachen der Vorwärtsbewegung entspricht, nur durch die dynamoelektrische Maschine erforderlich. In diesem Fall wird zu einem Zeitpunkt einer Rückwärtsbewegung keine Drehung mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt, da der Motor und die dynamoelektrische Maschine durch die Kupplung außer Eingriff gebracht sind.
  • Das Dokument DE 197 47 265 A1 offenbart ebenfalls ein elektrisches Hybridfahrzeug, das eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine verwendet. Bei diesem Aufbau kann eine Umkehrbewegung des Fahrzeugs nur durch den Elektromotor erreicht werden, wohingegen das Fahrzeug durch beide Motoren angetrieben wird, wenn es vorwärts fährt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung erfolgt unter Berücksichtigung der oben erwähnten Punkte, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Hybridfahrzeug bereitzustellen, das eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine verwendet, die derart aufgebaut ist, dass ein Drehmoment zu einem Zeitpunkt einer Rückwärtsdrehung größer als eine maximale Drehmomentausgabe durch die dynamoelektrische Maschine ist, wenn die dynamoelektrische Maschine sich normal dreht.
  • Ferner ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Hybridfahrzeug bereitzustellen, bei dem eine dynamoelektrische Maschine und ein Motor mit einer Antriebswelle in Reihe verbunden sind und kein Getriebe zum Umschalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen vorgesehen ist, wobei eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine verwendet wird, die derart auf gebaut ist, dass eine Drehmomentausgabe durch die dynamoelektrische Maschine, wenn sich das elektrische Hybridfahrzeug rückwärts bewegt (die dynamoelektrische Maschine sich umgekehrt dreht) größer als eine maximale Drehmomentausgabe durch die dynamoelektrische Maschine ist, wenn sich das elektrische Hybridfahrzeug vorwärts bewegt (die dynamoelektrische Maschine sich normal dreht).
  • Zur Lösung der oben erwähnten Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Hybridfahrzeug bereitgestellt, das die dynamoelektrische Dauermagnetmaschine verwendet, welche die Merkmale von Anspruch 1 umfasst.
  • Weiterhin stellt bei der dynamoelektrischen Dauermagnetmaschine das Verhältnis zwischen der normalen und der Umkehrdrehung eine Beziehung von 1:1,05 bis 1:1,2 her, wodurch das Drehmoment bei der Umkehrdrehung größer wird.
  • Ferner erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung der Aufbau vorzugsweise derart, dass eine Breite in Rotationsrichtung eines Dauermagnet-Einfügungslochs, das in dem Rotoreisenkern vorgesehen ist, größer als eine Breite des Dauermagneten ist und ein Raum, der durch einen Längenunterschied zwischen den beiden entsteht, in einer normalen Rotationsseite der dynamoelektrischen Maschine vorgesehen ist.
  • Weiterhin erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung der Aufbau vorzugsweise derart, dass ein Rotor, der kein Stanzloch zum Verhindern eines Streuflusses aufweist, vorgesehen ist, ein Dauermagnet-Einfügungsloch, das in dem Rotoreisenkern vorgesehen ist, in einem vorgegebenen geneigten Winkel in Bezug auf die Umfangsrichtung vorgesehen ist, so dass ein Abstand von dem Rotationsspalt in der norma len Rotationsseite der dynamoelektrischen Maschine größer ist und der Dauermagnet in das Einfügungsloch eingefügt wird.
  • Ferner erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung der Aufbau vorzugsweise derart, dass eine Querschnittsform des Dauermagnet-Einfügungslochs und des Dauermagneten eine rechteckige Form ist.
  • Weiterhin erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung der Aufbau vorzugsweise derart, dass eine Querschnittsform des Dauermagnet-Einfügungslochs und des Dauermagneten eine Bogenform ist.
  • Ferner erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung der Aufbau vorzugsweise derart, dass ein Verhältnis zwischen der Breite in Rotationsrichtung des Dauermagnet-Einfügungslochs, das in dem Rotoreisenkern vorgesehen ist, und der Breite des Dauermagneten 1:0,5 bis 1:0,9 beträgt.
  • Weiterhin erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung der Aufbau vorzugsweise derart, dass das Dauermagnet-Einfügungsloch, das in dem Eisenkern vorgesehen ist, einen vorgegebenen geneigten Winkel θ = 10 bis 45 Grad (mechanischer Winkel) in Bezug auf die Umfangsrichtung bildet.
  • Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung zum Lösen der oben erwähnten Aufgabe ein elektrisches Hybridfahrzeug bereitgestellt, das eine dynamoelektrische Maschine und einen Motor aufweist, die mit einer Antriebswelle in Reihe verbunden sind, und das kein Getriebe zum Umschalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen aufweist, wobei die dynamoelektrische Maschine eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine ist, die jedes der oben erwähnten Merkmale aufweist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Querschnittansicht eines Hauptabschnitts einer dynamoelektrischen Dauermagnetmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine Ansicht, die eine Magnetfeldanalyse in dem Fall zeigt, dass in 1 die Beziehung b/a = 0,85 hergestellt wird;
  • 3 ist eine Ansicht, die eine Magnetflussdichte eines Rotationsspalts zwischen P1 und P2 in 2 zeigt;
  • 4 ist eine Ansicht, die ein Vorwärtsbewegungsdrehmoment und ein Rückwärtsbewegungsdrehmoment im Fall einer Änderung des Werts b/a in 2 zeigt;
  • 5 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einem Verhältnis zwischen dem Vorwärts- und Rückwärtsbewegungsdrehmoment und dem Wert b/a in 4 zeigt;
  • 6 ist eine Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Aufbaus eines elektrischen Hybridfahrzeugs, das eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 7 ist eine Ansicht, die einen Unterschied einer Drehmomentkurve zwischen der vorliegenden Erfindung und dem herkömmlichen Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 8 ist eine Ansicht, die eine Magnetfeldanalyse im Fall der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf ein Ausführungsbeispiel mit sechzehn Polen (b/a = 0,9) zeigt;
  • 9 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einem Verhältnis zwischen dem Vorwärts- und Rückwärtsbewegungsdrehmoment und dem Wert b/a im Fall einer Änderung des Werts b/a in 8 zeigt;
  • 10 ist eine Querschnittansicht eines Hauptabschnitts einer dynamoelektrischen Dauermagnetmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 11 ist eine Ansicht, die eine Magnetflussdichte eines Rotationsspalts zwischen P1 und P2 in 10 zeigt; und
  • 12 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem Vorwärts- und Rückwärtsbewegungsdrehmoment und dem Wert b/a im Fall einer Änderung von θ in 10 zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Nachstehend wird ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem die vorliegende Erfindung auf eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine mit drei Phasen, acht Polen und achtundvierzig Schlitzen angewandt ist, unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, die ein Polpaar zeigt. Zunächst ist in 1 ein Stator 1 der gleiche wie derjenige des herkömmlichen Aufbaus und wird gebildet, indem U-Phase-Statorspulen U1, V-Phase-Statorspulen V1 und W-Phase-Statorspulen W1 in achtundvierzig in einer ringförmigen Statoreisenspule 2 ausgebildete Schlitze 3 eingefügt und angeordnet werden. In einen Innenumfangsabschnitt des Statoreisenkerns ist in Entsprechung zu jedem der Schlitze ein Öffnungsabschnitt 4 ausgebildet.
  • Im Gegensatz dazu ist ein Rotor 6 in dem Stator 1 in einem Rotationsspalt angeordnet und derart aufgebaut, dass er vorstehende Hilfspole aufweist, in denen mehrere Dauermagneten innerhalb eines Rotoreisenkerns in Umfangsrichtung angeordnet und befestigt sind. Das heißt, der Rotor 6 wird gebildet, indem ein Statoreisenkern 7 auf eine Drehwelle 9 aufgepasst und angehaftet wird und ein Dauermagnet 8, der in Rotationsrichtung eine Breite (b) aufweist und beispielsweise aus Neodym hergestellt ist, in ein rechteckiges Stanzloch, das in Rotationsrichtung eine Breite (a) aufweist und in Umfangsrichtung eines Außenumfangsabschnitts des Rotoreisenkerns 7 ausgebildet ist, aus einer Axialrichtung eingefügt und montiert wird, so dass N-Pol und S-Pol abwechselnd in jeweiligen Aufnahmeabschnitten angeordnet sind. Weiterhin ist der Rotor 6 innerhalb des Stators 1 in einem Zustand drehbar angeordnet, in welchem er einen vorgegebenen Rotationsspalt 5 in Bezug auf einen Innenumfangsabschnitt des Statoreisenkerns 2 aufweist. In diesem Fall wird der Rotoreisenkern 7 gebildet, indem eine Vielzahl von Siliciumstahlblechen geschichtet wird, auf welchen Löcher zur Bildung der Aufnahmeabschnitte ausgebildet sind.
  • In diesem Fall ist die Breite (a) in Rotationsrichtung des Stanzlochs größer als die Breite (b) in Rotationsrichtung des Dauermagneten und der Raum 10, der durch einen Unterschied zwischen den Langen (a) und (b) entsteht, ist in einer normalen Rotationsrichtung, das heißt, einer Vorwärtsbewegungsrichtung des elektrischen Hybridfahrzeugs, angeordnet. In diesem Fall wird, da der Rotor für jeden Pol nicht-symmetrisch wird, das maximale Drehmoment im Fall einer normalen Drehung und einer Umkehrdrehung unterschiedlich, das heißt, die normale Drehung, die den Raum 10 aufweist, hat ein niedriges Drehmoment und die Umkehrdrehung hat ein hohes Drehmoment. Weiterhin wird ein Drehmomentverhältnis zwischen der normalen Drehung und der Umkehrdrehung von einem Verhältnis zwischen den Werten a und b bestimmt, und da die beiden Fälle, dass eine Beziehung b/a = 1 hergestellt wird (das heißt, der Fall, dass das Stanzloch und die Magnetbreite gleich sind und der Raum 10 nicht existiert) und dass eine Beziehung b/a = 0 hergestellt wird (das heißt, der Fall, dass der Magnet nicht existiert und nur der Raum 10 existiert, sogenannter Reluktanzdrehmomentmotor) an jedem Pol symmetrisch sind, sind das Drehmoment der normalen Drehung und das Drehmoment der Umkehrdrehung zueinander gleich. Im Gegensatz dazu wird, da der Fall, dass eine Beziehung b/a = 0,5 hergestellt wird (das heißt, der Fall, dass die Breite des Dauermagneten und der Raum 10 gleich sind) an jedem Pol am meisten nicht-symmetrisch ist, das Verhältnis zwischen dem Drehmoment der normalen Drehung und dem Drehmoment der Umkehrdrehung maximal.
  • 2 zeigt das Ergebnis einer Magnetfeldanalyse in dem Fall, in dem bei einer dynamoelektrischen Maschine mit einer Ausgabe von 60 kW die Beziehung b/a = 0,85 hergestellt wird, und 3 zeigt die Verteilung einer Magnetflussdichte des Rotationsspalts zwischen P1 und P2 bei der dynamoelektrischen Maschine in 2. Gemäß 3 ist es, da die Magnetflussdichte in der normalen Drehrichtung niedrig ist und die Magnetflussdichte in der Umkehrdrehrichtung hoch ist, bekannt, dass das Drehmoment der Umkehrdrehung größer als das Drehmoment der normalen Drehung ist.
  • Weiterhin zeigt 4 das Vorwärtsbewegungsdrehmoment und das Rückwärtsbewegungsdrehmoment im Fall einer Änderung des Werts b/a bei der in 2 gezeigten dynamoelektrischen Maschine und 5 zeigt eine Beziehung zwischen einem Verhältnis zwischen dem Vorwärts- und Rückwärtsbewegungsdrehmoment (dem Rückwärtsbewegungsdrehmoment/Vorwärtsbewegungsdrehmoment) und dem Wert b/a.
  • Gemäß 4 ist das Drehmoment sowohl bei der Vorwärts- als auch der Rückwärtsbewegung am größten in dem Fall, dass die Beziehung b/a = 1 hergestellt wird, das Drehmoment wird verringert, wenn der Wert b/a kleiner wird und das Drehmoment ist am kleinsten in dem Fall, dass die Beziehung b/a = 0 hergestellt wird. In dem Fall jedoch, dass die Beziehung b/a > 0,5 hergestellt wird, ist ein Verringerungsgrad des Rückwärtsbewegungsdrehmoments kleiner als derjenige des Vorwärtsbewegungsdrehmoments. Gemäß 5 ist es bekannt, dass der Wert b/a auf 0,5 bis 0,9 eingestellt werden sollte, um das Verhältnis zwischen dem Vorwärts- und Rückwärtsdrehmoment zu 1,05 bis 1,2 zu machen. Falls es beabsichtigt ist, dass das Drehmomentverhältnis einfach zu 1,05 bis 1,2 gemacht wird, ist der Wert b/a von 0,15 bis 0,5 ausreichend, jedoch ist in diesem Fall der Wert ungeeignet, da das Drehmoment zu niedrig wird, wie aus 4 ersichtlich.
  • 6 zeigt hier ein Ausführungsbeispiel eines Aufbaus eines elektrischen Hybridfahrzeugs, das einem Gegenstand der vorliegenden Erfindung entspricht. Ein Antriebssystem wird hauptsächlich durch einen Motor bzw. Verbrennungsmotor 30, einen Motor bzw. Elektromotor 31 zum Antreiben eines Elektrofahrzeugs, einen Leistungsgenerator 32, der durch den Verbrennungsmotor angetrieben und zum Aufladen einer Batterie oder dergleichen verwendet wird, einen Inverter/Konverter 33, eine Batterie 34, eine Antriebswelle 37, ein Geschwindigkeitswechselgetriebe (beispielsweise ein CVT) 35 und eine Kupplung 36 gebildet. Da in diesem Fall der Antriebsmotor 31 während einer Zeit der Geschwindigkeitsverringerung als Leistungsgenerator für die Wiedergewinnung fungiert, kann der Antriebsmotor 31 manchmal als dynamoelektrische Maschine bezeichnet werden. Bei diesem elektrischen Hybridfahrzeug erfolgt der Aufbau derart, dass der Verbrennungsmotor 30, die Kupplung 36, die dynamoelektrische Maschine (Antriebsmotor) 31, das Geschwindigkeitswechselgetriebe 35 und die Antriebswelle 37 miteinander in Reihe verbunden sind und das Geschwindigkeitswechselgetriebe 35 kein Getriebe zum Umschalten der Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen aufweist.
  • Betätigungen in jeweiligen Fahrmodi sind wie folgt:
    • (1) Anhaltezeit: der Verbrennungsmotor ist angehalten, die Kupplung ist ausgeschaltet und der Elektromotor ist in einem Ruhezustand (in diesem Fall wird im Fall, dass der Aufladebetrag der Batterie klein ist, der Verbrennungsmotor angetrieben, um die dynamoelektrische Maschine als Leistungsgenerator zu drehen, wodurch die Batterie aufgeladen wird).
    • (2) Fahrzeit bei niedriger Geschwindigkeit: der Verbrennungsmotor ist angehalten, die Kupplung ist ausgeschaltet und der Elektromotor wird angetrieben (in diesem Fall wird im Fall, dass der Aufladebetrag der Batterie klein ist, der Verbrennungsmotor angetrieben, um den Leistungsgenerator zu drehen, wodurch die Batterie aufgeladen wird).
    • (3) Fahrzeit bei mittlerer und hoher Geschwindigkeit: der Verbrennungsmotor wird angetrieben, die Kupplung ist eingeschaltet und der Elektromotor dreht sich in begleitender Weise (keine Ausgabe).
    • (4) Zeit der Beschleunigung mit hoher Geschwindigkeit: der Verbrennungsmotor wird angetrieben, die Kupplung ist eingeschaltet und der Elektromotor wird angetrieben.
    • (5) Zeit der Geschwindigkeitsverringerung: der Verbrennungsmotor wird aufgrund der Trägheit gedreht, die Kupplung ist eingeschaltet und der Elektromotor wird regeneriert (kann durch den Leistungsgenerator regeneriert werden).
    • (6) Zeit des Rückwärtsbewegens: der Verbrennungsmotor ist angehalten, die Kupplung ist ausgeschaltet und der Elektromotor wird angetrieben (in diesem Fall wird im Fall, dass der Aufladebetrag der Batterie klein ist, der Verbrennungsmotor angetrieben, um den Leistungsgenerator zu drehen, wodurch die Batterie aufgeladen wird).
  • Da die Rückwärtsbewegung nur durch den Elektromotor angetrieben wird, ist das Motordrehmoment während einer Zeit des Rückwärtsbewegens groß. Im Gegensatz dazu wird das Fahren mit niedriger Geschwindigkeit nur durch den Motor angetrieben, jedoch wird im Fall, dass das Drehmoment unzureichend ist, die Kupplung eingeschaltet, um den Verbrennungsmotor anzutreiben, wodurch es leicht ist, das unzureichende Drehmoment zu ergänzen.
  • Bei Betrachtung von lediglich der Niedriggeschwindigkeitsseite ist der herkömmliche Elektromotor mit der Beziehung b/a = 1 ausreichend, bei den Fahrmodi (3) und (4) des elektrischen Hybridfahrzeugs jedoch wird der Motor sogar während der Zeit der Drehung mit mittlerer oder hoher Geschwindigkeit angetrieben oder dreht sich in begleitender Weise. In diesem Fall wird, wenn der Magnetfluss des Magneten groß ist, ein Eisenverlust groß und wird ein schwächender Feldstrom vergrößert, da die Magnetflussmenge eingeschränkt ist, so dass die Leistung verringert wird.
  • Gemäß der dynamoelektrischen Dauermagnetmaschine der vorliegenden Erfindung wird das Drehmoment in der Rückwärtsbewegungsseite gewährleistet, das unzureichende Drehmoment wird während der Zeit der Drehung mit niedriger Geschwindigkeit in der Vorwärtsbewegungsseite durch eine Unterstützung des Verbrennungsmotors ergänzt und die Magnetflussmenge wird während der Zeit der mittleren und hohen Geschwindigkeit verringert, wodurch es möglich ist, die Leistung, wie etwa die Effizienz während der Zeit der mittleren und hohen Geschwindigkeit oder dergleichen, zu verbessern und ein Antriebssystem zu erzielen, das für das elektrische Hybridfahrzeug geeignet ist.
  • 7 zeigt das Motordrehmoment im Fall der vorliegenden Erfindung (b/a = 0,9) und des herkömmlichen Ausführungsbeispiels (b/a = 1). Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die vorliegende Erfindung die Drehzahl im Vergleich mit dem herkömmlichen Ausführungsbeispiel um etwa 10% verbessern und die Motoreffizienz in der Hochgeschwindigkeitsseite um etwa 1% von 90% bei der herkömmlichen auf 91% bei der vorliegenden Erfindung verbessern.
  • Zum Verifizieren einer Eigenschaft zur breiten Verwendung der vorliegenden Erfindung wird die gleiche Verifizierung bei der dynamoelektrischen Maschine mit einer Ausgabe von 20 kW und 16 Polen durchgeführt. 8 zeigt das Ergebnis einer Magnetfeldanalyse in dem Fall, dass die Beziehung b/a = 0,9 hergestellt wird, und 9 zeigt die Beziehung (in diesem Fall zwischen 0,5 und 1) zwischen einem Verhältnis zwischen dem Vorwärts- und Rückwärtsbewegungsdrehmoment (Rückwärtsbewegungsdrehmoment/Vorwärtsbewegungsdrehmoment) und dem Wert b/a im Fall einer Änderung des Werts b/a bei der dynamoelektrischen Maschine in 8. Gemäß 9 ist es bekannt, dass der Wert b/a zwischen 0,5 und 0,9 liegt, um das Vorwärts- und Rückwärtsbewegungsdrehmomentverhältnis sogar bei dem Aufbau mit 16 Polen zu 1,05 bis 1,2 zu machen.
  • Weiterhin ist es bei der vorliegenden Erfindung zur Änderung des Drehmoments der Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen zusätzlich zu dem Verfahren eines teilweisen Ausbildens des Raums, wie oben erwähnt, möglich, dies durch den Aufbau zu erreichen, bei dem das Dauermagnet-Einfügungsloch, das in dem Rotoreisenkern vorgesehen ist, in einem vorgegebenen geneigten Winkel (θ) in Bezug auf die Umfangsrichtung vorgesehen ist und die dynamoelektrische Maschine und die Vorwärtsbewegungs(Normaldrehungs)-Seite des dieselbe verwendenden elektrischen Hybridfahrzeugs so vorgesehen werden, dass ein Abstand von dem Rotationsspalt vergrößert ist. In diesem Fall bedeutet der geneigte Winkel (θ) einen geneigten Winkel in Bezug auf eine Tangentiallinie in einem Zentrum (in einer Drehrichtung) des Dauermagneten.
  • 10 zeigt das Ergebnis einer Magnetfeldanalyse in dem Fall, dass bei einer dynamoelektrischen Maschine mit einer Ausgabe von 60 kW und acht Polen eine Beziehung θ = 10 Grad (mechanischer Winkel) besteht, und 11 zeigt die Verteilung einer Magnetflussdichte eines Rotationsspalts zwischen P1 und P2 bei der dynamoelektrischen Maschine in 10. Wie aus 11 ersichtlich, ist es, da die Magnetflussdichte in der Richtung der normalen Drehung niedrig ist und die Magnetflussdichte in der Richtung der Umkehrdrehung hoch ist, bekannt, dass sogar in diesem Fall das Drehmoment der Umkehrdrehung größer als das Drehmoment der Normaldrehung ist. In dem Fall, dass der mechanische Winkel 0 oder 90 Grad beträgt, wird das Drehmomentverhältnis aufgrund der symmetrischen Eigenschaft an jedem Pol zu 1. Im Gegensatz dazu wird im Fall von 45 Grad das Drehmomentverhältnis aufgrund der am meisten nicht-symmetrischen Eigenschaft am größten.
  • 12 zeigt den geneigten Winkel (θ) und das Verhältnis des Vorwärts- und Rückwärtsbewegungsdrehmoments. Wie aus 12 ersichtlich, ist es, wenn der Winkel θ auf 10 bis 45 Grad eingestellt wird, möglich, das Verhältnis des Vorwärts- und Rückwärtsdrehmoments zu 1,05 bis 1,2 zu machen.
  • Weiterhin ist gemäß der vorliegenden Erfindung die Form des Magneten nicht auf die im ersten Ausführungsbeispiel gezeigte rechteckige Form beschränkt, sondern es können verschiedene Formen, wie etwa eine Bogenform oder dergleichen, verwendet werden. Ferner können für den Dauermagneten 8 andere Magneten als der Neodym-Magnet verwendet werden, für die Anzahl der (die Anzahl der Pole der) Dauermagneten kann eine andere Anzahl als acht Pole und sechzehn Pole verwendet werden und für die Anzahl der Schlitze des Stators kann eine andere Anzahl als achtundvierzig verwendet werden. In diesem Fall ist der Magnet nicht auf den Innenrotationstyp beschränkt und kann durch einen Außenrotationstyp gebildet werden.
  • Da das Verhältnis zwischen der maximalen Drehmomentausgabe durch die dynamoelektrische Maschine während der Zeit der normalen Drehung (Vorwärtsbewegung) und dem Drehmoment, das durch die dynamoelektrische Maschine während der Zeit der Umkehrdrehung (Rückwärtsbewegung) ausgegeben wird, 1:1,05–1:1,2 beträgt und bei der Rückwärtsbewegung größer wird, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, das unnötige Drehmoment (Magnetfluss) bei der normalen Drehung (Vorwärtsbewegung) zu verringern, um die Effizienz bei der hohen Geschwindigkeit zu verbessern und den spezifischen Kraftstoffverbrauch weiter zu verbessern. Ferner ist es möglich, ein elektrisches Hybridfahrzeug mit kompakter, leichter und hoher Effizienz bereitzustellen, das während der Rückwärtsbewegung ein vorgegebenes Drehmoment ausgeben kann.
  • Weiterhin ist es nicht notwendig, ein Stahlblech mit niedrigem Eisenverlust zu verwenden, da es möglich ist, durch Reduzieren des Magnetflusses während der Drehung mit hoher Geschwindigkeit den Eisenverlust zu verringern, so dass die Kosten gesenkt werden. Da es in diesem Fall möglich ist, die Magnetmenge bei dem den Raum verwendenden Aufbau zu verringern, so dass er wie im ersten Ausführungsbeispiel nicht-symmetrisch ist, ist es möglich, die Kosten für den Magnet zu senken.

Claims (8)

  1. Elektrisches Hybridfahrzeug, das eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine (31) verwendet, mit: einer dynamoelektrischen Dauermagnetmaschine (31), wobei die dynamoelektrische Dauermagnetmaschine (31) einen Stator (1) mit einem Statoreisenkern (2), um den eine Statorspule herumgewickelt ist, und einen Rotor (6) aufweist, der in dem Stator (1) in einem Rotationsspalt (5) angeordnet ist, mit mehreren Dauermagneten (8), die innerhalb eines Rotoreisenkerns (7) in Umfangsrichtung angeordnet und befestigt sind, und mit vorstehenden Hilfspolen; wobei die dynamoelektrische Maschine (31) und ein Motor (30) mit einer Antriebswelle (37) in Reihe verbunden sind; und kein Getriebe zum Umschalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen vorgesehen ist; dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen einer maximalen Drehmomentausgabe durch die dynamoelektrische Maschine (31), wenn sich das elektrische Fahrzeug vorwärts bewegt, und einem Drehmoment, das durch die dynamoelektrische Maschine (31) während einer Rückwärtsbewegung ausgegeben wird, eine Beziehung von 1:1,05 bis 1:1,2 herstellt, wobei das Drehmoment während der Rückwärtsdrehung größer als die maximale Drehmomentausgabe ist, wenn sich das elektrische Fahrzeug vorwärts bewegt, wobei eine Form in Umfangsrichtung des Rotors (6) an jedem Pol nicht-symmetrisch ist.
  2. Elektrisches Hybridfahrzeug, das eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine (31) verwendet, nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis zwischen der normalen und der Umkehrdrehung ei ne Beziehung von 1:1,05 bis 1:1,2 herstellt, wodurch das Drehmoment bei der Umkehrdrehung größer wird.
  3. Elektrisches Hybridfahrzeug, das eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine (31) verwendet, nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Breite in Rotationsrichtung eines Dauermagnet-Einfügungslochs, das in dem Rotoreisenkern (7) vorgesehen ist, größer als eine Breite des Dauermagneten (8) ist und ein Raum (10), der durch einen Längenunterschied zwischen den beiden entsteht, in einer Vorwärtsbewegungsseite des elektrischen Fahrzeugs vorgesehen ist.
  4. Elektrisches Hybridfahrzeug, das eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine (31) verwendet, nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Dauermagnet-Einfügungsloch, das in dem Rotoreisenkern (7) vorgesehen ist, in einem vorgegebenen geneigten Winkel (θ) in Bezug auf die Umfangsrichtung vorgesehen ist, so dass ein Abstand von dem Rotationsspalt (5) in der normalen Rotationsseite der dynamoelektrischen Maschine (31) größer ist und der Dauermagnet (8) in das Einfügungsloch eingefügt wird.
  5. Elektrisches Hybridfahrzeug, das eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine (31) verwendet, nach Anspruch 4, wobei der geneigte Winkel (θ) 10 bis 45 Grad beträgt (mechanischer Winkel).
  6. Elektrisches Hybridfahrzeug, das eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine (31) verwendet, nach Anspruch 1 bis 3, wobei eine Querschnittsform in Rotationsrichtung des Dauermagnet-Einfügungslochs und des Dauermagneten (8) eine rechteckige Form ist.
  7. Elektrisches Hybridfahrzeug, das eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine (31) verwendet, nach Anspruch 1 bis 3, wobei eine Querschnittsform in Rotationsrichtung des Dauermagnet-Einfügungslochs und des Dauermagneten (8) eine Bogenform ist.
  8. Elektrisches Hybridfahrzeug, das eine dynamoelektrische Dauermagnetmaschine (31) verwendet, nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Verhältnis zwischen der Breite in Rotationsrichtung des Dauermagnet-Einfügungslochs, das in dem Rotoreisenkern (7) vorgesehen ist, und der Breite in Rotationsrichtung des Dauermagneten 1:0,5 bis 1:0,9 beträgt.
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