JP2007037212A - 車両用モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電量を任意に変更可能である車両用モータの制御装置を提供する。
【解決手段】車両用モータをスイッチドリラクタンスモータ３とし、該モータ３は、発電用の界磁場として、その強度が変更可能な界磁場を、ステータ７１及びロータ７５からなるモータ本体７と共に形成する界磁場形成部８をさらに備える。モータの制御装置は、設定した要求発電量に応じて発電用界磁場の強度を変更させて、車両用モータ３に発電を実行させる制御手段５を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用モータの制御装置に関するものである。

ハイブリッド自動車（以下、ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicleとも言う）や、電気自動車に用いられるモータ・ジェネレータとして、ロータ内に永久磁石を備えたものが良く知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−１１９８７５号公報

ところで、駆動輪やエンジンの出力軸に発電機（モータ）が直結された構成においては、駆動軸又はエンジンの回転によって、それのロータが強制的に回転することになる。その場合に、上記モータのロータに永久磁石が設けられていると、ロータの回転に伴い回転磁場が発生し、コイルに起電力が生じるため、発電が要求されていないときにも発電してしまうことになる。その結果、バッテリの蓄電量が増加し続けることにもなることから、例えば放電回路等によって放電させたり、例えばモータとその軸との間にクラッチ等を設け、必要に応じてモータを軸から切り離す必要がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発電が要求されていないときには発電せずかつ、発電量を任意に変更可能である車両用モータの制御装置を提供することにある。

本発明は、車両に搭載されかつ、駆動力を出力可能であると共に、回生発電が可能な車両用モータの制御装置を対象とする。

上記車両用モータは、それぞれコイルが設けられかつ、周方向に等間隔に配置された複数個のステータ突極を有するステータと、周方向に等間隔に配置された、上記ステータ突極とは異なる数の複数個のロータ突極を有すると共に、回転軸回りに回転可能なロータと、からなるモータ本体を備えたスイッチドリラクタンスモータであって、発電用の界磁場として、その強度が変更可能な界磁場を上記モータ本体と共に形成する界磁場形成部をさらに備えている。

上記車両用モータの制御装置は、入力される各種の信号値に応じて要求発電量を設定すると共に、その要求発電量に応じて上記発電用界磁場の強度を変更させて、上記車両用モータに発電を実行させる制御手段を備える。

この構成によると、車両用モータは、スイッチドリラクタンスモータであって、そのロータには永久磁石を備えない。そのため、ロータが回転しても回転磁場は発生せず、発電が要求されていないときには発電しない。

また、上記車両用モータは、ステータ及びロータからなるモータ本体とは別に、発電用の界磁場として、その強度が変更可能な界磁場を上記モータ本体と共に形成する界磁場形成部を備えており、発電時には上記界磁場形成部及びモータ本体によって発電用の界磁場を形成して発電を行う。

そして、この車両用モータの制御装置では、その制御手段が、入力される各種の信号値（例えば発電した電力を蓄電するバッテリの蓄電量等）に応じて要求発電量を設定すると共に、その要求発電量に応じて上記発電用界磁場の強度を変更させて、上記車両用モータに発電を実行させる。これによって、車両用モータによる発電量を任意に変更することができ、発電要求量に応じた発電を効率的に行うことができる。

ここで、上記界磁場形成部は、界磁コイルと、上記回転軸上に配置される中央部及び、少なくとも上記各ステータ突極に対応する位置に配置されることによって、上記中央部に対して軸対称に配置される周縁部を有するヨーク部材と、を備えかつ、上記モータ本体に対して上記回転軸方向に近接して配置され、上記車両用モータは、発電時には上記界磁コイルに通電することによって、上記界磁場形成部及び上記モータ本体によって発電用界磁場を形成し、上記各ステータ突極のコイルにより発電し、上記制御手段は、上記要求発電量に応じて上記界磁コイルへの通電量を変更することによって、上記発電用界磁場の強度を変更させる、としてもよい。

つまり、車両用モータの駆動時は、従来のスイッチドリラクタンスモータと同様に、各ステータ突極のコイルを界磁コイルとして、その複数の界磁コイルに対して周方向に順次通電する。このことにより、ロータを回転させる（トルクを発生させる）。このときに界磁場形成部の界磁コイルには通電しないことによって、モータ本体及び界磁場形成部による界磁場は形成されない。

一方、発電時には、上記界磁コイルに通電することにより、モータ本体及び界磁場形成部によって界磁場を形成するが、界磁場形成部は、中央部と周縁部とを備えたヨーク部を備えているため、回転軸を中心として放射状（軸対称）でかつ、回転軸方向に閉ループ状の、安定した界磁場が形成される。それによって、等角度に配置された各ステータ突極のコイル（発電コイル）における界磁場強度が均一になり、各コイルでの発電電流のノイズが小さくなり、高い効率で発電が行われる。

そして、要求発電量に応じて上記界磁コイルへの通電量を変更し、それによって上記発電用界磁場の強度を変更させることで、発電要求量に応じた発電を効率的に行うことができる。

これとは異なり、上記界磁場形成部は、永久磁石と、上記回転軸上に配置される中央部及び、少なくとも上記各ステータ突極に対応する位置に配置されることによって、上記中央部に対して軸対称に配置される周縁部を有するヨーク部材と、を備えかつ、上記回転軸上で上記モータ本体に対する相対位置を変更可能に構成されており、上記車両用モータは、駆動時には上記界磁場形成部を上記モータ本体に対し所定距離以上離間して配置する一方、発電時には上記界磁場形成部を上記モータ本体に対して近接して配置することによって、上記界磁場形成部及び上記モータ本体により発電用界磁場を形成し、上記各ステータ突極のコイルにより発電し、上記制御手段は、上記要求発電量に応じて上記モータ本体に対する界磁場形成部の相対位置を変更することによって、上記発電用界磁場の強度を変更させる、としてもよい。

つまり、車両用モータの駆動時には、界磁場形成部をモータ本体に対して所定距離以上離間させることによって、上記永久磁石による界磁場を形成しない。つまり、従来のスイッチドリラクタンスモータと同様の構成になる。

一方、発電時には、界磁場形成部をモータ本体に近接して配置することによって、永久磁石によって、回転軸を中心として放射状でかつ、回転軸方向に閉ループ状の界磁場を形成する。この構成では、上記構成と同様に各コイルでの発電電流のノイズが小さくなり、発電効率が向上すると共に、発電用の界磁場を形成するにあたり電流を供給する必要がないため、発電効率の更なる向上が図られる。

そして、要求発電量に応じて上記界磁場形成部とモータ本体との距離を変更することによって、上記発電用界磁場の強度が変更され、そのことで、発電要求量に応じた発電を効率的に行うことができる。

さらに、上記界磁場形成部は、発電コイルと、上記回転軸上に配置される中央部及び、少なくとも上記各ステータ突極に対応する位置に配置されることによって、上記中央部に対して軸対称に配置される周縁部を有するヨーク部材と、を備えかつ、上記モータ本体に対して上記回転軸方向に近接して配置され、上記車両用モータは、発電時には上記各ステータ突極のコイルに通電することによって、上記界磁場形成部及び上記モータ本体によって発電用界磁場を形成し、上記発電コイルにより発電し、上記制御手段は、上記要求発電量に応じて上記各ステータ突極のコイルへの通電量を変更することによって、上記発電用界磁場の強度を変更させる、としてもよい。

つまり、車両用モータの駆動時には、従来のスイッチドリラクタンスモータと同様に、各ステータ突極のコイルを界磁コイルとして、その複数の界磁コイルに対して周方向に順次通電する。このことにより、ロータを回転させる。

これに対し、車両用モータの発電時には、各ステータ突極のコイルを界磁コイルとして、界磁場を形成する。このときに形成される界磁場は、界磁場形成部とモータ本体とによって、回転軸を中心として放射状（軸対称）でかつ、回転軸方向に閉ループ状の、安定かつ周方向に強度が均一な界磁場となる。それによって、界磁場形成部の発電コイルにおいて高い効率で発電が行われる。

そして、要求発電量に応じて上記各ステータ突極のコイルの通電量を変更し、そのことによって上記発電用界磁場の強度が変更する。その結果、発電要求量に応じた発電を効率的に行うことができる。

上記車両用モータは、その駆動時には、車両の駆動輪に駆動力を出力する走行用モータである、としてもよい。

すなわち、ハイブリッド自動車や電気自動車等において、走行用モータが駆動輪に直結される構成では、車速と走行用モータのロータ回転数とが比例することになる。ここでロータに永久磁石を備えたモータでは、車速が高いほど、換言すればロータ回転数が高いほどコイルの逆起電力が大きくなるため、その逆起電力によってコイルが破損する虞がある。また、そうした高速走行時に走行用モータを駆動しようとしても、逆起電力による磁場とコイルの通電による磁場とによって磁気飽和が起こり、走行用モータが駆動力を出力することはできない。

これに対し、上記構成の車両用モータは、スイッチドリラクタンスモータであり、ロータに永久磁石を備えないため、ロータが回転してもコイルに逆起電力は生じない。そのため、高回転時においても車両用モータから駆動力を出力することができる。つまり、上記の車両用モータは、車速が高いときでも駆動力を出力することができ、走行用モータとして有用である。

以上説明したように、本発明の車両用モータの制御装置によると、車両用モータをスイッチドリラクタンスモータとし、モータ本体と共に発電用の界磁場を形成する界磁場形成部によって、要求発電量に応じて上記界磁場形成部によって形成される発電用の界磁場の強度を変更するため、車両用モータによる発電量を任意に変更することができ、発電要求量に応じた発電を効率的に行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るスイッチドリラクタンスモータ３が搭載された自動車の駆動系の構成を示している。この自動車は、駆動源としてエンジン１及びモータ３ａを備え、これらエンジン１及びモータ３ａを組み合わせて走行を行うハイブリッド自動車（以下、ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicleとも言う）である。このハイブリッド自動車は、いわゆるシリーズ・パラレル方式のハイブリッド自動車であり、エンジン１の出力軸であるクランクシャフトは、動力分割機構４を通じてモータ３ａ及びジェネレータ３ｂに連結され、さらにモータ３ａは差動機構（デファレンシャルギヤ）６１を介して駆動輪６に連結される。そうして、このＨＥＶでは、上記エンジン１の発生する動力を、動力分割機構４によってジェネレータ３ｂと駆動輪６（モータ３ａ）とに適宜分割して伝達する。

このＨＥＶには、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ）５が搭載されており、このＥＣＵ５によって、上記エンジン１、モータ３ａ及びジェネレータ３ｂは制御される。

上記エンジン１は、水素を燃料として車両の駆動力を発生する水素エンジン１であり、本実施形態では特に、図示は省略するが、トロコイド内周面を有する繭状のロータハウジングとサイドハウジングとに囲まれたロータ収容室（気筒）に収容されかつ、クランクシャフトに対して、遊星回転運動をするように支持された概略三角形状のロータを備えた水素ロータリーエンジン１とされている。つまり、ロータは、その外周の３つの頂部にそれぞれ配設されたシール部がロータハウジングのトロコイド内周面に当接した状態で上記クランクシャフトの偏心輪の周りを自転しながら、該クランクシャフトの軸心の周りに公転するようになっており、ロータが１回転する間に、該ロータの各頂部間にそれぞれ形成された作動室が周方向に移動しながら、吸気、圧縮、膨張（燃焼）及び排気の各行程を行い、これにより発生する回転力がロータを介してクランクシャフトから出力される。

また、上記水素ロータリーエンジン１は、２つのロータハウジングを３つのサイドハウジングの間に挟み込むようにして一体化し、その間に形成される２つの気筒にそれぞれロータを収容した２ロータタイプのものとされており、１気筒につき、筒内に燃料を直接噴射する、電子制御式の燃料噴射弁１９，１９（インジェクタ）が２つ設けられている。尚、上記水素エンジン１はロータリーエンジンに限らず、レシプロエンジンであってもよい。

上記各インジェクタ１９は、水素燃料タンク４０に接続されていて、各インジェクタ１９には、この水素燃料タンク４０から燃料としての水素が供給される。ここで、本実施形態における水素燃料タンク４０は、気体状態の水素を貯蔵する高圧容器であり、水素燃料タンク４０と各インジェクタ１９との間の水素燃料供給系には高圧水素ガスを所定圧力に減圧するレギュレータ４１が介設されている。

尚、上記エンジン１は水素エンジンに限るものではない。

上記ロータリーエンジン１のクランクシャフトは、動力分割機構４を介して２つのモータ・ジェネレータ３ａ，３ｂに連結されている。これらのモータ・ジェネレータ３ａ，３ｂは共に、状況に応じて電動機と発電機との間で機能が切り替わるようになっているが、通常の走行状況では、符号３ａのモータ・ジェネレータは、エンジンの補助動力を発生する電動機としての機能を主に担い、符号３ｂのモータ・ジェネレータは、エンジン１の動力によって発電を行う発電機としての役割を主に担っている。そこで、以下の説明では、モータ・ジェネレータ３ａをモータ（走行用モータ）と呼び、モータ・ジェネレータ３ｂをジェネレータと呼ぶ。これらモータ３ａ及びジェネレータ３ｂはそれぞれ、本実施形態ではスイッチドリラクタンスモータ３とされており、その構成についての詳細は後述する。

上記動力分割機構４は、サンギヤ、リングギヤ、及びプラネタリキャリアを有する遊星歯車であり、上記サンギヤはジェネレータ３ｂに、リングギヤはモータ３ａに、プラネタリキャリアはロータリーエンジン１に、それぞれ接続されている。

また、上記モータ３ａ及びジェネレータ３ｂは、インバータ２５を介してバッテリ４２に接続されている。

上記ＥＣＵ５には、各種センサ２４の出力信号が入力されると共に、バッテリ４２の蓄電量の情報が入力されるようになっており、ＥＣＵ５は、それらの出力信号に基づいて車両の走行状態を判定すると共に、その走行状態に応じてロータリーエンジン１、モータ３ａ及びジェネレータ３ｂの制御を行う。すなわち、走行状態に応じて各気筒の燃料噴射量や点火時期の制御を行うことによってロータリーエンジン１の制御を行うと共に、インバータ２５の制御によってモータ３ａとバッテリ４２との間に流れる電流、及びジェネレータ３ｂとバッテリ４２との間に流れる電流を調整して、モータ３ａの出力や回転速度、及びジェネレータ３ｂの発電量や回転速度を制御する。

具体的に、発進時や低速走行時のように駆動輪６の回転が低速かつ高負荷となってロータリーエンジン１の作動効率が低下する領域では、ロータリーエンジン１の作動を停止させて、モータ３ａの動力のみによって駆動輪６を駆動する。一方、通常走行時には、ロータリーエンジン１が作動されてその動力が動力分割機構４を介して駆動輪６に伝達されると共に、その動力は動力分割機構４を介してジェネレータ３ｂにも伝達され発電が行われる。そして、ジェネレータ３ｂが発電した電力をモータ３ａに給電して、そのモータ３ａをロータリーエンジン１の補助動力として使用する。この通常走行時における走行状態に応じて、ジェネレータ３ｂの発電量を減少させてモータ３ａによる動力補助を低下又は中止させたり、ジェネレータ３ｂの発電量を増大させてモータ３ａによる動力補助を向上させたりする。

このように、本ＨＥＶでは、ロータリーエンジン１とモータ３ａとの２つの動力源の分担を状況に応じて適宜制御することによって、ロータリーエンジン１を常に効率のよい運転領域で運転するようにしている。尚、上記ＥＣＵ５は、バッテリ４２の蓄電量が十分でない場合、エアコンのコンプレッサを駆動させる場合等には、ロータリーエンジン１の作動を停止させる領域であっても、ロータリーエンジン１を作動させるようにしている。

上記ＥＣＵ５はまた、入力される各種信号値に応じてジェネレータ３ｂに対する要求発電量を設定し、その要求発電量に応じて上記ジェネレータ３ｂに発電を実行させる。

次に、上記モータ３ａ及びジェネレータ３ｂの構成について、図２〜４を参照しながら説明する。上記モータ３ａ及びジェネレータ３ｂはそれぞれ、上述したように、スイッチドリラクタンスモータ３とされている。

このスイッチドリラクタンスモータ３は、互いに同軸に配置されたステータ７１及びロータ７５からなるモータ本体７と、発電時において上記モータ本体７と共に発電用の界磁場を形成する界磁場形成部材８と、を備えている。

上記ステータ７１は、円筒状のヨーク７２の内側に径方向の内方に突出する複数（図例では８個）のステータ突極７３を備えている。複数のステータ突極７３は、等角度間隔に配置されていると共に、各ステータ突極７３には、コイル７４が設けられている。尚、このコイル７４は、回転軸Ｘを挟んで径方向に相対するコイル７４同士が直列に接続されて組（同じ相）とされている。

上記ロータ７５は、円板状のコア７８の外側に径方向の外方に突出する複数（図例では６個）のロータ突極７６を備えている。複数のロータ突極７６は、等角度間隔に配置されている。このロータ７５は、出力軸であるシャフト７７に外嵌されていて、このシャフト７７と一体的に回転軸Ｘ回りに回転する。

上記ステータ７１及びロータ７５は、モータハウジング７９に収容されており、ステータ７１はモータハウジング７９内で固定されている一方、ロータ７５は、上記シャフト７７がベアリング７７ａを介してモータハウジング７９に支持されることによって、上記ステータ７１の中心軸と同軸である回転軸Ｘ回りに回転可能にされている。尚、ステータ７１及びロータ７５は共に、磁性材料によって形成される。

ここで、符号６１は、上記ステータ突極７３の各コイル７４の端部をモータハウジング７９の外部に引き出すための端子板であり、符号６２は、シャフト７７の回転角を検出するための回転角センサである。

上記界磁場形成部材８は、シャフト７７が貫通した状態で、ステータ７１及びロータ７５からなるモータ本体７に対し回転軸Ｘ方向の一側に配置されており、この界磁場形成部材８は回転軸Ｘ方向に往復移動可能に、このシャフト７７に対し支持されている。

この界磁場形成部材８は、磁力発生部である永久磁石８１と、磁性材料によって形成されるヨーク部８２と、有しており、ヨーク部８２は、円板状の本体部８３と、この本体部８３の中心位置からロータ７５側に突出して設けられかつ、その中心に上記シャフト７７が貫通する貫通孔が形成された円筒状の中央部８４と、上記本体部８３の周縁からステータ７１側に突出して設けられる環状の周縁部８５と、を有している。つまり、環状の周縁部８５は、上記回転軸Ｘ上に配置される中央部８４に対して軸対称に配置されることになる。

上記永久磁石８１は、上記中央部８４の先端（ロータ７５側の端部）に取り付けられている。

また、上記界磁場形成部材８の外周面には、複数の係合凹部８０が形成されており、この係合凹部８０には、モータハウジング７９に取り付けられたカム８６がそれぞれ係合するようになっている。

各カム８６は、モータハウジング７９に対して揺動可能に取り付けられており、各カム８６が揺動することによって、界磁場形成部材８は、モータ本体７に最も近接する位置と、モータ本体７から最も離間する位置との間で、上記回転軸Ｘ上におけるモータ本体７に対する相対位置をリニアに変更することが可能になっている。尚、各カム８６の揺動は、図示省略のアクチュエータによって行われ、アクチュエータは、上記ＥＣＵ５によって駆動が制御される。

次に、モータ３ａ及びジェネレータ３ｂであるスイッチドリラクタンスモータ３の制御について説明する。

上記スイッチドリラクタンスモータ３の駆動時（電動機としての使用時）には、上記ＥＣＵ５によって、上記界磁場形成部材８は、モータ本体７に対して最も離間する位置に位置づけられる（図５の（ａ）参照）。これによって、モータ本体７には、界磁場形成部材８の永久磁石８１による界磁場が形成されない。尚、この時の界磁場形成部材８とモータ本体７との間隔は、永久磁石８１による界磁場が形成されない程度で適宜設定すればよい。

そうして、従来のスイッチドリラクタンスモータ３と同様に、上記回転角センサ６２が検出した回転角に基づいて各ステータ突極７３のコイル７４の通電が制御される。つまり、径方向に相対する一対のステータ突極７３のコイル７４に通電して、ステータ突極７３からロータ突極７６に向かう磁束を発生させ（界磁場を形成し）、ロータ突極７６をステータ突極７３に引きつけることによってトルクを発生させる。ステータ突極７３とロータ突極７６とが対向した状態になれば、他の突極７３，７６同士がずれた状態になる。このため、順次ずれた状態となるステータ突極７３のコイル７４に通電を行うことによって、ロータ突極７６がステータ突極７３に連続的に引きつけられるようになり、それによってロータ７５を回転軸Ｘ回りに回転させることができる。つまり、スイッチドリラクタンスモータ３の駆動時には、ステータ突極７３のコイル７４を界磁コイルとして機能させる。

上記スイッチドリラクタンスモータ３の発電時（発電機としての使用時）には、上記ＥＣＵ５によって、上記界磁場形成部材８は、モータ本体７に対して近接した位置に位置づけられる（図５の（ｂ）又は（ｃ）参照）。

これによって、モータ本体７と界磁場形成部材８とによって、図３に示すように回転軸Ｘを中心として放射状（実線又は一点鎖線の矢印参照）でかつ、図５の（ｂ）又は（ｃ）に示すように回転軸Ｘ方向に閉ループ（実線参照）となった界磁場が形成される。そして、各ステータ突極７３においては、図６に示すように、ロータ７５の回転に伴い磁束が正弦波状に変化し、それによって、各ステータ突極７３のコイル７４には起電力が発生する。つまり、スイッチドリラクタンスモータ３の発電時には、ステータ突極７３のコイル７４を発電コイルとして機能させる。

また、スイッチドリラクタンスモータ３の発電時においては、ＥＣＵ５は、設定した要求発電量に応じて、モータ本体７に対する界磁場形成部材８の相対位置を変化させる。これは例えば、図７に示すようなマップに基づいて行われ、要求発電量が大きいほどモータ本体７と界磁場形成部材８との距離を近くし、要求発電量が所定以上のときは、界磁場形成部材８をモータ本体７に対して最も近接した位置にする。こうすることで、要求発電量が大きいほど、発電用の界磁場強度が高くなり（図５（ｃ））、逆に要求発電量が小さいほど、発電用の界磁場強度が低くなる（図５（ｂ））。このように、要求発電量に応じて界磁場の強度を変更させることによって、発電要求量に応じた発電を効率的に行うことができ、バッテリ４２の過充電等が防止される。

尚、各ステータ突極７３における磁束変化は、互いに位相が異なるため、各コイル７４によって回収される電流は互いに位相が異なるが、モータ本体７と界磁場形成部材８とによって形成される界磁場の強度は、複数のステータ突極７３間で均一であるため、各コイル７４によって回収される電流の位相を合わせて合成することによって、ノイズの少ない発電電流が得られる。

このように、本実施形態のスイッチドリラクタンスモータ３は、発電用の界磁場を形成するための界磁場形成部材８を備えていて、その界磁場形成部材８によって回転軸Ｘに対して軸対称でかつ、回転軸Ｘ方向に閉ループ状の界磁場を安定して形成することができる。そうして、各ステータ突極７３のコイル７４（つまり、発電コイル）に対する界磁場強度が均一化するため、ノイズの少ない発電電流を得ることができ、発電効率を向上させることができる。

また、上記スイッチドリラクタンスモータ３は、発電用の界磁場を永久磁石８１によって形成するため、界磁場の形成のための電力が不要であり、発電時の電力回収率を向上させることができる。

また、発電が要求されていないときには、界磁場形成部材８をモータ本体７から最も離間した位置に位置づける（図５の（ａ）参照）ことによって、永久磁石８１による界磁場が形成されない。そのため、ロータ７５に永久磁石を有しないことと相俟って、本スイッチドリラクタンスモータ３は、発電が要求されていないときに発電してしまうことはない。従って、駆動輪６に接続される走行用モータ３ａとその出力軸との間に、動力遮断のためのクラッチを設ける必要がなくなる。

また、ロータに永久磁石を有しているモータでは、高回転時に逆起電力が大きくなり、コイルが破損する虞があると共に、高回転時にモータを駆動しようとしても、逆起電力による磁場とコイルの通電による磁場とによって磁気飽和が起こることから、高回転時には駆動力を出力することができない。しかしながら、上記スイッチドリラクタンスモータ３は、ロータに永久磁石を有しておらず逆起電力が大きくなることがないため、高回転時においてもモータ３を駆動させることが可能であり、車速とモータ回転数とが比例する走行用モータとして適している。

尚、上記実施形態では、磁力発生部としての永久磁石８１を環状に形成していたが、これとは異なり、例えば図８に示すように、ステータ突極７３に対応して複数個の永久磁石８７を、中央部８４の先端に配置してもよい。また、図９に示すように、円板状の永久磁石８８を中央部８４の先端に配置してもよい。ただしこの場合、界磁場形成部材８に対しシャフト７７を貫通して配置させることはできない。

（実施形態２）
実施形態２は、界磁場形成部材８が磁力発生部としての永久磁石８１を備えておらず、それの代わりに界磁コイル８９を備えている点が、実施形態１とは異なる。

図１０，１１は、実施形態２に係るスイッチドリラクタンスモータ３の主要部を示しており、このスイッチドリラクタンスモータ３は、その界磁場形成部材８の中央部８４に界磁コイル８９が設けられている。尚、実施形態２に係る界磁場形成部材８は、実施形態１の界磁場形成部材８とは異なり、回転軸方向に往復移動しないようになっていて、モータ本体７に対して近接した位置に配置されている。実施形態２のスイッチドリラクタンスモータ３のその他の構成は、実施形態１のスイッチドリラクタンスモータ３と同じであるため、同一の部材については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

次に、実施形態２に係るスイッチドリラクタンスモータ３の制御について説明する。ここで、上記界磁場形成部材８の界磁コイル８９への通電制御は、上記ＥＣＵ５により上記インバータ２５を介して行われる。

上記スイッチドリラクタンスモータ３の駆動時（電動機としての使用時）には、上記界磁コイル８９には通電されず、それによって、モータ本体７には、界磁場形成部材８の界磁コイル８９による界磁場が形成されない。

そうして、従来のスイッチドリラクタンスモータ３と同様に、上記回転角センサ６２が検出した回転角に基づいて各ステータ突極７３のコイル７４の通電が制御され、それによって、ロータ７５を回転軸Ｘ回りに回転させる。つまり、実施形態２のスイッチドリラクタンスモータ３においても、その駆動時には、ステータ突極７３のコイル７４を界磁コイルとして機能させる。

上記スイッチドリラクタンスモータ３の発電時（発電機としての使用時）には、上記界磁場形成部材８の界磁コイル８９に通電され、それによって、モータ本体７と界磁場形成部材８とによって、回転軸Ｘを中心として放射状でかつ、回転軸Ｘ方向に閉ループとなった界磁場が形成される。そうして、上述したように、各ステータ突極７３のコイル７４を発電コイルとして機能させる（図１０，１１の実線及び一点鎖線参照）。

また、スイッチドリラクタンスモータ３の発電時においては、設定された要求発電量に基づいて、上記界磁コイル８９への通電量を変化させる。これは例えば、図１２に示すようなマップに基づいて行われ、要求発電量が大きいほど通電量を大きくする。こうすることで、要求発電量が大きいほど、発電用の界磁場の強度が高くなり、逆に要求発電量が小さいほど、発電用の界磁場の強度が低くなるため、発電要求量に応じた発電を効率的に行うことができる。

このように、本実施形態のスイッチドリラクタンスモータ３も、界磁場形成部材８によって回転軸Ｘに対して軸対称な界磁場を安定して形成すると共に、各ステータ突極７３コイル７４に対する界磁場強度を均一化することができ、発電効率を向上させることができる。

また、発電が要求されていないときには、界磁場形成部材８の界磁コイル８９に通電しないことで界磁場が形成されないため、発電が要求されていないときに発電することはない。

（実施形態３）
実施形態３は、実施形態２と同様の構成であるが、実施形態２における界磁場形成部材８の界磁コイル８９が、発電コイル９０である点が実施形態２とは異なる。

つまり、図１３，１４に示すように、実施形態３のスイッチドリラクタンスモータ３は、その界磁場形成部材８（本実施形態では発電コイル保持部材８と呼ぶが、その構成は上記界磁場形成部材８と同じである）の中央部８４に発電コイル９０が設けられている。尚、実施形態３に係る発電コイル保持部材８は、実施形態２の界磁場形成部材８と同様に回転軸Ｘ方向に往復移動しないようになっていて、モータ本体７に対して近接した位置に配置されている。実施形態３のスイッチドリラクタンスモータ３のその他の構成は、実施形態１，２のスイッチドリラクタンスモータ３と同じであるため、同一の部材については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

次に、実施形態３に係るスイッチドリラクタンスモータ３の制御について説明する。

上記スイッチドリラクタンスモータ３の駆動時（電動機としての使用時）には、上記回転角センサ６２が検出した回転角に基づいて各ステータ突極７３のコイル７４の通電が制御され、それによって、ロータ７５を回転軸Ｘ回りに回転させる。つまり、実施形態３のスイッチドリラクタンスモータ３においても、その駆動時には、ステータ突極７３のコイル７４を界磁コイルとして機能させる。

そして、実施形態３のスイッチドリラクタンスモータ３では、その発電時（発電機としての使用時）にも、上記各ステータ突極７３のコイル７４に通電され、それによってモータ本体７及び発電コイル保持部材８によって発電用の界磁場が形成される。このとき上記ステータ突極７３のコイル７４の通電は、全てのコイル７４に対して通電したままにされる。

これによって、図１３に示すように回転軸Ｘを中心として放射状でかつ、図１４に示すように回転軸Ｘ方向に閉ループとなった界磁場が形成され、各ステータ突極７３に対応する界磁場は、ロータ７５の回転角に対して正弦状に変化する。これによって、発電コイル保持部材８の中央部８４に配置した発電コイル９０に起電力が発生する。

また、スイッチドリラクタンスモータ３の発電時においては、設定された要求発電量に基づいて、上記各ステータ突極７３のコイル７４への通電量を変化させる。これも、実施形態２と同様に、図１２に示すようなマップに基づいて行われ、要求発電量が大きいほど通電量を大きくし、それによって、要求発電量が大きいほど、発電用の界磁場の強度が高くなり、逆に要求発電量が小さいほど、発電用の界磁場の強度が低くなる。その結果、発電要求量に応じた発電を効率的に行うことができる。

このように、本実施形態のスイッチドリラクタンスモータ３は、発電コイル保持部材８によって回転軸Ｘに対して軸対称な界磁場を安定かつ周方向に強度を均一化して形成することができ、発電コイル９０による発電効率を向上させることができる。

また、発電コイル９０が一つであるため、実施形態１，２のように各コイル７４において発生した起電力を合成する手間を省くことができる。

さらに、発電が要求されていないときには、各ステータ突極７３のコイル７４に通電しないことで界磁場が形成されないため、発電が要求されていないときに発電することはない。

尚、上記実施形態では、界磁場形成部材８及び発電コイル保持部材８のヨーク部８２として、円板状の本体部８３と環状の周縁部８５と、を備えているものとしているが、これに変えて、例えば図１５に示すように、上記円板状の本体部や円筒状の周縁部において、各ステータ突極７３に対応する位置の部分８５のみ残し、その他の部分を肉抜きした、いわゆるかご状に形成してもよい。このことによって、スイッチドリラクタンスモータ３の軽量化が図られる。また、円板状の本体部をそのままにして、円筒状の周縁部においてのみ、各ステータ突極７３に対応する位置の部分のみ残し、その他の部分を肉抜きしてもよい。

また、本発明に係るスイッチドリラクタンスモータ３が搭載される自動車はハイブリッド自動車に限らず、電気自動車や燃料電池車等の走行用モータとしても適用可能である。

さらに、本発明に係るスイッチドリラクタンスモータ３は、走行用モータに適用することに限らず、例えばスタータ・ジェネレータ等の、車両に搭載されるモータ・ジェネレータとしても利用可能であり、本発明の制御装置はそうしたスタータ・ジェネレータ等の制御にも適用可能である。

以上説明したように、本発明は、ロータに永久磁石を有しないスイッチドリラクタンスモータと、モータ本体と共に発電用の界磁場を形成する界磁場形成部と、の組み合わせによって、車両用モータによる発電量を任意に変更することができ、車両に搭載されるモータの制御装置として有用である。

本発明の実施形態に係るハイブリッド自動車の駆動系の構成を示すブロック図である。 実施形態１に係るスイッチドリラクタンスモータの縦断面図である。 同スイッチドリラクタンスモータの主要部を示す平面図である。 同スイッチドリラクタンスモータの界磁場形成部材を示す斜視図である。 同スイッチドリラクタンスモータにおいて、界磁場形成部材とモータ本体との相対位置の変化を示す説明図である。 同スイッチドリラクタンスモータの各ステータ突極における磁束変化を説明する図である。 要求発電量に対するモータ本体と界磁場形成部材との距離の関係を示す制御マップの一例である。 実施形態１の変形例に係る界磁場形成部材を示す平面図である。 別の変形例に係る界磁場形成部材を示す平面図である。 実施形態２に係るスイッチドリラクタンスモータの主要部を示す平面図である。 図１０のＡ−Ａ断面図である。 要求発電量に対する界磁コイルへの通電量の関係を示す制御マップの一例である。 実施形態３に係るスイッチドリラクタンスモータの主要部を示す平面図である。 図１３のＢ−Ｂ断面図である。 他の実施形態に係る界磁場形成部材のヨーク部を示す斜視図である。

符号の説明

３ スイッチドリラクタンスモータ
７ モータ本体
７１ ステータ
７３ ステータ突極
７４ コイル
７５ ロータ
７６ロータ突極
８ 界磁場形成部材、発電コイル保持部材
８１，８７，８８ 永久磁石（磁力発生部）
８９ 界磁コイル（磁力発生部）
８２ ヨーク部
８４ 中央部
８５ 周縁部
９０ 発電コイル
Ｘ 回転軸

Claims (5)

1. 車両に搭載されかつ、駆動力を出力可能であると共に、回生発電が可能な車両用モータの制御装置であって、
   上記車両用モータは、それぞれコイルが設けられかつ、周方向に等間隔に配置された複数個のステータ突極を有するステータと、周方向に等間隔に配置された、上記ステータ突極とは異なる数の複数個のロータ突極を有すると共に、回転軸回りに回転可能なロータと、からなるモータ本体を備えたスイッチドリラクタンスモータであって、発電用の界磁場として、その強度が変更可能な界磁場を上記モータ本体と共に形成する界磁場形成部をさらに備えており、
   入力される各種の信号値に応じて要求発電量を設定すると共に、その要求発電量に応じて上記発電用界磁場の強度を変更させて、上記車両用モータに発電を実行させる制御手段を備えた車両用モータの制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用モータの制御装置において、
   上記界磁場形成部は、界磁コイルと、上記回転軸上に配置される中央部及び、少なくとも上記各ステータ突極に対応する位置に配置されることによって、上記中央部に対して軸対称に配置される周縁部を有するヨーク部材と、を備えかつ、上記モータ本体に対して上記回転軸方向に近接して配置され、
   上記車両用モータは、発電時には上記界磁コイルに通電することによって、上記界磁場形成部及び上記モータ本体によって発電用界磁場を形成し、上記各ステータ突極のコイルにより発電し、
   上記制御手段は、上記要求発電量に応じて上記界磁コイルへの通電量を変更することによって、上記発電用界磁場の強度を変更させる車両用モータの制御装置。
3. 請求項１に記載の車両用モータの制御装置において、
   上記界磁場形成部は、永久磁石と、上記回転軸上に配置される中央部及び、少なくとも上記各ステータ突極に対応する位置に配置されることによって、上記中央部に対して軸対称に配置される周縁部を有するヨーク部材と、を備えかつ、上記回転軸上で上記モータ本体に対する相対位置を変更可能に構成されており、
   上記車両用モータは、駆動時には上記界磁場形成部を上記モータ本体に対し所定距離以上離間して配置する一方、発電時には上記界磁場形成部を上記モータ本体に対して近接して配置することによって、上記界磁場形成部及び上記モータ本体により発電用界磁場を形成し、上記各ステータ突極のコイルにより発電し、
   上記制御手段は、上記要求発電量に応じて上記モータ本体に対する界磁場形成部の相対位置を変更することによって、上記発電用界磁場の強度を変更させる車両用モータの制御装置。
4. 請求項１に記載の車両用モータの制御装置において、
   上記界磁場形成部は、発電コイルと、上記回転軸上に配置される中央部及び、少なくとも上記各ステータ突極に対応する位置に配置されることによって、上記中央部に対して軸対称に配置される周縁部を有するヨーク部材と、を備えかつ、上記モータ本体に対して上記回転軸方向に近接して配置され、
   上記車両用モータは、発電時には上記各ステータ突極のコイルに通電することによって、上記界磁場形成部及び上記モータ本体によって発電用界磁場を形成し、上記発電コイルにより発電し、
   上記制御手段は、上記要求発電量に応じて上記各ステータ突極のコイルへの通電量を変更することによって、上記発電用界磁場の強度を変更させる車両用モータの制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用モータの制御装置において、
   上記車両用モータは、その駆動時には、車両の駆動輪に駆動力を出力する走行用モータである車両用モータの制御装置。
   

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