JP2007166722A - 機電一体型回転電機装置及び車両駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置から発生して電気的絶縁作用或いは機械的研磨作用を及ぼす物質を生成する生成源が、回転電機の導通機構に与える影響を抑制できる機電一体型回転電機装置の提供を課題とする。
【解決手段】上記課題は、導電性部材同士の機械的な接触によって電気的に導通する導通機構、例えばスリップリング１３０及びブラシ１３１を備えたモータ１００が収納された第１モータ室１６０及び第２モータ室１７０と、モータ１００を制御するインバータ装置２００が収納されたインバータ室２４０とを備えた回転電機装置の筐体に、インバータ室２４０の内気を外部に放出するためのブリザーパイプ２３０を設け、インバータ室２４０の内気を回転電機装置の筐体の外部に排出することにより解決できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機とその制御装置とを一体化した機電一体型回転電機装置及び車両駆動装置に関する。

機電一体型回転電機装置としては従来、例えば特許文献１，２に開示されたものが知られている。特許文献１には、電動機の負荷側とは反対側に設けられ、かつブラケットによって電動機内部から遮蔽された空間に、電動機を制御するインバータ装置を内蔵したものが開示されている。特許文献２には、電動機とインバータ装置とを一体に合体し、電動機とインバータ装置を接続する電源ライン貫通部に、電動機とインバータ装置とを仕切る遮熱材を設けたものが開示されている。

特開平８−２８９５０５号公報 特開２０００−１６６１７６号公報

回転電機とその制御装置とを一体化する要因は様々であり、回転電機システムを搭載する側からの要求による場合もある。例えば自動車では、既存の車両の構造を変えずに回転電機システムを車両に搭載する場合などにおいて、車両における回転電機システムの搭載スペースや搭載レイアウトなど、車両側からのスペック的な要求によって回転電機とその制御装置とを一体化する場合がある。

回転電機とその制御装置とを一体化するにあたっては、背景技術のように、回転電機から制御装置に与える影響を考慮しておくことが好ましい一方、制御装置から回転電機に与える影響を考慮しておくことが好ましい場合もある。すなわち制御装置には、半導体部品によって構成された半導体装置が用いられている。半導体装置は、半導体部品を保護するために、シリコン系の樹脂を保護部材として使用している。シリコンゲルは半導体部品の温度上昇によって気化し、シロキサンガスを発生する。シロキサンガスは、電気的絶縁作用や機械的研磨作用を及ぼす二酸化珪素化合物を生成する。一方、機電一体型回転電機装置では、制御装置と回転電機との電気的な接続を、筐体の内部に配置された内部ハーネスによって行う場合がある。この場合、制御装置を収納した部屋と回転電機を収納した部屋は、内部ハーネスの貫通部により形成された通気空間を介して連通する。また、回転電機には、導電性部材同士の機械的な接触によって電気的に導通する導通機構、例えばスリップリングとブラシからなる導通機構を回転電機内部に備えたものもある。このため、内部ハーネスによる接続構造を有し、かつ回転電機内部に導通機構を備えた機電一体型回転電機装置では、制御装置において発生するシロキサンガスが回転電機内部の導通部に与える影響を考慮しておくことが好ましい。特に密閉タイプの機電一体型回転電機装置ではその必要性が高い。

本発明は、制御装置から発生して電気的絶縁作用或いは機械的研磨作用を及ぼす物質を生成する生成源が、回転電機の導通機構に与える影響を抑制できる機電一体型回転電機装置を提供する。

ここに、本発明は、回転電機及び回転電機に電気的に接続され、導電性部材同士の機械的な接触によって電気的に導通する導通機構が収納された第１収納室と、回転電機を制御する制御装置が収納された第２収納室とを備えた筐体に、第２収納室の内気を筐体の外部に放出するための内気放出機構を設け、第２収納室の内気を筐体の外部に放出するようにしたことを特徴とする。

このように、第２収納室の内気を放出する機構を筐体に設けた本発明によれば、第２収納室の内気を積極的に筐体の外部に放出でき、電気的絶縁作用或いは機械的研磨作用を及ぼす物質を生成する生成源が制御装置から発生しても、第２収納室と第１収納室との間の空間部を介して第２収納室から第１収納室にその生成源が流れ込むことを抑制できる。これにより、本発明によれば、回転電機の導通機構の導電機能が電気的絶縁作用によって低下したり、導電性部材の磨耗が機械的研磨作用によって促進して導電性部材の寿命が低下したりすることを抑制できる。従って、本発明によれば、制御装置から発生して電気的絶縁作用或いは機械的研磨作用を及ぼす物質を生成する生成源が、回転電機の導通機構に与える影響を抑制できる。

また、本発明は、電動力を発生する回転電機とその制御装置が上記機電一体型回転電機装置から構成された車両駆動装置を提供する。

本発明によれば、制御装置から発生して電気的絶縁作用或いは機械的研磨作用を及ぼす物質を生成する生成源が、回転電機の導通機構に与える影響を抑制できるので、高信頼性及び高寿命の機電一体型回転電機装置を提供できる。

また、本発明によれば、電動力を発生する回転電機とその制御装置が上記機電一体型回転電機装置から構成された車両駆動装置を提供できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下の実施例の説明では、車両用駆動回転電機のうち、前後輪の一方を内燃機関であるエンジンにより駆動し、その他方を電動力により駆動する４輪駆動車に搭載され、前後輪の他方を駆動するための電動力を発生する車両駆動用回転電機に本発明の構成を適用した場合を例に挙げて説明する。

以下において説明する構成は、導電性部材同士を機械的に接触させて電気的に接続する導通機構を備え、スイッチング半導体素子によって構成された制御装置を回転電機と一体にする車両用回転電機にも適用可能である。その車両用回転電機としては例えば、エンジンによって駆動されて交流電力を発生し、発生した交流電力をスイッチング半導体素子によって直流電力に整流してそれを車載バッテリに供給する車両用発電機がある。また、その車両用回転電機としては、エンジンの再始動時（信号待ちなどの車両の一時停止時にエンジンを停止し、車両の発進時にエンジンを再始動する時）、スイッチング半導体素子によって構成されたインバータ装置によって回転電機を電動機として作動させ、発生した電動力をエンジンに伝達してエンジンを始動し、エンジンの自立運転時、回転電機を発電機として作動させ、上記車両用発電機と同様にインバータ装置によって充電制御する車両用電動発電機がある。尚、車両用電動発電機では、車両の加速時に回転電機を電動機として作動させ、エンジンに電動力を伝達してエンジンの駆動をアシストする場合もある。さらに、その車両用回転電機としては、車載補機（操舵装置，冷却水循環ポンプ，エアコン用圧縮機，ブレーキ装置，サスペンション装置など）のアクチュエータとして回転電機をインバータ装置によって駆動する車載補機用電動機がある。

また、以下において説明する構成は、車両以外、例えば家電用或いは産業用として適用されるものであって、導電性部材同士を機械的に接触させて電気的に接続する導通機構を備え、スイッチング半導体素子によって構成された制御装置を一体化する回転電機にも適用可能である。

先ず、図３を用いて、本実施例の車両駆動用回転電機が搭載される４輪駆動車の構成を説明する。図３は、本実施例の車両駆動用回転電機が搭載される４輪駆動車の全体構成を示す。

尚、本実施例では、制御信号を流れを点線の矢印で、電力の流れを実線の矢印でそれぞれ示している。

４輪駆動車１は、図３に示すように、内燃機関であるエンジン（ＥＮＧ）４により前輪２を駆動し、回転電機であるモータ（Ｍ）１００により後輪３を駆動するものである。エンジン４は、前輪２の主駆動系を構成する動力源であり、車両の走行範囲全域において回転動力を発生する。モータ１００は、後輪３の従駆動系を構成する動力源であり、車両の発進時からエンジン４のみによる走行速度域に達するまでの間、及び前輪２と後輪３との間に速度差、すなわちスリップが生じる状態になった時に回転駆動力を発生する。尚、本実施例では、エンジン４によって前輪２を駆動し、モータ１００によって後輪３を駆動する場合を例に挙げて説明するが、エンジン４によって後輪３を駆動し、モータ１００によって前輪２を駆動するように構成してもよい。

エンジン４の回転動力は、変速機（Ｔ／Ｍ）５によって変速された後、前輪２の駆動軸に伝達される。これにより、前輪２は車両の走行範囲全域において駆動される。エンジン４には車載補機用発電機（ＡＬＴ１）６及び駆動専用発電機（ＡＬＴ２）４００が機械的に連結されている。両発電機は、エンジン４の回転動力を受けて作動し、それぞれ用途の異なる電力を発生する。車載補機用発電機６は車載１４ボルト系電源を構成するものであり、公称電圧１２ボルトの車載バッテリ（ＢＡＴ）７を充電するための直流電力及び車載補機用を駆動するための直流電力を発生する。駆動専用発電機４００は、モータ１００の駆動用電力を専用に発生するモータ電源を構成するものであると共に、車載補機用発電機６よりも高い電力を出力できる車載４２ボルト系電源を構成するものであり、車両の運転状態に応じて出力電圧を０ボルトから５０ボルトまで可変にできる。

尚、本実施例では、モータ１００の電源として駆動専用発電機４００を備えた場合を例に挙げて説明する。この場合、モータ駆動専用の大容量バッテリを搭載することがないので、その分、車載スペースを有効活用でき（換言すれば、モータ駆動専用のバッテリの車載スペースを不要にでき）、しかも、従来の機械式４輪駆動車（エンジンにより前後輪を駆動する方式の車両）と比べて、従駆動輪（本実施例では後輪）の駆動系の価格を低く抑えることができる。モータ１００の電源としては、車載バッテリ７よりも公称電圧が大きい、例えば１００ボルト以上の公称電圧を持つモータ駆動専用のバッテリを搭載しても構わない。

車載補機用発電機６と駆動専用発電機４００はエンジン４と共にエンジンルーム内に配置されている。駆動専用発電機４００は水冷密閉型回転電機であるので、空冷開放型回転電機である車載補機用発電機６のエンジン４に対する取付位置よりも低い位置になるように、エンジン４に対して取り付けられている。

駆動専用発電機４００から出力された直流電力はインバータ装置（ＩＮＶ）２００の直流側に直接入力される。インバータ装置２００は、入力された直流電力を、モータ１００の駆動に必要な三相交流電力に変換し、この変換された三相交流電力をモータ１００に供給する。モータ１００は三相交流電力を受けて作動し、後輪３の駆動に必要な回転動力を発生する。

モータ１００の回転動力は、モータ出力側に接続されたクラッチ（ＣＬ）５００、及びクラッチ出力側に接続されたデファレンシャギヤ（ＤＥＦ）６００を介して後輪３の駆動軸に伝達される。これにより、後輪３は、車両の発進時からエンジン４のみによる走行速度域に達するまでの間、及び前輪２と後輪３との間に速度差、すなわちスリップが生じる状態になった時に駆動される。ここで、デファレンシャギヤ６００には減速機が一体に設けられている。減速機は、モータ１００の回転動力を減速してデファレンシャギヤ６００に伝達する。

モータ１００及びインバータ装置２００は、車両の後部座席からトランクルームに至る床下の狭いスペースに設置され、かつデファレンシャルギヤ６００近傍に設置される。このため、モータ１００及びインバータ装置２００は、上記配置スペースに収納可能なように、一体化されて小型化されている。

４輪駆動車１の内部には、エンジン制御装置（ＥＣＵ）８，アンチロックブレーキシステム制御装置（ＡＢＳＣＵ）１０，４ＷＤ制御装置（４ＷＤＣＵ）３００及び変速機制御装置（ＴＣＵ）９を含む複数の車載制御装置が設けられている。複数の車載制御装置は車内通信網１３によって電気的に接続されている。これにより、複数の車載制御装置の間において信号の伝送が可能になり、各車載制御装置が所有する情報を複数の車載制御装置の間において共有できる。

エンジン制御装置８は、エンジン４を構成するコンポーネント機器の駆動装置の作動を制御し、エンジン４の作動を制御する。エンジン４のコンポーネント機器としては、エンジン４のシリンダ内に供給される空気供給量を制御する絞り弁、エンジン４のシリンダ内に供給される燃料噴射量を制御する燃料噴射弁及びエンジン４のシリンダの給排気を制御する給排気弁などがある。また、エンジン制御装置８は、車載補機用発電機６の界磁巻線に供給される界磁電流を制御する電圧調整器の作動を制御し、車載補機用発電機６の作動を制御する。

変速機制御装置９は、変速機５を構成する変速機構の駆動機構の作動を制御し、変速機５の作動を制御する。

アンチロックブレーキシステム制御装置１０は、アンチロックブレーキシステムを構成するキャリパーシリンダ１１の駆動機構の作動を制御し、アンチロックブレーキシステムの作動を制御する。アンチロックブレーキシステム制御装置１０には、キャリパーシリンダ１１の駆動機構の作動を制御するために、各車輪に設けられた速度センサ１２から検知信号が入力されている。アンチロックブレーキシステム制御装置１０は、入力された検知信号から各車輪の速度を検出する。

４ＷＤ制御装置３００は、後輪３の従駆動系を構成する各機器の作動を制御するものであり、モータ１００，インバータ装置２００，駆動専用発電機４００及びクラッチ５００の各作動を制御する。

次に、図２を用いて、４ＷＤ制御装置３００の構成及び４ＷＤ制御装置による制御方法について説明する。

４ＷＤ制御装置３００は、構成部品として小型演算処理装置（ＭＰＵ）３１０，モータ電圧調整器（ＭＶＲ）３２０及びクラッチ電圧調整器（ＣＶＲ）３３０を備えたものであり、後輪３の従駆動系を構成する各機器の制御装置が１つに纏まって構成された１つの電子回路ユニットである。

小型演算処理装置３１０は、プログラムに基づいて各機器の制御に必要な演算を実行するマイクロコンピュータにより構成された中央処理装置（ＣＰＵ）、及び中央処理装置の演算処理に必要なプログラムやマップ及びパラメータなどのデータが予め格納された記憶装置などを構成部品として備えたものであり、発電機制御部（ＧＣＵ）３１１，モータ制御部（ＭＣＵ）３１２及びクラッチ制御部（ＣＣＵ）３１３の各制御部をソフトウエアにより構成している。

モータ電圧調整器３２０及びクラッチ電圧調整器３３０は、スイッチング半導体素子及びこれを駆動するための駆動回路などを構成部品として備えたものであり、車載バッテリ７に電気的に接続され、スイッチング半導体素子のスイッチング動作により車載バッテリ７から供給された電流を制御する。このうち、モータ電圧調整器３２０は、車載バッテリ７からモータ１００のロータ１２０の界磁巻線１２５，１２６に供給される界磁電流を制御する。一方、クラッチ電圧調整器３３０は、車載バッテリ７からクラッチ５００の励磁巻線５１０に供給される励磁電流を制御する。

発電機制御部３１１は、駆動専用発電機４００のロータ４２０の界磁巻線４２１に供給される界磁電流を制御し、駆動専用発電機４００からインバータ装置２００に出力される直流電力を制御するための演算処理部である。発電機制御部３１１にはコンデンサ電圧指令値及びコンデンサ電圧値に対応する信号が入力されている。発電機制御部３１１は、それらの入力信号に基づいて、駆動専用発電機４００の電圧調整器４３０を制御するための界磁指令値を演算し、この演算された指令値に対応する界磁指令信号を電圧調整器４３０に出力する。

ここで、コンデンサ電圧とは、インバータ装置２００のパワーモジュール２１０の入力側（直流側）に電気的に並列接続された平滑コンデンサ２１４の両端に印加される電圧を指す。コンデンサ電圧指令値は、後述するモータ制御部３１２によって演算されて出力された指令値を指す。

電圧調整器４３０は、発電機制御部３１１から出力された界磁指令信号を入力し、この入力された信号に基づいて、ロータ４２０の界磁巻線４２１に供給される界磁電流を制御する。界磁巻線４２１に供給される界磁電流は、駆動専用発電機４００の立上り時（発電が所定値に達していない時）には車載バッテリ７から供給され、駆動専用発電機４００の立上り後には自己発電により賄う。

モータ制御部３１２は、インバータ装置２００からモータ１００のステータ１１０の電機子巻線１１２に供給される三相交流電力を制御し、モータ１００の駆動を制御するための演算処理部である。また、モータ制御部３１２は、モータ１００のロータ１２０の界磁巻線１２５，１２６に供給される界磁電流を制御し、モータ１００の駆動を制御するための演算処理部である。モータ制御部３１２には、エンジン回転数，トルク指令，モータ磁極位置及びモータ回転速度に対応する信号が入力されている。モータ制御部３１２は、それらの入力信号に基づいて、インバータ装置２００のパワーモジュール２１０の複数のスイッチング半導体素子２１２をスイッチング（オン・オフ）動作させるための駆動指令値を演算し、この演算された指令値に対応する駆動指令信号を、インバータ装置１０の複数のスイッチング半導体素子２１２を駆動する駆動回路２２０に出力する。また、モータ制御部３１２は、それらの入力信号に基づいて、モータ電圧調整器３２０を制御するための界磁指令値を演算し、この演算された指令値に対応する界磁指令信号をモータ電圧調整器３２０の駆動回路に出力する。さらに、モータ制御部３１２は、それらの入力信号に基づいて、インバータ装置２００の平滑コンデンサ２１４の両端の印加電圧を制御するためのコンデンサ電圧指令を演算し、この演算された指令値に対応するコンデンサ電圧指令信号を発電機制御部３１１に出力する。

ここで、エンジン回転数及びトルク指令に対応する信号はエンジン制御装置８から出力されたものである。モータ磁極位置及びモータ回転速度に対応する信号はモータ１００に取り付けられたセンサ１４０、例えば磁気感応素子であるホール素子やレゾルバなどからなる磁極位置センサ及び回転数センサから出力された検知信号である。

駆動回路２２０は、モータ制御部３１２から出力された駆動指令信号を入力し、この入力された信号に基づいて、複数のスイッチング半導体素子２１２のゲート電極に入力される駆動信号を生成し、この生成された信号を複数のスイッチング半導体素子２１２のゲート電極に出力する。これにより、複数のスイッチング半導体素子２１２のスイッチング動作が制御され、パワーモジュール２１０からモータ１００のステータ１１０の電機子巻線１１２に供給される三相交流電力が制御される。

モータ電圧調整器３２０の駆動回路は、モータ制御部３１２から出力された界磁指令信号を入力し、この入力された信号に基づいて、スイッチング半導体素子のゲート電極に入力される駆動信号を生成し、この生成された信号をスイッチング半導体素子のゲート電極に出力する。これにより、モータ電圧調整器３２０のスイッチング半導体素子のスイッチング動作が制御され、モータ１００のロータ１２０の界磁巻線１２５，１２６に供給される界磁電流が制御される。

クラッチ制御部３１３は、クラッチ５００の電磁コイル５１０に印加される電圧を制御してクラッチ５００の締結機構５２０の締結を制御し、モータ１００からデファレンシャルギヤ６００への動力の伝達を制御するための演算処理部である。クラッチ制御部３１３は、車両の４輪駆動モードスイッチがオンの状態であり、かつ４輪駆動が必要な状態（車両の発進時からエンジン４のみによる走行速度域に達するまでの間、及び前輪２と後輪３との間に速度差、すなわちスリップが生じる状態）にある時、クラッチ電圧調整器３３０を制御するための励磁指令値を演算し、この演算された指令値に対応する励磁指令信号をクラッチ電圧調整器３３０の駆動回路に出力する。

クラッチ電圧調整器３３０の駆動回路は、クラッチ制御部３１３から出力された励磁指令信号を入力し、この入力された信号に基づいて、スイッチング半導体素子のゲート電極に入力される駆動信号を生成し、この生成された信号をスイッチング半導体素子のゲート電極に出力する。これにより、クラッチ電圧調整器３３０のスイッチング半導体素子のスイッチング動作が制御され、クラッチ５００の電磁コイル５１０に供給される励磁電流が制御される。

ここで、クラッチ５００は、車両の発進時からエンジン４のみによる走行速度域に達するまでの間、及び前輪２と後輪３との間に速度差、すなわちスリップが生じる状態にある時には締結されて、モータ１００の動力がデファレンシャルギヤ６００に伝達され、エンジン４のみによる走行速度域にある時には解放されて、モータ１００からデファレンシャルギヤ６００への動力伝達が遮断される。

尚、本実施例では、トルク指令をエンジン制御装置８から４ＷＤ制御装置３００に入力する場合を例に挙げて説明した。トルク指令は４ＷＤ制御装置３００において生成してもよい。この場合、各車輪速，後輪平均速及びアクセル開度を入力し、これらの入力信号に基づいてモータ１００のトルク指令を演算する演算処理部を小型演算処理装置３１０に設け、その演算処理部からモータ制御部３１２に対してトルク指令を出力する。各車輪速はアンチロックブレーキシステム制御装置１０から車内通信網１３を介して入力する。後輪平均速は、アンチロックブレーキシステム制御装置１０から車内通信網１３を介して出力された各後輪速から演算する、或いはアンチロックブレーキシステム制御装置１０から車内通信網１３を介して入力する。アクセル開度はエンジン制御装置８から車内通信網１３を介して入力する。

前述したように、本実施例の４輪駆動車１は、モータ駆動用のバッテリを搭載していないので、駆動専用発電機４００とインバータ装置２００との間の電力を吸収できない。このため、本実施例では、駆動専用発電機４００から出力される発電エネルギーＰｇと、インバータ装置２００・モータ１００に入力される駆動エネルギーＰｍとが等しくなるように協調制御している。ここで、発電エネルギーＰｇと駆動エネルギーＰｍのバランスが崩れた場合、例えば発電エネルギーＰｇが駆動エネルギーＰｍよりも大きい場合には余剰電力がインバータ装置２００の平滑コンデンサ２１４に流れ込み、パワーモジュール２１０の直流側の電圧が上昇する。インバータ装置２００のパワーモジュール２１０の直流側の電圧が許容電圧値を超えた場合には、平滑コンデンサ２１４及びパワーモジュール２１０のスイッチング半導体素子２１２の破壊に至る恐れがある。また、発電エネルギーＰｇが駆動エネルギーＰｍよりも小さい場合には、微小ではあるが平滑コンデンサ２１４に蓄積された電力がインバータ装置２００・モータ１００に用いられて電圧が低下し、所定のトルクを出力できなくなる。

また、インバータ装置２００・モータ１００では、ｄ−ｑ座標による電流制御を用いてモータ１００に供給される電力を制御しているので、高応答で高精度なトルク制御が可能である。これに対して駆動専用発電機４００では、応答が遅い界磁電流制御を用いて発電を制御している。このため、インバータ装置２００・モータ１００の挙動に合わせて駆動専用発電機４００の発電を高精度に協調制御する必要がある。

そこで、本実施例では、モータ１００の駆動に必要なエネルギーＰｍが駆動専用発電機４００から出力されるように、界磁電流制御により駆動専用発電機４００の発電を制御している。具体的には、駆動専用発電機４００の出力電圧（コンデンサ電圧）を発電機制御部３１１にフィードバックし、フィードバックされた電圧値がモータ制御部３１２から発電機制御部３１１に出力されたコンデンサ電圧指令値に一致するように、フィードバックされた電圧値とコンデンサ電圧指令値との偏差から界磁電圧値を比例積分演算し、その界磁電圧値に対応する信号を界磁指令として発電機制御部３１１から駆動専用発電機４００の電圧調整器４３０に出力する。これにより、駆動専用発電機４００の界磁電流が制御され、モータ１００の駆動エネルギーＰｍを発生させるために必要な電圧が駆動専用発電機４００から出力される。

尚、本実施例では、駆動専用発電機４００の出力電圧（コンデンサ電圧）をフィードバックし、駆動専用発電機４００の界磁電流を制御する場合を例に挙げて説明する。駆動専用発電機４００の界磁電流制御としては、インバータ装置２００の入力側（直流側）の電流が、モータ１００の駆動エネルギーＰｍを発生するための電流となるように、駆動専用発電機４００の出力電流（インバータ装置２００の入力電流）をフィードバックし、駆動専用発電機４００の界磁電流を制御してもよい。また、駆動専用発電機４００の界磁電流制御としては、上記電圧フィードバック制御と上記電流フィードバック制御とを、駆動専用発電機４００の動作範囲に応じて切り替え、駆動専用発電機４００の界磁電流を制御してもよい。

また、本実施例では、駆動専用発電機４００の発電出力に基づいてモータ１００の駆動に必要な駆動エネルギーＰｍがインバータ装置２００から出力されるように、インバータ装置２００のパワーモジュール２１０からモータ１００の電機子巻線１１２に供給される三相交流電力を制御している。さらに、本実施例では、モータ１００の駆動に必要な界磁電流がモータ１００の界磁巻線１２５，１２６に供給されるようにモータ１００の界磁電流を制御している。

具体的には、モータ制御部３１２において次のように制御される。すなわちモータ制御部３１２は、トルク指令及びモータ回転速度に基づいてモータ１００に対するｄ軸電流指令値，ｑ軸電流指令値及び界磁電流指令値のそれぞれを、対応する３次元テーブル（マップ）から演算し、この演算されたｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値のそれぞれからｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値のそれぞれを演算し、この演算されたｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値のそれぞれからモータ磁極位置を用いて、モータ１００に対する３相（ｕ相，ｖ相，ｗ相）の交流電圧指令値を演算する。モータ制御部３１２からは、交流電圧指令値に対応する信号が駆動指令としてインバータ装置２００の駆動回路２２０に、界磁電流指令値に対応する信号が界磁指令としてモータ電圧調整器３２０の駆動回路にそれぞれ出力される。

ここで、本実施例では、インバータ装置２００の制御方式として矩形波制御及びＰＷＭ制御を備え、モータ１００の動作点（回転数）に応じて矩形波制御とＰＷＭ制御とを切り替えている。例えば車両の停止時，発進時及び低速走行時（モータ回転数５０００rpm 未満）ではＰＷＭ制御を、車両の中・高速走行時（モータ回転数５０００rpm 以上）では矩形波制御をそれぞれ使用する。

そこで、本実施例では、ＰＷＭ／矩形波信号処理部をモータ制御部３１２に備え、インバータ装置２００が矩形波制御である場合には矩形波制御に対応するように、ＰＷＭ制御である場合にはＰＷＭ制御にそれぞれ対応するように、３相の交流電圧指令値に対応する駆動指令信号を生成している。

モータ電圧調整器３２０の駆動回路に出力される界磁電流指令値はモータ１００の回転数に応じて設定されている。これは、モータ１００の回転数が上昇すると、モータ１００の誘起電圧が上昇するためである。このため、本実施例では、モータ１００の回転数が上昇するにしたがって界磁電流指令値を減少させている。また、本実施例では、トルク指令に応じて、モータ１００の界磁巻線１２５，１２６に供給される界磁電流が変化するように、界磁電流指令値を設定できるようにしている。トルク指令の大きさに応じてモータ
１００の界磁電流を変えると、界磁電流一定に対してモータ１００の効率を向上させることができる。モータ電圧調整器３２０は、モータ制御部３１２から出力された界磁電流指令値と、フィードバックされたモータ１００の界磁電流値との偏差に基づいて駆動信号を生成し、モータ電圧調整器３２０のスイッチング半導体素子を動作させている。これにより、モータ１００の界磁巻線１２５，１２６には、界磁電流指令値に対応する界磁電流が供給される。

また、モータ制御部３１２は、演算されたｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令のそれぞれに基づいてモータ１００の相電圧を演算し、この演算された相電圧に基づいてコンデンサ電圧（駆動専用発電機４００の出力電圧）を演算し、この演算されたコンデンサ電圧（駆動専用発電機４００の出力電圧）に基づいて、駆動専用発電機４００の回転数に応じた駆動専用発電機４００の発電特性（発電電圧と発電電流との関係特性）とエンジン回転数とを用いて、駆動専用発電機４００の動作点、すなわち駆動専用発電機４００の出力電流を演算する。尚、相電圧に基づく出力電圧の演算は、ＰＷＭ制御の場合と矩形波制御との場合において演算式が異なる。

そして、モータ制御部３１２は、演算された出力電圧（コンデンサ電圧）と出力電流が駆動専用発電機４００から出力され場合、モータ１００の駆動力が要求駆動力（モータ回転数×トルク指令）を満たすか否かを判定する。

満たすと判定した場合、モータ制御部３１２は、演算された出力電圧に対して、モータ１００及び駆動専用発電機４００が最も効率良く動作できる第２の出力電圧、すなわち演算された出力電圧以上かつモータ１００の要求駆動力を出力できる範囲の電圧のうち、最大効率となる第２の出力電圧を再演算する。そして、モータ制御部３１２は、演算された第２の出力電圧をコンデンサ電圧指令値とし、この指令値を発電機制御部３１１に出力する。

満たさないと判定した場合、モータ制御部３１２は、モータ１００の駆動に必要な駆動エネルギーを取れる範囲で出力できるように、現在のエンジン回転数における駆動専用発電機４００の最大出力を用いてモータ１００から出力可能なトルクと、このトルクの出力に必要な駆動専用発電機４００の出力電圧とを再演算する。そして、モータ制御部３１２は、演算されたトルクを第２のトルク指令とし、再度、モータ１００に対する３相の交流電圧指令値を第２のトルク指令に基づいて演算する。さらに、モータ制御部３１２は、演算された第３の出力電圧をコンデンサ電圧指令値とし、この指令値を発電機制御部３１１に出力する。尚、演算によって得られた出力電圧がモータ１００の誘起電圧により低い場合には、トルク指令値を下げ、実際に出力できる出力電圧及びモータ１００のトルクを最終決定する。

本実施例では、４輪駆動走行時、すなわち車両の発進時からエンジン４のみによる走行速度域に達するまでの間、及び前輪２と後輪３との間に速度差、すなわちスリップが生じる状態になった時には、以上説明した制御によりモータ１００を駆動し、後輪３を駆動する。この際、モータ１００の駆動力は、車両の発進時が最も大きく、車両の発進時よりも車速が速くなってモータ１００の回転数が上昇した場合には、モータ１００の回転数の上昇にしたがって徐々に小さくなる。

次に、図１を用いて、機電一体型回転電機装置の構成について説明する。

本実施例は、４輪駆動車１に搭載される後輪駆動用のモータ１００として界磁巻線型同期機を用いている。これは、動作点が広いという性能がモータ１００に要求されるからであり、車両の駆動用として実績のある誘導機や永久磁石型同期機ではその要求を満足するとは必ずしも言えないからである。

例えば深雪の中から４輪駆動車１を発進させる場合には、後輪のみで発進できることが重要となる。このため、４輪駆動車１の低速域においては大きなトルクが必要になる。しかし、誘導機では、車両の発進時（低速・高トルク時）の特性が充分であるとは必ずしも言えない。また、４輪駆動車１の中速走行域まで４輪駆動を継続させる場合には、モータを非常に高回転させる必要がある。しかし、永久磁石式同期機では、高速回転側において誘起電圧の発生を抑えるために、永久磁石の界磁を弱める、いわゆる弱め界磁制御を行う必要がある。このため、回転数範囲が大きい場合、永久磁石式同期機では、高速回転側のモータ効率が低下し、かつ温度上昇が大きくなり、必要な高回転域まで駆動できるとは必ずしも言えない。

これに対して界磁巻線型同期機は低速回転側においては大きなトルクを出力できる。また、界磁巻線型同期機は高速回転側においては、界磁電流を抑えることにより界磁磁束を小さくして誘起電圧を小さく抑え、必要な高回転域まで駆動できる。そこで、本実施例では、４輪駆動車１の後輪駆動用のモータ１００として界磁巻線型同期機を用いている。そして、本実施例では、モータ１００の回転数（モータ１００の動作点）に対して界磁電流を変化させて、発生する磁束を積極的に可変しているので、４輪駆動車１の電動駆動システムの最大電圧内においてモータ１００の動作点をモータ１００の許容電流範囲内で駆動できる。

また、本実施例のモータ１００は、図１に示すように、ステータ１１０の内周側に空隙を介して回転可能に支持されたロータ１２０がタンデム型ロータから構成されている。タンデム型ロータとは、同一のシャフト（回転出力軸）１２７上に複数の磁極鉄心が軸方向に並置されたものをいう。本実施例では、第１爪形磁極鉄心及び第２爪形磁極鉄心が軸方向に並置されている。

前述したように、本実施例では、モータ１００とインバータ装置２００とを一体化して機電一体型回転電機装置を構成している。これ以後、機電一体型回転電機装置のことを単に回転電機装置という。

尚、本実施例では、モータ１００とインバータ装置２００とを軸方向（水平方向）に並置して一体化した場合を例に挙げて説明する。モータ１００とインバータ装置２００との配置方向としては上下方向であってもよい。

回転電機装置は、湿気の浸入を防止しながら内部の空気を外部に導出できる機能を備えた密閉防水型のものである。回転電機装置の筐体は、軸方向一方側端部から第１モータブラケット１０１，モータハウジング１０８，第２モータブラケット１０２，第３モータブラケット１０３，インバータハウジング２０１，インバータブラケット２０２の順にそれらが軸方向に並置され、ボルト１０５などの締結手段によって固定されることにより構成されている。第１モータブラケット１０１とモータハウジング１０８は一体に形成されている。インバータハウジング２０１とインバータブラケット２０２も一体に形成されている。

第１モータブラケット１０１とモータハウジング１０８と第３モータブラケット１０３によって囲まれた部分にはモータ室が形成されている。インバータハウジング２０１とインバータブラケット２０２と第３モータブラケット１０３によって囲まれた部分にはインバータ室２４０が形成されている。モータ室はさらに第２モータブラケットによって第１モータ室１６０及び第２モータ室１７０に分けられている。各室は、軸方向一方側端部から第１モータ室１６０，第２モータ室１７０，インバータ室２４０の順に軸方向に並置されている。

モータハウジング１０８と第２モータブラケット１０２との間の結合部、第２モータブラケット１０２と第３モータブラケット１０３との間の結合部及び第３モータブラケット１０３とインバータハウジング２０１との間の結合部にはシール部材（図示省略）が設けられている。このように、本実施例では、筐体部材の結合部にシール部材を設け、筐体部材同士をシール部材を介して結合することにより、筐体部材の結合部における気密性を高め、第１モータ室１６０，第２モータ室１７０及びインバータ室２４０の密閉性を高めている。

第１モータブラケット１０１の中心部には第１ベアリング１０６が設けられている。第２モータブラケット１０２の中心部には第２ベアリング１０７が設けられている。第１ベアリング１０６及び第２ベアリング１０７はロータ１２０のシャフト１２７を回転可能に支持する。

第１モータ室１６０内において、モータハウジング１０８の内周側にはステータ１１０が設けられている。ステータ１１０の内周側には空隙を介してロータ１２０が対向配置されている。

ステータ１１０は、回転磁界を発生する静止部位であり、磁気回路を構成するステータコア１１１と、このステータコア１１１に装着されて回転磁界を作り出すステータコイル１１２とを備えている。

ステータコア１１１は珪素鋼板を軸方向に積み重ねて形成したものであり、モータハウジング１０８の内周面に嵌合されている。ステータコア１１１の内周部には複数のスロット（図示省略）が形成されている。各スロットは、ステータコア１１１の内周側に開口するように、ステータコア１１１の内周表面からステータコア１１１の径方向外側に向かって切削され、かつステータコア１１１の軸方向一方側からステータコア１１１の軸方向他方側に向かってステータコア１１１の内周部を貫通した細長い窪みであり、ステータコア１１１の周方向に所定の間隔（等間隔）をもって配置されている。本実施例では、３６個のスロットを備えている。

ステータコイル１１２は、３相（ｕ相，ｖ相，ｗ相）の相コイルがスター結線されることにより構成されている。スター結線は、中性点が形成されるように、各相コイルの一端同士を接続する結線方式である。各相コイルは、ステータコア１１１のスロットに収納された各相の複数のコイル導体が電気的に接続されることにより構成されている。各コイル導体は、ロータ１２０の磁極に対応して離間する２つのスロットに跨って収納されたセグメント導体であり、コイル導体のスロット深さ方向（ステータコア１１１の径方向）の厚み相当の段差がコイル導体のスロット深さ方向（ステータコア１１１の径方向）に形成されるように、断面形状角型の１本のエナメル絶縁電線を途中から折り曲げて形成したＵ字状導体である。

本実施例では、後述するように、ロータ１２０の磁極が１２極であることから、ロータ１２０の磁極ピッチは３スロットになる。従って、各コイル導体は、２つのスロットを挟んで離間する２つのスロットに跨って収納される。

コイル導体をステータコア１１１のスロットに収納するにあたっては、Ｕ字状に予め成形したコイル導体をスロットの軸方向一方側から軸方向他方側に向かって挿入する。これにより、ロータ１２０の磁極に対応して離間する２つのスロットには、コイル導体の軸方向一端側の折り曲げ部分及び他端側及び開放端部分（コイルエンド部に相当する部分）がステータコア１１１の軸方向両端部から突出するように、コイル導体のコイル辺部が収納される。各スロットには、スロット深さ方向（ステータコア１１１の径方向）に２列、スロット幅方向（ステータコア１１１の周方向）に２列となるように、同相の４本のコイル導体が収納されている。

本実施例では、ステータコイル１１２を構成する相コイルをスター結線する場合を例に挙げて説明する。相コイルの結線としては、デルタ結線、すなわち各相コイルの一端に他の１つの相コイルの一端を、他端に他のもう１つの相コイルの一端をそれぞれ接続する結線方式を用いてもよい。また、本実施例では、コイル導体をセグメント導体とし、セグメント導体を断面形状角型のエナメル絶縁電線から形成する場合を例に挙げて説明する。コイル導体としては、断面形状丸型のエナメル絶縁電線から形成した長尺導体を用いてもよい。この場合、長尺導体は、ロータ１２０の磁極に対応して離間する２つのスロットに所定回数、連続して巻回される。

１つのｕ相のスロットを基準として３６個のスロットに１から３６までのスロット番号を、その基準スロットから周方向一方向に順番に付した場合、ｕ相のコイル導体は第１番目，第４番目，……，第３１番目，第３４番目のスロットに、ｖ相のコイル導体は第３番目，第６番目，……，第３３番目，第３６番目のスロットに、ｗ相のコイル導体は第２番目，第５番目，……，第３２番目，第３５番目のスロットにそれぞれ収納されている。このように、本実施例では、ｕ相，ｗ相，ｖ相の順に繰り返して各相のスロットが配置されている。

各相の複数のスロットに配置された各相の複数のコイル導体は各相コイルが形成されるように接続されている。例えばｕ相の場合、ｕ相の複数のコイル導体は、第１番目のスロットの上層側（スロット底部側）と第４番目のスロットの下層側（スロット開口部側）とに跨って収納された２本のコイル導体と、第７番目のスロットの上層側と第１０番目のスロットの下層側とに跨って収納された２本のコイル導体と、……、第２５番目のスロットの上層側と第２８番目のスロットの下層側とに跨って収納された２本のコイル導体と、第３１番目のスロットの上層側と第３４番目のスロットの下層側とに跨って収納された２本のコイル導体とが波巻によって直列に接続されて第１巻線が、第１番目のスロットの下層側と第４番目のスロットの上層側とに跨って収納された２本のコイル導体と、第７番目のスロットの下層側と第１０番目のスロットの上層側とに跨って収納された２本のコイル導体と、……、第２５番目のスロットの下層側と第２８番目のスロットの上層側とに跨って収納された２本のコイル導体と、第３１番目のスロットの下層側と第３４番目のスロットの上層側とに跨って収納された２本のコイル導体とが波巻によって直列に接続されて第２巻線がそれぞれ構成されるように、かつ第１巻線と第２巻線が並列に接続されて相コイルが構成されるように接続されている。

ロータ１２０はステータ１１０との磁気的作用により回転する。ロータ１２０は、前述したように、タンデム式ロータであり、Ｓ極側第１爪形磁極鉄心１２１，Ｎ極側第１爪形磁極鉄心１２２，第１界磁コイル１２５及び第１永久磁石１２９ａから構成された第１爪形磁極鉄心と、Ｎ極側第２爪形磁極鉄心１２３，Ｓ極側第２爪形磁極鉄心１２４，第２界磁コイル１２６及び第２永久磁石１２９ｂから構成された第２爪形磁極鉄心とが軸方向に並置されて、シャフト１２７の外周上に嵌合されている。本実施例のタンデム式ロータでは、同極性の磁極鉄心が接するように、例えばＮ極側第１爪形磁極鉄心１２２とＮ極側第２爪形磁極鉄心１２３とが接するように、第１爪形磁極鉄心と第２爪形磁極鉄心とを並置している。

Ｓ極側第１爪形磁極鉄心１２１及びＮ極側第１爪形磁極鉄心１２２は軸方向に対向しており、それぞれ、磁極鉄心の円筒部から径方向外側に向かって延びて磁極鉄心の対向方向に折れ曲がり、かつ磁極鉄心の対向方向に向かって延びた複数の爪部を備えている。Ｓ極側第１爪形磁極鉄心１２１の爪部及びＮ極側第１爪形磁極鉄心１２２の爪部は周方向に交互に配置されて周方向に対向している。第２爪形磁極鉄心を構成するＮ極側第２爪形磁極鉄心１２３及びＳ極側第２爪形磁極鉄心１２４も第１爪形磁極鉄心と同様に軸方向に対向しており、それぞれ、第１爪形磁極鉄心と同様に構成されかつ配置された複数の爪部を備えている。各爪部の外周表面形状は、根元から先端に向かうにしたがって周方向の幅が徐々に小さくなる台形状或いは三角形状である。各爪部の周方向（側）面形状は、根元から先端に向かうにしたがって径方向の厚みが（根元から先端に向かうにしたがって爪部の外周側に対する爪部の内周側の相対的な径方向の距離が）徐々に小さくなる直角三角形状である。

第１爪形磁極鉄心及び第２爪形磁極鉄心のそれぞれは１２個の爪部（６個のＮ極側の爪部、６個のＳ極側の爪部）を備えている。すなわち本実施例では、磁極が１２極のロータ１２０を備えている。

Ｓ極側第１爪形磁極鉄心１２１の円筒部及びＮ極側第１爪形磁極鉄心１２２の円筒部の外周側であり、Ｓ極側第１爪形磁極鉄心１２１の爪部及びＮ極側第１爪形磁極鉄心１２２の爪部の内周側には、電気的な絶縁性を有するボビン１２５ａが組み込まれている。ボビン１２５ａには界磁コイル１２５が巻装されている。Ｎ極側第２爪形磁極鉄心１２３の円筒部及びＳ極側第２爪形磁極鉄心１２４の円筒部の外周側であり、Ｎ極側第２爪形磁極鉄心１２３の爪部及びＳ極側第２爪形磁極鉄心１２４の爪部の内周側には、電気的な絶縁性を有するボビン１２６ａが組み込まれている。ボビン１２６ａには界磁コイル１２６が巻装されている。

界磁コイル１２５が界磁電流によって励磁されることにより、Ｓ極側第１爪形磁極鉄心１２１の爪部はＳ極に、Ｎ極側第１爪形磁極鉄心１２２の爪部はＮ極にそれぞれ磁化される。界磁コイル１２６が界磁電流によって励磁されることにより、Ｎ極側第２爪形磁極鉄心１２３の爪部はＮ極に、Ｓ極側第２爪形磁極鉄心１２４の爪部はＳ極にそれぞれ磁化される。

Ｓ極側第１爪形磁極鉄心１２１の爪部とＮ極側第１爪形磁極鉄心１２２の爪部との間のそれぞれには第１永久磁石１２９ａが挟持されている。Ｎ極側第２爪形磁極鉄心１２３の爪部とＳ極側第２爪形磁極鉄心１２４の爪部との間のそれぞれには第２永久磁石１２９ｂが挟持されている。第１永久磁石１２９ａ及び第２永久磁石１２９ｂは、磁極鉄心の爪部の周方向（側）面と対向する方向（周方向）に磁束を発生するように、かつ磁極鉄心の爪部の周方向（側）面と対向する面の極性が、周方向に対向する磁極鉄心の爪部と同じ極性になるように着磁されている。

第１爪形磁極鉄心及び第２爪形磁極鉄心は、互いの磁極中心の位相差が電気角で３０度になるように、相対的に周方向に機械角で５度（３６０度／（極数×相数×Ｎｓ））ずれている。ここで、Ｎｓは、ステータコア１１１のスロットの幅方向（ステータコア１１１の周方向）に配列されるコイル導体数であり、ロータ１２０の磁極鉄心の並置数（タンデム数）でもある。すなわちステータコア１１１のスロットの幅方向に配列されるコイル導体数とロータ１２０の磁極鉄心の並置数は等しい関係にある。本実施例では、ステータコア１１１のスロットの幅方向に配列されるコイル導体数が２であるので、ロータ１２０の磁極鉄心の並置数も２である。また、ステータコア１１１のスロットの幅方向に配列されるコイル導体数が３の場合、ロータ１２０の磁極鉄心の並置数は３となる。この場合、３つの磁極鉄心の磁極中心が位相差を持つように、３つの磁極鉄心を周方向にずらす。例えば真ん中の磁極鉄心に対して軸方向一方側に並置された磁極鉄心は、互いの磁極中心の位相差が電気角で３０度になるように、真ん中の磁極鉄心に対して周方向に機械角で５度進むようにずらし、真ん中の磁極鉄心に対して軸方向他方側に並置された磁極鉄心は、互いの磁極中心の位相差が電気角で３０度になるように、真ん中の磁極鉄心に対して周方向に機械角で５度遅れるようにずらす。

本実施例では、ロータ１２０の磁極が１２極、ステータコア１１１のスロット数が３６個、ステータコイル１１２の相数が３相、ステータコア１１１のスロットの幅方向に配列されるコイル導体数が２個（ロータ１２０の磁極鉄心のタンデム数が２個）であることから、２つの磁極鉄心を相対的に周方向に機械角で５度ずらし、２つの磁極鉄心の磁極中心の位相差を電気角で３０度とした。これ以外の仕様において、２つの磁極鉄心の磁極中心の位相差を電気角で３０度とする場合、２つの磁極鉄心の相対的な周方向の機械的なずれは異なってくる。例えばロータ１２０の磁極が１６極、ステータコア１１１のスロット数が４８個、ステータコイル１１２の相数が３相、ステータコア１１１のスロットの幅方向に配列されるコイル導体数が２個（ロータ１２０の磁極鉄心のタンデム数が２個）の場合には機械角で３.７５度になる。

このように、第１爪形磁極鉄心と第２爪形磁極鉄心とを相対的に周方向に機械角で５度ずらし、互いの磁極中心の位相差を電気角で３０度とすることにより、第１爪形磁極鉄心の磁束によってステータコイル１１２に誘起される電圧と、第２爪形磁極鉄心の磁束によってステータコイル１１２に誘起される電圧との間には、電気角で３０度の位相差が生じる。

また、上記のように、第１爪形磁極鉄心と第２爪形磁極鉄心とを周方向にずらすことにより、第１爪形磁極鉄心によるトルクリプル及び第２爪形磁極鉄心によるトルクリプルが電気角で３０度の位相差をもっても発生する。この時、トルクリップルの最大値をτとすると、第１爪形磁極鉄心によるトルクリプル及び第２爪形磁極鉄心によるトルクリプルのそれぞれの最大値はτとなる。これに対して、第１爪形磁極鉄心の磁極中心と第２爪形磁極鉄心の磁極中心とを同位相にすると１つのトルクリップルが発生する。この時、トルクリップルの最大値は２τとなる。このように、本実施例では、第１爪形磁極鉄心と第２爪形磁極鉄心とを周方向にずらすことにより、ロータ１２０の軸方向の磁極の長さが、２つの磁極鉄心をずらさない場合と比べて半分になるので、発生するトルクリプルの最大値を減少、すなわち２つの磁極鉄心をずらさない場合と比べて半分（２τ→τ）にできる。これにより、本実施例では、衝撃力を半減でき、衝撃力の大きさで決まる振動及び騒音を低減できる。

さらに、上記のように、第１爪形磁極鉄心と第２爪形磁極鉄心とを周方向にずらして両者の磁極中心の位相差を電気角で３０度にすことにより、第１爪形磁極鉄心及び第２爪形磁極鉄心それぞれの各相のトルク脈動を合成した合成トルク脈動の脈動分を最も小さくできる。これにより、本実施例では、合成トルク脈動の脈動分の大きさで決まる振動及び騒音を低減できる。

以上のように、本実施例では、第１爪形磁極鉄心と第２爪形磁極鉄心とを周方向にずらしたタンデム式のロータ１２０を備えているので、モータ１００の空間高調波やトルクの脈動次数を高次にできる。従って、本実施例では、トルク脈動の低減や低振動及び低騒音を実現できる。

Ｓ極側第１爪形磁極鉄心１２１の側端面（Ｎ極側第１爪形磁極鉄心１２２側とは反対側の側端面）にはファン１２８が取り付けられている。ファン１２８は磁極鉄心と共に回転して第１モータ室１６０の内気を循環させ、ステータ１１０及びロータ１２０から発生した熱を筐体に伝達する冷却手段である。これにより、ステータ１１０及びロータ１２０は冷却される。

界磁コイル１２５，１２６は、第２モータ室１７０に配置された１対のスリップリング１３０に電気的に接続されている。スリップリング１３０は導電性環状部材であり、第２ベアリング１０７よりも第２モータ室１７０側に延びたシャフト延出部１２７ａの外周面上に設けられている。１対のスリップリング１３０の外周表面上には１対のブラシ１３１が摺動接触している。ブラシ１３１の一方はモータ電圧調整器３２０に電気的に接続されており、モータ電圧調整器３２０によって制御された界磁電流の供給を受けている。ブラシ１３１の一方に供給された界磁電流はスリップリング１３０の一方を介して界磁コイル１２５，１２６に供給される。これにより、界磁コイル１２５，１２６が励磁され、Ｓ極側第１爪形磁極鉄心１２１及びＳ極側第２爪形磁極鉄心１２４の爪部はＳ極に、Ｎ極側第１爪形磁極鉄心１２２及びＮ極側第２爪形磁極鉄心１２３の爪部はＮ極にそれぞれ磁化される。スリップリング１３０の他方に摺動接触するブラシ１３１の他方はシャーシアースに電気的に接続されている。

１対のブラシ１３１はブラシホルダ１３２によって保持され、対応するスリップリング１３０に摺動接触するように、対応するスリップリング１３０の外周表面上に弾性力によって押圧されている。

第２モータ室１７０内には、スリップリング１３０，ブラシホルダ１３２によって保持されたブラシ１３１の他に、ロータ１２０の磁極位置を検出するためのレゾルバ１４０が収納されている。レゾルバ１４０は、レゾルバステータ１４１と、及びこの内周側に機械的空隙を介して対向配置されたレゾルバロータ１４２とを備え構成されている。本実施例では、レゾルバ１４０を磁極位置検出装置として用いる場合を例に挙げて説明する。磁極位置検出装置としては、永久磁石と、この磁束を検知するためのホール素子などの磁気感応素子から構成されたものを用いてもよい。この場合、モータのロータと共に永久磁石を回転させ、その永久磁石の周囲に３相分のホール素子を電気的で１２０度の間隔をもつように配置する。

レゾルバステータ１４１は第３モータブラケット１０３の円筒部１０３ａの内周面に固定されている。第３モータブラケット１０３の円筒部１０３ａは、第３モータブラケット１０３の側面からインバータ室２４０側に突出し、かつ第２モータブラケット１０２側からインバータ室２４０側に貫通するように、第３モータブラケット１０３の側面に設けられている。第３モータブラケット１０３の円筒部１０３ａのインバータ室２４０側開口部はカバー１０３ｂによって塞がれている。カバー１０３ｂは第３モータブラケット１０３の円筒部１０３ａに対して着脱可能になっている。このような構成によれば、第３モータブラケット１０３の円筒部１０３ａからカバー１０３ｂを取り外すことにより、レゾルバステータ１４１の位置調整が容易に行える。

レゾルバロータ１４２は、レゾルバステータ１４１の内周側と対向するように、シャフト延出部１２７ｂの外周面上に嵌合されている。シャフト延出部１２７ｂは、シャフト延出部１２７ａよりも軸方向インバータ室２４０側に延びた部位であり、クラッチ５００を介してデファレンシャルギヤ６００に機械的に接続されるシャフト１２７の出力端側とは反対側の端部にあたる。これにより、レゾルバロータ１４２はロータ１２０と共に回転する。レゾルバ１４０は、レゾルバステータ１４１において、レゾルバロータ１４２の回転による磁気的変化を検知し、それに応じた信号をレゾルバステータ１４１からモータ制御部３１２に出力している。

レゾルバ１４０の基準は、第１爪形磁極鉄心と第２爪形磁極鉄心との磁気的中心に合うように設定してもよいし、第１爪形磁極鉄心によって発生する誘起電圧の波形と第２爪形磁極鉄心によって発生する誘起電圧の波形とを合成した合成誘起電圧波形に合わせて設定してもよい。

インバータ室２４０には、インバータブラケット２０２の第２モータ室１７０側の側面に固定されたパワーモジュール２１０と、パワーモジュール２１０の第２モータ室１７０側に配置された駆動回路２２０とが収納されている。

パワーモジュール２１０は、駆動専用発電機４００の出力端とモータ１００のステータコイル２１２との間に電気的に接続されたスイッチング半導体素子２１２を備え、駆動専用発電機４００からモータ１００のステータコイル２１２に供給される直流電力をスイッチング半導体素子２１２のスイッチング（オン・オフ）動作によって三相交流電力に変換する電力変換回路を構成している。スイッチング半導体素子２１２を構成する半導体チップは、モジュールケース２１０ａによって周囲が囲まれた放熱ベース２１８上に絶縁基板２１９を介して実装されている。

本実施例では、ＭＯＳ(Metal-Oxide-semiconductor) ＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）をスイッチング半導体素子２１２として用いている。ＭＯＳＦＥＴは寄生のダイオード２１３を備えている。寄生のダイオード２１３は、ソース電極からドレイン電極に向かって順方向となるように、ドレイン電極とソース電極との間に電気的に接続されている。ＭＯＳＦＥＴはドレイン電極及びソース電極の他に、駆動回路２２０からの駆動信号を受けるゲート電極を備えている。

尚、本実施例では、スイッチング半導体素子２１２としてＭＯＳＦＥＴを用いた場合を例に挙げて説明するが、ＭＯＳＦＥＴを代えてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いてもよい。ＩＧＢＴの場合、エミッタ電極，コレクタ電極及びゲート電極を備えており、エミッタ電極とコレクタ電極との間には、別途、ダイオードを設ける必要がある。

放熱ベース２１８はインバータブラケット２０２の第２モータ室１７０側の側面に接触している。これにより、スイッチング半導体素子２１２のスイッチング動作によって生じる発熱をインバータブラケット２０２に放熱でき、スイッチング半導体素子２１２を冷却できる。絶縁基板２１９の表面上には、配線パターン（導電性部材）がメタライズされている。

パワーモジュール２１０によって構成される電力変換回路は、図２に示すように、３相分のアームを備えたブリッジ回路から構成されている。各アームは、上アーム側のスイッチング半導体素子２１２のソース電極と下アーム側のスイッチング半導体素子２１２のドレイン電極とを電気的に直列に接続した直列回路から構成されている。上アーム側のスイッチング半導体素子２１２のドレイン電極は入力（直流）端子２１７の正極側及びコンデンサ端子２１５の正極側に、下アーム側のスイッチング半導体素子２１２のソース電極は入力端子２１７の負極側及びコンデンサ端子２１５の負極側に、上アーム側のスイッチング半導体素子２１２のソース電極と下アーム側のスイッチング半導体素子２１２のドレイン電機は、対応する相の出力（交流）端子２１６にそれぞれ電気的に接続されている。実際は、図１に示すように、６つのスイッチング半導体素子２１２が絶縁基板２１９を介して放熱ベース２１８上に実装され、上記電力変換回路が構成されるように、上下アームのスイッチング半導体素子２１２と出力端子２１６との間、上上アームのスイッチング半導体素子２１２と入力端子２１７及びコンデンサ端子２１５との間のそれぞれがアルミワイヤなどの導電性部材によって電気的に接続される。

尚、図１は、１相分の下アーム側の実装状態を示す。ここでは、下アーム側のスイッチング半導体素子２１２のチップが実装された絶縁基板２１９が出力端子２１６側に、２つの入力端子２１７が絶縁基板２１９と対向するように、コンデンサ端子２１５側にそれぞれ配置されている。ここで、２つの入力端子２１７は正極側と負極側とが絶縁部材（図示省略）を介して積層されており、放熱ベース２１８上に絶縁部材（図示省略）を介して配置されている。本実施例では、負極側の入力端子２１７が放熱ベース２１８側となるように、２つの入力端子２１７を積層している。一方、上アーム側は、下アーム側とは逆になり、チップが実装された絶縁基板２１９がコンデンサ端子２１５側に、出力端子２１６が絶縁基板２１９と対向するように、出力端子２１６側（コンデンサ端子２１５側とは反対側）にそれぞれ配置され、下アーム側の配列に対して隣接して配置される。このような構成によれば、上アーム側の絶縁基板２１９と下アーム側の絶縁基板２１９が、２つの入力端子２１７と出力端子２１６がそれぞれ対角状に対向する。残りの２相も同様の配置構成になっている。そして、各相の配列体は、コンデンサ端子２１５から出力端子２１６に向かう方向に対して直交する方向に配列される。

コンデンサ端子２１５は、モジュールケース２１０ａの側壁のうち、絶縁基板２１９と出力端子２１６或いは入力端子２１７との配列方向にある側壁の一方から、インバータブラケット２０２の側面に対して平行になるように突出している。コンデンサ端子２１５には平滑コンデンサ２１４が起立するように設けられ、電気的に接続されている。各相の出力端子２１６は、絶縁基板２１９と出力端子２１６或いは入力端子２１７との配列方向にある側壁の他方から、インバータブラケット２０２の側面に対して平行になるように突出し、第２モータ室１７０側に直角に折れ曲がって第２モータ室１７０側に延びている。そして、各相の出力端子２１６は、対応する相のハーネス１１３の端子とボルト及びナットなどの締結部材により締結されている。これにより、出力端子２１６とハーネス１１３の同相のもの同士、電気的に接続される。入力端子２１７は、モジュールケース２１０ａの残りの側壁の一つから突出し、入力側のハーネス（図示省略）の一端側とボルト及びナット（図示省略）などの締結部材により締結されている。入力側のハーネスの他端側はインバータハウジング２０１の外周表面から延出し、外部の電源ハーネス（図示省略）と電気的に接続されている。

各相のハーネス１１３は、ステータコイル１１２の対応する相コイルに電気的に接続されており、インバータ室２４０から第３モータブラケット１０３及び第２モータブラケット１０２を貫通して第１モータ室に延びている。このため、第２モータブラケット１０２及び第３モータブラケット１０３とハーネス１１３との間には通気可能な隙間が形成される。これにより、第１モータ室１６０及び第２モータ室１７０とインバータ室２４０は上記隙間を介して連通し、インバータ室２４０の内気が第１モータ室１６０及び第２モータ室１７０に通気できる。

ところで、モジュールケース２１０ａ及び放熱ベース２１８によって囲まれて形成された容器空間（スイッチング素子２１２の実装空間）にはシリコンゲル２１１が封入されている。シリコンゲル２１１は電気絶縁性及び弾性を有するものであり、スイッチング半導体素子２１２，出力端子２１６，入力端子２１７及びアルミワイヤなどから構成された電力変換回路を侵入物や錆などから電気的及び機械的に保護するための保護部材である。しかし、シリコンゲル２１１は、スイッチング半導体素子２１２のスイッチング動作による温度上昇によって気化し、シロキサンガスを発生する。このシロキサンガスは、電気的絶縁作用や機械的研磨作用を及ぼす二酸化珪素化合物を生成する。従って、機械的接触により電気的に導通する機構、例えばスリップリング１３０及びブラシ１３１の機械的接触面に二酸化珪素化合物が付着し、スリップリング１３０及びブラシ１３１が磨耗して、機械的寿命の低下及びそれによる電気的性能の低下が生じないように、また、電気的絶縁作用による電気的性能の低下が生じないようにする必要がある。

そこで、本実施例では、ブリーザパイプ２３０をインバータブラケット２０２の側面に取り付け、インバータ室２４０にシロキサンガスが発生した場合には、シロキサンガスをインバータ室２４０内からブリーザパイプ２３０を介して外部に積極的に排出するようにしている。ブリーザパイプ２３０は、室内の圧力を抜くために用いられるものであり、シロキサンガスが発生によってインバータ室２４０内の圧力が外部よりも高くなった場合には、外部からインバータ室２４０への湿気の浸入を防止しながら、インバータ室２４０の内気を外部に排出できるものである。ブリーザパイプ２３０の先端にはホースが装着されており、ブリーザパイプ２３０を介して排出された排気を車外へ導出することができるようになっている。

このように構成された本実施例によれば、インバータ室２４０内においてシロキサンガスが発生しても、シロキサンガスをブリザーパイプ２３０によってインバータ室２４０から外部に積極的に排出することができ、インバータ室２４０から第１モータ室１６０及び第２モータ室１７０にシロキサンガスが流れ込むことを防止できる。これにより、本実施例では、機械的接触により電気的に導通する機構、例えばスリップリング１３０及びブラシ１３１の摺動接触部に二酸化珪素化合物が付着し、電気的絶縁作用や機械的研磨作用が生じることを抑えることができる。従って、本実施例では、スリップリング１３０及びブラシ１３１の磨耗による機械的寿命の低下及びそれによる電気的性能の低下、また、電気的絶縁作用による電気的性能の低下を抑えることができ、回転電機装置の信頼性を向上させることができる。

また、本実施例では、第３モータブラケット１０３とハーネス１１３との間に形成された隙間を遮断部材（シール部材）１０４によって塞ぎ、インバータ室２４０と第２モータ室１７０との間を遮断している。遮断部材１０４は弾性体、例えば気密性，耐熱性，耐寒性及び電気絶縁性を有するゴムの成形体によって構成されている。遮断部材１０４には複数の貫通孔が設けられている。遮断部材１０４の複数の貫通孔はインバータ室２４０から第２モータ室１７０に貫通している。遮断部材１０４の複数の貫通孔には各相のハーネス１１３が気密に貫装されている。

このように構成された本実施例によれば、インバータ室２４０内において発生したシロキサンガスを、インバータ室２４０から第１モータ室１６０及び第２モータ室１７０に流れ込むことを確実に防止でき、上記二酸化珪素化合物による作用を確実に抑えることができる。従って、本実施例によれば、スリップリング１３０及びブラシ１３１の機械的寿命の低下及び電気的性能の低下を確実に抑えることができ、回転電機装置の信頼性をさらに向上させることができる。

また、遮断部材１０４は、インバータ室２４０と第１モータ室１６０及び第２モータ室１７０との間を熱的に遮断できるので、インバータ装置２００がモータ１００の熱影響を受けることがない。

さらに、本実施例では、モータハウジング１０８の外周面にブリーザパイプ１５０を設けている。ブリーザパイプ１５０は、室内の圧力を抜くために用いられるものであり、温度上昇などによって第１モータ室１６０及び第２モータ室１７０の圧力が外部よりも高くなった場合には、外部から第１モータ室１６０及び第２モータ室１７０への湿気の浸入を防止しながら、第１モータ室１６０及び第２モータ室１７０の内気を外部に排出できるものである。これにより、本実施例では、第１モータ室１６０及び第２モータ室１７０の内気がモータ１００の発熱によって温度上昇することを抑制し、密閉構造のモータ１００の冷却効果を高めるようにしている。ブリーザパイプ１５０の先端にはホースが装着されており、ブリーザパイプ１５０を介して排出された排気を車外へ導出することができるようになっている。

本発明の実施例である電動４輪駆動車の後輪駆動系を構成する回転電機装置の構成を示す断面図であり、モータとインバータ装置との一体構成を示す。 本発明の実施例である電動４輪駆動車の後輪駆動系の制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例である電動４輪駆動車の前後輪駆動系のシステムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００…モータ、１０１…第１モータブラケット、１０２…第２モータブラケット、
１０３…第３モータブラケット、１０４…遮断部材、１０８…モータハウジング、１１０…ステータ、１１３…ハーネス、１２０…ロータ、１３０…スリップリング、１３１…ブラシ、１５０，２３０…ブリーザパイプ、１６０…第１モータ室、１７０…第２モータ室、２００…インバータ装置、２０１…インバータハウジング、２０２…インバータブラケット、２１０…パワーモジュール、２１１…シリコンゲル、２４０…インバータ室。

Claims (5)

1. 少なくとも第１収納室及び第２収納室を備えた筐体と、
   前記第１収納室に収納された回転電機と、
   前記第１収納室に収納されて前記回転電機に電気的に接続され、導電性部材同士の機械的な接触によって電気的に導通する導通機構と、
   前記第２収納室に収納され、前記回転電機を制御する制御装置とを有し、
   前記回転電機と前記制御装置は、前記筐体の内部に配置された接続導体によって電気的に接続されており、
   前記接続導体は、前記第１収納室と前記第２収納室とを連通する空間部を介して前記回転電機から前記制御装置に至るように設けられており、
   前記筐体には、前記第２収納室の内気を前記筐体の外部に放出するための内気放出機構が設けられている
   ことを特徴とする機電一体型回転電機装置。
2. 請求項１に記載の機電一体型回転電機装置において、
   前記空間部には、前記第１収納室と前記第２収納室との間の通気を遮断するための遮断部材が設けられている
   ことを特徴とする機電一体型回転電機装置。
3. 請求項１又は２に記載の機電一体型回転電機装置において、
   前記第１収納室は、前記回転電機が収納された部分と前記導通機構が収納された部分とに仕切られており、
   前記筐体には、前記第１収納室の前記回転電機が収納された部分の内気を前記筐体の外部に放出するための内気放出機構が設けられている
   ことを特徴とする機電一体型回転電機装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の機電一体型回転電機装置において、
   前記筐体は密閉構造のものであり、
   前記内気放出機構は、外部からの水の侵入を阻止するための機能を備えたものである
   ことを特徴とする機電一体型回転電機装置。
5. 車両に設けられた複数の車輪対のうち、少なくとも１つの車輪対を内燃機関によって駆動し、少なくとも他の１つの車輪対を電動力によって駆動する車両に設けられた車両駆動装置であって、
   前記電動力を発生する回転電機と、
   車載電源から前記回転電機に供給される電力を制御して前記回転電機の駆動を制御する制御装置とを有し、
   前記回転電機と前記制御装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の機電一体型回転電機装置によって構成されている
   ことを特徴とする車両駆動装置。
   

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