JP2007174757A - Stator-rotatable rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機に発生する誘起電圧を低減する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for reducing an induced voltage generated in a rotating electrical machine.
永久磁石を具えた回転電機においては、出力軸の回転速度が高回転となった場合に誘起電圧が過度に上昇して、インバータやバッテリに悪影響を与えたり、逆起電力が発生してモータとしての出力効率が低下したり、永久磁石が減磁したりする等の問題が生じる。そこで誘起電圧の上昇を防止する手段としては従来、例えば特許文献1に記載の発明のように、弱め界磁制御を用いるのが常套である。
一方で、弱め界磁制御は回転電機の力率を損なうという問題があるため、弱め界磁制御を行わないで、誘起電圧の上昇を回避する発明としては例えば特許文献2に記載のごときものもある。特許文献2に記載の駆動装置は、永久磁石を具えたロータと、コイルを具えたステータより構成した回転電機において、ステータを外側のケーシングに回転可能に支持する。そして、回転電機をモータとして駆動する間は係合機構を締結してステータを回転不能に固定する。反対に、回転電機をモータとして駆動しない間は係合機構を解放してステータの回転を許容する。これにより、ステータおよびロータ間の相対回転数を低減して誘起電圧が過度に上昇することを回避し、逆起電力の発生を防止したものである。
On the other hand, since field weakening control has a problem of impairing the power factor of the rotating electrical machine, an invention for avoiding an increase in induced voltage without performing field weakening control is disclosed in, for example,
しかし、上記従来のような特許文献2に記載の回転電機にあっては、以下に説明するような問題を生ずる。つまり、係合機構の締結または解放の二者択一的なものであるため、モータとして駆動するか若しくは全く駆動しないか、のどちらか一方の状態のみ選択されることとなり、誘起電圧を抑制しつつ出力軸回転数を高回転領域にして駆動運転することができないという問題がある。
また特許文献2に記載の回転電機にあっては、係合機構の解放中はステータおよびロータ間の相対回転数が制御不能となるため、係合機構の解放中は降坂路を走行中や減速走行中であってもエネルギーを回生することができないという問題が生じる。ここで、たとえ係合機構を半クラッチ状態にして、ステータおよびロータ間の相対回転数を制御することとしても、半クラッチ状態とすれば係合機構でエネルギーが熱に変換して消滅してしまうこととなり、エネルギー回生効率が悪化してしまう。
However, the conventional rotating electric machine described in
In the rotating electrical machine described in
本発明は、上述の実情に鑑み、回転電機の出力軸の回転数に応じて、ステータおよびロータ間の相対回転数を制御することができるステータ回転可能型の回転電機を提案するものである。 In view of the above circumstances, the present invention proposes a stator-rotating type rotating electrical machine capable of controlling the relative rotational speed between the stator and the rotor in accordance with the rotational speed of the output shaft of the rotating electrical machine.
この目的のため本発明によるステータ回転可能型の回転電機は、請求項1に記載のごとく、
ケースに回転可能に支持されたステータと、該ステータをケースに固定する第1ブレーキ装置とを具えたステータ回転可能型回転電機において、
少なくとも3個の回転要素を具えた差動装置を設け、このうち1個の回転要素と前記ステータとを駆動結合し、他の1個の回転要素と回転電機のロータとを駆動結合したことを
特徴としたものである。
For this purpose, the stator rotating type rotating electric machine according to the present invention is as described in
In a stator rotatable type rotating electrical machine comprising a stator rotatably supported by a case and a first brake device for fixing the stator to the case,
A differential having at least three rotating elements is provided, of which one rotating element and the stator are drivingly coupled, and the other one rotating element and the rotor of the rotating electrical machine are drivingly coupled. It is a feature.
かかる本発明の構成によれば、ステータとロータとを差動装置で駆動結合したため、ロータ高回転時には、第1ブレーキ装置を解放してステータを回転自在とし、この差動装置を制御することによってステータおよびロータ間の相対回転数を決定することが可能となり、出力軸の絶対回転数が高回転数であっても上記の相対回転数を低回転にすることができる。したがって、従来のように、弱め界磁制御をすることなく誘起電圧を抑制することが可能となる他、出力軸回転数を高回転領域にしたまま運転することが可能になる。
このため、誘起電圧を抑制と、回転電機の運転(駆動運転および回生運転)とを同時に実行することができるという有益な効果が得られる。
そして、降坂路を走行中や減速走行中であっても誘起電圧を抑制しつつエネルギーを回生することができ、バッテリの充電が可能になる。
According to the configuration of the present invention, since the stator and the rotor are drive-coupled by the differential device, when the rotor rotates at high speed, the first brake device is released to make the stator freely rotatable, and this differential device is controlled. The relative rotational speed between the stator and the rotor can be determined, and the relative rotational speed can be reduced even when the absolute rotational speed of the output shaft is high. Therefore, as in the prior art, it is possible to suppress the induced voltage without performing field-weakening control, and it is possible to operate with the output shaft speed in the high rotation range.
For this reason, the beneficial effect that the induced voltage can be suppressed and the operation of the rotating electrical machine (drive operation and regenerative operation) can be performed simultaneously is obtained.
Even when traveling on a downhill road or traveling at a reduced speed, energy can be regenerated while suppressing the induced voltage, and the battery can be charged.
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図1は本発明の第1実施例になるステータ回転可能型の回転電機1を、回転軸を含む平面で断面にして示す縦断面図である。
回転電機1の外殻を形成するケース2は、その内空領域で軸受け3,4を介して、ステータ5を回転可能に支持する。ステータ5は中空円筒形状であり、その内周側には、コイル巻線6を周方向に複数配置する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on examples shown in the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a stator rotatable type rotating
The
ステータ5外周とケース2内周との間には、ステータ5をケース2に固定する第1ブレーキ7を設け、さらに、ステータ5を外部電源と電気的に接続するためのスリップリング8を設ける。
A
第1ブレーキ7は、ケース2内壁には軸O方向に延在するスプライン溝(図示せず)を刻設しておき、該スプライン溝にはリング形状のクラッチ板を複数枚嵌合させる。該クラッチ板はケース2に、軸O方向には移動可能かつ周方向には移動不能にスプライン嵌合する。同様に、ステータ5外壁にもクラッチ板をスプライン嵌合させる。そしてステータ5を固定する時には、図示しないピストン機構で、ケース2側のクラッチ板とステータ5側のクラッチ板とを押圧して、締結を実行する。これに対し、ステータ5を固定しないのであれば、上記押圧をせず、第1ブレーキ7を解放する。
In the
スリップリング8は、ケース2外側で図示しない強電ハーネスと、インバータと、バッテリと接続する。またスリップリング8は、ステータ5内でコイル巻線6と接続する。ステータ5がケース2に対して相対回転中、スリップリング8が摺動しつつ、スリップリング8とコイル巻線6に通電する。
The
ステータ5の軸O方向両端は、軸受け9,10を介して、ロータ11の中心軸12,13を回転可能に支持する。
ロータ11には、軸O方向に延在する中心軸12,13を一体に結合する。またロータ11は永久磁石を複数具え、ロータ11およびコイル巻線6間の電磁的作用によってトルク(マグネットトルクおよびリラクタンストルク)を発生し、回転する。これらトルクおよび回転による出力は、中心軸12,13(出力軸13ともいう)に伝達される。
出力軸13は、図示しない先端側で、車輪等の負荷と駆動結合する。
Both ends of the
The
ロータ11側から突出した中心軸12の先端は、遊星歯車組14のサンギヤsと結合する。サンギヤsおよび遊星歯車組14のリングギヤrは、軸Oを回転中心とする。これらサンギヤsとリングギヤrとの間には、複数のプラネタリギヤpを軸O周方向に複数配置する。サンギヤsの外周歯およびリングギヤrの内周歯と噛合する複数のプラネタリギヤpを、共通のキャリアcで連結する。またキャリアcは、ステータ5と結合する。これによりキャリアcは、プラネタリギヤp同士の相対位置関係を規定する他、プラネタリギヤpの自転を許容しつつ、軸Oを中心とするプラネタリギヤpの公転を回転運動として取り出して、ステータ5の回転数と一致させる。
The tip of the
遊星歯車組14はステータ5外側かつケース2内に収容されている。リングギヤr外周とケース2内周との間には、リングギヤrをケース2に固定する第1ブレーキ19を設ける。
第1ブレーキ19も第1ブレーキ7と同様に、リング形状のクラッチ板を複数枚スプライン嵌合させて構成する。該クラッチ板はケース2およびリングギヤrに、軸O方向には移動可能かつ周方向には移動不能に嵌合する。そしてリングギヤrを固定する時には、図示しないピストン機構で、クラッチ板同士を押圧して、締結を実行する。これに対し、リングギヤrを固定しないのであれば、上記押圧をせず、第1ブレーキ19を解放する。
The
Similarly to the
ロータ11はステータ5からみて相対回転する。図1に示すように出力軸13はロータ11に一体結合するため、ロータ11の絶対回転数は出力軸13の回転数に等しい。
The
ロータ11の絶対回転数が低回転および中回転の場合、第1ブレーキ19を解放してリングギヤを回転自由とし、第1ブレーキ7を締結してステータ5を回転不能に固定する。ステータ5の回転数を0にすることにより、出力軸13の回転数は、ステータ5およびロータ11間の相対回転数と等しくなる。
この結果、コイル巻線6にはロータ11の絶対回転数に比例した誘起電圧が生じる。
When the absolute rotational speed of the
As a result, an induced voltage proportional to the absolute rotational speed of the
ロータ11の絶対回転数が高回転の場合、第1ブレーキ19を締結してリングギヤrを回転不能に固定し、第1ブレーキ7を解放してステータ5を回転自由とする。リングギヤrの回転数を0にすることで、遊星歯車組14はサンギヤsとキャリアcとの相対回転数を後述する共線図で表される関係にする。ここでいう相対回転数は、サンギヤsの絶対回転数よりも少なくなるよう(0に近くなるよう)構成する。図1に示すように、サンギヤsはロータ11と駆動結合し、キャリアcはステータ5と駆動結合する。したがって第1実施例では、ステータ5およびロータ11間の相対回転数をロータ11の絶対回転数よりも少なくすることが可能になる。
この結果、コイル巻線6にはロータ11の相対回転数に比例した誘起電圧が生じ、ロータ11の絶対回転数が高回転であっても、誘起電圧が高くなることを回避することができる。そして、モータとしての出力効率の低下および永久磁石の減磁を回避することができる。
When the absolute rotation number of the
As a result, an induced voltage proportional to the relative rotational speed of the
ロータ11の絶対回転数が高回転であるか否かの判別は例えば、レゾルバなどの回転数検出センサを出力軸13に設けておき、検出した回転数が、予め記憶しておいた所定値以上であれば、高回転と判断する。あるいは、コイル6の誘起電圧を直接検出する電圧センサを設け、検出した誘起電圧が、インバータ22の耐圧性能以上であれば、高回転と判断する。
Whether or not the absolute rotational speed of the
遊星歯車組14を構成する各回転要素s,r、cの回転数は、図2に共線図で示される。
ロータ11の絶対回転数と同じであるサンギヤsの回転数が低中回転n1の場合、
第1ブレーキ7を締結してキャリアcの回転数を0に保持しているため、各回転要素s,r、cの回転数はレバーαの関係となる。
The rotational speeds of the rotary elements s, r, and c constituting the planetary gear set 14 are shown in a collinear diagram in FIG.
When the rotation speed of the sun gear s, which is the same as the absolute rotation speed of the
Since the
サンギヤsの回転数が低中回転n1から図2にβで示すよう上昇して高回転n2となった場合について説明する。上述のように第1および第2ブレーキ装置7,19を締結・解放していれば、各回転要素s,r、cの回転数はレバーγの関係となり、ロータ11およびステータ5間の相対回転数が高回転n2となり、誘起電圧が大きくなるという不具合が発生する。相対回転数が高回転となるのは不具合が発生することから、図2に示す相対回転数n2には、×を付しておく。
そこで、第1ブレーキ7を解放してキャリアcの回転拘束を解き、第2ブレーキ19を締結してリングギヤrの回転数を0にする。これにより、各回転要素s,r、cの回転数はレバーδの関係となり、ロータ11およびステータ5間の相対回転数を高回転n2から中回転n3に減少させることが可能になる。したがって、誘起電圧を抑制することができる。
A case will be described in which the rotation speed of the sun gear s increases from the low / medium rotation n1 to the high rotation n2 as indicated by β in FIG. If the first and
Therefore, the
なお、ロータ11およびステータ5間の相対回転数を上述のように制御する相対回転数制御制御手段は、回転電機1の目標トルクおよび目標回転数を制御するコントローラ(図示せず)であってよい。
The relative rotational speed control control means for controlling the relative rotational speed between the
つぎに本発明になるステータ回転可能型回転電機の第2実施例について説明する。ここでは、上述した第1実施例と共通する部材については、同じ符号を付して説明を省略し、異なる部材には新たに符号を付して説明する。 Next, a second embodiment of the stator rotatable type rotating electrical machine according to the present invention will be described. Here, members that are the same as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and different members are newly described by adding reference numerals.
図3は本発明の第2実施例になるステータ回転可能型の回転電機21を、回転軸を含む平面で断面にして示す縦断面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a stator rotatable type rotating
ロータ11には、軸O方向に延在する中心軸12,15を一体に結合する。
ステータ5の軸O方向両端は、軸受9,10を介して、中心軸12,15を回転可能に支持する。ロータ11のトルクおよび回転による出力は、中心軸12,15に伝達される。
Both ends of the
中心軸15には、遊星歯車組14を駆動結合する。遊星歯車組14はステータ5外壁とケース2の内壁との間に収容されている。
ロータ11側から突出した中心軸15の先端は、遊星歯車組14のサンギヤsと結合する。サンギヤsおよび遊星歯車組14のリングギヤrは、軸Oを回転中心とする。これらサンギヤsとリングギヤrとの間には、複数のプラネタリギヤpを軸O周方向に複数配置する。サンギヤsの外周歯およびリングギヤrの内周歯と噛合する複数のプラネタリギヤpを、軸受け10を支持するステータ5の軸受支持部5cで連結する。つまり軸受支持部5cは遊星歯車組14のキャリアを兼用する。これによりキャリア5cは、プラネタリギヤp同士の相対位置関係を規定する他、プラネタリギヤpの自転を許容しつつ、軸Oを中心とするプラネタリギヤpの公転を回転運動として取り出して、ステータ5の回転数と一致させる。
A planetary gear set 14 is drivingly coupled to the
The tip of the
サンギヤsからみて中心軸15と反対側には、出力軸13の一端を結合する。出力軸13は、図示しない他端側で、車輪と駆動結合し、回転電機21の出力を車輪に伝達する。つまり出力軸13の他端は、負荷と連結する。
One end of the
ロータ11からみて出力軸13と反対側にあるステータ5の軸受支持部5aには、インバータ22を個設する。インバータ22にはバッテリ23を個設する。これらインバータ22およびバッテリ23は、軸受支持部5aの外壁とケース2の内壁との間に位置する。回転電機21の駆動中、バッテリ23は放電し、インバータ22を介して、コイル巻線6に電力を供給する。また回転電機21の回生中、バッテリ23はインバータ22を介して、コイル巻線6から電力を供給され、バッテリ23を充電する。
An
インバータ22は図示しないコントローラと接続し、当該コントローラは回転電機21の駆動指令および回生指令をインバータ22に与える。
The
遊星歯車組14を構成する各回転要素s,r、5cの回転数は、図2に共線図で示され、第1実施例と同様の効果を奏する。 The rotational speeds of the rotary elements s, r, and 5c constituting the planetary gear set 14 are shown in a collinear chart in FIG. 2 and have the same effects as in the first embodiment.
さらに、第2実施例の回転電機21では、図3に示すようにステータ5にインバータ22およびバッテリ23を結合したため、以下に説明する効果を奏する。
つまり、インバータ22およびバッテリ23はステータ5と一体に回転するため、ステータ5の質量は大きくなり、キャリア5cの慣性モーメントが大きくなる。したがって、図2のレバーδで示すようにステータ5を回転させることにより、回転エネルギーを一旦ステータ5に貯蔵することが可能になる。このときのステータ5は内燃機関を具えた車両駆動系におけるフライホイールの役目を果たす。
Further, in the rotating
That is, since the
このため例えば、ステータ5を回転させて運転していた回転電機21が、ステータ5を固定して運転するよう切り替わる際には、ステータ5に貯蔵していた回転エネルギーを用いることができ、モータ消費電力の低減および回生効率の向上を図ることができる。
For this reason, for example, when the rotating
さらに、第2実施例の回転電機21では、図3に示すようにステータ5にインバータ22およびバッテリ23を結合したため、図1に示すスリップリング8や、図示しない強電ハーネスのようなものを介さなくても、バッテリ23からコイル巻線6に電力を供給することが可能となる。したがって、回転電機31の軽量化および小型化を図ることができ、車両等への搭載性が向上する。
Further, in the rotating
つぎに本発明になるステータ回転可能型回転電機の第3実施例について説明する。ここでは、上述した各実施例と共通する部材については、同じ符号を付して説明を省略し、異なる部材には新たに符号を付して説明する。 Next, a description will be given of a third embodiment of the stator rotatable type rotating electric machine according to the present invention. Here, members common to the above-described embodiments are assigned the same reference numerals and description thereof is omitted, and different members are newly described by adding reference numerals.
図4は本発明の第3実施例になるステータ回転可能型の回転電機31を、回転軸を含む平面で断面にして示す縦断面図である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a stator rotatable type rotating
インバータ22およびバッテリ23には軸O方向に延在する孔24を設けておく。
中心軸12の先端12sをステータ5の外方に突出させる。先端12sと孔24の内周面との間には第1クラッチ25を設ける。
第1クラッチ25もブレーキ7,19と同様に、リング形状のクラッチ板を複数枚スプライン嵌合させて構成する。該クラッチ板は中心軸12およびバッテリ23に、軸O方向には移動可能かつ周方向には移動不能に嵌合する。そして中心軸12をバッテリ23に結合する時には、図示しないピストン機構で、クラッチ板同士を押圧して、締結を実行する。これに対し、結合しないのであれば、上記押圧をせず、第1クラッチ25を解放する。
A
The
Similarly to the
第1クラッチ25を解放中、中心軸12はインバータ22およびバッテリ23から切り離され、それぞれ別個に回転する。中心軸12はロータ11と結合し、インバータ22およびバッテリ23はステータ5と結合する。したがって、ステータ5とロータ11は別個に回転する。これは回転電機が駆動または回生するために必須であるため、通常は第1クラッチ25を解放しておく。
第1クラッチ25を締結中、中心軸12はインバータ22およびバッテリ23に連結され、これら12,22,23は一体回転する。したがって、ステータ5とロータ11との相対回転数が0になる。
While releasing the first clutch 25, the
While the first clutch 25 is engaged, the
サンギヤsと出力軸13との結合部分には第2クラッチ26を挿置する。
第2クラッチ26も第1クラッチ25と同様に、リング形状のクラッチ板を複数枚スプライン嵌合させて構成する。該クラッチ板はサンギヤsおよび出力軸13に、軸O方向には移動可能かつ周方向には移動不能に嵌合する。そして出心軸13をサンギヤsに結合する時には、図示しないピストン機構で、クラッチ板同士を押圧して、締結を実行する。これに対し、結合しないのであれば、上記押圧をせず、第2クラッチ26を解放する。
A
Similarly to the first clutch 25, the second clutch 26 is configured by spline fitting a plurality of ring-shaped clutch plates. The clutch plate is fitted to the sun gear s and the
第2クラッチ26を締結中、出力軸13はサンギヤsに連結され、これらs,13は一体回転する。第2クラッチ26を解放中、出力軸13はサンギヤsから切り離され、それぞれ別個に回転する。図4に示すように第2クラッチ26はステータ5外壁とケース2の内壁との間に位置するが、ケース2外にあってもよい。
While the second clutch 26 is engaged, the
回転電機31に設けた遊星歯車組14を構成する各回転要素s,r、5cの回転数は、図5に共線図で示される。
図5中、前述した図2の共線図に示すレバーおよび回転数と同じ箇所については、同様の符号を付して説明を省略する。つまり回転電機31は、前述した回転電機1および回転電機21と同様の効果を奏し、出力軸13およびサンギヤsが高回転であっても、ステータ5およびロータ11間の相対回転数を低減して、誘起電圧の上昇を防止することができる。
The rotational speeds of the rotating elements s, r, and 5c constituting the planetary gear set 14 provided in the rotating
In FIG. 5, the same parts as those of the lever and the rotational speed shown in the collinear diagram of FIG. That is, the rotating
さらに、第3実施例の回転電機31では、図4に示すように第1クラッチ25を設けたため、以下に説明する効果を奏する。
つまり通常は第1クラッチ25を解放しておき、回転電機31の駆動運転および回生運転を可能にして、各回転要素s,r、5cの回転数を、図5に示すレバーα、γ、δのように規定する。
Furthermore, in the rotating
That is, normally, the first clutch 25 is released, the drive operation and the regenerative operation of the rotating
これに対し、誘起電圧を0にしたい場合には、第1クラッチ26を締結し、ステータ5とロータ11との相対回転数を0にして、各回転要素s,r,5cの回転数を、図5に示すレバーεのように規定する。ロータ11はサンギヤsと結合し、ステータ5はキャリア5cと結合するため、サンギヤsの回転数とキャリア5cの回転数は等しくなり、図5中、レバーεは二重線で示すように水平(相対回転数が0)になる。
On the other hand, when the induced voltage is desired to be 0, the first clutch 26 is engaged, the relative rotational speed between the
外部(出力軸13側)から回転電機31に回転が入力される場合、バッテリ23が満充電であれば、回転電機31の回生運転は必要ではない。そこで、この実施例では、第1クラッチ25を締結し、第1ブレーキ7を解放し、第2ブレーキ19を解放し、第2クラッチ26を締結して、コイル巻線6の誘起電圧を0にする。
さらに、一体となったステータ5およびロータ11の回転数は、出力軸13の回転数(例えば図5の回転数n2)と等しくなり、ステータ5およびロータ11の慣性モーメントを利用して回生運転以外の手段で回転エネルギーを貯蔵することが可能となる。ここで付言すると、このときのステータ5は内燃機関を具えた車両駆動系におけるフライホイールの役目を果たす。
When rotation is input to the rotating
Furthermore, the rotation speed of the
したがって例えば、各回転要素の回転数をレバーεのように実現中、出力軸13の回転数が低下する予定があれば、第2クラッチ26を解放して、回転エネルギーを貯蔵するフライホイールバッテリとして役目を果たすことが可能になる。
その後例えば、第2クラッチ26を締結して、出力軸13の駆動を開始する際には、当該貯蔵された回転エネルギーを駆動運転に用いることができ、モータとしての効率が向上する。
このように、回転エネルギーを貯蔵する回転エネルギー貯蔵手段は、回転電機1の目標トルクおよび目標回転数を制御するコントローラ(図示せず)であってよい。
Therefore, for example, if the rotational speed of each rotating element is realized like the lever ε, and the rotational speed of the
Thereafter, for example, when the second clutch 26 is engaged and driving of the
Thus, the rotational energy storage means for storing rotational energy may be a controller (not shown) that controls the target torque and the target rotational speed of the rotating
次に、回転電機1,21,31の操作方法を運転状態に応じて分類した図表を図6に示す。
Next, FIG. 6 shows a chart in which the operation methods of the rotating
この実施例では力行(駆動運転)中と回生運転中につき、ロータ11の絶対回転数に応じて第1ブレーキ7と、第2ブレーキ19と、第1クラッチ25と、第2クラッチ26とを締結または解放する。
In this embodiment, the
まず力行(駆動運転)中につき図6に沿って説明する。
ロータ11の絶対回転数が低回転のとき、誘起電圧は低いので問題は生じない。そこで図6の「力行」における「ロータ(低)」の項目に示すように、第1ブレーキ7を締結し、第2ブレーキ19を解放する。
なお、第1クラッチ25と、第2クラッチ26は必須ではないため、斜線で表示する。第1クラッチ25や、第2クラッチ26を具えていれば、これら25,26を締結する。
このとき遊星歯車組14の状態は図7に示す共線図のレバーαになる。
First, the operation during power running (driving operation) will be described with reference to FIG.
When the absolute rotational speed of the
Since the first clutch 25 and the second clutch 26 are not essential, they are displayed with diagonal lines. If the first clutch 25 and the second clutch 26 are provided, these 25 and 26 are fastened.
At this time, the state of the planetary gear set 14 is the lever α in the alignment chart shown in FIG.
説明を図6に戻すと、ロータ11の絶対回転数が高回転のとき、誘起電圧が高くなることを防止するため、図6の「力行」における「ロータ(高)」の項目に示すように、第1ブレーキ7を解放し、第2ブレーキ19を締結する。
なお、第1クラッチ25と、第2クラッチ26は必須ではないため、斜線で表示する。第1クラッチ25や、第2クラッチ26を具えていれば、締結する。
このとき遊星歯車組14の状態は図7に示す共線図のレバーδになる。
Returning to FIG. 6, in order to prevent the induced voltage from increasing when the absolute rotation number of the
Since the first clutch 25 and the second clutch 26 are not essential, they are displayed with diagonal lines. If the first clutch 25 or the second clutch 26 is provided, the clutch is engaged.
At this time, the state of the planetary gear set 14 is the lever δ of the alignment chart shown in FIG.
説明を図6に戻すと、ロータ11の絶対回転数が低回転から高回転に変化するとき、図6の「力行」における「ロータ(低⇔高)」の項目に示すように制御する。つまり、解放された第1ブレーキ7を締結させつつ、締結された第2ブレーキ19を解放させるようこれら第1ブレーキ7および第2ブレーキ19を調節する。
あるいはロータ11の絶対回転数が高回転から低回転に変化するとき、締結された第1ブレーキ7を解放させつつ、解放された第2ブレーキ19を締結させるようこれら第1ブレーキ7および第2ブレーキ19を調節する。
なお、第1クラッチ25と、第2クラッチ26は必須ではないため、斜線で表示する。第1クラッチ25や、第2クラッチ26を具えていれば締結状態にしておく。
このとき遊星歯車組14の状態は、図7に示す共線図のレバーζのようになる。つまりレバーαとレバーδとの間に一時的に位置する。
Returning to FIG. 6, when the absolute rotational speed of the
Alternatively, when the absolute rotation speed of the
Since the first clutch 25 and the second clutch 26 are not essential, they are displayed with diagonal lines. If the first clutch 25 and the second clutch 26 are provided, the clutch is kept engaged.
At this time, the planetary gear set 14 is in the state of a lever ζ in the alignment chart shown in FIG. That is, it is temporarily located between the lever α and the lever δ.
次に回生運転中につき図6に沿って説明する。
バッテリ23の残量が少ないとき、またロータ11の絶対回転数が低回転のとき、図6の「回生」における「BAT残量(少)」の項目に示すように、第1ブレーキ7を締結し、第2ブレーキ19を解放する。これによりバッテリ23を充電する。
なお、第1クラッチ25と、第2クラッチ26は必須ではないため、斜線で表示する。第1クラッチ25や、第2クラッチ26を具えていれば、これら25,26を締結する。
このとき遊星歯車組14の状態は図7に示す共線図のレバーαになる。
Next, the regenerative operation will be described with reference to FIG.
When the remaining amount of the
Since the first clutch 25 and the second clutch 26 are not essential, they are displayed with diagonal lines. If the first clutch 25 and the second clutch 26 are provided, these 25 and 26 are fastened.
At this time, the state of the planetary gear set 14 is the lever α in the alignment chart shown in FIG.
説明を図6に戻すと、バッテリ23の残量が中程度のとき、またロータ11の絶対回転数が高回転のとき、図6の「回生」における「BAT残量(中)」の項目に示すように、第1ブレーキ7を解放し、第2ブレーキ19を締結する。これにより、ステータ5およびロータ11間の相対回転数を低減し、誘起電圧を低くしてバッテリ23を充電する。
なお、第1クラッチ25と、第2クラッチ26は必須ではないため、斜線で表示する。第1クラッチ25や、第2クラッチ26を具えていれば、締結する。
このとき遊星歯車組14の状態は図7に示す共線図のレバーδになる。
Returning to FIG. 6, when the remaining amount of the
Since the first clutch 25 and the second clutch 26 are not essential, they are displayed with diagonal lines. If the first clutch 25 or the second clutch 26 is provided, the clutch is engaged.
At this time, the state of the planetary gear set 14 is the lever δ of the alignment chart shown in FIG.
第1クラッチ25を具えていれば、バッテリ23の残量が満のときの操作が可能になる。つまり図6の「回生」における「BAT残量(満)」の項目に示すように、第1ブレーキ7を解放し、第2ブレーキ19を解放し、第1クラッチ25を締結する。これにより、遊星歯車組14の状態を図7に示す共線図のレバーεのようにして、ステータ5およびロータ11を一体回転させる。一体回転とすれば、ステータ5とロータ11との相対回転数を0にして、誘起電圧を0にすることが可能となる。誘起電圧が0であれば、バッテリ23が充電されることはない。
If the first clutch 25 is provided, an operation when the remaining amount of the
さらに第2クラッチ26を具えていれば、以下に説明するような効果を得ることができる。 Further, if the second clutch 26 is provided, the following effects can be obtained.
第1に、フライホイールモータとして回転エネルギーを貯蔵することができる。
まず、出力軸13が駆動輪などの負荷側に連れ回されて回転中は、第1ブレーキ7を解放し、第2ブレーキ19を解放し、第1クラッチ25を締結する。さらには第2クラッチ26を締結する。図7のレバーεの状態にして、ステータ5とロータ11と遊星歯車組14を回転させておく。
次に、出力軸13が停止する等、出力軸13の回転数が低下するという事情が予測されるときは、予め第2クラッチ26を解放し、ステータ5とロータ11と遊星歯車組14とを惰性回転させておく。出力軸13が停止しても、図7のレバーεの状態を保持する。
First, rotational energy can be stored as a flywheel motor.
First, while the
Next, when it is predicted that the rotation speed of the
特に、バッテリ23の残量が満充電状態のときは、回生運転以外の方法で回転エネルギーを貯蔵することができる。したがって、回転電機の全て運転状態を総合的に着目したときのエネルギー効率を向上させることができる。
In particular, when the remaining amount of the
第2に出力軸13の停止中に回生運転が可能になる。
まず、図6の「BAT残量(満)」の項目で示すように、出力軸13の停止中は第2クラッチ26を解放しておき、上述したように回転エネルギーを貯蔵する(図7のレバーε)。
次に、回転電機31を回生運転させるときは、図6の「出力軸停止時にフライホイール活用」の項目で示すように、第1ブレーキ7を解放したまま、第2ブレーキ19を解放したまま、第1クラッチ25を解放に切り替え、ステータ5およびロータ11間の相対回転を許容する。第2クラッチ26を締結し、サンギヤsを回転不能に固定する(図7のレバーη)。あるいは低速回転とする(図7のレバーθ)。
このようにロータ11の相対回転数を得ることから、出力軸13の回転数が停止または低回転であっても、回生が可能になって、バッテリ23を充電することができる。
Second, regenerative operation is possible while the
First, as shown by the item “BAT remaining amount (full)” in FIG. 6, the second clutch 26 is released while the
Next, when the rotating
Since the relative rotational speed of the
第3に、フライホイールモータとして回転電機31の運転開始を補助することができる。
まず、図6の「BAT残量(満)」の項目で示すように、出力軸13の停止中は第2クラッチ26を解放しておき、上述したように回転エネルギーを貯蔵する(図7のレバーε)。
次に、上述のフライホイールモータとして活用中の回転電機31を始動する際には、図6中、「始動」において「フライホイール活用」の項目で示すように、第1ブレーキ7を解放したまま、第2ブレーキ19を解放したままとする。
そして、締結していた第1クラッチ25を解放し、解放していた第2クラッチ26を徐々に締結する。これにより、ステータ5およびロータ11に貯蔵しておいた回転エネルギーを使って出力軸13の始動を補助することができる。
Thirdly, the start of operation of the rotating
First, as shown by the item “BAT remaining amount (full)” in FIG. 6, the second clutch 26 is released while the
Next, when starting the rotating
Then, the first clutch 25 that has been engaged is released, and the released second clutch 26 is gradually engaged. Thereby, the starting of the
ところで上述した第1〜3実施例の回転電機1,21,31は、ケース2に回転可能に支持されたステータ5と、ステータ5をケース2に固定する第1ブレーキ7とを具える。
そして差動装置として少なくとも3個の回転要素r、s、cを具えた遊星歯車組14を設け、このうち1個の回転要素cとステータ5とを駆動結合し、他の1個の回転要素sとロータ11とを駆動結合したことから、
ステータ5とロータ11との間の相対回転数を低回転にすることが可能となり、誘起電圧を低減することができる。
しかも、誘起電圧を低減できるのみならず、誘起電圧の抑制と、回転電機の運転を両立させることが可能となり、出力軸回転数を高回転領域にしたまま運転することが可能になる。
したがって、降坂路を走行中や減速走行中であっても誘起電圧を抑制しつつエネルギーを回生することができ、バッテリの充電が可能になる。また、降坂路を走行中や減速走行中であっても誘起電圧を抑制しつつエネルギーを回生することができ、バッテリの充電が可能になる。
By the way, the rotary
A planetary gear set 14 having at least three rotating elements r, s, and c is provided as a differential device, and one of the rotating elements c and the
The relative rotational speed between the
Moreover, not only can the induced voltage be reduced, it is possible to achieve both suppression of the induced voltage and operation of the rotating electrical machine, and operation can be performed with the output shaft rotation speed kept in the high rotation range.
Therefore, energy can be regenerated while suppressing the induced voltage even while traveling on a downhill road or traveling at a reduced speed, and the battery can be charged. Further, energy can be regenerated while suppressing the induced voltage even when traveling on a downhill road or traveling at a reduced speed, and the battery can be charged.
具体的には、ロータ11の絶対回転数が所定値以上の高回転n2となる場合には、前記第1ブレーキ7を解放し、遊星歯車組14における残りの1個の回転要素rを図2に示すレバーδのように回転数制御して、ステータ5およびロータ11間の相対回転数をn3に低減することが可能になる。
このため本実施例では、出力軸回転数を高回転領域にしたまま運転することが可能になり、誘起電圧の抑制しつつ、回転電機を駆動運転または回生運転することができるという有益な効果が得られる。
Specifically, when the absolute rotation speed of the
For this reason, in this embodiment, it is possible to operate with the output shaft rotation speed in a high rotation region, and there is a beneficial effect that the rotating electrical machine can be driven or regenerated while suppressing the induced voltage. can get.
より具体的には、リングギヤrを固定する第2ブレーキ19を設け、ロータ11の回転数が所定値以上の高回転となる場合には、第2ブレーキ19を締結してリングギヤrを固定するよう構成したことから、
図2,4の共線図に示すように、ロータ11の絶対回転数が高回転n2であっても、ステータ5およびロータ11間の相対回転数を小中回転n3とすることが可能になる。
More specifically, a
As shown in the collinear diagram of FIGS. 2 and 4, even when the absolute rotation speed of the
また回転電機31では、ロータ11およびステータ5間の駆動結合を断接する第1クラッチ25を設け、誘起電圧を0にする場合には、第1ブレーキ7および第2ブレーキ19を解放し第1クラッチ25を締結するよう構成したことから、
図5の共線図にレバーεで示すように、ステータ5と結合するキャリア5cの回転数とロータ11と結合するサンギヤsの回転数とを一致させることが可能となり、誘起電圧を0にすることができる。
したがって、バッテリ23の充電状態が満の場合には、出力軸13の回転を許容しつつ充電を中止することが可能になる。
In the rotating
As indicated by a lever ε in the collinear diagram of FIG. 5, the rotational speed of the
Therefore, when the charging state of the
また回転電機31では、ロータ11および出力軸13間の駆動結合を断接する第2クラッチ26を設け、通常は第2クラッチ26を締結しておく。また出力軸13が回転状態では適宜、第1ブレーキ7と第2ブレーキ19とを解放し第1クラッチ25を締結する。
そして、出力軸13が回転状態から略0になる等低下することが予測されるときには前もって第2クラッチ26を解放することから、
回転電機を駆動運転していないときは、負荷側から出力軸13側に回転が入力されると、回転電機31を連れ回してステータ5およびロータ11を一体回転させることができる。そしてその後、負荷側からの回転入力が停止する場合には、該第2クラッチ26を解放して、ステータ5およびロータ11に回転エネルギーを貯蔵することができる。
したがって、回転電機31をフライホイールモータとして活用することが可能となる。
The rotating
Then, when it is predicted that the
When the rotating electrical machine is not being driven, when rotation is input from the load side to the
Therefore, the rotating
そして、図6の図表に示すように、駆動運転の開始時(モータ始動時)には、第2クラッチ26を徐々に締結することから、
回転電機31に貯蔵しておいた回転エネルギーを用いて容易に駆動運転を開始することが可能となり、モータ消費電力の低減にも寄与することができる。
Then, as shown in the chart of FIG. 6, at the start of the driving operation (at the time of starting the motor), the second clutch 26 is gradually engaged,
It is possible to easily start the driving operation using the rotational energy stored in the rotating
また、上述した回転電機1,21,31においては、緊急の場合には誘起電圧の発生を抑制ないし中止することが可能である。つまり、回転電機1,21,31の異常や、バッテリ23の異常や、これら回転電機およびバッテリを電気的に接続するスリップリング8、インバータ22および強電ハーネスなどの電気系統の異常を検出する異常検知手段(図示せず)を設けておく。
そして、上記の異常、例えば誘起電圧がインバータ22の耐圧性能を超えた等の異常を検知した場合には、回転電機1,21,31が具備するすべてのブレーキ7,19を解放する。
これにより、誘起電圧の発生を抑制ないし中断することが可能となり、回転電機1,21,31、バッテリ23およびインバータ22を含めた電気系統を保護することができる。
Further, in the rotating
When the above abnormality, for example, an abnormality in which the induced voltage exceeds the withstand voltage performance of the
Thereby, generation | occurrence | production of an induced voltage can be suppressed thru | or interrupted, and the electric system including the rotary
特に、回転電機31のように第1クラッチ25を具えていれば、異常検知手段(図示せず)が異常を検知した場合には、すべてのブレーキ7,19を解放し、第1クラッチ25を締結する。
これにより、ロータ11とステータ5は相対回転しないので誘起電圧の発生をなくして、通電を遮断することができる。
In particular, if the first clutch 25 is provided as in the rotating
Thereby, since the
また、上述した回転電機21,31においては、ステータ5に、質量の大きなバッテリ23や、さらにはインバータ22を質量体として結合したことから、
スリップリング8や、強電ハーネスを回転電機に設ける必要がなくなり、回転電機を小型化することができる。
Further, in the rotating
It is not necessary to provide the
特に回転電機31においてはフライホイールモータとして活用することから、
上述のように質量体を取り付けることで、益々大きな回転エネルギーを貯蔵することができる。
なお質量体を直接ステータ5に取り付ける他、図には示さなかったが、ステータ5と駆動結合したサンギヤsに質量体を駆動結合しても略同等の効果を得ることができる。
Especially in the rotating
By attaching the mass body as described above, more and more rotational energy can be stored.
In addition to attaching the mass body directly to the
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨に逸脱しない範囲において種々変更が加えられうるものである。例えば、遊星歯車組14としてダブルピニオン式遊星歯車機構やラビニョ式遊星歯車機構を用いてもよい。また、遊星歯車組14のリングギヤrを固定する他、リングギヤrおよびキャリアcの回転数を制御することによって、ステータ5とロータ11との相対回転数(キャリアcとサンギヤsとの相対回転数に等しい)を制御する構成であってもよい。
The above description is merely an example of the present invention, and the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention. For example, a double pinion type planetary gear mechanism or a Ravigneaux type planetary gear mechanism may be used as the planetary gear set 14. In addition to fixing the ring gear r of the planetary gear set 14, the rotational speed of the ring gear r and the carrier c is controlled, so that the relative rotational speed of the
2 回転電機ケース
5 ステータ
6 コイル巻線
7 第1ブレーキ
8 スリップリング
11 ロータ
12 ロータ中心軸
13 出力軸
14 遊星歯車組
19 第2ブレーキ
22 直流・交流変換用電流制御回路(インバータ)
23 直流バッテリ
24 貫通孔
25 第1クラッチ
26 第2クラッチ
2 Rotating
23
Claims (10)
少なくとも3個の回転要素を具えた差動装置を設け、このうち1個の回転要素と前記ステータとを駆動結合し、他の1個の回転要素と回転電機のロータとを駆動結合したことを
特徴とするステータ回転可能型回転電機。 In a stator rotatable type rotating electrical machine comprising a stator rotatably supported by a case and a first brake device for fixing the stator to the case,
A differential having at least three rotating elements is provided, of which one rotating element and the stator are drivingly coupled, and the other one rotating element and the rotor of the rotating electrical machine are drivingly coupled. A stator rotating type rotating electrical machine characterized by the above.
前記差動装置を遊星歯車機構とし、
ロータの回転数が所定値以上の場合には、前記第1ブレーキ装置を解放し、前記差動装置の残りの1個の回転要素を回転数制御して、該ステータおよびロータ間の相対回転数を低減する相対回転数制御手段を設けたことを特徴とするステータ回転可能型回転電機。 In the stator rotatable type rotating electrical machine according to claim 1,
The differential is a planetary gear mechanism,
When the rotational speed of the rotor is equal to or greater than a predetermined value, the first brake device is released, the rotational speed of the remaining one rotating element of the differential device is controlled, and the relative rotational speed between the stator and the rotor A stator rotating type rotating electrical machine, characterized in that it is provided with a relative rotational speed control means for reducing the above.
前記1個の回転要素を遊星歯車機構のキャリアとし、前記他の1個の回転要素を遊星歯車機構のサンギヤとし、前記残りの1個の回転要素を遊星歯車機構のリングギヤとし、
当該リングギヤを固定する第2ブレーキ装置を設け、
ロータの回転数が所定値以上の場合には、前記相対回転数制御手段が当該第2ブレーキ装置を締結して当該リングギヤを固定するよう構成したことを特徴とするステータ回転可能型回転電機。 The stator rotatable type rotating electrical machine according to claim 2,
The one rotating element is a carrier of a planetary gear mechanism, the other one rotating element is a sun gear of the planetary gear mechanism, and the remaining one rotating element is a ring gear of the planetary gear mechanism,
Providing a second brake device for fixing the ring gear;
When the rotational speed of the rotor is equal to or greater than a predetermined value, the relative rotational speed control means is configured to fasten the second brake device and fix the ring gear.
ロータおよびステータ間の駆動結合を断接する第1クラッチ装置を設け、
誘起電圧を0にする場合には、前記第1ブレーキ装置および前記第2ブレーキ装置を解放し第1クラッチ装置を締結するよう構成したことを特徴とするステータ回転可能型回転電機。 The stator rotatable type rotating electrical machine according to claim 3,
A first clutch device for connecting and disconnecting the drive coupling between the rotor and the stator is provided;
When the induced voltage is set to 0, the stator rotating type rotating electrical machine is configured such that the first brake device and the second brake device are released and the first clutch device is engaged.
ロータおよび出力軸間の駆動結合を断接する第2クラッチ装置と、
回転電機の非駆動時における出力軸の回転状態では前記第1ブレーキ装置および前記第2ブレーキ装置を解放し前記第1クラッチ装置および第2クラッチ装置を締結し、当該出力軸の回転数が低下することが予測されるときには該第2クラッチ装置を解放する回転エネルギー貯蔵手段と、を設けたことを特徴とするステータ回転可能型回転電機。 The stator rotatable type rotating electrical machine according to claim 4,
A second clutch device for connecting and disconnecting the drive coupling between the rotor and the output shaft;
In a rotating state of the output shaft when the rotating electrical machine is not driven, the first brake device and the second brake device are released and the first clutch device and the second clutch device are engaged, so that the rotational speed of the output shaft decreases. And a rotational energy storage means for releasing the second clutch device when it is predicted that the stator rotating type rotating electrical machine is provided.
該回転電機が駆動を開始する際には、前記回転エネルギー貯蔵手段が、第2クラッチ装置を徐々に締結することを特徴とするステータ回転可能型回転電機。 In the stator rotatable type rotating electrical machine according to claim 5,
When the rotating electrical machine starts driving, the rotational energy storage means gradually engages the second clutch device, and the stator rotatable rotating electrical machine.
該回転電機と、バッテリと、これら回転電機およびバッテリ間を電気的に接続する電気系統と、の異常を検知する異常検知手段を具え、
当該異常を検知した際には、前記ブレーキ装置を全て解放するよう構成したことを特徴とするステータ回転可能型回転電機。 The stator rotatable type rotating electrical machine according to any one of claims 3 to 6,
An abnormality detection means for detecting an abnormality of the rotating electrical machine, the battery, and an electrical system that electrically connects the rotating electrical machine and the battery;
When the abnormality is detected, the stator rotating type rotating electrical machine is configured to release all the brake devices.
当該異常を検知した際には、第1クラッチ装置を締結することを特徴とするステータ回転可能型回転電機。 The stator rotatable type rotating electric machine according to claim 7,
When the abnormality is detected, the stator rotating type rotating electrical machine is characterized in that the first clutch device is engaged.
前記ステータ、または前記ステータと駆動結合した前記1個の回転要素のうち、少なくとも一方に質量体を結合したことを特徴とするステータ回転可能型回転電機。 In the stator rotating type rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 8,
A stator rotating type rotating electric machine characterized in that a mass body is coupled to at least one of the stator or the one rotating element drivingly coupled to the stator.
前記質量体は、回転電機との間で電力を授受するバッテリ、または該回転電機およびバッテリ間を接続するインバータのうち少なくとも一方を含むことを特徴とするステータ回転可能型回転電機。 The stator rotatable type rotating electrical machine according to claim 9,
The mass body includes at least one of a battery that transmits and receives electric power to and from the rotating electrical machine, and an inverter that connects the rotating electrical machine and the battery.
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JP2005366423A JP2007174757A (en) | 2005-12-20 | 2005-12-20 | Stator-rotatable rotating electric machine |
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