JP2011182506A - Electric motor, and motor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動モータおよびモータ装置に関し、特に、車両外部の電源により電動車両に搭載された蓄電装置をワイヤレスで充電するための技術に関するものである。 The present invention relates to an electric motor and a motor device, and more particularly to a technique for wirelessly charging a power storage device mounted on an electric vehicle by a power source outside the vehicle.
二酸化炭素の排出量を削減し、環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両の普及が進められている。これらの電動車両は、車両が走行するための走行駆動力を発生する電動モータ、およびその電動モータに供給される電力を蓄える充電可能な蓄電装置(例えば、リチウムイオン2次電池など)が搭載されている。 Electric vehicles, such as electric vehicles and hybrid vehicles, are being promoted as vehicles that reduce carbon dioxide emissions and are environmentally friendly. These electric vehicles are equipped with an electric motor that generates a driving force for running the vehicle, and a chargeable power storage device (for example, a lithium ion secondary battery) that stores electric power supplied to the electric motor. ing.
このような電動車両においては、車両外部の電源から車載の蓄電装置に送電し、蓄電装置を充電することが可能な構成を備えている車両が知られている。例えば、家屋に設けられた電源コンセントと、車両に設けられ、蓄電装置に接続されている充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置を充電することができるいわゆる「プラグイン・電気自動車」や「プラグイン・ハイブリッド自動車」が知られている。 In such an electric vehicle, a vehicle having a configuration capable of transmitting power from an external power source to an in-vehicle power storage device and charging the power storage device is known. For example, by connecting a power outlet provided in a house and a charging port provided in a vehicle and connected to a power storage device with a charging cable, the power storage device can be charged from a general household power source. "Plug-in / electric vehicle" and "plug-in hybrid vehicle" are known.
蓄電装置への送電方法として、上記のような有線方式である充電ケーブルを用いるものの他、ワイヤレス方式の送電方法に関する技術がいくつか知られている。これらのワイヤレス方式の送電方法として、近年、磁場共鳴法による送電方法が注目されている。 As a method for transmitting power to a power storage device, there are known some techniques related to a wireless power transmission method in addition to a method using a wired charging cable as described above. In recent years, a power transmission method using a magnetic resonance method has attracted attention as a wireless power transmission method.
この磁場共鳴法は、電力を送電する送電装置と、送電装置から送電された電力を受電する受電装置を備え、送電装置の一次自己共振コイルと、受電装置に二次自己共振コイル間に電磁場の共鳴を形成し、この電磁場の共鳴を利用して送電する方法である。この送電方法では、例えば、数m程度離れた一次自己共振コイルと二次自己共振コイルとの間に、数kWの電力を送電することが可能であり、比較的離れた送受電間において大電力の送電が可能である(非特許文献1)。 This magnetic field resonance method includes a power transmission device that transmits power and a power reception device that receives power transmitted from the power transmission device, and generates an electromagnetic field between the primary self-resonance coil of the power transmission device and the secondary self-resonance coil of the power reception device. In this method, resonance is generated and power is transmitted using the resonance of the electromagnetic field. In this power transmission method, for example, several kW of power can be transmitted between a primary self-resonant coil and a secondary self-resonant coil separated by several meters, and a large amount of power can be transmitted between relatively remote power transmission and reception. Can be transmitted (Non-Patent Document 1).
そして、上記のように、比較的離れた送受電間において大電力の送電が可能である磁場共鳴法による送電方法を、電気自動車等の車両外部の電源から車載の蓄電装置の充電に適用する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。 Then, as described above, a technique of applying a power transmission method by a magnetic resonance method capable of transmitting a large amount of power between relatively remote power transmission and reception to charging an in-vehicle power storage device from a power source outside the vehicle such as an electric vehicle Has been proposed (for example, Patent Document 1).
しかしながら、上述の従来技術にあっては、非特許文献1などで提案されている磁場共
鳴法を単に電動車両に用いただけである。そのため、磁場共鳴法に用いられる受電装置等を単に車両本体の床上に配置した構成となっており、受電装置等により部品点数が増加している。従って、電動車両の重量が大幅に増えるとともに、コストも大幅に高くなってしまう。
However, in the above-described conventional technology, the magnetic field resonance method proposed in Non-Patent Document 1 or the like is merely used for an electric vehicle. For this reason, the power receiving device or the like used in the magnetic field resonance method is simply arranged on the floor of the vehicle main body, and the number of parts is increased by the power receiving device or the like. Therefore, the weight of the electric vehicle is significantly increased, and the cost is significantly increased.
そこで、この発明の目的は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、磁場共鳴法を電動車両に適用するにあたり、電動車両の重量増およびコスト増を抑えることである。 Therefore, an object of the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is to suppress an increase in weight and cost of an electric vehicle when the magnetic field resonance method is applied to the electric vehicle.
上記の課題を解決するために、本発明の電動モータは、ステータと、前記ステータに対し回転自在に配置されたロータと、ステータに装着され、前記ロータを回転させる磁界を形成するモータコイルと、を備える電動モータにおいて、前記電動モータは、車両外部に配置されている給電装置に備えられている一次自己共振コイルと磁場の共鳴により磁気的に結合され、前記一次自己共振コイルから電力を受電可能に構成された二次自己共振コイルと、電磁誘導によって前記二次自己共振コイルから受電可能に構成された複数の二次コイルとを備え、前記モータコイルは、少なくとも前記二次コイルから構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an electric motor of the present invention includes a stator, a rotor that is rotatably arranged with respect to the stator, a motor coil that is attached to the stator and forms a magnetic field that rotates the rotor, The electric motor is magnetically coupled to a primary self-resonant coil provided in a power feeding device disposed outside the vehicle by magnetic field resonance, and can receive power from the primary self-resonant coil. And a plurality of secondary coils configured to be able to receive power from the secondary self-resonant coil by electromagnetic induction, and the motor coil includes at least the secondary coil. It is characterized by being.
また、本発明のモータ装置は、ステータと、前記ステータに対し回転自在に配置されたロータと、ステータに装着され、前記ロータを回転させる磁界を形成するモータコイルとを有する電動モータと、複数の半導体スイッチ素子を備え、電動車両に備えられている蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換し、前記電動モータに供給するインバータと、前記インバータに備わる前記半導体スイッチ素子のオンオフを制御する制御装置と、を備えるモータ装置において、前記電動モータは、車両外部に配置されている給電装置に備えられている一次自己共振コイルと磁場の共鳴により磁気的に結合され、前記一次自己共振コイルから電力を受電可能に構成された二次自己共振コイルと、電磁誘導によって前記二次自己共振コイルから受電可能に構成された複数の二次コイルとを備えるとともに、前記モータコイルは、少なくとも前記二次コイルから構成され、前記インバータは、前記二次コイルで受電された前記二次自己共振コイルからの電力を整流して前記蓄電装置に給電することが可能であることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a motor device comprising: a stator; a rotor disposed rotatably with respect to the stator; a motor coil mounted on the stator and forming a magnetic field that rotates the rotor; An inverter that includes a semiconductor switch element, converts DC power from a power storage device provided in an electric vehicle into AC power, and supplies the AC to the electric motor; and a control device that controls on / off of the semiconductor switch element included in the inverter The electric motor is magnetically coupled to a primary self-resonant coil provided in a power supply device disposed outside the vehicle by magnetic field resonance, and receives electric power from the primary self-resonant coil. Secondary self-resonant coil configured to be able to receive power, and receiving power from the secondary self-resonant coil by electromagnetic induction A plurality of secondary coils formed, and the motor coil is composed of at least the secondary coil, and the inverter rectifies power from the secondary self-resonant coil received by the secondary coil. The power storage device can be supplied with power.
本発明によれば、磁場共鳴法を電動車両に適用するにあたり、電動車両の重量増およびコスト増を抑えることができる。 According to the present invention, when the magnetic field resonance method is applied to an electric vehicle, an increase in weight and cost of the electric vehicle can be suppressed.
《第1の実施形態》
次に、この発明の第1の実施形態を図1から図3に基づき説明する。図1は、第1の実施形態におけるモータ装置が搭載されている本発明の電動車両の全体構成図であり、同図においては、電動車両に電力を供給する送電装置も示されている。また、同図において、送電装置は、電動車両に電力を供給することが可能な位置に配置されている。図2は、第1の実施形態における電動モータの断面図である。図3は、第1の実施形態におけるモータ装置のシステムブロック図である。
<< First Embodiment >>
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electric vehicle according to the present invention in which the motor device according to the first embodiment is mounted. In FIG. 1, a power transmission device that supplies electric power to the electric vehicle is also shown. Moreover, in the same figure, the power transmission apparatus is arrange | positioned in the position which can supply electric power to an electric vehicle. FIG. 2 is a cross-sectional view of the electric motor according to the first embodiment. FIG. 3 is a system block diagram of the motor device according to the first embodiment.
図1に示すように、送電装置300は、交流電源310と、高周波電力ドライバ320と、一次コイル330と、一次自己共振コイル340とを備える。
As shown in FIG. 1, the
交流電源310は、車両外部の電源であり、例えば、一般家庭に設置されている商用電源である。高周波電力ドライバ320は、交流電源310から受ける電力を高周波の電力に変換する。一次コイル330は、高周波電力ドライバ320に接続されており、高周波電力ドライバ320からの高周波の電力を電磁誘導によって一次自己共振コイル340へ送電可能に構成され、好ましくは一次自己共振コイル340と同軸上に配設される。そして、一次コイル330は、高周波電力ドライバ320から受電した電力を一次自己共振コイル340へ出力する。
The AC
一次自己共振コイル340は、地面近傍に配置される。また、この一次自己共振コイル340は、両端がオープンのLC共振コイルであり、コイル340の共振周波数は、所定の値に設定されている。そして、電磁誘導によって一次コイル330から高周波の電力を受電する。
Primary self-
電動車両1は、車両本体2、モータ装置100、モータ装置100が電気的に接続されている蓄電装置200、蓄電装置200に電気的に接続されている発電機500、発電機500が機械的に接続されている液体燃料エンジン400を備える。液体燃料エンジン400は、動力伝達機構3aにより前輪3に機械的に接続されており、液体燃料エンジン400の回転出力により、前輪3を回転動作させる。また、液体燃料エンジン400にベルト501で接続されている発電機500は、液体燃料エンジン400が回転動作しているときに発電動作を行うことができ、発電された電力が蓄電装置200に供給される。
The electric vehicle 1 includes a
蓄電装置200は、充放電可能な直流電源であり、例えば、リチウムイオンやニッケル水素などの二次電池からなる。また、蓄電装置200は、容量のキャパシタであってもよく、電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をインバータ120へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
The
モータ装置100は、車体本体2の下部に配置される電動モータ110、電動モータ110および蓄電装置200に接続され、蓄電装置200から供給される電力を調整して電動モータ110に供給するインバータ120と、インバータ120に接続され、インバータ120に備わる半導体スイッチ素子のオンオフを制御する制御装置130と、を備える。そして、電動モータ110は、チェーン等の動力伝達機構4aにより後輪4に機械的に接続されており、蓄電装置200からの電力により作動する電動モータ110の回転出力により、後輪4を回転動作させる。
Motor device 100 is connected to
次に、図2に基づき電動モータ110について説明する。本実施の形態においては、電動モータとしてブラシレスモータ110が用いられている。ブラシレスモータ110は、円環形状のステータ113と、ステータ113の内側にてステータ113に対し回転自在に配置されたロータ115と、を備えている。ステータ113には径方向内側に向けて、6個のステータ突極114が一体的に形成されており、ステータ113の各ステータ突極114には、それぞれ集中巻きにてモータコイル118が巻装されている。また、ロータ115には、外周に複数の磁極の磁石116が取り付けられている。
Next, the
モータコイル118は、ロータ115を回転させる磁界を形成するとともに、送電装置300から供給される電力を受電する二次コイル(112U,112V,112W)を構成する。また、なお、二次コイル(112U,112V,112W)の作用については、後に詳述する。モータコイル118と同様に複数の二次自己共振コイル(111U,111V,111W)は、ステータ突極114にモータコイル118と同様に集中巻きにて巻装されている。すなわち、各二次自己共振コイル(111U,111V,111W)は、各二次コイル(112U,112V,112W)と同軸上に配置されている。二次自己共振コイル(111U,111V,111W)は、両端がオープンのLC共振コイルであり、コイル(111U,111V,111W)の共振周波数は、所定の値に設定されている。
The
以下、一次自己共振コイル340および二次自己共振コイル(111U,111V,111W)のインダクタンスLおよび浮遊容量C等の物理定数について説明する。二次自己共振コイル(111U,111V,111W)および一次自己共振コイル340は、磁場の共鳴により磁気的に結合され、一次自己共振コイル340から二次自己共振コイル(111U,111V,111W)へ電力が送電される。そのため、二次自己共振コイル(111U,111V,111W)および一次自己共振コイル340の共振周波数は略同一となるようにそれぞれのインダクタンスLおよび浮遊容量C等は設定されている。また、磁場の共鳴におけるQ値および結合度κ等が大きくなるように、それぞれのインダクタンスLおよび浮遊容量Cの他に、相互インダクタンスMの値も調整されている。
Hereinafter, physical constants such as inductance L and stray capacitance C of primary self-
上記のように、電動モータ110に備わるモータコイル118を二次コイル(112U,112V,112W)と兼用することにより、別途、二次コイル(112U,112V,112W)を電動車両1に設ける必要がない。そのため、磁場共鳴法を電動車両1に適用するにあたり、電動車両1の重量増およびコスト増を抑えることができる。
As described above, it is necessary to separately provide the secondary coil (112U, 112V, 112W) in the electric vehicle 1 by using the
次に、図3に基づき本実施の形態のモータ装置100のシステムについて説明する。インバータ120は、蓄電装置200にそれぞれ並列接続されているHブリッジ回路(121U,121V,121W)を含み、Hブリッジ回路(121U,121V,121W)はそれぞれ二次コイル(112U,112V,112W)に接続され、蓄電装置200と二次コイル(112U,112V,112W)との間の電力の送受電を制御する。また、蓄電装置200には、電力を平滑化するためのコンデンサ140が並列に接続されている。なお、Hブリッジ回路(121V,121W)は、Hブリッジ121Uと構成が略同一であるため、以下、Hブリッジ121Uおよびそれに関連する部分についてのみ説明し、Hブリッジ回路(121V,121W)およびそれに関連する部分については、説明を省略する。
Next, the system of the motor apparatus 100 of this Embodiment is demonstrated based on FIG.
Hブリッジ回路121Uは、半導体スイッチ素子として4つのダイオード内蔵型FET(S1,S2,S3,S4)を備え、FET(S1)とFET(S2)およびFET(S3)とFET(S4)がそれぞれ直列に接続されているとともに、直列に接続されたFET(S1,S2)およびFET(S3,S4)とが並列に接続されて構成されている。そして、FET(S1)とFET(S2)との接続点P1およびFET(S1)とFET(
S2)との接続点P2に、モータコイル118を構成する二次コイル112Uの端部がそれぞれ接続されている。
The H-
The end of the
次に、図4および図5に基づき本実施の形態のモータ装置100の作用について説明する。図4は、蓄電装置200からインバータ120を介して電動モータ110に制御電力が供給され、電動モータ110を駆動動作させるときのモータ装置100を示す図である。図4に示すように、電動モータ110を駆動動作させるときは、制御装置130からの信号により半導体スイッチ素子であるFET(S1,S2,S3,S4)をオンオフ動作させ、モータコイル118に駆動電流Idを供給する。そして、モータコイル118に供給された駆動電流Idにより電動モータ110を駆動動作する。
Next, the operation of the motor apparatus 100 of the present embodiment will be described based on FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a diagram showing the motor device 100 when control power is supplied from the
図5は、送電装置300の一次自己共振コイル340から供給される電力が、順に、電動モータ110、インバータ120を介して蓄電装置200に送電されるときのモータ装置100を示す図である。電動モータ110に備わる二次自己共振コイル(111U,111V,111W)と送電装置300の一次自己共振コイル340とは、磁場の共鳴により互いに磁気的に結合され、高周波の電力が二次自己共振コイル(111U,111V,111W)に送電される。そして、二次自己共振コイル(111U,111V,111W)に送電された高周波の電力は、電磁誘導により二次コイル(112U,112V,112W)にさらに送電される。
FIG. 5 is a diagram illustrating the motor device 100 when electric power supplied from the primary self-
そして、二次コイル(112U,112V,112W)に送電された高周波の電力は、整流器として機能するインバータ120により全波整流されるとともに、蓄電装置200へ供給され、この蓄電装置200へ供給された電力により蓄電装置200は充電される。以下、インバータ120で行われる全波整流について簡単に説明する。二次コイル(112U,112V,112W)には、電磁誘導により交流の誘導電流が形成される。
The high-frequency power transmitted to the secondary coils (112U, 112V, 112W) is full-wave rectified by the
この交流の誘導電流は、図5に示されるように2方向の誘導電流(I1,I2)の合成波として捉えることができる。そして、誘導電流I1は、Hブリッジ回路(121U,121V,121W)において、順に、FET(S2)に内蔵されているダイオードD2、二次コイル(112U,112V,112W)、FET(S3)に内蔵されているダイオードD3を経て蓄電装置200に供給される。同様に、誘導電流I2は、Hブリッジ回路(121U,121V,121W)において、順に、FET(S4)に内蔵されているダイオードD4、二次コイル(112U,112V,112W)、FET(S1)に内蔵されているダイオードD1を経て蓄電装置200に供給される。
This alternating induced current can be understood as a combined wave of induced currents (I1, I2) in two directions as shown in FIG. The induced current I1 is sequentially incorporated in the H bridge circuit (121U, 121V, 121W) in the diode D2, the secondary coil (112U, 112V, 112W), and the FET (S3) built in the FET (S2). It is supplied to the
上記のように、送電装置300から蓄電装置200に電力が供給されるときは、モータ装置100に備わるインバータ120が、整流器として機能するため、別途、整流器を設ける必要がないため、磁場共鳴法を電動車両1に適用するにあたり、電動車両1の重量増およびコスト増を抑えることができる。また、二次自己共振コイル(111U,111V,111W)をモータ110の内部に配置することにより、電動車両1内に二次自己共振コイル(111U,111V,11W)を別途配置する必要がなくなり、電動車両1内の車内空間を有効に活用することができる。
As described above, when electric power is supplied from the
《第2の実施形態》
次に、図6に基づき本発明の第2の実施形態におけるモータ装置100Aについて説明する。図6はモータ装置のシステムブロック図であり、図6に示されるモータ装置100Aは図3に示される第1の実施形態におけるモータ装置100に対して、電圧センサ150、電流センサ160および容量可変装置170をさらに含んだ点、ならびに制御装置130Aの構成が若干異なる点のみが異なり、その他の点においては同様である。よって、以下、電圧センサ150、電流センサ160、容量可変装置170、および制御装置13
0Aについてのみ説明し、その他の点に同一の符合を付し説明を省略する。
<< Second Embodiment >>
Next, a motor device 100A according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a system block diagram of the motor device. The motor device 100A shown in FIG. 6 is different from the motor device 100 in the first embodiment shown in FIG. 3 in that the
Only 0A will be described, the same reference numerals will be given to other points, and description thereof will be omitted.
電圧センサ150は、二次コイル(112U,112V,112W)に生ずる電圧を検出すべく設置され、電流センサ160は、二次コイル(112U,112V,112W)を流れる電流を検出すべく設置されている。そして、電圧センサ150からは電圧値信号が、電流センサ160からは電流値信号が制御装置130Aに供給される。容量可変装置170は、両端がオープンの二次自己共振コイル(111U,111V,111W)の所定箇所に接続配置されている。
The
制御装置130Aは、上記の電圧値信号および電流値信号に基づき二次コイル(112U,112V,112W)の電力値が最大値となるように、容量可変装置170の容量を演算し、上記の電力値が最大値となるべく容量信号を容量可変装置170に供給する。このように、容量可変装置170により二次自己共振コイル(111U,111V,111W)の容量を調整することにより、送電装置300から多くの電力を受電することが可能となる。
The
《第3の実施形態》
次に、図7に基づき本発明の第3の実施形態におけるモータ装置100Bについて説明する。図7はモータ装置のシステムブロック図であり、図7に示されるモータ装置100Bは図3に示される第1の実施形態におけるモータ装置100に対して、リレー180をさらに含むとともに二次コイル(112U,112V,112W)および二次自己共振コイル(111U,111V,111W)のリレー180との配線構造を調整した点、ならびに制御装置130Bの構成が若干異なる点のみが異なり、その他の点においては同様である。よって、以下、リレー180をさらに含むとともに二次コイル(112U,112V,112W)および二次自己共振コイル(111U,111V,111W)のリレー180との配線構造および制御装置130Bについてのみ説明し、その他の点については同一の符号を付し説明を省略する。
<< Third Embodiment >>
Next, a
リレー180は、第1から第3スイッチ(L1,L2,L3)を含んでいる。また、二次コイル(112U,112V,112W)と二次自己共振コイル(111U,111V,111W)とは、リレー180の第1から第3スイッチ(L1,L2,L3)の所定箇所に接続される配線構造となっている。
The
そして、制御装置130Bからの信号により、第1スイッチL1は、Hブリッジ回路(121U,121V,121W)と二次コイル(112U,112V,112W)との開放または短絡を制御し、第2スイッチL2は、Hブリッジ回路(121U,121V,121W)と二次自己共振コイル(111U,111V,111W)との開放または短絡を制御する。また、第3スイッチL3は、二次コイル(112U,112V,112W)と二次自己共振コイル(111U,111V,111W)との開放または短絡を制御する。
The first switch L1 controls the opening or short-circuit between the H bridge circuit (121U, 121V, 121W) and the secondary coil (112U, 112V, 112W) by the signal from the
次に、図8に基づき電動モータ110がインバータ120から制御電力が供給され駆動動作するときのモータ装置100Bの作動について説明する。電動モータ110が駆動動作するときは、制御装置130Bからリレー180に対し、第1スイッチL1を開放、第2および第3スイッチ(L2,L3)を短絡する指令信号が供給される。この指令信号によるリレー180のスイッチ動作により、二次コイル(112U,112V,112W)および二次自己共振コイル(111U,111V,111W)は電気的直列に接続され、Hブリッジ回路(112U,112V,112W)の接続点P1から二次コイル(112U,112V,112W)および二次自己共振コイル(111U,111V,111W)を経て、Hブリッジ回路(112U,112V,112W)の接続点P2へと繋がる電気回路が形成される。
Next, the operation of the
以上のように、電気回路が形成されることにより、二次コイル(112U,112V,112W)のみならず二次自己共振コイル(111U,111V,111W)も、ロータ115に回転磁界を作用させるモータコイル118Aとして機能する。そのため、二次コイル(112U,112V,112W)のみならず二次自己共振コイル(111U,111V,111W)から生じる磁界により、ロータ115に回転力を作用させることができ、二次自己共振コイル(111U,111V,111W)を有効に活用することができる。
As described above, by forming the electric circuit, not only the secondary coil (112U, 112V, 112W) but also the secondary self-resonant coil (111U, 111V, 111W) causes the rotating magnetic field to act on the
次に、図9に基づき送電装置300から送電される電力を電動モータ110に備わる二次コイル(112U,112V,112W)および二次自己共振コイル(111U,111V,111W)が受電するときのモータ装置110Bの作動について説明する。電動モータ110が送電装置300から受電するときは、制御装置130Bからリレー180に対し、第1スイッチL1を短絡、第2および第3スイッチ(L2,L3)を開放する指令信号が供給される。この指令信号によるリレー180のスイッチ動作により、二次自己共振コイル(111U,111V,111W)は両端がオープンとなるとともに、二次コイル(112U,112V,112W)は両端がそれぞれHブリッジ回路(112U,112V,112W)の接続点P1および接続点P2に接続される。
Next, the motor when the secondary coil (112U, 112V, 112W) and the secondary self-resonant coil (111U, 111V, 111W) provided in the
二次自己共振コイル(111U,111V,111W)および二次コイル(112U,112V,112W)が上記のような接続構成となることにより、電動モータ110に備わる二次自己共振コイル(111U,111V,111W)と送電装置300の一次自己共振コイル340とは、磁場の共鳴により互いに磁気的に結合され、高周波の電力が二次自己共振コイル(111U,111V,111W)に送電される。そして、電磁誘導により二次自己共振コイル(111U,111V,111W)に送電された高周波の電力は、二次コイル(112U,112V,112W)にさらに送電され、二次コイル(112U,112V,112W)に送電された電力は、インバータ120により整流され蓄電装置200へと供給される。
The secondary self-resonant coils (111U, 111V, 111W) and the secondary coils (112U, 112V, 112W) are connected as described above, so that the secondary self-resonant coils (111U, 111V, 111W) and primary self-
《第4の実施形態》
次に、図10に基づき本発明の第4の実施形態における電動モータ110Aについて説明する。本実施の形態においては、電動モータとしてスイッチトリラクタンスモータ(以下、「SRモータ」という)110Aが用いられている。図10はSRモータの断面図であり、図10に示されるSRモータ110Aは図2に示される第1の実施形態におけるブラシレスモータ110に対して、主にロータの構造のみが異なり、その他の点においてはほぼ同様である。なお、第4の実施形態におけるSRモータ110Aは、図2に示されるブラシレスモータ110の代わりとして、図3に示されるモータ装置100、図6に示されるモータ装置100A、および図7に示されるモータ装置100Bに用いられてもよい。また、図2に示されるブラシレスモータ110と同様に、SRモータ110A車両本体2の下側に配置される。
<< Fourth Embodiment >>
Next, an
SRモータ110Aは、円環形状のステータ113aと、ステータ113aの内側にてステータ113aに対し回転自在に配置されたロータ115aと、を備えている。ステータ113aには径方向内側に向けて、6個のステータ突極114aが一体的に形成されており、ステータ113aの各ステータ突極114aには、それぞれ集中巻きにてモータコイル118aが巻装されている。また、ロータ115aは、径方向外側に向けて、4個のロータ突極122aが一体的に形成されている。なお、SRモータは、ブラシレスモータと異なりロータに磁石が装着されていない点が特徴である。
The
モータコイル118aは、ロータ115aを回転させる磁界を形成するとともに、送電
装置300から供給される電力を受電する二次コイル(112aU,112aV,112aW)を構成する。また、なお、二次コイル(112aU,112aV,112aW)の作用については、後に詳述する。モータコイル118aと同様に複数の二次自己共振コイル(111aU,111aV,111aW)が、ステータ突極114aにモータコイル118aと同様に集中巻きにて巻装されている。すなわち、各二次自己共振コイル(111aU,111aV,111aW)は、各二次コイル(112aU,112aV,112aW)と同軸上に配置されている。二次自己共振コイル(111aU,111aV,111aW)は、両端がオープンのLC共振コイルであり、コイル(111aU,111aV,111aW)の共振周波数は、所定の値に設定されている。
The
以下、一次自己共振コイル340および二次自己共振コイル(111aU,111aV,111aW)のインダクタンスLおよび浮遊容量C等の物理定数について説明する。二次自己共振コイル(111aU,111aV,111aW)および一次自己共振コイル340は、磁場の共鳴により磁気的に結合され、一次自己共振コイル340から二次自己共振コイル(111aU,111aV,111aW)へ電力が送電される。そのため、二次自己共振コイル(111aU,111aV,111aW)および一次自己共振コイル340の共振周波数は略同一となるようにそれぞれのインダクタンスLおよび浮遊容量C等は設定されている。そして、二次自己共振コイル(111aU,111aV,111aW)に送電された高周波の電力は、電磁誘導により二次コイル(112aU,112aV,112aW)にさらに送電される。また、磁場の共鳴におけるQ値および結合度κ等が大きくなるように、それぞれのインダクタンスLおよび浮遊容量Cの他に、相互インダクタンスMの値も調整されている。
Hereinafter, physical constants such as inductance L and stray capacitance C of primary self-
上記のように、電動モータ110Aに備わるモータコイル118aを二次コイル(112aU,112aV,112aW)と兼用することにより、別途、二次コイル(112aU,112aV,112aW)を電動車両1に設ける必要がない。また、そのため、磁場共鳴法を電動車両1に適用するにあたり、電動車両1の重量増およびコスト増を抑えることができる。また、二次自己共振コイル(111aU,111aV,111aW)をモータ110Aの内部に配置することにより、電動車両1内に二次自己共振コイル(111aU,111aV,111aW)を別途配置する必要がなくなり、電動車両1内の車内空間を有効に活用することができる。なお、SRモータ110Aを、図7に示されるモータ装置100Bに組み入れることにより、二次コイル(112aU,112aV,112aW)のみならず二次自己共振コイル(111aU,111aV,111aW)もロータ115aに回転磁界を作用させるモータコイル118aとして機能させることができる。
As described above, it is necessary to separately provide the secondary coil (112aU, 112aV, 112aW) in the electric vehicle 1 by using the
また、上記のようにSRモータ110Aは、モータ110A内に磁石が用いられていない構成であるため、一次自己共振コイル340と二次自己共振コイル(111aU,111aV,111aW)との間の磁場の共鳴を乱すことがないとともに、二次自己共振コイル(111aU,111aV,111aW)と二次コイル(112aU,112aV,112aW)との間の電磁誘導による電磁気エネルギの伝達を乱すことがない。
Further, as described above, since the
《第5の実施形態》
次に、図11に基づき本発明の第5の実施形態における電動モータ110Bについて説明する。本実施の形態においては、電動モータとしてスイッチトリラクタンスモータ110Bが用いられている。図11はSRモータの断面図であり、図11に示されるSRモータ110Bは図10に示される第4の実施形態におけるSRモータ110Aに対して、主に二次自己共振コイルの構成のみが異なり、その他の点においてはほぼ同様である。なお、第5の実施形態におけるSRモータ100Bは、図2に示されるブラシレスモータ110の代わりとして、図3に示されるモータ装置100、および図6に示されるモータ装置100Aに用いられてもよい。また、図2に示されるブラシレスモータ110と同様に、
SRモータ110Bは、車両本体2の下側に配置される。
<< Fifth Embodiment >>
Next, an
SRモータ110B、円環形状のステータ113bと、ステータ113bの内側にてステータ113bに対し回転自在に配置されたロータ115bと、を備えている。ステータ113bには径方向内側に向けて、6個のステータ突極114bが一体的に形成されており、ステータ113bの各ステータ突極114bには、それぞれ集中巻きにてモータコイル118bが巻装されている。また、ロータ115bは、径方向外側に向けて、4個のロータ突極122bが一体的に形成されている。なお、SRモータは、ブラシレスモータと異なりロータに磁石が装着されていない点が特徴である。
It includes an
モータコイル118bは、ロータ115bを回転させる磁界を形成するとともに、送電装置300から供給される電力を受電する二次コイル(112bU,112bV,112bW)を構成する。また、なお、二次コイル(112bU,112bV,112bW)の作用については、後に詳述する。また、二次自己共振コイル(111b1,111b2)は、2つのロータ突極122bに集中巻きにて巻装されている。このような構成とすることにより、各二次自己共振コイル(111b1,111b2)は、各二次コイル(112bU,112bV,112bW)のいずれかとほぼ同軸上に配置されることとなる。二次自己共振コイル(111b1,111b2)は、両端がオープンのLC共振コイルであり、コイル(111b1,111b2)の共振周波数は、所定の値に設定されている。
The
以下、一次自己共振コイル340および二次自己共振コイル(111b1,111b2)のインダクタンスLおよび浮遊容量C等の物理定数について説明する。二次自己共振コイル(111b1,111b2)および一次自己共振コイル340は、磁場の共鳴により磁気的に結合され、一次自己共振コイル340から二次自己共振コイル(111b1,111b2)へ電力が送電される。そして、二次自己共振コイル(111b1,111b2)に送電された高周波の電力は、電磁誘導により二次コイル(112bU,112bV,112bW)のいずれかにさらに送電される。そのため、二次自己共振コイル(111b1,111b2)および一次自己共振コイル340の共振周波数は略同一となるようにそれぞれのインダクタンスLおよび浮遊容量C等は設定されている。また、磁場の共鳴におけるQ値および結合度κ等が大きくなるように、それぞれのインダクタンスLおよび浮遊容量Cの他に、相互インダクタンスMの値も調整されている。
Hereinafter, physical constants such as the inductance L and the stray capacitance C of the primary self-
上記のように、電動モータ110Bに備わるモータコイル118bを二次コイル(112bU,112bV,112bW)と兼用することにより、別途、二次コイル(112bU,112bV,112bW)を電動車両1に設ける必要がない。また、そのため、磁場共鳴法を電動車両1に適用するにあたり、電動車両1の重量増およびコスト増を抑えることができる。また、二次自己共振コイル(111b1,111b2)をモータ110Bの内部に配置することにより、電動車両1内に二次自己共振コイル(111b1,111b2)を別途配置する必要がなくなり、電動車両1内の車内空間を有効に活用することができる。
As described above, it is necessary to separately provide the secondary coil (112bU, 112bV, 112bW) in the electric vehicle 1 by using the
また、上記のようにSRモータ110Bは、モータ110B内に磁石が用いられていない構成であるため、一次自己共振コイル340と二次自己共振コイル(111b1,111b2)との間の磁場の共鳴を乱すことがないとともに、二次自己共振コイル(111b1,111b2)と二次コイル(112aU,112aV,112aW)との間の電磁誘導による電磁気エネルギの伝達を乱すことがない。
In addition, as described above, the
《第6の実施形態》
次に、図12および図13に基づき本発明の第6の実施形態における電動モータ110Cについて説明する。本実施の形態においては、電動モータとしてスイッチトリラクタン
スモータ110Cが用いられている。図12はSRモータの断面図であり、いわゆるアキシャルギャップ形式のSRモータである。なお、第6の実施形態におけるSRモータ110Cは、図2に示されるブラシレスモータ110の代わりとして、図3に示されるモータ装置100、図6に示されるモータ装置100A、および図7に示されるモータ装置100Bに用いられてもよい。また、図2に示されるブラシレスモータ110と同様に、SRモータ110Cは、車両本体2の下側に配置される。
<< Sixth Embodiment >>
Next, an
SRモータ110C、アーチ形状のステータ113cと、ステータ113cの内側にてステータ113cに対し回転自在に配置されたロータ115cと、を備えている。ステータ113cには径方向内側に向けて、3個のステータ突極114cが一体的に形成されている。ステータ突極114cは、図13に示されるように「コの字形状」をしており、本体部114c1の両端からそれぞれ突極部(114c2,114c3)が互いに平行に突出形成されている。
An
ステータ113cの各ステータ突極114cの突極部114c2には、それぞれ集中巻きにてモータコイル118cが巻装されている。また、ロータ115cは、径方向外側に向けて、4個のロータ突極122cが一体的に形成されている。なお、SRモータは、ブラシレスモータと異なりロータに磁石が装着されていない点が特徴である。
A
モータコイル118cは、ロータ115cを回転させる磁界を形成するとともに、送電装置300から供給される電力を受電する二次コイル(112cU,112cV,112cW)を構成する。なお、二次コイル(112cU,112cV,112cW)の作用については、後に詳述する。同様に、二次自己共振コイル(111cU,111cV,111cW)も各ステータ突極114cの突極部114c3に、それぞれ集中巻きにて巻装されている。このような構成とすることにより、各二次自己共振コイル(111cU,111cV,111cW)は、各ステータ突極114cを介して各二次コイル(112cU,112cV,112cW)と電磁気的に結合されることとなる。二次自己共振コイル(111cU,111cV,111cW)は、両端がオープンのLC共振コイルであり、コイル(111aU,111aV,111aW)の共振周波数は、所定の値に設定されている。
The
以下、一次自己共振コイル340および二次自己共振コイル(111cU,111cV,111cW)のインダクタンスLおよび浮遊容量C等の物理定数について説明する。二次自己共振コイル(111cU,111cV,111cW)および一次自己共振コイル340は、磁場の共鳴により磁気的に結合され、一次自己共振コイル340から二次自己共振コイル(111cU,111cV,111cW)へ電力が送電される。そして、二次自己共振コイル(111cU,111cV,111cW)に送電された高周波の電力は、電磁誘導により二次コイル(112cU,112cV,112cW)のいずれかにさらに送電される。そのため、二次自己共振コイル(111cU,111cV,111cW)および一次自己共振コイル340の共振周波数は略同一となるようにそれぞれのインダクタンスLおよび浮遊容量C等は設定されている。また、磁場の共鳴におけるQ値および結合度κ等が大きくなるように、それぞれのインダクタンスLおよび浮遊容量Cの他に、相互インダクタンスMの値も調整されている。
Hereinafter, physical constants such as inductance L and stray capacitance C of primary self-
上記のように、電動モータ110Cに備わるモータコイル118cを二次コイル(112cU,112cV,112cW)と兼用することにより、別途、二次コイル(112cU,112cV,112cW)を電動車両1に設ける必要がない。また、そのため、磁場共鳴法を電動車両1に適用するにあたり、電動車両1の重量増およびコスト増を抑えることができる。また、二次自己共振コイル(111cU,111cV,111cW)をモータ110Bの内部に配置することにより、電動車両1内に二次自己共振コイル(111c
U,111cV,111cW)を別途配置する必要がなくなり、電動車両1内の車内空間を有効に活用することができる。
As described above, the secondary coil (112cU, 112cV, 112cW) needs to be separately provided in the electric vehicle 1 by using the
U, 111cV, 111cW) need not be separately arranged, and the interior space of the electric vehicle 1 can be effectively utilized.
また、上記のようにSRモータ110Cは、モータ110C内に磁石が用いられていない構成であるため、一次自己共振コイル340と二次自己共振コイル(111cU,111cV,111cW)との間の磁場の共鳴を乱すことがないとともに、二次自己共振コイル(111cU,111cV,111cW)と二次コイル(112cU,112cV,112cW)との間の電磁誘導による電磁気エネルギの伝達を乱すことがない。
In addition, since the
1 電動車両
2 車両本体
100、100A、100B モータ装置
110、110A、110B、110C 電動モータ
111 二次自己共振コイル
112 二次コイル
113 ステータ
114 ステータ突極
115 ロータ
118 モータコイル
120 インバータ
121 Hブリッジ回路
122a ロータ突極
130 制御装置
200 蓄電装置
300 送電装置
310 交流電源
320 高周波電力ドライバ
330 一次コイル
340 一次自己共振コイル
150 電圧センサ
160 電流センサ
170 容量可変装置
180 リレー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
ステータと、前記ステータに対し回転自在に配置されたロータと、ステータに装着され、前記ロータを回転させる磁界を形成するモータコイルと、を備える電動モータにおいて、
前記電動モータは、車両外部に配置されている給電装置に備えられている一次自己共振コイルと磁場の共鳴により磁気的に結合され、前記一次自己共振コイルから電力を受電可能に構成された二次自己共振コイルと、電磁誘導によって前記二次自己共振コイルから受電可能に構成された複数の二次コイルとを備え、
前記モータコイルは、少なくとも前記二次コイルから構成されていることを特徴とする電動モータ。 《Electric motor》
In an electric motor comprising a stator, a rotor that is rotatably arranged with respect to the stator, and a motor coil that is mounted on the stator and forms a magnetic field that rotates the rotor.
The electric motor is magnetically coupled to a primary self-resonant coil provided in a power supply device disposed outside the vehicle by magnetic field resonance, and is configured to receive power from the primary self-resonant coil. A self-resonant coil, and a plurality of secondary coils configured to be able to receive power from the secondary self-resonant coil by electromagnetic induction,
The electric motor is characterized in that the motor coil is composed of at least the secondary coil.
ステータと、前記ステータに対し回転自在に配置されたロータと、ステータに装着され、前記ロータを回転させる磁界を形成するモータコイルと有する電動モータと、
複数の半導体スイッチ素子を備え、電動車両に備えられている蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換し、前記電動モータに供給するインバータと、
前記インバータに備わる前記半導体スイッチ素子のオンオフを制御する制御装置と、を備えるモータ装置において、
前記電動モータは、車両外部に配置されている給電装置に備えられている一次自己共振コイルと磁場の共鳴により磁気的に結合され、前記一次自己共振コイルから電力を受電可能に構成された二次自己共振コイルと、電磁誘導によって前記二次自己共振コイルから受電可能に構成された複数の二次コイルとを備えるとともに、前記モータコイルは、少なくとも前記二次コイルから構成され、
前記インバータは、前記二次コイルで受電された前記二次自己共振コイルからの電力を整流して前記蓄電装置に給電することが可能であることを特徴とするモータ装置。 <Motor device>
An electric motor having a stator, a rotor disposed rotatably with respect to the stator, and a motor coil mounted on the stator and forming a magnetic field for rotating the rotor;
An inverter that includes a plurality of semiconductor switch elements, converts DC power from a power storage device provided in the electric vehicle to AC power, and supplies the AC motor;
In a motor device comprising: a control device that controls on / off of the semiconductor switch element provided in the inverter;
The electric motor is magnetically coupled to a primary self-resonant coil provided in a power supply device disposed outside the vehicle by magnetic field resonance, and is configured to receive power from the primary self-resonant coil. A self-resonant coil and a plurality of secondary coils configured to be able to receive power from the secondary self-resonant coil by electromagnetic induction, and the motor coil is composed of at least the secondary coil;
The motor device, wherein the inverter is capable of rectifying electric power from the secondary self-resonant coil received by the secondary coil and supplying power to the power storage device.
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