JP6194919B2 - 回転電機及び同回転電機を備えた車両 - Google Patents
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Description
図1は、本発明に係る車両のシステム構成図である。この車両は、駆動源であるモータ(図面では「M」と略記)10と、リチウムイオン電池などからなるバッテリ11とがインバータ12を介して相互に電気的に接続された電気自動車である。モータ10は、減速機13を介して車軸14及び車輪15(駆動輪)と機械的に連結されている。
図2は、前記モータ10を断面図で示している。モータ10は、アキシャルギャップ型の三相交流モータであり、回転軸31を中心に備えるロータ30と、当該ロータ30の後記ロータ本体32に対して回転軸31の軸方向に所定間隔を隔てて対向するステータ20と、これらステータ20及びロータ30が収容される中空円柱状のハウジング50とを備えている。なお、以下の説明では、回転軸31と平行な方向を「軸方向」、回転軸31と直交する方向を「径方向」、回転軸31(ロータ30)の回転方向を「周方向」と称す。
次に、モータ10のエアギャップ長の可変制御、つまり、磁石部37を軸方向に変位させるためのモータ10の制御について説明する。上記モータ10は、エアギャップ長を変更するための専用の動力源は備えておらず、エアギャップ長の変更は、PCM16がインバータ12を介してモータ10に対する電力供給状態を変更すること、具体的には、ロータ30の回転角に対して各コイル25に供給される三相交流電流の位相をずらすことにより行われる。
次に、車両走行時のモータ制御について具体的に説明する。図11は、車両走行時におけるPCM16によるモータ10の制御動作の一例を示すフローチャートである。
以上説明したように、上記モータ10によれば、磁石部37を前進位置に配置することで(基準エアギャップ長の状態とすることで)、比較的回転数が低い領域において大きなトルク(マグネットトルク)を発生させることができ、磁石部37を後退位置に配置することで(エアギャップ長を拡大することで)、より高い回転域でトルク(リラクタンストルク)を発生させることができる。そのため、単一のモータ10で発生トルクの自由度を高めることができ、また、より広い回転域で良好にトルクを発生させることが可能となる。
図15は、PCM16によるモータ10の制御動作の変形例である。図15のフローチャートは、図11のフローチャートにおけるステップS11の処理を、以下に説明するステップS10a〜10c及びステップS12の処理に置き換えたものである。
ところで、上述したモータ10やこれが搭載された車両は、本発明に係る回転電機および同回転電機を備えた車両の好ましい実施形態の例示であって、モータ10や車両の具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
11 バッテリ
12 インバータ
16 PCM
20 ステータ
25 コイル
30 ロータ
31 回転軸
32 ロータ本体
34 ベース部材
35 溝部
37 磁石部
Claims (13)
- 回転軸及びこの回転軸と共に回転するロータ本体を備えるロータと、
前記ロータ本体に対して前記回転軸の軸方向に対向して配置されかつ周方向に等間隔で並ぶ複数のコイルを備えたステータと、
前記コイルに交流電力を供給することにより磁界を形成する制御装置と、を含み、
前記ロータ本体は、磁性材料からなり周方向の複数の位置に配置される磁性部と、永久磁石からなり隣接する磁性部の間に各々配置される複数の磁石部とを含み、前記複数の磁石部が前記磁性部に対して前記軸方向に変位可能に構成され、
前記複数の磁石部は、前記磁性部表面と面一となる前進位置とこの前進位置から反ステータ側に変位した後退位置とに亘って前記軸方向に変位可能であり、
前記制御装置は、前記ステータ本体に回転力を生じせる磁界を形成する第1電力供給状態と、前記磁石部と前記コイルとの間に前記軸方向の反発力を生じさせる磁界を形成する第2電力供給状態と、前記磁石部と前記コイルとの間に前記軸方向の吸引力を生じさせる磁界を形成する第3電力供給状態とに、前記コイルに対する電力供給状態を切り替え可能に構成されている、ことを特徴とする回転電機。 - 請求項1に記載の回転電機において、
前記ロータ本体は、前記磁性部が一体成型されるとともに各磁石部の反ステータ側の面にそれぞれ固定されて当該磁石部と共に前記軸方向に変位するヨーク部を備える、ことを特徴とする回転電機。 - 請求項1又は2に記載の回転電機において、
前記ロータの回転角を検出する回転角検出装置を備え、
前記制御装置による前記電力供給状態の切り替えは、前記回転角検出装置が検出する前記ロータの回転角に基づき、前記コイルに供給する交流電力の位相を変更することにより行われる、ことを特徴とする回転電機。 - 請求項1乃至3の何れか一項に記載の回転電機において、
前記複数の磁石部は、ステータ側の磁極が交互に異なる状態で周方向に配列されており、
前記制御装置は、前記第2、第3電力供給状態において、ステータ側の磁極が互いに異なる磁石部に対して前記軸方向の力であって同じ向きの力が作用するように前記コイルに対する電力供給状態を制御する、ことを特徴とする回転電機。 - 請求項1乃至4の何れか一項に記載の回転電機において、
前記制御装置は、前記第2、第3電力供給状態において、前記磁石部に対して前記軸方向の力のみが作用するように前記コイルに対する電力供給状態を制御する、ことを特徴とする回転電機。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の回転電機において、
前記磁石部の前記軸方向の変位を許容する状態と、当該変位を規制して前記磁石部を前進位置および後退位置に保持する状態とに切替可能な保持装置をさらに備えている、ことを特徴とする回転電機。 - 請求項6に記載の回転電機において、
前記保持装置は、前記磁石部に連結されて当該磁石部と共に前記軸方向に変位するピストン部材と、当該ピストン部材が収容されたシリンジ部と、当該シリンジ部に連通し、前記ピストン部材の変位に伴い前記シリンジ部に対して給排される液体が貯留された液貯留部と、前記シリンジ部に対する前記液体の給排を規制する開閉弁と、を含み、
前記制御装置は、前記開閉弁をさらに制御し、前記第1電力供給状態においては前記開閉弁を閉止し、前記第2、第3電力供給状態においては前記開閉弁を開放する、ことを特徴とする回転電機。 - 請求項6又は7に記載の回転電機において、
前記ロータとして、前記軸方向における前記ステータの両側に配置される第1ロータと第2ロータとを含むとともに、前記保持装置として、前記第1ロータに対応する第1保持装置と前記第2ロータに対応する第2保持装置とを備え、
前記制御装置は、前記第1保持装置および第2保持装置を個別に制御する、ことを特徴とする回転電機。 - バッテリと当該バッテリから電力供給を受けて駆動輪を駆動することが可能な、請求項1乃至8の何れか一項に記載の回転電機とを備えた車両であって、
車両の走行状態に応じた目標出力を設定する目標出力設定部を備え、
前記制御装置は、前記目標出力に対応する回転電機の目標回転数に応じて前記磁石部の位置を前進位置と後退位置との間で切り替えるべく、前記コイルに対する電力供給状態を変更することを特徴とする車両。 - 請求項9に記載の車両において、
前記制御装置は、回転電機の回転数が予め設定された切替回転数に到達した時点で前記磁石部の位置を切り替える、ことを特徴とする車両。 - 請求項10に記載の車両において、
前記磁石部が前進位置に配置された状態における前記回転電機の最大回転数を限界回転数と定義したときに、
前記切替回転数は、前記限界回転数である、ことを特徴とする車両。 - 請求項10又は11に記載の車両において、
前記制御装置は、車両の加速時であってかつ加速開始時点の回転数が前記切替回転数の所定値内である場合には、前記加速開始時点で前記磁石部の位置を切り替える、ことを特徴とする車両。 - 請求項10に記載の車両において、
前記磁石部が前進位置に配置された状態における前記回転電機の最大回転数を限界回転数と定義したときに、
前記制御装置は、車両の加速時であってかつ加速開始時点の回転数が前記切替回転数よりも所定値以上低い場合には、前記回転電機の回転数が限界回転数に到達した時点で前記磁石部の位置を切り替える、ことを特徴とする車両。
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