JPH09215110A - 車両用駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関と回転電機を有するハイブリッド駆
動装置の、コンパクト化に伴って必要となる界磁巻線の
強度アップを図るとともに、界磁巻線の損失低減等を実
現する。 【解決手段】 第２ロータ１３１０の内周部の磁極１２
２０と第１ロータ１２１０とで回転数調整用回転電機１
２００を構成するとともに、外周部の磁極１４２０と固
定子１４１０とでトルク調整用回転電機１４００を構成
する。第１ロータ１２１０の各相巻線１２１１ａ〜１２
１１ｃを、各ティース１２１４毎に単独で巻回する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両を駆動する駆動
装置、特に内燃機関とバッテリ等の蓄電手段の両方を駆
動源として車両を駆動する、いわゆるハイブリッドタイ
プの電気自動車の駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平７−１５８０５号公報に示
されるように内燃機関から発生される動力の回転数を変
換する電磁カップリングと、トルクを制御する補助電動
機によって内燃機関と回転電機のハイブリッド化を行
い、動力機関の省燃費、低公害化を実現しているものが
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなシステムでは電磁カップリングと補助電動機という
２つの独立した回転電機が必要であるため、結果として
システム全体の重量が増加し、省燃費化の実現が困難と
なる。また、上記両回転電機の機能は従来の車両ではト
ルクコンバータと変速機構によりなされているが、これ
らに代えてその設置スペースに２つの回転電機を搭載す
ることは困難であった。

【０００４】そこで、本発明は内燃機関と回転電機のハ
イブリッド化をコンパクトに実現して上記課題を解決す
るとともに、コンパクト化に伴って必要となる界磁巻線
の強度アップと、これに加えて界磁巻線の損失低減や過
熱防止等を実現した車両用駆動装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１乃至７に記載の発明では、第１の回転子
（１２１０）とこれに同心状に配された固定子（１４１
０）との間にさらに同心状に第２の回転子（１３１０）
を設け、第２の回転子（１３１０）の内周部の磁極（１
２２０）と第１の回転子（１２１０）とで第１の回転電
機（１２００）を構成するとともに、外周部の磁極（１
４２０）と固定子（１４１０）とで第２の回転電機（１
４００）を構成している。

【０００６】このような構成によれば、２つの回転電機
が同心状に位置するから、内燃機関と回転電機のハイブ
リッド化をコンパクトに実現することができる。また、
第１の界磁巻線（１２１１）の各相巻線（１２１１ａ〜
１２１１ｃ）を、第１の回転子（１２１０）の各ティー
ス（１２１４）毎に単独で巻回している。このような構
成により、巻線の巻装が容易になるとともに、高張力で
巻装することができるから、巻線の構造強度が大きくな
り、遠心力に対して十分な強度を確保することができ
る。

【０００７】また、各相巻線のオーバラップがなくなる
ため巻線エンド部の重量が減少し、当該巻線エンド部に
作用する遠心力自体が小さくなる。さらに、各相巻線の
抵抗を減少させることが可能となり、損失の低減による
回転電機の効率が向上する。また、上記オーバラップが
なくなることにより、第１の回転子の端面における通風
路が確保され、巻線の過熱が避けられる。

【０００８】また、請求項２に記載の発明では、第１の
回転子（１２１０）に一体にリング状導電板（１８１１
〜１８１４）を設けて、異なる導電板の各端子部（１８
１１ａ〜１８１４ａ）間に、各ティース（１２１４）毎
に単独で巻回された各相巻線（１２１１ａ〜１２１１
ｃ）を接続している。このような構成によれば、各ティ
ース毎に単独で巻回された各相巻線の接続を容易に行う
ことができるとともに、各相巻線のリード部を短くする
ことができるから、各相巻線の抵抗をさらに減少させ
て、損失の低減を図ることができる。

【０００９】さらに、請求項３に記載の発明では、第１
の回転子（１２１０）の回転に伴う内周側と外周側の気
圧差により巻線エンド部へ冷却風を供給する遠心ファン
（１２３０）を設けている。このような構成によれば、
各相巻線の冷却を更に効率的に行うことができ、その過
熱を確実に防止することができる。

【００１０】また、請求項４に記載の発明においては、
第２の回転子の２磁極ピッチにつき３個のティースとな
るように配置することで２／３磁極ピッチとなるため、
１相当たりのコイル全長は２／３となり、抵抗値も２／
３に低減される。これにより同一電流が流れたときに発
生する損失は２／３に減少し、界磁巻線（１２１１）の
温度上昇が低減される。

【００１１】また、請求項５に記載の発明においては、
第１の回転子（１２１０）と第２の回転子（１３１０）
間のトルクリップルを、固定子（１４１０）と第２の回
転子（１３１０）間にトルクを発生させて打ち消すよう
にしている。このことにより、第１の回転子（１２１
０）と第２の回転子（１３１０）間の磁気抵抗変動によ
るトルクリップルを低減することができる。

【００１２】その場合に、請求項６に記載の発明のよう
に、固定子（１４１０）の各ティース（１４１４）を第
２の回転子（１３１０）の２磁極ピッチにつき同方向に
１２個のティースとなるように配置し、第２の界磁巻線
（１４１１）の各相巻線（１４１１ａ、１４１１ｂ、１
４１１ｃ）が、ティース５個分を巻装したものを１組と
し、他の２相巻線との間で電気的に平衡を保つように配
置すれば、トルクリップルを低減制御する場合に、制御
不可能なリップルを含まないようにすることができる。

【００１３】さらに、請求項７に記載の発明のように、
第２の界磁巻線（１４１１）の各相巻線（１４１１ａ、
１４１１ｂ、１４１１ｃ）を重ね巻き等することによ
り、全体に均等に巻線を施すことができ、より一層、制
御不可能なリップルを含まないようにすることができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。 （第１実施形態）図１において、１００は内燃機関たる
エンジンである。１０００はトルク−回転数（Ｔ−Ｓ）
コンバータであり、エンジン１００の出力を入力として
受け、車両用の駆動輪等から構成される負荷出力（走行
駆動出力）に対応できるよう駆動トルク及び回転数を適
宜制御して負荷出力へ向けて出力する。

【００１５】Ｔ−Ｓコンバータ１０００は、入出力間の
回転数を調整するための回転数調整用回転電機１２００
と、入出力間のトルクを調整するためのトルク調整用回
転電機１４００とを有する。インバータ２００は、Ｔ−
Ｓコンバータ１０００の回転数調整用回転電機１２００
の通電を制御する。本実施形態においては、回転数調整
用回転電機１２００は三相の回転電機により構成されて
おり、インバータ２００のスイッチング動作により、三
相の交流電流が回転数調整用回転電機１２００へ向けて
通電制御されている。

【００１６】インバータ４００は、Ｔ−Ｓコンバータ１
０００のトルク調整用回転電機１４００の通電を制御す
る。このインバータ４００は上記インバータ２００と同
様に三相の交流電流を通電制御している。ＥＣＵ５００
は、Ｔ−Ｓコンバータ１０００に設けられた回転セン
サ、その他の内部情報または外部情報等により上記イン
バータ２００及び４００を制御する。６００は一般の車
両等に用いられている直流のバッテリーである。７００
は負荷出力として車両のタイヤ等により構成される駆動
輪である。

【００１７】なお、図示は省略されているが、エンジン
１００とＴ−Ｓコンバータ１０００間には、一般の内燃
機関駆動式の車両に広く用いられているジョイント部及
び減速機等が設けられ、またＴ−Ｓコンバータ１０００
と駆動輪７００間にも同様にジョイント、差動ギヤ等が
設けられている。次にＴ−Ｓコンバータ１０００の詳細
な構造について説明する。

【００１８】エンジン１００の回転駆動力を伝達出力す
る出力軸１１０は、図示しないジョイント部、減速機等
を介してＴ−Ｓコンバータ１０００のほぼ中心に位置す
るシャフト状の入力軸１２１３と連結されており、エン
ジン１００の回転駆動力を入力軸１２１３へ直接伝達す
る。なお、本実施形態においては、出力軸１１０と入力
軸１２１３を同一軸上に直線的に配置するようにした
が、車両の搭載スペースに合わせ、適宜ジョイント等を
介して出力軸１１０と入力軸１２１３の軸方向に角度を
もたせて配置させることも可能である。

【００１９】Ｔ−Ｓコンバータ１０００は３つのハウジ
ング１７１０、１７２０、１７３０を連結することによ
り、一つのハウジングを構成しており、各ハウジング１
７１０、１７２０、１７３０同士の衝合部はその位置決
めが容易となるように、互いに円筒状のはめ合い部を有
して、複数のボルトにより結合されている。そして、ハ
ウジング１７１０、１７２０、１７３０により形成され
た内部空間に、入力軸１２１３に一体的に設けられた第
１の回転子たる第１ロータ１２１０と、第２の回転子た
る第２ロータ１３１０、及び固定子に相当するステータ
１４１０等が設けられている。

【００２０】入力軸１２１３は複数の異なる径の外周部
を有しており、第１ロータ１２１０、ベアリング、電源
供給の為のスリップリング、回転センサ等が配置されて
いる。第１ロータ１２１０は回転磁界を形成する３相の
界磁巻線１２１１及びロータコア１２１２、ロータティ
ース１２１４から構成されており、入力軸１２１３の外
周面のうち、最も径の大きい外周面にロータコア１２１
２が圧入固定されている。

【００２１】入力軸１２１３は、ロータコア１２１２が
圧入される外周面からエンジン１００側へ向けてその径
が小さくなるように成形されており、その最もエンジン
側に近い外周にはベアリング１５１４が配置されてい
る。そして、ベアリング１５１４の外輪をハウジング１
７３０に支持固定することにより、入力軸１２１３の一
端をハウジング１７３０に対し回転自在に支持してい
る。

【００２２】第１ロータ１２１０の外周には、これと対
向して円筒状の第２ロータ１３１０が相対的に回転可能
なように同一軸上に回転自在に配置されている。第２ロ
ータ１３１０は、その内周面、外周面に複数の磁石を内
装したロータヨーク１３１１と、これを支持するフレー
ム１３３１、１３３２からなり、第２ロータ１３１０に
貫通挿入される複数のボルト１３３３により、第２ロー
タ１３１０を、フレーム１３３１、１３３２で挟みこむ
ようにして、締結固定されている。

【００２３】フレーム１３３２には出力軸１３４０が一
体的に形成されており、この出力軸１３４０がハウジン
グ１７２０にベアリング１５１３を介して回転自在に支
持されている。出力軸１３４０の一端は、ハウジング１
７２０より外部へ突出しており、図示しないデファレン
シャルギヤ等を介して駆動輪７００に連結されている。

【００２４】フレーム１３３２は、ハウジング１７２０
内において、その回転軸心付近が一部第１ロータ１２１
０側へ向けて突出しており、その内部に入力軸１２１３
の一端が挿入されて、ベアリング１５１３を介して入力
軸１２１３をフレーム１３３２に回転自在に支持してい
る。このときロータコア１２１２に巻装されている界磁
巻線１２１１のコイルエンドはロータコア１２１２の軸
方向端面より突出している。この巻線１２１１のコイル
エンドの突出部内方で、ロータコア１２１２の端面側方
には空間が形成され、この空間部分に、第１ロータ１２
１０の軸に対し第２ロータ１３１０のフレーム１３３２
を回転支持するベアリング１５１１が配置されている。
これにより、第２ロータ１３１０の回転支持部を軸方向
外方へ突出させることなく、装置全体の軸方向長さを極
力小さくする構成を実現している。

【００２５】ロータヨーク１３１１の軸方向端面は、第
１ロータ１２１０のロータコア１２１２の軸方向端面と
ほぼ同一の位置になっており、そのためロータヨーク１
３１１の端面に連結されるフレーム１３３２は、ロータ
コア１２１２の端面より突出する巻線１２１１のコイル
エンドを回避するよう、その軸中心部よりカップ型形状
をなして第２ロータ１３１０の端面へ向けて延設される
形状となっている。

【００２６】ロータヨーク１３１１を支持するもう一方
のフレーム１３３１は、径の異なる円筒状の外周面を複
数有しており、エンジン１００側へ向けてその径が徐々
に小さくなっている。最も小径な部分は入力軸１２１３
の外周面に対し微小の隙間を介して配置されており、そ
の小径部の外周面にはベアリング１５１０が嵌め込まれ
ている。

【００２７】ベアリング１５１０の外輪はハウジング１
７１０内壁より延設されているプレート部１７１０ａに
固定されている。これにより、第２ロータ１３１０はそ
のフレーム１３３１、１３３２が、ベアリング１５１
０、１５１３によりそれぞれハウジング１７１０、１７
２０に回転自在に支持されている。ここで、各ベアリン
グ１５１０、１５１３が入力軸１２１３に対して同軸上
に配置されてことにより、第２ロータ１３１０も入力軸
１２１３に対して同軸上に回転自在に支持されている。

【００２８】フレーム１３３１とプレート部１７１０ａ
との間の軸方向空間部には回転センサたるレゾルバ１９
１２が設けられており、レゾルバ１９１２はレゾルバロ
ータ１９１２ａがフレーム１３３１に固定され、本体１
９１２ｂはプレート部１７１０ａに固定されて、静止し
たハウジング１７１０に対する第２ロータ１３１０の回
転数を検出できる構成となっている。このレゾルバ１９
１２からの検出信号はＥＣＵ５００へ向けて送られ、第
２ロータ１３１０の回転制御に用いられる。

【００２９】フレーム１３３１は、ベアリング１５１０
よりも第１ロータ１２１０側に近い位置で、入力軸１２
１３に対し、ベアリング１５１２を介して回転自在に支
持されている。ロータヨーク１３１１の円筒状の外周面
に対向するようにしてステータ１４１０が配置されてい
る。ステータ１４１０はステータコア１４１２及び界磁
巻線１４１１から構成されている。ステータコア１４１
２はハウジング１７２０の円筒状の内周面に直接固定さ
れるように配設されており、回転磁界を形成する界磁巻
線１４１１がステータコア１４１２に巻装されている。

【００３０】このような構成からステータ１４１０は、
第１ロータ１２１０と第２ロータ１３１０が互いに同心
状に配置されるのと同様に、同心状に配置される構成と
なっている。ステータ１４１０の配線は、ハウジング１
７１０より内部に突出形成されているプレート部１７１
０ａを貫通し、さらにハウジング１７１０の外周円筒部
に固定された配線固定プラグ１７１１内を貫通して外部
へ配線され、インバータ４００へ向けて電気的に接続さ
れている。

【００３１】第１ロータ１２１０においては、ロータコ
ア１２１２のエンジン側端面から三相の各相ごとの配線
となるリード部１６６０が入力軸１２１３に埋め込まれ
た状態で、入力軸１２１３の軸方向に並列的に配置され
た３つのスリップリング１６３０にそれぞれ接続されて
いる。各スリップリング１６３０はそれぞれ互いに導通
しないように、これらの間にモールド等の絶縁部１６５
０を介して設けられており、さらにリード部１６６０の
周囲も同様にしてモールド等の絶縁部により覆われてお
り、入力軸１２１３等との絶縁を図っている。

【００３２】各スリップリング１６３０には、ブラシ１
６２０がその先端を摺接させており、各ブラシ１６２０
はその後方よりスプリング１６４０によって、スリップ
リング１６３０へ向けて押圧されている。これら３つの
ブラシ１６２０はブラシホルダ１６１０により保持され
ており、ブラシホルダ１６１０は、ハウジング１７１０
のプレート部１７１０ａに固定されている。各ブラシ１
６２０からは、それぞれインバータ２００へ向けて配線
が延びており、インバータ２００からの電力を第１ロー
タ１２１０に対し、授受可能なように電気的に接続され
る構成となっている。

【００３３】スリップリング１６３０とベアリング１５
１４との間の入力軸１２１３外周面には、第１ロータ１
２１０の回転を検出する回転センサたるレゾルバ１９１
１が設けられている。このレゾルバ１９１１の本体１９
１１ｂは、上記プレート部１７１０ａの一部に固定さ
れ、一方、レゾルバロータ１９１１ａは入力軸１２１３
の外周に固定されている。これにより、静止したハウジ
ング１７１０に対する入力軸１２１３、すなわち第１ロ
ータ１２１０の回転数を検出できる構成となっている。
このレゾルバ１９１１からの信号はＥＣＵ５００へ向け
て出力され、第１ロータ１２１０の回転制御に用いられ
る。

【００３４】ここまで説明した駆動装置構造について、
その作動を説明する。例として、エンジン１００の出力
の回転数が２ｎ［ｒｐｍ］、トルクがｔ［Ｎ・ｍ］であ
る時、これを回転数ｎ［ｒｐｍ］、トルク２ｔ［Ｎ・
ｍ］の車両出力としたい場合について説明する。回転数
調整用回転電機１２００では、入力（第１ロータ回転エ
ネルギー）と出力（第２ロータ回転エネルギー）でトル
クは作用、反作用の関係にあり、トルクを同一トルクｔ
［Ｎ・ｍ］として、エンジン１００の回転数２ｎ［ｒｐ
ｍ］を車両出力回転数ｎ［ｒｐｍ］に調整する。

【００３５】トルクｔ［Ｎ・ｍ］、回転数ｎ［ｒｐｍ］
の出力を得ることは、回転方向と作用するトルク方向と
が逆になる制動状態であり、第２ロータ１３１０の回転
数調整用回転電機１２００の磁石１２２０（図２参照）
の位置を、回転センサ１９１１、１９１２の相対角によ
り検出して、第１ロータ１２１０の巻線１２１１への通
電位置を適当に計算、制御する。

【００３６】このような制動状態に制御すると、第１ロ
ータ１２１０より発電出力が得られ、これをバッテリー
６００を介してトルク調整用回転電機１４００へ送る。
第１ロータ１２１０の巻線１２１１への通電はインバー
タ２００からブラシホルダ１６１０、ブラシ１６２０、
スリップリング１６３０及びリード部１６６０を経て行
われ、通電タイミングは第１ロータ１２１０、第２ロー
タ１３１０の回転センサ１９１１、１９１２の相対角に
よって計算される。

【００３７】これによりトルクｔ［Ｎ・ｍ］、回転数ｎ
［ｒｐｍ］の出力を得るとともにエネルギーｎｔが発電
出力として得られる。このように回転電機１２００はエ
ンジン１００の出力トルクを負荷出力側である駆動輪７
００へそのまま伝達しながら、エンジン１００側と出力
側の回転数の差を発電機出力とする機能を持つ。逆にエ
ンジン１００側の回転数が出力側回転数より小さい時
は、Ｔ−Ｓコンバータ１０００はバッテリー６００より
給電を受け、電動機としての機能を行う。

【００３８】第１ロータ１２１０よりエンジン１００の
出力トルクｔ［Ｎ・ｍ］を電磁力を介して伝えられた第
２ロータ１３１０においては、車両出力を２ｎｔとする
ために、不足となっているトルク分及びそれに必要な出
力ｎｔを補う必要がある。この場合のトルク調整用回転
電機１４００の働きは通常のモータと同様で、インバー
タ４００からステータ巻線１４１１ヘ所望のトルク、回
転数となる様に、第２ロータ１３１０の回転電機１４０
０を構成する磁石１４２０（図２参照）の位置を回転セ
ンサ１９１２で検出し、通電タイミングを計算しながら
給電を行う。

【００３９】エンジン１００側のトルクが出力側トルク
以上となった時は、トルク調整用回転電機１４００は、
発電モードで働き、過剰なエネルギーをバッテリ６００
に送る。このようにして、回転数調整用回転電機１２０
０は、エンジン１００のトルクｔをそのまま第２ロータ
１３１０へ伝達するとともに、エンジン１００の回転数
２ｎを所望の出力回転数ｎに合わせる。そして、この時
に生ずる回転数差ｎ×トルクｔのエネルギーを電力に変
換して、インバータ２００、バッテリ６００を介してト
ルク調整用回転電機１４００へ送る。

【００４０】トルク調整用回転電機１４００側では、回
転数調整用回転電機１２００あるいはバッテリ６００の
出力を受けて、必要な車両出力トルクに対するトルクの
不足分或いは過剰分をここで補正する。この時、不足の
場合は、回転電機１４００は電動機として、過剰であれ
ば発電機として機能する。なお、回転数調整用回転電機
１２００もエンジン１００の入力の設定によっては電動
機として機能する必要がある。

【００４１】このような駆動装置を車両の制動に利用す
る場合は、エンジン１００はコンプレッサー（或いはエ
ンジン１００によるブレーキ）として機能し、回転数調
整用回転電機１２００の第１ロータ１２１０の回転抵抗
体として利用できる。このようにして、車両の制動エネ
ルギーのうち、回転数調整用回転電機１２００で制動エ
ネルギーの一部を吸収するので、トルク調整用回転電機
１４００が負担する制動エネルギーは減少し、制動時に
必要な容量も小さくすることができる。

【００４２】図２には、第１ロータ１２１０及び第２ロ
ータ１３１０、ステータ１４１０の断面構造を示す。図
の上半部は図１のII−II線に沿った断面であり、下半部
は第１ロータ１２１０の断面である。なお、全体の内部
構造は軸対称である。入力軸１２１３に圧入されたロー
タコア１２１２の外周には、エアギャップｇ１を介して
円筒状のロータヨーク１３１１が回転自在に設けられて
おり、その内周面側の内部には、周方向へ等間隔で複数
の磁石１２２０が設けられている。これら磁石１２２０
は内周面側の磁極が、交互にＮ、Ｓ極となるように配置
されている。

【００４３】各磁石１２２０の両端には、磁束の漏れを
防ぐための開口部１３１１ａがそれぞれ形成されてい
る。また、各磁石１２２０間のスペースにはボルト穴１
３３１ｂがロータヨーク１３１１を貫通するように周方
向の複数位置に設けられており、ロータヨーク１３１１
を両サイドで支持するフレーム１３３１、１３３２を結
合するためのボルト１３３３（図１参照）が上記各ボル
ト穴１３１１ｂ内に挿入される。

【００４４】これら磁石１２２０とロータコア１２１２
及び界磁巻線１２１１との間で磁束が生じることにより
回転数調整用回転電機１２００が形成される。そして、
界磁巻線１２１１に流れる電流をインバータ２００によ
り適宜制御することによって、出力軸１３４０（図１参
照）の回転数を調整することができる。ロータヨーク１
３１１の外周面側内部には、周方向に等間隔に複数の磁
石１４２０が配置されており、磁石１４２０の両端部に
は、磁束の漏れを防ぐための開口部１３１１ａが磁石１
２２０の場合と同様に形成されている。磁石１４２０の
磁極の配置は磁石１２２０と同様である。

【００４５】第２ロータ１３１０のロータヨーク１３１
１の周囲には所定のエアギャップｇ２を介してステータ
１４１０が設けられている。ステータ１４１０のステー
タコア１４１２の内周面側には複数のスロットが形成さ
れて界磁巻線１４１１が巻装されており、第２ロータ１
３１０の磁石１４２０との間で磁束を形成して、他の一
つの回転電機を構成する。

【００４６】そして、界磁巻線１４１１に流れる電流を
インバータ４００で適宜制御することによって、出力軸
１３４０（図１参照）のトルクを調整することができ
る。以上のような構成により、エンジン１００の回転エ
ネルギーを一部電磁力を介してダイレクトに走行駆動側
へ伝達することにより、電力系統及び回転機の容量を小
さくすることができ、さらには２つの回転電機１２０
０、１４００を複合化して内外に配置したので、非常な
小型化が実現された。

【００４７】また、回転エネルギーを電力に、さらに電
力から回転エネルギーに変換する工程が省けるので、そ
の分、効率向上も期待出来る。一般に回転電機は多極化
することで必要磁路断面積が減少する。そこで、本実施
形態のように、磁石１２２０、１４２０を複数に分割し
て多極化することで、第２ロータ１３１０の厚みを極端
に薄くすることができ、２つの回転電機１２００、１４
００を同心円状に配置し一体化した際の径方向への極大
化をさらに軽減させ、小型化を一層向上させている。

【００４８】一般に回転電機の性能（ｗ／ｋｇ）は磁気
回路上のエアギャプ（図２のｇ１、ｇ２）を小さくし、
有効磁束量を増加することにより向上する。したがっ
て、エアギャップは出来るだけ小さくするのが望ましい
が、現実には遠心力によるロータ外径の拡がり、ハウジ
ング等各部品の単体精度、組付け精度により制約され
る。これらの中で組付け精度は各部品の公差の累積が出
来るだけ無くなるように設計する必要がある。

【００４９】エアギャップｇ１についていえば、第２ロ
ータ１３１０と第１ロータ１２１０の正確な位置決めが
必要である。そのため、本実施形態では、これらロータ
１２１０、１３１０の間にベアリング１５１２、１５１
３を設けて、高精度な位置決めを可能としている。同様
にエアギャップｇ２では、第２ロータ１３１０と固定子
１４１０の正確な位置関係が必要であるため、第２ロー
タ１３１０と固定子１４１０を固定したハウジング１７
１０、１７２０の間にベアリング１５１０、１５１１を
設けて高精度に位置決めを可能としている。

【００５０】これによりエアギャップｇ１、ｇ２をさら
に小さくでき、回転機の性能（ｗ／ｋｇ）が向上すると
ともに一層の小型化が可能である。また、第１ロータ１
２１０及び第２ロータ１３１０を組み付ける際には、最
初に第１ロータ１２１０を第２ロータ１３１０に組み込
み、その後フレーム１３３１を組付けたロータアッシー
をステータ１４１０が組付けられたハウジング１７２０
等に組み込むので、上述のベアリング配置とすることに
よって組付け性が著しく向上する。

【００５１】次に、第１ロータ１２１０の３相界磁巻線
１２１１の巻装状態について説明する。ロータコア１２
１２は円板状になっており、その外周側に、断面Ｔ字状
の複数のロータティース１２１４が所定の間隔で設けら
れており、各ロータティース１２１４はそれぞれ基部に
形成したタブテール１２１４ａによりロータコア外周の
取付溝内に嵌着固定されている。

【００５２】そして、各ロータティース１２１４には界
磁巻線１２１１のうち、いずれか一つの相巻線１２１１
ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃが、絶縁紙１２１５により
ロータティース１２１４と電気的に絶縁された状態で集
中巻きされている。各ロータティース１２１４は、相巻
線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃの巻装されたロ
ータティース１２１４の順序で配置されている。

【００５３】ロータティース１２１４は、ロータティー
ス１２１４に対向する第２ロータ１３１０の内部の磁石
１２２０によって形成される磁極の２磁極ピッチにつき
３個の割合で形成されている。界磁巻線１２１１の結線
は図３に示すように、ロータティース１２１４に巻装さ
れた各相巻線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃがそ
れぞれ並列になるように、ターミナル１８１０（図１参
照）上の結線部で、はんだ付けにより電気的に接続され
ている。

【００５４】ターミナル１８１０は図４〜図７に示すよ
うに、各相巻線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃの
巻き始めが各々結線される３つの導電板１８１１、１８
１２、１８１３と、上記各相巻線１２１１ａ、１２１１
ｂ、１２１１ｃの巻き終わり全てが結線される１つの導
電板１８１４とが電気絶縁材１８１５により積層固定さ
れている。なお、導電板１８１１〜１８１３は同形状で
ある。

【００５５】導電板１８１１には相巻線をからめた後、
はんだ付け固定が可能となるように端子部１８１１ａお
よび端子部１８１１ｂが設けられ、端子部１８１１ａに
は相巻線１２１１ａの巻き始めが結線され、端子部１８
１１ｂにはリード部１６６０が結線される。同様に導電
板１８１２には端子部１８１２ａ、１８１２ｂ、導電板
１８１３には端子部１８１３ａ、１８１３ｂが設けられ
ている。

【００５６】また導電板１８１４にはコイルをからめた
後、はんだ付け固定が可能となるように端子部１８１４
ａが設けられ、端子部１８１４ａには各相巻線１２１１
ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃの巻き終わりが結線されて
これらを相互に電気的に接続する。この巻装構造による
と、第２ロータ１３１０の２磁極ピッチ（図３参照）間
の、ロータコア１２１２外周に３個のロータティース１
２１４が位置し、各ロータティース１２１４にそれぞれ
順次ｘ相、ｙ相、ｚ相の巻線を行うことにより、巻線ピ
ッチは２／３磁極ピッチとなる。

【００５７】ここで、従来から通常使われている全節巻
きで上記車両用駆動装置を実現した場合の構造を図１４
〜図１６に示す。図１４に示すように、第１ロータ１２
１０の界磁巻線１２１１は、２磁極ピッチ間に６個設け
られたティース１２１４に、各相巻線がティース３個を
１単位として重ね巻きされており、巻線ピッチは図１５
に示すように１磁極ピッチとなる。そして、図１６に示
すように、巻線エンド部では各相巻線が重なり合ってい
る。

【００５８】以上のような全節巻線構造が１磁極ピッチ
であるのに対して、本実施形態の巻線構造では既述のよ
うに２／３磁極ピッチとなるため、１相当たりのコイル
全長は２／３となり、抵抗値も２／３に低減される。こ
れにより同一電流が流れたときに発生する損失は２／３
に減少し、界磁巻線１２１１の温度上昇が低減される。

【００５９】また各相巻線１２１１ａ〜１２１１ｃは、
それぞれ１つのロータティース１２１４に集中巻きされ
た後、タブテール１２１４ａによってロータコア１２１
２に固定される構造であるため、各相巻線の占積率が向
上する。従って、同一巻数の仕様に対して線径の太い導
体で巻くことができるため抵抗値が減少し、これによっ
ても界磁巻線１２１１の温度上昇が抑制される。

【００６０】また前述のように各相巻線１２１１ａ、１
２１１ｂ、１２１１ｃはそれぞれ１つのロータティース
１２１４に集中巻きとなるため、相巻線に張力を加える
ことが可能であり、遠心力に対して高強度の構造とな
る。さらに、この巻線構造を全節巻き構造（図１４、図
１５、図１６）と比較すると、本実施形態では周方向に
区画的に巻くことが可能であるのに対して、全節巻き構
造では、ｘ相、ｙ相、ｚ相の各相巻線がコイルエンド部
で重なる。そして、この重なりがコイルエンド部質量を
増加させ、この結果、コイルエンド部に作用する遠心力
を増加させる。これに対して、本実施形態では基本的に
相巻線の重なりは生じないので、遠心力の増加を抑える
ことができる。

【００６１】このように界磁巻線１２１１のラップ部を
生じないので、図８に示すように巻線エンド部上の各相
巻線当たりの冷却風接触面積（図中Ｍ）が増加するとと
もに、冷却風通路（図中Ｌ）が形成され、冷却効果が向
上する。また前述のように、各相巻線１２１１ａ、１２
１１ｂ、１２１１ｃはそれぞれ１つのロータティース１
２１４に集中巻きされた後、ロータコア１２１２にタブ
テール１２１４ａで固定され、電気的な接続はターミナ
ル１８１０上でそれぞれ結線される。このように、電気
結線にターミナル１８１０を用いることで作業性の向上
が図れるとともに、結線部のリードも極力短くすること
ができるため遠心力に対しても強度が増す。

【００６２】さらに、界磁巻線１２１１のインピーダン
スに注目してみると、全節巻き構造では第１ロータ１２
１０の内径側と外径側とでコイル長さ、磁気回路が微妙
に異なるためインダクタンス、抵抗が共に異なり、各相
巻線間にインピーダンスのアンバランスが生じる。全節
巻き構造では、これが回転機の振動および騒音に対し悪
影響を及ぼしていたが、実施形態の巻線構造では各相巻
線１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃは全て同一イン
ダクタンス、抵抗となるためこれによる振動、騒音の影
響はない。

【００６３】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、第１ロータ１２１０の界磁巻線１２１１の、冷却風
との接触面積が増大することにより巻線冷却が効果的に
行われるとともに、巻線抵抗も小さくなっているため発
熱も減少し、その相乗効果で界磁巻線１２１１の温度上
昇を大幅に抑えることが可能となる。また、界磁巻線１
２１１の巻装強度が向上すること及び巻線エンド部の質
量の低下により、耐遠心力強度の向上および遠心力その
ものの低減が図られる。さらに各相巻線１２１１ａ、１
２１１ｂ、１２１１ｃはインピーダンスのバランスがと
れているため、これを結線した３相巻線は、振動、騒音
の発生を抑えることができる。

【００６４】（第２実施形態）図９〜図１１に他の実施
形態を示す。本実施形態は第１の実施形態に記載の第１
ロータ１２１０に遠心ファン１２３０を追加したもので
ある。遠心ファン１２３０は非磁性材よりなり、通風穴
１２３３をもったフランジ部１２３１（図１１参照）と
それと垂直に設けられた複数のブレード１２３２により
構成される。

【００６５】ブレード１２３２は第１ロータ１２１０の
ロータティース１２１４と同数設けられ、フランジ部１
２３１の円周上に等ピッチで形成されている。遠心ファ
ン１２３０はそのブレード１２３２が、図１２に示すよ
うに、隣り合う２つのロータティース１２１４の中間に
位置するように、即ち各相巻線１２１１ａ、１２１１
ｂ、１２１１ｃのコイルエンド部の谷部に位置するよう
に、シャフト１２１３に設けられたローレット１２１３
ａ（図９参照）によりシャフト１２１３に固定される。

【００６６】フランジ部１２３１、２枚のブレード１２
３２、および相巻線１２１１ａのコイルエンド部によっ
て構成される空間は、第１ロータ１２１０の径方向に抜
ける通風路１２３４（図１０参照）となる。通風路１２
３４の内径側の断面積Ｓ１（図１３参照）は外径側の断
面積Ｓ２（図１２参照）より小さくなるようにフランジ
部１２３１の形状が決められている。

【００６７】第１ロータ１２１０が回転すると、これと
直結する遠心ファン１２３０も回転する。そのとき通風
路１２３４の外径側空気の速度と内径側空気の速度に差
が生じ、それが外径側空気速度＞内径側空気速度となる
ためベルヌーイの定理より外径側気圧＜内径側気圧とな
り、内径側より外径側に空気の流れが生まれる。この空
気が第１ロータ１２１０の各相巻線１２１１の巻線エン
ド部と接触し、その後、ロータフレーム１３３１、１３
３２に設けられた穴部１３３１ａ、１３３２ａを抜け、
ステータ１４１０の界磁巻線１４１１のコイルエンド部
に達する。

【００６８】この空気はフレーム１７１０、１７２０壁
面に接しながらロータフレーム１３３１、１３３２に設
けられた穴部１３３１ｂ、１３３２ｂを通り、再び遠心
ファン１２３０の通風穴１２３３に吸い込まれる。この
時の熱移動としては、空気が高温の第１ロータ１２１０
の界磁巻線１２１１の巻線エンド部、第２ロータ１３１
０のロータヨーク１３１１、磁石１２２０、１４２０お
よびステータ１４１０の界磁巻線１４１１のコイルエン
ド部から熱を奪い、自分自身は温度上昇する。そして、
この空気温度より低温のフレーム１７１０、１７２０に
接触し、逆に熱を放出して自分自身の温度を下げる。

【００６９】結果として空気を媒体として、高温部であ
る第１ロータ１２１０の界磁巻線１２１１の巻線エンド
部、第２ロータ１３１０のロータヨーク１３１１、磁石
１２２０、１４２０およびステータ１４１０の界磁巻線
１４１１のコイルエンド部から、熱を低温のフレーム１
７１０、１７２０に移動させたことになり、高温部の温
度が低下させられる。

【００７０】このように、本実施例の遠心ファン１２３
０は各相巻線１２１１がそれぞれ１つのロータティース
１２１４に巻装される本巻線構造によってのみ実現され
るものである。 （第３実施形態）上記した第１、第２実施形態に示すも
のにおいては、第１ロータ１２１０のティース１２１４
は対向する第２ロータ１３１０の内部の磁石１２２０に
よって形成される磁極の２磁極ピッチにつき３個の割合
で形成され、全節巻き構造の６ティースに比べて半数と
なっている。このため、第１ロータ１２１０、第２ロー
タ１３１０間にはティースの有無に伴う磁気抵抗変動が
大きくなり、それに起因する制御不可能なトルクリップ
ルが増加する。第２ロータ１３１０は、直接、駆動輪７
００に接続されているため、トルクリップルは車両の振
動となり車両運転時のフィーリングを悪化させる。

【００７１】そこで、本実施形態では、さらに、第１ロ
ータ１２１０、第２ロータ１３１０間のトルクリップル
を、トルク調整部１４００すなわちステータ１４１０、
第２ロータ１３１０間で発生するトルクにより打ち消し
低減するようにしている。例えば、ＥＣＵ５００におい
て、レゾルバ１９１２により検出された第２ロータ１３
１０の回転位置を微分して回転速度を検出し、その変動
状態からトルクリップルを算出して、そのトルクリップ
ルを打ち消すようにトルク調整部１４００を制御する。

【００７２】このような制御を行う場合には、ステータ
１４１０、第２ロータ１３１０間で発生するトルクに制
御不可能なリップルを含まないことが必要である。そこ
で、本実施形態においては、ステータティース１４１４
の数を通常の２倍とし、さらに高調波磁束が発生しない
巻線を施すようにしている。具体的には、図１７、図１
８に示すように、ステータ１４１０には、対向する第２
ロータ１３１０内部の磁石１４２０によって形成される
磁極の２磁極ピッチにつき１２個の割合でティース１４
１４が形成され、３相コイルを構成する各相コイルが、
ティース５個分を巻装したものを１組とし、１ティース
ずらして計２組分布させ、他の２相との間で電気的に平
行を保つように配置されている。すなわち、各相コイル
が５／６π短節分布巻きされている。

【００７３】このようにステータ１４１０においてティ
ース１４１４の数を増加させることにより、スロットリ
ップルを低減でき、さらに本電機子巻線方法によりエア
ギャップに発生する高調波磁束（特に第５及び第７高調
波）を低減でき、トルクリップルの発生を抑えることが
できる。これにより、ステータ１４１０、第２ロータ１
３１０間のトルク制御の精度が向上し、第１ロータ１２
１０、第２ロータ１３１０間に発生する回転変動及び振
動を低減でき、車両のフィーリングを向上させることが
できる。

【００７４】また、エアギャップに発生する磁束の第
５、第７高調波は、第２ロータ１３１０を変動しながら
横切る磁束であるため、第２ロータ１３１０表面に大き
な磁束変化が生じ、第２ロータ１３１０を発熱させる。
従って、磁束の第５、第７高調波を低減させる本電機子
巻線方法は、第２ロータ１３１０の温度低減にも効果が
ある。

【００７５】さらに、ステータ巻線は、第１ロータ１２
１０の巻線と異なり径が大きく巻装しやすいため、占積
率を上げ低抵抗も可能で、かつステータ外周が静止して
いるフレームに固定されやすいため放熱しやすいという
効果もある。また、図１８に示す各相の巻線を１組と
し、図１９に示すように、各相の巻線の組を１ティース
ずらして２組分布させ、他の２相との間で電気的に平衡
を保つように、重ね巻きとすれば、全スロットに均等に
巻線を施すことができる。また、分布もしくは分布かつ
重ね巻きとしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における、車両用駆動装
置の全体縦断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態における、車両用駆動装
置の横断面図で、上半部は図１のII−II線に沿った断面
図、下半部は第１ロータの断面図である。

【図３】本発明の第１実施形態における、第１ロータの
巻線ピッチと第２ロータの磁極ピッチの関係を示す図で
ある。

【図４】本発明の第１実施形態における、ターミナルの
破断正面図である。

【図５】本発明の第１実施形態における、ターミナルの
横断面図で、図４のV −V 線に沿った断面図である。

【図６】本発明の第１実施形態における、導電体の正面
図である。

【図７】本発明の第１実施形態における、導電体の正面
図である。

【図８】本発明の第１実施形態における、第１ロータの
巻線エンド部を外周方向から見た平面図である。

【図９】本発明の第２実施形態における、車両用駆動装
置の全体縦断面図である。

【図１０】本発明の第２実施形態における、車両用駆動
装置の要部拡大縦断面図である。

【図１１】本発明の第２実施形態における、遠心ファン
の斜視図である。

【図１２】本発明の第２実施形態における、遠心ファン
の断面図で、図１０のXII −XII線に沿った断面図であ
る。

【図１３】本発明の第２実施形態における、遠心ファン
の断面図で、図１０のXIII−XIII線に沿った断面図であ
る。

【図１４】全節巻き構造を車両用駆動装置に適用した場
合の装置の断面図である。

【図１５】全節巻き構造を車両用駆動装置に適用した場
合の、第１ロータの巻線ピッチと第２ロータの磁極ピッ
チの関係を示す図である。

【図１６】全節巻き構造を車両用駆動装置に適用した場
合の、第１ロータの巻線エンド部を外周方向から見た平
面図である。

【図１７】本発明の第３実施形態における、車両用駆動
装置の横断面図である。

【図１８】本発明の第３実施形態における、ステータに
おける３相コイルの巻線と第２ロータの磁極ピッチとの
関係を示す図である。

【図１９】本発明の第３実施形態の他の例を示す、ステ
ータにおける３相コイルの巻線と第２ロータの磁極ピッ
チとの関係を示す図である。

【符号の説明】

１００…エンジン、２００、４００…インバータ、５０
０…ＥＣＵ、６００…バッテリ、１２００…回転数調整
用回転電機、１２１０…第１ロータ、１２１１…界磁巻
線、１２１１ａ、１２１１ｂ、１２１１ｃ…相巻線、１
２１３…入力軸、１２１４…ティース、１２２０…磁
石、１２３０…遠心ファン、１３１０…第２ロータ、１
３３２…フレーム、１３４０…出力軸、１４００…トル
ク調整用回転電機、１４１０…固定子、１４１１…界磁
巻線、１４１４…ティース、１４２０…磁石、１７１０
…ハウジング、１８１１、１８１２、１８１３、１８１
４…導電板、１８１１ａ、１８１１ｂ、１８１２ａ、１
８１２ｂ、１８１３ａ、１８１３ｂ、１８１４ａ…端子
部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関（１００）と蓄電手段（６０
   ０）とを動力源として備える車両用駆動装置において、 前記内燃機関に連結された回転軸（１２１３）を支持す
   るハウジング（１７１０）と、 第１の界磁巻線（１２１１）を内蔵した第１の回転子
   （１２１０）と、 前記ハウジングの内壁に固定され、前記第１の回転子と
   同心状にその外周全周に間隔をおいて対向して、第２の
   界磁巻線（１４１１）を内蔵した固定子（１４１０）
   と、 前記第１の回転子と前記固定子との間に同心状に配設さ
   れ、内周部と外周部にそれぞれ周方向へ一定間隔で磁極
   が形成されて、内周部の磁極（１２２０）と前記第１の
   回転子とで第１の回転電機（１２００）を構成するとと
   もに、外周部の磁極（１４２０）と前記固定子とで第２
   の回転電機（１４００）を構成する第２の回転子（１３
   １０）とを備えて、 前記第１の回転子および前記第２の回転子の一方を前記
   回転軸に連結するとともに、他方を車輪駆動軸（１３４
   ０）に連結し、 かつ、前記第１の界磁巻線（１２１１）の各相巻線（１
   ２１１ａ〜１２１１ｃ）を、前記第１の回転子の各ティ
   ース（１２１４）毎に単独で巻回したことを特徴とする
   車両用駆動装置。
2. 【請求項２】 前記第１の回転子（１２１０）に一体に
   複数のリング状導電板（１８１１〜１８１４）を設け、
   これら導電板に周方向へ間隔をおいて複数の端子部（１
   ８１１ａ〜１８１４ａ）を形成して、異なる導電板の各
   端子部間に、前記各ティース（１２１４）毎に単独で巻
   回された各相巻線（１２１１ａ〜１２１１ｃ）を接続し
   たことを特徴とする請求項１に記載の車両用駆動装置。
3. 【請求項３】 前記各相巻線（１２１１ａ〜１２１１
   ｃ）の巻線エンド部にそれぞれ、前記第１の回転子（１
   ２１０）の回転に伴う内周側と外周側の気圧差により前
   記巻線エンド部へ冷却風を供給する遠心ファン（１２３
   ０）を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の
   車両用駆動装置。
4. 【請求項４】 前記第１の界磁巻線（１２１１）は３相
   巻線（１２１１ａ〜１２１１ｃ）であり、前記各ティー
   ス（１２１４）は、前記第２の回転子の２磁極ピッチに
   つき同方向に３個のティースとなるように配置されてい
   ることを特徴とする１乃至３のいずれか１つに記載の車
   両用駆動装置。
5. 【請求項５】 前記第１の回転子（１２１０）と前記第
   ２の回転子（１３１０）間のトルクリップルを、前記固
   定子（１４１０）と前記第２の回転子（１３１０）間に
   トルクを発生させて打ち消す手段（５００）を有するこ
   とを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
   車両用駆動装置。
6. 【請求項６】 前記第２の界磁巻線（１４１１）は３相
   巻線（１４１１ａ、１４１１ｂ、１４１１ｃ）であり、
   前記固定子（１４１０）の各ティース（１４１４）が前
   記第２の回転子（１３１０）の２磁極ピッチにつき同方
   向に１２個のティースとなるように配置され、前記第２
   の界磁巻線（１４１１）の各相巻線（１４１１ａ、１４
   １１ｂ、１４１１ｃ）が、ティース５個分を巻装したも
   のを１組とし、他の２相巻線との間で電気的に平衡を保
   つように配置されていることを特徴とする請求項５に記
   載の車両用駆動装置。
7. 【請求項７】 前記第２の界磁巻線（１４１１）の各相
   巻線（１４１１ａ、１４１１ｂ、１４１１ｃ）が、分布
   もしくは重ね巻きもしくは分布かつ重ね巻きされている
   ことを特徴とする請求項６に記載の車両用駆動装置。