WO2014185329A1 - 回転電機 - Google Patents

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WO2014185329A1
WO2014185329A1 PCT/JP2014/062324 JP2014062324W WO2014185329A1 WO 2014185329 A1 WO2014185329 A1 WO 2014185329A1 JP 2014062324 W JP2014062324 W JP 2014062324W WO 2014185329 A1 WO2014185329 A1 WO 2014185329A1
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phase angle
slip ring
rotor
mode
brush
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PCT/JP2014/062324
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English (en)
French (fr)
Inventor
清 上辻
祥平 松本
修士 湯本
弘文 藤原
康二 吉原
Original Assignee
株式会社豊田自動織機
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation
    • H02K13/003—Structural associations of slip-rings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors

Definitions

  • This invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly to a double rotor type rotating electrical machine.
  • FIG. 8 of Patent Document 1 describes a double rotor type rotating electric machine having an inner rotor and an outer rotor.
  • a stator is disposed around the inner rotor and the outer rotor.
  • the rotating shaft of the inner rotor is connected to the engine.
  • the inner rotor is electrically connected to the inverter via a brush.
  • the slip ring is attached to the rotating shaft of the inner rotor, and the brush is in contact with the slip ring.
  • the outer rotor is connected to the wheel via a differential and a wheel shaft.
  • the outer rotor is rotated by the rotating magnetic field generated by the three-phase alternating current flowing in the stator or the inner rotor, and the wheels of the vehicle are driven.
  • it is necessary to flow an alternating current to the inner rotor via the brush and the slip ring at the same time as flowing an alternating current to the stator.
  • the inner rotor is rotated by receiving a reaction force from the outer rotor at this time, a power loss occurs. Therefore, in order to suppress the power loss, the rotating shaft of the inner rotor must be restrained by a brake.
  • the inner rotor when the charging rate of the storage battery connected to the inverter decreases, the inner rotor is released from the restriction of the rotating shaft, and is driven to rotate by the engine and generates electric power. That is, the inner rotor rotates and a current is generated by electromagnetic induction, and electric power is stored in the storage battery via the slip ring, the brush, and the inverter.
  • EV mode traveling traveling of the vehicle when the rotating electrical machine is driving the wheels without generating power
  • RE range extended
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine in which the brush is hardly worn and the reliability of the function of the slip ring is improved.
  • a rotating electrical machine includes a first rotor that is mechanically coupled to an internal combustion engine of a vehicle and exchanges electric power with a storage battery via an inverter, and a vehicle.
  • a second rotor that is opposed to the first rotor and is relatively rotatable, and is opposed to the second rotor, and is connected to the storage battery via an inverter.
  • a stator for exchanging power a rotating shaft that supports the first rotor so as to rotate integrally, rotates when the vehicle performs RE mode travel, and stops rotating when the vehicle performs EV mode travel;
  • the slip ring is attached to the rotary shaft so as to be integrally rotatable, and is electrically connected to the first rotor, and is electrically connected to the inverter and is in contact with the slip ring.
  • Phase angle detection means for detecting the phase angle of the slip ring with respect to the brush, phase angle storage means for storing the phase angle detected by the phase angle detection means, and control means for controlling the rotation of the rotary shaft.
  • the rotation shaft stops rotating at a position where the phase angle ⁇ during EV mode traveling is shifted by the phase difference ⁇ from the previous phase angle ⁇ during EV mode traveling stored by the phase angle storage means. Control means. Accordingly, each time the vehicle travels in the EV mode, the brush comes into contact with the slip ring at a different position every time.
  • the phase difference ⁇ may not be a divisor of 360 degrees.
  • the brush is less likely to be worn, and the reliability of the function of the slip ring is improved.
  • FIG. 5 is a front view schematically showing a state of contact with a slip ring and a phase angle ⁇ . It is a flowchart which shows the mode of control of the rotary electric machine of FIG.
  • FIG. 1 A rotating electrical machine 101 according to an embodiment of the present invention will be described as a double rotor type rotating electrical machine mounted on a hybrid vehicle equipped with an engine.
  • a rotating electrical machine 101 having a housing 1 and a center housing 2 on a plate that is fixedly attached to the inside of the housing 1 is shown.
  • the rotating electrical machine 101 has a metal input shaft 40 that penetrates the housing 1 and the center housing 2 and extends at both ends to the outside.
  • the input shaft 40 is rotatably supported by the housing 1 via bearings 42 and 43.
  • the input shaft 40 is also rotatably supported by the center housing 2 via a bearing 44.
  • One end 40a of the input shaft 40 is mechanically connected to an engine (not shown).
  • a slip ring 70 is attached to the other end 40b of the input shaft 40 so as to be integrally rotatable.
  • Three layers of brushes 51, 52 and 53 are in contact with the slip ring 70.
  • the input shaft 40 constitutes a rotating shaft.
  • the rotating electrical machine 101 includes an inner rotor 10, an outer rotor 20, and a stator 30.
  • the inner rotor 10, the outer rotor 20, and the stator 30 each have a substantially cylindrical shape, and are arranged concentrically sequentially from the inside toward the outside.
  • the inner rotor 10 is supported by the input shaft 40 so as to be integrally rotatable. That is, the inner rotor 10 is mechanically connected to the internal combustion engine of the vehicle via the input shaft 40.
  • the inner rotor 10 includes a first core 11 that is fixed to the input shaft 40 and first coils 12 that are disposed at both ends of the first core 11 along the circumferential direction thereof.
  • a conductor rod 90 is provided inside the input shaft 40 so as to extend in the longitudinal direction, and the inner rotor 10 is electrically connected to the slip ring 70 via the conductor rod 90. Further, the brushes 51, 52, 53 that contact the slip ring 70 are also electrically connected to the inner rotor 10.
  • the inner rotor 10 constitutes a first rotor
  • the outer rotor 20 constitutes a second rotor
  • the stator 30 constitutes a stator.
  • the outer rotor 20 includes a second core 21, permanent magnets 22 and 23 embedded in the second core 21 in an annular shape along the circumferential direction thereof, and a dish-shaped rotor bracket that sandwiches and supports the second core 21 from both ends. 24, 25.
  • the rotor brackets 24 and 25 are rotatably supported by the input shaft 40 via bearings 27 and 62. That is, the outer rotor 20 is rotatably attached to the input shaft 40 via the rotor brackets 24 and 25. Therefore, the outer rotor 20 is provided so as to be relatively rotatable while facing the inner rotor 10.
  • the permanent magnet 23 is disposed on the outer peripheral portion of the second core 21 so as to face the stator 30, and the permanent magnet 22 is disposed on the inner peripheral portion of the second core 21 so as to face the inner rotor 10.
  • the rotor bracket 25 is connected to a substantially cylindrical output shaft 60 provided so as to surround the input shaft 40.
  • the pinion gear 5 is fixedly connected to the output shaft 60 so as to rotate integrally. That is, the pinion gear 5 can rotate relative to the input shaft 40 together with the output shaft 60.
  • the stator 30 is provided to face the outer rotor 20 and is attached to the inside of the housing 1 so as not to rotate.
  • the stator 30 includes a stator core 31 and stator coils 32 disposed at both ends of the stator core 31 along the circumferential direction thereof.
  • a first resolver 18 is attached between the housing 1 and the end 40 a of the input shaft 40.
  • the first resolver 18 detects the phase angle of the input shaft 40 with respect to the housing 1, that is, the phase angle of the inner rotor 10 with respect to the stator 30.
  • the phase angle of the inner rotor 10 with respect to the stator 30 is also the phase angle of the brushes 51, 52, 53 with respect to the slip ring 70.
  • a second resolver 28 is attached between the housing 1 and the rotor bracket 24 in the vicinity of the end 40 b of the input shaft 40.
  • the second resolver 28 detects the phase angle of the rotor bracket 24 with respect to the housing 1, that is, the phase angle of the outer rotor 20 with respect to the stator 30.
  • the first resolver 18 constitutes a phase angle detection means.
  • the slip ring 70 is electrically connected to the inverter 6 through the brushes 51, 52, 53.
  • the stator coil 32 of the stator 30 is also electrically connected to the inverter 6.
  • a three-phase alternating current flows between the slip ring 70 and the inverter 6 and between the stator coil 32 and the inverter 6 to exchange power.
  • the inverter 6 is electrically connected to the storage battery 7, and a direct current flows between the inverter 6 and the storage battery 7 to exchange power. That is, the inner rotor 10 and the stator 30 exchange power with the storage battery 7 via the inverter 6.
  • the input shaft 40 is provided with a brake mechanism (not shown) for stopping the rotation of the input shaft 40.
  • the ECU 3 is electrically connected to the brake mechanism, and the ECU 3 controls the brake mechanism to determine a phase angle that restrains the input shaft 40. That is, the ECU 3 controls the rotation of the input shaft 40.
  • the ECU 3 is also electrically connected to the first resolver 18.
  • the ECU 3 constitutes control means and phase angle storage means.
  • gear shaft 16 is provided through the center of the gear box 15, and the gear shaft 16 is mechanically connected to an axle (not shown) that drives a vehicle wheel (not shown). That is, the outer rotor 20 is mechanically coupled to the vehicle axle.
  • a three-phase alternating current flows from the storage battery 7 to the stator coil 32 of the stator 30 via the inverter 6.
  • a rotating magnetic field is generated between the stator coil 32 and the permanent magnet 23 of the outer rotor 20.
  • a three-phase alternating current flows from the storage battery 7 through the inverter 6, the brushes 51, 52, 53 and the slip ring 70 to the first coil 12 of the inner rotor 10.
  • a rotating magnetic field is also generated between the first coil 12 of the inner rotor 10 and the permanent magnet 22 of the outer rotor 20.
  • the outer rotor 20 starts to rotate due to the rotating magnetic field generated between the stator coil 32 and the permanent magnet 23 and between the first coil 12 and the permanent magnet 22, and the pinion gear 5, the gear box 15, the gear The vehicle wheel is driven through the shaft 16 and the axle.
  • the input shaft 40 is restrained by a brake (not shown) so that the inner rotor 10 does not rotate, and stops rotating.
  • the ECU 3 stores the phase angle of the input shaft 40 detected by the first resolver 18 during the previous EV travel, and controls the brake based on this phase angle to restrain the input shaft 40. To decide.
  • the vehicle travels in the RE mode when the charging rate of the storage battery 7 becomes a certain value or less.
  • a three-phase alternating current is supplied from the storage battery 7 to the stator coil 32 of the stator 30 via the inverter 6, a rotating magnetic field is generated between the stator coil 32 and the permanent magnet 23 of the outer rotor 20.
  • the outer rotor 20 rotates in the same manner as when traveling in the EV mode, and drives the wheels of the vehicle via the pinion gear 5, the gear box 15, the gear shaft 16, and the axle.
  • the input shaft 40 is rotated by releasing the restraint by the brake.
  • the inner rotor 10 is rotationally driven via the input shaft 40 by an engine (not shown). Therefore, an induced current is generated in the first coil 12 of the inner rotor 10 that rotates to face the permanent magnet 22 of the outer rotor 20.
  • the electric power generated in the first coil 12 is stored in the storage battery 7 through the slip ring 70, the brushes 51, 52, 53 and the inverter 6.
  • FIG. 3 shows only the contact state of the brush 51 with the slip ring 70, the same applies to the brushes 52 and 53.
  • FIG. The brush 51 has three brush pieces 51a, 51b, 51c.
  • the brush pieces 51a, 51b, 51c are separated from each other by 120 degrees.
  • the brush pieces 51a, 51b and 51c are in point contact with the slip ring 70 at points A, B and C, respectively.
  • a reference point X is set on the slip ring 70, and a phase angle of point A with respect to the reference point X is ⁇ .
  • the phase angle ⁇ is detected by the first resolver 18 that detects the phase angle of the input shaft 40 and is stored in the ECU 3.
  • the phase angle ⁇ is 90 degrees.
  • FIG. 3B shows a contact state between the slip ring 70 and the brush 51 when the vehicle moves from the EV mode travel to the RE mode travel and then performs the EV mode travel again.
  • the brush pieces 51a, 51b and 51c are in point contact with the slip ring 70 at points A ′, B ′ and C ′, respectively.
  • a 'point exists in the position shifted
  • the point A ′ is at a position shifted from the reference point X by the phase angle ⁇ + ⁇ , and the phase angle ⁇ is rewritten to ⁇ + ⁇ with respect to the previous EV mode traveling.
  • the points B ′ and C ′ are also represented in FIG. That is, at the moment when the ignition is turned off from the EV mode running, the phase angle ⁇ is rewritten to ⁇ + ⁇ , and the input shaft 40 stops rotating in a state as shown in FIG.
  • the phase difference ⁇ is set to a numerical value that is not a divisor of 360 degrees.
  • phase difference ⁇ is not a divisor of 360 degrees, even if the position where the brush piece 51a contacts the slip ring 70 makes one round of the outer periphery of the slip ring 70, the slip ring 70 and the brush piece 51a again There is no contact at the same point A.
  • the phase difference ⁇ is 30 degrees, which is a divisor of 360 degrees, the contact position between the slip ring 70 and the brush piece 51a is deviated from the point A by 30, 60, 90 degrees,. Go. Therefore, when the EV mode running is performed for the 13th time, the contact position between the slip ring 70 and the brush piece 51a goes around 360 degrees and just returns to the point A. Therefore, the roughness of the surface of the slip ring at point A is particularly severe, and the brush is easily worn.
  • step S0 when the ignition is in an ON state, the ECU 3 reads the phase angle ⁇ (step S0), and then determines in step S1 whether or not the ignition has been switched from ON to OFF. If the ignition has been switched off (if the vehicle is in a stopped state), it is determined in step S2 whether or not the EV mode travel has been performed immediately before the stop. If the EV mode travel is performed immediately before the ignition is turned off, the ECU 3 rewrites the information of the phase angle ⁇ to ⁇ + ⁇ in step S3. Then, the ECU 3 stops the rotation of the input shaft 40 so that the slip ring 70 contacts the brushes 51, 52, 53 at the newly rewritten phase angle ⁇ .
  • step S1 If it is determined in step S1 that the vehicle has not traveled in the EV mode (traveled in the RE mode) immediately before the vehicle stops in step S2, the ECU 3 does not rewrite the phase angle ⁇ . Then, the rotation of the input shaft 40 is stopped (step S5).
  • step S1 If it is determined in step S1 that the ignition is on (the vehicle is traveling), the process proceeds to step S6, and it is determined whether or not the vehicle is traveling in the EV mode. If the vehicle is traveling in the EV mode, the input shaft 40 is restrained without rewriting the phase angle ⁇ , and the vehicle continues to travel (step S7).
  • step S1 If it is determined that the ignition is on (step S1) and the vehicle is not traveling in the EV mode (traveling in the RE mode) in step S6, before the vehicle performs the RE mode traveling. It is then determined whether or not the EV mode travel has been performed (step S8). If the EV mode travel is performed before the RE mode travel, the ECU 3 rewrites the phase angle ⁇ to ⁇ + ⁇ in step S9. Further, if it is determined in step S8 that the EV mode travel is not performed before the RE mode travel, nothing is done.
  • the ECU 3 controls the stop position of the input shaft 40 so that the contact position between the slip ring 70 and the brushes 51, 52, 53 changes every time the vehicle travels in the EV mode. That is, the ECU 3 stops the rotation of the input shaft 40 at a position where the phase angle ⁇ during EV mode traveling becomes an angle shifted by the phase difference ⁇ with respect to the phase angle ⁇ during the previous EV mode traveling. Therefore, it is possible to prevent the brushes 51, 52, 53 from being melted and fixed at the same location of the slip ring 70 every time the vehicle travels in the EV mode. Thereby, the roughness of the surface of the slip ring 70 is minimized, and abnormal wear of the brushes 51, 52, 53 is prevented. Therefore, electric power is smoothly exchanged between the inverter 6 and the inner rotor 10, so that the reliability with respect to the function of the slip ring is improved and the durability of the brushes 51, 52, 53 is also improved.
  • a numerical value that is not a divisor of 360 degrees is set as the phase difference ⁇ . Therefore, even if the contact position of the slip ring 70 and the brushes 51, 52, 53 makes a round with respect to the slip ring 70, the slip ring 70 and the brushes 51, 52, 53 contact again at the same position. The situation can be prevented. Therefore, the surface roughness of the slip ring 70 can be further suppressed.
  • control means phase angle storage means
  • 6 inverter 7 storage battery
  • 10 inner rotor first rotor
  • 18 first resolver phase angle detection means
  • 20 outer rotor second rotor
  • 30 Stator Stator
  • 40 input shaft rotary shaft
  • 51, 52, 53 brush 70 slip ring
  • 101 rotating electrical machine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Abstract

　この発明に係る回転電機は、インナーロータと、アウターロータと、ステータと、車両がＲＥモード走行を行う時に回転し、かつ車両がＥＶモード走行を行う時に回転を停止する入力軸と、入力軸に一体回転可能に取り付けられ、インナーロータに電気的に接続するスリップリングと、インバータと電気的に接続するとともに、スリップリングと接触するブラシと、ブラシに対するスリップリングの位相角を検出し、その位相角を記憶し、ＥＶモード走行時の位相角Θが、前回のＥＶモード走行時の位相角Θに対して、位相差α分ずれた角度になる位置で入力軸の回転を停止させるＥＣＵとを備える。これにより、ブラシが摩耗しにくくなり、スリップリングの機能の信頼性が向上する。

Description

回転電機
　この発明は、回転電機に関し、特にダブルロータ型の回転電機に関する。
　特許文献１の図８には、インナーロータとアウターロータを有するダブルロータ型の回転電機が記載されている。インナーロータ及びアウターロータの周りにはステータが配置されている。インナーロータの回転軸はエンジンに連結されている。また、インナーロータはブラシを介してインバータと電気的に接続している。なお、インナーロータの回転軸にはスリップリングが取り付けられていると考えられ、ブラシはスリップリングに接触している。一方、アウターロータは差動装置、車輪軸を介して車輪に接続している。
　ここで、特許文献１に記載されるような回転電機では、ステータ又はインナーロータに流れる三相交流電流が作り出す回転磁界によって、アウターロータが回転し、車両の車輪が駆動される。ここで、車両に大きなトルクを発生させるためには、ステータに交流電流を流すと同時に、ブラシ及びスリップリングを介してインナーロータにも交流電流を流す必要がある。しかしながら、この時インナーロータがアウターロータから反力を受けて回転してしまうと動力損失が発生してしまうため、この動力損失を抑えるため、インナーロータの回転軸はブレーキで拘束されなければならない。
　一方、インバータに接続される蓄電池の充電率が下がった時は、インナーロータは、回転軸の拘束を解除され、エンジンによって回転駆動されるとともに発電を行う。すなわち、インナーロータが回転するとともに電磁誘導によって電流が発生し、スリップリング、ブラシ及びインバータを介して蓄電池に電力が蓄えられる。
　なお、以下の説明において、回転電機が発電を行わずに車輪を駆動している状態の時の車両の走行をＥＶモード走行という。また、回転電機が発電を行うと同時に車輪を駆動している状態の時の車両の走行をＲＥ（ｒａｎｇｅ　ｅｘｔｅｎｄ）モード走行という。
特開２００５－４７３９６号公報
　前述のように、特許文献１に記載されているような回転電機において、車両のＥＶモード走行時は、インナーロータの回転軸は拘束されたままである。従って、インナーロータの回転軸に取りつけられたスリップリングには、無回転でブラシと接触した状態のまま電流が流れ続けている。その結果、ブラシとスリップリングとの接触部分の温度が局所的に上昇してブラシが融解し、その溶融物によってブラシとスリップリングとが固着してしまうおそれがあった。ここで、車両がＲＥモード走行に切り替わって、インナーロータとともにスリップリングが回転を開始すると、ブラシとスリップリングとの固着状態は解除される。しかし、溶融物の残りが付着しているためスリップリングの表面は非常に荒れた状態となる。従って、スリップリングの回転中に、溶融物がスリップリング表面とブラシとの間に噛みこんでしまい、ブラシが異常摩耗する原因となっていた。そして、ブラシが摩耗すると、インバータとインナーロータとの間における電流の円滑なやり取りが妨げられ、スリップリングの機能に対する信頼性が低下するという問題が生じていた。
　この発明はこのような問題を解決するためになされたもので、ブラシが摩耗しにくく、スリップリングの機能の信頼性が向上する回転電機を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、この発明に係る回転電機は、車両の内燃機関に機械的に連結するとともに、蓄電池との間でインバータを介して電力のやり取りを行う第一回転子と、車両の車軸に機械的に連結し、第一回転子に対向するとともに相対回転可能に設けられる第二回転子と、第二回転子に対向して設けられるとともに、蓄電池との間でインバータを介して電力のやり取りを行う固定子と、第一回転子を一体回転可能に支持するとともに、車両がＲＥモード走行を行う時に回転し、かつ車両がＥＶモード走行を行う時に回転を停止する回転シャフトと、回転シャフトに一体回転可能に取り付けられるとともに、第一回転子に電気的に接続するスリップリングと、インバータと電気的に接続するとともに、スリップリングと接触するブラシと、ブラシに対するスリップリングの位相角を検出する位相角検出手段と、位相角検出手段によって検出された位相角を記憶する位相角記憶手段と、回転シャフトの回転を制御する制御手段であって、ＥＶモード走行時の位相角Θが、位相角記憶手段によって記憶された前回のＥＶモード走行時の位相角Θに対して、位相差α分ずれた角度になる位置で回転シャフトの回転を停止させる制御手段とを備える。
　これによって、車両がＥＶモード走行を行う度に、ブラシはスリップリングに対して毎回異なる位置で接触するようになる。
　また、この発明に係る回転電機において、位相差αが３６０度の約数ではないようにすることもできる。
　この発明に係る回転電機によれば、ブラシが摩耗しにくくなり、スリップリングの機能の信頼性が向上する。
この発明の実施の形態に係る回転電機の構造を示す、詳細な断面側面図である。 図１の回転電機の概略を模式的に示した図である。 図１の回転電機の制御において、（ａ）はＥＶモード走行時の、（ｂ）は（ａ）の状態からＲＥモード走行又は車両停止を経て次のＥＶモード走行に移った時の、ブラシとスリップリングとの接触の様子と位相角Θをそれぞれ模式的に示す正面図である。 図１の回転電機の制御の様子を示すフローチャートである。
　以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
　この発明の実施の形態に係る回転電機１０１を、エンジンを備えるハイブリッド自動車に搭載されるダブルロータ型の回転電機として説明する。
　図１を参照すると、筐体１と、筐体１の内部に固定して取り付けられる皿上のセンタハウジング２とを有する回転電機１０１が示されている。
　回転電機１０１は、筐体１及びセンタハウジング２を貫通して両端が外部に延びる金属製の入力軸４０を有している。ここで、入力軸４０は、ベアリング４２，４３を介して筐体１に回転可能に支持されている。また、入力軸４０は、ベアリング４４を介してセンタハウジング２にも回転可能に支持されている。入力軸４０の一方の端部４０ａは、図示しないエンジンに機械的に連結されている。また、入力軸４０の他方の端部４０ｂには、スリップリング７０が一体回転可能に取り付けられている。スリップリング７０には三層のブラシ５１，５２，５３が接触している。
　なお、入力軸４０は、回転シャフトを構成する。
　また、回転電機１０１は、インナーロータ１０、アウターロータ２０及びステータ３０を備える。インナーロータ１０、アウターロータ２０及びステータ３０は、それぞれ略円筒形状であり、同心円状に順次内側から外側に向かって配置されている。
　インナーロータ１０は、入力軸４０に一体回転可能に支持されている。すなわち、インナーロータ１０は入力軸４０を介して車両の内燃機関に機械的に接続されている。また、インナーロータ１０は、入力軸４０に固定される第一コア１１と、第一コア１１の両端にその周方向に沿って配設される第一コイル１２とを有する。なお、入力軸４０の内部には、長手方向に延びるように導体棒９０が設けられており、インナーロータ１０は導体棒９０を介してスリップリング７０に電気的に接続されている。また、スリップリング７０に接触するブラシ５１，５２，５３もインナーロータ１０に電気的に接続している。
　なお、インナーロータ１０は第一回転子を、アウターロータ２０は第二回転子を、ステータ３０は固定子を構成する。
　また、アウターロータ２０は、第二コア２１と、第二コア２１にその周方向に沿って環状に埋め込まれる永久磁石２２，２３と、第二コア２１を両端から挟み込み支持する皿形状のロータブラケット２４，２５を有している。ロータブラケット２４，２５はベアリング２７，６２を介して入力軸４０に回転可能に支持されている。すなわち、アウターロータ２０はロータブラケット２４，２５を介して入力軸４０に相対的に回転可能に取り付けられる。よって、アウターロータ２０はインナーロータ１０に対向するとともに相対回転可能に設けられている。また、永久磁石２３は、第二コア２１の外周部にステータ３０と対向して配設され、永久磁石２２は、第二コア２１の内周部にインナーロータ１０と対向して配設される。また、ロータブラケット２５には、入力軸４０の周囲を囲むようにして設けられた略円筒状の出力軸６０が接続されている。この出力軸６０には、ピニオンギヤ５が一体となって回転するように固定して接続される。すなわち、ピニオンギヤ５は出力軸６０とともに、入力軸４０に対して相対的に回転可能となっている。
　ステータ３０は、アウターロータ２０に対向して設けられるとともに、筐体１の内側に回転不能に取り付けられている。ステータ３０は、ステータコア３１と、ステータコア３１の両端にその周方向に沿って配設されたステータコイル３２とを有する。
　筐体１と入力軸４０の端部４０ａとの間には第一レゾルバ１８が取り付けられる。第一レゾルバ１８は、入力軸４０の筐体１に対する位相角、すなわちインナーロータ１０のステータ３０に対する位相角を検出する。また、このインナーロータ１０のステータ３０に対する位相角は、ブラシ５１，５２，５３のスリップリング７０に対する位相角でもある。また、入力軸４０の端部４０ｂ近傍において、筐体１とロータブラケット２４との間には第二レゾルバ２８が取り付けられる。第二レゾルバ２８は、ロータブラケット２４の筐体１に対する位相角、すなわちアウターロータ２０のステータ３０に対する位相角を検出する。
　ここで、第一レゾルバ１８は位相角検出手段を構成する。
　次に、図２を参照すると、スリップリング７０はブラシ５１，５２，５３を介してインバータ６と電気的に接続している。また、ステータ３０のステータコイル３２もインバータ６と電気的に接続している。スリップリング７０とインバータ６との間、及びステータコイル３２とインバータ６との間には三相交流電流が流れ、電力のやり取りが行われる。また、インバータ６は蓄電池７に電気的に接続されており、インバータ６と蓄電池７との間には直流電流が流れ、電力のやり取りが行われる。すなわち、インナーロータ１０及びステータ３０は、蓄電池７との間でインバータ６を介して電力のやり取りを行う。
　入力軸４０には、入力軸４０の回転を停止させるためのブレーキ機構（図示せず）が設けられている。このブレーキ機構にはＥＣＵ３が電気的に接続されており、ＥＣＵ３はブレーキ機構を制御して入力軸４０を拘束する位相角を決定する。すなわち、ＥＣＵ３は入力軸４０の回転を制御している。また、ＥＣＵ３は第一レゾルバ１８にも電気的に接続している。ここで、ＥＣＵ３は制御手段及び位相角記憶手段を構成する。
　また、ピニオンギヤ５はギヤボックス１５と係合している。また、ギヤボックス１５の中心を貫通してギヤシャフト１６が設けられており、ギヤシャフト１６は、車両の車輪（図示せず）を駆動する車軸（図示せず）に機械的に連結する。すなわち、アウターロータ２０は車両の車軸に機械的に連結している。
　図１及び２を参照して、回転電機１０１の動作について説明する。
　まず、車両がＥＶモード走行を行っている時の回転電機１０１の動作について説明する。
　蓄電池７からインバータ６を介してステータ３０のステータコイル３２に三相交流電流が流れる。これによって、ステータコイル３２とアウターロータ２０の永久磁石２３との間で回転磁界が発生する。また同時に、蓄電池７からインバータ６、ブラシ５１，５２，５３及びスリップリング７０を介してインナーロータ１０の第一コイル１２にも三相交流電流が流れる。これによって、インナーロータ１０の第一コイル１２とアウターロータ２０の永久磁石２２との間でも回転磁界が発生する。そして、ステータコイル３２と永久磁石２３との間、及び第一コイル１２と永久磁石２２との間に発生する回転磁界により、アウターロータ２０は回転運動を開始し、ピニオンギヤ５、ギヤボックス１５、ギヤシャフト１６及び車軸を介して車両の車輪を駆動する。なお、この時、インナーロータ１０が回転しないように、入力軸４０はブレーキ（図示せず）によって拘束され、回転を停止している。ここで、ＥＣＵ３は、前回のＥＶ走行時に第一レゾルバ１８によって検出された入力軸４０の位相角を記憶しており、この位相角に基づいてブレーキを制御し、入力軸４０を拘束する位相角を決定する。
　次に、車両がＲＥモード走行を行っている時の回転電機１０１の動作について説明する。なお、車両は、蓄電池７の充電率が一定値以下となった場合にＲＥモード走行を行う。
　蓄電池７からインバータ６を介してステータ３０のステータコイル３２に三相交流電流が供給されると、ステータコイル３２とアウターロータ２０の永久磁石２３との間で回転磁界が発生する。この回転磁界によって、ＥＶモード走行時と同様にアウターロータ２０は回転運動をし、ピニオンギヤ５、ギヤボックス１５、ギヤシャフト１６及び車軸を介して車両の車輪を駆動する。一方、ＲＥモード走行時、入力軸４０はブレーキによる拘束を解除されて回転している。よって、インナーロータ１０は、エンジン（図示せず）によって入力軸４０を介して回転駆動される。そのため、アウターロータ２０の永久磁石２２と対向して回転するインナーロータ１０の第一コイル１２には、誘導電流が発生する。そして、第一コイル１２に発生した電力は、スリップリング７０、ブラシ５１，５２，５３及びインバータ６を介して、蓄電池７に蓄えられる。
　車両がＥＶモード走行を行う時において、スリップリング７０とブラシ５１，５２，５３との接触位置を表す位相角について、図３の（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。なお、図３にはスリップリング７０に対するブラシ５１の接触状態のみが示されているが、ブラシ５２，５３においても同様であるものとする。
　ブラシ５１は、３つのブラシ片５１ａ，５１ｂ，５１ｃを有する。ブラシ片５１ａ，５１ｂ，５１ｃは互いに１２０度ずつ離間している。また、図３（ａ）に示す状態において、ブラシ片５１ａ，５１ｂ，５１ｃはそれぞれＡ点，Ｂ点，Ｃ点においてスリップリング７０に点接触している。ここで、スリップリング７０に基準点Ｘを設定し、基準点Ｘに対するＡ点の位相角をΘとする。位相角Θは、前述のように、入力軸４０の位相角を検出する第一レゾルバ１８によって検出され、ＥＣＵ３に記憶される。なお、この実施の形態において位相角Θは９０度である。
　次に、車両がＥＶモード走行からＲＥモード走行に移り、その後再びＥＶモード走行を行う時におけるスリップリング７０とブラシ５１との接触の状態を図３（ｂ）に示す。この時、ブラシ片５１ａ，５１ｂ，５１ｃはそれぞれＡ’点，Ｂ’点，Ｃ’点においてスリップリング７０に点接触している。そして、Ａ’点は、前回のＥＶ走行時にブラシ片５１ａと接触していたＡ点に対して位相差αだけずれた位置にある。すなわち、Ａ’点は基準点Ｘより位相角Θ＋αずれた位置にあり、前回のＥＶモード走行時に対して、位相角ΘがΘ＋αに書き換えられたことになる。Ｂ’点，Ｃ’点も同様である。
　なお、ＥＶモード走行から車両が一旦停止した時のスリップリング７０とブラシ５１との接触の状態も、同様に図３（ｂ）に表される。すなわち、ＥＶモード走行からイグニッションがＯＦＦになった瞬間、位相角ΘはΘ＋αに書き換えられて、図３（ｂ）に示されるような状態において入力軸４０は回転を停止する。
　ここで、位相差αは３６０度の約数ではない数値に設定される。具体的には、この実施の形態において、位相差αは２３度である。すなわち、位相角Θは、車両がＥＶモード走行を行う毎に、位相差α＝２３度ずつずれていく。よって、一番初めにＡ点においてスリップリング７０がブラシ片５１ａと接触していた場合、位相角ΘがΘ＋αに書き換わる度に、スリップリング７０とブラシ片５１ａとの接触位置はＡ点から２３度、４６度・・・３４５度、３６８度と乖離していく。すなわち、位相差αは３６０度の約数ではないため、スリップリング７０に対してブラシ片５１ａが接触する位置がスリップリング７０の外周を一周したとしても、スリップリング７０とブラシ片５１ａとが再び同じＡ点で接触することはない。
　一方、もし位相差αが３６０度の約数である３０度だった場合、スリップリング７０とブラシ片５１ａとの接触位置はＡ点から３０度、６０度、９０度・・・と乖離していく。従って、１３回目にＥＶモード走行を行った時に、スリップリング７０とブラシ片５１ａとの接触位置は３６０度を一周してちょうどＡ点に戻ってきてしまう。そのため、Ａ点におけるスリップリングの表面の荒れが特に激しくなり、ブラシが摩耗しやすくなる。
　次に、図４を参照して、ＥＣＵ３が位相角Θを決定するための制御について説明する。
　まず、イグニッションがＯＮの状態の時において、ＥＣＵ３が位相角Θを読み込んだ上で（ステップＳ０）、ステップＳ１でイグニッションがＯＮからＯＦＦに切り替わったか否かを判断する。イグニッションがＯＦＦに切り替わっていたら（車両が停止状態にあったら）、ステップＳ２において、停止直前にＥＶモード走行を行っていたか否かを判断する。イグニッションがＯＦＦになる直前にＥＶモード走行を行っていた場合は、ステップＳ３において、ＥＣＵ３は位相角Θの情報をΘ＋αに書き換える。そして、ＥＣＵ３は、新しく書き換えられた位相角Θにおいてスリップリング７０がブラシ５１，５２，５３と接触するように、入力軸４０の回転を停止させる。
　また、ステップＳ１を経て、ステップＳ２で車両が停止する直前にＥＶモードで走行していなかった（ＲＥモードで走行していた）と判断された場合は、ＥＣＵ３は、位相角Θを書き換えずに、入力軸４０の回転を停止させる（ステップＳ５）。
　また、ステップＳ１でイグニッションがＯＮの状態である（車両が走行中である）と判断されると、ステップＳ６に移り、車両がＥＶモード走行を行っているか否かが判断される。ＥＶモード走行であれば、位相角Θは書き換えらない状態で入力軸４０が拘束され、車両は走行を続ける（ステップＳ７）。
　また、イグニッションがＯＮの状態であり（ステップＳ１）、ステップＳ６で車両がＥＶモード走行をしていない（ＲＥモードで走行している）と判断された場合は、車両がＲＥモード走行を行う前にＥＶモード走行を行ったか否かが判断される（ステップＳ８）。ＲＥモード走行の前にＥＶモード走行を行っていた場合は、ステップＳ９においてＥＣＵ３は位相角ΘをΘ＋αに書き換える。
　さらに、ステップＳ８で、ＲＥモード走行の前にＥＶモード走行を行っていないと判断された場合は、何もしない。
　以上より、ＥＣＵ３は、車両の走行がＥＶモード走行になる度にスリップリング７０とブラシ５１，５２，５３の接触位置が変わるように、入力軸４０の停止位置を制御している。すなわち、ＥＣＵ３は、ＥＶモード走行時の位相角Θが、前回のＥＶモード走行時の位相角Θに対して、位相差α分ずれた角度になる位置で入力軸４０の回転を停止させる。そのため、車両の走行がＥＶモード走行になる度に、スリップリング７０の同じ箇所でブラシ５１，５２，５３が溶融して固着してしまうという事態を防ぐことができる。これにより、スリップリング７０の表面の荒れ具合は最小限となり、ブラシ５１，５２，５３の異常摩耗が防止される。従って、インバータ６とインナーロータ１０との間において円滑に電力のやり取りが行われ、スリップリングの機能に対する信頼性が向上するとともに、ブラシ５１，５２，５３の耐久性も向上する。
　また、ＥＣＵ３には、位相差αとして３６０度の約数ではない数値が設定されている。そのため、スリップリング７０とブラシ５１，５２，５３との接触位置が、スリップリング７０に対して一周した場合であっても、スリップリング７０とブラシ５１，５２，５３とが再び同じ位置で接触する事態を防ぐことができる。よって、スリップリング７０の表面の荒れを更に抑止することができる。
　３　ＥＣＵ（制御手段、位相角記憶手段）、６　インバータ、７　蓄電池、１０　インナーロータ（第一回転子）、１８　第一レゾルバ（位相角検出手段）、２０　アウターロータ（第二回転子）、３０　ステータ（固定子）、４０　入力軸（回転シャフト）、５１，５２，５３　ブラシ、７０　スリップリング、１０１　回転電機。

Claims (2)

  1. 　車両の内燃機関に機械的に連結するとともに、蓄電池との間でインバータを介して電力のやり取りを行う第一回転子と、
    　前記車両の車軸に機械的に連結し、前記第一回転子に対向するとともに相対回転可能に設けられる第二回転子と、
    　前記第二回転子に対向して設けられるとともに、前記蓄電池との間で前記インバータを介して電力のやり取りを行う固定子と、
    　前記第一回転子を一体回転可能に支持するとともに、前記車両がＲＥモード走行を行う時に回転し、かつ前記車両がＥＶモード走行を行う時に回転を停止する回転シャフトと、
    　前記回転シャフトに一体回転可能に取り付けられるとともに、前記第一回転子に電気的に接続するスリップリングと、
    　前記インバータと電気的に接続するとともに、前記スリップリングと接触するブラシと、
    　前記ブラシに対する前記スリップリングの位相角を検出する位相角検出手段と、
    　前記位相角検出手段によって検出された前記位相角を記憶する位相角記憶手段と
    　前記回転シャフトの回転を制御する制御手段であって、ＥＶモード走行時の前記位相角Θが、前記位相角記憶手段によって記憶された前回のＥＶモード走行時の前記位相角Θに対して、位相差α分ずれた角度になる位置で前記回転シャフトの回転を停止させる制御手段と、
    　を備える回転電機。
  2. 　前記位相差αは３６０度の約数ではない請求項１に記載の回転電機。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000050415A (ja) * 1998-08-03 2000-02-18 Denso Corp ハイブリッド電気自動車の駆動装置
JP2001128308A (ja) * 1999-10-28 2001-05-11 Denso Corp 車両用補機駆動装置
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000050415A (ja) * 1998-08-03 2000-02-18 Denso Corp ハイブリッド電気自動車の駆動装置
JP2001128308A (ja) * 1999-10-28 2001-05-11 Denso Corp 車両用補機駆動装置
JP2002272728A (ja) * 2001-02-28 2002-09-24 Ge Medical Systems Global Technology Co Llc Ｘ線ｃｔシステムにおけるガントリ装置およびその制御方法

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