JP2000261906A - 動力伝達装置 - Google Patents
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Abstract
エンジン始動やエンジンのトルクアシストし又車両制動
時車両の運動エネルギーを回生する高効率な動力伝達装
置を提供する。 【解決手段】ハウジング201に固定された多相巻線2
12を有する固定子210と、固定子210の内側に収
容された第一のロータ220と、第一のロータ220の
内側に収容されかつ永久磁石231を有する第二のロー
タ230とを有し、第一のロータ220は、固定子21
0と第二のロータ230との間で相互に電磁作用を行な
う。第一のロータ220はエンジン100のクランクシ
ャフト101に連結されると共に第一のロータ220か
ら第二のロータ230にトルクが伝わるワンウエイクラ
ッチ240を介して第二のロータ230につながり、第
二のロータ230はクラッチ250又はロックアップ機
能付きトルクコンバータを介して変速機300につなが
れる。
Description
介在させてエンジンを始動させて、エンジンを始動した
り、エンジンのトルクをアシストしたり、車両の運動エ
ネルギーを回生させたりする回転電機を有する動力伝達
装置に関する。
は、SAE910247に示される如く一つの公知の誘
導機を二つのクラッチを介して連結する構成のもの(図
16)、特許公報2574725号に示される如く、公
知の同期機をエンジンクランクシャフトに直結し、その
後にクラッチを介して変速機に継ぐ構成のもの(図1
7)。及び、The 15th Internatin
al ElectricVehicle Symapo
sium(1998.10.1〜10.3)での発表論
文Dual electric motor hybr
id powertrainに示される如く、エンジン
に直結された第一の回転電機とクラッチとトランスミッ
ションとの間に第二の回転電機を設ける構成のもの(図
18)がある。
のは、クラッチK1 をOFFしてクラッチK2 をONす
るとき、上記誘導機でエンジンを始動することができる
が、クラッチK2 を介してエンジンと接続しているので
エンジンのトルク変動を誘導機で吸収減少させる事がで
きない。しかしながら、クラッチK1 を接続して走行中
車両の誘導機によるトルクアシストが可能である。又、
制動時にはクラッチK2 をOFFする事により、エンジ
ンのフリクションエネルギー損失なく車両の運動エネル
ギーを回生する事ができる。
励磁式の同期機がエンジン軸に直結されているので、ク
ラッチがOFFしている時、この同期機によりエンジン
の始動が可能であり、且つエンジンに直結されているの
で、エンジンのトルク変動を同期機で吸収減少する事が
できる。これにより、例えばアイドリング回転数を下げ
て燃費を減少させることや、減筒運転等によって生じる
振動を制振する事ができるため、省燃費性に優れたパワ
ートレインを実現することができる。又、クラッチを継
いでの走行中において同期機で加速アシストを行なうこ
とができる。しかしながら制動時は、車両の運転エネル
ギーを回生しようとするとき、エンジンクランクシャフ
トに直結しているため車両の運転エネルギーがエンジン
のフリクショントルクで消費されて回生エネルギーが充
分とれないという欠点がある。
の間にクラッチを介して二つの回転電機を持つために、
上記図16、図17に述べた構成では実現できない機能
をもつことができるが、二つの回転電機を直列に配置し
ているためパワトレインの軸長が長くなるという欠点、
更に夫々の回転電機を作動させるために二つのインバー
タを必要とする等、構造が複雑化するという欠点を有し
ていた。
であり、その構成の複雑化を抑止しつつエンジンと変速
機の間に介在させる回転電機の機能性を向上した動力伝
達装置を提供する事をその目的としている。
の発明の構成では、固定子の内周側に第一、第二のロー
タが同軸配置された回転電機(以下、二重ロータ型回転
電機ともいう)の外周側の第一のロータは、エンジンに
より駆動されて固定子と電磁結合するとともに、第二の
ロータとの電磁結合、クラッチ(又はロックアップ機構
付きトルクコンバータ)を順次通じて変速機に連結され
る。更に本構成では、ワンウエイクラッチにより両ロー
タは第一のロータから第二のロータにトルク伝達可能に
連結される。
に介在させる回転電機の機能性向上を小型軽量で簡素な
構造で実現することができる。なお、第一のロータと固
定子との間の電磁結合と、第一のロータと第二のロータ
との間の電磁結合とは、後述する短絡相巻線を用いて電
気的に直列接続回路として相互に電磁的関係をもつよう
に構成できる他、これら両電磁結合を互いに独立して設
けることも可能である。たとえば後者の一例としては、
第一のロータの固定子側に永久磁石を設け、この永久磁
石と固定子の多相巻線とで同期機を構成し、第一のロー
タの第二のロータ側に多相巻線を設け、この多相巻線と
第二のロータの永久磁石とで同期機を構成することがで
きる。なお、第一のロータの上記第二のロータ側の多相
巻線はスリップリングにより外部と電力授受できる。そ
の他、第一のロータの多相巻線を構成する各相巻線を固
定子側のコイル導体と第二のロータ側のコイル導体とを
直列接続し、それらにスリップリングを通じて外部と電
力授受可能に結合してもよい。
更に詳しく説明する。 (1)固定子と第一のロータとの間の電磁結合を通じて
固定子に給電して第一のロータを駆動することによりエ
ンジンを始動させることができる。なお、この時、ワン
ウエイクラッチが接続状態(車両が停止状態)であれば
第二のロータとの間のクラッチを解離して固定子により
変速機を駆動するのを回避でき、ワンウエイクラッチが
解離(エンジンストップ)し、車両が低速走行状態であ
れば、上記クラッチの解離なしにエンジンを始動するこ
とができる。
シャフトに機械的に連結されているので、エンジンの爆
発燃焼に伴うクランクシャフトに生じるトルク変動を固
定子と第一ロータとの間の発電・電動制御動作によって
吸収し、低減することができる。このため、アイドル回
転数を低減することができ、車両の静粛性の向上と燃費
向上を実現できる。同様に、燃費向上のために減筒運転
を行う場合でも、増大する振動低減のために上記と同じ
く固定子と第一ロータとの間の発電・電動制御動作によ
ってエンジンのトルク変動を吸収し、低減することがで
きる。
り第一のロータをトルクアシストする事ができる。この
トルクアシストは、固定子から第一のロータ、ワンウエ
イクラッチを順次通じて第二のロータに伝達され、変速
機を通じて車輪に伝達される。 (4)固定子と第一のロータとの間の電磁結合を通じて
エンジン動力により固定子を発電動作させ、バッテリや
車両負荷に給電することができる。
ータとの間で第一ロータ側から駆動する場合はトルクを
伝達し、第二ロータ側から駆動する場合はトルクを伝達
しないワンウエイクラッチにより第一のロータに接続さ
れ、更に変速機に他のクラッチ又はロックアップ機構付
きのトルクコンバータを介して接続される構成を有する
ので以下の作用効果を奏することができる。
速機駆動時にはワンウエイクラッチを通じて変速機に電
気的なロスなく機械的に伝達される。 (6)車両減速の場合、坂道降下の場合、エンジンの回
転がアクセルOFFによってアイドル回転状態にもどる
場合や、エンジンをOFFする等によって第一ロータの
回転が低下乃至停止する場合において、第二ロータは車
軸から変速機、クラッチ(又はこのような場合にロック
アップを行うロックアップ機構付きトルクコンバータ)
を介して駆動されるので、第二のロータから第一ロータ
を通じて固定子に発電動作させ、車軸の制動を促進する
とともに電力回生動作を行うことができる。
ータを採用する場合について更に説明すると、従来のロ
ックアップ機構付きトルクコンバータではロックアップ
機構のオン(ロックアップ)及びオフ(ロックアップオ
フ)は、車速やアクセルペダルやブレーキペダルの操作
により自動的に制御される。従来の通常の制御では、あ
る車速以上の定速走行時にロックアップを行ってエンジ
ン動力をダイレクトに車輪へ伝達して燃費低減を図った
り、減速時及び降坂時にロックアップを行って車両の運
動エネルギーをエンジンのフリクションロスで消費して
制動性能を向上させている。
の操作により制動を検出した場合に、上記と同様にロッ
クアップ機構付きトルクコンバータのロックアップを行
い、これにより車両の走行エネルギーをモータの第二ロ
ータに伝達する。そして第二ロータから第一ロータを介
して固定子に電力回生を行う。この時、エンジンはワン
ウエイクラッチにより分離されているので、車両動力は
エンジンの回転数上昇による摩擦損失で無駄に消費され
ることなく、電力として有効に回生できるわけである。
当然、エンジン始動時にはロックアップは解除されるこ
とが好ましい。
の動力伝達装置において更に、第一のロータは、電磁鉄
心の外周側及び内周側に設けたコイル導体を直列に接続
して短絡コイルを作製し、これを相巻線(短絡相巻線と
呼ぶ)とする。この短絡相巻線を多数(3個以上)周方
向へ所定の電気角ピッチだけずれて電磁鉄心に巻装す
る。
子と第一の電磁作用をもち、第二のロータの永久界磁磁
石と第二の電磁作用をもち、等価回路的には、これら二
つの電磁作用によりこの短絡相巻線に電圧が直列に生じ
る複合モータとして機能するので、請求項1記載の構成
における上記種々の機能を簡素な構成で実現することが
できる。
のロータとの電磁エネルギー授受に加えて第二のロータ
の動力を第一のロータの上記短絡相巻線を通じて固定子
の多相巻線に電力として回収することができる。更に、
回転する第一のロータに外部からスリップリングなどで
給電する必要がなく、構成が簡素で保守性に優れる。
の動力伝達装置において更に、短絡相巻線を、固定子巻
線の略磁極ピッチに相当するスロットピッチで、周方向
略同位置の内周側のスロット及び外周側スロットに周方
向断面形状及び軸方向断面形状が略コ字状となるように
巻装するので、第一のロータの構造及び製造を簡素化す
ることができる。特に、短絡相巻線はあらかじめ作製し
たものをコ字状に折り曲げ整形した後、内周側スロット
及び外周側スロットコイルに挿入できるので、巻装作業
を簡素化することができる。
の動力伝達装置において更に、短絡相巻線は、固定子巻
線の略磁極ピッチに相当するスロットピッチで、周方向
略同位置の内周側のスロット及び外周側スロットに軸方
向断面形状がロ字状となるように、かつ、固定子巻線の
略磁極ピッチごとに反対の巻きになるように巻装される
ので、請求項3と同一の作用効果を発揮する。
ダル状(断面ロの字状)に巻装するのでコイル1ターン
の長さに占める無効長は電磁鉄心の両側面部を通過する
長さとなり、磁極ピッチ長さでコイルエンドのできる請
求項3の構成に比較して巻線長を格段に短縮でき、巻線
銅量の低減、及び、誘導機動作における効率上昇を実現
することができる。
の動力伝達装置において更に、短絡相巻線は、固定子巻
線の略磁極ピッチに相当するスロットピッチで、周方向
略同位置の内周側のスロット及び外周側スロットにて電
流方向が反対となるように波巻きで巻装されるので、請
求項3と同一の作用効果を発揮する。更に、波巻に巻装
するので機械巻がやりやすく自動巻装が用意となる。
5のいずれかに記載の動力伝達装置において更に、固定
子巻線及び第一のロータの多相巻線は、それぞれ三相巻
線からなる。このようにすれば、4相以上の巻線に比べ
生産性が良く、また二相巻線に比べ回転磁界がバランス
良く形成でき、進相用大容量コンデンサー等の部品も不
要となる。
の回転電機において更に、第一のロータの多相巻線は、
互いに電気角π/3もしくはπ/6異なる配置で巻装さ
れる第一及び第二の三相巻線からなるので、この二つの
三相巻線の電流による起磁力分布がより正弦波に近くな
るため、トルク変動を低減して静粛化を実現することが
できる。
の動力伝達装置において更に、第一のロータの多相巻線
は、軸方向断面形状がロ字状となるように第一のロータ
外周側のスロット及び内周側のスロットに直列に巻装さ
れるごとくダイキャスト形成された多数の短絡相巻線か
らなるので、製造が格段に簡素となる。請求項9記載の
構成によれば請求項8記載の動力伝達装置において更
に、第一のロータの一方の端面に設けられて各短絡相巻
線を連接する連接部材を有する。このようにすれば、短
絡相巻線の電気抵抗を低減し、また短絡相巻線の冷却性
も向上する。
載の動力伝達装置において、第一のロータの多相巻線
は、軸方向断面形状がコ字状となるように第一のロータ
外周側のスロット及び内周側のスロットに直列に巻装さ
れ、両端が一対の均圧リングに接続されるダイキャスト
形成の多数の短絡相巻線からなるので、製造が格段に簡
素となる。
載の動力伝達装置において更に、ワンウエイクラッチを
第二のロータの内周側に収容する。このようにすれば、
装置の一層の小型軽量化を実現することができる。
施態様を図面を参照して以下に説明する。
及び図2を参照して説明する。 (全体構造)100はエンジン、101はエンジンの出
力軸でクランクシャフト、110はエンジン100をコ
ントロ−ルするエンジンコントロ−ラである。
1に固定子210が固定されており、固定子210の内
周側に第一ロータ(第一のロータ)220が配置され、
第一ロータ220の内周側に第二ロータ(第二のロー
タ)230が配置されている。第一ロータ220はエン
ジン100のクランクシャフト101に支承され、第二
ロータ230は第一ロータ220もしくはクランクシャ
フト101にワンウエイクラッチ240を介して支承さ
れている。
として三相巻線212を巻装してなり、第二ロータ23
0は外周面に周方向所定ピッチで極性交互に磁極を形成
する永久磁石231を有している。第一ロータ220
は、電磁鉄心221と、電磁鉄心221と電磁鉄心22
1に巻装された三相巻線からなるコイル222とを有
し、コイル222は電磁鉄心の外周面及び内周面にそれ
ぞれ軸方向に収容されている。更に説明すると、コイル
222を構成する各相巻線は、電磁鉄心の外周側スロッ
トを軸方向に貫通する外周側のコイル導体と、電磁鉄心
の内周側スロットを軸方向に貫通する内周側のコイル導
体とをが直列接続され、かつ、巻き始め端と巻き終わり
端とを接続した短絡コイル(短絡相巻線ともいう)から
なる。電磁鉄心221の径方向中央部は、固定部材22
3、支持部材224を介してエンジン100のクランク
シャフト101に機械的に連結されている。また、22
5はワンウエイクラッチ240につながるシャフトであ
る。
示すように径方向同軸配置された内、外輪241、24
2と、これら両者間に揺動(自転的回動)可能に、か
つ、互いに周方向へ所定間隔離れて介設された多数のス
プラグ243とからなる。内輪241が外輪242に対
して一方向に相対回転する場合、スプラグ243はそれ
らとの摩擦により周方向に寝る向きへ回動し、これによ
り内、外輪241、242間のトルク伝達が切断され
る。逆に、内輪241が外輪242に対して逆方向に相
対回転する場合、スプラグ243はそれらとの摩擦によ
り径方向に立つ向きへ回動し、これにより内、外輪24
1、242をトルク伝達可能に接続する。なお、各スプ
ラグ243は径方向略中央部に位置して軸方向に突出す
る図略の軸部をもち、各スプラグ243の軸部は図略の
リング状ばねにより各スプラグ243を外輪242の内
周面に付勢している。この種のスプラグ式ワンウエイク
ラッチ構造自体は周知であるので詳細な説明を省略す
る。もちろん、ワンウエイクラッチ240として他の形
式のものを用いてもよいことは当然である。ここでは、
ワンウエイクラッチ240は、第一ロータ220が第二
ロータ230を駆動する場合に結合され、逆の場合に解
離する。250は第二ロータ230と変速機300とを
接続する400は車軸、500はディファレンシャルギ
ア、600は車輪である。260は回転電機をコントロ
−ルする回転電機コントロ−ラであって、三相インバー
タ、マイコン内蔵の制御装置、センサー等より構成され
る。
する。 エンジン始動動作 停車状態からエンジン100を始動させる場合、回転電
機コントローラ260を作動させて回転電機200の固
定子210から第一ロータ220を誘導電動機として作
動させてエンジン100を駆動し、エンジンコントロー
ラ110と連動してエンジンを始動させる。この時、ク
ラッチ250は解離(開放)される。
0の挙動について以下に説明する。まず、第二ロータ2
30はワンウエイクラッチ240を通じて第一ロータ2
20より駆動される。また、第一ロータ220のコイル
222に生じた誘導電流は第二ロータ230の外周面に
固定子210の三相巻線211が形成する回転磁界と角
速度が等しい回転磁界を形成するので、第二ロータ23
0はこの回転磁界により駆動される。したがって、第二
ロータ230の回転速度は固定子210の上記回転磁界
と同期し、これに対し、第一ロータ220の回転速度は
誘導機としての滑り分だけ小さくなるので、ワンウエイ
クラッチ240が解離される場合がある。
動した後、固定子210への給電を停止すると、第二ロ
ータ230はワンウエイクラッチ240により第一ロー
タ220と一体で回転する。次に、クラッチ250を接
続すると、車両はエンジン100の駆動力により走行状
態に入る。
ンジン100が発生する以上のトルク要求をアクセルペ
ダル踏角から検出すると、固定子210は第一ロータ2
20を誘導機原理により駆動する。すなわち、固定子2
10の三相巻線211に第一ロータ220の回転速度よ
りも大きい所定の(希望のトルクを高効率に出力でき
る)周波数の三相交流電圧が印加され、これにより、第
一ロータ220が付勢され、第一ロータ220はワンウ
エイクラッチ240、第二ロータ230、クラッチ25
0を通じて変速機300を駆動する。
第二ロータ230の外周面には、固定子210の回転磁
界に等しい角速度の回転磁界が形成されるが、この回転
磁界により第二ロータ230を駆動するトルクは負荷ト
ルクより小さいのが通常であるので、第二ロータ230
は依然としてワンウエイクラッチ240を通じて機械的
に第一ロータ220により駆動され、結局、第一ロータ
220の第二ロータ230側の回転磁界と第二ロータ2
30の永久磁石231との間はいわゆる同期機の脱調の
ような状態となって常態では電磁的なトルク伝達は生じ
ない。
転を行う場合には、それによるエンジントルク変動を低
減するために、それと逆位相のトルクを上述した誘導機
原理により固定子210から第一ロータ220に加え
る。更に具体的に説明すると、固定子210の三相巻線
211に印加する三相交流電圧の大きさ及び周波数を制
御することにより、授受トルクの大きさ及び授受方向を
決定できるので、なるべく高効率となるように三相交流
電圧の大きさ及び周波数を制御することにより、クラン
クシャフトに設けたトルクセンサ(またはクランクシャ
フトの回転速度を検出する回転角度センサ)などにより
求めたエンジントルクの逆位相波形のトルクを固定子2
10から第一ロータ220に加えることができる。これ
により、エンジントルク変動を抑止することができる。
電力として固定子210を通じてバッテリーに回収する
回生運転動作は燃費向上の点で特に重要である。このた
めには、第二ロータ230の永久磁石が作る回転磁界と
交差するコイルを設置すればよい。ただし、このコイル
を第一ロータ220に設ける場合、第一ロータ220か
らスリップリングを通じて電力を取り出すこととなり、
構造の複雑化、保守性の悪化が予想される。 その他、
上述のエンジン始動、トルクアシスト、制振用のモータ
とは独立に回生発電用の発電機を設置する案も考えられ
るが、この方策は構成の複雑化及び搭載スペースの増大
を招く。
ロータ230との間をワンウエイクラッチ240で車両
駆動方向に連結、エンジン駆動方向に開放とし、更に、
第二ロータ230の永久磁石231により第一ロータ2
20のコイル222を発電させ、この発電電力を誘導機
の原理により固定子210の三相巻線211に送電する
ことにより上記欠点を解消するものである。
行状態からブレーキペダル操作によって減速走行に入る
とエンジンコントローラ110はアクセルの戻る動作に
応じて燃料の噴射をしぼり、エンジン100の回転数を
下げる動作を行なう。この時、車速がたとえば40km
/H以下と低速では、エンジン100を止めて燃費を改
善することが考えられる。このような場合、第一ロータ
220の回転数もそれに応じて低下し、場合によっては
回転を停止する。
軸400によって第二ロータ230は駆動されており、
第一ロータ220との間で回転差を生じ、第二ロータ2
30の永久磁石の起磁力によって第一ロータ220を介
して固定子210に三相交流電力を取り出すことができ
る。なお、第一ロータ220の回転速度に無関係に、第
一ロータ220のコイル222により固定子210の三
相巻線211に加えられる回転磁界の角速度は第二ロー
タ230の永久磁石231のそれに等しい。
から第一ロータ220に伝達されるエネルギーの一部
は、第一ロータ220を回転させるトルクとなり、残り
のエネルギーのうち、抵抗損失を除く分が固定子210
の三相巻線211に回収される。なお、第一ロータ22
0を回転させたトルクは固定子210に電力として回収
される場合にブレーキトルクとして作用するため、第一
ロータ220内でキャンセルされ、第一ロータ220は
回転しない。ただし、第一ロータ220内での損失は駆
動トルクを生じる。
チ240が解離されており、第二ロータ230は機械的
に第一ロータ220やそれにつながるエンジン100を
駆動しないので、それに伴うロスがないことである。な
お、減速途中でドライバーが加速のアクセル操作をする
時にはエンジンが点火出力中は、第一ロータ220によ
る上述の加速アシストによりすみやかに加速が可能であ
る。又、車速が40Km/h以下でエンジンの回転を止
めた時は図示しない車速センサーの信号と回転センサー
からのエンジンの停止信号とアクセルペダルの加速信号
等により固定子210から第一ロータ220を駆動し、
エンジン100を再度始動させ、その後、第二ロータ2
30の回転数迄エンジン回転を上げて以後通常の駆動に
入ることができる。
の回転電機200の構造及びその変形態様例を図2〜図
12を参照して以下に説明する。図2は図1における第
一回転電機のAーA線に沿う断面の半断面図を示す。図
2において、回転電機200は、ハウジング201の周
壁内周面に第一の固定子210が嵌入されており、三相
巻線211が、第一の固定子210の電磁鉄心212の
スロット213に12極全節巻きで巻装されている。2
14は電磁鉄心212のティースである。
在に設けられた第一のロータ220の電磁鉄心である。
電磁鉄心221は、外周側ティース2211、内周側テ
ィース2211’、外周側スロット2212、内周側ス
ロット2212’を有し、外周側スロット2212と内
周側スロット2212’との間に両者を分離するコアバ
ック2213を有している。この実施例では、外周側ス
ロット2212、内周側スロット2212’はそれぞれ
周方向同位置、かつ周方向等ピッチに、固定子210の
電磁鉄心212のスロット213と同数設けられてい
る。
側スロット2212’に巻装された12極全節巻きの三
相巻線であって、各相巻線は、外周側スロット2212
に嵌挿された外周側導体、及び、内周側スロット221
2’に嵌挿された内周側導体を直列接続し、巻き始め端
と巻き終わり端とを接続した短絡相巻線となっており、
以下、誘導巻線とも称する。
貫通孔には棒状の固定部材223が嵌挿され、固定部材
223の一端部は図1に示すディスク状の支持部材22
4を介してクランクシャフト101に連結されている。
232は、第一ロータ220の内周側に設けられた第二
のロータ230の電磁鉄心232であり、電磁鉄心23
2の外周部には、12個の永久磁石231が、外周側端
面が磁極面をなすように周方向へ極性交互に一定ピッチ
で内装されている。また、電磁鉄心232はワンウエイ
クラッチ240の外輪241に嵌着、固定されるととも
に、図1に示すようにクラッチ250に接続されてい
る。
は、第一ロータ220のシャフト225に嵌着、固定さ
れるとともに、エンジン100のクランクシャフト10
1に連結されている。なお、第一のロータ220及び第
二のロータ230は図示しない球軸受で支承されてい
る。 (誘導巻線222の巻装方法の説明)第一のロータ22
0の誘導巻線222の巻装方式を図3を参照して説明す
る。図3は、電磁鉄心221を直線状に展開し、電磁鉄
心221へ巻装する三相巻線(誘導巻線)222の一相
分(U相)を図示したものである。
はスロット2212’を紙面に垂直方向に通って紙面の
裏側即ち電磁鉄心221の反対側でコアバック2213
の側面に沿って径外側へ上ってスロット2212に入
り、電磁鉄心221を積層方向に通って紙面側にでて次
に周方向に3スロットピッチ離れたスロット2212を
通って紙面の裏側即ち電磁鉄心の反対側に出てコアバッ
ク2213の側面に沿って径内側へ下ってスロット22
12’に入り紙面のこちら側に出て、次に周方向に3ス
ロットピッチもどって最初のスロット2212’を再び
紙面の裏側へ通る巻き方で巻数回巻かれて一磁極分の相
巻線が形成され、次の同極のスロット位置のスロットで
ある6番目のスロット2212’を通って同様の巻き方
を巻数回繰り返して次の磁極分の相巻線が形成され、こ
れを極対数回くりかえして一相分の相巻線が形成され
る。
に巻装すると径方向同位置のスロット2212、221
2’を通る断面が「コ」字状、スロット2212で周方
向に切断した断面が「コ」字状、スロット2212’で
周方向に切断した断面が「コ」字状となり、全体として
鞍状となる。各磁極分の相巻線を直列接続してなるU相
の相巻線の巻き始め端と巻き終わり端とを接続して本発
明でいう短絡相巻線を形成する。
鉄心221に巻装され、各相巻線の巻始め端と巻終り端
とを接続して、第一ロータ220の誘導巻線222が構
成される。なお、説明の上では電磁鉄心221に直接巻
装するときの巻き方を説明したが図7のように別の巻枠
にコイルを巻き、コイルのみをXーX線、YーY線で折
り曲げて図8の様に整形した後、電磁鉄心221に巻装
しても良い。
1’側に配置された磁極215、215’は固定子21
0によって作られた回転磁極の瞬時磁極を表わし、23
4、234’は第二ロータ230の磁石231によって
作られた磁極を表している。N、N’はN極、S、S’
はS極を表わす。又、矢印付きの一点鎖線はこれら磁極
によって作られた磁束が電磁鉄心221内を流れて誘導
巻線222と鎖交する様子を表わしている。即ち、固定
子210が作る回転磁界によって誘導巻線222には誘
導電流が発生し、この誘導電流と回転磁界との間でトル
クを発生し、第一ロータ220が駆動される。一方、第
二ロータ230はワンウエイクラッチ240により第一
ロータ220と共回りするので、第二ロータ230の磁
石による磁極は誘導巻線222を切断せず、このため誘
導巻線222には誘導電流が生じない。即ち、前述の構
成により回転電機コントローラ260からの指令によ
り、固定子210から第一ロータ220を駆動してエン
ジン100を始動させたり、エンジン100をトルクア
シストする事ができる。又、エンジン100の作動中、
エンジン100の回転数即ち第一ロータ220の回転数
に対して固定子210の回転磁界の周波数を制御する事
により、エンジン100の出力を電力として固定子21
0から取り出すことができる。
00の回転数が下がると、第一ロータ220の回転数も
下がるのでワンウエイクラッチ240の動作によって第
二ロータ230はフリーとなる。その結果、第二ロータ
230の永久磁石によって第一ロータ220の誘導巻線
222に誘導電流が生じ、この誘導電流が誘導機の原理
により固定子210の三相巻線211に誘導電流を誘導
し、結局、第二ロータ230の回転エネルギーを固定子
210に回生することができる。 (変形例1)他の変形例を図4を参照して説明する。
巻線222の他の巻装方式を示すものであって、図4は
図3と同様に三相巻線の電磁鉄心221へ巻装する三相
巻線(誘導巻線)222の一相分(U相)を図示してい
る。図4においてU層の巻線の巻始めはスロット221
2’を紙面に垂直方向即ち電磁鉄心221を積層方向に
通って裏側に出てコアバック2213の側面を上ってス
ロット2212入り、再度、電磁鉄心221を積層方向
に通って紙面側にもどり、又、スロット2212’を通
って同一の巻き方を巻数回繰り返した後、スロット22
12を出た巻線は3スロットピッチ周方向に離れたスロ
ット2212を通って電磁鉄心221を積層方向に通っ
て紙面の裏側に出て、電磁鉄心のコアバック2213の
側面を下ってスロット2212’に入り電磁鉄心を積層
方向に通って紙面のこちら側に出て、再度、スロット2
212に入ることをを巻数回行った後、再び3スロット
ピッチ周方向に離れたスロット2212’を通って最初
の巻き方を繰り返して一相分(U相)の相巻線を形成す
る。
各相巻線の巻始め端、巻終り端を接続して3相の短絡相
巻線からなる第一ロータ220の誘導巻線222が完成
する。本巻線方法では、周方向同位置のスロット221
2、2212’を通る断面で見たとき巻線が「ロ」の字
状形状となる。本巻線方法は電磁鉄心221に巻装され
るコイル1ターン当りの長さが短かくでき、漏れ磁束を
生じるコイルエンド部を短縮することができるので、第
一ロータ220の小型化及び効率、出力向上を図ること
ができる。
磁鉄心221内は図3と同じ磁束の流れとなるので、動
作は図3に示す実施例と同じになる。(変形例2) 他の変形例を図5を参照して説明する。図5は図3と同
様に誘導巻線222の一相分(U相)を図示したもので
ある。図5において、U相の巻始め端は外周側スロット
2212を紙面垂直方向即ち、電磁鉄心221を積層方
向に通って紙面裏側に出て3スロットピッチ周方向に離
れたスロット2212から電磁鉄心を積層方向に通って
紙面こちら側スロット212にでて、再び3スロットピ
ッチ周方向に離れたスロット2212を通って紙面裏側
に出る。このような巻き方の繰り返しを磁極数回×巻数
回行なって外周側の相巻線を形成する。次に、同様の巻
き方を電磁鉄心221の内周側スロット2212’につ
いて行なって内周側の相巻線を形成する。上記内周側の
相巻線の巻始め端は上記外周側の相巻線の巻始め端のス
ロット2212と対向するスロット212’から巻始め
る。このようにしてU相の外周側の相巻線(波巻き)及
び内周側の相巻線(波巻き)を形成する。次に、上記外
周側の相巻線と上記内周側の相巻線とを、周方向で対向
するスロット内の部分の電流方向が互いに反対方向とな
るように接続し、残りの巻線端を短絡して短絡コイルを
形成するように接続し、U相の相巻線の形成が完了す
る。
いても行う。なお、この態様では、各相巻線を一ターン
毎に波巻で巻装したが、図10のように大きな円弧で巻
数回巻いた一つのコイルを図9のように磁極ピッチで凹
凸に成形後、電磁鉄心221に装着しても良い。本巻線
方法により径方向に背向する内周側スロット及び外周側
スロットに収容される同一相巻線の一対のコイル導体に
は互いに逆方向の電流が流れるので、図3、図4に示し
た巻線と同様の動作をおこなうことができる。 (変形例3)他の変形例を図6を参照して説明する。
分(U相)を図示したものである。図6において、電磁
鉄心221は、そのコアバック2213の径方向両側に
固定子210のスロット数及びティース数の倍数のスロ
ット22121、22122、22121’、2212
2’とティース22111、22112、2211
1’、22112’を有しており、U相巻線はπ/6
(π/3でもよい)ずれた位相差を持つ2つの部分巻線U
1 、U2 からなる。
スロットを起点にして図3に示す断面コの字状巻線が巻
かれている。磁極ピッチは本例ではスロットピッチで6
スロットピッチに相当する。同様に、V相(V1 、V2
)、W相(W1 、W2 )の相巻線も互いに2/3πの
位相差をもって巻装され、各相の相巻線の巻始め端と巻
終り端とはそれぞれ接続されて三相の短絡相巻線が形成
され、これらにより誘導巻線222が形成されている。
ての良い。本巻線の作用効果は各相に流れる誘導電流を
形成する起磁力が、よりサインカーブに近づくため第一
ロータ220と第二ロータ230との電磁結合のトルク
リップルを低減する事ができるので、電磁音を低減でき
る。以上の各態様では、第一のロータ220の誘導巻線
222の巻き方を第一の固定子の巻線212に対応して
全節巻きを事例として説明したが、短節巻きでもよく、
毎極毎相の溝数を図6のように複数にしてもよい。すな
わち、第一ロータ220の内周面側のコイル導体と外周
面側のコイル導体とが直列接続関係となり、かつ全体と
して短絡閉コイルを構成できればよい。又、固定子21
0の三相巻線211も三相全節巻きに限定されるもので
なく、よりサインカーブ状の起磁力を発生させるため
に、毎極毎相の溝数を複数にして短節巻きにしても良
い。又、他の多相巻線とすることもでき、それに対応し
た第一ロータ220の巻装も可能である。
線211は、4極362スロット78%短節重ね巻きで
分布巻きの三相巻線であり、U相一相について示すがV
相、W相もそれぞれ2π/3の位相差を与えるスロット
の位置に同様の巻き方で巻装して三相巻線を形成してい
る。これに対応する第一ロータ220の誘導巻線222
は、図8に示すようにコの字状に形成して電機子鉄線の
内外二つの巻線巻装面に嵌着すれば良い。その後、相巻
線の巻始め端と巻終り端とを接続して短絡相巻線とする
のは上記各態様と同一である。
なす巻線であるので、第二ロータ230の磁極数は4極
となる。また上記説明では、各相巻線ごとにその巻き始
め端と巻き終わり端とを短絡する短絡相巻線としたが、
三相Y結線として残る三端子を短絡してもよい。 (変形例4)他の変形例を図12を参照して説明する。
ストで作製した態様を示す。第一ロータ220の電機子
心221には、いままでの各実施例と同じく周方向同位
置に外周側スロット2212及び内周側スロット221
2’が設けられ、径方向に隣接する外周側スロット22
12及び内周側スロット2212’を直列に貫通するよ
うに(軸方向断面がロの字状となるように)アルミニュ
ームダイキャスティングで誘導巻線222を形成しても
良い。
線作業を簡素化できるとともに、第一ロータ220の熱
的信頼性、耐遠心性を向上することができる。この場
合、第一ロータ220の電磁鉄心221の外周側スロッ
ト2212及び内周側スロット2212’の数は固定子
のスロット数と同じにする必要がないことはもちろんで
ある。 (変形例5)他の変形例を図13を参照して説明する。
ストで作製した態様を示す。このアルミダイキャスト誘
導巻線222は、外周側スロット2212に収容される
外周側導体222a、外周側導体222aの図13中、
右端から径内側へ延在するコイルエンド部222b、コ
イルエンド部222bの径内端から内周側スロット22
12’を貫通する内周側導体222c、周方向に延在し
て周方向に隣接する内周側導体222cの左端を接続す
るコイルエンド部222d、周方向に延在して周方向に
隣接する外周側導体222aの左端を接続するコイルエ
ンド部222eからなる。
ダイキャスト誘導巻線222を構成することができる。
なお、コイルエンド部222dをリング状に形成してす
べての内周側導体222cの左端を短絡し、コイルエン
ド部222eをリング状に形成してすべての外周側導体
222aの左端を短絡することも可能である。 (変形例6)他の変形例を図14を参照して説明する。
イルエンド部222dとコイルエンド部222eとを一
枚の円盤部(又は輪板部)222fに変更したものであ
る。このようにしても、図12と同様のアルミダイキャ
スト誘導巻線222を構成することができ、更に、この
円盤部(又は輪板部)222fの軸方向外側の端面にア
ルミダイキャストにより同時に遠心冷却ファンの翼部2
22gを形成することにより、冷却性を向上することが
できる。すなわち、この円盤部(又は輪板部)222f
はこの遠心冷却ファン222gのディスク部を兼ねるこ
とができる。
て、右側のコイルエンド部222bは径方向に隣接する
一対の外周側導体222a及び内周側導体222cを接
続するものであって、周方向に隣接する他の外周側導体
222a同士、内周側導体222同士はこの部分では接
続されない。 (変形例7)本発明の動力伝達装置の変形例を図15を
参照して以下に説明します。
例の動力伝達装置において、クラッチ250をロックア
ップ機構付きトルクコンバータ251に変更したもので
ある。このロックアップ機構付きトルクコンバータ25
1は、従来のものとまったく同じ制御で制御される。
ルクコンバータ251におけるロックアップ機構の基本
的な動作は、ある車速以上の定速走行状態を検出した場
合にロックアップを行ってエンジン動力をダイレクトに
駆動軸に伝達してトルクコンバータにおける損失を回避
する動作(いわゆる定速走行モードロックアップ)と、
減速状態及び降坂状態を検出した場合にロックアップを
行って車両の運動エネルギーをエンジンのフリクション
ロスで消費して制動性能を向上させる(又は機械的制動
機構の減耗を低減する)動作(いわゆる制動降坂モード
ロックアップ)との二つである。
コンバータ251も上記従来の動作と同じ動作を行い、
これにより定速走行時の燃費低減と減速、降坂時の制動
性能向上(又は機械的制動機構の減耗低減)を実現す
る。更にこの実施例では上記減速、降坂時のロックアッ
プ状態にて、既に説明した回生制動により車両の走行エ
ネルギーを固定子に電力として回収する。
以上操作されたことを検出した場合には制動と判定して
ロックアップ機構付きトルクコンバータ251のロック
アップを行い、これにより車両の走行エネルギーをモー
タの第二ロータ230に伝達する。次に、第二ロータ2
30から第一ロータ220を介して固定子210に電力
回生制御を行う。これにより、ロックアップ機構付きト
ルクコンバータ251を有する車両においても制動エネ
ルギーを電力として回生できる。エンジン始動時などで
はロックアップは解除されるなど通常のロックアップ機
構付きトルクコンバータを有するエンジン搭載車におけ
るロックアップ制御と同じ制御をこのロックアップ機構
付きトルクコンバータ251に実施させればよい。これ
により、一層の燃費低減を図ることができる。なお、上
述した定速走行状態の検出によるロックアップ制御自体
は本発明の要旨ではないので説明を省略する。また、減
速状態及び降坂状態の検出自体はブレーキペダルの踏み
量など検出されるが、この種の減速状態及び降坂状態の
検出自体は従来のロックアップ機構付きトルクコンバー
タの場合と同じであり、かつ、周知事項であるので更な
る説明は省略する。
気自動車の車両用動力伝達装置の一実施例を示す全体構
成図である。
ある。
造と誘導巻線とを示す模式巻線図である。
造への誘導巻線変形巻装例を示す模式巻線図である。
造への誘導巻線変形巻装例を示す模式巻線図である。
造への誘導巻線変形巻装例を示す模式巻線図である。
る説明図である。
る説明図である。
る説明図である。
する説明図である。
びそれに対応する第一ロータの誘導巻線の巻線方法を説
明する巻線図である。
のダイキャスト法による作製の一例を示す軸方向部分断
面図である。
線のダイキャスト法による作製の他例を示す軸方向部分
断面図である。
線のダイキャスト法による作製の他例を示す軸方向部分
断面図である。
電気自動車の車両用動力伝達装置の変形態様を示す全体
構成図である。
る。
る。
る。
Claims (11)
- 【請求項1】多相の固定子巻線を有してハウジングに固
定された固定子、前記固定子の内周側に回転自在に収容
された第一のロータ、及び、永久磁石を有して前記第一
のロータの内周側に収容された第二のロータを有し、前
記第一のロータは、前記固定子及び前記第二ロータとエ
ネルギー授受可能に電磁結合するとともにエンジンのク
ランクシャフトに連結される回転電機と、 前記第二ロータにクラッチ又はロックアップ機構付きト
ルクコンバータを介して連結される変速機と、 前記第一ロータと前記第二ロータとの間に介設されて前
記第一ロータから前記第二ロータへトルクを伝達するワ
ンウエイクラッチと、 を備えることを特徴とする動力伝達装置。 - 【請求項2】請求項1記載の動力伝達装置において、 前記第一のロータは、 前記固定子に対面する外周面及び前記第二ロータに対面
する内周面にそれぞれ周方向所定ピッチで交互に設けら
れたスロット及びティース、並びに、外周側の前記スロ
ットと内周側の前記スロットとの間に前記両スロットを
分離するコアバックを有する電磁鉄心と、 前記外周側のスロット及び内周側のスロットを直列に貫
通するとともに巻始め端と巻終り端との接続によりそれ
ぞれ短絡されてなり、互いに周方向へ所定の電気角ピッ
チだけずれて前記電磁鉄心に巻装される多数の短絡相巻
線からなる多相巻線と、 を備えることを特徴とする動力伝達装置。 - 【請求項3】請求項2記載の動力伝達装置において、 前記第一のロータの前記内周側のスロット及び外周側ス
ロットは、前記コアバックを挟んで周方向略同位置に同
数設けられ、 各前記短絡相巻線は、前記固定子巻線の略磁極ピッチに
相当するスロットピッチで、周方向略同位置の前記内周
側のスロット及び外周側スロットに周方向断面形状及び
軸方向断面形状が略コ字状となるように巻装されること
を特徴とする動力伝達装置。 - 【請求項4】請求項2記載の動力伝達装置において、 前記第一のロータの前記内周側のスロット及び外周側ス
ロットは、前記コアバックを挟んで周方向略同位置に同
数設けられ、 各前記短絡相巻線は、前記固定子巻線の略磁極ピッチに
相当するスロットピッチで、周方向略同位置の前記内周
側のスロット及び外周側スロットに軸方向断面形状がロ
字状となるように巻装され、かつ、前記固定子巻線の略
磁極ピッチごとに反対の巻き方向を有することを特徴と
する動力伝達装置。 - 【請求項5】請求項2記載の動力伝達装置において、 前記内周側のスロット及び外周側のスロットは、前記コ
アバックを挟んで周方向略同位置に同数設けられ、 各前記短絡相巻線は、前記固定子巻線の略磁極ピッチに
相当するスロットピッチで、周方向略同位置の前記内周
側のスロット及び外周側スロットにて電流方向が反対と
なるように波巻きで巻装されることを特徴とする動力伝
達装置。 - 【請求項6】請求項2乃至5のいずれかに記載の動力伝
達装置において、 前記固定子巻線及び前記第一のロータの前記多相巻線
は、それぞれ三相巻線を含むことを特徴とする動力伝達
装置。 - 【請求項7】請求項6記載の回転電機において、 前記第一のロータの内周側のスロット及び外周側のスロ
ットはそれぞれ、前記固定子のスロットの2倍設けら
れ、 前記第一のロータの前記多相巻線は、互いに電気角2π
/3だけ離れて設けられた3つの前記短絡相巻線をそれ
ぞれ有して前記内周側のスロット及び外周側のスロット
に互いに電気角π/3もしくはπ/6離れて巻装される
第一及び第二の前記三相巻線からなることを特徴とする
動力伝達装置。 - 【請求項8】請求項1記載の動力伝達装置において、 前記第一のロータは、 前記固定子に対面する外周面及び前記第二ロータに対面
する内周面にそれぞれ周方向所定ピッチで交互に設けら
れたスロット及びティース、並びに、外周側の前記スロ
ットと内周側の前記スロットとの間に前記両スロットを
分離するコアバックを有する電磁鉄心と、 周方向略同位置の前記内周側のスロット及び外周側スロ
ットからなるスロット対に軸方向断面形状がロ字状とな
るように各前記スロット対ごとにダイキャスト形成され
た多数の短絡相巻線からなる多相巻線と、 を備えることを特徴とする動力伝達装置。 - 【請求項9】請求項8記載の動力伝達装置において、 前記第一のロータの一方の端面に設けられて各前記短絡
相巻線を連接する連接部材を有することを特徴とする動
力伝達装置。 - 【請求項10】請求項1記載の動力伝達装置において、 前記第一のロータは、 前記固定子に対面する外周面及び前記第二ロータに対面
する内周面にそれぞれ周方向所定ピッチで交互に設けら
れたスロット及びティース、並びに、外周側の前記スロ
ットと内周側の前記スロットとの間に前記両スロットを
分離するコアバックを有する電磁鉄心と、 周方向略同位置の前記内周側のスロット及び外周側スロ
ットからなるスロット対に軸方向断面形状がコ字状とな
るように各前記スロット対ごとにダイキャスト形成さ
れ、両端がそれぞれ互いに異なる均圧リングに接続され
た多数の短絡相巻線からなる多相巻線と、 を備えることを特徴とする動力伝達装置。 - 【請求項11】請求項1記載の動力伝達装置において、 前記ワンウエイクラッチは、前記第二のロータの内周側
に収容されることを特徴とする動力伝達装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05931699A JP3758122B2 (ja) | 1999-03-05 | 1999-03-05 | 動力伝達装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05931699A JP3758122B2 (ja) | 1999-03-05 | 1999-03-05 | 動力伝達装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000261906A true JP2000261906A (ja) | 2000-09-22 |
| JP3758122B2 JP3758122B2 (ja) | 2006-03-22 |
Family
ID=13109845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05931699A Expired - Fee Related JP3758122B2 (ja) | 1999-03-05 | 1999-03-05 | 動力伝達装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3758122B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005028234A1 (ja) * | 2003-08-18 | 2005-03-31 | Honda Motor Co., Ltd. | ハイブリッド車両 |
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| CN113872407A (zh) * | 2021-10-19 | 2021-12-31 | 张乃伟 | 一种多功能电磁变矩器及其构成的混动系统 |
-
1999
- 1999-03-05 JP JP05931699A patent/JP3758122B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3758122B2 (ja) | 2006-03-22 |
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