JP2024164732A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】周方向に隣接する永久磁石間における磁束のリークを抑制可能なモータを提供する。
【解決手段】モータ２は、円筒状のステータ１７と、ステータ１７内にステータ１７の中心軸と同軸で回転可能に設けられた円筒状のロータ１９と、を有し、ロータ１９の回転により車両１の前輪ＦＷを駆動するのに用いられる。ロータ１９は、カゴ部３１と、カゴ部３１の内周側に設けられた永久磁石部２８と、を有し、永久磁石部２８は、複数の永久磁石２９が周方向に沿って並設され、カゴ部３１は、板状をなすとともに径方向に延びる複数の第１の二次導体３２ａを備え、複数の第１の二次導体３２ａは、それぞれの内周部分において永久磁石２９を周方向両側から挟持するように構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、モータに関し、特に、車両の駆動輪を駆動するのに用いられるモータに関するものである。

従来より、モータを種々の機械の駆動に用いることが知られている。例えば、特許文献１では、紡績機駆動用モータが開示されている。該紡績機駆動用モータは、ステータと、ステータの内周側に配設されたロータと、ロータに設けられたカゴ部と、ロータにおけるカゴ部の内周側に設けられた永久磁石部と、を備えており、糸を巻き取るボビンを保持するスピンドルを駆動するのに用いられるようになっている。

特開２０００－１７８８４０号公報

ところで、電気自動車等に搭載される車両駆動用モータには、永久磁石モータが採用される場合が多い。永久磁石モータは、モータの低回転域において瞬時に最大のモータトルクを生成できるため、停車状態からの車両発進性を確保できる利点がある。しかし、永久磁石モータは、モータの高回転域においては逆起電力が大きくなるので、例えば、高速走行時等にモータトルクが不足する場合がある。そのため、モータの低回転域から高回転域に亘って車両駆動に必要なモータトルクを生成可能な車両用駆動モータが求められている。

そこで、低回転域において最大モータトルクを生成可能な永久磁石部と、高回転域において逆起電力の影響を受けないカゴ部と、を有するロータを備えた特許文献１の如き紡績機駆動用モータを車両駆動用モータとして用いることが考えられる。

しかし、特許文献１の如きモータでは、永久磁石部がカゴ部の内周側に配設される関係上、一般的な永久磁石モータに比べて永久磁石部の位置がロータの内周側に配設されるので、永久磁石部とステータとが径方向に離れて配置されるようになる。ここで、永久磁石部は、複数の永久磁石が周方向に並設されているので、永久磁石とステータとが径方向に離れてしまうと、永久磁石から径方向外側に向けて出た磁束の少なくとも一部がステータではなく、周方向に隣接する他の永久磁石に向かってリークしてしまう場合がある。この場合、リークした磁束はロータを回転させる力に変換されなくなるので、車両駆動に必要なモータトルクを生成することが困難になるおそれがある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、周方向に隣接する永久磁石間における磁束のリークを抑制可能なモータを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、円筒状のステータと、当該ステータ内に当該ステータの中心軸と同軸で回転可能に設けられた円筒状のロータと、を有し、当該ロータの回転により車両の駆動輪を駆動するモータを対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明では、前記ロータは、カゴ部と、当該カゴ部の内周側に設けられた永久磁石部と、を有し、前記永久磁石部は、複数の永久磁石が周方向に沿って並設され、前記カゴ部は、板状をなすとともに径方向に延びる複数の二次導体を備え、前記複数の二次導体は、それぞれの内周部分において前記永久磁石を周方向両側から挟持するように構成されていることを特徴とする。

第２の発明では、第１の発明において、前記複数の二次導体の外周端は、前記ロータの外周端部を構成していることを特徴とする。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、前記複数の二次導体の内周端は、前記複数の永久磁石の内周端よりも内周側に位置していることを特徴とする。

第４の発明では、第１又は第２の発明において、前記カゴ部は、複数の他の二次導体を更に備え、前記複数の他の二次導体は、前記複数の永久磁石に対応する周方向位置の外周側において周方向に沿って並設され、前記複数の他の二次導体の内周端は、前記複数の二次導体の内周端よりも外周側に位置していることを特徴とする。

第５の発明では、第１又は第２の発明において、前記ロータは、外周ロータ部と内周ロータ部とに分割して設けられ、前記複数の永久磁石は、前記外周ロータ部と前記内周ロータ部との径方向間に設けられた収容部に収容されており、前記収容部には、前記外周ロータ部、前記内周ロータ部及び前記複数の永久磁石を相互に結合するための樹脂材が充填されていることを特徴とする。

第１の発明では、各永久磁石から径方向外側に向けて出た磁束が各二次導体によってロータの外周側に案内され、ステータに向かうようになる。これにより、上記磁束が隣接する他の永久磁石にリークするのを抑制することができる。また、カゴ部の二次導体を利用して上記リークを抑制しているので、該磁束のリークを抑制するための部材を別途備える必要が無くなる。これにより、モータの低コスト化を図ることができる。

第２の発明では、複数の二次導体が複数の永久磁石の近傍からロータの外周端部まで径方向に延在するようになる。これにより、例えば、各二次導体の外周端がロータにおける径方向中途部分に位置する場合に比べて上記磁束をステータ側に確実に案内することができる。

第３の発明では、複数の二次導体が複数の永久磁石よりも内周側まで存在するようになる。これにより、周方向に隣接する永久磁石間が二次導体によって仕切られるようになるので、上記磁束のリークをより確実に抑えることができる。

第４の発明では、複数の他の二次導体の内周端が複数の二次導体の内周端よりも外周側に位置しているので、複数の他の二次導体の内周側に複数の永久磁石の配設領域を確保することができる。

第５の発明では、外周ロータ部、内周ロータ部及び複数の永久磁石が樹脂材によって相互に結合されるようになる。これにより、外周ロータ部、内周ロータ部及び複数の永久磁石が適切な位置から変位してしまうのを抑制することができる。

本発明の実施形態に係るモータが搭載された車両の概略構成を示す平面図である。 車両用駆動システムを示すブロック図である。 モータの径方向断面を示す概略断面図である。 制御装置の制御処理の一例を示すフローチャートである。 同期運転モードにおけるモータトルクを示す図である。 非同期運転モードにおけるモータトルクを示す図である。 変形例に係る図６相当図である。 変形例に係る図６相当図である。 変形例に係る図４相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１は、本発明の実施形態に係るモータ２が搭載された車両１を示す。車両１は、駆動源としてのモータ２を搭載する前輪駆動式の電気自動車である。また、車両１は、減速機３、左右一対のドライブシャフト４、左右一対の前輪ＦＷ（駆動輪）及び左右一対の後輪ＲＷ（従動輪）を備えている。

モータ２は、車両１の前部に設けられた図示しないモータルーム内に配設されている。また、モータ２は、減速機３と各ドライブシャフト４とを介して各前輪ＦＷと連結されている。これにより、モータ２において生成されたモータトルク（車両駆動力）は、減速機３と左右のドライブシャフト４とを介して左右の前輪ＦＷにそれぞれ伝達されるようになっている。

次に、図２を用いて、車両１に搭載された車両用駆動システム５について説明する。

車両用駆動システム５は、モータ２、バッテリ６、インバータ７、アクセルペダルセンサ８、ブレーキペダルセンサ９、シフトレバーセンサ１０、パドルシフトセンサ１１、車速センサ１２、及び、制御装置１３を備えている。

モータ２には、トルクセンサ１４、温度センサ１５、回転角センサ１６及びステータ１７が備えられている。

トルクセンサ１４は、モータ２が生成した実モータトルクを検出可能なセンサである。該トルクセンサ１４は、検出したモータ２の実モータトルク情報を制御装置１３に送信するように構成されている。

温度センサ１５は、モータ２の永久磁石部２８（図３を参照）の実温度を検出可能なセンサである（例えば、赤外線センサ）。該温度センサ１５は、検出した永久磁石部２８の実温度情報を制御装置１３に送信するように構成されている。

回転角センサ１６は、モータ２のロータ１９（図３を参照）の回転角を検出可能なセンサである（例えば、レゾルバ、エンコーダ）。該回転角センサ１６は、検出した回転角情報を制御装置１３に送信するように構成されている。

ステータ１７は、複数の一次導体１８を備えている。該複数の一次導体１８は、インバータ７と電気的に接続されている。

バッテリ６は、例えば、リチウムイオンバッテリであり、直流電流を充電及び放電をすることが可能となっている。また、バッテリ６は、インバータ７を介してモータ２と電気的に接続されている。

インバータ７は、直流電流と交流電流（例えば、三相交流電流）とを変換可能となっている。また、インバータ７は、バッテリ６から放電された直流電流を交流電流に変換した後、モータ２に供給するモードと、モータ２から出力された交流電流（回生電流）を直流電流に変換した後、バッテリ６に充電するモードと、を実行可能となっている。

アクセルペダルセンサ８は、車両１のドライバによるアクセルペダル（不図示）の踏み込み量（アクセル開度）を検出可能なセンサである。該アクセルペダルセンサ８は、検出したアクセルペダルの踏み込み量情報を制御装置１３に送信するように構成されている。

ブレーキペダルセンサ９は、車両１のドライバによるブレーキルペダル（不図示）の踏み込み量（ブレーキ開度）を検出可能なセンサである。該ブレーキペダルセンサ９は、検出したブレーキペダルの踏み込み量情報を制御装置１３に送信するように構成されている。

シフトレバーセンサ１０は、車両１のドライバにより選択されるシフトレバー（不図示）の位置（シフトポジション）を検出可能なセンサ（例えば、レンジセンサ）である。本実施形態では、ドライバは、シフトレバーを手動操作することで、パーキング（駐車レンジ）、リバース（後退レンジ）、ニュートラル（中立レンジ）、ドライブ（走行レンジ）及びマニュアル（マニュアルレンジ）の中から任意のシフトポジションを選択することが可能となっている。また、シフトレバーセンサ１０は、検出したシフトポジション情報を制御装置１３に送信するように構成されている。本実施形態では、マニュアル（マニュアルレンジ）では、車両１のドライバが行う、シフトレバーを基準位置から車両前方側に動かす操作の情報（プラス操作情報）、又は、シフトレバーを基準位置から車両後方側に動かす操作の情報（マイナス操作情報）を制御装置１３に送信するようになっている。なお、マニュアル（マニュアルレンジ）では、車両１のドライバがシフトレバーから手を離すと、基準位置に復帰するように構成されている。

パドルシフトセンサ１１は、ステアリングホイールに設けられた左右一対のパドルシフトスイッチ（不図示）の操作を検出可能なセンサである。該パドルシフトセンサ１１は、検出したパドルシフトスイッチの操作情報を制御装置１３に送信するように構成されている。本実施形態では、車両１のドライバが行う、右側のパドルシフトスイッチの操作情報（プラス操作情報）、又は、左側のパドルシフトスイッチの操作情報（マイナス操作情報）を制御装置１３に送信するようになっている。

車速センサ１２は、車両１の車速を検出可能なセンサ（例えば、前輪ＦＷ及び後輪ＲＷの車輪速センサ）である。該車速センサ１２は、検出した車速情報を制御装置１３に送信するように構成されている。

制御装置１３は、各センサから受信した情報に基づいて、モータ２、バッテリ６及びインバータ７を制御するように構成されている。なお、モータ２は、インバータ７を介して間接的に制御されるように構成されている。

また、制御装置１３は、プロセッサ１３ａと、制御プログラムが記憶されたメモリ１３ｂとを備えている。そして、制御装置１３は、プロセッサ１３ａが各センサから受信した情報に基づいて、メモリ１３ｂに記憶されている制御プログラムの処理を実行することで、モータ２、バッテリ６及びインバータ７を制御するように構成されている。

次に、図３を用いて、モータ２の詳細構造について説明する。

モータ２は、略円筒状のステータ１７と、ステータ１７内にステータ１７の中心軸と同軸で回転可能に設けられた略円筒状のロータ１９とを備えている。

ステータ１７は、ステータコア２０及び複数の一次導体１８（一次コイル）を備えている。

ステータコア２０は、略円環状をなす複数の電磁鋼板が軸方向に積層されている。また、ステータコア２０には、その内周面から径方向外側に向けて凹設された複数のスロット２０ａが備えられている。該複数のスロット２０ａは、互いに所定の間隔を空けつつ周方向に沿って並設されている。また、各スロット２０ａには、複数の一次導体１８が収容されている。複数の一次導体１８は、例えば、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルであり、各コイルが対応するスロット２０ａにそれぞれ収容されるようになっている。

また、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルには、相毎に１２０°の位相がずれた交流電流がインバータ７から供給されるようになっている。インバータ７から一次導体１８に交流電流が供給されると、該一次導体１８において回転磁界が形成されるようになっている。

ロータ１９は、外周ロータ部２１と内周ロータ部２２とに内外周に分割して設けられている。

外周ロータ部２１は、軸方向視で略円環状をなしている、つまり、径方向断面が略円環状をなしている。また、外周ロータ部２１には、軸方向に貫通する第１貫通孔２１ａが設けられている。該第１貫通孔２１ａは、軸方向視で略八角形に開口する孔形状となっている。

また、外周ロータ部２１は、複数のブロック２１ｂを有する外周ロータコア２３を備えている。各ブロック２１ｂは、鉄等の磁性材からなり、軸方向視で、等脚台形の下底を円弧状にしたような断面形状に形成されている。また、外周ロータコア２３は、複数のブロック２１ｂが所定の間隔を空けつつ周方向に沿って並設されている。

また、外周ロータコア２３には、その外周面から径方向内側に向けて凹設された複数の収容凹部２３ａと、外周ロータコア２３の内周面と外周面とを内外周に貫通するよう形成された複数の第２貫通孔部２３ｂとを備えている。複数の収容凹部２３ａ及び複数の第２貫通孔部２３ｂは、互いに所定の間隔を空けつつ周方向に沿って並設されている。

内周ロータ部２２は、軸方向視で略八角形状をなしている、つまり、径方向断面が略八角形状となっている。また、内周ロータ部２２は、略八角環形状をなす複数の電磁鋼板が軸方向に積層された内周ロータコア２４を備えている。

内周ロータコア２４の中心部分には、軸方向に貫通する第３貫通孔２４ａが形成されている。該第３貫通孔２４ａには、略円筒形状をなす出力軸２５が挿通されている。該出力軸２５の内部には、冷却用媒体が供給される冷却通路部２５ａが設けられている。

内周ロータコア２４（ロータ１９）と出力軸２５とは、一体回転するように連結されている。本実施形態では、内周ロータコア２４の内周面と出力軸２５の外周面とにそれぞれ設けられたキー溝２６にキー２７が嵌め込まれていることで、内周ロータコア２４（ロータ１９）と出力軸２５とが相対回転不能に連結されている。

外周ロータ部２１と内周ロータ部２２との径方向間には、略環状をなす収容空間Ｓが設けられている。該収容空間Ｓは、複数の第２貫通孔部２３ｂの内周端部と接続されている。また、収容空間Ｓには、永久磁石部２８が収容されている。

永久磁石部２８は、軸方向に延びかつ周方向に並ぶ複数の永久磁石２９を備えている。また、複数の永久磁石２９は、フェライト磁石（例えば、バリウムフェライトやストロンチウムフェライト等のハードフェライト磁石）で構成されている。該フェライト磁石は、高温時に不可逆減磁し難く、かつ、低温時に不可逆減磁し易い性質を有している。つまり、フェライト磁石は、高温時に不可逆減磁し易いとともに、低温時に不可逆減磁し難い希土類磁石（例えば、ネオジム磁石、サマコバ磁石等）とは逆の性質を有している。

また、複数の永久磁石２９は、板状をなし、かつ、永久磁石２９の厚み方向一側にはＮ極部２９ａ、上記厚み方向他側にはＳ極部２９ｂが設けられている。

また、複数の永久磁石２９は、収容空間Ｓにおいて互いに所定の間隔を空けつつ周方向に沿って並設されている。本実施形態では、各永久磁石２９は、内周ロータ部２２の外周面を構成する８つの面に対応する周方向位置にそれぞれ配設されるようになっている。さらに、複数の永久磁石２９は、それぞれの厚み方向が径方向と略一致した姿勢となっている。

複数の永久磁石２９は、Ｎ極部２９ａとＳ極部２９ｂとが互い違いになるように配設されている。より詳細に説明すると、所定の永久磁石２９は、外周側にＮ極部２９ａ、内周側にＳ極部２９ｂが配置されている。一方、所定の永久磁石２９と周方向に隣り合う永久磁石２９は、外周側にＳ極部２９ｂ、内周側にＮ極部２９ａが配置されている。これにより、複数の永久磁石２９における外周側には、周方向においてＮ極部２９ａとＳ極部２９ｂとが交互に配置されるようになっている。

また、各永久磁石２９における厚み方向一側の面は、外周ロータ部２１の内周面と接している。さらに、各永久磁石２９における厚み方向他側の面は、内周ロータ部２２の外周面と接している。

第２貫通孔部２３ｂの内周側部分及び収容空間Ｓには、樹脂材３０が充填されている。つまり、第２貫通孔部２３ｂの内周側部分及び収容空間Ｓにおける永久磁石２９が存在しない部分には樹脂材３０で埋められている。該樹脂材３０により、外周ロータ部２１、内周ロータ部２２及び各永久磁石２９が相互に結合されるようになっている。

永久磁石部２８の外周側には、カゴ部３１が設けられている。換言すると、カゴ部３１の内周側に永久磁石部２８が設けられている。

カゴ部３１は、略板状をなす複数の二次導体（二次コイル）３２と、略円環状をなす一対の短絡環（不図示）とを備えている。複数の二次導体３２及び短絡環は、非磁性の導体（例えば、アルミニウム、銅）で構成されている。複数の二次導体３２は、各軸方向端部がそれぞれ別の短絡環に連結されている。

複数の二次導体３２は、軸方向及び径方向に延びる第１の二次導体３２ａと第２の二次導体３２ｂとをそれぞれ複数備えている。各第１の二次導体３２ａは、周方向において約４５°の間隔空けて周方向に並設されている。そして、第１の二次導体３２ａの周方向間には、複数の第２の二次導体３２ｂが周方向に並設されている。

複数の第１の二次導体３２ａは、複数の第２貫通孔２３ｂ及び収容空間Ｓの内部に収容されている。さらに、複数の第１の二次導体３２ａは、その内周部分が周方向に隣接する永久磁石２９間に介設されるようになっている。つまり、複数の第１の二次導体３２ａにおけるそれぞれ内周部分において各永久磁石２９を周方向両側から挟持するように構成されている。このようにすることで、複数の第１の二次導体３２ａは、周方向に隣接する永久磁石２９間を仕切る壁として機能するようになる。したがって、永久磁石２９から径方向外側に出た磁束が周方向に隣接する他の永久磁石２９に向かって漏れ（リーク）ようとするのが、複数の第１の二次導体３２ａにより妨げられる。また、該妨げられた磁束は、複数の第１の二次導体３２ａによって、ステータ１７側に案内されるようになり、モータトルクの生成に寄与するようになる。

複数の第１の二次導体３２ａの外周端は、ロータ１９の外周端部を構成している。つまり、複数の第１の二次導体３２ａの外周端は、外周ロータコア２３（外周ロータ部２１）の外周面近傍に位置している。また、複数の第１の二次導体３２ａの内周端は、複数の永久磁石２９の内周端よりも内周側に位置している。これにより、複数の第１の二次導体３２ａが各永久磁石２９の内周側の位置からロータ１９の外周端部まで径方向に延在するようになっている。したがって、周方向に隣接する永久磁石２９間における磁束の漏れ（リーク）をより確実に防ぐことが可能となる。

複数の第２の二次導体３２ｂは、周方向に並設された複数の収容凹部２３ａの内部に収容されている。複数の収容凹部２３ａは、永久磁石２９に対応する周方向位置の外周側に設けられている。これにより、複数の第２の二次導体３２ｂは、永久磁石２９に対応する周方向位置の外周側において周方向に沿って並設されるようになっている。

また、複数の第２の二次導体３２ｂの外周端は、ロータ１９の外周端部を構成している。つまり、複数の第１の二次導体３２ａの外周端は、外周ロータコア２３（外周ロータ部２１）の外周端近傍に位置しており、複数の第１の二次導体３２ａの外周端と径方向位置が略一致している。

また、複数の第２の二次導体３２ｂの内周端は、複数の永久磁石２９の内周端よりも外周側に位置している。つまり、複数の第２の二次導体３２ｂの内周端は、複数の第１の二次導体３２ａの内周端よりも外周側に位置している。これにより、複数の第２の次導体３２ｂの内周側領域に複数の永久磁石２９を配設するスペースを確保している。

収容空間Ｓには、樹脂材３０が充填されている。つまり、収容空間Ｓにおける複数の永久磁石２９及び複数の第１の二次導体３２ａが存在しない部分には樹脂材３０で埋められている。該樹脂材３０により、複数の第１の二次導体３２ａを含む外周ロータ部２１、内周ロータ部２２及び各永久磁石２９が相互に結合されるようになっている。

外周ロータコア２３の外周には、ロータ飛散防止用の円筒状のカバー３３（例えば、炭素繊維強化プラスチック製）が巻かれている。これにより、外周ロータ部２１、内周ロータ部２２及び永久磁石部２８が強固に連結されるようになっている。

次に、図４を用いて、制御装置１３のプロセッサ１３ａが実行する制御プログラムの処理の一例について説明する。

ステップＳ１では、アクセルペダルセンサ８、ブレーキペダルセンサ９、シフトレバーセンサ１０、パドルシフトセンサ１１、及び、車速センサ１２が送信した情報を取得する。

ステップＳ２では、ステップＳ１で取得した情報に基づいて、目標モータトルクを設定する。該目標モータトルクは、車両１のドライバが要求しているモータトルクである。

アクセルペダルセンサ８からドライバによるアクセルペダルの踏み込み有りの情報を取得した場合は、車両１を駆動するための駆動側（正側）の目標モータトルクを設定する。一方、ブレーキペダルセンサ９からドライバによるブレーキペダルの踏み込み有りの情報を取得した場合は、車両１を減速させるための回生側（負側）の目標モータトルクを設定する。さらに、アクセルペダルセンサ８から取得したアクセルペダルの踏み込み量、或いは、ブレーキペダルセンサ９から取得したブレーキペダルの踏み込み量が大きいほど、目標モータトルクを大きくする。

さらに、シフトレバーセンサ１０から取得したシフトポジション情報がパーキング或いはニュートラルの場合は、目標モータトルクを０に設定する。一方、リバース、ドライブ、或いは、マニュアルの場合は、目標トルクを０よりも大きい値に設定する。また、シフトポジション情報がマニュアルであって、シフトレバーを基準位置から動かす操作が有る場合は、該基準位置から車両前方側に動かす操作の情報（プラス操作情報）のときは目標モータトルクを小さくする一方、上記基準位置から車両後方側に動かす操作の情報（マイナス操作情報）のときは目標モータトルクを大きくする。

さらに、パドルシフトセンサ１１から取得したパドルシフトスイッチの操作情報がパドルシフトスイッチ操作有りの場合は、該操作情報がプラス操作情報のときは目標モータトルクを小さくする一方、上記操作情報がマイナス操作情報のときは目標モータトルクを大きくする。

さらに、車速センサ１２から取得した車両１の車速が高い場合は、そうでない場合よりも目標モータトルクを小さくする。

ステップＳ３では、ステップＳ２において設定したモータ２の目標モータトルクが、所定の同期運転モードの許容限界トルク未満であるか否かを判断する。該許容限界トルクは、例えば、モータ２に搭載された永久磁石部２８の磁力等から予め設定されている。

ステップＳ３の判断がＹｅｓの場合、ステップＳ４に進む。一方、ステップＳ３の判断がＮｏの場合、ステップＳ７に進む。

ステップＳ４では、温度センサ１５からモータ２の永久磁石部２８の実温度情報を取得した後、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、永久磁石部２８の実温度が永久磁石部許容温度以上であるか否かを判断する。該永久磁石部許容温度（所定温度）は、摂氏０℃以下の温度（例えば、摂氏－４０℃）に設定されており、永久磁石部２８が永久磁石部許容温度よりも低い温度になると、該永久磁石部２８（永久磁石２９）が不可逆減磁するおそれのある温度に設定されている。

ステップ５の判断がＹｅｓの場合、ステップ６に進む。ステップＳ６では、モータ２の運転モードを同期運転モードに設定した後、ステップＳ８に進む。

一方、ステップＳ５の判断がＮｏの場合、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７（ステップＳ３の判断がＮｏの場合、或いは、ステップＳ５の判断がＮｏの場合）では、モータ２の運転モードを非同期運転モードに設定した後、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、ステップＳ６又はステップＳ７において設定した運転モードが実行、かつ、ステップＳ２において設定した目標モータトルクが生成されるようにインバータ７に指令を行った後、リターンに進む。その後、図４のステップＳ１から処理を再度開始することで、図４の処理が繰り返し実行される。なお、ステップＳ８では、モータ２において目標モータトルクを発生させるべく、回転角センサ１６から取得したロータ１９の回転角情報からロータ１９の磁石磁極位置を推定し、該推定した磁石磁極位置を基準として、所定の相、進角位置、大きさの交流電流を一次導体１８に流すようにインバータ７に指令するように構構成されている。

本実施形態では、モータ２が非同期運転モードで運転されているときに、ステップＳ６において同期運転モードが設定されると、ステップＳ８においてインバータ７に非同期運転モードから同期運転モードに切り替えるように指令する。また、モータ２が同期運転モードで運転されているときに、ステップＳ７において非同期運転モードが設定されると、ステップＳ８においてインバータ７に同期運転モードから非同期運転モードに切り替えるように指令する。

次に、図５を用いて、永久磁石部２８の磁力を用いてロータ１９を回転させる同期運転モードについて説明する。該同期運転モードは、ロータ１９を回転磁界の回転速度（同期速度）で回転させる運転モードである。つまり、同期運転モードでは、ロータ１９の回転速度と回転磁界の回転速度（同期速度）とが一致している。

図５では、縦軸が磁界の強さ（磁界の強さに対応する空間の磁束密度［－］）、横軸が機械角［°］を示している。図５において、破線は機械角に対する永久磁石部２８の磁界の強さの特性、及び、太字の実線は機械角に対するモータトルクをそれぞれ示している。なお、本実施形態では、永久磁石部２８は８つの永久磁石２９を備えているため、永久磁石部２８は極数（Ｎ極及びＳ極の数）が８極である。

モータ２が同期運転モードで運転される場合、インバータ７からステータ１７の一次導体１８に対して交流電流が供給される。該交流電流が供給されると、一次導体１８において回転磁界が形成される。同期運転モードでは、回転磁界の磁極が８つ（８極）形成されている。

同期運転モードでは、ロータ１９が同期速度で回転するため、回転磁界がカゴ部３１の二次導体３２を横切らない、つまり、回転磁界と二次導体３２との間に速度差（すべり）が生じない。これにより、二次導体３２には二次電流（誘導電流）が流れないので、カゴ部３１はモータトルクの生成には寄与しない。したがって、同期運転モードでは、回転磁界と永久磁石部２８の磁界とにより、モータ２の出力軸２５を回転させる力、つまり、モータトルクが生成される。なお、同期運転モードでは、図５の太字の実線で示すように、モータトルクが回転磁界と永久磁石部２８の磁界とにより生成されており、他の脈動成分がないので、モータトルクの脈動が発生していない。

次に、図６を用いて、カゴ部３１における二次導体３２の二次電流（誘導電流）を用いてロータ１９を回転させる非同期運転モードについて説明する。該非同期運転モードは、ロータ１９を回転磁界の回転速度（同期速度）とは異なる回転速度で回転させる運転モードである。つまり、非同期運転モードでは、ロータ１９の回転速度と回転磁界の回転速度（同期速度）とが一致していない。

図６では、図５と同様、縦軸が磁界の強さ（磁界の強さに対応する空間の磁束密度［－］）、横軸が機械角［°］を示している。

図６において、破線は機械角に対する永久磁石部２８の磁界の強さの特性、一点鎖線は機械角に対するカゴ部３１の磁界の強さの特性、実線は機械角に対する合成（永久磁石部２８及びカゴ部３１）の磁界の強さの特性、太字の実線は機械角に対するモータトルク、二点鎖線は機械角に対する定常トルク（カゴ部３１の磁界にのみによって生成されるモータトルク）をそれぞれ示している。

モータ２が非同期運転モードで運転される場合、同期運転モードと同様にインバータ７からステータ１７の一次導体１８に対して交流電流が供給される。該交流電流が供給されると、一次導体１８において回転磁界が形成される。非同期運転モードでは、回転磁界の磁極が１８つ（１８極）形成されている。なお、本実施形態において、インバータ７は、複数の一次導体１８を流れる電流の向きをそれぞれ変更して、電流が同じ向きに流れかつ周方向に連続して並ぶ一次導体１８群の数を増減することで、ステータ１７の回転磁界の磁極の数（極数）を任意に変更可能に構成されている。

非同期運転モードでは、ロータ１９が同期速度とは異なる速度（非同期速度）で回転しているため、回転磁界がカゴ部３１の二次導体３２を横切る、つまり、回転磁界と二次導体３２との間に速度差（すべり）が生じる。これにより、二次導体３２には、二次電流（誘導電流）が流れるようになるので、カゴ部３１（ロータ１９）においてステータ１７の回転磁界と同じ１８つの磁極（１８極）が形成される（図６参照）。

また、非同期運転モードでは、同期運転モードと同様にモータ２内において永久磁石部２８の磁界が作用している。該永久磁石部２８の磁界は、図６に示すように、８つの磁極（８極）が形成されている。したがって、非同期運転モードでは、永久磁石部２８による磁界と、カゴ部３１による磁界とが合成されるようになる（図６の実線を参照）。

本実施形態では、永久磁石部２８による磁界の極数（８極）と、カゴ部３１による磁界の極数（１８極）とが一致していないので、機械角に対する永久磁石部２８の磁界の強さの周期とカゴ部３１の磁界の強さの周期とが異なるようになる。換言すると、永久磁石部２８の磁界とカゴ部３１の磁界とは、位相差が生じるようになる。これにより、永久磁石部２８及びカゴ部３１により形成される合成の磁界の強さが脈動するようになる。本実施形態では、カゴ部３１による磁界の強さが永久磁石部２８による磁界の強さよりも大きいので、永久磁石部２８による磁界の強さが合成の磁界の強さを脈動させる成分となる。

上記の合成の磁界の強さが脈動しているので、該合成の磁界と回転磁界とにより生成されるモータトルクが、脈動するようになる（図６の太字の実線を参照）。換言すると、モータトルクは、カゴ部３１の磁界にのみによって生成される定常トルク（図６の二点鎖線を参照）とは一致せず、図６の太字の実線で示すように脈動する（変動する）ようになる。モータトルクが脈動すると、モータ２の出力軸２５の角速度がエンジンの燃焼時のクランク軸のように変動する。これにより、モータ２でありながら、エンジンのような角速度変動を擬似的に発生させることができる。

モータ２の出力軸２５の角速度変動、つまり、モータ２の振動は、モータ２から車両１に伝達される。該車両１のドライバは、上記車室に伝達されたモータ２の振動からモータ２の運転状態を把握することが可能となる。これにより、エンジンを搭載した車両（エンジン車）の運転に慣れたドライバが、モータ２を搭載した車両１（電気自動車）を運転した際に、車室に伝達されるモータ２の振動からモータ２の運転状態を把握できないことで、違和感を覚えてしまうのを抑制することができる。

以上より、本実施形態によれば、各永久磁石２９から径方向外側に向けて出た磁束が各第１の二次導体３２ａによってロータ１９の外周側に案内され、ステータ１７に向かうようになる。これにより、上記磁束が隣接する他の永久磁石２９にリークするのを抑制することができる。また、カゴ部３１の第１の二次導体３２ａを利用して上記リークを抑制しているので、該磁束のリークを抑制するための部材を別途備える必要が無くなる。これにより、モータ２の低コスト化を図ることができる。

また、複数の第１の二次導体３２ａが複数の永久磁石２９の近傍からロータ１９の外周端部まで径方向に延在するようになる。これにより、例えば、各第１の二次導体３２ａの外周端がロータ１９における径方向中途部分に位置する場合に比べて上記磁束をステータ１７側に確実に案内することができる。

また、複数の第１の二次導体３２ａが複数の永久磁石２９よりも内周側まで存在するようになる。これにより、周方向に隣接する永久磁石２９間が第１の二次導体３２ａによって仕切られるようになるので、上記磁束のリークをより確実に抑えることができる。

また、複数の第２の二次導体３２ｂの内周端が複数の第１の二次導体３２ａの内周端よりも外周側に位置しているので、複数の第２の二次導体３２ｂの内周側に複数の永久磁石２９の配設領域を確保することができる。

また、外周ロータ部２１、内周ロータ部２２及び複数の永久磁石２９が樹脂材３０によって相互に結合されるようになる。これにより、外周ロータ部２１、内周ロータ部２２及び複数の永久磁石２９が適切な位置から変位してしまうのを抑制することができる。

＜変形例＞
なお、本実施形態では、軸方向視で内周ロータ部２２が略八角形状をなしていたが、略八角形状以外の多角形状（例えば、略六角形状、略七角形状、略九角形状、略十角形状、略十二角形状）であってもよい。

また、本実施形態では、永久磁石２９はフェライト磁石で構成されていたが、希土類磁石で構成してもよい。

また、本実施形態では、永久磁石２９は板状をなしていたが、板状以外の形状（例えば、円弧状）であってもよい。

また、本実施形態では、永久磁石部２８の極数が８極の例について説明したが、８極以外の極数（例えば、４極、６極、１０極、１２極）であってもよい。

また、本実施形態では、カゴ部３１の複数の第２の二次導体３２ｂが板状で構成されている例について説明したが、板状以外（例えば、棒状）で構成されていてもよい。

また、本実施形態では、モータ２の永久磁石部２８の実温度を温度センサ１５で検出するようにしていたが、車両１の走行履歴やインバータ７から一次導体１８へ供給する交流電流の履歴等に基づいて永久磁石部２８の温度を推定するようにしてもよい。

また、本実施形態では、非同期運転モードの際、モータトルクが脈動していたが、永久磁石部２８の磁界に対して逆位相の磁界（図７の点線を参照）を形成することで、永久磁石部２８の磁界を打ち消して、モータトルクが脈動しないようにしてもよい。なお、逆位相の磁界は、ステータ１７の一次導体１８が形成する磁界であり、永久磁石部２８の磁界による脈動成分と逆位相のトルクを発生させる電流を、モータ２を駆動する電流に重畳して一次導体１８に供給することにより生成される。また、上記逆位相の磁界によって、永久磁石部２８の磁界を完全に打ち消すのではなく、一部の永久磁石部２８の磁界を残すように逆位相の磁界を形成することで、モータトルクの脈動を低減するようにしてもよい。このようにすることで、車両１のドライバや乗員がモータトルクの脈動を望まないシーン（例えば、ドライバや乗員がエンジンを搭載した車両に慣れ親しんでいない場合など）において、上記モータトルクの脈動を無くす（図７の太字の実線を参照）、或いは、低減することが可能となる。

また、本実施形態では、非同期運転モードの際、インバータ７は、ステータ１７の一次導体１８において１８極の回転磁界を形成するようにしていたが、１８極以外の極数（例えば、６極、８極、１２極、１４極、１６極）の回転磁界を形成するようにしてもよい。永久磁石部２８の磁界による脈動成分を用いてモータトルクを脈動させる場合には、永久磁石部２８の極数と、ステータ１７の回転磁界の極数、つまり、カゴ部３１の極数とを異ならせるのが好ましい。

図８では、回転磁界の極数が１２極の非同期運転モードの例を示している。図８に示すように、カゴ部３１においても、回転磁界と同じ１２極の磁極が形成されている。永久磁石部２８による磁界の極数（８極）と、カゴ部３１による磁界の極数（１２極）とが一致していないので、機械角に対する永久磁石部２８の磁界の強さの周期とカゴ部３１の磁界の強さの周期とが異なるようになる。これにより、図８の実線で示す双方の合成の磁界が脈動する。したがって、永久磁石部２８及びカゴ部３１の合成の磁界と回転磁界とにより生成されるモータトルクは、脈動するようになる（図８の太字の実線を参照）。ここで、図８に示す変形例では、図６に示す本実施形態よりも、モータトルクの周期、つまり、モータトルクの脈動の周波数が低くなっている。したがって、カゴ部３１による磁界の極数（回転磁界の極数）を変更することで、モータトルクの脈動の周波数を変更することが可能となっている。なお、カゴ部３１の極数を適宜変更することで、換言すると、永久磁石部２８の極数とカゴ部３１の極数との差を適宜変更することで、モータトルクの脈動の大きさ、或いは、モータトルクの脈動の大きさ及び周波数を変更することも可能である。

また、本実施形態では、目標モータトルクに基づいてモータ２の運転モードを設定するようにしていたが、図９の変形例に示すように、実モータトルクに基づいてモータ２の運転モードを制御するようにしてもよい。なお、図９に示す変形例では、図４のステップＳ１～３をステップＳ１１～１２に変更している。

図９のステップＳ１１は、トルクセンサ１４からモータ２の実モータトルク情報を取得する。ステップＳ１２は、ステップＳ１１において取得した実モータトルク情報が、所定の同期運転モードの許容限界トルク未満であるか否かを判断する。そして、ステップＳ１２の判断がＹｅｓの場合、ステップＳ４に進む一方、ステップＳ１２の判断がＮｏの場合、ステップＳ７に進む。なお、ステップＳ４～８の処理は、図４と共通のため、説明を省略する。

また、本実施形態では、目標モータトルクと永久磁石部２８の温度とに基づいて運転モード（同期運転モード又は非同期運転モード）を設定するようにしていたが、目標モータトルク及び永久磁石部２８の温度のいずれか一方に基づいて運転モードを設定するようにしてもよい。さらに、目標モータトルクと永久磁石部２８の温度に代えて、或いは、目標モータトルクと永久磁石部２８の温度に加えて、モータ２の回転数（回転角センサ１６から取得）に基づいてモータ２の運転モードを設定するようにしてもよい。例えば、モータ２の回転数が所定以上の場合は非同期運転モードとするとともに、モータ２の回転数が所定未満の場合は同期運転モードとしてもよい。このようにすることで、モータ２の高回転域では、非同期運転モードが実行されるようになるので、モータ２の高回転域において大きくなる永久磁石部２８の逆起電力の影響によりモータトルクが低下するのを抑制することができる。さらに、モータ２の回転数に代えて、車速センサ１２から取得した車速情報を用いてもよい。この場合、例えば、車両１の車速が所定以上の場合は非同期運転モードとするとともに、車両１の車速が所定未満の場合は同期運転モードとしてもよい。

また、本実施形態では、モータ２が前輪ＦＷのみを駆動する例について説明したが、前輪ＦＷ及び後輪ＲＷを駆動するようにしてもよく、後輪ＲＷのみを駆動するようにしてもよく、或いは、前輪ＦＷ及び後輪ＲＷ毎に駆動する複数のモータ２が備えられる構成であってもよい。

また、本実施形態では、車両１の一例として電動自動車の例を説明したが、電動車であればよく、例えば、モータ２と図示しないエンジンを備えたハイブリッド自動車であってもよい。

また、本実施形態では、車両１の一例として四輪車の例を説明したが、陸上を走行可能なものであれば、三輪車や二輪車であってもよく、或いは、農業用車両（トラクタなど）であってもよい。

本発明は、モータに適している。

１ 車両
２ モータ
１７ ステータ
１９ ロータ
２１ 外周ロータ部
２２ 内周ロータ部
２８ 永久磁石部
２９ 永久磁石
３０ 樹脂材
３１ カゴ部
３２ａ 第１の二次導体（二次導体）
３２ｂ 第２の二次導体（他の二次導体）
Ｓ 収容空間（収容部）
ＦＷ 前輪（駆動輪）

Claims (5)

1. 円筒状のステータと、当該ステータ内に当該ステータの中心軸と同軸で回転可能に設けられた円筒状のロータと、を有し、当該ロータの回転により車両の駆動輪を駆動するモータであって、
   前記ロータは、カゴ部と、当該カゴ部の内周側に設けられた永久磁石部と、を有し、
   前記永久磁石部は、複数の永久磁石が周方向に沿って並設され、
   前記カゴ部は、板状をなすとともに径方向に延びる複数の二次導体を備え、
   前記複数の二次導体は、それぞれの内周部分において前記永久磁石を周方向両側から挟持するように構成されていることを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記複数の二次導体の外周端は、前記ロータの外周端部を構成していることを特徴とするモータ。
3. 請求項１又は２に記載のモータにおいて、
   前記複数の二次導体の内周端は、前記複数の永久磁石の内周端よりも内周側に位置していることを特徴とするモータ。
4. 請求項１又は２に記載のモータにおいて、
   前記カゴ部は、複数の他の二次導体を更に備え、
   前記複数の他の二次導体は、前記複数の永久磁石に対応する周方向位置の外周側において周方向に沿って並設され、
   前記複数の他の二次導体の内周端は、前記複数の二次導体の内周端よりも外周側に位置していることを特徴とするモータ。
5. 請求項１又は２に記載のモータにおいて、
   前記ロータは、外周ロータ部と内周ロータ部とに分割して設けられ、
   前記複数の永久磁石は、前記外周ロータ部と前記内周ロータ部との径方向間に設けられた収容部に収容されており、
   前記収容部には、前記外周ロータ部、前記内周ロータ部及び前記複数の永久磁石を相互に結合するための樹脂材が充填されていることを特徴とするモータ。

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