JP4998622B2 - 回転電機装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のコイル群が設けられたステータ及びロータを有する多相回転電機を備えた回転電機装置に関する。

ステータとロータとが回転軸線方向に並べて配置されたアキシャルギャップ型のモータが知られている。また、このようなモータにおいて、ロータとステータとが相対移動可能に設けられ、ロータのトルクを用いてロータとステータとの距離を変化させるカム機構を備えたものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。

特開２００７−２４４０２７号公報 特開平９−１５６３８７号公報 特開２００８−２５９２８９号公報

ロータとステータとが相対移動可能に設けられたモータにおいては、ロータとステータとを接触させることによりロータをロックできる。しかしながら、特許文献１のモータでは、ロータとステータとの距離はロータのトルクに応じて変化する。そのため、ロータのトルクがロータとステータとの距離を変化させるために必要なトルクに達していない場合は、その距離を変化させることができずロータをロックすることができない。カム機構の代わりにアクチュエータを用いてロータとステータとの距離を変化させる場合は、そのアクチュエータを設ける必要があるため、装置が大型化するおそれがある。

そこで、本発明は、比較的簡素な構成でロータをロックでき、かつ小型化に有利な回転電機装置を提供することを目的とする。

本発明の回転電機装置は、複数のコイル群が設けられたステータと、前記ステータと同軸に設けられたロータと、を有する多相回転電機と、前記ステータの各コイル群に供給される電流を制御する制御手段と、を備えた回転電機装置において、前記ステータのうち前記ロータと対向する部分にステータ摩擦部が設けられるとともに前記ロータのうち前記ステータと対向する部分にロータ摩擦部が設けられ、前記ロータは、前記ステータ摩擦部と前記ロータ摩擦部とが接触して前記ロータと前記ステータとが接続する接続位置と前記ステータ摩擦部と前記ロータ摩擦部とが離れる分離位置との間で移動可能であり、かつ前記複数のコイル群のうちの少なくともいずれか２つのコイル群が同時に励磁された場合に前記接続位置に移動するように設けられ、前記制御手段は、所定の接続条件が成立した場合に前記複数のコイル群のうちの少なくともいずれか２つのコイル群が同時に励磁されるように各コイル群に供給される電流を制御するロータ位置制御手段を備えている。

本発明の回転電機装置によれば、ロータを接続位置に移動させてステータ摩擦部とロータ摩擦部とを接触させることにより、これら摩擦部間で発生する摩擦力でロータをロックすることができる。そのため、ロータをロックするための機構を新たに設ける必要がない。また、複数のコイル群のうちの少なくとも２つのコイル群を励磁することによってロータを接続位置に動かすので、ロータを移動させるための機構を新たに設ける必要もない。従って、本発明の回転電機装置によれば、比較的簡素な構成でロータをロックできる。また、装置を小型化できる。

本発明の回転電機装置の一形態においては、前記ロータが前記分離位置に移動するように前記ステータから離れる方向に前記ロータを押すバネ手段をさらに備えていてもよい。この場合、ロータとステータとを容易に離すことができる。

本発明の回転電機装置の一形態において、前記バネ手段は、前記複数のコイル群のうちの１つのコイル群が励磁されたときに発生する磁力より強く、かつ前記複数のコイル群のうちの３つのコイル群が励磁されたときに発生する磁力より弱い弾性力で前記ロータを前記ステータから離れる方向に押してもよい。このようにバネ手段の弾性力を設定することにより、回転電機を電動機として機能させる場合にロータが接続位置に移動することをより確実に防止できる。そのため、複数のコイル群に供給する電流を制御することにより、回転電機を電動機として機能させたり、クラッチとして機能させたりすることができる。

本発明の回転電機装置の一形態において、前記多相回転電機は、前記ステータと前記ロータとが前記ロータの回転軸線方向に並べて配置されたアキシャルギャップ型回転電機であってもよい。この場合、ロータを回転軸線方向に移動可能にすることでステータとロータとの距離を容易に変更可能にすることができる。

本発明の回転電機装置の一形態において、前記ロータは、前記分離位置から前記接続位置への移動後に前記ロータに生じる所定方向のトルクを利用して前記ロータ摩擦部を前記ステータ摩擦部に押し付ける方向の力を発生させる接続補助手段を備えていてもよい。
この場合、ロータが接続位置に移動した後は接続補助手段の力も利用してロータの位置を接続位置に維持できる。そのため、ロータを接続位置に移動させた後は、ステータの各コイル群に供給する電流を低減できる。これにより、無駄なエネルギの消費を抑制できる。

本発明の回転電機装置の一形態において、前記多相回転電機は、内燃機関の動力を車両の駆動輪に伝達するための駆動装置に、前記内燃機関の動力を前記駆動輪に伝達するために必要な反力を発生可能なように設けられ、前記ロータ位置制御手段は、前記反力が前記多相回転電機の出力の上限値以上の場合に前記所定の接続条件が成立したと判断してもよい。このようにロータの位置を切り替えることにより、多相回転電機の出力の上限値以上の反力を多相回転電機で受け持つことができる。

本発明の回転電気装置は、種々のハイブリッド車両の駆動装置に組み込むことができる。そのため、前記車両は、前記内燃機関と電動機とが走行用動力源として搭載され、かつそれら動力源のそれぞれで前記駆動輪を駆動可能なパラレル方式のハイブリッド車両であってもよい。また、前記車両は、動力源として前記内燃機関及び電動機を搭載するとともに、前記内燃機関の動力を前記多相回転電機及び前記駆動輪に分配可能な動力分配機構を備え、前記動力分配機構で分配された動力及び前記電動機の動力のそれぞれで前記駆動輪を駆動可能な動力分配方式のハイブリッド車両であってもよい。

本発明の一形態に係る回転電機装置を示す図。 第２クラッチ板の位置が接続位置の場合の回転電気装置を示す図。 軸線方向から見た第１クラッチ板を示す図。 各クラッチ板を半径方向から見た状態を示した図であって、各クラッチ板の位相が一致している状態を示した図。 各クラッチ板を半径方向から見た状態を示した図であって、各クラッチ板の位相がずれている状態を示した図。 図２の矢印VI方向から見たステータを示す図。 ＭＧの動作モードをＭＧモードからロックモードに切り替えたときの各配線の電流値の時間変化を示す図。 制御装置が実行するＭＧ制御ルーチンを示すフローチャート。 ＭＧの動作モードをロックモードからロック補助モードに切り替えたときの各配線の電流値の時間変化を示す図。 ＭＧ制御ルーチンの変形例を示すフローチャート。 本発明の回転電機装置が組み込まれたハイブリッド車両の駆動装置の第１の形態を示す図。 図１１の制御装置が実行する第１ＭＧ制御ルーチンを示すフローチャート。 本発明の回転電機装置が組み込まれたハイブリッド車両の駆動装置の第２の形態を示す図。 本発明の回転電機装置が組み込まれたハイブリッド車両の駆動装置の第３の形態を示す図。 本発明の回転電機装置が組み込まれたハイブリッド車両の駆動装置の第４の形態を示す図。

図１及び図２は、本発明の一形態に係る回転電機装置を示している。この回転電機装置１は、電動機及び発電機として機能する回転電機としてのモータ・ジェネレータ（以下、ＭＧと称することがある。）１０と、バッテリ２とを備えている。ＭＧ１０は、三相誘導モータ・ジェネレータとして構成されており、ステータ１１及びロータ１２を備えている。図１に示したようにステータ１１とロータ１２とは、軸線Ａｘ方向に並ぶように配置されている。そのため、ＭＧ１０は、アキシャルギャップ型のモータ・ジェネレータである。ステータ１１は、ＭＧ１０が収容されるケース１０ａに回転不能に固定されている。

図１に示したようにロータ１２は、第１クラッチ板１３と、第２クラッチ板１４と、これらのクラッチ板１３、１４の間に介在する球状のカムボール１５とを備えている。第１クラッチ板１３と第２クラッチ板１４とは、同軸上に互いに対向するように配置されている。また、各クラッチ板１３、１４は円板状に構成されていて、各クラッチ板１３、１４の対向面にはカムボール１５を保持するＶ字溝１６、１７が形成されている。第１クラッチ板１３は、回転軸１８と一体に回転するようにこの回転軸１８の一端に設けられている。なお、図示は省略したが回転軸１８の他端は、ＭＧ１０にて作動状態が制御される制御対象に接続されている。第２クラッチ板１４は、図２に示したようにステータ１１と接触する接続位置と図１に示したようにステータ１１から離れる分離位置との間で軸線Ａｘ方向に移動可能なように回転軸１８に設けられている。また、この第２クラッチ板１４は、回転軸１８に対して相対回転可能なように回転軸１８に支持されている。この第２クラッチ板１４は、磁性材料で構成されている。第２クラッチ板１４のうちステータ１１と対向する部分には、ロータ摩擦部１９が設けられている。

図３は第１クラッチ板１３を軸線方向から見た状態を示しており、図４及び図５は各クラッチ板１３、１４を半径方向から見た状態を示している。図４は各クラッチ板１３、１４の位相が一致している状態を、図５は各クラッチ板１３、１４の位相がずれている状態をそれぞれ示している。図３から明らかなように第１クラッチ板１３には、複数（図３では６個）のＶ字溝１６が設けられている。これらＶ字溝１６は、周方向に等間隔で並んでいる。第２クラッチ板１４には、第１クラッチ板１３のＶ字溝１６と同数のＶ字溝１７が設けられている。これらのＶ字溝１７も同様に周方向に等間隔で並んでいる。各Ｖ字溝１６、１７は、第１クラッチ板１３の中心線を含む断面で切断した場合には断面半円形をなしている（図１及び図２参照）。また、図３に示すように、第１クラッチ板１５の軸線方向から見ると、各Ｖ字溝１６、１７は、第１クラッチ板１３の中心寄りの内側縁部と中心から離れた外側縁部とが同心の円弧をなすように湾曲している。更に、図４及び図５に示すように、第１クラッチ板１３の半径方向から見ると、各Ｖ字溝１６、１７はＶ字状に形成されていて、回転方向（図の上又は下方向）に関して深さが徐々に浅くなっている。

図６は、ステータ１１を図１の矢印VI方向から見た図である。この図に示したようにステータ１１には、複数（図６では１２個）のコイル２０が設けられている。これら複数のコイル２０は、同一円周上に等間隔で並んでいる。複数のコイル２０のうちの３分の１には、第１配線Ｕが接続されている。また、複数のコイル２０のうちの他の３分の１には、第２配線Ｖが接続されている。そして、複数のコイル２０のうちの残りの３分の１には、第３配線Ｗが接続されている。以下、第１配線Ｕが接続されている４個のコイルを第１コイル２０ｕと称することがある。また、これら４個の第１コイル２０ｕをまとめて第１コイル群と称することがある。同様に、第２配線Ｖが接続されている４個のコイルを第２コイル２０ｖと称し、第３配線Ｗが接続されている４個のコイルを第３コイル２０ｗと称することがある。そして、４個の第２コイル２０ｖをまとめて第２コイル群と称し、４個の第３コイル２０ｗをまとめて第３コイル群と称することがある。この図に示したように複数のコイル２０は、第１コイル２０ｕ、第２コイル２０ｖ、第３コイル２０ｗの順番で並ぶように配置されている。図２に示したように各コイル２０のロータ１２側の端部には、ステータ摩擦部２１がそれぞれ設けられている。

図１に示したようにロータ１２の第２クラッチ板１４とステータ１１との間には、第２クラッチ板１４をステータ１１から離れる方向に押すバネ手段としてのリターンスプリング２２が設けられている。リターンスプリング２２は、ステータ１１の第１〜第３コイル群のいずれか１つが励磁されている場合に発生する磁力より強く、かつ第１〜第３コイル群のいずれか２つが励磁されている場合に発生する磁力より弱い弾性力で第２クラッチ板１４を押している。リターンスプリング２２の一端は、第２クラッチ板１４に固定されている。この図に示したようにステータ１１には、軸線Ａｘ回りに回転可能なベアリング２３が設けられている。リターンスプリング２２の他端は、このベアリング２３に取り付けられている。そのため、第２クラッチ板１４が分離位置にある場合、第２クラッチ板１４はステータ１１に対して相対回転可能となる。

図１に示したようにＭＧ１０は、インバータ装置３を介してバッテリ２に接続されている。バッテリ２は、ＭＧ１０に電力を供給したり、ＭＧ１０で発電された電力を蓄えることが可能な公知のものである。インバータ装置３は、バッテリ２の直流電流を三相交流電流に変換することが可能な電力変換装置である。また、このインバータ装置３は、変換した三相交流の各相の交流電流をそれぞれ制御可能に構成されている。図６に示したようにＭＧとインバータ装置３とは、第１〜第３配線Ｕ、Ｖ、Ｗで接続されている。これら各配線Ｕ、Ｖ、Ｗは、三相交流の互いに異なる相の電流が流れるようにインバータ装置３に接続されている。

ＭＧ１０の動作は、制御手段としての制御装置３０にて制御される。この制御装置３０は、インバータ装置３を制御して各配線Ｕ、Ｖ、Ｗに供給される電流を制御し、これによりＭＧ１０の動作を制御する。制御装置３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成されている。制御装置３０は、制御対象の作動状態に応じてＭＧ１０の動作を制御する。制御装置３０には、制御対象の作動状態を取得するために種々のセンサが接続されている。例えば、制御対象から回転軸１８に付与される負荷に相関する物理量に応じた信号を出力する負荷センサ３１が接続されている。

制御装置３０は、制御対象の作動状態に応じてＭＧ１０の動作モードをロータ１２を回転可能な状態にしてＭＧ１０を電動機又は発電機として機能させるＭＧモードと、ロータ１２を回転不能にロックするロックモードとに切り替える。図１、図２、及び図７を参照してこれら各動作モードについて説明する。図７は、ＭＧ１０の動作モードをＭＧモードからロックモードに切り替えたときの各配線Ｕ、Ｖ、Ｗの電流値の時間変化を示している。なお、図７の線Ｃｕが第１配線Ｕの電流を、線Ｃｖが第２配線Ｖの電流を、線Ｃｗが第３配線Ｗの電流をそれぞれ示している。

まず、ＭＧモードについて説明する。なお、ここではＭＧモードにおいてＭＧ１０を電動機として機能させる場合について説明する。図７では、期間ＰｍｇがＭＧモードにおける各配線Ｕ、Ｖ、Ｗの電流値の時間変化を示している。この図に示したようにＭＧモードでは、インバータ装置３からＭＧ１０に電流値が最大値＋Ｉ〜最小値−Ｉの間で変化する三相交流電流が供給され、これにより第１〜第３コイル群が所定の周期で所定の順番に励磁される。この場合、ステータ１１ではコイル群１つ分の磁力しか発生しないため、ステータ１１で発生する磁力はリターンスプリング２２の弾性力より弱い。そのため、図１に示したように第２クラッチ板１４の位置は分離位置となる。この状態においてはロータ１２がステータ１１に対して相対回転可能である。また、リターンスプリング２２が第２クラッチ板１４を第１クラッチ板１３に押し付けるので、第１クラッチ板１３と第２クラッチ板１４とが供回りする。そのため、各コイル群が順に励磁されることによりロータ１２が回転駆動される。これによりＭＧ１０が電動機として機能する。なお、この際にロータ１２の回転数及び回転方向がそれぞれ制御されるが、この制御方法はインバータにて三相誘導モータの回転数及び回転数を制御する公知の方法でよいため詳細な説明は省略する。

次にロックモードについて説明する。図７では、期間Ｐｌがロックモードにおける各配線Ｕ、Ｖ、Ｗの電流値の時間変化を示している。この図に示したようにロックモードでは、インバータ装置３から各配線Ｕ、Ｖ、Ｗに同じ大きさの電流が供給される。この際、この図に示したように各配線Ｕ、Ｖ、Ｗには、まず三相交流電流が供給されているときの最大値＋Ｉの電流がそれぞれ供給される。これによりステータ１１の３つのコイル群の各コイル２０、すなわちステータ１１の全てのコイル２０がそれぞれ励磁される。そのため、図２に示したように第２クラッチ板１４はリターンスプリング２２に抗して接続位置に移動し、ロータ摩擦部１９とステータ摩擦部２１とが接触する。このような状態において第１クラッチ板１３にトルクが作用している場合、図５に示すように各クラッチ板１３、１４の位相がずれることにより、カムボール１５がＶ字溝１６、１７の浅い位置に移動して第２クラッチ板１４をステータ１１に押し付ける力が発生する。そのため、各コイル群で発生する磁力を弱めても第２クラッチ板１４の位置を接続位置に維持することができる。そこで、ロックモードでは、モードが切り替えられてから所定時間Ｔが経過した時点で各配線Ｕ、Ｖ、Ｗの電流値を維持電流値Ｉｋにそれぞれ下げる。この維持電流値Ｉｋには、各コイル群で発生する磁力によって第２クラッチ板１４の位置を接続位置に維持可能な適宜の電流値を設定すればよい。このようにロックモードでは、ロータ１２が接続位置に維持されるので、ロータ摩擦部１９とステータ摩擦部２１との間の摩擦でロータ１２をロックすることができる。なお、このように押し付け力を発生させることにより、第１クラッチ板１３、第２クラッチ板１４、及びカムボール１５が本発明の係合補助手段として機能する。

図８は、制御装置３０が制御対象の作動状態に応じてＭＧ１０の動作モードを切り替えるべく所定の周期で繰り返し実行するＭＧ制御ルーチンを示している。この制御ルーチンを実行することにより、制御手段３０が本発明のロータ位置制御手段として機能する。この制御ルーチンにおいて制御装置３０は、まずステップＳ１１で制御対象の作動状態を取得する。作動状態としては、例えば制御対象から回転軸１８に付与される負荷を取得する。次のステップＳ１２において制御装置３０は、ＭＧ１０の動作モードをロックモードに切り替えるべき所定のロック条件が成立したか否か判断する。回転軸１８に付与される負荷が大きすぎると、ＭＧ１０を電動機として機能させたときの出力トルクではこの負荷に対応できないおそれがある。そこで、ロック条件は、例えば回転軸１８に付与される負荷が予め設定した所定値より大きい場合に成立したと判断される。この他、例えば制御対象を構成する部材のうち回転軸１８にて駆動される回転部材を停止状態に維持すべき場合にロック条件が成立したと判断してもよい。

ロック条件が成立していると判断した場合はステップＳ１３に進み、制御装置３０はＭＧ１０の動作モードをロックモードに切り替える。なお、既にロックモードに切り替えられていた場合はそのモードを維持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、ロック条件が不成立と判断した場合はステップＳ１４に進み、制御装置３０はＭＧ１０の動作モードをＭＧモードに切り替える。なお、既にＭＧモードに切り替えられていた場合はそのモードを維持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

以上に説明したように、本発明のＭＧ１０では、ロータ１２をステータ１１と接触させ、ロータ摩擦部１９とステータ摩擦部２１との間の摩擦でロータ１２をロックすることができる。この場合、ロータ１２を回転不能にロックするための部材を新たに設ける必要がないので、比較的簡素な構成でロータ１２をロックできる。また、ＭＧ１０では、第２クラッチ板１４の位置の切り替えをステータ１１のコイル２０の励磁で行う。この場合、第２クラッチ板１４を動かすための動力源を新たに設ける必要がないので、ＭＧ１０を小型化できる。

このＭＧ１０では、ステータ１１とロータ１２との間にリターンスプリング２２を設けたので、第２クラッチ板１４を容易に分離位置に戻すことができる。このリターンスプリング２２の弾性力は１つのコイル群が励磁されたときの磁力より強く、かつ２つのコイル群が励磁されたときの磁力より弱い。そのため、ＭＧ１０に三相交流電流を供給しても第２クラッチ板１４が接続位置に移動しない。従って、ＭＧ１０を電動機として機能させることができる。一方、ステータ１１の全てのコイル２０が励磁するようにＭＧ１０に電流を供給した場合は、第２クラッチ板１４が接続位置に移動するので、ロータ１２をロックすることができる。このようにＭＧ１０では、ＭＧ１０に供給する電流を制御することにより、電動機とロック機構との使い分けを行うことができる。

図１に示したようにＭＧ１０は、ステータ１１とロータ１２とが軸線Ａｘ方向に並ぶアキシャルギャップ型のモータ・ジェネレータである。そのため、ロータ１２を軸線Ａｘ方向に移動可能にすることでステータ１１とロータ１２との距離を容易に変更できる。

このＭＧ１０では、図５に示したように各クラッチ板１３、１４の位相をずらすことにより、第２クラッチ板１４をステータ１１に押し付ける力を発生させることができる。これにより第２クラッチ板１４を接続位置に移動させた後はＭＧ１０に供給する電流値を下げることができるので、ロックモードで消費されるエネルギを低減できる。

上述した形態では、ロックモードにおいてロータ１２を回転不能にロックしたが、このモードではロータ１２をステータ１１と接触させるとともにＭＧ１０を電動機として機能させてもよい。例えば、回転軸１８に付与される負荷がロータ摩擦部１９とステータ摩擦部２１との間で発生する摩擦力より大きい場合、この摩擦力だけではロータ１２を停止状態に維持できないおそれがある。そこで、このような場合にはロータ１２を接続位置に維持しつつＭＧ１０を電動機として機能させる。これにより、摩擦部１９、２１間の摩擦力に加えてＭＧ１０から出力される動力を利用して回転軸１８に付与された負荷を受け止めることができる。また、摩擦部１９、２１間の摩擦力より大きい負荷が回転軸１８に付与されると、第１クラッチ板１３が各クラッチ板１３、１４の位相が一致する方向に回転駆動される場合がある。この場合、カムボール１５とＶ字溝１６、１７との間にガタが発生し、クラッチ板１３、１４間で発生している第２クラッチ板１４をステータ１１に押し付ける力が弱くなる。そこで、ＭＧ１０を電動機として機能させて第２クラッチ板１４を回転させてこのガタを無くしてもよい。

図９を参照してロータ１２を接続位置に維持しつつＭＧ１０を電動機として機能させる場合のＭＧ１０の制御方法について説明する。なお、以降ではロータ１２を接続位置に維持しつつＭＧ１０を電動機として機能させる動作モードをロック補助モードと称することがある。図９は、ＭＧ１０の動作モードをロックモードからロック補助モードに切り替えたときの各配線Ｕ、Ｖ、Ｗの電流値の時間変化を示している。この図においても図７と同様に線Ｃｕが第１配線Ｕの電流を、線Ｃｖが第２配線Ｖの電流を、線Ｃｗが第３配線Ｗの電流をそれぞれ示している。この図９では、時刻Ｔｃ以降の期間Ｐｌａがロック補助モードにおける各配線Ｕ、Ｖ、Ｗの電流値の時間変化を示している。この図に示したようにロック補助モードでは、インバータ装置３からＭＧ１０に三相交流電流が供給される。但し、ロック補助モードのときに供給される三相交流電流は、各相の電流を足した場合に電流値がＩｋになるように各交流電流がオフセットされる。すなわち、この図に示したように各交流電流の基準がそれぞれ電流値Ｉｋに変更される。これにより、各コイル群を所定の順番で励磁しつつステータ１１から第２クラッチ板１４を接続位置に維持可能な磁力を発生させることができる。そのため、第２クラッチ板１４を接続位置に維持しつつＭＧ１０を電動機として機能させることができる。

図１０は、ＭＧ制御ルーチンの変形例を示している。この変形例では、図８のＭＧ制御ルーチンと比較してステップＳ２１及びＳ２２が追加されている点が異なる。それ以外の部分は図８と同じであるため、同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。図１０の制御ルーチンにおいて制御装置３０は、ステップＳ１２まで図８の制御ルーチンと同様に処理を進める。ステップＳ１２でロック条件が成立したと判断した場合はステップＳ２１に進み、制御装置３０はロータ１２を接続位置に維持したままＭＧ１０を電動機として機能させる所定のモータ条件が成立しているか否か判断する。モータ条件は、上述したように例えば回転軸１８に付与される負荷が摩擦部１９、２１間の摩擦力より大きい場合、又はカムボール１５とＶ字溝１６、１７との間にガタが発生した場合に成立したと判断される。

モータ条件が成立したと判断した場合はステップＳ２１に進み、制御装置３０はＭＧ１０の動作モードをロック補助モードに切り替える。なお、既に動作モードがロック補助モードに切り替えられていた場合は、そのモードを維持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、モータ条件が不成立と判断した場合はステップＳ１２に進み、制御装置３０はＭＧ１０の動作モードをロックモードに切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

以上に説明したように、回転軸１８に摩擦部１９、２１間の摩擦力より大きい負荷が付与された場合は、動作モードをロック補助モードに切り替えることによりＭＧ１０でこの負荷を受け止めることができる。そのため、ＭＧ１０で受け止めることが可能な負荷の上限を高めることができる。

上述した形態ではＭＧモード及びロック補助モードにおいてＭＧ１０を電動機として機能させたが、制御対象から回転軸１８に動力が入力される場合はこれらのモードにおいてＭＧ１０を発電機として機能させてもよい。これによりＭＧ１０で発電を行い、バッテリ２の充電を行うことができる。

次に図１１〜図１５を参照して本発明の回転電機装置が組み込まれたハイブリッド車両の駆動装置について説明する。なお、これらの図において図１〜図６と共通の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１１は、第１の形態に係る駆動装置１００Ａを概略的に示している。この駆動装置１００Ａは、ハイブリッド車両に搭載されるものであり、内燃機関１０１と、回転電機としての第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ）１０と、第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ）１０２と、動力分配機構１０３と、変速機構１０４とを備えている。第１ＭＧ１０、第２ＭＧ１０２、動力分配機構１０３、及び変速機構１０４は、ケース１０５に収容されている。第２ＭＧ１０２は、ケース１０５に回転不能に固定されたステータ１０２ａと、そのステータ１０２ａの内周側に同軸に配置されたロータ１０２ｂとを備えている。この第２ＭＧ１０２は、ハイブリッド車両に搭載されて電動機及び発電機として機能する周知のものであるため、詳細な説明は省略する。また、内燃機関１０１もハイブリッド車に搭載される周知のものであるため、詳細な説明は省略する。

内燃機関１０１及び第１ＭＧ１０は、動力分配機構１０３と接続されている。動力分配機構１０３は、遊星歯車機構１０６を備えている。遊星歯車機構１０６は、外歯歯車であるサンギアＳ１と、内歯歯車であるリングギアＲ１と、複数のピニオンギアＰ１と、キャリアＣ１とを備えている。サンギアＳ１とリングギアＲ１とは、互いの歯が対向するように同軸に配置されている。複数のピニオンギアＰ１は、サンギアＳ１及びリングギアＲ１とそれぞれ噛み合うように設けられている。キャリアＣ１は、複数のピニオンギアＰ１を自転可能、かつサンギアＳ１の周囲を公転可能に保持している。この図に示したようにサンギアＳ１は、第１ＭＧ１０のロータ１２と一体に回転するように回転軸１８で連結されている。また、キャリアＣ１は、内燃機関１０１の出力軸１０１ａと一体に回転するように連結されている。そして、リングギアＲ１には、出力軸１０７が一体に回転するように連結されている。第２ＭＧ１０２のロータ１０２ｂ及び出力軸１０７は、変速機構１０４とそれぞれ接続されている。変速機構１０４は、第２ＭＧ１０２のロータ１０２ｂの回転を変速して出力軸１０７に伝達する。出力軸１０７は、不図示のデファレンシャル機構を介して駆動輪に伝達されている。そのため、この駆動装置１００Ａでは、動力分配機構１０３から動力及び第２ＭＧ１０２の動力のそれぞれで駆動輪を駆動できる。なお、この変速機構１０４は、ハイブリッド車両に搭載される周知のものでよいため、詳細な説明は省略する。

この駆動装置１００Ａでは、動力分配機構１０３のサンギアＳ１の回転方向及び回転数を変更することにより、内燃機関１０１から出力された動力を第１ＭＧ１０と出力軸１０７とに分配することができる。そのため、この駆動装置１００Ａが搭載される車両は、動力分配方式（スプリット方式）のハイブリッド車両である。この場合、第１ＭＧ１０では分配された動力でロータ１２が回転駆動され、これにより回生発電が行われる。また、サンギアＳ１を回転不能にロックすることにより、内燃機関１０１の動力をそのまま出力軸１０７に伝達することができる。上述したようにサンギアＳ１はロータ１２と連結されているので、第１ＭＧ１０の動作モードを切り替えることによりサンギアＳ１の作動状態を切り替えることができる。

制御装置３０は、車両の走行状態に応じて第１ＭＧ１０の動作モードを切り替え、これによりサンギアＳ１の作動状態を切り替える。また、この制御装置３０は、車両の走行状態に応じて第２ＭＧ１０２の動作を制御する。この第２ＭＧ１０２の制御方法は、ハイブリッド車両に搭載されたモータ・ジェネレータに適用される公知の制御方法でよいため詳細な説明は省略する。なお、本発明の回転電機装置をハイブリッド車両の駆動装置１００Ａに適用する場合、制御装置３０は、駆動装置１００Ａを制御するトランスミッションコントロールユニットなどの他のコンピュータユニットと兼用されてもよいし、第１ＭＧ１０及び第２ＭＧ１０２の制御のために専用に設けられてもよい。制御装置３０には、車両の走行状態を検出するために車両の速度に応じた信号を出力する車速センサ３２、及び駆動装置１００Ａの負荷（駆動力）に相関するアクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ３３等が接続されている。

図１２は、制御装置３０が車両の走行状態に応じて第１ＭＧ１０の動作モードを切り替えるべく車両の走行中に所定の周期で繰り返し実行する第１ＭＧ制御ルーチンを示している。なお、この制御ルーチンにおいて図８と同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。

図１２の制御ルーチンにおいて制御装置３０は、まずステップＳ３１で車速及びアクセル開度を車両の走行状態を代表するパラメータとして取得する。次のステップＳ３２において制御装置３０は、第１ＭＧ１０の動作モードをロックモードに切り替えるべき所定のロック条件が成立したか否か判断する。ロック条件が成立したか否かは、車両の走行状態に基づいて判定される。例えば予め車両の走行状態のうちサンギアＳ１をロックすべき運転領域であるロック領域を設定しておく。そして、車両の走行状態がこのロック領域内の場合にロック条件が成立したと判断すればよい。

ロック条件が成立していると判断した場合はステップＳ１３に進み、制御装置３０はＭＧ１０の動作モードをロックモードに切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、ロック条件が不成立と判断した場合はステップＳ１４に進み、制御装置３０はＭＧ１０の動作モードをＭＧモードに切り替える。なお、このＭＧモードでは、制御装置３０は第１ＭＧ１０が発電機として機能するようにインバータ装置３を制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

この駆動装置１００Ａにおいても、第１ＭＧ１０の動作モードをＭＧモードからロックモードに切り替えるときの各配線Ｕ、Ｖ、Ｗの電流の時間変化は図７と同じになる。但し、この駆動装置１００Ａでは、ＭＧモードにおいて第１ＭＧ１０を発電機として機能させる。そのため、この図の期間Ｐｍｇにおける電流の時間変化は、第１ＭＧ１０からインバータ装置３に送られる電流の時間変化を示している。

この駆動装置１００Ａは、本発明の回転電機装置を備えているので、第１ＭＧ１０をロックするための機構を新たに設ける必要がない。そのため、駆動装置１００Ａの構造を簡略化できるとともに、駆動装置１００Ａを小型化できる。

次に図１３を参照して、第２の形態に係る駆動装置１００Ｂについて説明する。なお、この図において図１１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この駆動装置１００Ｂでは、変速機構１０４として遊星歯車機構１０８が設けられている。遊星歯車機構１０８は、外歯歯車であるサンギアＳ２と、内周面及び外周面にそれぞれ歯が設けられている歯車であるリングギアＲ２と、複数のピニオンギアＰ２と、キャリアＣ２とを備えている。サンギアＳ２とリングギアＲ２とは、リングギアＲの内周面の歯とサンギアＳ２の歯とが互いに対向するように同軸に配置されている。複数のピニオンギアＰ２は、サンギアＳ２及びリングギアＲ２とそれぞれ噛み合うように設けられている。キャリアＣ２は、複数のピニオンギアＰ２を自転可能、かつサンギアＳ２の周囲を公転可能に保持している。

この図に示したように、この遊星歯車機構１０８のサンギアＳ２は第２ＭＧ１０２のロータ１０２ｂと一体に回転するように連結されている。キャリアＣ２は、回転不能なようにケース１０５に固定されている。リングギアＲ２は、動力分配機構１０３のリングギアＲ１と一体に回転するように連結されている。

また、駆動装置１００Ｂは、遊星歯車機構１０８のリングギアＲ２の外周面の歯と噛み合うカウンタギア１０９と、カウンタギア１０９と一体に回転するドライブギア１１０を備えている。ドライブギア１１０は、デファレンシャル機構１１１と噛み合っており、デファレンシャル機構１１１はドライブシャフト１１２を介して不図示の駆動輪と接続されている。そのため、リングギアＲ２から出力された動力は、カウンタギア１０９、ドライブギア１１０、デファレンシャル機構１１１、及びドライブシャフト１１２を介して駆動輪に伝達される。これにより駆動輪が回転駆動される。

この駆動装置１００Ｂでは、動力分配機構１０３のサンギアＳ１の回転方向及び回転数を変更することにより、内燃機関１０１から出力された動力を第１ＭＧ１０と遊星歯車機構１０８のリングギアＲ２とに分配することができる。そのため、この駆動装置１００Ｂが搭載される車両も、動力分配方式（スプリット方式）のハイブリッド車両である。

この駆動装置１００Ｂにおいても、車両の走行状態に応じて第１ＭＧ１０の動作モードが切り替えられる。なお、この制御方法は、上述した第１の形態の駆動装置１００Ａと同じでよいため、説明は省略する。

以上に説明したように、この第２の形態の駆動装置１００Ｂにおいても、本発明の回転電機装置を備えているので、第１ＭＧ１０をロックするための機構を新たに設ける必要がない。そのため、駆動装置１００Ｂの構造を簡略化できるとともに、駆動装置１００Ｂを小型化できる。

図１４は、第３の形態に係る駆動装置１００Ｃを概略的に示している。なお、この図において図１１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この図に示したようにこの形態の駆動装置１００Ｃでは、第１ＭＧ１０のロータ１２が内燃機関１０１の出力軸１０１ａと一体に回転するようにこの出力軸１０１ａに設けられている。出力軸１０１ａの回転は、トランスミッション１１３及びデファレンシャル機構（不図示）を介して駆動輪に伝達される。そのため、駆動装置１００Ｃでは、内燃機関１０１及び第１ＭＧ１０の両方で出力軸１０１ａを駆動することができる。従って、この駆動装置１００Ｃが搭載される車両は、パラレル方式のハイブリッド車両である。

この駆動装置１００Ｃでは、例えば車両を停止状態に維持したい場合など出力軸１０１ａを回転不能にロックする場合に第１ＭＧ１０の動作モードがロックモードに切り替えられる。そして、それ以外の場合は第１ＭＧ１０の動作モードはＭＧモードに切り替えられる。また、このＭＧモードでは、第１ＭＧ１０は車両の走行状態に応じて電動機又は発電機に切り替えられる。

この第３の形態に係る駆動装置１００Ｃでは、本発明の回転電機装置を備えているので、出力軸１０１ａをロックするための機構を新たに設ける必要がない。そのため、駆動装置１００Ｃの構造を簡略化できるとともに、駆動装置１００Ｃを小型化できる。

図１５は、第４の形態に係る駆動装置１００Ｄを概略的に示している。なお、この図において図１４と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この図に示したようにこの形態の駆動装置１００Ｄでは、第１ＭＧ１０のステータ１１が内燃機関１０１の出力軸１０１ａと一体に回転するようにこの出力軸１０１ａに設けられている。一方、ロータ１２は、出力軸１０７と一体に回転するようにこの出力軸１０７に設けられている。

この駆動装置１００Ｄにおいても、車両の走行状態に応じて第１ＭＧ１０の動作モードが切り替えられる。この駆動装置１００Ｄでは、内燃機関１０１で車両を駆動する場合に第１ＭＧ１０の動作モードをロックモードに切り替える。これにより、内燃機関１０１の出力軸１０１ａと出力軸１０７とを連結できるので、内燃機関１０１で車両を駆動できる。一方、第１ＭＧ１０で車両を駆動する場合には、第１ＭＧ１０の動作モードをＭＧモードに切り替える。そして、第１ＭＧ１０を電動機として機能させる。これにより、第１ＭＧ１０で車両を駆動することができる。このようにこの駆動装置１００Ｄにおいても、内燃機関１０１及び第１ＭＧ１０の両方で車両を駆動することができる。そのため、この駆動装置１００Ｄが搭載される車両は、パラレル方式のハイブリッド車両である。

この第４の形態に係る駆動装置１００Ｄでは、第１ＭＧ１０の動作モードを切り替えることにより内燃機関１０１の出力軸１０１ａと出力軸１０７とを連結したり、その連結を解除したりできる。そのため、クラッチ機構を設ける必要がない。そのため、駆動装置１００Ｄの構造を簡略化できるとともに、駆動装置１００Ｄを小型化できる。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、回転電機はアキシャルギャップ型に限定されない。ステータの内周にロータが配置されるラジアルギャップ型の回転電機でもよい。この場合、ロータは少なくとも一部が半径方向に移動可能なように設けられる。

回転電機に供給される交流は三相交流に限定されない。二相の交流でもよいし、四相以上の交流でもよい。ステータに設けられるコイルの数も１２個に限定されない。コイルの数は、回転電機の直径や回転電機に供給される交流の相の数等に応じて適宜に変更してよい。

リターンスプリングの弾性力は、上述した形態で示した強さに限定されない。例えば、リターンスプリングの弾性力は、コイル群１つ分の磁力より強く、かつコイル群３つ分の磁力より弱くてもよい。このようにリターンスプリングの弾性力を設定することにより、回転電機を電動機として機能させているときにロータとステータとを確実に離すことができる。

Claims (8)

1. 複数のコイル群が設けられたステータと、前記ステータと同軸に設けられたロータと、を有する多相回転電機と、前記ステータの各コイル群に供給される電流を制御する制御手段と、を備えた回転電機装置において、
   前記ステータのうち前記ロータと対向する部分にステータ摩擦部が設けられるとともに前記ロータのうち前記ステータと対向する部分にロータ摩擦部が設けられ、
   前記ロータは、前記ステータ摩擦部と前記ロータ摩擦部とが接触して前記ロータと前記ステータとが接続する接続位置と前記ステータ摩擦部と前記ロータ摩擦部とが離れる分離位置との間で移動可能であり、かつ前記複数のコイル群のうちの少なくともいずれか２つのコイル群が同時に励磁された場合に前記接続位置に移動するように設けられ、
   前記制御手段は、所定の接続条件が成立した場合に前記複数のコイル群のうちの少なくともいずれか２つのコイル群が同時に励磁されるように各コイル群に供給される電流を制御するロータ位置制御手段を備えている回転電機装置。
2. 前記ロータが前記分離位置に移動するように前記ステータから離れる方向に前記ロータを押すバネ手段をさらに備えている請求項１に記載の回転電機装置。
3. 前記バネ手段は、前記複数のコイル群のうちの１つのコイル群が励磁されたときに発生する磁力より強く、かつ前記複数のコイル群のうちの３つのコイル群が励磁されたときに発生する磁力より弱い弾性力で前記ロータを前記ステータから離れる方向に押している請求項２に記載の回転電機装置。
4. 前記多相回転電機は、前記ステータと前記ロータとが前記ロータの回転軸線方向に並べて配置されたアキシャルギャップ型回転電機である請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機装置。
5. 前記ロータは、前記分離位置から前記接続位置への移動後に前記ロータに生じる所定方向のトルクを利用して前記ロータ摩擦部を前記ステータ摩擦部に押し付ける方向の力を発生させる接続補助手段を備えている請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機装置。
6. 前記多相回転電機は、内燃機関の動力を車両の駆動輪に伝達するための駆動装置に、前記内燃機関の動力を前記駆動輪に伝達するために必要な反力を発生可能なように設けられ、
   前記ロータ位置制御手段は、前記反力が前記多相回転電機の出力の上限値以上の場合に前記所定の接続条件が成立したと判断する請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転電機装置。
7. 前記車両は、前記内燃機関と電動機とが走行用動力源として搭載され、かつそれら動力源のそれぞれで前記駆動輪を駆動可能なパラレル方式のハイブリッド車両である請求項６に記載の回転電機装置。
8. 前記車両は、動力源として前記内燃機関及び電動機を搭載するとともに、前記内燃機関の動力を前記多相回転電機及び前記駆動輪に分配可能な動力分配機構を備え、前記動力分配機構で分配された動力及び前記電動機の動力のそれぞれで前記駆動輪を駆動可能な動力分配方式のハイブリッド車両である請求項６に記載の回転電機装置。

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