特開 2024-164733 車両用駆動システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024164733

(43)【公開日】2024-11-27

(54)【発明の名称】車両用駆動システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/02 20160101AFI20241120BHJP

   B60L 15/20 20060101ALI20241120BHJP

   H02K 21/46 20060101ALI20241120BHJP

【ＦＩ】

H02P25/02

B60L15/20 J

H02K21/46

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023080424

(22)【出願日】2023-05-15

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121728

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 勝守

(74)【代理人】

【識別番号】100170896

【弁理士】

【氏名又は名称】寺薗 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100227695

【弁理士】

【氏名又は名称】有川 智章

(72)【発明者】

【氏名】米盛 敬

【テーマコード（参考）】

5H125

5H505

5H621

【Ｆターム（参考）】

5H125AA01

5H125AB01

5H125AC12

5H125BA01

5H125CA01

5H125EE42

5H125FF01

5H505AA16

5H505BB10

5H505CC04

5H505DD05

5H505DD08

5H505DD20

5H505EE07

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ17

5H505LL22

5H505LL24

5H505LL38

5H505LL41

5H505LL45

5H621AA01

5H621HH01

5H621HH10

(57)【要約】

【課題】モータを走行駆動源とする車両において、広い要求出力に応じて、モータの特性を変更することが可能な車両用駆動システムを提供する。
【解決手段】ステータと、ステータ内に設けられたロータと、を有し、ロータの回転により車両の駆動輪を駆動するモータを備える車両用駆動システムである。ロータは、径方向外側の部位で周方向に並ぶ複数の二次導体と、これら複数の二次導体よりも径方向内側の部位で周方向に並ぶ複数の永久磁石と、を有している。モータの駆動態様を、同期運転モードと、非同期運転モードと、に切替え可能なＥＣＵおよびモータＥＣＵをさらに備えている。ＥＣＵおよびモータＥＣＵは、モータへの要求出力に基づいて（Ｓ４）、同期運転モードから非同期運転モード（Ｓ７）への切替えを行うように構成されている。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項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を備える車両用駆動システムであって、
上記ロータは、径方向外側の部位で軸方向に延び且つ周方向に並ぶ複数の二次導体と、これら複数の二次導体よりも径方向内側の部位で軸方向に延び且つ周方向に並ぶ複数の永久磁石と、を有し、
上記モータの駆動態様を、上記永久磁石の磁力を用いて上記ロータを回転させる同期運転モードと、上記二次導体に発生する誘導電流を用いて上記ロータを回転させる非同期運転モードと、に切替え可能な制御部をさらに備え、
上記制御部は、上記モータへの要求出力に基づいて、上記同期運転モードから上記非同期運転モードへの切替えを行うように構成されていることを特徴とする車両用駆動システム。

【請求項2】

上記請求項１に記載の車両用駆動システムにおいて、
上記制御部は、上記非同期運転モードでは、上記永久磁石によるトルク脈動と逆位相のトルクを発生させる電流を、上記モータの駆動電流に重畳して、上記ステータのステータコイルへ供給するように構成されていることを特徴とする車両用駆動システム。

【請求項3】

上記請求項１または２に記載の車両用駆動システムにおいて、
上記制御部は、上記非同期運転モードにおける、相対的に大きな駆動トルクが要求されるような走行状態では、トルク脈動を許容するように構成されていることを特徴とする車両用駆動システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用駆動システムに関し、特に、モータを駆動源として走行する車両に適用される車両用駆動システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、内燃機関（エンジン）を搭載せず、電動機（モータ）を駆動源として走行する電気自動車が知られている。

【0003】

モータには、大別して、永久磁石の磁力を用いてロータを回転させるＰＭモータ（同期モータ）と、導体に発生する誘導電流を用いてロータを回転させるＩＭモータ（非同期モータ）とがあるが、電気自動車では、低回転領域においても瞬時に最大トルクで作動可能なＰＭモータが選択されることが多い。

【0004】

しかしながら、ＰＭモータには、上述の如く、低回転領域においても最大トルクで作動可能であるというメリットがあるものの、高回転領域においては、永久磁石の影響により逆起電力が大きくなり、その結果、出力が低下してしまうというデメリットがある。

【0005】

そこで、例えば特許文献１には、ステータと、かご型ロータとを備え、かご型ロータの内部に永久磁石が埋め込まれたモータが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０００－１７８８４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、車両においては、運転者による運転操作や走行環境によって、要求される駆動力が目まぐるしく変化するため、車両の駆動源として用いられるモータには、このような要求出力をカバーできるような特性が求められる。

【0008】

そこで、上記特許文献１のもののように、ＰＭモータとＩＭモータの両方の性質を併せ持つモータを車両の駆動源として適用することで、低回転領域においては同期運転を行いつつ、高回転領域においては逆起電力の影響を抑制するべく非同期運転を行ことが考えられる。

【0009】

もっとも、特許文献１のものでは、非同期運転を行うのは、かご形ロータの回転速度が同期速度に達するまでの間と、非常停止の場合のみであり、同期運転を行うことが前提となっている。したがって、特許文献１のものでは、運転者の趣向等に応じた広い要求出力に対応することが難しいという問題がある。

【0010】

本発明はか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、モータを走行駆動源とする車両において、広い要求出力に応じて、モータの特性を変更することが可能な車両用駆動システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記目的を達成するため、本発明に係る車両用駆動システムでは、要求出力に応じて、車両走行中に、モータの駆動態様を同期運転モードから非同期運転モードへ切替えるようにしている。

【0012】

具体的には、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備える車両用駆動システムを対象としている。

【0013】

そして、この車両用駆動システムは、上記ロータは、径方向外側の部位で軸方向に延び且つ周方向に並ぶ複数の二次導体と、これら複数の二次導体よりも径方向内側の部位で軸方向に延び且つ周方向に並ぶ複数の永久磁石と、を有し、上記モータの駆動態様を、上記永久磁石の磁力を用いて上記ロータを回転させる同期運転モードと、上記二次導体に発生する誘導電流を用いて上記ロータを回転させる非同期運転モードと、に切替え可能な制御部をさらに備え、上記制御部は、上記モータへの要求出力に基づいて、上記同期運転モードから上記非同期運転モードへの切替えを行うように構成されていることを特徴とするものである。

【0014】

この構成によれば、制御部が、モータの駆動態様を、モータへの要求出力に応じて、永久磁石の磁力を用いてロータを回転させる同期運転モードから、二次導体に発生する誘導電流を用いてロータを回転させる非同期運転モードへ切り替えることから、かかるモード切替えによって車両走行中にモータの特性を変更することができ、これにより、運転者の趣向に応じた広い要求出力に対応することが可能となる。

【0015】

ところで、誘導電流が発生する二次導体と、永久磁石とを共に備えるモータでは、非同期モータとして機能している状態において、不可避的に存在する永久磁石の磁力によってトルク脈動が発生し、かかるトルク脈動が車室に伝達されて、運転者に不快感を与えるケースが想定される。

【0016】

そこで、上記車両用駆動システムでは、上記制御部は、上記非同期運転モードでは、上記永久磁石によるトルク脈動と逆位相のトルクを発生させる電流を、上記モータの駆動電流に重畳して、上記ステータのステータコイルへ供給するように構成されていてもよい。

【0017】

この構成によれば、制御部が、永久磁石によるトルク脈動と逆位相のトルクを発生させる電流を、モータの駆動電流に重畳することから、非同期運転モードにおける、永久磁石によるトルク脈動を打ち消すことができ、これにより、不快なモータの振動が車室に伝達されるのを抑えることができる。

【0018】

ところで、エンジン車両では、車室に伝達されるエンジンの振動が、エンジンの運転状態の違いに応じて変化することから、かかる車室に伝達される振動からエンジンの運転状態を認識している運転者も多い。これに対し、エンジンよりも振動が小さいモータで駆動する車両では、モータの振動が運転者に認知され難いため、エンジン車両の運転に慣れた運転者がモータで駆動する車両を運転すると、車室に伝達される振動から運転状態を認識することができないことに対し違和感を覚えるケースが想定される。

【0019】

そこで、上記車両用駆動システムでは、上記制御部は、上記非同期運転モードにおける、相対的に大きな駆動トルクが要求されるような走行状態では、トルク脈動を許容するように構成されていてもよい。

【0020】

この構成によれば、加速要求時等といった、相対的に大きな駆動トルクが要求されるような走行状態では、トルク脈動が許容されることから、例えば自身が望む加速が行われていることを、車室に伝達されるモータの振動によって運転者に認識させることが可能となる。

【発明の効果】

【0021】

以上説明したように、本発明に係る車両用駆動システムによれば、モータを走行駆動源とする車両において、広い要求出力に応じて、モータの特性を変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施形態に係る車両用駆動システムが搭載された車両を模式的に示す平面図である。

【図2】車両用駆動システムを模式的に示すブロック図である。

【図3】バッテリの構成を模式的に示す図である。

【図4】モータを模式的に示す断面図である。

【図5】二次導体を模式的に示す斜視図である。

【図6】非同期運転モードにおける、モータの出力トルクを模式的に示す図である。

【図7】永久磁石による磁界に対して逆位相成分を作用させた状態を模式的に示す図である。

【図8】非同期運転モードにおいて、永久磁石による磁界に対して逆位相成分を作用させた場合における、モータの出力トルクを模式的に示す図である。

【図9】制御部が実行する制御の一例を示すフローチャートである。

【図10】制御部が実行する制御の他の例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

【0024】

（電気自動車の全体構成）
図１は、本実施形態に係る車両用駆動システム１０が搭載された車両１を模式的に示す平面図である。なお、図１の、符号Ｆｗは車両前後方向前側を、また、符号Ｒｒは車両前後方向後側を、また、符号Ｒｈは車幅方向右側を、また、符号Ｌｆは車幅方向左側をそれぞれ示している。車両１は、図１に示すように、バッテリ２０と、インバータ３０と、モータ４０と、これらを制御する各種ＥＣＵ１１，１３，１５と、を備えている。これらバッテリ２０、インバータ３０、モータ４０および各種ＥＣＵ１１，１３，１５は、車両用駆動システム１０の要部を構成している。

【0025】

この車両１では、バッテリ２０から供給された直流電流が、インバータ３０で交流電流に変換されてモータ４０に供給されることで、モータ４０が回転駆動する。このように回転駆動したモータ４０で発生したトルクが、減速機５で減速されてドライブシャフト６に出力され、左右一対の駆動輪（前輪７）が回転駆動するとともに従動輪（後輪８）が連れ回されることで、車両１が走行するようになっている。つまり、車両１は、モータ４０を駆動源として走行する電気自動車として構成されている。それ故、以下では、車両１を「電気自動車１」とも称する。

【0026】

また、電気自動車１は、図１に示すように、シフター２と、ステアリングホイール３に設けられたパドルスイッチ７３と、を備えている。これらシフター２およびパドルスイッチ７３の操作に対応する信号は、ＥＣＵ１１に入力されるようになっている。この電気自動車１には、エンジン車両に通常搭載されている変速機が搭載されていないが、これらシフター２およびパドルスイッチ７３を運転者が操作することによって、モータ４０の特性が変化し、これにより、運転者の趣向を反映した「走り」を実現することが可能になっている。

【0027】

（車両用駆動システム）
図２は、車両用駆動システム１０を模式的に示す図である。この車両用駆動システム１０は、図２に示すように、ＥＣＵ１１と、モータＥＣＵ１３と、バッテリＥＣＵ１５と、バッテリ２０と、インバータ３０と、モータ４０と、例えばアクセル踏込み量やブレーキ踏込み量や電気自動車１の車速Ｖ等を検出する各種センサ（スイッチを含む）７０，７１，７２，７３，７４，７６と、ＧＰＳ受信機７５と、を備えている。

【0028】

－ＥＣＵ－
ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）や、ＣＰＵが実行するプログラムおよびマップ等を予め記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）や、ＣＰＵが必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）や、電源が遮断されている間もデータを保持するバックアップＲＡＭや、入力出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されている。ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ、予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより各種制御を実行する。

【0029】

また、ＥＣＵ１１は、モータＥＣＵ１３およびバッテリＥＣＵ１５とＣＡＮ（Controller Area Network）通信線（図示せず）を介して接続されており、図２の破線矢印で示すように、相互に情報の交換を行うことが可能となっていて、モータＥＣＵ１３およびバッテリＥＣＵ１５を統合する役割を担っている。

【0030】

さらに、ＥＣＵ１１は、図２に示すように、アクセルペダルセンサ７０、ブレーキペダルセンサ７１、シフトポジションセンサ７２、パドルスイッチ７３、車速センサ７４、ＧＰＳ受信機７５およびセレクトスイッチ７６と、電気的に接続されていて、これらの検出結果や各種情報がＥＣＵ１１に入力・送信されるようになっている。

【0031】

アクセルペダルセンサ７０は、アクセルペダル（図示せず）に取り付けられていて、アクセル踏込み量を検出し、検出したアクセル踏込み量を表す信号をＥＣＵ１１に出力するようになっている。なお、アクセルペダルセンサ７０は、アクセル踏込み変化量（単位時間当たりの変化量）を検出するように構成されていてもよい。

【0032】

ブレーキペダルセンサ７１は、ブレーキペダル（図示せず）に取り付けられていて、ブレーキ踏込み量を検出し、検出したブレーキ踏込み量を表す信号をＥＣＵ１１に出力するようになっている。なお、ブレーキペダルセンサ７１は、ブレーキ踏込み変化量（単位時間当たりの変化量）を検出するように構成されていてもよい。

【0033】

シフトポジションセンサ７２は、シフター２における各シフトポジションに設けられていて、シフトレバー２ａが、メインゲート２ｂに配置されたＰ（パーキング）レンジ、Ｒ（後進）レンジおよびＤ（ドライブ）レンジ、並びに、サブゲート２ｃに配置されたＭ（マニュアル）レンジのどこに位置しているかを検出して、ＥＣＵ１１に出力するようになっている。さらに、サブゲート２ｃはＭレンジを基準位置とする復帰式のゲートとなっている。シフトポジションセンサ７２は、運転者が行う、シフトレバー２ａを車両前後方向前側に動かす操作（プラス操作）、または、後側に動かす操作（マイナス操作）の回数に対応して、Ｄ－－、Ｄ－、Ｄ、Ｄ＋およびＤ＋＋の５段階の信号をＥＣＵ１１に出力するように構成されている。

【0034】

パドルスイッチ７３は、ステアリングホイール３の裏側（車両前後方向前側）に左右一対で設けられていて、それぞれ運転者が手前（車両前後方向後側）に引く操作を繰り返し行うことが可能な復帰式のスイッチとなっている。左右一対のパドルスイッチ７３は、運転者が行う、車幅方向右側のパドルスイッチ７３を手前に引く操作（プラス操作）、または、左側のパドルスイッチ７３を手前に引く操作（マイナス操作）の回数に対応して、Ｄ－－、Ｄ－、Ｄ、Ｄ＋およびＤ＋＋の５段階の信号をＥＣＵ１１に出力するように構成されている。

【0035】

ＥＣＵ１１のＲＯＭには、Ｄ－－、Ｄ－、Ｄ、Ｄ＋、Ｄ＋＋の順に大きくなるように設定されたモータ４０への要求トルクが記憶されていて、シフトレバー２ａまたはパドルスイッチ７３の操作で表される運転者の意思を反映したモータ４０の制御が、ＥＣＵ１１によって行われるようになっている。

【0036】

車速センサ７４は、駆動輪（前輪７）の車輪速などに基づいて、電気自動車１の車速Ｖを検出し、検出した車速Ｖを表す信号をＥＣＵ１１に出力するように構成されている。ＥＣＵ１１は、車速センサ７４によって検出された車速Ｖ等に基づいて、モータ４０の制御を行うように構成されている。

【0037】

ＧＰＳ受信機７５は、複数のＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波を受信することにより、電気自動車１の位置（例えば、電気自動車１の緯度および経度）を測定し、その位置情報をＥＣＵ１１に送信する。ＥＣＵ１１は、ＧＰＳ受信機７５から受け取った位置情報と、例えばＲＯＭに記憶された地図データベース等と、に基づき、電気自動車１の周辺走行環境を取得（認識）するように構成されている。具体的には、ＥＣＵ１１は、電気自動車１が現在、平坦路を走行中か、登坂路を走行中か、降坂路を走行中か、旋回中か、ワインディングロードを走行中か、市街地を走行中か、といった情報を取得する。なお、電気自動車１が現在、登坂路を走行中か、降坂路を走行中か、といった情報を取得する場合には、これに限らず、路面勾配を検出する勾配センサ（図示せず）を用いてもよい。なお、セレクトスイッチ７６については後述する。

【0038】

－バッテリ－
バッテリ２０は、電気的に接続された複数の電池モジュール２１（図３参照）が積層されて、電池ケース（図示せず）に収容された電池パックとして構成されている。各電池モジュール２１は、各々リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等から成る複数の電池セル（図示せず）を主要部として構成されている。より詳しくは、各電池モジュール２１は、絶縁体（図示せず）を間に挟むように、絶縁体と交互に積層された複数の電池セルを、電気的に接続してモジュール化したものとなっている。

【0039】

バッテリ２０には、図２に示すように、バッテリ２０の温度を検出するバッテリ温度センサ２５や、バッテリ２０の電圧を検出する電圧センサ２７や、バッテリ２０の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を検出するＳＯＣセンサ２９等が取り付けられている。これらバッテリ温度センサ２５、電圧センサ２７およびＳＯＣセンサ２９は、バッテリＥＣＵ１５と電気的に接続されていて、検出温度を表す信号、検出電圧を表す信号、充電状態を表す信号をそれぞれバッテリＥＣＵ１５に出力するように構成されている。

【0040】

－バッテリＥＣＵ－
バッテリＥＣＵ１５は、ＥＣＵ１１と同様に、例えばＣＰＵや、ＲＯＭや、ＲＡＭや、バックアップＲＡＭや、入力出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されている。ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより各種制御を実行する。

【0041】

バッテリＥＣＵ１５は、上述の如く、ＣＡＮ通信線を介してＥＣＵ１１と接続されており、バッテリ温度センサ２５から入力されたバッテリ２０の温度や、電圧センサ２７から入力されたバッテリ２０の電圧や、ＳＯＣセンサ２９から入力されたバッテリ２０の充電状態に関する信号をＥＣＵ１１に出力するように構成されている。また、バッテリ２０の温度が低過ぎると、回生充電能力が低下する一方、バッテリ２０の温度が高過ぎると、故障のおそれが生じることから、バッテリＥＣＵ１５は、バッテリ２０の温度に基づいて、バッテリ冷却水の流量等を調整するように構成されている。

【0042】

図３は、バッテリ２０の構成を模式的に示す図である。なお、図３では、図を見易くするために、電池モジュール２１や切替えスイッチ２３をデフォルメして描いている。複数の電池モジュール２１は、図３に示すように、切替えスイッチ２３を介して互いに電気的に接続される電池モジュール対２２を複数対（［電池モジュール２１の数－１］対）含むようにして構成されている。切替えスイッチ２３は、バッテリＥＣＵ１５の指令に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦが切り替えられるように構成されている。

【0043】

かかる構成により、バッテリＥＣＵ１５の指令によって、図３（ａ）に示すように切替えスイッチ２３が切り替えられれば、複数の電池モジュール２１（電池モジュール対２２）全てが並列接続されたバッテリ２０を実現することができる。このように、複数の電池モジュール２１全てが並列接続されたバッテリ２０とすれば、供給電圧は相対的に低くなるものの、供給電流を相対的に高くすることが可能となる。

【0044】

一方、バッテリＥＣＵ１５の指令によって、図３（ｂ）に示すように切替えスイッチ２３が切り替えられれば、複数の電池モジュール２１（電池モジュール対２２）全てが直列接続されたバッテリ２０を実現することができる。このように、複数の電池モジュール２１全てが直列接続されたバッテリ２０とすれば、供給電流は相対的に低くなるものの、供給電圧を相対的に高くすることが可能となる。

【0045】

また、図示省略するが、バッテリＥＣＵ１５の指令によって切替えスイッチ２３が切り替えられることで、電池モジュール対２２の一部の接続形態を直列とするとともに、電池モジュール対２２の残部の接続形態を並列とすることも可能となっている。

【0046】

なお、バッテリＥＣＵ１５およびバッテリ２０は、電気自動車１の停車中や駐車中のみならず、電気自動車１の走行中でも、電池モジュール対２２の接続形態を直列と並列との間で変更可能に構成されている。

【0047】

－モータ－
〈全体構成〉
図４は、モータ４０を模式的に示す断面図である。なお、図４では、図を見易くするために、二次導体６５および樹脂６６のハッチングを省略している。また、図４では、図を見易くするために、エアギャップＧの大きさを誇張して示している。モータ４０は、図４に示すように、回転軸４１と、ロータ６０と、ステータ５０と、を備えている。モータ４０は、回転軸４１が略水平になるように電気自動車１に搭載されている。

【0048】

回転軸４１は、モータ４０のケーシング（図示せず）に対して、軸受（図示せず）により回転可能に支持されている。回転軸４１は、円筒状に形成されていて、その内部空間は、モータ４０の各部を冷却するための冷媒が流れる流路４２を構成している。流路４２の一端には、ポンプ（図示せず）が接続されていて、このポンプから冷媒が供給されるようになっている。

【0049】

ロータ６０は、その内径が回転軸４１の外径よりも僅かに大きい円筒状に形成されている。ロータ６０は、回転軸４１の径方向外側に配置されていて、回転軸４１に対して一体回転可能に取付けられている。一方、ステータ５０は、円筒状に形成されていて、その中心軸が回転軸４１の中心軸と一致するように、ロータ６０の径方向外側に配置されている。換言すると、ロータ６０は、ステータ５０内にステータ５０の中心軸と同軸で回転可能に配置されている。ステータ５０の内径とロータ６０の外径とは、ステータ５０内にロータ６０が配置されると、ステータ５０の内周面５１ａとロータ６０の外周面６１ａとが、エアギャップＧを挟んで対向するような寸法に設定されている。

【0050】

また、モータ４０には、図２に示すように、モータ４０の温度を検出するモータ温度センサ４３や、モータトルクを検出するトルクセンサ４５や、ロータ６０の回転角を検出する回転角センサ４７等が取り付けられている。これらモータ温度センサ４３、トルクセンサ４５および回転角センサ４７は、モータＥＣＵ１３と電気的に接続されていて、検出温度を表す信号、モータトルクの大きさを表す信号、ロータ６０の回転角を表す信号をそれぞれモータＥＣＵ１３に出力するようになっている。

【0051】

以上のように構成されたモータ４０では、モータＥＣＵ１３の指令に基づき、バッテリ２０からインバータ３０を介して、ステータ５０へ駆動電流が供給されることで、ステータ５０に回転磁界を発生し、これに伴ってロータ６０が回転駆動されて、電気自動車１の前輪７が駆動されるようになっている。以下、ロータ６０およびステータ５０について詳細に説明する。

【0052】

〈ロータ〉
ロータ６０は、図４に示すように、ロータコア６１と、ロータコア６１に埋め込まれた複数の二次導体６５と、同じくロータコア６１に埋め込まれた複数（８つ）の永久磁石８０と、を有している。

【0053】

ロータコア６１は、例えば鉄等の磁性材からなり、内側筒状部６１ｂと、外側筒状部６１ｃと、を有している。内側筒状部６１ｂは、軸方向に見て、外形が八角形で且つ内形が円形の筒状に形成されている。

【0054】

外側筒状部６１ｃは、８つのブロック６９を有している。各ブロック６９は、軸方向に見て、等脚台形の下底６９ｂを円弧状にしたような断面形状に形成されている。また、各ブロック６９の円弧状の下底６９ｂには、上底６９ａに向かって延びる８つの溝条部６３が形成されている。外側筒状部６１ｃは、各ブロック６９の上底６９ａが径方向内側に向き、且つ、脚６９ｃ同士が周方向に対向するように、８つのブロック６９を組み合わせることで、軸方向に見て、外形が円形で且つ内形が八角形の筒状を構成するようになっている。また、８つのブロック６９を組み合わせた際、周方向に対向する脚６９ｃ同士の間の空間も、溝条部６３を形成することになる。これにより、ロータコア６１の外周部には、ロータコア６１の軸方向の全長に亘って延び且つロータコア６１の外周面６１ａから径方向内側に窪む、断面矩形状の溝条部６３が、周方向に等間隔で７２条（８ブロック×８条＋８条）形成されることになる。換言すると、ロータコア６１の外周部には、径方向に延びる７２条の溝条部６３が、軸方向に見て、放射状に形成されている。なお、図示省略するが、８つのブロック６９を組み合わせたロータコア６１の外周面には、ロータ飛散防止カバーが取り付けられている。

【0055】

永久磁石８０は、ロータ６０の軸方向に延びる、矩形断面を有する板状に形成されている。永久磁石８０は、外形が八角形の内側筒状部６１ｂの外周面と、８つのブロック６９の上底６９ａと、の間に挟まれるようにして、ロータコア６１に８つ埋め込まれている。これら８つの永久磁石８０は、図４に示すように、黒塗りで示すＮ極が径方向外側を向く一方、白抜きで示すＳ極が径方向内側を向くものと、Ｓ極が径方向外側を向く一方、Ｎ極が径方向内側を向くものと、が周方向に交互に並ぶように配置されていて、８つの極を形成している。また、これら８つの永久磁石８０は、周方向に対向する脚６９ｃ同士で形成される溝条部６３を通って充填される樹脂６６によって、ロータコア６１との一体化が図られている。

【0056】

各永久磁石８０は、フェライト磁石により構成されている。永久磁石にネオジウムなどの希土類磁石を用いたモータでは、永久磁石が高温（２２０°）になることで反磁界によって永久減磁してしまい、磁石としての機能を喪失することで、モータとして機能しなくなる懸念があるが、本実施形態では、永久磁石８０にフェライト磁石を用いることで、高回転高負荷状態で永久磁石８０が減磁することに起因して、モータ出力が低下するのを抑えることができる。

【0057】

図５は、二次導体６５を模式的に示す斜視図である。なお、図５では、図を見易くするために、７２本の二次導体６５のうち４本のみを示している。また、図５の符号ＲＡは、モータ４０の回転軸を示している。各二次導体６５は、銅等の磁性材から成っていて、図４および図５に示すように、ロータ６０の軸方向の全長に亘って延びる、矩形板状に形成されている。７２本の二次導体６５は、各二次導体６５がロータコア６１の外周部に形成された各溝条部６３に挿入されることで、軸方向に見て、放射状をなすように周方向に並んでいる。溝条部６３と、溝条部６３に挿入された二次導体６５と、の間の隙間は、射出成型によって充填された樹脂６６で埋められており、これにより、ロータコア６１と二次導体６５との一体化が図られている。なお、図４では、７２条の溝条部６３および７２本の二次導体６５が描かれているが、これらは飽くまでも例示であり、溝条部６３および二次導体６５の数はこれに限定されない。

【0058】

図５に示すように、７２本の二次導体６５は、（回転軸ＲＡの）軸方向一方側（図５の左側）の端部が銅製の第１エンドリング６７（短絡環）に溶接等で連結され、且つ、軸方向他方側（図５の右側）の端部が銅製の第２エンドリング６８（短絡環）に溶接等で連結されることで、かご状をなしている。このように、７２本の二次導体６５は、第１および第２エンドリング６７，６８を介して互いに電気的に接続されることで、閉回路を形成している。各二次導体６５が磁場を横切ると、電磁誘導により各二次導体６５に誘導起電力が生じるところ、このように７２本の二次導体６５が閉回路を成すことにより、各二次導体６５に誘導電流が流れるようになっている。なお、周方向で相隣り合う二次導体６５に、反対方向の誘導電流が流れる場合における漏電を可及的に抑えるべく、各二次導体６５は外周面が絶縁被覆されている。

【0059】

〈ステータ〉
ステータ５０は、図４に示すように、円筒状のステータコア５１と、一次導体である複数のステータコイル５５と、を有している。

【0060】

ステータコア５１は、例えば、各々所定の形状に打ち抜かれた複数の電磁鋼板を積層し、一体に連結することにより形成されていてもよいし、また例えば、磁性粉末を成形型で圧縮成形した圧粉磁性体によって形成されてもよい。ステータコア５１は、スロット５３と呼ばれる溝を複数有している。各スロット５３は、ステータコア５１の内周面５１ａから径方向外側へ延びていて、隣り合うスロット５３同士は、ステータコア５１の周方向に互いに離間している。

【0061】

複数のステータコイル５５は、各スロット５３に収容されていて、所謂分布巻きとなっている。これら複数のステータコイル５５は、例えば、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルであり、各ステータコイル５５が対応するスロット５３にそれぞれ収容されて、１８個の極を構成するようになっている。

【0062】

－インバータ－
インバータ３０は、バッテリ２０から供給された直流電流を交流電流に変換してモータ４０に供給する一方、モータ４０が発生させる回生電力を直流電力に変換してバッテリ２０に供給することで、バッテリ２０を充電することが可能に構成されている。また、インバータ３０は、モータＥＣＵ１３と電気的に接続されていて、モータＥＣＵ１３からの指令に基づいて、バッテリ２０から供給される電流の制御を行うようになっている。具体的には、インバータ３０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに対し、相毎に１２０°の位相がずれた交流電流を供給するように構成されている。このように、インバータ３０からステータコイル５５に交流電流が供給されることで、ステータ５０（ステータコイル５５）において１８極の回転磁界が形成されることになる。

【0063】

－モータＥＣＵ－
モータＥＣＵ１３は、ＥＣＵ１１やバッテリＥＣＵ１５と同様に、例えばＣＰＵや、ＲＯＭや、ＲＡＭや、バックアップＲＡＭや、入力出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されている。ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより各種制御を実行する。

【0064】

モータＥＣＵ１３は、上述の如く、ＣＡＮ通信線を介してＥＣＵ１１と接続されており、モータ温度センサ４３から入力されたモータ４０の温度や、トルクセンサ４５から入力されたモータトルクや、回転角センサ４７から入力されたロータ６０の回転角に関する信号をＥＣＵ１１に出力するように構成されている。そうして、モータＥＣＵ１３は、ＥＣＵ１１から入力されるモータ４０への要求トルクを発生させるように、インバータ３０を介して、モータ４０を制御するように構成されている。

【0065】

（モード切替え制御）
本実施形態に係る車両用駆動システム１０では、上述の如く、ロータ６０が永久磁石８０のみならず二次導体６５をも有していることから、永久磁石８０の磁力を用いてロータ６０を回転させる同期運転モードと、二次導体６５に発生する誘導電流を用いてロータ６０を回転させる非同期運転モードという、異なる２つのモードでモータ４０を回転駆動させることが可能となっている。

【0066】

具体的には、ＥＣＵ１１、モータＥＣＵ１３およびインバータ３０は、回転角センサ４７が検出したロータ６０の回転角等に基づいて、所定の相、所定の進角、所定の大きさの入力電流をステータコイル５５に流すことで、回転磁界を制御し、それを通じて、同期運転モードと非同期運転モードとを切り替えるモード切替え制御を実行するように構成されている。

【0067】

これにより、請求項との関係では、本実施形態のＥＣＵ１１、モータＥＣＵ１３およびインバータ３０が、本発明で言うところの「モータの駆動態様を、永久磁石の磁力を用いてロータを回転させる同期運転モードと、二次導体に発生する誘導電流を用いてロータを回転させる非同期運転モードと、に切替え可能な制御部」に相当する。なお、以下では、ＥＣＵ１１、モータＥＣＵ１３およびインバータ３０を「ＥＣＵ１１等」とも称し、ＥＣＵ１１等が実行する、同期運転モードと非同期運転モードについて説明する。

【0068】

－同期運転モード－
同期運転モードでは、ＥＣＵ１１等による回転磁界の制御により、回転磁界の角速度と、ロータ６０の機械的回転速度とを同期（一致）させる。また、同期運転モードでは、ロータ６０の回転中は、バッテリ２０から供給される直流電力を交流化する一方、ロータ６０の静止中は各相で定常電流化する。同期運転モードでは、回転磁界と永久磁石８０とにより定常トルクが生じる。また、誘導電流は、二次導体６５が回転磁界に対し相対移動する（磁界を横切る）ことによって生じるところ、回転磁界の角速度とロータ６０の機械的回転速度とが一致する同期運転モードでは、誘導電流が二次導体６５に流れることはない。つまり、同期運転モードでは、二次導体６５がモータ４０の出力トルクに影響を及ぼさないようになっている。

【0069】

－非同期運転モード－
非同期運転モードでは、ＥＣＵ１１等による回転磁界の制御により、回転磁界の角速度と、ロータ６０の機械的回転速度とに速度差を持たせて、両者を一致させない（すべらせる）。また、非同期運転モードでは、ロータ６０の回転中も静止中も、バッテリ２０から供給される直流電力を交流化する。非同期運転モードでは、回転磁界と二次導体６５に発生する誘導電流とにより定常トルクが生じる。もっとも、非同期運転モードでは、ロータ６０の機械的回転速度に対して、回転磁界の角速度が常に過大または過小になることから、永久磁石８０が正負のトルク変動を生じさせることになり、この影響により、回転磁界と二次導体６５とにより生じる定常トルクが変動することになる。つまり、非同期運転モードでは、永久磁石８０がモータ４０の出力トルクに影響を及ぼすようになっている。

【0070】

－両モードの使い分け－
同期運転モードでは、通常のＰＭモータと同様に、高負荷高回転領域においては、永久磁石８０の影響により逆起電力が大きくなり、その結果、出力が低下してしまうことが懸念される。

【0071】

他方、電気自動車１の駆動源であるモータ４０は、ドライバの運転操作や走行環境によって駆動力が常に変化するため、モータ４０への要求出力が変化すると、その要求出力をカバーできるように、モータ４０の運転状態を切り替えることが求められる。

【0072】

そこで、本実施形態に係る車両用駆動システム１０では、モータ４０への要求出力に基づいて、同期運転モードから非同期運転モードへの切替えを行うように、ＥＣＵ１１を構成している。

【0073】

具体的には、ＥＣＵ１１は、車速センサ７４によって検出された車速Ｖや、アクセルペダルセンサ７０によって検出されたアクセル踏込み量や、ＧＰＳ受信機７５から受け取った位置情報や、ＲＯＭに記憶された地図データベース等に基づき、モータ４０への要求出力（トルク）を推定し、その要求トルクが同期運転モードにおける許容限界トルクよりも大きい場合には、同期運転モードから非同期運転モードへの切替えを行うように構成されている。

【0074】

このように、ＥＣＵ１１が、モータ４０の駆動態様を、モータ４０への要求出力に応じて、同期運転モードから非同期運転モードへ切り替えることから、かかるモード切替えによって電気自動車１の走行中にモータ４０の特性を変更することができ、これにより、運転者の趣向に応じた広い要求出力に対応することが可能となる。

【0075】

ところで、誘導電流が発生する二次導体６５と永久磁石８０とを共に備えるモータ４０では、非同期モータとして機能している状態において、上述の如く、不可避的に存在する永久磁石８０の磁力によってトルク脈動が発生し、かかるトルク脈動が車室に伝達されて、運転者に不快感を与えることが想定される。

【0076】

そこで、本実施形態に係る車両用駆動システム１０では、非同期運転モードにおいて、永久磁石８０によるトルク脈動と逆位相のトルクを発生させる電流を、モータ４０の駆動電流に重畳して、ステータ５０のステータコイル５５へ供給するように、ＥＣＵ１１等を構成している。

【0077】

図６は、非同期運転モードにおける、モータ４０の出力トルクを模式的に示す図であり、図７は、永久磁石８０による磁界に対して逆位相成分を作用させた状態を模式的に示す図であり、図８は、非同期運転モードにおいて、永久磁石８０による磁界に対して逆位相成分を作用させた場合における、モータ４０の出力トルクを模式的に示す図である。

【0078】

非同期運転モードにおいて、１８極のＩＭモータ（非同期モータ）としての磁界の周期と、８極の永久磁石８０を用いたＰＭモータ（同期モータ）としての磁界の周期とは異なるため、換言すると、両者には周期差が存在するため、図６の点線（ＩＭ）と細実線（ＰＭ）とを見比べれば分かるように、両者には位相差が生じることになる。このため、両者を合成した磁界（図６の破線参照）によって生じる出力トルクは定常トルクとはならず、図６の太実線で示すように変動する（脈動を生じる）ことになる。

【0079】

一方、図７に示すように、８極の永久磁石８０による磁界（図７の細実線）に対して、逆位相成分ＩＰＣ（図７の一点鎖線）を作用させると、重ね合わせの原理により、８極の永久磁石８０による磁界が制御上打ち消されて、両者の合成成分ＳＣ（図７の二点鎖線）の相対的な磁界の強さは０（零）となる。

【0080】

それ故、非同期運転モードにおいて、永久磁石８０による磁界に対して逆位相成分を作用させれば、永久磁石８０が存在しているにも関わらず、恰も１８極のＩＭモータとしての磁界だけが発生している状態となるので、両者を合成した磁界によって生じる出力トルクは、図８の太実線で示すように定常トルクとなる。

【0081】

それ故、ＥＣＵ１１等が、永久磁石８０によるトルク脈動と逆位相のトルクを発生させる電流を、モータ４０の駆動電流に重畳することによって、非同期運転モードにおける、永久磁石８０によるトルク脈動を打ち消すことができ、これにより、不快なモータ４０の振動が車室に伝達されるのを抑えることが可能となる。

【0082】

他方、エンジン車両では、車室に伝達されるエンジンの振動が、エンジンの運転状態の違いに応じて変化することから、かかる車室に伝達される振動からエンジンの運転状態を認識している運転者も多い。これに対し、モータ４０で駆動する車両では、モータ４０の振動がエンジンの振動に比べて運転者に認知され難いため、エンジン車両の運転に慣れた運転者がモータで駆動する車両を運転すると、車室に伝達される振動から運転状態を認識することができないことに対し違和感を覚えるケースが想定される。

【0083】

そこで、本実施形態に係る車両用駆動システム１０では、非同期運転モードにおける、相対的に大きな駆動トルクが要求されるような走行状態では、トルク脈動を許容するように、ＥＣＵ１１等を構成している。

【0084】

なお、「相対的に大きな駆動トルクが要求されるような走行状態」とは、例えば、エンジン車両における急加速時や登坂発進時など、エンジンの運転状態が顕著に変わるようなシチュエーションに対応させて予め設定された所定値よりも、モータ４０への要求トルクが大きい場合を指す。

【0085】

このようにＥＣＵ１１等を構成することにより、例えば通常時は、トルク脈動を打ち消す一方、加速要求時等といった、相対的に大きな駆動トルクが要求されるような走行状態、換言すると、モータ４０への要求トルクが所定値よりも大きい場合には、トルク脈動が許容されることから、例えば自身が望む加速が行われていることを、車室に伝達されるモータ４０の振動によって運転者に認識させることが可能となる。

【0086】

なお、運転者が、トルク脈動を打ち消すことを志向するか、それとも、トルク脈動を許容することを志向するかは、例えばインストゥルメントパネル（図示せず）等に設けられたセレクトスイッチ７６を、運転者が操作することで、ＥＣＵ１１に入力されるようになっている。これにより、例えば、運転者がセレクトスイッチ７６をＯＮ操作すれば、永久磁石８０による磁界に対して逆位相成分を作用させることで、トルク脈動が打ち消される一方、運転者がセレクトスイッチ７６をＯＦＦ操作すれば、相対的に大きな駆動トルクが要求されるような走行状態では、トルク脈動が許容されることになる。

【0087】

（制御フロー）
次に、ＥＣＵ１１等が実行する制御の一例を、図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。

【0088】

先ず、ステップＳ１では、ＥＣＵ１１が、運転者によるセレクトスイッチ７６のＯＮ／ＯＦＦ操作を読み込んだ後、ステップＳ２へ進む。

【0089】

次のステップＳ２では、ＥＣＵ１１が、車速Ｖやアクセル踏込み量や電気自動車１の走行環境等に基づいて、モータ４０への要求トルクを取得した後、ステップＳ３へ進む。

【0090】

次のステップＳ３では、ＥＣＵ１１等が、モータ温度センサ４３が検出した永久磁石８０の温度（実動作温度）を取得した後、ステップＳ４へ進む。

【0091】

次のステップＳ４では、ＥＣＵ１１が、ステップＳ２で取得したモータ４０への要求トルクが、同期運転モードの許容限界トルク未満か否かを判定する。このステップＳ４での判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ５に進む一方、このステップＳ４での判定がＮＯの場合には、ステップＳ７に進む。次のステップＳ５では、ＥＣＵ１１が、ステップＳ３で取得した永久磁石８０の実動作温度が、永久磁石８０の許容温度未満か否かを判定する。このステップＳ５での判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ６に進む一方、このステップＳ５での判定がＮＯの場合には、ステップＳ７に進む。つまり、要求トルクが同期運転モードの許容限界トルク未満で且つ実動作温度が許容温度未満の場合にのみ、ステップＳ６へ進み、ＥＣＵ１１等が、モータ４０の運転モードを同期運転モードに設定した後、ＲＥＴＵＲＮする一方、それ以外の場合にはステップＳ７に進む。

【0092】

次のステップＳ７では、ＥＣＵ１１等が、モータ４０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。

【0093】

次のステップＳ８では、ＥＣＵ１１が、ステップＳ１で読み込んだセレクトスイッチ７６の操作がＯＮ操作か否かを判定する。このステップＳ８での判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ９へ進み、ＥＣＵ１１等が、永久磁石８０によるトルク脈動と逆位相のトルクを発生させる電流を、モータ４０の駆動電流に重畳した後、ＲＥＴＵＲＮする。

【0094】

一方、ステップＳ８での判定がＮＯの場合、すなわち、セレクトスイッチ７６の操作がＯＦＦ操作の場合には、ステップＳ１０へ進み、ＥＣＵ１１等が、ステップＳ９と同様に、永久磁石８０によるトルク脈動と逆位相のトルクを発生させる電流を、モータ４０の駆動電流に重畳した後、ステップＳ１１へ進む。

【0095】

次のステップＳ１１では、ＥＣＵ１１が、ステップＳ２で取得したモータ４０への要求トルクが、予め設定された所定値を超えているか否かを判定する。このステップＳ１１での判定がＮＯの場合は、永久磁石８０によるトルク脈動と逆位相のトルクを発生させたまま、ＲＥＴＵＲＮする。一方、このステップＳ１１での判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ１２へ進み、ＥＣＵ１１等が、永久磁石８０によるトルク脈動と逆位相のトルクを発生させる電流の供給を停止した後、ＲＥＴＵＲＮする。

【0096】

なお、図９に示す例では、セレクトスイッチ７６の操作がＯＦＦ操作の場合には、非同期運転モードにおいて、基本的にはトルク脈動を打ち消しつつ、モータ４０への要求トルクが所定値を超えたときに、トルク脈動を許容するようにしたが、例えば、所定値≒同期運転モードの許容限界トルクとして、図１０に示すフローチャートのように、セレクトスイッチ７６の操作がＯＦＦ操作の場合には、全面的にトルク脈動を許容するようにしてもよい。

【0097】

具体的には、図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ８’での判定がＮＯの場合、すなわち、セレクトスイッチ７６の操作がＯＦＦ操作の場合には、そのまま（トルク脈動を打ち消すことなく）ＲＥＴＵＲＮするようにしてもよい。なお、図１０におけるステップＳ１’～Ｓ７’およびＳ９’は、図９におけるステップＳ１～Ｓ７およびＳ９と同じ手順ゆえ、説明を省略する。

【0098】

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

【0099】

上記実施形態では、運転者がセレクトスイッチ７６をＯＦＦ操作した場合には、相対的に大きな駆動トルクが要求されるような走行状態では、トルク脈動を許容するようにしたが、これに限らず、例えば、相対的に大きな駆動トルクが要求されるような走行状態では、トルク脈動を増幅するようにしてもよい。なお、この場合には、例えば、永久磁石８０による磁界に対して同位相成分を作用させることで、トルク脈動を容易に増幅させることができる。

【0100】

また、上記実施形態では、トルク脈動を許容する条件を、「相対的に大きな駆動トルクが要求されるような走行状態」としたが、これに限らず、トルク脈動を許容する条件を、例えば急減速時など、「相対的に大きな回生トルクが要求されるような走行状態」としてもよい。

【0101】

さらに、上記実施形態では、モータ４０への要求トルクが所定値よりも大きい場合に、トルク脈動を許容するようにしたが、これに限らず、例えば駆動トルクの変化量（正負を含む）または変化速度（正負を含む）の絶対値が、予め規定された、所定変化量または所定変化速度を超える場合に、トルク脈動を許容するようにしてもよい。

【0102】

また、上記実施形態では、８つの永久磁石８０をロータコア６１に埋め込むようにしたが、これに限らず、６つ以下または１０以上の永久磁石８０をロータコア６１に埋め込むようにしてもよい。

【0103】

さらに、上記実施形態では、モータ４０を電気自動車１の車両前後方向前側に配置し、前輪７を駆動輪としたが、これに限らず、例えばモータ４０を電気自動車１の車両前後方向後側に配置し、後輪８を駆動輪としてもよい。

【0104】

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

【産業上の利用可能性】

【0105】

本発明によると、広い要求出力に応じて、モータの特性を変更することができるので、走行駆動源としてモータを備える車両用駆動システムに適用して極めて有益である。

【符号の説明】

【0106】

１ 車両
７ 前輪（駆動輪）
１０ 車両用駆動システム
１１ ＥＣＵ（制御部）
１３ モータＥＣＵ（制御部）
３０ インバータ（制御部）
４０ モータ
５０ ステータ
５５ ステータコイル
６０ ロータ
６１ｃ 外側筒状部（径方向外側の部位）
６５ 二次導体
８０ 永久磁石

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】