特許 7583757 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-06

(45)【発行日】2024-11-14

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 21/14 20060101AFI20241107BHJP

【ＦＩ】

H02K21/14 M

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022048264

(22)【出願日】2022-03-24

(65)【公開番号】P2023141777

(43)【公開日】2023-10-05

【審査請求日】2023-11-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】難波 雅史

(72)【発明者】

【氏名】長田 育充

(72)【発明者】

【氏名】北山 武志

(72)【発明者】

【氏名】服部 宏之

【審査官】若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１７５３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７７６４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ２１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステータと、前記ステータに対向して配置されたロータと、を備える回転電機であって、
前記ロータは、回転軸に固定された第１ロータと、前記回転軸の軸方向に沿って前記第１ロータと分割され、前記回転軸を回転中心として前記第１ロータに対して相対的に回動可能な第２ロータと、
を備え、
前記回転軸と前記第２ロータとが一体に回転するロック状態と、前記回転軸に対して前記第２ロータを相対的に回動させる回動状態と、を切り替えることが可能であり、
前記第１ロータの回転数が第１基準回転数以上になることを条件として、遷移前において逆極状態へ遷移させたときの出力トルクと一致する出力トルクとした後、出力トルクを維持したまま、前記第１ロータに対して前記第２ロータを回動させて同極状態から逆極状態へ遷移させる制御を行うことを特徴とする回転電機。

【請求項2】

ステータと、前記ステータに対向して配置されたロータと、を備える回転電機であって、
前記ロータは、回転軸に固定された第１ロータと、前記回転軸の軸方向に沿って前記第１ロータと分割され、前記回転軸を回転中心として前記第１ロータに対して相対的に回動可能な第２ロータと、
を備え、
前記回転軸と前記第２ロータとが一体に回転するロック状態と、前記回転軸に対して前記第２ロータを相対的に回動させる回動状態と、を切り替えることが可能であり、
前記第１ロータの回転数が第２基準回転数以下になることを条件として、遷移前において同極状態へ遷移させたときの出力トルクと一致する出力トルクとした後、出力トルクを維持したまま、前記第１ロータに対して前記第２ロータを回動させて逆極状態から同極状態へ遷移させる制御を行うことを特徴とする回転電機。

【請求項3】

請求項２に記載の回転電機であって、
さらに、遷移前において前記出力トルクが基準トルク以下になることを条件として、出力トルクを維持したまま、前記第１ロータに対して前記第２ロータを回動させて逆極状態から同極状態へ遷移させる制御を行うことを特徴とする回転電機。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記ロック状態か、前記ロック状態が解除された状態かを検出するためのセンサを備え、
前記センサによって前記ロック状態が解除された状態であることが検出された後、前記回転軸に対して前記第２ロータを相対的に回動させる回動状態とすることを特徴とする回転電機。

【請求項5】

請求項４に記載の回転電機であって、
前記センサによって前記ロック状態が解除された状態から前記ロック状態になったことが検出された後、前記回動状態から前記第１ロータと前記第２ロータとを一体に回動させる通常制御とすることを特徴とする回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等の移動体の駆動用モータには、小型・高効率と同時に、広い運転範囲が求められる。低速時のトルク増加による小型化のため、強力な磁石をロータに用いるなど、ロータの起磁力増加が行われている。しかしながら、起磁力の高いロータを用いた場合、高速走行時には弱め磁束制御が必要であり、当該制御に伴う電流の増加によりモータ効率が低下することが懸念される。

【0003】

そこで、運転状況に合わせてロータの起磁力を可変にするために、ロータを軸方向に分割したモータ構造が提案されている（特許文献１～５）。低速でトルクが必要な場合、軸方向の磁極の向きを揃え（同極：Ｎ極とＮ極及びＳ極とＳ極を揃えた状態）、起磁力を増加させる。高速で起磁力を抑制したい場合、軸方向の磁極の向きを変化させる（逆極：Ｎ極とＳ極を揃えた状態）。以下、磁極が揃った状態を「同極」、磁極が反対向きになった状態を「逆極」と示す。このようなモータ構造では、軸方向に分割したロータを捻って同極と逆極を切り替える回動動作と、同極及び逆極でモータとして駆動させるためにそれぞれのロータ状態を保持するためのロック機能が必要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００４－０６４９４２号公報

【文献】特開２０１１－１６０６３１号公報

【文献】特開２０１１－０１５５２３号公報

【文献】特開２０１６－１３１４５０号公報

【文献】特開２０１７－２２５２３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１～３の技術では、回動動作とロック機能を同じ動力源（アクチュエータやオイルポンプ）で実現している。そのため、専用の外部アクチュエータや高圧オイルポンプを追加で設ける必要があり、モータシステムが大型化してしまう。特に、ロック機能に比べて、回動動作に必要な力（トルク）が大きいため、それに合わせた追加の構成要素が必要になる。また、バネによってロック機構を実現又は補助した場合、回動動作に必要な力が増してしまう。したがって、回動動作に必要な力（トルク）がさらに増大し、モータシステムがより大型化するという問題がある。

【0006】

また、上記特許文献４の技術では、回動動作をステータ巻線に通電する電流により行い、ロック機能は小型の電磁クラッチにより行う。また、上記特許文献５の技術では、回動動作をステータ巻線に通電する電流により行い、ロック機能にリミッタ（ストッパ）機能を追加して行う。これらの従来技術では、回動動作とロック機能の動力源を分けたことで、他の従来構造に比べてモータシステムを小型にできる。しかしながら、モータ構造の外側にロックのための機構を追加で設けており、依然としてモータシステム全体は大型化するという問題がある。さらに、リミッタ機能を追加してロック機能を実現する構成では、位置検出センサの追加が必要である。加えて、ロック制御の応答性が悪い場合、ロックができない可能性がある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の１つの態様は、ステータと、前記ステータに対向して配置されたロータと、を備える回転電機であって、前記ロータは、回転軸に固定された第１ロータと、前記回転軸の軸方向に沿って前記第１ロータと分割され、前記回転軸を回転中心として前記第１ロータに対して相対的に回動可能な第２ロータと、を備え、前記回転軸と前記第２ロータとが一体に回転するロック状態と、前記回転軸に対して前記第２ロータを相対的に回動させる回動状態と、を切り替えることが可能であり、前記第１ロータの回転数が第１基準回転数以上になることを条件として、出力トルクを維持したまま、前記第１ロータに対して前記第２ロータを回動させて同極状態から逆極状態へ遷移させる制御を行うことを特徴とする回転電機である。

【0008】

本発明の別の態様は、ステータと、前記ステータに対向して配置されたロータと、を備える回転電機であって、前記ロータは、回転軸に固定された第１ロータと、前記回転軸の軸方向に沿って前記第１ロータと分割され、前記回転軸を回転中心として前記第１ロータに対して相対的に回動可能な第２ロータと、を備え、前記回転軸と前記第２ロータとが一体に回転するロック状態と、前記回転軸に対して前記第２ロータを相対的に回動させる回動状態と、を切り替えることが可能であり、前記第１ロータの回転数が第２基準回転数以下になることを条件として、出力トルクを維持したまま、前記第１ロータに対して前記第２ロータを回動させて逆極状態から同極状態へ遷移させる制御を行うことを特徴とする回転電機である。

【0009】

ここで、さらに、前記出力トルクが基準トルク以下になることを条件として、出力トルクを維持したまま、前記第１ロータに対して前記第２ロータを回動させて逆極状態から同極状態へ遷移させる制御を行うことが好適である。

【0010】

また、前記ロック状態か、前記ロック状態が解除された状態かを検出するためのセンサを備え、前記センサによって前記ロック状態が解除された状態であることが検出された後、前記回転軸に対して前記第２ロータを相対的に回動させる回動状態とすることが好適である。

【0011】

また、前記センサによって前記ロック状態が解除された状態から前記ロック状態になったことが検出された後、前記回動状態から前記第１ロータと前記第２ロータとを一体に回動させる通常制御とすることが好適である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、モータシステムを大型化させることなく、ロータの回動動作とロック機能を同時に実現する回転電機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態における回転電機システムの構成を示す図である。

【図2】第１の実施の形態におけるロータの構成を示す断面図である。

【図3】第１の実施の形態におけるロータの構成を示す断面斜視図である。

【図4】第１の実施の形態におけるロータの作用を説明する断面斜視図である。

【図5】第２の実施の形態におけるロータの構成を示す断面斜視図である。

【図6】第２の実施の形態におけるロータの作用を説明する断面図である。

【図7】第２の実施の形態におけるロータの作用を説明する断面斜視図である。

【図8】第３の実施の形態におけるロータの構成を示す断面斜視図である。

【図9】第３の実施の形態におけるロータの作用を説明する断面図である。

【図10】第３の実施の形態におけるロータの作用を説明する断面斜視図である。

【図11】第３の実施の形態における伝達プレートの構成を示す図である。

【図12】第３の実施の形態におけるロータの構成の変形例を示す断面斜視図である。

【図13】本発明の実施の形態における回転数に対する逆起電圧割合及びトルク割合の変化を示す図である。

【図14】本発明の実施の形態における回動動作中の特性の時間変化を示す図である。

【図15】本発明の実施の形態における同極状態から逆極状態への切り替えタイミングを説明するための図である。

【図16】本発明の実施の形態における逆極状態から同極状態への切り替えタイミングを説明するための図である。

【図17】本発明の実施の形態における回動制御を説明するための図である。

【図18】本発明の実施の形態における好適な回動制御を説明するための図である。

【図19】本発明の実施の形態における同極状態から逆極状態への遷移制御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】

【0014】

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態における回転電機システム１００は、図１に示すように、回転電機１０２、駆動回路１０４、電源１０６及び制御装置１０８を含んで構成される。回転電機システム１００は、例えばハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車等に搭載される。回転電機システム１００は、駆動力を発生させるモータとして使用可能であると共に、発電機、モータ及び発電機の両方の機能をもつモータジェネレータとしても使用可能である。

【0015】

回転電機１０２は、筐体１０、ステータ１２、回転軸１４、第１ロータ１６、第２ロータ１８、ロック機構２０、軸受２２及びロック駆動機構２４を含んで構成される。なお、軸受２２を設けず、回転軸１４に対して第２ロータ１８を摺動させるような構成としてもよい。

【0016】

回転電機１０２は、制御装置１０８に制御される駆動回路１０４によって、電源１０６から供給される電力を用いて回転軸１４に対して駆動力を発生させる。また、回転軸１４に与えられた回転エネルギーを駆動回路１０４によって電力に変換して電源１０６へ回生させる。駆動回路１０４は、電源１０６からの電力を交流に変換するインバータを含んで構成することができる。電源１０６は、例えば二次電池を含む蓄電システムを含んで構成することができる。

【0017】

筐体１０は、回転電機１０２を機械的に支持するための構成である。筐体１０内に、ステータ１２、回転軸１４、第１ロータ１６、第２ロータ１８、ロック機構２０、軸受２２及びロック駆動機構２４が収納される。

【0018】

ステータ１２は、ステータコアとステータコイルを備える。ステータコアは、電磁鋼板を回転軸１４の軸方向に積層した積層体からなる中空円筒形状の部材である。ただし、ステータコアを構成する材料は、電磁鋼板に限定されるものではなく、アモルファス金属、ナノ結晶軟磁性材料、圧粉磁芯等の磁性体とすることができる。ステータコイルは、ステータコアの内周面に設けられた複数のスロットに配置されたコイルである。駆動回路１０４を介して電源１０６からステータコイルに電流を流すことによって、ステータコイルに磁場を発生させることができる。

【0019】

回転軸１４には、第１ロータ１６及び第２ロータ１８が軸方向に沿って間隔をおいて配置される。本実施の形態における回転電機システム１００では、２つに分割された第１ロータ１６ａ，１６ｂの間に第２ロータ１８が配置される。ただし、第１ロータ１６及び第２ロータ１８は、３分割構造に限定されるものではなく、軸方向に分割されて互いに相対的に回動できる構造であればよい。

【0020】

第１ロータ１６ａ，１６ｂは、回転軸１４に固定されている。また、第２ロータ１８は、回転軸１４に対して回転方向において移動可能に設置されている。すなわち、第２ロータ１８は、回転軸１４に対して相対的に回転可能とされている。例えば、第２ロータ１８は、軸受２２を介して回転軸１４に取りつけられており、軸受２２によって回転軸１４に対して回転可能とされている。

【0021】

第１ロータ１６（１６ａ，１６ｂ）は、回転軸１４に固定される基部と、基部の外周側に電磁鋼板を軸方向に積層した積層体を備える。ただし、積層体を構成する材料は、電磁鋼板に限定されるものではなく、アモルファス金属、ナノ結晶軟磁性材料、圧粉磁芯等の磁性体とすることができる。

【0022】

第２ロータ１８は、電磁鋼板を軸方向に積層した積層体を備える。ただし、積層体を構成する材料は、電磁鋼板に限定されるものではなく、アモルファス金属、ナノ結晶軟磁性材料、圧粉磁芯等の磁性体とすることができる。

【0023】

本実施の形態では、図２の断面模式図に示すように、第１ロータ１６及び第２ロータ１８には周方向に沿って等間隔に磁石３０が配置される。磁石３０は、例えば、４５°置きに交互にＮ極とＳ極とが入れ替わるように８極の磁石３０が配置される。なお、図２では代表的に第２ロータ１８を示しており、磁石３０の磁極の方向をそれぞれＳ極からＮ極に向かう矢印で示している。第１ロータ１６についても磁石３０の配置は同様である。ただし、図２の断面模式図は磁石３０の配置の一例を示したものであり、磁石３０の配置はこれに限定されるものではない。

【0024】

さらに、第２ロータ１８は、回転軸１４に対して固定できるようにロック機構２０が設けられる。本実施の形態では、第２ロータ１８と回転軸１４との間にロック機構２０が設けられる。ロック機構２０は、回転軸１４内に設けられたロック駆動機構２４によって駆動される。

【0025】

回転電機システム１００の通常の運転時は、ロック機構２０によって第２ロータ１８を回転軸１４に対して回転しないような状態として、第１ロータ１６（１６ａ，１６ｂ）及び第２ロータ１８の両方が回転軸１４の回転に寄与する状態とする。一方、界磁調整時は、ロック機構２０を開放して第２ロータ１８を回転軸１４を回転中心として回転可能として、第１ロータ１６（１６ａ，１６ｂ）に対して第２ロータ１８を相対的に回転させ、周方向の位置を調整することで、ロータ全体としての界磁を調整することができる。

【0026】

このような構成において、ロック機構２０を結合状態として回転軸１４に対して第１ロータ１６（１６ａ，１６ｂ）及び第２ロータ１８が回転しない状態（通常運転状態）でステータ１２のステータコイルに電流を流して回転磁界を形成することでステータ１２に対して回転軸１４を回転させる出力トルクを発生させることができる。また、逆に、回転軸１４の回転エネルギーをステータ１２のステータコイルに流れる電流に変換して回生させることができる。

【0027】

また、ロック機構２０を開放状態して回転軸１４に対して第２ロータ１８が回転可能な状態（調整状態）でステータ１２のステータコイルに流す電流を制御することで、第１ロータ１６（１６ａ，１６ｂ）から回転軸１４へ出力トルクを発生させつつ、第１ロータ１６（１６ａ，１６ｂ）と第２ロータ１８との磁極の相対位相角（スキュー角）を調整することができる。なお、ステータ１２のステータコイルに流す電流はいわゆるベクトル制御することが好適である。

【0028】

以下、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂのＮ極と第２ロータ１８のＮ極が軸方向に沿って揃い、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂのＳ極と第２ロータ１８のＳ極が軸方向に沿った状態を同極という。また、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂのＮ極と第２ロータ１８のＳ極が軸方向に沿って揃い、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂのＳ極と第２ロータ１８のＮ極が軸方向に沿った状態を逆極という。

【0029】

以下、図２及び図３を参照しつつ、本実施の形態におけるロック機構２０及びロック駆動機構２４について説明する。ロック機構２０は、ボール３２、ハブ３４を含んで構成される。また、ロック駆動機構２４は、回動ロックシャフト３６を含んで構成される。

【0030】

回転軸１４は、軸方向に延びる中空領域１４ａを有する。回動ロックシャフト３６は、外表面に溝３６ａを備えた円柱形状を有する。回動ロックシャフト３６は、回転軸１４の中空領域１４ａにおいて第２ロータ１８の内周領域に該当する領域に配置される。回動ロックシャフト３６は、アクチュエータ等の外部からの駆動力によって回転軸１４の軸方向（図３中の矢印方向）に移動可能に設けられる。

【0031】

また、回転軸１４には、回動ロックシャフト３６の移動可能領域、すなわち第２ロータ１８の内周領域に対応する位置において径方向に貫通孔１４ｂが設けられる。貫通孔１４ｂは、周方向に沿って所定の距離ずらした位置に少なくとも２箇所に設けられる。本実施の形態では、図２に示すように、回転軸１４の周方向に沿って等間隔となるように８箇所に貫通孔１４ｂを設けた構成としている。また、周方向に沿って隣り合う貫通孔１４ｂは、回転軸１４の軸方向に沿って交互にずれた位置に設けられる。

【0032】

ボール３２（３２ａ，３２ｂ）は、伝達部材として貫通孔１４ｂ内に充填される。本実施の形態では、各貫通孔１４ｂ内に３つのボール３２を設けた例を示している。ボール３２は、貫通孔１４ｂ内を径方向に沿って移動可能である。なお、軸方向の位置が互いにずらされた貫通孔１４ｂの一方に配置したボール３２をボール３２ａと示し、他方に配置したボール３２をボール３２ｂと示している。

【0033】

ハブ３４は、円筒形状を有する部材である。ハブ３４は、ボール３２と第２ロータ１８のコアとの間に配置される。ハブ３４の外周は第２ロータ１８の内周と係合するように構成され、ハブ３４は第２ロータ１８と一体に回転する。

【0034】

ハブ３４の内周には、後述するように、ボール３２が嵌まり込むことができるハブ溝３４ａが設けられる。ハブ溝３４ａは、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂに対して第２ロータ１８が同極となる状態においてボール３２ａが嵌まり込む位置、及び、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂに対して第２ロータ１８が逆極となる状態においてボール３２ｂが嵌まり込む位置に設けられる。

【0035】

図４を参照して、回転電機システム１００におけるロック機構２０及びロック駆動機構２４の作用を説明する。ここでは、ロック機構２０及びロック駆動機構２４を用いて、回転電機システム１００を同極から逆極にする場合の作用について説明する。

【0036】

回転電機システム１００が同極のとき、図４（ａ）に示すように、回動ロックシャフト３６の外周面によってボール３２ａが径方向の外側に向けて押し出され、第２ロータ１８の内周に係合したハブ３４に設けられたハブ溝３４ａに嵌まった状態である。一方、ボール３２ｂは、回動ロックシャフト３６に設けられた溝３６ａの凹部に嵌まり、径方向の外側には突出していない状態である。この同極ロック状態では、ボール３２ａとハブ溝３４ａが嵌合状態であり、ボール３２ａとハブ３４を通じて第２ロータ１８のトルクが回転軸１４に伝達される。

【0037】

次に、同極から逆極にするために第２ロータ１８を回動状態にする。図４（ｂ）に示すように、外力により回動ロックシャフト３６を移動（図中、左から右へ移動）させると、回動ロックシャフト３６の外周部に設けられた溝３６ａの斜面にしたがってボール３２ａが径方向に動けるようになる。この状態において、ステータ１２のステータコイルに流れる電流を制御することで第２ロータ１８を回動させるためのトルク（回動トルク）を与える。これによって、ハブ３４に押されてボール３２ａがハブ溝３４ａから外れてロックが解除され、第２ロータ１８の回動動作が開始される。

【0038】

回動動作を続けると、第２ロータ１８が逆極の位置まで回動され、ハブ３４に設けられた別のハブ溝３４ａがボール３２ｂの位置まで移動する。また、押され続けた回動ロックシャフト３６の溝３６ａの斜面に沿って、ボール３２ｂが径方向の外側に押し出され、ハブ３４のハブ溝３４ａにボール３２ｂが嵌まった状態となる。この逆極ロック状態では、ボール３２ｂとハブ溝３４ａが嵌合状態であり、ボール３２ｂとハブ３４を通じて第２ロータ１８のトルクが回転軸１４に伝達される。

【0039】

なお、ロック機構２０及びロック駆動機構２４を用いて、逆極状態から同極状態へ遷移させる場合には逆の操作を行えばよい。

【0040】

また、本実施の形態では、ボール３２（３２ａ，３２ｂ）を用いた構成としたが、ボール３２をピン等の他の形状の部材に変更してもよい。

【0041】

以上のように、本実施の形態における回転電機システム１００では、回動ロックシャフト３６を軸方向に動かすことによって同極又は逆極のロック状態を解除し、ステータ１２への通電によって回転軸１４に対して第２ロータ１８を相対的に回動させることで回動状態を介して同極状態と逆極状態とを相互に遷移させることができる。なお、回転軸１４と第２ロータ１８とのロック機能は、第２ロータ１８を回動させつつ、回動ロックシャフト３６を押し続けることによって、ロック機構２０及びロック駆動機構２４以外の外部機構や追加センサを必要とすることなく受動的に行うことが可能である。

【0042】

［第２の実施の形態］
図５～図７を参照して、第２の実施の形態におけるロック機構２０及びロック駆動機構２４について説明する。ロック機構２０は、ピン４０、伝達部材４２及びハブ４４を含んで構成される。また、ロック駆動機構２４は、回動ロックシャフト４６を含んで構成される。

【0043】

回転軸１４は、軸方向に延びる中空領域１４ａを有する。回動ロックシャフト４６は、外表面に溝４６ａを備えた円柱形状を有する。回動ロックシャフト４６は、回転軸１４の中空領域１４ａにおいて第２ロータ１８の内周領域に該当する領域に配置される。回動ロックシャフト４６は、アクチュエータ等の外部からの駆動力によって回転軸１４の軸方向（図５中の矢印方向）に移動可能に設けられる。

【0044】

また、回転軸１４には、回動ロックシャフト４６の移動可能領域、すなわち第２ロータ１８の内周領域に対応する位置において径方向に貫通孔が設けられる。貫通孔は、周方向に沿って後述する伝達部材４２をシーソーのように動かすのに適した距離だけずらした位置に少なくとも２箇所に設けられる。本実施の形態では、図６に示すように、回転軸１４の周方向に沿って６箇所に貫通孔を設けた構成としている。また、周方向に沿って隣り合う貫通孔は、回転軸１４の軸方向に沿って交互にずれた位置に設けられる。

【0045】

ピン４０（４０ａ，４０ｂ）は、貫通孔内に充填される。ピン４０は、貫通孔内を径方向に沿って移動可能である。なお、軸方向の位置が互いにずらされた貫通孔の一方に配置したピン４０をピン４０ａと示し、他方に配置したピン４０をピン４０ｂと示している。

【0046】

伝達部材４２は、回転軸１４と第２ロータ１８とをロック状態にすると共に、回転軸１４と第２ロータ１８との間で動力を伝達するために設けられる板状部材である。伝達部材４２は、回転軸１４とハブ４４の間において回転軸１４の外周面に設けられた凹部内に配置される。伝達部材４２は、中央部に回転軸が設けられ、両端がそれぞれピン４０ａ及びピン４０ｂによって径方向の外側に向けて押されることによって、回転軸１４とハブ４４の間の空間において回転軸を中心としてシーソーのように動くことが可能となるように構成される。また、伝達部材４２の両端には、ハブ４４の内周面に設けられたハブ溝４４ａと嵌合する爪がそれぞれ設けられる。

【0047】

ハブ４４は、円筒形状を有する部材である。ハブ４４は、回転軸１４と第２ロータ１８のコアとの間に配置される。ハブ４４の外周は第２ロータ１８の内周と係合するように構成され、ハブ４４は第２ロータ１８と一体に回転する。

【0048】

ハブ４４の内周には、伝達部材４２の両端に設けられた爪が嵌まり込むことができるハブ溝４４ａが設けられる。ハブ溝４４ａは、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂに対して第２ロータ１８が同極となる状態において伝達部材４２の一端の爪が嵌まり込む位置、及び、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂに対して第２ロータ１８が逆極となる状態において伝達部材４２の他端の爪が嵌まり込む位置に設けられる。

【0049】

さらに、ハブ４４の内周には、さらに回動範囲を規制するハブ溝４４ｂが設けられる。ハブ溝４４ｂには回転軸１４の外周に設けられた突起（キー部）１４ｃが嵌まり、ハブ溝４４ｂ内において突起１４ｃが動ける範囲において回転軸１４に対する第２ロータ１８の回動範囲が規制される。

【0050】

以下、本実施の形態におけるロック機構２０及びロック駆動機構２４の作用を説明する。ここでは、ロック機構２０及びロック駆動機構２４を用いて、回転電機システム１００を同極から逆極にする場合の作用について説明する。

【0051】

図６（ａ）及び図７（ａ）に示すように、回転電機システム１００が同極のとき、第１の実施の形態と同様に、回動ロックシャフト４６の外周面によってピン４０ａが径方向の外側に向けて押し出され、伝達部材４２の一端をハブ４４の方へ押し付ける。これによって、伝達部材４２の当該一端の爪がハブ４４のハブ溝４４ａに嵌合した状態となる。一方、ピン４０ｂは、回動ロックシャフト３６に設けられた溝４６ａの凹部に嵌まり、径方向の外側には突出していない状態である。また、回転軸１４に設けられた突起１４ｃはハブ４４のハブ溝４４ｂ内の一端に当接した状態である。

【0052】

回転電機システム１００がモータとして力行動作している場合、第１ロータ１６及び第２ロータ１８は正転方向（図６（ａ）においてＣＣＷ方向）に回転し、当該正転方向にトルクを出力する。同極ロック状態において力行動作時には、ハブ４４のハブ溝４４ｂ内の一端に当接した回転軸１４の突起１４ｃによって第２ロータ１８の力行トルクが回転軸１４に伝達される。すなわち、力行動作状態では、伝達部材４２の爪には力行トルクは印加されていない。一方、回転電機システム１００がジェネレータとして回生動作している場合、第１ロータ１６及び第２ロータ１８は正転方向に回転し、回生トルクを逆転方向（図６（ａ）においてＣＣＷ方向とは逆方向）に出力する。このような回生動作状態では、ハブ４４に設けられたハブ溝４４ａに嵌合した伝達部材４２の爪によって第２ロータ１８の回生トルクが回転軸１４に伝達される。

【0053】

次に、同極から逆極にするために第２ロータ１８を回動状態にする。外力により回動ロックシャフト４６を軸方向に沿って移動させると、回動ロックシャフト４６の外周部に設けられた溝４６ａの斜面にしたがってピン４０ａが径方向に動けるようになる。また、回動ロックシャフト４６の外周部に設けられた溝４６ａの反対側の斜面にしたがってピン４０ｂが径方向の外側に押し出される。ピン４０ｂは伝達部材４２の一端を径方向の外側に向けて押し、これに伴って伝達部材４２の他端によって移動が自由になったピン４０ａが径方向の内側に向けて押し戻される。これによって、図６（ｂ）に示すように、伝達部材４２が平行状態（ピン４０ａ及びピン４０ｂが径方向でほぼ同じ位置）になり、ハブ４４に設けられたハブ溝４４ａから伝達部材４２の両側の爪が外れて第２ロータ１８と回転軸１４のロックが解除される。したがって、第２ロータ１８の回動に必要な回動トルクの増加を抑制することができる。

【0054】

この状態において、ステータ１２のステータコイルに流す電流を制御することで第２ロータ１８を回動させるためのトルク（回動トルク）を与える。これによって、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、第２ロータ１８の回動動作が開始される。

【0055】

回動状態において、伝達部材４２が平行状態の場合、ピン４０ａ及びピン４０ｂに働く遠心力は同一になり、ロック機能をまかなう伝達部材４２の爪に働く力はその差分であるので、ピン４０ａ及びピン４０ｂの遠心力が作用しない。

【0056】

また、回転電機システム１００がモータとして力行動作しているときに同極ロック状態から回動状態へ遷移させれば、回転軸１４の突起１４ｃによって第２ロータ１８のトルクが回転軸１４に伝達され、伝達部材４２の爪によってトルクが伝達されていない状態において回動状態へ遷移させることができる。すなわち、ロック解除の際に伝達部材４２の爪が回転軸１４とハブ４４の両側から押されておらず、ロック解除に必要な力を増加させない。両側から押される場合は、それぞれの当接面で摩擦が発生して、ロック解除に必要な力が増加する。したがって、回動ロックシャフト４６の軸方向に沿った移動に必要な外力の増加を抑制することができる。

【0057】

回動動作を続けると、図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示すように、第２ロータ１８が逆極の位置まで回動され、ハブ４４に設けられた別のハブ溝４４ａがピン４０ｂの位置まで移動する。また、押され続けた回動ロックシャフト４６の溝４６ａの斜面に沿ってピン４０ｂが径方向の外側に押し出され、伝達部材４２の一端をハブ４４の方へ押し付ける。これによって、伝達部材４２の当該一端の爪がハブ４４のハブ溝４４ａに嵌合した状態となる。また、回転軸１４に設けられた突起１４ｃはハブ４４のハブ溝４４ｂ内において同極ロック状態のときと反対側の一端に当接した状態となる。

【0058】

回転電機システム１００がモータとして力行動作している場合、第１ロータ１６及び第２ロータ１８は正転方向（図６（ｃ）においてＣＣＷ方向）に回転し、当該正転方向にトルクを出力する。逆極ロック状態において力行動作時には、ハブ４４に設けられたハブ溝４４ａに嵌合した伝達部材４２の爪によって第２ロータ１８の力行トルクが回転軸１４に伝達される。一方、回転電機システム１００がジェネレータとして回生動作している場合、第１ロータ１６及び第２ロータ１８は正転方向に回転し、回生トルクを逆転方向（図６（ｃ）においてＣＣＷ方向とは逆方向）に出力する。このとき、ハブ４４のハブ溝４４ｂ内の一端に当接した回転軸１４の突起１４ｃによって第２ロータ１８の回生トルクが回転軸１４に伝達される。すなわち、回生動作状態では、伝達部材４２の爪には回生トルクは印加されていない。

【0059】

なお、ロック機構２０及びロック駆動機構２４を用いて、逆極状態から同極状態へ遷移させる場合には逆の操作を行えばよい。このとき、回転電機システム１００が回生動作しているときに逆極ロック状態から回動状態へ遷移させれば、回転軸１４の突起１４ｃとハブ４４のハブ溝４４ｂによってトルクが伝達され、伝達部材４２の爪によってトルクが伝達されていない状態において回動状態へ遷移させることができる。すなわち、伝達部材４２の爪が回転軸１４とハブ４４の両側から押されておらず、ロック解除に必要な力を増加させない。両側から押される場合は、それぞれの当接面で摩擦が発生して、ロック解除に必要な力が増加する。したがって、回動ロックシャフト４６の軸方向に沿った移動に必要な外力の増加を抑制することができる。

【0060】

以上のように、第２の実施の形態における回転電機システム１００では、回動ロックシャフト４６を軸方向に動かすことによって同極又は逆極のロック状態を解除し、ステータ１２への通電によって回転軸１４に対して第２ロータ１８を相対的に回動させることで同極状態と逆極状態とを相互に遷移させることができる。なお、回転軸１４と第２ロータ１８とのロック機能は、回動ロックシャフト４６を押し続けることによって、ロック機構２０及びロック駆動機構２４以外の外部機構や追加センサを必要とすることなく受動的に行うことが可能である。

【0061】

また、回転軸１４、第１ロータ１６及び第２ロータ１８が高速回転している場合においても、ロック機構２０に含まれるピン４０及び伝達部材４２に働く遠心力はバランスしており、ロック解除に必要な外力を抑制することができる。さらに、ピン４０及び伝達部材４２の機械的な破損を抑制することができる。

【0062】

［第３の実施の形態］
図８～図１１を参照して、第３の実施の形態におけるロック機構２０及びロック駆動機構２４について説明する。ロック機構２０は、ピン５０、伝達プレート５２及びハブ５４を含んで構成される。また、ロック駆動機構２４は、回動ロックシャフト５６を含んで構成される。

【0063】

回転軸１４は、軸方向に延びる中空領域１４ａを有する。回動ロックシャフト５６は、ロック機構２０に含まれるピン５０が挿入されるピン孔５６ａを備えた円柱形状を有する。回動ロックシャフト５６は、回転軸１４の中空領域１４ａにおいて第２ロータ１８の内周領域に該当する領域に配置される。回動ロックシャフト５６は、アクチュエータ等の外部からの駆動力によって回転軸１４の軸方向（図８中の矢印方向）に移動可能に設けられる。

【0064】

ピン５０は、回動ロックシャフト５６に設けられたピン孔５６ａに挿入される。回動ロックシャフト５６を回転軸１４の軸方向に移動させると、回動ロックシャフト５６と共にピン５０も軸方向に移動する。

【0065】

伝達プレート５２は、回転軸１４と第２ロータ１８とをロック状態にすると共に、回転軸１４と第２ロータ１８との間で動力を伝達するために設けられる部材である。伝達プレート５２は、図１１に示すように、板状の部材である。伝達プレート５２は、回動ロックシャフト５６の中心軸を通って径方向に亘って設けられた貫通穴５６ｂ内に配置される。伝達プレート５２は、貫通穴５６ｂ内において回転軸１４（回動ロックシャフト５６）の径方向に移動可能である。

【0066】

伝達プレート５２には、図１１に示すように、ピン５０を通すための誘導穴５２ａが設けられる。誘導穴５２ａは、伝達プレート５２が回動ロックシャフト５６の貫通穴５６ｂに配置されたときに、回転軸１４の軸方向及び径方向の両方に対して斜めの方向に沿って設けられる。すなわち、回動ロックシャフト５６と共に移動するピン５０が誘導穴５２ａに通された状態において回動ロックシャフト５６と共にピン５０が軸方向に移動した場合、伝達プレート５２は図１１の移動方向と示した矢印の方向に誘導される。

【0067】

ハブ５４は、円筒形状を有する部材である。ハブ５４は、回転軸１４と第２ロータ１８のコアとの間に配置される。ハブ５４の外周は第２ロータ１８の内周と係合するように構成され、ハブ５４は第２ロータ１８と一体に回転する。

【0068】

ハブ５４の内周には、伝達プレート５２の両端がそれぞれ嵌まり込むことができるハブ溝５４ａが設けられる。ハブ溝５４ａは、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂに対して第２ロータ１８が同極となる状態において伝達プレート５２の一端の爪が嵌まり込む位置、及び、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂに対して第２ロータ１８が逆極となる状態において伝達プレート５２の他端の爪が嵌まり込む位置に設けられる。

【0069】

さらに、ハブ５４の内周には、さらに回動範囲を規制するハブ溝５４ｂが設けられる。ハブ溝５４ｂには回転軸１４の外周に設けられた突起（キー部）１４ｃが嵌まり、ハブ溝５４ｂ内において突起１４ｃが動ける範囲において回転軸１４に対する第２ロータ１８の回動範囲が規制される。

【0070】

以下、本実施の形態におけるロック機構２０及びロック駆動機構２４の作用を説明する。ここでは、ロック機構２０及びロック駆動機構２４を用いて、回転電機システム１００を同極から逆極にする場合の作用について説明する。

【0071】

図９（ａ）及び図１０（ａ）に示すように、回転電機システム１００が同極のとき、ピン５０が誘導穴５２ａの一端（図１０（ａ）において下側の端部）に位置するように回動ロックシャフト５６に外力が与えられる。誘導穴５２ａに通されたピン５０によって、伝達プレート５２が押し上げられ（図９（ａ）及び図１０（ａ）において上向き）、伝達プレート５２の一端をハブ５４の方へ押し付ける。これによって、伝達プレート５２の当該一端がハブ５４のハブ溝５４ａに嵌合した状態となる。また、回転軸１４に設けられた突起１４ｃはハブ５４のハブ溝５４ｂ内の一端に当接した状態である。

【0072】

回転電機システム１００がモータとして力行動作している場合、第１ロータ１６及び第２ロータ１８は正転方向（図９（ａ）においてＣＣＷ方向）に回転し、当該正転方向にトルクを出力する。同極ロック状態において力行動作時には、ハブ５４のハブ溝５４ｂ内の一端に当接した回転軸１４の突起１４ｃによって第２ロータ１８の力行トルクが回転軸１４に伝達される。すなわち、力行動作状態では、伝達プレート５２の端部には力行トルクは印加されていない。一方、回転電機システム１００がジェネレータとして回生動作している場合、第１ロータ１６及び第２ロータ１８は正転方向に回転し、回生トルクを逆転方向（図９（ａ）においてＣＣＷ方向とは逆方向）に出力する。このような回生動作状態では、ハブ５４に設けられたハブ溝５４ａに嵌合した伝達プレート５２の端部によって第２ロータ１８の回生トルクが回転軸１４に伝達される。

【0073】

次に、同極から逆極にするために第２ロータ１８を回動状態にする。外力により回動ロックシャフト５６を移動させる（図１０（ａ）の矢印方向）と、回動ロックシャフト５６と共にピン５０も移動し、誘導穴５２ａの斜面にしたがって伝達プレート５２が押し下げられる（図９（ｂ）及び図１０（ｂ）において下側方向）。これに伴って伝達プレート５２の端部がハブ溝５４ａから外れ、第２ロータ１８と回転軸１４のロックが解除される。したがって、第２ロータ１８の回動に必要な回動トルクの増加を抑制することができる。

【0074】

この状態において、ステータ１２のステータコイルに流す電流を制御することで、第２ロータ１８を回動させるためのトルク（回動トルク）を与える。これによって、図９（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、第２ロータ１８の回動動作が開始される。

【0075】

また、回転電機システム１００がモータとして力行動作しているときに同極ロック状態から回動状態へ遷移させれば、回転軸１４の突起１４ｃによって第２ロータ１８のトルクが回転軸１４に伝達され、伝達プレート５２の端部によってトルクが伝達されていない状態において回動状態へ遷移させることができる。すなわち、ロック解除の際に伝達プレート５２がハブ５４のハブ溝５４ａから押されておらず、ロック解除に必要な力を増加させない。押される場合は、当接面で摩擦が発生して、ロック解除に必要な力が増加する。したがって、回動ロックシャフト５６の軸方向に沿った移動に必要な外力の増加を抑制することができる。

【0076】

回動動作を続けると、図９（ｃ）及び図１０（ｃ）に示すように、第２ロータ１８が逆極の位置まで回動され、ハブ５４に設けられた別のハブ溝５４ａが伝達プレート５２の位置まで移動する。また、押され続けた回動ロックシャフト５６と共にピン５０が移動し、ピン５０が誘導穴５２ａの一端（図１０（ｃ）において上側の端部）に位置する。これによって、伝達プレート５２の端部がハブ５４のハブ溝５４ａに嵌合した状態となる。また、回転軸１４に設けられた突起１４ｃはハブ５４のハブ溝５４ｂ内において同極ロック状態のときと反対側の一端に当接した状態となる。

【0077】

回転電機システム１００がモータとして力行動作している場合、第１ロータ１６及び第２ロータ１８は正転方向（図９（ｃ）においてＣＣＷ方向）に回転し、当該正転方向にトルクを出力する。逆極ロック状態において力行動作時には、ハブ５４に設けられたハブ溝５４ａに嵌合した伝達プレート５２の端部によって第２ロータ１８の力行トルクが回転軸１４に伝達される。一方、回転電機システム１００がジェネレータとして回生動作している場合、第１ロータ１６及び第２ロータ１８は正転方向に回転し、回生トルクを逆転方向（図９（ｃ）においてＣＣＷ方向とは逆方向）に出力する。このとき、ハブ５４のハブ溝５４ｂ内の一端に当接した回転軸１４の突起１４ｃによって第２ロータ１８の回生トルクが回転軸１４に伝達される。すなわち、回生動作状態では、伝達プレート５２の端部には回生トルクは印加されていない。

【0078】

なお、ロック機構２０及びロック駆動機構２４を用いて、逆極状態から同極状態へ遷移させる場合には逆の操作を行えばよい。このとき、回転電機システム１００が回生動作しているときに逆極ロック状態から回動状態へ遷移させれば、回転軸１４の突起１４ｃとハブ５４のハブ溝５４ｂによってトルクが伝達され、伝達プレート５２の端部によってトルクが伝達されていない状態において回動状態へ遷移させることができる。すなわち、伝達プレート５２がハブ５４のハブ溝５４ａから押されておらず、ロック解除に必要な力を増加させない。押される場合は、当接面で摩擦が発生して、ロック解除に必要な力が増加する。したがって、回動ロックシャフト５６の軸方向に沿った移動に必要な外力の増加を抑制することができる。

【0079】

以上のように、第３の実施の形態における回転電機システム１００では、回動ロックシャフト５６を軸方向に動かすことによって同極又は逆極のロック状態を解除し、ステータ１２への通電によって回転軸１４に対して第２ロータ１８を相対的に回動させることで同極状態と逆極状態とを相互に遷移させることができる。なお、回転軸１４と第２ロータ１８とのロック機能は、回動ロックシャフト５６を押し続けることによって、ロック機構２０及びロック駆動機構２４以外の外部機構や追加センサを必要とすることなく受動的に行うことが可能である。

【0080】

また、伝達プレート５２を用いたシンプルな構成によってロック状態とロック解除状態を実現することができる。さらに、回動動作中において伝達プレート５２が第２ロータ１８の中心部に配置されるため、回転による遠心力の影響を受け難い構造となっている。

【0081】

なお、上記第１～第３の実施の形態における回転電機システム１００は、いずれにおいても第２ロータ１８の内部にロック機構２０及びロック駆動機構２４を配置しており、回動動作はステータ１２への通電によって行うために回転電機システム１００の体積を増加させることなく同極状態と逆極状態を実現することができる。また、ロックのためのスキュー角の検出手段や制御も不要である。

【0082】

なお、図１２に示すように、回動ロックシャフト５６に対して軸方向に沿って片側から力を印加し続けるためのバネ等の弾性体６０を回転軸１４の中空部に設けた構成としてもよい。バネ等の弾性体６０を設けることで、回動ロックシャフト５６に対して片側から外力を印加し続けることが可能になる。これによって、回転電機システム１００の回動ロックシャフト５６を外部から駆動するアクチュエータ等が停止した状態においても同極ロック状態又は逆極ロック状態を維持することが可能になる。なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態における回転電機システム１００においても同様の構成を適用することができる。

【0083】

回動ロックシャフト５６に対して外力を与える機構に特別なアクチュエータを設けることなく、例えば、ベアリングやギア等に使用する潤滑油の油圧を利用して動作させることもできる。この場合、元々からある潤滑油のポンプが利用できるため、アクチュエータ等の外部から駆動力を与える機構を追加する必要がなく、システム全体を小型にできる。

【0084】

［回転電機システムの制御］
ところで、第１ロータ１６及び第２ロータ１８の界磁磁束を増加させて、回転電機システム１００のトルクを増加させた場合、磁石（界磁）により発生する誘起電圧（逆起電圧）が増加する。これによって、例えば、回転電機システム１００がインバータによる駆動である場合に誘起電圧がスイッチング素子の耐圧を上回ると、スイッチング素子を破損してしまうおそれがある。そこで、回転電機システム１００におけるトルクの増加と逆起電圧を上限以下に抑制することを同時に実現する必要がある。

【0085】

なお、以下の説明において、回転数とは第１ロータ１６又は第２ロータ１８が単位時間当たりに回転する回数（回転速度）を意味する。例えば、毎分当たりの回転数の単位はｒｐｍである。

【0086】

例えば、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂと第２ロータ１８との軸方向の分割割合を４：１とし、上限回転数の半分の回転数において第２ロータ１８を回動させることで磁極の１／４を同極から逆極にすると、軸方向の半分でＮ極とＳ極による磁石磁束が打ち消しあう。その結果、界磁磁束が半減され、逆起電圧も半減し、高速回転時においてもスイッチング素子を破損することなく制御が可能になる。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、この場合における第１ロータ１６及び第２ロータ１８の回転数に対する逆起電力割合とトルク割合の変化を示す。回転電機システム１００における駆動可能な領域では、比較モータに対して低速時のトルクを増加することができる。

【0087】

回転電機システム１００に適した第２ロータ１８の回動制御は以下の通りである。回転数Ｎ１までは、第１ロータ１６と第２ロータ１８とを同極で駆動し、力行トルクにより加速する。

【0088】

回転数が回転数Ｎ１に達したときに、第２ロータ１８を同極から逆極へ回動させる回動制御モード１に移行する。回動制御モード１では、回転軸１４に出力されるトルク（出力トルク）を維持しつつ、第１ロータ１６に対して第２ロータ１８を相対的に回動させるための回動トルクを同時に出力させて回動動作を実施する。具体的には、同極状態では、第１ロータ１６及び第２ロータ１８の両方によって出力トルクを出力し、回動制御モード１における回動動作中は、第１ロータ１６によって出力トルクを維持しつつ、第２ロータ１８によって回動トルクが出力されるようにステータ１２のステータコイルに通電する電流を制御する。

【0089】

このようにして、回転数Ｎ１以上となった場合、第２ロータ１８を第１ロータ１６に対して逆極とした状態で回転電機システム１００を駆動する。

【0090】

逆極で駆動中に車両へのブレーキ操作等が行われると、回生トルクによる減速が生ずる。減速によって回転数Ｎ２に達したときに、第２ロータ１８を逆極から同極へ回動させる回動制御モード２に移行する。回動制御モード２では、回動制御モード１と同様に、出力トルクを維持しつつ、回動トルクを同時に出力させて回動動作を実施する。具体的には、逆極時では、第１ロータ１６と第２ロータ１８の両方で出力ルクを出力し、回動制御モード２における回動動作中は、第１ロータ１６によって出力トルクを維持しつつ、第２ロータ１８によって回動トルクが出力されるようにステータ１２のステータコイルに通電する電流を制御する。

【0091】

このように、回転数Ｎ２以下となった場合、第２ロータ１８を第１ロータ１６に対して同極とした状態で回転電機システム１００を駆動する。

【0092】

ここで、回転数Ｎ１と回転数Ｎ２を同一とすると、当該回転数付近において同極から逆極又は逆極から同極への回動動作が繰り返されるチャタリング現象を生ずるおそれがある。そこで、回転数Ｎ１＞回転数Ｎ２に設定することが好適である。このように、同極から逆極への回動動作を開始する基準となる回転数Ｎ１と逆極から同極への回動動作を開始する回転数Ｎ２にヒステリシスを設けることによってチャタリング現象を抑制することができる。

【0093】

さらに、同極から逆極への回動動作に比べて、逆極から同極への回動動作において出力トルクを維持しながら出力できる回動トルクが小さくなり、回動動作が可能な条件が制限される。そこで、逆極から同極への回動制御モード２に移行する条件として、回転数制約（回転数Ｎ２）のみならず、トルクの制約も追加することが好適である。すなわち、第１ロータ１６及び第２ロータ１８の回転数が回転数Ｎ２以下であり、かつ、出力トルクが基準となるトルクＴ２以下となる条件において回動制御モード２に移行させることが好適である。

【0094】

特に、回転電機システム１００が逆極状態の回生動作中であり、第１ロータ１６及び第２ロータ１８の回転数が回転数Ｎ１から減少している状況では、回動制御モード２には移行させず、回生動作中は逆極状態にて回転電機システム１００を駆動させる。その後、再加速が行われて力行状態に移行する場合や回転電機システム１００が停止した場合には出力トルクは０になるか、または、０を跨いで負の回生トルクから正の力行トルクに移行することになる。そこで、出力トルクが０又はその近傍の状態において、回動制御モード２に移行して回動動作を行うことが好適である。なお、出力トルクが０に近いほどより大きな回動トルクを出力することができるので、第１ロータ１６に対して第２ロータ１８を逆極から同極へと回動させ易くなる。

【0095】

図１４は、同極から逆極へ遷移させる回動制御モード１における回動動作中の回転数、位相差角、出力トルク（アウトプットトルク）、第１ロータ１６のトルク（主ロータトルク）及び第２ロータ１８のトルク（回動ロータトルク）の時間変化の一例を示す。トルク（アウトプットトルク、主ロータトルク、回動ロータトルク）は、磁界解析によって計算した値である。これらの特性は、最大電流を上限以下にしたときの結果を示している。

【0096】

これらの結果は、出力トルク（アウトプットトルク）を所定値に維持したままで回動動作が実現できることを示している。また、同極ロック状態を解除するとともにステータ１２のステータコイルへ通電する電流の制御を切り替えて回動制御モード１に移行し、位相差角に応じて当該電流制御条件を変更することで第１ロータ１６のトルク（主ロータトルク）にて出力トルク（アウトプットトルク）を維持しながら、第２ロータ１８のトルク（回動トルク）によって第２ロータ１８を回動できる。また、回動動作の終了後、逆極ロック状態として、その際にステータ１２のステータコイルへ通電する電流の制御も変更する。

【0097】

図１５及び図１６は、出力トルク（アウトプットトルク）を所定値に維持した状態において同極から逆極、及び、逆極から同極への回動トルクの回転数に対する変化の例と回動動作が可能な条件（領域）を示す。図１５及び図１６において印×で示した条件が回動動作への切り替えに好適な条件を示している。記号（１）は回動制御モード１への移行に好適な条件、記号（２）と記号（３）は回動制御モード２への移行に好適な条件を示す。なお、記号（２）は、回転数が回転数Ｎ２以下になった条件を示し、記号（３）は、回転数が回転数Ｎ２以下になった条件に加えてトルクが０付近になった条件を示す。

【0098】

また、図１７及び図１８は、第２ロータ１８の回動動作に伴うトルクショックを抑制する方法を示す。図１７に示すように、回転電機システム１００において出力トルクが最大である状態において回転数を増加させる場合、所定の回転数において同極状態から逆極状態に遷移させると切り替え時にトルクのギャップが生じて回転電機システム１００にトルクショックが生ずるおそれがある。そこで、図１８に示すように、所定の回転数において同極状態から逆極状態に遷移させる前に回転電機システム１００の出力トルクを低減させるように駆動範囲を制限する制御を行うことが好適である。例えば、出力トルクが逆極状態における最大トルクとなるようにステータ１２のステータコイルへの電流を制御した後、同極状態から逆極状態への遷移させる制御を行う。これによって、同極から逆極への切り替え時におけるトルクのギャップの発生を防止し、回転電機システム１００のトルクショックを抑制することができる。

【0099】

上記のように、回転電機システム１００では、同極状態かつ力行状態であるときに回転軸１４に設けられた突起１４ｃによってトルクが伝達される。このように突起１４ｃでトルク伝達している状態では、ロック機構２０にトルクが掛かっていないため、外力によってロック駆動機構２４を動かすことでロックを解除することができる。このとき、第１ロータ１６及び第２ロータ１８の出力トルクは突起１４ｃによって伝達されているので、ロック解除に伴う出力トルクの減少は生じない。一方、出力トルクが逆方向の回生状態では、ロック機構２０によってトルクが伝達される。このようにロック機構２０でトルク伝達している状態では、ロック機構２０にトルクが掛かっているため、外力によってロック駆動機構２４を動かすだけではロックを解除することができない。そこで、同極状態から逆極状態へ遷移させる場合、回転電機システム１００が力行状態であるときに行う。

【0100】

図１９は、同極状態から逆極状態へ遷移させる制御のフローチャートを示す。以下、当該フローチャートを参照して、回転電機システム１００を同極状態から逆極状態へ遷移させる制御について説明する。

【0101】

ステップＳ１０では、同極状態において通常の駆動制御が行われる。ステップＳ１２では、回転数が回転数Ｎ１以上となったか否かが判定される。回転数が回転数Ｎ１以上であればステップＳ１４に処理を移行させ、回転数Ｎ１未満であればステップＳ１２に処理を戻す。ステップＳ１４では、ロック駆動機構２４を駆動させる。ステップＳ１６では、ロックが解除されたか否かが判定される。ロックが解除されればステップＳ１８に処理を移行させ、ロックが解除されていなければステップＳ１４に処理を戻してロック駆動機構２４の駆動を継続する。ロックの解除の検出は、センサを用いて行うことができる。例えば、回動ロックシャフトの位置をセンサによって検出し、回動ロックシャフトの位置によってロック状態かロック解除状態かを検出することができる。

【0102】

ステップＳ１８では、第１ロータ１６に対して相対的に第２ロータ１８を回動させる。このとき、ロック駆動機構２４の駆動は継続させる。ステップＳ２０では、ロックが完了したか否かが判定される。第２ロータ１８を回動させつつロック駆動機構２４の駆動を継続することで回転電機システム１００は逆極状態でロック状態となる。ロックが完了した場合にはステップＳ２２に処理を移行させ、ロックが完了していない場合にはステップＳ１８から処理を繰り返す。ステップＳ２２では、逆極状態において通常の駆動制御が開始される。

【0103】

逆極状態から同極状態への遷移の制御は上記フローと同様に行うことができる。この場合、ステップＳ１０では逆極状態における通常制御を行い、ステップＳ２２では同極状態における通常制御を行う。また、ステップＳ１２における判定では、回転数が回転数Ｎ２以下となることを条件とすればよい。さらに、当該条件にトルクが０付近になった条件を加えてもよい。

【符号の説明】

【0104】

１０ 筐体、１２ ステータ、１４ 回転軸、１４ａ 中空領域、１４ｂ 貫通孔、１４ｃ 突起（キー部）、２０ ロック機構、２２ 軸受、２４ ロック駆動機構、３０ 磁石、３２（３２ａ，３２ｂ） ボール、３４ ハブ、３４ａ ハブ溝、３６ 回動ロックシャフト、３６ａ 溝、４０ ピン、４０（４０ａ，４０ｂ） ピン、４２ 伝達部材、４４ ハブ、４４ａ ハブ溝、４４ｂ ハブ溝、４６ 回動ロックシャフト、４６ａ 溝、５０ ピン、５２ 伝達プレート、５２ａ 誘導穴、５４ ハブ、５４ａ ハブ溝、５４ｂ ハブ溝、５６ 回動ロックシャフト、５６ａ ピン孔、５６ｂ 貫通孔、６０ 弾性体、１００ 回転電機システム、１０２ 回転電機、１０４ 駆動回路、１０６ 電源、１０８ 制御装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】