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公開番号2021166428
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211014
出願番号2020068423
出願日20200406
発明の名称リターダ付回転電機
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人特許業務法人YKI国際特許事務所
主分類H02K 21/16 20060101AFI20210917BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】リターダ付回転電機の小型化を図る。
【解決手段】リターダ付回転電機は、ロータと、ステータと、リターダロータとを備える。ステータは、周方向に周期的にティースを備えており、ティースの一端をロータに面して配置される。リターダロータは、周方向に連続的に磁性部材が設けられた部品である。リターダロータは、ステータのティースの他端に面して配置され、ロータと一体的に回転する。ロータとステータとの間には、ポールピースを周方向に周期的に配置されたロータ・ステータ間ポールピース部が設けられている。ステータとリターダロータの間には、ポールピースを周方向に周期的に配置されたステータ・リターダロータ間ポールピース部が設けられている。ロータ・ステータ間ポールピース部とステータ・リターダロータ間ポールピース部を周方向に移動することで、モータまたはジェネレータとしての動作と、リターダとしての動作を切り替える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
磁極が周方向に周期的に設けられ、周方向に回転するロータと、
コイルが巻回されたティースが周方向に周期的に設けられ、当該ティースの一端を前記ロータに面して配置されたステータと、
磁性部材が周方向に連続的に設けられ、当該磁性部材が前記ステータの前記ティースの他端に面して配置されて、前記ロータと一体的に回転するリターダロータと、
ポールピースが周方向に周期的に設けられ、前記ロータと前記ステータとの間に配置されたロータ・ステータ間ポールピース部と、
ポールピースが周方向に周期的に設けられ、前記ステータと前記リターダロータとの間に配置されたステータ・リターダロータ間ポールピース部と、
前記ロータ・ステータ間ポールピース部及び前記ステータ・リターダロータ間ポールピース部を周方向に移動して、前記ティースに出入りする磁束の流れを制御する移動機構と、
を備え、
前記移動機構は、前記ステータと前記ロータとの間で前記磁束による相互作用を生じさせるモータまたはジェネレータ用の第1位置と、前記ステータと前記リターダロータとの間で前記磁束による相互作用を生じさせるリターダ用の第2位置とに、前記ロータ・ステータ間ポールピース及び前記ステータ・リターダロータ間ポールピースを切り替えて配置する、ことを特徴とするリターダ付回転電機。
続きを表示(約 550 文字)【請求項2】
請求項1に記載のリターダ付回転電機において、
当該リターダ付回転電機は車両の駆動軸に接続され、
前記移動機構は、
前記車両の車速が設定車速値未満の場合に、前記ロータ・ステータ間ポールピース部及び前記ステータ・リターダロータ間ポールピース部を前記第1位置に配置し、
前記車両の車速が前記設定車速値以上の場合に、前記ロータ・ステータ間ポールピース部及び前記ステータ・リターダロータ間ポールピース部を前記第2位置に配置する、ことを特徴とするリターダ付回転電機。
【請求項3】
請求項1に記載のリターダ付回転電機において、
当該リターダ付回転電機は、当該リターダ付回転電機との間で電力供給及び回生充電を行うバッテリに接続され、
前記移動機構は、
前記バッテリのSOCが設定SOC値未満の場合に、前記ロータ・ステータ間ポールピース部及び前記ステータ・リターダロータ間ポールピース部を前記第1位置に配置し、
前記バッテリのSOCが前記設定SOC値以上の場合に、前記ロータ・ステータ間ポールピース部及び前記ステータ・リターダロータ間ポールピース部を前記第2位置に配置する、ことを特徴とするリターダ付回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、リターダとして利用可能な回転電機に関する。
続きを表示(約 5,900 文字)【背景技術】
【0002】
リターダは、車両等において、主ブレーキを補助するために搭載される補助ブレーキである。例えば、電動車両であるトラック・バスでは、バッテリのSOCが満充電であるためにバッテリへの回生充電ができない場合でも、降坂路で減速力を発生させるように、リターダを装着することがある。リターダには複数の種類があり、流体式のリターダ、永久磁石式のリターダなどの他、電磁式のリターダも用いられている。
【0003】
特許文献1には、オルタネータが電力不足に陥ったとき、電磁式のリターダを発電機として利用することが記載されている。このリターダでは、シャフトに固定されたロータの外周にステータを設け、ステータの外周にリターダロータを設けている。ステータには、ロータの側にエキサイタ電機子コイルが巻回されており、リターダロータの側に界磁コイルが巻回されている。エキサイタ電機子コイルに発生した交流電圧が界磁コイルに流される場合には、リターダとして働き、外部に取り出される場合には発電機として働く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開平11−308898号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載されたリターダは、ステータの内周面及び外周面にそれぞれコイルが設けられているため、体格が大きくなってしまう。
【0006】
本発明の目的は、リターダ付回転電機の小型化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明にかかるリターダ付回転電機は、磁極が周方向に周期的に設けられ、周方向に回転するロータと、コイルが巻回されたティースが周方向に周期的に設けられ、当該ティースの一端を前記ロータに面して配置されたステータと、磁性部材が周方向に連続的に設けられ、当該磁性部材が前記ステータの前記ティースの他端に面して配置されて、前記ロータと一体的に回転するリターダロータと、ポールピースが周方向に周期的に設けられ、前記ロータと前記ステータとの間に配置されたロータ・ステータ間ポールピース部と、ポールピースが周方向に周期的に設けられ、前記ステータと前記リターダロータとの間に配置されたステータ・リターダロータ間ポールピース部と、前記ロータ・ステータ間ポールピース部及び前記ステータ・リターダロータ間ポールピース部を周方向に移動して、前記ティースに出入りする磁束の流れを制御する移動機構と、を備え、前記移動機構は、前記ステータと前記ロータとの間で前記磁束による相互作用を生じさせるモータまたはジェネレータ用の第1位置と、前記ステータと前記リターダロータとの間で前記磁束による相互作用を生じさせるリターダ用の第2位置とに、前記ロータ・ステータ間ポールピース及び前記ステータ・リターダロータ間ポールピースを切り替えて配置する。
【0008】
本発明の一態様においては、当該リターダ付回転電機は車両の駆動軸に接続され、前記移動機構は、前記車両の車速が設定車速値未満の場合に、前記ロータ・ステータ間ポールピース部及び前記ステータ・リターダロータ間ポールピース部を前記第1位置に配置し、前記車両の車速が前記設定車速値以上の場合に、前記ロータ・ステータ間ポールピース部及び前記ステータ・リターダロータ間ポールピース部を前記第2位置に配置する。
【0009】
本発明の一態様においては、当該リターダ付回転電機は、当該リターダ付回転電機との間で電力供給及び回生充電を行うバッテリに接続され、前記移動機構は、前記バッテリのSOCが設定SOC値未満の場合に、前記ロータ・ステータ間ポールピース部及び前記ステータ・リターダロータ間ポールピース部を前記第1位置に配置し、前記バッテリのSOCが前記設定SOC値以上の場合に、前記ロータ・ステータ間ポールピース部及び前記ステータ・リターダロータ間ポールピース部を前記第2位置に配置する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、ロータとリターダロータに共通のステータを適用することができるため、リターダロータ用のコイルを設ける必要がなく、体格を小さくしたリターダ付の回転電機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
実施形態にかかる車両の概略的な構成を示す図である。
リターダ付回転電機を回転軸に垂直な平面で切った端面の図である。
リターダ付回転電機を回転軸に沿った平面で切った端面の図である。
リターダとして動作する場合の磁束の流れを模式的に示す図である。
モータまたはジェネレータとして動作する場合の磁束の流れを模式的に示す図である。
リターダ付回転電機の制御の例を示すフローチャートである。
リターダ付回転電機を別の制御の例を示すフローチャートである。
リターダ付回転電機の別の構成例を示す図である。
リターダ付回転電機のさらに別の構成例を示す図である。
アキシャルギャップ型のリターダ付回転電機の構成例を示す図である。
アキシャルギャップ型のリターダ付回転電機の別の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
(1)構成
図1は、実施形態にかかる車両10の構成について説明する図である。図1において、車両10は、バスであること、及び、電動車両であることを想定している。ここで電動車両とは、モータによって駆動される車両をいう。モータに加えて、内燃機関によって駆動されるハイブリッド車両も電動車両に含まれる。車両10には、ボディー12、前輪14、後輪16が設けられている。車両10には、シフトレバー20、アクセルペダル22、ブレーキペダル24、制御部26、リターダ付回転電機28、駆動軸30、バッテリ32、SOCセンサ34、速度センサ36が設けられている。
【0013】
シフトレバー20、アクセルペダル22、ブレーキペダル24は、車両10の運転者の運転操作用に設けられた操作装置である。シフトレバー20は、車両の走行形態を指示するために設けられている。シフトレバー20は、例えば、前進、後進、パーキングなどが指示できるように構成されている。シフトレバー20からは、前進走行において、通常利用するギヤ(いわゆるドライブ)を利用するか、低いギヤ(高トルクだが高速走行には適さない)で行うかという指示を行うことができてもよい。また、シフトレバー20からは、例えば、回生充電を積極的に行うか否かの指示が可能であってもよい。
【0014】
アクセルペダル22は、運転者が足で踏むことによって、車両10の駆動力、そして、車両の速度を制御する操作装置である。アクセルペダル22を踏まない場合には、車両10は駆動力を受けないか、または、わずかな駆動力を受けて微速で進む(いわゆるクリープ走行)ように設定される。アクセルペダル22を踏んだ場合には、車両10は、踏み込みの大きさに応じて駆動力を増加させ、加速する。
【0015】
ブレーキペダル24は、運転者が足で踏むことによって、車両10の減速を行う操作装置である。ブレーキペダル24を踏んだ場合、減速は、主として、図示を省略した主ブレーキによって行われる。主ブレーキは、例えば、前輪14または後輪16に設けられたディスクまたはドラムに、油圧または空気圧を利用してブレーキパッドを押し当てるように構成される。これにより、摩擦力が与えられて、車両10は減速する。ブレーキペダル24を踏んだ場合には、車両10は、踏み込みの大きさに応じて車両10が減速する。ブレーキペダル24を踏まない場合には、主ブレーキは動作しない。
【0016】
主ブレーキは、一般に、高い摩擦力を長時間与えられると、ブレーキパッド、及び、ディスクまたはドラムが加熱して、ブレーキ性能を低下させる。そこで、車両10では、リターダ付回転電機28を用いて、補助的に減速を行う。
【0017】
制御部26は、プロセッサ及びメモリを含むコンピュータハードウエアを、OS(Operating System)、アプリケーションプログラムなどのソフトウエアで制御することで動作する装置である。制御部26は、例えば、車両10に搭載された一つまたは複数のECU(Electric Control Unit)を用いて実現することができる。制御部26は、車両10の走行、照明、空調など様々な要素を制御するが、本明細書では、実施形態に関係の深い部分を中心に説明を行う。
【0018】
制御部26には、シフトレバー20、アクセルペダル22、ブレーキペダル24からの操作信号が入力される。制御部26には、SOCセンサ34、速度センサ36からの検出信号も入力される。そして、制御部26は、これらの信号をもとに、リターダ付回転電機28の制御を行う。制御の詳細については後述する。
【0019】
リターダ付回転電機28は、車両10を駆動することができる回転電機であり、リターダの機能を備えている。車両10には、一つまたは複数のリターダ付回転電機28が搭載されている。車両10には、さらに、一つまたは複数のリターダの機能を備えない車両駆動用の回転電機が設けられていてもよい。リターダ付回転電機28は回転するシャフトを備えており、シャフトは車両10の駆動軸30に接続されている。リターダ付回転電機28は制御部26の制御を受けて動作する。
【0020】
ここで用語について説明しておく。車両10において、リターダとは、車両10の主ブレーキを補助するために搭載される補助ブレーキを意味する。ただし、リターダ付回転電機28は、車両10以外においても利用可能である。この場合、リターダは、補助ブレーキではなく、主ブレーキとして用いられてもよい。また、回転電機は、モータ及びジェネレータの一方または両方の機能を有する装置を指す。実施形態において、リターダ付回転電機28は、後述するように、リターダ、モータ及びジェネレータの3種類の装置として動作することができる。
【0021】
駆動軸30は、車両10の前輪14または後輪16の回転を加速または減速させるトルクを伝達する軸である。駆動軸30は、直接またはギヤを介して、リターダ付回転電機28のシャフトに接続される。
【0022】
バッテリ32は、リターダ付回転電機28に電力供給を行う装置である。バッテリ32は、外部電源を介して充電される他、リターダ付回転電機28からの回生電力によって回生充電される。
【0023】
SOCセンサ34は、バッテリ32のSOC(State of Chargeの略であり、充電状態を意味する)を検出するセンサである。バッテリ32では、SOCが設定された上限値を超えた場合に満充電と判定され、設定された下限値を下回った場合に、空であると判定される。SOC34の検出信号は、制御部26に送信される。
【0024】
速度センサ36は、車両10の速度を測定するセンサである。速度センサ36の検出信号は、制御部26に送信される。
【0025】
なお、以上の説明では、車両10が、車両10に乗車する運転者によって運転操作されることを想定した。しかし、車両10は遠隔地にいる運転者によって操作されるものであってもよい。また、車両10は、運転者が操作せず、コンピュータが操作を行う自動運転モードを備えていてもよい。自動運転モードにおいては、シフトレバー20、アクセルペダル22、ブレーキペダル24からの操作信号に代えて、自動運転の判断を行うコンピュータが制御部26に同様の操作信号を送信する。
【0026】
続いて図2及び図3を参照して、リターダ付回転電機28の構造について説明する。図2は、リターダ付回転電機28を、回転軸に垂直な平面で切った端面図である。ただし、周方向には一部のみを図示している。また、図3は、リターダ付回転電機28を、回転軸を含む平面で切った端面図である。ただし、回転軸を挟んだ一方の側は図示を省略している。図2は、図3においてDD視した図であり、図3は、図2においてCC視した図である。
【0027】
図2及び図3には、(r,θ,z)円筒座標系を図示している。ここで、r座標は回転軸から垂直に外側に向かう方向、θ座標は回転の方向、z座標は回転軸の方向を指す(以下の図でも同様)。本実施形態において、r座標の正方向を外向き、外側などと呼ぶことがある。また、r座標の負方向を内向きまたは内側などと呼ぶことがある。さらに、θ座標の正負を特に区別せずに周方向と呼ぶ場合があること、回転はθ座標の正方向にも負方向にも行いうることに注意されたい。
【0028】
リターダ付回転電機28は、シャフト40、ロータ50、ロータ・ステータ間ポールピース部70、ステータ90、ステータ・リターダロータ間ポールピース部110、リターダロータ130、移動機構140及びケース150を備えている。
【0029】
シャフト40は、回転軸42に沿って延びる部材である。図3に示すように、シャフト40は、回転軸付近に位置するコア部材44と、コア部材44を取り囲むように配置された円筒部材48が、接続部46を介して連結されている。シャフト40は、回転可能に形成されており、z座標の負方向側で車両10の駆動軸30とトルク伝達可能に結合されている。
【0030】
ロータ50は、シャフト40と結合され、シャフト40と一体的に回転する円筒形状の部品である。実施形態では、ロータ50は、多数の薄い電磁鋼板を積層したロータコアと、ロータコアの磁石孔に挿入された永久磁石とを含んでいることを想定している。永久磁石は、周方向に周期的に磁極を形成するように設置される。
(【0031】以降は省略されています)

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