DE602006000650T2

DE602006000650T2 - Elektromotor und Verfahren zu ihrer Ansteuerung

Info

Publication number: DE602006000650T2
Application number: DE602006000650T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Atarashi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: EP1806827A1; US20070129198A1; CN1976172A; JP4260799B2; DE602006000650D1; CN100539358C; EP1806827B1; US7626298B2; JP2007159219A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor und ein Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors.
Priorität wird von der japanischen Patentanmeldung Nummer 2005-348981 beansprucht, welche am 02. Dezember 2005 angemeldet wurde, deren Inhalte hier durch Bezugnahme einbezogen werden.
Beschreibung des Standes der Technik
Konventionell ist ein Elektromotor bekannt, bei welchem erste und zweite Rotoren vorgesehen sind, welche konzentrisch um eine Rotationsachse eines Elektromotors herum vorgesehen sind, und bei welchen die relativen Positionen in der umfänglichen Richtung der ersten und zweiten Rotoren, nämlich die Phasendifferenz davon, in Übereinstimmung mit der Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors gesteuert werden, oder in Übereinstimmung mit der Rotationsgeschwindigkeit eines magnetischen Feldes, welches in einem Stator erzeugt wird (siehe zum Beispiel japanische Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nummer 2002-204541 ).
Bei diesem Elektromotor werden, wenn die Phasendifferenz zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor in Übereinstimmung mit zum Beispiel der Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors gesteuert wird, die relativen Positionen in der umfänglichen Richtung der ersten und zweiten Rotoren über Komponenten geändert, die in einer radialen Richtung durch die Wirkung von Zentrifugalkraft versetzt werden. Wenn die Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Rotoren in Übereinstimmung mit Beispielen der Rotationsgeschwindigkeit eines magnetischen Feldes gesteuert wird, welches in dem Stator erzeugt wird, dann werden die relativen Positionen in der umfänglichen Richtung der ersten und zweiten Rotoren durch Verändern der Rotationsgeschwindigkeit des magnetischen Feldes durch Zuführen eines Steuerstroms zu der Statorspule geändert, während jeder Rotor seine Rotationsgeschwindigkeit durch Trägheitskraft aufrecht erhält.
Bei einem Elektromotor gemäß einem Beispiel der oben beschriebenen konventionellen Technologie ist es, wenn zum Beispiel die Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Rotoren in Übereinstimmung mit zum Beispiel der Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors gesteuert wird, dann nur möglich, die Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Rotoren zu steuern, wenn der Elektromotor in Betrieb ist, nämlich, wenn eine Zentrifugalkraft entsprechend der Rotationsgeschwindigkeit wirkt, und das Problem tritt auf, dass es nicht möglich ist, die Phasendifferenz mit einer geeigneten Zeitgabe zu steuern, welche beinhaltet, wenn der elektrische Motor gestoppt wird. Darüber hinaus tritt in einem Zustand, in welchem externe Vibration den Elektromotor leicht beeinflussen kann, wie beispielsweise, wenn der Elektromotor als Antriebsquelle in einem Fahrzeug montiert ist, dann das weitere Problem auf, dass es schwierig ist, die Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Rotoren allein durch die Wirkung von Zentrifugalkraft geeignet zu steuern. Weiterhin besteht in diesem Fall, da die Phasendifferenz ungeachtet der Variationen in der Versorgungsspannung der Energieversorgung für den Motor gesteuert wird, eine Möglichkeit, dass zum Beispiel ein Versagen auftreten wird, wie beispielsweise dass die Größenbeziehung zwischen der Versorgungsspannung und der gegenelektromotorischen Kraft des elektrischen Motors umgekehrt wird.
Zusätzlich, wenn zum Beispiel die Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Rotoren in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit der Drehung des Magnetfeldes gesteuert wird, welches in dem Stator erzeugt wird, dann tritt, da die Geschwindigkeit der Drehung des Magnetfeldes verändert wird, das Problem auf, dass eine Verarbeitung, um den Elektromotor zu steuern, übermäßig komplex wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist in Hinsicht auf die obigen Umstände entwickelt worden, und es ist eine Aufgabe davon, einen Elektromotor und ein Verfahren des Antreibens eines Elektromotors vorzusehen, durch Ermöglichen, eine induzierte Spannungskonstante leicht und geeignet zu variieren, ohne den Elektromotor komplexer zu machen, wobei der Bereich der Rotationsgeschwindigkeit und der Bereich des Drehmoments, wo ein Betrieb möglich ist, vergrößert wird und die Betriebseffizienz verbessert wird. Zusätzlich wird der Bereich, wo ein hocheffizienter Betrieb möglich ist, vergrößert.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und die gewünschten Aufgaben zu erreichen, enthält der Elektromotor der vorliegenden Erfindung: einen im Wesentlichen torischen Innenumfangsseitenrotor und einen Außenumfangsseitenrotor, die positioniert sind, um die gleiche Rotationsachse aufzuweisen, und mit Permanentmagneten ausgerüstet sind, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind; einen Planetengetriebemechanismus, welcher aufweist: ein erstes Hohlrad, welches koaxial und integral mit dem Außenumfangsseitenrotor gebildet ist, ein zweites Hohlrad, welches koaxial und integral mit dem Innenumfangsseitenrotor gebildet ist, ein erstes Planetengetriebe, welches mit dem ersten Hohlrad in Eingriff steht, ein zweites Planetengetriebe, welches mit dem zweiten Hohlrad in Eingriff steht, ein Sonnenrad, welches mit dem ersten Planetengetriebe und dem zweiten Planetengetriebe in Eingriff steht, und einen ersten Planetenträger, der drehbar eines von dem ersten Planetengetriebe und dem zweiten Planetengetriebe lagert, und in der Lage ist, um die Drehachse zu drehen; und eine Drehvorrichtung, die mit dem ersten Planetenträger verbunden ist, und die durch Drehen des ersten Planetenträgers um eine vorbestimmte Drehmenge um die Drehachse herum eine relative Phase zwischen dem Innenumfangsseitenrotor und dem Außenumfangsseitenrotor ändert.
Gemäß dem Elektromotor, welcher die oben beschriebene Struktur aufweist, wird es erstens durch Positionieren von Permanentmagneten um die Umfangsrichtung des Innenumfangsseitenrotors und des Außenumfangsseitenrotors herum, möglich, effizient die Verbindungsmagnetflussmenge des Magnetfeldflusses zu erhöhen oder zu verringern, welche die Statorspule mit zum Beispiel den Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors verbindet, unter Verwendung des Magnetfeldflusses von dem Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors. Zusätzlich kann in einem starken Feldzustand die Drehmomentkonstante (nämlich Drehmoment/Phasenstrom) des Elektromotors auf einen relativ hohen Wert eingestellt werden, und der maximale Drehmomentwert, der durch den Elektromotor ausgegeben werden kann, kann erhöht werden, ohne den Stromverlust zu reduzieren, wenn der Elektromotor in Betrieb ist, und ohne den Maximalwert des Ausgangsstroms von einem Inverter zu verändern, der die Zufuhr des Stroms zu der Statorspule steuert.
Darüber hinaus ist es als Ergebnis dessen, dass das erste Planetengetriebe, zweite Planetengetriebe in der Lage ist, um die jeweiligen Planetendrehachsen zu drehen, und mit dem Sonnenrad in Eingriff zu sein, welches ein Leerlaufrad ist, ungeachtet dessen, ob der Innenumfangsseitenrotor und der Außenumfangsseitenrotor synchronisiert betrieben werden, oder ob der Elektromotor gestoppt ist, möglich, leicht die relative Phase zwischen dem Innenumfangsseitenrotor und dem Außenumfangsseitenrotor zu ändern.
Durch Einsetzen einer Struktur, in welcher das Sonnerad durch sowohl den ersten Planetengetriebezug als auch den zweiten Planetengetriebezug geteilt wird, kann Reibung in dem Sonnenrad reduziert werden. Als Ergebnis, ungeachtet der Drehgeschwindigkeit oder Drehmomentgröße des Elektromotors, muss die Kraft, die erforderlich ist, um das Drehen zu beschränken (nämlich, um ihn in einer vorbestimmten Drehposition zu erhalten) oder alternativ, um das Drehen des ersten Planetenträgers um die Drehachse herum anzutreiben, nicht größer als die Anziehungskraft oder Abstoßungskraft sein, die zwischen den Permanentmagneten erzeugt wird. Dementsprechend kann die Phase effizient ohne eine größere Kraft als das Drehmoment gesteuert werden, welches durch den Elektromotor ausgegeben wird, welcher erforderlich ist, wie es zum Beispiel der Fall bei einem Bremsaktuator ist.
Es ist auch für den Elektromotor möglich, weiterhin mit einem zweiten Planetenträger versehen zu sein, der drehbar den anderen des ersten Planetengetriebes und des zweiten Planetengetriebes lagert, und dass der zweite Planetenträger an einem Stator fixiert ist.
Gemäß einem Elektromotor, welcher die oben beschriebene Struktur aufweist, da der zweite Planetenträger an dem Stator fixiert ist, wenn der erste Planetenträger, der einen von dem ersten Planetengetriebe und dem zweiten Planetengetriebe lagert, um die Drehachse herum gedreht wird, dreht das andere des ersten Planetengetriebes und des zweiten Planetengetriebes um die Planetendrehachse herum.
Als Ergebnis dreht einer von dem Innenumfangsseitenrotor und dem Außenumfangsseitenrotor um eine Drehachse relativ zu dem anderen herum, und die relative Phase zwischen dem Innenumfangsseitenrotor und dem Außenumfangsseitenrotor kann leicht und geeignet verändert werden.
Bei dem oben beschriebenen Elektromotor ist es auch für das erste Planetengetriebe und das zweite Planetengetriebe möglich, jeweils durch einen einzelnen Getriebezug gebildet zu sein, und für den Planetengetriebemechanismus, aus einem Planetengetriebemechanismus des Einzelritzeltyps zu bestehen.
Gemäß einem Elektromotor, welcher die oben beschriebene Struktur aufweist, ist es möglich, leicht und geeignet die relative Phase zwischen dem Innenumfangsseitenrotor und dem Außenumfangsseitenrotor zu ändern, während verhindert wird, dass die Struktur des Planetengetriebemechanismus komplexer wird.
Bei dem oben beschriebenen Elektromotor ist es auch für das erste Planetengetriebe und das zweite Planetengetriebe möglich, jeweils durch zwei Getriebezüge gebildet zu sein, die miteinander in Eingriff stehen, und für den Planetengetriebemechanismus, aus einem Planetengetriebemechanismus des Doppelritzeltyps zu bestehen.
Gemäß einem Elektromotor, welcher die oben beschriebene Struktur aufweist, können die Drehrichtungen des Innenumfangsseitenrotors und des Außenumfangsseitenrotors und des Sonnenrads auf die gleiche Richtung eingestellt werden. Dementsprechend, wenn der Elektromotor in einem Fahrzeug als die Antriebsquelle montiert ist, ist es zum Beispiel möglich, zu verhindern, dass ein Leistungsübertragungsmechanismus, wie beispielsweise ein Getriebe oder dergleichen, komplexer gemacht wird, sogar, wenn die Abtriebswelle des Elektromotors mit dem Sonnenrad zusätzlich zu dem Innenumfangsseitenrotor oder dem Außenumfangsseitenrotor verbunden ist.
Bei dem oben beschriebenen Elektromotor ist es auch für die Drehvorrichtung möglich, ein Aktuator zu sein, der bewirkt, dass der erste Planetenträger dreht oder das Drehen des ersten Planetenträgers beschränkt, unter Verwendung von hydraulischer oder elektrischer Energie.
Gemäß einem Elektromotor, welcher die oben beschriebene Struktur aufweist, ist die Drehvorrichtung ein Aktuator, der zum Beispiel mit einer Hydraulikpumpe oder einem Elektromotor oder dergleichen ausgerüstet ist, und die den Planetenträger um eine vorbestimmte Drehmenge um die Drehachse herum dreht, unter Verwendung von hydraulischer oder elektrischer Energie, oder alternativ den Planetenträger in einer vorbestimmten Drehposition um die Drehachse herum gegen die Anziehungskraft oder Abstoßungskraft zwischen den Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und des Außenumfangsseitenrotors hält.
Bei dem oben beschriebenen Elektromotor ist es für die vorbestimmte Drehmenge auch möglich, ein mechanischer Winkel θ (°) = (180/p) × g/(1 + g) zu sein, der auf einem Polpaar "p" des Elektromotors und einem Übersetzungsverhältnis "g" des Sonnenrads zu einem vom dem ersten Hohlrads und dem zweiten Hohlrads basiert.
Gemäß einem Elektromotor, welcher die oben beschriebene Struktur aufweist, kann als ein Ergebnis der vorbestimmten Drehmenge, wenn der erste Planetenträger, welcher einen von dem ersten Planetengetriebes und dem zweiten Planetengetriebes lagert, um die Drehachse herum gedreht wird, welche auf einen mechanischen Winkel θ (°) = (180/p) × g/(1 + g) eingestellt ist, der Zustand des Elektromotors geeignet zum Beispiel zwischen einem starken Feldzustand eingestellt werden, in welchem die Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors mit den entgegengesetzten Magnetpolen einander gegenüberliegend positioniert werden (nämlich die Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors sind mit der gleichen Polaritätsanordnung positioniert) und einem schwacher Feldzustand, in welchem die Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors mit den gleichen Magnetpolen einander gegenüberliegend positioniert sind (nämlich die Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors sind mit einer entgegengesetzten Polaritätsanordnung positioniert).
Als Ergebnis, dass der erste Planetenträger durch die Drehvorrichtung gedreht wird, kann ein Zustand des Elektromotors auf einen geeigneten Zustand eingestellt werden, welcher zwischen einem schwachen Feldzustand, in welchem die Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors mit dem gleichen Magnetpol sich gegenüberliegend positioniert sind, und einem starken Feldzustand rangiert, in welchem die Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors positioniert sind, wobei die entgegengesetzte Magnetpole sich einander gegenüberliegen.
Gemäß einem Elektromotor, welcher die oben beschriebene Struktur aufweist, ist es möglich, die Größe des Magnetfeldflusses kontinuierlich zu ändern, welcher mit der Statorspule verbunden ist, und es ist möglich, die induzierte Spannungskonstante des Elektromotors kontinuierlich auf einen geeigneten Wert zu ändern. Als Ergebnis kann die Drehgeschwindigkeit und der Drehmomentwert, bei welchem der Elektromotor betrieben werden kann, kontinuierlich geändert werden, und der Bereich der Geschwindigkeit und des Drehmomentwertes, bei welchem ein Betrieb möglich ist, kann vergrößert werden. Weiterhin kann der Maximalwert der Betriebseffizienz des Elektromotors erhöht werden, und der Hocheffizienzbereich, wo die Betriebseffizienz größer als eine vorbestimmte Effizienz ist, kann vergrößert werden.
Es ist auch möglich, dass der Elektromotor weiterhin mit einer Beendigungsvorrichtung versehen ist, die das Beschränken durch die Drehvorrichtung des Drehens des ersten Planetenträgers um die Drehachse herum beendet, und es dem Planetenträger ermöglicht, um die Drehachse herum zu drehen, bis der Zustand des Elektromotors einen starken Feldzustand erreicht, in welchem die Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors positioniert sind, wobei sich die entgegengesetzten Magnetpole gegenüberliegen. Die oben beschriebene Drehvorrichtung kann auch die Funktionen dieser Beendigungsvorrichtung durchführen.
Gemäß einem Elektromotor, welcher die oben beschriebene Struktur aufweist, wird das Beschränken des Drehens des ersten Planetenträgers um die Drehachse herum durch die Drehvorrichtung durch die Beendigungsvorrichtung beendet, so dass der erste Planetenträger in der Lage ist, frei um die Drehachse herum zu drehen. Als Ergebnis werden die relativen Positionen in der Umfangsrichtung des Innenumfangsseitenrotors und des Außenumfangsseitenrotors geändert durch die abstoßende Kraft zwischen den gleichen Magnetpolen der Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors oder alternativ durch die Anziehungskraft zwischen den entgegengesetzten Magnetpolen der Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors. Der Zustand des Elektromotors ändert sich entsprechend zu einem starken Feldzustand, in welchem die entgegengesetzten Magnetpole der Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors dazu gebracht werden, sich gegenüber zu liegen.
Bei dem oben beschriebenen Elektromotor ist es auch möglich, dass der Planetengetriebemechanismus in einem hohlen Abschnitt auf der Innenumfangsseite des Innenumfangsseitenrotors positioniert ist.
Das Verfahren des Antreibens eines Elektromotors der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren des Antreibens des oben beschriebenen Elektromotors, welches die folgenden Schritte enthält: Detektieren einer Phase an einem relativen elektrischen Winkel zwischen dem Innenumfangsseitenrotor und dem Außenumfangsseitenrotor, Konvertieren der Phase des elektrischen Winkels zu einer Phase an einem mechanischen Winkel; Berechnen des vorbestimmten Drehbetrags aus der Phase bei dem mechanischen Winkel; und Drehen des ersten Planetenträgers um den vorbestimmten Drehbetrag um die Drehachse herum durch die Drehvorrichtung.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren des Antreibens eines Elektromotors, ungeachtet dessen, ob der Innenumfangsseitenrotor und der Außenumfangsseitenrotor in Synchronisation miteinander betrieben werden, oder ob der Elektromotor gestoppt wird, ist es möglich, den Zustand des Elektromotors leicht in einem Bereich zwischen einem schwachen Feldzustand, in welchem die Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors, wobei sich die gleichen Magnetpole gegenüberliegen, und einem starken Feldzustand einzustellen, in welchem die Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors positioniert sind, wobei die entgegengesetzten Magnetpole sich gegenüberliegen.
In dem oben beschriebenen Verfahren des Antreibens eines Elektromotors ist es auch möglich, weiterhin den Schritt einzuschließen, wenn ein Fehler in dem Elektromotor detektiert wird, Beenden des Beschränkens durch die Drehvorrichtung des Drehens des ersten Planetenträgers um die Drehachse herum, so dass es dem ersten Planetenträger erlaubt wird, um die Drehachse herum zu drehen, bis der Zustand des Elektromotors einen starken Feldzustand erreicht, in welchem die Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors positioniert sind, wobei die entgegengesetzten Magnetpole sich gegenüberliegen.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren des Antreibens eines Elektromotors ist, wenn das Beschränken durch die Drehvorrichtung beendet wird, der erste Planetenträger in der Lage, frei um die Drehachse herum zu drehen. Und zwar, wenn ein Fehler in dem Elektromotor detektiert wird, werden die relativen Positionen der Umfangsrichtung des Innenumfangsseitenrotors und des Außenumfangsseitenrotors geändert durch die abstoßende Kraft zwischen den gleichen Magnetpolen der Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und der Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors oder alternativ durch die Anziehungskraft zwischen den entgegengesetzten Magnetpolen der Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und der Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors. Der Zustand des Elektromotors ändert sich dementsprechend zu einem starken Feldzustand, in welchem die entgegengesetzten Magnetpole der Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors dazu gebracht werden, sich gegenüber zu liegen.
Als Ergebnis, wenn zum Beispiel der Elektromotor in einem Fahrzeug als eine Antriebsquelle montiert ist, ist es möglich, die gewünschte Ausgabe sicherzustellen, um es dem Fahrzeug zu erlauben, zu starten, sich zu bewegen oder eine Fahrt fortzusetzen.
In dem oben beschriebenen Verfahren des Antreibens eines Elektromotors ist es auch möglich, wenn ein Befehl, eine schwache Feldsteuerung auszuführen, für den ersten Planetenträger detektiert wird, sich um die Drehachse herum zu drehen, so dass der Zustand des Elektromotors beginnt, zu einem schwachen Feldzustand zu wechseln, in welchem die Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors positioniert sind, wobei die gleichen Magnetpole sich gegenüberliegen.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren des Antreibens eines Elektromotors, wenn zum Beispiel ein Befehl, eine schwache Feldsteuerung in Übereinstimmung mit der Drehgeschwindigkeit und der Versorgungsspannung oder dergleichen des Elektromotors auszuführen, von einer externen Steuereinheit oder dergleichen ausgegeben wird, dann wird der erste Planetenträger um die Drehachse herum gedreht, so dass der Motor zu einem schwachen Feldzustand wechselt, in welchem die Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und die Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors positioniert sind, wobei die gleichen Magnetpole sich gegenüberliegen. Dementsprechend ist es möglich, eine Hochspannungsvorrichtung zu vermeiden, wie beispielsweise einen Inverter, der die Stromversorgung zu der Statorspule steuert, welche in einem Überspannungszustand positioniert ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht, welche Hauptabschnitte eines Innenumfangsseitenrotors und eines Außenumfangsseitenrotors und eines Stators eines Elektromotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Ansicht, welche in typischer Form die Struktur des Elektromotors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Geschwindigkeitsdiagramm eines Planetengetriebemechanismus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4A ist eine Ansicht, welche in typischer Form einen starken Feldzustand zeigt, in welchem Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors mit der gleichen Polaritätsanordnung positioniert sind.
4B ist eine Ansicht, welche in typischer Form einen schwachen Festzustand zeigt, in welchem Permanentmagneten des Innenumfangsseitenrotors und Permanentmagneten des Außenumfangsseitenrotors mit einer entgegengesetzten Polaritätsanordnung positioniert sind.
5 ist ein Graph, welcher induzierte Spannung in dem starken Feldzustand und in dem schwachen Feldzustand, welcher in 4 gezeigt ist, zeigt.
6A ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Strom und Drehmoment eines Elektromotors zeigt, welcher in Übereinstimmung mit einer induzierten Spannungskonstante Ke wechselt.
6B ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen einer Drehgeschwindigkeit und eines Feldschwächungsverlustes eines Elektromotors zeigt, der in Übereinstimmung mit einer induzierten Spannungskonstante Ke wechselt.
7 ist eine Ansicht, welche einen Betriebsbereich für eine Drehgeschwindigkeit und ein Drehmoment eines Elektromotors zeigt, welcher in Übereinstimmung mit einer induzierten Spannungskonstante Ke wechselt.
8A ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen einer Drehgeschwindigkeit und einem Drehmoment eines Elektromotors zeigt, welcher in Übereinstimmung mit einer induzierten Spannungskonstante Ke wechselt.
8B ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen einer Drehgeschwindigkeit und einer Ausgabe eines Elektromotors zeigt, welcher in Übereinstimmung mit einer induzierten Spannungskonstante Ke wechselt.
9A ist ein Graph, welcher einen Betriebsbereich und eine Effizienzverteilung für eine Drehgeschwindigkeit und ein Drehmoment eines Elektromotors zeigt, welcher sich in Übereinstimmung mit einer induzierten Spannungskonstante Ke in einem Beispiel verändert.
9B ist ein Graph, welcher einen Betriebsbereich und eine Effizienzverteilung für eine Drehgeschwindigkeit und ein Drehmoment eines Elektromotors zeigt, welcher sich in Übereinstimmung mit einer induzierten Spannungskonstante Ke in einem zweiten Vergleichsbeispiel verändert.
10 ist ein Flussdiagramm, welches ein Antriebsverfahren für einen Elektromotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist eine Ansicht, welche in typischer Form eine Struktur eines Elektromotors gemäß einem Variantenbeispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist ein Geschwindigkeitsdiagramm, welches einen Planetengetriebemechanismus gemäß einem Variantenbeispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform eines Elektromotors und ein Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben werden.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist zum Beispiel ein Elektromotor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein bürstenfreier DC-Motor, welcher versehen ist mit einem im Wesentlichen torischen Innenumfangsseitenrotor (im Folgenden innerer Rotor) 11, der mit Permanentmagneten 11a, die in einer Umfangsrichtung aufgereiht sind, einem im Wesentlichen torischen Außenumfangsseitenrotor (im Folgenden äußerer Rotor) 12, der mit Permanentmagneten 12a ausgerüstet ist, die in einer Umfangsrichtung aufgestellt sind, einem Stator 13, der eine Vielzahl von Phasen von Statorspulen 13a aufweist, die ein drehendes Magnetfeld erzeugen, welches bewirkt, dass der innere Rotor 11 und der äußere Rotor 12 drehen, einem Planetengetriebemechanismus 14, der mit dem inneren Rotor 11 und dem äußeren Rotor 12 verbunden ist, und einem Aktuator 15, der relative Phasen zwischen dem inneren Rotor 11 und dem äußeren Rotor 12 unter Verwendung des Planetengetriebemechanismus 14 einstellt. Der Elektromotor 10 ist als eine Antriebsquelle in einem Fahrzeug montiert, wie beispielsweise ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug. Eine Antriebswelle P des Elektromotors 10 ist mit einer Antriebswelle eines Getriebes (nicht gezeigt) verbunden, und eine Antriebskraft von dem Elektromotor 10 wird zu einem Antriebsrad (nicht gezeigt) des Fahrzeugs über das Getriebe übertragen.
Wenn das Fahrzeug verlangsamt wird und die Antriebskraft von der Antriebsradseite zu der Elektromotor-10-Seite übertragen wird, wirkt der Elektromotor 10 als ein Elektrizitätsgenerator, um zu erzeugen, was als regenerative Bremskraft bekannt ist, bei welchem die kinetische Energie des Fahrzeugs als elektrische Energie (das heißt regenerative Energie) absorbiert wird. Weiterhin wirkt in einem Hybridfahrzeug zum Beispiel durch Verbinden der Abtriebswelle P des Elektromotors 10 mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors (nicht gezeigt), der Elektromotor 10 als ein Generator, um so elektrische Energie zu erzeugen, wenn eine Ausgabe von dem Verbrennungsmotor zu dem Elektromotor 10 übertragen wird.
Wie in 1 gezeigt ist, sind zum Beispiel der innere Rotor 11 und der äußere Rotor 12 derartig positioniert, dass die Drehachse von jedem Rotor koaxial zu einer Drehachse O des Elektromotors 10 ist. Der innere Rotor 11 ist mit einem im Wesentlichen zylindrischen Rotoreisenkern 21 und einer Vielzahl von inneren Umfangsseitenmagneten-Montageabschnitten (im Folgende innere Magnetmontageabschnitte) 23 versehen, die an einem vorbestimmten Abstand in der Umfangsrichtung auf dem Außenumfangsabschnitt des Innenumfangsseitenrotor-Eisenkerns (im Folgenden Innenrotoreisenkern) 21 vorgesehen sind. Der äußere Rotor 12 ist mit einem im Wesentlichen zylindrischen Rotoreisenkern 22 und einer Vielzahl von Außenumfangsseitenmagneten-Montageabschnitten (im Folgenden Außenmagnetmontageabschnitte) 24 versehen, die an einem vorbestimmten Abstand in der Umfangsrichtung auf einem inneren Abschnitt des Außenumfangsseitenrotor-Eisenkerns (im Folgenden Außenrotoreisenkern) 22 vorgesehen sind.
Ausgenommene Nuten 21a, die sich parallel zu der Drehachse O erstrecken, sind auf der Außenumfangsoberfläche 21a des inneren Rotoreisenkems 21 zwischen angrenzenden inneren Magnetmontageabschnitten 23 in der Umfangsrichtung gebildet.
Ausgenommene Nuten 22a, die sich parallel zu der Drehachse O erstrecken, sind auf einer äußeren Umfangsoberfläche 22a des äußeren Rotoreisenkerns 22 zwischen angrenzenden äußeren Magnetmontageabschnitten 24 in der Umfangsrichtung gebildet.
Die inneren Magnetmontageabschnitte 23 sind mit einem Paar von Magnetmontagelöchern 23a versehen, die zum Beispiel parallel zu der Drehachse O durchstechen. Das Paar von Magnetmontagelöchern 23a ist derartig positioniert, um angrenzend zueinander in der Umfangsrichtung zu sein, wobei eine zentrale Rippe 23b dazwischen eingeschoben ist. Die äußeren Magnetmontageabschnitte 24 sind mit einem Paar von Magnetmontagelöchern 24a versehen, die zum Beispiel parallel zu der Drehachse O durchstechen. Das Paar von Magnetmontagelöchern 24a ist derartig positioniert, um angrenzend zueinander in der Umfangsrichtung zu sein, wobei eine zentrale Rippe 24b dazwischen eingeschoben ist.
Der Querschnitt in einer Richtung parallel zu der Drehachse O von jedem Magnetmontageloch 23a ist im Wesentlichen in rechteckiger Form gebildet. Der im Wesentlichen plattenförmige Permanentmagnet 11a, welcher sich parallel zu der Drehachse O erstreckt, ist in jedem Magnetmontageloch 23a montiert. Der Querschnitt in einer Richtung parallel zu der Drehachse O von jedem Magnetmontageloch 24a ist im Wesentlichen in einer rechteckigen Form gebildet. Der im Wesentlichen plattenförmige Permanentmagnet 12a, der sich parallel zu der Drehachse O erstreckt, ist in jedem Magnetmontageloch 24a montiert.
Das Paar von Permanentmagneten 11a, welches in dem Paar von Magnetmontagelöchern 23a montiert ist, wird in der Dickenrichtung davon (nämlich in den radialen Richtungen der jeweiligen Rotoren 11 und 12) magnetisiert, und derartig eingestellt, dass die Magnetisierungsrichtung in jedem die gleiche Richtung ist. In umfänglich angrenzenden inneren Magnetmontageabschnitten 23 sind die Permanentmagneten 11a, welche in den jeweiligen Magnetmontagelöchern 23a montiert sind, derartig eingestellt, dass die Magnetisierungsrichtung in jedem unterschiedlich. Und zwar sind die inneren Magnetmontageabschnitte 23, in welchen das Paar von Permanentmagneten 11a, deren äußere Umfangsseite eine S-Polarität aufweist, angrenzend in der umfänglichen Richtung über die ausgesparten Nuten 21a zu den inneren Magnetmontageabschnitten 23 montiert, in welchen das Paar von Permanentmagneten 11a, deren äußere Umfangsseite eine N-Polarität aufweist, montiert sind.
Auf die gleiche Weise wird das Paar von Permanentmagneten 12a, welches in dem Paar von Magnetmontagelöchern 24a montiert ist, in der Dickenrichtung davon magnetisiert (nämlich in den radialen Richtungen der jeweiligen Rotoren 11 und 12), und wird derartig eingestellt, dass die Magnetisierungsrichtung in jedem die gleiche ist. In umfänglich angrenzenden äußeren Magnetmontageabschnitten 24 werden die Permanentmagneten 12a, welche in den jeweiligen Magnetmontagelöchern 24a montiert sind, derartig eingestellt, dass die Magnetisierungsrichtung in jedem unterschiedlich ist. Und zwar sind die äußeren Magnetmontageabschnitte 24, in welchen das Paar von Permanentmagneten 12a, deren äußere Umfangsseite eine S-Polarität aufweist, montiert sind, angrenzend in der Umfangsrichtung über die ausgenommenen Nuten 22a zu den äußeren Magnetmontageabschnitten 24, in welchen das Paar von Permanentmagneten 12a, deren äußere Umfangsseite eine N-Polarität aufweist, montiert sind.
Die jeweiligen Magnetmontageabschnitte 23 des inneren Rotors 11 und die jeweiligen Magnetmontageabschnitte 24 des äußeren Rotors 12 sind derartig angeordnet, um in der Lage zu sein, in der radialen Richtung des jeweiligen Rotors 11 und 12 gegenüberliegend positioniert zu werden. Weiterhin sind die jeweiligen ausgesparten Nuten 21a des inneren Rotors 11 und die jeweiligen ausgesparten Nuten 22a des äußeren Rotors 12 derartig positioniert, um in der Lage zu sein, in der radialen Richtung der jeweiligen Rotoren 11 und 12 sich gegenüberliegend positioniert zu werden.
Als Ergebnis kann in Übereinstimmung mit den relativen Positionen um die Drehachse O des inneren Rotors 11 und des äußeren Rotors 12 herum der Zustand des Elektromotors 10 auf einen geeigneten Zustand eingestellt werden, welcher zwischen einem schwachen Feldzustand, in welchem die Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 positioniert sind, wobei die gleichen Magnetpole sich gegenüber liegen (nämlich die Permanentmagneten 11a und die Permanentmagneten 12a sind mit einer entgegengesetzten Polaritätsanordnung positioniert) und einem starken Feldzustand rangiert, in welchem die Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 positioniert sind, wobei die entgegengesetzten Magnetpole sich gegenüber liegen (nämlich die Permanentmagneten 11a und die Permanentmagneten 12a sind mit der gleichen Polaritätsanordnung positioniert).
Der Stator 13 ist in einer im Wesentlichen zylindrischen Form gebildet, um so den äußeren umfänglichen Abschnitten des äußeren Rotors 12 gegenüber zu liegen, und ist zum Beispiel an einem Getriebegehäuse (nicht gezeigt) oder dergleichen eines Fahrzeugs fixiert.
Wie in 2 gezeigt ist, ist zum Beispiel der Planetengetriebemechanismus 14 derartig konstruiert, um zu enthalten: ein erstes Hohlrad (R1) 31, welches in einem hohlen Abschnitt auf der inneren Umfangsseite des inneren Rotors 11 angeordnet ist, und koaxial und integral mit dem äußeren Rotor 12 gebildet ist; ein zweites Hohlrad (R2) 32, welches koaxial und integral mit dem inneren Rotor 11 gebildet ist; einen ersten Planetengetriebezug 33, welcher ein Einzelgetriebezug ist, der mit dem ersten Hohlrad (R1) 31 in Eingriff steht; einen zweiten Planetengetriebezug 34, der ein Einzelgetriebezug ist, der mit dem zweiten Hohlrad (R2) 32 in Eingriff steht; ein Sonnenrad (S) 35, welches ein Leerlaufrad ist, welches mit dem ersten Planetengetriebezug 33 und dem zweiten Planetengetriebezug 34 in Eingriff steht; einen ersten Planententräger (C1) 36, welcher einen von dem ersten Planetengetriebezug 33 und dem zweiten Planetengetriebezug 34 zum Beispiel lagert, eine Vielzahl von ersten Planetengetrieben 33a lagert, die den ersten Getriebezug 33 aufbauen, so dass sie um jeweilige erste Planetendrehwellen P1 herumdrehen können, und welcher in der Lage ist, um die Drehachse O herum zu drehen; und einen zweiten Planententräger (C2) 37, welcher den anderen von dem ersten Planentengetriebezug 33 und dem Planetengetriebezug 34 zum Beispiel lagert, welches eine Vielzahl von zweiten Planetengetriebe 34a lagert, die den zweiten Planetengetriebezug 34 aufbauen, so dass sie um jeweilige zweite Planetendrehwellen P2 herum drehen können, und welcher an dem Stator 13 fixiert ist.
Und zwar ist der Planetengetriebemechanismus 14 ein Planetengetriebemechanismus des Einzelritzeltyps, welcher mit dem ersten Planetengetriebezug 33 und dem zweiten Planetengetriebezug 34 versehen ist, die jeweils Einzelgetriebezüge sind.
In dem Planetengetriebemechanismus 14 ist der äußere Durchmesser des inneren Rotors 11 kleiner ausgebildet als der inneren Durchmesser des äußeren Rotors 12, und der innere Rotor 11 ist in dem hohlen Abschnitt auf der inneren Umfangsseite des äußeren Rotors 12 positioniert. Die jeweiligen äußeren Durchmesser des ersten Ringrades (R1) 31 und des zweiten Ringrades (R2) 32 sind kleiner ausgebildet als der innere Durchmesser des inneren Rotors 11. Das erste Ringrad (R1) 31 und das zweite Ringrad (R2) 32 sind koaxial positioniert, um so in eine Richtung parallel zu der Drehachse O angrenzend zueinander positioniert zu sein, und sind in dem hohlen Abschnitt auf der inneren Umfangsseite des inneren Rotors 11 positioniert.
Das erste Ringrad (R1) 31 ist in einer Position positioniert, welche zu einer Seite versetzt ist (das heißt zu der linken Seite in der Zeichnung), in einer Richtung parallel zu der Drehachse O relativ zu der Platzierungsposition des zweiten Ringrads (R2) 32, welches mit der Abtriebswelle P verbunden ist, die drehbar durch Lager 40 gelagert ist und die sich in Richtung zu der linken Seite erstreckt.
Der erste Planetenträger (C1) 36 ist an einer Position platziert, die zu einer Seite versetzt ist (das heißt zu der linken Seite), in einer Richtung parallel zu der Drehachse O relativ zu der Platzierungsposition des ersten Planetengetriebezuges 33, welcher mit dem ersten Ringrad (R1) 31 in Eingriff steht, und welcher mit einer Drehwelle (PC) verbunden ist, die drehbar einen hohlen Abschnitt einer Drehwelle (PS) des hohlen Sonnenrads (S) 35 durchdringt, und die sich in Richtung zu der anderen Seite erstreckt (das heißt in Richtung zu der rechten Seite in der Zeichnung).
Der zweite Planetenträger (C2) 37 ist an einer Position platziert, welche zu der rechten Seite in einer Richtung parallel zu der Drehachse O relativ zu der Platzierungsposition des zweiten Planetengetriebezuges 34 angeordnet ist, der mit dem zweiten Ringrad (R2) 32 in Eingriff steht.
In dem zweiten Planetengetriebezug 14 sind das erste Ringrad (R1) 31 und das zweite Ringrad (R2) 32 in im Wesentlichen aus der gleichen Getriebeform gebildet.
Zusätzlich ist jedes von der Vielzahl der ersten Planetengetrieben 33a, welche den ersten Planetengetriebezug 33 aufbauen, und jedes der Vielzahl von zweiten Planetengetrieben 34a, welche den zweiten Planetengetriebezug 34 aufbauen, im Wesentlichen in der gleichen Getriebeform gebildet. Die Drehwelle PS des Sonnenrads (S) 35 ist koaxial mit der Drehachse O des Elektromotors 10 positioniert, und ist auch drehbar durch Lager 41 gelagert. Dementsprechend werden als Ergebnis der erste Planetengetriebezug 33 und der zweite Planetengetriebezug 34, welche mit dem Sonnenrad (S) 35 in Eingriff stehen, welches ein Laufrad ist, der innere Rotor 11 und der äußere Rotor 12 in Synchronisation gedreht.
Weiterhin ist die Drehwelle PC des ersten Planetenträgers (C1) 36 koaxial zu der Drehachse O des Elektromotors 10 positioniert, und ist auch mit dem Aktuator 15 verbunden. Der zweite Planetenträger (C2) 37 ist an dem Stator 13 fixiert.
Der Aktuator 15 ist zum Beispiel mit einer hydraulischen Pumpe versehen, die Fluidenergie zu Drehbewegung konvertiert, welche in Übereinstimmung mit Steuerbefehlen gesteuert wird, die von einer externen Steuerreinheit 42 oder dergleichen eingegeben werden. Der Aktuator 15 beschränkt das Drehen des ersten Planetenträgers (C1) 36 um die Drehachse O herum (hält nämlich den ersten Planetenträger (C1) 36 in einer vorbestimmten Drehposition) oder dreht alternativ den ersten Planetenträger (C1) 36 um eine vorbestimmte Drehmenge in einer Vorwärtsdrehrichtung oder in einer umgekehrten Drehrichtung um die Drehachse O herum, unter Verwendung einer Vorschubwinkeloperation oder einer Verzögerungswinkeloperation. Als Ergebnis, wenn der erste Planetenträger (C1) 36 um die Drehachse O durch den Aktuator 15 herum gedreht wird, dann ändert sich ungeachtet dessen, ob der Elektromotor 10 in einem Betriebszustand oder in einem gestoppten Zustand ist, die relative Phase zwischen dem inneren Rotor 11 und dem äußeren Rotor 12.
Zum Beispiel, wie durch den Drehzustand des Sonnenrads (S) 35 in 3 gezeigt ist, ist die Geschwindigkeit des zweiten Planetenträgers (C2) 37 relativ zu einer Drehung um die Drehachse O herum Null, ungeachtet des Betriebszustands des Aktuators 15. Aufgrund dessen drehen sich zum Beispiel hinsichtlich des Sonnenrads (S) 35, welches mit einer geeigneten Geschwindigkeit in der umgekehrten Drehrichtung dreht, das zweite Ringrad (R2) 32 und der innere Rotor 11 in der Vorwärtsdrehrichtung mit einer Geschwindigkeit entsprechend einem Übersetzungsverhältnis (nämlich das Geschwindigkeitszunahmeverhältnis) g2 des Sonnenrads (S) 35 relativ zu dem zweiten Ringrad (R2) 32.
Die Geschwindigkeit des ersten Planetenträgers (C1) 36 relativ zu einer Drehung um die Drehachse O herum ist Null, wenn der Aktuator 15 nicht betrieben wird. Daher drehen zum Beispiel hinsichtlich des Sonnenrads (S) 35, welches mit einer geeigneten Geschwindigkeit in der umgekehrten Drehrichtung dreht, das erste Ringrad (R1) 31 und der äußere Rotor 12 in der Vorwärtsdrehrichtung mit einer Geschwindigkeit entsprechend des Übersetzungsverhältnisses (nämlich des Geschwindigkeitszunahmeverhältnisses) g1 des Sonnenrades (S) 35 relativ zu dem ersten Ringrad (R1) 31. Hier, da das Übersetzungsverhältnis g1 und das Übersetzungsverhältnis g2 im Wesentlichen gleich sind (das heißt g1 ungefähr gleich g2), drehen der innere Rotor 11 und der äußere Rotor 12 in Synchronisation und die relative Phase zwischen dem inneren Rotor 11 und dem äußeren Rotor 12 werden nicht verändert und aufrechterhalten.
Im Gegensatz, wenn der Aktuator 15 in einem Laufzustand ist (nämlich, wenn eine Vorschubwinkeloperation oder Verzögerungswinkeloperation ausgeführt wird) ist die Geschwindigkeit des ersten Planetenträgers (C1) 36 relativ zu einer Drehung um die Drehachse O herum ein Wert anders als Null, und ist ein geeigneter positiver Wert oder negativer Wert entsprechend der Vorwärtsdrehrichtung oder einer Rückwärtsdrehrichtung. Aufgrund dessen drehen sich zum Beispiel hinsichtlich des Sonnenrads (S) 35, welches mit einer geeigneten Geschwindigkeit in der Rückwärtsdrehrichtung dreht, das erste Ringrad (R1) 31 und der äußere Rotor 12 in der Vorwärtsdrehrichtung mit einer schnelleren Geschwindigkeit oder mit einer langsameren Geschwindigkeit als eine Geschwindigkeit, welche dem Übersetzungsverhältnis entspricht (nämlich das Geschwindigkeitszunahmeverhältnis) g1 des Sonnenrades (S) 35 relativ zu dem ersten Ringrad (R1) 31. Hier, da das Übersetzungsverhältnis g1 und das Übersetzungsverhältnis g2 im Wesentlichen gleich sind (das heißt g1 ungefähr gleich g2), wird die Geschwindigkeit des äußeren Rotors 12 erhöht oder verringert als der innere Rotor 11, und die relativen Phasen zwischen dem inneren Rotor 11 und dem äußeren Rotor 12 wechseln.
Für das Übersetzungsverhältnis (nämlich das Geschwindigkeitszunahmeverhältnis) g1 des Sonnenrads (S) 35 relativ zu dem ersten Ringrad (R1) 31 und einem Polpaar "p" des Elektromotors 10 ist der Aktuator 15 in der Lage, den ersten Planetenträger (C1) 36 um die Drehachse O herum in einer Vorwärtsdrehrichtung oder in einer Rückwärtsdrehrichtung um zumindest einen mechanischen Winkel θ (°) = (180/p) × g1/(1 + g1) zu drehen.
Als Ergebnis kann die relative Phase zwischen dem inneren Rotor 11 und dem äußeren Rotor 12 zu der Vorschubwinkelseite oder der Verzögerungswinkelseite um zumindest einen elektrischen Winkel von 180° geändert werden, und der Zustand des Elektromotors 10 kann geeignet in einem Bereich zwischen einem schwachen Feldzustand, in welchem die Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 positioniert sind, wobei die gleichen Magnetpole sich gegenüber liegen (nämlich die Permanentmagneten 11a und die Permanentmagneten 12a sind mit einer entgegengesetzten Polaritätsanordnung positioniert) und einem starken Feldzustand eingestellt werden, in welchem die Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 mit den entgegengesetzten Magnetpole sich gegenüberliegend positioniert sind (nämlich die Permanentmagneten 11a und die Permanentmagneten 12a sind mit einer entgegengesetzten Polaritätsanordnung positioniert).
In einem starken Feldzustand, welcher in 4A gezeigt ist, in welchem zum Beispiel die Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 mit der gleichen Polaritätsanordnung positioniert sind, und einem schwachen Feldzustand, welcher in 4B gezeigt ist, in welchem zum Beispiel die Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 mit der entgegengesetzten Polaritätsanordnung positioniert sind, ändert sich die Größe der induzierten Spannung zum Beispiel wie in 5 gezeigt ist. Dementsprechend wird durch Ändern des Zustands des Elektromotors 10 zwischen einem starken Feldzustand und einem schwachen Feldzustand die induzierte Spannungskonstante Ke geändert.
Die induzierte Spannungskonstante Ke ist zum Beispiel in ein Verhältnis relativ zu der Drehgeschwindigkeit der induzierten Spannung, welche zu dem Spulenende der Statorspule 13a durch die Drehung der jeweiligen Rotoren 11 und 12 induziert wird, und kann als das Produkt der Polpaare "p", des äußeren Motordurchmessers R, der Motordicke der Lamination L, der Magnetflussdichte B und der Anzahl von Drehungen C als Ke = 8 × p × R × L × B × C × π beschrieben werden. Durch Verändern des Zustands des Elektromotors 10 zwischen einem starken Feldzustand und einem schwachen Feldzustand ändert sich die Größe der Magnetflussdichte B des Magnetfeldflusses von den Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und den Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12, und die induzierte Spannungskonstante Ke wird geändert.
Hier, wie in 6A gezeigt ist, ist zum Beispiel das Drehmoment des Elektromotors 10 proportional zu dem Produkt der induzierten Spannungskonstante Ke und dem Strom, welcher zu der Statorspule 13a zugeführt wird (das heißt, Drehmoment (Ke × Strom)). Darüber hinaus, wie in 6B gezeigt ist, ist zum Beispiel, da ein Feldschwächungsverlust des Elektromotors 10 proportional zu dem Produkt der induzierten Spannungskonstante Ke und der Drehgeschwindigkeit ist (das heißt, Feldschwächungsverlust (Ke × Drehgeschwindigkeit)), die erlaubte Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 10 proportional zu dem Inversen des Produkts der induzierten Spannungskonstante Ke und der Drehgeschwindigkeit (das heißt, erlaubte Drehgeschwindigkeit (1/(Ke × Drehgeschwindigkeit))).
Und zwar, wie in 7 gezeigt ist, wird es zum Beispiel in einem Elektromotor 10, in welchem die induzierte Spannungskonstante Ke relativ groß ist, obwohl die betreibbare Drehgeschwindigkeit relativ reduziert wird, möglich, ein relativ großes Drehmoment auszugeben. Andererseits wird es in einem Elektromotor 10, in welchem die induzierte Spannungskonstante Ke relativ klein ist, obwohl das Drehmoment, welches ausgegeben werden kann, relativ reduziert wird, möglich, bis zu einer relativ hohen Drehgeschwindigkeit zu laufen. Somit ändern sich die Betriebsbereiche des Drehmoments und der Drehgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der induzierten Spannungskonstante Ke.
Aufgrund dessen, wie in einem Beispiel, welches in 8A gezeigt ist, wird zum Beispiel durch Herstellen von Einstellung, wie beispielsweise, dass sich die induzierte Spannungskonstante Ke auf einen reduzierenden Trend hin ändert, während die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 10 zunimmt (zum Beispiel Änderungen in der Sequenz von A, B (kleiner A), C (kleiner B)) dann verglichen damit, wenn die induzierte Spannungskonstante Ke nicht verändert wird (zum Beispiel wie in den ersten bis dritten Vergleichsbeispielen), der Betriebsbereich des Drehmoments und der Drehgeschwindigkeit vergrößert.
Die Ausgabe von dem Elektromotor 10 ist proportional zu einem Wert, welcher durch Subtrahieren des Feldschwächungsverlustes und anderen Verlusten von dem Produkt der induzierten Spannungskonstante Ke und dem Strom, welcher zu der Statorspule 13a zugeführt wird, und der Drehgeschwindigkeit (das heißt Ausgabe (Ke × Strom × Drehgeschwindigkeit – Feldschwächungsverlust – andere Verluste)) erhalten wird. Zum Beispiel, wie in 8B gezeigt ist, nimmt in einem Elektromotor 10, in welchem die induzierte Spannungskonstante Ke relativ groß ist, obwohl die betreibbare Drehgeschwindigkeit relativ reduziert wird, die Ausgabe in den Bereich von relativ niedrigen Drehgeschwindigkeiten zu. Im Gegensatz wird in einem Elektromotor 10, in welchem die induzierte Spannungskonstante Ke relativ klein ist, obwohl die Ausgabe in dem Bereich von relativ geringer Drehgeschwindigkeit reduziert wird, ein Betrieb bis zu einer relativ hohen Drehgeschwindigkeit möglich, und die Ausgabe in dem Bereich von einer relativ hohen Drehgeschwindigkeit nimmt zu. Und zwar ändert sich der Betriebsbereich der Ausgabe und der Drehgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der induzierten Spannungskonstante Ke, aufgrund des Vornehmens von Einstellungen, so dass die induzierte Spannungskonstante Ke sich auf einen reduzierenden Trend hin ändert, während die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 10 zunimmt (zum Beispiel Änderungen in der Sequenz von A, B (kleiner A), C (kleiner B)) dann verglichen damit, wenn die induzierte Spannungskonstante Ke nicht verändert wird (zum Beispiel wie in den ersten bis dritten Vergleichsbeispielen), wird der Betriebsbereich der Ausgabe und die Drehgeschwindigkeit vergrößert.
Die Effizienz des Elektromotors 10 ist proportional zu einem Wert, welcher durch Dividieren eines Wertes erhalten wird, welcher durch Subtrahieren des Kupferverlustes und des Feldschwächungsverlustes und anderen Verlusten von der Eingangsleistungseingabe in die Statorspule 13a durch die Eingangsleistung erhalten wird (das heißt Effizienz ((Eingangsleistung – Kupferverlust – Feldschwächungsverlust – andere Verluste)/Eingangsleistung)).
Aufgrund dessen wird zwischen dem Bereich einer relativ niedrigen Drehgeschwindigkeit und dem Bereich einer intermediären Drehgeschwindigkeit durch Auswählen einer relativ großen induzierten Spannungskonstante Ke der Strom, welcher für das gewünschte Drehmoment, welches auszugeben ist, erforderlich ist, reduziert und der Kupferverlust wird reduziert.
Zusätzlich wird zwischen dem Bereich einer intermediären Drehgeschwindigkeit und dem Bereich einer relativ hohen Drehgeschwindigkeit durch Auswählen einer relativ kleinen induzierten Spannungskonstante Ke der Feldschwächungsstrom reduziert und der Feldschwächungsverlust wird reduziert.
Als Ergebnis, wie in dem Beispiel, welches in 9A gezeigt ist, wird zum Beispiel durch Herstellen der Einstellungen derartig, dass die induzierte Spannungskonstante Ke sich auf einen reduzierenden Trend hin ändert, während die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 10 zunimmt, dann verglichen damit, wenn die induzierte Spannungskonstante Ke nicht verändert wird (zum Beispiel wie in dem zweiten Vergleichsbeispiel, welches in 9B gezeigt ist), die Drehgeschwindigkeit und der Betriebsbereich der Drehgeschwindigkeit vergrößert. Zusätzlich zu diesem wird ein Hocheffizienzbereich E, wo die Effizienz des Elektromotors 10 größer als eine vorbestimmte Effizienz ist, auch vergrößert, und der Wert der maximal erreichbaren Effizienz wird auch angehoben.
Der Aktuator 15 ist in der Lage, das Beschränken des Drehens des ersten Planetenträgers (C1) 36 um die Drehachse O herum zu beenden. Zum Beispiel, wenn ein Fehler oder dergleichen in dem Elektromotor 10 detektiert wird, wird das Beschränken des Drehens des ersten Planetenträgers (C1) 36 beendet, und dem ersten Planetenträger (C1) 36 wird erlaubt, um die Drehachse O herum zu drehen.
Wenn das Beschränken des Drehens des ersten Planetenträgers (C1) 36 um die Drehachse O durch den Aktuator 15 beendet wird, ist der erste Planetenträger (C1) 36 in der Lage, frei um die Drehachse O herum zu drehen. In diesem Zustand werden die relativen Positionen in der Umfangsrichtung des inneren Rotors 11 und des äußeren Rotors 12 durch die abstoßende Kraft zwischen den gleichen Magnetpolen der Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und der Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 verändert oder alternativ durch die anziehende Kraft zwischen den entgegengesetzten Magnetpolen der Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und der Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12. Der Zustand des Elektromotors 10 ändert sich entsprechend zu einem starken Feldzustand, in welchem die entgegengesetzten Magnetpole der Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 dazu gebracht werden, sich gegenüber zu liegen (nämlich die Permanentmagneten 11a und die Permanentmagneten 12a sind mit der gleichen Polaritätsanordnung positioniert).
Wenn ein Befehl, eine schwache Feldsteuerung auszuführen, der von der externen Steuereinheit 42 oder dergleichen ausgegeben wird, detektiert wird, bewirkt der Aktuator 15, dass der Zustand des Elektromotors 10 sich zu einem schwachen Feldzustand ändert, in welchem die gleichen Magnetpole der Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 dazu gebracht werden, sich gegenüber zu liegen (nämlich die Permanentmagen 11a und die Permanentmagneten 12a sind mit der entgegengesetzten Polaritätsanordnung positioniert), und bewirkt, dass der erste Planetenträger (C1) 36 um die Drehachse O herum dreht.
Der Elektromotor 10 der vorliegenden Ausführungsform ist mit der Struktur, welche oben beschrieben ist, versehen. Als Nächstes wird eine Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen eines Verfahrens des Antreibens des Elektromotors 10 abgegeben werden.
Als Erstes wird in Schritt S01, welcher zum Beispiel in 10 gezeigt ist, eine Bestimmung vorgenommen, ob oder ob nicht ein Fehler in dem Elektromotor 10 detektiert worden ist.
Wenn das Ergebnis dieser Bestimmung NEIN ist, geht die Routine zu Schritt S03 über, welche unter beschrieben wird.
Wenn jedoch das Ergebnis der Bestimmung JA ist, geht die Routine zu Schritt S02 über.
In Schritt S02 wird das Beschränken des Drehens des ersten Planetenträgers (C1) 36 durch den Aktuator 15 beendet, und eine freie Drehung des ersten Planetenträgers (C1) 36 um die Drehachse O herum wird erlaubt. Die Verarbeitungssequenz wird dann beendet.
In Schritt S03 wird die relative Phase (elektrischer Winkel α:edeg) zwischen dem inneren Rotor 11 und dem äußeren Rotor 12, welcher zum Beispiel durch einen Rotationssensor detektiert wird, erfasst.
Als Nächstes wird in Schritt S04 der erfasste elektrische Winkel α zu einem mechanischen Winkel β (= α/p) in Übereinstimmung mit den Polpaaren "p" des Elektromotors 10 konvertiert.
Als Nächstes wird in Schritt S05 in Übereinstimmung mit dem mechanischen Winkel β und dem Übersetzungsverhältnis g1 des Sonnenrads (S) 35 relativ zu dem ersten Ringrad (R1) 31 der Drehbetrag γ (= β × g1/(1 + g1)), wenn der erste Planetenträger (C1) 36 um die Drehachse O herum gedreht wird, berechnet.
In Schritt S06 wird der ersten Planetenträger (C1) 36 um den Drehbetrag γ um die Drehachse O herum durch den Aktuator 15 gedreht, und die Verarbeitungssequenz wird beendet.
Wie oben beschrieben worden ist, sind gemäß dem Elektromotor 10 der vorliegenden Erfindung die Permanentmagneten 11a in der Umfangsrichtung des inneren Rotors 11 positioniert, während die Permanentmagneten 12a in der Umfangsrichtung des äußeren Rotors 12 positioniert sind, und die jeweiligen Permanentmagneten 11a und 12a sind eingestellt, so dass sie positioniert werden können, wobei sie in den radialen Richtungen der jeweiligen Rotoren 11 und 12 sich gegenüber liegen. Als Ergebnis ist es möglich, zu verhindern, dass der Magnetfluss der jeweiligen Permanentmagneten 11a und 12a zu den umgebenden Magnetschaltungen abstrahlt (zum Beispiel zu den jeweiligen Rotoreisenkernen 21 und 22 und dergleichen).
Entsprechend wird das Auftreten des Eisenverlustes unterdrückt, und zum Beispiel ist es möglich, die Verbindungsmagnetflussmenge effizient zu erhöhen oder zu verringern, mit welcher der Magnetfeldfluss von den Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 mit der Statorspule 13a verbunden ist, unter Verwendung des Magnetfeldflusses von den Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11. Zusätzlich kann in einem starken Feldzustand die Drehmomentkonstante (nämlich Drehmoment/Phasenstrom) des Elektromotors 10 auf einen relativ hohen Wert eingestellt werden, und der maximale Drehmomentwert, welcher durch den Elektromotor 10 ausgegeben werden kann, kann erhöht werden, ohne den Stromverlust zu erhöhen, wenn der Elektromotor 10 in Betrieb ist, und ohne den Maximalwert des Ausgangsstroms von einem Inverter (nicht gezeigt) zu verändern, welcher die Zufuhr des Stroms zu der Statorspule 13a steuert.
Als Ergebnis der Vielzahl von ersten Planetengetrieben 33a, welche den ersten Planetengetriebezug 33 aufbauen, und der Vielzahl von zweiten Planetengetrieben 34a, welche den zweiten Planetengetriebezug 34 aufbauen, welche in der Lage sind, um jeweilige Planetendrehwellen P1 und P2 herum zu drehen, welche mit den Sonnenrad (S) 35 in Eingriff stehen, welches ein Leerlaufrad ist, dann, ungeachtet dessen, ob der innere Rotor 11 und der äußere Rotor 12 in Synchronisation betrieben werden, oder ob der Elektromotor 10 gestoppt wird, ist es möglich, die relative Phase leicht zwischen dem inneren Rotor 11 und dem äußeren Rotor 12 zu verändern.
Durch Einsetzen einer Struktur, in welcher das Sonnenrad (S) 35 von sowohl dem ersten Planetengetriebezug 33 als auch dem zweiten Planetengetriebezug 34 geteilt wird, kann eine Reibung in dem Sonnenrad (S) 35 reduziert werden. Als Ergebnis, ungeachtet der Drehgeschwindigkeit oder Drehmomentgröße des Elektromotors 10, muss die Kraft, welche erforderlich ist, um das Drehen zu beschränken (nämlich, um es in einer vorbestimmten Drehposition zu halten) oder alternativ, um das Drehen des ersten Planetenträgers (C1) 36 um die Drehachse O herum anzutreiben, nur größer als die Anziehungskraft oder abstoßende Kraft sein, welche zwischen den Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und den Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 erzeugt wird. Die Phase kann somit effizient gesteuert werden, ohne dass eine größere Kraft als das Drehmoment, welches durch den Elektromotor 10 ausgegeben wird, erforderlich ist, als in dem Fall mit zum Beispiel einem Bremsaktuator.
Darüber hinaus, da der Aktuator 15 in der Lage ist, den ersten Planetenträger (C1) 36 zu drehen, ohne zu erfordern, dass Energie von außen zugeführt wird, ist es möglich, zu verhindern, dass die Betriebseffizienz des Motors 10 verschlechtert wird.
Als Ergebnis der vorbestimmten Drehmenge, wenn der erste Planetenträger (C1) 36, welcher den ersten Planetengetriebezug 33 lagert, um die Drehachse O herum gedreht wird, auf zumindest einen mechanischen Winkel θ (°) = (180/p) × g1/(1 + g1) eingestellt wird, kann der Zustand des Elektromotors 10 in geeigneter Weise in einem Bereich zwischen einem starken Feldzustand, in welchem die Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 positioniert sind, wobei entgegengesetzte Magnetpole sich gegenüber liegen (nämlich die Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 sind mit der gleichen Polaritätsanordnung positioniert) und einem schwachen Feldzustand eingestellt werden, in welchem die Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 positioniert sind, wobei die gleichen Magnetpole sich einander gegenüber liegen (nämlich die Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 sind mit einer entgegengesetzten Polaritätsanordnung positioniert).
Da es möglich ist, die Größe des Magnetfeldflusses kontinuierlich zu verändern, welcher die Statorspule 13a verbindet, ist es möglich, kontinuierlich die induzierte Spannungskonstante Ke des Elektromotors 10 auf einen geeigneten Wert zu verändern. Als Ergebnis können die Drehgeschwindigkeit und der Drehmomentwert, mit welchem der Elektromotor 10 betrieben werden kann, kontinuierlich geändert werden, und der Bereich der Drehgeschwindigkeit und des Drehmomentwertes, bei welchem ein Betrieb möglich ist, kann vergrößert werden. Weiterhin kann der maximale Wert der Betriebseffizienz des Elektromotors 10 erhöht werden, und der Hocheffizienzbereich, wo die Betriebseffizienz größer als eine vorbestimmte Effizienz ist, kann vergrößert werden.
Zum Beispiel, wenn ein Befehl, eine schwache Feldsteuerung in Übereinstimmung mit Werten auszuführen, wie wenn die Drehgeschwindigkeit und Versorgungsspannung des Elektromotors 10 von der externen Steuerschaltung 42 oder dergleichen ausgegeben werden, dann wird der erste Planetenträger (C1) 36 um die Drehachse O herum gedreht, so dass der Elektromotor 10 zu einem schwachen Feldzustand wechselt, in welchem die Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 positioniert sind, wobei die gleichen Magnetpole sich gegenüber liegen. Als Ergebnis ist es möglich, eine Hochspannungsvorrichtung zu verhindern, wie beispielsweise einen Inverter, der die Zufuhr der Energie zu der Statorspule 13a steuert, welche in einem Überspannungszustand angeordnet ist.
In dem äußeren Rotor 12 ist es durch Vorsehen der ausgesparten Nuten 22a, welche sich parallel zu der Drehachse O auf der äußeren Umfangsoberfläche 22a des äußeren Rotoreisenkerns 22 zwischen angrenzenden äußeren Montageabschnitten 24 in der Umfangsrichtung erstrecken, möglich, das Auftreten eines Magnetpfadkurzschlusses zwischen den Magnetpolen der Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und der Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 zu unterdrücken, welche nicht angeordnet sind, um sich gegenüber zu liegen.
Gemäß dem Verfahren des Antreibens des Elektromotors 10 der vorliegenden Ausführungsform, ungeachtet dessen, ob der innere Rotor 11 und der äußere Rotor 12 in Synchronisation zueinander betrieben werden, oder ob der Elektromotor 10 gestoppt ist, ist es dann möglich, leicht den Zustand des Elektromotors 10 geeignet in einem Bereich zwischen einem schwachen Feldzustand, in welchem die Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 positioniert sind, wobei die gleichen Magnetpole sich gegenüber liegen, und einem starken Feldzustand einzustellen, in welchem die Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 positioniert sind, wobei entgegengesetzte Magnetpole sich gegenüber liegen.
Wenn ein Fehler in dem Elektromotor 10 oder dergleichen detektiert wird, wird das Beschränken des Drehens des ersten Planetenträgers (C1) 36 um die Drehachse O herum durch den Aktuator 15 beendet, und der erste Planetenträger (C1) 36 ist in der Lage, frei um die Drehachse O herum zu drehen. Als Ergebnis werden die relativen Positionen in der Umfangsrichtung des inneren Rotors 11 und des äußeren Rotors 12 durch die abstoßende Kraft zwischen den gleichen Magnetpolen der Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und die Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 oder alternativ durch die anziehende Kraft zwischen den entgegengesetzten Magnetpolen der Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und der Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 verändert. Der Zustand des Elektromotors 10 ändert sich entsprechend zu einem starken Feldzustand, in welchem die entgegengesetzten Magnetpole der Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und der Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 dazu gebracht werden, sich gegenüber zu liegen.
Dementsprechend, wenn zum Beispiel der Elektromotor 10 in einem Fahrzeug als eine Antriebsquelle montiert ist, ist es möglich, die gewünschte Ausgabe sicherzustellen, um zu ermöglichen, dass das Fahrzeug startet, sich zu bewegen oder fortfährt, zu fahren, ungeachtet des Fehlerzustands des Elektromotors 10.
Der Planetengetriebemechanismus 14 ist aus einem Einzelritzeltyp des Planetengetriebemechanismus in der oben beschriebenen Ausführungsform gebildet; jedoch wie in dem Fall eines Elektromotors 50 gemäß eines Variantenbeispiels der oben beschriebenen Ausführungsform, welches in 11 gezeigt ist, kann der Planetengetriebemechanismus 14 auch ein Doppelritzeltyp des Planetengetriebemechanismus sein.
Der Elektromotor 50 gemäß dieses Variantenbeispiels unterscheidet sich von dem Elektromotor 10 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform darin, dass zwei Züge von ersten Planetengetriebezügen 51 und 52, welche miteinander in Eingriff stehen, zwischen dem ersten Ringrad (R1) 31 und dem Sonnenrad (S) 35 positioniert sind, und dass zwei Züge der zweiten Planetengetriebezüge 53 und 54, die miteinander in Eingriff stehen, zwischen dem zweiten Ringrad (R2) 32 und dem Sonnenrad (S) 35 positioniert sind.
Und zwar steht von den zwei Zügen der ersten Planetengetriebezüge 51 und 52, welche miteinander in Eingriff stehen, derjenige (Außenseite) erste Planetengetriebezug 51 mit dem ersten Ringrad (R1) 31 in Eingriff, und der andere (innere Seite) erste Getriebezug 52 steht mit dem Sonnenrad (S) 35 in Eingriff.
Von den zwei Zügen der zweiten Planetengetriebezüge 53 und 54, die miteinander in Eingriff stehen, steht derjenige (Außenseite) zweite Planetengetriebezug 53, mit dem zweiten Ringrad (R2) 32 in Eingriff und der andere (Innenseite) zweite Getriebezug 54 steht mit den Sonnerad (S) 35 in Eingriff.
Der ersten Planetenträger (C1) 36 lagert die Vielzahl von ersten Planetengetrieben 51a, welche den Außenseite ersten Planetengetriebezug 51 aufbauen, so dass sie um jeweilige erste Planetenwellen P1 drehen können, und lagert die Vielzahl von ersten Planetengetrieben 52a, die den ersten Innenseiten-Planetengetriebezug 52 aufbauen, so dass sie um jeweilige erste Planetendrehwellen P1b herum drehen können. Zusätzlich ist der erste Planetenträger (C1) 36 in der Lage, um die Drehachse O herum zu drehen.
Der zweite Planetenträger (C2) 37 lagert die Vielzahl von zweiten Planetengetrieben 53a, welche den zweiten Außenseiten-Planetengetriebezug 53 aufbauen, so dass sie um jeweilige zuweite Planetendrehwellen P2a herum drehen können, und lagert die Vielzahl von zweiten Planetengetrieben 54a, die den zweiten Innenseiten-Planetengetriebezug 54 aufbauen, so dass sie um jeweilige zweite Planetendrehwellen P2b herum drehen können. Zusätzlich ist der zweite Planetenträger (C2) 37 an dem Stator 13 fixiert.
Jedes der Planetengetriebe 51a, 52a, 53a und 54a ist im Wesentlichen aus der gleichen Getriebeform gebildet.
In dem Elektromotor 50 gemäß dieses Variantenbeispiels dreht sich durch Vorsehen der zwei Züge der ersten Planetengetriebezüge 51 und 52 und der zwei Züge der zweiten Planetengetriebezüge 53 und 54, zum Beispiel wie in dem Drehzustand des Sonnenrads (S) 35, welches in 12 gezeigt ist, das Sonnenrad (S) 35 in der gleichen Richtung wie der inneren Rotor 11 und der äußeren Rotor 12.
Gemäß dem Elektromotor 50 dieses Variantenbeispiels können die Drehrichtungen des inneren Rotors 11 und des äußeren Rotors 12 und des Sonnenrads (S) 35 eingestellt werden, um in der gleichen Richtung zu sein. Dementsprechend, wenn der Elektromotor 10 in einem Fahrzeug als eine Antriebsquelle montiert ist, ist es zum Beispiel möglich einen Energieübertragungsmechanismus vorzusehen, wie beispielsweise ein Getriebe oder dergleichen, welches komplexer ist, sogar, wenn die Abtriebswelle des Elektromotors 10 mit dem Sonnenrad (S) 35 zusätzlich zu dem inneren Rotor 11 und dem äußeren Rotor 12 verbunden ist.
Da die Drehmenge des äußeren Rotors 12 weniger ist als die Drehmenge des ersten Planetenträgers (C1) 36, ist es möglich, die Auflösung zu verbessern, wenn die Drehmenge des äußeren Rotors 12 gesteuert wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird eine Struktur eingesetzt, in welcher der erste Planetenträger (C1) 36 in der Lage ist, um die Drehachse O herum zu drehen und der zweite Planetenträger (C2) 37 ist an dem Stator 13 fixiert; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses beschränkt. Zum Beispiel ist es auch möglich, eine Struktur einzusetzen, bei welcher der zweite Planetenträger (C2) 37 in der Lage ist, um die Drehachse O herum zu drehen, und der erste Planetenträger (C1) 36 ist an dem Stator 13 fixiert.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird eine Struktur eingesetzt, in welcher die ausgesparten Nuten 22a, welche sich parallel zu der Drehachse O erstrecken, auf der äußeren Umfangsoberfläche 22a des äußeren Rotoreisenkerns 22 zwischen angrenzenden äußeren Magnetmontageabschnitten 24 in der Umfangsrichtung vorgesehen sind, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses beschränkt. Zum Beispiel ist es auch möglich, ausgesparte Nuten 22b zu bilden, die sich parallel zu der Drehachse O auf der inneren Umfangsoberfläche 22b des äußeren Rotoreisenkerns 22 zwischen angrenzenden äußeren Magnetmontageabschnitten 24 in der Umfangsrichtung erstrecken. Dadurch ist es möglich, ein noch größeres Ausmaß des Auftretens von Magnetpfadkurzschließens zwischen den Magnetpolen der Permanentmagneten 11a des inneren Rotors 11 und der Permanentmagneten 12a des äußeren Rotors 12 zu unterdrücken, welche nicht angeordnet sind, um sich gegenüber zu liegen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist eine hydraulische Pumpe als der Aktuator 15 vorgesehen; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses beschränkt, und es ist auch möglich, zum Beispiel einen Elektromotor oder dergleichen, welcher anstelle verwendet wird, vorzusehen.
Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, und oben dargestellt wurden, sei verstanden, dass diese beispielhaft für die Erfindung sind und nicht als beschränkend gedacht sind. Zusätze, Weglassungen, Substitutionen und andere Modifikationen können vorgenommen werden, ohne vom Geist oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist die Erfindung nicht dazu gedacht, durch die vorhergehende Beschreibung beschränkt zu werden, und ist nur durch den Umfang der angehängten Ansprüche beschränkt.

10: Elektromotor
11: Innenumfangsseitenrotor
11a: Permanentmagnet
12: Außenumfangsseitenrotor
12a: Permanentmagnet
15: Aktuator (Drehvorrichtung, Beendigungsvorrichtung)
31: Erstes Hohlrad (R1)
32: Zweites Hohlrad (R2)
33, 51, 52: Erster Planetengetriebezug (erstes Planetengetriebe)
34, 53, 54: Zweiter Planetengetriebezug (zweites Planetengetriebe)
36: Erster Planetenträger (C1) (Planetenträger)
37: Zweiter Planetenträger (C2)

Claims

Elektromotor (10), umfassend: einen im Wesentlichen torischen Innenumfangsseitenrotor (11) und einen Außenumfangsseiterotor (12), welche derartig positioniert sind, dass sie die gleiche Rotationsachse (O) aufweisen, und welche mit Permanentmagneten (11a), (12a) versehen sind, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind; einen Planetengetriebemechanismus (14), enthaltend: ein erstes Hohlrad (31), welches koaxial und integral mit dem Außenumfangsseitenrotor (12) gebildet ist; ein zweites Hohlrad (32), welches koaxial und integral mit dem Innenumfangsrotor (11) gebildet ist; ein erstes Planetengetriebe (33), welches mit dem ersten Hohlrad (31) in Eingriff steht; ein zweites Planetengetriebe (34), welches mit dem zweiten Hohlrad (32) in Eingriff steht; ein Sonnenrad (35), welches mit dem ersten Planetengetriebe (33) und dem zweiten Planetengetriebe (34) in Eingriff steht; und einen ersten Planetenträger (36), welcher drehbar eines von dem ersten Planetengetriebe (33) und dem zweiten Planetengetriebe (34) lagert, und welches in der Lage ist, um die Drehachse (O) zu drehen; und eine Drehvorrichtung (15), welche mit dem ersten Planetenträger (36) verbunden ist, und welche durch Drehen des ersten Planetenträgers (36) um einen vorbestimmten Drehbetrag um die Drehachse (O) herum eine relative Phase zwischen dem Innenumfangsseitenrotor (11) und dem Außenumfangsseitenrotor (12) verändert.
Elektromotor (10) gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, weiterhin einen zweiten Planetenträger (37) umfassend, welcher drehbar den anderen von dem ersten Planetengetriebe (33) und dem zweiten Planetengetriebe (34) lagert, und wobei der zweite Planetenträger (37) an einem Stator (13) fixiert ist.
Elektromotor (10) gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, wobei: das erste Planetengetriebe (33) und das zweite Planetengetriebe (34) jeweils aus einem einzigen Getriebezug (33), (34) gebildet sind; und der Planetengetriebemechanismus (14) ein Planetengetriebemechanismus des Einzelritzeltyps ist.
Elektromotor (10) gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, wobei: das erste Planetengetriebe (33) und das zweite Planetengetriebe (34) jeweils durch zwei Getriebezüge (51) und (52), (53) und (54) gebildet sind, welche miteinander in Eingriff stehen; und wobei der Planetengetriebemechanismus (14) ein Planetengetriebemechanismus des Doppelritzeltyps ist.
Elektromotor (10) gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, wobei die Drehvorrichtung (15) ein Aktuator ist, welcher unter Verwendung von hydraulischer oder elektrischer Energie bewirkt, dass sich der erste Planetenträger (36) dreht, oder dass das Drehen des ersten Planetenträgers (36) beschränkt wird.
Elektromotor gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, wobei der vorbestimmte Drehbetrag ein mechanischer Winkel θ (°) = (180/p) × g/(1 + g) ist, welcher auf Polpaaren „p" des Elektromotors (10) und auf einem Übersetzungsverhältnis „g" des Sonnenrads (35) zu einem von dem ersten Hohlrad (31) und dem zweiten Hohlrad (32) basiert.
Elektromotor (10) gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, wobei als Ergebnis des ersten Planetenträgers (36), welcher durch die Drehvorrichtung (15) gedreht wird, ein Zustand des Elektromotors auf einen geeigneten Zustand eingestellt wird, welcher zwischen einem Zustand eines schwachen Feldes, in welchem die Permanentmagneten (11a) des Innenumfangseitenrotors (11) und die Permanentmagneten (12a) des Außenumfangsseitenrotors (12) mit dem gleichen Magnetpol einander gegenüberliegend positioniert sind, und einem Zustand eines starken Feldes rangiert, in welchem die Permanantmagneten (11a) des Innenumfangsseitenrotors (11) und die Permanentmagneten (12a) des Außenumfangseitenrotors (12) mit entgegen gesetzten Magnetpolen einander gegenüberliegend positioniert sind.
Elektromotor (10) gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, weiterhin eine Beendigungsvorrichtung (15) umfassend, welche ein Beschränken der Drehvorrichtung (15) von dem Drehen des ersten Planetenträgers (36) um die Drehachse (O) herum beendet, und welche es dem ersten Planetenträger (36) erlaubt, um die Drehachse (O) herum zu drehen, bis der Zustand des Elektromotors (10) einen Zustand eines starken Feldes erreicht, in welchem die Permanentmagneten (11a) des Innenumfangsseitenrotors (11) und die Permanentmagneten (12a) des Außenumfangseitenrotors (12) mit entgegen gesetzten Magnetpolen einander gegenüberliegend positioniert sind.
Elektromotor (10) gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, wobei der Planetengetriebemechanismus in einem hohlen Abschnitt auf einer Innenumfangsseite des Innenumfangsseitenrotors (11) positioniert ist.
Verfahren zum Antreiben des Elektromotors (10) gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, die folgenden Schritte umfassend: Detektieren einer Phase bei einem relativen elektrischen Winkel (a) zwischen dem Innenumfangsseitenrotor (11) und dem Außenumfangsseitenrotor (12); Konvertieren der Phase des elektrischen Winkels zu einer Phase bei einem mechanischen Winkel (β); Berechnen des vorbestimmten Drehbetrags aus der Phase bei dem mechanischen Winkel (β); und Drehen des ersten Planetenträgers (36) um den vorbestimmten Drehbetrag um die Drehachse (O) herum durch die Drehvorrichtung (15).
Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors (10) gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, weiterhin, wenn ein Fehler in dem Elektromotor (10) detektiert wird, den Schritt des Beendens der Beschränkung durch die Drehvorrichtung (15) des Drehens des ersten Planetenträgers (36) um die Drehachse (O) herum umfassend, so dass dem ersten Planetenträger (36) erlaubt wird, um die Drehachse (O) herum zu drehen, bis der Zustand des Elektromotors (10) einen Zustand eines starken Felds erreicht, in welchem die Permanantmagneten (11a) des Innenumfangsseitenrotors (11) und die Permanentmagneten (12a) des Außenumfangseitenrotors (12) mit entgegen gesetzten Magnetpolen einander gegenüberliegend positioniert sind.
Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors (10) gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, weiterhin, wenn ein Befehl detektiert wird, um eine Steuerung eines schwachen Feldes auszuführen, den Schritt des Drehens des ersten Planetenträgers (36) um die Drehachse (O) herum umfassend, so dass der Zustand des Elektromotors (10) beginnt, zu dem Zustand eines schwachen Feldes zu wechseln, in welchem die Permanentmagneten (11a) des Innenumfangseitenrotors (11) und die Permanentmagneten (12a) des Außenumfangsseitenrotors (12) mit dem gleichen Magnetpol einander gegenüberliegend positioniert sind.
Elektromotor (10) gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, wobei als Ergebnis, dass die Drehvorrichtung (15) den ersten Planetenträger (36) dreht, der Innenumfangsseitenrotor (11) und der Außenumfangsseitenrotor (12) zu geeigneten Positionen gedreht werden, zwischen einer Position, wo die gleichen Magnetpole von jedem Permanentmagneten einander gegenüberliegen und einer Position, wo die entgegen gesetzten Magnetpole von jedem Permanentmagneten einander gegenüberliegen.