JP2004194370A - Rotating electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動システムに用いられ高い出力効率を有する回転電機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、高効率回転電機として、界磁に永久磁石を用いた永久磁石モータ(PM)が用いられている。同期モータの一種である永久磁石モータ(PM)は、永久磁石を配置している回転子が、固定子側の回転磁界に吸引・反発し、同期速度で回転する。また、永久磁石モータ(PM)としては、永久磁石を回転子表面に配置した表面磁石モータ(SPM)と、回転子内部に永久磁石を埋め込んだ埋込磁石モータ(IPM)が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の永久磁石モータにおいて、モータの損失は、銅損と鉄損から成り、銅損はトルクに比例し、鉄損は回転速度に比例する。そして、図7に従来の永久磁石モータにおける銅損と鉄損の一例を示すように、モータの効率は銅損と鉄損の和が最小になる付近で最大になる。つまり、最大効率点においては、トルクおよび回転速度が決定されており、そのトルクを出力する電流は一意に決まってしまう。また、従来の永久磁石モータにおける回転速度とトルクで定義される各動作点での効率のマップを示す図8からわかるように、その最大効率点は高出力側に分布するので、通常 車両用電動機として走行した場合に使用頻度が高い低、中負荷域の効率が悪化するという問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を有利に解決して、最大効率点を車両用電動機として走行した場合に使用頻度が高い低、中負荷側に広げることができ 、かつ高効率範囲を広くとれる回転電機を提供することを目的とするものであり、本発明の回転電機は、特性の異なる2つのロータを持ち、その2つのロータの出力軸を、2入力、1出力を持つ出力合成機に各々入力する構造の回転電機であって、前記出力合成機の出力トルクに応じて、前記2つのロータの出力トルクを任意の配分比で分配し出力させ、その配分比を、前記出力合成機の出力トルクと回転速度から定まる各動作点において出力効率が最大になるよう決定することを特徴とするものである。
【0005】
【発明の効果】
本発明の回転電機にあっては、出力合成機の出力トルクに応じて、2つのロータの出力トルクを任意の配分比で分配し出力させ、その配分比を、出力合成機の出力トルクと回転速度から定まる各動作点において出力効率が最大になるよう決定することで、出力の最大効率点を低、中負荷側に広げ かつ高効率範囲を広くとれることができる。
【0006】
なお、本発明の回転電機においては、前記特性の異なる2つのロータが互いにトルク特性の異なるロータであり、前記2つのロータのロータ径、極対数、永久磁石のつくる鎖交磁束数、または、dq軸のインダクタンスの差(Ld−Lq)が異なることによりトルク特性が異なっていることが好ましい。このように構成すれば、特性の異なる2つのロータを簡単に得ることができ、本発明をより好適に達成することができる。
【0007】
また、本発明の回転電機においては、前記特性の異なる2つのロータとして、内外にロータを持ち、アウターロータとインナーロータ間にステータを持つ三層同軸構造のモータを用い、アウターロータとインナーロータを同じ速度で回転させ、各ロータの出力を前記出力合成機に各々入力し、前記出力合成機の出力トルクに応じて、アウターロータとインナーロータの出力トルクを任意の配分比で分配し出力させ、その配分比を、前記出力合成機の出力トルクと回転速度から定まる各動作点において出力効率が最大になるよう決定することが好ましい。このように構成すれば、アウターロータとインナーロータの出力トルクの和を1つの出力トルクとして出力することができ、車両用電動機としての走行に用いられる三層同軸構造のモータを効率よく使用することができる。
【0008】
さらに、本発明の回転電機においては、前記アウターロータの最大出力トルクがインナーロータよりも大きいことが好ましい。三層同軸構造のモータの場合、通常アウターロータの方がインナーロータよりもロータ径が大きい。したがって、トルク特性はアウターロータの方がインナーロータよりも大きくできる。そのため、このように構成すれば、三層同軸構造のモータを利用してより好適に本発明を達成することができる。
【0009】
さらにまた、本発明の回転電機においては、前記出力合成機の出力効率を最大にする方法が、予め前記出力合成機の出力トルクと回転速度の各動作点において最大出力効率が得られる2つのロータの配分比のマップを準備し、このマップから読み取った2つのロータの配分比に基づき、2つのロータの出力トルクを決定し、2つのロータが決定された出力トルクとなるよう制御する方法であることが好ましい。このように構成すれば、簡単に出力合成機の出力効率を最大にでき、本発明をより好適に達成することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の回転電機の一例の構成を説明するための図である。図1に示す例において、本発明の回転電機11は、特性の異なる2つのロータとしての第1のロータ1と第2のロータ2を持ち、第1のロータ1と第2のロータ2の出力軸3、4を、2入力、1出力を持つ出力合成機5に各々入力する構造となっている。本発明の特徴は、上述した構造を有する回転電機11において、出力合成機5の出力軸6における出力トルクに応じて、第1のロータ1の出力軸3における出力トルクと第2のロータ2の出力軸4における出力トルクを任意の配分比で分配し出力されている点である。その際、その分配の配分比を、出力合成機5の出力軸6における出力トルクと回転速度から定まる各動作点において出力効率が最大となるように決定している。 出力合成機としては、例えば遊星歯車組を用いて、一方のロータをリングギヤと接続し、他方のロータをサンギヤに接続し、出力軸をキャリアに接続する。
【0011】
上述した本発明の回転電機11において、特性の異なる2つのロータとしての第1のロータ1と第2のロータ2としては、両者のトルク特性を異ならせることが考えられる。第1のロータ1と第2のロータ2のトルク特性を異ならせるには、第1のロータ1と第2のロータ2のロータ径を異ならせること、第1のロータ1と第2のロータ2の極対数を異ならせること、例えば、一方を6極対とし他方を3極対とすること、第1のロータ1と第2のロータ2の永久磁石のつくる鎖交磁束数を異ならせること、例えば、両者の永久磁石の表面積を異ならせること、および、第1のロータ1と第2のロータ2においてdq軸のインダクタンスの差(Ld−Lq)を異ならせること、例えば、一方を埋込磁石モータ(IPM)とし他方を表面磁石モータ(SPM)とすること、が考えられる。また、出力合成機5としては、2入力、1出力のものであればどのようなものでも使用することができ、例えば、遊星ギヤやベルトCVTなどの構造をとるものを好適に使用することができる。
【0012】
上述した構成の本発明の回転電機11において、出力合成機5の出力軸6における出力トルクをTallとし、第1のロータ1の出力軸3における出力トルクをT1、第2のロータ2の出力軸4における出力トルクをT2とした場合、
Tall=T1+T2
となる。今、
T1=aTall (0<=a<=1)
とすれば、
T2=(1−a)Tall
となり、aの自由度が増加する。すなわち、出力合成機5の出力軸6のトルクが一定で、aの配分を変えることにより、第1のロータ1と第2のロータ2のそれぞれのロータの出力するトルクが変わるので、それぞれのロータを持つモータの損失が変わることになる。したがって、効率が最大になるaを選択することで、aが1または0の場合に比して、効率を向上させることが可能である。
【0013】
一般的に、モータの出力トルクの式は以下のように表される。
Te=P(φIq+(Ld−Lq)IdIq)
ここで、Pは極対数、φは磁石の作る磁束、Ld,Lqはそれぞれd軸、q軸インダクタンス、Id,Iqはそれぞれd軸、q軸電流である。例えば、φの大きいモータは、少ない電流でトルクを出力することが可能であるが、以下に示す誘起電圧が高速で大きくなる。
V=dφ/dt=ωφ
【0014】
従って、例えばφの大きい ロータの磁束φ1と、φの小さいロータの磁束φ2の場合、簡単のために、
Te=φIq
とすれば、
T1=φ1Iq1=aTall、T2=φ2Iq2=(1−a)Tallとなり、
Iq1=aTall/φ1、Iq2=(1−a)Tall/φ2となる。
【0015】
ここで、Iq1+Iq2を考えると、
Iq1+Iq2=aTall/φ1+(1−a)Tall/φ2
=aTall(aφ2+(1−a)φ1)/φ1φ2
となり、これが、a=1の場合のIq1より小さくなれば良いので
aTall(aφ2+(1−a)φ1)/φ1φ2<Tall/φ1
となり、これを解くと
φ1<φ2
となる。つまり、異なる磁束を持つロータを組み合わせることで、その電流は必ず減少する。このことにより損失が低減され、特に銅損が減少した場合、その効率範囲は低、中負荷側に広がることになる。
【0016】
次に、本発明の回転電機において、具体的に出力合成機の出力効率を最大にする方法について説明する。まず、実際に第1のロータ1、第2のロータ2、出力合成機5から回転電機11を作成する。そして、作成した回転電機11において、出力合成機5の出力トルクと回転速度で定まる動作点毎に、第1のロータ1の出力トルクと第2のロータ2の出力トルクの和が常にその動作点における出力合成機5の出力トルクとなる条件の下、第1のロータ1の出力トルクと第2のロータ2の出力トルクを変化させ、出力効率が最大となる配分比aを求める。出力合成機5の出力トルクと回転速度で定まる動作点全てに対し上記配分比aを求めることで、配分比aについての出力合成機5の出力トルクと回転速度の関係を示すマップを得ることができる。
【0017】
ここで、 モータの出力効率は、出力合成機の速度×トルク/インバータ 出力パワーと定義して求める。また、本発明の回転電機11では2つのモータを1つのモータとして扱うことを前提としているので、回転速度は通常第1のロータ1、第2のロータ2とも出力合成機5におけるその動作点の回転速度と同じとなると考えられるが、同一でなくともある比率(例えばギア比)を固定で持っていれば、その場合でも同一として扱うことができ、本発明を適用することができる。
【0018】
図2はすべての動作点について配分比aを求めたマップの一例を示す図である。実際に本発明の回転電機11の回転時の制御を行う際は、まず、制御を行う出力合成機5の回転速度と出力トルクから定められる動作点を規定する。動作点が決まると、図2に示すマップからその動作点における第1のロータ1と第2のロータ2の出力トルクの配分比aを求める。そして、求めた配分比aに基づき第1のロータ1の出力トルクと第2のロータ2の出力トルクを求め、求めたトルクの値となるように、第1のロータ1の出力と第2のロータ2の出力とを制御する。この出力制御は、第1のロータ1、第2のロータ2の各別に、予め各ロータ動作点の電流について求めた回転数と出力トルクとの関係を示すマップから、その制御点において流すべき電流を求め、その電流を流すことにより行うことができる。
【0019】
図3は本発明の回転電機11で得られる出力効率を出力トルクと回転速度の関係で示すマップである。図3をみるとわかるように、上述した方法で回転軸の制御を行った本発明の回転電機11の出力効率は、図6に示した単独のモータの場合と比較して、最大効率の範囲が低、中負荷領域まで広がっていることがわかる。
【0020】
実際の制御の一例を図4(a)〜(c)を例にとって説明する。図4において、図4(a)は第1のロータ1におけるトルクと回転速度で定まる各動作点において最大効率を得る電流指令のマップ、図4(b)は第2のロータ2におけるトルクと回転速度で定まる各動作点において最大効率を得る電流指令のマップ であり各動作点毎に電流値が記載されている、図4(c)は出力合成機5におけるトルクと回転速度で定まる各動作点において配分比aを示すマップである。図4(c)に示すマップは図2に示すマップと対応している。
【0021】
まず、図4(a)〜(c)に示す各マップを予め準備しておく。そして、制御すべき動作点が例えば出力合成機5の出力が回転速度:3000rpmで出力トルク:150Nmの点であるならば、図4(c)からC点の配分比a(ここでは1/3とする)を求め、求めた配分比a(=1/3)に基づき、第1のロータ1の出力トルクを100Nmに制御し、第2のロータ2の出力トルクを50Nmに制御する。この制御は、第1のロータ1では、図4(a)に示すマップから、制御すべき第1のロータ1の動作すなわち回転速度:3000rpmで出力トルク:100Nmの動作点Aにおける最大効率を得る電流指令を求め、その電流を第1のロータ1に流すことで行うことができる。同様に、第2のロータ2では、図4(b)に示すマップから、制御すべき第2のロータ2の動作点すなわち回転速度:3000rpmで出力トルク:50Nmの動作点Bにおける最大効率を得る電流指令を求め、その電流を第2のロータ2に流すことで行うことができる。
【0022】
次に、特性の異なる第1のロータ1と第2のロータ2の好適な一例として、内外にロータを持ち、アウターロータとインナーロータ間にステータを持つ三層同軸構造のモータについて説明する。図5は、ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、回転電機の一実施形態としての複合電流多層モータを示す。この複合電流多層モータを、この発明の特性の異なる第1のロータ1と第2のロータ2を有するモータとして好適に使用できる。図5に示す構成の複合電流多層モータは、一個の円環状のステータ21と、その半径方向内方および外方にそれぞれ互いに同軸の所定回転軸線C上にて回転自在に配置したインナーロータ22およびアウターロータ23とよりなる三重構造とし、これらをハウジング24内に収納して構成する。
【0023】
ここにおけるインナーロータ22およびアウターロータ23はそれぞれ、電磁鋼板などをプレス成形して造った板材のロータ軸線方向への積層になる積層コア44,45を具え、これら積層コア44,45に、ロータ軸線方向に貫通する永久磁石を円周方向等間隔に配置して設けた構成となす。
【0024】
そしてハウジング24内へのインナーロータ22およびアウターロータ23の収納に当たっては、アウターロータ23は、積層コア45の外周にトルク伝達シェル25を駆動結合して具え、該トルク伝達シェル25の両端をそれぞれベアリング27,28によりハウジング24に回転自在に支持し、トルク伝達シェル25をベアリング27の側でアウターロータシャフト29に結合する。
【0025】
インナーロータ22は積層コア44の中心に、内部に上記アウターロータシャフト29を回転自在に貫通した中空のインナーロータシャフト30を貫通して具え、これらインナーロータ22の積層コア44およびインナーロータシャフト30間を駆動結合する。そしてインナーロータシャフト30の中間部をベアリング32により、固定のステータブラケット33内に回転自在に支持し、一端部(図5では左端部)をベアリング34によりトルク伝達シェル25の対応端壁に回転自在に支持する。
【0026】
ステータ21は、電磁鋼板をプレス成形して造ったI字状のステータ鋼板をステータ軸線方向に積層してなる多数のステータピースを具える。個々のステータピースには、アウターロータ側ヨークおよびインナーロータ側ヨーク間におけるティースの箇所において図5に示す如く電磁コイル37を巻線し、これらコイル巻線済のステータピースを同一円周方向等間隔に、つまり円形に配列してステータコアとなし、このステータコアをステータ軸線方向両側のブラケット33,38間にボルト39で挟持すると共に全体的に樹脂40でモールドすることにより一体化してステータ21を構成する。なお、樹脂40内には隣り合うステータピース36間において冷却液通路61を軸線方向に形成し、上記したボルト39はその冷却液通路61の半径方向内方および外方にそれぞれ位置させる。ここで、各ボルト39はそれに螺合したナット39aによって締め上げられる。このボルト・ナットによる締め上げ構造をリベットピンによる締め上げ構造としても良いことはいうまでもない。
【0027】
なお、このモータの駆動に当たっては、回転センサ68および回転センサ67が検出するインナーロータ22およびアウターロータ23の回転位置、つまりこれらに上記のごとく設けられる永久磁石の位置に応じた両ロータ22,23用の駆動電流を複合して得られる複合電流をステータ1の電磁コイル37に供給し、これにより両ロータ22,23用の回転磁界をステータに個別に発生させることで、回転磁界に同期してロータ22,23を個別に回転駆動させることができる。
【0028】
上述した構造の三層同軸モータにおいて、中空のインナーロータシャフト30を第1のロータ1とし、アウターロータシャフト29を第2のロータ2とし、ラビニョオ型遊星歯車列を出力合成機5とし、中空のインナーロータシャフト30とアウターロータシャフト29をそれぞれラビニョオ型遊星歯車列のサンギヤとリングギヤに接続することで、好適に本発明の回転電機を構成することができる。
【0029】
上述した構造の三層同軸モータに対し供給すべき複合電流の一例を図6に示す。図6において、インナーロータを駆動するインナーロータ用電流101と、アウターロータを駆動するアウターロータ用電流102とを重畳することで、複合電流153が得られ、この複合電流103を上記三層同軸モータに供給することで、インナーロータとアウターロータとを個別に回転させることができる。そして、この構造の回転電機を、本発明において出力合成機に組み合わさる特性の異なる第1のロータ1と第2のロータ2として使用することで、以下のような効果を得ることができ、本発明の好適な態様となる。
【0030】
すなわち、三層同軸構造の回転電機を用いることで、2ロータの出力トルクの和を1つの出力トルクとして出力することで、インナーロータとアウターロータのトルク出力比の自由度が上述した例と同様に1つ増える。例えば、アウターロータを高トルク(磁石の磁束が多い)ロータとして、インナーロータを低トルク高速ロータとした場合に、和のトルクが高いトルク領域では、アウターロータのトルク出力を増やし、高速領域ではインナーロータのトルク出力を増やすことで、1つのモータで全域をカバーするよりも電流が減少し、効率が増加する。さらに、インナーロータとアウターロータが同速度で回転しているために、それぞれのロータには直流の磁界しか発生せず、ロータに鉄損が理論的に発生しない。以上より、トルク分担比を可変することで、電流が減少し、銅損が減少する。さらに同回転するために鉄損が減少して、効率が向上する。さらにまた、上述した三層同軸構造の回転電機の場合、通常アウターロータのロータ径がインナーロータより大きい。そのため、トルク特性はアウターロータの方がインナーロータよりも大きくでき、特に特別な設計を施すことなく、本発明にそのまま適用することができる。従って、三層同軸構造の回転電機を本発明の特性の異なる2つのロータとして好適に使用できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の回転電機の一例の構成を説明するための図である。
【図2】本発明の回転電機において回転速度と出力トルクで定まる動作点の全ての点について配分比aを求めたマップの一例を示す図である。
【図3】本発明の回転電機で得られる出力効率を回転速度と出力トルクとの関係で示すマップを示す図である。
【図4】(a)、(b)はそれぞれ第1のロータおよび第2のロータにおける各動作点において最大効率を得る電流指令のマップの一例を示す図であり、(c)は出力合成機における各動作点において配分比aを示すマップの一例を示す図である。
【図5】ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、複合電流多層モータの一例を示す縦断側面図である。
【図6】複合電流多層モータに対し供給すべき複合電流の一例を説明するための図である。
【図7】従来の永久磁石モータにおける銅損と鉄損の一例を示すグラフである。
【図8】従来の永久磁石モータで得られる出力効率を回転速度と出力トルクとの関係で示すマップを示す図である。
【符号の説明】
1 第1のロータ
2 第2のロータ
3、4、6 出力軸
5 出力合成機
11 回転電機[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rotating electric machine used in a drive system and having high output efficiency.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a permanent magnet motor (PM) using a permanent magnet as a field has been used as a high-efficiency rotating electric machine. In a permanent magnet motor (PM), which is a type of synchronous motor, a rotor having permanent magnets attracts and repels a rotating magnetic field on a stator side, and rotates at a synchronous speed. As the permanent magnet motor (PM), a surface magnet motor (SPM) having a permanent magnet disposed on a rotor surface and an embedded magnet motor (IPM) having a permanent magnet embedded inside the rotor are known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional permanent magnet motor described above, the loss of the motor consists of copper loss and iron loss, and the copper loss is proportional to the torque, and the iron loss is proportional to the rotation speed. Then, as shown in FIG. 7 which shows an example of copper loss and iron loss in a conventional permanent magnet motor, the efficiency of the motor becomes maximum near the minimum of the sum of copper loss and iron loss. That is, at the maximum efficiency point, the torque and the rotation speed are determined, and the current for outputting the torque is uniquely determined. Further, as can be seen from FIG. 8, which shows a map of the efficiency at each operating point defined by the rotation speed and the torque in the conventional permanent magnet motor, the maximum efficiency point is distributed on the high output side. There is a problem that the efficiency of the low and medium load areas, which are frequently used when the vehicle travels, deteriorates.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention advantageously solves the above problems, and provides a rotating electric machine that can be extended to low, medium load sides that are frequently used when the maximum efficiency point is run as a motor for a vehicle, and that can have a wide high efficiency range. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a rotating electric machine having two rotors having different characteristics, and inputting the output shafts of the two rotors to an output combiner having two inputs and one output. A rotating electric machine having a structure, wherein output torques of the two rotors are distributed and output at an arbitrary distribution ratio according to an output torque of the output combiner, and the distribution ratio is defined as an output torque of the output combiner. It is characterized in that the output efficiency is determined to be maximum at each operating point determined from the rotation speed.
[0005]
【The invention's effect】
In the rotating electric machine of the present invention, the output torques of the two rotors are distributed and output at an arbitrary distribution ratio according to the output torque of the output combiner, and the distribution ratio is determined by the output torque of the output combiner and the rotation. By determining the maximum output efficiency at each operating point determined from the speed, the maximum output efficiency point can be extended toward low and medium loads, and the high efficiency range can be widened.
[0006]
In the rotating electric machine of the present invention, the two rotors having different characteristics are rotors having different torque characteristics from each other, and the rotor diameter of the two rotors, the number of pole pairs, the number of linkage magnetic fluxes created by the permanent magnets, or dq It is preferable that the torque characteristics are different due to the difference (Ld-Lq) in the inductance of the shaft. With this configuration, two rotors having different characteristics can be easily obtained, and the present invention can be more suitably achieved.
[0007]
Further, in the rotating electric machine of the present invention, a motor having a three-layer coaxial structure having inner and outer rotors and having a stator between an outer rotor and an inner rotor is used as the two rotors having the different characteristics, and the outer rotor and the inner rotor are used. Rotate at the same speed, input the output of each rotor to the output synthesizer, respectively, according to the output torque of the output synthesizer, output and distribute the output torque of the outer rotor and the inner rotor at an arbitrary distribution ratio, Preferably, the distribution ratio is determined so that the output efficiency is maximized at each operating point determined by the output torque and the rotation speed of the output synthesizer. With this configuration, it is possible to output the sum of the output torques of the outer rotor and the inner rotor as one output torque, and to efficiently use a three-layer coaxial motor used for traveling as a vehicle electric motor. Can be.
[0008]
Further, in the rotating electric machine according to the present invention, it is preferable that the maximum output torque of the outer rotor is larger than that of the inner rotor. In the case of a motor having a three-layer coaxial structure, the outer rotor usually has a larger rotor diameter than the inner rotor. Therefore, the torque characteristics of the outer rotor can be larger than that of the inner rotor. Therefore, with such a configuration, the present invention can be more suitably achieved using a motor having a three-layer coaxial structure.
[0009]
Still further, in the rotating electric machine according to the present invention, the method of maximizing the output efficiency of the output combiner is preferably a method in which the maximum output efficiency is obtained in advance at each operating point of the output torque and the rotation speed of the output combiner. Is prepared, and based on the distribution ratio of the two rotors read from the map, the output torques of the two rotors are determined, and the two rotors are controlled to have the determined output torque. Is preferred. With this configuration, the output efficiency of the output synthesizer can be easily maximized, and the present invention can be more suitably achieved.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of an example of the rotating electric machine of the present invention. In the example shown in FIG. 1, a rotating electric machine 11 of the present invention has a
[0011]
In the rotating electric machine 11 of the present invention described above, it is conceivable that the
[0012]
In the rotating electrical machine 11 of the present invention having the above-described configuration, the output torque of the
Tall = T1 + T2
It becomes. now,
T1 = aTall (0 <= a <= 1)
given that,
T2 = (1-a) Tall
And the degree of freedom of a increases. That is, since the torque of the
[0013]
Generally, the equation for the output torque of a motor is expressed as follows.
Te = P (φIq + (Ld−Lq) IdIq)
Here, P is the number of pole pairs, φ is the magnetic flux generated by the magnet, Ld and Lq are the d-axis and q-axis inductances, respectively, and Id and Iq are the d-axis and q-axis currents, respectively. For example, a motor having a large φ can output torque with a small current, but the induced voltage shown below increases at a high speed.
V = dφ / dt = ωφ
[0014]
Therefore, for example, in the case of a magnetic flux φ1 of a rotor having a large φ and a magnetic flux φ2 of a rotor having a small φ, for simplicity,
Te = φIq
given that,
T1 = φ1Iq1 = aTall, T2 = φ2Iq2 = (1-a) Tall,
Iq1 = aTall / φ1 and Iq2 = (1-a) Tall / φ2.
[0015]
Here, considering Iq1 + Iq2,
Iq1 + Iq2 = a Tall / φ1 + (1-a) Tall / φ2
= ATall (aφ2 + (1-a) φ1) / φ1φ2
Since it suffices that this value be smaller than Iq1 when a = 1, aTall (aφ2 + (1-a) φ1) / φ1φ2 <Tall / φ1
And solving this gives φ1 <φ2
It becomes. That is, by combining rotors having different magnetic fluxes, the current necessarily decreases. This reduces the losses, especially when the copper losses are reduced, so that the efficiency range extends to low, medium load.
[0016]
Next, a method for maximizing the output efficiency of the output synthesizer in the rotating electric machine of the present invention will be specifically described. First, the rotating electric machine 11 is actually created from the
[0017]
Here, the output efficiency of the motor is obtained by defining the speed of the output synthesizer × torque / inverter output power. In addition, since the rotating electric machine 11 of the present invention is premised on treating two motors as one motor, the rotation speed of both the
[0018]
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a map in which the distribution ratio a is obtained for all operating points. When actually controlling the rotating electric machine 11 of the present invention at the time of rotation, first, an operating point determined from the rotation speed and the output torque of the output synthesizer 5 to be controlled is defined. When the operating point is determined, the distribution ratio a of the output torque of the
[0019]
FIG. 3 is a map showing the output efficiency obtained by the rotating electric machine 11 of the present invention in relation to the output torque and the rotation speed. As can be seen from FIG. 3, the output efficiency of the rotating electric machine 11 of the present invention in which the rotating shaft is controlled by the above-described method is within the range of the maximum efficiency as compared with the case of the single motor shown in FIG. Is spread to low and medium load regions.
[0020]
An example of the actual control will be described with reference to FIGS. 4A is a map of a current command for obtaining the maximum efficiency at each operating point determined by the torque and the rotation speed of the
[0021]
First, each map shown in FIGS. 4A to 4C is prepared in advance. If the operating point to be controlled is, for example, a point where the output of the output synthesizing machine 5 has a rotation speed of 3000 rpm and an output torque of 150 Nm, the distribution ratio a at the point C (here, 1/3 in FIG. The output torque of the
[0022]
Next, as a preferred example of the
[0023]
Each of the
[0024]
In storing the
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
In driving the motor, the rotation positions of the
[0028]
In the three-layer coaxial motor having the above-described structure, the hollow
[0029]
FIG. 6 shows an example of a composite current to be supplied to the three-layer coaxial motor having the above-described structure. In FIG. 6, a composite current 153 is obtained by superimposing a current 101 for the inner rotor for driving the inner rotor and a current 102 for the outer rotor for driving the outer rotor. , The inner rotor and the outer rotor can be individually rotated. By using the rotating electric machine having this structure as the
[0030]
That is, by using a rotating electric machine having a three-layer coaxial structure, by outputting the sum of the output torques of the two rotors as one output torque, the degree of freedom of the torque output ratio between the inner rotor and the outer rotor is the same as in the above-described example. One more. For example, when the outer rotor is a high-torque (magnet magnetic flux) rotor and the inner rotor is a low-torque high-speed rotor, the torque output of the outer rotor is increased in the torque region where the sum torque is high, and the inner rotor is increased in the high-speed region. By increasing the torque output of the rotor, the current is reduced and the efficiency is increased as compared with the case where one motor covers the entire area. Further, since the inner rotor and the outer rotor rotate at the same speed, only a DC magnetic field is generated in each rotor, and iron loss does not theoretically occur in the rotor. As described above, by varying the torque sharing ratio, the current decreases and the copper loss decreases. In addition, the same rotation reduces iron loss and improves efficiency. Furthermore, in the case of the rotating electric machine having the above-described three-layer coaxial structure, the outer rotor usually has a larger rotor diameter than the inner rotor. Therefore, the torque characteristics of the outer rotor can be made larger than that of the inner rotor, and the torque characteristics can be applied to the present invention without special design. Therefore, it is understood that a rotating electric machine having a three-layer coaxial structure can be suitably used as two rotors having different characteristics of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an example of a rotating electric machine according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a map in which distribution ratios a are obtained for all operating points determined by a rotation speed and an output torque in the rotating electric machine of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a map indicating output efficiency obtained by the rotating electric machine according to the present invention in a relationship between rotation speed and output torque.
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing an example of a current command map for obtaining maximum efficiency at each operating point of a first rotor and a second rotor, respectively, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing an example of a map indicating a distribution ratio a at each operating point in FIG.
FIG. 5 is a longitudinal sectional side view showing an example of a composite current multi-layer motor that is combined with a Ravigneaux type planetary gear train to constitute a hybrid transmission for a vehicle.
FIG. 6 is a diagram for explaining an example of a composite current to be supplied to a composite current multilayer motor.
FIG. 7 is a graph showing an example of copper loss and iron loss in a conventional permanent magnet motor.
FIG. 8 is a diagram showing a map showing output efficiency obtained by a conventional permanent magnet motor in a relationship between a rotation speed and an output torque.
[Explanation of symbols]
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