JP2010057271A - ダブルロータモータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造をもち高速回転性能に優れたダブルロータモータを提供すること。
【解決手段】径方向最内側の内側ロータ（３）は回転軸（５）に固定される。内側ロータ（３）の径方向外側に被せられる外側ロータ（２）は回転軸（６）に固定される。ステータ（１）はモータハウジング（４）に固定されて外側ロータ（２）の径方向外側に被せられる。内側ロータ（３）は永久磁石もロータとされ、外側ロータ（２）は、籠形コイル２７が形成された外側ロータコア（２１）からなる。籠形コイル（２７）は支持ディスク（８Ａ）と一体にアルミダイキャストにより製造されて外側ロータ（２）のトルクを支持ディスク（８Ａ）を通じて回転軸（６）に伝達する。
【選択図】図６

Description

本発明は、軸方向に重なる位置に配置された２つのロータを有するモータ（以下、ダブルロータモータとも言う）の改良に関する。本発明のダブルロータモータは、たとえばエンジンと変速機の間に介設されて、エンジンを始動したり、エンジンのトルクをアシストしたり、車両の運動エネルギーを回生したりする車両用動力伝達装置として好適に採用される。

従来より、小径の内側ロータと大径の外側ロータと最外側のステータとが軸方向同位置（以下、同心円位置と称する）に配置されたダブルロータモータが本出願人の出願になる下記の特許文献１、２に提案されている。

特許文献１は、内側ロータに内側ステータコイルを、最外側のステータに外側ステータコイルを巻装し、外側ロータの外周面部及び内周面部にそれぞれ永久磁石又は籠形コイルを設けたダブルロータモータを開示している。

外側ロータに籠形コイルを採用する特許文献１の態様において、外側ロータの外周面部の籠形コイルと最外側のステータとは、外側の誘導モータを構成し、外側ロータの内周面部の籠形コイルと内側ロータとは内側の誘導モータを構成する。外側ロータの磁性コアは、外周面部と内周面部との間に円筒状のコアバックを有しており、これによりこれら２つの誘導モータのロータ側磁気回路は分離されている。つまり、この特許文献１のダブルロータモータは、２つの籠形誘導モータのロータを径方向に一体化した構造をもつ。

しかしながら、このダブルロータモータでは、内側ロータに巻いたステータコイル（すなわち、内側誘導モータのステータコイルのコイルエンドが軸方向両側へ長く突出するため、外側ロータの軸方向長さが増大し、その結果、高速回転する外側ロータに生じる遠心力の支持が困難となった。また、内側ロータのステータコイルの放熱も困難となった。更に、外側ロータの軸方向長の増大は、たとえばエンジン軸と負荷軸（正確に言えば減速機構又はその前段のクラッチ機構の入力軸）との間へのこのダブルロータモータの介設が困難となるという問題も派生した。また更に、このダブルロータモータでは、内側ロータに巻いた内側ステータコイルへの大電流給電のためにスリップリング・ブラシ機構が必要となるという解決困難な問題も生起した。

次に、特許文献２は、外側ロータの外周面部に巻いた外側コイルと、外側ロータの内周面部に巻いた内側コイルとを直列接続して直列接続短絡コイルとし、内側ロータを永久磁石ロータとしたダブルロータモータを提案している。

このダブルロータモータでは、内側コイルと外側コイルとを直列接続する必要があるため、外側ロータに装備される外側コイル及び内側コイルとして籠形コイルを採用することはできない。このため、このダブルロータモータでは、永久磁石ロータがコイルエンドをもたないものの、外側ロータの内側コイル及び外側コイルのコイルエンドが軸方向へ突出するため、回転軸に固定されて外側ロータの磁性コアを支持する支持ディスクから外側ロータの磁性コアまでの軸方向距離が長くなり、その結果として、高速回転する外側ロータの耐遠心力支持が困難となるという問題が特許文献１と同じく生じた。

また、この特許文献２のダブルロータモータでは、外側ロータの磁性コアは、外周面部と内周面部との間に円筒状のコアバックを有しており、これにより外側ロータの２つの巻線形ロータコイルの磁気回路は分離されている。

次に、本出願人の出願になる特許文献３は、小径の内側ロータと最大径の外側ロータとこれら両ロータ間に配置された中間のステータとが同心円位置に配置され、内側ロータ及び最外側のロータは永久磁石ロータとされたダブルロータモータを提案している。中間のステータの外周面部には外側コイルが、内周面部には内側コイルが巻かれており、中間のステータの磁性コアは、外周面部と内周面部との間に円筒状のコアバックを有しており、これによりこれら２つのステータコイルの磁気回路は分離されている。つまり、この特許文献３のダブルロータモータは、２つの永久磁石同期モータのステータを径方向に一体化した構造をもつ。

しかしながら、この中間ステータ構造のダブルロータモータでは、中間ステータに巻かれる内側コイル及び外側コイルのコイルエンドが軸方向に突出するため、最外側のロータを支持するための支持ディスクは、このコイルエンドの軸方向長さの分だけ軸方向に腕を伸ばす必要があり、その結果、高速回転する最外側ロータの遠心力の支持が困難となった。特に、最外側ロータの重心のずれ（すなわち偏心）による回転バランスの崩れに対する対策が非常に困難となった。
特許第３０５２８２０号 特開２０００−１９７３２４ 特開２００１−１３６６０６

本発明は従来のダブルロータモータにおける上記問題点に鑑みなされたものであり、必要な軸方向長を短縮でき、外側ロータの回転支持が容易で、堅牢な構造をもつダブルロータモータを提供することをその解決すべき課題すなわち目的としている。

上記課題を解決する本発明のダブルロータモータは、同一軸芯に配置された回転軸（５）、（６）と、回転軸（５）に固定された内側ロータ（３）と、内側ロータ（３）の外周面に小ギャップを隔てて電磁的にトルク授受可能な内周面を有して回転軸（６）に固定された外側ロータ（２）と、外側ロータ（２）の外周面に小ギャップを隔てて電磁的にトルク授受可能な内周面を有してハウジング（４）に固定されたステータ（１）とを有し、前記ステータ（１）は、ステータコア（１１）にステータコイル（１２）を巻装して構成されているダブルロータモータにおいて、前記内側ロータ（３）は、永久磁石が周方向極性交互に配置された円筒状の軟磁性コアにより構成されて外周面に偶数個の磁極を有し、前記外側ロータ（２）は、籠形コイルを装備する円筒状の軟磁性コアにより構成され、前記籠形コイルは、前記内側ロータ（３）及び前記ステータと磁束を授受することを特徴としている。

すなわち、この発明のダブルロータモータは、径方向最内側に配置される内側ロータ（３）として永久磁石ロータを採用し、径方向最外側に配置されるステータと内側ロータ（３）との間に配置される外側ロータ（２）として籠形コイルをもつロータを採用する。このようにすれば、外側ロータ（２）とそれを支持する支持ディスク（８Ａ）又は支持ディスク（８Ｂ）との間の軸方向距離を従来よりも大幅に短縮することができるため、外側ロータ（２）の遠心力の支持及びトルクの伝達が容易となり、外側ロータ（２）の回転バランスの確保が容易となる。また、モータの必要な軸方向長を短縮することができるため、その分だけ内側ロータ（３）の軸方向長を増加でき、トルクを増大することができる。

好適な態様において、前記ステータコイル（１２）に前記内側ロータ（３）の角速度に相当する周波数の交流電流を通電するインバータ（１３）を有する。これにより、ステータ（１）と回転軸（５）又は（６）との間でトルク授受を行うことができる。

好適な態様において、前記籠形コイルは、前記外側ロータ（２）と前記回転軸（６）とをトルク授受可能に連結する支持ディスク（８Ａ）と一体に鋳造されている。これにより、簡素な構造及び製造方法により剛性及び強度に優れた外側ロータ（２）を実現することができる。

好適な態様において、前記コイルエンド（２４）に機械的に結合される外周部を有して前記回転軸（５）に回転自在に支持される支持ディスク（８Ｂ）を有する。これにより、外側ロータ（２）の回転バランスの向上と耐遠心力性能の向上とを実現することができる。

好適な態様において、前記外側ロータ（２）は、前記外側ロータ（２）の外周面部を軸方向へ延在する外側コイル（２２）と、前記外側ロータ（２）の内周面部を軸方向へ延在する内側コイル（２３）と、前記ステータコア（１１）から軸方向両側に突出する前記前記ステータコイル（１２）の略内径側へ延在して前記外側コイル（２２）及び内側コイル（２３）の端部を短絡する共通のコイルエンド（２４）、（２５）とを有する。これにより、回転軸（６）にトルクアシストしたり、回転軸（５）の動力を発電電力として出力したりすることができる。

好適な態様において、前記コイルエンド（２５）は、前記外側ロータ（２）と前記回転軸（６）とをトルク授受可能に連結する支持ディスク（８Ａ）により構成されている。これにより、簡素な構造及び製造方法により剛性及び強度に優れた外側ロータ（２）を実現することができる。

好適な態様において、前記外側ロータ（２）は、放射状に配置されて前記内側ロータ（３）の磁束を前記ステータコア（１１）に径方向へ流す互いに連結されない多数のティース（２６）により構成される外側ロータコア（２１）と、前記各ティースに周方向に隣接する共通の籠形コイル（２７）とを有する。これにより、回転軸（６）にトルクアシストしたり、回転軸（５）の動力を発電電力として出力したりすることができる。その他、ステータ（１）から回転軸（５）を駆動することもできる。

好適な態様において、前記外側ロータ（２）は、放射状に配置されて前記内側ロータ（３）の磁束を前記ステータコア（１１）に径方向へ流す互いに連結されない多数のティース（２６）と、前記各ティース（２６）を連結するコアバック（２１０）とを有し、前記コアバックよりも径方向外側の各スロット（Ｓ１）内に収容された籠形コイルの導体（２８Ｂ）と、前記コアバックよりも径方向内側の各スロット（Ｓ２）内に収容された籠形コイルの導体（２８Ａ）とはコイルエンド（２４Ａ）、（２４Ｂ）により一つづつ連結されて多数の１ターン籠形コイル（２８）が形成され、前記各１ターン籠形コイル（２８）は、支持ディスク（８Ａ）、（８Ｂ）に電気絶縁可能に連結される。これにより、回転軸（６）にトルクアシストしたり、回転軸（５）の動力を発電電力として出力したりすることができる。その他、ステータ（１）から回転軸（５）を駆動することもできる。

本発明のダブルロータモータの好適な実施態様を図面を参照して以下に説明する。

（実施形態１）
本発明の車両用動力伝達装置の第一実施例を図１を参照して説明する。図１は、この実施形態のダブルロータモータの軸方向模式半断面図である。

（全体構造）
１は最外側のステータ、２は外側ロータ、３は内側ロータ、４はモータハウジング、５は入力側の回転軸、６は出力側の回転軸、７Ａ〜７Ｃは軸受けである。

ステータ１は、モータハウジング４の周壁部内周面に固定された円筒状のステータコア１１に３相のステータコイル１２を巻装して構成されている。ステータコア１１は、輪板状の電磁鋼板を軸方向に積層して形成されている。ステータコイル１２の２つのコイルエンドは、軸方向両側に突出している。モータハウジング４の前端壁は軸受け７Ａを通じて回転軸５を回転自在に支承し、モータハウジング４の後端壁は軸受け７Ｂを通じて回転軸６を回転自在に支承している。この実施形態では、回転軸５は図略のエンジンのクランク軸にクラッチを通じて又は直接に連結されている。同じく、回転軸６は、減速ギヤ機構にクラッチを通じて又は直接に連結されている。もちろん、回転軸５、６と外部との連結形態は自由であり、たとえば、回転軸６をトルクコンバータの入力軸に連結しても良い。

外側ロータ２の後端面は、内側ロータ３の後方に近接して支持ディスク８Ａの外周部に固定されている。外側ロータ２の前端面は、内側ロータ３の前方に近接して支持ディスク８Ｂの外周部に固定されている。支持ディスク８Ｂは、軸受け７Ｃを介して回転軸５に回転自在に固定されている。内側ロータ３は、支持ディスク９の外周面に嵌着、固定されている。

外側ロータ２は、支持ディスク８Ａ、８Ｂの外周部に支持される外側ロータコア２１と、この外側ロータコア２１に巻装された外側コイル２２及び内側コイル２３とを有している。外側ロータコア２１は、輪板状の電磁鋼板を軸方向に積層して形成されている。この実施形態では、外側コイル２２及び内側コイル２３は、それぞれアルミダイキャスト法により形成された籠形コイルからなる。２４は外側コイル２２及び内側コイル２３の前側のコイルエンドをなす輪板部であり、２５は外側コイル２２及び内側コイル２３の後側のコイルエンドをなす輪板部である。コイルエンド２４、２５は外側コイル２２及び内側コイル２３と一体にアルミダイキャスト法により鋳造されている。

内側ロータ３は、支持ディスク９の外周面に嵌着、固定される内側ロータコア３１と、内側ロータコア３１の表面に周方向へ極性交互に配置された偶数個の永久磁石３２とからなる。すなわち、内側ロータ３は表面固定型の永久磁石ロータからなる。内側ロータコア３１は、輪板状の電磁鋼板を軸方向に積層して形成されている。もちろん、永久磁石３２を内側ロータコア３１に軸方向に貫設された磁石収容孔に収容してもよい。

モータハウジング４及び支持ディスク８Ａ、８Ｂ、９はアルミ合金の鋳造により形成されている。

上記した構造を採用するこの実施形態のダブルロータモータは、内側ロータ３と外側ロータ２の内側コイル２３とが内側のモータ（内側モータとも呼ぶ）を構成し、ステータ１と外側ロータ２の外側コイル２２とが外側のモータ（外側モータとも呼ぶ）を構成している。これら内側モータ及び外側モータは、誘導モータである。なお、ここで言うモータは、発電機を包含する用語である。なお、図２に示す外側ロータコア２１のコアバック２１０の存在にもかかわらず、内側ロータ３の永久磁石磁束の一部はステータ１に到達し、それにより、ステータコイル１２や外側コイル２２と鎖交するがその影響は無視するものとする。

図２に外側ロータ２の径方向断面を示す。外側ロータコア２１は、外側コイル２２及び内側コイル２３の間に位置して周方向に延在するコアバック２１０と、コアバック２１０から周方向所定ピッチで径方向外側に突出する外側ティース２１１と、コアバック２１０から周方向所定ピッチで径方向内側に突出する内側ティース２１２とからなる。この実施形態では、コアバック２１０の径方向幅は十分に大きく形成されている。これにより、内側ロータ３と内側コイル２３とからなる内側モータの磁束と、ステータ１と外側コイル２２とからなる外側モータの磁束とは磁気的に分離される。

したがって、このダブルロータモータは、内側モータと外側モータとを径方向に重ねた構造をもつ。内側モータは、内側ロータ３の永久磁石の回転により内側コイル２３に誘導される誘導電流が短絡されるため、一種の誘導機として動作する。この内側の誘導機は内側ロータ３と外側ロータコア２１との角速度差が大きい場合には二次銅損が大きくなって、効率が低下する欠点はもつ。しかし、内側ロータ３と外側ロータ２との間のトルク授受を簡素な構造にて実現することができるうえ、内側ロータ３と外側ロータ２との間の角速度差が小さい場合には、内側ロータ３と外側ロータ２との間で高効率にトルク授受を実現することができる。更に、ステータ１と外側コイル２２とが通常の籠形誘導機を構成するので、外側ロータ２の回転数に合わせてステータ１の電流の周波数を調整することにより、ステータ１と外側コイル２２との間で高効率なトルク授受を実現することができる。その結果、回転軸５、６との間のトルク授受に加えて、ステータコイル１２による発電やトルクアシストが可能となる。

このダブルロータモータの具体的な動作を、このダブルロータモータの回路図を示す図３を参照して説明する。図３において、１３は、星形接続された３相のステータコイル１２に３相交流電圧を印加する周知の３相のインバータである。１４は、バッテリ１５と３相インバータ１３との間に配置された双方向ＤＣＤＣコンバータである。双方向ＤＣＤＣコンバータ１４はたとえば双方向チョッパ回路により構成されている。なお、この双方向ＤＣＤＣコンバータ１４は、ステータコイル１２の発電電流を制御するために設けられている。

（インバータ停止モード）
インバータ１３の動作を停止し、ステータコイル１２への通電を停止するモードでは、籠形誘導モータを構成する内側モータだけが動作し、内側ロータ３のトルクＴ１の絶対値と外側ロータ２のトルクＴ２の絶対値とは等しくなり、両者の角速度差（ω１ーω２）にトルクＴ（＝Ｔ１＝Ｔ２）を掛けた電力が内側コイル２３により二次銅損として消費される。しかし、角速度差（ω１ーω２）が小さい場合には、かなり効率よく、回転軸５、６間でトルクを授受することができる。

（トルクアシストモード）
インバータ１３からステータコイル１２へ交流電流を通電し、外側モータを電動動作させることにより、トルクアシストモードが実行される。ステータコイル１２には、外側ロータ２の角速度ω２よりもわずかに大きな角速度に相当する周波数の３相交流電流を通電することが好適である。この制御はいわゆるベクトル制御として周知である。これにより、外側ロータ２は、回転軸５からのトルクＴ１とステータ１からのトルクＴ２との両方を得ることができる。

（発電モード）
内側ロータ３により外側ロータ２が作動している時、ステータコイル１２に、外側ロータ２の角速度ω２よりもわずかに小さい角速度に相当する周波数の３相交流電流を通電することにより、外側モータをいわゆる誘導発電機として作動させることができ、インバータ１３を発電動作させることができる。インバータ１３の発電電圧は、双方向ＤＣＤＣコンバータ１４によりバッテリ１５の充電に好適な電圧に変換されてバッテリ１５を充電する。

（外側ロータ２の特徴構造１）
外側ロータコア２１の外周面部に設けられた外側コイル２２、並びに、外側ロータコア２１の内周面部に設けられた内側コイル２３は、上述したように籠形コイルからなる。この外側コイル２２及び内側コイル２３は、従来同様にアルミダイキャストにより構成されている。

この実施形態によれば、内側ロータ３が磁石ロータとし、更に外側ロータ２の外側コイル２２及び内側コイル２３が籠形コイルとしたので、内側ロータ３も外側ロータ２も軸方向に長く突出する巻線コイルをもたない。したがって、この巻線コイルから軸方向へ長く突出するコイルエンドに比較して、籠形コイルの軸方向突出長は非常に短い。したがって、外側ロータ２を支持する支持ディスク８Ａと外側ロータ２との間の軸方向長を大幅に短縮することができるため、外側ロータ２の回転剛性や耐遠心力性能を大幅に向上することができ、外側ロータ２の重心が偏心していてもその回転中心の径方向へのぶれを大幅に低減することができる。

（外側ロータ２の特徴構造２）
次に、この実施形態の重要な特徴の一つである外側ロータ２の第２の特徴構造を以下に詳しく説明する。

この実施形態では特に、この外側コイル２２及び内側コイル２３をなす籠形コイルのコイルエンド２４、２５は一体化されて共通のコイルエンドとなっている。これにより、外側ロータ２の機械的な剛性は大幅に向上する。更に、たとえば内側コイル２３の誘導電流が大きく、外側コイル２２の誘導電流が小さい場合に、外側コイル２２及び内側コイル２３の共通のコイルエンドの電気抵抗が小さいため、外側コイル２２の二次銅損を減少できる。逆に、内側コイル２３の誘導電流が小さく、外側コイル２２の誘導電流が大きい場合に、外側コイル２２及び内側コイル２３の共通のコイルエンドの電気抵抗が小さいため、内側コイル２３の二次銅損を減少できる。

（外側ロータ２の特徴構造３）
次に、この実施形態の重要な特徴の一つである外側ロータ２の第３の特徴構造を以下に詳しく説明する。

この実施形態では更に、籠形コイルをなす外側コイル２２及び内側コイル２３は、支持ディスク８Ａと一体にアルミダイキャスト法により構成されている。更に具体的に説明すれば、支持ディスク８の外周部は、外側コイル２２及び内側コイル２３の共通のコイルエンド２５を兼ねている。つまり、外側ロータコア２１に掛かる遠心力及びトルクは、籠形コイルをなす外側コイル２２及び内側コイル２３により支持ディスク８Ａに伝達される。これにより、従来採用していた外側ロータコア２１を支持ディスク８Ａに固定するために外側ロータコア２１を軸方向へ貫通して支持ディスク８に締結される支持ピンを省略することができるとともに、構造が簡素となり、かつ、ロータ剛性を向上することができる。

（外側ロータ２の特徴構造４）
次に、この実施形態の重要な特徴の一つである外側ロータ２の第４の特徴構造を以下に詳しく説明する。

この実施形態では更に、籠形コイルをなす外側コイル２２及び内側コイル２３の前側のコイルエンド２４は、支持ディスク８Ｂの外周部に直接機械的に結合されている。これにより、外側ロータ２の回転安定性を大幅に向上することができる。更に、支持ディスク８Ｂは、外側コイル２２及び内側コイル２３の共通のコイルエンド２４と並列接続される電流通路を構成するので、コイルエンド２４の電気抵抗を低減することができ、外側コイル２２及び内側コイル２３の二次銅損を低減することができる。なお、支持ディスク８の外周面は、図１、図４に示すように、共通のコイルエンド２４の内周部に設けられた溝部２４Xに嵌合する突起８０をもつ。これにより、支持ディスク８Ｂは良好に外側ロータ２の径方向偏心を抑制し、外側ロータ２の遠心力を支持することができる。更に、必要な場合には、支持ディスク８Ｂを外側ロータ２から取り外すことにより、外側ロータ２と内側ロータ３とを分離したり、修理、交換したりすることもできる。なお、図４は、支持ディスク８Ｂ及びコイルエンド２４の部分模式正面図である。その他、支持ディスク８Ｂは、コイルエンド２４の前端面に締結されてもよい（図５参照）。図５は支持ディスク８Ｂ及びコイルエンド２４の部分模式軸方向側面図である。

（実施形態２）
本発明のダブルロータモータの第二実施例を図６、図７を参照して説明する。図６はこの実施形態のダブルロータモータの軸方向模式半断面図であり、図７は外側ロータ２の部分径方向断面図である。

このダブルロータモータの基本的な構造は、図１に示す実施形態１の外側コイル２２及び内側コイル２３を一体化した点にその特徴がある。すなわち図７に示すように、この外側ロータ２は、放射状に配置された軟磁性鋼板製の多数のティース２６と、各ティース２６の間に注入、固化された共通の籠形コイル２７とからなる。籠形コイル２７は、支持ディスク８Ａと一体に鋳造されている。これにより、軸方向に積層された各ティース２６は、籠形コイル２７に機械的に支持される。このダブルロータモータの等価回路を図８に示す。

このダブルロータモータの動作を以下に説明する。内側ロータ３の永久磁石の磁束は外側ロータ２のティース２６を通じてステータ１のステータコア１１に流れてステータコイル１２と鎖交し、更に、外側ロータ２の籠形コイル２７と鎖交している。ステータ１のステータコイル１２は、図３と同じく双方向ＤＣＤＣコンバータ１４及びインバータ１３を通じて３相の交流電流を給電されている。

このダブルロータモータでは、内側ロータ３と外側ロータ２の籠形コイル２７とにより実施形態１と同じく籠形誘導モータが構成される。また、ステータコイル１２と籠形コイル２７とにより籠形誘導モータが構成される。更に、内側ロータ３とステータコイル１２とにより同期モータが構成される。このダブルロータモータの回路図を図８に示す。このダブルロータモータの具体的な動作を以下に説明する。

（インバータ停止モード）
インバータ１３の動作を停止し、ステータコイル１２への通電を停止するモードでは、籠形誘導モータを構成する内側モータだけが動作し、内側ロータ３のトルクＴ１の絶対値と外側ロータ２のトルクＴ２の絶対値とは等しくなり、両者の角速度差（ω１ーω２）にトルクＴ（＝Ｔ１＝Ｔ２）を掛けた電力が内側コイル２３により二次銅損として消費される。しかし、角速度差（ω１ーω２）が小さい場合には、かなり効率よく、回転軸５、６間でトルクを授受することができる。なお、内側ロータ３の回転により、ステータコイル１２は発電動作するが、双方向ＤＣＤＣコンバータ１４のオフによりバッテリ１５への発電電力の出力は停止することができる。

（トルクアシストモード）
インバータ１３からステータコイル１２へ交流電流を通電し、外側モータを電動動作させることにより、トルクアシストモードが実行される。内側ロータ３の磁束が外側ロータコア２１を通じてステータコイル１２に与えられるので、内側ロータ３の角速度ω１に同期する周波数の電流をステータコイル１２に与えることにより、ステータ１と外側ロータコア２１の外周面部との間に同期トルクが発生する。

その他、ステータコイル１２に外側ロータコア２１の角速度ω２よりも少し大きな角速度に相当する周波数の３相交流電流を通電してもよい。この場合には、ステータ１と外側ロータコア２１の外側コイル２２とが籠形誘導モータを構成するため、ベクトル制御によりトルクを高効率に発生することができる。

（発電モード）
内側ロータ３が回転すると、ステータコイル１２に内側ロータ３の角速度差ω１で内側ロータ３の磁束が鎖交するため、ステータコイル１２は発電電圧を発生する。この発電電圧は、インバータ１３により３相全波整流されて直流電圧に変換される。この直流電圧は、双方向ＤＣＤＣコンバータ１４によりバッテリ１５の充電に好適な電圧に変換されてバッテリ１５を充電する。

（実施形態３）
本発明のダブルロータモータの第三実施例を図９、図１０を参照して説明する。図９はこの実施形態のダブルロータモータの軸方向模式部分断面図であり、図１０は支持ディスク８Ｂの部分正面図である。

このダブルロータモータの基本的な構造は、図１に示す実施形態１のそれと同じである。ただし、図９の外側コイル２２及び内側コイル２３のコイルエンド２４、２５は、周方向へ１スロットごとに分離されている。つまり、図２に示す外側ロータコア２１の一つの外周側スロットＳ１に収容されている一本の導体２８Ｂ（図９参照）と、外側ロータコア２１の一つの内周側スロットＳ２に収容されている一本の導体２８Ａ（図９参照）とは、図９に示されるように、径方向に延在する一つのコイルエンド２４Ａと一つのコイルエンド２５Ａにより連結されて１ターンの短絡コイルを構成している。このため、外側ロータコア２１には、外周側スロットＳ１の数に等しく、かつ、内周側スロットＳ２の数に等しい１ターンの短絡コイル２８が巻かれている。図９に示すように、各短絡コイル２８のコイルエンド２４Ａ、２５Ａは軸方向外側に突出する軸方向突出部をもち、コイルエンド２４Ａの軸方向突出部は支持ディスク８Ｂの外周部に設けられた貫通孔８０Ｂに挿通され、コイルエンド２５Ａの軸方向突出部は支持ディスク８Ａの外周部に設けられた貫通孔８０Ａに挿通されている。これにより、外側ロータ２の遠心力は支持ディスク８Ａ、８Ｂに支持され、外側ロータ２のトルクは支持ディスク８Ａを通じて回転軸６に伝達される。

更に、外側ロータコア２１から軸方向に突出するコイルエンド２４Ａ、２５Ａの表面には絶縁膜が設けられている。これにより、各コイルエンド２４Ａ、２５Ａは、支持ディスク８Ａ、８Ｂに対して電気絶縁されている。外側ロータコア２１のスロット内面にも絶縁膜が形成されている。各短絡コイル２８の誘導電圧は小さいため、これらの絶縁膜により、各短絡コイル２８間は電気絶縁されている。

このダブルロータモータの等価回路を図１１に示す。この実施形態では、内側ロータ３の磁束Φｉが外側ロータコア２１のコアバック２１０に流れると、この磁束Φｉは各短絡コイルと個別に鎖交する。これにより、内側ロータ３が回転すると、各短絡コイルに交流電流が誘導される。この交流電流により形成された磁束Φｏがステータコア１１に流れる。この磁束Φｏは、外側ロータコア２１が回転しているため内側ロータ３の角速度ω１と等しくなる。その結果、ステータコア１１と鎖交する磁束は、図７に示す実施形態２とほぼ同じとなる。

（インバータ停止モード）
インバータ１３の動作を停止し、ステータコイル１２への通電を停止するモードでは、籠形誘導モータを構成する内側モータだけが動作し、内側ロータ３のトルクＴ１の絶対値と外側ロータ２のトルクＴ２の絶対値とは等しくなり、両者の角速度差（ω１ーω２）にトルクＴ（＝Ｔ１＝Ｔ２）を掛けた電力が各短絡コイル２８により二次銅損として消費される。しかし、角速度差（ω１ーω２）が小さい場合には、かなり効率よく、回転軸５、６間でトルクを授受することができる。なお、内側ロータ３の回転により、ステータコイル１２は発電動作するが、双方向ＤＣＤＣコンバータ１４のオフによりバッテリ１５への発電電力の出力は停止することができる。

（トルクアシストモード）
インバータ１３からステータコイル１２へ交流電流を通電し、外側モータを電動動作させることにより、トルクアシストモードが実行される。角速度ω２で回転する各短絡コイル２８が角速度（ω１ーω２）の誘導電流磁界が形成するため、この誘導電流磁界の角速度はω１となる。このため、内側ロータ３の角速度ω１に同期する周波数の電流をステータコイル１２に与えることにより、ステータ１と外側ロータ２との間に一種の同期トルクが発生する。

その他、ステータコイル１２に外側ロータコア２１の角速度ω２よりも少し大きな角速度に相当する周波数の３相交流電流を通電してもよい。この場合には、ステータ１と外側ロータコア２１の外側コイル２２とが新たな籠形誘導モータを構成するため、ベクトル制御によりトルクを高効率に発生することができる。

（発電モード）
内側ロータ３が回転すると、短絡コイル２８に流れる電流による磁束Φ２がステータコイル１２に内側ロータ３の角速度差ω１で鎖交するため、ステータコイル１２は発電電圧を発生する。この発電電圧は、インバータ１３により３相全波整流されて直流電圧に変換される。この直流電圧は、双方向ＤＣＤＣコンバータ１４によりバッテリ１５の充電に好適な電圧に変換されてバッテリ１５を充電する。

（変形態様）
上記実施形態では、回転軸５をエンジンのクランクシャフトに連結し、回転軸６をクラッチ機構を通じてトランスミッションの入力軸に連結したが、逆に連結しても良い。上記クラッチ機構は、外側ロータ２を支持する支持ディスク８Ａの背面を利用して配置することもできる。

（変形態様）
上記実施形態では、外側ロータ２の外側ロータコア２１にアルミダイキャスト法により形成された籠形コイルを外側ロータ２から支持ディスク８Ａへのトルク伝達部材としたが、従来公知の支持ピンを外側ロータコア２１に軸方向へ挿入してもよい。

（変形態様）
ステータコイル１２により回転軸５を電動駆動することも可能である。この動作はたとえばエンジン始動において好適である。このエンジン始動動作は、特にアイドルストップにおいて有効である。

たとえば実施形態３では、外側ロータコア２１の回転をたとえばブレーキ機構により禁止する。ステータコイル１２に通電して角速度ω２の回転磁界を各短絡コイル２８に与えると、各短絡コイル２８の誘導電流は、内側ロータ３に角速度ω２の回転磁界を形成する。したがって、この回転磁界を内側ロータ３の角速度ω１と同期させることにより、内側ロータ３を電動駆動することができる。実施形態２においても本質的に同じである。

（変形態様）
内側ロータ３と外側ロータ２との間にロックアップクラッチ機構を設けることもできる。このようにすれば、回転軸５から回転軸６へ無損失でトルクを伝達することができるうえ、上記したトルクアシスト動作や発電動作も利用することができる。

（変形態様）
たとえばエンジンのトルク変動と逆位相でステータ１によるトルクアシストや発電動作を行うこともできる。これにより、エンジン振動の低減やエンジントルク変動の低減を実現することができる。

実施形態１のダブルロータモータの軸方向模式半断面図である。 図１の外側ロータの径方向部分断面図である。 図１のダブルロータモータの回路図である。 外側ロータの前側のコイルエンド近傍を示す模式部分正面図である。 変形態様における外側ロータの前側のコイルエンド近傍を示す模式部分軸方向断面図である。 実施形態２のダブルロータモータの軸方向模式半断面図である。 図６の外側ロータの径方向部分断面図である。 図６のダブルロータモータの等価回路図である。 実施形態３のダブルロータモータの軸方向模式半断面図である。 図９の外側ロータの径方向部分断面図である。 図９のダブルロータモータの等価回路図である。

符号の説明

１ ステータ
２ 外側ロータ
３ 内側ロータ
４ モータハウジング
５ 回転軸
６ 回転軸
８ 支持ディスク
８Ａ 支持ディスク
８Ｂ 支持ディスク
９ 支持ディスク
１１ ステータコア
１２ ステータコイル
１３ インバータ（３相インバータ）
１４ DCDCコンバータ
１５ バッテリ
２１ 外側ロータコア
２２ 外側コイル
２３ 内側コイル
２４ コイルエンド
２４Ａ コイルエンド
２４X 溝部
２５ コイルエンド
２５Ａ コイルエンド
２６ ティース
２７ 籠形コイル
２８ 短絡コイル
２８Ａ 導体
２８Ｂ 導体
３１ 内側ロータコア
３２ 永久磁石
８０ 突起
８０Ａ 貫通孔
８０Ｂ 貫通孔
２１０ コアバック
２１１ 外側ティース
２１２ 内側ティース

Claims (8)

1. 同一軸芯に配置された回転軸（５）、（６）と、回転軸（５）に固定された内側ロータ（３）と、内側ロータ（３）の外周面に小ギャップを隔てて電磁的にトルク授受可能な内周面を有して回転軸（６）に固定された外側ロータ（２）と、外側ロータ（２）の外周面に小ギャップを隔てて電磁的にトルク授受可能な内周面を有してハウジング（４）に固定されたステータ（１）とを有し、前記ステータ（１）は、ステータコア（１１）にステータコイル（１２）を巻装して構成されているダブルロータモータにおいて、
   前記内側ロータ（３）は、永久磁石が周方向極性交互に配置された円筒状の軟磁性コアにより構成されて外周面に偶数個の磁極を有し、
   前記外側ロータ（２）は、籠形コイルを装備する円筒状の軟磁性コアにより構成され、
   前記籠形コイルは、前記内側ロータ（３）及び前記ステータと磁束を授受することを特徴とするダブルロータモータ。
2. 請求項１記載のダブルロータモータにおいて、
   前記ステータコイル（１２）に前記内側ロータ（３）の機械角速度と磁極とによる電気角速度にほぼ相当する周波数の交流電流を通電するインバータ（１３）を有する請求項１記載のダブルロータモータ。
3. 請求項１記載のダブルロータモータにおいて、
   前記籠形コイルは、前記外側ロータ（２）と前記回転軸（６）とをトルク授受可能に連結する支持ディスク（８Ａ）と一体に鋳造されているダブルロータモータ。
4. 請求項１記載のダブルロータモータにおいて、
   前記コイルエンド（２４）に機械的に結合される外周部を有して前記回転軸（５）に回転自在に支持される支持ディスク（８Ｂ）を有するダブルロータモータ。
5. 請求項１記載のダブルロータモータにおいて、
   前記外側ロータ（２）は、
   前記外側ロータ（２）の外周面部を軸方向へ延在する外側コイル（２２）と、前記外側ロータ（２）の内周面部を軸方向へ延在する内側コイル（２３）と、前記ステータコア（１１）から軸方向両側に突出する前記ステータコイル（１２）の略内径側へ延在し、前記外側コイル（２２）及び内側コイル（２３）の端部を短絡する共通のコイルエンド（２４）、（２５）とを有するダブルロータモータ。
6. 請求項５記載のダブルロータモータにおいて、
   前記コイルエンド（２５）は、前記外側ロータ（２）と前記回転軸（６）とをトルク授受可能に連結する支持ディスク（８Ａ）により構成されているダブルロータモータ。
7. 前記外側ロータ（２）は、
   放射状に配置されて前記内側ロータ（３）の磁束を前記ステータコア（１１）に径方向へ流す互いに連結されない多数のティース（２６）により構成される外側ロータコア（２１）と、前記各ティースに周方向に隣接する共通の籠形コイル（２７）とを有するダブルロータモータ。
8. 前記外側ロータ（２）は、
   放射状に配置されて前記内側ロータ（３）の磁束を前記ステータコア（１１）に径方向へ流す互いに連結されない多数のティース（２６）と、前記各ティース（２６）を連結するコアバック（２１０）とを有し、
   前記コアバックよりも径方向外側の各スロット（Ｓ１）内に収容された籠形コイルの導体（２８Ｂ）と、前記コアバックよりも径方向内側の各スロット（Ｓ２）内に収容された籠形コイルの導体（２８Ａ）とはコイルエンド（２４Ａ）、（２４Ｂ）により一つづつ連結されて多数の１ターン籠形コイル（２８）が形成され、
   前記各１ターン籠形コイル（２８）は、支持ディスク（８Ａ）、（８Ｂ）に電気絶縁可能に連結されるダブルロータモータ。

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