JP2017050940A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ダブルロータタイプの回転電機に関する。 The present invention relates to a double rotor type rotating electrical machine.
特許文献1には、インナロータとステータとの間に配置されるアウタロータが、周方向に等間隔で配置された複数の軟磁性体コアで構成され、各軟磁性体コアが回転軸に連結された支持部に固定されたダブルロータタイプの回転電機が開示されている。
In
しかしながら、特許文献1に開示されたような回転軸に連結された支持部に複数の軟磁性体コアを固定する構造のアウタロータは、周方向に隣り合う軟磁性体コア間が空気領域として構成される。こうした構造のアウタロータにあっては、軟磁性体コア全体が支持部に対して保持されていないため、機械的な強度が十分でないという課題があった。
However, in the outer rotor having a structure in which a plurality of soft magnetic cores are fixed to a support portion connected to a rotating shaft as disclosed in
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、周方向に軟磁性体が所定の間隔で配置されるアウタロータの機械的な強度を向上させた回転電機を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a rotating electrical machine in which the mechanical strength of an outer rotor in which soft magnetic bodies are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction is improved. Objective.
本発明は、上記目的を達成するため、通電により磁束を発生させる電機子コイルを有するステータと、前記磁束の通過により回転する第1のロータと、前記第1のロータを通過する前記磁束の磁路の途中に配置されて回転する第2のロータとを備える回転電機であって、前記第2のロータは、周方向に軟磁性体と非磁性体とが交互に配置され、前記非磁性体のステータ側と第1のロータ側とにおいて隣り合う前記軟磁性体を接続するブリッジ部を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a stator having an armature coil that generates a magnetic flux when energized, a first rotor that rotates by the passage of the magnetic flux, and a magnetic field of the magnetic flux that passes through the first rotor. A rotary electric machine including a second rotor that is arranged in the middle of a road and rotates, wherein the second rotor includes soft magnetic bodies and nonmagnetic bodies alternately arranged in a circumferential direction, and the nonmagnetic body It has a bridge part which connects the soft magnetic body which adjoins in the stator side and the 1st rotor side.
本発明によれば、周方向に軟磁性体が所定の間隔で配置されるアウタロータの機械的な強度を向上させた回転電機を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rotary electric machine which improved the mechanical strength of the outer rotor by which a soft-magnetic body is arrange | positioned at predetermined intervals in the circumferential direction can be provided.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図1〜図15は本発明の一実施の形態に係る回転電機を説明する図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 1-15 is a figure explaining the rotary electric machine which concerns on one embodiment of this invention.
図1において、回転電機1は、ダブルロータ形式の回転電機として構成されており、円筒形状に形成されたステータ100と、このステータ100よりも回転軸1C側に設けられた第2のロータとしてのアウタロータ200と、このアウタロータ200よりも回転軸1C側に設けられた第1のロータとしてのインナロータ300とを備えている。アウタロータ200およびインナロータ300は、回転軸1Cを回転中心として相対回転可能にそれぞれ支持されている。なお、図1は機械角360度のうちの180度分(1/2)の径方向断面図を図示している。
In FIG. 1, a rotating
ステータ100はステータコア101を備えており、このステータコア101には、軸心に向かう径方向に延伸されている複数本のステータティース102が周方向に並列されている。このステータティース102は、後述するアウタロータ200の磁路部材201の外周面201aにエアギャップG1を介して内周面102a側を対面させるように形成されている。
The
このステータ100は、ステータティース102の側面102b間をスロット103として、三相交流のW相、V相、U相に対応する電機子コイル104が納められている。電機子コイル104は分布巻きによりステータティース102に巻き回されている。電機子コイル104は、通電により磁束を発生させる。
In this
ステータ100は、この電機子コイル104に三相交流が供給されることで、周方向に回転する回転磁界を発生し、発生した磁束をアウタロータ200やインナロータ300に鎖交させることによりこれらアウタロータ200およびインナロータ300をそれぞれ回転駆動させる。
When the three-phase alternating current is supplied to the
アウタロータ200は、透磁率の高い鋼材などの軟磁性体からなる磁路部材201と、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂等の磁束を通さない非磁性体からなる非磁性部材202とを有する。磁路部材201および非磁性部材202は軸線方向に延伸されている。なお、軸線方向は、回転軸1Cが延伸する方向と同じ方向を示す。
The
磁路部材201は、周方向で非磁性部材202に対向するポールピース部201Aと、非磁性部材202のステータ側とインナロータ側とにおいて隣り合うポールピース部201Aを接続するブリッジ部201Bとを有する。
The
ポールピース部201Aとブリッジ部201Bとは、一体形成されている。したがって、磁路部材201は、ポールピース部201Aとブリッジ部201Bとが一体形成された一体コアとして構成されている。一体コアとして構成された磁路部材201は、複数の電磁鋼板を軸線方向に積層したものからなる。
The
非磁性部材202は、ポールピース部201Aおよびブリッジ部201Bで囲まれる空間に設けられている。したがって、本実施の形態のアウタロータ200は、軟磁性体のポールピース部201Aと非磁性部材202とが周方向に交互に配置されている。磁路部材201および非磁性部材202の詳細な構成については後述する。
The
アウタロータ200は、ステータ100のステータティース102の内周面102aと、後述するインナロータ300のロータティース302の外周面302aに対して、磁路部材201の外周面201aと内周面201bとが対面するように形成されている。
In the
このアウタロータ200は、ステータ100の電機子コイル104で発生し鎖交する磁束が磁路部材201のポールピース部201Aを効率よく通過する一方、非磁性部材202ではその磁束の通過を妨げる。このステータ100の電機子コイル104で発生する磁束は、アウタロータ200のポールピース部201Aを通過した後には、後述するように、インナロータ300のロータティース302の外周面302aに鎖交して、再度、アウタロータ200のポールピース部201Aを通過することにより、ステータ100に戻る磁気回路を形成する。
In the
このとき、アウタロータ200は、ステータ100に対して相対回転するので、磁束を通過させる磁路部材201のポールピース部201Aと磁束の通過を制限する非磁性部材202とが繰り返し切り換えられて磁気回路を形成する。
At this time, since the
このようにアウタロータ200が回転することで、電機子コイル104で発生する回転磁界の極数および周波数を変更させることができる。この変調された回転磁界とインナロータ300が同期回転することによりトルクが発生する。
As the
インナロータ300は、複数の電磁鋼板を軸線方向に積層したロータコア301を備えている。このロータコア301には、軸心から離隔する径方向に向かって延長されている複数本のロータティース(突極部)302が周方向に並列されている。ロータティース302は、アウタロータ200の磁路部材201の内周面201bにエアギャップG2を介して外周面302aを対面させるように形成されている。
The
このロータティース302は、誘導コイルIと界磁コイルFとからなるロータ巻線330を有している。誘導コイルIは、隣接するロータティース302の側面302b間をスロット303として、ロータティース302のアウタロータ200側に巻き付けられている。界磁コイルFは、隣接するロータティース302の側面302b間をスロット303として、ロータティース302の軸心側に巻き付けられている。すなわち、誘導コイルIは、スロット303においてインナロータ300の径方向外側に巻き付けられており、界磁コイルFは、スロット303においてインナロータ300の径方向内側に巻き付けられている。
The
誘導コイルIは、ロータティース302毎にインナロータ300の周方向において隣同士が逆向きの周回巻線となる集中巻に形成されて、インナロータ300の周方向に配列されている。この誘導コイルIは、磁束が鎖交することにより誘導電流を発生(誘起)する。
The induction coil I is formed in a concentrated winding in which each
界磁コイルFは、ロータティース302毎にインナロータ300の周方向において隣同士が逆向きの周回巻線となる集中巻になるように形成されて、インナロータ300の周方向に配列されている。この界磁コイルFは、界磁電流を供給されることにより励磁されて電磁石として機能する。
このように、誘導コイルIと界磁コイルFは、電流の向きが等しくなるように巻き回されている。
The field coils F are formed so as to be concentrated windings in which the adjacent windings are opposite to each other in the circumferential direction of the
Thus, the induction coil I and the field coil F are wound so that the current directions are equal.
ここで、図1の機械角180度分の8つの誘導コイルIを、回転方向(反時計方向)に誘導コイルI1〜I8と呼んで区別する。また、機械角180度分の8つの界磁コイルFを回転方向に界磁コイルF1〜F8と呼んで区別する。 Here, the eight induction coils I corresponding to the mechanical angle of 180 degrees in FIG. 1 are distinguished from each other by calling them induction coils I1 to I8 in the rotation direction (counterclockwise direction). In addition, eight field coils F corresponding to a mechanical angle of 180 degrees are distinguished from each other by being called field coils F1 to F8 in the rotation direction.
図2において、誘導コイルI1、I3、I5、I7と界磁コイルF1、F2、F3、F4は、ダイオードD1、D2と共に閉回路である整流回路C1を形成している。この整流回路C1において、3つ置きの誘導コイルI1、I5とダイオードD1が直列接続され、3つ置きの誘導コイルI3、I7とダイオードD2が直列接続され、界磁コイルF1、F2、F3、F4が直列接続されている。また、誘導コイルI1、I5、ダイオードD1からなる直列接続と誘導コイルI3、I7、ダイオードD2からなる直列接続は、両端部で並列接続された後、ダイオードD1、D2のカソード側で、界磁コイルF1、F2、F3、F4からなる直列接続に接続されている。このように、整流回路C1は、誘導コイルI1、I3、I5、I7で発生する交流の誘導電流をダイオードD1、D2でそれぞれ一方向に整流して界磁コイルF1、F2、F3、F4に直流界磁電流として供給するように結線された回路構成となっている。 In FIG. 2, induction coils I1, I3, I5, I7 and field coils F1, F2, F3, F4 together with diodes D1, D2 form a rectifier circuit C1, which is a closed circuit. In this rectifier circuit C1, every third induction coil I1, I5 and diode D1 are connected in series, every third induction coil I3, I7 and diode D2 are connected in series, and field coils F1, F2, F3, F4. Are connected in series. In addition, the series connection consisting of induction coils I1 and I5 and diode D1 and the series connection consisting of induction coils I3 and I7 and diode D2 are connected in parallel at both ends, and then the field coil on the cathode side of diodes D1 and D2. It is connected to a series connection composed of F1, F2, F3, and F4. In this way, the rectifier circuit C1 rectifies the alternating induction current generated in the induction coils I1, I3, I5, and I7 in one direction by the diodes D1 and D2, respectively, and directs the current to the field coils F1, F2, F3, and F4. The circuit configuration is wired so as to supply the field current.
また、誘導コイルI2、I4、I6、I8と界磁コイルF5、F6、F7、F8は、ダイオードD3、D4と共に閉回路である整流回路C2を形成している。この整流回路C2において、3つ置きの誘導コイルI2、I6とダイオードD3が直列接続され、3つ置きの誘導コイルI4、I8とダイオードD4が直列接続され、界磁コイルF5、F6、F7、F8が直列接続されている。また、誘導コイルI2、I6、ダイオードD3からなる直列接続と誘導コイルI4、I8、ダイオードD4からなる直列接続は、両端部で並列接続された後、ダイオードD3、D4のカソード側で界磁コイルF5、F6、F7、F8からなる直列接続に接続されている。このように、整流回路C2は、誘導コイルI2、I4、I6、I8で発生する交流の誘導電流をダイオードD3、D4でそれぞれ一方向に整流して界磁コイルF5、F6、F7、F8に直流界磁電流として供給するように結線された回路構成となっている。 The induction coils I2, I4, I6, and I8 and the field coils F5, F6, F7, and F8 together with the diodes D3 and D4 form a rectifier circuit C2 that is a closed circuit. In this rectifier circuit C2, every third induction coil I2, I6 and diode D3 are connected in series, every third induction coil I4, I8 and diode D4 are connected in series, and field coils F5, F6, F7, F8. Are connected in series. In addition, the series connection including the induction coils I2, I6 and the diode D3 and the series connection including the induction coils I4, I8 and the diode D4 are connected in parallel at both ends, and then the field coil F5 on the cathode side of the diodes D3 and D4. , F6, F7, F8 are connected in series. As described above, the rectifier circuit C2 rectifies the AC induced current generated in the induction coils I2, I4, I6, and I8 in one direction by the diodes D3 and D4, respectively, and directs the current to the field coils F5, F6, F7, and F8. The circuit configuration is wired so as to supply the field current.
この回路構成により、誘導コイルIで発生させた誘導電流を整流し界磁電流として界磁コイルFを励磁させることができるため、ロータティース302を電磁石として機能させることができる。
With this circuit configuration, the induction current generated by the induction coil I can be rectified and the field coil F can be excited as a field current, so that the
ここで、ダイオードD1、D2、D3、D4は、誘導コイルIや界磁コイルFを多極化させる場合でも、直列接続することにより使用数を抑えており、大量使用を回避するために、一般的なHブリッジ型の全波整流回路を形成するのではなく、それぞれ180度位相差になるように結線して、一方の誘導電流を反転させて半波整流出力する中性点クランプ型の半波整流回路を形成している。 Here, even when the induction coils I and the field coils F are multipolarized, the number of diodes D1, D2, D3, and D4 is reduced by using a series connection, and in order to avoid mass use, Rather than forming an H-bridge type full-wave rectifier circuit, the neutral-point-clamped half-wave rectifier outputs a half-wave rectified output by inverting one of the induction currents so that each phase is 180 degrees. A circuit is formed.
整流回路C1、C2の界磁コイルFは、隣接するロータティース302毎の巻付方向を逆向きにされている。このことから、磁気回路の一部を構成するインナロータ300の一つのロータティース302は、アウタロータ200のポールピース部201Aから誘導する方向となるS極を対面させる電磁石として機能するように磁化されている。また、隣接するもう一つのロータティース302は、磁束をアウタロータ200側に誘導する方向となるN極を対面させる電磁石として機能するように磁化されている。
In the field coils F of the rectifier circuits C1 and C2, the winding directions of the
ここで、回転電機1のトルクの発生原理を説明する。インナロータ300は、ステータ100からアウタロータ200を介して鎖交する磁束のうち、そのアウタロータ200の回転によって変調された磁束がインナロータ300の回転と同期して鎖交する。
Here, the principle of torque generation of the rotating
また、一方で、回転電機1は、インナロータ300の誘導コイルIに鎖交する磁束に、アウタロータ200により変調されずに(インナロータ300の回転に同期せずに)変動する成分が含まれており、これにより誘導コイルIに交流の誘導電流を発生させることができる。そして、その交流の誘導電流をダイオードD1、D2で整流して直流の界磁電流とし、界磁コイルFに通電することにより、ロータティース302を電磁石として機能させて界磁磁束を発生させることができる。このようにして、回転電機1はトルクを発生することができる。
On the other hand, in the rotating
なお、このとき、ステータ100のステータティース102からアウタロータ200のポールピース部201Aを介してインナロータ300のロータティース302に鎖交する磁束は、分布巻きした電機子コイル104に交流電源から電力供給して発生させる。
At this time, the magnetic flux interlinking from the
ところで、この電機子コイル104は、本実施の形態では分布巻きを採用するが、集中巻きを採用してもよい。集中巻きを採用する場合には、ロータティース302に鎖交する磁束に分布巻きのコイルで発生する場合よりも多くの高調波成分を重畳させることができる。この磁束に重畳される高調波成分は、磁束量の変動として作用するため、誘導コイルIに誘導電流を効果的に発生させることができ、より大きな界磁電流を界磁コイルFに供給して界磁磁束を発生させることができる。
By the way, this
これらのことから、回転電機1は、永久磁石を設けることなく、インナロータ300を電磁石トルク(回転力)により相対回転させることができる。このインナロータ300では、磁化方向(N極、S極)が周方向に向かって交互になるように並列されている電磁石としてロータティース302を機能させることにより、アウタロータ200およびステータ100との間で鎖交させる磁束をスムーズにスロット303を迂回させて受け渡すことができる。
For these reasons, the rotating
この回転電機1は、ステータ100に対してアウタロータ200が相対回転し、また、その回転するアウタロータ200(磁路部材201)を経由する磁束が鎖交されるインナロータ300が電磁石トルクにより相対回転されるので、アウタロータ200を低速回転させ、インナロータ300を高速回転させることができる。また、反対に、アウタロータ200を高速回転させ、インナロータ300を低速回転させることもできる。
In this rotating
この回転電機1は、ステータ100、アウタロータ200およびインナロータ300の構造に応じて上述の回転駆動に必要なトルクが発生するようになっている。具体的には、ステータ100の電機子コイル104の極対数をAとし、アウタロータ200の極数となるポールピース部201Aの数をHとし、インナロータ300の極対数となるロータティース(電磁石)302の極対数をPとしたときに、次式(1)を成立させる組み合わせとなる。
H=|A±P| ......(1)
The rotating
H = | A ± P | (1)
この構造では、トルクを効果的に発生させてアウタロータ200とインナロータ300とをステータ100に対して効率よく相対回転させることができる。例えば、本実施の形態の回転電機1では、ステータ100の電機子コイル104の極対数A=4、アウタロータ200の極数H=12、および、インナロータ300のロータティース302の極対数P=8であり、上記の式(1)を満たしている。
With this structure, it is possible to effectively generate torque and to efficiently rotate the
図3に示すように、回転電機1は、ステータ100内にアウタロータ200が回転自在に収容されており、さらに、そのアウタロータ200内にインナロータ300が回転自在に収容されている。
As shown in FIG. 3, in the rotating
また、アウタロータ200の磁路部材201には、アウタ回転軸210が一体回転可能に連結されている。インナロータ300のロータコア301には、インナ回転軸310が一体回転可能に連結されている。これにより、回転電機1は、磁気変調原理を利用してアウタ回転軸210およびインナ回転軸310のそれぞれに動力を伝達することのできる磁気変調型二軸モータとして構成される。
Further, an outer
したがって、回転電機1は、例えばステータ100を遊星歯車機構のサンギヤ、アウタロータ200を遊星歯車機構のキャリヤ、インナロータ300を遊星歯車機構のリングギヤとして機能させることができ、機械式の遊星歯車機構と同等の機能を備えることができる。なお、本実施の形態に係る回転電機1は、アウタロータ200がキャリヤとして機能するよう構成される。
Therefore, the rotating
この構造により、回転電機1は、例えば、ハイブリッド自動車にエンジン(内燃機関)と共に駆動源として搭載する場合、アウタロータ200のアウタ回転軸210とインナロータ300のインナ回転軸310とをそれぞれ車両の動力伝達経路に直接連結して、ステータ100の電機子コイル104にインバータを介して車両のバッテリを接続することにより駆動源と共に動力伝達機構としても機能させることができる。
With this structure, for example, when the rotating
(アウタロータ)
図3、図4において、アウタロータ200は、上述した磁路部材201および非磁性部材202に加えて、鉄材からなるアウタ回転軸210と、円環状のフランジ215と、円筒状の円筒軸214とを備えている。
(Outer rotor)
3 and 4, the
アウタ回転軸210は、円柱状の小径部210Aと、この小径部210Aの他端部に連続するフランジ形状の大径部210Bとからなる。大径部210Bは、回転軸1Cを中心とした径方向が小径部210Aの径方向よりも大きく形成されており、軸線方向の他端部側で磁路部材201に対向している。
The outer
アウタ回転軸210の小径部210Aには、軸線方向の一端部から他端部に向かって、レゾルバリング221、レゾルバロータ220、リテーナ218が設けられている。レゾルバロータ220は、レゾルバリング221によって小径部210Aに一体回転自在に固定されている。リテーナ218は、円環状に形成されており、その内縁部の軸線方向の一端部側の側面で、後述するラジアルボールベアリング21の外輪を支持している。また、リテーナ218にはナット部218Aが設けられており、このナット部218Aには、後述するボルト26が螺合される。
A
フランジ215は、アウタ回転軸210の大径部210Bと磁路部材201および非磁性部材202との間に設けられている。フランジ215は、例えばアルミ材などの非磁性体からなる。これにより、電機子コイル104により発生した磁束が鉄材からなるアウタ回転軸210に漏れ磁束として流れてしまうことが防止される。
The
大径部210Bおよびフランジ215には、周方向に並んだ複数の挿通孔210B1、215Aがそれぞれ形成されており、これらの挿通孔210B1、215Aには非磁性体ボルト219が挿通されている。非磁性部材202には挿通孔202Aが形成されており、この挿通孔202Aには非磁性体ボルト219が挿通されている。
A plurality of insertion holes 210B1 and 215A arranged in the circumferential direction are respectively formed in the
非磁性体ボルト219は、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂等の磁束を通さない非磁性体で構成されている。このため、アウタロータ200は、各ポールピース部201A(図1参照)が磁気的に独立し、非磁性体ボルト219を磁性体で構成した場合と比べて各ポールピース部201Aによるパーミアンス変動(突極比)を大きくすることができる。これにより、回転電機1におけるトルク密度が向上する。
The
また、非磁性体ボルト219が非磁性体で構成されるため、ギャップ中に発生する高調波磁束に起因して非磁性体ボルト219内で発生する渦電流、および非磁性体ボルト219間で発生する渦電流による損失を低減することができる。
Further, since the
円筒軸214は、磁路部材201および非磁性部材202の軸線方向の他端部側(図3中、左端側)に設けられており、この円筒軸214には、非磁性体ボルト219の軸線方向の他端部が螺合される雌ねじ214Aが形成されている。
The
円筒軸214は、例えば非磁性体のステンレスで構成されている。これにより、電機子コイル104により発生した磁束が円筒軸214を介して外部に漏れ磁束として流れてしまうことが防止される。
The
アウタロータ200において、非磁性体ボルト219を軸線方向の他端部側から大径部210Bの挿通孔210B1、フランジ215の挿通孔215A、非磁性部材202の挿通孔202Aに順次挿通し、円筒軸214の雌ねじ214Aに螺合することで、磁路部材201および非磁性部材202の軸線方向の一端部側(図3中、右端側)にフランジ215およびアウタ回転軸210が固定されるとともに、磁路部材201および非磁性部材202の軸線方向の他端部側に円筒軸214が固定される。
In the
(インナロータ)
図3、図5において、インナロータ300は鉄材からなるインナ回転軸310を備えている。このインナ回転軸310の外周部には、軸線方向の一端部側から他端部側に向かって、バランスプレート311、スペーサ312、ロータ巻線330、スペーサ314、ダイオードホルダ315、バランスプレート316、Uナット317、リテーナ318、レゾルバロータ319、レゾルバリング320が設けられている。
(Inner rotor)
3 and 5, the
バランスプレート311は、鉄材を円環状に形成したものからなり、内周縁部でインナ回転軸310の鍔部によって軸線方向に位置決めされている。バランスプレート311は、ロータ巻線330の軸線方向の一端部側(図3中、右端側)からスペーサ312を介してロータ巻線330を支持している。
The
スペーサ312は、ロータ巻線330の軸線方向の一端部とバランスプレート311との間に介装されている。スペーサ312は、回転軸1Cを中心とした径方向がロータ巻線330の径方向より小さく形成されており、ロータ巻線330とバランスプレート311との間に空間を形成している。スペーサ312は、アルミ材を円環状に形成したものからなる。バランスプレート311およびスペーサ312は、ロータ巻線330と一体回転するようにインナ回転軸310に対して回り止めされている。
The
バランスプレート316は、鉄材を円環状に形成したものからなり、内周縁部でUナット317によって軸線方向に位置決めされている。バランスプレート316は、ロータ巻線330の軸線方向の他端部側(図3中、左端側)からダイオードホルダ315およびスペーサ314を介してロータ巻線330を支持している。
The
スペーサ314は、ロータ巻線330の軸線方向の他端部とダイオードホルダ315との間に介装されている。スペーサ314は、ロータ巻線330より回転軸1Cを中心とした径方向の寸法が小さく形成されており、ロータ巻線330とダイオードホルダ315との間に空間を形成している。スペーサ314は、アルミ材を円環状に形成したものからなる。
The
ダイオードホルダ315は、円環状に形成された回路基板からなり、前述のダイオードD1〜D4を保持している。バランスプレート316、ダイオードホルダ315およびスペーサ314は、ロータ巻線330と一体回転するようにインナ回転軸310に対して回り止めされている。
The
Uナット317は、内周面に図示しない雌ねじが形成されており、インナ回転軸310の外周面に形成された図示しない雄ねじに螺合している。Uナット317がインナ回転軸310に螺合することで、ロータ巻線330は、スペーサ312、314およびダイオードホルダ315を介してバランスプレート311、316により軸線方向の両側から挟まれた状態で、インナ回転軸310に対して軸線方向および回転方向に固定される。
The
リテーナ318は、円環状に形成されており、その内縁部の軸線方向の他端部側(図3中、左端側)の側面で、後述するラジアルボールベアリング23の外輪を支持している。また、リテーナ318の外縁部の軸線方向の一端部側(図3中、右端側)には、ナット部318Aが設けられており、このナット部318Aには、後述するボルト25が螺合される。
The
(ケースを含めた全体構造)
図3において、回転電機1はケース10を備えており、このケース10の内部に前述のステータ100、アウタロータ200およびインナロータ300を収容している。
(Overall structure including case)
In FIG. 3, the rotating
ケース10は、軸線方向の一端部側から他端部側に向かって、第1フランジ11、第1スペーサ12、第1ケース13、第2ケース14、第2スペーサ15、第2フランジ16を備えている。
The
第1ケース13は、円盤状のプレート部13Aと、このプレート部13Aの外縁部の他端部側に連続する円筒状の円筒部13Bとからなる。プレート部13Aの中心部には貫通孔13Cが形成されており、この貫通孔13Cにはアウタ回転軸210の小径部210Aが貫通している。
The
円筒部13Bの内周面にはステータ100が固定されている。また、円筒部13Bは、アウタロータ200の磁路部材201および非磁性部材202と、インナロータ300のロータコア301およびロータ巻線330とに径方向で対向している。
A
このように、円筒部13Bの径方向内方には、回転電機1の主要部であるステータ100と、アウタロータ200の磁路部材201および非磁性部材202と、インナロータ300のロータコア301およびロータ巻線330とが収容されている。
Thus, on the radially inner side of the
貫通孔13Cにはラジアルボールベアリング21が設けられている。ラジアルボールベアリング21は、第1ケース13のプレート部13Aに軸線方向の一端部からボルト26を挿通してリテーナ218のナット部218Aに螺合することで、軸線方向に位置決めされる。第1ケース13のプレート部13Aは、このラジアルボールベアリング21を介してアウタ回転軸210の小径部210Aを回転自在に支持している。
A
また、貫通孔13Cにはレゾルバセンサ31が固定されている。一方、アウタ回転軸210の小径部210Aには、レゾルバセンサ31と径方向で対向するように、円環状のレゾルバロータ220が設けられている。レゾルバロータ220は、レゾルバリング221によってアウタ回転軸210の小径部210Aに一体回転自在に固定されている。
A
レゾルバセンサ31は、レゾルバロータ220の回転角を検出することで、アウタロータ200の回転角を検出している。
The
第2ケース14は、円筒状の外筒部14Aと、この外筒部14Aの内周側に配置された円筒状の内筒部14Bと、外筒部14Aおよび内筒部14Bの軸線方向の他端部側に連続する円盤状のプレート部14Cとを有している。
The
第1ケース13と第2ケース14は、第1ケース13の円筒部13Bと第2ケース14の外筒部14Aとを軸線方向に付き合わせて図示しないボルトで締結することにより、ステータ100、アウタロータ200およびインナロータ300を収容した状態で連結されている。
The
外筒部14Aは、アウタロータ200の円筒軸214の軸線方向の他端部と径方向に対向しており、ラジアルボールベアリング22を介して、円筒軸214を回転自在に支持している。
The
ここで、本実施の形態のアウタロータ200は、磁路部材201および非磁性部材202が軸線方向の一端部側でアウタ回転軸210の大径部210Bに固定された、カップ型構造となっている。
Here, the
このようなカップ型構造のアウタロータ200を、第1ケース13に対して例えば片持ち支持させると、固有振動が発生した場合や、アウタロータ200に作用する電磁吸引力とアウタロータ200の固有振動とが共振して過大な力が作用した場合に、電磁振動が大きくなってしまう。また、アウタロータ200が偏心駆動した場合には、片持ち支持しているラジアルボールベアリングに過大な負荷がかかり、そのラジアルボールベアリングの耐久性に影響を与えてしまう。
When the cup-shaped
そこで、本実施の形態では、アウタロータ200の軸線方向の他端部側、すなわち円筒軸214を、アウタ回転軸210を支持しているラジアルボールベアリング21よりも回転軸1Cを中心とした径方向の寸法が大きいラジアルボールベアリング22によって第2ケース14に対して支持する構成とした。
Therefore, in the present embodiment, the other end side in the axial direction of the
これにより、本実施の形態のアウタロータ200は、両持ち支持構造をとることができ、上述したような電磁振動の増大や、ラジアルボールベアリング21に対して偏心駆動による過大な負荷がかかることを防止することができる。
As a result, the
内筒部14Bの内周にはレゾルバセンサ32が固定されている。一方、インナ回転軸310には、レゾルバセンサ32と径方向で対向するように、円環状のレゾルバロータ319が設けられている。レゾルバロータ319は、レゾルバリング320によってインナ回転軸310に一体回転自在に固定されている。
A
レゾルバセンサ32は、レゾルバロータ319の回転角を検出することで、インナロータ300の回転角を検出している。
The
内筒部14Bの軸線方向の一端部の内周にはラジアルボールベアリング23が設けられている。ラジアルボールベアリング23は、内筒部14Bに軸線方向の他端部からボルト25を挿通してリテーナ318のナット部318Aに螺合することで、軸線方向に位置決めされる。第2ケース14の内筒部14Bは、ラジアルボールベアリング23を介してインナ回転軸310を回転自在に支持している。
A
アウタ回転軸210の大径部210Bの内周にはラジアルボールベアリング24が設けられている。大径部210Bは、ラジアルボールベアリング24を介してインナ回転軸310の一端部を回転自在に支持している。
A
第1スペーサ12には貫通孔12Aが形成されており、この貫通孔12Aは、レゾルバセンサ31から延びる配線31Aが貫通している。また、第1スペーサ12は、第1ケース13と第1フランジ11との間に介装されることで、配線31Aが通過する空間を第1ケース13と第1フランジ11との間に確保している。
A through
第2スペーサ15には貫通孔15Aが形成されており、この貫通孔15Aは、レゾルバセンサ32から延びる配線32Aが貫通している。また、第2スペーサ15は、第2ケース14と第2フランジ16との間に介装されることで、配線32Aが通過する空間を第2ケース14と第2フランジ16との間に確保している。
A through-
第1ケース13の軸線方向の一端部側には、円筒状の第1スペーサ12を介して、図示しないボルトにより第1フランジ11が固定されている。第1フランジ11は、第1ケース13より回転軸1Cを中心とした径方向の寸法が大きいフランジ形状に形成されており、図示しないボルトにより車両の車体に固定される。
The
第1フランジ11の内周側において、アウタ回転軸210の小径部210Aの軸線方向の一端部にはカップリング33が設けられている。アウタ回転軸210の小径部210Aには、カップリング33を介して、例えば図示しない車両の駆動軸が連結される。アウタ回転軸210の回転は、このカップリング33を介して車両の駆動軸に伝達される。
On the inner peripheral side of the
第2ケース14の軸線方向の他端部側には、円筒状の第2スペーサ15を介して、図示しないボルトにより第2フランジ16が固定されている。第2フランジ16は、第2ケース14より回転軸1Cを中心とした径方向の寸法が大きいフランジ形状に形成されており、図示しないボルトにより車両の車体に固定される。
On the other end side in the axial direction of the
第2フランジ16の内周側において、インナロータ300のインナ回転軸310の軸線方向の他端部にはカップリング34が設けられおり、このカップリング34の他端部には、例えば、車両の図示しないエンジンの出力軸が連結される。インナ回転軸310には、このカップリング34を介してエンジンの回転が伝達される。
なお、本実施の形態の回転電機1では、アウタ回転軸210に車両の駆動軸が連結され、インナ回転軸310にエンジンの出力軸が連結されるが、他の実施の形態の回転電機として、アウタ回転軸210にエンジンの出力軸が連結され、インナ回転軸310に車両の駆動軸が連結されてもよい。
On the inner peripheral side of the
In the rotating
(磁路部材および非磁性部材)
次に、図6から図8を参照して、磁路部材201および非磁性部材202の詳細な構成について説明する。
(Magnetic path member and non-magnetic member)
Next, detailed configurations of the
図6に示すように、複数の非磁性部材202は、それぞれ図示しない圧入治具を用いてポールピース部201Aおよびブリッジ部201Bで囲まれる空間である挿入口201Cに軸線方向から圧入されるようになっている。
As shown in FIG. 6, the
これにより、図7に示すように、ポールピース部201Aと非磁性部材202とが周方向に交互に配置された状態で、磁路部材201と非磁性部材202とが一体化される。一体化された磁路部材201と非磁性部材202とは、フランジ215を介してアウタ回転軸210に取り付けられる(図4参照)。
Thereby, as shown in FIG. 7, the
図8に示すように、磁路部材201のブリッジ部201Bは、周方向に隣り合うポールピース部201Aを接続するように、磁路部材201の径方向内側および径方向外側に形成されている。
As shown in FIG. 8, the
ここで、ブリッジ部201Bの径方向の幅Wが大きいと、ブリッジ部201Bにおいて漏れ磁束が生じてしまい、アウタロータ200における突極比が低下してしまう。こうした突極比の低下は、回転電機1のトルクの発生を招く。
Here, when the radial width W of the
したがって、ブリッジ部201Bの径方向の幅Wは、可能な限り小さいほうが好ましい。ただし、ブリッジ部201Bの径方向の幅Wを小さくし過ぎると、挿入口201Cを各電磁鋼板に形成するための打ち抜き加工時に、電磁鋼板に歪みが発生するおそれがある。
Therefore, the width W in the radial direction of the
そこで、本実施の形態では、ブリッジ部201Bの径方向の幅Wを、突極比の低下を抑えることができ、かつ打ち抜き加工時に歪みが発生しないような剛性を確保できる幅に設定した。
Therefore, in the present embodiment, the radial width W of the
具体的には、ブリッジ部201Bの径方向の幅Wは、少なくとも磁路部材201を構成する電磁鋼板1枚分の板厚よりも大きく、好ましくは電磁鋼板1枚分の板厚の1.5倍から2倍の寸法に設定されている。
Specifically, the radial width W of the
これにより、ブリッジ部201Bにおいては、磁束密度がすぐに高まり容易に磁気飽和することとなる。この結果、ブリッジ部201Bの透磁率が低下するため、アウタロータ200における突極比の低下を抑えることができる。
Thereby, in the
また、挿入口201Cを各電磁鋼板に形成するための打ち抜き加工時に、電磁鋼板に歪みが発生することを抑制できる。この結果、磁路部材201の歩留りが低下することがなく、打ち抜き加工時の歪みによる生産性の低下を抑制することができる。
Moreover, it can suppress that a distortion | strain generate | occur | produces in an electromagnetic steel plate at the time of the punching process for forming the insertion opening 201C in each electromagnetic steel plate. As a result, the yield of the
非磁性部材202は、磁路部材201の径方向内側および径方向外側に形成された各ブリッジ部201Bに対してすきまばめで保持されるようになっている。すなわち、非磁性部材202は、各ブリッジ部201Bとの間に所定の隙間を確保した状態で各ブリッジ部201Bに対して保持されている。
The
これにより、非磁性部材202を挿入口201Cに圧入する際に、径方向の幅Wが小さいブリッジ部201Bに過度な荷重がかかってしまうことが防止される。このため、挿入口201Cへの非磁性部材202の圧入時にブリッジ部201Bが変形してしまうことを防止することができる。
Thus, when the
また、非磁性部材202は、周方向に隣接するポールピース部201Aに対してしまりばめで保持されるようになっている。すなわち、非磁性部材202は、周方向に隣接するポールピース部201Aに対して軸線方向に亘って面接触した状態で保持されている。
Further, the
これにより、アウタロータ200が周方向に回転した際にポールピース部201Aに作用するトルクをしまりばめ部分で受けることができる。また、しまりばめ部分においては非磁性部材202がポールピース部201Aに対して軸線方向に亘って面接触しているので、ポールピース部201Aにトルクが作用した際に非磁性部材202からポールピース部201Aに対して反作用が働く。これにより、ポールピース部201Aが軸心に対して捩れることを防止することができる。したがって、アウタロータ200は、ポールピース部201Aの捩れを発生させることなく、トルクを磁路部材201および非磁性部材202からアウタ回転軸210に伝達することができる。
Thereby, when the
(結合構造)
次に、図9から図12を参照して、磁路部材201と円筒軸214との結合構造、磁路部材201とフランジ215との結合構造、およびフランジ215とアウタ回転軸210との結合構造について説明する。
(Bonded structure)
Next, referring to FIGS. 9 to 12, a coupling structure between the
本実施の形態では、磁路部材201、アウタ回転軸210、円筒軸214およびフランジ215の同心度を確保するため、図9中、一点鎖線Aで囲まれた結合部分において磁路部材201と円筒軸214とがインロー結合され、かつ図9中、一点鎖線Bで囲まれた結合部分において磁路部材201とフランジ215とがインロー結合され、フランジ215とアウタ回転軸210とがインロー結合される。
In the present embodiment, in order to ensure the concentricity of the
具体的には、図10に示すように、円筒軸214の軸線方向の一端部側(アウタロータ200と軸線方向に対向する端部側)の内縁部には、円筒軸214の外径より回転軸1C(図3参照)を中心とした径方向の寸法が小さい小径部214aが周方向全域に亘って形成されている。
Specifically, as shown in FIG. 10, an inner edge portion on one end side in the axial direction of the cylindrical shaft 214 (an end portion side facing the
一方、磁路部材201の軸線方向の他端部側(円筒軸214と軸線方向に対向する端部側)の内縁部には、円筒軸214の小径部214aに嵌合する切欠き部200aが周方向の全域に亘って形成されている。切欠き部200aは、磁路部材201の軸線方向の一端部側(フランジ215と軸線方向に対向する端部側)の内縁部にも形成されている。
On the other hand, at the inner edge of the
図12は、磁路部材201の軸線方向の他端部側に形成された切欠き部200aを示す斜視図である。図12に示すように、磁路部材201の軸線方向の他端部側に形成された切欠き部200aは、各非磁性部材202の軸線方向の他端部の内縁部に形成された切欠き202Bと、ポールピース部201Aの軸線方向の他端部の内縁部に形成された切欠き201Dとによって構成されている。
FIG. 12 is a perspective view showing a
また、磁路部材201の軸線方向の一端部側に形成された切欠き部200aについても、各非磁性部材202の軸線方向の一端部の内縁部に形成された切欠き202Bと、ポールピース部201Aの軸線方向の一端部の内縁部に形成された切欠き201Dとによって構成されている。
In addition, with respect to the
切欠き201Dは、軸線方向に積層された電磁鋼板のうち、軸線方向の他端部側および軸線方向の一端部側の複数枚の電磁鋼板の内径を他の電磁鋼板の内径よりも大きく設定することで、形成される。
The
磁路部材201と円筒軸214とは、磁路部材201の軸線方向の他端部側に形成された切欠き部200aと小径部214aとが嵌め合わされることによってインロー結合される。
The
また、図11に示すように、フランジ215の軸線方向の他端部側(磁路部材201と軸線方向に対向する端部側)の内縁部には、フランジ215の外径より回転軸1C(図3参照)を中心とした径方向の寸法が小さい小径部215Bが周方向全域に亘って形成されている。フランジ215の小径部215Bは、磁路部材201の軸線方向の一端部側の内縁部に形成された切欠き部200aに嵌合するようになっている。
Further, as shown in FIG. 11, the inner edge of the
磁路部材201とフランジ215とは、磁路部材201の軸線方向の一端部側に形成された切欠き部200aと小径部215Bとが嵌め合わされることによってインロー結合される。
The
さらに、フランジ215の軸線方向の一端部側(アウタ回転軸210の大径部210Bと軸線方向に対向する端部側)の内縁部には、フランジ215の外径より回転軸1C(図3参照)を中心とした径方向の寸法が小さい小径部215Cが周方向全域に亘って形成されている。
Further, the inner edge of one end of the
一方、アウタ回転軸210の大径部210Bの軸線方向の他端部側(フランジ215と軸線方向に対向する端部側)の内縁部には、フランジ215の小径部215Cに嵌合する切欠き部210Cが周方向の全域に亘って形成されている。
On the other hand, a notch that fits into the small-diameter portion 215C of the
フランジ215とアウタ回転軸210とは、上述の小径部215Cと切欠き部210Cとが嵌め合わされることによってインロー結合される。
The
このように、磁路部材201、アウタ回転軸210、円筒軸214およびフランジ215の各結合部分においてインロー結合されるため、磁路部材201、アウタ回転軸210、円筒軸214およびフランジ215を互いに結合する際に容易に同心度を確保することができる。これにより、アウタロータ200の偏心駆動が防止される。
In this way, since the
また、磁路部材201、アウタ回転軸210、円筒軸214およびフランジ215を互いに結合する際は、インロー結合を用いて容易に同心度を確保することができるため、非磁性体ボルト219(図4参照)による締結作業が容易となり、組立性が向上する。
Further, when the
また、上述のようにインロー結合された磁路部材201、アウタ回転軸210、円筒軸214およびフランジ215は、図示しない同軸治具を用いて同軸度が確保された状態で、非磁性体ボルト219(図4参照)によって互いに締結される。
In addition, the
(制御方法)
次に、図13から図15を参照して、本実施の形態の回転電機1の制御方法について説明する。以下においては、図15に示すように、アウタロータ200に車両の駆動軸403、インナロータ300にエンジン401が連結されている場合を一例として説明する。これらの連結関係は逆であってもよい。
(Control method)
Next, with reference to FIG. 13 to FIG. 15, a control method for the rotating
本実施の形態の回転電機1は、レゾルバセンサ31、32を備えている。アウタロータ200の回転速度(アウタロータ角速度)ωmは、レゾルバセンサ31によって検出することができる。また、インナロータ300の回転速度(インナロータ角速度)ωpmは、レゾルバセンサ32によって検出することができる。
The rotating
したがって、本実施の形態の回転電機1においては、レゾルバセンサ31、32によって検出されるアウタロータ角速度ωm、インナロータ角速度ωpm、および次式(2)に基づき、ステータ100に発生する回転磁界の速さ(ステータ回転磁界角速度)ωsを制御することが可能である。
Pmωm−Ppmωpm=Psωs ......(2)
上記式(2)におけるPmは、アウタロータ200の極数であり、Ppmは、インナロータ300の極対数であり、Psは、ステータ100の極対数である。
Therefore, in the rotating
P m ω m −P pm ω pm = P s ω s (2)
In the above equation (2), P m is the number of poles of the
上記式(2)によれば、ステータ100、アウタロータ200およびインナロータ300を共線関係に基づき駆動させることができる。図13および図14は、ステータ100、アウタロータ200およびインナロータ300の共線関係を示す共線図である。
According to the above formula (2), the
図13および図14に示す共線図においては、ステータ回転磁界角速度ωs、アウタロータ角速度ωm、およびインナロータ角速度ωpmのうち、いずれか2つの角速度が決まると、残りの角速度が定まる関係にある。図13は、エンジンの回転速度に対して駆動軸の回転速度が高いハイギヤードの場合を示している。図14は、エンジンの回転速度に対して駆動軸の回転速度が低いローギヤードの場合を示している。 In the collinear charts shown in FIG. 13 and FIG. 14, when any two angular velocities are determined among the stator rotating magnetic field angular velocity ω s , the outer rotor angular velocity ω m , and the inner rotor angular velocity ω pm , the remaining angular velocities are determined. . FIG. 13 shows a high geared case where the rotational speed of the drive shaft is higher than the rotational speed of the engine. FIG. 14 shows a case of low geared where the rotational speed of the drive shaft is lower than the rotational speed of the engine.
このような共線関係を有する回転電機1においては、車両の速度に応じて、エンジンの回転速度に対する駆動軸の回転速度の比率を無段階に変速可能となる。このため、エンジンをエンジン効率の高い回転速度で駆動しつつ、すなわちインナロータ300の回転速度をエンジン効率の高い回転速度に維持しつつ、ステータ回転磁界角速度ωsを変化させることによって、駆動軸の回転速度を変更する変速を行うことができる。
In the rotating
例えば、インナロータ角速度ωpmをエンジン効率の高い角速度に維持しつつ、変速を行う場合には、当該変速に応じた目標の駆動軸の回転速度となるようアウタロータ角速度ωmを変化させる。このとき、インナロータ角速度ωpmがエンジン効率の高い角速度に維持されているか否かは、レゾルバセンサ32から得られるインナロータ300の回転角によって確認できる。
For example, when shifting is performed while maintaining the inner rotor angular speed ω pm at an angular speed with high engine efficiency, the outer rotor angular speed ω m is changed so as to be the rotational speed of the target drive shaft corresponding to the shift. At this time, whether or not the inner rotor angular velocity ω pm is maintained at an angular velocity with high engine efficiency can be confirmed by the rotation angle of the
また、アウタロータ角速度ωmは、目標の駆動軸の回転速度に応じて定まる目標アウタロータ角速度となるよう制御される。具体的には、実際のアウタロータ角速度ωmが目標アウタロータ角速度となるよう、ステータ100の電機子コイル104に供給される三相交流の周波数I(fs)がフィードバック制御される。
Further, the outer rotor angular speed ω m is controlled to be a target outer rotor angular speed that is determined according to the target rotational speed of the drive shaft. Specifically, as the actual outer rotor angular velocity omega m is the target outer rotor angular velocity, the frequency I of the three-phase alternating current supplied to the
ステータ回転磁界角速度ωsは、レゾルバセンサ32から得られる実際のインナロータ角速度ωpm、およびレゾルバセンサ31から得られる実際のアウタロータ角速度ωmと、上述の式(2)から算出することができる。
The stator rotating magnetic field angular velocity ω s can be calculated from the actual inner rotor angular velocity ω pm obtained from the
図15は、上述したフィードバック制御の概要を説明するブロック図である。図15における各種演算は、車両に搭載された電子制御装置400によって実行される。
FIG. 15 is a block diagram illustrating an overview of the feedback control described above. Various calculations in FIG. 15 are executed by the
図15に示すように、電子制御装置400は、レゾルバセンサ31から得られた実際のアウタロータ角速度ωmとレゾルバセンサ32から得られた実際のインナロータ角速度ωpmとの差分Pmωm−Ppmωpmと、ステータ100の極対数Psとに基づいて、ステータ回転磁界角速度ωsを算出する。
As shown in FIG. 15, the
なお、本実施の形態では、レゾルバセンサ32によって実際のインナロータ角速度ωpmを直接検出する構成としたが、これに限らず、例えばエンジン401に設けられた図示しないクランク角センサによって検出されるクランク角速度をインナロータ角速度ωpmとして用いてもよい。
In the present embodiment, the actual inner rotor angular velocity ω pm is directly detected by the
次いで、電子制御装置400は、ステータ回転磁界角速度ωsとステータ100の極対数Psとに基づいて、ステータ100の電機子コイル104の励磁周波数(電機子励磁周波数)ωseを算出する。
Next, the
そして、電子制御装置400は、算出した電機子励磁周波数ωseに基づきインバータ402を制御することによって、ステータ100の電機子コイル104に供給される三相交流の周波数I(fs)を制御する。
The
以上のように、本実施の形態に係る回転電機1において、アウタロータ200は、軟磁性体のポールピース部201Aと非磁性部材202とが周方向に交互に配置されている。また、磁路部材201が、非磁性部材202のステータ側とインナロータ側とにおいて隣り合うポールピース部201Aを接続するブリッジ部201Bを有する。
As described above, in the rotating
このため、本実施の形態に係る回転電機1は、隣り合うポールピース部201Aの間を非磁性部材202で埋めることができる。また、隣り合うポールピース部201Aがブリッジ部201Bで接続されているので、ポールピース部201Aを一体コアとして構成することができる。これにより、ポールピース部201Aが非磁性部材202とブリッジ部201Bとで保持されることとなる。したがって、アウタロータ200の機械的な強度を向上させることができる。
For this reason, the rotating
また、アウタロータ200は、非磁性部材202が磁路部材201の径方向内側および径方向外側に形成された各ブリッジ部201Bに対してすきまばめで保持され、周方向に隣接するポールピース部201Aに対してしまりばめで保持されている。
Further, the
このため、本実施の形態に係る回転電機1は、アウタロータ200が回転した際にポールピース部201Aに作用するトルクをしまりばめ部分で受けることができる。また、しまりばめ部分においては非磁性部材202がポールピース部201Aに対して軸線方向に亘って面接触しているので、ポールピース部201Aにトルクが作用した際に非磁性部材202からポールピース部201Aに対して反作用が働く。これにより、ポールピース部201Aが軸心に対して捩れることを防止することができる。したがって、アウタロータ200は、ポールピース部201Aの捩れを発生させることなく、トルクを磁路部材201および非磁性部材202からアウタ回転軸210に伝達することができる。
For this reason, the rotating
また、磁路部材201は、ポールピース部201Aとブリッジ部201Bとが一体形成された一体コアとして構成されている。これにより、本実施の形態に係る回転電機1は、ポールピース部201Aとブリッジ部201Bとを別体で構成した場合と比較して、磁路部材201の機械強度を向上させることができる。
The
さらに、一体コアとして構成された磁路部材201は、複数の電磁鋼板を軸線方向に積層したものからなる。これにより、本実施の形態に係る回転電機1は、アウタロータ200における鉄損を低減することができる。
Furthermore, the
本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。 While embodiments of the invention have been disclosed, it will be apparent to those skilled in the art that changes may be made without departing from the scope of the invention. All such modifications and equivalents are intended to be included in the following claims.
本実施の形態の回転電機1は、ラジアルギャップ構造のインナーロータタイプであるが、アキシャルギャップ構造またはアウタロータ構造であってもよい。また、アウタロータ200の極数は、本実施の形態の極数に限らない。また、各コイルには、銅線、アルミ導体、リッツ線を用いることができる。また、磁路部材201やロータコア301には、積層電磁鋼板に代えて、軟磁性複合材料であるSMC(Soft Magnetic Composite)コアを用いることができる。また、回転電機1は、ハイブリッド車両のみでなく、風力発電機、工作機械等の他の産業分野にも適用することができる。
The rotating
また、その他の実施の形態としては、インナロータ300のロータティース302内に永久磁石を埋設してもよい。この永久磁石は、回転電機1のダイオードD1、D2またはダイオードD3、D4により整流してロータティース302を電磁石として機能させるときの磁化方向に、磁極(N極、S極)が一致するように配置される。この場合には、ロータティース302の電磁石の磁力に、永久磁石の磁力を加えて機能させることができ、より大きな磁力を作用させてインナロータ300を大きなトルクで回転駆動させることができる。なお、この永久磁石は、誘導コイルIにより機能させる電磁力を補助するだけの磁力で十分であることから、例えば、ネオジウム磁石のような希少で高価な永久磁石である必要はなく、安定供給可能で安価な種類のものを採用すればよい。一方で、ネオジウム磁石のような希少で高価な永久磁石を採用してもよく、この場合、安定して大きなトルクを得ることができる。
As another embodiment, a permanent magnet may be embedded in the
1 回転電機
100 ステータ
104 電機子コイル
200 アウタロータ(第2のロータ)
201 磁路部材(一体コア)
201A ポールピース部(軟磁性体)
201B ブリッジ部
202 非磁性部材(非磁性体)
300 インナロータ(第1のロータ)
DESCRIPTION OF
201 Magnetic path member (integrated core)
201A Pole piece part (soft magnetic material)
300 Inner rotor (first rotor)
Claims (3)
前記磁束の通過により回転する第1のロータと、
前記第1のロータを通過する前記磁束の磁路の途中に配置されて回転する第2のロータとを備える回転電機であって、
前記第2のロータは、周方向に軟磁性体と非磁性体とが交互に配置され、前記非磁性体のステータ側と第1のロータ側とにおいて隣り合う前記軟磁性体を接続するブリッジ部を有することを特徴とする回転電機。 A stator having an armature coil that generates magnetic flux when energized;
A first rotor that rotates by passage of the magnetic flux;
A rotary electric machine comprising: a second rotor arranged and rotated in the middle of the magnetic path of the magnetic flux passing through the first rotor;
In the second rotor, a soft magnetic body and a non-magnetic body are alternately arranged in the circumferential direction, and a bridge portion that connects the soft magnetic bodies adjacent to each other on the stator side and the first rotor side of the non-magnetic body. A rotating electric machine comprising:
前記一体コアは、複数の電磁鋼板が積層されたものからなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回転電機。
The second rotor has an integral core in which the soft magnetic body and the bridge portion are integrally formed,
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the integral core is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210059235A (en) * | 2019-11-15 | 2021-05-25 | 한국교통대학교산학협력단 | Application of ring for securing torsional stiffness in the pole-piece of dual-rotor-structured synchronous motor |
WO2023021977A1 (en) * | 2021-08-20 | 2023-02-23 | 住友重機械工業株式会社 | Method for manufacturing magnetic modulator, magnetic modulator, and magnetic modulation gear |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0739091A (en) * | 1993-07-19 | 1995-02-07 | Toyota Motor Corp | Rotor structure of synchronous machine and synchronous motor |
JPH10336980A (en) * | 1997-05-29 | 1998-12-18 | Okuma Mach Works Ltd | Synchronous motor |
JP2002101585A (en) * | 2000-09-25 | 2002-04-05 | Nissan Motor Co Ltd | Rotor structure of synchronous motor |
JP2011193627A (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-29 | Yaskawa Electric Corp | Rotor core and rotary electric machine |
JP2013099036A (en) * | 2011-10-28 | 2013-05-20 | Honda Motor Co Ltd | Rotary electric machine |
JP2015061423A (en) * | 2013-09-19 | 2015-03-30 | 株式会社デンソー | Rotary electric machine and vehicle power transmission device |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB0800463D0 (en) * | 2008-01-11 | 2008-02-20 | Magnomatics Ltd | Magnetic drive systems |
GB0808524D0 (en) | 2008-05-12 | 2008-06-18 | Magnomatics Ltd | Magnetic pole-piece structure |
JP4505524B2 (en) | 2008-07-22 | 2010-07-21 | 本田技研工業株式会社 | Power equipment |
JP4505525B2 (en) | 2008-07-28 | 2010-07-21 | シャープ株式会社 | Mobile device |
DE102013102184A1 (en) * | 2012-03-09 | 2013-09-12 | Denso Corporation | Magnetic modulation motor and electrical transmission |
CN103929026B (en) * | 2013-01-16 | 2016-01-20 | 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 | Magneto |
-
2015
- 2015-08-31 JP JP2015171357A patent/JP6555019B2/en active Active
-
2016
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- 2016-08-29 DE DE102016216164.4A patent/DE102016216164B4/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0739091A (en) * | 1993-07-19 | 1995-02-07 | Toyota Motor Corp | Rotor structure of synchronous machine and synchronous motor |
JPH10336980A (en) * | 1997-05-29 | 1998-12-18 | Okuma Mach Works Ltd | Synchronous motor |
JP2002101585A (en) * | 2000-09-25 | 2002-04-05 | Nissan Motor Co Ltd | Rotor structure of synchronous motor |
JP2011193627A (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-29 | Yaskawa Electric Corp | Rotor core and rotary electric machine |
JP2013099036A (en) * | 2011-10-28 | 2013-05-20 | Honda Motor Co Ltd | Rotary electric machine |
JP2015061423A (en) * | 2013-09-19 | 2015-03-30 | 株式会社デンソー | Rotary electric machine and vehicle power transmission device |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210059235A (en) * | 2019-11-15 | 2021-05-25 | 한국교통대학교산학협력단 | Application of ring for securing torsional stiffness in the pole-piece of dual-rotor-structured synchronous motor |
KR102256827B1 (en) | 2019-11-15 | 2021-05-26 | 한국교통대학교산학협력단 | Application of ring for securing torsional stiffness in the pole-piece of dual-rotor-structured synchronous motor |
WO2023021977A1 (en) * | 2021-08-20 | 2023-02-23 | 住友重機械工業株式会社 | Method for manufacturing magnetic modulator, magnetic modulator, and magnetic modulation gear |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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DE102016216164A1 (en) | 2017-03-02 |
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