JP2020043655A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータにおいて互いに異なる磁束を発生させるコイル同士で互いの磁束が干渉した場合であっても、干渉した磁束をヨーク部から第１のロータ側又は第２のロータ側に逃がすことができるので、一方の磁束が他方の磁束によって弱められることを防止できるモータを提供すること。【解決手段】第１の電源回路から電力が供給される励磁コイル１３と第２の電源から電力が供給される電機子コイル１２とを有するステータ１０と、ステータ１０に対して相対回転可能なアウタロータ２０及びインナロータ３０とを備え、ステータ１０は、アウタロータ２０側に突出した複数の第１のステータティース１５Ａと、複数の第１のステータティース１５Ａが周方向に並んで配置された環状のヨーク部１４とを有し、励磁コイル１３が第１のステータティース１５Ａに巻かれ、電機子コイル１２がヨーク部１４に巻かれている。【選択図】図２

Description

本発明は、モータに関する。

特許文献１には、多相の内側電機子巻線を含む内側固定子と内側固定子に対向して設けられた内側回転子とを有する永久磁石式駆動部と、多相の外側電機子巻線および界磁巻線を含む外側固定子と外側固定子に対向して設けられ複数の突極を含む外側回転子とを有し、永久磁石式駆動部よりも径方向の外側に設けられた電磁石式駆動部と、を備えたハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機が開示されている。

このハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機において、内側固定子と内側回転子との間には内側ギャップが形成されており、外側固定子と外側回転子との間には外側ギャップが形成されている。

内側ギャップでは、永久磁石による主磁束と内側電機子巻線に供給される電機子電流との間に永久磁石式同期機としてのトルクが発生する。外側ギャップでは、界磁巻線に界磁電流が供給され、１８極の起磁力が作られると、これが外側回転子の１５極の突極によって変調され、１２極の回転磁束が作られる。この回転磁束と外側電機子巻線に供給されている電機子電流との間に電磁石式同期機としてのトルクが発生する。

特開２０１７−１３５８６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機は、外側固定子において１つのティースに外側電機子巻線と界磁巻線とを配置した構成である。このため、外側電機子巻線の磁化方向が界磁巻線の磁化方向に対して反対となる電気角の区間においては、外側電機子巻線の磁束と界磁巻線から発生する直流磁束とがティースにおいて干渉してしまう。これにより、外側電機子巻線の磁束の一部が界磁巻線の直流磁束によって打ち消されてしまう。

この結果、特許文献１に記載のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機にあっては、外側電機子巻線の磁束が界磁巻線の直流磁束によって弱められてしまう。このように、特許文献１に記載のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機では、外側固定子において互いに異なる磁束を発生させる巻線同士で互いの磁束が対向するように干渉してしまい、一方の磁束が他方の磁束によって弱められてしまうという課題がある。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、ステータにおいて互いに異なる磁束を発生させるコイル同士で互いの磁束が干渉した場合であっても、干渉した磁束をヨーク部から第１のロータ側又は第２のロータ側に逃がすことができるので、一方の磁束が他方の磁束によって弱められることを防止することができるモータを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、第１の電源から電力が供給される第１のコイルと第２の電源から電力が供給される第２のコイルとを有するステータと、前記ステータに対して相対回転可能な第１のロータと、前記ステータに対して前記第１のロータと異なる方向から対面するよう配置され、前記ステータに対して相対回転可能な第２のロータと、を備え、前記ステータは、前記第１のロータ側に突出した複数のステータティースと、前記複数のステータティースが周方向に並んで配置された環状のヨーク部と、を有し、前記第１のコイルは、前記ステータティースに巻かれており、前記第２のコイルが前記ヨーク部に巻かれている構成を有する。

本発明によれば、ステータにおいて互いに異なる磁束を発生させるコイル同士で互いの磁束が干渉した場合であっても、干渉した磁束をヨーク部から第１のロータ側又は第２のロータ側に逃がすことができるので、一方の磁束が他方の磁束によって弱められることを防止することができるモータを提供することができる。

図１は、本発明の一実施例に係るモータを回転軸に直交する平面で切断した断面図である。 図２は、本発明の一実施例に係るモータの一部を拡大した断面図である。 図３は、本発明の一実施例に係るモータにおける第二次空間高調波の分布を示す図である。 図４は、本発明の一実施例に係るモータのロータ巻線回路の結線図である。 図５は、本発明の一実施例に係るモータの車両への搭載例を示す図である。

本発明の一実施の形態に係るモータは、第１の電源から電力が供給される第１のコイルと第２の電源から電力が供給される第２のコイルとを有するステータと、ステータに対して相対回転可能な第１のロータと、ステータに対して第１のロータと異なる方向から対面するよう配置され、ステータに対して相対回転可能な第２のロータと、を備え、ステータは、第１のロータ側に突出した複数のステータティースと、複数のステータティースが周方向に並んで配置された環状のヨーク部と、を有し、第１のコイルは、ステータティースに巻かれており、第２のコイルがヨーク部に巻かれていることを特徴とする。これにより、本発明の一実施の形態に係るモータは、ステータにおいて互いに異なる磁束を発生させるコイル同士で互いの磁束が干渉した場合であっても、干渉した磁束をヨーク部から第１のロータ側又は第２のロータ側に逃がすことができるので、一方の磁束が他方の磁束によって弱められることを防止することができる。

以下、本発明の一実施例に係るモータについて説明する。

図１に示すように、モータ１は、ステータ１０と、ステータ１０に対して相対回転可能なアウタロータ２０と、ステータ１０を挟んでアウタロータ２０と反対側に配置され、ステータ１０に対して相対回転可能なインナロータ３０と、を備えている。アウタロータ２０は第１のロータを構成し、インナロータ３０は第２のロータを構成する。

以下においては、インナロータ３０の回転軸３０Ａ（図５参照）が延伸する方向を軸方向という。径方向とは、インナロータ３０の回転軸３０Ａが延伸する方向と直交する方向を示す。径方向の内方側とは、径方向においてインナロータ３０の回転軸３０Ａに近い側を示す。径方向の外方側とは、径方向においてインナロータ３０の回転軸３０Ａから遠い側を示す。周方向とは、インナロータ３０の回転軸３０Ａを中心とする円周方向を示す。なお、径方向は、回転軸３０Ａを中心として放射方向に示される。

（ステータ）
ステータ１０は、図示しないモータケースに固定されている。ステータ１０は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層させたものからなる環状のステータコア１１と、通電により磁束を発生させるＷ相、Ｖ相、Ｕ相の三相の電機子コイル１２と、励磁コイル１３と、を含んで構成されている。ステータ１０は、電機子コイル１２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させる。電機子コイル１２は第２のコイルを構成し、励磁コイル１３は第１のコイルを構成する。

ステータコア１１は、環状のヨーク部１４と、ヨーク部１４から径方向の外方側、すなわちアウタロータ２０側に向けて突出した複数の第１のステータティース１５Ａと、ヨーク部１４から径方向の内方側、すなわちインナロータ３０側に向けて突出した複数の第２のステータティース１５Ｂと、を有している。第１のステータティース１５Ａは、ステータティースを構成する。ここで、第１のステータティース１５Ａと第２のステータティース１５Ｂとは、径方向で重なる位置に配置されている。

複数の第１のステータティース１５Ａは、ヨーク部１４の外周面において、周方向に沿って所定の間隔を空けて並ぶように配置されている。周方向に隣り合う第１のステータティース１５Ａの間には、溝状の空間である第１のスロット１６Ａが形成されている。

複数の第２のステータティース１５Ｂは、ヨーク部１４の内周面において、周方向に沿って所定の間隔を空けて並ぶように配置されている。周方向に隣り合う第２のステータティース１５Ｂの間には、溝状の空間である第２のスロット１６Ｂが形成されている。

第１のスロット１６Ａ及び第２のスロット１６Ｂには、電機子コイル１２が配置される。第１のスロット１６Ａには、電機子コイル１２に加えて励磁コイル１３が配置される。

Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相の電機子コイル１２は、それぞれ集中巻によりステータ１０のヨーク部１４にトロイダル巻されている。トロイダル巻とは、ヨーク部１４の環の内側と外側を交互に通って巻方向が径方向となるよう、ヨーク部１４に巻線を周回させて巻回す方法である。本実施例のトロイダル巻では、電機子コイル１２の磁化方向が周方向となる。

Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相の電機子コイル１２には、後述する第２の電源としての第２の電源回路８２から電力が供給されるようになっている。本実施例において、電機子コイル１２には、所定周波数Ｆｔｈ［Ｈｚ］の交流電流が通電されるようになっている。

励磁コイル１３は、各第１のステータティース１５Ａに巻かれている。具体的には、励磁コイル１３は、周方向に隣り合う励磁コイル１３同士で巻方向が同じ向きとなるよう各第１のステータティース１５Ａに巻かれている（図２参照）。励磁コイル１３は、第１のスロット１６Ａにおいて電機子コイル１２よりも径方向の外方側に配置されている。

励磁コイル１３は、通電により磁束を発生させるＷ相、Ｖ相、Ｕ相の三相の励磁コイルからなる。Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相の励磁コイル１３には、後述する第１の電源としての第１の電源回路８１から電力が供給されるようになっている。

Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相の各励磁コイル１３は、同一の第１のステータティース１５Ａを挟んで配置される電機子コイル１２と同相となるよう配置されている。例えば、Ｗ相の電機子コイル１２が配置される第１のステータティース１５Ａには、Ｗ相の励磁コイル１３が配置される。

本実施例において、励磁コイル１３には、電機子コイル１２に通電される所定周波数Ｆｔｈ［Ｈｚ］と異なる周波数の交流電流が通電されるようになっている。具体的には、励磁コイル１３には、電機子コイル１２に通電される所定周波数Ｆｔｈ［Ｈｚ］の交流電流に対して２倍の周波数２Ｆｔｈ［Ｈｚ］の交流電流が通電されるようになっている。

図２に示すように、電機子コイル１２は、Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相ごとにそれぞれ一対の電機子巻線１２Ａ，１２Ｂからなる。例えば、Ｗ相の電機子コイル１２は、Ｗ＋相の電機子巻線１２ＡとＷ−相の電機子巻線１２Ｂとからなる。各相の電機子コイル１２を構成する電機子巻線１２Ａと電機子巻線１２Ｂとは、第１のステータティース１５Ａを挟んで周方向に隣り合うように配置されている。本実施例における一対の電機子巻線１２Ａ，１２Ｂは、一対の巻線を構成する。

一対の電機子巻線１２Ａ，１２Ｂは、巻方向が互いに逆向きとなるよう周方向に隣り合う第１のステータティース１５Ａ間においてヨーク部１４に巻かれている。また、一対の電機子巻線１２Ａ，１２Ｂは、図２に示す向きに同相の電流が流れた場合に、互いの磁化方向が対向するように、すなわち電機子巻線１２Ａの磁化方向と電機子巻線１２Ｂの磁化方向とがともに第１のステータティース１５Ａに向かうように巻方向が設定されている。

これにより、電機子巻線１２Ａから発生する電機子磁束と電機子巻線１２Ｂから発生する電機子磁束とが互いに反発し、第１のステータティース１５Ａ及び第２のステータティース１５Ｂを介してアウタロータ２０及びインナロータ３０に流れる。

一対の電機子巻線１２Ａ，１２Ｂは、周方向に隣り合う該一対の電機子巻線１２Ａ，１２Ｂごとに互いに異なる相の電流が通電されるように配線されている。また、電機子巻線１２Ａ及び電機子巻線１２Ｂのそれぞれは、周方向に隣り合う電機子巻線同士で巻方向が互いに逆向きである。例えば、Ｗ＋相の電機子巻線１２ＡとＵ−相の電機子巻線１２Ｂとは、互いに巻方向が逆向きである。

電機子コイル１２に三相交流が供給されている場合、１相の電機子コイル１２に流れる電流が最大となるとき、他の２相の電機子コイル１２に流れる電流は当該１相と逆方向となり、かつ電流値の絶対値が当該１相に流れる電流の電流値の半分となる。

本実施例においては、上述したように電機子巻線１２Ａ及び電機子巻線１２Ｂのそれぞれが、周方向に隣り合う電機子巻線同士で巻方向が互いに逆向きである。このため、例えばＷ相の電機子コイル１２に流れる電流が最大となるとき、Ｖ相、Ｕ相のそれぞれの電機子コイル１２に流れる電流はＷ相と逆方向で、かつ電流値の絶対値がＷ相に流れる電流の電流値の半分となる。

したがって、本実施例のモータ１においては、Ｗ相の電機子コイル１２に流れる電流が最大となるとき、Ｗ＋相の電機子巻線１２Ａとこれに隣接するＵ−相の電機子巻線１２Ｂとで磁化方向を一致させることができる。また、本実施例のモータ１は、Ｗ−相の電機子巻線１２Ｂとこれに隣接するＶ＋相の電機子巻線１２Ａとにおいても磁化方向を一致させることができる。

Ｗ相の電機子コイル１２に流れる電流が最大となるときの例について説明したが、Ｖ相、Ｕ相のそれぞれの電機子コイル１２に流れる電流が最大となるときも同様に、第１のスロット１６Ａ及び第２のスロット１６Ｂにおいて周方向に隣接する電機子巻線同士で磁化方向を一致させることができる。

これにより、本実施例のモータ１は、各相の電機子コイル１２に流れる電流が最大となるときに、ステータ１０からアウタロータ２０及びインナロータ３０に鎖交させる電機子磁束の磁束量を大幅に増やすことができる。

ステータ１０は、アウタロータ２０又はインナロータ３０が回転している状態で電機子コイル１２に三相交流を供給した場合、ステータ１０には、電機子コイル１２から発生する電機子磁束がアウタロータ２０又はインナロータ３０の回転による磁気的な歪みに起因して、インナロータ３０の回転と同期して回転する回転磁界の他に、インナロータ３０の回転と非同期の高調波回転磁界が発生する。この高調波回転磁界には、静止座標系における第２次空間高調波（同期回転座標系における第３次時間高調波）が含まれる。したがって、ステータ１０で発生する磁束は、電機子コイル１２から発生する電機子磁束に高調波成分が重畳したものとなる。

（アウタロータ）
図１及び図２に示すように、アウタロータ２０は、環状のアウタロータコア２１と、環状のアウタロータコア２１から径方向の内側に向かって突出した複数のアウタロータティース２２とを備えている。アウタロータ２０は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層させたものからなる。アウタロータ２０は、径方向の一方向、すなわち径方向の外方側から内方側に向かう方向からステータ１０に対して対面するよう配置されている。周方向に隣り合うアウタロータティース２２の間には、溝状の空間であるスロット２３が形成されている。

アウタロータ２０は、ステータ１０の極対数Ｐｓ（本実施例では、６極対）と励磁コイル１３の極対数（本実施例では、６極対）と励磁コイル１３に通電される交流電流の周波数とに応じて、アウタロータティース２２の数が設定されるようになっている。

具体的には、本実施例のように、ステータ１０の極対数Ｐｓが６極対で、かつ６極対で配置された励磁コイル１３に所定周波数Ｆｔｈ［Ｈｚ］の２倍の周波数２Ｆｔｈ［Ｈｚ］の交流電流を通電した場合には、アウタロータティース２２の数が「（６＋１２＝）１８」となるよう、アウタロータティース２２が周方向に所定の間隔で複数形成されている。上述のように、アウタロータティース２２の数を設定した理由は次の通りである。

本実施例のモータ１においては、電機子コイル１２の磁束（以下、「電機子磁束」という）を励磁コイル１３の磁束（以下、「励磁磁束」という）によって磁束変調することにより、電機子磁束と励磁磁束とが合成された磁束の成分に、ステータ１０の極対数Ｐｓ（本実施例では、６極対）と励磁コイル１３の極対数（本実施例では、６極対）を２倍した値（本実施例では、１２）との和で示される極数の成分（本実施例では、１８極）が現れる。

このため、本実施例のモータ１においては、ステータ１０の極対数「６」と励磁コイル１３の極対数「６」を２倍した値「１２」との和である「１８」極の成分と同期するように、アウタロータティース２２の数を「１８」に設定している。アウタロータティース２２の数は、ステータ１０の極対数、励磁コイル１３の極対数及び励磁コイル１３に通電される交流電流の周波数に応じて決まるもので、本実施例の「１８」に限定されるものではない。

これにより、本実施例のモータ１においては、上述した磁束変調原理によってステータ１０の回転磁界と非同期でアウタロータ２０を回転させることができる。これに対して、インナロータ３０は、後述するようにステータ１０の回転磁界と同期して回転する。したがって、本実施例のモータ１においては、インナロータ３０の回転と非同期でアウタロータ２０を回転させることができる。

本実施例のモータ１においては、励磁コイル１３及び電機子コイル１２のコイル相数が同一であり、すべての第１のステータティース１５Ａに励磁コイル１３及び電機子コイル１２を配置している。

このように、同一のコイル相数の励磁コイル１３及び電機子コイル１２がすべての第１のステータティース１５Ａに配置されている場合、励磁コイル１３及び電機子コイル１２に通電されるそれぞれの交流電流の周波数が同一であると、磁束変調することができない。

本実施例のモータ１では、上述したように、励磁コイル１３に通電される交流電流の周波数と電機子コイル１２に通電される交流電流の周波数とが異なるため、同一のコイル相数の励磁コイル１３及び電機子コイル１２がすべての第１のステータティース１５Ａに配置されている場合であっても磁束変調することができる。

（インナロータ）
図１及び図２に示すように、インナロータ３０は、環状のインナロータコア３１と、環状のインナロータコア３１から径方向の外側、すなわちステータ１０側に向かって突出した複数のインナロータティース３２とを備えている。インナロータ３０は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層させたものからなり、回転軸３０Ａに対して一体回転可能に固定されている。インナロータ３０は、アウタロータ２０と異なる方向である径方向の他方向、すなわち径方向の内方側から外方側に向かう方向からステータ１０に対して対面するよう配置されている。周方向に隣り合うインナロータティース３２の間には、溝状の空間であるスロット３３が形成されている。本実施例のインナロータティース３２は、ロータティースを構成する。

各インナロータティース３２には、それぞれ誘導コイル３４と界磁コイル３５とが巻かれている。誘導コイル３４は、スロット３３において界磁コイル３５よりも径方向の外側、すなわちステータ１０側に配置されている。

誘導コイル３４は、ステータ１０側で発生した磁束に重畳された高調波成分に基づいて誘導電流を発生するようになっている。具体的には、三相交流が電機子コイル１２に供給されてステータ１０に回転磁界が発生すると、ステータ１０側で発生した高調波成分の磁束が誘導コイル３４に鎖交する。これにより、誘導コイル３４は、誘導電流を誘起させる。

図３は、ステータ１０側から各インナロータティース３２に鎖交する高調波成分の磁束の分布を示したものである。図３に示すように、ステータ１０側で発生した高調波成分の磁束は、各インナロータティース３２の径方向の外側に鎖交する。このため、本実施例では、上述したように誘導コイル３４を界磁コイル３５よりも径方向の外側に配置することによって、ステータ１０側で発生した高調波成分の磁束を効率的に誘導コイル３４に鎖交させることができる。

ここで、ステータ１０は、上述の通り、電機子コイル１２が集中巻されており、さらに電機子コイル１２を構成する電機子巻線１２Ａ及び電機子巻線１２Ｂのそれぞれが、周方向に隣り合う電機子巻線同士で巻方向が互いに逆向きとなるようにトロイダル巻されているため、第１のステータティース１５Ａ及び第２のステータティース１５Ｂから発生する電機子磁束の磁束量が大きい。このため、アウタロータ２０又はインナロータ３０の回転により磁気的に歪む電機子磁束の磁束量が大きいことから、空間高調波が発生しやすく、誘導コイル３４に鎖交する高調波成分の磁束量を増やすことができる。

図１及び図２に示すように、界磁コイル３５は、誘導コイル３４よりも径方向の内側、すなわちインナロータコア３１側に配置されている。界磁コイル３５は、誘導コイル３４で発生した誘導電流が後述するダイオード４１によって整流されて供給されることにより磁界を発生させるようになっている。

これにより、インナロータティース３２が電磁石として機能し、第２のステータティース１５Ｂとインナロータティース３２とが対向する面がトルク発生面として機能する。

（ロータ巻線回路）
モータ１は、誘導コイル３４によって誘起された交流の誘導電流を直流に整流して界磁コイル３５に供給するロータ巻線回路４０（図４参照）を備えている。

図４に示すように、ロータ巻線回路４０は、２つのダイオード４１を整流素子として備え、これらダイオード４１と２つの誘導コイル３４及び２つの界磁コイル３５とを結線した回路として構成されている。本実施例のモータ１は、ロータ巻線回路４０を６つ備えている。

ダイオード４１は、例えば図示しないダイオードケースに収納された状態でインナロータ３０に設けられている。ダイオード４１は、インナロータ３０の内部に実装するようにしてもよい。

ロータ巻線回路４０において、誘導コイル３４で発生した交流の誘導電流は、ダイオード４１により整流され、整流後の直流電流は、直列接続されている界磁コイル３５に界磁電流として供給される。界磁コイル３５は、直流電流が供給されることにより誘導磁束を発生させる。

本実施例では、ロータ巻線回路４０として、誘導コイル３４とダイオード４１と界磁コイル３５とを結線した構成を用いたが、これに限らず、例えば誘導コイル３４とダイオード４１とを結線した構成としてもよい。

（車両への搭載例）
次に、図５を参照して、上述のように構成されたモータ１の車両５００への搭載例について説明する。車両５００は、エンジン２００を発電機の動力源として用い、車両の駆動力源としてモータを用いる、レンジエクステンダー式の電動車両である。

図５に示すように、本実施例のモータ１は、車両５００において、インナロータ３０の回転軸３０Ａがエンジン２００に接続され、アウタロータ２０の回転軸２０Ａがトランスミッション３００に接続されている。

車両５００には、電源８０が搭載されている。電源８０は、第１の電源回路８１と、第２の電源回路８２と、第１の電源回路８１及び第２の電源回路８２に接続されたバッテリ８３とを含んで構成されている。第１の電源回路８１及び第２の電源回路８２としては、それぞれ三相交流を出力可能なインバータが用いられる。

第１の電源回路８１には、Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相の励磁コイル１３が接続されるようになっている。第１の電源回路８１は、バッテリ８３から入力された直流を交流に変換して三相交流としてＷ相、Ｖ相、Ｕ相の励磁コイル１３に供給するものである。

第２の電源回路８２には、Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相の電機子コイル１２が接続されるようになっている。第２の電源回路８２は、バッテリ８３から入力された直流を交流に変換して三相交流としてＷ相、Ｖ相、Ｕ相の電機子コイル１２に供給するものである。

第１の電源回路８１及び第２の電源回路８２は、コントローラ１００に接続されており、当該コントローラ１００によってそれぞれの電源周波数が制御されるようになっている。

車両５００において、磁束変調原理によりアウタロータ２０を例えば１０００［ｒ／ｍｉｎ］で駆動させているとき、アウタロータ２０の電気的駆動周波数は「１０００×９／６０＝１５０［Ｈｚ］」となる。このとき、ステータ１０の回転磁界は、アウタロータ２０の電気的駆動周波数の１．５倍の２２５［Ｈｚ］で励磁することとなる。

ステータ１０の回転磁界を２２５［Ｈｚ］で励磁すると、インナロータ３０はステータ１０の回転磁界と同期して回転するため、「（２２５／６）×６０＝２２５０［ｒ／ｍｉｎ］」でインナロータ３０を回転させることができる。

これにより、車両５００においては、アウタロータ２０からトランスミッション３００に入力される回転を走行に適した回転速度としつつ、エンジン２００を高回転領域で駆動させることができる。

このため、モータ１を搭載した車両５００では、最適燃費となるような運転効率のよい動作点でエンジン２００を駆動させて発電を行い、その発電電力を第２の電源回路８２を介してバッテリ８３に充電することができる。一方で、バッテリ８３から第２の電源回路８２を介して供給される三相交流によってアウタロータ２０をインナロータ３０よりも低い回転速度で回転させて、トランスミッション３００を介して車両５００を走行させることができる。このように、モータ１を搭載した車両５００では、モータ１において、インナロータ３０を回生駆動させつつ、アウタロータ２０を力行駆動させることができる。

（制御例）
次に、本実施例のモータ１を上述した車両５００に搭載した場合における、アウタロータ２０及びインナロータ３０の回転とトルクの制御例について説明する。

車両５００は、走行状態や運転状態に応じて例えば第１の制御モードから第４の制御モードを有し、これら４つの制御モードに応じてアウタロータ２０及びインナロータ３０の回転とトルクが制御される。以下において、アウタロータ２０及びインナロータ３０の正転方向とは、燃料噴射時のエンジン２００の回転方向と同一の回転方向をいう。

以下に説明する各制御モードにおいては、第１の電源回路８１及び第２の電源回路８２によって、励磁コイル１３及び電機子コイル１２の電流周波数が制御されることによりアウタロータ２０の回転方向が制御される。具体的には、アウタロータ２０を正転させる場合、電機子磁束と励磁磁束とが合成された磁束の成分によりアウタロータ２０が正転する磁束成分となるように、励磁コイル１３及び電機子コイル１２の電流周波数を設定する。反対に、アウタロータ２０を逆転させる場合、電機子磁束と励磁磁束とが合成された磁束の成分によりアウタロータ２０が逆転するような磁束の成分となるように、励磁コイル１３及び電機子コイル１２の電流周波数を設定する。そして、インナロータ３０がステータ１０の回転磁界と同期回転することから、アウターロータ２０およびインナロータ３０が所望の回転速度あるいはトルクが得られるように、電機子コイル１２に通電する電流の周波数に応じて、励磁コイル１３に通電する電流の周波数を変化させている。また、第１の電源回路８１及び第２の電源回路８２によって、励磁コイル１３及び電機子コイル１２に通電される電流位相や電流波高値（振幅）が制御されることによりアウタロータ２０及びインナロータ３０に発生するトルクが制御される。

第１の制御モードは、車両５００を前進させつつ、エンジン２００を始動するモードである。この第１の制御モードでは、アウタロータ２０及びインナロータ３０がともに力行状態で正転方向にトルクを発生するように、コントローラ１００によって第１の電源回路８１及び第２の電源回路８２が制御される。

第２の制御モードは、車両５００を前進させつつ、エンジン２００の動力により発電を行うモードである。第２の制御モードでエンジン２００の動力を用いて発電された発電電力は、アウタロータ２０を力行させるための電力として電機子コイル１２に供給される。

この第２の制御モードでは、アウタロータ２０が力行状態で正転方向にトルクを発生し、かつインナロータ３０が回生状態で反転方向にトルクを発生するように、コントローラ１００によって第１の電源回路８１及び第２の電源回路８２が制御される。

第３の制御モードは、車両５００を後進させつつ、エンジン回転数を調整するモードである。エンジン回転数を調整する場合としては、例えばバッテリ８３のＳＯＣ（State Of Charge）が高く、発電による回生トルクを発生させることができない場合などがあり、この場合、エンジン２００の回転数が抑制される。

この第３の制御モードでは、アウタロータ２０が力行状態で反転方向にトルクを発生し、かつインナロータ３０が力行状態で反転方向にトルクを発生するように、コントローラ１００によって第１の電源回路８１及び第２の電源回路８２が制御される。

ここで、第３の制御モードでは、アウタロータ２０の回転方向が第１の制御モードと反対となる。アウタロータ２０の回転方向を第１の制御モードに対して反転させる場合には、第１の電源回路８１によって励磁コイル１３の電流の周波数を、電機子磁束と励磁磁束とが合成された磁束の成分がアウタロータ２０を逆転させるような磁束の成分となるよう制御する。これにより、ステータ１０からアウタロータ２０に鎖交する回転磁界が第１の制御モード時と反対となり、アウタロータ２０の回転方向が第１の制御モードに対して反転する。

第４の制御モードは、例えば減速時に車輪から伝達される逆駆動トルク等の外力によってアウタロータ２０を介して発電しつつ、エンジン回転数を調整するモードである。

この第４の制御モードでは、アウタロータ２０が回生状態で反転方向にトルクを発生し、かつインナロータ３０が回生状態で反転方向にトルクを発生するように、コントローラ１００によって第１の電源回路８１及び第２の電源回路８２が制御される。

なお、上述の第１から第４の制御モードは、逆転することが想定されていないエンジン２００をインナロータ３０に接続しているため、インナロータ３０は常に正転していることを前提としている。しかしながら、逆転が許容される負荷がインナロータ３０に接続される場合、電機子コイル１２から発生する回転磁界の回転方向を逆方向とさせてインナロータ３０を逆転させてもよい。この場合、インナロータ３０を反転させるために、電機子コイル１２から発生する回転磁界の回転方向が逆相となるように、電機子コイル１２に通電する電流の電流位相を制御（変更）すればよい。

ただし、電機子コイル１２に通電する電流の電流位相が変化すると、電機子磁束と励磁磁束とが合成された磁束の成分が変化することから、これに応じて、電機子磁束と励磁磁束とが合成された磁束の成分がアウタロータ２０を正転又は逆転するような磁束の成分となるように、励磁コイル１３に通電する電流の周波数を変更する必要がある。

（発明の作用効果）
以上のように、本実施例のモータ１によれば、電機子コイル１２がステータ１０のヨーク部１４に巻かれ、かつ励磁コイル１３が第１のステータティース１５Ａに巻かれているので、電機子コイル１２から発生する電機子磁束と励磁コイル１３から発生する励磁磁束とが第１のステータティース１５Ａやヨーク部１４において干渉しても、これら磁束をアウタロータ２０及びインナロータ３０のいずれかに流すことができる。加えて、第１のステータティース１５Ａと第２のステータティース１５Ｂとが径方向で重なるようにヨーク部１４に配置されることにより、より一層干渉した磁束をアウタロータ２０及びインナロータ３０のいずれかに流すことができる。このため、本実施例のモータ１は、電機子コイル１２から発生する電機子磁束が励磁コイル１３から発生する励磁磁束によって打ち消されて弱められてしまうことを防止することができる。

また、本実施例のモータ１によれば、励磁コイル１３及び電機子コイル１２のそれぞれに通電する電流を供給する電源回路がそれぞれ異なるので、励磁コイル１３及び電機子コイル１２のそれぞれに通電する電流を別々に制御することができる。このため、本実施例のモータ１によれば、励磁コイル１３に通電される電流の周波数、電流波高値（振幅）及び電流位相と、電機子コイル１２に通電される電流の周波数、電流波高値（振幅）及び電流位相と、を別々に制御することができ、磁気変調モータとしてのモータ出力の範囲を拡大することができる。

また、本実施例のモータ１によれば、励磁コイル１３及び電機子コイル１２がそれぞれ独立の第１の電源回路８１及び第２の電源回路８２によって制御されるので、例えば励磁コイル１３及び電機子コイル１２のそれぞれに通電される電流の周波数を、電機子磁束と励磁磁束とが合成された磁束の成分がアウタロータ２０を逆転させるような磁束の成分となるような周波数に変更することにより、アウタロータ２０の回転方向を反転させることができる。このため、本実施例のモータ１は、モータ出力の範囲を拡大することができる。

また、本実施例のモータ１によれば、電機子コイル１２を構成する一対の電機子巻線１２Ａ，１２Ｂが互いの磁化方向が反対方向となるように、例えば図２に示す向きに電流が流れた場合に互いの磁化方向が対向するように、電機子巻線１２Ａ，１２Ｂの巻方向が設定されている。このため、本実施例のモータ１によれば、電機子巻線１２Ａから発生する電機子磁束と電機子巻線１２Ｂから発生する電機子磁束とが互いに反発し、第１のステータティース１５Ａ及び第２のステータティース１５Ｂを介してアウタロータ２０及びインナロータ３０に流すことができる。この結果、電機子磁束をアウタロータ２０及びインナロータ３０にバランスよく鎖交させることができる。

また、本実施例のモータ１によれば、インナロータ３０が誘導コイル３４及び界磁コイル３５を有し、誘導コイル３４に整流素子としてダイオード４１を介して界磁コイル３５が接続されている。これにより、本実施例のモータ１は、ステータ１０で不可避に発生する第２次空間高調波を利用してインナロータ３０を自励することができ、モータ出力を向上させることができる。

また、本実施例のモータ１によれば、高価な磁石を使用しないため、低コスト化を図ることができ、モータ１の重量も低減させることができる。

また、本実施例のモータ１によれば、電機子コイル１２を集中巻によりステータ１０のヨーク部１４にトロイダル巻したので、電機子巻線の周長を短くでき、組立性を向上させることができ、ステータ１０の機械的強度を向上させることができる。

また、本実施例のモータ１によれば、アウタロータ２０とインナロータ３０とで１つのステータ１０を共用する構造のため、ステータの体積及び質量を削減でき、コンパクトで軽量かつ低コストな駆動システムを実現することができる。

なお、本実施例においては、上述した構成のステータ１０をラジアルギャップモータとしてのモータ１に適用したが、上述した構成のステータ１０は後述するようにアキシャルギャップモータのステータとしても用いることができる。

また、本実施例においては、インナロータ３０として自己励磁可能な巻線界磁形のロータを用いたが、これに限らず、インナロータ３０として、磁石式同期モータに用いられるような永久磁石を有するロータを用いてもよい。

また、本実施例においては、ステータ１０のヨーク部１４に電機子コイル１２が巻かれ、第１のステータティース１５Ａに励磁コイル１３が巻かれた構成について説明したが、これに限らず、ステータ１０のヨーク部１４に励磁コイル１３がトロイダル巻で巻かれ、かつ第１のステータティース１５Ａに電機子コイル１２が巻かれた構成としてもよい。

この場合、励磁コイル１３は、周方向に隣り合う励磁コイル同士で巻方向が逆向きで、かつ磁化方向が第１のステータティース１５Ａ及び第２のステータティース１５Ｂに向かうよう巻方向が設定される。これにより、周方向に隣り合う一対の励磁コイル１３に挟まれた第１のステータティース１５Ａ及び第２のステータティース１５Ｂに、当該一対の励磁コイル１３からそれぞれの励磁磁束を対向するように向かわせることができる。この結果、当該一対の励磁コイル１３の励磁磁束を、当該一対の励磁コイル１３に挟まれた第１のステータティース１５Ａに巻かれた電機子コイル１２の電機子磁束と合成されてアウタロータ２０及びインナロータ３０のいずれかに流すことができる。したがって、電機子コイル１２から発生する電機子磁束が励磁コイル１３から発生する励磁磁束によって打ち消されて弱められてしまうことが防止される。

（第１の変形例）
本実施例に係るモータ１としては、励磁コイル１３及び電機子コイル１２のそれぞれに交流電流が通電される構成に限らず、例えば励磁コイル１３に交流電流が通電され、電機子コイル１２に直流電流が通電される構成としてもよい。

この場合、電機子コイル１２に直流電流を通電する第２の電源回路８２としては、直流入力直流出力の電源回路であるＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。

この第１の変形例に係るモータ１では、励磁コイル１３の回転磁界によって発生する磁束を電機子磁束として、この電機子磁束を電機子コイル１２の静止磁界から発生する静止磁束によって磁束変調させた磁束によりアウタロータ２０を回転させることができる。また、第１の変形例に係るモータ１は、上記電機子磁束をインナロータ３０に鎖交させることによりインナロータ３０をアウタロータ２０の回転速度と異なる回転速度で回転させることができる。

（第２の変形例）
本実施例に係るモータ１としては、励磁コイル１３及び電機子コイル１２のそれぞれに交流電流が通電される構成に限らず、例えば励磁コイル１３に直流電流が通電され、電機子コイル１２に交流電流が通電される構成としてもよい。この場合、励磁コイル１３は、周方向に隣り合う励磁コイル１３同士で巻方向が逆向きとなるよう各第１のステータティース１５Ａに巻かれる。

この場合、励磁コイル１３に直流電流を通電する第１の電源回路８１としては、直流入力直流出力の電源回路であるＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。

この第２の変形例に係るモータ１では、電機子コイル１２の回転磁界によって発生する電機子磁束を励磁コイル１３の静止磁界から発生する静止磁束によって磁束変調させた磁束によりアウタロータ２０を回転させることができる。また、第２の変形例に係るモータ１は、上記電機子磁束をインナロータ３０に鎖交させることによりインナロータ３０をアウタロータ２０の回転速度と異なる回転速度で回転させることができる。

本実施例及び上述の各変形例では、ラジアルギャップモータを例に説明したが、本発明をアキシャルギャップモータに適用してもよい。この場合、アウタロータ２０及びインナロータ３０は、ステータ１０を挟んで軸方向に配置される。具体的には、アウタロータ２０は、ステータ１０に対して軸方向の一方向から対面するよう配置され、インナロータ３０は、ステータ１０に対してアウタロータ２０と異なる方向である軸方向の他方向から対面するよう配置される。本実施例では、第１のステータティース１５Ａと第２のステータティース１５Ｂとは、径方向で重なる位置に配置した。しかし、上述したように、アウタロータ２０及びインナロータ３０がいずれもステータ１０を挟んで軸方向に対面するアキシャルギャップロータである場合、第１のステータティース１５Ａと第２のステータティース１５Ｂとを軸方向で重なる位置に配置することが好ましい。

また、アウタロータ２０及びインナロータ３０のいずれか一方をラジアルギャップモータとし、他方をアキシャルギャップモータとしてもよい。この場合、アウタロータ２０及びインナロータ３０のうちラジアルギャップモータとなる側のロータがステータ１０の径方向の外方側又は径方向の内方側に配置され、アキシャルギャップモータとなる側のロータがステータ１０の軸方向の一端側又は軸方向の他端側に配置される。したがって、アウタロータ２０とインナロータ３０とは、互いに異なる方向からステータ１０に対して対面するよう配置される。

この場合における、アウタロータ２０側に突出する第１のステータティース１５Ａの突出方向及びインナロータ３０側に突出する第２のステータティース１５Ｂの突出方向は、それぞれアウタロータ２０及びインナロータ３０の配置によって変化する。例えば、アウタロータ２０がステータ１０の軸方向の一端側に配置される場合、第１のステータティース１５Ａの突出方向は、軸方向の一端側となる。つまり、第１のステータティース１５Ａと第２のステータティース１５Ｂとは、ヨーク部１４において互いに異なる方向に突出している。

本発明の実施例を開示したが、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およ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。

１ モータ
１０ ステータ
１２ 電機子コイル（第２のコイル）
１２Ａ，１２Ｂ 電機子巻線（一対の巻線）
１３ 励磁コイル（第１のコイル）
１４ ヨーク部
１５Ａ 第１のステータティース（ステータティース）
１５Ｂ 第２のステータティース
２０ アウタロータ（第１のロータ）
３０ インナロータ（第２のロータ）
３２ インナロータティース（ロータティース）
３４ 誘導コイル
３５ 界磁コイル
４０ ロータ巻線回路
４１ ダイオード（整流素子）
８１ 第１の電源回路（第１の電源）
８２ 第２の電源回路（第２の電源）
１００ コントローラ

Claims (7)

1. 第１の電源から電力が供給される第１のコイルと第２の電源から電力が供給される第２のコイルとを有するステータと、
   前記ステータに対して相対回転可能な第１のロータと、
   前記ステータに対して前記第１のロータと異なる方向から対面するよう配置され、前記ステータに対して相対回転可能な第２のロータと、を備え、
   前記ステータは、
   前記第１のロータ側に突出した複数のステータティースと、
   前記複数のステータティースが周方向に並んで配置された環状のヨーク部と、を有し、
   前記第１のコイルは、前記ステータティースに巻かれており、
   前記第２のコイルが前記ヨーク部に巻かれていることを特徴とするモータ。
2. 前記第２のコイルは、前記第２の電源から所定周波数の交流電流が通電され、
   前記第１のコイルは、前記第１の電源から前記所定周波数と異なる周波数の交流電流が通電されることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記第１のコイルは、前記第１の電源から交流電流が通電され、
   前記第２のコイルは、前記第２の電源から直流電流が通電されることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
4. 前記第１のコイルは、前記第１の電源から直流電流が通電され、
   前記第２のコイルは、前記第２の電源から交流電流が通電されることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
5. 前記第２のコイルには、三相交流が通電され、
   前記第２のコイルは、前記ステータティースを挟んで周方向に隣り合う一対の巻線からなり、
   前記一対の巻線は、同相の電流が流れ、かつ巻方向が互いに逆向きとなるよう周方向に隣り合うステータティース間において前記ヨーク部に巻かれていることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項４のいずれか１項に記載のモータ。
6. 前記一対の巻線は、周方向に隣り合う該一対の巻線ごとに互いに異なる相の電流が通電されるよう配線されており、
   前記巻線は、周方向に隣り合う巻線同士で巻方向が互いに逆向きであることを特徴とする請求項５に記載のモータ。
7. 前記第２のロータは、前記ステータ側に突出した複数のロータティースを有し、
   前記ロータティースには誘導コイルが巻かれており、
   前記誘導コイルには整流素子が接続されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のモータ。
   
   

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