JP2024068500A - Rotating Electric Machine - Google Patents
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Abstract
【課題】モータシステムを大型化させることなく、ロータの回動動作とロック機能を同時に実現する回転電機を提供する。【解決手段】第１ロータ１６と、回転軸１４の軸方向に沿って第１ロータ１６と分割され、回転軸１４を回転中心として第１ロータ１６に対して相対的に回動可能な第２ロータ１８と、回転軸１４に設けられた中空領域内に軸方向に駆動可能な回動ロックシャフト３８と、回動ロックシャフト３８の動きに連動して回転軸１４の径方向に沿って駆動可能であり、回転軸１４と第２ロータ１８とが一体に回転するロック状態と、回転軸１４に対して第２ロータ１８を相対的に回動させる回動状態と、を切り替える伝達プレート３４と、を備え、回動ロックシャフト３８によって伝達プレート３４に与えられた荷重によって第２ロータ１８の回動トルクが補助される、及び／又は、第２ロータ１８の回動トルクによって伝達プレート３４への荷重が補助される。【選択図】図３[Problem] To provide a rotating electric machine that simultaneously realizes rotor rotation and locking function without enlarging the size of a motor system. [Solution] The rotating electric machine includes a first rotor (16), a second rotor (18) that is separated from the first rotor (16) along the axial direction of a rotating shaft (14) and is rotatable relative to the first rotor (16) around the rotating shaft (14), a rotation lock shaft (38) that is drivable in the axial direction within a hollow area provided in the rotating shaft (14), and a transmission plate (34) that is drivable along the radial direction of the rotating shaft (14) in conjunction with the movement of the rotation lock shaft (38) and switches between a locked state in which the rotating shaft (14) and the second rotor (18) rotate together and a rotation state in which the second rotor (18) rotates relative to the rotating shaft (14), and the rotation torque of the second rotor (18) is assisted by the load applied to the transmission plate (34) by the rotation lock shaft (38) and/or the load on the transmission plate (34) is assisted by the rotation torque of the second rotor (18). [Selected Figure] Fig. 3
Description
本発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electric machine.
自動車等の移動体の駆動用モータには、小型・高効率と同時に、広い運転範囲が求められる。低速時のトルク増加による小型化のため、強力な磁石をロータに用いるなど、ロータの起磁力増加が行われている。しかしながら、起磁力の高いロータを用いた場合、高速走行時には弱め磁束制御が必要であり、当該制御に伴う電流の増加によりモータ効率が低下することが懸念される。 Motors used to drive moving objects such as automobiles are required to be compact and highly efficient, as well as to have a wide operating range. To reduce size and increase torque at low speeds, efforts are being made to increase the magnetomotive force of the rotor, such as by using powerful magnets in the rotor. However, when a rotor with high magnetomotive force is used, flux-weakening control is required when driving at high speeds, and there is a concern that the increase in current associated with this control will reduce motor efficiency.
そこで、運転状況に合わせてロータの起磁力を可変にするために、ロータを軸方向に分割したモータ構造が提案されている（特許文献１～５）。低速でトルクが必要な場合、軸方向の磁極の向きを揃え（同極：Ｎ極とＮ極及びＳ極とＳ極を揃えた状態）、起磁力を増加させる。高速で起磁力を抑制したい場合、軸方向の磁極の向きを変化させる（逆極：Ｎ極とＳ極を揃えた状態）。以下、磁極が揃った状態を「同極」、磁極が反対向きになった状態を「逆極」と示す。このようなモータ構造では、軸方向に分割したロータを捻って同極と逆極を切り替える回動動作と、同極及び逆極でモータとして駆動させるためにそれぞれのロータ状態を保持するためのロック機能が必要となる。 In order to make the magnetomotive force of the rotor variable according to the operating conditions, a motor structure has been proposed in which the rotor is divided in the axial direction (Patent Documents 1 to 5). When torque is required at low speeds, the magnetic poles are aligned in the axial direction (same poles: N poles aligned with N poles and S poles aligned with S poles) to increase the magnetomotive force. When it is necessary to suppress the magnetomotive force at high speeds, the magnetic poles are changed in the axial direction (opposite poles: N poles aligned with S poles). In the following, the state in which the magnetic poles are aligned is referred to as "same poles," and the state in which the magnetic poles are in opposite directions is referred to as "opposite poles." Such a motor structure requires a rotational action that twists the rotor divided in the axial direction to switch between same poles and opposite poles, and a locking function to maintain each rotor state in order to operate the motor with same poles and opposite poles.
上記特許文献１～３の技術では、回動動作とロック機能を同じ動力源（アクチュエータやオイルポンプ）で実現している。そのため、専用の外部アクチュエータや高圧オイルポンプを追加で設ける必要があり、モータシステムが大型化してしまう。特に、ロック機能に比べて、回動動作に必要な力（トルク）が大きいため、それに合わせた追加の構成要素が必要になる。また、バネによってロック機構を実現又は補助した場合、回動動作に必要な力が増してしまう。したがって、回動動作に必要な力（トルク）がさらに増大し、モータシステムがより大型化するという問題がある。 In the technologies of Patent Documents 1 to 3, the rotational movement and the locking function are achieved by the same power source (actuator or oil pump). This requires the provision of an additional dedicated external actuator or high-pressure oil pump, which results in an increase in the size of the motor system. In particular, the force (torque) required for the rotational movement is greater than that required for the locking function, so additional components are required to accommodate this. Furthermore, if the locking mechanism is achieved or assisted by a spring, the force required for the rotational movement increases. This results in a problem of the force (torque) required for the rotational movement increasing further, and the motor system becoming even larger.
また、上記特許文献４の技術では、回動動作をステータ巻線に通電する電流により行い、ロック機能は小型の電磁クラッチにより行う。また、上記特許文献５の技術では、回動動作をステータ巻線に通電する電流により行い、ロック機能にリミッタ（ストッパ）機能を追加して行う。これらの従来技術では、回動動作とロック機能の動力源を分けたことで、他の従来構造に比べてモータシステムを小型にできる。しかしながら、モータ構造の外側にロックのための機構を追加で設けており、依然としてモータシステム全体は大型化するという問題がある。さらに、リミッタ機能を追加してロック機能を実現する構成では、位置検出センサの追加が必要である。加えて、ロック制御の応答性が悪い場合、ロックができない可能性がある。 In the technology of Patent Document 4, the rotational motion is performed by current passing through the stator winding, and the locking function is performed by a small electromagnetic clutch. In the technology of Patent Document 5, the rotational motion is performed by current passing through the stator winding, and a limiter (stopper) function is added to the locking function. In these conventional technologies, the power sources for the rotational motion and the locking function are separated, making it possible to make the motor system smaller than other conventional structures. However, an additional mechanism for locking is provided outside the motor structure, and there is still a problem that the entire motor system is large. Furthermore, in a configuration that realizes the locking function by adding a limiter function, it is necessary to add a position detection sensor. In addition, if the response of the locking control is poor, there is a possibility that locking will not be possible.
本発明の１つの態様は、ステータと、前記ステータに対向して配置されたロータと、を備える回転電機であって、前記ロータは、回転軸に固定された第１ロータと、前記回転軸の軸方向に沿って前記第１ロータと分割され、前記回転軸を回転中心として前記第１ロータに対して相対的に回動可能な第２ロータと、前記回転軸に設けられた中空領域内に前記軸方向に駆動可能な回動ロックシャフトと、前記回動ロックシャフトの動きに連動して前記回転軸の径方向に沿って駆動可能であり、前記回転軸と前記第２ロータとが一体に回転するロック状態と、前記回転軸に対して前記第２ロータを相対的に回動させる回動状態と、を切り替える伝達プレートと、を備え、前記回動ロックシャフトによって前記伝達プレートに与えられた荷重によって前記第２ロータの回動トルクが補助される、及び／又は、前記第２ロータの回動トルクによって前記伝達プレートへの荷重が補助されることを特徴とする回転電機である。 One aspect of the present invention is a rotating electric machine comprising a stator and a rotor arranged opposite to the stator, the rotor comprising a first rotor fixed to a rotating shaft, a second rotor separated from the first rotor along the axial direction of the rotating shaft and rotatable relative to the first rotor around the rotating shaft, a rotation lock shaft that can be driven in the axial direction within a hollow area provided in the rotating shaft, and a transmission plate that can be driven along the radial direction of the rotating shaft in conjunction with the movement of the rotation lock shaft and switches between a locked state in which the rotating shaft and the second rotor rotate together and a rotation state in which the second rotor rotates relative to the rotating shaft, and the rotation torque of the second rotor is assisted by the load applied to the transmission plate by the rotation lock shaft, and/or the load on the transmission plate is assisted by the rotation torque of the second rotor.
また、前記第２ロータの周方向に沿って径方向に高さが変化する斜面を備え、前記伝達プレートと前記斜面とが接触するロック補助構造を有することが好適である。 It is also preferable that the second rotor has a locking auxiliary structure that includes a slope whose height changes radially along the circumferential direction of the second rotor and that brings the transmission plate into contact with the slope.
また、前記第２ロータと共に回転し、前記伝達プレートが嵌まり込むことによって前記第２ロータと前記回転軸とを前記ロック状態とする溝部を備えることが好適である。 It is also preferable that the transmission plate has a groove that rotates together with the second rotor and fits into the groove to lock the second rotor and the rotating shaft.
また、前記伝達プレートは、前記第２ロータの回転軸を通って径方向に亘って設けられた貫通穴に配置されていることが好適である。 It is also preferable that the transmission plate is disposed in a through hole that is provided radially through the rotation shaft of the second rotor.
本発明によれば、モータシステムを大型化させることなく、ロータの回動動作とロック機能を実現する回転電機を提供することができる。 The present invention provides a rotating electric machine that achieves rotor rotation and locking functions without increasing the size of the motor system.
本発明の実施の形態における回転電機システム１００は、図１に示すように、回転電機１０２、駆動回路１０４、電源１０６及び制御装置１０８を含んで構成される。回転電機システム１００は、例えばハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車等に搭載される。回転電機システム１００は、駆動力を発生させるモータとして使用可能であると共に、発電機、モータ及び発電機の両方の機能をもつモータジェネレータとしても使用可能である。 As shown in FIG. 1, the rotating electric machine system 100 according to an embodiment of the present invention includes a rotating electric machine 102, a drive circuit 104, a power supply 106, and a control device 108. The rotating electric machine system 100 is mounted on, for example, a hybrid vehicle, an electric vehicle, a fuel cell vehicle, etc. The rotating electric machine system 100 can be used as a motor that generates driving force, and can also be used as a generator or a motor generator that has both motor and generator functions.
回転電機１０２は、筐体１０、ステータ１２、回転軸１４、第１ロータ１６、第２ロータ１８、ロック機構２０、軸受２２及びロック駆動機構２４を含んで構成される。なお、軸受２２を設けず、回転軸１４に対して第２ロータ１８を摺動させるような構成としてもよい。 The rotating electric machine 102 includes a housing 10, a stator 12, a rotating shaft 14, a first rotor 16, a second rotor 18, a locking mechanism 20, a bearing 22, and a locking drive mechanism 24. The bearing 22 may not be provided, and the second rotor 18 may be configured to slide relative to the rotating shaft 14.
回転電機１０２は、制御装置１０８に制御される駆動回路１０４によって、電源１０６から供給される電力を用いて回転軸１４に対して駆動力を発生させる。また、回転軸１４に与えられた回転エネルギーを駆動回路１０４によって電力に変換して電源１０６へ回生させる。駆動回路１０４は、電源１０６からの電力を交流に変換するインバータを含んで構成することができる。電源１０６は、例えば二次電池を含む蓄電システムを含んで構成することができる。 The rotating electric machine 102 generates a driving force for the rotating shaft 14 using power supplied from the power source 106 by the drive circuit 104 controlled by the control device 108. In addition, the rotational energy given to the rotating shaft 14 is converted into electric power by the drive circuit 104 and regenerated to the power source 106. The drive circuit 104 can be configured to include an inverter that converts the electric power from the power source 106 into AC. The power source 106 can be configured to include a power storage system including, for example, a secondary battery.
筐体１０は、回転電機１０２を機械的に支持するための構成である。筐体１０内に、ステータ１２、回転軸１４、第１ロータ１６、第２ロータ１８、ロック機構２０、軸受２２及びロック駆動機構２４が収納される。 The housing 10 is configured to mechanically support the rotating electric machine 102. The housing 10 contains a stator 12, a rotating shaft 14, a first rotor 16, a second rotor 18, a locking mechanism 20, a bearing 22, and a locking drive mechanism 24.
ステータ１２は、ステータコアとステータコイルを備える。ステータコアは、電磁鋼板を回転軸１４の軸方向に積層した積層体からなる中空円筒形状の部材である。ただし、ステータコアを構成する材料は、電磁鋼板に限定されるものではなく、アモルファス金属、ナノ結晶軟磁性材料、圧粉磁芯等の磁性体とすることができる。ステータコイルは、ステータコアの内周面に設けられた複数のスロットに配置されたコイルである。駆動回路１０４を介して電源１０６からステータコイルに電流を流すことによって、ステータコイルに磁場を発生させることができる。 The stator 12 includes a stator core and a stator coil. The stator core is a hollow cylindrical member made of a laminate of electromagnetic steel sheets stacked in the axial direction of the rotating shaft 14. However, the material constituting the stator core is not limited to electromagnetic steel sheets, and may be a magnetic material such as an amorphous metal, a nanocrystalline soft magnetic material, or a dust core. The stator coil is a coil arranged in a plurality of slots provided on the inner peripheral surface of the stator core. A magnetic field can be generated in the stator coil by passing a current from a power source 106 to the stator coil via a drive circuit 104.
回転軸１４には、第１ロータ１６及び第２ロータ１８が軸方向に沿って間隔をおいて配置される。本実施の形態における回転電機システム１００では、２つに分割された第１ロータ１６ａ，１６ｂの間に第２ロータ１８が配置される。ただし、第１ロータ１６及び第２ロータ１８は、３分割構造に限定されるものではなく、軸方向に分割されて互いに相対的に回動できる構造であればよい。 A first rotor 16 and a second rotor 18 are arranged on the rotating shaft 14 at a distance along the axial direction. In the rotating electric machine system 100 of this embodiment, the second rotor 18 is arranged between the first rotors 16a and 16b, which are divided into two. However, the first rotor 16 and the second rotor 18 are not limited to a three-part structure, and may have any structure as long as they are divided in the axial direction and can rotate relative to each other.
第１ロータ１６ａ，１６ｂは、回転軸１４に固定されている。また、第２ロータ１８は、回転軸１４に対して回転方向において移動可能に設置されている。すなわち、第２ロータ１８は、回転軸１４に対して相対的に回転可能とされている。例えば、第２ロータ１８は、軸受２２を介して回転軸１４に取りつけられており、軸受２２によって回転軸１４に対して回転可能とされている。 The first rotors 16a and 16b are fixed to the rotating shaft 14. The second rotor 18 is installed so as to be movable in the rotational direction relative to the rotating shaft 14. In other words, the second rotor 18 is rotatable relative to the rotating shaft 14. For example, the second rotor 18 is attached to the rotating shaft 14 via a bearing 22, and is rotatable relative to the rotating shaft 14 by the bearing 22.
第１ロータ１６（１６ａ，１６ｂ）は、回転軸１４に固定される基部と、基部の外周側に電磁鋼板を軸方向に積層した積層体を備える。ただし、積層体を構成する材料は、電磁鋼板に限定されるものではなく、アモルファス金属、ナノ結晶軟磁性材料、圧粉磁芯等の磁性体とすることができる。 The first rotor 16 (16a, 16b) has a base fixed to the rotating shaft 14 and a laminate in which electromagnetic steel sheets are stacked in the axial direction on the outer periphery of the base. However, the material constituting the laminate is not limited to electromagnetic steel sheets, and can be a magnetic material such as an amorphous metal, a nanocrystalline soft magnetic material, or a dust core.
第２ロータ１８は、電磁鋼板を軸方向に積層した積層体を備える。ただし、積層体を構成する材料は、電磁鋼板に限定されるものではなく、アモルファス金属、ナノ結晶軟磁性材料、圧粉磁芯等の磁性体とすることができる。 The second rotor 18 comprises a laminated body of electromagnetic steel sheets stacked in the axial direction. However, the material constituting the laminated body is not limited to electromagnetic steel sheets, and can be a magnetic material such as an amorphous metal, a nanocrystalline soft magnetic material, or a dust core.
本実施の形態では、図２の断面模式図に示すように、第１ロータ１６及び第２ロータ１８には周方向に沿って等間隔に磁石３０が配置される。磁石３０は、例えば、４５°置きに交互にＮ極とＳ極とが入れ替わるように８極の磁石３０が配置される。なお、図２では代表的に第２ロータ１８を示しており、磁石３０の磁極の方向をそれぞれＳ極からＮ極に向かう矢印で示している。第１ロータ１６についても磁石３０の配置は同様である。ただし、図２の断面模式図は磁石３０の配置の一例を示したものであり、磁石３０の配置はこれに限定されるものではない。 In this embodiment, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 2, magnets 30 are arranged at equal intervals along the circumferential direction on the first rotor 16 and the second rotor 18. For example, eight magnets 30 are arranged so that the north pole and the south pole alternate every 45°. Note that FIG. 2 shows the second rotor 18 as a representative example, and the magnetic pole directions of the magnets 30 are indicated by arrows pointing from the south pole to the north pole. The magnets 30 are arranged in the same way on the first rotor 16. However, the schematic cross-sectional view of FIG. 2 shows only one example of the arrangement of the magnets 30, and the arrangement of the magnets 30 is not limited to this.
さらに、第２ロータ１８は、回転軸１４に対して固定できるようにロック機構２０が設けられる。本実施の形態では、第２ロータ１８と回転軸１４との間にロック機構２０が設けられる。ロック機構２０は、回転軸１４内に設けられたロック駆動機構２４によって駆動される。 Furthermore, a locking mechanism 20 is provided so that the second rotor 18 can be fixed to the rotating shaft 14. In this embodiment, the locking mechanism 20 is provided between the second rotor 18 and the rotating shaft 14. The locking mechanism 20 is driven by a locking drive mechanism 24 provided in the rotating shaft 14.
回転電機システム１００の通常の運転時は、ロック機構２０によって第２ロータ１８を回転軸１４に対して回転しないような状態として、第１ロータ１６（１６ａ，１６ｂ）及び第２ロータ１８の両方が回転軸１４の回転に寄与する状態とする。一方、界磁調整時は、ロック機構２０を開放して第２ロータ１８を回転軸１４を回転中心として回転可能として、第１ロータ１６（１６ａ，１６ｂ）に対して第２ロータ１８を相対的に回転させ、周方向の位置を調整することで、ロータ全体としての界磁を調整することができる。 During normal operation of the rotating electric machine system 100, the locking mechanism 20 prevents the second rotor 18 from rotating relative to the rotating shaft 14, and both the first rotor 16 (16a, 16b) and the second rotor 18 contribute to the rotation of the rotating shaft 14. On the other hand, during field adjustment, the locking mechanism 20 is released to allow the second rotor 18 to rotate around the rotating shaft 14, and the second rotor 18 is rotated relative to the first rotor 16 (16a, 16b) to adjust its circumferential position, thereby adjusting the field of the rotor as a whole.
このような構成において、ロック機構２０を結合状態として回転軸１４に対して第１ロータ１６（１６ａ，１６ｂ）及び第２ロータ１８が回転しない状態（通常運転状態）でステータ１２のステータコイルに電流を流して回転磁界を形成することでステータ１２に対して回転軸１４を回転させる出力トルクを発生させることができる。また、逆に、回転軸１４の回転エネルギーをステータ１２のステータコイルに流れる電流に変換して回生させることができる。 In this configuration, with the locking mechanism 20 in a coupled state and the first rotor 16 (16a, 16b) and the second rotor 18 not rotating relative to the rotating shaft 14 (normal operating state), a rotating magnetic field is formed by passing a current through the stator coil of the stator 12, thereby generating an output torque that rotates the rotating shaft 14 relative to the stator 12. Conversely, the rotational energy of the rotating shaft 14 can be converted into a current flowing through the stator coil of the stator 12 and regenerated.
また、ロック機構２０を開放状態して回転軸１４に対して第２ロータ１８が回転可能な状態（調整状態）でステータ１２のステータコイルに流す電流を制御することで、第１ロータ１６（１６ａ，１６ｂ）から回転軸１４へ出力トルクを発生させつつ、第１ロータ１６（１６ａ，１６ｂ）と第２ロータ１８との磁極の相対位相角（スキュー角）を調整することができる。なお、ステータ１２のステータコイルに流す電流はいわゆるベクトル制御することが好適である。 In addition, by controlling the current flowing through the stator coil of the stator 12 with the lock mechanism 20 in an open state and the second rotor 18 rotatable relative to the rotating shaft 14 (adjustment state), it is possible to adjust the relative phase angle (skew angle) of the magnetic poles of the first rotor 16 (16a, 16b) and the second rotor 18 while generating output torque from the first rotor 16 (16a, 16b) to the rotating shaft 14. It is preferable to use so-called vector control for the current flowing through the stator coil of the stator 12.
以下、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂのＮ極と第２ロータ１８のＮ極が軸方向に沿って揃い、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂのＳ極と第２ロータ１８のＳ極が軸方向に沿った状態を同極という。また、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂのＮ極と第２ロータ１８のＳ極が軸方向に沿って揃い、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂのＳ極と第２ロータ１８のＮ極が軸方向に沿った状態を逆極という。 Hereinafter, the state where the N poles of the first rotor 16a and the first rotor 16b and the N poles of the second rotor 18 are aligned along the axial direction, and the S poles of the first rotor 16a and the first rotor 16b and the S poles of the second rotor 18 are aligned along the axial direction, is referred to as homopolar. Also, the state where the N poles of the first rotor 16a and the first rotor 16b and the S poles of the second rotor 18 are aligned along the axial direction, and the S poles of the first rotor 16a and the first rotor 16b and the N poles of the second rotor 18 are aligned along the axial direction is referred to as opposite polarity.
図３～図６を参照して、ロック機構２０及びロック駆動機構２４について説明する。ロック機構２０は、ピン３２、伝達プレート３４及びハブ３６を含んで構成される。また、ロック駆動機構２４は、回動ロックシャフト３８を含んで構成される。 The lock mechanism 20 and the lock drive mechanism 24 will be described with reference to Figures 3 to 6. The lock mechanism 20 includes a pin 32, a transmission plate 34, and a hub 36. The lock drive mechanism 24 includes a rotating lock shaft 38.
回転軸１４は、第１ロータ１６及び第２ロータ１８の回転の軸方向に延びる中空領域１４ａを有する。回動ロックシャフト３８は、ロック機構２０に含まれるピン３２が挿入されるピン孔３８ａを備えた円柱形状を有する。回動ロックシャフト３８は、回転軸１４の中空領域１４ａにおいて第２ロータ１８の内周領域に該当する領域に配置される。回動ロックシャフト３８は、アクチュエータ等の外部からの駆動力によって回転軸１４の軸方向（図３中の矢印方向）に移動可能に設けられる。 The rotating shaft 14 has a hollow region 14a extending in the axial direction of the rotation of the first rotor 16 and the second rotor 18. The rotating lock shaft 38 has a cylindrical shape with a pin hole 38a into which the pin 32 included in the locking mechanism 20 is inserted. The rotating lock shaft 38 is disposed in a region of the hollow region 14a of the rotating shaft 14 that corresponds to the inner peripheral region of the second rotor 18. The rotating lock shaft 38 is provided so that it can move in the axial direction of the rotating shaft 14 (the direction of the arrow in FIG. 3) by an external driving force such as an actuator.
ピン３２は、回動ロックシャフト３８に設けられたピン孔３８ａに挿入される。回動ロックシャフト３８を回転軸１４の軸方向に移動させると、回動ロックシャフト３８と共にピン３２も軸方向に移動する。 The pin 32 is inserted into a pin hole 38a provided in the rotation lock shaft 38. When the rotation lock shaft 38 is moved in the axial direction of the rotation shaft 14, the pin 32 also moves in the axial direction together with the rotation lock shaft 38.
伝達プレート３４は、回転軸１４と第２ロータ１８とをロック状態にすると共に、回転軸１４と第２ロータ１８との間で動力を伝達するために設けられる部材である。伝達プレート３４は、図６に示すように、板状の部材である。伝達プレート３４は、回動ロックシャフト３８の中心軸を通って径方向に亘って設けられた貫通穴３８ｂ内に配置される。伝達プレート３４は、貫通穴３８ｂ内において回転軸１４（回動ロックシャフト３８）の径方向に移動可能である。 The transmission plate 34 is a member provided to lock the rotating shaft 14 and the second rotor 18 and to transmit power between the rotating shaft 14 and the second rotor 18. As shown in FIG. 6, the transmission plate 34 is a plate-shaped member. The transmission plate 34 is disposed in a through hole 38b provided radially through the central axis of the rotation lock shaft 38. The transmission plate 34 is movable radially of the rotating shaft 14 (rotation lock shaft 38) within the through hole 38b.
伝達プレート３４の径方向の長さは、回転軸１４の外径よりも大きくする。具体的には、伝達プレート３４の径方向の長さは、伝達プレート３４の一端がハブ溝３６ａに嵌合した状態において、他端が斜面３６ｄに接触できる程度に回転軸１４の外径よりも大きくする。また、伝達プレート３４の径方向の長さは、回転電機システム１００を同極から逆極又は逆極から同極にする回動動作中においてハブ溝３６ｃの内周面に接触しない程度の大きさとする。 The radial length of the transmission plate 34 is made larger than the outer diameter of the rotating shaft 14. Specifically, the radial length of the transmission plate 34 is made larger than the outer diameter of the rotating shaft 14 so that one end of the transmission plate 34 can contact the inclined surface 36d when the other end is fitted into the hub groove 36a. In addition, the radial length of the transmission plate 34 is made large enough not to contact the inner peripheral surface of the hub groove 36c during the rotation operation that changes the rotating electric system 100 from the same polarity to the opposite polarity or from the opposite polarity to the same polarity.
伝達プレート３４には、図６に示すように、ピン３２を通すための誘導穴３４ａが設けられる。誘導穴３４ａは、伝達プレート３４が回動ロックシャフト３８の貫通穴３８ｂに配置されたときに、回転軸１４の軸方向及び径方向の両方に対して斜めの方向に沿って設けられる。回動ロックシャフト３８と共に移動するピン３２が誘導穴３４ａに通された状態において回動ロックシャフト３８と共にピン３２が軸方向に移動した場合、伝達プレート３４は図６の移動方向と示した矢印の方向に誘導される。 As shown in FIG. 6, the transmission plate 34 is provided with a guide hole 34a for passing the pin 32. The guide hole 34a is provided along a direction oblique to both the axial and radial directions of the rotation shaft 14 when the transmission plate 34 is placed in the through hole 38b of the rotation lock shaft 38. When the pin 32, which moves together with the rotation lock shaft 38, moves axially together with the rotation lock shaft 38 with the pin 32 passing through the guide hole 34a, the transmission plate 34 is guided in the direction of the arrow indicated as the movement direction in FIG. 6.
ハブ３６は、円筒形状を有する部材である。ハブ３６は、回転軸１４と第２ロータ１８のコアとの間に配置される。ハブ３６の外周は第２ロータ１８の内周と係合するように構成され、ハブ３６は第２ロータ１８と一体に回転する。 The hub 36 is a member having a cylindrical shape. The hub 36 is disposed between the rotating shaft 14 and the core of the second rotor 18. The outer periphery of the hub 36 is configured to engage with the inner periphery of the second rotor 18, and the hub 36 rotates integrally with the second rotor 18.
ハブ３６の内周面には、伝達プレート３４の両端がそれぞれ嵌まり込むことができるハブ溝３６ａが設けられる。ハブ溝３６ａは、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂに対して第２ロータ１８が同極となる状態において伝達プレート３４の一端が嵌まり込む位置、及び、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂに対して第２ロータ１８が逆極となる状態において伝達プレート３４の他端が嵌まり込む位置に設けられる。 The inner circumferential surface of the hub 36 is provided with hub grooves 36a into which both ends of the transmission plate 34 can fit. The hub grooves 36a are provided at a position into which one end of the transmission plate 34 fits when the second rotor 18 has the same polarity as the first rotor 16a and the first rotor 16b, and at a position into which the other end of the transmission plate 34 fits when the second rotor 18 has the opposite polarity to the first rotor 16a and the first rotor 16b.
ハブ３６の内周面には、さらに回動範囲を規制するハブ溝３６ｂが設けられる。ハブ溝３６ｂには回転軸１４の外周に設けられた突起（キー部）１４ｃが嵌まり、ハブ溝３６ｂ内において突起１４ｃが動ける範囲において回転軸１４に対する第２ロータ１８の回動範囲が規制される。 A hub groove 36b that further restricts the rotation range is provided on the inner peripheral surface of the hub 36. A protrusion (key portion) 14c provided on the outer periphery of the rotating shaft 14 fits into the hub groove 36b, and the rotation range of the second rotor 18 relative to the rotating shaft 14 is restricted within the range in which the protrusion 14c can move within the hub groove 36b.
また、ハブ３６の内周面には、ハブ溝３６ｃが設けられる。ハブ溝３６ｃは、ハブ溝３６ａと連通するようにハブ３６の周方向に沿って設けられる。ハブ溝３６ｃの径方向の深さは、同極から逆極又は逆極から同極へと遷移する回動動作中に伝達プレート３４の端部がハブ３６の内周面と構造的に干渉しない深さとする。さらに、ハブ溝３６ｃにおいてハブ溝３６ａが設けられた側とは反対の端部には、ハブ３６の周方向に沿って径方向にハブ溝３６ｃの深さが徐々に浅くなるように高さが変化する斜面３６ｄが設けられる。 The inner peripheral surface of the hub 36 is provided with a hub groove 36c. The hub groove 36c is provided along the circumferential direction of the hub 36 so as to communicate with the hub groove 36a. The radial depth of the hub groove 36c is set to a depth that does not structurally interfere with the end of the transmission plate 34 and the inner peripheral surface of the hub 36 during the rotational movement that transitions from the same polarity to the opposite polarity or from the opposite polarity to the same polarity. Furthermore, the end of the hub groove 36c opposite the side on which the hub groove 36a is provided is provided with a slope 36d whose height changes so that the depth of the hub groove 36c gradually becomes shallower in the radial direction along the circumferential direction of the hub 36.
以下、図４～図７を参照して、本実施の形態におけるロック機構２０及びロック駆動機構２４の作用を説明する。ここでは、ロック機構２０及びロック駆動機構２４を用いて、回転電機システム１００を同極から逆極にする場合の作用について説明する。 The operation of the lock mechanism 20 and the lock drive mechanism 24 in this embodiment will be described below with reference to Figures 4 to 7. Here, we will explain the operation when the rotating electrical system 100 is changed from the same polarity to the opposite polarity using the lock mechanism 20 and the lock drive mechanism 24.
図４は、回転軸１４の軸方向に対して垂直な面における第２ロータ１８の断面を示している。図４（ａ）は同極のロック状態、図４（ｂ）は同極から逆極への回動中、図４（ｃ）は逆極のロック状態を示している。図５は、第２ロータ１８の内部構造を示す部分断面斜視図である。図５（ａ）は同極のロック状態、図５（ｂ）は同極から逆極への回動中、図５（ｃ）は逆極のロック状態を示している。図６は、伝達プレート３４の構成を示す図である。図７は、回転軸１４の軸方向に対して垂直な面における伝達プレート３４、回動ロックシャフト３８、回転軸１４、ハブ３６の拡大断面を示している。図７（ａ）は同極のロック状態、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は同極から逆極への回動中、図７（ｄ）は逆極のロック状態を示している。図７（ａ）～図７（ｃ）では領域Ａ１の部分拡大図を併せて示し、図７（ｄ）では領域Ａ２の部分拡大図を併せて示している。 Figure 4 shows a cross section of the second rotor 18 in a plane perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 14. Figure 4(a) shows the same polarity locked state, Figure 4(b) shows the same polarity during rotation from the same polarity to the opposite polarity, and Figure 4(c) shows the opposite polarity locked state. Figure 5 is a partial cross-sectional perspective view showing the internal structure of the second rotor 18. Figure 5(a) shows the same polarity locked state, Figure 5(b) shows the same polarity during rotation from the same polarity to the opposite polarity, and Figure 5(c) shows the opposite polarity locked state. Figure 6 is a diagram showing the configuration of the transmission plate 34. Figure 7 shows an enlarged cross section of the transmission plate 34, the rotation lock shaft 38, the rotating shaft 14, and the hub 36 in a plane perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 14. Figure 7(a) shows the same polarity locked state, Figures 7(b) and 7(c) show the same polarity during rotation from the same polarity to the opposite polarity, and Figure 7(d) shows the opposite polarity locked state. Figures 7(a) to 7(c) also show enlarged partial views of area A1, and Figure 7(d) also shows an enlarged partial view of area A2.
図４（ａ）、図５（ａ）及び図７（ａ）に示すように、回転電機システム１００が同極のとき、ピン３２が誘導穴３４ａの一端（図５（ａ）において下側の端部）に位置するように回動ロックシャフト３８に外力が与えられる。誘導穴３４ａに通されたピン３２によって、伝達プレート３４の一端をハブ３６の内周面へ押し上げる（図４、図５及び図７において上向き）。 As shown in Figures 4(a), 5(a) and 7(a), when the rotating electric machine system 100 is in the same polarity, an external force is applied to the rotation lock shaft 38 so that the pin 32 is positioned at one end of the guide hole 34a (the lower end in Figure 5(a)). The pin 32 passed through the guide hole 34a pushes one end of the transmission plate 34 up toward the inner circumferential surface of the hub 36 (upward in Figures 4, 5 and 7).
また、回転電機システム１００では、斜面３６ｄによって伝達プレート３４を押し上げる力が追加で与えられる。同極のロック状態では、図７（ａ）に示すように、回転軸１４及び回動ロックシャフト３８に対して相対的に反時計回りに伝達プレート３４へ回動トルクが与えられている。この状態において、伝達プレート３４の一端（図４（ａ），図５（ａ）及び図７（ａ）において下端）と斜面３６ｄとが当接し、伝達プレート３４の回動トルクによって伝達プレート３４に対して斜面３６ｄに垂直方向の力が与えられる。そして、斜面３６ｄに垂直方向の力の分力として、径方向に沿って伝達プレート３４を押し上げる力Ｆ１が加えられる。 In addition, in the rotating electric machine system 100, an additional force is applied by the slope 36d to push up the transmission plate 34. In the homopolar locked state, as shown in FIG. 7(a), a rotational torque is applied to the transmission plate 34 in a counterclockwise direction relative to the rotating shaft 14 and the rotation lock shaft 38. In this state, one end of the transmission plate 34 (the lower end in FIG. 4(a), FIG. 5(a), and FIG. 7(a)) comes into contact with the slope 36d, and a force perpendicular to the slope 36d is applied to the transmission plate 34 by the rotational torque of the transmission plate 34. Then, a force F1 is applied to the slope 36d as a component of the force perpendicular to the force perpendicular to the slope 36d, pushing up the transmission plate 34 along the radial direction.
同極のロック状態では、伝達プレート３４がハブ３６の内周面側に押し付けられることによって、伝達プレート３４の当該一端（図４（ａ），図５（ａ）及び図７（ａ）において上端）がハブ３６のハブ溝３６ａに嵌合した状態となる。また、回転軸１４に設けられた突起１４ｃはハブ３６のハブ溝３６ｂ内の一端に当接した状態となる。 In the homopolar locked state, the transmission plate 34 is pressed against the inner peripheral surface of the hub 36, so that the one end of the transmission plate 34 (the upper end in Figs. 4(a), 5(a) and 7(a)) is fitted into the hub groove 36a of the hub 36. In addition, the protrusion 14c on the rotating shaft 14 is in contact with one end of the hub groove 36b of the hub 36.
回転電機システム１００がモータとして力行動作している場合、第１ロータ１６及び第２ロータ１８は正転方向（図４（ａ）においてＣＣＷ方向）に回転し、当該正転方向にトルクを出力する。同極ロック状態において力行動作時には、ハブ３６のハブ溝３６ｂ内の一端に当接した回転軸１４の突起１４ｃによって第２ロータ１８の力行トルクが回転軸１４に伝達される。すなわち、力行動作状態では、伝達プレート３４の端部には力行トルクは印加されていない。一方、回転電機システム１００がジェネレータとして回生動作している場合、第１ロータ１６及び第２ロータ１８は正転方向に回転し、回生トルクを逆転方向（図４（ａ）においてＣＣＷ方向とは逆方向）に出力する。このような回生動作状態では、ハブ３６に設けられたハブ溝３６ａに嵌合した伝達プレート３４の端部によって第２ロータ１８の回生トルクが回転軸１４に伝達される。 When the rotating electric machine system 100 is in power running operation as a motor, the first rotor 16 and the second rotor 18 rotate in the forward direction (CCW direction in FIG. 4A) and output torque in the forward direction. During power running operation in the same polarity locked state, the power running torque of the second rotor 18 is transmitted to the rotating shaft 14 by the protrusion 14c of the rotating shaft 14 abutting one end in the hub groove 36b of the hub 36. That is, in the power running state, the power running torque is not applied to the end of the transmission plate 34. On the other hand, when the rotating electric machine system 100 is in regenerative operation as a generator, the first rotor 16 and the second rotor 18 rotate in the forward direction and output regenerative torque in the reverse direction (opposite to the CCW direction in FIG. 4A). In such a regenerative operation state, the regenerative torque of the second rotor 18 is transmitted to the rotating shaft 14 by the end of the transmission plate 34 fitted into the hub groove 36a provided in the hub 36.
次に、同極から逆極にするために第２ロータ１８を回動状態にする。外力により回動ロックシャフト３８を移動させる（図５（ａ）の矢印方向）と、回動ロックシャフト３８と共にピン３２も移動し、誘導穴３４ａの斜面にしたがって伝達プレート３４が押し下げられる（図４、図５及び図７において下向き）。これに伴って伝達プレート３４の端部がハブ溝３６ａから外れ、第２ロータ１８と回転軸１４のロックが解除される。したがって、第２ロータ１８の回動に必要な回動トルクの増加を抑制することができる。 Next, the second rotor 18 is rotated to change from homopolarity to opposite polarity. When the rotation lock shaft 38 is moved by an external force (in the direction of the arrow in FIG. 5(a)), the pin 32 moves together with the rotation lock shaft 38, and the transmission plate 34 is pushed down along the slope of the guide hole 34a (downward in FIGS. 4, 5, and 7). As a result, the end of the transmission plate 34 comes out of the hub groove 36a, and the second rotor 18 and the rotating shaft 14 are unlocked. Therefore, the increase in the rotation torque required to rotate the second rotor 18 can be suppressed.
この状態において、ステータ１２のステータコイルに流す電流を制御することで、第２ロータ１８を回動させるためのトルク（回動トルク）を与える。これによって、図７（ｂ）に示すように、第２ロータ１８の回動動作が開始される。 In this state, a torque (rotation torque) for rotating the second rotor 18 is applied by controlling the current flowing through the stator coil of the stator 12. This starts the rotational movement of the second rotor 18, as shown in FIG. 7(b).
なお、回転電機システム１００がモータとして力行動作しているときに同極ロック状態から回動状態へ遷移させれば、回転軸１４の突起１４ｃによって第２ロータ１８のトルクが回転軸１４に伝達され、伝達プレート３４の端部によってトルクが伝達されていない状態において回動状態へ遷移させることができる。すなわち、ロック解除の際に伝達プレート３４がハブ３６のハブ溝３６ａから押されておらず、ロック解除に必要な力を増加させない。押される場合は、当接面で摩擦が発生して、ロック解除に必要な力が増加する。したがって、回動ロックシャフト３８の軸方向に沿った移動に必要な外力の増加を抑制することができる。 If the rotating electric machine system 100 is transitioned from the homopolar lock state to the rotation state while operating as a motor, the torque of the second rotor 18 is transmitted to the rotating shaft 14 by the protrusion 14c of the rotating shaft 14, and the rotation state can be transitioned in a state in which the torque is not transmitted by the end of the transmission plate 34. In other words, when unlocking, the transmission plate 34 is not pushed by the hub groove 36a of the hub 36, and the force required for unlocking is not increased. If it is pushed, friction occurs at the contact surface, and the force required for unlocking increases. Therefore, the increase in the external force required for movement along the axial direction of the rotation lock shaft 38 can be suppressed.
また、同極から逆極への回動開始時には、伝達プレート３４を押し下げる力によってハブ３６を回転軸１４に対して相対的に回動させる回転トルクがハブ３６に与えられる。図７（ｂ）に示すように、伝達プレート３４の一端（図７（ｂ）において下端）が斜面３６ｄに当接しており、伝達プレート３４を押し下げる力が斜面３６ｄに垂直な力として与えられる。そして、当該力の分力Ｆ２によって、伝達プレート３４に対する回転トルクが与えられる。これによって、回転軸１４に対して伝達プレート３４が相対的に回動する速度が増加する。 When rotation from the same pole to the opposite pole begins, a rotational torque is applied to the hub 36 by the force pushing down the transmission plate 34, causing the hub 36 to rotate relative to the rotating shaft 14. As shown in FIG. 7(b), one end of the transmission plate 34 (the lower end in FIG. 7(b)) is in contact with the inclined surface 36d, and the force pushing down the transmission plate 34 is applied as a force perpendicular to the inclined surface 36d. Then, a rotational torque is applied to the transmission plate 34 by the component force F2 of this force. This increases the speed at which the transmission plate 34 rotates relative to the rotating shaft 14.
なお、逆極から同極への遷移時には、図７（ａ）に示したように、斜面３６ｄから伝達プレート３４に対して伝達プレート３４を押し上げる力Ｆ１が与えられ、伝達プレート３４がハブ溝３６ａに嵌合してロック状態とするまでの速度が増加する。 When transitioning from reverse polarity to same polarity, as shown in FIG. 7(a), a force F1 is applied from the slope 36d to the transmission plate 34, pushing the transmission plate 34 upward, and the speed at which the transmission plate 34 fits into the hub groove 36a and enters the locked state increases.
回動動作を続けると、図４（ｂ）、図５（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、伝達プレート３４が斜面３６ｄから外れた状態となる。このとき、図７（ｃ）に示すように、伝達プレート３４の両端は、ハブ３６に設けられたハブ溝３６ｃの内面には接触せず、回転軸１４と伝達プレート３４との相対的な回動に対する伝達プレート３４による機械的な抵抗はない。 As the rotation continues, the transmission plate 34 comes off the inclined surface 36d, as shown in Figures 4(b), 5(b), and 7(c). At this time, as shown in Figure 7(c), both ends of the transmission plate 34 do not contact the inner surface of the hub groove 36c provided in the hub 36, and there is no mechanical resistance from the transmission plate 34 to the relative rotation of the rotating shaft 14 and the transmission plate 34.
さらに回動が進むと、第２ロータ１８が逆極の位置まで回動され、ハブ３６に設けられた別のハブ溝３６ａが伝達プレート３４の位置まで移動する。また、押され続けた回動ロックシャフト３８と共にピン３２が移動し、ピン３２が誘導穴３４ａの一端（図５（ｃ）において上側の端部）に位置する。すなわち、誘導穴３４ａに通されたピン３２によって、伝達プレート３４の一端をハブ３６の内周面へ押し下げる（図４、図５及び図７において下向き）。 As the rotation continues, the second rotor 18 is rotated to the opposite pole position, and another hub groove 36a on the hub 36 moves to the position of the transmission plate 34. The pin 32 also moves together with the rotation lock shaft 38, which continues to be pressed, and the pin 32 is positioned at one end of the guide hole 34a (the upper end in FIG. 5(c)). In other words, the pin 32 that is passed through the guide hole 34a pushes one end of the transmission plate 34 down toward the inner circumferential surface of the hub 36 (facing downward in FIGS. 4, 5, and 7).
また、回転電機システム１００では、斜面３６ｄによって伝達プレート３４を押し下げる力が追加で与えられる。逆極のロック状態では、図７（ｄ）に示すように、回転軸１４及び回動ロックシャフト３８に対して相対的に時計回りに伝達プレート３４へ回動トルクが与えられている。この状態において、伝達プレート３４の一端（図４（ｃ），図５（ｃ）及び図７（ｄ）において上端）と斜面３６ｄとが当接し、伝達プレート３４の回動トルクによって伝達プレート３４に対して斜面３６ｄに垂直方向の力が与えられる。そして、斜面３６ｄに垂直方向の力の分力として、径方向に沿って伝達プレート３４を押し下げる力Ｆ３が加えられる。これによって、伝達プレート３４の一端がハブ溝３６ａに嵌合してロック状態とするまでの速度が増加する。 In addition, in the rotating electric machine system 100, the slope 36d provides an additional force that pushes down the transmission plate 34. In the opposite polarity locked state, as shown in FIG. 7(d), a rotation torque is applied to the transmission plate 34 in a clockwise direction relative to the rotating shaft 14 and the rotation lock shaft 38. In this state, one end of the transmission plate 34 (the upper end in FIG. 4(c), FIG. 5(c), and FIG. 7(d)) comes into contact with the slope 36d, and a force perpendicular to the slope 36d is applied to the transmission plate 34 by the rotation torque of the transmission plate 34. Then, a force F3 that pushes down the transmission plate 34 in the radial direction is applied as a component of the force perpendicular to the slope 36d. This increases the speed at which one end of the transmission plate 34 fits into the hub groove 36a and enters the locked state.
逆極のロック状態では、伝達プレート３４がハブ３６の内周面側に押し付けられることによって、伝達プレート３４の当該一端（図４（ｃ），図５（ｃ）及び図７（ｄ）において下端）がハブ３６のハブ溝３６ａに嵌合した状態となる。また、回転軸１４に設けられた突起１４ｃはハブ３６のハブ溝３６ｂ内において同極ロック状態のときと反対側の一端に当接した状態となる。 In the opposite polarity locked state, the transmission plate 34 is pressed against the inner peripheral surface of the hub 36, so that the one end of the transmission plate 34 (the lower end in Figs. 4(c), 5(c), and 7(d)) is fitted into the hub groove 36a of the hub 36. In addition, the protrusion 14c on the rotating shaft 14 is in contact with the end of the hub groove 36b of the hub 36 on the opposite side to that in the same polarity locked state.
回転電機システム１００がモータとして力行動作している場合、第１ロータ１６及び第２ロータ１８は正転方向（図４（ｃ）においてＣＣＷ方向）に回転し、当該正転方向にトルクを出力する。逆極ロック状態において力行動作時には、ハブ３６に設けられたハブ溝３６ａに嵌合した伝達プレート３４の端部によって第２ロータ１８の力行トルクが回転軸１４に伝達される。一方、回転電機システム１００がジェネレータとして回生動作している場合、第１ロータ１６及び第２ロータ１８は正転方向に回転し、回生トルクを逆転方向（図４（ｃ）においてＣＣＷ方向とは逆方向）に出力する。このとき、ハブ３６のハブ溝３６ｂ内の一端に当接した回転軸１４の突起１４ｃによって第２ロータ１８の回生トルクが回転軸１４に伝達される。すなわち、回生動作状態では、伝達プレート３４の端部には回生トルクは印加されていない。 When the rotating electric machine system 100 is in power running operation as a motor, the first rotor 16 and the second rotor 18 rotate in the forward direction (CCW direction in FIG. 4(c)) and output torque in the forward direction. During power running operation in the reverse pole lock state, the power running torque of the second rotor 18 is transmitted to the rotating shaft 14 by the end of the transmission plate 34 fitted into the hub groove 36a provided in the hub 36. On the other hand, when the rotating electric machine system 100 is in regenerative operation as a generator, the first rotor 16 and the second rotor 18 rotate in the forward direction and output regenerative torque in the reverse direction (opposite to the CCW direction in FIG. 4(c)). At this time, the regenerative torque of the second rotor 18 is transmitted to the rotating shaft 14 by the protrusion 14c of the rotating shaft 14 abutting against one end in the hub groove 36b of the hub 36. In other words, in the regenerative operation state, the regenerative torque is not applied to the end of the transmission plate 34.
なお、ロック機構２０及びロック駆動機構２４を用いて、逆極状態から同極状態へ遷移させる場合には逆の操作を行えばよい。このとき、回転電機システム１００が回生動作しているときに逆極ロック状態から回動状態へ遷移させれば、回転軸１４の突起１４ｃとハブ３６のハブ溝３６ｂによってトルクが伝達され、伝達プレート３４の端部によってトルクが伝達されていない状態において回動状態へ遷移させることができる。すなわち、伝達プレート３４がハブ３６のハブ溝３６ａから押されておらず、ロック解除に必要な力を増加させない。押される場合は、当接面で摩擦が発生して、ロック解除に必要な力が増加する。したがって、回動ロックシャフト３８の軸方向に沿った移動に必要な外力の増加を抑制することができる。 When using the lock mechanism 20 and the lock drive mechanism 24 to transition from the reverse polarity state to the same polarity state, the reverse operation can be performed. At this time, if the transition from the reverse polarity lock state to the rotation state is made while the rotating electric machine system 100 is in regenerative operation, the torque is transmitted by the protrusion 14c of the rotating shaft 14 and the hub groove 36b of the hub 36, and the transition to the rotation state can be made in a state in which the torque is not transmitted by the end of the transmission plate 34. In other words, the transmission plate 34 is not pushed by the hub groove 36a of the hub 36, and the force required for unlocking is not increased. If it is pushed, friction occurs at the contact surface, and the force required for unlocking increases. Therefore, the increase in the external force required for the movement along the axial direction of the rotation lock shaft 38 can be suppressed.
以上のように、回転電機システム１００では、回動ロックシャフト３８を軸方向に動かすことによって同極又は逆極のロック状態を解除し、ステータ１２への通電によって回転軸１４に対して第２ロータ１８を相対的に回動させることで同極状態と逆極状態とを相互に遷移させることができる。なお、回転軸１４と第２ロータ１８とのロック機能は、回動ロックシャフト３８を押し続けることによって、ロック機構２０及びロック駆動機構２４以外の外部機構や追加センサを必要とすることなく受動的に行うことが可能である。 As described above, in the rotating electric machine system 100, the same polarity or opposite polarity locked state can be released by moving the rotating lock shaft 38 in the axial direction, and the same polarity state and the opposite polarity state can be alternated by rotating the second rotor 18 relative to the rotating shaft 14 by passing current through the stator 12. The locking function between the rotating shaft 14 and the second rotor 18 can be performed passively by continuing to press the rotating lock shaft 38, without requiring any external mechanisms or additional sensors other than the lock mechanism 20 and the lock drive mechanism 24.
また、伝達プレート３４を用いたシンプルな構成によってロック状態とロック解除状態を実現することができる。さらに、回動動作中において伝達プレート３４が第２ロータ１８の中心部に配置されるため、回転による遠心力の影響を受け難い構造となっている。 In addition, the locked and unlocked states can be achieved with a simple configuration using the transmission plate 34. Furthermore, since the transmission plate 34 is positioned at the center of the second rotor 18 during rotation, the structure is less susceptible to the effects of centrifugal force caused by rotation.
また、回転電機システム１００では、第２ロータ１８の内部にロック機構２０及びロック駆動機構２４を配置しており、回動動作はステータ１２への通電によって行うために回転電機システム１００の体積を増加させることなく同極状態と逆極状態を実現することができる。また、ロックのためのスキュー角の検出手段や制御も不要である。 In addition, in the rotating electric machine system 100, a locking mechanism 20 and a locking drive mechanism 24 are arranged inside the second rotor 18, and the rotational movement is performed by passing current through the stator 12, so that the same polarity state and the opposite polarity state can be achieved without increasing the volume of the rotating electric machine system 100. In addition, there is no need for a means for detecting or controlling the skew angle for locking.
さらに、伝達プレート３４とハブ３６に設けられた斜面３６ｄとの作用によって、回動ロックシャフト３８によって伝達プレート３４に与えられる荷重をハブ３６の回動を加速させるために利用し、同極と逆極との遷移に掛かる時間を短縮することができる。また、ハブ３６の回動トルクを伝達プレート３４によるハブ３６に対するロック動作を加速させるために利用し、同極及び逆極のロック状態とするまでに掛かる時間を短縮することができる。 Furthermore, due to the action of the transmission plate 34 and the slope 36d provided on the hub 36, the load applied to the transmission plate 34 by the rotation lock shaft 38 can be used to accelerate the rotation of the hub 36, shortening the time required for the transition between same polarity and opposite polarity. Also, the rotation torque of the hub 36 can be used to accelerate the locking action of the transmission plate 34 on the hub 36, shortening the time required for the same polarity and opposite polarity to be locked.
なお、図８に示すように、回動ロックシャフト３８に対して軸方向に沿って片側から力を印加し続けるためのバネ等の弾性体４０を回転軸１４の中空部に設けた構成としてもよい。バネ等の弾性体４０を設けることで、回動ロックシャフト３８に対して片側から外力を印加し続けることが可能になる。これによって、回転電機システム１００の回動ロックシャフト３８を外部から駆動するアクチュエータ等が停止した状態においても同極ロック状態又は逆極ロック状態を維持することが可能になる。 As shown in FIG. 8, an elastic body 40 such as a spring may be provided in the hollow portion of the rotating shaft 14 to continuously apply a force from one side along the axial direction to the rotation lock shaft 38. By providing an elastic body 40 such as a spring, it becomes possible to continuously apply an external force from one side to the rotation lock shaft 38. This makes it possible to maintain the same pole lock state or the opposite pole lock state even when an actuator or the like that externally drives the rotation lock shaft 38 of the rotating electric machine system 100 is stopped.
回動ロックシャフト３８に対して外力を与える機構に特別なアクチュエータを設けることなく、例えば、ベアリングやギア等に使用する潤滑油の油圧を利用して動作させることもできる。この場合、元々からある潤滑油のポンプが利用できるため、アクチュエータ等の外部から駆動力を与える機構を追加する必要がなく、システム全体を小型にできる。
［回転電機システムの制御］
It is possible to operate the rotation lock shaft 38 by using the hydraulic pressure of the lubricating oil used for bearings, gears, etc., without providing a special actuator to the mechanism that applies an external force to the rotation lock shaft 38. In this case, since the existing lubricating oil pump can be used, there is no need to add an actuator or other mechanism that applies a driving force from the outside, and the entire system can be made compact.
[Control of Rotating Electric Machine System]
ところで、第１ロータ１６及び第２ロータ１８の界磁磁束を増加させて、回転電機システム１００のトルクを増加させた場合、磁石（界磁）により発生する誘起電圧（逆起電圧）が増加する。これによって、例えば、回転電機システム１００がインバータによる駆動である場合に誘起電圧がスイッチング素子の耐圧を上回ると、スイッチング素子を破損してしまうおそれがある。そこで、回転電機システム１００におけるトルクの増加と逆起電圧を上限以下に抑制することを同時に実現する必要がある。 However, when the field magnetic flux of the first rotor 16 and the second rotor 18 is increased to increase the torque of the rotating electric machine system 100, the induced voltage (back electromotive voltage) generated by the magnet (field) increases. As a result, for example, when the rotating electric machine system 100 is driven by an inverter, if the induced voltage exceeds the withstand voltage of the switching element, the switching element may be damaged. Therefore, it is necessary to simultaneously increase the torque in the rotating electric machine system 100 and suppress the back electromotive voltage below an upper limit.
なお、以下の説明において、回転数とは第１ロータ１６又は第２ロータ１８が単位時間当たりに回転する回数（回転速度）を意味する。例えば、毎分当たりの回転数の単位はｒｐｍである。 In the following description, the rotation speed refers to the number of times the first rotor 16 or the second rotor 18 rotates per unit time (rotation speed). For example, the unit of rotation speed per minute is rpm.
例えば、第１ロータ１６ａ及び第１ロータ１６ｂと第２ロータ１８との軸方向の分割割合を４：１とし、上限回転数の半分の回転数において第２ロータ１８を回動させることで磁極の１／４を同極から逆極にすると、軸方向の半分でＮ極とＳ極による磁石磁束が打ち消しあう。その結果、界磁磁束が半減され、逆起電圧も半減し、高速回転時においてもスイッチング素子を破損することなく制御が可能になる。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、この場合における第１ロータ１６及び第２ロータ１８の回転数に対する逆起電力割合とトルク割合の変化を示す。回転電機システム１００における駆動可能な領域では、比較モータに対して低速時のトルクを増加することができる。 For example, if the axial division ratio of the first rotor 16a and the first rotor 16b to the second rotor 18 is 4:1, and 1/4 of the magnetic poles are changed from the same pole to the opposite pole by rotating the second rotor 18 at half the upper limit rotation speed, the magnetic flux of the N pole and the S pole cancel each other out in half of the axial direction. As a result, the field magnetic flux is halved, and the back electromotive force is also halved, making it possible to control the switching elements without damaging them even during high speed rotation. Figures 9(a) and 9(b) show the change in the back electromotive force ratio and the torque ratio with respect to the rotation speed of the first rotor 16 and the second rotor 18 in this case. In the drivable range of the rotating electric machine system 100, the torque at low speed can be increased compared to the comparative motor.
回転電機システム１００に適した第２ロータ１８の回動制御は以下の通りである。回転数Ｎ１までは、第１ロータ１６と第２ロータ１８とを同極で駆動し、力行トルクにより加速する。 The rotation control of the second rotor 18 suitable for the rotating electric machine system 100 is as follows. Up to the rotation speed N1, the first rotor 16 and the second rotor 18 are driven with the same polarity and accelerated by the power torque.
回転数が回転数Ｎ１に達したときに、第２ロータ１８を同極から逆極へ回動させる回動制御モード１に移行する。回動制御モード１では、回転軸１４に出力されるトルク（出力トルク）を維持しつつ、第１ロータ１６に対して第２ロータ１８を相対的に回動させるための回動トルクを同時に出力させて回動動作を実施する。具体的には、同極状態では、第１ロータ１６及び第２ロータ１８の両方によって出力トルクを出力し、回動制御モード１における回動動作中は、第１ロータ１６によって出力トルクを維持しつつ、第２ロータ１８によって回動トルクが出力されるようにステータ１２のステータコイルに通電する電流を制御する。 When the rotation speed reaches rotation speed N1, the mode transitions to rotation control mode 1, in which the second rotor 18 rotates from the same polarity to the opposite polarity. In rotation control mode 1, the torque (output torque) output to the rotating shaft 14 is maintained, while a rotation torque for rotating the second rotor 18 relative to the first rotor 16 is simultaneously output, thereby performing a rotation operation. Specifically, in the same polarity state, output torque is output by both the first rotor 16 and the second rotor 18, and during the rotation operation in rotation control mode 1, the current passed through the stator coil of the stator 12 is controlled so that the output torque is maintained by the first rotor 16, while a rotation torque is output by the second rotor 18.
このようにして、回転数Ｎ１以上となった場合、第２ロータ１８を第１ロータ１６に対して逆極とした状態で回転電機システム１００を駆動する。 In this way, when the rotation speed reaches or exceeds N1, the rotating electrical system 100 is driven with the second rotor 18 in the opposite polarity to the first rotor 16.
逆極で駆動中に車両へのブレーキ操作等が行われると、回生トルクによる減速が生ずる。減速によって回転数Ｎ２に達したときに、第２ロータ１８を逆極から同極へ回動させる回動制御モード２に移行する。回動制御モード２では、回動制御モード１と同様に、出力トルクを維持しつつ、回動トルクを同時に出力させて回動動作を実施する。具体的には、逆極時では、第１ロータ１６と第２ロータ１８の両方で出力ルクを出力し、回動制御モード２における回動動作中は、第１ロータ１６によって出力トルクを維持しつつ、第２ロータ１８によって回動トルクが出力されるようにステータ１２のステータコイルに通電する電流を制御する。 When the vehicle is braked while being driven in reverse polarity, the vehicle decelerates due to regenerative torque. When the rotation speed reaches N2 due to deceleration, the system transitions to rotation control mode 2, which rotates the second rotor 18 from reverse polarity to the same polarity. In rotation control mode 2, as in rotation control mode 1, the output torque is maintained while rotation torque is simultaneously output to perform the rotation operation. Specifically, when in reverse polarity, output torque is output by both the first rotor 16 and the second rotor 18, and during the rotation operation in rotation control mode 2, the current passed through the stator coil of the stator 12 is controlled so that the output torque is maintained by the first rotor 16 while the rotation torque is output by the second rotor 18.
このように、回転数Ｎ２以下となった場合、第２ロータ１８を第１ロータ１６に対して同極とした状態で回転電機システム１００を駆動する。 In this way, when the rotation speed falls below N2, the rotating electrical system 100 is driven with the second rotor 18 at the same polarity as the first rotor 16.
ここで、回転数Ｎ１と回転数Ｎ２を同一とすると、当該回転数付近において同極から逆極又は逆極から同極への回動動作が繰り返されるチャタリング現象を生ずるおそれがある。そこで、回転数Ｎ１＞回転数Ｎ２に設定することが好適である。このように、同極から逆極への回動動作を開始する基準となる回転数Ｎ１と逆極から同極への回動動作を開始する回転数Ｎ２にヒステリシスを設けることによってチャタリング現象を抑制することができる。 Here, if the rotation speeds N1 and N2 are the same, there is a risk of a chattering phenomenon occurring in which rotation from the same pole to the opposite pole or from the opposite pole to the same pole is repeated near that rotation speed. Therefore, it is preferable to set the rotation speed N1 to be greater than the rotation speed N2. In this way, the chattering phenomenon can be suppressed by providing hysteresis to the rotation speed N1, which is the reference for starting the rotation from the same pole to the opposite pole, and the rotation speed N2, which starts the rotation from the opposite pole to the same pole.
さらに、同極から逆極への回動動作に比べて、逆極から同極への回動動作において出力トルクを維持しながら出力できる回動トルクが小さくなり、回動動作が可能な条件が制限される。そこで、逆極から同極への回動制御モード２に移行する条件として、回転数制約（回転数Ｎ２）のみならず、トルクの制約も追加することが好適である。すなわち、第１ロータ１６及び第２ロータ１８の回転数が回転数Ｎ２以下であり、かつ、出力トルクが基準となるトルクＴ２以下となる条件において回動制御モード２に移行させることが好適である。 Furthermore, compared to a rotational operation from the same pole to the opposite pole, the rotational torque that can be output while maintaining the output torque is smaller in a rotational operation from the opposite pole to the same pole, and the conditions under which the rotational operation is possible are limited. Therefore, it is preferable to add not only a rotational speed constraint (rotational speed N2) but also a torque constraint as a condition for transitioning from the opposite pole to the same pole rotation control mode 2. In other words, it is preferable to transition to the rotational control mode 2 under the condition that the rotational speed of the first rotor 16 and the second rotor 18 is equal to or lower than the rotational speed N2 and the output torque is equal to or lower than the reference torque T2.
特に、回転電機システム１００が逆極状態の回生動作中であり、第１ロータ１６及び第２ロータ１８の回転数が回転数Ｎ１から減少している状況では、回動制御モード２には移行させず、回生動作中は逆極状態にて回転電機システム１００を駆動させる。その後、再加速が行われて力行状態に移行する場合や回転電機システム１００が停止した場合には出力トルクは０になるか、または、０を跨いで負の回生トルクから正の力行トルクに移行することになる。そこで、出力トルクが０又はその近傍の状態において、回動制御モード２に移行して回動動作を行うことが好適である。なお、出力トルクが０に近いほどより大きな回動トルクを出力することができるので、第１ロータ１６に対して第２ロータ１８を逆極から同極へと回動させ易くなる。 In particular, when the rotating electric machine system 100 is in a regenerative operation in a reverse polarity state and the rotation speed of the first rotor 16 and the second rotor 18 is decreasing from the rotation speed N1, the rotation control mode is not switched to rotation control mode 2, and the rotating electric machine system 100 is driven in the reverse polarity state during the regenerative operation. After that, when re-acceleration is performed and the state is switched to a powering state or when the rotating electric machine system 100 is stopped, the output torque becomes 0, or crosses 0 and switches from negative regenerative torque to positive powering torque. Therefore, when the output torque is 0 or in a state close to 0, it is preferable to switch to rotation control mode 2 and perform the rotation operation. Note that the closer the output torque is to 0, the greater the rotation torque that can be output, so it becomes easier to rotate the second rotor 18 from the opposite polarity to the same polarity relative to the first rotor 16.
図１０は、同極から逆極へ遷移させる回動制御モード１における回動動作中の回転数、位相差角、出力トルク（アウトプットトルク）、第１ロータ１６のトルク（主ロータトルク）及び第２ロータ１８のトルク（回動ロータトルク）の時間変化の一例を示す。トルク（アウトプットトルク、主ロータトルク、回動ロータトルク）は、磁界解析によって計算した値である。これらの特性は、最大電流を上限以下にしたときの結果を示している。 Figure 10 shows an example of the time changes in the rotation speed, phase difference angle, output torque, torque of the first rotor 16 (main rotor torque), and torque of the second rotor 18 (rotating rotor torque) during rotation operation in rotation control mode 1, which transitions from homopolarity to opposite polarity. The torques (output torque, main rotor torque, rotating rotor torque) are values calculated by magnetic field analysis. These characteristics show the results when the maximum current is below the upper limit.
これらの結果は、出力トルク（アウトプットトルク）を所定値に維持したままで回動動作が実現できることを示している。また、同極ロック状態を解除するとともにステータ１２のステータコイルへ通電する電流の制御を切り替えて回動制御モード１に移行し、位相差角に応じて当該電流制御条件を変更することで第１ロータ１６のトルク（主ロータトルク）にて出力トルク（アウトプットトルク）を維持しながら、第２ロータ１８のトルク（回動トルク）によって第２ロータ１８を回動できる。また、回動動作の終了後、逆極ロック状態として、その際にステータ１２のステータコイルへ通電する電流の制御も変更する。 These results show that rotational operation can be achieved while maintaining the output torque at a predetermined value. In addition, by releasing the same-pole lock state and switching the control of the current passing through the stator coil of the stator 12 to transition to rotational control mode 1, and changing the current control conditions according to the phase difference angle, the second rotor 18 can be rotated by the torque (rotational torque) of the second rotor 18 while maintaining the output torque by the torque (main rotor torque) of the first rotor 16. In addition, after the rotational operation is completed, the opposite-pole lock state is established, and the control of the current passing through the stator coil of the stator 12 is also changed.
図１１及び図１２は、出力トルク（アウトプットトルク）を所定値に維持した状態において同極から逆極、及び、逆極から同極への回動トルクの回転数に対する変化の例と回動動作が可能な条件（領域）を示す。図１１及び図１２において印×で示した条件が回動動作への切り替えに好適な条件を示している。記号（１）は回動制御モード１への移行に好適な条件、記号（２）と記号（３）は回動制御モード２への移行に好適な条件を示す。なお、記号（２）は、回転数が回転数Ｎ２以下になった条件を示し、記号（３）は、回転数が回転数Ｎ２以下になった条件に加えてトルクが０付近になった条件を示す。 Figures 11 and 12 show examples of changes in rotation torque from homopolarity to opposite polarity and from opposite polarity to homopolarity with respect to rotation speed while maintaining the output torque at a predetermined value, and show conditions (areas) under which rotation operation is possible. Conditions marked with an x in Figures 11 and 12 indicate conditions suitable for switching to rotation operation. Symbol (1) indicates conditions suitable for transitioning to rotation control mode 1, while symbols (2) and (3) indicate conditions suitable for transitioning to rotation control mode 2. Symbol (2) indicates the condition under which the rotation speed is equal to or lower than rotation speed N2, and symbol (3) indicates the condition under which the torque is close to 0 in addition to the condition under which the rotation speed is equal to or lower than rotation speed N2.
また、図１３及び図１４は、第２ロータ１８の回動動作に伴うトルクショックを抑制する方法を示す。図１３に示すように、回転電機システム１００において出力トルクが最大である状態において回転数を増加させる場合、所定の回転数において同極状態から逆極状態に遷移させると切り替え時にトルクのギャップが生じて回転電機システム１００にトルクショックが生ずるおそれがある。そこで、図１４に示すように、所定の回転数において同極状態から逆極状態に遷移させる前に回転電機システム１００の出力トルクを低減させるように駆動範囲を制限する制御を行うことが好適である。例えば、出力トルクが逆極状態における最大トルクとなるようにステータ１２のステータコイルへの電流を制御した後、同極状態から逆極状態への遷移させる制御を行う。これによって、同極から逆極への切り替え時におけるトルクのギャップの発生を防止し、回転電機システム１００のトルクショックを抑制することができる。 13 and 14 show a method for suppressing torque shocks caused by the rotation of the second rotor 18. As shown in FIG. 13, when the rotation speed is increased in the rotating electric machine system 100 in a state where the output torque is maximum, if the homopolar state is transitioned to the opposite polarity state at a predetermined rotation speed, a torque gap occurs at the time of switching, which may cause a torque shock in the rotating electric machine system 100. Therefore, as shown in FIG. 14, it is preferable to perform control to limit the driving range so as to reduce the output torque of the rotating electric machine system 100 before transitioning from the homopolar state to the opposite polarity state at a predetermined rotation speed. For example, after controlling the current to the stator coil of the stator 12 so that the output torque becomes the maximum torque in the opposite polarity state, control is performed to transition from the homopolar state to the opposite polarity state. This prevents the occurrence of a torque gap when switching from the homopolar state to the opposite polarity, and suppresses the torque shock of the rotating electric machine system 100.
上記のように、回転電機システム１００では、同極状態かつ力行状態であるときに回転軸１４に設けられた突起１４ｃによってトルクが伝達される。このように突起１４ｃでトルク伝達している状態では、ロック機構２０にトルクが掛かっていないため、外力によってロック駆動機構２４を動かすことでロックを解除することができる。このとき、第１ロータ１６及び第２ロータ１８の出力トルクは突起１４ｃによって伝達されているので、ロック解除に伴う出力トルクの減少は生じない。一方、出力トルクが逆方向の回生状態では、ロック機構２０によってトルクが伝達される。このようにロック機構２０でトルク伝達している状態では、ロック機構２０にトルクが掛かっているため、外力によってロック駆動機構２４を動かすだけではロックを解除することができない。そこで、同極状態から逆極状態へ遷移させる場合、回転電機システム１００が力行状態であるときに行う。 As described above, in the rotating electric machine system 100, when the rotating electric machine system is in the homopolar state and the powered state, torque is transmitted by the protrusion 14c provided on the rotating shaft 14. In this state where torque is transmitted by the protrusion 14c, torque is not applied to the lock mechanism 20, so the lock can be released by moving the lock drive mechanism 24 with an external force. At this time, the output torque of the first rotor 16 and the second rotor 18 is transmitted by the protrusion 14c, so there is no reduction in output torque associated with unlocking. On the other hand, in the regenerative state where the output torque is in the opposite direction, torque is transmitted by the lock mechanism 20. In this state where torque is transmitted by the lock mechanism 20, torque is applied to the lock mechanism 20, so the lock cannot be released by simply moving the lock drive mechanism 24 with an external force. Therefore, when transitioning from the homopolar state to the opposite polarity state, this is performed when the rotating electric machine system 100 is in the powered state.
図１５は、同極状態から逆極状態へ遷移させる制御のフローチャートを示す。以下、当該フローチャートを参照して、回転電機システム１００を同極状態から逆極状態へ遷移させる制御について説明する。 Figure 15 shows a flowchart of the control for transitioning from a homopolar state to a reverse polarity state. Below, the control for transitioning the rotating electrical system 100 from a homopolar state to a reverse polarity state will be described with reference to this flowchart.
ステップＳ１０では、同極状態において通常の駆動制御が行われる。ステップＳ１２では、回転数が回転数Ｎ１以上となったか否かが判定される。回転数が回転数Ｎ１以上であればステップＳ１４に処理を移行させ、回転数Ｎ１未満であればステップＳ１２に処理を戻す。ステップＳ１４では、ロック駆動機構２４を駆動させる。ステップＳ１６では、ロックが解除されたか否かが判定される。ロックが解除されればステップＳ１８に処理を移行させ、ロックが解除されていなければステップＳ１４に処理を戻してロック駆動機構２４の駆動を継続する。ロックの解除の検出は、センサを用いて行うことができる。例えば、回動ロックシャフトの位置をセンサによって検出し、回動ロックシャフトの位置によってロック状態かロック解除状態かを検出することができる。 In step S10, normal drive control is performed in the homopolar state. In step S12, it is determined whether the rotation speed is equal to or greater than the rotation speed N1. If the rotation speed is equal to or greater than the rotation speed N1, the process proceeds to step S14. If the rotation speed is less than the rotation speed N1, the process returns to step S12. In step S14, the lock drive mechanism 24 is driven. In step S16, it is determined whether the lock has been released. If the lock has been released, the process proceeds to step S18. If the lock has not been released, the process returns to step S14 to continue driving the lock drive mechanism 24. The release of the lock can be detected using a sensor. For example, the position of the rotating lock shaft can be detected by a sensor, and whether the state is locked or unlocked can be detected based on the position of the rotating lock shaft.
ステップＳ１８では、第１ロータ１６に対して相対的に第２ロータ１８を回動させる。このとき、ロック駆動機構２４の駆動は継続させる。ステップＳ２０では、ロックが完了したか否かが判定される。第２ロータ１８を回動させつつロック駆動機構２４の駆動を継続することで回転電機システム１００は逆極状態でロック状態となる。ロックが完了した場合にはステップＳ２２に処理を移行させ、ロックが完了していない場合にはステップＳ１８から処理を繰り返す。ステップＳ２２では、逆極状態において通常の駆動制御が開始される。 In step S18, the second rotor 18 is rotated relative to the first rotor 16. At this time, the drive of the lock drive mechanism 24 is continued. In step S20, it is determined whether or not the lock has been completed. By continuing to drive the lock drive mechanism 24 while rotating the second rotor 18, the rotating electric machine system 100 is locked in the reverse polarity state. If the lock has been completed, the process proceeds to step S22, and if the lock has not been completed, the process is repeated from step S18. In step S22, normal drive control is started in the reverse polarity state.
逆極状態から同極状態への遷移の制御は上記フローと同様に行うことができる。この場合、ステップＳ１０では逆極状態における通常制御を行い、ステップＳ２２では同極状態における通常制御を行う。また、ステップＳ１２における判定では、回転数が回転数Ｎ２以下となることを条件とすればよい。さらに、当該条件にトルクが０付近になった条件を加えてもよい。 The transition from the reverse polarity state to the same polarity state can be controlled in the same manner as in the above flow. In this case, normal control in the reverse polarity state is performed in step S10, and normal control in the same polarity state is performed in step S22. In addition, the condition for the judgment in step S12 may be that the rotation speed is equal to or lower than the rotation speed N2. Furthermore, a condition that the torque is close to 0 may be added to the above conditions.
［発明の構成］
［構成１］
ステータと、前記ステータに対向して配置されたロータと、を備える回転電機であって、
前記ロータは、回転軸に固定された第１ロータと、前記回転軸の軸方向に沿って前記第１ロータと分割され、前記回転軸を回転中心として前記第１ロータに対して相対的に回動可能な第２ロータと、
前記回転軸に設けられた中空領域内に前記軸方向に駆動可能な回動ロックシャフトと、
前記回動ロックシャフトの動きに連動して前記回転軸の径方向に沿って駆動可能であり、前記回転軸と前記第２ロータとが一体に回転するロック状態と、前記回転軸に対して前記第２ロータを相対的に回動させる回動状態と、を切り替える伝達プレートと、
を備え、
前記回動ロックシャフトによって前記伝達プレートに与えられた荷重によって前記第２ロータの回動トルクが補助される、及び／又は、前記第２ロータの回動トルクによって前記伝達プレートへの荷重が補助されることを特徴とする回転電機。
［構成２］
構成１に記載の回転電機であって、
前記第２ロータの周方向に沿って径方向に高さが変化する斜面を備え、前記伝達プレートと前記斜面とが接触するロック補助構造を有することを特徴とする回転電機。
［構成３］
構成１又は２に記載の回転電機であって、
前記第２ロータと共に回転し、前記伝達プレートが嵌まり込むことによって前記第２ロータと前記回転軸とを前記ロック状態とする溝部を備えることを特徴とする回転電機。
［構成４］
構成１～３のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記伝達プレートは、前記第２ロータの回転軸を通って径方向に亘って設けられた貫通穴に配置されていることを特徴とする回転電機。
[Configuration of the invention]
[Configuration 1]
A rotating electric machine including a stator and a rotor disposed opposite to the stator,
The rotor includes a first rotor fixed to a rotating shaft, and a second rotor separated from the first rotor along the axial direction of the rotating shaft and rotatable relative to the first rotor about the rotating shaft.
a rotation lock shaft that is drivable in the axial direction within a hollow area provided in the rotation shaft;
a transmission plate that is drivable along a radial direction of the rotation shaft in conjunction with the movement of the rotation lock shaft and switches between a locked state in which the rotation shaft and the second rotor rotate integrally and a rotation state in which the second rotor rotates relatively to the rotation shaft;
Equipped with
a rotational torque of the second rotor is assisted by the load applied to the transmission plate by the rotating lock shaft, and/or a load on the transmission plate is assisted by the rotational torque of the second rotor.
[Configuration 2]
A rotating electric machine according to configuration 1,
a locking auxiliary structure including a slope whose height changes radially along the circumferential direction of the second rotor, and in which the transmission plate and the slope come into contact with each other;
[Configuration 3]
3. The rotating electric machine according to claim 1,
a groove portion that rotates together with the second rotor and into which the transmission plate is fitted to lock the second rotor and the rotating shaft, said rotating machine comprising: a first groove portion;
[Configuration 4]
A rotating electric machine according to any one of configurations 1 to 3,
The rotating electric machine according to claim 1, wherein the transmission plate is disposed in a through hole that is provided radially through the rotation shaft of the second rotor.
１０ 筐体、１２ ステータ、１４ 回転軸、１４ａ 中空領域、１４ｃ 突起（キー部）、１６（１６ａ，１６ｂ） 第１ロータ、１８ 第２ロータ、２０ ロック機構、２２ 軸受、２４ ロック駆動機構、３０ 磁石、３２ ピン、３４ 伝達プレート、３４ａ 誘導穴、３６ ハブ、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ ハブ溝、３６ｄ 斜面、３８ 回動ロックシャフト、３８ａ ピン孔、３８ｂ 貫通穴、４０ 弾性体、１００ 回転電機システム、１０２ 回転電機、１０４ 駆動回路、１０６ 電源、１０８ 制御装置。 10 housing, 12 stator, 14 rotating shaft, 14a hollow area, 14c protrusion (key portion), 16 (16a, 16b) first rotor, 18 second rotor, 20 lock mechanism, 22 bearing, 24 lock drive mechanism, 30 magnet, 32 pin, 34 transmission plate, 34a guide hole, 36 hub, 36a, 36b, 36c hub groove, 36d inclined surface, 38 rotating lock shaft, 38a pin hole, 38b through hole, 40 elastic body, 100 rotating electric machine system, 102 rotating electric machine, 104 drive circuit, 106 power supply, 108 control device.
Claims (4)
前記ロータは、回転軸に固定された第１ロータと、前記回転軸の軸方向に沿って前記第１ロータと分割され、前記回転軸を回転中心として前記第１ロータに対して相対的に回動可能な第２ロータと、
前記回転軸に設けられた中空領域内に前記軸方向に駆動可能な回動ロックシャフトと、
前記回動ロックシャフトの動きに連動して前記回転軸の径方向に沿って駆動可能であり、前記回転軸と前記第２ロータとが一体に回転するロック状態と、前記回転軸に対して前記第２ロータを相対的に回動させる回動状態と、を切り替える伝達プレートと、
を備え、
前記回動ロックシャフトによって前記伝達プレートに与えられた荷重によって前記第２ロータの回動トルクが補助される、及び／又は、前記第２ロータの回動トルクによって前記伝達プレートへの荷重が補助されることを特徴とする回転電機。 A rotating electric machine including a stator and a rotor disposed opposite to the stator,
The rotor includes a first rotor fixed to a rotating shaft, and a second rotor separated from the first rotor along the axial direction of the rotating shaft and rotatable relative to the first rotor about the rotating shaft.
a rotation lock shaft that is drivable in the axial direction within a hollow area provided in the rotation shaft;
a transmission plate that is drivable along a radial direction of the rotation shaft in conjunction with the movement of the rotation lock shaft and switches between a locked state in which the rotation shaft and the second rotor rotate integrally and a rotation state in which the second rotor rotates relatively to the rotation shaft;
Equipped with
a rotational torque of the second rotor is assisted by the load applied to the transmission plate by the rotating lock shaft, and/or a load on the transmission plate is assisted by the rotational torque of the second rotor.
前記第２ロータの周方向に沿って径方向に高さが変化する斜面を備え、前記伝達プレートと前記斜面とが接触するロック補助構造を有することを特徴とする回転電機。 2. The rotating electric machine according to claim 1,
a locking auxiliary structure including a slope whose height changes radially along the circumferential direction of the second rotor, and in which the transmission plate and the slope come into contact with each other;
前記第２ロータと共に回転し、前記伝達プレートが嵌まり込むことによって前記第２ロータと前記回転軸とを前記ロック状態とする溝部を備えることを特徴とする回転電機。 3. A rotating electric machine according to claim 1,
a groove portion that rotates together with the second rotor and into which the transmission plate is fitted to lock the second rotor and the rotating shaft, said groove portion comprising: a first groove that rotates together with the second rotor;
前記伝達プレートは、前記第２ロータの回転軸を通って径方向に亘って設けられた貫通穴に配置されていることを特徴とする回転電機。 2. The rotating electric machine according to claim 1,
The rotating electric machine according to claim 1, wherein the transmission plate is disposed in a through hole that is provided radially through the rotation shaft of the second rotor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022179010A JP2024068500A (en) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | Rotating Electric Machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022179010A JP2024068500A (en) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | Rotating Electric Machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024068500A true JP2024068500A (en) | 2024-05-20 |
Family
ID=91082623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022179010A Pending JP2024068500A (en) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | Rotating Electric Machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2024068500A (en) |
-
2022
- 2022-11-08 JP JP2022179010A patent/JP2024068500A/en active Pending
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