JP3480315B2 - Rotating electric machine - Google Patents

Rotating electric machine

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JP3480315B2
JP3480315B2 JP16238098A JP16238098A JP3480315B2 JP 3480315 B2 JP3480315 B2 JP 3480315B2 JP 16238098 A JP16238098 A JP 16238098A JP 16238098 A JP16238098 A JP 16238098A JP 3480315 B2 JP3480315 B2 JP 3480315B2
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sin
coil
rotor
coils
current
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正樹 中野
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は回転電機に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rotary electric machine.

【0002】[0002]

【従来の技術】同一定格トルクの同期モータを独立に2
つ設け、それぞれを同期回転させるようにしたものが提
案されている(特開平9−275673号公報参照)。
2. Description of the Related Art Two synchronous motors having the same rated torque are independently provided.
It has been proposed to provide three of them and rotate them synchronously (see Japanese Patent Laid-Open No. 9-275673).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、構造をコン
パクトにするため、2つのロータと1つのステータを三
層構造かつ同一の軸上に構成することが考えられる(特
開平8−340663号公報参照)。
By the way, in order to make the structure compact, it is conceivable to construct two rotors and one stator on the same shaft with a three-layer structure (see Japanese Patent Laid-Open No. 8-340663). ).

【0004】この場合、2つのロータを別々に同期回転
させるため、ステータには各ロータに専用のコイルを用
意するとともに、この各専用コイルに流す電流を制御す
るインバータ(電流制御器)を2つ備えさせなければな
らない。
In this case, in order to rotate the two rotors separately in synchronization, a dedicated coil is prepared for each rotor in the stator, and two inverters (current controllers) for controlling the currents flowing through the dedicated coils are provided. You have to be prepared.

【0005】しかしながら、それぞれのコイル、それぞ
れのインバータに電流を流すのでは、電流による損失
(銅損、スイッチングロス)をまぬがれない。
However, if a current is passed through each coil and each inverter, the loss due to the current (copper loss, switching loss) cannot be avoided.

【0006】そこで本発明は、コイルを共用化するため
共通のコイルとし、このコイルに複合電流を流すことに
より、電流による損失を防止することを目的とする。
Therefore, in the present invention, the coils are commonly used.
A common coil, by passing a double coupling current to the coil, and to prevent the loss due to current.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、1つのス
テータと少なくとも1つが誘導コイルを備える2つのロ
ータとを三層構造かつ同一の軸上に構成するとともに、
前記2つのロータに対して別々の回転磁場を発生させる
共通のコイルを前記ステータに形成し、この共通のコイ
ルに前記各ロータに対応する電流を加え合わせた複合電
流を流す。
According to a first aspect of the present invention, one stator and two rotors at least one of which has an induction coil are constructed in a three-layer structure and on the same shaft.
Generate separate rotating magnetic fields for the two rotors
A common coil is formed on the stator, and a composite current obtained by adding currents corresponding to the rotors to the common coil is passed.

【0008】第2の発明では、第1の発明において前記
2つのロータの極対数の比がK:L(Kは偶数、Lは奇数)
の組み合わせである。
In a second invention, the ratio of the number of pole pairs of the two rotors in the first invention is K: L (K is an even number, L is an odd number).
Is a combination of.

【0009】第3の発明では、第2の発明において前記
Kが2、前記Lが1である。
According to a third invention, in the second invention,
K is 2 and L is 1.

【0010】第4の発明では、第1から第3までのいず
れか一つの発明において前記共通のコイルに前記複合電
流を流す手段がインバータである。
In a fourth aspect of the invention, in any one of the first to third aspects of the invention, the means for causing the composite current to flow through the common coil is an inverter.

【0011】第5の発明では、第1から第4までのいず
れか一つの発明において円筒状のステータの外側と内側
に所定の間隔をおいてロータを配置する。
According to a fifth aspect of the invention, in any one of the first to fourth aspects of the invention, the rotor is arranged at a predetermined distance outside and inside the cylindrical stator.

【0012】[0012]

【発明の効果】第1の発明によれば、ロータの一方をモ
ータとして、残りをジェネレータとして運転する場合
に、モータ駆動電力と発電電力の差の分の電流を単一の
コイルに流すだけでよいので、効率が大幅に向上する。
According to the first aspect of the present invention, when one of the rotors is operated as a motor and the other is operated as a generator, a current corresponding to the difference between the motor driving power and the generated power is passed through a single coil. Because it is good, the efficiency is greatly improved.

【0013】極対数の比が偶数:偶数の組み合わせであ
ったり、奇数:奇数の組み合わせであるときは、2つの
ロータとも駆動できるものの、ロータの回転にトルク変
動が生じるのであるが、第2の発明によれば、こうした
トルク変動を防止できる。
When the ratio of the number of pole pairs is an even: even combination or an odd: odd combination, two rotors can be driven, but torque fluctuations occur in the rotation of the rotors. According to the invention, such torque fluctuation can be prevented.

【0014】第3の発明によれば、ロータにコイルを備
えさせる場合に、そのロータコイルの数を最小にするこ
とができる。
According to the third aspect, when the rotor is provided with coils, the number of rotor coils can be minimized.

【0015】第4の発明によれば、ロータの一方をモー
タとして、残りをジェネレータとして運転する場合に、
モータ駆動電力と発電電力の差の分の電流を共通のコイ
ルに流すだけでよいことから、インバータの電力スイッ
チングトランジスタのキャパシタンスを減らすことがで
き、これによってスイッチング効率が向上し、より全体
効率が向上する。
According to the fourth invention, when one of the rotors operates as a motor and the other operates as a generator,
Since the current for the difference between the motor drive power and the generated power need only be passed through the common coil, the capacitance of the power switching transistor of the inverter can be reduced, which improves switching efficiency and improves overall efficiency. To do.

【0016】第5の発明によれば、2つのロータともス
テータからの距離が最短になるので、同じ電流をステー
タコイルに流した場合に、一方のロータがステータより
遠くなる配置の場合と比べて駆動トルクが大きくなる。
According to the fifth aspect of the invention, the distance between the two rotors is the shortest from the stator. Therefore, when the same current is applied to the stator coil, one rotor is farther than the stator. Drive torque increases.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1は発明の実施の形態の回転電
機本体1の断面図である。
1 is a sectional view of a rotary electric machine body 1 according to an embodiment of the invention.

【0018】同図において、円筒状のステータ2の外側
と内側に所定のギャップをおいてロータ3、4が配置され
(3層構造)、内側と外側の各ロータ3、4は全体を被覆
する外枠(図示しない)に対して回転可能にかつ同軸に
設けられている。
In the figure, rotors 3 and 4 are arranged on the outside and inside of a cylindrical stator 2 with a predetermined gap (three-layer structure), and the inside and outside rotors 3 and 4 cover the whole. It is rotatably and coaxially provided with respect to an outer frame (not shown).

【0019】この場合、ステータ2の内と外にロータ3、
4があるから、各ロータに対する回転磁界を発生させる
電流を流すため、ステータ2にコイル5を配置しなければ
ならないのであるが、図1に示す12個のコイル5の配置
は、図2を参照しての考察の結果、得られるものである
ため、まず図2を先に説明する。
In this case, the rotor 3,
Since there are four coils, it is necessary to arrange the coils 5 in the stator 2 in order to pass a current that generates a rotating magnetic field for each rotor. For the arrangement of the twelve coils 5 shown in FIG. 1, see FIG. As a result of the consideration described above, FIG. 2 will be described first.

【0020】図2において、内側ロータ3に対する回転
磁界を発生させる電流(三相交流)を流すため、ステー
タ2の内周側に3組のコイル5a(U相、V相、W相のコイ
ル)を等分に、また外側ロータ4に対する回転磁界を発
生させる電流(三相交流)を流すため、ステータ2の外
周側にも3組のコイル5b(A相、B相、C相のコイル)を等
分に円周上に沿って配置している。ただし、ステータ2
の外周側コイル5bの総数(12個)は内周側コイル5aの総
数(6個)の倍である。
In FIG. 2, three sets of coils 5a (U-phase, V-phase, W-phase coils) are provided on the inner peripheral side of the stator 2 in order to flow a current (three-phase alternating current) for generating a rotating magnetic field for the inner rotor 3. In order to flow a current (three-phase alternating current) that generates a rotating magnetic field for the outer rotor 4 equally, three sets of coils 5b (A-phase, B-phase, and C-phase coils) are also provided on the outer peripheral side of the stator 2. They are evenly arranged along the circumference. However, stator 2
The total number (12) of the outer peripheral side coils 5b is twice the total number (6) of the inner peripheral side coils 5a.

【0021】一方、ステータ2の内周側と外周側の各コ
イル5a、5bに対向して、各ロータ3、4に3組の誘導コイ
ル6、7が配置される。すなわち、内側ロータ3にはステ
ータ2の内周側コイル5aと同数(6個)の誘導コイル6(u
相、v相、w相のコイル)がロータ3の外周側に沿って等
分に、また外側ロータ4にステータ2の外周側コイル5bと
同数(12個)の誘導コイル7(a相、b相、c相のコイル)
がロータ4の内周側に沿って等分に配置される。
On the other hand, three sets of induction coils 6 and 7 are arranged in the rotors 3 and 4 so as to face the coils 5a and 5b on the inner circumference side and the outer circumference side of the stator 2, respectively. That is, the inner rotor 3 has the same number (six) of induction coils 6 (u) as the inner peripheral side coils 5a of the stator 2.
Phase, v phase, w phase coils) equally distributed along the outer peripheral side of the rotor 3, and the outer rotor 4 has the same number (12) induction coils 7 (a phase, b) as the outer peripheral side coils 5b of the stator 2. Phase, c phase coil)
Are evenly arranged along the inner peripheral side of the rotor 4.

【0022】なお、ステータとロータとでコイルの各相
の対応関係が見やすいように、大文字のアルファベット
を割り振ったステータコイル5a、5bに対して、各ロータ
の誘導コイル6、7には小文字のアルファベットを割り
振っている。
In order to make it easier to see the correspondence between the phases of the coils in the stator and the rotor, the stator coils 5a and 5b assigned uppercase letters to the induction coils 6 and 7 of each rotor and lowercase letters. Are allocated.

【0023】図においてアルファベットの下につけたア
ンダーラインは反対方向に電流を流すことを意味させて
いる。たとえば、180度離れた2つのA相コイルに図で紙
面裏側に向け電流を流すとすれば、180度離れた2つのA
相コイルには図で紙面表側に向かう電流を流すことにな
る。
In the figure, the underline under the alphabet means that current flows in the opposite direction. For example, if a current flows toward the paper back in Figure 180 degrees two A-phase coils apart, 180-degree apart two A
In the phase coil, a current flows toward the front side of the paper in the figure.

【0024】このように、2つのステータコイル5a、5b
を配置して三相交流を流すとき、内周側コイル5aに流す
電流により内側ロータ3の誘導コイル6に回転磁界(内側
回転磁界)が、また外周側コイル5bに流す電流により外
側ロータ4の誘導コイル7に回転磁界(外側回転磁界)が
与えられる。このとき、内側ロータ3の極対数は1、外側
ロータ4の極対数は2となり、2つのロータの極対数の比
が2:1の誘導モータが構成される。
Thus, the two stator coils 5a and 5b
When a three-phase alternating current is flown by arranging, the rotating magnetic field (inner rotating magnetic field) is generated in the induction coil 6 of the inner rotor 3 by the current flowing in the inner peripheral side coil 5a, and the current flowing in the outer peripheral side coil 5b in the outer rotor 4 is generated. A rotating magnetic field (outer rotating magnetic field) is applied to the induction coil 7. At this time, the number of pole pairs of the inner rotor 3 is 1, the number of pole pairs of the outer rotor 4 is 2, and an induction motor having a ratio of the number of pole pairs of the two rotors of 2: 1 is constructed.

【0025】さて、ステータ2の内周側と外周側にそれ
ぞれ配置した3組のコイル5a、5bは、各ロータ3、4に対
して専用に設けたコイルであり、ステータ2に2つの専
用コイルを設けたのでは、各専用コイルに流す電流を制
御するインバータを2つ備えさせなければならない。
Now, the three sets of coils 5a, 5b respectively arranged on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the stator 2 are coils provided exclusively for the respective rotors 3, 4 and two dedicated coils for the stator 2 are provided. With the provision of two, it is necessary to provide two inverters for controlling the current flowing through each dedicated coil.

【0026】これに対処するため、2つの専用コイル5
a、5bを、図1に示したように1つにする(共用させ
る)ことを考える。図2において互いに近接する2つの
コイル(コイルAとU、コイルBとW、コイルCとV、コイル
AとU、コイルBとW、コイルCとV)を1つにまとめること
ができるので、図2と図1のステータコイルを対照させ
ると、図1のステータコイル5に流す各ロータに対応す
る電流を加え合わせた複合電流(以下単に「複合電流」
という。)I1〜I12は、
To deal with this, two dedicated coils 5
Consider that a and 5b are integrated (shared) as shown in FIG. Two coils close to each other in FIG. 2 (coil A and U, coil B and W , coil C and V, coil
A and U, the coil B and W, since the coil C and V) can be combined into one, when contrasting the stator coil of FIG. 2 and FIG. 1, to correspond to each rotor flowing through the stator coil 5 in FIG. 1
That current summing composite current (hereinafter referred to simply as "complex current"
Say. ) I 1 to I 12 are

【0027】[0027]

【数1】 I1=IA+IU I2I C I3=IB+I W I4I A I5=IC+IV I6I B I7=IA+I U I8I C I9=IB+IW I10I A I11=IC+I V I12I B であればよいことが分かる。[Equation 1] I 1 = I A + I U I 2 = I C I 3 = I B + I W I 4 = I A I 5 = I C + I V I 6 = I B I 7 = I A + I It can be seen that U I 8 = I C I 9 = I B + I W I 10 = I A I 11 = I C + I V I 12 = I B

【0028】ただし、数1式において電流記号の下につ
けたアンダーラインは逆向きの電流であることを表して
いる。
However, in the equation (1), the underline under the current symbol indicates that the current flows in the opposite direction.

【0029】この場合、I1、I3、I5、I7、I9、I11の各
複合電流を流すコイルの負担が、I2、I4、I6、I8
I10、I12の各複合電流を流す残りのコイルよりも大きく
なるため、残りのコイルにも負担を分散させて内側回転
磁界を形成させることを考える。
In this case, the load on the coil for passing the composite current of I 1 , I 3 , I 5 , I 7 , I 9 , and I 11 is I 2 , I 4 , I 6 , I 8 , and I 8 ,
It is considered that the inner rotating magnetic field is formed by distributing the load to the remaining coils, because the coils become larger than the remaining coils that pass the combined currents of I 10 and I 12 .

【0030】たとえば、図2と図1を対照すると、コイ
ル5のうち図1で1、2を割り振ったコイルに対応する部
分は、図2では外周側コイル5bのうちのA、Cおよび内周
側コイル5aのうちのUである。この場合に、Uのコイルの
位相を図で時計回りに少しずらした状態を考え、そのず
らせたものを新たにU´のコイルとすると、U´のコイル
に流す電流IU´の半分ずつをAとCのコイルに割り振る。
残りも同様である。
For example, comparing FIG. 2 with FIG. 1, the portions of the coil 5 corresponding to the coils assigned with 1 and 2 in FIG. 1 are shown in FIG. It is U of the side coil 5a. In this case, consider the state where the phase of the U coil is slightly shifted clockwise in the figure, and if the shifted one is newly used as the U ′ coil, half of the current I U ′ flowing in the U ′ coil is divided by half. Allocate to coils A and C.
The rest is the same.

【0031】このようにすることで、別の電流設定とし
By doing this, as another current setting,

【0032】[0032]

【数2】 I1=IA+(1/2)IU´ I2I C+(1/2)IU´ I3=IB+(1/2)I W´ I4I A+(1/2)I W´ I5=IC+(1/2)IV´ I6I B+(1/2)IV´ I7=IA+(1/2)I U´ I8I C+(1/2)I U´ I9=IB+(1/2)IW´ I10I A+(1/2)IW´ I11=IC+(1/2)I V´ I12I B+(1/2)I V´ が得られる。[Equation 2] I 1 = I A + (1/2) I U'I 2 = I C + (1/2) I U'I 3 = I B + (1/2) I W'I 4 = I A + (1/2) I W'I 5 = I C + (1/2) I V'I 6 = I B + (1/2) I V'I 7 = I A + (1/2) I U'I 8 = I C + (1/2) I U'I 9 = I B + (1/2) I W'I 10 = I A + (1/2) I W'I 11 = I C + (1/2) I V 'I 12 = I B + (1/2) I V' is obtained.

【0033】さらに考えると、Considering further,

【0034】[0034]

【数3】 I1=IA+Ii I2I C+Iii I3=IB+Iiii I4I A+Iiv I5=IC+Iv I6I B+Ivi I7=IA+Ivii I8I C+Iviii I9=IB+Iix I10I A+Ix I11=IC+Ixi I12I B+Ixii でもかまわない。つまり、数3式の右辺第2項の電流Ii
〜Ixiiは図4に示したように12相交流となるわけで、こ
の12相交流で内側回転磁界を形成するようにすればよい
のである。
Equation 3] I 1 = I A + Ii I 2 = I C + Iii I 3 = I B + Iiii I 4 = I A + Iiv I 5 = I C + Iv I 6 = I B + Ivi I 7 = I A + Ivii I 8 = I C + Iviii I 9 = I B + Iix I 10 = I A + Ix I 11 = I C + Ixi I 12 = may even I B + Ixii. That is, the current I i of the second term on the right side of Equation 3
Ixii is a 12-phase alternating current as shown in FIG. 4, and the inner rotating magnetic field may be formed by the 12-phase alternating current.

【0035】なお、図5は図4に合わせて上記の数2式
に示した電流設定を図解したものである。
FIG. 5 illustrates the current setting shown in the above equation 2 in accordance with FIG.

【0036】このように電流設定を行うと、共通のコイ
ルでありながら、内側回転磁界と外側回転磁界の2つの
回転磁界が同時に発生するが、内側ロータ3の誘導コイ
ル6は外側回転磁界により回転力を与えられることがな
く、また外側ロータ4の誘導コイル7が内側回転磁界によ
り回転力を与えられることもない。この点は、後述する
ように、理論解析で証明されている。
When the current is set as described above, two rotating magnetic fields, that is, an inner rotating magnetic field and an outer rotating magnetic field are simultaneously generated although they are common coils, but the induction coil 6 of the inner rotor 3 is rotated by the outer rotating magnetic field. The force is not applied, and the induction coil 7 of the outer rotor 4 is not applied with the rotational force by the inner rotating magnetic field. This point has been proved by theoretical analysis, as will be described later.

【0037】図3は回転電機1を制御するためのブロッ
ク図である。
FIG. 3 is a block diagram for controlling the rotary electric machine 1.

【0038】上記の複合電流I1〜I12をステータコイル5
に供給するため、バッテリなどの電源11からの直流電流
を交流電流に変換するインバータ12を備える。瞬時電流
の全ての和は0になるためこのインバータ12は、通常の
3相ブリッジ型インバータを12相にしたものと同じで、2
4個のトランジスタとこのトランジスタと同数のダイオ
ードから構成されている。
The above composite currents I 1 to I 12 are applied to the stator coil 5
In order to supply the electric current to the battery, an inverter 12 for converting a direct current from a power source 11 such as a battery into an alternating current is provided. Since the sum of all the instantaneous currents becomes 0, this inverter 12
It is the same as the 3-phase bridge type inverter with 12 phases.
It consists of four transistors and the same number of diodes as these transistors.

【0039】インバータ12の各ゲート(トランジスタの
ベース)に与えるON、OFF信号はPWM信号であ
る。
The ON and OFF signals given to each gate (base of the transistor) of the inverter 12 are PWM signals.

【0040】制御回路15では、内側ロータ3、外側ロー
タ4に対する要求回転数のデータ(要求回転数指令値)
に基づいてPWM信号を発生させる。
In the control circuit 15, the data of the required rotation speed for the inner rotor 3 and the outer rotor 4 (required rotation speed command value)
A PWM signal is generated based on

【0041】このように、本発明の一実施形態では、1
つのステータ2と誘導コイル6、7を備える2つのロータ
3、4とを三層構造かつ同一の軸上に構成するとともに、
ステータ2に共通のコイル5を形成し、この共通のコイル
5に複合電流を流すようにしたことから、ロータの一方
をモータとして、残りをジェネレータとして運転する場
合に、モータ駆動電力と発電電力の差の分の電流を単一
のコイルに流すだけでよいので、効率を大幅に向上させ
ることができる。
As described above, in one embodiment of the present invention, 1
Two rotors with two stators 2 and induction coils 6, 7.
While configuring 3 and 4 on the same axis with a three-layer structure,
Form a common coil 5 in stator 2, the common coil
5 it has to flow a double coupling current, one of the rotor as a motor, when operating the remainder as a generator, only passing a minute current difference of the motor drive power and the generated power to a single coil Since it is good, the efficiency can be greatly improved.

【0042】また、2つのロータに対してインバータが1
つでよくなり、さらにロータの一方をモータとして、残
りをジェネレータとして運転する場合には、上記のよう
に、モータ駆動電力と発電電力の差の分の電流を共通
コイルに流すだけでよくなることから、インバータの電
力スイッチングトランジスタのキャパシタンスを減らす
ことができ、これによってスイッチング効率が向上し、
より全体効率が向上する。
Further, one inverter is provided for two rotors.
When operating one of the rotors as a motor and the other as a generator, it suffices to flow a current corresponding to the difference between the motor drive power and the generated power to a common coil as described above. Therefore, the capacitance of the power switching transistor of the inverter can be reduced, which improves the switching efficiency,
Overall efficiency is improved.

【0043】次に、2つのロータ4、3の極対数の比が
2:1の組み合わせのとき、回転電機として働かせ得るこ
とが理論的解析により判明している。以下にこの理論的
解析を項を分けて説明する。
Next, the ratio of the number of pole pairs of the two rotors 4 and 3 is
Theoretical analysis has revealed that in the case of the 2: 1 combination, it can function as a rotating electric machine. This theoretical analysis will be described below in terms of sections.

【0044】2つのロータの極対数比が2:1の最もシン
プルなものは、外側ロータの極対数が2、内側ロータの
極対数が1の場合で、これを図6(図1と同じもの)に
示す。ただし、理論的解析を行うときは、図1のように
ステータコイルを共用化したものよりも、2つの専用コ
イルに分離しているほうが考えやすいので、2つの専用
コイルに分離した図6で考える。
The simplest one in which the pole pair ratio of the two rotors is 2: 1 is the case where the outer rotor has two pole pairs and the inner rotor has one pole pair, which is the same as in FIG. ). However, when performing a theoretical analysis, it is easier to think of separating into two dedicated coils rather than sharing the stator coil as shown in FIG. .

【0045】なお、図6に示したN(2(2p)-2p)の表記に
ついて説明しておくと、左側の2(2p)=4pが外側ロータ
の磁極数、右側の2pが内側ロータの磁極数を表す。ま
た、Nは正の整数であり、(2(2p)-2p)を展開して整数倍
し円環にしたものでも同じであることを表している。
The N (2 (2p) -2p) notation shown in FIG. 6 will be described. 2 (2p) = 4p on the left side is the number of magnetic poles of the outer rotor, and 2p on the right side is the inner rotor. Indicates the number of magnetic poles. In addition, N is a positive integer, which means that (2 (2p) -2p) is expanded and multiplied by an integer to form a ring.

【0046】さて、誘導モータであるので、外側ロータ
4の滑り率をs、内側ロータ3の滑り率をσとすれば、外
側ロータ4は、(1-s)ω1の角速度で、また内側ロータ3は
(1-σ)ω2の角速度で回転する。ここで、外側ロータ駆
動用の三相交流の周波数をf1、内側ロータ駆動用の三相
交流の周波数をf2としたとき、ω1=2πf1、ω2=2πf2
である。
Since it is an induction motor, the outer rotor
Assuming that the slip ratio of 4 is s and the slip ratio of the inner rotor 3 is σ, the outer rotor 4 has an angular velocity of (1-s) ω 1 and the inner rotor 3 has
It rotates at an angular velocity of (1-σ) ω 2 . Here, when the frequency of the three-phase alternating current for driving the outer rotor is f 1 and the frequency of the three-phase alternating current for driving the inner rotor is f 2 , ω 1 = 2πf 1 , ω 2 = 2πf 2
Is.

【0047】〈1〉一方のロータ駆動用の回転磁界が他
方のロータの回転に与える影響について調べる。
<1> The influence of the rotating magnetic field for driving one rotor on the rotation of the other rotor will be examined.

【0048】〈1-1〉回転磁界 3組の内側ステータコイルU,V,Wに内側ロータ駆動用の三
相交流を流すと、内側ロータ3に対する回転磁界(内側
回転磁界)が発生する。このときの磁束密度B2(t,θ)を
<1-1> Rotating magnetic field When a three-phase alternating current for driving the inner rotor is passed through the three sets of inner stator coils U, V, W, a rotating magnetic field (inner rotating magnetic field) for the inner rotor 3 is generated. The magnetic flux density B 2 (t, θ) at this time is

【0049】[0049]

【数4】B2(t,θ)=B2 sin(ω2t-θ) ただし、B2:振幅 ω2:角速度 とおく。[Formula 4] B 2 (t, θ) = B 2 sin (ω 2 t-θ) where B 2 is the amplitude ω 2 is the angular velocity.

【0050】同様にして、外側ステータコイルA、B、C
に外側ロータ駆動用の三相交流を流すとき、回転磁界
(外側回転磁界)が発生する。このときの磁束密度B
1(t,θ)は
Similarly, the outer stator coils A, B, C
When a three-phase alternating current for driving the outer rotor is passed through, a rotating magnetic field (outer rotating magnetic field) is generated. Magnetic flux density B at this time
1 (t, θ) is

【0051】[0051]

【数5】B1(t,θ)=B1 sin(2ω2t-2θ) ただし、B1振幅 ω1:角速度 である。[Formula 5] B 1 (t, θ) = B 1 sin (2ω 2 t−2θ) where B 1 amplitude ω 1 is the angular velocity.

【0052】ただし、図では外側ロータコイルaと外側
ステータコイルA(内側ステータコイルU)との位相が合
った時刻を0として考える。
However, in the figure, the time when the outer rotor coil a and the outer stator coil A (inner stator coil U) are in phase is considered to be zero.

【0053】〈1-2〉内側回転磁界が外側ロータの回転
に与える影響 外側ロータコイルの各相同士がすべて直列に接続される
場合、外側ロータコイルa、b、cに誘起される起電圧E
a、Eb、Ecは、
<1-2> Effect of Inner Rotating Magnetic Field on Rotation of Outer Rotor When all phases of the outer rotor coil are connected in series, the electromotive voltage E induced in the outer rotor coils a, b, c
a, Eb, Ec are

【0054】[0054]

【数6】 Ea=d/dt×(B2(t,(1-s)ω1t)-B2(t,(1-s)ω1t+π/2)+B2
(t,(1-s)ω1t+π)-B2(t,(1-s)ω1t+3π/2)) Eb=d/dt×(B2(t,(1-s)ω1t+π/3)-B2(t,(1-s)ω1t+5π
/6)+B2(t,(1-s)ω1t+4π/3)-B2(t,(1-s)ω1t+11π/6)) Ec=d/dt×(-B2(t,(1-s)ω1t+π/6)+B2(t,(1-s)ω1t+2
π/3)-B2(t,(1-s)ω1t+7π/6)+B2(t,(1-s)ω1t+5π/3)) である。
[Equation 6] Ea = d / dt × (B 2 (t, (1-s) ω 1 t) -B 2 (t, (1-s) ω 1 t + π / 2) + B 2
(t, (1-s) ω 1 t + π) -B 2 (t, (1-s) ω 1 t + 3π / 2)) Eb = d / dt × (B 2 (t, (1-s ) ω 1 t + π / 3) -B 2 (t, (1-s) ω 1 t + 5π
/ 6) + B 2 (t, (1-s) ω 1 t + 4π / 3) -B 2 (t, (1-s) ω 1 t + 11π / 6)) Ec = d / dt × (- B 2 (t, (1-s) ω 1 t + π / 6) + B 2 (t, (1-s) ω 1 t + 2
π / 3) -B 2 (t, (1-s) ω 1 t + 7π / 6) + B 2 (t, (1-s) ω 1 t + 5π / 3)).

【0055】数6式に数4式を代入して計算する。Calculation is performed by substituting the equation (4) into the equation (6).

【0056】[0056]

【数7】 Ea=d/dt×B2(sin(ω2t-(1-s)ω1t)-sin(ω2t-(1-s)ω1
t-π/2)+sin(ω2t-(1-s)ω1t-π)-sin(ω2t-(1-s)ω1t-
3π/2)) Eb=d/dt×B2(sin(ω2t-(1-s)ω1t-π/3)-sin(ω2t-(1-
s)ω1t-5π/6)+sin(ω2t-(1-s)ω1t-4π/3)-sin(ω2t-
(1-s)ω1t-11π/6)) Ec=d/dt×B2(-sin(ω2t-(1-s)ω1t-π/6)+sin(ω2t-(1
-s)ω1t-2π/3)-sin(ω2t-(1-s)ω1t-7π/6)+sin(ω2t-
(1-s)ω1t-5π/3))
[Equation 7] Ea = d / dt × B 2 (sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t) -sin (ω 2 t- (1-s) ω 1
t-π / 2) + sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-π) -sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-
3π / 2)) Eb = d / dt × B 2 (sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-π / 3) -sin (ω 2 t- (1-
s) ω 1 t-5π / 6) + sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-4π / 3) -sin (ω 2 t-
(1-s) ω 1 t-11π / 6)) Ec = d / dt × B 2 (-sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-π / 6) + sin (ω 2 t- (1
-s) ω 1 t-2π / 3) -sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-7π / 6) + sin (ω 2 t-
(1-s) ω 1 t-5π / 3))

【0057】[0057]

【数8】 Ea=d/dt×B2(sin(ω2t-(1-s)ω1t)+sin(ω2t-(1-s)ω1
t-π)-sin(ω2t-(1-s)ω1t-π/2)-sin(ω2t-(1-s)ω1t-
3π/2)) Eb=d/dt×B2(sin(ω2t-(1-s)ω1t-π/3)+sin(ω2t-(1-
s)ω1t-4π/3)-sin(ω2t-(1-s)ω1t-5π/6)-sin(ω2t-
(1-s)ω1t-11π/6)) Ec=d/dt×B2(-sin(ω2t-(1-s)ω1t-π/6)-sin(ω2t-(1
-s)ω1t-7π/6)+sin(ω2t-(1-s)ω1t-2π/3)+sin(ω2t-
(1-s)ω1t-5π/3))
[Equation 8] Ea = d / dt × B 2 (sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t) + sin (ω 2 t- (1-s) ω 1
t-π) -sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-π / 2) -sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-
3π / 2)) Eb = d / dt × B 2 (sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-π / 3) + sin (ω 2 t- (1-
s) ω 1 t-4π / 3) -sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-5π / 6) -sin (ω 2 t-
(1-s) ω 1 t-11π / 6)) Ec = d / dt × B 2 (-sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-π / 6) -sin (ω 2 t- (1
-s) ω 1 t-7π / 6) + sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-2π / 3) + sin (ω 2 t-
(1-s) ω 1 t-5π / 3))

【0058】[0058]

【数9】 Ea=d/dt×B2(sin(ω2t-(1-s)ω1t)-sin(ω2t-(1-s)ω1t) -sin(ω2t-(1-s)ω1t-π/2)+sin(ω2t-(1-s)ω1t-π/2)) =0 Eb=d/dt×B2(sin(ω2t-(1-s)ω1t-π/3)-sin(ω2t-(1-s)ω1t-π/3) -sin(ω2t-(1-s)ω1t-5π/6)+sin(ω2t-(1-s)ω1t-5π/6)) =0 Ec=d/dt×B2(-sin(ω2t-(1-s)ω1t-π/6)+sin(ω2t-(1-s)ω1t-π/6) +sin(ω2t-(1-s)ω1t-2π/3)-sin(ω2t-(1-s)ω1t-2π/3)) =0 すなわち、外側ロータコイルに対して内側回転磁界を作
るための電流は作用せず、起電圧が発生しないから外側
ロータコイルに電流も流れず、したがって、駆動力を発
生しない。
[Equation 9] Ea = d / dt × B 2 (sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t) -sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t) -sin (ω 2 t -(1-s) ω 1 t-π / 2) + sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-π / 2)) = 0 Eb = d / dt × B 2 (sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-π / 3) -sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-π / 3) -sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t -5π / 6) + sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-5π / 6)) = 0 Ec = d / dt × B 2 (-sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-π / 6) + sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-π / 6) + sin (ω 2 t- (1-s) ω 1 t-2π / 3) -sin ( ω 2 t- (1-s) ω 1 t-2π / 3)) = 0 That is, the current for creating the inner rotating magnetic field does not act on the outer rotor coil, and the electromotive force does not occur, so the outer rotor coil No electric current flows through it, and therefore no driving force is generated.

【0059】〈1-3〉外側回転磁界が内側ロータの回転
に与える影響 外側回転磁界により内側ロータコイルu、v、wに誘起さ
れる起電圧Eu、Ev、Ewは、内側ロータコイルの各相同士
がすべて直列に接続されている場合、
<1-3> Effect of Outer Rotating Magnetic Field on Rotation of Inner Rotor The electromotive voltages Eu, Ev, Ew induced in the inner rotor coils u, v, w by the outer rotating magnetic field are the same as those of the inner rotor coils. If all the players are connected in series,

【0060】[0060]

【数10】 Eu=d/dt×(B1(t,(1-σ)ω2t+α)-B1(t,(1-σ)ω2t+π+
α)) Ev=d/dt×(B1(t,(1-σ)ω2t+2π/3+α)-B1(t,(1-σ)ω
2t+5π/3+α)) Ew=d/dt×(-B1(t,(1-σ)ω2t+π/3+α)+B1(t,(1-σ)ω
2t+4π/3+α)) ただし、α:外側ロータコイルaと外側ステータコイルA
(内側ステータコイルU)との位相が合った時刻での内
側ロータコイルuの位相のずれである。
[Equation 10] Eu = d / dt × (B 1 (t, (1-σ) ω 2 t + α) -B 1 (t, (1-σ) ω 2 t + π +
α)) Ev = d / dt × (B 1 (t, (1-σ) ω 2 t + 2π / 3 + α) -B 1 (t, (1-σ) ω
2 t + 5π / 3 + α)) Ew = d / dt × (-B 1 (t, (1-σ) ω) 2 t + π / 3 + α) + B 1 (t, (1-σ) ω
2 t + 4π / 3 + α)) where α: Outer rotor coil a and outer stator coil A
It is the phase shift of the inner rotor coil u at the time when the phase with (inner stator coil U) matches.

【0061】数10式に数5式を代入して計算する。The calculation is performed by substituting the equation 5 into the equation 10.

【0062】[0062]

【数11】 Eu=d/dt×B1(sin(2ω1t-2(1-σ)ω2t-2α)-sin(2ω1t-
2((1-σ)ω2t+π)-2α)) Ev=d/dt×B1(sin(2ω1t-2((1-σ)ω2t+2π/3)-2α)-si
n(2ω1t-2((1-σ)ω2t+5π/3)-2α)) Ew=d/dt×B1(sin(2ω1t-2((1-σ)ω2t+4π/3)-2α)-si
n(2ω1t-2((1-σ)ω2t+π/3)-2α))
[Equation 11] Eu = d / dt × B 1 (sin (2ω 1 t-2 (1-σ) ω 2 t-2α) -sin (2ω 1 t-
2 ((1-σ) ω 2 t + π) -2α)) Ev = d / dt × B 1 (sin (2ω 1 t-2 ((1-σ) ω 2 t + 2π / 3) -2α) -si
n (2ω 1 t-2 ((1-σ) ω 2 t + 5π / 3) -2α)) Ew = d / dt × B 1 (sin (2ω 1 t-2 ((1-σ) ω 2 t + 4π / 3) -2α) -si
n (2ω 1 t-2 ((1-σ) ω 2 t + π / 3) -2α))

【0063】[0063]

【数12】 Eu=d/dt×B1(sin(2ω1t-2(1-σ)ω2t-2α) -sin(2ω1t-2(1-σ)ω2t-2π-2α)) =0 Ev=d/dt×B1(sin(2ω1t-2(1-σ)ω2t-4π/3)-2α) -sin(2ω1t-2(1-σ)ω2t-10π/3)-2α)) =0 Ew=d/dt×B1(sin(2ω1t-2(1-σ)ω2t-8π/3-2α) -sin(2ω1t-2(1-σ)ω2t-2π/3-2α)) =0 すなわち、内側ロータコイルに対して外側回転磁界を作
るための電流は作用せず、起電圧が発生しないから、内
側ロータコイルに電流が流れず、したがって駆動力が発
生しない。
[Equation 12] Eu = d / dt × B 1 (sin (2ω 1 t-2 (1-σ) ω 2 t-2α) -sin (2ω 1 t-2 (1-σ) ω 2 t-2π- 2α)) = 0 Ev = d / dt × B 1 (sin (2ω 1 t-2 (1-σ) ω 2 t-4π / 3) -2α) -sin (2ω 1 t-2 (1-σ) ω 2 t-10π / 3) -2α)) = 0 Ew = d / dt × B 1 (sin (2ω 1 t-2 (1-σ) ω 2 t-8π / 3-2α) -sin (2ω 1 t-2 (1-σ) ω 2 t-2π / 3-2α)) = 0 That is, the current for creating the outer rotating magnetic field does not act on the inner rotor coil, and the electromotive voltage does not occur. No current flows in the rotor coil and therefore no driving force is generated.

【0064】〈1-4〉まとめ 内側ロータ駆動用の電流が外側ロータの回転に、また外
側ロータ駆動用の電流が内側ロータの回転に影響を及ぼ
すことはない。これによって、後述するように、内側ロ
ータ駆動用の電流によって内側ロータのみを、また外側
ロータ駆動用の電流によって外側ロータのみをコントロ
ールできることになる。
<1-4> Summary The current for driving the inner rotor does not affect the rotation of the outer rotor, and the current for driving the outer rotor does not affect the rotation of the inner rotor. As a result, as will be described later, only the inner rotor can be controlled by the current for driving the inner rotor, and only the outer rotor can be controlled by the current for driving the outer rotor.

【0065】〈2〉外側ロータコイルと外側ロータ駆動
用の電流の関係から駆動力を計算する。
<2> The driving force is calculated from the relationship between the outer rotor coil and the current for driving the outer rotor.

【0066】〈2-1〉外側ロータコイルに誘起される起
電圧 外側回転磁界により外側ロータコイルa、b、cに誘起さ
れる起電圧Ea、Eb、Ecは、外側ロータコイルの各相同士
がすべて直列に接続される場合、
<2-1> Electromotive voltage induced in the outer rotor coil The electromotive voltages Ea, Eb, Ec induced in the outer rotor coils a, b, c by the outer rotating magnetic field are generated by the phases of the outer rotor coils. If they are all connected in series,

【0067】[0067]

【数13】 Ea=d/dt×(B1(t,(1-s)ω1t)-B1(t,(1-s)ω1t+π/2)+B1
(t,(1-s)ω1t+π)-B1(t,(1-s)ω1t+3π/2)) Eb=d/dt×(B1(t,(1-s)ω1t+π/3)-B1(t,(1-s)ω1t+5π
/6)+B1(t,(1-s)ω1t+4π/3)-B1(t,(1-s)ω1t+11π/6)) Ec=d/dt×(-B1(t,(1-s)ω1t+π/6)+B1(t,(1-s)ω1t+2
π/3)-B1(t,(1-s)ω1t+7π/6)+B1(t,(1-s)ω1t+5π/3)) である。
[Equation 13] Ea = d / dt × (B 1 (t, (1-s) ω 1 t) -B 1 (t, (1-s) ω 1 t + π / 2) + B 1
(t, (1-s) ω 1 t + π) -B 1 (t, (1-s) ω 1 t + 3π / 2)) Eb = d / dt × (B 1 (t, (1-s ) ω 1 t + π / 3) -B 1 (t, (1-s) ω 1 t + 5π
/ 6) + B 1 (t, (1-s) ω 1 t + 4π / 3) -B 1 (t, (1-s) ω 1 t + 11π / 6)) Ec = d / dt × (- B 1 (t, (1-s) ω 1 t + π / 6) + B 1 (t, (1-s) ω 1 t + 2
π / 3) -B 1 (t, (1-s) ω 1 t + 7π / 6) + B 1 (t, (1-s) ω 1 t + 5π / 3)).

【0068】数13式に数5式を代入して計算する。The calculation is performed by substituting the equation 5 into the equation 13.

【0069】[0069]

【数14】 Ea=d/dt×B1(sin(2ω1t-2(1-s)ω1t)-sin(2ω1t-2((1-
s)ω1t+π/2))+sin(2ω1t-2((1-s)ω1t+π))-sin(2ω1t
-2((1-s)ω1t+3π/2))) Eb=d/dt×B1(sin(2ω1t-2((1-s)ω1t+π/3))-sin(2ω1
t-2((1-s)ω1t+5π/6))+sin(2ω1t-2((1-s)ω1t+4π/
3))-sin(ω12t-2((1-s)ω1t+11π/6))) Ec=d/dt×B1(-sin(2ω1t-2((1-s)ω1t+π/6))+sin(2ω
1t-2((1-s)ω1t+2π/3))-sin(2ω1t-2((1-s)ω1t+7π/
6))+sin(2ω1t-2((1-s)ω1t+5π/3)))
[Equation 14] Ea = d / dt × B 1 (sin (2ω 1 t-2 (1-s) ω 1 t) -sin (2ω 1 t-2 ((1-
s) ω 1 t + π / 2)) + sin (2ω 1 t-2 ((1-s) ω 1 t + π))-sin (2ω 1 t
-2 ((1-s) ω 1 t + 3π / 2))) Eb = d / dt × B 1 (sin (2ω 1 t-2 ((1-s) ω 1 t + π / 3))- sin (2ω 1
t-2 ((1-s) ω 1 t + 5π / 6)) + sin (2ω 1 t-2 ((1-s) ω 1 t + 4π /
3))-sin (ω 12 t-2 ((1-s) ω 1 t + 11π / 6))) Ec = d / dt × B 1 (-sin (2ω 1 t-2 ((1-s) ω 1 t + π / 6)) + sin (2ω
1 t-2 ((1-s) ω 1 t + 2π / 3))-sin (2ω 1 t-2 ((1-s) ω 1 t + 7π /
6)) + sin (2ω 1 t-2 ((1-s) ω 1 t + 5π / 3)))

【0070】[0070]

【数15】 Ea=d/dt×B1(sin(2sω1t)-sin(2(sω1t+π/2))+sin(2
(sω1t+π))-sin(2(sω1t+3π/2))) Eb=d/dt×B1(sin(2(sω1t+π/3))-sin(2(sω1t+5π/
6))+sin(2(sω1t+4π/3))-sin(2(sω1t+11π/6))) Ec=d/dt×B1(-sin(2(sω1t+π/6))+sin(2(sω1t+2π/
3))-sin(2(sω1t+7π/6))+sin(2(sω1t+5π/3)))
[Equation 15] Ea = d / dt × B 1 (sin (2sω 1 t) -sin (2 (sω 1 t + π / 2)) + sin (2
(sω 1 t + π))-sin (2 (sω 1 t + 3π / 2))) Eb = d / dt × B 1 (sin (2 (sω 1 t + π / 3))-sin (2 ( sω 1 t + 5π /
6)) + sin (2 (sω 1 t + 4π / 3))-sin (2 (sω 1 t + 11π / 6))) Ec = d / dt × B 1 (-sin (2 (sω 1 t + π / 6)) + sin (2 (sω 1 t + 2π /
3))-sin (2 (sω 1 t + 7π / 6)) + sin (2 (sω 1 t + 5π / 3)))

【0071】[0071]

【数16】 Ea=d/dt×B1(sin(2sω1t)-sin(2sω1t+π)+sin(2sω
1t+2π)-sin(2sω1t+3π)) Eb=d/dt×B1(sin(2sω1t+2π/3)-sin(2sω1t+5π/3)+s
in(2sω1t+8π/3)-sin(2sω1t+11π/3)) Ec=d/dt×B1(-sin(2sω1t+π/3)+sin(2sω1t+4π/3)-s
in(2sω1t+7π/3)+sin(2sω1t+10π/3))
## EQU16 ## Ea = d / dt × B 1 (sin (2sω 1 t) -sin (2sω 1 t + π) + sin (2sω
1 t + 2π) -sin (2sω 1 t + 3π)) Eb = d / dt × B 1 (sin (2sω 1 t + 2π / 3) -sin (2sω 1 t + 5π / 3) + s
in (2sω 1 t + 8π / 3) -sin (2sω 1 t + 11π / 3)) Ec = d / dt × B 1 (-sin (2sω 1 t + π / 3) + sin (2sω 1 t + 4π / 3) -s
in (2sω 1 t + 7π / 3) + sin (2sω 1 t + 10π / 3))

【0072】[0072]

【数17】 Ea=d/dt×4B1(sin(2sω1t)) Eb=d/dt×4B1(sin(2sω1t+2π/3)) Ec=d/dt×4B1(sin(2sω1t+4π/3))[Equation 17] Ea = d / dt × 4B 1 (sin (2sω 1 t)) Eb = d / dt × 4B 1 (sin (2sω 1 t + 2π / 3)) Ec = d / dt × 4B 1 (sin (2sω 1 t + 4π / 3))

【0073】[0073]

【数18】 Ea=8sω1B1(cos(2sω1t)) Eb=8sω1B1(cos(2sω1t+2π/3)) Ec=8sω1B1(cos(2sω1t+4π/3)) 〈2-2〉外側ロータコイルに流れる電流 外側ロータコイルに流れる電流Ia、Ib、Icは、外側ロー
タコイルにインピーダンスZ1の負荷がかかる場合、所定
の位相差ηをもつから、
(Equation 18) Ea = 8sω 1 B 1 (cos (2sω 1 t)) Eb = 8sω 1 B 1 (cos (2sω 1 t + 2π / 3)) Ec = 8sω 1 B 1 (cos (2sω 1 t + 4π / 3)) <2-2> Current flowing in outer rotor coil Currents Ia, Ib, Ic flowing in outer rotor coil have a predetermined phase difference η when the outer rotor coil is loaded with impedance Z 1 .

【0074】[0074]

【数19】 Ia=8I11cos(2sω1t+η) Ib=8I11cos(2sω1t+2π/3+η) Ic=8I11cos(2sω1t+4π/3+η) ただし、I1:振幅 である。Ia = 8I 11 cos (2sω 1 t + η) Ib = 8I 11 cos (2sω 1 t + 2π / 3 + η) Ic = 8I 11 cos (2sω 1 t + 4π / 3 + η) However, I 1 is the amplitude.

【0075】ただし、インピーダンスZ1はB1をI1に置き
換えるだけでよい適当な大きさのもの(I1=B1/|Z
1|)を選択している。
However, the impedance Z 1 has an appropriate magnitude (I 1 = B 1 / │Z) by replacing B 1 with I 1.
1 |) is selected.

【0076】〈2-3〉外側ロータコイルの受ける磁界 外側ロータコイルの受ける磁界は、上記の数5式のθに
(1-s)ω1t、(1-s)ω1t-2π/3、(1-s)ω1t-4π/3を代入
すればよいから、
<2-3> Magnetic Field Received by Outer Rotor Coil The magnetic field received by the outer rotor coil is given by θ in the above equation 5.
Since (1-s) ω 1 t, (1-s) ω 1 t-2π / 3, and (1-s) ω 1 t-4π / 3 should be substituted,

【0077】[0077]

【数20】 Ba(t)=B1sin(2ω1t-2(1-s)ω1t)=B1sin(2sω1t) Bb(t)=B1sin(2ω1t-2((1-s)ω1t-2π/3))=B1sin(2sω
1t-4π/3) Bc(t)=B1sin(2ω1t-2((1-s)ω1t-4π/3))=B1sin(2sω
1t-8π/3) である。
[Equation 20] Ba (t) = B 1 sin (2ω 1 t-2 (1-s) ω 1 t) = B 1 sin (2sω 1 t) Bb (t) = B 1 sin (2ω 1 t-2 ((1-s) ω 1 t-2π / 3)) = B 1 sin (2sω
1 t-4π / 3) Bc (t) = B 1 sin (2ω 1 t-2 ((1-s) ω 1 t-4π / 3)) = B 1 sin (2sω
1 t-8π / 3).

【0078】数19式と数20式より外側ロータコイル
に流れる電流が磁界から受ける力fa、fb、fcは、次のよ
うになる。
The forces fa, fb, and fc that the current flowing through the outer rotor coil receives from the magnetic field according to the equations (19) and (20) are as follows.

【0079】[0079]

【数21】 fa=Ia×Ba=8I11cos(2sω1t+η)×B1sin(2sω1t) fb=Ib×Bb=8I11cos(2sω1t+2π/3+η)×B1sin(2s
ω1t-4π/3) fc=Ic×Bc=8I11cos(2sω1t+4π/3+η)×B1sin(2s
ω1t-8π/3)
[Formula 21] fa = Ia × Ba = 8I 11 cos (2sω 1 t + η) × B 1 sin (2sω 1 t) fb = Ib × Bb = 8I 11 cos (2sω 1 t + 2π / 3 + η) × B 1 sin (2s
ω 1 t-4π / 3) fc = Ic × Bc = 8I 11 cos (2s ω 1 t + 4π / 3 + η) × B 1 sin (2s
ω 1 t-8π / 3)

【0080】[0080]

【数22】 fa=8I1B11cos(2sω1t+η)sin(2sω1t) fb=8I1B11cos(2sω1t+2π/3+η)sin(2sω1t-4π/3) fc=8I1B11cos(2sω1t+4π/3+η)sin(2sω1t-8π/3) ここで、cos(a)sin(b)=1/2(sin(a+b)-sin(a-b))の公式
を用いて
[Equation 22] fa = 8I 1 B 11 cos (2sω 1 t + η) sin (2sω 1 t) fb = 8I 1 B 11 cos (2sω 1 t + 2π / 3 + η) sin (2sω 1 t-4π / 3) fc = 8I 1 B 11 cos (2sω 1 t + 4π / 3 + η) sin (2sω 1 t-8π / 3) where cos (a) sin (b) = 1 / Using the formula of 2 (sin (a + b) -sin (ab))

【0081】[0081]

【数23】 fa=4I1B11(sin(2sω1t+η+2sω1t)-sin(2sω1t+η-
2sω1t)) fb=4I1B11(sin(2sω1t+2π/3+η+2sω1t-4π/3)-si
n(2sω1t+2π/3+η-2sω1t+4π/3)) fc=4I1B11(sin(2sω1t+4π/3+η+2sω1t-8π/3)-si
n(2sω1t+4π/3+η-2sω1t+8π/3))
[Mathematical formula-see original document] fa = 4I 1 B 11 (sin (2sω 1 t + η + 2sω 1 t) -sin (2sω 1 t + η-
2sω 1 t)) fb = 4I 1 B 11 (sin (2sω 1 t + 2π / 3 + η + 2sω 1 t-4π / 3) -si
n (2sω 1 t + 2π / 3 + η-2sω 1 t + 4π / 3)) fc = 4I 1 B 11 (sin (2sω 1 t + 4π / 3 + η + 2sω 1 t-8π / 3) -si
n (2sω 1 t + 4π / 3 + η-2sω 1 t + 8π / 3))

【0082】[0082]

【数24】 fa=4I1B11(sin(4sω1t+η)-sin(η)) fb=4I1B11(sin(4sω1t-2π/3+η)-sin(2π+η)) fc=4I1B11(sin(4sω1t-4π/3+η)-sin(4π+η)) 〈2-4〉駆動力 駆動力Fは、上記の力fa、fb、fcを合計したものをコイ
ルの数だけ倍すればよい。
[Equation 24] fa = 4I 1 B 11 (sin (4sω 1 t + η) -sin (η)) fb = 4I 1 B 11 (sin (4sω 1 t-2π / 3 + η) -sin (2π + η)) fc = 4I 1 B 11 (sin (4sω 1 t-4π / 3 + η) -sin (4π + η)) <2-4> Driving force Driving force F is The sum of fa, fb and fc should be multiplied by the number of coils.

【0083】[0083]

【数25】 〈2-5〉まとめ 数25式によれば、外側ステータコイルA、B、Cに流し
込む三相交流によって外側ロータに作用する駆動力をコ
ントロールできることを示している。
[Equation 25] <2-5> Summary According to Equation 25, it is shown that the driving force acting on the outer rotor can be controlled by the three-phase alternating current flowing into the outer stator coils A, B, and C.

【0084】〈3〉内側ロータコイルと内側ロータ駆動
用の電流の関係から駆動力を計算する。ここでの解析
は、次に述べるように上記の〈2〉とほぼ同様である。
<3> The driving force is calculated from the relationship between the inner rotor coil and the inner rotor driving current. The analysis here is almost the same as the above <2> as described below.

【0085】〈3-1〉内側ロータコイルに誘起される起
電圧 内側回転磁界により内側ロータコイルu、v、wに誘起さ
れる起電圧Eu、Ev、Ewは、内側ロータコイルの各相同士
がすべて直列に接続される場合、
<3-1> Electromotive voltage induced in the inner rotor coil The electromotive voltages Eu, Ev, Ew induced in the inner rotor coils u, v, w by the inner rotating magnetic field are the phases of the inner rotor coils. If they are all connected in series,

【0086】[0086]

【数26】 Eu=d/dt×(B2(t,(1-σ)ω2t+α)-B2(t,(1-σ)ω2t+π+
α)) Ev=d/dt×(B2(t,(1-σ)ω2t+2π/3+α)-B2(t,(1-σ)ω
2t+5π/3+α)) Ew=d/dt×(-B2(t,(1-σ)ω2t+π/3+α)+B2(t,(1-σ)ω
2t+4π/3+α)) となるので、この数26式に数4式を代入して計算す
る。
[Equation 26] Eu = d / dt × (B 2 (t, (1-σ) ω 2 t + α) -B 2 (t, (1-σ) ω 2 t + π +
α)) Ev = d / dt × (B 2 (t, (1-σ) ω 2 t + 2π / 3 + α) -B 2 (t, (1-σ) ω
2 t + 5π / 3 + α)) Ew = d / dt × (-B 2 (t, (1-σ) ω) 2 t + π / 3 + α) + B 2 (t, (1-σ) ω
2 t + 4π / 3 + α)), the equation (4) is substituted into this equation (26) for calculation.

【0087】[0087]

【数27】 Eu=d/dt×B2(sin(ω2t-(1-σ)ω2t-α)-sin(ω2t-(1-
σ)ω2t-π-α)) Ev=d/dt×B2(sin(ω2t-(1-σ)ω2t-2π/3-α)-sin(ω2
t-(1-σ)ω2t-5π/3-α)) Ew=d/dt×B2(sin(ω2t-(1-σ)ω2t-π/3-α)-sin(ω2t
-(1-σ)ω2t-4π/3-α))
[Equation 27] Eu = d / dt × B 2 (sin (ω 2 t- (1-σ) ω 2 t-α) -sin (ω 2 t- (1-
σ) ω 2 t-π-α)) Ev = d / dt × B 2 (sin (ω 2 t- (1-σ) ω 2 t-2π / 3-α) -sin (ω 2
t- (1-σ) ω 2 t-5π / 3-α)) Ew = d / dt × B 2 (sin (ω 2 t- (1-σ) ω 2 t-π / 3-α) -sin (ω 2 t
-(1-σ) ω 2 t-4π / 3-α))

【0088】[0088]

【数28】 Eu=d/dt×2B2 sin(σω2t-α) Ev=d/dt×2B2 sin(σω2t+2π/3-α) Ew=d/dt×2B2 sin(σω2t+4π/3-α)(Equation 28) Eu = d / dt × 2B 2 sin (σω 2 t-α) Ev = d / dt × 2B 2 sin (σω 2 t + 2π / 3-α) Ew = d / dt × 2B 2 sin ( σω 2 t + 4π / 3-α)

【0089】[0089]

【数29】 Eu=2B2σω2cos(σω2t-α) Ev=2B2σω2cos(σω2t-2π/3-α) Ew=2B2σω2cos(σω2t-4π/3-α) 〈3−2〉内側ロータコイルに流れる電流 内側ロータコイルに流れる電流Iu、Iv、Iwは、内側ロー
タコイルにインピーダンスZ2の負荷がかかる場合、所定
の位相差γをもつから、
(Equation 29) Eu = 2B 2 σω 2 cos (σω 2 t-α) Ev = 2B 2 σω 2 cos (σω 2 t-2π / 3-α) Ew = 2B 2 σω 2 cos (σω 2 t-4π / 3-α) <3-2> Current flowing in the inner rotor coil The currents Iu, Iv, Iw flowing in the inner rotor coil have a predetermined phase difference γ when the load of impedance Z 2 is applied to the inner rotor coil.

【0090】[0090]

【数30】 Iu=2I2σω2cos(σω2t-α+γ) Iv=2I2σω2cos(σω2t-2π/3-α+γ) Iw=2I2σω2cos(σω2t-4π/3-α+γ) ただし、I2:振幅 である。Iu = 2I 2 σω 2 cos (σω 2 t-α + γ) Iv = 2I 2 σω 2 cos (σω 2 t-2π / 3-α + γ) Iw = 2I 2 σω 2 cos (σω 2 t-4π / 3-α + γ) where I 2 is the amplitude.

【0091】ただし、インピーダンスZ2はB2をI2に置き
換えるだけでよい適当な大きさのもの(I2=B2/|Z
2|)を選択している。
However, the impedance Z 2 has an appropriate magnitude (I 2 = B 2 / │Z) by replacing B 2 with I 2.
2 |) is selected.

【0092】〈3-3〉内側ロータコイルの受ける磁界 内側ロータコイルの受ける磁界は数4式のθに(1-σ)ω
2t-α、(1-σ)ω2t-α-2π/3、(1-σ)ω2t-α-4π/3を
代入して、
<3-3> Magnetic field received by inner rotor coil The magnetic field received by the inner rotor coil is (1-σ) ω
Substituting 2 t-α, (1-σ) ω 2 t-α-2π / 3, (1-σ) ω 2 t-α-4π / 3,

【0093】[0093]

【数31】 Bu(t)=B2 sin(ω2t-(1-σ)ω2t-α)=B2 sin(σω2t-
α) Bv(t)=B2 sin(ω2t-(1-σ)ω2t-α-2π/3)=B2 sin(σ
ω2t-α-2π/3) Bw(t)=B2 sin(ω2t-(1-σ)ω2t-α-4π/3)=B2 sin(σ
ω2t-α-4π/3) を得る。
(31) Bu (t) = B 2 sin (ω 2 t- (1-σ) ω 2 t-α) = B 2 sin (σω 2 t-
α) Bv (t) = B 2 sin (ω 2 t- (1-σ) ω 2 t-α-2π / 3) = B 2 sin (σ
ω 2 t-α-2π / 3) Bw (t) = B 2 sin (ω 2 t- (1-σ) ω 2 t-α-4π / 3) = B 2 sin (σ
We get ω 2 t-α-4π / 3).

【0094】数30式と数31式より内側ロータコイル
に流れる電流が磁界から受ける力fu、fv、fwは、次のよ
うになる。
According to the equations (30) and (31), the forces fu, fv, fw that the current flowing through the inner rotor coil receives from the magnetic field are as follows.

【0095】[0095]

【数32】 fu=Iu×Bu=2I2σω2 cos(σω2t-α+η)×B2 sin(σ
ω2t-α) fv=Iv×Bv=2I2σω2 cos(σω2t-α+η-2π/3)×B2 s
in(σω2t-α-2π/3) fw=Iw×Bw=2I2σω2 cos(σω2t-α+η-4π/3)×B2 s
in(σω2t-α-4π/3)
[Equation 32] fu = Iu × Bu = 2I 2 σω 2 cos (σω 2 t-α + η) × B 2 sin (σ
ω 2 t-α) fv = Iv × Bv = 2I 2 σω 2 cos (σω 2 t-α + η-2π / 3) × B 2 s
in (σω 2 t-α-2π / 3) fw = Iw × Bw = 2I 2 σω 2 cos (σω 2 t-α + η-4π / 3) × B 2 s
in (σω 2 t-α-4π / 3)

【0096】[0096]

【数33】 fu=2I2B2σω2 cos(σω2t-α+η)×sin(σω2t-α) fv=2I2B2σω2 cos(σω2t-α+η-2π/3)×sin(σω2t
-α-2π/3) fw=2I2B2σω2 cos(σω2t-α+η-4π/3)×sin(σω2t
-α-4π/3) ここで、cos(a)sin(b)=1/2(sin(a+b)-sin(a-b))の公式
を用いて
[Mathematical formula-see original document] fu = 2I 2 B 2 σω 2 cos (σω 2 t-α + η) × sin (σω 2 t-α) fv = 2I 2 B 2 σω 2 cos (σω 2 t-α + η-2π / 3) × sin (σω 2 t
-α-2π / 3) fw = 2I 2 B 2 σω 2 cos (σω 2 t-α + η-4π / 3) × sin (σω 2 t
-α-4π / 3) where we use the formula cos (a) sin (b) = 1/2 (sin (a + b) -sin (ab))

【0097】[0097]

【数34】 fu=2I2B2σω2(1/2(sin(σω2t-α+η+σω2t-α)-sin
(σω2t-α+η-σω2t+α))) fv=2I2B2σω2(1/2(sin(σω2t-α+η-2π/3+σω2t-
α-2π/3)-sin(σω2t-α+η-2π/3-σω2t+α+2π/
3))) fw=2I2B2σω2(1/2(sin(σω2t-α+η-4π/3+σω2t-
α-4π/3)-sin(σω2t-α+η-4π/3-σω2t+α+4π/
3)))
[Equation 34] fu = 2I 2 B 2 σω 2 (1/2 (sin (σω 2 t-α + η + σω 2 t-α) -sin
(σω 2 t-α + η-σω 2 t + α))) fv = 2I 2 B 2 σω 2 (1/2 (sin (σω 2 t-α + η-2π / 3 + σω 2 t-
α-2π / 3) -sin (σω 2 t-α + η-2π / 3-σω 2 t + α + 2π /
3))) fw = 2I 2 B 2 σω 2 (1/2 (sin (σω 2 t-α + η-4π / 3 + σω 2 t-
α-4π / 3) -sin (σω 2 t-α + η-4π / 3-σω 2 t + α + 4π /
3)))

【0098】[0098]

【数35】 fu=I2B2σω2(sin(2σω2t+η-2α)-sin(γ)) fv=I2B2σω2(sin(2σω2t+η-2α-4π/3)-sin(γ)) fw=I2B2σω2(sin(2σω2t+η-2α-8π/3)-sin(γ)) 〈3-4〉駆動力 駆動力Fは、上記の力fu、fv、fwを合計したものをコイ
ル数の数だけ倍すればよい。
F = I 2 B 2 σω 2 (sin (2σω 2 t + η-2α) -sin (γ)) fv = I 2 B 2 σω 2 (sin (2σω 2 t + η-2α-4π / 3) -sin (γ)) fw = I 2 B 2 σω 2 (sin (2σω 2 t + η-2α-8π / 3) -sin (γ)) <3-4> Driving force Driving force F is The sum of the forces fu, fv, and fw can be multiplied by the number of coils.

【0099】[0099]

【数36】 〈3-5〉まとめ 数36式によれば、内側ステータコイルU、V、Wに流し
込む三相交流によって内側ロータに作用する駆動力をコ
ントロールできる。
[Equation 36] <3-5> Summary According to the formula 36, the driving force acting on the inner rotor can be controlled by the three-phase alternating current flowing into the inner stator coils U, V, W.

【0100】〈4〉まとめ このように、A、B、C相のステータコイルに流す駆動電
流は、外側ロータコイルa、b、cのみに作用し、通常の
誘導モータのようにインピーダンスZ2に応じてA−a、B
−b、C−c間に位相差ηが発生し、これによって外側ロ
ータに駆動力が発生する。同様にして、U、V、W相のス
テータコイルに流す駆動電流は、内側ロータコイルu、
v、wのみに作用し、これもインピーダンスZ2に応じてU
−u、V−v、W−w間に位相差γが発生し、これによって
内側ロータに駆動力が発生する。
<4> Summary As described above, the drive currents applied to the A, B, and C-phase stator coils act only on the outer rotor coils a, b, and c, and the impedance Z 2 becomes equal to that of the normal induction motor. Depending on A-a, B
A phase difference η is generated between −b and C−c, which causes a driving force to be generated in the outer rotor. Similarly, the drive currents flowing in the U, V, and W phase stator coils are
It acts only on v and w, which is also U depending on the impedance Z 2.
A phase difference γ is generated between −u, V−v, and W−w, which causes a driving force to be generated in the inner rotor.

【0101】このようにして、2つのロータの極対数比
が2:1の組み合わせである場合に、回転電機として働く
ことが証明された。
In this way, it was proved that the rotor functions as a rotating electric machine when the pole pair number ratio of the two rotors is 2: 1.

【0102】これで、理論的な解析を終える。This completes the theoretical analysis.

【0103】さて、実施形態では極対数比が2:1の組み
合わせ(つまり偶数:奇数の組み合わせ)で説明した
が、実は極対数比の組み合わせはこれに限られるもので
なく、偶数:偶数や奇数:奇数の組み合わせでも回転電
機として働かせることが可能であることが判明してい
る。
In the embodiment, the combination of the pole pair number ratio is 2: 1 (that is, the even number: odd number combination), but the combination of the pole pair number ratio is not limited to this. : It has been found that even an odd number of combinations can work as a rotating electric machine.

【0104】しかしながら、偶数:偶数や奇数:奇数の
組み合わせであるときは、2つのロータとも駆動できる
ものの、外側ロータ駆動用の電流が内側ロータコイルに
影響を与える(外側ロータ駆動用の電流が内側ロータコ
イルに影響を与える)ことから、ロータの回転にトルク
変動が生じる。
However, in the case of a combination of even: even and odd: odd, both rotors can be driven, but the current for driving the outer rotor affects the inner rotor coil (the current for driving the outer rotor is (This affects the rotor coil), which causes torque fluctuations in the rotation of the rotor.

【0105】これに対して、極対数比が偶数:奇数の組
み合わせであるときは、上記の〈1〉で前述したよう
に、外側ロータ駆動用の電流が内側ロータコイルに、ま
た外側ロータ駆動用の電流が内側ロータコイルにいずれ
も影響することがないので、こうしたトルク変動が生じ
ることがないのである。
On the other hand, when the pole pair number ratio is an even: odd combination, as described above in <1>, the current for driving the outer rotor is supplied to the inner rotor coil and the current for driving the outer rotor. Since the electric current of 1 does not affect the inner rotor coil, the torque fluctuation does not occur.

【0106】また、極対数比が偶数:奇数の組み合わせ
である場合に、特に偶数が2、奇数が1のとき、ロータコ
イルの数を最小にすることができる。たとえば、極対数
1に対して2個のコイルが必要となり、三相交流を流すた
めにはその3倍のコイルが必要となることから、内側ロ
ータコイルの総数は2×3=6個となる。同様にして、外
側ロータコイルの総数はその2倍の12個となる。これに
対して、極対数比が2:1の組み合わせ以外のときには、
2つのロータコイル総数の最小公倍数が12を超えること
になる。
Further, when the pole-pair number ratio is an even-odd combination, particularly when the even-number is 2 and the odd-number is 1, the number of rotor coils can be minimized. For example, the pole logarithm
Two coils are required for one, and three times as many coils are required to pass a three-phase alternating current, so the total number of inner rotor coils is 2 × 3 = 6. Similarly, the total number of outer rotor coils is doubled to 12 coils. On the other hand, when the pole logarithmic ratio is other than 2: 1,
The least common multiple of the total number of two rotor coils will exceed 12.

【0107】実施形態では、2つのロータとも誘導コイ
ルを配置した場合で説明したが、これに限られるもので
なく、少なくとも1つのロータが誘導コイルを備えるも
のであればよい。たとえば、いずれか一方のロータを永
久磁石や電磁石で構成してもかまわない。
In the embodiment, the case where the induction coils are arranged in the two rotors has been described. However, the present invention is not limited to this, and at least one rotor may include the induction coils. For example, either one of the rotors may be composed of a permanent magnet or an electromagnet.

【0108】また、ステータと2つのロータの並び方は
基本的にどんな並び方でもかまわない。たとえば、ステ
ータの内側に2つのロータを配置したり、ステータの外
側に2つのロータを配置することもできる。
In addition, the arrangement of the stator and the two rotors may basically be any arrangement. For example, two rotors can be arranged inside the stator, or two rotors can be arranged outside the stator.

【0109】モータ駆動電流回路はPWM信号を用いる
場合に限らず、PAM信号その他の信号を用いる場合で
もかまわない。
The motor drive current circuit is not limited to the case of using the PWM signal, but may be the case of using the PAM signal or other signals.

【0110】実施形態では、回転電機の構造がラジアル
ギャップ型(径方向にロータとステータの空隙がある)
のものについて述べたが、アキシャルギャップ型(軸方
向にロータとステータの空隙がある)のものについても
本発明を適用できる。
In the embodiment, the structure of the rotary electric machine is a radial gap type (there is a gap between the rotor and the stator in the radial direction).
However, the present invention can also be applied to an axial gap type (there is a gap between the rotor and the stator in the axial direction).

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】一実施形態の回転電機本体の概略断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a rotating electric machine body according to an embodiment.

【図2】ステータ2の内周側と外周側に専用コイルを配
置した回転電機本体の概略断面図。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a rotating electric machine body in which dedicated coils are arranged on an inner peripheral side and an outer peripheral side of a stator 2.

【図3】制御システム図。FIG. 3 is a control system diagram.

【図4】12相交流の分布を示す波形図。FIG. 4 is a waveform diagram showing a distribution of 12-phase alternating current.

【図5】交流の分布を示す波形図。FIG. 5 is a waveform chart showing an AC distribution.

【図6】N(2(2p)-2p)基本形を考えるのに参照するモデ
ル図。
FIG. 6 is a model diagram to be referred to when considering an N (2 (2p) -2p) basic form.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 ステータ 3 内側ロータ 4 外側ロータ 5 コイル 2 stator 3 Inner rotor 4 outer rotor 5 coils

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 16/02 H02K 17/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02K 16/02 H02K 17/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】1つのステータと少なくとも1つが誘導コ
イルを備える2つのロータとを三層構造かつ同一の軸上
に構成するとともに、前記2つのロータに対して別々の
回転磁場を発生させる共通のコイルを前記ステータに形
成し、この共通のコイルに前記各ロータに対応する電流
を加え合わせた複合電流を流すことを特徴とする回転電
機。
1. A stator and two rotors, at least one of which is provided with an induction coil, are constructed in a three-layer structure and on the same shaft, and separate rotors are provided for the two rotors.
A common coil for generating a rotating magnetic field is formed in the stator, and a current corresponding to each rotor is formed in the common coil.
A rotating electric machine characterized in that a combined current obtained by adding the above is applied .
【請求項2】前記2つのロータの極対数の比はK:L(K
は偶数、Lは奇数)の組み合わせであることを特徴とす
る請求項1に記載の回転電機。
2. The ratio of the number of pole pairs of the two rotors is K: L (K
Is an even number and L is an odd number), and the rotating electric machine according to claim 1, wherein:
【請求項3】前記Kは2、前記Lは1であることを特徴とす
る請求項2に記載の回転電機。
3. The rotating electric machine according to claim 2, wherein the K is 2 and the L is 1.
【請求項4】前記共通のコイルに前記複合電流を流す手
段はインバータであることを特徴とする請求項1から3
までのいずれか一つに記載の回転電機。
4. The means for causing the composite current to flow through the common coil is an inverter.
The rotating electric machine according to any one of the above.
【請求項5】円筒状のステータの外側と内側に所定の間
隔をおいてロータを配置することを特徴とする請求項1
から4までのいずれか一つに記載の回転電機。
5. The rotor is arranged on the outer side and the inner side of a cylindrical stator at a predetermined interval.
The rotating electrical machine according to any one of 1 to 4.
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