JP3678202B2

JP3678202B2 - Rotating electric machine

Info

Publication number: JP3678202B2
Application number: JP2002068340A
Authority: JP
Inventors: 観赤津
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: JP2003274589A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステータの内周および外周の双方にロータを同軸状に配置して成る二重ロータ構造の回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二重ロータ構造の回転電機の従来例としては、例えば特開平１１−２７５８２６号公報に記載されたものがある。この従来例の回転電機は、ロータがステータの内周および外周に配置されており、ステータには軸方向にコイルが巻回されているため、ステータ内の磁束は径方向に流れることになる。
【０００３】
上記従来例の回転電機の磁界の流れを図８に基づいて説明する。図８はアウターロータ磁路およびインナーロータ磁路を示している。アウターロータ磁路は、アウター磁石からアウターロータを経て隣接するインナー側ステータ間の空隙を横切ってアウター磁石に戻る経路となり、同様に、インナーロータ磁路は、インナー磁石からインナーロータを経て隣接するアウター側ステータ間の空隙を横切ってインナー磁石に戻る経路となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例の回転電機は、アウターロータ磁路およびインナーロータ磁路が隣接ステータ間空隙を横切る構成となっているため、磁路の磁場抵抗が大きくなり、隣接ステータ間に空隙が存在しない構成の回転電機に比べて、ステータ鎖交磁束数が減少するという問題がある。
【０００５】
なお、上記図８には隣接ステータ間空隙を通る磁路のみを示したが、例えばアウターロータ磁路を構成するアウターロータ磁束が隣接ステータ間空隙を通らずにインナーロータ内を通る構成とした場合であっても、アウターロータ磁束がアウター磁石からステータおよびインナーロータ間の空隙を経てインナーロータ磁石内を通過することになり、磁場抵抗が大きくなってしまう。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、上記従来技術と同数の磁石を使用しつつ上記従来例よりも磁場抵抗を減少させる構造とすることにより、ステータ鎖交磁束数を増加させて出力を増加させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の第１発明は、ステータの内周および外周の双方にロータを同軸状に配置して成る二重ロータ構造の回転電機において、前記ステータは、複数のステータピースと、ステータ軸方向両端にそれぞれ設置され、円周状に等間隔に配置された前記ステータピースを固定するブラケットと、ステータ軸方向に磁界が発生するよう前記ステータピースの外周に巻回されるコイルと、前記二重ロータ構造をなすアウターロータおよびインナーロータのそれぞれに前記コイルをステータ軸方向で挟み込むよう配置される互いに異極の多極対の磁石より成る、アウター磁石およびインナー磁石とを具備して成り、前記ステータピースは、アウターロータの極対数をＰ０とし、インナーロータの極対数をＰ１とし、アウターロータの駆動相数をＭ０とし、インナーロータの駆動相数をＭ１としたとき、Ｐ０×Ｍ０およびＰ１×Ｍ１の最小公倍数の半分の数だけ配置されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の第２発明は、前記ステータピースは、アウターロータ側がインナーロータ側よりも広くなる扇型断面形状をなすことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の第３発明は、前記ステータピースの周囲に巻回されるコイルは、円周方向において隣接するステータピース間に形成された軸方向に貫通する空隙を経て前記ブラケット側に取り出されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の第４発明は、円周状に等間隔に配置されたステータピースは、ステータ軸方向両端に設置されたブラケット間をステータ支持ボルトで締結することにより固定され、該ステータ支持ボルトは、円周方向において隣接するステータピース間に形成された軸方向に貫通する空隙に配置されることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の第５発明は、前記ステータピースはアウターロータ側がインナーロータ側よりも広くなる扇型断面形状を有し、該ステータピースの扇型断面の内部をステータ支持ボルトが貫通することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の第６発明は、前記アウター磁石およびインナー磁石の１極対を構成する互いに異極の２つの磁石を、ステータ軸方向に対してオフセットさせて配置することを特徴とする。
【００１４】
【発明の効果】
第１発明によれば、上記構成とすることにより、ステータ内を通る磁界の方向がステータ軸方向になるから、アウターロータへ向かう磁束はステータからステータおよびアウターロータ間空隙を経てアウターロータに至る経路となり、インナーロータへ向かう磁束はステータからステータおよびインナーロータ間空隙を経てインナーロータに至る経路となるので、上記従来例の回転電機に比べて磁場抵抗が減少するとともに、アウターロータの極対数をＰ０とし、インナーロータの極対数をＰ１とし、アウターロータの駆動相数をＭ０とし、インナーロータの駆動相数をＭ１としたとき、Ｐ０×Ｍ０およびＰ１×Ｍ１の最小公倍数の半分の数だけステータピースを配置するから、回転電機を軸方向に垂直に切った断面内で１極当たりのステータ断面積を上記従来例の２倍とすることができ、ステータ内磁束密度を減少させることができる。
【００１５】
第２発明によれば、アウターロータ側がインナーロータ側よりも広くなる扇型断面形状をなすステータピースより成るステータ構造とすることにより、ステータおよびアウターロータ間空隙ならびにステータおよびインナーロータ間空隙の磁気抵抗を最小化することが可能になる。
【００１７】
第３発明によれば、円周方向において隣接するステータピース間には軸方向に貫通する空隙が形成されているので、この空隙からステータピースの外周に巻回されたコイルをブラケット側に容易に取り出すことができ、上記従来例に比べて特に軸方向長さを短縮することができる。
【００１８】
第４発明によれば、円周状に等間隔に配置されたステータピースをステータ軸方向両端に設置されたブラケット間に固定するステータ支持ボルトは、円周方向において隣接するステータピース間に形成された軸方向に貫通する空隙に磁界に影響を及ぼさないように配置されるから、ステータ支持ボルト内の渦電流発生に伴う損失が生じることはなく、回転電機の総合効率が向上する。
【００１９】
第５発明によれば、アウターロータ側がインナーロータ側よりも広くなる扇型断面形状を有するステータピースの扇型断面の内部をステータ支持ボルトが貫通する構造としたから、磁界の変化によりステータ支持ボルト内に生じる渦電流は磁界の方向と垂直な平面内を流れ、ステータ支持ボルトの電気抵抗値は該ステータ支持ボルトの直径に応じて決定されることになるので、渦電流が減少する。
【００２０】
第６発明によれば、アウター磁石およびインナー磁石の１極対を構成する互いに異極の２つの磁石は、ステータ軸方向に対してオフセットさせて配置されるから、ロータスキューを実現することができ、トルクリップルが減少する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態の回転電機の原理的構成を示す軸方向断面図であり、図２は本発明の第１実施形態の回転電機の原理的構成を示す半径方向断面図である。本実施形態の回転電機は、図１および図２に示すように、ステータ１の内周および外周の双方にそれぞれインナーロータ２およびアウターロータ３を同軸状に配置して成る二重ロータ構造の回転電機として構成されている。
【００２２】
上記ステータ１は、例えば鉄粉磁心であるステータピース４と、ステータ軸方向両端にそれぞれ設置されるブラケット５と、両端のブラケット５間を締結することにより図２に示すように円周状に等間隔に配置した複数のステータピース４を固定するステータ支持ボルト６と、ステータ軸方向に磁界が発生するようステータピース４の外周に巻回されるコイル７と、アウターロータ３およびインナーロータ２のそれぞれにコイル７をステータ軸方向で挟み込むよう配置される互いに異極の多極対の磁石８Ｎ，８Ｓおよび９Ｎ，９Ｓより成る、アウター磁石８およびインナー磁石９とを具備して成る。ステータ支持ボルト６は、図２に示すように、円周方向において隣接するステータピース間に形成された軸方向に貫通する空隙に配置されている。なお、ステータの内周および外周の双方にそれぞれロータを同軸状に配置して成る二重ロータ構造の回転電機に関しては、例えば、「社団法人自動車技術会学術講演会前刷集 No.104-00 」に掲載された論文「複合電流駆動多軸モータの可能性とハイブリッド車への応用」を参照のこと。
【００２３】
次に、本実施形態の回転電機の作用について説明する。
まず、ステータ１のステータピース４に巻回されているコイル７に電流を供給すると、磁界が発生する。その際、コイル７にはアウターロータ３およびインナーロータ２のそれぞれの位置に同期した電流を重畳した複合電流を供給する。この複合電流の供給により、回転電機において発生する磁界は複合磁界となる。
【００２４】
上記コイル７によって発生した複合磁界はステータ１内を図１の軸方向右側に進み、アウター磁石８およびインナー磁石９のそれぞれに引き付けられることによりそれぞれの磁界の向きが変化する。なおここで、複合磁界がアウター磁石８およびインナー磁石９に対して適切に分離されることは、上記従来例や上記論文等の従来技術に開示されている。
【００２５】
上記複合磁界から分離された、アウターロータ３およびインナーロータ２のそれぞれに適した磁界が、アウター磁石８およびインナー磁石９のそれぞれを引き付ける、または、アウター磁石８およびインナー磁石９のそれぞれに引き付けられることにより、アウターロータ３およびインナーロータ２のそれぞれに電磁力が発生し、トルクが発生する。アウター磁石８およびインナー磁石９のそれぞれを通過した磁束は、アウターロータ３内およびインナーロータ２内をそれぞれ軸方向右側から左側に進み、再びアウター磁石８およびインナー磁石９のそれぞれを通過してステータ１内に戻る。
【００２６】
上述した一連の磁界ループは、図３（ａ）に示す等価磁気回路によって表わすことができる。図３（ａ）では、電圧源は各磁石の起磁力に対応しており、抵抗はステータ１および各ロータ間の空隙に対応している。ただし、ステータ内および各ロータ内の磁気抵抗は透磁率が空気に比べて大きいので図３（ａ）には記載しておらず、実際にも無視し得るものとなる。一方、上記従来例は、図３（ｂ）に示す等価磁気回路によって表わすことができる。この等価磁気回路では、上記図３（ａ）の等価磁気回路に比べて、磁界の通路となる隣接ステータ間空隙に対応する抵抗が増加している。
【００２７】
したがって、図３（ａ）および図３（ｂ）の比較から明らかなように、本実施形態の回転電機は、上記従来例の回転電機よりも磁気抵抗が減少している。このように磁気抵抗が減少することは、隣接ステータ間空隙を磁界の通路としない構造の本実施形態の回転電機によって得られる、本発明特有の効果である。なお、本実施形態の回転電機において、アウターロータ側がインナーロータ側よりも広くなる扇型断面形状をなすステータピース４より成るステータ構造を採用したことにより、ステータおよびアウターロータ間空隙ならびにステータおよびインナーロータ間空隙の磁気抵抗を最小化することが可能になる。
【００２８】
上記図３（ａ）の等価磁気回路に関してさらに詳しく説明する。この構成において、アウターロータを３相で駆動し、インナーロータを６相で駆動する場合には、必要とするステータピースの個数は、
アウターロータの極対数Ｐ０＝４
インナーロータの極対数Ｐ１＝２
アウターロータの駆動相数Ｍ０＝３
インナーロータの駆動相数Ｍ１＝６
であるから、
Ｐ０×Ｍ０およびＰ１×Ｍ１の最小公倍数の半分の数、すなわち６個となる。したがって、本実施形態では、回転電機を軸方向に垂直に切った断面内で必要とするステータピースの個数は上記従来例の半分で済むことになり、ステータ内磁束密度を減少させることができる。
【００２９】
また、本実施形態の回転電機においては、ステータ支持ボルト６およびコイル７を配置する空間として、円周方向において隣接するステータピース間に形成された軸方向に貫通する空隙を使用するから、上述した磁界の流れを考察したとき磁束が隣接ステータ間空隙を通過することはない。したがって、ステータ支持ボルト６が磁性材料製であってもステータ支持ボルト６内での渦電流発生に伴う損失（鉄損）は生じないから、回転電機の総合効率が向上することになる。また、コイル７は円周方向において隣接するステータピース間に形成された軸方向に貫通する空隙に配置されるから、この空隙からコイル７をブラケット５側に容易に取り出すことができる。したがって、上記従来例に比べて特に軸方向長さが短縮されることになる。
【００３０】
図４は本発明の第２実施形態の回転電機の要部の原理的構成を示す半径方向断面図である。本実施形態の回転電機は、図４に示すように、ステータピース４の内部をステータ支持ボルト６が軸方向に貫通するように構成されている。
【００３１】
本実施形態の回転電機においては、ステータ１のステータピース４に巻回されているコイル７に電流を供給することにより発生する磁界は、主に図４の紙面に垂直な方向に流れる。この場合、ステータ支持ボルト６の内部には、ステータピース４の内部の磁界の変化に応じた渦電流が発生するが、この渦電流の発生方向はボルト断面を周回する方向となるので、ステータ支持ボルト６の電気抵抗値は該ステータ支持ボルトの直径に応じて大きくなり、大きな渦電流は発生しない。一方、上記従来例の場合は、磁界の流れる方向とステータ支持ボルトの軸方向とが直交関係にあるので、ステータ支持ボルトの軸方向に渦電流が流れ、大きな渦電流となる。
【００３２】
本実施形態の回転電機における磁界の流れを、図４のＡ−Ａ断面図である図５およびアウターロータおよびステータを含む部分を示す斜視図である図６に基づいてさらに詳しく説明する。
【００３３】
本実施形態の回転電機では、磁界の流れは図５および図６に示すようになり、ステータ１、アウターロータ３およびインナーロータ２の内部ではそれぞれ、ステータ軸（回転軸）に平行に磁界が流れ、ステータ１および各ロータ間に形成される空隙（エアーギャップ）ではステータ軸と直交する平面内で磁界が流れる。このような磁界の流れは、磁界の流れる方向とステータ支持ボルトの軸方向とが直交関係にある上記従来例とは相違している。そのため、本実施形態の回転電機においては、磁気抵抗となるのは図５および図６に示した空隙部分を流れる磁界のみとなるから、渦電流が上記従来例に比べて大幅に減少する。
【００３４】
図７は本発明の第３実施形態の回転電機の要部の原理的構成を示す図である。図７は本実施形態の回転電機のアウター磁石８の１極対を構成する互いに異極の磁石８Ｎ，８Ｓをアウターロータ平面に展開した状態を示しており、図７中では上下方向が軸方向に対応する。この図７から明らかなように、アウター磁石８の１極対を構成する互いに異極の２つの磁石８Ｎ，８Ｓは、ステータ軸方向に対してオフセット配置されている。なお、インナー磁石９の１極対を構成する互いに異極の２つの磁石９Ｎ，９Ｓは、図示していないが、上記アウター磁石８の場合と同様に、ステータ軸方向に対してオフセット配置されている。
【００３５】
本実施形態の回転電機によれば、上述したように各磁石をオフセット配置したことにより、図５に示す磁石８Ｎおよび磁石８Ｓ間の図示しないコイルに電流を供給することにより発生した磁界は磁石８Ｎから磁石８Ｓに向かうように軸方方向とは所定角度をなすように斜めに曲がるので、ロータスキューを実現することができ、トルクリップルを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の回転電機の原理的構成を示す軸方向断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の回転電機の原理的構成を示す半径方向断面図である。
【図３】（ａ）は第１実施形態の回転電機の等価磁気回路であり、（ｂ）は従来例の回転電機の等価磁気回路である。
【図４】本発明の第２実施形態の回転電機の要部の原理的構成を示す半径方向断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】第２実施形態の回転電機のアウターロータおよびステータを含む部分を示す斜視図である。
【図７】本発明の第３実施形態の回転電機の要部の原理的構成を示す図である。
【図８】従来例の回転電機の磁界の流れを説明するための図である。
【符号の説明】
１ステータ
２インナーロータ
３アウターロータ
４ステータピース
５ブラケット
６ステータ支持ボルト
７コイル
８アウター磁石
８Ｎ，８Ｓ磁石
９インナー磁石
９Ｎ，９Ｓ磁石[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotary electric machine having a double rotor structure in which rotors are coaxially arranged on both the inner periphery and the outer periphery of a stator.
[0002]
[Prior art]
As a conventional example of a rotary electric machine having a double rotor structure, for example, there is one described in JP-A-11-275826. In this conventional rotating electrical machine, the rotor is disposed on the inner periphery and the outer periphery of the stator, and a coil is wound around the stator in the axial direction. Therefore, the magnetic flux in the stator flows in the radial direction.
[0003]
The magnetic field flow of the conventional rotating electrical machine will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows the outer rotor magnetic path and the inner rotor magnetic path. The outer rotor magnetic path is a path that returns from the outer magnet through the outer rotor to the outer magnet across the gap between the adjacent inner stators. Similarly, the inner rotor magnetic path passes from the inner magnet through the inner rotor. It becomes a path | route which returns to an inner magnet across the space | gap between side stators.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The rotating electrical machine of the conventional example has a configuration in which the outer rotor magnetic path and the inner rotor magnetic path cross the gap between the adjacent stators, so that the magnetic field resistance of the magnetic path is increased and there is no gap between the adjacent stators. There is a problem that the number of stator interlinkage magnetic fluxes is reduced as compared with a rotating electrical machine.
[0005]
FIG. 8 shows only the magnetic path passing through the gap between adjacent stators. For example, when the outer rotor magnetic flux constituting the outer rotor magnetic path passes through the inner rotor without passing through the gap between adjacent stators. Even so, the outer rotor magnetic flux passes through the inner rotor magnet from the outer magnet through the gap between the stator and the inner rotor, and the magnetic field resistance increases.
[0006]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problem. By using the same number of magnets as in the above-described conventional technique and reducing the magnetic field resistance as compared with the above-described conventional example, the number of stator flux linkages can be reduced. The purpose is to increase the output.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a rotary electric machine having a double rotor structure in which a rotor is coaxially arranged on both an inner periphery and an outer periphery of the stator. The stator pieces are respectively installed at both ends in the axial direction of the stator, brackets for fixing the stator pieces arranged circumferentially at equal intervals, and wound around the outer periphery of the stator piece so as to generate a magnetic field in the axial direction of the stator And an outer magnet and an inner magnet comprising magnets of different polarities arranged to sandwich the coil in the stator axial direction between the outer rotor and the inner rotor forming the double rotor structure, respectively. Ri formed comprises a, the stator pieces, the pole pairs of outer rotor and P0, the pole pairs of inner rotor and P1, a A drive phase number M0 of Tarota, when the number of drive phases of the inner rotor and M1, characterized in that it is arranged only half the number of the least common multiple of P0 × M0 and P1 × M1.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, the stator piece has a fan-shaped cross-sectional shape in which the outer rotor side is wider than the inner rotor side.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, the coil wound around the stator piece is taken out to the bracket side through an axially penetrating gap formed between adjacent stator pieces in the circumferential direction. It is characterized by that.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, the stator pieces arranged circumferentially at equal intervals are fixed by fastening between the brackets installed at both ends in the stator axial direction with stator support bolts. The bolt is arranged in an axially penetrating gap formed between adjacent stator pieces in the circumferential direction.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, the stator piece has a fan-shaped cross-sectional shape in which the outer rotor side is wider than the inner rotor side, and the stator support bolt passes through the inside of the fan-shaped cross section of the stator piece. It is characterized by.
[0013]
A sixth aspect of the present invention is characterized in that two magnets having different polarities constituting one pole pair of the outer magnet and the inner magnet are arranged offset with respect to the stator axial direction.
[0014]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the direction of the magnetic field passing through the stator is the stator axial direction, the magnetic flux toward the outer rotor is a path from the stator to the outer rotor via the gap between the stator and the outer rotor. Thus, the magnetic flux toward the inner rotor becomes a path from the stator to the inner rotor via the gap between the stator and the inner rotor, so that the magnetic field resistance is reduced as compared with the conventional rotating electric machine and the number of pole pairs of the outer rotor is set to P0. When the number of pole pairs of the inner rotor is P1, the number of driving phases of the outer rotor is M0, and the number of driving phases of the inner rotor is M1, the number of stator pieces is half the least common multiple of P0 × M0 and P1 × M1. Since the rotating electrical machine is cut perpendicular to the axial direction, the stator per pole The cross-sectional area can be made twice that of the conventional example, and the magnetic flux density in the stator can be reduced.
[0015]
According to the second aspect of the invention, the stator structure is composed of a stator piece having a fan-shaped cross-sectional shape in which the outer rotor side is wider than the inner rotor side, so that the gap between the stator and the outer rotor and the magnetic resistance between the stator and the inner rotor are reduced. Can be minimized.
[0017]
According to the third aspect of the present invention, since the gap passing through in the axial direction is formed between the stator pieces adjacent in the circumferential direction, the coil wound around the outer circumference of the stator piece from this gap can be easily moved to the bracket side. It can be taken out, and the axial length can be particularly shortened as compared with the conventional example.
[0018]
According to the fourth aspect of the present invention, the stator support bolt that fixes the circumferentially arranged stator pieces between the brackets installed at both ends in the stator axial direction is formed between the adjacent stator pieces in the circumferential direction. In addition, since the air gap penetrating in the axial direction is arranged so as not to affect the magnetic field, loss due to generation of eddy current in the stator support bolt does not occur, and the overall efficiency of the rotating electrical machine is improved.
[0019]
According to the fifth invention, since the stator support bolt penetrates the inside of the fan-shaped cross section of the stator piece having the fan-shaped cross-sectional shape in which the outer rotor side is wider than the inner rotor side, the stator support bolt is changed by the change of the magnetic field. The eddy current generated inside flows in a plane perpendicular to the direction of the magnetic field, and the electric resistance value of the stator support bolt is determined according to the diameter of the stator support bolt, so that the eddy current is reduced.
[0020]
According to the sixth invention, the two magnets having different polarities constituting one pole pair of the outer magnet and the inner magnet are arranged offset with respect to the stator axial direction, so that the rotor skew can be realized. , Torque ripple decreases.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an axial sectional view showing the principle configuration of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a radial sectional view showing the principle configuration of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention. is there. As shown in FIGS. 1 and 2, the rotating electrical machine of the present embodiment has a double rotor structure in which an inner rotor 2 and an outer rotor 3 are coaxially arranged on both the inner periphery and the outer periphery of the stator 1. It is configured as an electric machine.
[0022]
The stator 1 is, for example, in a circumferential shape as shown in FIG. 2 by fastening between a stator piece 4 that is an iron powder magnetic core, brackets 5 that are respectively installed at both ends in the stator axial direction, and brackets 5 at both ends. A stator support bolt 6 for fixing a plurality of stator pieces 4 arranged at intervals, a coil 7 wound around the outer periphery of the stator piece 4 so as to generate a magnetic field in the stator axial direction, and each of the outer rotor 3 and the inner rotor 2 And an outer magnet 8 and an inner magnet 9 composed of magnets 8N, 8S and 9N, 9S of different polarities arranged so as to sandwich the coil 7 in the stator axial direction. As shown in FIG. 2, the stator support bolt 6 is disposed in a gap that penetrates in the axial direction and is formed between adjacent stator pieces in the circumferential direction. Regarding the rotating electric machine having a double rotor structure in which the rotors are coaxially arranged on both the inner and outer circumferences of the stator, see, for example, “Automotive Technology Society Academic Lecture Preprint No.104-00”. "The potential of compound current drive multi-axis motors and their application to hybrid vehicles".
[0023]
Next, the operation of the rotating electrical machine of this embodiment will be described.
First, when a current is supplied to the coil 7 wound around the stator piece 4 of the stator 1, a magnetic field is generated. At that time, the coil 7 is supplied with a composite current in which currents synchronized with the positions of the outer rotor 3 and the inner rotor 2 are superimposed. By supplying this composite current, the magnetic field generated in the rotating electrical machine becomes a composite magnetic field.
[0024]
The composite magnetic field generated by the coil 7 travels in the stator 1 to the right in the axial direction in FIG. 1 and is attracted to the outer magnet 8 and the inner magnet 9 to change the direction of each magnetic field. Here, the fact that the composite magnetic field is appropriately separated from the outer magnet 8 and the inner magnet 9 is disclosed in the prior arts such as the above-mentioned conventional examples and the above-mentioned papers.
[0025]
The magnetic field suitable for each of the outer rotor 3 and the inner rotor 2 separated from the composite magnetic field attracts each of the outer magnet 8 and the inner magnet 9, or is attracted to each of the outer magnet 8 and the inner magnet 9. As a result, electromagnetic force is generated in each of the outer rotor 3 and the inner rotor 2, and torque is generated. The magnetic flux that has passed through each of the outer magnet 8 and the inner magnet 9 proceeds from the right side to the left side in the outer rotor 3 and the inner rotor 2, passes through the outer magnet 8 and the inner magnet 9 again, and passes through the stator 1. Return inside.
[0026]
The series of magnetic field loops described above can be represented by an equivalent magnetic circuit shown in FIG. In FIG. 3A, the voltage source corresponds to the magnetomotive force of each magnet, and the resistance corresponds to the gap between the stator 1 and each rotor. However, since the magnetic resistance in the stator and each rotor is larger than that of air, it is not shown in FIG. 3A and can be ignored in practice. On the other hand, the conventional example can be represented by an equivalent magnetic circuit shown in FIG. In this equivalent magnetic circuit, the resistance corresponding to the gap between adjacent stators serving as a magnetic path is increased as compared with the equivalent magnetic circuit of FIG.
[0027]
Therefore, as is clear from the comparison between FIG. 3A and FIG. 3B, the rotating electrical machine of the present embodiment has a lower magnetic resistance than the rotating electrical machine of the conventional example. Such a reduction in magnetic resistance is an effect unique to the present invention obtained by the rotating electrical machine of the present embodiment having a structure in which the gap between adjacent stators is not used as a magnetic path. In the rotating electrical machine of the present embodiment, the stator structure including the stator piece 4 having a fan-shaped cross-sectional shape in which the outer rotor side is wider than the inner rotor side is adopted, so that the gap between the stator and the outer rotor, the stator and the inner rotor, and so on. It becomes possible to minimize the magnetic resistance of the interstices.
[0028]
The equivalent magnetic circuit shown in FIG. In this configuration, when the outer rotor is driven in three phases and the inner rotor is driven in six phases, the required number of stator pieces is
Number of pole pairs of outer rotor P0 = 4
Number of pole pairs of inner rotor P1 = 2
Number of driving phases of outer rotor M0 = 3
Number of driving phases of inner rotor M1 = 6
Because
The number is half the least common multiple of P0 × M0 and P1 × M1, that is, six. Therefore, in this embodiment, the number of stator pieces required in the cross section obtained by cutting the rotating electrical machine perpendicular to the axial direction is half that of the conventional example, and the magnetic flux density in the stator can be reduced.
[0029]
Further, in the rotating electrical machine of the present embodiment, since the space penetrating in the axial direction formed between the adjacent stator pieces in the circumferential direction is used as the space for disposing the stator support bolt 6 and the coil 7, it has been described above. When considering the flow of the magnetic field, the magnetic flux does not pass through the gap between the adjacent stators. Therefore, even if the stator support bolt 6 is made of a magnetic material, loss (iron loss) due to generation of eddy current in the stator support bolt 6 does not occur, so that the overall efficiency of the rotating electrical machine is improved. Further, since the coil 7 is disposed in an axially penetrating space formed between adjacent stator pieces in the circumferential direction, the coil 7 can be easily taken out from the space to the bracket 5 side. Therefore, the axial length is particularly shortened compared to the conventional example.
[0030]
FIG. 4 is a radial cross-sectional view showing the basic configuration of the main part of the rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the rotating electrical machine of the present embodiment is configured such that the stator support bolts 6 penetrate the stator piece 4 in the axial direction.
[0031]
In the rotating electrical machine of the present embodiment, a magnetic field generated by supplying a current to the coil 7 wound around the stator piece 4 of the stator 1 mainly flows in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. In this case, an eddy current corresponding to a change in the magnetic field inside the stator piece 4 is generated inside the stator support bolt 6, and this eddy current is generated in a direction that goes around the cross section of the bolt. The electric resistance value of the bolt 6 increases according to the diameter of the stator support bolt, and no large eddy current is generated. On the other hand, in the case of the conventional example, since the magnetic field flow direction and the axial direction of the stator support bolt are orthogonal to each other, an eddy current flows in the axial direction of the stator support bolt, resulting in a large eddy current.
[0032]
The flow of the magnetic field in the rotating electrical machine of the present embodiment will be described in more detail with reference to FIG. 5 which is an AA cross-sectional view of FIG. 4 and FIG. 6 which is a perspective view showing a portion including an outer rotor and a stator.
[0033]
In the rotating electrical machine of the present embodiment, the flow of the magnetic field is as shown in FIGS. 5 and 6, and the magnetic field flows in parallel to the stator shaft (rotating shaft) inside the stator 1, the outer rotor 3, and the inner rotor 2. In a gap (air gap) formed between the stator 1 and each rotor, a magnetic field flows in a plane perpendicular to the stator axis. Such a magnetic field flow is different from the conventional example in which the magnetic field flow direction and the axial direction of the stator support bolt are orthogonal to each other. For this reason, in the rotating electrical machine of this embodiment, only the magnetic field flowing through the gap portion shown in FIGS. 5 and 6 becomes the magnetic resistance, so that the eddy current is greatly reduced as compared with the conventional example.
[0034]
FIG. 7 is a diagram showing the basic configuration of the main part of the rotating electrical machine according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7 shows a state where magnets 8N and 8S having different polarities constituting one pole pair of the outer magnet 8 of the rotating electrical machine of the present embodiment are developed on the outer rotor plane. In FIG. 7, the vertical direction is the axial direction. Corresponding to As is apparent from FIG. 7, the two magnets 8N and 8S having different polarities constituting one pole pair of the outer magnet 8 are arranged offset with respect to the stator axial direction. Note that the two magnets 9N and 9S having different polarities constituting one pole pair of the inner magnet 9 are not illustrated, but are offset with respect to the stator axial direction as in the case of the outer magnet 8. Yes.
[0035]
According to the rotating electrical machine of the present embodiment, the magnetic field generated by supplying a current to a coil (not shown) between the magnet 8N and the magnet 8S shown in FIG. Since it bends diagonally so as to form a predetermined angle with the axial direction so as to go to the magnet 8S, rotor skew can be realized and torque ripple can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an axial sectional view showing a basic configuration of a rotating electrical machine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a radial cross-sectional view showing the basic configuration of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention.
3A is an equivalent magnetic circuit of the rotating electrical machine of the first embodiment, and FIG. 3B is an equivalent magnetic circuit of the rotating electrical machine of the conventional example.
FIG. 4 is a radial cross-sectional view showing a basic configuration of a main part of a rotating electrical machine according to a second embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing a portion including an outer rotor and a stator of a rotating electrical machine according to a second embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a basic configuration of a main part of a rotating electrical machine according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining the flow of a magnetic field of a conventional rotating electrical machine.
[Explanation of symbols]
1 Stator 2 Inner Rotor 3 Outer Rotor 4 Stator Piece 5 Bracket 6 Stator Support Bolt 7 Coil 8 Outer Magnet 8N, 8S Magnet 9 Inner Magnet 9N, 9S Magnet

Claims

In the rotating electric machine having a double rotor structure in which the rotor is coaxially arranged on both the inner periphery and the outer periphery of the stator,
The stator includes a plurality of stator pieces, brackets that are respectively installed at both ends of the stator in the axial direction of the stator, and are arranged at equal intervals around the circumference, and the stator pieces so that a magnetic field is generated in the stator axial direction. An outer coil comprising a coil wound around the outer periphery of the magnet and a magnet having a multipolar pair of different polarities arranged so as to sandwich the coil in the stator axial direction between the outer rotor and the inner rotor of the double rotor structure. Comprising a magnet and an inner magnet ,
The stator piece has P0 × M0 and P1 when the number of pole pairs of the outer rotor is P0, the number of pole pairs of the inner rotor is P1, the number of driving phases of the outer rotor is M0, and the number of driving phases of the inner rotor is M1. A rotating electrical machine characterized in that it is arranged in a number that is half the least common multiple of M1 .

The rotating electric machine according to claim 1, wherein the stator piece has a fan-shaped cross-sectional shape in which the outer rotor side is wider than the inner rotor side.

Coil wound around the stator piece, according to claim 1 or 2, characterized in that through a gap extending in the axial direction formed between adjacent stator pieces in the circumferential direction is taken out to the bracket side The rotating electrical machine described.

The stator pieces arranged circumferentially at equal intervals are fixed by fastening between the brackets installed at both ends in the stator axial direction with stator support bolts, and the stator support bolts are adjacent to each other in the circumferential direction. The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3 , wherein the rotating electrical machine is disposed in a gap formed between and extending in the axial direction.

2. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the stator piece has a fan-shaped cross-sectional shape in which the outer rotor side is wider than the inner rotor side, and a stator support bolt passes through the inside of the fan-shaped cross section of the stator piece. .

Two magnets mutually different poles form one pole pair of the outer magnets and the inner magnets of any one of claims 1-5, characterized in that arranged is offset with respect to the stator axis Rotating electric machine.