JP3719121B2

JP3719121B2 - Rotating electric machine

Info

Publication number: JP3719121B2
Application number: JP2000294939A
Authority: JP
Inventors: 有満　　稔
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: JP2001169516A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のロータの回転を制御するための制御系を１系統に簡略化することができる回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、同期モータを独立に２つ設け、それぞれ個別に制御することで同期回転させるものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような同期モータにあっては、２つの同期モータを別々に同期回転させるために、インバータを２つ備えなければならなかった。
【０００４】
このため、２つの同期モータに対して、それぞれのインバータから電流を通電することで、インバータのスイッチング損失が大きくなり、さらに、インバータも２つ必要となるため制御系の構成が大型化するといった問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、２つのロータの回転を制御するための制御系を１系統に簡略化することができる回転電機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、磁性体の凸極で形成された所定数の磁極を有する第１ロータと、所定数の磁極を有する第２ロータと、前記２つのロータと対峙するコア及び該コアに巻き回された複数のコイルから構成されたステータと、前記第１ロータの回転と同期回転する回転磁界を前記ステータに発生させる第１制御電流と、前記第２ロータの回転と同期回転する回転磁界を前記ステータに発生させる第２制御電流とを複合して得られる制御電流を前記コイルに供給する制御装置と、を有することを要旨とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記第２ロータの磁極が永久磁石で構成されていることを要旨とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記第２ロータの磁極が磁性体の凸極で構成されていることを要旨とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、前記第１ロータの磁極数と前記第２ロータの磁極数とを異ならせてあることを要旨とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、前記ステータを構成する前記コイルの数を、前記第１ロータの磁極数及び第２ロータの磁極数の自然数倍としたことを要旨とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、上記課題を解決するため、前記ステータは、一方の端面が前記第１ロータと対峙し他方の端面が前記第２ロータと対峙すると共に円周方向に互いに分離して配置された複数のコアと、前記各コアに巻き回されたコイルとから構成されていることを要旨とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、上記課題を解決するため、前記ステータは、前記第１ロータと対峙する第１コア及び前記第１コアに巻き回された複数のコイルから構成された第１ステータと、前記第２ロータと対峙する第２コア及び前記第２コアに巻き回され且つ前記第１ステータのコイルと同数のコイルから構成される第２ステータとに分離されており、前記第１ステータのコイルと前記第２ステータのコイルとが電気的に直列接続されていることを要旨とする。
【００１３】
請求項８記載の発明は、上記課題を解決するため、前記制御装置は、前記第１ロータの磁極数と同数の磁極を有する回転磁界を前記ステータに発生させる第１制御電流と、前記第２ロータの磁極数と同数の磁極を有する回転磁界を前記ステータに発生させる第１制御電流とを複合して得られる制御電流を前記コイルに供給するものであることを要旨とする。
【００１４】
請求項９記載の発明は、上記課題を解決するため、前記２つのロータの回転位相を検出する検出手段を備えると共に、前記制御装置が、前記検出手段が検出した各ロータの回転位相に応じて前記制御電流を生成することを要旨とする。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、第１、第２の２つロータと、これら２つのロータと対峙するコア及び該コアに巻き回された複数のコイルから構成されたステータとを備え、第１ロータ及び第２ロータの各回転と同期回転する回転磁界をステータに発生させる第１、第２の制御電流を複合して生成した制御電流を前記コイルに供給することで、２つのロータの回転を制御するための制御系を１系統に簡略化することができる。
【００１６】
また、請求項２記載の本発明によれば、前記第２ロータの磁極が永久磁石で構成されているが、第１ロータの磁極が磁性体の凸極で構成されていることで、磁気特性の劣化が防止される。すなわち、２つのロータの磁極がいずれも永久磁石で構成されていると、２つのロータの同磁極がステータを介して対向するときに磁石内の磁束密度が低下して減磁作用が働き、磁石の磁気特性が劣化する場合があるが、第１ロータの磁極が磁性体の凸極で形成されていることで、第２ロータの磁極が永久磁石で構成されていても、上記のような磁石劣化を回避することができる。
【００１７】
また、請求項３記載の本発明によれば、前記第２ロータの磁極が磁性体の凸極で構成されているので、上記のような磁石劣化の問題が生じない。
【００１８】
また、請求項４記載の本発明によれば、第１ロータの磁極数と前記第２ロータの磁極数とを異ならせてあることで、２つのモータをそれぞれ独立して回転させることができる。
【００１９】
また、請求項５記載の本発明によれば、前記ステータを構成する前記コイルの数を、第１ロータの磁極数及び第２ロータの磁極数の自然数倍としたことで、それぞれのステータとロータとの間で回転磁界を発生することができる。
【００２０】
また、請求項６記載の本発明によれば、ステータが、一方の端面が第１ロータと対峙し他方の端面が第２ロータと対峙すると共に円周方向に互いに分離して配置された複数のコアと、各コアに巻き回されたコイルとから構成されていることで、第１ロータと第２ロータに対して共用とされており、その条件で前記の複合して生成した制御電流を前記コイルに供給することで、２つのロータの回転を制御するための制御系を１系統に簡略化することができる。
【００２１】
また、請求項７記載の本発明によれば、ステータが、第１ロータと対峙する第１コア及び該コアに巻き回された複数のコイルから構成された第１ステータと、第２ロータと対峙する第２コア及び該コアに巻き回され且つ第１ステータのコイルと同数のコイルから構成される第２ステータとに分離されており、第１ステータのコイルと第２ステータのコイルとが電気的に直列接続されており、その条件で前記の複合して生成した制御電流を前記コイルに供給することで、２つのロータの回転を制御するための制御系を１系統に簡略化することができる。
【００２２】
また、請求項８記載の本発明によれば、第１ロータの磁極数と同数の磁極を有する回転磁界をステータに発生させる第１制御電流と、第２ロータの磁極数と同数の磁極を有する回転磁界をステータに発生させる第１制御電流とを複合して得られる制御電流をコイルに供給することで、２つのロータの回転を制御するための制御系を１系統に簡略化することができる。
【００２３】
また、請求項９記載の本発明によれば、各ロータの回転位相を検出するようにしておき、検出された回転位相に応じて複合電流を生成することで、それぞれのロータの回転位相において必要とされる電流をそれぞれのステータに複合電流として供給でき、２つのロータをそれぞれ独立して回転させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る回転電機に適応可能なモータの構成を示す図である。
【００２６】
図１において、ケーシング１には、第１ステータ７と第１ロータ９を有しリラクタンスモータをなす第１モータ３と、第２ステータ１３と第２ロータ１５を有し同期モータをなす第２モータ５が納められている。
【００２７】
第１ステータ７及び第２ステータ１３は、全く同一な円筒形状のステータであり、第１ステータ７及び第２ステータ１３の内側に所定間隔をおいて第１ロータ９及び第２ロータ１５が配置されている。第１ロータ９及び第２ロータ１５は、全体を覆うケーシング１に対して回転可能なように同一軸上に隣接して設けられている。
【００２８】
第２ロータ１５は、４極（２極対）の永久磁石で形成され、機械的に一周回転したときに、９０度毎にＮ極，Ｓ極が入れ替わるように構成されている。また、第１ロータ９は、第２ロータ１５の極対数の半分の２極（１極対）の凸極を有する、永久磁石ではない磁性体や鉄芯等で構成されている。
【００２９】
第１ステータ７，第２ステータ１３の各コアに巻き回されているコイル１９、２１は、それぞれ全部で１２個が設けられており、位相差が３０度からなる１２相電流を流すことで１極対の回転磁界が発生し、位相差が６０度からなる６相電流を流すことで２極対の回転磁界が発生するようになっている。
【００３０】
また、図１（ｂ）は、１２個あるコイルの代表的な接続例である。第１ステータ７のコイル１９の一端１９ａは、後述するインバータ２９の出力端子に接続され、コイル１９の他端１９ｂはケーブルを介して直列に第２ステータ１３のコイル２１の一端２１ａに接続され、さらに、コイル２１の他端２１ｂは第２ステータ１３の他のコイルの終端と共通に接続されている。
【００３１】
次に、図２は、制御系を電機回路のブロック図である。
【００３２】
バッテリ３１から供給される直流電流を交流電流に変換するインバータ２９を備え、インバータ２９から第１ステータ７のそれぞれのコイル１９、第２ステータ１３のそれぞれのコイル２１に複合電流Ｉ１〜Ｉ１２を供給する。
【００３３】
この複合電流Ｉ１〜Ｉ１２の瞬時電流の全ての和は０になるため、この終端接続点２１ｂでの電流は０である。また、インバータ２９は、通常の３相ブリッジ型インバータを１２相に構成したものと同等であり、トランジスタとダイオードから構成されている。なお、図２に示すインバータ２９の内部回路は、代表的な回路構成例を示している。インバータ２９の各ゲート（トランジスタのべース）に与えるＯＮ、ＯＦＦ信号は制御部２７により生成されたＰＷＭ信号である。
【００３４】
第１モータ３，第２モータ５には、各ロータ９，１５をそれぞれ同期回転させるため、各ロータ９，１５の各回転位相θ1 ，θ2 で表されるロータ位置を検出する第１位置センサ２３、第２位置センサ２５が設けられ、これらセンサ２３，２５からのパルス信号が制御部２７に入力される。
【００３５】
制御部２７では、第１ロータ９及び第２ロータ１５のロータ位置θ1 ，θ2 に基づいて、第１ロータ９と第１ステータ７、第２ロータ１５と第２ステータ１３との間でそれぞれ回転磁界が発生するように複合電流指令値としてＰＷＭ信号を発生する。
【００３６】
次に、第１の実施の形態に係わる複合モータの制御部２７の動作について説明する。
【００３７】
ここで、一般的化して説明するために、第１ステータ７及び第２ステータ１３のそれぞれのコイル個数をｈ個、第１ロータ９の凸極対数をＰ1 個、回転角度をθ1 、第２ロータ１５の極対数をＰ2 個、回転角度をθ2 、電流の周波数をω、最大電流値をＩｍと仮定する。
【００３８】
まず、ステータをなすｈ個のコイルにより極対数Ｐｓの回転磁界を発生させるためには、
【数１】

となる電流ｉｎを流す必要がある。
【００３９】
また、第１ロータ９の凸極対数はＰ1 であるから各ステータをなすコイルの自己インダクタンスＬは、
【数２】

となる。
【００４０】
また、第２ロータ１５の永久磁石による各ステータのコイルの磁束鎖交数φは、
【数３】

となる。
【００４１】
ここで、（１）〜（３）式から第２ロータ１５に作用するトルクτ2 （瞬時トルク）を求めると、
【数４】

となる。
【００４２】
ここで、ステータのコイル個数ｈと、第２ロータ１５の極数Ｐ2 の２倍数（２Ｐ2 ）の剰余は、
mod（ｈ，２Ｐ2 ）＝０
となり、ステータのコイル個数ｈが第２ロータ１５の極数の倍数となるようにすれば、
【数５】

となり、電源周波数ωを第２ロータ１５の回転速度と同一にし、
Ｐ2 ＝Ｐｓ
すなわち、第２ロータ１５の極対数Ｐ2 と同じ回転磁界Ｐｓを作ることで、
【数６】

となる。
【００４３】
また、Ｐ2 ≠Ｐｓとすれば、トルクτ2 は、
τ2 ＝０
となる。従って、ステータのコイルによる回転磁界Ｐｓの極対数Ｐ2 を第２ロータ１５の極対数Ｐ2 に合わせた時のみ一定のトルクが生じる。
【００４４】
また、Ｐ2 ＝Ｐｓではないとき、上述した（５）式において、Σの中の部分は、
【数７】

となり、ここで、Ｐ2 ＝Ｐｓではないとし、例えばｈ＝１２、Ｐ2 ＝４、Ｐｓ＝２とすれば、
【数８】

となり、これは０になる。ただし、ｎは０〜１１までとする。
【００４５】
次に、第１ロータ９に発生するトルクτ1 （瞬時トルク）を求めると、
【数９】

となる。ここで、mod（ｈ，２Ｐ1 ）＝０、すなわち、スタータのコイル個数ｈは、凸極数Ｐ1 の倍数となるようにすれば、
【数１０】

となり、電源周波数ωを回転速度と同一にし、Ｐ1 ＝Ｐｓ、すなわち、第２ロータ１５の極対数Ｐ2 と同じ回転磁界を作ることで、（１０）式の第１項は、
【数１１】

となる。
【００４６】
また、Ｐ1 ≠Ｐｓとすれば、
τ1 ＝０
となる。
【００４７】
また、Ｐ1 ＝Ｐｓではないとき、上述した（１０）式において、Σの中の部分は、
【数１２】

となり、ここで、Ｐ2 ＝Ｐｓでないとし、例えばｈ＝１２、Ｐ1 ＝２、Ｐｓ＝４とすれば、
【数１３】

となり、これは０になる。ただし、ｎは０〜１１までとする。
【００４８】
以上のことから、複合電流Ｉとして、
【数１４】

を流すことで、第１ロータ９で発生するトルクτ1 は、
【数１５】

となる。これは第１ロータ９に発生するリラクタンストルクを示している。基本的には、（１０）式の複合電流Ｉと上述した（６）式から、ＩｍをＩｍ1 へ、βをβ1 へ変更すれば求められる。
【００４９】
一方、上述した（１４）式の複合電流Ｉを流すことで、第２ロータ１５で発生するトルクτ2 は、
【数１６】

なる。これは第２ロータ１５に発生する磁石トルクを示している。基本的には、同様に、（１０）式の複合電流Ｉと上述した（４）式から、ＩｍをＩｍ2 へ、βをβ2 へ変更すれば求められる。
【００５０】
このように、第１ロータ９のトルクは、複合電流Ｉを表す（１０）式の第１項の位相角β1 を用いて制御でき、第２ロータ１５のトルクは第２項の位相角β2 を用いて制御できる。
【００５１】
これを、図１に示す構成に適用すると、ステータのコイル数ｈ、第１ロータ９の凸極数Ｐ1 、第２ロータ１５の極対数Ｐ2 は、
ｈ＝１２，Ｐ1 ＝１，Ｐ2 ＝２
となるから、第１ロータ９のトルクτ1 、第２ロータ１５のトルクτ2 は、
τ1 ＝６Ｌ2Ｉｍ12sin２β1
τ2 ＝１２φｍＩｍ2sinβ2
となる。
【００５２】
このように、複数のコイルからなる第１ステータ７の内周に設けられ、磁性体の凸極対からなる第１ロータ９を有する第１モータ３と、第１ステータ７と同数のコイルからなる第２ステータ１３の内周に設けられ、永久磁石対からなる第２ロータ１５を有する第２モータ５とを備えておき、第１ステータ７のコイルから第２ステータ１３のコイルに直列に接続したコイル対に対し、制御部２７によりそれぞれのステータとロータとの間で回転磁界が発生するように複合電流Ｉを生成してインバータ２９から第１及び第２ステータに通電することで、２つのモータの回転を制御するための制御系を１系統に簡略化することができる。
【００５３】
また、制御部２７により第１及び第２ロータの凸極対数及び永久磁石対数と同数の極対数からなる回転磁界が発生するように複合電流Ｉを生成することで、生成された複合電流Ｉをインバータ２９から第１及び第２ステータに通電するようにしているので、２つのモータの回転を制御するための制御系を１系統に簡略化することができる。
【００５４】
また、第１及び第２ステータが有するコイル数を、第１及び第２ロータの凸極対数及び永久磁石対数極数の自然数倍に設定することで、それぞれのステータとロータとの間で回転磁界を発生することができる。
【００５５】
また、第１ロータの凸極対数と第２ロータの永久磁石対数との極対数比を、１を除く数値に設定することで、２つのモータをそれぞれ独立して回転させることができる。
【００５６】
また、第１及び第２のロータの回転位相を検出するようにしておき、検出された回転位相に応じて複合電流を生成することで、それぞれのロータの回転位相において必要とされる電流をそれぞれのステータに複合電流として供給でき、２つのモータをそれぞれ独立して回転させることができる。
【００５７】
この結果、エネルギー的に捉えられた場合、例えば一方のロータを発電機として、他方を電動機として作用させる場合には、インバータから供給されるまたは回生すべきエネルギーは発電分と駆動分の差分を供給すればよく、インバータの低容量化に寄与することができる。
【００５８】
また、２つのロータを１つのインバータを用いて駆動するため、スイッチングロスや、スナバ損等のインバータ固有の損失を抑えることができる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
図３（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る回転電機に適応可能なモータの構成を示す図である。
【００６０】
本実施の形態は、図１に示す第２モータ５に代わって、図３に示すように、別のタイプの第２モータ５３を設けたことにある。
【００６１】
第２モータ５３を構成する第２ロータ５７は、凸極対数２の永久磁石のない凸極性を有したもので、第２ステータ１３は第１実施形態のものと同様である。
【００６２】
なお、第２モータ５３の第２ロータ５７にトルクを発生させる原理は、上述したように、自己インダクタンスを求める（２）式で示される。
【００６３】
このように、複数のコイルからなる第１ステータ７の内周に設けられ、磁性体の凸極対からなる第１ロータ９を有する第１モータ３と、第１ステータ７と同数のコイルからなる第２ステータ１３の内周に設けられ、磁性体の凸極対からなる第２ロータ５７を有する第２モータ５３とを備えておき、第１ステータ７のコイルから第２ステータ１３のコイルに直列に接続したコイル対に対し、制御部２７によりそれぞれのステータとロータとの間で回転磁界が発生するように複合電流を生成し、インバータ２９から第１及び第２ステータに通電することで、２つのモータの回転を制御するための制御系を１系統に簡略化することができる。
【００６４】
また、第１及び第２ロータの凸極対数比が、１を除く数値に設定することで、２つのモータをそれぞれ独立して回転させることができる。
【００６５】
（第３実施形態）
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の第３の実施の形態に係る回転電機に適応可能なモータの構成を示す図である。
【００６６】
このモータでは、ステータ１００と第１ロータ９とで第１モータを構成し、ステータ１００と第２ロータ１５とで第２モータを構成している。
【００６７】
ステータ１００は、リング状のバックコア部１０１ａの内側１２個所にティース部１０１ｂが形成されたステータコア１０１と、各ティース部１０１ｂに巻き回されたコイル１０３（図では１個所のみ示す）とから構成され、ティース部１０１ｂの内周側の端面が第１ロータ９と第２ロータ１５の両方にそれぞれ対峙している。
【００６８】
このモータでは、第１実施形態と同様の複合電流をコイル１０３に供給することで、第１ロータ９と第２ロータ１５の回転をそれぞれ独立に制御することができる。
【００６９】
（第４実施形態）
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の第４の実施の形態に係る回転電機に適応可能なモータの構成を示す図である。
【００７０】
このモータでは、ステータ１１０と第１ロータ９とで第１モータを構成し、ステータ１１０と第２ロータ１５とで第２モータを構成している。
【００７１】
ステータ１１０は、１２個の分割コア１１１ａを円周方向に互いに分離して配置したステータコア１１１と、各分割コア１１１ａに巻き回されたコイル１１２（図では１個所のみ示す）とから構成され、分割コア１１１ａの軸方向一方側における端面が第１ロータ９と対峙し、軸方向他方側における端面が第２ロータ１５と対峙している。
【００７２】
コイル１１２に流される電流で発生した磁束は、図中の矢印のように、分割コア１１１ａ内を流れ、第２ロータ１５側まで伝達される。よって、このような構造においても、第１実施形態と同様の複合電流をコイル１１２に供給することにより、第１ロータ９と第２ロータ１５の回転をそれぞれ独立に制御することができる。
【００７３】
ここで、第１ロータ９の磁極を例えば永久磁石で形成した場合、２つのロータ９、１５の同一磁極が分割コア１１１ａを介して対向するときに磁石内の磁束密度が低下して減磁作用が働き、磁石の磁気特性が劣化する場合がある。しかし、この実施形態では、第１ロータ９の磁極を磁性体の凸極で構成しているので、上記のような磁石劣化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る回転電機に適応可能なモータの構成を示す側面断面図（ａ）と上面断面図（ｂ）である。
【図２】制御系を含む電機回路のブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る回転電機に適応可能なモータの構成を示す側面断面図（ａ）と上面断面図（ｂ）である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る回転電機に適応可能なモータの構成を示す側面断面図（ａ）と正面図（ｂ）と背面図（ｃ）である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る回転電機に適応可能なモータの構成を示す側面断面図（ａ）と正面図（ｂ）と背面図（ｃ）である。
【符号の説明】
７第１ステータ
９第１ロータ
１３第２ステータ
１５第２ロータ
１９，２１コイル
２３第１位置センサ
２５第２位置センサ
２７制御部
２９インバータ
３１バッテリ
１００，１１０ステータ
１０１，１１１ステータコア
１０３，１１２コイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotating electrical machine that can simplify a control system for controlling the rotation of a plurality of rotors to one system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there are known two synchronous motors that are independently rotated and controlled to rotate synchronously by being controlled individually.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a synchronous motor, two inverters must be provided in order to rotate the two synchronous motors separately in synchronization.
[0004]
For this reason, by passing current from the respective inverters to the two synchronous motors, the switching loss of the inverters becomes large, and furthermore, since two inverters are required, the configuration of the control system becomes large. was there.
[0005]
The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a rotating electrical machine that can simplify a control system for controlling the rotation of two rotors to one system.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a first rotor having a predetermined number of magnetic poles formed of magnetic poles, a second rotor having a predetermined number of magnetic poles, and the two rotors are provided. A stator composed of a plurality of coils wound around the core, a first control current for causing the stator to generate a rotating magnetic field that rotates in synchronization with the rotation of the first rotor, and the second rotor And a control device that supplies the coil with a control current obtained by combining a second control current that causes the stator to generate a rotating magnetic field that rotates synchronously with the rotation.
[0007]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 2 is summarized in that the magnetic poles of the second rotor are composed of permanent magnets.
[0008]
In order to solve the above-mentioned problem, the gist of the invention described in claim 3 is that the magnetic pole of the second rotor is composed of a convex pole made of a magnetic material.
[0009]
The gist of the invention of claim 4 is that the number of magnetic poles of the first rotor and the number of magnetic poles of the second rotor are made different in order to solve the above-mentioned problems.
[0010]
In order to solve the above problem, the invention according to claim 5 is characterized in that the number of coils constituting the stator is a natural number times the number of magnetic poles of the first rotor and the number of magnetic poles of the second rotor. To do.
[0011]
According to a sixth aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, the stator is separated from each other in the circumferential direction while one end face faces the first rotor and the other end face faces the second rotor. The gist is that it is composed of a plurality of arranged cores and a coil wound around each of the cores.
[0012]
In order to solve the above problem, the stator according to a seventh aspect of the present invention includes a first stator composed of a first core facing the first rotor and a plurality of coils wound around the first core; A second core facing the second rotor, and a second stator wound around the second core and composed of the same number of coils as the first stator. The gist is that the coil and the coil of the second stator are electrically connected in series.
[0013]
According to an eighth aspect of the present invention, in order to solve the above-described problem, the control device causes the stator to generate a rotating magnetic field having the same number of magnetic poles as the first rotor, and the second control current. The gist is that a control current obtained by combining a first control current for generating a rotating magnetic field having the same number of magnetic poles as that of the rotor in the stator is supplied to the coil.
[0014]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 9 is provided with detection means for detecting the rotation phase of the two rotors, and the control device responds to the rotation phase of each rotor detected by the detection means. The gist is to generate the control current.
[0015]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the first and second rotors, a core facing the two rotors, and a stator constituted by a plurality of coils wound around the cores, By supplying the coil with a control current generated by combining the first and second control currents for generating a rotating magnetic field that rotates in synchronization with each rotation of the first rotor and the second rotor, the two rotors The control system for controlling the rotation can be simplified to one system.
[0016]
According to the second aspect of the present invention, the magnetic poles of the second rotor are made of permanent magnets. However, the magnetic characteristics of the first rotor are made of magnetic poles, Deterioration is prevented. That is, if the magnetic poles of the two rotors are both composed of permanent magnets, when the magnetic poles of the two rotors are opposed to each other via the stator, the magnetic flux density in the magnets is reduced, and the demagnetizing action works. However, even if the magnetic pole of the first rotor is formed of a magnetic pole, the magnetic pole of the second rotor is formed of a permanent magnet. Degradation can be avoided.
[0017]
According to the third aspect of the present invention, since the magnetic pole of the second rotor is constituted by the convex pole of the magnetic material, the problem of magnet deterioration as described above does not occur.
[0018]
According to the fourth aspect of the present invention, since the number of magnetic poles of the first rotor and the number of magnetic poles of the second rotor are different, the two motors can be rotated independently of each other.
[0019]
Further, according to the present invention, the number of the coils constituting the stator is a natural number multiple of the number of magnetic poles of the first rotor and the number of magnetic poles of the second rotor. A rotating magnetic field can be generated between the rotor and the rotor.
[0020]
According to the sixth aspect of the present invention, the stator includes a plurality of stators arranged such that one end face faces the first rotor and the other end face faces the second rotor and is separated from each other in the circumferential direction. By being composed of a core and a coil wound around each core, it is shared for the first rotor and the second rotor, and the control current generated in combination under the conditions is By supplying the coil, the control system for controlling the rotation of the two rotors can be simplified to one system.
[0021]
According to the seventh aspect of the present invention, the stator is configured so that the first stator includes a first core facing the first rotor and a plurality of coils wound around the core, and the second rotor faces the first rotor. And a second stator wound around the core and composed of the same number of coils as the first stator coil. The first stator coil and the second stator coil are electrically connected to each other. The control system for controlling the rotation of the two rotors can be simplified to one system by supplying the control current generated in combination with the coil to the coil under the above conditions. .
[0022]
According to the eighth aspect of the present invention, the first control current for causing the stator to generate a rotating magnetic field having the same number of magnetic poles as the number of magnetic poles of the first rotor, and the same number of magnetic poles as the number of magnetic poles of the second rotor are provided. By supplying to the coil a control current obtained by combining the first control current for generating the rotating magnetic field in the stator, the control system for controlling the rotation of the two rotors can be simplified to one system. .
[0023]
Further, according to the present invention, the rotational phase of each rotor is detected, and a composite current is generated according to the detected rotational phase, so that it is necessary for the rotational phase of each rotor. The current to be supplied can be supplied to each stator as a composite current, and the two rotors can be independently rotated.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
(First embodiment)
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a configuration of a motor applicable to the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention.
[0026]
In FIG. 1, a casing 1 includes a first motor 3 having a first stator 7 and a first rotor 9 to form a reluctance motor, and a second motor having a second stator 13 and a second rotor 15 to form a synchronous motor. 5 is stored.
[0027]
The first stator 7 and the second stator 13 are exactly the same cylindrical stator, and the first rotor 9 and the second rotor 15 are arranged inside the first stator 7 and the second stator 13 at a predetermined interval. ing. The first rotor 9 and the second rotor 15 are provided adjacent to each other on the same axis so as to be rotatable with respect to the casing 1 covering the whole.
[0028]
The second rotor 15 is formed by a permanent magnet having four poles (two pole pairs), and is configured such that the N pole and the S pole are switched every 90 degrees when mechanically rotated once. The first rotor 9 is made of a magnetic material, iron core, or the like that has two poles (one pole pair) that are half the number of pole pairs of the second rotor 15 and is not a permanent magnet.
[0029]
Twelve coils 19 and 21 are wound around each of the cores of the first stator 7 and the second stator 13 in total, and 1 is obtained by flowing a 12-phase current having a phase difference of 30 degrees. A rotating magnetic field of pole pairs is generated, and a rotating magnetic field of two pole pairs is generated by flowing a six-phase current having a phase difference of 60 degrees.
[0030]
FIG. 1B is a typical connection example of 12 coils. One end 19a of the coil 19 of the first stator 7 is connected to an output terminal of an inverter 29 described later, and the other end 19b of the coil 19 is connected in series to one end 21a of the coil 21 of the second stator 13 via a cable. Further, the other end 21 b of the coil 21 is connected in common with the terminal end of the other coil of the second stator 13.
[0031]
Next, FIG. 2 is a block diagram of an electric circuit as a control system.
[0032]
An inverter 29 for converting a direct current supplied from the battery 31 into an alternating current is provided, and the composite currents I1 to I12 are supplied from the inverter 29 to the respective coils 19 of the first stator 7 and the respective coils 21 of the second stator 13. .
[0033]
Since the sum of all the instantaneous currents of the composite currents I1 to I12 is 0, the current at the terminal connection point 21b is 0. Further, the inverter 29 is equivalent to an ordinary three-phase bridge type inverter composed of 12 phases, and is composed of a transistor and a diode. The internal circuit of the inverter 29 shown in FIG. 2 shows a typical circuit configuration example. The ON and OFF signals given to each gate (transistor base) of the inverter 29 are PWM signals generated by the control unit 27.
[0034]
The first motor 3 and the second motor 5 have a first position sensor 23 for detecting the rotor position represented by the rotational phases θ1 and θ2 of the

rotors

9 and 15 in order to rotate the

rotors

9 and 15 synchronously. The second position sensor 25 is provided, and pulse signals from these

sensors

23 and 25 are input to the control unit 27.
[0035]
In the control unit 27, based on the rotor positions θ 1 and θ 2 of the first rotor 9 and the second rotor 15, a rotating magnetic field is generated between the first rotor 9 and the first stator 7 and between the second rotor 15 and the second stator 13. As a composite current command value, a PWM signal is generated.
[0036]
Next, the operation of the control unit 27 of the composite motor according to the first embodiment will be described.
[0037]
Here, in order to generalize and explain, the number of coils of each of the first stator 7 and the second stator 13 is h, the number of convex pole pairs of the first rotor 9 is P1, the rotation angle is θ1, and the second rotor It is assumed that the number of pole pairs of 15 is P2, the rotation angle is θ2, the current frequency is ω, and the maximum current value is Im.
[0038]
First, in order to generate a rotating magnetic field with the number of pole pairs Ps by h coils forming the stator,
[Expression 1]

It is necessary to pass the current in.
[0039]
Further, since the number of convex pole pairs of the first rotor 9 is P1, the self-inductance L of the coils forming each stator is
[Expression 2]

It becomes.
[0040]
In addition, the flux linkage number φ of each stator coil by the permanent magnet of the second rotor 15 is:
[Equation 3]

It becomes.
[0041]
Here, when the torque τ2 (instantaneous torque) acting on the second rotor 15 is obtained from the equations (1) to (3),
[Expression 4]

It becomes.
[0042]
Here, the remainder of the number of coils h of the stator and the double number (2P2) of the number of poles P2 of the second rotor 15 is:
mod (h, 2P2) = 0
If the number of coils h of the stator is a multiple of the number of poles of the second rotor 15,
[Equation 5]

So that the power frequency ω is the same as the rotational speed of the second rotor 15,
P2 = Ps
That is, by creating the same rotating magnetic field Ps as the number of pole pairs P2 of the second rotor 15,
[Formula 6]

It becomes.
[0043]
If P2 ≠ Ps, the torque τ2 is
τ2 = 0
It becomes. Accordingly, a constant torque is generated only when the pole pair number P2 of the rotating magnetic field Ps by the stator coil is matched with the pole pair number P2 of the second rotor 15.
[0044]
When P2 = Ps is not satisfied, in the above-described equation (5), the part in Σ is
[Expression 7]

Here, if P2 = Ps is not satisfied, for example, if h = 12, P2 = 4 and Ps = 2,
[Equation 8]

And this is zero. However, n shall be 0-11.
[0045]
Next, when obtaining the torque τ1 (instantaneous torque) generated in the first rotor 9,
[Equation 9]

It becomes. Here, mod (h, 2P1) = 0, that is, if the number h of starter coils is a multiple of the number of convex poles P1,
[Expression 10]

By making the power frequency ω the same as the rotational speed and making a rotating magnetic field P1 = Ps, that is, the same number of pole pairs P2 of the second rotor 15, the first term of equation (10) is
[Expression 11]

It becomes.
[0046]
If P1 ≠ Ps,
τ1 = 0
It becomes.
[0047]
In addition, when P1 = Ps is not satisfied, in the above-described equation (10), the portion in Σ is
[Expression 12]

Here, if P2 = Ps is not satisfied, for example, if h = 12, P1 = 2, and Ps = 4,
[Formula 13]

And this is zero. However, n shall be 0-11.
[0048]
From the above, as the composite current I,
[Expression 14]

, The torque τ1 generated in the first rotor 9 is
[Expression 15]

It becomes. This indicates the reluctance torque generated in the first rotor 9. Basically, it can be obtained by changing Im to Im1 and β to β1 from the composite current I in the equation (10) and the above equation (6).
[0049]
On the other hand, the torque τ2 generated in the second rotor 15 by flowing the composite current I of the above-described equation (14) is
[Expression 16]

Become. This indicates the magnet torque generated in the second rotor 15. Basically, similarly, it can be obtained by changing Im to Im2 and β to β2 from the composite current I in the equation (10) and the above equation (4).
[0050]
Thus, the torque of the first rotor 9 can be controlled using the phase angle β1 of the first term of the equation (10) representing the composite current I, and the torque of the second rotor 15 can be controlled by the phase angle β2 of the second term. Can be controlled using.
[0051]
When this is applied to the configuration shown in FIG. 1, the number h of stator coils, the number P1 of convex poles of the first rotor 9, and the number P2 of pole pairs of the second rotor 15 are:
h = 12, P1 = 1, P2 = 2
Therefore, the torque τ1 of the first rotor 9 and the torque τ2 of the second rotor 15 are
τ1 = 6L2Im12sin2β1
τ2 = 12φmIm2sinβ2
It becomes.
[0052]
As described above, the first motor 3 having the first rotor 9 that is provided on the inner periphery of the first stator 7 including a plurality of coils and includes the magnetic pole pairs, and the same number of coils as the first stator 7 are included. A second motor 5 having a second rotor 15 made of a permanent magnet pair is provided on the inner periphery of the second stator 13 and connected in series from the coil of the first stator 7 to the coil of the second stator 13. Two motors are generated by generating a composite current I so that a rotating magnetic field is generated between the stator and the rotor by the control unit 27 and energizing the first and second stators from the inverter 29 with respect to the coil pair. The control system for controlling the rotation of the system can be simplified to one system.
[0053]
Further, the controller 27 generates a composite current I so that a rotating magnetic field having the same number of pole pairs as the number of convex pole pairs and permanent magnet pairs of the first and second rotors is generated, thereby generating the generated composite current I. Since the first and second stators are energized from the inverter 29, the control system for controlling the rotation of the two motors can be simplified to one system.
[0054]
In addition, the number of coils of the first and second stators is set to a natural number multiple of the number of convex pole pairs and the number of permanent magnet log poles of the first and second rotors, thereby rotating between the respective stators and rotors. A magnetic field can be generated.
[0055]
Further, by setting the pole pair number ratio between the number of convex pole pairs of the first rotor and the number of permanent magnet pairs of the second rotor to a numerical value excluding 1, the two motors can be rotated independently of each other.
[0056]
In addition, the rotation phases of the first and second rotors are detected, and a composite current is generated according to the detected rotation phases, so that the currents required for the rotation phases of the respective rotors are respectively determined. The stator can be supplied as a composite current, and the two motors can be independently rotated.
[0057]
As a result, when it is captured in terms of energy, for example, when one rotor acts as a generator and the other acts as an electric motor, the energy supplied from the inverter or to be regenerated supplies the difference between the power generation and the drive. This can contribute to a reduction in the capacity of the inverter.
[0058]
In addition, since the two rotors are driven using one inverter, switching inherent loss such as switching loss and snubber loss can be suppressed.
[0059]
(Second Embodiment)
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a configuration of a motor applicable to the rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention.
[0060]
In this embodiment, in place of the second motor 5 shown in FIG. 1, another type of second motor 53 is provided as shown in FIG.
[0061]
The second rotor 57 constituting the second motor 53 has a convex polarity without a permanent magnet having two pairs of convex poles, and the second stator 13 is the same as that of the first embodiment.
[0062]
Note that the principle of generating torque in the second rotor 57 of the second motor 53 is expressed by equation (2) for obtaining self-inductance as described above.
[0063]
As described above, the first motor 3 having the first rotor 9 that is provided on the inner periphery of the first stator 7 including a plurality of coils and includes the magnetic pole pairs, and the same number of coils as the first stator 7 are included. A second motor 53 having a second rotor 57 made of a magnetic pole pair provided on the inner periphery of the second stator 13, and in series from the coil of the first stator 7 to the coil of the second stator 13. The control unit 27 generates a composite current so that a rotating magnetic field is generated between the respective stators and the rotor, and supplies current from the inverter 29 to the first and second stators. A control system for controlling the rotation of two motors can be simplified to one system.
[0064]
Moreover, by setting the convex pole log ratio of the first and second rotors to a value other than 1, the two motors can be rotated independently.
[0065]
(Third embodiment)
FIGS. 4A, 4B, and 4C are diagrams showing the configuration of a motor that can be applied to the rotating electrical machine according to the third embodiment of the present invention.
[0066]
In this motor, the stator 100 and the first rotor 9 constitute a first motor, and the stator 100 and the second rotor 15 constitute a second motor.
[0067]
The stator 100 includes a stator core 101 in which teeth portions 101b are formed at 12 locations inside a ring-shaped back core portion 101a, and a coil 103 (only one location is shown in the figure) wound around each teeth portion 101b. The end surface on the inner peripheral side of the teeth portion 101 b faces both the first rotor 9 and the second rotor 15.
[0068]
In this motor, by supplying a composite current similar to that in the first embodiment to the coil 103, the rotation of the first rotor 9 and the second rotor 15 can be controlled independently.
[0069]
(Fourth embodiment)
FIGS. 5A, 5B, and 5C are diagrams showing the configuration of a motor that can be applied to a rotating electrical machine according to a fourth embodiment of the present invention.
[0070]
In this motor, the stator 110 and the first rotor 9 constitute a first motor, and the stator 110 and the second rotor 15 constitute a second motor.
[0071]
The stator 110 includes a stator core 111 in which twelve divided cores 111a are arranged separately from each other in the circumferential direction, and a coil 112 (only one part is shown in the figure) wound around each divided core 111a. An end surface on one side in the axial direction of the core 111 a faces the first rotor 9, and an end surface on the other side in the axial direction faces the second rotor 15.
[0072]
The magnetic flux generated by the current flowing through the coil 112 flows through the split core 111a and is transmitted to the second rotor 15 side as indicated by the arrows in the figure. Therefore, even in such a structure, the rotation of the first rotor 9 and the second rotor 15 can be independently controlled by supplying the composite current similar to that of the first embodiment to the coil 112.
[0073]
Here, when the magnetic poles of the first rotor 9 are formed of, for example, permanent magnets, the magnetic flux density in the magnets is reduced when the same magnetic poles of the two

rotors

9 and 15 are opposed to each other via the split core 111a. May cause the magnetic properties of the magnet to deteriorate. However, in this embodiment, since the magnetic poles of the first rotor 9 are composed of magnetic convex poles, it is possible to avoid the above-described magnet deterioration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view (a) and a top sectional view (b) showing a configuration of a motor applicable to a rotating electrical machine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of an electric circuit including a control system.
FIG. 3 is a side sectional view (a) and a top sectional view (b) showing a configuration of a motor applicable to a rotating electrical machine according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side sectional view (a), a front view (b), and a rear view (c) showing a configuration of a motor applicable to a rotating electrical machine according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a side sectional view (a), a front view (b), and a rear view (c) showing a configuration of a motor applicable to a rotating electrical machine according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
7 1st stator 9 1st rotor 13 2nd stator 15

2nd rotor

19, 21 coil 23 1st position sensor 25 2nd position sensor 27 control part 29 inverter 31

battery

100, 110

stator

101, 111

stator core

103, 112 coil

Claims

A first rotor having a predetermined number of magnetic poles formed of magnetic convex poles;
A second rotor having a predetermined number of magnetic poles;
A stator composed of a core facing the two rotors and a plurality of coils wound around the core;
A first control current that causes the stator to generate a rotating magnetic field that rotates synchronously with the rotation of the first rotor and a second control current that causes the stator to generate a rotating magnetic field that rotates synchronously with the rotation of the second rotor are combined. A control device for supplying the coil with a control current obtained by
A rotating electrical machine comprising:

The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the magnetic pole of the second rotor is formed of a permanent magnet.

The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the magnetic pole of the second rotor is formed of a magnetic pole.

The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the number of magnetic poles of the first rotor and the number of magnetic poles of the second rotor are different.

5. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the number of coils constituting the stator is a natural number times the number of magnetic poles of the first rotor and the number of magnetic poles of the second rotor.

The stator has a plurality of cores arranged such that one end surface faces the first rotor and the other end surface faces the second rotor and is separated from each other in the circumferential direction, and is wound around each core. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the rotating electrical machine is configured with a coil.

The stator includes a first core configured to face the first rotor and a plurality of coils wound around the first core, a second core facing the second rotor, and the second core. The first stator coil and the second stator coil are electrically connected in series. The first stator coil and the second stator coil are electrically connected in series. The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 6, wherein the rotating electrical machine is provided.

The control device includes: a first control current that causes the stator to generate a rotating magnetic field having the same number of magnetic poles as the first rotor; and a rotating magnetic field having the same number of magnetic poles as the second rotor. The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 7, wherein a control current obtained by combining the first control current to be generated is supplied to the coil.

The detection device for detecting the rotation phase of the two rotors, and the control device generates the control current in accordance with the rotation phase of each rotor detected by the detection device. The rotating electrical machine according to claim 8.