JP5390820B2

JP5390820B2 - スイッチトリラクタンスモータ

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Publication number: JP5390820B2
Application number: JP2008242801A
Authority: JP
Inventors: 永尾形; 道夫津久井; 幸宏 ▲柳▼田
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2028-09-22
Also published as: JP2010075013A

Description

この発明は、スイッチトリラクタンスモータに関し、特に２つのスイッチトリラクタンスモータが連結されたものに関する。

図７に示すように、スイッチトリラクタンスモータ１００（以下「ＳＲモータ」ともいう。）は、ステータ１０１と、ステータ１０１の内側に回転自在に軸支されたロータ１０２とを備える。ステータ１０１は、略円環形状のステータ本体１０１ａと、ステータ本体１０１ａの内周面から半径方向内側に円周方向等ピッチに一体に突出した複数のステータ突極１０１ｂと、複数の巻線１０４ａから形成されるステータコイル１０４とを備え、複数の巻線１０４ａは、それぞれのステータ突極１０１ｂに集中巻にて巻装されている。

ロータ１０２は、円柱形状のロータ本体１０２ａと、ロータ本体１０２ａの外周面から半径方向外側に円周方向等ピッチに一体に突出した複数のロータ突極１０２ｂとを備えるとともに、ロータ本体１０２ａの中央に形成されたシャフト挿通孔に挿通固定されたシャフト１０３を備える。なお、ステータ突極１０１ｂの数は「６」であり、ロータ突極１０２ｂの数は「４」である。

ここで、ロータ本体１０２ａおよびロータ突極１０２ｂ、並びに、ステータ本体１０１ａおよびステータ突極１０１ｂは、ともに薄板の磁性材料からなる薄板の鋼板を、打ち抜き加工により所定の形状に打ち抜き、この打ち抜いた鋼板を積層し形成される。

ステータ１０１は、円筒形状のステータケース１０５に挿入され、ステータ１０１の両端部をステータケース１０５の両端部とともに、フロントブラケット１０６およびエンドブラケット１０７で狭持固定される。ロータ１０２は、フロントブラケット１０６およびエンドブラケット１０７にそれぞれ外輪が挿入固定された軸受け１０６ａ、１０７ａに、それぞれシャフト１０３の両端がそれぞれ挿入固定されることにより、ステータ１０１の内側にて回転自在に軸支される（例えば、特許文献１参照）。

次に、ＳＲモータ１００のモータ特性を図８に示す。図８は、横軸がモータ回転数Ｎを示し、縦軸がモータトルクＴｑ、モータ出力Ｗおよびモータ出力効率ηを示す。図８に示すように、モータ回転数Ｎが大きくなると、モータトルクＴｑ、モータ出力Ｗおよびモータ出力効率ηがともに小さな値となる。そのため、所望のモータ特性を保証する所定の定格回転数Ｎ０がモータトルクＴｑ、モータ出力Ｗおよびモータ出力効率ηにより定まる。

一方、ＳＲモータは、マグネットを用いていないため構造がシンプルであり、高耐熱性および高耐震性を有する電動機である。そのため、自動車の原動機としても用いることが多く提案されている。ここで、自動車は低速から高速まで幅広い速度で走行するため、自動車に用いられる原動機は、幅広い回転領域で所定のモータ特性を有する必要がある。

上述のように、自動車用の原動機としてＳＲモータを用いるためには、幅広い回転領域で所定のモータ特性を有すること、すなわち、定格回転数Ｎ０の値が大きいＳＲモータとすることが求められる。このように、定格回転数Ｎ０の値を大きくするためには、ステータおよびロータの外径を大きくしモータ外径を大きくするか、またはモータ軸長を大きくすることにより、モータ体格を大きくする必要がある。
特開２００７−２８８６６号公報

しかしながら、モータ体格において、ステータ外径およびロータ外径を大きくすると、上述のように打ち抜き加工の工程を経てステータおよびロータを形成するため、加工装置の規模が大きくなり、コストが高くなる。また、ステータ外径およびロータ外径を大きくし、モータ外径を大きくすると、床下の高さ空間の小さな自動車には、配置できなくなる恐れがある。

一方、モータ軸長を単に大きくした場合には、ステータ突極に巻装する巻線の長さが長くなるため、コイルの銅損が大きくなり、モータ出力効率が小さくなってしまう。

そこで、モータ外径を大きくすることなく、かつ、モータ出力効率の低下を防止しつつ、幅広い回転領域で所定のモータ特性を有するＳＲモータを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のスイッチトリラクタンスモータは、第１のコイルが巻装された第１のステータと、第１のロータ本体と、前記第１のロータ本体に取り付けられた第１のシャフトとを有し、前記第１のステータの内側に回転自在に配置された第１のロータとを備え、モータ駆動装置からの制御電流により選択的に駆動する第１のスイッチトリラクタンスモータと、第２のコイルが巻装された第２のステータと、第２のロータ本体と、前記第２のロータ本体に取り付けられた第２のシャフトとを有し、前記第２のステータの内側に回転自在に配置された第２のロータとを備え、前記第１のスイッチトリラクタンスモータに対し、略同軸上に隣接して配置され、前記モータ駆動装置からの制御電流により選択的に駆動する第２のスイッチトリラクタンスモータと、第１および第２の入出力部を有し、前記第１のＳＲモータの前記第１のシャフトおよび前記第２のＳＲモータの前記第２のシャフトの間に配置され、前記第１および第２の入出力部が、それぞれ前記第１および第２のシャフトの一端に取り付けられ、前記第１および第２のシャフトの回転を変速して相互に伝達する変速機とを備え、前記第１のシャフトの他端を出力部とし、前記モータ駆動装置からの制御電流により前記第１の又は第２のスイッチトリラクタンスモータのいずれか一方が選択的に駆動する場合には、前記第１の又は第２のスイッチトリラクタンスモータのいずれか他方は空転する。

このように、第１および第２のスイッチトリラクタンスモータを略同軸上に隣接して配置することで、スイッチトリラクタンスモータのモータ外径が大きくならない。また、第１および第２のスイッチトリラクタンスモータにそれぞれ別個に巻線を巻装することで、単にモータ軸長を長くした場合に比して、個々の巻線の長さを短くすることができ、モータ出力効率の低下を防止しすることができる。

第１のスイッチトリラクタンスモータの第１のシャフトと、第２のスイッチトリラクタンスモータの第２のシャフトとが変速機にて連結されているため、第１のスイッチトリラクタンスモータが駆動しているときは、第１のスイッチトリラクタンスモータのモータ出力が第１のシャフトの出力部から出力される。一方、第２のスイッチトリラクタンスモータが駆動しているときは、第２のスイッチトリラクタンスモータのモータ出力が変速機にて変速され第１のシャフトの出力部から出力される。そのため、本発明のスイッチトリラクタンスモータは、幅広い回転領域で所定のモータ特性を実現することができる。

このように、第１および第２のスイッチトリラクタンスモータを略同軸上に配置することで、モータ外径が大きくならない。第１および第２のスイッチトリラクタンスモータにそれぞれ別個に巻線を巻装することで、巻線の長さを短くすることができ、モータ出力効率の低下を防止しすることができる。第１のスイッチトリラクタンスモータの第１のシャフトと、第２のスイッチトリラクタンスモータの第２のシャフトとが変速機にて連結されていることで、幅広い回転領域で所定のモータ特性を実現することができる。

次に、この発明の第１の実施形態のＳＲモータを図１に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態のＳＲモータの構造を示す縦断面図である。ＳＲモータ１は、第１のＳＲモータ１０と、第２のＳＲモータ２０とを備え、第１および第２のＳＲモータ１０、２０は、略同軸Ａ上に隣接して配置される。ここで、第１および第２のＳＲモータ１０、２０は、ともに略同体格であり、それぞれ略同一のモータ出力特性を有する。

第１のスイッチトリラクタンスモータ１０は、（第１の）ステータ１１と、（第１の）ステータ１１の内側に回転自在に軸支された（第１の）ロータ１２とを備える。（第１の）ステータ１１は、略円環形状のステータ本体１１ａと、ステータ本体１１ａの内周面から半径方向内側に円周方向等ピッチに一体に突出した複数のステータ突極１１ｂと、複数の巻線１５ａから形成されるステータコイル１５とを備え、複数の巻線１５ａは、それぞれのステータ突極１１ｂに集中巻にて巻装されている。

（第１の）ロータ１２は、円柱形状のロータ本体１３と、ロータ本体１３の外周面から半径方向外側に円周方向等ピッチに一体に突出した複数のロータ突極１３ａとを備えるとともに、ロータ本体１３の中央に形成されたシャフト挿通孔１３ｂに挿通固定された（第１の）シャフト１４を備える。なお、ステータ突極１１ｂの数は「６」であり、ロータ突極１３ａの数は「４」である。

ここで、ロータ本体１３およびロータ突極１３ａ、並びに、ステータ本体１１ａおよびステータ突極１１ｂは、ともに薄板の磁性材料からなる薄板の鋼板を、打ち抜き加工により所定の形状に打ち抜き、打ち抜いた鋼板を積層し形成される。

（第１の）ステータ１１は、円筒形状のステータケース１６に挿入され、（第１の）ステータ１１の両端部をステータケース１６の両端部とともに、フロントブラケット１７およびエンドブラケット１８で狭持固定される。（第１の）ロータ１２は、フロントブラケット１７およびエンドブラケット１８にそれぞれ外輪が挿入固定された軸受け１７ａ、１８ａに、それぞれ（第１の）シャフト１４の両端がそれぞれ挿入固定されることにより、第１のステータ１１の内側にて回転自在に軸支される。

第２のスイッチトリラクタンスモータ２０は、（第２の）ステータ２１と、（第２の）ステータ２１の内側に回転自在に軸支された（第２の）ロータ２２とを備える。（第２の）ステータ２１は、略円環形状のステータ本体２１ａと、ステータ本体２１ａの内周面から半径方向内側に円周方向等ピッチに一体に突出した複数のステータ突極２１ｂと、複数の巻線２５ａから形成されるステータコイル２５とを備え、複数の巻線２５ａは、それぞれのステータ突極２１ｂに集中巻にて巻装されている。

（第２の）ロータ２２は、円柱形状のロータ本体２３と、ロータ本体２３の外周面から半径方向外側に円周方向等ピッチに一体に突出した複数のロータ突極２３ａとを備えるとともに、ロータ本体２３の中央に形成されたシャフト挿通孔２３ｂに挿通固定された（第２の）シャフト２４を備える。なお、ステータ突極２１ｂの数は「６」であり、ロータ突極２３ａの数は「４」である。

ここで、ロータ本体２３およびロータ突極２３ａ、並びに、ステータ本体２１ａおよびステータ突極２１ｂは、ともに薄板の磁性材料からなる薄板の鋼板を、打ち抜き加工により所定の形状に打ち抜き、打ち抜いた鋼板を積層し形成される。

（第２の）ステータ２１は、円筒形状のステータケース２６に挿入され、（第２の）ステータ２１の両端部をステータケース２６の両端部とともに、フロントブラケット２７およびエンドブラケット２８で狭持固定される。（第２の）ロータ２２は、フロントブラケット２７およびエンドブラケット２８にそれぞれ外輪が挿入固定された軸受け２７ａ、２８ａに、それぞれ（第２の）シャフト２４の両端がそれぞれ挿入固定されることにより、第２のステータ２１の内側にて回転自在に軸支される。

略同軸Ａ上に隣接して配置される第１および第２のＳＲモータ１０、２０の間には、変速機４０が配置される。変速機４０は、一つのサンギヤ（第１の入出力部）４１と、複数のプラネタリギヤ４２と、第１のＳＲモータ１０のエンドブラケット１８に一体形成されたリングギヤ４３とを備える。さらに、変速機４０は、ギヤプレート（第２の入出力部）４２ｃ、プラネタリギヤ４２と同数の軸受け４２ａおよび軸部４２ｂを備えている。ここで、プラネタリギヤ４２の中央には、それぞれ軸受け４２ａが外輪固定されており、それぞれの軸受け４２ａの内輪に軸部４２ｂの一端が固定されるとともに、ギヤプレート（第２の入出力部）４２ｃに軸部４２ｂの他端が固定される。この軸部４２および軸受け４２ｂにより、プラネタリギヤ４２は、ギヤプレート（第２の入出力部）４２ｃに回転自在に支持される。

サンギヤ（第１の入出力部）４１は、第１のＳＲモータ１０の第１のシャフト１４の一端１４ａに取り付けられ、ギヤプレート（第２の入出力部）４２ｃは、第２のＳＲモータ２０の第２のシャフト２４の一端２４ａに取り付けられる。このとき、それぞれのプラネタリギヤ４２は、サンギヤ（第１の入出力部）４１とリングギヤ４３の双方に噛み合わさるように設定されている。ここで、サンギヤ（第１の入出力部）４１の歯数Ｚ１に対し、リングギヤ４３の歯数Ｚ２は、約２倍となるように設定されている（Ｚ２≒２×Ｚ２）。

そのため、第２のＳＲモータ２０の第２のシャフト２４の回転は、変速機４０により約２倍に増速される。そして、第１のＳＲモータ１０のシャフト１４の他端が出力部１４ｂとなっており、第１のＳＲモータ１０の回転は、変速されず直接に出力部１４ｂから外部に取り出されるとともに、第２のＳＲモータ２０の回転は、変速機４０により約２倍に増速され、出力部１４ｂから外部に取り出される。

本実施形態のＳＲモータ１は、第１および第２のＳＲモータ１０、２０の第１および第２のロータ１２、２２の回転角度を検出するために、レゾルバ３０が用いられる。レゾルバ３０は、レゾルバステータ３１およびレゾルバロータ３２を備えている。レゾルバステータ３１は、第２のＳＲモータ２０のエンドブラケット２８に取り付けられ、レゾルバロータ３２は、同じく第２のＳＲモータ２０のシャフト２４の他端２４ｂに取り付けられ、レゾルバロータ３２は、レゾルバステータ３１の内側に配置される。そして、レゾルバ３０を外部から隔離し、粉塵の進入を防止するため、エンドブラケット２８にレゾルバカバー３３が取り付けられ、レゾルバカバー３３によりレゾルバ３０は覆われる。

レゾルバロータ３２は、第２のＳＲモータ２０のロータ２２に直接取り付けられている。そのため、ロータ２２の回転は変速されることなくレゾルバロータ３２に伝達され、レゾルバロータ３２の回転角度とロータ２２の回転角度は同一となる。従って、ロータ２２の回転角度は、レゾルバ３０により一義的に検出される。

一方、第１のＳＲモータ１０のロータ１２は、変速機４０および第２のＳＲモータ２０のロータ２２を介してレゾルバロータ３２に機械的に接続される。そのため第１のＳＲモータ１０のロータ１２の回転は変速機４０で約半分（Ｚ１／Ｚ２）に減速されレゾルバロータ３２に伝達される。そのため、レゾルバロータ３２の回転角度はロータ２２の回転角度の約半分となる。従って、ロータ１２の回転角度は、レゾルバ３０が検出する回転角度を約２倍（Ｚ２／Ｚ１）とすることにより検出される。

次に、モータの巻線構造およびモータ駆動装置について、図２および図３に基づき説明する。図２は、本実施の形態のＳＲモータの巻線構造を示す配線図である。図３は、本実施の形態におけるＳＲモータに制御電流を供給するモータ駆動装置を示すブロック図である。第１のＳＲモータ１０のステータコイル１５を

第１のＳＲモータ１０の複数の巻線１５ａは、それぞれＵ相の巻線Ｕ１、Ｖ相の巻線Ｖ１およびＷ相の巻線Ｗ１を形成する。そして、Ｕ相の巻線Ｕ１の一端Ｕ１ｎ、Ｖ相の巻線Ｖ１の一端Ｖ１ｎおよびＷ相の巻線Ｗ１の一端Ｗ１ｎは、それぞれ中性点ｎ１に接続され、中性点ｎ１は、第１のＳＲモータ１０の外部の接続点ｎに接続されている。一方、Ｕ相の巻線Ｕ１の他端Ｕ１ｓ、Ｖ相の巻線Ｖ１の他端Ｖ１ｓおよびＷ相の巻線Ｗ１の他端Ｗ１ｓは、第１のＳＲモータ１０の外部の接続点ａ、ｂ、ｃにそれぞれ接続されている。

同様に、第２のＳＲモータ２０の複数の巻線２５ａは、それぞれＵ相の巻線Ｕ２、Ｖ相の巻線Ｖ２およびＷ相の巻線Ｗ２を形成する。そして、Ｕ相の巻線Ｕ２の一端Ｕ２ｎ、Ｖ相の巻線Ｖ２の一端Ｖ２ｎおよびＷ相の巻線Ｗ２の一端Ｗ２ｎは、それぞれ中性点ｎ２に接続され、中性点ｎ２は、第２のＳＲモータ２０の外部の接続点ｎに接続されている。一方、Ｕ相の巻線Ｕ２の他端Ｕ２ｓ、Ｖ相の巻線Ｖ２の他端Ｖ２ｓおよびＷ相の巻線Ｗ２の他端Ｗ２ｓは、第２のＳＲモータ２０の外部の接続点ｄ、ｅ、ｆにそれぞれ接続されている。

モータ駆動装置５０は、電源６０とＳＲモータ１とに接続され、電源６０から供給される電流を、レゾルバ３０から検出されるロータ１２、２２の回転角度に対応し、ＳＲモータ１を駆動させる制御電流とし、かかる制御電流をＳＲモータ１に供給する。

モータ駆動装置５０は、インバータ５１と、駆動制御部５９とを備える。インバータ５１は、第１乃至第７のハーフブリッジ（５２から５８）が互いに並列接続されることにより形成される。第１乃至第７のハーフブリッジは、いずれも上腕半導体スイッチ素子（５２ａから５８ａ）と下腕半導体スイッチ素子（５２ｂから５８ｂ）が接続点（ｎ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ）にて直列に接続された構成となっている。ここで半導体スイッチ素子（５２ａから５８ａ、５２ｂから５８ｂ）はいずれも、いわゆるＭＯＳＦＥＴに還流ダイオードが逆並列接続され形成されている。

上腕半導体スイッチ素子（５２ａから５８ａ）は、電源６０の正極に接続され、下腕半導体スイッチ素子（５２ｂから５８ｂ）は、電源６０の負極に接続される。

第１のＳＲモータ１０のＵ相の巻線Ｕ１は、第１のハーフブリッジ５２の接続点ｎと第２のハーフブリッジ５３の接続点ａとに端部がそれぞれ接続され、Ｖ相の巻線Ｖ１は、第１のハーフブリッジ５２の接続点ｎと第３のハーフブリッジ５４の接続点ｂとに端部がそれぞれ接続され、Ｗ相の巻線Ｗ１は、第１のハーフブリッジ５２の接続点ｎと第４のハーフブリッジ５５の接続点ｃとに端部がそれぞれ接続される。

一方、第２のＳＲモータ２０のＵ相の巻線Ｕ２は、第１のハーフブリッジ５２の接続点ｎと第５のハーフブリッジ５６の接続点ｄとに端部がそれぞれ接続され、Ｖ相の巻線Ｖ２は、第１のハーフブリッジ５７の接続点ｎと第６のハーフブリッジ５４の接続点ｅとに端部がそれぞれ接続され、Ｗ相の巻線Ｗ２は、第１のハーフブリッジ５２の接続点ｎと第７のハーフブリッジ５５の接続点ｆとに端部がそれぞれ接続される。

駆動制御部５９は、上腕半導体スイッチ素子（５２ａから５８ａ）に下腕半導体スイッチ素子（５２ｂから５８ｂ）に接続されており、レゾルバ３０からの回転角度信号に基づき、上腕半導体スイッチ素子（５２ａから５８ａ）および下腕半導体スイッチ素子（５２ｂから５８ｂ）に、オンオフ動作を指令する動作信号（ｓ１、ｓ２、ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｄ１、ｄ２、ｅ１、ｅ２、ｆ１、ｆ２）を供給する。

この駆動制御部５９からの動作信号（ｓ１、ｓ２、ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｄ１、ｄ２、ｅ１、ｅ２、ｆ１、ｆ２）により、第１および第２のＳＲモータ１０、２０は駆動する。本実施形態では、第１乃至第４のハーフブリッジ（５２から５５）が動作することにより、第１のＳＲモータ１０が選択的に駆動され、第１および第５乃至第７のハーフブリッジ（５２、５６から５８）が動作することにより、第２のＳＲモータ１０が選択的に駆動される。このように、第１および第２のＳＲモータ１０、２０の駆動に第１のハーフブリッジ５２を共用する構成とすることにより、本実施の形態のインバータ５１は、ハーフブリッジの数を削減し、半導体スイッチ素子の部品点数の削減を図っている。

図４は、モータ駆動装置５０から供給される制御電流により、第１および第２のＳＲモータが駆動したときに出力部１４ｂから外部に出力されるモータ出力を示す。同図において、横軸は出力部１４ｂの回転数Ｎを示し、縦軸は、出力部１４ｂにて外部に出力されるモータトルクＴｑ、モータ出力Ｗおよびモータ出力効率ηを示す。

上述のように第１および第２のＳＲモータ１０、２０は、それぞれ略同体格で、略同一のモータ出力特性を有し、所望のモータ特性を保証する定格回転数Ｎ０はともに略同一である。ここで、上述に記すように第１のＳＲモータ１０の出力は、直接に出力部１４ｂから外部に取り出されるとともに、第２のＳＲモータ２０の出力は、変速機４０により約２倍に増速され、出力部１４ｂから外部に取り出される。

ここで、第１のＳＲモータ１０に制御電流が供給され、第１のＳＲモータ１０が選択的に駆動しているときは、第１のＳＲモータ１０のモータ出力により出力部１４ｂが回転駆動する。そのとき、第１および第のＳＲモータ１０、２０のロータ１２、２２は、変速機４０を介して連結されているため、第２のＳＲモータ２０のロータ２２は、空転する。

同様に、第２のＳＲモータ２０に制御電流が供給され、第２のＳＲモータ２０が選択的に駆動しているときは、第２のＳＲモータ２０のモータ出力により出力部１４ｂが回転駆動する。そのとき、第１および第のＳＲモータ１０、２０のロータ１２、２２は、変速機４０を介して連結されているため、第１のＳＲモータ１０のロータ１２は、空転する。

第１のＳＲモータ１０のみを選択的に動作させた場合には、定格回転数は回転数Ｎ０である。一方、第２のＳＲモータ２０のみを選択的に動作させた場合は、変速機４０により約２倍に増速されているため、回転数Ｎ０を超える領域でも出力部１４ｂから外部に出力されるモータ出力は、所望の数値を超えるものとなっている。すなわち、回転数Ｎ０を超える領域でも、出力部１４ｂから外部に出力されるモータトルクＴｑ２、モータ出力Ｗ２およびモータ出力効率η２は、所望の数値を超え、第２のＳＲモータ２０を動作させることにより、所望のモータ特性を保証する定格回転数は、回転数２×Ｎ０となる。よって、ＳＲモータ１は、幅広い回転領域で所定のモータ特性を有するものとなっている。

ここで、ＳＲモータ１は、略同体格の２つの第１および第２のＳＲモータ１０、２０を略同軸上に近接して配置しているため、モータ外径が大きくならない。また、第１および第２のＳＲモータ１０、２０にそれぞれ独立してステータコイル１５、２５を巻装しているため、それぞれのステータコイル１５、２５を形成する導線の長さが単にＳＲモータの軸長を長くした場合に比して長くならない。そのため、第１および第２のＳＲモータ１０、２０のいずれか一方を選択的に動作させたときに、それぞれのステータコイル１５、２５から生じる銅損は単に軸長を長くした場合に比して小さくなる。よって、ＳＲモータ１のモータ効率ηの低下が防止できる。

このように、ＳＲモータ１は、モータ外径を大きくすることなく、かつ、モータ出力効率の低下を防止しつつ、幅広い回転領域で所定のモータ特性を有するものとなっている。

次に本発明の第２の実施形態のＳＲモータ１０００を図５に基づき説明する。図５は、本発明の第２の実施形態のＳＲモータの構造を示す縦断面図である。ＳＲモータ１は、第１のＳＲモータ１０と、第２のＳＲモータ２０とを備え、第１および第２のＳＲモータ１０、２０は、略同軸Ａ上に隣接して配置される。ここで、第１および第２のＳＲモータ１０、２０は、ともに略同体格であり、それぞれ略同一のモータ出力特性を有する。

ここで、第２の実施形態のＳＲモータ１０００は、第１の実施形態のＳＲモータ１に対し、変速機４０の構造および変速機４０の第１および第２のＳＲモータ１０、２０への取り付け構造のみ異なる。従って、以下、変速機４０の構造および変速機４０の第１および第２のＳＲモータ１０、２０への取り付け構造のみ説明し、その他の部分については省略する。

略同軸Ａ上に隣接して配置される第１および第２のＳＲモータ１０、２０の間には、変速機４０が配置される。変速機４０は、一つのサンギヤ（第２の入出力部）４１と、複数のプラネタリギヤ４２と、第２のＳＲモータ１０のフロントブラケット２７に一体形成されたリングギヤ４３とを備える。さらに、変速機４０は、ギヤプレート（第１の入出力部）４２ｃ、プラネタリギヤ４２と同数の軸受け４２ａおよび軸部４２ｂを備えている。ここで、プラネタリギヤ４２の中央には、それぞれ軸受け４２ａが外輪固定されており、それぞれの軸受け４２ａの内輪に軸部４２ｂの一端が固定されるとともに、ギヤプレート（第１の入出力部）４２ｃに軸部４２ｂの他端が固定される。この軸部４２および軸受け４２ｂにより、プラネタリギヤ４２は、ギヤプレート（第１の入出力部）４２ｃに回転自在に支持される。

サンギヤ（第２の入出力部）４１は、第２のＳＲモータ２０の第２のシャフト２４の一端２４ａに取り付けされ、ギヤプレート（第１の入出力部）４２ｃは、第１のＳＲモータ１０の第１のシャフト１４の一端１４ａに取り付けられる。このとき、複数のプラネタリギヤ４２のそれぞれは、サンギヤ（第２の入出力部）４１とリングギヤ４３の双方に噛み合わさるように設定されている。

ここで、サンギヤ（第２の入出力部）４１の歯数Ｚ１に対し、リングギヤ４３の歯数Ｚ２は、約２倍となるように設定されている（Ｚ２≒２×Ｚ１）。そのため、第２のＳＲモータ２０の第２のシャフト２４の回転は、変速機４０により約半分に減速される。そして、第１のＳＲモータ１０のシャフト１４の他端が出力部１４ｂとなっており、第１のＳＲモータ１０の回転は、変速されず直接に出力部１４ｂから外部に取り出されるとともに、第２のＳＲモータ２０の回転は、変速機４０により約半分に減速され、出力部１４ｂから外部に取り出される。

次に、レゾルバ３０での回転角度の検出について説明する。レゾルバロータ３２は、第２のＳＲモータ２０のロータ２２に直接取り付けられている。そのため、ロータ２２の回転は変速されることなくレゾルバロータ３２に伝達され、レゾルバロータ３２の回転角度とロータ２２の回転角度は同一となる。従って、ロータ２２の回転角度は、レゾルバ３０により一義的に検出される。

一方、第１のＳＲモータ１０のロータ１２は、変速機４０および第２のＳＲモータ２０のロータ２２を介してレゾルバロータ３２に機械的に接続される。そのため第１のＳＲモータ１０のロータ１２の回転は変速機４０で約２倍（Ｚ２／Ｚ１）に増速されレゾルバロータ３２に伝達される。そのため、レゾルバロータ３２の回転角度はロータ２２の回転角度の約２倍となる。従って、ロータ１２の回転角度は、レゾルバ３０が検出する回転角度を約半分（Ｚ１／Ｚ２）とすることにより検出される。

図６は、モータ駆動装置５０から供給される制御電流により、第１および第２のＳＲモータが駆動したときに出力部１４ｂから外部に出力されるモータ出力を示す。同図において、横軸は出力部１４ｂの回転数Ｎを示し、縦軸は、出力部１４ｂにて外部に出力されるモータトルクＴｑ、モータ出力Ｗおよびモータ出力効率ηを示す。

上述のように第１および第２のＳＲモータ１０、２０は、それぞれ略同体格で、略同一のモータ出力特性を有し、ともに所望のモータ特性を保証する定格回転数Ｎ０は略同一である。ここで、上述に記すように第１のＳＲモータ１０の出力は、直接に出力部１４ｂから外部に取り出されるとともに、第２のＳＲモータ２０の出力は、変速機４０により約半分に減速され、出力部１４ｂから外部に取り出される。

そのため、第１のＳＲモータ１０のみを選択的に動作させた場合には、定格回転数は回転数Ｎ０である。一方、第２のＳＲモータ２０のみを選択的に動作させた場合は、変速機４０により約半分に減速されているため、出力部１４ｂの回転が低速の領域において、出力部１４ｂから外部に出力されるモータ出力は、同じく低速領域にて第１のＳＲモータ１０を駆動させたときのモータ出力に比して大きなものとなっている。

すなわち、第２のＳＲモータ２０のみを選択的に動作させた場合は、出力部１４ｂの回転が低速の領域においても、出力部１４ｂから外部に出力されるモータトルクＴｑ２、モータ出力Ｗ２およびモータ出力効率η２は、第１のＳＲモータ１０のみを選択的に動作させたときの、出力部１４ｂから外部に出力されるモータトルクＴｑ１、モータ出力Ｗ１およびモータ出力効率η１を超え、第２のＳＲモータ２０を動作させることにより、出力部１４ｂの回転が低速の領域においても、ＳＲモータ１０００は、高いモータ特性を有するものとなっている。

本発明の第１の実施形態のＳＲモータの構造を示す縦断面図である。本発明の第１の実施形態のＳＲモータの巻線構造を示す図である。本発明の第１の実施形態のモータ駆動装置を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態のＳＲモータのモータ特性を示す図である。本発明の第２の実施形態のＳＲモータの構造を示す縦断面図である。本発明の第２の実施形態のＳＲモータのモータ特性を示す図である。従来のＳＲモータの構造を示す縦断面図である。従来のＳＲモータのモータ特性を示す図である。

符号の説明

１スイッチトリラクタンス（ＳＲ）モータ
１０第１のスイッチトリラクタンス（ＳＲ）モータ
１１第１のステータ
１２第１のロータ
１４第１のシャフト
１５第１のコイル
１４ａ一端
１４ｂ他端
２０第２のスイッチトリラクタンス（ＳＲ）モータ
２１第２のステータ
２２第２のロータ
２４第２のシャフト
２５第２のコイル
４０変速機
４１サンギヤ（第１又は第２の入出力部）
４２プラネタリギヤ
４２ｃギヤプレート（第２又は第１の入出力部）
５０モータ駆動装置

Claims

第１のコイルが巻装された第１のステータと、
第１のロータ本体と、前記第１のロータ本体に取り付けられた第１のシャフトとを有し、前記第１のステータの内側に回転自在に配置された第１のロータとを備え、モータ駆動装置からの制御電流により選択的に駆動する第１のスイッチトリラクタンスモータと、
第２のコイルが巻装された第２のステータと、
第２のロータ本体と、前記第２のロータ本体に取り付けられた第２のシャフトとを有し、前記第２のステータの内側に回転自在に配置された第２のロータとを備え、前記第１のスイッチトリラクタンスモータに対し、略同軸上に隣接して配置され、前記モータ駆動装置からの制御電流により選択的に駆動する第２のスイッチトリラクタンスモータと、
第１および第２の入出力部を有し、前記第１のスイッチリラクタンスモータの前記第１のシャフトおよび前記第２のスイッチトリラクタンスモータの前記第２のシャフトの間に配置され、前記第１および第２の入出力部が、それぞれ前記第１および第２のシャフトの一端に取り付けられ、前記第１および第２のシャフトの回転を変速して相互に伝達する変速機とを備え、前記第１のシャフトの他端を出力部とし、
前記モータ駆動装置からの制御電流により前記第１の又は第２のスイッチトリラクタンスモータのいずれか一方が選択的に駆動する場合には、前記第１の又は第２のスイッチトリラクタンスモータのいずれか他方は空転するスイッチトリラクタンスモータ。
前記第１の又は前記第２のスイッチトリラクタンスモータのいずれか一方に回転センサが取り付けられた請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータ。