JP6201405B2 - Rotating electric machine - Google Patents

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Description

本発明は、回転電機に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine.

従来、回転電機には、ロータコアに永久磁石を埋め込んだ状態で固定した、いわゆる埋込磁石型のロータを備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。こうした埋込磁石型のロータを備えた回転電機(IPMモータ)では、永久磁石によるマグネットトルクのみならず、リラクタンストルクが発生するため、ロータコアの表面に永久磁石を固定した、いわゆる表面磁石型のロータを備えるものに比べ、高いトルクを得られるといった利点がある。   2. Description of the Related Art Conventionally, some rotating electrical machines include a so-called embedded magnet type rotor in which a permanent magnet is embedded in a rotor core (see, for example, Patent Document 1). In a rotating electrical machine (IPM motor) having such an embedded magnet type rotor, not only magnet torque by a permanent magnet but also reluctance torque is generated. Therefore, a so-called surface magnet type rotor in which a permanent magnet is fixed to the surface of a rotor core. There is an advantage that a high torque can be obtained as compared with the one provided with.

特開2010−233346号公報JP 2010-233346 A

ところで、上記のようなロータに永久磁石を設けた回転電機では、永久磁石で作られる磁束が略一定であることから、電源電圧が一定の条件においては、ステータのコイルに発生する誘起電圧(逆起電圧)はロータの回転速度に比例して大きくなる。そして、この誘起電圧が電源電圧の上限に達すると、それ以上ロータを高速で回転させることができなくなる。そこで、高速回転させることが要求される用途では、永久磁石で作られる磁束の量をロータが十分に高速回転できるような量に抑える設計とすることが考えられるが、この場合には低速回転域で十分に高いトルクを得ることができなくなるため、その改善が求められていた。   By the way, in a rotating electrical machine in which a rotor is provided with a permanent magnet as described above, since the magnetic flux produced by the permanent magnet is substantially constant, an induced voltage (reversely generated) generated in the stator coil under a constant power supply voltage condition. (Electromotive force) increases in proportion to the rotational speed of the rotor. When this induced voltage reaches the upper limit of the power supply voltage, the rotor can no longer be rotated at a high speed. Therefore, in applications that require high-speed rotation, it is conceivable to design the amount of magnetic flux created by permanent magnets so that the rotor can rotate at a sufficiently high speed. Therefore, it is impossible to obtain a sufficiently high torque.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高速回転可能かつ低速回転域で高いトルクを出力可能な回転電機を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can rotate at a high speed and can output a high torque in a low-speed rotation region.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の回転電機は、回転軸に同軸に固着された有底円筒形状のロータと、前記ロータの外周面との間に径方向に間隔を空けて対向して配置され、環状の第1ステータコアの複数の第1ティース部が径方向内側に延出し、前記各第1ティース部に第1コイルが巻回されてハウジング内に固定された第1ステータと、前記ロータの内周面との間に径方向に間隔を空けて対向して配置され、環状の第2ステータコアの複数の第2ティース部が径方向外側に延出し、前記各第2ティース部に第2コイルが巻回されて前記ハウジング内に固定された第2ステータと、を備え、前記第1コイルおよび前記第2コイルは、それぞれ同じ位相で通電される、または、位相をずらして通電されることを要旨とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the rotating electrical machine according to claim 1 is provided with a radial gap between a bottomed cylindrical rotor fixed coaxially to a rotating shaft and an outer peripheral surface of the rotor. A plurality of first teeth portions of the annular first stator core that are arranged to face each other extend radially inward, and a first coil is wound around each first tooth portion and fixed in the housing. And a plurality of second teeth portions of the annular second stator core extend radially outward, and are arranged opposite to each other between the inner peripheral surface of the rotor and the inner peripheral surface of the rotor. A second stator wound around the portion and fixed in the housing, and the first coil and the second coil are energized in the same phase, or shifted in phase. The gist is that it is energized.

上記構成によれば、ロータの外周面との間に第1ステータを、内周面との間に第2ステータを、それぞれ間隔を空けて配置した2重ステータ構造の回転電機として構成されており、3相の電流が各ステータに設けられた第1コイルおよび第2コイルに対して通電電流および位相に関して別々に供給できる。これにより、両方のステータに同じ位相で通電する場合には、第1ステータおよび第2ステータと、ロータとの間を通過するそれぞれのロータ磁束により発生するトルクが足し合わされるため、ロータに高いトルクを発生させることが可能になる。   According to the above configuration, the rotary electric machine has a double stator structure in which the first stator is disposed between the outer peripheral surface of the rotor and the second stator is disposed between the inner peripheral surface and the second stator. Three-phase currents can be separately supplied to the first coil and the second coil provided in each stator in terms of energization current and phase. As a result, when both stators are energized in the same phase, the torque generated by the respective rotor magnetic fluxes passing between the first stator, the second stator, and the rotor is added, so that a high torque is applied to the rotor. Can be generated.

さらに、請求項の発明は、前記第1ステータは、前記第2ステータより大きなトルク定数を有するとともに、前記第1ステータに形成される磁極により前記ロータを回転させ、前記第2ステータに通電することより前記第1ステータと前記ロータとの間を通過する磁束を調整し前記ロータ磁束のうち、前記第1ステータとの鎖交磁束数を増減させることを要旨とする。
Further, the invention of claim 1, prior Symbol first stator, which has a large torque constant than the second stator to rotate the rotor by the magnetic poles formed in the first stator, energizing the second stator Thus, the gist is to adjust the magnetic flux passing between the first stator and the rotor to increase or decrease the number of flux linkages with the first stator out of the rotor magnetic flux.

上記構成によれば、トルク定数の大きい第1ステータの磁極によりロータを回転させ、第2ステータを通電し電流および位相を変えることにより、第1ステータとロータとの間を通過する磁束を調整しロータの第1ステータとの鎖交磁束数を増減できる。これにより、第2ステータを強め界磁制御し、第1ステータを通常制御、あるいは、弱め界磁制御する場合には、第2ステータとロータとの間を通過するロータ磁束が増加し、第1ステータとロータとの間を通過するロータ磁束が減少するため、第1ステータに発生する誘起電圧の上昇を抑制して、ロータを高速回転させることが可能になる。   According to the above configuration, the magnetic flux passing between the first stator and the rotor is adjusted by rotating the rotor with the magnetic poles of the first stator having a large torque constant and energizing the second stator to change the current and phase. The number of flux linkages between the rotor and the first stator can be increased or decreased. As a result, when the second stator is subjected to strong field control and the first stator is subjected to normal control or weak field control, the rotor magnetic flux passing between the second stator and the rotor increases, and the first stator and the rotor Since the rotor magnetic flux passing between the first and second stators decreases, an increase in the induced voltage generated in the first stator can be suppressed and the rotor can be rotated at a high speed.

請求項の発明は、請求項1に記載の回転電機において、前記ロータは、前記回転軸に一体回転可能に固定されたロータコアと、前記ロータコア内に周方向に間隔を空け、断面形状の長手方向が径方向に対して平行となるように放射状に配置され埋め込まれて固定されるとともに、周方向において異なる磁極の極性が交互に並ぶように磁化された複数の永久磁石と、を備えることを要旨とする。
According to a second aspect of the invention, in the rotating electrical machine according to claim 1, wherein the rotor includes a rotor core that is integrally rotatably fixed to the rotary shaft, at intervals in the circumferential direction in the rotor core, longitudinal cross-sectional shape A plurality of permanent magnets that are radially arranged, embedded and fixed so that their directions are parallel to the radial direction, and magnetized so that the polarities of different magnetic poles are alternately arranged in the circumferential direction. The gist.

上記構成によれば、回転電機のロータは、ロータコア内に周方向に間隔を空けるとともに、断面の長手方向が径方向に対して放射状に配置される複数の永久磁石が埋設されて、周方向において一方の極性が他方の極性に隣り合うように配置された永久磁石に挟まれた磁極の極性が周方向に交互に並ぶ埋込磁石型ロータを構成している。これにより、出力トルクを増加させ高いトルクを発生させることが可能になる。   According to the above configuration, the rotor of the rotating electrical machine includes a plurality of permanent magnets embedded in the circumferential direction in which the longitudinal direction of the cross section is radially spaced from the radial direction in the rotor core. An embedded magnet rotor is configured in which the polarities of magnetic poles sandwiched between permanent magnets arranged so that one polarity is adjacent to the other polarity are alternately arranged in the circumferential direction. This makes it possible to increase the output torque and generate a high torque.

本発明によれば、高速回転可能かつ低速回転域で高いトルクを出力可能な回転電機を提供できる。     ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rotary electric machine which can be rotated at high speed and can output a high torque in a low speed rotation area can be provided.

本発明の一実施形態に係る回転電機の軸線方向に沿った縦断面図。The longitudinal cross-sectional view along the axial direction of the rotary electric machine which concerns on one Embodiment of this invention. 図1におけるA−A方向から見た回転電機の軸線方向と直交する断面図。Sectional drawing orthogonal to the axial direction of the rotary electric machine seen from the AA direction in FIG. 本発明の実施形態に係る低速回転域で高トルクを発生させる場合におけるロータ磁束の流れを示す模式図。The schematic diagram which shows the flow of the rotor magnetic flux in the case of generating a high torque in the low speed rotation area which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る高速回転させる場合におけるロータ磁束の流れを示す模式図。The schematic diagram which shows the flow of the rotor magnetic flux in the case of making it rotate at high speed which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態に係る回転電機について、図に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る回転電機の軸線方向に沿った縦断面図、図2は、図1におけるA−A方向から見た回転電機の軸線方向と直交する断面図である。
Hereinafter, a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view along the axial direction of a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating electrical machine viewed from the AA direction in FIG. .

図1および図2に示す回転電機(以下、電動モータという)1は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動源として用いられる3相ブラシレスモータである。図1に示すように、電動モータ1は、円筒状のハウジング2と、ハウジング2内に収容された第1ステータとしてのアウターステータ3と、アウターステータ3の径方向内側(内周側)に間隔を空けて配置された円筒状のロータとしての出力ロータ5と、ハウジング2内に収容され出力ロータ5の径方向内側(内周側)に間隔を空けて配置された第2ステータとしてのインナーステータ4とを備えている。   A rotary electric machine (hereinafter referred to as an electric motor) 1 shown in FIGS. 1 and 2 is a three-phase brushless motor used as a drive source of an electric vehicle or a hybrid vehicle, for example. As shown in FIG. 1, the electric motor 1 includes a cylindrical housing 2, an outer stator 3 as a first stator housed in the housing 2, and a radially inner side (inner peripheral side) of the outer stator 3. Output rotor 5 as a cylindrical rotor arranged with a gap between them, and an inner stator as a second stator housed in the housing 2 and arranged at a radial inner side (inner peripheral side) of the output rotor 5 4 is provided.

ハウジング2は、一端側(図1中、右側)が開口した有底円筒状のハウジング本体6と、ハウジング本体6の開口端を閉塞するように設けられた円板状のカバー7とを有している。ハウジング本体6の底部6aの中央には、軸線方向に貫通した挿通孔8が形成されている。   The housing 2 has a bottomed cylindrical housing body 6 that is open at one end (right side in FIG. 1), and a disc-shaped cover 7 that is provided so as to close the opening end of the housing body 6. ing. An insertion hole 8 penetrating in the axial direction is formed in the center of the bottom 6a of the housing body 6.

アウターステータ3は、ハウジング本体6の筒状部6bの内側に固定された円筒状の円筒部12、および円筒部12から径方向内側に向って放射状に延びる複数(本実施形態では、12個)のティース13からなるアウターステータコア14を備えている。アウターステータコア14は、珪素鋼板などの電磁鋼板を複数枚積層することにより構成されている。そして、各ティース13には、複数(本実施形態では、12個)のアウターコイル15が巻回されている。なお、アウターコイル15の接続端部は、ハウジング2の外部に引き出されて図示しない制御装置に接続されている。   The outer stator 3 has a cylindrical cylindrical portion 12 fixed to the inner side of the cylindrical portion 6b of the housing main body 6, and a plurality (12 in the present embodiment) extending radially inward from the cylindrical portion 12 in the radial direction. The outer stator core 14 made of the teeth 13 is provided. The outer stator core 14 is configured by laminating a plurality of electromagnetic steel plates such as silicon steel plates. A plurality of (in this embodiment, 12) outer coils 15 are wound around each tooth 13. The connecting end of the outer coil 15 is pulled out of the housing 2 and connected to a control device (not shown).

出力ロータ5は、回転軸21と一体回転可能に固定された円筒状のロータコア22と、ロータコア22に埋め込まれて固定された複数(本実施形態では、8個)の永久磁石23とを備えている。すなわち、本実施形態の出力ロータ5は、いわゆる埋込磁石型のロータとして構成されている。   The output rotor 5 includes a cylindrical rotor core 22 fixed so as to rotate integrally with the rotary shaft 21 and a plurality (eight in this embodiment) of permanent magnets 23 embedded and fixed in the rotor core 22. Yes. That is, the output rotor 5 of the present embodiment is configured as a so-called embedded magnet type rotor.

詳しくは、回転軸21は、円柱状に形成されており、底部6aの挿通孔8に設けられた軸受24を介して回転可能に支持されている。ロータコア22は、各永久磁石23が埋め込まれるコア本体25、コア本体25の一端側(図1中、右側)に固定されて回転軸21と一体回転可能に連結される第1連結部材26、およびコア本体25の他端側(図1中、左側)に固定されて回転軸21と一体回転可能に連結される円筒状の第2連結部材27を有している。なお、コア本体25は、電磁鋼板を複数枚積層することにより構成され、第1および第2連結部材26,27は、ステンレス鋼などの非磁性材料により構成されている。   Specifically, the rotating shaft 21 is formed in a columnar shape, and is rotatably supported via a bearing 24 provided in the insertion hole 8 of the bottom portion 6a. The rotor core 22 includes a core body 25 in which the permanent magnets 23 are embedded, a first connecting member 26 that is fixed to one end side (right side in FIG. 1) of the core body 25 and is connected to the rotary shaft 21 so as to be integrally rotatable. A cylindrical second connecting member 27 is fixed to the other end side (left side in FIG. 1) of the core body 25 and connected to the rotary shaft 21 so as to be integrally rotatable. The core body 25 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates, and the first and second connecting members 26 and 27 are made of a nonmagnetic material such as stainless steel.

コア本体25は、比較的肉厚の円筒状に形成されるとともに、コア本体25には、永久磁石23が内部に配置される複数の空洞部(スロット)30が周方向に等角度間隔で形成されている。スロット30は、軸線方向に延びる断面長方形の孔状にそれぞれ形成されている。そして、スロット30は、周方向に間隔を空けるとともに、断面のなす長方形の長手方向が径方向に対して平行となるように放射状に設けられている。   The core body 25 is formed in a relatively thick cylindrical shape, and a plurality of cavities (slots) 30 in which the permanent magnets 23 are disposed are formed in the core body 25 at equal angular intervals in the circumferential direction. Has been. The slots 30 are each formed in a hole shape having a rectangular cross section extending in the axial direction. The slots 30 are provided radially such that the longitudinal direction of the rectangle formed by the cross section is parallel to the radial direction while being spaced apart in the circumferential direction.

カバー7の内側面には、その中央からハウジング本体6の底部6a側(図1中、左側)に向って突出する支持軸20が形成されている。支持軸20は、その外径が底部6a側に向うにつれて段階的に小さくなる段付き棒状に形成されている。出力ロータ5を構成する第1連結部材26は、円筒状に形成されており、支持軸20に設けられた軸受29を介して回転可能に支持されている。また、第2連結部材27は、円環状に形成されるとともに、第2連結部材27の中央に形成された嵌合孔28が回転軸21の外周に圧入されることにより、回転軸21と一体回転可能に連結されている。   A support shaft 20 is formed on the inner surface of the cover 7 so as to protrude from the center toward the bottom 6a side (left side in FIG. 1) of the housing body 6. The support shaft 20 is formed in a stepped rod shape whose outer diameter decreases stepwise as it goes toward the bottom 6a. The first connecting member 26 constituting the output rotor 5 is formed in a cylindrical shape and is rotatably supported via a bearing 29 provided on the support shaft 20. The second connecting member 27 is formed in an annular shape, and a fitting hole 28 formed in the center of the second connecting member 27 is press-fitted into the outer periphery of the rotating shaft 21, so that the second connecting member 27 is integrated with the rotating shaft 21. It is connected rotatably.

電動モータ1は、出力ロータ5の内周側に径方向に間隔を空けて配置され支持軸20の外周に固定されたインナーステータ4を備えている。インナーステータ4は、円筒状の円筒部19および円筒部19から径方向外側に延出される複数のティース16を有するインナーステータコア17と、インナーステータコア17の各ティース16に巻回されるインナーコイル18とを備えている。インナーステータコア17は、珪素鋼板などの電磁鋼板を複数枚積層することにより構成されている。なお、本実施形態のインナーステータ4には、アウターステータ3のアウターコイル15と等しい数(本実施形態では、12個)のインナーコイル18が設けられている。また、インナーコイル18の接続端部は、ハウジング2の外部に引き出されて図示しない制御装置に接続されている。   The electric motor 1 includes an inner stator 4 that is disposed on the inner peripheral side of the output rotor 5 at a radial interval and is fixed to the outer periphery of the support shaft 20. The inner stator 4 includes a cylindrical cylindrical portion 19 and an inner stator core 17 having a plurality of teeth 16 extending radially outward from the cylindrical portion 19, and an inner coil 18 wound around each tooth 16 of the inner stator core 17. It has. The inner stator core 17 is configured by laminating a plurality of electromagnetic steel plates such as silicon steel plates. The inner stator 4 of the present embodiment is provided with the same number of inner coils 18 as the outer coils 15 of the outer stator 3 (12 in this embodiment). Further, the connecting end portion of the inner coil 18 is pulled out of the housing 2 and connected to a control device (not shown).

永久磁石23には、軸線方向に延びる長方形板状に形成されたセグメント磁石が採用されている。永久磁石23の軸線方向と直交する断面形状は、スロット30の断面形状に対応した長方形状とされており、永久磁石23は、スロット30内に挿入されることでコア本体25(ロータコア22)に固定されている。そして、永久磁石23は、周方向において一方の極性(例えば、CCWがN極でCWがS極)の永久磁石23が、他方の極性(例えば、CCWがS極でCWがN極)の永久磁石23に隣り合うようにロータコア22における永久磁石23に挟まれたロータ磁極部31の極性が周方向に交互に並ぶように磁化(着磁)されている。   As the permanent magnet 23, a segment magnet formed in a rectangular plate shape extending in the axial direction is employed. The cross-sectional shape orthogonal to the axial direction of the permanent magnet 23 is a rectangular shape corresponding to the cross-sectional shape of the slot 30, and the permanent magnet 23 is inserted into the slot 30 so that the core body 25 (rotor core 22) is inserted. It is fixed. In the circumferential direction, the permanent magnet 23 is permanent with one polarity (for example, CCW is N pole and CW is S pole), and the other is permanent (for example, CCW is S pole and CW is N pole). Magnetization (magnetization) is performed so that the polarities of the rotor magnetic pole portions 31 sandwiched between the permanent magnets 23 in the rotor core 22 are arranged alternately in the circumferential direction so as to be adjacent to the magnets 23.

永久磁石23は、それぞれの板厚方向と略沿う方向に磁化されており、コア本体25は、ロータコア22の外周縁および内周縁を通過する永久磁石23の磁束の磁路となっている。なお、本実施形態の永久磁石23には、焼結磁石(例えば、ネオジム系焼結磁石など)が用いられており、永久磁石23は、スロット30内に配置固定された後に着磁されるようになっていてもよいし、先に着磁したものをスロット30内に配置固定してもよい。   The permanent magnet 23 is magnetized in a direction substantially along each plate thickness direction, and the core body 25 is a magnetic path of the magnetic flux of the permanent magnet 23 that passes through the outer peripheral edge and the inner peripheral edge of the rotor core 22. Note that a sintered magnet (for example, a neodymium-based sintered magnet) is used for the permanent magnet 23 of the present embodiment, and the permanent magnet 23 is magnetized after being disposed and fixed in the slot 30. Alternatively, the first magnetized one may be disposed and fixed in the slot 30.

このように、電動モータ1は、出力ロータ5の外周部および内周部にアウターステータ3およびインナーステータ4を配置する2重ステータ構造のラジアルギャップモータとして構成されており、制御装置から3相の電流がアウターコイル15およびインナーコイル18に対して通電量(通電電流)および位相に関して別々に供給されるようになっている。なお、アウターステータ3およびインナーステータ4の各トルク定数(誘起電圧定数)は異なっており、アウターステータ3のトルク定数は大きく、インナーステータ4のトルク定数は小さく設定されている。   As described above, the electric motor 1 is configured as a radial gap motor having a double stator structure in which the outer stator 3 and the inner stator 4 are disposed on the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the output rotor 5. The current is separately supplied to the outer coil 15 and the inner coil 18 with respect to the energization amount (energization current) and the phase. The torque constants (induced voltage constants) of the outer stator 3 and the inner stator 4 are different, the torque constant of the outer stator 3 is set large, and the torque constant of the inner stator 4 is set small.

制御装置からアウターステータ3およびインナーステータ4の各コイル15,18に駆動電力が供給されることにより発生する回転磁界と、アウターステータ3と出力ロータ5との間を通過するロータ磁束と、インナーステータ4と出力ロータ5との間を通過するロータ磁束との関係に基づいて、すなわち、アウターステータ3およびインナーステータ4による回転磁界と、永久磁石23の磁束との間に生じる磁気的な吸引力および反発力により出力ロータ5が回転するようになっている。   A rotating magnetic field generated when drive power is supplied from the control device to the coils 15 and 18 of the outer stator 3 and the inner stator 4, a rotor magnetic flux passing between the outer stator 3 and the output rotor 5, and an inner stator 4, based on the relationship between the rotor magnetic flux passing between the rotor 4 and the output rotor 5, that is, the magnetic attractive force generated between the rotating magnetic field by the outer stator 3 and the inner stator 4 and the magnetic flux of the permanent magnet 23, The output rotor 5 is rotated by the repulsive force.

次に、上記のように構成された本発明の本実施形態に係る電動モータ1の作用について説明する。
図3は、本発明の実施形態に係る低速回転域で高トルクを発生させる場合におけるロータ磁束の流れを示す模式図、図4は、本発明の実施形態に係る高速回転させる場合におけるロータ磁束の流れを示す模式図である。
Next, the operation of the electric motor 1 according to this embodiment of the present invention configured as described above will be described.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the flow of the rotor magnetic flux in the case where high torque is generated in the low speed rotation region according to the embodiment of the present invention, and FIG. It is a schematic diagram which shows a flow.

本実施形態の電動モータ1では、図3に示すように、アウターステータ3に設けられたアウターコイル15(図2参照)およびインナーステータ4に設けられたインナーコイル18(図2参照)に同じ位相で通電する(通常制御)と、アウターステータ3およびインナーステータ4とそれぞれ鎖交する出力ロータ5の磁束数は一定であるため、出力ロータ5に発生するトルクは、アウターステータ3およびインナーステータ4に発生する回転磁界の極と、出力ロータ5の永久磁石23の磁極との間で発生するそれぞれのトルクが足し合わされるようになる。これにより、出力ロータ5に高いトルクを発生させることが可能になる。ここで、アウターステータ3のトルク定数は、インナーステータ4のトルク定数に比べ大きいため、アウターステータ3は、主にトルクを発生するステータとして作用する。なお、アウターステータ3およびインナーステータ4と出力ロータ5との間を通過する一部分の磁束の経路および量を矢印実線で示す。   In the electric motor 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the same phase is applied to the outer coil 15 (see FIG. 2) provided in the outer stator 3 and the inner coil 18 (see FIG. 2) provided in the inner stator 4. When the current is supplied (normal control), the number of magnetic fluxes of the output rotor 5 interlinked with the outer stator 3 and the inner stator 4 is constant, so that torque generated in the output rotor 5 is applied to the outer stator 3 and the inner stator 4. The torques generated between the generated rotating magnetic field pole and the magnetic pole of the permanent magnet 23 of the output rotor 5 are added together. Thereby, it is possible to generate a high torque in the output rotor 5. Here, since the torque constant of the outer stator 3 is larger than the torque constant of the inner stator 4, the outer stator 3 mainly functions as a stator that generates torque. A part of the magnetic flux path and amount passing between the outer stator 3 and the inner stator 4 and the output rotor 5 are indicated by solid arrows.

一方、図4に示すように、インナーステータ4を強め界磁制御(すなわち、インナーステータ4のインナーコイル18に電流を流すことにより、永久磁石23と同じ向きの磁束を発生させる)し、アウターステータ3を通常制御、あるいは弱め界磁制御(永久磁石23とは逆向きの磁束を発生させる)すると、強め界磁制御したインナーステータ4側と鎖交するロータ磁束は増加するとともに、もう一方のアウターステータ3側と鎖交するロータ磁束はインナーステータ4側に吸収されて減少する。これにより、ステータへの通電電流および位相を変えることにより、主にトルクを発生するアウターステータ3側の鎖交磁束数が減少するため、アウターステータ3側に発生する誘起電圧の上昇を抑制して出力ロータ5を高速回転させることができる。このとき、インナーステータ4のトルク定数は小さいため、強め界磁制御してもインナーステータ4は誘起電圧の上昇による電圧飽和には至り難い。なお、アウターステータ3およびインナーステータ4と出力ロータ5との間を通過する一部分の磁束の経路および量を矢印実線で示す。   On the other hand, as shown in FIG. 4, field control of the inner stator 4 is strengthened (that is, a magnetic flux in the same direction as the permanent magnet 23 is generated by passing a current through the inner coil 18 of the inner stator 4), and the outer stator 3 is When normal control or field weakening control (generating a magnetic flux in the direction opposite to that of the permanent magnet 23) is performed, the rotor magnetic flux linked with the strong field controlled inner stator 4 side increases and the other outer stator 3 side is linked. The rotor magnetic flux to be absorbed is absorbed by the inner stator 4 side and decreases. As a result, by changing the energization current and phase to the stator, the number of flux linkages on the outer stator 3 side that mainly generates torque is reduced, so that an increase in induced voltage generated on the outer stator 3 side is suppressed. The output rotor 5 can be rotated at high speed. At this time, since the torque constant of the inner stator 4 is small, the inner stator 4 is unlikely to reach voltage saturation due to the increase of the induced voltage even if the strong field control is performed. A part of the magnetic flux path and amount passing between the outer stator 3 and the inner stator 4 and the output rotor 5 are indicated by solid arrows.

また、インナーステータ4側には通電しないで、アウターステータ3を弱め界磁制御しても、図4と同様のロータ磁束の流れを得ることができる。このとき、ロータ磁束は、インナーステータ4側に漏出し、アウターステータ3側との鎖交磁束数が減少するので、アウターステータ3側に発生する誘起電圧を抑え、出力ロータ5を高速回転させることが可能となる。   Further, even if the outer stator 3 is weakened and field-controlled without energizing the inner stator 4 side, the same rotor magnetic flux flow as in FIG. 4 can be obtained. At this time, the rotor magnetic flux leaks to the inner stator 4 side, and the number of interlinkage magnetic fluxes with the outer stator 3 side decreases, so that the induced voltage generated on the outer stator 3 side is suppressed and the output rotor 5 is rotated at high speed. Is possible.

次に、上記のように構成された本発明の本実施形態に係る電動モータ1の効果について記載する。   Next, the effect of the electric motor 1 according to this embodiment of the present invention configured as described above will be described.

(1)出力ロータ5の外周面および内周面との間に、それぞれ径方向に間隔を空けて配置されるアウターステータ3およびインナーステータ4を備え、両方のステータ、つまりアウターステータ3およびインナーステータ4に同じ位相の電流を流すように通電した場合、2つのアウターステータ3およびインナーステータ4により発生するトルクを足し合わせてトルクを増加させる。これにより、出力ロータ5は低速回転域で高いトルクを出力することが可能になる。   (1) The outer stator 3 and the inner stator 4 are provided between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the output rotor 5 so as to be spaced from each other in the radial direction, and both stators, that is, the outer stator 3 and the inner stator are provided. When current is supplied to 4 so that currents of the same phase flow, torque generated by the two outer stators 3 and the inner stator 4 is added to increase the torque. As a result, the output rotor 5 can output high torque in the low speed rotation region.

(2)インナーステータ4側を強め界磁制御し、アウターステータ3側を通常制御、あるいは弱め界磁制御することにより、インナーステータ4との鎖交磁束数が増加するとともに、ロータ磁束は、インナーステータ4側に吸収され、アウターステータ3に対する鎖交磁束数が減少する。これにより、出力ロータ5を高速回転させることが可能になる。また、インナーステータ4側には通電しないで、アウターステータ3側を弱め界磁制御することによっても、ロータ磁束がインナーステータ4側に漏出し、同じくアウターステータ3に対する鎖交磁束数が減少する。これにより、出力ロータ5を高速回転させることが可能になる。
(2) The field strength control is performed on the inner stator 4 side and the outer stator 3 side is normally controlled or field-weakened control, whereby the number of flux linkages with the inner stator 4 is increased and the rotor magnetic flux is applied to the inner stator 4 side. Absorbed and the number of flux linkages with respect to the outer stator 3 decreases. Thereby, the output rotor 5 can be rotated at high speed. In addition, the rotor magnetic flux leaks to the inner stator 4 side and the number of interlinkage magnetic fluxes with respect to the outer stator 3 is also reduced by performing field weakening control on the outer stator 3 side without energizing the inner stator 4 side. Thereby, the output rotor 5 can be rotated at high speed.

(3)アウターステータ3およびインナーステータ4の2系統のステータを有するので、一方の系統が失陥しても、もう一方の系統で車両の運転を継続できる。その結果、車両を安全に移動し退避させることが可能になる。   (3) Since the two stators of the outer stator 3 and the inner stator 4 are provided, even if one of the systems fails, the operation of the vehicle can be continued in the other system. As a result, the vehicle can be safely moved and retracted.

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。   As mentioned above, although embodiment which concerns on this invention was described, this invention can also be implemented with another form.

・上記実施形態では、電動モータ1にブラシレスモータを用いたが、これに限らず、例えば、誘導電動機やリラクタンスモータなどを用いてもよい。   In the above embodiment, a brushless motor is used as the electric motor 1, but the present invention is not limited thereto, and for example, an induction motor or a reluctance motor may be used.

・上記実施形態では、永久磁石23を周方向に間隔を空けるとともに、断面のなす長方形の長手方向が径方向に対して平行になるように放射状に設けたが、これに限らず、周方向に間隔を空けるとともに断面のなす長方形の長手方向が径方向に対して互いに逆方向に傾くように配置してもよく、その配置は適宜変更可能である。また、永久磁石23を円弧状に湾曲した板状としてもよく、その形状は適宜変更可能である。   In the above embodiment, the permanent magnets 23 are spaced radially in the circumferential direction and radially provided so that the longitudinal direction of the rectangular cross section is parallel to the radial direction. It may be arranged such that the longitudinal direction of the rectangle formed by the cross section is inclined with respect to the radial direction while being spaced apart, and the arrangement can be changed as appropriate. Further, the permanent magnet 23 may be formed in a plate shape curved in an arc shape, and the shape can be appropriately changed.

・上記実施形態では、インナーステータ4にアウターステータ3のアウターコイル15と等しい数のインナーコイル18を設けたが、その数は異なっていてもよく、適宜変更可能である。   In the above embodiment, the number of inner coils 18 equal to the number of outer coils 15 of the outer stator 3 is provided in the inner stator 4, but the number may be different and can be changed as appropriate.

・上記実施形態では、電動モータ1をインナーロータ型のラジアルギャップモータとして構成したが、これに限らず、アウターロータ型のラジアルギャップモータとして構成してもよい。なお、この場合、第1ロータは出力ロータ5の径方向内側に、第2ロータは出力ロータ5の径方向外側にそれぞれ間隔を空けて配置することになる。   In the above-described embodiment, the electric motor 1 is configured as an inner rotor type radial gap motor, but is not limited thereto, and may be configured as an outer rotor type radial gap motor. In this case, the first rotor is arranged radially inside the output rotor 5, and the second rotor is arranged radially outside the output rotor 5.

・上記実施形態では、本発明を電気自動車やハイブリッド自動車などの駆動源に用いられる回転電機(電動モータ1)に具体化したが、これに限らず、例えば、電動パワーステアリング装置などの他の装置の駆動源として用いてもよく、また、発電機として用いてもよい。   In the above embodiment, the present invention is embodied in a rotating electrical machine (electric motor 1) used as a drive source for an electric vehicle or a hybrid vehicle. However, the present invention is not limited to this, and other devices such as an electric power steering device, for example. It may be used as a drive source for the power supply or as a generator.

1:電動モータ(回転電機)、2:ハウジング、3:アウターステータ(第1ステータ)、4:インナーステータ(第2ステータ)、5:出力ロータ、6:ハウジング本体、
6a:底部、7:カバー、8:挿通孔、12:円筒部、
13:アウターティース(第1ティース部)、14:アウターステータコア、
15:アウターコイル(第1コイル)、16:インナーティース(第2ティース部)、
17:インナーステータコア、18:インナーコイル(第2コイル)、19:円筒部、
20:支持軸、21:回転軸、22:ロータコア、23:永久磁石、24:軸受、
25:コア本体、26:第1連結部材、27:第2連結部材、28:嵌合孔、29:軸受、30:スロット、31:ロータ磁極部
1: electric motor (rotary electric machine), 2: housing, 3: outer stator (first stator), 4: inner stator (second stator), 5: output rotor, 6: housing body,
6a: bottom part, 7: cover, 8: insertion hole, 12: cylindrical part,
13: Outer teeth (first teeth portion), 14: Outer stator core,
15: outer coil (first coil), 16: inner teeth (second teeth portion),
17: inner stator core, 18: inner coil (second coil), 19: cylindrical portion,
20: support shaft, 21: rotating shaft, 22: rotor core, 23: permanent magnet, 24: bearing,
25: Core body, 26: First connecting member, 27: Second connecting member, 28: Fitting hole, 29: Bearing, 30: Slot, 31: Rotor magnetic pole part

Claims (2)

回転軸に同軸に固着された有底円筒形状のロータと、
前記ロータの外周面との間に径方向に間隔を空けて対向して配置され、環状の第1ステータコアの複数の第1ティース部が径方向内側に延出し、前記各第1ティース部に第1コイルが巻回されてハウジング内に固定された第1ステータと、
前記ロータの内周面との間に径方向に間隔を空けて対向して配置され、環状の第2ステータコアの複数の第2ティース部が径方向外側に延出し、前記各第2ティース部に第2コイルが巻回されて前記ハウジング内に固定された第2ステータと、を備え、
前記第1コイルおよび前記第2コイルは、それぞれ同じ位相で通電される、または、位相をずらして通電され
前記第1ステータは、前記第2ステータより大きなトルク定数を有するとともに、前記第1ステータにより前記ロータを回転させ、前記第2ステータに通電することより前記第1ステータと前記ロータとの間を通過する磁束を調整し前記ロータ磁束のうち、前記第1ステータとの鎖交磁束数を増減させることを特徴とする回転電機。
A bottomed cylindrical rotor fixed coaxially to the rotating shaft;
A plurality of first teeth portions of the annular first stator core extend radially inward and are opposed to each other with a space in the radial direction between the outer peripheral surface of the rotor and the first teeth portions are A first stator wound with one coil and fixed in the housing;
A plurality of second teeth portions of the annular second stator core extend radially outward from the inner peripheral surface of the rotor and spaced apart from each other in the radial direction. A second stator wound around the second coil and fixed in the housing,
The first coil and the second coil are energized with the same phase, or energized with a phase shift ,
The first stator has a torque constant larger than that of the second stator, and passes between the first stator and the rotor by rotating the rotor by the first stator and energizing the second stator. among the rotor flux to adjust the magnetic flux, rotating electric machine, characterized in Rukoto increase or decrease the number of interlinked magnetic fluxes of the first stator.
請求項1に記載の回転電機において、
前記ロータは、前記回転軸に一体回転可能に固定されたロータコアと、
前記ロータコア内に周方向に間隔を空け、断面形状の長手方向が径方向に対して平行となるように放射状に配置され埋め込まれて固定されるとともに、周方向において異なる磁極の極性が交互に並ぶように磁化された複数の永久磁石と、を備えることを特徴とする回転電機。
In the rotating electrical machine according to claim 1,
The rotor is a rotor core fixed to the rotating shaft so as to be integrally rotatable;
The rotor core is radially arranged, embedded and fixed so that the longitudinal direction of the cross-sectional shape is parallel to the radial direction, and the polarities of different magnetic poles are alternately arranged in the circumferential direction. A rotating electric machine comprising: a plurality of permanent magnets magnetized in this manner .
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