WO2012043446A1 - 回転電機 - Google Patents

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WO2012043446A1
WO2012043446A1 PCT/JP2011/071831 JP2011071831W WO2012043446A1 WO 2012043446 A1 WO2012043446 A1 WO 2012043446A1 JP 2011071831 W JP2011071831 W JP 2011071831W WO 2012043446 A1 WO2012043446 A1 WO 2012043446A1
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WO
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rotor
stator
rotation axis
torque
case
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/071831
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English (en)
French (fr)
Inventor
滝沢　大二郎
藤岡　征人
健 北折
Original Assignee
本田技研工業株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/021—Means for mechanical adjustment of the excitation flux
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/09—Machines characterised by the presence of elements which are subject to variation, e.g. adjustable bearings, reconfigurable windings, variable pitch ventilators

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2010-2221052 filed in Japan on September 30, 2010, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • a rotor composed of an inner rotor and an outer rotor whose mutual rotation axes are arranged coaxially and whose relative phase can be changed is provided, and the magnetic flux that contributes to the torque of the rotor can be changed according to the change of the relative phase
  • An electric motor is known (see, for example, Patent Document 1).
  • a rotating machine is known in which the rotor can be displaced in the axial direction with respect to the stator, and the magnetic flux of the rotor interlinked with the stator can be changed in accordance with the change in the facing area between the rotor and the stator (for example, Patent Document 2).
  • a rotating electrical machine that can change the magnetic flux of the rotor linked to the stator by increasing and decreasing the magnet by exciting the stator for a rotor having a plurality of magnets having different magnetic characteristics.
  • Patent Document 3 For example, see Patent Document 3).
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine capable of reducing the configuration of the rotor and the restriction of the magnetic circuit and appropriately changing the magnetic flux of the magnet. To do.
  • a vehicle body front structure includes a rotor, a stator that is opposed to the rotor in a radial direction of the rotor, and in which a coil is wound around a stator core, the rotor,
  • a rotating electrical machine comprising a case for housing the stator, wherein the rotor is a rotating shaft, a first rotor fixed to the rotating shaft, and the first rotor facing the rotating shaft of the rotor.
  • a second rotor that is spaced apart in the direction of the rotating shaft and is not fixed to the rotating shaft, a torque transmission state that transmits the rotational torque of the second rotor to the first rotor, and the second rotor Torque transmitting means capable of switching between a torque non-transmitting state in which the rotational torque is not transmitted to the first rotor, and magnetic coupling means capable of magnetically coupling the second rotor to the case.
  • the field-weakening state in which only the rotational torque generated when the magnet magnetic flux of the first rotor is linked to the stator is transmitted to the rotating shaft, and the first rotor And a strong field state in which the rotational torque generated when the magnetic flux of the second rotor is interlinked with the stator is transmitted to the rotating shaft easily and appropriately according to the current flowing through the coil.
  • Can do This prevents, for example, the necessity of restricting the magnet arrangement of each rotor, that is, the magnetic circuit, in order to enable switching between the weak field state and the strong field state, and the degree of freedom regarding the configuration of each rotor is reduced. Can be prevented.
  • the magnetic coupling means includes a rotor-side coupling magnet fixed to the second rotor and the rotor-side coupling magnet so as to face the rotor-side coupling magnet. You may provide the case side coupling magnet fixed to the case.
  • the second rotor can be magnetically coupled to the case by the attractive force generated by the magnetic force between the opposing rotor-side coupling magnet and the case-side coupling magnet. It can be prevented from becoming complicated.
  • the rotor-side coupling magnet is fixed to the inner periphery of the second rotor, and the case-side coupling magnet is in the radial direction of the second rotor. And may be fixed to the case so as to face the rotor-side coupling magnet.
  • the second rotor is magnetically coupled to the case by the magnetic coupling means when the current value flowing through the coil is less than a predetermined value.
  • a configuration may be adopted in which the current value flowing through the coil rotates when the current value is equal to or greater than the predetermined value.
  • the torque transmission means adopts a configuration that enters the torque transmission state when the second rotor rotates. May be.
  • the torque transmission means is wound around the rotation axis in the circumferential direction of the rotor in either one of the first rotor and the second rotor.
  • An excitation coil that is rotated, and a first inner circumferential portion disposed on the inner circumferential side of the excitation coil and an outer circumferential side of the excitation coil in any one of the first rotor and the second rotor A non-magnetic portion provided at a position facing the excitation coil in the direction of the rotation axis in the other rotor of the first rotor and the second rotor; And a second inner peripheral portion disposed on the inner peripheral side of the non-magnetic portion and the outer peripheral side of the non-magnetic portion so as to be opposed to the excitation-side iron core portion in the rotation axis direction in the other rotor.
  • Second outer periphery And the excitation-side iron core portion comprising A, and a power switching means capable of switching the excitation coil in the
  • the magnetized side iron core is magnetized by the magnetic flux generated in the magnetizing side iron core, and the magnetic field between the magnetized side iron core and the magnetized side iron core is magnetic. Due to the attraction force, the one rotor and the other rotor are coupled in a non-contact manner, and the torque can be transmitted. That is, the torque transmission means can switch between the torque transmission state and the torque non-transmission state while maintaining one rotor and the other rotor in a non-contact state, and the second rotor is the first rotor in the torque non-transmission state. It is possible to prevent a load from being generated (a drag loss occurs).
  • the first rotor and the second rotor include a plurality of magnetic pole portions arranged in the circumferential direction, and the plurality of magnetic pole portions are arranged in the circumferential direction. It arrange
  • the first rotor and the second rotor are arranged so that the magnetic pole portions are opposed to each other in the rotation axis direction, they are close to each other in the rotation axis direction at positions facing each other in the rotation axis direction. You may provide the protrusion part which protrudes in this way.
  • a protrusion provided on the outer periphery of the exciting side core of the first rotor a protrusion provided on the outer periphery of the excited core of the second rotor, the first rotor, A magnetic path is formed by each inner peripheral portion of the second rotor, and the outer peripheral portion of the excitation side iron core portion and the outer peripheral portion of the second rotor are arranged such that the magnetic pole portions having the same magnetization direction face each other in the rotation axis direction. Are coupled in a non-contact manner by a magnetic attractive force.
  • the first rotor and the second rotor can be set to the same phase in the torque transmission state, and the rotational torque of the second rotor can be efficiently transmitted to the first rotor.
  • the same phase can be set with higher accuracy than when the protrusions are provided on the respective inner peripheral portions.
  • the stator core includes a first stator core that faces the first rotor in the radial direction, and the radial direction in the radial direction. You may further provide the 2nd stator core which opposes a 2nd rotor, and the stator nonmagnetic part arrange
  • FIG. 3 is a plan view of the first rotor of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention as viewed from the direction of the rotation axis, and is a view taken along line AA shown in FIG. 2. It is a perspective view of the 1st rotor of the rotary electric machine which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 3 is a plan view of the first rotor of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention as viewed from the direction of the rotation axis, and is a view taken along line AA shown in FIG. 2. It is a perspective view of the 1st rotor of the rotary electric machine which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 3 is a plan view of the second rotor of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention as viewed from the direction of the rotation axis, and is a view taken along the line BB in FIG. It is a perspective view of the 2nd rotor of the rotary electric machine which concerns on embodiment of this invention. It is the top view which looked at the 2nd rotor of the rotary electric machine which concerns on embodiment of this invention from the Z direction which is a rotating shaft direction shown in FIG. It is a flowchart which shows operation
  • the rotating electrical machine 10 includes a rotor 11, a stator 12 in which a three-phase coil 12b is wound around a stator core 12a, and a case that houses the rotor 11 and the stator 12. 13.
  • the rotary electric machine 10 is, for example, an inner rotor type brushless DC motor, and the rotor 11 is disposed on the inner peripheral side of the annular stator 12, and the outer peripheral portion of the stator core 12 a of the stator 12 is fixed to the case 13.
  • the rotor 11 includes a rotating shaft 20, a first rotor 21 and a second rotor 22 that are arranged in a non-contact manner so as to face the rotating shaft direction, and a magnetic coupling capable of magnetically coupling the second rotor 22 to the case 13.
  • Part 23 and a torque transmission unit capable of switching between a torque transmission state in which the rotational torque of the second rotor 22 is transmitted to the first rotor 21 and a torque non-transmission state in which the rotational torque of the second rotor 22 is not transmitted to the first rotor 21.
  • the first rotor 21 is fixed to the rotary shaft 20, and includes a first rotor core 31, a plurality of magnet mounting portions 32 formed at positions offset toward the outer peripheral side of the first rotor core 31, and a plurality of magnet mounting portions. 32 and a permanent magnet 33 attached to 32.
  • the plurality of magnet mounting portions 32 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotor. These magnet mounting portions 32 include a pair of magnet mounting slots 32a and 32a that are adjacent in the circumferential direction of the rotor. Two plate-like permanent magnets 33, 33 magnetized in the same thickness direction are mounted in the pair of magnet mounting slots 32a, 32a.
  • the circumferential direction of the rotor is simply referred to as the circumferential direction.
  • the radial direction of the rotor is also simply referred to as the radial direction.
  • the permanent magnet 33 is mounted so that the direction of the magnetic pole is opposite in the thickness direction. That is, a pair of magnet mounting slots 32a and 32a in which a pair of permanent magnets 33 and 33 having an N pole on the outer peripheral side are mounted, and a pair of permanent magnets 33 and 33 in which an outer side is set to an S pole are mounted. A pair of magnet mounting slots 32a and 32a are alternately arranged in the circumferential direction.
  • the second rotor 22 is not fixed to the rotating shaft 20 and is rotatably supported by the case 13 via the bearing 40, and is biased toward the second rotor core 41 and the outer peripheral side of the second rotor core 41.
  • a permanent magnet 43 mounted on the plurality of formed magnet mounting portions 42.
  • the second rotor core 41 includes a through hole 45 into which the rotary shaft 20 is inserted in a non-contact manner at the center, a concave groove 46 formed at the end opposite to the first rotor 21 in the rotary shaft direction, and a first protrusion. A portion 47 and a second protrusion 48 are provided.
  • the concave groove 46 is formed in an annular shape so as to surround the through hole 45 from the outer peripheral side.
  • the first projecting portion 47 has an inner peripheral surface 47A that is continuous with the inner wall surface 45A of the through hole 45 and an outer peripheral surface 47B that is continuous with the inner peripheral wall surface 46A of the groove 46, and protrudes in the rotation axis direction. It is formed in a shape.
  • the second projecting portion 48 is formed in a cylindrical shape projecting in the rotation axis direction so as to surround the first projecting portion 47 from the outer peripheral side, and has an inner peripheral surface 48 ⁇ / b> A continuous with the outer peripheral side wall surface 46 ⁇ / b> B of the groove 46. ing.
  • a cylindrical support that forms a part of the case 13 is formed in the concave groove 46 and an annular space 49 formed so as to be sandwiched by the first protrusion 47 and the second protrusion 48 from both sides in the radial direction. Part 50 is inserted.
  • An annular bearing 40 is mounted between the inner peripheral surface 50 ⁇ / b> A of the cylindrical support portion 50 and the outer peripheral surface 47 ⁇ / b> B of the first projecting portion 47.
  • the cylindrical support portion 50 supports the first protrusion 47, that is, the second rotor 22 by the bearing 40 so as to be rotatable around the rotation shaft 20.
  • the plurality of magnet mounting portions 42 are arranged at equal intervals in the circumferential direction. These magnet mounting portions 42 include a pair of magnet mounting slots 42a and 42a that are adjacent in the circumferential direction. Two flat permanent magnets 43 and 43 magnetized in the same thickness direction are mounted in the pair of magnet mounting slots 42a and 42a.
  • the permanent magnet 43 is mounted so that the direction of the magnetic poles is opposite in the thickness direction. That is, a pair of magnet mounting slots 42a and 42a in which a pair of permanent magnets 43 and 43 having an N pole on the outer peripheral side are mounted, and a pair of permanent magnets 43 and 43 in which an outer peripheral side is an S pole are mounted. In addition, a pair of magnet mounting slots 42a and 42a are alternately arranged in the circumferential direction.
  • the arrangement position is the same. Further, the permanent magnets 33 and 43 having the same magnetic pole direction can be opposed to each other in the rotation axis direction.
  • the magnetic coupling unit 23 includes a rotor side coupling magnet 61 fixed to the second rotor 22 and a case side coupling magnet 62 fixed to the case 13 so as to face the rotor side coupling magnet 61. Yes.
  • the rotor-side coupling magnet 61 is a flat plate magnetized in the thickness direction, and the case is formed on the inner peripheral surface 48A of the second protrusion 48 of the second rotor 22 so that the magnetization direction is the radial direction. 13 is fixed at a position opposed to the outer peripheral surface 50B of the cylindrical support portion 50 forming a part of 13 in the radial direction.
  • the case-side coupling magnet 62 is a flat plate magnetized in the thickness direction, and the case 13 is arranged so that the magnetization direction is the radial direction and is opposed to the rotor-side coupling magnet 61 in the radial direction.
  • the rotor-side coupling magnet 61 and the case-side coupling magnet 62 are arranged so that their magnetization directions are opposite to each other and can be opposed in the radial direction. Further, at a predetermined rotational position of the second rotor 22 with respect to the case 13, an attractive attractive force is set between the opposing rotor-side coupling magnet 61 and the case-side coupling magnet 62.
  • the attractive force due to the magnetic force acting between the opposing rotor-side coupling magnet 61 and the case-side coupling magnet 62 causes the second rotor 22 to stop rotating when the current flowing through the coil 12b of the stator 12 is less than a predetermined value.
  • the second rotor 22 is allowed to rotate when the current flowing through the coil 12b of the stator 12 exceeds a predetermined value. That is, the magnetic coupling portion 23 including the rotor-side coupling magnet 61 and the case-side coupling magnet 62 has a predetermined rotational torque generated in the second rotor 22 by the magnetic flux generated from the coil 12b of the stator 12.
  • the rotation stop of the second rotor 22 is maintained, and when the magnitude of the rotational torque generated in the second rotor 22 by the magnetic flux generated from the coil 12b of the stator 12 is a predetermined magnitude or more, the second A torque limit function for rotating the rotor 22 is provided.
  • the torque transmission unit 24 includes an excitation coil 71 wound around the rotation axis 20 in the second rotor core 41 in the circumferential direction, an inner periphery 72 arranged on the inner periphery side of the excitation coil 71 in the second rotor core 41, and excitation.
  • An excitation-side iron core portion 74 having an outer peripheral portion 73 disposed on the outer peripheral side of the coil 71, and an annular nonmagnetic portion 75 provided at a position facing the excitation coil 71 in the rotation axis direction in the first rotor core 31.
  • an excited side iron core portion 78 including an inner peripheral portion 76 disposed on the inner peripheral side of the nonmagnetic portion 75 and an outer peripheral portion 77 disposed on the outer peripheral side of the nonmagnetic portion 75, an excitation coil
  • An energization switching unit 79 that can switch 71 between an energized state and a non-energized state is provided.
  • the inner peripheral portion 72 of the exciting side iron core portion 74 and the inner peripheral portion 76 of the excited side iron core portion 78 are formed in a coaxial cylindrical shape surrounding the rotating shaft 20 from the outer peripheral side, and end surfaces 72A and 76A in the direction of the respective rotating shafts. Projecting in the direction of the rotation axis.
  • the outer peripheral portion 73 of the exciting side core portion 74 and the outer peripheral portion 77 of the excited side core portion 78 are formed in a coaxial cylindrical shape, with the end surfaces 73A and 77A facing each other in the rotation axis direction, and the end surfaces of each other. Protrusions 73a and 77a that project so as to be close to each other in the rotation axis direction from predetermined circumferential positions on 73A and 77A are provided.
  • the predetermined positions in the circumferential direction at which the protrusions 73a and 77a are provided are such that the first rotor 21 and the first rotor 21 and the second rotor 22 are arranged so that the magnetic pole portions having the same magnetization direction face each other in the rotation axis direction.
  • the positions are opposed to each other in the rotation axis direction.
  • the magnet mounting portion 32 of the first rotor 21 to which the permanent magnet 33 is mounted and the magnet mounting portions 42 of the second rotor 22 to which the permanent magnet 43 is mounted are radially inward from the magnetic pole portion having the same magnetization direction. And the positions opposite to each other in the direction of the rotation axis.
  • the plurality of protrusions 73a of the excitation-side iron core portion 74 includes a plurality of permanent magnets 43 each having an N pole on the outer peripheral side and an S pole on the inner peripheral side.
  • the magnet mounting portions 42 are disposed at positions radially inward from the magnet mounting portions 42 at the same circumferential angle intervals as the circumferential angle intervals of the magnet mounting portions 42.
  • the plurality of projecting portions 77a of the excited side iron core portion 78 are arranged in the circumferential direction of the plurality of magnet mounting portions 32 of the first rotor 21 to which the permanent magnet 33 having the N pole on the outer peripheral side and the S pole on the inner peripheral side is mounted.
  • each magnet mounting portion 32 is arranged at a position that is radially inward from each magnet mounting portion 32 at the same circumferential angular interval as the angular interval, and is opposed to the plurality of protrusions 73a of the excitation-side iron core portion 74 in the rotational axis direction.
  • the exciting coil 71 When the exciting coil 71 is energized, a magnetic path is formed by the projecting portion 73a and the projecting portion 77a that oppose the rotation axis direction, and the inner peripheral portion 72 and the inner peripheral portion 76 that oppose the rotation axis direction.
  • the excited side core portion 78 is magnetized by the magnetic flux generated in the side core portion 74, and a magnetic attraction force is generated between the excitation side core portion 74 and the excited side core portion 78.
  • the first rotor 21 and the second rotor 22 are coupled in a non-contact manner, and a torque transmission state is established in which the rotational torque of the second rotor can be transmitted to the first rotor 21.
  • the first rotor 21 and the second rotor 22 are in the same phase.
  • the circumferential intervals of the plurality of protruding portions 73a and the circumferential intervals of the plurality of protruding portions 77a are made constant, thereby causing periodic pulsation of rotational torque. Occurrence is suppressed.
  • each first In the rotor 21 and the second rotor 22 are prevented from being coupled in a non-contact manner in a state where the magnetic pole portions having opposite magnetization directions face each other in the rotation axis direction. .
  • the operation of the energization switching unit 79 that can switch the excitation coil 71 between an energized state and a non-energized state is controlled by a control device 81 as shown in FIG.
  • the control device 81 determines whether or not the energization state of the excitation coil 71 is based on the rotational speed of the rotating electrical machine 10 detected or estimated by a rotational speed sensor (not shown) and the torque command indicating the torque required for the rotating electrical machine 10. Instruct to switch to energized state.
  • the control device 81 predetermines a predetermined correspondence relationship between the rotational speed, torque, and operating efficiency of the rotating electrical machine 10 with respect to a torque transmission state in which the excitation coil 71 is energized and a torque non-transmission state in which it is not energized.
  • a torque transmission state in which the excitation coil 71 is energized
  • a torque non-transmission state in which it is not energized.
  • the state giving priority to the operation efficiency, the state giving priority to the maximum torque, the state giving priority to the maximum number of rotations, etc. 71 is instructed to switch between an energized state and a non-energized state.
  • the control device 81 When the exciting coil 71 is energized, that is, in the torque transmission state, the control device 81 is in a state where at least the second rotor 22 can rotate against the attractive force of the magnetic coupling portion 23. preferable. That is, it is preferable that the current flowing through the coil 12b of the stator 12 is set to a state equal to or greater than a predetermined value. Furthermore, for example, it is preferable to control the excitation coil 71 to be in an energized state, that is, a torque transmission state when the second rotor 22 rotates, for example.
  • the control device 81 can control the operation state of the rotating electrical machine 10 by controlling the operation of the inverter 82 that energizes the three-phase coil 12 b of the rotating electrical machine 10.
  • the stator core 12a of the stator 12 includes a first stator core 91 that faces the first rotor core 31 in the radial direction, a second stator core 92 that faces the second rotor core 41 in the radial direction, and the first stator core 91 and the second stator in the rotational axis direction.
  • a stator nonmagnetic portion 93 made of a nonmagnetic member is provided between the stator core 92 and the stator core 92.
  • step S01 shown in FIG. 8 the rotational speed of the rotating electrical machine 10 is acquired by detection or estimation using a rotational speed sensor (not shown).
  • step S02 a torque command for the torque of the rotating electrical machine 10 is acquired.
  • step S03 based on the rotation speed of the rotating electrical machine 10 and the torque command, it is determined whether or not it is necessary to enter a torque transmission state in which the excitation coil 71 is energized. If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 04, and in this step S 04, the excitation coil 71 is set in a non-energized torque non-transmission state, and the flow proceeds to the end. On the other hand, if the determination result is “YES”, the process proceeds to step S05, and in this step S05, the excitation coil 71 is set in the torque transmission state, which is an energized state, and the process proceeds to the end.
  • the second rotor 22 can be magnetically coupled to the case 13 by the attractive force generated by the magnetic force between the rotor-side coupling magnet 61 and the case-side coupling magnet 62 that are opposed in the radial direction.
  • the axial dimension of the rotating electrical machine 10 can be prevented. Can be prevented from increasing.
  • the torque transmission unit 24 maintains the first rotor 21 and the second rotor 22 in a non-contact state and can switch between the torque transmission state and the torque non-transmission state, and thus the second rotor 22 in the torque non-transmission state. Can be prevented from being dragged due to the load with respect to the rotation of the first rotor 21.
  • a non-magnetic portion 75 is provided at a position facing the exciting coil 71 in the rotation axis direction, and each protrusion 73a, By providing 77a, the first rotor 21 and the second rotor 22 are accurately set to the same phase in the torque transmission state, and the rotational torque of the second rotor 22 is efficiently transmitted to the first rotor 21.
  • stator nonmagnetic portion 93 between the first stator core 91 and the second rotor core 41 that are not opposed in the radial direction, and between the second stator core 92 and the first rotor core 31 that are not opposed in the radial direction.
  • Generation of magnetic flux that is short-circuited can be prevented, and an increase in eddy current loss in each of the stator cores 91 and 92 is prevented.
  • generation of magnetic flux that is short-circuited from the first rotor core 31 to the second rotor core 41 through the first stator core 91 and the second stator core 92 is prevented, and an increase in eddy current loss in each of the stator cores 91 and 92 is prevented.
  • the first rotor core 31 may include the exciting coil 71 and the second rotor core 41 may include the nonmagnetic portion 75.
  • the protrusions 73a and 77a are arranged radially inward from the magnet mounting portions 42 and 32.
  • the magnet mounting portions 42 and 32 are provided. May be arranged at the radially outward side, for example, at a radial position equal to the magnet mounting portions 42 and 32, for example.
  • the magnetic pole portions having the same magnetization direction are the magnet mounting portions 42 and 32 to which the permanent magnets 43 and 33 having the N pole on the outer peripheral side and the S pole on the inner peripheral side are mounted.
  • the present invention is not limited to this.
  • the magnet mounting portions 42 and 32 on which the permanent magnets 43 and 33 having the S pole on the outer peripheral side and the N pole on the inner peripheral side are mounted when the first rotor 21 and the second rotor 22 are arranged such that the protrusions 73a and 77a are arranged such that the magnetic pole portions having the same magnetization direction face each other in the rotation axis direction, What is necessary is just to arrange
  • the protrusions 73a and 77a are provided on the outer peripheral portion 73 of the exciting side iron core portion 74 and the outer peripheral portion 77 of the excited side iron core portion 78.
  • the projecting portions projecting so as to be close to each other in the rotation axis direction may be provided on the inner peripheral portion 72 of the exciting side core portion 74 and the inner peripheral portion 76 of the excited side core portion 78.
  • the control device 81 when the control device 81 causes the current flowing through the coil 12b of the stator 12 to be equal to or greater than a predetermined value, the second rotor 22 can rotate against the attractive force of the magnetic coupling portion 23.
  • the excitation coil 71 is configured to be in a torque transmission state, which is an energized state, the present invention is not limited to this.
  • the current flowing through the coil 12b of the stator 12 becomes a value close to a predetermined value at a predetermined level.
  • the excitation coil 71 is in a state of torque transmission that is energized. It may be.
  • the second rotor 22 is magnetically applied to the rotational torque generated in the second rotor 22 by the magnetic flux generated from the coil 12 b of the stator 12 and the first rotor 21 in which the second rotor 22 is rotated by the torque transmission unit 24. Due to the rotational torque generated in the second rotor 22 by being attracted, it can rotate against the attractive force of the magnetic coupling portion 23. Thereby, for example, even when a solid difference in the attractive force of the magnetic coupling portion 23 or a change in the attractive force due to temperature occurs, the rotation start timing of the second rotor 22 and the rotational torque of the second rotor 22 are reduced. The start timing of the torque transmission state transmitted to the first rotor 21 is controlled with higher accuracy.
  • the magnetic coupling portion 23 including the rotor-side coupling magnet 61 and the case-side coupling magnet 62 has a torque limit function.
  • This torque limit function is magnetically attracted to the rotational torque generated in the second rotor 22 by the magnetic flux generated from the coil 12 b of the stator 12 and the first rotor 21 in which the second rotor 22 rotates by the torque transmission unit 24.
  • the total torque including the rotational torque generated in the second rotor 22 is smaller than a predetermined magnitude, the rotation stop of the second rotor 22 is maintained.
  • the second rotor 22 is magnetically attracted to the first rotor 21 rotated by the torque transmission unit 24 and the rotational torque generated in the second rotor 22 by the magnetic flux generated from the coil 12 b of the stator 12.
  • the second rotor 22 is rotated when the total torque with the rotational torque generated at the time is greater than or equal to a predetermined magnitude.

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Abstract

　この回転電機は、ロータと、前記ロータと前記ロータの径方向に対向し、ステータコアにコイルが巻回されてなるステータと、前記ロータおよび前記ステータを収容するケースと、備える回転電機であって、前記ロータは、回転軸と、前記回転軸に固定された第１ロータと、前記第１ロータと前記ロータの回転軸方向で対向し、かつ前記回転軸方向に離間して配置された、前記回転軸に非固定の第２ロータと、前記第２ロータの回転トルクを前記第１ロータに伝達するトルク伝達状態と前記第２ロータの前記回転トルクを前記第１ロータに伝達しないトルク非伝達状態との間で切り替え可能なトルク伝達手段と、前記第２ロータを前記ケースに磁気的に結合可能な磁気結合手段とを備える。

Description

回転電機
　本発明は、回転電機に関する。
　本願は、２０１０年９月３０日に、日本に出願された特願２０１０－２２１０５２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、互いの回転軸が同軸に配置されて相対位相を変更可能な内回転子および外回転子からなるロータを備え、相対位相の変更に応じてロータのトルクに寄与する磁石磁束を変更可能な電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　また、ステータに対してロータを軸方向に変位可能とし、ロータとステータとの対向面積の変更に応じてステータに鎖交するロータの磁石磁束を変更可能な回転機が知られている（例えば、特許文献２参照）。
　また、磁気特性が異なる複数の磁石を有するロータに対して、ステータの励磁よって増磁と減磁とを行なうことで、ステータに鎖交するロータの磁石磁束を変更可能な回転電機が知られている（例えば、特許文献３参照）。
日本国特開２００４－０７２９７８号公報 日本国特許第３８４４２２９号公報 日本国特開２００８－２４５３６８号公報
　ところで、上記従来技術に係る電動機においては、ロータを内回転子および外回転子の複数の回転子により構成することから、構成に要する磁石量が増大してしまうという問題が生じる。また、所望の弱め界磁と強め界磁とが発生するようにして磁気特性が異なる複数の磁石の配置を設定する必要が生じる、すなわち、磁気回路を設定する必要が生じるため、各ロータの構成に関する自由度が低下してしまう。
　また、上記従来技術に係る回転機においては、ステータに対してロータが軸方向に変位することで、径方向でステータに対向しないロータの表面からステータコアに短絡する磁束が発生する。これによって、ステータコアの渦電流損失が増大してしまう。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ロータの構成および磁気回路の制約を低減して、かつ、磁石磁束を適切に可変にすることが可能な回転電機を提供することを目的とする。
　上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。
（１）すなわち、本発明の一態様に係る車体前部構造は、ロータと、このロータに対して同ロータの径方向に対向し、ステータコアにコイルが巻回されてなるステータと、前記ロータおよび前記ステータを収容するケースとを備える回転電機であって、前記ロータは、回転軸と、この回転軸に固定された第１ロータと、この第１ロータに対して前記ロータの回転軸方向に対向し、かつ前記回転軸方向に離間して配置された、前記回転軸に非固定の第２ロータと、この第２ロータの回転トルクを前記第１ロータに伝達するトルク伝達状態と前記第２ロータの前記回転トルクを前記第１ロータに伝達しないトルク非伝達状態との間で切り替え可能なトルク伝達手段と、前記第２ロータを前記ケースに磁気的に結合可能な磁気結合手段とを備える。
　上記（１）に記載の態様によれば、第１ロータの磁石磁束がステータに鎖交することにより発生する回転トルクのみが回転軸に伝達される状態である弱め界磁状態と、第１ロータおよび第２ロータの磁石磁束がステータに鎖交することにより発生する回転トルクがともに回転軸に伝達される状態である強め界磁状態とを、コイルに流れる電流に応じて容易かつ適切に切り替えることができる。これにより、例えば弱め界磁状態と強め界磁状態とを切替可能にするために各ロータの磁石配置、すなわち磁気回路を制約する必要が生じることを防止し、各ロータの構成に関する自由度が低下してしまうことを防止できる。
　（２）上記（１）に記載の車体前部構造では、前記磁気結合手段は、前記第２ロータに固定されたロータ側結合用磁石と、前記ロータ側結合用磁石に対向するようにして前記ケースに固定されたケース側結合用磁石とを備えてもよい。
　上記（２）の場合、対向するロータ側結合用磁石とケース側結合用磁石との間の磁力による吸引力で第２ロータをケースに磁気的に結合させることができ、磁気結合手段の構成が複雑化することを防止できる。
　（３）上記（２）に記載の車体前部構造では、前記ロータ側結合用磁石は前記第２ロータの内周部に固定され、前記ケース側結合用磁石は、前記第２ロータの径方向で前記ロータ側結合用磁石に対向するようにして前記ケースに固定されていてもよい。
　上記（３）の場合、回転電機の軸方向寸法が増大することを防止できる。
　（４）上記（３）に記載の車体前部構造では、前記第２ロータは、前記コイルに流れる電流値が所定値未満の場合には、前記磁気結合手段によって前記ケースに磁気的に結合され、前記コイルに流れる前記電流値が前記所定値以上の場合には回転する構成を採用してもよい。
　（５）上記（１）～（４）の何れか１項に記載の車体前部構造では、前記トルク伝達手段は、前記第２ロータが回転するときに前記トルク伝達状態になる構成を採用してもよい。
　（６）上記（５）に記載の車体前部構造では、前記トルク伝達手段は、前記第１ロータおよび前記第２ロータのうちの何れか一方において前記回転軸周りに前記ロータの周方向に巻回された励磁コイルと、前記第１ロータおよび前記第２ロータのうちの何れか一方のロータにおいて前記励磁コイルの内周側に配置された第１内周部および前記励磁コイルの外周側に配置された第１外周部を具備する励磁側鉄心部と、前記第１ロータおよび前記第２ロータのうち何れか他方のロータにおいて前記回転軸方向で前記励磁コイルに対向する位置に設けられた非磁性部と、前記他方のロータにおいて前記回転軸方向で前記励磁側鉄心部に対向可能に前記非磁性部の内周側に配置された第２内周部および前記非磁性部の外周側に配置された第２外周部を具備する被励磁側鉄心部と、前記励磁コイルを通電状態と非通電状態とに切り替え可能な通電切替手段とを備えてもよい。
　上記（６）の場合、励磁コイルが通電状態である場合に励磁側鉄心部で発生する磁束により被励磁側鉄心部が磁化され、励磁側鉄心部と被励磁側鉄心部との間の磁気的な吸引力によって、一方のロータと他方のロータとが非接触に結合され、トルク伝達可能な状態になる。
　つまり、トルク伝達手段は、一方のロータと他方のロータとを非接触に維持しつつトルク伝達状態とトルク非伝達状態とを切り替え可能であって、トルク非伝達状態において第２ロータが第１ロータの回転に対して負荷になること（引き摺り損失が発生すること）を防止できる。
（７）上記（６）に記載の車体前部構造では、前記第１ロータおよび前記第２ロータは前記周方向に配置された複数の磁極部を備え、前記複数の磁極部は前記周方向で隣り合う前記磁極部同士の磁化方向が反転するように配置され、前記励磁側鉄心部の前記第１外周部と、前記被励磁側鉄心部の前記第２外周部とは、前記磁化方向が同一である前記磁極部同士が前記回転軸方向に対向するようにして前記第１ロータおよび前記第２ロータが配置されている場合に前記回転軸方向で互いに対向する位置において前記回転軸方向で互いに近接するようにして突出する突出部を備えてもよい。
　上記（７）の場合、第１ロータの励磁側鉄心部の外周部に設けられた突出部と、第２ロータの被励磁側鉄心部の外周部に設けられた突出部と、第１ロータおよび第２ロータの各内周部とにより磁路が形成され、磁化方向が同一である磁極部同士が回転軸方向に対向するようにして励磁側鉄心部の外周部と第２ロータの外周部とが磁気的な吸引力によって非接触に結合される。これにより、トルク伝達状態において第１ロータと第２ロータとを同一位相に設定することができ、第２ロータの回転トルクを第１ロータに効率よく伝達することができる。
　しかも、各外周部に突出部を設けることにより、例えば各内周部に突出部を設けることに比べて、より精度良く同一位相に設定することができる。
（８）上記（１）～（７）の何れか１項に記載の車体前部構造では、前記ステータコアは、前記径方向で前記第１ロータに対向する第１ステータコアと、前記径方向で前記第２ロータに対向する第２ステータコアと、前記回転軸方向で前記第１ステータコアと前記第２ステータコアとの間に配置されたステータ非磁性部とをさらに備えてもよい。
　上記（８）の場合、径方向で対向しない各ステータコアと各ロータとの間（つまり、第１ステータコアと第２ロータとの間、および、第２ステータコアと第１ロータとの間）で短絡する磁束が発生することを防止し、各ステータコアにおける渦電流損失の増大を防止できる。
　本発明によれば、ロータの構成および磁気回路の制約を低減して、かつ、磁石磁束を適切に可変にすることが可能な回転電機を提供することができる。
本発明の実施形態に係る回転電機を回転軸方向に平行に破断して示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る回転電機を回転軸方向に平行に破断した断面図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の第１ロータを回転軸方向から見た平面図であって、図２に示すＡ－Ａ線矢視図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の第１ロータの斜視図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の第２ロータを回転軸方向から見た平面図であって、図２に示すＢ－Ｂ線矢視図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の第２ロータの斜視図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の第２ロータを図２に示す回転軸方向であるＺ方向から見た平面図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る回転電機の一部を回転軸方向に平行に破断した断面図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の一部を回転軸方向に平行に破断した断面図である。
　以下、本発明の回転電機の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
　本実施形態に係る回転電機１０は、図１～図７に示すように、ロータ１１と、ステータコア１２ａに３相のコイル１２ｂが巻回されたステータ１２と、ロータ１１およびステータ１２を収容するケース１３とを備えている。
　この回転電機１０は、例えばインナロータ型のブラシレスＤＣモータであって、ロータ１１が円環状のステータ１２の内周側に配置され、ステータ１２のステータコア１２ａの外周部がケース１３に固定されている。
　ロータ１１は、回転軸２０と、回転軸方向に対向するように非接触に配置された第１ロータ２１および第２ロータ２２と、第２ロータ２２をケース１３に磁気的に結合可能な磁気結合部２３と、第２ロータ２２の回転トルクを第１ロータ２１に伝達するトルク伝達状態と第２ロータ２２の回転トルクを第１ロータ２１に伝達しないトルク非伝達状態とを切り替え可能なトルク伝達部２４と、を備えている。
　第１ロータ２１は、回転軸２０に固定されており、第１ロータコア３１と、第１ロータコア３１の外周側に偏寄した位置に形成された複数の磁石装着部３２と、複数の磁石装着部３２に装着された永久磁石３３とを備えている。
　複数の磁石装着部３２は、ロータの周方向に等間隔に配置されている。これら磁石装着部３２は、ロータの周方向で隣り合う１対の磁石装着スロット３２ａ，３２ａを備えている。
　１対の磁石装着スロット３２ａ，３２ａには、厚み方向の同一方向に磁化された２つの平板状の永久磁石３３，３３が装着されている。
　以下の説明において、ロータの周方向について、単に周方向と記載する。また、ロータの径方向についても、単に径方向と記載する。
　周方向で隣り合う磁石装着部３２，３２同士においては、磁極の向きが厚み方向で逆向きになるように永久磁石３３が装着されている。
　即ち、外周側がＮ極とされた１対の永久磁石３３，３３が装着された１対の磁石装着スロット３２ａ，３２ａと、外周側がＳ極とされた１対の永久磁石３３，３３が装着された１対の磁石装着スロット３２ａ，３２ａとが、周方向に交互に並んで配置されている。
　第２ロータ２２は、回転軸２０には固定されておらず、ベアリング４０を介してケース１３に回転可能に支持され、第２ロータコア４１と、第２ロータコア４１の外周側に偏寄した位置に形成された複数の磁石装着部４２に装着された永久磁石４３とを備えている。
　第２ロータコア４１は、中心部において回転軸２０が非接触に挿入される貫通孔４５と、回転軸方向で第１ロータ２１側の反対側の端部に形成された凹溝４６、第１突出部４７および第２突出部４８とを備えている。
　凹溝４６は、貫通孔４５を外周側から取り囲むようにして円環状に形成されている。
　第１突出部４７は、貫通孔４５の内壁面４５Ａに連続する内周面４７Ａと、凹溝４６の内周側壁面４６Ａに連続する外周面４７Ｂとを有し、回転軸方向に突出する円筒状に形成されている。
　第２突出部４８は、第１突出部４７を外周側から取り囲むようにして回転軸方向に突出する円筒状に形成され、凹溝４６の外周側壁面４６Ｂに連続する内周面４８Ａを有している。
　凹溝４６と、第１突出部４７および第２突出部４８により径方向の両側から挟み込まれるようにして形成される円環状の空間部４９とには、ケース１３の一部を成す円筒状支持部５０が挿入されている。
　円筒状支持部５０の内周面５０Ａと第１突出部４７の外周面４７Ｂとの間には、円環状のベアリング４０が装着されている。このベアリング４０によって円筒状支持部５０は、第１突出部４７、すなわち第２ロータ２２を回転軸２０周りに回転可能に支持している。
　複数の磁石装着部４２は、周方向に等間隔に配置されている。これら磁石装着部４２は、周方向で隣り合う１対の磁石装着スロット４２ａ，４２ａを備えている。
　１対の磁石装着スロット４２ａ，４２ａには、厚み方向の同一方向に磁化された２つの平板状の永久磁石４３，４３が装着されている。
　周方向で隣り合う磁石装着部４２，４２同士においては、磁極の向きが厚み方向で逆向きになるように永久磁石４３が装着されている。
　即ち、外周側がＮ極とされた１対の永久磁石４３，４３が装着された１対の磁石装着スロット４２ａ，４２ａと、外周側がＳ極とされた１対の永久磁石４３，４３が装着された１対の磁石装着スロット４２ａ，４２ａとが、周方向に交互に並んで配置されている。
　第１ロータ２１における複数の磁石装着部３２および永久磁石３３の径方向および周方向での配置位置と、第２ロータ２２における複数の磁石装着部４２および永久磁石４３の径方向および周方向での配置位置とは同一である。さらに、磁極の向きが等しい互いの永久磁石３３，４３同士が回転軸方向に対向可能に構成されている。
　磁気結合部２３は、第２ロータ２２に固定されたロータ側結合用磁石６１と、ロータ側結合用磁石６１に対向するようにしてケース１３に固定されたケース側結合用磁石６２とを備えている。
　ロータ側結合用磁石６１は、厚み方向に磁化された平板状であって、磁化方向が径方向になるようにして、第２ロータ２２の第２突出部４８の内周面４８Ａ上のうちケース１３の一部を成す円筒状支持部５０の外周面５０Ｂに径方向で対向する位置に固定されている。
　ケース側結合用磁石６２は、厚み方向に磁化された平板状であって、磁化方向が径方向になるように、かつ、ロータ側結合用磁石６１に径方向で対向するようにして、ケース１３の一部を成す円筒状支持部５０の外周面５０Ｂ上のうち第２ロータ２２の第２突出部４８の内周面４８Ａに径方向で対向する位置に固定されている。
　ロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２とは、互いの磁化方向が反対方向でかつ、径方向で対向可能に配置されている。さらに、ケース１３に対する第２ロータ２２の所定の回転位置において、対向するロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２との間に磁力による吸引力が作用するように設定されている。
　対向するロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２との間に作用する磁力による吸引力は、ステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流が所定値未満の場合に第２ロータ２２の回転停止を維持し、ステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流が所定値以上の場合に第２ロータ２２の回転を許容する程度の大きさを有する。
　すなわち、ロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２とを備えた磁気結合部２３は、ステータ１２のコイル１２ｂから発生する磁束により第２ロータ２２に発生する回転トルクの大きさが所定の大きさよりも小さい場合に第２ロータ２２の回転停止を維持し、ステータ１２のコイル１２ｂから発生する磁束により第２ロータ２２に発生する回転トルクの大きさが所定の大きさ以上の場合に第２ロータ２２を回転させるトルクリミット機能を有している。
　トルク伝達部２４は、第２ロータコア４１において回転軸２０周りに周方向に巻回された励磁コイル７１と、第２ロータコア４１において励磁コイル７１の内周側に配置された内周部７２および励磁コイル７１の外周側に配置された外周部７３を具備する励磁側鉄心部７４と、第１ロータコア３１において回転軸方向で励磁コイル７１に対向する位置に設けられた円環状の非磁性部７５と、第１ロータコア３１において非磁性部７５の内周側に配置された内周部７６および非磁性部７５の外周側に配置された外周部７７を具備する被励磁側鉄心部７８と、励磁コイル７１を通電状態と非通電状態とに切り替え可能な通電切替部７９とを備えている。
　励磁側鉄心部７４の内周部７２および被励磁側鉄心部７８の内周部７６は、回転軸２０を外周側から取り囲む同軸の円筒状に形成され、互いの回転軸方向の端面７２Ａ，７６Ａが対向するようにして回転軸方向に突出している。
　励磁側鉄心部７４の外周部７３および被励磁側鉄心部７８の外周部７７は、同軸の円筒状に形成され、互いの回転軸方向の端面７３Ａ，７７Ａが対向して、かつ、互いの端面７３Ａ，７７Ａ上における周方向の所定位置から回転軸方向に互いに近接するようにして突出する各突出部７３ａ，７７ａを備えている。
　各突出部７３ａ，７７ａが設けられる周方向の所定位置は、第１ロータ２１および第２ロータ２２において磁化方向が同一の磁極部同士が回転軸方向に対向するようにして第１ロータ２１および第２ロータ２２が配置されている場合に回転軸方向で互いに対向する位置である。例えば、永久磁石３３が装着された第１ロータ２１の磁石装着部３２および永久磁石４３が装着された第２ロータ２２の磁石装着部４２同士が、磁化方向が同一の磁極部から径方向内方側であって回転軸方向で互いに対向する位置などである。
　図３～図６に示す回転電機１０では、励磁側鉄心部７４の複数の突出部７３ａは、外周側がＮ極かつ内周側がＳ極の永久磁石４３が装着された第２ロータ２２の複数の磁石装着部４２の周方向角度間隔と同一の周方向角度間隔で各磁石装着部４２から径方向内方側位置に配置されている。同様にして、被励磁側鉄心部７８の複数の突出部７７ａは、外周側がＮ極かつ内周側がＳ極の永久磁石３３が装着された第１ロータ２１の複数の磁石装着部３２の周方向角度間隔と同一の周方向角度間隔で各磁石装着部３２から径方向内方側であって励磁側鉄心部７４の複数の突出部７３ａと回転軸方向で互いに対向する位置に配置されている。
　励磁コイル７１が通電状態である場合に、回転軸方向に対向する突出部７３ａおよび突出部７７ａと、回転軸方向に対向する内周部７２および内周部７６とにより磁路が形成され、励磁側鉄心部７４で発生する磁束により被励磁側鉄心部７８が磁化され、励磁側鉄心部７４と被励磁側鉄心部７８との間に磁気的な吸引力が発生する。これにより、第１ロータ２１と第２ロータ２２とが非接触に結合され、第２ロータの回転トルクを第１ロータ２１に伝達可能なトルク伝達状態になる。しかも、このトルク伝達状態では、第１ロータ２１と第２ロータ２２とが同一位相になる。
　励磁側鉄心部７４および被励磁側鉄心部７８のそれぞれにおいて、複数の突出部７３ａの周方向間隔および複数の突出部７７ａの周方向間隔を一定にすることによって、回転トルクの周期的な脈動の発生が抑制される。さらに、複数の突出部７３ａおよび複数の突出部７７ａのそれぞれの個数を、各第１ロータ２１および第２ロータ２２の磁極部の極数の倍数とは異なる値に設定することにより、各第１ロータ２１および第２ロータ２２において、磁化方向が反対方向の磁極部同士が回転軸方向に対向した状態で第１ロータ２１と第２ロータ２２とが非接触に結合されてしまうことが防止される。
　励磁コイル７１を通電状態と非通電状態とに切り替え可能な通電切替部７９の動作は、図６に示すように、制御装置８１により制御される。
　制御装置８１は、図示しない回転数センサなどによって検出あるいは推定される回転電機１０の回転数と、回転電機１０に要求されるトルクを示すトルク指令となどに基づき、励磁コイル７１の通電状態と非通電状態との切り替えを指示する。
　制御装置８１は、予め、励磁コイル７１が通電状態であるトルク伝達状態と非通電状態であるトルク非伝達状態とに対して、回転電機１０の回転数とトルクと運転効率との所定の対応関係を示すマップなどのデータを記憶しており、回転電機１０の運転状態、例えば運転効率を優先する状態や、最大トルクを優先する状態や、最大回転数を優先する状態などに応じて、励磁コイル７１の通電状態と非通電状態との切り替えを指示する。
　制御装置８１は、励磁コイル７１が通電状態ある場合、すなわち、トルク伝達状態である場合には、少なくとも第２ロータ２２が磁気結合部２３の吸引力に抗って回転可能な状態である状態が好ましい。すなわちステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流が所定値以上の状態に設定されることが好ましい。さらに言えば、例えば第２ロータ２２が回転するときに励磁コイル７１が通電状態すなわち、トルク伝達状態になるように制御することが好ましい。
　制御装置８１は、回転電機１０の３相のコイル１２ｂに対する通電を行なうインバータ８２の動作を制御することによって、回転電機１０の運転状態を制御できる。
　ステータ１２のステータコア１２ａは、径方向で第１ロータコア３１に対向する第１ステータコア９１と、径方向で第２ロータコア４１に対向する第２ステータコア９２と、回転軸方向で第１ステータコア９１と第２ステータコア９２との間に配置された非磁性部材からなるステータ非磁性部９３とを備えている。
　次に、上記の回転電機１０の動作について説明する。
　図８に示すステップＳ０１において、図示しない回転数センサによる検出あるいは推定などにより回転電機１０の回転数を取得する。
　ステップＳ０２において、回転電機１０のトルクに対するトルク指令を取得する。
　ステップＳ０３において、回転電機１０の回転数とトルク指令とに基づき、励磁コイル７１が通電状態であるトルク伝達状態となる必要であるか否かを判定する。
　この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０４に進み、このステップＳ０４においては、励磁コイル７１を非通電状態であるトルク非伝達状態として、エンドに進む。
　一方、上記判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０５に進み、このステップＳ０５においては、励磁コイル７１を通電状態であるトルク伝達状態として、エンドに進む。
　図９Ａに示すように、回転電機１０の低負荷時であって、ステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流が所定値未満の低励磁の状態では、第２ロータ２２は磁気結合部２３によって停止状態に維持され、励磁コイル７１が非通電状態であるトルク非伝達状態に設定されて、第１ロータ２１の回転トルクのみが回転軸２０に伝達される。
　この場合は、回転軸２０の回転トルクに寄与する磁石磁束量が低下する弱め界磁状態になる。
　一方、図９Ｂに示すように、回転電機１０の高負荷時であって、ステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流が所定値以上の高励磁の状態では、第２ロータ２２は磁気結合部２３の吸引力に抗って回転し、励磁コイル７１が通電状態であるトルク伝達状態に設定されて、第１ロータ２１の回転トルクと第２ロータの回転トルクとが回転軸２０に伝達される。
　この場合は、回転軸２０の回転トルクに寄与する磁石磁束量が増加する強め界磁状態になる。
　上述したように、本発明の一実施形態に係る回転電機１０によれば、第１ロータ２１の磁石磁束がステータ１２に鎖交することにより発生する回転トルクのみが回転軸２０に伝達される状態である弱め界磁状態と、第１ロータ２１および第２ロータ２２の磁石磁束がステータ１２に鎖交することにより発生する回転トルクがともに回転軸２０に伝達される状態である強め界磁状態とを、ステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流に応じて容易かつ適切に切り替えることができる。これにより、例えば弱め界磁状態と強め界磁状態とを切替可能にするために各ロータ２１，２２の磁石配置、すなわち磁気回路を制約する必要が生じることを防止し、各ロータ２１，２２の構成に関する自由度が低下してしまうことを防止できる。
　さらに、径方向で対向するロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２との間の磁力による吸引力で第２ロータ２２をケース１３に磁気的に結合させることができ、磁気結合部２３の構成が複雑化することを防止できると共に、例えばロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２とを回転軸方向に対向するように配置する場合に比べて、回転電機１０の軸方向寸法が増大することを防止できる。
　さらに、トルク伝達部２４は、第１ロータ２１と第２ロータ２２とが非接触に維持され、トルク伝達状態とトルク非伝達状態とが切り替え可能であるため、トルク非伝達状態において第２ロータ２２が第１ロータ２１の回転に対して負荷になることによる引き摺り損失の発生を防止できる。
　さらに、回転軸方向で励磁コイル７１に対向する位置に非磁性部７５を設け、各ロータ２１，２２の磁極部のうち磁化方向が一方である磁極部に対する所定の相対位置に各突出部７３ａ，７７ａを備えることにより、トルク伝達状態において第１ロータ２１と第２ロータ２２とが精度良く同一位相に設定され、第２ロータ２２の回転トルクが第１ロータ２１に効率よく伝達される。
　さらに、ステータ非磁性部９３を備えることにより、径方向で対向しない第１ステータコア９１と第２ロータコア４１との間、および、径方向で対向しない第２ステータコア９２と第１ロータコア３１との間で短絡する磁束の発生が防止でき、各ステータコア９１，９２における渦電流損失の増大が防止される。
　また、第１ロータコア３１から第１ステータコア９１および第２ステータコア９２を通って第２ロータコア４１へ短絡する磁束の発生が防止され、各ステータコア９１，９２における渦電流損失の増大が防止される。
　なお、本発明は上述の実施形態のみに限られるものではなく、例えば以下に示すように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
　上述した実施形態においては、磁気結合部２３のロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２とが、径方向以外の方向（例えば、回転軸方向など）で対向するように配置されてもよい。
　上述した実施形態においては、第１ロータコア３１が励磁コイル７１を備え、第２ロータコア４１が非磁性部７５を備えてもよい。
　上述した実施形態においては、各突出部７３ａ，７７ａが、各磁石装着部４２，３２から径方向内方側に配置されるとしたが、これに限定されず、例えば各磁石装着部４２，３２から径方向外方側や、例えば各磁石装着部４２，３２と等しい径方向位置などに配置されてもよい。
　また、上述した実施形態においては、磁化方向が同一の磁極部は、外周側がＮ極かつ内周側がＳ極の各永久磁石４３，３３が装着された各磁石装着部４２，３２であったが、これに限定されず、例えば外周側がＳ極かつ内周側がＮ極の各永久磁石４３，３３が装着された各磁石装着部４２，３２であってもよい。
　要するに、各突出部７３ａ，７７ａが、磁化方向が同一である磁極部同士が回転軸方向に対向するようにして第１ロータ２１および第２ロータ２２が配置されている場合に回転軸方向で互いに対向する適宜の位置に配置されていればよい。
　また、上述した実施形態においては、各突出部７３ａ，７７ａが励磁側鉄心部７４の外周部７３および被励磁側鉄心部７８の外周部７７に設けられていたが、これに限定されず、例えば、励磁側鉄心部７４の内周部７２および被励磁側鉄心部７８の内周部７６に回転軸方向に互いに近接するようにして突出する各突出部が設けられていてもよい。
　上述した実施形態においては、制御装置８１が、ステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流が所定値以上となって、第２ロータ２２が磁気結合部２３の吸引力に抗って回転可能になったときに、励磁コイル７１を通電状態であるトルク伝達状態にする構成としたが、これに限定されず、例えばステータ１２のコイル１２ｂに流れる電流が、所定の程度で、所定値に近い値になったとき、つまりステータ１２のコイル１２ｂから発生する磁束が、第２ロータ２２が回転し始める磁束の大きさに、所定の程度で近づいたときに、励磁コイル７１を通電状態であるトルク伝達状態する構成にしてもよい。
　この場合、第２ロータ２２は、ステータ１２のコイル１２ｂから発生する磁束により第２ロータ２２に発生する回転トルクと、トルク伝達部２４によって第２ロータ２２が回転する第１ロータ２１に磁気的に引きつけられて第２ロータ２２に発生する回転トルクとによって、磁気結合部２３の吸引力に抗って回転可能になる。
　これにより、例えば、磁気結合部２３の吸引力の固体差や、温度による吸引力の変化などが生じる場合であっても、第２ロータ２２の回転開始のタイミングおよび第２ロータ２２の回転トルクを第１ロータ２１に伝達するトルク伝達状態の開始タイミングが、より精度よく制御される。
　このとき、ロータ側結合用磁石６１とケース側結合用磁石６２とを備えた磁気結合部２３は、トルクリミット機能を有している。
　このトルクリミット機能は、ステータ１２のコイル１２ｂから発生する磁束により第２ロータ２２に発生する回転トルクと、トルク伝達部２４によって第２ロータ２２が回転する第１ロータ２１に磁気的に引きつけられて第２ロータ２２に発生する回転トルクとの合計トルクが所定の大きさよりも小さい場合に第２ロータ２２の回転停止を維持する。また、ステータ１２のコイル１２ｂから発生する磁束により第２ロータ２２に発生する回転トルクと、トルク伝達部２４によって第２ロータ２２が回転する第１ロータ２１に磁気的に引きつけられて第２ロータ２２に発生する回転トルクとの合計トルクが所定の大きさ以上の場合に第２ロータ２２を回転させる。
　本発明によれば、ロータの構成および磁気回路の制約を低減して、かつ、磁石磁束を適切に可変にすることが可能な回転電機を提供することができる。
　１０　　回転電機
　１１　　ロータ
　１２　　ステータ
　１２ａ　　ステータコア
　１２ｂ　　コイル
　１３　　ケース
　２１　　第１ロータ
　２２　　第２ロータ
　２３　　トルク伝達手段（磁気結合手段）
　２４　　トルク伝達部（トルク伝達手段）
　３２　　磁石装着部（磁極部）
　４２　　磁石装着部（磁極部）
　４８Ａ　　内周面（内周部）
　６１　　ロータ側結合用磁石
　６２　　ケース側結合用磁石
　７１　　励磁コイル
　７２　　内周部
　７３　　外周部
　７３ａ　　突出部
　７４　　励磁側鉄心部
　７５　　非磁性部
　７６　　内周部
　７７　　外周部
　７７ａ　　突出部
　７８　　被励磁側鉄心部
　７９　　通電切替部（通電切替手段）
　９１　　第１ステータコア
　９２　　第２ステータコア
　９３　　ステータ非磁性部

Claims (8)

  1. 　ロータと、
    　このロータに対して同ロータの径方向に対向し、ステータコアにコイルが巻回されてなるステータと、
    　前記ロータおよび前記ステータを収容するケースと、
    を備える回転電機であって、
    　前記ロータは、
    　回転軸と、
    　この回転軸に固定された第１ロータと、
    　この第１ロータに対して前記ロータの回転軸方向に対向し、かつ前記回転軸方向に離間して配置された、前記回転軸に非固定の第２ロータと、
    　この第２ロータの回転トルクを前記第１ロータに伝達するトルク伝達状態と前記第２ロータの前記回転トルクを前記第１ロータに伝達しないトルク非伝達状態との間で切り替え可能なトルク伝達手段と、
    　前記第２ロータを前記ケースに磁気的に結合可能な磁気結合手段と、
    を備えることを特徴とする回転電機。
  2. 　前記磁気結合手段は、前記第２ロータに固定されたロータ側結合用磁石と、前記ロータ側結合用磁石に対向するようにして前記ケースに固定されたケース側結合用磁石とを備えることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
  3. 　前記ロータ側結合用磁石は前記第２ロータの内周部に固定され、
    　前記ケース側結合用磁石は、前記第２ロータの径方向で前記ロータ側結合用磁石に対向するようにして前記ケースに固定されている
    ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
  4. 　前記第２ロータは、
    　前記コイルに流れる電流値が所定値未満の場合には、前記磁気結合手段によって前記ケースに磁気的に結合され、
    　前記コイルに流れる前記電流値が前記所定値以上の場合には回転する
    ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
  5. 　前記トルク伝達手段は、前記第２ロータが回転するときに前記トルク伝達状態になることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の回転電機。
  6. 　前記トルク伝達手段は、
    　前記第１ロータおよび前記第２ロータのうちの何れか一方において前記回転軸周りに前記ロータの周方向に巻回された励磁コイルと、
    　前記第１ロータおよび前記第２ロータのうちの何れか一方のロータにおいて前記励磁コイルの内周側に配置された第１内周部および前記励磁コイルの外周側に配置された第１外周部を具備する励磁側鉄心部と、
    　前記第１ロータおよび前記第２ロータのうち何れか他方のロータにおいて前記回転軸方向で前記励磁コイルに対向する位置に設けられた非磁性部と、
    　前記他方のロータにおいて前記回転軸方向で前記励磁側鉄心部に対向可能に前記非磁性部の内周側に配置された第２内周部および前記非磁性部の外周側に配置された第２外周部を具備する被励磁側鉄心部と、
    　前記励磁コイルを通電状態と非通電状態とに切り替え可能な通電切替手段と、
    を備えることを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
  7. 　前記第１ロータおよび前記第２ロータは前記周方向に配置された複数の磁極部を備え、前記複数の磁極部は前記周方向で隣り合う前記磁極部同士の磁化方向が反転するように配置され、
    　前記励磁側鉄心部の前記第１外周部と、前記被励磁側鉄心部の前記第２外周部とは、前記磁化方向が同一である前記磁極部同士が前記回転軸方向に対向するようにして前記第１ロータおよび前記第２ロータが配置されている場合に前記回転軸方向で互いに対向する位置において前記回転軸方向で互いに近接するようにして突出する突出部を備える
    ことを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
  8. 　前記ステータコアは、前記径方向で前記第１ロータに対向する第１ステータコアと、前記径方向で前記第２ロータに対向する第２ステータコアと、前記回転軸方向で前記第１ステータコアと前記第２ステータコアとの間に配置されたステータ非磁性部とをさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載の回転電機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP7222341B2 (ja) * 2019-11-11 2023-02-15 トヨタ自動車株式会社 回転電機

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0947011A (ja) * 1995-05-19 1997-02-14 Toyota Motor Corp 動力伝達装置およびその制御方法
JPH10248205A (ja) * 1997-03-05 1998-09-14 Denso Corp 車両用駆動装置
JP2002262534A (ja) * 2001-02-28 2002-09-13 Hitachi Ltd 回転電機及びそれを搭載した車両

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0947011A (ja) * 1995-05-19 1997-02-14 Toyota Motor Corp 動力伝達装置およびその制御方法
JPH10248205A (ja) * 1997-03-05 1998-09-14 Denso Corp 車両用駆動装置
JP2002262534A (ja) * 2001-02-28 2002-09-13 Hitachi Ltd 回転電機及びそれを搭載した車両

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4007134A4 (en) * 2019-07-29 2022-10-12 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. POWER TOOL

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