WO2025041224A1 - 回転電機および回転電機の駆動方法 - Google Patents

回転電機および回転電機の駆動方法 Download PDF

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WO2025041224A1
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drive unit
rotary drive
electric machine
stator
rotor
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義浩 深山
正哉 井上
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/02—Synchronous motors
    • H02K19/10—Synchronous motors for multi-phase current
    • 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
    • H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos

Definitions

  • This disclosure relates to a rotating electric machine and a method for driving the rotating electric machine.
  • Rotating electric machines used in electric vehicles are required to have high performance in terms of the maximum torque and maximum output required to drive the vehicle.
  • general rotating electric machines that meet these requirements have a problem in that their efficiency drops in the low torque and low output ranges where they are often used in practice.
  • This disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a rotating electric machine that satisfies the maximum performance required without increasing size and improves efficiency in the low torque range.
  • the rotating electric machine of the present disclosure has a frame, a rotating shaft rotatably supported by the frame, and a first rotating drive unit and a second rotating drive unit built into the frame and sharing the rotating shaft.
  • the first rotating drive unit is a radial gap type rotating drive unit including a first stator having a first stator core of an annular shape fixed to the frame and a plurality of first stator coils installed on the first stator core, and a first rotor fastened to the rotating shaft and having a first rotor core arranged radially with a gap from the first stator and a first rotor coil installed on the first rotor core
  • the second rotating drive unit is an axial gap type rotating drive unit including a second stator fixed to the frame and a second rotor having a second rotor core fastened to the rotating shaft and arranged axially with a gap from the second stator on the first rotating drive unit side, and a second rotor magnet installed on the second rotor core.
  • the second rotary drive unit is an axial gap type rotary drive unit that includes a second stator fixed to the frame, a second rotor core that is fastened to the rotating shaft and arranged axially on the first rotary drive unit side relative to the second stator through a gap, and a second rotor that has a second rotor magnet installed on the second rotor core, so that it is possible to satisfy the required maximum performance without increasing the size and improve efficiency in the low torque range.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to a first embodiment.
  • 3 is a cross-sectional view of a first stator according to the first embodiment.
  • FIG. FIG. 4 is a side view of a second load rotor according to the first embodiment. 4 is a diagram for explaining the operation of the rotating electric machine according to the first embodiment;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to a second embodiment.
  • FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view of a first rotor according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a first rotor according to embodiment 3.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a first rotor according to embodiment 3.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to a fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a second stator according to embodiment 4.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to a sixth embodiment.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to a first embodiment.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view in a direction parallel to a rotating shaft, which will be described later.
  • the rotating shaft is connected to a load (not shown) on the right side of Fig. 1. Therefore, in Fig. 1, the right side is referred to as the load side, and the left side is referred to as the anti-load side.
  • the rotating electric machine 1 of this embodiment includes a first rotary drive unit 200 arranged on the load side and a second rotary drive unit 300 arranged on the counter-load side.
  • the first rotary drive unit 200 and the second rotary drive unit 300 are built into one frame 100 and share one rotating shaft 20.
  • the rotating shaft 20 is rotatably supported by the load side bearing 30 and the counter-load side bearing 40 relative to the frame 100.
  • the load side end of the rotating shaft 20 is extended to the outside of the frame 100 and connected to the load.
  • the direction parallel to the rotating shaft 20 is referred to as the axial direction
  • the direction perpendicular to the rotating shaft 20 is referred to as the radial direction
  • the direction in which the rotating shaft 20 rotates is referred to as the circumferential direction.
  • the inner diameter side is the direction approaching the rotating shaft 20 in the radial direction
  • the outer diameter side is the direction moving away from the rotating shaft 20 in the radial direction.
  • the frame 100 is composed of a cylindrical central frame 101 that covers the first rotary drive unit 200 and the second rotary drive unit 300 on the radial outside, a load side plate 102 that covers the load side end of the central frame 101, and a counter-load side plate 103 that covers the counter-load side end.
  • a resolver rotor 51 which is a rotational position sensor that detects the rotational position of the rotating shaft 20, is fastened to the counter-load side end of the rotating shaft 20.
  • a resolver stator 52 is fastened to the counter-load side plate 103 and is disposed with a gap between the resolver rotor 51 and the resolver stator 52.
  • a resolver cover 53 that covers the resolver rotor 51 and the resolver stator 52 is attached to the counter-load side plate 103.
  • the first rotary drive unit 200 is an induction machine and is arranged on the load side within the rotating electric machine 1.
  • the first rotary drive unit 200 has a first rotor 210 fastened to the rotating shaft 20 and a first stator 220 fastened to the central frame 101.
  • the first rotor 210 and the first stator 220 are arranged with a gap in the radial direction.
  • the first rotor 210 is composed of a first rotor core 211 of annular shape fastened to the rotating shaft 20 and a first rotor coil 212.
  • the first rotor core 211 has a main body part of an annular shape and 59 teeth protruding from this main body part to the outer diameter side.
  • the first rotor coil 212 is a cage-type conductor arranged in the slots, which are the spaces between the teeth.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the first stator according to this embodiment.
  • the first stator 220 is composed of a first stator core 221 in a circular ring shape fastened to the central frame 101, and a first stator coil 222.
  • the first stator core 221 has a circular ring-shaped main body and 48 teeth protruding from the main body to the inner diameter side.
  • the first stator coil 222 is wound around the teeth in a distributed winding manner.
  • the first rotary drive unit 200 thus configured is an 8-pole radial gap type squirrel-cage induction machine. Note that the radial gap type is a structure in which a gap exists between the rotor and stator in the radial direction.
  • the second rotary drive unit 300 is a permanent magnet synchronous rotating machine, and is arranged on the anti-load side within the rotating electric machine 1.
  • the second rotary drive unit 300 has a load side second rotor 310 and an anti-load side second rotor 320 fastened to the rotating shaft 20, and a second stator 330 fastened to the central frame 101.
  • the load side second rotor 310 is arranged on the axial load side of the second stator 330 via a gap.
  • the anti-load side second rotor 320 is arranged on the axial anti-load side of the second stator 330 via a gap.
  • the load side second rotor 310 is composed of a disk-shaped load side second rotor core 311 fastened to the rotating shaft 20, and a load side second rotor magnet 312.
  • the load side second rotor magnet 312 is embedded in the surface of the load side second rotor core 311 that faces the second stator 330.
  • the load side second rotor magnets 312 are sector-shaped, and 24 of them are arranged at equal intervals in the circumferential direction, with the north and south poles facing alternately in the axial direction.
  • FIG. 3 is a side view of the load side second rotor 310 according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a side view of the load side second rotor 310 as seen from the second stator 330 side.
  • the load side second rotor 310 has 24 load side second rotor magnets 312 arranged at equal intervals in the circumferential direction on a disk-shaped load side second rotor core 311.
  • the anti-load side second rotor 320 is composed of a disk-shaped anti-load side second rotor core 321 fastened to the rotating shaft 20, and an anti-load side second rotor magnet 322.
  • the anti-load side second rotor magnet 322 is embedded in the surface of the anti-load side second rotor core 321 facing the second stator 330.
  • the anti-load side second rotor magnets 322 are sector-shaped, and 24 of them are arranged at equal intervals in the circumferential direction, with the north poles and south poles alternately facing the axial direction.
  • the side of the anti-load side second rotor 320 seen from the second stator 330 side is similar to the side of the load side second rotor 310 shown in FIG. 3.
  • the load side second rotor magnet 312 of the load side second rotor 310 and the anti-load side second rotor magnet 322 of the anti-load side second rotor 320 are arranged so that the magnetic poles of the magnets at the same position in the circumferential direction face the second stator 330 with their north and south poles facing each other.
  • the second stator 330 is composed of a circular ring-shaped second stator base 331 fastened to the central frame 101, and a second stator coil 332.
  • the second stator base 331 has 72 slots formed at equal intervals in the circumferential direction at a mechanical angle of 5 degrees.
  • the second stator coil 332 is wound around these 72 slots at a 6-slot pitch.
  • the second rotation drive unit 300 thus configured is an axial gap type permanent magnet synchronous rotating machine.
  • the axial gap type is a structure in which a gap exists between a disk-shaped rotor and a stator in the axial direction.
  • the frame 100, the rotating shaft 20, the second stator 330, and the second stator base 331 are non-magnetic and made of, for example, aluminum, resin, etc. These members are desirably made of resin, which is a non-conductive material, so that eddy current loss due to magnetic flux fluctuation does not occur.
  • the first rotor core 211, the first stator core 221, the load side second rotor core 311, and the counter-load side second rotor core 321 are magnetic and made of, for example, laminated electromagnetic steel sheets.
  • the first rotor coil 212, the first stator coil 222, and the second stator coil 332 are made by winding a conductor wire made of, for example, copper, aluminum, iron, etc.
  • the load side second rotor magnet 312 and the counter-load side second rotor magnet 322 are permanent magnets, for example, rare earth magnets.
  • Fig. 4 is a diagram showing the operation of the rotating electric machine according to this embodiment.
  • the horizontal axis is rotation speed
  • the vertical axis is torque.
  • S MAX is the maximum rotation speed of the rotating electric machine 1
  • S H is a threshold value on the high rotation speed side
  • S L is a threshold value on the low rotation speed side, with S L ⁇ S H ⁇ S MAX .
  • T MAX is the maximum torque of the rotating electric machine 1
  • T H is a threshold value on the high torque side
  • T L is a threshold value on the low torque side, with T L ⁇ T H ⁇ T MAX .
  • the rotating electric machine 1 of this embodiment is driven only by the second rotary drive unit 300 when the torque is from 0 to T L regardless of the rotation speed.
  • the rotating electric machine 1 is driven only by the first rotary drive unit 200 when the rotation speed is in the range from 0 to S L and the torque is from T L to T H.
  • the rotating electric machine 1 is driven by both the first rotary drive unit 200 and the second rotary drive unit 300 when the rotation speed is in the range from 0 to S L and the torque is from T H to T MAX .
  • the rotating electric machine 1 is driven only by the first rotary drive unit 200 in the rotation speed range from S L to S H and the torque range from T L to T H on the constant output curve. Moreover, the rotating electric machine 1 is driven by both the first rotary drive unit 200 and the second rotary drive unit 300 in the rotation speed range from S L to S MAX and the torque range from the constant output curve of T H to the constant output curve of T MAX.
  • the torque distribution is such that the second rotational drive unit 300 always outputs torque T L and the first rotational drive unit 200 outputs the remaining required torque.
  • T L is the maximum torque that the second rotational drive unit 300 can output
  • T H is the maximum torque that the first rotational drive unit 200 can output.
  • T MAX T L +T H
  • T MAX is the maximum torque that the rotating electric machine 1 can output.
  • S L which is a threshold value on the low rotational speed side
  • S H which is a threshold value on the high rotational speed side
  • S L which is a threshold value on the low rotational speed side
  • S H which is a threshold value on the high rotational speed side
  • frequent drive switching may occur.
  • frequent drive switching can be avoided. For example, when the torque increases and decreases across the border line, frequent drive switching can be avoided by setting the threshold value that is the border line when the torque decreases to 95% of the threshold value that is the border line when the torque increases.
  • the rotating electrical machine 1 when the torque is equal to or less than T L , it is driven only by the second rotary drive unit 300, which is an axial gap type permanent magnet synchronous rotating machine, and therefore it is possible to reduce iron loss caused by PWM carrier harmonics that are generated when the second rotary drive unit 300 is inverter driven, thereby improving efficiency in the low torque region.
  • the second rotary drive unit 300 has permanent magnets as a field source in the load side second rotor 310 and the anti-load side second rotor 320, but since the second stator base 331 of the second stator 330 is made of a non-magnetic material, no stator iron loss occurs due to the rotating magnetic field generated by the rotor field. This improves the efficiency of the rotating electric machine 1.
  • the first rotary drive unit 200 When only the second rotary drive unit 300 is driven, the first rotary drive unit 200 also rotates in conjunction with it. However, since the first rotary drive unit 200 is an induction machine, no electromagnetic loss occurs due to the interlocking rotation.
  • the rotating electrical machine 1 is driven only by the first rotary drive unit 200.
  • the region where only the first rotary drive unit 200, which is a cage induction machine, is driven is not a low torque region where efficiency is low. Therefore, it is possible to suppress the decrease in efficiency in the low torque region.
  • the second rotary drive unit 300 also rotates in conjunction with it.
  • the second rotary drive unit 300 is provided with a permanent magnet as a field source
  • the second stator base 331 of the second stator 330 is made of a non-magnetic material, so that no stator iron loss occurs due to the rotating magnetic field generated by the rotor field magnet. Therefore, it is possible to improve the efficiency of the rotating electric machine 1.
  • the rotating magnetic field generated between the first rotor 210 and the first stator 220 of the first rotary drive unit 200 interlinks with the load side second rotor core 311 of the second rotary drive unit 300.
  • the rotating magnetic field generated in the first rotary drive unit 200 rotates at the same rotation speed as the load side second rotor core 311, it does not become an alternating magnetic field in the load side second rotor core 311.
  • no iron loss occurs in the load side second rotor core 311. Therefore, even if the axial distance between the first rotary drive unit 200 and the second rotary drive unit 300 is shortened, the efficiency does not decrease. As a result, the rotating electric machine of this embodiment can be prevented from becoming large.
  • the load side second rotor core 311 of the second rotary drive unit 300 is disposed closer to the first rotary drive unit 200 than the second stator 330.
  • the second rotary drive unit 300 and the first rotary drive unit 200 rotate synchronously. Therefore, the load side second rotor core 311 shields the rotating magnetic field of the first rotary drive unit 200, so that the rotating magnetic field of the first rotary drive unit 200 does not interlink with the second stator 330.
  • the rotating electric machine 1 of this embodiment can improve efficiency without increasing its size.
  • the second rotary drive unit 300 which has a second stator base 331 made of a non-magnetic material and rotates using the field magnet of a permanent magnet, has high efficiency. In a region driven by both the first rotary drive unit 200 and the second rotary drive unit 300, the highly efficient second rotary drive unit 300 always generates maximum torque, thereby improving the maximum performance of the rotating electric machine 1.
  • the second rotary drive unit 300 which is a permanent magnet synchronous rotating machine, is greatly influenced by the rotational position when it comes to control.
  • the resolver rotor 51 which is a rotational position sensor, is disposed at the end of the rotating shaft 20 on the anti-load side. Therefore, since the resolver rotor 51 is disposed near the second rotary drive unit 300, it is less affected by the twisting of the rotating shaft 20, and the controllability of the second rotary drive unit 300 can be improved.
  • the first rotary drive unit is an eight-pole radial gap type squirrel-cage induction machine.
  • the first rotary drive unit is configured as a synchronous reluctance motor.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to this embodiment.
  • the configuration of the rotating electric machine according to this embodiment is similar to that of the rotating electric machine according to embodiment 1 shown in FIG. 1, but the configuration of the first rotary drive unit 200 is different from that of the first rotary drive unit according to embodiment 1.
  • the first rotor 210 according to this embodiment is composed only of a first rotor core 211 having an annular shape fastened to the rotating shaft 20. This first rotor core 211 has a plurality of slits 213 formed therein that penetrate in the axial direction.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the first rotor according to this embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the rotation axis.
  • the first rotor 210 according to this embodiment has a plurality of slits 213 formed in the first rotor core 211. These slits 213 serve as flux barriers that form salient poles facing the inner diameter side. Eight sets of these flux barriers are formed at equal intervals in the circumferential direction.
  • the rotating electric machine 1 according to this embodiment has the first rotary drive unit 200 configured as a synchronous reluctance motor.
  • the rotating electric machine 1 of this embodiment is driven in the same way as the rotating electric machine of embodiment 1. Therefore, like the rotating electric machine of embodiment 1, it is possible to satisfy the maximum performance required without increasing the size and to improve efficiency in the low torque range.
  • the first rotary drive unit is an eight-pole radial gap type squirrel-cage induction machine.
  • the first rotary drive unit is configured as a switched reluctance motor.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to this embodiment.
  • the configuration of the rotating electric machine according to this embodiment is similar to the configuration of the rotating electric machine according to embodiment 1 shown in FIG. 1, but the configuration of the first rotary drive unit 200 is different from the configuration of the first rotary drive unit according to embodiment 1.
  • the first stator 220 in the rotating electric machine of this embodiment is composed of a first stator core 221 in a circular ring shape fastened to the central frame 101, and a first stator coil 222.
  • the first stator core 221 has a circular ring-shaped main body and 12 teeth protruding from this main body to the inner diameter side.
  • the first stator coil 222 is wound around the teeth in a concentrated winding manner.
  • the first rotor 210 in this embodiment is composed only of a first rotor core 211 fastened to the rotating shaft 20.
  • This first rotor core 211 is composed of a ring-shaped main body and eight protrusions 214 protruding from the main body to the outer diameter side.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the first rotor according to this embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the rotation axis.
  • the first rotor 210 according to this embodiment has eight protrusions 214 protruding from the annular main body of the first rotor core 211 toward the outer diameter side.
  • the eight protrusions 214 are formed at equal intervals in the circumferential direction.
  • the rotating electric machine 1 according to this embodiment has the first rotary drive unit 200 configured as a switched reluctance motor.
  • the rotating electric machine 1 of this embodiment is driven in the same way as the rotating electric machine of embodiment 1. Therefore, like the rotating electric machine of embodiment 1, it is possible to satisfy the maximum performance required without increasing the size and to improve efficiency in the low torque range.
  • the second rotary drive unit is an axial gap type permanent magnet synchronous rotating machine having no magnetic body in the stator.
  • the second rotary drive unit has a stator made of a magnetic body.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to this embodiment.
  • the configuration of the rotating electric machine according to this embodiment is similar to the configuration of the rotating electric machine according to embodiment 1 shown in FIG. 1, but the configuration of the second rotary drive unit 300 is different from the configuration of the second rotary drive unit according to embodiment 1.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the second stator according to this embodiment.
  • the second stator 330 in the rotating electric machine of this embodiment is composed of a second stator core 333 having a circular ring shape fastened to the central frame 101, and a second stator coil 332.
  • the second stator core 333 is composed of a magnetic material.
  • This second stator core 333 has 48 teeth through which magnetic flux passes in the axial direction, and a teeth connection portion that connects these 48 teeth at the center in the axial direction.
  • the circumferential width of the teeth connection portion is smaller than the circumferential width of the teeth.
  • the second stator coil 332 is wound around the teeth.
  • the second rotary drive unit 300 has a second stator core 333 made of a magnetic material, so iron loss occurs due to PWM carrier harmonics that are generated when the second rotary drive unit 300 is inverter driven.
  • the second rotary drive unit 300 also rotates in conjunction with it, and stator iron loss occurs due to the rotating magnetic field. Therefore, the rotating electric machine of this embodiment is less efficient than the rotating electric machine of embodiment 1.
  • the second rotary drive unit 300 has a second stator core 333 made of a magnetic material, so the torque of the second rotary drive unit 300 can be further improved.
  • the teeth connection parts that connect the teeth of the second stator core 333 in the circumferential direction are small and do not function as a yoke, so there is almost no iron loss due to the magnetic flux passing through the second stator core 333 in the circumferential direction. Therefore, there is less decrease in efficiency compared to general rotating electric machines.
  • the load side second rotor core 311 of the second rotary drive unit 300 is disposed closer to the first rotary drive unit 200 than the second stator core 333.
  • the second rotary drive unit 300 and the first rotary drive unit 200 rotate synchronously. Therefore, the load side second rotor core 311 shields the rotating magnetic field of the first rotary drive unit 200, so that the rotating magnetic field of the first rotary drive unit 200 does not interlink with the second stator core 333.
  • the rotating electric machine 1 of this embodiment can improve efficiency without increasing its size.
  • the rotating electric machine according to the fifth embodiment is the rotating electric machine according to the fourth embodiment, except that the anti-load side second rotor is removed.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to this embodiment.
  • the configuration of the rotating electric machine according to this embodiment is similar to that of the rotating electric machine according to embodiment 4 shown in FIG. 9, but the configuration of the second rotary drive unit 300 is different from that of the second rotary drive unit according to embodiment 4.
  • the second rotary drive unit 300 according to this embodiment has a load side second rotor 310 fastened to the rotating shaft 20 and a second stator 330 fastened to the central frame 101.
  • the load side second rotor 310 is arranged on the axial load side of the second stator 330 via a gap.
  • the second stator 330 in the rotating electric machine of this embodiment is composed of a second stator core 333 in a circular ring shape fastened to the central frame 101, and a second stator coil 332.
  • the second stator core 333 is composed of a magnetic material.
  • This second stator core 333 has 48 teeth through which magnetic flux passes in the axial direction, and a teeth connection portion that connects these 48 teeth at the anti-load side end in the axial direction.
  • the circumferential width of the teeth connection portion is larger than the circumferential width of the teeth.
  • the second stator coil 332 is wound around the teeth.
  • the load side second rotor core 311 is arranged closer to the first rotary drive unit 200 than the second stator core 333.
  • the second rotary drive unit 300 and the first rotary drive unit 200 rotate synchronously. Therefore, the load side second rotor core 311 shields the rotating magnetic field of the first rotary drive unit 200, so that the rotating magnetic field of the first rotary drive unit 200 does not interlink with the second stator core 333.
  • the rotating electric machine 1 of this embodiment can improve efficiency without increasing the size, similar to embodiment 4.
  • the second rotary drive unit does not have a second rotor on the non-load side, so the number of parts is reduced and the size can be reduced compared to the rotating electric machine of embodiment 4.
  • Fig. 12 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to the sixth embodiment.
  • the configuration of the rotating electric machine of the present embodiment is similar to the configuration of the rotating electric machine of the first embodiment shown in Fig. 1, but the outer diameter of the second rotary drive unit 300 is larger than the outer diameter of the first rotary drive unit 200.
  • the frame 100 is composed of a cylindrical load side central frame 101a that covers the first rotation drive unit 200 on the radial outside, a cylindrical anti-load side central frame 101b that covers the second rotation drive unit 300 on the radial outside, a load side plate 102 that covers the load side end of the load side central frame 101a, and an anti-load side plate 103 that covers the anti-load side end of the anti-load side central frame 101b.
  • the outer diameter of the counter-load side central frame 101b is larger than the outer diameter of the load side central frame 101a. Therefore, the outer diameter of the second rotation drive unit 300 arranged inside the counter-load side central frame 101b can be made larger than the outer diameter of the first rotation drive unit 200 arranged inside the load side central frame 101a.
  • the torque of the second rotary drive unit 300 can be improved, thereby improving the torque of the entire rotating electric machine.
  • the configurations of the number of poles and the number of slots of the first and second rotary drive units are exemplified, but the present invention is not limited to these configurations.
  • the first rotary drive unit has 8 poles and 48 slots
  • the second rotary drive unit has 8 poles and 48 slots
  • the first rotary drive unit may have 6 poles and 36 slots
  • the second rotary drive unit may have 12 poles and 72 slots.
  • 1 rotating electric machine 20 rotating shaft, 30 load side bearing, 40 counter load side bearing, 51 resolver rotor, 52 resolver stator, 53 resolver cover, 100 frame, 101 central frame, 101a load side central frame, 101b counter load side central frame, 102 load side plate, 103 counter load side plate, 200 first rotating drive unit, 210 first rotor, 211 first rotor core, 212 first rotor coil, 21 3 slit, 214 protrusion, 220 first stator, 221 first stator core, 222 first stator coil, 300 second rotary drive unit, 310 load side second rotor, 311 load side second rotor core, 312 load side second rotor magnet, 320 anti-load side second rotor, 321 anti-load side second rotor core, 322 anti-load side second rotor magnet, 330 second stator, 331 second stator base, 332 second stator coil, 333 second stator core.

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Abstract

大型化することなく要求される最大性能を満足しかつ低トルク領域での効率を向上させた回転電機を提供する。　回転電機（１）は、回転軸（２０）を共有する第１回転駆動部（２００）および第２回転駆動部（３００）を有している。第１回転駆動部は、第１固定子（２２０）と第１回転子（２１０）とを備えたラジアルギャップ型回転駆動部であり、第２回転駆動部は、第２固定子（３３０）と、回転軸に締結され第２固定子に対して第１回転駆動部側に軸方向にギャップを介して配置された第２回転子鉄心（３１１）および第２回転子磁石（３１２）を有する第２回転子（３１０）とを備えたアキシャルギャップ型回転駆動部である。

Description

回転電機および回転電機の駆動方法
　本開示は、回転電機および回転電機の駆動方法に関する。
　電動化車両に用いられる回転電機には、車両の駆動に必要な最大トルクおよび最大出力に高い性能が要求される。しかし、このような要求を満たす一般の回転電機においては、実際の使用頻度が高い低トルクおよび低出力領域で効率が低下するという問題がある。とくに、低トルク領域においては、界磁起磁力による固定子の鉄損とインバータ駆動によるキャリア高調波鉄損とによって効率が低下する。そのため、一般の回転電機においては、最大性能の満足と低トルク領域での高効率化との両立が困難であった。
　このような問題に対応した従来の回転電機として、１つ回転軸に２つの回転駆動部を備えることで、低トルク領域の効率を改善した回転電機が開示されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
特表２０２１－５３４７１７号公報 特表２０２０－５０１４８４号公報
　従来の回転電機においては、２つの回転駆動部を動作させるときに２つの回転駆動部の間で相互に磁気干渉が発生する。この磁気干渉によって、一方の回転駆動部の鉄心に他方の回転駆動部の磁束が鎖交して損失が発生する。そのため、低トルク領域における効率の改善効果が低下するという問題がある。磁気干渉を避けるために２つの回転駆動部の距離を遠ざけると回転電機が大型になる。
　本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、大型化することなく要求される最大性能を満足しかつ低トルク領域での効率を向上させた回転電機を提供することを目的とする。
　本開示の回転電機は、フレームと、フレームに回転可能に支持された回転軸と、フレームに内蔵され回転軸を共有する第１回転駆動部および第２回転駆動部とを有している。そして、第１回転駆動部は、フレームに固定された円環形状の第１固定子鉄心および第１固定子鉄心に設置された複数の第１固定子コイルを有する第１固定子と、回転軸に締結され第１固定子に対して径方向にギャップを介して配置された第１回転子鉄心および第１回転子鉄心に設置された第１回転子コイルを有する第１回転子とを備えたラジアルギャップ型回転駆動部であり、第２回転駆動部は、フレームに固定された第２固定子と、回転軸に締結され第２固定子に対して第１回転駆動部側に軸方向にギャップを介して配置された第２回転子鉄心および第２回転子鉄心に設置された第２回転子磁石を有する第２回転子とを備えたアキシャルギャップ型回転駆動部である。
　本開示の回転電機においては、第２回転駆動部が、フレームに固定された第２固定子と、回転軸に締結され第２固定子に対して第１回転駆動部側に軸方向にギャップを介して配置された第２回転子鉄心および第２回転子鉄心に設置された第２回転子磁石を有する第２回転子とを備えたアキシャルギャップ型回転駆動部であるので、大型化することなく要求される最大性能を満足しかつ低トルク領域での効率を向上させることができる。
実施の形態１に係る回転電機の断面図である。 実施の形態１に係る第１固定子の断面図である。 実施の形態１に係る負荷側第２回転子の側面図である。 実施の形態１に係る回転電機の動作を説明するための図である。 実施の形態２に係る回転電機の断面図である。 実施の形態２に係る第１回転子の断面図である。 実施の形態３に係る回転電機の断面図である。 実施の形態３に係る第１回転子の断面図である。 実施の形態４に係る回転電機の断面図である。 実施の形態４に係る第２固定子の断面図である。 実施の形態５に係る回転電機の断面図である。 実施の形態６に係る回転電機の断面図である。
　以下、本開示を実施するための実施の形態に係る回転電機について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る回転電機の断面図である。図１は、後述する回転軸と平行な方向の断面図である。本実施の形態の回転電機１は、図１の右側で回転軸が負荷（図示せず）に接続されている。したがって、図１において、右側を負荷側、左側を反負荷側と称す。
　本実施の形態の回転電機１は、負荷側に配置された第１回転駆動部２００と、反負荷側に配置された第２回転駆動部３００とを備えている。第１回転駆動部２００と第２回転駆動部３００とは、１つのフレーム１００に内蔵され、１つの回転軸２０を共有している。回転軸２０は、負荷側ベアリング３０および反負荷側ベアリング４０でフレーム１００に対して回転可能に支持されている。回転軸２０の負荷側の端部は、フレーム１００の外部まで延伸されて負荷に接続されている。これ以降、回転軸２０と平行な方向を軸方向、回転軸２０と直交する方向を径方向、回転軸２０が回転する方向を周方向と称する。また、内径側とは径方向において回転軸２０に近づく方向であり、外径側とは径方向において回転軸２０から遠ざかる方向である。
　フレーム１００は、第１回転駆動部２００および第２回転駆動部３００を径方向外側で覆う円筒形状の中央フレーム１０１と、中央フレーム１０１の負荷側の端部を覆う負荷側プレート１０２と、反負荷側の端部を覆う反負荷側プレート１０３とで構成されている。回転軸２０の反負荷側の端部には、回転軸２０の回転位置を検出する回転位置センサであるレゾルバ回転子５１が締結されている。また、反負荷側プレート１０３には、レゾルバ回転子５１とギャップを介して配置されたレゾルバ固定子５２が締結されている。さらに、反負荷側プレート１０３には、レゾルバ回転子５１およびレゾルバ固定子５２を覆うレゾルバカバー５３が取り付けられている。
　第１回転駆動部２００は誘導機であり、回転電機１内の負荷側に配置されている。第１回転駆動部２００は、回転軸２０に締結された第１回転子２１０と、中央フレーム１０１に締結された第１固定子２２０とを有している。第１回転子２１０と第１固定子２２０とは径方向にギャップを介して配置されている。第１回転子２１０は、回転軸２０に締結された円環形状の第１回転子鉄心２１１と、第１回転子コイル２１２とで構成されている。第１回転子鉄心２１１は、図示していないが、円環形状の本体部とこの本体部から外径側に突出した５９本のティースとを備えている。第１回転子コイル２１２は、このティースの間の空間であるスロットに配置されたかご型導体である。
　図２は、本実施の形態に係る第１固定子の断面図である。第１固定子２２０は、中央フレーム１０１に締結された円環形状の第１固定子鉄心２２１と、第１固定子コイル２２２とで構成されている。第１固定子鉄心２２１は、円環形状の本体部とこの本体部から内径側に突出した４８本のティースとを備えている。第１固定子コイル２２２は、このティースに分布巻きで巻き回されている。このように構成された第１回転駆動部２００は、８極のラジアルギャップ型のかご型誘導機である。なお、ラジアルギャップ型とは、径方向に向かって回転子と固定子との間にギャップが存在する構造である。
　第２回転駆動部３００は永久磁石同期回転機であり、回転電機１内の反負荷側に配置されている。第２回転駆動部３００は、回転軸２０に締結された負荷側第２回転子３１０および反負荷側第２回転子３２０と、中央フレーム１０１に締結された第２固定子３３０とを有している。負荷側第２回転子３１０は、第２固定子３３０の軸方向の負荷側にギャップを介して配置されている。反負荷側第２回転子３２０は、第２固定子３３０の軸方向の反負荷側にギャップを介して配置されている。
　負荷側第２回転子３１０は、回転軸２０に締結された円盤形状の負荷側第２回転子鉄心３１１と、負荷側第２回転子磁石３１２とで構成されている。負荷側第２回転子磁石３１２は、負荷側第２回転子鉄心３１１の第２固定子３３０と対向する面に埋め込まれている。負荷側第２回転子磁石３１２は、扇形の形状であり、周方向に等間隔に２４個配置されており、かつＮ極とＳ極とが交互に軸方向を向くように配置されている。
　図３は、本実施の形態に係る負荷側第２回転子３１０の側面図である。図３は、負荷側第２回転子３１０を第２固定子３３０側から見た側面図である。負荷側第２回転子３１０は、円盤形状の負荷側第２回転子鉄心３１１に負荷側第２回転子磁石３１２が周方向に等間隔に２４個配置されている。
　反負荷側第２回転子３２０は、回転軸２０に締結された円盤形状の反負荷側第２回転子鉄心３２１と、反負荷側第２回転子磁石３２２とで構成されている。反負荷側第２回転子磁石３２２は、反負荷側第２回転子鉄心３２１の第２固定子３３０と対向する面に埋め込まれている。反負荷側第２回転子磁石３２２は、扇形の形状であり、周方向に等間隔に２４個配置されており、かつＮ極とＳ極とが交互に軸方向を向くように配置されている。反負荷側第２回転子３２０を第２固定子３３０側から見た側面は、図３に示す負荷側第２回転子３１０の側面と同様である。
　負荷側第２回転子３１０の負荷側第２回転子磁石３１２と、反負荷側第２回転子３２０の反負荷側第２回転子磁石３２２とは、周方向に同じ位置にある磁石の磁極が第２固定子３３０に向かってＮ極とＳ極とが対向するように配置されている。
　第２固定子３３０は、中央フレーム１０１に締結された円環形状の第２固定子ベース３３１と、第２固定子コイル３３２とで構成されている。第２固定子ベース３３１は、周方向に機械角度５度ピッチで等間隔に７２個形成されたスロットを備えている。第２固定子コイル３３２は、この７２個のスロットに対して６スロットピッチで巻き回されている。このように構成された第２回転駆動部３００は、アキシャルギャップ型の永久磁石同期回転機である。なお、アキシャルギャップ型とは、軸方向に向かって円盤形状の回転子と固定子との間にギャップが存在する構造である。
　ここで、材質について説明する。フレーム１００、回転軸２０、第２固定子３３０および第２固定子ベース３３１は非磁性体であり、例えばアルミニウム、樹脂などで構成されている。これらの部材は、磁束変動による渦電流損失が発生しないように、非導電性材料である樹脂で構成されていることが望ましい。第１回転子鉄心２１１、第１固定子鉄心２２１、負荷側第２回転子鉄心３１１および反負荷側第２回転子鉄心３２１は磁性体であり、例えば積層された電磁鋼板で構成されている。第１回転子コイル２１２、第１固定子コイル２２２および第２固定子コイル３３２は、例えば銅、アルミニウム、鉄などの導線が巻き回されて構成されている。負荷側第２回転子磁石３１２および反負荷側第２回転子磁石３２２は、例えば希土類磁石などの永久磁石である。
　次に、本実施の形態における回転電機の動作について説明する。
　図４は、本実施の形態に係る回転電機の動作を示す図である。図４において、横軸は回転数、縦軸はトルクである。また、ＳＭＡＸは回転電機１の最大回転数、ＳＨは高回転数側の閾値、ＳＬは低回転数側の閾値であり、ＳＬ＜ＳＨ＜ＳＭＡＸである。さらに、ＴＭＡＸは回転電機１の最大トルク、ＴＨは高トルク側の閾値、ＴＬは低トルク側の閾値であり、ＴＬ＜ＴＨ＜ＴＭＡＸである。
　図４に示すように、本実施の形態の回転電機１は、回転数によらずトルクが０からＴＬまでは第２回転駆動部３００のみで駆動される。そして、回転電機１は、回転数が０からＳＬまでの領域でかつトルクがＴＬからＴＨまでは、第１回転駆動部２００のみで駆動される。さらに、回転電機１は、回転数が０からＳＬまでの領域でかつトルクがＴＨからＴＭＡＸまでは、第１回転駆動部２００および第２回転駆動部３００の両方の回転駆動部で駆動される。
　回転電機１は、回転数がＳＬからＳＨまでの領域でかつトルクがＴＬからＴＨの定出力曲線までは、第１回転駆動部２００のみで駆動される。また、回転電機１は、回転数がＳＬからＳＭＡＸまでの領域でかつトルクがＴＨの定出力曲線からＴＭＡＸの定出力曲線までは、第１回転駆動部２００および第２回転駆動部３００の両方の回転駆動部で駆動される。
　本実施の形態の回転電機においては、両方の回転駆動部が駆動されている場合のトルク配分は、第２回転駆動部３００が常にトルクＴＬを出力し、第１回転駆動部２００が残りの必要なトルクを出力する。ＴＬは第２回転駆動部３００が出力可能な最大トルクであり、ＴＨは第１回転駆動部２００が出力可能な最大トルクである。ＴＭＡＸ＝ＴＬ＋ＴＨであり、ＴＭＡＸは回転電機１が出力可能な最大トルクである。また、低回転数側の閾値であるＳＬは第２回転駆動部３００が単独で最大トルクＴＬを出すことができる最大回転数であり、高回転数側の閾値であるＳＨは第１回転駆動部２００と第２回転駆動部３００とで最大トルクを出すことができる最大回転数である。
　なお、第１回転駆動部２００と第２回転駆動部３００との駆動の切り替わりの領域で回転電機１が使用される場合は、頻繁に駆動が切り替わる可能性がある。図４に示す切り替わりの領域を示すボーダーラインにヒステリシス特性を持たせることで頻繁に駆動が切り替わることを回避することができる。例えば、ボーダーラインを跨いでトルクが増加および減少する場合、トルクが減少する場合のボーダーラインとなる閾値をトルクが増加する場合のボーダーラインとなる閾値の９５％に設定することで、頻繁に駆動が切り替わることを回避することができる。
　最初に、この回転電機１が第２回転駆動部３００のみで駆動される場合について説明する。
　この回転電機１においては、トルクがＴＬ以下の場合はアキシャルギャップ型の永久磁石同期回転機である第２回転駆動部３００のみで駆動されるため、第２回転駆動部３００をインバータ駆動する際に生じるＰＷＭキャリア高調波による鉄損を低減することができる。そのため、低トルク領域での効率を向上させることができる。
　また、第２回転駆動部３００は負荷側第２回転子３１０および反負荷側第２回転子３２０に界磁源として永久磁石を有するが、第２固定子３３０の第２固定子ベース３３１が非磁性体で構成されているため回転子界磁が発生させる回転磁界による固定子鉄損が発生しない。そのため、回転電機１の効率を向上させることができる。
　なお、第２回転駆動部３００のみが駆動されているとき第１回転駆動部２００も連動して回転するが、第１回転駆動部２００は誘導機であるため連動して回転することよる電磁気損失は発生しない。
　次に、この回転電機１が第１回転駆動部２００のみで駆動される場合について説明する。
　この回転電機において、かご型誘導機である第１回転駆動部２００のみで駆動される領域は効率の低い低トルク領域ではない。そのため、低トルク領域での効率低下を抑制することができる。また、第１回転駆動部２００のみが駆動されているとき第２回転駆動部３００も連動して回転する。しかしながら、第２回転駆動部３００には界磁源として永久磁石が設けられているが、第２固定子３３０の第２固定子ベース３３１が非磁性体で構成されているため回転子界磁が発生させる回転磁界による固定子鉄損が発生しない。そのため、回転電機１の効率を向上させることができる。
　また、第１回転駆動部２００と第２回転駆動部３００との軸方向の間隔を短くすると、第１回転駆動部２００の第１回転子２１０と第１固定子２２０との間で発生する回転磁界が第２回転駆動部３００の負荷側第２回転子鉄心３１１に鎖交する。しかしながら、第１回転駆動部２００で発生する回転磁界は負荷側第２回転子鉄心３１１の回転速度と同じ回転速度で回転しているので、負荷側第２回転子鉄心３１１内の交番磁界とはならない。その結果、負荷側第２回転子鉄心３１１では鉄損は発生しない。そのため、第１回転駆動部２００と第２回転駆動部３００との軸方向の距離を短くしても効率は低下しない。その結果、本実施の形態の回転電機においては、大型化を抑制することができる。
　さらに、第２回転駆動部３００の負荷側第２回転子鉄心３１１は、第２固定子３３０よりも第１回転駆動部２００側に配置されている。そして、第２回転駆動部３００と第１回転駆動部２００とは同期して回転する。そのため、負荷側第２回転子鉄心３１１が第１回転駆動部２００の回転磁界を遮蔽するので、第１回転駆動部２００の回転磁界は第２固定子３３０に鎖交しない。その結果、本実施の形態の回転電機１は、大型化することなく効率を向上させることができる。
　最後に、この回転電機１が第１回転駆動部２００および第２回転駆動部３００の両方で駆動される場合について説明する。
　非磁性体で構成された第２固定子ベース３３１を有し永久磁石の界磁を用いて回転する第２回転駆動部３００は高い効率を有している。第１回転駆動部２００および第２回転駆動部３００の両方で駆動されている領域においては、高い効率を有する第２回転駆動部３００が常に最大トルクを発生しているため、回転電機１の最大性能を向上させることができる。
　このように構成された回転電機においては、大型化することなく要求される最大性能を満足しかつ低トルク領域での効率を向上させることができる。
　なお、永久磁石同期回転機である第２回転駆動部３００は、制御するうえで回転位置の影響が大きい。本実施の形態の回転電機においては、回転位置センサであるレゾルバ回転子５１が回転軸２０の反負荷側の端部に配置されている。そのため、第２回転駆動部３００の近傍にレゾルバ回転子５１が配置されているので、回転軸２０のねじれの影響を受けにくく、第２回転駆動部３００の制御性を向上させることができる。
実施の形態２．
　実施の形態１に係る回転電機において、第１回転駆動部は８極のラジアルギャップ型のかご型誘導機であった。実施の形態２に係る回転電機は、第１回転駆動部をシンクロナスリラクタンスモータで構成したものである。
　図５は、本実施の形態に係る回転電機の断面図である。本実施の形態の回転電機の構成は、図１に示す実施の形態１の回転電機の構成と同様であるが、第１回転駆動部２００の構成が実施の形態１の第１回転駆動部の構成と異なっている。本実施の形態の第１回転子２１０は、回転軸２０に締結された円環形状の第１回転子鉄心２１１のみで構成されている。この第１回転子鉄心２１１には軸方向に貫通した複数のスリット２１３が形成されている。
　図６は、本実施の形態に係る第１回転子の断面図である。図６は、回転軸と直交する方向の断面図である。図６に示すように、本実施の形態の第１回転子２１０は、第１回転子鉄心２１１に複数のスリット２１３が形成されている。この複数のスリット２１３は、内径側に向かって突極を形成するフラックスバリアとなっている。このフラックスバリアは、周方向に等間隔に８組形成されている。すなわち、本実施の形態の回転電機１は、第１回転駆動部２００をシンクロナスリラクタンスモータで構成したものである。
　本実施の形態の回転電機１は、実施の形態１の回転電機と同様に駆動される。そのため、実施の形態１の回転電機と同様に、大型化することなく要求される最大性能を満足しかつ低トルク領域での効率を向上させることができる。
実施の形態３．
　実施の形態１に係る回転電機において、第１回転駆動部は８極のラジアルギャップ型のかご型誘導機であった。実施の形態３に係る回転電機は、第１回転駆動部をスイッチトリラクタンスモータで構成したものである。
　図７は、本実施の形態に係る回転電機の断面図である。本実施の形態の回転電機の構成は、図１に示す実施の形態１の回転電機の構成と同様であるが、第１回転駆動部２００の構成が実施の形態１の第１回転駆動部の構成と異なっている。
　本実施の形態の回転電機における第１固定子２２０は、中央フレーム１０１に締結された円環形状の第１固定子鉄心２２１と、第１固定子コイル２２２とで構成されている。第１固定子鉄心２２１は、図示していないが、円環形状の本体部とこの本体部から内径側に突出した１２本のティースとを備えている。第１固定子コイル２２２は、このティースに集中巻きで巻き回されている。
　本実施の形態の第１回転子２１０は、回転軸２０に締結された第１回転子鉄心２１１のみで構成されている。この第１回転子鉄心２１１は、円環形状の本体部とその本体部から外径側に突出した８本の突起部２１４とで構成されている。
　図８は、本実施の形態に係る第１回転子の断面図である。図８は、回転軸と直交する方向の断面図である。図８に示すように、本実施の形態の第１回転子２１０は、第１回転子鉄心２１１の円環形状の本体部から外径側に突出した８本の突起部２１４を備えている。８本の突起部２１４は、周方向に等間隔に形成されている。すなわち、本実施の形態の回転電機１は、第１回転駆動部２００をスイッチトリラクタンスモータで構成したものである。
　本実施の形態の回転電機１は、実施の形態１の回転電機と同様に駆動される。そのため、実施の形態１の回転電機と同様に、大型化することなく要求される最大性能を満足しかつ低トルク領域での効率を向上させることができる。
実施の形態４．
　実施の形態１に係る回転電機において、第２回転駆動部は固定子に磁性体を有しないアキシャルギャップ型の永久磁石同期回転機であった。実施の形態４に係る回転電機は、第２回転駆動部が磁性体の固定子を有するものである。
　図９は、本実施の形態に係る回転電機の断面図である。本実施の形態の回転電機の構成は、図１に示す実施の形態１の回転電機の構成と同様であるが、第２回転駆動部３００の構成が実施の形態１の第２回転駆動部の構成と異なっている。
　図１０は、本実施の形態に係る第２固定子の断面図である。本実施の形態の回転電機における第２固定子３３０は、中央フレーム１０１に締結された円環形状の第２固定子鉄心３３３と、第２固定子コイル３３２とで構成されている。第２固定子鉄心３３３は、磁性体で構成されている。この第２固定子鉄心３３３は、軸方向に磁束を通す４８本のティースと、この４８本のティースを軸方向の中央部で接続するティース接続部とを有している。ティース接続部の周方向の幅は、ティースの周方向の幅に比べて小さい。第２固定子コイル３３２は、ティースに巻き回されている。
　本実施の形態の回転電機においては、第２回転駆動部３００が磁性体で構成された第２固定子鉄心３３３を有するので、第２回転駆動部３００をインバータ駆動する際に生じるＰＷＭキャリア高調波による鉄損が発生する。また、第１回転駆動部２００のみが駆動されているとき第２回転駆動部３００も連動して回転する際に回転磁界による固定子鉄損が発生する。そのため、本実施の形態の回転電機は、実施の形態１の回転電機よりも効率は低下する。
　しかしながら、本実施の形態の回転電機は、第２回転駆動部３００が磁性体で構成された第２固定子鉄心３３３を有しているので、第２回転駆動部３００のトルクをさらに向上させることができる。
　また、本実施の形態の回転電機は、第２固定子鉄心３３３のティースを周方向に連結するティース接続部が小さくヨークとしては機能しないため、第２固定子鉄心３３３の周方向に通る磁束による鉄損がほとんど発生しない。そのため、一般の回転電機に比べて効率の低下は少ない。
　さらに、第２回転駆動部３００の負荷側第２回転子鉄心３１１は、第２固定子鉄心３３３よりも第１回転駆動部２００側に配置されている。そして、第２回転駆動部３００と第１回転駆動部２００とは同期して回転する。そのため、負荷側第２回転子鉄心３１１が第１回転駆動部２００の回転磁界を遮蔽するので、第１回転駆動部２００の回転磁界は第２固定子鉄心３３３に鎖交しない。その結果、本実施の形態の回転電機１は、大型化することなく効率を向上させることができる。
実施の形態５．
　実施の形態５に係る回転電機は、実施の形態４の回転電機において、反負荷側第２回転子を取り除いたものである。
　図１１は、本実施の形態に係る回転電機の断面図である。本実施の形態の回転電機の構成は、図９に示す実施の形態４の回転電機の構成と同様であるが、第２回転駆動部３００の構成が実施の形態４の第２回転駆動部の構成と異なっている。本実施の形態の第２回転駆動部３００は、回転軸２０に締結された負荷側第２回転子３１０と、中央フレーム１０１に締結された第２固定子３３０とを有している。負荷側第２回転子３１０は、第２固定子３３０の軸方向の負荷側にギャップを介して配置されている。
　本実施の形態の回転電機における第２固定子３３０は、中央フレーム１０１に締結された円環形状の第２固定子鉄心３３３と、第２固定子コイル３３２とで構成されている。第２固定子鉄心３３３は、磁性体で構成されている。この第２固定子鉄心３３３は、軸方向に磁束を通す４８本のティースと、この４８本のティースを軸方向の反負荷側端部で接続するティース接続部とを有している。ティース接続部の周方向の幅は、ティースの周方向の幅に比べて大きい。第２固定子コイル３３２は、ティースに巻き回されている。
　本実施の形態の回転電機においては、第２固定子鉄心３３３よりも第１回転駆動部２００側に負荷側第２回転子鉄心３１１が配置されている。そして、第２回転駆動部３００と第１回転駆動部２００とは同期して回転する。そのため、負荷側第２回転子鉄心３１１が第１回転駆動部２００の回転磁界を遮蔽するので、第１回転駆動部２００の回転磁界は第２固定子鉄心３３３に鎖交しない。その結果、本実施の形態の回転電機１は、実施の形態４と同様に、大型化することなく効率を向上させることができる。
　また、本実施の形態の回転電機においては、第２回転駆動部が反負荷側第２回転子を有していないので、実施の形態４の回転電機に比べて、部品点数が少なくなると共に小型化できる。
実施の形態６．
　図１２は、本実施の形態６に係る回転電機の断面図である。本実施の形態の回転電機の構成は、図１に示す実施の形態１の回転電機の構成と同様であるが、第２回転駆動部３００の外径が第１回転駆動部２００の外径よりも大きくなっている。
　図１２に示すように、本実施の形態の回転電機１において、フレーム１００は、第１回転駆動部２００を径方向外側で覆う円筒形状の負荷側中央フレーム１０１ａと、第２回転駆動部３００を径方向外側で覆う円筒形状の反負荷側中央フレーム１０１ｂと、負荷側中央フレーム１０１ａの負荷側の端部を覆う負荷側プレート１０２と、反負荷側中央フレーム１０１ｂの反負荷側の端部を覆う反負荷側プレート１０３とで構成されている。
　反負荷側中央フレーム１０１ｂの外径は、負荷側中央フレーム１０１ａの外径よりも大きくなっている。そのため、反負荷側中央フレーム１０１ｂの内部に配置されている第２回転駆動部３００の外径を負荷側中央フレーム１０１ａの内部に配置されている第１回転駆動部２００の外径よりも大きくすることができる。
　このように構成された回転電機においては、第２回転駆動部３００のトルクを向上させることできるので、回転電機全体のトルクを向上させることができる。
　なお、実施の形態１～６において、第１回転駆動部および第２回転駆動部の極数およびスロット数の構成を例示したが、その構成に限るものではない。例えば、実施の形態２においては、第１回転駆動部を８極４８スロットの構成、第２回転駆動部を８極４８スロットの構成としたが、第１回転駆動部を６極３６スロットの構成、第２回転駆動部を１２極７２スロットの構成としてもよい。
　本開示は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　したがって、例示されていない無数の変形例が、この明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１　回転電機、２０　回転軸、３０　負荷側ベアリング、４０　反負荷側ベアリング、５１　レゾルバ回転子、５２　レゾルバ固定子、５３　レゾルバカバー、１００　フレーム、１０１　中央フレーム、１０１ａ　負荷側中央フレーム、１０１ｂ　反負荷側中央フレーム、１０２　負荷側プレート、１０３　反負荷側プレート、２００　第１回転駆動部、２１０　第１回転子、２１１　第１回転子鉄心、２１２　第１回転子コイル、２１３　スリット、２１４　突起部、２２０　第１固定子、２２１　第１固定子鉄心、２２２　第１固定子コイル、３００　第２回転駆動部、３１０　負荷側第２回転子、３１１　負荷側第２回転子鉄心、３１２　負荷側第２回転子磁石、３２０　反負荷側第２回転子、３２１　反負荷側第２回転子鉄心、３２２　反負荷側第２回転子磁石、３３０　第２固定子、３３１　第２固定子ベース、３３２　第２固定子コイル、３３３　第２固定子鉄心。

Claims (7)

  1. 　フレームと、前記フレームに回転可能に支持された回転軸と、前記フレームに内蔵され前記回転軸を共有する第１回転駆動部および第２回転駆動部とを有する回転電機であって、
    　前記第１回転駆動部は、前記フレームに固定された円環形状の第１固定子鉄心および前記第１固定子鉄心に設置された複数の第１固定子コイルを有する第１固定子と、前記回転軸に締結され前記第１固定子に対して径方向にギャップを介して配置された第１回転子鉄心および前記第１回転子鉄心に設置された第１回転子コイルを有する第１回転子とを備えたラジアルギャップ型回転駆動部であり、
    　前記第２回転駆動部は、前記フレームに固定された第２固定子と、前記回転軸に締結され前記第２固定子に対して前記第１回転駆動部側に軸方向にギャップを介して配置された第２回転子鉄心および前記第２回転子鉄心に設置された第２回転子磁石を有する第２回転子とを備えたアキシャルギャップ型回転駆動部であることを特徴とする回転電機。
  2. 　前記第２回転駆動部の最大出力トルクは、前記第１回転駆動部の最大出力トルクよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
  3. 　前記第２回転駆動部の前記第２固定子の外径は、前記第１回転駆動部の前記第１固定子の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
  4. 　前記第２回転駆動部の前記第２固定子は、非磁性体で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
  5. 　前記第２回転駆動部は、前記回転軸に締結され前記第２固定子に対して前記第１回転駆動部側の反対側に別の第２回転子をさらに備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機。
  6. 　前記回転軸の回転位置を検出する回転位置センサをさらに備え、前記回転位置センサは前記第１回転駆動部よりも前記第２回転駆動部に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回転電機。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の回転電機の駆動方法であって、
    　前記第２回転駆動部の最大出力トルクよりも小さいトルクを出力するときは、前記第２回転駆動部のみを駆動させることを特徴とする回転電機の駆動方法。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0662597A (ja) * 1992-06-10 1994-03-04 Fuji Electric Co Ltd 交流可変速駆動装置
JP2012178924A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Aisan Ind Co Ltd ステッピングモータ、ｅｇｒバルブ
JP2016163436A (ja) * 2015-03-02 2016-09-05 トヨタ自動車株式会社 電動モータ
WO2019202768A1 (ja) * 2018-04-18 2019-10-24 株式会社日立産機システム アキシャルギャップ型回転電機
JP2020501484A (ja) * 2016-11-18 2020-01-16 ジン−ジン エレクトリック テクノロジーズ カンパニー リミテッド 同軸マルチモータ駆動システム、及び、同軸マルチモータ駆動システムが設けられた車両

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11581763B2 (en) * 2020-05-08 2023-02-14 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Core piece, stator core, stator, and rotary electric machine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0662597A (ja) * 1992-06-10 1994-03-04 Fuji Electric Co Ltd 交流可変速駆動装置
JP2012178924A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Aisan Ind Co Ltd ステッピングモータ、ｅｇｒバルブ
JP2016163436A (ja) * 2015-03-02 2016-09-05 トヨタ自動車株式会社 電動モータ
JP2020501484A (ja) * 2016-11-18 2020-01-16 ジン−ジン エレクトリック テクノロジーズ カンパニー リミテッド 同軸マルチモータ駆動システム、及び、同軸マルチモータ駆動システムが設けられた車両
WO2019202768A1 (ja) * 2018-04-18 2019-10-24 株式会社日立産機システム アキシャルギャップ型回転電機

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