JP2018011424A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine.
特許文献1には、複数相の第1ステータ巻線が配設された第1ステータと、第1ステータの径方向の内側に配置され複数相の第1ロータ巻線が配設された第1ロータと、第1ステータと第1ロータとの間に配置され永久磁石が配設された第3ロータと、を有し、第1ロータを第3ロータよりも速い回転速度で駆動する(すべりが負の状態とする)ことで第1ロータの回生トルクを反作用トルクとして第3ロータに伝達する技術が開示されている。
しかしながら、このような回転電機にあっては、第1ロータの回生トルクが低い場合、第1ロータ巻線に電流を流して第1ロータの回生トルクを上げたり、第3ロータに内包する永久磁石の数を増やしたりしなければならない。 However, in such a rotating electrical machine, when the regenerative torque of the first rotor is low, a current is passed through the first rotor winding to increase the regenerative torque of the first rotor, or the permanent magnet included in the third rotor. Or increase the number of
第1ロータ巻線に電流を流す場合、スリップリングを介して電流を流す必要があり、堅牢性やメンテナンスの容易性に課題がある。第3ロータに内包する磁石の数を増やすと、多量の磁石による高コストの課題がある。 When an electric current is passed through the first rotor winding, it is necessary to pass an electric current through the slip ring, and there are problems in robustness and ease of maintenance. When the number of magnets included in the third rotor is increased, there is a problem of high cost due to a large amount of magnets.
そこで、本発明は、堅牢性やメンテナンスの容易性を確保しつつ、低コストで高いトルクを出力させることができる回転電機を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can output high torque at low cost while ensuring robustness and ease of maintenance.
上記課題を解決するため本発明は、電機子磁束を発生させる集中巻の電機子コイルを有するステータと、前記ステータよりも径方向の内側に配置され前記電機子磁束の通過により回転するアウターロータと、前記アウターロータよりも径方向の内側に配置されるインナーロータと、を備え、前記アウターロータは、前記電機子コイルで発生した磁束の高調波成分に基づいて誘導電流を誘起させる誘導コイルと前記誘導電流の通電によって磁界を発生させる界磁コイルとが巻かれている複数のアウターティースを有し、前記インナーロータは、前記アウターティースを通過して鎖交する前記電機子磁束と、前記界磁コイルで発生する磁束と、により励磁する励磁コイルが巻かれている複数のインナーティースを有するものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a stator having concentrated winding armature coils that generate armature magnetic flux, an outer rotor that is disposed radially inward of the stator and rotates by passage of the armature magnetic flux, An inner rotor disposed radially inward of the outer rotor, the outer rotor including an induction coil that induces an induction current based on a harmonic component of magnetic flux generated in the armature coil, and A plurality of outer teeth wound with a field coil that generates a magnetic field by energization of an induced current, and the inner rotor passes through the outer teeth and interlinks with the armature magnetic flux and the field A magnetic flux generated by the coil and a plurality of inner teeth around which an exciting coil to be excited is wound.
このように本発明によれば、堅牢性やメンテナンスの容易性を確保しつつ、低コストで高いトルクを出力させることができる回転電機を提供することができる。 Thus, according to the present invention, it is possible to provide a rotating electrical machine that can output high torque at low cost while ensuring robustness and ease of maintenance.
本発明の一実施の形態に係る回転電機は、電機子磁束を発生させる集中巻の電機子コイルを有するステータと、ステータよりも径方向の内側に配置され電機子磁束の通過により回転するアウターロータと、アウターロータよりも径方向の内側に配置されるインナーロータと、を備え、アウターロータは、電機子コイルで発生した磁束の高調波成分に基づいて誘導電流を誘起させる誘導コイルと誘導電流の通電によって磁界を発生させる界磁コイルとが巻かれている複数のアウターティースを有し、インナーロータは、アウターティースを通過して鎖交する電機子磁束と、界磁コイルで発生する磁束と、により励磁する励磁コイルが巻かれている複数のインナーティースを有するよう構成されている。 A rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention includes a stator having a concentrated winding armature coil that generates an armature magnetic flux, and an outer rotor that is disposed radially inward of the stator and rotates by passage of the armature magnetic flux. And an inner rotor disposed radially inward of the outer rotor, the outer rotor including an induction coil for inducing an induced current based on a harmonic component of a magnetic flux generated in the armature coil and an induced current The outer rotor has a plurality of outer teeth wound with a field coil that generates a magnetic field by energization, and the inner rotor has an armature magnetic flux that passes through the outer teeth, and a magnetic flux generated by the field coil. It is comprised so that it may have several inner teeth by which the exciting coil which excites by is wound.
これにより、本発明の一実施の形態に係る回転電機は、堅牢性やメンテナンスの容易性を確保しつつ、低コストで高いトルクを出力させることができる。 Thereby, the rotary electric machine which concerns on one embodiment of this invention can output a high torque at low cost, ensuring robustness and the ease of a maintenance.
以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る回転電機について詳細に説明する。
図1において、本発明の一実施例に係る回転電機1は、概略円筒形状に形成されたステータ10と、ステータ10とエアギャップを介して径方向の内側に対向配置されるアウターロータ20と、アウターロータ20とエアギャップを介して径方向の内側に対向配置されるインナーロータ30と、を備えている。アウターロータ20およびインナーロータ30は、回転軸40を回転中心として図示しないモータケースに相対回転可能にそれぞれ支持されている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In FIG. 1, a rotating
なお、「径方向」とは、回転軸40が延伸する方向に直交する方向であり、回転軸40を中心として放射方向に示される。「径方向の外側」とは、径方向において回転軸40から遠い側のことであり、「径方向の内側」とは、径方向において回転軸40に近い側のことである。
The “radial direction” is a direction orthogonal to the direction in which the
また、「周方向」とは、回転軸40を中心とする円周方向を示す。また、「軸方向」とは、回転軸40が延伸する方向を示す。
The “circumferential direction” indicates a circumferential direction around the
(ステータ)
図2において、ステータ10は、ステータコア11と、電機子コイル12と、を備えている。図2は、機械角360度のうちの90度分(1/4)の径方向断面図を示している。ステータコア11は、高透磁率の磁性部材、例えば複数の電磁鋼板を軸方向に積層したものから形成されている。
(Stator)
In FIG. 2, the
ステータコア11の径方向の内側、すなわちアウターロータ20と対向する側には、複数のステータティース13が形成されている。ステータティース13は、ステータコア11から径方向の内側に突出し、周方向に所定の間隔で複数形成されている。
A plurality of
周方向に隣り合うステータティース13の間には、溝状の空間であるスロット14が形成されている。スロット14には、三相交流のW相、V相、U相に対応する電機子コイル12が収容されている。電機子コイル12は、集中巻きによりステータティース13に巻き回されている。電機子コイル12は、通電により磁束(電機子磁束)を発生させる。
ステータ10は、電機子コイル12に三相交流が供給されることで、周方向に回転する回転磁界を発生する。このステータ10は、発生した電機子磁束をアウターロータ20に鎖交させることにより、アウターロータ20を回転駆動させる。
The
ステータ10は、上述の通り、電機子コイル12がステータティース13に集中巻されている。このため、電機子コイル12に三相交流を供給した場合、ステータ10には、アウターロータ20の回転と同期して回転する回転磁界の他に、アウターロータ20の回転と非同期の高調波回転磁界が発生する。この高調波回転磁界には、静止座標系における第2次空間高調波(同期回転座標系における第3次時間高調波)が含まれる。したがって、ステータ10で発生する磁束には、高調波成分が重畳されていることとなる。
As described above, the
(アウターロータ)
アウターロータ20は、アウターティース21と、誘導コイル22と、界磁コイル23と、ブリッジ部24と、を備えている。
(Outer rotor)
The
アウターティース21は、透磁率の高い鋼材などの磁性体からなり、内部に磁路を形成する。ブリッジ部24は、周方向に隣り合うアウターティース21間を接続するよう、アウターティース21と一体に形成されている。したがって、周方向に隣接したアウターティース21の間は、ブリッジ部24で接続されている。
The
ブリッジ部24の周方向の中心部分には、ブリッジ部24から径方向の外側に向かって延伸する誘導ポール25が形成されている。誘導ポール25は、周方向に隣り合うアウターティース21の間の各q軸(図6参照)上に配置されるのが好ましい。
A
誘導ポール25は、ブリッジ部24からアウターロータ20の径方向の外側の面(外周面)よりも内側の所定位置まで延伸している。誘導ポール25の先端部25aには、先端部25aを軸方向に貫通する貫通孔25bが形成されている。
The
上述したアウターティース21とブリッジ部24と誘導ポール25とは、例えば複数の電磁鋼板を軸方向に積層したものにより一体に形成されている。
The
アウターティース21の径方向の内側、すなわちインナーロータ30と対向する側には、鍔部26が設けられている。この鍔部26の径方向の内側の面(内周面)は、エアギャップを介して、インナーロータ30の後述するインナーティース33の外周面に対向している。周方向に隣り合ったアウターティース21の鍔部26の間には所定の空隙が設けられている。この空隙は、界磁コイル23に電流が供給され、アウターティース21が磁化した場合でも、隣り合った鍔部26間に磁束が流れない距離に設定されている。
A
このため、アウターティース21を通過したステータ10からの電機子磁束やアウターティース21で発生した磁束が鍔部26を通って隣り合ったアウターティース21に流れてしまうことを防ぐことができる。したがって、多くの電機子磁束やアウターティース21で発生した磁束をインナーロータ30に鎖交させることができる。
For this reason, it can prevent that the armature magnetic flux from the
誘導コイル22は、アウターティース21のブリッジ部24より径方向の外側、すなわちステータ10側に集中巻で巻き回されている。上述の誘導ポール25は、周方向に隣り合ったアウターティース21に巻かれた誘導コイル22の間に位置する。周方向に隣り合った誘導コイル22は、周方向において逆向きの周回巻線となるようアウターティース21に巻き回されている。
The
誘導コイル22は、ステータ10側で発生した磁束に重畳された高調波成分に基づいて誘導電流を発生するようになっている。具体的には、三相交流が電機子コイル12に供給されてステータ10に回転磁界が発生すると、ステータ10側で発生した高調波成分の磁束が誘導コイル22に鎖交する。これにより、誘導コイル22は、誘導電流を誘起させる。
The
誘導コイル22の径方向の外側には、誘導コイル22を覆うように蓋部材27が設けられている。蓋部材27は、例えば、ステンレス製で板状に形成されている。アウターティース21の径方向の外側の先端部21aには、周方向の側面に蓋部材27の周方向の端部が嵌る溝21bが軸方向に延びるように形成されている。蓋部材27は、周方向の端部が溝21bに軸方向から嵌められることによって、隣り合うアウターティース21間に保持される。
A
図3に示すように、蓋部材27は、アウターティース21間に保持されたときの周方向の略中央の軸方向(図3中、上下方向)の両端側にスリット27aが形成されている。蓋部材27の周方向の略中央には、スリット27a内でスリット27aの開口端に向けて突出した係止部27bが形成されている。係止部27bの先端部には係止孔27cが設けられている。
As shown in FIG. 3, the
係止部27b及び係止孔27cは、蓋部材27がアウターティース21間に保持され、係止部27bが径方向の内側に折り曲げられたとき、係止孔27cと誘導ポール25の貫通孔25bの位置が重なるように形成されている。重なった係止孔27cと貫通孔25bに軸方向にピンを挿通させることにより、蓋部材27を中央部分で係止する。これにより、誘導コイル22が遠心力でバーストしないようアウターロータ20に保持させることができる。
The locking
図2において、界磁コイル23は、アウターティース21のブリッジ部24より径方向の内側、すなわちインナーロータ30側に集中巻で巻き回されている。周方向に隣り合った界磁コイル23は、周方向において逆向きの周回巻線となるようアウターティース21に巻き回されている。同一のアウターティース21に巻き回されている誘導コイル22と界磁コイル23は、同一向きの周回巻線で巻き回されている。
In FIG. 2, the
界磁コイル23には、誘導コイル22で発生した交流電流が、後述する整流回路50(図6参照)によって直流電流に整流されて供給される。
An alternating current generated in the
(インナーロータ)
図4において、インナーロータ30は、ロータコア31と、励磁コイル32とを備えている。図4は、機械角360度のうちの90度分(1/4)の径方向断面図を示している。ロータコア31は、高透磁率の磁性部材、例えば複数の電磁鋼板を軸方向に積層したものから形成されている。
(Inner rotor)
In FIG. 4, the
ロータコア31の径方向の外側、すなわちアウターロータ20に対向する側には、複数のインナーティース33が形成されている。インナーティース33は、ロータコア31から径方向の外側に突出し、かつ、周方向に等間隔で複数形成されている。
A plurality of
周方向に隣り合うインナーティース33の間には、溝状の空間であるスロット34が形成されている。スロット34には、三相交流の各相に対応する励磁コイル32が納められている。
A
図5に示すように、励磁コイル32は、三相Y結線されている。励磁コイル32には、三相Y結線を短絡結線と開放結線で切り替えるスイッチ32a、32bが設けられている。このスイッチ32a、32bは、インナーロータ30の回転速度が所定回転数以上の高回転のときに短絡結線とし、インナーロータ30の回転速度が所定回転数より低回転のときに開放結線とするよう切り替えられる。スイッチ32a、32bとしては、例えば、インナーロータ30の回転による遠心力により機械的に短絡結線と開放結線とを切り替えることができるものが用いられる。
As shown in FIG. 5, the
(整流回路)
回転電機1は、誘導コイル22によって誘起された交流の誘導電流を直流に整流して界磁コイル23に供給する整流回路50を備えている。
(Rectifier circuit)
The rotating
図6に示すように、整流回路50は、2つのダイオードD1,D2を整流素子として備え、これらダイオードD1,D2と2つの誘導コイル22、及び2つの界磁コイル23とを結線した閉回路として構成されている。
As shown in FIG. 6, the
整流回路50は、例えば図示しない結線基盤に収納された状態でアウターロータ20に設けられている。整流回路50は、アウターロータ20の内部に実装するようにしてもよい。
The
整流回路50において、2つの誘導コイル22で発生した交流の誘導電流は、ダイオードD1,D2のカソードコモン式の中性点クランプ形ダイオードモジュールを用いてそれぞれ半波整流され、全波整流されたカソード側を界磁コイル23に接続することで高効率に第2次空間高調波を界磁エネルギー源として活用することができる。2つの界磁コイル23は、直流電流が供給されることにより誘導磁束を発生させる。
In the
(回転電機の作用)
本実施例の回転電機1において、集中巻の電機子コイル12を備えたステータ10で不可避に発生する静止座標系における第2次空間高調波(基本波同期回転座標上では第3次時間高調波)を、突極構造のアウターロータ20の誘導コイル22に鎖交させて誘導電流を誘起させる。誘導コイル22で発生した交流の誘導電流は、整流回路50で直流電流に整流され界磁コイル23に供給される。界磁コイル23は、直流電流が供給されることにより誘導磁束を発生させる。
(Operation of rotating electrical machine)
In the rotating
このため、回転電機1は、ステータ10の回転磁界によるリラクタンストルクと界磁コイル23による自励式電磁石トルクを活用することができる。また、永久磁石を無くすことができ、コストダウンを図ることができる。
For this reason, the rotating
加えて、アウターロータ20の磁路は開磁路(以下、「オープン磁路」ともいう)となっているため、インナーロータ30に配置した励磁コイル32にステータ10の電機子コイル12の電機子磁束と、アウターロータ20の界磁コイル23による界磁磁束が鎖交しやすい構造となっている。
In addition, since the magnetic path of the
インナーロータ30では、オープン磁路となっているアウターロータ20を介して基本波周波数で回転する電機子コイル12の電機子磁束と、界磁コイル23による界磁磁束との回転磁界が鎖交して励磁源となる。この励磁源の回転磁界に対して滑る(回転磁界よりも遅くまたは速くインナーロータ30が回転する)ことでインナーロータ30の励磁コイル32に誘導電流が生じ、インナーロータ30にトルクが発生する。
In the
インナーロータ30が基本波回転磁界よりも速く回転する(すなわち、すべり負)ことでインナーロータ30に回生トルクが発生し、アウターロータ20には反作用トルクとして力行トルクが発生する。これによって、アウターロータ20は、電機子コイル12による電機子磁束により発生するトルクに加えて、インナーロータ30とアウターロータ20間で電磁的にカップリングして発生する電磁トルクも得ることができる。
When the
従来では、ロータに内包する永久磁石が励磁源となっており、励磁起磁力を変えることが困難であったが、本実施例では、電機子磁束を変える(すなわち、電機子コイル12に流す電流を変える)ことで、インナーロータ30の励磁磁束を変化させることができる。このため、インナーロータ30の励磁コイル32に電流を流して可変速特性を得る必要がなくなり、システムの簡素化を図ることができ、堅牢性やメンテナンスの容易性を確保しつつ、高いトルクを出力させることができる。
Conventionally, the permanent magnet included in the rotor is an excitation source, and it has been difficult to change the excitation magnetomotive force. However, in this embodiment, the armature magnetic flux is changed (that is, the current flowing through the armature coil 12). The excitation magnetic flux of the
また、従来では、インナーロータ30の励磁コイル32に高調波磁束が鎖交することで高調波銅損が発生していたが、整流回路50による自励を行なうことで、高調波を瞬時的に打ち消し、インナーロータ30に鎖交する高調波を低減させることができる。
Conventionally, the harmonic copper loss has occurred due to the linkage of the harmonic magnetic flux to the
また、アウターロータ20をオープン磁路とし、アウターティース21の鍔部26の間に空隙を設け、機械強度の向上を目的として最小幅のブリッジ部24を備えた構成としたため、径方向にかかる直列磁気抵抗を減少させつつ、周方向にかかる並列磁気抵抗を増加させ、インナーロータ30に鎖交する磁束量を増大させることができる。
Further, since the
図7に示すように、本実施例の回転電機1においては、ステータ10の電機子磁束がアウターティース21を通ってインナーロータ30の励磁コイル32に多く鎖交しているのが分かる。
As shown in FIG. 7, in the rotating
このように、アウターロータ20の並列磁気抵抗を最大とし、直列磁気抵抗を最小にしているため、電磁結合量の低下を防ぎながら、アウターロータ20のトルクを増加させることができる。
Thus, since the parallel magnetic resistance of the
また、ブリッジ部24の中央部(q軸)に誘導ポール25を設けているため、第2次空間高調波が誘導コイル22に多く鎖交するようにさせ、第2次空間高調波による自己励磁量を増加させることができる。
In addition, since the
図8に示すように、本実施例の回転電機1においては、誘導ポール25により、第2次空間高調波が誘導コイル22に多く鎖交しているのが分かる。
As shown in FIG. 8, in the rotating
(従来の回転電機との比較)
図12において、従来の回転電機100は、径方向の内側に突出した複数のステータティース113に電機子コイル112を巻き回したステータ110と、径方向の外側に配置された永久磁石121と径方向の内側に配置された永久磁石122とを備えた磁石ロータ120と、径方向の外側に突出したロータティース133に励磁コイル132を巻き回した誘導ロータ130とを備えている。
(Comparison with conventional rotating electrical machines)
In FIG. 12, a conventional rotating
図12に示すような従来の回転電機100の磁石ロータ120(PM)を1000r/minで回転させ、誘導ロータ130(IM)を1000r/min(すべりs=0)、2000r/min(すべりs=-1)、3000r/min(すべりs=-2)で駆動させたときの磁石ロータ120(PM)と誘導ロータ130(IM)の電流位相トルク特性を図13に示す。
The magnet rotor 120 (PM) of the conventional rotating
図13に示すように、誘導ロータ130がすべり負で回転し回生トルクが発生することで、反作用トルクが磁石ロータ120に作用し、トルクが増加していることが確認できるが、誘導ロータ130と磁石ロータ120との電磁結合が弱く十分なトルクが伝達できていない。
As shown in FIG. 13, it can be confirmed that the reaction torque acts on the
図14において、従来の回転電機200は、図12と同様のステータ110と、図12の磁石ロータ120の永久磁石122を削除して永久磁石121の一層にした磁石ロータ220と、径方向の外側に突出したロータティース233に励磁コイル232を巻き回した誘導ロータ230とを備えている。図14は、機械角360度のうちの45度分(1/8)の径方向断面図を示している。
14, a conventional rotating
このように、磁石量が多い問題を解決するために永久磁石を一層にした回転電機200の磁石ロータ220(PM)と誘導ロータ230(IM)の電流位相トルク特性を図15に示す。
FIG. 15 shows current phase torque characteristics of the magnet rotor 220 (PM) and the induction rotor 230 (IM) of the rotating
図15に示すように、永久磁石を一層化した場合、誘導ロータ230に鎖交する磁束量が大幅に低下し、さらに誘導ロータ230と磁石ロータ220との電磁結合力が低下し、誘導ロータ230の回生トルクが低下する。なお、比較のため、図12に示す回転電機2と同体積で設計しており、磁石ロータ220の永久磁石の一層化のため内径を拡げることができ、誘導ロータ230の外径が増えている。ステータ110の外径は共通となっている。
As shown in FIG. 15, when the permanent magnet is further layered, the amount of magnetic flux linked to the
図9は、本実施例の電流位相トルク特性を示すグラフである。図9において、右側の四角に囲まれた部分で、「WF 500 r/min」と記載された線は、アウターロータ20(WF)を500r/min、インナーロータ30(IM)を1000r/minで同方向に回転させたときの特性である。 FIG. 9 is a graph showing the current phase torque characteristics of this example. In FIG. 9, in the part surrounded by the square on the right side, the line described as “WF 500 r / min” indicates that the outer rotor 20 (WF) is 500 r / min and the inner rotor 30 (IM) is 1000 r / min. It is a characteristic when rotated in the same direction.
同様に、「WF 1000 r/min」と記載された線は、アウターロータ20を1000r/min、インナーロータ30を2000r/minで同方向に回転させたときの特性である。「WF 2000 r/min」と記載された線は、アウターロータ20を2000r/min、インナーロータ30を4000r/minで同方向に回転させたときの特性である。「WF 3000 r/min」と記載された線は、アウターロータ20を3000r/min、インナーロータ30を5000r/minで同方向に回転させたときの特性である。
Similarly, a line described as “WF 1000 r / min” is a characteristic when the
このように、アウターロータ20をオープン磁路とすることで、ステータ10の電機子磁束がインナーロータ30に多く鎖交しているため、インナーロータ30の回生トルクが増加している。インナーロータ30の回生トルクが増加することで、アウターロータ20のトルクが大幅に増加していることが分かる。
As described above, since the
なお、図9に示した本実施例の電流位相トルク特性は、比較のため、本実施例の回転電機1を、図12、図14の従来の回転電機と同じステータ外径で設計した際の結果である。
In addition, the current phase torque characteristics of the present embodiment shown in FIG. 9 are compared when the rotating
(本実施例の回転電機を適用したハイブリッド駆動システム)
図10において、回転電機1は、エンジン2、バッテリ3、インバータ4、ドライブシャフト5とともに、ハイブリッド駆動システム8を構成している。
(Hybrid drive system using the rotating electrical machine of this embodiment)
In FIG. 10, the rotating
インナーロータ30の出力軸30Aはクラッチ6を介してエンジン2に連結されている。クラッチ6は、エンジン2のクランクシャフトの回転をインナーロータ30の出力軸30Aに伝達する伝達状態と、エンジン2のクランクシャフトからインナーロータ30の出力軸30Aへの回転の伝達を遮断する遮断状態と、の間で切り替えられるようになっている。
The
インナーロータ30は、クラッチ6が伝達状態にされることでエンジン2のクランクシャフトと一体回転する。
The
インナーロータ30の出力軸30Aには、ディスクブレーキ7が設けられている。ディスクブレーキ7は、インナーロータ30の出力軸30Aに機械的な制動力を働かせる。
A
アウターロータ20の出力軸20Aはドライブシャフト5に連結されており、アウターロータ20はドライブシャフト5と一体回転する。
An
バッテリ3は、二次電池からなり、インバータ4に接続されている。インバータ4は、ステータ10の電機子コイル12に接続されている。インバータ4は、バッテリ3から取り出した直流の電力を三相交流電流の電力に変換し、その三相交流電流の電力を電機子コイル12に供給する。
The battery 3 is a secondary battery and is connected to the inverter 4. The inverter 4 is connected to the
このようなハイブリッド駆動システム8において、ステータ10に励磁する基本波回転磁界よりも速い速度でエンジン2を回転させることで、エンジン2の機械エネルギーを電磁結合によってドライブシャフト5に伝達することが可能となる。
In such a
このハイブリッド駆動システム8において、エンジン2を停止させインナーロータ30を回転させないEVモード時は、インナーロータ30の励磁コイル32が開放になるように制御することで、ブレーキトルクを生じさせず、高効率なハイブリッド駆動システムを構築することができる。
In this
図11に示すように、本実施例の回転電機1は、ステータ10の回転磁界とアウターロータ20及びドライブシャフト5とが同期回転している。インナーロータ30は、エンジン2を駆動させるHEVモード時には、エンジン2によりステータ10の回転磁界及びアウターロータ20の回転より速く回転させられる。これにより、インナーロータ30に回生トルクが発生し、アウターロータ20には反作用トルクとして力行トルクが発生し、アウターロータ20のトルクを増大させることができる。
As shown in FIG. 11, in the rotating
インナーロータ30は、EVモード時は、例えば、クラッチ6が遮断状態にされ、ディスクブレーキ7により制動され、回転しないように制御される。
In the EV mode, the
本実施例では、回転電機1をラジアルギャップ型の回転電機に適用したが、アキシャルギャップ型の回転電機に適用してもよい。
In this embodiment, the rotary
また、径方向の内側にステータを配置し、ステータの径方向の外側に誘導コイルと界磁コイルを備えた第1のロータを配置し、第1のロータの径方向の外側に励磁コイルを備えた第2のロータを配置する構成でもよい。 Further, a stator is disposed on the radially inner side, a first rotor having an induction coil and a field coil is disposed on the radially outer side of the stator, and an excitation coil is disposed on the radially outer side of the first rotor. Alternatively, the second rotor may be arranged.
また、ステータ10の電機子コイル12に流す電流は、三相に限らず、それ以上の多相でもよい。また、励磁コイル32に電流を流して二次励磁するようにしてもよい。また、励磁コイル32は、三相Y結線とすることが望ましいが、かご形ロータ構造にしてもよい。
Further, the current flowing through the
本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。 While embodiments of the invention have been disclosed, it will be apparent to those skilled in the art that changes may be made without departing from the scope of the invention. All such modifications and equivalents are intended to be included in the following claims.
1 回転電機
10 ステータ
12 電機子コイル
13 ステータティース
20 アウターロータ
21 アウターティース
22 誘導コイル
23 界磁コイル
24 ブリッジ部
25 誘導ポール
26 鍔部
27 蓋部材
27b 係止部
30 インナーロータ
32 励磁コイル
33 インナーティース
34 スロット
50 整流回路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ステータよりも径方向の内側に配置され前記電機子磁束の通過により回転するアウターロータと、
前記アウターロータよりも径方向の内側に配置されるインナーロータと、を備え、
前記アウターロータは、前記電機子コイルで発生した磁束の高調波成分に基づいて誘導電流を誘起させる誘導コイルと前記誘導電流の通電によって磁界を発生させる界磁コイルとが巻かれている複数のアウターティースを有し、
前記インナーロータは、前記アウターティースを通過して鎖交する前記電機子磁束と、前記界磁コイルで発生する磁束と、により励磁する励磁コイルが巻かれている複数のインナーティースを有する回転電機。 A stator having concentrated winding armature coils for generating armature magnetic flux;
An outer rotor that is disposed radially inward of the stator and rotates by passage of the armature magnetic flux;
An inner rotor disposed on the inner side in the radial direction than the outer rotor,
The outer rotor includes a plurality of outer coils each wound with an induction coil that induces an induction current based on a harmonic component of a magnetic flux generated by the armature coil and a field coil that generates a magnetic field by energization of the induction current. Have teeth,
The inner rotor is a rotating electric machine having a plurality of inner teeth around which an exciting coil is wound by exciting the armature magnetic flux passing through the outer teeth and the magnetic flux generated by the field coil.
前記アウターティースには、前記ブリッジ部よりも径方向の外側に前記誘導コイルが巻かれており、前記ブリッジ部よりも径方向の内側に前記界磁コイルが巻かれている請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の回転電機。 The outer rotor has a bridge portion that connects the adjacent outer teeth,
The induction coil is wound around the outer teeth in the radial direction from the bridge portion, and the field coil is wound inside the radial direction from the bridge portion. 4. The rotating electrical machine according to claim 1.
前記誘導ポールは、隣り合う前記アウターティースの一方に巻かれている前記誘導コイルと他方に巻かれている前記誘導コイルとの間で、且つ、前記アウターロータの径方向外周面よりも内側の所定位置まで延伸している請求項4に記載の回転電機。 The outer rotor has a guide pole extending radially outward at the bridge portion,
The induction pole is a predetermined portion between the induction coil wound around one of the adjacent outer teeth and the induction coil wound around the other, and inside the outer circumferential surface of the outer rotor in the radial direction. The rotating electrical machine according to claim 4, wherein the rotating electrical machine extends to a position.
前記蓋部材は、径方向の内側に延伸して前記誘導ポールに接続する係止部を有する請求項5に記載の回転電機。 The outer rotor has a lid member that covers the induction coil from the outside in the radial direction,
The rotating electrical machine according to claim 5, wherein the lid member has a locking portion that extends inward in the radial direction and connects to the induction pole.
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