JP5515297B2

JP5515297B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5515297B2
Application number: JP2009008312A
Authority: JP
Inventors: 祐一渋川; 正樹中野; 匡之初田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-01-17
Filing date: 2009-01-17
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-01-17
Also published as: JP2010166741A

Description

本発明は、1個のステータに複合電流を供給して複数のロータを個別に駆動するようにした、複合電流多層式回転電機に関するものである。

この複合電流多層式回転電機としては従来、例えば特許文献1に記載のようなものが知られている。
この複合電流多層式回転電機は、可動子側（ロータ）に永久磁石を設け、固定子側（ステータ）に界磁コイルを設け、1個のステータと2個のロータとの組み合わせにより構成したものである。

回転電機の駆動に際しては、両ロータ駆動用電流の複合電流をステータに供給して2個のロータを個別に駆動するようになす。

特開平１１−３４１７８５号公報

しかし従来の複合電流多層式回転電機にあっては、ロータを3個以上設ける場合、ロータをお互いの磁束が透過するようになるため、
回転電機に3個以上のロータを設けて多軸化した場合、磁気抵抗が増大して効率が低下する懸念があった。

本発明はかかる問題に鑑み、回転電機に3個以上のロータを設けて多軸化した場合でも、ロータをお互いの磁束が透過することのないようして、磁気抵抗の増大による効率の低下を生ずることのないようにした回転電機を提供することを目的とする。

この目的のため、本発明による回転電機は、請求項１に記載のごとく、
円周方向に延在するヨークを有した電機子鉄心、および、該ヨークにトロイダル巻きした電機子巻線よりなるステータを具え、
界磁磁極を有した3個以上のロータをそれぞれ、前記各ロータの界磁磁極から出た磁束が前記トロイダル巻き電機子巻線の巻回中心線に沿って同方向へ指向した後、同じロータの界磁磁極に達するよう配置すると共に、これら3個以上のロータを個別に回転可能に配置して設け、
これら3個以上のロータをそれぞれ、前記トロイダル巻き電機子巻線に供給する複合電流で駆動するよう構成したことを特徴とするものである。

かかる本発明の回転電機によれば、各ロータの界磁磁極のうちN極から出た磁束がトロイダル巻き電機子巻線の巻回中心線に沿って同方向へ指向されながら対応するヨークを透過して、同じロータ上のS極に達し、このときの磁束が対応するトロイダル巻き電機子巻線と鎖交して誘起電圧を発生させることにより、回転電機を作動させることができる。

よって、回転電機に3個以上のロータを設けて多軸化した場合においても、各磁束はヨークを透過するとき、相互に交差することなく平行を保ってヨークを、ヨーク延在方向に透過することとなる。
このため、3個以上のロータをお互いの磁束が透過するようなことがなく、回転電機を多軸化して複合電流多層式回転電機に構成した場合においても、磁気抵抗が増大して効率の低下を招くようなことはない。

本発明の第1実施例になる回転電機を、手前側のロータが外された状態で示す端面図である。同実施例の回転電機を、図1のA-A線上で断面とし、矢の方向に見て示す、要部縦断側面図である。図1,2の回転電機を周方向に展開して、その要部を示す分解斜視図である。図1〜3の回転電機に係わる磁気回路を説明するための磁気回路説明図である。図1〜3に示す回転電機のロータ回転支持構造を例示する概略断面図である。本発明の第2実施例になる回転電機を示す、図3と同様な分解斜視図である。図6に示す回転電機のロータ回転支持構造を例示する概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図示の第1実施例〜第2実施例に基づき詳細に説明する。
＜第1実施例＞
図1〜3は、本発明の第1実施例になる回転電機を示し、図1は、同図の手前側にある第1アキシャルロータ1（図2参照）を外して回転電機の内部を軸線方向に見て示す端面図、図2は、図1のA-A線上で断面とし、矢の方向に見て示す要部縦断側面図、図3は、図1,2の回転電機を周方向に展開して、その要部を示す分解斜視図である。

図2,3において、1,2はそれぞれ円板状の第1アキシャルロータおよび第2アキシャルロータを示し、これら第1アキシャルロータ1および第2アキシャルロータ2はそれぞれ、ベースプレート3,4の一方の面に界磁磁極としての永久磁石5,6を貼設した構成となす。

第1アキシャルロータ1のベースプレート3に貼設する永久磁石5は、複数個1組として同一円周上に配列すると共に、N極の永久磁石とS極の永久磁石とを交互に配列する。
第2アキシャルロータ2のベースプレート4に貼設する永久磁石6も、永久磁石5と同数とし、永久磁石5の配列円と同径の同一円周上に配列すると共に、N極の永久磁石とS極の永久磁石とを交互に配列する。

かかる第1アキシャルロータ1および第2アキシャルロータ2を、それぞれの永久磁石5,6が相互に向かい合うよう同軸に対向配置し、共通軸線Oの周りで個別に回転し得るよう、しかし軸線方向変位不能に支承する。

上記した第1アキシャルロータ1および第2アキシャルロータ2間（詳しくは、永久磁石5,6間）に、所定の軸線方向エアギャップ（アキシャルギャップ）を持たせてステータ7を介在させる。
このステータ7は、第1アキシャルロータ1および第2アキシャルロータ2の周回方向へ延在する多数のヨーク8を有した電機子鉄心9、および、該ヨーク8にトロイダル巻きして巻装した電機子巻線10により、図1に示すごとき円環状に構成する。

円環状ステータ7の外径側に、所定の径方向ギャップ（ラジアルギャップ）を持たせて円環状の第1ラジアルロータ11を同心に配置する。
円環状ステータ7の内径側には、所定の径方向ギャップ（ラジアルギャップ）を持たせて円環状の第2ラジアルロータ12を同心に配置する。
これら第1,2ラジアルロータ11,12はそれぞれ、軸線Oの周りで個別に回転し得るよう、しかし軸線方向変位不能に支承する。

外径側における第1ラジアルロータ11の内周面に永久磁石13を埋設し、この永久磁石13は複数個1組として、N極の永久磁石とS極の永久磁石とを円周方向へ交互に配列する。
内径側における第2ラジアルロータ12の外周面に永久磁石14を埋設し、この永久磁石14は複数個1組として、N極の永久磁石とS極の永久磁石とを円周方向へ交互に配列する。

上記した本実施例になる回転電機の作用を以下に説明する。
回転電機の駆動に際しては、第1アキシャルロータ1の駆動電流と、第2アキシャルロータ2の駆動電流と、第1ラジアルロータ11の駆動電流と、第2ラジアルロータ12の駆動電流との複合電流を、トロイダル巻きした電機子巻線10に供給する。

このとき、第1アキシャルロータ1に設けた永久磁石5のうちN極から出た磁束が図3,4にα1で示すごとく対応するヨーク8を透過して、同じ第1アキシャルロータ1上のS極に達し、このときの磁束α1が対応するトロイダル巻き電機子巻線10と鎖交して誘起電圧を発生させることにより、第1アキシャルロータ1を駆動させることができる。

また第2アキシャルロータ2に設けた永久磁石6のうちN極から出た磁束が図3,4にα2で示すごとく対応するヨーク8を透過して、同じ第2アキシャルロータ2上のS極に達し、このときの磁束α2が対応するトロイダル巻き電機子巻線10と鎖交して誘起電圧を発生させることにより、第2アキシャルロータ2を駆動させることができる。

また第1ラジアルロータ11に設けた永久磁石13のうちN極から出た磁束が図3,4にα1で示すごとく対応するヨーク8を透過して、同じ第1ラジアルロータ11上のS極に達し、このときの磁束α1が対応するトロイダル巻き電機子巻線10と鎖交して誘起電圧を発生させることにより、第1ラジアルロータ11を駆動させることができる。

更に第2ラジアルロータ12に設けた永久磁石14のうちN極から出た磁束が図3,4にα2で示すごとく対応するヨーク8を透過して、同じ第2ラジアルロータ12上のS極に達し、このときの磁束α2が対応するトロイダル巻き電機子巻線10と鎖交して誘起電圧を発生させることにより、第2ラジアルロータ12を駆動させることができる。

ところで、4個のロータ1,2,11,12をそれぞれ、永久磁石5,6,13,14がトロイダル巻き電機子巻線10の巻回中心に指向するよう配置しているため、
上記のように第1,2アキシャルロータ1,2および第1,2ラジアルロータ11,12を個別に駆動させる磁束α1,α2は、ヨーク8を透過するとき、図4に明示するごとく相互に平行を保ってヨーク8を、ヨーク延在方向に透過することとなる。
このため、4個以上のロータ1,2,11,12をお互いの磁束α1,α2が透過するようなことがなく、回転電機を多軸化（図示例では4軸化）した場合においても、磁気抵抗が増大して効率の低下を招くようなことはない。

図5は、回転電機を上記のごとく多軸化（4軸化）した場合における各ロータ1,2,11,12の回転支承構造を例示するものである。
図5において、21は、回転電機のハウジングを示し、このハウジング21内に支持板22を介して円環状ステータ7を同心に吊架する。

円環状ステータ7の軸線方向両側に同心配置する第1,2アキシャルロータ1,2のうち、第2アキシャルロータ2は、ベアリング23を介してハウジング21の内周に直接軸受し、第1アキシャルロータ1は、以下のようにしてハウジング21の内周に間接的に軸受する。

円環状ステータ7の外周に配置する第1ラジアルロータ11を、ベアリング24によりハウジング21の内周に直接軸受し、第1ラジアルロータ11の内周にベアリング25を介して第1アキシャルロータ1を軸受する。

そして、円環状ステータ7の内周に配置する第2ラジアルロータ12は、ベアリング26,27を介して第1アキシャルロータ1の内周および第2アキシャルロータ2の内周に軸受する。

＜第2実施例＞
図6は、本発明の第2実施例になる回転電機の要部を示す分解斜視図である。
本実施例においては、基本的に図1〜3に示す第1実施例と同様な構成を踏襲するが、これを更に多軸化（６軸化）したものである。

図6は、図3と同様な分解斜視図で、図3におけると同様な部分に同一符号を付して対応付けし、重複説明を避けた。
本実施例においては、上記の更なる多軸化（６軸化）のためにステータ7を、アキシャルロータ1,2の間隔方向に長大化させ、その分だけアキシャルロータ1,2の間隔を大きくする。

そして、第1ラジアルロータ11と同様な第3ラジアルロータ31を、第1ラジアルロータ11の軸線方向横並びに配して、且つ単独で回転可能に、しかし軸線方向変位不能に設ける。
また第2ラジアルロータ12と同様な第4ラジアルロータ32を、第2ラジアルロータ12の軸線方向横並びに配して、且つ単独で回転可能に、しかし軸線方向変位不能に設ける。

第3ラジアルロータ31の内周面には永久磁石33を埋設し、この永久磁石33は複数個1組として、N極の永久磁石とS極の永久磁石とを円周方向へ交互に配列する。
第4ラジアルロータ32の外周面に永久磁石34を埋設し、この永久磁石34は複数個1組として、N極の永久磁石とS極の永久磁石とを円周方向へ交互に配列する。

上記した本実施例になる回転電機は、追加した第3ラジアルロータ31および第4ラジアルロータ32がそれぞれ、第1実施例につき前述した第1ラジアルロータ11および第2ラジアルロータ12と同様に作用し、更なる多軸化（６軸化）によっても第1実施例と同様な作用効果を奏することができる。

図7は、回転電機を上記のごとく更に多軸化（6軸化）した場合における各ロータ1,2,11,12,31,32の回転支承構造を例示するものである。
図7において、21は、回転電機のハウジングを示し、このハウジング21内に支持板22を介して円環状ステータ7を同心に吊架する。

円環状ステータ7の外周に配置する第1ラジアルロータ11および第3ラジアルロータ31のうち第3ラジアルロータ31を、ベアリング41によりハウジング21の内周に直接軸受し、第3ラジアルロータ31の内周にベアリング42を介して第1ラジアルロータ11を軸受する。
そして、第1ラジアルロータ11の内周にベアリング43を介して第1アキシャルロータ1を軸受する。

円環状ステータ7の内周に配置する第2ラジアルロータ12および第4ラジアルロータ32のうち第2ラジアルロータ12は、ベアリング44を介して第1アキシャルロータ1の内周の内周に軸受し、第4ラジアルロータ32はベアリング45を介して第2アキシャルロータ2の内周に軸受する。
また、第2ラジアルロータ12および第4ラジアルロータ32は同軸突き合わせ関係に配置し、この同軸突き合わせ部にベアリング46を介在させる。

＜他の実施例＞
なお上記した第1,2実施例に代えて、4個（第1実施例）または6個（第2実施例）のロータ1,2,11,12,31,32は、永久磁石5,6,13,14,33,34およびトロイダル巻き電機子巻線間に、ステータ軸線方向両側のアキシャルギャップおよびステータ径方向内外のラジアルギャップを任意の組み合わせで形成するよう構成配置することができる。
この場合、上記した第1,2実施例によると同様な作用効果を奏し得るほか、設計の自由度が増すという作用効果を達成することができる。

1 第1アキシャルロータ
2 第2アキシャルロータ
3,4 ベースプレート
5,6 永久磁石（界磁磁極）
7 ステータ
8 ヨーク
9 電機子鉄心
10 電機子巻線
11 第1ラジアルロータ
12 第2ラジアルロータ
13,14 永久磁石（界磁磁極）
21 ハウジング
31 第3ラジアルロータ
32 第4ラジアルロータ
33,34 永久磁石（界磁磁極）
α1,α2 磁束

Claims

円周方向に延在するヨークを有した電機子鉄心、および、該ヨークにトロイダル巻きした電機子巻線よりなるステータを具え、
界磁磁極を有した3個以上のロータをそれぞれ、前記各ロータの界磁磁極から出た磁束が前記トロイダル巻き電機子巻線の巻回中心線に沿って同方向へ指向した後、同じロータの界磁磁極に達するよう配置すると共に、これら3個以上のロータを個別に回転可能に配置して設け、
これら3個以上のロータをそれぞれ、前記トロイダル巻き電機子巻線に供給する複合電流で駆動するよう構成したことを特徴とする回転電機。
請求項1に記載の回転電機において、
前記3個以上のロータは、前記界磁磁極およびトロイダル巻き電機子巻線間に、ステータ軸線方向両側にそれぞれアキシャルギャップが形成されると共にステータ径方向内外の一方または両方にラジアルギャップが形成されるよう、或いはステータ径方向内外にそれぞれラジアルギャップが形成されると共にステータ軸線方向一方側または両側にアキシャルギャップが形成されるよう構成配置したことを特徴とする回転電機。