特開 2023-159951 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023159951

(43)【公開日】2023-11-02

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 7/20 20060101AFI20231026BHJP

【ＦＩ】

H02K7/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022069897

(22)【出願日】2022-04-21

(71)【出願人】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100155457

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】高橋 梓

【テーマコード（参考）】

5H607

【Ｆターム（参考）】

5H607AA14

5H607BB01

5H607BB07

5H607BB14

5H607BB17

5H607BB18

5H607CC01

5H607DD03

5H607FF33

(57)【要約】

【課題】それぞれ回転可能なステータ及びロータを有する回転電機において、ステータのトルクをコントロール可能とする。
【解決手段】電動モータ１（回転電機）は、それぞれ回転可能に設けられたロータ１２及びステータ１３を有する主モータ１０と、補助ステータ２３及びこれに対して相対回転可能な補助ロータ２２を有する補助モータ２０とを備える。補助モータ２０の補助ロータ２２と主モータ１０のステータ１３とが一体回転可能に連結される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれ回転可能に設けられたロータ及びステータを有する主回転電機と、補助ステータ及びこれに対して相対回転可能な補助ロータを有する補助回転電機とを備え、
前記補助回転電機の補助ロータと前記主回転電機のステータとが一体回転可能に連結された回転電機。

【請求項2】

前記主回転電機及び前記補助回転電機を収容する筒状のハウジングを有する請求項１に記載の回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

電動機や発電機として用いられる回転電機は、ステータを固定側となるハウジング等に固定し、ロータを回転軸に固定することが一般的である。

【0003】

下記の特許文献１には、ステータ及びロータをそれぞれ回転可能とし、ステータの回転力をロータの回転に用いることで、高出力が可能な回転電機（電動機）が示されている。具体的には、ロータの回転を減速する際にロータの回転力でステータを回転させ、再びロータの回転を加速する際に、駆動電流による回転力にステータの回転力を加えてロータを回転させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６７２９８８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の回転電機において、ステータは、ロータと磁気結合することにより加速あるいは減速されるが、トルクをコントロールすることはできず、成り行きで回転している。そのため、ロータを再始動する際にステータのトルクが過大であることがあり、この場合、ステータとロータとの磁気結合によりロータに過大なトルクが入力され、誘起電圧によるロータのトルクロスが大きくなる。

【0006】

そこで、本発明が解決すべき課題は、ステータ及びロータをそれぞれ回転可能とした回転電機において、ステータのトルクをコントロール可能とすることで、ロータのトルクロスの増大等の不具合を防止することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するために、本発明は、それぞれ回転可能に設けられたロータ及びステータを有する主回転電機と、補助ステータ及びこれに対して相対回転可能な補助ロータを有する補助回転電機とを備え、
前記補助回転電機の補助ロータと前記主回転電機のステータとが一体回転可能に連結された回転電機を提供する。

【0008】

この回転電機によれば、従来は成り行きで回転していた主回転電機のステータのトルクを、補助回転電機でコントロールすることができる。すなわち、補助回転電機を駆動することにより、ロータの回転に関わらず、ステータの回転を減速してトルクを小さくしたり、ステータの回転を加速してトルクを大きくしたりすることができる。

【0009】

上記の回転電機は、主回転電機及び補助回転電機を収容する筒状のハウジングを有することができる。このように、主回転電機及び補助回転電機を共通のハウジングに収容することにより、回転電機全体をコンパクト化することが可能となる

【発明の効果】

【0010】

以上のように、本発明によれば、それぞれ回転可能なステータ及びロータを有する回転電機において、ステータのトルクをコントロールすることができるため、ロータのトルクロスの増大等の不具合を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係る電動モータを模式的に示す断面図である。

【図2】主モータのロータの回転速度（実線）及びステータの回転速度（一点鎖線）の時間変化を示すグラフである。

【図3】本発明の他の実施形態に係る電動モータを模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【0013】

図１に、本発明の一実施形態に係る回転電機としての電動モータ１を示す。この電動モータ１は、主回転電機としての主モータ１０と、補助回転電機としての補助モータ２０と、これらを制御する制御部３０とを主に備える。

【0014】

主モータ１０は、出力軸１１と、ロータ１２と、ステータ１３と、ハウジング１４とを有する。ロータ１２は、出力軸１１の外周に固定され、円周方向等間隔に配された複数のマグネット１２ａを有する。ステータ１３は、筒状（例えば円筒状）のハウジング１４の内周に固定されたステータコアと、ステータコアに巻回されたコイルとを有する。本実施形態の主モータ１０は、ロータ１２とステータ１３とが微小な半径方向隙間を介して対向した、いわゆるラジアルギャップ型である。この他、主モータ１０を、ロータとステータとが微小な軸方向隙間を介して対向した、いわゆるアキシャルギャップ型としてもよい。

【0015】

ロータ１２及びステータ１３は、それぞれ独立して回転可能とされる。本実施形態では、出力軸１１が、軸受１５，１６を介してハウジング１４に取り付けられる。出力軸１１は、ハウジング１４から軸方向一方側（図１の右側）に突出し、このハウジング１４から突出した部分が軸受４１を介して固定体４２に取り付けられる。すなわち、出力軸１１及びロータ１２が固定体４２に対して回転自在とされ、ハウジング１４及びステータ１３が出力軸１１に対して回転自在とされる。

【0016】

ステータ１３のコイルは、ブラシ等の公知の電力伝達手段を介して制御部３０に電気的に接続される。主モータ１０には、ハウジング１４及びステータ１３の正方向への回転は許容し、逆方向への回転は規制する、逆回転防止手段が設けられる。

【0017】

補助モータ２０は、回転軸２１と、補助ロータ２２と、補助ステータ２３と、ハウジング２４とを有する。補助ロータ２２は、回転軸２１の外周に固定され、円周方向等間隔に配された複数のマグネット２２ａを有する。補助ステータ２３は、筒状（例えば円筒状）ハウジング２４の内周に固定されたステータコアと、ステータコアに巻回されたコイルとを有する。補助ステータ２３のコイルは、制御部３０と電気的に接続される。本実施形態の補助モータ２０は、補助ロータ２２と補助ステータ２３とが微小な半径方向隙間を介して対向した、いわゆるラジアルギャップ型である。この他、補助モータ２０を、ロータとステータとが微小な軸方向隙間を介して対向した、いわゆるアキシャルギャップ型としてもよい。

【0018】

補助ロータ２２は、補助ステータ２３に対して回転可能とされる。本実施形態では、ハウジング２４及び補助ステータ２３が固定体４３に固定され、回転軸２１が、軸受２５，２６を介してハウジング２４に取り付けられる。回転軸２１は、ハウジング２４から軸方向一方側に突出し、その先端が主モータ１０のハウジング１４に固定される。すなわち、補助ステータ２３及びハウジング２４が固定側となり、これに対して、補助ロータ２２、回転軸２１、及び主モータ１０のハウジング１４が一体に回転可能とされる。

【0019】

電動モータ１は、主モータ１０のロータ１２の回転を検知する回転センサ５１と、主モータ１０のステータ１３の回転を検知する回転センサ５２とを有する。回転センサ５１，５２は、検知対象（ロータ１２、ステータ１３）の回転速度又は回転角あるいはこれらの双方を検知するものである。回転センサ５１，５２としては、接触式や、光学式や磁気式等の非接触式の公知のセンサが用いられる。本実施形態の回転センサ５１，５２は、出力軸１１あるいはハウジング１４の外周面に設けられた複数のセンサターゲットを非接触で検知することにより、出力軸１１及びハウジング１４の回転を検知するものである。回転センサ５１，５２は、制御部３０に電気的に接続され、回転センサ５１，５２による検知信号が制御部３０に送られる。

【0020】

尚、ステータ１３の回転を検知する回転センサ５２の代わりに、ステータ１３とロータ１２との間の相対回転速度を検知する回転センサ（例えば、電磁誘導式センサ）を設けてもよい。この回転センサで検知したステータ１３とロータ１２との間の相対的な回転角及び回転速度と、回転センサ５１で検知したロータ１２の回転角及び回転速度とから、ステータ１３の回転角及び回転速度を算出することができる。

【0021】

以下、電動モータ１の駆動方法について説明する。尚、図２の実線は、ロータ１２及び出力軸１１の回転速度の時間変化を示し、図２の一点鎖線は、ステータ１３及びハウジング１４の回転速度の時間変化を示している。

【0022】

まず、制御部３０から主モータ１０のステータ１３のコイルに通電することにより、ロータ１２及び出力軸１１を一体に正方向に回転させる。このとき、ステータ１３及びハウジング１４には逆方向に回転させる力が働くが、逆回転防止手段によりこれらの逆方向への回転が規制される。こうして、ステータ１３及びハウジング１４が停止した状態で、ロータ１２及び出力軸１１が正方向に加速され（時刻ｔ０～ｔ１）、所定の速度になったら定速で回転される（時刻ｔ１～ｔ２）。

【0023】

そして、出力軸１１を減速する際に、出力軸１１の回転エネルギーをステータ１３に伝達して、ステータ１３及びハウジング１４を正方向に回転させる。具体的には、ステータ１３のコイルに通電して、ロータ１２をステータ１３に対して逆方向に回転させようとする励磁力を発生させる。これにより、ロータ１２及び出力軸１１が減速されると共に、これらを減速する力の反作用によりステータ１３が正方向に回転する（時刻ｔ２～ｔ３）。このとき、ハウジング１４と、これに固定された補助モータ２０の回転軸２１及び補助ロータ２２とが、ステータ１３と一体に回転する。尚、このとき、補助モータ２０の補助ステータ２３には通電されていない。

【0024】

出力軸１１が停止すると、ステータ１３のコイルへの通電を停止し、これによりステータ１３は、慣性により正方向に略定速で回転し続ける（時刻ｔ３～ｔ４）。尚、出力軸１１が停止した後も、ステータ１３のコイルに通電し続けて、ステータ１３をさらに加速してもよい。この場合、ステータ１３を回転させる力の反作用により出力軸１１が逆方向に回転しないように、出力軸１１の逆方向への回転を規制することが好ましい。この他、出力軸１１が停止する前にステータ１３への通電を停止してもよい。

【0025】

こうしてステータ１３を慣性により回転させている間、補助モータ２０により、ステータ１３及びハウジング１４の回転速度が予め設定した所定値ω１となるように調整する。具体的には、回転センサ５２によりステータ１３及びハウジング１４の回転速度を検知し、この回転速度が所定値ω１よりも大きい場合、すなわち、ステータ１３及びハウジング１４のトルクが過大である場合は、補助モータ２０の補助ステータ２３に通電し、補助ロータ２２を減速する励磁力を発生させ、補助ロータ２２及びこれに連結された回転軸２１、ハウジング１４、及びステータ１３を、回転速度がω１となるまで減速する（図２のＰ参照）。このとき、補助ロータ２２の回転により補助ステータ２３で発電し、この電力を蓄電池に蓄積してもよい。

【0026】

一方、ステータ１３及びハウジング１４の回転速度がω１よりも小さい場合は、補助モータ２０の補助ステータ２３に通電し、補助ロータ２２を加速する励磁力を発生させ、補助ロータ２２及びこれに連結された回転軸２１、ハウジング１４、及びステータ１３を、回転速度がω１となるまで加速する（図２のＱ参照）。以上ように、補助モータ２０で主モータ１０のステータ１３及びハウジング１４を加減速することで、ステータ１３及びハウジング１４の回転速度が所定値ω１で維持される。

【0027】

その後、出力軸１１を再び回転させる際には、ステータ１３に再び通電して、ロータ１２をステータ１３に対して正方向に回転させる（時刻ｔ４～ｔ５）。これにより、ステータ１３とロータ１２との間の励磁力に加えて、ステータ１３及びハウジング１４の回転力（慣性力）もロータ１２に加わるため、ロータ１２及び出力軸１１を回転させるエネルギーが増大する。換言すると、ロータ１２及び出力軸１１に入力されるトルクを維持しながら、ステータ１３に通電する電気量を低減することができるため、省エネルギー化が図られる。

【0028】

上記のようにロータ１２をステータ１３と磁気結合して再始動する際に、ステータ１３の回転速度（トルク）が過大であると、ロータ１２に過大なトルクが一気に入力されて大きな誘導電圧が発生するため、ロータ１２のトルクロスが大きくなる。本実施形態では、上記のように、補助モータ２０によりステータ１３の回転速度を適度な値（ω１）に調整することで、ロータ１２に適度な大きさのトルクが入力されるため、ロータ１２のトルクロスの増大を防止できる。

【0029】

本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については重複説明を省略する。

【0030】

図３に示す電動モータ１は、共通のハウジング６０に主モータ１０及び補助モータ２０が収容されている点で、上記の実施形態と異なる。図示例では、筒状（例えば円筒状）のハウジング６０のうち、軸方向一方側（図中右側）が主モータ１０を収容するの第１部分６１であり、軸方向他方側（図中左側）が補助モータ２０を収容する第２部分６２である。このように、主モータ１０及び補助モータ２０を共通のハウジング６０に収容することにより、電動モータ１全体をコンパクト化することが可能となる。

【0031】

具体的に、図３に示す電動モータ１では、ハウジング６０の第１部分６１の内周面に主モータ１０のステータ１３が固定され、その内周にロータ１２が配される。ハウジング６０の第２部分６２には、補助ロータ２２が設けられる。図示例では、ハウジング６０の第２部分６２にマグネット２２ａが埋め込まれ、この部分が補助ロータ２２として機能する。この他、ハウジング６０の第２部分６２の内周に、マグネット２２ａを有する補助ロータ２２を固定してもよい。補助ロータ２２の内周には補助ステータ２３が配され、補助ステータ２３は固定体４３に固定されている。図示例では、主モータ１０の出力軸１１の軸方向他方側（図中左側）の端部が固定体４３の内周に挿入され、軸受４４，４５を介して回転自在に支持される。

【0032】

図３に示す実施形態では、主モータ１０と補助モータ２０とが軸方向で近接して配置されるため、これらの軸方向間に磁気遮断手段６３を設けることが好ましい。磁気遮断手段６３としては、例えば磁気を通さない材質からなる板や膜を使用することができる。このように、磁気遮断手段６３を設けることにより、主モータ１０の磁気が補助モータ２０に影響を与えたり、これとは逆に、補助モータ２０の磁気が主モータ１０に影響を与えたりすることを防止できる。

【0033】

以上の実施形態では、電動モータ１を、電力により出力軸１１を回転させる電動機として使用する場合を示したが、これに限らず、出力軸１１を入力軸として使用し、この入力軸に入力される回転力により発電する発電機として使用することもできる。

【符号の説明】

【0034】

１ 電動モータ（回転電機）
１０ 主モータ（主回転電機）
１１ 出力軸
１２ ロータ
１３ ステータ
１４ ハウジング
２０ 補助モータ（補助回転電機）
２１ 回転軸
２２ 補助ロータ
２３ 補助ステータ
２４ ハウジング
３０ 制御部
４２，４３ 固定体
５１，５２ 回転センサ
６０ ハウジング

【図1】

【図2】

【図3】