回転電機
【課題】回転電機において、コアティースの数を増やすことなく永久磁石の極数を増やしてトルクリプルを低減した回転電機を提供する。
【解決手段】回転軸１１と、周方向に正負の磁極が交互に形成された円環状の永久磁石１２ａを含む回転子１２と、回転子１２の外周に配置され複数の外側固定子コアティース１３ｃと外側固定子巻線１３ｂとを含む外側固定子１３と、回転子１２の内周に配置され複数の内側固定子コアティース１４ｃと内側固定子巻線１４ｂとを含む内側固定子１４とを備えた回転電機であって、固定子コアティース１３ｃ、１４ｃは同数であり、固定子巻線１３ｂ、１４ｂには３相交流が通電され、固定子巻線１３ｂ、１４ｂへの同相の通電時に電気角で３６０度ずれ、かつ隣り合う外側固定子コアティース１３ｃのスロット開口に内側固定子コアティース１４ｃが対向するように配置されている。
【解決手段】回転軸１１と、周方向に正負の磁極が交互に形成された円環状の永久磁石１２ａを含む回転子１２と、回転子１２の外周に配置され複数の外側固定子コアティース１３ｃと外側固定子巻線１３ｂとを含む外側固定子１３と、回転子１２の内周に配置され複数の内側固定子コアティース１４ｃと内側固定子巻線１４ｂとを含む内側固定子１４とを備えた回転電機であって、固定子コアティース１３ｃ、１４ｃは同数であり、固定子巻線１３ｂ、１４ｂには３相交流が通電され、固定子巻線１３ｂ、１４ｂへの同相の通電時に電気角で３６０度ずれ、かつ隣り合う外側固定子コアティース１３ｃのスロット開口に内側固定子コアティース１４ｃが対向するように配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、1個のロータとそのロータを挟むように配置された２個ステータを備えたダブルステータ型の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より１個のロータを挟むように配置された２個のステータを備えたダブルステータ型の回転電機が知られている。例えば、特許文献１にはダブルステータ型ブラシレスモータが開示されている。これは、外周を覆うケーシングと、このケーシングに組み込まれた軸受と、軸受に組み込まれケーシングに対して一軸回転運動するシャフトと、シャフトに取り付けられたロータと、ロータの外側に配されたアウタステータと、ロータの内側に配されたインナステータを有している。
【０００３】
ロータには、その半径方向にＮ極とＳ極とに分極しかつ隣り合う極の分極方向が互いに逆向きとなるように着磁された界磁磁石（永久磁石）が配置されている。アウタステータは、その外周がケーシングに取り付けられており、界磁磁石と対向するようにロータに向けて突出した複数のコアティースを有している。インナステータは、その内周がケーシングに取り付けられており、界磁磁石と対向するようにロータに向けて突出した複数のコアティースを有している。アウタステータのコアティース数とインナステータのコアティース数とは同数であり、ロータを挟んで互いに対向する位置に配されている。
【０００４】
特許文献２にもダブルステータ型の回転電機が開示されている。この回転電機は、ケーシングに固定された２個のステータである片側ステータ及び他側ステータと、両ステータの間に所定の空隙を空けて各ステータと対向配置され、各ステータに対し回転可能な1個のロータとを備えている。
【０００５】
両ステータともロータに向けて突出するように複数のコアティースを備えており、各コアティースにはステータ巻線が巻回されている。各ステータ巻線は隣り合うコアティース同士で異なる相の巻線が巻回されている集中巻巻線が施されている。片側ステータ及び他側ステータ同士で同じ相のステータ巻線は、巻線による磁束の発生方向はロータに対して逆向きであり、かつ互いに電気角で１８０度ずれるように配置されている。
【０００６】
ロータは、円板状のロータ導電体と、ロータ導電体の周方向複数箇所の等間隔位置に設けられた永久磁石を備えている。このような構成をとることにより、回転時に２個のステータで発生する磁束に含まれる空間高調波磁束をロータで互いに相殺することができ、起磁力高調波を低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−１３９１５６号公報
【特許文献２】特開２００９−２４７０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようにダブルステータ型の回転電機では、ロータの両側にステータを配置することにより巻線スロットの全断面積を増大させることが可能となりシングルステータ型の回転電機と比較してトルクが増大する。しかしながら、特許文献１に記載のブラシレスモータは、アウタステータとインナステータとが対向しているため、アウタロータの隣接するコアティース先端部のスロット開口にはインナロータの隣接するコアティース先端部のスロット開口が対向する。スロット開口ではトルクが発生しないため、トルクが増大してもその波形は歪んでしまいトルクリプルも増大する。トルクリプルを低減させるためには永久磁石の極数を増やすか、コアティース先端部のスロット開口幅を狭める必要がある。
【０００９】
しかし、永久磁石の極数を増やすとコアティースの数もそれに伴い増えるため巻線スペースが減ってしまい巻線スロットの総断面積が減少してしまう。またスロット開口幅を狭めるとコアティースに巻線を巻回ためのノズルあるいは巻線自体を通すことができず、巻回するためにはステータコアを分割することなどが必要となり、生産性が悪化しコストアップにつながってしまう。
【００１０】
また、特許文献２に記載の回転電機では起磁力高調波を低減させることはできるが、コアティースを増やさずに永久磁石の極数を増やすとトルクが打ち消されて回転しなくなるため、永久磁石の極数を増加させることができず、トルクリプルを低減させることができない。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、回転電機において、コアティースの数を増やすことなく永久磁石の極数を増やしてトルクリプルを低減した回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明に係る回転電機の特徴構成は、
回転軸と、
前記回転軸と同心かつ一体で回転し、周方向に正負の磁極が交互に形成された磁極対を複数有する円環状の磁石体を含む回転子と、
前記回転軸と同心かつ前記回転子の半径方向外側に配置されており、前記回転子に向かって突出した複数の第１の固定子コアティースと、前記第１の固定子コアティースの夫々に回転磁界を発生させるように巻回された第１の巻線とを含む第１の固定子と、
前記回転軸と同心かつ前記回転子の半径方向内側に配置されており、前記回転子に向かって突出した複数の第２の固定子コアティースと、前記第２の固定子コアティースの夫々に回転磁界を発生させるように巻回された第２の巻線とを含む第２の固定子と、を備え、
前記第１の固定子コアティースの数と前記第２の固定子コアティースの数は同じであり、
前記第１の巻線と前記第２の巻線には３相交流が通電され、前記第１の巻線と前記第２の巻線への同相の通電時の位相が電気角で３６０度の整数倍ずれかつ同相の固定子コアティース同士が対向しないように前記第１の固定子コアティースと前記第２の固定子コアティースが配置されている点にある。
【００１３】
このような構成にすれば、特許文献１、２の回転電機と比較して、固定子コアティースの数を保ったまま永久磁石の極数を増やすことができる。それにより、トルクリプルを低減させることができる。永久磁石の極数が同じ場合には、固定子コアティースの数を半減することができるので、第１、第２の固定子の巻線断面積を増やすことができ、トルクを増大させながらトルクリプルの増大を抑えることができる。
【００１４】
また、本発明による回転電機は、隣り合う前記第１の固定子コアティースの間に対向するように前記第２の固定子コアティースが配置されていると好適である。このような構成にすれば、隣り合う第１の固定子コアティースのスロット開口には第２の固定子コアティースが対向するので、回転子が回転しているときには常に第１および第２の固定子との間で吸引反発力が発生し、トルクリプルが低減される。
【００１５】
また、本発明による回転電機は、前記第１の固定子コアティースの先端部と当該第１の固定子コアティースに最も近い前記第２の固定子コアティースの先端部とが半径方向でオーバーラップしていると好適である。このような構成にすれば、固定子コアティースからの磁束の漏れが減り、回転電機のトルク特性が低下することを防ぐことができる。
【００１６】
また、本発明による回転電機は、同相に通電したときに前記第１の巻線で発生する半径方向の磁束の方向と前記第２の巻線で発生する半径方向の磁束の方向とは同じであると好適である。このような構成にすれば、第１の巻線と第２の巻線への同相の通電時の位相が電気角で３６０度の整数倍ずれかつ同相の固定子コアティース同士が対向しないように第１の固定子コアティースと第２の固定子コアティースが配置された場合に、回転子を同じ方向に回転させるように回転子と第１および第２の固定子との間で吸引反発力が発生するので、回転電機をスムーズに回転させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態における回転電機の構造を説明する断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図２の領域Ａの拡大図である。
【図４】３相交流の波形を示す図である。
【図５】本発明の実施形態におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各固定子巻線への通電状態を示す図である。
【図６ａ】本発明の実施形態における回転電機の動作を説明する図である。
【図６ｂ】本発明の実施形態における回転電機の動作を説明する図である。
【図６ｃ】本発明の実施形態における回転電機の動作を説明する図である。
【図６ｄ】本発明の実施形態における回転電機の動作を説明する図である。
【図６ｅ】本発明の実施形態における回転電機の動作を説明する図である。
【図６ｆ】本発明の実施形態における回転電機の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本実施形態に係る回転電機１０を示す略断面図である。図２は同じく図１のII−II断面図である。図１に示す回転電機は、ケース１５と、ケース１５に収容された外側固定子１３と内側固定子１４、ケース１５に対して回転自在な回転軸１１、回転軸１１と一体となって回転する回転子１２、ケース１５を閉塞するエンドカバー１７、回転軸１１をケース１５およびエンドカバー１７に軸支する軸受１６ａ、１６ｂを備えている。
【００１９】
ケース１５は有底円筒形状をしており、開口部は円板状のエンドカバー１７により閉塞されている。ケース１５の底部中央およびエンドカバー１７の中央にはそれぞれ軸受１６ａ、１６ｂが取り付けられている。図２に示すように、ケース１５の内部には、径方向に離間して対向配置された円環状の外側固定子１３と内側固定子１４が収容されており、それらの中心軸線は共に回転軸１１の中心軸線に一致している。
【００２０】
外側固定子１３は外側固定子コア１３ａと外側固定子巻線１３ｂから構成されており、外側固定子コア１３ａは電磁鋼板が複数積層された構成となっている。外側固定子コア１３ａはその外周面がケース１５の内周面に固定されており、径方向内側に向かって６本の外側固定子コアティース１３ｃが突出している。各外側固定子コアティース１３ｃは先端部が周方向に広がる略Ｔ字形状を有している（以下この先端部を先端対向部１３ｄと称する）。６本の外側固定子コアティース１３ｃは周方向に６０度の等角度間隔で設けられており、各外側固定子コアティース１３ｃには外側固定子巻線１３ｂが巻回されている。隣り合う先端対向部１３ｄの間は周方向で空隙（スロット開口）を有する。
【００２１】
内側固定子１４は内側固定子コア１４ａと内側固定子巻線１４ｂから構成されており、内側固定子コア１４ａは電磁鋼板が複数積層された構成となっている。内側固定子コア１４ａはケース１５の内に配置された略円筒状の固定部材１８に固定されており、径方向外側に向かって６本の内側固定子コアティース１４ｃが突出している。各内側固定子コアティース１４ｃは先端部が周方向に広がる略Ｔ字形状を有している（以下この先端部を先端対向部１４ｄと称する）。６本の内側固定子コアティース１４ｃは周方向に６０度の等角度間隔で設けられており、各内側固定子コアティース１４ｃには内側固定子巻線１４ｂが巻回されている。隣り合う先端対向部１４ｄの間は周方向で空隙（スロット開口）を有する。このように外側固定子１３と内側固定子１４の２つの固定子を有することにより、固定子が１つの場合と比較してより多くの巻線を施して巻線断面積を増やすことができるので、トルクを増大させると共にトルクリプルの増大を抑えることができる。
【００２２】
外側固定子１３と内側固定子１４とは軸線方向の高さが等しく、かつ各外側固定子コアティース１３ｃの周方向の中間に各内側固定子コアティース１４ｃが配置されている。すなわち各外側固定子コアティース１３ｃと各内側固定子コアティース１４ｃとは周方向に３０度ずれて配置されている。このような構成にすることにより、隣り合う外側固定子コアティース１３ｃのスロット開口に内側固定子コアティース１４ｃが対向するので、回転子１２が回転しているときには常に外側固定子１３および内側固定子１４と永久磁石１２ａとの間で吸引反発力が発生し、トルクリプルが低減される効果がある。
【００２３】
図３に示すように、各先端対向部１３ｄの周方向の端部と、それと対向する先端対向部１４ｄの周方向端部とは回転軸１１の中心から径方向外側を見たときに重なって見える（オーバーラップしている）。これにより、回転時の磁束の漏れが少なくなり、トルクリプルを低減させる効果がある。
【００２４】
各固定子コアティース１３ｃに巻回された外側固定子巻線１３ｂはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に分類され、周方向に２つおき（すなわち１８０度おき）に同じ相になっている。図４に示すように、各相には位相差１２０度の３相交流電流が供給される。各固定子コアティース１４ｃに巻回された内側固定子巻線１４ｂも同様にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に分類され、周方向に２つおき（すなわち１８０度おき）に同じ相になっている。図４に示すように、各相には位相差１２０度の３相交流電流が供給される。
【００２５】
外側固定子巻線１３ｂの各相と同じ相の内側固定子巻線１４ｂとは直列に接続され、それぞれ周方向に電気角で３６０度ずれて巻回されている。これは本実施形態においては機械角９０度に相当する。交流電流通電時に外側固定子巻線１３ｂと内側固定子巻線１４ｂは径方向に同方向の磁束が発生するよう巻回されている。
【００２６】
本実施形態では同相の全ての外側固定子巻線１３ｂと内側固定子巻線１４ｂは直列に接続されているが、同相の外側固定子巻線１３ｂが複数存在する場合には各々の外側固定子巻線１３ｂは並列に接続されても良い。また同相の内側固定子巻線１４ｂが複数存在する場合には各々の内側固定子巻線１４ｂは並列に接続されても良い。同相の外側固定子巻線１３ｂと内側固定子巻線１４ｂは直列に接続されるほうが通電される電流値が同じなのでバランスの観点から好適であるが、並列に接続されていても良い。並列接続されることにより巻線全体の電気抵抗が下がり、巻線に流れる電流が増大するので発生トルクを増大させることができる。
【００２７】
回転軸１１は軸受１６ａ、１６ｂの内輪に圧入されており、ケース１５に対して回転自在になっている。回転子１２は回転軸１１に圧入固定されている有底円筒状の回転子導電体１２ｂと、回転子導電体１２ｂに取り付けられ周方向にＮ極とＳ極が交互になるように８極（４極対）に着磁された永久磁石１２ａからなり、回転軸１１と一体となって回転する。回転子導電体１２ｂは底部１２ｃの外径が外側固定子１３の最内周よりやや小さく、その中心軸線は回転軸１１の中心軸線に一致している。
【００２８】
永久磁石１２ａは略円環状であり、その中心軸線は回転軸１１の中心軸線に一致している。また、永久磁石１２ａの外周と内周は外側固定子１３の先端対向部１３ｄ、内側固定子１４の先端対向部１４ｄとの間でそれぞれ径方向のギャップを有して対向している。永久磁石１２ａの厚さは外側固定子コア１３ａと内側固定子コア１４ａの軸方向の厚さと同等であり、永久磁石１２ａは軸方向の一方の端面が回転子導電体１２ｂの円筒部１２ｄの端部に接着等されることにより固定されている。
【００２９】
次に本実施形態に係る回転電機１０に３相交流電流を通電したときの回転子１２の回転について図４から図６ｆを用いて説明する。図４は、電気角３６０度すなわち回転子１２が９０度回転する間にＵ、Ｖ、Ｗの各相に通電される交流電流の向きと大きさを示しており、実線が現実にＵ、Ｖ、Ｗの各相に流れる電流を示している。図４においては、外側固定子巻線１３ｂおよび内側固定子巻線１４ｂに通電したときに発生する磁束の向きが径方向外側になるときの電流の向きを正とし、径方向内側になるときの電流の向きを負としている。図５は電気角３６０度の間の各相の外側固定子巻線１３ｂおよび内側固定子巻線１４ｂへの通電状態を示している。図６ａから図６ｆは、電気角３６０度の間に永久磁石１２ａと各外側固定子コアティース１３ｃ、各内側固定子コアティース１４ｃとの間に発生する吸引反発力を示している。
【００３０】
図４のａの領域と図５の（ａ）と図６ａのように、図４から図６ｆにおいて同じ符号ａが付されている図は対応していることを示している。すなわち、図４のａの領域のように通電されているときは、図５の（ａ）のように各固定子巻線１３ｂ、１４ｂに電流が流れる。図６ａは図４のａの領域に切り替わった瞬間の状態を示しており、永久磁石１２ａと各外側固定子コアティース１３ｃ、各内側固定子コアティース１４ｃとの間に吸引反発力が発生している。符号ｂからｆについても符号ａと同様に対応していることを示している。本実施形態における各相を接続する方式はＹ結線であるが、デルタ結線であっても良い。
【００３１】
図６ａは、Ｕ相に正方向の電流、Ｖ相に負方向の電流が通電されたときの状態を示す。図中、固定子コアティース上に描かれている矢印は発生する磁束の向きを示している。このときＵ相の外側固定子コアティース１３ｃには径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１３ｄがＳ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＮ極に磁化される。永久磁石１２ａはその時計方向側半分がＳ極で半時計側半分がＮ極の状態で先端対向部１３ｄと対向している。よって、Ｕ相の先端対向部１３ｄと永久磁石１２ａの間では、時計方向側半分で反発力、半時計側半分で吸引力が発生し、永久磁石１２ａを時計方向に回転させる力が作用する。
【００３２】
上記のＵ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＵ相の内側固定子コアティース１４ｃは外側コアティース１３ｃに対して電気角で３６０度、すなわち機械角で時計方向に９０度ずれて配置されている。このＵ相内側固定子コアティース１４ｃも径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１４ｄがＮ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＳ極に磁化される。永久磁石１２ａは８極に着磁されているので１極対のなす角度は９０度である。よって、先端対向部１４ｄに対しても永久磁石１２ａのＮ極とＳ極が半分ずつ対向し、永久磁石１２ａの時計側半分がＮ極で半時計側半分がＳ極となるので、Ｕ相の先端対向部１４ｄと永久磁石１２ａの間でも、永久磁石１２ａを時計方向に回転させる吸引反発力が発生する。
【００３３】
Ｖ相の外側固定子コアティース１３ｃには径方向内側に向かって磁束が発生し、先端対向部１３ｄがＮ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＳ極に磁化されている。Ｕ相の外側固定子コアティース１３ｃに対してＶ相の外側固定子コアティース１３ｃは時計方向に機械角で６０度ずれており、永久磁石１２ａのＮ極がＶ相の先端対向部１３ｄと対向し反発力が発生する。この反発力は永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００３４】
上記のＶ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＶ相の内側固定子コアティース１４ｃは外側コアティース１３ｃに対して電気角で３６０度、すなわち機械角で時計方向に９０度ずれた位置に配置されている。このＶ相内側固定子コアティース１４ｃも径方向内側に向かって磁束が発生し、先端対向部１４ｄがＳ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＮ極に磁化される。永久磁石１２ａの１極対は９０度なので、永久磁石１２ａのＳ極がＶ相の先端対向部１４ｄと対向し反発力が発生する。この反発力も永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００３５】
図６ｂは、通電が切り替わり、Ｗ相に正方向の電流、Ｖ相に負方向の電流が通電されたときの状態を示す。このときＶ相の外側固定子コアティース１３ｃは引き続き先端対向部１３ｄがＮ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＳ極に磁化されている。図６ａの状態から永久磁石１２ａは時計方向に１５度回転しており、時計方向側半分がＮ極で半時計側半分がＳ極の状態で先端対向部１３ｄと対向している。よって、Ｖ相の先端対向部１３ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させるような吸引反発力が発生する。
【００３６】
上記のＶ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＶ相の内側固定子コアティース１４ｃは引き続き先端対向部１４ｄがＳ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＮ極に磁化されている。永久磁石１２ａは時計方向側半分がＳ極で半時計側半分がＮ極の状態で先端対向部１４ｄと対向している。よって、Ｖ相の先端対向部１４ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させるような吸引反発力が発生する。
【００３７】
Ｗ相の外側固定子コアティース１３ｃには径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１３ｄがＳ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＮ極に磁化される。Ｖ相の外側固定子コアティース１３ｃに対してＷ相の外側固定子コアティース１３ｃは時計方向に機械角で６０度ずれており、永久磁石１２ａのＳ極がＷ相の先端対向部１３ｄと対向し反発力が発生する。この反発力は永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００３８】
上記のＷ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＷ相の内側固定子コアティース１４ｃは外側コアティース１３ｃに対して電気角で３６０度、すなわち機械角で時計方向に９０度ずれた位置に配置されている。このＷ相内側固定子コアティース１４ｃも径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１４ｄがＮ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＳ極に磁化される。永久磁石１２ａの１極対は９０度なので、永久磁石１２ａのＮ極がＷ相の先端対向部１４ｄと対向し反発力が発生する。この反発力も永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００３９】
図６ｃは、通電が切り替わり、Ｗ相に正方向の電流、Ｕ相に負方向の電流が通電されたときの状態を示す。このときＷ相の外側固定子コアティース１３ｃは引き続き先端対向部１３ｄがＳ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＮ極に磁化されている。図６ｂの状態から永久磁石１２ａはさらに時計方向に１５度回転しており、時計方向側半分がＳ極で半時計側半分がＮ極の状態で先端対向部１３ｄと対向している。よって、Ｗ相の先端対向部１３ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させる吸引反発力が発生する。
【００４０】
上記のＷ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＷ相の内側固定子コアティース１４ｃは引き続き先端対向部１４ｄがＮ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＳ極に磁化されている。永久磁石１２ａは時計側半分がＮ極で半時計側半分がＳ極となるので、Ｗ相の先端対向部１４ｄと永久磁石１２ａの間でも、永久磁石１２ａを時計方向に回転させる吸引反発力が発生する。
【００４１】
Ｕ相の外側固定子コアティース１３ｃには径方向内側に向かって磁束が発生し、先端対向部１３ｄがＮ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＳ極に磁化される。Ｗ相の外側固定子コアティース１３ｃに対してＵ相の外側固定子コアティース１３ｃは時計方向に機械角で６０度ずれており、永久磁石１２ａのＮ極がＵ相の先端対向部１３ｄと対向し反発力が発生する。この反発力は永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００４２】
上記のＵ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＵ相の内側固定子コアティース１４ｃは外側コアティース１３ｃに対して電気角で３６０度、すなわち機械角で時計方向に９０度ずれた位置に配置されている。このＵ相内側固定子コアティース１４ｃも径方向内側に向かって磁束が発生し、先端対向部１４ｄがＳ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＮ極に磁化される。永久磁石１２ａの１極対は９０度なので、永久磁石１２ａのＳ極がＵ相の先端対向部１４ｄと対向し反発力が発生する。この反発力も永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００４３】
図６ｄは、通電が切り替わり、Ｖ相に正方向の電流、Ｕ相に負方向の電流が通電されたときの状態を示す。このときＵ相の外側固定子コアティース１３ｃは引き続き先端対向部１３ｄがＮ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＳ極に磁化されている。図６ｃの状態から永久磁石１２ａは時計方向に１５度回転しており、時計方向側半分がＮ極で半時計側半分がＳ極の状態で先端対向部１３ｄと対向している。よって、Ｕ相の先端対向部１３ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させるような吸引反発力が発生する。
【００４４】
上記のＵ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＵ相の内側固定子コアティース１４ｃは引き続き先端対向部１４ｄがＳ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＮ極に磁化されている。永久磁石１２ａは時計方向側半分がＳ極で半時計側半分がＮ極の状態で先端対向部１４ｄと対向している。よって、Ｕ相の先端対向部１４ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させるような吸引反発力が発生する。
【００４５】
Ｖ相の外側固定子コアティース１３ｃには径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１３ｄがＳ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＮ極に磁化される。Ｕ相の外側固定子コアティース１３ｃに対してＶ相の外側固定子コアティース１３ｃは時計方向に機械角で６０度ずれており、永久磁石１２ａのＳ極がＶ相の先端対向部１３ｄと対向し反発力が発生する。この反発力は永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００４６】
上記のＶ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＶ相の内側固定子コアティース１４ｃも径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１４ｄがＮ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＳ極に磁化される。永久磁石１２ａの１極対は９０度なので、永久磁石１２ａのＮ極がＶ相の先端対向部１４ｄと対向し反発力が発生する。この反発力も永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００４７】
図６ｅは、通電が切り替わり、Ｖ相に正方向の電流、Ｗ相に負方向の電流が通電されたときの状態を示す。このときＶ相の外側固定子コアティース１３ｃは引き続き先端対向部１３ｄがＳ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＮ極に磁化されている。図６ｄの状態から永久磁石１２ａはさらに時計方向に１５度回転しており、時計方向側半分がＳ極で半時計側半分がＮ極の状態で先端対向部１３ｄと対向している。よって、Ｖ相の先端対向部１３ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させる吸引反発力が発生する。
【００４８】
上記のＶ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＶ相の内側固定子コアティース１４ｃは引き続き先端対向部１４ｄがＮ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＳ極に磁化されている。永久磁石１２ａは時計側半分がＮ極で半時計側半分がＳ極となるので、Ｖ相の先端対向部１４ｄと永久磁石１２ａの間でも、永久磁石１２ａを時計方向に回転させる吸引反発力が発生する。
【００４９】
Ｗ相の外側固定子コアティース１３ｃには径方向内側に向かって磁束が発生し、先端対向部１３ｄがＮ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＳ極に磁化される。Ｗ相の外側固定子コアティース１３ｃに対してＵ相の外側固定子コアティース１３ｃは時計方向に機械角で６０度ずれており、永久磁石１２ａのＮ極がＵ相の先端対向部１３ｄと対向し反発力が発生する。この反発力は永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００５０】
上記のＷ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＷ相の内側固定子コアティース１４ｃも径方向内側に向かって磁束が発生し、先端対向部１４ｄがＳ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＮ極に磁化される。永久磁石１２ａの１極対は９０度なので、永久磁石１２ａのＳ極がＵ相の先端対向部１４ｄと対向し反発力が発生する。この反発力も永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００５１】
図６ｆは、通電が切り替わり、Ｕ相に正方向の電流、Ｗ相に負方向の電流が通電されたときの状態を示す。このときＷ相の外側固定子コアティース１３ｃは引き続き先端対向部１３ｄがＮ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＳ極に磁化されている。図６ｅの状態から永久磁石１２ａは時計方向に１５度回転しており、時計方向側半分がＮ極で半時計側半分がＳ極の状態で先端対向部１３ｄと対向している。よって、Ｗ相の先端対向部１３ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させるような吸引反発力が発生する。
【００５２】
上記のＷ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＷ相の内側固定子コアティース１４ｃは引き続き先端対向部１４ｄがＳ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＮ極に磁化されている。永久磁石１２ａは時計方向側半分がＳ極で半時計側半分がＮ極の状態で先端対向部１４ｄと対向している。よって、Ｗ相の先端対向部１４ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させるような吸引反発力が発生する。
【００５３】
Ｕ相の外側固定子コアティース１３ｃには径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１３ｄがＳ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＮ極に磁化される。Ｗ相の外側固定子コアティース１３ｃに対してＵ相の外側固定子コアティース１３ｃは時計方向に機械角で６０度ずれており、永久磁石１２ａのＳ極がＶ相の先端対向部１３ｄと対向し反発力が発生する。この反発力は永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００５４】
上記のＵ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＵ相の内側固定子コアティース１４ｃも径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１４ｄがＮ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＳ極に磁化される。永久磁石１２ａの１極対は９０度なので、永久磁石１２ａのＮ極がＶ相の先端対向部１４ｄと対向し反発力が発生する。この反発力も永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００５５】
本実施形態に係る回転電機１０の回転子１２は上記図６ａから図６ｆの動作を繰り返して時計方向に連続して回転する。
【００５６】
本実施形態に係る回転電機１０はラジアルギャップ型であるが、これに限定されずアキシャルギャップ型でもよい。また外側固定子コアティース１３ｃ、内側固定子コアティース１４ｃの本数は６本に限定されず、永久磁石１２ａの周方向の極数も８極に限定されない。ただし、外側固定子コアティース１３ｃと内側固定子コアティース１４ｃの本数が同数であり、その本数の和が永久磁石１２ａの極対数の３倍となる関係を保つことが好適である。
【００５７】
本実施形態では、外側固定子巻線１３ｂと内側固定子巻線１４ｂは周方向に電気角で３６０度ずらして配置されていたが、１０８０度など３６０度の奇数倍ずれるようにしてもよい。このようにすると、隣り合う外側固定子コアティース１３ｃのスロット開口に内側固定子コアティース１４ｃが対向するように配置されるので、トルクリプルが低減される効果がある。
【００５８】
本発明は、ダブルステータ型の回転電機に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１０：回転電機
１１：回転軸
１２：回転子
１２ａ：永久磁石
１２ｂ：回転子導電体
１３：外側固定子
１３ａ：外側固定子コア
１３ｂ：外側固定子巻線
１４：内側固定子
１４ａ：内側固定子コア
１４ｂ：内側固定子巻線
１５：ケース
１６ａ、１６ｂ：軸受
１７：エンドカバー
１８：固定部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、1個のロータとそのロータを挟むように配置された２個ステータを備えたダブルステータ型の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より１個のロータを挟むように配置された２個のステータを備えたダブルステータ型の回転電機が知られている。例えば、特許文献１にはダブルステータ型ブラシレスモータが開示されている。これは、外周を覆うケーシングと、このケーシングに組み込まれた軸受と、軸受に組み込まれケーシングに対して一軸回転運動するシャフトと、シャフトに取り付けられたロータと、ロータの外側に配されたアウタステータと、ロータの内側に配されたインナステータを有している。
【０００３】
ロータには、その半径方向にＮ極とＳ極とに分極しかつ隣り合う極の分極方向が互いに逆向きとなるように着磁された界磁磁石（永久磁石）が配置されている。アウタステータは、その外周がケーシングに取り付けられており、界磁磁石と対向するようにロータに向けて突出した複数のコアティースを有している。インナステータは、その内周がケーシングに取り付けられており、界磁磁石と対向するようにロータに向けて突出した複数のコアティースを有している。アウタステータのコアティース数とインナステータのコアティース数とは同数であり、ロータを挟んで互いに対向する位置に配されている。
【０００４】
特許文献２にもダブルステータ型の回転電機が開示されている。この回転電機は、ケーシングに固定された２個のステータである片側ステータ及び他側ステータと、両ステータの間に所定の空隙を空けて各ステータと対向配置され、各ステータに対し回転可能な1個のロータとを備えている。
【０００５】
両ステータともロータに向けて突出するように複数のコアティースを備えており、各コアティースにはステータ巻線が巻回されている。各ステータ巻線は隣り合うコアティース同士で異なる相の巻線が巻回されている集中巻巻線が施されている。片側ステータ及び他側ステータ同士で同じ相のステータ巻線は、巻線による磁束の発生方向はロータに対して逆向きであり、かつ互いに電気角で１８０度ずれるように配置されている。
【０００６】
ロータは、円板状のロータ導電体と、ロータ導電体の周方向複数箇所の等間隔位置に設けられた永久磁石を備えている。このような構成をとることにより、回転時に２個のステータで発生する磁束に含まれる空間高調波磁束をロータで互いに相殺することができ、起磁力高調波を低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−１３９１５６号公報
【特許文献２】特開２００９−２４７０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようにダブルステータ型の回転電機では、ロータの両側にステータを配置することにより巻線スロットの全断面積を増大させることが可能となりシングルステータ型の回転電機と比較してトルクが増大する。しかしながら、特許文献１に記載のブラシレスモータは、アウタステータとインナステータとが対向しているため、アウタロータの隣接するコアティース先端部のスロット開口にはインナロータの隣接するコアティース先端部のスロット開口が対向する。スロット開口ではトルクが発生しないため、トルクが増大してもその波形は歪んでしまいトルクリプルも増大する。トルクリプルを低減させるためには永久磁石の極数を増やすか、コアティース先端部のスロット開口幅を狭める必要がある。
【０００９】
しかし、永久磁石の極数を増やすとコアティースの数もそれに伴い増えるため巻線スペースが減ってしまい巻線スロットの総断面積が減少してしまう。またスロット開口幅を狭めるとコアティースに巻線を巻回ためのノズルあるいは巻線自体を通すことができず、巻回するためにはステータコアを分割することなどが必要となり、生産性が悪化しコストアップにつながってしまう。
【００１０】
また、特許文献２に記載の回転電機では起磁力高調波を低減させることはできるが、コアティースを増やさずに永久磁石の極数を増やすとトルクが打ち消されて回転しなくなるため、永久磁石の極数を増加させることができず、トルクリプルを低減させることができない。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、回転電機において、コアティースの数を増やすことなく永久磁石の極数を増やしてトルクリプルを低減した回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明に係る回転電機の特徴構成は、
回転軸と、
前記回転軸と同心かつ一体で回転し、周方向に正負の磁極が交互に形成された磁極対を複数有する円環状の磁石体を含む回転子と、
前記回転軸と同心かつ前記回転子の半径方向外側に配置されており、前記回転子に向かって突出した複数の第１の固定子コアティースと、前記第１の固定子コアティースの夫々に回転磁界を発生させるように巻回された第１の巻線とを含む第１の固定子と、
前記回転軸と同心かつ前記回転子の半径方向内側に配置されており、前記回転子に向かって突出した複数の第２の固定子コアティースと、前記第２の固定子コアティースの夫々に回転磁界を発生させるように巻回された第２の巻線とを含む第２の固定子と、を備え、
前記第１の固定子コアティースの数と前記第２の固定子コアティースの数は同じであり、
前記第１の巻線と前記第２の巻線には３相交流が通電され、前記第１の巻線と前記第２の巻線への同相の通電時の位相が電気角で３６０度の整数倍ずれかつ同相の固定子コアティース同士が対向しないように前記第１の固定子コアティースと前記第２の固定子コアティースが配置されている点にある。
【００１３】
このような構成にすれば、特許文献１、２の回転電機と比較して、固定子コアティースの数を保ったまま永久磁石の極数を増やすことができる。それにより、トルクリプルを低減させることができる。永久磁石の極数が同じ場合には、固定子コアティースの数を半減することができるので、第１、第２の固定子の巻線断面積を増やすことができ、トルクを増大させながらトルクリプルの増大を抑えることができる。
【００１４】
また、本発明による回転電機は、隣り合う前記第１の固定子コアティースの間に対向するように前記第２の固定子コアティースが配置されていると好適である。このような構成にすれば、隣り合う第１の固定子コアティースのスロット開口には第２の固定子コアティースが対向するので、回転子が回転しているときには常に第１および第２の固定子との間で吸引反発力が発生し、トルクリプルが低減される。
【００１５】
また、本発明による回転電機は、前記第１の固定子コアティースの先端部と当該第１の固定子コアティースに最も近い前記第２の固定子コアティースの先端部とが半径方向でオーバーラップしていると好適である。このような構成にすれば、固定子コアティースからの磁束の漏れが減り、回転電機のトルク特性が低下することを防ぐことができる。
【００１６】
また、本発明による回転電機は、同相に通電したときに前記第１の巻線で発生する半径方向の磁束の方向と前記第２の巻線で発生する半径方向の磁束の方向とは同じであると好適である。このような構成にすれば、第１の巻線と第２の巻線への同相の通電時の位相が電気角で３６０度の整数倍ずれかつ同相の固定子コアティース同士が対向しないように第１の固定子コアティースと第２の固定子コアティースが配置された場合に、回転子を同じ方向に回転させるように回転子と第１および第２の固定子との間で吸引反発力が発生するので、回転電機をスムーズに回転させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態における回転電機の構造を説明する断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図２の領域Ａの拡大図である。
【図４】３相交流の波形を示す図である。
【図５】本発明の実施形態におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各固定子巻線への通電状態を示す図である。
【図６ａ】本発明の実施形態における回転電機の動作を説明する図である。
【図６ｂ】本発明の実施形態における回転電機の動作を説明する図である。
【図６ｃ】本発明の実施形態における回転電機の動作を説明する図である。
【図６ｄ】本発明の実施形態における回転電機の動作を説明する図である。
【図６ｅ】本発明の実施形態における回転電機の動作を説明する図である。
【図６ｆ】本発明の実施形態における回転電機の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本実施形態に係る回転電機１０を示す略断面図である。図２は同じく図１のII−II断面図である。図１に示す回転電機は、ケース１５と、ケース１５に収容された外側固定子１３と内側固定子１４、ケース１５に対して回転自在な回転軸１１、回転軸１１と一体となって回転する回転子１２、ケース１５を閉塞するエンドカバー１７、回転軸１１をケース１５およびエンドカバー１７に軸支する軸受１６ａ、１６ｂを備えている。
【００１９】
ケース１５は有底円筒形状をしており、開口部は円板状のエンドカバー１７により閉塞されている。ケース１５の底部中央およびエンドカバー１７の中央にはそれぞれ軸受１６ａ、１６ｂが取り付けられている。図２に示すように、ケース１５の内部には、径方向に離間して対向配置された円環状の外側固定子１３と内側固定子１４が収容されており、それらの中心軸線は共に回転軸１１の中心軸線に一致している。
【００２０】
外側固定子１３は外側固定子コア１３ａと外側固定子巻線１３ｂから構成されており、外側固定子コア１３ａは電磁鋼板が複数積層された構成となっている。外側固定子コア１３ａはその外周面がケース１５の内周面に固定されており、径方向内側に向かって６本の外側固定子コアティース１３ｃが突出している。各外側固定子コアティース１３ｃは先端部が周方向に広がる略Ｔ字形状を有している（以下この先端部を先端対向部１３ｄと称する）。６本の外側固定子コアティース１３ｃは周方向に６０度の等角度間隔で設けられており、各外側固定子コアティース１３ｃには外側固定子巻線１３ｂが巻回されている。隣り合う先端対向部１３ｄの間は周方向で空隙（スロット開口）を有する。
【００２１】
内側固定子１４は内側固定子コア１４ａと内側固定子巻線１４ｂから構成されており、内側固定子コア１４ａは電磁鋼板が複数積層された構成となっている。内側固定子コア１４ａはケース１５の内に配置された略円筒状の固定部材１８に固定されており、径方向外側に向かって６本の内側固定子コアティース１４ｃが突出している。各内側固定子コアティース１４ｃは先端部が周方向に広がる略Ｔ字形状を有している（以下この先端部を先端対向部１４ｄと称する）。６本の内側固定子コアティース１４ｃは周方向に６０度の等角度間隔で設けられており、各内側固定子コアティース１４ｃには内側固定子巻線１４ｂが巻回されている。隣り合う先端対向部１４ｄの間は周方向で空隙（スロット開口）を有する。このように外側固定子１３と内側固定子１４の２つの固定子を有することにより、固定子が１つの場合と比較してより多くの巻線を施して巻線断面積を増やすことができるので、トルクを増大させると共にトルクリプルの増大を抑えることができる。
【００２２】
外側固定子１３と内側固定子１４とは軸線方向の高さが等しく、かつ各外側固定子コアティース１３ｃの周方向の中間に各内側固定子コアティース１４ｃが配置されている。すなわち各外側固定子コアティース１３ｃと各内側固定子コアティース１４ｃとは周方向に３０度ずれて配置されている。このような構成にすることにより、隣り合う外側固定子コアティース１３ｃのスロット開口に内側固定子コアティース１４ｃが対向するので、回転子１２が回転しているときには常に外側固定子１３および内側固定子１４と永久磁石１２ａとの間で吸引反発力が発生し、トルクリプルが低減される効果がある。
【００２３】
図３に示すように、各先端対向部１３ｄの周方向の端部と、それと対向する先端対向部１４ｄの周方向端部とは回転軸１１の中心から径方向外側を見たときに重なって見える（オーバーラップしている）。これにより、回転時の磁束の漏れが少なくなり、トルクリプルを低減させる効果がある。
【００２４】
各固定子コアティース１３ｃに巻回された外側固定子巻線１３ｂはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に分類され、周方向に２つおき（すなわち１８０度おき）に同じ相になっている。図４に示すように、各相には位相差１２０度の３相交流電流が供給される。各固定子コアティース１４ｃに巻回された内側固定子巻線１４ｂも同様にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に分類され、周方向に２つおき（すなわち１８０度おき）に同じ相になっている。図４に示すように、各相には位相差１２０度の３相交流電流が供給される。
【００２５】
外側固定子巻線１３ｂの各相と同じ相の内側固定子巻線１４ｂとは直列に接続され、それぞれ周方向に電気角で３６０度ずれて巻回されている。これは本実施形態においては機械角９０度に相当する。交流電流通電時に外側固定子巻線１３ｂと内側固定子巻線１４ｂは径方向に同方向の磁束が発生するよう巻回されている。
【００２６】
本実施形態では同相の全ての外側固定子巻線１３ｂと内側固定子巻線１４ｂは直列に接続されているが、同相の外側固定子巻線１３ｂが複数存在する場合には各々の外側固定子巻線１３ｂは並列に接続されても良い。また同相の内側固定子巻線１４ｂが複数存在する場合には各々の内側固定子巻線１４ｂは並列に接続されても良い。同相の外側固定子巻線１３ｂと内側固定子巻線１４ｂは直列に接続されるほうが通電される電流値が同じなのでバランスの観点から好適であるが、並列に接続されていても良い。並列接続されることにより巻線全体の電気抵抗が下がり、巻線に流れる電流が増大するので発生トルクを増大させることができる。
【００２７】
回転軸１１は軸受１６ａ、１６ｂの内輪に圧入されており、ケース１５に対して回転自在になっている。回転子１２は回転軸１１に圧入固定されている有底円筒状の回転子導電体１２ｂと、回転子導電体１２ｂに取り付けられ周方向にＮ極とＳ極が交互になるように８極（４極対）に着磁された永久磁石１２ａからなり、回転軸１１と一体となって回転する。回転子導電体１２ｂは底部１２ｃの外径が外側固定子１３の最内周よりやや小さく、その中心軸線は回転軸１１の中心軸線に一致している。
【００２８】
永久磁石１２ａは略円環状であり、その中心軸線は回転軸１１の中心軸線に一致している。また、永久磁石１２ａの外周と内周は外側固定子１３の先端対向部１３ｄ、内側固定子１４の先端対向部１４ｄとの間でそれぞれ径方向のギャップを有して対向している。永久磁石１２ａの厚さは外側固定子コア１３ａと内側固定子コア１４ａの軸方向の厚さと同等であり、永久磁石１２ａは軸方向の一方の端面が回転子導電体１２ｂの円筒部１２ｄの端部に接着等されることにより固定されている。
【００２９】
次に本実施形態に係る回転電機１０に３相交流電流を通電したときの回転子１２の回転について図４から図６ｆを用いて説明する。図４は、電気角３６０度すなわち回転子１２が９０度回転する間にＵ、Ｖ、Ｗの各相に通電される交流電流の向きと大きさを示しており、実線が現実にＵ、Ｖ、Ｗの各相に流れる電流を示している。図４においては、外側固定子巻線１３ｂおよび内側固定子巻線１４ｂに通電したときに発生する磁束の向きが径方向外側になるときの電流の向きを正とし、径方向内側になるときの電流の向きを負としている。図５は電気角３６０度の間の各相の外側固定子巻線１３ｂおよび内側固定子巻線１４ｂへの通電状態を示している。図６ａから図６ｆは、電気角３６０度の間に永久磁石１２ａと各外側固定子コアティース１３ｃ、各内側固定子コアティース１４ｃとの間に発生する吸引反発力を示している。
【００３０】
図４のａの領域と図５の（ａ）と図６ａのように、図４から図６ｆにおいて同じ符号ａが付されている図は対応していることを示している。すなわち、図４のａの領域のように通電されているときは、図５の（ａ）のように各固定子巻線１３ｂ、１４ｂに電流が流れる。図６ａは図４のａの領域に切り替わった瞬間の状態を示しており、永久磁石１２ａと各外側固定子コアティース１３ｃ、各内側固定子コアティース１４ｃとの間に吸引反発力が発生している。符号ｂからｆについても符号ａと同様に対応していることを示している。本実施形態における各相を接続する方式はＹ結線であるが、デルタ結線であっても良い。
【００３１】
図６ａは、Ｕ相に正方向の電流、Ｖ相に負方向の電流が通電されたときの状態を示す。図中、固定子コアティース上に描かれている矢印は発生する磁束の向きを示している。このときＵ相の外側固定子コアティース１３ｃには径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１３ｄがＳ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＮ極に磁化される。永久磁石１２ａはその時計方向側半分がＳ極で半時計側半分がＮ極の状態で先端対向部１３ｄと対向している。よって、Ｕ相の先端対向部１３ｄと永久磁石１２ａの間では、時計方向側半分で反発力、半時計側半分で吸引力が発生し、永久磁石１２ａを時計方向に回転させる力が作用する。
【００３２】
上記のＵ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＵ相の内側固定子コアティース１４ｃは外側コアティース１３ｃに対して電気角で３６０度、すなわち機械角で時計方向に９０度ずれて配置されている。このＵ相内側固定子コアティース１４ｃも径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１４ｄがＮ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＳ極に磁化される。永久磁石１２ａは８極に着磁されているので１極対のなす角度は９０度である。よって、先端対向部１４ｄに対しても永久磁石１２ａのＮ極とＳ極が半分ずつ対向し、永久磁石１２ａの時計側半分がＮ極で半時計側半分がＳ極となるので、Ｕ相の先端対向部１４ｄと永久磁石１２ａの間でも、永久磁石１２ａを時計方向に回転させる吸引反発力が発生する。
【００３３】
Ｖ相の外側固定子コアティース１３ｃには径方向内側に向かって磁束が発生し、先端対向部１３ｄがＮ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＳ極に磁化されている。Ｕ相の外側固定子コアティース１３ｃに対してＶ相の外側固定子コアティース１３ｃは時計方向に機械角で６０度ずれており、永久磁石１２ａのＮ極がＶ相の先端対向部１３ｄと対向し反発力が発生する。この反発力は永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００３４】
上記のＶ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＶ相の内側固定子コアティース１４ｃは外側コアティース１３ｃに対して電気角で３６０度、すなわち機械角で時計方向に９０度ずれた位置に配置されている。このＶ相内側固定子コアティース１４ｃも径方向内側に向かって磁束が発生し、先端対向部１４ｄがＳ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＮ極に磁化される。永久磁石１２ａの１極対は９０度なので、永久磁石１２ａのＳ極がＶ相の先端対向部１４ｄと対向し反発力が発生する。この反発力も永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００３５】
図６ｂは、通電が切り替わり、Ｗ相に正方向の電流、Ｖ相に負方向の電流が通電されたときの状態を示す。このときＶ相の外側固定子コアティース１３ｃは引き続き先端対向部１３ｄがＮ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＳ極に磁化されている。図６ａの状態から永久磁石１２ａは時計方向に１５度回転しており、時計方向側半分がＮ極で半時計側半分がＳ極の状態で先端対向部１３ｄと対向している。よって、Ｖ相の先端対向部１３ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させるような吸引反発力が発生する。
【００３６】
上記のＶ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＶ相の内側固定子コアティース１４ｃは引き続き先端対向部１４ｄがＳ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＮ極に磁化されている。永久磁石１２ａは時計方向側半分がＳ極で半時計側半分がＮ極の状態で先端対向部１４ｄと対向している。よって、Ｖ相の先端対向部１４ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させるような吸引反発力が発生する。
【００３７】
Ｗ相の外側固定子コアティース１３ｃには径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１３ｄがＳ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＮ極に磁化される。Ｖ相の外側固定子コアティース１３ｃに対してＷ相の外側固定子コアティース１３ｃは時計方向に機械角で６０度ずれており、永久磁石１２ａのＳ極がＷ相の先端対向部１３ｄと対向し反発力が発生する。この反発力は永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００３８】
上記のＷ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＷ相の内側固定子コアティース１４ｃは外側コアティース１３ｃに対して電気角で３６０度、すなわち機械角で時計方向に９０度ずれた位置に配置されている。このＷ相内側固定子コアティース１４ｃも径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１４ｄがＮ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＳ極に磁化される。永久磁石１２ａの１極対は９０度なので、永久磁石１２ａのＮ極がＷ相の先端対向部１４ｄと対向し反発力が発生する。この反発力も永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００３９】
図６ｃは、通電が切り替わり、Ｗ相に正方向の電流、Ｕ相に負方向の電流が通電されたときの状態を示す。このときＷ相の外側固定子コアティース１３ｃは引き続き先端対向部１３ｄがＳ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＮ極に磁化されている。図６ｂの状態から永久磁石１２ａはさらに時計方向に１５度回転しており、時計方向側半分がＳ極で半時計側半分がＮ極の状態で先端対向部１３ｄと対向している。よって、Ｗ相の先端対向部１３ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させる吸引反発力が発生する。
【００４０】
上記のＷ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＷ相の内側固定子コアティース１４ｃは引き続き先端対向部１４ｄがＮ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＳ極に磁化されている。永久磁石１２ａは時計側半分がＮ極で半時計側半分がＳ極となるので、Ｗ相の先端対向部１４ｄと永久磁石１２ａの間でも、永久磁石１２ａを時計方向に回転させる吸引反発力が発生する。
【００４１】
Ｕ相の外側固定子コアティース１３ｃには径方向内側に向かって磁束が発生し、先端対向部１３ｄがＮ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＳ極に磁化される。Ｗ相の外側固定子コアティース１３ｃに対してＵ相の外側固定子コアティース１３ｃは時計方向に機械角で６０度ずれており、永久磁石１２ａのＮ極がＵ相の先端対向部１３ｄと対向し反発力が発生する。この反発力は永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００４２】
上記のＵ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＵ相の内側固定子コアティース１４ｃは外側コアティース１３ｃに対して電気角で３６０度、すなわち機械角で時計方向に９０度ずれた位置に配置されている。このＵ相内側固定子コアティース１４ｃも径方向内側に向かって磁束が発生し、先端対向部１４ｄがＳ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＮ極に磁化される。永久磁石１２ａの１極対は９０度なので、永久磁石１２ａのＳ極がＵ相の先端対向部１４ｄと対向し反発力が発生する。この反発力も永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００４３】
図６ｄは、通電が切り替わり、Ｖ相に正方向の電流、Ｕ相に負方向の電流が通電されたときの状態を示す。このときＵ相の外側固定子コアティース１３ｃは引き続き先端対向部１３ｄがＮ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＳ極に磁化されている。図６ｃの状態から永久磁石１２ａは時計方向に１５度回転しており、時計方向側半分がＮ極で半時計側半分がＳ極の状態で先端対向部１３ｄと対向している。よって、Ｕ相の先端対向部１３ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させるような吸引反発力が発生する。
【００４４】
上記のＵ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＵ相の内側固定子コアティース１４ｃは引き続き先端対向部１４ｄがＳ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＮ極に磁化されている。永久磁石１２ａは時計方向側半分がＳ極で半時計側半分がＮ極の状態で先端対向部１４ｄと対向している。よって、Ｕ相の先端対向部１４ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させるような吸引反発力が発生する。
【００４５】
Ｖ相の外側固定子コアティース１３ｃには径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１３ｄがＳ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＮ極に磁化される。Ｕ相の外側固定子コアティース１３ｃに対してＶ相の外側固定子コアティース１３ｃは時計方向に機械角で６０度ずれており、永久磁石１２ａのＳ極がＶ相の先端対向部１３ｄと対向し反発力が発生する。この反発力は永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００４６】
上記のＶ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＶ相の内側固定子コアティース１４ｃも径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１４ｄがＮ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＳ極に磁化される。永久磁石１２ａの１極対は９０度なので、永久磁石１２ａのＮ極がＶ相の先端対向部１４ｄと対向し反発力が発生する。この反発力も永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００４７】
図６ｅは、通電が切り替わり、Ｖ相に正方向の電流、Ｗ相に負方向の電流が通電されたときの状態を示す。このときＶ相の外側固定子コアティース１３ｃは引き続き先端対向部１３ｄがＳ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＮ極に磁化されている。図６ｄの状態から永久磁石１２ａはさらに時計方向に１５度回転しており、時計方向側半分がＳ極で半時計側半分がＮ極の状態で先端対向部１３ｄと対向している。よって、Ｖ相の先端対向部１３ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させる吸引反発力が発生する。
【００４８】
上記のＶ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＶ相の内側固定子コアティース１４ｃは引き続き先端対向部１４ｄがＮ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＳ極に磁化されている。永久磁石１２ａは時計側半分がＮ極で半時計側半分がＳ極となるので、Ｖ相の先端対向部１４ｄと永久磁石１２ａの間でも、永久磁石１２ａを時計方向に回転させる吸引反発力が発生する。
【００４９】
Ｗ相の外側固定子コアティース１３ｃには径方向内側に向かって磁束が発生し、先端対向部１３ｄがＮ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＳ極に磁化される。Ｗ相の外側固定子コアティース１３ｃに対してＵ相の外側固定子コアティース１３ｃは時計方向に機械角で６０度ずれており、永久磁石１２ａのＮ極がＵ相の先端対向部１３ｄと対向し反発力が発生する。この反発力は永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００５０】
上記のＷ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＷ相の内側固定子コアティース１４ｃも径方向内側に向かって磁束が発生し、先端対向部１４ｄがＳ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＮ極に磁化される。永久磁石１２ａの１極対は９０度なので、永久磁石１２ａのＳ極がＵ相の先端対向部１４ｄと対向し反発力が発生する。この反発力も永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００５１】
図６ｆは、通電が切り替わり、Ｕ相に正方向の電流、Ｗ相に負方向の電流が通電されたときの状態を示す。このときＷ相の外側固定子コアティース１３ｃは引き続き先端対向部１３ｄがＮ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＳ極に磁化されている。図６ｅの状態から永久磁石１２ａは時計方向に１５度回転しており、時計方向側半分がＮ極で半時計側半分がＳ極の状態で先端対向部１３ｄと対向している。よって、Ｗ相の先端対向部１３ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させるような吸引反発力が発生する。
【００５２】
上記のＷ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＷ相の内側固定子コアティース１４ｃは引き続き先端対向部１４ｄがＳ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＮ極に磁化されている。永久磁石１２ａは時計方向側半分がＳ極で半時計側半分がＮ極の状態で先端対向部１４ｄと対向している。よって、Ｗ相の先端対向部１４ｄと永久磁石１２ａの間では、永久磁石１２ａを時計方向に回転させるような吸引反発力が発生する。
【００５３】
Ｕ相の外側固定子コアティース１３ｃには径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１３ｄがＳ極、先端対向部１３ｄからみて径方向外側がＮ極に磁化される。Ｗ相の外側固定子コアティース１３ｃに対してＵ相の外側固定子コアティース１３ｃは時計方向に機械角で６０度ずれており、永久磁石１２ａのＳ極がＶ相の先端対向部１３ｄと対向し反発力が発生する。この反発力は永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００５４】
上記のＵ相の外側固定子コアティース１３ｃと直列に接続されたＵ相の内側固定子コアティース１４ｃも径方向外側に向かって磁束が発生し、先端対向部１４ｄがＮ極、先端対向部１４ｄからみて径方向内側がＳ極に磁化される。永久磁石１２ａの１極対は９０度なので、永久磁石１２ａのＮ極がＶ相の先端対向部１４ｄと対向し反発力が発生する。この反発力も永久磁石１２ａを時計方向に回転させる方向に作用する。
【００５５】
本実施形態に係る回転電機１０の回転子１２は上記図６ａから図６ｆの動作を繰り返して時計方向に連続して回転する。
【００５６】
本実施形態に係る回転電機１０はラジアルギャップ型であるが、これに限定されずアキシャルギャップ型でもよい。また外側固定子コアティース１３ｃ、内側固定子コアティース１４ｃの本数は６本に限定されず、永久磁石１２ａの周方向の極数も８極に限定されない。ただし、外側固定子コアティース１３ｃと内側固定子コアティース１４ｃの本数が同数であり、その本数の和が永久磁石１２ａの極対数の３倍となる関係を保つことが好適である。
【００５７】
本実施形態では、外側固定子巻線１３ｂと内側固定子巻線１４ｂは周方向に電気角で３６０度ずらして配置されていたが、１０８０度など３６０度の奇数倍ずれるようにしてもよい。このようにすると、隣り合う外側固定子コアティース１３ｃのスロット開口に内側固定子コアティース１４ｃが対向するように配置されるので、トルクリプルが低減される効果がある。
【００５８】
本発明は、ダブルステータ型の回転電機に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１０：回転電機
１１：回転軸
１２：回転子
１２ａ：永久磁石
１２ｂ：回転子導電体
１３：外側固定子
１３ａ：外側固定子コア
１３ｂ：外側固定子巻線
１４：内側固定子
１４ａ：内側固定子コア
１４ｂ：内側固定子巻線
１５：ケース
１６ａ、１６ｂ：軸受
１７：エンドカバー
１８：固定部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸と同心かつ一体で回転し、周方向に正負の磁極が交互に形成された磁極対を複数有する円環状の磁石体を含む回転子と、
前記回転軸と同心かつ前記回転子の半径方向外側に配置されており、前記回転子に向かって突出した複数の第１の固定子コアティースと、前記第１の固定子コアティースの夫々に回転磁界を発生させるように巻回された第１の巻線とを含む第１の固定子と、
前記回転軸と同心かつ前記回転子の半径方向内側に配置されており、前記回転子に向かって突出した複数の第２の固定子コアティースと、前記第２の固定子コアティースの夫々に回転磁界を発生させるように巻回された第２の巻線とを含む第２の固定子と、を備え、
前記第１の固定子コアティースの数と前記第２の固定子コアティースの数は同じであり、
前記第１の巻線と前記第２の巻線には３相交流が通電され、前記第１の巻線と前記第２の巻線への同相の通電時の位相が電気角で３６０度の整数倍ずれかつ同相の固定子コアティース同士が対向しないように前記第１の固定子コアティースと前記第２の固定子コアティースが配置されている回転電機。
【請求項２】
隣り合う前記第１の固定子コアティースの間に対向するように前記第２の固定子コアティースが配置されている請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記第１の固定子コアティースの先端部と当該第１の固定子コアティースに最も近い前記第２の固定子コアティースの先端部とが半径方向でオーバーラップしている請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
同相に通電したときに前記第１の巻線で発生する半径方向の磁束の方向と前記第２の巻線で発生する半径方向の磁束の方向とは同じである請求項１に記載の回転電機。
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸と同心かつ一体で回転し、周方向に正負の磁極が交互に形成された磁極対を複数有する円環状の磁石体を含む回転子と、
前記回転軸と同心かつ前記回転子の半径方向外側に配置されており、前記回転子に向かって突出した複数の第１の固定子コアティースと、前記第１の固定子コアティースの夫々に回転磁界を発生させるように巻回された第１の巻線とを含む第１の固定子と、
前記回転軸と同心かつ前記回転子の半径方向内側に配置されており、前記回転子に向かって突出した複数の第２の固定子コアティースと、前記第２の固定子コアティースの夫々に回転磁界を発生させるように巻回された第２の巻線とを含む第２の固定子と、を備え、
前記第１の固定子コアティースの数と前記第２の固定子コアティースの数は同じであり、
前記第１の巻線と前記第２の巻線には３相交流が通電され、前記第１の巻線と前記第２の巻線への同相の通電時の位相が電気角で３６０度の整数倍ずれかつ同相の固定子コアティース同士が対向しないように前記第１の固定子コアティースと前記第２の固定子コアティースが配置されている回転電機。
【請求項２】
隣り合う前記第１の固定子コアティースの間に対向するように前記第２の固定子コアティースが配置されている請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記第１の固定子コアティースの先端部と当該第１の固定子コアティースに最も近い前記第２の固定子コアティースの先端部とが半径方向でオーバーラップしている請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
同相に通電したときに前記第１の巻線で発生する半径方向の磁束の方向と前記第２の巻線で発生する半径方向の磁束の方向とは同じである請求項１に記載の回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図６ｄ】
【図６ｅ】
【図６ｆ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図６ｄ】
【図６ｅ】
【図６ｆ】
【公開番号】特開２０１３−７４７４３（Ｐ２０１３−７４７４３Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１２６９３（Ｐ２０１１−２１２６９３）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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