JP2011188605A

JP2011188605A - モータ

Info

Publication number: JP2011188605A
Application number: JP2010050259A
Authority: JP
Inventors: Tora Ri; 虎李; Yuichi Yoshikawa; 祐一吉川; Hiroshi Murakami; 浩村上; Hideaki Matsuo; 英明松尾; Yuichiro Tashiro; 裕一郎田代
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-03-08
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2011-09-22
Anticipated expiration: 2030-03-08
Also published as: US8816554B2; JP5845429B2; WO2011111357A1; US20120286616A1; CN102792569B; CN102792569A

Abstract

【課題】洗濯機モータまたは車両用主動力モータ等において、低速大トルクで、かつ高速回転範囲の広い高効率デュアルロータモータを提供する。
【解決手段】アクチュエータ５０と連動するクラッチ機構６０で内側ロータ２０と動力軸との連結および切り離しを行い回転角度を制御する。上記機構によって、低速回転時には内側ロータと前記外側ロータの対向する磁極を同一極性の状態にすることにより、巻線に鎖交する磁束が増加し、大トルクが発生するため、低速大トルク運転に対応できる。また、高速回転時には、内側ロータと外側ロータの対向する磁極を異なる極性の状態に切り替えることにより、漏れ磁束が多くなり、巻線に鎖交する磁束が少なくなるため、誘起電圧が小さくなり、高速回転範囲が拡大する。
【選択図】図５

Description

本発明はステータの内外周の双方にロータを備えたデュアルロータモータに関する。

ステータの内外周の双方にロータを備えたデュアルロータモータは、２つのロータで磁束量を増加させ、コンパックトで大トルク実現できるモータとして知られているが、巻線に鎖交する磁束に比例する誘起電圧が高いので、電源電圧が一定の場合、最高回転数が低くなる。高速回転範囲を拡大するため、本来のトルクを発生させるトルク電流成分とは別に、永久磁石の磁界を打ち消す電流（界磁弱め電流）を流すことにより磁束鎖交数を減少させるという弱め界磁制御が一般的に使われているが、界磁弱め電流が多く流れると、銅損が大幅に増加する。銅損が鉄損より大きいモータの場合、効率が大幅に低下する可能性がある。

低速大トルクと高速回転を両立するため、デュアルロータモータにおいて、弱め界磁制御を使わずに機械的に鎖交磁束を低減する技術が従来提案されている。例えば、特開２００２−３５９９５３公報は、車両用同期機の内側ロータと外側ロータとの相対固定角度を段階的に変更可能とすることを提案している。手段としては、両ロータのフレーム連結部に複数のねじ孔を設け、ねじ締めの組み合わせを変更することで、両ロータの相対角度を変更することができる。これにより、車種、必要性に応じて、両ロータ間の相対角度を変更して出荷する対応が可能となり、少ない生産モデルにより他種類の車両用同期機を生産することができ、生産、保守の負担を軽減することができる。

また、特開２００２−１６５４２６公報は、デュアルロータモータにおいて、第２のロータを第１のロータに対して所定角度範囲内で相対回動可能とし、かつ前記角度範囲外への相対回動禁止とするロータ相対規制機構を有する同期機を提案している。これにより、両ロータは２つの安定相対回動角度位置のどちらかに制御され、両安定位置にて異なる大きさの合成界磁束が電機子コイルと鎖交する。このような方法は、特に低速回転時大トルクを必要とし、使用回転数範囲が広い自動車エンジン連結発電電動機に好適である。

特開２００２−３５９９５３号公報特開２００２−１６５４２６号公報

しかしながら、特許文献１のような技術では、内側ロータと外側ロータとの相対固定角度を段階的に変更可能とする同期機は、出荷時、ねじ締めの組み合わせを変更することで両ロータの相対角度を変更するため、低速大トルク時と高速運転時との２つの運転モードに頻繁に切り替えることが必要な用途では対応できないという課題がある。

また、特許文献２のような、第２のロータを第１のロータに対して所定角度範囲内で相対回動可能とし、かつ前記角度範囲外への相対回動禁止とするロータ相対規制機構を有する同期機は、回転方向と反回転方向の２つの安定相対回動角度位置の制御のため、単一方向回転の発電電動機に好適であるが、両方向回転する用途では応用できないという課題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、洗濯機モータまたは車両用主動力モータ等の低速大トルクと高速回転両方要求され、両方向回転できるデュアルロータモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のデュアルロータモータは、環状のヨークと複数のティースとを含むステータコアに巻線を巻回したステータと、このステータの内周側に前記回転軸を中心として回転自在に配置した内側ロータと、このステータの外周側に回転軸を中心として回転自在に配置した外側ロータとを備えるデュアルロータモータであって、低速回転時、前記内側ロータと前記外側ロータの対向する磁極が同一極性の状態と、高速回転時、前記内側ロータと前記外側ロータの対向する磁極が異なる極性の状態とを切り替える手段を有している。このような構成により、内側ロータと外側ロータの対向する磁極が同一極性の状態で巻線に鎖交する磁束が多く、大トルクが発生するので、低速大トルク運転に対応できる。また、内側ロータと外側ロータの対向する磁極が異なる極性の状態では、漏れ磁束が多くなり、巻線に鎖交する磁束が少なくなり、誘起電圧が小さくなるので、高速回転範囲が拡大する。

本発明によれば、低速大トルクで、かつ高速回転範囲の広い高効率デュアルロータモータを提供することができる。

本発明のデュアルロータモータの外側磁極と内側磁極の相対する磁極が同一極性である状態を示す図本発明のデュアルロータモータの外側磁極と内側磁極の相対する磁極が同一極性である時の磁束の流れを示す図本発明のデュアルロータモータの外側磁極と内側磁極の相対する磁極が異なる極性である状態を示す図本発明のデュアルロータモータの外側磁極と内側磁極の相対する磁極が異なる極性である時の磁束の流れを示す図本発明のデュアルロータモータの断面図

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明のモータは、ステータ１０と内側ロータ２０と外側ロータ３０から構成されている。図１は内側ロータ２０および外側ロータ３０に永久磁石２２および３２をそれぞれ設けた埋め込み磁石型ロータを示している。低速大トルク運転モードの場合、図１に示すように、外側磁極と内側磁極が相互に対向する磁極は同一極性である。この時の磁束の流れは、図２に示すように、外側ティースから相隣する外側ティースに流れる磁束と、内側ティースから相隣する内側ティースに流れる磁束と２つの相対独立した磁気回路がある。モータ全体の磁束量はこの２つの磁束量の和となり、鎖交磁束が多いから、大トルクが発生する。

高速回転運転モードの場合は、図３に示すように、外側磁極と内側磁極とお互い対向する磁極は異なる極である。この時の磁束の流れは、図４に示すように、外側ティースから相隣する外側ティースに流れる磁束と、内側ティースから相隣する内側ティースに流れる磁束以外に、外側ティースから内側ティースへ、内側ティースから外側ティースへ流れる漏れ磁束も発生するため、モータの有効利用する鎖交磁束量は少なくなるため、誘起電圧が小さくなり、高速回転範囲が拡大する。また、従来の弱め界磁手法より弱め界磁電流が少ないため、銅損の大幅増加を防ぐことができ、効率を向上させることができる。

図５は、本発明のデュアルロータモータの断面図である。

アクチュエータ５０と連動するクラッチ機構６０で内側ロータ２０と動力軸との連結、および切り離しを行い、回転角度を制御する機構である。角度調整時には、内側ロータ２０にアクチュエータ５０を連結し、モータ駆動時には内側ロータ２０にアクチュエータ５０を切り離す。上記の機構によって、例えば、内側ロータ２０と外側ロータ３０の対向する磁極を同一極性の状態から異なる極性の状態に切り替えるときは、内側ロータ２０に連結されているアクチュエータ５０で内側ロータ２０の回転角度を制御し、内側ロータ２０と外側ロータ３０の対向する磁極を異なる極性の状態から同一極性の状態に切り替えるときも、同様にして回転角度を調整することができる。また、対向する磁極の中心間の角度を任意角度に調整することも可能である。

また、内側ロータ２０と外側ロータ３０は同一出力軸４０に連結する構成とする。これによって、内側出力トルクと外側出力トルクを合成することができるため、内外のロータが別々の出力軸に連結されている構成に比較し、より大きな力で駆動することができる。

さらに、内側ロータ２０に連結されているアクチュエータ５０で内側ロータ２０の回転角度を制御し、対向する磁極の中心間の角度を任意角度に調整する。これによって誘起電圧の大きさが順次変化し、高速回転範囲と出力トルクを自由に調整することができる。

本発明に係るデュアルロータモータは、家電製品や自動車用モータなど、低速大トルクかつ回転範囲広い用途に適している。

１０ステータ
１１ステータコア
１２外側ティース
１３内側ティース
１４ヨーク
１５コイル
１６外側スロット
１７内側スロット
２０内側ロータ
２１内側ロータヨーク
２２内側永久磁石
３０外側ロータ
３１外側ロータヨーク
３２外側永久磁石
４０軸
５０アクチュエータ
６０クラッチ機構

Claims

環状のヨークと複数のティースとを含むステータコアに巻線を巻回したステータと、このステータの内周側に回転軸を中心として回転自在に配置した内側ロータと、このステータの外周側に回転軸を中心として回転自在に配置した外側ロータとを備えるデュアルロータモータであって、低速回転時、前記内側ロータと前記外側ロータの対向する磁極が同一極性の状態と、高速回転時、前記内側ロータと前記外側ロータの対向する磁極が異なる極性の状態とを切り替える手段を有することを特徴とするモータ。
前記両ロータが同一出力軸に連結されたことを特徴とする請求項１記載のモータ。
前記対向する磁極の中心間の角度が自由に調整できることを特徴とする請求項１から２のいずれか一項に記載のモータ。