JP7665489B2 - Rotating Electric Machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electric machine.
一般的な回転電機では、ロータ磁力を増大させることによってモータの最大トルクを増加させることができる。しかしながら、発生する誘起電圧も増大し、モータ制御の上限電圧を超えてしまい、高速回転ができなくなる。 In a typical rotating electric machine, the maximum torque of the motor can be increased by increasing the rotor magnetic force. However, this also increases the induced voltage that is generated, exceeding the upper voltage limit for motor control, making it impossible to rotate at high speeds.
そこで、回転子の界磁用磁石を第1の界磁用磁石とこれに対して相対回転ができる第2の界磁用磁石から構成し、界磁用磁石の合成した磁極の位相を第1の界磁用磁石に対して回転子の回転に伴い変化させる機構を設けた構成が開示されている(特許文献1)。当該機構において低回転時には第1と第2の界磁用磁石の異なる極性の磁極を並ばせることで、回転の上昇に伴い遠心力によりガバナが動き、第2の界磁用磁石に相対回転力を付与することができる。 A configuration has been disclosed in which the rotor's field magnet is composed of a first field magnet and a second field magnet that can rotate relative to the first field magnet, and a mechanism is provided to change the phase of the composite magnetic poles of the field magnets relative to the first field magnet as the rotor rotates (Patent Document 1). In this mechanism, by lining up the magnetic poles of different polarities of the first and second field magnets at low speeds, the governor moves due to centrifugal force as the rotation increases, and a relative rotational force can be applied to the second field magnet.
また、極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子を軸方向に二分割し、回転子のトルク方向に応じて二分割された回転子の一方を二分割された回転子の他方との相対的な軸方向位置を変化させ、或いは回転子のトルク方向に応じて界磁用磁石の合成した磁極の位相を二分割された回転子の他方の磁極に対して変化させる構成が開示されている(特許文献2)。 A configuration has also been disclosed in which a rotor, in which field magnets of different polarities are arranged alternately in the direction of rotation, is divided into two in the axial direction, and the relative axial position of one of the two rotor halves is changed relative to the other rotor halves depending on the torque direction of the rotor, or the phase of the composite magnetic poles of the field magnets is changed relative to the other magnetic pole of the two rotor halves depending on the torque direction of the rotor (Patent Document 2).
また、内周側永久磁石を具備する内周側回転子及び外周側永久磁石を具備する外周側回転子との間の相対的な位相を変更可能な回動手段と、外周側回転子に対して一体回転可能に設けられた第1部材と、内周側回転子に対して一体回転可能に設けられるとともに第1部材とで圧力室を内周側回転子の内側に画成する第2部材とを設け、圧力室への作動流体の供給で内周側回転子と外周側回転子との間の相対的な位相を変更する構成が開示されている(特許文献3)。 Also disclosed is a configuration that includes a rotating means capable of changing the relative phase between an inner rotor having an inner permanent magnet and an outer rotor having an outer permanent magnet, a first member that is arranged to rotate integrally with the outer rotor, and a second member that is arranged to rotate integrally with the inner rotor and that, together with the first member, defines a pressure chamber inside the inner rotor, and that changes the relative phase between the inner rotor and the outer rotor by supplying a working fluid to the pressure chamber (Patent Document 3).
さらに、周方向に沿って複数箇所にステータコイルが配置されたステータと、ステータに対して回転可能であり、回転軸方向に分離して配置された第1ロータと第2ロータと、を備え、第1ロータに対する第2ロータの相対位相差であるロータ間の位相を遷移させるようにステータコイルの電流をベクトル制御する回転電機制御システムが開示されている(特許文献4)。当該構成では、第1ロータと第2ロータとの磁性が同相(同極)の状態と逆相(逆極)の状態とを切り替えることで、低速時は同相として最大トルクを増加させ、高速時は逆相として誘起電圧を低下させることが可能となる。 Furthermore, a rotating electric machine control system has been disclosed that includes a stator with stator coils arranged at multiple locations along the circumferential direction, and a first rotor and a second rotor that are rotatable relative to the stator and arranged separately in the direction of the rotation axis, and that performs vector control of the current in the stator coil so as to transition the phase between the rotors, which is the relative phase difference between the second rotor and the first rotor (Patent Document 4). In this configuration, the magnetism of the first rotor and the second rotor can be switched between an in-phase (same polarity) state and an opposite-phase (opposite polarity) state, making it possible to increase the maximum torque as the in-phase at low speeds and to reduce the induced voltage as the opposite-phase at high speeds.
従来技術によれば、2つのロータの相対位相角を変化させて、各ロータの磁石をロータ内に短絡、又はコイルに鎖交する磁束を相殺させることで、磁石磁束を抑制することができる。しかしながら、磁石磁束を増加することはできない。そのため、モータの相対位相角を変化させることで、高回転まで出力可能にはなるがトルクを増加することはできない。 According to conventional technology, the magnet flux can be suppressed by changing the relative phase angle of the two rotors to short-circuit the magnets of each rotor within the rotor or to cancel out the magnetic flux that links to the coils. However, the magnet flux cannot be increased. Therefore, although it is possible to output high speeds by changing the relative phase angle of the motor, it is not possible to increase the torque.
本発明の1つの態様は、極対数pの3相コイルが配置され、スロット数Z1のスロットを有するステータと、前記ステータに対して相対的に回転可能であり、互いに分離して配置された第1ロータ及び第2ロータと、を備え、前記第1ロータ及び前記第2ロータは、極対数Z2の磁極及び極対数Z3の磁極をそれぞれ有し、前記極対数p、前記スロット数Z1、前記極対数Z2及び前記極対数Z3は、Z2=Z1±Z3,Z3=pの条件を満たし、前記第1ロータと前記第2ロータとの相対位相角を変化させることが可能なことを特徴とする回転電機である。 One aspect of the present invention is a rotating electric machine comprising a stator having a number of slots Z1 and a three-phase coil with a number of pole pairs p, and a first rotor and a second rotor that are rotatable relative to the stator and are arranged separately from each other, the first rotor and the second rotor respectively having magnetic poles with a number of pole pairs Z2 and a number of pole pairs Z3, the number of pole pairs p, the number of slots Z1, the number of pole pairs Z2 and the number of pole pairs Z3 satisfy the conditions Z2 = Z1 ± Z3, Z3 = p, and the relative phase angle between the first rotor and the second rotor can be changed.
ここで、前記第1ロータ及び前記第2ロータは、それぞれロータ外径部に前記極対数Z2の磁極とロータ内径部に前記極対数Z3の磁極を有することが好適である。 Here, it is preferable that the first rotor and the second rotor each have magnetic poles with the number of pole pairs Z2 on the rotor outer diameter portion and magnetic poles with the number of pole pairs Z3 on the rotor inner diameter portion.
また、前記第1ロータと前記第2ロータとの相対位相角を変化させることで、ロータ外径部の前記極対数Z2の磁極とロータ内径部の前記極対数Z3の磁極の磁束成分の振幅を変化させることが可能なことが好適である。 It is also preferable that the amplitude of the magnetic flux components of the magnetic poles of the pole pair number Z2 on the rotor outer diameter portion and the magnetic poles of the pole pair number Z3 on the rotor inner diameter portion can be changed by changing the relative phase angle between the first rotor and the second rotor.
また、前記第1ロータの前記極対数Z3の磁極の着磁方向は前記第2ロータの前記極対数Z3の磁極の着磁方向と同方向であるとき、前記第1ロータの前記極対数Z2の磁極の着磁方向は前記第2ロータの前記極対数Z2の磁極の着磁方向と逆方向であることが好適である。 In addition, when the magnetization direction of the magnetic poles of the pole pair number Z3 of the first rotor is the same as the magnetization direction of the magnetic poles of the pole pair number Z3 of the second rotor, it is preferable that the magnetization direction of the magnetic poles of the pole pair number Z2 of the first rotor is the opposite direction to the magnetization direction of the magnetic poles of the pole pair number Z2 of the second rotor.
また、ロータ外径部の前記極対数Z2の磁極は、ロータ周方向に磁化方向が向けられたスポーク状に配置されていることが好適である。 It is also preferable that the magnetic poles of the pole pair number Z2 on the outer diameter portion of the rotor are arranged in the shape of spokes with the magnetization direction oriented in the rotor circumferential direction.
また、機械的機構又は前記ステータに対するステータコイル電流のベクトル制御により前記第1ロータと前記第2ロータとの相対位相角を変化させることが可能なことが好適である。 It is also preferable that the relative phase angle between the first rotor and the second rotor can be changed by a mechanical mechanism or vector control of the stator coil current for the stator.
また、低速回転域では起電力の高調波成分が大きくなり、前記低速回転域より高速な高速回転域では起電力の基本波成分が大きくなるように前記第1ロータと前記第2ロータとの相対位相角を変化させることが可能なことが好適である。 It is also preferable that the relative phase angle between the first rotor and the second rotor can be changed so that the harmonic components of the electromotive force become large in the low-speed rotation range and the fundamental component of the electromotive force becomes large in the high-speed rotation range, which is faster than the low-speed rotation range.
本発明によれば、高トルク及び高速回転が可能な回転電機を提供することができる。 The present invention provides a rotating electric machine capable of high torque and high speed rotation.
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態における回転電機システム100は、図1に示すように、回転電機102、駆動回路104、電源106及び制御装置108を含んで構成される。回転電機システム100は、例えばハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車等に搭載される。回転電機システム100は、駆動力を発生させるモータとして使用可能であると共に、発電機、モータ及び発電機の両方の機能をもつモータジェネレータとしても使用可能である。
[First embodiment]
1, a rotating electric machine system 100 according to a first embodiment of the present invention includes a rotating electric machine 102, a drive circuit 104, a power supply 106, and a control device 108. The rotating electric machine system 100 is mounted on, for example, a hybrid vehicle, an electric vehicle, a fuel cell vehicle, etc. The rotating electric machine system 100 can be used as a motor that generates driving force, and can also be used as a generator or a motor generator that has both the functions of a motor and a generator.
回転電機102は、筐体10、ステータ12、回転軸14、第1ロータ16、第2ロータ18、ロック機構20、軸受22及び回転角センサ24を含んで構成される。なお、軸受22を設けず、回転軸14に対して第2ロータ18を摺動させるような構成としてもよい。本実施の形態では、センサレス制御として1つの回転角センサ24のみを設けた構成としたが、第1ロータ16及び第2ロータ18のそれぞれに回転角センサ24を設けた構成としてもよい。 The rotating electric machine 102 includes a housing 10, a stator 12, a rotating shaft 14, a first rotor 16, a second rotor 18, a locking mechanism 20, a bearing 22, and a rotation angle sensor 24. Note that the second rotor 18 may be configured to slide relative to the rotating shaft 14 without providing the bearing 22. In this embodiment, only one rotation angle sensor 24 is provided for sensorless control, but a rotation angle sensor 24 may be provided for each of the first rotor 16 and the second rotor 18.
回転電機102は、制御装置108に制御される駆動回路104によって、電源106から供給される電力を用いて回転軸14に対して駆動力を発生させる。また、回転軸14に与えられた回転エネルギーを駆動回路104によって電力に変換して電源106へ回生させる。駆動回路104は、電源106からの電力を交流に変換するインバータを含んで構成することができる。電源106は、例えば二次電池を含む蓄電システムを含んで構成することができる。 The rotating electric machine 102 generates a driving force for the rotating shaft 14 using power supplied from the power source 106 by the drive circuit 104 controlled by the control device 108. In addition, the rotational energy given to the rotating shaft 14 is converted into electric power by the drive circuit 104 and regenerated to the power source 106. The drive circuit 104 can be configured to include an inverter that converts the electric power from the power source 106 into AC. The power source 106 can be configured to include a power storage system including, for example, a secondary battery.
筐体10は、回転電機102を機械的に支持するための構成である。筐体10内に、ステータ12、回転軸14、第1ロータ16、第2ロータ18、ロック機構20、軸受22及び回転角センサ24が収納される。 The housing 10 is configured to mechanically support the rotating electric machine 102. The housing 10 contains a stator 12, a rotating shaft 14, a first rotor 16, a second rotor 18, a locking mechanism 20, a bearing 22, and a rotation angle sensor 24.
ステータ12は、ステータコアとステータコイルを備える。ステータコアは、電磁鋼板を回転軸14の軸方向に積層した積層体からなる中空円筒形状の部材である。ただし、ステータコアを構成する材料は、電磁鋼板に限定されるものではなく、アモルファス金属、ナノ結晶軟磁性材料、圧粉磁芯等の磁性体とすることができる。ステータコイルは、ステータコアの内周面に設けられた複数のスロットに配置されたコイルである。駆動回路104を介して電源106からステータコイルに電流を流すことによって、ステータコイルに磁場を発生させることができる。 The stator 12 includes a stator core and a stator coil. The stator core is a hollow cylindrical member made of a laminate of electromagnetic steel sheets stacked in the axial direction of the rotating shaft 14. However, the material constituting the stator core is not limited to electromagnetic steel sheets, and may be a magnetic material such as an amorphous metal, a nanocrystalline soft magnetic material, or a dust core. The stator coil is a coil arranged in a plurality of slots provided on the inner peripheral surface of the stator core. A magnetic field can be generated in the stator coil by passing a current from a power source 106 to the stator coil via a drive circuit 104.
回転軸14には、第1ロータ16及び第2ロータ18が軸方向に沿って間隔をおいて配置される。本実施の形態における回転電機システム100では、2つに分割された第1ロータ16a,16bの間に第2ロータ18が配置される。 A first rotor 16 and a second rotor 18 are arranged on the rotating shaft 14 at a distance along the axial direction. In the rotating electric machine system 100 of this embodiment, the second rotor 18 is arranged between the first rotor 16a, 16b, which is divided into two.
第1ロータ16a,16bは、回転軸14に固定されている。また、第2ロータ18は、回転軸14に対して回転方向において移動可能に設置されている。すなわち、第2ロータ18は、回転軸14に対して相対的に回転可能とされている。例えば、第2ロータ18は、軸受22を介して回転軸14に取りつけられており、軸受22によって回転軸14に対して回転可能とされている。 The first rotors 16a and 16b are fixed to the rotating shaft 14. The second rotor 18 is installed so as to be movable in the rotational direction relative to the rotating shaft 14. In other words, the second rotor 18 is rotatable relative to the rotating shaft 14. For example, the second rotor 18 is attached to the rotating shaft 14 via a bearing 22, and is rotatable relative to the rotating shaft 14 by the bearing 22.
さらに、第2ロータ18は、回転軸14に対して固定できるようにロック機構20が設けられる。例えば、第1ロータ16(16a,16b)及び第2ロータ18との間にギアを設け、ロックピンを用いたロック機構20によって回転軸14に対して第2ロータ18が回転しないようにロックすることが可能な構成とされている。ただし、第2ロータ18に設けられるロック機構は、これに限定されるものではなく、第2ロータ18を回転軸14に固定できる機構を有するものであればよい。 Furthermore, the second rotor 18 is provided with a locking mechanism 20 so that it can be fixed to the rotating shaft 14. For example, a gear is provided between the first rotor 16 (16a, 16b) and the second rotor 18, and the locking mechanism 20 using a lock pin can be used to lock the second rotor 18 so that it does not rotate relative to the rotating shaft 14. However, the locking mechanism provided on the second rotor 18 is not limited to this, and any mechanism that can fix the second rotor 18 to the rotating shaft 14 can be used.
回転電機システム100の通常の運転時は、ロック機構20によって第2ロータ18を回転軸14に対して回転しないような状態として、第1ロータ16(16a,16b)及び第2ロータ18の両方が回転軸14の回転に寄与する状態とする。一方、界磁調整時は、ロック機構20を開放して第2ロータ18を回転軸14に対して回転可能として、第1ロータ16(16a,16b)に対して第2ロータ18を相対的に回転させ、周方向の位置を調整することで、ロータ全体としての界磁を調整することができる。 During normal operation of the rotating electric machine system 100, the locking mechanism 20 prevents the second rotor 18 from rotating relative to the rotating shaft 14, and both the first rotor 16 (16a, 16b) and the second rotor 18 contribute to the rotation of the rotating shaft 14. On the other hand, during field adjustment, the locking mechanism 20 is released to allow the second rotor 18 to rotate relative to the rotating shaft 14, and the second rotor 18 is rotated relative to the first rotor 16 (16a, 16b) to adjust its circumferential position, thereby adjusting the field of the rotor as a whole.
このような構成において、ロック機構20を結合状態として回転軸14に対して第1ロータ16(16a,16b)及び第2ロータ18が回転しない状態(通常運転状態)でステータ12のステータコイルに電流を流して回転磁界を形成することでステータ12に対して回転軸14を回転させる出力トルクを発生させることができる。また、逆に、回転軸14の回転エネルギーをステータ12のステータコイルに流れる電流に変換して回生させることができる。 In this configuration, with the locking mechanism 20 in a coupled state and the first rotor 16 (16a, 16b) and the second rotor 18 not rotating relative to the rotating shaft 14 (normal operating state), a rotating magnetic field is formed by passing a current through the stator coil of the stator 12, thereby generating an output torque that rotates the rotating shaft 14 relative to the stator 12. Conversely, the rotational energy of the rotating shaft 14 can be converted into a current flowing through the stator coil of the stator 12 and regenerated.
また、ロック機構20を開放状態して回転軸14に対して第2ロータ18が回転可能な状態(調整状態)でステータ12のステータコイルに電流を流して回転磁界を形成することで、第1ロータ16(16a,16b)から回転軸14へ出力トルクを発生させつつ、第1ロータ16(16a,16b)と第2ロータ18との磁極の相対位相角(スキュー角)を調整することができる。 In addition, by passing current through the stator coil of the stator 12 to form a rotating magnetic field while the locking mechanism 20 is in an open state and the second rotor 18 is rotatable relative to the rotating shaft 14 (adjustment state), it is possible to adjust the relative phase angle (skew angle) of the magnetic poles of the first rotor 16 (16a, 16b) and the second rotor 18 while generating an output torque from the first rotor 16 (16a, 16b) to the rotating shaft 14.
このとき、第1ロータ16(16a,16b)及び第2ロータ18に回転角センサ24を設け、回転角センサ24から出力される第1ロータ16(16a,16b)の回転角及び第2ロータ18の回転角を受けた制御装置108によって磁極の相対位相角(スキュー角)の調整を行う。すなわち、第1ロータ16(16a,16b)と第2ロータ18の磁極の相対位相角(スキュー角)を調整する場合、まずロック機構20を開放状態にして回転軸14に対して第2ロータ18が回転可能な状態(調整状態)とする。調整状態において、ステータ12のステータコイルの電流を流すことによって第1ロータ16(16a,16b)と第2ロータ18との磁極の相対位相角(スキュー角)を変更する。そして、第1ロータ16(16a,16b)と第2ロータ18との相対位相角(スキュー角)が所望の値となった状態でロック機構20を結合状態にして回転軸14に第1ロータ16(16a,16b)及び第2ロータ18が固定された状態に戻すことができる。なお、ステータ12のステータコイルに流す電流はいわゆるベクトル制御することが好適である。 At this time, a rotation angle sensor 24 is provided on the first rotor 16 (16a, 16b) and the second rotor 18, and the control device 108 receives the rotation angle of the first rotor 16 (16a, 16b) and the rotation angle of the second rotor 18 output from the rotation angle sensor 24 and adjusts the relative phase angle (skew angle) of the magnetic poles. That is, when adjusting the relative phase angle (skew angle) of the magnetic poles of the first rotor 16 (16a, 16b) and the second rotor 18, the lock mechanism 20 is first opened to set the second rotor 18 in a rotatable state (adjustment state) relative to the rotating shaft 14. In the adjustment state, the relative phase angle (skew angle) of the magnetic poles of the first rotor 16 (16a, 16b) and the second rotor 18 is changed by passing a current through the stator coil of the stator 12. Then, when the relative phase angle (skew angle) between the first rotor 16 (16a, 16b) and the second rotor 18 reaches a desired value, the locking mechanism 20 can be engaged to return the first rotor 16 (16a, 16b) and the second rotor 18 to a fixed state on the rotating shaft 14. It is preferable to use so-called vector control for the current flowing through the stator coil of the stator 12.
なお、第1ロータ16と第2ロータ18との相対的位相(スキュー角)を調整する方法は、特に限定されるものでなく、第1ロータ16や第2ロータ18を相対的に回転させるためのアクチュエータ等の機械的機構を設けた構成としてもよい。 The method for adjusting the relative phase (skew angle) between the first rotor 16 and the second rotor 18 is not particularly limited, and may include a mechanical mechanism such as an actuator for rotating the first rotor 16 and the second rotor 18 relative to each other.
第1ロータ16(16a,16b)は、回転軸14に固定される基部と、基部の外周側に電磁鋼板を軸方向に積層した積層体を備える。ただし、積層体を構成する材料は、電磁鋼板に限定されるものではなく、アモルファス金属、ナノ結晶軟磁性材料、圧粉磁芯等の磁性体とすることができる。当該積層体には、複数の第1磁石及び第2磁石がそれぞれ周方向に沿って配置されている。 The first rotor 16 (16a, 16b) has a base fixed to the rotating shaft 14 and a laminate in which electromagnetic steel sheets are laminated in the axial direction on the outer periphery of the base. However, the material constituting the laminate is not limited to electromagnetic steel sheets, and can be a magnetic material such as amorphous metal, nanocrystalline soft magnetic material, or dust core. A plurality of first magnets and second magnets are arranged in the laminate along the circumferential direction.
本実施の形態では、ステータ12の内周壁に24個のスロットを等間隔(等角度)に設けて3相のステータコイルを分布巻線として配置した場合、3相のステータコイルに正弦波電流を通電すると8極の基本波回転磁界が形成される。また、基本波回転磁界とは逆方向に回転する40極の高調波回転磁界(5次高調波回転磁界)も併せて形成される。 In this embodiment, when 24 slots are provided at equal intervals (equal angles) on the inner peripheral wall of the stator 12 and three-phase stator coils are arranged as distributed windings, an eight-pole fundamental wave rotating magnetic field is formed when a sinusoidal current is passed through the three-phase stator coils. In addition, a 40-pole harmonic rotating magnetic field (fifth harmonic rotating magnetic field) that rotates in the opposite direction to the fundamental wave rotating magnetic field is also formed.
第1ロータ16(16a,16b)は、図2の部分断面図に示すように、周方向に沿って等間隔に配置された第1磁石30及び第2磁石32を備える。図2において、第1磁石30及び第2磁石32の磁極の方向をそれぞれS極からN極に向かう矢印で示している。 The first rotor 16 (16a, 16b) has a first magnet 30 and a second magnet 32 that are equally spaced along the circumferential direction, as shown in the partial cross-sectional view of FIG. 2. In FIG. 2, the magnetic pole directions of the first magnet 30 and the second magnet 32 are indicated by arrows pointing from the S pole to the N pole.
第1磁石30として、第1ロータ16の外周(ロータ周方向)に沿って等間隔(等角度)に40極の磁極が設けられる。また、第2磁石32として、第1ロータ16の外周に沿って等間隔(等角度)に8極の磁極が設けられる。本実施の形態の回転電機システム100では、第1磁石30が第1ロータ16の最外周であるロータ外径部に配置され、第1磁石30の内側のロータ内径部に第2磁石32が配置された構成としている。ただし、これに限定されるものではなく、第1磁石30と第2磁石32との配置を入れ替えてもよい。 The first magnet 30 has 40 magnetic poles arranged at equal intervals (equal angles) along the outer periphery (rotor circumferential direction) of the first rotor 16. The second magnet 32 has 8 magnetic poles arranged at equal intervals (equal angles) along the outer periphery of the first rotor 16. In the rotating electric machine system 100 of this embodiment, the first magnet 30 is arranged on the rotor outer diameter part, which is the outermost periphery of the first rotor 16, and the second magnet 32 is arranged on the rotor inner diameter part inside the first magnet 30. However, this is not limited to this, and the arrangement of the first magnet 30 and the second magnet 32 may be interchanged.
第2ロータ18は、電磁鋼板を軸方向に積層した積層体を備える。ただし、積層体を構成する材料は、電磁鋼板に限定されるものではなく、アモルファス金属、ナノ結晶軟磁性材料、圧粉磁芯等の磁性体とすることができる。第2ロータ18は、図3の部分断面図に示すように、当該積層体の周方向に沿って等間隔に配置された第1磁石34及び第2磁石36を備える。図3において、第1磁石34及び第2磁石36の磁極の方向をそれぞれS極からN極に向かう矢印で示している。 The second rotor 18 comprises a laminated body in which electromagnetic steel sheets are stacked in the axial direction. However, the material constituting the laminated body is not limited to electromagnetic steel sheets, and may be a magnetic material such as an amorphous metal, a nanocrystalline soft magnetic material, or a dust core. As shown in the partial cross-sectional view of FIG. 3, the second rotor 18 comprises a first magnet 34 and a second magnet 36 that are equally spaced along the circumferential direction of the laminated body. In FIG. 3, the magnetic pole directions of the first magnet 34 and the second magnet 36 are indicated by arrows pointing from the south pole to the north pole.
本実施の形態では、第2ロータ18では、第1ロータ16と同様に第1磁石34及び第2磁石36が配置される。すなわち、第1磁石34として、第2ロータ18の外周に沿って等間隔(等角度)に40極の磁極が設けられる。また、第2磁石36として、第2ロータ18の外周に沿って等間隔(等角度)に8極の磁極が設けられる。本実施の形態では、第1磁石34が第2ロータ18の最外周に配置され、第1磁石34の内側に第2磁石36が配置された構成としている。ただし、これに限定されるものではなく、第1磁石34と第2磁石36との配置を入れ替えてもよい。 In this embodiment, the second rotor 18 has a first magnet 34 and a second magnet 36 arranged in the same manner as the first rotor 16. That is, the first magnet 34 has 40 magnetic poles arranged at equal intervals (equal angles) along the outer periphery of the second rotor 18. The second magnet 36 has 8 magnetic poles arranged at equal intervals (equal angles) along the outer periphery of the second rotor 18. In this embodiment, the first magnet 34 is arranged on the outermost periphery of the second rotor 18, and the second magnet 36 is arranged inside the first magnet 34. However, this is not limited to the above, and the arrangement of the first magnet 34 and the second magnet 36 may be interchanged.
以下、第1ロータ16及び第2ロータ18における8極の第2磁石32及び第2磁石36が形成する空間磁界を基本波、40極の第1磁石30及び第1磁石34が形成する空間磁界を高調波(5次高調波)として記載する。 In the following, the spatial magnetic field formed by the 8-pole second magnets 32 and 36 in the first rotor 16 and second rotor 18 will be described as a fundamental wave, and the spatial magnetic field formed by the 40-pole first magnets 30 and 34 will be described as a harmonic (5th harmonic).
また、第1ロータ16に対して第2ロータ18を相対的に回転させ、第1磁石30と第1磁石34及び第2磁石32と第2磁石36の磁極の方向が一致する状態を第1ロータ16と第2ロータ18との相対位相角(スキュー角)が0と定義する。 In addition, when the second rotor 18 is rotated relative to the first rotor 16, the state in which the magnetic pole directions of the first magnet 30 and the first magnet 34 and the second magnet 32 and the second magnet 36 are aligned is defined as a state in which the relative phase angle (skew angle) between the first rotor 16 and the second rotor 18 is 0.
図4(a)~図4(c)は、相対位相角(スキュー角)がそれぞれ0、45°及び9°における電気角に対する無負荷逆起電圧の変化を示す。図4(a)に示すように、相対位相角(スキュー角)が0のときには、第1ロータ16及び第2ロータ18において第1磁石30と第1磁石34及び第2磁石32と第2磁石36の着磁方向が同一である。したがって、基本波及び5次高調波の両方が最大の振幅で変動する。図4(b)に示すように、相対位相角(スキュー角)が45°のときには、第1ロータ16及び第2ロータ18において第1磁石30と第1磁石34及び第2磁石32と第2磁石36の着磁方向がそれぞれ逆方向となる。したがって、基本波及び5次高調波の両方がほぼ0となる。 Figures 4(a) to 4(c) show the change in no-load back electromotive voltage with respect to the electrical angle when the relative phase angle (skew angle) is 0, 45°, and 9°, respectively. As shown in Figure 4(a), when the relative phase angle (skew angle) is 0, the magnetization directions of the first magnet 30 and the first magnet 34, and the second magnet 32 and the second magnet 36 are the same in the first rotor 16 and the second rotor 18. Therefore, both the fundamental wave and the fifth harmonic fluctuate with maximum amplitude. As shown in Figure 4(b), when the relative phase angle (skew angle) is 45°, the magnetization directions of the first magnet 30 and the first magnet 34, and the second magnet 32 and the second magnet 36 are opposite in the first rotor 16 and the second rotor 18. Therefore, both the fundamental wave and the fifth harmonic are almost zero.
これらに対して、図4(c)に示すように、相対位相角(スキュー角)が9°のときには、第1ロータ16及び第2ロータ18において第1磁石30と第1磁石34の着磁方向は逆方向となるが、第2磁石32と第2磁石36の着磁方向は逆方向にならない。その結果、5次高調波はほぼ0となるが、基本波はある程度の振幅で変動する。 In contrast, as shown in FIG. 4(c), when the relative phase angle (skew angle) is 9°, the magnetization directions of the first magnet 30 and the first magnet 34 in the first rotor 16 and the second rotor 18 are opposite, but the magnetization directions of the second magnet 32 and the second magnet 36 are not opposite. As a result, the fifth harmonic is almost zero, but the fundamental wave fluctuates with a certain degree of amplitude.
図5は、第1ロータ16と第2ロータ18の相対位相角(スキュー角)に対する無負荷逆起電圧振幅の関係を示す。相対位相角(スキュー角)が0のときは、基本波及び5次高調波における無負荷逆起電圧振幅はそれぞれ極大値を示し、回転電機システム100全体として高トルクを出力することができる。相対位相角(スキュー角)が9°のときは、基本波はある程度の無負荷逆起電圧振幅を示すが、5次高調波に対する無負荷逆起電圧振幅はほぼ0となる。したがって、回転電機システム100全体として出力トルクを制限することができる。さらに、相対位相角(スキュー角)が45°になると、基本波及び5次高調波のいずれにおいても無負荷逆起電圧振幅はほぼ0となる。したがって、回転電機システム100全体として出力トルクをほぼ0にすることができる。 Figure 5 shows the relationship between the no-load back electromotive force amplitude and the relative phase angle (skew angle) between the first rotor 16 and the second rotor 18. When the relative phase angle (skew angle) is 0, the no-load back electromotive force amplitudes in the fundamental wave and the fifth harmonic each show a maximum value, and the rotating electric machine system 100 as a whole can output high torque. When the relative phase angle (skew angle) is 9°, the fundamental wave shows a certain degree of no-load back electromotive force amplitude, but the no-load back electromotive force amplitude for the fifth harmonic is almost zero. Therefore, the output torque can be limited in the rotating electric machine system 100 as a whole. Furthermore, when the relative phase angle (skew angle) is 45°, the no-load back electromotive force amplitude is almost zero in both the fundamental wave and the fifth harmonic. Therefore, the output torque can be made almost zero in the rotating electric machine system 100 as a whole.
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態における回転電機システム100では、図6の部分断面図に示すように、第2ロータ18の第1磁石34の磁極の着磁方向を第1の実施の形態における第2ロータ18の第1磁石34と逆向きに配置した構成とする。図6において、第1磁石34及び第2磁石36の磁極の方向をそれぞれS極からN極に向かう矢印で示している。他の構成については、第1の実施の形態における回転電機システム100と同様とする。
[Second embodiment]
In the rotating electric machine system 100 of the second embodiment, as shown in the partial cross-sectional view of Fig. 6, the magnetization direction of the magnetic poles of the first magnet 34 of the second rotor 18 is arranged in the opposite direction to that of the first magnet 34 of the second rotor 18 of the first embodiment. In Fig. 6, the magnetic pole directions of the first magnet 34 and the second magnet 36 are indicated by arrows pointing from the S pole to the N pole. The other configurations are the same as those of the rotating electric machine system 100 of the first embodiment.
図7は、本実施の形態における第1ロータ16と第2ロータ18の相対位相角(スキュー角)に対する無負荷逆起電圧振幅の関係を示す。相対位相角(スキュー角)が0のときは、基本波の無負荷逆起電圧振幅は極大値を示すが、5次高調波に対する無負荷逆起電圧振幅は極小値となりほぼ0を示す。相対位相角(スキュー角)が45°では、基本波の無負荷逆起電圧振幅は極小値となりほぼ0を示すが、5次高調波に対する無負荷逆起電圧振幅は極大値を示す。また、相対位相角(スキュー角)が36°において、基本波及び5次高調波の無負荷逆起電圧振幅の合計は最小値を示す。 Figure 7 shows the relationship between the no-load back electromotive force amplitude and the relative phase angle (skew angle) between the first rotor 16 and the second rotor 18 in this embodiment. When the relative phase angle (skew angle) is 0, the no-load back electromotive force amplitude of the fundamental wave is a maximum value, but the no-load back electromotive force amplitude for the fifth harmonic is a minimum value and is approximately 0. When the relative phase angle (skew angle) is 45°, the no-load back electromotive force amplitude of the fundamental wave is a minimum value and is approximately 0, but the no-load back electromotive force amplitude for the fifth harmonic is a maximum value. Also, when the relative phase angle (skew angle) is 36°, the sum of the no-load back electromotive force amplitudes of the fundamental wave and the fifth harmonic is a minimum value.
本実施の形態によれば、第1ロータ16と第2ロータ18の相対位相角(スキュー角)を調整することによって、基本波と5次高調波の無負荷逆起電圧振幅をそれぞれ単独で最大にすることができる。したがって、回転電機システム100の出力トルクの制御性を高めることができる。 According to this embodiment, by adjusting the relative phase angle (skew angle) between the first rotor 16 and the second rotor 18, the no-load back electromotive voltage amplitude of the fundamental wave and the fifth harmonic can be maximized independently. Therefore, the controllability of the output torque of the rotating electric machine system 100 can be improved.
なお、本実施の形態のように第2ロータ18の第1磁石34の着磁方向を変更することによって第1ロータ16と第2ロータ18とにおいて磁場の分布が変化するため、第1ロータ16及び第2ロータ18の各々において形状や構成の最適化を行うことが好適である。第1ロータ16と第2ロータ18を異なる形状や構成に最適化することで回転電機システム100の性能をより高めることができる。 In addition, since the distribution of the magnetic field changes in the first rotor 16 and the second rotor 18 by changing the magnetization direction of the first magnet 34 of the second rotor 18 as in this embodiment, it is preferable to optimize the shape and configuration of each of the first rotor 16 and the second rotor 18. By optimizing the first rotor 16 and the second rotor 18 to have different shapes and configurations, the performance of the rotating electric machine system 100 can be further improved.
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態における回転電機システム100では、図8及び図9の部分断面図に示すように、第1ロータ16及び第2ロータ18の第1磁石30及び第1磁石34が周方向に磁化方向が向けられたスポーク状に配置される。図8及び図9において、第1磁石30、第2磁石32、第1磁石34及び第2磁石36の磁極の方向をそれぞれS極からN極に向かう矢印で示している。
[Third embodiment]
In the rotating electric machine system 100 according to the third embodiment, the first magnets 30 and 34 of the first rotor 16 and the second rotor 18 are arranged in a spoke shape with the magnetization direction oriented in the circumferential direction, as shown in the partial cross-sectional views of Figures 8 and 9. In Figures 8 and 9, the magnetic pole directions of the first magnets 30, the second magnets 32, the first magnets 34 and the second magnets 36 are indicated by arrows pointing from the S pole to the N pole.
なお、本実施の形態では、第1ロータ16の第1磁石30と第2ロータ18の第1磁石34において着磁が逆方向となるように構成している。 In this embodiment, the first magnet 30 of the first rotor 16 and the first magnet 34 of the second rotor 18 are configured to be magnetized in opposite directions.
図10は、本実施の形態における第1ロータ16と第2ロータ18の相対位相角(スキュー角)に対する無負荷逆起電圧振幅の関係を示す。第2の実施の形態と同様に、相対位相角(スキュー角)が0のときは、基本波の無負荷逆起電圧振幅は極大値を示すが、5次高調波に対する無負荷逆起電圧振幅は極小値となりほぼ0を示す。相対位相角(スキュー角)が45°では、基本波の無負荷逆起電圧振幅は極小値となりほぼ0を示すが、5次高調波に対する無負荷逆起電圧振幅は極大値を示す。また、相対位相角(スキュー角)が36°において、基本波及び5次高調波の無負荷逆起電圧振幅の合計は最小値を示す。 Figure 10 shows the relationship of the no-load back electromotive force amplitude to the relative phase angle (skew angle) between the first rotor 16 and the second rotor 18 in this embodiment. As in the second embodiment, when the relative phase angle (skew angle) is 0, the no-load back electromotive force amplitude of the fundamental wave is a maximum value, but the no-load back electromotive force amplitude for the fifth harmonic is a minimum value and is approximately 0. When the relative phase angle (skew angle) is 45°, the no-load back electromotive force amplitude of the fundamental wave is a minimum value and is approximately 0, but the no-load back electromotive force amplitude for the fifth harmonic is a maximum value. Also, when the relative phase angle (skew angle) is 36°, the sum of the no-load back electromotive force amplitudes of the fundamental wave and the fifth harmonic is a minimum value.
図11に、第1及び第2の実施の形態における回転電機システム100と第3の実施の形態における回転電機システム100の磁気回路の違いを示す。図11において、q軸電流磁束を破線矢印で示している。なお、図11では第1ロータ16について図示したが、第2ロータ18についても同様である。 Figure 11 shows the difference in the magnetic circuits of the rotating electric machine system 100 in the first and second embodiments and the rotating electric machine system 100 in the third embodiment. In Figure 11, the q-axis current magnetic flux is indicated by a dashed arrow. Note that while Figure 11 illustrates the first rotor 16, the same applies to the second rotor 18.
第1及び第2の実施の形態における回転電機システム100では、図11(a)に示すように、基本波を使用する際にq軸磁気回路上に第1磁石30(又は第1磁石34)が配置されているため、第1ロータ16及び第2ロータ18における磁気抵抗が高い。その結果、q軸電流磁束が比較的小さくなり、基本波を使用する際にリラクタンストルクを十分に活用できない。 In the rotating electric machine system 100 in the first and second embodiments, as shown in FIG. 11(a), the first magnet 30 (or the first magnet 34) is arranged on the q-axis magnetic circuit when the fundamental wave is used, so the magnetic resistance in the first rotor 16 and the second rotor 18 is high. As a result, the q-axis current magnetic flux becomes relatively small, and the reluctance torque cannot be fully utilized when the fundamental wave is used.
これに対して、第3の実施の形態における回転電機システム100では、図11(b)に示すように、基本波を使用する際にq軸磁気回路上に第1磁石30(又は第1磁石34)が配置されておらず、第1磁石30(又は第1磁石34)の間の電磁鋼板(又は、アモルファス金属、ナノ結晶軟磁性材料、圧粉磁芯等の磁性体)を磁束が通過する。したがって、第1ロータ16及び第2ロータ18における磁気抵抗が第1及び第2の実施の形態における回転電機システム100に比べて低くなる。その結果、q軸電流磁束が第1及び第2の実施の形態における回転電機システム100に比べて大きくなり、基本波を使用する際にリラクタンストルクを十分に活用することができ、基本波駆動時において出力トルクを増大させることができる。 In contrast, in the rotating electric machine system 100 in the third embodiment, as shown in FIG. 11(b), the first magnet 30 (or the first magnet 34) is not arranged on the q-axis magnetic circuit when the fundamental wave is used, and the magnetic flux passes through the electromagnetic steel plate (or magnetic material such as amorphous metal, nanocrystalline soft magnetic material, dust core, etc.) between the first magnet 30 (or the first magnet 34). Therefore, the magnetic resistance in the first rotor 16 and the second rotor 18 is lower than that in the rotating electric machine system 100 in the first and second embodiments. As a result, the q-axis current magnetic flux is larger than that in the rotating electric machine system 100 in the first and second embodiments, and the reluctance torque can be fully utilized when the fundamental wave is used, and the output torque can be increased during fundamental wave driving.
図12は、第3の実施の形態における回転電機システム100において相対位相角(スキュー角)により基本波と5次高調波の切り替えを行ったときの回転数と出力トルクとの関係を計算した結果を示す。図12では、相対位相角(スキュー角)を0としてステータ12のステータコイルに第1ロータ16及び第2ロータ18の回転と同期する駆動周波数の3相電流を流したときの特性(基本波駆動時)と、相対位相角(スキュー角)を45°としてステータ12のステータコイルに第1ロータ16及び第2ロータ18の回転に対して5倍の駆動周波数の3相電流を流したときの特性(5次高調波駆動時)を示している。 Figure 12 shows the results of calculating the relationship between the rotation speed and the output torque when switching between the fundamental wave and the fifth harmonic wave by the relative phase angle (skew angle) in the rotating electric machine system 100 in the third embodiment. Figure 12 shows the characteristics (fundamental wave drive) when a three-phase current with a drive frequency synchronized with the rotation of the first rotor 16 and the second rotor 18 is passed through the stator coil of the stator 12 with a relative phase angle (skew angle) of 0, and the characteristics (fifth harmonic drive) when a three-phase current with a drive frequency five times the rotation of the first rotor 16 and the second rotor 18 is passed through the stator coil of the stator 12 with a relative phase angle (skew angle) of 45°.
図12の計算結果によれば、低速回転域では起電力の高調波成分が大きくなり、低速回転域より高速な高速回転域では起電力の基本波成分が大きくなるように第1ロータ16と第2ロータ18との相対位相角(スキュー角)を変化させることによって、低速回転時における高出力トルクと、高速回転時における高出力が両立できることが確認できる。 According to the calculation results in Figure 12, by changing the relative phase angle (skew angle) between the first rotor 16 and the second rotor 18 so that the harmonic components of the electromotive force become large in the low rotation speed range and the fundamental component of the electromotive force becomes large in the high rotation speed range, which is faster than the low rotation speed range, it can be confirmed that it is possible to achieve both high output torque at low rotation speeds and high output at high rotation speeds.
なお、5次高調波の回転磁界の回転方向は、基本波の回転磁界の回転方向とは逆になるので、5次高調波による駆動時におけるステータ12への電流指令値の回転方向は基本波による駆動時におけるステータ12への電流指令値の回転方向とは逆方向となる。また、基本波による駆動時における最高回転数における駆動周波数を駆動周波数の上限とすると、5次高調波による駆動時の場合には基本波による駆動時に対して1/5の回転数までの駆動となる。 The direction of rotation of the rotating magnetic field of the fifth harmonic is opposite to that of the fundamental wave, so the direction of rotation of the current command value to the stator 12 when driven by the fifth harmonic is opposite to that of the current command value to the stator 12 when driven by the fundamental wave. Also, if the drive frequency at the maximum rotation speed when driven by the fundamental wave is set as the upper limit of the drive frequency, when driven by the fifth harmonic, the rotation speed will be up to 1/5 of that when driven by the fundamental wave.
また、第1~第3の実施の形態における回転電機システム100では、ステータ12に24個のスロットを設けて8極の3相磁界を形成し、第1ロータ16及び第2ロータ18において8極の基本波と40極の高調波(5次高調波)を切り替える構成としたがこれに限定されるものではない。すなわち、ステータのスロット数Z1、3相コイルの極対数p、第1磁石30及び第1磁石34の極対数Z2、第2磁石32及び第2磁石36の極対数Z3が以下の条件を満たせばよい。 In addition, in the rotating electric machine system 100 in the first to third embodiments, 24 slots are provided in the stator 12 to form an 8-pole three-phase magnetic field, and the first rotor 16 and the second rotor 18 are configured to switch between an 8-pole fundamental wave and a 40-pole harmonic (5th harmonic), but this is not limited to this. That is, it is sufficient that the number of slots Z1 of the stator, the number of pole pairs p of the three-phase coil, the number of pole pairs Z2 of the first magnet 30 and the first magnet 34, and the number of pole pairs Z3 of the second magnet 32 and the second magnet 36 satisfy the following conditions.
[数1]
Z2=Z1±Z3
Z3=P
[Equation 1]
Z2 = Z1 ± Z3
Z3=P
なお、上記第1~第3の実施の形態では、ステータのスロット数Z1=24、3相コイルの極対数p=4、第1磁石30及び第1磁石34の極対数Z2=20、第2磁石32及び第2磁石36の極対数Z3=4である。 In the first to third embodiments, the number of slots in the stator is Z1 = 24, the number of pole pairs in the three-phase coil is p = 4, the number of pole pairs in the first magnet 30 and the first magnet 34 is Z2 = 20, and the number of pole pairs in the second magnet 32 and the second magnet 36 is Z3 = 4.
以上のように、上記実施の形態における回転電機システム100によれば、第1ロータ16及び第2ロータ18の相対位相角(スキュー角)を調整することで、第1ロータ16及び第2ロータ18により形成される界磁磁束のギャップ中の磁束密度分布において基本波と高調波を切り換えることができる。これによって、高調波を増加させ、ステータ12のステータコイルに供給する3相電流の周波数を第1ロータ16及び第2ロータ18の同期周波数に対して増加させることで磁気ギア効果により回転電機システム100を高い出力トルクで駆動することができる。また、基本波を増加させることで、ステータ12のステータコイルに供給する3相電流の周波数を第1ロータ16及び第2ロータ18の同期周波数に近づければ回転電機システム100を高速回転させることができ、さらに高出力にもできる。また、第1ロータ16及び第2ロータ18の相対位相角(スキュー角)を調整することで無負荷逆起電圧を抑制することもできる。 As described above, according to the rotating electric machine system 100 in the above embodiment, by adjusting the relative phase angle (skew angle) of the first rotor 16 and the second rotor 18, the fundamental wave and the harmonics can be switched in the magnetic flux density distribution in the gap of the field magnetic flux formed by the first rotor 16 and the second rotor 18. This increases the harmonics and increases the frequency of the three-phase current supplied to the stator coil of the stator 12 relative to the synchronous frequency of the first rotor 16 and the second rotor 18, thereby driving the rotating electric machine system 100 with a high output torque by the magnetic gear effect. In addition, by increasing the fundamental wave, the frequency of the three-phase current supplied to the stator coil of the stator 12 can be brought closer to the synchronous frequency of the first rotor 16 and the second rotor 18, so that the rotating electric machine system 100 can be rotated at a high speed and can also have a high output. In addition, by adjusting the relative phase angle (skew angle) of the first rotor 16 and the second rotor 18, the no-load back electromotive voltage can also be suppressed.
10 筐体、12 ステータ、14 回転軸、16 第1ロータ、18 第2ロータ、20 ロック機構、22 軸受、24 回転角センサ、30,34 第1磁石、32,36 第2磁石、100 回転電機システム、102 回転電機、104 駆動回路、106 電源、108 制御装置。 10 Housing, 12 Stator, 14 Rotating shaft, 16 First rotor, 18 Second rotor, 20 Locking mechanism, 22 Bearing, 24 Rotation angle sensor, 30, 34 First magnet, 32, 36 Second magnet, 100 Rotating electric machine system, 102 Rotating electric machine, 104 Drive circuit, 106 Power supply, 108 Control device.
Claims (7)
前記ステータに対して相対的に回転可能であり、互いに分離して配置された第1ロータ及び第2ロータと、を備え、
前記第1ロータは、極対数Z2の磁極及び極対数Z3の磁極を有すると共に、前記第2ロータは、極対数Z2の磁極及び極対数Z3の磁極を有し、
前記極対数p、前記スロット数Z1、前記極対数Z2及び前記極対数Z3は、
Z2=Z1±Z3
Z3=p
の条件を満たし、
前記第1ロータと前記第2ロータとの相対位相角を変化させることが可能なことを特徴とする回転電機。 A stator having a number of slots Z1, in which a three-phase coil having a number p of pole pairs is arranged;
a first rotor and a second rotor that are rotatable relative to the stator and are disposed separately from each other;
The first rotor has magnetic poles with a pole pair number Z2 and a pole pair number Z3, and the second rotor has magnetic poles with a pole pair number Z2 and a pole pair number Z3,
The number of pole pairs p, the number of slots Z1, the number of pole pairs Z2, and the number of pole pairs Z3 are,
Z2 = Z1 ± Z3
Z3=p
Fulfill the conditions of
A rotating electric machine, characterized in that the relative phase angle between the first rotor and the second rotor can be changed.
前記第1ロータ及び前記第2ロータは、それぞれロータ外径部に前記極対数Z2の磁極とロータ内径部に前記極対数Z3の磁極を有することを特徴とする回転電機。 2. The rotating electric machine according to claim 1,
a first rotor and a second rotor each having magnetic poles with the number of pole pairs Z2 on an outer diameter portion of the rotor and magnetic poles with the number of pole pairs Z3 on an inner diameter portion of the rotor,
前記第1ロータと前記第2ロータとの相対位相角を変化させることで、ロータ外径部の前記極対数Z2の磁極とロータ内径部の前記極対数Z3の磁極の磁束成分の振幅を変化させることが可能なことを特徴とする回転電機。 3. A rotating electric machine according to claim 1,
a rotor inner diameter portion having a pole pair number Z3 and a pole pair number Z2, the amplitude of magnetic flux components of the magnetic poles of the pole pair number Z2 on the outer diameter portion of the rotor and the magnetic poles of the pole pair number Z3 on the inner diameter portion of the rotor can be changed by changing the relative phase angle between the first rotor and the second rotor.
前記第1ロータの前記極対数Z3の磁極の着磁方向は前記第2ロータの前記極対数Z3の磁極の着磁方向と同方向であるとき、前記第1ロータの前記極対数Z2の磁極の着磁方向は前記第2ロータの前記極対数Z2の磁極の着磁方向と逆方向であることを特徴とする回転電機。 A rotating electric machine according to any one of claims 1 to 3,
a magnetization direction of the magnetic poles of the pole pair number Z2 of the first rotor is opposite to a magnetization direction of the magnetic poles of the pole pair number Z2 of the second rotor when the magnetization direction of the magnetic poles of the pole pair number Z3 of the first rotor is the same as the magnetization direction of the magnetic poles of the pole pair number Z3 of the second rotor.
ロータ外径部の前記極対数Z2の磁極は、ロータ周方向に磁化方向が向けられたスポーク状に配置されていることを特徴とする回転電機。 A rotating electric machine according to any one of claims 1 to 4,
A rotating electric machine, characterized in that the magnetic poles of the pole pair number Z2 on the outer diameter part of the rotor are arranged in a spoke shape with the magnetization direction oriented in the rotor circumferential direction.
機械的機構又は前記ステータに対するステータコイル電流のベクトル制御により前記第1ロータと前記第2ロータとの相対位相角を変化させることが可能なことを特徴とする回転電機。 A rotating electric machine according to any one of claims 1 to 5,
A rotating electric machine, characterized in that the relative phase angle between the first rotor and the second rotor can be changed by a mechanical mechanism or by vector control of a stator coil current for the stator.
低速回転域では起電力の高調波成分が大きくなり、前記低速回転域より高速な高速回転域では起電力の基本波成分が大きくなるように前記第1ロータと前記第2ロータとの相対位相角を変化させることが可能なことを特徴とする回転電機。 A rotating electric machine according to any one of claims 1 to 6,
A rotating electric machine characterized in that it is possible to change the relative phase angle between the first rotor and the second rotor so that the harmonic components of the electromotive force become large in a low-speed rotation range and the fundamental wave component of the electromotive force becomes large in a high-speed rotation range that is faster than the low-speed rotation range.
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