(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立して回転する、磁石極対数が異なる複数のロータそれぞれに対峙するように複数のステータアマチュアを配し、前記ステータアマチュアそれぞれの電気的な相数を等しくし、かつ電気相は前記複数のロータに対応する各電流の瞬時電流のすべての和を０にした複合和によって駆動するようにしたことを特徴とする複数ロータモータ。
【請求項２】
前記複数のステータアマチュアの対応する同極のコイル間を直列に接続したことを特徴とする請求項１に記載の複数ロータモータ。
【請求項３】
前記複数のステータアマチュアの対応する同極のコイル間を並列に接続したことを特徴とする請求項１に記載の複数ロータモータ。
【請求項４】
独立して回転する、磁石極対数が異なる複数のロータに対峙するように１つのステータアマチュアを配し、前記ステータアマチュアの電気相は前記複数のロータに対応する各電流の瞬時電流のすべての和を０にした複合和によって駆動するようにしたことを特徴とする複数ロータモータ。
【請求項５】
前記複数のロータ及びステータアマチュアを１つのケース内に収容したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の複数ロータモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数ロータモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
１つのステータと複数の独立して回転が可能なロータとを備えた回転電機として、特開平８−３４０６６３号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の回転電機は、２つのロータを別々に同期回転させるため、ステータには各ロータ専用のコイルを用意すると共に、この各専用コイルに流す電流を制御するインバータも２つ備えさせなければならず、それぞれのコイル、それぞれのインバータに電流を流すのでは電流による損失を免れない問題点があった。
【０００４】
そこで、本願発明者らは、特願平１０−０７７４４９号の明細書に記載した発明をしたが、それは、極対数の異なる磁石を有する２つのロータを有し、磁気回路を共有とし、共通のコイルに複合電流を流すことによりロータそれぞれを独立に回転させることができる回転電機に係るものである。
【０００５】
本発明は、この本願発明者らが発明した回転電機にさらに改良を加えたものであり、複数のロータとして前後に分離して配置できるいわゆる円筒型のロータが採用でき、高速化が図れる複数ロータモータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の複数ロータモータは、独立して回転する、磁石極対数が異なる複数のロータそれぞれに対峙するように複数のステータアマチュアを配し、前記ステータアマチュアそれぞれの電気的な相数を等しくし、かつ電気相は前記複数のロータに対応する各電流の複合和によって駆動するようにしたものである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の複数ロータモータにおいて、前記複数のステータアマチュアの対応する同極のコイル間を直列に接続したものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１の複数ロータモータにおいて、前記複数のステータアマチュアの対応する同極のコイル間を並列に接続したものである。
【０００９】
請求項４の発明の複数ロータモータは、独立して回転する、磁石極対数が異なる複数のロータに対峙するように１つのステータアマチュアを配し、前記ステータアマチュアの電気相は前記複数のロータに対応する各電流の複合和によって駆動するようにしたものである。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１〜４の複数ロータモータにおいて、前記複数のロータ及びステータアマチュアを１つのケース内に収容したものである。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、独立して回転する、磁石極対数が異なる複数のロータそれぞれに対峙するように複数のステータアマチュアを配し、ステータアマチュアそれぞれの電気的な相数を等しくし、かつ電気相は複数のロータに対応する各電流の複合和によって駆動するようにしたので、複数のロータとステータアマチュアとは磁場回路を共用しない、互いに独立したモータを構成しながらも、複数のステータアマチュアに共通のインバータから電流（複合電流）を供給することによって複数のロータを同時に、かつ異なる速度で回転駆動することができる。
【００１２】
これにより、複数のロータを前後に配置することができ、それによって複数のロータに円筒型のものを採用することができて高速化が可能となる。また複数のロータが前後に配置できることから、それぞれのロータの永久磁石の同極同士が対向することがなくて減磁作用が働かず、磁気特性を長く維持することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、複数のステータアマチュアの対応する同極のコイル間を直列に接続したので、複数のステータアマチュアに共通のインバータから駆動電流を供給して複数のロータそれぞれを互いに独立した回転速度、トルクで回転駆動することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、複数のステータアマチュアの対応する同極のコイル間を並列に接続したので、１つのインバータから同じ電流（複合電流）を流すことにより、いわば複数の互いに独立したモータを同時に、異なった速度で回転駆動することができるようになる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、独立して回転する、磁石極対数が異なる複数のロータに対峙するように１つのステータアマチュアを配し、ステータアマチュアの電気相は複数のロータに対応する各電流の複合和によって駆動するようにしたので、１つのインバータから１つのステータアマチュアに複合電流を流すことによって複数のロータを同時に、かつ異なる速度で回転駆動することができる。しかも、複数のロータを軸方向に前後して並べ、それらの外周を共に囲繞するように円筒形状のステータアマチュアを配置した構造に組み上げることができ、これによって、複数のロータに円筒型のものを採用することができ、高速化が可能となる。また複数のロータが前後に配置できることから、それぞれのロータの永久磁石の同極同士が対向することがなくて減磁作用が働かず、磁気特性を長く維持することができる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、請求項１〜４の発明の効果に加えて、複数のロータ及びステータアマチュアを１つのケース内に収容したので、出力軸ごとに回転速度やトルクの異なる多軸モータを得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の複数ロータモータの構造を示している。第１の実施の形態の複数ロータモータは、２つのモータを共通の１つのステータアマチュア１４により、そのステータコイル１６に複合電流を流すことにより独立に回転駆動するものである。この複数ロータモータは、ケース１内の軸方向に前後して第１のロータ２と第２のロータ３とが配置されている。第１のロータ２の出力軸（Ａ軸）４は第２のロータ３の出力軸（Ｂ軸）５と同心に、そして二重構造になるように設けられている。第１のロータ２には永久磁石（Ａ磁石）６が３極対設けられており、第２のロータ３には永久磁石（Ｂ磁石）７が４極対設けられている。なお、この永久磁石の極対数及び極対数比は特に限定されるものではなく、例示的なものである。
【００１８】
第１、第２のロータ２，３の外周側にステータアマチュア１４を構成するように１つのコア１１が配置され、このコア１１に対して１２のスロット１５が形成され、ステータコイル１６が巻き付けられている。
【００１９】
この分割コアモータでは、ステータコイル１６に複合電流を流すことにより、第１ロータ２、第２ロータ３を個別に回転駆動することができる。なお、その原理は、本願発明者らによる先願の発明である特願平１０−７７４４９号の明細書に詳しく説明されている。また本実施の形態における回転駆動系の制御装置部分は、後述する。
【００２０】
次に、この複数ロータモータにおけるステータアマチュア１４の組上げ一体化構造について説明する。コア１１のスロット１５の外周側は、外側が狭く内側が広くなる台形状にされている。そして、この１２のスロット１５それぞれに、軸方向に垂直な断面が台形状となる抜け止めピン１８が貫挿されている。
【００２１】
ケース１の前後の端板の内側面それぞれには、互いに対向するように固定リング２１，２２が取付けられている。この固定リング２１，２２の互いの対向面には環状溝２３，２４が形成されており、ケース１内にステータアマチュア１４を組み付けて一体化する際に、各抜け止めピン１８の軸方向両端部がこれらの環状溝２３，２４それぞれに圧入されるようになっている。第１ロータ２と第２ロータ３との前後方向の中間位置において、ステータアマチュア１４のコア１１の内周面に密接するように補強リング２５が配設されている。
【００２２】
このような構造の複数ロータモータでは、ケース１内へステータアマチュア１４を組み込み、前後の端板を締め付けると、各抜け止めピン１８の軸方向両端部が、固定リング２１，２２それぞれの環状溝２３，２４それぞれに圧入される。これにより、抜け止めピン１８それぞれは半径方向の外向きの力を受け、各スロット１５，１７の外周部を押し上げるように働く。したがって、この抜け止めピン１８によりコア１１がケース１と共に一体化するように組み付けられる。さらに、各抜け止めピン１８の軸方向両端が外側に押し上げる力を受けるので、軸方向の中間部分は内側に撓もうとするが、その部分にはコア１１と補強リング２５が密接しているために抜け止めピン１８の軸方向中間部分とコア１１と補強リング２５とが圧接し合い、ステータアマチュア１４の軸方向の中間部の一体化も図られる。
【００２３】
上記構造の複数ロータモータの回転駆動系の制御装置は、図２に示す回路構成である。ステータコイル１６は１２相から成り、複合電流をこのステータコイル１６に供給するために、バッテリなどの電源１１１からの直流電流を交流電流に変換するインバータ１１２を備えている。瞬時電流のすべての和は０になるため、このインバータ１１２は通常の３相ブリッジ型インバータを１２相にしたものと同じで、上下に２４個のスイッチング素子とこれに同数のダイオードから構成される。そしてインバータ１１２の各ゲートに与えるオン／オフのゲート信号はＰＷＭ信号である。
【００２４】
各ロータ２，３を同期回転させるため、各ロータ２，３の位相を検出するためのロータリエンコーダ又はレゾルバのような回転角センサ１１３，１１４が設けられていて、これらのセンサ１１３，１１４からの信号が入力される制御回路１１５では、第１ロータ２、第２ロータ３に対する必要トルクのデータ（つまり、トルク指令）に基づいてＰＷＭ信号を発生させる。
【００２５】
このような回路構成の複数ロータモータでは、ステータアマチュア１４に単一のコイル１６を形成し、この単一のステータコイル１６にロータの数と同数の回転磁界が発生するように複合電流を流すことにより、ロータの一方をモータとして、残りをジェネレータとして運転する場合にはモータ駆動電力と発電電力との差分の電流を単一のコイルに流すだけでよいので、効率を大幅に向上させることができる。
【００２６】
また２つのロータ２，３に対してインバータ１１２が１つでよくなり、さらにロータ２，３の一方をモータとして、残りをジェネレータとして運転する場合には、上記のようにモータ駆動電力と発電電力との差の分の電流を単一のコイルに流すだけでよくなることから、インバータ１１２の電力スイッチングトランジスタのキャパシタンスを減らすことができ、これによってスイッチング効率が向上し、より全体効率が向上する。
【００２７】
さらに、第１の実施の形態の場合、軸方向の前後に第１ロータ２、第２ロータ３を配置し、それらの周囲を共通する円筒形状のステータアマチュア１４によって囲繞した構造であるので、ロータ２，３にドラム型ではなくて円筒型のものを採用することができ、高速回転が可能となる。加えて、複数のロータ２，３を前後に配置できることから、それぞれのロータの永久磁石の同極同士が対向することがなくて減磁作用が働かず、磁気特性を長く維持することができる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施の形態の複数ロータモータについて、図３及び図４に基づいて説明する。第２の実施の形態の複数ロータモータは、いわば２つのモータを前後に組み合わせたものを１つのケース１内に収容したものと同様の構造である。この複数ロータモータは、ケース１内の軸方向に前後して第１のロータ２と第２のロータ３とが配置されている。第１のロータ２の出力軸（Ａ軸）４は第２のロータ３の出力軸（Ｂ軸）５と同心に、そして二重構造になるように設けられている。第１のロータ２には永久磁石（Ａ磁石）６が３極対設けられており、第２のロータ３には永久磁石（Ｂ磁石）７が４極対設けられている。
【００２９】
第１、第２のロータ２，３の外周側にステータアマチュア１４Ａ，１４Ｂを構成するようにＡコア１１、Ｂコア１２が配置されている。Ａコア１１に対して１２のスロット１５Ａが形成され、ステータコイル１６Ａが巻き付けられており、Ｂコア１２に対して同じく１２のスロット１５Ｂが形成され、ステータコイル１６Ｂが巻き付けられている。
【００３０】
この第２の実施の形態の複数ロータモータでは、ステータコイル１６Ａ，１６Ｂを電気的に並列に連結して複合電流を流すことにより、第１ロータ２、第２ロータ３を個別に回転駆動することができる。なお、その原理は、本願発明者らによる先願の発明である特願平１０−７７４４９号の明細書に詳しく説明されている。また回転駆動系の制御装置については、後述する。
【００３１】
この第２の実施の形態の複数ロータモータにおけるステータアマチュア１４Ａ，１４Ｂの組上げ一体化構造は図１に示した第１の実施の形態と同様であり、Ａコア１１のスロット１５Ａの外周側、Ｂコア１２のスロット１５Ｂの外周側は共に、外側が狭く内側が広くなる台形状にされている。そして、この前後に連なる１２のスロット１５Ａ，１５Ｂそれぞれに、軸方向に垂直な断面が台形状となる抜け止めピン１８が貫挿されている。ケース１の前後の端板の内側面それぞれには、互いに対向するように固定リング２１，２２が取付けられている。この固定リング２１，２２の互いの対向面には環状溝２３，２４が形成されており、ケース１内にステータアマチュア１４Ａ，１４Ｂを組み付けて一体化する際に、各抜け止めピン１８の軸方向両端部がこれらの環状溝２３，２４それぞれに圧入されるようになっている。ステータアマチュア１４ＡのＡコア１１とステータアマチュア１４ＢのＢコア１２との間の空間に補強リング２５が配設され、この補強リング２５の外周が各抜け止めピン１８の内側面に密接させられている。
【００３２】
次に、上記構造の第２の実施の形態の複数ロータモータの回転駆動系の制御装置について、図４に基づいて説明する。ステータコイル１６Ａ，１６Ｂは共に１２相から成り、複合電流をこのステータコイル１６Ａ，１６Ｂに並列に供給するために共通のインバータ１１２の出力に接続されている。その他の構成要素は図２に示した第１の実施の形態のものと共通である。
【００３３】
このような回路構成の複数ロータモータでは、ステータアマチュア１４Ａ，１４Ｂそれぞれのステータコイル１６Ａ，１６Ｂに共通の複合電流を供給してロータの数と同数の回転磁界が発生させることにより、ロータ２，３を同時に、異なる速度、トルクで回転駆動させてその出力を取り出すことができる。つまり、２つのロータ２，３を１つのケース１に収容されたを互いに独立な２つのモータとして扱うことができ、しかもそれらのモータに共通のインバータ１１２から同じ電流を供給することにより、異なる速度、トルクの出力を取り出すことができるのである。
【００３４】
さらに、第２の実施の形態の場合も第１の実施の形態と同様に、軸方向の前後に第１ロータ２、第２ロータ３を配置し、それらの周囲を円筒形状のステータアマチュア１４，１４Ｂそれぞれによって囲繞した構造であるので、ロータ２，３にドラム型ではなくて円筒型のものを採用することができ、高速回転が可能となる。また複数のロータ２，３が前後に配置できることから、それぞれのロータの永久磁石の同極同士が対向することがなくて減磁作用が働かず、磁気特性を長く維持することができる。
【００３５】
次に、本発明の第３の実施の形態の複数ロータモータについて、図３及び図５に基づいて説明する。第３の実施の形態は、構造的には図３に示した第２の実施の形態と共通である。そして回転駆動系の制御装置は、図５に示す回路構成である。すなわち、第２の実施の形態の場合、２つのステータアマチュア１４Ａ，１４Ｂそれぞれのステータコイル１６Ａ，１６Ｂをインバータ１１２に対して並列に接続することにより、いわば独立した２つのモータに共通の電源で制御するようにしたが、本実施の形態の場合には、ステータコイル１６Ａ，１６Ｂを各相ごとに直列に接続し、後続のコイル、ここではステータコイル１６Ｂ側の各終端は共通に接続したことを特徴としている。
【００３６】
インバータ１１２により供給される１２相の複合電流は、それぞれの電気相のコイルに供給され、最終的に共通の終端接続点に至る。瞬時電流のすべての和は０になるため、この終端接続点で電流は０である。
【００３７】
このような制御回路を構成することにより、第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様に共通のインバータにより供給される電力により複数のロータ２，３を互いに独立に、異なった速度で回転駆動することができる。
【００３８】
また軸方向の前後に第１ロータ２、第２ロータ３を配置し、それらの周囲を円筒形状のステータアマチュア１４，１４Ｂそれぞれによって囲繞した構造であるので、ロータ２，３にドラム型ではなくて円筒型のものを採用することができ、高速回転が可能となる。また複数のロータ２，３が前後に配置できることから、それぞれのロータの永久磁石の同極同士が対向することがなくて減磁作用が働かず、磁気特性を長く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構造を示す側面断面図及び正面断面図。
【図２】上記の実施の形態の回転駆動系の制御装置の構成を示す回路ブロック図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の構造を示す側面断面図及び正面断面図。
【図４】上記の実施の形態の回転駆動系の制御装置の構成を示す回路ブロック図。
【図５】本発明の第３の実施の形態の回転駆動系の制御装置の構成を示す回路ブロック図。
【符号の説明】
１  ケース
２  第１のロータ
３  第２のロータ
６  永久磁石（Ａ磁石）
７  永久磁石（Ｂ磁石）
１１  ステータコア
１２  ステータコア
１３  ステータコア
１４，１４Ａ，１４Ｂ  ステータアマチュア
１６，１６Ａ，１６Ｂ  ステータコイル
１１１  電源
１１２  インバータ
１１３，１１４  回転角センサ
１１５  インバータ
【図１】
0003663997.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003663997.tif 000005
【図５】
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