(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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配置され、回転軸に連結されるとともに、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配置され、前記内側ロータとは独立して前記回転軸に連結されるとともに、前記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、
前記切り替える手段は、前記内側ロータに連結して前記回転軸に対する前記内側ロータの回転角度を制御できるアクチュエータと前記アクチュエータに連動するクラッチ機構とからなり、
前記アクチュエータと前記クラッチ機構とは前記内側ロータの前記回転軸方向の幅の範囲内に設置され、
前記クラッチ機構は、前記内側ロータの回転角度の調節時には、前記内側ロータを前記アクチュエータに連結し、前記内側ロータの回転時には、前記内側ロータを前記アクチュエータから切り離すことを特徴とするモータ。
【請求項２】
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に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５９９５３号公報
【特許文献２】特開２００２−１６５４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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
【図２】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
【図３】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
【図４】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
【図５】本発明のデュアルロータモータの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
図５は、本発明のデュアルロータモータの断面図である。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
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。
【符号の説明】
【００２０】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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