(57)【要約】【課題】ステーターを共用する２個のローターを有する電動機において、放熱性能の低下を抑制すること、ステーターを筐体へ容易に取り付けられるようにすること、ステーターの巻線に対する給電を容易にすることのうち少なくとも１つを実現すること。【解決手段】電動機１は、第１ローター１０と、第２ローター２０と、ステーター３０と、巻線３０Ｃと、筐体１Ｃとを含む。第１ローター１０及び第２ローター２０は、それぞれ磁石１０Ｍ、２０Ｍを備え、回転軸Ｚｒの周りを回転する。ステーター３０は、第１ローター１０の径方向外側に配置される。巻線３０Ｃは、ステーター３０のスロットに設けられて、第１ローター１０を駆動するための駆動信号と、第２ローター２０を駆動するための駆動信号とを重畳して合成した駆動信号が印加される。【選択図】図１
2015089241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線の周りに環状に配置された磁石を有し、前記軸線を中心として回転する第１ローターと、
前記軸線の周りに環状に配置された磁石を有し、前記第１ローターの径方向内側に配置されて、前記軸線を中心として回転する第２ローターと、
環状の構造体であり、かつ複数のスロットを前記環状の構造体の周方向に沿って有し、前記第１ローターの径方向外側に配置されるステーターと、
前記スロットに設けられ、前記第１ローターを駆動するための駆動信号と、前記第２ローターを駆動するための駆動信号とを重畳して合成した駆動信号が印加される複数の巻線と、
前記ステーターが内周に取り付けられる筐体と、
を含む、電動機。
【請求項２】
前記第１ローターは、前記磁石を保持する保持器を有する、請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記保持器の材料は、非磁性の材料である、請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記保持器の材料は、樹脂である、請求項２に記載の電動機。
【請求項５】
前記巻線は、前記第１ローターを駆動するための駆動信号と、前記第２ローターを駆動するための駆動信号とを重畳して合成した駆動信号が印加される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動機。
【請求項６】
前記第１ローター及び前記第２ローターは、一方が３相の電動機として駆動され、他方が６相の電動機として駆動される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電動機。
【請求項７】
軸線の周りに環状に配置された磁石を有し、前記軸線を中心として回転する第１ローターと、
前記第１ローターに設けられて、前記磁石を保持する樹脂製の保持器と、
前記軸線の周りに環状に配置された磁石を有し、前記第１ローターの径方向内側に配置され、かつ前記第１ローターに支持されて、前記軸線を中心として回転する第２ローターと、
環状の構造体であり、かつ複数のスロットを前記環状の構造体の周方向に沿って有し、前記第１ローターの径方向外側に配置されるステーターと、
前記第１ローターを駆動するための駆動信号と、前記第２ローターを駆動するための駆動信号とを重畳して合成した駆動信号が印加される複数の巻線と、
内部に空間を有する構造体であり、前記ステーターが前記構造体の内周に取り付けられる筐体と、
を含む、電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のローターと、複数のローター間において共用されるステーターとを有する電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステーターを共用する２個のローターを有する電動機がある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７４５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された発明は、２個のローターの間にステーターが配置されている。ステーターは、発熱量が大きい巻線（コイル）を備えているため、特許文献１に記載された発明は、ステーター熱の放熱が困難になる可能性がある。また、特許文献１に記載された発明は、２個のローターの間にステーターが配置されているため、ステーターの筐体への固定が困難になったり、巻線への給電が困難になったりする可能性もある。
【０００５】
本発明は、ステーターを共用する２個のローターを有する電動機において、放熱性能の低下を抑制すること、ステーターを筐体へ容易に取り付けられるようにすること、ステーターの巻線に対する給電を容易にすることのうち少なくとも１つを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、軸線の周りに環状に配置された磁石を有し、前記軸線を中心として回転する第１ローターと、前記軸線の周りに環状に配置された磁石を有し、前記第１ローターの径方向内側に配置されて、前記軸線を中心として回転する第２ローターと、環状の構造体であり、かつ複数のスロットを前記環状の構造体の周方向に沿って有し、前記第１ローターの径方向外側に配置されるステーターと、前記スロットに設けられ、前記第１ローターを駆動するための駆動信号と、前記第２ローターを駆動するための駆動信号とを重畳して合成した駆動信号が印加される複数の巻線と、前記ステーターが内周に取り付けられる筐体と、を含む、電動機である。
【０００７】
前記第１ローターは、前記磁石を保持する保持器を有することが好ましい。
【０００８】
前記保持器の材料は、非磁性の材料であることが好ましい。
【０００９】
前記保持器の材料は、樹脂であることが好ましい。
【００１０】
前記巻線は、前記第１ローターを駆動するための駆動信号と、前記第２ローターを駆動するための駆動信号とを重畳して合成した駆動信号が印加されることが好ましい。
【００１１】
前記第１ローター及び前記第２ローターは、一方が３相の電動機として駆動され、他方が６相の電動機として駆動されることが好ましい。
【００１２】
本発明は、軸線の周りに環状に配置された磁石を有し、前記軸線を中心として回転する第１ローターと、前記第１ローターに設けられて、前記磁石を保持する樹脂製の保持器と、前記軸線の周りに環状に配置された磁石を有し、前記第１ローターの径方向内側に配置され、かつ前記第１ローターに支持されて、前記軸線を中心として回転する第２ローターと、環状の構造体であり、かつ複数のスロットを前記環状の構造体の周方向に沿って有し、前記第１ローターの径方向外側に配置されるステーターと、前記第１ローターを駆動するための駆動信号と、前記第２ローターを駆動するための駆動信号とを重畳して合成した駆動信号が印加される複数の巻線と、内部に空間を有する構造体であり、前記ステーターが前記構造体の内周に取り付けられる筐体と、を含む、電動機である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、ステーターを共用する２個のローターを有する電動機において、放熱性能の低下を抑制すること、ステーターを筐体へ容易に取り付けられるようにすること、ステーターの巻線に対する給電を容易にすることのうち少なくとも１つを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本実施形態に係る電動機１及びこの電動機を制御する制御系統を示す図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る電動機１の制御ブロック図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る電動機１の一例を示す斜視図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る電動機１を回転軸Ｚｒと平行かつ回転軸Ｚｒを含む平面で切った断面図である。
【図５】図５は、第１ローター１０、第２ローター２０及びステーター３０の構造を示す斜視図である。
【図６】図６は、第１ローター１０が有する保持器１１の斜視図である。
【図７】図７は、保持器１１が磁石１０Ｍを保持した状態を示す図である。
【図８】図８は、第１ローター１０の固定部材１２Ａ、１２Ｂを示す斜視図である。
【図９】図９は、第１ローター１０を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、評価結果を示す図である。
【図１１】図１１は、評価結果を示す図である。
【図１２】図１２は、評価結果を示す図である。
【図１３】図１３は、評価結果を示す図である。
【図１４】図１４は、評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
＜電動機の構造＞
図１は、本実施形態に係る電動機１及びこの電動機を制御する制御系統を示す図である。電動機１は、第１ローター１０と、第２ローター２０と、ステーター３０とを含んでいる。電動機１が備える第１ローター１０及び第２ローター２０は、共通のステーター３０によって駆動される。第１ローター１０は、軸線（以下、適宜回転軸という）Ｚｒの周りに環状に配置された複数の磁石１０Ｍを有し、回転軸Ｚｒを中心として回転する。本実施形態において、複数の磁石１０Ｍは、永久磁石であり、Ｓ極、Ｎ極が交互に繰り返されて配置される。第２ローター２０は、回転軸Ｚｒの周りに環状に配置された複数の磁石２０Ｍを有する。本実施形態において、複数の磁石１０Ｍは、永久磁石であり、Ｓ極、Ｎ極が交互に繰り返されて配置される。第２ローター２０は、第１ローター１０の径方向内側に配置されて、回転軸Ｚｒを中心として回転する。本実施形態において、磁石１０Ｍ及び磁石２０Ｍは複数であり、いわゆるセグメント磁石であるが、これに限定されない。例えば、磁石１０Ｍ及び磁石２０Ｍの少なくとも一方にはリング磁石が用いられてもよい。すなわち、磁石１０Ｍ及び磁石２０Ｍは、それぞれ複数であってもよいし、単数であってもよい。
【００１７】
ステーター３０は、環状の構造体である。ステーター３０は、複数のスロット３０Ｓをその周方向に沿って有している。ステーター３０は、第１ローター１０の径方向外側に配置される。隣接するスロット３０Ｓ、３０Ｓの間は、ティース３０Ｔが設けられる。スロット３０Ｓは複数であるため、ティース３０Ｔも複数である。スロット３０Ｓの数とティース３０Ｔの数とは等しい。複数のスロット３０Ｓは、ヨーク３０Ｙによって連結される。複数のティース３０Ｔ及びヨーク３０Ｙをステーターコアともいう。ステーターコアは、例えば、電磁鋼板を積層して製造されてもよいし、磁性体の粉末を加圧して成形されてもよい。
【００１８】
ステーター３０のスロット３０Ｓには、巻線（コイル）３０Ｃが設けられる。本実施形態において、隣接するスロット３０Ｓ、３０Ｓの間のティース３０Ｔに電線が巻き回されて巻線３０Ｃが形成される。巻線３０Ｃには、第１ローター１０を駆動するための駆動信号と、第２ローター２０を駆動するための駆動信号とを重畳して合成した駆動信号が印加される。本実施形態において、電動機１は、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相及びＦ相の計６相の巻線３０Ｃを有している。それぞれの相には、６相のインバーター５から駆動信号が印加される。
【００１９】
本実施形態において、第１ローター１０及び第２ローター２０のうち一方は６相の電動機として、他方は３相の電動機として駆動される。第１ローター１０及び第２ローター２０は、１つのインバーター５によって制御される。インバーター５は、制御装置３によって生成された制御信号によって動作し、直流電源７から供給された直流電力から交流信号の駆動信号を生成する。駆動信号が巻線３０Ｃに印加されることにより、第１ローター１０及び第２ローター２０の少なくとも一方が回転する。
【００２０】
インバーター５は、第１ローター１０及び第２ローター２０のうち一方を６相交流信号で駆動し、他方を３相交流信号で駆動する。本実施形態においては、第１ローター１０が６相交流信号で駆動され、第２ローター２０が３相交流信号で駆動される。すなわち、第１ローター１０が６相の電動機として、第２ローター２０が３相の電動機として駆動される。なお、第１ローター１０が３相の交流信号により３相の電動機として駆動され、第２ローター２０が６相の交流信号により６相の電動機として駆動されてもよい。
【００２１】
図２は、本実施形態に係る電動機１の制御ブロック図である。本実施形態において、制御装置３は、例えば、コンピュータである。制御装置３は、第１ローター１０及び第２ローター２０に対して速度制御を行う。本実施形態において、制御装置３は、第１ローター１０を６相交流で、第２ローター２０を３相交流で制御する。制御装置３の第１制御部３Ａは第１ローター１０に対する制御信号を生成し、第２制御部３Ｂは第２ローター２０に対する制御信号を生成する。
【００２２】
６相の交流信号の相順をＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相、Ｆ相としたとき、Ａ相及びＤ相に３相の交流信号のＵ相を、Ｂ相及びＥ相にＶ相を、Ｃ相及びＦ相にＷ相を重畳する。また、制御装置３は、インバーター５を流れる第１ローター１０及び第２ローター２０の合成電流に対して、それぞれの回転角度を用いて６相の交流電流と３相の交流電流とに分離してフィードバックする。
【００２３】
第１ローター１０の目標回転速度をＶｔ６、第２ローター２０の目標回転速度をＶｔ３とする。制御装置３の第１制御部３Ａは、第１ローター１０の目標回転速度Ｖｔ６と実回転速度Ｖｒ１との差分が０になるように、第１ローター１０に対する制御信号として指令電圧Ｅｃ６を生成する。制御装置３の第２制御部３Ｂは、第２ローター２０の目標回転速度Ｖｔ３と実回転速度Ｖｒ２との差分が０になるように、第２ローター２０に対する制御信号として指令電圧Ｅｃ３を生成する。
【００２４】
加算器３ａｄは、第１ローター１０に対する指令電圧Ｅｃ６と第２ローター２０に対する指令電圧Ｅｃ３とを加算して、電動機１に対する指令電圧（以下、適宜重畳指令電圧という）Ｅｃを生成する。重畳指令電圧Ｅｃは、インバーター５に入力される。インバーター５は、重畳指令電圧Ｅｃに基づき、直流電源７から駆動信号Ｅｄを生成して電動機１に印加する。駆動信号Ｅｄは、６相の交流電圧と３相の交流電圧とが重畳された交流信号である。駆動信号Ｅｄが印加されると、第１ローター１０は、駆動信号Ｅｄの６相交流の成分によって回転し、第２ローター２０は、駆動信号Ｅｄの３相交流の成分によって回転する。
【００２５】
＜トルクの干渉について＞
巻線３０Ｃには、駆動信号Ｅｄによって、６相の交流電流と３相の交流電流とが重畳された電流が駆動電流として流れる。この場合、６相の電動機として回転する第１ローター１０には、３相の交流電流がトルクを発生させ、３相の電動機として回転する第２ローター２０には、６相の交流電流がトルクを発生させる。これらのトルクを干渉トルクという。干渉トルクによっては、第１ローター１０と第２ローター２０とをそれぞれ独立して駆動させることができないことがある。
【００２６】
第１ローター１０の極対数をｐ１、第２ローター２０の極対数をｐ２、駆動電流の電流振幅をＩとすると、第１ローター１０を駆動させる６相の交流電流は、それぞれ式（１）から式（６）のようになる。ω１は第１ローター１０の角速度、ｔは時間である（以下同様）。電流振幅Ｉに付される添字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは、６相の交流電流のそれぞれの相を表す。
Ｉａ＝Ｉ×ｓｉｎ（ｐ１×ω１×ｔ）・・（１）
Ｉｂ＝Ｉ×ｓｉｎ（ｐ１×ω１×ｔ−π／３）・・（２）
Ｉｃ＝Ｉ×ｓｉｎ（ｐ１×ω１×ｔ−２×π／３）・・（３）
Ｉｄ＝Ｉ×ｓｉｎ（ｐ１×ω１×ｔ−３×π／３）・・（４）
Ｉｅ＝Ｉ×ｓｉｎ（ｐ１×ω１×ｔ−４×π／３）・・（５）
Ｉｆ＝Ｉ×ｓｉｎ（ｐ１×ω１×ｔ−５×π／３）・・（６）
【００２７】
第２ローター２０を駆動させる３相の交流電流は、それぞれ式（７）から式（９）のようになる。ω２は第２ローター２０の角速度、ｔは時間である（以下同様）。電流振幅Ｉに付される添字ｕ、ｖ、ｗは、３相の交流電流のそれぞれの相を表す。
Ｉｕ＝Ｉ×ｓｉｎ（ｐ２×ω２×ｔ）・・（７）
Ｉｖ＝Ｉ×ｓｉｎ（ｐ２×ω２×ｔ−２×π／３）・・（８）
Ｉｗ＝Ｉ×ｓｉｎ（ｐ２×ω２×ｔ−４×π／３）・・（９）
【００２８】
誘起電圧振幅をΦとすると、第１ローター１０の誘起電圧は、それぞれ式（１０）から式（１５）のようになる。誘起電圧振幅Φに付される添字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは、６相の誘起電圧のそれぞれの相を表す。
Φａ＝Φ×ｓｉｎ（ｐ１×ω１×ｔ）・・（１０）
Φｂ＝Φ×ｓｉｎ（ｐ１×ω１×ｔ−π／３）・・（１１）
Φｃ＝Φ×ｓｉｎ（ｐ１×ω１×ｔ−２×π／３）・・（１２）
Φｄ＝Φ×ｓｉｎ（ｐ１×ω１×ｔ−３×π／３）・・（１３）
Φｅ＝Φ×ｓｉｎ（ｐ１×ω１×ｔ−４×π／３）・・（１４）
Φｆ＝Φ×ｓｉｎ（ｐ１×ω１×ｔ−５×π／３）・・（１５）
【００２９】
第２ローター２０の誘起電圧は、それぞれ式（１６）から式（１８）のようになる。誘起電圧振幅Φに付される添字ｕ、ｖ、ｗは、３相の誘起電圧のそれぞれの相を表す。
Φｕ＝Φ×ｓｉｎ（ｐ２×ω２×ｔ）・・（１６）
Φｖ＝Φ×ｓｉｎ（ｐ２×ω２×ｔ−２×π／３）・・（１７）
Φｗ＝Φ×ｓｉｎ（ｐ２×ω２×ｔ−４×π／３）・・（１８）
【００３０】
３相の交流電流が、６相の電動機として回転する第１ローター１０に発生させる干渉トルクをＴ３６は式（１９）によって求めることができ、６相の交流電流が、３相の電動機として回転する第２ローター２０に発生させる干渉トルクをＴ６３は式（２０）によって求めることができる。
Ｔ３６＝Ｉｕ×Φａ＋Ｉｖ×Φｂ＋Ｉｗ×Φｃ＋Ｉｕ×Φｄ＋Ｉｖ×Φｅ＋Ｉｗ×Φｆ・・（１９）
Ｔ６３＝Ｉａ×Φｕ＋Ｉｂ×Φｖ＋Ｉｃ×Φｗ＋Ｉｄ×Φｕ＋Ｉｅ×Φｖ＋Ｉｆ×Φｗ・・（２０）
【００３１】
式（１９）及び式（２０）に、前述した式（１）から式（１８）を与えて計算すると、干渉トルクＴ３６及び干渉トルクＴ６３は、いずれも０になる。このため、電動機１は、一方のローターを回転させる交流電流が他方のローターには影響を及ぼさない。その結果、第１ローター１０と第２ローター２０とは独立して駆動されることができる。
【００３２】
ステーター３０が有するスロット３０Ｓの数（適宜スロット数という）を６×ｎ（ｎは自然数）としたとき、ステーター３０の巻線３０Ｃが集中巻きである場合、６相の電動機として回転するローター（本実施形態では第１ローター１０）の極数ＮＰ６と３相の電動機として回転するローター（本実施形態では第２ローター２０）の極数ＮＰ３との組合せ例を示す。この組合せ例は、例えば、次の通りである。巻線３０Ｃが集中巻きである場合、巻線３０Ｃは、すべての相において同方向に巻かれる。
（ＮＰ６、ＮＰ３）＝（２×ｎ、４×ｎ）、（２×ｎ、８×ｎ）、（１０×ｎ、４×ｎ）、（１０×ｎ、８×ｎ）
【００３３】
ステーター３０の巻線３０Ｃが分布巻きである場合、６相の電動機として回転するローターの極数ＮＰ６と３相の電動機として回転するローターの極数ＮＰ３との組合せ例を示す。この組合せ例は、例えば、次の通りである。ｐ１は６相の電動機として回転するローターの極対数、ｐ２は３相の電動機として回転するローターの極対数である。巻線３０Ｃが分布巻きである場合、巻線３０Ｃは、すべての相において同方向に巻かれる。
（ＮＰ６、ＮＰ３）＝（２×ｐ１、４×ｐ２）、（２×ｐ１、８×ｐ２）、（１０×ｐ１、４×ｐ２）、（１０×ｐ１、８×ｐ２）
【００３４】
＜電動機１の構造例＞
図３は、本実施形態に係る電動機１の一例を示す斜視図である。図４は、本実施形態に係る電動機１を回転軸Ｚｒと平行かつ回転軸Ｚｒを含む平面で切った断面図である。図５は、第１ローター１０、第２ローター２０及びステーター３０の構造を示す斜視図である。
【００３５】
図３に示すように、電動機１は、前述した第１ローター１０に連結されている第１シャフト１０Ｓと、前述した第２ローター２０に連結されている第２シャフト２０Ｓとが筐体１Ｃから突出している。筐体１Ｃは、筒状の本体部１ＣＢと板状のフランジ部１ＣＦとが連結された、筒状の構造体である。フランジ部１ＣＦから第１シャフト１０Ｓが突出し、本体部１ＣＢから第２シャフト２０Ｓが突出する。本実施形態において、筐体１Ｃは筒状の構造体であるが、このような構造体に限定されず、内部に空間を有する構造体であればよい。
【００３６】
図４に示すように、筐体１Ｃ内には、第１ローター１０、第２ローター２０及びステーター３０が収納される。筐体１Ｃの一部である本体部１ＣＢは、板状の底部ＢＰと底部ＢＰから立設する筒状の側部ＳＰとを有する。本体部１ＣＢは、側部ＳＰの底部ＰＢとは反対側の端部が開口している。この部分にフランジ部１ＣＦが取り付けられて、側部ＳＰの底部ＰＢとは反対側の端部を塞ぐ。底部ＢＰは、第２シャフト２０Ｓが貫通する貫通孔ＢＰＨを有する。
【００３７】
本体部１ＣＢは、内周１ＣＩにステーター３０が取り付けられる。具体的には、ステーター３０のヨーク３０Ｙの外周が、本体部１ＣＢの内周１ＣＩと接することにより、ステーター３０は、本体部１ＣＢに支持される。
【００３８】
第１ローター１０は、一対の固定部材１２Ａ、１２Ｂにより磁石１０Ｍ及びこれを保持する保持器１１を挟み込んで保持することにより形成される。第１ローター１０は、ステーター３０の径方向内側に配置される。第１ローター１０が備える磁石１０Ｍは、巻線３０Ｃが巻き回されたステーター３０のティース３０Ｔと対向する。
【００３９】
固定部材１２Ａは、筐体１Ｃの一部であるフランジ部１ＣＦの貫通孔１ＣＦＨの内部側に設けられた軸受１３Ａを介してフランジ部１ＣＦに支持される。固定部材１２Ｂは、筐体１Ｃの一部である本体部１ＣＢのフランジ部１ＣＦとは反対側に設けられた軸受１３Ｂを介して本体部１ＣＢに支持される。このような構造により、第１ローター１０は、筐体１Ｃに支持されて、ステーター３０の径方向内側において回転軸Ｚｒを中心として回転することができる。
【００４０】
第１ローター１０の固定部材１２Ａには、第１シャフト１０Ｓが取り付けられている。第１ローター１０が回転すると、第１シャフト１０Ｓも回転軸Ｚｒを中心として回転する。このような構造により、第１ローター１０の回転は、第１シャフト１０Ｓから筐体１Ｃの外部に取り出される。
【００４１】
第２ローター２０は、第１ローター１０の内部に配置される。このようにすることで、電動機１がコンパクトになる。第２ローター２０は、円柱形状の本体部２１と、本体部２１の外周部に設けられた複数の磁石２０Ｍとを有する。複数の磁石２０Ｍは、第１ローター１０の内周面、より具体的には、第１ローター１０の磁石１０Ｍを保持する保持器１１の内周面と対向する。
【００４２】
本体部２１の中心には、第２シャフト２０Ｓが取り付けられている。第２ローター２０が回転すると、第２シャフト２０Ｓも回転軸Ｚｒを中心として回転する。第２シャフト２０Ｓは、第１ローター１０の固定部材１２Ａに取り付けられた軸受２２Ａと、固定部材１２Ｂに取り付けられた軸受２２Ｂとにより、第１ローター１０に支持される。このような構造により、第２ローター２０は、第２シャフト２０Ｓ及び一対の軸受２２Ａ、２２Ｂを介して第１ローター１０に取り付けられる。そして、第２ローター２０は、第１ローター１０に対して、回転軸Ｚｒを中心として回転することができる。
【００４３】
第２シャフト２０Ｓは、第１ローター１０の固定部材１２Ｂが有する貫通孔１２ＢＨ及び筐体１Ｃの本体部１ＣＢの底部ＢＰが有する貫通孔ＢＰＨを貫通している。このような構造により、第２ローター２０の回転は、第２シャフト２０Ｓから筐体１Ｃの外部に取り出される。
【００４４】
本実施形態において、第１ローター１０及びこれに連結されている第１シャフト１０Ｓ並びに第２ローター２０及びこれに取り付けられている第２シャフト２０Ｓは、いずれも同一の回転軸Ｚｒを中心として回転する。第１シャフト１０Ｓは、フランジ部１ＣＦ側から突出し、第２シャフト２０Ｓは、フランジ部１ＣＦ側と対向する底部ＢＰ側から突出する。このように、第１シャフト１０Ｓと第２シャフト２０Ｓとは、それぞれ反対の方向に筐体１Ｃから突出する。
【００４５】
図５に示すように、ステーター３０は、環状のヨーク３０Ｙと、ヨーク３０Ｙの内周部から径方向内側に向かって突出するティース３０Ｔとを備えている。それぞれのティース３０Ｔには、巻線３０Ｃが設けられている。複数のティース３０Ｔ及び複数の巻線３０Ｃは、回転軸Ｚｒを中心として環状に配置されている。
【００４６】
図５に示すように、第２ローター２０は、円柱形状の本体部２１と、その外周部に設けられた複数の磁石２０Ｍとを有する。このため、複数の磁石２０Ｍは、回転軸Ｚｒを中心として環状に配置される。本体部２１は、例えば、電磁鋼板を積層した構造体である。第１ローター１０は、回転軸Ｚｒを中心として環状に配置された複数の磁石１０Ｍと、これらを保持する非磁性の保持器１１とを有している。このように、第１ローター１０は、第２ローター２０の本体部２１に相当する部分を有していない。このような構造により、第１ローター１０がエアギャップと等価になるので、ステーター３０は、その径方向内側に第１ローター１０が存在しても、第２ローター２０を駆動することができる。第１ローター１０の厚み、すなわち径方向における寸法は小さい方がエアギャップは小さくなる。エアギャップが小さくなると第２ローター２０はトルクを出しやすくなるので、第１ローター１０の厚みは小さい方が好ましい。
【００４７】
図６は、第１ローター１０が有する保持器１１の斜視図である。図７は、保持器１１が磁石１０Ｍを保持した状態を示す図である。保持器１１は、回転軸Ｚｒの周りに設けられる環状の部材である本体部１１Ｃと、本体部１１Ｃの径方向外側に設けられて径方向外側に向かって突出する複数の突起部１１Ｔとを有する。突起部１１Ｔは、回転軸Ｚｒを中心として環状に配置されることになる。
【００４８】
図７に示すように、隣接する突起部１１Ｔの間に、磁石１０Ｍが取り付けられる。このような構造により、保持器１１は、複数の磁石１０Ｍを保持する。回転軸Ｚｒ方向における保持器１１の寸法は、磁石１０Ｍの長さよりも短い。このような構造により、保持器１１に取り付けられた磁石１０Ｍは、両側が保持器１１から突出する。
【００４９】
本実施形態において、複数の突起部１１Ｔは本体部１１Ｃの径方向内側から回転軸Ｚｒに向かって突出していてもよい。このようにすれば、保持器１１が第１ローター１０とともに回転した場合において、遠心力による磁石１０Ｍの第１ローター１０の径方向外側への移動を本体部１１Ｃが抑えることができる。
【００５０】
本実施形態において、保持器１１の材料は非磁性の材料である。保持器１１に非磁性の材料を用いることにより、ステーター３０の巻線３０Ｃからの磁束を第１ローター１０の径方向内側に配置されている第２ローター２０まで確実に到達させることができる。また、保持器１１に非磁性の材料を用いることにより、第２ローター２０からの磁束が保持器１１で短絡することを抑制して、第２ローター２０からの磁束をステーター３０まで到達させることができる。その結果、ステーター３０は、第２ローター２０を確実に回転させることができるとともに、トルクの低下を最小限に抑制できる。
【００５１】
保持器１１は、非磁性の材料であればその種類は限定されるものではない。保持器１１に非磁性の金属材料を用いる場合、抵抗率が高い材料を用いることが好ましい。このようにすると、保持器１１に発生する渦電流による損失を低減できる。渦電流による損失を低減する観点から、保持器１１は、樹脂で製造されることが好ましい。このようにすれば、保持器１１に渦電流はほとんど発生しないので、渦電流による損失を最小限に抑えることができる。
【００５２】
本実施形態において、磁石１０Ｍは、例えば、接着剤によって保持器１１に接着されることにより、保持器１１に固定される。磁石１０Ｍと保持器１１とは、例えば、金型内に磁石を配置して樹脂を射出することにより、モールド成形されてもよい。このようにすれば、磁石１０Ｍと保持器１１とをより強固に結合できる。
【００５３】
図８は、第１ローター１０の固定部材１２Ａ、１２Ｂを示す斜視図である。図９は、第１ローター１０を示す斜視図である。複数の磁石１０Ｍを保持した保持器１１は、一対の固定部材１２Ａ、１２Ｂによって挟持されて保持される。固定部材１２Ａ、１２Ｂは、いずれも直径が異なる２個の円柱を積層した形状である。
【００５４】
固定部材１２Ａは、回転軸Ｚｒと平行な方向に複数の爪１２ＡＴが突出している。固定部材１２Ｂは、回転軸Ｚｒと平行な方向に複数の爪１２ＢＴが突出している。複数の爪１２ＡＴ、１２ＢＴは、回転軸Ｚｒを中心として環状に配置されている。図９に示すように、固定部材１２Ａは、隣接する爪１２ＡＴ、１２ＡＴの間に、保持器１１から突出した磁石１０Ｍを保持する。固定部材１２Ｂは、隣接する爪１２ＢＴ、１２ＢＴの間に、保持器１１から突出した磁石１０Ｍを保持する。
【００５５】
一対の固定部材１２Ａ、１２Ｂは、複数の磁石１０Ｍ及びこれらを保持した保持器１１を、回転軸Ｚｒ方向における両側から保持する。一対の固定部材１２Ａ、１２Ｂと、複数の磁石１０Ｍと、保持器１１とは、例えば、接着剤によって固定される。
【００５６】
一対の固定部材１２Ａ、１２Ｂの材料は特に限定されないが、非磁性の材料であることが好ましく、樹脂を用いることがより好ましい。回転軸Ｚｒ方向にも磁束の漏れは存在するため、一対の固定部材１２Ａ、１２Ｂを非磁性の材料とすることにより、渦電流による損失を低減できる。この効果は、金属材料と比較して抵抗率が高い樹脂において特に大きい。
【００５７】
本実施形態において、熱源となる巻線３０Ｃを備えたステーター３０は、第１ローター１０と第２ローター２０との間には配置されず、筐体１Ｃに取り付けられる。このため、電動機１は、ステーター３０のヨーク３０Ｙから筐体１Ｃへ熱を移動させ、筐体１Ｃの表面から放熱させやすくなる。このように、電動機１は、放熱性能の低下が抑制される。
【００５８】
電動機１は、ステーター３０の径方向内側に第１ローター１０及び第２ローター２０が配置される。このため、電動機１は、ステーターが筐体に取り付けられる通常の電動機と同様に、ステーター３０を筐体１Ｃに容易に取り付けることができる。また、電動機１は、ステーター３０が第１ローター１０及び第２ローター２０の径方向外側に配置される。このため、電動機１は、ステーターが筐体に取り付けられる通常の電動機と同様に、給電ケーブルと巻線３０Ｃとを接続することができる。このように、電動機１は、ステーター３０が備える巻線３０Ｃに対して、容易に給電することができる。
【００５９】
電動機１は、第２ローター２０よりも直径が大きい第１ローター１０がステーター３０の径方向内側に配置される。このため、ステーター３０の外側に第１ローター１０が配置されるものと比較して、第１ローター１０のイナーシャを小さくすることができる。第２ローター２０は、電磁鋼板又は鉄等の本体部２１を備えるため、第１ローター１０よりも質量は大きいが、第１ローター１０の径方向内側に配置されるため、イナーシャは比較的低い。このため、電動機１は、加速性能、過渡特性及び応答性に優れるという利点がある。次に、電動機１の性能を評価した結果を説明する。
【００６０】
＜評価＞
図１に示す電動機１において、第１ローター１０の極数を３０、第２ローター２０の極数を１２、ステーター３０のスロット数を１８とした。第１ローター１０を６相の電動機として回転させ、第２ローター２０を３相の電動機として回転させた。第１ローター１０の磁石１０Ｍ及び第２ローター２０の磁石２０Ｍは、いずれもラジアル配向とし、残留磁束密度Ｂｒは１．２５Ｔ（テスラ）とした。ステーター３０の１スロットあたりにおける巻線３０Ｃのターン数は２４で、すべて並列とした。巻線３０Ｃの抵抗は、０．００７５Ωとした。
【００６１】
評価においては、２次元有限要素法に基づき前述した仕様の電動機１の解析モデルを作成し、コンピュータを用いた静トルク解析により電動機１の性能を評価した。電動機１の各相には、第１ローター１０及び第２ローター２０の回転角度に最大振幅が１００Ａの電流を励磁した。電動機１の評価には、第１ローター１０及び第２ローター２０の少なくとも一方を機械角で３６０度回転させたときの平均トルクＴａｖｇと、式（２１）で表されるトルクリップルＦとを用いた。Ｓは、電動機１のトルク変動であり、最大トルクと最小トルクとの差である。
Ｆ＝Ｓ／Ｔａｖｇ×１００・・（２１）
【００６２】
図１０から図１４は、評価結果を示す図である。いずれの図も、縦軸が電動機１のトルクＴ、横軸が第１ローター１０及び第２ローター２０の回転角度θである。回転角度θは機械角である。Ｔｍは、第１ローター１０のトルクであり、Ｔｉは第２ローター２０のトルクである。
【００６３】
図１０は、第２ローター２０のみを回転させたときの評価結果である。図１０に示す結果において、第２ローター２０の平均トルクＴａｖｇは１４．２Ｎ・ｍ、第２ローター２０のトルクリップルＦは２．３％であった。図１１は、第１ローター１０の磁石１０Ｍを取り外し、第２ローター２０のみを回転させたときの評価結果である。図１１に示す結果において、第２ローター２０の平均トルクＴａｖｇは１４．０Ｎ・ｍ、第２ローター２０のトルクリップルＦは１．２％であった。これらの結果から、第１ローター１０の磁石１０Ｍは、第２ローター２０のトルクＴ及びトルクリップルＦにほとんど影響を与えないことがわかった。
【００６４】
図１２は、第１ローター１０のみを回転させたときの評価結果である。図１２に示す結果において、第１ローター１０の平均トルクＴａｖｇは１９．８Ｎ・ｍ、第１ローター１０のトルクリップルＦは５．３％であった。図１３は、第２ローター２０の磁石２０Ｍを取り外し、第１ローター１０のみを回転させたときの評価結果である。図１３に示す結果において、第１ローター１０の平均トルクＴａｖｇは１９．８Ｎ・ｍ、第１ローター１０のトルクリップルＦは５．０％であった。これらの結果から、第２ローター２０の磁石２０Ｍも、第１ローター１０のトルクＴ及びトルクリップルＦに与える影響は小さいことがわかった。
【００６５】
図１４は、電動機１に重畳電流を与えて、第１ローター１０及び第２ローター２０の両方を同時に回転させたときの評価結果である。図１４に示す結果において、第１ローター１０の平均トルクＴａｖｇは１９．６Ｎ・ｍ、第１ローター１０のトルクリップルＦは９．７％であった。第２ローター２０の平均トルクＴａｖｇは１４．１Ｎ・ｍ、第２ローター２０のトルクリップルＦは３．０％であった。これらの結果から、電動機１は、第１ローター１０と第２ローター２０とを同時に回転させた場合と、これらを単独で回転させた場合とで、トルクＴ及びトルクリップルＦには大きな差がないことが分かった。このように、電動機１は、重畳電流によって第１ローター１０と第２ローター２０とをそれぞれ独立して制御できることがわかった。
【００６６】
以上、本実施形態について説明したが、前述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、前述した実施形態の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００６７】
１  電動機
１Ｃ  筐体
１ＣＩ  内周
３  制御装置
５  インバーター
１０  第１ローター
１０Ｍ  磁石
１０Ｓ  第１シャフト
１１  保持器
１２Ａ、１２Ｂ  固定部材
２０  第２ローター
２０Ｍ  磁石
２０Ｓ  第２シャフト
２２Ａ、２２Ｂ  軸受
３０  ステーター
３０Ｃ  巻線
３０Ｓ  スロット
Ｅｃ  重畳指令電圧
Ｚｒ  回転軸
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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