(57)【要約】  本発明のダブルステータ型回転機は、環状のロータ（２）と、前記ロータの外側に配置されるアウタステータ（３）と、ロータ（２）の内側に配置されるインナステータ（３）とを備え、ロータ（２）は、インナステータ（３）側に設けられる永久磁石（２ｄ）を備える。
2016060232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のロータと、前記ロータの外側に配置されるアウタステータと、前記ロータの内側に配置されるインナステータとを備えるダブルステータ型回転機であって、
前記ロータは、前記インナステータ側に設けられる永久磁石を備えるダブルステータ型回転機。
【請求項２】
前記ロータは、
前記インナステータを向く磁極が交互に反転されて前記ロータの周方向に配列される複数の前記永久磁石と、
前記ロータの周方向にて隣り合う前記永久磁石同士の中央に配置されると共に、前記アウタステータに向けて突出する複数の外側突極と
を備える請求項１記載のダブルステータ型回転機。
【請求項３】
前記ロータは、
前記インナステータに向けて突出する複数の内側突極を備え、
前記永久磁石が前記内側突極同士の隙間に嵌合されている請求項１または２記載のダブルステータ型回転機。
【請求項４】
前記ロータの内周面がロータ軸に沿った方向から見て円形とされ、前記内周面上に前記永久磁石が設けられている請求項１または２記載のダブルステータ型回転機。
【請求項５】
前記ロータの周方向に複数の前記永久磁石が空間を空けて配列されている請求項４記載のダブルステータ型回転機。
【請求項６】
前記ロータは、
円環状のヨーク部と、
前記ヨーク部から前記アウタステータに向けて突出する外側突極と、
前記ヨーク部から前記インナステータに向けて突出する内側突極と、
を備えている請求項１記載のダブルステータ型回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ダブルステータ型回転機に関するものである。本願は、２０１４年１０月１７日に日本に出願された特願２０１４−２１２４３７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロータに永久磁石が設けられたＰＭ（Permanent Magnet）モータや、ロータに永久磁石が設けられずに突極が設けられるＳＲ（Switched Reluctance）モータが、用いられている。また、近年、低コストで信頼性に優れた回転機としてスイッチトリラクタンス回転機の研究開発が進められている。このようなスイッチトリラクタンス回転機は、原理的に振動、騒音等の課題があるが、例えば特許文献１や特許文献２に示されているように、これらの課題を解決するための工夫が提案されている。また、特許文献３〜６にも、背景技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開平５−３３６７１５号公報
【特許文献２】日本国特開２００１−１８６６９３号公報
【特許文献３】日本国特開２０１４−１３２８１７号公報
【特許文献４】日本国特開２０１１−０５０１８６号公報
【特許文献５】日本国特開２０１３−０７４７４３号公報
【特許文献６】日本国特開２０１０−１５８１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のようなスイッチトリラクタンス回転機の性能向上を図るために、回転機にダブルステータ構造を採用することが提案されている。このようなダブルステータ型回転機は、環状のロータの外側と内側のそれぞれにステータを有する構造となる。【０００５】
しかしながら、このようなスイッチトリラクタンス回転機をモータに適用することを考えると、ロータの外側のステータの周長とロータの内側のステータの周長とが異なり、実質的に大きさの異なる２つのモータを含む構造となる。このため、両方のステータからロータに対してトルクを付与するような高出力時において、ロータの外側のステータからロータへ付与されるトルクと、ロータの内側のステータからロータへ付与されるトルクとの間に大きな差が生じる。この２つのトルクの差は、モータ効率を低下させる。【０００６】
本開示は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ダブルステータ型回転機において、モータ効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本開示のダブルステータ型回転機は、環状のロータと、ロータの外側に配置されるアウタステータと、ロータの内側に配置されるインナステータとを備え、ロータは、インナステータ側に設けられる永久磁石を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、ロータの内側と外側のそれぞれにステータが設けられるダブルステータ型回転機において、ロータの内側部分に永久磁石が設けられている。これによって、ロータの外側をＳＲモータとして動作させ、ロータの内側をＰＭモータとして動作させることができる。ＰＭモータが同一サイズのＳＲモータよりトルクが大きいことは周知である。このことから、本開示によれば、径の小さいロータの内側のステータからロータに付与されるトルクを永久磁石が設けられていない場合よりも増大させることができる。この結果、ロータの外側のステータからロータへ付与されるトルクと、ロータの内側のステータからロータへ付与されるトルクとの差を抑制する。この２つのトルクの差を小さくすることにより、モータ効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一実施形態に係るダブルステータ型モータの断面図である。
【図２】本開示の一実施形態に係るダブルステータ型モータの部分拡大図である。
【図３】本開示の一実施形態に係るダブルステータ型モータの変形例を示す断面図である。
【図４】本開示の一実施形態に係るダブルステータ型モータの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本開示に係るダブルステータ型回転機の一実施形態について説明する。なお、以下の実施形態においては、本開示のダブルステータ型回転機をモータ（ダブルステータ型モータ）に適用した例について説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態のダブルステータ型モータ１の断面図である。この図１に示すように、本実施形態のダブルステータ型モータ１は、ロータ２と、アウタステータ３と、インナステータ４とを備えている。なお、図１には示されていないが、本実施形態のダブルステータ型モータ１は、ケーシング、シャフト、制御回路等の必要な構成要素を備えている。
【００１２】
ロータ２は、ロータ軸Ｌを中心とする環状形状とされており、不図示の軸受等によってロータ軸Ｌを中心として回転可能に支持されている。このロータ２は、円環状のヨーク部２ａと、ヨーク部２ａからロータ２の外側に向けて突出する外側突極２ｂと、ヨーク部２ａからロータ２の内側に向けて突出する内側突極２ｃとを備えている。これらのヨーク部２ａ、外側突極２ｂ、及び内側突極２ｃは、ロータ軸Ｌに沿う方向に積層された複数の電磁鋼板と、それらを締結させるボルト（不図示）とにより形成されている。さらに、ロータ２は、永久磁石２ｄを備えている。
【００１３】
外側突極２ｂは、ヨーク部２ａの外周面からアウタステータ３に向けて突出されており、複数の外側突極２ｂがロータ２の周方向に等間隔で設けられている。なお、本実施形態においては、図１に示すように、４５°間隔にて８つの外側突極２ｂが設けられている。内側突極２ｃは、ヨーク部２ａの内周面からインナステータ４に向けて突出されており、複数の内側突極２ｃがロータ２の周方向に等間隔で設けられている。なお、本実施形態においては、図１に示すように、外側突極２ｂと同位相の４５°間隔にて８つの内側突極２ｃが設けられている。
【００１４】
図２は、ロータ２の部分拡大図である。この図２に示すように、外側突極２ｂは、ロータ２の周方向において、隣り合う永久磁石２ｄ同士の中央に配置されている。後述するように、隣り合う永久磁石２ｄは、インナステータ４を向く磁極が反転するように設けられている。つまり、隣り合う２つの永久磁石２ｄのうち、一方が、インナステータ４にＳ極を向けており、他方は、インナステータ４にＮ極を向けている。このため、隣り合う永久磁石２ｄ同士の中間位置には、永久磁石２ｄが発生させる磁束の方向（ｄ軸）に直交するｑ軸がロータ２の径方向に沿って設けられる。上述のように、外側突極２ｂを隣り合う永久磁石２ｄ同士の中央に配置することによって、外側突極２ｂの中心軸Ｌａがｑ軸と重なるように配置される。
【００１５】
複数の永久磁石２ｄは、ロータ２の周方向に配列されており、各々の永久磁石２ｄが隣り合う内側突極２ｃ同士の隙間に嵌合されることでロータ２のインナステータ４側に設けられている。この複数の永久磁石２ｄは、インナステータ４を向く磁極が交互に反転するように設けられている。なお、図１及び図２においては、インナステータ４を向く磁極を「Ｓ」と「Ｎ」として示している。また、ロータ２の径方向における永久磁石２ｄの厚みは、内側突極２ｃと同一に設定されている。これにより、ロータ２の内周面が、凹凸の少ない略円形とされている。
【００１６】
アウタステータ３は、ロータ２の外側に配置されており、ロータ２を径方向外側から囲うようにロータ軸Ｌを中心とする環状形状とされている。このようなアウタステータ３は、円環状のヨーク部３ａと、ヨーク部３ａからロータ２の内側に向けて突出する突極３ｂとを備えている。これらのヨーク部３ａ及び突極３ｂは、磁性体によって一体的に形成されている。さらに、アウタステータ３は、突極３ｂに巻回されるコイル３ｃを備えている。
【００１７】
突極３ｂは、ヨーク部３ａの内周面からロータ２に向けて突出されており、複数の突極３ｂが、アウタステータ３の周方向に等間隔で設けられている。なお、本実施形態においては、図１に示すように、３０°間隔にて１２個の突極３ｂが設けられている。コイル３ｃは、周方向に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に配列されている。
【００１８】
インナステータ４は、ロータ２に径方向外側から囲われるようにロータ２の内側に配置されており、ロータ軸Ｌを中心とする環状形状とされている。このようなインナステータ４は、円環状のヨーク部４ａと、ヨーク部４ａからこのヨーク部４ａの外側に向けて突出する突極４ｂとを備えている。これらのヨーク部４ａ及び突極４ｂは、磁性体によって一体的に形成されている。さらに、インナステータ４は、突極４ｂに巻回されるコイル４ｃを備えている。
【００１９】
突極４ｂは、ヨーク部４ａの外周面からロータ２に向けて突出されており、複数の突極４ｂが、インナステータ４の周方向に等間隔で設けられている。なお、本実施形態においては、図１に示すように、３０°間隔にて１２個の突極４ｂが設けられている。コイル４ｃは、周方向に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に配列されている。
【００２０】
このような本実施形態のダブルステータ型モータ１においては、アウタステータ３のコイル３ｃに給電されると、コイル３ｃによって磁界が形成される。この磁界が外側突極２ｂに作用することにより、ロータ２にトルクが付与される。また、インナステータ４のコイル３ｃに給電されると、コイル４ｃによって磁界がされる。この磁界が内側突極２ｃ及び永久磁石２ｄに作用することにより、ロータ２にトルクが付与される。
【００２１】
ここで、本実施形態のダブルステータ型モータ１においては、ロータ２のインナステータ４側に永久磁石２ｄが設けられている。これによって、ロータ２の外側をＳＲモータとして動作させ、ロータ２の内側をＰＭモータとして動作させることができる。ＰＭモータは同一サイズのＳＲモータよりトルクが大きい。このため、本実施形態のダブルステータ型モータ１においては、径の小さいインナステータ４からロータ２に付与されるトルクを永久磁石２ｄが設けられていない場合よりも増大させることができる。この結果、大きな径のアウタステータ３からロータ２へ付与されるトルクに対して、小さな径のインナステータ４からロータ２へ付与されるトルクが近づき、アウタステータ３からロータ２へ付与されるトルクとインナステータ４からロータ２へ付与されるトルクとの差を抑制する。この２つのトルクの差を小さくすることにより、モータ効率を向上させることが可能となる。
【００２２】
また、本実施形態のダブルステータ型モータ１においては、ロータ２の周方向にて隣り合う永久磁石２ｄ同士の中央にロータ２の外側突極２ｂが配置されている。これにより、図２に示すように、ｑ軸と外側突極２ｂの中心軸Ｌａとが重ねられている。図２に示すように、ＳＲモータとして機能する外側突極２ｂにおいては、ある外側突極２ｂを通過する磁束φが隣り合う外側突極２ｂに向けて湾曲するように弧を描いてロータ２の内部を通過する。一方で、ＰＭモータとして機能する内側突極２ｃにおいては、図２に示すように、隣り合う永久磁石２ｄ同士の間に磁束密度が高い領域Ｂが形成される。ここで、上述のようにｑ軸と外側突極２ｂの中心軸Ｌａとが重ねられていると、図２に示すように、磁束φの通過領域と、磁束密度が高い領域Ｂとが互いに重なることを防止できるため、磁束φと領域Ｂとが干渉し合うことを抑止することができる。したがって、本実施形態のダブルステータ型モータ１によれば、磁束φがロータ２を通り抜けやすく、ＳＲモータとしての性能を十分に発揮することが可能となる。
【００２３】
なお、上述のように磁束φのロータ２の通り抜けやすさを考慮すると、磁束φと領域Ｂとの干渉をできる限り避けられるように、ロータ２の径方向の厚みは、重量の増加や大型化が許される範囲において、できる限り厚いことが望ましい。
【００２４】
また、本実施形態のダブルステータ型モータ１においては、永久磁石２ｄが隣り合う内側突極２ｃ同士の隙間に嵌合されている。このため、永久磁石２ｄがヨーク部２ａに強固に固定される。このため、ダブルステータ型モータ１を長時間使用した場合であっても、永久磁石２ｄがヨーク部２ａから離間して振動や騒音の原因となることを防止することができる。
【００２５】
なお、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態においては、永久磁石２ｄがロータ２の隣り合う内側突極２ｃ同士の隙間に嵌合されていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、図３に示すように、ロータ２の内周面をロータ軸Ｌに沿った方向から見て円形とし、内周面上に永久磁石２ｄを設けることも可能である。このような構成を採用することにより、内側突極２ｃの形状やレイアウトに依存することなく、永久磁石２ｄを設置することが可能となる。例えば、永久磁石２ｄの厚みを変更することが容易となる。さらに、図３に示すように、隣り合う永久磁石２ｄ同士を当接させることによって、周方向における永久磁石２ｄの大きさを最大化することも可能である。これにより、より強力なトルクを発生させることが可能となる。
【００２６】
（２）上記変形例をさらに変形し、図４に示すように、永久磁石２ｄが空間を空けて配列されていても良い。これにより、組立て時に全ての永久磁石２ｄ同士を当接させる必要がなくなる。これにより、永久磁石２ｄの取付を容易に行うことが可能となる。
【００２７】
（３）上記実施形態においては、ダブルステータ型モータ１に対し、永久磁石２ｄがロータ２の表面に露出しているＳＰＭ型を採用したが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、永久磁石２ｄがロータ２の内部に埋設されているＩＰＭ型を採用することも可能である。
【００２８】
（４）上記実施形態においては、ダブルステータ型モータ１が、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相モータであり、アウタステータ３及びインナステータ４の極数が１２個であり、ロータ２の極数が８個である構造を採用したが、本開示はこれに限定されない。例えば、アウタステータ３、インナステータ４、及びロータ２のそれぞれの極数を変更することも可能である。
【００２９】
（５）上記実施形態においては、本開示をダブルステータ型モータ１に適用した例について説明したが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、本開示を、発電機等の他の回転機に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本開示のダブルステータ型回転機によれば、モータ効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１…ダブルステータ型モータ（ダブルステータ型回転機）
２…ロータ
２ａ…ヨーク部
２ｂ…外側突極
２ｃ…内側突極
２ｄ…永久磁石
３…アウタステータ
３ａ…ヨーク部
３ｂ…突極
３ｃ…コイル
４…インナステータ
４ａ…ヨーク部
４ｂ…突極
４ｃ…コイル
Ｂ…領域
Ｌ…ロータ軸
Ｌａ…中心軸
φ…磁束
【図１】
2016060232.tif 000003
【図２】
2016060232.tif 000004
【図３】
2016060232.tif 000005
【図４】
2016060232.tif 000006
【国際調査報告】
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2016060232.tif 000008
2016060232.tif 000009
2016060232.tif 000010