(57)【要約】【課題】コギングトルク周波数を任意の値に設定できる電動機を提供する。【解決手段】ケースＣ内に、第１モータ部１１と、第１モータ部の回転軸Ｌと同じ軸上に出力回転軸１７を有する第２モータ部１２と、を備える電動機において、前記第１モータ部は、前記ケース内側に固定された第１固定子１１Ｓと、前記ケースに対して回転可能に設けられ、前記第１固定子と対をなす第１回転子１１Ｒと、を有し、前記第２モータ部は、前記第１回転子の内側に固定された第２固定子１２Ｓと、前記ケースに対して回転可能に設けられ、前記第２固定子と対をなす第２回転子１２Ｒと、を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に、第１モータ部と、前記第１モータ部の回転軸と同じ軸上に出力回転軸を有する第２モータ部と、を備える電動機において、
前記第１モータ部は、
前記ケース内側に固定された第１固定子と、
前記ケースに対して回転可能に設けられ、前記第１固定子と対をなす第１回転子と、を有し、
前記第２モータ部は、
前記第１回転子の内側に固定された第２固定子と、
前記ケースに対して回転可能に設けられ、前記第２固定子と対をなす第２回転子と、を有する電動機。
【請求項２】
前記第１モータ部と前記第２モータ部とを制御する制御手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記第１回転子の第１回転速度と、前記第２固定子に対する前記第２回転子の第２回転速度とを逆の回転方向に設定し、前記第１回転速度と前記第２回転速度に基づいて前記出力回転軸の回転速度を決定する請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１モータ部のコギングトルク周波数と前記第２モータ部のコギングトルク周波数が所定の共振周波数と一致しないように、前記第１回転速度と前記第２回転速度を制御する請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
ケース内に、第１モータ部と、前記第１モータ部の回転軸と同じ軸上に出力回転軸を有する第２モータ部と、を備える電動機の制御方法であって、
前記第１モータ部は、
前記ケース内側に固定された第１固定子と、
前記ケースに対して回転可能に設けられ、前記第１固定子と対をなす第１回転子と、を有し、
前記第２モータ部は、
前記第１回転子の内側に固定された第２固定子と、
前記ケースに対して回転可能に設けられ、前記第２固定子と対をなす第２回転子と、を有する電動機の制御方法において、
前記第１回転子の第１回転速度と、前記第２固定子に対する前記第２回転子の第２回転速度とを逆の回転方向に設定するステップと、
前記第１回転速度と前記第２回転速度に基づいて前記出力回転軸の回転速度を決定するステップと、
前記第１モータ部のコギングトルク周波数と前記第２モータ部のコギングトルク周波数が所定の共振周波数と一致しないように、前記第１回転速度と前記第２回転速度を制御するステップと、を備える電動機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コギングトルク周波数を任意に設定できる電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁極数及びスロット数が等しく且つ特性がほぼ等しい２つの電動機のロータを、これら２つの電動機のコギングトルクが互いに相殺するように直列に結合した電動機が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２５５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の電動機は、コギングトルクの振幅を小さくできるものの、コギングトルク周波数を任意の値に設定できないという問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、コギングトルク周波数を任意の値に設定できる電動機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第１モータ部の回転子の内側にこれと同軸上に出力回転軸を有する第２モータの固定子を設け、第１モータ部と第２モータ部を逆方向に回転させることによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電動機の出力軸となる出力回転軸の回転速度は、互いに逆方向に回転する第１モータ部の回転速度と第２モータ部の回転速度の差になり、電動機の出力軸の回転速度を所望の値に設定するための第１モータ部の回転速度と第２モータ部の回転速度との組み合わせは無限に存在する。一方、コギングトルクは、電動機の電機子と回転子との磁気的吸引力が回転角度に依存して細かく脈動する現象であることから、第１モータ部のコギングトルク周波数は第１モータ部の回転速度に依存し、第２モータ部のコギングトルク周波数は第２モータ部の回転速度に依存する。したがって、本発明の電動機によれば、コギングトルク周波数を任意の値に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電動機を適用した電動機システムを示すブロック図である。
【図２】図１の電動機システムにおいて、電動機の出力軸の回転速度、第１モータ部の回転速度及び第２モータ部の回転速度の制御例を示すタイムチャートである。
【図３】図２の制御を実行したときの第１モータ部のコギングトルクと第２モータ部のコギングトルクを示すタイムチャートである。
【図４】本発明の比較例に係る電動機システムにおいて、電動機の出力軸の回転速度、第１モータ部の回転速度及び第２モータ部の回転速度の制御例を示すタイムチャートである。
【図５】図４の比較例の制御を実行したときの第１モータ部のコギングトルクと第２モータ部のコギングトルクを示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は本発明の一実施の形態に係る電動機１を適用した電動機システムを示すブロック図であり、バッテリ２からの直流電力をインバータ３によって交流電力に変換し、この交流電力を電動機１に供給し、これにより電動機１を駆動するシステムである。電動機制御装置４は、たとえば車両制御装置などの外部からの指令信号にしたがってインバータ３を制御することにより電動機１の駆動を制御する。
【００１０】
本例の電動機１は、ケースＣを備え、当該ケースＣ内に、第１モータ部１１と、この第１モータ部１１の回転軸Ｌと同じ軸上に出力回転軸１７を有する第２モータ部１２とを備える。第２モータ部１２の出力回転軸１７が電動機１の出力軸となる。
【００１１】
第１モータ部１１は、ケースＣの内側に固定された第１固定子１１Ｓと、ケースＣに対して軸受１３により回転可能に設けられ、第１固定子１１Ｓと対をなす第１回転子１１Ｒとを有する。本例の第１回転子１１Ｒは、軸受１３によりケースＣに対して回転可能に設けられたブラケット板１４に固定されている。
【００１２】
第１固定子１１Ｓは、回転方向に沿って所定ピッチで形成されたティースにコイルが巻回された電機子からなり、コイルに流れる電流は電動機制御装置４からの指令信号により制御される。一方、第１回転子１１Ｒは、回転方向に沿って環状に所定ピッチで設けられた永久磁石からなり、これら永久磁石の配列は第１固定子１１Ｓのティースの配列に対応する。
【００１３】
第２モータ部１２は、環状の第１回転子１１Ｒの内側に固定された第２固定子１２Ｓと、ケースＣに対して軸受１６により回転可能に設けられ、第２固定子１２Ｓと対をなす第２回転子１２Ｒとを有する。第２固定子１２Ｓは、回転方向に沿って所定ピッチで形成されたティースにコイルが巻回された電機子からなり、コイルに流れる電流はスリップリング１５を介して供給され、電動機制御装置４からの指令信号により制御される。一方、第２回転子１２Ｒは、回転方向に沿って環状に所定ピッチで設けられた永久磁石からなり、これら永久磁石の配列は第２固定子１２Ｓのティースの配列に対応する。なお、第２固定子１２Ｓへの電力供給は、スリップリング１５のほか電磁誘導によることもできる。
【００１４】
本例の電動機１において、第１モータ部１１の第１固定子１１Ｓのコイルに駆動電流を流すと第１回転子１１Ｒが回転するが、第１回転子１１Ｒと第２モータ部１２の第２固定子１２Ｓは固定されているので、第２固定子１２Ｓも同じ回転速度で回転する。そして、第２モータ部１２の第２回転子１２Ｒは、第２固定子１２Ｓに対して相対的な回転速度で回転するので、電動機１の出力軸となる出力回転軸１７の回転速度Ｖは、第１モータ部１１の第１回転子１１Ｒの回転速度Ｖ１と、第２モータ部１２の第２回転子１２Ｒの回転速度Ｖ２とのベクトル和、すなわちＶ＝Ｖ１＋Ｖ２になる。
【００１５】
本例の電動機制御装置４は、インバータ３を制御することで第１モータ部１１の第１固定子１１Ｓと、第２モータ部１２の第２固定子１２Ｓの各コイルに流れる電流を制御する。本例では、第１モータ部１１の第１回転子１１Ｒの第１回転速度Ｖ１と、第２モータ部１２の第２固定子１２Ｓに対する第２回転子１２Ｒの第２回転速度Ｖ２とを逆の回転方向に設定する。これにより、電動機１の出力回転軸１７の回転速度Ｖは、第１モータ部１１の第１回転速度Ｖ１と第２モータ部１２の第２回転速度Ｖ２の和になるが、回転速度Ｖ，Ｖ１，Ｖ２をスカラーのみで考えれば、Ｖ＝Ｖ１−Ｖ２（第１モータ部１１の回転方向を正転）となる。
【００１６】
ところで、上述した従来の電動機においては、２つのモータを直列に結合しているので、図４に示すように電動機の出力軸の回転速度は１つのモータの回転速度となり、原点を通る直線となる。コギングトルク周波数は回転速度に依存するので、図５に示すように電動機の回転速度がゼロの場合はコギングトルク周波数もゼロであるが、電動機の回転速度を上げていくとコギングトルク周波数も相関して高くなり、ケースＣや周辺機器の固有共振周波数と一致して音振問題が生じることになる。
【００１７】
これに対し本例の電動機１では、電動機１の出力回転軸１７の回転速度ＶはＶ＝Ｖ１＋Ｖ２であるから、たとえば図２に示すように時間ｔ＝０の電動機１の出力回転軸１７の回転速度がゼロの場合には、第１モータ部１１の回転速度Ｖ１と第２モータ部１２の回転速度Ｖ２をスカラー量が等しく回転方向が逆に設定する。この場合の回転速度Ｖ１，Ｖ２については、図３に示すように、第１モータ部１１のコギングトルク周波数及び第２モータ部１２のコギングトルク周波数のいずれもがケースＣや周辺機器の固有共振周波数と一致しない値になるように、第１モータ部１１の回転速度Ｖ１と第２モータ部１２の回転速度Ｖ２との組み合わせを選択すればよく、このような組み合わせは無限に存在する。これにより、ケースＣや周辺機器と共振を起こすといった音振問題を抑制することができる。
【００１８】
そして、電動機１の出力回転軸１７の回転速度Ｖを任意の値に設定するには、たとえば図２に示すように第２モータ部１２の回転速度Ｖ２を逆転方向に一定値とし、第１モータ部１１の回転速度Ｖ１を上げていく。これにより、同図に示すように第１モータ部１１の回転速度の上昇にしたがって電動機１の出力回転軸１７の回転速度も上昇する。
【００１９】
なお、図３の例では第１モータ部１１のコギングトルク周波数及び第２モータ部１２のコギングトルク周波数のいずれもについて、ケースＣや周辺機器の固有共振周波数より高い値に設定したが、こうすることで電動機１の全ての回転速度について第１モータ部１１及び第２モータ部１２の回転速度にて制約なく対応することができる。ただし、電動機１の回転速度の上限が定められている場合には、第１モータ部１１のコギングトルク周波数及び第２モータ部１２のコギングトルク周波数のいずれもについて、ケースＣや周辺機器の固有共振周波数より低い値に設定することもできる。
【００２０】
上記電動機制御装置４は本発明に係る制御手段に相当する。
【符号の説明】
【００２１】
１…電動機
１１…第１モータ部
１１Ｓ…第１固定子
１１Ｒ…第１回転子
１２…第２モータ部
１２Ｓ…第２固定子
１２Ｒ…第２回転子
１３，１６…軸受
１４…ブラケット
１５…スリップリング
１７…出力回転軸
Ｃ…ケース
２…バッテリ
３…インバータ
４…電動機制御装置
Ｌ…回転軸
【図１】
2013013172.tif 000003
【図２】
2013013172.tif 000004
【図３】
2013013172.tif 000005
【図４】
2013013172.tif 000006
【図５】
2013013172.tif 000007