(57)【要約】【課題】回転電機システムにおいて、回転電機の構造設計上の制約を少なくして軸受電食を抑制することである。【解決手段】回転電機システム５０は、回転電機５１と第１電源８０ａとを含む。回転電機は、回転電機ケース１６に対し軸受３０，３１によって回転可能に支持されたロータ軸２０と、ロータ軸の軸方向に分かれて配置された複数のステータロータ対５２，６２とを含む。各ステータロータ対５２，６２は、ロータ軸に固定されたロータと、ロータの外周側に配置されたステータとを有する。複数のステータロータ対５２，６２は、少なくとも１つの第１ステータロータ対５２と、第１ステータロータ対５２に対して、ステータ及びロータの間での相対的な位置関係が電気的位相について１８０度異なる少なくとも１つの第２ステータロータ対６２とに分けられる。【選択図】図３
2017063530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機と、前記回転電機に接続された第１電源とを備え、
前記回転電機は、
回転電機ケースに対し軸受によって回転可能に支持されたロータ軸と、
前記ロータ軸の軸方向に分かれて配置された複数のステータロータ対とを含み、
前記複数のステータロータ対のそれぞれは、前記ロータ軸に固定されたロータと、複数のステータティースに巻回された複数相のステータコイルを有し前記ロータの外周側に配置されたステータとを有し、
前記複数のステータロータ対は、
少なくとも１つの第１ステータロータ対と、前記第１ステータロータ対に対して、前記ステータ及び前記ロータの間での相対的な位置関係が電気的位相について１８０度異なる少なくとも１つの第２ステータロータ対とに分けられており、
前記第１電源は、前記第１ステータロータ対の前記複数相のステータコイルである第１ステータコイルに接続されており、前記第１電源または第２電源が、前記第２ステータロータ対の前記複数相のステータコイルである第２ステータコイルに接続されており、
前記複数相の第１ステータコイルを流れるステータ電流に対して、前記複数相の第２ステータコイルを流れるステータ電流は前記ステータティースの周りで逆方向である、回転電機システム。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機システムにおいて、
前記第１ステータロータ対を構成する前記複数相の第１ステータコイルの中性点側が開放されており、かつ、開放された各相の前記第１ステータコイルの端子が、前記第２ステータロータ対を構成する前記複数相の第２ステータコイルのそれぞれに接続されており、
前記複数相の第２ステータコイルは、前記第１ステータコイルを介して前記第１電源に接続される、回転電機システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の回転電機システムにおいて、
すべての前記第１ステータロータ対を構成するステータコア及びロータコアの直径方向に対向する部分の軸方向厚みの合計長さと、すべての前記第２ステータロータ対を構成するステータコア及びロータコアの直径方向に対向する部分の軸方向厚みの合計長さとが同じである、回転電機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機システムに係り、特に、ロータを支持する軸受に印加される誘導電圧を抑制する回転電機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機において、内部で磁気的なアンバランスが生じると、ロータ軸周りに電気周期に対して奇数次の不平衡磁束が発生する場合がある。この不平衡磁束は、ロータの磁極数とステータのスロット数との特定の組み合わせによって生じる場合がある。この不平衡磁束が発生すると、ロータ軸の両端間に誘導電圧が発生する。そして、その誘導電圧が、回転電機ケースに対しロータ軸を支持する軸受の内輪及び外輪に軸受電圧として印加される。その軸受電圧が高くなって絶縁破壊電圧以上になると、ロータ軸、軸受、回転電機ケース、ロータ軸と誘導電流がループして流れる。これによって軸受に電流集中が生じジュール損失が発生する。また軸受に電食現象が生じて軸受面が損傷するおそれがある。
【０００３】
特許文献１には、ロータ軸の軸方向に形成した中心貫通穴に導体部材を挿入し、その導体部材の両端が回転電機ケースと電気的に接続されることで、軸受に誘導電流を流さない方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０１１８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法では、導体部材をロータ軸に挿入する必要があるため、ロータ軸、回転電機ケース、及びロータ軸の回転出力部等の回転電機の構成要素において構造設計上の制約が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、回転電機の構造設計上の制約を少なくして軸受電食を抑制できる回転電機システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回転電機システムは、回転電機と、前記回転電機に接続された第１電源とを備える。前記回転電機は、回転電機ケースに対し軸受によって回転可能に支持されたロータ軸と、前記ロータ軸の軸方向に分かれて配置された複数のステータロータ対とを含む。前記複数のステータロータ対のそれぞれは、前記ロータ軸に固定されたロータと、複数のステータティースに巻回された複数相のステータコイルを有し前記ロータの外周側に配置されたステータとを有する。前記複数のステータロータ対は、少なくとも１つの第１ステータロータ対と、前記第１ステータロータ対に対して、前記ステータ及び前記ロータの間での相対的な位置関係が電気的位相について１８０度異なる少なくとも１つの第２ステータロータ対とに分けられており、前記第１電源は、前記第１ステータロータ対の前記複数相のステータコイルである第１ステータコイルに接続されており、前記第１電源または第２電源が、前記第２ステータロータ対の前記複数相のステータコイルである第２ステータコイルに接続されており、前記複数相の第１ステータコイルを流れるステータ電流に対して、前記複数相の第２ステータコイルを流れるステータ電流は前記ステータティースの周りで逆方向である。
【０００８】
本発明に係る回転電機システムによれば、ロータ軸の両端間で生じる誘導電圧が解消または緩和されるので、ロータ軸を支持する軸受の軸受電食を抑制できる。また、ロータ軸の内側に導体部材を挿入する必要がないので、回転電機の構造設計上の制約を少なくできる。
【０００９】
本発明に係る回転電機システムにおいて、好ましくは、前記第１ステータロータ対を構成する前記複数相の第１ステータコイルの中性点側が開放されており、かつ、開放された各相の前記第１ステータコイルの端子が、前記第２ステータロータ対を構成する前記複数相の第２ステータコイルのそれぞれに接続されており、前記複数相の第２ステータコイルは、前記第１ステータコイルを介して前記第１電源に接続される。
【００１０】
上記の好ましい構成によれば、単一の電源である第１電源によって、第１ステータロータ対及び第２ステータロータ対を駆動することができるので、回転電機システムのコスト低減及び小型化を図れる。
【００１１】
本発明に係る回転電機システムにおいて、好ましくは、すべての前記第１ステータロータ対を構成するステータコア及びロータコアの直径方向に対向する部分の軸方向厚みの合計長さと、すべての前記第２ステータロータ対を構成するステータコア及びロータコアの直径方向に対向する部分の軸方向厚みの合計長さとが同じである。
【００１２】
上記の好ましい構成によれば、回転電機ケース内での誘導電圧の合計をより小さくできるか、０にできる。これにより、軸受電食の抑制効果をより向上できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る回転電機システムによれば、回転電機の構造設計上の制約を少なくして軸受電食を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】不平衡磁束によって軸受電食が生じることを説明するための図であり、（ａ）は回転電機の全体断面図であり、（ｂ）は軸受部分の拡大図である。
【図２】図１に示す回転電機において、Ｕ相ステータコイルを流れるＵ相電流とロータ軸の両端に生じる電気的３次の誘導電圧との関係を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の回転電機システムを示す図であって、回転電機を断面にして示す図である。
【図４】図３に示す回転電機において、一部を省略して示す斜視図である。
【図５】図３に示す回転電機システムにおいて、第１ステータロータ対の第１駆動回路と、第２ステータロータ対の第２駆動回路とを模式的に示す図である。
【図６】第１ステータロータ対及び第２ステータロータ対の模式図（ａ）と、第１ステータロータ対に発生する電気的３次の誘導電圧の変動状態（ｂ）と、第２ステータロータ対に発生する電気的３次の誘導電圧の変動状態（ｃ）とを示す図である。
【図７】回転電機全体で電気的３次の誘導電圧が解消される状態を示す図である。
【図８】第１ステータロータ対に発生する電気的５次の誘導電圧の変動状態（ａ）と、第２ステータロータ対に発生する電気的５次の誘導電圧の変動状態（ｂ）と、回転電機全体で電気的５次の誘導電圧が解消される状態（ｃ）とを示す図である。
【図９】図３に示す回転電機システムにおいて、第１ステータロータ対及び第２ステータロータ対を共通の電源で駆動する場合における駆動回路を模式的に示す図である。
【図１０】本発明に係る実施形態の回転電機システムの別例において、図３に対応する図である。
【図１１】図１０の構成において、電気的３次の誘導電圧が解消される状態を示す図である。
【図１２】本発明に係る実施形態の回転電機システムの別例を構成する回転電機の断面図である。
【図１３】図１２の構成において、電気的３次の誘導電圧が緩和される状態を示す図である。
【図１４】本発明に係る実施形態の回転電機システムの別例において、各ステータロータ対のＵ相ステータコイルがステータティースに巻回される直前状態を示す斜視図である。
【図１５】図１４の構成を含む回転電機システムにおいて、第１ステータロータ対及び第２ステータロータ対を異なる電源で駆動する場合における２つの駆動回路を模式的に示す図である。
【図１６】図１４の構成を含む回転電機システムにおいて、第１ステータロータ対及び第２ステータロータ対を共通の電源で駆動する場合における駆動回路を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。以下で説明する形状、材料、及び個数は、説明のための例示であって、回転電機システムの仕様に応じて適宜変更することができる。以下において複数の実施形態や、変形例などが含まれる場合、それらを適宜組み合わせて実施することができる。以下ではすべての図面において同等の要素には同一の符号を付して説明する。また、本文中の説明においては、必要に応じてそれ以前に述べた符号を用いるものとする。また、以下では、回転電機が電動機である場合を説明するが、回転電機は、電動機及び発電機の両方の機能を有するモータジェネレータ、または発電機のみの機能を持つ構成としてもよい。また、回転電機は、ハイブリッド車両に搭載される場合を説明するが、回転電機は、車両に搭載されるものに限定せず、車両以外の回転構造を駆動するために用いられてもよい。
【００１６】
最初に、回転電機において軸受電食が生じる現象について、図１を用いて説明する。図１は、一般的な回転電機１０の断面図である。図１（ａ）は回転電機１０の全体断面図であり、（ｂ）は軸受部分の拡大図である。回転電機１０は、例えばハイブリッド車両に搭載されて３相交流電流で駆動される永久磁石型同期電動機である。回転電機１０は、ロータ１２及びステータ１４と、回転電機ケース１６と、ロータ軸２０と、軸受３０，３１とを含む。
【００１７】
ロータ１２は、複数の電磁鋼板を積層して形成される円環状の磁性体であるロータコア１２ａと、ロータコア１２ａの周方向複数位置に挿入配置された永久磁石である磁石（図示せず）とを有する。ロータコア１２ａの中心部には、ロータ軸２０を固定するための中心孔が形成される。ロータコアとして、電磁鋼板の積層体に代えて、樹脂バインダと磁性粉末とを加圧成形して形成される構成が用いられてもよい。ステータ１４に巻回されるステータコイル１４ｂが通電されることでステータ１４に回転磁界が発生する。磁石は、この回転磁界と協働してロータ１２に回転トルクを発生させ、それによってロータ１２を固定したロータ軸２０が回転する。
【００１８】
ステータ１４は、円環状のステータコア１４ａと、ステータコア１４ａに巻回されたステータコイル１４ｂとを含む。ステータコア１４ａは、ロータコア１２ａと同様に、複数の電磁鋼板を積層して形成される円環状の磁性体である。ステータコアとして、電磁鋼板の積層体に代えて、樹脂バインダと磁性粉末とを加圧成形して形成される構成が用いられてもよい。
【００１９】
回転電機ケース１６は、ステータ１４の外周側を固定し、ロータ軸２０の両端寄り部分を２つの軸受３０，３１によって回転可能に支持する。ロータ軸２０の外周側にはロータ１２が固定される。ステータ１４は、ロータ１２の外周側に、ギャップを介して配置される。回転電機ケース１６は、ステータ１４及びロータ１２を収納する。回転電機ケース１６及びロータ軸２０は、鉄等の金属材料によって形成される。
【００２０】
各軸受３０，３１は、回転電機ケース１６の軸方向両端部に形成された軸受孔に配置される。２つの軸受３０，３１の構造は同じであるので、軸受３０で代表して説明する。軸受３０は、ステータ１４に固定される外輪３２と、ロータ軸２０に固定される内輪３４と、複数の玉３６とを含んで構成される玉軸受である。玉３６の転動面と、内輪３４及び外輪３２の軸受面との間には潤滑油が供給され、玉３６の回転によって絶縁膜である油膜３８が形成される。軸受は、複数のころを含むころ軸受としてもよい。
【００２１】
図１（ａ）では、ロータ軸２０の周りに不平衡磁束４０が周方向の一方向に偏って発生する瞬間を示している。不平衡磁束４０は、ロータ軸２０の周りに周方向において偏って発生し、それが周方向の両側に変動する。このような不平衡磁束４０は、回転電機１０の内部で磁気的なアンバランスが生じることにより発生する。回転電機１０では、ロータ１２の磁極数とステータ１４のスロット数とについて様々な組み合わせが考えられるが、磁極数及びスロット数の特定の組み合わせによっては、このような不平衡磁束４０が発生する場合がある。例えば、この特定の組み合わせによって、電気周期に対して奇数次成分でロータ軸２０周りの周方向両側に変動する変動磁束として、不平衡磁束４０が発生する。
【００２２】
図１（ａ）では、回転電機１０の長手方向をＸ方向として示している。Ｘ方向はロータ軸２０の軸方向である。不平衡磁束４０の磁束φはＸ軸周りに円環状に流れる。図１（ａ）では、磁束φが流れる方向をφ方向として示している。図１のように不平衡磁束４０の変動が発生するとき、その変動を打ち消すように誘導電圧Ｖｉが生じる。電流が流れる導体パスがあると誘導電圧Ｖｉの正負の方向に従って誘導電流Ｉｉが流れる。誘導電流Ｉｉが流れる方向は、磁束φの周りに円環状に生じ、不平衡磁束φを打ち消す逆磁束を発生する方向である。図１（ａ）に示すように、誘導電流Ｉｉの流れる方向は、磁束φの中心軸であるロータ軸２０を通る部分で＋Ｘから−Ｘへ向かう方向であり、磁束φの外側である回転電機ケース１６の筒部を通る部分で−Ｘから＋Ｘへ向かう方向である。
【００２３】
誘導電流Ｉｉは、ステータ１４が固定される回転電機ケース１６−軸受３０−ロータ軸２０−軸受３１−回転電機ケース１６の導体パスを順に流れてループする。図１（ｂ）に示すように、軸受３０に数μｍ程度の厚みの油膜３８が存在し、その膜厚が有する数Ｖ程度の絶縁破壊電圧Ｖ0よりも誘導電圧Ｖｉが低い場合には、軸受３０において、外輪３２及び玉３６の間、玉３６及び内輪３４の間がそれぞれ絶縁される。これによって、上記の導体パスに誘導電流Ｉｉは流れず内輪３４と外輪３２との間に誘導電圧Ｖｉが生じる。外輪３２は回転電機ケース１６に電気的に接続され、内輪３４はロータ軸２０に電気的に接続されるので、回転電機ケース１６とロータ軸２０との間に電圧差が生じるときには、軸受３０にも電圧差である軸受電圧が生じる。
【００２４】
また、誘導電圧Ｖｉは、電気周期に対して特定の奇数次成分、例えば３次または５次の成分で大きく変動する。図２は、図１に示す回転電機１０において、Ｕ相ステータコイルを流れるＵ相電流Ｉｕ１とロータ軸２０の両端に生じる電気的３次の誘導電圧との関係を示している。図２では、変動するＵ相電流Ｉｕ１の１周期に対して、誘導電圧Ｖｉが３次で変動している。図２では、図１に示すように、ロータ軸２０周りの周方向一方側の磁束変動が発生し、誘導電流４１が流れる場合の誘導電流４１及び誘導電圧Ｖｉを正の値とする。また、逆方向に磁束変動が発生し、誘導電流が図２とは逆方向に流れる場合の誘導電流及び誘導電圧を負の値とする。
【００２５】
そして、軸受電圧が油膜３８の絶縁破壊電圧Ｖ0以上になるときには、場合によってスパーク等が生じ、外輪３２−玉３６−内輪３４の間が導通し、誘導電流Ｉｉが流れる。この場合には、軸受電圧が絶縁破壊電圧Ｖ0以上となった部分等に電流集中が生じてジュール損失が発生する。また、回転電機１０が高出力で駆動されたり、回転電機１０が高速回転する場合には、外輪３２及び内輪３４に電食現象が生じて軸受面が損傷する可能性がある。
【００２６】
以上が回転電機１０において軸受電食が生じる現象の説明である。軸受電食を抑制するために、特許文献１に記載された構成のように、ロータ軸の内側に軸方向に導体部材を挿入し、導体部材と回転電機ケースとでループ状の導体パスを形成し、そこに誘導電流Ｉｉを流すことも考えられる。しかしながら、この構成では、ロータ軸の内側に軸方向に導体部材を通す中心貫通孔を形成する必要がある。また、中心貫通孔の一端から突出した導体部材を回転電機ケースに接続する関係上、ロータ軸の軸方向一端に直接その中心軸を一致させた状態で大型の回転力出力部を固定することが困難である。これにより、ロータ軸、回転電機ケース、出力軸部等の回転電機の構成要素において、構造設計上の制約が生じる。
【００２７】
実施形態の回転電機システム５０は、このような不都合を解消するために考えたものである。図３は、実施形態の回転電機システム５０を示す図であって、回転電機５１を断面にして示す図である。図４は、回転電機５１において、一部を省略して示す斜視図である。
【００２８】
回転電機システム５０は、回転電機５１と、回転電機５１に接続された第１電源８０ａ及び第２電源８１ａとを備える。回転電機５１は、ロータ軸２０の周りに軸方向に分かれて配置された第１ステータロータ対５２と第２ステータロータ対６２とを含む。そして２つのステータロータ対５２，６２の一方のステータロータ対により他方のステータロータ対で発生する誘導電圧Ｖｉを相殺して解消する。
【００２９】
具体的には、回転電機５１は、回転電機ケース１６及びロータ軸２０と、複数のステータロータ対である第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２とを含んで構成される。図１に示した構成と同様に、ロータ軸２０の両端寄り部分は、回転電機ケース１６に対し２つの軸受３０，３１によって回転可能に支持される。
【００３０】
第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２は、ロータ軸２０の軸方向に分かれて配置される。
【００３１】
第１ステータロータ対５２は、ロータ軸２０の一方側（図３の左側）に固定された第１ロータ５３と、第１ロータ５３の外周側にギャップを介して配置された第１ステータ５６とを含む。第１ステータ５６は、複数相であるＵ，Ｖ，Ｗ相の３相の第１ステータコイル５７を有する。例えば各第１ステータコイル５７は、ステータコア５８の内周面から突出する複数のステータティース５９（図６）のそれぞれに集中巻きで巻回される。
【００３２】
第２ステータロータ対６２は、ロータ軸２０の他方側（図３の右側）に固定された第２ロータ６３と、第２ロータ６３の外周側にギャップを介して配置された第２ステータ６６とを含む。第２ステータ６６は、第１ステータロータ対５２を構成する第１ステータ５６と同様に、複数相である３相の第２ステータコイル６７を有する。第２ステータコイル６７は、ステータコア６８の内周面から突出する複数のステータティース６９（図６）のそれぞれに集中巻きで巻回される。複数の第１ステータコイル５７及び第２ステータコイル６７は、それぞれ複数のステータティース５９，６９に分布巻きで巻回されてもよい。
【００３３】
第１ステータ５６及び第２ステータ６６は、回転電機ケース１６の内側に軸方向に分かれて固定される。
【００３４】
このように、回転電機５１は複数のステータロータ対５２，６２を含み、複数のステータロータ対５２，６２は、第１ステータロータ対５２と第２ステータロータ対６２とに分けられる。
【００３５】
各ステータロータ対５２，６２の基本的な構成は、図１に示した回転電機１０のステータ１４及びロータ１２と同様であり、それぞれの軸方向長さが図１の構成よりも小さくなることで、回転電機ケース１６の内側に軸方向に分かれて配置される。
【００３６】
また、第２ステータロータ対６２の第２ステータ６６及び第２ロータ６３の間での相対的な位置関係は、第１ステータロータ対５２の第１ステータ５６及び第１ロータ５３の間での相対的な位置関係に対して電気的位相について１８０度異なっている。これによって、後述するように、第１ステータロータ対５２においてロータ軸２０の周りで周方向に変動する不平衡磁束７０が発生し、第２ステータロータ対６２においてロータ軸２０の周りで周方向に変動する不平衡磁束７２が発生する。そして、第１ステータロータ対５２の不平衡磁束７０と第２ステータロータ対６２の不平衡磁束７２とが逆位相となる。これにより、回転電機５１全体において誘導電圧Ｖｉが緩和または解消される。
【００３７】
また、図３に示すように第１ステータロータ対５２の基本軸方向厚みＬ１と、第２ステータロータ対６２の基本軸方向厚みＬ２とが同じになっている。ここで、「基本軸方向厚み」とは、各ステータロータ対５２，６２で、ステータコア及びロータコアの直径方向に対向する部分の軸方向厚みである。これにより、後述するように、回転電機５１全体での誘導電圧Ｖｉの合計をより小さくできるか、または０にできる。
【００３８】
図４を用いて、各ステータロータ対５２，６２をより具体的に説明する。第１ステータロータ対５２の第１ステータ５６及び第２ステータロータ対６２の第２ステータ６６は、形状、材料、及び寸法において同一構造を有する。例えば、第１ステータ５６及び第２ステータ６６において、ステータティース５９，６９（図６）の周りにステータコイル５７，６７（図３）は同じ巻き方向に巻回される。また、回転電機ケース１６の内側において、第１ステータ５６及び第２ステータ６６の周方向における機械的な配置位置は同じである。図４では、ステータコイルの図示を省略している。
【００３９】
第１ステータロータ対５２の第１ロータ５３及び第２ステータロータ対６２の第２ロータ６３も、形状、材料、及び寸法において同一構造を有する。一方、第２ロータ６３は、周方向において、第１ロータ５３に対し電気的な位相で１８０度異なる位置でロータ軸２０に固定されている。図４では、各ロータ５３，６３を模式化して、周方向において等間隔で４つの磁石５４，６４が配置された状態を示している。そして、第１ロータ５３のＮ極の磁石５４と第２ロータ６３のＳ極の磁石６４とが周方向において同じ位置に配置される。第１ロータ５３のＳ極の磁石５４と第２ロータ６３のＮ極の磁石６４とが周方向において同じ位置に配置される。
【００４０】
図５は、回転電機システム５０において、第１ステータロータ対５２の第１駆動回路８０と、第２ステータロータ対６２の第２駆動回路８１とを模式的に示している。図５に示すように、３相交流電源である第１電源８０ａは、第１駆動回路８０を構成し、第１ステータロータ対５２のＵ、Ｖ、Ｗ相の第１ステータコイル５７ｕ、５７ｖ、５７ｗの一端の端子Ｔ１ａに接続される。第１電源８０ａは、直流電源であるバッテリと、バッテリに接続されたインバータとから構成してもよい。このとき、インバータは、バッテリの直流電流をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の交流電流に変換して、各相の交流電流を３相の第１ステータコイル５７ｕ、５７ｖ、５７ｗにそれぞれ供給するように構成される。Ｕ、Ｖ、Ｗ相の第１ステータコイル５７ｕ、５７ｖ、５７ｗの他端の端子Ｔ１ｂは接続されて中性点Ｍ１を形成する。
【００４１】
第２電源８１ａは、第２駆動回路８１を構成し、第２ステータロータ対６２のＵ、Ｖ、Ｗ相の第２ステータコイル６７ｕ、６７ｖ、６７ｗの一端の端子Ｔ２ａに接続される。第２電源８１ａは、第１電源８０ａとは異なる３相交流電源である。第２電源８１ａも、第１電源８０ａと同様に、バッテリと、バッテリに接続されたインバータとから構成してもよい。Ｕ、Ｖ、Ｗ相の第２ステータコイル６７ｕ、６７ｖ、６７ｗの他端の端子Ｔ２ｂは接続されて、中性点Ｍ２を形成する。
【００４２】
図５ではＵ相の各ステータコイル５７ｕ、６７ｕの付近に示す「（＋）」「（−）」でステータコイル両端を示している。そして、「（＋）」「（−）」が、「（＋）」→「（−）」の極性で電流を流すことで、ロータ５３（または６３）に対し、ティース５９（または６９）がＮ極として機能することを示している。以下、「（＋）」→「（−）」を電流の正方向として定義する。図５でステータコイル５７ｖ、５７ｗの両端の「（＋）」「（−）」の図示は省略するが、図５の左右方向において、ステータコイル５７ｖ、５７ｗの「（＋）」「（−）」の位置は、ステータコイル５７ｕの「（＋）」「（−）」とそれぞれ同じ側である。同様に、図５の左右方向において、ステータコイル６７ｖ、６７ｗの「（＋）」「（−）」の位置は、ステータコイル６７ｕの「（＋）」「（−）」とそれぞれ同じ側である。
【００４３】
図５の第１駆動回路８０では、Ｕ相電流Ｉｕ１がＵ相のステータコイル５７ｕに流れており、Ｖ相電流Ｉｖ１がＶ相のステータコイル５７ｖに流れる。また、Ｗ相電流Ｉｗ１がＷ相のステータコイル５７ｗに流れる。Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流は、１２０度位相がずれた交流のステータ電流である。図５では各相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１において、矢印の向きによりＩｕ１が最大となるロータ位置にあるときの電流方向を示し、矢印の大きさにより電流の大きさを示している。
【００４４】
図５の第２駆動回路８１でも、第１駆動回路８０と同様に、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２が３相のステータコイル６７ｕ、６７ｖ、６７ｗのそれぞれに流れる。電流を示す矢印の意味は図５の場合と同様である。
【００４５】
３相の第１ステータコイル５７を流れる３相電流に対して、３相の第２ステータコイル６７を流れる３相電流が、ステータティース５９，６９（図６）の周りで逆方向となるように、図示しない制御装置で各電源８０ａ、８１ａの出力が制御される。具体的には、図５に示すように第１ステータロータ対５２のＵ相ステータコイル５７ｕにおいて、Ｉｕ１が最大となるロータ位置にあるときに、「（＋）」→「（−）」に向かってＵ相電流Ｉｕ１が流れる。このときに、第２ステータロータ対６２のＵ相ステータコイル６７ｕでは、「（−）」→「（＋）」に向かってＵ相電流Ｉｕ２を流す。これにより、Ｕ相ステータコイル５７ｕを流れるＵ相電流Ｉｕ１に対して、Ｕ相ステータコイル６７ｕを流れるＵ相電流Ｉｕ２が、ステータティース５９，６９の周りで逆方向となる。同様に、Ｖ相ステータコイル５７ｖを流れるＶ相電流Ｉｖ１に対して、Ｖ相ステータコイル６７ｖを流れるＶ相電流Ｉｖ２が逆方向となる。また、Ｗ相ステータコイル５７ｗを流れるＷ相電流Ｉｗ１に対して、Ｗ相ステータコイル６７ｗを流れるＷ相電流Ｉｗ２が逆方向となる。
【００４６】
これにより、第１ステータロータ対５２と第２ステータロータ対６２とが、同じ方向のトルクを出力するように同時に運転される。このとき、好ましくは、第２ステータロータ対６２のＵ，Ｖ，Ｗ相のステータコイル６７ｕ、６７ｖ、６７ｗには、第１ステータロータ対５２のＵ，Ｖ，Ｗ相のステータコイル５７ｕ、５７ｖ、５７ｗのそれぞれに対して、大きさが同じで逆方向の電流を流す。この構成によれば、回転電機５１に生じる後述する誘導電圧を相殺して解消しやすい。
【００４７】
上記の回転電機システム５０によれば、ロータ軸２０の両端間で生じる誘導電圧が解消または緩和される。これについて、図６から図８を用いて説明する。
【００４８】
図６は、第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２の模式図（ａ）と、第１ステータロータ対５２に発生する電気的３次の誘導電圧の変動状態（ｂ）と、第２ステータロータ対６２に発生する電気的３次の誘導電圧の変動状態（ｃ）とを示している。
【００４９】
図６では、各ステータロータ対５２，６２で、ロータ１２の磁極数が２であり、ステータ１４のスロット数が３である組み合わせの場合を１例として模式化して示している。具体的には、ロータ軸２０において、各ステータロータ対５２，６２のロータ５３，６３が、軸方向に分かれて固定される。各ロータ５３，６３では、直径方向の両側でＮ極及びＳ極の２つの磁極に分かれている。また、第１ステータロータ対５２の第１ロータ５３の周囲には、２つの磁極に対応して、第１ステータ５６の３つのステータティース５９と、隣り合うステータティース５９間の３つのスロット５９ａとが配置される。３つのステータティース５９には、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のステータコイル５７ｕ、５７ｖ、５７ｗのそれぞれが巻回される。図６の各ステータコイル５７ｕ、５７ｖ、５７ｗ、６７ｕ、６７ｖ、６７ｗの付近に示す（＋）（−）の意味は、図５の場合と同様である。
【００５０】
そして、第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２で、周方向において、ロータ５３，６３のＮ極及びＳ極が逆に取り付けられる。これによって、第１ステータロータ対５２のステータ５６及びロータ５３の間での相対的な位置関係と、第２ステータロータ対６２のステータ６６及びロータ６３の間での相対的な位置関係とが電気的位相について１８０度異なっている。ステータ５６，６６の周方向における配置位置は、第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２で同じである。
【００５１】
また、図６（ｂ）（ｃ）で示すように、第１ステータロータ対５２の各相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１，Ｉｗ１（図６（ｂ））と、第２ステータロータ対６２の各相電流Ｉｕ２、Ｉｖ２，Ｉｗ２（図６（ｃ））とは、それぞれ逆位相で逆方向に流れる。
【００５２】
図６に示す構成では、第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２のそれぞれで、図６（ｂ）（ｃ）に太い実線α１、α２で示すように、ロータ軸２０の周りに電気周期に対して３次の誘導電圧の変動が生じる。このような誘導電圧の変動は、ステータロータ対５２，６２のそれぞれでロータ軸２０周りに生じる周方向の磁束変動（不平衡磁束）によって発生する。この磁束変動は、各ロータ５３，６３の回転に伴って、各相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１，Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２，Ｉｗ２で磁化されるステータティース５９，６９と、ロータ５３，６３の磁極との位置関係が変化することによって生じる。
【００５３】
一方、図６（ｂ）（ｃ）で示すように、ロータ軸２０の周りに生じる誘導電圧α１、α２の変動は、第１ステータロータ対５２の場合（図６（ｂ））と、第２ステータロータ対６２の場合（図６（ｃ））とで大きさが同じで逆位相となる。これによって、図７に示すように、回転電機全体で誘導電圧α１、α２が相殺されるので、回転電機に生じる誘導電圧が解消または緩和される。例えば、図７の実線α３で示すように、回転電機全体で誘導電圧の合計が０となる。このとき、図４に示すように、ロータ軸２０において、第１ステータロータ対５２が配置される部分の両端間の電圧をＶ１とし、第２ステータロータ対６２が配置される部分の両端間の電圧をＶ２とする。この場合には、ロータ軸２０の全体で両端間の電圧（軸全体両端電圧）がほぼ０となる。これにより、回転電機の軸受３０，３１に誘導電圧が印加されないので、軸受３０，３１の軸受電食を抑制できる。
【００５４】
上記で説明したように、回転電機では、ロータの磁極対数とステータのスロット数について特定の組み合わせによっては、電気周期に対して奇数次成分の不平衡磁束が発生する。例えば、上記の図６で示したように、磁極数が２でスロット数が３の組み合わせで、３次の磁束変動が生じて３次の誘導電圧α１、α２の変動が生じる場合がある。実施形態によれば、磁極数及びスロット数のあらゆる組み合わせで周方向の不平衡磁束が発生しても、２つのステータロータ対５２，６２の組み合わせでその不平衡磁束を解消または緩和できる。
【００５５】
さらに、上記の特許文献１に記載された構成の場合と異なり、ロータ軸２０の内側に導体部材を挿入する必要がないので、回転電機の回転力出力部等の構成要素において、構造設計上の制約を少なくできる。
【００５６】
また、実施形態では、第１ステータロータ対５２の基本軸方向厚みＬ１と、第２ステータロータ対６２の基本軸方向厚みＬ２とが同じである。この基本軸方向厚みＬ１、Ｌ２は、ステータ及びロータの関係で周方向の磁束変動が実質的に影響する部分である。これにより、第１ステータロータ対５２と第２ステータロータ対６２とで生じる誘導電圧Ｖｉの大きさの比率が１：１となる。図３では、矢印Ｈ１、Ｈ２により、各ステータロータ対５２，６２単独で生じる誘導電流の向きと大きさとを示している。また、破線の丸で破線の波形を囲んだ部分により、各ステータロータ対５２，６２単独で生じる誘導電圧Ｖｉを示している。ここで破線の波形の上下の向きが第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２で逆になることにより、誘導電圧Ｖｉが逆位相になることを示している。したがって、基本軸方向厚みＬ１，Ｌ２が同じになることで、回転電機ケース１６内での誘導電圧Ｖｉの合計をより小さくできるか、０にできる。これにより、軸受電食の抑制効果をより向上できる。
【００５７】
なお、図６、図７では、電気周期に対して３次の誘導電圧の変動を解消または緩和できることを説明したが、実施形態によれば、３次以外の奇数成分の誘導電圧の変動も解消または緩和できる。図８は、第１ステータロータ対５２に発生する電気的５次の誘導電圧の変動状態（ａ）と、第２ステータロータ対６２に発生する電気的５次の誘導電圧の変動状態（ｂ）と、回転電機全体で電気的５次の誘導電圧が解消される状態（ｃ）とを示している。
【００５８】
図８（ａ）（ｂ）に示すように、各ステータロータ対５２，６２では、電気周期に対して５次の誘導電圧β１、β２が発生するが、第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２でその誘導電圧β１、β２は逆位相となる。これにより、誘導電圧β１、β２が相殺される。例えば、図８（ｃ）に示すように、回転電機全体で５次の誘導電圧の合計β３が０となる。
【００５９】
また、図３では、第１電源８０ａ及び第２電源８１ａが異なる電源である場合を説明したが、第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２を共通の電源で駆動してもよい。例えば、第１電源８０ａに第１インバータ及び第２インバータが接続され、第１インバータが第１ステータロータ対５２に接続され、第２インバータが第２ステータロータ対６２に接続されてもよい。このとき、３相の第１ステータコイル５７を流れるステータ電流に対して、３相の第２ステータコイル６７を流れるステータ電流が、ステータティースの周りで逆方向となるように、図示しない制御装置で各インバータを制御する。
【００６０】
図９は、図３に示す回転電機システム５０において、第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２を共通の電源で駆動する場合における駆動回路８２を模式的に示している。この駆動回路８２では、第１ステータロータ対５２を構成するＵ，Ｖ，Ｗ相の第１ステータコイル５７の中性点側である端子Ｔ１ｂ側が開放されている。
【００６１】
そして、開放された各相の第１ステータコイル５７の他端の端子Ｔ１ｂが、第２ステータロータ対６２を構成するＵ，Ｖ，Ｗ相の第２ステータコイル６７の他端の端子Ｔ２ｂにそれぞれに接続される。Ｕ，Ｖ，Ｗ相の第２ステータコイル６７の一端の端子Ｔ２ａは接続されて中性点Ｍ２を形成する。このとき、図５で示した第２ステータロータ対６２の第２ステータコイル６７に対して、中性点側と電源接続側とが逆になる。そして、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の第２ステータコイル６７が、第１ステータコイル５７を介して第１電源８０ａに接続される。
【００６２】
図９の構成によれば、単一の電源である第１電源８０ａによって、第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２を駆動することができるので、回転電機システムのコスト低減及び小型化を図れる。その他の構成及び作用は、図３から図８の構成と同様である。
【００６３】
図１０は、実施形態の回転電機システム５０の別例において、図３に対応する図である。図１１は、図１０の構成において、電気的３次の誘導電圧が解消される状態を示す図である。図１０に示す構成では、図３から図８の構成において、第１ステータロータ対５２が２つに分離されている。具体的には、回転電機５１は、ロータ軸２０の中間部の周囲に配置された第２ステータロータ対６２と、ロータ軸２０の周囲において、第２ステータロータ対６２の軸方向両側に分かれて配置された２つの第１ステータロータ対５２とを含んでいる。
【００６４】
各第１ステータロータ対５２の各相ステータコイル５７は、第１電源８０ａに接続される。第２ステータロータ対６２の各相ステータコイル６７は、第２電源８１ａに接続される。各第１ステータロータ対５２の基本軸方向厚みＬ１ａ、Ｌ１ｂはそれぞれ、第２ステータロータ対６２の基本軸方向厚みＬ２の１／２である。これにより、すべての第１ステータロータ対５２の基本軸方向厚みＬ１ａ、Ｌ１ｂの合計長さ（Ｌ１ａ＋Ｌ１ｂ）と、すべての第２ステータロータ対６２の基本軸方向厚みの合計長さＬ２とが同じになる。ここで、すべての第２ステータロータ対６２の基本軸方向厚みの合計長さＬ２とは、第２ステータロータ対６２自体の基本軸方向厚みＬ２である。
【００６５】
図１０の構成によれば、各第１ステータロータ対５２と、第２ステータロータ対６２とで生じる誘導電圧の大きさの比率は１：２となる。そして、回転電機５１全体での誘導電圧を０か、または少なくできる。
【００６６】
例えば図１１に示すように、各第１ステータロータ対５２では、電気周期に対して３次の誘導電圧α１が発生し、第２ステータロータ対６２では３次の誘導電圧α２が発生する。各第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２で、その誘導電圧α１、α２は逆位相となる。各第１ステータロータ対５２の基本軸方向厚みＬ１ａ、Ｌ１ｂは、第２ステータロータ対６２の基本軸方向厚みＬ２の１／２であるので、誘導電圧α１の変動幅も約１／２となる。これにより、回転電機５１全体で、誘導電圧α１、α２は相殺されて全体で緩和または解消される。例えば、図１１に示すように、回転電機５１全体で３次の誘導電圧の合計α３が０となる。その他の構成及び作用は、図３から図８の構成と同様である。
【００６７】
なお、図１０の構成において、回転電機は、複数の第１ステータロータ対と、複数の第２ステータロータ対とを含む構成としてもよい。このとき、好ましくは、すべての第１ステータロータ対の基本軸方向厚みの合計長さと、すべての第２ステータロータ対の基本軸方向厚みの合計長さとを同じとする。これにより、回転電機全体で誘導電圧を小さくする、または解消することができる。
【００６８】
図１２は、実施形態の回転電機システムの別例を構成する回転電機５１の断面図である。図１３は、図１２の構成において、電気的３次の誘導電圧が緩和される状態を示す図である。図１２に示す構成では、図３から図８の構成において、第１ステータロータ対５２の基本軸方向厚みＬ１が、第２ステータロータ対６２の基本軸方向厚みＬ２より大幅に小さい（Ｌ１＜Ｌ２）。
【００６９】
図１２の構成の場合には、図３から図８の構成の場合と異なり、第１ステータロータ対５２と第２ステータロータ対６２とで生じる誘導電圧の大きさが異なる。これにより、回転電機５１全体での誘導電圧を０にすることはできないが、この構成でも誘導電圧を小さくすることができる。
【００７０】
例えば図１３に示すように、第１ステータロータ対５２では、電気周期に対して３次の誘導電圧α１が発生し、第２ステータロータ対６２では３次の誘導電圧α２が発生する。第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２でその誘導電圧α１、α２は逆位相となる。このとき、第２ステータロータ対６２の誘導電圧α２の大きさは、基本軸方向厚みＬ１，Ｌ２の違いに応じて、第１ステータロータ対５２の誘導電圧α１より大きくなる。このため、回転電機全体で、誘導電圧α１、α２の合計α３は０にはならないが、誘導電圧α２より小さくすることができる。その他の構成及び作用は、図３から図８の構成と同様である。
【００７１】
上記の各例の構成では、第１ステータロータ対５２と第２ステータロータ対６２とで、ロータの機械的な位置関係が電気周期に対して１８０度異なる場合を説明した。一方、本開示はこの様な構成に限定されず、第１ステータロータ対５２と第２ステータロータ対６２とで、ステータ及びロータの間での相対的な位置関係が電気的位相について１８０度異なる構成であればよい。例えば、図示は省略するが、実施形態の別例の構成として、第１ステータロータ対５２と第２ステータロータ対６２とで、ロータの機械的な位置関係を同じとしてもよい。例えばロータに配置される磁石のＮ極及びＳ極のそれぞれを、第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２で周方向位置において同じとしてもよい。そして、このときに、第１ステータロータ対５２と第２ステータロータ対６２とで、ステータの機械的な位置関係を電気周期に対して１８０度異ならせる。
【００７２】
また、第１ステータロータ対５２のステータに対して第２ステータロータ対６２のステータは、機械的な位置関係で電気周期に対してθ度異なる位置に配置してもよい。このとき、第１ステータロータ対５２のロータに対して第２ステータロータ対６２のロータは、機械的な位置関係で電気周期に対してθ±１８０度異なる位置に配置する。
【００７３】
図１４は、実施形態の回転電機システムの別例において、各ステータロータ対５２、６２のＵ相ステータコイル５７ｕ、６７ｕがステータティース５９、６９に巻回される直前状態を示す斜視図である。図１４では、ステータティース５９，６９の周方向一部を示している。図１５は、図１４の構成を含む回転電機システムにおいて、第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２を異なる電源で駆動する場合における２つの駆動回路を模式的に示す図である。
【００７４】
上記の各例の構成では、ステータコイルの巻き方向が第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２で同じである場合を説明した。一方、図１４の構成では、第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２のステータコイル５７，６７の巻き方向を逆にしている。
【００７５】
また、図示しない制御装置で第１電源８０ａ及び第２電源８１ａの出力を制御する。これによって、図１５に示すように３相の第１ステータコイル５７を流れるＵ，Ｖ，Ｗ相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１，Ｉｗ１と、３相の第２ステータコイル６７を流れるＵ，Ｖ，Ｗ相電流Ｉｕ２、Ｉｖ２，Ｉｗ２とを、それぞれ同じ位相とする。
【００７６】
図１４、図１５の構成の場合も、図３から図８の構成と同様に、３相の第１ステータコイル５７を流れるステータ電流に対して、３相の第２ステータコイル６７を流れるステータ電流はそれぞれステータティース５９，６９の周りで逆方向となる。その他の構成及び作用は、図３から図８の構成と同様である。
【００７７】
図１６は、図１４の構成を含む回転電機システムにおいて、第１ステータロータ対５２及び第２ステータロータ対６２を共通の電源で駆動する場合における駆動回路８２を模式的に示す図である。図１６の構成では、第１電源８０ａが、第１ステータロータ対５２の第１ステータコイル５７を介して、第２ステータロータ対６２の第２ステータコイル６７に接続される。このとき、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の第１ステータコイル５７の他端の端子Ｔ１ｂに、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の第２ステータコイル６７の一端の端子Ｔ２ａが接続される。３相の第２ステータコイル６７の他端の端子Ｔ２ｂは接続されて中性点Ｍ２を形成する。
【００７８】
上記の各例の構成を示す図では、各ステータロータ対の各相のステータコイルが１つである場合を示しているが、各相で複数のステータコイルが直列接続されてもよい。
【００７９】
また、本開示は、上記の各例の構成に限定するものではない。回転電機を構成する複数のステータロータ対は、ステータ及びロータの間での相対的な位置関係が電気的位相について同じである少なくとも１つの第１ステータロータ対と、少なくとも１つの第２ステータロータ対とに分けられる構成であればよい。このとき、少なくとも１つの第２ステータロータ対は、第１ステータロータ対のそれぞれに対して、ステータ及びロータの間での相対的な位置関係が電気的位相について１８０度異なる構成であればよい。
【符号の説明】
【００８０】
１０  回転電機、１２  ロータ、１２ａ  ロータコア、１４  ステータ、１４ａ  ステータコア、１４ｂ  ステータコイル、１６  回転電機ケース、２０  ロータ軸、３０，３１  軸受、３２  外輪、３４  内輪、３６  玉、３８  油膜、４０  不平衡磁束、４１  誘導電流、５０  回転電機システム、５１  回転電機、５２  第１ステータロータ対、５３  第１ロータ、５４  磁石、５６  第１ステータ、５７  第１ステータコイル、５７ｕ  Ｕ相ステータコイル、５７ｖ  Ｖ相ステータコイル、５７ｗ  Ｗ相ステータコイル、５８  ステータコア、５９  ステータティース、５９ａ  スロット、６２  第２ステータロータ対、６３  第２ロータ、６４  磁石、６６  第２ステータ、６７  第２ステータコイル、６７ｕ  Ｕ相ステータコイル、６７ｖ  Ｖ相ステータコイル、６７ｗ  Ｗ相ステータコイル、６８  ステータコア、６９  ステータティース、６９ａ  スロット、７０，７２  不平衡磁束、８０  第１駆動回路、８０ａ  第１電源、８１  第２駆動回路、８１ａ  第２電源、８２  駆動回路。
【図１】
2017063530.tif 000003
【図２】
2017063530.tif 000004
【図３】
2017063530.tif 000005
【図４】
2017063530.tif 000006
【図５】
2017063530.tif 000007
【図６】
2017063530.tif 000008
【図７】
2017063530.tif 000009
【図８】
2017063530.tif 000010
【図９】
2017063530.tif 000011
【図１０】
2017063530.tif 000012
【図１１】
2017063530.tif 000013
【図１２】
2017063530.tif 000014
【図１３】
2017063530.tif 000015
【図１４】
2017063530.tif 000016
【図１５】
2017063530.tif 000017
【図１６】
2017063530.tif 000018