JP5085875B2 - Electric motor - Google Patents
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Description
本発明は、回転子に永久磁石を備えて永久磁石の界磁特性を変更可能な電動機に関する。 The present invention relates to an electric motor that includes a permanent magnet in a rotor and can change the field characteristics of the permanent magnet.
従来、永久磁石を備える第1及び第2回転子が同心円状に配設され、第1回転子と第2回転子との何れか一方を他方に対して周方向に回動させることにより第1回転子と第2回転子との相対的な位相を変更する電動機が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, the first and second rotors having permanent magnets are arranged concentrically, and the first rotor and the second rotor are rotated in the circumferential direction with respect to the other one of the first rotor and the second rotor. An electric motor that changes the relative phase between a rotor and a second rotor is known (see, for example, Patent Document 1).
この電動機では、電動機の回転速度に応じて両回転子における相対的な位相を変更する場合には、遠心力の作用により径方向に沿って変位する部材によって、第1回転子と第2回転子との何れか一方を他方に対して周方向に回動させる。また、固定子に発生する回転磁界の速度に応じて両回転子における相対的な位相を変更する場合には、各回転子が慣性により回転速度を維持する状態で固定子巻線に制御電流を通電して回転磁界速度を変更することによって、第1及び第2回転子の周方向の相対位置を変更する。
ところで、上記従来技術の電動機によれば、第1回転子と第2回転子との相対的な位相を変更することにより電動機の特性(誘起電圧/回転数の比)を可変とすることができるが、その反面、強め界磁位相と弱め界磁位相との中間位相時での誘起電圧波形が左右非対称となって高調波成分を多く含むという問題が生じる。この結果、高調波に起因する電流損失の増加、固定子巻線への通電を制御するインバータの耐電圧に達する電動機の回転数の低下、更には、電動機への通電制御が困難となる不都合がある。 By the way, according to the electric motor of the above prior art, the characteristic (the ratio of induced voltage / rotation speed) of the electric motor can be made variable by changing the relative phase between the first rotor and the second rotor. On the other hand, however, there is a problem that the induced voltage waveform at the intermediate phase between the strong field phase and the weak field phase becomes asymmetrical and contains a lot of harmonic components. As a result, an increase in current loss caused by harmonics, a decrease in the rotational speed of the motor that reaches the withstand voltage of the inverter that controls the energization of the stator windings, and the inconvenience that it is difficult to control the energization of the motor. is there.
また、電動機の回転速度に応じて第1および第2回転子の位相差を制御する場合には、電動機の作動状態、即ち回転速度に応じた遠心力が作用する状態でのみ第1および第2回転子の相対的な位相の変更が可能であり、電動機の停止状態を含む適宜のタイミングで位相を変更することができない。しかも、この場合には、電動機に対する電源での電源電圧の変動に拘わらずに位相が変更されることから、例えば電源電圧と電動機の誘起電圧との大小関係が逆転するおそれがある。 Further, when the phase difference between the first and second rotors is controlled in accordance with the rotation speed of the electric motor, the first and second only in the operating state of the electric motor, that is, in the state where the centrifugal force according to the rotation speed is applied. The relative phase of the rotor can be changed, and the phase cannot be changed at an appropriate timing including the stop state of the electric motor. In addition, in this case, since the phase is changed regardless of the fluctuation of the power supply voltage at the power supply to the motor, there is a possibility that the magnitude relationship between the power supply voltage and the induced voltage of the motor is reversed, for example.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、特性を可変とすることができるだけでなく、各回転子における相対的な位相のうち、強め界磁位相と弱め界磁位相との間の位相での高調波起電力を低減させて運転効率を向上させることができ、しかも、円滑且つ確実に各回転子間の位相を変更することができる電動機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and not only can the characteristics be made variable, but also the phase between the strong field phase and the weak field phase among the relative phases in each rotor. It is an object of the present invention to provide an electric motor that can improve the operating efficiency by reducing the harmonic electromotive force of the motor and that can smoothly and reliably change the phase between the rotors.
かかる目的を達成するために、本発明は、複数の永久磁石が周方向に配設された第1回転子及び第2回転子を回転軸の周囲に同心円状に備え、第1回転子に対して第2回転子を周方向に回動させて第1回転子と第2回転子との間の相対的な位相を変更する回動手段を備える電動機であって、前記第2回転子の軸方向に並列に配置され、複数の永久磁石が周方向に配設されて第2回転子と同軸に回動自在の第3回転子を備え、前記回動手段は、第2回転子を回動させると同時に第2回転子と反対方向に第3回転子を回動させて第1回転子と第3回転子との間の相対的な位相を変更することを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention comprises a first rotor and a second rotor in which a plurality of permanent magnets are arranged in the circumferential direction, concentrically around a rotation shaft, An electric motor comprising rotating means for rotating the second rotor in the circumferential direction to change the relative phase between the first rotor and the second rotor, and the shaft of the second rotor A third rotor that is arranged in parallel in a direction, and in which a plurality of permanent magnets are arranged in the circumferential direction and is rotatable coaxially with the second rotor, the rotating means rotates the second rotor At the same time, the third rotor is rotated in the opposite direction to the second rotor to change the relative phase between the first rotor and the third rotor.
本発明の電動機は、前記回動手段により、第2回転子を回動させると同時に第3回転子を第2回転子と反対方向に回動させことで、各回転子の位相が変更される。即ち、例えば、第1回転子の永久磁石と第2回転子の永久磁石とを異極の磁極同士で対向させ、且つ、第1回転子の永久磁石と第3回転子の永久磁石とを異極の磁極同士で対向させることで、第1回転子の永久磁石による界磁磁束が固定子巻線を鎖交する鎖交磁束量が、第2及び第3回転子の永久磁石による界磁磁束によって強められた状態となる(強め界磁位相)。この状態から、前記回動手段により、第2回転子と第3回転子とを互いに相反する方向に回動させて、第1回転子の永久磁石と第2回転子の永久磁石とを同極の磁極同士で対向させ、且つ、第1回転子の永久磁石と第3回転子の永久磁石とを同極の磁極同士で対向させることで、第1回転子の永久磁石による界磁磁束が固定子巻線を鎖交する鎖交磁束量が、第2及び第3回転子の永久磁石による界磁磁束によって弱められる(弱め界磁位相)。 In the electric motor of the present invention, the phase of each rotor is changed by rotating the second rotor in the direction opposite to the second rotor at the same time as rotating the second rotor by the rotating means. . That is, for example, the permanent magnet of the first rotor and the permanent magnet of the second rotor are opposed to each other with magnetic poles of different polarities, and the permanent magnet of the first rotor and the permanent magnet of the third rotor are different. When the magnetic poles of the poles are opposed to each other, the amount of interlinkage magnetic flux by which the field magnetic flux by the permanent magnet of the first rotor is linked to the stator winding is the field magnetic flux by the permanent magnet of the second and third rotors. (Strengthened field phase). From this state, the rotating means rotates the second rotor and the third rotor in directions opposite to each other, so that the permanent magnet of the first rotor and the permanent magnet of the second rotor have the same polarity. The magnetic field flux by the permanent magnet of the first rotor is fixed by making the permanent magnets of the first rotor and the permanent magnet of the third rotor face each other with the same magnetic poles. The amount of interlinkage magnetic flux interlinking the child windings is weakened by the field magnetic flux generated by the permanent magnets of the second and third rotors (weakening field phase).
ここで、各回転子間相互の位相が強め界磁位相から弱め界磁位相に変更されるまでの中間位相では、互いに反対方向に回動してきた第2回転子の永久磁石と第3回転子の永久磁石とが異極の磁極同士で並列した状態となる。このとき、第1回転子の複数の永久磁石のうちの一つについてみると、第2回転子の互いに隣り合う異極の磁極の永久磁石の一部と同極の磁極の永久磁石の一部とが第1回転子の当該永久磁石に対向する。一方、同時に、第3回転子の互いに隣り合う同極の磁極の永久磁石の一部と異極の磁極の永久磁石の一部とが第1回転子の当該永久磁石に対向する。このように、第1回転子の当該永久磁石には異極の磁極の永久磁石の一部と同極の磁極の永久磁石の一部とが互い違いに対向することになり、中間位相における誘起電圧の急激な変化が抑制される。これによって、中間位相における誘起電圧波形が左右対称となり、高調波成分が低減する。そして、高調波成分が低減することによって、高調波に起因する電流損失を防止することができると共に、インバータ耐電圧に達する電動機の回転数を増加させることができ、更に、電動機への通電制御を容易とすることができる。 Here, in the intermediate phase until the mutual phase between the rotors is changed from the strong field phase to the weak field phase, the permanent magnet and the third rotor of the second rotor that have rotated in opposite directions to each other. The permanent magnets are in parallel with magnetic poles of different polarities. At this time, when one of the plurality of permanent magnets of the first rotor is viewed, a part of the permanent magnets of different polarities adjacent to each other of the second rotor and a part of permanent magnets of the same polarity are used. Is opposed to the permanent magnet of the first rotor. On the other hand, at the same time, a part of the permanent magnets of the same polarity adjacent to each other in the third rotor and a part of the permanent magnets of the different polarity are opposed to the permanent magnets of the first rotor. In this way, the permanent magnet of the first rotor has a part of the permanent magnet having a different polarity and a part of the permanent magnet having the same polarity, which are alternately opposed to each other. The rapid change of is suppressed. As a result, the induced voltage waveform in the intermediate phase becomes symmetrical and the harmonic components are reduced. And, by reducing the harmonic components, it is possible to prevent current loss due to the harmonics, increase the number of revolutions of the electric motor that reaches the inverter withstand voltage, and further control the energization of the electric motor. Can be easy.
また、本発明において、前記回動手段は、回転軸の外周面に対応してスプライン係合する内周面を有すると共に回転軸の軸線方向に沿って互いに接離自在の一対のリングギヤと、回転軸の軸線に沿って両リングギヤを互いに接離する方向に移動させるギヤ接離駆動手段とを備え、前記第2回転子と第3回転子とは、各リングギヤの外周面に対応してスプライン係合する内周面を有して夫々のリングギヤに各別に支持され、回転軸の外周面と各リングギヤの外周面との少なくとも一方がヘリカルスプラインとされており、前記ギヤ接離駆動手段による両リングギヤ同士の接離により第2回転子と第3回転子とが互いに反対方向に回動されることを特徴とする。 In the present invention, the rotating means has a pair of ring gears that have an inner peripheral surface that engages with the spline corresponding to the outer peripheral surface of the rotating shaft, and that can be moved toward and away from each other along the axial direction of the rotating shaft. Gear contact / separation drive means for moving both ring gears in directions toward and away from each other along the axis of the shaft, and the second rotor and the third rotor are spline engagements corresponding to the outer peripheral surface of each ring gear. Both ring gears having inner peripheral surfaces to be joined to each other, and at least one of the outer peripheral surface of the rotating shaft and the outer peripheral surface of each ring gear is a helical spline. The second rotor and the third rotor are rotated in directions opposite to each other by contacting and separating each other.
本発明における回動手段は、第2回転子の内周面が一方のリングギヤの外周面にスプライン係合し、第3回転子の内周面が他方のリングギヤの外周面にスプライン係合する。また、両リングギヤは、回転軸の軸線方向に沿って互いに接離自在とされた状態でその内周面が回転軸の外周面にスプライン係合されている。そして、両リングギヤは、ギヤ接離駆動手段によって回転軸の軸線方向に沿って互いに接近・離反される。このとき、回転軸の外周面と各リングギヤの外周面との少なくとも一方をヘリカルスプラインとしたことにより、ギヤ接離駆動手段による両リングギヤ同士の接離駆動の際には、各リングギヤが互いに相反する方向に回動しつつ回転軸の軸線方向に沿って移動する。これにより、第1回転子、第2回転子及び第3回転子の同期運転の実行状態、或いは電動機の停止状態であっても、第1回転子と第2回転子との相対的な位相及び第1回転子と第3回転子との相対的な位相を容易且つ適切に変更することができる。 In the rotating means of the present invention, the inner peripheral surface of the second rotor is spline engaged with the outer peripheral surface of one ring gear, and the inner peripheral surface of the third rotor is spline engaged with the outer peripheral surface of the other ring gear. Further, the inner peripheral surfaces of the ring gears are spline-engaged with the outer peripheral surface of the rotating shaft in a state in which the ring gears can be moved toward and away from each other along the axial direction of the rotating shaft. Both ring gears are moved toward and away from each other along the axial direction of the rotating shaft by the gear contact / separation driving means. At this time, since at least one of the outer peripheral surface of the rotating shaft and the outer peripheral surface of each ring gear is a helical spline, the ring gears are in conflict with each other when the ring gear is driven by the gear contact / separation driving means. It moves along the axial direction of the rotating shaft while rotating in the direction. Thereby, even in the execution state of the synchronous operation of the first rotor, the second rotor, and the third rotor, or the stop state of the electric motor, the relative phase between the first rotor and the second rotor and The relative phase between the first rotor and the third rotor can be easily and appropriately changed.
また、前記ギヤ接離駆動手段は、前記両リングギヤ間に形成された圧力室と、前記回転軸に形成されて圧力室に連通する流体路とを備え、流体路を介して圧力室に流体を供給することにより両リングギヤを接離移動させることが好ましい。 The gear contact / separation driving means includes a pressure chamber formed between the ring gears and a fluid passage formed on the rotating shaft and communicating with the pressure chamber, and fluid is supplied to the pressure chamber via the fluid passage. It is preferable that both ring gears are moved toward and away from each other by supplying them.
これによれば、流体路を介して圧力室に流体を供給するだけで両リングギヤ間を拡開させることができるので、構造を簡単として第1回転子と第2回転子との相対的な位相及び第1回転子と第3回転子との相対的な位相を円滑に変更することができる。 According to this, since both ring gears can be expanded simply by supplying fluid to the pressure chamber via the fluid path, the relative phase between the first rotor and the second rotor can be simplified. And the relative phase of a 1st rotor and a 3rd rotor can be changed smoothly.
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本実施形態に係る電動機の第1回転子及び第2回転子と固定子とを示す断面説明図、図2は本実施形態に係る電動機の概略構成を示す断面説明図、図3は本実施形態に係る電動機の各回転子の強め界磁位相状態であって、図3(a)は第1回転子の永久磁石と第2回転子の永久磁石とが同極配置された状態を模式的に示す説明図、図3(b)は第1回転子の永久磁石と第3回転子の永久磁石とが同極配置された状態を模式的に示す説明図、図4は本実施形態に係る電動機の各回転子の弱め界磁位相状態であって、図4(a)は第1回転子の永久磁石と第2回転子の永久磁石とが対極配置された状態を模式的に示す説明図、図4(b)は第1回転子の永久磁石と第3回転子の永久磁石とが対極配置された状態を模式的に示す説明図、図5は本実施形態に係る電動機の各回転子の中間位相状態であって、図5(a)は第1回転子に対する第2回転子の中間位相状態を模式的に示す説明図、図5(b)は第1回転子に対する第3回転子の中間位相状態を模式的に示す説明図、図6は強め界磁位相と弱め界磁位相とその中間位相とにおける誘起電圧を示すグラフ図である。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a cross-sectional explanatory view showing a first rotor and a second rotor and a stator of an electric motor according to this embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view showing a schematic configuration of the electric motor according to this embodiment, and FIG. FIG. 3 (a) shows a state in which the permanent magnets of the first rotor and the permanent magnets of the second rotor are arranged with the same polarity in FIG. FIG. 3B is an explanatory diagram schematically illustrating the state in which the permanent magnets of the first rotor and the permanent magnets of the third rotor are arranged in the same polarity, and FIG. 4 is the present embodiment. FIG. 4 (a) schematically shows a state in which the permanent magnets of the first rotor and the permanent magnets of the second rotor are arranged opposite to each other. FIG. 4B is an explanatory diagram schematically showing a state in which the permanent magnets of the first rotor and the permanent magnets of the third rotor are arranged opposite to each other, FIG. FIG. 5A is an explanatory diagram schematically showing an intermediate phase state of the second rotor relative to the first rotor, and FIG. 5B is an intermediate phase state of each rotor of the electric motor according to the present embodiment. FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing an intermediate phase state of the third rotor relative to the first rotor, and FIG. 6 is a graph showing induced voltages in the strong field phase, the weak field phase, and the intermediate phase.
本実施形態の電動機1は、図1に示すように、環状の固定子2と、固定子2の内側に配置された環状の第1回転子3とを備え、更に、第1回転子3の内側に同心円状に配置された環状の第2回転子4と、第2回転子4と同様にして第1回転子3の内側に同心円状に配置され且つ第2回転子4に並列に配置された環状の第3回転子5とを備えている。なお、図1においては、説明の便宜上第2回転子4の一部を破断して示しており、第3回転子5の一部を露出させて示している。
As shown in FIG. 1, the electric motor 1 of the present embodiment includes an
第1回転子3は、図2に示すように、略円盤状のドライブプレート6に連設された円筒状の支持ドラム7の外周に支持され、ドライブプレート6を介して中空の回転軸8に連結されている。回転軸8は出力軸9に外挿され、回転軸8と出力軸9とは一体に回転する。
As shown in FIG. 2, the
また、第1回転子3は、図1に示すように、略円筒状の第1ロータ鉄心10と、第1ロータ鉄心10の周方向に等間隔に配列されて第1ロータ鉄心10に埋設保持された複数の第1永久磁石11とを備えている。第1永久磁石11は、何れも第1ロータ鉄心10の径方向を厚み方向とした板状に形成されており、その厚み方向に磁化されている。そして、周方向に隣り合う第1永久磁石11同士は、互いに磁化方向が異方向となるように配設されている。即ち、一方の第1永久磁石11は外周側がN極となるように設けられ、他方の第1永久磁石11は外周側がS極となるように設けられて、外周側がN極の第1永久磁石11と外周側がS極の第1永久磁石11とが周方向に交互に配列されている。
Further, as shown in FIG. 1, the
第2回転子4は、図1に示すように、略円筒状の第2ロータ鉄心12と、第2ロータ鉄心12の周方向に等間隔に配列されて第2ロータ鉄心12に埋設保持された複数の第2永久磁石13とを備えている。第2永久磁石13は、第1永久磁石11と同様に、何れも第2ロータ鉄心12の径方向を厚み方向とした板状に形成されており、その厚み方向に磁化されている。そして、互いに隣り合う一方の第2永久磁石13は外周側がN極となるように設けられ、他方の第2永久磁石13は外周側がS極となるように設けられて、外周側がN極の第2永久磁石13と外周側がS極の第2永久磁石13とは周方向に交互に配列されている。
As shown in FIG. 1, the
そして、第2回転子4は、図2に示すように、回転軸8の軸線に沿った幅寸法が、第1回転子3の幅寸法の約1/2とされ、第1回転子3の軸方向の一方半部の位置に内包されている。
As shown in FIG. 2, the
第3回転子5は、第2回転子4と同様の構成であり、図1に示すように、略円筒状の第3ロータ鉄心14と、第3ロータ鉄心14の周方向に等間隔に配列されて第3ロータ鉄心14に埋設保持された複数の第3永久磁石15とを備えている。そして、互いに隣り合う一方の第3永久磁石15は外周側がN極となるように設けられ、他方の第3永久磁石15は外周側がS極となるように設けられて、外周側がN極の第3永久磁石15と外周側がS極の第3永久磁石15とは周方向に交互に配列されている。また、第3回転子5は、図2に示すように、回転軸8の軸線に沿った幅寸法が、第1回転子3の幅寸法の約1/2とされ、第2回転子4と軸方向に隣り合って第1回転子3の他方半部に内包されている。
The
更に、第2回転子4及び第3回転子5は、図1に示すように、回動手段16を介して回転軸8に連結されている。回動手段16は、詳しくは後述するが、第2回転子4を回動させることによって第1回転子3と第2回転子4との間の相対的な位相を変更し、同時に、第3回転子5を第2回転子4と反対方向に回動させることによって第1回転子3と第3回転子5との間の相対的な位相を変更する。
Further, the
固定子2は、第1回転子3の外周部に対向配置される略円筒状に形成されており、第1回転子3と第2回転子4及び第3回転子5とを回転させる回転磁界を発生する複数相の固定子巻線17を備えている。
The
本実施形態の電動機1は、以上のように所謂ブラシレスDCモータを構成しており、例えばハイブリッド車両や電動車両等の車両に駆動源として搭載される。このとき、電動機1は固定子2が例えば車両のトランスミッションのハウジング(図示しない)等に固定され、出力軸9はトランスミッション(図示しない)の入力軸に接続されて、電動機1の駆動力がトランスミッションを介して車両の駆動輪(図示しない)に伝達される。なお、車両の減速時に駆動輪側から電動機1に駆動力が伝達されると、電動機1は発電機として機能して回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー(回生エネルギー)として回収する。更に、例えばハイブリッド車両においては、電動機1の出力軸9が内燃機関(図示しない)のクランクシャフトに連結されており、内燃機関の出力が電動機1に伝達された場合にも電動機1は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。
The electric motor 1 of the present embodiment constitutes a so-called brushless DC motor as described above, and is mounted as a drive source in a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. At this time, the
次に、本実施形態の電動機1における前記回動手段16について説明する。図2に示すように、回動手段16は、回転軸8と第2回転子4との間に設けられた第1リングギヤ18と、回転軸8と第3回転子5との間に設けられた第2リングギヤ19とを備えている。第1リングギヤ18と第2リングギヤ19とは、回転軸8の軸線に沿って互いに接離移動可能(即ち、互いに近接する方向と離反する方向とに選択的に移動することが可能)とされている。回転軸8の外周面にはヘリカルスプラインが形成されており、第1リングギヤ18の内周面及び第2リングギヤ19の内周面には、回転軸8のヘリカルスプラインに対応するヘリカルスプラインが形成されている。これにより、第1リングギヤ18及び第2リングギヤ19は回転軸8にスプライン係合されている。
Next, the rotation means 16 in the electric motor 1 of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 2, the rotation means 16 is provided between the
第1リングギヤ18の外周面及び第2リングギヤ19の外周面には、回転軸8のヘリカルスプラインと逆ピッチのヘリカルスプラインが形成されている。そして、第2回転子4の内周面には、第1リングギヤ18の外周面のヘリカルスプラインに対応するヘリカルスプラインが形成されており、第2回転子4と第1リングギヤ18とは互いにスプライン係合されている。同じく、第3回転子5の内周面には、第2リングギヤ19の外周面のヘリカルスプラインに対応するヘリカルスプラインが形成されており、第3回転子5と第2リングギヤ19とは互いにスプライン係合されている。
On the outer peripheral surface of the
また、第1リングギヤ18と第2リングギヤ19との間には圧力室20が形成されている。回転軸8には、圧力室20に連通する連通口21(流体路)が形成されており、連通口21には出力軸9に形成された給油路22が接続されている。なお、給油路22には、図示しない強制給油手段が接続されており、連通口21を介して圧力室20内に油を加圧供給することができるようになっている。なお、圧力室20、連通口21、給油路22、及び強制給油手段は、本発明のギヤ接離駆動手段を構成している。また、図2において符号23で示すものは、第2回転子4及び第3回転子5の軸方向への移動を規制しつつ回動方向へ案内する環状のキーであり、符号24で示すものは、第2回転子4及び第3回転子5の回動を円滑に行わしめるためのスラストベアリングである。
A pressure chamber 20 is formed between the
次に、以上の構成による回動手段16の作動を説明する。先ず、図2に示すように、第1リングギヤ18と第2リングギヤ19とが互いに近接した状態(当接状態)のとき、第1回転子3と第2回転子4及び第3回転子5とは同期回転し、第1回転子3と第2回転子4及び第3回転子5との間の相対的な位相は変化せずに維持される。このとき、図3(a)及び図3(b)に示すように、第2回転子4の第2永久磁石13と第3回転子5の第3永久磁石15とを同一の磁化方向のもの同士で軸線方向に一致して並んだ状態とし、更に、第2永久磁石13及び第3永久磁石15と第1回転子3の第1永久磁石11とが異極の磁極同士で対向するように配置(即ち同極配置)しておくことにより強め界磁状態となる。
Next, the operation of the rotating
一方、圧力室20内に油を加圧供給すると、図2において仮想線で示すように、第1リングギヤ18と第2リングギヤ19とが回転軸8に沿って互いに離反する。回転軸8と第1リングギヤ18とはヘリカルスプラインによる係合なので、回転軸8に沿って移動しつつ回動する。同時に、第2リングギヤ19は、回転軸8に沿って第1リングギヤ18と反対方向に移動する。これにより、第1リングギヤ18と同一のヘリカルスプラインに係合された第2リングギヤ19は、移動しつつ第1リングギヤ18と反対方向に回動する。
On the other hand, when oil is pressurized and supplied into the pressure chamber 20, the
更に、第1リングギヤ18の回動により、第1リングギヤ18の外周面のヘリカルスプラインに係合された第2回転子4が回動し、同時に、第2リングギヤ19の外周面のヘリカルスプラインに係合された第3回転子5が第2回転子4と反対方向に回動する。このとき、第1リングギヤ18の外周面及び第2リングギヤ19の外周面のヘリカルスプラインは、回転軸8の外周面のヘリカルスプラインに対して逆ピッチとされていることにより、第1リングギヤ18と第2リングギヤ19とが回転軸8に沿って互いに離反する際の移動距離が比較的少なくても、第3回転子5と第2回転子4との回動量を十分に得ることができると共に迅速に回動させることができる。
Further, as the
そして、このとき、図4(a)及び図4(b)に示すように、第2回転子4の第2永久磁石13と第3回転子5の第3永久磁石15とは、同一の磁化方向のもの同士で軸線方向に一致して並んだ状態となり、更に、第2永久磁石13及び第3永久磁石15と第1回転子3の第1永久磁石11とが同極の磁極同士で対向する状態(即ち対極配置)になることにより弱め界磁状態となる。
At this time, as shown in FIGS. 4A and 4B, the second
なお、図3(a)及び図3(b)に示す各永久磁石11,13,15が同極配置とされる強め界磁状態では、図6に波形aで示すように、誘起電圧の大きさが変化する。一方、図4(a)及び図4(b)に示す各永久磁石11,13,15が対極配置とされる弱め界磁状態では図6に波形bで示すように、誘起電圧の大きさが変化する。
In the strong field state in which the
また、各回転子3,4,5による強め界磁状態と弱め界磁状態との中間となる中間位相においては、例えば、各回転子間3,4,5相互の位相が強め界磁位相から弱め界磁位相に変更される間の中間位相では、図5(a)に示すように、第2回転子4の互いに隣り合う同士で異極の磁極とされている一対の第2永久磁石13の一部が、第1回転子3の第1永久磁石11に対向する。一方、図5(b)に示すように、第2回転子4と反対方向に回動してきた第3回転子5の互いに隣り合う同士で異極の磁極とされている一対の第3永久磁石15の一部が、第1回転子3の第1永久磁石11に対向する。これによって、第1回転子3の第1永久磁石11には、異極の磁極となっている第2回転子4の第2永久磁石13の一部及び第3回転子5の第3永久磁石15の一部と、同極の磁極となっている第2回転子4の第2永久磁石13の一部及び第3回転子5の第3永久磁石15の一部とが互い違いに対向する。これにより、図6に示すように、中間位相における誘起電圧波形cが電気角90°及び270°を介して左右対称となる。図5において比較のために示す従来の電動機における中間位相での誘起電圧波形dでは、電気角90°及び270°を介して左右非対称となるが、本実施形態の電動機1の中間位相における誘起電圧波形cは左右対称であることにより、高調波成分が低減する。そして、本実施形態の電動機1では、高調波成分が低減することによって、高調波に起因する電流損失を防止することができると共に、固定子巻線17への通電を制御するインバータ(図示せず)の耐電圧に達する電動機1の回転数を増加させることができ、更に、電動機1への通電制御を容易とすることができる。
Further, in the intermediate phase that is intermediate between the strong field state and the weak field state by the
なお、本実施形態の回動手段16においては、回転軸8への第1リングギヤ18及び第2リングギヤ19のスプライン係合と、第1リングギヤ18及び第2リングギヤ19への第2回転子4及び第3回転子5のスプライン係合とを、共にヘリカルスプラインによる係合としたが、第1リングギヤ18及び第2リングギヤ19の移動によって、第2回転子4及び第3回転子5の相反する回動に十分な回動量が得られれば、回転軸8への第1リングギヤ18及び第2リングギヤ19のスプライン係合と、第1リングギヤ18及び第2リングギヤ19への第2回転子4及び第3回転子5のスプライン係合との何れか一方をヘリカルスプラインによる係合とし、他方を軸線方向にのみ移動自在とする通常のスプライン係合としてもよい。
In the rotation means 16 of the present embodiment, the spline engagement of the
1…電動機、3…第1回転子、4…第2回転子、5…第3回転子、8…回転軸、11…第1永久磁石、13…第2永久磁石、15…第3永久磁石、16…回動手段、18…第1リングギヤ、19…第2リングギヤ、20…圧力室、21…連通口(流体路)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric motor, 3 ... 1st rotor, 4 ... 2nd rotor, 5 ... 3rd rotor, 8 ... Rotary shaft, 11 ... 1st permanent magnet, 13 ... 2nd permanent magnet, 15 ... 3rd permanent magnet , 16 ... rotating means, 18 ... first ring gear, 19 ... second ring gear, 20 ... pressure chamber, 21 ... communication port (fluid path).
Claims (3)
前記第2回転子の軸方向に並列に配置され、複数の永久磁石が周方向に配設されて第2回転子と同軸に回動自在の第3回転子を備え、
前記回動手段は、第2回転子を回動させると同時に第2回転子と反対方向に第3回転子を回動させて第1回転子と第3回転子との間の相対的な位相を変更することを特徴とする電動機。 A first rotor and a second rotor having a plurality of permanent magnets arranged in the circumferential direction are provided concentrically around the rotation axis, and the second rotor is rotated in the circumferential direction with respect to the first rotor. An electric motor comprising rotating means for changing the relative phase between the first rotor and the second rotor,
A third rotor that is arranged in parallel in the axial direction of the second rotor, and in which a plurality of permanent magnets are arranged in the circumferential direction and rotatable coaxially with the second rotor;
The rotating means rotates the second rotor and simultaneously rotates the third rotor in a direction opposite to the second rotor, thereby causing a relative phase between the first rotor and the third rotor. An electric motor characterized by changing.
前記第2回転子と第3回転子とは、各リングギヤの外周面に対応してスプライン係合する内周面を有して夫々のリングギヤに各別に支持され、
回転軸の外周面と各リングギヤの外周面との少なくとも一方がヘリカルスプラインとされており、前記ギヤ接離駆動手段による両リングギヤ同士の接離により第2回転子と第3回転子とが互いに相反する方向に回動されることを特徴とする請求項1記載の電動機。 The rotating means has an inner peripheral surface that engages with the spline corresponding to the outer peripheral surface of the rotating shaft, and a pair of ring gears that can be brought into and out of contact with each other along the axial direction of the rotating shaft, and along the axis of the rotating shaft. Gear contact / separation drive means for moving both ring gears in a direction to contact and separate each other,
The second rotor and the third rotor each have an inner peripheral surface that engages with the spline corresponding to the outer peripheral surface of each ring gear, and are respectively supported by the respective ring gears,
At least one of the outer peripheral surface of the rotating shaft and the outer peripheral surface of each ring gear is a helical spline, and the second rotor and the third rotor are reciprocal with each other due to the contact / separation of the ring gears by the gear contact / separation driving means. The electric motor according to claim 1, wherein the electric motor is rotated in the direction of rotation.
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