JP2011217435A - ２軸回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、簡素な構造と小さい損失をもつ２軸回転電機を提供することである。
【解決手段】この２軸回転電機は本質的に３つのモータをもつ。第１モータは第１ステータと第１ロータとからなる。第２モータは第２ステータと第２ロータとからなる。第１ロータは、第１ステータと第２ロータと電磁結合する永久磁石をもつ。第２ロータは、第２ステータと第１ロータと電磁結合するかご形巻線をもつ。第３モータは、互いに電磁結合するこれら２つのロータからなる。各電流は永久磁石回転速度と同じ絶対回転角速度で回転する。これにより、かご形巻線の滑り損失が低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、２軸回転電機の改良に関する。

内燃機関は、可変速回転する車輪を駆動するためにトルク変換機構を要求する。このトルク変換機構にトルクアシスト機能及びトルク吸収機能を追加することは更に好適である。それは、ハイブリッドカーと呼ばれている。

特許文献１-３は、３つのロータと２つのステータをもつ２軸回転電機を提案している。第１軸に固定された第１ロータは、磁石ロータからなる。第２、第３ロータは、かご形巻線をもつ。第２、第３ロータは、第２軸に固定される。第１ロータは、第２ロータと電磁結合する。第１ロータは第１ステータと電磁結合する。第３ロータは第２ステータと電磁結合する。第２ロータのかご形巻線と第３ロータのかご形巻線は電気的に接続される。

第２、第３ロータは、軸方向に隣接する。第１ステータの第１ステータ巻線と第２ステータの第２ステータ巻線との間に、位相制御回路が接続される。２つのステータと３つのロータとをもつこの回転電機は、本質的に３つのモータをもつ。けれども、第２ロータのかご形巻線と第３ロータのかご形巻線との接続構造は開示されていない。更に、２つのステータと３つのロータとをもつこの回転電機は、高速において３つのロータを支える困難をもつ。

特開２００９-３３９１７ 特開２００９-７３４７２ 特開２００９-１０６１３４

本発明は、簡素な構造と少ない損失をもつ２軸回転電機を提供することをその目的とする。

本発明の２軸回転電機は、 第１軸（２）に固定された第１ロータ（６，６A）と、第２軸（３）に固定された第２ロータ（７）と、第１ロータ（６、６A）と電磁結合される第１ステータ（４、４A)と、第２ロータ（７）と電磁結合される第２ステータ（５、５A）とを有する。
第１ロータ(６、６A)は、永久磁石（６２、６３）とかご形巻線（６２A、６３A)の少なくとも一つをもつ軟磁性コア（６１A、６１B）を有する。第２ロータ（７）は、かご形巻線（７２、７３）をもつ軟磁性コア（７１A、７１B）を有する。第１ステータ(４、４A)、 第１ロータ（６、６A）、第２ロータ（７）及び第２ステータ（５、５A）は、小空隙(８１、８２、８３)を介して径方向に順番に隣接する。第１ロータ(６) 及び第２ロータ(７)は、小空隙(８２)を介して電磁的に結合する。第１ステータ(４、４A)の第１ステータ巻線(４０)及び第２ステータ(５、５A)の第２ステータ巻線(５０)は、それぞれ同回転速度の回転磁界を形成する。

一つのロータの誘導電流及び他のモータの誘導電流は等しい速度をもつので、電磁結合された２つのロータは同期トルクを発生する。もしくは、一つのロータの誘導電流及び永久磁石の磁界が等しい速度をもつので、電磁結合された２つのロータは同期トルクを発生する。このため、たとえ２つの回転軸の角速度（回転速度）が互いに大きく異なる場合でも、回転電機の滑り損失がキャンセルされる。その結果、この２軸回転電機は、高い効率と簡単な構造とをもつ。

好適態様によれば、第１ロータ(６、６A)は、永久磁石（６２、６３）をもつ軟磁性コア(６１A、６１B)を有する。その結果、トルク及び効率が増大する。
好適態様によれば、第１ロータ(６、６A)は、かご形巻線（６２A、６３A）をもつ軟磁性コア(６１A、６１B)を有する。その結果、高速回転の回転電機の製造費用は低減される。
好適態様によれば、かご形巻線（６２A、６３A、７２、７３）は、内側ロータコア(６１A、７１A)の内周面に沿って延在する内側かご形巻線（６２A、７３）と、外側ロータコア (６１B、７１B)の外周面に沿って延在する外側かご形巻線（６３A、７２）とからなる。その結果、支持部材が内側かご形巻線(６２A、７３)及び外側かご形巻線 (６３A、７２)の間に配置できるので、ロータは高速回転することができる。

好適態様によれば、径方向へ延在する接続導体(６４、７４)の各一本により、内側かご形巻線(６２A、７３)のスロット導体部の各一端は外側かご形巻線 (６３A, ７２)のスロット導体部の各一端に接続される。その結果、２つのかご形巻線は同じ回転速度の回転磁界を簡単に励起することができる。
好適態様によれば、ロータ(６、６A、７、７A)は、ロータコア(６、７、６A) を軸 (２、３)に接続する非磁性の椀部 (６０、７０)を有し、
椀部 (６０、７０) は、内側ロータコア(６１A、７１A)と外側ロータコア (６１B、７１B)との間に突出する非磁性の円筒部(６１C、７１C)を有する。その結果、円筒部が磁石コアを支持するので、ロータは高速回転することができる。
好適態様によれば、円筒部(６１C、７１C)は、電気絶縁シート部材(６５、７５)を介して接続導体(６４、７４)に隣接する。その結果、接続導体の電流漏洩が防止される。

好適態様によれば、椀部 (６０、７０)、内側かご形巻線（６２A、７３)及び円筒部(６１C、７１C)は、ダイキャストされた非磁性金属で形成されている。その結果、ロータを簡単に製造することができ、ロータの機械的強度は増大する。
好適態様によれば、椀部 (６０、７０) 、内側かご形巻線(６２A、７３)、外側かご形巻線 (６３A、７２)、円筒部(61C, 71C)及び接続導体（６４、７４）は、ダイキャストされた非磁性金属で形成される。電気絶縁シート(６５、７５)が、円筒部(６１C、７１C)と接続導体(６４、７４)との間に挿入されている。その結果、ロータを簡単に製造することができ、ロータの機械的強度は増大する。
好適態様によれば、永久磁石(６２、６３)は、ロータコア（６１A）の内周面に沿って延在する内側永久磁石(６２)と、ロータコア（６１B）の外周面に沿って延在する外側永久磁石(６３)とからなる。ロータ(６)は、ロータコア(６１)を軸（２）に接続する非磁性の椀部 (６０)を有する。椀部 (６０)は、内側ロータコア(６１A) と外側ロータコア(６１B)との間に突出する非磁性の円筒部(６１C)を含む。その結果、ロータは永久磁石を十分に支持することができる。

好適態様によれば、椀部 (６０)及び円筒部(６１C)は、ダイキャストされた非磁性金属で形成されている。ロータ製造プロセスは簡単になる。
好適態様によれば、並列接続された第１ステータ巻線(４０)及び第２ステータ巻線 (５０)は、複数相インバータに接続されている。その結果、電力コンバータが簡単になる。
好適態様によれば、直列接続された第１ステータ巻線(４０)及び第２ステータ巻線 (５０)は、複数相インバータに接続されている。その結果、電力コンバータが簡単になる。

好適態様によれば、第１ステータ巻線(４０)は、かご形巻線(４０A)からなる。第２ステータ巻線(５０)は、かご形巻線(５０A)からなる。径方向へ延在する接続導体(１０)の各一本により、かご形巻線(４０A)のスロット導体部の各一端は、かご形巻線 (５０A)のスロット導体部の各一端に接続される。その結果、２つのかご形巻線の２つの回転磁界は、簡素な構造で等しい回転速度で回転することができる。
好適態様によれば、第１ステータ巻線(４０)の各相巻線及び第２ステータ巻線（５０）の各相巻線は、２つのロータ（６、７）の間のトルクが最大となる所定周方向相対位置に配設される。その結果、トルクが増大する。
好適態様によれば、内側永久磁石(６２)及び外側永久磁石(６３)は、２つのロータ（６、７）の間のトルクが最大となる所定周方向相対位置に配設される。その結果、トルクが増大する。

好適態様によれば、第２ロータ(６)は、永久磁石(６２、６３)を有する。第１ステータ巻線(４０)及び第２ステータ巻線(５０)は、第１ロータ(６)と同じ回転速度をもつ回転磁界を発生する。その結果、トルクが増大する。
好適態様によれば、第１ロータ(６)は、永久磁石(６２、６３)を有する。第１ステータ巻線(４０)及び第２ステータ巻線(５０)は、第１ロータと同じ回転速度をもつ回転磁界を発生する。その結果、トルクが増大する。
好適態様によれば、２つのロータ(６、７)の両方はそれぞれかご形巻線を有する。第１ステータ巻線(４０)及び第２ステータ巻線(５０)は、互いに同じ回転速度の回転磁界を誘起する。この回転速度は、第１ロータ（６A)の回転速度と第２ロータ（７)の回転速度との中間値である。その結果、トルクが増大する。

好適態様によれば、２つのステータ巻線(４０、５０)により励起された回転磁界は、第１ロータ(６)及び第２ロータ(７)のトルク指令値の少なくとも一つに応じて変更される。その結果、トルクは簡単に制御される。
好適態様によれば、２つのステータ巻線(４０、５０)により励起された回転磁界は、複数相インバータを介して２つのステータ巻線(４０、５０)に接続されるバッテリの電流指令値に応じて変更される。その結果、バッテリ電流は簡単に制御される。

この発明のもう一つの特徴によれば、第１軸に固定された第１ロータ（６）、第２軸（３）に固定された第２ロータ（７）、第１軸（２）に固定された第３ロータ（８）、第３ロータ（８）に電磁結合する第１ステータ（４）、及び、第２ステータ（７）に電磁結合する第２ステータ（５）を備え、第１ロータ（６）は、第２ロータ（７）に電磁結合する。軸（２）の軸方向に隣接する第１ロータ（６）及び第３ロータ（８）はそれぞれ、永久磁石を有する。軸２の軸方向に互いに隣接する第１ステータ（４）及び第２ステータ（５）はそれぞれ、 かご形巻線（４０A、５０A）を有するかご形巻線を有する。第２ロータ（７）は、かご形巻線をもつ誘導ロータである。第１ロータ（６）、第２ロータ (７)及び第２ステータ(５)は、軸方向に隣接する。かご形巻線(４０A)のスロット導体部の各一端は、軸（２）の軸方向に延在する接続導体（１０）の各一つにより、かご形巻線（５０A）のスロット導体部の各一端に接続されることを特徴としている。その結果、モータ構造が非常に簡素となる。更に、機械は高速回転することができる。

好適な態様において、第２ロータ（７）は、内側かご形巻線（７３）及び外側かご形巻線（７２）を有する。内側かご形巻線（７３）は、第２ロータ（７）の内側ロータコア（７１A）の内周面に沿って延在する。外側かご形巻線（７２）は、第２ロータ（７）の外側ロータコア（７１B）の外周面に沿って延在する。かご形巻線(７２)のスロット導体部の各一端は、軸（２）の径方向に延在する接続導体（７４）の各一つにより、かご形巻線（７３）のスロット導体部の各一端に接続される。その結果、構造が簡素となる。

この発明のもう一つの特徴によれば、第１軸に固定された第１ロータ（６）、第２軸（３）に固定された第２ロータ（７）、第１軸（２）に固定された第３ロータ（８）、第１ロータ（７）に電磁結合する第１ステータ（４A）、及び、第２ステータ（７）に電磁結合する第２ステータ（５）を備え、第１ロータ（６）は、第２ロータ（７）に電磁結合する。第１ロータ（６）は、第１かご形巻線(６２A)及び第２界磁巻線(６３A)を有する。第２ロータ（７）は、第３かご形巻線(７３)及び第４界磁巻線(７２)を有する。第１かご形巻線(６２A)は、永久磁石(４０C)をもつ第１ステータに面する。第２かご形巻線(６３A）は、第３かご形巻線(７３）に面する。第４かご形巻線(７２）は、ステータ巻線(５０）をもつ第２ステータに面する。第１界磁巻線(６２A)及び第２界磁巻線(６３A）は、接続導体（６４）を通じて接続される。第３界磁巻線(７３)及び第４界磁巻線(７２）は、接続導体(74A, 74B, 74C, 74D)を通じて接続される。接続導体(74A, 74B, 74C, 74D)は第３かご形巻線(７３）の電流を第４かご形巻線(７２）の電流の反対方向へ回転させる。第２ステータ（５A)のステータ巻線（５０）の電流は、第２ロータ（７）の回転速度の２倍で回転することを特徴としている。その結果、構造が簡素となる。

実施例１の２軸回転電機の軸方向模式半断面図である。 磁石ロータ及び誘導ロータの一部展開図である。 ２つのステータ巻線の並列接続例を示す配線図である。 ２つのステータ巻線の直列接続例を示す配線図である。 第２MGのステータ電流I２とロータ電流I３との空間位相を示す模式図である。 実施例２の２軸回転電機の軸方向模式半断面図である。 図６の４つのかご形巻線の接続例を示す配線図である。 実施例３の２軸回転電機の軸方向模式半断面図である。 図９は、２つのかご形ロータをもつ２軸機の周波数制御を示すフローチャートである。 実施例４の２軸回転電機の軸方向模式半断面図である。 実施例５の２軸回転電機の軸方向模式半断面図である。 電流方向を変更する接続導体を示す模式展開図である。 実施例４の電流の各速度を示す模式図である。

実施例１
実施例１の２軸回転電機が図１を参照して説明される。まず、その構造が説明される。図１は、ラジアルギャップ構造をもつ２軸回転電機の軸方向模式半断面図である。ハウジング１は回転軸２、３を回転自在に支持している。インナーステータ４がアルミニウム製のハウジング１の内径部に固定されている。円筒形のアウターステータ５がハウジング１の外径部に固定されている。

円筒形の磁石ロータ６が回転軸２の後端部に固定されている。円筒形の誘導ロータ７が回転軸３の前端部に固定されている。インナーステータ４は、積層鋼板からなるステータコア４１に巻かれたステータ巻線４０を有する。アウターステータ５は、積層鋼板からなるステータコア５１に巻かれたステータ巻線５０を有する。三相巻線からなるステータ巻線４０、５０はステータコアに集中巻きされている。

磁石ロータ６は、回転軸２に固定されたアルミニウム製の椀部６０を有する。椀部６０の外周部は、軸方向前方に突出する円筒部６１Cを有する。円筒部６１Cを含む椀部６０はダイキャストにより鋳造されている。円筒部６１Cの内周面に円筒形のロータコア６１Aが固定されている。円筒部６１Cの外周面に円筒形のロータコア６１Bが固定されている。ロータコア６１A、６１Bは積層鋼板からなる。複数の永久磁石６２がロータコア６１Aに固定されている。複数の永久磁石６３がロータコア６１Bに固定されている。互いに周方向に隣接する２つの永久磁石６２は反対の極性をもつ。互いに周方向に隣接する２つの永久磁石６３は反対の極性をもつ。

誘導ロータ７は、回転軸３に固定されたアルミニウム製の椀部７０を有する。椀部７０の外周部は、軸方向前方に突出する円筒部７１Cをもつ。円筒部７１Cの内周面に円筒形のロータコア７１Aが固定されている。円筒部７１Cの外周面に円筒形のロータコア７１Bが固定されている。

ロータコア７１A、７１Bは積層鋼板からなる。ロータコア７１Aはかご形巻線７３を有する。ロータコア７１Bはかご形巻線７２を有する。かご形巻線７２、７３の各一端は接続導体７４により接続されている。電気絶縁シート７５が、円筒部７１Cと接続導体７４との間に配置されている。円筒部７１C、かご形巻線７２、７３及び接続導体７４を含む椀部７０はダイキャストにより鋳造されている。

かご形巻線７２、７３はそれぞれ、周方向へ一定ピッチで配置された多数のスロット導体部からなる。かご形巻線７２の各スロット導体部は、ロータコア７１Bの各スロットに別々に収容されている。かご形巻線７３の各スロット導体部は、ロータコア７１Aの各スロットに別々に収容されている。接続導体７４の数は、かご形巻線７２、７３の各スロット導体部のペアの数に等しい。

各接続導体７４は、ロータコア７２、７３の前端及び円筒部７１Cの前端に沿って、放射状に配置されている。各接続導体７４の中央部は、互いに電気絶縁されている。各接続導体７４の外径端は、かご形巻線７２の各スロット導体部の各前端に接続されている。各接続導体７４の内径端は、かご形巻線７３の各スロット導体部の各前端に接続されている。

電気絶縁シート７５が各接続導体７４と椀部７０との間に配置されている。かご形巻線７２の各スロット導体部の後端は、椀部７０により互いに接続されている。かご形巻線７３の各スロット導体部の後端は椀部７０により互いに接続されている。

ステータ４は、小さいラジアルギャップ８１を横断してロータコア６１A及び永久磁石６２に対面している。ステータ５は、小さいラジアルギャップ８２を横断してロータコア６１B及び永久磁石６３に対面している。永久磁石６２はロータコア６１Aに埋設されてもよい。永久磁石６３はロータコア６１Bに埋設されてもよい。繊維などを混ぜることにより、椀部６０、７０の強度を増大することも有効である。

結局、この回転電機は、トルク伝送のための３つのMG（発電電動機）をもつ。第１MG１０１はラジアルギャップ８１を横断してトルクを伝送する。第２MG１０２はラジアルギャップ８２を横断してトルクを伝送する。第３MG１０３はラジアルギャップ８３を通じてトルクを伝送する。

この２軸回転電機の基本動作が説明される。磁石ロータ６は角速度ω１をもつ。誘導ロータ７は角速度ω２をもつ。角速度ω１が角速度ω２より大きい時、磁石ロータ６が発電ロータとなり、誘導ロータ７が電動ロータとなる。

角速度ω１で回転する回転磁石ロータ６により、角速度ω１で回転する誘導電流I１がステータ巻線４０に誘導される。誘導電流I１を構成する各相電流は、ステータ巻線５０を構成する各相巻線に相毎に別々に供給される。その結果、角速度ω１で回転する誘導電流I２がステータ巻線５０に流れる。

更に、かご形巻線７３が角速度ω２で回転するので、角速度ω１で回転する磁石ロータ６により、角速度（ω１-ω２）で回転する誘導電流I３がかご形巻線７３に誘導される。誘導電流I３はかご形巻線７２に流れる。かご形巻線７２の各一つの線状導体がかご形巻線７３の各一つの線状導体に接続されているので、角速度ω１-ω２で回転する誘導電流I３がかご形巻線７２に流れる。

誘導ロータ７が角速度ω２で回転するので、誘導電流I３の絶対的な角速度はω１となる。かご形巻線７２は第２MG１０２のロータを構成している。第２MG１０２は、等しい絶対角速
度ω１で回転するロータ電流I３と、ステータ電流I２とをもつ。ロータ電流I３とステータ電流I２とに間の電磁力により、第２MG１０２は、同期トルクを発生する。両永久磁石及び両ステータ巻線は、第２MG１０２のモータトルクが最大となる周方向位置に、配置される。

結局、第１MG１０１、第２MG１０２及び第３MG１０３は同期機と考えることができる。言い換えれば、第１MG１０１及び第３MG１０３で発電された電力が第２MG１０２によりトルクに変換される。その結果、簡素な構成と小さい損失をもつ電磁トルクコンバータが実現する。図２は、磁石ロータ６及び誘導ロータ７の一部展開図を示す。

図３はステータ巻線４０、５０の配線図の一例を示す。ステータ巻線４０は、星形接続されたU相巻線４０U、V相巻線４０V及びW相巻線４０Wからなる。ステータ巻線５０は、星形接続されたU相巻線５０U、V相巻線５０V及びW相巻線５０Wからなる。三相整流器を兼ねる三相インバータ９０は、U相端子９U、V相端子９V及びW相端子９Wをもつ。

U相端子９UはU相ラインUを通じてU相巻線４０U及び５０Uに並列接続される。V相端子９VはV相ラインVを通じてV相巻線４０V及び５０Vに並列接続される。W相端子９WはW相ラインWを通じてW相巻線４０W及び５０Wに並列接続される。すなわち、三相インバータ９０は、相ごとに並列接続された三相ステータ巻線４０及び５０と電力を授受する。

ステータ巻線４０の発電電流がステータ巻線５０の消費電流により大きい時、三相インバータ９０は発電電流と消費電流との差を吸収する動作を行う。ステータ巻線４０の発電電流がステータ巻線５０の消費電流により小さい時、三相インバータ９０は発電電流と消費電流との差を供給する動作を行う。三相インバータ９０は、DCDCコンバータを通じてステータ巻線４０、５０に接続されることが好ましい。

図４はステータ巻線４０、５０の配線図の他例を示す。U相巻線４０U及びU相巻線５０Uは直列接続される。V相巻線４０V及びV相巻線５０Vは直列接続される。W相巻線４０W及びW相巻線５０Wは直列接続される。U相巻線４０U、５０U、V相巻線４０V、V相巻線５０V及びW相巻線４０W、W相巻線５０Wは星形接続されている。

すなわち、三相インバータ９０は、相ごとに直列接続された三相ステータ巻線４０及び５０とに電力を供給する。三相インバータ９０は、ステータ巻線４０の発電電圧とステータ巻線５０の電圧降下との差を供給する。

第２MG１０２のステータ電流I２とロータ電流I３との空間位相関係が図５を参照して説明される。ステータ電流I２とロータ電流I３は角速度ω１で回転する。ステータ巻線５０のステータ電流I２が作る回転磁界Ψaと、かご形巻線７２のロータ電流I３とにより、トルクが発生する。かご形巻線７２のロータ電流I３が作る回転磁界Ψbと、ステータ巻線５０のステータ電流I２とにより、トルクが発生する。したがって、図５に示される電流配置において、モータトルクは最大となる。この電流配置は、磁石及びステータ巻線の配置により決定される。

実施例２
実施例２の２軸回転電機が図６を参照して説明される。この回転電機は、図１に示される実施例１の回転電機において、ステータ巻線４０、５０の代わりかご形巻線４０A、５０Aを採用した点にその特徴がある。

かご形巻線４０A、５０Aはそれぞれ、周方向へ一定ピッチで配置された多数のスロット導体部からなる。かご形巻線４０Aの各スロット導体部は、ステータコア４１の各スロットに別々に収容されている。かご形巻線５０Aの各スロット導体部は、ステータコア５１Aの各スロットに別々に収容されている。接続導体１０の数は、かご形巻線４０A、５０Aのスロット導体部のペアの数に等しい。各接続導体１０は、ハウジング１の内端壁に沿って、放射状に配置されている。各接続導体１０は、互いに電気絶縁されている。

各接続導体１０の外径端は、かご形巻線５０Aの各スロット導体部の前端に別々に接続されている。各接続導体１０の内径端は、かご形巻線４０Aの各スロット導体部の前端に別々に接続されている。電気絶縁シート１１が各接続導体１０とハウジング１との間に配置されている。かご形巻線５０Aの各スロット導体部の後端は、エンドリング５０Cにより互いに接続されている。かご形巻線４０Aの各スロット導体部の後端は、エンドリング４０Cにより互いに接続されている。ハウジング１はこれらのエンドリング４０C、５０Cを兼ねることができる。

その結果、回転する永久磁石により、電流I１がかご形巻線４０Aに誘導される。かご形巻線４０Aの電流I１がかご形巻線５０Aに流れ、電流I２になる。かご形巻線４０Aの電流I1が角速度ω１で回転する時、かご形巻線５０Aの電流I２も角速度ω１で回転する。これは、実施例１のかご形巻線７２、７３に流れる電流I３と同じである。その結果、かご形巻線７２のロータ電流I３と、ステータ５の電流I２とが同期トルクを発生する。このモータは、簡素な構造をもつ。ただし、バッテリは、ステータ巻線４０、５０に接続されない。したがって、この回転電機は、純粋なトルクコンバータとして運転される。各かご形巻線７２、７３、４０A、５０Aの接続が図７に示される。

実施例３
実施例３の２軸回転電機が図８を参照して説明される。この回転電機は、図１に示される実施例１の回転電機の磁石ロータ６の代わりに、誘導ロータ６Aを有する点にその特徴がある。

誘導ロータ６Aは、ロータコア６１A、６１Bを有する。ロータコア６１Aはかご形巻線６２Aを有する。ロータコア６１Bはかご形巻線６３Aを有する。かご形巻線６２A、６３Aの各一端は接続導体６４により接続されている。電気絶縁シート６５が、円筒部６１Cと接続導体６４との間に配置されている。円筒部６１C、かご形巻線６２A、６３A及び接続導体６４を含む椀部６０はダイキャストにより鋳造されている。

かご形巻線６２A、６３A及び接続導体６４の構造は、かご形巻線７３、７２A及び接続導体７４の構造と同じである。結局、この回転電機は、トルク伝送のための３つのMG（発電電動機）をもつ。ラジアルギャップ８１をもつ第１MG、及び、ラジアルギャップ８２をもつ第２MGは誘導モータとなる。ラジアルギャップ８３をもつ第３MGは同期モータとなる。

この２軸回転電機の基本動作が説明される。角速度ω０の回転磁界を作る電流が、ステータ巻線４０及びステータ巻線５０に供給される。誘導ロータ６Aは、角速度ω１で回転する。誘導ロータ７は、角速度ω２で回転する。

かご形巻線６２Aのスロット導体部の各一つは、かご形巻線６３Aのスロット導体部の各一つに接続される。かご形巻線７２のスロット導体部の各一つは、かご形巻線７３のスロット導体部の各一つに接続される。

ステータ巻線４０に流れる３相交流電流により、かご形巻線６２Aに二次電流が誘導される。この二次電流は、かご形巻線６３Aに流れる。その結果、かご形巻線６３Aの電流は絶対角速度ω０で回転する。

ステータ巻線５０に流れる３相交流電流により、かご形巻線７２に二次電流が誘導される。この二次電流は、かご形巻線７３に流れる。その結果、かご形巻線７３の電流は絶対角速度ω０で回転する。ステータ巻線４０の３相交流電流のステータ巻線５０の３相交流電流との位相角を適切に設定することにより、かご形巻線６３Aの二次電流、及び、かご形巻線７３の二次電流は、最大トルクを発生する位相角をもつ。すなわち、かご形巻線６３A、かご形巻線７３は、同期トルクを発生する。

好適な態様において、ステータ巻線４０及びステータ巻線５０が作る回転磁界の角速度ω０は、角速度ω１と角速度ω２の間の中間値をもつ。角速度ω１が角速度ω０より大きい時、誘導発電電流がステータ巻線４０に発生する。すなわち、ステータ巻線４０及びかご形巻線６２Aは誘導発電機を構成する。

角速度ω２が角速度ω０より小さい時、ステータ巻線５０及びかご形巻線７２は誘導モータを構成する。ステータ巻線４０の発電電流とステータ巻線５０のモータ電流は同じ周波数をもつ。ステータ巻線４０を構成する３相巻線と、ステータ巻線４０を構成する３相巻線の空間配置を好適に決定することにより、ステータ巻線４０の発電電流とステータ巻線５０のモータ電流とはほぼ等しい位相角をもつことができる。

結局、誘導ロータ６Aの回転動力は、直接、及びステータ巻線４０、５０を通じて誘導ロータ７に伝送される。言い換えれば、誘導機の滑り損失をキャンセルすることができる。好適態様において、ステータ巻線４０、５０の周波数は、ステータ巻線４０の発電電力とステータ巻線５０の消費電力が一致する周波数に制御される。ステータ巻線４０、５０の三相交流電流の周波数は、誘導ロータ７のそれより僅かに大きい値とされる。これにより、誘導ロータ７のトルクは増加する。

バッテリの供給電流又はバッテリの充電電流が増加される時、ステータ巻線４０、５０の三相交流電流の周波数は制御されることができる。ステータ巻線４０の三相交流電流を第１のインバータから供給し、ステータ巻線５０の三相交流電流を第２のインバータから供給することもできる。同じ相の２つ相巻線が直列又は並列に接続されたステータ巻線４０、５０を共通のインバータに接続してもよい。

この実施形態の誘導ロータ６A、７の両方は、かご形巻線をもつ。その結果、誘導ロータ６A、７は高速回転することができる。すなわち、かご形巻線６２A、６３Aは、ロータコア６１A、６１Bを機械的に支持する支持部材を構成する。かご形巻線７２、７３は、ロータコア７１A、７１Bを機械的に支持する支持部材を構成する。

図８に示される２軸回転電機の詳細動作が以下に説明される。ロータ２、３が回転速度の増加を必要とする時、一つのインバータの電流の回転速度は２つのロータ２、３の回転速度よりも高い。ロータ２、３が回転速度の減少を必要とする時、一つのインバータの電流の回転速度は２つのロータ２、３の回転速度よりも低い。軸２に固定されたエンジンが始動される時、第２ロータはロックされることが好適である。その結果、第２ロータ３のかご形巻線の誘導電流は最大となる。ステータ巻線４０もロータ２を駆動する。

ステータ巻線４０、５０に三相交流電流を供給する一つのインバータの周波数制御が図９を参照して説明される。最初のステップS２００にて、２つのロータ２、３のトルク指令値が計算される。更に、バッテリの電流指令値が計算される。次のステップS２０２０にて、ステータ巻線４０、５０に供給される三相交流電流の周波数が、トルク指令値及び電流指令値に基づいて算出される。これらの指令値とこの周波数との関係は記憶されている。次のステップS２０４にて、一つのインバータは、算出された周波数をもつ電流をステータ巻線４０、５０に供給する。

実施例４
実施例４の２軸回転電機が図１０を参照して説明される。この回転電機は、図６に示される実施例２の変形態様である。図６において、ハウジング１に固定される第１ステータ４は、第１ロータ６の径方向内側に配置される。しかし、図１０に示されるこの実施例において、ハウジング１に固定される第１ステータ４は、軸方向において第２ステータ５に軸方向に隣接している。

更に、図６において、軸２に固定される内側ロータコア６１A及び内側永久磁石６２は、外部永久磁石６３及び外側ロータコア６１Bの径方向内側に配置されている。しかし、図１０に示されるこの実施例では、内側ロータコア６１A及び内側永久磁石６２は、第２ロータコア７１に軸方向において隣接している。図１０において、内側ロータコア６１A及び内側永久磁石６２は、第１ステータ４の径方向内側に配置されている。

すなわち、２軸回転電機は、２つのステータと３つのロータとをもつ。それは、上記説明された従来技術と本質的に同じである。けれども、図１０に示される２軸回転電機は、それぞれかご形巻線により構成されている。

かご形巻線４０A及び５０Aは、それぞれ一定角で周方向へ配列された多数のスロット導体部からなる。かご形巻線４０Aの各スロット導体部は、ステータコア４１の各スロットに別々に収容されている。かご形巻線５０Aのスロット導体部のそれぞれは、ステータコア４１の各スロットに別々に収容されている。接続導体１０の数は、かご形巻線４０A及び５０Aのペアの数に等しい。各接続導体は、ハウジング１の内周面に沿って軸方向にそれぞれ延在している。各接続導体１０は互いに絶縁されている。

各接続導体１０の一端部のそれぞれは、かご形巻線５０Aのスロット導体部の各一端に別々に接続されている。各接続導体１０の他端部のそれぞれは、かご形巻線４０Aのスロット導体部の各一端に別々に接続されている。かご形巻線５０Aのスロット導体部の各他端は、エンドリング５０Cに接続されている。かご形巻線４０Aのスロット導体部の各他端は、エンドリング４０Cに接続されている。

その結果、電流I１は、回転する永久磁石６２により、かご形巻線４０Aを通じて誘導される。かご形巻線４０Aの電流I１は、かご形巻線５０Aに流れ、電流I２となる。かご形巻線４０Aの電流I１が角速度ω１で回転する時、かご形巻線５０Aの電流I２は、角速度ω1で回転する。これは、実施例１のかご形巻線７２、７３を通じて流れる。

これにより、かご形巻線７２のロータ電流I３及びかご形巻線５０Aのステータ電流I２は、同期トルクを発生する。このモータは、簡素な構造をもつ。けれども、バッテリはステータ巻線４０A、５０Aに接続されない。したがって、この回転電機は、純粋なトルクコンバータとして運転される。かご形巻線７２、７３、4０A及び５０Aの接続関係が図７に示される。

図１０に示される２軸回転電機は、図６に示される回転電機と同じ動作をもつ。図１０において、軸２に固定される非磁性円筒部６０Cがロータコア６１C及び永久磁石６２を支持するために追加される。更に、ハウジング１の中央壁１０Cが第３ロータ８とロータ６、７の間に配置される。ロータコア６１Aは、第３ロータ８の外周面に固定される。

実施例５
実施例５の２軸回転電機が図１１を参照して説明される。この回転電機は、図８に示される実施例３の変形態様である。図８において、ハウジング１に固定された第１ステータ４は、第１ステータ巻線４０をもつ。

しかし、図１１に示されるこの実施例では、永久磁石４０Cが第１ステータ４のステータコア４１に埋設されている。永久磁石４０CはN極及びS極のペアを複数有する。N極及びS極は、周方向に交互配置されている。

更に、図８において、かご形巻線７２、７３のスロット導体部の各一端の両方が接続導体７４により接続されている。しかし、図１１に示されるこの実施例では、かご形巻線７２、７３のスロット導体部の各一端の両方が接続導体７４A、７４B、７４C及び７４Dにより接続されている。

接続導体７４A、７４B、７４C及び７４Dの接続が図１２を参照して説明される。図１２は、ロータ７の部分展開図である。図１２に記載される矢印線AXは、軸方向を示す。図１２に記載される矢印線PHは周方向を示す。

電流I２を構成する二次電流IX, IY, -IX及び-IYは、ステータ巻線５０により、かご形巻線７２のスロット導体部７２Aに誘導される。二次電流IX, IY, -IX及び-IYは、接続導体７４A、７４B、７４C及び７４Dを通じて、かご形巻線７３のスロット導体部７３Aに流れる。かご形巻線７３のスロット導体部７３Aの二次電流IX, IY, -IX及び-IYは、電流I３になる。

接続導体７４A及び７４Bは交差している。接続導体７４C及び７４Bは交差している。電気角９０は、隣接する２つのスロット導体部７２Aの間に配置される。電気角９０度は、２つのスロット導体部７３Aの間に配置される。その結果、電流I３は、等しい速度値で、電流I２の回転方向と反対の方向へ回転する。

図１３を参照して、この２軸回転電機の動作が説明される。ロータ２は、角速度ω１で回転する。その結果、かご形巻線６２Aの誘導電流I４は、相対角速度-ω1をもつ。かご形巻線６３Aの誘導電流I５の絶対角速度は、０になる。

ロータ３は角速度ω２で回転する。ステータ巻線５０のステータ電流は、角速度ω０ (= ２*ω２)をもつ。その結果、かご形巻線７２の誘導電流I２は、角速度（ω０-ω２) =ω2をもつ。かご形巻線７３の誘導電流I３の角速度は０になる。なぜなら、接続導体７４A、７４B、７４C及び７４Dは、電流の回転方向を反対方向に変更する。

結局、かご形巻線７３の電流I３、及び、かご形巻線６３Aの電流I３は、回転速度０をもつ。同期トルクが電流I３及びI５により発生される。ステータ巻線５０のステータ電流I０の回転速度は、ロータ３の回転速度の２倍の値に等しい。ステータ電流I０の電流値を制御することにより、ロータ３のモータトルクが制御される。図１１において、絶縁シート７５Bは、導体間の電気絶縁のために下の接続導体７４A、７４Cと、上の接続導体７４B、７４Dとの間の配置される。

Claims (24)

1. 第１軸（２）に固定された第１ロータ（６，６A）と、第２軸（３）に固定された第２ロータ（７）と、第１ロータ（６、６A）と電磁結合される第１ステータ（４、４A)と、第２ロータ（７）と電磁結合される第２ステータ（５、５A）とを有する２軸回転電機において、
   第１ロータ(６、６A)は、永久磁石（６２、６３）とかご形巻線（６２A、６３A)の少なくとも一つをもつ軟磁性コア（６１A、６１B）を有し、第２ロータ（７）は、かご形巻線（７２、７３）をもつ軟磁性コア（７１A、７１B）を有し、
   第１ステータ(４、４A)、 第１ロータ（６、６A）、第２ロータ（７）及び 第２ステータ（５、５A）は、小空隙(８１、８２、８３)を介して径方向に順番に隣接し、
   第１ロータ(６) 及び第２ロータ(７)は、小空隙(８２)を介して電磁的に結合し、
   第１ステータ(４、４A)の第１ステータ巻線(４０)及び第２ステータ(５、５A)の第２ステータ巻線(５０)は、それぞれ同回転速度の回転磁界を形成することを特徴とする２軸回転電機。
2. 第１ロータ(６、６A)は、永久磁石（６２、６３）をもつ軟磁性コア(６１A、６１B)を有する請求項１記載の２軸回転電機。
3. 第１ロータ(６、６A)は、かご形巻線（６２A、６３A）をもつ軟磁性コア(６１A、６１B)を有する請求項１記載の２軸回転電機。
4. かご形巻線（６２A、６３A、７２、７３）は、内側ロータコア(６１A、７１A)の内周面に沿って延在する内側かご形巻線（６２A、７３）と、外側ロータコア (６１B、７１B)の外周面に沿って延在する外側かご形巻線（６３A、７２）とからなる請求項１記載の２軸回転電機。
5. 径方向へ延在する接続導体(６４、７４)の各一本により、内側かご形巻線(６２A、７３)のスロット導体部の各一端は外側かご形巻線 (６３A, ７２)のスロット導体部の各一端に接続される請求項４記載の２軸回転電機。
6. ロータ(６、６A、７、７A)は、ロータコア(６、７、６A) を軸 (２、３)に接続する非磁性の椀部 (６０、７０)を有し、
   椀部 (６０、７０) は、内側ロータコア(６１A、７１A)と外側ロータコア (６１B、７１B)との間に突出する非磁性の円筒部(６１C、７１C)を有する請求項５記載の２軸回転電機。
7. 円筒部(６１C、７１C)は、電気絶縁シート部材(６５、７５)を介して接続導体(６４、７４)に隣接する請求項６記載の２軸回転電機。
8. 椀部 (６０、７０)、内側かご形巻線（６２A、７３)及び円筒部(６１C、７１C)は、ダイキャストされた非磁性金属で形成されている請求項６記載の２軸回転電機。
9. 椀部 (６０、７０) 、内側かご形巻線(６２A、７３)、外側かご形巻線 (６３A、７２)、円筒部(61C, 71C)及び接続導体（６４、７４）は、ダイキャストされた非磁性金属で形成され、
   電気絶縁シート(６５、７５)が、円筒部(６１C、７１C)と接続導体(６４、７４)との間に挿入されている請求項７記載の２軸回転電機。
10. 永久磁石(６２、６３)は、ロータコア（６１A）の内周面に沿って延在する内側永久磁石(６２)と、ロータコア（６１B）の外周面に沿って延在する外側永久磁石(６３)とからなり、
    ロータ(６)は、ロータコア(６１)を軸（２）に接続する非磁性の椀部 (６０)を有し、
    椀部 (６０)は、内側ロータコア(６１A) と外側ロータコア(６１B)との間に突出する非磁性の円筒部(６１C)を含む請求項1記載の２軸回転電機。
11. 椀部 (６０)は、ダイキャストされた非磁性金属で形成されている請求項１０記載の２軸回転電機。
12. 並列接続された第１ステータ巻線(４０)及び第２ステータ巻線 (５０)は、複数相インバータに接続されている請求項１記載の２軸回転電機。
13. 直列接続された第１ステータ巻線(４０)及び第２ステータ巻線 (５０)は、複数相インバータに接続されている請求項１記載の２軸回転電機。
14. 第１ステータ巻線(４０)は、かご形巻線(４０A)からなり、
    第２ステータ巻線(５０)は、かご形巻線(５０A)からなり、
    径方向へ延在する接続導体(１０)の各一本により、かご形巻線(４０A)のスロット導体部の各一端は、かご形巻線 (５０A)のスロット導体部の各一端に接続される請求項１記載の２軸回転電機。
15. 第１ステータ巻線(４０)の各相巻線及び第２ステータ巻線（５０）の各相巻線は、２つのロータ（６、７）の間のトルクが最大となる所定周方向相対位置に配設される請求項１記載の２軸回転電機。
16. 内側永久磁石(６２)及び外側永久磁石(６３)は、２つのロータ（６、７）の間のトルクが最大となる所定周方向相対位置に配設される請求項１記載の２軸回転電機。
17. 第２ロータ(６)は、永久磁石(６２、６３)を有し、
    第１ステータ巻線(４０)及び第２ステータ巻線(５０)は、第１ロータ(６)と同じ回転速度をもつ回転磁界を発生する請求項１記載の２軸回転電機。
18. 第１ロータ(６)は、永久磁石(６２、６３)を有し、
    第１ステータ巻線(４０)及び第２ステータ巻線(５０)は、第１ロータと同じ回転速度をもつ回転磁界を発生する請求項１記載の２軸回転電機。
19. ２つのロータ(６、７)の両方はそれぞれかご形巻線を有し、
    第１ステータ巻線(４０)及び第２ステータ巻線(５０)は、互いに同じ回転速度の回転磁界を誘起し、
    この回転速度は、第１ロータ（６A)の回転速度と第２ロータ（７)の回転速度との中間値である請求項１記載の２軸回転電機。
20. ２つのステータ巻線(４０、５０)により励起された回転磁界は、第１ロータ(６)及び第２ロータ(７)のトルク指令値の少なくとも一つに応じて変更される請求項１９記載の２軸回転電機。
21. ２つのステータ巻線(４０、５０)により励起された回転磁界は、複数相インバータを介して２つのステータ巻線(４０、５０)に接続されるバッテリの電流指令値に応じて変更される請求項１９記載の２軸回転電機。
22. 第１軸に固定された第１ロータ（６）、第２軸（３）に固定された第２ロータ（７）、第１軸（２）に固定された第３ロータ（８）、第３ロータ（８）に電磁結合する第１ステータ（４）、及び、第２ステータ（７）に電磁結合する第２ステータ（５）を備え、第１ロータ（６）は、第２ロータ（７）に電磁結合する２軸回転電機において、
    軸（２）の軸方向に隣接する第１ロータ（６）及び第３ロータ（８）はそれぞれ、永久磁石を有し、
    軸２の軸方向に互いに隣接する第１ステータ（４）及び第２ステータ（５）はそれぞれ、 かご形巻線（４０A、５０A）を有するかご形巻線を有し、
    第２ロータ（７）は、かご形巻線をもつ誘導ロータであり、
    第１ロータ（６）、第２ロータ (７)及び第２ステータ(５)は、軸方向に隣接し、
    かご形巻線(４０A)のスロット導体部の各一端は、軸（２）の軸方向に延在する接続導体（１０）の各一つにより、かご形巻線（５０A）のスロット導体部の各一端に接続されることを特徴とする２軸回転電機。
23. 請求項２２記載の２軸回転電機において、
    第２ロータ（７）は、内側かご形巻線（７３）及び外側かご形巻線（７２）を有し、
    内側かご形巻線（７３）は、第２ロータ（７）の内側ロータコア（７１A）の内周面に沿って延在し、
    外側かご形巻線（７２）は、第２ロータ（７）の外側ロータコア（７１B）の外周面に沿って延在し、
    かご形巻線(７２)のスロット導体部の各一端は、軸（２）の径方向に延在する接続導体（７４）の各一つにより、かご形巻線（７３）のスロット導体部の各一端に接続される２軸回転電機。
24. 第１軸に固定された第１ロータ（６）、第２軸（３）に固定された第２ロータ（７）、第１軸（２）に固定された第３ロータ（８）、第１ロータ（７）に電磁結合する第１ステータ（４A）、及び、第２ステータ（７）に電磁結合する第２ステータ（５）を備え、第１ロータ（６）は、第２ロータ（７）に電磁結合する２軸回転電機において、
    第１ロータ（６）は、第１かご形巻線(６２A)及び第２界磁巻線(６３A)を有し、
    第２ロータ（７）は、第３かご形巻線(７３)及び第４界磁巻線(７２)を有し、
    第１かご形巻線(６２A)は、永久磁石(４０C)をもつ第１ステータに面し、
    第２かご形巻線(６３A）は、第３かご形巻線(７３）に面し、
    第４かご形巻線(７２）は、ステータ巻線(５０）をもつ第２ステータに面し、
    第１界磁巻線(６２A)及び第２界磁巻線(６３A）は、接続導体（６４）を通じて接続され、
    第３界磁巻線(７３)及び第４界磁巻線(７２）は、接続導体(74A, 74B, 74C, 74D)を通じて接続され、
    接続導体(74A, 74B, 74C, 74D)は第３かご形巻線(７３）の電流を第４かご形巻線(７２）の電流の反対方向へ回転させ、
    第２ステータ（５A)のステータ巻線（５０）の電流は、第２ロータ（７）の回転速度の２倍で回転することを特徴とする２軸回転電機。

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