JP2011254609A

JP2011254609A - Device for setting phase difference between two-divided rotors of permanent magnetic type motor

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Publication number: JP2011254609A
Application number: JP2010126394A
Authority: JP
Inventors: Takeo Hiramatsu; 健男平松
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2011-12-15

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly efficient motor driving system that generates a high output at a low voltage source even in a high rotation range by controlling a rotation direction phase difference between two-divided rotors that are axially divided in a direct current motor using a permanent magnet type motor.SOLUTION: A device for setting rotation direction phase difference between two-divided rotors, comprising planetary gears including sun gears, carriers, ring gears for each rotor, allows a case to support each rotor with bearings directly to improve concentric accuracy with a stator as well as each rotor to get connected with each sun gear with combined carriers connected to an output shaft and fixes a ring gear of one planetary gear on the case with a ring gear of the other planetary gear connected to drive a phase difference adjusting motor so that a speed reduction ratio can be set between 1.33 and 5.

Description

本発明は、永久磁石式モータ＆発電機（以下モータと表現）と遊星歯車を組み合わせた駆動システムであり、低速から高速まで出力エネルギが一定であることが望ましい電気自動車、ハイブリッド自動車、風力発電機などのモータ装置に関する。 The present invention is a drive system that combines a permanent magnet motor and generator (hereinafter referred to as a motor) and a planetary gear, and it is desirable that the output energy is constant from low speed to high speed. It relates to a motor device such as.

電気自動車、電車などに使用するモータでは、回転速度と負荷（トルク）の広範囲にわたって、高効率であること、大きさ、重量、コスト面でも有利で、かつ十分な耐久性を有することが重要である。そのため、ロータに永久磁石を用いる永久磁石式モータが主流となっている。永久磁石式モータや発電機にはロータの外周に永久磁石を貼り付ける表面磁石型と、ロータのコア内に永久磁石を埋め込む永久磁石埋込み型とがあり、永久磁石埋込み型モータが一般的である。 For motors used in electric cars, trains, etc., it is important that they have high efficiency over a wide range of rotational speeds and loads (torques), are advantageous in terms of size, weight, and cost, and have sufficient durability. is there. Therefore, a permanent magnet motor using a permanent magnet for the rotor has become the mainstream. Permanent magnet motors and generators include a surface magnet type in which a permanent magnet is attached to the outer periphery of the rotor and a permanent magnet embedded type in which the permanent magnet is embedded in the rotor core. A permanent magnet embedded motor is generally used. .

永久磁石式モータの場合、高速で回転すると、固定子に巻かれたコイルには高圧の誘起電圧が発生し、固定子用コイルに供給する電源電圧が低い場合は、電圧飽和によってトルクの発生に寄与する電流が減少し、十分なトルクが発生しなくなるとともに、効率低下を招く。また、発電機として機能させる場合も、高速回転で大きなトルクを吸収することができなくなる。 In the case of a permanent magnet motor, when it rotates at a high speed, a high induced voltage is generated in the coil wound around the stator, and when the power supply voltage supplied to the stator coil is low, torque is generated due to voltage saturation. The contributing current is reduced, and sufficient torque is not generated, and the efficiency is reduced. Also, when functioning as a generator, large torque cannot be absorbed at high speed.

これらの課題を解決する手段として、固定子のコイルに高電圧を供給する例がある。高電圧にする手法として、電源用バッテリ自体を高電圧にするか、バッテリ電圧は低いままにして、インバータにチョッパ回路などを付加して高電圧を発生させるかのいずれかの対応が採られる。 As means for solving these problems, there is an example in which a high voltage is supplied to the stator coil. As a method of increasing the voltage, either the power supply battery itself is set to a high voltage, or the battery voltage is kept low and a high voltage is generated by adding a chopper circuit or the like to the inverter.

電源用バッテリ自体を高電圧にするには、バッテリセルの個数を増やして直列に連結するとともに、回路構成を高電圧に耐えられる構造とする必要があり、大きさ、重量、コストの点で不利となる。 In order to increase the power supply battery itself to a high voltage, it is necessary to increase the number of battery cells connected in series and to have a circuit structure that can withstand the high voltage, which is disadvantageous in terms of size, weight, and cost. It becomes.

また、低電圧のバッテリ電源をインバータで高電圧に変換するには、チョッパ回路で電圧源の電流を急断続させ、それを変圧器で交流高電圧に変換するとともに整流し、直流高電圧を得る。この場合、インバータ自体の大きさ、重量、コストも増大するほか、それぞれの変換装置のエネルギ損失が大きく、システム全体の効率が低下する。 Also, in order to convert a low-voltage battery power source to a high voltage with an inverter, the current of the voltage source is suddenly interrupted with a chopper circuit, which is converted into an AC high voltage with a transformer and rectified to obtain a DC high voltage. . In this case, the size, weight, and cost of the inverter itself are increased, and the energy loss of each converter is large, so that the efficiency of the entire system is lowered.

これらの改善策として、モータの固定子形状は従来のままとし、ロータを軸直角方向で分割して、第一のロータ１Aと第二のロータ１Bとに２分割するとともに、両者の回転方向の位相をずらすことにより、永久磁石ロータから固定子コイルに鎖交する有効磁束量を可変にし、高速回転時には誘起電圧を低下させて低電圧を固定子コイルに供給しても、出力トルクを増大させることが可能な可変磁束モータが下記特許文献１に提案されている。 As measures for these improvements, the stator shape of the motor remains the same, the rotor is divided in the direction perpendicular to the axis and divided into two parts, the first rotor 1A and the second rotor 1B. By shifting the phase, the amount of effective magnetic flux interlinking from the permanent magnet rotor to the stator coil can be varied, and the output torque can be increased even if low voltage is supplied to the stator coil by reducing the induced voltage during high-speed rotation. A variable magnetic flux motor capable of this is proposed in Patent Document 1 below.

特許文献１の図１０に示す構造例では、同一回転速度で回転し、軸方向に2分割されているロータ相互間に、回転位相差（ずれ）を設けることによって、固定子用コイルに発生する誘起電圧を低下させることができ、その位相差をトルクや回転速度によって決まる最適な量に調整できれば、広範な運転領域で回転速度に反比例するようなトルク特性が得られるとともに、高速回転領域まで高効率とすることができる。 In the structural example shown in FIG. 10 of Patent Document 1, rotation occurs at the same rotational speed and is generated in the stator coil by providing a rotational phase difference (shift) between the rotors that are divided into two in the axial direction. If the induced voltage can be reduced and the phase difference can be adjusted to an optimal amount determined by the torque and rotational speed, torque characteristics that are inversely proportional to the rotational speed can be obtained in a wide range of operation, and high speed rotation can be achieved. It can be efficiency.

また、特許文献１では、位相差設定のため遊星歯車の差動機能を利用し、同一諸元を持つ２組の遊星歯車の回転要素の中で、通常は常時固定させている回転要素の片方だけを微小角度αだけ回転させることにより、同一速度で回転している２個のロータ間に、αに比例した回転方向位相差を発生させることが可能なメカニズムが示されている。特許文献１の図１０の構造例では、１対の単純遊星歯車のサンギヤを入力軸に、キャリアを出力軸に連結し、リングギヤを固定することにより、入力軸に対して出力軸が減速回転する。 Also, in Patent Document 1, one of the rotating elements of the planetary gears that have the same specifications and are normally fixed at all times is used, using the differential function of the planetary gear for setting the phase difference. Only a small angle α is rotated so that a rotation direction phase difference proportional to α can be generated between two rotors rotating at the same speed. In the structural example of FIG. 10 of Patent Document 1, the sun shaft of a pair of simple planetary gears is connected to the input shaft, the carrier is connected to the output shaft, and the ring gear is fixed, so that the output shaft rotates at a reduced speed with respect to the input shaft. .

また、特許文献１の図１０の構造例では、以下の特徴がある。
１．サンギヤとリングギヤの歯数比ρによって入力軸と出力軸との間の減速比ｒ（ｒ＝（１＋ρ）／ρ）が決まり、遊星歯車における歯数関係の制約からρ＝０．２５〜０．７５となり、減速比の採れる範囲は、ｒ＝２．３３〜５となる
２．ロータをケースで直接軸受けしておらず、出力軸を介して軸受けしているので、固定子との間の同心精度が悪化し、その分両者のクリアランスを拡大する必要があり、出力トルクが減少するとともに、効率が低下する
３．各ロータに付随している１対の遊星歯車がロータとサンギヤとの間に配置された軸受けによって軸方向に離れて配置されているため、遊星歯車を含む全体の構造が複雑になるとともに、歯車に供給する潤滑油の回路が複雑になる Further, the structure example of FIG. 10 of Patent Document 1 has the following characteristics.
1. The reduction ratio r (r = (1 + ρ) / ρ) between the input shaft and the output shaft is determined by the gear ratio ρ of the sun gear and the ring gear, and ρ = 0.25 to 0. 75, and the range where the reduction ratio can be obtained is r = 2.33-5. Since the rotor is not directly supported by the case but via the output shaft, the concentricity with the stator deteriorates, and the clearance between the two must be increased accordingly, reducing the output torque. And efficiency decreases. Since a pair of planetary gears associated with each rotor is arranged axially apart by a bearing arranged between the rotor and the sun gear, the overall structure including the planetary gears becomes complicated, and the gears The lubricating oil circuit supplied to

特開２００８−１９３８８８号公報JP 2008-193888 A

２分割されたロータ間の回転方向の位相差を最適値に制御可能とすることにより、供給電圧が低くても高速まで高トルクを発生する特性を持たせたモータ駆動装置において、上記特許文献１で示されたメカニズムに比べて、ロータを直接ケースで支承することにより、下記の点で有利な構造を提供する。
１．固定子との間の同心精度を向上させ、クリアランスを最小限とし、発生トルクを極力増大させる
２．２分割ロータの内周側に配置した位相差設定用遊星歯車の相互間距離を短縮し、システムの構造と潤滑油の供給回路を簡素化する In the motor drive device having the characteristic of generating high torque up to high speed even when the supply voltage is low, the phase difference in the rotational direction between the two divided rotors can be controlled to an optimum value. Compared with the mechanism shown in (1), the rotor is directly supported by the case to provide an advantageous structure in the following points.
1. Improve the concentric accuracy with the stator, minimize the clearance, increase the generated torque as much as possible, shorten the distance between the phase difference setting planetary gears arranged on the inner peripheral side of the 2.2 divided rotor, Simplify system structure and lubricating oil supply circuit

永久磁石によって複数の磁極が円周上に与えられている第一の永久磁石式ロータ、円周上に該第一の永久磁石式ロータと同数の磁極を持つ第二の永久磁石式ロータ、磁性体に巻かれたコイルに流れる電流により磁界を構成し、上記第一のロータあるいは第二のロータと同数の円周上磁極を持たせた固定子、ケース、出力軸、第一のロータと第二のロータとの回転方向の位相差を設定するための位相差設定装置から成り、該位相差設定装置は、第一の遊星歯車装置、第二の遊星歯車装置、位相差調整用モータとから成り、第一の永久磁石式ロータと第二の永久磁石式ロータとは該固定子と同心で回転するよう上記ケースで回転可能に軸受けされ、第一の遊星歯車装置は、少なくともサンギヤ、キャリア、リングギヤの回転３要素から成り、第二の遊星歯車装置は、少なくともサンギヤ、キャリア、リングギヤの回転３要素から成り、第一の遊星歯車装置の速度線図と第二の遊星歯車装置の速度線図とは一致するように設定され、第一のロータと第一の遊星歯車装置のサンギヤとを機械的に連結し、第二のロータと第二の遊星歯車装置のサンギヤとを機械的に連結し、第一の遊星歯車装置のキャリアと第二の遊星歯車装置のキャリアとを機械的に連結するとともに出力軸に連結し、第一の遊星歯車装置のリングギヤを上記ケースに連結して固定し、第二の遊星歯車装置のリングギヤを位相差調整用モータに駆動連結することにより、入出力軸間の減速比を1以上の値に設定しながらロータ間の位相差を任意に設定できることを特徴とする２分割ロータのロータ間位相差設定装置。 A first permanent magnet rotor in which a plurality of magnetic poles are provided on the circumference by a permanent magnet, a second permanent magnet rotor having the same number of magnetic poles as the first permanent magnet rotor on the circumference, and magnetism A stator, a case, an output shaft, a first rotor, and a first rotor having a magnetic field formed by a current flowing in a coil wound around the body and having the same number of circumferential magnetic poles as the first rotor or the second rotor. Comprising a phase difference setting device for setting a phase difference in the rotational direction between the two rotors, the phase difference setting device comprising a first planetary gear device, a second planetary gear device, and a phase difference adjusting motor. The first permanent magnet rotor and the second permanent magnet rotor are rotatably supported in the case so as to rotate concentrically with the stator, and the first planetary gear device includes at least a sun gear, a carrier, Consists of three ring gear rotation elements, the second The planetary gear device is composed of at least three rotational elements of a sun gear, a carrier, and a ring gear. The speed diagram of the first planetary gear device and the speed diagram of the second planetary gear device are set to coincide with each other. The rotor of the first planetary gear unit is mechanically coupled to the sun gear of the first planetary gear unit, and the second rotor and the sun gear unit of the second planetary gear unit are mechanically coupled to each other. The second planetary gear unit carrier is mechanically coupled to the output shaft, the ring gear of the first planetary gear unit is coupled to the case and fixed, and the ring gear of the second planetary gear unit is phase-differed. A phase difference setting device between rotors of a two-divided rotor, wherein the phase difference between the rotors can be arbitrarily set by setting the reduction ratio between the input and output shafts to a value of 1 or more by driving connection to the adjustment motor. .

本発明の実施例では、永久磁石式ロータを２分割し、ロータがトルクを発生させながら運転している最中でも、両方のロータに回転方向の位相差を任意に与えることが可能で、サンギヤをロータに、キャリアを出力軸に、リングギヤをケースに連結して固定することにより、入出力軸間の減速比が２．３３〜５で、遊星歯車の歯車かみ合いによる負荷依存損失率が１％以下となる永久磁石式２分割ロータシステムである。 In the embodiment of the present invention, the permanent magnet rotor is divided into two, and even while the rotor is operating while generating torque, it is possible to arbitrarily give a phase difference in the rotational direction to both rotors. By connecting the carrier to the output shaft and the ring gear to the case and fixing to the rotor, the reduction ratio between the input and output shafts is 2.33-5, and the load dependent loss rate due to the meshing of the planetary gears is 1% or less This is a permanent magnet type two-split rotor system.

図１は本発明の永久磁石式モータの２分割ロータ間に、回転方向の位相差を設けた構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration in which a phase difference in the rotational direction is provided between two divided rotors of a permanent magnet motor of the present invention. 図２は減速比が２．３３〜５となる実施例のスケルトン（サンギヤ：入力、キャリア出力、リングギヤ：固定）を示す。FIG. 2 shows a skeleton (sun gear: input, carrier output, ring gear: fixed) of an embodiment in which the reduction ratio is 2.33 to 5. 図３は本発明の実施例において遊星歯車装置に入ってくるトルクの流れを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the flow of torque entering the planetary gear device in the embodiment of the present invention. 図４は本発明の実施例における第一の遊星歯車装置１２Ａの速度線図４０Ａである。FIG. 4 is a velocity diagram 40A of the first planetary gear unit 12A in the embodiment of the present invention. 図５は本発明の実施例における第二の遊星歯車装置１２Ｂの速度線図４０Ｂである。FIG. 5 is a velocity diagram 40B of the second planetary gear unit 12B in the embodiment of the present invention. 図６は本発明の実施例における第一の遊星歯車装置１２Ａの各回転要素への入力トルクの関係を、速度線図上で示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship of the input torque to each rotating element of the first planetary gear device 12A in the embodiment of the present invention on a velocity diagram. 図７は本発明の実施例における第二の遊星歯車装置１２Ｂの各回転要素への入力トルクの関係を、速度線図上で示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship of the input torque to each rotating element of the second planetary gear device 12B in the embodiment of the present invention on a velocity diagram. 図８は特許文献１の図１０に示されている実施例を示すスケルトンである。FIG. 8 is a skeleton showing the embodiment shown in FIG. 図９は特許文献１の図１０に示されている実施例の遊星歯車部の速度線図である。FIG. 9 is a velocity diagram of the planetary gear unit of the embodiment shown in FIG.

本発明による実施形態について、添付した図面を参照し詳細に説明する。なお、同一または実質的に同一の構成要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。 Embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol may be attached | subjected to the same or substantially the same component, and the overlapping description may be abbreviate | omitted.

図１に示すように、この永久磁石式モータは、バッテリなどの電源７とインバータ６で駆動され。電流を流すと円周上に複数の磁極を発生させる固定子３と、第一の永久磁石式ロータ１Ａ、第二の永久磁石式ロータ１Ｂ（以下「永久磁石式」を省略）とから成る。それぞれのロータ１Ａ、１Ｂは固定子３の内周側に配置され、一軸線上にあって、円周上に固定子３と同数の磁極を持つ永久磁石が埋め込まれている。ロータの外周に永久磁石を貼り付ける方法でも本発明と同じ効果が得られる。
それら２個のロータの回転速度は同じであるが、ロータ間では、図１のように、永久磁石の磁極の位相を互いに円周方向にずらすことが可能な構造となっている。 As shown in FIG. 1, this permanent magnet motor is driven by a power source 7 such as a battery and an inverter 6. It comprises a stator 3 that generates a plurality of magnetic poles on the circumference when a current is passed, a first permanent magnet rotor 1A, and a second permanent magnet rotor 1B (hereinafter, “permanent magnet type” is omitted). Each of the rotors 1A and 1B is disposed on the inner peripheral side of the stator 3, and is on one axis, and permanent magnets having the same number of magnetic poles as the stator 3 are embedded on the circumference. The same effect as that of the present invention can be obtained by a method of attaching a permanent magnet to the outer periphery of the rotor.
The rotational speeds of these two rotors are the same, but between the rotors, the phase of the magnetic poles of the permanent magnets can be shifted in the circumferential direction as shown in FIG.

請求項１の発明を、下記の実施例の構造例で示す。特許文献１の図１０と基本構造は同じである。 The invention of claim 1 is shown by the following structural examples. The basic structure is the same as FIG. 10 of Patent Document 1.

図２に、実施例１のスケルトンを示す。位相差設定装置１１は、第一の遊星歯車１２Ａ、第二の遊星歯車１２Ｂ、位相差設定用モータ１３から成る。第一の遊星歯車は、サンギヤ３１Ａ、キャリア３４Ａ、リングギヤ３３Ａから成る。第二の遊星歯車は、サンギヤ３１Ｂ、キャリア３４Ｂ、リングギヤ３３Ｂから成る。リングギヤの歯数に対するサンギヤの歯数の比ρは、第一の遊星歯車１２Ａ、第二の遊星歯車遊星歯車１２Ｂとも同一である。一方の入力となるロータ１Ａは遊星歯車１２Ａのサンギヤ３１Ａに連結、他方の入力となるロータ１Ｂは遊星歯車１２Ｂのサンギヤ３１Ｂに連結、キャリア３４Ａ、３４Ｂは互いに機械的に連結されて一体で回転し、出力軸４に連結している。いずれか一方のリングギヤ（例えば３３Ａ）はケース２０に固定され、他方のリングギヤ（例えば３３Ｂ）は、位相差調整モータ１３などの調整装置によってその回転角度が調整可能となっていて、モータの回転が停止している場合、リングギヤ３３Ｂは固定される。なお、位相差調整モータ１３としては、電気モータや油圧ピストンなどが考えられる。また、位相差調整用駆動システムとしては、位相差調整モータ１３側からは駆動できても、遊星歯車側からの駆動にはセルフロックするシステム（ウォームギヤ式など）が望ましい。そうすれば、位相差を設定変更する際にはモータ１３からの駆動エネルギが必要となるが、位相差を維持するだけなら、エネルギは不要となる。 In FIG. 2, the skeleton of Example 1 is shown. The phase difference setting device 11 includes a first planetary gear 12A, a second planetary gear 12B, and a phase difference setting motor 13. The first planetary gear includes a sun gear 31A, a carrier 34A, and a ring gear 33A. The second planetary gear includes a sun gear 31B, a carrier 34B, and a ring gear 33B. The ratio ρ of the number of teeth of the sun gear to the number of teeth of the ring gear is the same for both the first planetary gear 12A and the second planetary gear planetary gear 12B. The rotor 1A as one input is connected to the sun gear 31A of the planetary gear 12A, the rotor 1B as the other input is connected to the sun gear 31B of the planetary gear 12B, and the carriers 34A and 34B are mechanically connected to each other and rotate together. , Connected to the output shaft 4. One of the ring gears (for example, 33A) is fixed to the case 20, and the rotation angle of the other ring gear (for example, 33B) can be adjusted by an adjusting device such as the phase difference adjusting motor 13, so that the motor can rotate. When stopped, the ring gear 33B is fixed. The phase difference adjusting motor 13 may be an electric motor or a hydraulic piston. Further, the phase difference adjusting drive system is desirably a system (worm gear type or the like) that can be driven from the phase difference adjusting motor 13 side, but is self-locking for driving from the planetary gear side. Then, when setting and changing the phase difference, drive energy from the motor 13 is required, but energy is not necessary if only the phase difference is maintained.

実施例１に示すように、ロータ１Ａ、１Ｂは軸受け５によってケース２０で直接支承されている。これによって、ケース２０と一体である固定子３との同心精度がアップするので、固定子３との間隙（クリアランス）を最小限とすることができ、モータとしてはトルクが増大するとともに、発電機としては電流値が増大する。いずれにしても、モータ効率、発電効率が増大する。また、ロータ１Ａ、１Ｂと出力軸との間に軸受けを持たないので、遊星歯車１２Ａと１２Ｂとの軸方向距離が短縮できるため、モータ構造全体が簡素化される。 As shown in the first embodiment, the rotors 1 </ b> A and 1 </ b> B are directly supported by the case 20 by the bearings 5. As a result, the concentric accuracy with the stator 3 integrated with the case 20 is improved, so that a gap (clearance) with the stator 3 can be minimized, and the motor has an increased torque and a generator. As a result, the current value increases. In any case, motor efficiency and power generation efficiency increase. In addition, since no bearing is provided between the rotors 1A and 1B and the output shaft, the axial distance between the planetary gears 12A and 12B can be shortened, so that the entire motor structure is simplified.

図３に、両遊星歯車のトルクの流れを示す。ロータ１Ａからのトルクは、サンギヤ３１Ａに入力され、反力を受け持つリングギヤ３３Ａからのトルクと合算されて、キャリア３４Ａに入力される。同様に、ロータ１Ｂからのトルクは、サンギヤ３１Ｂに入力され、反力を受け持つリングギヤ３３Ｂからのトルクと合算されて、キャリア３４Ｂに入力される。キャリア３４Ａと３４Ｂのトルクが合算されて出力軸４に出力される。出力軸側から駆動し、モータを発電機として使用する場合は、同様の大きさのトルクの流れとなるが、流れの方向は全て逆となる。 FIG. 3 shows the torque flow of both planetary gears. Torque from the rotor 1A is input to the sun gear 31A, and is added to the torque from the ring gear 33A responsible for the reaction force and input to the carrier 34A. Similarly, the torque from the rotor 1B is input to the sun gear 31B, is added to the torque from the ring gear 33B responsible for the reaction force, and is input to the carrier 34B. The torques of the carriers 34A and 34B are added together and output to the output shaft 4. When driving from the output shaft side and using the motor as a generator, the torque flows in the same magnitude, but the flow directions are all reversed.

図４には第一の遊星歯車１２Ａの速度線図４０Ａを示す。サンギヤ３１Ａ（入力）の回転速度を１、リングギヤ３３Ａの回転速度を０とすると、キャリア３４Ａ（出力）の回転速度は、ρ／（１＋ρ）となる。従って、減速比は（１＋ρ）／ρとなる。ρは各歯車の歯数の制約から０．２５〜０．７５の範囲となるので、減速比の設定可能範囲は２．３３〜５となる。 FIG. 4 shows a velocity diagram 40A of the first planetary gear 12A. If the rotational speed of the sun gear 31A (input) is 1 and the rotational speed of the ring gear 33A is 0, the rotational speed of the carrier 34A (output) is ρ / (1 + ρ). Therefore, the reduction ratio is (1 + ρ) / ρ. Since ρ is in the range of 0.25 to 0.75 due to the restriction on the number of teeth of each gear, the settable range of the reduction ratio is 2.33 to 5.

図５は第二の遊星歯車１２Ｂの速度線図４０Ｂである。歯数比ρが第一の遊星歯車１２Ａと同じなので、速度線図も同一となる。サンギヤ３１Ｂ（入力）の回転速度を１、リングギヤ３３Ｂの回転速度を０とすると、キャリア３４Ｂ（出力）の回転速度はρ／（１＋ρ）、減速比ｒ＝（１＋ρ）／ρとなり、第一遊星歯車１２Ａと完全に一致する。また、位相差調整モータ１３によりリングギヤ３３Ｂを角度αだけ回転させると、キャリア３４Ｂと３４Ａとが機械的に連結されているので、サンギヤ３１Ｂは、３１Ａに対してマイナス方向に角度α／ρだけ位相がずれる。 FIG. 5 is a velocity diagram 40B of the second planetary gear 12B. Since the gear ratio ρ is the same as that of the first planetary gear 12A, the velocity diagram is also the same. Assuming that the rotational speed of the sun gear 31B (input) is 1 and the rotational speed of the ring gear 33B is 0, the rotational speed of the carrier 34B (output) is ρ / (1 + ρ), and the reduction ratio r = (1 + ρ) / ρ. It completely coincides with the gear 12A. Further, when the ring gear 33B is rotated by the angle α by the phase difference adjusting motor 13, the carriers 34B and 34A are mechanically connected, so that the sun gear 31B is phase-shifted by the angle α / ρ in the minus direction with respect to 31A. Shifts.

図６には第一の遊星歯車１２Ａの速度線図４０Ａにおける各回転要素へ入力するトルクの釣り合い関係を示す。サンギヤ３１Ａのトルクを１とし、歯車かみ合部の損失を無視すると、リングギヤ３３Ａで受ける反力トルクは１／ρ、キャリア３４Ａに出力されるトルクは（１＋ρ）／ρとなる。 FIG. 6 shows the balance relationship between the torques input to the rotating elements in the velocity diagram 40A of the first planetary gear 12A. When the torque of the sun gear 31A is 1, and the loss of the gear meshing portion is ignored, the reaction torque received by the ring gear 33A is 1 / ρ, and the torque output to the carrier 34A is (1 + ρ) / ρ.

図７には、第二の遊星歯車１２Ｂの速度線図４０Ｂにおける各回転要素へ入力するトルクの釣り合い関係を示す。サンギヤ３１Ｂのトルクを１とすると、同様にリングギヤ３３Ｂで受ける反力トルクは１／ρ、キャリア３４Ｂに出力されるトルクは（１＋ρ）／ρとなり、第一遊星歯車１２Ａと完全に一致する。 FIG. 7 shows the balance relationship between the torques input to the rotating elements in the velocity diagram 40B of the second planetary gear 12B. Assuming that the torque of the sun gear 31B is 1, similarly, the reaction torque received by the ring gear 33B is 1 / ρ, and the torque output to the carrier 34B is (1 + ρ) / ρ, which completely matches the first planetary gear 12A.

図８に、特許文献１の図１０に示されているスケルトンを、図９には該スケルトンに使用されている２組の遊星歯車のうち、ロータ１Ａ用の遊星歯車１２Ａの速度線図４０Ａを示す（遊星歯車１２Ｂの速度線図も同じであり省略）。基本構造は、本発明の実施例と同じなので速度線図も受け持ちトルクも同じである。しかし、本発明の実施例ではロータ１Ａ、１Ｂは、いずれも直接ケース２０に軸受け５によって支承されているのに対し、特許文献１の実施例では。ロータが出力軸４を介してケース２０に支承されていて、二重の軸受けを装着していることになり、固定子３との同心精度が悪化する。その分ロータと固定子との間の半径方向クリアランスを大きくとらなければならず、発生トルクが目減りするという欠点を有する。 FIG. 8 shows the skeleton shown in FIG. 10 of Patent Document 1, and FIG. 9 shows the velocity diagram 40A of the planetary gear 12A for the rotor 1A out of the two sets of planetary gears used in the skeleton. (The speed diagram of the planetary gear 12B is also the same and is omitted). Since the basic structure is the same as the embodiment of the present invention, the speed diagram and the handling torque are the same. However, in the embodiment of the present invention, the rotors 1A and 1B are all supported directly on the case 20 by the bearing 5, whereas in the embodiment of Patent Document 1. Since the rotor is supported by the case 20 via the output shaft 4 and the double bearing is mounted, the concentric accuracy with the stator 3 is deteriorated. Accordingly, the radial clearance between the rotor and the stator has to be increased, and the generated torque is reduced.

更に、特許文献１の明細書の図１０では、軸受の介在により両方の遊星歯車１２Ａ、１２Ｂがロータによって互いに軸方向に分離されて配置されることになるので、歯車の給油回路などが複雑になるという欠点も有する。
（遊星歯車部の総損失率Ｌの計算） Furthermore, in FIG. 10 of the specification of Patent Document 1, since both planetary gears 12A and 12B are separated from each other in the axial direction by the rotor due to the intervention of the bearings, the gear oil supply circuit and the like are complicated. It also has the disadvantage of becoming.
(Calculation of total loss ratio L of planetary gear)

ロータ１Ａの出力は第一の遊星歯車１２Ａを経て、またロータ１Ｂの出力は第二の遊星歯車１２Ｂを経て出力軸４に出力されるので、いずれも歯車かみ合部で歯面の滑りによる負荷依存損失（両ロータとも同じ率で、伝達トルクに比例）が発生する。この損失率は、遊星歯車の構造によるほか、固定メンバや互いの連結メンバをどの回転要素にするかなどで増減する。遊星歯車の各歯車におけるかみ合い部の損失エネルギと入出力軸間の総損失率Ｌとの関係は以下の考え方で計算できる。本発明の実施例における総損失率Ｌは、同じ基本構造を持つ特許文献１の実施例における総損失率Ｌと同じである。 Since the output of the rotor 1A passes through the first planetary gear 12A and the output of the rotor 1B passes through the second planetary gear 12B and is output to the output shaft 4, both are loads caused by slippage of the tooth surface at the gear meshing portion. Dependent loss (same rate for both rotors, proportional to transmission torque) occurs. This loss rate increases and decreases depending on the rotating element of the fixed member and the connecting members of each other in addition to the structure of the planetary gear. The relationship between the loss energy of the meshing portion in each gear of the planetary gear and the total loss rate L between the input and output shafts can be calculated by the following concept. The total loss rate L in the embodiment of the present invention is the same as the total loss rate L in the embodiment of Patent Document 1 having the same basic structure.

サンギヤとピニオンギヤとの間のかみ合損失エネルギは、サンギヤトルクと、サンギヤとキャリアとの間の相対回転速度と、歯車かみ合損失率の３者の積である。同様に、リングギヤとキャリアとの間のかみ合損失エネルギは、リングギヤトルクと、リングギヤとキャリアとの間の相対回転速度と、歯車かみ合損失率との３者の積となる。従って、単純遊星歯車システム全体の総損失エネルギは、上記の損失の和となり、単純遊星歯車の総損失率Ｌは、ロータからの入力エネルに対する総損失エネルギの割合となる。 The engagement loss energy between the sun gear and the pinion gear is a product of the three of the sun gear torque, the relative rotational speed between the sun gear and the carrier, and the gear engagement loss rate. Similarly, the engagement loss energy between the ring gear and the carrier is a product of the three of the ring gear torque, the relative rotational speed between the ring gear and the carrier, and the gear engagement loss rate. Accordingly, the total loss energy of the entire simple planetary gear system is the sum of the above-mentioned losses, and the total loss rate L of the simple planetary gear is the ratio of the total loss energy to the input energy from the rotor.

上述のように、ロータ１Ａからサンギヤ３１Ａに入力するトルクを1、サンギヤとピニオンギヤとの相対回転速度を１／（１＋ρ）、かみ合損失率を１％（外歯同士のかみ合による損失の代表値）とすると、サンギヤとキャリアとのかみ合によるエネルギ損失は、これらの積となるので、１／（１＋ρ）％となる。また、リングギヤからの入力トルクを１／ρ、リングギヤとキャリアとの相対回転速度をρ／（１＋ρ）、かみ合損失率を０．４３％（内歯と外歯とのかみ合による損失の代表値）より、リングギヤとキャリアとのかみ合によるエネルギ損失は、これらの積となるので、０．４３／（１＋ρ）％となる。従って、両者の和により、遊星歯車１２Ａによる総損失率Ｌ_Ａは１．４３／（１＋ρ）％となる。ロータＢから遊星歯車１２Ｂを経て出力軸４に伝達されるエネルギの総損失率Ｌ_Ｂも同じ値の１．４３／（１＋ρ）％となる。両方の遊星歯車の総損失率は等しいので、２分割ロータ式モータの総損失率Ｌも同じく、１．４３／（１＋ρ）％となる。歯数比ρの設定可能範囲を０．２５〜０．７５とすれば、減速比ｒ＝（１＋ρ）／ρの範囲は２．３３〜５となり、損失率Ｌの範囲は１．１４〜０．８２％となる。ρが０．５の場合、モータの減速比ｒと総損失率は以下の通りとなる。
ｒ＝（１＋ρ）／ρ＝１．５／０．５＝３
Ｌ＝１．４３／（１＋ρ）＝１．４３／１．５＝０．９５３％
本発明の実施例と基本構造が同じ特許文献１の実施例とでは、総減速比の設定範囲、総損失率とも同じである。 As described above, the torque input from the rotor 1A to the sun gear 31A is 1, the relative rotational speed between the sun gear and the pinion gear is 1 / (1 + ρ), and the engagement loss rate is 1% (typical loss due to engagement between external teeth) Value), the energy loss due to the engagement between the sun gear and the carrier is the product of these, and is 1 / (1 + ρ)%. Also, the input torque from the ring gear is 1 / ρ, the relative rotational speed between the ring gear and the carrier is ρ / (1 + ρ), and the meshing loss rate is 0.43% (typical loss due to meshing of internal and external teeth) Value), the energy loss due to the engagement between the ring gear and the carrier is the product of these, and is 0.43 / (1 + ρ)%. Therefore, the sum of the two, the total loss rate _{L A} by the planetary gear 12A becomes 1.43 / (1 + ρ)% . The total loss rate _{L B} of energy transferred to the output shaft 4 through the planetary gear 12B from the rotor B also becomes 1.43 / (1 + ρ)% of the same value. Since the total loss rate of both planetary gears is equal, the total loss rate L of the two-split rotor motor is also 1.43 / (1 + ρ)%. If the settable range of the gear ratio ρ is 0.25 to 0.75, the reduction ratio r = (1 + ρ) / ρ is 2.33 to 5, and the loss rate L is 1.14 to 0. .82%. When ρ is 0.5, the reduction ratio r and the total loss rate of the motor are as follows.
r = (1 + ρ) /ρ=1.5/0.5=3
L = 1.43 / (1 + ρ) = 1.43 / 1.5 = 0.953%
In the embodiment of the present invention and the embodiment of Patent Document 1 having the same basic structure, the total reduction ratio setting range and the total loss rate are the same.

本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、請求範囲内で種々の改造及び変更が可能であり、本発明はこれら改造及び変更された発明にも及ぶことは勿論である。また、前記の各組み合わせ以外でも、一部だけを採用する組み合わせによるものでもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims. Of course, the present invention extends to these modifications and changes. In addition to the combinations described above, a combination using only a part may be used.

各図に示す永久磁石式モータと遊星歯車それぞれの構成要素は、跨った組み合わせにしてもよいし、それらの組み合わせを一体化することも可能である。例えば、前記本発明の実施の形態では、遊星歯車が永久磁石式モータの内周側に配置されているが、永久磁石式モータの右側や左側に遊星歯車を配置する構造としても、ロータを軸受けで直接ケースに支承されていれば、固定子との間の同心精度の向上効果は得られる。 The constituent elements of the permanent magnet type motor and the planetary gear shown in each figure may be combined across each other, or these combinations may be integrated. For example, in the embodiment of the present invention, the planetary gear is arranged on the inner peripheral side of the permanent magnet type motor. However, the rotor may be a bearing even if the planetary gear is arranged on the right side or the left side of the permanent magnet type motor. If it is directly supported by the case, the effect of improving the concentric accuracy with the stator can be obtained.

１Ａ第一の永久磁石式ロータ
１Ｂ第二の永久磁石式ロータ
３固定子
４出力軸
５軸受け
６インバータ
７電源
１１位相差設定装置
１２Ａ第一の遊星歯車
１２Ｂ第二の遊星歯車
１３位相差調整モータ
２０ケース
３１Ａ第一の遊星歯車のサンギヤ
３１Ｂ第二の遊星歯車のサンギヤ
３２Ａ第一の遊星歯車のピニオンギヤ
３２Ｂ第二の遊星歯車のピニオンギヤ
３３Ａ第一の遊星歯車のリングギヤ
３３Ｂ第二の遊星歯車のリングギヤ
３４Ａ第一の遊星歯車のキャリア
３４Ｂ第二の遊星歯車のキャリア
４０Ａ第一の遊星歯車の速度線図
４０Ｂ第二の遊星歯車の速度線図 1A 1st permanent magnet type rotor 1B 2nd permanent magnet type rotor 3 Stator 4 Output shaft 5 Bearing 6 Inverter 7 Power source 11 Phase difference setting device 12A First planetary gear 12B Second planetary gear 13 Phase difference adjusting motor 20 Case 31A First planetary gear sun gear 31B Second planetary gear sun gear 32A First planetary gear pinion gear 32B Second planetary gear pinion gear 33A First planetary gear ring gear 33B Second planetary gear ring gear 34A First planetary gear carrier 34B Second planetary gear carrier 40A First planetary gear speed diagram 40B Second planetary gear speed diagram

Claims

永久磁石によって複数の磁極が円周上に配置されている第一の永久磁石式ロータ、円周上に該第一の永久磁石式ロータと同数の磁極を持つ第二の永久磁石式ロータ、磁性体に巻かれたコイルに流れる電流により磁界を構成し、上記第一のロータあるいは第二のロータと同数の円周上磁極を持たせた固定子、ケース、第一あるいは第二のロータをケースで支承するための軸受け、出力軸、第一のロータと第二のロータとの回転方向の位相差を設定するための位相差設定装置から成り、該位相差設定装置は、第一の遊星歯車装置、第二の遊星歯車装置、位相差調整用モータとから成り、第一の遊星歯車装置は、少なくともサンギヤ、キャリア、リングギヤの回転３要素から成り、第二の遊星歯車装置は、少なくともサンギヤ、キャリア、リングギヤの回転３要素から成り、第一の遊星歯車装置の速度線図と第二の遊星歯車装置の速度線図とは一致するように設定され、第一のロータと第一の遊星歯車装置のリングギヤとを機械的に連結し、第二のロータと第二の遊星歯車装置のリングギヤとを機械的に連結し、第一の遊星歯車装置のキャリアと第二の遊星歯車装置のキャリアとを機械的に連結するとともに出力軸に連結し、第一の遊星歯車装置のサンギヤを上記ケースに連結して固定し、第二の遊星歯車装置のサンギヤを位相差調整用モータに駆動連結し、第一あるいは第二のロータとが軸受けによって直接ケースで支承することにより、該固定子に対して精度よく同心に回転できることを特徴とする２分割ロータのロータ間位相差設定装置。 A first permanent magnet rotor in which a plurality of magnetic poles are arranged on the circumference by a permanent magnet, a second permanent magnet rotor having the same number of magnetic poles as the first permanent magnet rotor on the circumference, magnetic A stator, a case, and a first or second rotor having a same number of circumferential magnetic poles as the first rotor or the second rotor are formed by a current flowing in a coil wound around the body. A phase difference setting device for setting a rotational phase difference between the first rotor and the second rotor, the phase difference setting device comprising: a first planetary gear; Device, a second planetary gear device, and a phase difference adjusting motor, the first planetary gear device is composed of at least three elements of rotation of a sun gear, a carrier, and a ring gear, and the second planetary gear device is composed of at least a sun gear, Career, ringgit The ring gears of the first rotor and the first planetary gear device are set so that the speed diagram of the first planetary gear device and the speed diagram of the second planetary gear device coincide with each other. And the second rotor and the ring gear of the second planetary gear set are mechanically connected to mechanically connect the carrier of the first planetary gear set and the carrier of the second planetary gear set. And the sun gear of the first planetary gear device is connected and fixed to the case, and the sun gear of the second planetary gear device is drivingly connected to the phase difference adjusting motor. An inter-rotor phase difference setting device for a two-split rotor, wherein the second rotor and the second rotor are supported directly by a case so that the second rotor can rotate concentrically with respect to the stator.

請求項１において、第一あるいは第二のロータとが軸受けによってケースで直接支承することによって、第一の遊星歯車装置と第二の遊星歯車装置とが軸方向に近接して設置することができ、全体の構造が簡素化できることを特徴とする２分割ロータのロータ間位相差設定装置。 In Claim 1, the first planetary gear device and the second planetary gear device can be installed close to each other in the axial direction by directly supporting the first or second rotor with a case by a bearing. An inter-rotor phase difference setting device for a two-split rotor, wherein the overall structure can be simplified.

請求項１、２において、位相差調整用モータから第一のロータと第二のロータとの間の回転方向位相差を調整することはできるが、第一のロータまたは第二のロータから位相差調整用モータを回転させることはできないセルフロック機能を有することを特徴とする２分割ロータのロータ間位相差設定装置。 In Claims 1 and 2, although the rotational direction phase difference between the first rotor and the second rotor can be adjusted from the phase difference adjusting motor, the phase difference from the first rotor or the second rotor can be adjusted. A rotor phase difference setting device for a two-split rotor having a self-locking function that cannot rotate an adjustment motor.