JP4857802B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機の誘起電圧を低減する技術、特に、永久磁石の磁束を短絡させることにより回転電機のロータと回転電機のステータとの間で形成される磁気回路に流れる磁束を低減する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for reducing an induced voltage of a rotating electrical machine, and more particularly, a technique for reducing a magnetic flux flowing in a magnetic circuit formed between a rotor of a rotating electrical machine and a stator of the rotating electrical machine by short-circuiting a magnetic flux of a permanent magnet. It is about.
永久磁石を具えた回転電機は、ロータの高回転時に誘起電圧が高くなるという問題がある。すなわち、誘起電圧が高くなるとインバータによる回転電機の運転制御が不可能になったり、インバータの耐電性能を超える電圧がインバータに作用し、インバータ内部の半導体素子に悪影響を及ぼす。
このため、ロータの高回転時には永久磁石の磁束を短絡して誘起電圧を抑制する発明としては従来、例えば特許文献1に記載のごときものが知られている。
特許文献1に記載の永久磁石式回転電機は、永久磁石の近傍に可動磁性体を設置しておき、ロータの高回転時には、永久磁石に可動磁性体を密着させることにより、永久磁石の磁束を短絡させて、誘起電圧を抑制するようにしたものである。
For this reason, as an invention for suppressing the induced voltage by short-circuiting the magnetic flux of the permanent magnet when the rotor rotates at a high speed, a conventional one disclosed in Patent Document 1, for example, is known.
In the permanent magnet type rotating electrical machine described in Patent Document 1, a movable magnetic body is installed in the vicinity of the permanent magnet, and when the rotor rotates at high speed, the movable magnetic body is brought into close contact with the permanent magnet, thereby generating the magnetic flux of the permanent magnet. The induced voltage is suppressed by short-circuiting.
しかし、上記従来のような回転電機にあっては、以下に説明するような問題を生ずる。 つまり可動磁性体等を進退動させるために必要な力が、何ら他の用途を為し得ず、有効利用されていない。 However, the conventional rotating electric machine has the following problems. That is, the force necessary to move the movable magnetic body forward and backward cannot be used for any other purpose and is not effectively used.
また特許文献1には、ロータに設けた可動磁性体を、径方向に伸縮する弾性部材を介してロータ中央部に取り付け、ロータの高回転時には、可動磁性体に作用する遠心力が弾性部材の弾性力に勝ることにより、可動磁性体を永久磁石に密着するよう構成したものについて開示している。
しかしながら、この構成によれば、遠心力が回転数に比例するため、ロータの回転数とは無関係に誘起電圧を抑制することができない。つまりバッテリやインバータの異常時や、バッテリと回転電機とインバータとを接続する電気回路の温度上昇等なんらかの理由により誘起電圧を抑制して電気回路の保全を図る必要が生じても、永久磁石の磁束を短絡することができない懸念がある。
Further, in Patent Document 1, a movable magnetic body provided on a rotor is attached to a central portion of a rotor via an elastic member that expands and contracts in the radial direction. It discloses a structure in which a movable magnetic body is in close contact with a permanent magnet by overcoming an elastic force.
However, according to this configuration, since the centrifugal force is proportional to the rotational speed, the induced voltage cannot be suppressed regardless of the rotational speed of the rotor. In other words, even if it is necessary to suppress the induced voltage and maintain the electrical circuit for some reason, such as when the battery or inverter is abnormal or the temperature of the electrical circuit connecting the battery, rotating electrical machine, and inverter is increased, the magnetic flux of the permanent magnet There are concerns that can not be short circuited.
本発明は、上述の実情に鑑み、可動磁性体を動かすために用いた力を有効利用することができ、かつ、ロータ回転数にかかわらず任意の運転状態で永久磁石の磁束を短絡させることができる回転電機を提案するものである。 In view of the above situation, the present invention can effectively use the force used to move the movable magnetic body, and can short-circuit the magnetic flux of the permanent magnet in any operation state regardless of the rotor rotational speed. We propose a rotating electrical machine that can be used.
この目的のため本発明による回転電機は、請求項1に記載のごとく、
ロータに複数の永久磁石を設け、ステータにコイルを設け、これらロータおよびステータ間で該ロータを駆動するためのロータトルクを発生する回転電機において、
前記ロータは第1ロータおよび第2ロータを具え、
該第1ロータに設けた前記複数の永久磁石同士の磁束を短絡する永久磁石短絡機構を設け、
前記第2ロータおよびステータ間で発生する第2ロータトルクを用いて前記永久磁石短絡機構を作動するよう構成したことを特徴としたものである。
For this purpose, the rotating electrical machine according to the invention is as described in claim 1,
In a rotating electrical machine that provides a rotor with a plurality of permanent magnets, a coil in a stator, and generates a rotor torque for driving the rotor between the rotor and the stator,
The rotor comprises a first rotor and a second rotor;
Providing a permanent magnet short-circuit mechanism for short-circuiting the magnetic flux between the plurality of permanent magnets provided in the first rotor;
The permanent magnet short-circuit mechanism is configured to operate using a second rotor torque generated between the second rotor and the stator.
かかる本発明の構成によれば、ロータを駆動するためのロータトルクの一部である第2ロータトルクを用いて前記永久磁石短絡機構を作動するため、永久磁石短絡機構を作動するための力でロータも駆動することが可能となり、永久磁石短絡機構を作動するための力を有効利用することができる。
さらに、本発明の構成によれば、第2ロータトルクを増減することによって、ロータ回転数とは無関係に永久磁石短絡機構を作動させることが可能となる。したがって、ロータ回転数にかかわらず任意の運転状態で永久磁石の磁束を短絡させることができ、バッテリの異常時や、電気回路の温度上昇等、必要な場合には任意に誘起電圧を抑制することができる。
According to the configuration of the present invention, since the permanent magnet short-circuit mechanism is operated using the second rotor torque that is a part of the rotor torque for driving the rotor, the force for operating the permanent magnet short-circuit mechanism is used. The rotor can also be driven, and the force for operating the permanent magnet short-circuit mechanism can be used effectively.
Furthermore, according to the structure of this invention, it becomes possible to operate a permanent magnet short circuit mechanism irrespective of a rotor rotational speed by increasing / decreasing a 2nd rotor torque. Therefore, the magnetic flux of the permanent magnet can be short-circuited in any operating state regardless of the rotor speed, and the induced voltage can be arbitrarily suppressed when necessary, such as when the battery is abnormal or the temperature of the electric circuit is rising. Can do.
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図1は本発明の回転電機が有する磁束短絡機構の一例につき、その概要を示す斜視図であり、(a)は永久磁石同士の磁束を短絡しない状態を示し、(b)は永久磁石同士の磁束を短絡した状態を示す。
本発明の回転電機は、ロータとして円筒形状の第1ロータ1と、図示しない第2ロータとの2個を具える。第1ロータ1は回転電機のトルク(ロータトルク)を発生する主要部品である。第2ロータのロータトルクは、第1ロータ1のロータトルクと比較すると小さい。
(a)状態および(b)状態の双方で本発明の回転電機は、これら第1ロータ1のロータトルク(第1ロータトルク)と、第2ロータのロータトルク(第2ロータトルク)とを、図1に示しないロータ回転軸から出力する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on examples shown in the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an outline of an example of a magnetic flux short-circuit mechanism included in a rotating electrical machine of the present invention. FIG. 1 (a) shows a state where magnetic fluxes between permanent magnets are not short-circuited, and FIG. The state which short-circuited the magnetic flux is shown.
The rotating electrical machine of the present invention includes two rotors, a cylindrical first rotor 1 and a second rotor (not shown) as rotors. The first rotor 1 is a main component that generates torque (rotor torque) of the rotating electrical machine. The rotor torque of the second rotor is smaller than the rotor torque of the first rotor 1.
In both the (a) state and the (b) state, the rotating electrical machine of the present invention generates a rotor torque (first rotor torque) of the first rotor 1 and a rotor torque (second rotor torque) of the second rotor. Output from a rotor rotation shaft not shown in FIG.
第1ロータ1の内部には、複数個の永久磁石3を、周方向に等間隔に配置する。そして永久磁石3のロータ軸線方向両端を、第1ロータ1の表面に一致させる。なお、図1に例示する他、第1ロータ1の円筒表面に永久磁石を配置してもよい。
第1ロータ1の近傍には磁性体4を配置する。磁性体4は円環形状であって、その中心がロータ軸線と共通する。磁性体4は同一永久磁石3同士の磁束を短絡する磁束短絡機構の一部である。なお、第2ロータを磁性体で形成し、図1に示す磁性体4を第2ロータで兼用してもよい。
Inside the first rotor 1, a plurality of
A
第1ロータと向かい合う磁性体4の表面を、第1ロータ1の軸線に対し直角な平面にする。同様に、磁性体4と向かい合う第1ロータ1の表面も、第1ロータ1の軸線に対し直角な平面にする。
The surface of the
本発明の回転電機は後述する磁性体移動手段を具える。そして、主要なロータである第1ロータ1が所定の速度を超える高回転であるとき等、必要に応じて、磁性体4を図1(a)の紙の上で、下向き矢で示すように第1ロータ1側に移動させる。そして(b)に示すように第1ロータ1に磁性体4を当接する。
磁性体4が第1ロータ1に当接する間、図1(b)の二点鎖線(仮想線)で示すように磁性体4は永久磁石3、3同士の磁束を短絡する。そうすると、第1ロータ1が図示しないステータとの間で形成する磁気回路の磁束が減少し、ステータコイルに発生する誘起電圧を低減することができる。
The rotating electrical machine of the present invention includes a magnetic body moving means described later. When the first rotor 1 as the main rotor is rotating at a high speed exceeding a predetermined speed, the
While the
ここで、磁性体4を図1(a)の矢印で示すように第1ロータ1側に移動させる動力源として、後述する磁性体移動手段は第2ロータトルクを用いる。また、第2ロータトルクを用いて磁性体4を第1ロータ1に押し付けておき、図1(b)状態を保持する間も、第2ロータトルクは図1に示しないロータ回転軸から出力される。
Here, as a power source for moving the
このように本発明の回転電機は、複数の永久磁石3,3同士の磁束を短絡する磁性体4と、磁性体4および第1ロータ1間の距離を第2ロータトルクによって変化させる磁性体移動手段とからなる磁束短絡機構を具える。そして第1ロータ1の高回転時には、磁束短絡機構が磁性体4を第1ロータ1に当接して誘起電圧を低減する。
As described above, the rotating electrical machine of the present invention includes the
なお、永久磁石3,3同士の磁束を短絡する本発明の磁束短絡機構は、図1に示す一例の他、幾つかの形態によって実現可能である。
Note that the magnetic flux short-circuit mechanism of the present invention for short-circuiting the magnetic flux between the
図2は、他の例になる磁束短絡機構の概要を示す斜視図である、(a)は永久磁石同士の磁束を短絡しない状態を示し、(b)は永久磁石同士の磁束を短絡した状態を示す。図2中、図1に示した構成要素と機能が共通する構成要素については、共通する符号を付す。 FIG. 2 is a perspective view showing an outline of another example of a magnetic flux short-circuit mechanism, where (a) shows a state where the magnetic flux between the permanent magnets is not short-circuited, and (b) shows a state where the magnetic flux between the permanent magnets is short-circuited. Indicates. In FIG. 2, constituent elements having the same functions as those of the constituent elements shown in FIG.
この例では、磁性体4の一部を第1ロータ1に向けて突出させ、磁性体突出部4tを設ける。第1ロータ1には4個の永久磁石3を設けてあることから、磁性体4にも同数個の磁性体突出部4tを立設する。
磁性体突出部4tの先端は第1ロータ1の軸線に対し直角な平面に形成されている。
永久磁石3,3同士の磁束を短絡する場合には、後述する磁性体移動手段が図2(a)の紙の上で、下向き矢で示すように、磁性体4を第1ロータ1側へ移動し、図2(b)に示すように、磁性体突出部4tの先端を第1ロータ1に設けた複数の永久磁石3に当接する。
上記のように磁性体突出部4tの先端は平面に形成されていることから、磁性体突出部4tは永久磁石3に確実に当接して、複数の永久磁石3,3同士の磁束を短絡する。
In this example, a part of the
The tip of the
When the magnetic flux between the
As described above, since the tip of the
図3は、さらに他の例になる磁束短絡機構の概要を示す斜視図である、(a)は永久磁石同士の磁束を短絡しない状態を示し、(b)は永久磁石同士の磁束を短絡した状態を示す。図3中、図2に示した構成要素と機能が共通する構成要素については、共通する符号を付す。 FIG. 3 is a perspective view showing an outline of a magnetic flux short-circuit mechanism as still another example, (a) shows a state where the magnetic flux between the permanent magnets is not short-circuited, and (b) shows a short-circuited magnetic flux between the permanent magnets. Indicates the state. In FIG. 3, components having the same functions as those shown in FIG.
この例では、磁性体4の一部を第1ロータ1に向けて突出させて、磁性体突出部4tを設ける構成については共通する。また、図3(b)に示すように、磁性体突出部4tの先端を永久磁石3に当接して、磁束を短絡する構成についても共通する(図2(b)と同じ)。
しかし、短絡しない状態では図3(a)に示すように、磁性体突出部4tの先端を永久磁石3から遠ざかるよう配置する構成において異なる。つまり短絡しない状態では磁性体突出部4tからロータ軸線方向に延長すると永久磁石3,3間を通過するよう、磁性体4tの周方向位置を規定する。
In this example, a configuration in which a part of the
However, in a state where no short circuit occurs, the configuration is different in that the tip of the magnetic
永久磁石3,3同士の磁束を短絡する場合には、後述する磁性体移動手段が図3(a)で周方向の矢で示すように磁性体4を回転させ、図3(a)の紙の上に下向き矢で示すように、磁性体4を第1ロータ1側へ移動し、図3(b)に示すように、磁性体突出部4tの先端を第1ロータ1に設けた複数の永久磁石3に当接する。
When the magnetic flux between the
短絡を止めて通常の状態に戻すときには、図1〜3に示すいずれの例においても、上述した動きとは逆の動きを行う。 When the short circuit is stopped and the normal state is restored, the movement opposite to the above movement is performed in any of the examples shown in FIGS.
次に、本発明の回転電機が具える磁束短絡機構をより具体的な実施例に基づき説明する。
図4は、本発明の第1実施例になる回転電機を、ロータ軸線を含む平面で断面にして示す縦断面図である。
この実施例は、ステータとロータとをロータ径方向に配置したラジアルギャップ構造の回転電機である。
第1実施例の回転電機はステータとして、図4に示すように、第1ステータ5と、第2ステータ6を具える。第1ステータ5は、第1ロータ1のロータ外径側に配置される。つまり第1実施例の回転電機はインナーロータ型の回転電機である。
第2ステータ6は、第2ロータ2のロータ外径方向に配置される。
Next, a magnetic flux short-circuit mechanism provided in the rotating electrical machine of the present invention will be described based on a more specific embodiment.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the rotary electric machine according to the first embodiment of the present invention in a cross section in a plane including the rotor axis.
This embodiment is a rotating electrical machine having a radial gap structure in which a stator and a rotor are arranged in the rotor radial direction.
As shown in FIG. 4, the rotating electrical machine of the first embodiment includes a
The
回転電機の外殻を形成するケース7の内壁には、第1ステータ5のステータコア8を、周方向に複数配列する。そして、ステータコア8の一側をケース7の内壁に固定し、ステータコア8の他側をロータ内径方向に向かって突出させ、第1ロータ1の外周に指向させる。各ステータコア8の両側間にはコイル9を夫々巻回する。
A plurality of
第1ロータ1の中央にはロータ回転軸10を一体に結合する。ケース7はロータ回転軸10を、少なくともロータ回転軸10の両側2箇所で軸受を介して回転自在に支持する。
前述したように円筒形状の第1ロータ1内部には、複数の永久磁石3を周方向に複数配列する。ステータコア8のコイル9に適宜通電するとステータコア8に磁束が発生し、ステータコア8の磁束が近傍の永久磁石3の磁束と磁気回路を形成する。これにより第1ロータ1および第1ステータ5間で、第1ロータ1を駆動するためのロータトルク(第1ロータトルク)を発生する。ロータ回転軸10は、この第1ロータトルクを車輪等図示しない負荷側に出力する。
コイル9は図示しないインバータおよびバッテリと電気的に接続し、図示しないインバータがコイル9に適宜通電するための制御を実行する。第1ロータトルクの大小の調整は、コイル9の通電制御により行う。
A
As described above, a plurality of
The
ロータ回転軸方向には第1ロータ1と、前述した磁性体4と、第2ロータ2とを同軸に順次配置する。
第1ロータ1の軸方向寸法と比較すると第2ロータ2の軸方向寸法は小さく、ロータトルクを発生する役割として、第1ロータ1は主となる役割を果たし、第2ロータ2は副となる役割を果たす。つまり第1ロータ1の第1ロータトルクは大きい必要があり、第2ロータ2の第2ロータトルクは小さなもので足りる。
In the rotor rotation axis direction, the first rotor 1, the
Compared with the axial dimension of the first rotor 1, the axial dimension of the
第2ロータ2は、図5に例示するような円盤形状であり、その最外径になる周縁部には突起11および空隙12を周方向交互に設ける。または突起11および空隙12に代わり、図示はしなかったが、第1ロータ1のように永久磁石を周方向に複数具えたものであってもよい。いずれにせよ、この第2ロータ2の構成は、外径方向に配置された第2ステータ6との間で磁気回路を形成できるものであればよい。
図4に示すように、第2ロータ2の中央孔2hにはアンギュラー軸受を設ける。これによりロータ回転軸10はアンギュラー軸受を介して第2ロータ2を相対回転可能に支持する。
The
As shown in FIG. 4, an angular bearing is provided in the
図4に基づき第2ステータ6を説明すると、ケース7の内壁には、第2ステータ6のステータコア13を、周方向に複数配列する。そして、ステータコア13の一側をケース7の内壁に固定し、ステータコア13の他側をロータ内径方向に向かって突出させ、第2ロータ2の外周に指向させる。各ステータコア13の両側間にはコイル14を夫々巻回する。
ステータコア13のコイル14に適宜通電すれば、ステータコア13も、突起11との間で磁気回路を形成し第2ロータトルクを発生する。
コイル14は図示しないインバータおよびバッテリと電気的に接続し、図示しないインバータがコイル14に適宜通電するための制御を実行する。
The
If the
The
第1ロータ1と第2ロータ2との間には磁性体4を配置するためのカム機構を設ける。
このカム機構はボールを用いて伝達トルクに応じたスラストを与える公知のものでよく、ロータ軸方向にカム機構のカムディスクを兼用する第2ロータ2と、カム機構のボール15と、カム機構のフォロワーディスクとなる軸方向可動部材16とを順次配置する。第1ロータ1の近傍にある軸方向可動部材16は円盤形状であって、その中心をボールスプライン17でロータ回転軸10に取り付ける。ボールスプライン17は、ロータ回転軸10に対し軸方向回動部材16を軸方向に相対移動可能、かつ、周方向に相対回動不可とする。軸方向可動部材16の外周縁には磁性体4を結合する。なお、軸方向可動部材16自身を磁性体で一体に形成してもよいこと勿論である。
図4に示す第1実施例の磁性体4は、前述した図3に示す形状である。第1ロータ1と向かい合う磁性体4の表面には磁性体突起4tを立設し、磁性体突起4tの先端を第1ロータ1に向けて指向させる。なお、磁性体4は前述した図1〜図3に示すような円環形状であればよい。
ロータ回転軸10上であって、第2ロータ2から見て軸方向可動部材16とは反対側になる部位には抜け止め用ナット18を結合する。そして、第2ロータ2が第1ロータ1から離れすぎないよう、抜け止め用ナット18はアンギュラー軸受を介して第2ロータ2を支持し、カム機構(第2ロータ2)の抜けを防止する。
A cam mechanism for disposing the
This cam mechanism may be a known one that uses a ball to give a thrust according to the transmission torque. The
The
A retaining
軸方向可動部材16と向き合う第2ロータ2の側面には周方向溝19を刻設する。また第2ロータ2と向き合う軸方向可動部材16の側面にも周方向溝20を刻設する。これら周方向溝19および周方向溝20を相互に向き合うよう配置して、複数のボール15,15・・・をこれら周方向溝19,20内に収容する。
A
軸方向可動部材16と第1ロータ1との間には皿バネ21を配置する。皿バネ21は軸方向可動部材16を第1ロータ1から離れるよう付勢する。
A
次に、磁性体移動手段であるカム機構が、如何にして磁性体4を移動させて永久磁石3の磁束を短絡するかにつき説明する。
Next, how the cam mechanism, which is a magnetic body moving means, moves the
図4に示す第1実施例では、前述した図3に示すように、磁性体4を回動させて永久磁石3に当接させるものである。
つまり、ロータ回転軸10の回転数が所定回転数未満である場合などの通常の状態では、図4上半分に示すように、磁性体4を第1ロータ1から離間して永久磁石3の磁束を短絡しない。
これに対し、ロータ回転軸10の回転数が所定回転数以上である場合等では、図4下半分に示すように、磁性体4を第1ロータ1に押し付けて永久磁石3の磁束を短絡する。
In the first embodiment shown in FIG. 4, the
That is, in a normal state such as when the rotational speed of the
On the other hand, when the rotational speed of the
第2ステータ6および第2ロータ2間の磁気回路によって第2ロータトルクが与えられると、この第2ロータトルクは第2ロータ2から、ボール15と、軸方向可動部材16と、ボールスプライン17とを経由してロータ回転軸10に伝達される。ロータ回転軸10は、第2ロータトルクを前述した第1ロータトルクとともに車輪等図示しない負荷側に出力する。
第2ロータトルクの大小の調整は、コイル14の通電制御により行う。
When the second rotor torque is applied by the magnetic circuit between the
The magnitude of the second rotor torque is adjusted by energization control of the
ボール15を挟圧する周方向溝19の深さ(軸方向可動部材16と向かい合う円盤形状の表面からの深さ)は一様ではなく、周方向全体に亘って変化する。つまり、周方向溝19を周方向に切断し展開して見ると、波形の深浅を繰り返すものとする。
この場合、周方向溝19と20との間に挟圧されたボール15に、第2ロータトルクが作用すると、第2ロータ2が軸方向可動部材16に対して相対回動し、ボール15が第2ロータトルクの大きさに応じて上記の波形上を移動して、これら周方向溝19と20との距離を変化させる。そして、第2ロータ2から見た軸方向可動部材16の軸方向位置が変化する。
このときボール15は伝達するトルクの大きさに応じて、軸方向可動部材16に第1ロータ1へ近づくようスラストを与える。これに対し皿バネ21は、軸方向可動部材16に第1ロータ1から遠ざかるよう付勢する。
The depth of the
In this case, when the second rotor torque acts on the
At this time, the
したがって、ボール15が伝達する第2ロータトルクが小さいとき、皿バネ21の上記付勢力が上記スラストに勝って磁性体4は第1ロータ1から離間した状態を保つ。この結果、永久磁石3,3同士の磁束は短絡されない。
Therefore, when the second rotor torque transmitted by the
これに対し、ボール15が伝達する第2ロータトルクが大きいとき、皿バネ21の上記付勢力が上記スラストに負けて皿バネ21はロータ軸方向に押し潰れるよう弾性変形する。これにより軸方向可動部材16は第1ロータ1に近づき、磁性体突出部4tが永久磁石3に押し付けられる。この結果、磁性体4が永久磁石3,3同士の磁束を短絡する。
On the other hand, when the second rotor torque transmitted by the
永久磁石3の磁束を短絡したくない場合、第2ロータトルクを小さくしておく。
When it is not desired to short-circuit the magnetic flux of the
永久磁石3,3同士の磁束は短絡されなければ、第1ロータ1および第1ステータ5間で形成される磁気回路の磁束は大きいものとなり、ロータ回転軸10の回転数が高くない通常の状態で回転電機を運転することができる。したがって上記した第1実施例によれば、低回転かつ大トルクが必要な場合に対応可能である。
If the magnetic flux between the
永久磁石3の磁束を短絡したい場合、第2ロータトルクを大きくしておく。
When it is desired to short-circuit the magnetic flux of the
永久磁石3,3同士の磁束が短絡されると、第1ロータ1および第1ステータ5間で形成される磁気回路の磁束は小さいものとなり、ロータ回転軸10の高回転領域でも回転電機を運転することができる。したがって上記した第1実施例によれば、コイル9,14の誘起電圧を低減してロータ回転軸10の高回転を許容することができる。
When the magnetic flux between the
なお、第2ロータトルクを増減する制御においては、第1ロータトルクを増減する制御を同時に実行することにより、ロータ回転軸10が出力するトルクを不変に保持することができる。例えば、第2ロータトルクを増大して磁束を短絡しても、第1ロータトルクをその分減少すれば、ロータトルクの合計であるロータ回転軸10のトルクは変化せずに済む。したがって、誘起電圧を低減する制御を開始する際も終了する際も、出力トルクが不所望に変化するという弊害を回避することができる。
In the control for increasing / decreasing the second rotor torque, the torque output from the
このように上記の第1実施例では、ロータを駆動するためのロータトルクの一部である第2ロータトルクを用いて磁性体4をロータ軸方向に移動させるため、磁性体4を移動させるために用いた力でロータ回転軸10も駆動することが可能となり、この力を有効利用することができる。
さらに上記の第1実施例では、第2ロータトルクを増減することによって、第1ロータ1の回転数とは無関係に磁性体4を当接させることが可能となる。したがって、第1ロータ1の回転数にかかわらず任意の運転状態で永久磁石3,3同士の磁束を短絡させることができ、バッテリおよびインバータの異常時や、これらバッテリと、インバータと、コイル9とを制御する電気回路の過大な温度上昇等、必要な場合には任意に誘起電圧を抑制することができる。
As described above, in the first embodiment, the
Furthermore, in the first embodiment, the
さらに上記の第1実施例では、任意の運転状態で誘起電圧を抑制することができるため、運転領域を拡大することが可能となり、回転電機の性能を向上させることができる。この効果につき図12に沿って説明する。 Furthermore, in the first embodiment, since the induced voltage can be suppressed in an arbitrary operating state, the operating range can be expanded and the performance of the rotating electrical machine can be improved. This effect will be described with reference to FIG.
図12には、2種類の一般的な従来例および本実施例の運転領域(トルク領域および回転数領域)を比較して示す特性図である。
図12中、横軸はロータ回転数を表し、縦軸はロータトルクを表す。図12中に長い破線で示したトルク重視の従来例では、誘起電圧が高くならないよう、回転数領域を狭くし、トルク領域を広くして設計される。これに対し、図12中に短い破線で示したパワー重視の従来例では、高い誘起電圧を許容して回転数領域を広くし、定出力曲線を前記トルク重視のそれよりも大きく設計される反面、トルク領域が狭くなる。
したがって、これら2種類の一般的な従来例においては、回転数領域およびトルク領域の一方を広くすると他方が狭くなるというトレードオフの関係にあった。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing a comparison of operating regions (torque region and rotational speed region) of two types of general conventional examples and this example.
In FIG. 12, the horizontal axis represents the rotor rotational speed, and the vertical axis represents the rotor torque. In the conventional example with emphasis on torque indicated by a long broken line in FIG. 12, the rotational speed region is narrowed and the torque region is widened so that the induced voltage does not increase. On the other hand, in the conventional example with emphasis on power indicated by a short broken line in FIG. 12, a high induction voltage is allowed and the rotation speed region is widened, while the constant output curve is designed to be larger than that with emphasis on the torque. The torque region becomes narrow.
Therefore, in these two types of general conventional examples, there is a trade-off relationship that when one of the rotation speed region and the torque region is widened, the other is narrowed.
しかしながら本実施例では、第1ロータ1の回転数に係わらず、短絡される磁束量を変化させることができるため、図12中に実線で示すように、回転数領域およびトルク領域の両方を広くすることが可能である。この結果、本実施例では、図12に示すように横軸および縦軸と定出力曲線とで囲まれる運転領域を広くすることが可能となり、運転性能を格段に向上させることができる。 However, in this embodiment, since the amount of magnetic flux to be short-circuited can be changed regardless of the rotational speed of the first rotor 1, both the rotational speed region and the torque region are widened as shown by the solid line in FIG. Is possible. As a result, in this embodiment, as shown in FIG. 12, it is possible to widen the operation region surrounded by the horizontal and vertical axes and the constant output curve, and the driving performance can be significantly improved.
なお、上述した誘起電圧の抑制中に、第1ロータ1の回転数が所定回転数未満に戻る等の通常の状態に復帰すると、第2ロータトルクを減少し、図4上半分に示すように、磁性体4を第1ロータ1から離間させる。
これにより、第1ロータ1および第1ステータ5間で形成される磁気回路の磁束は元通り大きいものとなり、通常の状態で回転電機を運転することができる。したがって上記した第1実施例によれば、高回転の場合と、低回転かつ大トルクが必要な場合との双方に対応可能である。
In addition, when the rotational speed of the first rotor 1 returns to a normal state such as returning to less than a predetermined rotational speed while suppressing the induced voltage described above, the second rotor torque is reduced, as shown in the upper half of FIG. The
Thereby, the magnetic flux of the magnetic circuit formed between the 1st rotor 1 and the
次に本発明の第2実施例になる回転電機につき、図6の縦断面図に沿って説明する。
この第2実施例も、ステータとロータとをロータ径方向に配置したラジアルギャップ構造の回転電機であるが、第2ロータ2の位置が上述した第1実施例と異なるものである。
そこで、上述した第1実施例と同一の要素については、同一符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。
Next, a rotary electric machine according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to a longitudinal sectional view of FIG.
The second embodiment is also a rotary electric machine having a radial gap structure in which a stator and a rotor are arranged in the rotor radial direction, but the position of the
Therefore, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different configurations will be described.
図6に示すようにロータ回転軸10上には、抜け止め用ナット18と、カムディスク22と、ボール15と、軸方向移動部材16と、皿バネ21と、第1ロータ1とを順次配置する。カムディスク22、ボール15および軸方向移動部材16はカム機構を構成する。
As shown in FIG. 6, a retaining
カムディスク22はロータ回転軸10に一体結合する。
フォロワーディスクとなる軸方向移動部材16は、その中心でニードル軸受23を介してロータ回転軸10に回動可能に支持される。なおニードル軸受23は、軸方向移動部材16およびロータ回転軸10の軸方向相対移動も許容する。
軸方向移動部材16の外径側には全周にわたって円環状の磁性体4を嵌合する。この磁性体4は、前述した図3に示す機能を具え、第2ロータ2を兼用する。第2ロータ2を兼用する磁性体4の外径方向には、第2ステータ6を配置する。第1ロータ1と向かい合う磁性体4の表面には磁性体突出部4tを立設し、磁性体突出部4tの先端を第1ロータ1に指向させる。
The
The
An annular
図6に示す第2実施例でも、前述した図3に示すように、磁性体4を回動させて永久磁石3に当接させるものである。
つまり、ロータ回転軸10の回転数が所定回転数未満である場合などの通常の状態では、図6上半分に示すように、磁性体4を第1ロータ1から離間して永久磁石3の磁束を短絡しない。
これに対し、ロータ回転軸10の回転数が所定回転数以上である場合等では、図6下半分に示すように、磁性体4を第1ロータ1に押し付けて永久磁石3の磁束を短絡する。
In the second embodiment shown in FIG. 6 as well, the
That is, in a normal state such as when the rotational speed of the
On the other hand, when the rotational speed of the
第2ステータ6および第2ロータ2間の磁気回路によって第2ロータトルクが与えられると、この第2ロータトルクは第2ロータ2(磁性体4)から、軸方向可動部材16と、ボール15と、カムディスク22とを経由してロータ回転軸10に伝達される。ロータ回転軸10は、第2ロータトルクを前述した第1ロータトルクとともに車輪等図示しない負荷側に出力する。
第2ロータトルクの大小の調整は、コイル14の通電制御により行う。
When the second rotor torque is applied by the magnetic circuit between the
The magnitude of the second rotor torque is adjusted by energization control of the
第2実施例においても、永久磁石3の磁束を短絡したくない場合、第2ロータトルクを小さくしておく。
また、永久磁石3の磁束を短絡したい場合、第2ロータトルクを大きくしておく。
Also in the second embodiment, when it is not desired to short-circuit the magnetic flux of the
Further, when it is desired to short-circuit the magnetic flux of the
上記の第2実施例でも、ロータを駆動するためのロータトルクの一部である第2ロータトルクを用いて磁性体4をロータ軸方向に移動させるため、磁性体4を移動させるために用いた力でロータ回転軸10も駆動することが可能となり、この力を有効利用することができる。
さらに上記の第2実施例でも、第2ロータトルクを増減することによって、第1ロータ1の回転数とは無関係に磁性体4を当接させることが可能となる。したがって、第1ロータ1の回転数にかかわらず任意の運転状態で永久磁石3,3同士の磁束を短絡させることができ、バッテリおよびインバータの異常時や、これらバッテリと、インバータと、コイル9とを制御する電気回路の過大な温度上昇等、必要な場合には任意に誘起電圧を抑制することができる。
さらに上記の第2実施例でも、任意の運転状態で誘起電圧を抑制することができるため、図12に示すように運転領域を拡大することが可能となり、回転電機の性能を向上させることができる。
Also in the second embodiment, the
Furthermore, also in the second embodiment, the
Further, in the second embodiment as well, since the induced voltage can be suppressed in an arbitrary operating state, the operating range can be expanded as shown in FIG. 12, and the performance of the rotating electrical machine can be improved. .
次に本発明の第3実施例になる回転電機につき、図7の縦断面図に沿って説明する。 この第3実施例は、第1ステータ5が第1ロータ1の内径側に位置するアウターロータ型の回転電機である点で前述した第1実施例と異なるものの、ステータとロータとをロータ径方向に配置したラジアルギャップ構造の回転電機であり、その実体的な構成は上述した第1実施例と何ら相違するものではない。
Next, a rotary electric machine according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to a longitudinal sectional view of FIG. This third embodiment differs from the first embodiment described above in that the
図7に示す第3実施例でも、ロータを駆動するためのロータトルクの一部である第2ロータトルクを用いて磁性体4をロータ軸方向に移動させるため、磁性体4を移動させるために用いた力でロータ回転軸10も駆動することが可能となり、この力を有効利用することができる。
さらに上記の第3実施例でも、第2ロータトルクを増減することによって、第1ロータ1の回転数とは無関係に磁性体4を当接させることが可能となる。したがって、第1ロータ1の回転数にかかわらず任意の運転状態で永久磁石3,3同士の磁束を短絡させることができ、バッテリおよびインバータの異常時や、これらバッテリと、インバータと、コイル9とを制御する電気回路の過大な温度上昇等、必要な場合には任意に誘起電圧を抑制することができる。
さらに上記の第3実施例でも、任意の運転状態で誘起電圧を抑制することができるため、図12に示すように運転領域を拡大することが可能となり、回転電機の性能を向上させることができる。
Also in the third embodiment shown in FIG. 7, in order to move the
Furthermore, also in the third embodiment, the
Further, in the third embodiment as well, since the induced voltage can be suppressed in an arbitrary operating state, the operating range can be expanded as shown in FIG. 12, and the performance of the rotating electrical machine can be improved. .
次に本発明の第4実施例になる回転電機につき、図8の縦断面図に沿って説明する。 この第4実施例は、第1ステータ5が第1ロータ1の内径側に位置するアウターロータ型の回転電機である点で前述した第2実施例と異なるものの、ステータとロータとをロータ径方向に配置したラジアルギャップ構造の回転電機であり、その実体的な構成は上述した第2実施例と何ら相違するものではない。
Next, a rotary electric machine according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to a longitudinal sectional view of FIG. Although the fourth embodiment is different from the second embodiment described above in that the
図8に示す第4実施例でも、ロータを駆動するためのロータトルクの一部である第2ロータトルクを用いて磁性体4をロータ軸方向に移動させるため、磁性体4を移動させるために用いた力でロータ回転軸10も駆動することが可能となり、この力を有効利用することができる。
さらに上記の第4実施例でも、第2ロータトルクを増減することによって、第1ロータ1の回転数とは無関係に磁性体4を当接させることが可能となる。したがって、第1ロータ1の回転数にかかわらず任意の運転状態で永久磁石3,3同士の磁束を短絡させることができ、バッテリおよびインバータの異常時や、これらバッテリと、インバータと、コイル9とを制御する電気回路の過大な温度上昇等、必要な場合には任意に誘起電圧を抑制することができる。
さらに上記の第4実施例でも、任意の運転状態で誘起電圧を抑制することができるため、図12に示すように運転領域を拡大することが可能となり、回転電機の性能を向上させることができる。
Also in the fourth embodiment shown in FIG. 8, in order to move the
Furthermore, also in the fourth embodiment, the
Further, in the fourth embodiment as well, since the induced voltage can be suppressed in an arbitrary operating state, the operating range can be expanded as shown in FIG. 12, and the performance of the rotating electrical machine can be improved. .
次に本発明の第5実施例になる回転電機につき、図9の縦断面図に沿って説明する。
この第5実施例は、ステータとロータとをロータ軸方向に配置したアキシャルギャップ構造の回転電機である。前述した第1実施例と共通する機能を有する要素については、同一符号もしくは末尾が共通する符号を付して説明する。
第5実施例の回転電機はステータとして、図9に示すように、第1ステータ105と、第2ステータ106を具える。第1ステータ105は、第2ステータ106のロータ外径側に配置し、共通するステータブラケット107でロータ軸方向位置が重なるよう支持する。
Next, a rotary electric machine according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to a longitudinal sectional view of FIG.
The fifth embodiment is an electric rotating machine having an axial gap structure in which a stator and a rotor are arranged in the rotor axial direction. Elements having the same functions as those of the first embodiment described above will be described with the same reference numerals or common reference numerals.
As shown in FIG. 9, the rotating electrical machine of the fifth embodiment includes a
また第1ステータ105のロータ軸方向両側には第1ロータ101をそれぞれ配置する。つまり、第5実施例の回転電機は2ロータ1ステータ型の回転電機である。同様に、第2ステータ106のロータ軸方向両側には第2ロータ102をそれぞれ配置する。
第1ロータ101には複数の永久磁石103を周方向に配列する。
第2ロータ102には、磁性体で形成した突起と、空隙とを周方向に交互に配置して、第2ステータ106との間で磁気回路を形成することにより、リラクタンストルクを得る。
あるいは第2ロータ102には、永久磁石を周方向に複数具えたものであってもよい。いずれにせよ、この第2ロータ102の構成は、軸方向に配置された第2ステータ106との間で磁気回路を形成できるものであればよい。
ロータトルクを発生する役割として、第1ロータ101は主となる役割を果たし、第2ロータ102は副となる役割を果たす。つまり第1ロータ1の第1ロータトルクは大きい必要があり、第2ロータ2の第2ロータトルクは小さなもので足りる。
Further, the
A plurality of
A reluctance torque is obtained by forming the magnetic circuit between the
Alternatively, the
As the role of generating the rotor torque, the
回転電機の外殻を形成するケース7の内壁には、第1ステータブラケット107を、周方向に複数配列する。そして、ステータブラケット107の一側をケース7の内壁に固定し、ステータブラケット107の他側をロータ内径方向に向かって突出させる。
ステータブラケット107によって支持される第1ステータ105のステータコア108にはコイル109を巻回する。巻回の中心線はロータ軸線と平行であり、コイル109に通電するとステータコア108にはロータ軸線と平行な磁束が発生し、この磁束が両側の第1ロータ101,101へ向かう。
A plurality of
A
ステータブラケット107によって支持される第2ステータ106のステータコア113にはコイル114を巻回する。巻回の中心線はロータ軸線と平行であり、コイル114に通電するとステータコア113にはロータ軸線と平行な磁束が発生し、この磁束が両側の第2ロータ102,102へ向かう。
A
ステータブラケット107から見て近い順に、第2ロータ102とボール15と磁性体104と第1ロータ101とをロータ回転軸方向に順次配置する。ここで第2ロータ102、ボール15、および磁性体104はカム機構を構成する。カムディスクとなる第2ロータ102は、アンギュラー軸受110を介してロータ回転軸10に回動可能に支持される。フォロワーディスクとなる磁性体104は、軸方向可動部材16に相当する円盤形状の部材であって、第1ロータ101の近傍にある。磁性体104はボールスプライン17でロータ回転軸10に取り付ける。
The
第1ロータ101の径は、磁性体104の径よりも大きく形成する。そして、ステータブラケット107と向かい合う第1ロータ101の平面のうち、外径側には永久磁石103を固設し、内径側には前記永久磁石が存在しない分の軸方向深さを具えた凹部101bを形成する。円形の凹部101bは上述した小さな径の磁性体104を収容し、第1ロータ101と磁性体104とを少なくとも一部においてロータ回転軸線方向に重合させて配置する。
磁性体104の外周縁をテーパとし、凹部101bを区画する永久磁石103の内周縁をテーパ孔とし、両者のテーパ角度を一致させる。
なお、凹部101bにあっては、ロータ軸方向に整列した第1ロータ101と磁性体104との間に皿バネ21を設け、磁性体104が第1ロータ101から離れるよう付勢する。
The diameter of the
The outer peripheral edge of the
In the
図9に示す第5実施例でも、磁性体104を回動させて永久磁石103に当接させるものである。
つまり、ロータ回転軸10の回転数が所定回転数未満である場合などの通常の状態では、図9上半分に示すように、磁性体104を第1ロータ101から離間して永久磁石103の磁束を短絡しない。
これに対し、ロータ回転軸10の回転数が所定回転数以上である場合等では、図9下半分に示すように、磁性体104を第1ロータ101に押し付けて永久磁石103の磁束を短絡する。
Also in the fifth embodiment shown in FIG. 9, the
In other words, in a normal state such as when the rotational speed of the
On the other hand, when the rotational speed of the
第2ステータ106および第2ロータ102間の磁気回路によって第2ロータトルクが与えられると、この第2ロータトルクは第2ロータ102から、ボール15と、磁性体104と、ボールスプライン17とを経由してロータ回転軸10に伝達される。第2ロータトルクの大小の調整は、コイル114の通電制御により行う。
When the second rotor torque is applied by the magnetic circuit between the
永久磁石103の磁束を短絡したくない場合、第2ロータトルクを小さくしておく。永久磁石103の磁束を短絡したい場合、第2ロータトルクを大きくしておく。
When it is not desired to short-circuit the magnetic flux of the
次に本発明の第6実施例になる回転電機につき、図10の縦断面図に沿って説明する。
この第6実施例もステータとロータとをロータ軸方向に配置したアキシャルギャップ構造の回転電機である点で上述した第5実施例と共通するが、第2ロータ102と磁性体104とを一体結合した点で異なる。
そこで、上述した第5実施例と同一の要素については、同一符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。
Next, a rotary electric machine according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to a longitudinal sectional view of FIG.
This sixth embodiment is also common to the fifth embodiment described above in that it is a rotating electrical machine having an axial gap structure in which a stator and a rotor are arranged in the rotor axial direction, but the
Therefore, the same elements as those in the fifth embodiment described above are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different configurations will be described.
この第6実施例では、カム機構のカムディスク122をロータ回転軸10に一体に結合する。カムディスク122の軸方向両側には夫々、ボール15と、フォロワーディスクになる磁性体104と、皿バネ21と第1ロータ101とを順次配置する。
磁性体104の中心はニードル軸受123を介してロータ回転軸10に回動可能に支持される。なおニードル軸受123は、磁性体104およびロータ回転軸10の軸方向相対移動も許容する。磁性体104表面のうち、第2ステータ106と向かい合う外径側には、第2ロータ102を一体に結合する。
In the sixth embodiment, the
The center of the
第2ステータ106および第2ロータ102間の磁気回路によって第2ロータトルクが与えられると、この第2ロータトルクは第2ロータ102から、磁性体104と、ボール15と、カムディスク122とを経由してロータ回転軸10に伝達される。
When the second rotor torque is applied by the magnetic circuit between the
永久磁石103の磁束を短絡したくない場合、第2ロータトルクを小さくしておく。永久磁石103の磁束を短絡したい場合、第2ロータトルクを大きくしておく。
When it is not desired to short-circuit the magnetic flux of the
図10に示す第6実施例でも、カム機構のフォロワーディスクになる磁性体104が、第2ロータトルクの大きさに応じて回動して永久磁石103に当接するものである。
つまり、ロータ回転軸10の回転数が所定回転数未満である場合などの通常の状態では、第2ロータトルクを小さくしておき、図10上半分に示すように磁性体104を第1ロータ101から離間して永久磁石103の磁束を短絡しない。
これに対し、ロータ回転軸10の回転数が所定回転数以上である場合等では、第2ロータトルクを大きくしておき、図10下半分に示すように、磁性体104を第1ロータ101に押し付けて永久磁石103の磁束を短絡する。
Also in the sixth embodiment shown in FIG. 10, the
That is, in a normal state such as when the rotational speed of the
On the other hand, when the rotational speed of the
上記の第5,6実施例でも、ロータを駆動するためのロータトルクの一部である第2ロータトルクを用いて磁性体104をロータ軸方向に移動させるため、磁性体104を移動させるために用いた力でロータ回転軸10も駆動することが可能となり、この力を有効利用することができる。
さらに上記の第5,6実施例でも、第2ロータトルクを増減することによって、第1ロータ101の回転数とは無関係に磁性体104を当接させることが可能となる。したがって、第1ロータ101の回転数にかかわらず任意の運転状態で永久磁石103,103同士の磁束を短絡させることができ、バッテリおよびインバータの異常時や、これらバッテリと、インバータと、コイル109とを制御する電気回路の過大な温度上昇等、必要な場合には任意に誘起電圧を抑制することができる。
さらに上記の第5,6実施例でも、任意の運転状態で誘起電圧を抑制することができるため、図12に示すように運転領域を拡大することが可能となり、回転電機の性能を向上させることができる。
In the fifth and sixth embodiments, the
Further, in the fifth and sixth embodiments, the
Furthermore, in the fifth and sixth embodiments, since the induced voltage can be suppressed in an arbitrary operating state, the operating range can be expanded as shown in FIG. 12, and the performance of the rotating electrical machine can be improved. Can do.
また第5,6実施例では、図9下半分および図10下半分に沿って前述したように、永久磁石103の内径側の縁部および磁性体104の外径側の縁部を、テーパ形状としたため、磁性体104が永久磁石103に隙間なく当接することができる。この当接した状態を図11(a)に拡大して示す。図11(a)に示すように磁性体104のテーパ104pは、磁性体104のロータ軸方向一側から他側に亘り形成される。
なお、テーパ形状は、図11(a)に限定されない。例えば図11(b)に示すように、磁性体104のテーパ形状104pを、磁性体104の軸方向一側部で形成して、短絡する磁束量を規定することが可能である。
あるいは、図11(c)に示すように、磁性体104のテーパ104pのテーパ角度と、永久磁石103のテーパ孔103pのテーパ角度とを異ならせて、短絡する磁束量を規定することが可能である。
In the fifth and sixth embodiments, as described above along the lower half of FIG. 9 and the lower half of FIG. 10, the inner diameter side edge of the
The taper shape is not limited to FIG. For example, as shown in FIG. 11B, the
Alternatively, as shown in FIG. 11C, it is possible to define the amount of magnetic flux to be short-circuited by making the taper angle of the
ここで付言すると、上述した第2実施例(図6)と第4実施例(図8)と第6実施例(図10)では、第2ロータ2(102)が第2ステータ6(106)に対して相対移動するものであるが、これは本発明の課題解決手段である誘起電圧の低下を達成するために何ら支障となるものではない。 In addition, in the second embodiment (FIG. 6), the fourth embodiment (FIG. 8), and the sixth embodiment (FIG. 10) described above, the second rotor 2 (102) is replaced by the second stator 6 (106). However, this does not hinder the reduction of the induced voltage, which is the problem solving means of the present invention.
ところで上述した第1〜6実施例においては、第1ロータ1および第2ロータ2を具え、第1ロータ1に設けた複数の永久磁石3,3同士の磁束を短絡する磁束短絡機構を設け、第2ロータトルクを用いて磁束短絡機構を作動するよう構成したことから、
この磁束短絡機構を作動させるために用いた力でロータ回転軸10も駆動することが可能となり、この力を有効利用することができる。
さらに、第1ロータ1の回転数とは無関係に磁性体4を当接させることが可能となり、バッテリおよびインバータの異常時や、これらバッテリと、インバータと、コイルとを制御する電気回路の過大な温度上昇等、必要な場合には任意に誘起電圧を抑制することができる。
さらに、任意の運転状態で誘起電圧を抑制することができるため、図12に示すように運転領域を拡大することが可能となり、回転電機の性能を向上させることができる。
By the way, in the 1st-6th Example mentioned above, the 1st rotor 1 and the
The
Further, the
Furthermore, since the induced voltage can be suppressed in an arbitrary operating state, the operating range can be expanded as shown in FIG. 12, and the performance of the rotating electrical machine can be improved.
具体的には上記の磁束短絡機構を複数の永久磁石3,3同士の磁束を短絡する磁性体4と、磁性体4および第1ロータ1間の距離を第2ロータトルクに応じて変化させる磁性体移動手段とで構成し、この磁性体移動手段は磁性体4を第1ロータ1に当接して第1ロータ1に設けた複数の永久磁石3,3同士を短絡する。
Specifically, the
また上述した第1〜4実施例においては、図3に示すように磁性体4に磁性体突出部4tを周方向に複数設け、永久磁石3,3同士の磁束を短絡しない場合には磁性体突出部4tの周方向位置と永久磁石3の周方向位置とを異ならせる(図3(a))。
これに対し、永久磁石3,3同士の磁束を短絡する場合には磁性体移動手段が磁性体4を永久磁石3に対し相対回動させて磁性体突出部4tの先端を永久磁石3に当接する(図3(b))ことから、
非短絡状態では図3(a)に示すように磁性体突出部4tを永久磁石3から確実に離間することができ、磁束の短絡を確実に遮断して、回転電機の高トルク運転に寄与することができる。
In the first to fourth embodiments described above, as shown in FIG. 3, when the
On the other hand, when the magnetic flux between the
In the non-short circuit state, as shown in FIG. 3 (a), the
なお第1〜4実施例においては、図3(a)に矢で示す相対回動および軸線方向の距離変化を組み合わせたものであるが、これらの実施例の他にも図には示さなかったが、磁性体突出部4tと向かい合う第1ロータ1の平面を、該磁性体突出部4tとは互い違いになるよう凹凸に成形しておき、図3(a)に矢で示す相対回動のみで磁性体突出部の先端を永久磁石に当接してもよい。
In the first to fourth embodiments, the relative rotation indicated by the arrows in FIG. 3A and the change in the axial distance are combined, but other than these embodiments, they are not shown in the drawing. However, the flat surface of the first rotor 1 that faces the
また上述した第1〜4実施例においては、第1ロータ1および第2ロータ2を共通するロータ回転軸10に取り付け、上記の磁性体移動手段は第2ロータ2とロータ回転軸10とを回転係合するカム機構であることから、
第2ロータトルクの大きさに応じた磁性体4の当接を、簡易な構成で実現することができる。
In the first to fourth embodiments described above, the first rotor 1 and the
The contact of the
具体的には上記のカム機構が第2ロータ2とロータ回転軸10との間の伝達トルクに応じたスラストを発生して、第1ロータ1および磁性体4間の距離を変化させることから、
ロータ軸線方向のスラストによって、この軸線方向に磁性体4を移動させることができる。
Specifically, the cam mechanism generates a thrust corresponding to the transmission torque between the
The
また図4に示す第1実施例と図6〜8に示す第2〜4実施例では、第1ステータ5および第2ステータ6を具え、第1ステータ5と前記第1ロータ1とをロータ回転軸と直角なロータ径方向に配置してラジアルギャップ構造とし、第2ロータ2と磁性体4と第1ロータ1とをロータ回転軸方向に順次配置する。そして、ロータ回転軸方向に移動するカム機構の軸方向可動部材16を、第1ロータ1の近傍に設け、軸方向可動部材16には磁性体4を取り付けたことから、
ラジアルギャップ構造の回転電機において本発明を具現することができる。
Further, in the first embodiment shown in FIG. 4 and the second to fourth embodiments shown in FIGS. 6 to 8, the
The present invention can be embodied in a rotary electric machine having a radial gap structure.
また図9に示す第5実施例と図10に示す第6実施例では、第1ステータ105および第2ステータ106を具え、第1ステータ105と第1ロータ101とをロータ回転軸方向に配置してアキシャルギャップ構造とし、第2ロータ102と磁性体104と第1ロータ101とをロータ回転軸方向に順次配置する。そして、ロータ回転軸方向に移動するカム機構のフォロワーディスクになる磁性体104を、第1ロータ101の近傍に設けたことから、
アキシャルギャップ構造の回転電機において本発明を具現することができる。
In the fifth embodiment shown in FIG. 9 and the sixth embodiment shown in FIG. 10, the
The present invention can be embodied in a rotating electrical machine having an axial gap structure.
また上述した第1〜6実施例においては、軸方向可動部材16(または軸方向可動部材16に相当する磁性体)を第1ロータ1から遠ざかるよう付勢する皿バネ21を設けたことから、
非短絡状態では磁性体4を永久磁石3から確実に離間して、磁束の短絡を遮断することができる。
In the first to sixth embodiments described above, the
In the non-short-circuit state, the
また図9に示す第5実施例と図10に示す第6実施例では、第1ロータ101と、磁性体104とを、少なくとも一部においてロータ回転軸線方向に重合させて配置し、磁性体104のうち第1ロータ101に当接する部分、または第1ロータ101のうち磁性体104に当接する部分の少なくとも一方を、他方に向けてテーパ形状(図11(a)〜(c))としたことから、
磁性体によって短絡される永久磁石の磁束量を規定することができる。
Further, in the fifth embodiment shown in FIG. 9 and the sixth embodiment shown in FIG. 10, the
The amount of magnetic flux of the permanent magnet that is short-circuited by the magnetic body can be defined.
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨に逸脱しない範囲において種々変更が加えられうるものである。
例えば図示はしなかったが、図11(a)〜(c)の技術は第1実施例〜第4実施例にも適用可能である。つまり、第1ロータ1と磁性体4とを、少なくとも一部においてロータ回転軸線方向に重合させて配置し、磁性体4のうち第1ロータ1に当接する部分、または第1ロータ1のうち磁性体4に当接する部分の少なくとも一方を、他方に向けてテーパ形状としてもよい。
The above description is merely an example of the present invention, and the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
For example, although not shown, the techniques of FIGS. 11A to 11C are also applicable to the first to fourth embodiments. That is, at least a part of the first rotor 1 and the
1 101 第1ロータ
2 102 第2ロータ
3 103 永久磁石
4 104 磁性体
5 105 第1ステータ
6 106 第2ステータ
7 回転電機ケース
8 108 ステータコア
9 109 コイル
10 ロータ回転軸
13 113 ステータコア
14 114 コイル
15 カム機構のボール
16 軸方向可動部材
17 ボールスプライン
21 皿バネ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 101
Claims (10)
前記ロータは第1ロータおよび第2ロータを具え、
該第1ロータに設けた前記複数の永久磁石同士の磁束を短絡する磁束短絡機構を設け、
前記第2ロータおよびステータ間で発生する第2ロータトルクを用いて前記磁束短絡機構を作動するよう構成したことを特徴とする回転電機。 In a rotating electrical machine that provides a rotor with a plurality of permanent magnets, a coil in a stator, and generates a rotor torque for driving the rotor between the rotor and the stator,
The rotor comprises a first rotor and a second rotor;
Providing a magnetic flux short-circuit mechanism for short-circuiting the magnetic flux between the plurality of permanent magnets provided in the first rotor;
A rotating electrical machine configured to operate the magnetic flux short-circuit mechanism using a second rotor torque generated between the second rotor and a stator.
前記第1ロータの高回転時、前記コイルに電力を供給するバッテリの異常検出時、または前記コイルとバッテリとを接続する電気回路の異常検出時の少なくともいずれかの時に、前記永久磁石短絡機構を作動させて第1ロータの永久磁石の磁束を短絡することを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
The permanent magnet short-circuiting mechanism is at least one of at the time of detecting an abnormality of a battery that supplies power to the coil or detecting an abnormality of an electric circuit that connects the coil and the battery when the first rotor rotates at a high speed. A rotating electrical machine that is actuated to short-circuit a magnetic flux of a permanent magnet of a first rotor.
前記磁束短絡機構は、前記複数の永久磁石同士の磁束を短絡する磁性体と、該磁性体および前記第1ロータ間の距離を第2ロータトルクに応じて変化させる磁性体移動手段とを具え、該磁性体移動手段は前記磁性体を第1ロータに当接して第1ロータに設けた複数の永久磁石同士を短絡することを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
The magnetic flux short-circuit mechanism includes a magnetic body that short-circuits the magnetic flux between the plurality of permanent magnets, and a magnetic body moving unit that changes a distance between the magnetic body and the first rotor according to a second rotor torque, The magnetic body moving means short-circuits a plurality of permanent magnets provided on the first rotor by bringing the magnetic body into contact with the first rotor.
前記永久磁石同士の磁束を短絡しない場合には前記磁性体突出部の周方向位置と前記永久磁石の周方向位置とを異ならせ、
前記永久磁石同士の磁束を短絡する場合には前記磁性体移動手段が前記磁性体を永久磁石に対し相対回動させて前記磁性体突出部の先端を前記永久磁石に当接することを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 3, wherein a plurality of magnetic body protrusions are provided in the circumferential direction on the magnetic body,
In the case where the magnetic flux between the permanent magnets is not short-circuited, the circumferential position of the magnetic projection and the circumferential position of the permanent magnet are different,
When the magnetic flux between the permanent magnets is short-circuited, the magnetic body moving means rotates the magnetic body relative to the permanent magnet and abuts the tip of the magnetic body protruding portion on the permanent magnet. Rotating electric machine.
前記第1ロータおよび前記第2ロータを、共通するロータ回転軸に取り付け、
前記磁性体移動手段は、第2ロータとロータ回転軸とを回転係合させるカム機構であることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 3 or 4,
The first rotor and the second rotor are attached to a common rotor rotation shaft,
The rotary electric machine according to claim 1, wherein the magnetic body moving means is a cam mechanism that rotationally engages the second rotor and the rotor rotation shaft.
前記第2ロータと前記磁性体と前記第1ロータとをロータ回転軸方向に順次配置し、
ロータ回転軸方向に移動する前記カム機構の軸方向可動部材を、第1ロータの近傍に設け、該軸方向可動部材には前記磁性体を取り付けたことを特徴とする回転電機。 The rotary electric machine according to claim 6, wherein the stator includes a first stator and a second stator, and the first stator and the first rotor are arranged in a radial direction of the rotor perpendicular to the rotor rotation axis. age,
The second rotor, the magnetic body, and the first rotor are sequentially arranged in the rotor rotation axis direction,
A rotating electrical machine characterized in that an axially movable member of the cam mechanism moving in the rotor rotational axis direction is provided in the vicinity of the first rotor, and the magnetic body is attached to the axially movable member.
前記第2ロータと前記磁性体と前記第1ロータとをロータ回転軸方向に順次配置し、
ロータ回転軸方向に移動する前記カム機構の軸方向可動部材を、第1ロータの近傍に設け、該軸方向可動部材には前記磁性体を取り付けたことを特徴とする回転電機。 The rotating electric machine according to claim 6, wherein the stator includes a first stator and a second stator, and the first stator and the first rotor are arranged in a rotor rotation axis direction to form an axial gap structure,
The second rotor, the magnetic body, and the first rotor are sequentially arranged in the rotor rotation axis direction,
A rotating electrical machine characterized in that an axially movable member of the cam mechanism moving in the rotor rotational axis direction is provided in the vicinity of the first rotor, and the magnetic body is attached to the axially movable member.
前記軸方向可動部材を前記第1ロータから遠ざかるよう付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 7 or 8,
An electrical rotating machine comprising a biasing means for biasing the axially movable member away from the first rotor.
前記第1ロータと、前記磁性体とを、少なくとも一部においてロータ回転軸線方向に重合させて配置し、前記磁性体のうち前記第1ロータに当接する部分、または該第1ロータのうち該磁性体に当接する部分の少なくとも一方を、他方に向けてテーパ形状としたことを特徴とする回転電機。 In the rotary electric machine according to any one of claims 7 to 9,
The first rotor and the magnetic body are arranged at least partially in the direction of the rotor rotation axis, and a portion of the magnetic body that contacts the first rotor, or the magnetic body of the first rotor. A rotating electrical machine characterized in that at least one of the parts in contact with the body is tapered toward the other.
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