JP6074980B2 - Rotating machine - Google Patents
Rotating machine Download PDFInfo
- Publication number
- JP6074980B2 JP6074980B2 JP2012211622A JP2012211622A JP6074980B2 JP 6074980 B2 JP6074980 B2 JP 6074980B2 JP 2012211622 A JP2012211622 A JP 2012211622A JP 2012211622 A JP2012211622 A JP 2012211622A JP 6074980 B2 JP6074980 B2 JP 6074980B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stator
- rotor
- magnetic flux
- permanent magnet
- field winding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 118
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 113
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 claims description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 13
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 11
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 8
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 6
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 4
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 4
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
Landscapes
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Description
本発明は、ステータに対してロータを回転させる回転機に関するものである。 The present invention relates to a rotating machine that rotates a rotor with respect to a stator.
従来より、ステータと、このステータとの間に磁気的なギャップ(エアギャップとも称される狭い隙間であり、以下では「磁気ギャップ」と称す)を空けて配置されるロータとを備えた回転機(例えばPMモータ)が知られている。回転機のステータには、周方向に等ピッチで並ぶ複数のステータ極が設けられ、隣り合うステータ極間に形成された各スロットに巻線(ステータ巻線)が配置されている。そして、ステータ巻線に電力を供給することによってステータに磁界が発生し、この磁界とロータに付帯させた永久磁石の磁束との相互作用によってロータが回転するように構成されている(例えば特許文献1)。 Conventionally, a rotating machine including a stator and a rotor arranged with a magnetic gap (a narrow gap called an air gap, hereinafter referred to as a “magnetic gap”) between the stator and the stator. (For example, a PM motor) is known. A stator of a rotating machine is provided with a plurality of stator poles arranged at equal pitches in the circumferential direction, and windings (stator windings) are arranged in slots formed between adjacent stator poles. A magnetic field is generated in the stator by supplying electric power to the stator winding, and the rotor is rotated by the interaction between the magnetic field and the magnetic flux of the permanent magnet attached to the rotor (for example, Patent Documents). 1).
ところで、近時では自動車用駆動モータなどをはじめとした負荷変動が大きい用途で使用される回転機も多く、このような回転機に対しては、出力領域の拡大と高効率化が要求されている。 By the way, recently, there are many rotating machines used in applications with large load fluctuations, such as automobile drive motors, and for these rotating machines, expansion of the output range and higher efficiency are required. Yes.
ロータに永久磁石を付帯させた従来の回転機では、永久磁石の磁束が磁気ギャップを通過して、ステータ鉄心とステータ極に巻回されたステータ巻線に鎖交し、誘起電圧が発生する。ここで、回転する際に発生する磁界である界磁の磁束量と回転数で決定される誘起電圧は、ロータの回転数に比例して増加するが、出力領域の拡大を実現すべく、低速域で大きな出力(大トルク)を得るために高い誘起電圧を確保できるように設定すれば、高速域では電圧制限により(電源の供給電圧を超過して)駆動できず、一方、高速域まで駆動できるようにすれば、低速域では誘起電圧が低くなり、必要な高い出力(大トルク)を確保できない。 In a conventional rotating machine with a permanent magnet attached to the rotor, the magnetic flux of the permanent magnet passes through the magnetic gap and is linked to the stator winding wound around the stator core and the stator pole, thereby generating an induced voltage. Here, the induced voltage determined by the magnetic flux amount and the rotational speed of the field, which is a magnetic field generated when rotating, increases in proportion to the rotational speed of the rotor. If a high induced voltage is set to ensure a large output (large torque) in the frequency range, it cannot be driven due to voltage limitations (exceeding the power supply voltage) in the high speed range, while it can be driven to the high speed range. If it is possible, the induced voltage becomes low in the low speed range, and the necessary high output (large torque) cannot be secured.
そこで、従来の永久磁石同期回転機では、ロータの回転速度を上げて高速域で運転する場合に、コントローラの端子電圧よりも誘起電圧が超えないよう回転機の電気設計(電圧制限を超えない程度の誘起電圧を確保可能な電気設計)を行いつつ、ステータに鎖交する永久磁石の磁束が多過ぎて誘起電圧が高過ぎる状態になる高速域では、ステータ電力で弱め界磁することで誘起電圧を抑えるように構成されている。 Therefore, in the conventional permanent magnet synchronous rotating machine, when operating the rotor at a high speed by increasing the rotational speed of the rotor, the electrical design of the rotating machine (so as not to exceed the voltage limit) so that the induced voltage does not exceed the terminal voltage of the controller. In the high-speed range where the induced voltage is too high due to too much magnetic flux of the permanent magnets linked to the stator, the induced voltage is weakened by the stator power. It is configured to suppress.
このように従来の回転機では、永久磁石の磁束を積極的に弱める弱め界磁制御を行うことで運転範囲の拡大を図っていた。 Thus, in the conventional rotating machine, the operation range is expanded by performing field-weakening control that actively weakens the magnetic flux of the permanent magnet.
しかしながら、弱め界磁制御が過剰になると永久磁石のクニック点を越えて、永久磁石が不可逆減磁してしまう。 However, if field-weakening control becomes excessive, the permanent magnet is irreversibly demagnetized beyond the nick point of the permanent magnet.
したがって、従来の回転機では、ロータに付帯させた永久磁石の磁束が常にステータ鉄心及びステータ巻線に鎖交して界磁磁束として作用し得る状態にあり、永久磁石が不可逆減磁しない程度まで永久磁石の磁束密度を減少させて磁力を弱めることができても、磁力をゼロ、つまり界磁磁束として作用し得る永久磁石の磁束をゼロにするのは困難であった。そして、界磁磁束として作用し得る永久磁石の磁束がロータから磁性ギャップに漏れてステータに常に流れるため、その分だけ回転時にロスが生じていた。 Therefore, in a conventional rotating machine, the magnetic flux of the permanent magnet attached to the rotor is always in a state where it can act as a field magnetic flux interlinking with the stator iron core and the stator winding, so that the permanent magnet is not irreversibly demagnetized. Even if the magnetic flux density of the permanent magnet can be reduced to weaken the magnetic force, it is difficult to make the magnetic force zero, that is, the magnetic flux of the permanent magnet that can act as a field magnetic flux. And since the magnetic flux of the permanent magnet that can act as a field magnetic flux leaks from the rotor to the magnetic gap and always flows to the stator, there is a loss during rotation.
また、永久磁石をロータに付帯させる態様であれば、ロータの高速回転時に永久磁石が飛散する事態が想定される。このような事態を回避するために、例えば非磁性体の飛散防止リングを永久磁石のうちステータ極に近い側の面を被覆するように取り付ける構成も考えられるが、この場合、飛散防止リングの厚み分だけ磁気ギャップが拡大してしまい、高効率化の妨げとなり得る。 Moreover, if it is an aspect which attaches a permanent magnet to a rotor, the situation where a permanent magnet will fly at the time of high-speed rotation of a rotor is assumed. In order to avoid such a situation, for example, a configuration in which a non-magnetic scattering prevention ring is attached so as to cover the surface of the permanent magnet closer to the stator pole is also conceivable, but in this case, the thickness of the scattering prevention ring is considered. The magnetic gap is enlarged by that amount, which can hinder high efficiency.
さらには、ロータをステータの内側に配置してモータを組み立てる工程において、ロータの永久磁石がステータ極に吸引されてしまい、組立作業を効率良く行うことができないという不具合もあった。 Furthermore, in the process of assembling the motor with the rotor disposed inside the stator, the permanent magnets of the rotor are attracted to the stator poles, and the assembly work cannot be performed efficiently.
このような問題点の主要因は、ロータに永久磁石を付帯させた回転機において永久磁石の磁束を調整することができないことにある。 The main cause of such a problem is that the magnetic flux of the permanent magnet cannot be adjusted in a rotating machine with a permanent magnet attached to the rotor.
本発明は、このような検討結果に基づき、回転数の変動や運転状況に応じて界磁の磁束量を調整することができ、高効率化を実現可能な回転機を提供することを主たる目的とするものである。 The main object of the present invention is to provide a rotating machine capable of adjusting the amount of magnetic flux of the field according to the fluctuation of the rotational speed and the operating state based on such examination results and realizing high efficiency. It is what.
すなわち本発明は、ステータと、ステータと同軸上に配置され且つステータとの間に磁気ギャップを形成するロータと、ロータをステータに対して回転可能に支持するシャフトとを備えた回転機に関するものである。ここで、「ステータと同軸上」の軸はシャフトである。また、「ステータ極」の数は、ロータの極数、相数、係数に基づいて決定される。 That is, the present invention relates to a rotating machine including a stator, a rotor that is arranged coaxially with the stator and forms a magnetic gap between the stator, and a shaft that rotatably supports the rotor with respect to the stator. is there. Here, the axis “coaxial with the stator” is a shaft. The number of “stator poles” is determined based on the number of poles, the number of phases, and the coefficient of the rotor.
そして、本発明に係る回転機は、ステータとして、リング状のステータ鉄心と、ステータ鉄心の所定箇所に設けられ且つステータ鉄心の周方向に磁性を持たせた単一の永久磁石と、ステータ鉄心のうち永久磁石と対向する位置に巻回され且つ永久磁石の磁束と反対方向の磁束を発生する単一の界磁巻線と、ステータ鉄心のうち永久磁石と界磁巻線の間においてロータに向かって突出し且つ周方向に等ピッチで設けた2n(nはゼロを除く正の整数)の複数のステータ極と、これら各ステータ極に巻回したステータ巻線とを備えたものを適用するとともに、ロータとして、リング状のロータ鉄心と、ロータ鉄心からステータに向かって突出し且つ周方向に等ピッチでステータ極とは異なる数のロータ極とを備えたものを適用し、界磁巻線に電流を流していない状態においてステータ極とロータ極の磁気ギャップを通過すること無くステータ内部のみを通過する永久磁石の磁束を、界磁巻線に所定方向の電流を流すことで生じる界磁巻線の磁束とともに磁気ギャップ及びロータを通過する磁束に変化可能に構成していることを特徴としている。 The rotating machine according to the present invention includes, as a stator, a ring-shaped stator iron core, a single permanent magnet provided at a predetermined location of the stator iron core and having magnetism in the circumferential direction of the stator iron core, and a stator iron core. A single field winding wound around a position facing the permanent magnet and generating a magnetic flux in a direction opposite to the magnetic flux of the permanent magnet, and facing the rotor between the permanent magnet and the field winding of the stator core. And a plurality of 2n (n is a positive integer excluding zero) stator poles provided at equal pitches in the circumferential direction, and a stator winding wound around each stator pole, A rotor having a ring-shaped rotor core and a number of rotor poles protruding from the rotor core toward the stator and having a constant pitch in the circumferential direction and different from the stator poles is applied. Flux flow in non state magnetic flux of the permanent magnet passes through only the internal stator without passing through the magnetic gap of the stator poles and rotor poles, the field field winding generated by passing a predetermined direction of the current in the winding In addition, the magnetic gap and the magnetic flux passing through the rotor can be changed.
本発明に係る回転機は、回転軸であるシャフトの径方向においてロータをステータの内周側に配置したインナー可動型が主であるが、回転軸の径方向においてロータをステータの外周側に配置したアウター可動型のタイプを積極的に排除するものではない。 The rotating machine according to the present invention is mainly an inner movable type in which the rotor is disposed on the inner peripheral side of the stator in the radial direction of the shaft that is the rotating shaft, but the rotor is disposed on the outer peripheral side of the stator in the radial direction of the rotating shaft. It does not actively exclude the outer movable type.
このような本発明の回転機では、ステータ鉄心の所定箇所に配置した単一の永久磁石の磁性をステータコアの周方向に持たせているため、ステータ鉄心のうち永久磁石と対向する位置に設けた界磁巻線に電流を流していない状態(界磁巻線非励磁状態)であれば、永久磁石の磁束は、ステータ鉄心を経由して戻る短絡磁束になる。すなわち、抵抗の低い部分を通る磁束は、界磁巻線の起磁力がゼロの場合に、永久磁石の磁束が磁性ギャップの存在によってロータを通過しない。 In such a rotating machine according to the present invention, since the magnetism of a single permanent magnet arranged at a predetermined location of the stator iron core is provided in the circumferential direction of the stator core, the stator iron core is provided at a position facing the permanent magnet. If no current is flowing through the field winding (field winding non-excited state), the magnetic flux of the permanent magnet becomes a short-circuit magnetic flux that returns via the stator core. That is, when the magnetomotive force of the field winding is zero, the magnetic flux of the permanent magnet does not pass through the rotor due to the presence of the magnetic gap.
一方、界磁巻線に所定方向の電流を流した場合、界磁巻線の磁束が永久磁石の磁束と反対方向の磁束として発生する。したがって、ステータ鉄心内を流れる永久磁石の磁束は、ステータ鉄心内において界磁巻線の磁束とぶつかり、ステータ鉄心のうち永久磁石を配置した部分からステータ鉄心のうち界磁巻線を配置した部分に到達するまでに存在するステータ極を通り、このステータ極と対向し得るロータ極との磁性ギャップを通過し、ロータ極、ロータ鉄心、他のロータ極、このロータ極と対向し得るステータ極との磁性ギャップ、ステータ極、ステータ鉄心をこの順で流れて永久磁石に至る。また、界磁巻線に所定方向の電流を流していない状態(界磁巻線非励磁状態)において界磁巻線の磁束は、ステータ鉄心のうち界磁巻線を配置した箇所を始点として捉えると、この始点からステータ鉄心内を流れ、ステータ鉄心内において永久磁石の磁束とぶつかり、永久磁石の磁束と共にステータ極を通り、このステータ極と対向し得るロータ極との磁性ギャップを通過し、ロータ極、ロータ鉄心、他のロータ極、このロータ極と対向し得るステータ極との磁性ギャップ、ステータ極、ステータ鉄心をこの順で流れて上述の始点に至る。 On the other hand, when a current in a predetermined direction is passed through the field winding, the magnetic flux in the field winding is generated as a magnetic flux in the direction opposite to that of the permanent magnet. Therefore, the magnetic flux of the permanent magnet flowing in the stator core collides with the magnetic flux of the field winding in the stator core, and from the portion of the stator core where the permanent magnet is arranged to the portion of the stator core where the field winding is arranged. It passes through the magnetic pole with the rotor pole that can be opposed to this stator pole through the existing stator pole and reaches the rotor pole, the rotor core, another rotor pole, and the stator pole that can face this rotor pole. It flows through the magnetic gap, stator pole, and stator core in this order to reach the permanent magnet. Further, in a state where a current in a predetermined direction does not flow through the field winding (field winding non-excited state), the magnetic flux of the field winding is taken as the starting point of the stator core where the field winding is disposed. And flows through the stator iron core from this starting point, collides with the magnetic flux of the permanent magnet in the stator iron core, passes through the stator pole together with the magnetic flux of the permanent magnet, and passes through the magnetic gap between the rotor pole and the stator pole. The magnetic pole gap, rotor core, other rotor pole, magnetic gap with the stator pole that can face this rotor pole, stator pole, and stator core flow in this order to reach the above starting point.
このように、本発明に係る回転機は、界磁巻線に所定方向の電流を流していない状態(界磁巻線非励磁状態)であればロータに永久磁束が流れない状態または流れ難い状態を確保することができる。したがって、本発明に係る回転機では、界磁巻線に所定方向の電流を流していない状態において誘起電圧が発生せず、コギングトルクやロストルクをゼロまたは略ゼロとなり、高効率化を図ることができる。また、界磁巻線に所定方向の電流を流した状態(界磁巻線励磁状態)では、永久磁石の磁束と界磁巻線の磁束をロータに通過させる(永久磁石の磁束を界磁巻線の磁束とともにロータに流れる磁束に変化させる)ことができ、この状態でステータ巻線に電圧を印加すれば、永久磁石の磁束及び界磁巻線の磁束が、ステータ巻線に鎖交する界磁磁束として作用し、誘起電圧を発生させてロータを回転させることができる。さらに、本発明の回転機では、ステータ極とロータ極の数を異ならせているため、正弦波励磁が利用可能であり、汎用のインバータを利用することができる。また、本発明の回転機では、正弦波励磁が利用可能であることから、ステータ極とロータ極の数が同数の場合に使用するパルス電源で駆動することができる。 As described above, the rotating machine according to the present invention is in a state where the permanent magnetic flux does not flow or is difficult to flow in the rotor if a current in a predetermined direction does not flow through the field winding (field winding non-excited state). Can be secured. Therefore, in the rotating machine according to the present invention, an induced voltage is not generated in a state where a current in a predetermined direction does not flow through the field winding, and the cogging torque and the loss torque are zero or substantially zero, so that high efficiency can be achieved. it can. In a state where a current in a predetermined direction is passed through the field winding (field winding excitation state), the magnetic flux of the permanent magnet and the magnetic flux of the field winding are passed through the rotor (the magnetic flux of the permanent magnet is passed through the field winding). If a voltage is applied to the stator winding in this state, the magnetic flux of the permanent magnet and the magnetic flux of the field winding are interlinked with the stator winding. Acting as a magnetic flux, an induced voltage can be generated to rotate the rotor. Furthermore, in the rotating machine of the present invention, since the number of stator poles and rotor poles is different, sinusoidal excitation can be used, and a general-purpose inverter can be used. In the rotating machine of the present invention, since sinusoidal excitation can be used, it can be driven by a pulse power source used when the number of stator poles and rotor poles is the same.
そして、本発明の回転機であれば、要求される回転数(出力)やトルクに応じて界磁巻線に流す電流量を調節することで、ロータを通過する磁束量(永久磁石の磁束に界磁巻線の磁束を重畳した磁束量であり、永久磁石の磁束と界磁巻線の磁束の総和である磁束量)を増減することができ、ひいては、ステータ巻線に鎖交する界磁磁束量を増減することができる。この際、永久磁石の界磁を弱める弱め界磁は不要であるため、永久磁石の減磁現象を防止することができるとともに、例えば弱め界磁制御と強め界磁制御を選択して行う態様と比較して、界磁巻線に流す電流方向は一定方向のみであるため、界磁巻線に流す電流方向を切り替える処理が不要である。 In the rotating machine of the present invention, the amount of magnetic flux passing through the rotor (the magnetic flux of the permanent magnet) is adjusted by adjusting the amount of current flowing through the field winding according to the required number of rotations (output) and torque. The amount of magnetic flux superposed on the magnetic flux of the field winding, and the amount of magnetic flux that is the sum of the magnetic flux of the permanent magnet and the magnetic flux of the field winding can be increased or decreased. The amount of magnetic flux can be increased or decreased. At this time, since the field weakening that weakens the field of the permanent magnet is unnecessary, the demagnetization phenomenon of the permanent magnet can be prevented, and for example, compared to the mode of performing the field weakening control and the field strengthening control selectively, Since the direction of current flowing through the field winding is only a fixed direction, it is not necessary to switch the direction of current flowing through the field winding.
また、本発明の回転機は、ロータに永久磁石を付帯させる構成ではないため、ロータの高速回転中に永久磁石が飛散する事態を回避することができる。さらに、ロータに永久磁石を付帯させた回転機であれば永久磁石の飛散を防止するために設ける飛散防止部材が、本発明の回転機では不要であり、この点において、部品点数の削減と、永久磁石のうちステータに対向する面に飛散防止部材を取り付けることによる磁気ギャップの拡大化を回避することが可能であり、高効率化にも貢献する。 Moreover, since the rotating machine of the present invention is not configured to attach a permanent magnet to the rotor, it is possible to avoid a situation where the permanent magnets are scattered during high-speed rotation of the rotor. Furthermore, if the rotating machine has a permanent magnet attached to the rotor, the anti-scattering member provided to prevent the permanent magnet from scattering is not necessary in the rotating machine of the present invention. It is possible to avoid the enlargement of the magnetic gap by attaching the anti-scattering member to the surface of the permanent magnet that faces the stator, which contributes to higher efficiency.
特に、本発明の回転機は、ロータを磁性体材料のみから形成することが可能である点においても有利である。 In particular, the rotating machine of the present invention is advantageous in that the rotor can be formed only from a magnetic material.
加えて、本発明の回転機は、ステータに付帯させた界磁巻線に電流を流さない状態で永久磁石の磁束はステータ内に留まるため、回転機の組立工程のうち、ステータの内部空間にロータ及びシャフトを組み付けたユニットを挿入する工程では、界磁巻線に電流を流さないことによって、永久磁石がロータに不意に吸引される事態を防止することができ、スムーズ且つ適切に挿入作業を行うことができる。 In addition, in the rotating machine of the present invention, the magnetic flux of the permanent magnet stays in the stator without current flowing through the field windings attached to the stator. In the process of inserting the unit in which the rotor and the shaft are assembled, by preventing current from flowing through the field winding, it is possible to prevent the permanent magnet from being attracted to the rotor unexpectedly, and to perform the insertion work smoothly and appropriately. It can be carried out.
また、本発明では、ステータ及びロータの組をシャフトの軸方向に複数配置し、且つ各組同士の位相をシャフトの周方向にずらした回転機を構成することも可能である。この場合、例えば組数を「n」とすれば、各組同士を、「360÷n」度ずつシャフトの周方向にずらせばよい。そして、ステータ及びロータの組数nは当該回転機の位相数nを意味し、例えば3組であれば、当該回転機は3相構造となり、「360÷3」すなわち120度ずつシャフトの周方向にずらすことで、全ての相電流によるトルクは正方向となり、合成トルクは大きく、トルク脈動は小さくなる。仮に、3組のステータ及びシャフトの周方向にずらさない場合には、ある1相の電流によるトルクは正方向になるが、残り2相の電流によりトルクは負方向になり、トルク脈動が生じる。 In the present invention, it is also possible to configure a rotating machine in which a plurality of sets of stators and rotors are arranged in the axial direction of the shaft, and the phases of the sets are shifted in the circumferential direction of the shaft. In this case, for example, if the number of groups is “n”, the groups may be shifted in the circumferential direction of the shaft by “360 ÷ n” degrees. The number n of stator / rotor pairs means the number n of phases of the rotating machine. For example, if there are three pairs, the rotating machine has a three-phase structure, and “360 ÷ 3”, that is, 120 degrees in the circumferential direction of the shaft. As a result, the torque due to all phase currents becomes positive, the combined torque is large, and the torque pulsation is small. If the three sets of stators and the shaft are not shifted in the circumferential direction, the torque due to a certain one-phase current becomes positive, but the torque becomes negative due to the remaining two-phase current, resulting in torque pulsation.
本発明によれば、永久磁石及び界磁巻線をそれぞれ1つずつステータコアにおける対向位置に配置し、界磁巻線非励磁状態では磁性ギャップに漏れないか漏れ難くしてステータ内を流れるように磁気短絡させた永久磁石の磁束を、界磁巻線に電流を流すことで界磁巻線の磁束とともに磁性ギャップ及びロータに流れて、界磁磁束として作用し得る磁束に変化可能に構成しているため、回転数の変動や運転状況に応じて界磁の磁束量を調整することができ、広範な運転領域に対応する何れの回転領域でも高効率で作動する回転機を提供することができる。 According to the present invention, one permanent magnet and one field winding are arranged at opposing positions in the stator core so that they do not leak into the magnetic gap or are difficult to leak in the non-excited state of the field winding. The magnetic flux of the magnetic short-circuited permanent magnet is made to flow into the magnetic gap and the rotor together with the magnetic flux of the field winding by passing a current through the field winding so that it can be changed to a magnetic flux that can act as a field magnetic flux. Therefore, the amount of magnetic flux of the field can be adjusted according to the fluctuation of the rotation speed and the operating condition, and a rotating machine that operates with high efficiency in any rotation range corresponding to a wide range of operation can be provided. .
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態に係る回転機Xは、例えば図示しない電気自動車(EV)やハイブリッド車(HEV)の駆動モータとして適用可能なものである。 The rotating machine X according to the present embodiment can be applied as a drive motor of an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HEV) (not shown), for example.
回転機Xは、図1に示すように、ステータ1と、ステータ1と同軸上に配置され且つステータ1との間に磁気ギャップを形成するロータ2と、ロータ2をステータ1に対して回転可能に支持するロータ支持部材3とを備えたものである。本実施形態に係る回転機Xは、ロータ2をステータ1よりも回転軸Wの径方向内側に配置したインナー可動型の回転機Xである。
As shown in FIG. 1, the rotating machine X includes a
本実施形態では、ロータ支持部材として、ロータ2の回転軸Wそのものとして機能するシャフト3を適用している。すなわち、シャフト3及びロータ2は一体回転可能に構成されている。
In the present embodiment, the
ステータ1は、ステータコア11(本発明のステータ鉄心に相当)と、ステータコア11からロータ2側に向かって突出し且つ周方向Aに等角ピッチで配列された複数のステータティース12(本発明のステータ極に相当)と、各ステータティース12に巻回されたステータ巻線13と、ステータコア11のうち所定箇所(図示例では四角筒状をなすステータコア11の一つの辺の中央部)に配置した単一の永久磁石14と、ステータコア11のうち永久磁石14と対向する位置に巻回して設けた単一の界磁巻線15とを有するものである。
The
ステータコア11は、シャフト3の軸方向に直交する断面形状がリング状をなす磁性体である。本実施形態では、周方向Aに4分割した単位ステータコア11aを適宜の手段で一体的に接合したステータコア11を適用しているが、周方向Aに分割していないステータコアであっても勿論構わない。ステータコア11の一部には、永久磁石14を配置する空洞部11sを形成している。この空洞部11sは、図1に示すように、ステータコア11を厚み方向(シャフト3の径方向)に貫通するものであってもよいし、ステータコア11を厚み方向に所定領域分だけ窪ませたもの(図示省略)であってもよい。また、本実施形態では、シャフト3の軸方向に直交する断面形状が略四角筒形状(角部は部分円筒状)をなすステータコア11を適用しているが、四角筒形以外の多角筒状または円筒形状のステータコア11であってもよい。本実施形態のステータコア11は、角部にシャフト3の軸方向に貫通する貫通孔を形成し、この貫通孔を通じてステータ1を取付対象物に固定することができる。
The
ステータティース12は、ステータコア11の内向き面からロータ2側(シャフト3の径方向内側)に向かって突出するものである。本実施形態の回転機Xは、ステータコア11の各角部からロータ2に向かって突出する計4つのステータティース12を有し、各ステータティース12にステータ巻線13を巻回している。
The
そして、本実施形態の回転機Xは、ステータコア11の空洞部11sに永久磁石14を配置している。本実施形態では、シャフト3の径方向に沿った寸法をステータコア11の厚みと同一または略同一の寸法に設定した永久磁石14を適用している。この永久磁石14は、ステータコア11の周方向Aに磁性を持たせたものである。図1では、同図におけるステータコア11の周方向A左側の面をS極、ステータコア11の周方向A右側の面をN極に着磁した永久磁石14をステータコア11の一部に配置した構成を例示している。本実施形態の永久磁石14は、S極及びN極をそれぞれステータコア11の端面(空洞部11sの開口縁)と隙間無く密着させた状態でステータコア11の一部に配置されている。
In the rotating machine X of the present embodiment, the
界磁巻線15は、ステータコア11のうち永久磁石14と対向する位置に巻回したものである。この界磁巻線15に直流電流を流すと、永久磁石14の磁束と反対方向の磁束が生じるように設定している。
The field winding 15 is wound around the
本実施形態では、四角筒形状をなすステータコア11のうち対向する2辺のうち一方の辺(図1では上側の辺)に永久磁石14を配置し、他方の辺(図1では下側の辺)に界磁巻線15を巻回している。したがって、ステータコア11の各角部にステータティース12を設けた本実施形態の回転機Xは、ステータコア11のうち永久磁石14を配置した箇所と界磁巻線15を巻回した箇所の間において周方向Aに等ピッチで2n(nはゼロを除く正の整数であり、本実施形態であれば1である)本のステータティース12を有するものである。
In the present embodiment, the
ロータ2は、図1に示すように、リング状のロータコア21(本発明のロータ鉄心に相当)と、ロータコア21からステータ1側(シャフト3の径方向外側)に向かって突出するロータティース22(本発明のロータ極に相当)とを有する磁性体である。本実施形態のロータ2は、ロータコア21及びロータティース22を一体に形成している。なお、本実施形態では、周方向Aに6分割した単位ロータコア21を適宜の手段で一体的に接合したロータコア21を適用しているが、周方向Aに分割していないロータコアであってもよい。また、ロータコア21の中心部には、シャフト3が挿通可能なシャフト挿通孔21sを形成している。シャフト挿通孔21sに挿通したシャフト3はロータ2と一体回転可能である。
As shown in FIG. 1, the
図1に示す本実施形態の回転機Xは、円筒状をなすロータコア21の外向き面(外周面)から6本のロータティース22を放射状に突出させたものである。ここで、本実施形態の回転機Xでは、リング状をなすステータコア11の内向き面に等ピッチで設けたステータティース12と、リング状をなすロータコア21の外向き面に等ピッチで設けたロータティース22との数を相互に異ならせている。本実施形態では、ステータティース12の本数を4に設定し、ロータティース22の本数を6に設定している。
The rotating machine X of the present embodiment shown in FIG. 1 has six
そして、本実施形態の回転機Xは、ステータ1とロータ2の間、より具体的にはステータティース12とロータティース22の間に、回転軸Wの周方向Aに周回する磁気ギャップを形成している。本実施形態では、各ステータティース12の内向き面(突出端面)をシャフト3の軸中心を中心とする同一円弧上に一致する部分円弧面に設定するとともに、各ロータティース22の外向き面(突出端面)を各ステータティース12の内向き面と同心円であって各ステータティース12の内向き面よりも径を僅かに小さく設定した円弧上に一致する部分円弧面に設定している。
The rotating machine X according to the present embodiment forms a magnetic gap that circulates in the circumferential direction A of the rotating shaft W between the
ここで、本実施形態の回転機Xは、図シャフト3の軸方向A(以下、単に「軸方向A」と称する場合がある)に複数のロータ2を配置し、各ロータ2にはそれぞれステータ1を対応付けて配置している。そして、これらステータ1及びロータ2の組をシャフト3の軸方向に配置し、各組同士の位相をシャフト3の周方向Aに互いに所定角度、具体的には、組数を「n」とした場合、「360÷n」の角度ずつシャフト3の周方向にずらした状態で配置している。ずらせばよい。ここで、組数nは回転機Xの相数を意味し、例えばステータ1及びロータ2の組を3組有する回転機Xは、3相の回転機Xであり、ステータ1及びロータ2の組をシャフト3の周方向に120度ずつずらした状態で配置している。
Here, in the rotating machine X of the present embodiment, a plurality of
次に、このような構成を有する本実施形態に係る回転機Xの動作及び作用について説明する。 Next, the operation and action of the rotating machine X according to this embodiment having such a configuration will be described.
本実施形態の回転機Xにおいて、ステータコア11に設けた界磁巻線15に直流電流が流れていない場合(界磁巻線非励磁状態)、永久磁石14の磁束(以下では「磁石磁束」と称する場合がある)は、図2(同図は、界磁巻線非励磁状態における永久磁石14の磁束を模式的に示したものであり、図1と比較してステータ1やロータ2の各部分の外縁形状に多少の歪みが現れているが、その歪みに本質的な意味はなく、永久磁石14の磁束自体の歪みも本質的な意味はない。図2に示すように、例えば永久磁石14のうちN極に着磁された面(N極着磁面)を始点として捉えると、この永久磁石14のN極着磁面、ステータコア11を流れて、永久磁石14の他方の着磁面(S極着磁面)に至る。すなわち、永久磁石14の磁束の経路(磁路)は、常に全体の磁気抵抗が最も小さくなる磁路が必然的に選ばれるため、界磁巻線非励磁状態における磁石磁束は、ロータ2とステータ1の磁気ギャップを避けて流れることになる。したがって、界磁巻線非励磁状態では永久磁石14の磁束はステータコア11を経由して戻る短絡磁束になる。この界磁巻線非励磁状態における永久磁石14の磁束を以下では「非励磁状態磁石磁束」と称す。このように、非励磁状態磁石磁束はステータ1内におさまり、ロータ2に流れない。したがって、誘起電圧が発生せず、安全な状態であるといえる。なお、永久磁石14の磁束量は常に一定である。
In the rotating machine X of the present embodiment, when no direct current is flowing in the field winding 15 provided in the stator core 11 (field winding is not excited), the magnetic flux of the permanent magnet 14 (hereinafter referred to as “magnet flux”). FIG. 2 (the figure schematically shows the magnetic flux of the
一方、本実施形態の回転機Xにおいて、界磁巻線15に所定方向の直流電流を流した場合(界磁巻線励磁状態)、具体的には、図3に示すように、非励磁状態磁石磁束の向きと反対になる方向の直流電流を界磁巻線15に流した場合、磁石磁束は、ステータコア11内において界磁巻線15の磁束とぶつかり、界磁巻線15の磁束が抵抗となって界磁巻線15の磁束よりも抵抗の小さいロータ2とステータ1の磁気ギャップを通過し、ロータティース22、ロータコア21、他のロータティース22、このロータティース22とステータティース12の磁気ギャップ、ステータティース12、ステータコア11を流れて永久磁石14に戻る磁束となる。そして、界磁巻線15に流す直流電流を大きくすればするほど、界磁巻線15の磁束量を増量させることができ、ステータコア11のうち界磁巻線15を配置した領域及びその近傍領域が磁気飽和に近い状態になり、これらの領域に磁石磁束は流れ難くなり、その分だけ磁気ギャップ及びロータ2に流れる磁石磁束の量が多くなる。
On the other hand, in the rotating machine X of the present embodiment, when a direct current in a predetermined direction is passed through the field winding 15 (field winding excitation state), specifically, as shown in FIG. When a direct current in a direction opposite to the direction of the magnet magnetic flux is passed through the field winding 15, the magnet magnetic flux collides with the magnetic flux of the field winding 15 in the
そして、本実施形態の回転機Xは、所定値以上の電流(大電流)を界磁巻線15に流した場合(界磁巻線励磁状態)に、ステータコア11のうち界磁巻線15を配置した領域及びその近傍領域が磁気飽和になり、図3に示すように、これらの領域に磁石磁束は流れず、全部または略全部の磁石磁束が磁気ギャップに漏れて、ロータ2に流れる磁石磁束の量が多くなる。また、界磁巻線15の磁束も、ロータコア21、ロータティース22、磁気ギャップ、ロータティース22、ロータコア21、他のロータティース22、このロータティース22とステータティース12の磁気ギャップ、ステータティース12、ステータコア11をこの順に流れる。したがって、界磁巻線15に流す電流量の増大に伴って、ロータ2を通過する総磁束量(磁石磁束と界磁巻線15の磁束の総和)も増大する。
The rotating machine X according to the present embodiment causes the field winding 15 of the
そして、本実施形態に係る回転機Xにおいて、磁石磁束が界磁巻線15の磁束とともにロータ2に流れる状態で、さらにステータ巻線13にも電流を流した場合に誘起電圧が発生し、ロータ2を回転させることができ、要求される回転数(出力)やトルクに応じて界磁巻線15に流す電流量(界磁電力)を調節することで、ロータ2を流れる磁束量(永久磁石14の磁束と界磁巻線15の磁束の総和である磁束量)を増減することができる。
In the rotating machine X according to the present embodiment, an induced voltage is generated when a magnetic flux flows to the
このような回転機Xを電気自動車やハイブリッド車の駆動モータとして適用した場合、始動時を含む低速域では、ステータ1のコイル(ステータ巻線13)に通電するとともに、界磁巻線15に所定方向の直流電流を流して界磁巻線非励磁状態から界磁巻線励磁状態に切り替えることで励磁されたロータ2が回転駆動する。
When such a rotating machine X is applied as a drive motor for an electric vehicle or a hybrid vehicle, the coil (stator winding 13) of the
本実施形態に係る回転機Xは、大トルクが要求される低速域において、界磁巻線15に流す電流量を上げる(界磁電力を大きくする)ことによって、その界磁電力に応じた大きい界磁巻線15の磁束と、この界磁巻線15の磁束に誘導される永久磁石14の磁束をロータ2に通過させることができ、ロータ2を流れてステータ巻線13に鎖交する界磁の磁束量を増大させる(磁束密度を高める)ことができる。したがって、例えばステータ巻線13に流す電流を大きくすることに依らずとも、界磁巻線15に所定方向の電流を流す界磁制御を行うことで大トルクを得ることができ、界磁制御を行わない場合に比べて誘起電圧を高くすることができる。
The rotating machine X according to the present embodiment increases the amount of current flowing through the field winding 15 (increases the field power) in a low speed range where a large torque is required, thereby increasing the magnitude according to the field power. The magnetic flux of the field winding 15 and the magnetic flux of the
また、本実施形態の回転機Xは、中速域において、界磁巻線励磁状態で運転しつつ、低速域時よりも界磁電力を少なくすることで誘起電圧を一定に保ち、トルクを必要としない領域に到達した時点で界磁電力をさらに少なくすることでロータ2を通過してステータ巻線13に鎖交する磁束量を低速域よりも減少させて、ロータ2における磁束密度を抑えることができる。そして、本実施形態の回転機Xでは、ロータ2の磁束密度を抑えることによって、鉄損を低減することができる。
Further, the rotating machine X of the present embodiment operates in the field winding excitation state in the medium speed range, and maintains the induced voltage constant by reducing the field power as compared with the low speed range, and requires torque. The magnetic flux density in the
また、本実施形態に係る回転機Xは、高速域では、界磁電力をゼロに近付けることで、リラクタンストルクのみで回転させることができる。すなわち、界磁電力をゼロに近付けることによって、界磁巻線15の磁束量がゼロに近付き、ロータ2を通過してステータ巻線13に鎖交する磁束量が中速域よりも減少し、ロータ2における磁束密度をさらに抑えることができる。また、界磁電力をゼロに近付けることで低速域や中速域と比較して界磁巻線15の銅損も減少するとともに、高速域では磁束密度の低減に伴って鉄損を低減できることから、本実施形態に係る回転機Xでは、高速回転領域で誘起電圧が低い(磁束密度が低い)ため、鉄損を低減することができる。
Further, the rotating machine X according to the present embodiment can be rotated only by the reluctance torque by bringing the field power close to zero in the high speed range. That is, by bringing the field power close to zero, the amount of magnetic flux of the field winding 15 approaches zero, and the amount of magnetic flux that passes through the
このような構成をなす本実施形態の回転機Xは、界磁巻線非励磁状態において永久磁石14の磁束がロータ2を通過しない又は殆ど通過しないように構成しているため、ロータ2を経由してステータ巻線13に鎖交する磁束をゼロまたは略ゼロにすることができ、コギングトルクをゼロまたは略ゼロにすることが可能である。また、この界磁巻線非励磁状態では誘起電圧が発生せず、安全な状態を確保することができ、制御機器(電源、インバータなど)が停止したときには自ずと誘起電圧が発生しない状態を確保することができ、制御機器の破損防止に役立つ。また、本実施形態の回転機Xでは、界磁巻線15に一方向の電流を流した場合に、界磁巻線15の磁束と共に永久磁石14の磁束が、ロータ2内を通過してステータ巻線13に鎖交する状態となり、誘起電圧を発生させてロータ2を回転させることができ、要求される回転数(出力)やトルクに応じて界磁巻線15に流す電流量を調節することで、ロータ2を経由してステータ巻線13に鎖交する磁束量を増減することができる。この際、永久磁石14の界磁を弱める弱め界磁は不要であるため、永久磁石14を構成する永久磁石14の減磁現象を防止することができる。そして、本実施形態に係る回転機Xは、弱め界磁制御実行時に生じ得る界磁銅損の発生を防止・抑制することができ、弱め界磁制御と強め界磁制御を選択して行う態様と比較して、界磁巻線15に流す電流方向は一定方向のみであるため、界磁巻線15に流す電流方向を切り替える処理が不要であり、高速域において、弱め界磁制御であれば必要な「トルクに寄与しないステータ電力」が不要となり、ステータ銅損を低減させることができる。
The rotating machine X of the present embodiment having such a configuration is configured such that the magnetic flux of the
このように、本実施形態の回転機Xであれば、界磁巻線15の起磁力がゼロの場合にはロータ2を通過しない永久磁石14の磁束を、界磁巻線15に電流を流すことで界磁巻線15の磁束に重畳させて、ロータ2を通過してステータ巻線13に鎖交する磁束(界磁磁束)に変えることが可能であり、永久磁石14の大幅な増量を回避しつつ、低速・高トルクの状態から高速・低トルクの状態に亘る広範な運転領域に対応する何れの回転領域でも高い効率を実現できる。
Thus, in the rotating machine X of the present embodiment, when the magnetomotive force of the field winding 15 is zero, the magnetic flux of the
また、本実施形態の回転機Xは、ロータ2に永久磁石14を付帯させる構成ではないため、ロータ2の高速回転中に永久磁石14が飛散する事態を回避することができる。さらにまた、本実施形態の回転機Xは、ロータ2に永久磁石14を付帯させた構成であれば永久磁石14の飛散を防止するために設ける飛散防止部材が不要であり、この点において、部品点数の削減と、飛散防止部材の存在による磁気ギャップの拡大化防止を実現することができる。
Moreover, since the rotating machine X of this embodiment is not the structure which attaches the
特に、本実施形態の回転機Xは、ロータ2を磁性体材料のみから形成することが可能である点においても有利である。
In particular, the rotating machine X of the present embodiment is advantageous in that the
加えて、本実施形態の回転機Xは、ステータ1に付帯させた界磁巻線15に電流を流さない状態で永久磁石14の磁束はステータ1内に留まるため、回転機Xの組立工程のうち、ステータ1の内部空間にロータ2及びシャフト3を組み付けたユニットを挿入する工程では、界磁巻線15に電流を流さないことによって、永久磁石14がロータ2に不意に吸引される事態を防止することができ、スムーズ且つ適切に挿入作業を行うことができる。
In addition, in the rotating machine X of the present embodiment, the magnetic flux of the
さらに、本実施形態の回転機Xでは、ステータ極12とロータ極22の数を異ならせているため、正弦波励磁が利用可能であり、汎用のインバータを利用することができる。また、本実施形態の回転機Xでは、正弦波励磁が利用可能であることから、ステータ極12とロータ極22の数が同数の場合に使用するパルス電源で駆動することができ、実用性及び汎用性に富む。
Further, in the rotating machine X of the present embodiment, since the numbers of the
また、本実施形態の回転機Xは、ステータ1及びロータ2の組を複数組備え、シャフト3の軸方向に並ぶ各組同士の位相をシャフト3の周方向に所定角度、具体的には、1回転360度をステータ1及びロータ2の組数nで除算した値、3組であれば120度ずつシャフト3の周方向にずらして配置しているため、全ての相電流によるトルクは正方向となり、合成トルクは大きく、トルク脈動は小さくなる。
Further, the rotating machine X of the present embodiment includes a plurality of sets of the
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した各実施形態の回転機を、電気自動車やハイブリッド車等の車両用駆動モータ以外の用途、例示すれば、或いはハイブリッド車や電気自動車などに搭載されるモータの負荷試験を行う試験装置の負荷装置や、VSCF(Variable Speed Constant Frequencyの略で可変速・定周波定電圧電源装置)、風力発電機、大型発電機、スタータジェネレータ(航空機)或いは建設機械向け旋回用電動機等、速度や出力変動が激しい各種負荷装置、発電機や電動機として用いることができる。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, the rotating machine of each embodiment described above is used for applications other than vehicle drive motors such as electric vehicles and hybrid vehicles, for example, or a test apparatus for performing a load test on a motor mounted on a hybrid vehicle or electric vehicle. Speed and output of load devices, VSCF (variable speed constant frequency power supply device for short), wind power generators, large generators, starter generators (aircraft), or electric motors for construction machinery It can be used as various load devices, generators and electric motors that vary greatly.
また、ステータコアやロータコアは、磁性を有する板状部材を積層して形成した積層体であってもよいし、全体として1つのブロックである塊状体であってもよい。ステータティースやロータティースの数や回転軸の周方向に隣り合うティース同士のピッチは適宜変更することができる。 Further, the stator core and the rotor core may be a laminated body formed by laminating magnetic plate-like members, or may be a lump that is one block as a whole. The number of stator teeth and rotor teeth and the pitch between teeth adjacent in the circumferential direction of the rotating shaft can be appropriately changed.
ステータコアの外縁形状(径方向外向き面の形状)や内縁形状(径方向内向き面の形状)は、上述の実施形態で示した形状に限らず、円形や、四角形以外の多角形状であってもよく、径方向外向き面の形状と径方向内向き面の形状が相互に異なるものであっても構わない。図4には、径方向外向き面の形状が円形であり、径方向内向き面が略八角形状のステータコア11を採用した回転機Xを示す。なお、図4に示す回転機Xは、図1に示す回転機Xに準じた構成を有するものであり、図1における各パーツや部分にそれぞれ対応するパーツ・部分には同じ符号を付している。また、図4に示す回転機Xは、ステータ1及びロータ2の組を3組備えた3相タイプであり、図4及び図4の各ステータ1同士の間隔を大きくして示す図5から把握できるように、シャフト3の軸方向に並べて配置する3組のステータ1及びロータ2の組同士の位相を120度ずつシャフト3の周方向にずらした状態で配置している。図5に基づいて具体的に説明すると、シャフト3の軸方向に並ぶ3つのステータ1のうち、真ん中のステータ1の永久磁石14の中心を基準(基準点)とし、同図左下(手前)のステータ1の永久磁石14の中心を基準点に対してシャフト3の周方向にマイナス120度ずらし、同図右上(奥方)のステータ1の永久磁石14の中心を基準点に対してシャフト3の周方向にプラス120度ずらした状態で配置している。これにより、各ステータ1に付帯させた界磁巻線15の電流位相は120度の位相ずれになる。その結果、全ての相電流によるトルクは正方向となり、合成トルクは大きく、トルク脈動は小さくなる。特に、シャフト3の軸方向に並べて配置する複数組のステータ1及びロータ2の組同士の位相を所定角度ずつシャフト3の周方向にずらすべく、永久磁石14及び界磁巻線15をそれぞれ有する各ステータ1の位置を所定角度ずつシャフト3の周方向にずらすことで、各ステータ1にそれぞれ巻回された界磁巻線15がシャフト3の軸方向において相互に干渉する事態を回避することができる。
The outer edge shape (the shape of the radially outward surface) and the inner edge shape (the shape of the radially inward surface) of the stator core are not limited to the shapes shown in the above-described embodiments, and may be a circle or a polygon other than a rectangle. Alternatively, the shape of the radially outward surface and the shape of the radially inward surface may be different from each other. FIG. 4 shows a rotating machine X that employs a
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, the specific configuration of each part is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1…ステータ
11…ステータ鉄心(ステータコア)
12…ステータ極(ステータティース)
13…ステータ巻線
14…永久磁石
15…界磁巻線
2…ロータ
21…ロータ鉄心(ロータコア)
22…ロータ極(ロータティース)
3…ロータ支持部材(シャフト)
X…回転機
DESCRIPTION OF
12: Stator pole (stator teeth)
13 ... Stator winding 14 ...
22 ... Rotor pole
3 ... Rotor support member (shaft)
X ... Rotating machine
Claims (2)
前記ステータは、
リング状のステータ鉄心と、前記ステータ鉄心の所定箇所に設けられ且つ周方向に磁性を持たせた単一の永久磁石と、前記ステータ鉄心のうち前記永久磁石と対向する位置に巻回され且つ前記永久磁石の磁束と反対方向の磁束を発生する単一の界磁巻線と、前記ステータ鉄心のうち前記永久磁石と前記界磁巻線の間において前記ロータに向かって突出し且つ周方向に等ピッチで設けた2n(nはゼロを除く正の整数)の複数のステータ極と、これら各ステータ極に巻回したステータ巻線とを備えたものであり、
前記ロータは、
リング状のロータ鉄心と、前記ロータ鉄心から前記ステータに向かって突出し且つ周方向に等ピッチで前記ステータ極とは異なる数のロータ極とを備えたものであり、
前記界磁巻線に電流を流していない状態において前記ステータ極と前記ロータ極の前記磁気ギャップを通過すること無く前記ステータ内部を通過する前記永久磁石の磁束を、前記界磁巻線に所定方向の電流を流すことで生じる界磁巻線の磁束とともに前記磁気ギャップ及び前記ロータを通過する磁束に変化可能に構成していることを特徴とする回転機。 A rotating machine comprising: a stator; a rotor disposed coaxially with the stator and forming a magnetic gap with the stator; and a shaft that rotatably supports the rotor with respect to the stator;
The stator is
A ring-shaped stator iron core, a single permanent magnet provided at a predetermined position of the stator iron core and having magnetism in the circumferential direction, wound around a position facing the permanent magnet in the stator iron core, and A single field winding that generates a magnetic flux in a direction opposite to the magnetic flux of the permanent magnet, and projects out toward the rotor between the permanent magnet and the field winding in the stator core and has an equal pitch in the circumferential direction 2n (where n is a positive integer excluding zero) provided with a plurality of stator poles, and stator windings wound around each of these stator poles,
The rotor is
A ring-shaped rotor core, and a number of rotor poles that protrude from the rotor core toward the stator and have a different number from the stator poles at an equal pitch in the circumferential direction;
The magnetic flux of the permanent magnet that passes through the stator without passing through the magnetic gap between the stator pole and the rotor pole in a predetermined direction to the field winding in a state where no current is passed through the field winding. The rotating machine is characterized in that it can be changed to a magnetic flux passing through the magnetic gap and the rotor together with the magnetic flux of the field winding generated by flowing the current.
The rotating machine according to claim 1, wherein a plurality of sets of the stator and the rotor are arranged in the axial direction of the shaft, and the phases of the sets are shifted in the circumferential direction of the shaft.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012211622A JP6074980B2 (en) | 2012-09-26 | 2012-09-26 | Rotating machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012211622A JP6074980B2 (en) | 2012-09-26 | 2012-09-26 | Rotating machine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014068456A JP2014068456A (en) | 2014-04-17 |
| JP6074980B2 true JP6074980B2 (en) | 2017-02-08 |
Family
ID=50744353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012211622A Expired - Fee Related JP6074980B2 (en) | 2012-09-26 | 2012-09-26 | Rotating machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6074980B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7053392B2 (en) * | 2018-07-13 | 2022-04-12 | オークマ株式会社 | Rotor of synchronous motor |
| CN121238851A (en) * | 2025-12-04 | 2025-12-30 | 潍柴动力股份有限公司 | Field-adjustable motors, electrical equipment, and field-adjustable motor coordinated control methods |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05292716A (en) * | 1992-04-10 | 1993-11-05 | Nissan Motor Co Ltd | Reluctance motor |
| FR2769422B1 (en) * | 1997-10-07 | 1999-12-24 | Valeo Equip Electr Moteur | ELECTRIC FLOW SWITCHING MACHINE, IN PARTICULAR A MOTOR VEHICLE ALTERNATOR |
| JP4193859B2 (en) * | 2006-04-04 | 2008-12-10 | トヨタ自動車株式会社 | Motor and energization control device for motor |
-
2012
- 2012-09-26 JP JP2012211622A patent/JP6074980B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2014068456A (en) | 2014-04-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5491484B2 (en) | Switched reluctance motor | |
| US7969057B2 (en) | Synchronous motor with rotor having suitably-arranged field coil, permanent magnets, and salient-pole structure | |
| JP6589624B2 (en) | motor | |
| JP2009112091A (en) | Rotating electric machine and drive control device thereof | |
| JP6668844B2 (en) | Rotating electric machine | |
| JP2024110907A (en) | Hybrid excitation type rotating electric machine | |
| JP2018148597A (en) | Rotating electrical machine | |
| JP2012175738A (en) | Permanent magnet type rotary electric machine | |
| JP2008136298A (en) | Rotator of rotary electric machine, and rotary electric machine | |
| JP2010213457A (en) | Embedded magnet type motor | |
| JP2013038918A (en) | Rotary electric machine | |
| JP6035957B2 (en) | Rotating machine | |
| JP6083307B2 (en) | Rotating machine | |
| JP7047337B2 (en) | Permanent magnet type rotary electric machine | |
| JP6074980B2 (en) | Rotating machine | |
| JP6201405B2 (en) | Rotating electric machine | |
| JP6079395B2 (en) | Rotating machine | |
| CN113615041A (en) | Rotating electrical machine | |
| JP2017204961A (en) | Dynamo-electric machine | |
| US10424981B2 (en) | Rotating electric machine with magnetic gaps | |
| JP6089606B2 (en) | Rotating machine | |
| JP6191375B2 (en) | Motor generator and engine unit including the same | |
| JP6984164B2 (en) | Rotating machine | |
| JP6638615B2 (en) | Synchronous rotating electric machine | |
| JP2014180085A (en) | Switched reluctance motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150819 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160531 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160531 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160713 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161213 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161226 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6074980 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |