JP2004120931A - Outer rotor rotating electric machine for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は産業機器などを含む一般の発電機や電動機に適用出来るものであるが、とりわけ小型軽量高出力であることが重要である車両用交流回転電機に有効であり、中でも特に扁平でありながら高出力・高効率が要求されるエンジン直結型回転電機を提供せんとするものである。
【0002】
【従来の技術】
近年車両燃費向上が叫ばれる中で一方では電気負荷が増大しこの電力を供給するための発電機(時として始動兼発電機)は大電力化しつつある。そのため現在主流である発電機駆動手段であるベルトでは伝達容量的に駆動が困難となるとともに伝達ロスが無視できなくなっている。この解決として最近ではエンジンクランクシャフトに直結のベルトのような伝達容量における制限のない直結型回転電機に注目が集まりつつある。しかしエンジンクランクシャフト直結であることから回転数が低く大きな体格を要し、しかもトランスミッションとの間に挟んだり、あるいはクランクプーリの位置など搭載寸法の制約の厳しい条件下での配置となり、その構造は高出力高効率は前提としつつ特に小型であること、特に扁平であることを必要とする。軸方向を短く扁平型とするにはもう一方の出力容量を決めるところの空隙径を大きく設計する事が考えられる。これらの具体的技術として回転子を電機子の外径側で回転させる外転型としその内径に磁石を貼り付ける外転型回転機とすることが考えられる(例えば、特許文献1参照)。これは椀状の回転子内部に永久磁石磁極を設けその内部に電機子鉄心と巻線をもつものである。このように構成すると前述のように確かに空隙径が大きく出来磁束も供給でき高性能薄型化が達成できる点で優れた技術である。
【0003】
【特許文献1】
ドイツ国特許公開第10033424号明細書
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例は前述のように優れたものであるが、電動作動の高回転時や発電作動で軽負荷時には永久磁石の磁束を抑制するためにインバータやコントローラを用いてベクトル電流制御、具体的にはいわゆる弱め磁界制御を要するなど、高価なシステムとなってしまう。したがってたとえば回転機の機能が単に発電機でよい場合、きわめて割高のものとなり実用化は困難であるという問題があった。このような磁束の制御しにくい永久磁石でなく巻線界磁とすることも考えられるが一般には界磁磁極まで磁束を通じるための太い断面積すなわち厚い軸方向寸法を必要とする導磁用鉄心が必要となりどうしても大柄となり元々の小型扁平化が達成できないという問題があった。このような問題点に鑑み本願は薄型でかつ界磁調整の可能な外転型の回転機磁気回路構造の提供を課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の構成では、内周囲に磁気的に凹凸を有する誘導子型回転子と、該回転子の内周側対向配置され略軸方向の巻線スロットを有し該スロットに電機子巻線を収納した軸方向磁気抵抗大なる積層電機子鉄心よりなる固定子と、前記電機子鉄心の内径部に該鉄心と磁気的に当接固定するとともに略同軸状に周回する界磁鉄心と界磁巻線と、を有する構成としている。
【0006】
これにより、寸法的に混み入った外径側に位置する回転子や電機子巻線などのスペースの苦しい電機子の周辺ではなくて、その収納容積にもゆとりのある電機子鉄心内径部に界磁巻線が巻装でき、電機子鉄心を直接励磁するため前述課題の項で述べた太い断面積すなわち厚い軸方向寸法を要する磁極までの導磁用鉄心も不要となるので、軸方向は扁平になる。
【0007】
請求項2の構成では、前記回転子外周囲の磁気的凹凸は、軸方向に略二分されており、相互にその周方向の配置位相差が電気的に180度反転する関係となっており、また前記電機子鉄心は前記軸方向に非磁性領域を介在して軸方向の磁気的ポテンシャルに磁気遮断しており、かつ前記電機子鉄心の内径部に磁気的に当接固定する界磁鉄心とそれに巻装された界磁巻線と、を有する構成としている。
【0008】
これにより軸方向に二分された電機子鉄心に大きな起磁力が与えられ、その結果これに対向した回転子にも大きな起磁力が与えられ、また回転子の磁極も軸方向を二分して180度反転する関係に設置しているので、電機子から回転子、また回転子から電機子に戻る磁束の流れにおいてもれが少なく、その結果電機子巻線鎖交磁束が大きく出きる。すなわち本発明の課題である薄型構造の磁気回路でも大きな磁束を確保する課題が解決されることとなる。
【0009】
請求項3の構成では、前記電機子鉄心非磁性領域または前記界磁鉄心の磁気的非連接領域には永久磁石が設けられ、前記界磁巻線による励磁力に対向する向きの着磁がされている。
【0010】
これにより前記界磁鉄心の内径側での漏れ磁束が減って界磁鉄心が電機子鉄心に与える起磁力が大きく出きる。すなわち本発明の課題である小径回転子での励磁力の確保の課題が解決され、目的とする小径低慣性の回転子にて高性能が発揮できることとなる。
【0011】
請求項4の構成では、前記電機子巻線は二組の三相よりなり相互に電気的に30°の位相差をもたせる構成としている。
【0012】
これにより電機子巻線のスロットの数が通常の分布巻きの場合1極1相あたり3のものが6と2倍となり、巻線の電機子鉄心への伝達や、また電機子巻線の放熱量が増えるため冷却性が良くなるので、これと連接した界磁鉄心の昇温も少なくなり、したがって低抵抗になる。そのため定電圧印加の条件の下で電流の低下、すなわち励磁力低下が少なくなる。すなわち本発明の課題である小径回転子での励磁力の確保の課題が解決され、目的とする小型で薄い回転子でも高性能にできることとなる。
【0013】
請求項5の構成では前記回転子外周囲の磁気的凹凸において、凹の部分には凸の部分の極性と反対の極性となる永久磁石を貼りつけまたは内蔵し、前記凸部分と凹部分とで極性が交番する磁極を形成する。
【0014】
これにより電機子鉄心に巻装された電機子巻線には回転子の磁極に誘導される磁束の脈動変動が与えられるだけでなく、磁極と磁極の間の磁石により前記脈動の基底値が逆極性に反転できるので、電機子巻線の鎖交磁束は交番とする事が出きる。すなわち本発明の課題である小径回転子の励磁力を電機子側からみた時の振幅が大きくできるので、目的とする薄型回転子にて高性能が発揮できることとなる。
【0015】
請求項6の構成では、前記界磁巻線の通電電流の極性を反転できるように切り替え手段をもうけた構成としている。
【0016】
これにより、前記磁極間に設ける磁石の強さを強くしても、軽負荷時などに必要なときはこれを界磁起磁力により抑制することができる。すなわち界磁起磁力の反転制御手段を持つ事で磁石のアシストにより本発明の課題である小径回転子での励磁力の確保の課題が解決されることとなり、目的とする薄型回転子にて高性能が発揮できることとなる。
【0017】
請求項7の構成では、前記突極磁極あるいは磁石磁極の部分のいずれか一方または両方をいわゆる横軸リラクタンスの大きい逆突極性を有する埋め込み磁石型回転子として構成しインバータにて駆動する構成としている。これにより電動作動させる場合に大きな出力が得られるため所定の必要出力に対して体格が小さくできる。すなわち薄型とできる。また界磁調整が可能のためインバータとコントローラI用いた弱め界磁ができる程度のつまり適度に弱い磁石を選定する制約も外れて、出力がふんだんに出せる強い磁石を選定できる。すなわち換言すれば所定必要出力条件下では非常に薄い回転機とすることが可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】
[第1の実施形態]
本願技術をエンジン直結発電機に適用した例を図1乃至図3を用いて説明する。
【0019】
磁気的良導体である鉄心よりなる外径φ280mm幅18mmの回転ヨーク1には、構造部材としての厚さ3mmの鋼鈑製の回転子ハブ2が溶接固定されており、該回転子ハブ2の中心部はエンジンクランクシャフトである回転軸3に締結されている。
【0020】
前記回転ヨーク1の内径面は軸方向の略半面において、等間隔に台座状に内径部に突出した第一の極性となる突極磁極部4を有する。また周方向に等間隔に設けられた該磁極部4の間には、前記回転ヨーク1に着座するとともに前記第一極性とは逆の第二極性を与える永久磁石磁極5とを有しており、これら両極性の磁極4、5は前記回転ヨーク1内に周方向に交互に並び第一の界磁磁極群を形成している。
【0021】
また前記回転ヨーク1の内径面における他の軸方向略半面においても、同様に両極性の磁極4、5が周方向に交互に並び第二の界磁磁極群を形成しており、【図2】に示す如くこれら第一第二磁極群は周方向に一磁極ピッチのずれを有している。またその極性については、軸線方向には前記第一磁極群の突極磁極に対応して並んだ第二磁極群の磁石磁極は同極性となる関係に設定している。
【0022】
前記第一、第二磁極群の内面側には外側に開口部を有するスロットと該スロットに巻線された外径φ260、軸方向長さ18mmの積層電機子鉄心6が配置されている。該電機子鉄心6はほぼその中央に厚さ3mmのアルミ材よりなる非磁性スペーサ8を介在しており電機子鉄心の磁性領域は軸方向中央で遮断され二分されている。
【0023】
前記積層電機子鉄心6および前記非磁性スペーサ8は欠円セグメント部材を積層方向に図示なき留めピンにて固定してなる。また該電機子鉄心6の磁極のひとつのピッチに対して6個のスロットが設けられており該スロット部には電気的位相差30°の二組の第1、第2の二組の三相電機子巻線701、703が巻装されている。これら三相電機子巻線701、703は、図2に示すようにそれぞれ第1,第2整流器111,112に接続されて、それらの出力は系外のワイパーモータなどの電気負荷14やバッテリ13に接続されている。
【0024】
前記電機子鉄心6の内径部には、軸方向に沿った略断面「コ」の字で外径約φ160内径約φ100の円環状の鉄心を突き合わせた低炭素電磁用鋼の界磁鉄心9が嵌合しており、該断面「コ」の字の突き当て内径部は磁気的に連接しておりかつ該断面「コ」の字の外径対向部は突き当てておらず、空間すなわち非磁性領域を設けている。
【0025】
該界磁鉄心9の内央部には界磁巻線10が約400回の周回巻装となっており抵抗値は約3Ωである。該巻線10は図3に示すように発電機直流出力の正極と負極(接地)との間に極性切り替えも兼ねるスイッチ素子12を介在して接続されており、該素子のゲート制御端子には図示無き発電制御コントローラのHi/Lo信号出力端子が接続されている。
【0026】
次に、以上の構成を有する第1実施例の作動について説明する。
【0027】
まず基本的な発電作用について説明する。
【0028】
前記界磁鉄心9中に巻装された界磁巻線10が14Vバッテリ13の正極と負極との間に極性切り替え用素子12を介して接続されると、約4Aの界磁電流が流れて、前記界磁巻線10には約1600ATの励磁起磁力が発生する。該起磁力は前記界磁鉄心9と密着した電機子鉄心6に印加され、該起磁力はまたその外径側に離間配置された磁気的導通路である突極磁極部、またその座面である回転ヨーク部に印加されることとなる。このためこの電機子鉄心外径部から回転子の突極磁極部4を経て回転ヨーク1を経て、軸方向反面の他の磁極群にある反対極性突極磁極部を経て電機子鉄心6に戻り、さらに界磁鉄心9にもどり、前記電機子鉄心の二分された他の電機子鉄心部を通り前記界磁鉄心に戻る、という磁束の流れとなる。また、他方前記回転ヨーク1の内径面上には前記突極磁極部4の間に永久磁石磁極5が配置されているのでこの磁束も、前記電機子鉄心6に入り、一部は界磁鉄心9に向かうものもあるが大半は界磁巻線の起磁力に対向して押し返されて、前記永久磁石磁極とは異なる極性の突極磁極部4の方向へと電機子鉄心内にて迂回して電機子巻線7に鎖交する流れとなる。すなわち前記界磁巻線による磁束と、磁石磁極による磁束とか合流して電機子巻線に鎖交する。
【0029】
エンジンのクランク軸により前記回転子ハブ2が駆動され、これに固定された前記回転ヨーク1が回転すると、前記の磁極を通る磁束の流れも回転するので、前記電機子鉄心にもうけられた固定した電機子巻線の界磁巻線よる磁束と磁石磁束とが合流する鎖交磁束が時間的に交番変化することとなる。このため起電力が発生し前記第1、第2電機子巻線に接続された整流器により直流電力となり、外部の電気負荷14やバッテリ13に充電されることとなる。電気負荷14がない時や消費が少ない時は前記界磁巻線10の通電電流が図3に示すところの極性切り替えスイッチにより弱まるか逆方向に転換される。すると前記電気子鎖交磁束のうち磁石磁束はそのままの方向であるが界磁巻線による磁束が弱くなり磁石磁束がのみあるいは磁束磁束が界磁巻線による反転磁束により相殺されて総合的に鎖交磁束が減少するので発電力は弱まることとなる。
【0030】
次に該構成の特徴となる構成を中心に作動を個別に補足説明する。
【0031】
前記回転子外周囲の磁気的凹凸は、軸方向に略二分されており、相互にその周方向の配置位相差が電気的に180度反転する関係となっており、また前記電機子鉄心は前記軸方向に磁気的抵抗を大きくするように非磁性領域を介在して軸方向の磁気抵抗を径方向よりも大きくしており、かつ前記電機子鉄心の外径部に磁気的に当接固定する界磁鉄心とそれに巻装された界磁巻線と、を有する構成としているので、軸方向に二分された電機子鉄心に大きな起磁力が与えられ、その結果これに対向した回転子にも大きな起磁力が与えられ、電機子から回転子、また回転子から電機子に戻る磁束の流れにおいてもれが少なく、その結果電機子巻線鎖交磁束が大きく出きる。すなわち薄型でかつ界磁調整の可能な外転型回転機磁気回路構造となっている。
【0032】
また前記電機子巻線は二組の三相よりなり相互に電気的に30°の位相差をもたせる構成としているので、電機子巻線のスロットの数が通常の分布巻きの場合1極1相あたり3のものが6と2倍となり、巻線の電機子鉄心への伝達や、また電機子巻線の放熱量が増えるため冷却性が良くなるので、これと連接した界磁鉄心の昇温も少なくなり、したがって低抵抗になる。そのため定電圧印加の条件の下で電流の低下、すなわち励磁力低下が少なくなる。
【0033】
以上のように構成した回転機は薄型でありながら従来例の永久磁石式のような出力調整の困難性もなく小電流である界磁電流調整だけで行えるものとなっており本願課題は解決されることとなるのである。
【0034】
以上のように解決された車両用直結発電機は、従来技術ではΦ300,L60,5kwであるものが、Φ280,L30,5kwにて実現でき約半減となり、しかも界磁巻線とその通電制御のみで容易に発電力が制御できるというものとなった。
【0035】
[第2の実施形態]
前記第1実施例では回転子は突極磁極と磁石磁極の混成磁極であったが、図4に示すように突極磁極のみであってもよい。この場合磁石のコストが削減できるメリットと磁石磁束がなくなる分出力低下するデメリットとがあるが、例えばコスト重視の設計目標値の場合にはこの例の方が最適であることもある。
【0036】
[第3の実施形態]
また第1、第2実施例では電機子鉄心間の非磁性領域にはアルミ材を用いていたが、本第3実施例では図5に示すように当該部分は磁石材を前記界磁巻線による起磁力に対向する向きに着磁して介在している。これにより、電機子鉄心間での軸方向の有効磁束漏れもなく逆に当該部分から発生する磁石磁束が前記界磁鉄心からの磁束に加算されて、有効磁束が増すというメリットがある。
【0037】
[第4の実施形態]
また第1、第2、第3実施例では回転ヨークに直接磁石を設置し、また突極磁極部を形成していたが、図6に示すように積層鉄心を前記回転ヨークと一体または別体として(図は別体のものを示す)、ここに磁石を飛び飛びに埋設してもよい。すなわち埋め込み磁石型の磁極としてもよい。
【0038】
[その他の実施形態]
前記第1乃至第4実施例では界磁巻線は分巻構成となっているが直巻構成としてもよい。すなわちバッテリとの間の直流電力を界磁鉄心に巻いた直巻巻線に与えることもできる。これにより、負荷の大きさに対応して大電流が流れて励磁力が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の要部断面図である。
【図2】第1実施例の回転子の軸方向視図である。
【図3】第1実施例での回路構成説明図である。
【図4(a)】第2実施例の要部断面図で左側面図である。
【図4(b)】第2実施例の要部断面図で正面図である。
【図5】第3実施例の回路構成説明図である。
【図6】第4実施例の回路構成説明図である。
【符号の説明】
1・・・・・回転ヨーク
2・・・・・回転子ハブ
3・・・・・回転軸
4・・・・・突極磁極部
401・・・第1磁極群
402・・・第2磁極群
5・・・・・磁石磁極部
6・・・・・電機子鉄心
7・・・・・電機子巻線
701・・・第1電機子三相巻線
702・・・第2電機子三相巻線
8・・・・・非磁性スペーサ
9・・・・・界磁鉄心
10・・・・界磁巻線
111・・・第1整流器
112・・・第2整流器
12・・・・極性切り替えスイッチ
13・・・・バッテリ
14・・・・電気負荷
15・・・・回転子積層鉄心[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to general generators and electric motors including industrial equipment, etc., and is particularly effective for AC rotating electric machines for vehicles in which it is important to have a small size, light weight and high output. It is an object of the present invention to provide an engine-directed rotary electric machine requiring high output and high efficiency.
[0002]
[Prior art]
In recent years, while an improvement in vehicle fuel efficiency has been called out, an electric load has increased, and a generator (sometimes a starter / generator) for supplying this electric power has been increasing in electric power. For this reason, it is difficult to drive the belt, which is the current mainstream generator driving means, in terms of transmission capacity, and the transmission loss cannot be ignored. As a solution to this problem, attention has recently been focused on a direct-coupled rotary electric machine having no limitation in transmission capacity, such as a belt directly connected to an engine crankshaft. However, since it is directly connected to the engine crankshaft, the number of rotations is low and a large physique is required, and it is sandwiched between the transmission and the arrangement under severe conditions of mounting size restrictions such as the position of the crank pulley, and the structure is High output and high efficiency require a particularly small size, especially a flat shape, on the assumption. In order to make the axial direction short and flat, it is conceivable to design a large gap diameter for determining the other output capacity. As these specific techniques, an abduction type rotating machine in which the rotor is rotated on the outer diameter side of the armature and an abduction type rotating machine in which a magnet is attached to the inner diameter can be considered (for example, see Patent Document 1). In this case, a permanent magnet magnetic pole is provided inside a bowl-shaped rotor, and an armature core and a winding are provided inside the permanent magnet magnetic pole. With this configuration, as described above, it is an excellent technique in that the air gap diameter can be made large and a magnetic flux can be supplied, and high performance and thinness can be achieved.
[0003]
[Patent Document 1]
DE 100 33 424 A1
[Problems to be solved by the invention]
Although the conventional example is excellent as described above, the vector current control using an inverter or a controller to suppress the magnetic flux of the permanent magnet at the time of high rotation of the electric operation or at the time of a light load in the power generation operation, specifically, Requires expensive magnetic field control, which results in an expensive system. Therefore, for example, when the function of the rotating machine is simply a generator, there is a problem that it is extremely expensive and practical use is difficult. It is conceivable to use a winding field instead of a permanent magnet whose magnetic flux is difficult to control, but in general, a core for magnetic conduction that requires a large cross-sectional area for passing magnetic flux to the field pole, that is, a thick axial dimension is required. However, there is a problem that the size becomes large and the original miniaturization cannot be achieved. In view of such problems, an object of the present invention is to provide an abduction type rotating machine magnetic circuit structure which is thin and whose field can be adjusted.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the structure of the first aspect, an inductor type rotor having magnetic irregularities on the inner periphery thereof, and a substantially axial winding slot disposed opposite to the inner circumference side of the rotor and having an armature winding in the slot. A stator comprising a laminated armature core having a large axial reluctance, and a field core and a magnetic field which are magnetically abutted and fixed to the inner diameter portion of the armature core and which circulate substantially coaxially. And a winding.
[0006]
As a result, the inner diameter of the armature core, which has ample storage capacity, is not limited to the periphery of the armature, such as the rotor or armature winding, which is located on the outer diameter side that is congested in dimensions, and has ample storage capacity. Since the magnetic winding can be wound, and the armature core is directly excited, the core for guiding the magnetic pole up to the magnetic pole requiring a large cross-sectional area, that is, a thick axial dimension described in the above-mentioned section is unnecessary, so that the axial direction is flat. become.
[0007]
In the configuration according to claim 2, the magnetic irregularities around the outer periphery of the rotor are substantially bisected in the axial direction, and the arrangement phase difference in the circumferential direction is electrically inverted by 180 degrees. Further, the armature core is magnetically shielded from the magnetic potential in the axial direction by interposing the non-magnetic region in the axial direction, and a field iron core magnetically fixed to the inner diameter of the armature core. And a field winding wound therearound.
[0008]
As a result, a large magnetomotive force is applied to the armature core bisected in the axial direction. As a result, a large magnetomotive force is also applied to the rotor facing the armature core. Since they are installed in a reversed relationship, there is little leakage in the flow of magnetic flux returning from the armature to the rotor and from the rotor to the armature, and as a result, the armature winding interlinkage magnetic flux is large. That is, the object of the present invention is to solve the problem of securing a large magnetic flux even in a magnetic circuit having a thin structure.
[0009]
In the configuration of claim 3, a permanent magnet is provided in the armature iron core non-magnetic region or the magnetically non-coupling region of the field iron core, and is magnetized in a direction facing the exciting force of the field winding. ing.
[0010]
Thereby, the leakage magnetic flux on the inner diameter side of the field core is reduced, and the magnetomotive force exerted on the armature core by the field core becomes large. That is, the problem of securing the exciting force in the small-diameter rotor, which is the subject of the present invention, is solved, and high performance can be achieved with the intended small-diameter low-inertia rotor.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, the armature winding includes two sets of three phases, and has a phase difference of 30 ° between each other.
[0012]
As a result, when the number of slots of the armature winding is three in one pole and one phase in the case of normal distributed winding, the number of slots is doubled to six, thereby transmitting the winding to the armature core and releasing the armature winding. Since the cooling capacity is improved due to an increase in the amount of heat, the temperature rise of the field core connected thereto is also reduced, and thus the resistance is reduced. Therefore, under a condition of applying a constant voltage, a decrease in current, that is, a decrease in exciting force is reduced. That is, the problem of securing the exciting force in the small-diameter rotor, which is the subject of the present invention, is solved, and the desired small and thin rotor can have high performance.
[0013]
In the configuration according to claim 5, in the magnetic unevenness around the outer periphery of the rotor, a permanent magnet having a polarity opposite to the polarity of the convex portion is attached or built in the concave portion, and the permanent magnet and the concave portion are combined. It forms magnetic poles of alternating polarity.
[0014]
As a result, the armature winding wound around the armature core not only has pulsation fluctuations in the magnetic flux induced by the magnetic poles of the rotor, but also the base value of the pulsation is inverted by the magnet between the magnetic poles. Since the polarity can be reversed, the flux linkage of the armature winding can be alternating. That is, since the amplitude of the excitation force of the small-diameter rotor, which is the subject of the present invention, when viewed from the armature side can be increased, high performance can be achieved with the target thin rotor.
[0015]
According to a sixth aspect of the invention, a switching means is provided so that the polarity of the current flowing through the field winding can be reversed.
[0016]
Thereby, even if the strength of the magnet provided between the magnetic poles is increased, it can be suppressed by the field magnetomotive force when it is necessary at a light load or the like. In other words, the provision of the reversal control means for the field magnetomotive force solves the problem of securing the exciting force in the small-diameter rotor, which is a problem of the present invention, by the assistance of the magnet, and the high-density rotor with the desired thinness is achieved. Performance can be demonstrated.
[0017]
In the configuration of claim 7, one or both of the salient poles and the magnet poles are configured as an embedded magnet type rotor having a so-called reverse saliency with a large horizontal axis reluctance and driven by an inverter. . As a result, a large output can be obtained when the motor is operated electrically, so that the physique can be reduced with respect to a predetermined required output. That is, it can be made thin. In addition, since the field adjustment is possible, the restriction of selecting an appropriately weak magnet, which is sufficient for the field weakening using the inverter and the controller I, is removed, and a strong magnet capable of producing ample output can be selected. In other words, in other words, it is possible to make the rotating machine extremely thin under the predetermined required output condition.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
An example in which the present technology is applied to a generator directly connected to an engine will be described with reference to FIGS.
[0019]
A rotor hub 2 made of a steel plate having a thickness of 3 mm as a structural member is welded and fixed to a
[0020]
The inner diameter surface of the
[0021]
Similarly, on the other half surface in the axial direction of the inner diameter surface of the
[0022]
A slot having an opening on the outside and a laminated armature core 6 having an outer diameter of φ260 and an axial length of 18 mm wound around the slot are arranged on the inner side of the first and second magnetic pole groups. The armature core 6 has a non-magnetic spacer 8 made of aluminum having a thickness of 3 mm interposed substantially at the center thereof, and the magnetic region of the armature core is cut off at the center in the axial direction and is divided into two.
[0023]
The laminated armature core 6 and the non-magnetic spacer 8 are formed by fixing the missing segment members in the laminating direction with fastening pins (not shown). Also, six slots are provided for one pitch of the magnetic poles of the armature core 6, and two first and second two-phase three-phase three-phase sets having an electrical phase difference of 30 ° are provided in the slots. Armature windings 701 and 703 are wound. These three-phase armature windings 701 and 703 are connected to first and second rectifiers 111 and 112, respectively, as shown in FIG. It is connected to the.
[0024]
A field iron core 9 made of a low-carbon electromagnetic steel having an annular core having an outer diameter of about φ160 and an inner diameter of about φ100 butted in a substantially U-shaped cross section along the axial direction is provided at the inner diameter of the armature core 6. Are fitted, the inner diameter portion of the cross-section “U” is magnetically connected, and the outer diameter opposing portion of the cross-section “U” is not abutted, and the space, ie, non-magnetic An area is provided.
[0025]
A field winding 10 is wound about 400 times in the inner central portion of the field iron core 9 and has a resistance of about 3Ω. As shown in FIG. 3, the winding 10 is connected between a positive electrode and a negative electrode (ground) of the DC output of the generator via a switch element 12 also serving as a polarity switch, and has a gate control terminal connected to the element. A Hi / Lo signal output terminal of a power generation controller (not shown) is connected.
[0026]
Next, the operation of the first embodiment having the above configuration will be described.
[0027]
First, a basic power generation operation will be described.
[0028]
When the field winding 10 wound in the field core 9 is connected between the positive electrode and the negative electrode of the 14 V battery 13 via the polarity switching element 12, a field current of about 4 A flows. An exciting magnetomotive force of about 1600 AT is generated in the field winding 10. The magnetomotive force is applied to the armature core 6 which is in close contact with the field iron core 9, and the magnetomotive force is also applied to the salient pole magnetic pole portion, which is a magnetic conduction path spaced apart on the outer diameter side, and its bearing surface. It is applied to a certain rotating yoke. For this reason, the armature core outer diameter portion passes through the
[0029]
When the rotor hub 2 is driven by the crankshaft of the engine and the
[0030]
Next, the operation will be supplementarily explained individually focusing on the configuration which is a feature of the configuration.
[0031]
The magnetic unevenness around the outer periphery of the rotor is approximately bisected in the axial direction, and the arrangement phase difference in the circumferential direction is electrically inverted by 180 degrees with respect to each other. The magnetic resistance in the axial direction is made larger than that in the radial direction through a non-magnetic region so as to increase the magnetic resistance in the axial direction, and is magnetically abutted and fixed to the outer diameter portion of the armature core. A large magnetomotive force is applied to the armature core bisected in the axial direction because of the configuration having the field core and the field winding wound therearound. When the magnetomotive force is applied, the flow of the magnetic flux returning from the armature to the rotor and from the rotor to the armature is small, and as a result, the interlinkage magnetic flux of the armature winding is large. That is, it has a magnetic circuit structure of an abduction type rotating machine which is thin and whose field can be adjusted.
[0032]
Further, since the armature winding is composed of two sets of three phases and has a phase difference of 30 ° mutually electrically, when the number of slots of the armature winding is a normal distributed winding, one pole and one phase 3 per unit is doubled to 6 and the transmission to the armature core of the windings and the heat dissipation of the armature windings are increased, so that the cooling performance is improved and the temperature of the field core connected to this is increased. And therefore low resistance. Therefore, under a condition of applying a constant voltage, a decrease in current, that is, a decrease in exciting force is reduced.
[0033]
Although the rotating machine configured as described above is thin, it can be performed only by adjusting the field current, which is a small current, without the difficulty of adjusting the output as in the conventional permanent magnet type. It will be.
[0034]
The vehicle direct-coupled generator solved as described above has a diameter of Φ300, L60, 5 kW in the prior art, but can be realized by Φ280, L30, 5 kW, and is reduced by about half. Thus, the power generation can be easily controlled.
[0035]
[Second embodiment]
In the first embodiment, the rotor is a hybrid magnetic pole composed of salient magnetic poles and magnet magnetic poles. However, as shown in FIG. 4, only the salient magnetic poles may be used. In this case, there are a merit that the cost of the magnet can be reduced and a demerit that the output is reduced due to the absence of the magnet magnetic flux.
[0036]
[Third Embodiment]
In the first and second embodiments, the aluminum material is used for the non-magnetic region between the armature cores. However, in the third embodiment, as shown in FIG. Magnetized in the direction opposite to the magnetomotive force generated by the magnetism. Thereby, there is a merit that the effective magnetic flux increases because the magnetic flux generated from the portion is added to the magnetic flux from the field iron core without the effective magnetic flux leakage in the axial direction between the armature cores.
[0037]
[Fourth embodiment]
In the first, second and third embodiments, the magnet is directly installed on the rotary yoke and the salient poles are formed. However, as shown in FIG. 6, the laminated core is integrated with or separate from the rotary yoke. However, the magnet may be buried here and there. That is, it may be an embedded magnet type magnetic pole.
[0038]
[Other embodiments]
In the first to fourth embodiments, the field winding has a shunt structure, but may have a series winding structure. That is, DC power between the battery and the battery can be applied to a series winding wound around a field core. As a result, a large current flows according to the size of the load, and the exciting force is increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a first embodiment.
FIG. 2 is an axial view of the rotor of the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a circuit configuration in the first embodiment.
FIG. 4 (a) is a left side view in a sectional view of a main part of a second embodiment.
FIG. 4 (b) is a front view of a cross section of a main part of the second embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a circuit configuration of a third embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a circuit configuration of a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Rotating yoke 2 Rotor hub 3 Rotating shaft 4 Salient magnetic pole portion 401 First magnetic pole group 402 Second magnetic pole Group 5: Magnet pole 6: Armature core 7: Armature winding 701: First armature three-phase winding 702: Second armature three Phase winding 8 Nonmagnetic spacer 9 Field iron core 10 Field winding 111 First rectifier 112 Second rectifier 12 Polarity Changeover switch 13 ··· Battery 14 ··· Electric load 15 ··· Rotor laminated core
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