JP2004242495A - Exciter, field machine, and synchronous machine employing the same - Google Patents

Exciter, field machine, and synchronous machine employing the same Download PDF

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隆 平山
Keisuke Fujisaki
敬介 藤崎
Masato Enozono
正人 榎園
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exciter capable of decreasing the magnetic reluctance and iron loss of an exciter (stator) in which a yoke is divided into a circumferential direction and a field machine (rotor) to increase magnetic flux (B), and the system machine and a synchronous machine employing the same. <P>SOLUTION: The exciter generates a shifting magnetic field by being applied with current. The exciter has a yoke and a teeth, the yoke is divided into the circumferential direction of the exciter, the easy axis of magnetization of an electromagnetic steel sheet forming the teeth is inclined by θ1 deg (preferably, 5 deg≤¾θ1¾≤10 deg) against the radial direction of the exciter. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電流を通じることにより移動磁界を発生させる励磁機、永久磁石により直流磁場を発生させる界磁機、および、それを用いた同期機に関する。 具体的には、例えば、励磁機としてのステータ、界磁機としてのロータ、およびそれを用いた永久磁石同期機に関する。   The present invention relates to an exciter that generates a moving magnetic field by passing an electric current, a field machine that generates a DC magnetic field by a permanent magnet, and a synchronous machine using the same. Specifically, for example, the present invention relates to a stator as an exciter, a rotor as a field machine, and a permanent magnet synchronous machine using the same.

永久磁石同期機は、ステータ（固定子）に電流を流すことにより発生する磁場が、ロータ（回転子）に埋め込まれた永久磁石に働いて、ロータが回転する同期機であって、保守性、制御性、耐環境性に優れ、高効率、高力率運転が可能な電動機として産業・民生家電分野を問わず広く用いられている。この場合、電気エネルギーを同期機に流して、回転駆動力を得るようにするのが同期電動機であり、逆に、同期機を回転させて電気エネルギーを同期機より取り出す場合は、同期発電機となる。ここでは、両者を想定し、あわせて、同期機としている、両者の構造は基本的には同じなので、以下詳細説明では、同期電動機の例を中心に説明する。   A permanent magnet synchronous machine is a synchronous machine in which a magnetic field generated by passing an electric current through a stator (stator) acts on a permanent magnet embedded in a rotor (rotor) to rotate the rotor. It is widely used as an electric motor with excellent controllability and environmental resistance and capable of high efficiency and high power factor operation, regardless of the industrial and consumer electronics fields. In this case, it is a synchronous motor that causes electric energy to flow through the synchronous machine to obtain a rotational driving force. Conversely, when the synchronous machine is rotated to extract electric energy from the synchronous machine, a synchronous generator is used. Become. Here, both are assumed to be a synchronous machine. Since the structures of the two are basically the same, in the following detailed description, an example of a synchronous motor will be mainly described.

図５および図６は、従来の同期機の断面を示しており、ヨーク１およびティース２からなるステータ７の中心に、ロータ８が配置されている。 ロータ８には永久磁石９が埋め込まれており、ステータ７に三相交流を流すことにより発生する磁場が、この永久磁石９に働くことによりロータ８が回転
する。 従来、同期機のステータは、鉄損を低減するために無方向性電磁鋼板（ＮＯ）を積層することにより作られていた。 FIGS. 5 and 6 show a cross section of a conventional synchronous machine, in which a rotor 8 is disposed at the center of a stator 7 composed of a yoke 1 and teeth 2. A permanent magnet 9 is embedded in the rotor 8, and a magnetic field generated by flowing a three-phase alternating current through the stator 7 acts on the permanent magnet 9 to rotate the rotor 8. Conventionally, a stator of a synchronous machine has been manufactured by laminating non-oriented electrical steel sheets (NO) in order to reduce iron loss.

無方向性電磁鋼板は、鋼板表面のどの方向にも一様な比透磁率を有する鋼板であって、比較的鉄損の小さい材料として広く用いられているが、長時間連続運転する同期機のステータに用いる材料としては十分な磁気特性が得られていなかった。
同期機に用いられる電磁鋼板の種類については、特開平７−６７２７２号公報に、ステータのティースとヨークとを分割する構造とし、ヨークには円周方向を磁化容易方向とする方向性電磁鋼板（ＧＯ）を用い、ティースには径方向を磁化容易方向とする方向性電磁鋼板を用いることにより鉄損を低減する方法が開示されている。 Non-oriented electrical steel sheet is a steel sheet that has a uniform relative magnetic permeability in any direction on the steel sheet surface, and is widely used as a material with relatively small iron loss. Sufficient magnetic properties have not been obtained for the material used for the stator.
Japanese Patent Laid-Open Publication No. 7-67272 discloses a type of magnetic steel sheet used for a synchronous machine, which has a structure in which teeth and a yoke of a stator are divided, and the yoke has a directional magnetic steel sheet whose circumferential direction is an easy magnetization direction. A method for reducing iron loss by using a grain-oriented electrical steel sheet using GO) and using the radial direction as the direction of easy magnetization for the teeth is disclosed.

しかし、この従来技術は、ティース２の磁化容易方向と、永久磁石９の磁界の方向とが、いずれもステータ７（励磁機）の径方向と一致していた。 一方、例えば、電動機のロータ８（界磁機）が回転する場合、まず、ステータ７に電流が流されて磁束が発生した後にロータ８が回転し始めるので、磁束がステータ７からロータ８に流れる場合、微小な角度θ１だけロータ８の回転が遅れるため、この位相差によって、磁束が円滑に流れにくく、その分、磁気抵抗と鉄損が大きくなるという問題点があった。
特開平７−６７２７２号公報 However, in this prior art, both the direction of easy magnetization of the teeth 2 and the direction of the magnetic field of the permanent magnet 9 coincide with the radial direction of the stator 7 (exciter). On the other hand, for example, when the rotor 8 (field machine) of the electric motor rotates, the rotor 8 starts rotating after the current is first applied to the stator 7 and the magnetic flux is generated, so that the magnetic flux flows from the stator 7 to the rotor 8. In this case, since the rotation of the rotor 8 is delayed by a small angle θ1, the phase difference makes it difficult for the magnetic flux to flow smoothly, and the magnetic resistance and the iron loss increase accordingly.
JP-A-7-67272

本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決し、ヨークが周方向に分割されている励磁機（ステータ）および界磁機（ロータ）の磁気抵抗と鉄損を低減し磁束（Ｂ）を増大することができる励磁機、界磁機およびそれを用いた同期機を提供することを課題とする。   The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and reduces magnetic resistance and iron loss of an exciter (stator) and a field machine (rotor) in which a yoke is divided in a circumferential direction to reduce magnetic flux (B It is an object of the present invention to provide an exciter, a field machine, and a synchronous machine using the same, which can increase the number of the exciters.

本発明は、ティースの磁化容易方向および／または永久磁石の励磁方向を励磁機（ステータ）の径方向に対して磁束が流れる向きに傾斜させることにより、ヨークが周方向に分割されている励磁機（ステータ）および界磁機（ロータ）の磁気抵抗と鉄損を低減し磁束（Ｂ）を増大することができる励磁機、界磁機およびそれを用いた同期機を提供するものであり、その要旨は特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。   The present invention provides an exciter in which a yoke is divided in a circumferential direction by inclining a direction of easy magnetization of teeth and / or an exciting direction of a permanent magnet in a direction in which magnetic flux flows with respect to a radial direction of the exciter (stator). The present invention provides an exciter, a field machine, and a synchronous machine using the same, which can reduce the magnetic resistance and iron loss of the (stator) and the field machine (rotor) and increase the magnetic flux (B). The gist is the following as described in the claims.

（１）電流を通じることにより移動磁界を発生させる励磁機であって、前記励磁機は、ヨークおよびティースを有しており、該ヨークが前記励磁機の周方向に分割されており、かつ、該ヨークが前記励磁機の周方向のティース接続部で分割されており、
前記ティースを構成する電磁鋼板の磁化容易軸が前記励磁機の径方向に対してθ１deg傾いていることを特徴とする励磁機。
（２）前記θ１degが、5deg≦|θ１|≦10degであることを特徴とする（１）に記載の励磁機。
（３）前記電磁鋼板における磁化容易軸方向の偏差αdegが、5deg≦α≦20degであることを特徴とする（１）または（２）に記載の励磁機。
（４）前記ティースの中心軸が前記界磁機の径方向に対してθ３deg傾けることを特徴とする励磁機。
（５）前記θ３degが、5deg≦|θ３|≦１０degであることを特徴とする（４）に記載の励磁機
（６）前記ティースが方向性電磁鋼板からなることを特徴とする（４）に記載の励磁機。
（７）前記電磁鋼板における磁化容易軸方向の偏差αdegが、0deg≦α≦10degであることを特徴とする（４）または（６）に記載の励磁機。
（８）永久磁石により直流磁場を発生させる界磁機であって、前記永久磁石の励磁方向を前記界磁機の径方向に対して、θ２deg傾けることを特徴とする界磁機。
（９）前記θ２degが、5deg≦|θ２|≦10degであることを特徴とする（８）に記載の界磁機。
（１０）前記永久磁石の磁界方向の中心軸を前記界磁機の径方向に対してθ２deg傾けることを特徴とする（８）乃至（９）に記載の界磁機。
（１１）（１）乃至（７）に記載の励磁機を有することを特徴とする同期機。
（１２）前記同期機が電動機の場合には、前記θ１およびθ３は正の値（前記界磁機の回転方向）であり、前記同期機が発電機の場合には前記θ１およびθ３は負の値（前記界磁機の回転方向と逆方向）であることを特徴とする（１１）に記載の同期機。
（１３）（７）乃至（１０）に記載の界磁機を有することを特徴とする同期機。
（１４）前記同期機が電動機の場合には前記θ２は正の値（前記界磁機の回転方向）であり、前記同期機が発電機の場合には前記θ２は負の値（前記界磁機の回転方向と逆方向）であることを特徴とする（１３）に記載の同期機。
（１５）（１）乃至（７）に記載の励磁機と（８）乃至（１０）に記載の界磁機とを有することを特徴とする同期機。 (1) An exciter that generates a moving magnetic field by passing an electric current, the exciter has a yoke and teeth, and the yoke is divided in a circumferential direction of the exciter, and The yoke is divided at a teeth connection portion in a circumferential direction of the exciter,
An exciter characterized in that the axis of easy magnetization of the electromagnetic steel sheet constituting the teeth is inclined by 1 ° with respect to the radial direction of the exciter.
(2) The exciter according to (1), wherein the θ1 deg satisfies 5 deg ≦ | θ1 | ≦ 10 deg.
(3) The exciter according to (1) or (2), wherein the deviation αdeg in the easy axis direction of the magnetic steel sheet satisfies 5 deg ≦ α ≦ 20 deg.
(4) The exciter, wherein the center axis of the teeth is inclined by 3 ° with respect to the radial direction of the field machine.
(5) The exciter according to (4), wherein the θ3 deg satisfies 5 deg ≦ | θ3 | ≦ 10 deg. (6) The teeth are made of a grain-oriented electrical steel sheet. Exciter described.
(7) The exciter according to (4) or (6), wherein the deviation αdeg in the easy axis direction of the magnetic steel sheet satisfies 0 deg ≦ α ≦ 10 deg.
(8) A field machine for generating a DC magnetic field by a permanent magnet, wherein an exciting direction of the permanent magnet is inclined by θ2deg with respect to a radial direction of the field machine.
(9) The field machine according to (8), wherein the θ2deg is 5deg ≦ | θ2 | ≦ 10deg.
(10) The field machine according to any one of (8) to (9), wherein the center axis of the permanent magnet in the magnetic field direction is inclined by θ2deg with respect to the radial direction of the field machine.
(11) A synchronous machine comprising the exciter according to (1) to (7).
(12) When the synchronous machine is an electric motor, θ1 and θ3 are positive values (the rotation direction of the field machine), and when the synchronous machine is a generator, θ1 and θ3 are negative. The synchronous machine according to (11), wherein the synchronous machine has a value (a direction opposite to a rotation direction of the field machine).
(13) A synchronous machine comprising the field machine according to (7) to (10).
(14) When the synchronous machine is an electric motor, θ2 is a positive value (the rotation direction of the field machine), and when the synchronous machine is a generator, θ2 is a negative value (the field motor). (13) The synchronous machine according to (13), wherein the rotation direction is opposite to the rotation direction of the machine.
(15) A synchronous machine comprising the exciter described in (1) to (7) and the field machine described in (8) to (10).

本発明によれば、ティースの磁化容易方向および／または永久磁石の励磁方向を励磁機（ステータ）の径方向に対して磁束が流れる向きに傾斜させることにより、ヨークが周方向に分割されている励磁機（ステータ）および界磁機（ロータ）の磁気抵抗と鉄損を低減し磁束（Ｂ）を増大することができる励磁機、界磁機およびそれを用いた同期機を提供することができ、産業上有用な著しい効果を奏する。   According to the present invention, the yoke is divided in the circumferential direction by inclining the direction of easy magnetization of the teeth and / or the direction of excitation of the permanent magnet in the direction in which magnetic flux flows with respect to the radial direction of the exciter (stator). It is possible to provide an exciter, a field machine, and a synchronous machine using the same that can reduce the magnetic resistance and iron loss of the exciter (stator) and the field machine (rotor) and increase the magnetic flux (B). It has a remarkable industrially useful effect.

本発明の実施の形態を、図１乃至図６を用いて詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態であるステータ（励磁機）およびロータ（界磁機）の構造を示す図である。 図１において、１はヨーク、２はティース、３はステータの径方向、４はティースの中心軸、５は永久磁石の励磁方向の中心軸、７はステータ（励磁機）、８はロータ（界磁機）を示す。
ステータ７（励磁機）は、外周部分のヨーク１と、ティース２とから主に構成され、ヨーク１とティース２がロータ８（界磁機）の周囲に円周状に配置され、ヨーク１がステータ７の略ティース幅内で、周方向に分割されており、このステータ７に電流を通じることにより移動磁界を発生させることができる。 An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
<First embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing the structure of a stator (exciter) and a rotor (field machine) according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a yoke, 2 is a tooth, 3 is a radial direction of a stator, 4 is a central axis of the teeth, 5 is a central axis of an exciting direction of a permanent magnet, 7 is a stator (exciter), and 8 is a rotor (field). Porcelain).
The stator 7 (exciter) is mainly composed of the yoke 1 on the outer peripheral portion and the teeth 2, and the yoke 1 and the teeth 2 are circumferentially arranged around the rotor 8 (field machine). The stator 7 is divided in the circumferential direction within a substantially tooth width, and a moving magnetic field can be generated by passing an electric current through the stator 7.

本実施形態においては、例えば、ティース２を切り出す電磁鋼板の向きを磁化容易軸の方向から微小角傾斜させることによって、ティース２を構成する電磁鋼板の磁化容易軸がステータ７の径方向３に対して微小角θ１deg傾けられている。
例えば、同期機が電動機の場合には、まずステータ７に移動磁界を発生させ、磁束がステータ７からロータ８に流れることによって、ロータ８が図１の太い矢印の方向に回転し始めるので、ティース２を流れる磁束の方向はステータ７の径方向３に対して微小角ずれてしまう。そこで、あらかじめ、ティース２を構成する電磁鋼板の磁化容易軸をステータ７の径方向３に対してθ１deg傾けて配置することによって、ティース２内を流れる磁束の方向とティース２を構成する電磁鋼板の磁化容易軸の方向とをほぼ一致させることによって、磁束の流れを円滑化し、ステータ７の磁気抵抗および鉄損を低減し磁束を強化することができる。 In the present embodiment, for example, the direction of the magnetic steel sheet from which the teeth 2 are cut is inclined at a small angle from the direction of the axis of easy magnetization, so that the axis of easy magnetization of the magnetic steel sheets forming the teeth 2 with respect to the radial direction 3 of the stator 7. Is inclined by a minute angle θ1 deg.
For example, when the synchronous machine is an electric motor, first, a moving magnetic field is generated in the stator 7, and the magnetic flux flows from the stator 7 to the rotor 8, so that the rotor 8 starts to rotate in the direction of the thick arrow in FIG. The direction of the magnetic flux flowing through 2 is slightly deviated from the radial direction 3 of the stator 7. Therefore, the direction of the magnetic flux flowing through the teeth 2 and the direction of the magnetic steel sheets forming the teeth 2 are determined in advance by disposing the axis of easy magnetization of the electromagnetic steel sheets forming the teeth 2 at an angle of θ1deg with respect to the radial direction 3 of the stator 7. By making the direction of the axis of easy magnetization substantially coincide, the flow of the magnetic flux can be smoothed, the magnetic resistance and iron loss of the stator 7 can be reduced, and the magnetic flux can be strengthened.

また、微小角θ１degは、１deg≦｜θ１｜≦１５degが好ましい。さらには、３deg≦｜θ１｜≦１２degが好ましく、５deg≦｜θ１｜≦１０degであることが好ましい。
ステータ７とロータ８との位相差から計算すると、ティース２内における磁束の傾きは１０deg〜２０degであるが、磁束の流れを円滑化するためには、位相差の半分程度だけティース２を構成する電磁鋼板の磁化容易軸の方向を傾けることが好ましい。
なお、本実施形態においては、ステータの径方向３、ティースの中心軸４、永久磁石の励磁方向の中心軸５は、同じ方向となっている。また、本発明に用いる電磁鋼板は、特定の方向（通常は圧延方向）に優れた磁気特性を有する方向性電磁鋼板が好ましいが、磁化容易軸を有する鋼板であれば、無方向性電磁鋼板を用いても構わない。 The small angle θ1deg is preferably 1 deg ≦ | θ1 | ≦ 15 deg. Furthermore, it is preferable that 3 deg ≦ | θ1 | ≦ 12 deg, and it is preferable that 5 deg ≦ | θ1 | ≦ 10 deg.
When calculated from the phase difference between the stator 7 and the rotor 8, the inclination of the magnetic flux in the teeth 2 is 10 deg to 20 deg. However, in order to smooth the flow of the magnetic flux, the teeth 2 are formed by about half the phase difference. It is preferable to tilt the direction of the axis of easy magnetization of the magnetic steel sheet.
In the present embodiment, the radial direction 3 of the stator, the central axis 4 of the teeth, and the central axis 5 of the excitation direction of the permanent magnet are in the same direction. Further, the electrical steel sheet used in the present invention is preferably a grain-oriented electrical steel sheet having excellent magnetic properties in a specific direction (usually a rolling direction). It may be used.

例えば、図３に示すように、方向性電磁鋼板は、圧延方向の比透磁率μRが、非圧延方向の比透磁率μTに比べて著しく大きくなっており、圧延方向に磁束を流し易い性質を持っている。
次に、電磁鋼板の磁化容易軸方向には、材料ごとにバラツキ（偏差）があるが、本実施形態においては、この磁化容易軸方向の偏差αdegは、５deg≦α≦２０degであることが好ましい。
ティース２とヨーク１とを流れる磁束の方向は異なり、その境界部では磁束の方向を曲げる必要があるため、ティース２を構成する電磁鋼板の磁化容易方向にある程度バラツキ（偏差）があった方がティース２およびヨーク１を流れる磁束の流れを円滑化することができるからである。ここに、磁化容易軸方向の偏差αdegについて、図４に示す。通常は圧延方向（Ｒ）が磁化容易軸の方向と一致するが、材料特性によって、この磁化容易軸の方向が分布する範囲を、図４に示す角度αdegで表すことができる。 For example, as shown in FIG. 3, in the grain-oriented electrical steel sheet, the relative magnetic permeability μ R in the rolling direction is significantly larger than the relative magnetic permeability μ T in the non-rolling direction, and the magnetic flux easily flows in the rolling direction. Has nature.
Next, in the easy axis direction of the magnetic steel sheet, there is a variation (deviation) for each material. In the present embodiment, the deviation αdeg in the easy axis direction is preferably 5 deg ≦ α ≦ 20 deg. .
The direction of the magnetic flux flowing through the teeth 2 and the yoke 1 is different, and it is necessary to bend the direction of the magnetic flux at the boundary between the teeth 2 and the yoke 1. This is because the flow of the magnetic flux flowing through the teeth 2 and the yoke 1 can be smoothed. FIG. 4 shows the deviation αdeg in the easy axis direction. Normally, the rolling direction (R) coincides with the direction of the axis of easy magnetization, but the range in which the direction of the axis of easy magnetization is distributed can be represented by an angle αdeg shown in FIG.

次に、本実施形態では、ロータ８に組み込まれている永久磁石９の励磁方向をステータ７（界磁機）の径方向に対して微小角θ２deg傾けてられている。 例えば、同期機が電動機の場合には、まずステータ７に移動磁界を発生させ、磁束がステータ７からロータ８に流れることによって、ロータ８が図１の太い矢印の方向に回転し始めるので、ロータ８を流れる磁束の方向はステータ７の径方向３に対して微小角ずれてしまう。
そこで、あらかじめ、ロータ８に組み込まれる永久磁石９の励磁方向をステータ７の径方向３に対してθ１deg傾けて着磁させることによって、ロータ８内を流れる磁束の方向と永久磁石９の励磁方向とをほぼ一致させることによって、磁束の流れを円滑化し、ロータ８の磁気抵抗および鉄損を低減し磁束を強化することができる。 Next, in the present embodiment, the excitation direction of the permanent magnet 9 incorporated in the rotor 8 is inclined by a small angle θ2 deg with respect to the radial direction of the stator 7 (field machine). For example, when the synchronous machine is an electric motor, first, a moving magnetic field is generated in the stator 7, and the magnetic flux flows from the stator 7 to the rotor 8, so that the rotor 8 starts to rotate in the direction of the thick arrow in FIG. The direction of the magnetic flux flowing through 8 is slightly deviated from the radial direction 3 of the stator 7.
Therefore, the magnetization direction of the permanent magnet 9 incorporated in the rotor 8 is magnetized in advance by inclining by θ1 deg with respect to the radial direction 3 of the stator 7 so that the direction of the magnetic flux flowing in the rotor 8 and the excitation direction of the permanent magnet 9 are changed. , The flow of magnetic flux is smoothed, the magnetic resistance and iron loss of the rotor 8 can be reduced, and the magnetic flux can be strengthened.

また、微小角θ２degは、１deg≦｜θ２｜≦１５degが好ましい。さらには、３deg≦｜θ２｜≦１２degが好ましく、５deg≦｜θ２｜≦１０degであることが好ましい。
ステータ７とロータ８との位相差から計算すると、永久磁石９内における磁束の傾きは１０deg〜２０degであるが、磁束の流れを円滑化するためには、位相差の半分程度だけ永久磁石９の励磁方向を傾けることが好ましい。なお、本実施形態においては、ティース２を構成する電磁鋼板の磁化容易方向と、ロータ８に組み込まれる永久磁石９の励磁方向の双方を、ステータ７の径方向に対して微小角傾斜させているが、そのどちらか一方のみ傾斜させても磁気抵抗および鉄損を低減し磁束を強化する効果が認められ、そのいずれの場合も本発明範囲に含まれる。 Further, the minute angle θ2deg is preferably 1deg ≦ | θ2 | ≦ 15deg. Furthermore, it is preferable that 3 deg.ltoreq. | .Theta.2 | .ltoreq.12 deg.
When calculated from the phase difference between the stator 7 and the rotor 8, the gradient of the magnetic flux in the permanent magnet 9 is 10 deg to 20 deg. However, in order to smooth the flow of the magnetic flux, the permanent magnet 9 It is preferable to incline the excitation direction. In the present embodiment, both the direction of easy magnetization of the electromagnetic steel sheet forming the teeth 2 and the direction of excitation of the permanent magnet 9 incorporated in the rotor 8 are inclined at a small angle with respect to the radial direction of the stator 7. However, even if only one of them is inclined, the effect of reducing the magnetic resistance and iron loss and enhancing the magnetic flux is recognized, and any case is included in the scope of the present invention.

＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態であるステータ（励磁機）およびロータ（界磁機）の構造を示す図である。 図２において、１はヨーク、２はティース、３はステータの径方向、４はティースの中心軸、５は永久磁石の励磁方向の中心軸、７はステータ（励磁機）、８はロータ（界磁機）を示す。
ヨーク１は、ステータ７の略ティース幅内で、周方向に分割されている。
本実施形態においては、ティース２を構成する電磁鋼板の磁化容易軸を、ステータの径方向に対して傾斜させる方法として、ティース２自体をステータ７の径方向に対してθ３deg傾斜させて配置している。これによって、電磁鋼板からティース２を切り出す際に、磁化容易軸の方向からずらして切り出す必要がない。
また、微小角θ３degは、１deg≦｜θ３｜≦１５degが好ましい。さらには、３deg≦｜θ３｜≦１２degが好ましく、５deg≦｜θ３｜≦１０degであることが好ましい。 <Second embodiment>
FIG. 2 is a diagram showing the structure of a stator (exciter) and a rotor (field machine) according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, 1 is a yoke, 2 is a tooth, 3 is a radial direction of the stator, 4 is a central axis of the teeth, 5 is a central axis of the excitation direction of the permanent magnet, 7 is a stator (exciter), and 8 is a rotor (field). Porcelain).
The yoke 1 is divided in the circumferential direction within a substantially tooth width of the stator 7.
In the present embodiment, as a method of inclining the axis of easy magnetization of the electromagnetic steel sheet forming the teeth 2 with respect to the radial direction of the stator, the teeth 2 themselves are arranged at an angle of θ3deg with respect to the radial direction of the stator 7. I have. Thus, when cutting the teeth 2 from the magnetic steel sheet, there is no need to shift the teeth 2 from the direction of the axis of easy magnetization.
The small angle θ3deg is preferably 1 deg ≦ | θ3 | ≦ 15 deg. Furthermore, it is preferable that 3 deg.ltoreq. | .Theta.3 | .ltoreq.12 deg, and it is preferable that 5 deg.ltoreq. | .Theta.3 |

本実施形態においては、磁化容易軸方向の偏差αdegは、０deg≦α≦１０degであることが好ましい。
本実施形態は、ティース２自体をステータ７の径方向に対して傾斜して取り付けているので、ティース２を構成する電磁鋼板の磁化容易方向のバラツキ（偏差）は小さい方がティース２およびヨーク１を流れる磁束の流れを円滑化することができるからである。
また、永久磁石９の励磁方向を傾ける方法として、着磁の方向は永久磁石の外面に垂直とし、永久磁石自体を微小角θ２deg傾けて配置している。これによって、永久磁石の着磁方向を永久磁石の軸からずらして着磁させる必要がない。 In the present embodiment, the deviation αdeg in the easy axis direction is preferably 0 ° ≦ α ≦ 10 °.
In this embodiment, since the teeth 2 themselves are attached to be inclined with respect to the radial direction of the stator 7, the smaller the variation (deviation) in the direction of easy magnetization of the magnetic steel sheet constituting the teeth 2 is, the smaller the teeth 2 and the yoke 1 are. This is because it is possible to smooth the flow of the magnetic flux flowing through.
As a method of inclining the excitation direction of the permanent magnet 9, the direction of magnetization is perpendicular to the outer surface of the permanent magnet, and the permanent magnet itself is arranged at a slight angle θ2deg. Thereby, it is not necessary to shift the magnetization direction of the permanent magnet from the axis of the permanent magnet to perform magnetization.

＜第１および第２共通の実施形態＞
前記第１または第２の実施形態に示すステータ（励磁機）およびロータ（界磁機）を、電動機（同期機）に適用することによって、鉄損が少なく出力トルクが大きい電動機（同期機）を提供することができる。
なお、前述の第１および第２の実施形態における微小角θ１およびθ２の方向は、同期機が電動機の場合と発電機の場合で異なる。すなわち、電動機の場合は、前述のようにステータ７から流れる磁束によってロータ８が回転するため、ロータ８の位相が遅れるのでθ１、θ２およびθ３は正（ロータの回転方向）となるが、同期機が発電機の場合には、ロータ８が回転することによって、磁束がロータ８からステータ７に流れるので、ロータ８の位相が進むのでθ１、θ２およびθ３は負（ロータの回転方向と逆方向）となる。 <First and Second Common Embodiments>
By applying the stator (exciting machine) and the rotor (field machine) shown in the first or second embodiment to a motor (synchronous machine), a motor (synchronous machine) having a small iron loss and a large output torque can be obtained. Can be provided.
Note that the directions of the small angles θ1 and θ2 in the first and second embodiments are different depending on whether the synchronous machine is a motor or a generator. That is, in the case of an electric motor, since the rotor 8 is rotated by the magnetic flux flowing from the stator 7 as described above, the phase of the rotor 8 is delayed, so that θ1, θ2, and θ3 become positive (rotational direction of the rotor). Is a generator, the magnetic flux flows from the rotor 8 to the stator 7 when the rotor 8 rotates, so that the phase of the rotor 8 advances, so that θ1, θ2, and θ3 are negative (the direction opposite to the rotation direction of the rotor). It becomes.

本発明の第１の実施形態であるステータ（励磁機）およびロータ（界磁機）の構造を示す図である。It is a figure showing the structure of the stator (excitation machine) and rotor (field machine) which are a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施形態であるステータ（励磁機）およびロータ（界磁機）の構造を示す図である。It is a figure showing the structure of the stator (excitation machine) and rotor (field machine) which are a 2nd embodiment of the present invention. 本発明に用いる方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of relative magnetic permeability (micro | micron | mu) of the grain-oriented electrical steel sheet used for this invention. 本発明に用いる電磁鋼板の磁化容易軸方向の偏差αの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a deviation α in the easy axis direction of the magnetic steel sheet used in the present invention. 従来の同期機の断面図である。It is sectional drawing of the conventional synchronous machine. 従来の同期機の断面図である。It is sectional drawing of the conventional synchronous machine.

符号の説明Explanation of reference numerals

１ ヨーク
２ ティース
３ ステータの径方向
４ ティースの中心軸
５ 永久磁石の励磁方向の中心軸
７ ステータ（励磁機）
８ ロータ（界磁機）
９ 永久磁石 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Yoke 2 Teeth 3 Radial direction of stator 4 Center axis of teeth 5 Center axis of excitation direction of permanent magnet 7 Stator (exciter)
8 rotor (field machine)
9 permanent magnet

Claims (15)

電流を通じることにより移動磁界を発生させる励磁機であって、前記励磁機は、ヨークおよびティースを有しており、該ヨークが前記励磁機の周方向に分割されており、かつ、該ヨークが前記励磁機の周方向の略ティース幅内にて分割されており、
前記ティースを構成する電磁鋼板の磁化容易軸が前記励磁機の径方向に対してθ１deg傾いていることを特徴とする励磁機。 An exciter that generates a moving magnetic field by passing an electric current, the exciter has a yoke and teeth, the yoke is divided in a circumferential direction of the exciter, and the yoke is Divided within a substantially tooth width in the circumferential direction of the exciter,
An exciter characterized in that the axis of easy magnetization of the electromagnetic steel sheet constituting the teeth is inclined by 1 ° with respect to the radial direction of the exciter. 前記θ１degが、５deg≦|θ１|≦１０degであることを特徴とする請求項１に記載の励磁機。     The exciter according to claim 1, wherein the θ1 deg satisfies 5 deg ≦ | θ1 | ≦ 10 deg. 前記電磁鋼板における磁化容易軸方向の偏差αdegが、5deg≦α≦20degであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の励磁機。     The exciter according to claim 1 or 2, wherein the deviation αdeg in the easy axis direction of the magnetic steel sheet satisfies 5deg ≦ α ≦ 20deg. 前記ティースの中心軸が前記界磁機の径方向に対してθ３deg傾けることを特徴とする励磁機。     An exciter wherein the center axis of the teeth is inclined by 3 degrees with respect to the radial direction of the field machine. 前記θ３degが、5deg≦|θ３|≦１０degであることを特徴とする請求項４に記載の励磁機   The exciter according to claim 4, wherein the θ3deg is 5deg ≦ | θ3 | ≦ 10deg. 前記ティースが方向性電磁鋼板からなることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の励磁機。   The exciter according to claim 4, wherein the teeth are made of a grain-oriented electrical steel sheet. 前記電磁鋼板における磁化容易軸方向の偏差αdegが、0deg≦α≦10degであることを特徴とする請求項４乃至請求項６に記載の励磁機。   The exciter according to claim 4, wherein a deviation αdeg in the easy axis direction of the magnetic steel sheet satisfies 0 deg ≦ α ≦ 10 deg. 永久磁石により直流磁場を発生させる界磁機であって、前記永久磁石の励磁方向を前記界磁機の径方向に対して、θ２deg傾けることを特徴とする界磁機。   1. A field machine for generating a DC magnetic field by a permanent magnet, wherein an exciting direction of the permanent magnet is inclined by 2 degrees with respect to a radial direction of the field machine. 前記θ２degが、5deg≦|θ２|≦10degであることを特徴とする請求項８に記載の界磁機。   9. The field machine according to claim 8, wherein the θ2 deg satisfies 5 deg ≦ | θ2 | ≦ 10 deg. 前記永久磁石の磁界方向の中心軸を前記界磁機の径方向に対してθ２deg傾けることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の界磁機。   The field machine according to claim 8 or 9, wherein a central axis of the permanent magnet in a magnetic field direction is inclined by 2 degrees with respect to a radial direction of the field machine. 請求項１乃至請求項７に記載の励磁機を有することを特徴とする同期機。   A synchronous machine comprising the exciter according to claim 1. 前記同期機が電動機の場合には、前記θ１およびθ３は正の値（前記界磁機の回転方向）であり、前記同期機が発電機の場合には前記θ１およびθ３は負の値（前記界磁機の回転方向と逆方向）であることを特徴とする請求項１１に記載の同期機。   When the synchronous machine is an electric motor, the θ1 and θ3 are positive values (the rotation direction of the field machine), and when the synchronous machine is a generator, the θ1 and θ3 are negative values (the 12. The synchronous machine according to claim 11, wherein the rotation direction is opposite to the rotation direction of the field machine. 請求項７乃至請求項１０に記載の界磁機を有することを特徴とする同期機。   A synchronous machine comprising the field machine according to claim 7. 前記同期機が電動機の場合には前記θ２は正の値（前記界磁機の回転方向）であり、前記同期機が発電機の場合には前記θ２は負の値（前記界磁機の回転方向と逆方向）であることを特徴とする請求項１３に記載の同期機。
When the synchronous machine is an electric motor, θ2 is a positive value (rotation direction of the field machine), and when the synchronous machine is a generator, θ2 is a negative value (rotation of the field machine). 14. The synchronous machine according to claim 13, wherein the direction is opposite to the direction.
請求項１乃至請求項７に記載の励磁機と請求項８乃至請求項１０に記載の界磁機とを有することを特徴とする同期機。
A synchronous machine comprising the exciter according to claim 1 and the field machine according to claim 8.
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