JP2006074969A - Ac rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流発電機或いは交流電動機の回転子として用いられる交流回転電機に係り、特に、エネルギー効率を向上させる技術に関する。 The present invention relates to an AC rotating electrical machine used as an AC generator or an AC motor rotor, and more particularly to a technique for improving energy efficiency.
回転電機の従来例として、例えば、特開2003−324916号公報(特許文献1)に記載されたものが知られている。該特許文献1には、複数の爪状磁極を有する2つの回転子コアを対向配置し、該回転子コアの内部に設けられた界磁巻線に電流を流すことにより、一方の回転子コアをN極に着磁し、他方の回転子コアをS極に着磁して、ルンデル型(ランデル型と称することもある)の回転電機を形成する技術が記載されている。 As a conventional example of a rotating electrical machine, for example, one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-324916 (Patent Document 1) is known. In Patent Document 1, two rotor cores having a plurality of claw-shaped magnetic poles are arranged to face each other, and a current is passed through a field winding provided inside the rotor core, whereby one rotor core is provided. Has been described. A technique for forming a Rundel type (sometimes referred to as a Landell type) rotating electrical machine is described.
更に、互いに隣接する爪状磁極間に、極性が同一となる向きとなるように永久磁石を配設し、磁束を強める技術が開示されている。即ち、N極に着磁された爪状磁極側がN極、S極に着磁された爪状磁極側がS極となるように永久磁石を配置して、磁束を強めている。
しかしながら、上述した特許文献1に開示された従来例では、爪状磁極が先端にいく程細くなる形状をなす突起形状となっているので、該爪状磁極の先端部では、磁束が通過する断面積が小さくなり、磁気飽和が発生し、鉄損が大きくなって効率が悪くなるという問題がある。 However, in the conventional example disclosed in Patent Document 1 described above, the claw-shaped magnetic pole has a projection shape that becomes narrower toward the tip, so that the magnetic flux passes through the tip of the claw-shaped magnetic pole. There is a problem that the area is reduced, magnetic saturation occurs, the iron loss is increased, and the efficiency is lowered.
また、爪状磁極間に設けられる永久磁石は、ルンデル型鉄心の径方向となる磁束成分が存在しないので、換言すれば、永久磁石の磁束は周方向の成分のみであるので、爪状磁極と永久磁石との接続部分で急激な磁束の変化が生じ、回転時にトルク変動が発生して、騒音、振動を引き起こす原因となってしまうという問題があった。 In addition, since the permanent magnet provided between the claw-shaped magnetic poles does not have a magnetic flux component in the radial direction of the Rundel-type iron core, in other words, the magnetic flux of the permanent magnet is only the circumferential component. There has been a problem that a sudden change in magnetic flux occurs at the connecting portion with the permanent magnet, causing torque fluctuations during rotation, causing noise and vibration.
この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、鉄損を低減させて効率を向上させ、且つ回転時のトルク変動を抑制することのできる交流回転電機を提供することにある。 The present invention has been made to solve such a conventional problem. The object of the present invention is to reduce iron loss, improve efficiency, and suppress torque fluctuation during rotation. An object of the present invention is to provide an AC rotating electrical machine that can be used.
上記目的を達成するため、本発明は、先端部が突起する形状を有する複数の爪状磁極を備えた一対の回転子コアを互いに対向配置し、前記一対の回転子コアのうちの一方をS極に着磁し、他方をN極に着磁し、且つ互いに隣接する各回転子コアの爪状磁極間に永久磁石を設けることにより、磁極を形成する交流回転電機において、前記永久磁石は、その極性が前記爪状磁極に生じる磁束を強める向きに配置されることを特徴とする。更に、発生する磁束の少なくとも一部が前記回転子コアの径方向を向く成分を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a pair of rotor cores each having a plurality of claw-shaped magnetic poles having a shape with protruding tip portions are arranged to face each other, and one of the pair of rotor cores is S. In an AC rotating electrical machine that forms a magnetic pole by magnetizing one pole, magnetizing the other to N pole, and providing a permanent magnet between the claw-shaped magnetic poles of each adjacent rotor core, the permanent magnet is: The polarity is arranged so as to increase the magnetic flux generated in the claw-shaped magnetic pole. Furthermore, at least a part of the generated magnetic flux has a component that faces the radial direction of the rotor core.
本発明に係る交流回転電機では、N極に着磁される回転子コアが有する爪状磁極と、S極に着磁される回転子コアが有する爪状磁極との間に配置される永久磁石が、各回転子コアの径方向を向く磁束を発生するので、該永久磁石から爪状磁極内に進入する磁束が著しく低減されるので、爪状磁束の磁気的な飽和を防止することができ、鉄損を低減させることができる。これにより、効率向上を図ることができる。 In the AC rotating electrical machine according to the present invention, a permanent magnet disposed between a claw-shaped magnetic pole of a rotor core magnetized at the N pole and a claw-shaped magnetic pole of a rotor core magnetized at the S pole. However, since a magnetic flux is generated in the radial direction of each rotor core, the magnetic flux entering the claw-shaped magnetic pole from the permanent magnet is remarkably reduced, so that magnetic saturation of the claw-shaped magnetic flux can be prevented. Iron loss can be reduced. Thereby, efficiency can be improved.
また、永久磁石が回転子コアの径方向を向く磁束を発生することにより、隣接する爪状磁極間での急激な磁束の変動を抑制することができ、トルク変動に起因する騒音、振動の発生を防止することができる。 In addition, since the permanent magnet generates magnetic flux that faces the radial direction of the rotor core, it is possible to suppress rapid magnetic flux fluctuations between adjacent claw-shaped magnetic poles, and to generate noise and vibration due to torque fluctuations. Can be prevented.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る交流回転電機の構成を示す斜視図である。同図に示すように、この交流回転電機1は、複数の爪状磁極2を有する一対の回転子コア3,4を有しており、各回転子コア3,4が有する爪状磁極2が所定の間隔を持って噛み合うように対向配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an AC rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, this AC rotating electric machine 1 has a pair of
図2は、回転子コア3,4の構成を示す斜視図であり、回転子コア3,4は、中央部に透孔6が形成され、その周囲にセンターコア7が設けられている。そして、このセンターコア7には、界磁巻線8(図1参照)が捲回される。
FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the
また、図1に示すように、2つの回転子コア3,4が対向配置された状態で、透孔6内に回転シャフト5が挿通されており、該回転シャフト5と連動して回転子コア3,4が回転する。更に、各回転子コア3,4が有する各爪状磁極2どうしの間の隙間部分には、それぞれ直方体形状をなす永久磁石9が配設されている。
In addition, as shown in FIG. 1, the rotating
図3は、図1に示す交流回転電機1を、中央部で回転シャフト5と直交する方向で切断した切断面の一部を示している。同図に示す爪状磁極2aは、回転子コア3側に設けられる爪状磁極であり、界磁巻線8に直流電流を流したときに、N極に着磁される。また、爪状磁極2bは、回転子コア4側に設けられる爪状磁極であり、界磁巻線8に直流電流を流したときに、S極に着磁される。
FIG. 3 shows a part of a cut surface obtained by cutting the AC rotating electrical machine 1 shown in FIG. 1 in a direction perpendicular to the rotating
各爪状磁極2a,2bは、外周面が内側の面よりも若干幅広のL字溝13を備えており、このL字溝13部分に永久磁石9を挿入することにより、回転時に永久磁石9に遠心力が作用することによって、永久磁石9が移動することを防止するようにしている。
Each claw-shaped
永久磁石9は、同一の表面(回転子外周方向表面)の各端部にN極、及びS極を有する極異方性磁石を用いており、図3に示すように、N極に着磁される爪状磁極2a側がN極とされ、S極に着磁される爪状磁極2b側がS極とされている。
The
次に、上述のように構成された本実施形態に係る交流回転電機1の作用について説明する。交流回転電機1を作動させる際には、センターコア7に捲回された界磁巻線8に、スリップリング(図示省略)を用いて直流電流を流す。これにより、回転子コア3がN極に着磁され、回転子コア4がS極に着磁される。
Next, the operation of the AC rotating electrical machine 1 according to this embodiment configured as described above will be described. When the AC rotating electrical machine 1 is operated, a DC current is passed through the field winding 8 wound around the center core 7 using a slip ring (not shown). Thereby, the
また、永久磁石9は、同一の表面にS極、N極を有する極異方性磁石を使用しているので、図3に示すように、S極からN極に向かう磁束Φは、U字形状となり、回転子コア3,4の径方向を向く成分を有することになる。このため、永久磁石9より生じる磁束のうち、爪状磁極2a,2bに進入する磁束成分は極めて少なくなる。これにより、爪状磁極2a,2bが磁気的に飽和することを防止することができ、磁気飽和に起因して生じる損失、即ち、鉄損を低減することができる。
Since the
また、図4は、横軸を交流回転電機1の外周方向距離、縦軸に磁束を示した特性曲線であり、x1,x2,x3に示す部分が永久磁石9が取り付けられている部分、y1,y2,y3に示す部分が爪状磁極2が存在する部分である。そして、図3に示す爪状磁極2aが、符号y1の部分に対応し、爪状磁極2bが、符号y2の部分に対応し、永久磁石9の部分が符号x2の部分に対応している。
FIG. 4 is a characteristic curve in which the horizontal axis indicates the distance in the outer peripheral direction of the AC rotating electric machine 1 and the vertical axis indicates the magnetic flux, and the portions indicated by x1, x2, and x3 are portions where the
そして、図4の特性曲線から理解されるように、永久磁石9が回転子コア3,4の径方向(交流回転電機1の径方向)に向かう磁束を形成するので、この磁束により、N極に着磁された爪状磁極2aからS極に着磁された爪状磁極2bへ移動する際に、磁束が急激に変化することなく、段階をもって変化することになる。従って、回転時の急激なトルク変動に起因した騒音、振動の発生を抑制することができる。
As can be understood from the characteristic curve of FIG. 4, the
このようにして、本実施形態に係る交流回転電機1では、各爪状磁極2間に設ける永久磁石9として、同一の表面にS極、及びN極を有する極異方性磁石を用いているので、永久磁石9より発生する磁束が爪状磁極2内に進入する磁束成分を低減することができ、爪状磁極2に磁気飽和が生じることを防止することができる。これにより、鉄損を低減することができる。
Thus, in the AC rotating electrical machine 1 according to the present embodiment, as the
また、爪状磁極2間における急激な磁束変化を緩和することができるので、トルクの急激な変化を抑制し、騒音、振動の発生を防止することができる。 Moreover, since a rapid change in magnetic flux between the claw-shaped magnetic poles 2 can be alleviated, a sudden change in torque can be suppressed, and noise and vibration can be prevented.
また、爪状磁極2a,2bに生じる磁束と、永久磁石9により生じる磁束が同一の大きさであるように設定すれば、図5に示すように、永久磁石9の中間部分でN極とS極とが切り替わるように設定することもできる。なお、図5において、x11,x12,x13に示す部分が永久磁石9が存在する部分、y11が爪状磁極2aが存在する部分、y12が爪状磁極2bが存在する部分を示している。
Further, if the magnetic flux generated in the claw-shaped
更に、上記した実施形態では、永久磁石9が直方体形状、即ち、長手方向と直交する面での断面が矩形状をなす構成のものを用いる例を挙げて説明したが、断面形状を種々変更することにより、より滑らかに磁束を変化させることができる。
Further, in the above-described embodiment, the
例えば、図6(a)に示すように断面が波形状(中央が窪んで両側が円弧状に凸となる形状)、同図(b)に示すV字溝形状、或いは同図(c)に示す円弧溝形状とすることにより、爪状磁極2aと2bとの間の磁束分布が滑らかに徐変するように設定することが可能となる。このような構成により、図7(a)に示す如くの磁束分布を得ることができ、従来の、回転子コアの径方向を向く磁束成分を有しない場合である同図(b)と比較して、滑らかに磁束の極性を変化させることができる。この結果、トルク変動を抑制し、騒音、振動の発生をより効果的に防止することができる。なお、図7において、x21,x22,x23に示す部分が永久磁石9が存在する部分、y21が爪状磁極2aが存在する部分、y22が爪状磁極2bが存在する部分を示している。
For example, as shown in FIG. 6A, the cross section has a wave shape (a shape in which the center is recessed and both sides are convex in an arc shape), a V-shaped groove shape shown in FIG. 6B, or FIG. By using the arc groove shape shown, the magnetic flux distribution between the claw-shaped
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図8は、第2の実施形態の構成を示す説明図であり、上記した第1の実施形態の図3に対応する図である。また、同一構成部分には同一符号を付している。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the configuration of the second embodiment, and corresponds to FIG. 3 of the first embodiment described above. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the same component.
図8に示すように、本実施形態では、永久磁石9を、2つの板状磁石11a,11bを用いて構成している。即ち、板状磁石11aは、N極に着磁される爪状磁極2a側に設けられ、且つ、N極が外周側を向くように配置されている。また、板状磁石11bは、S極に着磁される爪状磁極2b側に設けられ、且つ、S極が外周側を向くように配置されている。
As shown in FIG. 8, in this embodiment, the
従って、2つの板状磁石11a,11bからなる永久磁石9に生じる磁束は、板状磁石11bのS極から板状磁石11aのN極に向かう方向、即ち、図3に示した磁束Φと同様の方向を向くことになり、永久磁石9から爪状磁極2a,2b内に進入する磁束が極めて少なくなる。これにより、上記した第1の実施形態と同様に、爪状磁極2a,2bが磁気的に飽和することを防止することができる。その結果、鉄損を低減することができ、騒音、振動を防止することができる。
Therefore, the magnetic flux generated in the
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図9は、第3の実施形態の構成を示す説明図であり、上記した図3,図8に対応する図である。また、同一構成部分には同一符号を付している。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the configuration of the third embodiment, and corresponds to FIGS. 3 and 8 described above. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the same component.
図9に示すように、この実施形態では、図8に示した板状磁石11a,11bからなる永久磁石9の内側部分に、ヨーク(磁路形成手段)12を設けている。そして、このような構成によれば、永久磁石9が発生する磁束が増大されるので、より多くの磁束を発生させることができる。また、同一の磁束を発生させるために用いる板状磁石11a,11bの磁気強度を小さいものとすることができる。
As shown in FIG. 9, in this embodiment, a yoke (magnetic path forming means) 12 is provided on the inner part of the
交流電動機或いは交流発電機に用いられる回転電機の効率を向上させる上で極めて有用である。 This is extremely useful for improving the efficiency of a rotating electrical machine used for an AC motor or an AC generator.
1 交流回転電機
2 爪状磁極
3,4 回転子コア
5 回転シャフト
6 透孔
7 センターコア
8 界磁巻線
9 永久磁石(極異方性磁石)
11a,11b 板状磁石
12 ヨーク(磁路形成手段)
13 L字溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC rotary electric machine 2 Claw-shaped
11a,
13 L-shaped groove
Claims (6)
前記永久磁石は、その極性が前記爪状磁極に生じる磁束を強める向きに配置され、且つ、発生する磁束の少なくとも一部が前記回転子コアの径方向を向く成分を有することを特徴とする交流回転電機。 A pair of rotor cores provided with a plurality of claw-shaped magnetic poles having protruding shapes at the tips are arranged opposite to each other, one of the pair of rotor cores is magnetized to the S pole, and the other is set to the N pole In an AC rotating electrical machine that forms magnetic poles by providing permanent magnets between the claw-shaped magnetic poles of the rotor cores that are magnetized and adjacent to each other,
The permanent magnet is arranged in such a direction that its polarity intensifies the magnetic flux generated in the claw-shaped magnetic pole, and at least a part of the generated magnetic flux has a component that faces the radial direction of the rotor core. Rotating electric machine.
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2004
- 2004-09-06 JP JP2004258525A patent/JP2006074969A/en active Pending
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