JP2009183095A - Three-phase rotating electric machine - Google Patents
Three-phase rotating electric machine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009183095A JP2009183095A JP2008020799A JP2008020799A JP2009183095A JP 2009183095 A JP2009183095 A JP 2009183095A JP 2008020799 A JP2008020799 A JP 2008020799A JP 2008020799 A JP2008020799 A JP 2008020799A JP 2009183095 A JP2009183095 A JP 2009183095A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- teeth
- coils
- wound
- electric machine
- 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.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
この発明は、例えば、自動二輪車に用いられる3相回転電機に関するものである。 The present invention relates to a three-phase rotating electric machine used for a motorcycle, for example.
従来から、電動機として、U相、V相、W相の3相で構成され電動モータや発電機として用いられる3相回転電機が知られている。
この種の回転電機は、ステータと、このステータに対して回転自在に設けられたロータを備えている。ステータは、円環状のステータコアと、このステータコアから径方向に突設された複数のティースと、このティースに巻装されたコイルとを備えている。一方、ロータは、ティースに対向するように配置された永久磁石を備えている。
通常、各相のティースには全て同一巻回方向でコイルが巻装されており、同相同士のティースは、それぞれ同極の永久磁石に対向するように設けられている。
そして、電動モータとして使用する場合には、コイルに給電することにより磁界が形成され、ロータの永久磁石との間に生じる磁気的な吸引力や反発力によってロータが駆動される。一方、磁石発電機として用いる場合には、ロータが回転することによりティースに流れる磁束が変化し、これが起電力となって3相正弦波の電流を得ることができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a three-phase rotating electrical machine that is composed of three phases of a U phase, a V phase, and a W phase and is used as an electric motor or a generator is known as an electric motor.
This type of rotating electrical machine includes a stator and a rotor provided to be rotatable with respect to the stator. The stator includes an annular stator core, a plurality of teeth projecting radially from the stator core, and a coil wound around the teeth. On the other hand, the rotor includes a permanent magnet disposed so as to face the teeth.
Normally, coils are wound around the teeth of each phase in the same winding direction, and the teeth of the same phase are provided so as to face permanent magnets of the same polarity.
When used as an electric motor, a magnetic field is formed by supplying power to the coil, and the rotor is driven by a magnetic attractive force or repulsive force generated between the permanent magnet of the rotor. On the other hand, when used as a magnet generator, the magnetic flux flowing through the teeth changes as the rotor rotates, and this can be used as an electromotive force to obtain a three-phase sine wave current.
ところで、近年の市場ニーズにより、小型で高出力な3相回転電機が求められている。このため、永久磁石を多極化すると共に、ステータのティース数を増大し、3相回転電機の小型、高出力化を図ることが考えられる。
ここで、同相同士のティースをそれぞれ同極の永久磁石に対向するように配置する構成であって、かつ、3相回転電機の設置スペースが限られている場合にあっては、ただ単に永久磁石を多極化したり、ステータのティース数を増大したりすると、磁極数やステータ数が制約されてしまうので、効果的に高出力化を図り難くなる。このため、同相のティースを周方向に隣接配置すると共に、これら隣接するティースを異極の永久磁石と同一電気角にて対向するように配置して3相回転電機の小型、高出力化を図ろうとしているものがある(例えば、特許文献1参照)。
Here, in the case where the teeth of the same phase are arranged so as to face the permanent magnets of the same polarity, and the installation space of the three-phase rotating electrical machine is limited, it is simply permanent. If the number of magnets is increased or the number of teeth of the stator is increased, the number of magnetic poles and the number of stators are restricted, so that it is difficult to effectively increase the output. For this reason, in-phase teeth are arranged adjacent to each other in the circumferential direction, and these adjacent teeth are arranged so as to face each other at the same electrical angle as a permanent magnet having a different polarity to reduce the size and increase the output of the three-phase rotating electrical machine. There is what is going to be (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上述の従来技術にあっては、同相のティースを周方向に隣接配置すると共に、これら隣接するティースを異極の永久磁石と同一電気角にて対向するように配置するために特殊な形状のステータとなり、汎用性が低いという課題がある。 However, in the above-described conventional technology, the in-phase teeth are arranged adjacent to each other in the circumferential direction, and the adjacent teeth are arranged so as to be opposed to the permanent magnets of different polarities at the same electrical angle. There is a problem that the generality is low.
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、効率的に小型、高出力化を図ることができる汎用性の高い3相回転電機を提供するものである。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a highly versatile three-phase rotating electrical machine that can efficiently achieve a small size and high output.
上記の課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、Nを1以上の自然数としたとき、3×N個のティースが放射状に配設されたステータと、各ティースにそれぞれ集中巻き方式にて巻装された3×N個のコイルと、5×N個の磁極を有するロータとを備えたことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the invention described in
請求項2に記載した発明は、各相のコイルは、2つ置きに存在する同相同士の各ティースに連続して巻装されると共に、前記同相同士の各ティースに周方向に沿って巻回方向が順方向と逆方向とが順番になるように巻装され、前記同相同士の各ティースは、それぞれ互い違いに異なる磁極に対向配置されていることを特徴とする。
In the invention described in
請求項3に記載した発明は、前記磁極が20極以上であることを特徴とする。
The invention described in
本発明によれば、従来の3相回転電機と同様の体格でありながら、ステータを特殊な形状にすることなく、永久磁石の多極化を図ることができる。
しかも、同相のティースに巻装されているコイルが周方向に沿って巻回方向が順方向と逆方向とが順番になるように巻装されており、それぞれ順方向に巻回されているコイルと逆方向に巻回されているコイルが異なる磁極に対向配置されている。このため、3相回転電機を磁石発電機として用いる場合、3相正弦波の電流を得ることができる。
よって、効率的に小型、高出力化を図ることができる汎用性の高い3相回転電機を提供することが可能になる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, although it is the same physique as the conventional three-phase rotary electric machine, multipolarization of a permanent magnet can be achieved, without making a stator into a special shape.
In addition, the coils wound around the teeth of the same phase are wound so that the winding direction is in the order of the forward direction and the reverse direction along the circumferential direction, and each coil is wound in the forward direction. And the coil wound in the opposite direction is arranged opposite to the different magnetic poles. Therefore, when a three-phase rotating electrical machine is used as a magnet generator, a three-phase sine wave current can be obtained.
Therefore, it is possible to provide a highly versatile three-phase rotating electrical machine that can efficiently achieve a small size and high output.
とりわけ、磁極数を20極以上とすると、得られる電流の周波数が高周波数化されるので、コイルのインダクタンスが大きくなる。このため、3相回転電機を磁石発電機として用いる場合、余剰電流を抑制することが可能になり、コイル温度の低減化を図ることが可能になる。 In particular, when the number of magnetic poles is 20 or more, the frequency of the obtained current is increased, and the inductance of the coil increases. For this reason, when using a three-phase rotary electric machine as a magnet generator, it becomes possible to suppress an excess current and to reduce coil temperature.
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は3相磁石発電機1の平面図、図2は3相磁石発電機1の縦断面図である。
図1、図2に示すように、3相回転電機である3相磁石発電機1は、例えば自動二輪車に用いられるアウターロータ型の発電機であって、エンジンのクランクシャフト2の先端に固定されたロータ3と、エンジンのケース(不図示)に固定されるステータ4とを備えている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view of the three-
As shown in FIGS. 1 and 2, a three-
ロータ3は、有底筒状に形成されたものであって、径方向略中央に設けられたロータボス5にクランクシャフト2が取り付けられている。
ロータ3の周壁7には、内周面側に永久磁石8が周方向に磁極が交互となるように30個設けられている。永久磁石8の個数は、Nを1以上の自然数としたとき、5×Nを満たすように設定されている。したがって、この実施形態の場合、N=6に設定されている。
また、外周面側には、複数の突起9が周方向に等間隔に設けられている。これら突起9は、クランクシャフト2やロータ3の回転位置を検出するためのものである。
The
On the
A plurality of
ステータ4は、円環状のステータコア17を有している。ステータコア17は、磁性材料の板材を軸線方向に積層して形成したものであって、径方向中央にロータボス5が挿通可能なボス孔15が形成されている。また、ステータコア17には、ステータ4をエンジンのケースに締結固定するためのネジ孔20が3箇所周方向に等間隔に形成されている。
さらに、ステータコア17には、放射状に径方向外側に向かって延出するティース16が等間隔に18個設けられている。
すなわち、ティース16の個数は、Nを1以上の自然数としたとき、3×Nを満たすように設定されている。したがって、この実施形態の場合、N=6に設定されている。
The
Further, the
That is, the number of
ステータ4の外周には、隣接するティース16間に蟻溝状のスロット19が形成されている。このスロット19は、ティース16に電機子コイル18を巻装するためのコイル受け入れ口の役割を有する。スロット19は軸線方向に沿って延びており、周方向に沿って等間隔に18個形成されている。また、各ティース16には、それぞれ絶縁材であるインシュレータ24が装着されており、インシュレータ24を介して電機子コイル18が巻装されている。
On the outer periphery of the
ここで、各ティース16には、U相、V相、W相の3相がこの順で割り当てられている。すなわち、同相同士のティース16が2つ置きに存在している状態になっている。これらティース16に電機子コイル18を集中巻き方式にて巻装することで、U相のコイルU1,U2,U3,U4,U5,U6と、V相のコイルV1,V2,V3,V4,V5,V6と、W相のコイルW1,W2,W3,W4,W5,W6が形成されている。
Here, three phases of U phase, V phase, and W phase are assigned to each
図3は、各相のコイルU1〜W6が巻装されているティース16と永久磁石8と位置関係を模式的に示した極構成模式図である。なお、図3において、30個の永久磁石8と18個のティース16とに周回り方向に沿ってそれぞれ符号を付して説明する。また、電機子コイル18の巻回方向が順方向の場合をCW(Clockwise;時計方向)、逆方向の場合をCCW(Counter Clockwise;反時計方向)とする。
図1、図3に示すように、同相のコイルU1〜U6、コイルV1〜V6、および、コイルW1〜W6は、それぞれ連続して巻装されると共に、巻回方向が順方向と逆方向とが順番になるように巻装されている。
FIG. 3 is a schematic pole configuration diagram schematically showing the positional relationship between the
As shown in FIGS. 1 and 3, coils U1 to U6, coils V1 to V6, and coils W1 to W6 having the same phase are wound continuously, and the winding direction is the forward direction and the reverse direction. Are wound in order.
より詳しくは、例えばU相のコイルU1〜U6の場合、コイルU1に対応する1番ティース16に電機子コイル18を順方向に巻回し、コイルU1を形成する。続いて、スロット19から電機子コイル18を引き出してコイルU2に対応する4番ティース16に逆方向に巻回し、コイルU2を形成する。これを順番に繰り返しながら残りのコイルU3〜U6を形成する。
すなわち、巻装順番が奇数番であるコイルU1,U3,U5にあっては電機子コイル18が順方向に巻回され、巻装順番が偶数番であるコイルU2,U4,U6にあっては電機子コイル18が逆方向に巻回されている。
More specifically, for example, in the case of the U-phase coils U1 to U6, the
That is, the
V相のコイルV1〜V6と、W相のコイルW1〜W6もU相のコイルU1〜U6と同様に巻装されている。
すなわち、V相のコイルV1〜V6は、それぞれ対応する2,5,8,11,14,17番ティース16に電機子コイル18が連続して巻装されており、かつ、コイルV1,V3,V5は電機子コイル18が順方向に巻回され、コイルV2,V4,V6は電機子コイル18が逆方向に巻回されている。また、W相のコイルW1〜W6は、それぞれ対応する3,6,9,12,15,18番ティース16に電機子コイル18が連続して巻装されており、かつ、コイルW1,W3,W5は電機子コイル18が順方向に巻回され、コイルW2,W4,W6は電機子コイル18が逆方向に巻回されている。
The V-phase coils V1 to V6 and the W-phase coils W1 to W6 are also wound in the same manner as the U-phase coils U1 to U6.
That is, the V-phase coils V1 to V6 each have the
各相のコイルU1〜W6が巻装されたティース16は、それぞれ周方向に等間隔で配置されながら、同相同士のティース16がそれぞれ互い違いに異なる磁極の永久磁石8に対向配置されている。
例えば、U相のコイルU1〜U6が巻装されているティース16は、コイルU1,U3,U5の1,7,13番ティース16がS極の永久磁石8に対向配置した状態になっている。一方、コイルU2,U4,U6の4,10,16番ティース16は、N極の永久磁石8に対向配置した状態になっている。
The
For example, the
V相のコイルV1〜V6のティース16とW相のコイルW1〜W6のティース16も同様である。すなわち、図1、図3においては、V相のコイルV1〜V6のティース16とW相のコイルW1〜W6のティース16は磁極毎に永久磁石8と対向した状態になっていないが、これらティース16のうち何れか1つのティース16が1つの永久磁石8と対向した状態になると、その対向したティース16と同相同士のティース16全てが磁極毎に永久磁石8と対向した状態になる。そして、それぞれ同相同士のティース16が互い違いに異なる磁極の永久磁石8に対向する。
The same applies to the
次に、この実施形態の3相磁石発電機1の作用について説明する。
まず、不図示のエンジンが始動すると、クランクシャフト2を介してロータ3が回転し、ロータ3の周壁7に設けられている永久磁石8が移動する。すると、各永久磁石8の移動による磁束の変化によって各相のコイルU1〜W6に起電力が生じ、各々コイルU1〜W6を形成する電機子コイル18に電流が流れる。
Next, the operation of the three-
First, when an engine (not shown) is started, the
ここで、U相のコイルU1〜U6だけをみて説明すると、例えば、図1に状態にあるとき、コイルU1,U3,U5はそれぞれS極の永久磁石8に対向した状態になっている。一方、コイルU2,U4,U6は、それぞれN極の永久磁石8に対向した状態になっている。このため、コイルU1,U3,U5とコイルU2,U4,U6に作用する磁束の向きが異なる。しかしながら、コイルU1,U3,U5とコイルU2,U4,U6とでは、電機子コイル18の巻回方向が異なるため、結果的にU相のコイルU1〜U6を形成する電機子コイル18には、各箇所で同一方向に電流が流れる。
Here, only the U-phase coils U1 to U6 will be described. For example, when in the state shown in FIG. 1, the coils U1, U3, and U5 are respectively opposed to the S-pole
V相のコイルV1〜V6を形成する電機子コイル18、および、W相のコイルW1〜W6を形成する電機子コイル18にもU相のコイルU1〜U6を形成する電機子コイル18と同様に永久磁石8の移動による磁束の変化によって生じる起電力から電流が流れる。
しかしながら、V相のコイルV1〜V6が巻装されているティース16、つまり、図3における2,5,8,11,14,17番ティース16は、U相のコイルU1〜U6が巻装されているティース16、つまり、図3における1,4,7,10,13,16番ティース16に対して周方向にずれた位置に存在している。これと同様に、W相のコイルW1〜W6が巻装されているティース16、つまり、図3における3,6,9,12,15,18番ティース16は、U相のコイルU1〜U6が巻装されているティース16に対して周方向にずれた位置に存在している。
このため、このずれている分だけ、それぞれV相のコイルV1〜V6、およびW相のコイルW1〜W6の電機子コイル18に流れる電流の位相がずれる。よって、3相磁石発電機1全体としては、3相正弦波の電流を得ることができる。
The
However, the
For this reason, the phases of the currents flowing through the armature coils 18 of the V-phase coils V1 to V6 and the W-phase coils W1 to W6 are shifted by the amount of the deviation. Therefore, the three-
したがって、上述の実施形態によれば、従来の3相回転電機と同様の体格でありながら、ステータ4を特殊な形状にすることなく、永久磁石8の多極化を図ることができる。
しかも、同相のティース16に巻装されているコイルU1〜U6、コイルV1〜V6、および、コイルW1〜W6が周方向に沿って巻回方向が順方向と逆方向とが順番になるように巻装されている。また、それぞれ順方向に巻回されているコイルU1,U3,U5,V1,V3,V5,W1,W3,W5と、逆方向に巻回されているコイルU2,U4,U6,V2,V4,V6,W2,W4,W6が異なる磁極の永久磁石8に対向配置されている。このため、3相磁石発電機1全体として、3相正弦波の電流を得ることができる。よって、効率的に小型、高出力化を図ることができる汎用性の高い3相磁石発電機1を提供することが可能になる。
Therefore, according to the above-described embodiment, the
Moreover, the coils U1 to U6, the coils V1 to V6, and the coils W1 to W6 wound around the in-
とりわけ、この実施形態のように、永久磁石8を30個設け、磁極数を20極以上とすると、得られる電流の周波数が高周波数化されるので、コイルU1〜W6のインダクタンスが大きくなる。このため、余剰電流を抑制することが可能になり、コイルU1〜W6の温度の低減化を図ることが可能になる。
In particular, when 30
なお、本発明は上述の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において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の実施形態では、3相回転電機が3相磁石発電機1である場合について説明したが、これに限られるものではなく、3相回転電機を電動モータとして使用してもよい。この場合、各相のコイルU1〜W6に外部より電流を供給することになるが、それぞれ順方向に巻回されているコイルU1,U3,U5,V1,V3,V5,W1,W3,W5と、逆方向に巻回されているコイルU2,U4,U6,V2,V4,V6,W2,W4,W6が異なる磁極の永久磁石8に対向配置されているので、各永久磁石8と各コイルU1〜W6との間に適正な磁気的な吸引力や反発力が作用し、ロータ3を回転させることができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention.
Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the case where a three-phase rotary electric machine was the three-
さらに、上述の実施形態では、コイルU1,U3,U5,V1,V3,V5,W1,W3,W5が順方向に巻回され、コイルU2,U4,U6,V2,V4,V6,W2,W4,W6が逆方向に巻回されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、コイルU2,U4,U6,V2,V4,V6,W2,W4,W6を順方向に巻回し、コイルU1,U3,U5,V1,V3,V5,W1,W3,W5を逆方向に巻回してもよい。
また、同相同士のティース16に連続して、かつ、周方向に順に電機子コイル18を巻装した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、同相同士のティース16に電機子コイル18が周方向に沿って順方向、逆方向の順に巻装されていればよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the coils U1, U3, U5, V1, V3, V5, W1, W3, W5 are wound in the forward direction, and the coils U2, U4, U6, V2, V4, V6, W2, W4 are wound. The case where W6 is wound in the reverse direction has been described. However, the present invention is not limited to this. The coils U2, U4, U6, V2, V4, V6, W2, W4, W6 are wound in the forward direction, and the coils U1, U3, U5, V1, V3, V5, W1, are wound. W3 and W5 may be wound in the opposite direction.
Moreover, the case where the
そして、上述の実施形態では、ロータ3に永久磁石8が30個設けられると共に、ステータ4にティース16が18個設けられている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、Nを1以上の自然数としたとき、永久磁石8の個数は5×Nを満たすように設定され、ティース16の個数は3×Nを満たすように設定されていればよい。
In the above-described embodiment, the case where 30
1 3相磁石発電機(3相回転電機)
3 ロータ
4 ステータ
5 回転軸
8 永久磁石(磁極)
16 ティース
18 電機子コイル(コイル)
U1〜W6 コイル
1 3-phase magnet generator (3-phase rotating electrical machine)
3
16
U1-W6 coil
Claims (3)
3×N個のティースが放射状に配設されたステータと、
各ティースにそれぞれ集中巻き方式にて巻装された3×N個のコイルと、
5×N個の磁極を有するロータとを備えたことを特徴とする3相回転電機。 When N is a natural number of 1 or more,
A stator in which 3 × N teeth are radially arranged;
3 × N coils wound around each tooth by a concentrated winding method,
A three-phase rotating electrical machine comprising a rotor having 5 × N magnetic poles.
2つ置きに存在する同相同士の各ティースに連続して巻装されると共に、
前記同相同士の各ティースに周方向に沿って巻回方向が順方向、逆方向の順になるように巻装され、
前記同相同士の各ティースは、それぞれ互い違いに異なる磁極に対向配置されていることを特徴とする請求項1に記載の3相回転電機。 Each phase coil is
It is continuously wound around each tooth of the same phase that exists every other two,
Wound around the teeth of the same phase along the circumferential direction so that the winding direction is in the order of the forward direction, reverse direction,
2. The three-phase rotating electrical machine according to claim 1, wherein the teeth of the same phase are arranged opposite to different magnetic poles alternately.
The three-phase rotating electric machine according to claim 1 or 2, wherein the number of magnetic poles is 20 or more.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008020799A JP2009183095A (en) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | Three-phase rotating electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008020799A JP2009183095A (en) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | Three-phase rotating electric machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009183095A true JP2009183095A (en) | 2009-08-13 |
Family
ID=41036614
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008020799A Pending JP2009183095A (en) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | Three-phase rotating electric machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009183095A (en) |
-
2008
- 2008-01-31 JP JP2008020799A patent/JP2009183095A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4880804B2 (en) | Synchronous motor drive system | |
JP2008193785A (en) | Three-phase rotary electric machine | |
JP5542849B2 (en) | Switched reluctance motor | |
JP2009247046A (en) | Rotary electric machine | |
JP2013074743A (en) | Rotary electric machine | |
JP6388611B2 (en) | Hybrid field double gap synchronous machine | |
KR101437043B1 (en) | Dual Stator Type Electric Apparatus with Displaced Permanent Magnet | |
JP5546224B2 (en) | Magnet generator | |
JP2017028847A (en) | Stator of rotary electric machine and rotary electric machine | |
JP5063956B2 (en) | Slotless motor | |
JP2016208800A (en) | Electric motor | |
TWI555306B (en) | High efficiency power generator | |
JP2010094010A (en) | Vibration motor | |
WO2014030246A1 (en) | Rotating electrical machine and wind generator system | |
EP2980961B1 (en) | Magnet generator | |
JP5668181B1 (en) | Magnet generator | |
JP6451990B2 (en) | Rotating electric machine | |
JP2009232650A (en) | Rotating electrical machine | |
JP6096646B2 (en) | motor | |
JP2010081670A (en) | Alternating current generator | |
JP2009183095A (en) | Three-phase rotating electric machine | |
JP2007306746A (en) | Polyphase motor | |
JP2014176137A (en) | Double stator type switched reluctance rotating machine | |
JP5602889B2 (en) | Winding structure and rotating electric machine | |
JP7330570B1 (en) | brushless motor |