JP2010045919A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine.
従来から各種回転電機が提案されている。たとえば、特開2005−65385号公報に記載された永久磁石型モータは、中心軸に沿って配置された回転軸と、回転軸近傍に中心軸に平行に延設されたコアと、中心軸方向一端からステータ磁極に対向した位置に延設されたN極磁極と、コアの中心軸方向他端からステータ磁極に対向した位置に延設されたS極磁極とを備えている。さらに、この永久磁石式モータは、コアの一端及び他端間に巻装された界磁巻線と、中心軸方向にみてN極磁極及びS極磁極に挟まれた位置であって、ステータ磁極に対向した位置に配置された円筒形状の永久磁石とを備えている。 Conventionally, various rotating electrical machines have been proposed. For example, a permanent magnet motor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-65385 includes a rotating shaft disposed along a central axis, a core extending in parallel to the central axis in the vicinity of the rotating shaft, and a central axial direction An N-pole magnetic pole extending from one end to a position facing the stator magnetic pole and an S-pole magnetic pole extending from the other end in the central axis direction of the core to a position facing the stator magnetic pole are provided. Further, the permanent magnet type motor includes a field winding wound between one end and the other end of the core, and a position sandwiched between the N-pole magnetic pole and the S-pole magnetic pole as viewed in the central axis direction. And a cylindrical permanent magnet arranged at a position facing the.
また、特開2008−43099号公報に記載された回転電動機は、回転可能な回転シャフトと、筒状に形成されたステータコアと、回転シャフトに固設されたロータコアと、異なる磁性の一組の磁極が、ロータコアの径方向に並ぶようにロータコアに設定された磁石と、ステータコアの外周に設けられた磁界ヨークと、磁界ヨークとロータコアとの間に磁気回路を形成することで、ロータコアとステータコアとの間の磁束密度を制御可能な巻線とを備える。
しかし、特開2005−65385号公報に記載された永久磁石型モータにおいては、コアに供給される磁束量は、ロータに設けられた巻線によって調整されている。このため、ロータが高速回転すると、巻線が僅かにずれたりすることで、ロータに振動が生じる等の問題が生じる。 However, in the permanent magnet type motor described in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-65385, the amount of magnetic flux supplied to the core is adjusted by a winding provided on the rotor. For this reason, when the rotor rotates at a high speed, the windings slightly shift, which causes problems such as vibrations in the rotor.
特開2008−43099号公報に記載された回転電動機においては、ステータコイルからの磁束と、磁石からの磁束が合成されることで、磁気飽和が生じやすくなっている。 In the rotary electric motor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-43099, magnetic saturation is likely to occur because the magnetic flux from the stator coil and the magnetic flux from the magnet are combined.
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、弱め界磁および強め界磁制御を可能な回転電機であって、ロータの回転の振動が抑制されると共に、ロータコア内での磁気飽和の抑制が図られた回転電機を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is a rotating electrical machine capable of field-weakening and field-intensity control, in which the vibration of the rotation of the rotor is suppressed, and the rotor core It is an object of the present invention to provide a rotating electrical machine in which magnetic saturation is suppressed.
本発明に係る回転電機は、回転軸線を中心に回転可能に設けられた回転シャフトと、環状に形成されたステータコアおよび該ステータコアに巻回されたステータコイルを含むステータと、回転シャフトに固設され、ステータ内に挿入されたロータコア、および磁極がロータコアの径方向に並ぶようにロータコアに埋設された磁石を含むロータと、ステータコアの外周に設けられた界磁ヨークと、界磁ヨークとロータとの間に磁気回路を形成することで、ロータコアとステータコアとの間の磁束量を制御可能な巻線とを備える。そして、上記ロータコアには、磁石に対してロータコアの径方向内方側に間隔をあけて位置する空隙部が形成され、磁石と空隙部との間に、磁石からの磁束が流れる磁石用磁束通路が形成される。好ましくは、上記空隙部は、磁石の縁部に沿って延びる。 A rotating electrical machine according to the present invention is fixed to a rotating shaft provided rotatably around a rotation axis, a stator core formed in an annular shape and a stator coil wound around the stator core, and the rotating shaft. A rotor core inserted into the stator, and a rotor including a magnet embedded in the rotor core so that the magnetic poles are aligned in the radial direction of the rotor core; a field yoke provided on the outer periphery of the stator core; and a field yoke and a rotor By forming a magnetic circuit between them, a winding capable of controlling the amount of magnetic flux between the rotor core and the stator core is provided. The rotor core is formed with a gap that is spaced from the magnet on the radially inner side of the rotor core, and a magnetic flux passage for magnet through which the magnetic flux from the magnet flows between the magnet and the gap. Is formed. Preferably, the gap portion extends along the edge of the magnet.
好ましくは、上記磁石は、ロータコアの周方向に間隔を隔てて複数形成され、空隙部は、各磁石に対して、ロータコアの径方向内方側にそれぞれ設けられ、空隙部が、ロータコアの周方向に間隔を隔てて設けられることで、ロータコアのうち、空隙部間に位置する部分に、ステータコイルに電流を供給することで生じる磁束が流れるステータコイル磁束用通路が規定される。好ましくは、上記空隙部の幅は、磁石用磁束通路の幅よりも広く形成される。 Preferably, a plurality of the magnets are formed at intervals in the circumferential direction of the rotor core, and the gap portions are respectively provided on the radially inner side of the rotor core with respect to each magnet, and the gap portions are arranged in the circumferential direction of the rotor core. The stator coil magnetic flux passage through which the magnetic flux generated by supplying current to the stator coil flows is defined in a portion of the rotor core located between the gaps. Preferably, the gap is formed wider than the magnet magnetic flux path.
本発明に係る回転電機によれば、ロータに生じる振動を抑制することができると共に、弱め界磁および強め界磁制御を行うことができ、ロータコア内での磁気飽和の抑制が図られた回転電機を提供することである。 According to the rotating electrical machine of the present invention, it is possible to provide a rotating electrical machine capable of suppressing vibrations generated in the rotor, performing field weakening and field strengthening control, and suppressing magnetic saturation in the rotor core. It is to be.
本実施の形態に係る回転電機について、図1から図8を用いて説明する。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。
A rotating electrical machine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
Note that in the embodiments described below, when referring to the number, amount, and the like, the scope of the present invention is not necessarily limited to the number, amount, and the like unless otherwise specified. In the following embodiments, each component is not necessarily essential for the present invention unless otherwise specified. In addition, when there are a plurality of embodiments below, it is planned from the beginning to appropriately combine the features of each embodiment unless otherwise specified.
なお、下記の実施の形態では、本発明をハイブリッド車両に搭載されるモータジェネレータ(回転電機)に適用した例について図を用いて説明するが、ハイブリッド車両以外の各種車両(たとえば燃料電池車や電気自動車を含む電動車両)や、産業機器、空調機器、環境機器等の様々な機器に搭載される回転電機に対しても本発明は適用可能である。 In the following embodiment, an example in which the present invention is applied to a motor generator (rotary electric machine) mounted on a hybrid vehicle will be described with reference to the drawings. Various vehicles other than the hybrid vehicle (for example, a fuel cell vehicle and an electric vehicle) The present invention can also be applied to rotating electrical machines mounted on various devices such as electric vehicles including automobiles, industrial equipment, air conditioning equipment, and environmental equipment.
図1は、本実施の形態1に係る回転電機10の側断面図であり、図2は、図1のII−II線における断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view of the rotating
この図1および図2に示されるように、回転電機10は、回転シャフト41と、回転シャフト41に固設されたロータ40と、環状に形成されたステータ30と、ステータ30の外周に設けられた界磁ヨーク21と、界磁コイル50,51と備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the rotating
ロータ(回転子)40と、ステータ(固定子)30との間には、エアギャップGPが設けられており、ロータ40とステータ30とは、互いに僅かに径方向に離間するように配置されている。ステータ30は、中空円筒状に形成されており、複数の電磁鋼板を積層することで構成されている。ステータ30内には、ロータ40および回転シャフト41が回転軸線Oを中心に回転可能に配置されている。
An air gap GP is provided between the rotor (rotor) 40 and the stator (stator) 30, and the
ロータ40は、回転シャフト41に固設されたロータコア43と、このロータコア43に埋設された磁石44とを有している。
The
そして、ロータコア43は、円筒状に形成された積層ロータコア43aと、この積層ロータコア43aの内周に設けられた圧粉ロータコア43bとを有している。
The
圧粉ロータコア43bは、一体の磁性材料から構成されており、具体的には粉末成形磁性体(SMC:Soft Magnetic Composites)から構成されている。
The
積層ロータコア43aは、複数の電磁鋼板を積層して構成されており、鋼板間には隙間があるため、軸方向の磁気抵抗が、径方向および周方向の磁気抵抗より大きくなっている。このため、積層ロータコア43a内においては、磁石からの磁力線は、軸方向に流れ難く、径方向および周方向に流れやすくなっている。
The laminated
圧粉ロータコア43bは、粉末成形磁性体から構成されているため、圧粉ロータコア43bの軸方向の磁気抵抗は、積層ロータコア43aの軸方向の磁気抵抗より小さくされている。このため、圧粉ロータコア43b内では、積層ロータコア43a内より軸方向に磁力線が流れやすくなっている。界磁ヨーク21は、中空円筒状に形成されており、ステータ30およびロータ40を収容する。界磁ヨーク21は、筒状に形成され、ステータ30の外周面上に装着された側壁部21bと、この側壁部21bの両端部に形成された天板部21aとを備えている。天板部21aの中央部には、貫通孔21dが形成されており、さらに、天板部21aの内表面側には、貫通孔21dを規定する突出部21cが形成されている。貫通孔21dには、軸受46を介して、回転シャフト41が回転可能に嵌め込まれている。
Since the
突出部21cは、環状に形成されており、圧粉ロータコア43bの軸方向端面に向けて突出している。この突出部21cの外周面には、界磁コイル50,51が巻回されている。そして、界磁コイル50,51に電流が供給されることで、磁束が発生した磁束が、突出部21cと圧粉ロータコア43bとの間を流通可能となっている。
The protruding
図2に示すように、積層ロータコア43aには、ロータ40の周方向に間隔を隔てて複数の磁石対42が配置されている。この磁石対42は、ロータ40の外周側に位置する表面がS極とされ、ロータ40の径方向内方側の表面がN極となるように配置されている。さらに、積層ロータコア43aには、磁石対42(磁石44)に対して、ロータコア43の径方向内方側に間隔をあけて位置する空隙部47が形成されている。
As shown in FIG. 2, the laminated
ステータ30は、複数の電磁鋼板を積層することで構成されたステータコア22と、このステータコア22に巻回され、図1に示すステータコイル35とを備えている。ステータコア22の内周面には、周方向に間隔を隔てて複数形成されたステータティース23と、このステータティース23間に位置するスロットとが形成されている。そして、ステータコイル35がステータティース23に巻回されている。
The
なお、図1に示す制御装置100は、回転電機10が出力すべきトルク指令値を回転電機10の外部に設けられたECU(Electrical Control Unit)から受け取って、その受け取ったトルク指令値によって指定されたトルクを出力するためのモータ制御電流を生成し、その生成したモータ制御電流を三相ケーブルを介してステータコイル35に供給する。このように、ステータコイル35に電流を供給することで、ロータ40が回転する。図3は、磁石対42およびその周囲の構成の詳細を示す断面図である。なお、この図3に示す状態においては、界磁コイル50,51には、電流は供給されておらず、所謂、強め界磁制御および弱め界磁制御のいずれの制御も行われていない。
1 receives a torque command value to be output from the rotating
この図3および図2に示すように、磁石対42は、ロータコア43の周方向に配列する2つの磁石44A,44Bを含む。磁石44A,44Bは、V字形状となるように配置されており、それぞれ、ロータコア43に形成された磁石収容孔内に収容されている。空隙部47は、磁石対42の周方向中央部に位置する部分から、磁石対42の周方向端部に向かうに従って、漸次、ロータコア43の径方向外方側に沿うように屈曲している。そして、空隙部47は、磁石対42の径方向内方側の外周縁部に沿って延びている。
As shown in FIGS. 3 and 2, the
そして、積層ロータコア43aのうち、磁石44A,44Bと、空隙部47との間に位置する部分には、磁束経路部48が形成されている。この磁束経路部48は、磁石44A,44Bに対して、ロータコア43の径方向内方側に隣り合う部分に形成されている。なお、磁束経路部48の径方向の幅は、空隙部47の径方向の幅よりも小さくなっている。
A magnetic
この磁束経路部48は、磁石対42の周方向中央部に位置する部分に対して径方向内方側に隣り部分から、磁石対42の周方向端部に位置する部分に対して径方向内方側に隣り合う部分を通り、ロータコア43の周縁部に達するように延びている。
This magnetic
ここで、図2に示すように、ロータコア43には、複数の磁石対42がロータコア43の周方向に間隔を隔てて複数設けられており、ロータコア43のうち、各磁石対42に対して径方向内方側に位置する部分に、空隙部47が形成されている。そして、ロータコア43のうち、隣り合うロータコア43間に位置する部分には、圧粉ロータコア43bの外周縁部から積層ロータコア43aの外周縁部に達する磁束経路部45が形成されている。なお、この磁束経路部45は、空隙部47によって、圧粉ロータコア43bの外周縁部から積層ロータコア43aの外周縁部に向かうにしたがって、幅細となる規定されている。
Here, as shown in FIG. 2, the
図3において、磁石44Aの表面のうち、径方向内方側の表面から磁束MF10〜磁束MF12が放射され、磁束経路部48内に入り込む。磁束経路部48に対して磁石44Aと反対側に位置する部分には、空隙部47が形成されているため、磁石44Aからの磁束MF10〜磁束MF12が空隙部47を超えて、圧粉ロータコア43bに入り込むことが抑制されている。
In FIG. 3, magnetic fluxes MF <b> 10 to MF <b> 12 are radiated from the radially inner surface of the surface of the
このため、磁石44Aから放射される磁束MF10〜磁束MF12のうち、大半の磁束MF10,MF11が、磁束経路部48を通る。そして、磁石44Aから放射される磁束MF10〜磁束MF12のうち、一部の磁束MF12が空隙部47を超えて、圧粉ロータコア43b内に入り込む。
For this reason, most of the magnetic fluxes MF10 and MF11 out of the magnetic fluxes MF10 to MF12 radiated from the
そして、磁束MF10,MF11は、積層ロータコア43aの外周縁部からエアギャップGPを超えて、ステータティース23Aの端面に達する。
The magnetic fluxes MF10 and MF11 reach the end surface of the
なお、この図3に示す例においては、ステータティース23Bの端面がN磁極となると共に、ステータティース23Eの端面がS磁極となるように、コイル24に電流が供給されている。
In the example shown in FIG. 3, a current is supplied to the coil 24 so that the end face of the stator teeth 23B is an N magnetic pole and the end face of the
これにより、ステータティース23Aからステータコア22内に入り込んだ磁束MF10,MF11は、ステータティース23B内に入り込み、ステータティース23Bの端面からロータコア43内に入り込む。
Thereby, the magnetic fluxes MF10 and MF11 entering the
その一方で、磁束MF13は、圧粉ロータコア43b内をロータコア43の軸方向に進む。そして、図1において、圧粉ロータコア43bの軸方向端部から突出部21c内に入り込む。その後、磁束MF12は、界磁ヨーク21の天板部21aから、側壁部21b内に入り込み、その後、積層ロータコア43a内に入り込む。そして、ステータティース23Bから磁石44Aに戻る。
On the other hand, the magnetic flux MF13 advances in the axial direction of the
ここで、ステータティース23Aは、磁束MF10等が放射される磁束経路部48の端部よりも回転方向P前方側に位置している。さらに、ステータティース23Bの幅方向中央部は、磁石44Aの周方向中央部よりも、回転方向P前方側に位置している。
Here, the
このため、上記のように磁束MF10〜M13によって規定される磁気回路の経路長が短くなるように、ロータコア43には、回転方向Pのトルクが加えられる。
For this reason, torque in the rotational direction P is applied to the
磁石44Bは、磁石44Aに対して回転方向P後方側に位置している。磁石44BのN極側の表面から磁束MF13〜MF14が放射され、磁束経路部48内に入り込む。
The
そして、磁石44Bから放射される磁束MF13〜MF15のうち、大半の磁束MF14,MF15は、磁束経路部48内を進み、磁束経路部48の磁石44B側の端部からステータティース23E内に入り込む。その後、ステータティース23Cの端面からエアギャップGPを介して、積層ロータコア43a内に入り込み、磁石44Bに戻る。
Of the magnetic fluxes MF13 to MF15 radiated from the
その一方で、磁石44Bからのうち、一部の磁束MF13は、空隙部47を超えて、圧粉ロータコア43b内に入り込む。そして、圧粉ロータコア43bを軸方向に進み、圧粉ロータコア43bの軸方向端部から突出部21c内に入り込む。その後、上記界磁ヨーク21内を通り、ステータティース23Bから積層ロータコア43a内に入り込み、磁石44Bに戻る。
On the other hand, a part of the magnetic flux MF13 from the
この際、磁石44Bの幅方向中央部は、ステータティース23C,23Bの幅方向中央部よりも回転方向P後方側に位置している。このため、ロータコア43には、磁束MF13〜MF15によって規定される磁気回路の経路長が短くなるように、ロータコア43には、回転方向Pのトルクが加えられる。
At this time, the central portion in the width direction of the
ここで、磁束MF12,MF13は、ロータ40とステータ30との間を1度通る一方で、他の磁束は、2度通っている。このため、磁束MF12,MF13によって生じるトルクは、他の磁束によって生じる磁束よりも小さくなっている。
Here, the magnetic fluxes MF12 and MF13 pass once between the
その一方で、本実施の形態に係る回転電機10においては、磁石44A,44Bと圧粉ロータコア43bとの間に空隙部47を配置することで、磁束MF12,MF13等のように、圧粉ロータコア43bに向かう磁束を低減することができる。これにより、ロータコア48aの磁気飽和が緩和され、回転電機10のトルクの上昇を図ることができる。特に、空隙部47のロータコア43の径方向の幅は、磁束経路部48の径方向の幅よりも大きいため、空隙部47を超える磁束量を低減することができる。
On the other hand, in the rotating
さらに、空隙部47は、磁石44A,44Bと、圧粉ロータコア43bとの間に位置しており、磁石44A,44Bに沿って延びてるため、磁石44A,44Bから放射される磁束が、圧粉ロータコア43bに達することを良好に抑制することができる。ここで、ステータティース23Eの端面がS磁極となるように、コイル24には、電流が供給されている。そして、ステータティース23の端面がS磁極に励磁することで、磁束MF20,MF21が生じる。
Further, since the
磁束MF20,MF21は、ステータティース23E内を通り、ステータティース23EからエアギャップGPを介して、磁束経路部45内に入り込む。その後、磁束経路部45を回転方向Pに向けて通り、磁束経路部45の径方向端面からエアギャップGPを通り、ステータティース23E内に入り込む。
The magnetic fluxes MF20 and MF21 pass through the
ここで、ステータティース23Eの幅方向中央部は、磁束経路部45の幅方向中央部よりも、回転方向P前方側に位置している。このため、上記の磁束MF20,MF21によって規定される磁気回路の経路長が短くなるように、ロータコア43には、回転方向Pに向かうリラクタンストルクが生じる。
Here, the central portion in the width direction of the
ここで、磁石44Bからの磁束MF14〜MF15は、空隙部47と磁石44Bとの間に形成された磁束経路部48内を通り、その一方で、リラクタンストルクを生み出す磁束MF20,MF21はロータコア43のうち、空隙部47に対して磁束経路部48と反対側に位置する磁束経路部45内を通る。
Here, the magnetic fluxes MF14 to MF15 from the
このため、磁石44Bからの磁束MF14,MF15と、コイル24に電流が供給されることで生じる磁束MF20,MF21とが分離されており、互いの流通領域が空隙部47によって区分されている。
For this reason, the magnetic fluxes MF14 and MF15 from the
このため、ロータコア43内で、磁束密度が過度に高くなる部分が生じることを抑制することができ、磁束が飽和することを抑制することができる。これに伴い、各磁束によって、ロータコア43を回転方向Pに回転させるトルクを生み出すことができる。
For this reason, in the
図4は、強め界磁制御時における回転電機10の側断面図であり、図5は、強め界磁制御時の断面図である。図4に示すように、界磁コイル50,51に電流を供給することで、磁気回路K1を形成する。磁束回路K1を通る磁束MF50,MF51は、まず、突出部21cから圧粉ロータコア43bの軸方向端面に入り込む。そして、圧粉ロータコア43bを軸方向に進む。その後、積層ロータコア43a内に入り込む。ここで、圧粉ロータコア43bは、圧粉磁心によって構成されているため、軸方向および径方向の磁気抵抗が低減されいるため、磁束MF50,MF51は、圧粉ロータコア43b内を軸方向および径方向に良好に流通可能となっている。そして、磁束MF50,MF51が、積層ロータコア43a内に入り込むと、当該磁束MF50,MF51は、積層ロータコア43aを構成する電磁鋼板の主表面に沿って進む。その後、磁束MF50,MF51は、ロータ40の外周縁部からエアギャップGPを通り、ステータ30の内周面に達する。
FIG. 4 is a sectional side view of the rotating
ここで、積層ロータコア43aおよびステータ30は、複数の電磁鋼板を積層することで、構成されているので、磁束MF50,MF51は、積層ロータコア43aおよびステータ30を構成する電磁鋼板の主表面に沿って進み易く、積層ロータコア43aおよびステータ30の軸方向に進み難くなっている。
Here, since the
ステータ30に達した磁束MF50,MF51は、ステータ30を構成する電磁鋼板の主表面に沿って進み、ステータ30の外周縁部から、界磁ヨーク21内に入りこむ。その後、側壁部21bおよび天板部21aを通り、突出部21cに戻る。
The magnetic fluxes MF50 and MF51 reaching the
図5に示すように、強め界磁時には、磁束MF50,MF51は、圧粉ロータコア43bから積層ロータコア43a、エアギャップGPおよびステータコア22を通って、界磁ヨーク21に達している。
As shown in FIG. 5, during the strong field, the magnetic fluxes MF50 and MF51 reach the
このため、圧粉ロータコア43bの外周面は、N極としての性質を有し、界磁ヨーク21の内周面は、S極としての性質を有することになる。
For this reason, the outer peripheral surface of the
ここで、図3に示すように、界磁コイル50,51に電流が供給されていない状態においては、磁石44A,44Bからの磁束のうち、一部の磁束MF12,MF13は、空隙部47を介して、圧粉ロータコア43bに達する。
Here, as shown in FIG. 3, in the state where no current is supplied to the field coils 50 and 51, some of the magnetic fluxes MF12 and MF13 out of the magnetic fluxes from the
しかし、上記図5に示すように、圧粉ロータコア43bの表面がN極としての性質を有することで、上記磁束MF12,MF13が圧粉ロータコア43bに達することが抑制される。
However, as shown in FIG. 5 described above, the surface of the
このため、これら、磁束MF12,MF13においても、磁束MF10,MF11,MF14,MF15と同様に、磁束経路部48およびエアギャップGPを通り、ステータコア22に達するように流通する。その後、各磁束は各ステータティースからエアギャップGPを介して、積層ロータコア43a内に入り込む。
For this reason, these magnetic fluxes MF12 and MF13 also flow so as to reach the
これにより、上記図3に示す状態よりも、エアギャップGPを通って、ステータ30とロータ40との間を通る磁束量の向上を図ることができ、回転電機10のトルクの上昇を図ることができる。
Thereby, the amount of magnetic flux passing between the
また、磁束MF50,MF51も加えられることで、さらに、エアギャップGPを介して、ステータ30およびロータ40間を通る磁束量の向上を図ることができ、発生するトルクの向上を図ることができる。これにより、たとえば、低回転時においても、大きなトルクを得ることができる。
Further, by adding the magnetic fluxes MF50 and MF51, the amount of magnetic flux passing between the
図6は、弱め界磁制御時の回転電機10の側断面図である。この図6に示すように、界磁コイル50,51に電流を供給することで、磁束MF50および磁束MF51によって磁束回路K2が形成される。
FIG. 6 is a sectional side view of the rotating
磁束回路K2を通る磁束MF50,MF51は、突出部21cから天板部21aおよび側壁部21bをとおり、ステータ30の外周面からステータ30内に入り込む。そして、磁束MF50,MF51は、ステータ30を構成する電磁鋼板の主表面に沿って、ステータ30の内周面に向けて進む。その後、ステータ30の内周面からエアギャップGPを介して、ロータ40の積層ロータコア43a内に入り込む。ロータ40内に入り込んだ磁束MF50,MF51は、その後、圧粉ロータコア43b内に入り込み、そして、圧粉ロータコア43bの軸方向に進み、圧粉ロータコア43bの軸方向端面から突出部21c内に入り込む。
Magnetic fluxes MF50 and MF51 passing through the magnetic flux circuit K2 enter the
図7は、上記図6に示す弱め界磁制御時の回転電機10の断面図である。この図7に示すように、磁束MF50,MF51は、界磁ヨーク21からステータコア22、エアギャップGPおよび積層ロータコア43aを介して、圧粉ロータコア43bに達するように進む。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the rotating
このため、界磁ヨーク21の内周面は、N極としての性質を有し、さらに、圧粉ロータコア43bの外周面は、S極としての性質を有する。
For this reason, the inner peripheral surface of the
これにより、磁石44A,44Bからの磁束MF10〜磁束MF15のうち、多くの磁束MF11〜磁束MF14が、圧粉ロータコア43bにひきつけられ、空隙部47を通り、圧粉ロータコア43bに達する。
As a result, among the magnetic fluxes MF10 to MF15 from the
そして、磁束MF11〜磁束MF14は、圧粉ロータコア43bを軸方向に進み、圧粉ロータコア43bの軸方向端部から突出部21cに達する。その後、天板部21a、21bを介して、ステータコア22内に入り込み、各ステータティースからエアギャップGPを介して、積層ロータコア43a内に入り込む。
Then, the magnetic fluxes MF11 to MF14 advance in the
このように、多くの磁束が、圧粉ロータコア43bに入り込むことで、ステータ30とロータ40との間を通る磁束量を低減することができる。ステータコア22に巻回されたコイルを横切る磁束量を低減することができ、ステータコア22に巻回されたコイルに生じる逆起電力を低減することができる。
In this way, a large amount of magnetic flux enters the
そして、ステータコア22に巻回されたコイルに生じる逆起電力を低減することで、コイルに電流を供給することが可能となる。これにより、ロータ40が高速回転しているときにおいても、ステータコイルに電流を供給することが可能となり、さらに、ロータ40を高速回転させることが可能となる。
And it becomes possible to supply an electric current to a coil by reducing the counter electromotive force generated in the coil wound around the
上記のように、本実施の形態に係る回転電機10によれば、弱め界磁制御および強め界磁制御を行うことができ、低回転時に高トルクを確保すると共に、低いトルクでロータ40を高速回転させることができる。
As described above, according to the rotating
なお、図8は、従来の回転電機の磁束密度を示す断面図である。この図8において領域M1が最も磁束密度が高く、領域M1から領域M4に向かうにしたがって、磁束密度が低くなる。図8に示すように、従来の回転電機においては、ロータコアのうち、永久磁石の側方に位置する部分において、磁束密度が高くなっていることが分かる。そして、当該領域においては、リラクタンストルクを発生させる磁束と、永久磁石からの磁束とが混在しており、磁気飽和していることが分かる。 In addition, FIG. 8 is sectional drawing which shows the magnetic flux density of the conventional rotary electric machine. In FIG. 8, the region M1 has the highest magnetic flux density, and the magnetic flux density decreases from the region M1 toward the region M4. As shown in FIG. 8, in the conventional rotating electrical machine, it can be seen that the magnetic flux density is high in the portion of the rotor core located on the side of the permanent magnet. And in the said area | region, the magnetic flux which generate | occur | produces a reluctance torque and the magnetic flux from a permanent magnet are mixed, and it turns out that it is magnetically saturated.
その一方で、本実施の形態に係る回転電機10においては、空隙部47によって、リラクタンストルクを発生させる磁束と、永久磁石からの磁束とが混在することを抑制することができ、磁束が飽和することを抑制することができる。
On the other hand, in the rotating
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。 Although the embodiment of the present invention has been described above, it should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims. Furthermore, the above numerical values are examples, and are not limited to the above numerical values and ranges.
本発明は、回転電機に好適である。 The present invention is suitable for a rotating electrical machine.
10 回転電機、21 界磁ヨーク、22 ステータコア、23 ステータティース、24 コイル、30 ステータ、35 ステータコイル、40 ロータ、41 回転シャフト、42 磁石対、43 ロータコア、43b 圧粉ロータコア、43a 積層ロータコア、44A,44B 磁石、45 磁束経路部、47 空隙部、48 磁束経路部、50,51 界磁コイル、100 制御装置。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
環状に形成されたステータコアおよび該ステータコアに巻回されたステータコイルを含むステータと、
前記回転シャフトに固設され、前記ステータ内に挿入されたロータコア、および磁極が前記ロータコアの径方向に並ぶように前記ロータコアに埋設された磁石を含むロータと、
前記ステータコアの外周に設けられた界磁ヨークと、
前記界磁ヨークと前記ロータとの間に磁気回路を形成することで、前記ロータコアと前記ステータコアとの間の磁束量を制御可能な巻線と、
を備え、
前記ロータコアには、前記磁石に対して前記ロータコアの径方向内方側に間隔をあけて位置する空隙部が形成され、
前記磁石と前記空隙部との間に、前記磁石からの磁束が流れる磁石用磁束通路が形成された、回転電機。 A rotating shaft provided rotatably around a rotation axis;
A stator including an annularly formed stator core and a stator coil wound around the stator core;
A rotor core fixed to the rotating shaft and inserted into the stator, and a rotor including a magnet embedded in the rotor core such that magnetic poles are aligned in the radial direction of the rotor core;
A field yoke provided on the outer periphery of the stator core;
Winding capable of controlling the amount of magnetic flux between the rotor core and the stator core by forming a magnetic circuit between the field yoke and the rotor;
With
In the rotor core, a gap is formed that is spaced from the magnet on the radially inner side of the rotor core.
A rotating electrical machine in which a magnetic flux path for a magnet through which a magnetic flux from the magnet flows is formed between the magnet and the gap.
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