JP2010166745A - Variable characteristics rotating electrical machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、径方向または軸線方向に所定のエアギャップを持たせて同心に配したステータと、少なくとも2個のロータとを具える、アキシャルギャップ型またはラジアルギャップ型回転電機に関し、特に動作特性を可変にした可変特性回転電機に関するものである。 The present invention relates to an axial gap type or radial gap type rotating electrical machine including a stator concentrically arranged with a predetermined air gap in a radial direction or an axial direction, and at least two rotors, and particularly has operating characteristics. The present invention relates to a variable characteristic rotating electrical machine that is variable.
この種の可変特性回転電機としては従来、例えば特許文献1に記載のようなものが知られている。
この可変特性回転電機は、軸線方向に所定のエアギャップを持たせて同心に、軸線方向対向配置したステータおよびロータを具えるアキシャルギャップ型回転電機において、
ロータを軸線方向へ変位可能とし、高速回転時はロータをステータに対し相対的に軸線方向へ変位させて磁気的に短絡させ、当該高速回転時に顕著となる誘起電圧を低減させるものである。
As this type of variable-characteristic rotating electric machine, there has conventionally been known one as described in
This variable characteristic rotating electric machine is an axial gap type rotating electric machine having a stator and a rotor arranged concentrically and concentrically with a predetermined air gap in the axial direction.
The rotor can be displaced in the axial direction, and at the time of high speed rotation, the rotor is displaced in the axial direction relative to the stator and magnetically short-circuited to reduce the induced voltage that becomes noticeable at the time of high speed rotation.
しかし従来のように、全てのロータをステータに対し相対的に軸線方向へ変位させるのでは、無負荷磁束の低減により高速回転時における誘起電圧を低下させ得るものの、
ロータ軸のインダクタンスが増大してロータの突極比が小さくなり、リラクタンストルクが減少する。
However, if all rotors are displaced in the axial direction relative to the stator as in the past, the induced voltage during high-speed rotation can be reduced by reducing the no-load magnetic flux,
The inductance of the rotor shaft increases, the rotor salient pole ratio decreases, and the reluctance torque decreases.
このため、リラクタンストルクにより回転されるロータが存在する回転電機においては、上記リラクタンストルクの減少により回転電機の出力トルクが低下してしまうという問題があった。 For this reason, in the rotating electrical machine in which the rotor rotated by the reluctance torque exists, there is a problem that the output torque of the rotating electrical machine decreases due to the decrease in the reluctance torque.
本発明は上記の問題に鑑み、リラクタンストルクの減少を抑制しつつ、高速回転時における誘起電圧を低下させ得るようにした可変特性回転電機を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a variable characteristic rotating electrical machine that can reduce an induced voltage during high-speed rotation while suppressing a decrease in reluctance torque.
この目的のため、本発明による可変特性回転電機は、請求項1に記載のごとく、
所定のエアギャップを持たせて同心に配したステータと、少なくとも2個のロータとを具え、
ロータを磁気的に短絡させて、これに伴う界磁変化により特性を変化させるようにした可変特性回転電機において、
前記ロータ間で突極比を異ならせ、
これらロータのうち一のロータと前記ステータとの間に、永久磁石による界磁を有し、且つ、前記ステータのヨークを通る磁路を形成して、誘導トルクを発生させるよう構成し、
他のロータとステータとの間に、永久磁石を含まない界磁を有し、且つ、前記ステータのヨークを通る磁路を形成して、リラクタンストルクを発生させるよう構成し、
前記突極比の異なるロータの一方のみを磁気的に短絡させて、前記特性変化を惹起するよう構成した点に特徴づけられるものである。
For this purpose, the variable characteristic rotating electric machine according to the present invention is as described in
A stator having a predetermined air gap and concentrically arranged, and at least two rotors,
In the variable characteristic rotating electrical machine in which the rotor is magnetically short-circuited and the characteristics are changed by the magnetic field change accompanying this,
Different salient pole ratios between the rotors,
Between the rotor of one of these rotors and the stator, a field is formed by a permanent magnet, and a magnetic path passing through the yoke of the stator is formed to generate an induction torque.
A field that does not include a permanent magnet is formed between the other rotor and the stator, and a magnetic path that passes through the yoke of the stator is formed to generate reluctance torque.
Only one of the rotors having different salient pole ratios is magnetically short-circuited to cause the characteristic change.
かかる本発明の可変特性回転電機によれば、
突極比の異なるロータの一方のみを磁気的に短絡させることで回転電機の特性を変化させ得るよう構成したため、
全てのロータを磁気的に短絡させることなく所期の目的を達成することができ、従ってロータ軸のインダクタンスが増大してリラクタンストルクが減少するような事態を生ずることなく、回転電機の特性を変化させることができる。
According to the variable characteristic rotating electric machine of the present invention,
Because it is configured to change the characteristics of the rotating electrical machine by magnetically short-circuiting only one of the rotors with different salient pole ratios,
The desired purpose can be achieved without magnetically shorting all the rotors, thus changing the characteristics of the rotating electrical machine without causing a situation where the inductance of the rotor shaft increases and the reluctance torque decreases. Can be made.
このため、リラクタンストルクにより回転されるロータが存在する回転電機であっても、回転電機の出力トルク低下を伴うことなく、回転電機の特性を、誘起電圧が抑制された高速回転時用の特性にすることができる。 For this reason, even in a rotating electrical machine in which a rotor that is rotated by reluctance torque exists, the characteristics of the rotating electrical machine are changed to characteristics for high-speed rotation in which the induced voltage is suppressed without being accompanied by a reduction in output torque of the rotating electrical machine. can do.
以下、本発明の実施の形態を、図示の第1実施例〜第5実施例に基づき詳細に説明する。
<第1実施例>
図1(a)は、本発明の第1実施例になる可変特性回転電機を示す要部縦断側面図で、1はステータを示し、2,3はロータを示す。
ステータ1は、円環状電機子鉄心4の軸線方向両側へ突出するヨーク5,6にそれぞれ電機子巻線7,8を巻装し、これら電機子鉄心4および電機子巻線7,8を樹脂モールド9により覆って円環状に造る。
かかる円環状のステータ1は、その外周面をハウジング10内に嵌着する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on illustrated first to fifth embodiments.
<First embodiment>
FIG. 1 (a) is a longitudinal sectional side view showing a main part of a variable characteristic rotating electric machine according to a first embodiment of the present invention, in which 1 indicates a stator, and 2 and 3 indicate rotors.
The
Such an
ステータ1の軸線方向両側にそれぞれ、所定のアキシャルエアギャップを持たせて、ロータ2,3を同軸に対向配置し、これらロータ2,3をロータ軸11上に支承する。
The
一方のロータ2は、円環状回転界磁鉄心12に永久磁石列13を設けて構成し、この永久磁石列13は、ステータヨーク5の配列円と軸線方向に対向するよう配置する。
そして永久磁石列13は図1(b)に示すように、N極永久磁石13aおよびS極永久磁石13bの円周方向交互配置により構成し、これらN極永久磁石13aおよびS極永久磁石13bを両者間に隙間が存在しないようにして、ロータ2の突極比を比較的小さくする。
One
As shown in FIG. 1 (b), the
かかるロータ2をロータ軸11上に支承するに際しては、ロータ2をロータ軸11上に回転係合させて、しかし軸線方向変位可能に支持する。
そして、ロータ2がかかる軸線方向変位によりステータ1に接近するとき、ロータ2を磁気的に短絡させて界磁変化を生じさせる磁気短絡突起14を、ステータ1と対向するロータ2の面に固設する。
When the
Then, when the
他方のロータ3は図1(a)に示すごとく、円環状回転界磁鉄心15に突極列16を設けて構成し、この突極列16は、ステータヨーク6の配列円と軸線方向に対向するよう配置する。
そして突極列16は図1(c)に示すように、凸極16aおよび凹部16bの円周方向交互配置により構成して、ロータ3の突極比をロータ2の突極比よりも大きくする。
As shown in FIG. 1 (a), the
As shown in FIG. 1 (c), the
かかるロータ3をロータ軸11上に支承するに際しては、ロータ3をロータ軸11上に回転係合させ、且つ、軸線方向変位不能に支持する。
When the
上記した第1実施例になる可変特性回転電機の作用を以下に説明する。
本実施例の回転電機を駆動するに際しては、ステータ1の電機子巻線7,8に電流を供給する。
このとき図1(a)に示すように、ステータ1およびロータ2間には、永久磁石列13による界磁を有した軸線方向磁路αmが発生し、ステータ1およびロータ3間には、永久磁石を含まない突極列16による界磁を有した軸線方向磁路αrが発生する。
The operation of the variable characteristic rotating electrical machine according to the first embodiment will be described below.
When driving the rotating electrical machine of this embodiment, current is supplied to the
At this time, as shown in FIG. 1 (a), an axial magnetic path αm having a field by the
ところで低速回転時は、ロータ2,3のうち突極比の小さなロータ2を図1(a)に示すように、ステータ1との間に低速回転時用のアキシャルエアギャップが存在するよう、ステータ1から離間させておく。
By the way, during low-speed rotation, the
この場合、永久磁石列13を含む界磁による(誘導モータによる)誘導トルクTm、および、永久磁石列13を含まない突極列16を介した界磁による(リラクタンスモータによる)リラクタンストルクTrはそれぞれ、電機子巻線7,8へ供給する電流のβ角(電気角)に対し図6(a)に一点鎖線および二点鎖線で例示するようなものとなり、
これらの和値である回転電機の全体的な出力トルクTtotal(=Tm+Tr)は、図6(a)に実線で示すようなものとなる。
In this case, the induction torque Tm by the field including the permanent magnet array 13 (by the induction motor) and the reluctance torque Tr by the field via the
The total output torque Ttotal (= Tm + Tr) of the rotating electrical machine, which is the sum of these values, is as shown by the solid line in FIG. 6 (a).
一方で誘起電圧が大きくなる高速回転時は、ロータ2,3のうち突極比の小さなロータ2を図1(a)に示す位置から図の右方へ変位させてステータ1に接近させ、ステータ1との間におけるアキシャルエアギャップを高速回転時用の小さなものにする。
これにより、磁気短絡突起14がステータ1に接近して、ロータ2を磁気的に短絡させ、無負荷磁束の低減により高速回転時における誘起電圧を低下させることができる。
On the other hand, during high-speed rotation where the induced voltage increases,
As a result, the magnetic short-
ちなみにこの場合、永久磁石列13を含む界磁による誘導トルクTm、および、永久磁石列13を含まない突極列16を介した界磁によるリラクタンストルクTrはそれぞれ、電機子巻線7,8へ供給する電流の電気角βに対し図6(b)に一点鎖線および二点鎖線で示すようなものとなり、
これらの和値である回転電機の全体的な出力トルクTtotal(=Tm+Tr)は、図6(b)に破線で示すようなものとなる。
Incidentally, in this case, the induction torque Tm due to the field including the
The total output torque Ttotal (= Tm + Tr) of the rotating electrical machine, which is the sum of these values, is as shown by a broken line in FIG. 6 (b).
しかし、誘起電圧を低減させるに際し、突極比の小さなロータ2のみをステータ1に接近するよう軸線方向へ変位させてロータ2の磁気的な短絡を行うだけであり、他方のロータ3はステータ1との間におけるアキシャルエアギャップを不変に保つため、
図6(a)の二点鎖線と図6(b)の二点鎖線との対比から明らかなように、リラクタンストルクTrの磁気的短絡前から磁気的短絡後への低下を抑制することができ、
回転電機の全体的な出力トルクTtotalの磁気的短絡前から磁気的短絡後への低下を、図6(c)の実線レベルから破線レベルへの低下程度に抑えることができる。
However, when reducing the induced voltage, only the
As is clear from the comparison between the two-dot chain line in FIG. 6 (a) and the two-dot chain line in FIG. 6 (b), the decrease of the reluctance torque Tr from before the magnetic short circuit to after the magnetic short circuit can be suppressed. ,
The decrease in the overall output torque Ttotal of the rotating electrical machine from before the magnetic short-circuit to after the magnetic short-circuit can be suppressed to the level from the solid line level in FIG. 6 (c) to the broken line level.
なお、図6(c)の実線で示す出力トルクTtotal(磁気的短絡前)、および、破線で示す出力トルクTtotal(磁気的短絡後)の比較から明らかなように、
電機子巻線7,8へ供給する電流の電気角βは、その絶対値が誘導トルクTmの低下に伴って大きくなるよう変化させるのが、上記の作用効果が顕著になる意味合いにおいて好ましいのは勿論である。
As is clear from the comparison of the output torque Ttotal (before magnetic short circuit) indicated by the solid line in FIG. 6 (c) and the output torque Ttotal (after magnetic short circuit) indicated by the broken line,
The electrical angle β of the current supplied to the
<第2実施例>
図2は、本発明の第2実施例になる可変特性回転電機を示すもので、
本実施例においてはステータ1を図2(a)に示すごとく、円環状に配列した電機子鉄心21と、その円周方向へ延在するヨーク22にトロイダル巻きした電機子巻線23と、これら電機子鉄心21および電機子巻線23を樹脂モールド24により覆って円環状に造り、
かかる円環状ステータ1の外周面をハウジング10内に嵌着して、ステータ1をハウジング10内に収納する。
<Second embodiment>
FIG. 2 shows a variable characteristic rotating electric machine according to a second embodiment of the present invention.
In this embodiment, as shown in FIG. 2 (a), the
The outer peripheral surface of the
ロータ2,3をそれぞれ、図2(b),(c)に示すように前記した第1実施例と同様に構成し、これらロータ2,3をそれぞれ、第1実施例と同様の要領でステータ1の軸線方向両側に同軸に対向配置するなど、
上記のごとくステータ1のコイルをトロイダル巻き巻線23とする以外は、図1,2に示す第1実施例と同様な構成を踏襲する。
The
As described above, the same configuration as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is followed except that the coil of the
従って、上記した第2実施例になる可変特性回転電機も、第1実施例と同様に作用して同様な作用効果を達成することができるが、
この第2実施例においては、ステータ1のコイルをトロイダル巻き巻線23とすることで、ステータ1の軸線方向寸法を小さくすることができる。
Therefore, the variable characteristic rotating electric machine according to the second embodiment described above can also be operated in the same manner as in the first embodiment to achieve the same effect.
In the second embodiment, the axial dimension of the
<第3実施例>
図3は、本発明の第3実施例になる可変特性回転電機を示す要部縦断側面図である。
本実施例においては、基本的に図1(a)に示す第1実施例と同様に構成するが、ステータ1をおよびロータ2,3を特に以下のようなものとする。
<Third embodiment>
FIG. 3 is a longitudinal sectional side view of an essential part showing a variable characteristic rotating electric machine according to a third embodiment of the present invention.
This embodiment is basically configured in the same manner as the first embodiment shown in FIG. 1 (a), except that the
つまり、円環状電機子鉄心4の軸線方向両側にそれぞれ、一対のヨーク5-1,5-2および6-1,6-2を突出させて設け、
各ヨーク5-1,5-2および6-1,6-2に電機子巻線7-1,7-2および8-1,8-2を巻装し、
これら電機子鉄心4および電機子巻線7-1,7-2および8-1,8-2を樹脂モールド9により覆って円環状に造る。
かかる円環状のステータ1は、その外周面をハウジング10内に嵌着する。
That is, a pair of yokes 5-1, 5-2 and 6-1, 6-2 are provided so as to protrude on both sides in the axial direction of the
Armature windings 7-1, 7-2 and 8-1, 8-2 are wound around each yoke 5-1, 5-2 and 6-1, 6-2,
The
Such an
ステータ1の軸線方向両側にそれぞれ、所定のアキシャルエアギャップを持たせて同軸に対向配置するロータ2,3はそれぞれ、以下のような構成とする。
Each of the
一方のロータ2は、円環状回転界磁鉄心12に永久磁石列13-1,13-2を設けて構成し、これら永久磁石列13-1,13-2はそれぞれ、ステータヨーク5-1,5-2の配列円と軸線方向に対向するよう配置する。
そして永久磁石列13-1,13-2はそれぞれ、図1(b)に示す永久磁石列13と同様に、N極永久磁石およびS極永久磁石の円周方向交互配置により構成し、これらN極永久磁石およびS極永久磁石を両者間に隙間が存在しないようにして、ロータ2の突極比を比較的小さくする。
One
Each of the permanent magnet arrays 13-1 and 13-2 is constituted by alternately arranging the N pole permanent magnets and the S pole permanent magnets in the circumferential direction, like the
かかるロータ2はロータ軸11上に支承し、この際ロータ2をロータ軸11上に回転係合させて、しかし軸線方向変位可能に支持する。
そして、ロータ2がかかる軸線方向変位によりステータ1に接近するとき、ロータ2を磁気的に短絡させて界磁変化を生じさせる磁気短絡突起14を、ステータ1と対向するロータ2の面に固設する。
The
Then, when the
他方のロータ3は、円環状回転界磁鉄心15に突極列16-1,16-2を設けて構成し、これら突極列16-1,16-2は、ステータヨーク6-1,6-2の配列円と軸線方向に対向するよう配置する。
そして突極列16-1,16-2はそれぞれ、図1(c)に示す突極列16と同様に、凸極および凹部の円周方向交互配置により構成して、ロータ3の突極比をロータ2の突極比よりも大きくする。
The
Each of the salient pole rows 16-1 and 16-2 is configured by alternately arranging convex poles and concave portions in the circumferential direction, like the
かかるロータ3はロータ軸11上に支承し、この際ロータ3をロータ軸11上に回転係合させ、且つ、軸線方向変位不能に支持する。
それ以外は、図1に示す第1実施例と同様に構成する。
The
Other than that, the configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
上記した第3実施例になる可変特性回転電機の作用を以下に説明する。
本実施例の回転電機を駆動するに際しては、ステータ1の電機子巻線7-1,7-2および8-1,8-2に電流を供給する。
このとき図3に示すように、ステータ1およびロータ2間には、永久磁石列13-1,13-2による界磁を有した軸線方向磁路αmが発生し、ステータ1およびロータ3間には、永久磁石を含まない突極列16-1,16-2による界磁を有した軸線方向磁路αrが発生する。
The operation of the variable characteristic rotating electrical machine according to the third embodiment will be described below.
When driving the rotating electrical machine of the present embodiment, current is supplied to the armature windings 7-1, 7-2 and 8-1, 8-2 of the
At this time, as shown in FIG. 3, an axial magnetic path αm having a field due to the permanent magnet arrays 13-1 and 13-2 is generated between the
ところで本実施例においては、上記したステータヨーク5-1,5-2および6-1,6-2(電機子巻線7-1,7-2および8-1,8-2)の特異な構成配置と、ロータ2に係わる永久磁石列13-1,13-2の特異な構成配置と、ロータ3に係わる突極列16-1,16-2の特異な構成配置とにより、軸線方向磁路αm,αrが短くなって鉄損が低減され、回転電機の効率を向上させることができる。
By the way, in the present embodiment, the unique stator yokes 5-1, 5-2 and 6-1, 6-2 (armature windings 7-1, 7-2 and 8-1, 8-2) described above are used. Due to the configuration, the unique configuration of the permanent magnet rows 13-1 and 13-2 related to the
回転電機の低速回転時は、ロータ2,3のうち突極比の小さなロータ2を図3に示すように、ステータ1との間に低速回転時用のアキシャルエアギャップが存在するよう、ステータ1から離間させておく。
When the rotating electrical machine rotates at a low speed, the
この場合、永久磁石列13-1,13-2を含む界磁による(誘導モータによる)誘導トルクTm、および、永久磁石列13-1,13-2を含まない突極列16-1,16-2を介した界磁による(リラクタンスモータによる)リラクタンストルクTrはそれぞれ、電機子巻線7-1,7-2および8-1,8-2へ供給する電流のβ角(電気角)に対し図6(a)に一点鎖線および二点鎖線で例示するようなものとなり、
これらの和値である回転電機の全体的な出力トルクTtotal(=Tm+Tr)は、図6(a)に実線で示すようなものとなる。
In this case, the induction torque Tm by the field including the permanent magnet rows 13-1 and 13-2 (by the induction motor) and the salient pole rows 16-1 and 16 not including the permanent magnet rows 13-1 and 13-2 The reluctance torque Tr due to the field via -2 (by the reluctance motor) is the β angle (electrical angle) of the current supplied to the armature windings 7-1,7-2 and 8-1,8-2, respectively. On the other hand, as shown in FIG. 6 (a) by a one-dot chain line and a two-dot chain line,
The total output torque Ttotal (= Tm + Tr) of the rotating electrical machine, which is the sum of these values, is as shown by the solid line in FIG. 6 (a).
一方で誘起電圧が大きくなる高速回転時は、ロータ2,3のうち突極比の小さなロータ2を図3に示す位置から図の右方へ変位させてステータ1に接近させ、ステータ1との間におけるアキシャルエアギャップを高速回転時用の小さなものにする。
これにより、磁気短絡突起14がステータ1に接近して、ロータ2を磁気的に短絡させ、無負荷磁束の低減により高速回転時における誘起電圧を低下させることができる。
On the other hand, during high-speed rotation where the induced voltage increases,
As a result, the magnetic short-
ちなみにこの場合、永久磁石列13-1,13-2を含む界磁による誘導トルクTm、および、永久磁石列13-1,13-2を含まない突極列16-1,16-2を介した界磁によるリラクタンストルクTrはそれぞれ、電機子巻線7-1,7-2および8-1,8-2へ供給する電流の電気角βに対し図6(b)に一点鎖線および二点鎖線で示すようなものとなり、
これらの和値である回転電機の全体的な出力トルクTtotal(=Tm+Tr)は、図6(b)に破線で示すようなものとなる。
Incidentally, in this case, the induction torque Tm caused by the field including the permanent magnet rows 13-1 and 13-2 and the salient pole rows 16-1 and 16-2 not including the permanent magnet rows 13-1 and 13-2 are used. The reluctance torque Tr due to the magnetic field is shown in FIG. 6 (b) with respect to the electrical angle β of the current supplied to the armature windings 7-1, 7-2 and 8-1, 8-2. It will be as shown by the chain line,
The total output torque Ttotal (= Tm + Tr) of the rotating electrical machine, which is the sum of these values, is as shown by a broken line in FIG. 6 (b).
しかし、誘起電圧を低減させるに際し、突極比の小さなロータ2のみをステータ1に接近するよう軸線方向へ変位させてロータ2の磁気的な短絡を行うだけであり、他方のロータ3はステータ1との間におけるアキシャルエアギャップを不変に保つため、
図6(a)の二点鎖線と図6(b)の二点鎖線との対比から明らかなように、リラクタンストルクTrの磁気的短絡前から磁気的短絡後への低下を抑制することができ、
回転電機の全体的な出力トルクTtotalの磁気的短絡前から磁気的短絡後への低下を、図6(c)の実線レベルから破線レベルへの低下程度に抑えることができる。
However, when reducing the induced voltage, only the
As is clear from the comparison between the two-dot chain line in FIG. 6 (a) and the two-dot chain line in FIG. 6 (b), the decrease of the reluctance torque Tr from before the magnetic short circuit to after the magnetic short circuit can be suppressed. ,
The decrease in the overall output torque Ttotal of the rotating electrical machine from before the magnetic short-circuit to after the magnetic short-circuit can be suppressed to the level from the solid line level in FIG. 6 (c) to the broken line level.
<第4実施例>
図4は、本発明の第4実施例になる可変特性回転電機を示し、本実施例は、図3の第3実施例と同様に磁路αm,αrを短くする効果を、第3実施例と異なる構成によって達成し得るようにしたものである。
<Fourth embodiment>
FIG. 4 shows a variable characteristic rotating electric machine according to a fourth embodiment of the present invention. This embodiment has the effect of shortening the magnetic paths αm and αr as in the third embodiment of FIG. It can be achieved by different configurations.
この目的のため本実施例では、ロータ2,3を図3に示す第3実施例と同様な構成にするが、ステータ1を以下のような特異な構成となす。
つまりステータ1を、円環状に配列した電機子鉄心31と、矢印Aで示す径方向へ延在する電機子鉄心31のヨーク32に巻装した電機子巻線33と、これら電機子鉄心31および電機子巻線33を樹脂モールド34により覆って円環状に造り、
かかる円環状ステータ1の外周面をハウジング10内に嵌着して、ステータ1をハウジング10内に収納する。
For this purpose, in this embodiment, the
In other words, the
The outer peripheral surface of the
かかる第4実施例の可変特性回転電機によれば、回転電機を駆動するに際しステータ1の電機子巻線33に電流を供給すると、
ステータ1およびロータ2間には、永久磁石列13-1,13-2による界磁を有した軸線方向磁路αmが発生し、ステータ1およびロータ3間には、永久磁石を含まない突極列16-1,16-2による界磁を有した軸線方向磁路αrが発生する。
According to the variable characteristic rotating electric machine of the fourth embodiment, when a current is supplied to the armature winding 33 of the
Between the
これら軸線方向磁路αm,αrは、図3に示す第3実施例と同様なものであり、磁路αm,αrが短くて鉄損を低減することができ、
結果として第3実施例と同様に、しかしこれとは別の構成により回転電機の効率を向上させることができる。
These axial magnetic paths αm, αr are the same as those in the third embodiment shown in FIG. 3, and the magnetic paths αm, αr are short, and iron loss can be reduced.
As a result, the efficiency of the rotating electrical machine can be improved in the same manner as in the third embodiment, but with a different configuration.
<第5実施例>
図5は、本発明の第5実施例になる可変特性回転電機を示し、本実施例は、ラジアルギャップ型回転電機を、前記した各実施例と同様な作用効果が奏し得られるようにしたものである。
<Fifth embodiment>
FIG. 5 shows a variable characteristic rotating electric machine according to a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, a radial gap type rotating electric machine is obtained such that the same operational effects as those of the respective embodiments described above can be obtained. It is.
このため回転電機を、円環状のステータ41と、該ステータ41の径方向外方に所定のラジアルエアギャップを持たせて同心に配したアウターロータ42と、ステータ41の径方向内方に所定のラジアルエアギャップを持たせて同心に配したインナーロータ43とで構成する。
For this reason, the rotating electrical machine includes an
ステータ41は、円環状に配列した電機子鉄心44と、矢印Cで示す軸線方向へ延在する電機子鉄心44のヨーク45に巻装した電機子巻線46と、これら電機子鉄心44および電機子巻線46を樹脂モールド47により覆って円環状に造り、
かかる円環状ステータ41の外周面をハウジング10内に嵌合して、ステータ41をハウジング10内に軸線方向ストローク可能に、しかし回転不能にして収納する。
The
The outer peripheral surface of the
ステータ41の径方向外方に位置するアウターロータ42は、ステータ41の電機子鉄心44と対向する内周面箇所に永久磁石列13-1,13-2を設けて構成する。
そして永久磁石列13-1,13-2はそれぞれ、図1(b)に示す永久磁石列13と同様に、N極永久磁石およびS極永久磁石の円周方向交互配置により構成し、これらN極永久磁石およびS極永久磁石を両者間に隙間が存在しないようにして、ロータ2の突極比を比較的小さくする。
かかるアウターロータ42はロータ軸11上に支承し、この際ロータ2をロータ軸11上に軸線方向変位不能に回転係合させる。
The
Each of the permanent magnet arrays 13-1 and 13-2 is constituted by alternately arranging the N pole permanent magnets and the S pole permanent magnets in the circumferential direction, like the
The
ステータ41の径方向内方に位置するインナーロータ43は、ステータ41の電機子鉄心44と対向する外周面箇所に突極列16-1,16-2を設けて構成する。
そして突極列16-1,16-2はそれぞれ、図1(c)に示す突極列16と同様に、凸極および凹部の円周方向交互配置により構成して、インナーロータ43の突極比をアウターロータ42の突極比よりも大きくする。
かかるロータ43はロータ軸11上に支承し、この際ロータ43をロータ軸11上に回転係合させ、且つ、軸線方向変位不能に支持する。
The
Each of the salient pole rows 16-1 and 16-2 is formed by alternately arranging convex poles and concave portions in the circumferential direction, like the
The
ハウジング10には、円環状ステータ41をハウジング10内で軸線方向にストロークさせるためのアクチュエータ48を設ける。
そして、このアクチュエータ48によりステータ47を図5の左方へストロークさせるとき、アウターロータ42に接近するステータ41の肩面49に磁気短絡突起50を設ける。
この突起50は、ステータ47をアクチュエータ48により図5の左方へストロークさせるとき、アウターロータ42に接近してアウターロータ42を磁気的に短絡させて界磁変化を生じさせるものとする。
The
Then, when the
When the
上記した第5実施例になる可変特性回転電機の作用を以下に説明する。
本実施例の回転電機を駆動するに際しては、ステータ41の電機子巻線46に電流を供給する。
このとき、ステータ41およびアウターロータ42間には、永久磁石列13-1,13-2による界磁を有した磁路αmが発生し、ステータ41およびインナーロータ43間には、永久磁石を含まない突極列16-1,16-2による界磁を有した軸線方向磁路αrが発生する。
The operation of the variable characteristic rotating electrical machine according to the fifth embodiment will be described below.
When driving the rotating electrical machine of this embodiment, a current is supplied to the armature winding 46 of the
At this time, a magnetic path αm having a field by the permanent magnet arrays 13-1 and 13-2 is generated between the
ところで本実施例においては、上記したステータヨーク45(電機子巻線46)の特異な構成配置と、アウターロータ42に係わる永久磁石列13-1,13-2の特異な構成配置と、インナーロータ43に係わる突極列16-1,16-2の特異な構成配置とにより、磁路αm,αrが短くなって鉄損が低減され、回転電機の効率を向上させることができる。
By the way, in the present embodiment, the unique configuration of the stator yoke 45 (armature winding 46) described above, the unique configuration of the permanent magnet rows 13-1 and 13-2 related to the
回転電機の低速回転時は、アクチュエータ48によりステータ41を図示のストローク位置に保つ。
このとき磁気短絡突起50は、突極比の小さなアウターロータ42との間に低速回転時用のエアギャップが存在するよう、アウターロータ42から離間している。
When the rotating electric machine rotates at a low speed, the
At this time, the magnetic short-
この場合、永久磁石列13-1,13-2を含む界磁による(誘導モータによる)誘導トルクTm、および、永久磁石列13-1,13-2を含まない突極列16-1,16-2を介した界磁による(リラクタンスモータによる)リラクタンストルクTrはそれぞれ、電機子巻線46へ供給する電流のβ角(電気角)に対し図6(a)に一点鎖線および二点鎖線で例示するようなものとなり、
これらの和値である回転電機の全体的な出力トルクTtotal(=Tm+Tr)は、図6(a)に実線で示すようなものとなる。
In this case, the induction torque Tm by the field including the permanent magnet rows 13-1 and 13-2 (by the induction motor) and the salient pole rows 16-1 and 16 not including the permanent magnet rows 13-1 and 13-2 The reluctance torque Tr due to the field via -2 (by the reluctance motor) is shown by a one-dot chain line and a two-dot chain line in FIG. It ’s like an example,
The total output torque Ttotal (= Tm + Tr) of the rotating electrical machine, which is the sum of these values, is as shown by the solid line in FIG. 6 (a).
一方で誘起電圧が大きくなる高速回転時は、アクチュエータ48によりステータ41を図示位置から図の左方へストロークさせ、磁気短絡突起50を、突極比の小さなアウターロータ42に接近させて、これとの間におけるエアギャップを高速回転時用の小さなものにする。
このとき磁気短絡突起50は、アウターロータ42への接近により、このアウターロータ42を磁気的に短絡させ、無負荷磁束の低減により高速回転時における誘起電圧を低下させることができる。
On the other hand, during high-speed rotation when the induced voltage increases, the actuator 48 strokes the
At this time, the magnetic short-
ちなみにこの場合、永久磁石列13-1,13-2を含む界磁による誘導トルクTm、および、永久磁石列13-1,13-2を含まない突極列16-1,16-2を介した界磁によるリラクタンストルクTrはそれぞれ、電機子巻線46へ供給する電流の電気角βに対し図6(b)に一点鎖線および二点鎖線で示すようなものとなり、
これらの和値である回転電機の全体的な出力トルクTtotal(=Tm+Tr)は、図6(b)に破線で示すようなものとなる。
Incidentally, in this case, the induction torque Tm caused by the field including the permanent magnet rows 13-1 and 13-2 and the salient pole rows 16-1 and 16-2 not including the permanent magnet rows 13-1 and 13-2 are used. The reluctance torque Tr due to the magnetic field is as shown by the one-dot chain line and the two-dot chain line in FIG. 6 (b) with respect to the electrical angle β of the current supplied to the armature winding 46,
The total output torque Ttotal (= Tm + Tr) of the rotating electrical machine, which is the sum of these values, is as shown by a broken line in FIG. 6 (b).
しかし、誘起電圧を低減させるに際し、突極比の小さなアウターロータ42のみを磁気的に短絡させるだけであり、インナーロータ43の磁界を変化させるものでないことから、
図6(a)の二点鎖線と図6(b)の二点鎖線との対比から明らかなように、リラクタンストルクTrの磁気的短絡前から磁気的短絡後への低下を抑制することができ、
回転電機の全体的な出力トルクTtotalの磁気的短絡前から磁気的短絡後への低下を、図6(c)の実線レベルから破線レベルへの低下程度に抑えることができる。
However, when reducing the induced voltage, only the
As is clear from the comparison between the two-dot chain line in FIG. 6 (a) and the two-dot chain line in FIG. 6 (b), the decrease of the reluctance torque Tr from before the magnetic short circuit to after the magnetic short circuit can be suppressed. ,
The decrease in the overall output torque Ttotal of the rotating electrical machine from before the magnetic short-circuit to after the magnetic short-circuit can be suppressed to the level from the solid line level in FIG. 6 (c) to the broken line level.
1,41 ステータ
2,3,42,43 ロータ
4,21,31,44 電機子鉄心
5, 5-1,5-2,6, 6-1,6-2,22,32,45 ヨーク
7, 7-1,7-2,8,8-1,8-2,23,33,46 電機子巻線
9,24,34,47 樹脂モールド
10 ハウジング
11 ロータ軸
12,15 回転界磁鉄心
13,13-1,13-2 永久磁石列
14,50 磁気短絡突起
16 突極列
48 アクチュエータ
1,41 stator
2,3,42,43 Rotor
4,21,31,44 Armature core
5, 5-1,5-2,6, 6-1,6-2,22,32,45 Yoke
7, 7-1,7-2,8,8-1,8-2,23,33,46 Armature winding
9,24,34,47 Resin mold
10 Housing
11 Rotor shaft
12,15 Rotating field core
13,13-1,13-2 Permanent magnet array
14,50 Magnetic short-circuit projection
16 Salient pole array
48 Actuator
Claims (5)
ロータを磁気的に短絡させて、これに伴う界磁変化により特性を変化させるようにした可変特性回転電機において、
前記ロータ間で突極比を異ならせ、
これらロータのうち一のロータと前記ステータとの間に、永久磁石による界磁を有し、且つ、前記ステータのヨークを通る磁路を形成して、誘導トルクを発生させるよう構成し、
他のロータとステータとの間に、永久磁石を含まない界磁を有し、且つ、前記ステータのヨークを通る磁路を形成して、リラクタンストルクを発生させるよう構成し、
前記突極比の異なるロータの一方のみを磁気的に短絡させて、前記特性変化を惹起するよう構成したことを特徴とする可変特性回転電機。 A stator having a predetermined air gap and concentrically arranged, and at least two rotors,
In the variable characteristic rotating electrical machine in which the rotor is magnetically short-circuited and the characteristics are changed by the magnetic field change accompanying this,
Different salient pole ratios between the rotors,
Between the rotor of one of these rotors and the stator, a field is formed by a permanent magnet, and a magnetic path passing through the yoke of the stator is formed to generate an induction torque.
A field that does not include a permanent magnet is formed between the other rotor and the stator, and a magnetic path that passes through the yoke of the stator is formed to generate reluctance torque.
A variable characteristic rotating electric machine characterized in that only one of the rotors having different salient pole ratios is magnetically short-circuited to cause the characteristic change.
前記ステータのヨークが、ステータの軸線方向または径方向に延在して、前記磁路を該ヨーク延在方向に形成するものであることを特徴とする可変特性回転電機。 In the variable characteristic rotating electrical machine according to claim 1,
The variable characteristic rotating electric machine according to claim 1, wherein a yoke of the stator extends in an axial direction or a radial direction of the stator to form the magnetic path in the yoke extending direction.
前記ステータのヨークがステータの軸線方向に延在するものである場合、該ステータの巻線が該軸線方向を周回するよう巻装され、
前記ステータのヨークがステータの径方向に延在するものである場合、該ステータの巻線が該径方向を周回するよう巻装されたものであることを特徴とする可変特性回転電機。 In the variable characteristic rotating electrical machine according to claim 2,
When the stator yoke extends in the axial direction of the stator, the stator winding is wound so as to circulate in the axial direction;
When the yoke of the stator extends in the radial direction of the stator, the variable characteristic rotating electric machine is characterized in that the winding of the stator is wound around the radial direction.
前記ステータの巻線が、該ステータの前記ヨークにトロイダル巻きして巻装したものであることを特徴とする可変特性回転電機。 In the variable characteristic rotating electrical machine according to claim 1,
The variable characteristic rotating electric machine according to claim 1, wherein the winding of the stator is a toroidal winding wound around the yoke of the stator.
前記ステータの巻線に供給する電流のβ角を、前記誘導トルクの低下に伴って増大させるよう構成したことを特徴とする可変特性回転電機。 In the variable characteristic rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 4,
A variable characteristic rotating electrical machine configured to increase the β angle of the current supplied to the winding of the stator as the induction torque decreases.
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