JP2010213509A - Horizontal magnetic flux type synchronous machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、横磁束型同期電動機や横磁束型同期発電機等に代表される横磁束型同期機に関する。 The present invention relates to a transverse flux type synchronous machine represented by a transverse flux type synchronous motor, a transverse flux type synchronous generator, and the like.
非特許文献1として示す下記URL(Uniform Resource Locator)には、「Tranverse Flux」形式の装置の設計方法をテーマにした論文「Design of Tranverse Flux Machine」が開示されている。また、非特許文献2として示す下記URLには、このような「Tranverse Flux」形式の同期機の一例として、同期発電機が開示されている。さらには、特許文献1として示す下記国際公開公報には、「Tranverse Flux」形式の装置の改良発明「ROTATING TRANSVERSE FLUX MACHINE」が開示されている。さらに、「Tranverse Flux」形式の装置については、国際公開公報として多数の発明が開示されている。なお、以下の説明では、「Tranverse Flux」形式の装置を横磁束型同期機と記載する。
The following URL (Uniform Resource Locator) shown as Non-Patent Document 1 discloses a paper “Design of Tranverse Flux Machine” on the theme of a method of designing a “Tranverse Flux” type device. Further, the following URL shown as Non-Patent
非特許文献1のFig.1に明記されているように、一般的な同期機(縦型同期機)では固定子と移動子(回転機の場合は回転子)との相対移動方向と固定子巻線(電機子巻線)に流れる電流の方向とが直交するのに対して、横磁束型同期機は、固定子と移動子との相対移動方向と固定子巻線に流れる電流の方向とが並行に設定される点を特徴としている。より具体的には、非特許文献1のFig.1あるいは非特許文献2のFig.1に示されているように、横磁束型同期機は、回転子の周面を取り囲むように配列すると共に当該配列方向に直行する方向に一対の極歯を有する複数の固定子コアと、当該固定子コアの一対の極歯間に固定子コアの配列方向に延在するように、つまり回転子の周方向に複数の固定子コアを跨ぐように設けられた固定子巻線とを備えている。
FIG. As specified in Fig. 1, in a general synchronous machine (vertical synchronous machine), the relative movement direction of the stator and the moving element (rotor in the case of a rotating machine) and the stator winding (armature winding) ) Is perpendicular to the direction of the current that flows in the transverse magnetic flux type synchronous machine, whereas the relative movement direction of the stator and the mover and the direction of the current that flows in the stator winding are set in parallel. It is characterized by. More specifically, FIG. 1 or Non-Patent
このような横磁束型同期機では、固定子巻線に電機子電流が流れることにより発生した磁束は、固定子コアの一方の極歯→回転子の表面に設けられた一方の永久磁石→該永久磁石と回転子の回転軸との間に設けられた回転子コア→回転子の表面に設けられた他方の永久磁石→固定子コアの他方の極歯に流れる。そして、このように磁路が形成されることによって、同期電動機の場合は回転子に回転トルクが作用し、また同期発電機の場合には固定子巻線に交流電力が発生する。
すなわち、横磁束型同期機では、回転子において回転方向に対して横方向に磁束が流れる。
In such a transverse magnetic flux type synchronous machine, the magnetic flux generated by the armature current flowing through the stator winding is one pole tooth of the stator core → one permanent magnet provided on the surface of the rotor → It flows from the rotor core provided between the permanent magnet and the rotating shaft of the rotor → the other permanent magnet provided on the surface of the rotor → the other pole tooth of the stator core. By forming the magnetic path in this way, rotational torque acts on the rotor in the case of a synchronous motor, and AC power is generated in the stator winding in the case of a synchronous generator.
That is, in the transverse magnetic flux type synchronous machine, the magnetic flux flows in the transverse direction with respect to the rotational direction in the rotor.
ところで、従来の横磁束型同期機では、上述したように固定子コア、回転子コア及び一対の永久磁石によって磁路が形成されるが、永久磁石間の漏れ磁束が原因で効率を向上させることが困難であり、よって所望の出力を得るためには装置が大型化・大重量化するという問題があった。 By the way, in the conventional transverse magnetic flux type synchronous machine, the magnetic path is formed by the stator core, the rotor core and the pair of permanent magnets as described above, but the efficiency is improved due to the leakage magnetic flux between the permanent magnets. Therefore, in order to obtain a desired output, there is a problem that the apparatus becomes large and heavy.
また、従来の横磁束型同期機では、複数の固定子コアを跨ぐように固定子巻線が設けられており、磁気抵抗を極力低減するために固定子コア及び回転子コアの厚さを十分に確保する必要がある。すなわち、従来の横磁束型同期機では、固定子コア及び回転子コアの回転半径方向における厚さを十分に確保する必要から固定子及び回転子が回転半径方向に厚くなり、これによって装置全体が大型化・大重量化するという問題があった。
比較的小型の横磁束型同期機の場合は固定子コア及び回転子コアの厚さは装置重量に大きな影響を与えないが、非特許文献2に開示された同期発電機のように、タービンによって駆動される発電所用の大型同期発電機に横磁束型同期機を適用する場合には、固定子コア及び回転子コアの少量の厚さの増加が装置重量の大幅な増加を来たすので、固定子コア及び回転子コアの厚さを低減して固定子及び回転子を薄型化することは、特に大型の横磁束型同期機の場合には極めて重要な技術課題となっている。
In addition, in the conventional transverse flux type synchronous machine, the stator winding is provided so as to straddle the plurality of stator cores, and the thickness of the stator core and the rotor core is sufficiently increased in order to reduce the magnetic resistance as much as possible. It is necessary to secure it. That is, in the conventional transverse flux type synchronous machine, since the stator core and the rotor core need to have sufficient thickness in the rotational radius direction, the stator and the rotor are thickened in the rotational radius direction. There was a problem of increasing the size and weight.
In the case of a relatively small transverse flux type synchronous machine, the thickness of the stator core and the rotor core does not greatly affect the weight of the apparatus. However, as in the synchronous generator disclosed in Non-Patent
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、横磁束型同期機において装置の小型化・軽量化を実現することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to realize a reduction in size and weight of a device in a transverse flux type synchronous machine.
上記目的を達成するために、本発明では、第1の解決手段として、所定方向に配列すると共に当該配列の方向に直交する方向に複数の極歯が形成された複数の電機子コア及び当該各電機子コアを跨ぐように敷線された電機子巻線を備える電機子と、界磁コア上に各極歯と対向するように配列の方向及び直交する方向に配列する複数の永久磁石を備える界磁と、からなる横磁束型同期機であって、永久磁石は非磁性材料からなる部材によって支持される、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solving means, a plurality of armature cores arranged in a predetermined direction and having a plurality of pole teeth formed in a direction orthogonal to the direction of the arrangement, and the respective An armature having armature windings laid so as to straddle the armature core, and a plurality of permanent magnets arranged in the direction of arrangement and in a direction orthogonal to the pole teeth on the field core A transverse magnetic flux type synchronous machine comprising a field magnet is employed, wherein the permanent magnet is supported by a member made of a non-magnetic material.
第2の解決手段として、上記第1の手段において、各電機子コアは、直交する方向に交互に所定寸法の変位を持つように配置され、永久磁石は、変位に応じて各電機子コアの各極歯と対向するように配列の方向及び直交する方向に配列する、という手段を採用する。 As a second solution, in the first means, the armature cores are arranged so as to have a displacement of a predetermined dimension alternately in a direction orthogonal to each other, and the permanent magnets are arranged according to the displacement. The means of arranging in the direction of arrangement and the direction orthogonal to each pole tooth is adopted.
第3の解決手段として、上記第1または第2の手段において、界磁は、複数の永久磁石が非磁性材料からなる磁石支持体で円環状に支持されてなる回転子である、という手段を採用する。 As a third solution, in the first or second means, the field is a rotor in which a plurality of permanent magnets are supported in an annular shape by a magnet support made of a nonmagnetic material. adopt.
第4の解決手段として、上記第3の手段において、回転子に対して同軸状かつ円環状に設けられた第2の回転子を備え、回転子が第1の回転軸に支持され、第2の回転子が第1の回転軸とは異なる第2の回転軸に支持される、という手段を採用する。 As a fourth solving means, in the third means, a second rotor provided coaxially and annularly with respect to the rotor is provided, the rotor is supported by the first rotating shaft, and the second rotor is provided. The rotor is supported by a second rotating shaft different from the first rotating shaft.
第5の解決手段として、上記第1〜第4いずれかの手段において、非磁性材料は繊維強化プラスチックである、という手段を採用する。 As a fifth solving means, in any one of the first to fourth means, a means is adopted in which the nonmagnetic material is a fiber reinforced plastic.
第6の解決手段として、上記第1〜第5いずれかの手段において、電機子巻線に電機子電流が流されることによって界磁コアに推力を作用させて移動させる同期電動機である、という手段を採用する。 As a sixth solving means, in any one of the first to fifth means, a synchronous motor that moves the field core by applying a thrust to the armature winding when an armature current is passed through the armature winding. Is adopted.
第7の解決手段として、上記第1〜第5いずれかの手段において、界磁コアに駆動力を作用させることにより電機子巻線に発生した起電力を外部に出力する同期発電機である、という手段を採用する。 As a seventh solving means, in any one of the first to fifth means, a synchronous generator that outputs an electromotive force generated in the armature winding by applying a driving force to the field core to the outside. Adopt the means.
本発明によれば、永久磁石が非磁性材料からなる部材によって支持されるので、永久磁石を電機子コアあるいは界磁コア、つまり磁性材料からなる部材によって支持する構造に比較して、永久磁石間での漏れ磁束を低減することが可能である。したがって、漏れ磁束による効率低下を防止することが可能であり、この結果として固定子コアや装置を小型化・軽量化することができる。 According to the present invention, since the permanent magnet is supported by a member made of a non-magnetic material, compared to a structure in which the permanent magnet is supported by an armature core or a field core, that is, a member made of a magnetic material, It is possible to reduce the leakage magnetic flux. Therefore, it is possible to prevent a decrease in efficiency due to leakage magnetic flux, and as a result, the stator core and the device can be reduced in size and weight.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第1実施形態〕
図1は、第1実施形態に係る横磁束型の三相同期電動機Aの要部構成を示す断面図である。この三相同期電動機Aの特徴は、以下に説明するように界磁を形成する永久磁石を磁性材料ではなく非磁性材料によって支持する点である。なお、この図1では、説明を容易化するために回転軸の片側断面のみを示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main configuration of a transverse magnetic flux type three-phase synchronous motor A according to the first embodiment. The feature of this three-phase synchronous motor A is that a permanent magnet forming a field is supported not by a magnetic material but by a nonmagnetic material as will be described below. In FIG. 1, only one side cross section of the rotating shaft is shown for ease of explanation.
図1に示すように、本三相同期電動機Aは、ケーシング1、出力軸2、回転子3、回転子支持体4、第1の固定子5A〜5C、第2の固定子6A〜6C、固定子支持体7及び軸受け8A〜8Cを備えている。ケーシング1は、非磁性材料から形成された中空かつ有底の円筒状部材であり、左側底部の中心に丸孔1aが形成されている。出力軸2は、途中部位にフランジ部2aが形成された丸棒状部材であり、上記ケーシング1の丸孔1aに軸受け8Aを介して、また固定子支持体7に軸受け8Bを介して回動自在に支持されている。
As shown in FIG. 1, the three-phase synchronous motor A includes a casing 1, an
回転子3は、界磁として機能するものであり、三相分の永久磁石3aと当該永久磁石3aを支持する磁石支持体3bとから構成されている。図1は断面図なので合計6個(各相について2個)の永久磁石3aが示されているが、永久磁石3aは、回転子3の回転方向、つまり出力軸2の軸心を中心とする同心円の周方向に一定間隔で複数が設けられており、全体として6つの環状列を形成している。
The
磁石支持体3bは、非磁性材料から形成されており、上述したように6列に配列した永久磁石3aの間の隙間を埋めるように設けられ、永久磁石3aを支持する。このような磁石支持体3bは、非磁性材料かつ十分な強度で永久磁石3aを支持することができる材料であれば何でも良いが、例えば繊維強化プラスチック(FRP:Fiber Reinforced Plastics)から形成されており、各列の複数の永久磁石3aを十分な強度で支持する。
The
すなわち、回転子3は、6つの環状列状態に配列する複数の永久磁石3aの間の隙間に磁石支持体3bが充填されて形成されたものであり、全体として円筒状の形状を有している。このような回転子3は、上記永久磁石3aと同様に円環状に配置された第1の固定子5A〜5Cと第2の固定子6A〜6Cとの間に、各永久磁石3aの一方の面が第1の固定子5A〜5Cと微小ギャップを隔てて対向すると共に各永久磁石3aの他方の面が第2の固定子6A〜6Cの各極歯6a1と微小ギャップを隔てて対向するように、左端が上記フランジ部2aに、また右端が回転子支持体4にそれぞれ支持されている。
That is, the
回転子支持体4は、円盤状の部材であり、一端が上記回転子3の右端を支持し、他端が軸受け8Cを介して固定子支持体7に支持されている。固定子支持体7は、中心軸が出力軸2の回転軸と同軸となるようにケーシング1の内部に設けられた略円筒状部材であり、第2の固定子6A〜6Cを直接支持すると共に、軸受け8Bを介して出力軸2を、また軸受け8Cを介して回転子支持体4をそれぞれ支持する。すなわち、上述した出力軸2、回転子3及び回転子支持体4は、一体として回転自在にケーシング1及び固定子支持体7に支持されている。
The
第1の固定子5A〜5Cは、図示するように断面が「コ」の字状かつ高透磁率の磁性材料からなり、ケーシング1の内側に三相に対応して3列に設けられている。このような第1の固定子5A〜5Cの各端部は、図示するように、各々に永久磁石3aと微小ギャップを隔てて対向している。
As shown in the figure, the
第2の固定子6A〜6Cは、電機子として機能するものであり、上記回転子3及び第1の固定子5A〜5Cと同様に三相に対応して3列に設けられ、固定子支持体7を介してケーシング1に支持されている。このような第2の固定子6A〜6Cは、各々に断面が「コ」の字状かつ高透磁率の固定子コア6aと当該固定子コア6aの内側に配置された固定子巻線6bとからなる。
The
固定子コア6aは、「コ」の字状の形状を有しており、平行する両端部が一対の極歯6a1を形成している。軸受け8A〜8Cのうち、軸受け8Aは、出力軸2をケーシング1に対して回転自在に支持し、軸受け8Bは、出力軸2を固定子支持体7に対して回転自在に支持し、また軸受け8Cは、回転子支持体4を固定子支持体7に対して回転自在に支持する。
The
ここで、図1は断面図なので明示されていないが、第2の固定子6A〜6Cは、略円筒状の固定子支持体7の表面かつ周方向に所定個数(つまり所定局数)が設けられている。また、第1の固定子5A〜5Cも、上記第2の固定子6A〜6Cと同様に、円筒形状のケーシング1の内面かつ周方向に所定個数(所定局数)設けられる。なお、上記局数は、例えば64極である。
Here, since FIG. 1 is a sectional view, it is not clearly shown, but the
図2は、このような本三相同期電動機Aにおける第1、第2の固定子5A〜5C、6A〜6Cと各相の永久磁石3aとの対向方向における位置関係のうち、1相分つまり第1、第2の固定子5A、6Aと永久磁石3aとの位置関係を代表として示す平面図である。図示しない他の相、つまり第1、第2の固定子5B、5C、6B、6Cと各相の永久磁石3aとの位置関係は、図2に示す位置関係と全く同じである。
FIG. 2 shows one phase out of the positional relationship between the first and
なお、この図2では、第1の固定子5Aと第2の固定子6Aとは永久磁石3aとの対向方向において同一の位置関係となるので、第1の固定子5Aの表示を省略しており、また極歯6a1の大きさを永久磁石3aの大きさよりも多少大きく描いているが、両者の大きさは全く同一であっても良い。
In FIG. 2, since the
この図2に示すように、本三相同期電動機Aにおいて、各々の第2の固定子6Aは、矢印で示す回転子3の回転方向に対して一列に配置されている。また、各第2の固定子6Aにおいて回転子3の回転方向に直交する方向に並立する一対の極歯6a1は、回転子3の回転方向に二列に配置された永久磁石3aと正対する位置関係になる。また、永久磁石3aは、回転子3の回転方向において交互に異なる極性となるように、かつ、回転子3の回転方向に直交する方向において第2の固定子6Aの2つの極歯6a1が異なる極性と対向するように、つまり異なる極性となるように配置されている。なお、回転子3の回転方向における第2の固定子6Aの配列ピッチは、図示するように永久磁石3aの配列ピッチに対して2倍に設定されている。
As shown in FIG. 2, in the three-phase synchronous motor A, each
図3は、上記図2の配置関係に対する変形例を示す平面図である。なお、図3では、図2に対応させて、上記第2の固定子6Aに対応する第2の固定子6A1及び上記永久磁石3aに対応する永久磁石3a1の配置関係を示すが、上記第2の固定子6B,6Cに対応する第2の固定子6B1、C1は、図3に示す第2の固定子6A1と永久磁石3a1との配置関係と全く同一である。
FIG. 3 is a plan view showing a modification of the arrangement relationship of FIG. FIG. 3 shows the positional relationship between the second stator 6A1 corresponding to the
この変形例における永久磁石3a1は、上記永久磁石3aに対して面積が約半分であり、また回転子3の回転方向かつ固定子巻線2bの両側に二列づつ配置されている。固定子巻線2bの各側における永久磁石3a1は、回転子3の回転方向おいて交互に異なる極性となるように、また回転子3の回転方向に直交する方向において異なる極性となるように配置されている。また、永久磁石3a1は、固定子巻線2bの各側間において、第2の固定子6A1の2つの極歯6a2が異なる極性と対向するように配置されている。
The permanent magnet 3a1 in this modification has an area about half that of the
また、この変形例では、上記極歯6a1に対して面積が約半分の極歯6a2を有する第2の固定子6A1を永久磁石3a1の配列ピッチと同一ピッチで回転子3の回転方向に配列する。また、このような複数の第2の固定子6A1は、互いに隣り合うものの極歯6a2が回転子3の回転方向に直交する方向に隣り合う永久磁石3a1に交互に正対するように、回転子3の回転方向に直交する方向に所定寸法だけ交互に変位を持つように配置されている。
Further, in this modification, the second stator 6A1 having the pole teeth 6a2 whose area is about half that of the pole teeth 6a1 is arranged in the rotation direction of the
このような変形例に係る第2の固定子6A1及び永久磁石3a1の配置は、本出願人の先願である特願2008−093219(平成20年03月31日出願)に係る発明の特徴点であるが、このような変形例によれば、図2の配置との比較において、略同一のトルクを実現するに際して、第2の固定子6A1を図2の第2の固定子6Aよりも薄型化することができるので、装置(電動機)を全体として小型化することができる。
The arrangement of the second stator 6A1 and the permanent magnet 3a1 according to such a modification is the feature of the invention according to Japanese Patent Application No. 2008-093219 (filed on Mar. 31, 2008) which is the prior application of the present applicant. However, according to such a modification, the second stator 6A1 is thinner than the
このように構成された本同期発電機Aでは、位相が互いに120°異なる三相駆動電流が各相の固定子巻線6b、6b、6bに印加されると、回転子3に回転トルクが発生して出力軸2が回転する。すなわち、図2に示した第2の固定子6Aと永久磁石3aとの位置関係の場合、固定子巻線6bの延在方向に隣り合う第2の固定子6Aの極歯6a1に駆動電流の位相変化に応じて順次異なる極性の磁極が発生し、この結果として第2の固定子6Aの極歯6a1と永久磁石3aとの間に吸引力及び斥力が発生するので、回転子3及び出力軸2は、駆動電流の位相変化に同期して所定方向に回転する。
In the synchronous generator A configured as described above, when a three-phase driving current whose phases are different from each other by 120 ° is applied to the
また、図3に示した第2の固定子5A1と永久磁石3a1との位置関係の場合には、固定子巻線6bの延在方向に隣り合う第2の固定子6A1の極歯6a2に駆動電流の位相変化に応じて順次異なる極性の磁極が発生し、この結果として第2の固定子6A1の極歯6a2と永久磁石3aとの間に吸引力及び斥力が発生する。そして、回転子3及び出力軸2は、上記吸引力及び斥力によって駆動電流の位相変化に同期して所定方向に回転する。
In the case of the positional relationship between the second stator 5A1 and the permanent magnet 3a1 shown in FIG. 3, it is driven by the pole teeth 6a2 of the second stator 6A1 adjacent in the extending direction of the stator winding 6b. Magnetic poles having different polarities are sequentially generated according to the phase change of the current, and as a result, an attractive force and a repulsive force are generated between the pole teeth 6a2 of the second stator 6A1 and the
ここで、図3に示した位置関係における第2の固定子6A1と永久磁石3a1との間に流れる磁束は、同一の回転トルクを発生させようとした場合に、図2に示した位置関係における第2の固定子6Aと永久磁石3aとの間に流れる磁束の半分とすることができるので、第2の固定子6A1を第2の固定子6Aよりも薄型化(小断面化)することができる。
Here, the magnetic flux flowing between the second stator 6A1 and the permanent magnet 3a1 in the positional relationship shown in FIG. 3 has the positional relationship shown in FIG. 2 when the same rotational torque is generated. Since the magnetic flux flowing between the
本第1実施形態に係る三相同期電動機Aによれば、回転子3を構成する各永久磁石3a、3a1が非磁性材料からなる磁石支持体3bを介して回転自在に支持されているので、磁性材料を介して回転自在に支持する場合との比較において、各永久磁石3a、3a1の磁束は、第1の固定子5A〜5C(5A1〜5C1)及び第2の固定子6A〜6C(6A1〜6C1)により多く流れ込む。各永久磁石3a、3a1を磁性材料を介して回転自在に支持した場合には、各永久磁石3a、3a1の磁束の一部が磁性材料に流れ込むので、この分だけ第1の固定子5A〜5C(5A1〜5C1)及び第2の固定子6A〜6C(6A1〜6C1)に流れ込む磁束が低減される。
According to the three-phase synchronous motor A according to the first embodiment, the
したがって、本三相同期電動機Aによれば、磁性材料を介して回転自在に支持する場合よりも各永久磁石3a、3a1の磁束のロスが少ないので、同一の効率を実現しようとした場合には回転子3、第1の固定子5A〜5C(5A1〜5C1)及び第2の固定子6A〜6C(6A1〜6C1)を小さくし、以って装置構成を小型化することが可能である。
Therefore, according to this three-phase synchronous motor A, since the loss of magnetic flux of each
〔第2実施形態〕
次に、図4は、第2実施形態に係る横磁束型の三相同期電動機Bの要部構成を示す断面図である。この三相同期電動機Bの特徴は、上述した三相同期電動機Aと同様に永久磁石を非磁性材料によって支持すると共に2つの出力軸を備える点である。なお、この図4では、説明を容易化するために回転軸の片側断面のみを示している。
[Second Embodiment]
Next, FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main configuration of a transverse magnetic flux type three-phase synchronous motor B according to the second embodiment. The feature of this three-phase synchronous motor B is that, like the three-phase synchronous motor A described above, a permanent magnet is supported by a nonmagnetic material and has two output shafts. In FIG. 4, only one side cross section of the rotating shaft is shown for ease of explanation.
図4に示すように、本三相同期電動機Bは、ケーシング10、第1の出力軸11A、第2の出力軸11B、第1の回転子12、第2の回転子13A〜13C、第3の回転子14、固定子15A〜15C、第1の回転子支持体16A、第2の回転子支持体16B及び5つの軸受け17A〜17Fを備えている。ケーシング10は、中空かつ有底の円筒状部材であり、左右の底部の中心に丸孔10a,10bがそれぞれ形成されている。
As shown in FIG. 4, the three-phase synchronous motor B includes a
第1の出力軸11Aは、第1の回転軸に相当するものであり、フランジ部11aを備えた略丸棒状部材である。この第1の出力軸11Aは、上記ケーシング10に軸受け17Aを介して、第1の回転子支持体16Aに軸受け17Bを介して、また第2の出力軸11Bに軸受け17Cを介して回動自在にそれぞれ支持されている。第2の出力軸11Bは、第2の回転軸に相当するものであり、フランジ部11bを備えた略丸棒状部材である。この第2の出力軸11Bは、第1の出力軸11Aに軸受け17Cを介して、第2の回転子支持体16Bに軸受け17Dを介して、また上記ケーシング10に軸受け17Fを介して回動自在にそれぞれ支持されている。これら第1、第2の出力軸11A,11Bは、同一の回転中心となるようにケーシング10の各端部にそれぞれ設けられている。
The
第1の回転子12は、三相分の永久磁石12aと当該永久磁石12aを支持すると共に非磁性材料からなる永久磁石支持体12bとから構成された円筒状部材である。この第1の回転子12は、第2の回転子13A〜13Cと第3の回転子14との間に微小ギャップを隔てて対向すると共に、左端が上記フランジ部11aに、また右端が第2の回転子支持体16Bにそれぞれ支持されている。上記磁石支持体12bは、例えば繊維強化プラスチック(FRP:Fiber Reinforced Plastics)である。
The
第2の回転子13A〜13Cは、図示するように断面がコの字状かつ高透磁率の磁性材料からなり、第2の出力軸11Bの周面に三相に対応して円環状に設けられている。このような第2の回転子13A〜13Cの各端部は、図示するように、各々に永久磁石12aと微小ギャップを隔てて対向している。
The
第3の回転子14は、高透磁率の磁性材料からなる三相分の回転子コア14aと、当該回転子コア12aを支持すると共に非磁性材料からなる回転子コア支持体14bとから構成された円筒状部材である。この第3の回転子14は、第1の回転子12と固定子15A〜15Cとの間に微小ギャップを隔てて対向すると共に、左端が第1の回転子支持体16Aに、また右端がフランジ部11Bにそれぞれ支持されている。上記回転子コア支持体14bは、上記永久磁石支持体12bと同様に、例えば繊維強化プラスチックである。
The
固定子15A〜15Cは、上記第1〜第3の回転子12、13A〜13C及び14と同様に三相に対応してケーシング10の内部に3列に設けられている。この固定子15A〜15Cは、各々に断面がコの字状かつ高透磁率の磁性材料からなる固定子コア15aと、当該固定子コア15aの内側の窪み部に配置された固定子巻線15bとからなる。第1の回転子支持体16Aは、中心軸が第1、第2の出力軸11A、11Bの軸心と同軸となるようにケーシング10の内部に設けられた円盤状部材であり、上記第3の回転子14の一端(左端)を支持すると共に、軸受け17Bを介して第1の出力軸11Aに回転自在に支持されている。
The stators 15 </ b> A to 15 </ b> C are provided in three rows inside the
第2の回転子支持体16Bは、中心軸が第1、第2の出力軸11A、11Bの回転軸と同軸となるようにケーシング10の内部に設けられた円盤状部材であり、上記第1の回転子12の一端(右端)を支持すると共に、軸受け17Dを介して第2の出力軸11Bに回転自在に支持されている。軸受け17A〜17Fのうち、軸受け17Aは、第1の出力軸11Aをケーシング10に対して回転自在に支持し、軸受け17Bは、第1の回転子支持体16Aを第1の出力軸11Aに対して回転自在に支持し、軸受け17Cは、第1の出力軸11Aと第2の出力軸11Bとを相互に回転自在に支持し、軸受け17Dは、第2の回転子支持体16Bを第2の出力軸11Bに対して回転自在に支持し、また軸受け17Fは、第2の出力軸11Bをケーシング10に対して回転自在に支持する。
The
このような第2実施形態に係る三相同期電動機Bでは、各相の固定子巻線15b、15b、15bに位相が互いに120°異なる三相駆動電流を印加すると、第1の回転子12と第3の回転子14(第2の回転子13A〜13C)とには互いに逆向きのトルクが発生するので、第1の出力軸11Aと第2の出力軸11Bとは反対方向に回転する。このように二重反転型の本三相同期電動機Bは、ハイブリッド自動車用駆動モータ、船舶の二重反転プロペラ駆動用モータ、風力用二重反転発電機等に適用することができる。
In such a three-phase synchronous motor B according to the second embodiment, when three-phase drive currents having phases different from each other by 120 ° are applied to the
また、本三相同期電動機Bによれば、第1の回転子12を構成する各永久磁石12aが非磁性材料からなる磁石支持体12bを介して回転自在に支持されているので、磁性材料を介して回転自在に支持する場合との比較において、各永久磁石12aの磁束は、第2の回転子13A〜13C及び第3の回転子14により多く流れ込む。したがって、本三相同期電動機Bによれば、磁性材料を介して回転自在に支持する場合よりも各永久磁石12aの磁束のロスが少ないので、同一の効率を実現しようとした場合には第1の回転子12、第2の回転子13A〜13C、第3の回転子14及び固定子15A〜15Cを小さくし、以って装置構成を小型化することが可能である。
Further, according to the three-phase synchronous motor B, each
さらに、図4は断面図なので明示されていないが、本三相同期電動機Bも図2、図3に示した固定子と回転子の配置関係に関する特徴点を備えるものである。したがって、図3のような配置関係を採用した場合には、固定子及び回転子を小型化(薄型化)して装置構成を小型化することが可能である。 Further, since FIG. 4 is a cross-sectional view and is not clearly shown, the three-phase synchronous motor B also has a feature point regarding the arrangement relationship between the stator and the rotor shown in FIGS. Therefore, when the arrangement relationship as shown in FIG. 3 is adopted, it is possible to downsize (thinner) the stator and the rotor to reduce the apparatus configuration.
なお、本願発明は、上記各実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)第1実施形態では、第1の固定子5A〜5Cをケーシング1の内周面に、また電機子として機能する第2の固定子6A〜6Cを固定子支持体7の周面に設けたが、第1の固定子5A〜5C及び第2の固定子6A〜6Cの位置関係を逆にしても良い。また、同様にして、第2実施形態についても、第2の回転子13A〜13Cと固定子15A〜15Cの位置関係を逆にしても良い。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications can be considered.
(1) In the first embodiment, the
(2)上記各実施形態では三相同期電動機A、Bについて説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、三相構成の同期発電機あるいは三相以外の相構成の同期電動機及び同期発電機にも適用可能である。また、上記各実施形態では回転子1の極数を64極としたが、この極数はあくまで一例であり、他の局数であっても良い。 (2) In the above embodiments, the three-phase synchronous motors A and B have been described, but the present invention is not limited to this. The present invention is also applicable to a three-phase synchronous generator or a synchronous motor and a synchronous generator having a phase configuration other than three phases. In each of the above embodiments, the number of poles of the rotor 1 is 64. However, the number of poles is merely an example, and other station numbers may be used.
(3)第2実施形態は、二重反転型の三相同期電動機Bに関するものであるが、当該三相同期電動機Bの構成において、一方の出力軸を外部動力によって駆動される入力軸とすることにより動力変換用回転電機としても良い。例えば特開平2008−245484号公報には、動力変換用回転電機に関する関する発明が開示されているが、この動力変換用回転電機に本願発明を適用することができる。 (3) The second embodiment relates to the counter-rotating three-phase synchronous motor B. In the configuration of the three-phase synchronous motor B, one output shaft is used as an input shaft driven by external power. Thus, a rotating electrical machine for power conversion may be used. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-245484 discloses an invention related to a rotating electrical machine for power conversion, but the present invention can be applied to this rotating electrical machine for power conversion.
(4)上記各実施形態では、各相の固定子巻線6b、6b、6bあるいは固定子巻線15b、15b、15bに位相が互いに120°異なる三相駆動電流を印加することによって三相駆動を実現しているが、各相を構成する電機子及び界磁をケーシング1の軸線周りに相対的に120°の電気角分だけずれた位置関係とし、その上で各相の固定子巻線6b、6b、6bあるいは固定子巻線15b、15b、15bに位相が互いに120°異なる三相駆動電流を供給することによっても三相駆動を実現することができる。
(4) In each of the above embodiments, three-phase driving is performed by applying three-phase driving currents whose phases are different from each other by 120 ° to the
A…三相同期電動機、1…ケーシング、2…出力軸、3…回転子、4…回転子支持体、5A〜5C…第1の固定子、6A〜6C…第2の固定子、7…固定子支持体、8A〜8C…軸受け、B…三相同期電動機、10…ケーシング、11A…第1の出力軸、11B…第2の出力軸、12…第1の回転子、13A〜13C…第2の回転子、14…第3の回転子、15A〜15C…固定子、16A…第1の回転子支持体、16B…第2の回転子支持体、17A〜17F…軸受け A ... three-phase synchronous motor, 1 ... casing, 2 ... output shaft, 3 ... rotor, 4 ... rotor support, 5A-5C ... first stator, 6A-6C ... second stator, 7 ... Stator support, 8A to 8C ... bearing, B ... three-phase synchronous motor, 10 ... casing, 11A ... first output shaft, 11B ... second output shaft, 12 ... first rotor, 13A-13C ... 2nd rotor, 14 ... 3rd rotor, 15A-15C ... Stator, 16A ... 1st rotor support body, 16B ... 2nd rotor support body, 17A-17F ... Bearing
Claims (7)
前記永久磁石は、非磁性材料からなる部材によって支持されることを特徴とする横磁束型同期機。 An armature provided with a plurality of armature cores arranged in a predetermined direction and having a plurality of pole teeth formed in a direction orthogonal to the direction of the arrangement, and armature windings laid so as to straddle the armature cores And a field magnet comprising a plurality of permanent magnets arranged in the direction of the arrangement and the orthogonal direction so as to face the pole teeth on the field core, and a transverse flux type synchronous machine comprising:
The permanent magnet is supported by a member made of a non-magnetic material.
前記永久磁石は、前記変位に応じて前記各電機子コアの各極歯と対向するように前記配列の方向及び前記直交する方向に配列する
ことを特徴とする請求項1記載の横磁束型同期機。 Each of the armature cores is arranged so as to have a displacement of a predetermined dimension alternately in the orthogonal direction,
2. The transverse magnetic flux type synchronization according to claim 1, wherein the permanent magnets are arranged in the arrangement direction and the orthogonal direction so as to face the pole teeth of the armature cores according to the displacement. Machine.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102361380A (en) * | 2011-11-17 | 2012-02-22 | 哈尔滨工业大学 | Transverse-radial magnetic flux structure brushless combined type permanent magnet motor |
CN102377299A (en) * | 2011-11-17 | 2012-03-14 | 哈尔滨工业大学 | Brushless composite permanent magnet motor of transverse-axial flux structure |
CN102510191A (en) * | 2011-11-17 | 2012-06-20 | 哈尔滨工业大学 | Brushless composite permanent magnet motor with transverse-axial and radial magnetic flux structure |
US8648604B2 (en) | 2008-02-21 | 2014-02-11 | Brooks Automation, Inc. | Ionization gauge with operational parameters and geometry designed for high pressure operation |
JP2014138491A (en) * | 2013-01-17 | 2014-07-28 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | Rotating electric machine system |
CN106026576A (en) * | 2016-06-29 | 2016-10-12 | 清华大学 | Asynchronous starting permanent-magnet synchronous motor with smooth self-starting function |
EP3349339A1 (en) * | 2017-01-11 | 2018-07-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Rotary electric machine, rotary electric machine system, and machine |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6426350A (en) * | 1987-05-08 | 1989-01-27 | Aisin Seiki | High-speed magnetic turning gear |
EP0243425B1 (en) * | 1985-10-12 | 1990-12-12 | Weh, Herbert, Prof. Dr. | Current converter-fed synchronous machine with permanent magnet excitation |
JPH11506600A (en) * | 1996-04-16 | 1999-06-08 | アーベーベー・ダイムラー−ベンツ・トランスポルタツイオーン(テヒノロジー)・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | Electric machine |
JP2003534759A (en) * | 2000-04-07 | 2003-11-18 | エービービー アクチボラゲット | Electric machine |
JP2005500799A (en) * | 2001-08-16 | 2005-01-06 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Unipolar transverse flux motor |
JP2006526974A (en) * | 2003-06-03 | 2006-11-24 | コンパクト ダイナミクス ゲーエムベーハー | Transverse flux machine |
JP2008245484A (en) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Univ Of Fukui | Rotary electric machine for power conversion |
-
2009
- 2009-03-11 JP JP2009058516A patent/JP2010213509A/en active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0243425B1 (en) * | 1985-10-12 | 1990-12-12 | Weh, Herbert, Prof. Dr. | Current converter-fed synchronous machine with permanent magnet excitation |
JPS6426350A (en) * | 1987-05-08 | 1989-01-27 | Aisin Seiki | High-speed magnetic turning gear |
JPH11506600A (en) * | 1996-04-16 | 1999-06-08 | アーベーベー・ダイムラー−ベンツ・トランスポルタツイオーン(テヒノロジー)・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | Electric machine |
JP2003534759A (en) * | 2000-04-07 | 2003-11-18 | エービービー アクチボラゲット | Electric machine |
JP2005500799A (en) * | 2001-08-16 | 2005-01-06 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Unipolar transverse flux motor |
JP2006526974A (en) * | 2003-06-03 | 2006-11-24 | コンパクト ダイナミクス ゲーエムベーハー | Transverse flux machine |
JP2008245484A (en) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Univ Of Fukui | Rotary electric machine for power conversion |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8648604B2 (en) | 2008-02-21 | 2014-02-11 | Brooks Automation, Inc. | Ionization gauge with operational parameters and geometry designed for high pressure operation |
US9404827B2 (en) | 2008-02-21 | 2016-08-02 | Mks Instruments, Inc. | Ionization gauge with operational parameters and geometry designed for high pressure operation |
CN102361380A (en) * | 2011-11-17 | 2012-02-22 | 哈尔滨工业大学 | Transverse-radial magnetic flux structure brushless combined type permanent magnet motor |
CN102377299A (en) * | 2011-11-17 | 2012-03-14 | 哈尔滨工业大学 | Brushless composite permanent magnet motor of transverse-axial flux structure |
CN102510191A (en) * | 2011-11-17 | 2012-06-20 | 哈尔滨工业大学 | Brushless composite permanent magnet motor with transverse-axial and radial magnetic flux structure |
JP2014138491A (en) * | 2013-01-17 | 2014-07-28 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | Rotating electric machine system |
CN106026576A (en) * | 2016-06-29 | 2016-10-12 | 清华大学 | Asynchronous starting permanent-magnet synchronous motor with smooth self-starting function |
CN106026576B (en) * | 2016-06-29 | 2018-06-22 | 清华大学 | A kind of smooth self-running line-start permanent magnetic synchronous motor of energy |
EP3349339A1 (en) * | 2017-01-11 | 2018-07-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Rotary electric machine, rotary electric machine system, and machine |
US10958119B2 (en) | 2017-01-11 | 2021-03-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Rotary electric machine, rotary electric machine system, and machine |
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