JP2012143055A - Rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変界磁型の回転電機に関する。 The present invention relates to a variable field type rotating electrical machine.
今日、永久磁石型の回転電機(PMSM:permanent magnet synchronous motor)が広く用いられている。PMSMでは、通常、永久磁石はロータコアに固定されているため、ロータから発生する磁束は一定である。PMSMでは、ロータの回転速度が上昇するに従ってステータコイルに発生する誘起電圧が高くなり、誘起電圧が駆動電圧を超えると制御不能となる場合がある。これを回避するため、ある回転速度以上では、ロータからの磁界を実質的に弱める弱め界磁制御が行われる。但し、弱め界磁制御を行うと回転電機から出力されるトルクに対してステータコイルに流れる電流が大きくなるため、銅損が大きくなり効率が低下する。また、永久磁石からステータに到達する磁束が一定のままでは、ロータの回転速度が高い領域において、ステータコアに生じる鉄損も大きくなり効率が低下する。そこで、ロータに備えられる永久磁石からステータに提供される磁束をロータの回転速度に応じて変化させる技術が提案されている。特開2001−314053号公報(特許文献1)には、ロータの鉄心(ロータコア)の軸方向の端面に隣接して軟磁性の短絡プレートを設け、ロータと短絡プレートとの間の相対位相を変えることによって磁束の量を変化させる回転電機が開示されている(第33、40段落、図1〜図4等)。 Today, a permanent magnet synchronous motor (PMSM) is widely used. In PMSM, since the permanent magnet is usually fixed to the rotor core, the magnetic flux generated from the rotor is constant. In PMSM, the induced voltage generated in the stator coil increases as the rotational speed of the rotor increases, and if the induced voltage exceeds the drive voltage, control may become impossible. In order to avoid this, field weakening control that substantially weakens the magnetic field from the rotor is performed above a certain rotational speed. However, if field-weakening control is performed, the current flowing through the stator coil increases with respect to the torque output from the rotating electrical machine, resulting in increased copper loss and reduced efficiency. Further, if the magnetic flux reaching the stator from the permanent magnet remains constant, the iron loss generated in the stator core also increases in the region where the rotational speed of the rotor is high, and the efficiency decreases. Therefore, a technique has been proposed in which the magnetic flux provided to the stator from the permanent magnet provided in the rotor is changed according to the rotational speed of the rotor. Japanese Patent Laid-Open No. 2001-314053 (Patent Document 1) provides a soft magnetic short-circuit plate adjacent to an axial end surface of a rotor iron core (rotor core) to change the relative phase between the rotor and the short-circuit plate. Thus, a rotating electrical machine that changes the amount of magnetic flux is disclosed (paragraphs 33 and 40, FIGS. 1 to 4, etc.).
特許文献1の回転電機は、永久磁石の磁束を短絡プレートで短絡することによって、いわゆる漏れ磁束を増加させて、ステータコイルの鎖交磁束を低減することができる優れたものである。但し、ロータの軸方向端部に設けた短絡プレートで磁束を短絡するために、ロータを軸方向に貫通する磁性ピンが設けられており、ロータの構造が複雑になっている。また、特許文献1の図4には、最大短絡状態のロータと短絡プレートとの相対関係が図示されているが、磁性ピンの約半分程度が短絡プレートで覆われるだけであるため、漏れ磁束の経路となる磁路が充分に確保されない可能性があり、磁束の低減に限界がある。
The rotating electrical machine of
上記背景に鑑みて、最大磁束で回転電機を動作させる際には強い磁束を提供可能であり、弱め界磁状態では良好に磁束を抑制可能な可変磁束型の回転電機を簡単な構造で提供することが望まれる。 In view of the above background, a variable magnetic flux type rotating electrical machine that can provide a strong magnetic flux when operating the rotating electrical machine with the maximum magnetic flux and can satisfactorily suppress the magnetic flux in a field-weakening state is provided with a simple structure. It is hoped that.
上記課題に鑑みた本発明に係る回転電機の特徴構成は、
ステータコイルを有するステータと、磁極面を前記ステータ側に向けて配置された永久磁石を有して周方向に極性交互となる複数の磁極を有するロータと、当該ロータの軸方向の少なくとも一方の端部に備えられて前記磁極の磁束を短絡可能な短絡部材とを備え、前記ロータと前記短絡部材との周方向の相対位置を変更して前記ステータコイルに鎖交する界磁束を変更可能な可変磁束型の回転電機であって、
前記短絡部材は、前記磁極に近接して配置される複数の近接部と、当該複数の近接部を連結する連結部とを備え、
前記ロータと前記短絡部材との周方向の相対位置が第1位置であるとき、前記複数の近接部の全てが、隣接する前記磁極の間である非磁極部に対して軸方向視で重複して配置され、
前記ロータと前記短絡部材との周方向の相対位置が前記第1位置とは異なる第2位置であるとき、前記複数の近接部の一部が一方の極性を有する前記磁極に対して軸方向視で重複するように配置され、前記複数の近接部の残りが他方の極性を有する前記磁極に対して軸方向視で重複するように配置される点にある。
In view of the above problems, the characteristic configuration of the rotating electrical machine according to the present invention is as follows:
A stator having a stator coil, a rotor having a permanent magnet arranged with a magnetic pole surface facing the stator side, and having a plurality of magnetic poles with alternating polarities in the circumferential direction, and at least one end in the axial direction of the rotor And a short-circuit member that is short-circuited with the magnetic flux of the magnetic pole, and is capable of changing a field flux interlinked with the stator coil by changing a circumferential relative position between the rotor and the short-circuit member. A magnetic flux type rotating electrical machine,
The short-circuit member includes a plurality of proximity portions arranged in proximity to the magnetic poles, and a connection portion that connects the plurality of proximity portions,
When the circumferential relative position of the rotor and the short-circuit member is the first position, all of the plurality of proximity portions overlap with each other in the axial direction with respect to the non-magnetic pole portion between the adjacent magnetic poles. Arranged,
When the relative position in the circumferential direction between the rotor and the short-circuit member is a second position that is different from the first position, a part of the plurality of adjacent portions is viewed in the axial direction with respect to the magnetic pole having one polarity. Are arranged so as to overlap with each other, and the rest of the plurality of proximity portions are arranged so as to overlap with respect to the magnetic pole having the other polarity in the axial direction.
この構成によれば、ロータと短絡部材との周方向の相対位置が第1位置であるとき、短絡部材の近接部の全てが磁極の間の非磁極部に対して軸方向視で重複して配置される。従って、磁極からステータに供給される磁束が短絡部材により短絡されて漏れ磁束となることが抑制され、永久磁石の磁束を効果的にステータコイルの鎖交磁束として提供することができる。一方、当該相対位置が、第1位置とは異なる第2位置であるときには、近接部は、磁極に対して軸方向に重複して配置される。複数の近接部は、異なる極性の磁極に対して重複するように別れて配置されるので、磁極から提供される磁束は近接部から連結部を経由して異なる極性の磁極と重複する近接部へと導かれる。即ち、「磁極−近接部−連結部−近接部−磁極」となる短絡磁路が形成され、漏れ磁束が推進される。その結果、ステータコイルの鎖交磁束は減少し、弱め界磁状態となる。このように、本構成によれば、最大磁束で回転電機を動作させる際には強い磁束を提供可能であり、弱め界磁状態では良好に磁束を抑制可能な可変磁束型の回転電機を簡単な構造で提供することができる。 According to this configuration, when the relative position in the circumferential direction between the rotor and the short-circuit member is the first position, all of the proximity portions of the short-circuit member overlap with each other in the axial direction with respect to the non-magnetic pole portion between the magnetic poles. Be placed. Therefore, the magnetic flux supplied from the magnetic pole to the stator is short-circuited by the short-circuit member to be a leakage magnetic flux, and the magnetic flux of the permanent magnet can be effectively provided as the interlinkage magnetic flux of the stator coil. On the other hand, when the relative position is a second position different from the first position, the proximity portion is disposed so as to overlap the magnetic pole in the axial direction. Since the plurality of proximity portions are separately arranged so as to overlap with the magnetic poles of different polarities, the magnetic flux provided from the magnetic poles passes from the proximity portion to the proximity portion overlapping with the magnetic poles of different polarities via the connecting portion. It is guided. That is, a short-circuit magnetic path of “magnetic pole—proximity part—connecting part—proximity part—magnetic pole” is formed, and the leakage magnetic flux is promoted. As a result, the interlinkage magnetic flux of the stator coil is reduced and a field weakening state is obtained. Thus, according to this configuration, a strong magnetic flux can be provided when operating the rotary electric machine with the maximum magnetic flux, and a variable magnetic flux type rotary electric machine that can suppress the magnetic flux satisfactorily in the field weakening state can be simplified. Can be provided in structure.
より具体的には、ロータにおける磁極の構造及び短絡部材の構造が以下に示すような条件を満たすと好適である。即ち、1つの好適な態様として、前記磁極のそれぞれにおける周方向の前記磁極面の端部が磁極外端部であり、前記磁極のそれぞれにおける前記磁極外端部間の周方向距離が磁極幅であり、隣接する前記磁極の前記磁極外端部間の周方向距離が磁極間隔であり、前記短絡部材の前記近接部のそれぞれ周方向幅が近接部幅であり、前記複数の近接部は、前記複数の磁極と同数且つ一定の周方向間隔で前記連結部により連結されると共に、前記近接部幅が前記磁極間隔以下に設定されているとよい。上述したように、短絡部材の近接部は、ロータとの周方向の相対位置が第1位置のときには、磁極と磁極との間の非磁極部に対して軸方向に重複し、第1位置とは異なる第2位置では、磁極に対して軸方向に重複する。複数の近接部が、複数の磁極と同数且つ一定の周方向間隔で連結部に連結されていると、周方向において平衡して漏れ磁束を変化させることができ、平衡状態を保ってステータコイルの鎖交磁束を変化させることができる。さらに、短絡部材の近接部幅は、磁極間隔以下に設定されているので、第1位置において近接部が非磁極部に対して軸方向視で重複する際に、近接部が磁極に重複することがない。従って、第1位置における漏れ磁束は良好に抑制され、ロータは、可能な限り最大の磁束をステータコイルへ提供することができる。 More specifically, it is preferable that the magnetic pole structure and the short-circuit member structure in the rotor satisfy the following conditions. That is, as one preferable aspect, the end portion of the magnetic pole surface in the circumferential direction in each of the magnetic poles is a magnetic pole outer end portion, and the circumferential distance between the magnetic pole outer ends in each of the magnetic poles is a magnetic pole width. The circumferential distance between the magnetic pole outer ends of the adjacent magnetic poles is a magnetic pole interval, the circumferential width of each of the proximity portions of the short-circuit member is a proximity width, and the plurality of proximity portions are It is preferable that the number of the magnetic poles is equal to that of the plurality of magnetic poles and is connected by the connecting portion at a constant circumferential interval, and the width of the proximity portion is set to be equal to or smaller than the magnetic pole interval. As described above, when the relative position in the circumferential direction with the rotor is the first position, the proximity portion of the short-circuit member overlaps in the axial direction with respect to the non-magnetic pole portion between the magnetic pole and the first position. Are overlapped in the axial direction with respect to the magnetic poles at different second positions. If a plurality of adjacent portions are connected to the connecting portion at the same number as the plurality of magnetic poles and at a constant circumferential interval, the leakage flux can be changed in a balanced manner in the circumferential direction, and the stator coil The flux linkage can be changed. Furthermore, since the proximity portion width of the short-circuit member is set to be equal to or less than the magnetic pole interval, the proximity portion overlaps the magnetic pole when the proximity portion overlaps the non-magnetic pole portion in the first position in the axial direction. There is no. Therefore, the leakage magnetic flux in the first position is well suppressed, and the rotor can provide the maximum possible magnetic flux to the stator coil.
ここで、さらに、前記近接部幅と、前記磁極幅と、前記磁極間隔とが同じに設定されていると好適である。近接部幅、磁極幅、磁極間隔は、それぞれ製造上許容される公差を有して設計されている。このような設計上の公差の範囲や、製造上の誤差などの範囲を含めて互いに許容範囲内にあるとき、近接部幅、磁極幅、磁極間隔が同じであるということができる。即ち、前記近接部幅と、前記磁極幅と、前記磁極間隔とが略同じに設定されているということもできる。 Here, it is preferable that the adjacent portion width, the magnetic pole width, and the magnetic pole interval are set to be the same. The proximity portion width, the magnetic pole width, and the magnetic pole interval are designed with tolerances that are acceptable in manufacturing. It can be said that the proximity portion width, the magnetic pole width, and the magnetic pole interval are the same when they are within an allowable range including such a design tolerance range and a manufacturing error range. That is, it can be said that the proximity portion width, the magnetic pole width, and the magnetic pole interval are set to be substantially the same.
磁極幅と磁極間隔とが同じ(略同じ)であると、磁極と非磁極部とが周方向に均等な幅で交互に並ぶことになる。上述したように、短絡部材の近接部は、ロータとの周方向の相対位置が第1位置のときには、非磁極部に対して軸方向に重複し、第2位置では、磁極に対して軸方向に重複する。同じ近接部が重複するので、磁極と非磁極部とが同じ幅であると、相対位置の変更による磁束の制御が容易である。また、上述したように、短絡部材の近接部幅が磁極間隔以下に設定されていると、近接部が非磁極部に対して重複する際に、近接部が磁極に重複することがなく、第1位置における漏れ磁束が抑制される。換言すれば、短絡部材の近接部幅は、磁極間隔までは広げることが許容される。近接部幅を磁極間隔と一致させると、第2位置において近接部が磁極に対して重複した際に、磁極からの磁束を最大限に受けることができる。その結果、漏れ磁束を推進して、弱め界磁の効果を最大化することができる。 When the magnetic pole width and the magnetic pole interval are the same (substantially the same), the magnetic poles and the non-magnetic pole portions are alternately arranged with a uniform width in the circumferential direction. As described above, the proximity portion of the short-circuit member overlaps in the axial direction with respect to the non-magnetic pole portion when the circumferential relative position to the rotor is the first position, and in the axial direction with respect to the magnetic pole at the second position. Duplicate. Since the same proximity portion overlaps, the magnetic flux can be easily controlled by changing the relative position if the magnetic pole and the non-magnetic pole have the same width. In addition, as described above, when the proximity portion width of the short-circuit member is set to be equal to or less than the magnetic pole interval, the proximity portion does not overlap the magnetic pole when the proximity portion overlaps the non-magnetic pole portion. Leakage magnetic flux at one position is suppressed. In other words, the proximity portion width of the short-circuit member is allowed to be increased to the magnetic pole interval. When the proximity portion width matches the magnetic pole interval, the magnetic flux from the magnetic pole can be received to the maximum when the proximity portion overlaps the magnetic pole at the second position. As a result, the leakage flux can be promoted and the effect of the field weakening can be maximized.
短絡部材の近接部幅が磁極間隔以下に設定されていることと同様に、不必要な漏れ磁束の磁路が形成されることを抑制するために、連結部の構造も規定されていると好適である。一般的に、永久磁石はステータに近い側、例えばインナーロータ型の回転電機であれば、ロータの外周に近い側(径方向外側)に永久磁石が配置される。従って、短絡部材の近接部もロータの外周に近い側、即ち、短絡部材の径方向外側に形成される。一方、例えば、連結部材が平板状の場合などでは、連結部は、近接部を連結すると共に磁極とは軸方向視で重複しないように、相対的に径方向内側に形成されることになる。この際、径方向内側のどの範囲まで連結部を許容するかが規定されていると好適である。1つの好適な態様として、前記ロータが、前記ステータに対して径方向内側において、前記ステータに対して径方向に対向するように配置されるインナーロータ型の回転電機において、前記ロータの回転軸の中心から前記連結部の径方向の外縁部までの長さが連結部半径であり、前記磁極を構成する前記永久磁石の最も径方向内側に位置する端部が磁極内周端部であり、前記ロータの回転軸の中心から前記磁極内周端部までの長さが磁極内周半径であり、前記短絡部材は、平板状に形成されると共に、前記連結部半径が前記磁極内周半径以下となるように形成されているとよい。 Similar to the fact that the width of the proximity portion of the short-circuit member is set to be equal to or less than the magnetic pole interval, it is preferable that the structure of the connecting portion is also defined in order to suppress the formation of unnecessary magnetic flux of leakage magnetic flux. It is. Generally, if the permanent magnet is a side close to the stator, for example, an inner rotor type rotating electrical machine, the permanent magnet is arranged on the side close to the outer periphery of the rotor (outside in the radial direction). Accordingly, the proximity portion of the short-circuit member is also formed on the side close to the outer periphery of the rotor, that is, on the radially outer side of the short-circuit member. On the other hand, for example, when the connecting member has a flat plate shape, the connecting portion is formed relatively radially inward so as to connect the adjacent portions and not overlap with the magnetic poles when viewed in the axial direction. At this time, it is preferable that a range in which the connecting portion is allowed to be radially inside is defined. As one preferable aspect, in the inner rotor type rotating electrical machine in which the rotor is disposed radially inward of the stator and opposed to the stator in the radial direction, The length from the center to the radially outer edge of the connecting portion is the connecting portion radius, and the end located on the innermost radial direction of the permanent magnet constituting the magnetic pole is a magnetic pole inner peripheral end, The length from the center of the rotating shaft of the rotor to the inner peripheral edge of the magnetic pole is a magnetic pole inner peripheral radius, the short-circuit member is formed in a flat plate shape, and the connecting portion radius is equal to or less than the magnetic pole inner peripheral radius. It is good to be formed.
以下、ロータの軸方向の少なくとも一方の端部に備えられて磁極の磁束を短絡可能な短絡部材を備え、ロータと短絡部材との周方向の相対位置を変更してステータコイルに鎖交する界磁束を変更可能な可変磁束型の回転電機の実施形態を図面を利用して説明する。本実施形態の回転電機2は、図1及び図2に示すように、ステータ3の内側にロータ4が配置されたインナーロータ型の埋込磁石型の回転電機(IPMSM : interior permanent magnet synchronous motor)である。以下の説明では、特に断らない限り、「軸方向L」、「径方向R」、「周方向C」は、ロータ4の軸心(すなわち回転軸)を基準とする。
Hereinafter, there is provided a short-circuit member provided at at least one end in the axial direction of the rotor and capable of short-circuiting the magnetic flux of the magnetic poles, and a field where the relative position in the circumferential direction between the rotor and the short-circuit member is changed to link the stator coil An embodiment of a variable magnetic flux type rotating electrical machine capable of changing a magnetic flux will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the rotating
本実施形態では、ロータ4の軸方向Lの両端部に短絡部材7が備えられている回転電機2を例として説明する。当然ながら、磁束を短絡する効果は弱くなるが、ロータ4の軸方向Lの何れか一方の端部に短絡部材7が備えられている構成とすることも可能である。ロータ4のロータコア4aの内部には、図3に示すように、永久磁石24が埋め込まれている。永久磁石24が提供する界磁束はステータコイル3bに対する鎖交磁束となるが、ロータ4と短絡部材7との周方向Cの相対位置に応じてステータコイル3bに鎖交する界磁束が変化し、可変磁束型の回転電機2が実現される。図1に示すように、回転電機2は、ロータ4と短絡部材7との周方向Cの相対位置を調整する相対位置調整機構50と共に駆動装置1を構成し、回転電機2の駆動力(トルクと同義)を出力軸6に伝達可能に構成されている。
In the present embodiment, a rotating
ステータ3は、不図示のケースの周壁部の内面に固定されている。ステータ3は、ステータコア3aとステータコア3aに巻装されたステータコイル3bとを備え、回転電機2の電機子を構成する。ステータコア3aは、本例では、複数枚の電磁鋼板を積層して構成されており、円筒状に形成されている。ステータ3の径方向内側には、ステータコア3aと同様に複数枚の電磁鋼板を積層して構成されているロータコア4a内に永久磁石24を備えた界磁としてのロータ4が配置されている。ロータコア4aは、ステータ3に対して径方向内側において、ステータ3に対して径方向Rに対向するように配置される。ロータ4は、ロータコア4aを支持すると共にロータコア4aと一体回転するロータコア支持部材49を備えている。ロータ4は、ロータコア支持部材49を介して回転軸周りに回転可能にケースに支持され、ステータ3に対して相対回転する。
The
尚、後述するように、本実施形態では、ロータ4の両端に備えられる短絡部材7を支持する短絡部材支持部材79が、ロータ4を貫通して設置される。この短絡部材支持部材79を貫通させるために、ロータコア支持部材49は円筒形状に形成されている。短絡部材支持部材79は、周方向Cの一部においてロータコア支持部材49を貫通し、軸方向Lの一方の短絡部材7を支持している。このため、図1及び図2では、ロータコア支持部材49が分断されて図示されているが、ロータコア支持部材49は分断されることなく、相対位置調整機構50とロータコア4aとを接続している。
As will be described later, in the present embodiment, short-circuit
本実施形態においては、例えば図5に示すように、ロータ4における各磁極Fは、径方向Rの断面視において、2つの永久磁石24が、同極の磁極面FPをステータ3の側に向けて配置されると共に、磁極面FPの端部(磁極面端部MT)の一方(磁極内端部FA)が他方(磁極外端部FT)に比べて近接して隣り合う状態で配置されて構成されている。これら磁極面端部MTの一方(磁極内端部FA)は、他方(磁極外端部FT)に比べて、径方向内側に位置し、2つの永久磁石24は、ほぼV字型に配置されている。本実施形態では、8極(4極対)の磁極Fを有するロータ4を例示している。
In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 5, each magnetic pole F in the
ここで、符号NPはN極面を示す磁極面FPであり、符号SPはS極面を示す磁極面FPである。また、符号FNはN極の磁極Fであり、符号FSはS極の磁極Fである。磁極Fの極性に応じて永久磁石24を区別する必要がある際には、N極の磁極FNを構成する永久磁石を24N、S極の磁極FSを構成する永久磁石を24Sと称する。ここで、各磁極Fにおける周方向Cの磁極面FPの端部(磁極面端部MT)が磁極外端部FTである。また、各磁極Fにおける磁極外端部FT間の周方向距離が磁極幅M1であり、隣接する磁極Fの磁極外端部FT間の周方向距離が磁極間隔M2である。尚、ロータ4の周方向Cにおいて磁極間隔M2に対応する領域を、磁極Fの対となる概念として、適宜「非磁極部E」と称する。さらに、磁極Fを構成する磁極面FPにおいて最も径方向内側に位置する磁極面端部MTが磁極内端部FAである。また、磁極Fを構成する永久磁石24の最も径方向内側に位置する端部(磁石内端部MA)は、磁極内周端部FIであり、ロータ4の回転軸の中心から磁極内周端部FIまでの長さが磁極内周半径M3である。
Here, the symbol NP is a magnetic pole surface FP indicating the N pole surface, and the symbol SP is a magnetic pole surface FP indicating the S pole surface. Reference sign FN is an N-pole magnetic pole F, and reference sign FS is an S-pole magnetic pole F. When it is necessary to distinguish the
電磁鋼板などの磁性体材料により形成される短絡部材7は、図1及び図2に示すように、短絡部材7と一体回転する短絡部材支持部材79を備えている。本実施形態では、ロータ4の軸方向の両端部に短絡部材7が備えられている。従って、短絡部材支持部材79は、ロータ4を貫通して、ロータ4の両端部に備えられている2つの短絡部材7を支持している。一方、軸方向視では、短絡部材7は以下のように構成されている。短絡部材7は、図3に示すように、軸方向視で径方向内側に形成され、円環状(ここでは、円環板状)の連結部73と、連結部73から径方向外側に向かって突出して形成される近接部71とを備えて、平歯車状に構成されている。近接部71は磁極Fの数に応じて複数個設けられており、連結部73はこれら複数の近接部71を連結する。本実施形態においては、複数の近接部71は、複数の磁極Fと同数且つ一定の周方向間隔で連結部73により連結されている。このため、周方向Cにおいて平衡して漏れ磁束を変化させることができ、平衡状態を保ってステータコイル3bの鎖交磁束を変化させることができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the short-
図3(a)は、ロータ4と短絡部材7との周方向Cの相対位置が第1位置であり、磁極Fと近接部71とが非近接状態となっている状態を示している。第1位置(非近接状態)において、短絡部材7の近接部71は、隣接する磁極Fの間、即ち、非磁極部Eに近接し、非磁極部Eと軸方向視で重複する。図3(b)は、ロータ4と短絡部材7との周方向Cの相対位置が第2位置であり、磁極Fと近接部71とが近接状態となっている状態を示している。近接状態において、短絡部材7の近接部71は、磁極Fに近接して磁極Fと軸方向視で重複する。尚、本実施形態においては、第2位置は、第1位置から電気角で90度ずれた位置であり、最大の弱め界磁位置である。上述したように、本実施形態では8極(4極対)の磁極Fを有するロータ4を例示しており、N極及びS極は交互に配置されている。隣接する磁極Fは、異なる極性の磁極Fであり、隣接する磁極Fの間隔は電気角で180度に相当する。第2状態は、磁極Fの間隔の半分だけ、第1状態に対してずれた位置であるから、電気角で90度ずれた位置である。
FIG. 3A shows a state in which the relative position in the circumferential direction C between the
図3(b)及び図4(a)に示すように、近接部71が磁極Fと軸方向視で重複するとき、近接部71及び連結部73を介して磁路が形成されて隣接する異なる極性の磁極Fが短絡し、いわゆる漏れ磁束が増加する。図4(a)のハッチング部分は、磁極Fと軸方向視で重複する短絡部材7の領域(近接部71に相当)を示しており、隣接する磁極Fとの間の矢印は漏れ磁束の経路を模式的に示している。漏れ磁束が増加することにより、相対的にステータ3に到達する磁束(界磁束)が減少することになり、弱め界磁が実現される。尚、図4(b)は、上述した特許文献1(特開2001−314053号公報)のように、ロータ100(4)を軸方向に貫通する磁性ピン104を設けた場合の最大の弱め界磁位置を例示している。図4(b)におけるハッチング部は、磁性ピン104と短絡プレート202との軸方向視での重複領域を示している。図4(a)と図4(b)とを比較すれば明らかなように、重複領域は、本実施形態に係る図4(a)の方が遙かに広い。従って、本実施形態の方が特許文献1の構造に比べて、より多くの磁束を漏れ磁束とすることが可能であり、効果的な弱め界磁が実現できる。
As shown in FIGS. 3B and 4A, when the
一方、図3(b)に対して図3(a)に示すように、近接部71が隣接する磁極Fの間(非磁極部E)にある第1位置のときは、隣接する磁極Fとの間に積極的な短絡は生じず、漏れ磁束はほとんど生じない。このように、短絡部材7は、短絡部材7を通る漏れ磁束が抑制されてステータ3に到達する磁束(界磁束)が多くなる状態と、短絡部材7を通る漏れ磁束が多くなってステータ3に到達する磁束が少なくなる状態との間で遷移可能に配置されている。つまり、回転電機2は、ロータ4と短絡部材7との周方向Cの相対位置を変更してステータコイル3bに鎖交する界磁束を変更可能に構成されている。尚、説明を容易にするために、最も漏れ磁束が抑制される第1位置(0度位置)と、最も漏れ磁束が多くなる第2位置(90度位置)とを例示したが、当然ながら電気角が0度と90度との間の任意の相対位置が設定可能である。相対位置が電気角で0度から90度へと変位するに従って、次第に漏れ磁束が増加し、界磁束は減少する。そのような磁束の変化については、公知であるから詳細な説明及び図示は省略する。
On the other hand, as shown in FIG. 3A with respect to FIG. 3B, when the
ここで、再び、図1を参照する。図1に示す相対位置調整機構50は、ロータコア支持部材49と短絡部材支持部材79との間の周方向Cの相対位置を調整する機構である。上述したように、ロータコア支持部材49はロータコア4aと一体回転し、短絡部材支持部材79は短絡部材7と一体回転する。従って、相対位置調整機構50により、ロータコア4aと短絡部材7との間の周方向Cの相対位置が調整される。本実施形態では、図1に示すように、相対位置調整機構50は、軸方向Lに沿って並んだ2つの差動歯車装置(第1差動歯車装置51及び第2差動歯車装置52)を備えて構成され、回転電機2に対して軸方向Lの一方側(本実施形態では図示左側)に配置されている。
Reference is again made to FIG. The relative
第1差動歯車装置51及び第2差動歯車装置52は、本実施形態では、3つの回転要素を備えたシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。第1差動歯車装置51は、複数のピニオンギヤを支持する第1キャリヤ51bと、これらピニオンギヤにそれぞれ噛み合う第1サンギヤ51a及び第1リングギヤ51cとを回転要素として有している。また、第2差動歯車装置52は、複数のピニオンギヤを支持する第2キャリヤ52bと、これらピニオンギヤにそれぞれ噛み合う第2サンギヤ52a及び第2リングギヤ52cとを回転要素として有している。第1サンギヤ51aは、短絡部材支持部材79と一体回転するように駆動連結され、第2サンギヤ52aは、ロータコア支持部材49と一体回転するように駆動連結されている。第1キャリヤ51b及び第2キャリヤ52bは、出力軸6と一体回転するように駆動連結されている。これにより、短絡部材支持部材79及びロータコア支持部材49は、相対位置調整機構50を介して出力軸6に駆動連結される。即ち、本例では、短絡部材支持部材79とロータコア支持部材49との双方が、相対位置調整機構50を介して共通の出力軸6に駆動連結されている。尚、第2リングギヤ52cは、リング状部材を介して例えばケースの壁面などの固定部80に固定されている。
In the present embodiment, the first
第1リングギヤ51cの径方向外側を向く外周面にはウォームホイール54bが設けられている。このウォームホイール54bは、第1リングギヤ51cの回転位置(周方向位置)を調整するためのウォームギヤ54aと噛み合っている。ウォームギヤ54aは、不図示のモータなどの駆動力源と接続されている。この駆動力源によりウォームギヤ54aを回転させることで、第1リングギヤ51cの回転位置を変えることができる。第1リングギヤ51cの回転位置の調整時には駆動力源によりウォームギヤ54aが回転駆動され、調整時以外では停止した駆動力源を介してウォームギヤ54aが固定される。つまり、第1リングギヤ51cは、回転位置の調整時を除いて固定された状態となる。
A
本実施形態では、第1キャリヤ51bと第2キャリヤ52bとは一体的に一体キャリヤ53を構成しており、一体キャリヤ53が出力軸6と一体回転するように駆動連結されている。また、本実施形態では、第1差動歯車装置51と第2差動歯車装置52とは互いに同径に構成され、第1差動歯車装置51の歯数比(=第1サンギヤ51aの歯数/第1リングギヤ51cの歯数)と第2差動歯車装置52の歯数比(=第2サンギヤ52aの歯数/第2リングギヤ52cの歯数)とは互いに等しく設定されている。そして、第1リングギヤ51cの回転位置の調整時を除いて、第1リングギヤ51c及び第2リングギヤ52cの双方は固定された状態となる。よって、第1サンギヤ51aに駆動連結された短絡部材支持部材79と、第2サンギヤ52aに駆動連結されたロータコア支持部材49とは、互いに同じ回転速度(ロータ回転速度)で回転する。尚、出力軸6の回転速度は、ロータ回転速度に対して減速されたものとなり、本例では、出力軸6には、回転電機2のトルクが増幅されて伝達されることになる。
In the present embodiment, the
上述したように、本実施形態では、第2リングギヤ52cが固定部80に固定されているのに対し、第1リングギヤ51cは回転位置が調整可能となっている。すなわち、キャリヤが一体的に形成された2つの遊星歯車機構において、一方のリングギヤを他方のリングギヤに対して周方向Cに相対移動(すなわち相対回転)させることが可能となっている。この相対回転に伴い、一方のサンギヤが他方のサンギヤに対して相対回転する。よって、第1リングギヤ51cの回転位置を調整することで、第1サンギヤ51aと第2サンギヤ52aとの間の周方向Cの相対位置を調整することができる。その結果、ロータコア支持部材49と短絡部材支持部材79との間の周方向Cの相対位置を調整することができる。
As described above, in the present embodiment, the
上述したように、本実施形態の回転電機2は、ロータ4と短絡部材7との間の周方向Cの相対位置を調整して、ステータコイル3bに到達する鎖交磁束を調整することが可能な可変磁束型の回転電機である。このような可変磁束型の回転電機には、簡単な構造であると共に、最大磁束で回転電機を動作させる際には強い磁束を提供可能であり、弱め界磁状態では良好に磁束を抑制可能であることが望まれる。このためには、ロータ4における磁極Fの構造と、短絡部材7の構造との最適化が必要とされる。以下、そのような磁極Fの構造と、短絡部材7の構造との好適な一例について説明する。図5及び図6は、両者の最適な関係を規定するための準備となる部位の名称及び寸法の定義を規定したものである。
As described above, the rotating
一部上述した内容と重複するが、図5を参照して磁極Fの構造、名称、寸法等についての定義を説明する。本実施形態においては、各磁極Fは、径方向Rの断面視において、2つの永久磁石24が、同極の磁極面FPをステータ3の側に向け、磁極面FPに沿った磁極面端部MTの一方(磁極内端部FA)が他方(磁極外端部FT)に比べて近接して隣り合う状態で配置されて構成されている。また、各磁極Fにおける永久磁石24の磁極外端部FTは、磁極内端部FAよりもステータ3の側(径方向外側)に配置され、2つの永久磁石24は、ほぼV字型に配置されている。上述したように、磁極外端部FTは、各磁極Fにおける周方向Cの磁極面FPの端部(磁極面端部MT)である。そして、各磁極Fにおける磁極外端部FT間の周方向距離が磁極幅M1であり、隣接する磁極Fの磁極外端部FT間の周方向距離が磁極間隔M2である。また、磁極Fを構成する磁極面FPにおいて最も径方向内側に位置する磁極面端部MTが磁極内端部FAである。そして、磁極Fを構成する永久磁石24の最も径方向内側に位置する端部(磁石内端部MA)は、磁極Fの径方向Rにおける最も内側の点(内周側の端部)である。従って、磁石内端部MAは、磁極内周端部FIであり、ロータ4の回転軸の中心から磁極内周端部FIまでの長さが磁極内周半径M3である。
Although partially overlapping with the contents described above, the definition of the structure, name, dimensions, etc. of the magnetic pole F will be described with reference to FIG. In the present embodiment, each magnetic pole F has two
同様に、一部上述した内容と一部重複するが、次に図6を参照して、短絡部材7の構造、名称、寸法等についての定義を説明する。短絡部材7は、軸方向視で径方向内側に形成され、円環状(ここでは、円環板状)の連結部73と、連結部73から径方向外側に向かって突出して形成される近接部71とを備えて、平歯車状に構成されている。近接部71は、磁極Fの数に応じて複数個設けられており、連結部73は、これら複数の近接部71を連結する。ここで、短絡部材7の近接部71の径方向外端部の周方向幅を、近接部幅S1とする。また、円環状の連結部73の径方向外周部の半径を連結部半径S3とする。即ち、ロータ4の回転軸の中心から連結部73の径方向の外縁部までの長さが連結部半径S3である。
Similarly, although partially overlapping with the contents described above, the definition of the structure, name, dimensions, etc. of the short-
尚、磁極幅M1、磁極間隔M2、近接部幅S1等は、図5及び図6に例示したように、角度によって規定してもよい。あるいは、磁極幅M1及び磁極間隔M2は、回転軸を中心として磁極外端部FTを通る円弧上の曲線距離とし、近接部幅S1は、回転軸を中心として、短絡部材7の近接部71の外端を通る円弧上の曲線距離としてもよい。但し、後述するように、磁極幅M1及び磁極間隔M2と、近接部幅S1との大小関係を規定する場合には、それぞれの幅(長さ)を規定する基準が揃っていることが好ましい。従って、例えば、磁極幅M1及び磁極間隔M2を磁極外端部FTを通る円弧上の曲線距離として規定する際には、近接部幅S1の規定を、回転軸を中心として磁極外端部FTを通る円弧と、近接部71とが軸方向視で重複する当該円弧上の曲線距離としてもよい。当然ながら、図5及び図6に例示したように、ロータ4の回転軸を中心とする角度によって規定する場合には、同一の基準となる。
The magnetic pole width M1, the magnetic pole interval M2, the proximity portion width S1, and the like may be defined by angles as illustrated in FIGS. Alternatively, the magnetic pole width M1 and the magnetic pole interval M2 are curved distances on an arc passing through the magnetic pole outer end portion FT with the rotation axis as the center, and the proximity portion width S1 is the center of the rotation axis with respect to the
以下、上述した定義に基づき、図7〜図10を利用して磁極Fの構造と、短絡部材7の構造との好適な一例について説明する。図7〜図10では、説明を容易にするために、直線モデルを用いて説明する。図7は、図5に対応し、磁極幅M1、磁極間隔M2、磁極内周半径M3の直線モデルにおける定義を示している。図8は、図6に対応し、近接部幅S1及び連結部半径S3の直線モデルにおける定義を示している。図9、特に図9(a)は図3(a)に対応し、直線モデルにおけるロータ4と短絡部材7との周方向Cの相対位置が第1位置であり、磁極Fと近接部71とが非近接状態となっている状態を示している。図10は、図3(b)に対応し、直線モデルにおけるロータ4と短絡部材7との周方向Cの相対位置が第2位置であり、磁極Fと近接部71とが近接状態となっている状態を示している。
Hereinafter, based on the above-described definition, a preferred example of the structure of the magnetic pole F and the structure of the short-
近接部71は、磁極Fと同様に、一定の周方向間隔で設けられており、さらに、近接部幅S1は磁極間隔M2以下に設定されている(M2≧S1)。図9(a)に示すように、短絡部材7の近接部幅S1は、磁極間隔M2以下に設定されているので、第1位置において近接部71が非磁極部Eに対して軸方向視で重複する際に磁極Fには干渉(重複)することがない。従って、第1位置における漏れ磁束は抑制され、ロータ4は、可能な限り最大の磁束をステータコイル3bへ提供することができる。一方、図9(b)に示すように、近接部幅S1が磁極間隔M2より大きいと、第1位置又は第1位置の近傍において近接部71が非磁極部Eに対して軸方向視で重複する際に、近接部71の一部が磁極Fにも重複する。その結果、近接部71が漏れ磁束の磁路となり、漏れ磁束が増加して、ステータコイル3bの鎖交磁束を減少させてしまう。第1位置は、漏れ磁束を可能な限り抑制して、永久磁石24による磁束を最大限にステータコイル3bへ提供する相対位置であるから、漏れ磁束の増加は好ましくない。従って、近接部幅S1は磁極間隔M2以下であることが必要である。
Similar to the magnetic pole F, the
同様に、短絡部材7は、連結部半径S3が磁極内周半径M3以下となるように形成されているので(M3≧S3)、第1位置において近接部71が非磁極部Eに対して軸方向視で重複する際に連結部73が非磁極部Eに重複して漏れ磁束の磁路となることが抑制される。図9(a)では、連結部半径S3が磁極内周半径M3未満(M3>S3)の場合を例示している。一方、図9(c)に示すように、連結部半径S3が磁極内周半径M3を超えると(M3<S3)、連結部73が漏れ磁束の磁路となる。従って、短絡部材7は、連結部半径S3が磁極内周半径M3以下となるように形成されることが望まれる。
Similarly, since the short-
このように、連結部半径S3が磁極内周半径M3以下となるように短絡部材7が形成されていると、ロータ4の軸方向Lの端面に近接する形態で平板状の短絡部材7を設置することができる。つまり、図2に示すように、ロータ4と短絡部材7との間に短絡を防止するための空間を設ける必要がなくなるので、可変磁束を実現するために軸方向Lに短絡部材7を設けても、ロータ4の軸方向Lの長さが長くなることを抑制し、回転電機2の構造が複雑化することも抑制することができる。
As described above, when the short-
ここで、磁極幅M1と磁極間隔M2とが同じ幅で構成されており、近接部幅S1が磁極間隔M2以下に設定されていると好適である(M1=M2≧S1)。磁極幅M1と磁極間隔M2とが同じ幅であると、磁束を提供する磁極Fと、提供しない非磁極部Eとが周方向に均等な幅で交互に並ぶことになる。図3を用いて上述したように、短絡部材7の近接部71は、ロータ4との周方向Cの相対位置が第1位置のときには、磁極Fと磁極Fとの間(非磁極部E)において軸方向視で重複する(図3(a))。また、短絡部材7の近接部71は、第1位置から電気角で90度ずれた第2位置(最大の弱め界磁位置)では、磁極Fにおいて軸方向視で重複する(図3(b))。同じ近接部71が重複するので、磁極Fと非磁極部Eとが同じ幅であると、磁束の制御が容易であり、ロータ4は、効果的にステータコイル3bへの鎖交磁束を提供することができる。
Here, it is preferable that the magnetic pole width M1 and the magnetic pole interval M2 have the same width, and the proximity portion width S1 is set to be equal to or smaller than the magnetic pole interval M2 (M1 = M2 ≧ S1). When the magnetic pole width M1 and the magnetic pole interval M2 are the same width, the magnetic pole F that provides the magnetic flux and the non-magnetic pole portion E that is not provided are alternately arranged with a uniform width in the circumferential direction. As described above with reference to FIG. 3, when the relative position in the circumferential direction C with respect to the
尚、図9(a)に示した例では、短絡部材7の近接部71の周方向幅である近接部幅S1は、磁極間隔M2と同じ幅に設定されている。つまり、近接部幅S1は、磁極幅M1及び磁極間隔M2と同じ幅である(M1=M2=S1)。上述したように、磁極幅M1と磁極間隔M2とが同じ幅であると、磁極Fと非磁極部Eとが周方向Cに均等な幅で並ぶ。また、短絡部材7の近接部幅S1を磁極間隔M2以下とすると、第1位置において近接部71が非磁極部Eに対して軸方向Lに重複する際に、近接部71が磁極Fに重複することがなく、第1位置における漏れ磁束が抑制される。換言すれば、短絡部材7の近接部幅S1は磁極間隔M2までは広げることが可能である。図9(a)及び図10は、このように近接部幅S1を磁極間隔M2まで最大限に広げた場合を例示しており、近接部幅S1は、磁極幅M1及び磁極間隔M2と同じ幅である(M1=M2=S1)。図10に示すように、第2位置においては、近接部71が磁極Fからの磁束を最大限に受けることができ、漏れ磁束を推進して、弱め界磁の効果を最大化することができる。
In the example shown in FIG. 9A, the proximity portion width S1, which is the circumferential width of the
尚、上記説明において、「磁極幅M1と磁極間隔M2とが同じ幅」、「近接部幅S1は、磁極幅M1及び磁極間隔M2と同じ幅」としたが、これらにおける「同じ幅」は、互いに所定の許容範囲内にある場合を含む。近接部幅、磁極幅、磁極間隔は、それぞれ製造上許容される公差を有して設計されている。従って、このような設計上の公差の範囲や、製造上の誤差などの範囲を含めて互いに許容範囲内にあるとき、互いに「同じ幅」と称することができる。即ち、磁極幅M1と磁極間隔M2とが略同じ幅(M1≒M2)、近接部幅S1は、磁極幅M1及び磁極間隔M2と略同じ幅(M1≒M2≒S1)ということもできる。 In the above description, “the magnetic pole width M1 and the magnetic pole interval M2 are the same width” and “the proximity portion width S1 is the same width as the magnetic pole width M1 and the magnetic pole interval M2”. Including the case where they are within a predetermined allowable range. The proximity portion width, the magnetic pole width, and the magnetic pole interval are designed with tolerances that are acceptable in manufacturing. Therefore, when such tolerance ranges including design tolerances and manufacturing errors are within an allowable range, they can be referred to as “same width”. That is, it can be said that the magnetic pole width M1 and the magnetic pole interval M2 are substantially the same width (M1≈M2), and the proximity portion width S1 is approximately the same width as the magnetic pole width M1 and the magnetic pole interval M2 (M1≈M2≈S1).
〔別実施形態〕
(1)上記実施形態においては、1つの磁極Fが2つの永久磁石24により構成される例を用いて説明した。しかし、本発明はその形態に限定されることなく、1つの磁極Fが1つの永久磁石24により構成されてもよいし、3つ以上の永久磁石24により構成されてもよい。図11は、1つの磁極Fが1つの永久磁石24により構成される例を示している。図11(a)は、第1位置を例示しており、図11(b)は第2位置を示している。また、図12は、1つの磁極Fが3つの永久磁石24により構成される例を示している。図12(a)は、第1位置を例示しており、図12(b)は第2位置を示している。
[Another embodiment]
(1) In the said embodiment, it demonstrated using the example in which the one magnetic pole F was comprised by the two
図11に示すように、1つの磁極Fが1つの永久磁石24により構成される場合、好適な形態として、永久磁石24は、磁極面FPが径方向Rに対して直交するように配置される。磁極面FPの磁極面端部MTは磁極外端部FTに相当する。磁石内端部MAは、磁極面FPの反対面が径方向Rと直交する点であり、当該磁石内端部MAは磁極内周端部FIに相当する。磁極外端部FTを基準とする磁極幅M1及び磁極間隔M2、磁極内周端部FIを基準とする磁極内周半径M3は、図11(c)に示すように、上記実施形態と同様に規定することができる。
As shown in FIG. 11, when one magnetic pole F is constituted by one
図12に示すように、1つの磁極Fが3つの永久磁石24により構成される場合、好適な形態として、ステータ3の側、即ちロータ4の外周側(径方向外側)に開いたU字状に永久磁石24が配置される。具体的には、1つの永久磁石24が周方向Cの中央部に、磁極面FPが径方向Rに対して直交するように配置される。磁極Fの周方向Cの両端に配置される他の2つの永久磁石24は、それぞれ、一方の磁極面端部MTが、中央に配置された永久磁石24の磁極面端部MTと隣接するように配置される。磁極Fの周方向Cの両端に配置されるこれら2つの永久磁石24の径方向外側の磁極面端部MT、即ち、磁極Fの周方向Cの両端に位置する磁極面端部MTは、磁極外端部FTとなる。また、これら2つの永久磁石24は、中央に配置された永久磁石24の磁極面端部MTと隣接する一方の磁極面端部MTに対して、他方の磁極面端部MT(磁極外端部FT)が径方向外側に位置するように配置される。さらに、中央に配置された永久磁石24の磁極面端部MTと隣接する一方の磁極面端部MTは、周方向Cにおいて相対的に磁極Fの中央部側に位置し、他方の磁極面端部MTである磁極外端部FTは、周方向Cにおいて相対的に磁極Fの中央部側から離れるように位置して、3つの永久磁石24は径方向外側に開いたU字状に配置される。
As shown in FIG. 12, when one magnetic pole F is constituted by three
図12に示した例では、磁石内端部MAは、磁極Fの周方向Cにおける中央部に配置される永久磁石24の磁極面FPの反対面が径方向Rと直交する点であり、当該磁石内端部MAが磁極内周端部FIに相当する。磁極外端部FTを基準とする磁極幅M1及び磁極間隔M2、磁極内周端部FIを基準とする磁極内周半径M3は、図12(c)に示すように、上述した実施形態と同様に規定することができる。
In the example shown in FIG. 12, the magnet inner end portion MA is a point where the opposite surface of the magnetic pole surface FP of the
(2)上記実施形態においては、磁極Fを構成する永久磁石24の最も径方向内側に位置する端部である磁石内端部MAを磁極内周端部FIとして、ロータ4の回転軸の中心から磁極内周端部FI(磁石内端部MA)までの長さを磁極内周半径M3とした。しかし、磁極内周半径M3の定義はこの形態に限定されることはない。例えば、磁極Fを構成する磁極面FPの最も径方向内側に位置する点を磁極内周端部FIとして、ロータ4の回転軸の中心から磁極内周端部FIまでの長さを磁極内周半径M3としてもよい。詳細は後述するが、1つの磁極Fが2つの永久磁石24で構成される場合には、磁極面端部MTである磁極内端部FAを、磁極面FPの最も径方向内側に位置する磁極内周端部FIとすることができる。また、1つの磁極Fが1つの永久磁石、又は3つの永久磁石24で構成され、磁極Fの中央部に径方向Rに直交する磁極面FPを有する永久磁石24が備えられている場合には、当該磁極面FPと径方向Rとが直交する点を磁極内周端部FIとすることができる。以下、磁極Fが1つの永久磁石24、2つの永久磁石24、3つの永久磁石24で構成される際に、それぞれ磁極面FPの最も径方向内側に位置する点を磁極内周端部FIとして設定される磁極内周半径M3について説明する。
(2) In the above embodiment, the center of the rotating shaft of the
図13は、図5に対応し、1つの磁極Fが2つの永久磁石24により構成される例を示している。永久磁石24の配置については、上述した通りであるので、説明を省略する。図13に示すように、磁極Fを構成する磁極面FPにおいて最も径方向内側に位置する点は、磁極面端部MTとしての磁極内端部FAであり、この磁極内端部FAが磁極内周端部FIとなる。そして、ロータ4の回転軸の中心から磁極内周端部FI(磁極内端部FA)までの長さが磁極内周半径M3となる。
FIG. 13 corresponds to FIG. 5 and shows an example in which one magnetic pole F is constituted by two
図14は、図11(c)に対応し、1つの磁極Fが1つの永久磁石24により構成される例を示している。また、図15は、図12(c)に対応し、1つの磁極Fが3つの永久磁石24により構成される例を示している。それぞれ、永久磁石24の配置については、上述した通りであるので、説明を省略する。図14に示すように、磁極Fを構成する磁極面FPにおいて最も径方向内側に位置する点は、磁極面FPと径方向Rとが交差する点であり、この点が磁極内周端部FIとなる。そして、ロータ4の回転軸の中心から磁極内周端部FIまでの長さが磁極内周半径M3となる。同様に、図15に示すように、磁極Fを構成する磁極面FPにおいて最も径方向内側に位置する点は、周方向Cの中央に配置された1つの永久磁石24の磁極面FPと径方向Rとが交差する点であり、この点が磁極内周端部FIとなる。そして、ロータ4の回転軸の中心から磁極内周端部FIまでの長さが磁極内周半径M3となる。
FIG. 14 corresponds to FIG. 11C and shows an example in which one magnetic pole F is constituted by one
(3)上記実施形態においては、図3等に例示したように、複数の近接部71が、複数の磁極Fと同数且つ一定の周方向間隔で連結部73に連結されて短絡部材7が形成されている場合を例示した。この形態では、周方向において平衡して漏れ磁束を変化させることができ、平衡状態を保ってステータコイルの鎖交磁束を変化させることができる。しかし、ステータコイル3bへの鎖交磁束を弱める弱め界磁が要求されるのは、ロータ4の回転速度が高く、誘導起電力が大きくなる時であるから、周方向における磁束密度の分布の平衡性が多少損なわれても、大きな問題はない。従って、図16に例示するように、第2位置において、複数の近接部71の一部が一方の極性を有する磁極F(例えばFS)に対して軸方向視で重複するように配置され、複数の近接部71の残りが他方の極性を有する磁極F(例えばFN)に対して軸方向視で重複するように配置されれば、近接部71は磁極Fと同数でなくてもよい。また、近接部71は一定の周方向間隔で形成されていなくてもよい。但し、好ましくは、一方の極性を有する磁極F(例えばFS)に重複する近接部71と、他方の極性を有する磁極F(例えばFN)に重複する近接部71とが同数であるとよい。
(3) In the above embodiment, as illustrated in FIG. 3 and the like, the plurality of
(4)記実施形態では、ロータ4の軸方向Lの端面に近接する形態で平板状の短絡部材7が設置される例を示した。しかし、これに限定されることなく、図17に示すように、ロータ4と短絡部材7との間に空間が設けられていてもよい。この場合、ロータ4の端面(永久磁石24)と連結部73との間の軸方向Lの間隔が充分に確保されていれば、図9を参照して説明した「S3<M3」の条件は必要ではない。
(4) In the embodiment described above, an example in which the flat short-
(5)上記実施形態においては、インナーロータ型の回転電機2を例として説明したが、当業者であれば、本発明の要旨を逸脱することなく、アウターロータ型の回転電機にも本発明を適用可能であろう。しかし、そのような改変もまた、本発明の技術的範囲に属するものである。
(5) In the above embodiment, the inner rotor type rotating
本発明は、可変磁束型の回転電機に適用することができる。 The present invention can be applied to a variable magnetic flux type rotating electrical machine.
2:回転電機
3:ステータ
3b:ステータコイル
4:ロータ
7:短絡部材
24:永久磁石
71:近接部
73:連結部
C:周方向
E:非磁極部
F:磁極
FA:磁極内端部
FI:磁極内周端部
FP:磁極面
FT:磁極外端部
L:軸方向
M1:磁極幅
M2:磁極間隔
M3:磁極内半径
MA:磁石内端部
MT:磁極面端部(磁極面の端部)
S1:近接部幅
S2:連結部半径
2: Rotating electrical machine 3:
S1: Proximity part width S2: Connection part radius
Claims (4)
前記短絡部材は、前記磁極に近接して配置される複数の近接部と、当該複数の近接部を連結する連結部とを備え、
前記ロータと前記短絡部材との周方向の相対位置が第1位置であるとき、前記複数の近接部の全てが、隣接する前記磁極の間である非磁極部に対して軸方向視で重複して配置され、
前記ロータと前記短絡部材との周方向の相対位置が前記第1位置とは異なる第2位置であるとき、前記複数の近接部の一部が一方の極性を有する前記磁極に対して軸方向視で重複するように配置され、前記複数の近接部の残りが他方の極性を有する前記磁極に対して軸方向視で重複するように配置される回転電機。 A stator having a stator coil, a rotor having a permanent magnet arranged with a magnetic pole surface facing the stator side, and having a plurality of magnetic poles with alternating polarities in the circumferential direction, and at least one end in the axial direction of the rotor And a short-circuit member that is short-circuited with the magnetic flux of the magnetic pole, and is capable of changing a field flux interlinked with the stator coil by changing a circumferential relative position between the rotor and the short-circuit member. A magnetic flux type rotating electrical machine,
The short-circuit member includes a plurality of proximity portions arranged in proximity to the magnetic poles, and a connection portion that connects the plurality of proximity portions,
When the circumferential relative position of the rotor and the short-circuit member is the first position, all of the plurality of proximity portions overlap with each other in the axial direction with respect to the non-magnetic pole portion between the adjacent magnetic poles. Arranged,
When the relative position in the circumferential direction between the rotor and the short-circuit member is a second position that is different from the first position, a part of the plurality of adjacent portions is viewed in the axial direction with respect to the magnetic pole having one polarity. The rotating electrical machine is disposed so as to overlap with each other, and the rest of the plurality of proximity portions overlaps the magnetic pole having the other polarity in an axial view.
前記複数の近接部は、前記複数の磁極と同数且つ一定の周方向間隔で前記連結部により連結されると共に、前記近接部幅が前記磁極間隔以下に設定されている請求項1の回転電機。 An end of the magnetic pole surface in the circumferential direction of each of the magnetic poles is a magnetic pole outer end, a circumferential distance between the magnetic pole outer ends of each of the magnetic poles is a magnetic pole width, and the magnetic poles of the adjacent magnetic poles The circumferential distance between the outer ends is the magnetic pole spacing, and the circumferential width of each of the proximity parts of the short-circuit member is the proximity part width,
2. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the plurality of proximity portions are connected by the connection portions at the same number and a constant circumferential interval as the plurality of magnetic poles, and the width of the proximity portion is set to be equal to or less than the magnetic pole interval.
前記ロータの回転軸の中心から前記連結部の径方向の外縁部までの長さが連結部半径であり、前記磁極を構成する前記永久磁石の最も径方向内側に位置する端部が磁極内周端部であり、前記ロータの回転軸の中心から前記磁極内周端部までの長さが磁極内周半径であり、
前記短絡部材は、平板状に形成されると共に、前記連結部半径が前記磁極内周半径以下となるように形成されている請求項1から3の何れか一項に記載の回転電機。 The rotor is disposed radially inward of the stator and radially opposed to the stator,
The length from the center of the rotating shaft of the rotor to the radially outer edge of the connecting portion is the radius of the connecting portion, and the end located on the innermost radial direction of the permanent magnet constituting the magnetic pole is the inner periphery of the magnetic pole The length from the center of the rotation axis of the rotor to the inner peripheral end of the magnetic pole is the inner peripheral radius of the magnetic pole,
4. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the short-circuit member is formed in a flat plate shape and has a radius of the coupling portion that is equal to or smaller than an inner radius of the magnetic pole. 5.
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