JP2012165540A - Rotary electric machine - Google Patents

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Eiji Yamada
英治 山田
Kaoru Kubo
馨 久保
Ryoji Mizutani
良治 水谷
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Toyota Motor Corp
トヨタ自動車株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable-field rotary electric machine that uses less magnets.SOLUTION: A rotary electric machine 10 includes: a rotating shaft 12; a rotor core 14 that is fixedly mounted on an outer circumference of the rotating shaft 12; a cylindrical stator 16 that is arranged on a radially outer side of the rotor core 14; a field yoke 18 that is provided on an outer circumference of the stator 16; and field coils 20a and 20b that form first magnetic circuits MC1 and second magnetic circuits MC2 between the field yoke 18 and the rotor core 14 so as to allow control of an amount of magnetic flux between the rotor core 14 and a stator core 30. On an outer circumference thereof, the rotor core 14 has first magnetic pole component members 24 and second magnetic pole component members 26 that are circumferentially separated from one another. The first magnetic pole component members 24 form part of the respective first magnetic circuits MC1 where magnetic flux generated by the field coil 20a provided on a first axial end flows. The second magnetic pole component members 26 form part of the respective second magnetic circuits MC2 where magnetic flux generated by the field coil 20b provided on a second axial end flows.

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.
従来、ロータに永久磁石を配置した永久磁石型モータが様々な分野で利用されており、例えば、電気自動車やハイブリット自動車の駆動源として利用されている。このような電気自動車やハイブリット自動車の駆動源は、低回転−高出力、高回転−低出力という車両の走行特性が要求される。   Conventionally, a permanent magnet type motor in which a permanent magnet is arranged on a rotor has been used in various fields, for example, as a drive source for an electric vehicle or a hybrid vehicle. The driving source of such an electric vehicle or hybrid vehicle is required to have vehicle running characteristics of low rotation-high output and high rotation-low output.
モータは、一般にロータからステータに流れる磁束と、ステータコイルに流れるモータ電流によって、発生するトルクが決定される。ステータとロータ間に流れる磁束は、用いられる磁石等によって決定され、回転速度とは関係なく一定に保たれる。そして、回転速度は、モータ電流によって決定される。しかし、モータ電流は、インバータ等の電源からの電圧によって決まるため、ステータコイルの電圧と電源電圧の最大電圧とが一致したときの回転数が最大回転数となる。   In the motor, the torque generated is generally determined by the magnetic flux flowing from the rotor to the stator and the motor current flowing in the stator coil. The magnetic flux flowing between the stator and the rotor is determined by a magnet or the like used, and is kept constant regardless of the rotational speed. The rotational speed is determined by the motor current. However, since the motor current is determined by the voltage from the power source such as an inverter, the rotation speed when the stator coil voltage and the maximum power supply voltage coincide with each other is the maximum rotation speed.
このような永久磁石型モータにおいて、電源電圧を一定として定出力運転を行う場合、低回転数における出力を向上させると共に、最高回転数をさらに上昇させて走行特性を広げるために、可変界磁型の回転電機が各種提案されている。   In such a permanent magnet type motor, when performing constant output operation with a constant power supply voltage, a variable field type is used to improve the output at a low rotational speed and further increase the maximum rotational speed to widen the running characteristics. Various rotating electrical machines have been proposed.
例えば、特開2008−99447号公報(特許文献1)には、鉄損低減の低減を解決課題とした可変界磁型の回転電機が開示されている。この回転電機では、ロータにマグネット及び制御磁極を設け、固定されたボビンと一体の環状部材によりステータを支持し、ステータに電機子コイルを巻回し、ボビンに設けたコイル保持部に界磁コイルを巻回している。そして、上記ボビンを圧粉磁心材で形成することにより、鉄材でボビンを形成したものに対して電気抵抗が高くなるため、渦電流が生じ難くなり、上記ボビンにおける鉄損の低減を促進できることが記載されている。   For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2008-99447 (Patent Document 1) discloses a variable field type rotating electrical machine in which reduction of iron loss reduction is a problem to be solved. In this rotating electric machine, a rotor is provided with a magnet and a control magnetic pole, a stator is supported by an annular member integrated with a fixed bobbin, an armature coil is wound around the stator, and a field coil is provided at a coil holding portion provided on the bobbin. Winding. And, since the bobbin is formed of a dust core material, the electric resistance is higher than that of the bobbin formed of iron material, so that eddy current is less likely to occur, and the reduction of iron loss in the bobbin can be promoted. Are listed.
特開2008−99447号公報JP 2008-99447 A
上記特許文献1の回転電機では、界磁コイルに流す電流の方向を制御しても制御磁極をN極またはS極のいずれか一方の極性にしか磁化できないため、制御磁極と極対を形成するために磁石を用いる必要がある。   In the rotating electrical machine disclosed in Patent Document 1, the control magnetic pole can be magnetized to only one of the N and S poles even if the direction of the current flowing through the field coil is controlled, so a pole pair is formed with the control magnetic pole. Therefore, it is necessary to use a magnet.
本発明の目的は、使用する磁石量を抑制できる界磁可変型の回転電機を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a field variable type rotating electrical machine capable of suppressing the amount of magnets to be used.
本発明に係る回転電機は、
回転可能に設けられた回転シャフトと、
前記回転シャフトの外周に固設されたロータコアと、
前記ロータコアの径方向外方にギャップを隔てて配置され、内周部にステータコイルが巻回されている筒状のステータと、
前記ステータの外周に設けられた界磁ヨークと、
前記界磁ヨークの軸方向両端部にそれぞれ設けられ、前記界磁ヨークと前記ロータコアとの間に第1および第2磁気回路を形成することで前記ロータコアと前記ステータコアとの間での磁束量を制御可能な界磁巻線と、を備え、
前記ロータコアは、その外周部に第1磁極構成部材と第2磁極構成部材とを周方向に離れて有しており、
前記第1磁極構成部材は軸方向一端側の前記界磁巻線によって生じる磁束が流れる前記第1磁気回路の一部を構成し、前記第2磁極構成部材は軸方向他端側の前記界磁巻線によって生じる磁束が流れる前記第2磁気回路の一部を構成する。
The rotating electrical machine according to the present invention is
A rotating shaft provided rotatably,
A rotor core fixed to the outer periphery of the rotating shaft;
A cylindrical stator in which a stator coil is wound around the inner periphery of the rotor core, with a gap disposed radially outward;
A field yoke provided on the outer periphery of the stator;
The magnetic flux between the rotor core and the stator core can be reduced by forming first and second magnetic circuits respectively provided at both axial ends of the field yoke and between the field yoke and the rotor core. A controllable field winding,
The rotor core has a first magnetic pole component member and a second magnetic pole component member on the outer peripheral portion thereof in a circumferential direction,
The first magnetic pole constituting member constitutes a part of the first magnetic circuit through which a magnetic flux generated by the field winding on one axial end side flows, and the second magnetic pole constituting member constitutes the field magnet on the other axial end side. It constitutes a part of the second magnetic circuit through which the magnetic flux generated by the winding flows.
本発明に係る回転電機において、前記第1磁極構成部材は、前記軸方向一端側の前記界磁巻線が巻回されている前記界磁ヨークの部分に一端部が近接する一方で他端部が前記軸方向他端側の前記界磁巻線が巻回されている前記界磁ヨークの部分から離間しており、前記第2磁極構成部材は、前記軸方向一端側の前記界磁巻線が巻回されている前記界磁ヨークの部分に一端部が離間する一方で他端部が前記軸方向他端側の前記界磁巻線が巻回されている前記界磁ヨークの部分に近接しているのが好ましい。   In the rotating electrical machine according to the present invention, the first magnetic pole component has one end close to the portion of the field yoke around which the field winding on one end in the axial direction is wound, while the other end. Is separated from the portion of the field yoke around which the field winding on the other end side in the axial direction is wound, and the second magnetic pole constituent member is the field winding on the one end side in the axial direction. One end is separated from the portion of the field yoke where the field winding is wound, while the other end is close to the portion of the field yoke where the field winding on the other end in the axial direction is wound. It is preferable.
また、本発明に係る回転電機において、前記第1および第2磁極構成部材はそれぞれ、成形された磁性材料から構成され、前記第1磁極構成部材の一端部が前記ロータコアの一端面から突出しており、前記第2磁極構成部材の他端部が前記ロータコアの他端面から突出しているのが好ましい。   In the rotating electrical machine according to the present invention, each of the first and second magnetic pole constituent members is made of a molded magnetic material, and one end portion of the first magnetic pole constituent member protrudes from one end face of the rotor core. It is preferable that the other end portion of the second magnetic pole constituting member protrudes from the other end surface of the rotor core.
また、本発明に係る回転電機において、前記ロータコアは径方向外方へ突出する複数の突極部を周方向に等間隔に有し、前記第1および第2磁極構成部材は周方向に隣り合う前記突極部内に埋設されていてもよい。   In the rotating electrical machine according to the present invention, the rotor core has a plurality of salient pole portions protruding radially outward at equal intervals in the circumferential direction, and the first and second magnetic pole component members are adjacent in the circumferential direction. It may be embedded in the salient pole part.
この場合、前記突極部内には低透磁率領域が前記第1および第2磁極構成部材の径方向内方の表面に臨んで設けられていてもよい。   In this case, a low magnetic permeability region may be provided in the salient pole portion so as to face the radially inner surfaces of the first and second magnetic pole constituent members.
さらに、本発明に係る回転電機において、前記第1および第2磁極構成部材のうち、少なくとも1組の前記第1および第2磁極構成部材が粉末成形磁性体からなる非磁石部材で構成され、他の組の前記第1および第2磁極構成部材が磁石で構成されてもよい。   Furthermore, in the rotating electrical machine according to the present invention, of the first and second magnetic pole constituent members, at least one set of the first and second magnetic pole constituent members is constituted by a non-magnet member made of a powder-molded magnetic body, The first and second magnetic pole constituting members of the set may be composed of magnets.
本発明に係る回転電機によれば、ロータコアがその外周部に第1磁極構成部材と第2磁極構成部材とを周方向に離れて有しており、第1磁極構成部材が、軸方向一端側の前記界磁巻線によって生じる磁束が流れる第1磁気回路の一部を構成し、第2磁極構成部材が、軸方向他端側の界磁巻線によって生じる磁束が流れる第2磁気回路の一部を構成することで、軸方向両側にそれぞれ設けられた界磁巻線の電流の流れ方向を調整することによって第1および第2磁極構成部材が磁化される極性を異ならせることができる。これにより、可変界磁型の回転電機におけるロータの設計自由度が大きくなり、磁石使用量を抑制することが可能になる。   According to the rotating electrical machine according to the present invention, the rotor core has the first magnetic pole component and the second magnetic pole component on the outer periphery thereof in the circumferential direction, and the first magnetic pole component is on one end side in the axial direction. A part of the first magnetic circuit through which the magnetic flux generated by the field winding flows, and the second magnetic pole constituent member is a part of the second magnetic circuit through which the magnetic flux generated by the field winding on the other end in the axial direction flows. By configuring the portion, the polarity in which the first and second magnetic pole constituent members are magnetized can be made different by adjusting the direction of current flow in the field windings provided on both sides in the axial direction. As a result, the degree of freedom in designing the rotor in the variable field type rotating electric machine is increased, and the amount of magnet used can be suppressed.
本発明の一実施形態である回転電機の径方向断面図である。It is radial direction sectional drawing of the rotary electric machine which is one Embodiment of this invention. 図1におけるA−A線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the AA line in FIG. 第1磁極構成部材と第2磁極構成部材とが異なる極性に磁化されたときの状態を示す、図2と同様の断面図である。It is sectional drawing similar to FIG. 2 which shows a state when a 1st magnetic pole structural member and a 2nd magnetic pole structural member are magnetized to a different polarity. 図3におけるB−B線に沿ったロータ断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the rotor along the line BB in FIG. 3. 図3に示す状態から、界磁コイルの電流の流れ方向を変えたときの状態を示すロータ断面図である。FIG. 4 is a rotor cross-sectional view showing a state when the direction of current flow in the field coil is changed from the state shown in FIG. 3. 別の実施形態である回転電機のロータ断面図である。It is rotor sectional drawing of the rotary electric machine which is another embodiment. さらに別の実施形態である回転電機のロータ断面図である。It is rotor sectional drawing of the rotary electric machine which is another embodiment.
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, specific shapes, materials, numerical values, directions, and the like are examples for facilitating the understanding of the present invention, and can be appropriately changed according to the application, purpose, specification, and the like.
図1は、本実施の形態に係る回転電機10の径方向断面図であり、図2は、図1のA−A線に沿った軸方向断面図である。図1および図2に示されるように、回転電機10は、回転可能な回転シャフト12と、この回転シャフト12の外周に固設されたロータコア14と、ロータコア14の径方向外方にエアギャップGを隔てて配置された筒状のステータ16と、ステータ16の外周に固設された界磁ヨーク18と、界磁ヨーク18に巻回して設けられている界磁コイル(界磁巻線)20a,20bとを備えている。   FIG. 1 is a radial cross-sectional view of a rotating electrical machine 10 according to the present embodiment, and FIG. 2 is an axial cross-sectional view taken along line AA of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the rotating electrical machine 10 includes a rotatable rotating shaft 12, a rotor core 14 fixed to the outer periphery of the rotating shaft 12, and an air gap G radially outward of the rotor core 14. A cylindrical stator 16 disposed at a distance from each other, a field yoke 18 fixed to the outer periphery of the stator 16, and a field coil (field winding) 20a wound around the field yoke 18 , 20b.
回転シャフト12は、金属製の軸部材であり、その両端部分において軸受22を介して界磁ヨーク18に回転可能に設けられている。回転シャフト12とロータコア14とによりロータ15が構成されている。   The rotary shaft 12 is a metal shaft member, and is rotatably provided to the field yoke 18 via bearings 22 at both end portions thereof. The rotating shaft 12 and the rotor core 14 constitute a rotor 15.
ロータコア14は、複数の電磁鋼板13を軸方向に積層して一体に構成される円筒状の積層体である。このようにロータコア14は複数の電磁鋼板を積層して構成されて鋼板間には隙間があるため、軸方向の磁気抵抗が、径方向および周方向の磁気抵抗より大きくなっている。このため、ロータコア14内においては、磁力線は、軸方向に流れ難く、径方向および周方向に流れやすくなっている。   The rotor core 14 is a cylindrical laminated body that is integrally formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates 13 in the axial direction. As described above, the rotor core 14 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates and there is a gap between the steel plates, so that the axial magnetic resistance is larger than the radial and circumferential magnetic resistance. For this reason, in the rotor core 14, the magnetic lines of force hardly flow in the axial direction, and easily flow in the radial direction and the circumferential direction.
ロータコア14は、径方向外方へ突出する複数の突極部40を外周部に均等配置で有している。本実施形態では、たとえば4つの突極部40が90度の等間隔で形成されている。突極部40は、ロータコア14の軸方向に亘って延在している。これにより、突極部40は、ロータコア14内を流れる磁束がロータ外周面から出入りする領域を規定している。すなわち、ロータコア14内を通る磁束は、突極部40間の凹部から出入りするのが抑制されている。   The rotor core 14 has a plurality of salient pole portions 40 protruding outward in the radial direction in an evenly arranged manner on the outer peripheral portion. In the present embodiment, for example, four salient pole portions 40 are formed at equal intervals of 90 degrees. The salient pole part 40 extends over the axial direction of the rotor core 14. Thereby, the salient pole part 40 has prescribed | regulated the area | region where the magnetic flux which flows in the rotor core 14 enters / exits from a rotor outer peripheral surface. That is, the magnetic flux passing through the rotor core 14 is suppressed from entering and exiting from the recesses between the salient pole portions 40.
ロータコア14の突極部40には、第1磁極構成部材24および第2磁極構成部材26が外周面に近接する位置に埋設されている。第1磁極構成部材24と第2磁極構成部材26とは、互いに周方向に隣り合う突極部40にそれぞれ埋設されて、磁極対を構成することができる。   A first magnetic pole component member 24 and a second magnetic pole component member 26 are embedded in the salient pole portion 40 of the rotor core 14 at a position close to the outer peripheral surface. The first magnetic pole constituting member 24 and the second magnetic pole constituting member 26 can be embedded in salient pole portions 40 adjacent to each other in the circumferential direction to constitute a magnetic pole pair.
本実施形態では、4つの突極部40に対して、2つずつの第1磁極構成部材24および第2磁極構成部材26が径方向に対向して設けられている。すなわち、第1および第2磁極構成部材24,26の周方向中心は、ロータコア14の回転中心(すなわち回転シャフトの回転中心)Xに関して90度だけ離れて交互に配置されている。   In the present embodiment, two first magnetic pole component members 24 and two second magnetic pole component members 26 are provided to face the four salient pole portions 40 in the radial direction. That is, the circumferential centers of the first and second magnetic pole component members 24 and 26 are alternately arranged with a difference of 90 degrees with respect to the rotation center X of the rotor core 14 (that is, the rotation center of the rotary shaft).
第1および第2磁極構成部材24,26は、突極部40内に軸方向へ延伸して形成されている穴に挿入されて配置されている。第1および第2磁極構成部材24,26は、上記穴の周方向両側に形成されるポケット部27に樹脂を充填して硬化させることによりロータコア14に固定されている。また、ポケット部27は、第1および第2磁極構成部材24,26を通って流れる磁束が周方向端部側から漏れる又は短絡するのを抑制する機能も有する。   The first and second magnetic pole constituting members 24 and 26 are inserted into holes formed in the salient pole portion 40 so as to extend in the axial direction. The first and second magnetic pole component members 24 and 26 are fixed to the rotor core 14 by filling and hardening the resin in the pocket portions 27 formed on both sides in the circumferential direction of the hole. The pocket portion 27 also has a function of suppressing leakage or short-circuiting of the magnetic flux flowing through the first and second magnetic pole constituting members 24 and 26 from the circumferential end portion side.
さらに、突極部40内には、低透磁率領域29が第1および第2磁極構成部材24,26の径方向内方の表面に臨んで設けられている。本実施形態において低透磁率領域29は、第1および第2磁極構成部材24,26が挿入されている穴の一部に含まれる空隙として形成されている。これにより、磁力線が第1および第2磁極構成部材24,26を径方向に通り抜けて内周側へ流れるのを抑制することができる。なお、低透磁率領域29は、ロータコア14を構成する電磁鋼板よりも低透磁率の樹脂等が充填されて形成されてもよい。   Further, a low permeability region 29 is provided in the salient pole portion 40 so as to face the radially inner surfaces of the first and second magnetic pole component members 24 and 26. In the present embodiment, the low magnetic permeability region 29 is formed as a gap included in a part of the hole into which the first and second magnetic pole constituting members 24 and 26 are inserted. Thereby, it can suppress that a magnetic force line passes the 1st and 2nd magnetic pole structural member 24, 26 to radial direction, and flows into an inner peripheral side. The low magnetic permeability region 29 may be formed by being filled with a resin having a lower magnetic permeability than the electromagnetic steel plate constituting the rotor core 14.
第1および第2磁極構成部材24,26は、一体成形された磁性材料から構成されており、具体的には粉末成形磁性体(SMC:Soft Magnetic Composites)から構成されている。第1および第2磁極構成部材24,26は、それぞれ、扁平長方形状の軸方向端面(および断面)を有しており、ロータコア14の軸方向に亘って延在している。なお、第1および第2磁極構成部材24,26は、軸方向に関して複数に分割されていてもよく、その場合、各分割片の接続部での磁気抵抗の増加を抑えるように考慮する必要がある。   The first and second magnetic pole constituent members 24 and 26 are made of an integrally molded magnetic material, and more specifically are made of a powder molded magnetic material (SMC: Soft Magnetic Composites). Each of the first and second magnetic pole component members 24 and 26 has a flat rectangular axial end face (and a cross section), and extends in the axial direction of the rotor core 14. The first and second magnetic pole component members 24 and 26 may be divided into a plurality of parts in the axial direction, and in that case, it is necessary to consider so as to suppress an increase in magnetic resistance at the connection portion of each divided piece. is there.
第1および第2磁極構成部材24,26は一体成形された粉末成形磁性体からなるため、軸方向の磁気抵抗は、ロータコア14の軸方向の磁気抵抗より小さくされている。したがって、第1および第2磁極構成部材24,26では、ロータコア14内よりも軸方向に磁力線が流れやすくなっている。   Since the first and second magnetic pole component members 24 and 26 are made of a powder-molded magnetic body that is integrally molded, the axial magnetic resistance is smaller than the axial magnetic resistance of the rotor core 14. Therefore, in the first and second magnetic pole constituting members 24 and 26, the magnetic lines of force flow more easily in the axial direction than in the rotor core 14.
第1磁極構成部材24は、一端部24aがロータコア14の一端面から軸方向に突出しているが、他端部がロータコア14の他端面と略面一とされている。これに対し、第2磁極構成部材26は、一端部がロータコア14の一端面と略面一とされており、他端部がロータコア14の他端面から突出している。   The first magnetic pole component 24 has one end 24 a protruding in the axial direction from one end surface of the rotor core 14, and the other end is substantially flush with the other end surface of the rotor core 14. On the other hand, one end of the second magnetic pole constituting member 26 is substantially flush with one end face of the rotor core 14, and the other end protrudes from the other end face of the rotor core 14.
ここで、第1磁極構成部材24と第2磁極構成部材26とは、同じ形状および大きさに形成されるのが好ましい。このようにすることで、ロータコア14に形成される挿入穴の形状を同じにすることができ、ロータコア14の製造を容易にすることができるとともに、磁極構成部品の管理や組付けも容易になる利点がある。   Here, the first magnetic pole constituting member 24 and the second magnetic pole constituting member 26 are preferably formed in the same shape and size. By doing so, the shape of the insertion hole formed in the rotor core 14 can be made the same, the manufacture of the rotor core 14 can be facilitated, and the management and assembly of the magnetic pole components are also facilitated. There are advantages.
ステータ16は、中空円筒状に形成されたステータコア30と、このステータコア30の内周部に形成されてステータコア30の径方向内方に向けて突出する複数のステータティース32と、このステータティース32に巻き付けられたステータコイル34とを備えている。ステータティース32は、周方向に等間隔に隔てて形成されている。   The stator 16 includes a stator core 30 formed in a hollow cylindrical shape, a plurality of stator teeth 32 that are formed on the inner peripheral portion of the stator core 30 and project inward in the radial direction of the stator core 30, and the stator teeth 32. A wound stator coil 34 is provided. The stator teeth 32 are formed at equal intervals in the circumferential direction.
ステータコイル34の一部はU相コイルを構成し、残りの一部のステータコイル34はV相コイルを構成し、残りのステータコイル34はW相コイルを構成する。ステータコイル34の一方端が、端子とされ、他方端が中性点とされ、端子には図示されないインバータの三相ケーブルのU相ケーブル、V相ケーブル、W相ケーブルのいずれかが接続される。また、中性点は、1点に共通接続される。   Part of the stator coil 34 constitutes a U-phase coil, the remaining part of the stator coil 34 constitutes a V-phase coil, and the remaining stator coil 34 constitutes a W-phase coil. One end of the stator coil 34 is a terminal, and the other end is a neutral point, and a U-phase cable, a V-phase cable, or a W-phase cable of an inverter three-phase cable (not shown) is connected to the terminal. . The neutral point is commonly connected to one point.
ステータコイル34には、回転電機10が出力すべきトルク指令値に応じた交流電流が上記の三相ケーブルを介して供給される。これにより、ステータ16の内周に回転磁界が形成され、その回転磁界の作用によってロータ15が回転駆動される。その結果、上記トルク指令値によって指定されたトルクが回転電機10によって出力されるようになっている。   The stator coil 34 is supplied with an alternating current corresponding to a torque command value to be output from the rotating electrical machine 10 via the three-phase cable. Thereby, a rotating magnetic field is formed on the inner periphery of the stator 16, and the rotor 15 is driven to rotate by the action of the rotating magnetic field. As a result, the torque specified by the torque command value is output by the rotating electrical machine 10.
ステータコア30は、電磁鋼板を複数積層して形成されており、電磁鋼板間には、エアギャップが形成されている。このため、ステータコア30の径方向および周方向の磁気抵抗は、軸方向の磁気抵抗より小さくなっている。これにより、ステータティース32の径方向端面からステータコア30に出入りする磁力線は、ステータコア30内においてステータコア30の周方向および径方向に流れやすく、軸方向に流れることが抑制されている。   The stator core 30 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates, and an air gap is formed between the electromagnetic steel plates. For this reason, the radial and circumferential magnetic resistance of the stator core 30 is smaller than the axial magnetic resistance. Thereby, the magnetic lines of force entering and exiting the stator core 30 from the radial end face of the stator teeth 32 easily flow in the circumferential direction and the radial direction of the stator core 30 in the stator core 30 and are prevented from flowing in the axial direction.
図2に示すように、界磁ヨーク18は、ステータ16およびロータ15から離れて軸方向両端部に配置された端板部18a,18bと、この端板部18aの周縁部に連なって形成された円筒状の側壁部18cとを備えており、その内部にロータ15およびステータ16が収容されている。   As shown in FIG. 2, the field yoke 18 is formed to be connected to end plate portions 18a and 18b disposed at both ends in the axial direction away from the stator 16 and the rotor 15, and a peripheral portion of the end plate portion 18a. And the cylindrical side wall 18c, and the rotor 15 and the stator 16 are accommodated therein.
端板部18a,18bの中央部には、貫通孔23が形成されており、貫通孔23内には、軸受22を介して、回転シャフト12が挿入されている。側壁部18cは、ステータコア30の外表面に固設されている。   A through hole 23 is formed at the center of the end plate portions 18 a and 18 b, and the rotary shaft 12 is inserted into the through hole 23 via a bearing 22. The side wall portion 18 c is fixed to the outer surface of the stator core 30.
界磁ヨーク18は、一体成形された磁性材料から構成されており、具体的には、3次元完全等方材料である粉末成形磁性体(SMC)から構成されている。このため、界磁ヨーク18の軸方向の磁気抵抗は、ステータコア30の軸方向の磁気抵抗よりも小さくされている。なお、界磁ヨーク18は、軸方向または周方向に関して複数に分割されていてもよく、その場合、各分割片の接続部での磁気抵抗の増加を抑えるように考慮する必要がある。   The field yoke 18 is made of an integrally molded magnetic material, and specifically, a powder-molded magnetic body (SMC) that is a three-dimensional fully isotropic material. For this reason, the axial magnetic resistance of the field yoke 18 is made smaller than the axial magnetic resistance of the stator core 30. The field yoke 18 may be divided into a plurality of parts in the axial direction or the circumferential direction, and in that case, it is necessary to consider so as to suppress an increase in magnetic resistance at the connection portion of each divided piece.
界磁ヨーク18の軸方向一端部にある端板部18aは、ロータコア14に向かって円板状または円環状に突出した突部19aを有する。そして、ロータコア14の端面から突出する第1磁極構成部材24の一端部24aが、磁力線を途切れることなく受け渡し可能な程度に、突部19aに近接している。一方、第1磁極構成部材24の他端部は、上記他端側の突部19bとの間で磁力線の受け渡しが生じないように離間している。   An end plate portion 18 a at one end in the axial direction of the field yoke 18 has a protrusion 19 a that protrudes toward the rotor core 14 in a disk shape or an annular shape. And the one end part 24a of the 1st magnetic pole structural member 24 which protrudes from the end surface of the rotor core 14 is adjoining to the protrusion part 19a to such an extent that it can deliver without interrupting a magnetic force line. On the other hand, the other end portion of the first magnetic pole constituting member 24 is separated from the other end side protrusion 19b so that the transfer of magnetic lines of force does not occur.
これにより、界磁ヨーク18とロータコア14との間に、第1磁極構成部材24を一部に含む第1磁気回路MC1が形成されている。すなわち、界磁コイル20aが通電されて励磁されたとき、磁力線が、ステータティース32の端面からエアギャップGを介してロータコア14の突極部40に入り込み、それから第1磁極構成部材24内を軸方向に流れて隙間を介して界磁ヨーク18の突部19aへと渡り、そこから界磁ヨーク18の端板部18aおよび側壁部18c内を通ってステータコア30に入り込んで、ステータティース32へ戻るという方向、または、この逆方向に流れる第1磁気回路MC1を形成している。   As a result, a first magnetic circuit MC1 partially including the first magnetic pole component 24 is formed between the field yoke 18 and the rotor core 14. That is, when the field coil 20a is energized and excited, the lines of magnetic force enter the salient pole portion 40 of the rotor core 14 through the air gap G from the end face of the stator teeth 32, and then the shaft inside the first magnetic pole constituting member 24 It flows in the direction and crosses the projecting portion 19a of the field yoke 18 through the gap, then enters the stator core 30 through the end plate portion 18a and the side wall portion 18c of the field yoke 18, and returns to the stator teeth 32. That is, the first magnetic circuit MC1 that flows in the opposite direction or the opposite direction is formed.
これに対し、界磁ヨーク18の軸方向他端部にある端板部18bは、ロータコア14に向かって円板状または円環状に突出した突部19bを有する。そして、ロータコア14の端面から突出する第2磁極構成部材26の他端部26aが、磁力線を切れることなく受け渡し可能な程度に、突部19bに近接している。なお、第2磁極構成部材26の一端部は、上記一端側の突部19aとの間で磁力線の受け渡しが生じないように離間している。   On the other hand, the end plate portion 18 b at the other end in the axial direction of the field yoke 18 has a protrusion 19 b that protrudes toward the rotor core 14 in a disk shape or an annular shape. And the other end part 26a of the 2nd magnetic pole structural member 26 which protrudes from the end surface of the rotor core 14 is adjoining to the protrusion 19b to such an extent that it can deliver without breaking a line of magnetic force. Note that one end portion of the second magnetic pole constituting member 26 is separated from the one end side projection 19a so as not to transfer magnetic lines of force.
これにより、界磁ヨーク18とロータコア14との間に、第2磁極構成部材26を一部に含む第2磁気回路MC2が形成されている。すなわち、界磁コイル20bが通電されて励磁されたとき、磁力線が、ステータティース32の端面からエアギャップGを介してロータコア14の突極部40に入り込み、それから第2磁極構成部材26内を軸方向に流れて隙間を介して界磁ヨーク18の突部19bへと渡り、そこから界磁ヨーク18の端板部18bおよび側壁部18c内を通ってステータコア30に入り込んでステータティース32へ戻るという方向、または、この逆方向に流れる第2磁気回路MC2を形成している。   As a result, a second magnetic circuit MC2 partially including the second magnetic pole component 26 is formed between the field yoke 18 and the rotor core 14. That is, when the field coil 20 b is energized and excited, the lines of magnetic force enter the salient pole portion 40 of the rotor core 14 through the air gap G from the end face of the stator tooth 32, and then the shaft inside the second magnetic pole component 26 It flows in the direction and crosses the protrusion 19b of the field yoke 18 through the gap, and then enters the stator core 30 through the end plate portion 18b and the side wall portion 18c of the field yoke 18 and returns to the stator teeth 32. A second magnetic circuit MC2 that flows in the direction or in the opposite direction is formed.
このように形成される第1および第2磁気回路MC1,MC2において、ステータコア30の径方向の磁気抵抗は小さく抑えられており、界磁ヨーク18内の磁気抵抗も小さく抑えられており、さらに、粉末成形磁性体からなる第1および第2磁極構成部材24,26の磁気抵抗も小さく抑えられているため、磁気エネルギーのロスを小さく抑えることができる。   In the first and second magnetic circuits MC1 and MC2 formed in this way, the magnetic resistance in the radial direction of the stator core 30 is kept small, the magnetic resistance in the field yoke 18 is kept small, and Since the magnetic resistances of the first and second magnetic pole component members 24 and 26 made of a powder-molded magnetic material are also kept small, the loss of magnetic energy can be kept small.
界磁コイル20a,20bは、突部19a,19bの外周面にそれぞれ巻き付けられている。軸方向一端側の界磁コイル20aに電流を流すことにより、突部19aの軸方向の端部側、すなわち第1磁極構成部材24の一端部24aに近接した表面側に例えばN極の磁性を持たせると共に側壁部18cにS極の磁性を持たせたり、あるいは、突部19aの端部側にS極の磁性を持たせると共に側壁部18cにN極の磁性を持たせたりすることができる。   The field coils 20a and 20b are wound around the outer peripheral surfaces of the protrusions 19a and 19b, respectively. By passing a current through the field coil 20a on one end side in the axial direction, for example, N-pole magnetism is generated on the end side in the axial direction of the protrusion 19a, that is, on the surface side close to the one end 24a of the first magnetic pole component 24. The side wall portion 18c can be made to have south pole magnetism, or the end portion of the protrusion 19a can be made to have south pole magnetism, and the side wall portion 18c can be made to have north pole magnetism. .
このことは突部19bについても同様である。軸方向他端側の界磁コイル20bに電流を流すことにより、突部19bの軸方向の端部側、すなわち第2磁極構成部材26の他端部26aに近接した表面側に例えばN極の磁性を持たせると共に側壁部18cにS極の磁性を持たせたり、あるいは、突部19bの端部側にS極の磁性を持たせると共に側壁部18cにN極の磁性を持たせたりすることができる。   The same applies to the protrusion 19b. By passing a current through the field coil 20b on the other end side in the axial direction, for example, an N pole is formed on the end side in the axial direction of the protrusion 19b, that is, on the surface side close to the other end portion 26a of the second magnetic pole component 26. Giving magnetism and giving the south pole magnetism to the side wall 18c, or giving the south pole magnetism to the end of the protrusion 19b and giving the side wall 18c north pole magnetism. Can do.
このように本実施形態では、第1磁気回路MC1の界磁コイル20aと第2磁気回路MC2の界磁コイル20bとについて電流の流れ方向および大きさを個別に制御することができる。したがって、界磁コイル20a,20bの電流の流れ方向を調整することによって第1および第2磁極構成部材24,26が磁化される極性を異ならせることができる。   Thus, in the present embodiment, the current flow direction and magnitude can be individually controlled for the field coil 20a of the first magnetic circuit MC1 and the field coil 20b of the second magnetic circuit MC2. Therefore, the polarities with which the first and second magnetic pole component members 24 and 26 are magnetized can be made different by adjusting the current flow direction of the field coils 20a and 20b.
なお、本実施形態においては、界磁コイル20a,20bは、界磁ヨーク18の突部19a,19bに設けられているが、この位置に限られず、界磁ヨーク18に設けられていればよい。ここで、界磁コイル20a,20bが界磁ヨーク18に設けられているとは、界磁コイル20a,20bが界磁ヨーク18の表面に当接している場合に限られず、界磁ヨーク18内の磁力線の流れを制御可能な程度であれば、界磁ヨーク18の表面から離れて配置されている場合も含む。   In the present embodiment, the field coils 20a and 20b are provided on the protrusions 19a and 19b of the field yoke 18. However, the field coils 20a and 20b are not limited to this position, and may be provided on the field yoke 18. . Here, the fact that the field coils 20 a and 20 b are provided in the field yoke 18 is not limited to the case where the field coils 20 a and 20 b are in contact with the surface of the field yoke 18, As long as the flow of the magnetic field lines can be controlled, this includes the case where the magnetic field lines are arranged away from the surface of the field yoke 18.
続いて、上記のように構成される回転電機10の動作について、図3から図5を用いて説明する。図3は、第1磁極構成部材24と第2磁極構成部材26とが異なる極性に磁化されたときの状態を示す、図2と同様の断面図である。図4は、図3におけるB−B線に沿ったロータ断面図である。図5は、図3に示す状態から、界磁コイル20a,20bの電流の流れ方向を変えたときの状態を示すロータ断面図である。ここでは図4,5においてロータコア14の断面ハッチングが省略されている。   Next, the operation of the rotating electrical machine 10 configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view similar to FIG. 2, showing a state where the first magnetic pole component member 24 and the second magnetic pole component member 26 are magnetized to different polarities. 4 is a cross-sectional view of the rotor taken along line BB in FIG. FIG. 5 is a rotor cross-sectional view showing a state when the current flow direction of the field coils 20a and 20b is changed from the state shown in FIG. Here, the cross-sectional hatching of the rotor core 14 is omitted in FIGS.
図3および図4を参照すると、ロータコア14において、第1磁極構成部材24の外周側表面をS極に磁化させるとともに第2磁極構成部材26の外周側表面をN極に磁化させるように、第1および第2磁気回路MC1,MC2に磁力線をそれぞれ流す。これは、上記のように界磁コイル20a,20bの電流の流れ方向を制御することによって可能となる。   3 and 4, in the rotor core 14, the outer peripheral surface of the first magnetic pole component 24 is magnetized to the S pole and the outer peripheral surface of the second magnetic pole component 26 is magnetized to the N pole. Magnetic lines of force are passed through the first and second magnetic circuits MC1 and MC2, respectively. This can be achieved by controlling the direction of current flow in the field coils 20a and 20b as described above.
まず、第1磁気回路MC1について見ると、図3中に二点鎖線で示すように、ステータコア30からエアギャップGを介してロータコア14へと磁力線が流れる。すなわち、界磁コイル20aに電流が流されることによって生じた磁力線は、ステータティース32の端面からエアギャップGを介してロータコア14の突極部40に入り込み、突極部40の外周面からロータコア14を構成する各電磁鋼板に入り込み、それから第1磁極構成部材24内を軸方向一端部24aへ向かって流れ、そして隙間を介して界磁ヨーク18の突部19aへと渡り、そこから界磁ヨーク18の端板部18aおよび側壁部18c内を通ってステータコア30に入り込んで、ステータティース32へ戻るというように流れる。このとき、第1磁極構成部材24は、S極性を帯びた磁極として機能する。   First, regarding the first magnetic circuit MC1, as shown by a two-dot chain line in FIG. 3, magnetic lines of force flow from the stator core 30 to the rotor core 14 through the air gap G. That is, the lines of magnetic force generated by the current flowing through the field coil 20 a enter the salient pole portion 40 of the rotor core 14 through the air gap G from the end face of the stator teeth 32, and from the outer peripheral surface of the salient pole portion 40. , Then flows in the first magnetic pole component 24 toward the one end 24a in the axial direction, crosses the protrusion 19a of the field yoke 18 through the gap, and from there to the field yoke 18 flows through the end plate portion 18a and the side wall portion 18c into the stator core 30 and returns to the stator teeth 32. At this time, the first magnetic pole constituting member 24 functions as a magnetic pole having S polarity.
これに対して、第2磁気回路MC2では、図3中に一点鎖線で示すように、ロータコア14からエアギャップGを介してステータコア30へと磁力線が流れる。すなわち、界磁コイル20bに電流が流されることによって生じた磁力線は、界磁ヨーク18の端板部18bの突部19bから隙間を介して第2磁極構成部材26の他端部26aへと渡り、それから第2磁極構成部材26を軸方向に進みながらロータコア14を構成する各電磁鋼板に入り込み、そして突極部40の外周面からエアギャップGを介してステータコア30のステータティース32の端面へと渡り、その後、ステータコア30から界磁ヨーク18に入り込み、界磁ヨーク18の側壁部18cを軸方向他端側へ流れて端板部18bの突部19bへと戻るというように流れる。このとき、第2磁極構成部材26は、N極性を帯びた磁極として機能する。また、低透磁率領域29が設けられていることによって、図4中に点線で示されるように第2磁極構成部材26からロータコア14内を通って第1磁極構成部材24に磁力線が流れるのを抑制することができる。これにより、界磁コイル20aによって生じた磁気エネルギーを回転電機10のトルク発生に効率よく用いることができる。   On the other hand, in the second magnetic circuit MC2, the magnetic lines of force flow from the rotor core 14 to the stator core 30 through the air gap G, as indicated by a one-dot chain line in FIG. That is, the lines of magnetic force generated by the flow of current through the field coil 20b cross from the protrusion 19b of the end plate portion 18b of the field yoke 18 to the other end portion 26a of the second magnetic pole component 26 via a gap. Then, it enters each electromagnetic steel plate constituting the rotor core 14 while proceeding in the second magnetic pole constituting member 26 in the axial direction, and from the outer peripheral surface of the salient pole portion 40 to the end face of the stator teeth 32 of the stator core 30 via the air gap G. Then, it enters the field yoke 18 from the stator core 30 and flows so as to flow through the side wall portion 18c of the field yoke 18 to the other end side in the axial direction and return to the protrusion 19b of the end plate portion 18b. At this time, the second magnetic pole constituting member 26 functions as a magnetic pole having N polarity. Further, since the low magnetic permeability region 29 is provided, the lines of magnetic force flow from the second magnetic pole constituting member 26 to the first magnetic pole constituting member 24 through the rotor core 14 as indicated by a dotted line in FIG. Can be suppressed. Thereby, the magnetic energy generated by the field coil 20a can be efficiently used for torque generation of the rotating electrical machine 10.
これとは反対に、図5に示すように、界磁コイル20a,20bの電流の流れ方向を反転させて第1および第2磁気回路MC1,MC2の磁力線の流れ方向をそれぞれ逆にすることによって、第1磁極構成部材24をN磁性の磁極として機能させるとともに、第2磁極構成部材26をS極性の磁極として機能させることができる。このときもまた、低透磁率領域29が設けられていることによって、図5中に点線で示されるように第1磁極構成部材24からロータコア14内を通って第2磁極構成部材26に磁力線が流れるのを抑制することができる。これにより、界磁コイル20aによって生じた磁気エネルギーを回転電機10のトルク発生に効率よく用いることができる。   On the contrary, as shown in FIG. 5, by reversing the flow direction of the current of the field coils 20a and 20b and reversing the flow direction of the magnetic lines of force of the first and second magnetic circuits MC1 and MC2, respectively. The first magnetic pole constituting member 24 can function as an N-magnetic magnetic pole, and the second magnetic pole constituting member 26 can function as an S-polar magnetic pole. Also at this time, since the low magnetic permeability region 29 is provided, the magnetic field lines are transferred from the first magnetic pole component 24 through the rotor core 14 to the second magnetic pole component 26 as shown by a dotted line in FIG. Flow can be suppressed. Thereby, the magnetic energy generated by the field coil 20a can be efficiently used for torque generation of the rotating electrical machine 10.
このように、軸方向両側にそれぞれ設けられた界磁コイル20a,20bにおける電流の流れ方向を調整することによって、第1および第2磁極構成部材24,26が磁化される極性を異ならせることができる。また、界磁コイル20a,20bに流す電流の大きさを調整することによって、ロータコア14とステータコア30との間での磁束量を制御することができ、低回転数−高出力運転時における強め界磁制御、および、高回転数−低出力運転時における弱め界磁制御が可能である。したがって、本実施形態の回転電機10によれば、可変界磁型回転電機のロータを磁石レスで構成することができ、大幅なコスト低減を図ることができる。   In this way, by adjusting the direction of current flow in the field coils 20a and 20b provided on both sides in the axial direction, the polarities with which the first and second magnetic pole constituent members 24 and 26 are magnetized can be made different. it can. Further, the amount of magnetic flux between the rotor core 14 and the stator core 30 can be controlled by adjusting the magnitude of the current flowing through the field coils 20a and 20b, and the strong field control at the time of low rotation speed-high power operation. In addition, field-weakening control at the time of high rotation speed-low output operation is possible. Therefore, according to the rotating electrical machine 10 of the present embodiment, the rotor of the variable field rotating electrical machine can be configured without a magnet, and a significant cost reduction can be achieved.
次に、図6を参照して、別の実施形態である回転電機10Aについて説明する。図6は、回転電機10Aのロータ断面図である。ロータコア以外の構成は、上記実施形態と同じであるため、同一構成要素に同一または類似の参照符号を付して、重複することとなる説明を援用によって省略する。   Next, with reference to FIG. 6, a rotating electrical machine 10A according to another embodiment will be described. FIG. 6 is a rotor cross-sectional view of the rotating electrical machine 10A. Since the configuration other than the rotor core is the same as that of the above-described embodiment, the same or similar reference numerals are attached to the same components, and redundant descriptions will be omitted with the aid of the description.
回転電機10Aのロータコア14aは、第1および第2磁極構成部材のうち、少なくとも1組の第1および第2磁極構成部材が粉末成形磁性体からなる非磁石部材で構成され、他の組の第1および第2磁極構成部材が磁石で構成されている。   The rotor core 14a of the rotating electrical machine 10A is composed of a non-magnet member in which at least one of the first and second magnetic pole constituent members is made of a powder-molded magnetic body among the first and second magnetic pole constituent members. The first and second magnetic pole constituent members are made of magnets.
図6に示す例では、周方向に隣り合う1組の第1および第2磁極構成部材24b,26bが上記実施形態と同様に粉末成形磁性体で構成され、これらと径方向にそれぞれ対向する各1つの第1および第2磁極構成部材24c,26cが磁石で構成されている。   In the example shown in FIG. 6, a pair of first and second magnetic pole constituent members 24b and 26b adjacent in the circumferential direction are made of a powder-molded magnetic body as in the above-described embodiment, and are opposed to each of them in the radial direction. One first and second magnetic pole constituting member 24c, 26c is constituted by a magnet.
ここで、第1磁極構成部材24bは、界磁コイル20aによって生じた磁束が流れることによって外周側表面がS極性に磁化され、内周側表面がN極性に磁化されている。また、第2磁極構成部材26bは、界磁コイル20bによって生じた磁束が流れることによって外周面側表面がN極性に磁化され、内周側表面がS極性に磁化されている。   Here, in the first magnetic pole constituting member 24b, the outer peripheral surface is magnetized to S polarity and the inner peripheral surface is magnetized to N polarity when the magnetic flux generated by the field coil 20a flows. Further, the second magnetic pole component member 26b has its outer peripheral surface surface magnetized to N polarity and the inner peripheral surface surface magnetized to S polarity by the magnetic flux generated by the field coil 20b flowing.
これに対して、第1磁極構成部材24bに径方向に対向するもう1つの第1磁極構成部材24cである磁石は、外周側表面がS極性で内周側表面がN極性に着磁されている。また、第2磁極構成部材26bに径方向に対向するもう1つの第2磁極構成部材26cである磁石は、外周側表面がS極性で内周側表面がN極性に着磁されている。これにより、周方向に隣り合う突極部40にそれぞれ埋設される第1および第2磁極構成部材24c,26cが磁極対を構成している。なお、他の構成は、上記実施形態と同様である。   On the other hand, the magnet, which is another first magnetic pole constituent member 24c that is radially opposed to the first magnetic pole constituent member 24b, is magnetized so that the outer peripheral surface is S polarity and the inner peripheral surface is N polarity. Yes. Further, the magnet, which is another second magnetic pole constituent member 26c that is radially opposed to the second magnetic pole constituent member 26b, is magnetized with an S-polarity on the outer circumferential surface and an N-polarity on the inner circumferential surface. Accordingly, the first and second magnetic pole constituting members 24c and 26c respectively embedded in the salient pole portions 40 adjacent in the circumferential direction constitute a magnetic pole pair. Other configurations are the same as those in the above embodiment.
この実施形態の回転電機10Aでは、第1および第2磁極構成部材24b,26bがそれぞれ異なる極性を有するように磁化される様子は図3,4を参照して上述したのと同様である。   In the rotating electrical machine 10A of this embodiment, the manner in which the first and second magnetic pole constituting members 24b and 26b are magnetized so as to have different polarities is the same as described above with reference to FIGS.
もう1組の第1および第2磁極構成部材24c,26c間では、第2磁極構成部材26cから出た磁力線が、エアギャップGを介してステータコア30に入り込み、ステータコア30を構成する電磁鋼板内を径方向および周方向に流れて、再びエアギャップGを介してロータコア14の第1磁極構成部材24cがある突極部40へ渡り、第1磁極構成部材24cを通り抜けてロータコア14を構成する電磁鋼板内を周方向に流れて、第2磁極構成部材26cに戻るというように流れる。すなわち、上記第1および第2磁気回路MC1,MC2とは別の経路でロータおよびステータ間を渡って磁力線が流れることでトルク発生に寄与するものである。このようにロータコア14内に磁石磁束を流れるのを阻害しないように、第1および第2磁極構成部材24c,26cが埋設されている突極部40には、低透磁率領域を設けないこととするのが好ましい。   Between another pair of the first and second magnetic pole constituting members 24c, 26c, the magnetic lines of force coming out of the second magnetic pole constituting member 26c enter the stator core 30 through the air gap G, and pass through the inside of the electrical steel sheet constituting the stator core 30. The electrical steel sheet which flows in the radial direction and the circumferential direction, crosses again through the air gap G to the salient pole portion 40 where the first magnetic pole constituting member 24c of the rotor core 14 is located, and passes through the first magnetic pole constituting member 24c to constitute the rotor core 14. It flows in the circumferential direction and returns to the second magnetic pole component 26c. That is, the lines of magnetic force flow between the rotor and the stator through paths different from those of the first and second magnetic circuits MC1 and MC2, thereby contributing to torque generation. In order to prevent the magnetic flux from flowing into the rotor core 14 in this way, the salient pole portion 40 in which the first and second magnetic pole component members 24c and 26c are embedded does not have a low magnetic permeability region. It is preferable to do this.
上記のように本実施形態の回転電機10Aによれば、軸方向両側にそれぞれ設けられた界磁コイル20a,20bにおける電流の流れ方向を調整することによって、第1および第2磁極構成部材24b,26bが磁化される極性を異ならせることができるとともに、界磁コイル20a,20bに流す電流の大きさを調整することによって低回転−高出力運転時における強め界磁制御、および、高回転−低出力運転時における弱め界磁制御が可能である。したがって、本実施形態の回転電機10Aによれば、可変界磁型回転電機のロータにおける磁石使用量を抑制することができ、コスト低減を図ることができる。   As described above, according to the rotating electrical machine 10A of the present embodiment, the first and second magnetic pole component members 24b, 24b, and 24b are adjusted by adjusting the direction of current flow in the field coils 20a and 20b provided on both sides in the axial direction. 26b can be magnetized in different polarities, and by adjusting the magnitude of the current flowing through the field coils 20a and 20b, the strong field control during the low rotation-high output operation and the high rotation-low output operation Field weakening control at the time is possible. Therefore, according to the rotating electrical machine 10A of the present embodiment, the amount of magnets used in the rotor of the variable field rotating electrical machine can be suppressed, and the cost can be reduced.
なお、図6に示す例では、1組の第1および第2磁極構成部材24b,26bを粉末成形磁性体で構成し、もう1組の第1および第2磁極構成部材24c,26cを磁石で構成するものと説明したが、これに限定されるのもではなく、粉末成形磁性体からなる磁極対と磁石からなる磁極対をロータコアの周方向に均等配置でそれぞれ複数対、設けてもよい。   In the example shown in FIG. 6, one set of the first and second magnetic pole constituent members 24b and 26b is made of a powder-molded magnetic body, and the other set of first and second magnetic pole constituent members 24c and 26c is made of a magnet. Although described as being configured, the present invention is not limited to this, and a plurality of pairs of magnetic pole pairs made of a powder-molded magnetic body and magnetic pole pairs made of magnets may be provided in the circumferential direction of the rotor core.
次に、図7を参照して、さらに別の実施形態の回転電機10Bについて説明する。図7は、回転電機10Bのロータ断面図である。ロータコア以外の構成は、上記実施形態と同じであるため、同一構成要素に同一または類似の参照符号を付して、重複することとなる説明を援用によって省略する。   Next, with reference to FIG. 7, a rotating electrical machine 10B of still another embodiment will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view of the rotor of the rotating electrical machine 10B. Since the configuration other than the rotor core is the same as that of the above-described embodiment, the same or similar reference numerals are attached to the same components, and redundant descriptions will be omitted with the aid of the description.
回転電機10Bのロータコア14bは、周方向に隣り合う2つの突極部40に、磁石からなる第1磁曲構成部材24dと、粉末成形磁性体からなる非磁石部材である第2磁極構成部材26dとがそれぞれ埋設されて、磁極対をなしている。この実施形態では、磁石と粉末成形磁性体とからなる磁極対が周方向に均等配置で少なくとも二対設けられている。   The rotor core 14b of the rotating electrical machine 10B includes a first magnetic component 24d made of a magnet and a second magnetic pole component 26d, which is a non-magnet member made of a powder-molded magnetic body, at two salient poles 40 adjacent in the circumferential direction. Are embedded to form a magnetic pole pair. In this embodiment, at least two pairs of magnetic poles composed of a magnet and a powder-molded magnetic body are provided in an equal arrangement in the circumferential direction.
この実施形態において、第1磁極構成部材24dを構成する磁石は、外周側表面がS極性で内周側表面がN極性に着磁されている。一方、第2磁極構成部材26dは、界磁コイル20a,20bに電流を流すことによってN極性の磁極として機能するように磁化される。このとき、径方向に対向する2つの第2磁極構成部材26dは、同極性に磁化されればよいから、2つの第2磁極構成部材26dの各他端部をロータコア14bの同じ側の軸方向端面から突出させて第1および第2磁気回路MC1,MC2のいずれかを用いて磁化させてもよいし、両端部を突出させて第1および第2磁気回路MC1,MC2の両方を用いて磁化させてもよいし、あるいは、上記2つの磁極構成部材26dにおいて端部突出方向を異ならせて第1および第2磁気回路MC1,MC2をそれぞれについて分担して磁化させるように用いてもよい。   In this embodiment, the magnet constituting the first magnetic pole constituting member 24d is magnetized so that the outer peripheral surface is S polarity and the inner peripheral surface is N polarity. On the other hand, the second magnetic pole constituting member 26d is magnetized so as to function as an N-polar magnetic pole by passing a current through the field coils 20a and 20b. At this time, since the two second magnetic pole component members 26d facing each other in the radial direction need only be magnetized to the same polarity, the other end portions of the two second magnetic pole component members 26d are axially arranged on the same side of the rotor core 14b. The first magnetic circuit MC1 and the second magnetic circuit MC2 may be magnetized by projecting from the end face, or both the first and second magnetic circuits MC1 and MC2 may be magnetized by projecting both ends. Alternatively, the first magnetic circuit MC1 and the second magnetic circuit MC2 may be divided and magnetized by differentiating the protruding directions of the ends of the two magnetic pole component members 26d.
また、この実施形態では、ロータコア14b内で第1磁極構成部材24dから第2磁極構成部材26dへと磁石磁束を良好に流すために、突極部40内に低透磁率領域を設けないこととするのが好ましい。さらに、第2磁極構成部材26dに第2磁気回路MC2を介して界磁コイル20bによる界磁磁束を磁石磁束に加えるか又は減じるように流すことによって強め界磁制御および弱め界磁制御を行うことができる。   Further, in this embodiment, in order to allow the magnetic flux to flow satisfactorily from the first magnetic pole constituting member 24d to the second magnetic pole constituting member 26d in the rotor core 14b, no low magnetic permeability region is provided in the salient pole portion 40. It is preferable to do this. Further, the strong magnetic field control and the weak magnetic field control can be performed by causing the field magnetic flux generated by the field coil 20b to flow through the second magnetic pole component 26d via the second magnetic circuit MC2 so as to be added to or reduced from the magnet magnetic flux.
上記のように、この実施形態の回転電機10Bによっても、可変界磁型回転電機のロータにおける磁石使用量を抑制することができ、コスト低減を図ることができる。   As described above, also with the rotating electrical machine 10B of this embodiment, the amount of magnets used in the rotor of the variable field rotating electrical machine can be suppressed, and the cost can be reduced.
なお、上記において各実施形態の回転電機10,10A,10Bについて説明したが、本発明に係る回転電機は上記構成に限定されるものではなく、種々の変更や改良が可能である。   In addition, although the rotary electric machine 10, 10A, 10B of each embodiment was demonstrated in the above, the rotary electric machine which concerns on this invention is not limited to the said structure, A various change and improvement are possible.
例えば、図6,7に示す実施形態では磁石を埋設したIPM(Interior Permanent Magnet)型ロータを例示したが、磁石の表面がロータコアの外周面に露出したSPM(Surface Permanent Magnet)型ロータであってもよい。   For example, in the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, an IPM (Interior Permanent Magnet) type rotor in which a magnet is embedded is illustrated, but an SPM (Surface Permanent Magnet) type rotor in which the surface of the magnet is exposed on the outer peripheral surface of the rotor core. Also good.
また、本発明に係る回転電機は、ハイブリッド車両、電気自動車、燃料電池車等の電動車両の動力源として搭載される場合に限られず、産業機械、空調機械、環境機器等の様々な機器に搭載される回転電機に対しても適用可能である。   The rotating electrical machine according to the present invention is not limited to being mounted as a power source of an electric vehicle such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, or a fuel cell vehicle, and is mounted on various devices such as industrial machines, air conditioning machines, and environmental devices. The present invention can also be applied to a rotating electric machine.
10,10A,10B 回転電機、12 回転シャフト、13 電磁鋼板、14,14a,14b ロータコア、15 ロータ、16 ステータ、18 界磁ヨーク、18a,18b 端板部、18c 側壁部、19a,19b 突部、20a,20b 界磁コイル、22 軸受、23 貫通孔、24,24b,24c,24d 第1磁極構成部材、24a 一端部、26,26b,26c,26d 第2磁極構成部材、26a 他端部、27 ポケット部、29 低透磁率領域、30 ステータコア、32 ステータティース、34 ステータコイル、40 突極部、G エアギャップ、MC1 第1磁気回路、MC2 第2磁気回路。   10, 10A, 10B Rotating electrical machine, 12 Rotating shaft, 13 Electrical steel plate, 14, 14a, 14b Rotor core, 15 Rotor, 16 Stator, 18 Field yoke, 18a, 18b End plate, 18c Side wall, 19a, 19b Protrusion , 20a, 20b Field coil, 22 Bearing, 23 Through hole, 24, 24b, 24c, 24d First magnetic pole component, 24a One end, 26, 26b, 26c, 26d Second magnetic pole component, 26a The other end, 27 pocket part, 29 low magnetic permeability region, 30 stator core, 32 stator teeth, 34 stator coil, 40 salient pole part, G air gap, MC1 first magnetic circuit, MC2 second magnetic circuit.

Claims (6)

  1. 回転可能に設けられた回転シャフトと、
    前記回転シャフトの外周に固設されたロータコアと、
    前記ロータコアの径方向外方にギャップを隔てて配置され、内周部にステータコイルが巻回されている筒状のステータと、
    前記ステータの外周に設けられた界磁ヨークと、
    前記界磁ヨークの軸方向両端部にそれぞれ設けられ、前記界磁ヨークと前記ロータコアとの間に第1および第2磁気回路を形成することで前記ロータコアと前記ステータコアとの間での磁束量を制御可能な界磁巻線と、を備え、
    前記ロータコアは、その外周部に第1磁極構成部材と第2磁極構成部材とを周方向に離れて有しており、
    前記第1磁極構成部材は軸方向一端側の前記界磁巻線によって生じる磁束が流れる前記第1磁気回路の一部を構成し、前記第2磁極構成部材は軸方向他端側の前記界磁巻線によって生じる磁束が流れる前記第2磁気回路の一部を構成する、
    回転電機。
    A rotating shaft provided rotatably,
    A rotor core fixed to the outer periphery of the rotating shaft;
    A cylindrical stator in which a stator coil is wound around the inner periphery of the rotor core, with a gap disposed radially outward;
    A field yoke provided on the outer periphery of the stator;
    The magnetic flux between the rotor core and the stator core can be reduced by forming first and second magnetic circuits respectively provided at both axial ends of the field yoke and between the field yoke and the rotor core. A controllable field winding,
    The rotor core has a first magnetic pole component member and a second magnetic pole component member on the outer peripheral portion thereof in a circumferential direction,
    The first magnetic pole constituting member constitutes a part of the first magnetic circuit through which a magnetic flux generated by the field winding on one axial end side flows, and the second magnetic pole constituting member constitutes the field magnet on the other axial end side. Constituting a part of the second magnetic circuit through which the magnetic flux generated by the winding flows;
    Rotating electric machine.
  2. 請求項1に記載の回転電機において、
    前記第1磁極構成部材は、前記軸方向一端側の前記界磁巻線が巻回されている前記界磁ヨークの部分に一端部が近接する一方で他端部が前記軸方向他端側の前記界磁巻線が巻回されている前記界磁ヨークの部分から離間しており、
    前記第2磁極構成部材は、前記軸方向一端側の前記界磁巻線が巻回されている前記界磁ヨークの部分に一端部が離間する一方で他端部が前記軸方向他端側の前記界磁巻線が巻回されている前記界磁ヨークの部分に近接していることを特徴とする、回転電機。
    In the rotating electrical machine according to claim 1,
    The first magnetic pole constituting member has one end close to the portion of the field yoke around which the field winding on the one end side in the axial direction is wound, and the other end portion on the other end side in the axial direction. Spaced apart from the portion of the field yoke around which the field winding is wound,
    The second magnetic pole constituting member has one end spaced from the portion of the field yoke around which the field winding on one end side in the axial direction is wound, and the other end portion on the other end side in the axial direction. A rotating electrical machine, characterized in that it is close to a portion of the field yoke around which the field winding is wound.
  3. 請求項1または2に記載の回転電機において、
    前記第1および第2磁極構成部材はそれぞれ、成形された磁性材料から構成され、前記第1磁極構成部材の一端部が前記ロータコアの一端面から突出しており、前記第2磁極構成部材の他端部が前記ロータコアの他端面から突出していることを特徴とする、回転電機。
    In the rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
    Each of the first and second magnetic pole constituent members is made of a molded magnetic material, one end of the first magnetic pole constituent member projects from one end surface of the rotor core, and the other end of the second magnetic pole constituent member A rotating electric machine characterized in that a portion projects from the other end surface of the rotor core.
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転電機において、
    前記ロータコアは径方向外方へ突出する複数の突極部を周方向に等間隔に有し、前記第1および第2磁極構成部材は周方向に隣り合う前記突極部内に埋設されていることを特徴とする、回転電機。
    In the rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3,
    The rotor core has a plurality of salient pole portions protruding radially outward at equal intervals in the circumferential direction, and the first and second magnetic pole component members are embedded in the salient pole portions adjacent in the circumferential direction. Rotating electric machine.
  5. 請求項4に記載の回転電機において、
    前記突極部内には低透磁率領域が前記第1および第2磁極構成部材の径方向内方の表面に臨んで設けられていることを特徴とする、回転電機。
    In the rotating electrical machine according to claim 4,
    A rotating electrical machine, wherein a low magnetic permeability region is provided in the salient pole portion so as to face radially inner surfaces of the first and second magnetic pole constituent members.
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の回転電機において、
    前記第1および第2磁極構成部材のうち、少なくとも1組の前記第1および第2磁極構成部材が粉末成形磁性体からなる非磁石部材で構成され、他の組の前記第1および第2磁極構成部材が磁石で構成されることを特徴とする、回転電機。
    In the rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 5,
    Of the first and second magnetic pole constituent members, at least one set of the first and second magnetic pole constituent members is constituted by a non-magnet member made of a powder molded magnetic body, and the other set of the first and second magnetic pole constituent members. A rotating electrical machine, wherein the constituent members are made of magnets.
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