JP2012182945A - Rotary electric machine - Google Patents

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Masaki Saijo
正起 西條
Kazuki Sotoki
一樹 外木
Nobuyuki Matsui
信行 松井
Suguru Kosaka
卓 小坂
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Toyota Industries Corp
Nagoya Institute of Technology NUC
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Toyota Industries Corp
Nagoya Institute of Technology NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary electric machine that effectively ensures area of gaps between field cores and field magnetic path forming portions facing the field cores.SOLUTION: A stator is arranged on a radially outer side of a rotor having rotor teeth. Energization of field coils 72 and 82 generates field magnetic fluxes in respective field cores 71 and 81. The field magnetic fluxes allow respective field poles to form field magnetic paths between the field cores 71 and 81 and, at least, the rotor and the stator. Air gaps between the field cores 71 and 81 of the field poles and field magnetic path forming portions that face the field cores 71 and 81 include axial gaps (Ga1, Ga2, Ga3, and Ga4) and radial gaps (Gr1, Gr2, Gr3, and Gr4).

Description

本発明は、回転電機に関するものである。   The present invention relates to a rotating electrical machine.

従来から、永久磁石をロータに配設した永久磁石同期モータは、電気自動車やハイブリッド自動車などの様々な分野で駆動源として利用されている。このような永久磁石同期モータにおいて、強め界磁制御を行うことによって大きなトルクを得る一方で、弱め界磁制御を行うことによってステータとロータの間に生じる磁束量を低減して最大回転数を向上させることが提案されている(例えば、特許文献1)。   Conventionally, a permanent magnet synchronous motor in which a permanent magnet is disposed on a rotor has been used as a drive source in various fields such as an electric vehicle and a hybrid vehicle. In such a permanent magnet synchronous motor, it is proposed to obtain a large torque by performing strong field control, while reducing the amount of magnetic flux generated between the stator and the rotor by performing field weakening control and improving the maximum rotational speed. (For example, Patent Document 1).

特許文献1においては、界磁コアに配した界磁コイルに通電することにより、ロータ、ステータ、および界磁コアによって環状の界磁磁路が形成される。このため、ロータを通過する磁束量を、界磁コイルに流す電流量の変化に伴わせて効果的に変化させることができる。従って、界磁コイルの通電を制御することによって強め界磁制御および弱め界磁制御を可能とし、大きなトルクを得られるとともに最大回転数を向上させることができる。   In Patent Document 1, an annular field magnetic path is formed by a rotor, a stator, and a field core by energizing a field coil disposed in the field core. For this reason, the amount of magnetic flux passing through the rotor can be effectively changed in accordance with the change in the amount of current flowing through the field coil. Therefore, by controlling the energization of the field coil, the strong field control and the weak field control can be performed, and a large torque can be obtained and the maximum rotational speed can be improved.

特開2008−43099号公報JP 2008-43099 A

ところで、上述したような永久磁石を用いない巻線界磁形の同期モータ(磁石レス巻線界磁形同期モータ)では、界磁磁路を使用し、磁束を三次元的に流す構造である。このとき、ロータとステータ間の空隙に加えて、界磁コアとロータ間にもギャップ(空隙)があり、この空隙面積の確保が課題である。   By the way, in the winding field type synchronous motor (magnetless winding field type synchronous motor) which does not use a permanent magnet as described above, a magnetic field is used to flow a magnetic flux three-dimensionally. . At this time, in addition to the gap between the rotor and the stator, there is also a gap (gap) between the field core and the rotor, and securing this gap area is a problem.

本発明の目的は、界磁コアと、界磁コアに対向する界磁磁路形成部とのギャップ面積を効率的に確保することができる回転電機を提供することにある。   The objective of this invention is providing the rotary electric machine which can ensure efficiently the gap area of a field core and the field magnetic path formation part facing a field core.

請求項1に記載の発明では、回転可能に支持され、磁気的な凸極部を有するロータと、前記ロータの凸極部の径方向外側に配置されたステータと、界磁コイルの通電に伴い界磁コアに生じる界磁磁束により当該界磁コアと少なくとも前記ロータと前記ステータとによる界磁磁路を形成する界磁極と、を備えた回転電機であって、前記界磁極の界磁コアと、当該界磁コアに対向する界磁磁路形成部との空隙を、アキシャルギャップとラジアルギャップで構成したことを要旨とする。   According to the first aspect of the present invention, the rotor is rotatably supported and has a magnetic convex pole portion, the stator disposed radially outside the convex pole portion of the rotor, and the energization of the field coil. A rotating electric machine comprising a field magnetic pole that forms a field magnetic path formed by a field magnetic flux generated in a field core and at least the rotor and the stator, and the field core of the field pole The gist of the present invention is that the gap between the field magnetic path forming portion facing the field core is composed of an axial gap and a radial gap.

ここで磁気的な凸極部とは凸形状のみに限らず、たとえば先端のみを隣接する凸極部の先端とつなげたり、磁性体で凸形状を形成しその間を非磁性体で埋めたりして、実質的に磁気的な凸極であればよい。   Here, the magnetic convex pole part is not limited to the convex shape. For example, only the tip is connected to the tip of the adjacent convex pole part, or a convex shape is formed with a magnetic material, and the space between them is filled with a non-magnetic material. Any substantially magnetic convex pole may be used.

請求項1に記載の発明によれば、界磁極の界磁コアと、界磁コアに対向する界磁磁路形成部との空隙が、アキシャルギャップとラジアルギャップで構成されており、界磁極において界磁コイルが通電されると界磁コアに界磁磁束が生じ、この磁束によりアキシャルギャップとラジアルギャップを介して界磁コアと少なくともロータとステータとによる界磁磁路が形成される。   According to the first aspect of the present invention, the air gap between the field core of the field pole and the field magnetic path forming portion facing the field core is composed of an axial gap and a radial gap. When the field coil is energized, a field magnetic flux is generated in the field core, and this magnetic flux forms a field magnetic path between the field core, at least the rotor, and the stator via the axial gap and the radial gap.

このようにして、アキシャルギャップとラジアルギャップを組み合わせて併用することにより、界磁コアと、界磁コアに対向する界磁磁路形成部とのギャップ面積を効率的に確保することができる。   In this manner, by using the axial gap and the radial gap in combination, the gap area between the field core and the field magnetic path forming portion facing the field core can be efficiently ensured.

請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の回転電機において、前記対向する前記ロータ側の界磁磁路形成部は、前記ロータのロータコアの位置決め部材を含むことを要旨とする。   According to a second aspect of the present invention, in the rotating electrical machine according to the first aspect, the opposing magnetic field path forming portion on the rotor side includes a rotor core positioning member of the rotor.

請求項2に記載の発明によれば、ロータのロータコアの位置決め部材を用いてギャップを形成することができる。
請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の回転電機において、前記アキシャルギャップと前記ラジアルギャップは、複数段形成されていることを要旨とする。
According to invention of Claim 2, a gap can be formed using the positioning member of the rotor core of a rotor.
The gist of the invention described in claim 3 is that, in the rotating electrical machine described in claim 1 or 2, the axial gap and the radial gap are formed in a plurality of stages.

請求項3に記載の発明によれば、アキシャルギャップとラジアルギャップが複数段形成されていると、段数が増すほど応力や磁束流れの分布を滑らかにすることが可能となる。
請求項4に記載のように、請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転電機において、前記界磁コアに対向する界磁磁路形成部は、前記ロータに固定されるシャフトを含むものであってもよい。
According to the third aspect of the present invention, when a plurality of axial gaps and radial gaps are formed, the distribution of stress and magnetic flux flow can be made smoother as the number of stages increases.
As described in claim 4, in the rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3, the field magnetic path forming portion facing the field core includes a shaft fixed to the rotor. It may be a thing.

本発明によれば、界磁コアと、界磁コアに対向する界磁磁路形成部とのギャップ面積を効率的に確保することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the gap area of a field core and the field magnetic path formation part facing a field core can be ensured efficiently.

実施形態におけるモータを模式的に示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the motor in embodiment typically. モータの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of a motor. 界磁磁束の流れを示すモータの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the motor which shows the flow of a field magnetic flux. モータの要部拡大図。The principal part enlarged view of a motor. 別例のモータの要部拡大図。The principal part enlarged view of the motor of another example. 別例のモータを模式的に示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the motor of another example typically. 別例のモータの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the motor of another example.

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1および図2に示すように、回転電機としてのモータ10は、永久磁石を用いない巻線界磁形の同期モータである。回転電動機であるモータ10は、円筒状のバイパスコア(コアバック)20と、バイパスコア20の両端の開口部に配される左ブラケット30、右ブラケット31と、棒状をなし水平方向に延びるシャフト40と、回転可能に支持されたロータ(回転子)50と、ステータ(固定子)60と、界磁極70,80を備えている。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, a motor 10 as a rotating electrical machine is a wound field type synchronous motor that does not use a permanent magnet. The motor 10 which is a rotary electric motor includes a cylindrical bypass core (core back) 20, a left bracket 30 and a right bracket 31 arranged in openings at both ends of the bypass core 20, and a shaft 40 that is formed in a bar shape and extends in the horizontal direction. And a rotor (rotor) 50 that is rotatably supported, a stator (stator) 60, and field poles 70 and 80.

シャフト40は、軸受(ベアリング)B1を介して左ブラケット30に組み付けられているとともに軸受(ベアリング)B2を介して右ブラケット31に組み付けられている。そして、シャフト40は左ブラケット30、右ブラケット31に対して回転可能に支持されている。シャフト40における左ブラケット30側の一端は左ブラケット30を貫通している。シャフト40は磁性体よりなる。   The shaft 40 is assembled to the left bracket 30 via a bearing (bearing) B1, and is also assembled to the right bracket 31 via a bearing (bearing) B2. The shaft 40 is supported so as to be rotatable with respect to the left bracket 30 and the right bracket 31. One end of the shaft 40 on the left bracket 30 side passes through the left bracket 30. The shaft 40 is made of a magnetic material.

ここで、シャフト40は、図2において左側から、直径がφ1の第1の部位41と、直径がφ2の第2の部位42と、直径がφ3の第3の部位43と、直径がφ4の第4の部位44と、直径がφ5の第5の部位45と、直径がφ6の第6の部位46と、直径がφ7の第7の部位47と、直径がφ8の第8の部位48を有している。   Here, the shaft 40 has a first part 41 having a diameter of φ1, a second part 42 having a diameter of φ2, a third part 43 having a diameter of φ3, and a diameter of φ4 from the left side in FIG. A fourth portion 44, a fifth portion 45 having a diameter of φ5, a sixth portion 46 having a diameter of φ6, a seventh portion 47 having a diameter of φ7, and an eighth portion 48 having a diameter of φ8. Have.

本実施形態では第1の部位41の直径φ1と第8の部位48の直径φ8は等しい(φ1=φ8)。また、第2の部位42の直径φ2と第7の部位47の直径φ7は等しく(φ2=φ7)、かつ、第1の部位41の直径φ1および第8の部位48の直径φ8よりも大きい(φ2>φ1、φ7>φ8)。第3の部位43の直径φ3と第6の部位46の直径φ6は等しく(φ3=φ6)、かつ、第2の部位42の直径φ2および第7の部位47の直径φ7よりも大きい(φ3>φ2、φ6>φ7)。第4の部位44の直径φ4は第3の部位43の直径φ3よりも大きい(φ4>φ3)。第5の部位45の直径φ5は第6の部位46の直径φ6よりも大きく(φ5>φ6)、かつ、第4の部位44の直径φ4よりも小さい(φ5<φ4)。   In the present embodiment, the diameter φ1 of the first portion 41 and the diameter φ8 of the eighth portion 48 are equal (φ1 = φ8). Further, the diameter φ2 of the second portion 42 and the diameter φ7 of the seventh portion 47 are equal (φ2 = φ7), and are larger than the diameter φ1 of the first portion 41 and the diameter φ8 of the eighth portion 48 ( φ2> φ1, φ7> φ8). The diameter φ3 of the third portion 43 and the diameter φ6 of the sixth portion 46 are equal (φ3 = φ6), and are larger than the diameter φ2 of the second portion 42 and the diameter φ7 of the seventh portion 47 (φ3> φ2, φ6> φ7). The diameter φ4 of the fourth portion 44 is larger than the diameter φ3 of the third portion 43 (φ4> φ3). The diameter φ5 of the fifth portion 45 is larger than the diameter φ6 of the sixth portion 46 (φ5> φ6) and smaller than the diameter φ4 of the fourth portion 44 (φ5 <φ4).

また、シャフト40における第3の部位43と第4の部位44との間において垂直なる側壁49が形成されている。即ち、水平方向に延びる軸線Lに対し側壁49が垂直に形成されている。   Further, a vertical side wall 49 is formed between the third portion 43 and the fourth portion 44 in the shaft 40. That is, the side wall 49 is formed perpendicular to the axis L extending in the horizontal direction.

そして、シャフト40の第1の部位41において軸受(ベアリング)B1によりシャフト40が回転可能に支持されている。また、シャフト40の第8の部位48において軸受(ベアリング)B2によりシャフト40が回転可能に支持されている。   And in the 1st site | part 41 of the shaft 40, the shaft 40 is rotatably supported by bearing (bearing) B1. Further, the shaft 40 is rotatably supported by a bearing (bearing) B2 at the eighth portion 48 of the shaft 40.

また、円環状のロータコア固定用磁性リング90は、シャフト40の右側から第5の部位45に嵌入される態様で使用される。鉄製のロータコア固定用磁性リング90は直径がφ9であり、シャフト40の第4の部位44の直径φ4と等しい(φ9=φ4)。シャフト40の第5の部位45の外周面とロータコア固定用磁性リング90の内周面とは密着され、磁気的に連結されている。   Further, the annular rotor core fixing magnetic ring 90 is used in such a manner that it is inserted into the fifth portion 45 from the right side of the shaft 40. The iron rotor core fixing magnetic ring 90 has a diameter of φ9 and is equal to the diameter φ4 of the fourth portion 44 of the shaft 40 (φ9 = φ4). The outer peripheral surface of the fifth portion 45 of the shaft 40 and the inner peripheral surface of the rotor core fixing magnetic ring 90 are in close contact with each other and magnetically coupled.

ロータコア固定用磁性リング90の右側面は垂直なる側壁91となっている。即ち、水平方向に延びる軸線Lに対し側壁91が垂直に形成されている。
バイパスコア20の内部において、シャフト40の第5の部位45には、ロータコア51が固定されている。このロータコア51は、シャフト40の軸線Lまわりでシャフト40と一体に回転可能に構成されている。また、シャフト40の外周面とロータコア51の内周面とは密着されている。このため、シャフト40とロータコア51とは、磁気的に連結されている。ロータコア51は、複数枚の鋼板を軸線Lに沿った方向に積層して構成されている。詳しくは、複数枚の鋼板を積層してロータコア51を形成するとともに、シャフト40の第5の部位45に図2の右側からシャフト40に挿入してシャフト40の第4の部位44に当接させる。その後、磁性体よりなる円環状のロータコア固定用磁性リング90をシャフト40の第5の部位45に圧入してロータコア51を挟み込んで固定する。
The right side surface of the rotor core fixing magnetic ring 90 is a vertical side wall 91. That is, the side wall 91 is formed perpendicular to the axis L extending in the horizontal direction.
A rotor core 51 is fixed to the fifth portion 45 of the shaft 40 inside the bypass core 20. The rotor core 51 is configured to be rotatable integrally with the shaft 40 around the axis L of the shaft 40. Further, the outer peripheral surface of the shaft 40 and the inner peripheral surface of the rotor core 51 are in close contact with each other. For this reason, the shaft 40 and the rotor core 51 are magnetically coupled. The rotor core 51 is configured by laminating a plurality of steel plates in a direction along the axis L. Specifically, a plurality of steel plates are laminated to form the rotor core 51, and the fifth portion 45 of the shaft 40 is inserted into the shaft 40 from the right side of FIG. 2 and brought into contact with the fourth portion 44 of the shaft 40. . Thereafter, an annular rotor core fixing magnetic ring 90 made of a magnetic material is press-fitted into the fifth portion 45 of the shaft 40 and the rotor core 51 is sandwiched and fixed.

ロータコア51は、複数枚の鋼板を軸線Lに沿った方向に積層して構成しているので、ロータコア51内において、磁束が軸線Lに沿った方向よりも軸線Lに直交するロータコア51の径方向および周方向へ流れ易くなっている。   Since the rotor core 51 is formed by laminating a plurality of steel plates in the direction along the axis L, the radial direction of the rotor core 51 in which the magnetic flux is orthogonal to the axis L rather than the direction along the axis L in the rotor core 51. And it is easy to flow in the circumferential direction.

ロータ50(ロータコア51)はロータティース52(図1参照)を有しており、ロータティース52は径方向外側へ向かって突出している。磁気的な凸極部としてのロータティース52は、複数(本実施形態では5本)形成されている。ロータティース52は、周方向に等間隔に形成されているとともに、各ロータティース52の先端面は、何れも同一周面上に位置している。   The rotor 50 (rotor core 51) has a rotor tooth 52 (see FIG. 1), and the rotor tooth 52 projects outward in the radial direction. A plurality of rotor teeth 52 as magnetic convex pole portions (five in this embodiment) are formed. The rotor teeth 52 are formed at equal intervals in the circumferential direction, and the tip surfaces of the rotor teeth 52 are all located on the same circumferential surface.

バイパスコア20の内部において、ロータコア51のロータティース52の径方向外側にはステータ60(ステータコア61)が配設され、ステータコア61はロータコア51を囲うように円環状をなしている。ステータコア61は、複数枚の鋼板を軸線Lに沿った方向に積層して構成されている。このため、ステータコア61内において、磁束がシャフト40の軸線Lに沿った方向よりもこの軸線Lに直交するステータコア61の径方向、および周方向へ流れ易くなっている。また、軸線Lに沿ったステータコア61の寸法は、軸線Lに沿ったロータコア51の寸法と同一寸法に設定されている。   Inside the bypass core 20, a stator 60 (stator core 61) is disposed on the radially outer side of the rotor teeth 52 of the rotor core 51, and the stator core 61 has an annular shape so as to surround the rotor core 51. The stator core 61 is configured by laminating a plurality of steel plates in a direction along the axis L. For this reason, in the stator core 61, the magnetic flux flows more easily in the radial direction and the circumferential direction of the stator core 61 orthogonal to the axis L than in the direction along the axis L of the shaft 40. The dimension of the stator core 61 along the axis L is set to the same dimension as the dimension of the rotor core 51 along the axis L.

また、ステータ60(ステータコア61)はステータティース62(図1参照)を有しており、ステータティース62はシャフト40に向かって突出している。ステータティース62は複数(本実施形態では12本)形成されているとともに、各ステータティース62は、周方向に等間隔に形成されている。   The stator 60 (stator core 61) has stator teeth 62 (see FIG. 1), and the stator teeth 62 protrude toward the shaft 40. A plurality of stator teeth 62 (12 in this embodiment) are formed, and the stator teeth 62 are formed at equal intervals in the circumferential direction.

各ロータティース52の先端面(ロータコア51の外周面)と、ステータティース62(ステータコア61)の内周面との間には、僅かな隙間(例えば、0.5mm)が形成されている。   A slight gap (for example, 0.5 mm) is formed between the front end surface of each rotor tooth 52 (the outer peripheral surface of the rotor core 51) and the inner peripheral surface of the stator teeth 62 (stator core 61).

各ステータティース62にはステータコイル63が巻回されている。つまり、ステータティース62に導線が巻回されて、電機子コイルとしてのステータコイル63が形成されている。各ステータコイル63は、U相巻線、V相巻線、およびW相巻線の何れかとされており、それぞれ位相の異なる電流を流すことによって回転磁界を発生させるようになっている。   A stator coil 63 is wound around each stator tooth 62. That is, a conductive wire is wound around the stator teeth 62 to form a stator coil 63 as an armature coil. Each stator coil 63 is one of a U-phase winding, a V-phase winding, and a W-phase winding, and generates a rotating magnetic field by flowing currents having different phases.

また、ステータコア61(ステータティース62)とロータコア51は、軸線Lに沿った寸法を同一寸法に設定されていることから、軸線Lに沿った方向におけるステータコイル63の両端部(コイルエンド)は、ロータコア51の両端よりも軸線Lに沿った方向のうち外側に突出している。   Further, since the stator core 61 (stator teeth 62) and the rotor core 51 have the same dimension along the axis L, both ends (coil ends) of the stator coil 63 in the direction along the axis L are It protrudes outward in the direction along the axis L from both ends of the rotor core 51.

また、軸線Lに沿って延びる円筒状のバイパスコア20は、ステータコア61の外周面を全周にわたって覆っている。バイパスコア20は、磁性体で形成されている。本実施形態では粉末成型磁性体(SMC:Soft Magnetic Composites)よりなる。また、ステータコア61の外周面と、バイパスコア20の内周面とは密着されている。このため、ステータコア61とバイパスコア20とは、磁気的に連結されている。バイパスコア20は、外径側界磁磁路となる。   The cylindrical bypass core 20 extending along the axis L covers the outer peripheral surface of the stator core 61 over the entire circumference. The bypass core 20 is made of a magnetic material. In this embodiment, it consists of a powder molding magnetic body (SMC: Soft Magnetic Compositions). Further, the outer peripheral surface of the stator core 61 and the inner peripheral surface of the bypass core 20 are in close contact with each other. For this reason, the stator core 61 and the bypass core 20 are magnetically coupled. The bypass core 20 serves as an outer diameter side field magnetic path.

本実施形態では、シャフト40、ロータ50、ステータ60により主電動機部100が構成されている。
軸線Lに沿った方向における左ブラケット30とロータ50のロータコア51の間には、界磁磁束を発生するための界磁極70が配設されている。また、軸線Lに沿った方向における右ブラケット31とロータ50のロータコア51の間には、界磁磁束を発生するための界磁極80が配設されている。
In the present embodiment, the main motor unit 100 is configured by the shaft 40, the rotor 50, and the stator 60.
A field magnetic pole 70 for generating a field magnetic flux is disposed between the left bracket 30 and the rotor core 51 of the rotor 50 in the direction along the axis L. A field pole 80 for generating a field magnetic flux is disposed between the right bracket 31 and the rotor core 51 of the rotor 50 in the direction along the axis L.

界磁極70は、円環状の界磁コア71と界磁コイル72を備えている。界磁コア71は、磁性材料よりなる。円環状の界磁コア71にはシャフト40が挿通される。
界磁コア71における軸線方向でのモータ内面部には界磁コイル72が配置されている。界磁コイル72は、ボビン(図示略)に導線がシャフト40の周りに巻回されて形成されている。軸線Lから、当該軸線Lと直交する方向の外側に位置する界磁コイル72の端部までの寸法は、軸線Lからステータコイル63の内周面までの寸法よりも小さく設定されている。即ち、界磁コイル72はステータコイル63よりも内径側に配置されている。
The field pole 70 includes an annular field core 71 and a field coil 72. The field core 71 is made of a magnetic material. The shaft 40 is inserted through the annular field core 71.
A field coil 72 is disposed on the inner surface of the motor in the axial direction of the field core 71. The field coil 72 is formed by winding a conductive wire around a shaft 40 around a bobbin (not shown). The dimension from the axis L to the end of the field coil 72 located outside in the direction orthogonal to the axis L is set smaller than the dimension from the axis L to the inner peripheral surface of the stator coil 63. That is, the field coil 72 is disposed on the inner diameter side of the stator coil 63.

界磁コア71の外周部は、バイパスコア20の左端部と左ブラケット30の外周部との間に、嵌合する状態で固定されている。これにより、界磁極70は、主電動機部100に対して組み付けられている。界磁コア71を主電動機部100に組み付けた状態において、界磁コア71は、バイパスコア20に対して密着されている。よって、界磁コア71とバイパスコア20とは、磁気的に連結されている。なお、本実施形態では左ブラケット30は非磁性部材より成り、界磁磁束の漏洩磁束を低減させるとともに、軸受B1の電蝕を防止している。   The outer periphery of the field core 71 is fixed in a fitted state between the left end of the bypass core 20 and the outer periphery of the left bracket 30. Thereby, the field magnetic pole 70 is assembled | attached with respect to the main motor part 100. FIG. In a state where the field core 71 is assembled to the main motor unit 100, the field core 71 is in close contact with the bypass core 20. Therefore, the field core 71 and the bypass core 20 are magnetically coupled. In the present embodiment, the left bracket 30 is made of a non-magnetic member to reduce the leakage flux of the field magnetic flux and prevent the corrosion of the bearing B1.

また、シャフト40が挿通される界磁コア71は、内径がφ10の第1の部位75と、内径がφ11の第2の部位76を有している。第2の部位76の内径φ11は第1の部位75の内径φ10よりも大きい(φ11>φ10)。   The field core 71 through which the shaft 40 is inserted has a first part 75 having an inner diameter of φ10 and a second part 76 having an inner diameter of φ11. The inner diameter φ11 of the second portion 76 is larger than the inner diameter φ10 of the first portion 75 (φ11> φ10).

界磁コア71の第1の部位75の内周面とシャフト40の第3の部位43の外周面とは、相互に平行となるように対向配置されているとともに、両周面の間には僅かな隙間(例えば、0.5mm)が形成され、この隙間(ギャップ)を介して磁気的に連結されている。これが、軸の直角方向(径方向)において対向する部材間に形成された第1のラジアルギャップGr1(図3参照)となる。   The inner peripheral surface of the first portion 75 of the field core 71 and the outer peripheral surface of the third portion 43 of the shaft 40 are disposed so as to be parallel to each other, and between the two peripheral surfaces. A slight gap (for example, 0.5 mm) is formed and is magnetically coupled through this gap (gap). This is the first radial gap Gr1 (see FIG. 3) formed between the opposing members in the direction perpendicular to the axis (radial direction).

界磁コア71の第2の部位76の内周面とシャフト40の第4の部位44の外周面とは、相互に平行となるように対向配置されているとともに、両周面の間には僅かな隙間(例えば、0.5mm)が形成され、この隙間(ギャップ)を介して磁気的に連結されている。これが第2のラジアルギャップGr2(図3参照)となる。   The inner peripheral surface of the second portion 76 of the field core 71 and the outer peripheral surface of the fourth portion 44 of the shaft 40 are disposed so as to be parallel to each other, and between the two peripheral surfaces. A slight gap (for example, 0.5 mm) is formed and is magnetically coupled through this gap (gap). This is the second radial gap Gr2 (see FIG. 3).

ここで、図4に示すように、第1のラジアルギャップGr1の軸線方向の長さL1と第2のラジアルギャップGr2の軸線方向の長さL2を比較すると、第1のラジアルギャップGr1の軸線方向の長さL1の方が第2のラジアルギャップGr2の軸線方向の長さL2よりも長くなっている(L1>L2)。   Here, as shown in FIG. 4, when the axial length L1 of the first radial gap Gr1 is compared with the axial length L2 of the second radial gap Gr2, the axial direction of the first radial gap Gr1 is compared. Is longer than the length L2 in the axial direction of the second radial gap Gr2 (L1> L2).

また、図2の界磁コア71の第1の部位75と第2の部位76との間において垂直なる側壁77が形成されている。即ち、水平方向に延びる軸線Lに対し側壁77が垂直に形成されている。界磁コア71の側壁77とシャフト40の側壁49とは、相互に平行となるように対向配置されているとともに、両面の間には僅かな隙間(例えば、0.5mm)が形成され、この隙間(ギャップ)を介して磁気的に連結されている。これが、軸方向において対向する部材間に形成された第1のアキシャルギャップGa1(図3参照)となる。   Further, a vertical side wall 77 is formed between the first portion 75 and the second portion 76 of the field core 71 of FIG. That is, the side wall 77 is formed perpendicular to the axis L extending in the horizontal direction. The side wall 77 of the field core 71 and the side wall 49 of the shaft 40 are disposed so as to be parallel to each other, and a slight gap (for example, 0.5 mm) is formed between both surfaces. It is magnetically connected through a gap (gap). This is the first axial gap Ga1 (see FIG. 3) formed between the opposing members in the axial direction.

さらに、界磁コア71の第2の部位76の右側面(垂直なる側壁)とロータコア51の左側面とは、相互に平行となるように対向配置されているとともに、両面の間には僅かな隙間(例えば、0.5mm)が形成され、この隙間(ギャップ)を介して磁気的に連結されている。これが第2のアキシャルギャップGa2(図3参照)となる。   Further, the right side surface (vertical side wall) of the second portion 76 of the field core 71 and the left side surface of the rotor core 51 are arranged to face each other so as to be parallel to each other, and there is a slight gap between both surfaces. A gap (for example, 0.5 mm) is formed and is magnetically coupled through this gap (gap). This is the second axial gap Ga2 (see FIG. 3).

第1のラジアルギャップGr1と第1のアキシャルギャップGa1と第2のラジアルギャップGr2と第2のアキシャルギャップGa2で階段状となっている。
同様に、界磁極80は、円環状の界磁コア81と界磁コイル82を備えている。界磁コア81は、磁性材料よりなる。円環状の界磁コア81にはシャフト40が挿通される。
The first radial gap Gr1, the first axial gap Ga1, the second radial gap Gr2, and the second axial gap Ga2 are stepped.
Similarly, the field pole 80 includes an annular field core 81 and a field coil 82. The field core 81 is made of a magnetic material. The shaft 40 is inserted through the annular field core 81.

界磁コア81における軸線方向でのモータ内面部には界磁コイル82が配置されている。界磁コイル82は、ボビン(図示略)に導線がシャフト40の周りに巻回されて形成されている。軸線Lから、当該軸線Lと直交する方向の外側に位置する界磁コイル82の端部までの寸法は、軸線Lからステータコイル63の内周面までの寸法よりも小さく設定されている(界磁コイル82はステータコイル63よりも内径側に配置されている)。   A field coil 82 is disposed on the inner surface of the motor in the axial direction of the field core 81. The field coil 82 is formed by winding a conductive wire around a shaft 40 around a bobbin (not shown). The dimension from the axis L to the end of the field coil 82 located outside in the direction orthogonal to the axis L is set smaller than the dimension from the axis L to the inner peripheral surface of the stator coil 63 (field The magnetic coil 82 is disposed on the inner diameter side of the stator coil 63).

界磁コア81の外周部は、バイパスコア20の右端部と右ブラケット31の外周部との間に、嵌合する状態で固定されている。これにより、界磁極80は、主電動機部100に対して組み付けられている。界磁コア81を主電動機部100に組み付けた状態において、界磁コア81は、バイパスコア20に対して密着されている。よって、界磁コア81とバイパスコア20とは、磁気的に連結されている。なお、本実施形態では右ブラケット31は非磁性部材より成り、界磁磁束の漏洩磁束を低減させるとともに、軸受B2の電蝕を防止している。   The outer peripheral portion of the field core 81 is fixed in a fitted state between the right end portion of the bypass core 20 and the outer peripheral portion of the right bracket 31. As a result, the field pole 80 is assembled to the main motor unit 100. In a state where the field core 81 is assembled to the main motor unit 100, the field core 81 is in close contact with the bypass core 20. Therefore, the field core 81 and the bypass core 20 are magnetically coupled. In the present embodiment, the right bracket 31 is made of a non-magnetic member, reduces the leakage flux of the field magnetic flux, and prevents the corrosion of the bearing B2.

また、シャフト40が挿通される界磁コア81は、内径がφ20の第1の部位85と、内径がφ21の第2の部位86を有している。第2の部位86の内径φ21は第1の部位85の内径φ20よりも大きい(φ21>φ20)。   The field core 81 through which the shaft 40 is inserted has a first portion 85 having an inner diameter of φ20 and a second portion 86 having an inner diameter of φ21. The inner diameter φ21 of the second portion 86 is larger than the inner diameter φ20 of the first portion 85 (φ21> φ20).

界磁コア81の第1の部位85の内周面とシャフト40の第6の部位46の外周面とは、相互に平行となるように対向配置されているとともに、両周面の間には僅かな隙間(例えば、0.5mm)が形成され、この隙間(ギャップ)を介して磁気的に連結されている。これが、第3のラジアルギャップGr3(図3参照)となる。   The inner peripheral surface of the first portion 85 of the field core 81 and the outer peripheral surface of the sixth portion 46 of the shaft 40 are disposed so as to be parallel to each other, and between the two peripheral surfaces. A slight gap (for example, 0.5 mm) is formed and is magnetically coupled through this gap (gap). This is the third radial gap Gr3 (see FIG. 3).

界磁コア81の第2の部位86の内周面とロータコア固定用磁性リング90の外周面とは、相互に平行となるように対向配置されているとともに、両周面の間には僅かな隙間(例えば、0.5mm)が形成され、この隙間(ギャップ)を介して磁気的に連結されている。これが第4のラジアルギャップGr4(図3参照)となる。ここでも、図4を用いて説明したように、第1のラジアルギャップGr1と第2のラジアルギャップGr2との関係と同じく、第3のラジアルギャップGr3の軸線方向の長さの方が第4のラジアルギャップGr4の軸線方向の長さよりも長くなっている。   The inner peripheral surface of the second portion 86 of the field core 81 and the outer peripheral surface of the magnetic ring 90 for fixing the rotor core are disposed so as to be parallel to each other, and there is a slight gap between the two peripheral surfaces. A gap (for example, 0.5 mm) is formed and is magnetically coupled through this gap (gap). This is the fourth radial gap Gr4 (see FIG. 3). Here, as described with reference to FIG. 4, the length of the third radial gap Gr3 in the axial direction is the same as the relationship between the first radial gap Gr1 and the second radial gap Gr2. The radial gap Gr4 is longer than the length in the axial direction.

また、図2の界磁コア81の第1の部位85と第2の部位86との間において垂直なる側壁87が形成されている。即ち、水平方向に延びる軸線Lに対し側壁87が垂直に形成されている。界磁コア71の側壁87とロータコア固定用磁性リング90の側壁(右側面)91とは、相互に平行となるように対向配置されているとともに、両面の間には僅かな隙間(例えば、0.5mm)が形成され、この隙間(ギャップ)を介して磁気的に連結されている。これが第3のアキシャルギャップGa3(図3参照)となる。   Further, a vertical side wall 87 is formed between the first portion 85 and the second portion 86 of the field core 81 of FIG. That is, the side wall 87 is formed perpendicular to the axis L extending in the horizontal direction. The side wall 87 of the field core 71 and the side wall (right side surface) 91 of the magnetic ring 90 for fixing the rotor core are disposed so as to be parallel to each other, and a slight gap (for example, 0) is provided between the both surfaces. .5 mm) is formed and is magnetically coupled through this gap. This is the third axial gap Ga3 (see FIG. 3).

さらに、界磁コア81の第2の部位86の左側面(垂直なる側壁)とロータコア51の右側面とは、相互に平行となるように対向配置されているとともに、両面の間には僅かな隙間(例えば、0.5mm)が形成され、この隙間(ギャップ)を介して磁気的に連結されている。これが第4のアキシャルギャップGa4(図3参照)となる。   Further, the left side surface (vertical side wall) of the second portion 86 of the field core 81 and the right side surface of the rotor core 51 are arranged so as to be parallel to each other, and there is a slight gap between both surfaces. A gap (for example, 0.5 mm) is formed and is magnetically coupled through this gap (gap). This is the fourth axial gap Ga4 (see FIG. 3).

第3のラジアルギャップGr3と第3のアキシャルギャップGa3と第4のラジアルギャップGr4と第4のアキシャルギャップGa4で階段状となっている。
このように本実施形態では、界磁極の界磁コア71,81と、界磁コア71,81に対向する界磁磁路形成部との空隙を、アキシャルギャップGa1,Ga2,Ga3,Ga4とラジアルギャップGr1,Gr2,Gr3,Gr4で構成している。
The third radial gap Gr3, the third axial gap Ga3, the fourth radial gap Gr4, and the fourth axial gap Ga4 are stepped.
As described above, in the present embodiment, the gaps between the field cores 71 and 81 of the field poles and the field magnetic path forming portion facing the field cores 71 and 81 are set to the radial gaps Ga1, Ga2, Ga3, Ga4 and radial. The gaps Gr1, Gr2, Gr3, and Gr4 are included.

次に、このように構成したモータ10の作用について、各界磁コイル72,82に通電した際に形成される磁路(界磁磁束の流れ)を中心に説明する。
図3に示すように、本実施形態のモータ10において、界磁コイル72に電流が流されることにより界磁コア71に発生された界磁磁束は、矢印Y1に示すようにシャフト40に向かって流れる。そして、界磁磁束は、矢印Y2,Y3,Y4に示すように第1のラジアルギャップGr1、第2のラジアルギャップGr2、第1のアキシャルギャップGa1を通してシャフト40に流れる。また、界磁磁束は、矢印Y5に示すように第2のアキシャルギャップGa2を通してロータコア51に流れる。このように、アキシャルギャップGa1,Ga2を、軸線Lと平行に磁束が横切るとともに、ラジアルギャップGr1,Gr2を、軸線Lと直角(径方向)に磁束が横切る。
Next, the operation of the motor 10 configured as described above will be described focusing on the magnetic path (field magnetic flux flow) formed when the field coils 72 and 82 are energized.
As shown in FIG. 3, in the motor 10 of the present embodiment, the field magnetic flux generated in the field core 71 due to the current flowing in the field coil 72 is directed toward the shaft 40 as indicated by the arrow Y1. Flowing. The field magnetic flux flows to the shaft 40 through the first radial gap Gr1, the second radial gap Gr2, and the first axial gap Ga1 as indicated by arrows Y2, Y3, and Y4. Further, the field magnetic flux flows to the rotor core 51 through the second axial gap Ga2 as indicated by an arrow Y5. In this way, the magnetic flux crosses the axial gaps Ga1 and Ga2 in parallel with the axis L, and the magnetic flux crosses the radial gaps Gr1 and Gr2 at right angles (in the radial direction) to the axis L.

さらに、界磁磁束は、矢印Y6に示すようにシャフト40内を軸方向に流れ、矢印Y7に示すようにシャフト40の軸線Lに直交する方向へ流れてロータコア51(ロータティース52)を外径側に流れてステータコア61(ステータティース62)を通過する。さらに、界磁磁束は、矢印Y8に示すようにバイパスコア20を界磁コア71へ向かって誘導される。   Further, the field magnetic flux flows in the shaft 40 in the axial direction as indicated by the arrow Y6, and flows in the direction perpendicular to the axis L of the shaft 40 as indicated by the arrow Y7 to cause the outer diameter of the rotor core 51 (rotor teeth 52). And flows through the stator core 61 (stator teeth 62). Further, the field magnetic flux is guided toward the field core 71 through the bypass core 20 as indicated by an arrow Y8.

このようにして、界磁コア71とシャフト40とロータ50とステータ60とバイパスコア20とによる界磁磁路、および、界磁コア71とロータ50とステータ60とバイパスコア20とによる界磁磁路が形成される。   In this way, the field magnetic path formed by the field core 71, the shaft 40, the rotor 50, the stator 60, and the bypass core 20, and the field magnet formed by the field core 71, the rotor 50, the stator 60, and the bypass core 20. A path is formed.

同様に、界磁コイル82に電流が流されることにより界磁コア81に発生された界磁磁束は、矢印Y11に示すようにシャフト40に向かって流れる。そして、界磁磁束は、矢印Y12,Y13,Y14に示すように第3のラジアルギャップGr3、第4のラジアルギャップGr4、第3のアキシャルギャップGa3を通してシャフト40に流れる。また、界磁磁束は、矢印Y15に示すように第4のアキシャルギャップGa4を通してロータコア51に流れる。   Similarly, the field magnetic flux generated in the field core 81 due to the current flowing in the field coil 82 flows toward the shaft 40 as indicated by the arrow Y11. The field magnetic flux flows to the shaft 40 through the third radial gap Gr3, the fourth radial gap Gr4, and the third axial gap Ga3 as indicated by arrows Y12, Y13, and Y14. Further, the field magnetic flux flows to the rotor core 51 through the fourth axial gap Ga4 as indicated by an arrow Y15.

さらに、界磁磁束は、矢印Y16に示すようにシャフト40内を軸方向に流れ、矢印Y17に示すようにシャフト40の軸線Lに直交する方向へ流れてロータコア51(ロータティース52)を外径側に流れてステータコア61(ステータティース62)を通過する。さらに、界磁磁束は、矢印Y18に示すようにバイパスコア20を界磁コア81へ向かって誘導される。   Further, the field magnetic flux flows in the axial direction in the shaft 40 as indicated by an arrow Y16, and flows in a direction orthogonal to the axis L of the shaft 40 as indicated by an arrow Y17 to cause the outer diameter of the rotor core 51 (rotor teeth 52). And flows through the stator core 61 (stator teeth 62). Further, the field magnetic flux is guided toward the field core 81 through the bypass core 20 as indicated by an arrow Y18.

このようにして、界磁コア81とシャフト40とロータ50とステータ60とバイパスコア20とによる界磁磁路、および、界磁コア81とロータ50とステータ60とバイパスコア20とによる界磁磁路が形成される。   In this way, the field magnetic path formed by the field core 81, the shaft 40, the rotor 50, the stator 60, and the bypass core 20, and the field magnetic field formed by the field core 81, the rotor 50, the stator 60, and the bypass core 20. A path is formed.

このように、本実施形態のモータ10では、環状(ループ状)の磁路(界磁磁束の流れ)が形成され、ロータ50のロータティース52は、界磁磁束によってN極の極性を持つことになり、ロータティース52(界磁磁束)が、永久磁石同期モータにおけるロータに配設された永久磁石と同様の働きを持つことになる。   Thus, in the motor 10 of this embodiment, an annular (loop-shaped) magnetic path (flow of field magnetic flux) is formed, and the rotor teeth 52 of the rotor 50 have the polarity of N pole by the field magnetic flux. Thus, the rotor teeth 52 (field magnetic flux) have a function similar to that of the permanent magnet disposed on the rotor in the permanent magnet synchronous motor.

また、本実施形態のモータ10では、各界磁コイル72,82に流す電流量を増加させることで界磁磁束を増加させ、より大きなトルクを得ることができる。その一方で、本実施形態のモータ10では、高速回転時において各界磁コイル72,82に流す電流量を減少させることで界磁磁束を減少させ、最大回転数を向上させることができる。即ち、本実施形態のモータ10では、強め界磁制御のみによって最大トルクおよび最大回転数を向上させることができる。従って、本実施形態のモータ10では、ロータ50に永久磁石を配設した場合に必要な弱め界磁制御が不要となり、その構成を簡略化できる。   Moreover, in the motor 10 of this embodiment, the field magnetic flux can be increased by increasing the amount of current flowing through the field coils 72 and 82, and a larger torque can be obtained. On the other hand, in the motor 10 of the present embodiment, the field magnetic flux can be reduced by reducing the amount of current flowing through the field coils 72 and 82 during high-speed rotation, and the maximum rotational speed can be improved. That is, in the motor 10 of this embodiment, the maximum torque and the maximum rotation speed can be improved only by the strong field control. Therefore, in the motor 10 of this embodiment, field-weakening control required when a permanent magnet is disposed in the rotor 50 becomes unnecessary, and the configuration can be simplified.

また、図1,2に示したように、磁石レスの巻線界磁形モータとなっており、図3に示すように界磁極70,80から磁束を流す磁路(界磁極の磁路)が形成される。このとき、アキシャルギャップ(Ga1,Ga2,Ga3,Ga4)とラジアルギャップ(Gr1,Gr2,Gr3,Gr4)を併用して構成している。アキシャルギャップ(Ga1,Ga2,Ga3,Ga4)とラジアルギャップ(Gr1,Gr2,Gr3,Gr4)を併用することで、ラジアルギャップ単独やアキシャルギャップ単独よりも空隙面積の拡大が図られ、トルクアップ(体格ダウン)が図られる。また、アキシャルギャップ単独よりも軸受へのアキシャル荷重が低減される。   As shown in FIGS. 1 and 2, a magnet-less wound field motor is used, and a magnetic path for flowing magnetic flux from the field poles 70 and 80 (field path magnetic path) as shown in FIG. Is formed. At this time, the axial gap (Ga1, Ga2, Ga3, Ga4) and the radial gap (Gr1, Gr2, Gr3, Gr4) are used in combination. By using the axial gap (Ga1, Ga2, Ga3, Ga4) and the radial gap (Gr1, Gr2, Gr3, Gr4) in combination, the gap area is expanded compared to the radial gap alone or the axial gap alone, and the torque is increased (physique). Down). Further, the axial load on the bearing is reduced as compared with the axial gap alone.

以上のごとく、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)界磁極の界磁コア71,81と、界磁コア71,81に対向する界磁磁路形成部との空隙を、アキシャルギャップ(Ga1,Ga2,Ga3,Ga4)とラジアルギャップ(Gr1,Gr2,Gr3,Gr4)で構成した。これにより、アキシャルギャップとラジアルギャップを組み合わせて併用することにより、界磁コア71,81と、界磁コア71,81に対向する界磁磁路形成部とのギャップ面積(空隙面積)を効率的に確保することができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The gap between the field core 71, 81 of the field pole and the field magnetic path forming portion facing the field core 71, 81 is divided into an axial gap (Ga1, Ga2, Ga3, Ga4) and a radial gap (Gr1). , Gr2, Gr3, Gr4). Thus, by using the axial gap and the radial gap in combination, the gap area (gap area) between the field cores 71 and 81 and the field magnetic path forming portion facing the field cores 71 and 81 can be efficiently increased. Can be secured.

詳しく説明する。
永久磁石を用いない巻線界磁形の同期モータ(磁石レス巻線界磁形同期モータ)では、界磁磁路を使用し、磁束を三次元的に流す構造であり、ロータとステータ間の空隙に加えて、界磁コアと対向する部材間にもギャップ(空隙)があり、この空隙面積も確保する必要がある。
explain in detail.
Winding field type synchronous motors that do not use permanent magnets (magnetless winding field type synchronous motors) use a field magnetic path and flow magnetic flux three-dimensionally between the rotor and stator. In addition to the air gap, there is a gap (air gap) between the members facing the field core, and it is necessary to secure this air gap area.

具体的には、ラジアルギャップのみで空隙面積を確保するには、ラジアルギャップの軸方向長さを拡大するか、ラジアルギャップ径を拡大する方策が挙げられるが、前者の場合モータ軸長が増大し、モータが大型化し車両への搭載性が悪化する。後者の場合シャフトが大径化し、ロータ慣性質量が増大する。これにより、電動機を搭載した車両のドライバビリティに影響する。また、両者ともにシャフトの大型化となり、電動機質量増加による効率悪化、コストの増大につながる。一方、アキシャルギャップのみで空隙面積を確保すると、ロータと界磁極とのスラスト力が増大し、軸受に大きなスラスト荷重がかかる。また、アキシャルギャップのみで構成する場合は、薄板の積層(薄板ラミネーション)により製造するロータ積厚の公差ばらつきによるトルク変動が大きくなる。これを回避するには、組立時にシム(厚さ寸法調整板)等を選択してアキシャル空隙を調整しながら、組立を実施する必要がでてくるため、工数増・コスト増につながる。   Specifically, in order to secure the air gap area with only the radial gap, there are measures to increase the axial length of the radial gap or increase the radial gap diameter. In the former case, the motor shaft length increases. As a result, the motor becomes larger and the mountability on the vehicle deteriorates. In the latter case, the diameter of the shaft increases and the rotor inertial mass increases. This affects the drivability of a vehicle equipped with an electric motor. In addition, both increase the size of the shaft, leading to deterioration in efficiency and increase in cost due to an increase in the motor mass. On the other hand, if the air gap area is secured only by the axial gap, the thrust force between the rotor and the field pole increases, and a large thrust load is applied to the bearing. In addition, when only an axial gap is used, torque fluctuation due to variation in tolerance of rotor stack thickness produced by thin plate lamination (thin plate lamination) increases. In order to avoid this, it is necessary to perform assembly while adjusting the axial gap by selecting a shim (thickness dimension adjusting plate) or the like at the time of assembly, leading to an increase in man-hours and costs.

これに対し本実施形態では、ラジアルギャップ単独よりもアキシャルギャップを併用することで、ギャップ面積を拡大することができ、トルクアップあるいは、体格低減を図ることができる。また、アキシャルギャップ単独よりも、ラジアルギャップを併用することで、同上の効果を得られるとともに、軸受に印加されるアキシャル荷重を低減することができるため、軸受の耐久性が向上する。さらに、アキシャルギャップとラジアルギャップの比率を設計時に任意に調整できるため、鋼板の積層(鋼板ラミネーション)により製造される、ロータコアの積厚公差ばらつきにより発生するアキシャル空隙のばらつきによるトルク変動を吸収させやすい。   On the other hand, in this embodiment, by using an axial gap in combination rather than a radial gap alone, the gap area can be increased, and torque can be increased or the body size can be reduced. Further, by using the radial gap in combination with the axial gap alone, the same effect as described above can be obtained, and the axial load applied to the bearing can be reduced, so that the durability of the bearing is improved. In addition, the ratio between the axial gap and the radial gap can be adjusted arbitrarily during the design, making it easy to absorb torque fluctuations due to variations in the axial gap caused by variations in rotor core stacking thickness tolerance produced by steel plate lamination (steel plate lamination). .

このように本実施形態では、巻線界磁形のモータの質量や体格の低減を図ることができるとともに、軸受に印加されるスラスト力を適当な範囲に調整し、モータの耐久信頼性を向上させることができる。   As described above, in the present embodiment, it is possible to reduce the mass and physique of the wound field motor, and to adjust the thrust force applied to the bearing to an appropriate range, thereby improving the durability of the motor. Can be made.

(2)界磁コア71,81に対向する界磁磁路形成部は、ロータのロータコア51の位置決め部材としての第4の部位44およびロータコア固定用磁性リング90を含むので、ロータのロータコア51の位置決め部材を用いてギャップを形成することができる。位置決め部材はロータコア51に隣接する円筒状の周面と軸線Lに垂直な壁面を有しているので、アキシャルギャップとラジアルギャップを形成するのに好適である。   (2) The field magnetic path forming portion facing the field cores 71 and 81 includes the fourth portion 44 as a positioning member of the rotor core 51 of the rotor and the magnetic ring 90 for fixing the rotor core. A gap can be formed using a positioning member. Since the positioning member has a cylindrical peripheral surface adjacent to the rotor core 51 and a wall surface perpendicular to the axis L, it is suitable for forming an axial gap and a radial gap.

(3)アキシャルギャップとラジアルギャップは、複数段形成されている。よって、アキシャルギャップとラジアルギャップが複数段形成されていると、段数が増すほど応力や磁束流れの分布を滑らかにすることが可能となりモータ性能の向上につながる。   (3) The axial gap and the radial gap are formed in a plurality of stages. Therefore, when a plurality of axial gaps and radial gaps are formed, the distribution of stress and magnetic flux flow can be smoothed as the number of stages increases, leading to improvement in motor performance.

(4)界磁コア71,81に対向する界磁磁路形成部は、ロータ50に固定されるシャフト40を含むので、シャフト40を介して界磁磁路を形成することができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
(4) Since the field magnetic path forming part facing the field cores 71 and 81 includes the shaft 40 fixed to the rotor 50, the field magnetic path can be formed via the shaft 40.
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.

・上記実施形態では、図4に示すように第1のラジアルギャップGr1の軸線方向の長さL1の方が第2のラジアルギャップGr2の軸線方向の長さL2よりも長くなっていたが、これに代わり、図5に示すように、第2のラジアルギャップGr2の軸線方向の長さL2の方を第1のラジアルギャップGr1の軸線方向の長さL1よりも長くしてもよい(L2>L1)。これにより、より効率的にギャップの対向面積を向上させることができる。   In the above embodiment, as shown in FIG. 4, the length L1 in the axial direction of the first radial gap Gr1 is longer than the length L2 in the axial direction of the second radial gap Gr2. Instead, as shown in FIG. 5, the axial length L2 of the second radial gap Gr2 may be longer than the axial length L1 of the first radial gap Gr1 (L2> L1). ). Thereby, the opposing area of a gap can be improved more efficiently.

・アキシャルギャップとラジアルギャップは、図3のように2段でなくとも、1段でもよいし、3段以上の複数段にしてよい。上述したように段数を増すほど応力や磁束流れの分布を滑らかに形成することが可能となる。   The axial gap and the radial gap may be one stage instead of two stages as shown in FIG. 3, or may be a plurality of stages of three or more stages. As described above, the distribution of stress and magnetic flux flow can be formed more smoothly as the number of steps is increased.

・上記実施形態では左右ブラケット30,31に軸受B1,B2を配設しているが、軸受の電蝕を防止する構造にして、界磁コア端部にベアリングを配置してもよい。
・上記実施形態では第1の部位41の直径φ1と第8の部位48の直径φ8は等しく、また、第2の部位42の直径φ2と第7の部位47の直径φ7は等しく構成したが、この構成に限らない。組み立て上不都合が生じなければ、変更しても良い。
In the above embodiment, the bearings B1 and B2 are disposed on the left and right brackets 30 and 31, but a bearing may be disposed at the end of the field core in a structure that prevents the electrolytic corrosion of the bearing.
In the above embodiment, the diameter φ1 of the first portion 41 and the diameter φ8 of the eighth portion 48 are equal, and the diameter φ2 of the second portion 42 and the diameter φ7 of the seventh portion 47 are equal, The configuration is not limited to this. If there is no inconvenience in assembly, it may be changed.

・図1,2に示した界磁極構成に限ることなく、図6,7に示す界磁極の構成としてもよい。
図6,7において、バイパスコア20の両端部には界磁極200が配置されている。界磁極200は界磁コア210と界磁コイル220を備えている。界磁コア210は、磁性体よりなる。界磁コア210は、円環状に形成されシャフト40を挿通するための固定部211と、この固定部211から軸線Lに直交し、且つ軸線Lから外側へ向けて放射状に延びる複数本の腕部212を備えている。各腕部212は、等間隔に配置されている。各腕部212においてシャフト40(固定部211)側には、それぞれ導線が巻回されて界磁コイル220が形成されている。界磁コア210の各腕部212の先端部はバイパスコア20に固定され、各腕部212の先端面はバイパスコア20に対して密着されており、磁気的に連結されている。また、界磁コア210の固定部211には、シャフト40が挿通され、固定部211の内周面とシャフト40の外周面とは、相互に平行となるように対向配置されているとともに、両周面の間には僅かな隙間(例えば、0.5mm)が形成されている。
The field pole configuration shown in FIGS. 6 and 7 is not limited to the field pole configuration shown in FIGS.
6 and 7, field poles 200 are disposed at both ends of the bypass core 20. The field pole 200 includes a field core 210 and a field coil 220. The field core 210 is made of a magnetic material. The field core 210 is formed in an annular shape and has a fixed portion 211 through which the shaft 40 is inserted, and a plurality of arm portions orthogonal to the axis L from the fixed portion 211 and extending radially outward from the axis L 212 is provided. Each arm part 212 is arrange | positioned at equal intervals. In each arm portion 212, a field coil 220 is formed by winding a conducting wire on the shaft 40 (fixed portion 211) side. The distal end portion of each arm portion 212 of the field core 210 is fixed to the bypass core 20, and the distal end surface of each arm portion 212 is in close contact with the bypass core 20 and is magnetically coupled. Further, the shaft 40 is inserted into the fixed portion 211 of the field core 210, and the inner peripheral surface of the fixed portion 211 and the outer peripheral surface of the shaft 40 are opposed to each other so as to be parallel to each other. A slight gap (for example, 0.5 mm) is formed between the peripheral surfaces.

ここで、シャフト40が挿通される界磁コア210の固定部211の内面には径が異なるように段差が形成されている。そして、界磁コア210の固定部211の内周面とシャフト40の第3の部位43の外周面とは、相互に平行となるように対向配置され、第1のラジアルギャップGr1が形成されている。また、界磁コア210の固定部211の内周面とシャフト40の第4の部位44の外周面とは、相互に平行となるように対向配置され、第2のラジアルギャップGr2が形成されている。また、界磁コア210の固定部211の垂直なる側壁とシャフト40の側壁49とは、相互に平行となるように対向配置され、第1のアキシャルギャップGa1が形成されている。界磁コア210の固定部211の側面(垂直なる側壁)とロータコア51の側面とは、相互に平行となるように対向配置され、第2のアキシャルギャップGa2が形成されている。   Here, a step is formed on the inner surface of the fixed portion 211 of the field core 210 through which the shaft 40 is inserted so as to have different diameters. The inner peripheral surface of the fixed portion 211 of the field core 210 and the outer peripheral surface of the third portion 43 of the shaft 40 are disposed to face each other so as to be parallel to each other, and the first radial gap Gr1 is formed. Yes. Further, the inner peripheral surface of the fixed portion 211 of the field core 210 and the outer peripheral surface of the fourth portion 44 of the shaft 40 are arranged to face each other so as to form a second radial gap Gr2. Yes. In addition, the vertical side wall of the fixed portion 211 of the field core 210 and the side wall 49 of the shaft 40 are arranged to face each other so as to be parallel to each other, thereby forming a first axial gap Ga1. The side surface (vertical side wall) of the fixed portion 211 of the field core 210 and the side surface of the rotor core 51 are arranged to face each other so as to be parallel to each other, thereby forming a second axial gap Ga2.

バイパスコア20のもう片方の界磁極200についても同様の構成となっている。
・図1,2において界磁極70のみ、あるいは、界磁極80のみ設けてもよい。また、図6,7において主電動機部100(シャフト40)の片方側にのみ界磁極200を設けてもよい。
The other field pole 200 of the bypass core 20 has the same configuration.
In FIGS. 1 and 2, only the field pole 70 or only the field pole 80 may be provided. 6 and 7, the field magnetic pole 200 may be provided only on one side of the main motor unit 100 (shaft 40).

・上記実施形態において、ロータのロータティース52の数は、適宜変更してもよい。また、ステータのステータティース62の数は、適宜変更してもよい。
・シャフト40を介して界磁磁路を形成したが、シャフト40を介さずに界磁磁路を形成してもよい。例えば、シャフトとロータコア51との間にSMCの部材を介在させて、SMCの部材が界磁磁路を形成するように、SMCの部材を界磁コアに対してアキシャルギャップとラジアルギャップを形成するような形状としても良い。
In the above embodiment, the number of rotor teeth 52 of the rotor may be changed as appropriate. Further, the number of stator teeth 62 of the stator may be changed as appropriate.
Although the field magnetic path is formed through the shaft 40, the field magnetic path may be formed without using the shaft 40. For example, an SMC member is interposed between the shaft and the rotor core 51, and the SMC member forms an axial gap and a radial gap with respect to the field core so that the SMC member forms a field magnetic path. It is good also as such a shape.

・実施形態において磁気的な凸極部としてのロータティース52は形状的に凸形状であったが、この構成に限らない。磁気的に凸極性があればよい。例えばロータティースの先端のみが隣接するロータティースと連結されていたり、ロータティース間の凹部が非磁性体で埋められたりして、全体としてロータが円筒状でもよい。   In the embodiment, the rotor teeth 52 as the magnetic convex pole portions are convex in shape, but are not limited to this configuration. It only needs to have a magnetically convex polarity. For example, only the tip of the rotor teeth may be connected to the adjacent rotor teeth, or the recess between the rotor teeth may be filled with a nonmagnetic material, so that the rotor may be cylindrical as a whole.

・実施形態において、ロータコア51を鋼板(電磁鋼板)を複数枚積層して構成したが、SMCや鉄塊などの磁性体で構成してもよい。
・上記実施形態では回転電機としてモータに具体化したが、これに限ることなく発電機として用いてもよい。
In the embodiment, the rotor core 51 is configured by laminating a plurality of steel plates (electromagnetic steel plates), but may be configured by a magnetic material such as SMC or iron ingot.
In the above embodiment, the motor is embodied as a rotating electrical machine, but the present invention is not limited to this and may be used as a generator.

10…モータ、20…バイパスコア、40…シャフト、50…ロータ、51…ロータコア、52…ロータティース、60…ステータ、61…ステータコア、62…ステータティース、63…ステータコイル、70…界磁極、71…界磁コア、72…界磁コイル、80…界磁極、81…界磁コア、82…界磁コイル、90…ロータコア固定用磁性リング、Ga1…第1のアキシャルギャップ、Ga2…第2のアキシャルギャップ、Ga3…第3のアキシャルギャップ、Ga4…第4のアキシャルギャップ、Gr1…第1のラジアルギャップ、Gr2…第2のラジアルギャップ、Gr3…第3のラジアルギャップ、Gr4…第4のラジアルギャップ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Motor, 20 ... Bypass core, 40 ... Shaft, 50 ... Rotor, 51 ... Rotor core, 52 ... Rotor teeth, 60 ... Stator, 61 ... Stator core, 62 ... Stator teeth, 63 ... Stator coil, 70 ... Field pole, 71 ... Field core, 72 ... Field coil, 80 ... Field magnetic pole, 81 ... Field core, 82 ... Field coil, 90 ... Magnetic ring for fixing rotor core, Ga1 ... First axial gap, Ga2 ... Second axial Gap, Ga3 ... third axial gap, Ga4 ... fourth axial gap, Gr1 ... first radial gap, Gr2 ... second radial gap, Gr3 ... third radial gap, Gr4 ... fourth radial gap.

Claims (4)

回転可能に支持され、磁気的な凸極部を有するロータと、
前記ロータの凸極部の径方向外側に配置されたステータと、
界磁コイルの通電に伴い界磁コアに生じる界磁磁束により当該界磁コアと少なくとも前記ロータと前記ステータとによる界磁磁路を形成する界磁極と、
を備えた回転電機であって、
前記界磁極の界磁コアと、当該界磁コアに対向する界磁磁路形成部との空隙を、アキシャルギャップとラジアルギャップで構成したことを特徴とする回転電機。
A rotor rotatably supported and having a magnetic convex pole portion;
A stator disposed radially outside the convex pole portion of the rotor;
A field pole that forms a field magnetic path by the field core, at least the rotor, and the stator by a field magnetic flux generated in the field core with energization of the field coil;
A rotating electric machine with
A rotating electrical machine characterized in that a gap between a field core of the field pole and a field magnetic path forming portion facing the field core is constituted by an axial gap and a radial gap.
前記界磁コアに対向する界磁磁路形成部は、前記ロータのロータコアの位置決め部材を含むことを特徴とする請求項1に記載の回転電機。   2. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the field magnetic path forming portion facing the field core includes a rotor core positioning member of the rotor. 前記アキシャルギャップと前記ラジアルギャップは、複数段形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の回転電機。   The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the axial gap and the radial gap are formed in a plurality of stages. 前記界磁コアに対向する界磁磁路形成部は、前記ロータに固定されるシャフトを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転電機。   4. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the field magnetic path forming portion facing the field core includes a shaft fixed to the rotor.
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