JP2015204664A - 同期リラクタンス型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的強度を確保しつつトルクおよび力率の低下を抑制することができる同期リラクタンス型回転電機を提供する。
【解決手段】同期リラクタンス型回転電機１０は、複数層の空隙が設けられる回転子鉄心１２と、固定子１３とを持つ。回転子鉄心１２は、複数層の帯状磁路１４と、複数層の空隙１１のうち隣り合う空隙１１の各々において空隙１１を跨ぐ少なくとも１つ以上のブリッジ１６とを持つ。隣り合う空隙の互いのブリッジ１６は、異なる直線上に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、同期リラクタンス型回転電機に関する。

従来、複数層の円弧状の空隙が設けられる回転子鉄心と、固定子と、を備える同期リラクタンス型回転電動機がある。このような同期リラクタンス型回転電動機において、回転時の機械的強度を確保するために空隙を跨ぐブリッジを備える回転子鉄心がある。しかしながら、空隙を跨ぐブリッジを備えることによって、空隙を介して隣接する磁路間で漏れ磁束が増大し、トルクおよび力率が低下する可能性があった。

特許第４０２７５９１号公報 特許第４３９１９５５号公報

本発明が解決しようとする課題は、機械的強度を確保しつつトルクおよび力率の低下を抑制することができる同期リラクタンス型回転電機を提供することである。

実施形態の同期リラクタンス型回転電機は、複数層の空隙が設けられる回転子鉄心と、固定子とを持つ。回転子鉄心は、複数層の帯状磁路と、複数層の空隙のうち隣り合う空隙の各々において空隙を跨ぐ少なくとも１つ以上のブリッジとを持つ。隣り合う空隙の互いのブリッジは、異なる直線上に配置されている。

実施形態の同期リラクタンス型回転電機の一部の構成を示す回転軸に直交する断面図。 実施形態の第１の変形例の同期リラクタンス型回転電機の一部の構成を示す回転軸に直交する断面図。 実施形態の第２の変形例の同期リラクタンス型回転電機の一部の構成を示す回転軸に直交する断面図。 実施形態の第３の変形例の同期リラクタンス型回転電機の一部の構成を示す回転軸に直交する断面図。 実施形態の第４の変形例の同期リラクタンス型回転電機の一部の構成を示す回転軸に直交する断面図。 実施形態の第５の変形例の同期リラクタンス型回転電機の一部の構成を示す回転軸に直交する断面図。

以下、実施形態の同期リラクタンス型回転電機を、図面を参照して説明する。

実施形態の同期リラクタンス型回転電機１０は、例えば４極の同期リラクタンス型回転電機である。同期リラクタンス型回転電機１０は、図１に示すように、複数層の空隙１１が設けられる回転子鉄心１２と、固定子１３と、を備えている。
回転子鉄心１２は、円筒状の外形を有し、例えば円環状の複数の磁性鋼板が積層されることによって形成されている。固定子１３は、回転子鉄心１２よりも大きな円筒状の外形を有する固定子鉄心１３ａと、固定子鉄心１３ａのスロット１３ｂに装着される固定子コイル（図示略）と、を備えている。固定子鉄心１３ａは、例えば円環状の複数の磁性鋼板が積層されることによって形成され、回転子鉄心１２の外周側に配置されている。

複数層の円弧状の空隙１１が設けられる回転子鉄心１２は、複数層の帯状磁路１４を備えている。回転子鉄心１２は、磁極中心線方向において、複数層の空隙１１および帯状磁路１４を交互に配置している。複数層の空隙１１および帯状磁路１４の各々は、磁極中心線方向において、内周側に凸状に湾曲する形状を有している。なお、磁極中心線方向は、回転子中心Ｏと磁極中央部Ｍとを含む直線が伸びる方向であって、ｄ軸の方向である。また、極間の中心線方向はｑ軸の方向である。
実施形態の回転子鉄心１２は、例えば、磁極中心線方向の内周側から外周側に向かい順次積層配置される、４つの第１〜第４空隙１１ａ〜１１ｄと、５つの第１〜第５帯状磁路１４ａ〜１４ｅを備えている。

回転子鉄心１２は、各空隙１１を介して隣接する帯状磁路１４を外周部において連結する外周側ブリッジ１５を備えている。
回転子鉄心１２は、複数層の空隙１１の少なくとも２つ以上において、各空隙１１を跨いで、各空隙１１を介して隣接する帯状磁路１４を接続する少なくとも１つ以上のブリッジ１６を備えている。回転子鉄心１２は、例えば、複数層の空隙１１のうち、磁極中心線方向の最外周側の空隙１１（つまり、第４空隙１１ｄ）以外の各空隙１１に少なくとも１つ以上のブリッジ１６を備えている。

各ブリッジ１６は、回転子鉄心１２と同一の材質により形成され、例えば、回転子中心Ｏから径方向に伸びる所定の直線上に配置される形状を有している。各ブリッジ１６は、回転子鉄心１２の回転時に作用する応力に耐え得る所望の機械的強度を確保するために必要とされる下限幅以上の幅を有している。複数層の空隙１１のうち隣り合う空隙１１の互いのブリッジ１６は、同一の直線上に配置されないように、異なる直線上に配置されている。

実施形態の回転子鉄心１２は、複数層の空隙１１のうち磁極中心線方向の最内周側の第１空隙１１ａに磁極中心線Ｌ０上に配置される１つの第１ブリッジ１６ａを備えている。さらに、磁極中心線方向で第１空隙１１ａの外周側の第２空隙１１ｂに磁極中心線Ｌ０に対して第１角度θ１で傾斜する２つの第１直線Ｌ１上に配置される２つの第２ブリッジ１６ｂを備えている。さらに、磁極中心線方向で第２空隙１１ｂの外周側の第３空隙１１ｃに磁極中心線Ｌ０上に配置される１つの第３ブリッジ１６ｃを備えている。２つの第２ブリッジ１６ｂの各々は、各１つの第１ブリッジ１６ａおよび第３ブリッジ１６ｃよりも細い形状を有している。

以上説明した実施形態によれば、帯状磁路１４を介して隣り合う空隙１１に互いに異なる直線上に配置されるブリッジ１６を持つことにより、ブリッジ１６が同一直線上で連続して配置されることを防ぐことができる。これにより、機械的強度を確保しつつ、同一直線上で磁気抵抗が小さくなることを防止し、漏れ磁束を低減することができ、トルクおよび力率の低下を抑制することができる。

さらに、複数層の空隙１１のうち隣り合う空隙１１に、互いに磁極中心線Ｌ０上に配置されないように、異なる直線上に配置されるブリッジ１６を持つことにより、ｄ軸方向の磁気抵抗が小さくなることを防止することができる。これにより、ｄ軸方向の漏れ磁束を低減することができ、トルクおよび力率の低下を抑制することができる。

さらに、回転子中心Ｏから径方向に伸びる所定の直線上に配置される形状を有するブリッジ１６を持つことにより、回転子鉄心１２の回転時に作用する応力の方向に対して効率的に所望の機械的強度を確保することができる。これにより、所望の機械的強度を確保するために必要とされるブリッジ１６の幅を適正に小さくすることができ、磁気抵抗を増大させることができ、漏れ磁束を低減することができ、トルクおよび力率を増大させることができる。

さらに、磁極中心線Ｌ０に対して傾斜する直線（つまり第１直線Ｌ１）上に配置されるブリッジ１６を持つことにより、磁極中心線Ｌ０上に配置されるブリッジ１６に比べて、ブリッジ１６を長くすることができ、磁気抵抗を増大させることができる。これにより、漏れ磁束を低減することができ、トルクおよび力率を増大させることができる。

さらに、複数層の空隙１１のうち最も幅が大きい空隙１１において磁極中心線Ｌ０上に配置されるブリッジ１６を持つことにより、回転子鉄心１２の回転時に外周側ブリッジ１５に作用する応力を的確に緩和することができ、所望の機械的強度を容易に確保することができる。

以下、第１の変形例について説明する。
上述した実施形態においては、互いのブリッジ１６が同一の直線上に配置される２つの空隙１１が、他の１つの空隙１１を間に挟んで配置されるとしたが、これに限定されない。互いのブリッジ１６が同一の直線上に配置される２つの空隙１１が、他の複数の空隙１１を間に挟んで配置されてもよい。これに伴い、複数層の空隙１１の全てにおいて互いのブリッジ１６が異なる直線上に配置されてもよい。
上述した実施形態の第１の変形例の同期リラクタンス型回転電機１０の回転子鉄心１２は、図２に示すように、上述した磁極中心線Ｌ０上の１つの第１ブリッジ１６ａの代わりに、２つの第２直線Ｌ２上に配置される２つの第１ブリッジ１６ａを備えている。第１の変形例の回転子鉄心１２は、第１空隙１１ａに磁極中心線Ｌ０に対して第１角度θ１よりも大きい第２角度θ２で傾斜する２つの第２直線Ｌ２上に配置される２つの第１ブリッジ１６ａを備えている。この第１の変形例の２つの第１ブリッジ１６ａの各々は、上述した実施形態の１つの第１ブリッジ１６ａよりも細い形状を有している。

第１の変形例によれば、互いに異なる直線上に配置されるブリッジ１６を持つことにより、機械的強度を確保しつつ、ブリッジ１６が配置される全ての直線上で複数のブリッジが配置されることを防ぐことができる。これにより、ブリッジ１６が配置される全ての直線上で磁気抵抗が小さくなることを防止することができ、漏れ磁束を低減することができ、トルクおよび力率の低下を抑制することができる。さらに、磁極中心線Ｌ０に配置される１つのブリッジ１６の代わりに、磁極中心線Ｌ０の両側に配置される複数のブリッジ１６を持つことにより、ブリッジ１６により形成される磁路を細くすることができる。これにより、磁気抵抗を増大させることができ、漏れ磁束を低減することができ、トルクおよび力率を増大させることができる。

以下、第２の変形例について説明する。
上述した実施形態においては、複数の空隙１１に同一数のブリッジ１６を備えるとしたが、これに限定されない。複数層の空隙１１の全てにおいて互いに異なる数のブリッジ１６を備えてもよい。
上述した実施形態の第２の変形例の同期リラクタンス型回転電機１０の回転子鉄心１２は、図３に示すように、上述した１つの第１ブリッジ１６ａの代わりに、磁極中心線Ｌ０および２つの第２直線Ｌ２上に配置される３つの第１ブリッジ１６ａを備えている。第２の変形例の回転子鉄心１２は、第１空隙１１ａに磁極中心線Ｌ０上に配置される１つの第１ブリッジ１６ａと磁極中心線Ｌ０に対して第１角度θ１よりも大きい第２角度θ２で傾斜する２つの第２直線Ｌ２上に配置される２つの第１ブリッジ１６ａとを備えている。この第２の変形例の３つの第１ブリッジ１６ａの各々は、上述した第１の変形例の２つの第１ブリッジ１６ａよりも細い形状を有している。

第２の変形例によれば、複数層の空隙１１の全てにおいて互いに異なる数のブリッジ１６を持つことにより、ブリッジ１６により形成される磁路を複雑かつ細くすることができ、磁気抵抗を増大させることができる。これにより、漏れ磁束を低減することができ、トルクおよび力率を増大させることができる。

以下、第３〜第５の変形例について説明する。
上述した実施形態においては、各ブリッジ１６は、回転子中心Ｏから径方向に伸びる所定の直線上に配置される形状を有しているとしたが、これに限定されない。各ブリッジ１６は、他の直線上に配置される形状を有してもよい。
上述した実施形態の第３の変形例の同期リラクタンス型回転電機１０の回転子鉄心１２は、図４に示すように、上述した実施形態の２つの第１直線Ｌ１の代わりに、２つの第３直線Ｌ３を用いている。第３の変形例の回転子鉄心１２は、第２空隙１１ｂに磁極中心線Ｌ０から第１距離ｄ１だけ離間して磁極中心線Ｌ０に平行な２つの第３直線Ｌ３上に配置される２つの第２ブリッジ１６ｂを備えている。

上述した実施形態の第４の変形例の同期リラクタンス型回転電機１０の回転子鉄心１２は、図５に示すように、上述した第１の変形例の各２つの第１直線Ｌ１および第２直線Ｌ２の代わりに、各２つの第３直線Ｌ３および第４直線Ｌ４を用いている。第４の変形例の回転子鉄心１２は、第２空隙１１ｂに磁極中心線Ｌ０から第１距離ｄ１だけ離間して磁極中心線Ｌ０に平行な２つの第３直線Ｌ３上に配置される２つの第２ブリッジ１６ｂを備えている。さらに、第１空隙１１ａに磁極中心線Ｌ０から第１距離ｄ１よりも大きい第２距離ｄ２だけ離間して磁極中心線Ｌ０に平行な２つの第４直線Ｌ４上に配置される２つの第１ブリッジ１６ａを備えている。

上述した実施形態の第５の変形例の同期リラクタンス型回転電機１０の回転子鉄心１２は、図６に示すように、上述した第２の変形例の各２つの第１直線Ｌ１および第２直線Ｌ２の代わりに、各２つの第３直線Ｌ３および第４直線Ｌ４を用いている。第５の変形例の回転子鉄心１２は、第２空隙１１ｂに磁極中心線Ｌ０から第１距離ｄ１だけ離間して磁極中心線Ｌ０に平行な２つの第３直線Ｌ３上に配置される２つの第２ブリッジ１６ｂを備えている。さらに、第１空隙１１ａに磁極中心線Ｌ０上に配置される１つの第１ブリッジ１６ａと磁極中心線Ｌ０から第１距離ｄ１よりも大きい第２距離ｄ２だけ離間して磁極中心線Ｌ０に平行な２つの第４直線Ｌ４上に配置される２つの第１ブリッジ１６ａとを備えている。

第３〜第５の変形例によれば、回転子中心Ｏから径方向に伸びる直線の他の直線上に配置されるブリッジ１６を持つことにより、回転子鉄心１２の形状に対する設計自由度を向上させることができる。

以下、第６の変形例について説明する。
上述した実施形態および第１〜第５の変形例においては、複数層の空隙１１の少なくとも何れか１つにおいて磁極中心線Ｌ０上に配置されるブリッジ１６を備えるとしたが、これに限定されない。複数層の空隙１１の全てにおいて磁極中心線Ｌ０以外の直線上に配置されるブリッジ１６を備えてもよい。
この第６の変形例によれば、複数層の空隙１１の全てにおいて磁極中心線Ｌ０以外の直線上に配置されるブリッジ１６を持つことにより、ｄ軸方向の磁気抵抗が小さくなることを、より一層、防止することができる。これにより、ｄ軸方向の漏れ磁束を、より一層、低減することができ、トルクおよび力率の低下を、より一層、抑制することができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、帯状磁路１４を介して隣り合う空隙１１に互いに異なる直線上に配置されるブリッジ１６を持つことにより、ブリッジ１６が同一直線上で連続して配置されることを防ぐことができる。これにより、機械的強度を確保しつつ、同一直線上で磁気抵抗が小さくなることを防止し、漏れ磁束を低減することができ、トルクおよび力率の低下を抑制することができる。
さらに、複数層の空隙１１のうち隣り合う空隙１１に、互いに磁極中心線Ｌ０上に配置されないように、異なる直線上に配置されるブリッジ１６を持つことにより、ｄ軸方向の磁気抵抗が小さくなることを防止し、漏れ磁束を低減することができ、トルクおよび力率の低下を抑制することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…同期リラクタンス型回転電機、１１…空隙、１２…回転子鉄心、１３…固定子、１４…帯状磁路、１５…外周側ブリッジ、１６…ブリッジ

Claims (6)

1. 複数層の空隙が設けられる回転子鉄心と、固定子と、
   を備え、
   前記回転子鉄心は、複数層の帯状磁路と、前記複数層の空隙のうち隣り合う前記空隙の各々において前記空隙を跨ぐ少なくとも１つ以上のブリッジと、を備え、
   前記隣り合う前記空隙の互いの前記ブリッジは、異なる直線上に配置されている、
   同期リラクタンス型回転電機。
2. 前記異なる直線は、回転子中心から磁極中央部に向かう磁極中心直線を備える、
   請求項１に記載の同期リラクタンス型回転電機。
3. 前記異なる直線は、前記回転子中心から径方向に伸びる直線を備える、
   請求項２に記載の同期リラクタンス型回転電機。
4. 前記複数層の空隙のうち、前記磁極中心直線上に前記ブリッジが配置される空隙は、１つ以下である、
   請求項２または請求項３に記載の同期リラクタンス型回転電機。
5. 前記複数層の空隙のうち、前記磁極中心直線上に前記ブリッジが配置される空隙は、最も大きい空隙である、
   請求項４に記載の同期リラクタンス型回転電機。
6. 前記磁極中心直線の両側に配置される複数の前記ブリッジを備える、
   請求項２から請求項５の何れか１つに記載の同期リラクタンス型回転電機。

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