JP2016119791A - Axial gap type rotary electric machine - Google Patents

Axial gap type rotary electric machine Download PDF

Info

Publication number
JP2016119791A
JP2016119791A JP2014258759A JP2014258759A JP2016119791A JP 2016119791 A JP2016119791 A JP 2016119791A JP 2014258759 A JP2014258759 A JP 2014258759A JP 2014258759 A JP2014258759 A JP 2014258759A JP 2016119791 A JP2016119791 A JP 2016119791A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coil
stator
magnetic flux
rotor
rotors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014258759A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6332011B2 (en
Inventor
真大 青山
Masahiro Aoyama
真大 青山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzuki Motor Corp
Original Assignee
Suzuki Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzuki Motor Corp filed Critical Suzuki Motor Corp
Priority to JP2014258759A priority Critical patent/JP6332011B2/en
Priority to DE102015226105.0A priority patent/DE102015226105A1/en
Priority to CN201510964232.3A priority patent/CN105720765B/en
Publication of JP2016119791A publication Critical patent/JP2016119791A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6332011B2 publication Critical patent/JP6332011B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28Layout of windings or of connections between windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/24Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/18Windings for salient poles
    • H02K3/20Windings for salient poles for auxiliary purposes, e.g. damping or commutating

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary electric machine in simple structure capable of obtaining large magnet torque without power supply from the outside by effectively utilizing a space harmonic magnetic flux that is generated in an armature coil.SOLUTION: An axial gap type rotary electric machine M comprises two rotors 200 and 300 which are rotationally driven around shafts RS, and a stator 100 in which the rotors are opposite to both surfaces in an axial direction of a shaft. The axial gap type rotary electric machine also comprises: a plurality of armature coils 11 which are disposed around a shaft of the stator; a plurality of induction coils 21 and a plurality of field coils 22 which are disposed around the shafts of the two rotors; and a diode by which induction currents generated in the induction coils are rectified and supplied to the field coils.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、巻線界磁を利用するダブルロータのアキシャルギャップ型の回転電機に関する。   The present invention relates to a double rotor axial gap type rotating electrical machine using a winding field.

回転電機は、ギャップを介してロータとステータとを対面させて、例えば、ステータ側に配置する電機子コイルで発生させる磁束をロータ側に鎖交させて磁気回路を形成することにより回転力(リラクタンストルク)を得るようになっており、その回転力を補助することを目的として、永久磁石や界磁巻線(電磁石)を配置してマグネットトルクを利用することも行われている。   A rotating electrical machine is configured to face a rotor and a stator through a gap and form a magnetic circuit by, for example, interlinking a magnetic flux generated by an armature coil arranged on the stator side to the rotor side to form a rotational force (reluctance). Torque), and for the purpose of assisting the rotational force, permanent magnets and field windings (electromagnets) are arranged to use the magnet torque.

ところで、このような回転電機にあっては、電機子コイルで発生させる磁束に空間高調波成分が重畳していることから、その磁束を鎖交させる側に空間高調波磁束も鎖交することになる。   By the way, in such a rotating electric machine, since the spatial harmonic component is superimposed on the magnetic flux generated by the armature coil, the spatial harmonic magnetic flux is also linked to the side where the magnetic flux is linked. Become.

しかしながら、永久磁石は、空間高調波磁束が鎖交すると、内部で発生する渦電流により発熱して保磁力が低下することによって磁力が不可逆に小さくなってしまう、という不都合がある。このため、例えば、特許文献1に記載のように空間高調波磁束が鎖交するロータ側に永久磁石を埋め込むタイプであると、その永久磁石の磁力が低下してしまう、という問題がある。   However, the permanent magnet has the disadvantage that when the space harmonic magnetic flux is interlinked, the magnetic force is irreversibly reduced due to heat generation due to eddy currents generated inside and a decrease in coercive force. For this reason, there exists a problem that the magnetic force of the permanent magnet will fall if it is a type which embeds a permanent magnet in the rotor side where a space harmonic magnetic flux interlinks as described in patent document 1, for example.

この問題を解消するために、保磁力の高いジスプロシウム(Dy)やテルビウム(Tb)などの重希土類を多く添加した高価な磁石を用いる必要があってコスト高になってしまう、という不都合がある。   In order to solve this problem, it is necessary to use an expensive magnet to which a large amount of heavy rare earth such as dysprosium (Dy) or terbium (Tb) having a high coercive force is added, which increases the cost.

特開2006−187091号公報JP 2006-187091 A

そこで、本発明は、永久磁石を用いることなく、電機子コイルで発生する空間高調波磁束を効果的に有効利用して、外部からの電力供給なく、大きなマグネットトルクを得ることのできる簡易な構造の回転電機を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention has a simple structure that can effectively obtain a large magnet torque without supplying electric power from the outside by effectively effectively using the spatial harmonic magnetic flux generated in the armature coil without using a permanent magnet. The purpose is to provide a rotating electric machine.

上記課題を解決する回転電機の発明の一態様は、回転軸を中心にして回転駆動する2つのロータと、前記回転軸の軸方向において前記ロータが両面に対面しているステータと、備えるアキシャルギャップ型の回転電機であって、前記ステータの前記回転軸の軸周りに配置される複数の電機子コイルと、前記2つのロータのそれぞれの前記回転軸の軸周りに配置される複数の誘導コイルおよび複数の界磁コイルと、前記誘導コイルで発生する誘導電流を整流して前記界磁コイルに供給する整流素子と、を有するものである。   An aspect of the invention of a rotating electrical machine that solves the above problems includes an axial gap that includes two rotors that are driven to rotate about a rotation shaft, a stator that faces the rotor on both surfaces in the axial direction of the rotation shaft, and A plurality of armature coils arranged around the axis of the rotating shaft of the stator, a plurality of induction coils arranged around the axis of the rotating shaft of each of the two rotors, A plurality of field coils; and a rectifying element that rectifies an induced current generated in the induction coil and supplies the rectified current to the field coil.

すなわち、回転軸の軸周りに電機子コイルを備えるステータのアキシャル方向の両面を2つのロータが挟み込むようにして対面し、その2つのロータのそれぞれが、回転軸周りに複数の誘導コイルおよび複数の界磁コイルを有して、誘導コイルで発生する誘導電流を整流素子で整流させて界磁コイルに供給する構造に構築されている。   That is, two rotors face each other in the axial direction of a stator having an armature coil around the rotation axis, and each of the two rotors has a plurality of induction coils and a plurality of around the rotation axis. It has a field coil, and is constructed in such a structure that an induced current generated in the induction coil is rectified by a rectifying element and supplied to the field coil.

本発明の一態様によれば、ステータの両面側にアキシャル方向からロータを対面させるアキシャルギャップ型に構築されており、ステータの電機子コイルで発生する空間高調波磁束を両面側のロータに鎖交させることができる。   According to one aspect of the present invention, an axial gap type structure in which the rotor faces the both sides of the stator from the axial direction is formed, and the spatial harmonic magnetic flux generated by the armature coil of the stator is linked to the rotor on both sides. Can be made.

したがって、ステータの両面側で、同様なマグネットトルクを発生させるように対称な構造のロータを簡易に構築することができる。また、永久磁石を用いることなく、空間高調波磁束を効果的に有効利用し、外部から電力を供給することなく、2つのロータの大きなマグネットトルクで回転軸を一体回転させることができる。   Therefore, it is possible to easily construct a rotor having a symmetrical structure so as to generate a similar magnet torque on both sides of the stator. Further, the space harmonic magnetic flux can be effectively used effectively without using a permanent magnet, and the rotating shaft can be integrally rotated with a large magnet torque of the two rotors without supplying electric power from the outside.

図1は、本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型の回転電機を示す図であり、その概略全体構成を示す分解斜視図である。FIG. 1 is a diagram showing an axial gap type rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention, and is an exploded perspective view showing a schematic overall configuration thereof. 図2は、ステータの構造を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the stator. 図3は、ロータの構造を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the rotor. 図4は、誘導コイルと界磁コイルとをダイオードを介して接続する簡易な回路構成図である。FIG. 4 is a simple circuit configuration diagram in which the induction coil and the field coil are connected via a diode. 図5Aは、電機子コイル、誘導コイルおよび界磁コイルのコア材への巻き付けを説明するモデル図である。FIG. 5A is a model diagram illustrating winding of an armature coil, an induction coil, and a field coil around a core material. 図5Bは、電機子コイル、誘導コイルおよび界磁コイルで発生して鎖交する磁束を説明する磁力線図である。FIG. 5B is a magnetic force diagram illustrating magnetic fluxes generated and linked in the armature coil, the induction coil, and the field coil. 図6は、回転座標系における3次の空間高調波磁束の磁束密度および磁束ベクトルを示す磁束特性図である。FIG. 6 is a magnetic flux characteristic diagram showing the magnetic flux density and magnetic flux vector of the third-order spatial harmonic magnetic flux in the rotating coordinate system. 図7は、補極のないラジアルギャップ型の場合における電機子コイル、誘導コイルおよび界磁コイルで発生して鎖交する磁束を説明する磁力線図である。FIG. 7 is a magnetic force diagram illustrating magnetic fluxes generated and interlinked by an armature coil, an induction coil, and a field coil in the case of a radial gap type without an auxiliary pole. 図8は、補極のあるラジアルギャップ型の場合における電機子コイル、誘導コイルおよび界磁コイルで発生して鎖交する磁束を説明する磁力線図である。FIG. 8 is a magnetic force diagram illustrating magnetic fluxes generated and interlinked by an armature coil, an induction coil, and a field coil in the case of a radial gap type with an auxiliary pole. 図9は、電機子コイルを集中巻きまたは分布巻きとして、ギャップを介して鎖交させた場合に回転角に応じて変化する磁束密度を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the magnetic flux density that changes in accordance with the rotation angle when the armature coil is linked via a gap with concentrated winding or distributed winding. 図10は、図9に示す磁束に重畳されている空間高調波磁束の次数毎の磁束密度を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the magnetic flux density for each order of the spatial harmonic magnetic flux superimposed on the magnetic flux shown in FIG. 図11は、IPMSMと、補極なしのラジアルギャップ型と、補極ありのラジアルギャップ型と、比較するために、それぞれで得られるトルク波形を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing torque waveforms obtained in order to compare the IPMSM, the radial gap type without a complementary pole, and the radial gap type with a complementary pole.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図1〜図11は本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型の回転電機を示す図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 1-11 is a figure which shows the axial gap type rotary electric machine which concerns on one Embodiment of this invention.

図1において、回転電機Mは、外形が概略円盤形状になるように形成されているステータ100と2つのロータ200、300とを備えており、後述するように、外部からロータ200、300にエネルギー入力する必要のない構造を有して、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載するのに好適な性能を有している。   In FIG. 1, the rotating electrical machine M includes a stator 100 and two rotors 200 and 300 that are formed so that the outer shape is substantially a disk shape. As will be described later, energy is supplied to the rotors 200 and 300 from the outside. It has a structure that does not need to be input and has, for example, performance suitable for mounting in a hybrid vehicle or an electric vehicle.

この回転電機Mは、ステータ100の両面にギャップGを介して対面して挟み込む形態になるように、軸心を貫通するシャフト(回転軸)RSに2つのロータ200、300がそれぞれ取り付けられており、ステータ100がシャフトRSを回転自在に支持して、ロータ200、300がそのシャフトRSに固定されている。すなわち、回転電機Mは、シャフトRSの軸方向にステータ100を2つのロータ200、300で挟み込んで対面するアキシャルギャップダブルロータ型モータに構築されている。   In the rotating electrical machine M, two rotors 200 and 300 are respectively attached to a shaft (rotating shaft) RS penetrating the shaft center so as to be sandwiched between both surfaces of the stator 100 via a gap G. The stator 100 rotatably supports the shaft RS, and the rotors 200 and 300 are fixed to the shaft RS. That is, the rotating electrical machine M is constructed as an axial gap double rotor type motor that faces the stator 100 sandwiched between the two rotors 200 and 300 in the axial direction of the shaft RS.

ステータ100は、図2に示すように、短尺な棒状で断面が概略台形となる複数のステータコア15を備えており、そのステータコア15に3相の交流電源(不図示)を接続される電機子コイル11がそれぞれ巻き付けられてシャフトRSの軸周りに位置するように配置されている。   As shown in FIG. 2, the stator 100 includes a plurality of stator cores 15 having a short bar shape and a substantially trapezoidal cross section, and an armature coil to which a three-phase AC power source (not shown) is connected to the stator core 15. 11 are wound around and arranged so as to be positioned around the axis of the shaft RS.

ステータコア15は、高透磁率の磁性材料で作製されており、シャフトRSと平行方向に延伸されて3相各相の電機子コイル11u、11v、11wがそれぞれ6極ずつ隙間なく並列状態になるように集中巻きされている。   The stator core 15 is made of a magnetic material having a high magnetic permeability, and is extended in a direction parallel to the shaft RS so that the three-phase armature coils 11u, 11v, and 11w are in parallel with each other with 6 poles without a gap. It is concentrated around.

すなわち、電機子コイル11は、ステータコア15間の18箇所のステータスロット17を利用してシャフトRSと平行な中心線となる巻線コイルに形成することによりシャフトRS周りに18極(磁極数18)が均等配置されている。要するに、電機子コイル14は、回転軸の軸方向を中心として巻線が巻かれており、その回転軸の周りにそれぞれ均等配置されている。   That is, the armature coil 11 is formed into a winding coil having a center line parallel to the shaft RS by using 18 status lots 17 between the stator cores 15, thereby providing 18 poles around the shaft RS (18 magnetic poles). Are evenly arranged. In short, the armature coils 14 are wound around the axial direction of the rotation axis, and are arranged equally around the rotation axis.

このステータコア15は、図1に示すように、ロータ200、300との間に介在するように挟み込まれている2枚の円盤形状の保持盤16に両端側を保持されており、保持盤16は、開口する保持穴16a内にステータコア15の両端部15aを差し込んで端面15bを露出させる状態で保持するようになっている。なお、保持盤16は、高品質な磁気回路の形成を妨げないように非磁性体材料で作製されており、中心部に取り付けられている不図示のベアリングによりシャフトRSを貫通させて回転自在に支持している。   As shown in FIG. 1, the stator core 15 is held at both ends by two disc-shaped holding plates 16 sandwiched between the rotors 200 and 300. The both end portions 15a of the stator core 15 are inserted into the opening holding holes 16a and are held in a state where the end surfaces 15b are exposed. The holding plate 16 is made of a non-magnetic material so as not to prevent the formation of a high-quality magnetic circuit, and is freely rotatable through a shaft RS by a bearing (not shown) attached to the center. I support it.

これにより、ステータコア15は、その端部15aの端面15bがロータ200、300の後述するロータコア(コア材)25の端部25aの端面25bにギャップGを介して対面するようにステータ100に配置されている。ステータ100は、電機子コイル11に交流電力を通電されることにより磁束を発生させ、その磁束をステータコア15の端面15bからロータ200、300のロータコア25の端面25bに鎖交させることができる。   Thereby, the stator core 15 is disposed on the stator 100 so that the end surface 15b of the end portion 15a faces the end surface 25b of the end portion 25a of the rotor core (core material) 25 described later of the rotors 200 and 300 via the gap G. ing. The stator 100 can generate magnetic flux by energizing the armature coil 11 with AC power, and can link the magnetic flux from the end surface 15 b of the stator core 15 to the end surface 25 b of the rotor core 25 of the rotors 200 and 300.

このため、回転電機Mでは、ステータコア15の両側に位置するロータコア25に鎖交させる磁束を後述のヨーク26で迂回させることにより閉じた磁気回路を形成することができ、その磁気回路を形成する磁束の磁路を最短にしようとするリラクタンストルク(主回転力)により、ステータ100を挟み込む2つのロータ200、300をそれぞれ相対回転させることができる。   For this reason, in the rotating electrical machine M, a closed magnetic circuit can be formed by bypassing the magnetic flux linked to the rotor core 25 positioned on both sides of the stator core 15 by the yoke 26 described later, and the magnetic flux forming the magnetic circuit The two rotors 200 and 300 sandwiching the stator 100 can be relatively rotated by a reluctance torque (main rotational force) that attempts to minimize the magnetic path of the rotor.

このことから、回転電機Mは、共通のシャフトRSに固定されているロータ200、300を同等の回転力で一体回転させる必要があり、そのロータ200、300はステータ100の両面側で対称となる構造に構築されている。   For this reason, the rotating electrical machine M needs to integrally rotate the rotors 200 and 300 fixed to the common shaft RS with the same rotational force, and the rotors 200 and 300 are symmetrical on both sides of the stator 100. Built in structure.

この結果、回転電機Mは、ステータ100の両面側で相対回転するロータ200、300と軸心を一致させつつ一体回転するシャフトRSから通電入力する電気的エネルギーを機械的エネルギーとして出力することができる。   As a result, the rotating electrical machine M can output, as mechanical energy, electrical energy that is energized and input from the shaft RS that rotates integrally with the rotors 200 and 300 that rotate relative to each other on both sides of the stator 100 while matching the axis. .

このとき、回転電機Mでは、ステータコア15からロータコア25に鎖交させる磁束に空間高調波成分が重畳している。このため、ロータ200、300側でも、ステータ100側から鎖交される磁束の空間高調波成分の磁束密度の変化を利用して、内蔵するコイルに誘導電流を発生させ電磁力を得ることができる。   At this time, in the rotating electrical machine M, a spatial harmonic component is superimposed on the magnetic flux interlinked from the stator core 15 to the rotor core 25. For this reason, also on the rotor 200, 300 side, an electromagnetic current can be obtained by generating an induced current in a built-in coil by utilizing a change in magnetic flux density of a spatial harmonic component of a magnetic flux linked from the stator 100 side. .

詳細には、ステータ100の電機子コイル11が生成する磁束は、通電する交流電力の基本周波数で変動する主磁束に空間高調波成分が重畳して、ロータ200、300(ロータコア25)に鎖交するようになっている。   Specifically, the magnetic flux generated by the armature coil 11 of the stator 100 is linked to the rotor 200, 300 (rotor core 25) by superimposing a spatial harmonic component on the main magnetic flux that fluctuates at the fundamental frequency of the AC power to be applied. It is supposed to be.

このため、ロータ200、300は、主磁束の基本周波数と異なる周期で時間的に変化する空間高調波磁束がロータコア25に鎖交することになり、ロータコア25にコイルを設置することにより、別途、外部電源等に接続して電力を入力することなく、効率よく誘導電流を発生させることができる。この結果、鉄損の原因となる空間高調波磁束は自己励磁するためのエネルギーとして回収することができる。   For this reason, in the rotors 200 and 300, the spatial harmonic magnetic flux that temporally changes at a period different from the fundamental frequency of the main magnetic flux is linked to the rotor core 25. By installing a coil in the rotor core 25, separately, An induced current can be generated efficiently without connecting to an external power source or the like and inputting power. As a result, the spatial harmonic magnetic flux that causes iron loss can be recovered as energy for self-excitation.

このことから、回転電機Mは、図3に示すように、ロータコア25の隣接する側面間に形成される空間をロータスロット27として利用して、そのロータコア25の長さ方向に2段の巻線を巻き付けることにより誘導コイル21と界磁コイル22とを配置している。   Therefore, the rotating electrical machine M uses the space formed between the adjacent side surfaces of the rotor core 25 as a rotor slot 27 as shown in FIG. Are arranged to arrange the induction coil 21 and the field coil 22.

具体的に、ロータ200、300は、短尺な棒状で断面が概略台形となる複数のロータコア25を備えており、このロータコア25に外部電源に接続されることのない誘導コイル21と界磁コイル22とが一緒に巻き付けられてシャフトRSの軸周りに位置するように配置されている。   Specifically, each of the rotors 200 and 300 includes a plurality of rotor cores 25 having a short rod shape and a substantially trapezoidal cross section, and the induction coil 21 and the field coil 22 that are not connected to an external power source. Are wound together and arranged so as to be positioned around the axis of the shaft RS.

ロータコア25は、高透磁率の磁性材料で作製されており、シャフトRSと平行方向に延伸されて、共通のコア材として上下2段になるように誘導コイル21と界磁コイル22とがそれぞれ隙間なく集中巻きされて並列されている。   The rotor core 25 is made of a magnetic material having a high magnetic permeability. The rotor core 25 is extended in a direction parallel to the shaft RS, and the induction coil 21 and the field coil 22 are spaced apart from each other so as to have two upper and lower stages as a common core material. There are no concentrated windings in parallel.

すなわち、誘導コイル21と界磁コイル22は、ロータコア25間の12箇所のロータスロット27を利用してシャフトRSと平行な中心線となる巻線コイルに形成することによりシャフトRS周りに12極(スロット数12)が均等配置されている。要するに、誘導コイル21と界磁コイル22は、回転軸の軸方向を中心として巻線が巻かれており、その回転軸の周りにそれぞれ均等配置されている。   That is, the induction coil 21 and the field coil 22 are formed in a winding coil having a center line parallel to the shaft RS by using 12 rotor slots 27 between the rotor cores 25, so that 12 poles ( The number of slots 12) is evenly arranged. In short, the induction coil 21 and the field coil 22 are wound around the axis direction of the rotation axis, and are equally arranged around the rotation axis.

よって、回転電機Mは、ロータ200、300側の誘導コイル21および界磁コイル22のスロット数S(12)とステータ100側の電機子コイル11の磁極数P(18)との構成比S/Pが2/3となるように形成されている。   Therefore, the rotating electrical machine M has a configuration ratio S / between the number of slots S (12) of the induction coil 21 and the field coil 22 on the rotor 200, 300 side and the number of magnetic poles P (18) of the armature coil 11 on the stator 100 side. P is formed to be 2/3.

また、ロータコア25は、ステータコア15の端面15bにギャップGを介して端面25bを対面させる端部25aから離隔する側を円盤形状のヨーク26の一面側に一体形成されている。なお、ヨーク26は、中心部にシャフトRSを貫通させて一体になるように取り付けられている。   Further, the rotor core 25 is integrally formed on the one surface side of the disk-shaped yoke 26 with the end surface 15b of the stator core 15 separated from the end portion 25a facing the end surface 25b via the gap G. The yoke 26 is attached to the central portion so as to be integrated with the shaft RS.

この構造により、ステータコア15の端面15b側からロータコア25の端面25bに鎖交する磁束は、その端面25bの背面側のヨーク26を迂回して別個のロータコア25の端面25bに対面するステータコア15の端面15bに再度鎖交することにより閉じた磁気回路を形成することができる。   With this structure, the magnetic flux interlinking from the end face 15b side of the stator core 15 to the end face 25b of the rotor core 25 bypasses the yoke 26 on the back side of the end face 25b and faces the end face 25b of the separate rotor core 25. A closed magnetic circuit can be formed by re-linking to 15b.

そして、誘導コイル21は、ロータコア25のヨーク26から離隔してステータコア15からの空間高調波磁束を効果的に鎖交させることのできる端部25a側に配置されており、界磁コイル22は、ロータコア25のヨーク26に近接する連接部25c側に配置されている。   The induction coil 21 is disposed on the side of the end 25a that can be separated from the yoke 26 of the rotor core 25 and can effectively link the spatial harmonic magnetic flux from the stator core 15, and the field coil 22 is The rotor core 25 is disposed on the side of the connecting portion 25 c close to the yoke 26.

これにより、回転電機Mは、小さなギャップGを介してステータコア15の端面15bからロータコア25の端面25bに磁束を高密度に鎖交させることができ、その鎖交する磁束に含まれる空間高調波成分(磁束密度の変化)により誘導コイル21に誘導電流を発生させて界磁コイル22に供給することができる。   Thereby, the rotating electrical machine M can link the magnetic flux with high density from the end surface 15b of the stator core 15 to the end surface 25b of the rotor core 25 through the small gap G, and a spatial harmonic component included in the interlinked magnetic flux. An induction current can be generated in the induction coil 21 by (change in magnetic flux density) and supplied to the field coil 22.

この界磁コイル22は、誘導コイル21から受け取った誘導電流を界磁電流として自己励磁することにより、磁束(電磁力)を発生することができ、その磁束をロータコア25の端面25bからステータコア15の端面15bに鎖交させることができる。   The field coil 22 can generate a magnetic flux (electromagnetic force) by self-exciting the induced current received from the induction coil 21 as a field current. The magnetic flux is generated from the end face 25 b of the rotor core 25 to the stator core 15. It can be linked to the end face 15b.

このため、回転電機Mは、主回転力を発生する電機子コイル11の磁束とは別にマグネットトルク(補助回転力)を得ることができ、ロータ200、300の回転駆動を補助することができる。   Therefore, the rotating electrical machine M can obtain a magnet torque (auxiliary rotational force) separately from the magnetic flux of the armature coil 11 that generates the main rotational force, and can assist the rotational drive of the rotors 200 and 300.

このとき、回転電機Mは、誘導コイル21で発生させる交流の誘導電流を直流の界磁電流にして界磁コイル22に供給することにより、ロータコア25を電磁石として機能させて電磁力を発生させることから、その交流の誘導電流を有効利用するために、図4に示す閉回路29内に誘導コイル21と界磁コイル22がそれぞれ組み込まれている。   At this time, the rotating electrical machine M generates an electromagnetic force by causing the rotor core 25 to function as an electromagnet by supplying an AC induced current generated by the induction coil 21 to the field coil 22 as a DC field current. Therefore, in order to effectively use the AC induced current, the induction coil 21 and the field coil 22 are respectively incorporated in the closed circuit 29 shown in FIG.

具体的に、図4に示すように、誘導コイル21は、ロータコア25に同一方向に巻き付ける集中巻きにされて、同一の周回方向のまま1つ(1極)おきに直列接続されている。回転電機Mでは、それぞれ直列接続されている誘導コイル21a1〜21a6および誘導コイル21b1〜21b6の2組の誘導回路21A、21Bの一端側がダイオード(整流素子)23A、23Bを介して接続されて並列接続されている。なお、誘導コイル21を1極おきに直列接続する場合を一例として説明するが、これに限らず、周方向に2分割してそれぞれを直列接続してもよい。   Specifically, as shown in FIG. 4, the induction coil 21 is concentratedly wound around the rotor core 25 in the same direction, and is connected in series every other (one pole) with the same circumferential direction. In the rotating electrical machine M, one end side of two sets of induction circuits 21A and 21B of induction coils 21a1 to 21a6 and induction coils 21b1 to 21b6 connected in series are connected via diodes (rectifier elements) 23A and 23B in parallel. Has been. In addition, although the case where the induction coil 21 is connected in series every other pole is described as an example, the present invention is not limited to this, and the induction coil 21 may be divided into two in the circumferential direction and connected in series.

界磁コイル22は、ロータコア25に集中巻きされて、隣同士が逆向きの周回巻線になるようにロータコア25の端部25a側と連接部25c側とが交互に接続される全直列接続にされている。この回転電機Mでは、全直列接続されている、界磁コイル22a1〜22a6の界磁回路22Nがロータコア25の端部25a側をN極として機能させるように、また、界磁コイル22b1〜22b6の界磁回路22Sがロータコア25の端部25a側をS極として機能させるように、誘導回路21Aおよびダイオード23Aと、誘導回路21Bおよびダイオード23Bとにそれぞれ並列接続されている。   The field coil 22 is concentratedly wound around the rotor core 25 so that the end 25a side and the connecting portion 25c side of the rotor core 25 are alternately connected in series so that the adjacent windings are in opposite directions. Has been. In this rotating electrical machine M, the field circuits 22N of the field coils 22a1 to 22a6, which are connected in series, function so that the end 25a side of the rotor core 25 functions as an N pole, and the field coils 22b1 to 22b6 The field circuit 22S is connected in parallel to the induction circuit 21A and the diode 23A, and the induction circuit 21B and the diode 23B so that the end 25a side of the rotor core 25 functions as the S pole.

すなわち、誘導コイル21および界磁コイル22は、界磁回路22N、22Sおよび誘導回路21A、21Bとして、外部の電源等の回路に接続されることのない閉回路29内にダイオード23A、23Bと共に組み込まれている。   That is, the induction coil 21 and the field coil 22 are incorporated together with the diodes 23A and 23B in the closed circuit 29 that is not connected to a circuit such as an external power source as the field circuits 22N and 22S and the induction circuits 21A and 21B. It is.

この回路構成により、回転電機Mは、誘導コイル21に発生させる交流の誘導電流を、ダイオード23A、23Bを介して半波整流させて直流界磁電流に調整した後に合流させて、それぞれで直列接続させている界磁コイル22に供給している。このため、この回転電機Mでは、界磁コイル22毎に合流させた直流界磁電流により効果的に自己励磁させて大きな磁束(電磁力)を発生させることができ、界磁回路22N、22Sをそれぞれステータ100のステータコア15にN極またはS極を対面させる電磁石として機能させることができる。   With this circuit configuration, the rotating electrical machine M allows the AC induced current generated in the induction coil 21 to be half-wave rectified through the diodes 23A and 23B to be adjusted to a DC field current, and then combined to be connected in series. The supplied field coil 22 is supplied. For this reason, in this rotating electrical machine M, it is possible to generate a large magnetic flux (electromagnetic force) by effectively self-exciting by the DC field current merged for each field coil 22, and the field circuits 22N and 22S are generated. Each of the stator cores 15 of the stator 100 can function as an electromagnet that faces the N pole or the S pole.

また、ダイオード23A、23Bは、誘導コイル21や界磁コイル22を多極化させる場合でも、そのうちの界磁コイル22を全直列させることで使用数を抑えている。このダイオード23A、23Bは、大量使用を回避するために、一般的なHブリッジ型の全波整流回路を形成するのではなく、それぞれ180度位相差になるように結線して、一方の誘導電流を反転させて半波整流出力する中性点クランプ型の半波整流回路(整流素子)を形成している。   Further, even when the induction coil 21 and the field coil 22 are multipolarized, the number of diodes 23A and 23B is reduced by using all of the field coils 22 in series. In order to avoid mass use, the diodes 23A and 23B do not form a general H-bridge type full-wave rectifier circuit, but are connected so that each has a phase difference of 180 degrees, and one of the induced currents The neutral-point clamp type half-wave rectifier circuit (rectifier element) that outputs half-wave rectified by inverting the signal is formed.

なお、回転電機Mは、図1に示すように、それぞれロータ200、300のステータ100に対する背面側に固定されている絶縁材料からなるエンドプレート30と一体回転するようにケース32および回路基板33が取り付けられている。回路基板33は、誘導コイル21および界磁コイル22を接続する不図示の結線パターンがコンパクトに形成されており、ケース32内に収納されているダイオード23A、23Bのピン電極23cをその結線パターンに接続することにより閉回路29(図4に図示)を形成してロータ200、300と一体回転するようになっている。   As shown in FIG. 1, the rotating electrical machine M includes a case 32 and a circuit board 33 so as to rotate integrally with an end plate 30 made of an insulating material fixed to the back side of the rotors 200 and 300 with respect to the stator 100. It is attached. The circuit board 33 is compactly formed with a connection pattern (not shown) for connecting the induction coil 21 and the field coil 22, and the pin electrodes 23 c of the diodes 23 </ b> A and 23 </ b> B housed in the case 32 are used as the connection pattern. By being connected, a closed circuit 29 (illustrated in FIG. 4) is formed so as to rotate integrally with the rotors 200 and 300.

エンドプレート30は、ロータ200、300のヨーク26と同一径の円盤形状に形成されており、ヨーク26のロータコア25に対する背面側に対面接触させる状態でシャフトRSに固定されているとともに、そのヨーク26の背面側に形成されている切欠き26aに固定ツメ30aを嵌め込んで相対回転不能にしてロータ200、300と一体回転させるようになっている。   The end plate 30 is formed in a disk shape having the same diameter as that of the yoke 26 of the rotors 200 and 300, and is fixed to the shaft RS in a state of facing the back side of the yoke 26 with respect to the rotor core 25. A fixed claw 30a is fitted into a notch 26a formed on the back side of the rotor to make it relatively non-rotatable and rotate integrally with the rotors 200 and 300.

回路基板33は、エンドプレート30と略同一径の円盤形状に形成されてロータ200、300のヨーク26に対する背面側に密接する状態で固定されており、外部に引き出されているダイオード23A、23Bのピン電極32aを屈曲させる状態にしてケース32の一面側が密接する状態で固定されている。   The circuit board 33 is formed in a disk shape having substantially the same diameter as that of the end plate 30 and is fixed in close contact with the back side of the rotors 200 and 300 with respect to the yoke 26. The circuit board 33 includes the diodes 23A and 23B drawn to the outside. The pin electrode 32a is bent and fixed so that one surface side of the case 32 is in close contact.

ここで、誘導コイル21および界磁コイル22は、ステータコア15の端面15bからロータコア25の端面25bに鎖交する3次の空間高調波磁束を有効利用するように、磁界解析を行って空間高調波磁路を確認した上で、効率よく誘導電流を発生させることができるように設置されている。具体的には、上述するように、ロータ200、300のスロット数Sとステータ100の磁極数Pとの構成比S/Pを2/3とすることにより、回転座標系における3f次の空間高調波磁束(f=1、2、3・・・)を効率よく利用可能な構造に形成されている。   Here, the induction coil 21 and the field coil 22 perform a magnetic field analysis and spatial harmonics so as to effectively use the third-order spatial harmonic magnetic flux interlinked from the end surface 15b of the stator core 15 to the end surface 25b of the rotor core 25. It is installed so that an induced current can be generated efficiently after confirming the magnetic path. Specifically, as described above, by setting the composition ratio S / P of the number of slots S of the rotors 200 and 300 and the number of magnetic poles P of the stator 100 to 2/3, the 3f-order spatial harmonics in the rotating coordinate system are obtained. A wave magnetic flux (f = 1, 2, 3,...) Is formed in a structure that can be used efficiently.

詳細には、例えば、回転座標系における高次の空間高調波磁束では、ロータコア25の端面25bの表面付近でのみ振動する波形に過ぎないことから誘導コイル21に効率よく誘導電流を発生させることができない。これに対して、回転座標系における3次の空間高調波磁束を回収対象とすると、電機子コイル11に入力する基本周波数よりも周波数が高いために短周期で脈動して有効に誘導コイル21に誘導電流を発生させることができる。このため、基本周波数の磁束に重畳する空間高調波成分の損失エネルギーを効率よく回収して回転することができる。   Specifically, for example, a high-order spatial harmonic magnetic flux in the rotating coordinate system has only a waveform that vibrates only near the surface of the end face 25b of the rotor core 25, and therefore, an induction current can be efficiently generated in the induction coil 21. Can not. On the other hand, when the third-order spatial harmonic magnetic flux in the rotating coordinate system is to be recovered, the frequency is higher than the fundamental frequency input to the armature coil 11, and therefore pulsates in a short period and effectively becomes the induction coil 21. An induced current can be generated. For this reason, the loss energy of the spatial harmonic component superimposed on the magnetic flux of the fundamental frequency can be efficiently recovered and rotated.

加えて、上記と同様に磁束密度分布の磁界解析をすると分かるように、ロータティース突極数Pとステータスロット数Sの比に応じて、機械角360度内の周方向に磁束密度分布も分散化されるため、ステータ100に働く電磁力分布にも偏在が認められることになる。   In addition, as understood from the magnetic field analysis of the magnetic flux density distribution in the same manner as described above, the magnetic flux density distribution is also distributed in the circumferential direction within a mechanical angle of 360 degrees according to the ratio of the number of salient teeth P and the number of status lots S. Therefore, uneven distribution is also recognized in the electromagnetic force distribution acting on the stator 100.

このため、回転電機Mでは、ロータ200、300のスロット数Sとステータ100の磁極数Pとの構成比S/Pを2/3とする構造を採用することにより、機械角360度の全周に亘って均等な密度分布となる磁束を鎖交させることができ、ロータ200、300をステータ100に対面させつつ高品質に相対回転させることができる。   For this reason, in the rotating electrical machine M, by adopting a structure in which the composition ratio S / P between the number of slots S of the rotors 200 and 300 and the number of magnetic poles P of the stator 100 is 2/3, the entire circumference with a mechanical angle of 360 degrees is adopted. The magnetic fluxes having a uniform density distribution can be linked to each other, and the rotors 200 and 300 can be relatively rotated with high quality while facing the stator 100.

これにより、回転電機Mでは、空間高調波磁束を損失とすることなく有効利用して、損失エネルギーを効率よく回収することができ、電磁振動を大幅に低減して静寂性高く回転させることができる。   Thereby, in the rotating electrical machine M, it is possible to efficiently recover the loss energy by effectively using the space harmonic magnetic flux without causing a loss, and to reduce the electromagnetic vibration significantly and to rotate with high silence. .

また、誘導コイル21や界磁コイル22は、集中巻構造を採用することにより、複数スロットに亘って周方向に巻線をする必要がなく、全体的に小型化することができる。また、誘導コイル21では、回転座標系における1次側での銅損損失を低減しつつ、低次である3次の空間高調波磁束の鎖交による誘導電流を効率よく発生させて、回収可能な損失エネルギーを増加させることができる。   In addition, the induction coil 21 and the field coil 22 adopt a concentrated winding structure, so that it is not necessary to wind in a circumferential direction over a plurality of slots, and the overall size can be reduced. In addition, the induction coil 21 can efficiently generate and recover induced current due to the linkage of the third-order spatial harmonic magnetic flux, which is a lower order, while reducing the copper loss loss on the primary side in the rotating coordinate system. Energy loss can be increased.

さらに、誘導コイル21は、回転座標系における3次の空間高調波磁束を利用することにより、回転座標系における2次の空間高調波磁束を利用する場合よりも、効果的に誘導電流を発生させることができる。詳細には、誘導電流は2次よりも3次の空間高調波磁束を利用する方が磁束の時間変化を大きくして大電流にすることができ、効率よく回収することができる。   Furthermore, the induction coil 21 generates an induced current more effectively than the case of using the second-order spatial harmonic magnetic flux in the rotating coordinate system by using the third-order spatial harmonic magnetic flux in the rotating coordinate system. be able to. More specifically, the induced current can be recovered efficiently by using the third-order spatial harmonic magnetic flux rather than the second-order so as to increase the time change of the magnetic flux to a large current.

このように、回転電機Mは、図5Aに示すように、ステータ100の電機子コイル11を巻き付けるステータコア15の両端面15bにギャップGを介してロータ200、300のそれぞれのロータコア25の端面25bを対面させており、それぞれのロータコア25の端部25a側に誘導コイル21を、また、それぞれのロータコア25のヨーク26(連接部25c)側に界磁コイル22を巻き付けている。   Thus, as shown in FIG. 5A, the rotating electric machine M has the end faces 25b of the respective rotor cores 25 of the rotors 200 and 300 via the gaps G on both end faces 15b of the stator core 15 around which the armature coil 11 of the stator 100 is wound. The induction coil 21 is wound around the end 25 a of each rotor core 25, and the field coil 22 is wound around the yoke 26 (connection portion 25 c) of each rotor core 25.

これによって、回転電機Mは、図5Bに示すように、電機子コイル11に通電して発生させる磁束MFをステータコア15と両側のロータコア25との間を鎖交させてヨーク26を迂回させる磁気回路を形成することができ、ステータ100に対して2つのロータ200、300を相対回転させることができる。また、これに加えて、その磁束MFに重畳する空間高調波磁束HFもステータコア15から両側のロータコア25に鎖交させてそれぞれの端部25a側の誘導コイル21で効率よく回収させて誘導電流を発生させることができ、その誘導電流をダイオード23A、23Bで整流した界磁電流を界磁コイル22に供給することができる。このため、例えば、図6において、ステータコア15と両側の2つのロータコア25との間で鎖交させる3次の空間高調波磁束HFの磁束密度を磁束ベクトルVで示すように、回転電機Mは、ステータコア15と両側の2つのロータコア25との間で空間高調波磁束HFを高磁束密度に鎖交させて大きなマグネットトルクでシャフトRSを回転させることができる。   As a result, as shown in FIG. 5B, the rotating electrical machine M causes the magnetic flux MF generated by energizing the armature coil 11 to be linked between the stator core 15 and the rotor cores 25 on both sides to bypass the yoke 26. The two rotors 200, 300 can be rotated relative to the stator 100. In addition to this, the spatial harmonic magnetic flux HF superimposed on the magnetic flux MF is also linked from the stator core 15 to the rotor cores 25 on both sides, and is efficiently recovered by the induction coils 21 on the respective end portions 25a side to generate the induced current. The field current obtained by rectifying the induced current by the diodes 23 </ b> A and 23 </ b> B can be supplied to the field coil 22. Therefore, for example, in FIG. 6, the rotating electrical machine M is represented by a magnetic flux vector V indicating the magnetic flux density of the third-order spatial harmonic magnetic flux HF linked between the stator core 15 and the two rotor cores 25 on both sides. The shaft RS can be rotated with a large magnet torque by interlinking the spatial harmonic magnetic flux HF with a high magnetic flux density between the stator core 15 and the two rotor cores 25 on both sides.

これに対して、例えば、径方向にステータとロータとをギャップを介して対面させるラジアルギャップ型の回転電機の場合には、ステータを間に挟むように直径の異なるインナロータとアウタロータとを配置することになる。この構造の場合でも、ロータのそれぞれに対称構造となる巻線コイルを配置したいところであるが、ラジアル方向に対面させる面積がインナロータとアウタロータとで大きく異なってしまい回転トルクに大きな差異が生じてしまう。   On the other hand, for example, in the case of a radial gap type rotating electrical machine in which the stator and the rotor face each other via a gap in the radial direction, an inner rotor and an outer rotor having different diameters are arranged so as to sandwich the stator therebetween. become. Even in the case of this structure, it is desired to arrange a winding coil having a symmetrical structure on each of the rotors, but the area facing in the radial direction is greatly different between the inner rotor and the outer rotor, resulting in a large difference in rotational torque.

このことから、ラジアルギャップ型の回転電機においては、構造上、アキシャルギャップ式よりも空間高調波磁束の鎖交する面積を大きく確保することができず、電機子コイル11を集中巻きにして空間高調波磁束の発生量を多くしても有効活用することができない、という不都合がある。反対に、アキシャルギャップ型の回転電機Mでは、構造上、ラジアルギャップ型よりも漏れ磁束が多いが、その漏れを有効に回収可能な構造であるので、空間高調波磁束を有効に鎖交させて活用することができる。   For this reason, in the radial gap type rotating electrical machine, it is structurally impossible to ensure a larger space interlinking space harmonic magnetic flux than the axial gap type, and the armature coil 11 is concentrated and the space harmonics are concentrated. There is an inconvenience that even if the generation amount of wave magnetic flux is increased, it cannot be effectively used. On the other hand, the axial gap type rotating electrical machine M has a larger amount of leakage flux than the radial gap type due to its structure, but since the leakage can be effectively recovered, the spatial harmonic flux is effectively interlinked. Can be used.

このため、1つのロータを用いるラジアルギャップ型の回転電機の場合には、図7に示すように、電機子コイル31を巻き付けるステータコア35の片側の端面35bにギャップGを介して1つのロータコア45の端面45bを対面させる構造になる。この結果、この構造では、電機子コイル31に通電して発生させる磁束MFに重畳する空間高調波磁束HFを効率よく回収することができず、大きなマグネットトルクを発生させることができないとともに、ヨーク46側での鉄損がアキシャルギャップダブルロータ型の回転電機Mよりも増加してしまう。   For this reason, in the case of a radial gap type rotating electric machine using one rotor, as shown in FIG. 7, one rotor core 45 is connected to one end face 35b of the stator core 35 around which the armature coil 31 is wound via a gap G. The end face 45b faces each other. As a result, in this structure, the spatial harmonic magnetic flux HF superimposed on the magnetic flux MF generated by energizing the armature coil 31 cannot be efficiently recovered, and a large magnet torque cannot be generated. The iron loss on the side increases compared to the axial gap double rotor type rotating electrical machine M.

また、図8に示すように、ラジアルギャップ型の回転電機でも、より多くの空間高調波磁束HFを回収するために、ロータコア45間のロータスロット47内に回収用の補極コア48を配置して誘導コイル49を巻き付けることも考えられる。しかしながら、この構造でも、ステータコア35の片側に漏れる空間高調波磁束HFを回収できるだけであることから、得られるマグネットトルクは回転電機Mに及ばない。また、この構造では、ロータコア45間に磁束を鎖交させる補極コア48を配置することから、ロータ側の突極比が小さくなってしまう、という相反する不都合もある。   Further, as shown in FIG. 8, even in a radial gap type rotating electrical machine, in order to recover a larger amount of spatial harmonic magnetic flux HF, an auxiliary core for recovery 48 is arranged in a rotor slot 47 between the rotor cores 45. It is also conceivable to wind the induction coil 49. However, even with this structure, the magnetic harmonic flux HF leaking to one side of the stator core 35 can only be recovered, so that the obtained magnet torque does not reach the rotating electrical machine M. Further, in this structure, since the complementary pole core 48 that links the magnetic flux between the rotor cores 45 is disposed, there is a conflicting problem that the salient pole ratio on the rotor side becomes small.

さらに、回転電機Mは、ステータ100やロータ200、300に、巻線コイルを集中巻きにした電機子コイル11、誘導コイル21および界磁コイル22をそれぞれ配置するが、集中巻きに代えて、分布巻きにすることもできる。しかしながら、ステータコア15の端面15bとロータコア25の端面25bとの間で鎖交する磁束密度は、電機子コイル11、誘導コイル21および界磁コイル22を集中巻きまたは分布巻きした場合で比較すると、図9に示すような磁束密度波形となる。この磁束密度波形を電磁界解析すると、図10に示すように、集中巻きの場合には静止座標系で2次の(回転座標系で3次となる)空間高調波磁束を分布巻きの場合よりも多く含んでいることが分かる。この結果、回転電機Mでは、集中巻きを採用することにより、分布巻きの場合よりもロータコア25の端面25bの深くに入り込む多くの空間高調波磁束を誘導コイル21に鎖交させて誘導電流(界磁電流)を界磁コイル22に供給することができ、集中巻きを選択する方が有利なことが分かる。   Further, in the rotating electrical machine M, the armature coil 11, the induction coil 21 and the field coil 22 each having a winding coil concentrated winding are arranged on the stator 100 and the rotors 200 and 300, respectively. It can also be wound. However, the magnetic flux density linked between the end face 15b of the stator core 15 and the end face 25b of the rotor core 25 is compared with the case where the armature coil 11, the induction coil 21 and the field coil 22 are concentrated or distributedly wound. A magnetic flux density waveform as shown in FIG. When this magnetic flux density waveform is subjected to electromagnetic field analysis, as shown in FIG. 10, in the case of concentrated winding, the second-order spatial harmonic magnetic flux in the stationary coordinate system (third-order in the rotating coordinate system) is more than in the case of distributed winding. It can be seen that it also contains a lot. As a result, in the rotating electrical machine M, by adopting concentrated winding, a larger amount of spatial harmonic magnetic flux that penetrates deeper into the end face 25b of the rotor core 25 than in the case of distributed winding is linked to the induction coil 21 to induce an induced current (field It can be seen that it is more advantageous to select concentrated winding.

このことから、図11にトルク波形で示すように、回転電機Mは、2つのロータ200、300でアキシャル方向に挟まれているステータ100の電機子コイル11への交流電流の供給を開始すると、このアキシャルギャップダブルロータ型の場合には、図中に実線で示すように高トルクでシャフトRSを回転させることができる。これに対して、図11中に一点鎖線で示す図7のラジアルギャップ型で補極なしの構造や、図11中に二点鎖線で示す図8のラジアルギャップ型で補極ありの構造では、アキシャルギャップダブルロータ型の回転電機Mのように大きなトルクを得ることができていない。また、図11中に点線で示すように、高トルクを得ることを目的として、永久磁石をロータ内に埋め込んでマグネットトルクを利用するIPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)の構造でも、アキシャルギャップダブルロータ型の回転電機Mのように大きなトルクでシャフトRSを回転駆動させることができていないことが分かる。   From this, as shown by a torque waveform in FIG. 11, when the rotating electrical machine M starts to supply an alternating current to the armature coil 11 of the stator 100 sandwiched between the two rotors 200 and 300 in the axial direction, In the case of this axial gap double rotor type, the shaft RS can be rotated with high torque as shown by a solid line in the drawing. On the other hand, in the radial gap type structure of FIG. 7 shown by the alternate long and short dash line in FIG. 11 and the structure of FIG. 8 shown by the alternate long and two short dashes line in FIG. As with the axial gap double rotor type rotating electrical machine M, a large torque cannot be obtained. Further, as shown by a dotted line in FIG. 11, an axial gap double rotor is also used in an IPMSM (Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) structure in which a permanent magnet is embedded in a rotor and the magnet torque is used for the purpose of obtaining a high torque. It can be seen that the shaft RS cannot be driven to rotate with a large torque unlike the rotary electric machine M of the type.

このように、本実施形態においては、シャフトRS周りに巻き方向の平行な電機子コイル11、誘導コイル21および界磁コイル22を、アキシャルギャップ式のダブルロータ型に構築されるステータ100およびロータ200、300のそれぞれに配置するので、電機子コイル11で発生させる主磁束に重畳する空間高調波磁束を、両側の誘導コイル21に効果的に鎖交させることができる。そして、これにより誘導コイル21に発生した誘導電流を界磁電流として、界磁コイル22に効率よく供給することができる。   Thus, in the present embodiment, the stator 100 and the rotor 200 in which the armature coil 11, the induction coil 21, and the field coil 22 that are parallel in the winding direction around the shaft RS are constructed in an axial gap type double rotor type. , 300, the spatial harmonic magnetic flux superimposed on the main magnetic flux generated by the armature coil 11 can be effectively linked to the induction coils 21 on both sides. As a result, the induction current generated in the induction coil 21 can be efficiently supplied to the field coil 22 as a field current.

したがって、永久磁石を用いることなく(空間高調波磁束による磁力低下を発生させることなく)、かつ、外部から電力を供給することなく、空間高調波磁束を効果的に有効利用して、リラクタンストルクと共にマグネットトルクをロータ200、300のそれぞれに均等に作用させて大きな回転力で回転駆動させることができる。   Therefore, without using a permanent magnet (without generating a magnetic force drop due to the spatial harmonic magnetic flux) and without supplying electric power from the outside, the spatial harmonic magnetic flux can be effectively used effectively together with the reluctance torque. The magnet torque can be applied to each of the rotors 200 and 300 evenly to be driven to rotate with a large rotational force.

ここで、本実施形態の他の態様としては、ステータコア15やロータコア25を電磁鋼板の積層構造で形成することに限定されず、例えば、鉄粉などの磁性を有する粒子の表面を絶縁被覆処理した軟磁性複合粉材(Soft Magnetic Composites)をさらに鉄粉圧縮成形および熱処理製造した圧粉磁心、所謂、SMCコアを採用してもよく、また、アルミ導体を採用してもよい。   Here, as another aspect of the present embodiment, the stator core 15 and the rotor core 25 are not limited to being formed by a laminated structure of electromagnetic steel plates, and for example, the surface of magnetic particles such as iron powder is subjected to insulation coating treatment. A so-called SMC core, which is a powder magnetic core obtained by further compression-molding and heat-treating soft magnetic composite powder (Soft Magnetic Composites), or an aluminum conductor may be used.

また、回転電機Mは、ロータ200、300に永久磁石を追加して配置するハイブリッドタイプに構築してもよく、マグネットトルクをハイブリッド界磁型で得られるようにしてもよい。
さらに、整流素子としては、ダイオード23A、23Bだけでなく、他のスイッチング素子などの半導体素子を採用してもよく、ケース32内に収納するタイプに限らず、ロータ200、300の内部に実装するようにしてもよい。
この回転電機Mは、車載用に限定されるものではなく、例えば、風力発電や、工作機械などの駆動源として好適に採用することができる。
Moreover, the rotary electric machine M may be constructed in a hybrid type in which permanent magnets are additionally arranged in the rotors 200 and 300, or the magnet torque may be obtained in a hybrid field type.
Further, as the rectifying element, not only the diodes 23A and 23B but also semiconductor elements such as other switching elements may be employed. You may do it.
The rotating electrical machine M is not limited to being mounted on a vehicle, and can be suitably employed as a drive source for wind power generation, machine tools, and the like.

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。   While embodiments of the invention have been disclosed, it will be apparent to those skilled in the art that changes may be made without departing from the scope of the invention. All such modifications and equivalents are intended to be included in the following claims.

11、11u〜11w 電機子コイル(巻線コイル)
15 ステータコア
16 保持盤
17 ステータスロット
21、21a1〜21a6、21b1〜21b6 誘導コイル(巻線コイル)
22、22a1〜22a6、22b1〜22b6 界磁コイル(巻線コイル)
23A、23B ダイオード(整流素子)
25 ロータコア(コア材)
26 ヨーク
27 ロータスロット
29 閉回路
30 エンドプレート
33 回路基板
32 ケース
100 ステータ
200、300 ロータ
G ギャップ
HF 空間高調波磁束
M 回転電機
MF 磁束
RS シャフト(回転軸)
11, 11u-11w Armature coil (winding coil)
15 stator core 16 holding board 17 status lot 21, 21a1 to 21a6, 21b1 to 21b6 induction coil (winding coil)
22, 22a1 to 22a6, 22b1 to 22b6 Field coil (winding coil)
23A, 23B Diode (rectifier element)
25 Rotor core (core material)
26 Yoke 27 Rotor slot 29 Closed circuit 30 End plate 33 Circuit board 32 Case 100 Stator 200, 300 Rotor G Gap HF Spatial harmonic magnetic flux M Rotating electrical machine MF Magnetic flux RS Shaft (Rotating shaft)

Claims (5)

回転軸を中心にして回転駆動する2つのロータと、前記回転軸の軸方向において前記ロータが両面に対面しているステータと、備えて、
前記ステータの前記回転軸の軸周りに配置される複数の電機子コイルと、
前記2つのロータのそれぞれの前記回転軸の軸周りに配置される複数の誘導コイルおよび複数の界磁コイルと、
前記誘導コイルで発生する誘導電流を整流して前記界磁コイルに供給する整流素子と、を有するアキシャルギャップ型の回転電機。
Two rotors that are driven to rotate about a rotation axis; and a stator in which the rotor faces both surfaces in the axial direction of the rotation axis,
A plurality of armature coils arranged around the rotation axis of the stator;
A plurality of induction coils and a plurality of field coils arranged around the rotation axis of each of the two rotors;
An axial gap type rotating electric machine comprising: a rectifying element that rectifies an induced current generated in the induction coil and supplies the rectified current to the field coil.
前記電機子コイル、前記誘導コイルおよび前記界磁コイルは、前記回転軸の軸方向を中心として巻線が巻かれており、
前記巻線は、前記回転軸の周りにそれぞれ均等配置されている請求項1に記載のアキシャルギャップ型の回転電機。
The armature coil, the induction coil, and the field coil are wound around the axial direction of the rotating shaft,
The axial gap type rotating electrical machine according to claim 1, wherein the windings are equally arranged around the rotating shaft.
前記誘導コイルおよび前記界磁コイルの巻き付けで利用するスロット数S/前記電機子コイルを巻き付ける磁極数Pが2/3の構成比となる請求項1または請求項2に記載のアキシャルギャップ型の回転電機。   The axial gap type rotation according to claim 1 or 2, wherein the number of slots S used for winding of the induction coil and the field coil / the number of magnetic poles P for winding the armature coil is 2/3. Electric. 前記誘導コイルおよび前記界磁コイルは、前記回転軸と平行方向に延伸されているコア材に巻き付けられており、
前記誘導コイルは、前記コア材の前記ステータに近接する位置に巻き付けられて、前記界磁コイルは、前記コア材の前記ステータから離隔する位置に巻き付けられている請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型の回転電機。
The induction coil and the field coil are wound around a core material extending in a direction parallel to the rotation axis,
The induction coil is wound around a position of the core material close to the stator, and the field coil is wound around a position separated from the stator of the core material. An axial gap type rotating electrical machine according to claim 1.
前記整流素子は、前記ロータと一体回転する前記誘導コイルおよび前記界磁コイルを含む閉回路内に組み込まれている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型の回転電機。   5. The axial gap type rotating electrical machine according to claim 1, wherein the rectifying element is incorporated in a closed circuit including the induction coil and the field coil that rotate integrally with the rotor. 6. .
JP2014258759A 2014-12-22 2014-12-22 Axial gap type rotating electrical machine Active JP6332011B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014258759A JP6332011B2 (en) 2014-12-22 2014-12-22 Axial gap type rotating electrical machine
DE102015226105.0A DE102015226105A1 (en) 2014-12-22 2015-12-18 AXIS BALL TYPE ROTATING ELECTRIC MACHINE
CN201510964232.3A CN105720765B (en) 2014-12-22 2015-12-21 The rotating electric machine of axial-gap

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014258759A JP6332011B2 (en) 2014-12-22 2014-12-22 Axial gap type rotating electrical machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016119791A true JP2016119791A (en) 2016-06-30
JP6332011B2 JP6332011B2 (en) 2018-05-30

Family

ID=56097826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014258759A Active JP6332011B2 (en) 2014-12-22 2014-12-22 Axial gap type rotating electrical machine

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6332011B2 (en)
CN (1) CN105720765B (en)
DE (1) DE102015226105A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016214035A (en) * 2015-05-13 2016-12-15 株式会社デンソー Field winding synchronous machine
KR101842827B1 (en) * 2017-02-07 2018-03-28 경성대학교 산학협력단 Double Stator Axial Field Type Switched Reluctance Motor
JP6343702B1 (en) * 2017-06-01 2018-06-13 三菱電機エンジニアリング株式会社 Wind power generator
CN110945755A (en) * 2017-07-21 2020-03-31 株式会社电装 Rotating electrical machine
CN112688513A (en) * 2020-12-29 2021-04-20 福州大学 Axial magnetic field modulation type permanent magnet motor

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6455265B2 (en) * 2015-03-20 2019-01-23 スズキ株式会社 Axial gap type rotating electrical machine
JP2018166358A (en) * 2017-03-28 2018-10-25 スズキ株式会社 Control device for induction motor, and electric vehicle
FR3076113B1 (en) * 2017-12-22 2019-11-22 Valeo Equipements Electriques Moteur SYNCHRONOUS MACHINE WITH COIL INDUCTOR
CN108390534B (en) * 2018-04-13 2023-12-08 山东大学 Spoke type staggered rotor permanent magnet synchronous motor for electric automobile and method thereof
CN109450146B (en) * 2018-12-13 2023-10-27 歌尔股份有限公司 Rotary motor
CN109728697B (en) * 2019-01-31 2020-05-19 南京工程学院 Design method for multi-frequency antipodal magnetic field coupling direct-drive double-fed motor structure pole slot
CN110138165B (en) * 2019-04-22 2021-02-12 江苏大学 Composite magnetic circuit stator split type axial permanent magnet motor
CN112688516A (en) * 2020-12-29 2021-04-20 福州大学 Permanent magnet surface-mounted stator permanent magnet type axial magnetic field permanent magnet motor
CN113300558B (en) * 2021-06-10 2022-07-01 哈尔滨工业大学 Double concentrated winding permanent magnet synchronous motor
DE102021003942B4 (en) 2021-07-29 2023-05-11 DeepDrive GmbH Stator for a radial flux twin rotor machine, radial flux twin rotor machine and method of manufacturing a stator for a radial flux twin rotor machine
DE102022202123B4 (en) 2022-03-02 2023-09-28 DeepDrive GmbH Electric drive system
DE102022205930B3 (en) 2022-06-10 2023-09-28 DeepDrive GmbH Radial flow double rotor machine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013038918A (en) * 2011-08-08 2013-02-21 Toyota Motor Corp Rotary electric machine
JP2014183636A (en) * 2013-03-19 2014-09-29 Suzuki Motor Corp Reluctance motor
CN203967939U (en) * 2014-05-23 2014-11-26 沈阳揽月工业设计有限公司 A kind of pillar armature shaft is to logical magnetic generator

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006187091A (en) 2004-12-27 2006-07-13 Daikin Ind Ltd Core, armature, motor, compressor and their manufacturing process
KR101886155B1 (en) * 2011-10-10 2018-08-08 삼성전자 주식회사 Motror and rotor of a motor
CN103730997B (en) * 2014-01-06 2016-03-30 南京航空航天大学 A kind of excitation integrated form brushless synchronous machine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013038918A (en) * 2011-08-08 2013-02-21 Toyota Motor Corp Rotary electric machine
JP2014183636A (en) * 2013-03-19 2014-09-29 Suzuki Motor Corp Reluctance motor
CN203967939U (en) * 2014-05-23 2014-11-26 沈阳揽月工业设计有限公司 A kind of pillar armature shaft is to logical magnetic generator

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016214035A (en) * 2015-05-13 2016-12-15 株式会社デンソー Field winding synchronous machine
KR101842827B1 (en) * 2017-02-07 2018-03-28 경성대학교 산학협력단 Double Stator Axial Field Type Switched Reluctance Motor
JP6343702B1 (en) * 2017-06-01 2018-06-13 三菱電機エンジニアリング株式会社 Wind power generator
JP2018207628A (en) * 2017-06-01 2018-12-27 三菱電機エンジニアリング株式会社 Wind power generator
CN110945755A (en) * 2017-07-21 2020-03-31 株式会社电装 Rotating electrical machine
CN112688513A (en) * 2020-12-29 2021-04-20 福州大学 Axial magnetic field modulation type permanent magnet motor
CN112688513B (en) * 2020-12-29 2022-03-11 福州大学 Axial magnetic field modulation type permanent magnet motor

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015226105A1 (en) 2016-06-23
JP6332011B2 (en) 2018-05-30
CN105720765B (en) 2019-01-15
CN105720765A (en) 2016-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6332011B2 (en) Axial gap type rotating electrical machine
JP6142601B2 (en) Reluctance motor
JP5302527B2 (en) Rotating electric machine and drive control device thereof
JP4926107B2 (en) Rotating electric machine
JP5272831B2 (en) Rotating electric machine
JP6303311B2 (en) Synchronous reluctance motor
JP6326938B2 (en) Electric rotating machine
CN107078617B (en) Bimorph transducer type rotator
JP2017169280A (en) Rotary electric machine
WO2018051938A1 (en) Rotating electrical machine
JP6755435B1 (en) Rotor and rotating electric machine
JP6561693B2 (en) Rotating electric machine
JP6308076B2 (en) Rotating electric machine
JP2018061379A (en) Dynamo-electric machine
JP2017204961A (en) Dynamo-electric machine
JP2013197275A (en) Exciter of rotary electric machine
JP6589703B2 (en) Rotating electric machine
JP6485073B2 (en) Rotating electric machine
JP2018516532A (en) Single pole composite type asynchronous motor
JP2017077133A (en) Rotary electric machine
JP6476920B2 (en) Rotating electric machine
JP6790389B2 (en) Rotating machine
JP6589282B2 (en) Rotating electric machine
JP6344144B2 (en) Reluctance motor
JP2014131373A (en) Permanent magnet synchronous machine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170531

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180315

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180403

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180416

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6332011

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151