JP2016178834A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自己励磁によって発生する磁界により駆動する回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine that is driven by a magnetic field generated by self-excitation.
回転電機は、各種駆動装置に駆動源として搭載されている。例えば、車載用の回転電機として、ロータ側に埋め込まれた永久磁石によるマグネットトルクを利用して大出力(大トルク)を得られるようにするIPMモータ(Interior Permanent Magnet Motor)が知られている。このようなIPMモータは、小型化や高出力化(高エネルギー密度化)の要求から、残留磁束密度が高く、耐熱性を確保できるネオジウム磁石を採用することが行われている。このネオジウム磁石は、Dy(ジスプロシウム)やTb(テルビウム)のように高価な希土類を添加するものであることからコスト高の要因になる。 The rotating electrical machine is mounted as a drive source in various drive devices. For example, an IPM motor (Interior Permanent Magnet Motor) is known as an in-vehicle rotating electrical machine that can obtain a large output (large torque) by using a magnet torque generated by a permanent magnet embedded on the rotor side. Such IPM motors employ a neodymium magnet that has a high residual magnetic flux density and can ensure heat resistance, in response to demands for miniaturization and high output (high energy density). This neodymium magnet is a high-cost factor because it adds expensive rare earth elements such as Dy (dysprosium) and Tb (terbium).
このことから、近年の回転電機では、永久磁石を電磁石に置き換えた巻線界磁同期モータが提案されており、この巻線界磁同期モータには、ロータ側コイルで発生させた誘導電流を界磁電流とする自励式が提案されている。 For this reason, in recent rotating electrical machines, a wound field synchronous motor in which a permanent magnet is replaced with an electromagnet has been proposed. In this wound field synchronous motor, an induced current generated by a rotor side coil is applied to the field. A self-excited type using a magnetic current has been proposed.
この自励式の巻線界磁同期モータ(回転電機)としては、例えば、特許文献1、2に記載されているように、ステータ側の電機子コイルに供給する交流の駆動電流の基本周波数よりも高い周波数の漏れ磁束(高調波磁束)をロータ側に配置するコイルに鎖交させるようになっている。
As this self-excited winding field synchronous motor (rotary electric machine), for example, as described in
これら特許文献1、2に記載の回転電機では、ロータ側にコイルを備えさせることによって、漏れ磁束の鎖交により発生する交流の誘導電流を、整流素子により直流の界磁電流に整流して通電し自己励磁させている。これにより、ロータ側に電磁石を備えることができ、永久磁石に代えてマグネットトルクを利用することができる。
In the rotating electrical machines described in
これら特許文献1、2に記載のように、ロータ側に構成部材を設置する必要がある回転電機にあっては、そのロータの高速回転に伴う遠心力に耐え得る構造で構成部材を設置する必要がある。
As described in these
そこで、本発明は、自己励磁によって発生する磁界により駆動する回転電機の構成部材を、特性の安定化と耐久性が確保されるように設置し、安定して駆動できる回転電機を提供することを目的としている。 Accordingly, the present invention provides a rotating electrical machine that can be driven stably by installing constituent members of the rotating electrical machine driven by a magnetic field generated by self-excitation so as to ensure stability of characteristics and durability. It is aimed.
上記課題を解決する回転電機の発明の一態様は、通電により磁束を発生させる電機子コイルを有するステータと、前記磁束の通過により回転するロータと、を備える回転電機であって、前記ロータは、前記磁束に重畳する空間高調波成分が鎖交されることにより誘導電流を発生する誘導コイルが巻かれた複数の補極部と、前記誘導電流が通電されることにより電磁石として機能する界磁コイルが巻かれた複数の突極部と、を備え、前記補極部は、前記誘導コイルが巻かれる本体部と、前記本体部に連結されて、隣接する前記突極部の対面する両側面に支持される支持部と、を有しており、前記誘導コイル、前記界磁コイルおよび前記補極部が位置する前記突極部のスロット内に樹脂材料が注入されているものである。 One aspect of the invention of a rotating electrical machine that solves the above problems is a rotating electrical machine that includes a stator having an armature coil that generates a magnetic flux when energized, and a rotor that rotates by the passage of the magnetic flux. A plurality of auxiliary pole portions wound with an induction coil that generates an induction current by interlinking the spatial harmonic components superimposed on the magnetic flux, and a field coil that functions as an electromagnet when the induction current is energized A plurality of salient pole parts wound around, and the auxiliary pole part is connected to the main body part around which the induction coil is wound, and on both side surfaces of the adjacent salient pole parts facing each other. And a support portion to be supported, and a resin material is injected into a slot of the salient pole portion where the induction coil, the field coil, and the auxiliary pole portion are located.
このように本発明の一態様によれば、自己励磁によって発生する磁界により駆動する回転電機の構成部材を、特性の安定化と耐久性が確保されるように設置し、安定して駆動できる回転電機を提供することができる。 As described above, according to one aspect of the present invention, a rotating electrical machine that is driven by a magnetic field generated by self-excitation is installed so as to ensure stable characteristics and durability, and can be driven stably. An electric machine can be provided.
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20は本発明の一実施形態に係る回転電機を説明する図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1-20 is a figure explaining the rotary electric machine which concerns on one Embodiment of this invention.
図1および図2において、回転電機100は、後述するように、外部からロータ21にエネルギー入力する必要のない構造を有しており、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。
1 and 2, the rotating
回転電機100は、概略円筒形状に形成されたステータ(固定子)11と、図6に示す駆動軸として回転するシャフト(回転軸)101に固定されてステータ11内に収納されるロータ(回転子)21と、を備えている。ロータ21は、内筒(内周面21a)内にシャフト101を差し込んで固定するようになっており、そのシャフト101の外周面の軸方向に連続するように形成されているキー溝106に、内周面21aに形成されているキー突起26を嵌め込んで軸方向にスライドさせて位置決めすることにより、そのシャフト101に軸心を一致させて一体回転するように取り付けられている。
The rotating
ステータ11には、ロータ21のロータティース22の外周面22aにエアギャップGを介して内周面12a側を近接対面させるように、径方向に延伸されて突極形状に形成されている複数本のステータティース12が周方向に均等配置されている。ステータティース12には、隣接する側面間に形成される空間であるステータスロット13を利用して、相毎の3相巻線をそれぞれ個々に集中巻きすることにより電機子コイル14が形成されている。ステータティース12は、電機子コイル14に3相交流の駆動電流を入力することにより、内部に対面収納されているロータ21を回転させる磁束を発生する電磁石として機能する。
The
ロータ21には、ステータティース12と同様に径方向に延伸されて突極形状に形成されている複数本のロータティース(突極部)22が周方向に均等配置されている。ロータティース22は、ステータティース12と全周方向の本数を異ならせて、相対回転時に外周面22aがステータティース12の内周面12aに適宜近接対面するように形成されている。
In the
これにより、回転電機100は、ステータ11のステータスロット13内の電機子コイル14に通電されることにより磁束が発生し、その磁束をステータティース12の内周面12aから対面するロータティース22の外周面22aに鎖交させることができる。この回転電機100では、ステータティース12との間で鎖交する磁束が通過する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)によりロータ21を相対回転させる。この結果、回転電機100は、ステータ11内で相対回転するロータ21と軸心を一致させつつ一体回転するシャフト101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。すなわち、回転電機100は、リラクタンスモータとして構築されている。
As a result, the rotating
このとき、回転電機100では、ステータティース12の内周面12aからロータティース22の外周面22aに鎖交する磁束には高調波成分が重畳している。このため、ロータ21側でも、ステータ11側から鎖交する磁束の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(補助電流)を発生させ誘導起電力を得ることができる。
At this time, in the rotating
詳細には、ステータ11の電機子コイル14に基本周波数の駆動電力を供給するだけでは、ロータ21(ロータティース22)をその基本周波数で変動する主磁束で回転させるだけであることから、ロータ21側にコイルを単に配置しても鎖交する磁束に変化はなく誘導電流が生じることはない。
Specifically, simply supplying the driving power of the fundamental frequency to the
その一方で、磁束には高調波成分が重畳しており、その高調波成分は基本周波数と異なる周期で時間的に変化しつつロータティース22に外周面22a側から鎖交する。このことから、基本周波数の磁束に重畳する高調波成分は、ロータティース22の外周面22aの近傍にコイルを設置することにより、効率よく誘導電流を発生させることができる。この結果、鉄損の原因となる高調波磁束を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。
On the other hand, a harmonic component is superimposed on the magnetic flux, and the harmonic component interlinks with the
そこで、本実施形態の回転電機100では、ロータ21側において、補極コア材(補極部)25に集中巻した誘導コイル27をロータティース22間のロータスロット23内に収容するよう回転方向に並列に複数配置する。また、回転電機100は、集中巻して直列接続した界磁コイル28(281、282)がロータティース22の全体で1段(1固まり)となるように配置されている。
Therefore, in the rotating
補極コア材25は、ロータティース22の対面する両側面22bに脚部(支持部)35を支持させるようになっている。このようにして、補極コア材25は、誘導コイル27を巻き付けた本体部31をその脚部35で連結支持してロータティース22の側面22b間のロータスロット23内に位置決め保持するようになっている。
The
補極コア材25の本体部31は、シャフト101と平行に延伸されつつ、ロータ21のロータティース22の両側面22bに対面して誘導コイル27を巻き付け可能な板状になるように電磁鋼板を積層することにより形成されている。この本体部31は、ロータティース22間のロータスロット23内で、軸心からロータ21の径方向外方に延伸して誘導コイル27が巻き付けられ、その径方向外端部32の外端面32aをステータ11のステータティース12の内周面12aに対面させるようにロータ21に組み付けられている。なお、この補極コア材25の本体部31は、ロータ21の外周面側の外端部32がロータ21の軸心側よりも厚くなるように形成されており、巻き付けた誘導コイル27が回転時の遠心力でずれてしまうことを抑制するようになっている。ここで、ロータ21の径方向外方とは、軸心を通る直線上において軸心から外周面の外側に向かう方向を意味する。
The
補極コア材25の脚部35は、シャフト101と平行に延長され、電磁鋼板を積層することにより形成されている。この補極コア材25の脚部35は、本体部31のロータ21の径方向内方端部31iからロータティース22の両側面22bに向かって延伸された板状になるように形成されている。また、この脚部35は、先端部36を、ロータティース22の両側面22bに形成されている支持溝39内に嵌め込むことにより組み付けて(連結させて)本体部31を支持するようになっている。これにより、補極コア材25は、脚部35の先端部36をロータティース22の支持溝39内に回転軸方向の端面側から嵌め込んでスライドさせることにより組み付けるようになっている。ここで、ロータ21の径方向内方とは、軸心を通る直線上において外周面から軸心側に向かう方向を意味する。
The
この補極コア材25の脚部35は、本体部31を支持する十分な強度を確保し、幅をできるだけ狭く形成した電磁鋼板を積層して形成されており、例えば、積層する電磁鋼板の2枚分の厚さ以下の幅で回転軸方向に延伸される形状に形成されている。すなわち、この脚部35は、本体部31とロータティース22との間を通過する磁束量をできるだけ制限するように断面積の小さな板状にして、補極コア材25が、ロータティース22とは別個の磁極(補極)として機能するように、磁気的に独立した形態で支持するように形成されている。
The
これにより、ロータ21は、補極コア材25の脚部35を通過する磁束量が制限され、通過しようとする磁束線が直ちに密になるため、簡単に磁気飽和する。このような構造から、補極コア材25とロータティース22との磁気結合を抑制することができ、補極コア材25をロータティース22から磁気的に十分に独立した状態で支持することができる。このため、ロータティース22と補極コア材25のそれぞれに鎖交する磁束が干渉しあって誘導電流や磁界の発生効率を低下させてしまうことを回避することができ、ロータ21を大トルクで高効率回転させることができる。
As a result, the amount of magnetic flux passing through the
また、この構造により、ロータ21は、補極コア材25をロータティース22に支持させる前に、そのロータティース22の軸心側内方またはロータティース22の全体に、界磁コイル28の一部または全部を巻き付けることができ、この後に、補極コア材25の脚部35をロータティース22の支持溝39に嵌め込んで支持させることができる。
Further, with this structure, the
このとき、誘導コイル27は、ロータティース22に補極コア材25の脚部35を支持させる前に、あるいは、支持させた後に、本体部31に巻き付ければよい。また、界磁コイル28は、補極コア材25の脚部35よりも径方向内方の第1の界磁コイル281と、補極コア材25の脚部35よりも径方向外方の第2の界磁コイル282とに分割した状態でロータティース22に巻き付けられており、この第1、第2の界磁コイル281、282は直列接続されて界磁コイル28を構成している。
At this time, the
このように補極コア材25の脚部35によって支持させることで、ロータ21は、誘導コイル27を補極コア材25の本体部31に巻き付けてロータ21の外周面側に位置させることができる。また、補極コア材25の脚部35をロータティース22の支持溝39に嵌め込んで支持させるため、その補極コア材25の脚部35に妨げられることなく、界磁コイル28の第1、第2の界磁コイル281、282をロータティース22の全体に巻き付けることができる。本発明に係る実施形態によれば、このような構成により、ロータスロット23内の空間を有効利用して、効率よく誘導コイル27で誘導電流を発生させ、また、その誘導電流を界磁コイル28に供給して効果的に磁界を発生させることができる。
In this way, the
なお、界磁コイル28の第1、第2の界磁コイル281、282は、ロータティース22の全体(径方向内方と径方向外方の両側)に一工程で巻き付ける際には、補極コア材25の脚部35がロータスロット23内をスライドする空間を残した状態で巻き付ければよい。また、ロータティース22に補極コア材25を支持させる前後に第1、第2の界磁コイル281、282をそれぞれ巻き付ける際には、そのロータティース22の軸心側内方(径方向内方)に第1の界磁コイル281を巻き付けた後に、補極コア材25の本体部31に誘導コイル27を巻き付ける前に、あるいは、その本体部31に誘導コイル27が巻き付けられた状態で、そのロータティース22の外周側外方(径方向外方)に第2の界磁コイル282を巻き付ければよい。
When the first and second field coils 281 and 282 of the
そして、誘導コイル27は、電磁鋼(磁性体)からなる補極コア材25に巻き付けられることにより、透磁率を高めて磁束を高密度に鎖交可能にしている。また、誘導コイル27は、ステータティース12の内周面12aに極力小さなエアギャップGを介して対面する磁路上に位置されることで、より多くの高調波磁束を鎖交できるようになっている。この誘導コイル27は、ステータティース12の内周面12aからロータティース22の外周面22a側に鎖交する磁束の第3次の時間高調波成分を有効利用するように磁界解析を行って高調波磁路を確認することにより、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している。なお、誘導コイル27は、界磁コイル28との間に必要十分な空隙を確保するようにロータティース22の間に位置するように配置されている。
The
このように、集中巻構造を採用することにより、誘導コイル27や界磁コイル28では、複数スロットをまたいで巻き付ける必要がなく、小型化することができる。また、誘導コイル27では、1次側での銅損損失を低減しつつ、回転座標(dq軸)における第3次の時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、界磁エネルギーを得ることができる。
ここで、回転座標(dq軸)における第3次の時間高調波は、静止座標においては第2次の空間高調波である。
Thus, by adopting the concentrated winding structure, the
Here, the third-order temporal harmonic in the rotational coordinates (dq axis) is the second-order spatial harmonic in the stationary coordinates.
このように、誘導コイル27および界磁コイル28は、磁束経路が干渉し合わないように、ロータティース22と補極コア材25とに分離して巻き付けられているので、磁気的な干渉を抑制しつつ、効率よく誘導電流を発生させることができる。
Thus, since the
そして、回転電機100は、回転座標における3f次の時間高調波磁束(f=1、2、3・・・)を主に利用する構造として、「ロータ21側の突極部(ロータティース22)の数P:ステータ11側のステータスロット13の数S」が「2:3」になる構造に作製されている。例えば、3次の時間高調波磁束は、電機子コイル14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する。このため、ロータ21は、ロータティース22間の誘導コイル27に鎖交する磁束強度が変化することにより、効率的に誘導電流を発生させることができ、基本周波数の磁束に重畳する高調波成分を界磁エネルギー源として効率よく回収して回転することができる。
The rotating
また、このように、回転電機100は、ロータ21側とステータ11側の間での相対的な磁気的作用の品質を決定する構造として、「ロータティース突極数Pとステータスロット数Sの比としてP/S=2/3」を採用するのは、電磁振動を低減して電磁騒音の小さな回転を実現するためである。
Further, as described above, the rotating
詳細には、磁束密度分布の磁界解析をすると、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11に働く電磁力分布にも偏在が認められることになる。
Specifically, when magnetic field analysis of the magnetic flux density distribution is performed, 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. 11 is also unevenly distributed in the electromagnetic force distribution acting on the
これに対して、回転電機100では、「ロータティース突極数P/ステータスロット数S=2/3」とな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21をステータ11内で高品質に回転させることができる。
On the other hand, in the rotating
これにより、回転電機100では、高調波磁束成分を界磁エネルギー源として効率よく回収しながらも、電磁振動を抑制して静寂性高く回転させることができる。
As a result, the rotating
このように、回転電機100は、ロータ21側のq軸に配置する誘導コイル27に誘導電流を効率よく発生させて、d軸に配置する界磁コイル28に界磁電流として供給し、自己励磁電磁石として機能させることができるため、電機子コイル14への電力供給によって発生される主回転力を補助する補助回転力を得て高効率回転させることができる。すなわち、この回転電機100では、q軸の高調波磁束も界磁エネルギー源として利用できるようにしており、q軸に補極を配置しない構造よりも相互インダクタンス係数を高くして自励によるマグネットトルク密度を向上させることができる。
In this way, the rotating
そして、誘導コイル27は、ロータ21の径方向に対して同一の周回巻線となる集中巻に形成されて、ロータ21の周方向に配列されて並列接続されている。また、界磁コイル281、282が直列接続されて1段にされている界磁コイル28は、ロータ21の径方向に対して隣同士が逆向きの周回巻線となる集中巻に形成されて、直列接続されている界磁コイル281、282の両端部がさらにロータ21の周方向の外周側と軸心側とを直列接続されている。
And the
これら誘導コイル27と界磁コイル28は、隣接位置のロータティース22とロータスロット23との2組を1セットとして、ダイオード(整流素子)29A、29Bと共に閉回路30(図3を参照)を構成している。
The
閉回路30は、図3に示すように、直列接続されている2つの界磁コイル28A、28B(2組の界磁コイル281、282)の両端部が、並列接続されている2つの誘導コイル27A、27Bの両端部にそれぞれダイオード29A、29Bを介して接続されている。
As shown in FIG. 3, the
具体的に、閉回路30は、逆向きの周回方向に集中巻きされて直列接続されている2つの界磁コイル28A、28Bの一方側の第1接続端部28pと、同一の周回方向に集中巻きされて並列接続されている2つの誘導コイル27A、27Bの2つの第1接続端部27pとが1つの接続点で接続されている。また、直列接続されている2つの界磁コイル28A、28Bの反対側の第2接続端部28qはダイオード29A、29Bの双方のカソード側の接続ピン29cに接続され、また、並列接続されている2つの誘導コイル27A、27Bの2つの第2接続端部27qはダイオード29A、29Bのそれぞれのアノード側の接続ピン29cに接続されている。すなわち、ダイオード29A、29Bは、それぞれのカソード側の接続ピン29c同士を接続して外部に露出させるとともに、それぞれのアノード側の接続ピン29cをそのまま外部に露出させるカソードコモン型にパッケージ化されている。
Specifically, the
このダイオード29A、29Bは、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を合算する中性点クランプ型の全波整流回路を形成している。
The
これにより、回転電機100では、誘導コイル27A、27Bの巻かれた透磁率の高い電磁鋼の補極コア材25に、ステータティース12の内周面12aからロータティース22の外周面22a側に鎖交する磁束に重畳している高調波成分を通過させることにより、誘導電流を効率よく発生させることができる。誘導コイル27A、27Bの個々に発生する交流の誘導電流は、ダイオード29A、29Bで整流させた後に合流させて、直列接続させている界磁コイル28A、28Bに直流の界磁電流として流すことができる。このようにして、界磁コイル28A、28Bを効果的に自己励磁させて磁界を発生させることができる。
As a result, in the rotating
また、この回転電機100では、隣接する誘導コイル27A、27Bと界磁コイル28A、28Bの2組ずつとダイオード29A、29Bとの1セットで閉回路30を構成している。そして、この回転電機100は、閉回路30における誘導コイル27A、27Bは同一の周回方向に巻かれる集中巻きにされて並列されているとともに、界磁コイル28A、28Bはロータ21の全周方向に向かって巻かれる周回方向が交互になるように巻き付けられている。
Further, in this rotating
このため、回転電機100では、界磁電流の通電により界磁コイル28A、28Bで発生する電磁石の磁化方向は周方向において交互にされており、ステータ11のステータティース12に対してN極とS極とが交互に対面するようになっている。すなわち、回転電機100は、閉回路30毎の界磁コイル28A、28Bの一方がステータ11に対してN極を対面させる第1の電磁石として機能し、また界磁コイル28A、28Bのもう一方がステータ11に対してS極を対面させる第2の電磁石として機能し、それぞれ同数のN極またはS極を対面させる電磁石として機能するように界磁コイル28A、28Bが配置されている。
For this reason, in the rotating
この結果、回転電機100は、励起用と界磁用とで分離されているため、誘導コイル27A、27Bおよび界磁コイル28A、28Bで互いに干渉して磁界を弱め合ってしまうことを回避し、効率よく界磁エネルギーとして回収することができる。すなわち、ロータティース22が界磁コイル28A、28Bを巻き付ける突極部を構成して、補極コア材25が誘導コイル27A、27Bを巻き付ける補極部を構成している。
As a result, since the rotating
また、この回転電機100は、図3に示す閉回路30の6セットが、図6に示すようにロータ21の周方向に並列するように配置されており、「ロータティース突極数P/ステータスロット数S=2/3」となる構造を採用することにより、それぞれの閉回路30の誘導コイル27A、27Bに鎖交する高調波磁束の波形を共通にすることができる。このため、位相差なく誘導コイル27A、27Bで発生させる誘導電流は、ダイオード29A、29Bで整流した同程度の界磁電流として界磁コイル28A、28Bに供給することができ、ロータ21を効率よくかつ高品質に回転駆動させることができる。
Further, in this rotating
このような回路構成により、例えば、図4に示すように、ロータ21の全ての誘導コイル27A、27Bおよび界磁コイル28A、28Bを2つのダイオード29A、29Bで整流してそれぞれ電磁石として機能させる直列回路とする場合よりも、図3に示す閉回路30毎の6セットにセグメント化させているので、巻線抵抗が積算されて高抵抗値になってしまうことを回避することができる。
With such a circuit configuration, for example, as shown in FIG. 4, all the
このため、例えば、車両を低速走行させるためにロータ21を低速回転させるような場合では、誘導コイル27A、27Bに鎖交する磁束量の変化が小さくなって発生する誘導電流も小さくなる。しかしながら、回転電機100では、その誘導コイル27A、27Bや界磁コイル28A、28Bの巻線抵抗での浪費を少なくして(制限抵抗値を小さくして)界磁コイル28A、28Bを無駄な電力浪費なく励磁させることができる。これにより、効率よく磁界を発生させて、ステータ11の電機子コイル14により発生される回転力を有効に補助させることができる。
For this reason, for example, in the case where the
このとき、誘導コイル27A、27Bで発生させる誘導電圧や界磁コイル28A、28Bで発生する界磁電圧も分散させて低電圧に抑えることができ、巻線に通電することにより発生する銅損も低減することができる。そのため、誘導コイル27A、27Bの誘導電圧や界磁コイル28A、28Bの界磁電圧の積算値が上限を超えてしまわないように考慮する必要がなく、電圧値が高くなり過ぎるために所望のトルクを得ることができなくなってしまうことを回避することができる。
At this time, the induction voltage generated by the
ところで、誘導コイル27A、27Bや界磁コイル28A、28Bの低抵抗化や低電圧化は、図5に示すように、その誘導コイル27A、27Bと界磁コイル28A、28Bの個々をそれぞれ並列接続することでも達成することができる。しかしながら、両端部が並列に接続されている誘導コイル27A、27Bと界磁コイル28A、28Bのそれぞれでは、磁束の発生(変化)を打ち消す方向の磁束を発生させる誘起電圧が発生するので、誘導コイル27A、27Bや界磁コイル28A、28Bの並列回路内で循環する電流が発生してしまい磁束(磁力)の発生を妨げてしまう。このため、回転電機100の整流回路としては、ロータ21に閉回路30を6セット配置するのが好適である。
By the way, in order to reduce the resistance and voltage of the
このような回転電機100において、図3に示すようなセグメント化した閉回路30(以下では、単にセグメントタイプともいう)では、例えば、車両の走行開始時などのようにステータ11の電機子コイル14に電力供給してロータ21の回転を開始する際、一方のダイオード(例えば、ダイオード29A)による整流後の誘導電流波形に対して、ロータ21の回転開始当初から図7に示すような界磁エネルギーを有効に発生可能な大きさの電流値で徐々に増加する誘導電流の発生が認められる。これに対して、図4に示す誘導コイル27A、27Bを全直列させるシリーズ接続回路(以下では、単にシリーズ接続タイプともいう)では、ロータ21の回転開始当初から、図7に示すような界磁エネルギーを有効に発生可能な大きさの電流値の誘導電流の発生は認められない。
In such a rotating
このように、図3に示すセグメントタイプの場合には、ロータ21の回転開始当初から界磁エネルギーを有効に発生可能な大きさの電流値で交流の誘導電流を、ダイオード29A、29Bで整流して界磁コイル28A、28Bに直流の界磁電流として通電することができる。
As described above, in the case of the segment type shown in FIG. 3, the AC induced current is rectified by the
このことから、図8に示すように、図4に示すシリーズ接続タイプの場合、ロータ21の回転開始当初には誘導電流を整流した界磁電流の通電によるマグネットトルクを得ることができず、電機子コイル14への通電により得られる一定のトルクだけでロータ21を回転させることになる。これに対して、図3に示すセグメントタイプの場合には、電機子コイル14への通電により得られるトルクに、回転開始当初から界磁コイル28A、28Bで得られるマグネットトルクを加えてロータ21を回転させることができ、その回転トルクもマグネットトルクの増加につれて徐々に大きくなって高効率にロータ21を回転させることができる。
Therefore, as shown in FIG. 8, in the case of the series connection type shown in FIG. 4, at the beginning of the rotation of the
詳細には、ロータ21が低速回転で、電機子コイル14への通電電流が小さく低負荷のときには、十分な空間高調波成分が誘導コイル27A、27Bに鎖交することがなく、シリーズ接続タイプの場合には内部抵抗が大きく誘導電流の通電が妨げられる。これに対して、セグメント接続タイプの場合には内部抵抗が小さく誘導電流の通電が妨げられないので、マグネットトルクを効果的に発生させて利用することができる。
Specifically, when the
また、ロータ21が低速回転で、電機子コイル14への通電電流が大きく高負荷のときには、十分な空間高調波成分が誘導コイル27A、27Bに鎖交するが、シリーズ接続タイプの場合には内部抵抗が大きく電圧降下も大きいことから十分な誘導電流を通電させることができない。これに対して、セグメントタイプの場合には内部抵抗が小さく電圧降下も小さいことから誘導電流を十分通電させて、マグネットトルクを効果的に発生させて利用することができる。
In addition, when the
また、ロータ21が高速回転のときには、低負荷や高負荷のいずれのときでも、誘導コイル27A、27Bに鎖交する空間高調波成分による磁束変動(周波数)が大きく誘導コイル27A、27Bに高い誘導電圧が発生することにより、補極コア材25が磁気飽和してインダクタンスが下がることから、シリーズ接続タイプの場合でも誘導電流の通電が妨げられずにマグネットトルクを発生させて利用することができる。
Further, when the
そして、この回転電機100は、図9に示すように、ステータ11の電機子コイル14やロータ21の誘導コイル27と界磁コイル28を、巻線作業した後の圧力成型により形状を一定にするようになっており、シャフト(駆動軸)101の軸方向外側の形状を一定にしたロータ21の両側の外端面に、コイルエンドカバー110を取り付けて覆うようになっている。
Then, as shown in FIG. 9, the rotating
具体的には、電機子コイル14、誘導コイル27および界磁コイル28は、ステータティース12やロータティース22の先端側に形成されている鍔形状部12c、22cや補極コア材25の本体部31の外端部32を内部に差込可能な形状に周回されている巻線コイルに形成されており、その内部への差込後に、それぞれの側面12b、22b、31bから離隔する位置で沿うようにコイル状に周回されている巻線を、その側面12b、22b、31bに密接させるように成形するようになっている。
Specifically, the
ステータ11およびロータ21は、ロータ21の径方向外周で、シャフト101の軸方向における両外側にループ形状部14L、27L、28L(14Lの図示は省略)が固定部として形成されており、電機子コイル14、誘導コイル27および界磁コイル28は、そのループ形状部14L、27L、28Lに結束紐(線状部材)41を通して全周に亘って結束することにより連結固定するようになっている(図12を参照)。なお、結束紐41は、例えば、PPS(Polyphenylenesulfide)樹脂からなる合成繊維をチューブ状に編むことにより十分な強度のある線条部材に形成されており、ワニス等を含浸されることによって強度がより向上する。
The
また、誘導コイル27および界磁コイル28は、図10に示すように、ループ形状部27L、28Lに通される結束紐41が、シャフト101に固定するリング部材45にも通されて結束されることにより、ロータ21側に強固に設置されてシャフト101と一体回転されるようになっている。
Further, as shown in FIG. 10, the
リング部材45は、図11に示すように、ロータ21と同様に、シャフト101のキー溝106に、軸心穴の内周面45c側に形成されているキー突起46を嵌め込んで軸方向にスライドさせて位置決めすることにより、ロータ21の軸方向の両外側に位置してシャフト101と一体回転するように取り付けられている。
As shown in FIG. 11, the
このリング部材45は、後述する締結六角ボルト118を貫通させるボルト穴47と、結束紐41を通す結束穴(連結部)48とがシャフト101の軸方向の両面側に開口するように複数形成されており、結束穴48は、リング部材45の外周面側に繋がる切欠穴48aが形成されて結束紐41を通すことができるように開口している。
A plurality of the
そして、誘導コイル27および界磁コイル28(281、282)は、ロータ21の軸方向における両外側とリング部材45とを結束紐41で連結することにより、シャフト101に強固に結束して位置決め固定するようになっている。
The
具体的には、図12に示すように、まず、リング部材45を切欠穴48aが、シャフト101の軸方向における内側に位置するように取り付けた後に、そのリング部材45の結束穴48に通す結束紐41を、誘導コイル27のループ形状部27Lや界磁コイル28(281、282)のループ形状部28L(281L、282L)に巻き付けることにより結束してシャフト101(ロータ21)に強固に位置決め固定する。
Specifically, as shown in FIG. 12, first, the
この結束紐41による結束手順は、誘導コイル27のループ形状部27Lと、界磁コイル281のループ形状部281Lと、界磁コイル282のループ形状部282Lとのそれぞれ1つずつの1組を結束する場合を一例として説明すると、次のようになる。
The binding procedure by the binding
まず、結束紐41を、リング部材45の結束穴48を通し切欠穴48aから引き出して(ステップS1)、界磁コイル281、282のループ形状部281L、282Lの外側を引き通した後に(ステップS2)、ロータティース22の外周面22a側の開口282Loからループ形状部281L、282L内に差し込んで反対側(軸心側)の開口281Liから引き出して(ステップS3)、1周巻き付けた状態にする。
First, the binding
次いで、界磁コイル281、282のループ形状部281L、282Lの軸心側の開口281Liから引き出した結束紐41を、再度、同一のループ形状部281L、282Lの外側を引き通した後、ロータティース22の外周面22a側の開口282Loからループ形状部281L、282L内に差し込んで反対側(軸心側)の開口281Liから引き出して(ステップS4、S5)、合計2周分を巻き付けた状態にする。
Next, the binding
次いで、ループ形状部281L、282Lの軸心側の開口281Liから再度引き出した結束紐41は、リング部材45のボルト穴47を挟んで隣接する結束穴48の切欠穴48aに差し込んで、外側の円盤形状平面45aの結束穴48から引き出して(ステップS6)、リング部材45にも巻き付けた状態にする。
Next, the binding
この後に、リング部材45の結束穴48から引き出した結束紐41を、隣接するループ形状部28L間の外側と誘導コイル27のループ形状部27Lの外側を引き通した後に(ステップS7)、補極コア材25の外端面32a側の開口27Loからループ形状部27L内に差し込んで反対側(軸心側)の開口27Liから引き出して(ステップS8)、1周巻き付けた状態にする。
Thereafter, after the
次いで、誘導コイル27のループ形状部27Lの軸心側の開口27Liから引き出した結束紐41を、リング部材45の同一の結束穴48内に円盤形状平面45a側から引き入れて(ステップS9)切欠穴48aから引き出すことによりリング部材45に再度巻き付けた状態にする。そして、この上述の手順をステップS1から繰り返すことによりロータ21の全周に亘って巻き付ける。
Next, the binding
これにより、誘導コイル27と界磁コイル281、282は、ループ形状部27L、281L、282Lとリング部材45とを結束紐41で連結することにより、シャフト101に強固に結束されて一体回転するように固定される。特に、補極コア材25は、ロータティース22の支持溝39に脚部35の先端部36を嵌め込んで支持するのに加えて、結束紐41による誘導コイル27の結束によってもロータティース22(シャフト101)側に強固に固定することができる。
Thereby, the
コイルエンドカバー110A、110Bは、図6および図9に示すように、シャフト101の連結端部101a側と回転端部101b側に取り付けられようになっており、その一方の連結端部101a側のコイルエンドカバー110Aの軸方向外側の外面110sの複数箇所には、ホルダ111が形成されており、複数組のダイオード29A、29Bが閉回路30毎に設置されるようになっている。なお、コイルエンドカバー110Bは、ホルダ111を備えず、肉薄の概略同一形状に形成されて軽量化が図られているが、コイルエンドカバー110Aを流用しても良い。
As shown in FIGS. 6 and 9, the coil end covers 110A and 110B are attached to the connecting
このダイオード29A、29Bは、ケース(パッケージ)121内に収容されており、コイルエンドカバー110Aの外面110sに形成されている複数のホルダ111内にそのケース121を容易に嵌め込んで接続ピン29cを誘導コイル27や界磁コイル28の巻線コイルの端部を引き出した接続端部27p、27q、28pに接続することにより閉回路30を形成するようになっている。なお、本実施形態では、ダイオード29A、29Bの接続ピン29cを直接巻線コイルに接続する場合を一例として説明するが、これに限るものではない。例えば、接続ピン29cを差し込むだけで導通可能なように、巻線コイルの接続端部に接続用接点を設けてダイオード29A、29B(ケース121)の交換を容易にできるようにしても良い。
The
ホルダ111は、図13に示すように、コイルエンドカバー110Aの外面110sの周方向において閉回路30に対応して均等間隔になる位置に配置されており、接続ピン29cを含むケース121を嵌め込み可能で周方向に同一形状で連続する穴形状に形成されている。
As shown in FIG. 13, the
このホルダ111は、ケース121の貫通穴121bを貫通する締付ボルト119をネジ止めするネジ穴112が底面側に形成されており、コイルエンドカバー110Aは、ホルダ111内にセットしたケース121をその締付ボルト119で取り付けるようになっている。
The
コイルエンドカバー110A、110Bは、ロータ21やリング部材45と同様に、シャフト101のキー溝106に、軸心穴の内周面110cに形成されているキー突起116を嵌め込んで軸方向にスライドさせて位置決めすることにより、そのシャフト101に軸心を一致させて一体回転するように取り付けられている。
As with the
このコイルエンドカバー110A、110Bは、リング部材45のボルト穴47と同一位置にボルト穴117が形成されており、後述の締結六角ボルト118をそのボルト穴47、117に差し込んでロータ21の貫通孔21bを貫通させてネジ止めすることにより、リング部材45をスペーサとして間に挟んでそのロータ21に緩みなく締結して固定することができるようになっている。
The coil end covers 110 </ b> A and 110 </ b> B are formed with
また、コイルエンドカバー110A、110Bは、有底で短尺な円筒形状に形成されており、外面110s周りの外周壁114にはロータティース22の間のロータスロット23に対応する位置で突出する凸形状部114aが形成されている。
The coil end covers 110A and 110B are formed in a bottomed and short cylindrical shape, and the outer
これにより、コイルエンドカバー110Aは、ホルダ111(ケース121)が外面110sの周方向(回転軸を中心にする円周上)に均等配置されることで重心をシャフト101の軸心に一致させつつ一体回転するように固定することができ、ロータ21の回転品質を劣化させないようにしている。なお、本実施形態では、ロータ21の外端面側のコイルエンドカバー110Aにホルダ111を均等間隔に配置する場合を一例にして説明するが、これに限るものではない。例えば、ホルダ111は、ロータ21の外周面側に配列させてもよく、また、重心が軸心に一致するように、不均等な回転対称となる位置に配置してもよい。
As a result, the
また、コイルエンドカバー110A、110Bは、外周壁114の凸形状部114aがロータティース22のロータスロット23の間に嵌まり込むことにより補極コア材25の本体部31の外端部32の両端側を押さえる状態で取り付けることができ、補極コア材25が回転時の遠心力により移動しようとするのを押さえて回転品質が劣化することを抑制することができる。
The coil end covers 110 </ b> A and 110 </ b> B have both ends of the
また、このコイルエンドカバー110Aは、回路基板(結線用基板)122をロータ21の外端面との間に挟み込むようにして、後述する端板136Aをさらに外側に位置させつつ締結六角ボルト118によりシャフト101にネジ止めするようになっている。
Further, the coil end cover 110A has a shaft by a
回路基板122は、図15に示すように、コイルエンドカバー110Aの外面110sの背面側に嵌め込み可能な形状に形成されており、シャフト101のキー溝106に嵌め込むキー突起126が軸心穴の内周縁122cに形成されているとともに、図14に示すコイルエンドカバー110Aの外周壁114の内周面側に形成されているキー突起115に嵌め込むキー溝127が外周縁122bに形成されている。なお、この回路基板122にも、リング部材45のボルト穴47と同一位置にボルト穴128が形成されており、後述の締結六角ボルト118をそのボルト穴128に差し込んで締結することにより、コイルエンドカバー110Aとリング部材45の間に挟んでロータ21に緩みなく固定することができるようになっている。
As shown in FIG. 15, the
これにより、回路基板122は、図16に示すように、コイルエンドカバー110Aの外周壁114内のキー突起115を外周縁122bのキー溝127に嵌め込んで回転不能に外面110sの背面側に位置させることができ、コイルエンドカバー110Aと共にキー突起116、126をシャフト101のキー溝106に嵌め込んでシャフト101に一体回転するように取り付けることができる。
As a result, as shown in FIG. 16, the
この回路基板122は、誘導コイル27および界磁コイル28(281、282)を構成する巻線コイルの両端側の接続端部27p、27q、281p、281q、282p、282qを差し込む複数のスルーホール123a、123bと、誘導コイル27および界磁コイル28にダイオード29A、29Bを接続して閉回路30を形成する複数の導通パターン124a〜124dと、が形成されている。
The
スルーホール123aは、導通パターン124a〜124d内に開口しており、差し込まれる誘導コイル27Aや界磁コイル281、282の接続端部27p、27q、281p、281q、282p、282qを導通パターン124a〜124dに半田等により容易に導通接続可能にする。
The through
スルーホール123bは、導通パターン124a〜124dの形成領域外に開口しており、差し込まれる誘導コイル27や界磁コイル281、282の巻線コイルを導通パターン124a〜124dに導通接触させることなく、その接続端部27p、27q、282pをダイオード29A、29Bの接続ピン29cに接続可能に引き出すことができる。
The through
具体的に、回路基板122は、図17に示すように、界磁コイル28A(281)、28A(282)の接続端部281p、282qがスルーホール123aで導通パターン124aの接続面内に露出して導通接続される。同様に、導通パターン124bには界磁コイル28A(281)、28B(281)の接続端部281pが導通接続される。導通パターン124cには誘導コイル27Aの接続端部27qと界磁コイル28B(282)の接続端部282qが導通接続される。導通パターン124dには誘導コイル27Aの接続端部27pと界磁コイル28B(282)の接続端部282pと誘導コイル27Bの接続端部27pとが導通接続される。
Specifically, as shown in FIG. 17, in the
また、スルーホール123bには、界磁コイル28A(282)の接続端部28p、誘導コイル27Aの接続端部27q、誘導コイル27Bの接続端部27qを末端に備える巻線が差し込まれる。
In addition, a winding having terminal ends of the
このスルーホール123bに差し込んだ界磁コイル28A(282)と誘導コイル27A、27Bの巻線コイルは、図14に示すコイルエンドカバー110Aに形成されているスルーホール110dに差し込んで外面110s側に引き出すことによりダイオード29A、29Bの接続ピン29cに導通接続させる作業を行うようになっており、スルーホール110dは、コイルエンドカバー110Aのホルダ111に嵌め込むダイオード29A、29B(ケース121)の接続ピン29cに対応する位置に形成されている。
The
これにより、スルーホール123bに差し込んだ界磁コイル28A(282)と誘導コイル27A、27Bの接続端部28p、誘導コイル27A、27Bの接続端部27p、27qのそれぞれを直接半田等により容易に導通接続することができる。
As a result, the
そして、回転電機100は、回路基板122を取り付ける前のロータ21、言い換えると、誘導コイル27や界磁コイル28がリング部材45を用いて結束紐41により結束固定されているロータ21を、不図示の成型用金型の成形空間(キャビティ)内にセットして内部の隙間に、例えば、PPS樹脂を射出充填するようになっている。
The rotating
ここで、成型用金型は、シャフト101を縦向きにセットする場合、ロータ21のロータティース22の外周面22aに略隙間なく対面する内径の内周面を備えるとともに、誘導コイル27や界磁コイル28の軸方向の両端側のループ形状部27L、28Lに近接する底面および天井面を備えて成形空間を形成している。また、この成型用金型は、コイルエンドカバー110A、110Bの外周壁114と同一形状が成形空間の内周面に突出するように形成されている。さらに、成型用金型の成形空間の天井面側には、誘導コイル27や界磁コイル28の巻線コイルから引き出す接続端部27p、27q、28a、28bを保持させる貫通孔がそれぞれの巻線コイルに直近する位置で開口するように形成されている。
Here, when the
これに対して、回路基板122のスルーホール123aに差し込む巻線は、自身の剛性で自立して接続端部27p、27q、28pとするのに十分な長さに切断されている。また、回路基板122のスルーホール123bに差し込む巻線は、コイルエンドカバー110Aのホルダ111に嵌め込むダイオード29A、29Bの接続ピン29cに対応する位置に開口するスルーホール110dに差し込んで半田付け等して導通接続する作業を行うのに十分な長さに切断されている。
On the other hand, the winding inserted into the through
これにより、ロータ21は、成型用金型内にセットして天井面側の貫通孔から回路基板122のスルーホール123bに差し込む巻線を引き出した状態でその天井面側を被せることにより、直立(自立)する回路基板122のスルーホール123aに差し込む巻線端部の接続端部27p、27q、28a、28bを貫通穴内に差し込んで保持させることができる。
Thus, the
この後に成型用金型内にPPS樹脂を射出充填する際には、ロータ21の両端側に取り付けるコイルエンドカバー110A、110Bの外周壁114の取り付けを妨げる箇所に充填樹脂が入り込むのを制限しつつ、ロータ21の内部にPPS樹脂を侵入させて誘導コイル27や界磁コイル28の巻線間や周りの隙間に入り込ませて埋めることができる。このように、巻線が移動することを制限して特性の安定化と耐久性の向上を図ることができる。
Thereafter, when the PPS resin is injected and filled into the molding die, the filling resin is prevented from entering the locations that hinder the attachment of the outer
また、ロータ21のロータスロット23内に充填されるPPS樹脂は、ロータティース22の外周面22aに滑らかに連続して誘導コイル27や界磁コイル28と共に補極コア材25の全体を覆って固化するので、誘導コイル27や界磁コイル28が、回転時の遠心力により移動しようとするのを信頼性高く制限することができる。具体的には、誘導コイル27や界磁コイル28が、ロータティース22の鍔形状部22cに突き当たって制限されるのに加えて、より信頼性高く制限して支持することができる。
Also, the PPS resin filled in the
さらに、ロータ21の軸方向の両端部側に形成される誘導コイル27や界磁コイル28のループ形状部27L、28Lや結束紐41もPPS樹脂により覆われて支持されるので、何らかの負荷により変形して損傷してしまうことを回避することができる。
Further, the
そして、その成型用金型内から取り出したPPS樹脂を射出充填後のロータ21は、図18に示すように、ロータティース22や補極コア材25と共に誘導コイル27および界磁コイル28などを内部に位置決め固定(支持)しつつ、成形空間を転写する樹脂モールドMoとして取り出すことができる。このロータ21は、樹脂モールドMoの天井面Mou上に、誘導コイル27や界磁コイル28の巻線の接続端部27p、27q、28p、28qを自身の剛性で直立(自立)させて導体突起MoPとして設けることができる。
Then, the
このため、ロータ21は、回路基板122を位置決めしつつ被せる(樹脂モールドMo側に接近させる)だけで、導体突起MoPを回路基板122のスルーホール123aに差し込んで導通パターン124(124a〜124d)に半田付け等することができ、誘導コイル27や界磁コイル28の巻線の接続端部27p、27q、28p、28qを容易に結線接続させることができる。
For this reason, the
また、ロータ21は、樹脂モールドMoの天井面Mou上に、端部を接続端部27p、27q、28p、28qとする誘導コイル27や界磁コイル28の巻線を導体ラインMoLとして設けることができる。
In addition, the
このため、ロータ21は、回路基板122のスルーホール123bからコイルエンドカバー110Aのスルーホール110dに、樹脂モールドMoの天井面Mou上に延びる導体ラインMoLを適宜差し込んで引き出しつつ、これら回路基板122とコイルエンドカバー110Aとをロータ21に取り付けた後に、その導体ラインMoLの余分な部分を切断して半田付けすることにより、誘導コイル27や界磁コイル28の巻線の接続端部27p、27q、282pをホルダ111に嵌め込むダイオード29A、29Bの接続ピン29cに容易に結線接続することができる。
For this reason, the
このとき、成型用金型内からロータ21を取り出して回路基板122と共に取り付けるコイルエンドカバー110A、110Bは、そのロータ21の両端側のロータティース22の外周面22aや樹脂モールドMoの側面Mosに外周壁114が滑らかに連続する状態で位置させることができ、また、そのロータティース22の間に外周壁114の凸形状部114aを嵌め込んで補極コア材25の本体部31の外端部32の外端面32aを押さえる状態にすることができる。
At this time, the coil end covers 110A and 110B which are taken out from the molding die and attached together with the
また、このコイルエンドカバー110A、110Bは、図19に示すように、軸方向の両外側に位置する端板136A、136Bにより挟み込まれるようにして回路基板122と一緒にシャフト101に締結六角ボルト118によりネジ止めされるようになっている。
Further, as shown in FIG. 19, the coil end covers 110A and 110B are fastened to the
端板136A、136Bは、図20に示すように、コイルエンドカバー110A、110Bと略同径の円盤形状に非磁性金属板、例えば、真鍮板を成形することにより、稼動時における磁路の形成等に影響しないように作製されている。一方の端板136Aは、ケース121の一面側を放熱面(例えば、アルミニウムベース面)121aとして密接することによりダイオード29A、29Bの機能時の発熱を熱交換して外部に放出する放熱板として機能するようになっている。また、この端板136A、136Bは、回転電機100に設置する各種構成部品に応じたシャフト101(回転軸周り)の偏りを修正するようにも形成されており、バランス修正板として機能して全体の回転バランスを確保するようになっている。
As shown in FIG. 20, the
この端板136Aは、回路基板122のボルト穴128やコイルエンドカバー110A、110Bのボルト穴117と同一位置に、締結六角ボルト118を差し込むボルト穴137(図9を参照)が形成されている。また、端板136Bは、端板136Aのボルト穴137と同一位置に、締結六角ボルト118をネジ止めするネジ穴138(図9を参照)が形成されている。
The
このように、回転電機100は、コイルエンドカバー110A、110Bと回路基板122とが取り付けられて閉回路30が設置されるロータ21の両端側に、端板136A、136Bを締結六角ボルト118によって締め付けて組み立てることができ、そのロータ21をステータ11内にセットすることができる。
As described above, the rotating
ここで、回転電機100は、ローレット形状に形成されているシャフト101の一端側の連結端部101aを、例えば、車両側の動力伝達経路を構成する機構側に設けられている不図示の結合穴内に相対回転不能に差し込んで連結するようになっている。そして、回転電機100は、ステータ11の全体を覆う形状に形成されているハウジング(不図示)をその車両側にネジ止めするなどして取り付けて設置するようになっている。
Here, the rotating
この回転電機100の回転は、図9に示すように、ハウジング内に位置するようにシャフト101の連結端部101aの反対側の回転端部101bに取り付けられるレゾルバ(回転検出素子)131で検出するようになっている。このレゾルバ131は、ロータレゾルバ132をシャフト101の回転端部101bに押さえリング139で一体回転するように固定するとともに、レゾルバステータ133をハウジング側に回転不能に固定することによりシャフト101の回転を検出するようになっている。
As shown in FIG. 9, the rotation of the rotating
このため、回転電機100では、レゾルバ131が設置される回転端部101bの反対側の連結端部101a側に配置されるコイルエンドカバー110Aにダイオード29A、29B(ケース121)が設置されており、このダイオード29A、29Bの稼動時に発生するノイズがレゾルバ131に影響して検出精度を低下させてしまうことを回避することができる。
For this reason, in the rotating
以上で説明するように、本実施形態の回転電機100においては、ロータ21を成形用金型内にセットしてPPS樹脂を射出充填するので、ロータティース22間のロータスロット23内の隙間にPPS樹脂を入り込ませて固定することができる。このため、ロータスロット23内の誘導コイル27や界磁コイル28は、隙間にPPS樹脂が侵入して巻線に密着することにより変形不能や移動不能な状態で支持することができる。また、ロータスロット23内の補極コア材25は、脚部35の先端部36がロータティース22の支持溝39に嵌め込まれて支持されるのに加えて、遠心力によって移動することをロータティース22の鍔形状部22cにより制限されるよう支持される。
As described above, in the rotating
さらに、誘導コイル27や界磁コイル28は、シャフト101に固定するリング部材45の結束穴48と、ロータ21の軸方向の両端部側のループ形状部27L、28Lとに結束紐41を通して強固に結束するので、遠心力により移動しようとするのを制限することができる。特に、誘導コイル27は、脚部35により支持されていることから、補極コア材25と共に結束紐41により、より一層移動不能に支持させることができる。なお、リング部材45は、ロータ21の軸方向の端部側にPPS樹脂が充填されない場合、スペーサとして機能して誘導コイル27や界磁コイル28のループ形状部27L、28Lが変形するのを制限する空間を確保することができる。
Further, the
このように、本実施形態の回転電機100は、ロータ21のロータスロット23内の界磁コイル28および補極コア材25および誘導コイル27が、稼動時の振動等により損傷してしまうことを未然に防止することができ、高品質な回転電機100を提供することができる。
As described above, the rotating
さらに、本実施形態の回転電機100においては、補極コア材25の誘導コイル27とロータティース22の界磁コイル28の巻線の接続端部27p、27q、28p、28qを回路基板122の導通パターン124a〜124dのスルーホール123aに差し込むだけで容易に導通接続して結線することができ、さらに、ダイオード29A、29Bの接続ピン29cに接続することによって閉回路30を容易に複数形成することができる。
Furthermore, in the rotating
また、複数の閉回路30のそれぞれにおいて交流の誘導電流を発生させ整流することにより直流の界磁電流としているので、ダイオード29A、29Bで整流する電流値(負荷)を小さく抑えるとともに、誘起電圧や巻線抵抗が無用に高くなってしまうことを回避することができる。これにより、銅損を抑えて効率よく電磁力(マグネットトルク)を発生させることができる。
In addition, since an AC induced current is generated and rectified in each of the plurality of
このように、本実施形態の回転電機100は、ステータ11側からロータ21側に鎖交する漏れ磁束(高調波)を回収して界磁エネルギーを発生させることができ、高効率にトルクを発生させて回転駆動させることのできる回転電機100を提供することができる。
As described above, the rotating
さらに、ダイオード29A、29Bは、シャフト101における回転端部101b側のレゾルバ131から軸方向に離隔する連結端部101a側に取り付けるコイルエンドカバー110Aのホルダ111内にセットされるので、誘導電流の整流に伴い発生するノイズがレゾルバ131の回転検出に影響してしまうことを少なくすることができ、回転品質を低下させてしまうことを回避することができる。
Further, since the
ケース121内にパッケージ化したダイオード29A、29Bは、コイルエンドカバー110Aの外面110s側のホルダ111内にセットして半田付けするだけで接続ピン29cを閉回路30に接続することができるので、端板136Aを外すだけで交換等の作業を容易に完了することができる。
Since the
このコイルエンドカバー110Aは、外面110s側のホルダ111を、複数の閉回路30に対応するように軸心を中心とする円周上の周方向に均等配置するので、ダイオード29A、29B(ケース121)をセットした状態でも重心を軸心に一致させることができ、ダイオード29A、29Bのレイアウトによって回転品質が低下してしまうことを回避している。
In this
ここで、本実施形態の他の態様としては、図4に示す直列回路(シリーズ接続タイプ)を採用してダイオード29A、29Bの使用数を削減する場合、図21に示すように、コイルエンドカバー110Aと略同様な構造を備えるコイルエンドカバー210Aの外面210sに、1組のダイオード29A、29Bを収容する1つのケース121を1つのホルダ111にセットする構造を採用することになる。この他の態様では、その1つのホルダ111以外の箇所を肉薄に形成して軽量化を図ることができる。この場合には、例えば、シャフト101(軸心)側から径方向に延長されている複数のリブ211を形成することにより強度を確保すればよく、シャフト101を中心にしてホルダ211の反対側のリブ211の本数を多くすることにより重心が軸心からずれてしまうことを回避するのが好適である。
Here, as another aspect of the present embodiment, when the series circuit (series connection type) shown in FIG. 4 is employed to reduce the number of
さらに、他の態様としては、図示することは省略するが、本実施形態では、誘導コイル27をロータスロット23内に設置する補極コア材25に配置する場合を一例にして説明するが、これに限るものではない。例えば、ロータティース22のステータ11に近接する外周面22a側に誘導コイル27を配置するとともにシャフト101(軸心)側に界磁コイル28を配置する2段構造にしてもよい。この場合にも、本実施形態と同様に、閉回路30毎にセグメント化して、ダイオード29A、29Bで整流する電流値を小さく抑えるとともに、誘起電圧や巻線抵抗が無用に高くなってしまうことを回避することができ、銅損を抑えて効率よく電磁力を発生させることができる。
Furthermore, as another aspect, although illustration is omitted, in the present embodiment, the case where the
また、ステータ11やロータ21は、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い。
In addition, the
また、誘導電流の整流処理はダイオード29A、29Bに限るものではなく、他の半導体素子、例えば、スイッチング素子を実装してもよい。
また、マグネットトルクの獲得は界磁コイル28A、28Bに限るものではなく、永久磁石を併用してもよい。
Further, the rectification processing of the induced current is not limited to the
The acquisition of magnet torque is not limited to the field coils 28A and 28B, and a permanent magnet may be used in combination.
また、回転電機100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
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 ステータ
12 ステータティース
13 ステータスロット
14 電機子コイル
21 ロータ
22 ロータティース(突極部)
22c 鍔形状部
23 ロータスロット
25 補極コア材(補極部)
27、27A、27B 誘導コイル
27L、28L、281L、282L ループ形状部(固定部)
27p、27q、28p、28q、281p、281q、282p、282q 接続端部
28、28A、28B、281、282 界磁コイル
29A、29B ダイオード(整流素子)
29c 接続ピン
30 閉回路
31 本体部
32 外端部
32a 外端面
35 脚部(支持部)
36 先端部
39 支持溝
41 結束紐(線状部材)
45 リング部材(スペーサ)
47 ボルト穴
48 結束穴(連結部)
48a 切欠穴
100 回転電機
101 シャフト(回転軸)
110、110A、110B、210A コイルエンドカバー
110d、123a、123b スルーホール
111、211 ホルダ
121 ケース
122 回路基板(結線用基板)
124a〜124d 導通パターン
136A、136B 端板
211 リブ
211 ホルダ
G エアギャップ
Mo 樹脂モールド
11
22c Cone-shaped
27, 27A, 27B Inductive coils 27L, 28L, 281L, 282L Loop shape part (fixed part)
27p, 27q, 28p, 28q, 281p, 281q, 282p,
36
45 Ring member (spacer)
47
110, 110A, 110B, 210A Coil end covers 110d, 123a, 123b Through
124a to
Claims (6)
前記ロータは、前記磁束に重畳する空間高調波成分が鎖交されることにより誘導電流を発生する誘導コイルが巻かれた複数の補極部と、前記誘導電流が通電されることにより電磁石として機能する界磁コイルが巻かれた複数の突極部と、を備え、
前記補極部は、前記誘導コイルが巻かれる本体部と、前記本体部に連結されて、隣接する前記突極部の対面する両側面に支持される支持部と、を有しており、
前記誘導コイル、前記界磁コイルおよび前記補極部が位置する前記突極部のスロット内に樹脂材料が注入されている、回転電機。 A rotating electrical machine comprising: a stator having an armature coil that generates magnetic flux by energization; and a rotor that rotates by passage of the magnetic flux,
The rotor functions as an electromagnet when the induction current is energized, and a plurality of auxiliary pole portions wound with an induction coil that generates an induction current by interlinking the spatial harmonic components superimposed on the magnetic flux. A plurality of salient pole portions wound with field coils to be wound,
The auxiliary pole portion includes a main body portion around which the induction coil is wound, and support portions that are connected to the main body portion and are supported on opposite side surfaces of the adjacent salient pole portions,
A rotating electrical machine in which a resin material is injected into a slot of the salient pole portion where the induction coil, the field coil, and the auxiliary pole portion are located.
前記整流素子は、前記ロータの軸方向の端部側を覆うカバーの外面側に形成されているホルダ内に収容されて、当該整流素子の接続端子が前記誘導コイルおよび前記界磁コイルの巻線の端部に導通接続されて結線されている、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の回転電機。
A plurality of rectifying elements that rectify the induction current generated in the induction coil and energize the field coil as a field current;
The rectifying element is housed in a holder formed on an outer surface side of a cover that covers an end portion side of the rotor in the axial direction, and a connection terminal of the rectifying element is a winding of the induction coil and the field coil The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the rotating electrical machine is electrically connected to and connected to an end of the rotating electrical machine.
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