JP2019030058A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine.
ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両の駆動源に用いられる回転電機として巻線形誘導モータがある。 As a rotating electrical machine used as a drive source for a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, there is a winding type induction motor.
巻線形誘導モータは、ステータにステータコイルを備え、ロータにロータコイルおよびスリップリングを備えている。巻線形誘導モータは、通常は、ステータコイルに通電し、電磁誘導によりロータコイルに誘起電流および起磁力を発生させることで、ロータを回転させる。 The winding induction motor includes a stator coil in a stator and a rotor coil and a slip ring in a rotor. A wound-winding induction motor normally rotates a rotor by energizing a stator coil and generating an induced current and a magnetomotive force in the rotor coil by electromagnetic induction.
巻線形誘導モータにおいて、スリップリングを介してインバータ等からロータコイルに誘起電流ではなく励磁電流を供給して二次励磁を行うようにしたものがある。このようにスリップリングを介して二次励磁のために励磁電流を給電する巻線形誘導モータは、スリップリングとブラシの摺動面が摩耗するため、ブラシの交換等のメンテナンスを定期的に実施する必要があった。 In some winding induction motors, secondary excitation is performed by supplying an excitation current instead of an induction current from an inverter or the like to a rotor coil via a slip ring. As described above, the winding induction motor that supplies the excitation current for secondary excitation via the slip ring wears the sliding surface of the slip ring and the brush, and therefore periodically performs maintenance such as brush replacement. There was a need.
一方、定期的なメンテナンスを不要にできる技術として、特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1に記載のものは、ロータの軸方向においてトランス可動部とトランス固定部とをギャップを介して配置することで回転トランスを形成している。これにより、特許文献1に記載のものは、非接触でロータコイルを二次励磁することができる。
On the other hand, a technique described in
しかしながら、特許文献1に記載のものは、二次励磁用の電力を外部からロータに伝達する際に、トランス固定部とトランス可動部のうち、電力を送り出す側に通電する電流周波数を、回転磁界の周波数、すなわちステータコイルの通電する電力の周波数の10倍から1000倍もの著しく高い周波数に設定する必要がある。
However, according to the technique described in
そのため、特許文献1に記載のものは、二次励磁用の電力を供給するインバータの効率が低下し、インバータの制御が複雑化し、モータにおける銅損の増加を引き起こしてしまうという問題があった。
Therefore, the thing of
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、インバータにおけるスイッチング損失を低減でき、インバータの効率を向上させることができる回転電機を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and an object thereof is to provide a rotating electrical machine that can reduce switching loss in an inverter and improve the efficiency of the inverter.
本発明は、上記目的を達成するため、筒状のロータと、前記ロータの径方向内側または径方向外側で前記ロータに隙間を隔てて対向するステータと、前記ロータの軸方向の少なくとも一方で前記ロータに隙間を隔てて対向し、前記ロータに給電する給電部と、を備え、前記ステータは、ステータコイルを有し、前記給電部は、給電コイルと、前記給電コイルと接続される第1コンデンサと、を有し、前記給電コイルと前記第1コンデンサとで第1共振回路を形成し、前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のロータティースと、前記ロータコアまたは前記ロータティースに巻き回されるロータコイルと、前記ロータコイルに接続される第2コンデンサと、を有し、前記ロータコイルと前記第2コンデンサとで第2共振回路を形成することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a cylindrical rotor, a stator facing the rotor with a gap on the radially inner side or radially outer side of the rotor, and at least one of the axial directions of the rotor. A power feeding unit that faces the rotor with a gap and feeds power to the rotor, wherein the stator has a stator coil, and the power feeding unit is connected to the power feeding coil and the power feeding coil. And the power supply coil and the first capacitor form a first resonance circuit, and the rotor includes a rotor core, a plurality of rotor teeth arranged at equal intervals in a circumferential direction of the rotor core, and the rotor core or A rotor coil wound around the rotor teeth, and a second capacitor connected to the rotor coil, the rotor coil and the second capacitor And forming a second resonant circuit.
本発明によれば、インバータにおけるスイッチング損失を低減でき、インバータの効率を向上させることができる。 According to the present invention, switching loss in an inverter can be reduced, and the efficiency of the inverter can be improved.
本発明の一実施の形態に係る回転電機は、筒状のロータと、ロータの径方向内側または径方向外側でロータに隙間を隔てて対向するステータと、ロータの軸方向の少なくとも一方でロータに隙間を隔てて対向し、ロータに給電する給電部と、を備え、ステータは、ステータコイルを有し、給電部は、給電コイルと、給電コイルと接続される第1コンデンサと、を有し、給電コイルと第1コンデンサとで第1共振回路を形成し、ロータは、ロータコアと、ロータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のロータティースと、ロータコアまたはロータティースに巻き回されるロータコイルと、ロータコイルに接続される第2コンデンサと、を有し、ロータコイルと第2コンデンサとで第2共振回路を形成することを特徴とする。これにより、本発明の一実施の形態に係る回転電機は、インバータにおけるスイッチング損失を低減でき、インバータの効率を向上させることができる。 A rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention includes a cylindrical rotor, a stator that is opposed to the rotor with a gap on a radially inner side or a radially outer side of the rotor, and at least one of the rotor in the axial direction. A stator that includes a stator coil, the power supply unit includes a power supply coil, and a first capacitor that is connected to the power supply coil. The power supply coil and the first capacitor form a first resonance circuit. The rotor includes a rotor core, a plurality of rotor teeth arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotor core, and a rotor coil wound around the rotor core or the rotor teeth. And a second capacitor connected to the rotor coil, and the rotor coil and the second capacitor form a second resonance circuit. Thereby, the rotary electric machine which concerns on one embodiment of this invention can reduce the switching loss in an inverter, and can improve the efficiency of an inverter.
以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る回転電機について詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1において、本発明の一実施例に係る回転電機1は、すべり周波数の電力を非接触で給電することで二次励磁可能な誘導電動機であり、概略円筒形状に形成されたステータ10と、ステータ10とエアギャップを介して径方向の内側に対向配置されるロータ20と、ロータ20の軸方向の少なくとも一方でロータ20に隙間を隔てて対向し、ロータ20に給電する給電部30とを備えている。ロータ20は、回転軸5を回転中心として図示しないモータケースに相対回転可能に支持されている。
In FIG. 1, a rotating
なお、「径方向」とは、回転軸5が延伸する方向に直交する方向であり、回転軸5を中心として放射方向に示される。「径方向の外側」とは、径方向において回転軸5から遠い側のことであり、「径方向の内側」とは、径方向において回転軸5に近い側のことである。
The “radial direction” is a direction orthogonal to the direction in which the
また、「周方向」とは、回転軸5を中心とする円周方向を示す。また、「軸方向」とは、回転軸5が延伸する方向を示す。
The “circumferential direction” indicates a circumferential direction around the
図1において、ステータ10は、ステータコイル12を有している。ステータ10は、不図示の複数のステータティースとこのステータティースを保持するヨーク部を備え、ステータティースにステータコイル12を巻回している。ステータコイル12は、多相交流の各相に対応して設けられている。本実施例では三相交流を用いており、ステータコイル12は三相交流のW相、V相、U相に対応して設けられている。
In FIG. 1, the
ステータ10にはインバータ40が接続されており、このインバータ40からステータ10のステータコイル12に三相交流が供給される。また、後述する給電部30にはインバータ50が接続されており、このインバータ50から給電部30の給電コイル32に三相交流が供給される。
An
ステータコイル12は、通電により磁束(電機子磁束)を発生させる。ステータ10は、ステータコイル12に三相交流が供給されることで、周方向に回転する回転磁界を発生する。このステータ10は、発生した電機子磁束をロータ20に鎖交させることによりロータ20を回転駆動させる。
The
図1、図2、図3において、給電部30は、ロータ20の軸方向の両側でロータ20に隙間を隔てて対向している。給電部30は給電コイル32を有している。
1, 2, and 3, the
給電部30は、給電コイル32が巻き回され、少なくともその一部が磁性体からなる給電ティース33と、給電ティース33を支持し、非磁性体からなる給電ヨーク36と、を有する。なお、給電ティース33の全てを非磁性体から構成してもよい。
The
図1、図2、図3において、ロータ20は、ロータコア21と、ロータコア21の周方向に等間隔で並ぶ複数のロータティース23と、ロータコア21またはロータティース23に巻き回されるロータコイル22と、を有している。
1, 2, and 3, the
図3、図4、図5において、ロータコア21は、第1ロータコア21Aと、この第1ロータコア21Aとは別部材の第2ロータコア21Bとから構成されている。第2ロータコア21Bは第1ロータコア21Aの軸方向の端部に2つ配置されている。言い換えると、ロータコア21は、第1ロータコア21Aと、2つの第2ロータコア21Bとに、3分割されている。
3, 4, and 5, the
第1ロータコア21Aは積層電磁鋼板からなり、第2ロータコア21Bは圧粉磁心(SMC:Soft Magnetic Composites)からなる。第1ロータコア21Aと第2ロータコア21Bとは磁気的に分離されている。
The
第1ロータコア21Aと第2ロータコア21Bが磁気的に分離しているので、2次励磁したときに第2ロータコア21Bに鎖交する磁束が、第1ロータコア21Aに鎖交して、第1ロータコア21Aを構成する各電磁鋼板の面内に渦電流が発生することを抑制することができる。また、第1ロータコア21Aの各電磁鋼板に鎖交する磁束が、圧粉磁心で形成される第2ロータコア21Bを介して該電磁鋼板に隣接する他の電磁鋼板に鎖交することを抑制できる。
Since the
第1ロータコア21Aと第2ロータコア21Bとは、樹脂等からなる図示しない非磁性部材によって保持されることで一体化されている。そして、第1ロータコア21Aと第2ロータコア21Bとが一体化された状態で、第1ロータコア21Aと第2ロータコア21Bとを跨ぐようにロータコイル22がトロイダル巻により巻回されている。
The
このように、ロータコア21を第1ロータコア21Aと第2ロータコア21Bとからなる分割構造にし、第1ロータコア21Aと第2ロータコア21Bとを跨ぐようにロータコイル22をトロイダル巻により巻回したので、ロータコイル22を、第2ロータコア21Bの部位で受電用コイルとして機能させることができ、第1ロータコア21Aの部位で誘導コイルとして機能させることができる。すなわち、受電用コイルと誘導コイルとを1つのロータコイル22で兼用できる。
As described above, the
ロータティース23は、第1ロータコア21Aに設けられた第1ロータティース23Aと、第2ロータコア21Bに設けられた第2ロータティース23Bとから構成されている。第1ロータティース23Aはステータ10に対してギャップを隔てて周方向に対向している。第2ロータティース23Bは給電部30に対してギャップを隔てて軸方向に対向している。
The
ロータコア21には、ロータコイル22を収容する複数の溝状のスロット24が形成されている。スロット24は、ロータコア21の外周面おいて、軸方向に延伸する溝状に形成されている。
The
スロット24は、第1ロータコア21Aに設けられた第1スロット24Aと、第2ロータコア21Bに設けられた第2スロット24Bとから構成されている。第1スロット24Aと第2スロット24Bとは、ロータコア21において軸方向に整列している。
The slot 24 includes a
図6において、給電コイル32は、三相スター結線(三相Y結線ともいう)されている。給電コイル32には第1コンデンサ37が直列で接続されている。給電コイル32と、この給電コイル32に接続される第1コンデンサ37とで第1共振回路38が形成されている。したがって、第1共振回路38は、直列LC共振回路である。
In FIG. 6, the feeding
一方、ロータコイル22には第2コンデンサ27が直列で接続されている。ロータコイル22と、このロータコイル22に接続される第2コンデンサ27とで第2共振回路28が形成されている。
On the other hand, a
したがって、第2共振回路28は、直列LC共振回路である。各相の第2共振回路28は互いに電気的に分離している。すなわち、各相の第2共振回路28は、グランドが非共通であり、電気的にフローティングの状態に構成されている。
Therefore, the
本実施例では第1共振回路38の共振周波数と、第2共振回路28の共振周波数と、給電コイル32に通電する三相交流の所定の電流周波数とが略一致している。略一致とは、ステータ10とロータ20との間のすべり周波数の分だけ僅かに相違する程度に一致することを意味する。
In the present embodiment, the resonance frequency of the
ここで、本実施例では、給電コイル32に供給する三相交流は数十Hzの低周波である。そのため、第1共振回路38および第2共振回路28の共振周波数も、この三相交流と略一致する低周波となるように設定されている。
Here, in the present embodiment, the three-phase alternating current supplied to the feeding
このようにしたことで、給電コイル32に通電される三相交流を、第1共振回路38と第2共振回路28との共振結合により、ロータ20のロータコイル22に給電することができる。
By doing in this way, the three-phase alternating current supplied to the
図1、図2、図3に示すように、ロータ20は、ロータコア21にロータコイル22を円環状の立体形状であるトーラス形状となるようトロイダル巻した巻線形誘導ロータとなっている。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the
本実施例では、給電部30はロータ20に対して軸方向に対向するように配置されている。そして、給電部30からロータ20に対して、電磁共振結合によってすべり周波数の磁束変動による電力を給電することで、ブラシレスによるロータ20の二次励磁を実現している。ここで、ブラシレスとは、ブラシとスリップリングとの接触面で電力を給電する代わりに、電磁結合により非接触で電力を給電することである。
In the present embodiment, the
給電コイル32およびロータコイル22の各インダクタンスと、第1コンデンサ37および第2コンデンサ27のキャパシタンスは、給電部30側の共振周波数とロータ20側の共振周波数に基づき、ロータ20の常用領域のすべり周波数(数十Hzから数百Hz)で共振するように、決定している。
The inductances of the
このように各インダクタンスと各キャパシタンスを決定することで、第1共振回路38および第2共振回路28の共振周波数が決定する。
By determining each inductance and each capacitance in this way, the resonance frequencies of the
第1共振回路38および第2共振回路28は、ともに直列LC回路であるため、電磁共振時にインピーダンスが最小になり電流を最大にすることができる。
Since both the
二次励磁用の給電部30は、非磁性体であるPPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂からなる給電コア31を備えている。給電コア31は、給電ティース33と給電ヨーク36とを有している。多相(三相)の給電コイル32は給電ティース33に巻回されている。
The secondary excitation
給電コイル32の巻き方としては集中巻または分布巻を採用することができる。給電コイル32の巻き方は、給電コイル32における銅損を低減するためには、集中巻にすることが望ましい。
Concentrated winding or distributed winding can be adopted as a method of winding the feeding
給電コイル32の種類としては、平角線、丸線またはリッツ線を採用することができる。給電コイル32は、漏れ磁束の鎖交により給電コイル32に銅損が発生することを抑制するために、リッツ線にすることが望ましい。一方、ロータコイル22は、分布巻にすることが望ましい。
As the type of the feeding
このような構成とすることで、ブラシレスでロータ20を二次励磁することが可能になり、ブラシレス化による高堅牢性とシステムの小型化を実現できる。
With such a configuration, it is possible to perform secondary excitation of the
ここで、低周波で電磁共振させるためには、Q値(Quality Factor)ではなく、結合係数kを高めた設計の方が望ましい。 Here, in order to cause electromagnetic resonance at a low frequency, it is desirable to design with a higher coupling coefficient k instead of a Q factor (Quality Factor).
結合係数kを高めるためには、空芯コイルを用いて高周波で駆動させるよりも、鉄心(磁性コア)を用いて給電コイル32とロータコイル22の間の磁気結合係数を大きくすることが望ましい。
In order to increase the coupling coefficient k, it is desirable to increase the magnetic coupling coefficient between the feeding
そのため、給電ティース33の内部には磁性体からなる補極35が埋設されている。補極35は、周方向に隣り合うように複数設けられている。補極35を設けたことで、給電コイル32およびロータコイル22のインダクタンスを向上させて低周波で電磁共振しやすくすることができ、電磁共振により二次励磁するときの電力伝送効率を向上させることができる。
Therefore, an
なお、補極35には、閉磁路を形成するための磁性体のバックヨークを設ける必要はない。磁性体のバックヨークを補極35に設けない場合であっても、周方向に隣り合う補極35の間の樹脂からなる低透磁率の部位を、共振時に高磁束密度で磁気結合させることが可能である。
The
なお、給電ティース33に補極35を設けず、給電部30を空芯コイル構造としてもよい。
In addition, it is good also considering the electric
給電部30を空芯コイル構造とし、非磁性体のみからなる給電ティース33に給電コイル32を巻いた状態であっても、高い磁束密度で給電部30とロータ20とを磁気結合させることができる。
Even when the
高い磁束密度で磁気結合させることができるため、すべり周波数で変動する磁束をロータ20に鎖交させることができる。この結果、トロイダル巻されたロータコイル22にその磁束変動が鎖交してすべり周波数の誘導電流が生じ、二次励磁が可能となる。
Since magnetic coupling can be performed with a high magnetic flux density, magnetic flux that fluctuates at the slip frequency can be linked to the
ここで、二次励磁用の給電部30を空芯コイル構造にする理由は、二次励磁しないときにその給電部30に漏れ磁束が鎖交してロータ20のトルクが低下してしまうことを防止するためである。すなわち、給電部30を空芯コイル構造とすることで、電磁共振結合で二次励磁しているときだけ磁束がアキシャル方向で通過できる。
Here, the reason why the
ロータ20は、磁性体であるロータコア21に、多相(三相)のロータコイル22を巻いたものから構成されている。第2ロータコア21Bは、給電部30とギャップを介して軸方向に対向するロータティース23Bを有している。第2ロータティース23Bは、給電部30との間で周方向と軸方向の三次元磁路を形成するために、軟磁性複合材料である圧粉磁心(SMC:Soft Magnetic Composites)から構成されている。
The
図7は、ブラシレスで二次励磁しているときの電磁界解析により求めた磁束ベクトル図を示している。図7に示すように、非磁性体に給電コイル32を巻いた二次励磁用の給電部30から電磁共振によってすべり周波数の磁束変動がロータ20のアキシャルギャップの面の給電ティース33に鎖交している。
FIG. 7 shows a magnetic flux vector diagram obtained by electromagnetic field analysis when brushless secondary excitation is performed. As shown in FIG. 7, the magnetic flux fluctuation of the slip frequency is linked to the
また、給電ティース33に巻かれた給電コイル32にその磁束変動が鎖交することで、ファラデーの法則に従ってすべり周波数の誘導起電力が発生している。そのため、すべり周波数の誘導起電力をロータコイル22上で得ることができ、ブラシレスで二次励磁が可能になる。
Further, the magnetic flux fluctuations are linked to the
また、第1コンデンサ37および第2コンデンサ27は、それぞれ容量が可変に構成されていることが好ましい。
Further, it is preferable that the
第1コンデンサ37および第2コンデンサ27において、対向する電極の面積を変化させることで容量を変更することができる。または、第1コンデンサ37および第2コンデンサ27において、対向する電極の距離を変化させることで容量を変更することができる。
In the 1st capacitor |
または、第1コンデンサ37および第2コンデンサ27において、誘電体の誘電率(または比誘電率)を変化させることで容量を変更することができる。
Alternatively, in the
上記のうち、対向する電極の面積を変化させることで容量を変更する方法は、例えば、図8に示すように、複数のn個のコンデンサC1、C2、・・・Cnと、このコンデンサC1、C2、・・・Cnとを備え、スイッチS1、S2、・・・Snの開閉の組み合わせによってコンデンサC1、C2、・・・Cnを選択的に並列接続する構造により実現することができる。 Among the above methods, the method of changing the capacitance by changing the area of the opposing electrodes is, for example, as shown in FIG. 8, a plurality of n capacitors C1, C2,... Cn and the capacitors C1, .., Cn, and capacitors C1, C2,... Cn can be selectively connected in parallel by a combination of opening and closing of the switches S1, S2,.
また、第1コンデンサ37および第2コンデンサ27の容量を変更すると第1共振回路38および第2共振回路28の共振周波数も変化する。このため、インバータ50は、変化後の共振周波数と略一致するように、給電コイル32に通電する電流周波数を変更する。
Further, when the capacitances of the
インバータ40、50およびスイッチS1、S2、・・・Snは、略一致する共通の共振周波数においてロータ20を二次励磁するように、同期制御されるようになっている。
The
また、回転電機1は、固定子としてのステータ10と、このステータ10に対して相対的に移動可能な可動子としてのロータ20と、を備えるものであればよく、リニアモータ形の回転電機としてもよい。
Moreover, the rotary
以上のように、本実施例では、筒状のロータ20と、ロータ20の径方向内側または径方向外側でロータ20に隙間を隔てて対向するステータ10と、ロータ20の軸方向の少なくとも一方でロータ20に隙間を隔てて対向し、ロータ20に給電する給電部30と、を備えている。また、ステータ10は、ステータコイル12を有している。
As described above, in this embodiment, the
また、給電部30は、給電コイル32と、給電コイル32と接続される第1コンデンサ37と、を有している。給電コイル32と第1コンデンサ37とで第1共振回路38を形成している。
The
ロータ20は、ロータコア21と、ロータコア21の周方向に等間隔で並ぶ複数のロータティース23と、ロータコア21またはロータティース23に巻き回されるロータコイル22と、ロータコイル22に接続される第2コンデンサ27と、を有している。ロータコイル22と第2コンデンサ27とで第2共振回路28を形成している。
The
これにより、電磁共振/磁界共鳴作用を利用したので、変換トランス方式で二次励磁を行う場合と比較し、同一の電力を伝達する場合、二次励磁するために給電コイル32に通電する電流周波数を低下させることができる。このため、インバータにおけるスイッチング損失を低減でき、インバータの効率を向上させることができる。
As a result, since the electromagnetic resonance / magnetic field resonance action is used, compared to the case where the secondary excitation is performed by the conversion transformer method, when the same power is transmitted, the current frequency of energizing the feeding
また、本実施例では、給電コイル32のインダクタンスと第1コンデンサ37のキャパシタンスとの積と、ロータコイル22のインダクタンスと第2コンデンサ27のキャパシタンスとの積と、が略一致している。
In the present embodiment, the product of the inductance of the
また、本実施例では、第1共振回路38の共振周波数と、第2共振回路28の共振周波数と、給電コイル32に通電する所定の電流周波数とが略一致する。
In the present embodiment, the resonance frequency of the
ここで、特許文献1では、ステータコイルに通電する電流周波数よりも2次励磁用の電力の電流周波数が著しく大きい。このため、ステータコイルに通電することでロータコイルに流れる電流周波数(すべり周波数)と、2次励磁したときにロータコイルに流れる電流周波数とが異なってしまう。
Here, in
このため、回転体であるロータ内に、ロータコイルとは別に該2次励磁による電力を受けるための受電用コイルと、受電用コイルに流れる電流周波数をすべり周波数に変換するための周波数変換装置(整流回路および高周波電力変換部)を設ける必要があった。さらに、この装置に制御信号を送信する必要があった。 For this reason, in the rotor which is a rotating body, in addition to the rotor coil, a power receiving coil for receiving the electric power by the secondary excitation, and a frequency converter for converting the current frequency flowing in the power receiving coil into a slip frequency ( It is necessary to provide a rectifier circuit and a high-frequency power converter. Furthermore, it was necessary to transmit a control signal to this apparatus.
これに対し、本実施例では、二次励磁周波数(給電コイルに通電する電流周波数)とステータコイル12に流す電流周波数とが略一致する。このため、ステータコイル12に通電したときに誘導コイルとしてのロータコイル22に流れる電流周波数と、二次励磁したときに受電コイルとしてのロータコイル22に流れる電流周波数とが略一致するため、ロータ21内への周波数変換装置の設置およびこの装置への制御信号の送信が不要になり、装置および制御構成がシンプルになる。
On the other hand, in the present embodiment, the secondary excitation frequency (current frequency for energizing the power feeding coil) and the current frequency flowing in the
さらに、本実施例では、上述のように二次励磁したときにロータコイル22に流れる電流周波数が略一致するため、ロータコア21にロータコイル22をトーラス状のトロイダル巻にすることで、ステータコイル12に誘導コイルと受電用コイルとを兼用させることができ、ロータ構成もシンプルになる。
Furthermore, in this embodiment, since the current frequencies flowing in the
またロータ20の回転による遠心力や振動による負荷が作用して、周波数変換装置が故障することを避けるためにモータ出力に制限を受けることを防止できる。また、ロータコイル22を給電コイル32に直接二次励磁できる。
In addition, it is possible to prevent the motor output from being restricted in order to avoid a failure of the frequency converter due to a centrifugal force or vibration caused by the rotation of the
また、本実施例では、給電部30は、給電コイル32が巻き回され、少なくともその一部が磁性体からなる給電ティース33と、給電ティース33を支持し、非磁性体からなる給電ヨーク36と、を有する。
Further, in the present embodiment, the
これにより、給電ティース33の少なくとも一部を磁性体で形成したので、給電コイル32とロータコイル22の磁気結合度が高まり、二次励磁により伝送できる電流を増やすことができる。
また、二次励磁を行わないときに、ロータ20に鎖交する漏れ磁束が給電ティース33の磁性体部分に鎖交する。本実施例では、給電ヨーク36が非磁性体で形成されており、給電ティース33に鎖交する漏れ磁束が他の給電ティース33に短絡できないため、ロータ20トルクの低下を抑制することができる。
また、給電ティース33とステータ10との間の磁気抵抗を高めることができるので、これらの間の磁気的干渉を抑制できる。また、給電ヨーク36を軽量化することができる。
Thereby, since at least a part of the
Further, when the secondary excitation is not performed, the leakage magnetic flux interlinking with the
Moreover, since the magnetic resistance between the electric
また、本実施例では、給電部30は、給電コイル32が巻き回され、非磁性体からなる給電ティース33と、給電ティース33を支持し、非磁性体からなる給電ヨーク36と、を有する。
In the present embodiment, the
このように給電ティース33および給電ヨーク36を非磁性体にすることで、二次励磁を行わないときにロータ20から給電部30側に鎖交する漏れ磁束が大幅に減少する。
By making the
このため、ロータ20のトルクが低下することを抑制できる。また、給電部30を軽量化することができる。
For this reason, it can suppress that the torque of the
また、本実施例では、筒状のロータ20と、ロータ20の軸方向の少なくとも一方でロータ20に隙間を隔てて対向するステータ10と、ロータ20の径方向内側または径方向外側でロータ20に隙間を隔てて対向し、ロータ20に給電する給電部30と、を備えている。ステータ10は、ステータ10コイルを有している。
Further, in this embodiment, the
また、給電部30は、給電コイル32と、給電コイル32と接続される第2コンデンサ27と、を有している。給電コイル32と第2コンデンサ27とで第2共振回路28を形成している。
The
また、ロータ20は、ロータ20コアと、ロータ20コアの周方向に等間隔で並ぶ複数のロータ20ティースと、ロータ20コアまたはロータ20ティースに巻き回されるロータコイル22と、ロータコイル22に接続される第1コンデンサ37と、を有している。ロータコイル22と第1コンデンサ37とで第1共振回路38を形成している。
The
これにより、電磁共振/磁界共鳴作用を利用したので、変換トランス方式で二次励磁を行う場合と比較し、同一の電力を伝達する場合、二次励磁するために給電コイル32に通電する電流周波数を低下させることができる。このため、インバータにおいてスイッチング損失を低減でき、インバータの効率を向上させることができる。
As a result, since the electromagnetic resonance / magnetic field resonance action is used, compared to the case where the secondary excitation is performed by the conversion transformer method, when the same power is transmitted, the current frequency of energizing the feeding
なお、ステータ10のステータコイル12に流す電流は、三相に限らず、それ以上の多相でもよい。例えば、四相、五相または二相でも成立する。また、ロータコイル22は、本実施例のように三相スター結線とすることが望ましいが、かご形ロータ構造にしてもよい。
Note that the current flowing through the
また、本実施例のようにインナロータ形の回転電機1に限らず、アウタロータ形の回転電機であっても本発明は成立する。
Further, the present invention is not limited to the inner rotor-type rotating
また、二次励磁する面がアキシャルギャップ面である構成に限らず、例えばインナ側に二次励磁用の給電部30を配置してラジアルギャップ面で二次励磁する構成であっても本発明は成立する。
Further, the present invention is not limited to the configuration in which the secondary excitation surface is an axial gap surface. For example, the present invention can be applied to a configuration in which the secondary excitation
また、アキシャルギャップ面の両面から二次励磁することに限定されず、片側のアキシャルギャップ面で二次励磁する構成であっても本発明は成立する。 Further, the present invention is not limited to the secondary excitation from both sides of the axial gap surface, and the present invention can be realized even if the secondary excitation is performed by the axial gap surface on one side.
また、回転電機1の変形例として、図9に示すダブルロータ形の回転電機100とした場合にも本発明は成立する。図9において、回転電機100は、前述のステータ10に相当するステータ110と、前述のロータ20に相当するインナロータ120と、前述の給電部30に相当する給電部130と、を備えている。
Further, as a modification of the rotating
また、回転電機100は、ステータ110とインナロータ120との間にアウタロータ160を備えている。
The rotating
ステータ110は、前述のステータコイル12に相当するステータコイル112を備えている。インナロータ120は、前述のロータコア21、ロータコイル22にそれぞれ相当するロータコア121、ロータコイル122を備えている。
The
アウタロータ160は、磁性体からなるステータコア161と、ステータコア161の外周側に埋設された永久磁石162と、ステータコア161の内周側に埋設された永久磁石163と、を備えている。
The
ここで、アウタロータ160が回転すると、その内周側の永久磁石163により、インナロータ120に対する回転磁界が発生する。この意味において、アウタロータ160は前述のステータ10と同様に機能する。したがって、アウタロータ160は本発明におけるステータに相当する。
Here, when the
ステータ110には前述のインバータ40に相当するインバータ140が接続されている。給電部130には前述のインバータ40に相当するインバータ150が接続されている。
An
回転電機100において、ステータ110が回転磁界を発生すると、この回転磁界がアウタロータ160の永久磁石162に鎖交することでアウタロータ160が同期回転する。
In the rotating
アウタロータ160が回転すると、アウタロータ160の永久磁石163による回転磁界がインナロータ120に作用し、インナロータ120のロータコイル122に起磁力を発生させる。
When the
これにより、インナロータ120は誘導モータにおける誘導ロータとして機能し、アウタロータ160に対してすべりを伴って回転する。なお、図9においてインナロータ120にはエンジン102が連結されており、アウタロータ160にはトランスミッション103が連結されている。
Thereby, the
本実施例では、給電部30からロータコイル22に受電したが、ロータコイル22に流れる電流量を制御するために、ロータコイル22から給電部30に給電することもできる。この場合、ロータコイル22が送電部としても機能し、給電部30が受電部として機能する。
In this embodiment, power is received from the
本実施例においては、ロータ20を2次励磁するための給電部30として用いたが、ロータ20を励磁するための第2のステータとしても用いることができる。この場合、ステータ10を第1のステータ、ステータ10のステータティースを第1ステータティース、ステータ10のステータティースを保持するヨーク部を第1ヨーク部、ステータコイル12を第1のステータコイルとしたとき、給電部30は、第2ステータ30、給電コイル32を第2ステータコイル32、給電ティース33を第2ステータティース33、給電ヨーク36を第2ヨーク部として構成することができる。この場合、必ずしも第1および第2コンデンサおよび第1および第2共振回路を形成する必要はない。第1ロータコア21Aと第2ロータコア21Bは、一体構造の圧粉磁心あるいは積層鋼板として用いることもできる。また、モータ構造も誘導機に限定されず、例えば永久磁石を用いた交流モータとして用いてもよく、この場合、第1のステータまたは第2のステータにステータコイル12があれば、ロータ20にロータコイル22は不要である。
In this embodiment, the
本発明の実施例を開示したが、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.
1 回転電機
10 ステータ
12 ステータコイル
20 ロータ
21 ロータコア
22 ロータコイル
23 ロータティース
27 第2コンデンサ
28 第2共振回路
30 給電部
32 給電コイル
33 給電ティース
36 給電ヨーク
37 第1コンデンサ
38 第1共振回路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ロータの径方向内側または径方向外側で前記ロータに隙間を隔てて対向するステータと、
前記ロータの軸方向の少なくとも一方で前記ロータに隙間を隔てて対向し、前記ロータに給電する給電部と、を備え、
前記ステータは、
ステータコイルを有し、
前記給電部は、
給電コイルと、
前記給電コイルと接続される第1コンデンサと、を有し、
前記給電コイルと前記第1コンデンサとで第1共振回路を形成し、
前記ロータは、
ロータコアと、
前記ロータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のロータティースと、
前記ロータコアまたは前記ロータティースに巻き回されるロータコイルと、
前記ロータコイルに接続される第2コンデンサと、を有し、
前記ロータコイルと前記第2コンデンサとで第2共振回路を形成することを特徴とする回転電機。 A cylindrical rotor;
A stator facing the rotor with a gap at a radially inner side or a radially outer side of the rotor;
A power feeding part that feeds power to the rotor, facing the rotor with a gap at least in one of the axial directions of the rotor,
The stator is
Having a stator coil,
The power feeding unit is
A feeding coil;
A first capacitor connected to the power supply coil,
The feeding coil and the first capacitor form a first resonance circuit,
The rotor is
Rotor core,
A plurality of rotor teeth arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotor core;
A rotor coil wound around the rotor core or the rotor teeth;
A second capacitor connected to the rotor coil,
A rotating electrical machine, wherein the rotor coil and the second capacitor form a second resonance circuit.
前記ロータコイルのインダクタンスと前記第2コンデンサのキャパシタンスとの積と、が略一致していることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 The product of the inductance of the feed coil and the capacitance of the first capacitor;
2. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein a product of an inductance of the rotor coil and a capacitance of the second capacitor substantially matches.
前記給電コイルが巻き回され、少なくともその一部が磁性体からなる給電ティースと、
前記給電ティースを支持し、非磁性体からなる給電ヨークと、を有することを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の回転電機。 The power feeding unit is
The power supply coil is wound, and at least a part of the power supply tooth made of a magnetic material,
The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3, further comprising: a power supply yoke that supports the power supply teeth and is made of a nonmagnetic material.
前記給電コイルが巻き回され、非磁性体からなる給電ティースと、
前記給電ティースを支持し、非磁性体からなる給電ヨークと、を有することを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の回転電機。 The power feeding unit is
The feeding coil is wound, and a feeding tooth made of a non-magnetic material,
The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3, further comprising: a power supply yoke that supports the power supply teeth and is made of a nonmagnetic material.
前記ロータの軸方向の少なくとも一方で前記ロータに隙間を隔てて対向するステータと、
前記ロータの径方向内側または径方向外側で前記ロータに隙間を隔てて対向し、前記ロータに給電する給電部と、を備え、
前記ステータは、
ステータコイルを有し、
前記給電部は、
給電コイルと、
前記給電コイルと接続される第1コンデンサと、を有し、
前記給電コイルと前記第1コンデンサとで第1共振回路を形成し、
前記ロータは、
ロータコアと、
前記ロータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のロータティースと、
前記ロータコアまたは前記ロータティースに巻き回されるロータコイルと、
前記ロータコイルに接続される第2コンデンサと、を有し、
前記ロータコイルと前記第2コンデンサとで第2共振回路を形成することを特徴とする回転電機。 A cylindrical rotor;
A stator facing the rotor with a gap at least in one of the axial directions of the rotor;
A power feeding section that feeds power to the rotor, facing the rotor with a gap on the radially inner side or radially outer side of the rotor,
The stator is
Having a stator coil,
The power feeding unit is
A feeding coil;
A first capacitor connected to the power supply coil,
The feeding coil and the first capacitor form a first resonance circuit,
The rotor is
Rotor core,
A plurality of rotor teeth arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotor core;
A rotor coil wound around the rotor core or the rotor teeth;
A second capacitor connected to the rotor coil,
A rotating electrical machine, wherein the rotor coil and the second capacitor form a second resonance circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017144550A JP2019030058A (en) | 2017-07-26 | 2017-07-26 | Rotary electric machine |
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JP (1) | JP2019030058A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023205513A1 (en) * | 2022-04-22 | 2023-10-26 | Borgwarner Inc. | Only-stationary-side compensation network |
JP7444800B2 (en) | 2021-01-27 | 2024-03-06 | 株式会社日立パワーソリューションズ | transformers and power converters |
-
2017
- 2017-07-26 JP JP2017144550A patent/JP2019030058A/en active Pending
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JP7444800B2 (en) | 2021-01-27 | 2024-03-06 | 株式会社日立パワーソリューションズ | transformers and power converters |
WO2023205513A1 (en) * | 2022-04-22 | 2023-10-26 | Borgwarner Inc. | Only-stationary-side compensation network |
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