JP2021118611A - 磁気ギアード回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
磁気ギア―ド回転電機を、例えばモータとして用いる場合には、ステータに設けたコイルの起磁力により高速ロータを回転させることで、高調波磁束により出力軸である低速ロータが所定の減速比で回転する。
(磁気ギアード回転電機の構成)
以下、本開示の第一実施形態に係る磁気ギアード回転電機について、図1から図4を参照して説明する。図1から図3に示すように、磁気ギアード回転電機100は、ステータ1と、第一ロータ2と、第二ロータ3と、ケーシング4と、軸受Bと、を備えている。磁気ギアード回転電機100は、軸線Acに沿って延びる回転軸6に取り付けられている。外部から電力供給した場合、第一ロータ2、及び第二ロータ3が軸線Ac回りに回転することで電動機として機能する。一方で、回転軸6に外部から回転力(トルク)を与えた場合、第一ロータ2、及び第二ロータ3の回転に伴う誘導起電力によって発電機として機能する。
図1に示すように、ケーシング4は、軸線Acを中心とする円環状をなしている。ケーシング4の内部には空間が形成されている。ステータ1は、このケーシング4の内面のうち、軸線Acに対する径方向内側を向く面(ケーシング内周面5A)に設けられている。
図1に示すように、第一ロータ2は、ステータ1の内側に設けられている。第一ロータ2は、円板部5と、第一ロータ本体2Hと、ポールピース2Pと、を有している。円板部5は、軸線Acを中心とする円板状をなし、回転軸6に取り付けられている。円板部5の外周側には、第一ロータ本体2Hが取り付けられている。第一ロータ本体2Hは、軸線Acを中心とする円筒状の筒部21と、この筒部21の外周面から径方向外側に張り出す一対の支持部22と、を有している。筒部21は、後述する軸受B(外側軸受B1)を介してケーシング4の内周面上で支持されている。一対の支持部22の径方向外側の端縁には、複数のポールピース2Pが設けられている。ポールピース2Pは、磁性体であり、ステータ磁石1B、及び後述するロータ磁石3Bの磁力との相互作用により、磁束の高調波成分を発生させる。詳しくは図示しないが、ポールピース2Pは、軸線Acの周方向に間隔をあけて複数設けられている。互いに隣り合うポールピース2Pの間には、非磁性体の部材がこれらポールピース2Pと同方向に延びるように設けられている。
図1に示すように、第二ロータ3は、第一ロータ本体2Hにおける一対の支持部22同士の間に設けられている。第二ロータ3は、ロータコア3Aと、ロータ磁石3Bと、を有している。ロータコア3Aは、軸線Acを中心とする円環状をなしている。ロータコア3Aの内周面は、第一ロータ本体2Hにおける筒部21の外周面によって、軸受B(内側軸受B2)を介して回転可能に支持されている。ロータコア3Aの外周面には、複数のロータ磁石3Bが周方向に複数配列されている。ロータ磁石3Bは、上述のポールピース2Pに対して内周側から対向している。
次に、上述の磁気ギアード回転電機100の動作について説明する。磁気ギアード回転電機100を電動機として用いる場合、まずコイルCに外部から電力を供給する。これにより、コイルCが励磁される。このコイルCの磁力によって、第二ロータ3が軸線Ac回りに回転する。さらに、第二ロータ3が回転することによって、第一ロータ2が回転する。第一ロータ2の回転数は、第一ロータ2の極数Ph、及び第二ロータ3の極対数Nsに基づく減速比のもとで減速されている。具体的には、減速比Gは、G=Ph/Nsとなる。
コイルCの径方向内側にステータ磁石1Bが設けられていることで、コイルCが設けられるスロットS1の開口幅を大きくとることができる。そのため、径が太い高電圧用の導線からなるコイルCであっても容易に取り付けることが可能となる。
また、ティース本体72の径方向内側にステータ磁石1Bが設けられているため、当該ステータ磁石1Bの径方向外側に、比較的広いエリアとして磁気抵抗の小さいティース本体72が存在することになる。これにより、当該ステータ磁石1Bを保持するティース指部73によって第二ロータ3からの磁束波成分を磁気抵抗の小さいティース本体72に導くことができる。その結果、第二ロータ3の基本波磁束に対するティース7T全体としての磁気抵抗を大きく低下させることができ、第二ロータ3のロータ磁石3Bによる磁気エネルギーを有効利用することができる。
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
各実施形態に記載の磁気ギアード回転電機100は、例えば以下のように把握される。
また、ステータ磁石を保持するティース指部によって第二ロータからの磁束波成分を磁気抵抗の小さいティース本体に導くことができる。その結果、第二ロータの基本波磁束に対するティース全体としての磁気抵抗を大きく低下させることができる。
1 ステータ
1A ステータコア
1B ステータ磁石
2 第一ロータ
21 筒部
22 支持部
2H 第一ロータ本体
2P ポールピース
3 第二ロータ
3A ロータコア
3B ロータ磁石
4 ケーシング
5 円板部
5A ケーシング内周面
6 回転軸
7T ティース
71 バックヨーク
72 ティース本体
73,73b,75 ティース指部
74 爪部
Ac 軸線
B 軸受
B1 外側軸受
B2 内側軸受
C コイル
S スロット
S1 第一スロット
S2 第二スロット
W ウェッジ
Claims (6)
- ケーシングと、
ケーシングに固定されて軸線を中心として環状をなすステータコア、該ステータコアのスロット内に設けられたコイル、及び、前記ステータコアの内側に周方向に間隔をあけて複数が設けられたステータ磁石を有するステータと、
該ステータの内側で、前記軸線の周方向に間隔をあけて複数が設けられたポールピースを有する第一ロータと、
該第一ロータの内側に設けられたロータコア、及び、該ロータコアに周方向に間隔をあけて設けられた複数のロータ磁石を有する第二ロータと、
を備え、
前記ステータコアは、
前記軸線を囲うバックヨークと、
該バックヨークから径方向内側に突出するティース本体、及び、該ティース本体の径方向内側の端部における周方向両端からそれぞれ突出する一対のティース指部を有し、周方向に間隔をあけて複数設けられたティースと、
を備え、
前記コイルは、互いに隣り合う前記ティース本体同士の間に形成された前記スロットに設けられており、
前記ステータ磁石は、同一の前記ティースの前記ティース指部同士の間、及び、互いに隣り合う異なる前記ティースの前記ティース指部同士の間にそれぞれ設けられている磁気ギアード回転電機。 - 前記ティース指部の先端に設けられ、周方向に突出する爪部をさらに有する請求項1に記載の磁気ギアード回転電機。
- 前記ティース指部は、径方向外側から内側に向かうに従って、周方向の寸法が次第に大きくなるように形成されている請求項1又は2に記載の磁気ギアード回転電機。
- 前記複数のステータ磁石は、ハルバッハ磁石配列で配列されている請求項1から3のいずれか一項に記載の磁気ギアード回転電機。
- 前記コイルと前記ステータ磁石との間に設けられたウェッジをさらに有する請求項1から4のいずれか一項に記載の磁気ギアード回転電機。
- 前記ティースは、
前記一対のティース指部の間で、前記ティース本体から径方向内側に突出する他のティース指部をさらに備え、
前記ステータ磁石は、同一の前記ティースの前記ティース指部同士の間に複数が設けられている請求項1から5のいずれか一項に記載の磁気ギアード回転電機。
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