JP2021158774A

JP2021158774A - Rotating electric machine

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Publication number: JP2021158774A
Application number: JP2020056308A
Authority: JP
Inventors: 大輝三和; Daiki MIWA; 善紀安田; Yoshiaki Yasuda; 拓也桜木; Takuya Sakuragi; 昭雄山際; Akio Yamagiwa; 寛日比野; Hiroshi Hibino
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2021-10-07

Abstract

To provide a rotating electric machine having an air-core coil, capable of increasing an output.SOLUTION: A rotating electric machine provides: a stator (60) having an air-core coil (70); and a rotator (40) having a permanent magnet (50). The number of windings of the air-core coil (70) is N, the maximum value of the number of steps of the air-core coil (70) is a (however, a≤N), and the maximum value of the number of columns of the air-core coil (70) is b (however, b≤N). The a and the b satisfy the following equation of N≤a×b. In a combination of the a and the b, the combination in which the number of flux linkages of the permanent magnet (50) flux-linking the air-core coil (70) is the maximum is selected.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本開示は、回転電気機械に関するものである。 The present disclosure relates to rotary electromechanical machines.

回転電気機械（モータ）の中には、空芯のコイルを備えたものがある（例えば特許文献１を参照）。 Some rotary electric machines (motors) are provided with an air-core coil (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１２−１２０３５８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-12538

空芯コイルを備えた回転電気機械では、一般的には、鉄心入りのコイルを備えた回転電気機械と比べて、出力を増大させるのが難しいと考えられている。 It is generally considered that it is difficult to increase the output of a rotating electric machine provided with an air-core coil as compared with a rotating electric machine provided with a coil containing an iron core.

本開示の目的は、空芯コイルを備えた回転電気機械において、出力の増大を図ることにある。 An object of the present disclosure is to increase the output of a rotating electric machine provided with an air-core coil.

本開示の第１の態様は、空芯コイル（70）を備えた固定子（60）と、
永久磁石（50）を備えた回転子（40）と、
を備え、
前記空芯コイル（70）の巻数をＮ、前記空芯コイル（70）の段数の最大値をａ（ただしａ≦Ｎ）、前記空芯コイル（70）の列数の最大値をｂ（ただしｂ≦Ｎ）とすると、
ａ、およびｂは、Ｎ≦ａ×ｂを満たす、ａとｂの組み合わせの中で、前記空芯コイル（70）を鎖交する前記永久磁石（50）の鎖交磁束数が最大となる組み合わせが選択されていることを特徴とする回転電気機械である。 A first aspect of the present disclosure is a stator (60) with an air-core coil (70) and
A rotor (40) with a permanent magnet (50) and
With
The number of turns of the air core coil (70) is N, the maximum value of the number of stages of the air core coil (70) is a (where a ≦ N), and the maximum value of the number of rows of the air core coil (70) is b (however). If b ≦ N),
a and b are combinations that satisfy N ≦ a × b and have the maximum number of interlinkage magnetic fluxes of the permanent magnet (50) that interlinks the air core coil (70) among the combinations of a and b. Is a rotating electric machine characterized in that is selected.

本開示の第２の態様は、第１の態様において、
前記空芯コイル（70）の段数は、最外周がａであることを特徴とする回転電気機械である。 A second aspect of the present disclosure is, in the first aspect, the first aspect.
The number of stages of the air-core coil (70) is a rotating electric machine characterized in that the outermost circumference is a.

本開示の第３の態様は、第２の態様において、
前記空芯コイル（70）の段数は、最内周がａ未満、かつ最内周以外がａであることを特徴とする回転電気機械である。 A third aspect of the present disclosure is the second aspect.
The number of stages of the air-core coil (70) is a rotating electric machine characterized in that the innermost circumference is less than a and the other than the innermost circumference is a.

第１の態様から第３の態様では、鎖交磁束数が増加する。 In the first to third aspects, the number of interlinkage magnetic fluxes increases.

本開示の第４の態様は、第１から第３の態様の何れかにおいて、
前記空芯コイル（70）は、前記空芯コイル（70）の巻回軸（X）に沿った方向から見ると、前記回転子（40）の回転に応じて前記永久磁石（50）が重なる部分と、前記回転子（40）の回転中に前記永久磁石（50）が重ならない部分とが、前記空芯コイル（70）の空芯部分（71）に存在するように、大きさが設定されている
ことを特徴とする回転電気機械である。 The fourth aspect of the present disclosure is, in any one of the first to third aspects,
When viewed from the direction along the winding axis (X) of the air core coil (70), the permanent magnets (50) overlap with the rotation of the rotor (40). The size is set so that the portion and the portion where the permanent magnet (50) does not overlap during the rotation of the rotor (40) are present in the air core portion (71) of the air core coil (70). It is a rotating electric machine characterized by being used.

本開示の第５の態様は、第１から第４の態様の何れかにおいて、
前記空芯コイル（70）は、前記空芯コイル（70）の巻回軸（X）に沿った方向から見ると、前記永久磁石（50）における、回転方向の最前部および最後部が、前記空芯コイル（70）の空芯部分（71）の内部に含まれるタイミングが、前記回転子（40）の回転中に存在するように、大きさが設定されている
ことを特徴とする回転電気機械である。 A fifth aspect of the present disclosure is, in any one of the first to fourth aspects,
When the air core coil (70) is viewed from the direction along the winding axis (X) of the air core coil (70), the front and rear portions of the permanent magnet (50) in the rotation direction are the above. Rotating electricity, characterized in that the timing included inside the air core portion (71) of the air core coil (70) is set in size so that it exists during the rotation of the rotor (40). It is a machine.

本開示の第６の態様は、第４または第５の態様において、
前記固定子（60）の表面と前記永久磁石（50）との、前記空芯コイル（70）の巻回軸（X）の所定の方向における距離をＤ１とし、
前記空芯コイル（70）と前記永久磁石（50）との、前記空芯コイル（70）の巻回軸（X）と直交する所定の方向における距離をＤ２とすると、
Ｄ２≧０．６２３×Ｄ１^-1.374
となるようにＤ２が設定され、
前記空芯コイル（70）と前記固定子（60）の表面との、前記空芯コイル（70）の巻回軸（X）と直交する所定の方向方向の距離をＤ３とすると、
Ｄ３≧０．６２３×Ｄ１^-1.374
となるようにＤ３が設定されている
ことを特徴とする回転電気機械である。 A sixth aspect of the present disclosure is the fourth or fifth aspect.
The distance between the surface of the stator (60) and the permanent magnet (50) in a predetermined direction of the winding shaft (X) of the air core coil (70) is defined as D1.
Let D2 be the distance between the air core coil (70) and the permanent magnet (50) in a predetermined direction orthogonal to the winding axis (X) of the air core coil (70).
D2 ≧ 0.623 × D1 ^-1.374
D2 is set so that
Let D3 be the distance between the surface of the air core coil (70) and the surface of the stator (60) in a predetermined direction orthogonal to the winding axis (X) of the air core coil (70).
D3 ≧ 0.623 × D1 ^-1.374
It is a rotating electric machine characterized in that D3 is set so as to be.

第４の態様から第６の態様では、空芯コイル（70）の外側に膨らみ、空芯コイル（70）に鎖交しない磁束が減少する。 In the fourth to sixth aspects, the magnetic flux that bulges outward from the air core coil (70) and does not interlink with the air core coil (70) is reduced.

図１は、実施形態１の回転電気機械の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of the rotary electric machine of the first embodiment. 図２は、永久磁石を軸方向から見た平面図である。FIG. 2 is a plan view of the permanent magnet as viewed from the axial direction. 図３は、空芯コイルを軸方向から見た平面図である。FIG. 3 is a plan view of the air core coil as viewed from the axial direction. 図４Ａは、鉄心入りコイルを有したアキシャルギャップモータにおけるエアギャップの定義を示す。FIG. 4A shows the definition of an air gap in an axial gap motor having a coil with an iron core. 図４Ｂは、空芯コイルを有したアキシャルギャップモータにおけるエアギャップの定義を示す。FIG. 4B shows the definition of an air gap in an axial gap motor with an air core coil. 図５は、空芯コイルの段数と列数の概念を示す。FIG. 5 shows the concept of the number of stages and the number of rows of the air core coil. 図６は、段数が４段の列と、段数が３段の列を有した空芯コイルの例である。FIG. 6 is an example of an air-core coil having a row having four stages and a row having three stages. 図７は、空芯コイルの断面積の概念を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating the concept of the cross-sectional area of the air core coil. 図８は、Ｎ＝ａ×ｂの場合における鎖交磁束数を示す。FIG. 8 shows the number of interlinkage magnetic fluxes when N = a × b. 図９Ａは、空芯コイルの巻回形態を示す。FIG. 9A shows the winding form of the air core coil. 図９Ｂは、空芯コイルの巻回形態を示す。FIG. 9B shows the winding form of the air core coil. 図９Ｃは、空芯コイルの巻回形態を示す。FIG. 9C shows the winding form of the air core coil. 図９Ｄは、空芯コイルの巻回形態を示す。FIG. 9D shows the winding form of the air core coil. 図９Ｅは、空芯コイルの巻回形態を示す。FIG. 9E shows the winding form of the air core coil. 図９Ｆは、空芯コイルの巻回形態を示す。FIG. 9F shows the winding form of the air core coil. 図１０は、実施形態２の回転電気機械の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the rotary electric machine of the second embodiment. 図１１Ａは、従来の回転電気機械における磁束を模式的に示している。FIG. 11A schematically shows the magnetic flux in a conventional rotary electric machine. 図１１Ｂは、実施形態２における回転電気機械の磁束を模式的に示している。FIG. 11B schematically shows the magnetic flux of the rotating electric machine according to the second embodiment. 図１２Ａは、空芯コイルと永久磁石との幾何学的関係を示す。FIG. 12A shows the geometric relationship between the air core coil and the permanent magnet. 図１２Ｂは、空芯コイルと鉄心表面との幾何学的関係を示す。FIG. 12B shows the geometric relationship between the air core coil and the iron core surface. 実施形態２における寸法定義を示す図である。It is a figure which shows the dimension definition in Embodiment 2. 図１４Ａは、幾何学的要件が成立するＤ１，Ｄ２，Ｄ３，およびエアギャップの関係を示す。FIG. 14A shows the relationship between D1, D2, D3 and the air gap where the geometric requirements are satisfied. 図１４Ｂは、幾何学的要件が成立するＤ１，Ｄ２，Ｄ３，およびエアギャップの関係を示す。FIG. 14B shows the relationship between D1, D2, D3 and the air gap where the geometric requirements are satisfied. 図１４Ｃは、幾何学的要件が成立するＤ１，Ｄ２，Ｄ３，およびエアギャップの関係を示す。FIG. 14C shows the relationship between D1, D2, D3 and the air gap where the geometric requirements are satisfied. 図１５Ａは、実施形態２の変形例にかかる、永久磁石と空芯コイルとの幾何学的関係を示す。FIG. 15A shows the geometric relationship between the permanent magnet and the air core coil according to the modified example of the second embodiment. 図１５Ｂは、実施形態２の変形例にかかる、鉄心表面と空芯コイルとの幾何学的関係を示す。FIG. 15B shows the geometric relationship between the iron core surface and the air core coil according to the modified example of the second embodiment. 図１６は、実施形態３における回転電気機械の断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view of the rotary electric machine according to the third embodiment. 図１７Ａは、ラジアルギャップモータにおける空芯コイルと永久磁石を示す。FIG. 17A shows an air core coil and a permanent magnet in a radial gap motor. 図１７Ｂは、ラジアルギャップモータにおける空芯コイルと鉄心表面を示す。FIG. 17B shows the air core coil and the iron core surface in the radial gap motor.

《実施形態１》
実施形態１では、回転電気機械の一例として、アキシャルギャップモータを説明する。本実施形態の回転電気機械は、例えば、空気調和装置（図示は省略）などの機器に用いることができる。 << Embodiment 1 >>
In the first embodiment, an axial gap motor will be described as an example of a rotary electric machine. The rotary electric machine of the present embodiment can be used for a device such as an air conditioner (not shown).

図１は、実施形態１の回転電気機械（10）の断面図である。回転電気機械（10）は、ケーシング（20）、回転軸（30）、回転子（40）、および固定子（60）を備えている。 FIG. 1 is a cross-sectional view of the rotary electric machine (10) of the first embodiment. The rotating electromechanical machine (10) includes a casing (20), a rotating shaft (30), a rotor (40), and a stator (60).

以下の説明においては、軸方向とは回転軸（30）の軸心（O）の方向を意味する。径方向とは軸方向と直交する方向を意味する。単に軸心と言うときは、回転軸（30）の軸心（O）を意味しているものとする。周方向とは、回転子の回転方向に沿った方法を言う。外周側とは軸心（O）から遠離する側を意味する。内周側とは軸心（O）に近接する側をそれぞれ意味する。 In the following description, the axial direction means the direction of the axis (O) of the rotation axis (30). The radial direction means a direction orthogonal to the axial direction. When we simply say the axis, we mean the axis (O) of the axis of rotation (30). The circumferential direction refers to a method along the rotation direction of the rotor. The outer peripheral side means the side far from the axis (O). The inner peripheral side means the side close to the axis (O).

ケーシング（20）は、円筒状の部材である。ケーシング（20）は、例えば、金属によって形成される。 The casing (20) is a cylindrical member. The casing (20) is made of, for example, metal.

回転軸（30）は、円柱状の部材である。回転軸（30）は、鉄などの金属によって形成されている。回転軸（30）は、軸受け（図示は省略）に支持されている。回転軸（30）の一端は、駆動対象（例えばファンなど）に固定される。 The rotating shaft (30) is a columnar member. The axis of rotation (30) is made of a metal such as iron. The rotating shaft (30) is supported by a bearing (not shown). One end of the rotating shaft (30) is fixed to a driving target (for example, a fan).

回転子（40）は、回転子コア（41）と、永久磁石（50）とを備えている。 The rotor (40) includes a rotor core (41) and a permanent magnet (50).

回転子コア（41）は、円盤状の部材である。回転子コア（41）は、電磁鋼板などの磁性体で構成されている。回転子コア（41）の中央には、貫通孔（41a）が形成されている。貫通孔（41a）の中心線と、回転子コア（41）の軸心とは一致している。 The rotor core (41) is a disk-shaped member. The rotor core (41) is made of a magnetic material such as an electromagnetic steel plate. A through hole (41a) is formed in the center of the rotor core (41). The center line of the through hole (41a) coincides with the axis of the rotor core (41).

貫通孔（41a）には、回転軸（30）が固定されている。回転子コア（41）の軸心と、回転軸（30）の軸心（O）とは、一致している。回転子（40）と回転軸（30）との固定には、例えば、焼嵌め、圧入といった工法を採用できる。 A rotation shaft (30) is fixed to the through hole (41a). The axis of the rotor core (41) and the axis (O) of the rotation axis (30) coincide with each other. For fixing the rotor (40) and the rotating shaft (30), for example, a construction method such as shrink fitting or press fitting can be adopted.

回転子コア（41）には、軸心（O）に直交する平面部分（以下、円盤面（41b）という）が形成されている。円盤面（41b）は、固定子（60）と所定の距離を隔てて対向している。円盤面（41b）上には、複数の永久磁石（50）が固定されている。 The rotor core (41) is formed with a plane portion (hereinafter referred to as a disk surface (41b)) orthogonal to the axis (O). The disk surface (41b) faces the stator (60) at a predetermined distance. A plurality of permanent magnets (50) are fixed on the disk surface (41b).

図２は、永久磁石（50）を軸方向から見た平面図である。永久磁石（50）は、軸方向から見た形状が扇型である。これらの永久磁石（50）は、軸心（O）の周りに等ピッチで、円盤面（41b）上に配置されている。永久磁石（50）の種類には限定はない。永久磁石（50）には、フェライト磁石、ネオジウム磁石等の種々の磁石を採用できる。 FIG. 2 is a plan view of the permanent magnet (50) as viewed from the axial direction. The permanent magnet (50) has a fan shape when viewed from the axial direction. These permanent magnets (50) are arranged on the disk surface (41b) at equal pitches around the axis (O). There is no limit to the types of permanent magnets (50). As the permanent magnet (50), various magnets such as a ferrite magnet and a neodymium magnet can be adopted.

固定子（60）は、固定子コア（61）と、複数の空芯コイル（70）とを備えている。固定子コア（61）は、リング状の部材である。固定子コア（61）は、電磁鋼板などの磁性体で構成されている。固定子コア（61）は、ケーシング（20）の内周面に固定されている。固定子コア（61）には、平面部（以下、平面部（61a）という）が形成されている。 The stator (60) includes a stator core (61) and a plurality of air core coils (70). The stator core (61) is a ring-shaped member. The stator core (61) is made of a magnetic material such as an electromagnetic steel plate. The stator core (61) is fixed to the inner peripheral surface of the casing (20). A flat surface portion (hereinafter referred to as a flat surface portion (61a)) is formed on the stator core (61).

平面部（61a）は、固定子コア（61）がケーシング（20）に固定された状態において軸心（O）と直交する。平面部（61a）と円盤面（41b）とは、所定の距離を隔てて対向している。平面部（61a）と円盤面（41b）とは平行である。 The flat surface portion (61a) is orthogonal to the axis (O) in a state where the stator core (61) is fixed to the casing (20). The flat surface portion (61a) and the disk surface (41b) face each other with a predetermined distance. The flat surface (61a) and the disk surface (41b) are parallel.

平面部（61a）には、複数の空芯コイル（70）が配置されている。図３は、空芯コイル（70）を軸方向から見た平面図である。空芯コイル（70）は、軸方向からみた形状（輪郭）が扇型である。空芯コイル（70）には、鉄心が存在しない。鉄心は電磁鋼板などの磁性体である。 A plurality of air core coils (70) are arranged on the flat surface portion (61a). FIG. 3 is a plan view of the air core coil (70) as viewed from the axial direction. The air-core coil (70) has a fan-shaped shape (contour) when viewed from the axial direction. There is no iron core in the air core coil (70). The iron core is a magnetic material such as an electromagnetic steel plate.

空芯コイル（70）の巻回軸（X）と軸心（O）とは平行である。空芯コイル（70）は、軸心（O）の周りに等ピッチで、平面部（61a）上に配置されている。 The winding axis (X) and the axis (O) of the air core coil (70) are parallel. The air core coil (70) is arranged on the flat surface portion (61a) at equal pitches around the axis (O).

空芯コイルを用いた回転電気機械では、鉄心を有したコイルを用いた回転電気機械と比べて、エアギャップ長が長くなる。鉄心は電磁鋼板などの磁性体で構成される。図４Ａは、鉄心入りコイルを有したアキシャルギャップモータにおけるエアギャップの定義を示す。図４Ｂは、空芯コイルを有したアキシャルギャップモータにおけるエアギャップの定義を示す。 A rotating electric machine using an air-core coil has a longer air gap length than a rotating electric machine using a coil having an iron core. The iron core is composed of a magnetic material such as an electromagnetic steel plate. FIG. 4A shows the definition of an air gap in an axial gap motor having a coil with an iron core. FIG. 4B shows the definition of an air gap in an axial gap motor with an air core coil.

図４Ａの例では、鉄心入りのコイル（170）を構成するために、固定子（160）に鉄心（171）が設けられている。鉄心（171）は、固定子（160）のバックヨーク（リング状の部分）から、回転子コア（141）に向かって突出している。 In the example of FIG. 4A, the stator (160) is provided with the iron core (171) in order to form the coil (170) containing the iron core. The iron core (171) protrudes from the back yoke (ring-shaped portion) of the stator (160) toward the rotor core (141).

図４Ａに示すように、鉄心入りのコイル（170）を有したアキシャルギャップモータでは、エアギャップ長は、鉄心（171）の先端から回転子（140）の永久磁石（150）までの距離（G1）である。空芯コイル（70）を有したアキシャルギャップモータでは、図４Ｂに示すように、エアギャップ長は、バックヨーク（リング状の部分）から回転子（40）の永久磁石（50）までの距離（G0）である。 As shown in FIG. 4A, in an axial gap motor having a coil (170) with an iron core, the air gap length is the distance (G1) from the tip of the iron core (171) to the permanent magnet (150) of the rotor (140). ). In an axial gap motor with an air-core coil (70), as shown in FIG. 4B, the air gap length is the distance (50) from the back yoke (ring-shaped part) to the permanent magnet (50) of the rotor (40). G0).

図４Ａ，Ｂから分かるように、空芯コイル（70）を有したアキシャルギャップモータは、鉄心入りのコイル（170）を有したアキシャルギャップモータに比べて、エアギャップが大きくなりがちである。エアギャップ（空気）は透磁率が鉄心と比較して低い。つまり、エアギャップが大きいと磁気抵抗が増加し、エアギャップの磁束密度が低下する。そのため、回転電気機械の出力を増大させるのが難しい。出力増大のためにエアギャップを変更するのは容易ではない。本実施形態では、回転電気機械（10）の出力増大のために空芯コイル（70）の構成に工夫を加えている。 As can be seen from FIGS. 4A and 4B, the axial gap motor having the air-core coil (70) tends to have a larger air gap than the axial gap motor having the coil (170) containing the iron core. The magnetic permeability of the air gap (air) is lower than that of the iron core. That is, when the air gap is large, the magnetic resistance increases and the magnetic flux density of the air gap decreases. Therefore, it is difficult to increase the output of the rotating electric machine. It is not easy to change the air gap to increase power. In this embodiment, the configuration of the air-core coil (70) is devised in order to increase the output of the rotating electric machine (10).

〈空芯コイルの構成〉
本実施形態では、空芯コイル（70）の段数および列数の定め方に特徴がある。図５に、空芯コイル（70）の段数と列数の概念を示す。図５は、図３のＶ−Ｖ断面に相当する。Ｖ−Ｖ断面は、直線（L）に直交している。直線（L）は、巻回軸（X）と軸心（O）とを最短で結ぶ直線である。 <Composition of air-core coil>
The present embodiment is characterized in how to determine the number of stages and the number of rows of the air core coil (70). FIG. 5 shows the concept of the number of stages and the number of rows of the air core coil (70). FIG. 5 corresponds to the VV cross section of FIG. The VV cross section is orthogonal to the straight line (L). The straight line (L) is a straight line connecting the winding axis (X) and the axis (O) at the shortest length.

図５に示すように、空芯コイル（70）の段数とは、空芯コイル（70）の巻回軸（X）方向における、巻線（W）の積み重なりの数である。空芯コイル（70）の列数とは、空芯コイル（70）の巻回軸（X）に直交する方向における、巻線（W）の並びの数である。 As shown in FIG. 5, the number of stages of the air core coil (70) is the number of stacks of windings (W) in the winding axis (X) direction of the air core coil (70). The number of rows of the air core coil (70) is the number of rows of windings (W) in the direction orthogonal to the winding axis (X) of the air core coil (70).

空芯コイル（70）は、巻回の仕方によっては、段数が列によって異なる場合がある。例えば、図６は、段数が４段の列と、段数が３段の列とを有した空芯コイル（70）の例である。 The number of stages of the air-core coil (70) may differ depending on the row, depending on the winding method. For example, FIG. 6 is an example of an air-core coil (70) having a row having four stages and a row having three stages.

以下では、空芯コイル（70）の巻数をＮ（自然数）、空芯コイル（70）の段数の最大値をａ（ただしａ≦Ｎ）、空芯コイル（70）の列数の最大値をｂ（ただしｂ≦Ｎ）とする。ａおよびｂは、自然数である。図６の例では、Ｎ＝１０、ａ＝４、ｂ＝３である。 In the following, the number of turns of the air-core coil (70) is N (natural number), the maximum number of stages of the air-core coil (70) is a (where a ≤ N), and the maximum number of rows of the air-core coil (70) is set. Let b (where b ≦ N). a and b are natural numbers. In the example of FIG. 6, N = 10, a = 4, b = 3.

エアギャップ長は、定性的には、空芯コイル（70）の最大値ａを増やすと広がる。換言すると、回転電気機械（10）では、最大値ａを増やすと、磁束密度が低下する。回転電気機械（10）において磁束密度が低下すると、回転電気機械（10）の出力が低下する。 Qualitatively, the air gap length increases as the maximum value a of the air core coil (70) is increased. In other words, in the rotating electric machine (10), when the maximum value a is increased, the magnetic flux density decreases. When the magnetic flux density in the rotating electric machine (10) decreases, the output of the rotating electric machine (10) decreases.

既述の通り、空芯コイル（70）は、軸心（O）の周りに等ピッチで、平面部（61a）上に配置されている。換言すると、空芯コイル（70）の外側には別の空芯コイル（70）が隣接している。空芯コイル（70）同士が隣接している場合に、列数の最大値ｂを増やすには、内周側に巻く巻線（W）を増やすことになる。そうすると、断面積（後述）の小さいコイル（ここでは一巻きの巻線（W））が増える。 As described above, the air core coil (70) is arranged on the flat surface portion (61a) at equal pitches around the axis (O). In other words, another air core coil (70) is adjacent to the outside of the air core coil (70). When the air core coils (70) are adjacent to each other, in order to increase the maximum value b of the number of rows, the winding (W) wound on the inner peripheral side is increased. Then, the number of coils having a small cross-sectional area (described later) (here, one winding (W)) increases.

図７は、空芯コイルの断面積の概念を説明する図である。図７は、各列が台形状に巻回されて構成された巻線（W）の例である。本明細書では、空芯コイルの断面積を、次の式（１）によって定義する。 FIG. 7 is a diagram illustrating the concept of the cross-sectional area of the air core coil. FIG. 7 is an example of a winding (W) in which each row is wound in a trapezoidal shape. In this specification, the cross-sectional area of the air core coil is defined by the following equation (1).

式（１）に示すように、本明細書では、ひとつの列を構成する一巻き分の巻線（W）で囲まれた領域の面積（Ｓ_１，Ｓ_２…）を列毎に求める。求めた各領域の面積を合計したものがコイルの断面積（S）である。 As shown in the formula (1), in the present specification, the area (S ₁ , S ₂ ...) Of the region surrounded by the windings (W) for one turn constituting one row is obtained for each row. The total area of each region obtained is the cross-sectional area (S) of the coil.

鎖交磁束数は、定性的には、空芯コイル（70）の断面積が小さいほど小さくなる。例えば、最大値ｂを増やすことによって、断面積が相対的に小さい列が増えると、鎖交磁束数が低下する場合がある。換言すると、最大値ｂを増やすことによって、回転電気機械（10）の出力が低下する場合がある。 Qualitatively, the number of interlinkage magnetic fluxes decreases as the cross-sectional area of the air core coil (70) decreases. For example, by increasing the maximum value b, the number of interlinkage magnetic fluxes may decrease as the number of rows having a relatively small cross-sectional area increases. In other words, increasing the maximum value b may reduce the output of the rotating electric machine (10).

既述の通り、ａおよびｂは、自然数、且つａ≦Ｎ、ｂ≦Ｎである。Ｎの値を定めると、ａとｂとの組み合わせの数は、有限である。図８は、Ｎ＝ａ×ｂの場合における鎖交磁束数を示す。図８は、横軸がａの値であり、縦軸が鎖交磁束数［Ｗｂ］である。 As described above, a and b are natural numbers and a ≦ N and b ≦ N. When the value of N is determined, the number of combinations of a and b is finite. FIG. 8 shows the number of interlinkage magnetic fluxes when N = a × b. In FIG. 8, the horizontal axis is the value of a, and the vertical axis is the number of interlinkage magnetic fluxes [Wb].

図８に示すように、とりうるａの値のそれぞれについて、鎖交磁束数［Ｗｂ］の値をプロットすると、上に凸の曲線の近傍に点が並ぶ。換言すると、鎖交磁束数［Ｗｂ］を最大化する、ａとｂの組み合わせが存在する。本実施形態では、ａおよびｂは、Ｎ≦ａ×ｂを満たす、ａとｂの組み合わせの中で、空芯コイル（70）を鎖交する永久磁石（50）の鎖交磁束数が最大となる組み合わせが選択されている。 As shown in FIG. 8, when the value of the interlinkage magnetic flux number [Wb] is plotted for each of the possible values of a, points are lined up in the vicinity of the upwardly convex curve. In other words, there is a combination of a and b that maximizes the number of interlinkage magnetic fluxes [Wb]. In the present embodiment, a and b have the maximum number of interlinkage magnetic fluxes of the permanent magnet (50) interlinking the air core coil (70) among the combinations of a and b satisfying N ≦ a × b. Combination is selected.

〈本実施形態における効果〉
以上の通り、本実施形態では、鎖交磁束数の最大化を図ることができる。換言すると、空芯コイルを備えた回転電気機械において、出力の増大を図ることが可能になる。 <Effect in this embodiment>
As described above, in the present embodiment, the number of interlinkage magnetic fluxes can be maximized. In other words, in a rotating electric machine provided with an air-core coil, it is possible to increase the output.

なお、空芯コイル（70）には、いわゆるスキュー構造を適用してもよい。スキュー構造には、例えば、コイルの周方向位置のずれ量が複数段階設定されたスキュー構造（いわゆる段スキュー）がある。スキュー構造の有無は、エアギャップ長には無関係である。段数、列数の設定は、スキューの有無にかかわらず本開示の技術思想を適用できる。 A so-called skew structure may be applied to the air core coil (70). The skew structure includes, for example, a skew structure in which the amount of deviation of the circumferential position of the coil is set in a plurality of stages (so-called step skew). The presence or absence of a skew structure is independent of the air gap length. The technical idea of the present disclosure can be applied to the setting of the number of stages and the number of columns regardless of the presence or absence of skew.

《実施形態１の変形例》
実施形態１の変形例では、Ｎ＜ａ×ｂの場合における空芯コイル（70）の構成を説明する。ここでは、説明の便宜のため、Ｎ＝１０、ａ＝４、ｂ＝３とする。図９Ａ〜Ｆは、Ｎ＝１０、ａ＝４、ｂ＝３の場合における、空芯コイル（70）の巻回形態を示す。 << Modification of Embodiment 1 >>
In the modified example of the first embodiment, the configuration of the air core coil (70) in the case of N <a × b will be described. Here, for convenience of explanation, N = 10, a = 4, and b = 3. 9A to 9F show the winding form of the air core coil (70) in the case of N = 10, a = 4, and b = 3.

巻回形態は種々あるが、図９Ｆに示すように、最外周の段数を最大値ａとし、最内周をａ未満、かつ最内周以外をａとするとよい。こうすることで、空芯コイル（70）の断面積を最大化することが可能になる。換言すると、空芯コイル（70）の鎖交磁束数を最大化することが可能になる。 There are various winding forms, but as shown in FIG. 9F, it is preferable that the number of steps on the outermost circumference is the maximum value a, the innermost circumference is less than a, and the circumference other than the innermost circumference is a. By doing so, it becomes possible to maximize the cross-sectional area of the air core coil (70). In other words, it is possible to maximize the number of interlinkage magnetic fluxes of the air core coil (70).

《実施形態２》
図１０は、実施形態２の回転電気機械（10）の断面図である。本実施形態では、図１０に示すように、固定子コア（61）は、空芯コイル（70）に対応する位置に、突部（61b）が形成されている。突部（61b）は、空芯コイル（70）の空芯部分（71）内に入り込んでいない。また、空芯コイル（70）を保持する非磁性の保持部材（図示は省略）が固定子コア（60）と空芯コイル（70）の間に設けられる。 << Embodiment 2 >>
FIG. 10 is a cross-sectional view of the rotary electric machine (10) of the second embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the stator core (61) has a protrusion (61b) formed at a position corresponding to the air core coil (70). The protrusion (61b) does not enter the air core portion (71) of the air core coil (70). Further, a non-magnetic holding member (not shown) for holding the air core coil (70) is provided between the stator core (60) and the air core coil (70).

実施形態２では、空芯コイル（70）、永久磁石（50）、および固定子コア（61）に所定の幾何学的要件を課すことによって、鎖交磁束数の増加を図っている。図１１Ａは、空芯コイルを有した従来の回転電気機械における磁束を模式的に示している。図１１Ａでは、磁束を矢線で示している。図１１Ｂは、本実施形態における回転電気機械（10）の磁束を模式的に示している。図１１Ｂでも、磁束を矢線で示している。 In the second embodiment, the number of interlinkage magnetic fluxes is increased by imposing predetermined geometrical requirements on the air core coil (70), the permanent magnet (50), and the stator core (61). FIG. 11A schematically shows the magnetic flux in a conventional rotary electric machine having an air-core coil. In FIG. 11A, the magnetic flux is indicated by an arrow. FIG. 11B schematically shows the magnetic flux of the rotating electric machine (10) in this embodiment. Also in FIG. 11B, the magnetic flux is indicated by an arrow.

図１１Ａに示すように、従来の回転電気機械では、永久磁石端部の磁束は、空芯コイルよりも外側に膨らんでいる（図１１Ａにおいて楕円で囲んだ部分を参照）。それに対して、本実施形態では、図１１Ｂに示すように、永久磁石（50）の幅などの幾何学的要件を工夫し、空芯コイル（70）の外側に膨らみ、空芯コイル（70）に鎖交しない磁束の低減を図っている。具体的に、本実施形態の回転電気機械（10）は、以下のように構成されている。 As shown in FIG. 11A, in the conventional rotary electric machine, the magnetic flux at the end of the permanent magnet bulges outward from the air core coil (see the portion surrounded by an ellipse in FIG. 11A). On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 11B, the geometrical requirements such as the width of the permanent magnet (50) are devised, and the air core coil (70) bulges outward to the air core coil (70). We are trying to reduce the magnetic flux that does not interlink with the coil. Specifically, the rotary electric machine (10) of the present embodiment is configured as follows.

−空芯コイルおよび永久磁石の幾何学的要件−
図１２Ａに、空芯コイル（70）と永久磁石（50）との幾何学的関係を示す。図１２Ａは、空芯コイル（70）を、巻回軸（X）に沿った方向から見た図である。図１２Ａは、回転子（40）の回転中における、所定の瞬間を示している。 -Geometric requirements for air-core coils and permanent magnets-
FIG. 12A shows the geometric relationship between the air core coil (70) and the permanent magnet (50). FIG. 12A is a view of the air core coil (70) viewed from the direction along the winding shaft (X). FIG. 12A shows a predetermined moment during rotation of the rotor (40).

図１２Ａに示すように、空芯コイル（70）は、巻回軸（X）に沿った方向から見ると、回転子（40）の回転に応じて永久磁石（50）が重なる部分と、永久磁石（50）が重ならない部分とが、空芯部分（71）に存在する。これを実現するため、空芯コイル（70）と、永久磁石（50）とは、次の要件（１）〜（３）を全て満たすように構成されている。 As shown in FIG. 12A, the air-core coil (70) is permanently aligned with the portion where the permanent magnet (50) overlaps with the rotation of the rotor (40) when viewed from the direction along the winding axis (X). A portion where the magnets (50) do not overlap exists in the air core portion (71). In order to realize this, the air core coil (70) and the permanent magnet (50) are configured to satisfy all of the following requirements (1) to (3).

要件（１）
軸心（O）を中心として永久磁石（50）の最内周に接する仮想円の半径Ｒ１が、軸心（O）を中心として空芯部分（71）の最内周に接する仮想円の半径Ｒ２よりも小さくなる（Ｒ１＜Ｒ２）ように、空芯コイル（70）と永久磁石（50）の大きさを設定する。 Requirements (1)
The radius R1 of the virtual circle centered on the axis (O) and in contact with the innermost circumference of the permanent magnet (50) is the radius of the virtual circle in contact with the innermost circumference of the air core portion (71) centered on the axis (O). The sizes of the air core coil (70) and the permanent magnet (50) are set so that they are smaller than R2 (R1 <R2).

要件（２）
軸心（O）を中心として永久磁石（50）の最外周に接する仮想円の半径Ｒ３が、軸心（O）を中心として空芯部分（71）の最外周に接する仮想円の半径Ｒ４よりも大きくなる（Ｒ３＞Ｒ４）ように、空芯コイル（70）と永久磁石（50）の大きさを設定する。 Requirement (2)
The radius R3 of the virtual circle that touches the outermost circumference of the permanent magnet (50) around the axis (O) is from the radius R4 of the virtual circle that touches the outermost circumference of the air core portion (71) around the axis (O). The size of the air core coil (70) and the permanent magnet (50) are set so that the size is also large (R3> R4).

要件（３）
永久磁石（50）の周方の長さ及び空芯部分（71）の周方向の長さを、軸心（O）を中心とした角度でそれぞれ表す。永久磁石（50）の周方の角度の最大値（θ1）は、空芯部分（71）の角度の最小値（θ2）よりも小さくする（θ１＜θ２）。 Requirements (3)
The circumferential length of the permanent magnet (50) and the circumferential length of the air core portion (71) are represented by angles centered on the axis (O). The maximum value (θ1) of the circumferential angle of the permanent magnet (50) is made smaller than the minimum value (θ2) of the angle of the air core portion (71) (θ1 <θ2).

空芯コイル（70）と、鉄心表面との間にも幾何学的要件を課している。ここで、「鉄心表面」とは、固定子コア（61）において、回転子（40）と対向して磁束が通る位置を意味する。本実施形態では、突部（61b）の先端の面が「鉄心表面」に相当する。 Geometric requirements are also imposed between the air core coil (70) and the surface of the iron core. Here, the "iron core surface" means a position in the stator core (61) through which magnetic flux passes in opposition to the rotor (40). In the present embodiment, the surface at the tip of the protrusion (61b) corresponds to the “iron core surface”.

本実施形態の空芯コイル（70）は、その巻回軸（X）に沿った方向から見た場合に、鉄心表面と空芯部分（71）が重なって見える部分と、鉄心表面と空芯部分（71）が重なって見えない部分とが、回転子（40）の回転に応じてできるように、大きさが設定されている。具体的には、鉄心表面等に以下の幾何学的要件を課している。 The air core coil (70) of the present embodiment has a portion where the iron core surface and the air core portion (71) appear to overlap when viewed from a direction along the winding axis (X), and the iron core surface and the air core. The size is set so that the invisible part where the part (71) overlaps can be formed according to the rotation of the rotor (40). Specifically, the following geometrical requirements are imposed on the surface of the iron core and the like.

−鉄心表面にかかる幾何学的要件−
鉄心表面は、巻回軸（X）に沿った方向から見ると、回転子（40）の回転に応じて、永久磁石（50）が重なるように、大きさおよび位置が設定されている。具体的には、鉄心表面は、要件（４）〜（６）を全て満たすように構成されている。図１２Ｂに、コイルと鉄心表面との幾何学的関係を示す。図１２Ｂは、鉄心表面を、巻回軸（X）に沿った方向から見た図である。 -Geometric requirements on the surface of the iron core-
The size and position of the iron core surface are set so that the permanent magnets (50) overlap with the rotation of the rotor (40) when viewed from the direction along the winding axis (X). Specifically, the surface of the iron core is configured to satisfy all the requirements (4) to (6). FIG. 12B shows the geometric relationship between the coil and the surface of the iron core. FIG. 12B is a view of the iron core surface viewed from the direction along the winding axis (X).

要件（４）
軸心（O）を中心として鉄心表面の最内周に接する仮想円の半径Ｒ５が、軸心（O）を中心として空芯部分（71）の最内周に接する仮想円の半径Ｒ２よりも小さくなる（Ｒ５＜Ｒ２）ように、空芯コイル（70）と鉄心表面（突部（61b））の大きさを設定する。 Requirement (4)
The radius R5 of the virtual circle that touches the innermost circumference of the iron core surface centered on the axis (O) is larger than the radius R2 of the virtual circle that touches the innermost circumference of the air core portion (71) centered on the axis (O). The sizes of the air core coil (70) and the iron core surface (protrusion (61b)) are set so as to be smaller (R5 <R2).

要件（５）
軸心（O）を中心として鉄心表面の最外周に接する仮想円の半径Ｒ６が、軸心（O）を中心として空芯部分（71）の最外周に接する仮想円の半径Ｒ４よりも大きくなる（Ｒ６＞Ｒ４）ように、空芯コイル（70）と鉄心表面（突部（61b））の大きさを設定する。 Requirement (5)
The radius R6 of the virtual circle tangent to the outermost circumference of the iron core surface centered on the axis (O) is larger than the radius R4 of the virtual circle tangent to the outermost circumference of the air core portion (71) centered on the axis (O). As shown in (R6> R4), the sizes of the air core coil (70) and the iron core surface (protrusion (61b)) are set.

要件（６）
鉄心表面の周方向の長さを、軸心（O）を中心とした角度で表す。鉄心表面の角度の最大値（θ3）は、空芯部分（71）の角度の最小値（θ2）よりも小さくする（θ３＜θ２）。 Requirement (6)
The circumferential length of the iron core surface is represented by an angle centered on the axis (O). The maximum value (θ3) of the angle of the iron core surface is made smaller than the minimum value (θ2) of the angle of the air core portion (71) (θ3 <θ2).

−他の幾何学的要件−
本実施形態では、永久磁石（50）、空芯コイル（70）、および固定子（60）に対して、更に、以下の幾何学的制約を課している。幾何学的制約の説明に際して、図１３に示すように、次の符号を定義する。 -Other geometric requirements-
In this embodiment, the following geometrical restrictions are further imposed on the permanent magnet (50), the air core coil (70), and the stator (60). In explaining the geometric constraints, the following symbols are defined as shown in FIG.

定義（１）
鉄心表面と永久磁石（50）との、巻回軸（X）の方向における距離をＤ１とする。 Definition (1)
Let D1 be the distance between the surface of the iron core and the permanent magnet (50) in the direction of the winding axis (X).

定義（２）
空芯コイル（70）の内周部と、永久磁石（50）との、巻回軸（X）と直交する所定の方向における距離をＤ２とする。 Definition (2)
Let D2 be the distance between the inner peripheral portion of the air core coil (70) and the permanent magnet (50) in a predetermined direction orthogonal to the winding axis (X).

定義（３）
空芯コイル（70）の内周部と、鉄心表面との、空芯コイル（70）の巻回軸（X）と直交する所定の方向の距離をＤ３とする。 Definition (3)
Let D3 be the distance between the inner peripheral portion of the air core coil (70) and the surface of the iron core in a predetermined direction orthogonal to the winding axis (X) of the air core coil (70).

本実施形態では、永久磁石の残留磁束密度が５００ｍＴを想定した場合、次の式（２）を満足するように、Ｄ２を設定している。
Ｄ２≧０．６２３×Ｄ１^-1.374 …式（２）
なお、「巻回軸（X）と直交する方向」は、３６０度に渡るが、定義２、および定義３において、「所定の方向」としたのは、３６０度のうちで、式（２）を満足する部分がある、という意味である。 In this embodiment, assuming that the residual magnetic flux density of the permanent magnet is 500 mT, D2 is set so as to satisfy the following equation (2).
D2 ≧ 0.623 × D1 ^-1.374 … Equation (2)
The "direction orthogonal to the winding axis (X)" extends over 360 degrees, but in the definitions 2 and 3, the "predetermined direction" is defined in the formula (2) among the 360 degrees. It means that there is a part that satisfies.

更に、本実施形態では、永久磁石の残留磁束密度が５００ｍＴを想定した場合、次の式（３）を満足するようにＤ３を設定している。 Further, in the present embodiment, assuming that the residual magnetic flux density of the permanent magnet is 500 mT, D3 is set so as to satisfy the following equation (3).

Ｄ３≧０．６２３×Ｄ１^-1.374 …式（３）
式（２）、式（３）における定数０．６２３は、回転電気機械（10）として成立する現実的なエアギャップにおいて、空芯コイル（70）の外側に膨らみ空芯コイル（70）に鎖交しない磁束の低減を図る値（前記幾何学的要件が成立する値）である。例えば、Ｄ１（エアギャップ）＝５ｍｍとした場合、上記不等式より、Ｄ２＝０．０６８ｍｍ以上、Ｄ３＝０．０６８ｍｍ以上とすればよいことがわかる。 D3 ≧ 0.623 × D1 ^-1.374 … Equation (3)
The constant 0.623 in the equations (2) and (3) swells to the outside of the air core coil (70) and is chained to the air core coil (70) in a realistic air gap established as a rotating electric machine (10). It is a value for reducing magnetic fluxes that do not intersect (a value at which the above geometrical requirements are satisfied). For example, when D1 (air gap) = 5 mm, it can be seen from the above inequality that D2 = 0.068 mm or more and D3 = 0.068 mm or more.

例えば、図１４Ａは、前記幾何学的要件が成立するＤ１（エアギャップ），Ｄ２，Ｄ３の関係を示す。図１４Ａでは、縦軸がＤ１とＤ２の比、もしくはＤ１とＤ３の比であり、横軸がＤ１である。図１４Ａでは、永久磁石（50）の残留磁束密度として２００ｍＴを想定している。 For example, FIG. 14A shows the relationship between D1 (air gap), D2, and D3 in which the geometrical requirements are satisfied. In FIG. 14A, the vertical axis is the ratio of D1 and D2, or the ratio of D1 and D3, and the horizontal axis is D1. In FIG. 14A, the residual magnetic flux density of the permanent magnet (50) is assumed to be 200 mT.

図１４Ｂも、前記幾何学的要件が成立するＤ１，Ｄ２，Ｄ３関係を示す。図１４Ｂでは、永久磁石（50）の残留磁束密度として３００ｍＴを想定している。図１４Ｃも、前記幾何学的要件が成立するＤ１，Ｄ２，Ｄ３の関係を示す。図１４Ｃでは、永久磁石（50）の残留磁束密度として５００ｍＴを想定している。 FIG. 14B also shows the D1, D2, and D3 relationships in which the geometric requirements are satisfied. In FIG. 14B, the residual magnetic flux density of the permanent magnet (50) is assumed to be 300 mT. FIG. 14C also shows the relationship between D1, D2, and D3 in which the geometrical requirements are satisfied. In FIG. 14C, the residual magnetic flux density of the permanent magnet (50) is assumed to be 500 mT.

式(２)、式(３)は永久磁石（50）の残留磁束密度として５００ｍＴを想定している。永久磁石の残留磁束密度として２００ｍＴを想定すると式（２）、式（３）は以下の式（４）、式（５）になる。
Ｄ２≧０．４５４３×Ｄ１^-1.292 …式（４）
Ｄ３≧０．４５４３×Ｄ１^-1.292 …式（５）
また、永久磁石の残留磁束密度として３００ｍＴを想定すると式（２）、式（３）は以下の式（６）、式（７）になる。
Ｄ２≧０．５２１５×Ｄ１^-1.348 …式（６）
Ｄ３≧０．５２１５×Ｄ１^-1.348 …式（７）
永久磁石の残留磁束密度によって使用する式を変える必要がある。永久磁石の残留磁束密度が２００ｍＴ以下となるよう構成させている場合は、式（４）、式（５）を満たすことで、空芯コイル（70）の外側に膨らみ、空芯コイル（70）に鎖交しない磁束の低減が可能になる。永久磁石の残留磁束密度が、３００ｍＴ以下となるよう構成されている場合は式（６）、式（７）を満たすことによって、空芯コイル（70）の外側に膨らみ、空芯コイル（70）に鎖交しない磁束の低減が可能になる。 Equations (2) and (3) assume 500 mT as the residual magnetic flux density of the permanent magnet (50). Assuming that the residual magnetic flux density of the permanent magnet is 200 mT, the equations (2) and (3) become the following equations (4) and (5).
D2 ≧ 0.4543 × D1 ^-1.292 … Equation (4)
D3 ≧ 0.4543 × D1 ^-1.292 … Equation (5)
Further, assuming that the residual magnetic flux density of the permanent magnet is 300 mT, the equations (2) and (3) become the following equations (6) and (7).
D2 ≧ 0.5215 × D1 ^-1.348 … Equation (6)
D3 ≧ 0.5215 × D1 ^-1.348 … Equation (7)
It is necessary to change the formula used depending on the residual magnetic flux density of the permanent magnet. When the residual magnetic flux density of the permanent magnet is configured to be 200 mT or less, by satisfying the equations (4) and (5), the permanent magnet swells to the outside of the air core coil (70), and the air core coil (70) It is possible to reduce the magnetic flux that does not interlink with the coil. When the residual magnetic flux density of the permanent magnet is configured to be 300 mT or less, it swells to the outside of the air core coil (70) by satisfying equations (6) and (7), and the air core coil (70). It is possible to reduce the magnetic flux that does not interlink with the coil.

本実施形態では、永久磁石（50）は、残留磁束密度が５００ｍＴ以下となるよう構成されているものとする。図１４Ａ，Ｂ，Ｃから分かるように、永久磁石（50）は、残留磁束密度が５００ｍＴ以下となるよう構成されている場合には、式（２）、式（３）を満たすことによって、空芯コイル（70）の外側に膨らみ、空芯コイル（70）に鎖交しない磁束の低減が可能になる。 In the present embodiment, the permanent magnet (50) is configured so that the residual magnetic flux density is 500 mT or less. As can be seen from FIGS. 14A, B, and C, the permanent magnet (50) is empty by satisfying equations (2) and (3) when the residual magnetic flux density is configured to be 500 mT or less. It is possible to reduce the magnetic flux that swells to the outside of the core coil (70) and does not interlink with the air core coil (70).

〈本実施形態における効果〉
本実施形態では、前記の幾何学的要件を充足したことによって、空芯コイル（70）の外側に膨らみ、空芯コイル（70）に鎖交しない磁束が減少する。換言すると、本実施形態では、アキシャルギャップモータにおいて、出力の増大を図ることが可能になる。 <Effect in this embodiment>
In the present embodiment, by satisfying the above geometrical requirements, the magnetic flux that swells to the outside of the air core coil (70) and does not interlink with the air core coil (70) is reduced. In other words, in the present embodiment, it is possible to increase the output in the axial gap motor.

《実施形態２の変形例》
永久磁石（50）等の幾何学的要件は、以下の要件Ａ及びＢが両立するように回転電気機械（10）を構成してもよい。Ｒ１等の符号は、実施形態２と同様である。要件Ａにおける「且つ／又は」と、要件Ｂにおける「且つ／又は」との組み合わせは任意である。
（Ａ）Ｒ１＞Ｒ２且つ／又はＲ３＜Ｒ４
（Ｂ）Ｒ５＞Ｒ２且つ／又はＲ６＜Ｒ４
図１５Ａ、及び図１５Ｂに、本変形例にかかる永久磁石（50）等の幾何学的関係を例示する。図１５Ａは、永久磁石（50）と空芯コイル（70）との幾何学的関係を示している。図１５Ａは、Ｒ１＞Ｒ２、且つＲ３＜Ｒ４、且つθ１＞θ２の場合に相当する。 << Modification of Embodiment 2 >>
As for the geometrical requirements such as the permanent magnet (50), the rotating electric machine (10) may be configured so that the following requirements A and B are compatible with each other. The reference numerals such as R1 are the same as those in the second embodiment. The combination of "and / or" in requirement A and "and / or" in requirement B is arbitrary.
(A) R1> R2 and / or R3 <R4
(B) R5> R2 and / or R6 <R4
15A and 15B exemplify the geometrical relationship of the permanent magnet (50) and the like according to this modification. FIG. 15A shows the geometric relationship between the permanent magnet (50) and the air core coil (70). FIG. 15A corresponds to the case where R1> R2, R3 <R4, and θ1> θ2.

図１５Ｂは、鉄心表面と空芯コイル（70）との幾何学的関係を示している。図１５Ｂは、Ｒ５＞Ｒ２、且つＲ６＜Ｒ４、且つθ３＞θ２の場合に相当する。図１５Ａ、Ｂに示す例では、空芯部分（71）には、回転子（40）の回転中に、永久磁石（50）が通過しない領域ができる。 FIG. 15B shows the geometric relationship between the iron core surface and the air core coil (70). FIG. 15B corresponds to the case where R5> R2, R6 <R4, and θ3> θ2. In the example shown in FIGS. 15A and 15B, the air core portion (71) has a region through which the permanent magnet (50) does not pass during the rotation of the rotor (40).

一方、Ｒ１＞Ｒ２、且つＲ３＜Ｒ４、且つθ１＜θ２とすると、回転子（40）の回転中に、巻回軸（X）に沿った方向から永久磁石（50）を見ると、永久磁石（50）の輪郭が完全に空芯部分（71）に包含される期間がある。この期間には、空芯コイル（70）と永久磁石（50）を巻回軸（X）に沿った方向から見ると、永久磁石（50）における、回転方向の最前部（F）および最後部（R）が、空芯コイル（70）の空芯部分（71）の内部に含まれる。 On the other hand, assuming that R1> R2, R3 <R4, and θ1 <θ2, the permanent magnet (50) is viewed from the direction along the winding axis (X) while the rotor (40) is rotating. There is a period during which the contour of (50) is completely contained in the air core portion (71). During this period, when the air-core coil (70) and the permanent magnet (50) are viewed from the direction along the winding axis (X), the front (F) and the rearmost part (F) in the rotation direction of the permanent magnet (50). (R) is included inside the air core portion (71) of the air core coil (70).

本変形例においても、空芯コイル（70）の外側に膨らみ、空芯コイル（70）に鎖交しない磁束の低減が可能となる。 Also in this modified example, it is possible to reduce the magnetic flux that swells to the outside of the air core coil (70) and does not interlink with the air core coil (70).

《実施形態３》
実施形態２および、実施形態２の変形例の構成は、ラジアルギャップモータに適用してもよい。ラジアルギャップモータでは、径方向において、空芯コイル（70）と固定子（60）とが、所定のエアギャップを有した状態で対向する。 << Embodiment 3 >>
The configurations of the second embodiment and the modified examples of the second embodiment may be applied to the radial gap motor. In a radial gap motor, the air core coil (70) and the stator (60) face each other in the radial direction with a predetermined air gap.

図１６は、実施形態３における回転電気機械（10）の断面図である。図１６の回転電気機械（10）は、ラジアルギャップモータの一例である。図１６は、軸心（O）に直交する、回転電気機械（10）の断面である。 FIG. 16 is a cross-sectional view of the rotary electric machine (10) according to the third embodiment. The rotary electric machine (10) of FIG. 16 is an example of a radial gap motor. FIG. 16 is a cross section of a rotating electric machine (10) orthogonal to the axis (O).

図１６に示すように、回転電気機械（10）は、回転子（40）、固定子（60）、及び回転軸（30）を備えている。回転電気機械（10）は、ケーシング（20）も備えているが、図１６では図示を省略している。 As shown in FIG. 16, the rotating electromechanical machine (10) includes a rotor (40), a stator (60), and a rotating shaft (30). The rotary electric machine (10) also includes a casing (20), which is not shown in FIG.

回転子（40）は、円筒状の部材である。回転子（40）は、例えば、電磁鋼板を積層して構成される。回転子（40）の外周面には、複数の永久磁石（50）が設けられている。 The rotor (40) is a cylindrical member. The rotor (40) is composed of, for example, laminated electromagnetic steel sheets. A plurality of permanent magnets (50) are provided on the outer peripheral surface of the rotor (40).

永久磁石（50）は、軸方向から見た形状が方形である（図１６参照）。これらの永久磁石（50）は、軸心（O）の周りに等ピッチで、回転子（40）の外周面上に配置されている。本実施形態でも永久磁石（50）の種類には限定はない。永久磁石（50）には、フェライト磁石、ネオジウム磁石等の種々の磁石を採用できる。 The permanent magnet (50) has a square shape when viewed from the axial direction (see FIG. 16). These permanent magnets (50) are arranged on the outer peripheral surface of the rotor (40) at equal pitches around the axis (O). Even in this embodiment, the type of permanent magnet (50) is not limited. As the permanent magnet (50), various magnets such as a ferrite magnet and a neodymium magnet can be adopted.

固定子（60）は、固定子コア（61）と、複数の空芯コイル（70）を備えている。固定子コア（61）は、円筒状の部材である。固定子コア（61）の内周面には、複数の突部（61b）が形成されている。突部（61b）は、固定子コア（61）の内周面から、固定子コア（61）の軸心（軸心（O）と同一）に向かって突出している。 The stator (60) includes a stator core (61) and a plurality of air core coils (70). The stator core (61) is a cylindrical member. A plurality of protrusions (61b) are formed on the inner peripheral surface of the stator core (61). The protrusion (61b) protrudes from the inner peripheral surface of the stator core (61) toward the axis (same as the axis (O)) of the stator core (61).

固定子（60）では、突部（61b）に対向した位置に空芯コイル（70）が設けられている。図１７Ａは、ラジアルギャップモータにおける空芯コイル（70）と永久磁石（50）とを示す。図１７Ａは、空芯コイル（70）と永久磁石（50）とを巻回軸（X）に沿った方向から見た図である。この例でも、回転子（40）の回転に応じて永久磁石（50）が軸心（O）方向において重なる部分と、回転子（40）が回転しても永久磁石（50）が重ならない部分とが、空芯部分（71）に存在する。 In the stator (60), an air core coil (70) is provided at a position facing the protrusion (61b). FIG. 17A shows an air-core coil (70) and a permanent magnet (50) in a radial gap motor. FIG. 17A is a view of the air core coil (70) and the permanent magnet (50) viewed from the direction along the winding axis (X). In this example as well, the portion where the permanent magnets (50) overlap in the axial center (O) direction according to the rotation of the rotor (40) and the portion where the permanent magnets (50) do not overlap even if the rotor (40) rotates. And exists in the air core part (71).

図１７Ｂは、ラジアルギャップモータにおける空芯コイル（70）と鉄心表面を示す。図１７Ｂも、空芯コイル（70）と鉄心表面とを、巻回軸（X）に沿った方向から見た図である。 FIG. 17B shows the air core coil (70) and the iron core surface in the radial gap motor. FIG. 17B is also a view of the air core coil (70) and the surface of the iron core as viewed from the direction along the winding axis (X).

本実施形態でも、「鉄心表面」とは、固定子コア（61）において、回転子（40）と対向して磁束が通る位置を意味する。本実施形態でも、突部（61b）の先端の面が「鉄心表面」に相当する。本実施形態では、鉄心表面は、回転子（40）の回転に応じて、永久磁石（50）が、軸心（O）方向において重なるように、大きさおよび位置が設定されている。 Also in this embodiment, the “iron core surface” means a position in the stator core (61) through which magnetic flux passes in opposition to the rotor (40). Also in this embodiment, the surface at the tip of the protrusion (61b) corresponds to the “iron core surface”. In the present embodiment, the size and position of the iron core surface are set so that the permanent magnets (50) overlap in the axial center (O) direction according to the rotation of the rotor (40).

この構成によって、空芯コイル（70）の外側に膨らみ、空芯コイルに鎖交しない永久磁石（50）端部の磁束が低減する。換言すると、ラジアルギャップモータにおいても、出力の増大を図ることが可能になる。 With this configuration, the magnetic flux at the end of the permanent magnet (50) that bulges outward of the air core coil (70) and does not interlink with the air core coil is reduced. In other words, it is possible to increase the output even in the radial gap motor.

本実施形態でも、永久磁石（50）の輪郭が完全に空芯部分（71）に包含される期間ができるように、永久磁石（50）と空芯コイル（70）との幾何学的な関係を定めてもよい。 Also in this embodiment, the geometric relationship between the permanent magnet (50) and the air core coil (70) is such that the contour of the permanent magnet (50) is completely included in the air core portion (71). May be set.

本実施形態でも、永久磁石（50）と空芯コイル（70）とが、周方向において重なるように、両者の幾何学的な関係を定めてもよい。同様に、鉄心表面と空芯コイル（70）とが、周方向においてラップするように、両者の幾何学的な関係を定めてもよい。 Also in this embodiment, the geometrical relationship between the permanent magnet (50) and the air core coil (70) may be defined so as to overlap each other in the circumferential direction. Similarly, the geometrical relationship between the iron core surface and the air core coil (70) may be defined so that they wrap in the circumferential direction.

《その他の実施形態》
永久磁石（50）及び空芯コイル（70）の数（磁極数）には限定はない。 << Other Embodiments >>
The number of permanent magnets (50) and air-core coils (70) (number of magnetic poles) is not limited.

永久磁石（50）の材質も例示である。 The material of the permanent magnet (50) is also an example.

以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。 Although the embodiments and modifications have been described above, it will be understood that various modifications of the forms and details are possible without departing from the purpose and scope of the claims. The above embodiments and modifications may be appropriately combined or replaced as long as they do not impair the functions of the present disclosure.

以上説明したように、本開示は、回転電気機械について有用である。 As described above, the present disclosure is useful for rotary electromechanical machines.

１０回転電気機械
４０回転子
５０永久磁石
６０固定子
７０空芯コイル
７１空芯部分 10 Rotating electric machine 40 Rotor 50 Permanent magnet 60 Stator 70 Air core coil 71 Air core part

Claims

A stator (60) with an air-core coil (70) and
A rotor (40) with a permanent magnet (50) and
With
The number of turns of the air core coil (70) is N, the maximum value of the number of stages of the air core coil (70) is a (where a ≦ N), and the maximum value of the number of rows of the air core coil (70) is b (however). If b ≦ N),
a and b are combinations that satisfy N ≦ a × b and have the maximum number of interlinkage magnetic fluxes of the permanent magnet (50) that interlinks the air core coil (70) among the combinations of a and b. A rotating electric machine characterized by being selected.

In claim 1,
The number of stages of the air-core coil (70) is a rotary electric machine characterized in that the outermost circumference is a.

In claim 2,
The number of stages of the air core coil (70) is a rotating electric machine characterized in that the innermost circumference is less than a and the other than the innermost circumference is a.

In any of claims 1 to 3,
When viewed from the direction along the winding axis (X) of the air core coil (70), the permanent magnets (50) overlap with the rotation of the rotor (40). The size is set so that the portion and the portion where the permanent magnet (50) does not overlap during the rotation of the rotor (40) are present in the air core portion (71) of the air core coil (70). A rotating electric machine characterized by being made.

In any of claims 1 to 4,
When the air core coil (70) is viewed from the direction along the winding axis (X) of the air core coil (70), the front and rear portions of the permanent magnet (50) in the rotation direction are the above. Rotating electricity, characterized in that the timing included inside the air core portion (71) of the air core coil (70) is set in size so that it exists during the rotation of the rotor (40). machine.

In claim 4 or 5,
The distance between the surface of the stator (60) and the permanent magnet (50) in the direction of the winding axis (X) of the air core coil (70) is defined as D1.
Let D2 be the distance between the air core coil (70) and the permanent magnet (50) in a predetermined direction orthogonal to the winding axis (X) of the air core coil (70).
D2 ≧ 0.623 × D1 ^-1.374
D2 is set so that
Let D3 be the distance between the surface of the air core coil (70) and the surface of the stator (60) in a predetermined direction orthogonal to the winding axis (X) of the air core coil (70).
D3 ≧ 0.623 × D1 ^-1.374
A rotating electric machine characterized in that D3 is set so as to be.