JP5515297B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、1個のステータに複合電流を供給して複数のロータを個別に駆動するようにした、複合電流多層式回転電機に関するものである。 The present invention relates to a composite current multilayer rotating electrical machine in which a composite current is supplied to one stator and a plurality of rotors are individually driven.
この複合電流多層式回転電機としては従来、例えば特許文献1に記載のようなものが知られている。
この複合電流多層式回転電機は、可動子側(ロータ)に永久磁石を設け、固定子側(ステータ)に界磁コイルを設け、1個のステータと2個のロータとの組み合わせにより構成したものである。
As this composite current multi-layer rotating electric machine, one as described in
This composite current multi-layer rotating electrical machine has a permanent magnet on the mover side (rotor), a field coil on the stator side (stator), and a combination of one stator and two rotors. It is.
回転電機の駆動に際しては、両ロータ駆動用電流の複合電流をステータに供給して2個のロータを個別に駆動するようになす。 When driving the rotating electrical machine, a composite current of both rotor driving currents is supplied to the stator to drive the two rotors individually.
しかし従来の複合電流多層式回転電機にあっては、ロータを3個以上設ける場合、ロータをお互いの磁束が透過するようになるため、
回転電機に3個以上のロータを設けて多軸化した場合、磁気抵抗が増大して効率が低下する懸念があった。
However, in the conventional combined current multilayer rotary electric machine, when three or more rotors are provided, the magnetic fluxes of the rotors are transmitted through the rotor.
When the rotary electric machine is provided with three or more rotors and multi-axis is used, there is a concern that the magnetic resistance increases and the efficiency decreases.
本発明はかかる問題に鑑み、回転電機に3個以上のロータを設けて多軸化した場合でも、ロータをお互いの磁束が透過することのないようして、磁気抵抗の増大による効率の低下を生ずることのないようにした回転電機を提供することを目的とする。 In view of such a problem, the present invention reduces the efficiency due to the increase in magnetic resistance so that the magnetic flux does not pass through the rotor even when three or more rotors are provided in the rotating electrical machine and the rotor is multi-axial. An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that does not occur.
この目的のため、本発明による回転電機は、請求項1に記載のごとく、
円周方向に延在するヨークを有した電機子鉄心、および、該ヨークにトロイダル巻きした電機子巻線よりなるステータを具え、
界磁磁極を有した3個以上のロータをそれぞれ、前記各ロータの界磁磁極から出た磁束が前記トロイダル巻き電機子巻線の巻回中心線に沿って同方向へ指向した後、同じロータの界磁磁極に達するよう配置すると共に、これら3個以上のロータを個別に回転可能に配置して設け、
これら3個以上のロータをそれぞれ、前記トロイダル巻き電機子巻線に供給する複合電流で駆動するよう構成したことを特徴とするものである。
For this purpose, the rotating electrical machine according to the invention is as described in
An armature core having a yoke extending in the circumferential direction, and a stator comprising an armature winding wound toroidally around the yoke;
Each three or more rotors having a field magnetic pole, after the magnetic flux from the field poles of the rotor is oriented along the winding center line of the toroidal winding armature winding in the same direction, the same rotor thereby arranged to reach the field poles of provided these three or more rotors arranged rotatably individually,
Each of these three or more rotors is configured to be driven by a composite current supplied to the toroidal winding armature winding.
かかる本発明の回転電機によれば、各ロータの界磁磁極のうちN極から出た磁束がトロイダル巻き電機子巻線の巻回中心線に沿って同方向へ指向されながら対応するヨークを透過して、同じロータ上のS極に達し、このときの磁束が対応するトロイダル巻き電機子巻線と鎖交して誘起電圧を発生させることにより、回転電機を作動させることができる。
According to the rotating electrical machine of the present invention, the magnetic flux generated from the N pole among the field magnetic poles of each rotor is transmitted through the corresponding yoke while being directed in the same direction along the winding center line of the toroidal winding armature winding. Thus, the rotating electric machine can be operated by reaching the S pole on the same rotor and generating an induced voltage in which the magnetic flux at this time is linked with the corresponding toroidal winding armature winding.
よって、回転電機に3個以上のロータを設けて多軸化した場合においても、各磁束はヨークを透過するとき、相互に交差することなく平行を保ってヨークを、ヨーク延在方向に透過することとなる。
このため、3個以上のロータをお互いの磁束が透過するようなことがなく、回転電機を多軸化して複合電流多層式回転電機に構成した場合においても、磁気抵抗が増大して効率の低下を招くようなことはない。
Therefore, even when three or more rotors are provided in the rotating electrical machine and each of the magnetic fluxes passes through the yoke, the magnetic flux passes through the yoke in the extending direction of the yoke while keeping parallel without crossing each other. It will be.
For this reason, the magnetic flux does not pass through the three or more rotors, and even when the rotary electric machine is multi-axial and configured as a composite current multilayer rotary electric machine , the magnetic resistance increases and the efficiency increases. There will be no decline.
以下、本発明の実施の形態を、図示の第1実施例〜第2実施例に基づき詳細に説明する。
<第1実施例>
図1〜3は、本発明の第1実施例になる回転電機を示し、図1は、同図の手前側にある第1アキシャルロータ1(図2参照)を外して回転電機の内部を軸線方向に見て示す端面図、図2は、図1のA-A線上で断面とし、矢の方向に見て示す要部縦断側面図、図3は、図1,2の回転電機を周方向に展開して、その要部を示す分解斜視図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on illustrated first to second embodiments.
<First embodiment>
1 to 3 show a rotating electrical machine according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 shows an axis line of the rotating electrical machine by removing the first axial rotor 1 (see FIG. 2) on the front side of the same figure. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and is a longitudinal sectional side view of the main part as viewed in the direction of the arrow. FIG. 3 is a development of the rotating electrical machine in FIGS. And it is a disassembled perspective view which shows the principal part.
図2,3において、1,2はそれぞれ円板状の第1アキシャルロータおよび第2アキシャルロータを示し、これら第1アキシャルロータ1および第2アキシャルロータ2はそれぞれ、ベースプレート3,4の一方の面に界磁磁極としての永久磁石5,6を貼設した構成となす。
2 and 3,
第1アキシャルロータ1のベースプレート3に貼設する永久磁石5は、複数個1組として同一円周上に配列すると共に、N極の永久磁石とS極の永久磁石とを交互に配列する。
第2アキシャルロータ2のベースプレート4に貼設する永久磁石6も、永久磁石5と同数とし、永久磁石5の配列円と同径の同一円周上に配列すると共に、N極の永久磁石とS極の永久磁石とを交互に配列する。
The
The number of
かかる第1アキシャルロータ1および第2アキシャルロータ2を、それぞれの永久磁石5,6が相互に向かい合うよう同軸に対向配置し、共通軸線Oの周りで個別に回転し得るよう、しかし軸線方向変位不能に支承する。
The first
上記した第1アキシャルロータ1および第2アキシャルロータ2間(詳しくは、永久磁石5,6間)に、所定の軸線方向エアギャップ(アキシャルギャップ)を持たせてステータ7を介在させる。
このステータ7は、第1アキシャルロータ1および第2アキシャルロータ2の周回方向へ延在する多数のヨーク8を有した電機子鉄心9、および、該ヨーク8にトロイダル巻きして巻装した電機子巻線10により、図1に示すごとき円環状に構成する。
A
The
円環状ステータ7の外径側に、所定の径方向ギャップ(ラジアルギャップ)を持たせて円環状の第1ラジアルロータ11を同心に配置する。
円環状ステータ7の内径側には、所定の径方向ギャップ(ラジアルギャップ)を持たせて円環状の第2ラジアルロータ12を同心に配置する。
これら第1,2ラジアルロータ11,12はそれぞれ、軸線Oの周りで個別に回転し得るよう、しかし軸線方向変位不能に支承する。
An annular first
An annular second
Each of the first and second
外径側における第1ラジアルロータ11の内周面に永久磁石13を埋設し、この永久磁石13は複数個1組として、N極の永久磁石とS極の永久磁石とを円周方向へ交互に配列する。
内径側における第2ラジアルロータ12の外周面に永久磁石14を埋設し、この永久磁石14は複数個1組として、N極の永久磁石とS極の永久磁石とを円周方向へ交互に配列する。
上記した本実施例になる回転電機の作用を以下に説明する。
回転電機の駆動に際しては、第1アキシャルロータ1の駆動電流と、第2アキシャルロータ2の駆動電流と、第1ラジアルロータ11の駆動電流と、第2ラジアルロータ12の駆動電流との複合電流を、トロイダル巻きした電機子巻線10に供給する。
The operation of the rotating electrical machine according to this embodiment will be described below.
When driving the rotating electrical machine, a combined current of the drive current of the first
このとき、第1アキシャルロータ1に設けた永久磁石5のうちN極から出た磁束が図3,4にα1で示すごとく対応するヨーク8を透過して、同じ第1アキシャルロータ1上のS極に達し、このときの磁束α1が対応するトロイダル巻き電機子巻線10と鎖交して誘起電圧を発生させることにより、第1アキシャルロータ1を駆動させることができる。
At this time, the magnetic flux emitted from the N pole of the
また第2アキシャルロータ2に設けた永久磁石6のうちN極から出た磁束が図3,4にα2で示すごとく対応するヨーク8を透過して、同じ第2アキシャルロータ2上のS極に達し、このときの磁束α2が対応するトロイダル巻き電機子巻線10と鎖交して誘起電圧を発生させることにより、第2アキシャルロータ2を駆動させることができる。
In addition, the magnetic flux emitted from the N pole among the
また第1ラジアルロータ11に設けた永久磁石13のうちN極から出た磁束が図3,4にα1で示すごとく対応するヨーク8を透過して、同じ第1ラジアルロータ11上のS極に達し、このときの磁束α1が対応するトロイダル巻き電機子巻線10と鎖交して誘起電圧を発生させることにより、第1ラジアルロータ11を駆動させることができる。
In addition, the magnetic flux emitted from the N pole among the
更に第2ラジアルロータ12に設けた永久磁石14のうちN極から出た磁束が図3,4にα2で示すごとく対応するヨーク8を透過して、同じ第2ラジアルロータ12上のS極に達し、このときの磁束α2が対応するトロイダル巻き電機子巻線10と鎖交して誘起電圧を発生させることにより、第2ラジアルロータ12を駆動させることができる。
Further, the magnetic flux emitted from the N pole among the
ところで、4個のロータ1,2,11,12をそれぞれ、永久磁石5,6,13,14がトロイダル巻き電機子巻線10の巻回中心に指向するよう配置しているため、
上記のように第1,2アキシャルロータ1,2および第1,2ラジアルロータ11,12を個別に駆動させる磁束α1,α2は、ヨーク8を透過するとき、図4に明示するごとく相互に平行を保ってヨーク8を、ヨーク延在方向に透過することとなる。
このため、4個以上のロータ1,2,11,12をお互いの磁束α1,α2が透過するようなことがなく、回転電機を多軸化(図示例では4軸化)した場合においても、磁気抵抗が増大して効率の低下を招くようなことはない。
By the way, because the four
As described above, the magnetic fluxes α1 and α2 that individually drive the first and second
For this reason, the magnetic fluxes α1, α2 are not transmitted through the four or
図5は、回転電機を上記のごとく多軸化(4軸化)した場合における各ロータ1,2,11,12の回転支承構造を例示するものである。
図5において、21は、回転電機のハウジングを示し、このハウジング21内に支持板22を介して円環状ステータ7を同心に吊架する。
FIG. 5 illustrates the rotational support structure of the
In FIG. 5,
円環状ステータ7の軸線方向両側に同心配置する第1,2アキシャルロータ1,2のうち、第2アキシャルロータ2は、ベアリング23を介してハウジング21の内周に直接軸受し、第1アキシャルロータ1は、以下のようにしてハウジング21の内周に間接的に軸受する。
Of the first and second
円環状ステータ7の外周に配置する第1ラジアルロータ11を、ベアリング24によりハウジング21の内周に直接軸受し、第1ラジアルロータ11の内周にベアリング25を介して第1アキシャルロータ1を軸受する。
The first
そして、円環状ステータ7の内周に配置する第2ラジアルロータ12は、ベアリング26,27を介して第1アキシャルロータ1の内周および第2アキシャルロータ2の内周に軸受する。
The second
<第2実施例>
図6は、本発明の第2実施例になる回転電機の要部を示す分解斜視図である。
本実施例においては、基本的に図1〜3に示す第1実施例と同様な構成を踏襲するが、これを更に多軸化(6軸化)したものである。
<Second embodiment>
FIG. 6 is an exploded perspective view showing a main part of the rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention.
In this embodiment, the same configuration as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 is basically followed, but this is further multi-axial (6-axis).
図6は、図3と同様な分解斜視図で、図3におけると同様な部分に同一符号を付して対応付けし、重複説明を避けた。
本実施例においては、上記の更なる多軸化(6軸化)のためにステータ7を、アキシャルロータ1,2の間隔方向に長大化させ、その分だけアキシャルロータ1,2の間隔を大きくする。
FIG. 6 is an exploded perspective view similar to FIG. 3, in which parts similar to those in FIG.
In this embodiment, the
そして、第1ラジアルロータ11と同様な第3ラジアルロータ31を、第1ラジアルロータ11の軸線方向横並びに配して、且つ単独で回転可能に、しかし軸線方向変位不能に設ける。
また第2ラジアルロータ12と同様な第4ラジアルロータ32を、第2ラジアルロータ12の軸線方向横並びに配して、且つ単独で回転可能に、しかし軸線方向変位不能に設ける。
A third
Further, a fourth
第3ラジアルロータ31の内周面には永久磁石33を埋設し、この永久磁石33は複数個1組として、N極の永久磁石とS極の永久磁石とを円周方向へ交互に配列する。
第4ラジアルロータ32の外周面に永久磁石34を埋設し、この永久磁石34は複数個1組として、N極の永久磁石とS極の永久磁石とを円周方向へ交互に配列する。
上記した本実施例になる回転電機は、追加した第3ラジアルロータ31および第4ラジアルロータ32がそれぞれ、第1実施例につき前述した第1ラジアルロータ11および第2ラジアルロータ12と同様に作用し、更なる多軸化(6軸化)によっても第1実施例と同様な作用効果を奏することができる。
In the rotating electrical machine according to the present embodiment described above, the added third
図7は、回転電機を上記のごとく更に多軸化(6軸化)した場合における各ロータ1,2,11,12,31,32の回転支承構造を例示するものである。
図7において、21は、回転電機のハウジングを示し、このハウジング21内に支持板22を介して円環状ステータ7を同心に吊架する。
FIG. 7 exemplifies the rotational support structure of each
In FIG. 7,
円環状ステータ7の軸線方向両側に同心配置する第1,2アキシャルロータ1,2のうち、第2アキシャルロータ2は、ベアリング23を介してハウジング21の内周に直接軸受し、第1アキシャルロータ1は、以下のようにしてハウジング21の内周に間接的に軸受する。
Of the first and second
円環状ステータ7の外周に配置する第1ラジアルロータ11および第3ラジアルロータ31のうち第3ラジアルロータ31を、ベアリング41によりハウジング21の内周に直接軸受し、第3ラジアルロータ31の内周にベアリング42を介して第1ラジアルロータ11を軸受する。
そして、第1ラジアルロータ11の内周にベアリング43を介して第1アキシャルロータ1を軸受する。
Of the first
Then, the first
円環状ステータ7の内周に配置する第2ラジアルロータ12および第4ラジアルロータ32のうち第2ラジアルロータ12は、ベアリング44を介して第1アキシャルロータ1の内周の内周に軸受し、第4ラジアルロータ32はベアリング45を介して第2アキシャルロータ2の内周に軸受する。
また、第2ラジアルロータ12および第4ラジアルロータ32は同軸突き合わせ関係に配置し、この同軸突き合わせ部にベアリング46を介在させる。
Of the second
The second
<他の実施例>
なお上記した第1,2実施例に代えて、4個(第1実施例)または6個(第2実施例)のロータ1,2,11,12,31,32は、永久磁石5,6,13,14,33,34およびトロイダル巻き電機子巻線間に、ステータ軸線方向両側のアキシャルギャップおよびステータ径方向内外のラジアルギャップを任意の組み合わせで形成するよう構成配置することができる。
この場合、上記した第1,2実施例によると同様な作用効果を奏し得るほか、設計の自由度が増すという作用効果を達成することができる。
<Other embodiments>
Instead of the first and second embodiments described above, four (first embodiment) or six (second embodiment)
In this case, according to the first and second embodiments, the same operational effects can be achieved, and the operational effect of increasing the degree of freedom in design can be achieved.
1 第1アキシャルロータ
2 第2アキシャルロータ
3,4 ベースプレート
5,6 永久磁石(界磁磁極)
7 ステータ
8 ヨーク
9 電機子鉄心
10 電機子巻線
11 第1ラジアルロータ
12 第2ラジアルロータ
13,14 永久磁石(界磁磁極)
21 ハウジング
31 第3ラジアルロータ
32 第4ラジアルロータ
33,34 永久磁石(界磁磁極)
α1,α2 磁束
1 First axial rotor
2 Second axial rotor
3,4 Base plate
5,6 Permanent magnet (field magnetic pole)
7 Stator
8 York
9 Armature core
10 Armature winding
11 1st radial rotor
12 2nd radial rotor
13,14 Permanent magnet (field magnetic pole)
21 Housing
31 3rd radial rotor
32 4th radial rotor
33,34 Permanent magnet (field magnetic pole)
α1, α2 magnetic flux
Claims (2)
界磁磁極を有した3個以上のロータをそれぞれ、前記各ロータの界磁磁極から出た磁束が前記トロイダル巻き電機子巻線の巻回中心線に沿って同方向へ指向した後、同じロータの界磁磁極に達するよう配置すると共に、これら3個以上のロータを個別に回転可能に配置して設け、
これら3個以上のロータをそれぞれ、前記トロイダル巻き電機子巻線に供給する複合電流で駆動するよう構成したことを特徴とする回転電機。 An armature core having a yoke extending in the circumferential direction, and a stator comprising an armature winding wound toroidally around the yoke;
Each three or more rotors having a field magnetic pole, after the magnetic flux from the field poles of the rotor is oriented along the winding center line of the toroidal winding armature winding in the same direction, the same rotor thereby arranged to reach the field poles of provided these three or more rotors arranged rotatably individually,
A rotating electric machine characterized in that each of the three or more rotors is driven by a composite current supplied to the toroidal winding armature winding.
前記3個以上のロータは、前記界磁磁極およびトロイダル巻き電機子巻線間に、ステータ軸線方向両側にそれぞれアキシャルギャップが形成されると共にステータ径方向内外の一方または両方にラジアルギャップが形成されるよう、或いはステータ径方向内外にそれぞれラジアルギャップが形成されると共にステータ軸線方向一方側または両側にアキシャルギャップが形成されるよう構成配置したことを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
In the three or more rotors, axial gaps are formed on both sides of the stator axial direction between the field magnetic poles and the toroidal winding armature windings, and a radial gap is formed on one or both of the inner and outer sides in the stator radial direction. Or a rotary electric machine characterized in that a radial gap is formed inside and outside the stator in the radial direction and an axial gap is formed on one side or both sides in the stator axial direction.
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