JP5687417B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
この発明は、回転電機に関し、特に、出力の向上が図られた回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly, to a rotating electrical machine with improved output.
下記特許文献1から3には、回転電機に関し、界磁巻線型同期機が開示されている。これらの界磁巻線型同期機においては、ロータコイルがダイオードを介して短絡される構造を有している。この構造を採用することで、ロータコイルには、交流電流を用いた場合でも、一方向のみに電流が流れることで、ロータコアに所定方向の一対の界磁極が形成される。 Patent Documents 1 to 3 below disclose field winding type synchronous machines related to rotating electrical machines. These field winding type synchronous machines have a structure in which the rotor coil is short-circuited via a diode. By adopting this structure, a pair of field poles in a predetermined direction is formed in the rotor core by causing the current to flow only in one direction even when an alternating current is used in the rotor coil.
また、下記特許文献2には、ロータコイルが回転径方向へ移動するのを規制するための規制部材が、ロータコイルを覆うように設ける構造が開示されている。 Patent Document 2 below discloses a structure in which a regulating member for regulating the movement of the rotor coil in the radial direction is provided so as to cover the rotor coil.
上記構成の回転電機においては、出力の向上が求められる。出力の向上を図るための一つの方法として、ステータからの空間高調波を利用してロータコイルの誘起電力を効率よく発生させることが挙げられる。この発明の目的は、回転電機のロータに設けられるロータティースの改善を図ることにより、回転電機の出力の向上を図ることを可能とする回転電機を提供することにある。 In the rotating electrical machine having the above configuration, an improvement in output is required. One method for improving the output is to efficiently generate the induced power of the rotor coil by utilizing the spatial harmonics from the stator. An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can improve the output of the rotating electrical machine by improving the rotor teeth provided in the rotor of the rotating electrical machine.
この発明に基づいた回転電機においては、周面に複数のロータティースが形成されたロータコア、および、上記ロータティースに巻回されたロータコイルを有するロータと、上記ロータと対向するように環状に配置されたステータとを備え、上記ロータティースは、上記ステータからの漏洩磁束が周方向よりも径方向に向けて透過し易く設けられている。 In the rotating electrical machine according to the present invention, a rotor core having a plurality of rotor teeth formed on the peripheral surface, a rotor having a rotor coil wound around the rotor teeth, and an annular arrangement facing the rotor The rotor teeth are provided such that leakage magnetic flux from the stator is more easily transmitted in the radial direction than in the circumferential direction.
この発明に基づいた回転電機によれば、ステータからの漏洩磁束が径方向に沿ってロータティース内の先端部から付根部に向けて通り易くなる。これにより、ステータからの漏洩磁束をロータコイルに十分鎖交させることができる。その結果、ロータコイルに流れる誘導電流を増加させることにより、回転電機の出力の向上を図ることが可能となる。 According to the rotary electric machine based on this invention, the leakage magnetic flux from a stator becomes easy to pass along a radial direction from the front-end | tip part in a rotor tooth toward a root part. Thereby, the leakage magnetic flux from the stator can be sufficiently interlinked with the rotor coil. As a result, the output of the rotating electrical machine can be improved by increasing the induced current flowing through the rotor coil.
本発明に基づいた実施の形態における回転電機について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。 A rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in the embodiments described below, when referring to the number, amount, and the like, the scope of the present invention is not necessarily limited to the number, amount, and the like unless otherwise specified. The same parts and corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description may not be repeated.
(実施の形態1)
図1から図11を参照して、本実施の形態における回転電機100およびロータ110の形状について説明する。
(Embodiment 1)
With reference to FIGS. 1 to 11, the shapes of rotating
(ロータ110の外観構成)
図1にロータ110の外観構成を示す。ロータ110は、回転中心軸Oを有する回転シャフト111を有している。回転シャフト111は筒状のロータコア140を有している。ロータコア140は、半径方向に延びるロータティース141とロータティース142とを有している。ロータティース141とロータティース142とは同一の形状である。ロータティース141には、ロータコイル113が巻回されている。ロータティース142には、ロータコイル123が巻回されている。
(External configuration of rotor 110)
FIG. 1 shows an external configuration of the
(回転電機の横断面構造)
図2を参照して、本実施の形態における回転電機100の横断面構造について説明する。この回転電機100は、上記したロータ110と、このロータ110と対向するように環状に配置されたステータ130とを有している。ロータ110の構成要素であるロータコア140は、ロータヨーク143を有している。ロータヨーク143の外周面には、上記したように、半径方向に延びるロータティース141とロータティース142とが交互に所定のピッチで配設されている。
(Transverse structure of rotating electrical machine)
With reference to FIG. 2, the cross-sectional structure of rotating
各ロータティース141に巻回されたそれぞれロータコイル113は、ダイオード(整流器)114を介在させて直列に接続されている。同様に、各ロータティース142に巻回されたそれぞれロータコイル123も、ダイオード(整流器)124を介在させて直列に接続されている。
Each
ステータ130の内周面は、ロータ110の外周面と対向している。ステータ130の内周面とロータ110の外周面とは、僅かに離れている。ステータ130は、環状に形成されたステータコア131とステータコイル132とを有している。
The inner peripheral surface of the
ステータコア131は、環状に形成されたステータヨーク131aと、このステータヨーク131aの内周面側において、半径方向の内側に向かって延びるように設けられた複数のステータティース131bとを有している。ステータコイル131は、ステータティース131bに巻回されている。ステータコイル131は、U相コイル、V相コイル、および、W相コイルを含む、3相コイルである。
The
上記回転電機100において、ロータ110のロータティース141,142は、合計12箇所設けられ、ステータ130のステータティース131bは、合計18箇所設けられている。なお、これらの数量はあくまで一例であり、回転電機に要求される仕様に応じて適宜変更されるものである。
In the rotating
(誘導電流の発生原理)
上記した回転電機100は、集中巻ステータの空間高調波を利用し、巻線型回転子上の巻線に誘導電流を流すモータとして用いることができる。以下、図3から図6を参照して、本実施の形態おける回転電機100の誘導電流の発生原理について説明する。
(Principle of induced current generation)
The above-described rotating
図3(A)、(B)を参照して、ステータ130からの磁束のロータヨーク143への流入は、時間的に交互に繰り返される。
Referring to FIGS. 3A and 3B, the flow of magnetic flux from
図4(A)、(B)を参照して、ロータコア140は、ロータヨーク143を介して磁気的につながっているため、磁気回路において各鎖交磁束の大部分は、ロータヨーク143上の隣り合う磁極(A相、B相)で打ち消しあう。A相およびB相の鎖交磁束(二次の空間高調波)は、A相およびB相で打ち消しあうようにロータヨーク143に流れ込もうとする。そのため、最初は、打ち消しあう際の漏洩磁束のみが発生する。
4A and 4B, since the
図5(A)、(B)を参照して、本実施の形態に示すように、ダイオードが設けられたロータ巻線の場合、漏洩磁束によりA相またはB相のどちらかの巻線に、交互に誘導電流が発生する。 Referring to FIGS. 5A and 5B, as shown in the present embodiment, in the case of a rotor winding provided with a diode, either of the A phase or B phase winding due to leakage magnetic flux, An induced current is generated alternately.
図6(A)、(B)を参照して、図5(A)、(B)に示す状態が継続して繰り返されると、A相とB相とにおいて交互に誘導電流が発生する。その結果、誘導電流成分が増加し、図中の矢印Mで示すように、誘導電流の磁束による固定磁束が発生することになる。 6A and 6B, when the states shown in FIGS. 5A and 5B are continuously repeated, induced currents are alternately generated in the A phase and the B phase. As a result, the induced current component increases, and a fixed magnetic flux due to the magnetic flux of the induced current is generated as indicated by an arrow M in the figure.
図7および図8に示すように、上記構成からなる回転電機100において、ロータティース141,142の先端部に、ロータコイル113、123を覆う庇145(図7のX1で囲まれた領域参照)、庇146(図8のX2で囲まれた領域参照)を設けた場合には、庇を設けない場合に比べて、回転電機100のトルクが低下する。
As shown in FIG. 7 and FIG. 8, in the rotating
図9は、庇を設けない場合、図7に示す大きさの庇145を設けた場合、図8に示す庇146を設けた場合の、それぞれのトルクを示していいる。庇を設けた場合には庇設けない場合に比べて、トルクが低下することが分かる。
FIG. 9 shows the respective torques when no heel is provided, when the
ロータティースの先端部に庇を設けることで、ロータティースの先端部の磁性抵抗が低下(透磁率が上昇)するため、ロータティースの先端部でステータに戻る漏洩磁束が増加する。これにより、ロータコイルを鎖交する漏洩磁束が減少し、十分な誘導電流が生じない。その結果、回転電機のトルクが低下すると考えられる。 By providing a flange at the tip of the rotor teeth, the magnetic resistance at the tip of the rotor teeth is reduced (the magnetic permeability is increased), so that the leakage magnetic flux returning to the stator at the tip of the rotor teeth is increased. Thereby, the leakage magnetic flux which links a rotor coil reduces, and sufficient induction current does not arise. As a result, it is considered that the torque of the rotating electrical machine decreases.
(ロータティース141の形状)
そこで、図10および図11を参照して、本実施の形態における回転電機100に採用されるロータ110のロータティース141の形状について説明する。なお、ロータティース142にも同様の形状が採用されているが、ここでは、ロータティース141についてのみ説明する。以下に示す各実施の形態においても同様である。
(Shape of rotor teeth 141)
Therefore, with reference to FIGS. 10 and 11, the shape of the
図10に示すように、本実施の形態におけるロータティース141は、先端部141aの周方向Xに沿った幅(a)寸法が、付根部141bの周方向Xに沿った幅(b)寸法よりも小さくなるように設けられている。具体的には、先端部141aと側壁部141cとが交差する領域にテーパ141tが設けられている。側壁部141cは直線状に設けられ、2つの側壁部141c同士の間隔は等しく設けられている。
As shown in FIG. 10, the
図11(A)にテーパ141tが設けられていない場合のロータティース141を図示し、図11(B)にテーパ141tが設けられた場合のロータティース141を図示する。図11(B)に示すように、テーパ141tが設けられることで、ロータティース141は、先端部141aの周方向Xに沿った幅(a)寸法が、付根部141bの周方向Xに沿った幅(b)寸法よりも小さくなる。これにより、付根部141bの磁気抵抗が先端部141aの磁気抵抗よりも小さくなるため、ステータ130からの漏洩磁束Mが周方向(X)よりも径方向(Y)に向けて透過し易くなる。
FIG. 11A illustrates the
つまり、ステータ130からの漏洩磁束Mが、ロータティース141の先端部から付根部の方向に向けて通り易くなる。その結果、ステータ130からの漏洩磁束Mをロータコイル113に十分鎖交させることができる。これにより、ロータコイル113に流れる誘導電流を増加させることができ、回転電機100の出力の向上を図ることが可能となる。ロータコイル123においても同様に、誘導電流を増加させることができる。
That is, the leakage magnetic flux M from the
(実施の形態2)
次に、図12および図13を参照して、本実施の形態における回転電機100に採用されるロータ110のロータティース141Aの形状について説明する。図12に示すように、本実施の形態におけるロータティース141Aは、先端部141aの周方向Xに沿った幅(a)寸法が、付根部141bの周方向Xに沿った幅(b)寸法よりも小さくなるように設けられている。具体的には、先端部141aの両端からロータヨーク143に向かって延びる側壁部141cが、外側に拡がるように直線状に傾斜して設けられている。
(Embodiment 2)
Next, with reference to FIGS. 12 and 13, the shape of the
図13に示すように、直線状に傾斜する側壁部141cが設けられることで、ロータティース141は、先端部141aの周方向Xに沿った幅(a)寸法が、付根部141bの周方向Xに沿った幅(b)寸法よりも小さくなる。これにより、付根部141bの磁気抵抗が先端部141aの磁気抵抗よりも小さくなるため、ステータ130からの漏洩磁束Mが周方向(X)よりも径方向(Y)に向けて透過し易くなる。
As shown in FIG. 13, by providing the
つまり、ステータ130からの漏洩磁束Mが、ロータティース141Aの先端部から付根部の方向に向けて通り易くなる。その結果、ステータ130からの漏洩磁束Mをロータコイル113に十分鎖交させることができる。これにより、ロータコイル113に流れる誘導電流を増加させることができ、回転電機100の出力の向上を図ることが可能となる。ロータコイル123においても同様に、誘導電流を増加させることができる。
That is, the leakage magnetic flux M from the
(実施の形態3)
次に、図14および図15を参照して、本実施の形態における回転電機100に採用されるロータ110のロータティース141Bの形状について説明する。図14に示すように、本実施の形態におけるロータティース141Bは、先端部141aの周方向Xに沿った幅(a)寸法が、付根部141bの周方向Xに沿った幅(b)寸法よりも小さくなるように設けられている。具体的には、付根部141bにおいて、側壁部141cから付根部141bにかけて外側に拡がるテーパ141dが設けられている。側壁部141cは直線状に設けられ、2つの側壁部141c同士の間隔は等しく設けられている。
(Embodiment 3)
Next, with reference to FIG. 14 and FIG. 15, the shape of the
図15に示すように、テーパ141dが設けられることで、ロータティース141は、先端部141aの周方向Xに沿った幅(a)寸法が、付根部141bの周方向Xに沿った幅(b)寸法よりも小さくなる。これにより、付根部141bの磁気抵抗が先端部141aの磁気抵抗よりも小さくなるため、ステータ130からの漏洩磁束Mが周方向(X)よりも径方向(Y)に向けて透過し易くなる。
As shown in FIG. 15, by providing the
つまり、ステータ130からの漏洩磁束Mが、ロータティース141Bの先端部から付根部の方向に向けて通り易くなる。その結果、ステータ130からの漏洩磁束Mをロータコイル113に十分鎖交させることができる。これにより、ロータコイル113に流れる誘導電流を増加させることができ、回転電機100の出力の向上を図ることが可能となる。ロータコイル123においても同様に、誘導電流を増加させることができる。
That is, the leakage magnetic flux M from the
(実施の形態4)
次に、図16および図17を参照して、本実施の形態における回転電機100に採用されるロータ110のロータティース141Cの形状について説明する。図16に示すように、本実施の形態におけるロータティース141Cは、先端部141aの周方向Xに沿った幅(a)寸法が、付根部141bの周方向Xに沿った幅(b)寸法よりも小さくなるように設けられている。具体的には、先端部141aの両端からロータヨーク143に向かって延びる側壁部141cが、外側に拡がるように曲線状に傾斜して設けられている。
(Embodiment 4)
Next, with reference to FIG. 16 and FIG. 17, the shape of the rotor teeth 141C of the
図17に示すように、曲線状に傾斜する側壁部141cが設けられることで、ロータティース141は、先端部141aの周方向Xに沿った幅(a)寸法が、付根部141bの周方向Xに沿った幅(b)寸法よりも小さくなる。これにより、付根部141bの磁気抵抗が先端部141aの磁気抵抗よりも小さくなるため、ステータ130からの漏洩磁束Mが周方向(X)よりも径方向(Y)に向けて透過し易くなる。
As shown in FIG. 17, by providing the
つまり、ステータ130からの漏洩磁束Mが、ロータティース141Cの先端部から付根部の方向に向けて通り易くなる。その結果、ステータ130からの漏洩磁束Mをロータコイル113に十分鎖交させることができる。これにより、ロータコイル113に流れる誘導電流を増加させることができ、回転電機100の出力の向上を図ることが可能となる。ロータコイル123においても同様に、誘導電流を増加させることができる。
That is, the leakage magnetic flux M from the
(実施の形態5)
次に、図18および図19を参照して、本実施の形態における回転電機100に採用されるロータ110のロータティース141Dの形状について説明する。図18に示すように、本実施の形態におけるロータティース141Dの先端側の領域には、径方向Yに沿って設けられロータティース141よりも磁気抵抗の高いスリット状領域141sが、周方向Xに複数配列されている。このスリット状領域141sは、ロータ110の回転中心軸Oが延びる方向(紙面垂直方向)に設けられ、空気が存在する空間となっている。ロータティース141を構成する部材の磁気抵抗と空気の磁気抵抗を比較した場合、空気の方が磁気抵抗は高い。
(Embodiment 5)
Next, with reference to FIGS. 18 and 19, the shape of the
図19に示すように、スリット状領域141sが設けられることで、付根部141bの磁気抵抗が先端部141aの磁気抵抗よりも小さくなる。また、スリット状領域141sにより挟まれたロータティース141Dの部分では、スリット状領域141sとの間に磁気抵抗差が生じ、径方向Yに沿って磁気抵抗が低い領域が形成される。これにより、ステータ130からの漏洩磁束Mが周方向(X)よりも径方向(Y)に向けて透過し易くなる。
As shown in FIG. 19, the provision of the slit-shaped
つまり、ステータ130からの漏洩磁束Mが、ロータティース141Dの先端部から付根部の方向に向けて通り易くなる。その結果、ステータ130からの漏洩磁束Mをロータコイル113に十分鎖交させることができる。これにより、ロータコイル113に流れる誘導電流を増加させることができ、回転電機100の出力の向上を図ることが可能となる。ロータコイル123においても同様に、誘導電流を増加させることができる。
That is, the leakage magnetic flux M from the
なお、スリット状領域141sを複数配列設ける場合について説明したが、数量は、1または2以上あればよい。
In addition, although the case where multiple slit-shaped area |
(実施の形態6)
次に、図20および図21を参照して、本実施の形態における回転電機100に採用されるロータ110のロータティース141Eの形状について説明する。図20に示すように、本実施の形態におけるロータティース141Eの先端側の領域には、径方向Yに沿って設けられロータティース141よりも磁気抵抗の高いスリット状領域141Sが、周方向Xに複数配列されている。このスリット状領域141Sは、ロータ110の回転中心軸Oが延びる方向(紙面垂直方向)に設けられ、ロータティース141を構成する部材の磁気抵抗よりも高い磁気抵抗を有する部材141eが埋め込まれている。
(Embodiment 6)
Next, with reference to FIG. 20 and FIG. 21, the shape of the
図20に示すように、部材141eが埋め込まれたスリット状領域141Sが設けられることで、付根部141bの磁気抵抗が先端部141aの磁気抵抗よりも小さくなる。また、スリット状領域141Sにより挟まれたロータティース141Eの部分では、スリット状領域141Sとの間に磁気抵抗差が生じ、径方向Yに沿って磁気抵抗が低い領域が形成される。これにより、ステータ130からの漏洩磁束Mが周方向(X)よりも径方向(Y)に向けて透過し易くなる。
As shown in FIG. 20, by providing the slit-shaped region 141S in which the member 141e is embedded, the magnetic resistance of the
つまり、ステータ130からの漏洩磁束Mが、ロータティース141Eの先端部から付根部の方向に向けて通り易くなる。その結果、ステータ130からの漏洩磁束Mをロータコイル113に十分鎖交させることができる。これにより、ロータコイル113に流れる誘導電流を増加させることができ、回転電機100の出力の向上を図ることが可能となる。ロータコイル123においても同様に、誘導電流を増加させることができる。
That is, the leakage magnetic flux M from the
なお、部材141eが埋め込まれたスリット状領域141sを複数配列設ける場合について説明したが、数量は、1または2以上あればよい。
In addition, although the case where a plurality of slit-shaped
(実施の形態7)
次に、図22および図23を参照して、本実施の形態における回転電機100に採用されるロータ110のロータティース141Fについて説明する。図22に示すように、本実施の形態におけるロータティース141Fには、ロータ110の半径方向Yに磁化容易軸(図中の白抜矢印で示す方向)を持つ方向性電磁鋼板が用いられる。したがって、すべてのロータティース141Fが、ロータ110の半径方向Yに沿う磁化容易軸を持つこととなる。
(Embodiment 7)
Next, with reference to FIG. 22 and FIG. 23, the
図23に示すように、径方向Yに磁化容易軸を持つ方向性電磁鋼板を用いることで、ステータ130からの漏洩磁束Mが周方向(X)よりも径方向(Y)に向けて透過し易くなる。
As shown in FIG. 23, by using a directional electrical steel sheet having an easy axis in the radial direction Y, the leakage magnetic flux M from the
つまり、ステータ130からの漏洩磁束Mが、ロータティース141Fの先端部から付根部の方向に向けて通り易くなる。その結果、ステータ130からの漏洩磁束Mをロータコイル113に十分鎖交させることができる。これにより、ロータコイル113に流れる誘導電流を増加させることができ、回転電機100の出力の向上を図ることが可能となる。ロータコイル123においても同様に、誘導電流を増加させることができる。
That is, the leakage magnetic flux M from the
なお、共通の鋼板を用いた場合には、半径方向に磁化容易軸を持つロータティース141Fと、周方向に磁化容易軸を持つロータティース141F(90度回転した位置)とが混在することになるため、これを回避するために、分割ティースを用いたり、放射状に磁化容易軸を持つ方向性電磁鋼板を用いたりすることが好ましい。
When a common steel plate is used, a
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 回転電機、110 ロータ、111 回転シャフト、113 ロータコイル、114,124 ダイオード(整流器)、123 ロータコイル、130 ステータ、131 ステータコア、131a ステータヨーク、131b ステータティース、132 ステータコイル、140 ロータコア、141,141A,141B,141C,141D,141E,141F ロータティース、141a 先端部、141b 付根部、141c 側壁部、141d テーパ、141e 部材、141t テーパ、141s スリット状領域、142 ロータティース、143 ロータヨーク、M 漏洩磁束、O 回転中心軸。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記ロータと対向するように環状に配置されたステータと、
を備え、
前記ロータティースは、前記ステータからの漏洩磁束が周方向よりも径方向に向けて透過し易く設けられ、
前記ロータティースは、付根部の磁気抵抗が先端部の磁気抵抗よりも小さく設けられ、
前記ロータティースの先端側の領域には、径方向に沿って設けられ前記ロータティースよりも磁気抵抗の高いスリット状領域が、周方向に2以上配列されており、
前記スリット状領域には、前記ロータティースを構成する部材の磁気抵抗よりも高い磁気抵抗を有する部材が埋め込まれている、回転電機。 A rotor core having a plurality of rotor teeth formed on the peripheral surface, and a rotor having a rotor coil wound around the rotor teeth;
A stator arranged in an annular shape so as to face the rotor;
With
The rotor teeth are provided such that leakage magnetic flux from the stator is more easily transmitted in the radial direction than in the circumferential direction.
The rotor teeth are provided with a magnetic resistance at the root portion smaller than the magnetic resistance at the tip portion,
In the region on the tip side of the rotor teeth , two or more slit-shaped regions that are provided along the radial direction and have a higher magnetic resistance than the rotor teeth are arranged in the circumferential direction,
A rotary electric machine in which a member having a magnetic resistance higher than a magnetic resistance of a member constituting the rotor teeth is embedded in the slit-like region.
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