JP5772322B2 - Rotating electric machine with speed change mechanism - Google Patents
Rotating electric machine with speed change mechanism Download PDFInfo
- Publication number
- JP5772322B2 JP5772322B2 JP2011154900A JP2011154900A JP5772322B2 JP 5772322 B2 JP5772322 B2 JP 5772322B2 JP 2011154900 A JP2011154900 A JP 2011154900A JP 2011154900 A JP2011154900 A JP 2011154900A JP 5772322 B2 JP5772322 B2 JP 5772322B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic gear
- rotor
- gear element
- magnetic
- winding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Description
本発明は、変速機構付き回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine with a speed change mechanism.
従来から、様々な分野における動力源として回転電機が用いられている。回転電機の回転子に発生した動力は、変速機構で変速されてから負荷の駆動に用いられることが多い。変速機構は機械式の歯車機構を用いたものが主流であるが、近年の磁石の高性能化に伴って磁気歯車機構を用いた変速機構も開発されており、その一例が下記特許文献1や非特許文献1に開示されている。特許文献1や非特許文献1の磁気歯車変速機構は、磁気波動歯車機構であり、小型でも大きな減速比を得ることが可能となる。 Conventionally, a rotating electrical machine has been used as a power source in various fields. The power generated in the rotor of the rotating electrical machine is often used to drive a load after being shifted by a speed change mechanism. As the speed change mechanism, the one using a mechanical gear mechanism is the mainstream. However, with the recent improvement in performance of magnets, a speed change mechanism using a magnetic gear mechanism has been developed. It is disclosed in Non-Patent Document 1. The magnetic gear speed change mechanism of Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1 is a magnetic wave gear mechanism, and a large reduction ratio can be obtained even with a small size.
特許文献1や非特許文献1の磁気歯車変速機構では、永久磁石の界磁磁束を利用してトルクを伝達するが、伝達するトルクが小さいときでも、永久磁石の界磁磁束量は変わらないため、余分に界磁磁束を流していることになり、その分、損失増加の要因となる。回転電機の回転子に発生する動力を磁気歯車変速機構で変速して伝達する場合に、動力伝達を効率よく行うためには、回転子に発生するトルクの増加に応じて磁気歯車変速機構の伝達トルク容量を増加できることが望ましい。 In the magnetic gear transmission mechanism of Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, torque is transmitted using the field magnetic flux of the permanent magnet, but the amount of field magnetic flux of the permanent magnet does not change even when the transmitted torque is small. This causes extra field magnetic flux to flow, which causes an increase in loss. In order to efficiently transmit power when the power generated in the rotor of the rotating electrical machine is shifted and transmitted by the magnetic gear transmission mechanism, the transmission of the magnetic gear transmission mechanism is performed in accordance with the increase in torque generated in the rotor. It is desirable to be able to increase torque capacity.
本発明は、回転電機の回転子に発生する動力を磁気歯車変速機構で変速して伝達する場合に、回転子に発生するトルクの増加に応じて磁気歯車変速機構の伝達トルク容量を増加させることで、動力伝達を効率よく行うことを目的とする。 The present invention increases the transmission torque capacity of a magnetic gear transmission mechanism in accordance with an increase in torque generated in the rotor when the power generated in the rotor of the rotating electrical machine is shifted and transmitted by the magnetic gear transmission mechanism. The purpose is to perform power transmission efficiently.
本発明に係る変速機構付き回転電機は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。 The rotating electrical machine with a speed change mechanism according to the present invention employs the following means in order to achieve the above-described object.
本発明に係る変速機構付き回転電機は、固定子巻線が設けられた固定子と、回転子巻線が設けられた回転子とを含む誘導機と、回転子に連結された入力側磁気歯車要素と、入力側磁気歯車要素と連動して回転する出力側磁気歯車要素とを含み、回転子の動力を変速して出力する磁気歯車変速機構と、を備え、磁気歯車変速機構においては、入力側磁気歯車要素の回転に連動して出力側磁気歯車要素がその中心軸まわりに回転するとともに入力側磁気歯車要素の中心軸まわりに周回する条件と、入力側磁気歯車要素の極数が出力側磁気歯車要素の極数と異なる条件とのいずれか1つ以上が成立し、入力側磁気歯車要素に界磁巻線が設けられ、界磁巻線に電流が流れることで入力側磁気歯車要素に磁極が形成され、界磁巻線と回転子巻線が共有化または接続されていることを要旨とする。 A rotating electrical machine with a speed change mechanism according to the present invention includes an induction machine including a stator provided with a stator winding, a rotor provided with the rotor winding, and an input-side magnetic gear coupled to the rotor. And an output side magnetic gear element that rotates in conjunction with the input side magnetic gear element, and includes a magnetic gear speed change mechanism that shifts and outputs the power of the rotor. The output side magnetic gear element rotates around its central axis in conjunction with the rotation of the side magnetic gear element and rotates around the central axis of the input side magnetic gear element, and the number of poles of the input side magnetic gear element is the output side. Any one or more of the number of poles of the magnetic gear element and different conditions are satisfied, the field winding is provided in the input side magnetic gear element, and the current flows in the field winding to cause the input side magnetic gear element to Magnetic poles are formed, and field winding and rotor winding are shared The rest are summarized as being connected.
本発明の一態様では、界磁巻線と回転子巻線が整流回路を介して接続されており、整流回路は、回転子巻線の交流電流を直流に整流して界磁巻線に流すことが好適である。 In one aspect of the present invention, the field winding and the rotor winding are connected via a rectification circuit, and the rectification circuit rectifies the alternating current of the rotor winding into a direct current and flows it to the field winding. Is preferred.
本発明の一態様では、磁気歯車変速機構は、回転が固定されたリング磁気歯車要素と、入力側磁気歯車要素として、リング磁気歯車要素の内側に配置されたサン磁気歯車要素と、出力側磁気歯車要素として、出力軸に回転自在に支持され、リング磁気歯車要素及びサン磁気歯車要素と磁気的に結合する遊星磁気歯車要素と、を含むことが好適である。 In one aspect of the present invention, a magnetic gear speed change mechanism includes a ring magnetic gear element whose rotation is fixed, a sun magnetic gear element disposed inside the ring magnetic gear element as an input side magnetic gear element, and an output side magnetic gear element. The gear element preferably includes a planetary magnetic gear element rotatably supported on the output shaft and magnetically coupled to the ring magnetic gear element and the sun magnetic gear element.
本発明によれば、誘導機の回転子に発生するトルクと磁気歯車変速機構の入力側磁気歯車要素に発生する界磁磁束量が比例関係となり、回転子に発生するトルクの増加に応じて磁気歯車変速機構の伝達トルク容量が増加することで、磁気歯車変速機構での動力伝達を効率よく行うことができる。 According to the present invention, the torque generated in the rotor of the induction machine and the field magnetic flux generated in the input-side magnetic gear element of the magnetic gear transmission mechanism are in a proportional relationship, and the magnetic force is increased according to the increase in the torque generated in the rotor. By increasing the transmission torque capacity of the gear transmission mechanism, power transmission by the magnetic gear transmission mechanism can be performed efficiently.
以下、本発明を実施するための形態(以下実施形態という)を図面に従って説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
図1〜4は本発明の実施形態に係る変速機構付き回転電機の概略構成を示す図であり、図1は入力軸20と直交する方向から見た内部構成の概略を示す断面図であり、図2は図1のA−A断面図を示し、図3は図1のB−B断面図を示し、図4は変速機構のスケルトン図と回転電機の回路図を示す。本実施形態に係る変速機構付き回転電機は、誘導機10と、磁気歯車変速機構40と、を備える。
1-4 is a figure which shows schematic structure of the rotary electric machine with a transmission mechanism which concerns on embodiment of this invention, FIG. 1 is sectional drawing which shows the outline of the internal structure seen from the direction orthogonal to the
誘導機10は、ケーシング11に固定されることで回転が固定されたステータ12と、入力軸20に機械的に連結され、ステータ12に対し相対回転可能なロータ14と、を備える。図1,2に示す例では、入力軸20と直交する径方向においてステータ12とロータ14が所定の微小空隙を空けて対向配置され、ステータ12がロータ14より径方向外側の位置に配置されている。ステータ12は、ステータコア21と、ステータコア21にその周方向に沿って配設された複数相(例えば3相)のステータ巻線22と、を含む。ステータコア21には、径方向内側へ(ロータ14へ向けて)突出する複数のステータティース23が周方向に沿って互いに間隔をおいて(等間隔で)配列されており、各ステータティース23間にスロットが形成されている。ステータ巻線22がステータティース23間のスロットを通ってステータティース23に巻装されることで、ステータ12に磁極が構成される。ステータ巻線22に流す電流は、制御回路30により制御される。制御回路30は、例えばインバータを含んで構成され、インバータのスイッチング制御によりステータ巻線22に流す交流電流の振幅や位相角を制御することが可能である。
The
ロータ14は、ロータコア31と、ロータコア31にその周方向に沿って配設された複数相(例えば3相)のロータ巻線として用いられる共有巻線72と、を含む。ロータコア31には、径方向外側へ(ステータ12へ向けて)突出する複数のロータティース33が周方向に沿って互いに間隔をおいて(等間隔で)配列されており、各ロータティース33間にスロットが形成されている。共有巻線72がロータティース33間のスロットを通ってロータティース33に巻装されることで、ロータ14に磁極が構成される。ステータティース23とロータティース33が周方向に関して全周に渡って対向配置されていることで、ステータ12とロータ14が周方向に関して全周に渡って磁気的に結合される。
The
磁気歯車変速機構40は、ケーシング11に固定されることで回転が固定されたリング磁気歯車42と、リング磁気歯車42の内側(径方向内側)に配置された入力側磁気歯車要素としてのサン磁気歯車41と、リング磁気歯車42の周方向に沿って互いに間隔をおいて(等間隔で)並べられ、各々がリング磁気歯車42とサン磁気歯車41との間に配置された出力側磁気歯車要素としての複数(図3に示す例では4つ)のピニオン磁気歯車(遊星磁気歯車)43と、各ピニオン磁気歯車43を回転自在に支持するキャリアとして機能する出力軸44と、を含む遊星磁気歯車機構である。リング磁気歯車42とサン磁気歯車41の中心軸は互いに一致している。各ピニオン磁気歯車43の中心軸は、リング磁気歯車42及びサン磁気歯車41の中心軸に対して平行であり、所定距離をおいて配置されている。
The magnetic gear
リング磁気歯車42は、コア部材61と、コア部材61の内周面に配設された複数の永久磁石62と、を含む。複数の永久磁石62は、リング磁気歯車42の周方向において磁極が交互する(N極とS極が交互に並ぶ)ように、各々の着磁方向が設定されている。各ピニオン磁気歯車43は、コア部材63と、コア部材63の外周面に配設された複数の永久磁石64と、を含む。複数の永久磁石64は、ピニオン磁気歯車43の周方向において磁極が交互する(N極とS極が交互に並ぶ)ように、各々の着磁方向が設定されている。各ピニオン磁気歯車43の永久磁石64の一部がリング磁気歯車42の永久磁石62の一部と微小空隙を空けて対向することで、各ピニオン磁気歯車43がリング磁気歯車42と周方向に関して部分的に磁気的に結合する。この磁気的な結合部分47に作用する磁気力を利用して、各ピニオン磁気歯車43とリング磁気歯車42との間でトルクを伝達することが可能である。各ピニオン磁気歯車43がリング磁気歯車42に対して相対回転するのに伴って、磁気的に結合する永久磁石62,64が入れ替わる。
The ring
サン磁気歯車41は、入力軸20に機械的に連結されていることで、入力軸20を介して誘導機10のロータ14に機械的に連結されている。サン磁気歯車41の外径はロータ14の外径と等しく設定されている。サン磁気歯車41は、コア部材51と、コア部材51にその周方向に沿って配設された複数相(例えば3相)の界磁巻線として用いられる共有巻線72と、を含む。コア部材51には、径方向外側へ(各ピニオン磁気歯車43へ向けて)突出する複数のティース53が周方向に沿って互いに間隔をおいて(等間隔で)配列されており、各ティース53間にスロットが形成されている。サン磁気歯車41のティース53の総数はロータティース33の総数と等しく(サン磁気歯車41の極数はロータ14の極数と等しく)、各ティース53と各ロータティース33は、周方向に関する位置が互いにずれることなく配置されている。
The sun
本実施形態では、共有巻線72が、ロータティース33間のスロットだけでなくティース53間のスロットも通って、ロータティース33だけでなくティース53にも巻装されることで、サン磁気歯車41に磁極が構成される。つまり、サン磁気歯車41の界磁巻線と誘導機10のロータ巻線が、共有巻線72によって共有化されている。各ピニオン磁気歯車43の永久磁石64の一部がサン磁気歯車41のティース53の一部と微小空隙を空けて対向することで、各ピニオン磁気歯車43がサン磁気歯車41と周方向に関して部分的に磁気的に結合する。この磁気的な結合部分48に作用する磁気力を利用して、各ピニオン磁気歯車43とサン磁気歯車41との間でトルクを伝達することが可能である。各ピニオン磁気歯車43とサン磁気歯車41との相対回転に伴って、磁気的に結合する永久磁石64とティース53が入れ替わる。サン磁気歯車41とリング磁気歯車42と各ピニオン磁気歯車43とで、極数と直径(サン磁気歯車41及びピニオン磁気歯車43は外径、リング磁気歯車42は内径)との比が互いに等しくなるように、サン磁気歯車41とリング磁気歯車42と各ピニオン磁気歯車43の極数及び直径がそれぞれ設定される。図3に示す例では、サン磁気歯車41における3つのティース53が1つの磁極分に相当する。
In the present embodiment, the shared winding 72 passes through not only the slots between the
誘導機10では、複数相(例えば3相)のステータ巻線22に複数相(例えば3相)の交流電流が流れることで、周方向に回転する回転磁界がステータ12に発生する。ステータ12に発生した回転磁界がロータ14に作用するのに応じて、ロータ14に配設された共有巻線72に誘導起電力が発生して誘導電流(交流電流)が流れる。この回転磁界と誘導電流との電磁気相互作用により、ステータ12からロータ14にトルクが作用して、ロータ14が入力軸20及びサン磁気歯車41とともに回転駆動する。このように、誘導機10を、ステータ巻線22への供給電力を利用してロータ14に動力(機械的動力)を発生させる電動機として機能させることができる。制御回路30は、例えばインバータのスイッチング制御によりステータ巻線22に流す交流電流の振幅や位相角を制御することで、誘導機10のステータ12とロータ14との間に作用するトルクを制御することができる。
In the
さらに、磁気歯車変速機構40では、共有巻線72(界磁巻線)に誘導電流が流れることで、サン磁気歯車41に磁極が形成される。そして、各ピニオン磁気歯車43の永久磁石64の磁界とサン磁気歯車41の共有巻線72の誘導電流との電磁気相互作用により、各ピニオン磁気歯車43とサン磁気歯車41との磁気的な結合部分48にトルクが作用する。これによって、サン磁気歯車41の回転と連動して、各ピニオン磁気歯車43がその中心軸まわりに回転(自転)する。その際には、各ピニオン磁気歯車43と回転が固定されたリング磁気歯車42との磁気的な結合部分47にトルクが作用することで、各ピニオン磁気歯車43がサン磁気歯車41の中心軸まわりに周回(公転)し、各ピニオン磁気歯車43を回転支持する出力軸44が回転駆動する。これによって、誘導機10のロータ14に発生した動力を変速(減速)して出力軸44から出力することができ、磁気歯車変速機構40は減速機として機能する。
Further, in the magnetic gear
ここで、誘導機10において、ステータ12に形成される回転磁界の回転速度をNe、ロータ14の回転速度をNm、すべりをsとすると、以下の(1)式が成立し、磁気歯車変速機構40において、サン磁気歯車41の極数をZs、各ピニオン磁気歯車43の極数をZp、リング磁気歯車42の極数をZrとすると、以下の(2)式が成立する。
Here, in the
Ne=Nm/(1−s) (1)
Zr=Zs+2×Zp (2)
Ne = Nm / (1-s) (1)
Zr = Zs + 2 × Zp (2)
(1)、(2)式より、サン磁気歯車41の回転速度Ns(=Nm)、各ピニオン磁気歯車43の回転速度Np、出力軸44の回転速度Ncに関して、以下の(3)、(4)式が成立する。磁気歯車変速機構40での変速比(減速比)Ns/Ncは、(4)式より、2×(Zs+Zp)/Zs×(1−s)となる。
From the equations (1) and (2), the following (3), (4) regarding the rotational speed Ns (= Nm) of the sun
Np=Zs/Zp×Ns/(1−s) (3)
Nc=Zs/(2×(Zs+Zp))×Ns/(1−s) (4)
Np = Zs / Zp × Ns / (1-s) (3)
Nc = Zs / (2 × (Zs + Zp)) × Ns / (1-s) (4)
誘導機10では、ロータ巻線に流れる交流電流の大きさとロータ14に発生するトルクが比例関係にあり、磁気歯車変速機構40では、サン磁気歯車41の界磁巻線に流れる界磁電流の大きさと伝達トルク容量が比例関係にある。本実施形態では、サン磁気歯車41の界磁巻線と誘導機10のロータ巻線を共有巻線72によって共有化し、サン磁気歯車41の界磁巻線と誘導機10のロータ巻線に共通の電流が流れることで、ロータ14に発生するトルクとサン磁気歯車41の界磁磁束量が比例関係となり、ロータ14に発生するトルクの増加に応じて磁気歯車変速機構40の伝達トルク容量が増加する。そして、制御回路30によりステータ巻線22に流す交流電流の振幅や位相角を制御することで、ロータ14に発生するトルク、及び磁気歯車変速機構40の伝達トルク容量の両方が、この比例関係を保ちながら制御される。共有巻線72に流れる電流が小さく、ロータ14に発生するトルクが小さいときには、サン磁気歯車41が余分な界磁磁束を発生することなく、磁気歯車変速機構40の伝達トルク容量が小さくなるため、ロータ14の動力が磁気歯車変速機構40で効率よく減速されて出力軸44から出力される。一方、共有巻線72に流れる電流が大きく、ロータ14に発生するトルクが大きいときには、サン磁気歯車41が大トルク伝達に十分な界磁磁束を発生し、磁気歯車変速機構40の伝達トルク容量が大きくなるため、ロータ14の動力が磁気歯車変速機構40で大きく減少することなく減速されて出力軸44から出力される。
In the
このように、本実施形態によれば、サン磁気歯車41の界磁巻線と誘導機10のロータ巻線を共有巻線72によって共有化することで、磁気歯車変速機構40の伝達トルク容量をロータ14に発生するトルクに比例して制御することができ、ロータ14の動力を磁気歯車変速機構40で効率よく減速して出力軸44から出力することができる。さらに、誘導機10と磁気歯車変速機構40の一体化が容易となり、製造コストを下げることができる。その際に、サン磁気歯車41の極数がロータ14の極数と等しい場合は、同じ断面形状の鉄心を用いてサン磁気歯車41とロータ14を構成可能であるため、製造コストをさらに下げることができる。また、磁気歯車変速機構40側からトルクが加わった場合でも共有巻線72に界磁電流(誘導電流)が流れるため、誘導機10を発電機として機能させることもでき、誘導機10の回生動作が可能となる。
Thus, according to the present embodiment, the field winding of the sun
次に、本実施形態の他の構成例について説明する。 Next, another configuration example of this embodiment will be described.
図5に示す構成例では、誘導機10のロータ巻線32がロータティース33間のスロットを通ってロータティース33に巻装されることで、ロータ14に磁極が構成され、磁気歯車変速機構40の界磁巻線52がティース53間のスロットを通ってティース53に巻装されることで、サン磁気歯車41に磁極が構成される。そして、ロータ14に配設されたロータ巻線32とサン磁気歯車41に配設された界磁巻線52が、入力軸20に取り付けられた接続端子74を介して電気的に接続されている。図5に示す構成例によれば、サン磁気歯車41の極数をロータ14の極数と異ならせる(サン磁気歯車41のティース53の総数をロータティース33の総数と異ならせる)ことで、ロータ14のトルクに対する磁気歯車変速機構40の伝達トルク容量の関係を調整することができ、磁気歯車変速機構40の設計の自由度が増す。
In the configuration example shown in FIG. 5, the rotor winding 32 of the
また、例えば図6に示すように、磁気歯車変速機構40の軸方向長さを誘導機10の軸方向長さと異ならせる、より具体的には、サン磁気歯車41とピニオン磁気歯車43の磁気的な結合部分48の軸方向長さ、及びリング磁気歯車42とピニオン磁気歯車43の磁気的な結合部分47の軸方向長さを、ステータ12とロータ14の対向部分の軸方向長さと異ならせることもできる。図6に示す例では、サン磁気歯車41とピニオン磁気歯車43の磁気的な結合部分48の軸方向長さ、及びリング磁気歯車42とピニオン磁気歯車43の磁気的な結合部分47の軸方向長さが、ステータ12とロータ14の対向部分の軸方向長さよりも長い。図6に示す構成例によれば、ロータ14のトルクに対して磁気歯車変速機構40の伝達トルク容量を増加させることができ、磁気歯車変速機構40の設計の自由度が増す。
In addition, for example, as shown in FIG. 6, the axial length of the magnetic gear
また、例えば図7に示すように、磁気歯車変速機構40のサン磁気歯車41の外径を誘導機10のロータ14の外径と異ならせることもできる。図7は、サン磁気歯車41の外径がロータ14の外径よりも小さい例を示しているが、サン磁気歯車41の外径をロータ14の外径よりも大きくすることも可能である。図7に示す構成例でも、ロータ14のトルクに対する磁気歯車変速機構40の伝達トルク容量の関係を調整することができ、磁気歯車変速機構40の設計の自由度が増す。
For example, as shown in FIG. 7, the outer diameter of the sun
また、図8,9に示す構成例では、ロータ14に配設されたロータ巻線32とサン磁気歯車41に配設された界磁巻線52が、入力軸20に取り付けられた整流回路76を介して電気的に接続されている。ここでの整流回路76は、ロータ巻線32の交流電流を直流に整流して界磁巻線52に流す。より具体的には、整流回路76は、ダイオードブリッジにより構成され、ロータ巻線32の各相32U,32V,32W毎にそれぞれ対応して設けられ、互いに並列接続された複数(図9では3本)の整流アーム83,84,85を備える。整流アーム83においては、直列接続された1対のダイオード(整流素子)D11,D12間の中点86とロータ巻線32Uの一端が電気的に接続されている。同様に、整流アーム84においては、直列接続された1対のダイオードD13,D14間の中点87とロータ巻線32Vの一端が電気的に接続され、整流アーム85においては、直列接続された1対のダイオードD15,D16間の中点88とロータ巻線32Wの一端が電気的に接続されている。そして、ロータ巻線32U,32V,32Wの他端同士が互いに電気的に接続されている。界磁巻線52Nの一端は整流アーム83,84,85(ダイオードD11,D13,D15)のカソード端と電気的に接続され、界磁巻線52Sの一端は整流アーム83,84,85(ダイオードD12,D14,D16)のアノード端と電気的に接続されている。そして、界磁巻線52N,52Sの他端同士が互いに電気的に接続されている。整流回路76は、ロータ巻線32U,32V,32Wの3相交流電流をダイオード(整流素子)D11〜D16により直流に整流して界磁巻線52N,52Sに流すことが可能である。
8 and 9, a
界磁巻線52N,52Sは、サン磁気歯車41の周方向において界磁巻線52Nと界磁巻線52Sが交互に並ぶように、ティース53に巻装されている。さらに、界磁巻線52N,52Sに直流電流が流れる場合に、界磁巻線52Nが巻装されたティース53と、界磁巻線52Sが巻装されたティース53とで、磁化方向が互いに逆方向となって異なる磁極の磁石が形成されるように、界磁巻線52N,52Sのティース53への巻回方向がそれぞれ設定されている。これによって、界磁巻線52N,52Sに直流電流が流れる場合に、サン磁気歯車41の周方向においてN極とS極が交互に並ぶように、各ティース53に磁極の固定された磁石が形成される。図8に示す例では、サン磁気歯車41における1つのティース53が1つの磁極分に相当する。
The
図8,9に示す構成例において、誘導機10のロータ巻線32に誘導電流が流れてロータ14にトルクが発生すると、サン磁気歯車41の界磁巻線52に整流回路76で整流された直流電流が流れることで、サン磁気歯車41の各ティース53に磁極の固定された磁石が形成される。そして、各ピニオン磁気歯車43の永久磁石64の磁界とサン磁気歯車41のティース53に形成された磁石の磁界との吸引及び反発作用により、各ピニオン磁気歯車43とサン磁気歯車41との磁気的な結合部分48にトルクが作用する。これによって、サン磁気歯車41の回転と連動して、各ピニオン磁気歯車43がその中心軸まわりに回転(自転)する。さらに、前述のように、各ピニオン磁気歯車43と回転が固定されたリング磁気歯車42との磁気的な結合部分47にトルクが作用して、各ピニオン磁気歯車43がサン磁気歯車41の中心軸まわりに周回(公転)することで、ロータ14に発生した動力が減速されて出力軸44から出力される。
8 and 9, when an induction current flows through the rotor winding 32 of the
図8,9に示す構成例においても、ロータ14に発生するトルクとサン磁気歯車41の界磁磁束量が比例関係となり、制御回路30によりステータ巻線22に流す交流電流の振幅や位相角を制御することで、ロータ14に発生するトルクと磁気歯車変速機構40の伝達トルク容量の両方が比例関係を保ちながら制御される。さらに、図8,9に示す構成例によれば、サン磁気歯車41と各ピニオン磁気歯車43とで磁界が同期して回転するため、トルク伝達効率をさらに向上させることができる。また、サン磁気歯車41のティース53に界磁巻線52を直接施すことで、集中巻きが可能であり、サン磁気歯車41の製造が容易となる。また、磁気歯車変速機構40側(サン磁気歯車41側)で誘導電流を発生させるわけではないので、サン磁気歯車41の形状の自由度が高まる。例えばサン磁気歯車41をクローポール型で構成することも可能となる。
8 and 9, the torque generated in the
以上の説明では、磁気歯車変速機構40が遊星磁気歯車機構であり、リング磁気歯車42の回転が固定されている例について説明した。ただし、本実施形態では、リング磁気歯車42の回転を固定せずに、各ピニオン磁気歯車43を回転支持するキャリアの回転を固定することも可能である。その場合は、リング磁気歯車42が出力側磁気歯車要素として機能し、リング磁気歯車42の極数がサン磁気歯車41の極数と異なる(リング磁気歯車42の極数がサン磁気歯車41の極数より大きい)ことで、ロータ14に発生した動力が減速されてリング磁気歯車42から出力される。また、本実施形態では、磁気歯車変速機構40を遊星磁気歯車機構以外の磁気歯車機構により構成することも可能である。例えば磁気歯車変速機構40を、ロータ14に機械的に連結された入力側磁気歯車要素と、入力側磁気歯車要素と磁気的に結合する出力側磁気歯車要素とを含んで構成することも可能である。その場合は、入力側磁気歯車要素はサン磁気歯車41と同様の構造で構成可能であり、出力側磁気歯車要素はピニオン磁気歯車43と同様の構造で構成可能であり、出力側磁気歯車要素の極数及び直径を入力側磁気歯車要素の極数及び直径と異ならせる(例えば出力側磁気歯車要素の極数及び直径を入力側磁気歯車要素の極数及び直径より大きくする)ことで、ロータ14に発生した動力が変速(減速)されて出力側磁気歯車要素から出力される。また、本実施形態では、磁気歯車変速機構40は、減速機構以外に、ロータ14に発生した動力を増速して出力する増速機構であってもよい。
In the above description, the example in which the magnetic
また、本実施形態では、例えば特許文献1や非特許文献1等に開示されている磁気波動歯車機構を磁気歯車変速機構40に適用することも可能である。その場合の磁気波動歯車機構は、ロータ14に機械的に連結された入力側磁気歯車要素と、入力側磁気歯車要素と磁気的に結合し、回転が固定された固定磁気歯車要素と、固定磁気歯車要素と磁気的に結合する出力側磁気歯車要素とを含んで構成可能である。入力側磁気歯車要素には、永久磁石の代わりに、誘導機10のロータ巻線と共有化または接続された界磁巻線を配設し、界磁巻線に電流を流すことで、ロータ14に発生するトルクと比例する界磁磁束を発生させる。固定磁気歯車要素には、入力側磁気歯車要素で発生した界磁磁束が通る複数の磁気歯が周方向に沿って互いに間隔をおいて(等間隔で)配列されており、出力側磁気歯車要素には、固定磁気歯車要素の磁気歯を通過した界磁磁束が作用する複数の磁極または磁気歯が周方向に沿って互いに間隔をおいて(等間隔で)配列されている。出力側磁気歯車要素の極数(磁極または磁気歯の数)を入力側磁気歯車要素の極数及び固定磁気歯車要素の磁気歯の歯数と異ならせることで、ロータ14に発生した動力が変速(減速)されて出力側磁気歯車要素から出力される。
In the present embodiment, for example, the magnetic wave gear mechanism disclosed in Patent Document 1, Non-Patent Document 1, and the like can be applied to the magnetic
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.
10 誘導機、11 ケーシング、12 ステータ、14 ロータ、20 入力軸、21 ステータコア、22 ステータ巻線、23 ステータティース、30 制御回路、31 ロータコア、32 ロータ巻線、33 ロータティース、40 磁気歯車変速機構、41 サン磁気歯車、42 リング磁気歯車、43 ピニオン磁気歯車、44 出力軸、51,61,63 コア部材、52 界磁巻線、53 ティース、62,64 永久磁石、72 共有巻線、74 接続端子、76 整流回路、83,84,85 整流アーム、D11〜D16 ダイオード。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
回転子に連結された入力側磁気歯車要素と、入力側磁気歯車要素と連動して回転する出力側磁気歯車要素とを含み、回転子の動力を変速して出力する磁気歯車変速機構と、
を備え、
磁気歯車変速機構においては、入力側磁気歯車要素の回転に連動して出力側磁気歯車要素がその中心軸まわりに回転するとともに入力側磁気歯車要素の中心軸まわりに周回する条件と、入力側磁気歯車要素の極数が出力側磁気歯車要素の極数と異なる条件とのいずれか1つ以上が成立し、
入力側磁気歯車要素に界磁巻線が設けられ、界磁巻線に電流が流れることで入力側磁気歯車要素に磁極が形成され、
界磁巻線と回転子巻線が共有化または接続されている、変速機構付き回転電機。 An induction machine including a stator provided with a stator winding and a rotor provided with a rotor winding;
A magnetic gear transmission mechanism including an input-side magnetic gear element coupled to the rotor and an output-side magnetic gear element that rotates in conjunction with the input-side magnetic gear element, and that shifts and outputs the power of the rotor;
With
In the magnetic gear speed change mechanism, the condition that the output side magnetic gear element rotates around its central axis in conjunction with the rotation of the input side magnetic gear element and rotates around the central axis of the input side magnetic gear element, and the input side magnetism One or more of the conditions in which the number of poles of the gear element is different from the number of poles of the output-side magnetic gear element are satisfied,
A field winding is provided in the input side magnetic gear element, and a magnetic pole is formed in the input side magnetic gear element by causing a current to flow in the field winding.
A rotating electrical machine with a transmission mechanism in which a field winding and a rotor winding are shared or connected.
界磁巻線と回転子巻線が整流回路を介して接続されており、
整流回路は、回転子巻線の交流電流を直流に整流して界磁巻線に流す、変速機構付き回転電機。 A rotary electric machine with a speed change mechanism according to claim 1,
The field winding and the rotor winding are connected via a rectifier circuit,
The rectifier circuit is a rotating electrical machine with a speed change mechanism that rectifies the alternating current of the rotor winding into a direct current and flows it through the field winding.
磁気歯車変速機構は、
回転が固定されたリング磁気歯車要素と、
入力側磁気歯車要素として、リング磁気歯車要素の内側に配置されたサン磁気歯車要素と、
出力側磁気歯車要素として、出力軸に回転自在に支持され、リング磁気歯車要素及びサン磁気歯車要素と磁気的に結合する遊星磁気歯車要素と、
を含む、変速機構付き回転電機。 A rotary electric machine with a speed change mechanism according to claim 1 or 2,
Magnetic gear transmission mechanism
A ring magnetic gear element with fixed rotation;
As the input side magnetic gear element, a sun magnetic gear element disposed inside the ring magnetic gear element;
As an output side magnetic gear element, a planetary magnetic gear element rotatably supported on the output shaft and magnetically coupled to the ring magnetic gear element and the sun magnetic gear element;
A rotating electrical machine with a speed change mechanism.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011154900A JP5772322B2 (en) | 2011-07-13 | 2011-07-13 | Rotating electric machine with speed change mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011154900A JP5772322B2 (en) | 2011-07-13 | 2011-07-13 | Rotating electric machine with speed change mechanism |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013021872A JP2013021872A (en) | 2013-01-31 |
JP5772322B2 true JP5772322B2 (en) | 2015-09-02 |
Family
ID=47692755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011154900A Expired - Fee Related JP5772322B2 (en) | 2011-07-13 | 2011-07-13 | Rotating electric machine with speed change mechanism |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5772322B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6838470B2 (en) * | 2017-04-12 | 2021-03-03 | 株式会社豊田中央研究所 | Power generation system |
CN106972732B (en) * | 2017-05-23 | 2024-02-09 | 北京辐全智能科技股份有限公司 | Magnetic gear composite hub motor and automobile comprising same |
KR102425615B1 (en) * | 2020-08-31 | 2022-07-26 | 한국교통대학교산학협력단 | All-in-one traction system for railway vehicle using traction motor and magnetic gear |
CN113890294B (en) * | 2021-10-27 | 2024-05-10 | 华北电力大学 | Current modulation type concentric magnetic gear structure and current control method thereof |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4539528B2 (en) * | 2005-10-20 | 2010-09-08 | 株式会社豊田中央研究所 | Rotating electric machine and hybrid drive device including the same |
KR101121271B1 (en) * | 2007-02-06 | 2012-03-26 | 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 | Electric motor, rotor structure, and magnetic machine |
JP5281768B2 (en) * | 2007-08-10 | 2013-09-04 | 本田技研工業株式会社 | Planetary magnetic pole rotating machine |
JP5109904B2 (en) * | 2008-09-26 | 2012-12-26 | 株式会社デンソー | Rotating electric machine |
JP5412143B2 (en) * | 2009-03-04 | 2014-02-12 | 株式会社豊田中央研究所 | Power transmission device and power conversion device |
-
2011
- 2011-07-13 JP JP2011154900A patent/JP5772322B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013021872A (en) | 2013-01-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5302527B2 (en) | Rotating electric machine and drive control device thereof | |
JP4880804B2 (en) | Synchronous motor drive system | |
JP4775465B2 (en) | Drive device for rotating electrical machine | |
JP5272831B2 (en) | Rotating electric machine | |
KR20140022747A (en) | Rotating electromechanical converter | |
JP2016174521A (en) | Single-phase brushless motor | |
JP5772322B2 (en) | Rotating electric machine with speed change mechanism | |
WO2018051938A1 (en) | Rotating electrical machine | |
JP2014230327A (en) | Rotary electric machine | |
JP6424729B2 (en) | Electric rotating machine | |
RU2437202C1 (en) | Non-contact magnetoelectric machine with axial excitation | |
JP2010136523A (en) | Drive control device for rotary electric machine | |
JP5281768B2 (en) | Planetary magnetic pole rotating machine | |
CN106487176B (en) | Rotating electrical machine | |
JP7123931B2 (en) | Rotating electric machine | |
JP6358158B2 (en) | Rotating electric machine | |
JP2008245484A (en) | Rotary electric machine for power conversion | |
JP2010516224A (en) | Multi-phase drive or generator machine | |
JP6589703B2 (en) | Rotating electric machine | |
JP5175699B2 (en) | Rotating electric machine | |
JP5294021B2 (en) | Claw pole type IPM motor | |
JP5460807B1 (en) | Synchronous motor | |
JP5668181B1 (en) | Magnet generator | |
JP2008236962A (en) | Electric rotating machine and hybrid drive device therewith | |
US20240235360A1 (en) | Magnetic geared rotating machine, power generation system, and drive system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140513 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150217 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150224 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150602 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150615 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5772322 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |