JP5772322B2 - Rotating electric machine with speed change mechanism - Google Patents

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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.

特開2010−106940号公報JP 2010-106940 A

K.Atallah他,"Design,analysis and realization of a high-performance magnetic gear",IEE Proc.-Elecr. Power Appl.,Vol.151,No.2,March,2004K. Atallah et al., “Design, analysis and realization of a high-performance magnetic gear”, IEE Proc.-Elecr. Power Appl., Vol. 151, No. 2, March, 2004

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.

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る。It is a figure which shows schematic structure of the rotary electric machine with a transmission mechanism which concerns on embodiment of this invention. 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る。It is a figure which shows schematic structure of the rotary electric machine with a transmission mechanism which concerns on embodiment of this invention. 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る。It is a figure which shows schematic structure of the rotary electric machine with a transmission mechanism which concerns on embodiment of this invention. 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る。It is a figure which shows schematic structure of the rotary electric machine with a transmission mechanism which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る変速機構付き回転電機の他の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the other schematic structure of the rotary electric machine with a transmission mechanism which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る変速機構付き回転電機の他の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the other schematic structure of the rotary electric machine with a transmission mechanism which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る変速機構付き回転電機の他の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the other schematic structure of the rotary electric machine with a transmission mechanism which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る変速機構付き回転電機の他の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the other schematic structure of the rotary electric machine with a transmission mechanism which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る変速機構付き回転電機の他の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the other schematic structure of the rotary electric machine with a transmission mechanism which concerns on embodiment of this invention.

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 input shaft 20, 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 1, and FIG. The rotating electrical machine with a speed change mechanism according to the present embodiment includes an induction machine 10 and a magnetic gear speed change mechanism 40.

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 induction machine 10 includes a stator 12 that is fixed to the casing 11 and whose rotation is fixed, and a rotor 14 that is mechanically connected to the input shaft 20 and is rotatable relative to the stator 12. In the example shown in FIGS. 1 and 2, the stator 12 and the rotor 14 are arranged to face each other with a predetermined minute gap in the radial direction orthogonal to the input shaft 20, and the stator 12 is arranged at a position radially outside the rotor 14. Yes. The stator 12 includes a stator core 21 and a plurality of (for example, three-phase) stator windings 22 disposed on the stator core 21 along the circumferential direction thereof. In the stator core 21, a plurality of stator teeth 23 protruding radially inward (toward the rotor 14) are arranged at regular intervals (equally spaced) along the circumferential direction, and between the stator teeth 23. A slot is formed. The stator windings 22 are wound around the stator teeth 23 through the slots between the stator teeth 23, so that the stator 12 has a magnetic pole. The current flowing through the stator winding 22 is controlled by the control circuit 30. The control circuit 30 includes, for example, an inverter, and can control the amplitude and phase angle of the alternating current that flows through the stator winding 22 by switching control of the inverter.

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 rotor 14 includes a rotor core 31 and a shared winding 72 used as a rotor winding of a plurality of phases (for example, three phases) disposed on the rotor core 31 along the circumferential direction thereof. In the rotor core 31, a plurality of rotor teeth 33 projecting radially outward (toward the stator 12) are arranged at regular intervals (equally spaced) along the circumferential direction, and between the rotor teeth 33. A slot is formed. The shared winding 72 is wound around the rotor teeth 33 through the slots between the rotor teeth 33, whereby a magnetic pole is formed on the rotor 14. Since the stator teeth 23 and the rotor teeth 33 are arranged opposite to each other in the circumferential direction, the stator 12 and the rotor 14 are magnetically coupled over the entire circumference in the circumferential direction.

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 speed change mechanism 40 includes a ring magnetic gear 42 fixed in rotation by being fixed to the casing 11, and a sun magnetism as an input side magnetic gear element disposed on the inner side (radially inner side) of the ring magnetic gear 42. The output side magnetic gear elements are arranged between the ring magnetic gear 42 and the sun magnetic gear 41, with the gear 41 and the ring magnetic gear 42 being arranged at regular intervals (equally spaced) along the circumferential direction of the ring magnetic gear 42. And a plurality of (four in the example shown in FIG. 3) pinion magnetic gears (planetary magnetic gears) 43, and an output shaft 44 that functions as a carrier that rotatably supports each pinion magnetic gear 43. Mechanism. The center axes of the ring magnetic gear 42 and the sun magnetic gear 41 coincide with each other. The central axis of each pinion magnetic gear 43 is parallel to the central axes of the ring magnetic gear 42 and the sun magnetic gear 41 and is arranged at a predetermined distance.

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 magnetic gear 42 includes a core member 61 and a plurality of permanent magnets 62 disposed on the inner peripheral surface of the core member 61. The magnetization directions of the plurality of permanent magnets 62 are set so that the magnetic poles alternate in the circumferential direction of the ring magnetic gear 42 (N poles and S poles are alternately arranged). Each pinion magnetic gear 43 includes a core member 63 and a plurality of permanent magnets 64 disposed on the outer peripheral surface of the core member 63. The magnetization directions of the plurality of permanent magnets 64 are set so that the magnetic poles alternate in the circumferential direction of the pinion magnetic gear 43 (N poles and S poles are alternately arranged). A part of the permanent magnet 64 of each pinion magnetic gear 43 is opposed to a part of the permanent magnet 62 of the ring magnetic gear 42 with a minute gap therebetween, so that each pinion magnetic gear 43 is part of the ring magnetic gear 42 in the circumferential direction. Magnetically coupled. It is possible to transmit torque between each pinion magnetic gear 43 and the ring magnetic gear 42 using the magnetic force acting on the magnetic coupling portion 47. As each pinion magnetic gear 43 rotates relative to the ring magnetic gear 42, the magnetically coupled permanent magnets 62 and 64 are switched.

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 magnetic gear 41 is mechanically connected to the rotor 14 of the induction machine 10 via the input shaft 20 by being mechanically connected to the input shaft 20. The outer diameter of the sun magnetic gear 41 is set equal to the outer diameter of the rotor 14. The sun magnetic gear 41 includes a core member 51 and a shared winding 72 used as a field winding of a plurality of phases (for example, three phases) disposed on the core member 51 along the circumferential direction thereof. In the core member 51, a plurality of teeth 53 projecting radially outward (toward each pinion magnetic gear 43) are arranged at regular intervals (equally spaced) along the circumferential direction. Slots are formed between them. The total number of teeth 53 of the sun magnetic gear 41 is equal to the total number of rotor teeth 33 (the number of poles of the sun magnetic gear 41 is equal to the number of poles of the rotor 14), and the positions of the teeth 53 and the rotor teeth 33 in the circumferential direction are the same. Arranged without shifting from each other.

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 rotor teeth 33 but also the slots between the teeth 53, and is wound not only on the rotor teeth 33 but also on the teeth 53, whereby the sun magnetic gear 41. A magnetic pole is formed. That is, the field winding of the sun magnetic gear 41 and the rotor winding of the induction machine 10 are shared by the shared winding 72. A part of the permanent magnet 64 of each pinion magnetic gear 43 is opposed to a part of the teeth 53 of the sun magnetic gear 41 with a minute gap therebetween, so that each pinion magnetic gear 43 partially opposes the sun magnetic gear 41 in the circumferential direction. Magnetically coupled to It is possible to transmit torque between each pinion magnetic gear 43 and the sun magnetic gear 41 by using the magnetic force acting on the magnetic coupling portion 48. As the pinion magnetic gear 43 and the sun magnetic gear 41 rotate relative to each other, the magnetically coupled permanent magnet 64 and the tooth 53 are switched. The sun magnetic gear 41, the ring magnetic gear 42, and each pinion magnetic gear 43 have the same ratio of the number of poles to the diameter (the sun magnetic gear 41 and the pinion magnetic gear 43 are the outer diameter and the ring magnetic gear 42 is the inner diameter). As described above, the number of poles and the diameter of the sun magnetic gear 41, the ring magnetic gear 42, and each pinion magnetic gear 43 are set. In the example shown in FIG. 3, the three teeth 53 in the sun magnetic gear 41 correspond to one magnetic pole.

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 induction machine 10, a rotating magnetic field that rotates in the circumferential direction is generated in the stator 12 when a plurality of phases (for example, three phases) of alternating current flows through the stator winding 22 of a plurality of phases (for example, three phases). In response to the rotating magnetic field generated in the stator 12 acting on the rotor 14, an induced electromotive force is generated in the shared winding 72 disposed in the rotor 14, and an induced current (alternating current) flows. Due to the electromagnetic interaction between the rotating magnetic field and the induced current, torque acts on the rotor 14 from the stator 12, and the rotor 14 is rotationally driven together with the input shaft 20 and the sun magnetic gear 41. In this way, the induction machine 10 can be made to function as an electric motor that generates power (mechanical power) in the rotor 14 using electric power supplied to the stator windings 22. The control circuit 30 controls the torque acting between the stator 12 and the rotor 14 of the induction machine 10 by controlling the amplitude and phase angle of the alternating current flowing through the stator winding 22 by switching control of the inverter, for example. Can do.

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 speed change mechanism 40, a magnetic pole is formed on the sun magnetic gear 41 when an induced current flows through the common winding 72 (field winding). A magnetic coupling portion between each pinion magnetic gear 43 and the sun magnetic gear 41 is generated by electromagnetic interaction between the magnetic field of the permanent magnet 64 of each pinion magnetic gear 43 and the induced current of the common winding 72 of the sun magnetic gear 41. Torque acts on 48. Accordingly, in conjunction with the rotation of the sun magnetic gear 41, each pinion magnetic gear 43 rotates (rotates) around its central axis. At that time, each pinion magnetic gear 43 rotates around the central axis of the sun magnetic gear 41 by applying a torque to the magnetic coupling portion 47 between each pinion magnetic gear 43 and the ring magnetic gear 42 whose rotation is fixed. The output shaft 44 that rotates (revolves) and rotates and supports each pinion magnetic gear 43 is driven to rotate. As a result, the power generated in the rotor 14 of the induction machine 10 can be shifted (decelerated) and output from the output shaft 44, and the magnetic gear transmission mechanism 40 functions as a speed reducer.

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 induction machine 10, when the rotational speed of the rotating magnetic field formed on the stator 12 is Ne, the rotational speed of the rotor 14 is Nm, and the slip is s, the following equation (1) is established, and the magnetic gear transmission mechanism: 40, when the number of poles of the sun magnetic gear 41 is Zs, the number of poles of each pinion magnetic gear 43 is Zp, and the number of poles of the ring magnetic gear 42 is Zr, the following equation (2) is established.

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 magnetic gear 41, the rotational speed Np of each pinion magnetic gear 43, and the rotational speed Nc of the output shaft 44. ) Is established. The gear ratio (reduction ratio) Ns / Nc in the magnetic gear transmission mechanism 40 is 2 × (Zs + Zp) / Zs × (1−s) from the equation (4).

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 induction machine 10, the magnitude of the alternating current flowing through the rotor winding is proportional to the torque generated in the rotor 14. In the magnetic gear transmission mechanism 40, the magnitude of the field current flowing through the field winding of the sun magnetic gear 41. Is proportional to the transmission torque capacity. In the present embodiment, the field winding of the sun magnetic gear 41 and the rotor winding of the induction machine 10 are shared by the common winding 72, and are shared by the field winding of the sun magnetic gear 41 and the rotor winding of the induction machine 10. Therefore, the torque generated in the rotor 14 and the field magnetic flux amount of the sun magnetic gear 41 have a proportional relationship, and the transmission torque capacity of the magnetic gear transmission mechanism 40 increases as the torque generated in the rotor 14 increases. To do. The control circuit 30 controls the amplitude and phase angle of the alternating current flowing through the stator winding 22, so that both the torque generated in the rotor 14 and the transmission torque capacity of the magnetic gear transmission mechanism 40 have this proportional relationship. Control while keeping. When the current flowing through the common winding 72 is small and the torque generated in the rotor 14 is small, the transmission torque capacity of the magnetic gear transmission mechanism 40 is reduced without the sun magnetic gear 41 generating an extra field magnetic flux. The power of the rotor 14 is efficiently decelerated by the magnetic gear transmission mechanism 40 and output from the output shaft 44. On the other hand, when the current flowing through the common winding 72 is large and the torque generated in the rotor 14 is large, the sun magnetic gear 41 generates a field magnetic flux sufficient for large torque transmission, and the transmission torque capacity of the magnetic gear transmission mechanism 40 is large. Therefore, the power of the rotor 14 is decelerated by the magnetic gear transmission mechanism 40 without being greatly reduced, and is output from the output shaft 44.

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 magnetic gear 41 and the rotor winding of the induction machine 10 are shared by the common winding 72, so that the transmission torque capacity of the magnetic gear transmission mechanism 40 can be increased. It can be controlled in proportion to the torque generated in the rotor 14, and the power of the rotor 14 can be efficiently decelerated by the magnetic gear transmission mechanism 40 and output from the output shaft 44. Furthermore, the induction machine 10 and the magnetic gear speed change mechanism 40 can be easily integrated, and the manufacturing cost can be reduced. In this case, if the number of poles of the sun magnetic gear 41 is equal to the number of poles of the rotor 14, the sun magnetic gear 41 and the rotor 14 can be configured using the iron core having the same cross-sectional shape, thereby further reducing the manufacturing cost. Can do. Further, even when torque is applied from the magnetic gear speed change mechanism 40 side, the field current (induction current) flows through the common winding 72. Therefore, the induction machine 10 can also function as a generator, and the regenerative operation of the induction machine 10 can be performed. Is possible.

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 induction machine 10 passes through the slot between the rotor teeth 33 and is wound around the rotor teeth 33, so that the rotor 14 has a magnetic pole, and the magnetic gear speed change mechanism 40. Are wound around the teeth 53 through the slots between the teeth 53, so that a magnetic pole is formed on the sun magnetic gear 41. The rotor winding 32 disposed on the rotor 14 and the field winding 52 disposed on the sun magnetic gear 41 are electrically connected via a connection terminal 74 attached to the input shaft 20. . According to the configuration example shown in FIG. 5, the number of poles of the sun magnetic gear 41 is different from the number of poles of the rotor 14 (the total number of teeth 53 of the sun magnetic gear 41 is different from the total number of rotor teeth 33). The relationship of the transmission torque capacity of the magnetic gear transmission mechanism 40 with respect to the torque of 14 can be adjusted, and the degree of freedom in designing the magnetic gear transmission mechanism 40 is increased.

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 speed change mechanism 40 is made different from the axial length of the induction machine 10, more specifically, the magnetic force of the sun magnetic gear 41 and the pinion magnetic gear 43 is changed. The axial length of the coupling portion 48 and the axial length of the magnetic coupling portion 47 of the ring magnetic gear 42 and the pinion magnetic gear 43 are different from the axial length of the opposing portions of the stator 12 and the rotor 14. You can also. In the example shown in FIG. 6, the axial length of the magnetic coupling portion 48 between the sun magnetic gear 41 and the pinion magnetic gear 43 and the axial length of the magnetic coupling portion 47 between the ring magnetic gear 42 and the pinion magnetic gear 43. Is longer than the axial length of the facing portion of the stator 12 and the rotor 14. According to the configuration example shown in FIG. 6, the transmission torque capacity of the magnetic gear transmission mechanism 40 can be increased with respect to the torque of the rotor 14, and the degree of freedom in designing the magnetic gear transmission mechanism 40 is increased.

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 magnetic gear 41 of the magnetic gear speed change mechanism 40 can be made different from the outer diameter of the rotor 14 of the induction machine 10. Although FIG. 7 shows an example in which the outer diameter of the sun magnetic gear 41 is smaller than the outer diameter of the rotor 14, the outer diameter of the sun magnetic gear 41 can be made larger than the outer diameter of the rotor 14. Also in the configuration example shown in FIG. 7, the relationship of the transmission torque capacity of the magnetic gear transmission mechanism 40 to the torque of the rotor 14 can be adjusted, and the degree of freedom in designing the magnetic gear transmission mechanism 40 is increased.

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 rectifier circuit 76 in which a rotor winding 32 disposed in the rotor 14 and a field winding 52 disposed in the sun magnetic gear 41 are attached to the input shaft 20. It is electrically connected via. Here, the rectifier circuit 76 rectifies the alternating current of the rotor winding 32 into a direct current and passes it through the field winding 52. More specifically, the rectifier circuit 76 is configured by a diode bridge, and is provided corresponding to each phase 32U, 32V, 32W of the rotor winding 32, and is connected in parallel to each other (three in FIG. 9). ) Rectifying arms 83, 84, 85. In the rectifying arm 83, a midpoint 86 between a pair of diodes (rectifying elements) D11 and D12 connected in series and one end of the rotor winding 32U are electrically connected. Similarly, in the rectifying arm 84, the midpoint 87 between the pair of diodes D13 and D14 connected in series and one end of the rotor winding 32V are electrically connected, and in the rectifying arm 85, 1 connected in series. A midpoint 88 between the pair of diodes D15 and D16 and one end of the rotor winding 32W are electrically connected. The other ends of the rotor windings 32U, 32V, 32W are electrically connected to each other. One end of the field winding 52N is electrically connected to the cathode end of the rectifying arms 83, 84, 85 (diodes D11, D13, D15), and one end of the field winding 52S is connected to the rectifying arms 83, 84, 85 (diodes). D12, D14, D16) are electrically connected to the anode end. The other ends of the field windings 52N and 52S are electrically connected to each other. The rectifier circuit 76 can rectify the three-phase alternating currents of the rotor windings 32U, 32V, and 32W into direct currents by the diodes (rectifier elements) D11 to D16 and flow the currents through the field windings 52N and 52S.

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 field windings 52N and 52S are wound around the teeth 53 so that the field windings 52N and the field windings 52S are alternately arranged in the circumferential direction of the sun magnetic gear 41. Furthermore, when a direct current flows through the field windings 52N and 52S, the teeth 53 around which the field winding 52N is wound and the teeth 53 around which the field winding 52S is wound have mutually different magnetization directions. The winding directions of the field windings 52N and 52S around the teeth 53 are set so that magnets having different magnetic poles are formed in the opposite direction. As a result, when a direct current flows through the field windings 52N and 52S, magnets with fixed magnetic poles are formed on the teeth 53 so that N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction of the sun magnetic gear 41. Is done. In the example shown in FIG. 8, one tooth 53 in the sun magnetic gear 41 corresponds to one magnetic pole.

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 induction machine 10 and torque is generated in the rotor 14, the rectification circuit 76 rectifies the field winding 52 of the sun magnetic gear 41. When a direct current flows, a magnet having a magnetic pole fixed to each tooth 53 of the sun magnetic gear 41 is formed. The magnetic force between each pinion magnetic gear 43 and the sun magnetic gear 41 is obtained by the attraction and repulsion of the magnetic field of the permanent magnet 64 of each pinion magnetic gear 43 and the magnetic field of the magnet formed on the teeth 53 of the sun magnetic gear 41. Torque acts on the connecting portion 48. Accordingly, in conjunction with the rotation of the sun magnetic gear 41, each pinion magnetic gear 43 rotates (rotates) around its central axis. Further, as described above, torque acts on the magnetic coupling portion 47 between each pinion magnetic gear 43 and the ring magnetic gear 42 whose rotation is fixed, so that each pinion magnetic gear 43 becomes the central axis of the sun magnetic gear 41. By rotating around (revolving), the power generated in the rotor 14 is decelerated and output from the output shaft 44.

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 rotor 14 and the amount of field magnetic flux of the sun magnetic gear 41 are in a proportional relationship, and the amplitude and phase angle of the alternating current that flows through the stator winding 22 by the control circuit 30 are determined. By controlling, both the torque generated in the rotor 14 and the transmission torque capacity of the magnetic gear transmission mechanism 40 are controlled while maintaining a proportional relationship. Further, according to the configuration examples shown in FIGS. 8 and 9, since the magnetic field rotates in synchronism with the sun magnetic gear 41 and each pinion magnetic gear 43, the torque transmission efficiency can be further improved. Further, the field winding 52 is directly applied to the teeth 53 of the sun magnetic gear 41, whereby concentrated winding is possible and the manufacture of the sun magnetic gear 41 is facilitated. Further, since the induction current is not generated on the magnetic gear transmission mechanism 40 side (the sun magnetic gear 41 side), the degree of freedom of the shape of the sun magnetic gear 41 is increased. For example, the sun magnetic gear 41 can be configured as a claw pole type.

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 gear transmission mechanism 40 is a planetary magnetic gear mechanism and the rotation of the ring magnetic gear 42 is fixed has been described. However, in this embodiment, it is also possible to fix the rotation of the carrier that rotatably supports each pinion magnetic gear 43 without fixing the rotation of the ring magnetic gear 42. In this case, the ring magnetic gear 42 functions as an output-side magnetic gear element, and the number of poles of the ring magnetic gear 42 is different from the number of poles of the sun magnetic gear 41 (the number of poles of the ring magnetic gear 42 is different from that of the sun magnetic gear 41). The power generated in the rotor 14 is decelerated and output from the ring magnetic gear 42. In the present embodiment, the magnetic gear speed change mechanism 40 can be constituted by a magnetic gear mechanism other than the planetary magnetic gear mechanism. For example, the magnetic gear speed change mechanism 40 may be configured to include an input side magnetic gear element mechanically coupled to the rotor 14 and an output side magnetic gear element magnetically coupled to the input side magnetic gear element. is there. In that case, the input-side magnetic gear element can be configured with the same structure as the sun magnetic gear 41, and the output-side magnetic gear element can be configured with the same structure as the pinion magnetic gear 43. By making the number of poles and diameter different from the number of poles and diameter of the input side magnetic gear element (for example, making the number of poles and diameter of the output side magnetic gear element larger than the number of poles and diameter of the input side magnetic gear element), the rotor 14 The power generated in the gear is shifted (decelerated) and output from the output side magnetic gear element. In the present embodiment, the magnetic gear speed change mechanism 40 may be a speed increasing mechanism that speeds up and outputs the power generated in the rotor 14 in addition to the speed reducing mechanism.

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 gear transmission mechanism 40. In this case, the magnetic wave gear mechanism includes an input-side magnetic gear element mechanically coupled to the rotor 14, a fixed magnetic gear element that is magnetically coupled to the input-side magnetic gear element and fixed in rotation, and a fixed magnetism. An output-side magnetic gear element that is magnetically coupled to the gear element can be included. In the input side magnetic gear element, instead of the permanent magnet, a field winding shared or connected with the rotor winding of the induction machine 10 is arranged, and a current is passed through the field winding, so that the rotor 14 A field magnetic flux that is proportional to the torque generated is generated. In the fixed magnetic gear element, a plurality of magnetic teeth through which the field magnetic flux generated in the input side magnetic gear element passes are arranged at regular intervals (equally spaced) along the circumferential direction, and the output side magnetic gear element A plurality of magnetic poles or magnetic teeth on which the magnetic field flux that has passed through the magnetic teeth of the fixed magnetic gear element acts are arranged at regular intervals (equally spaced) along the circumferential direction. By making the number of poles (number of magnetic poles or magnetic teeth) of the output side magnetic gear element different from the number of poles of the input side magnetic gear element and the number of magnetic teeth of the fixed magnetic gear element, the power generated in the rotor 14 is changed. (Decelerated) and output from the output side magnetic gear element.

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 SYMBOLS 10 induction machine, 11 casing, 12 stator, 14 rotor, 20 input shaft, 21 stator core, 22 stator winding, 23 stator teeth, 30 control circuit, 31 rotor core, 32 rotor winding, 33 rotor teeth, 40 magnetic gear transmission mechanism , 41 Sun magnetic gear, 42 ring magnetic gear, 43 pinion magnetic gear, 44 output shaft, 51, 61, 63 core member, 52 field winding, 53 teeth, 62, 64 permanent magnet, 72 shared winding, 74 connection Terminal, 76 rectifier circuit, 83, 84, 85 rectifier arm, D11-D16 diode.

Claims (3)

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、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.
請求項1に記載の変速機構付き回転電機であって、
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.
請求項1または2に記載の変速機構付き回転電機であって、
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.
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