JP6176072B2 - Rotating electric machine - Google Patents

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Description

本発明は、回転電機に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine.
従来、回転電機には、ロータコアに界磁となる永久磁石を埋め込む態様で固定した所謂埋込磁石型のロータを備えたものがある(例えば、特許文献1)。こうした埋込磁石型のロータを備えた回転電機では、マグネットトルクのみならず、リラクタンストルクが発生するため、ロータコアの表面に永久磁石を固定した所謂表面磁石型のロータを備えるもの(例えば、特許文献2)に比べ、高いトルクを得られるといった利点がある。   2. Description of the Related Art Conventionally, some rotary electric machines include a so-called embedded magnet type rotor in which a permanent magnet that becomes a field magnet is embedded in a rotor core (for example, Patent Document 1). In a rotating electrical machine equipped with such an embedded magnet type rotor, not only magnet torque but also reluctance torque is generated, so that a so-called surface magnet type rotor in which a permanent magnet is fixed on the surface of the rotor core (for example, Patent Documents) Compared to 2), there is an advantage that a high torque can be obtained.
特開2001−352702号公報JP 2001-352702 A 特開2010−172195号公報JP 2010-172195 A
ところで、上記のような永久磁石界磁型の回転電機では、永久磁石で作られる磁束が略一定であるため、ステータのコイルに発生する誘起電圧(逆起電圧)はロータの回転速度に比例して大きくなる。そして、この誘起電圧が電源電圧の上限に達すると、それ以上ロータを高速で回転させることができなくなる。そこで、高速回転させることが要求される用途では、永久磁石で作られる磁束(コイルに対する鎖交磁束)をロータが十分に高速回転できるような量に抑える設計とすることが考えられるが、この場合には低速回転域で十分に高いトルクを得ることができなくなる。そのため、高速回転させることができるとともに、低速回転域では高いトルクを出力できる新たな技術の開発が求められていた。   By the way, in the permanent magnet field type rotating electrical machine as described above, since the magnetic flux generated by the permanent magnet is substantially constant, the induced voltage (back electromotive voltage) generated in the stator coil is proportional to the rotational speed of the rotor. Become bigger. When this induced voltage reaches the upper limit of the power supply voltage, the rotor can no longer be rotated at a high speed. Therefore, in applications where high-speed rotation is required, it is conceivable to design the magnetic flux (interlinkage flux with respect to the coil) generated by a permanent magnet so that the rotor can sufficiently rotate at high speed. In this case, a sufficiently high torque cannot be obtained in the low speed rotation range. Therefore, there has been a demand for the development of a new technology that can rotate at a high speed and output a high torque in a low-speed rotation range.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、高速回転可能かつ低速回転域で高いトルクを出力可能な回転電機を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can rotate at a high speed and can output a high torque in a low-speed rotation region.
上記課題を解決する回転電機は、コイルを有するステータと、前記ステータとの間に径方向に間隔を空けて配置されたロータとを備え、前記ロータは、回転軸に一体回転可能に固定されたロータコア、及び前記ロータコアに埋め込まれる態様で固定されるとともに周方向に同一の極性が対向するように磁化された埋込磁石を有するものにおいて、前記ロータは、前記埋込磁石の第1の極性の磁極間に周方向両側から挟まれることにより区分される第1磁極ブロックと、前記埋込磁石の第2の極性の磁極間に周方向両側から挟まれることにより区分される第2磁極ブロックとを備え、前記第1磁極ブロックには、第1永久磁石が固定されることにより前記ステータ側に第2の極性が現れるマグネット磁極部と、該マグネット磁極部と周方向に隣り合って配置されるコア磁極部とが形成され、前記第2磁極ブロックには、第2永久磁石が固定されることにより前記ステータ側に第1の極性が現れるマグネット磁極部と、該マグネット磁極部と周方向に隣り合って配置されるコア磁極部とが形成され、前記第1磁極ブロックと前記第2磁極ブロックとは、前記マグネット磁極部が隣り合うとともに前記コア磁極部が隣り合うように周方向に交互に並んでおり、前記ロータコアには、前記第1磁極ブロックから軸方向の少なくとも一方側に突出した第1突起が設けられるとともに、前記第2磁極ブロックにおける前記第1突起よりも径方向内側の位置から軸方向の少なくとも一方側に突出した第2突起が設けられ、前記ロータの軸方向の少なくとも一方側には、周方向に巻回された補助コイル、及び前記補助コイルで作られる磁束の磁路となるヨークを有する補助界磁が配置され、前記ヨークには、前記第1突起と軸方向において対向する外側磁極部が形成されるとともに、前記第2突起と軸方向において対向する内側磁極部が前記外側磁極部との間にギャップを介在させて形成されたことを要旨とする。   A rotating electrical machine that solves the above problems includes a stator having a coil, and a rotor that is spaced radially from the stator, and the rotor is fixed to a rotating shaft so as to be integrally rotatable. In the rotor core and the embedded magnet fixed so as to be embedded in the rotor core and magnetized so as to face the same polarity in the circumferential direction, the rotor has a first polarity of the embedded magnet. A first magnetic pole block that is divided by being sandwiched between the magnetic poles from both sides in the circumferential direction; and a second magnetic pole block that is divided by being sandwiched between the magnetic poles of the second polarity of the embedded magnet from both sides in the circumferential direction. The first magnetic pole block includes a magnet magnetic pole portion in which a second polarity appears on the stator side when a first permanent magnet is fixed, and the magnet magnetic pole portion is adjacent to the magnet magnetic pole portion in the circumferential direction. A core magnetic pole portion arranged together, a magnet magnetic pole portion in which a first polarity appears on the stator side by fixing a second permanent magnet to the second magnetic pole block, and the magnet magnetic pole portion And the core magnetic pole portion arranged adjacent to each other in the circumferential direction, and the first magnetic pole block and the second magnetic pole block are arranged so that the magnet magnetic pole portion is adjacent and the core magnetic pole portion is adjacent. The rotor core is provided with first protrusions that protrude from the first magnetic pole block to at least one side in the axial direction, and more radially than the first protrusions in the second magnetic pole block. A second protrusion is provided that protrudes from an inner position to at least one side in the axial direction, and an auxiliary coil wound in the circumferential direction is provided on at least one side in the axial direction of the rotor. And an auxiliary field having a yoke that serves as a magnetic path of magnetic flux generated by the auxiliary coil, and an outer magnetic pole portion that is axially opposed to the first protrusion is formed on the yoke, and the first The gist is that the inner magnetic pole portion facing the two protrusions in the axial direction is formed with a gap between the outer magnetic pole portion and the outer magnetic pole portion.
上記構成によれば、補助界磁から磁束が供給されない場合、第1磁極ブロックのコア磁極部のステータ側には、埋込磁石で作られる磁束により第1の極性(例えばN極)が現れ、第2磁極ブロックのコア磁極部のステータ側には、第2の極性(例えばS極)が現れる。つまり、コア磁極部は同じ磁極ブロックのマグネット磁極部と反対の極性の磁極として機能するため、第1及び第2磁極ブロックはそれぞれ2つの磁極として機能する。   According to the above configuration, when the magnetic flux is not supplied from the auxiliary field, the first polarity (for example, N pole) appears on the stator side of the core magnetic pole portion of the first magnetic pole block due to the magnetic flux generated by the embedded magnet, A second polarity (for example, S pole) appears on the stator side of the core magnetic pole portion of the second magnetic pole block. That is, since the core magnetic pole portion functions as a magnetic pole having the opposite polarity to the magnet magnetic pole portion of the same magnetic pole block, each of the first and second magnetic pole blocks functions as two magnetic poles.
ここで、補助コイルへの通電により、第1突起と対向する外側磁極部に第1の極性が現れるとともに、第2突起と対向する内側磁極部に第2の極性が現れる場合、補助界磁から第1及び第2突起を介してロータに供給される磁束は、ステータとコア磁極部との間を、埋込磁石で作られる磁束と同方向に流れるようになる。一方、第1突起と対向する外側磁極部に第2の極性が現れるとともに、第2突起と対向する内側磁極部に第1の極性が現れる場合、補助界磁から第1及び第2突起を介してロータに供給される磁束は、ステータとコア磁極部との間を、埋込磁石で作られる磁束と逆方向に流れるようになる。したがって、外側磁極部及び内側磁極部に現れる極性を調整することで、ステータとコア磁極部との間を通過する磁束(コイルに対する鎖交磁束)を調整できるため、高速回転させるとともに、低速回転域では高いトルクを出力することが可能になる。   Here, when the first polarity appears in the outer magnetic pole part facing the first protrusion and the second polarity appears in the inner magnetic pole part facing the second protrusion by energization of the auxiliary coil, The magnetic flux supplied to the rotor via the first and second protrusions flows in the same direction as the magnetic flux produced by the embedded magnet between the stator and the core magnetic pole portion. On the other hand, when the second polarity appears in the outer magnetic pole portion facing the first protrusion and the first polarity appears in the inner magnetic pole portion facing the second protrusion, the auxiliary field passes through the first and second protrusions. Thus, the magnetic flux supplied to the rotor flows between the stator and the core magnetic pole portion in the opposite direction to the magnetic flux generated by the embedded magnet. Therefore, by adjusting the polarity appearing in the outer magnetic pole part and the inner magnetic pole part, the magnetic flux passing through between the stator and the core magnetic pole part (linkage magnetic flux with respect to the coil) can be adjusted. Then, it becomes possible to output a high torque.
上記回転電機において、前記補助界磁は、前記外側磁極部に第2の極性が現れるとともに前記内側磁極部に第1の極性が現れる場合に、前記コア磁極部の極性が同じ前記磁極ブロックに含まれる前記マグネット磁極部の極性と同一になるような量の磁束を供給可能に構成されることが好ましい。   In the rotating electrical machine, the auxiliary field is included in the magnetic pole block having the same polarity of the core magnetic pole portion when the second polarity appears in the outer magnetic pole portion and the first polarity appears in the inner magnetic pole portion. It is preferable that a magnetic flux of an amount that is the same as the polarity of the magnet magnetic pole portion to be supplied can be supplied.
上記構成によれば、外側磁極部に第2の極性が現れるとともに内側磁極部に第1の極性が現れる場合、コア磁極部は、同じ磁極ブロックのマグネット磁極部と同一の極性の磁極として機能するため、第1及び第2磁極ブロックはそれぞれ1つの磁極として機能するようになる。一方、外側磁極部に第1の極性が現れるとともに内側磁極部に第2の極性が現れる場合、及び補助界磁から磁束が供給されない場合には、コア磁極部は、同じ磁極ブロックのマグネット磁極部と反対の極性の磁極として機能するため、第1及び第2磁極ブロックはそれぞれ2つの磁極として機能する。つまり、上記構成では、ロータの磁極数を第1及び第2磁極ブロックの総数と同一又は二倍に変化させることができる。ここで、ロータの回転速度が同じ場合、ロータの磁極数が少ないと、コイルと対向する磁極が切り替わるのにかかる時間が長くなり、単位時間当たりの鎖交磁束の変化量が小さくなる。そして、誘起電圧は鎖交磁束の単位時間当たりの変化量に比例するため、ロータの磁極数が少ないと、誘起電圧が小さくなり、十分にロータを高速回転させることが可能になる。   According to the above configuration, when the second polarity appears in the outer magnetic pole portion and the first polarity appears in the inner magnetic pole portion, the core magnetic pole portion functions as a magnetic pole having the same polarity as the magnet magnetic pole portion of the same magnetic pole block. Therefore, each of the first and second magnetic pole blocks functions as one magnetic pole. On the other hand, when the first polarity appears in the outer magnetic pole part and the second polarity appears in the inner magnetic pole part, and when no magnetic flux is supplied from the auxiliary field, the core magnetic pole part is the magnet magnetic pole part of the same magnetic pole block. Therefore, the first and second magnetic pole blocks each function as two magnetic poles. That is, in the above configuration, the number of magnetic poles of the rotor can be changed to be the same as or twice the total number of the first and second magnetic pole blocks. Here, when the rotational speed of the rotor is the same, if the number of magnetic poles of the rotor is small, the time required for switching the magnetic poles facing the coils becomes long, and the amount of change in the interlinkage magnetic flux per unit time becomes small. Since the induced voltage is proportional to the amount of change in interlinkage magnetic flux per unit time, if the number of magnetic poles of the rotor is small, the induced voltage becomes small and the rotor can be sufficiently rotated at high speed.
上記回転電機において、前記ステータのスロット数が3N(ただし、Nは自然数)個であり、前記第1及び第2磁極ブロックの総数が2N個であることが好ましい。
上記構成によれば、スロット数が3N個に対してロータの磁極数が2N個又は4N個に切り替わることになる。このようにスロット数が3N個に対してロータの磁極数が2N個又は4Nの関係が成立する場合には、巻線係数が比較的高い値(「1」に近い値)となるため、ステータにおいて界磁磁束を有効に利用でき、効率良く回転電機を駆動できる。
In the rotating electrical machine, it is preferable that the number of slots of the stator is 3N (where N is a natural number), and the total number of the first and second magnetic pole blocks is 2N.
According to the above configuration, the number of rotor magnetic poles is switched to 2N or 4N with respect to 3N slots. In this way, when the relationship between the number of slots is 3N and the number of magnetic poles of the rotor is 2N or 4N, the winding coefficient becomes a relatively high value (a value close to “1”). Thus, the field magnetic flux can be used effectively and the rotating electrical machine can be driven efficiently.
上記回転電機において、前記補助界磁は、前記補助コイルで作られる磁束の磁路の途中に設けられ、該磁束に沿って磁化された可変磁石を有することが好ましい。
上記構成によれば、外側磁極部及び内側磁極部には、可変磁石の磁化方向に応じた極性が現れる。また、補助コイルに大きな電流を供給して強い磁界を形成することで、可変磁石を不可逆的に減磁又は増磁、あるいは可変磁石の磁化方向を変更できる。これにより、継続して補助コイルに電流を供給しなくても、補助界磁からロータに磁束を供給でき、省電力化を図ることができる。
In the above rotating electric machine, it is preferable that the auxiliary field has a variable magnet that is provided in the middle of the magnetic path of the magnetic flux generated by the auxiliary coil and is magnetized along the magnetic flux.
According to the above configuration, the polarity corresponding to the magnetization direction of the variable magnet appears in the outer magnetic pole part and the inner magnetic pole part. Further, by supplying a large current to the auxiliary coil to form a strong magnetic field, the variable magnet can be irreversibly demagnetized or magnetized, or the magnetization direction of the variable magnet can be changed. Thereby, even if it does not supply electric current to an auxiliary coil continuously, magnetic flux can be supplied from an auxiliary field to a rotor, and power saving can be achieved.
上記回転電機において、前記可変磁石は、環状に形成されるとともに、前記補助コイルを前記ロータとの間に挟むように該補助コイルと軸方向に並置されることが好ましい。
上記構成によれば、補助コイルで作られる磁束は、第1及び第2突起を介してロータに出入りするため、補助コイルの磁路における第1及び第2突起に近接した部分(外側磁極部及び内側磁極部)を通過する磁束は、第1及び第2突起と対向する位置に集中し易い。つまり、補助コイルで作られる磁束の磁束密度が、周方向において均一とはならず、ばらつきが生じる。そのため、例えば可変磁石を外側磁極部又は内側磁極部の近傍に配置すると、補助コイルで形成される強い磁界によって可変磁石の磁化方向を変更等する際に、磁化の程度にばらつきが生じる虞がある。一方、補助コイルの磁路における第1及び第2突起から離間した部分では、磁束が特定の箇所に集中し難くなる。したがって、上記構成のように補助コイルが可変磁石とロータとの間に挟まれるように該可変磁石を配置し、可変磁石を第1及び第2突起から離間させることで、可変磁石の磁化の程度が周方向においてばらつくことを抑制できる。
In the rotating electric machine, it is preferable that the variable magnet is formed in an annular shape and is juxtaposed with the auxiliary coil in the axial direction so as to sandwich the auxiliary coil with the rotor.
According to the above configuration, since the magnetic flux generated by the auxiliary coil enters and exits the rotor via the first and second protrusions, the portion close to the first and second protrusions in the magnetic path of the auxiliary coil (the outer magnetic pole portion and The magnetic flux passing through the inner magnetic pole portion is likely to concentrate at a position facing the first and second protrusions. That is, the magnetic flux density of the magnetic flux produced by the auxiliary coil is not uniform in the circumferential direction, and variation occurs. Therefore, for example, if the variable magnet is arranged in the vicinity of the outer magnetic pole part or the inner magnetic pole part, the degree of magnetization may vary when the magnetization direction of the variable magnet is changed by a strong magnetic field formed by the auxiliary coil. . On the other hand, in a portion of the magnetic path of the auxiliary coil that is away from the first and second protrusions, the magnetic flux is less likely to concentrate at a specific location. Therefore, by arranging the variable magnet so that the auxiliary coil is sandwiched between the variable magnet and the rotor as in the above configuration, and separating the variable magnet from the first and second protrusions, the degree of magnetization of the variable magnet Can be prevented from varying in the circumferential direction.
上記回転電機において、前記ロータコアは、電磁鋼板を複数枚積層することにより構成されるものであって、前記第1磁極ブロックには、軸方向の少なくとも一方側に開口した第1挿入孔が前記外側磁極部と対向する位置に形成されるとともに、前記第2磁極ブロックには、軸方向の少なくとも一方側に開口した第2挿入孔が前記内側磁極部と対向する位置に形成され、前記第1突起は、前記第1挿入孔に挿入され、前記ロータコアの軸方向の磁気抵抗よりも軸方向の磁気抵抗が小さな棒状の第1磁性体により構成され、前記第2突起は、前記第2挿入孔に挿入され、前記ロータコアの軸方向の磁気抵抗よりも軸方向の磁気抵抗が小さな棒状の第2磁性体により構成されることが好ましい。   In the rotating electrical machine, the rotor core is configured by laminating a plurality of electromagnetic steel plates, and the first magnetic pole block has a first insertion hole opened at least on one side in the axial direction. The second magnetic pole block is formed at a position facing the magnetic pole part, and the second magnetic pole block is formed with a second insertion hole opened at least on one side in the axial direction at a position facing the inner magnetic pole part, and the first protrusion Is formed by a rod-shaped first magnetic body that is inserted into the first insertion hole and has a smaller axial magnetic resistance than the axial magnetic resistance of the rotor core, and the second protrusion is formed in the second insertion hole. It is preferable that the rod-shaped second magnetic body is inserted and has a smaller axial magnetic resistance than the axial magnetic resistance of the rotor core.
上記構成によれば、電磁鋼板によりロータコアが構成されるため、渦電流の発生を抑制できる。ここで、電磁鋼板を積層してなるロータコアでは、例えば円柱状の一体成形品からなるロータコアに比べ、軸方向の磁気抵抗が大きくなり、磁束がロータコア内を軸方向に流れ難くなる。そのため、例えばロータコアにおける補助界磁から離れた位置では補助界磁から出た磁束が少なくなったり、埋込磁石の補助界磁から離れた部位から出た磁束が補助界磁に引き込まれ難くなることがある。その結果、ステータとロータとの間を通過する磁束が軸方向においてばらつく虞がある。この点、上記構成によれば、磁束が棒状に形成された第1及び第2磁性体を通過することで、ロータコア内を軸方向に流れ易くなるため、渦電流の発生を抑制しつつ、ステータとロータとの間を通過する磁束が軸方向においてばらつくことを抑制できる。   According to the said structure, since a rotor core is comprised with an electromagnetic steel plate, generation | occurrence | production of an eddy current can be suppressed. Here, in the rotor core formed by laminating electromagnetic steel plates, for example, the magnetic resistance in the axial direction is increased and the magnetic flux is less likely to flow in the axial direction in the rotor core as compared with a rotor core made of a cylindrical integrally formed product. Therefore, for example, the magnetic flux emitted from the auxiliary field is reduced at a position away from the auxiliary field in the rotor core, or the magnetic flux emitted from a portion away from the auxiliary field of the embedded magnet is less likely to be drawn into the auxiliary field. There is. As a result, the magnetic flux passing between the stator and the rotor may vary in the axial direction. In this respect, according to the above configuration, the magnetic flux easily passes through the rotor core in the axial direction by passing through the first and second magnetic bodies formed in the rod shape, so that the generation of eddy current is suppressed and the stator is suppressed. The magnetic flux passing between the rotor and the rotor can be prevented from varying in the axial direction.
上記回転電機において、前記第1突起は、前記ロータコアの軸端面における前記外側磁極部と対向する位置に固定された第1磁性体により構成され、前記第2突起は、前記ロータコアの軸端面における前記内側磁極部と対向する位置に固定された第2磁性体により構成されることが好ましい。   In the rotating electrical machine, the first protrusion is configured by a first magnetic body fixed at a position facing the outer magnetic pole portion on the shaft end surface of the rotor core, and the second protrusion is formed on the shaft end surface of the rotor core. It is preferable that the second magnetic body is fixed at a position facing the inner magnetic pole portion.
上記構成によれば、第1及び第2磁極ブロックに挿入孔を形成するとともにこの挿入孔に磁性体を挿入する場合に比べ、第1及び第2磁極ブロックの径方向の磁気抵抗が大きくなることを抑制できる。   According to the above configuration, the magnetic resistance in the radial direction of the first and second magnetic pole blocks is larger than when the insertion holes are formed in the first and second magnetic pole blocks and the magnetic material is inserted into the insertion holes. Can be suppressed.
本発明によれば、ロータを高速回転させるとともに低速回転域で高いトルクを出力できる。   According to the present invention, the rotor can be rotated at a high speed and a high torque can be output in a low-speed rotation region.
第1実施形態の回転電機の軸方向に沿った断面図(図2のB−B断面図)。Sectional drawing along the axial direction of the rotary electric machine of 1st Embodiment (BB sectional drawing of FIG. 2). (a)は第1実施形態の回転電機の軸方向と直交する断面図(図1のA−A断面図)、(b)は(a)のロータの部分断面図。(A) is sectional drawing (AA sectional drawing of FIG. 1) orthogonal to the axial direction of the rotary electric machine of 1st Embodiment, (b) is a fragmentary sectional view of the rotor of (a). (a)は第1実施形態の磁極数を8個とした際におけるロータの軸方向に沿った断面での磁束の流れを示す模式図、(b)は同じくロータの軸方向と直交する断面での磁束の流れを示す模式図。(A) is a schematic diagram showing the flow of magnetic flux in a cross section along the axial direction of the rotor when the number of magnetic poles in the first embodiment is eight, and (b) is a cross section that is also orthogonal to the axial direction of the rotor. The schematic diagram which shows the flow of magnetic flux. (a)は第1実施形態の磁極数を4個とした際におけるロータの軸方向に沿った断面での磁束の流れを示す模式図、(b)は同じくロータの軸方向と直交する断面での磁束の流れを示す模式図。(A) is a schematic diagram showing the flow of magnetic flux in a cross section along the axial direction of the rotor when the number of magnetic poles in the first embodiment is four, and (b) is a cross section orthogonal to the axial direction of the rotor. The schematic diagram which shows the flow of magnetic flux. ステータのスロット数及びロータの磁極数と巻線係数との関係を示す表。The table | surface which shows the relationship between the number of slots of a stator, the number of magnetic poles of a rotor, and a winding coefficient. 第2実施形態の回転電機の軸方向に沿った断面図。Sectional drawing along the axial direction of the rotary electric machine of 2nd Embodiment. 第2実施形態のロータを軸方向一端側から見た側面図。The side view which looked at the rotor of 2nd Embodiment from the axial direction one end side. 第3実施形態の回転電機の軸方向に沿った断面図。Sectional drawing along the axial direction of the rotary electric machine of 3rd Embodiment. (a),(b)は別例の補助界磁の部分断面図。(A), (b) is a fragmentary sectional view of an auxiliary field of another example. (a)〜(c)は別例のロータの軸方向と直交する部分断面図。(A)-(c) is a fragmentary sectional view orthogonal to the axial direction of the rotor of another example.
(第1実施形態)
以下、回転電機の第1実施形態を図面に従って説明する。
図1及び図2(a),(b)に示す回転電機(電動モータ)1は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等の走行用の駆動源として用いられるものである。同図に示すように、回転電機1は、筒状のハウジング2と、ハウジング2内に収容されたステータ3と、ステータ3の径方向内側(内周側)に間隔を空けて配置されたロータ4と、電力供給を通じてステータ3に回転磁界を発生させる制御装置5とを備えている。つまり、本実施形態の回転電機1は、インナロータ型のラジアルギャップモータとして構成されている。
(First embodiment)
Hereinafter, 1st Embodiment of a rotary electric machine is described according to drawing.
A rotating electrical machine (electric motor) 1 shown in FIG. 1 and FIGS. 2A and 2B is used as a driving source for traveling of an electric vehicle or a hybrid vehicle, for example. As shown in FIG. 1, the rotating electrical machine 1 includes a cylindrical housing 2, a stator 3 accommodated in the housing 2, and a rotor disposed on the radially inner side (inner peripheral side) of the stator 3 with a space therebetween. 4 and a control device 5 that generates a rotating magnetic field in the stator 3 through power supply. That is, the rotating electrical machine 1 of the present embodiment is configured as an inner rotor type radial gap motor.
詳しくは、ハウジング2は、一端側(図1中、右側)が開口した有底円筒状のハウジング本体7と、ハウジング本体7の開口端を閉塞するように設けられる円板状のカバー8とを備えている。ハウジング本体7の底部7aの中央には、軸方向に貫通した挿通孔7bが形成され、カバー8の中央には、軸方向に貫通した挿通孔8aが形成されている。   Specifically, the housing 2 includes a bottomed cylindrical housing body 7 that is open on one end side (right side in FIG. 1), and a disc-shaped cover 8 that is provided so as to close the opening end of the housing body 7. I have. An insertion hole 7b penetrating in the axial direction is formed at the center of the bottom 7a of the housing body 7, and an insertion hole 8a penetrating in the axial direction is formed at the center of the cover 8.
ステータ3は、ハウジング本体7の筒状部7cの内側に固定された円筒状の円筒部11、及び円筒部11から径方向内側に向かって放射状に延びる複数のティース12からなるステータコア13を備えている。本実施形態のステータコア13には、ティース12が6個形成されており、ティース12間に形成されるスロットの数も6個とされている。ステータコア13は、珪素鋼板等の電磁鋼板を複数枚積層することにより構成されている。そして、各ティース12には、コイル(電機子コイル)15が設けられている。なお、コイル15の接続端部15aは、ハウジング2の外部に引き出されて制御装置5に接続されている。   The stator 3 includes a cylindrical cylindrical portion 11 fixed inside the cylindrical portion 7c of the housing main body 7, and a stator core 13 including a plurality of teeth 12 extending radially inward from the cylindrical portion 11 in the radial direction. Yes. Six teeth 12 are formed in the stator core 13 of this embodiment, and the number of slots formed between the teeth 12 is also six. The stator core 13 is configured by laminating a plurality of electromagnetic steel plates such as silicon steel plates. Each tooth 12 is provided with a coil (armature coil) 15. The connection end 15 a of the coil 15 is drawn out of the housing 2 and connected to the control device 5.
ロータ4は、回転軸21と一体回転可能に固定されたロータコア22と、ロータコア22に埋め込まれる態様で固定された埋込磁石としての複数対(本実施形態では、2対)の磁石片23a,23bとを備えている。つまり、本実施形態のロータ4は、所謂埋込磁石型のロータとして構成されている。   The rotor 4 includes a rotor core 22 fixed so as to be rotatable integrally with the rotary shaft 21, and a plurality of pairs (two pairs in this embodiment) of magnet pieces 23a as embedded magnets fixed in a manner embedded in the rotor core 22. 23b. That is, the rotor 4 of the present embodiment is configured as a so-called embedded magnet type rotor.
より詳しくは、回転軸21は、円柱状に形成されており、底部7aの挿通孔7b及びカバー8の挿通孔8aに設けられた軸受24a,24bを介して回転可能に支持されている。なお、回転軸21は、ステンレス鋼等の非磁性材料により構成されている。また、ロータコア22は、円柱状に形成されており、電磁鋼板25を複数枚積層することにより構成されている。なお、図1において拡大して示すように、電磁鋼板25の表面には、絶縁被膜25aが設けられている。   More specifically, the rotating shaft 21 is formed in a columnar shape, and is rotatably supported via bearings 24 a and 24 b provided in the insertion hole 7 b of the bottom portion 7 a and the insertion hole 8 a of the cover 8. The rotary shaft 21 is made of a nonmagnetic material such as stainless steel. The rotor core 22 is formed in a columnar shape and is configured by laminating a plurality of electromagnetic steel plates 25. As shown in an enlarged view in FIG. 1, an insulating coating 25 a is provided on the surface of the electromagnetic steel sheet 25.
ロータコア22には、軸方向に貫通した貫通孔26がその中央に形成されており、貫通孔26に回転軸21が圧入されることにより、ロータコア22と回転軸21とが一体回転可能に設けられている。また、ロータコア22には、磁石片23a,23bが内部に配置される複数対の空洞部27a,27bが設けられている。空洞部27a,27bは、軸方向に延びる断面長方形の孔状に形成されるとともに、断面のなす長方形の長手方向が径方向線に沿うように形成されている。また、空洞部27a,27bの径方向両側には、該空洞部27a,27bと連続する断面略半円形の膨出部28が形成されている。   The rotor core 22 is formed with a through-hole 26 penetrating in the axial direction in the center thereof. When the rotary shaft 21 is press-fitted into the through-hole 26, the rotor core 22 and the rotary shaft 21 are provided so as to be integrally rotatable. ing. The rotor core 22 is provided with a plurality of pairs of cavities 27a and 27b in which the magnet pieces 23a and 23b are disposed. The cavities 27a and 27b are formed in the shape of a hole having a rectangular cross section extending in the axial direction, and are formed so that the longitudinal direction of the rectangle formed by the cross section is along the radial line. In addition, bulging portions 28 having a substantially semicircular cross section that are continuous with the cavities 27a and 27b are formed on both radial sides of the cavities 27a and 27b.
磁石片23a,23bには、フェライト系の焼結磁石やボンド磁石(例えばプラスチックマグネットやゴムマグネット)等からなるセグメント磁石が採用されている。磁石片23a,23bは、長方形板状に形成されている。磁石片23a,23bにおけるロータ4の軸方向と直交する断面形状は、上記空洞部27a,27bの断面形状に対応した長方形状とされており、磁石片23a,23bは空洞部27a,27b内に挿入されることでロータコア22に固定されている。なお、上記膨出部28は、磁石片23a,23bの磁束の回り込みを防ぐ、所謂フラックスバリアとして機能する。そして、磁石片23a,23bは、周方向において同一の極性(N極又はS極)が対向するとともに、この磁石片23a,23b間で対向する極性が周方向に沿って交互に反対となるように磁化(着磁)されている。これにより、磁石片23aは、周方向一方側の磁石片23bとは第1の極性としてのN極が対向し、周方向他方側の磁石片23bとは第2の極性としてのS極が対向している。つまり、磁石片23aは、周方向一方側の磁石片23bのみでなく、周方向他方側の磁石片23bとも同一の極性が対向するように着磁されていることになり、磁石片23aは、周方向両側に隣り合う磁石片23bのそれぞれと一対の磁石片を構成している。   As the magnet pieces 23a and 23b, segment magnets made of ferrite-based sintered magnets, bonded magnets (for example, plastic magnets or rubber magnets) or the like are employed. The magnet pieces 23a and 23b are formed in a rectangular plate shape. The cross-sectional shape orthogonal to the axial direction of the rotor 4 in the magnet pieces 23a and 23b is a rectangular shape corresponding to the cross-sectional shape of the hollow portions 27a and 27b, and the magnet pieces 23a and 23b are in the hollow portions 27a and 27b. The rotor core 22 is fixed by being inserted. The bulging portion 28 functions as a so-called flux barrier that prevents the magnetic flux of the magnet pieces 23a and 23b from wrapping around. The magnet pieces 23a and 23b have the same polarity (N pole or S pole) in the circumferential direction, and the opposite polarities between the magnet pieces 23a and 23b are alternately opposite in the circumferential direction. Is magnetized (magnetized). As a result, the magnet piece 23a is opposed to the magnet piece 23b on one side in the circumferential direction with the N pole as the first polarity, and the magnet piece 23b on the other side in the circumferential direction is opposed to the S pole as the second polarity. doing. That is, the magnet piece 23a is magnetized so that not only the magnet piece 23b on one side in the circumferential direction but also the magnet piece 23b on the other side in the circumferential direction are opposed to each other. Each of the magnet pieces 23b adjacent to both sides in the circumferential direction constitutes a pair of magnet pieces.
このように構成された回転電機1は、制御装置5から三相の駆動電流がコイル15に対して供給されると、ステータ3に回転磁界が発生し、その回転磁界に基づいてロータ4が回転するようになっている。   In the rotating electrical machine 1 configured as described above, when a three-phase driving current is supplied from the control device 5 to the coil 15, a rotating magnetic field is generated in the stator 3, and the rotor 4 rotates based on the rotating magnetic field. It is supposed to be.
(ロータ磁極数可変機構)
ここで、ロータ4は、磁石片23a,23bのN極に周方向両側から挟まれることにより区分された複数(本実施形態では、2個)の第1磁極ブロック31と、磁石片23a,23bのS極に周方向両側から挟まれることにより区分された複数(本実施形態では、2個)の第2磁極ブロック32とを備えている。第1磁極ブロック31には、第1永久磁石33が固定されることにより、ステータ3側にS極(第2の極性)が現れるマグネット磁極部34と、該マグネット磁極部34と周方向に隣り合って配置されるコア磁極部35とが形成されている。一方、第2磁極ブロック32には、第2永久磁石36が固定されることにより、ステータ3側にN極(第1の極性)が現れるマグネット磁極部37と、該マグネット磁極部37と周方向に隣り合って配置されるコア磁極部38とが形成されている。また、ロータコア22には、第1磁極ブロック31から軸方向一端側(図1における右側)に突出した第1突起39、及び第2磁極ブロック32における第1突起39よりも径方向内側の位置から軸方向一端側に突出した第2突起40が設けられている。さらに、ロータ4の軸方向一端側には、該ロータ4との間に間隔を空けて設けられる補助界磁SFが設けられている。そして、回転電機1では、補助界磁SFから第1及び第2突起39,40を介してロータ4に供給される磁束を調整することで、ロータ4の磁極数を第1及び第2磁極ブロック31,32の総数と同一又は二倍、すなわち4個又は8個に切り替え可能となっている。なお、上記のようにスロット数は6個であるため、本実施形態の回転電機1は、スロット数を3N(ただし、Nは自然数)個とした場合、ロータ4の磁極数が2N個又は4N個となる関係を満たす。
(Rotor magnetic pole number variable mechanism)
Here, the rotor 4 includes a plurality of (in this embodiment, two) first magnetic pole blocks 31 and magnet pieces 23a and 23b that are separated by being sandwiched between N poles of the magnet pieces 23a and 23b from both sides in the circumferential direction. A plurality of (in this embodiment, two) second magnetic pole blocks 32 that are separated by being sandwiched between the S poles from both sides in the circumferential direction. The first permanent magnet 33 is fixed to the first magnetic pole block 31 so that the S pole (second polarity) appears on the stator 3 side, and the magnet magnetic pole part 34 is adjacent in the circumferential direction. A core magnetic pole portion 35 arranged together is formed. On the other hand, by fixing the second permanent magnet 36 to the second magnetic pole block 32, a magnet magnetic pole part 37 in which the N pole (first polarity) appears on the stator 3 side, and the magnet magnetic pole part 37 and the circumferential direction Are formed adjacent to each other. Further, the rotor core 22 has a first protrusion 39 protruding from the first magnetic pole block 31 toward one end side in the axial direction (right side in FIG. 1) and a position radially inward from the first protrusion 39 in the second magnetic pole block 32. A second protrusion 40 protruding toward one end in the axial direction is provided. Further, an auxiliary field SF is provided on one end side in the axial direction of the rotor 4 so as to be spaced from the rotor 4. The rotating electrical machine 1 adjusts the magnetic flux supplied from the auxiliary field SF to the rotor 4 via the first and second protrusions 39 and 40, thereby reducing the number of magnetic poles of the rotor 4 to the first and second magnetic pole blocks. It can be switched to the same or twice the total number of 31, 32, that is, 4 or 8. Since the number of slots is 6 as described above, in the rotating electrical machine 1 of the present embodiment, when the number of slots is 3N (where N is a natural number), the number of magnetic poles of the rotor 4 is 2N or 4N. Satisfy individual relationships.
先ず、ロータの構成について詳細に説明する。
図2(a),(b)に示すように、ロータコア22の第1磁極ブロック31には、第1永久磁石33が内部に配置される第1空洞部41が形成され、第2磁極ブロック32には、第2永久磁石36が内部に配置される第2空洞部42が形成されている。第1及び第2空洞部41,42は、それぞれ軸方向に延びる断面長方形の孔状に形成されるとともに、断面のなす長方形の長手方向がその中央を通る径方向線に対して略直交するように形成されている。そして、第1及び第2空洞部41,42は、上記空洞部27bにそれぞれ近接して設けられている。また、本実施形態のロータコア22には、第1及び第2空洞部41,42における空洞部27a側に空隙43がそれぞれ形成されている。なお、空隙43は、軸方向に貫通するとともに、ロータコア22の外周面から径方向内側に延びる溝状に形成されている。
First, the configuration of the rotor will be described in detail.
As shown in FIGS. 2A and 2B, the first magnetic pole block 31 of the rotor core 22 is formed with a first cavity 41 in which the first permanent magnet 33 is disposed, and the second magnetic pole block 32. A second cavity portion 42 in which the second permanent magnet 36 is disposed is formed. The first and second cavities 41 and 42 are each formed in a hole shape having a rectangular cross section extending in the axial direction, and the longitudinal direction of the rectangular cross section is substantially orthogonal to the radial line passing through the center thereof. Is formed. The first and second cavities 41 and 42 are provided close to the cavity 27b, respectively. Further, in the rotor core 22 of the present embodiment, gaps 43 are formed on the cavity 27a side in the first and second cavities 41 and 42, respectively. The air gap 43 is formed in a groove shape penetrating in the axial direction and extending radially inward from the outer peripheral surface of the rotor core 22.
第1及び第2永久磁石33,36には、フェライト系の焼結磁石やボンド磁石等からなるセグメント磁石が採用されている。第1及び第2永久磁石33,36は、それぞれ長方形板状に形成されている。第1永久磁石33におけるロータ4の軸方向と直交する断面形状は、第1空洞部41の断面形状に対応した長方形状とされており、第1永久磁石33は第1空洞部41内に挿入されることでロータコア22に固定されている。同様に、第2永久磁石36におけるロータ4の軸方向と直交する断面形状は、第2空洞部42の断面形状に対応した長方形状とされており、第2永久磁石36は第2空洞部42内に挿入されることでロータコア22に固定されている。そして、第1永久磁石33は、外周側(ステータ3側)にS極が現れるようにその板厚方向(ロータ4の径方向に略沿った方向)に磁化され、第2永久磁石36は、外周側にN極が現れるようにその板厚方向に磁化されている。これにより、ロータコア22の外周面における第1空洞部41と対向する部位には、S極が常に現れ、第2空洞部42と対向する部位には、N極が常に現れる。   As the first and second permanent magnets 33 and 36, segment magnets made of ferrite-based sintered magnets or bonded magnets are employed. The first and second permanent magnets 33 and 36 are each formed in a rectangular plate shape. A cross-sectional shape orthogonal to the axial direction of the rotor 4 in the first permanent magnet 33 is a rectangular shape corresponding to the cross-sectional shape of the first cavity portion 41, and the first permanent magnet 33 is inserted into the first cavity portion 41. As a result, the rotor core 22 is fixed. Similarly, the cross-sectional shape orthogonal to the axial direction of the rotor 4 in the second permanent magnet 36 is a rectangular shape corresponding to the cross-sectional shape of the second cavity 42, and the second permanent magnet 36 is in the second cavity 42. The rotor core 22 is fixed by being inserted into the rotor core 22. The first permanent magnet 33 is magnetized in the plate thickness direction (direction substantially along the radial direction of the rotor 4) so that the S pole appears on the outer peripheral side (stator 3 side), and the second permanent magnet 36 is It is magnetized in the thickness direction so that the N pole appears on the outer peripheral side. As a result, the south pole always appears at a portion facing the first cavity 41 on the outer peripheral surface of the rotor core 22, and the north pole always appears at a portion opposed to the second cavity 42.
したがって、ロータコア22における第1空洞部41の形成された部分が第1磁極ブロック31のマグネット磁極部34として機能し、第1空洞部41と空洞部27aとの間がコア磁極部35として機能する。また、ロータコア22における第2空洞部42の形成された部分が第2磁極ブロック32のマグネット磁極部37として機能し、第2空洞部42と空洞部27aとの間がコア磁極部38として機能する。そして、第1磁極ブロック31と第2磁極ブロック32とは、マグネット磁極部34,37が隣り合うとともにコア磁極部35,38が隣り合うように周方向に交互に並んでいる。なお、本実施形態のマグネット磁極部34,37及びコア磁極部35,38は、それぞれ略45°の周方向範囲に亘って延びており、各磁極ブロック31,32は略90°の周方向範囲に亘って延びている。   Accordingly, the portion of the rotor core 22 where the first cavity 41 is formed functions as the magnet magnetic pole 34 of the first magnetic pole block 31, and the space between the first cavity 41 and the cavity 27a functions as the core magnetic pole 35. . Further, the portion of the rotor core 22 where the second cavity portion 42 is formed functions as the magnet magnetic pole portion 37 of the second magnetic pole block 32, and the portion between the second cavity portion 42 and the cavity portion 27a functions as the core magnetic pole portion 38. . The first magnetic pole block 31 and the second magnetic pole block 32 are alternately arranged in the circumferential direction so that the magnet magnetic pole portions 34 and 37 are adjacent and the core magnetic pole portions 35 and 38 are adjacent. The magnet magnetic pole portions 34 and 37 and the core magnetic pole portions 35 and 38 of the present embodiment extend over a circumferential range of about 45 °, and the magnetic pole blocks 31 and 32 each have a circumferential range of about 90 °. It extends over.
図1及び図2(a),(b)に示すように、第1磁極ブロック31の径方向外側部分には、軸方向に貫通した第1挿入孔51が形成され、第2磁極ブロック32の径方向内側部分には、軸方向に貫通した第2挿入孔52が形成されている。第1及び第2挿入孔51,52は、それぞれ断面長方形状に形成されている。第1挿入孔51は、コア磁極部35が設けられた範囲内に形成され、第2挿入孔52は、マグネット磁極部37及びコア磁極部38が設けられた範囲の双方に跨って形成されている。また、第1挿入孔51が形成されている径方向の範囲と第2挿入孔52が形成されている径方向の範囲とは、周方向において重ならないように設定されている。そして、第1挿入孔51と第2挿入孔52とは、これらの断面積が互いに略等しくなるように形成されている。   As shown in FIG. 1 and FIGS. 2A and 2B, a first insertion hole 51 penetrating in the axial direction is formed in the radially outer portion of the first magnetic pole block 31. A second insertion hole 52 penetrating in the axial direction is formed in the radially inner portion. The first and second insertion holes 51 and 52 are each formed in a rectangular cross section. The first insertion hole 51 is formed in a range where the core magnetic pole part 35 is provided, and the second insertion hole 52 is formed across both the range where the magnet magnetic pole part 37 and the core magnetic pole part 38 are provided. Yes. The radial range in which the first insertion hole 51 is formed and the radial range in which the second insertion hole 52 is formed are set so as not to overlap in the circumferential direction. The first insertion hole 51 and the second insertion hole 52 are formed so that their cross-sectional areas are substantially equal to each other.
第1及び第2挿入孔51,52には、それぞれ長い棒状の第1及び第2磁性体53,54が挿入されている。第1磁性体53は、第1挿入孔51の断面形状に対応した断面長方形に形成されるとともに、その軸方向の全体に亘って断面略一定に形成されている。一方、第2磁性体54は、第2挿入孔52の断面形状に対応した断面長方形に形成されるとともに、その軸方向の全体に亘って断面略一定に形成されている。また、第1磁性体53と第2磁性体54とは、これらの断面積が互いに略等しくなるように形成されている。なお、本実施形態の第1及び第2磁性体53,54は、珪素鋼板等の電磁鋼板55,56をロータコア22を構成する電磁鋼板25の積層方向と直交する方向に積層することにより構成されている。これにより、第1及び第2磁性体53,54の軸方向の磁気抵抗は、ロータコア22の軸方向の磁気抵抗よりも小さくなっている。そして、図1に示すように、第1及び第2磁性体53,54は、ロータコア22の軸方向長さよりも長く形成されており、第1及び第2磁性体53,54の一端部53a,54aがロータコア22の軸端面よりも軸方向一端側に突出している。これにより、第1磁性体53の一端部53aが第1突起39として機能し、第2磁性体54の一端部54aが第2突起40として機能する。   Long and rod-like first and second magnetic bodies 53 and 54 are inserted into the first and second insertion holes 51 and 52, respectively. The first magnetic body 53 is formed in a cross-sectional rectangle corresponding to the cross-sectional shape of the first insertion hole 51 and has a substantially constant cross-section over the entire axial direction thereof. On the other hand, the second magnetic body 54 is formed in a rectangular cross section corresponding to the cross sectional shape of the second insertion hole 52 and has a substantially constant cross section over the entire axial direction thereof. The first magnetic body 53 and the second magnetic body 54 are formed such that their cross-sectional areas are substantially equal to each other. In addition, the 1st and 2nd magnetic bodies 53 and 54 of this embodiment are comprised by laminating | stacking electromagnetic steel plates 55 and 56, such as a silicon steel plate, in the direction orthogonal to the lamination direction of the electromagnetic steel plates 25 which comprise the rotor core 22. FIG. ing. Thereby, the axial magnetic resistance of the first and second magnetic bodies 53 and 54 is smaller than the axial magnetic resistance of the rotor core 22. As shown in FIG. 1, the first and second magnetic bodies 53 and 54 are formed longer than the axial length of the rotor core 22, and one end portions 53 a and 53 a of the first and second magnetic bodies 53 and 54 are formed. 54 a protrudes from the axial end surface of the rotor core 22 toward one end in the axial direction. Thereby, the one end portion 53 a of the first magnetic body 53 functions as the first protrusion 39, and the one end portion 54 a of the second magnetic body 54 functions as the second protrusion 40.
次に、補助界磁の構成について詳細に説明する。
補助界磁SFは、導線を周方向に巻回してなる補助コイル61と、補助コイル61で作られる磁束の磁路となるヨーク62と、補助コイル61で作られる磁束の磁路の途中に設けられた可変磁石63とを備えている。そして、ヨーク62には、第1突起39と軸方向において対向する外側磁極部64が形成されるとともに、第2突起40と軸方向において対向する内側磁極部65が外側磁極部64との間に環状のギャップGを介在させて形成されている。
Next, the structure of the auxiliary field will be described in detail.
The auxiliary field SF is provided in the middle of the auxiliary coil 61 formed by winding a conducting wire in the circumferential direction, the yoke 62 serving as the magnetic path of the magnetic flux generated by the auxiliary coil 61, and the magnetic path of the magnetic flux generated by the auxiliary coil 61. The variable magnet 63 is provided. The yoke 62 is formed with an outer magnetic pole portion 64 that faces the first protrusion 39 in the axial direction, and an inner magnetic pole portion 65 that faces the second protrusion 40 in the axial direction is between the outer magnetic pole portion 64. It is formed with an annular gap G interposed.
詳しくは、ヨーク62は、円筒状の外側部材71と、外側部材71の内周に配置された円筒状の内側部材72とを有している。なお、外側部材71及び内側部材72は、圧粉磁心により構成されている。外側部材71の一端部(ロータ4と反対側の端部)には、径方向内側に延出された円環状の固定フランジ部73が形成され、外側部材71の他端部(ロータ4側の端部)には、径方向内側に延出された円環状の対向フランジ部74が形成されている。そして、外側部材71は、ロータ4と同軸上に配置されるとともに、対向フランジ部74が第1突起39と軸方向において対向するようにカバー8の内側に固定されている。これにより、対向フランジ部74が外側磁極部64として機能する。   Specifically, the yoke 62 includes a cylindrical outer member 71 and a cylindrical inner member 72 disposed on the inner periphery of the outer member 71. In addition, the outer member 71 and the inner member 72 are comprised with the powder magnetic core. An annular fixing flange 73 extending radially inward is formed at one end of the outer member 71 (the end opposite to the rotor 4), and the other end of the outer member 71 (on the rotor 4 side). At the end), an annular opposing flange portion 74 extending radially inward is formed. The outer member 71 is disposed coaxially with the rotor 4 and is fixed to the inner side of the cover 8 so that the opposed flange portion 74 faces the first protrusion 39 in the axial direction. Thereby, the opposing flange portion 74 functions as the outer magnetic pole portion 64.
一方、内側部材72の一端部には、径方向外側に延出された円環状の固定フランジ部75が形成され、内側部材72の他端部には、径方向外側に延出された円環状の対向フランジ部76が形成されている。そして、内側部材72は、ロータ4と同軸上に配置されるとともに、対向フランジ部76が第2突起40と軸方向において対向するようにカバー8の内側に固定されている。これにより、対向フランジ部76が内側磁極部65として機能する。   On the other hand, an annular fixed flange portion 75 extending outward in the radial direction is formed at one end portion of the inner member 72, and an annular shape extending outward in the radial direction is formed at the other end portion of the inner member 72. The opposite flange portion 76 is formed. The inner member 72 is disposed coaxially with the rotor 4 and is fixed to the inner side of the cover 8 so that the opposing flange portion 76 faces the second protrusion 40 in the axial direction. Thereby, the opposing flange portion 76 functions as the inner magnetic pole portion 65.
そして、外側部材71と内側部材72とは、対向フランジ部74(外側磁極部64)と対向フランジ部76(内側磁極部65)との間に上記ギャップGが形成されるように、径方向に間隔を空けてカバー8に固定されている。ギャップGの径方向の幅は、対向フランジ部74と第1突起39との軸方向の間隔、及び対向フランジ部76と第2突起40との軸方向の間隔の双方よりも大きくなるように設定されている。これにより、外側磁極部64を通過する磁束は主に第1突起39を介してロータコア22の第1磁極ブロック31に出入りし、内側磁極部65を通過する磁束は主に第2突起40を介して第2磁極ブロック32に出入りする。   The outer member 71 and the inner member 72 are radially arranged so that the gap G is formed between the opposed flange portion 74 (outer magnetic pole portion 64) and the opposed flange portion 76 (inner magnetic pole portion 65). It is fixed to the cover 8 with an interval. The radial width of the gap G is set to be larger than both the axial distance between the opposing flange portion 74 and the first protrusion 39 and the axial distance between the opposing flange portion 76 and the second protrusion 40. Has been. As a result, the magnetic flux passing through the outer magnetic pole portion 64 mainly enters and exits the first magnetic pole block 31 of the rotor core 22 via the first protrusion 39, and the magnetic flux passing through the inner magnetic pole portion 65 mainly passes through the second protrusion 40. The second magnetic pole block 32 is moved in and out.
補助コイル61は、円環状に形成されている。そして、補助コイル61は、外側部材71の軸方向中央部と内側部材72の軸方向中央部との間において、ロータ4と同軸上に配置されるように固定されている。これにより、補助コイル61で発生する磁束の磁路には、ヨーク62(外側部材71及び内側部材72)が含まれる。なお、補助コイル61の接続端部61aは、ハウジング2の外部に引き出されて制御装置5に接続されている。また、補助コイル61の導線は、上記コイル15の導線よりも線径の太いものが用いられている。   The auxiliary coil 61 is formed in an annular shape. The auxiliary coil 61 is fixed so as to be disposed coaxially with the rotor 4 between the axial central portion of the outer member 71 and the axial central portion of the inner member 72. Thereby, the magnetic path of the magnetic flux generated by the auxiliary coil 61 includes the yoke 62 (the outer member 71 and the inner member 72). Note that the connection end 61 a of the auxiliary coil 61 is drawn out of the housing 2 and connected to the control device 5. Further, as the conducting wire of the auxiliary coil 61, a wire having a larger diameter than the conducting wire of the coil 15 is used.
可変磁石63には、サマリウム−コバルト系の焼結磁石等、磁石片23a,23b、第1及び第2永久磁石33,36よりも保磁力の小さなリング磁石が採用されている。可変磁石63は、円環状に形成されている。そして、可変磁石63は、外側部材71の固定フランジ部73と内側部材72の固定フランジ部75との間に固定されている。これにより、可変磁石63は、補助コイル61が可変磁石63とロータ4との間に挟まれるように補助コイル61と軸方向に並置されている。なお、可変磁石63と固定フランジ部73,75とは互いに密着している。   The variable magnet 63 employs a ring magnet having a smaller coercive force than the magnet pieces 23a and 23b and the first and second permanent magnets 33 and 36, such as a samarium-cobalt sintered magnet. The variable magnet 63 is formed in an annular shape. The variable magnet 63 is fixed between the fixed flange portion 73 of the outer member 71 and the fixed flange portion 75 of the inner member 72. Thereby, the variable magnet 63 is juxtaposed with the auxiliary coil 61 in the axial direction so that the auxiliary coil 61 is sandwiched between the variable magnet 63 and the rotor 4. The variable magnet 63 and the fixed flange portions 73 and 75 are in close contact with each other.
可変磁石63は、補助コイル61で作られる磁束に沿った方向(本実施形態では、径方向)に磁化(着磁)されている。可変磁石63は、制御装置5から補助コイル61に大きな電流が供給されて強い磁界を形成されることで、不可逆的に減磁又は増磁、あるいは磁化方向が変更される。そして、外側磁極部64となる対向フランジ部74及び内側磁極部65となる対向フランジ部76には、可変磁石63の磁化方向に応じた極性が現れている。なお、可変磁石63には、後述するように外側磁極部64にS極が現れるとともに内側磁極部65にN極が現れる場合に、コア磁極部35,38の極性が同じ磁極ブロック31,32のマグネット磁極部34,37の極性と同一になるような量の磁束をロータ4に供給可能な程度に磁化できるものが用いられている。   The variable magnet 63 is magnetized (magnetized) in a direction along the magnetic flux created by the auxiliary coil 61 (in this embodiment, the radial direction). The variable magnet 63 is irreversibly demagnetized or magnetized or changed in magnetization direction when a large current is supplied from the control device 5 to the auxiliary coil 61 to form a strong magnetic field. And the polarity according to the magnetization direction of the variable magnet 63 appears in the opposing flange part 74 used as the outer side magnetic pole part 64, and the opposing flange part 76 used as the inner side magnetic pole part 65. In the variable magnet 63, when the south pole appears in the outer magnetic pole portion 64 and the north pole appears in the inner magnetic pole portion 65 as will be described later, the core magnetic pole portions 35 and 38 have the same polarity. A magnet that can be magnetized to such an extent that a magnetic flux of the same amount as the polarity of the magnet magnetic pole portions 34 and 37 can be supplied to the rotor 4 is used.
次に、ロータの磁極数について詳細に説明する。なお、図面では、磁石の磁化方向を太線の矢印で示し、磁束の流れを破線の矢印で示している。
図3に示すように、可変磁石63の磁化方向を調整して、外側磁極部64にN極が現れるとともに内側磁極部65にS極が現れる場合に、ロータ4の磁極数が第1及び第2磁極ブロック31,32の総数の二倍となる。なお、又は補助界磁SFから磁束が供給されない場合にも、ロータ4の磁極数が第1及び第2磁極ブロック31,32の総数の二倍となる。一方、図4に示すように、外側磁極部64にS極が現れるとともに内側磁極部65にN極が現れる場合に、コア磁極部35,38の極性が同じ磁極ブロック31,32の各マグネット磁極部34,37の極性と同一になるような量の磁束をロータ4に供給可能な強さに可変磁石63を磁化することで、ロータ4の磁極数が第1及び第2磁極ブロック31,32の総数と同一になる。
Next, the number of magnetic poles of the rotor will be described in detail. In the drawing, the magnetization direction of the magnet is indicated by a thick arrow, and the flow of magnetic flux is indicated by a broken arrow.
As shown in FIG. 3, when the magnetization direction of the variable magnet 63 is adjusted so that the N pole appears in the outer magnetic pole portion 64 and the S pole appears in the inner magnetic pole portion 65, the number of magnetic poles of the rotor 4 is the first and first. This is twice the total number of the two magnetic pole blocks 31 and 32. Even when no magnetic flux is supplied from the auxiliary field SF, the number of magnetic poles of the rotor 4 is twice the total number of the first and second magnetic pole blocks 31 and 32. On the other hand, as shown in FIG. 4, when the S pole appears in the outer magnetic pole portion 64 and the N pole appears in the inner magnetic pole portion 65, the magnetic poles of the magnetic pole blocks 31 and 32 having the same polarity of the core magnetic pole portions 35 and 38. By magnetizing the variable magnet 63 to a strength that can supply the rotor 4 with an amount of magnetic flux that is the same as the polarity of the portions 34 and 37, the number of magnetic poles of the rotor 4 is changed to the first and second magnetic pole blocks 31 and 32. Is the same as the total number of
詳しくは、図3(a),(b)に示すように、外側磁極部64にN極が現れるとともに内側磁極部65にS極が現れる場合、補助界磁SFから第1及び第2突起39,40を介してロータ4に供給される磁束は、ステータ3とコア磁極部35,38との間を、磁石片23a,23b、第1及び第2永久磁石33,36で作られる磁束と同方向に流れるようになる。これにより、第1及び第2磁極ブロック31,32のコア磁極部35,38のステータ3側には、同じ磁極ブロック31,32のマグネット磁極部34,37と反対の極性が現れ、第1及び第2磁極ブロック31,32はそれぞれ2個の磁極として機能する。   Specifically, as shown in FIGS. 3A and 3B, when the N pole appears in the outer magnetic pole portion 64 and the S pole appears in the inner magnetic pole portion 65, the first and second protrusions 39 from the auxiliary field SF. , 40, the magnetic flux supplied to the rotor 4 is the same as the magnetic flux produced by the magnet pieces 23a, 23b and the first and second permanent magnets 33, 36 between the stator 3 and the core magnetic pole portions 35, 38. To flow in the direction. Thereby, on the stator 3 side of the core magnetic pole portions 35, 38 of the first and second magnetic pole blocks 31, 32, the opposite polarity to the magnet magnetic pole portions 34, 37 of the same magnetic pole block 31, 32 appears, The second magnetic pole blocks 31 and 32 each function as two magnetic poles.
より詳しくは、例えば図3(b)中左上のS極のマグネット磁極部34を有する第1磁極ブロック31では、磁石片23a,23bのN極から出る磁束の一部、第1永久磁石33のN極から出る磁束の一部、及び補助界磁SFから第1磁性体53(第1突起39)を介して出る磁束の一部がコア磁極部35の外周面からステータ3側に流れ出るようになり、該コア磁極部35がN極として機能する。これにより、第1磁極ブロック31のマグネット磁極部34とコア磁極部35とには異なる極性が現れ、該第1磁極ブロック31は2個の磁極として機能する。また、例えば図3(b)中右上のN極のマグネット磁極部37を有する第2磁極ブロック32では、磁石片23a,23bのS極に入る磁束の一部、第2永久磁石36のS極に入る磁束の一部、及び第2磁性体54(第2突起40)を介して補助界磁SFに入る磁束の一部が、コア磁極部38の外周面から流れ込むようになり、該コア磁極部38がS極として機能する。これにより、第2磁極ブロック32の各マグネット磁極部37とコア磁極部38とには異なる極性が現れ、該第2磁極ブロック32は2個の磁極として機能する。したがって、ロータ4の磁極数が第1及び第2磁極ブロック31,32の総数の二倍となる。   More specifically, for example, in the first magnetic pole block 31 having the S magnetic pole 34 at the upper left in FIG. 3B, a part of the magnetic flux emitted from the N poles of the magnet pieces 23 a and 23 b, A part of the magnetic flux emitted from the N pole and a part of the magnetic flux emitted from the auxiliary field SF through the first magnetic body 53 (first protrusion 39) flow out from the outer peripheral surface of the core magnetic pole portion 35 to the stator 3 side. Thus, the core magnetic pole portion 35 functions as an N pole. Thereby, different polarities appear in the magnet magnetic pole part 34 and the core magnetic pole part 35 of the first magnetic pole block 31, and the first magnetic pole block 31 functions as two magnetic poles. For example, in the second magnetic pole block 32 having the N-pole magnet magnetic pole portion 37 at the upper right in FIG. 3B, a part of the magnetic flux entering the S pole of the magnet pieces 23a and 23b, the S pole of the second permanent magnet 36. Part of the magnetic flux that enters the magnetic field and part of the magnetic flux that enters the auxiliary field SF via the second magnetic body 54 (second protrusion 40) flow from the outer peripheral surface of the core magnetic pole portion 38. The part 38 functions as an S pole. Thereby, different polarities appear in each magnet magnetic pole part 37 and core magnetic pole part 38 of the second magnetic pole block 32, and the second magnetic pole block 32 functions as two magnetic poles. Therefore, the number of magnetic poles of the rotor 4 is twice the total number of the first and second magnetic pole blocks 31 and 32.
なお、補助界磁SFから磁束が供給されない場合には、ステータ3とコア磁極部35,38との間の間を通過する磁束は、外側磁極部64にN極が現れるとともに内側磁極部65にS極が現れる場合と同様に流れる。   If no magnetic flux is supplied from the auxiliary field SF, the magnetic flux passing between the stator 3 and the core magnetic pole portions 35 and 38 appears in the outer magnetic pole portion 64 and in the inner magnetic pole portion 65. It flows in the same way as when the S pole appears.
一方、図4(a),(b)に示すように、外側磁極部64にS極が現れるとともに内側磁極部65にN極が現れる場合、補助界磁SFから第1及び第2突起39,40を介してロータ4に供給される磁束は、ステータ3とコア磁極部35,38との間を、磁石片23a,23bで作られる磁束と逆方向に流れるようになる。これにより、第1及び第2磁極ブロック31,32のコア磁極部35,38のステータ3側には、同じ各磁極ブロック31,32のマグネット磁極部34,37と同一の極性が現れ、第1及び第2磁極ブロック31,32はそれぞれ1つの磁極として機能する。   On the other hand, as shown in FIGS. 4A and 4B, when the S pole appears in the outer magnetic pole portion 64 and the N pole appears in the inner magnetic pole portion 65, the first and second protrusions 39, The magnetic flux supplied to the rotor 4 via 40 flows between the stator 3 and the core magnetic pole portions 35 and 38 in the opposite direction to the magnetic flux generated by the magnet pieces 23a and 23b. As a result, the same polarity as the magnet magnetic pole portions 34 and 37 of the same magnetic pole blocks 31 and 32 appears on the stator 3 side of the core magnetic pole portions 35 and 38 of the first and second magnetic pole blocks 31 and 32, and the first Each of the second magnetic pole blocks 31 and 32 functions as one magnetic pole.
より詳しくは、例えば図4(b)中左上のS極のマグネット磁極部34を有する第1磁極ブロック31では、補助界磁SFの外側磁極部64には、磁石片23a,23bのN極から出る磁束の一部、第1永久磁石33のN極から出る磁束の一部、及びステータ3側からコア磁極部35の外周面を介して流れ込む磁束が第1磁性体53(第1突起39)を介して入るようになり、該コア磁極部35がS極として機能する。これにより、第1磁極ブロック31のマグネット磁極部34とコア磁極部35とには同一の極性が現れ、該第1磁極ブロック31は1個の磁極として機能する。また、例えば図4(b)中右上のN極のマグネット磁極部37を有する第2磁極ブロック32では、補助界磁SFの内側磁極部65から第2磁性体54(第2突起40)を介して入った磁束は、その一部が磁石片23a,23bのS極及び第2永久磁石36のS極に入るとともに、他の一部がコア磁極部38の外周面からステータ3側に流れ出るようになり、該コア磁極部38がN極として機能する。これにより、第2磁極ブロック32のマグネット磁極部37とコア磁極部38とには同一の極性が現れ、該第2磁極ブロック32は1個の磁極として機能する。したがって、ロータ4の磁極数が第1及び第2磁極ブロック31,32の総数と同一になる。   More specifically, for example, in the first magnetic pole block 31 having the S magnetic pole 34 at the upper left in FIG. 4B, the outer magnetic pole 64 of the auxiliary field SF is separated from the N pole of the magnet pieces 23a and 23b. Part of the magnetic flux that exits, part of the magnetic flux that exits from the N pole of the first permanent magnet 33, and the magnetic flux that flows from the stator 3 side through the outer peripheral surface of the core magnetic pole portion 35 are the first magnetic body 53 (first protrusion 39). The core magnetic pole portion 35 functions as an S pole. Thereby, the same polarity appears in the magnet magnetic pole part 34 and the core magnetic pole part 35 of the first magnetic pole block 31, and the first magnetic pole block 31 functions as one magnetic pole. Further, for example, in the second magnetic pole block 32 having the N-pole magnet magnetic pole portion 37 in the upper right in FIG. 4B, the inner magnetic pole portion 65 of the auxiliary field SF is passed through the second magnetic body 54 (second protrusion 40). A part of the magnetic flux entered into the S pole of the magnet pieces 23a and 23b and the S pole of the second permanent magnet 36, and the other part flows out from the outer peripheral surface of the core magnetic pole portion 38 to the stator 3 side. Thus, the core magnetic pole portion 38 functions as an N pole. Thereby, the same polarity appears in the magnet magnetic pole part 37 and the core magnetic pole part 38 of the 2nd magnetic pole block 32, and this 2nd magnetic pole block 32 functions as one magnetic pole. Therefore, the number of magnetic poles of the rotor 4 is the same as the total number of the first and second magnetic pole blocks 31 and 32.
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
(1)補助界磁SFから供給される磁束に応じてロータ4の磁極数を4個又は8個に変更可能とした。ここで、ロータ4の回転速度が同じ場合、ロータ4の磁極数が少ないと、コイル15と対向する磁極の極性が切り替わるのにかかる時間が長くなり、単位時間当たりの鎖交磁束の変化量が小さくなる。そして、誘起電圧は鎖交磁束の単位時間当たりの変化量に比例するため、ロータ4の磁極数が少ないと、誘起電圧が小さくなり、高速回転が可能となる。つまり、ロータ4の磁極数を多くした状態で高いトルクが出力可能な設計としても、ロータ4の磁極数を少なくした状態で高速回転させることが可能になる。したがって、ロータ4を高速回転させるとともに低速回転域で高いトルクを出力できる。
As described above, according to the present embodiment, the following operational effects can be achieved.
(1) The number of magnetic poles of the rotor 4 can be changed to 4 or 8 according to the magnetic flux supplied from the auxiliary field SF. Here, when the rotational speed of the rotor 4 is the same, if the number of magnetic poles of the rotor 4 is small, the time required for switching the polarity of the magnetic poles facing the coil 15 becomes long, and the amount of change in the interlinkage magnetic flux per unit time is increased. Get smaller. Since the induced voltage is proportional to the amount of change in the flux linkage per unit time, if the number of magnetic poles of the rotor 4 is small, the induced voltage becomes small and high-speed rotation is possible. That is, even if the design is such that a high torque can be output with the number of magnetic poles of the rotor 4 increased, the rotor 4 can be rotated at a high speed with the number of magnetic poles of the rotor 4 reduced. Therefore, the rotor 4 can be rotated at a high speed and a high torque can be output in a low-speed rotation range.
(2)スロット数を3N個とした場合、ロータ4の磁極数が2N個又は4N個となる関係を満たすように回転電機1を構成した。図5に示すように、スロット数が3N個に対して、ロータの磁極数が2N個又は4Nの関係が成立する場合には、コイル15に鎖交する磁束の有効性を示す巻線係数が比較的高い値(「1」に近い値)となるため、本実施形態では回転電機1を効率良く駆動することが可能となっている。なお、図7では、説明の便宜上、巻線係数が「0.8」よりも大きくなるスロット数とロータ4の磁極数の組み合わせの欄に○印を付している。   (2) When the number of slots is 3N, the rotating electrical machine 1 is configured to satisfy the relationship that the number of magnetic poles of the rotor 4 is 2N or 4N. As shown in FIG. 5, when the number of slots is 3N and the number of magnetic poles of the rotor is 2N or 4N, the winding coefficient indicating the effectiveness of the magnetic flux linked to the coil 15 is Since the value is relatively high (a value close to “1”), in this embodiment, the rotating electrical machine 1 can be driven efficiently. In FIG. 7, for convenience of explanation, a circle is marked in the column of the combination of the number of slots where the winding coefficient is larger than “0.8” and the number of magnetic poles of the rotor 4.
(3)補助界磁SFに、補助コイル61で作られる磁束に沿って磁化された可変磁石63を設けたため、継続して補助コイル61に電流を供給しなくても、補助界磁SFからロータ4に磁束を供給でき、省電力化を図ることができる。   (3) Since the variable magnet 63 magnetized along the magnetic flux generated by the auxiliary coil 61 is provided in the auxiliary field SF, the rotor from the auxiliary field SF does not have to be supplied with current continuously. The magnetic flux can be supplied to 4, and power saving can be achieved.
(4)可変磁石63を環状に形成するとともに、補助コイル61をロータ4との間に挟み込むようにして補助コイル61と軸方向に並置した。
ここで、補助コイル61で作られる磁束は、第1及び第2突起39,40を介してロータ4に出入りするため、補助コイル61の磁路における第1及び第2突起39,40に近接した部分(外側磁極部64及び内側磁極部65)を通過する磁束は、第1及び第2突起39,40と対向する位置に集中し易い。つまり、補助コイル61で作られる磁束の磁束密度が、周方向において均一とはならず、ばらつきが生じる。そのため、例えば可変磁石63を外側磁極部64又は内側磁極部65の近傍に配置すると、補助コイル61で形成される強い磁界によって可変磁石63の磁化方向を変更等する際に、磁化の程度にばらつきが生じる虞がある。一方、補助コイル61の磁路における第1及び第2突起39,40から離間した部分では、磁束が特定の箇所に集中し難くなる。したがって、本実施形態のように補助コイル61が可変磁石63とロータ4との間に挟まれるように可変磁石63を配置し、可変磁石63を第1及び第2突起39,40から離間させることで、可変磁石63の磁化の程度が周方向においてばらつくことを抑制できる。
(4) The variable magnet 63 was formed in an annular shape, and the auxiliary coil 61 was juxtaposed with the auxiliary coil 61 in the axial direction so as to be sandwiched between the rotor 4.
Here, since the magnetic flux generated by the auxiliary coil 61 enters and exits the rotor 4 via the first and second protrusions 39 and 40, it approaches the first and second protrusions 39 and 40 in the magnetic path of the auxiliary coil 61. The magnetic flux passing through the portions (the outer magnetic pole part 64 and the inner magnetic pole part 65) is likely to concentrate at a position facing the first and second protrusions 39 and 40. That is, the magnetic flux density of the magnetic flux generated by the auxiliary coil 61 is not uniform in the circumferential direction, and variation occurs. Therefore, for example, when the variable magnet 63 is arranged in the vicinity of the outer magnetic pole part 64 or the inner magnetic pole part 65, the degree of magnetization varies when the magnetization direction of the variable magnet 63 is changed by a strong magnetic field formed by the auxiliary coil 61. May occur. On the other hand, in the portion of the magnetic path of the auxiliary coil 61 that is away from the first and second protrusions 39 and 40, the magnetic flux is less likely to concentrate at a specific location. Therefore, the variable magnet 63 is arranged so that the auxiliary coil 61 is sandwiched between the variable magnet 63 and the rotor 4 as in this embodiment, and the variable magnet 63 is separated from the first and second protrusions 39 and 40. Thus, it is possible to suppress the degree of magnetization of the variable magnet 63 from varying in the circumferential direction.
(5)ロータコア22は、電磁鋼板25を軸方向に複数枚積層して構成したため、渦電流の発生を抑制できる。しかし、上記のように電磁鋼板25を積層してなるロータコア22では、軸方向の磁気抵抗が径方向の磁気抵抗よりも大きくなるため、磁束がロータコア22内を軸方向に流れ難くなる。そのため、例えばロータコア22における補助界磁SFから離れた位置では補助界磁SFから出た磁束が少なくなったり、磁石片23a,23bの補助界磁SFから離れた部位から出た磁束が補助界磁SFに引き込まれ難くなったりすることがある。その結果、ステータ3とロータ4との間を通過する磁束が軸方向においてばらつく虞がある。この点、本実施形態では、第1及び第2突起39,40が、ロータコア22の軸方向の磁気抵抗よりも軸方向の磁気抵抗が小さな棒状の第1及び第2磁性体53,54の一端部53a,54aによりそれぞれ構成されている。したがって、磁束が第1及び第2磁性体53,54を通過することで、ロータコア22内を軸方向に流れ易くなるため、ステータ3とロータ4との間を通過する磁束が軸方向においてばらつくことを抑制できる。   (5) Since the rotor core 22 is configured by laminating a plurality of electromagnetic steel plates 25 in the axial direction, generation of eddy current can be suppressed. However, in the rotor core 22 formed by laminating the electromagnetic steel plates 25 as described above, the magnetic resistance in the axial direction is larger than the magnetic resistance in the radial direction, so that the magnetic flux hardly flows in the axial direction in the rotor core 22. Therefore, for example, at the position away from the auxiliary field SF in the rotor core 22, the magnetic flux emitted from the auxiliary field SF decreases, or the magnetic flux emitted from a part away from the auxiliary field SF of the magnet pieces 23 a and 23 b becomes the auxiliary field magnet. It may be difficult to be drawn into the SF. As a result, the magnetic flux passing between the stator 3 and the rotor 4 may vary in the axial direction. In this respect, in the present embodiment, the first and second protrusions 39 and 40 have one end of the rod-shaped first and second magnetic bodies 53 and 54 having a smaller axial magnetic resistance than the axial magnetic resistance of the rotor core 22. Each of the parts 53a and 54a is configured. Accordingly, since the magnetic flux passes through the first and second magnetic bodies 53 and 54 and easily flows in the rotor core 22 in the axial direction, the magnetic flux passing between the stator 3 and the rotor 4 varies in the axial direction. Can be suppressed.
(6)第1突起39と第2突起40とを、軸方向と直交する断面積が互いに等しくなるように形成した。ここで、第1及び第2突起39,40は、それぞれ補助界磁SFで作られる磁束の磁路となるため、例えば第1及び第2突起39,40のいずれか一方の断面積のみを大きくしても、いずれか他方の断面積が小さく磁気抵抗が大きい場合には、補助界磁SFとロータ4との間を通過する磁束は増加しない。したがって、本実施形態のように第1及び第2突起39,40の断面積を互いに等しくすることで、補助界磁SFとロータ4との間を通過する磁束を効率的に増加させることができる。   (6) The first protrusions 39 and the second protrusions 40 are formed so that the cross-sectional areas orthogonal to the axial direction are equal to each other. Here, since the first and second protrusions 39 and 40 are magnetic paths of magnetic fluxes formed by the auxiliary field SF, respectively, only the cross-sectional area of one of the first and second protrusions 39 and 40 is increased, for example. Even when the other cross-sectional area is small and the magnetic resistance is large, the magnetic flux passing between the auxiliary field SF and the rotor 4 does not increase. Therefore, the magnetic flux passing between the auxiliary field SF and the rotor 4 can be efficiently increased by making the cross-sectional areas of the first and second protrusions 39 and 40 equal to each other as in the present embodiment. .
(7)各磁石片23a,23bを平板状に形成するとともにロータコア22に対して放射状に配置し、周方向において同じ極性が対向するように磁化した。そのため、第1及び第2磁極ブロック31,32を径方向の広範囲に広がった形状とするとともに、軸方向から見た第1及び第2磁極ブロック31,32の面積を大きくすることができる。これにより、第1及び第2突起39,40の断面積をそれぞれ大きくすることが可能になり、補助界磁SFとロータ4との間を通過する磁束をより増加させることができる。   (7) Each magnet piece 23a, 23b was formed in a flat plate shape and arranged radially with respect to the rotor core 22, and magnetized so that the same polarity was opposed in the circumferential direction. For this reason, the first and second magnetic pole blocks 31 and 32 can be formed in a wide shape in the radial direction, and the areas of the first and second magnetic pole blocks 31 and 32 as viewed from the axial direction can be increased. Thereby, the cross-sectional areas of the first and second protrusions 39 and 40 can be increased, and the magnetic flux passing between the auxiliary field SF and the rotor 4 can be further increased.
(第2実施形態)
次に、第2実施形態を図面に従って説明する。なお、本実施形態と上記第1実施形態との主たる相違点は、第1及び第2突起の構成である。このため、説明の便宜上、同一の構成については上記第1実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to the drawings. The main difference between this embodiment and the first embodiment is the configuration of the first and second protrusions. For this reason, for convenience of explanation, the same components are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and description thereof is omitted.
図6及び図7に示すように、第1磁極ブロック31の軸方向一端側の軸端面には、外側磁極部64と軸方向において対向する位置に短い棒状の第1磁性体81が配置され、第2磁極ブロック32の軸方向一端側の軸端面には、内側磁極部65と軸方向において対向する位置に短い棒状の第2磁性体82が配置されている。これにより、第1磁性体81が第1突起39として機能し、第2磁性体82が第2突起40として機能する。   As shown in FIGS. 6 and 7, a short rod-shaped first magnetic body 81 is disposed on the axial end surface of the first magnetic pole block 31 on one axial end side at a position facing the outer magnetic pole portion 64 in the axial direction. A short rod-shaped second magnetic body 82 is disposed at a position facing the inner magnetic pole portion 65 in the axial direction on the axial end surface on one axial end side of the second magnetic pole block 32. Thereby, the first magnetic body 81 functions as the first protrusion 39 and the second magnetic body 82 functions as the second protrusion 40.
詳しくは、第1及び第2磁性体81,82の軸方向と直交する断面形状は、それぞれ略扇形状とされるとともに、その軸方向の全体に亘って断面略一定に形成されている。また、第1磁性体81と第2磁性体82とは、これらの断面積が互いに略等しくなるように形成されている。なお、本実施形態の第1及び第2磁性体81,82は、圧粉磁心により構成されている。そして、第1及び第2磁性体81,82は、ロータコア22の軸方向一端側の軸端面に固定されたホルダ83によって固定されている。   Specifically, the cross-sectional shapes perpendicular to the axial direction of the first and second magnetic bodies 81 and 82 are each substantially fan-shaped, and the cross-sections are formed substantially constant over the entire axial direction. The first magnetic body 81 and the second magnetic body 82 are formed so that their cross-sectional areas are substantially equal to each other. In addition, the 1st and 2nd magnetic bodies 81 and 82 of this embodiment are comprised by the powder magnetic core. The first and second magnetic bodies 81 and 82 are fixed by a holder 83 that is fixed to the axial end surface of the rotor core 22 on one end side in the axial direction.
ホルダ83は円板状に形成されるとともに、ホルダ83の中央には回転軸21が挿通される貫通孔84が形成されている。また、ホルダ83には、第1及び第2磁性体81,82と対応する位置にこれらが嵌合する嵌合孔85,86が形成されている。そして、ホルダ83は、接着剤等によりロータコア22に固定されている。なお、本実施形態のホルダ83は、樹脂材料により構成されている。   The holder 83 is formed in a disc shape, and a through hole 84 through which the rotary shaft 21 is inserted is formed in the center of the holder 83. In addition, the holder 83 is formed with fitting holes 85 and 86 for fitting them at positions corresponding to the first and second magnetic bodies 81 and 82. The holder 83 is fixed to the rotor core 22 with an adhesive or the like. Note that the holder 83 of the present embodiment is made of a resin material.
本実施形態の回転電機1では、上記第1実施形態と同様に、可変磁石63の磁化方向が変更されることで外側磁極部64及び内側磁極部65に現れる極性が変更され、補助界磁SFで作られる磁束が第1及び第2突起39,40を介してロータ4に出入りすることで、ロータ4の磁極数が第1及び第2磁極ブロック31,32の総数と同一又は二倍に変化する。   In the rotating electrical machine 1 of the present embodiment, the polarity appearing at the outer magnetic pole part 64 and the inner magnetic pole part 65 is changed by changing the magnetization direction of the variable magnet 63 as in the first embodiment, and the auxiliary field SF is changed. The number of magnetic poles of the rotor 4 changes to be the same as or doubles the total number of the first and second magnetic pole blocks 31 and 32 by the magnetic flux generated in Step 2 entering and exiting the rotor 4 via the first and second protrusions 39 and 40. To do.
以上記述したように、本実施形態によれば、上記第1実施形態の(1)〜(4),(6),(7)の作用効果に加えて以下の作用効果を有する。
(8)第1突起39を第1磁極ブロック31の軸端面における外側磁極部64と対向する位置に固定された第1磁性体81により構成し、第2突起40を第2磁極ブロック32の軸端面における内側磁極部65と対向する位置に固定された第2磁性体82により構成した。そのため、上記第1実施形態のように第1及び第2磁極ブロック31,32に形成された挿入孔に磁性体を挿入する場合に比べ、第1及び第2磁極ブロック31,32の径方向の磁気抵抗が大きくなることを抑制できる。
As described above, according to the present embodiment, the following functions and effects are provided in addition to the functions and effects (1) to (4), (6), and (7) of the first embodiment.
(8) The first protrusion 39 is configured by the first magnetic body 81 fixed at a position facing the outer magnetic pole portion 64 on the shaft end surface of the first magnetic pole block 31, and the second protrusion 40 is formed by the axis of the second magnetic pole block 32. The second magnetic body 82 is fixed at a position facing the inner magnetic pole portion 65 on the end face. Therefore, as compared with the case where the magnetic body is inserted into the insertion holes formed in the first and second magnetic pole blocks 31 and 32 as in the first embodiment, the radial direction of the first and second magnetic pole blocks 31 and 32 is increased. An increase in magnetic resistance can be suppressed.
(9)第1及び第2磁性体81,82をホルダ83よりロータコア22に固定したため、例えば接着剤等により第1及び第2磁性体81,82をロータコア22に固定する場合に比べ、第1及び第2磁性体81,82とロータコア22との間の磁気抵抗を小さくすることができる。   (9) Since the first and second magnetic bodies 81 and 82 are fixed to the rotor core 22 by the holder 83, the first and second magnetic bodies 81 and 82 are fixed to the rotor core 22 by using an adhesive or the like, for example. And the magnetic resistance between the 2nd magnetic bodies 81 and 82 and the rotor core 22 can be made small.
(第3実施形態)
次に、第3実施形態を図面に従って説明する。なお、本実施形態と上記第1実施形態との主たる相違点は、補助界磁の構成である。このため、説明の便宜上、同一の構成については上記第1実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to the drawings. The main difference between the present embodiment and the first embodiment is the configuration of the auxiliary field. For this reason, for convenience of explanation, the same components are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and description thereof is omitted.
図8に示すように、本実施形態の補助界磁SFは、補助コイル61と、ヨーク62とを備えており、可変磁石63を備えていない。また、ヨーク62の外側部材71の固定フランジ部73が内側部材72の一端部に密着している。なお、補助コイル61には、外側磁極部64にS極が現れるとともに内側磁極部65にN極が現れる場合に、コア磁極部35,38の極性が同じ磁極ブロック31,32のマグネット磁極部34,37の極性と同一になるような量の磁束を発生可能な電流を流すことができるものが用いられている。   As shown in FIG. 8, the auxiliary field SF of the present embodiment includes an auxiliary coil 61 and a yoke 62, and does not include a variable magnet 63. Further, the fixing flange 73 of the outer member 71 of the yoke 62 is in close contact with one end of the inner member 72. In the auxiliary coil 61, when the S pole appears at the outer magnetic pole portion 64 and the N pole appears at the inner magnetic pole portion 65, the magnet magnetic pole portions 34 of the magnetic pole blocks 31, 32 having the same polarity of the core magnetic pole portions 35, 38. , 37 can be used to pass a current capable of generating a magnetic flux in an amount that is the same as the polarity of 37.
このように構成された補助界磁SFでは、補助コイル61への通電方向に応じた極性が外側磁極部64及び内側磁極部65に現れる。そして、上記第1実施形態と同様に、外側磁極部64にS極が現れるとともに内側磁極部65にN極が現れる場合には、コア磁極部35,38の極性が同じ磁極ブロック31,32のマグネット磁極部34,37の極性と同一になるような量の磁束を発生させることで、ロータ4の磁極数が第1及び第2磁極ブロック31,32の総数と同一又は二倍に変化する。   In the auxiliary field SF configured as described above, the polarity corresponding to the energization direction to the auxiliary coil 61 appears in the outer magnetic pole part 64 and the inner magnetic pole part 65. Similarly to the first embodiment, when the S pole appears in the outer magnetic pole part 64 and the N pole appears in the inner magnetic pole part 65, the core magnetic pole parts 35 and 38 have the same polarity. By generating an amount of magnetic flux that is the same as the polarity of the magnet magnetic pole portions 34 and 37, the number of magnetic poles of the rotor 4 changes to be the same as or twice the total number of the first and second magnetic pole blocks 31 and 32.
以上記述したように、本実施形態によれば、上記第1実施形態の(1),(2),(5)〜(7)と同様の作用効果を奏することができる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
As described above, according to the present embodiment, the same operational effects as (1), (2), (5) to (7) of the first embodiment can be obtained.
In addition, the said embodiment can also be implemented in the following aspects which changed this suitably.
・上記第1及び第2実施形態では、補助コイル61がロータ4と可変磁石63との間に挟まれるように補助コイル61と可変磁石63とを軸方向に並置した。しかし、これに限らず、例えば図9(a)に示すように、可変磁石63を補助コイル61の外周側に固定したり、又は図9(b)に示すように、可変磁石63を補助コイル61の内周側に固定したりしてもよい。さらに、可変磁石63を第1突起39又は第2突起40と対向するようにヨーク62に固定してもよい。なお、この場合には、可変磁石63が外側磁極部64又は内側磁極部65として構成される。   In the first and second embodiments, the auxiliary coil 61 and the variable magnet 63 are juxtaposed in the axial direction so that the auxiliary coil 61 is sandwiched between the rotor 4 and the variable magnet 63. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9A, the variable magnet 63 is fixed to the outer peripheral side of the auxiliary coil 61, or as shown in FIG. It may be fixed to the inner peripheral side of 61. Further, the variable magnet 63 may be fixed to the yoke 62 so as to face the first protrusion 39 or the second protrusion 40. In this case, the variable magnet 63 is configured as the outer magnetic pole part 64 or the inner magnetic pole part 65.
・上記第1及び第3実施形態では、第1及び第2磁性体53,54を、電磁鋼板55,56をロータコア22を構成する電磁鋼板25の積層方向と直交する方向に積層することにより構成したが、軸方向の磁気抵抗がロータコア22の軸方向の磁気抵抗よりも小さければよく、例えば圧粉磁心等により構成してもよい。   In the first and third embodiments, the first and second magnetic bodies 53 and 54 are configured by stacking the electromagnetic steel plates 55 and 56 in a direction orthogonal to the stacking direction of the electromagnetic steel plates 25 constituting the rotor core 22. However, the magnetic resistance in the axial direction may be smaller than the magnetic resistance in the axial direction of the rotor core 22, and may be constituted by, for example, a dust core.
・上記第2実施形態では、ホルダ83によって第1及び第2磁性体81,82をロータコア22に固定したが、これに限らず、例えば接着剤等により第1及び第2磁性体81,82をロータコア22に固定してもよい。   In the second embodiment, the first and second magnetic bodies 81 and 82 are fixed to the rotor core 22 by the holder 83. However, the present invention is not limited to this. For example, the first and second magnetic bodies 81 and 82 are bonded by an adhesive or the like. It may be fixed to the rotor core 22.
・上記各実施形態では、複数対の磁石片23a,23bを放射状に配置し、磁石片23aが周方向両側に隣り合う磁石片23bのそれぞれと一対の磁石片を構成するようにした。しかし、これに限らず、例えば図10(a)に示すように、磁石片23aと磁石片23bとを、それぞれの断面のなす長方形の長手方向が径方向に対して互いに逆方向に傾くように配置し、磁石片23aが周方向一方側に隣り合う磁石片23bのみと一対の磁石片を構成するようにしてもよい。   In each of the above embodiments, a plurality of pairs of magnet pieces 23a and 23b are arranged radially, and the magnet pieces 23a constitute a pair of magnet pieces with each of the magnet pieces 23b adjacent to both sides in the circumferential direction. However, the present invention is not limited to this, for example, as shown in FIG. 10A, the magnet pieces 23a and 23b are arranged so that the longitudinal directions of the rectangles formed by the respective cross sections are inclined in opposite directions with respect to the radial direction. It may be arranged so that the magnet piece 23a constitutes a pair of magnet pieces only with the magnet piece 23b adjacent to one side in the circumferential direction.
また、埋込磁石を対になる磁石片により構成せず、単一の部材により構成してもよく、例えば図10(b)に示すように、埋込磁石91を径方向内側に凸となる円弧状に形成してもよい。なお、この場合には、回転軸21を磁性材料により構成してもよい。   Further, the embedded magnet may be formed of a single member instead of the pair of magnet pieces. For example, as shown in FIG. 10B, the embedded magnet 91 is protruded radially inward. You may form in circular arc shape. In this case, the rotating shaft 21 may be made of a magnetic material.
要するに埋込磁石は、周方向において同一の極性が対向するとともに、第1磁極ブロック31から突出する第1突起39と第2磁極ブロック32から突出する第2突起40とを周方向において重ならないように設けることができれば、その形状や配置等は適宜変更可能である。   In short, the embedded magnets have the same polarity in the circumferential direction, and the first protrusion 39 protruding from the first magnetic pole block 31 and the second protrusion 40 protruding from the second magnetic pole block 32 do not overlap in the circumferential direction. If it can be provided, the shape, arrangement, etc. can be changed as appropriate.
・上記各実施形態では、第1及び第2永久磁石33,36をロータコア22の第1及び第2空洞部41,42にそれぞれ埋め込む態様で固定したが、これに限らず、例えば図10(c)に示すように、第1及び第2永久磁石33,36をそれぞれロータコア22の表面に固定してもよい。なお、この場合には、第1及び第2永久磁石33,36自体がそれぞれマグネット磁極部34,37として機能する。   In each of the above embodiments, the first and second permanent magnets 33 and 36 are fixed in such a manner that they are embedded in the first and second cavities 41 and 42 of the rotor core 22, respectively. ), The first and second permanent magnets 33 and 36 may be respectively fixed to the surface of the rotor core 22. In this case, the first and second permanent magnets 33 and 36 themselves function as the magnet magnetic pole portions 34 and 37, respectively.
・上記各実施形態では、磁石片23a,23b、第1及び第2永久磁石33,36にフェライト系の焼結磁石やボンド磁石を用いたが、これに限らず、例えばネオジウム系の焼結磁石等の他の磁石を用いてもよい。同様に、可変磁石63にサマリウム−コバルト系の焼結磁石以外の磁石を用いてもよい。   In each of the above embodiments, ferrite-based sintered magnets and bonded magnets are used for the magnet pieces 23a and 23b and the first and second permanent magnets 33 and 36. However, the present invention is not limited to this. For example, neodymium-based sintered magnets Other magnets may be used. Similarly, a magnet other than a samarium-cobalt sintered magnet may be used as the variable magnet 63.
・上記各実施形態において、ロータコア22に第1及び第2磁極ブロック31,32から軸方向両側に突出する第1及び第2突起39,40を設けるとともに、補助界磁SFをロータ4の軸方向両側に設けてもよい。   In each of the above embodiments, the rotor core 22 is provided with the first and second protrusions 39 and 40 protruding from the first and second magnetic pole blocks 31 and 32 in the axial direction, and the auxiliary field SF is disposed in the axial direction of the rotor 4. It may be provided on both sides.
・上記各実施形態において、第1の極性をS極とし、第2の極性をN極としてもよい。
・上記各実施形態において、第1突起39の断面積と第2突起40の断面積とが互いに異なるように形成してもよい。
In each of the above embodiments, the first polarity may be the S pole and the second polarity may be the N pole.
In each embodiment described above, the cross-sectional area of the first protrusion 39 and the cross-sectional area of the second protrusion 40 may be different from each other.
・上記各実施形態では、外側部材71、内側部材72、第1磁性体81、第2磁性体82を圧粉磁心により構成したが、例えば低炭素鋼等を用いてもよい。
・上記各実施形態おいて、ロータコア22に空隙43を形成しなくてもよい。
In each of the above embodiments, the outer member 71, the inner member 72, the first magnetic body 81, and the second magnetic body 82 are configured by a dust core, but, for example, low carbon steel or the like may be used.
In each of the above embodiments, the air gap 43 may not be formed in the rotor core 22.
・上記各実施形態では、ステータ3のスロット数を6個とし、ロータ4の磁極数を4個又は8個に変更可能とした。しかし、これに限らず、スロット数を3N個とした場合、ロータ4の磁極数が2N個又は4N個となる関係を満たさなくともよく、スロット数及び磁極数は適宜変更可能である。   In each of the above embodiments, the number of slots of the stator 3 is six, and the number of magnetic poles of the rotor 4 can be changed to four or eight. However, the present invention is not limited to this, and when the number of slots is 3N, it is not necessary to satisfy the relationship that the number of magnetic poles of the rotor 4 is 2N or 4N, and the number of slots and the number of magnetic poles can be changed as appropriate.
・上記各実施形態では、回転電機1をインナロータ型のラジアルギャップモータとしたが、これに限らず、アウタロータ型のラジアルギャップモータとしてもよい。
・上記各実施形態では、外側磁極部64にS極が現れるとともに内側磁極部65にN極が現れる場合に、コア磁極部35,38の極性が同じ磁極ブロック31,32の各マグネット磁極部34,37と同一の極性となるような量の磁束をロータ4に供給可能に補助界磁SFを構成した。しかし、これに限らず、補助界磁SFを、外側磁極部64にS極が現れるとともに内側磁極部65にN極が現れる場合に、コア磁極部35,38の極性が同じ磁極ブロック31,32の各マグネット磁極部34,37の極性と反対のままになるような量の磁束しか供給できない構成としてもよい。この場合でも、外側磁極部64にS極が現れるとともに内側磁極部65にN極が現れると、補助界磁SFからロータ4に供給される磁束は、ステータ3とコア磁極部35,38との間を、磁石片23a,23bで作られる磁束と逆方向に流れる。そのため、外側磁極部64にN極が現れるとともに内側磁極部65にS極が現れる場合、及び補助界磁SFから磁束が供給されない場合に比べ、ステータ3とコア磁極部35,38との間を通過する磁束が減少する。これにより、誘起電圧を小さく抑えることが可能になり、ロータ4を高速回転させることが可能になる。
In each of the above embodiments, the rotary electric machine 1 is an inner rotor type radial gap motor, but is not limited thereto, and may be an outer rotor type radial gap motor.
In each of the above embodiments, when the S pole appears at the outer magnetic pole portion 64 and the N pole appears at the inner magnetic pole portion 65, the magnet magnetic pole portions 34 of the magnetic pole blocks 31, 32 having the same polarity of the core magnetic pole portions 35, 38. The auxiliary field SF is configured to be able to supply the rotor 4 with an amount of magnetic flux that has the same polarity as the. However, the present invention is not limited to this, and when the auxiliary magnetic field SF has an S pole at the outer magnetic pole portion 64 and an N pole at the inner magnetic pole portion 65, the magnetic pole blocks 31, 32 have the same polarity of the core magnetic pole portions 35, 38. The magnetic pole portions 34 and 37 may be configured to be able to supply only an amount of magnetic flux that remains opposite to the polarity. Even in this case, when the S pole appears in the outer magnetic pole portion 64 and the N pole appears in the inner magnetic pole portion 65, the magnetic flux supplied from the auxiliary field SF to the rotor 4 is between the stator 3 and the core magnetic pole portions 35 and 38. It flows in the opposite direction to the magnetic flux produced by the magnet pieces 23a and 23b. Therefore, when the N pole appears in the outer magnetic pole part 64 and the S pole appears in the inner magnetic pole part 65, and when the magnetic flux is not supplied from the auxiliary field SF, the gap between the stator 3 and the core magnetic pole parts 35 and 38 is increased. The magnetic flux passing through decreases. As a result, the induced voltage can be kept small, and the rotor 4 can be rotated at a high speed.
・上記各実施形態では、回転電機1を電気自動車やハイブリッド自動車の駆動源として用いたが、これに限らず、例えば電動パワーステアリング装置等の他の装置の駆動源として用いてもよく、また、発電機として用いてもよい。なお、上記第1及び第2実施形態のように可変磁石63によって補助界磁SFの磁束を発生させる回転電機は、大きなトルクを出力する状態又は高速回転する状態が継続する用途に適用することが好ましい。また、上記第3実施形態のように補助コイル61によって補助界磁SFの磁束を発生させる回転電機は、大きなトルクを出力する状態又は高速回転する状態が頻繁に切り替わる用途に適用することが好ましい。   In each of the above embodiments, the rotating electrical machine 1 is used as a drive source for an electric vehicle or a hybrid vehicle. However, the present invention is not limited thereto, and may be used as a drive source for other devices such as an electric power steering device. It may be used as a generator. Note that the rotating electrical machine that generates the magnetic flux of the auxiliary field SF by the variable magnet 63 as in the first and second embodiments may be applied to a use in which a state in which a large torque is output or a state in which high-speed rotation continues. preferable. Moreover, it is preferable to apply the rotary electric machine which produces | generates the magnetic flux of auxiliary field SF by the auxiliary coil 61 like the said 3rd Embodiment to the use where the state which outputs a big torque, or the state which rotates at high speed changes frequently.
次に、上記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
(イ)前記第1突起と前記第2突起とは、軸方向と直交する断面積が互いに等しくなるように形成されたことを特徴とする回転電機。ここで、第1及び第2突起はそれぞれ補助界磁で作られる磁束の磁路となるため、例えば第1及び第2突起のいずれか一方の断面積のみを大きくしても、いずれか他方の断面積が小さく磁気抵抗が大きい場合には、補助界磁とロータとの間を通過する磁束は増加しない。したがって、上記構成のように第1及び第2突起の断面積を互いに等しくすることで、補助界磁とロータとの間を通過する磁束を効率的に増加させることができる。
Next, technical ideas that can be understood from the above embodiments and other examples will be described below together with their effects.
(A) The rotating electrical machine characterized in that the first protrusion and the second protrusion are formed so that cross-sectional areas perpendicular to the axial direction are equal to each other. Here, since the first and second protrusions are magnetic paths of the magnetic flux generated by the auxiliary field, for example, even if only the cross-sectional area of one of the first and second protrusions is increased, When the cross-sectional area is small and the magnetic resistance is large, the magnetic flux passing between the auxiliary field and the rotor does not increase. Therefore, the magnetic flux passing between the auxiliary field and the rotor can be efficiently increased by making the cross-sectional areas of the first and second protrusions equal to each other as in the above configuration.
(ロ)前記埋込磁石は、板状に形成された一対の磁石片からなり、前記各磁石片は、前記ロータコアに対して放射状に配置されるとともに、周方向において同じ極性が対向するように磁化されていることを特徴とする回転電機。上記構成によれば、第1及び第2磁極ブロックを径方向の広範囲に広がった形状とするとともに、軸方向から見た第1及び第2磁極ブロックの面積を大きくすることができるため、第1及び第2突起の断面積をそれぞれ大きくすることが可能になり、補助界磁とロータとの間を通過する磁束をより増加させることができる。   (B) The embedded magnet includes a pair of magnet pieces formed in a plate shape, and the magnet pieces are arranged radially with respect to the rotor core so that the same polarity is opposed in the circumferential direction. A rotating electrical machine characterized by being magnetized. According to the above configuration, the first and second magnetic pole blocks have a shape that extends over a wide range in the radial direction, and the areas of the first and second magnetic pole blocks viewed from the axial direction can be increased. And the cross-sectional area of each of the second protrusions can be increased, and the magnetic flux passing between the auxiliary field and the rotor can be further increased.
1…回転電機、3…ステータ、4…ロータ、15…コイル、21…回転軸、22…ロータコア、23a,23b…磁石片、25,55,56…電磁鋼板、31…第1磁極ブロック、32…第2磁極ブロック、33…第1永久磁石、34,37…マグネット磁極部、35,38…コア磁極部、36…第2永久磁石、39…第1突起、40…第2突起、51…第1挿入孔、52…第2挿入孔、53,81…第1磁性体、54,82…第2磁性体、61…補助コイル、62…ヨーク、63…可変磁石、64…外側磁極部、65…内側磁極部、73,75…固定フランジ部、74,76…対向フランジ部、91…埋込磁石、G…ギャップ、SF…補助界磁。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotary electric machine, 3 ... Stator, 4 ... Rotor, 15 ... Coil, 21 ... Rotating shaft, 22 ... Rotor core, 23a, 23b ... Magnet piece, 25, 55, 56 ... Electromagnetic steel plate, 31 ... 1st magnetic pole block, 32 ... 2nd magnetic pole block, 33 ... 1st permanent magnet, 34, 37 ... Magnet magnetic pole part, 35, 38 ... Core magnetic pole part, 36 ... 2nd permanent magnet, 39 ... 1st protrusion, 40 ... 2nd protrusion, 51 ... 1st insertion hole, 52 ... 2nd insertion hole, 53, 81 ... 1st magnetic body, 54, 82 ... 2nd magnetic body, 61 ... Auxiliary coil, 62 ... Yoke, 63 ... Variable magnet, 64 ... Outer magnetic pole part, 65 ... Inner magnetic pole part, 73, 75 ... Fixed flange part, 74, 76 ... Opposing flange part, 91 ... Embedded magnet, G ... Gap, SF ... Auxiliary field.

Claims (7)

  1. コイルを有するステータと、
    前記ステータとの間に径方向に間隔を空けて配置されたロータとを備え、
    前記ロータは、回転軸に一体回転可能に固定されたロータコア、及び前記ロータコアに埋め込まれる態様で固定されるとともに周方向に同一の極性が対向するように磁化された埋込磁石を有する回転電機において、
    前記ロータは、前記埋込磁石の第1の極性の磁極間に周方向両側から挟まれることにより区分される第1磁極ブロックと、前記埋込磁石の第2の極性の磁極間に周方向両側から挟まれることにより区分される第2磁極ブロックとを備え、
    前記第1磁極ブロックには、第1永久磁石が固定されることにより前記ステータ側に第2の極性が現れるマグネット磁極部と、該マグネット磁極部と周方向に隣り合って配置されるコア磁極部とが形成され、
    前記第2磁極ブロックには、第2永久磁石が固定されることにより前記ステータ側に第1の極性が現れるマグネット磁極部と、該マグネット磁極部と周方向に隣り合って配置されるコア磁極部とが形成され、
    前記第1磁極ブロックと前記第2磁極ブロックとは、前記マグネット磁極部が隣り合うとともに前記コア磁極部が隣り合うように周方向に交互に並んでおり、
    前記ロータコアには、前記第1磁極ブロックから軸方向の少なくとも一方側に突出した第1突起が設けられるとともに、前記第2磁極ブロックにおける前記第1突起よりも径方向内側の位置から軸方向の少なくとも一方側に突出した第2突起が設けられ、
    前記ロータの軸方向の少なくとも一方側には、周方向に巻回された補助コイル、及び前記補助コイルで作られる磁束の磁路となるヨークを有する補助界磁が配置され、
    前記ヨークには、前記第1突起と軸方向において対向する外側磁極部が形成されるとともに、前記第2突起と軸方向において対向する内側磁極部が前記外側磁極部との間にギャップを介在させて形成されたことを特徴とする回転電機。
    A stator having a coil;
    A rotor disposed at a radial interval between the stator and the stator,
    In the rotating electrical machine, the rotor includes a rotor core fixed to a rotating shaft so as to be integrally rotatable, and an embedded magnet fixed so as to be embedded in the rotor core and magnetized so that the same polarity is opposed in the circumferential direction. ,
    The rotor includes a first magnetic pole block that is partitioned by being sandwiched between magnetic poles of the first polarity of the embedded magnet from both sides in the circumferential direction, and both sides of the circumferential direction between the magnetic poles of the second polarity of the embedded magnet. A second magnetic pole block that is separated by being sandwiched between
    The first magnetic pole block includes a magnet magnetic pole portion in which a second polarity appears on the stator side by fixing a first permanent magnet, and a core magnetic pole portion disposed adjacent to the magnet magnetic pole portion in the circumferential direction. And formed,
    The second magnetic pole block includes a magnet magnetic pole portion in which a first polarity appears on the stator side by fixing a second permanent magnet, and a core magnetic pole portion arranged adjacent to the magnet magnetic pole portion in the circumferential direction. And formed,
    The first magnetic pole block and the second magnetic pole block are alternately arranged in the circumferential direction so that the magnet magnetic pole part is adjacent and the core magnetic pole part is adjacent,
    The rotor core is provided with a first protrusion that protrudes from the first magnetic pole block to at least one side in the axial direction, and at least an axial direction from a position radially inward of the first magnetic pole block in the second magnetic pole block. A second protrusion protruding on one side is provided,
    On at least one side in the axial direction of the rotor, an auxiliary field having an auxiliary coil wound in the circumferential direction and a yoke serving as a magnetic path of a magnetic flux created by the auxiliary coil is disposed.
    The yoke has an outer magnetic pole portion facing the first protrusion in the axial direction, and an inner magnetic pole portion facing the second protrusion in the axial direction has a gap interposed between the outer magnetic pole portion and the outer magnetic pole portion. A rotating electric machine characterized by being formed.
  2. 請求項1に記載の回転電機において、
    前記補助界磁は、前記外側磁極部に第2の極性が現れるとともに前記内側磁極部に第1の極性が現れる場合に、前記コア磁極部の極性が同じ前記磁極ブロックに含まれる前記マグネット磁極部の極性と同一になるような量の磁束を供給可能に構成されたことを特徴とする回転電機。
    In the rotating electrical machine according to claim 1,
    The auxiliary magnetic field includes the magnet magnetic pole part included in the magnetic pole block having the same polarity of the core magnetic pole part when the second polarity appears in the outer magnetic pole part and the first polarity appears in the inner magnetic pole part. A rotating electrical machine configured to be able to supply an amount of magnetic flux that is the same as the polarity of the rotating electric machine.
  3. 請求項1又は2に記載の回転電機において、
    前記ステータのスロット数が3N(ただし、Nは自然数)個であり、前記第1及び第2磁極ブロックの総数が2N個であることを特徴とする回転電機。
    In the rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
    The rotating electrical machine is characterized in that the number of slots of the stator is 3N (where N is a natural number), and the total number of the first and second magnetic pole blocks is 2N.
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転電機において、
    前記補助界磁は、前記補助コイルで作られる磁束の磁路の途中に設けられ、該磁束に沿って磁化された可変磁石を有することを特徴とする回転電機。
    In the rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3,
    The rotating electric machine is characterized in that the auxiliary field has a variable magnet that is provided in the middle of the magnetic path of the magnetic flux generated by the auxiliary coil and is magnetized along the magnetic flux.
  5. 請求項4に記載の回転電機において、
    前記可変磁石は、環状に形成されるとともに、前記補助コイルを前記ロータとの間に挟むように該補助コイルと軸方向に並置されたことを特徴とする回転電機。
    In the rotating electrical machine according to claim 4,
    The rotating electric machine is characterized in that the variable magnet is formed in an annular shape and is juxtaposed in the axial direction with the auxiliary coil so as to sandwich the auxiliary coil with the rotor.
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の回転電機において、
    前記ロータコアは、電磁鋼板を複数枚積層することにより構成されるものであって、
    前記第1磁極ブロックには、軸方向の少なくとも一方側に開口した第1挿入孔が前記外側磁極部と対向する位置に形成されるとともに、前記第2磁極ブロックには、軸方向の少なくとも一方側に開口した第2挿入孔が前記内側磁極部と対向する位置に形成され、
    前記第1突起は、前記第1挿入孔に挿入され、前記ロータコアの軸方向の磁気抵抗よりも軸方向の磁気抵抗が小さな棒状の第1磁性体により構成され、
    前記第2突起は、前記第2挿入孔に挿入され、前記ロータコアの軸方向の磁気抵抗よりも軸方向の磁気抵抗が小さな棒状の第2磁性体により構成されたことを特徴とする回転電機。
    In the rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 5,
    The rotor core is configured by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets,
    The first magnetic pole block has a first insertion hole opened at least on one side in the axial direction at a position facing the outer magnetic pole portion, and the second magnetic pole block has at least one side in the axial direction. A second insertion hole is formed at a position facing the inner magnetic pole part,
    The first protrusion is inserted into the first insertion hole, and is constituted by a rod-shaped first magnetic body having a smaller axial magnetic resistance than the axial magnetic resistance of the rotor core,
    The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the second protrusion is inserted into the second insertion hole and is constituted by a rod-shaped second magnetic body having a smaller axial magnetic resistance than an axial magnetic resistance of the rotor core.
  7. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の回転電機において、
    前記第1突起は、前記ロータコアの軸端面における前記外側磁極部と対向する位置に固定された第1磁性体により構成され、
    前記第2突起は、前記ロータコアの軸端面における前記内側磁極部と対向する位置に固定された第2磁性体により構成されたことを特徴とする回転電機。
    In the rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 5,
    The first protrusion is composed of a first magnetic body fixed at a position facing the outer magnetic pole portion on the shaft end surface of the rotor core,
    The rotating electric machine according to claim 1, wherein the second protrusion is constituted by a second magnetic body fixed at a position facing the inner magnetic pole portion on the shaft end surface of the rotor core.
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US4358696A (en) * 1981-08-19 1982-11-09 Siemens-Allis, Inc. Permanent magnet synchronous motor rotor
JP2000156945A (en) * 1998-11-18 2000-06-06 Hitachi Ltd Permanent magnet electric rotating machine and permanent magnet induction synchronous motor
JP4623471B2 (en) * 2006-08-08 2011-02-02 トヨタ自動車株式会社 Rotating motor
JP4519928B2 (en) * 2008-06-02 2010-08-04 株式会社日本自動車部品総合研究所 Hybrid excitation type synchronous machine
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