JP6765983B2 - Rotating electric machine - Google Patents

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Description

本願は、ステータと、前記ステータの外周囲に配される環状のアウターロータと、備えた回転電機を開示する。 The present application discloses a rotary electric machine including a stator, an annular outer rotor arranged around the outer periphery of the stator, and an annular outer rotor.

従来から、ロータの磁極として永久磁石を用いた永久磁石式回転電機が広く知られている。一般に、永久磁石式回転電機において、高いトルクを得るためには、ステータに流れる永久磁石の磁束(マグネット磁束)量を大きくすることが必要となる。一方、ステータコイルに流れる電流がゼロまたは小さい、無負荷時または低負荷時において、このステータに流れるマグネット磁束量が大きいと、逆起電圧や鉄損が大きくなるという問題を招く。逆起電圧は、弱め界磁制御を行うことで抑制できるが、弱め界磁制御を行った場合、別途、弱め界磁用であって出力に寄与しない負のd軸電流を流す必要があり、銅損の増加を招いていた。 Conventionally, a permanent magnet type rotary electric machine using a permanent magnet as a magnetic pole of a rotor has been widely known. Generally, in a permanent magnet type rotary electric machine, in order to obtain high torque, it is necessary to increase the amount of magnetic flux (magnet magnetic flux) of the permanent magnet flowing through the stator. On the other hand, when the current flowing through the stator coil is zero or small, when there is no load or when the load is low, if the amount of magnet magnetic flux flowing through the stator is large, there causes a problem that the counter electromotive voltage and iron loss increase. The counter electromotive voltage can be suppressed by performing field weakening control, but when field weakening control is performed, it is necessary to separately pass a negative d-axis current that is for weakening field and does not contribute to output, resulting in an increase in copper loss. Was invited.

特許文献1には、ステータに流れるマグネット磁束(鎖交磁束)量が可変となる可変磁束型回転電機が開示されている。特許文献1の回転電機は、ステータの内側にロータが配されたインナーロータ型であり、ロータは、径方向に磁化された永久磁石を有する。ロータコアのうち、隣接する二つの永久磁石の間には、電気的な空隙部が形成されている。この空隙部とロータコア外周縁との間には、当該隣接する二つの永久磁石による磁束バイパス路が形成される。この磁束バイパス路は、空隙部と永久磁石との間に形成される磁路よりも、幅広で磁気抵抗が小さい。そのため、電流を通電しない場合には、永久磁石から出た磁束の一部は、磁束バイパス路を介して隣接する永久磁石に漏洩する。このマグネット磁束の漏洩は、ステータコイルに通電すると、電気子反作用により抑制される。その結果、無負荷あるいは低負荷状態で回転する際には、ステータに流れるマグネット磁束量を低減でき、逆起電圧および鉄損を低減できる。また、高負荷時で回転する際には、磁束バイパスに漏洩する磁束が低下し、鎖交磁束が増加するため、高いトルクを得ることができる。 Patent Document 1 discloses a variable magnetic flux type rotary electric machine in which the amount of magnetic flux (interlinkage magnetic flux) flowing through the stator is variable. The rotary electric machine of Patent Document 1 is an inner rotor type in which a rotor is arranged inside a stator, and the rotor has a permanent magnet magnetized in the radial direction. An electrical gap is formed between two adjacent permanent magnets in the rotor core. A magnetic flux bypass path is formed between the gap and the outer peripheral edge of the rotor core by the two adjacent permanent magnets. This magnetic flux bypass path is wider and has less magnetoresistance than the magnetic path formed between the gap and the permanent magnet. Therefore, when the current is not applied, a part of the magnetic flux generated from the permanent magnet leaks to the adjacent permanent magnet through the magnetic flux bypass path. This leakage of magnet magnetic flux is suppressed by armature reaction when the stator coil is energized. As a result, when rotating under no load or low load, the amount of magnet magnetic flux flowing through the stator can be reduced, and the counter electromotive voltage and iron loss can be reduced. Further, when rotating under a high load, the magnetic flux leaking to the magnetic flux bypass decreases and the interlinkage magnetic flux increases, so that a high torque can be obtained.

特表2015−521838号公報Special Table 2015-521838

ここで、回転電機の中には、特許文献1のように、ロータが、ステータの内側に配されたインナーロータ型回転電機の他に、ロータがステータの外側に配されたアウターロータ型回転電機もある。アウターロータ型の場合、ロータの径方向厚みを、インナーロータ型と同じにしても、回転に伴い生じる遠心力が大きくなる。そのため、アウターロータ型は、インナーロータ型に比べて、ロータの径方向厚みを、小さく抑えることが要求される。 Here, among the rotary electric machines, as in Patent Document 1, in addition to the inner rotor type rotary electric machine in which the rotor is arranged inside the stator, the outer rotor type rotary electric machine in which the rotor is arranged outside the stator There is also. In the case of the outer rotor type, even if the radial thickness of the rotor is the same as that of the inner rotor type, the centrifugal force generated by the rotation becomes large. Therefore, the outer rotor type is required to have a smaller rotor radial thickness than the inner rotor type.

特許文献1に開示の技術は、電気的空隙とロータ外周縁との間に、十分な幅の磁束バイパスを設ける必要がある。かかる技術は、ロータの径方向厚みが大きいインナーロータ型では有効である。しかし、上述したように、遠心力との関係で、径方向厚みを小さく抑えることが要求されるアウターロータ型では、特許文献1の技術を適用することは難しい。 The technique disclosed in Patent Document 1 requires a magnetic flux bypass having a sufficient width to be provided between the electrical gap and the outer peripheral edge of the rotor. Such a technique is effective for an inner rotor type having a large radial thickness of the rotor. However, as described above, it is difficult to apply the technique of Patent Document 1 to the outer rotor type, which is required to keep the thickness in the radial direction small in relation to the centrifugal force.

そこで、本願では、高負荷時に高いトルクが得られるとともに、無負荷または低負荷時における逆起電圧および鉄損を低減できるアウターロータ型回転電機を得ることを目的とする。 Therefore, an object of the present application is to obtain an outer rotor type rotary electric machine capable of obtaining high torque at high load and reducing back electromotive voltage and iron loss at no load or low load.

本願で開示する回転電機は、ステータと、前記ステータの外周囲に配される環状のアウターロータであって、複数のコア片および複数のアウター磁石が周方向に交互に並ぶアウターロータと、前記アウター磁石の径方向外側に配され、前記アウター磁石の周方向両側に位置する二つのコア片を磁気的に短絡させる短絡部材と、備え、前記アウター磁石は、周方向、かつ、周方向に隣接する他のアウター磁石と周方向逆向きに磁化されており、前記短絡部材は、前記コア片よりも最大透磁率が高い軟磁性材料からなり、前記コア片よりも飽和磁化が小さく、前記アウター磁石は、その外周縁が、前記コア片の外周縁よりも径方向内側になるように配されている、ことを特徴とする。 The rotary electric machine disclosed in the present application is a stator, an annular outer rotor arranged around the outer periphery of the stator, an outer rotor in which a plurality of core pieces and a plurality of outer magnets are alternately arranged in the circumferential direction, and the outer. A short-circuit member arranged on the outer side in the radial direction of the magnet and magnetically short-circuiting two core pieces located on both sides in the circumferential direction of the outer magnet is provided, and the outer magnet is adjacent in the circumferential direction and in the circumferential direction. are magnetized to the other outer magnets circumferentially opposite, said short-circuit member is made of a soft magnetic material maximum permeability is higher than the core pieces, rather small, the saturation magnetization than the core pieces, the outer magnet Is characterized in that the outer peripheral edge thereof is arranged so as to be radially inside the outer peripheral edge of the core piece .

かかる構成とすることで、電流磁束が無いまたは少ない無負荷または低負荷状態では、マグネット磁束の一部が、短絡部材を介して短絡する。その結果、無負荷・低負荷状態で、ステータに流れるマグネット磁束が低下し、逆起電圧および鉄損を低減できる。また、電流磁束が多くなる高負荷状態では、短絡部材が電流磁束により磁気飽和するため、短絡するマグネット磁束が減少し、ステータに流れるマグネット磁束が増加する。その結果、高負荷状態では、高いトルクを出力できる。 With such a configuration, in a no-load or low-load state where there is no or little current magnetic flux, a part of the magnet magnetic flux is short-circuited via the short-circuit member. As a result, the magnet magnetic flux flowing through the stator is reduced in the no-load / low-load state, and the counter electromotive voltage and iron loss can be reduced. Further, in a high load state where the current magnetic flux increases, the short-circuit member is magnetically saturated by the current magnetic flux, so that the short-circuited magnet magnetic flux decreases and the magnet magnetic flux flowing through the stator increases. As a result, a high torque can be output in a high load state.

記短絡部材は、その周方向両端面が前記二つのコア片の周方向端面に接触または近接対向するように配され、前記コア片よりも最大透磁率が高い軟磁性材料からなるとともに前記接触または近接対向するコア片よりも飽和磁化が小さい第一部材を含んでもよい。 Before SL shorting member has its circumferential end surface is disposed in contact or closely facing the circumferential end faces of the two core pieces, the contact with the maximum permeability than the core pieces are made of high soft magnetic material Alternatively, it may include a first member having a smaller saturation magnetization than the closely opposed core pieces.

かかる構成とすることで、マグネット磁束の短絡磁路の磁気抵抗が小さくなり、無負荷・低負荷状態で、ステータに流れるマグネット磁束をより低減できる。結果として、無負荷・低負荷状態において、逆起電圧および鉄損をより低減できる。 With such a configuration, the magnetic resistance of the short-circuit magnetic path of the magnet magnetic flux is reduced, and the magnet magnetic flux flowing through the stator can be further reduced in the no-load / low-load state. As a result, the counter electromotive voltage and the iron loss can be further reduced in the no-load / low-load state.

また、前記短絡部材は、その内周面が、前記二つのコア片の外周面に接触または近接対向するように配され、前記コア片よりも最大透磁率が高い軟磁性材料からなるとともに前記接触または近接対向するコア片よりも飽和磁化が小さい第二部材を含んでもよい。 Further, the short-circuit member is made of a soft magnetic material having an inner peripheral surface thereof which is arranged so as to be in contact with or close to the outer peripheral surfaces of the two core pieces and has a higher maximum magnetic permeability than the core piece, and the contact. Alternatively, it may include a second member having a smaller saturation magnetization than the closely opposed core pieces.

この場合、前記第二部材は、アウターロータの外周囲を囲んで固定する固定用外筒であってもよい。 In this case, the second member may be a fixing outer cylinder that surrounds and fixes the outer periphery of the outer rotor.

かかる構成とすることで、固定用外筒と別に第二部材を設ける必要が無く、回転電機の部品点数、コストを低減できる。 With such a configuration, it is not necessary to provide a second member separately from the fixing outer cylinder, and the number of parts and cost of the rotary electric machine can be reduced.

また、前記短絡部材と前記コア片とは、ギャップを介して、近接対向してもよい。 Further, the short-circuit member and the core piece may face each other in close proximity to each other through a gap.

かかる構成とした場合、ギャップの大きさを調整することで、負荷状態に対する鎖交磁束の変化特性を調整できる。 With such a configuration, the change characteristic of the interlinkage magnetic flux with respect to the load state can be adjusted by adjusting the size of the gap.

本願で開示する回転電機によれば、電流磁束が無いまたは少ない無負荷または低負荷状態では、マグネット磁束の一部が、短絡部材を介して短絡する。その結果、無負荷・低負荷状態で、ステータに流れるマグネット磁束が低下し、逆起電圧および鉄損を低減できる。また、電流磁束が多くなる高負荷状態では、短絡部材が電流磁束により磁気飽和するため、短絡するマグネット磁束が減少し、ステータに流れるマグネット磁束が増加する。その結果、高負荷状態では、高いトルクを出力できる。 According to the rotary electric machine disclosed in the present application, a part of the magnet magnetic flux is short-circuited via the short-circuit member in a no-load or low-load state where there is no or little current magnetic flux. As a result, the magnet magnetic flux flowing through the stator is reduced in the no-load / low-load state, and the counter electromotive voltage and iron loss can be reduced. Further, in a high load state where the current magnetic flux increases, the short-circuit member is magnetically saturated by the current magnetic flux, so that the short-circuited magnet magnetic flux decreases and the magnet magnetic flux flowing through the stator increases. As a result, a high torque can be output in a high load state.

回転電機の概略的な縦断面図である。It is a schematic vertical sectional view of a rotary electric machine. 回転電機の概略的な横断面図である。It is a schematic cross-sectional view of a rotary electric machine. 図2のA部拡大図である。It is an enlarged view of part A of FIG. 低負荷状態におけるマグネット磁束の流れを示すイメージ図である。It is an image figure which shows the flow of the magnet magnetic flux in a low load state. 高負荷状態におけるマグネット磁束の流れを示すイメージ図である。It is an image figure which shows the flow of the magnet magnetic flux in a high load state. 無負荷状態におけるマグネット磁束のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the magnet magnetic flux in a no-load state. 高負荷状態における電流磁束のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the current magnetic flux in a high load state. 高負荷状態におけるマグネット磁束のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the magnet magnetic flux in a high load state. アウターロータの他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of an outer rotor. アウターロータの他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of an outer rotor.

以下、本願で開示する回転電機10について図面を参照して説明する。なお、以下では、ステータの内側および外側の双方に、ロータを有したデュアルロータ型の回転電機を例示して説明するが、本願の技術は、ステータの外側に配されたロータを有したアウターロータ型であれば、デュアルロータ型、シングルロータ型のいずれに適用されてもよい。 Hereinafter, the rotary electric machine 10 disclosed in the present application will be described with reference to the drawings. In the following, a dual rotor type rotary electric machine having rotors on both the inside and outside of the stator will be described as an example. However, the technique of the present application is an outer rotor having a rotor arranged on the outside of the stator. As long as it is a type, it may be applied to either a dual rotor type or a single rotor type.

図1は、回転電機10の概略的な縦断面図である。また、図2は、回転電機10の概略的な横断面図である。図3は、図2のA部拡大図である。この回転電機10は、一つのステータ14と、二つのロータ16,18と、を有したデュアルロータ型の回転電機である。より具体的には、図1、図2に示すように、回転軸20の外周面にインナーロータ16が固着されており、当該インナーロータ16の外周囲にステータ14が配され、さらに、ステータ14の外周囲にアウターロータ18が配されている。 FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of the rotary electric machine 10. Further, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the rotary electric machine 10. FIG. 3 is an enlarged view of part A of FIG. The rotary electric machine 10 is a dual rotor type rotary electric machine having one stator 14 and two rotors 16 and 18. More specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, an inner rotor 16 is fixed to the outer peripheral surface of the rotating shaft 20, a stator 14 is arranged around the outer circumference of the inner rotor 16, and further, the stator 14 is arranged. The outer rotor 18 is arranged around the outer circumference of the.

アウターロータ18は、連結部材22を介して回転軸20に固着されている。連結部材22は、回転軸20に挿通されて固着された略平板状部材である。連結部材22のうち、アウターロータ18との対向面からは、当該アウターロータ18に向かって延びる環状リブ22aが設けられている。この環状リブ22aの先端面は、アウターロータ18の軸方向端面に固着されている。そして、アウターロータ18が回転する力は、当該連結部材22を介して回転軸20に伝達される。なお、ここで示した連結部材22の構成は一例であり、アウターロータ18およびインナーロータ16の回転力が回転軸20に伝達されるのであれば、他の構成でもよい。例えば、連結部材22は、回転軸20ではなく、インナーロータ16に固着される構成でもよく、この場合、アウターロータ18の回転力は、連結部材22およびインナーロータ16を介して、回転軸20に伝達される。また、別の形態として、インナーロータ16を、回転軸20に固着せず、連結部材22にインナーロータ16およびアウターロータ18を固着し、この連結部材22を回転軸20に固着する構成としてもよい。いずれにしても、デュアルロータ型の回転電機10においては、インナーロータ16およびアウターロータ18の回転力が、一つの回転軸20に伝達される。 The outer rotor 18 is fixed to the rotating shaft 20 via the connecting member 22. The connecting member 22 is a substantially flat plate-shaped member that is inserted and fixed to the rotating shaft 20. Among the connecting members 22, an annular rib 22a extending toward the outer rotor 18 is provided from the surface facing the outer rotor 18. The tip surface of the annular rib 22a is fixed to the axial end surface of the outer rotor 18. Then, the rotating force of the outer rotor 18 is transmitted to the rotating shaft 20 via the connecting member 22. The configuration of the connecting member 22 shown here is an example, and other configurations may be used as long as the rotational forces of the outer rotor 18 and the inner rotor 16 are transmitted to the rotating shaft 20. For example, the connecting member 22 may be fixed to the inner rotor 16 instead of the rotating shaft 20. In this case, the rotational force of the outer rotor 18 is applied to the rotating shaft 20 via the connecting member 22 and the inner rotor 16. Be transmitted. Further, as another form, the inner rotor 16 may not be fixed to the rotating shaft 20, but the inner rotor 16 and the outer rotor 18 may be fixed to the connecting member 22, and the connecting member 22 may be fixed to the rotating shaft 20. .. In any case, in the dual rotor type rotary electric machine 10, the rotational force of the inner rotor 16 and the outer rotor 18 is transmitted to one rotating shaft 20.

ステータ14は、ステータコア26と、当該ステータコア26に巻回されるステータコイル28と、を有している。ステータコア26は、図2に示すように、円環状のヨーク29と、当該ヨーク29の内周から径方向内側に突出する複数のインナーティース30と、当該ヨークの外周から径方向外側に突出する複数のアウターティース32と、に大別される。隣接する二つのインナーティース30の間の空間が、インナースロット31となり、隣接する二つのアウターティース32の間の空間が、アウタースロット33となる。 The stator 14 has a stator core 26 and a stator coil 28 wound around the stator core 26. As shown in FIG. 2, the stator core 26 includes an annular yoke 29, a plurality of inner teeth 30 projecting radially inward from the inner circumference of the yoke 29, and a plurality of inner teeth 30 projecting radially outward from the outer circumference of the yoke 29. It is roughly divided into the outer teeth 32 of. The space between the two adjacent inner teeth 30 becomes the inner slot 31, and the space between the two adjacent outer teeth 32 becomes the outer slot 33.

インナーティース30の配置ピッチ角度および位相は、アウターティース32の配置ピッチ角度および位相と同じとなっている。図示例では、インナーティース30およびアウターティース32は、いずれも、15度間隔で周方向に並んでおり、全体としては、インナーティース30およびアウターティース32は、それぞれ、24本ずつ設けられている。すなわち、内側および外側ともにスロット数は、24である。こうしたステータコア26は、複数の電磁鋼板(例えばケイ素鋼板)から構成される。複数の電磁鋼板は、互いに位置決めされて、接合され、ステータコア26を構成する。 The arrangement pitch angle and phase of the inner teeth 30 are the same as the arrangement pitch angles and phases of the outer teeth 32. In the illustrated example, the inner teeth 30 and the outer teeth 32 are both arranged in the circumferential direction at intervals of 15 degrees, and as a whole, 24 inner teeth 30 and 24 outer teeth 32 are provided. That is, the number of slots is 24 both inside and outside. Such a stator core 26 is composed of a plurality of electromagnetic steel sheets (for example, silicon steel sheets). The plurality of electrical steel sheets are positioned and joined to each other to form the stator core 26.

ステータコイル28は、三相のコイル、すなわち、U相コイル、V相コイル、W相コイルから構成される。三相のコイルそれぞれの一端は、入出力端子(図示せず)に接続されており、三相コイルそれぞれの他端は、互いに結合されて中性点を構成する。すなわち、このステータコイル28は、スター結線されている。なお、当然ながら、スター結線に替えて、他の結線態様、例えば、デルタ結線等を採用してもよい。 The stator coil 28 is composed of a three-phase coil, that is, a U-phase coil, a V-phase coil, and a W-phase coil. One end of each of the three-phase coils is connected to an input / output terminal (not shown), and the other ends of each of the three-phase coils are coupled to each other to form a neutral point. That is, the stator coil 28 is star-connected. Of course, instead of the star connection, another connection mode, for example, a delta connection or the like may be adopted.

各相のコイルを構成する巻線は、ステータコア26に巻回される。巻線の巻回方式としては、巻線が複数スロットに跨ぐように巻回する分布巻や、巻線を一つのティースに巻回する集中巻、巻線をヨーク29に巻回するトロイダル巻等が知られている。本実施形態では、巻線をトロイダル巻で巻回、すなわち、巻線をヨーク29に巻回している。この場合、ステータコイル28に電流印加した際に、アウターティース32側に形成される磁界の極性と、インナーティース30側に形成される磁界の極性と、が反転する。なお、ただし、必要に応じて、巻線は、集中巻や分布巻で巻回されてもよい。いずれにしても、以下では、このステータコイル28に電流印加した際に発生する磁束を、「電流磁束」と呼ぶ。 The windings constituting the coils of each phase are wound around the stator core 26. As a winding method, a distributed winding in which the winding is wound so as to straddle a plurality of slots, a centralized winding in which the winding is wound in one tooth, a toroidal winding in which the winding is wound around a yoke 29, etc. It has been known. In this embodiment, the winding is wound with a toroidal winding, that is, the winding is wound around a yoke 29. In this case, when a current is applied to the stator coil 28, the polarity of the magnetic field formed on the outer teeth 32 side and the polarity of the magnetic field formed on the inner teeth 30 side are reversed. However, if necessary, the winding may be wound in a concentrated winding or a distributed winding. In any case, in the following, the magnetic flux generated when a current is applied to the stator coil 28 is referred to as "current magnetic flux".

インナーロータ16は、ステータ14の内側に配されるロータで、円環状のインナーコア34と、当該インナーコア34に埋め込まれたインナー磁石36と、を有している。インナーコア34は、複数の電磁鋼板(例えばケイ素鋼板)を積層して構成される。インナー磁石36は、インナーロータ16の磁極を構成する永久磁石である。このインナー磁石36は、軸方向視で扁平な略長方形をしており、その短辺方向に磁化されている。インナー磁石36の形状や個数、配置位置等は、特に限定されないが、後述するように、インナーロータ16の磁極の個数は、アウターロータ18の磁極の個数と、同じであることが望ましい。本実施形態では、インナーロータ16に、8極の磁極を設けており、一つの磁極は、径方向外側に向かって開いた略V字状に配された二つのインナー磁石36で構成される。したがって、インナーロータ16全体としては、磁極の数の2倍、すなわち、16個のインナー磁石36が設けられている。また、インナーロータ16のd軸Ldiと、アウターロータ18のd軸Ldoは、一致することが望ましい。ここで、インナーロータ16のd軸Ldiとは、一つの磁極を構成する二つのインナー磁石36の間の間隙の周方向中心と、回転電機10の中心点とを結ぶ直線である。 The inner rotor 16 is a rotor arranged inside the stator 14, and has an annular inner core 34 and an inner magnet 36 embedded in the inner core 34. The inner core 34 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets (for example, silicon steel sheets). The inner magnet 36 is a permanent magnet that constitutes the magnetic pole of the inner rotor 16. The inner magnet 36 has a substantially rectangular shape that is flat in the axial direction, and is magnetized in the short side direction thereof. The shape, number, arrangement position, etc. of the inner magnet 36 are not particularly limited, but as will be described later, the number of magnetic poles of the inner rotor 16 is preferably the same as the number of magnetic poles of the outer rotor 18. In the present embodiment, the inner rotor 16 is provided with eight pole magnetic poles, and one magnetic pole is composed of two inner magnets 36 arranged in a substantially V shape that opens outward in the radial direction. Therefore, the inner rotor 16 as a whole is provided with twice the number of magnetic poles, that is, 16 inner magnets 36. Further, it is desirable that the d-axis Ldi of the inner rotor 16 and the d-axis Ldo of the outer rotor 18 match. Here, the d-axis Ldi of the inner rotor 16 is a straight line connecting the circumferential center of the gap between the two inner magnets 36 constituting one magnetic pole and the center point of the rotary electric machine 10.

アウターロータ18は、ステータ14の外周囲に配されるロータで、周方向に交互に並ぶコア片38およびアウター磁石40を備えている。複数のコア片38およびアウター磁石40は、交互に並んで、略円環形状を構成する。各コア片38は、複数の電磁鋼板(例えばケイ素鋼板)を積層して構成される。 The outer rotor 18 is a rotor arranged around the outer periphery of the stator 14, and includes core pieces 38 and outer magnets 40 that are alternately arranged in the circumferential direction. The plurality of core pieces 38 and the outer magnet 40 are arranged alternately to form a substantially annular shape. Each core piece 38 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets (for example, silicon steel sheets).

アウター磁石40は、アウターロータ18の磁極を構成する永久磁石である。アウター磁石40は、永久磁石であるため、当然ながら、当該アウター磁石40からは、常に、一定の磁束が、発生している。以下、このアウター磁石40から発生する磁束を「マグネット磁束」と呼び、さらに、マグネット磁束のうち、ステータ14に流れて、ステータコイル28と鎖交する磁束を「鎖交磁束」と呼ぶ。 The outer magnet 40 is a permanent magnet that constitutes the magnetic poles of the outer rotor 18. Since the outer magnet 40 is a permanent magnet, naturally, a constant magnetic flux is always generated from the outer magnet 40. Hereinafter, the magnetic flux generated from the outer magnet 40 is referred to as "magnet magnetic flux", and among the magnet magnetic fluxes, the magnetic flux flowing through the stator 14 and interlinking with the stator coil 28 is referred to as "interlinking magnetic flux".

アウター磁石40は、軸方向視で略長方形であり、その一辺が、周方向と略平行になるような姿勢で配されている。各アウター磁石40は、略周方向に磁化されている。すなわち、アウター磁石40は、その周方向一端がN極であり、周方向他端がS極となっている。また、周方向に隣接する二つのアウター磁石40の磁化の向きを、互いに周方向逆向きとしている。すなわち、周方向に隣接する二つのアウター磁石40の対向面が、互いに同じ極になるような向きで磁化している。この場合、周方向に隣接する二つのアウター磁石40それぞれの周方向片側部分で、一つの磁極を構成している。換言すれば、一つのアウター磁石40は、一つのN磁極の一部を構成するとともに、一つのS磁極の一部を構成している。そして、隣接する二つのアウター磁石40の間の間隙の周方向中心と、回転電機10の中心点と、を結ぶ直線がアウターロータ18のd軸Ldoとなる。 The outer magnet 40 is substantially rectangular in the axial direction, and one side thereof is arranged so as to be substantially parallel to the circumferential direction. Each outer magnet 40 is magnetized in the substantially circumferential direction. That is, the outer magnet 40 has an N pole at one end in the circumferential direction and an S pole at the other end in the circumferential direction. Further, the magnetization directions of the two outer magnets 40 adjacent to each other in the circumferential direction are opposite to each other in the circumferential direction. That is, the facing surfaces of the two outer magnets 40 adjacent to each other in the circumferential direction are magnetized so as to have the same poles. In this case, one magnetic pole is formed by one side portion in the circumferential direction of each of the two outer magnets 40 adjacent to each other in the circumferential direction. In other words, one outer magnet 40 constitutes a part of one N magnetic pole and a part of one S magnetic pole. The straight line connecting the center of the gap between the two adjacent outer magnets 40 in the circumferential direction and the center point of the rotary electric machine 10 is the d-axis Ldo of the outer rotor 18.

本例では、アウターロータ18の磁極数を、インナーロータ16の磁極数とおなじ8極としている。そのため、アウターロータ18全体では、8個のアウター磁石40が設けられている。また、本実施形態では、アウターロータ18の磁極のd軸Ldoと、インナーロータ16の磁極のd軸Ldiと、を一致させている。このように、二つのd軸Ldo,Ldiを一致させれば、ステータ14の回転磁界に対するロータ16,18の磁極の角度関係を、アウター側およびインナー側で同じにできる。その結果、アウター側およびロータ側で、電流・電圧の制御の切り替えが不要となる。なお、本実施形態では、ステータコイル28をトロイダル巻としている関係上、ステータ14に形成される回転磁界の極性が、インナー側およびアウター側で逆になる。この場合、ステータ14を挟んで径方向に対向するインナーロータ16の磁極およびアウターロータ18の磁極は、互いに、その極性を同じにする。すなわち、ステータ14を挟んで、アウターロータ18のN磁極の反対側には、インナーロータ16のN磁極を配置し、ステータ14を挟んで、アウターロータ18のS磁極の反対側には、インナーロータ16のS磁極を配置している。 In this example, the number of magnetic poles of the outer rotor 18 is 8 poles, which is the same as the number of magnetic poles of the inner rotor 16. Therefore, eight outer magnets 40 are provided in the entire outer rotor 18. Further, in the present embodiment, the d-axis Ldo of the magnetic pole of the outer rotor 18 and the d-axis Ldi of the magnetic pole of the inner rotor 16 are matched. By matching the two d-axis Ldos and Ldi in this way, the angular relationship between the magnetic poles of the rotors 16 and 18 with respect to the rotating magnetic field of the stator 14 can be made the same on the outer side and the inner side. As a result, it is not necessary to switch the current / voltage control on the outer side and the rotor side. In this embodiment, since the stator coil 28 is toroidally wound, the polarities of the rotating magnetic fields formed on the stator 14 are opposite on the inner side and the outer side. In this case, the magnetic poles of the inner rotor 16 and the magnetic poles of the outer rotor 18 facing each other in the radial direction with the stator 14 interposed therebetween have the same polarity. That is, the N magnetic poles of the inner rotor 16 are arranged on the opposite side of the N magnetic poles of the outer rotor 18 with the stator 14 interposed therebetween, and the inner rotor is arranged on the opposite side of the S magnetic poles of the outer rotor 18 with the stator 14 interposed therebetween. 16 S magnetic poles are arranged.

なお、既述した通り、ステータコイル28は、巻線をヨーク29に巻回するトロイダル巻ではなく、巻線をティース30,32に巻回する分布巻または集中巻としてもよい。ティース30,32に巻回する分布巻または集中巻の場合、巻線の巻回の向きが、アウター側とインナー側とで、互いに逆になる巻回方式と、互いに同じになる巻回方式と、がある。巻線の巻回の向きがアウター/インナーで、互いに逆にした場合、電流印加に伴い生じる回転磁界の極性は、アウター/インナーで、互いに逆になる。この場合、ステータ14を挟んで径方向に対向するインナーロータ16の磁極およびアウターロータ18の磁極は、トロイダル巻の場合と同様に、その極性が互いに同じであることが望ましい。一方、巻線の巻回の向きがアウター/インナーで、互いに同じにした場合、電流印加に伴い生じる回転磁界の極性は、アウター/インナーで、互いに同じになる。この場合、ステータ14を挟んで径方向に対向するインナーロータ16の磁極およびアウターロータ18の磁極は、トロイダル巻の場合とは逆に、その極性が互いに逆にすることが望ましい。 As described above, the stator coil 28 may be a distributed winding or a concentrated winding in which the winding is wound around the teeth 30 and 32 instead of the toroidal winding in which the winding is wound around the yoke 29. In the case of distributed winding or concentrated winding around the teeth 30 and 32, the winding method is such that the winding directions of the windings are opposite to each other on the outer side and the inner side, and the winding method is the same as each other. , There is. When the winding directions of the windings are outer / inner and opposite to each other, the polarities of the rotating magnetic fields generated by applying the current are opposite to each other in the outer / inner. In this case, it is desirable that the magnetic poles of the inner rotor 16 and the magnetic poles of the outer rotor 18 facing each other in the radial direction with the stator 14 interposed therebetween have the same polarity as in the case of toroidal winding. On the other hand, when the winding directions of the windings are the same for the outer / inner, the polarities of the rotating magnetic fields generated by applying the current are the same for the outer / inner. In this case, it is desirable that the polarities of the magnetic poles of the inner rotor 16 and the magnetic poles of the outer rotor 18 facing each other in the radial direction with the stator 14 interposed therebetween have opposite polarities, contrary to the case of toroidal winding.

回転電機10は、さらに、アウター磁石40を挟んで周方向両側に位置する二つのコア片38を磁気的に短絡させる短絡部材を設けている。短絡部材の形態としては、種々考えられるが、本例では、アウター磁石40の径方向外側に配される第一部材を短絡部材として用いている。 The rotary electric machine 10 is further provided with a short-circuit member that magnetically short-circuits two core pieces 38 located on both sides in the circumferential direction with the outer magnet 40 interposed therebetween. There are various possible forms of the short-circuit member, but in this example, the first member arranged on the radial outer side of the outer magnet 40 is used as the short-circuit member.

すなわち、図3から明らかな通り、本例では、アウター磁石40の径方向厚みは、コア片38の径方向厚みより小さい。そして、アウター磁石40の外周縁は、コア片38の外周縁よりも径方向内側に位置し、アウター磁石40の内周縁は、コア片38の内周縁よりも径方向外側に位置している。別の見方をすれば、アウター磁石40の径方向外側には、一対のコア片38の周方向端面とアウター磁石40の外周面とで囲まれた凹部が形成されている。第一部材42は、この凹部に配されている。 That is, as is clear from FIG. 3, in this example, the radial thickness of the outer magnet 40 is smaller than the radial thickness of the core piece 38. The outer peripheral edge of the outer magnet 40 is located radially inside the outer peripheral edge of the core piece 38, and the inner peripheral edge of the outer magnet 40 is located radially outside the inner peripheral edge of the core piece 38. From another viewpoint, a concave portion surrounded by the circumferential end surface of the pair of core pieces 38 and the outer peripheral surface of the outer magnet 40 is formed on the outer side in the radial direction of the outer magnet 40. The first member 42 is arranged in this recess.

第一部材42の周方向両端面は、二つのコア片38の周方向端面に接触しており、第一部材42は、一つのコア片38から他のコア片38に流れる磁束の磁路を構成する。この第一部材42は、コア片38よりも最大透磁率が高い軟磁性材料からなり、接触する二つのコア片38よりも飽和磁化が小さい。したがって、短絡部材(第一部材42)は、コア片38よりも軽負荷で磁束が流れやすく、高負荷で磁気飽和が生じやすくなっている。かかる短絡部材(第一部材42)を設けるのは、負荷状態に応じて、鎖交磁束量を可変にするためだが、これについては、後に詳説する。 The circumferential end faces of the first member 42 are in contact with the circumferential end faces of the two core pieces 38, and the first member 42 follows a magnetic path of magnetic flux flowing from one core piece 38 to the other core piece 38. Constitute. The first member 42 is made of a soft magnetic material having a higher maximum magnetic permeability than the core piece 38, and has a smaller saturation magnetization than the two contacting core pieces 38. Therefore, the short-circuit member (first member 42) is more likely to have magnetic flux flowing under a lighter load than the core piece 38, and is more likely to undergo magnetic saturation at a higher load. The short-circuit member (first member 42) is provided in order to make the amount of interlinkage magnetic flux variable according to the load state, which will be described in detail later.

本例の回転電機10は、さらに、コア片38の外周囲を囲って固定する固定用外筒44を備えている。固定用外筒44は、コア片38とアウター磁石40を囲って拘束することで、コア片38およびアウター磁石40の分離を防止するために設けられている。この固定用外筒44は、非磁性材料、例えば、ステンレス鋼等からなる。なお、この固定用外筒44は、後に詳説するように、軟磁性材料で構成されてもよく、その場合、固定用外筒44は、二つのコア片38を磁気的に短絡する短絡部材の一部として機能する。 The rotary electric machine 10 of this example further includes a fixing outer cylinder 44 that surrounds and fixes the outer circumference of the core piece 38. The fixing outer cylinder 44 is provided to prevent the core piece 38 and the outer magnet 40 from being separated by surrounding and restraining the core piece 38 and the outer magnet 40. The fixing outer cylinder 44 is made of a non-magnetic material, for example, stainless steel or the like. The fixing outer cylinder 44 may be made of a soft magnetic material, as will be described in detail later. In this case, the fixing outer cylinder 44 is a short-circuit member that magnetically short-circuits the two core pieces 38. Act as part.

次に、アウターロータ18において、アウター磁石40を周方向に磁化するとともに、アウター磁石40の外周側に短絡部材(第一部材42)を配置する理由について説明する。アウターロータ18は、当然ながら、ステータ14の径方向外側に配置されるため、回転中心からの距離が大きく、回転に伴う遠心力が大きくなりやすい。そのため、遠心力の増加を抑えるために、アウターロータ18は、インナーロータ16に比して、径方向の厚みを抑えることが求められている。 Next, in the outer rotor 18, the reason why the outer magnet 40 is magnetized in the circumferential direction and the short-circuit member (first member 42) is arranged on the outer peripheral side of the outer magnet 40 will be described. As a matter of course, since the outer rotor 18 is arranged on the outer side in the radial direction of the stator 14, the distance from the center of rotation is large, and the centrifugal force due to the rotation tends to be large. Therefore, in order to suppress the increase in centrifugal force, the outer rotor 18 is required to suppress the thickness in the radial direction as compared with the inner rotor 16.

また、ステータコイル28への電流印加に伴い電流磁束が発生するが、この電流磁束の一部は、アウターティース32からアウターロータ18に、または、アウターロータ18からアウターティース32に向かって、径方向に進む。そのため、アウター磁石40を、径方向に磁化させた場合、当該アウター磁石40の磁化の向きと逆向きに電流磁束が流れる、いわゆる「逆磁界」が発生することになる。かかる逆磁界が発生すると、アウター磁石40の磁力が減少する減磁が生じる。そして、アウター磁石40が減磁することで、マグネットトルクの低下、ひいては、回転電機10の出力トルクの低下を招く。 Further, a current magnetic flux is generated as the current is applied to the stator coil 28, and a part of the current magnetic flux is radially from the outer teeth 32 to the outer rotor 18 or from the outer rotor 18 to the outer teeth 32. Proceed to. Therefore, when the outer magnet 40 is magnetized in the radial direction, a so-called "reverse magnetic field" is generated in which a current magnetic flux flows in the direction opposite to the direction of magnetization of the outer magnet 40. When such a reverse magnetic field is generated, demagnetization occurs in which the magnetic force of the outer magnet 40 is reduced. Then, the demagnetization of the outer magnet 40 causes a decrease in the magnet torque, which in turn causes a decrease in the output torque of the rotary electric machine 10.

本願で開示する回転電機10では、上述した通り、アウター磁石40を周方向に磁化させている。そのため、径方向に磁化させる場合に比べて、アウター磁石40の径方向厚みを抑えやすくなり、ひいては、アウターロータ18の径方向の厚みを抑えることができる。また、アウター磁石40を周方向に磁化させることで、電流磁束が磁化と逆向きに進む逆磁界を抑制でき、アウター磁石40の減磁を効果的に防止できる。 In the rotary electric machine 10 disclosed in the present application, as described above, the outer magnet 40 is magnetized in the circumferential direction. Therefore, it becomes easier to suppress the radial thickness of the outer magnet 40 as compared with the case of magnetizing in the radial direction, and by extension, the radial thickness of the outer rotor 18 can be suppressed. Further, by magnetizing the outer magnet 40 in the circumferential direction, it is possible to suppress a reverse magnetic field in which the current magnetic flux travels in the direction opposite to the magnetization, and it is possible to effectively prevent demagnetization of the outer magnet 40.

ところで、回転電機10の出力トルクを高くするためには、ステータ14に流れ込むマグネット磁束量、すなわち、鎖交磁束量を大きくする必要がある。その一方で、鎖交磁束量が大きいと、ステータコイル28に流れる電流がゼロまたは小さい状態、すなわち、無負荷状態または低負荷状態において、逆起電圧や鉄損が大きくなるという問題を招く。逆起電圧は、弱め界磁制御を行うことで抑制できるが、弱め界磁制御を行った場合、別途、出力に寄与しない、弱め界磁用の負のd軸電流を流す必要があり、銅損の増加を招く。 By the way, in order to increase the output torque of the rotary electric machine 10, it is necessary to increase the amount of magnet magnetic flux flowing into the stator 14, that is, the amount of interlinkage magnetic flux. On the other hand, if the amount of interlinkage magnetic flux is large, there causes a problem that the counter electromotive voltage and the iron loss become large in a state where the current flowing through the stator coil 28 is zero or small, that is, in a no-load state or a low load state. The counter electromotive voltage can be suppressed by performing field weakening control, but when field weakening control is performed, it is necessary to separately pass a negative d-axis current for weakening field that does not contribute to output, which increases copper loss. Invite.

つまり、鎖交磁束量は、高負荷状態・高トルク出力状態では、大きく、無負荷・低負荷状態では、小さくなるように、負荷状態に応じて可変であることが望まれる。そこで、本願で開示する回転電機10では、負荷状態に応じて、鎖交磁束量を可変にするために、アウター磁石40の径方向外側に、短絡部材として機能する第一部材42を設けている。 That is, it is desired that the amount of interlinkage magnetic flux is variable according to the load state so that it is large in the high load state / high torque output state and small in the no-load / low load state. Therefore, in the rotary electric machine 10 disclosed in the present application, a first member 42 that functions as a short-circuit member is provided on the radial outer side of the outer magnet 40 in order to make the amount of interlinkage magnetic flux variable according to the load state. ..

第一部材42は、既述した通り、コア片38よりも最大透磁率が高い軟磁性材料からなり、コア片38よりも飽和磁化が小さい。かかる第一部材42を設けた場合のマグネット磁束の流れについて図4、図5を参照して説明する。図4、図5において、破線は、マグネット磁束の流れを示している。また、図4は、無負荷状態を、図5は、高負荷状態を示している。 As described above, the first member 42 is made of a soft magnetic material having a higher maximum magnetic permeability than the core piece 38, and has a smaller saturation magnetization than the core piece 38. The flow of the magnetic flux of the magnet when the first member 42 is provided will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In FIGS. 4 and 5, the broken line indicates the flow of the magnetic flux of the magnet. Further, FIG. 4 shows a no-load state, and FIG. 5 shows a high-load state.

無負荷状態または低負荷状態では、図4に示すように、マグネット磁束の一部は、最大透磁率が高く、コア片38よりも、磁気抵抗が小さくて磁束が流れやすい、第一部材42へと流れていく。その結果、アウター磁石40の一端(N極)から出たマグネット磁束の一部は、ステータ14に流れることなく、当該アウター磁石40の他端(S極)へと流れる。すなわち、マグネット磁束の一部は、ステータ14に流れることなく短絡した状態となる。このように、マグネット磁束の一部が短絡することで、第一部材42を設けない場合に比べて、ステータ14へと流れるマグネット磁束量、すなわち、鎖交磁束量が大幅に低下する。 In the no-load state or low-load state, as shown in FIG. 4, a part of the magnet magnetic flux goes to the first member 42, which has a high maximum magnetic permeability, a smaller magnetoresistance than the core piece 38, and a magnetic flux easily flows. It flows. As a result, a part of the magnet magnetic flux generated from one end (N pole) of the outer magnet 40 flows to the other end (S pole) of the outer magnet 40 without flowing to the stator 14. That is, a part of the magnetic flux of the magnet is short-circuited without flowing to the stator 14. By short-circuiting a part of the magnet magnetic flux in this way, the amount of magnet magnetic flux flowing to the stator 14, that is, the amount of interlinkage magnetic flux is significantly reduced as compared with the case where the first member 42 is not provided.

一方、ステータコイル28に比較的大きな電流を流した高負荷状態では、図5に示すように、第一部材42に流れるマグネット磁束(短絡するマグネット磁束)が大幅に低減し、マグネット磁束の大部分は、ステータ14に流れていく。これは、高負荷状態となると、多量の電流磁束(磁束密度が高い磁束)が発生するためである。多量に発生した電流磁束は、マグネット磁束よりも優先的に、第一部材42へと流れていく。また、第一部材42の飽和磁化は、コア片38の飽和磁化よりも低いため、第一部材42は、コア片38よりも先に、磁気飽和する。結果として、高負荷状態では、第一部材42は、電流磁束により磁気飽和しやすくなる。第一部材42が電流磁束で磁気飽和することで、マグネット磁束の大部分は、第一部材42に流れず、ステータ14へと流れていく。その結果、高負荷状態では、鎖交磁束量を、大きく保つことができる。 On the other hand, in a high load state in which a relatively large current is passed through the stator coil 28, as shown in FIG. 5, the magnet magnetic flux flowing through the first member 42 (short-circuited magnet magnetic flux) is significantly reduced, and most of the magnet magnetic flux is generated. Flows to the stator 14. This is because a large amount of current magnetic flux (magnetic flux having a high magnetic flux density) is generated in a high load state. The current magnetic flux generated in a large amount flows to the first member 42 with priority over the magnet magnetic flux. Further, since the saturation magnetization of the first member 42 is lower than the saturation magnetization of the core piece 38, the first member 42 is magnetically saturated before the core piece 38. As a result, in a high load state, the first member 42 tends to be magnetically saturated by the current magnetic flux. When the first member 42 is magnetically saturated by the current magnetic flux, most of the magnet magnetic flux does not flow to the first member 42 but flows to the stator 14. As a result, the amount of interlinkage magnetic flux can be kept large in a high load state.

つまり、本願で開示する回転電機10では、アウター磁石40の径方向外側に、最大透磁率が高く、飽和磁化が小さい短絡部材(第一部材42)を設けているため、鎖交磁束量を、高負荷状態・高トルク出力状態では大きく、無負荷状態または低負荷状態では、小さくできる。その結果、アウターロータ型の回転電機において、無負荷または低負荷状態における逆起電圧および鉄損の発生を抑制しつつ、高負荷状態において高いトルクを出力することができる。 That is, in the rotary electric machine 10 disclosed in the present application, a short-circuit member (first member 42) having a high maximum magnetic permeability and a small saturation magnetization is provided on the outer side in the radial direction of the outer magnet 40, so that the amount of interlinkage magnetic flux can be determined. It can be large in the high load state and high torque output state, and can be small in the no load state or low load state. As a result, in the outer rotor type rotary electric machine, it is possible to output a high torque in a high load state while suppressing the occurrence of back electromotive voltage and iron loss in a no-load or low-load state.

次に、図1〜図3に例示した回転電機10における磁束の流れのシミュレーション結果について説明する。図6は、無負荷状態におけるマグネット磁束の、図7は、高負荷状態における電流磁束の、図8は、高負荷状態におけるマグネット磁束のシミュレーション結果である。なお、図6〜図8において、墨の濃度は、磁束密度を示しており、墨の色が濃いほど磁束密度が高いことを示している。 Next, the simulation results of the flow of magnetic flux in the rotary electric machine 10 illustrated in FIGS. 1 to 3 will be described. FIG. 6 shows the simulation results of the magnet magnetic flux in the no-load state, FIG. 7 shows the current magnetic flux in the high load state, and FIG. 8 shows the simulation results of the magnet magnetic flux in the high load state. In addition, in FIGS. 6 to 8, the density of black ink indicates the magnetic flux density, and the darker the color of black ink, the higher the magnetic flux density.

図6に示す通り、無負荷状態では、アウター磁石40によるマグネット磁束の一部は、当該アウター磁石40の周方向一端から、アウター磁石40の径方向外側を通って、アウター磁石40の周方向他端へと向かう。すなわち、マグネット磁束の一部は、ステータ14に流れることなく、短絡している。そして、一部のマグネット磁束が短絡することで、鎖交磁束量が低減し、逆起電圧や鉄損を効果的に抑制することができる。 As shown in FIG. 6, in the no-load state, a part of the magnet magnetic flux generated by the outer magnet 40 passes from one end in the circumferential direction of the outer magnet 40, passes through the radial outside of the outer magnet 40, and the circumferential direction of the outer magnet 40 and the like. Head to the edge. That is, a part of the magnetic flux of the magnet is short-circuited without flowing to the stator 14. Then, by short-circuiting a part of the magnet magnetic flux, the amount of interlinkage magnetic flux can be reduced, and the counter electromotive voltage and iron loss can be effectively suppressed.

一方、高負荷状態では、図7に示すように、電流磁束が、第一部材42に流れ込み、第一部材42が磁気飽和する。そのため、図8に示すように、マグネット磁束は、第一部材42には、殆ど流れ込まず、大部分が、ステータ14に流れていく。その結果、高負荷状態では、鎖交磁束量を大きくでき、高いトルクを得ることが可能となる。 On the other hand, in a high load state, as shown in FIG. 7, the current magnetic flux flows into the first member 42, and the first member 42 is magnetically saturated. Therefore, as shown in FIG. 8, the magnet magnetic flux hardly flows into the first member 42, and most of it flows into the stator 14. As a result, in a high load state, the amount of interlinkage magnetic flux can be increased, and a high torque can be obtained.

また、本願出願人は、高負荷状態および低負荷状態それぞれにおける損失量をシミュレーションした。その結果、高負荷状態での損失量は、短絡部材(第一部材)の有無に関わらず、ほぼ同じであるが、低負荷状態での損失量は、短絡部材を設けない場合に比して、短絡部材を設けた場合のほうが、10〜20%程度、低下することが分かった。つまり、本願で開示した回転電機10によれば、高負荷状態における損失量の増加を防止しつつ、無負荷・低負荷状態における損失量を低減でき、回転電機10全体として効率を向上できる。 In addition, the applicant of the present application simulated the amount of loss in each of the high load state and the low load state. As a result, the amount of loss in the high load state is almost the same regardless of the presence or absence of the short-circuit member (first member), but the amount of loss in the low load state is compared with the case where the short-circuit member is not provided. It was found that the value was reduced by about 10 to 20% when the short-circuit member was provided. That is, according to the rotary electric machine 10 disclosed in the present application, the loss amount in the no-load / low load state can be reduced while preventing the increase in the loss amount in the high load state, and the efficiency of the rotary electric machine 10 as a whole can be improved.

なお、これまで説明した構成は、一例であり、アウター磁石40の径方向外側に、コア片38よりも最大透磁率が高い材料からなり、コア片38よりも飽和磁化が小さい短絡部材が配されるのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。 The configuration described so far is an example, and a short-circuit member made of a material having a higher maximum magnetic permeability than the core piece 38 and having a smaller saturation magnetization than the core piece 38 is arranged on the outer side in the radial direction of the outer magnet 40. If so, other configurations may be modified as appropriate.

例えば、上述の説明では、コア片38の周方向端面に接触する第一部材42を設ける例を挙げたが、第一部材42に替えて、または、加えて、コア片38の外周面に接触する第二部材を設けてもよい。例えば、図9に示す通り、第一部材42を設けない替わりに、コア片38の外周面に接触する第二部材46を設けてもよい。第二部材46は、コア片38よりも最大透磁率が高い軟磁性材料からなり、接触または近接するコア片38よりも飽和磁化が小さい。この第二部材46は、アウターロータ18の外周囲を囲って固定する固定用外筒44と別に設けられてもよいし、固定用外筒44を第二部材46として設けてもよい。 For example, in the above description, the example in which the first member 42 that contacts the peripheral end surface of the core piece 38 is provided has been given, but instead of or in addition to the first member 42, it contacts the outer peripheral surface of the core piece 38. A second member may be provided. For example, as shown in FIG. 9, instead of providing the first member 42, a second member 46 that comes into contact with the outer peripheral surface of the core piece 38 may be provided. The second member 46 is made of a soft magnetic material having a higher maximum magnetic permeability than the core piece 38, and has a smaller saturation magnetization than the core piece 38 in contact with or adjacent to the core piece 38. The second member 46 may be provided separately from the fixing outer cylinder 44 that surrounds and fixes the outer circumference of the outer rotor 18, or the fixing outer cylinder 44 may be provided as the second member 46.

この場合でも、無負荷・低負荷状態では、マグネット磁束の一部は、第二部材46に流れて短絡するため、鎖交磁束量を低減できる。また、高負荷状態となれば、電流磁束により第二部材46が磁気飽和し、マグネット磁束が第二部材46に流れにくくなるため、鎖交磁束量が大きくなる。つまり、この場合でも、鎖交磁束量は、無負荷・低負荷状態では小さくなり、高負荷状態では大きくなる。そして結果として、無負荷・低負荷状態での逆起電圧および鉄損を抑制しつつ、高負荷状態で高いトルクを得ることができる。 Even in this case, in the no-load / low-load state, a part of the magnet magnetic flux flows to the second member 46 and short-circuits, so that the amount of interlinkage magnetic flux can be reduced. Further, in a high load state, the second member 46 is magnetically saturated by the current magnetic flux, and the magnet magnetic flux is less likely to flow to the second member 46, so that the amount of interlinkage magnetic flux increases. That is, even in this case, the amount of interlinkage magnetic flux is small in the no-load / low-load state and large in the high-load state. As a result, it is possible to obtain a high torque in a high load state while suppressing a counter electromotive voltage and iron loss in a no-load / low load state.

ただし、第二部材46は、第一部材42に比べて、アウター磁石40との距離が大きくなり、第二部材46を用いる場合のほうが、第一部材42を用いる場合に比べて、マグネット磁束の短絡磁路が長くなり、磁気抵抗が高くなる。その結果、第一部材42を用いる場合に比して、第二部材46を用いる場合のほうが、早期に(電流値が低い段階で)、マグネット磁束の短絡が無くなり、鎖交磁束量が大きくなる。換言すれば、第一部材42に替えて第二部材46を設けたほうが、高負荷状態での運転に、有利であると言える。 However, the distance between the second member 46 and the outer magnet 40 is larger than that of the first member 42, and the magnet magnetic flux of the second member 46 is larger when the second member 46 is used than when the first member 42 is used. The short-circuit magnetic path becomes long and the magnetic resistance increases. As a result, the short circuit of the magnet magnetic flux disappears earlier (at the stage where the current value is low) and the amount of interlinkage magnetic flux becomes larger when the second member 46 is used than when the first member 42 is used. .. In other words, it can be said that providing the second member 46 in place of the first member 42 is advantageous for operation in a high load state.

一方、短絡部材として、第二部材46ではなく、第一部材42を用いる場合には、マグネット磁束の短絡磁路の磁気抵抗が小さくなる。そのため、マグネット磁束の短絡量を増加でき、無負荷・低負荷状態での逆起電圧および鉄損を、図8の場合に比して、より効果的に抑制できる。換言すれば、第二部材46を設けず、第一部材42のみを設けた場合のほうが、無負荷・低負荷状態の損失低減に有利であると言える。 On the other hand, when the first member 42 is used instead of the second member 46 as the short-circuit member, the magnetic resistance of the short-circuit magnetic path of the magnetic flux becomes small. Therefore, the short-circuit amount of the magnet magnetic flux can be increased, and the counter electromotive voltage and the iron loss in the no-load / low-load state can be suppressed more effectively than in the case of FIG. In other words, it can be said that the case where only the first member 42 is provided without providing the second member 46 is more advantageous for reducing the loss in the no-load / low-load state.

さらに、第一部材42とともに、第二部材46を設けるようにしてもよい。この場合、マグネット磁束の短絡磁路の磁気抵抗が小さくなり、また、短絡部材全体(第一部材42および第二部材46)の体積が増加するため、飽和磁化が大きくなる。その結果、マグネット磁束の短絡量を増加でき、無負荷・低負荷状態での逆起電圧および鉄損を、図2や図8の場合に比して、より効果的に抑制できる。また、負荷が比較的、高くなるまで、短絡部材が磁気飽和しないため、逆起電圧および鉄損を抑制した状態を、電流が、比較的高くなるまで維持できる。 Further, the second member 46 may be provided together with the first member 42. In this case, the magnetic resistance of the short-circuit magnetic path of the magnetic flux is reduced, and the volume of the entire short-circuit member (first member 42 and second member 46) is increased, so that the saturation magnetization is increased. As a result, the short-circuit amount of the magnet magnetic flux can be increased, and the counter electromotive voltage and the iron loss in the no-load / low-load state can be suppressed more effectively than in the cases of FIGS. 2 and 8. Further, since the short-circuit member is not magnetically saturated until the load becomes relatively high, the state in which the counter electromotive voltage and the iron loss are suppressed can be maintained until the current becomes relatively high.

また、これまでの説明では、短絡部材(第一部材42、第二部材46)を、コア片38に接触させているが、短絡部材と、コア片38との間に、ギャップGを設けてもよい。すなわち、短絡部材とコア片38は、接触せずに、近接対向する構成としてもよい。例えば、図10に示すように、第一部材42の周方向端部と、コア片38の周方向端部との間に、ギャップGを設けてもよい。そして、このギャップGの大きさを調整することで、マグネット磁束の短絡磁路の磁気抵抗を調整でき、ひいては、負荷に対する鎖交磁束量の可変特性を調整できる。 Further, in the description so far, the short-circuit members (first member 42, second member 46) are brought into contact with the core piece 38, but a gap G is provided between the short-circuit member and the core piece 38. May be good. That is, the short-circuit member and the core piece 38 may be configured to face each other in close proximity to each other without contacting each other. For example, as shown in FIG. 10, a gap G may be provided between the circumferential end of the first member 42 and the circumferential end of the core piece 38. Then, by adjusting the size of the gap G, the magnetic resistance of the short-circuit magnetic path of the magnetic flux can be adjusted, and by extension, the variable characteristic of the amount of interlinkage magnetic flux with respect to the load can be adjusted.

また、これまで説明した回転電機10の構成は、全て、一例であり、求められる仕様に応じて、適宜、変更されてもよい。例えば、回転電機10は、インナーロータ16を有さない、シングルロータ型・アウターロータ型の回転電機10でもよい。また、これまでの説明で挙げた磁極数やティース数等も適宜、変更されてもよい。 Further, the configurations of the rotary electric machine 10 described so far are all examples, and may be appropriately changed according to the required specifications. For example, the rotary electric machine 10 may be a single rotor type / outer rotor type rotary electric machine 10 that does not have an inner rotor 16. Further, the number of magnetic poles, the number of teeth, and the like mentioned in the above description may be changed as appropriate.

10 回転電機、14 ステータ、16 インナーロータ、18 アウターロータ、20 回転軸、22 連結部材、26 ステータコア、28 ステータコイル、29 ヨーク、30 インナーティース、32 アウターティース、38 コア片、40 アウター磁石、42 第一部材、44 固定用外筒、46 第二部材。
10 rotary electric machine, 14 stator, 16 inner rotor, 18 outer rotor, 20 rotary shaft, 22 connecting member, 26 stator core, 28 stator coil, 29 yoke, 30 inner teeth, 32 outer teeth, 38 core pieces, 40 outer magnets, 42 First member, 44 fixing outer cylinder, 46 second member.

Claims (5)

ステータと、
前記ステータの外周囲に配される環状のアウターロータであって、複数のコア片および複数のアウター磁石が周方向に交互に並ぶアウターロータと、
前記アウター磁石の径方向外側に配され、前記アウター磁石の周方向両側に位置する二つのコア片を磁気的に短絡させる短絡部材と、
を備え、
前記アウター磁石は、周方向、かつ、周方向に隣接する他のアウター磁石と周方向逆向きに磁化されており、
前記短絡部材は、前記コア片よりも最大透磁率が高い軟磁性材料からなり、前記コア片よりも飽和磁化が小さく、
前記アウター磁石は、その外周縁が、前記コア片の外周縁よりも径方向内側になるように配されている、
ことを特徴とする回転電機。
With the stator
An annular outer rotor arranged around the outer periphery of the stator, the outer rotor in which a plurality of core pieces and a plurality of outer magnets are alternately arranged in the circumferential direction.
A short-circuit member arranged on the outer side in the radial direction of the outer magnet and magnetically short-circuiting two core pieces located on both sides in the circumferential direction of the outer magnet.
With
The outer magnet is magnetized in the circumferential direction and in the opposite direction to the other outer magnets adjacent to the circumferential direction.
The short-circuit member is maximum permeability than the core pieces is a high soft magnetic material, rather small, the saturation magnetization than said core pieces,
The outer magnet is arranged so that its outer peripheral edge is radially inside the outer peripheral edge of the core piece.
A rotating electric machine that is characterized by that.
請求項1に記載の回転電機であって、
記短絡部材は、その周方向両端面が前記二つのコア片の周方向端面に接触または近接対向するように配され、前記コア片よりも最大透磁率が高い軟磁性材料からなるとともに前記接触または近接対向するコア片よりも飽和磁化が小さい第一部材を含む、
ことを特徴とする回転電機。
The rotary electric machine according to claim 1.
Before SL shorting member has its circumferential end surface is disposed in contact or closely facing the circumferential end faces of the two core pieces, the contact with the maximum permeability than the core pieces are made of high soft magnetic material Or it contains a first member with a smaller saturation magnetization than the closely opposed core pieces,
A rotating electric machine that is characterized by that.
請求項1または2に記載の回転電機であって、
前記短絡部材は、その内周面が、前記二つのコア片の外周面に接触または近接対向するように配され、前記コア片よりも最大透磁率が高い軟磁性材料からなるとともに前記接触または近接対向するコア片よりも飽和磁化が小さい第二部材を含む、
ことを特徴とする回転電機。
The rotary electric machine according to claim 1 or 2.
The short-circuit member is arranged so that its inner peripheral surface is in contact with or close to the outer peripheral surfaces of the two core pieces, and is made of a soft magnetic material having a higher maximum magnetic permeability than the core piece and is in contact with or close to the core piece. Includes a second member with a smaller saturation magnetization than the opposing core pieces,
A rotating electric machine that is characterized by that.
請求項3に記載の回転電機であって、
前記第二部材は、アウターロータの外周囲を囲んで固定する固定用外筒である、ことを特徴とする回転電機。
The rotary electric machine according to claim 3.
The second member is a rotary electric machine characterized in that it is a fixing outer cylinder that surrounds and fixes the outer circumference of the outer rotor.
請求項1から4のいずれか1項に記載の回転電機であって、
前記短絡部材と前記コア片とは、ギャップを介して、近接対向している、ことを特徴とする回転電機。
The rotary electric machine according to any one of claims 1 to 4.
A rotary electric machine characterized in that the short-circuit member and the core piece are close to each other with each other via a gap.
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