JP6895909B2 - Hybrid field double gap synchronous machine - Google Patents

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Description

この発明は、第1の固定子と第2の固定子との間に回転子が設けられているハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機に関する。 The present invention relates to a hybrid field double gap synchronous machine in which a rotor is provided between the first stator and the second stator.

従来、界磁巻線および永久磁石を有する第1の固定子と、三相の電機子巻線を有する第2の固定子との間に回転子が設けられたハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機が知られている。第1の固定子では、1つの環状の界磁巻線の内側および外側のそれぞれに、界磁巻線に沿った2つの環状の永久磁石が配置されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a hybrid field type double gap synchronizer in which a rotor is provided between a first stator having a field winding and a permanent magnet and a second stator having a three-phase armature winding. It has been known. In the first stator, two annular permanent magnets along the field winding are arranged inside and outside the one annular field winding (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−89580号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-89580

特許文献1に記載された従来のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機では、界磁巻線が作る磁束の経路上に永久磁石が配置されていることから、界磁巻線の起磁力と永久磁石の起磁力とが磁気回路において直列となっている。このように、界磁巻線の起磁力と永久磁石の起磁力とが直列となっている場合、永久磁石の透磁率が低いため、界磁巻線の電流を調整しても、界磁巻線と永久磁石とによって作られる界磁磁束の増減範囲を拡大することが困難である。その結果、同期機を電動機として使用した場合の定出力運転において、出力範囲が制限されるという課題があった。また、同期機を発電機として使用した場合の定電圧運転において、出力範囲が制限されるという課題があった。 In the conventional hybrid field type double gap synchronous machine described in Patent Document 1, since the permanent magnet is arranged on the path of the magnetic flux created by the field winding, the magnetomotive force of the field winding and the permanent magnet The magnetomotive force of is in series in the magnetic circuit. In this way, when the magnetomotive force of the field winding and the magnetomotive force of the permanent magnet are in series, the magnetic permeability of the permanent magnet is low, so even if the current of the field winding is adjusted, the field winding It is difficult to expand the range of increase / decrease in the field magnetic force created by the wire and the permanent magnet. As a result, there is a problem that the output range is limited in the constant output operation when the synchronous machine is used as an electric motor. Further, there is a problem that the output range is limited in the constant voltage operation when the synchronous machine is used as a generator.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、出力範囲を拡大することができるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a hybrid field type double gap synchronous machine capable of expanding the output range.

この発明によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機は、第1の固定子と、第1の固定子と対向している第2の固定子と、第1の固定子および第2の固定子の間に設けられている回転子とを備えている。第1の固定子は、界磁巻線と、回転子の周方向へ並ぶ複数の界磁極形成部とを有している。第2の固定子は、電機子巻線を有している。複数の界磁極形成部のそれぞれは、永久磁石と、界磁巻線への通電によって磁極が形成される極ティースとを有している。複数の界磁極形成部のそれぞれでは、極ティースの磁極が回転子と対向し、かつ永久磁石の磁極が極ティースの位置から外れた位置で回転子と対向している。複数の界磁極形成部のそれぞれには、極ティースの磁極と、永久磁石の磁極とによって界磁極が形成されている。 The hybrid field double gap synchronous machine according to the present invention has a first stator, a second stator facing the first stator, and a space between the first stator and the second stator. It is equipped with a rotor provided in. The first stator has a field winding and a plurality of field pole forming portions arranged in the circumferential direction of the rotor. The second stator has an armature winding. Each of the plurality of field pole forming portions has a permanent magnet and a polar tooth in which a magnetic pole is formed by energizing the field winding. In each of the plurality of field pole forming portions, the magnetic poles of the polar teeth face the rotor, and the magnetic poles of the permanent magnets face the rotor at positions deviated from the positions of the polar teeth. A field pole is formed in each of the plurality of field pole forming portions by the magnetic poles of the polar teeth and the magnetic poles of the permanent magnets.

この発明のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機によれば、界磁巻線による磁束と、永久磁石の磁束とは、別々の磁路を通る。そのため、界磁巻線の起磁力と永久磁石の起磁力とを磁気回路において並列にすることができ、永久磁石の透磁率に関係なく界磁巻線の起磁力を増減することができる。これにより、第1の固定子の界磁磁束の増減範囲を拡大することができ、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の出力範囲を拡大することができる。 According to the hybrid field type double gap synchronous machine of the present invention, the magnetic flux due to the field winding and the magnetic flux of the permanent magnet pass through different magnetic paths. Therefore, the magnetomotive force of the field winding and the magnetomotive force of the permanent magnet can be made parallel in the magnetic circuit, and the magnetomotive force of the field winding can be increased or decreased regardless of the magnetic permeability of the permanent magnet. As a result, the range of increase / decrease in the field magnetic flux of the first stator can be expanded, and the output range of the hybrid field type double gap synchronous machine can be expanded.

この発明を実施するための実施の形態1によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the hybrid field type double gap synchronous machine by Embodiment 1 for carrying out this invention. 図1のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the hybrid field type double gap synchronous machine of FIG. 図2の第1の固定子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 1st stator of FIG. 図1のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機に電力を供給する駆動回路を含めた全体システムを示す図である。It is a figure which shows the whole system including the drive circuit which supplies electric power to the hybrid field type double gap synchronous machine of FIG. 図1の第1の固定子における磁気回路を示す部分回路図である。It is a partial circuit diagram which shows the magnetic circuit in the 1st stator of FIG. この発明を実施するための実施の形態2によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the hybrid field type double gap synchronous machine by Embodiment 2 for carrying out this invention. 図6のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the hybrid field type double gap synchronous machine of FIG. 図7の第1の固定子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 1st stator of FIG. この発明を実施するための実施の形態3によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the hybrid field type double gap synchronous machine by Embodiment 3 for carrying out this invention. 図9の第1の固定子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 1st stator of FIG. 図9の第2の固定子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 2nd stator of FIG. 図9の回転子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the rotor of FIG. この発明を実施するための実施の形態4によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の第1の固定子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 1st stator of the hybrid field type double gap synchronous machine by Embodiment 4 for carrying out this invention.

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態1.
図1は、この発明を実施するための実施の形態1によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す斜視図である。図2は、図1のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す分解斜視図である。図3は、図2の第1の固定子を示す斜視図である。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a perspective view showing a hybrid field type double gap synchronous machine according to the first embodiment for carrying out the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view showing the hybrid field type double gap synchronous machine of FIG. FIG. 3 is a perspective view showing the first stator of FIG.

ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1は、第1の固定子10と、第2の固定子20と、回転子30とを備えている。第2の固定子20は、回転子30の軸方向について、第1の固定子10と対向している。回転子30は、第1の固定子10および第2の固定子20の間に設けられている。これにより、回転子30は、回転子30の軸方向について、第1の固定子10および第2の固定子20のそれぞれと対向している。第1の固定子10、第2の固定子20および回転子30のそれぞれの形状は、円筒形状である。また、第1の固定子10および回転子30の間には、ギャップが設けられている。回転子30および第2の固定子20の間には、ギャップが設けられている。これにより、実施の形態1によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1は、アキシャルギャップ型の同期機となっている。回転子30は、図示しない回転軸に固定されている。回転軸は、図示しないハウジングに回転可能に支持されている。回転子30は、回転軸と同軸に配置されている。 The hybrid field type double gap synchronous machine 1 includes a first stator 10, a second stator 20, and a rotor 30. The second stator 20 faces the first stator 10 in the axial direction of the rotor 30. The rotor 30 is provided between the first stator 10 and the second stator 20. As a result, the rotor 30 faces each of the first stator 10 and the second stator 20 in the axial direction of the rotor 30. Each of the first stator 10, the second stator 20, and the rotor 30 has a cylindrical shape. Further, a gap is provided between the first stator 10 and the rotor 30. A gap is provided between the rotor 30 and the second stator 20. As a result, the hybrid field type double gap synchronous machine 1 according to the first embodiment is an axial gap type synchronous machine. The rotor 30 is fixed to a rotating shaft (not shown). The rotating shaft is rotatably supported by a housing (not shown). The rotor 30 is arranged coaxially with the rotation axis.

第1の固定子10は、第1固定子コア100と、複数の界磁巻線120と、複数の永久磁石130と、第1固定子端板140とを有している。第1固定子コア100は、複数の電磁鋼板によって構成されている。第1固定子コア100を構成する複数の電磁鋼板は、回転子30の径方向に積層されている。第1固定子端板140は、第1固定子コア100と一体になっている。また、第1固定子端板140は、第1固定子コア100の回転子30側とは反対側に配置されている。 The first stator 10 has a first stator core 100, a plurality of field windings 120, a plurality of permanent magnets 130, and a first stator end plate 140. The first stator core 100 is composed of a plurality of electromagnetic steel sheets. A plurality of electrical steel sheets constituting the first stator core 100 are laminated in the radial direction of the rotor 30. The first stator end plate 140 is integrated with the first stator core 100. Further, the first stator end plate 140 is arranged on the side opposite to the rotor 30 side of the first stator core 100.

第1固定子コア100は、第1固定子コアベース110と、複数の第1ティース111と、複数の第2ティース112とを有している。第1固定子コアベース110の形状は、円盤形状である。この例では、第1固定子コアベース110、各第1ティース111および各第2ティース112は、回転子30の径方向に積層された複数の電磁鋼板で構成されている。しかし、第1固定子コアベース110は、回転子30の軸方向に積層された複数の電磁鋼板で構成されていてもよい。 The first stator core 100 has a first stator core base 110, a plurality of first teeth 111, and a plurality of second teeth 112. The shape of the first stator core base 110 is a disk shape. In this example, the first stator core base 110, each first tooth 111, and each second tooth 112 are composed of a plurality of electromagnetic steel sheets laminated in the radial direction of the rotor 30. However, the first stator core base 110 may be composed of a plurality of electromagnetic steel sheets laminated in the axial direction of the rotor 30.

各第1ティース111は、回転子30の周方向へ互いに間隔をあけて並べられている。各第1ティース111は、第1固定子コアベース110から回転子30の軸方向に、回転子30に向かって突出している。この例では、12個の第1ティース111が第1固定子コアベース110から突出している。各第1ティース111は、極ティースを構成する。 The first teeth 111 are arranged so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction of the rotor 30. Each first tooth 111 projects from the first stator core base 110 in the axial direction of the rotor 30 toward the rotor 30. In this example, twelve first teeth 111 project from the first stator core base 110. Each first tooth 111 constitutes a polar tooth.

各第2ティース112は、各第1ティース111の位置に合わせて、回転子30の周方向へ互いに間隔をあけて並べられている。各第2ティース112は、各第1ティース111よりも回転子30の径方向内側にそれぞれ配置されている。各第1ティース111および各第2ティース112の間には、隙間が設けられている。各第2ティース112は、第1固定子コアベース110から回転子30の軸方向に、回転子30に向かって突出している。 The second teeth 112 are arranged at intervals in the circumferential direction of the rotor 30 according to the positions of the first teeth 111. Each of the second teeth 112 is arranged radially inside the rotor 30 with respect to each of the first teeth 111. A gap is provided between each of the first teeth 111 and each of the second teeth 112. Each second tooth 112 projects from the first stator core base 110 in the axial direction of the rotor 30 toward the rotor 30.

各界磁巻線120は、各第1ティース111に個別に巻かれている。各界磁巻線120は、回転子30の軸方向を巻線の軸方向として巻かれている。回転子30から見た場合の各界磁巻線120の巻線方向は、時計回り方向および反時計回り方向の順で回転子30の周方向へ交互になっている。 Each field winding 120 is individually wound around each first tooth 111. Each field winding 120 is wound with the axial direction of the rotor 30 as the axial direction of the winding. The winding directions of the field windings 120 when viewed from the rotor 30 alternate in the circumferential direction of the rotor 30 in the order of clockwise and counterclockwise directions.

各永久磁石130は、各第2ティース112の回転子30側の面上に、それぞれ配置されている。これにより、各永久磁石130は、回転子30と対向してそれぞれ配置されている。各永久磁石130は、ネオジム磁石である。この例では、12個の永久磁石130が第1固定子コア100に設けられている。各永久磁石130の磁極は、各第1ティース111の位置から外れた位置で回転子30と対向している。回転子30に対向する各永久磁石130の磁極の極性は、N極およびS極の順で回転子30の周方向へ交互になっている。各永久磁石130は、フェライト磁石、アルニコ磁石など、その他の材質の磁石が用いられてもよい。 Each permanent magnet 130 is arranged on the surface of each second tooth 112 on the rotor 30 side. As a result, each permanent magnet 130 is arranged so as to face the rotor 30. Each permanent magnet 130 is a neodymium magnet. In this example, 12 permanent magnets 130 are provided on the first stator core 100. The magnetic poles of the permanent magnets 130 face the rotor 30 at positions deviating from the positions of the first teeth 111. The polarities of the magnetic poles of the permanent magnets 130 facing the rotor 30 alternate in the circumferential direction of the rotor 30 in the order of N pole and S pole. As each permanent magnet 130, a magnet made of another material such as a ferrite magnet or an alnico magnet may be used.

回転子30に対向して回転子30の周方向について位置が合わされている第1ティース111および永久磁石130は、界磁極形成部190をそれぞれ形成している。したがって、第1の固定子10では、第1ティース111および永久磁石130をそれぞれ有する複数の界磁極形成部190が回転子30の周方向へ並んでいる。この例では、12個の界磁極形成部190が回転子30の周方向へ並んでいる。 The first teeth 111 and the permanent magnet 130, which are aligned with respect to the rotor 30 in the circumferential direction of the rotor 30, form a field pole forming portion 190, respectively. Therefore, in the first stator 10, a plurality of field pole forming portions 190 having the first teeth 111 and the permanent magnets 130 are arranged in the circumferential direction of the rotor 30. In this example, twelve field pole forming portions 190 are arranged in the circumferential direction of the rotor 30.

第2の固定子20は、第2固定子コア200と、複数の電機子巻線220と、第2固定子端板240とを有している。第2固定子コア200は、複数の電磁鋼板によって構成されている。第2固定子コア200を構成する複数の電磁鋼板は、回転子30の方向に積層されている。第2固定子端板240は、第2固定子コア200と一体になっている。また、第2固定子端板240は、第2固定子コア200の回転子30側とは反対側に配置されている。 The second stator 20 has a second stator core 200, a plurality of armature windings 220, and a second stator end plate 240. The second stator core 200 is composed of a plurality of electromagnetic steel sheets. A plurality of electrical steel sheets constituting the second stator core 200 are laminated in the radial direction of the rotor 30. The second stator end plate 240 is integrated with the second stator core 200. Further, the second stator end plate 240 is arranged on the side opposite to the rotor 30 side of the second stator core 200.

第2固定子コア200は、第2固定子コアベース210と、複数の第3ティース211とを有している。第2固定子コアベース210の形状は、円盤形状である。各第3ティース211は、回転子30の周方向へ互いに間隔をあけて並べられている。各第3ティース211は、第2固定子コアベース210から回転子30の軸方向について、回転子30に向かって突出している。この例では、12個の第3ティース211が第2固定子コアベース210から突出している。この例では、第2固定子コアベース210および各第3ティース211は、回転子30の方向に積層された複数の電磁鋼板で構成されている。しかし、第2固定子コアベース210は、回転子30の軸方向に積層された複数の電磁鋼板で構成されていてもよい。 The second stator core 200 has a second stator core base 210 and a plurality of third teeth 211. The shape of the second stator core base 210 is a disk shape. The third teeth 211 are arranged so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction of the rotor 30. Each third tooth 211 projects from the second stator core base 210 toward the rotor 30 in the axial direction of the rotor 30. In this example, twelve third teeth 211 project from the second stator core base 210. In this example, the second stator core base 210 and each third tooth 211 are composed of a plurality of electromagnetic steel sheets laminated in the radial direction of the rotor 30. However, the second stator core base 210 may be composed of a plurality of electromagnetic steel sheets laminated in the axial direction of the rotor 30.

各電機子巻線220は、各第3ティース211に個別に巻かれている。各電機子巻線220は、回転子30の軸方向を巻線の軸方向として巻かれている。電機子巻線220は、三相電機子巻線となっている。したがって、各電機子巻線220は、U相、V相およびW相の順で回転子30の周方向へ繰り返し配置されている。この例では、巻治具を用いて導線を巻くことによって各電機子巻線220の形状を完成させた後に、各電機子巻線220が各第3ティース211にそれぞれ装着されている。なお、導線を第3ティース211に直接巻くことにより、各電機子巻線220を各第3ティース211に設けてもよい。例えば、第3ティース211の先端部の断面積が、第3ティースの先端部以外の部分の断面積より大きい場合、導線を第3ティース211に直接巻いて電機子巻線220を第3ティース211に設けることができる。 Each armature winding 220 is individually wound around each third tooth 211. Each armature winding 220 is wound with the axial direction of the rotor 30 as the axial direction of the winding. The armature winding 220 is a three-phase armature winding. Therefore, each armature winding 220 is repeatedly arranged in the circumferential direction of the rotor 30 in the order of U phase, V phase, and W phase. In this example, after completing the shape of each armature winding 220 by winding a conducting wire using a winding jig, each armature winding 220 is attached to each third tooth 211, respectively. The armature winding 220 may be provided on each of the third teeth 211 by winding the conducting wire directly around the third teeth 211. For example, when the cross-sectional area of the tip of the third teeth 211 is larger than the cross-sectional area of the portion other than the tip of the third teeth, the conductor is wound directly around the third teeth 211 and the armature winding 220 is wound on the third teeth 211. Can be provided in.

回転子30の形状は、平板形状である。回転子30は、円環状の回転子基部310と、複数の突極311とを有している。各突極311は、回転子基部310から回転子30の径方向外側に向かって突出している。各突極311は、回転子30の周方向へ互いに間隔をあけて並べられている。各突極311は、回転子30の周方向へ等間隔に並べられている。この例では、各突極311は、回転子30の径方向に積層された複数の電磁鋼板で構成されている。 The shape of the rotor 30 is a flat plate shape. The rotor 30 has an annular rotor base 310 and a plurality of salient poles 311. Each salient pole 311 projects radially outward of the rotor 30 from the rotor base 310. The salient poles 311 are arranged so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction of the rotor 30. The salient poles 311 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotor 30. In this example, each salient pole 311 is composed of a plurality of electromagnetic steel sheets laminated in the radial direction of the rotor 30.

図4は、図1のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機に電力を供給する駆動回路を含めた全体システムを示す図である。界磁巻線120には、直流電源400から界磁電流Ifが供給される。第2の固定子20では、各相の電機子巻線220がY結線で接続されている。電機子巻線220には、インバータ回路410から電機子電流が供給される。インバータ回路410には、インバータ回路410へパワーを供給する三相交流電源420が接続されている。なお、インバータ回路410へのパワーは、直流電源であるバッテリから供給されてもよい。 FIG. 4 is a diagram showing an entire system including a drive circuit for supplying electric power to the hybrid field type double gap synchronous machine of FIG. The field current If is supplied to the field winding 120 from the DC power supply 400. In the second stator 20, the armature windings 220 of each phase are connected by a Y connection. An armature current is supplied to the armature winding 220 from the inverter circuit 410. A three-phase AC power supply 420 that supplies power to the inverter circuit 410 is connected to the inverter circuit 410. The power to the inverter circuit 410 may be supplied from a battery which is a DC power supply.

次に、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1の動作について説明する。ここでは、電動機を例にして、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1の動作を説明する。各第1ティース111には、各界磁巻線120への通電によって、回転子30と対向する磁極が個別に形成される。各第1ティース111への各界磁巻線120の巻き方向は、回転子30の周方向へ交互になっている。このため、回転子30に対向する各第1ティース111の磁極の極性は、N極およびS極の順で回転子30の周方向へ交互になる。したがって、各界磁極形成部190のそれぞれには、第1ティース111の磁極と、永久磁石130の磁極とによって界磁極が形成される。この例では、12極の界磁極が第1の固定子10に形成される。 Next, the operation of the hybrid field type double gap synchronous machine 1 will be described. Here, the operation of the hybrid field type double gap synchronous machine 1 will be described by taking an electric motor as an example. A magnetic pole facing the rotor 30 is individually formed on each of the first teeth 111 by energizing each field winding 120. The winding directions of the field windings 120 around the first teeth 111 alternate with each other in the circumferential direction of the rotor 30. Therefore, the polarities of the magnetic poles of the first teeth 111 facing the rotor 30 alternate in the circumferential direction of the rotor 30 in the order of the north pole and the south pole. Therefore, a field magnetic pole is formed in each of the field magnetic pole forming portions 190 by the magnetic poles of the first teeth 111 and the magnetic poles of the permanent magnet 130. In this example, a 12-pole field pole is formed on the first stator 10.

各第1ティース111は、各永久磁石130と異なる位置で回転子30と対向している。したがって、各界磁巻線120への通電によって第1ティース111に生じる磁束は、各永久磁石130の位置を避けた磁路を通る。これにより、各界磁巻線120による起磁力および各永久磁石130の起磁力は、磁気回路において並列となる。第1の固定子10では、各界磁極形成部190の界磁極の極性がN極およびS極の順で回転子30の周方向へ交互になるように、各第1ティース111の起磁力および各永久磁石130の起磁力が設定されている。 Each first tooth 111 faces the rotor 30 at a position different from that of each permanent magnet 130. Therefore, the magnetic flux generated in the first teeth 111 by energizing each field winding 120 passes through a magnetic path avoiding the position of each permanent magnet 130. As a result, the magnetomotive force of each field winding 120 and the magnetomotive force of each permanent magnet 130 become parallel in the magnetic circuit. In the first stator 10, the magnetomotive force of each of the first teeth 111 and each of them so that the polarities of the field poles of the field pole forming portions 190 alternate in the circumferential direction of the rotor 30 in the order of N pole and S pole. The magnetomotive force of the permanent magnet 130 is set.

第1の固定子10に形成される12極の界磁極は、回転子30の10極の突極311によって変調される。これにより、回転子30には、8極の磁極が形成される。一方、第2の固定子20には、インバータ回路410から各電機子巻線220への電機子電流の供給によって回転磁界が発生する。これにより、回転子30は、回転する。また、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1に、同期機としてのトルクが発生する。 The 12-pole field pole formed on the first stator 10 is modulated by the 10-pole salient pole 311 of the rotor 30. As a result, an eight-pole magnetic pole is formed on the rotor 30. On the other hand, in the second stator 20, a rotating magnetic field is generated by supplying an armature current from the inverter circuit 410 to each armature winding 220. As a result, the rotor 30 rotates. Further, torque as a synchronous machine is generated in the hybrid field type double gap synchronous machine 1.

ここで、各界磁極形成部190によって第1の固定子10に形成される界磁極の極数2Pfは、12である。すなわち、第1の固定子10の界磁極の極対数Pfは、6である。電機子巻線220によって第2の固定子20に発生する電機子磁極の極数2Paは、8である。すなわち、電機子磁極の極対数Paは4である。また、回転子30の突極の数Prは、10である。したがって、この例では、Pr=Pa+Pfの関係を満たしている。このような関係を満たしている場合、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1のトルクを高めることができる。 Here, the number of poles 2Pf of the field poles formed on the first stator 10 by the field pole forming portions 190 is 12. That is, the pole logarithm Pf of the field poles of the first stator 10 is 6. The number of poles 2Pa of the armature magnetic pole generated in the second stator 20 by the armature winding 220 is 8. That is, the pole logarithm Pa of the armature magnetic pole is 4. Further, the number Pr of the salient poles of the rotor 30 is 10. Therefore, in this example, the relationship of Pr = Pa + Pf is satisfied. When such a relationship is satisfied, the torque of the hybrid field type double gap synchronous machine 1 can be increased.

共通の界磁極形成部190において第1ティース111の磁極の極性が永久磁石130の磁極の極性と同じになる界磁電流Ifの方向をプラス方向とする。ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1の回転速度が低速域で大トルクが必要な場合、N極の各永久磁石130の外側にある各第1ティース111にN極が発生するように、各界磁巻線120にプラス方向の界磁電流Ifを流す。N極の各永久磁石130の起磁力およびN極の各第1ティース111の起磁力が並列に配置されているため、これらによって形成される各界磁極形成部190におけるN極の起磁力は増加する。また、N極の各永久磁石130について回転子30の周方向に隣接するS極の各永久磁石130の外側にある各第1ティース111には、S極が発生する。S極の各永久磁石130の起磁力およびS極の各第1ティース111の起磁力が並列に配置されているため、これらによって形成される各界磁極形成部190におけるS極の起磁力は増加する。このように、各界磁巻線120にプラス方向の界磁電流Ifを流すことにより、各第1ティース111の起磁力が増加し、各界磁極形成部190による界磁磁束を増加することができる。 In the common field pole forming portion 190, the direction of the field current If where the polarity of the magnetic pole of the first teeth 111 becomes the same as the polarity of the magnetic pole of the permanent magnet 130 is the positive direction. When a large torque is required in the low speed range of the hybrid field type double gap synchronous machine 1, each field is generated so that the N pole is generated in each first tooth 111 outside each permanent magnet 130 of the N pole. A field current If in the positive direction is passed through the winding 120. Since the magnetomotive force of each permanent magnet 130 of the N pole and the magnetomotive force of each of the first teeth 111 of the N pole are arranged in parallel, the magnetomotive force of the N pole in each field magnetic pole forming portion 190 formed by these is increased. .. Further, for each of the N-pole permanent magnets 130, an S-pole is generated at each first tooth 111 on the outside of each of the S-pole permanent magnets 130 adjacent to the rotor 30 in the circumferential direction. Since the magnetomotive force of each permanent magnet 130 of the S pole and the magnetomotive force of each of the first teeth 111 of the S pole are arranged in parallel, the magnetomotive force of the S pole in each field magnetic pole forming portion 190 formed by these is increased. .. By passing the field current If in the positive direction through each field winding 120 in this way, the magnetomotive force of each first tooth 111 is increased, and the field magnetic flux by each field magnetic pole forming portion 190 can be increased.

一方、回転子30が回転すると、各電機子巻線220に逆起電力が生じる。各電機子巻線220に生じる逆起電力は、回転子30の回転速度が高速になるほど大きくなる。ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1の回転速度が高速域にある場合、各電機子巻線220に生じる逆起電力がハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1への印加電圧と等しくなるまで回転子30の回転速度が上昇すると、各電機子巻線220に電流を流すことができなくなる。これにより、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1の回転速度をさらに高速にすることができなくなってしまう。これを解消する手段としては、各第1ティース111に各永久磁石130と逆向きの磁極を発生させ、各界磁極形成部190による界磁磁束を弱める手段がある。 On the other hand, when the rotor 30 rotates, a counter electromotive force is generated in each armature winding 220. The counter electromotive force generated in each armature winding 220 increases as the rotation speed of the rotor 30 increases. When the rotation speed of the hybrid field type double gap synchronous machine 1 is in the high speed range, the rotor until the counter electromotive force generated in each armature winding 220 becomes equal to the voltage applied to the hybrid field type double gap synchronous machine 1. When the rotation speed of 30 increases, it becomes impossible to pass a current through each armature winding 220. As a result, the rotation speed of the hybrid field type double gap synchronous machine 1 cannot be further increased. As a means for solving this, there is a means for generating a magnetic pole in each of the first teeth 111 in the direction opposite to that of each permanent magnet 130 to weaken the field magnetic flux by the field magnetic pole forming portion 190.

この場合、N極の各永久磁石130の外側にある各第1ティース111にS極が発生するように、各界磁巻線120にマイナス方向の界磁電流Ifを流す。S極の各永久磁石130の外側にある各第1ティース111には、N極が発生する。これにより、各界磁極形成部190による起磁力は減少する。このように、各界磁極形成部190の起磁力は、各界磁巻線120に流す界磁電流Ifによって自由に調節することができる。各界磁極形成部190は、各第1ティース111の起磁力の増減によって、界磁磁束を広く増減することができる。 In this case, a negative field current If is passed through each field winding 120 so that an S pole is generated in each first tooth 111 outside each permanent magnet 130 of the N pole. An N pole is generated in each first tooth 111 outside each permanent magnet 130 of the S pole. As a result, the magnetomotive force generated by each field magnetic pole forming portion 190 is reduced. In this way, the magnetomotive force of each field magnetic pole forming portion 190 can be freely adjusted by the field current If flowing through each field winding 120. The field magnetic flux forming portion 190 can widely increase or decrease the field magnetic flux by increasing or decreasing the magnetomotive force of each of the first teeth 111.

図5は、図1の第1の固定子における磁気回路を示す部分回路図である。第1の固定子10における磁気回路では、各第1ティース111の起磁力F1および各永久磁石130の起磁力F2が並列に接続されている。各第1ティース111を通る磁束を磁束Φ1とし、各永久磁石130を通る磁束を磁束Φ2とする。この場合、各第1ティース111および各永久磁石130が並列となっている部分以外での磁束Φ0は、Φ0=Φ1+Φ2となっている。 FIG. 5 is a partial circuit diagram showing a magnetic circuit in the first stator of FIG. In the magnetic circuit in the first stator 10, the magnetomotive force F1 of each first tooth 111 and the magnetomotive force F2 of each permanent magnet 130 are connected in parallel. The magnetic flux passing through each of the first teeth 111 is defined as a magnetic flux Φ1, and the magnetic flux passing through each permanent magnet 130 is defined as a magnetic flux Φ2. In this case, the magnetic flux Φ0 except for the portion where the first teeth 111 and the permanent magnets 130 are in parallel is Φ0 = Φ1 + Φ2.

したがって、各第1ティース111の磁極の極性を反転させる、すなわちΦ1<0とすることにより、磁束Φ0を磁束Φ2より減少させることができる。この場合、各永久磁石130から出た磁束Φ2の全部または一部は、各第1ティース111へ向かうため、第2の固定子20の電機子巻線220が形成する磁束には鎖交しない。さらに、Φ1=−Φ2にして、磁束Φ0=0にすることにより、各界磁極形成部190の起磁力を0とすることもできる。 Therefore, the magnetic flux Φ0 can be reduced from the magnetic flux Φ2 by reversing the polarities of the magnetic poles of each first tooth 111, that is, by setting Φ1 <0. In this case, since all or a part of the magnetic flux Φ2 emitted from each permanent magnet 130 goes to each first tooth 111, it does not interlink with the magnetic flux formed by the armature winding 220 of the second stator 20. Further, by setting Φ1 = −Φ2 and the magnetic flux Φ0 = 0, the magnetomotive force of each field magnetic pole forming portion 190 can be set to 0.

各永久磁石130の透磁率は、各第1ティース111の透磁率より小さい。そのため、各界磁巻線120によって発生する磁束のほとんどは、各第1ティース111を通る。また、各永久磁石130は、各第1ティース111の位置から外れた位置で回転子30と対向しているので、各第1ティース111を通る磁束Φ1は、各永久磁石130を通らない。各磁束Φ1は、各永久磁石130の厚さ分の磁気ギャップの影響を受けない。これにより、各界磁巻線120は、第1ティース111を通る磁束Φ1を効率的に発生させることができる。 The magnetic permeability of each permanent magnet 130 is smaller than the magnetic permeability of each first tooth 111. Therefore, most of the magnetic flux generated by each field winding 120 passes through each of the first teeth 111. Further, since each permanent magnet 130 faces the rotor 30 at a position deviating from the position of each first tooth 111, the magnetic flux Φ1 passing through each of the first teeth 111 does not pass through each permanent magnet 130. Each magnetic flux Φ1 is not affected by the magnetic gap corresponding to the thickness of each permanent magnet 130. As a result, each field winding 120 can efficiently generate the magnetic flux Φ1 passing through the first teeth 111.

このようなハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1によれば、複数の界磁極形成部190のそれぞれにおいて、第1ティース111の磁極が回転子30と対向し、かつ永久磁石130の磁極が第1ティース111の位置から外れた位置で回転子30と対向している。また、複数の界磁極形成部190のそれぞれには、第1ティース111の磁極と、永久磁石130の磁極とによって界磁極が形成される。 According to such a hybrid field type double gap synchronous machine 1, in each of the plurality of field magnetic pole forming portions 190, the magnetic pole of the first teeth 111 faces the rotor 30, and the magnetic pole of the permanent magnet 130 is the first. It faces the rotor 30 at a position deviating from the position of the teeth 111. Further, a field magnetic pole is formed in each of the plurality of field magnetic pole forming portions 190 by the magnetic poles of the first teeth 111 and the magnetic poles of the permanent magnet 130.

そのため、界磁巻線120による磁束と、永久磁石130の磁束とを別々の磁路に通すことができる。すなわち、界磁巻線120の起磁力および永久磁石130の起磁力を磁気回路において並列にすることができる。これにより、永久磁石130の位置を避けて界磁巻線120による磁束を通すことができ、界磁巻線120による起磁力を増減させることによって、界磁磁束を広く増減することができる。したがって、第1の固定子10の界磁磁束の増減範囲を拡大することができ、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1の出力範囲を拡大することができる。 Therefore, the magnetic flux due to the field winding 120 and the magnetic flux of the permanent magnet 130 can be passed through separate magnetic paths. That is, the magnetomotive force of the field winding 120 and the magnetomotive force of the permanent magnet 130 can be arranged in parallel in the magnetic circuit. As a result, the magnetic flux generated by the field winding 120 can be passed while avoiding the position of the permanent magnet 130, and the field magnetic flux can be widely increased or decreased by increasing or decreasing the magnetomotive force generated by the field winding 120. Therefore, the range of increase / decrease of the field magnetic flux of the first stator 10 can be expanded, and the output range of the hybrid field type double gap synchronous machine 1 can be expanded.

また、Pr=Pa+Pfの関係を満たしている。これにより、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1のトルクを高めることができる。 Moreover, the relationship of Pr = Pa + Pf is satisfied. As a result, the torque of the hybrid field type double gap synchronous machine 1 can be increased.

また、各界磁巻線120は、各第1ティース111に個別に巻かれている。これにより、各第1ティース111の磁束を効率的に発生させることができる。 Further, each field winding 120 is individually wound around each first tooth 111. As a result, the magnetic flux of each first tooth 111 can be efficiently generated.

また、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1によれば、第1の固定子10および第2の固定子20のそれぞれは、回転子30の軸方向について、回転子30と対向している。これにより、各第1ティース111に各界磁巻線120を直接巻く作業が容易に行える。または、各界磁巻線120をコイルとして形成した後に、各第1ティース111にはめ込むことが容易に行える。さらに、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1の形状として、扁平形状のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を作製することができる。 Further, according to the hybrid field type double gap synchronous machine 1, each of the first stator 10 and the second stator 20 faces the rotor 30 in the axial direction of the rotor 30. As a result, the work of directly winding each field winding 120 around each first tooth 111 can be easily performed. Alternatively, after each field winding 120 is formed as a coil, it can be easily fitted into each first tooth 111. Further, as the shape of the hybrid field type double gap synchronous machine 1, a flat hybrid field type double gap synchronous machine can be manufactured.

各第1ティース111および各永久磁石130が磁気回路において直列になっている場合、次の問題が発生する。各界磁巻線120によって界磁極の磁束を減らす場合、各界磁巻線120による磁束は、各永久磁石130を、各永久磁石130の磁極と逆方向に通過する。そのため、各永久磁石130が永久減磁されるリスクは高くなる。ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1によれば、各第1ティース111および各永久磁石130が磁気回路において並列になっている。そのため、各界磁巻線120による逆方向の磁束は、各永久磁石130を通過しない。これにより、各永久磁石130が永久減磁されるリスクは低くなる。 When each first tooth 111 and each permanent magnet 130 are connected in series in a magnetic circuit, the following problems occur. When the magnetic flux of the field poles is reduced by the field windings 120, the magnetic fluxes of the field windings 120 pass through the permanent magnets 130 in the direction opposite to the magnetic poles of the permanent magnets 130. Therefore, the risk that each permanent magnet 130 is permanently demagnetized increases. According to the hybrid field type double gap synchronous machine 1, each first tooth 111 and each permanent magnet 130 are arranged in parallel in a magnetic circuit. Therefore, the magnetic flux in the opposite direction due to each field winding 120 does not pass through each permanent magnet 130. This reduces the risk of each permanent magnet 130 being permanently demagnetized.

なお、上記の例では、Pr=Pa+Pfの関係を満たしている。しかし、Pr=|Pa−Pf|の関係を満たしている場合においても、同様にハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機1のトルクを高めることができる。 In the above example, the relationship of Pr = Pa + Pf is satisfied. However, even when the relationship of Pr = | Pa-Pf | is satisfied, the torque of the hybrid field type double gap synchronous machine 1 can be similarly increased.

なお、上記の例では、第1固定子コア100および第2固定子コア200がそれぞれ積層鉄心により形成されている。しかし、第1固定子コア100および第2固定子コア200を圧粉磁心によって形成してもよい。この場合には、第1固定子端板140および第2固定子端板240は必要としない。また、回転子30を圧粉磁心によって形成してもよい。 In the above example, the first stator core 100 and the second stator core 200 are each formed of laminated iron cores. However, the first stator core 100 and the second stator core 200 may be formed by a dust core. In this case, the first stator end plate 140 and the second stator end plate 240 are not required. Further, the rotor 30 may be formed by a dust core.

また、上記の例では、各界磁巻線120が巻かれた各第1ティース111が各永久磁石130および各第2ティース112よりも回転子30の径方向外側に配置されている。しかし、各永久磁石130および各第2ティース112を各界磁巻線120および各第1ティース111よりも径方向外側に配置してもよい。また、各第1ティース111の側面と各第2ティース112の側面とを接触させ、各第1ティース111および各第2ティース112を一体として、各界磁巻線120を巻いてもよい。これにより、各界磁巻線120によって各第2ティース112に発生した磁束を各第1ティース111に流入させることができる。 Further, in the above example, each first tooth 111 around which each field winding 120 is wound is arranged radially outside the rotor 30 with respect to each permanent magnet 130 and each second tooth 112. However, each permanent magnet 130 and each second tooth 112 may be arranged radially outside of each field winding 120 and each first tooth 111. Further, the side surface of each of the first teeth 111 and the side surface of each of the second teeth 112 may be brought into contact with each other, and each of the first teeth 111 and each of the second teeth 112 may be integrated and wound with each field winding 120. As a result, the magnetic flux generated in each of the second teeth 112 by each field winding 120 can flow into each of the first teeth 111.

また、上記の例では、各界磁巻線120および各電機子巻線220がそれぞれ集中巻きである場合について説明した。しかし、これらの各巻線は、それぞれ分布巻きでもよい。また、これらの各巻線は、それぞれ集中巻きと分布巻きとの組み合わせであってもよい。また、界磁巻線120および電機子巻線220のうち、一方が他方よりも回転子30の径方向について内側の位置に配置されていてもよい。 Further, in the above example, the case where each field winding 120 and each armature winding 220 are centrally wound has been described. However, each of these windings may be a distributed winding. Further, each of these windings may be a combination of a concentrated winding and a distributed winding. Further, one of the field winding 120 and the armature winding 220 may be arranged at a position inside the rotor 30 in the radial direction with respect to the other.

また、上記の例では、回転子30において(Pa+Pf)個の突極311が円環状の回転子基部310から径方向外側へ突出している構成について説明した。しかし、回転子30は、(Pa+Pf)個の突極を磁気的に有していればよい。すなわち、回転子30の形態は、リラクタンス形回転子であればどのような形態であってもよい。例えば、円筒形の回転子に(Pa+Pf)組のフラックスバリアを設けてもよい。 Further, in the above example, the configuration in which (Pa + Pf) of salient poles 311 protrude outward in the radial direction from the annular rotor base 310 in the rotor 30 has been described. However, the rotor 30 may magnetically have (Pa + Pf) salient poles. That is, the form of the rotor 30 may be any form as long as it is a reluctance type rotor. For example, a (Pa + Pf) set of flux barriers may be provided on the cylindrical rotor.

さらに、上記の例では、2Paが8、2Pfが12、Pa+Pfが10となっている。しかし、PaおよびPfは、Pa≠Pf、かつ、|Pa−Pf|≠1であれば、どのような組み合わせでもよい。Pa≠Pfとする理由は、界磁巻線120および電機子巻線220が変圧器結合しないようにするためである。また、|Pa−Pf|≠1とする理由は、第1の固定子10と回転子30との間に働く磁気吸引力、および第2の固定子20と回転子30との間に働く磁気吸引力をそれぞれ平衡させ、回転軸に対して異常な振動または騒音を発生させないようにするためである。ただし、これらの影響により、特性が低下しても問題がない用途であれば、|Pa−Pf|≠1でなくてもよい。 Further, in the above example, 2Pa is 8, 2Pf is 12, and Pa + Pf is 10. However, Pa and Pf may be in any combination as long as Pa ≠ Pf and | Pa-Pf | ≠ 1. The reason why Pa ≠ Pf is to prevent the field winding 120 and the armature winding 220 from being connected to the transformer. The reason why | Pa-Pf | ≠ 1 is that the magnetic attraction force acting between the first stator 10 and the rotor 30 and the magnetism acting between the second stator 20 and the rotor 30. This is to balance the suction forces and prevent abnormal vibration or noise from being generated on the rotating shaft. However, | Pa-Pf | ≠ 1 does not have to be used as long as there is no problem even if the characteristics are deteriorated due to these influences.

また、上記の例では、第2の固定子20における毎極毎相のスロット数は1/2である。しかし、第2の固定子20は、どのようなスロットコンビを用いてもよい。 Further, in the above example, the number of slots for each pole and each phase in the second stator 20 is 1/2. However, any slot combination may be used for the second stator 20.

実施の形態2.
次に、実施の形態2におけるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機について、図6から図8を用いて説明する。実施の形態2では、第1の固定子において、界磁巻線の数および各永久磁石の配置が実施の形態1と異なっている。図6は、この発明を実施するための実施の形態2によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す斜視図である。図7は、図6のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す分解斜視図である。また、図8は、図7の第1の固定子を示す斜視図である。
Embodiment 2.
Next, the hybrid field type double gap synchronous machine according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 8. In the second embodiment, in the first stator, the number of field windings and the arrangement of each permanent magnet are different from those in the first embodiment. FIG. 6 is a perspective view showing a hybrid field type double gap synchronous machine according to the second embodiment for carrying out the present invention. FIG. 7 is an exploded perspective view showing the hybrid field type double gap synchronous machine of FIG. Further, FIG. 8 is a perspective view showing the first stator of FIG. 7.

ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機2は、第1の固定子11と、第2の固定子20と、回転子30とを備えている。第2の固定子20は、回転子30の軸方向について、第1の固定子11と対向している。回転子30は、第1の固定子11および第2の固定子20の間に設けられている。これにより、実施の形態2によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機2は、アキシャルギャップ型の同期機となっている。 The hybrid field type double gap synchronous machine 2 includes a first stator 11, a second stator 20, and a rotor 30. The second stator 20 faces the first stator 11 in the axial direction of the rotor 30. The rotor 30 is provided between the first stator 11 and the second stator 20. As a result, the hybrid field type double gap synchronous machine 2 according to the second embodiment is an axial gap type synchronous machine.

第1の固定子11は、第1固定子コア100と、1つの界磁巻線121と、複数の永久磁石131と、複数の永久磁石132と、第1固定子端板140とを有している。第1固定子コア100は、第1固定子コアベース110と、複数の第1ティース111と、複数の第2ティース112とを有している。 The first stator 11 has a first stator core 100, one field winding 121, a plurality of permanent magnets 131, a plurality of permanent magnets 132, and a first stator end plate 140. ing. The first stator core 100 has a first stator core base 110, a plurality of first teeth 111, and a plurality of second teeth 112.

各永久磁石131は、各第1ティース111上に、回転子30の周方向へ一つ飛ばしでそれぞれ配置されている。また、各永久磁石132は、各第2ティース112上に、回転子30の周方向へ一つ飛ばしでそれぞれ配置されている。この場合、永久磁石131が配置されている各第1ティース111について、回転子30の径方向内側にある各第2ティース112には、永久磁石132は配置されていない。すなわち、各永久磁石132は、各永久磁石131に対して、回転子30の周方向へ、第1ティース111または第2ティース112の1個分ずれて配置されている。また、回転子30に対向する各永久磁石131の磁極の極性は、それぞれN極である。回転子30に対向する各永久磁石132の磁極の極性は、それぞれS極である。すなわち、回転子30に対向する各永久磁石131の磁極の極性および回転子30に対向する各永久磁石132の磁極の極性は、N極およびS極の順で回転子30の周方向へ交互に配置されている。各永久磁石131の配置および各永久磁石132の配置が同じで、回転子30に対向する各永久磁石131の磁極の極性がS極であり、かつ、回転子30に対向する各永久磁石132の磁極の極性がN極であってもよい。 Each permanent magnet 131 is arranged on each of the first teeth 111 by skipping one in the circumferential direction of the rotor 30. Further, each permanent magnet 132 is arranged on each of the second teeth 112 by skipping one in the circumferential direction of the rotor 30. In this case, for each of the first teeth 111 on which the permanent magnet 131 is arranged, the permanent magnet 132 is not arranged on each of the second teeth 112 on the radial inside of the rotor 30. That is, each permanent magnet 132 is arranged with respect to each permanent magnet 131 so as to be offset by one of the first teeth 111 or the second teeth 112 in the circumferential direction of the rotor 30. Further, the polarities of the magnetic poles of the permanent magnets 131 facing the rotor 30 are N poles, respectively. The polarities of the magnetic poles of the permanent magnets 132 facing the rotor 30 are S poles, respectively. That is, the polarity of the magnetic pole of each permanent magnet 131 facing the rotor 30 and the polarity of the magnetic pole of each permanent magnet 132 facing the rotor 30 alternate in the circumferential direction of the rotor 30 in the order of N pole and S pole. Have been placed. The arrangement of each permanent magnet 131 and the arrangement of each permanent magnet 132 are the same, the polarity of the magnetic pole of each permanent magnet 131 facing the rotor 30 is the S pole, and the arrangement of each permanent magnet 132 facing the rotor 30 is the same. The polarity of the magnetic pole may be N pole.

各永久磁石131が配置されている各第1ティース111の高さは、永久磁石131が配置されていない第1ティース111の高さよりも各永久磁石131の厚さの分だけ低い。また、各永久磁石132が配置されている各第2ティース112の高さは、永久磁石132が配置されていない第2ティース112の高さよりも各永久磁石132の厚さの分だけ低い。そのため、各永久磁石131、永久磁石131が配置されていない各第1ティース111、各永久磁石132および永久磁石132が配置されていない各第2ティース112の高さはすべて等しい。これにより、各永久磁石131と回転子30とのギャップ、永久磁石131が配置されていない各第1ティース111と回転子30とのギャップ、各永久磁石132と回転子30とのギャップ、および永久磁石132が配置されていない各第2ティース112と回転子30とのギャップは、すべて等しい。 The height of each first tooth 111 in which each permanent magnet 131 is arranged is lower than the height of the first tooth 111 in which the permanent magnet 131 is not arranged by the thickness of each permanent magnet 131. Further, the height of each second tooth 112 in which each permanent magnet 132 is arranged is lower than the height of the second tooth 112 in which the permanent magnet 132 is not arranged by the thickness of each permanent magnet 132. Therefore, the heights of the permanent magnets 131, the first teeth 111 in which the permanent magnets 131 are not arranged, and the second teeth 112 in which the permanent magnets 132 and the permanent magnets 132 are not arranged are all equal. As a result, the gap between each permanent magnet 131 and the rotor 30, the gap between each first tooth 111 and the rotor 30 where the permanent magnet 131 is not arranged, the gap between each permanent magnet 132 and the rotor 30, and the permanent The gaps between each second tooth 112 and the rotor 30 where the magnet 132 is not arranged are all equal.

界磁巻線121は、各第1ティース111よりも回転子30の径方向内側に配置されている。また、界磁巻線121は、各第2ティース112よりも回転子30の径方向外側に配置されている。これにより、界磁巻線121は、各第1ティース111および各第2ティース112の間に配置されている。また、界磁巻線121は、第1の固定子10の軸線を中心とした環状に配置されている。界磁巻線121は、各第1ティース111間を通らない。そのため、実施の形態1と比較して、各第1ティース111同士の間隔を詰めることができる。回転子30から見た場合の各第1ティース111の断面積を大きく取ることができる。これにより、各第1ティース111による磁束の発生範囲を拡大することができ、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機2の出力範囲をさらに広げることができる。 The field winding 121 is arranged radially inside the rotor 30 with respect to each of the first teeth 111. Further, the field winding 121 is arranged outside the rotor 30 in the radial direction with respect to each of the second teeth 112. As a result, the field winding 121 is arranged between the first teeth 111 and the second teeth 112. Further, the field winding 121 is arranged in an annular shape centered on the axis of the first stator 10. The field winding 121 does not pass between the first teeth 111. Therefore, as compared with the first embodiment, the distance between the first teeth 111 can be reduced. The cross-sectional area of each of the first teeth 111 when viewed from the rotor 30 can be made large. As a result, the range of magnetic flux generated by each of the first teeth 111 can be expanded, and the output range of the hybrid field type double gap synchronous machine 2 can be further expanded.

界磁巻線121に界磁電流Ifを流す場合、界磁巻線121の回りに磁束が発生する。各永久磁石131の透磁率および各永久磁石132の透磁率は1.05程度であり、各第1ティース111の透磁率および各第2ティース112の透磁率と比較して小さい。そのため、界磁巻線121による磁束は、各永久磁石131が配置された各第1ティース111よりも、永久磁石131が配置されていない各第1ティース111を優先的に通過する。界磁巻線121による磁束は、各永久磁石132が配置された各第2ティース112よりも、永久磁石132が配置されていない各第2ティース112を優先的に通過する。そのため、永久磁石131が配置されていない各第1ティース111には、磁極がそれぞれ形成される。永久磁石131が配置されていない各第1ティース111よりも回転子30の径方向内側にある各第2ティース112上には、各永久磁石132が配置されている。これにより、回転子30の径方向について位置が合わせられている第1ティース111および永久磁石132は、界磁極を形成する界磁極形成部190をそれぞれ形成する。 When a field current If is passed through the field winding 121, a magnetic flux is generated around the field winding 121. The magnetic permeability of each permanent magnet 131 and the magnetic permeability of each permanent magnet 132 are about 1.05, which are smaller than the magnetic permeability of each first tooth 111 and the magnetic permeability of each second tooth 112. Therefore, the magnetic flux generated by the field winding 121 preferentially passes through the first teeth 111 in which the permanent magnets 131 are not arranged, rather than the first teeth 111 in which the permanent magnets 131 are arranged. The magnetic flux generated by the field winding 121 preferentially passes through the second teeth 112 in which the permanent magnets 132 are not arranged, rather than the second teeth 112 in which the permanent magnets 132 are arranged. Therefore, magnetic poles are formed on each of the first teeth 111 on which the permanent magnet 131 is not arranged. Each permanent magnet 132 is arranged on each second tooth 112 which is radially inside the rotor 30 with respect to each first tooth 111 where the permanent magnet 131 is not arranged. As a result, the first teeth 111 and the permanent magnet 132, which are aligned in the radial direction of the rotor 30, form the field pole forming portion 190 that forms the field pole, respectively.

同様に、永久磁石132が配置されていない各第2ティース112には、磁極がそれぞれ形成される。永久磁石132が配置されていない各第2ティース112よりも回転子30の径方向外側にある各第1ティース111上には、各永久磁石131が配置されている。これにより、回転子30の径方向に位置が合わせられている第2ティース112および永久磁石131は、界磁極を形成する界磁極形成部190をそれぞれ形成する。ここで、永久磁石131が配置されていない各第1ティース111、および永久磁石132が配置されていない各第2ティース112は、極ティースを構成する。 Similarly, a magnetic pole is formed on each second tooth 112 on which the permanent magnet 132 is not arranged. Each permanent magnet 131 is arranged on each first tooth 111 located radially outside the rotor 30 with respect to each second tooth 112 on which the permanent magnet 132 is not arranged. As a result, the second tooth 112 and the permanent magnet 131, which are aligned in the radial direction of the rotor 30, form the field pole forming portion 190 that forms the field pole, respectively. Here, each first tooth 111 on which the permanent magnet 131 is not arranged and each second tooth 112 on which the permanent magnet 132 is not arranged constitute a polar tooth.

回転子30の側から見て、界磁巻線121に反時計回りの界磁電流Ifが流れている場合、回転子30に対向する各第1ティース111の磁極の極性は、すべてS極となる。そのため、永久磁石131が配置されていない各第1ティース111には、S極の大きな起磁力が発生する。回転子30に対向する各永久磁石132の磁極の極性も、S極である。これにより、S極の各永久磁石132およびS極の各第1ティース111からなる界磁極形成部190では、S極の界磁磁束を増加することができる。したがって、この例では、回転子30の側から見て、界磁巻線121に反時計回りの界磁電流Ifが流れている場合がプラス方向となる。 When a counterclockwise field current If is flowing through the field winding 121 when viewed from the rotor 30 side, the polarities of the magnetic poles of the first teeth 111 facing the rotor 30 are all S poles. Become. Therefore, a large magnetomotive force of the S pole is generated in each of the first teeth 111 in which the permanent magnet 131 is not arranged. The polarity of the magnetic poles of each permanent magnet 132 facing the rotor 30 is also the S pole. As a result, the field magnetic flux of the S pole can be increased in the field magnetic pole forming portion 190 composed of the permanent magnets 132 of the S pole and the first teeth 111 of the S pole. Therefore, in this example, when the field current If is flowing counterclockwise in the field winding 121 when viewed from the rotor 30, the positive direction is obtained.

また、回転子30に対向する各第2ティース112の磁極の極性は、すべてN極となる。永久磁石132が配置されていない各第2ティース112には、N極の大きな起磁力が発生する。回転子30に対向する各永久磁石131の磁極の極性も、N極である。これにより、N極の各永久磁石131およびN極の各第2ティース112からなる各界磁極形成部190では、N極の界磁磁束を増加することができる。これにより、界磁電流Ifを界磁巻線121のプラス方向に流す場合、界磁極形成部190による界磁磁束を増加することができる。 Further, the polarities of the magnetic poles of the second teeth 112 facing the rotor 30 are all N poles. A large magnetomotive force of the north pole is generated in each second tooth 112 in which the permanent magnet 132 is not arranged. The polarity of the magnetic poles of each permanent magnet 131 facing the rotor 30 is also N pole. As a result, the field magnetic flux of the N pole can be increased in each field magnetic pole forming portion 190 composed of the permanent magnets 131 of the N pole and the second teeth 112 of the N pole. As a result, when the field current If is passed in the positive direction of the field winding 121, the field magnetic flux due to the field magnetic pole forming portion 190 can be increased.

また、界磁電流Ifをマイナス方向に流す場合、回転子30に対向する各第1ティース111の磁極の極性は、N極となる。永久磁石131が配置されていない各第1ティース111よりも回転子30の径方向内側にある各第2ティース112上には、S極の各永久磁石132が配置されている。そのため、各界磁極形成部190は、回転子30の側から見て、N極の各第1ティース111およびS極の各永久磁石132を有する。これにより、各永久磁石132の起磁力は、各第1ティース111の起磁力によって減じられる。このことは、S極の各第2ティース112およびN極の各永久磁石131の組み合わせについても、同様である。これにより、界磁電流Ifを界磁巻線121のマイナス方向に流す場合、界磁極形成部190による界磁磁束を減少することができる。さらに、界磁電流Ifを調整することによって、各界磁極形成部190の起磁力を0にすることも可能である。これにより、界磁電流Ifによって、各界磁極形成部190の起磁力を調節することができ、界磁磁束を広く増減することができる。 Further, when the field current If flows in the negative direction, the polarity of the magnetic poles of the first teeth 111 facing the rotor 30 becomes the north pole. Each permanent magnet 132 of the S pole is arranged on each second tooth 112 which is radially inside the rotor 30 with respect to each first tooth 111 where the permanent magnet 131 is not arranged. Therefore, each field magnetic pole forming portion 190 has each first tooth 111 of N pole and each permanent magnet 132 of S pole when viewed from the side of the rotor 30. As a result, the magnetomotive force of each permanent magnet 132 is reduced by the magnetomotive force of each first tooth 111. This also applies to the combination of the second teeth 112 of the S pole and the permanent magnets 131 of the N pole. As a result, when the field current If is passed in the negative direction of the field winding 121, the field magnetic flux due to the field magnetic pole forming portion 190 can be reduced. Further, the magnetomotive force of each field magnetic pole forming portion 190 can be set to 0 by adjusting the field current If. As a result, the magnetomotive force of each field magnetic pole forming portion 190 can be adjusted by the field current If, and the field magnetic flux can be widely increased or decreased.

このようなハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機2においては、第1の固定子11が1つの界磁巻線121を有している。各第1ティース111および各第2ティース112には、1つの界磁巻線121への通電によって磁極がそれぞれ形成されている。これにより、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機2の作製工程を減らすことができる。また、回転子30から見た場合の各第1ティース111の面積を大きくできるため、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機2の出力範囲をさらに広げることができる。 In such a hybrid field type double gap synchronous machine 2, the first stator 11 has one field winding 121. A magnetic pole is formed in each of the first teeth 111 and each second teeth 112 by energizing one field winding 121. As a result, the manufacturing process of the hybrid field type double gap synchronous machine 2 can be reduced. Further, since the area of each of the first teeth 111 when viewed from the rotor 30 can be increased, the output range of the hybrid field type double gap synchronous machine 2 can be further expanded.

実施の形態3.
次に、実施の形態3におけるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機について、図9から図12を用いて説明する。図9は、この発明を実施するための実施の形態3によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す斜視図である。
Embodiment 3.
Next, the hybrid field type double gap synchronous machine according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 12. FIG. 9 is a perspective view showing a hybrid field type double gap synchronous machine according to the third embodiment for carrying out the present invention.

ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機3は、第1の固定子12と、第2の固定子22と、回転子32とを備えている。第2の固定子22は、回転子32の径方向について、第1の固定子12と対向している。回転子32は、第1の固定子12および第2の固定子22の間に設けられている。第1の固定子12、第2の固定子22および回転子32の形状は、それぞれ円筒形状である。また、第1の固定子12および回転子32の間には、ギャップが設けられている。回転子32および第2の固定子22の間には、ギャップが設けられている。これにより、実施の形態3によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機3は、ラジアルギャップ型の同期機となっている。回転子32は、図示しない回転軸に固定されている。回転軸は、図示しないハウジングに回転可能に支持されている。回転子32は、回転軸と同軸に配置されている。 The hybrid field type double gap synchronous machine 3 includes a first stator 12, a second stator 22, and a rotor 32. The second stator 22 faces the first stator 12 in the radial direction of the rotor 32. The rotor 32 is provided between the first stator 12 and the second stator 22. The shapes of the first stator 12, the second stator 22, and the rotor 32 are cylindrical, respectively. Further, a gap is provided between the first stator 12 and the rotor 32. A gap is provided between the rotor 32 and the second stator 22. As a result, the hybrid field type double gap synchronous machine 3 according to the third embodiment is a radial gap type synchronous machine. The rotor 32 is fixed to a rotating shaft (not shown). The rotating shaft is rotatably supported by a housing (not shown). The rotor 32 is arranged coaxially with the rotation axis.

図10は、図9の第1の固定子を示す斜視図である。第1の固定子12は、第1固定子コア101と、複数の界磁巻線122と、複数の永久磁石133とを有している。第1固定子コア101は、第1固定子コアベース115と、複数の第1ティース116とを有している。第1固定子コアベース115の形状は、円柱形状である。第1固定子コア101は、第1固定子コアベース115の外周面に、回転子32の軸方向について、一方の側の第1の領域171と、他方の側の第2の領域172とを有している。 FIG. 10 is a perspective view showing the first stator of FIG. The first stator 12 has a first stator core 101, a plurality of field windings 122, and a plurality of permanent magnets 133. The first stator core 101 has a first stator core base 115 and a plurality of first teeth 116. The shape of the first stator core base 115 is a cylindrical shape. The first stator core 101 has a first region 171 on one side and a second region 172 on the other side in the axial direction of the rotor 32 on the outer peripheral surface of the first stator core base 115. Have.

第1の領域171には、各永久磁石133が、回転子32の周方向へ互いに間隔をあけて並べられている。各永久磁石133の形状は、直方体形状である。回転子32に対向する各永久磁石133の磁極の極性は、N極およびS極の順で回転子32の周方向へ交互に配置されている。この例では、12個の永久磁石133が第1の領域171に並べられている。 In the first region 171, the permanent magnets 133 are arranged so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction of the rotor 32. The shape of each permanent magnet 133 is a rectangular parallelepiped shape. The polarities of the magnetic poles of the permanent magnets 133 facing the rotor 32 are arranged alternately in the circumferential direction of the rotor 32 in the order of the north pole and the south pole. In this example, 12 permanent magnets 133 are arranged in the first region 171.

第2の領域172には、各第1ティース116が、各永久磁石133の位置に合わせて、回転子32の周方向へ互いに間隔をあけて並べられている。各第1ティース116は、各永久磁石133と、回転子32の軸方向へ間隔をあけて配置されている。各第1ティース116は、第1固定子コアベース115から、回転子32の径方向外側に向けて突出している。各第1ティース116の形状は、直方体形状である。 In the second region 172, the first teeth 116 are arranged at intervals in the circumferential direction of the rotor 32 according to the positions of the permanent magnets 133. Each of the first teeth 116 is arranged with a space between each permanent magnet 133 and the rotor 32 in the axial direction. Each first tooth 116 projects from the first stator core base 115 toward the radial outer side of the rotor 32. The shape of each first tooth 116 is a rectangular parallelepiped shape.

各界磁巻線122は、各第1ティース116に個別に巻かれている。各界磁巻線122は、回転子32の径方向を巻線の軸方向として巻かれている。各界磁巻線122の巻線方向は、回転子32から見て時計回り方向および反時計回り方向の順で回転子32の周方向へ交互になっている。各第1ティース116は、それぞれ極ティースを構成する。各第1ティース116は、各界磁巻線122への通電によって磁極が形成される。なお、複数の永久磁石133が第2の領域172に並べられ、複数の第1ティース116が第1の領域171に並べられてもよい。 Each field winding 122 is individually wound around each first tooth 116. Each field winding 122 is wound with the radial direction of the rotor 32 as the axial direction of the winding. The winding direction of each field winding 122 alternates in the circumferential direction of the rotor 32 in the order of clockwise direction and counterclockwise direction when viewed from the rotor 32. Each first tooth 116 constitutes a polar tooth. A magnetic pole is formed in each of the first teeth 116 by energizing each field winding 122. The plurality of permanent magnets 133 may be arranged in the second region 172, and the plurality of first teeth 116 may be arranged in the first region 171.

図11は、図9の第2の固定子を示す斜視図である。第2の固定子22は、第2固定子コア201と、複数の電機子巻線221とを有している。第2固定子コア201は、第2固定子コアベース215と、複数の第3ティース216とを有している。第2固定子コアベース215の形状は、円筒形状である。各第3ティース216は、第2固定子コアベース215から、回転子32の径方向内側に突出している。各第3ティース216の形状は、直方体形状である。各電機子巻線221は、各第3ティース216に個別に巻かれている。この例では、12個の第3ティース216が第2固定子コアベース215に設けられている。 FIG. 11 is a perspective view showing the second stator of FIG. The second stator 22 has a second stator core 201 and a plurality of armature windings 221. The second stator core 201 has a second stator core base 215 and a plurality of third teeth 216. The shape of the second stator core base 215 is a cylindrical shape. Each third tooth 216 projects radially inward from the second stator core base 215 of the rotor 32. The shape of each third tooth 216 is a rectangular parallelepiped shape. Each armature winding 221 is individually wound around each third tooth 216. In this example, twelve third teeth 216 are provided on the second stator core base 215.

図12は、図9の回転子を示す斜視図である。回転子32の形状は、円筒形状である。回転子32は、複数の突極312と、複数の樹脂部320とを有している。複数の突極312および複数の樹脂部320は、一体成形されている。各突極312および各樹脂部320は、回転子32の周方向へ交互に配置されている。この例では、各突極312および各樹脂部320は、10個ずつ配置されている。各突極312は、回転子32の周方向へ等間隔に配置されている。 FIG. 12 is a perspective view showing the rotor of FIG. The shape of the rotor 32 is a cylindrical shape. The rotor 32 has a plurality of salient poles 312 and a plurality of resin portions 320. The plurality of salient poles 312 and the plurality of resin portions 320 are integrally molded. The salient poles 312 and the resin portions 320 are alternately arranged in the circumferential direction of the rotor 32. In this example, 10 salient poles 312 and 10 resin portions 320 are arranged. The salient poles 312 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotor 32.

各突極312は、磁性材料によって形成されている。樹脂部320は、樹脂材料によって形成されている。樹脂部320は、非磁性の特性を有している。そのため、磁気的に見ると、突極312のみが空間に配置されている状態になる。この例では、各突極312同士の間にのみ、樹脂部320が配置されている。しかし、樹脂部320が円筒形を構成し、樹脂部320が、回転子32の周方向について部分的に各突極312を個別に包み込む構成を採ってもよい。 Each salient pole 312 is formed of a magnetic material. The resin portion 320 is formed of a resin material. The resin portion 320 has a non-magnetic property. Therefore, when viewed magnetically, only the salient pole 312 is arranged in the space. In this example, the resin portion 320 is arranged only between the salient poles 312. However, the resin portion 320 may form a cylindrical shape, and the resin portion 320 may be configured to partially individually wrap each salient pole 312 in the circumferential direction of the rotor 32.

回転子32の軸方向に位置が合わされて配置されている第1ティース116および永久磁石133は、それぞれ界磁極形成部190を形成している。界磁極形成部190のそれぞれは、永久磁石133と、界磁巻線122への通電によって磁極が形成される第1ティース116を有している。これにより、界磁極形成部190のそれぞれには、第1ティース116の磁極と、永久磁石133の磁極とによって界磁極が形成される。 The first teeth 116 and the permanent magnets 133, which are aligned and arranged in the axial direction of the rotor 32, each form a field pole forming portion 190. Each of the field pole forming portions 190 has a permanent magnet 133 and a first tooth 116 in which a magnetic pole is formed by energizing the field winding 122. As a result, a field magnetic pole is formed in each of the field pole forming portions 190 by the magnetic poles of the first teeth 116 and the magnetic poles of the permanent magnet 133.

N極の各永久磁石133の位置に合わせて設けられている各第1ティース116において、回転子32に対向する各第1ティース116の磁極の極性がN極となるように、各界磁巻線122に界磁電流Ifを流す。この場合、S極の各永久磁石133の位置に合わせて設けられている各第1ティース116において、回転子32に対向する各第1ティース116の磁極の極性は、S極となる。これにより、界磁極形成部190の界磁磁束は増加する。一方、各界磁巻線122に界磁電流Ifを逆方向に流した場合、界磁極形成部190の界磁磁束は減少する。これにより、出力範囲の広いハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機3を得ることができる。 In each of the first teeth 116 provided according to the position of each permanent magnet 133 of the N pole, each field winding so that the polarity of the magnetic pole of each first tooth 116 facing the rotor 32 becomes the N pole. A field current If is passed through 122. In this case, in each of the first teeth 116 provided in accordance with the position of each permanent magnet 133 of the S pole, the polarity of the magnetic pole of each of the first teeth 116 facing the rotor 32 is the S pole. As a result, the field magnetic flux of the field magnetic pole forming portion 190 increases. On the other hand, when the field current If is passed through each field winding 122 in the opposite direction, the field magnetic flux of the field magnetic pole forming portion 190 is reduced. As a result, the hybrid field type double gap synchronous machine 3 having a wide output range can be obtained.

このようなハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機3によれば、第1の固定子12および第2の固定子22のそれぞれは、回転子32の径方向について、回転子32と対向している。これにより、回転子32の軸方向に細長い形状のモータを作製することができる。 According to such a hybrid field type double gap synchronous machine 3, each of the first stator 12 and the second stator 22 faces the rotor 32 in the radial direction of the rotor 32. This makes it possible to manufacture a motor having an elongated shape in the axial direction of the rotor 32.

実施の形態4.
次に、実施の形態4におけるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機について、図13を用いて説明する。実施の形態4では、第1の固定子において、界磁巻線の数および各永久磁石の配置が実施の形態3と異なっている。図13は、この発明を実施するための実施の形態4によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の第1の固定子を示す斜視図である。
Embodiment 4.
Next, the hybrid field type double gap synchronous machine according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, in the first stator, the number of field windings and the arrangement of each permanent magnet are different from those in the third embodiment. FIG. 13 is a perspective view showing a first stator of the hybrid field type double gap synchronous machine according to the fourth embodiment for carrying out the present invention.

第1の固定子13は、第1固定子コア101と、1つの界磁巻線123と、複数の永久磁石134と、複数の永久磁石135とを有している。第1固定子コア101は、第1固定子コアベース115と、複数の第1ティース116と、複数の第2ティース117とを有している。各第1ティース116および各第2ティース117は、第1固定子コアベース115から、回転子32の径方向外側に向けて突出している。 The first stator 13 has a first stator core 101, one field winding 123, a plurality of permanent magnets 134, and a plurality of permanent magnets 135. The first stator core 101 has a first stator core base 115, a plurality of first teeth 116, and a plurality of second teeth 117. Each of the first teeth 116 and each of the second teeth 117 protrudes from the first stator core base 115 toward the radial outer side of the rotor 32.

第1の領域171には、各永久磁石134および各第1ティース116が、回転子32の周方向へ互いに間隔をあけて、交互に並べられている。各永久磁石134の形状は、直方体形状である。回転子32に対向する各永久磁石134の磁極の極性は、N極である。この例では、各第1ティース116および各永久磁石134は、回転子32の周方向へ互いに等間隔に並べられている。 In the first region 171, the permanent magnets 134 and the first teeth 116 are alternately arranged at intervals in the circumferential direction of the rotor 32. The shape of each permanent magnet 134 is a rectangular parallelepiped shape. The polarity of the magnetic poles of each permanent magnet 134 facing the rotor 32 is N pole. In this example, the first teeth 116 and the permanent magnets 134 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotor 32.

第2の領域172には、各永久磁石135および各第2ティース117が、回転子32の周方向へ互いに間隔をあけて、交互に並べられている。各永久磁石135は、回転子32の軸方向について、各第1ティース116の位置に合わせて配置されている。各永久磁石135と各第1ティース116との間には、隙間が設けられている。各第2ティース117は、回転子32の軸方向について、各永久磁石134の位置に合わせて配置されている。各第2ティース117と各永久磁石134との間には、隙間が設けられている。各永久磁石135の形状は、直方体形状である。回転子32に対向する各永久磁石135の磁極の極性は、S極である。 In the second region 172, the permanent magnets 135 and the second teeth 117 are alternately arranged at intervals in the circumferential direction of the rotor 32. Each permanent magnet 135 is arranged so as to align with the position of each first tooth 116 in the axial direction of the rotor 32. A gap is provided between each permanent magnet 135 and each first tooth 116. Each second tooth 117 is arranged so as to align with the position of each permanent magnet 134 in the axial direction of the rotor 32. A gap is provided between each second tooth 117 and each permanent magnet 134. The shape of each permanent magnet 135 is a rectangular parallelepiped shape. The polarity of the magnetic poles of each permanent magnet 135 facing the rotor 32 is the S pole.

界磁巻線123は、第1の領域171および第2の領域172の境界において、回転子32の周方向へ巻かれている。界磁巻線123は、各永久磁石134と各第2ティース117との間を通っている。また、界磁巻線123は、各第1ティース116と各永久磁石135との間を通っている。各第1ティース116および各第2ティース117は、極ティースを構成する。各第1ティース116および各第2ティース117には、界磁巻線123への通電によって磁極がそれぞれ形成される。永久磁石134および各第2ティース117は、界磁極形成部190を形成する。また、永久磁石135および各第1ティース116は、界磁極形成部190を形成する。 The field winding 123 is wound in the circumferential direction of the rotor 32 at the boundary between the first region 171 and the second region 172. The field winding 123 passes between each permanent magnet 134 and each second tooth 117. Further, the field winding 123 passes between each of the first teeth 116 and each of the permanent magnets 135. Each first tooth 116 and each second tooth 117 constitutes a polar tooth. A magnetic pole is formed in each of the first teeth 116 and each second teeth 117 by energizing the field winding 123. The permanent magnet 134 and each second tooth 117 form a field pole forming portion 190. Further, the permanent magnet 135 and each of the first teeth 116 form a field pole forming portion 190.

界磁巻線123に、第1の領域171から第2の領域172を見た場合に時計回りとなる方向に界磁電流Ifを流す。この場合、回転子32に対向する各第2ティース117の磁極の極性は、N極となる。界磁極形成部190には、第2ティース117の磁極と、永久磁石134の磁極とによって界磁極が形成される。N極の各永久磁石134およびN極の各第2ティース117からなる界磁極形成部190では、N極の界磁磁束を増加することができる。また、回転子32に対向する各第1ティース116の磁極の極性は、S極となる。界磁極形成部190には、第1ティース116の磁極と、永久磁石135の磁極とによって界磁極が形成される。S極の各永久磁石135およびS極の各第1ティース116からなる界磁極形成部190では、S極の界磁磁束を増加することができる。そのため、界磁極形成部190のそれぞれは、界磁磁束を増加することができる。 A field current If is passed through the field winding 123 in a clockwise direction when the first region 171 to the second region 172 are viewed. In this case, the polarities of the magnetic poles of the second teeth 117 facing the rotor 32 are N poles. A field magnetic pole is formed in the field magnetic pole forming portion 190 by the magnetic poles of the second teeth 117 and the magnetic poles of the permanent magnet 134. The field magnetic flux of the N pole can be increased in the field magnetic pole forming portion 190 composed of the permanent magnets 134 of the N pole and the second teeth 117 of the N pole. Further, the polarities of the magnetic poles of the first teeth 116 facing the rotor 32 are S poles. A field magnetic pole is formed in the field magnetic pole forming portion 190 by the magnetic poles of the first teeth 116 and the magnetic poles of the permanent magnet 135. The field magnetic flux of the S pole can be increased in the field pole forming portion 190 composed of the permanent magnets 135 of the S pole and the first teeth 116 of the S pole. Therefore, each of the field magnetic flux forming portions 190 can increase the field magnetic flux.

一方、界磁巻線123に、第1の領域171から第2の領域172を見た場合に反時計回りとなる方向に界磁電流Ifを流した場合には、界磁磁束を減少することができる。これにより、第1の固定子13の界磁磁束の増減範囲を拡大することができ、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の出力範囲を拡大することができる。 On the other hand, when the field current If is passed through the field winding 123 in the counterclockwise direction when the first region 171 to the second region 172 are viewed, the field magnetic flux is reduced. Can be done. As a result, the range of increase / decrease in the field magnetic flux of the first stator 13 can be expanded, and the output range of the hybrid field type double gap synchronous machine can be expanded.

このようなハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機によれば、界磁巻線の巻線工程の分だけハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の作製工程を減らすことができる。 According to such a hybrid field type double gap synchronous machine, the manufacturing process of the hybrid field type double gap synchronous machine can be reduced by the amount of the winding process of the field winding.

1,2,3 ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機、10,11,12,13 第1の固定子、20,22 第2の固定子、30,32 回転子、111,116 第1ティース(極ティ−ス)、112,117 第2ティース(極ティ−ス)、120,121,122,123 界磁巻線、130,131,132,133,134,135 永久磁石、190 界磁極形成部、220,221 電機子巻線、311,312 突極。 1,2,3 Hybrid field double gap synchronous machine 10,11,12,13 1st stator, 20,22 2nd stator, 30,32 rotor, 111,116 1st teeth (poles) Teeth), 112,117 Second Teeth (pole teeth), 120,121,122,123 Field winding, 130,131,132,133,134,135 Permanent magnet, 190 field pole forming part, 220,221 Armature winding, 311, 312 salient poles.

Claims (7)

第1の固定子と、
前記第1の固定子と対向している第2の固定子と、
前記第1の固定子および前記第2の固定子の間に設けられている回転子とを備え、
前記第1の固定子は、界磁巻線と、前記回転子の周方向へ並ぶ複数の界磁極形成部とを有し、
前記第2の固定子は、電機子巻線を有し、
前記複数の界磁極形成部のそれぞれは、永久磁石と、前記界磁巻線への通電によって磁極が形成される極ティースとを有し、
前記複数の界磁極形成部のそれぞれでは、前記極ティースの磁極が前記回転子と対向し、かつ前記永久磁石の磁極が前記極ティースの位置から外れた位置で前記回転子と対向しており、
前記複数の界磁極形成部のそれぞれには、前記極ティースの磁極と、前記永久磁石の磁極とによって界磁極が形成され、
前記第1の固定子は、1つの前記界磁巻線を有し、
各前記極ティースには、前記1つの界磁巻線への通電によって磁極がそれぞれ形成されるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機。
The first stator and
A second stator facing the first stator,
A rotor provided between the first stator and the second stator is provided.
The first stator has a field winding and a plurality of field pole forming portions arranged in the circumferential direction of the rotor.
The second stator has an armature winding and
Each of the plurality of field pole forming portions has a permanent magnet and a polar tooth on which a magnetic pole is formed by energizing the field winding.
In each of the plurality of field magnetic pole forming portions, the magnetic pole of the pole teeth faces the rotor, and the magnetic pole of the permanent magnet faces the rotor at a position deviated from the position of the pole teeth.
A field magnetic pole is formed in each of the plurality of field pole forming portions by the magnetic poles of the polar teeth and the magnetic poles of the permanent magnet.
The first stator has one of the field windings.
Each said the pole teeth, the hybrid field type double gap synchronous machine poles Ru are each formed by a current supply to said one field winding.
第1の固定子と、
前記第1の固定子と対向している第2の固定子と、
前記第1の固定子および前記第2の固定子の間に設けられている回転子とを備え、
前記第1の固定子は、界磁巻線と、前記回転子の周方向へ並ぶ複数の界磁極形成部とを有し、
前記第2の固定子は、電機子巻線を有し、
前記複数の界磁極形成部のそれぞれは、前記回転子に対向する側の磁極がN極またはS極である永久磁石と、前記界磁巻線への通電によって磁極が形成される極ティースとを有し、
前記複数の界磁極形成部のそれぞれでは、前記極ティースの磁極が前記回転子と対向し、かつ前記永久磁石の磁極が前記極ティースの位置から外れた位置で前記回転子と対向しており、
前記複数の界磁極形成部のそれぞれには、前記極ティースの磁極と、前記永久磁石の磁極とによって界磁極が形成されて前記界磁巻線による起磁力および前記永久磁石の起磁力が並列するハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機。
The first stator and
A second stator facing the first stator,
A rotor provided between the first stator and the second stator is provided.
The first stator has a field winding and a plurality of field pole forming portions arranged in the circumferential direction of the rotor.
The second stator has an armature winding and
Each of the plurality of field magnetic pole forming portions comprises a permanent magnet in which the magnetic pole on the side facing the rotor is an N pole or an S pole, and a pole tooth in which the magnetic pole is formed by energizing the field winding. Have and
In each of the plurality of field magnetic pole forming portions, the magnetic pole of the pole teeth faces the rotor, and the magnetic pole of the permanent magnet faces the rotor at a position deviated from the position of the pole teeth.
A field magnetic pole is formed in each of the plurality of field magnetic pole forming portions by the magnetic pole of the polar tooth and the magnetic pole of the permanent magnet, and the magnetomotive force of the field winding and the magnetomotive force of the permanent magnet are arranged in parallel. Hybrid field type double gap synchronous machine.
前記界磁巻線が巻かれた前記極ティースは、前記永久磁石の外側に配置される請求項2に記載のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機。 The hybrid field type double gap synchronous machine according to claim 2, wherein the pole teeth around which the field winding is wound are arranged outside the permanent magnet. 前記第1の固定子は、各前記極ティースに個別に設けられた複数の前記界磁巻線を有している請求項またはに記載のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機。 The hybrid field type double gap synchronizer according to claim 2 or 3 , wherein the first stator has a plurality of the field windings individually provided for each of the pole teeth. 前記回転子は、前記回転子の周方向へ並ぶ複数の突極を有し、
前記第2の固定子には、前記回転子の周方向へ並ぶ複数の電機子磁極が前記電機子巻線への通電によって形成され、
前記突極の数をPrとし、前記電機子磁極の極対数をPaとし、前記界磁極の極対数をPfとすると、Pr=|Pa±Pf|の関係を満たす請求項1から4のいずれか1項に記載のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機。
The rotor has a plurality of salient poles arranged in the circumferential direction of the rotor, and has a plurality of salient poles.
In the second stator, a plurality of armature magnetic poles arranged in the circumferential direction of the rotor are formed by energizing the armature winding.
If the number of salient poles is Pr, the number of pole pairs of the armature magnetic poles is Pa, and the number of pole pairs of the field poles is Pf , then any one of claims 1 to 4 satisfying the relationship of Pr = | Pa ± Pf | The hybrid field type double gap synchronous machine according to item 1.
前記第1の固定子および前記第2の固定子のそれぞれは、前記回転子の軸方向について前記回転子と対向している請求項1から4のいずれか1項に記載のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機。 The hybrid field double according to any one of claims 1 to 4, wherein each of the first stator and the second stator faces the rotor in the axial direction of the rotor. Gap synchronous machine. 前記第1の固定子および前記第2の固定子のそれぞれは、前記回転子の径方向について前記回転子と対向している請求項1から4のいずれか1項に記載のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機。 The hybrid field double according to any one of claims 1 to 4, wherein each of the first stator and the second stator faces the rotor in the radial direction of the rotor. Gap synchronous machine.
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