JP7205358B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、アキシャルギャップ型の回転電機に関する。 The present invention relates to an axial gap type rotating electric machine.
近年、回転電機の出力密度(単位重量当たりの出力)を向上することが求められている。アキシャルギャップモータは、ラジアルギャップモータに比較して扁平であり、界磁とロータの組合せを増やしやすく出力密度を向上しやすい。また、モータの軸方向に積層した鋼板をステータコアとして使用する場合、磁束の流れが鋼板面に垂直になるという特徴がある。 In recent years, there has been a demand for improving the output density (output per unit weight) of rotating electric machines. Axial gap motors are flatter than radial gap motors, and it is easy to increase the number of combinations of magnetic fields and rotors and improve output density. In addition, when steel sheets laminated in the axial direction of the motor are used as the stator core, there is a feature that the flow of magnetic flux is perpendicular to the steel sheet surface.
アキシャルギャップ型の回転電機に関する技術として、以下の特許文献1~13の技術がある。
特許文献1には、ステータに挟まれたロータの両面に2組の磁石を配置するアキシャルギャップモータの技術が開示されている。特許文献2には、ステータに挟まれたロータに1組の埋め込み磁石を配置したアキシャルギャップモータの技術が開示されている。
Techniques related to the axial gap type rotary electric machine are disclosed in
特許文献3には、ステータに挟まれたロータに1組の磁石を貼りつけるように配置し、ステータを軸方向に2つ設置する、胴長の長いアキシャルギャップモータの技術が開示されている。特許文献4には、圧粉磁心等の磁性体を磁石として有する2組のロータと、ロータに挟まれたステータであって2組の巻線を有するステータとを配置したアウターローター型のアキシャルギャップモータの技術が開示されている。 Patent Literature 3 discloses a technology of an axial gap motor having a long body length, in which a pair of magnets are arranged so as to be attached to a rotor sandwiched between stators, and two stators are installed in the axial direction. Patent Document 4 discloses an outer rotor type axial gap in which two sets of rotors having magnetic bodies such as dust cores as magnets and a stator sandwiched between the rotors and having two sets of windings are arranged. Motor technology is disclosed.
特許文献5には、アモルファス金属を巻回することにより構成された巻コアをステータコアとして有するステータを配置し、これを1組の磁石を配置した2つのロータで挟む構造のアキシャルギャップモータの技術が開示されている。特許文献6には、鉄粉を鉄心とするステータを、1組の磁石を配置した2つのロータで挟む構造のアキシャルギャップモータの技術が開示されている。特許文献7には、高速回転用アキシャルギャップモータ発電機として、ロータに磁石を埋め込み、これを補強し、両側に巻線を施したステータを配置する構造が開示されている。
また、特許文献8、特許文献9、特許文献10、および特許文献11にはアキシャルギャップモータの制御性を向上させる技術が開示されている。
また、特許文献12、特許文献13には、アキシャルギャップモータのステータの構造を改善し、効率を改善する技術と、機械的特性を改善する技術とがそれぞれ開示されている。
Patent Document 5 discloses a technique of an axial gap motor having a structure in which a stator having a wound core formed by winding an amorphous metal as a stator core is arranged and sandwiched between two rotors each having a pair of magnets arranged therein. disclosed. Patent Literature 6 discloses a technique of an axial gap motor having a structure in which a stator having an iron powder core is sandwiched between two rotors each having a pair of magnets. Patent Document 7 discloses, as an axial gap motor generator for high-speed rotation, a structure in which a magnet is embedded in a rotor, which is reinforced, and a stator with windings on both sides is arranged.
Further, Patent Document 8, Patent Document 9, Patent Document 10, and Patent Document 11 disclose techniques for improving the controllability of the axial gap motor.
Patent Documents 12 and 13 each disclose a technique for improving the structure of the stator of the axial gap motor to improve efficiency and a technique for improving mechanical characteristics.
しかしながら、特許文献1、特許文献2、特許文献5、特許文献6、および特許文献7の技術は、ステータが1つで、その両側に磁性体もしくは磁石を配置した構造であり、高出力密度化には課題がある。
また、特許文献3および特許文献4の技術は、2つのロータに挟まれるステータが、軸方向に並べられた2組のコイルを有するため、アキシャルギャップモータの特徴である軸方向に扁平であることを十分に活用することができず、小型化が不利である。このため、高出力密度化には課題がある。
However, the techniques of
Further, in the techniques of Patent Documents 3 and 4, the stator sandwiched between the two rotors has two sets of coils arranged in the axial direction, so that the axial gap motor is characterized by being flat in the axial direction. can not be fully utilized, and miniaturization is disadvantageous. Therefore, there is a problem in increasing the output density.
また、特許文献5の技術は、鉄心にアモルファスが使用されており、その飽和磁束密度が低い点に由来する動作磁束密度が小さくなり、モータの出力密度が低下する点に課題がある。
また、特許文献8、特許文献9、特許文献10、および特許文献11の技術は、いずれも構造が複雑となり加工が困難となりコスト面で課題がある。特に特許文献10の技術では、回転電機の内部に摺動部があるため寿命に課題がある。
また、特許文献11および特許文献12の技術では、ステータの構造が複雑となり加工が困難となる等、コスト面で課題があった。
以上のように従来の技術では、アキシャルギャップ型の回転電機の出力密度を向上させることが容易でないという課題がある。
In addition, the technique of Patent Document 5 has a problem in that an amorphous iron core is used, and the operating magnetic flux density resulting from the fact that the saturation magnetic flux density is low decreases, and the output density of the motor decreases.
In addition, the techniques disclosed in Patent Documents 8, 9, 10, and 11 all have a problem in terms of cost because the structure is complicated and processing is difficult. In particular, the technique disclosed in Patent Document 10 has a problem in terms of service life because there is a sliding portion inside the rotating electric machine.
In addition, the techniques of Patent Documents 11 and 12 have problems in terms of cost, such as the complicated structure of the stator and the difficulty of machining.
As described above, the conventional technology has the problem that it is not easy to improve the output density of the axial gap type rotating electric machine.
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、高出力密度を実現することができるアキシャルギャップ型の回転電機を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an axial gap type rotating electrical machine capable of realizing a high output density.
本発明の回転電機は、軸方向の一方側に配置される複数の永久磁石からなる第1の永久磁石群と、軸方向の他方側に配置される複数の永久磁石からなる第2の永久磁石群と、前記第1の永久磁石群および前記第2の永久磁石群と磁気的に結合されるロータコアと、を有するロータと、前記第1の永久磁石群と軸方向において所定の間隔を有した状態で配置される一方側ステータと、前記第2の永久磁石群と軸方向において所定の間隔を有した状態で配置される他方側ステータと、を有する回転電機であって、前記一方側ステータは、周方向に間隔を有して配置された複数のティース部を有するステータコアと、前記複数のティース部に対して巻き回された3つのコイルであって、それぞれ三相交流電圧が印加される3つのコイルを有する励磁コイル群と、を有し、前記他方側ステータは、周方向に間隔を有して配置された複数のティース部を有するステータコアと、前記複数のティース部に対して巻き回された3つのコイルであって、それぞれ三相交流電圧が印加される3つのコイルを有する励磁コイル群と、を有し、前記第1の永久磁石群の前記複数の永久磁石は、前記第2の永久磁石群の前記複数の永久磁石の位置を基準として、当該第2の永久磁石群に対して周方向において第1の角度だけずれた状態で配置され、前記一方側ステータの前記励磁コイル群に印加される三相交流電圧の位相と、前記他方側ステータの前記励磁コイル群に印加される三相交流電圧の位相とが第2の角度だけずれた状態で動作することを特徴とする。 The rotary electric machine of the present invention has a first permanent magnet group made up of a plurality of permanent magnets arranged on one side in the axial direction, and a second permanent magnet group made up of a plurality of permanent magnets arranged on the other side in the axial direction. a rotor core magnetically coupled with the first permanent magnet group and the second permanent magnet group; and the first permanent magnet group and a predetermined distance in the axial direction. and a stator on the other side arranged with a predetermined distance from the second permanent magnet group in the axial direction, wherein the stator on the one side is , a stator core having a plurality of teeth arranged at intervals in the circumferential direction, and three coils wound around the plurality of teeth, each of which is applied with a three-phase AC voltage 3 and an exciting coil group having two coils, wherein the other side stator includes a stator core having a plurality of teeth arranged at intervals in a circumferential direction, and a stator core wound around the plurality of teeth. and an exciting coil group having three coils to which a three-phase AC voltage is applied, respectively, wherein the plurality of permanent magnets of the first permanent magnet group are arranged in the second With respect to the positions of the plurality of permanent magnets of the permanent magnet group, the permanent magnets are arranged in a state shifted by a first angle in the circumferential direction with respect to the second permanent magnet group, and the excitation coil group of the one-side stator It is characterized in that the phase of the applied three-phase AC voltage is shifted from the phase of the three-phase AC voltage applied to the excitation coil group of the other stator by a second angle.
本発明によれば、高出力密度を実現することができるアキシャルギャップ型の回転電機を提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide an axial gap type rotating electric machine capable of achieving high power density.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、回転電機がアキシャルギャップ電動機(アキシャルギャップモータ)である場合を例に挙げて説明する。尚、各図に示すX-Y-Z座標は、各図における向きの関係を示すものであり、X-Y-Z座標の原点は、必ずしも各図に示す位置にはならない。また、物理量や位置関係等が同じであることは、完全に同じである場合に加え、実質的に同じである場合も含むものとする。例えば、設計上の公差の範囲内であれば、実質的に同じになる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a case where the rotary electric machine is an axial gap electric motor (axial gap motor) will be described as an example. The XYZ coordinates shown in each figure indicate the orientation relationship in each figure, and the origin of the XYZ coordinates is not necessarily the position shown in each figure. Further, the same physical quantity, positional relationship, etc. includes not only completely the same but also substantially the same. For example, within design tolerances, they are substantially the same.
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態を説明する。
図1は、回転電機100の構成の一例を示す図である。図1において、回転電機100は、上側ステータ110(固定子)と、下側ステータ120と、ロータ130(回転子)と、ハウジング140とを有する。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be explained.
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a rotating
まず、上側ステータ110および下側ステータ120の構成の一例について説明する。
図2は、上側ステータ110および下側ステータ120の構成の一例を示す図である。図2は、上側ステータ110および下側ステータ120の部分のみをZ軸の正の方向からZ軸の負の方向に見た図である。図2では、透視して見える部分(下側ステータ120)を破線で示す。また、図2では、表記の都合上、実線と破線とを別の位置に示すが、実際には、実線と破線は相互に重なる。図3は、上側ステータ110および下側ステータ120の断面の一例を示す図である。具体的に図3は、図2のI-I断面図である。尚、図3では、表記の都合上、説明に必要な部分のみを示す。
First, an example of the configuration of
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of
図2~図3において、上側ステータ110は、ステータコア210と、励磁コイル群220とを有する。下側ステータ120は、ステータコア230と、励磁コイル群240とを有する。上側ステータ110および下側ステータ120は、向きが異なるだけであり、同じ構成のもので実現される。
2 and 3 ,
ステータコア210は、バックヨーク部211と、ティース部212a~212hとを有する。
バックヨーク部211は、円環形状を有する。バックヨーク部211の中心部には、回転電機100の軸方向(Z軸方向)に貫通する貫通孔が形成される。以下の説明では、回転電機100の軸方向を必要に応じて軸方向と略称する。この貫通孔を構成する面(バックヨーク部211の内周面)には、ベアリング151、152が取り付けられる。この貫通孔にはシャフト160(回転軸)が挿入され、バックヨーク部211は、ベアリング151、152を介してシャフト160に(シャフト160が回転しても動かないように)取り付けられる。
The
ティース部212a~212hは、バックヨーク部211の表面のうち、ロータ130側(Z軸の負の方向側)の表面に配置される。ティース部212a~212hは、バックヨーク部211からロータ130側に延設される。ティース部212a~212hは、同じ形状および大きさを有し、回転電機100の周方向に等間隔で配置される。以下の説明では、回転電機100の周方向を、必要に応じて周方向と略称する。ティース部212a~212hの数は8個であるので、ティース部212a~212hは、周方向において、45°ずつずれた位置に配置される。
バックヨーク部211と、ティース部212a~212hは、磁気的に結合される。本実施形態では、ステータコア210(バックヨーク部211およびティース部212a~212h)が、圧粉磁心である場合を例に挙げて説明する。従って、バックヨーク部211およびティース部212a~212hは一体である(境界がない)。ただし、必ずしもこのようにする必要はなく、バックヨーク部211およびティース部212a~212hを別体とし、これらが磁気的に結合されるように接着してもよい。このようにする場合、バックヨーク部211およびティース部212a~212hを、例えば、電磁鋼板やアモルファス金属板を用いて構成することができる。
The
The
ティース部212a~212hには、ステータコア210との絶縁が確保された状態で、励磁コイル群220が巻き回される。本実施形態では、回転電機100は、三相交流で駆動する。励磁コイル群220に印加される三相を、U相、V相、W相とする。本実施形態では、励磁コイル群220は、U相電圧が印加されるU相コイルと、V相電圧が印加されるV相コイルと、W相電圧が印加されるW相コイルとを有するものとする。図4は、励磁コイル群220、240に印加される三相交流電圧の波形の一例を示す図である。図4では、三相交流電圧の値を相対値(最大値を1としたときの値)で示す。本実施形態では、図4(a)に示すように、U相電圧411の位相に対しV相電圧412の位相は120°進み、V相電圧412の位相に対しW相電圧413の位相は120°進んでいるものとする。尚、励磁コイル群220の巻回方法は、分布巻きであっても集中巻きであってもよい。また、U相電圧、V相電圧、およびW相電圧は、相電圧であっても線間電圧であってもよい。
ステータコア230は、バックヨーク部231と、ティース部232a~232hとを有する。
バックヨーク部231は、円環形状を有する。バックヨーク部231の中心部には、軸方向(Z軸方向)に貫通する貫通孔が形成される。この貫通孔を構成する面(バックヨーク部231の内周面)には、ベアリング153、154が取り付けられる。この貫通孔にはシャフト160(回転軸)が挿入され、バックヨーク部231は、ベアリング153、154を介してシャフト160に(シャフト160が回転しても動かないように)取り付けられる。
The
ティース部232a~232hは、バックヨーク部231の表面のうち、ロータ130側(Z軸の正の方向側)の表面に配置される。ティース部232a~232hは、バックヨーク部231からロータ130側に延設される。ティース部232a~232hは、同じ形状および大きさを有し、周方向に等間隔で配置される。ティース部232a~232hの数は8個であるので、ティース部232a~232hは、周方向において、45°ずつずれた位置に配置される。
The
バックヨーク部231と、ティース部232a~232hは、磁気的に結合される。本実施形態では、ステータコア230(バックヨーク部231およびティース部232a~232h)が、圧粉磁心である場合を例に挙げて説明する。従って、バックヨーク部231およびティース部232a~232hは一体である(境界がない)。ただし、必ずしもこのようにする必要はなく、バックヨーク部231およびティース部232a~232hを別体とし、これらが磁気的に結合されるように接着してもよい。このようにする場合、バックヨーク部231およびティース部232a~232hを、例えば、電磁鋼板やアモルファス金属板を用いて構成することができる。
The
図2(a)に示すように、ティース部212a、232aは、回転電機100の軸(Z軸)に沿って見た際に重なる位置に配置される。同様に、ティース部212b、232b、ティース部212c、232c、ティース部212d、232d、ティース部212e、232e、ティース部212f、232f、ティース部212g、232g、ティース部212h、232hは、それぞれ、回転電機100の軸(Z軸)に沿って見た際に重なる位置に配置される。
As shown in FIG. 2( a ), the
ティース部232a~232hには、ステータコア230との絶縁が確保された状態で、励磁コイル群240が巻き回される。励磁コイル群240の巻回方法は、分布巻きであっても集中巻きであってもよい(ただし、励磁コイル群220の巻回方法と同じにする)。励磁コイル群240に印加される三相を、U'相、V'相、W'相とする。本実施形態では、励磁コイル群240は、U'相電圧が印加されるU'相コイルと、V'相電圧が印加されるV'相コイルと、W'相電圧が印加されるW'相コイルとを有するものとする。図4(b)に示すように、U'相電圧421の位相に対しV'相電圧422の位相は120°進み、V'相電圧422の位相に対しW'相電圧423の位相は120°進んでいるものとする。尚、U'相電圧、V'相電圧、およびW'相電圧は、相電圧であっても線間電圧であってもよい。
また、本実施形態では、図4(b)に示すように、(励磁コイル群240に印加される)U'相電圧421の位相に対し(励磁コイル群220に印加される)U相電圧411の位相は60°進み、V'相電圧422の位相に対しV相電圧412の位相は60°進み、W'相電圧423の位相に対し、W相電圧413の位相は60°進むものとする。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4B, the phase of the U′-phase voltage 421 (applied to the exciting coil group 240) is the U-phase voltage 411 (applied to the exciting coil group 220). , the phase of the V-
図1に示すように、U相電圧411、V相電圧412、W相電圧413は、励磁電源171によって、それぞれ、U相コイル、V相コイル、W相コイルに印加される。また、U'相電圧421、V'相電圧422、W'相電圧423は、励磁電源172によって、それぞれ、U'相コイル、V'相コイル、W'相コイルに印加される。励磁電源171、172は、三相交流電圧を出力する公知の電源で実現することができる。ただし、価格が低下していることや、SiC半導体のテール電流の解消に伴う冷却のための構成が簡略化されたことや、小型化が可能となったことや、半導体による回転電機の制御技術が進歩したことから、インバータ駆動により、三相交流電圧を生成することが好ましい。
As shown in FIG. 1, a
ハウジング140は、中空円筒形状を有し、非磁性かつ非導電性の材料で構成される。例えば、焼嵌めや冷し嵌め等により、ハウジング140の内周面にバックヨーク部211、231の外周面が密接するようにすることにより、ステータコア210は、ハウジング140に(ロータ130が回転しても動かないように)固定される。
The
次に、ロータ130の構成の一例について説明する
図5は、ロータ130の構成の一例を示す図である。図5は、ロータ130の部分のみをZ軸の正の方向から負の方向に見た図である。図5では、透視して見える部分を破線で示す。また、表記の都合上、円弧状の実線と破線とを別の位置に示すが、実際には、当該円弧状の実線の内側に当該円弧状の実線に沿って近接した位置にある円弧状の破線は、当該円弧状の実線と重なる。図6は、ロータ130の断面の一例を示す図である。具体的に図6(a)は、図5のI-I断面図であり、図6(b)は、図5のII-II断面図であり、図6(c)は、図5のIII-III断面図である。図6では、表記の都合上、説明に必要な部分のみを示す。
Next, an example of the configuration of the
図5において、ロータ130は、ロータコア510と、永久磁石520a~520hと、530a~530hとを有する。
ロータコア510は、円環形状を有する。ロータコア510の中心部には、軸方向に貫通する貫通孔が形成される。この貫通孔にはシャフト160が挿入され、この貫通孔を構成する面(ロータコア510の内周面)は、シャフト160の外周面に、(電気的および磁気的に結合されない状態で)固定される。これにより、ロータコア510(ロータ130)は、シャフト160と共に回転する。
ロータコア510は、例えば、ロータコア510の平面形状と同一の平面形状を有する複数の電磁鋼板を積層することにより構成される。
In FIG. 5,
永久磁石520a~520hは、ロータコア510の表面のうち、上側ステータ110側(Z軸の正の方向側)の表面に、ロータコア510と磁気的に結合された状態で固定される。本実施形態では、永久磁石520a~520hが、第1の永久磁石群になる。永久磁石520a~520hは、同じ形状および大きさを有し、周方向に等間隔で配置される。永久磁石520a~520hの数は8個であるので、永久磁石520a~520hは、周方向において、45°ずつずれた位置に配置される。ロータ130の回転に伴い、永久磁石520a~520hの表面は、上側ステータ110のティース部212a~212hの先端面(磁極面)と所定の間隔を有して対向する。ロータ130と上側ステータ110のティース部212a~212hとの間の磁束の分布を低減させるために、永久磁石520a~520hの表面と、ティース部212a~212hの先端面は、平行(例えば、軸に対して垂直な方向)であるのが好ましい。
永久磁石530a~530hは、ロータコア510の表面のうち、下側ステータ120側(Z軸の負の方向側)の表面に、ロータコア510と磁気的に結合された状態で固定される。本実施形態では、永久磁石530a~530hが、第2の永久磁石群になる。永久磁石530a~530hは、同じ形状および大きさを有し、周方向に等間隔で配置される。永久磁石530a~530hの数は8個であるので、永久磁石530a~530hは、周方向において、45°ずつずれた位置に配置される。ロータ130の回転に伴い、永久磁石530a~530hの表面は、下側ステータ120のティース部232a~232hの先端面(磁極面)と所定の間隔を有して対向する。ロータ130と第2の下側ステータ120のティース部232a~232hとの間の磁束の分布を低減させるために、永久磁石530a~530hの表面と、ティース部232a~232hの先端面は、平行(例えば、軸に対して垂直な方向)であるのが好ましい。
永久磁石520a~520hは、永久磁石530a~530hの位置を基準として、永久磁石530a~530hに対して、回転電機100の回転方向において、第1の角度θ1ずつずれた位置に配置される。本実施形態では、第1の角度θ1の符号は、回転電機100の回転方向を正とし、回転電機100の回転方向と反対の方向を負とする。第1の角度θ1は、上側ステータ110の励磁コイル群220に印加される三相交流電圧(U相電圧411、V相電圧412、およびW相電圧413)と、下側ステータ120の励磁コイル群240に印加される三相交流電圧(U'相電圧421、V'相電圧422、およびW'相電圧423)との位相差θ2に基づいて定められる。本実施形態では、この位相差θ2が第2の角度になる。即ち、回転電機100は、上側ステータ110の励磁コイル群220に印加される三相交流電圧(U相電圧411、V相電圧412、およびW相電圧413)の位相と、下側ステータ120の励磁コイル群240に印加される三相交流電圧(U'相電圧421、V'相電圧422、およびW'相電圧423)の位相とが第2の角度だけずれた状態で動作する。ここで、回転電機100は、Z軸の正の方向から負の方向に見た場合に、反時計回りの方向(図5の白抜き矢印線の方向)に回転するものとする。尚、周方向は、回転電機100をZ軸の正の方向から負の方向に見た場合に、反時計回りの方向と時計回りの方向との何れの方向も含む。以下の説明では、回転電機100の回転方向を、必要に応じて回転方向と略称する。
本実施形態では、下側ステータ120の励磁コイル群240に印加される三相交流電圧(U'相電圧421、V'相電圧422、およびW'相電圧423)に対する上側ステータ110の励磁コイル群220に印加される三相交流電圧(U相電圧411、V相電圧412、およびW相電圧413)の位相差θ2と(符号を含めて)同じ角度を第1の角度θ1とする。下側ステータ120の励磁コイル群240に印加される三相交流電圧(U'相電圧421、V'相電圧422、およびW'相電圧423)に対する上側ステータ110の励磁コイル群220に印加される三相交流電圧(U相電圧411、V相電圧412、およびW相電圧413)の位相差θ2とは、下側ステータ120の励磁コイル群240に印加される三相交流電圧(U'相電圧421、V'相電圧422、およびW'相電圧423)の位相を0°と見なしたときの上側ステータ110の励磁コイル群220に印加される三相交流電圧(U相電圧411、V相電圧412、およびW相電圧413)の位相である。上側ステータ110の励磁コイル群220に印加される三相交流電圧(U相電圧411、V相電圧412、およびW相電圧413)の位相が、下側ステータ120の励磁コイル群240に印加される三相交流電圧(U'相電圧421、V'相電圧422、およびW'相電圧423)の位相よりも進んでいる場合、この位相差θ2(の符号)は正となり、そうでない場合、この位相差θ2(の符号)は負になる。
In this embodiment, the excitation coil group of the
本実施形態では、上側ステータ110の励磁コイル群220に印加される三相交流電圧(U相電圧411、V相電圧412、およびW相電圧413)は、下側ステータ120の励磁コイル群240に印加される三相交流電圧(U'相電圧421、V'相電圧422、およびW'相電圧423)に対し、位相が60°進んでいる。従って、上側ステータ110に対して磁束の受け渡しを行う永久磁石520a~520hは、下側ステータ120に対して磁束の受け渡しを行う永久磁石530a~530hに対し、回転方向に、+60°ずつずれた位置に配置されるようにする。
In this embodiment, the three-phase AC voltage (
尚、永久磁石520a~520h、530a~530hは、同じ形状および大きさを有し、周方向において、45°ずつずれた位置に配置される。このため、永久磁石520a~520hを、永久磁石530a~530hに対し、回転方向に、+60°ずつずれた位置に配置することは、永久磁石520a~520hを、永久磁石530a~530hに対し、+15°(=60°-45°)ずつずれた位置に配置することと等価になる。このため、図5では、第1の角度θ1は+15°になる。
The
以上のように本実施形態では、回転電機100は、上側(Z軸の正の方向側)および下側(Z軸の負の方向側)にそれぞれ永久磁石520a~520h、530a~530hが配置されたロータ130と、ロータ130の上側および下側とそれぞれ所定の間隔を有して対向する位置に配置される上側ステータ110、下側ステータ120と、を有する。回転電機100は、上側ステータ110の励磁コイル群220に印加する励磁電圧の位相と、下側ステータ120の励磁コイル群240に印加する励磁電圧の位相とをずらすと共に、永久磁石520a~520h、530a~530hの位置を、当該位相の差に応じて回転方向においてずれた状態で動作する。従って、ステータコア210、230(ティース部212a~212h、232a~232h)に鎖交する磁束の各周期における波形の変動が抑制され、回転電機100のトルクリップルを低減させることができ、回転電機100の振動を抑制することができる。よって、回転電機100の回転数を上げることができる(回転電機100の回転数を上げても振動による騒音の影響を低減することができる)。これにより、複雑な構成を採用することなく、回転電機100の出力密度を向上させることができ、回転電機100の小型化を実現することができる。
As described above, in the present embodiment, rotating
また、本実施形態では、下側ステータ120の励磁コイル群240に印加される励磁電圧(U'相電圧421、V'相電圧422、およびW'相電圧423)に対する上側ステータ110の励磁コイル群220に印加される励磁電圧(U相電圧411、V相電圧412、およびW相電圧413)の位相差θ2と同じ角度を第1の角度θ1とする。従って、励磁電圧の波形のピークの間隔を均等に近くすることができるので、コギングを低減することができ、ロータ130を滑らかに回転させることができる。そして、これらの第1の角度θ1および位相差θ2を+60°とすることにより、励磁電圧の波形のピークの間隔を均等にすることができるので、コギングを最小化することができる。よって、このような第1の角度θ1を選ぶのが最も好ましいが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、コギングが設計上要求される範囲であれば、当該位相差θ2とは異なる角度を第1の角度θ1として設定することができる。例えば、当該位相差θ2と第1の角度θ1との差の絶対値を45°以下にすることができる。
Further, in the present embodiment, the excitation coil group of the
また、本実施形態では、軸方向が上下方向になる場合(上側が一方側であり下側が他方側である場合)を例に挙げて説明した(本実施形態では、上側ステータ110が一方側ステータの一例であり、下側ステータ120が他方側ステータになる)。しかしながら、軸方向は上下方向に限定されない。例えば、軸方向は水平方向であってもよい。
Further, in the present embodiment, the case where the axial direction is the vertical direction (the upper side is the one side and the lower side is the other side) was described as an example (in the present embodiment, the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態を説明する。第1の実施形態では、ロータコア510が、上側(Z軸の正の方向側)と下側(Z軸の負の方向側)とで磁気的に結合されている場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、ロータコアが、上側(Z軸の正の方向側)と下側(Z軸の負の方向側)とで磁気的に結合されないようにする。このように本実施形態は、第1の実施形態に対し、ロータコアの構成が主として異なる。従って、本実施形態の説明において、第1の実施形態と同一の部分については、図1~図6に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described. In the first embodiment, the case where the
図7は、回転電機700の構成の一例を示す図である。本実施形態の回転電機700は、図1等に示した回転電機100のロータコア510を、ロータコア710に代えたものである。図8は、ロータコア710の構成の一例を示す図である。
図7および図8において、ロータコア710は、非磁性部711と磁性部712a、712bとを有する。
非磁性部711および磁性部712a、712bの平面形状は、ロータコア710の平面形状と同じであり、中心部には、軸方向に貫通する貫通孔が形成される。
非磁性部711は、非磁性ステンレス鋼等の非磁性材料で構成される。非磁性部711は、例えば、非磁性部711の形状に合わせて非磁性材料を成型することにより構成される。磁性部712a、712bは、磁性体で構成される。磁性部712a、712bは、例えば、磁性部712a、712bの平面形状と同一の平面形状を有する複数の電磁鋼板を積層することにより構成される。
非磁性部711の一方の表面に磁性部712aが取り付けられ、非磁性部711の他方の表面に磁性部712bが取り付けられる。このとき、非磁性部711および磁性部712a、712bの板面の端部が揃うようにする。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a configuration of rotating
7 and 8,
The planar shape of the
The
A
このようにして構成されるロータコア710の貫通孔にはシャフト160が挿入され、この貫通孔を構成する面(ロータコア710の内周面)は、シャフト160の外周面に、(電気的および磁気的に結合されない状態で)固定される。
また、永久磁石520a~520hは、ロータコア710の磁性部712aの表面に、磁性部712aと磁気的に結合された状態で固定される。永久磁石530a~530hは、ロータコア710の磁性部712bの表面に、磁性部712bと磁気的に結合された状態で固定される。
The
以上のように本実施形態では、軸方向において、非磁性材料(非磁性部711)を間に挟んで磁性材料(磁性部712a、712b)が配置され、非磁性材料(非磁性部711)を間に挟む磁性材料(磁性部712a、712b)が磁気的に結合しないようにロータコア710を構成する。
上側(Z軸の正の方向側)と下側(Z軸の負の方向側)とで、ロータコア710に配置する永久磁石520a~520h、530a~530hの回転方向の位置が異なる。このため、ロータコア710の、上側(Z軸の正の方向側)と下側(Z軸の負の方向側)とでは、相互に異なる時間高調波を有する磁束が発生する虞がある。この場合、ロータコアにおいて、上側(Z軸の正の方向側)と下側(Z軸の負の方向側)とが磁気的に結合すると、当該磁束が干渉する虞がある。
As described above, in the present embodiment, the magnetic materials (
そこで、ロータコアにおいて、上側(Z軸の正の方向側)と下側(Z軸の負の方向側)とを磁気的に結合しないようにする。このようにすることで、上側(Z軸の正の方向側)と下側(Z軸の負の方向側)とで別々の閉磁路を構成することができる。即ち、上側ステータ110の励磁コイル群220に印加される三相交流電圧(U相電圧411、V相電圧412、およびW相電圧413)により形成される閉磁路と、下側ステータ120の励磁コイル群240に印加される三相交流電圧(U'相電圧421、V'相電圧422、およびW'相電圧423)により形成される閉磁路とが、磁気的に結合しないようになる。これにより、回転電機700の振動をより低減することができる。
Therefore, in the rotor core, the upper side (positive side of the Z-axis) and the lower side (negative side of the Z-axis) are not magnetically coupled. By doing so, separate closed magnetic circuits can be configured on the upper side (positive direction side of the Z axis) and the lower side (negative direction side of the Z axis). That is, the closed magnetic circuit formed by the three-phase AC voltages (the
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態を説明する。第1の実施形態では、ロータ130の数が1つである場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、回転電機が、軸方向に複数のロータを有する場合を例に挙げて説明する。このように本実施形態と第1の実施形態とは、ロータの数が異なることによる構成が主として異なる。従って、本実施形態の説明において、第1の実施形態と同一の部分については、図1~図6に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment will be described. In the first embodiment, the case where the number of
図9は、回転電機900の構成の一例を示す図である。図9において、回転電機900は、上側ステータ910と、中間ステータ920と、下側ステータ930と、ロータ940、950と、ハウジング960とを有する。
まず、上側ステータ910、中間ステータ920、および下側ステータ930の構成の一例について説明する。
図10は、上側ステータ910、中間ステータ920、および下側ステータ930の構成の一例を示す図である。
図10(a)は、上側ステータ910および中間ステータ920の部分のみをZ軸の正の方向からZ軸の負の方向に見た図である。図10(a)では、透視して見える部分(中間ステータ920)を一点鎖線および破線で示す。また、図10(a)では、表記の都合上、実線、一点鎖線、および破線とを別の位置に示すが、実際には、実線、一点鎖線、および破線は相互に重なる。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the configuration of a rotating
First, an example of the configuration of
FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of
FIG. 10(a) is a view of only the
図10(b)は、中間ステータ920および下側ステータ930の部分のみをZ軸の正の方向からZ軸の負の方向に見た図である。図10(b)では、透視して見える部分(中間ステータ920の一部および下側ステータ930)を一点鎖線および破線で示す。また、図10(b)では、表記の都合上、実線、一点鎖線、および破線を別の位置に示すが、実際には、実線、一点鎖線、および破線は相互に重なる。
図11は、上側ステータ910、中間ステータ920、および下側ステータ930の断面の一例を示す図である。具体的に図11は、図10(a)および図10(b)のI-I断面図である。尚、図11では、表記の都合上、説明に必要な部分のみを示す。
FIG. 10(b) is a view of only the
FIG. 11 is a diagram showing an example of a cross section of
図10~図11において、上側ステータ910は、ステータコア1010と、励磁コイル群1020とを有する。下側ステータ930は、ステータコア1050と、励磁コイル群1060とを有する。上側ステータ910および下側ステータ930は、向きが異なるだけであり、同じ構成のもので実現される。
10 and 11,
ステータコア1010は、バックヨーク部1011と、ティース部1012a~1012hとを有する。尚、バックヨーク部1011の中心部に形成される貫通孔を構成する面(バックヨーク部1011の内周面)には、ベアリング971、972が取り付けられる。この貫通孔にはシャフト980(回転軸)が挿入され、バックヨーク部1011は、ベアリング971、972を介してシャフト980に(シャフト980が回転しても動かないように)取り付けられる。また、ロータ940の回転に伴い、ロータ940の永久磁石1220a~1220hの表面が、上側ステータ910のティース部1012a~1012hの先端面(磁極面)と所定の間隔を有して対向する。
ステータコア1050は、バックヨーク部1051と、ティース部1052a~1052hとを有する。尚、バックヨーク部1051の中心部に形成される貫通孔を構成する面(バックヨーク部1051の内周面)には、ベアリング975、976が取り付けられる。この貫通孔にはシャフト980(回転軸)が挿入され、バックヨーク部1011は、ベアリング975、976を介してシャフト980に(シャフト980が回転しても動かないように)取り付けられる。また、ロータ950の回転に伴い、ロータ950の永久磁石1330a~1330hの表面が、下側ステータ930のティース部1052a~1052hの先端面(磁極面)と所定の間隔を有して対向する。
上側ステータ910は、第1の実施形態の上側ステータ110と同じもので実現することができ、下側ステータ930は、第1の実施形態の下側ステータ120と同じもので実現することができるので、ここでは、これらの構成の詳細な説明を省略する。ただし、後述するように、励磁コイル群1020、1060に印加される励磁電圧の位相の関係は、第1の実施形態と異なる。
Since the
中間ステータ920は、ステータコア1030と、励磁コイル群1041、1042とを有する。中間ステータ920は、軸方向において、上側ステータ910と下側ステータ930との間(回転電機900の軸方向の中央の位置)に配置される。
ステータコア1030は、バックヨーク部1031と、ティース部1032a~1032h、1033a~1033hとを有する。
バックヨーク部1031は、円環形状を有する。バックヨーク部1031は、バックヨーク部1011、1051と同じ形状および大きさを有する。バックヨーク部1031の中心部に形成される貫通孔を構成する面(バックヨーク部1031の内周面)には、ベアリング973、974が取り付けられる。この貫通孔にはシャフト980(回転軸)が挿入され、バックヨーク部1031は、ベアリング973、974を介してシャフト980に(シャフト980が回転しても動かないように)取り付けられる。
The
ティース部1032a~1032hは、バックヨーク部1031の表面のうち、ロータ940側(上側ステータ910側(Z軸の正の方向側))の表面に配置される。ティース部1032a~1032hは、バックヨーク部1031からロータ940側に延設される。ティース部1032a~1032hは、ティース部1012a~1012h、1052a~1052hと同じ形状および大きさを有し、周方向に等間隔で配置される。ティース部1032a~1032hは、周方向において、45°ずつずれた位置に配置される。
ティース部1033a~1033hは、バックヨーク部1031の表面のうち、ロータ950側(下側ステータ930側(Z軸の負の方向側))の表面に配置される。ティース部1033a~1033hは、バックヨーク部1031からロータ950側に延設される。ティース部1033a~1033hは、ティース部1012a~1012h、1052a~1052hと同じ形状および大きさを有し、周方向に等間隔で配置される。ティース部1033a~1033hは、周方向において、45°ずつずれた位置に配置される。
ティース部1032a~1032h、1033a~1033hは、ティース部1012a~1012h、1052a~1052hと同じ形状および大きさを有する。
バックヨーク部1031と、ティース部1032a~1032hと、ティース部1033a~1033hは、磁気的に結合される。本実施形態では、中間ステータ920(バックヨーク部1031、ティース部1032a~1032h、およびティース部1033a~1033h)が、圧粉磁心である場合を例に挙げて説明する。従って、バックヨーク部1031、ティース部1032a~1032h、およびティース部1033a~1033hは一体である(境界がない)。ただし、必ずしもこのようにする必要はなく、バックヨーク部1031、ティース部1032a~1032h、およびティース部1033a~1033hを別体とし、磁気的に結合されるように接着してもよい。このようにする場合、バックヨーク部1031、ティース部1032a~1032h、およびティース部1033a~1033hを、例えば、電磁鋼板やアモルファス金属板を用いて構成することができる。
Back
ティース部1032a~1032hには、ステータコア1030との絶縁が確保された状態で、励磁コイル群1041が巻き回される。ティース部1033a~1033hには、ステータコア1030との絶縁が確保された状態で、励磁コイル群1042が巻き回される。本実施形態では、回転電機900は、三相交流で駆動する。
本実施形態では、上側ステータ910の励磁コイル群1020に印加される三相を、U相、V相、W相とし、中間ステータ920の励磁コイル群1041に印加される三相を、U'相、V'相、W'相とし、中間ステータ920の励磁コイル群1042に印加される三相を、U''相、V''相、W''相とし、下側ステータ930の励磁コイル群1060に印加される三相を、U'''相、V'''相、W相'''とする。
In this embodiment, the three phases applied to the
従って、励磁コイル群1020は、U相電圧が印加されるU相コイルと、V相電圧が印加されるV相コイルと、W相電圧が印加されるW相コイルとを有する。また、励磁コイル群1041は、U'相電圧が印加されるU'相コイルと、V'相電圧が印加されるV'相コイルと、W'相電圧が印加されるW'相コイルとを有する。また、励磁コイル群1042は、U''相電圧が印加されるU''相コイルと、V''相電圧が印加されるV''相コイルと、W''相電圧が印加されるW''相コイルとを有する。また、励磁コイル群1060は、U'''相電圧が印加されるU'''相コイルと、V'''相電圧が印加されるV'''相コイルと、W'''相電圧が印加されるW'''相コイルとを有する。
Therefore,
U相電圧の位相はV相電圧の位相に対し120°進み、V相電圧の位相はW相電圧に対し120°進んでいるものとする。同様に、U'相電圧の位相はV'相電圧の位相に対し120°進み、V'相電圧の位相はW'相電圧に対し120°進んでいるものとし、U''相電圧の位相はV''相電圧の位相に対し120°進み、V''相電圧の位相はW''相電圧に対し120°進んでいるものとし、U'''相電圧の位相はV'''相電圧の位相に対し120°進み、V'''相電圧の位相はW'''相電圧に対し120°進んでいるものとする。 It is assumed that the phase of the U-phase voltage leads the phase of the V-phase voltage by 120°, and the phase of the V-phase voltage leads the phase of the W-phase voltage by 120°. Similarly, the phase of the U′ phase voltage leads the phase of the V′ phase voltage by 120°, the phase of the V′ phase voltage leads the phase of the W′ phase voltage by 120°, and the phase of the U″ phase voltage leads the phase of the V'' phase voltage by 120°, the phase of the V'' phase voltage leads the phase of the W'' phase voltage by 120°, and the phase of the U''' phase voltage is V''' It is assumed that the phase of the V''' phase voltage leads the phase of the phase voltage by 120°, and the phase of the V''' phase voltage leads the phase of the W''' phase voltage by 120°.
また、本実施形態では、U相電圧の位相はU'相電圧の位相に対し60°進んでいるものとし、U'相電圧の位相はU''相電圧の位相に対し60°進んでいるものとし、U''相電圧の位相は、U'''相電圧の位相に対し60°進んでいるものとする。同様に、V相電圧の位相はV'相電圧の位相に対し60°進んでいるものとし、V'相電圧の位相はV''相電圧の位相に対し60°進んでいるものとし、V''相電圧の位相は、V'''相電圧の位相に対し60°進んでいるものとする。W相電圧の位相はW'相電圧の位相に対し60°進んでいるものとし、W'相電圧の位相はW''相電圧の位相に対し60°進んでいるものとし、W''相電圧の位相は、W'''相電圧の位相に対し60°進んでいるものとする。 In this embodiment, the phase of the U-phase voltage leads the phase of the U'-phase voltage by 60°, and the phase of the U'-phase voltage leads the phase of the U''-phase voltage by 60°. It is assumed that the phase of the U''-phase voltage leads the phase of the U'''-phase voltage by 60°. Similarly, the phase of the V phase voltage leads the phase of the V′ phase voltage by 60°, the phase of the V′ phase voltage leads the phase of the V″ phase voltage by 60°, and V It is assumed that the phase of the '' phase voltage leads the phase of the V'' phase voltage by 60°. The phase of the W-phase voltage leads the phase of the W′-phase voltage by 60°, and the phase of the W′-phase voltage leads the phase of the W″-phase voltage by 60°. It is assumed that the phase of the voltage leads the phase of the W''' phase voltage by 60°.
従って、励磁コイル群1042に印加されるU''相電圧と励磁コイル群1020に印加されるW相電圧は同位相になり、励磁コイル群1042に印加されるV''相電圧と励磁コイル群1020に印加されるU相電圧は同位相になり、励磁コイル群1042に印加されるW''相電圧と励磁コイル群1020に印加されるV相電圧は同位相になる。
また、励磁コイル群1060に印加されるU'''相電圧と励磁コイル群1041に印加されるW'相電圧は同位相になり、励磁コイル群1060に印加されるV'''相電圧と励磁コイル群1041に印加されるU'相電圧は同位相になり、励磁コイル群1060に印加されるW'''相電圧と励磁コイル群1041に印加されるV'相電圧は同位相になる。
Therefore, the U''-phase voltage applied to the
In addition, the U′″ phase voltage applied to the
従って、図9に示すように、U相電圧、V相電圧、およびW相電圧と、U''相電圧、V''相電圧、およびW''相電圧は、同一の励磁電源991によって、励磁コイル群1020、励磁コイル群1042にそれぞれ印加することができる。即ち、励磁電源991のU相電圧の出力端子をV''相電圧の出力端子と共用し、励磁電源991のV相電圧の出力端子をW''相電圧の出力端子と共用し、励磁電源991のW相電圧の出力端子をU''相電圧の出力端子と共用することができる。
Therefore, as shown in FIG. 9, the U-phase voltage, the V-phase voltage, the W-phase voltage and the U''-phase voltage, the V''-phase voltage, and the W''-phase voltage are generated by the same excitation power source 991. Voltages can be applied to the
また、U'相電圧、V'相電圧、およびW'相電圧と、U'''相電圧、V'''相電圧、およびW'''相電圧は、同一の励磁電源992によって、励磁コイル群1041、励磁コイル群1060にそれぞれ印加することができる。即ち、励磁電源992のU'相電圧の出力端子をV'''相電圧の出力端子と共用し、励磁電源992のV'相電圧の出力端子をW'''相電圧の出力端子と共用し、励磁電源992のW'相電圧の出力端子をU'''相電圧の出力端子と共用することができる。
励磁電源991、992は、三相交流電圧を出力する公知の電源で実現することができるが、第1の実施形態で説明したように、インバータ駆動により、三相交流電圧を生成することが好ましい。
In addition, the U′-phase voltage, V′-phase voltage, W′-phase voltage, U′″-phase voltage, V′″-phase voltage, and W′″-phase voltage are excited by the same
The
ハウジング960は、中空円筒形状を有し、非磁性かつ非導電性の材料で構成される。例えば、焼嵌めや冷し嵌め等により、ハウジング960の内周面にバックヨーク部1011、1031、1051の外周面が密接するようにすることにより、ステータコア1010、1030、1050は、ハウジング960に(ロータ940およびロータ950が回転しても動かないように)固定される。
次に、ロータ940、950の構成の一例について説明する。
図12は、ロータ940の構成の一例を示す図である。図12は、ロータ940の部分のみをZ軸の正の方向から負の方向に見た図である。図12では、透視して見える部分を破線で示す。また、表記の都合上、円弧状の実線と破線とを別の位置に示すが、実際には、当該円弧状の実線の内側に当該円弧状の実線に沿って近接した位置にある円弧状の破線は、当該円弧状の実線と重なる。尚、図12のI-I断面図、II-II断面図、III-III断面図は、それぞれ、図6(a)、図6(b)、図6(c)と同様になるので、ここでは、その図示を省略する。
Next, an example of the configuration of
FIG. 12 is a diagram showing an example of the configuration of
図12において、ロータ940は、ロータコア1210と、永久磁石1220a~1220h、1230a~1230hとを有する。ロータ940の形状、大きさ、および材質は、ロータ130と同じであるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。尚、ロータコア1210の中心部に形成される貫通孔にはシャフト980が挿入され、この貫通孔を構成する面(ロータコア1210の内周面)は、シャフト980の外周面に、(電気的および磁気的に結合されない状態で)固定される。これにより、ロータコア1210(ロータ940)は、シャフト980と共に回転する。永久磁石1220a~1220h、1230a~1230hの位置関係は、第1の実施形態の永久磁石520a~520h、530a~530hの位置関係と同じである(永久磁石1220a~1220h、1230a~1230hは第1の角度θ1ずつずれる)。本実施形態では、永久磁石1220a~1220hが第1の永久磁石群であり、永久磁石1230a~1230hが第2の永久磁石群である。
In FIG. 12,
本実施形態でも第1の実施形態と同様に、回転電機900は、Z軸の正の方向から負の方向に見た場合に、反時計回りの方向(図12の白抜き矢印線の方向)に回転するものとする。また、中間ステータ920の励磁コイル群1041に印加される三相交流電圧(U'相電圧、V'相電圧、およびW'相電圧)に対する上側ステータ910の励磁コイル群1020に印加される三相交流電圧(U相電圧、V相電圧、およびW相電圧)の位相差θ2と同じ角度を第1の角度θ(=+60°)とする。尚、永久磁石1220a~1220h、1230a~1230hの数が8個である場合、+60°の第1の角度θ1と+15°の第1の角度θ1とが等価であることは、第1の実施形態で説明した通りである。
In this embodiment, as in the first embodiment, the rotating
図13は、ロータ950の構成の一例を示す図である。図13は、ロータ950の部分のみをZ軸の正の方向から負の方向に見た図である。図13では、透視して見える部分を破線で示す。また、表記の都合上、円弧状の実線と破線とを別の位置に示すが、実際には、当該円弧状の実線の内側に当該円弧状の実線に沿って近接した位置にある円弧状の破線は、当該円弧状の実線と重なる。尚、図13のI-I断面図、II-II断面図、III-III断面図は、それぞれ、図6(a)、図6(b)、図6(c)と同様になるので、ここでは、その図示を省略する。
FIG. 13 is a diagram showing an example of the configuration of
図13において、ロータ950は、ロータコア1310と、永久磁石1320a~1320h、1330a~1330hとを有する。ロータ950の形状、大きさ、および材質は、ロータ130と同じであるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。尚、ロータコア1310の中心部に形成される貫通孔にはシャフト980が挿入され、この貫通孔を構成する面(ロータコア1310の内周面)は、シャフト980の外周面に、(電気的および磁気的に結合されない状態で)固定される。これにより、ロータコア1310(ロータ950)は、シャフト980と共に回転する。永久磁石1320a~1320h、1330a~1330hの位置関係は、第1の実施形態の永久磁石520a~520h、530a~530hの位置関係と同じである。本実施形態では、永久磁石1320a~1320hが第1の永久磁石群であり、永久磁石1330a~1330hが第2の永久磁石群である。
In FIG. 13,
本実施形態では、下側ステータ930の励磁コイル群1060に印加される三相交流電圧(U'''相電圧、V'''相電圧、およびW'''相電圧)に対する中間ステータ920の励磁コイル群1042に印加される三相交流電圧(U''相電圧、V''相電圧、およびW''相電圧)の位相差θ2と(符号を含めて)同じ角度を第1の角度θ1(=+60°)とする。尚、永久磁石1320a~1320h、1330a~1330hの数が8個である場合、+60°の第1の角度θ1と+15°の第1の角度θ1とが等価であることは、第1の実施形態で説明した通りである。
In this embodiment, the
図14は、ロータ940、950の位置関係の一例を示す図である。図14は、ロータ940のロータコア1210よりもロータ950側の部分と、ロータ950のロータコア1310よりもロータ940側の部分のみをZ軸の正の方向から負の方向に見た図である。図14では、透視して見える部分を破線で示す。また、表記の都合上、円弧状の実線と破線とを別の位置に示すが、実際には、当該円弧状の実線の内側に当該円弧状の実線に沿って近接した位置にある円弧状の破線は、当該円弧状の実線と重なる。このことは最外周の円状の実線と破線についても同じである。
FIG. 14 is a diagram showing an example of the positional relationship between
永久磁石1230a~1230hは、永久磁石1320a~1320hの位置を基準として、永久磁石1320a~1320hに対して、回転方向において、第3の角度θ3ずつずれた位置に配置される、第3の角度θ3は、回転方向を正とし、回転方向と反対の方向を負とする。第3の角度θ3は、中間ステータ920の励磁コイル群1041に印加される三相交流電圧(U'相電圧、V'相電圧、およびW'相電圧)と、中間ステータ920の励磁コイル群1042に印加される三相交流電圧(U''相電圧、V''相電圧、およびW''相電圧)との位相差θ4に基づいて定められる。本実施形態では、この位相差θ4が第4の角度になる。
The
本実施形態では、中間ステータ920の励磁コイル群1042に印加される三相交流電圧(U''相電圧、V''相電圧、およびW''相電圧)に対する中間ステータ920の励磁コイル群1041に印加される三相交流電圧(U'相電圧、V'相電圧、およびW'相電圧)の位相差θ4と同じ角度を第3の角度θ3とする。中間ステータ920の励磁コイル群1042に印加される三相交流電圧(U''相電圧、V''相電圧、およびW''相電圧)に対する中間ステータ920の励磁コイル群1041に印加される三相交流電圧(U'相電圧、V'相電圧、およびW'相電圧)の位相差θ4とは、中間ステータ920の励磁コイル群1042に印加される三相交流電圧(U''相電圧、V''相電圧、およびW''相電圧)の位相を0°と見なしたときの中間ステータ920の励磁コイル群1041に印加される三相交流電圧(U'相電圧、V'相電圧、およびW'相電圧)の位相である。中間ステータ920の励磁コイル群1041に印加される三相交流電圧(U'相電圧、V'相電圧、およびW'相電圧)の位相が、中間ステータ920の励磁コイル群1042に印加される三相交流電圧(U''相電圧、V''相電圧、およびW''相電圧)の位相よりも進んでいる場合、この位相差θ4(の符号)は正となり、そうでない場合、この位相差θ4(の符号)は負になる。
In this embodiment, the
本実施形態は、中間ステータ920の励磁コイル群1041に印加される三相交流電圧(U'相電圧、V'相電圧、およびW'相電圧)は、中間ステータ920の励磁コイル群1042に印加される三相交流電圧(U''相電圧、V''相電圧、およびW''相電圧)に対し、位相が60°進んでいる。従って、中間ステータ920のティース部1032a~1032hに対して磁束の受け渡しを行う永久磁石1230a~1230hは、中間ステータ920のティース部1033a~1033hに対して磁束の受け渡しを行う永久磁石1320a~1320hに対し、回転方向に、+60°ずつずれた位置に配置されるようにする。尚、永久磁石1220a~1220h、1230a~1230hの数が8個である場合、+60°の第3の角度θ3と+15°の第3の角度θ3とが等価であることは、第1の角度θ1の場合と同じである。このため、図13では、第3の角度θ3は+15°になる。
In this embodiment, the three-phase AC voltage (U′-phase voltage, V′-phase voltage, and W′-phase voltage) applied to the
ロータ940、950は、第3の角度θ3を保った状態で回転する。ロータ940の回転に伴い、永久磁石1230a~1230hの表面は、中間ステータ920のティース部1032a~1032hの先端面(磁極面)と所定の間隔を有して対向する。ロータ940と中間ステータ920のティース部1032a~1032hとの間の磁束の分布を低減させるために、永久磁石1230a~1230hの表面と、ティース部1032a~1032hの先端面は、平行(例えば、軸に対して垂直な方向)であるのが好ましい。同様に、ロータ950の回転に伴い、永久磁石1320a~1320hの表面は、中間ステータ920のティース部1033a~1033hの先端面(磁極面)と所定の間隔を有して対向する。ロータ950と中間ステータ920のティース部1033a~1033hとの間の磁束の分布を低減させるために、永久磁石1320a~1320hの表面と、ティース部1033a~1033hの先端面は、平行(例えば、軸に対して垂直な方向)であるのが好ましい。
以上のように本実施形態では、回転電機900は、軸方向に間隔を有して配置されるロータ940、ロータ950と、ロータ940の上側の永久磁石1220a~1220hと所定の間隔を有して対向する位置に配置される上側ステータ910と、ロータ950の下側の永久磁石1330a~1330hと所定の間隔を有して対向する位置に配置される下側ステータ930と、ロータ940の下側の永久磁石1230a~1230hと所定の間隔を有して対向し且つロータ950の上側の1320a~1320hと所定の間隔を有して対向する位置に配置される中間ステータ920と、を有する。そして、ロータ940を介して相互に対向する位置にある励磁コイル群1020、1041に印加する励磁電圧の位相差をθ2として第1の実施形態と同様にしてずらす。また、ロータ950を介して相互に対向する位置にある励磁コイル群1042、1060に印加する励磁電圧の位相差をθ2として第1の実施形態と同様にしてずらす。また、永久磁石1220a~1220h、1230a~1230h、1320a~1320h、1330a~1330hの位置を、第1の実施形態と同様に、当該位相差θ2に応じて回転方向において第1の角度θ1だけずらす。従って、第1の実施形態で説明した効果に加え、回転電機900をより高出力の回転電機とすることができるという効果が得られる。
As described above, in the present embodiment, rotating
また、本実施形態では、励磁コイル群1020に印加される励磁電圧(U相電圧、V相電圧、W相電圧)と、励磁コイル群1042に印加される励磁電圧(U''相電圧、V''相電圧、W''相電圧)との位相差を120°とし、励磁コイル群1041に印加される励磁電圧(U'相電圧、V'相電圧、W'相電圧)と、励磁コイル群1060に印加される励磁電圧(U'''相電圧、V'''相電圧、W'''相電圧)との位相差を120°とする。従って、励磁コイル群1020に印加される励磁電圧(U相電圧、V相電圧、W相電圧)と励磁コイル群1041に印加される励磁電圧(U'相電圧、V'相電圧、W'相電圧)とを供給する励磁電源を共用することができると共に、励磁コイル群1042に印加される励磁電圧(U''相電圧、V''相電圧、W''相電圧)と、励磁コイル群1060に印加される励磁電圧(U'''相電圧、V'''相電圧、W'''相電圧)とを供給する励磁電源を共用することができる。
Further, in the present embodiment, the excitation voltages applied to the excitation coil group 1020 (U-phase voltage, V-phase voltage, W-phase voltage) and the excitation voltages applied to the excitation coil group 1042 (U''-phase voltage, V '' phase voltage, W'' phase voltage) is 120°, and the excitation voltages (U' phase voltage, V' phase voltage, W' phase voltage) applied to the
尚、励磁コイル群1020に印加される励磁電圧(U相電圧、V相電圧、W相電圧)と、励磁コイル群1042に印加される励磁電圧(U''相電圧、V''相電圧、W''相電圧)との位相差を120°×nとし、励磁コイル群1041に印加される励磁電圧(U'相電圧、V'相電圧、W'相電圧)と、励磁コイル群1060に印加される励磁電圧(U'''相電圧、V'''相電圧、W'''相電圧)との位相差を120°×n(nは非負整数(0および正の整数))としてれば、当該位相差は、120°でなくても、励磁電源を共用することができる。また、励磁電源を共用しない場合には、当該位相差は、120°×n(nは非負整数)に限定されない。
The excitation voltages applied to the excitation coil group 1020 (U-phase voltage, V-phase voltage, W-phase voltage) and the excitation voltages applied to the excitation coil group 1042 (U''-phase voltage, V''-phase voltage, W″ phase voltage) is 120°×n, and the excitation voltages (U′ phase voltage, V′ phase voltage, W′ phase voltage) applied to the
また、第1の角度θと同様に、第3の角度θ3についても、励磁コイル群1041に印加される励磁電圧(U'相電圧、V'相電圧、W'相電圧)と、励磁コイル群1042に印加される励磁電圧(U''相電圧、V''相電圧、W''相電圧)との位相差θ4と(符号を含めて)同じ角度にするのが好ましく、+60°にするのが最も好ましいが、必ずしもこのようにする必要はなく、当該位相差θ4と第3の角度θ3との差の絶対値を45°以下にすることができる。
Further, similarly to the first angle θ, the third angle θ3 also has the excitation voltages (U′-phase voltage, V′-phase voltage, W′-phase voltage) applied to the
また、ロータの数は2を上回る数とすることができる。
図15は、ロータの数が4個である場合の回転電機1500の構成の一例(本実施形態の回転電機の変形例)を示す図である。
図15において、回転電機1500は、上側ステータ1511と、中間ステータ1512と、中間ステータ1513と、中間ステータ1514と、下側ステータ1515と、ロータ1521、1522、1523と、1524と、ハウジング1530とを有する。
Also, the number of rotors can be greater than two.
FIG. 15 is a diagram showing an example of the configuration of a rotating electrical machine 1500 (a modification of the rotating electrical machine of the present embodiment) when the number of rotors is four.
In FIG. 15 , rotating
上側ステータ1511は、上側ステータ910と同じもので実現することができる。中間ステータ1512、1513、1514は、中間ステータ920と同じもので実現することができる。下側ステータ1515は、下側ステータ930と同じもので実現することができる。
The
上側ステータ1511は、ベアリング1540a、1540bを介してシャフト1550に取り付けられ、中間ステータ1512は、ベアリング1540c、1540dを介してシャフト1550に取り付けられ、中間ステータ1513は、ベアリング1540e、1540fを介してシャフト1550に取り付けられ、中間ステータ1514は、ベアリング1540e、1540fを介してシャフト1550に取り付けられ、下側ステータ1515は、ベアリング1540g、1540hを介してシャフト1550に取り付けられる。また、上側ステータ1511、中間ステータ1512、1513、1514、および下側ステータ1515は、ハウジング1530を用いて固定される。
上側ステータ1511の励磁コイル群1511aに印加される励磁電圧と、中間ステータ1512の励磁コイル群1512aに印加される励磁電圧の位相の関係は、上側ステータ910の励磁コイル群1020に印加される励磁電圧と、中間ステータ920の励磁コイル群1041に印加される励磁電圧の位相の関係と同じである。中間ステータ1512の励磁コイル群1512a、1512bに印加される励磁電圧の位相の関係と、中間ステータ1513の励磁コイル群1513a、1513bに印加される励磁電圧の位相の関係と、中間ステータ1514の励磁コイル群1514a、1514bに印加される励磁電圧の位相の関係は、それぞれ、中間ステータ920の励磁コイル群1041、1042に印加される励磁電圧の位相の関係と同じである。中間ステータ1514の励磁コイル群1514bに印加される励磁電圧と、下側ステータ1515の励磁コイル群1515aに印加される励磁電圧の位相の関係は、中間ステータ920の励磁コイル群1042に印加される励磁電圧と、下側ステータ930の励磁コイル群1060に印加される励磁電圧の位相の関係と同じである。
The phase relationship between the excitation voltage applied to the
中間ステータ1512の励磁コイル群1512bに印加される励磁電圧と、中間ステータ1513の励磁コイル群1513aに印加される励磁電圧の位相の関係と、中間ステータ1513の励磁コイル群1513bに印加される励磁電圧と、中間ステータ1514の励磁コイル群1514aに印加される励磁電圧の位相の関係は、それぞれ、上側ステータ910の励磁コイル群1020に印加される励磁電圧と、中間ステータ920の励磁コイル群1041に印加される励磁電圧の位相の関係(および中間ステータ920の励磁コイル群1042に印加される励磁電圧と、下側ステータ930の励磁コイル群1060に印加される励磁電圧の位相の関係)と同じである。
The phase relationship between the excitation voltage applied to the
以上のように、軸方向においてロータを介して相互に対向する位置にある2つの励磁コイル群に印加される励磁電圧の位相の関係は、ロータの数に関わらず同じである。また、軸方向においてロータを介さずに相互に対向する位置にある2つの励磁コイル群に印加される励磁電圧の位相の関係は、ロータの数に関わらず同じである。図15でも、軸方向において相互に隣り合う位置関係にある2つの励磁コイル群に印加される励磁電圧の位相の関係は、上側(Z軸の正の方向側)にある励磁コイル群に印加される励磁電圧の方が、下側(Z軸の正の方向側)にある励磁コイル群に印加される励磁電圧よりも60°位相が進む場合を例に挙げて示す。従って、軸方向においてロータを介して相互に対向する2つの励磁コイル群のうち、上側(Z軸の正の方向側)にある励磁コイル群に励磁電圧を供給する励磁電源は、励磁電源1561で共用することができる。同様に、軸方向においてロータを介して相互に対向する2つの励磁コイル群のうち、下側(Z軸の負の方向側)にある励磁コイル群に励磁電圧を供給する励磁電源は、励磁電源1562で共用することができる。
As described above, the phase relationship of the excitation voltages applied to the two excitation coil groups located opposite to each other in the axial direction via the rotors is the same regardless of the number of rotors. In addition, the phase relationship of the excitation voltages applied to the two excitation coil groups that face each other in the axial direction without interposing the rotors is the same regardless of the number of rotors. In FIG. 15 as well, the relationship of the phases of the excitation voltages applied to the two excitation coil groups that are adjacent to each other in the axial direction is such that the excitation voltage applied to the excitation coil group on the upper side (positive direction side of the Z axis) is A case where the excitation voltage applied to the excitation coil group located on the lower side (the positive direction side of the Z axis) leads the excitation voltage applied to the excitation coil group located on the lower side (positive direction side of the Z axis) by 60° is taken as an example. Therefore, the
ロータ1521、1522、1523、1524は、ロータ940、950と同じもので実現することができる。
ロータ1521の永久磁石1521a、1521bの回転方向における位置の関係と、ロータ1522の永久磁石1522a、1522bの回転方向における位置の関係と、ロータ1523の永久磁石1523a、1523bの回転方向における位置の関係と、ロータ1524の永久磁石1524a、1524bの回転方向における位置の関係は、ロータ940の永久磁石1220a~1220h、1230a~1230h(およびロータ950の永久磁石1320a~1320h、1330a~1330h)の回転方向における位置の関係と同じである。
Rotors 1521 , 1522 , 1523 , 1524 can be realized the same as
Positional relationship in the rotational direction of
ロータ1521の永久磁石1521bと、ロータ1522の永久磁石1522aの回転方向における位置の関係と、ロータ1522の永久磁石1522bと、ロータ1523の永久磁石1523aの回転方向における位置の関係と、ロータ1523の永久磁石1523bの回転方向における位置の関係と、ロータ1524の永久磁石1524aの回転方向における位置の関係は、ロータ940の永久磁石1230a~1230hと、ロータ950の永久磁石1320a~1320hの回転方向における位置の関係と同じである。
The positional relationship in the rotational direction between the
以上のように、軸方向において、ロータ1521、1522、1523、1524の両側に配置される永久磁石のうち、上側(Z軸の正の方向側)に配置される永久磁石と、下側(Z軸の負の方向側)に配置される永久磁石の回転方向における位置の関係は、ロータの数に関わらず同じである。また、軸方向において、ステータを介して相互に対向する位置にある永久磁石の回転方向における位置の関係は、ロータの数に関わらず同じである。例えば、本実施形態で例示したのと同様に、軸方向において相互に隣り合う位置関係にある2つの永久磁石群の回転方向における位置の関係は、上側(Z軸の正の方向側)にある永久磁石群が、下側(Z軸の負の方向側)にある永久磁石群に対し回転方向に+60°ずれる関係とすることができる(即ち、第1の角度θ1、第3の角度θ3を共に+60°(15°)とすることができる)。
As described above, among the permanent magnets arranged on both sides of the
また、本実施形態においても第2の実施形態を適用することができる。即ち、ロータコア1210、1310に代えてロータコア710を用いることができる。このことは、図15に示す回転電機1500においても同じである。
また、本実施形態においても、第1、第2の実施形態で説明した種々の変形例を採用することができる。
尚、第1~第3の実施形態では、回転電機が電動機(モータ)である場合を例に挙げて示したが、第1~第3の実施形態に記載の回転電機100、700、900、1500を発電機(ジェネレータ)として使用してもよい。
Also, the second embodiment can be applied to this embodiment. That is,
Also, in this embodiment, various modifications described in the first and second embodiments can be adopted.
In addition, in the first to third embodiments, a case where the rotating electric machine is an electric motor (motor) has been described as an example, but the rotating
(実施例)
次に、実施例を説明する。
本実施例では、第1~第3の実施形態で説明したように、励磁コイル群に印加される励磁電圧の位相と、ロータの永久磁石の回転方向における位置とをずらすようにした場合と、励磁コイル群に印加される励磁電圧の位相と、ロータの永久磁石の回転方向における位置とをずらさない場合とのそれぞれの場合のモータA~F(三相交流電動機)を作製し、それぞれのモータA~Fを30000rpmで回転させた際の騒音をJIS Z8731(1999)に規定される方法に基づいて測定すると共に、出力密度を測定した。それぞれのモータの作製条件は以下の表1に示す通りである。1つのロータにおける永久磁石の数および1つのステータにおけるティース部の数は、第1~第3の実施形態で説明したのと同様に、それぞれ8であり、それらは周方向において等間隔に配置される。
(Example)
Next, an example will be described.
In this embodiment, as described in the first to third embodiments, the phase of the excitation voltage applied to the excitation coil group and the position of the permanent magnet of the rotor in the rotation direction are shifted, Motors A to F (three-phase AC motors) were produced for each of cases where the phase of the excitation voltage applied to the excitation coil group and the position of the permanent magnet of the rotor in the direction of rotation were not shifted, and each motor The noise when rotating A to F at 30000 rpm was measured based on the method specified in JIS Z8731 (1999), and the power density was also measured. The manufacturing conditions for each motor are as shown in Table 1 below. The number of permanent magnets in one rotor and the number of tooth portions in one stator are respectively eight, as described in the first to third embodiments, and they are arranged at regular intervals in the circumferential direction. be.
表1において、「単重」は、駆動回路を含まないモータの(端子部を含む)重量である。「ロータの磁石配置」は、軸方向において隣り合う位置関係にある2つの永久磁石群の回転方向におけるずれ量(第1の角度θ1および第3の角度θ3)である。「ロータの磁石配置」が「両面同一位置」であることは、軸方向において隣り合う位置関係にある2つの永久磁石群の位置は、回転方向においてずれていない(前記ずれ量(第1の角度θ1および第3の角度θ3)が0°である)ことを示す。「ロータの磁石配置」が「両側で60°(15°)」であることは、軸方向において隣り合う位置関係にある2つの永久磁石群の回転方向におけるずれ量は+60°(+15°)である(第1の角度θ1および第3の角度θ3が+60°(+15°)である)ことを示す。 In Table 1, "single weight" is the weight of the motor (including the terminal portion) not including the drive circuit. The "rotor magnet arrangement" is the amount of deviation (first angle θ1 and third angle θ3) in the rotational direction of two permanent magnet groups that are adjacent to each other in the axial direction. The fact that the "rotor magnet arrangement" is "at the same position on both sides" means that the positions of the two permanent magnet groups that are adjacent to each other in the axial direction are not shifted in the rotational direction (the shift amount (the first angle θ1 and the third angle θ3) are 0°). The fact that the "rotor magnet arrangement" is "60° (15°) on both sides" means that the displacement in the direction of rotation of the two permanent magnet groups that are adjacent to each other in the axial direction is +60° (+15°). (the first angle θ1 and the third angle θ3 are +60° (+15°)).
「ロータ構成」は、ロータコアの構成を示す。「ロータ構成」が「単一の磁性体」であることは、ロータコアが、磁性体部のみで構成される(ロータコア510と同様の構成である)ことを示す。「ロータ構成」が「両面磁性体+中間非磁性体」であることは、ロータコアが、非磁性部と、軸方向において当該磁性体の上下に配置される2つの磁性部とで構成される(ロータコア710と同様の構成である)ことを示す。「三相交流位相」は、各励磁コイル群に印加される励磁電圧(三相交流電圧)の位相の関係を示す。「三相交流位相」が「全巻線同一」であることは、各ステータの励磁コイル群(第1の相のコイル、第2の相のコイル、および第3の相のコイル)に、同位相の三相交流電圧が印加されることを示す(第2の角度θ2および第4の角度θ4が0°であることを示す)。「三相交流位相」が「「60°」ずらし」であることは、軸方向において相互に隣り合う位置関係にある2つの励磁コイル群のうち、一方側(Z軸の正の方向側)にある励磁コイル群に印加される励磁電圧の方が、他方側(Z軸の正の方向側)にある励磁コイル群に印加される励磁電圧よりも60°位相が進んでいることを示す(第2の角度θ2および第4の角度θ4が+60°であることを示す)。 "Rotor configuration" indicates the configuration of the rotor core. The “rotor configuration” being “single magnetic body” indicates that the rotor core is composed of only the magnetic body portion (same configuration as rotor core 510). The fact that the "rotor configuration" is "double-sided magnetic material + intermediate non-magnetic material" means that the rotor core is composed of a non-magnetic part and two magnetic parts arranged above and below the magnetic material in the axial direction ( It has the same configuration as the rotor core 710). "Three-phase AC phase" indicates the phase relationship of the exciting voltages (three-phase AC voltages) applied to the respective exciting coil groups. The fact that the "three-phase AC phase" is "same for all windings" means that the excitation coils of each stator (the first-phase coil, the second-phase coil, and the third-phase coil) have the same phase. is applied (the second angle θ2 and the fourth angle θ4 are 0°). The fact that the "three-phase alternating current phase" is "shifted by 60°" means that one of the two exciting coil groups that are adjacent to each other in the axial direction (positive direction side of the Z axis) It indicates that the excitation voltage applied to a certain excitation coil group leads the excitation voltage applied to the excitation coil group on the other side (the positive direction side of the Z axis) by 60° (first 2 angle θ2 and the fourth angle θ4 is +60°).
モータA、Bは、1つのロータと、当該ロータを挟んで軸方向における両側にそれぞれ1つずつ配置された合計2つのステータとを有するモータである(ロータとステータの数および配置は、図1、図7と同様である(ただし、「ロータの磁石配置」に示すように永久磁石の配置はモータA、Bで異なる))。モータA、Bの各部(コア・コイル)の材質・大きさ・形状と、励磁コイル群の巻数・巻き方は、同じである。 Motors A and B are motors having one rotor and a total of two stators arranged on both sides of the rotor in the axial direction (the number and arrangement of rotors and stators are shown in FIG. 1). , and FIG. 7 (however, the arrangement of the permanent magnets is different between the motors A and B as shown in "Arrangement of rotor magnets"). The material, size and shape of each part (core and coil) of the motors A and B, and the number of turns and winding method of the excitation coil group are the same.
モータC、Dは、軸方向に間隔を有して配置された2つのロータと、当該ロータを挟んで軸方向における両側にそれぞれ1つずつ配置された合計3つのステータとを有するモータである(ロータとステータの数および配置は、図9と同様である(ただし、「ロータの磁石配置」に示すように永久磁石の配置はモータC、Dで異なる))。モータC、Dの各部(コア・コイル)の材質・大きさ・形状と、励磁コイル群の巻数・巻き方は、同じである。 The motors C and D are motors having two rotors spaced apart in the axial direction, and a total of three stators arranged on both sides of the rotor in the axial direction ( The number and arrangement of rotors and stators are the same as in FIG. 9 (however, the arrangement of permanent magnets differs between motors C and D, as shown in "Arrangement of rotor magnets")). The material, size and shape of each part (core and coil) of the motors C and D, and the number of turns and winding method of the excitation coil group are the same.
モータE、Fは、軸方向に間隔を有して配置された4つのロータと、当該ロータを挟んで軸方向における両側にそれぞれ1つずつ配置された合計5つのステータとを有するモータである(ロータとステータの数および配置は、図15と同様である(ただし、「ロータの磁石配置」に示すように永久磁石の配置はモータE、Fで異なる))。モータE、Fの各部(コア・コイル)の材質・大きさ・形状と、励磁コイル群の巻数・巻き方は、同じである。
表2に、モータA~Fの出力、出力密度、および騒音のそれぞれの測定結果を示す。
The motors E and F are motors having four rotors spaced apart in the axial direction and a total of five stators placed on each side of the rotor in the axial direction ( The number and arrangement of rotors and stators are the same as in FIG. 15 (however, the arrangement of permanent magnets differs between motors E and F, as shown in "Arrangement of rotor magnets"). The material, size and shape of each part (core and coil) of the motors E and F, and the number of turns and winding method of the excitation coil group are the same.
Table 2 shows the measurement results of the power, power density, and noise of motors A to F, respectively.
表2に示すように、同一の大きさのモータである場合には、第1~第3の実施形態で説明したようにして、励磁コイル群に印加する励磁電圧の位相と、ロータの永久磁石の回転方向における位置とをずらした場合の方が、そうでない場合に比べ、出力および出力密度を大きくすると共に、騒音を低減することができることが分かる。 As shown in Table 2, in the case of motors of the same size, the phase of the excitation voltage applied to the excitation coil group and the permanent magnet of the rotor are determined as described in the first to third embodiments. It can be seen that the output and the output density can be increased and the noise can be reduced when the position in the rotational direction of the motor is displaced compared to the case where it is not.
以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The embodiments of the present invention described above are merely examples of specific implementations of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed to be limited by these. be. That is, the present invention can be embodied in various forms without departing from its technical concept or main features.
100・700・900・1500:回転電機
110・910・1511:上側ステータ
120・930・1515:下側ステータ
130・940・950・1521~1524:ロータ
140・960・1530:ハウジング
151~154・971~976・1540a~1540j:ベアリング
160・980・1550:シャフト
171・172・991・992・1561・1562:励磁電源
212a~212h・232a~232h・1012a~1012h・1032a~1032h・1033a~1033h:ティース部
220・240・1020・1041・1042・1060・1511a・1512a・1512b・1513a・1513b・1514a・1514b・1515a:励磁コイル群
510・710・1210・1310:ロータコア
520a~520h・530a~530h・1220a~1220h・1230a~1230h・1320a~1320h・1330a~1330h・1521a・1521b・1522a・1522b・1523a・1523b・1524a・1524b:永久磁石
711:非磁性部
712a・712b:磁性部
920・1512~1514:中間ステータ
100/700/900/1500: Rotating
Claims (14)
前記第1の永久磁石群と軸方向において所定の間隔を有した状態で配置される一方側ステータと、
前記第2の永久磁石群と軸方向において所定の間隔を有した状態で配置される他方側ステータと、を有する回転電機であって、
前記一方側ステータは、
周方向に間隔を有して配置された複数のティース部を有するステータコアと、
前記複数のティース部に対して巻き回された3つのコイルであって、それぞれ三相交流電圧が印加される3つのコイルを有する励磁コイル群と、を有し、
前記他方側ステータは、
周方向に間隔を有して配置された複数のティース部を有するステータコアと、
前記複数のティース部に対して巻き回された3つのコイルであって、それぞれ三相交流電圧が印加される3つのコイルを有する励磁コイル群と、を有し、
前記第1の永久磁石群の前記複数の永久磁石は、前記第2の永久磁石群の前記複数の永久磁石の位置を基準として、当該第2の永久磁石群に対して周方向において第1の角度だけずれた状態で配置され、
前記一方側ステータの前記励磁コイル群に印加される三相交流電圧の位相と、前記他方側ステータの前記励磁コイル群に印加される三相交流電圧の位相とが第2の角度だけずれた状態で動作することを特徴とする回転電機。 a first permanent magnet group made up of a plurality of permanent magnets arranged on one side in the axial direction; a second permanent magnet group made up of a plurality of permanent magnets arranged on the other side in the axial direction; a rotor having a permanent magnet group and a rotor core magnetically coupled with the second permanent magnet group;
a one-side stator arranged with a predetermined gap in the axial direction from the first permanent magnet group;
A rotating electrical machine having a second permanent magnet group and a second stator arranged with a predetermined gap in the axial direction,
The one-side stator is
a stator core having a plurality of teeth arranged at intervals in the circumferential direction;
an exciting coil group including three coils wound around the plurality of teeth, each having three coils to which a three-phase AC voltage is applied;
The other side stator is
a stator core having a plurality of teeth arranged at intervals in the circumferential direction;
an exciting coil group including three coils wound around the plurality of teeth, each having three coils to which a three-phase AC voltage is applied;
The plurality of permanent magnets of the first permanent magnet group are positioned at a first position in the circumferential direction with respect to the second permanent magnet group with reference to the positions of the plurality of permanent magnets of the second permanent magnet group. It is arranged in a state shifted by an angle,
A state in which the phase of the three-phase AC voltage applied to the excitation coil group of the one-side stator is shifted from the phase of the three-phase AC voltage applied to the excitation coil group of the other-side stator by a second angle. A rotary electric machine characterized by operating with
軸方向の一方側に配置される磁性部と、
軸方向の他方側に配置される磁性部と、
軸方向において当該2つの磁性部の間に配置される非磁性部と、を有し、
前記第1の永久磁石群は、軸方向の一方側に配置される前記磁性部と磁気的に結合され、
前記第2の永久磁石群は、軸方向の他方側に配置される前記磁性部と磁気的に結合され、
軸方向の一方側に配置される前記磁性部と、軸方向の他方側に配置される前記磁性部とが磁気的に結合されていないことを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の回転電機。 The rotor core is
a magnetic portion arranged on one side in the axial direction;
a magnetic portion arranged on the other side in the axial direction;
a non-magnetic portion arranged between the two magnetic portions in the axial direction;
The first permanent magnet group is magnetically coupled to the magnetic portion arranged on one side in the axial direction,
The second permanent magnet group is magnetically coupled to the magnetic portion arranged on the other side in the axial direction,
5. The magnetic portion arranged on one side in the axial direction and the magnetic portion arranged on the other side in the axial direction are not magnetically coupled. The rotary electric machine described in .
前記中間ステータは、
軸方向の一方側と他方側とのそれぞれに、周方向に間隔を有して配置された複数のティース部を有するステータコアと、
軸方向の一方側に配置された前記複数のティース部に対して巻き回された3つのコイルであって、それぞれ三相交流電圧が印加される3つのコイルを有する励磁コイル群と、
軸方向の他方側に配置された前記複数のティース部に対して巻き回された3つのコイルであって、それぞれ三相交流電圧が印加される3つのコイルを有する励磁コイル群と、を有し、
前記ロータの数は、前記一方側ステータ、前記他方側ステータ、および前記中間ステータの数より1つ少なく、
前記ロータは、前記一方側ステータ、前記他方側ステータ、および前記中間ステータのうち、軸方向において相互に隣り合う位置関係にある2つのステータの間に配置され、
前記ロータの前記第1の永久磁石群は、前記一方側ステータ、前記他方側ステータ、および前記中間ステータのうち、当該ロータと軸方向の一方側で隣り合う位置関係にあるステータと、所定の間隔を有した状態で配置されると共に、前記ロータの前記第2の永久磁石群は、前記一方側ステータ、前記他方側ステータ、および前記中間ステータのうち、当該ロータと軸方向の他方側で隣り合う位置関係にあるステータと、所定の間隔を有した状態で配置され、
前記一方側ステータ、前記他方側ステータ、および前記中間ステータの前記励磁コイル群のうち、軸方向において前記ロータを介して相互に隣り合う位置関係にある2つの前記励磁コイル群に印加される三相交流電圧の位相が前記第2の角度だけずれた状態で動作することを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の回転電機。 further comprising at least one intermediate stator axially arranged between the one side stator and the other side stator;
The intermediate stator is
a stator core having a plurality of teeth arranged at intervals in the circumferential direction on one side and the other side in the axial direction;
an exciting coil group including three coils wound around the plurality of teeth arranged on one side in the axial direction, each coil being applied with a three-phase AC voltage;
an exciting coil group including three coils wound around the plurality of teeth arranged on the other side in the axial direction, each coil being applied with a three-phase AC voltage; ,
the number of rotors is one less than the number of the one-side stator, the other-side stator, and the intermediate stator;
the rotor is arranged between two stators of the one-side stator, the other-side stator, and the intermediate stator that are adjacent to each other in the axial direction;
The first permanent magnet group of the rotor is positioned at a predetermined distance from the stator, which is adjacent to the rotor on one side in the axial direction, among the one-side stator, the other-side stator, and the intermediate stator. and the second permanent magnet group of the rotor is adjacent to the rotor on the other side in the axial direction among the one side stator, the other side stator, and the intermediate stator arranged with a predetermined spacing from the stator in a positional relationship,
Three-phase applied to two of the excitation coil groups of the one-side stator, the other-side stator, and the intermediate stator that are adjacent to each other in the axial direction with the rotor interposed therebetween. The electric rotating machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the rotating electric machine operates in a state in which the phase of the AC voltage is shifted by the second angle.
前記一方側ステータ、前記他方側ステータ、および前記中間ステータの前記励磁コイル群のうち、軸方向において前記ロータを介して相互に隣り合う位置関係にある2つの前記励磁コイル群に印加される三相交流電圧の位相差が第4の角度であることを特徴とする請求項6~9の何れか1項に記載の回転電機。 Of the two rotors adjacent to each other in the axial direction, the second permanent magnet group of the rotor on one side in the axial direction corresponds to the first permanent magnet group of the rotor on the other side. Based on the position of the group, it is arranged in a state shifted by a third angle in the circumferential direction with respect to the first permanent magnet group,
Three-phase applied to two of the excitation coil groups of the one-side stator, the other-side stator, and the intermediate stator that are adjacent to each other in the axial direction with the rotor interposed therebetween. 10. The electric rotating machine according to any one of claims 6 to 9, wherein the phase difference of the AC voltages is a fourth angle.
軸方向において前記ロータと他方側で相互に隣り合う位置関係にある前記励磁コイル群に印加される三相交流電圧の位相差は、120×n°(nは非負整数)であることを特徴とする請求項6~13の何れか1項に記載の回転電機。 The phase difference of the three-phase AC voltages applied to the excitation coil groups adjacent to each other on one side of the rotor in the axial direction is 120×n° (n is a non-negative integer),
A phase difference of the three-phase AC voltages applied to the excitation coil group adjacent to each other on the other side of the rotor in the axial direction is 120×n° (n is a non-negative integer). The rotary electric machine according to any one of claims 6 to 13.
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