JP7534995B2 - Rotating Electric Machine - Google Patents
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Description
本発明は、磁極数(極数)切り換えが可能な回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electric machine that is capable of switching the number of magnetic poles (number of poles).
ロータ極数を増加し、磁気ギア効果によって、トルクを増加する表面磁石バーニアモータが知られている。このモータは、3相コイルが生成する基本波回転磁界ではなく、スロット数と極数に応じた高調波回転磁界を活用する。高調波回転磁界は、回転速度が遅いため、基本波回転磁界を活用するモータに比べると、3相コイルに通電する電流の駆動周波数を増加させる必要がある(5次高調波を活用する場合、駆動周波数は5倍)。その結果、低速域でトルクが増加できるが、駆動周波数の限界から、高速回転できず出力増加に限界がある。 Surface magnet vernier motors are known that increase the number of rotor poles and increase torque through the magnetic gear effect. These motors use a harmonic rotating magnetic field corresponding to the number of slots and poles, rather than the fundamental wave rotating magnetic field generated by a three-phase coil. Because a harmonic rotating magnetic field has a slow rotation speed, it is necessary to increase the drive frequency of the current passing through the three-phase coil compared to motors that use a fundamental wave rotating magnetic field (when using the fifth harmonic, the drive frequency is five times higher). As a result, torque can be increased at low speeds, but due to limitations in the drive frequency, high speed rotation is not possible, and there is a limit to the increase in output.
基本波と高調波を切り換える、すなわち極数切り換えができれば、高トルクと高出力の両立が実現できる。そこで、極数切り換えができるモータについての提案があり、極数を変更する技術としていくつかの手法がある。 If it were possible to switch between the fundamental wave and the harmonics, i.e., to switch the number of poles, it would be possible to achieve both high torque and high output. As a result, there have been proposals for motors that allow the number of poles to be switched, and there are several techniques for changing the number of poles.
特許文献1~3ではロータの着磁を変更し、特許文献4ではロータ磁石を機械的に移動し、特許文献5,6ではステータの相数を変更して、極数を切り換えている。
In
ロータの着磁を変更するためには、瞬間的なパルス電流を通電する必要があり、3相電流を供給するインバータが大型化する。 In order to change the magnetization of the rotor, it is necessary to pass an instantaneous pulse current, which requires a larger inverter to supply the three-phase current.
ロータ磁石を機械的に移動させるためには、その移動機構およびアクチュエータが必要になり大型化する。 In order to mechanically move the rotor magnet, a movement mechanism and actuator are required, which increases the size.
ステータの相数変更のためには、3相以上の多相インバータが必要になるため、インバータが大型化する。 To change the number of stator phases, a multi-phase inverter with three or more phases is required, which increases the size of the inverter.
本発明では、アクチュエータの追加や、3相電流を供給するインバータを大型化させずに、極数切り換えが実現できるモータを提供する。 The present invention provides a motor that can change the number of poles without adding an actuator or enlarging the size of the inverter that supplies the three-phase current.
本発明に係る回転電機は、複数のステータスロットを有するステータコアと、ステータスロットに配置される3相コイルを有し、所定の磁界を形成するステータと、内径部に所定数の内ロータ磁極が形成され、外径部に内径部とは異なる数の外ロータ磁極が形成されるロータと、前記ステータコアおよび前記ロータの側方に位置する界磁ヨークと、前記ロータと前記ステータと前記界磁ヨークにより形成される経路を周回する界磁磁束を発生させる界磁コイルと、を有し、界磁コイルに一方向の直流電流を流すことで内ロータ磁極からの磁界を打ち消し、界磁コイルに他方向の直流電流を流すことで外ロータ磁極からの磁界を打ち消して、ロータの磁極数を切り換え可能とする。 The rotating electric machine according to the present invention has a stator core with multiple stator slots, a stator having three-phase coils arranged in the stator slots and forming a predetermined magnetic field, a rotor having a predetermined number of inner rotor poles formed on the inner diameter portion and a different number of outer rotor poles formed on the outer diameter portion, a field yoke positioned on the side of the stator core and the rotor, and a field coil that generates a field magnetic flux that circulates around a path formed by the rotor, the stator, and the field yoke, and is capable of switching the number of magnetic poles of the rotor by canceling out the magnetic field from the inner rotor poles by passing a direct current in one direction through the field coil and canceling out the magnetic field from the outer rotor poles by passing a direct current in the other direction through the field coil.
前記ロータは、外径部に円周方向に第1の間隔をおいて配置した永久磁石と永久磁石間に形成された突極を有し、内径部に円周方向に第2の間隔をおいて配置した永久磁石と永久磁石間に形成された突極を有するとよい。 The rotor may have permanent magnets arranged at a first interval in the circumferential direction on the outer diameter portion and salient poles formed between the permanent magnets, and may have permanent magnets arranged at a second interval in the circumferential direction on the inner diameter portion and salient poles formed between the permanent magnets.
前記第1の間隔が、前記第2の間隔より狭く、外径部の磁極数が内径部の磁極数より大きいとよい。 The first interval is preferably narrower than the second interval, and the number of magnetic poles in the outer diameter portion is greater than the number of magnetic poles in the inner diameter portion.
前記ステータによって、基本波と、高調波が生成され、前記内ロータ磁極または外ロータ磁極の一方の磁極数が基本波による磁極数に対応し、前記内ロータ磁極または外ロータ磁極の他方の磁極数が高調波の磁極数に対応しているとよい。 The stator generates a fundamental wave and harmonics, and the number of poles of one of the inner rotor poles or the outer rotor poles corresponds to the number of poles of the fundamental wave, and the number of poles of the other of the inner rotor poles or the outer rotor poles corresponds to the number of poles of the harmonics.
低速域では、前記界磁コイルに一方向の直流電流を流すことで、前記内ロータ磁極または前記外ロータ磁極の内で磁極数が基本波による磁極数に対応しているロータ磁極からの磁界を打ち消し、高調波が大きくなるように調整し、高速域では、前記界磁コイルに他方向の直流電流を流すことで、前記内ロータ磁極または前記外ロータ磁極の内で磁極数が高調波による磁極数に対応しているロータ磁極からの磁界を打ち消し、基本波が大きくなるように調整するとよい。 In the low speed range , a direct current in one direction is passed through the field coil to cancel out the magnetic field from the rotor poles, either the inner rotor poles or the outer rotor poles, whose number of poles corresponds to the number of poles due to the fundamental wave, thereby adjusting the harmonics to be larger, and in the high speed range, a direct current in the other direction is passed through the field coil to cancel out the magnetic field from the rotor poles, either the inner rotor poles or the outer rotor poles, whose number of poles corresponds to the number of poles due to the harmonic, thereby adjusting the fundamental wave to be larger.
本発明によれば、界磁コイルへ流す電流の方向を切り換えるだけで、ロータの極数切り換えが行える。従って、アクチュエータの追加や、3相電流を供給するインバータを大型化させずに、極数切り換えが実現できる。 According to the present invention, the number of rotor poles can be changed simply by switching the direction of the current flowing through the field coil. Therefore, the number of poles can be changed without adding an actuator or enlarging the size of the inverter that supplies the three-phase current.
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiment described here.
「システム構成」
図1は、実施形態に係る回転電機を含む回転電機システムを示す回路図である。なお、実施形態では、電気エネルギーと機械エネルギーの変換を行う回転電機についてモータと称する。
System Configuration
1 is a circuit diagram showing a rotating electric machine system including a rotating electric machine according to an embodiment of the present invention. In the embodiment, a rotating electric machine that converts between electrical energy and mechanical energy is called a motor.
直流電源10は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池であり、その出力は3相インバータ12に接続される。3相インバータ12は、モータ20に接続されている。このモータ20は、永久磁石モータであり、ステータ22はスター接続の3相ステータコイル24(24u,24v,24w)を有し、3相インバータ12の3つの出力がステータコイル24u,24v,24wの一端に接続されており、ステータコイル24u,24v,24wの他端は中性点で共通接続されている。3相インバータ12により所定の3相交流がステータコイル24u,24v,24wに供給され、これによって生じる回転磁界に応じてロータが回転する。
The
そして、直流電源10には、界磁回路30を介し、界磁コイル34が接続されている。界磁回路30から供給される直流電流によって、界磁コイル34によって所定の磁界がステータおよびロータに印加され、これによって後述するようなロータの磁極数(以下、極数という)切り換えが行われる。
The DC
「モータ20の構成」
図2は、モータ20についてその回転軸を通る面での断面図である。モータ20は、円筒状のロータ40と、ロータ40を、ギャップを介して取り囲むように配置された円環状のステータ22を有する。そして、ロータ40の中心には回転軸28がロータ40を貫通するように配置されている。
"Configuration of
2 is a cross-sectional view of the
ロータ40には、複数の永久磁石が周方向に離散的には配置されており、これによってその外周に沿って複数の磁極が形成されている。ステータ22は、ステータコア22aと、ステータコア22aのスロットに配置されて、スロット間のティースに巻回された複数相のステータコイル24を有している。図においては、ステータコイル24のコイルエンドが示してある。
The rotor 40 has multiple permanent magnets arranged discretely in the circumferential direction, which forms multiple magnetic poles along its outer periphery. The
そして、本実施形態では、ロータ40と、ステータ22の軸方向の両側端面を覆うように界磁ヨーク32が設けられている。この界磁ヨーク32は、中央部が開いた円環状であり、かつステータコイル24のコイルエンドを避けるようにロータ40およびステータ22から離れる方向に向けて凹んだ円環状の凹部32aを有している。この凹部32aのステータコイル24のコイルエンドの径方向内側には、円環状に巻回された界磁コイル34が収容されている。
In this embodiment, a field yoke 32 is provided to cover both axial end faces of the rotor 40 and the
図3は、モータ20の分解図を含む全体構成を示す図である。このように、ステータ22の軸方向の両側に界磁ヨーク32が配置される。界磁ヨーク32は、凹部32aを有しており、凹部32aの比較的内側に円環状に巻回された界磁コイル34が配置されている。
Figure 3 shows the overall configuration of the
図4は、モータ20についてその回転軸と直交する面での断面図である。この図においては、界磁ヨーク32は見えていない。ステータコア22aは、外周側のヨーク22a-1と、ヨーク22a-1から内方に周方向等間隔で突出するティース22a-2とを有する。隣接するティース22a-2の間がスロットであり、ここにステータコイル24が挿入されている。
Figure 4 is a cross-sectional view of the
ロータ40には、磁極を構成するために、複数の永久磁石が配置されている。まず、外周部には、外ロータ磁極を構成する第1磁石42が等間隔(第1の間隔)で配置され、隣接する第1磁石42間が第1突極44となっている。この例では、20個の第1磁石42が設けられ、例えば第1磁石42がN極であればここがN極となり、第1磁石42間の第1突極44は界磁電流の正負に応じた極性(N,S)になる。 A number of permanent magnets are arranged on the rotor 40 to form the magnetic poles. First, on the outer periphery, the first magnets 42 that form the outer rotor magnetic poles are arranged at equal intervals (first intervals), and the space between adjacent first magnets 42 forms a first salient pole 44. In this example, 20 first magnets 42 are provided, and if the first magnet 42 is a north pole, for example, this will be the north pole, and the first salient poles 44 between the first magnets 42 will have a polarity (N, S) that corresponds to the positive or negative field current.
また、ロータ40には、内ロータ磁極を構成する第2磁石46が等間隔(第2の間隔)で配置されている。この第2磁石46は、略円弧状(外向きのハの字状)の磁石孔46a,46bに挿入された複数(図においては2つ)の永久磁石から構成されている。円周方向に等間隔で4か所に設けられた第2磁石46によって、4つの磁極が形成され、周方向に隣接する第2磁石46間が4つの第2突極48となっている。例えば、第2磁石46による磁極がS極であればここがS極となり、第2突極48は界磁電流の正負に応じた極性(N,S)になる。 In addition, second magnets 46 that form the inner rotor magnetic poles are arranged at equal intervals (second intervals) on the rotor 40. The second magnets 46 are composed of multiple (two in the figure) permanent magnets inserted into magnet holes 46a, 46b that are roughly arc-shaped (outward V-shaped). The second magnets 46 are provided at four locations at equal intervals in the circumferential direction to form four magnetic poles, and four second salient poles 48 are formed between adjacent second magnets 46 in the circumferential direction. For example, if the magnetic pole formed by the second magnets 46 is an S pole, this will be an S pole, and the second salient poles 48 will have a polarity (N, S) that corresponds to the positive or negative field current.
「極数切り換え」
<界磁電流0>
図5は、ロータ40およびステータ22について周方向1/4の構成を示す図である。この場合電気角360度分であり、6個のティース22a-2に巻回される3相のステータコイル24u,24v,24wの1セットが設けられている。ロータ40は、5個の第1磁石42およびその間の第1突極44と、1つの第2磁石46およびその間の第2突極48が位置する。
"Pole number switching"
<Field current 0>
5 is a diagram showing the configuration of a circumferential quarter of the rotor 40 and the
図6には、図5に構成における、界磁電流磁束の状態を示してある。第1磁石42は、それぞれN極となり、その間の第1突極44が磁束0となる。また、第2磁石46はS極となり、その間の第2突極48は磁束0となる。 Figure 6 shows the state of the field current magnetic flux in the configuration of Figure 5. Each of the first magnets 42 becomes a north pole, and the first salient pole 44 between them has zero magnetic flux. Also, the second magnet 46 becomes a south pole, and the second salient pole 48 between them has zero magnetic flux.
図7には、図5の構成において、界磁電流を0とした状態の磁束の状態を示してある。このように、5つの第1磁石42により、5つのN極が形成される。また、第2磁石46により、1つのS極が構成される。界磁電流が0でありその磁束がないため、第1磁石42と、第2磁石46の両方の磁束を足し合わした合計の磁束は、第1磁石42による磁束が第2磁石46による磁束によってシフトした形になる。 Figure 7 shows the state of magnetic flux when the field current is set to zero in the configuration of Figure 5. In this way, five first magnets 42 form five north poles. Also, one south pole is formed by the second magnet 46. Because the field current is zero and there is no magnetic flux, the total magnetic flux obtained by adding together the magnetic flux of both the first magnet 42 and the second magnet 46 is such that the magnetic flux due to the first magnet 42 is shifted by the magnetic flux due to the second magnet 46.
<界磁電流+>
図8は、ロータ40、ステータ22、および界磁ヨーク32の軸方向断面(半分)を示す図である。界磁コイル34は、回転軸28を回る円環状であり、ここに界磁電流(界磁電流+)として一方向の直流電流が流れる。図における黒丸が紙面手前に向けて流れることを示し、×が紙面奥向きに流れることを示している。軸方向の両側の界磁コイル34において反対方向の電流が流れる。
<Field current +>
8 is a diagram showing an axial cross section (half) of the rotor 40, the
これによって、図に矢印で示すように、ロータ40から界磁ヨーク32、ステータ22を回ってロータ40に戻る界磁電流磁束が形成される。
This creates a field current magnetic flux that flows from the rotor 40, around the field yoke 32 and the
図9には、図6において、界磁電流+を流したことによる磁束の状態を矢印で示してある。この場合、第1磁石42間の第1突極44を磁束が通過することになるが、第2突極48においては、第2磁石46がないので界磁電流磁束が比較的大きくなり、一方第2磁石46が配置された部分においては第2磁石46があるため磁束が通りにくく、その部分の磁束は小さくなる。 In Figure 9, the arrows show the state of the magnetic flux resulting from the flow of field current + in Figure 6. In this case, the magnetic flux passes through the first salient pole 44 between the first magnets 42, but at the second salient pole 48, the field current magnetic flux is relatively large because there is no second magnet 46, while in the area where the second magnet 46 is located, the magnetic flux is less likely to pass because of the presence of the second magnet 46, and the magnetic flux in that area is small.
図10には、図8の界磁電流(界磁電流+)が流れた状態の磁束の状態を示してある。このように、5つの第1磁石42および1つ第2磁石46により形成される磁束は変化ないが、界磁電流磁束が新たに加わっている。 Figure 10 shows the state of the magnetic flux when the field current (field current +) of Figure 8 flows. In this way, the magnetic flux formed by the five first magnets 42 and one second magnet 46 does not change, but the field current magnetic flux is newly added.
この界磁磁束は、S極を形成するものであり、磁石の部分で通りにくいため、磁石のない第1突極44と第2突極48の両方を通る経路が最も磁束が大きくなる。次に、第1突極44と第2磁石46を通る経路、その次に第1磁石42と第2突極48を通る経路、そして一番小さいのが第1磁石42と第2磁石46を通る経路となる。 This field magnetic flux forms the south pole and is difficult to pass through the magnets, so the path that passes through both the first salient pole 44 and the second salient pole 48, which do not have magnets, produces the largest magnetic flux. Next, the path that passes through the first salient pole 44 and the second magnet 46, then the path that passes through the first magnet 42 and the second salient pole 48, and the smallest is the path that passes through the first magnet 42 and the second magnet 46.
そして、これらの磁束を合計すると、第1磁石42による磁束を大きく引き伸ばし、S側にシフトしたような磁束になる。 When these magnetic fluxes are added together, the magnetic flux generated by the first magnet 42 is greatly expanded, resulting in a magnetic flux that appears to be shifted to the S side.
<界磁電流->
図11は、図8の界磁電流マイナス(-)が流れた状態の磁束の状態を示す図である。界磁電流―によって、図8の場合とは反対方向(他方向)の界磁電流磁束が形成される。
<Field current->
Fig. 11 is a diagram showing the state of magnetic flux when a negative (-) field current flows in Fig. 8. The negative field current forms a field current magnetic flux in the opposite direction (other direction) to that in Fig. 8.
図12には、界磁電流-を流したことによる磁束の状態を矢印で示してある。この場合、図9と磁束の方向は反対となるが、磁束の大きさについては、同じになる。 In Figure 12, the arrows show the state of the magnetic flux when a negative field current is passed. In this case, the direction of the magnetic flux is opposite to that in Figure 9, but the magnitude of the magnetic flux is the same.
図13には、図8の界磁電流(界磁電流-)が流れた状態の磁束の状態を示してある。このように、5つの第1磁石42および1つ第2磁石46により形成される磁束は変化ないが、界磁電流磁束が図10の場合とは反対方向になり、N極を形成する磁束になる。 Figure 13 shows the state of the magnetic flux when the field current (-field current) of Figure 8 flows. In this way, the magnetic flux formed by the five first magnets 42 and one second magnet 46 does not change, but the field current magnetic flux is in the opposite direction to that in Figure 10, and becomes a magnetic flux that forms a north pole.
そして、これらの磁束を合計すると、第2磁石による磁束を大きく引き伸ばし、N側にシフトしたような磁束になる。 When these magnetic fluxes are added together, the magnetic flux from the second magnet is greatly expanded, resulting in a magnetic flux that appears to be shifted to the N side.
<まとめ>
このように、界磁コイル34に界磁電流+を流すことで、第1磁石42の磁束と同様の磁束が得られ、界磁コイル34に界磁電流-を流すことで、第2磁石46の磁束と同様の磁束が得られる。
<Summary>
In this way, by passing a positive field current through the
従って、界磁コイル34に流す直流電流の方向により、ロータにおける極対数を5×4=20(40極)と、1×4=4(8極)に切り換えることができる。
Therefore, depending on the direction of the DC current flowing through the
図2~4に示すステータ22は、24スロットで、8極の基本波回転磁界と40極の高調波回転磁界を生成する3相コイルと、環状の界磁コイル34を有する。ロータ40は40極を形成する第1磁石42と、8極を形成する第2磁石46を有する。そして、界磁電流磁束が流れることで磁化される第1突極44をロータ40表面に有し、界磁電流が流れることで磁化される第2突極48をロータ40の内径部に有する。
The
従って、ステータ22において、8極の基本波回転磁界と40極の高周波回転磁界を生成し、界磁電流マイナス(-)を界磁コイル34に流すことで、ロータ極数8極での基本波駆動が行え、界磁電流プラス(+)を界磁コイル34に流すことでロータ極数40極での5次高調波駆動を行うことができる。
Therefore, in the
すなわち、界磁コイル34に流す直流電流の方向を切り換えることで、ロータ40の極数を、基本波駆動と5次高調波駆動の極数に切り換えることができ、それぞれの回転磁界でトルクを発生できる。
In other words, by switching the direction of the DC current flowing through the
「鎖交磁束波形」
図14は、シミュレーションにより、界磁電流を変化させたときの無負荷鎖交磁束の時間波形を示す図であり、(a)は界磁電流マイナス(-)、(b)は界磁電流0、(c)は界磁電流(+)を示す。また、図15は、そのときの基本波と5次高調波の振幅を示す図であり、図中丸印●は、界磁電流マイナス(-)、四角印□は、界磁電流プラス(+)を示す。
"Interlinkage magnetic flux waveform"
Fig. 14 is a diagram showing the time waveform of the no-load interlinkage magnetic flux when the field current is changed by simulation, where (a) shows a negative (-) field current, (b) shows a field current of 0, and (c) shows a positive field current. Fig. 15 is a diagram showing the amplitude of the fundamental wave and the fifth harmonic at that time, where the circle ● in the diagram indicates a negative (-) field current and the square □ indicates a positive (+) field current.
このように、界磁コイル34に界磁電流マイナス(-)を流すと、基本波が増加してその波形が主となり、界磁電流プラス(+)の界磁電流を流すと5次高調波が増加してその波形は主となる。
In this way, when a negative (-) field current is passed through the
「極数について」
上述の実施形態では、ステータ22のスロットで8極の3相コイル(ステータコイル24)に対して、ロータ40を8極(基本波)と40極(5次高調波)の極数切り換えをしたが、スロット数、3相コイルの極数とロータの極数が以下の関係を満たせば、上述した極数切り換えを行うことができる。
Z2=Z1±p
Z1: ステータスロット数
Z2: ロータ外径部の極対数
p : 3相コイルの極対数(ロータ内径部の極対数)
"Number of poles"
In the above-described embodiment, the slots of the
Z2 = Z1 ± p
Z1 : Number of stator slots Z2 : Number of pole pairs on the outer diameter of the rotor p: Number of pole pairs of the three-phase coil (number of pole pairs on the inner diameter of the rotor)
上述の実施形態は、Z1=24,Z2=20,p=4であり、界磁電流によりZ2とpとの切り換えが可能になっている。 In the above embodiment, Z 1 =24, Z 2 =20, and p=4, and switching between Z 2 and p is possible by the field current.
「出力トルクについて」
図16は、シミュレーションにより、基本波駆動と、5次高調波駆動についての、回転数-トルク特性を計算した結果を示す図であり、界磁電流マイナス(-)を流し、3相コイルにロータ回転と同期する駆動周波数の3相電流を流したときの特性(基本波駆動)と、界磁電流プラス(+)を流し、3相コイルにロータ回転に対し5倍の駆動周波数の3相電流を流したときの特性(5次高調波駆動)である。
"About output torque"
FIG. 16 is a diagram showing the results of calculating the rotation speed-torque characteristics for fundamental wave driving and fifth harmonic driving through a simulation, showing the characteristics when a negative (-) field current is passed and a three-phase current with a drive frequency synchronized with the rotor rotation is passed through the three-phase coil (fundamental wave driving), and the characteristics when a positive (+) field current is passed and a three-phase current with a drive frequency five times the rotor rotation is passed through the three-phase coil (fifth harmonic driving).
これより、界磁電流の電流方向の切り換えにより、低速域での高トルクと、高速域での高出力が両立できることが確認できる。 This confirms that by switching the direction of the field current, it is possible to achieve both high torque at low speeds and high output at high speeds.
「その他」
ここで、5次高調波回転磁界の回転方向は、基本波回転磁界の回転方向(ロータ回転方向と一致)とは逆になるため、5次高調波駆動の電流指令値の回転方向は、基本波駆動時の回転方向とは逆方向である。また、基本波駆動における最高回転数における駆動周波数を、駆動周波数の上限とすると、5次高調波駆動の場合には、基本波駆動に対して1/5の回転数までしか駆動できない。
"others"
Here, since the rotation direction of the fifth harmonic rotating magnetic field is opposite to that of the fundamental wave rotating magnetic field (which coincides with the rotor rotation direction), the rotation direction of the current command value for fifth harmonic drive is opposite to that for fundamental wave drive. Also, if the drive frequency at the maximum rotation speed in fundamental wave drive is set as the upper limit of the drive frequency, in the case of fifth harmonic drive, the rotation speed can only be 1/5 of that in fundamental wave drive.
「本実施形態の効果」
本実施形態によれば、界磁コイル34の界磁電流を調整する(方向を切り換える)ことで、ロータ40の作る磁束のギャップ中の磁束密度分布について、基本波と高調波(例えば5次高調波)を切り換えることができる。
"Effects of this embodiment"
According to this embodiment, by adjusting (switching the direction of) the field current of the
従って、高調波を増加させ、ステータコイル24の駆動電流の周波数をロータ同期周波数に対して増加させることで、磁気ギア効果により高トルクにできる。一方、基本波を増加させることで、ステータコイル24の駆動電流の周波数がロータ同期周波数になるので、高速回転でき、高出力にできる。 Therefore, by increasing the harmonics and increasing the frequency of the drive current of the stator coil 24 relative to the rotor synchronous frequency, high torque can be achieved through the magnetic gear effect. On the other hand, by increasing the fundamental wave, the frequency of the drive current of the stator coil 24 becomes the rotor synchronous frequency, allowing for high speed rotation and high output.
10 直流電源、12 3相インバータ、20 モータ、22 ステータ、24 ステータコイル、28 回転軸、30 界磁回路、32 界磁ヨーク、34 界磁コイル、40 ロータ、42 第1磁石、44 第1突極、46 第2磁石、48 第2突極。
REFERENCE SIGNS
Claims (5)
内径部に所定数の内ロータ磁極が形成され、外径部に内径部とは異なる数の外ロータ磁極が形成されるロータと、
前記ステータコアおよび前記ロータの側方に位置する界磁ヨークと、
前記ロータと前記ステータと前記界磁ヨークにより形成される経路を周回する界磁磁束を発生させる界磁コイルと、
を有し、
界磁コイルに一方向の直流電流を流すことで内ロータ磁極からの磁界を打ち消し、界磁コイルに他方向の直流電流を流すことで外ロータ磁極からの磁界を打ち消して、ロータの磁極数を切り換え可能とする、
回転電機。 a stator having a stator core having a plurality of stator slots and a three-phase coil arranged in the stator slots to form a predetermined magnetic field;
a rotor having an inner diameter portion formed with a predetermined number of inner rotor magnetic poles and an outer diameter portion formed with a different number of outer rotor magnetic poles from the inner diameter portion;
a field yoke located on a side of the stator core and the rotor;
a field coil that generates a field flux that circulates around a path formed by the rotor, the stator, and the field yoke;
having
By passing a direct current in one direction through the field coil, the magnetic field from the inner rotor pole is cancelled, and by passing a direct current in the other direction through the field coil, the magnetic field from the outer rotor pole is cancelled, thereby making it possible to switch the number of magnetic poles of the rotor.
Rotating electric motor.
前記ロータは、外径部に円周方向に第1の間隔をおいて配置した永久磁石と永久磁石間に形成された突極を有し、内径部に円周方向に第2の間隔をおいて配置した永久磁石と永久磁石間に形成された突極を有する、
回転電機。 2. The rotating electric machine according to claim 1,
The rotor has permanent magnets arranged at first intervals in the circumferential direction on an outer diameter portion and salient poles formed between the permanent magnets, and has permanent magnets arranged at second intervals in the circumferential direction on an inner diameter portion and salient poles formed between the permanent magnets.
Rotating electric motor.
前記第1の間隔が、前記第2の間隔より狭く、外径部の磁極数が内径部の磁極数より大きい、
回転電機。 3. The rotating electric machine according to claim 2,
The first interval is narrower than the second interval, and the number of magnetic poles in the outer diameter portion is greater than the number of magnetic poles in the inner diameter portion.
Rotating electric motor.
前記ステータによって、基本波と、高調波が生成され、前記内ロータ磁極または外ロータ磁極の一方の磁極数が基本波による磁極数に対応し、前記内ロータ磁極または外ロータ磁極の他方の磁極数が高調波の磁極数に対応している、
回転電機。 A rotating electric machine according to any one of claims 1 to 3,
a fundamental wave and a harmonic wave are generated by the stator, the number of poles of one of the inner rotor poles or the outer rotor poles corresponds to the number of poles of the fundamental wave, and the number of poles of the other of the inner rotor poles or the outer rotor poles corresponds to the number of poles of the harmonic wave;
Rotating electric motor.
低速域では、前記界磁コイルに一方向の直流電流を流すことで、前記内ロータ磁極または前記外ロータ磁極の内で磁極数が基本波による磁極数に対応しているロータ磁極からの磁界を打ち消し、高調波が大きくなるように調整し、
高速域では、前記界磁コイルに他方向の直流電流を流すことで、前記内ロータ磁極または前記外ロータ磁極の内で磁極数が高調波による磁極数に対応しているロータ磁極からの磁界を打ち消し、基本波が大きくなるように調整する、
回転電機。 5. The rotating electric machine according to claim 4 ,
In the low speed range , a unidirectional DC current is passed through the field coil to cancel out the magnetic field from the rotor poles whose number of poles corresponds to the number of poles of the fundamental wave among the inner rotor poles or the outer rotor poles, thereby adjusting the harmonics to be larger.
In the high speed region , a DC current in the other direction is passed through the field coil to cancel out the magnetic field from the rotor poles whose number of magnetic poles corresponds to the number of magnetic poles caused by the harmonics among the inner rotor poles or the outer rotor poles, thereby adjusting the fundamental wave to be larger.
Rotating electric motor.
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