JPWO2021090387A1 - Rotor and rotating machine - Google Patents
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Abstract
界磁磁束に起因する始動時のトルク脈動を低減することを目的とする。径方向外側に突出する複数の突極(71)を有する回転子コア(7)と、複数の突極にそれぞれ設けられた誘起電圧を発生する複数の誘導コイル(72)および誘導コイルで発生した誘起電圧で界磁磁束を発生する複数の界磁コイル(73)と、誘導コイルが整流素子(78)を介して前記界磁コイルに対して並列に接続された整流回路(8)と、回転子コアを軸方向に貫通する複数の導体バー(75)と、回転子コアの軸方向の両端部にそれぞれ設けられ、複数の導体バー同士を短絡する2つの短絡リング(76)とを備えている。The purpose is to reduce the torque pulsation at the time of starting due to the field magnetic flux. It was generated by a rotor core (7) having a plurality of salient poles (71) protruding outward in the radial direction, and a plurality of inductive coils (72) and inductive coils provided in the plurality of salient poles to generate induced voltages. A plurality of field coils (73) that generate a field magnetic flux with an induced voltage, a rectifying circuit (8) in which the induction coil is connected in parallel to the field coil via a rectifying element (78), and rotation. It is provided with a plurality of conductor bars (75) that penetrate the child core in the axial direction and two short-circuit rings (76) that are provided at both ends of the rotor core in the axial direction and short-circuit the plurality of conductor bars. There is.
Description
本願は、回転子および回転電機に関する。 The present application relates to a rotor and a rotary electric machine.
工場における冷却水の循環ポンプ、空調機器の冷却ファンなどにおいて、商用の交流電源で直接駆動される誘導電動機が一般に用いられている。近年の省エネルギー意識の高まりから、誘導電動機にも更なる効率化が求められている。無効電力を削減して力率を向上させた誘導電動機として、永久磁石を埋め込んだ回転子の外周部に導体バーを設けた誘導電動機が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 Induction motors that are directly driven by a commercial AC power source are generally used in cooling water circulation pumps in factories, cooling fans for air conditioning equipment, and the like. Due to the growing awareness of energy conservation in recent years, induction motors are also required to be more efficient. As an induction motor in which the reactive power is reduced and the power factor is improved, an induction motor in which a conductor bar is provided on the outer peripheral portion of a rotor in which a permanent magnet is embedded is disclosed (see, for example, Patent Document 1).
従来の誘導電動機は、永久磁石を埋め込んだ回転子の外周部に導体バーが設けられているので始動トルクが小さく始動し易いという特徴がある。しかしながら、従来の誘導電動機には、永久磁石による界磁磁束に起因して始動時のトルクが脈動するという問題がある。 The conventional induction motor has a feature that the starting torque is small and it is easy to start because the conductor bar is provided on the outer peripheral portion of the rotor in which the permanent magnet is embedded. However, the conventional induction motor has a problem that the torque at the time of starting pulsates due to the field magnetic flux due to the permanent magnet.
本願は、上述のような課題を解決するためになされたもので、始動時のトルク脈動を低減することを目的とする。 The present application has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to reduce torque pulsation at the time of starting.
本願の回転電機の回転子は、磁性体で構成され径方向外側に突出する複数の突極を有する回転子コアと、複数の突極にそれぞれ設けられた誘起電圧を発生する複数の誘導コイルおよび誘導コイルで発生した誘起電圧で界磁磁束を発生する複数の界磁コイルと、誘導コイルが整流素子を介して界磁コイルに対して並列に接続された整流回路と、回転子コアを軸方向に貫通する複数の導体バーと、回転子コアの軸方向の両端部にそれぞれ設けられ、複数の導体バー同士を短絡する2つの短絡リングとを備えている。 The rotor of the rotary electric machine of the present application includes a rotor core made of a magnetic material and having a plurality of salient poles protruding outward in the radial direction, a plurality of induction coils provided in each of the plurality of salient poles to generate an induced voltage, and a plurality of induction coils. Axial of multiple field coils that generate field magnetic flux with the induced voltage generated by the induction coil, a rectifying circuit in which the induction coil is connected in parallel to the field coil via a rectifying element, and a rotor core. It is provided with a plurality of conductor bars penetrating the rotor core and two short-circuit rings provided at both ends in the axial direction of the rotor core to short-circuit the plurality of conductor bars.
本願の回転電機の回転子においては、誘導コイルが整流素子を介して界磁コイルに対して並列に接続された整流回路と、回転子コアを軸方向に貫通する複数の導体バーと、回転子コアの軸方向の両端部にそれぞれ設けられ、複数の導体バー同士を短絡する2つの短絡リングとを備えているので、始動時のトルク脈動を低減させることができる。 In the rotor of the rotary electric machine of the present application, a rectifying circuit in which an induction coil is connected in parallel to a field coil via a rectifying element, a plurality of conductor bars penetrating the rotor core in the axial direction, and a rotor. Since it is provided at both ends in the axial direction of the core and is provided with two short-circuit rings for short-circuiting a plurality of conductor bars, it is possible to reduce torque pulsation at the time of starting.
以下、本願を実施するための実施の形態に係る回転電機について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。 Hereinafter, the rotary electric machine according to the embodiment for carrying out the present application will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る回転電機の横断面図である。図1は回転電機の径方向の断面図である。本実施の形態の回転電機1は、固定子2と回転子3とで構成されている。固定子2は回転子3を囲む筒状の形状を有しており、回転子3に対して径方向に隙間を介して配置される。回転子3は、固定子2に対して回転可能に支持されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the rotary electric machine according to the first embodiment. FIG. 1 is a radial cross-sectional view of a rotary electric machine. The rotary
固定子2は、固定子コイル4と電磁鋼板が積層されて構成された固定子コア5とで構成されている。固定子コア5は、筒状のコアバック51とこのコアバック51の内周側から径方向内側に向かって突出する複数のティース52とを有している。固定子コア5の複数のティース52の間には固定子コア5の径方向内側に向かって解放された空間である固定子スロット53が形成されている。固定子コイル4は、この固定子スロット53の空間を利用してティース52に巻かれている。固定子コイル4は、例えば複数のティース52のそれぞれに対して集中巻きで巻かれている。
The
回転子3は、シャフト6と回転子コア7とで構成されている。回転子コア7は電磁鋼板が積層されて構成されている。回転子コア7は焼き嵌めまたは圧入などでシャフト6に固定されている。回転子コア7は、径方向外側に突出する複数の突極71を有している。それぞれの突極71には、誘起電圧を得るための誘導コイル72と、誘起電圧を整流して得られる界磁電流を通電する界磁コイル73とが巻かれている。突極71の径方向端部は、周方向に広がる形状を有している。突極71の径方向端部には、複数の回転子スロット74が設けられており、この複数の回転子スロット74に導体バー75がそれぞれ挿入されている。
The
なお、図1に示すように本実施の形態の回転電機1においては、固定子スロット53の数を6、回転子3の回転子スロット74の数を20、回転子3の極数である突極71の数を4としているが、これに限るものではない。導体バー75の材質は、例えばアルミニウム、銅などの金属であることが望ましい。
As shown in FIG. 1, in the rotary
図2は、本実施の形態に係る回転電機の縦断面図である。図2は回転電機の軸方向の断面図である。回転子コア7の軸方向の両端部において、複数の導体バー75同士を電気的に接続する短絡リング76が上下にそれぞれ設けられている。短絡リング76は導体バー75と一体で構成されていてもよい。また、誘導コイル72および界磁コイル73の軸方向の両端部には、結線板77が設けられている。この結線板77には、誘導コイル72の起電力を整流するための整流素子が設けられている。この整流素子と誘導コイル72と界磁コイル73とで整流回路が構成される。
FIG. 2 is a vertical sectional view of a rotary electric machine according to the present embodiment. FIG. 2 is a sectional view taken along the axis of the rotary electric machine. Short-circuit rings 76 for electrically connecting a plurality of conductor bars 75 are provided at both ends of the
図3は、本実施の形態の回転電機の整流回路の回路図である。本実施の形態の整流回路8は、誘導コイル72、界磁コイル73および整流素子78で構成されている。図3に示すように、誘導コイル72は、径方向に対向する位置のティースに巻かれた2つの誘導コイルがそれぞれ直列に接続された第1誘導コイル72aと第2誘導コイル72bとに分かれている。界磁コイル73は、4つの界磁コイルが直列に接続されている。第1誘導コイル72aと第2誘導コイル72bとは整流素子78を介して界磁コイル73に対して並列に接続されている。
FIG. 3 is a circuit diagram of a rectifier circuit of a rotary electric machine according to the present embodiment. The
第1誘導コイル72aおよび第2誘導コイル72bで誘起される電圧が整流素子78によって整流された後に界磁コイル73に通電されることで界磁磁束が得られる。なお、基本波磁束は、同期引入れ後は回転子3と同期するため第1誘導コイル72aおよび第2誘導コイル72bの誘起電圧に寄与しない。第1誘導コイル72aおよび第2誘導コイル72bに誘起される電圧は、同期引入れ後に回転子3と同期しない空間高調波によって発生する。本実施の形態の回転電機1では、回転子3の突極71の数を4、固定子スロット53の数を6としているので、空間2次成分の基本波成分が発生すると同時に空間4次の高調波も発生する。この空間4次の高調波は同期引入れ後は回転子と同期しないため、第1誘導コイル72aおよび第2誘導コイル72bに誘起電圧を発生させる。この誘起電圧が整流されて界磁コイル73に通電されることで界磁磁束が発生する。この界磁磁束で同期引入れ後の界磁トルクが得られる。
A field magnetic flux is obtained by energizing the
なお、同期引入れ後に界磁磁束の発生源となる空間高調波は基本波とは逆向きに進行する。したがって、同期に向かうにしたがって回転子座標における空間高調波の周波数が高くなり得られる誘起電圧も大きくなる。例えば、回転子の突極数が4で固定子スロット数が6の回転電機を50Hzの交流電力で始動する場合、界磁磁束の発生源となる空間2次の高調波の回転子座標における周波数は始動時では50Hzだが、回転子と同期したときの周波数は150Hzとなり始動時の3倍大きな界磁磁束が発生する。 The spatial harmonics that are the source of the field magnetic flux after synchronous pull-in travel in the opposite direction to the fundamental wave. Therefore, the frequency of the spatial harmonics in the rotor coordinates increases toward synchronization, and the induced voltage that can be obtained also increases. For example, when starting a rotary electric machine having 4 rotor salient poles and 6 stator slots with AC power of 50 Hz, the frequency in the rotor coordinates of the spatial second-order harmonics that is the source of the field magnetic flux. Is 50 Hz at the start, but the frequency when synchronized with the rotor is 150 Hz, and a field magnetic flux three times larger than that at the start is generated.
図4は、本実施の形態における誘導コイルの誘起電圧波形図である。図4において、実線41は第1誘導コイル72aに誘起される電圧、破線42は第2誘導コイル72bに誘起される電圧である。第1誘導コイル72aに誘起される電圧の位相と第2誘導コイル72bに誘起される電圧の位相とは、180度位相が異なる。したがって、誘導コイル72で発生する誘起電圧は全波整流される。
FIG. 4 is an induced voltage waveform diagram of the induction coil in the present embodiment. In FIG. 4, the solid line 41 is the voltage induced in the
図5は、誘導コイル72、整流素子78および界磁コイル73が直列に接続された比較例の回転電機における整流回路である。この比較例の回転電機においては、誘導コイル72で発生する誘起電圧は半波整流される。半波整流された誘起電圧が界磁コイル73に通電されて得られる界磁電流は脈動が大きくなるため、トルクの脈動も大きくなり始動が困難となる。なお、誘導コイルと界磁コイルとを一体とした1つのコイルに両者の機能を持たせた構成でもこの比較例と同様となる。本実施の形態の回転電機においては、第1誘導コイル72aと第2誘導コイル72bとが整流素子78を介して界磁コイル73に対して並列に接続されている。そのため、誘導コイル72の誘起電圧は全波整流されているので、界磁電流の脈動を小さくすることができ始動時のトルク脈動を抑えることができる。
FIG. 5 is a rectifier circuit in a rotary electric machine of a comparative example in which an
図6は、本実施の形態の回転電機における基本波磁束の流れを示した図である。図6において、実線矢印は、始動時の基本波磁束の流れを示している。前述のとおり、基本波磁束は同期引入れ後であれば回転子と同期するため誘導コイルで発生する誘起電圧に寄与しない。しかし、基本波磁束は始動時においては回転子と同期しないため誘起電圧を発生させる。そのため、基本波磁束が誘導コイルに鎖交すると基本波磁束による誘起電圧が整流され界磁コイルに流れることで界磁磁束が発生し、この界磁磁束に起因してトルク脈動が発生して始動が困難となる。本実施の形態においては、導体バーが誘導コイルよりも外径側に配置されているので、基本波磁束が導体バーに鎖交することで導体バーに渦電流が発生する。この導体バーに発生する渦電流に起因して基本波磁束を打ち消す反磁界が発生するため、基本波磁束は誘導コイルに鎖交しない。その結果、誘導コイルに発生する基本波磁束による誘起電圧が抑制されるので、始動時のトルク脈動が抑制される。 FIG. 6 is a diagram showing the flow of the fundamental wave magnetic flux in the rotary electric machine of the present embodiment. In FIG. 6, the solid arrow indicates the flow of the fundamental wave magnetic flux at the time of starting. As described above, the fundamental wave magnetic flux does not contribute to the induced voltage generated in the induction coil because it synchronizes with the rotor after the synchronous pull-in. However, since the fundamental wave magnetic flux is not synchronized with the rotor at the start, an induced voltage is generated. Therefore, when the fundamental wave magnetic flux is interlinked with the induction coil, the induced voltage due to the fundamental wave magnetic flux is rectified and flows to the field coil to generate a field magnetic flux, and torque pulsation is generated due to this field magnetic flux to start. Becomes difficult. In the present embodiment, since the conductor bar is arranged on the outer diameter side of the induction coil, an eddy current is generated in the conductor bar by interlinking the fundamental wave magnetic flux with the conductor bar. Since a demagnetic field that cancels the fundamental wave magnetic flux is generated due to the eddy current generated in this conductor bar, the fundamental wave magnetic flux does not interlink with the induction coil. As a result, the induced voltage due to the fundamental wave magnetic flux generated in the induction coil is suppressed, so that the torque pulsation at the time of starting is suppressed.
図7は、本実施の形態に係る別の比較例の回転電機の横断面図である。図7に示す回転電機において、固定子2の構造は図1に示した回転電機と同じである。回転子3は、シャフト6と回転子コア7とで構成されている。回転子コア7は円柱状の形状であり、径方向端部には複数の回転子スロット74が全周方向に並んで設けられている。この複数の回転子スロット74に導体バー75がそれぞれ挿入されている。また、回転子コア7には4個の永久磁石79が軸方向に挿入されている。4個の永久磁石79は周方向に均等に配列されており、回転子の極数は4極となる。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a rotary electric machine of another comparative example according to the present embodiment. In the rotary electric machine shown in FIG. 7, the structure of the
図8は、図7に示した比較例の回転電機の始動時のトルク波形を示す図である。導体バーで得られる誘導トルク11を破線で、誘導トルクと界磁トルクとの合算トルク12を実線で、負荷トルク13を点線で示している。始動時は回転子が停止しているので、電気角が1周期進むうちに1周期の界磁トルクによるトルク脈動が発生する。合算トルク12が負荷トルク13を上回っているときには停止状態からの始動が可能である。しかしながら、図8に示すように、合算トルク12が負荷トルク13を下回っている時間帯14では回転子は減速されトルク脈動が大きくなる。また、界磁トルクおよび負荷トルクの大きさによっては停止状態から加速することができず始動が困難となる。図7に示す界磁磁束として永久磁石を用いる比較例の回転電機においては、同期引入れ後の効率を得るために磁力の大きな永久磁石を用いると界磁トルクによるトルク脈動がさらに大きくなり、始動ができなくなる場合もある。
FIG. 8 is a diagram showing a torque waveform at the start of the rotary electric machine of the comparative example shown in FIG. 7. The induced
図9は、本実施の形態の回転電機の始動時のトルク波形を示す図である。図8と同様に、導体バーで得られる誘導トルク11を破線で、誘導トルクと界磁トルクとの合算トルク12を実線で、負荷トルク13を点線で示している。前述のとおり、空間高調波によって誘導コイルに発生する誘起電圧は始動時においては小さく、同期に向かうにつれ増加する。したがって、本実施の形態の回転電機においては、始動時に発生する界磁トルクも小さくなり、合算トルクが負荷トルクを下回っている時間帯14が比較例の場合よりも短くなる。その結果、本実施の形態の回転電機は、永久磁石で界磁磁束を得る比較例の回転電機よりもトルク脈動が抑制され、始動が容易となる。
FIG. 9 is a diagram showing a torque waveform at the time of starting the rotary electric machine of the present embodiment. Similarly to FIG. 8, the induced
本実施の形態の回転電機は、磁性体で構成され径方向外側に突出する複数の突極を有する回転子コアと、複数の突極にそれぞれ設けられた誘起電圧を発生させる複数の誘導コイルおよび誘導コイルで発生した誘起電圧で界磁磁束を発生する複数の界磁コイルと、誘導コイルが整流素子を介して界磁コイルに対して並列に接続された整流回路と、回転子コアを軸方向に貫通する複数の導体バーと、回転子コアの軸方向の両端部にそれぞれ設けられ、複数の導体バー同士を短絡する2つの短絡リングとを備えているので、始動時のトルク脈動を低減することできる。 The rotary electric machine of the present embodiment includes a rotor core made of a magnetic material and having a plurality of salient poles protruding outward in the radial direction, and a plurality of induction coils provided for each of the plurality of salient poles to generate an induced voltage. Axial of a plurality of field coils that generate field magnetic flux by the induced voltage generated by the induction coil, a rectifying circuit in which the induction coil is connected in parallel to the field coil via a rectifying element, and a rotor core. It is equipped with a plurality of conductor bars penetrating the magnet and two short-circuit rings provided at both ends of the rotor core in the axial direction to short-circuit the plurality of conductor bars, thereby reducing torque pulsation at the time of starting. Can be done.
実施の形態2.
図10は、実施の形態2に係る回転電機の横断面図である。図10は回転電機の径方向の断面図である。本実施の形態の回転電機1は、実施の形態1の回転電機と同様な構成であるが、回転子スロット74と導体バー75との位置が異なっている。実施の形態1の回転電機の回転子スロット74と導体バー75とは、誘導コイル72よりも外径側に配置されていたが、本実施の形態の回転電機の回転子スロット74と導体バー75とは、誘導コイル72よりも内径側に配置されている。また、図10において、実線矢印は、同期引き入れ後の空間高調波の流れを示している。なお、図示していないが、短絡リングも内径側に配置されている。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the rotary electric machine according to the second embodiment. FIG. 10 is a sectional view in the radial direction of the rotary electric machine. The rotary
実施の形態1で説明したとおり、同期引入れ後に回転子と同期しない空間高調波が誘導コイルに鎖交することで誘起電圧が発生し界磁磁束を得ている。このとき、空間高調波が導体バーに鎖交することで導体バーに渦電流が発生する。この渦電流で空間高調波を打ち消す反磁界が発生するため、誘導コイルに鎖交する空間高調波が減少し界磁磁束が減少する。本実施の形態の回転電機においては、導体バーが誘導コイルよりも内径側に配置されているので、空間高調波は導体バーに流れる渦電流で打ち消されることなく回転子コアの内部にまで侵入して効率的に誘導コイルに鎖交する。このため、大きな界磁トルクを得ることができ同期引入れ後の効率が向上する。なお、本実施の形態の回転電機においても、基本波磁束が導体バーに鎖交する効果は実施の形態1の回転電機よりも小さいが、始動時に界磁磁束が小さくなる効果は同じであるため、始動時のトルク脈動の抑制効果は得られる。 As described in the first embodiment, the induced voltage is generated by interlinking the induction coil with the spatial harmonics that are not synchronized with the rotor after the synchronous pull-in, and the field magnetic flux is obtained. At this time, eddy currents are generated in the conductor bar by interlinking the spatial harmonics with the conductor bar. Since a demagnetic field that cancels the space harmonics is generated by this eddy current, the space harmonics interlinking the induction coil are reduced and the field magnetic flux is reduced. In the rotary electric machine of the present embodiment, since the conductor bar is arranged on the inner diameter side of the induction coil, the space harmonics penetrate into the rotor core without being canceled by the eddy current flowing through the conductor bar. Efficiently interlinks with the induction coil. Therefore, a large field torque can be obtained, and the efficiency after synchronous pull-in is improved. Even in the rotary electric machine of the present embodiment, the effect of the fundamental wave magnetic flux interlinking with the conductor bar is smaller than that of the rotary electric machine of the first embodiment, but the effect of reducing the field magnetic flux at the start is the same. , The effect of suppressing torque pulsation at the time of starting can be obtained.
実施の形態3.
図11は、実施の形態3に係る回転電機の横断面図である。図11は回転電機の径方向の断面図である。本実施の形態の回転電機1は、実施の形態1の回転電機と同様な構成に加えて、4つの突極71の径方向端部の4箇所の間にそれぞれ補極80が設けられている。補極80は、電磁鋼板が積層されて構成されている。補極80には複数の回転子スロット74aが設けられており、この複数の回転子スロット74aに導体バー75aがそれぞれ挿入されている。補極80に設けられた導体バー75aは、突極71に設けられた導体バー75と短絡リングで電気的に接続されている。
このように構成された回転電機は、界磁磁束に起因する始動時のトルク脈動をさらに低減することできる。その理由を次に説明する。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the rotary electric machine according to the third embodiment. FIG. 11 is a sectional view in the radial direction of the rotary electric machine. In the rotary
The rotary electric machine configured in this way can further reduce the torque pulsation at the time of starting due to the field magnetic flux. The reason will be explained below.
図12は、補極を備えていない回転電機のある時刻における基本波磁束と導体バーに流れる電流とを示した図である。また、図13は、補極を備えていない回転電機の図12と異なる時刻における基本波磁束と導体バーに流れる電流とを示した図である。さらに、図14は、補極を備えている回転電機の図13と同じ時刻における基本波磁束と導体バーに流れる電流とを示した図である。なお、回転子の突極数は4、固定子の固定子スロット数は6とし、基本波磁束は反時計回りの方向に進行するものとする。図12、図13および図14において、実線矢印はその時刻における基本波磁束の流れを示しており、破線矢印はその時刻より電気角1/4周期前の時刻における基本波磁束の流れを示している。
FIG. 12 is a diagram showing a fundamental wave magnetic flux and a current flowing through a conductor bar at a certain time of a rotating electric machine having no auxiliary pole. Further, FIG. 13 is a diagram showing the fundamental wave magnetic flux and the current flowing through the conductor bar at different times from those of FIG. 12 of the rotary electric machine having no auxiliary pole. Further, FIG. 14 is a diagram showing the fundamental wave magnetic flux and the current flowing through the conductor bar at the same time as FIG. 13 of the rotary electric machine provided with the auxiliary pole. The number of salient poles of the rotor is 4, the number of stator slots of the stator is 6, and the fundamental wave magnetic flux is assumed to travel in the counterclockwise direction. In FIGS. 12, 13 and 14, the solid line arrow indicates the flow of the fundamental wave magnetic flux at that time, and the broken line arrow indicates the flow of the fundamental wave magnetic flux at the time before the
図12の導体バーに示すように、電気角1/4周期前の破線矢印で示した基本波磁束の流れから現在時刻の実線矢印で示した基本波磁束の流れに移行するときに、導体バーには破線矢印で示した基本波磁束の流れを維持するように渦電流が流れる。この渦電流と実線矢印で示した基本波磁束とによって反時計方向にトルクが発生する。図13は、図12に示した時刻と異なる時刻における基本波磁束の流れを示している。図13において、電気角1/4周期前の破線矢印で示した基本波磁束の流れから現在時刻の実線矢印で示した基本波磁束の流れに移行するときに、実線矢印で示した基本波磁束の流れる経路に導体バーが存在しない。そのため、導体バーには破線矢印で示した基本波磁束の流れを維持するような渦電流は発生しない。その結果、図13に示す時刻においては、渦電流による反時計方向にトルクが発生しない。つまり、補極を備えていない回転電機においては、図12に示す時刻では突極の導体バーに流れる渦電流と基本波磁束とによって反時計方向にトルクが発生するが、図13に示す時刻では突極の導体バーに渦電流が流れないのでトルクが発生しない。その結果、始動時に導体バーで得られる誘導トルクにはトルク脈動がある。
As shown in the conductor bar of FIG. 12, when shifting from the flow of the fundamental wave magnetic flux indicated by the broken line arrow before the
これに対して、本実施の形態の回転電機は、図14に示すように、図13に示した時刻と同じ時刻において、実線矢印で示した基本波磁束の流れる経路に補極の導体バーが存在する。そのため、補極の導体バーに破線矢印で示した基本波磁束の流れを維持するように渦電流が流れる。その結果、この渦電流と実線矢印で示した基本波磁束とによって反時計方向にトルクが発生する。つまり、補極を備えている回転電機においては、図12に示す時刻では突極の導体バーに流れる渦電流と基本波磁束とによって反時計方向にトルクが発生し、図14に示す時刻では補極の導体バーに流れる渦電流と基本波磁束とによって反時計方向にトルクが発生する。その結果、始動時のトルク脈動をさらに低減することできる。 On the other hand, in the rotary electric machine of the present embodiment, as shown in FIG. 14, at the same time as the time shown in FIG. 13, the conductor bar of the auxiliary pole is provided in the path through which the fundamental wave magnetic flux indicated by the solid line arrow flows. exist. Therefore, an eddy current flows through the conductor bar of the auxiliary pole so as to maintain the flow of the fundamental wave magnetic flux indicated by the broken line arrow. As a result, torque is generated in the counterclockwise direction by this eddy current and the fundamental wave magnetic flux indicated by the solid arrow. That is, in a rotary electric machine equipped with a compensating pole, torque is generated in the counterclockwise direction due to the eddy current flowing through the conductor bar of the salient pole and the fundamental wave magnetic flux at the time shown in FIG. 12, and the compensating pole is generated at the time shown in FIG. Torque is generated in the counterclockwise direction by the eddy current flowing through the conductor bar of the pole and the magnetic flux of the fundamental wave. As a result, the torque pulsation at the time of starting can be further reduced.
実施の形態4.
図15は、実施の形態4に係る回転電機における導体バーの接続関係を示す図である。図15は、回転子コア7および補極80のみを示している。実施の形態3で示した回転電機においては、補極80に設けられた導体バー75aの全てと突極71に設けられた導体バー75の全てとが短絡リングで電気的に接続されていた。本実施の形態の回転電機においては、図15に示すように、突極71に設けられた導体バー75の1つと他の突極71に設けられた導体バー75の1つとがそれぞれ短絡リングで接続されており、補極80に設けられた導体バー75aの1つと他の補極80に設けられた導体バー75aの1つとがそれぞれ短絡リングで電気的に接続されている。
FIG. 15 is a diagram showing a connection relationship of conductor bars in the rotary electric machine according to the fourth embodiment. FIG. 15 shows only the
仮に突極の導体バーと補極の導体バーとが短絡されている場合、空間高調波を打ち消すように突極の導体バーおよび補極の導体バーにそれぞれ渦電流が流れる。この渦電流によって誘導コイルに鎖交する空間高調波が減少し、同期引入れ後の界磁トルクが減少する。その結果、回転電機の効率が減少する。本実施の形態の回転電機においては、突極の導体バー同士と補極の導体バー同士とがそれぞれ接続されているため、空間高調波を打ち消すような突極の導体バーおよび補極の導体バーにそれぞれに流れる渦電流が発生しない。このため、誘導コイルに鎖交する空間高調波は減少しないので、大きな界磁トルクを得ることができ同期引入れ後の回転電機の効率の低下を防ぐことができる。 If the conductor bar of the salient pole and the conductor bar of the auxiliary pole are short-circuited, an eddy current flows through the conductor bar of the salient pole and the conductor bar of the auxiliary pole so as to cancel the spatial harmonics. This eddy current reduces the spatial harmonics interlinking the induction coil and reduces the field torque after synchronous pull-in. As a result, the efficiency of the rotary electric machine decreases. In the rotary electric machine of the present embodiment, since the conductor bars of the salient poles and the conductor bars of the auxiliary poles are connected to each other, the conductor bars of the salient poles and the conductor bars of the auxiliary poles that cancel the spatial harmonics are connected to each other. There is no eddy current flowing in each. Therefore, since the spatial harmonics interlinking with the induction coil do not decrease, a large field torque can be obtained, and it is possible to prevent a decrease in the efficiency of the rotary electric machine after synchronous pull-in.
なお、上下の短絡リングのうち、少なくとも一方の短絡リングにおいて突極の導体バー同士、および補極の導体バー同士が短絡されていればよい。その理由について説明する。例えば、上側の短絡リングにおいて、図15に示す接続関係で突極の導体バー同士、および補極の導体バー同士が接続されており、下側の短絡リングで全ての導体バーが接続されているものとする。この場合、上側の短絡リングにおいて突極の導体バーと補極の導体バーとが短絡されていないため、突極の導体バーと補極の導体バーとを経由して閉じる電流経路は存在しない。このため、上述の空間高調波を打ち消すような渦電流は発生しないため、大きな界磁トルクを得ることができ同期引入れ後の回転電機の効率の低下を防ぐことができる。 Of the upper and lower short-circuit rings, at least one of the short-circuit rings may be short-circuited between the conductor bars of the salient poles and the conductor bars of the auxiliary poles. The reason will be explained. For example, in the upper short-circuit ring, the conductor bars of the salient poles and the conductor bars of the auxiliary poles are connected to each other in the connection relationship shown in FIG. 15, and all the conductor bars are connected by the short-circuit ring on the lower side. It shall be. In this case, since the conductor bar of the salient pole and the conductor bar of the auxiliary pole are not short-circuited in the upper short-circuit ring, there is no current path that closes via the conductor bar of the salient pole and the conductor bar of the auxiliary pole. Therefore, since an eddy current that cancels the above-mentioned spatial harmonics is not generated, a large field torque can be obtained and it is possible to prevent a decrease in the efficiency of the rotary electric machine after synchronous pull-in.
実施の形態5.
図16は、実施の形態5に係る回転電機の横断面図である。図16は回転電機の径方向の断面図である。本実施の形態の回転電機1は、実施の形態3の回転電機と同様な構成に加えて、突極71の両側面、突極71の間の回転子コア7の外周面および補極80の内周面に軸方向に延びる溝81が設けられている。さらに、本実施の形態の回転電機1は、4つの溝81に挿入されたブリッジ部材82を備えている。このブリッジ部材82は、回転子コア7と誘導コイル72と界磁コイル73と補極80とを固定している。ブリッジ部材82は、非磁性の材質で構成されている。
FIG. 16 is a cross-sectional view of the rotary electric machine according to the fifth embodiment. FIG. 16 is a sectional view in the radial direction of the rotary electric machine. In addition to the same configuration as the rotary electric machine of the third embodiment, the rotary
このように構成された回転電機は、ブリッジ部材82で回転子コア7と誘導コイル72と界磁コイル73と補極80とが固定されているので、回転子の信頼性が向上する。なお、ブリッジ部材82を磁性を有する材質で構成した場合、突極で発生する界磁磁束がブリッジ部材を介して短絡し、回転子の内部で閉じることで界磁トルクが減少してしまう。本実施の形態のように、ブリッジ部材に非磁性の部材を用いることで短絡する界磁磁束を低減し、界磁トルクの減少を抑制することができる。
In the rotary electric machine configured in this way, the
実施の形態6.
図17は、実施の形態6に係る回転電機の横断面図である。図17は回転電機の径方向の断面図である。本実施の形態の回転電機1は、実施の形態1の回転電機と同様な構成において、4つの突極71にそれぞれ巻かれた誘導コイル72および界磁コイル73が4つの独立したコイルに分かれている。図18は、本実施の形態の回転電機の整流回路の回路図である。誘導コイル72は、第1誘導コイル72aと第2誘導コイル72bと第3誘導コイル72cと第4誘導コイル72dとに分かれている。また、界磁コイル73は、第1界磁コイル73aと第2界磁コイル73bと第3界磁コイル73cと第4界磁コイル73dとに分かれている。図17において、第1誘導コイル72aをA、第2誘導コイル72bをB、第3誘導コイル72cをC、および第4誘導コイル72dをDで示している。同様に図17において、第1界磁コイル73aをE、第2界磁コイル73bをF、第3界磁コイル73cをG、および第4界磁コイル73dをHで示している。
FIG. 17 is a cross-sectional view of the rotary electric machine according to the sixth embodiment. FIG. 17 is a sectional view taken along the radial direction of the rotary electric machine. In the rotary
図18に示すように、本実施の形態の回転電機は、整流回路8が2つ独立に設けられている。1つの整流回路8は、2つの整流素子78、第1誘導コイル72a、第2誘導コイル72b、第1界磁コイル73aおよび第2界磁コイル73bで構成されている。他の1つの整流回路8は、2つの整流素子78、第3誘導コイル72c、第4誘導コイル72d、第3界磁コイル73cおよび第4界磁コイル73dで構成されている。第1誘導コイル72aと第2誘導コイル72bとは、整流素子78を介して第1界磁コイル73aおよび第2界磁コイル73bに対して並列に接続されている。第3誘導コイル72cと第4誘導コイル72dとは、整流素子78を介して第3界磁コイル73cおよび第4界磁コイル73dに対して並列に接続されている。
As shown in FIG. 18, the rotary electric machine of the present embodiment is provided with two
このような構成された回転電機においては、1つの整流回路で構成された実施の形態1の回転電機に比べて、整流回路のインダクタンスが減少することで整流回路の時定数が減少する。回転子の整流回路の時定数が大きい場合、同期引入れ後の界磁電流の脈動が大きくなり、界磁電流の脈動に起因して界磁トルクに脈動が発生する。界磁トルクの脈動で回転速度にも脈動が発生するため界磁電流の脈動がさらに大きくなる。その結果、回転子側の整流回路の時定数が大きい場合、正帰還が要因となり回転速度の脈動が増大してしまう。本実施の形態の回転電機のように、整流回路を2つの独立した整流回路で構成することで、整流回路を1つで構成した場合よりもインダクタンスを抑えて時定数を小さくすることができる。その結果、同期引入れ後の回転速度の脈動を低減することができる。 In the rotary electric machine having such a configuration, the time constant of the rectifier circuit is reduced by reducing the inductance of the rectifier circuit as compared with the rotary electric machine of the first embodiment composed of one rectifier circuit. When the time constant of the rotor rectifying circuit is large, the pulsation of the field current after synchronous pull-in becomes large, and the pulsation of the field torque is generated due to the pulsation of the field current. The pulsation of the field torque also causes a pulsation in the rotation speed, so that the pulsation of the field current becomes even larger. As a result, when the time constant of the rectifier circuit on the rotor side is large, the pulsation of the rotation speed increases due to the positive feedback. By configuring the rectifier circuit with two independent rectifier circuits as in the rotary electric machine of the present embodiment, it is possible to suppress the inductance and reduce the time constant as compared with the case where the rectifier circuit is composed of one. As a result, the pulsation of the rotation speed after the synchronous pull-in can be reduced.
本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、1つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。Although the present application describes various exemplary embodiments, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are limited to the application of the particular embodiment. Rather, it can be applied to embodiments alone or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not exemplified are envisioned within the scope of the techniques disclosed in the present application. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
1 回転電機、2 固定子、3 回転子、4 固定子コイル、5 固定子コア、6 シャフト、7 回転子コア、8 整流回路、11 誘導トルク、12 合算トルク、13 負荷トルク、51 コアバック、52 ティース、53 固定子スロット、71 突極、72 誘導コイル、73 界磁コイル、74、74a 回転子スロット、75、75a 導体バー、76 短絡リング、77 結線板、78 整流素子、79 永久磁石、 80 補極、81 溝、82 ブリッジ部材。 1 rotor machine, 2 stator, 3 rotor, 4 stator coil, 5 stator core, 6 shaft, 7 rotor core, 8 rectifier circuit, 11 induction torque, 12 total torque, 13 load torque, 51 core back, 52 Teeth, 53 Stator slot, 71 salient pole, 72 lead coil, 73 field coil, 74, 74a rotor slot, 75, 75a conductor bar, 76 short circuit ring, 77 connection plate, 78 rectifying element, 79 permanent magnet, 80 auxiliary pole, 81 groove, 82 bridge member.
本願の回転電機の回転子は、磁性体で構成され径方向外側に突出する複数の突極を有する回転子コアと、複数の突極にそれぞれ設けられた誘起電圧を発生する複数の誘導コイルおよび誘導コイルで発生した誘起電圧で界磁磁束を発生する複数の界磁コイルと、誘導コイルが整流素子を介して界磁コイルに対して並列に接続された整流回路と、回転子コアを軸方向に貫通する複数の第1導体バーと、回転子コアの軸方向の両端部にそれぞれ設けられた2つの短絡リングと、複数の突極の周方向の間に磁性体で構成された複数の補極とを備えた回転子であって、第1導体バーは、誘導コイルよりも外径側の突極に設けられており、複数の補極には、補極を軸方向に貫通する複数の第2導体バーが設けられており、突極に設けられた第1導体バーの1つと他の突極に設けられた第1導体バーの1つとが2つの短絡リングのうちの少なくとも一方の短絡リングで短絡されており、補極に設けられた第2導体バーの1つと他の補極に設けられた第2導体バーの1つとが一方の短絡リングで短絡されている。 The rotor of the rotary electric machine of the present application includes a rotor core made of a magnetic material and having a plurality of salient poles protruding outward in the radial direction, and a plurality of induction coils provided in the plurality of salient poles to generate an induced voltage. Axial of multiple field coils that generate field magnetic flux with the induced voltage generated by the inductive coil, a rectifying circuit in which the inductive coil is connected in parallel to the field coil via a rectifying element, and a rotor core. a plurality of auxiliary made of a magnetic material between the circumferential direction and a plurality of first conductor bars penetrating, and the two short-circuit ring provided at both ends in the axial direction of the rotor core, a plurality of salient poles A rotor provided with poles, the first conductor bar is provided at a salient pole on the outer diameter side of the induction coil, and the plurality of compensating poles include a plurality of compensating poles penetrating in the axial direction. A second conductor bar is provided, one of the first conductor bars provided at the salient pole and one of the first conductor bars provided at the other salient pole is short-circuited at least one of the two short-circuit rings. It is short-circuited by the ring, and one of the second conductor bars provided in the auxiliary pole and one of the second conductor bars provided in the other auxiliary pole are short-circuited by one short-circuit ring .
本願の回転電機の回転子においては、誘導コイルが整流素子を介して界磁コイルに対して並列に接続された整流回路と、回転子コアを軸方向に貫通する複数の第1導体バーと、回転子コアの軸方向の両端部にそれぞれ設けられた短絡リングと、複数の突極の周方向の間に磁性体で構成された複数の補極とを備えており、第1導体バーは、誘導コイルよりも外径側の突極に設けられており、複数の補極には、補極を軸方向に貫通する複数の第2導体バーが設けられており、突極に設けられた第1導体バーの1つと他の突極に設けられた第1導体バーの1つとが2つの短絡リングのうちの少なくとも一方の短絡リングで短絡されており、補極に設けられた第2導体バーの1つと他の補極に設けられた第2導体バーの1つとが一方の短絡リングで短絡されているので、始動時のトルク脈動を低減させることができる。 In the rotor of the rotary electric machine of the present application, a rectifying circuit in which an induction coil is connected in parallel to a field coil via a rectifying element, a plurality of first conductor bars penetrating the rotor core in the axial direction, and a plurality of first conductor bars. A short-circuit ring provided at both ends in the axial direction of the rotor core and a plurality of auxiliary poles composed of a magnetic material between the circumferential directions of the plurality of salient poles are provided. A plurality of second conductor bars are provided on the salient pole on the outer diameter side of the induction coil, and a plurality of second conductor bars penetrating the compensating pole in the axial direction are provided on the plurality of auxiliary poles. One of the one conductor bars and one of the first conductor bars provided at the other salient poles are short-circuited by at least one of the two short circuit rings, and the second conductor bar provided at the auxiliary pole. Since one of the two conductor bars and one of the second conductor bars provided in the other auxiliary pole are short-circuited by one of the short-circuit rings, the torque pulsation at the time of starting can be reduced.
Claims (10)
前記複数の突極にそれぞれ設けられた誘起電圧を発生する複数の誘導コイルおよび前記誘導コイルで発生した誘起電圧で界磁磁束を発生する複数の界磁コイルと、
前記誘導コイルが整流素子を介して前記界磁コイルに対して並列に接続された整流回路と、
前記回転子コアを軸方向に貫通する複数の導体バーと、
前記回転子コアの軸方向の両端部にそれぞれ設けられ、複数の前記導体バー同士を短絡する2つの短絡リングとを備えたことを特徴とする回転子。A rotor core made of magnetic material and having multiple salient poles protruding outward in the radial direction,
A plurality of induction coils provided in the plurality of salient poles to generate an induced voltage, and a plurality of field coils in which a field magnetic flux is generated by the induced voltage generated by the induction coil.
A rectifying circuit in which the induction coil is connected in parallel to the field coil via a rectifying element,
A plurality of conductor bars penetrating the rotor core in the axial direction,
The rotor is provided at both ends in the axial direction of the rotor core, and is provided with two short-circuit rings for short-circuiting the plurality of conductor bars.
複数の前記補極には、前記補極を軸方向に貫通する複数の導体バーが設けられていることを特徴とする請求項2に記載の回転子。Further provided with a plurality of complementary poles composed of a magnetic material between the circumferential directions of the plurality of salient poles.
The rotor according to claim 2, wherein the plurality of auxiliary poles are provided with a plurality of conductor bars penetrating the auxiliary pole in the axial direction.
磁性体で構成され前記回転子の径方向外側に隙間を介して配置された固定子とを備えたことを特徴とする回転電機。The rotor according to any one of claims 1 to 7.
A rotary electric machine made of a magnetic material and provided with a stator arranged on the radial outer side of the rotor via a gap.
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