KR20100087348A - 회전전기 및 그 구동 제어장치 - Google Patents

회전전기 및 그 구동 제어장치 Download PDF

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KR20100087348A
KR20100087348A KR1020107011805A KR20107011805A KR20100087348A KR 20100087348 A KR20100087348 A KR 20100087348A KR 1020107011805 A KR1020107011805 A KR 1020107011805A KR 20107011805 A KR20107011805 A KR 20107011805A KR 20100087348 A KR20100087348 A KR 20100087348A
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겐지 히라모토
히데오 나카이
에이지 야마다
노리모토 미노시마
마사히로 세구치
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도요타 지도샤（주）
가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Abstract

로터 코어(16)에는, 스테이터(12)를 향하여 돌출한 복수의 돌출극(19)이 둘레방향을 따라 서로 간격을 두고 배열되어 있고, 로터 권선(18n, 18s)이 이들 돌출극(19)에 권장되어 있다. 각 로터 권선(18n, 18s)은 각 다이오드(21n, 21s)를 거쳐 단락되어 있으며, 각 다이오드(21n, 21s)로 정류된 전류가 각 로터 권선(18n, 18s)에 흐름으로써, 각 돌출극(19)이 자화하여 자극이 고정된 자석이 발생한다. 둘레방향에 관한 각 돌출극(19)의 폭(θ)은 로터(14)의 전기각으로 180°에 상당하는 폭보다 짧고, 로터 권선(18n, 18s)은 각 돌출극(19)에 단절권으로 권장되어 있다.

Description

회전전기 및 그 구동 제어장치{ROTARY ELECTRIC MACHINE AND DRIVE CONTROLLER}
본 발명은, 스테이터와 로터가 대향 배치된 회전전기, 및 그 구동 제어장치에 관한 것이다.
스테이터에 주발전 권선과 여자권선, 로터에 계자 권선과 계자 보조 권선을 구비하고, 스테이터의 여자권선을 다이오드를 거쳐 단락하고, 로터의 계자 보조 권선으로부터 계자 권선에 흐르는 전류를 정류기로 정류하는 브러시리스 발전기가 하기 특허문헌 1에 개시되어 있다. 특허문헌 1에서, 로터가 회전을 시작하면, 로터에서의 계자 코어의 잔류 자기에 의해 스테이터의 여자권선으로 전압이 유기되고, 다이오드를 거쳐 일 방향으로 여자전류가 흘러 스테이터에 정지자계가 발생한다. 로터가 이 정지자계 중을 회전하기 위하여, 로터의 계자 코어에 권회되어 있는 계자 보조 권선으로 전압이 유기되고, 정류기로 정류된 계자 전류가 계자 권선으로 흘러 듦으로써, 로터에 N극, S극의 자극을 발생시키고 있다.
하기 특허문헌 2에서는, 상기한 여자권선을 스테이터에 설치하는 대신, 집중 전절권(集中全節卷)된 스테이터의 주발전 권선에 리액터를 접속하고 있다. 특허문헌 2에서, 로터가 회전을 시작하면, 회전자 철심의 잔류 자계에 의해 스테이터의 주발전 권선으로 기전력이 유기되고, 이 기전력에 의해 주발전 권선 및 리액터로 이루어지는 폐회로에 리액터 여자전류가 전기자 전류로서 흘러 전기자 반작용 자계가 생긴다. 스테이터의 주발전 권선이 집중 전절권으로 되어 있음으로써, 이 전기자 반작용 자계는 고조파 성분(제 5 공간 고조파 자계)을 포함하게 되고, 이 제 5 공간 고조파 자계를 포함하는 전기자 반작용 자계가 로터의 계자 보조 권선에 쇄교함으로써, 계자 보조 권선에 기전력이 발생한다. 이 기전력이 다이오드 브리지회로에서 직류로 변환되어 로터의 계자 권선에 계자 전류로서 공급됨으로써, 로터에 N극, S극의 자극을 발생시키고 있다.
하기 특허문헌 3에서는, 상기한 로터의 계자 보조 권선을 생략하고, 전절권된 로터의 계자 권선을 다이오드를 거쳐 단락하고 있다. 특허문헌 3에서, 로터가 회전을 시작하면, 회전자 철심의 잔류 자계에 의해 스테이터의 주발전 권선에 기전력이 유기되고, 이 기전력에 의해 주발전 권선 및 리액터로 이루어지는 폐회로에 리액터 여자전류가 전기자 전류로서 흘러 전기자 반작용 자계가 생긴다. 그리고, 이 전기자 반작용 자계의 홀수차의 공간 고조파 성분과 자기적으로 결합하는 로터의 계자 권선으로 기전력이 유도되고, 다이오드로 정류된 계자 전류가 계자 권선에 흐름으로써, 로터에 N극, S극의 자극을 발생시키고 있다. 또한, 하기 특허문헌 4에서는, 상기한 전절권된 로터의 계자 권선을 병렬 접속함으로써, 계자 권선에 흐르는 계자 전류의 증대를 도모하고 있다.
특허문헌 1, 2에서는, 스테이터에 주발전 권선 이외에 여자권선 또는 리액터가 설치되고, 로터에 계자 권선 이외에 계자 보조 권선이 설치되어 있기 때문에, 권선구조가 복잡해지고, 소형화가 곤란해진다. 특허문헌 3, 4에서는, 로터의 계자 권선을 다이오드를 거쳐 단락함으로써, 로터의 계자 보조 권선을 생략하고 있으나, 스테이터에 주발전 권선 이외에 여자권선 또는 리액터가 설치되어 있는 만큼, 권선구조가 복잡화한다. 또, 특허문헌 3, 4에서는, 로터의 계자 권선이 전절권이기 때문에, 로터의 계자 권선에 공간 고조파 성분에 의한 유도기전력을 효율적으로 발생시키기 어려워, 스테이터의 주발전 권선 이외의 여자권선 또는 리액터를 이용하여, 로터의 계자 권선에 공간 고조파 성분에 의한 유도기전력을 발생시킬 필요가 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개소62-23348호 공보
[특허문헌 2]
일본국 특개평4-285454호 공보
[특허문헌 3]
일본국 특개평8-65976호 공보
[특허문헌 4]
일본국 특개평11-220857호 공보
본 발명은, 로터 권선에 고조파 성분에 의한 유도기전력을 효율적으로 발생시켜 로터의 토오크를 효율적으로 증대시키는 것을 목적의 하나로 한다. 또, 본 발명은, 회전전기의 권선구조를 간략화하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명에 관한 회전전기는, 스테이터와 로터가 대향 배치된 회전전기로서, 스테이터는, 복수의 슬롯이 로터 회전축 주위의 둘레방향으로 서로 간격을 두고 형성된 스테이터 코어와, 당해 슬롯을 통하여 스테이터 코어에 집중권으로 권장(卷裝)된 복수상의 스테이터 권선을 가지고, 당해 스테이터 권선에 교류전류가 흐름으로써 고조파 성분을 포함하는 회전자계를 형성하고, 로터는, 로터 코어와, 로터 코어에 권장되고, 스테이터로 형성된 고조파 성분을 포함하는 회전자계가 쇄교함으로써 유도기전력이 발생하는 로터 권선과, 당해 유도기전력의 발생에 따라 로터 권선에 흐르는 전류를 정류하는 정류소자를 가지며, 로터 코어는, 로터 권선이 권장되고, 정류소자로 정류된 전류가 로터 권선에 흐르는 것에 따라 자화함으로써 자극이 고정된 자석으로서 기능하는 자극부로서, 상기 둘레방향으로 서로 간격을 둔 상태에서 스테이터와 대향 배치된 복수의 자극부를 포함하고, 로터 권선은, 각 자극부에 단절권(短節卷)으로 권장되어 있는 것을 요지로 한다.
본 발명의 일 형태는, 각 자극부에 권장된 로터 권선의 상기 둘레방향에 관한 폭이 전기각으로 90°에 상당하는 폭과 대략 같은 것이 적합하다.
본 발명의 일 형태에서는, 로터 코어에서는, 각 자극부의 자기저항이 상기 둘레방향에서 자극부 사이에 위치하는 부분의 자기저항보다 낮은 것이 적합하다. 또, 본 발명의 일 형태에서는, 로터 코어에서는, 각 자극부가 스테이터를 향하여 돌출하고 있는 것이 적합하다. 또, 본 발명의 일 형태에서는, 로터 코어에는, 상기 둘레방향에서 자극부 사이에 위치하는 부분에 영구자석이 설치되어 있는 것이 적합하다.
본 발명의 일 형태에서는, 각 자극부에 권장된 로터 권선이 서로 전기적으로 분단되어 있고, 정류소자는, 당해 전기적으로 분단된 로터 권선마다 설치되며, 각 정류소자는, 각 자극부에 권장된 로터 권선에 흐르는 전류를, 상기 둘레방향에서 자극부의 자극을 교대시키는 방향으로 정류하는 것이 적합하다.
본 발명의 일 형태에서는, 상기 둘레방향에 인접하는 자극부에 권장된 로터 권선이 서로 전기적으로 분단되어 있고, 정류소자는, 당해 전기적으로 분단된 로터 권선마다 설치되며, 각 정류소자는, 상기 둘레방향에 인접하는 자극부에 권장된 로터 권선에 흐르는 전류를, 당해 인접하는 자극부의 자극을 서로 다르게 하는 방향으로 정류하는 것이 적합하다. 이 형태에서는, 서로 동일한 자극의 자석으로서 기능하는 자극부에 권장된 로터 권선끼리가 전기적으로 접속되어 있는 것이 적합하다.
또, 본 발명에 관한 회전전기는, 스테이터와 로터가 대향 배치된 회전전기로서, 스테이터는, 복수의 슬롯이 로터 회전축 주위의 둘레방향으로 서로 간격을 두고 형성된 스테이터 코어와, 당해 슬롯을 통하여 스테이터 코어에 집중권으로 권장된 복수상의 스테이터 권선을 가지고, 당해 스테이터 권선에 교류전류가 흐름으로써 고조파 성분을 포함하는 회전자계를 형성하며, 로터는, 로터 코어와, 로터 코어에 권장되고, 스테이터로 형성된 고조파 성분을 포함하는 회전자계가 쇄교함으로써 유도기전력이 발생하는 로터 권선과, 당해 유도기전력의 발생에 따라 로터 권선에 흐르는 전류를 정류하는 정류소자를 가지고, 로터 코어는, 정류소자로 정류된 전류가 로터 권선에 흐르는 것에 따라 자화됨으로써 자극이 고정된 자석으로서 기능하는 자극부로서, 상기 둘레방향으로 서로 간격을 둔 상태에서 스테이터와 대향 배치된 복수의 자극부를 포함하며, 상기 둘레방향에 관한 각 자극부의 폭이 전기각으로 180°에 상당하는 폭보다 작은 것을 요지로 한다.
본 발명의 일 형태에서는, 상기 둘레방향에 관한 각 자극부의 폭이 전기각으로 90°에 상당하는 폭과 대략 같은 것이 적합하다.
본 발명의 일 형태에서는, 로터 코어는 고리형상 코어부를 더 포함하고, 로터 권선은 고리형상 코어부에 트로이달 감김으로 권장되어 있으며, 각 자극부가 고리형상 코어부로부터 스테이터를 향하여 돌출되어 있는 것이 적합하다.
또, 본 발명에 관한 회전전기는, 스테이터와 로터가 대향 배치된 회전전기로서, 스테이터는, 복수의 슬롯이 로터 회전축 주위의 둘레방향으로 서로 간격을 두고 형성된 스테이터 코어와, 당해 슬롯을 통하여 스테이터 코어에 집중권으로 권장된 복수상의 스테이터 권선을 가지고, 당해 스테이터 권선에 교류전류가 흐름으로써 고조파 성분을 포함하는 회전자계를 형성하며, 로터는, 로터 코어와, 로터 코어에 권장되고, 스테이터로 형성된 고조파 성분을 포함하는 회전자계가 쇄교함으로써 유도기전력이 발생하는 로터 권선과, 당해 유도기전력의 발생에 따라 로터 권선에 흐르는 전류를 정류하는 정류소자를 가지고, 로터 코어는, 정류소자로 정류된 전류가 로터 권선에 흐르는 것에 따라 자화됨으로써 자극이 고정된 자석으로서 기능하는 자극부로서, 상기 둘레방향으로 서로 간격을 둔 상태에서 스테이터와 대향 배치된 복수의 자극부를 포함하며, 공통의 로터 권선이 각 자극부에 권장되어 있고, 당해 공통의 로터 권선에서는, 상기 둘레방향에 인접하는 자극부에 권장된 부분의 감김방향이 서로 반대방향인 것을 요지로 한다.
본 발명의 일 형태에서는, 각 자극부에 권장된 로터 권선의 상기 둘레방향에 관한 폭이 전기각으로 90°에 상당하는 폭보다 크고 또한 전기각으로 120°에 상당하는 폭보다 작은 것이 적합하다.
또, 본 발명에 관한 회전전기의 구동 제어장치는, 본 발명에 관한 회전전기와, 스테이터 권선에 흘리는 교류전류의 위상을 제어함으로써, 로터의 토오크를 제어하는 제어장치를 구비하는 것을 요지로 한다.
본 발명에 의하면, 로터 권선에 발생하는 고조파 성분에 의한 유도기전력을 효율적으로 증대시킬 수 있고, 로터 권선에 흐르는 전류에 의해 각 자극부에 발생하는 자석의 자속을 효율적으로 증대시킬 수 있다. 그 결과, 로터의 토오크를 효율적으로 증대시킬 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 스테이터 권선 이외의 종류의 권선을 스테이터에, 로터 권선 이외의 종류의 권선을 로터에 설치하지 않고, 로터 권선에 고조파 성분에 의한 유도기전력을 발생시킬 수 있다. 그 결과, 스테이터 및 로터에 설치하는 권선을 각각 1종류로 간략화할 수 있어, 회전전기의 권선구조를 간략화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 회전전기의 개략 구성을 나타내는 도,
도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 회전전기의 개략 구성을 나타내는 도,
도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 회전전기의 개략 구성을 나타내는 도,
도 4A는 공간 고조파에 의한 로터 권선에 대한 쇄교 자속을 계산한 결과를 나타내는 도,
도 4B는 공간 고조파에 의한 로터 권선에 대한 쇄교 자속을 계산한 결과를 나타내는 도,
도 5는 둘레방향에 관한 로터 권선의 폭(θ)을 변화시키면서 로터 권선에 대한 쇄교 자속의 진폭을 계산한 결과를 나타내는 도,
도 6은 스테이터 권선에 흘리는 교류전류의 위상을 변화시키면서 로터의 토오크를 계산한 결과를 나타내는 도,
도 7은 스테이터 권선에 흘리는 교류전류의 위상을 변화시키면서 로터의 토오크를 계산한 결과를 나타내는 도,
도 8은 본 발명의 실시형태에 관한 회전전기의 구동 제어장치의 개략 구성을 나타내는 도,
도 9는 본 발명의 실시형태에 관한 회전전기의 다른 개략 구성을 나타내는 도,
도 10은 본 발명의 실시형태에 관한 회전전기의 다른 개략 구성을 나타내는 도,
도 11은 본 발명의 실시형태에 관한 회전전기의 다른 개략 구성을 나타내는 도,
도 12는 본 발명의 실시형태에 관한 회전전기의 다른 개략 구성을 나타내는 도,
도 13은 본 발명의 실시형태에 관한 회전전기의 다른 개략 구성을 나타내는 도,
도 14는 둘레방향에 관한 로터 권선의 폭(θ)을 변화시키면서 로터 권선에 대한 쇄교 자속의 진폭을 계산한 결과를 나타내는 도,
도 15는 본 발명의 실시형태에 관한 회전전기의 다른 개략 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 적합한 실시형태를 도면에 따라 설명한다.
도 1 내지 도 3은, 본 발명의 실시형태에 관한 회전전기(10)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 1은 로터 회전축(22)과 평행방향에서 본 스테이터(12) 및 로터(14)의 구성의 개략을 나타내고, 도 2는 스테이터(12)의 구성의 개략을 나타내며, 도 3은 로터(14)의 구성의 개략을 나타낸다. 본 실시형태에 관한 회전전기(10)는, 도시 생략한 케이싱에 고정된 스테이터(12)와, 스테이터(12)와 소정의 공극을 두고 대향 배치되어 스테이터(12)에 대하여 회전 가능한 로터(14)를 구비한다. 도 1 내지 도 3은, 스테이터(12)와 로터(14)가 회전축(22)과 직교하는 지름방향(이하 단지 지름방향이라 한다)에서 대향 배치된 레이디얼형의 회전전기의 예를 나타내고 있고, 로터(14)가 스테이터(12)의 지름방향 안쪽에 배치되어 있다.
스테이터(12)는, 스테이터 코어(26)와, 스테이터 코어(26)에 설치된 복수상(더욱 구체적으로는 홀수상으로 예를 들면 3상)의 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)을 포함한다. 스테이터 코어(26)에는, 지름방향 안쪽으로[로터(14)를 향하여] 돌출한 복수의 티스(30)가 회전축(22) 주위의 둘레방향(이하 단지 둘레방향이라 한다)을 따라 서로 간격을 두고 배열되어 있고, 각 티스(30) 사이에 슬롯(31)이 형성되어 있다. 즉, 스테이터 코어(26)에는, 복수의 슬롯(31)이 둘레방향으로 서로 간격을 두고 형성되어 있다. 각 상의 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)은, 슬롯(31)을 통하여 티스(30)에 단절 집중권으로 권장되어 있다. 이와 같이, 티스(30)에 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)이 권장됨으로써 자극이 구성된다. 그리고, 복수상(3상 또는 홀수상)의 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)에 복수상(3상 또는 홀수상)의 교류전류를 흘림으로써, 둘레방향으로 늘어선 티스(30)가 차례로 자화되어, 둘레방향으로 회전하는 회전자계를 티스(30)에 형성할 수 있다. 티스(30)에 형성된 회전자계는, 그 선단면으로부터 로터(14)에 작용한다. 도 2에 나타내는 예에서는, 3상(u상, v상, w상)의 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)이 각각 권장된 3개의 티스(30)에 의해 하나의 극쌍이 구성되고, 4극 3상의 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)이 각 티스(30)에 권장되어, 스테이터(12)의 극쌍수가 4극쌍이다.
로터(14)는, 로터 코어(16)와, 로터 코어(16)에 설치된 복수의 로터 권선(18n, 18s)을 포함한다. 로터 코어(16)에는, 지름방향 바깥쪽으로[스테이터(12)를 향하여] 돌출한 복수의 돌출극(19)이 둘레방향을 따라 서로 간격을 두고 배열되어 있고, 각 돌출극(19)이 스테이터(12)[티스(30)]와 대향하고 있다. 로터(14)에서는, 이 돌출극(19)에 의해, 스테이터(12)[티스(30)]로부터의 자속이 지나는 경우의 자기저항이 회전방향을 따라 변화되어, 돌출극(19)의 위치에서 자기저항이 낮아지고, 돌출극(19) 사이의 위치에서 자기저항이 높아진다. 그리고, 둘레방향에서 로터 권선(18n)과 로터 권선(18s)이 교대로 늘어서도록, 로터 권선(18n, 18s)이 이들 돌출극(19)에 권장되어 있다. 여기서는, 각 로터 권선(18n, 18s)의 권회 중심축이 지름방향과 일치하고 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 자기저항이 높은 돌출극(19) 사이의 자로를 d축 자로로 하고, 자기저항이 낮은 돌출극(19) 부분의 자로를 q축 자로라 하면, 각 로터 권선(18n, 18s)은, 자기저항이 낮은 q축 자로에 배치되어 있다. 도 3에 나타내는 예에서는, 각 돌출극(19)에 권장된 로터 권선(18n, 18s)이, 서로 전기적으로 접속되어 있지 않고 분단(절연)되어 있다. 그리고, 전기적으로 분단된 각 로터 권선(18n, 18s)마다 다이오드(21n, 21s)(정류소자)가 접속되어 있다. 각 로터 권선(18n)이 다이오드(21n)를 거쳐 단락되어 있음으로써, 각 로터 권선(18n)에 흐르는 전류의 방향이 다이오드(21n)에 의해 일 방향으로 정류된다. 마찬가지로, 각 로터 권선(18s)이 다이오드(21s)를 거쳐 단락되어 있음으로써, 각 로터 권선(18s)에 흐르는 전류의 방향이 다이오드(21s)에 의해 일 방향으로 정류된다. 여기서는, 둘레방향에서 교대로 배치된 로터 권선(18n)과 로터 권선(18s)에서 흐르는 전류의 방향[다이오드(21n, 21s)에 의한 정류방향]이 서로 반대가 되도록, 다이오드(21n, 21s)가 서로 반대 방향에서 로터 권선(18n, 18s)에 각각 접속된다.
로터 권선(18n)에 다이오드(21n)의 정류방향을 따른 직류전류가 흐르면, 로터 권선(18n)이 권장된 돌출극(19)이 자화됨으로써, 이 돌출극(19)이 자극이 고정된 자석(자극부)으로서 기능한다. 마찬가지로, 로터 권선(18s)에 다이오드(21s)의 정류방향을 따른 직류전류가 흐르면, 로터 권선(18s)이 권장된 돌출극(19)이 자화됨으로써, 이 돌출극(19)이 자극이 고정된 자석(자극부)으로서 기능한다. 둘레방향에 인접하는 로터 권선(18n)과 로터 권선(18s)에서 직류전류의 방향이 서로 반대 방향이기 때문에, 둘레방향에 인접하는 돌출극(19)끼리에서 자화방향이 서로 반대 방향이 되어 다른 자극의 자석이 형성되고, 둘레방향에서 돌출극(19)의 자극이 교대한다. 여기서는, 로터 권선(18n)이 권장된 돌출극(19)에 N극이 형성되고, 로터 권선(18s)이 권장된 돌출극(19)에 S극이 형성되도록, 다이오드(21n, 21s)에 의한 로터 권선(18n, 18s)의 전류의 정류방향을 각각 설정한다. 이것에 의해, 둘레방향에서 N극과 S극이 교대로 늘어서도록, 각 돌출극(19)에 자석이 형성된다. 그리고, 둘레방향에 인접하는 2개의 돌출극(19)(N극 및 S극)에 의하여, 하나의 극쌍이 구성된다. 도 3에 나타내는 예에서는, 8극의 돌출극(19)이 형성되어 있고, 로터(14)의 극쌍수가 4극쌍이다. 따라서, 도 1 내지 도 3에 나타내는 예에서는, 스테이터(12)의 극쌍수와 로터(14)의 극쌍수가 모두 4극쌍이고, 스테이터(12)의 극쌍수와 로터(14)의 극쌍수가 같다. 단, 스테이터(12)의 극쌍수 및 로터(14)의 극쌍수는, 모두 4극쌍 이외이어도 된다.
본 실시형태에서는, 둘레방향에 관한 각 돌출극(19)의 폭이 로터(14)의 전기각으로 180°에 상당하는 폭보다 짧게 설정되어 있다. 그리고, 둘레방향에 관한 각 로터 권선(18n, 18s)의 폭(θ)은 로터(14)의 전기각으로 180°에 상당하는 폭보다 짧게 설정되어 있고, 로터 권선(18n, 18s)은 각 돌출극(19)에 단절권으로 권장되어 있다. 여기서의 로터 권선(18n, 18s)의 폭(θ)에 대해서는, 로터 권선(18n, 18s)의 단면적을 고려하여, 로터 권선(18n, 18s)의 단면의 중심폭으로 나타낼 수 있다. 즉, 로터 권선(18n, 18s)의 안 둘레면의 폭과 바깥 둘레면의 폭의 평균값으로부터 로터 권선(18n, 18s)의 폭(θ)을 나타낼 수 있다. 또한, 로터(14)의 전기각은, 로터(14)의 기계각에 로터(14)의 극쌍수(p)(도 3에 나타내는 예에서는 p = 4)를 곱한 값으로 나타낸다(전기각 = 기계각 × p). 그 때문에, 둘레방향에 관한 각 로터 권선(18n, 18s)의 폭(θ)은, 회전축(22)의 중심으로부터 로터 권선(18n, 18s)까지의 거리를 r이라 하면, 이하의 (1)식을 충족시킨다.
Figure pct00001
본 실시형태에서, 스테이터(12)에 회전자계를 발생시키는 기자력의 분포는, 각 상의 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)의 배치나, 티스(30) 및 슬롯(31)에 의한 스테이터 코어(26)의 형상에 기인하여, (기본파만의) 정현파 분포로는 되지 않고, 고조파 성분을 포함하는 것이 된다. 특히, 집중권에서는, 각 상의 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)이 서로 겹치지 않기 때문에, 스테이터(12)의 기자력 분포에 생기는 고조파 성분의 진폭 레벨이 증대한다. 그리고, 예를 들면 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)이 3상 집중권인 경우는, 고조파 성분으로서, 입력 전기 주파수 3차 성분의 진폭 레벨이 증대한다. 이하의 설명에서는, 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)의 배치나 스테이터 코어(26)의 형상에 기인하여 기자력에 생기는 고조파 성분을 공간 고조파라 한다.
3상의 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)에 3상의 교류전류를 흘림으로써 티스(30)에 형성된 회전자계(기본파 성분)가 로터(14)에 작용하는 것에 따라, 로터(14)의 자기저항이 작아지도록, 돌출극(19)이 티스(30)의 회전자계에 흡인된다. 이것에 의해, 로터(14)에 토오크(릴럭턴스 토오크)가 작용하여, 로터(14)가 스테이터(12)로 형성되는 회전자계(기본파 성분)에 동기하여 회전 구동한다.
또한, 티스(30)에 형성된 공간 고조파 성분을 포함하는 회전자계가 로터(14)의 각 로터 권선(18n, 18s)에 쇄교하면, 각 로터 권선(18n, 18s)에는, 공간 고조파 성분에 의해 로터(14)의 회전 주파수(회전자계의 기본파 성분)와 다른 주파수의 자속 변동이 생긴다. 이 자속 변동에 의해, 각 로터 권선(18n, 18s)에 유도기전력이 발생한다. 이 유도기전력의 발생에 따라 각 로터 권선(18n, 18s)에 흐르는 전류는, 각 다이오드(21n, 21s)에 의해 정류됨으로써 일 방향(직류)이 된다. 그리고, 각 다이오드(21n, 21s)로 정류된 직류전류가 각 로터 권선(18n, 18s)에 흐르는 것에 따라 각 돌출극(19)이 자화됨으로써, 자극이(N극이나 S극 중 어느 한쪽에) 고정된 자석이 각 돌출극(19)에 생긴다. 상기한 바와 같이, 다이오드(21n, 21s)에 의한 로터 권선(18n, 18s)의 전류의 정류방향이 서로 반대 방향이기 때문에, 각 돌출극(19)에 생기는 자석은, 둘레방향에서 N극과 S극이 교대로 배치된 것이 된다. 그리고, 각 돌출극(19)(자극이 고정된 자석)의 자계가 티스(30)의 회전자계(기본파 성분)와 상호 작용하여, 흡인 및 반발작용이 생긴다. 이 티스(30)의 회전자계(기본파 성분)와 돌출극(19)(자석)의 자계와의 전자기 상호작용(흡인 및 반발작용)에 의해서도, 로터(14)에 토오크(자석 토오크에 상당하는 토오크)를 작용시킬 수 있고, 로터(14)가 스테이터(12)로 형성되는 회전자계(기본파 성분)에 동기하여 회전구동한다. 이와 같이, 본 실시형태에 관한 회전전기(10)를, 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)에 대한 공급 전력을 이용하여 로터(14)에 동력(기계적 동력)을 발생시키는 전동기로서 기능시킬 수 있다. 한편, 본 실시형태에 관한 회전전기(10)를, 로터(14)의 동력을 이용하여 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)에 전력을 발생시키는 발전기로서 기능시킬 수도 있다.
여기서, 공간 고조파에 의한 로터 권선(18n, 18s)에 대한 쇄교 자속을 계산한 결과를 도 4A, 도 4B에 나타낸다. 도 4A에서의 각 파형은, 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)에 흘리는 교류전류의 위상(로터 위치에 대한 전류 진각)을 변화시킨 경우에서의 로터 권선(18n, 18s)에 대한 쇄교 자속의 파형을 나타낸다. 그리고, 도 4B는, 로터 권선(18n, 18s)에 대한 쇄교 자속 파형의 주파수 분석결과를 나타낸다. 도 4B에 나타내는 주파수 분석 결과로부터, 입력 전기 주파수 3차 성분이 주로 발생한다. 도 4A에 나타내는 바와 같이, 전류 진각을 변화시키면, 쇄교 자속의 바이어스는 변하나, 쇄교 자속 파형은 그다지 변화하고 있지 않은 것을 알 수 있다.
로터 권선(18n, 18s)에 대한 쇄교 자속의 진폭(변동폭)은, 둘레방향에 관한 로터 권선(18n, 18s)의 폭(θ)에 의해 영향을 받는다. 여기서, 둘레방향에 관한 로터 권선(18n, 18s)의 폭(θ)을 변화시키면서, 로터 권선(18n, 18s)에 대한 쇄교 자속의 진폭(변동폭)을 계산한 결과를 도 5에 나타낸다. 도 5에서는, 코일 폭(θ)을 전기각으로 환산하여 나타내고 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 코일 폭(θ)이 180°부터 감소함에 따라 로터 권선(18n, 18s)에 대한 쇄교 자속의 변동폭이 증대하고 있기 때문에, 코일 폭(θ)을 180°보다 작게 하는, 즉 로터 권선(18n, 18s)를 단절권으로 함으로써, 전절권과 비교하여, 공간 고조파에 의한 쇄교 자속의 진폭을 증대시킬 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 둘레방향에 관한 각 돌출극(19)의 폭을 전기각으로 180°에 상당하는 폭보다 작게 하고, 로터 권선(18n, 18s)을 각 돌출극(19)에 단절권으로 권장함으로써, 로터 권선(18n, 18s)에 발생하는 공간 고조파에 의한 유도기전력을 효율적으로 증대시킬 수 있다. 그 때문에, 토오크 발생에 기여하기 어려운 공간 고조파를 이용하여 로터 권선(18n, 18s)에 유도전류를 효율적으로 발생할 수 있어, 유도전류에 의해 각 돌출극(19)에 발생하는 자석의 자속을 효율적으로 증대시킬 수 있다. 그 결과, 로터(14)에 작용하는 토오크를 효율적으로 증대시킬 수 있다. 또한, 스테이터 권선(28u, 28v, 28w) 이외의 종류의 권선(예를 들면 특허문헌 1∼4에서의 여자권선이나 리액터)을 스테이터(12)에 설치하지 않고, 로터 권선(18n, 18s)에 공간 고조파에 의한 유도기전력을 효율적으로 발생시킬 수 있기때문에, 스테이터(12)에 설치하는 권선을 1종류[스테이터 권선(28u, 28v, 28w)만]로 간략화할 수 있어, 스테이터(12)의 권선 구조를 간략화할 수 있다. 그리고, 유도기전력에 따라 생기는 유도 전류를 다이오드(21n, 21s)로 정류함으로써, 로터 권선(18n, 18s) 이외의 종류의 권선(예를 들면 특허문헌 1, 2에서의 계자 보조 권선)을 로터(14)에 설치하지 않고, 로터(14)[각 돌출극(19)]에 자극이 고정된 자석을 발생시킬 수 있기 때문에, 로터(14)에 설치하는 권선을 1종류[로터 권선(18n, 18s)만]로 간략화할 수 있어, 로터(14)의 권선 구조를 간략화할 수 있다. 그 결과, 회전전기(10)의 권선 구조를 간략화할 수 있어, 회전전기(10)의 소형화가 가능해진다.
또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 코일 폭(θ)이 90°인 경우에, 공간 고조파에 의한 쇄교 자속의 진폭이 최대가 된다. 따라서, 본 실시형태에서, 공간 고조파에 의한 로터 권선(18n, 18s)에 대한 쇄교 자속의 진폭을 더욱 증대시키기 위해서는, 둘레방향에 관한 각 로터 권선(18n, 18s)의 폭(θ)이 로터(14)의 전기각으로 90°에 상당하는 폭과 같은(또는 대략 같은) 것이 바람직하다. 그 때문에, 둘레방향에 관한 각 로터 권선(18n, 18s)의 폭(θ)은, 이하의 (2)식을 충족시키는(또는 대략 충족시키는) 것이 바람직하다.
Figure pct00002
이와 같이, 둘레방향에 관한 각 로터 권선(18n, 18s)의 폭(θ)을 전기각으로 90°에 상당하는 폭과 같게(또는 대략 같게) 함으로써, 로터 권선(18n, 18s)에 발생하는 공간 고조파에 의한 유도기전력을 최대로 할 수 있어, 유도전류에 의해 각 돌출극(19)에 발생하는 자석의 자속을 가장 효율적으로 증대시킬 수 있다. 그 결과, 로터(14)에 작용하는 토오크를 더욱 효율적으로 증대시킬 수 있다.
또, 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)에 흘리는 교류전류의 위상(로터 위치에 대한 전류 진각)을 변화시키면서 로터(14)의 토오크를 계산한 결과를 도 6, 도 7에 나타낸다. 도 6은, 로터(14)의 회전수를 일정하게 유지하면서 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)에 흘리는 교류전류의 진폭(전류 진폭) 및 위상(전류 진각)을 변화시킨 경우의 계산결과를 나타내고, 도 7은, 전류 진폭을 일정하게 유지하면서 전류 진각 및 로터(14)의 회전수를 변화시킨 경우의 계산결과를 나타낸다. 도 6, 도 7에 나타내는 바와 같이, 전류 진각을 변화시키면 로터(14)의 토오크가 변화되기 때문에, 전류 진각[스테이터 권선(28u, 28v, 28w)에 흘리는 교류전류의 위상]을 제어함으로써, 로터(14)의 토오크를 제어할 수 있다. 또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 전류 진폭을 변화시켜도 로터(14)의 토오크가 변화되기 때문에, 전류 진폭[스테이터 권선(28u, 28v, 28w)에 흘리는 교류전류의 진폭]을 제어함에 의해서도, 로터(14)의 토오크를 제어할 수 있다. 또한, 도 7에 나타내는 바와 같이, 로터(14)의 회전수를 변화시켜도 로터(14)의 토오크가 변화되기 때문에, 로터(14)의 회전수를 제어함에 의해서도, 로터(14)의 토오크를 제어할 수 있다.
도 8은, 본 실시형태에 관한 회전전기(10)의 구동 제어장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 직류전원으로서 설치된 충방전 가능한 축전장치(42)는, 예를 들면 2차 전지에 의해 구성할 수 있고, 전기 에너지를 축적한다. 인버터(40)는, 스위칭 소자(도시 생략)를 구비하고 있고, 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 축전장치(42)로부터의 직류전력을 복수상의 교류(예를 들면 3상 교류)로 변환하여, 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)의 각 상에 공급하는 것이 가능하다. 제어장치(41)는, 인버터(40)의 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하여 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)에 흘리는 교류전류의 위상(전류 진각)을 제어함으로써, 로터(14)의 토오크를 제어한다. 단, 제어장치(41)는, 로터(14)의 토오크를 제어하기 위하여, 스테이터 권선(28u, 28v, 28w)에 흘리는 교류전류의 진폭을 제어하여도 되고, 로터(14)의 회전수를 제어하여도 된다.
다음에, 본 실시형태에 관한 회전전기(10)의 다른 구성예에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서는, 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이, 로터 코어(16)에 슬릿(공극)(44)을 형성함에 의해서도, 로터(14)의 자기저항을 회전방향을 따라 변화시킬 수 있다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 로터 코어(16)에서, 자기저항이 높은 자로를 d축 자로부분(39)이라 하고, d축 자로부분(39)보다 자기저항이 낮은 자로를 q축 자로부분(29)이라 하면, 스테이터(12)[티스(30)]와 대향하는 d축 자로부분(39) 및 q축 자로부분(29)이 둘레방향에서 교대로 배치되도록 슬릿(44)이 형성되어 있고, 둘레방향에서 d축 자로부분(39)이 q축 자로부분(29) 사이에 위치한다. 각 로터 권선(18n, 18s)은, 슬릿(44)을 통하여 자기저항이 낮은 q축 자로부분(29)에 권장되어 있다. 도 9에 나타내는 구성예에서는, 스테이터(12)로 형성된 공간 고조파 성분을 포함하는 회전자계가 각 로터 권선(18n, 18s)에 쇄교함으로써, 각 로터 권선(18n, 18s)에 각 다이오드(21n, 21s)로 정류된 직류전류가 흘러 각 q축 자로부분(29)이 자화되는 결과, 각 q축 자로부분(29)이 자극이 고정된 자석(자극부)으로서 기능한다. 그 때에는, 둘레방향에 관한 각 q축 자로부분(29)의 폭[각 로터 권선(18n, 18s)의 폭(θ)]을 로터(14)의 전기각으로 180°에 상당하는 폭보다 짧게 설정하고, 로터 권선(18n, 18s)을 각 q축 자로부분(29)에 단절권으로 권장함으로써, 로터 권선(18n, 18s)에 발생하는 공간 고조파에 의한 유도기전력을 효율적으로 증대시킬 수 있다. 또한, 로터 권선(18n, 18s)에 발생하는 공간 고조파에 의한 유도기전력을 최대로 하기 위해서는, 둘레방향에 관한 각 로터 권선(18n, 18s)의 폭(θ)을, 로터(14)의 전기각으로 90°에 상당하는 폭과 같게(또는 대략 같게) 하는 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태에서는, 예를 들면 도 10에 나타내는 바와 같이, 로터 코어(16)에 영구자석(48)을 설치할 수도 있다. 도 10에 나타내는 구성예에서는, 자극이 고정된 자석으로서 기능하는 복수의 자극부(49)가 둘레방향으로 서로 간격을 둔 상태에서 스테이터(12)[티스(30)]에 대향 배치되어 있고, 각 자극부(49)에 로터 권선(18n, 18s)이 권장되어 있다. 각 영구자석(48)은, 둘레방향에서 자극부(49) 사이에 위치하는 부분에, 스테이터(12)[티스(30)]에 대향 배치되어 있다. 여기서의 영구자석(48)에 대해서는, 로터 코어(16)의 내부에 매설되어 있어도 되고, 로터 코어(16)의 표면(바깥 둘레면)에 노출되어 있어도 된다. 또, 로터 코어(16)의 내부에 영구자석(48)을 V자 형상으로 배치할 수도 있다. 도 10에 나타내는 구성예에서는, 스테이터(12)로 형성된 공간 고조파 성분을 포함하는 회전자계가 각 로터 권선(18n, 18s)에 쇄교함으로써, 각 로터 권선(18n, 18s)에 각 다이오드(21n, 21s)로 정류된 직류전류가 흘러 각 자극부(49)가 자화되는 결과, 각 자극부(49)가 자극이 고정된 자석으로서 기능한다. 그 때에는, 둘레방향에 관한 각 자극부(49)의 폭[각 로터 권선(18n, 18s)의 폭(θ)]을 로터(14)의 전기각으로 180°에 상당하는 폭보다짧게 설정하고, 로터 권선(18n, 18s)을 각 자극부(49)에 단절권으로 권장함으로써, 로터 권선(18n, 18s)에 발생하는 공간 고조파에 의한 유도기전력을 효율적으로 증대시킬 수 있다. 또한, 로터 권선(18n, 18s)에 발생하는 공간 고조파에 의한 유도기전력을 최대로 하기 위해서는, 둘레방향에 관한 각 로터 권선(18n, 18s)의 폭(θ)을, 로터(14)의 전기각으로 90°에 상당하는 폭과 같게(또는 대략 같게) 하는 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태에서는, 예를 들면 도 11에 나타내는 바와 같이, 둘레방향에서 1개 걸러 배치된 로터 권선(18n)끼리를 전기적으로 직렬 접속하고, 둘레방향에서 1개 걸러 배치된 로터 권선(18s)끼리를 전기적으로 직렬 접속할 수도 있다. 즉, 동일한 자극(N극)의 자석으로서 기능하는 돌출극(19)에 권장된 로터 권선(18n) 끼리를 전기적으로 직렬 접속하고, 동일한 자극(S극)의 자석으로서 기능하는 돌출극(19)에 권장된 로터 권선(18s)끼리를 전기적으로 직렬 접속할 수도 있다. 단, 둘레방향에 인접하는(다른 자극의 자석이 형성되는) 돌출극(19)에 권장된 로터 권선(18n, 18s)은, 서로 전기적으로 분단되어 있다. 다이오드(21n, 21s)는, 전기적으로 분단된 로터 권선(18n, 18s)마다(2개) 설치되어 있고, 다이오드(21n)는, 전기적으로 직렬 접속된 로터 권선(18n)에 흐르는 전류를 정류하고, 다이오드(21s)는, 전기적으로 직렬 접속된 로터 권선(18s)에 흐르는 전류를 정류한다. 여기서도, 로터 권선(18n)이 권장된 돌출극(19)과 로터 권선(18s)이 권장된 돌출극(19)에서[둘레방향에 인접하는 돌출극(19)끼리에서] 다른 자극의 자석이 형성되도록, 다이오드(21n, 21s)에 의한 로터 권선(18n, 18s)의 전류의 정류방향을 서로 반대 방향으로 한다. 도 11에 나타내는 구성예에 의하면, 다이오드(21n, 21s)의 수를 2개로 줄일 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 예를 들면 도 12에 나타내는 바와 같이, 로터 권선(18n, 18s)을 트로이달 감김으로 할 수도 있다. 도 12에 나타내는 구성예에서는, 로터 코어(16)는 고리형상 코어부(17)를 포함하고, 각 돌출극(19)은, 고리형상 코어부(17)로부터 지름방향 바깥쪽으로[스테이터(12)를 향하여] 돌출하고 있다. 로터 권선(18n, 18s)은, 고리형상 코어부(17)에서의 각 돌출극(19) 부근의 위치에 트로이달 감김으로 권장되어 있다. 도 12에 나타내는 구성예에서도, 스테이터(12)로 형성된 공간 고조파 성분을 포함하는 회전자계가 각 로터 권선(18n, 18s)에 쇄교함으로써, 각 로터 권선(18n, 18s)에 각 다이오드(21n, 21s)로 정류된 직류전류가 흘러, 각 돌출극(19)이 자화된다. 그 결과, 로터 권선(18n) 부근에 위치하는 돌출극(19)이 N극으로서 기능하고, 로터 권선(18s) 부근에 위치하는 돌출극(19)이 S극으로서 기능한다. 그 때에는, 둘레방향에 관한 각 돌출극(19)의 폭(θ)을 로터(14)의 전기각으로 180°에 상당하는 폭보다 짧게 설정함으로써, 로터 권선(18n, 18s)에 발생하는 공간 고조파에 의한 유도기전력을 효율적으로 증대시킬 수 있다. 또한, 로터 권선(18n, 18s)에 발생하는 공간 고조파에 의한 유도기전력을 최대로 하기 위해서는, 둘레방향에 관한 각 돌출극(19)의 폭(θ)을, 로터(14)의 전기각으로 90°에 상당하는 폭과 같게(또는 대략 같게) 하는 것이 바람직하다. 또한, 도 12에서는, 도 11에 나타내는 구성예와 마찬가지로, 둘레방향에 인접하는 로터 권선(18n, 18s)을 서로 전기적으로 분단하여, 둘레방향에서 1개 걸러 배치된 로터 권선(18n)끼리를 전기적으로 직렬 접속하고, 둘레방향에서 1개 걸러 배치된 로터 권선(18s)끼리를 전기적으로 직렬 접속한 예를 나타내고 있다. 단, 로터 권선(18n, 18s)을 트로이달 감김으로 한 예에서도, 도 3에 나타내는 구성예와 마찬가지로, 각 돌출극(19)에 권장된 로터 권선(18n, 18s)을 서로 전기적으로 분단할 수도 있다.
또, 본 실시형태에서는, 예를 들면 도 13에 나타내는 바와 같이, 각 돌출극(19)에 공통의 로터 권선(18)을 권장할 수도 있다. 도 13에 나타내는 구성예에서는, 로터 권선(18)이 다이오드(21)를 거쳐 단락되어 있음으로써, 로터 권선(18)에 흐르는 전류의 방향이 다이오드(21)에 의해 일 방향(직류)으로 정류된다. 각 돌출극(19)에 권장된 로터 권선(18)은, 둘레방향에 인접하는 돌출극(19)끼리에서 자화방향이 서로 반대 방향이 되도록, 둘레방향에 인접하는 돌출극(19)에 권장된 부분의 감김방향이 서로 반대 방향이다. 도 13에 나타내는 구성예에서도, 스테이터(12)로 형성된 공간 고조파 성분을 포함하는 회전자계가 로터 권선(18)에 쇄교함으로써, 로터 권선(18)에 다이오드(21)로 정류된 직류전류가 흘러 각 돌출극(19)이 자화되는 결과, 각 돌출극(19)이 자극이 고정된 자석으로서 기능한다. 그 때에는, 둘레방향에 인접하는 돌출극(19)끼리에서 다른 자극의 자석이 형성된다. 도 13에 나타내는 구성예에 의하면, 다이오드(21)의 수를 하나로 줄일 수 있다.
단, 도 13에 나타내는 구성예에서는, N극을 형성하는 돌출극(19)과 S극을 형성하는 돌출극(19)에서 공통의 로터 권선(18)을 사용하고 있기 때문에, 각 돌출극(19)에서의 공간 고조파 성분에 의한 자속 변동(3차)이 상쇄되는 경우가 있어, 다른 구성예만큼 효과적으로 로터(14)의 토오크가 증가하지 않는 경우가 있다. 여기서, 도 13에 나타내는 구성예에서, 각 돌출극(19)에 권장된 로터 권선(18)의 둘레방향에 관한 폭(θ)을 변화시키면서, 로터 권선(18)에 대한 쇄교 자속의 진폭(변동 폭)을 계산한 결과를 도 14에 나타낸다. 도 14에서는, 코일 폭(θ)을 전기각으로 환산하여 나타내고 있다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 코일 폭(θ)이 90°부터 감소하면 로터 권선(18)에 대한 쇄교 자속의 변동 폭이 크게 감소하고, 코일 폭(θ)이 120°부터 증대하면 로터 권선(18)에 대한 쇄교 자속의 변동 폭이 크게 감소한다. 또한, 로터 권선(18)의 단면적을 충분히 확보하기 위한 코일 폭(θ)이 필요하게 되는 점을 고려하면, 도 13에 나타내는 구성예에서 로터 권선(18)에 발생하는 공간 고조파에 의한 유도전류를 증대시키기 위해서는, 둘레방향에 관한 로터 권선(18)의 폭(θ)을, 로터(14)의 전기각으로 90°에 상당하는 폭보다 크게 또한 로터(14)의 전기각으로 120°에 상당하는 폭보다 작게 하는(90°< θ < 120°를 충족시키는) 것이 바람직하다. 또한, 도 14에 나타내는 바와 같이, 코일 폭(θ)이 105°인 경우에 공간 고조파에 의한 쇄교 자속의 진폭이 피크가 된다. 따라서, 도 13에 나타내는 구성예에서 로터 권선(18)에 발생하는 공간 고조파에 의한 유도전류를 더욱 증대시키기 위해서는, 둘레방향에 관한 로터 권선(18)의 폭(θ)을, 로터(14)의 전기각으로 105°에 상당하는 폭과 같게(또는 대략 같게) 하는 것이 바람직하다.
또, 도 15에 나타내는 구성예에서는, 로터 권선(18)은, 각 돌출극(19)에 파권(직렬권)으로 권장되어 있고, 둘레방향에 인접하는 돌출극(19)끼리에서 자화방향이 서로 반대 방향이 되도록, 둘레방향에 인접하는 돌출극(19)에 권장된 부분의 감김방향이 서로 반대 방향이다. 도 15의 로터 권선(18)에서, 실선부분은 돌출극(19)의 회전축 방향 끝면의 한쪽측(도면의 바로 앞쪽)을 지나고, 파선부분은 돌출극(19)의 회전축 방향 끝면의 다른쪽측(도면의 뒷쪽)을 지난다. 그리고, ○(화이트 서클 마크) 내에 ●(블랙 서클 마크)의 부분(18a)에는 도면의 바로 앞방향의 전류가 흐르고, ○(화이트 서클 마크) 내에 ×(크로싱 마크)의 부분(18b)에는 도면의 뒷쪽 방향의 전류가 흐른다. 도 15에 나타내는 구성예에서도, 스테이터(12)로 형성된 공간 고조파 성분을 포함하는 회전자계가 로터 권선(18)에 쇄교 함으로써, 로터 권선(18)에 다이오드(21)로 정류된 직류전류가 흘러 각 돌출극(19)이 자화되는 결과, 각 돌출극(19)이 자극이 고정된 자석으로서 기능한다. 그 때에는, 둘레방향에 인접하는 돌출극(19)끼리에서 다른 자극의 자석이 형성된다. 도 15에 나타내는 구성예에 의하면, 다이오드(21)의 수를 하나로 줄일 수 있어, 로터(14)의 권선구조를 더욱 간략화할 수 있다.
이상의 실시형태의 설명에서는, 스테이터(12)와 로터(14)가 회전축(22)과 직교하는 지름방향에서 대향 배치되어 있는 것으로 하였다. 단, 본 실시형태에 관한 전동기(10)는, 스테이터(12)와 로터(14)가 회전축(22)과 평행방향(회전축 방향)에서 대향 배치된 액셜형의 회전전기이어도 된다.
이상, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 실시형태에 조금도 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서, 여러가지 형태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (14)

  1. 스테이터와 로터가 대향 배치된 회전전기에 있어서,
    스테이터는, 복수의 슬롯이 로터 회전축 주위의 둘레방향으로 서로 간격을 두고 형성된 스테이터 코어와, 당해 슬롯을 통하여 스테이터 코어에 집중권으로 권장된 복수상의 스테이터 권선을 가지고, 당해 스테이터 권선에 교류전류가 흐름으로써 고조파 성분을 포함하는 회전자계를 형성하고,
    로터는, 로터 코어와, 로터 코어에 권장되고, 스테이터로 형성된 고조파 성분을 포함하는 회전자계가 쇄교함으로써 유도기전력이 발생하는 로터 권선과, 당해 유도기전력의 발생에 따라 로터 권선에 흐르는 전류를 정류하는 정류소자를 가지며,
    로터 코어는, 로터 권선이 권장되고, 정류소자로 정류된 전류가 로터 권선에 흐르는 것에 따라 자화됨으로써 자극이 고정된 자석으로서 기능하는 자극부로서, 상기 둘레방향으로 서로 간격을 둔 상태에서 스테이터와 대향 배치된 복수의 자극부를 포함하고,
    로터 권선은, 각 자극부에 단절권으로 권장되어 있는 것을 특징으로 하는 회전전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    각 자극부에 권장된 로터 권선의 상기 둘레방향에 관한 폭이 전기각으로 90°에 상당하는 폭과 대략 같은 것을 특징으로 하는 회전전기.
  3. 제 1항에 있어서,
    로터 코어에서는, 각 자극부의 자기저항이 상기 둘레방향에서 자극부 사이에 위치하는 부분의 자기저항보다 낮은 것을 특징으로 하는 회전전기.
  4. 제 1항에 있어서,
    로터 코어에서는, 각 자극부가 스테이터를 향하여 돌출하고 있는 것을 특징으로 하는 회전전기.
  5. 제 1항에 있어서,
    로터 코어에는, 상기 둘레방향에서 자극부 사이에 위치하는 부분에 영구자석이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전전기.
  6. 제 1항에 있어서,
    각 자극부에 권장된 로터 권선이 서로 전기적으로 분단되어 있고,
    정류소자는, 당해 전기적으로 분단된 로터 권선마다 설치되며,
    각 정류소자는, 각 자극부에 권장된 로터 권선에 흐르는 전류를, 상기 둘레방향에서 자극부의 자극을 교대시키는 방향으로 정류하는 것을 특징으로 하는 회전전기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 둘레방향에 인접하는 자극부에 권장된 로터 권선이 서로 전기적으로 분단되어 있고,
    정류소자는, 당해 전기적으로 분단된 로터 권선마다 설치되며,
    각 정류소자는, 상기 둘레방향에 인접하는 자극부에 권장된 로터 권선에 흐르는 전류를, 당해 인접하는 자극부의 자극을 서로 다르게 하는 방향으로 정류하는 것을 특징으로 하는 회전전기.
  8. 제 7항에 있어서,
    서로 동일한 자극의 자석으로서 기능하는 자극부에 권장된 로터 권선끼리가 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 회전전기.
  9. 스테이터와 로터가 대향 배치된 회전전기에 있어서,
    스테이터는, 복수의 슬롯이 로터 회전축 주위의 둘레방향으로 서로 간격을 두고 형성된 스테이터 코어와, 당해 슬롯을 통하여 스테이터 코어에 집중권으로 권장된 복수상의 스테이터 권선을 가지고, 당해 스테이터 권선에 교류전류가 흐름으로써 고조파 성분을 포함하는 회전자계를 형성하며,
    로터는, 로터 코어와, 로터 코어에 권장되고, 스테이터로 형성된 고조파 성분을 포함하는 회전자계가 쇄교함으로써 유도기전력이 발생하는 로터 권선과, 당해 유도기전력의 발생에 따라 로터 권선에 흐르는 전류를 정류하는 정류소자를 가지고,
    로터 코어는, 정류소자로 정류된 전류가 로터 권선에 흐르는 것에 따라 자화됨으로써 자극이 고정된 자석으로서 기능하는 자극부로서, 상기 둘레방향으로 서로 간격을 둔 상태에서 스테이터와 대향 배치된 복수의 자극부를 포함하며,
    상기 둘레방향에 관한 각 자극부의 폭이 전기각으로 180°에 상당하는 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 회전전기.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 둘레방향에 관한 각 자극부의 폭이 전기각으로 90°에 상당하는 폭과 대략 같은 것을 특징으로 하는 회전전기.
  11. 제 9항에 있어서,
    로터 코어는 고리형상 코어부를 더 포함하고,
    로터 권선은 고리형상 코어부에 트로이달 감김으로 권장되어 있으며,
    각 자극부가 고리형상 코어부로부터 스테이터를 향하여 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 회전전기.
  12. 스테이터와 로터가 대향 배치된 회전전기에 있어서,
    스테이터는, 복수의 슬롯이 로터 회전축 주위의 둘레방향으로 서로 간격을 두고 형성된 스테이터 코어와, 당해 슬롯을 통하여 스테이터 코어에 집중권으로 권장된 복수상의 스테이터 권선을 가지고, 당해 스테이터 권선에 교류전류가 흐름으로써 고조파 성분을 포함하는 회전자계를 형성하며,
    로터는, 로터 코어와, 로터 코어에 권장되고, 스테이터로 형성된 고조파 성분을 포함하는 회전자계가 쇄교함으로써 유도기전력이 발생하는 로터 권선과, 당해 유도기전력의 발생에 따라 로터 권선에 흐르는 전류를 정류하는 정류소자를 가지고,
    로터 코어는, 정류소자로 정류된 전류가 로터 권선에 흐르는 것에 따라 자화됨으로써 자극이 고정된 자석으로서 기능하는 자극부로서, 상기 둘레방향에 서로 간격을 둔 상태에서 스테이터와 대향 배치된 복수의 자극부를 포함하며,
    공통의 로터 권선이 각 자극부에 권장되어 있고,
    당해 공통의 로터 권선에서는, 상기 둘레방향에 인접하는 자극부에 권장된 부분의 감김방향이 서로 반대방향인 것을 특징으로 하는 회전전기.
  13. 제 12항에 있어서,
    각 자극부에 권장된 로터 권선의 상기 둘레방향에 관한 폭이 전기각으로 90°에 상당하는 폭보다 크고 또한 전기각으로 120°에 상당하는 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 회전전기.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 기재된 회전전기와,
    스테이터 권선에 흘리는 교류전류의 위상을 제어함으로써, 로터의 토오크를 제어하는 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전전기의 구동 제어장치.
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