WO2015128964A1 - 回転電機 - Google Patents

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WO2015128964A1
WO2015128964A1 PCT/JP2014/054691 JP2014054691W WO2015128964A1 WO 2015128964 A1 WO2015128964 A1 WO 2015128964A1 JP 2014054691 W JP2014054691 W JP 2014054691W WO 2015128964 A1 WO2015128964 A1 WO 2015128964A1
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WO
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armature
coil
virtual
slot
rotor
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PCT/JP2014/054691
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English (en)
French (fr)
Inventor
隆司 梅田
瀧口 隆一
橋本 昭
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00Casings; Enclosures; Supports
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00Machines with more than one rotor or stator
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28Layout of windings or of connections between windings

Definitions

  • This invention relates to a rotating electrical machine having an armature and a rotor that rotates relative to the armature.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a rotating electrical machine that has good operating characteristics and can be easily manufactured.
  • a rotating electrical machine has a plurality of magnetic pole teeth spaced apart from each other in the circumferential direction, an armature core in which slots are formed between the magnetic pole teeth, and a pair of slots disposed in different slots.
  • a first armature coil group having a plurality of armature coils each including a coil side and a coil end connecting between the pair of coil sides, and each armature coil being wound around the magnetic pole teeth by lap winding;
  • the coil sides of the armature coil group are arranged at the upper opening of the slot, the coil sides of the second armature coil group are arranged at the lower opening of the slot, and the magnetic poles straddled by the coil ends of the armature coils Te Assuming a plurality of virtual coils each including a pair
  • the rotating electric machine has a first armature having a first armature core and a first armature coil group provided on the first armature core, and the first armature.
  • a second armature and a second armature having a first rotor and a second armature core that are rotated in this manner, and a second armature coil group provided in the second armature core.
  • the first and second rotors have the same number of magnetic poles arranged in the circumferential direction.
  • the first and second armature cores have the same number of magnetic teeth, and the first and second armature cores have the same number of slots between the magnetic teeth.
  • the first armature coil group and the second armature coil group each have a plurality of armature coils wound around the magnetic pole teeth by lap winding.
  • Each armature coil has a pair of coil sides arranged in different slots and a coil end connecting the pair of coil sides, and the number of magnetic pole teeth spanned by the coil ends of each armature coil is all
  • a virtual armature core having the same number of virtual slots as the number of slots of the first and second armature cores, a pair of virtual coil sides arranged in different virtual slots, and a pair Assuming a plurality of virtual coils each including a virtual coil end that connects between the virtual coil sides, one of the virtual coil sides of the virtual coil is set to the upper opening of the virtual slot and the other to the lower opening of the virtual slot.
  • each coil side is arranged in each slot of the first armature core so that the current phase and the direction of current coincide with the virtual coil side arranged at the upper opening of the virtual slot, and the second armature coil
  • the coil sides of the first armature core are arranged in the slots of the second armature core so that the current phase and the direction of current coincide with those of the virtual coil side arranged at the lower opening of the virtual slot.
  • the circumferential positional relationship between the coil sides corresponding to the virtual coil sides arranged in the common virtual slot is the same as that of the first rotor magnetic pole and the second rotor side. This is the same as the positional relationship in the circumferential direction with the magnetic pole of the rotor.
  • the rotating electrical machine of the present invention it is possible to easily manufacture a rotating electrical machine having good operating characteristics.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing a rotating electrical machine according to Comparative Example 1.
  • FIG. 6 is a development view showing an armature of the rotating electric machine of FIG. 5. It is a principal part enlarged view of the armature of the rotary electric machine of FIG.
  • 6 is a graph showing the magnetomotive force generated by a three-phase current at time T0 (the U phase has an electrical phase angle of 90 °) in the armature according to Comparative Example 1 in relation to the position of each magnetic pole tooth.
  • 6 is a table showing a distributed winding coefficient, a short node coefficient, and a winding coefficient Kd of a fundamental wave component in a rotating electrical machine according to Comparative Example 1.
  • It is a longitudinal cross-sectional view which shows the rotary electric machine by Embodiment 2 of this invention.
  • It is a perspective view which shows the rotary electric machine of FIG.
  • It is a block diagram which shows the 1st armature and 1st rotor of FIG.
  • It is an expanded view which shows the 1st armature of FIG.
  • FIG. 13 is a graph showing the distribution of magnetomotive force generated by a three-phase current at time T0 (the U phase has an electrical phase angle of 90 °) in the first armature of FIG. 12 in relation to the position of the magnetic teeth.
  • FIG. 13 is a table showing distributed winding coefficients, short node coefficients, and winding coefficients Kd of fundamental wave components of components of the first armature and the first rotor of FIG. 12.
  • FIG. 15 is a graph showing the distribution of magnetomotive force generated by a three-phase current at time T0 (the U phase has an electrical phase angle of 90 °) in the second armature of FIG. 14 in relation to the position of the magnetic teeth.
  • FIG. 15 is a table showing distributed winding coefficients, short node coefficients, and winding coefficients Kd of fundamental wave components of components of the second armature and the second rotor of FIG. 14. It is a block diagram which shows the 1st armature and 1st rotor of the rotary electric machine by Embodiment 3 of this invention. It is a block diagram which shows the 2nd armature and 2nd rotor of the rotary electric machine by Embodiment 3 of this invention.
  • FIG. 10 is a configuration diagram showing a rotating electrical machine according to Comparative Example 2.
  • FIG. It is an expanded view which shows the armature of FIG. 6 is a graph showing the magnetomotive force generated by a three-phase current at time T0 (the U phase has an electrical phase angle of 90 °) in the armature according to Comparative Example 2 in relation to the position of each magnetic pole tooth.
  • 10 is a table showing a distributed winding coefficient, a short node coefficient, and a winding coefficient Kd of a fundamental wave component in a rotating electrical machine according to Comparative Example 2. It is an expanded view which shows the armature of the rotary electric machine by Embodiment 4 of this invention.
  • FIG. 30 is a development view showing the second armature of FIG. 29.
  • FIG. 28 is a graph showing the distribution of magnetomotive force generated by a three-phase current at time T0 (the U phase has an electrical phase angle of 90 °) in the first armature of FIG. 27 in relation to the position of the magnetic teeth.
  • FIG. 30 is a graph showing the distribution of magnetomotive force generated by a three-phase current at time T0 (the U phase has an electrical phase angle of 90 °) in the second armature of FIG. 29 in relation to the position of the magnetic teeth.
  • FIG. 30 is a table showing distributed winding coefficients, short node coefficients, and winding coefficients Kd of fundamental wave components of components of the second armature and the second rotor of FIG. 29.
  • FIG. 6 It is a block diagram which shows the 1st armature and 1st rotor of a rotary electric machine by Embodiment 6 of this invention. It is a block diagram which shows the 2nd armature and 2nd rotor of the rotary electric machine by Embodiment 6 of this invention. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the rotary electric machine by Embodiment 2 of this invention. It is a perspective view which shows the rotary electric machine of FIG.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the rotating electrical machine of FIG.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the rotating electrical machine of FIG.
  • a rotating electric machine 1 includes a cylindrical armature (stator) 2, a rotating shaft 3 disposed on the axis of the armature 2, an armature 2 fixed to the rotating shaft 3 and integrally with the rotating shaft 3. And a rotor 4 that is rotated relative to the rotor.
  • the rotating electrical machine 1 is supported by the support base 50.
  • the support base 50 includes a base 51 and an armature support 52 and a rotor support 53 that are fixed to the upper surface of the base 51 so as to be separated from each other.
  • the armature 2 is supported by the armature support portion 52.
  • the rotary shaft 3 is rotatably supported by a rotor support portion 53 via a bearing 54.
  • the rotating shaft 3 and the rotor 4 are cantilevered by the rotor support portion 53.
  • the rotor 4 is disposed inside the armature 2.
  • the rotor 4 is provided on a cylindrical rotor core 5 made of a magnetic material (for example, iron) and an outer peripheral surface of the rotor core 5 (a surface facing the inner peripheral surface of the armature 2).
  • a plurality of magnets 6. As shown in FIG. 3, the magnets 6 are arranged at intervals from each other in the circumferential direction of the rotor core 5.
  • a plurality of magnetic poles arranged in the circumferential direction of the rotor core 5 are formed by the magnets 6.
  • ten magnets 6 are provided on the outer peripheral surface of the rotor core 5 and the number of magnetic poles P of the rotor 4 is 10.
  • the armature 2 includes an armature core 7 made of a magnetic material (for example, iron), a first armature coil group 20 and a second armature coil 20 provided on the armature core 7, respectively. And an armature coil group 30.
  • a magnetic material for example, iron
  • the armature core 7 has a cylindrical back yoke 8 and a plurality of magnetic pole teeth 9 projecting radially inward from the inner peripheral portion of the back yoke 8 (toward the rotor 4).
  • the magnetic pole teeth 9 are provided at intervals in the circumferential direction of the armature core 7.
  • a slot 10 is formed between the magnetic pole teeth 9 and is opened radially inward of the armature core 7 (toward the rotor 4).
  • the number of magnetic pole teeth 9 and the number of slots 10 (number of slots) Q are the same. In this example, the number of magnetic pole teeth 9 and the number of slots Q are both 24.
  • the slot 10 positioned vertically above the center of the rotating shaft 3 in FIG. 1 is assumed.
  • the reference slot number of FIG. The numbers of the slots 10 are numbered in the order from 1 to counterclockwise. 2, no. 3,. 24.
  • No. 1 in FIG. 1 and no. No. 2 of the magnetic teeth 9 located between the two slots 10. 1 and no. No. 1 of the magnetic teeth 9 and the numbers of the magnetic teeth 9 are No. 2, no. 3,. 24.
  • the number of slots Q and The number q of slots per phase which is a coefficient indicating the relationship with the number P of magnetic poles, is expressed by the following formula (1).
  • FIG. 4 is a development view showing the armature 2 of FIG.
  • the first armature coil group 20 has a plurality of armature coils 21, and the second armature coil group 30 has a plurality of armature coils 31.
  • Each armature coil 21, 31 is composed of a wire bundle wound around a plurality of magnetic teeth 9. That is, the armature coils 21 and 31 are wound around the magnetic pole teeth 9 by lap winding. Further, the wire type and the number of turns of the conductor bundles constituting the armature coils 21 and 31 are all the same.
  • Each armature coil 21, 31 has a pair of coil sides 41 arranged in different slots 10, and a pair of coil ends 42 linking the pair of coil sides 41 across the plurality of magnetic teeth 9. Yes.
  • Each coil side 41 is a substantially straight portion along the slot 10.
  • Each coil end 42 connects between the ends of the coil sides 41 on the outer side in the axial direction of the armature core 7.
  • each slot 10 an upper opening (upper layer) and a lower opening (lower layer), which are spaces for arranging the coil sides 41, exist in the depth direction of the slot 10.
  • the upper opening of the slot 10 is located on the inner side in the radial direction of the armature core 7 (the opening side of the slot 10) than the lower opening of the slot 10.
  • Each armature coil 21 of the first armature coil group 20 is provided on the armature core 7 with one and the other coil sides 41 arranged at the upper opening of the slot 10.
  • Each armature coil 31 of the second armature coil group 30 is provided on the armature core 7 with one and the other coil sides 41 arranged at the lower opening of the slot 10.
  • the coil sides 41 of the armature coils 21 are arranged at all the upper openings of the slots 10, and the coil sides 41 of the armature coils 31 are arranged at the lower openings of the slots 10.
  • each of the armature coils 21 and 31 The coil pitch is all the same. In this example, the coil pitch of each of the armature coils 21 and 31 is 2.
  • phases of currents flowing through the armature coils 21 and 31 are indicated by U, V, and W, respectively.
  • the direction of the current flowing through each coil side 41 is indicated by upper and lower case letters U, V, and W, and a symbol with a black circle and an X mark in a white circle indicating the coil side 41. It shows with. Therefore, the winding direction of each armature coil 21, 31 can be understood from the direction of current in each coil side 41.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing the rotating electrical machine 101 according to the first comparative example.
  • FIG. 6 is a development view showing the armature 2 of the rotating electrical machine 101 of FIG.
  • FIG. 7 is an enlarged view of a main part of the armature 2 of the rotary electric machine 101 of FIG. 6 and 7, the current phase flowing through each virtual coil 102 and the direction of the current flowing through each virtual coil side 103 are shown by the same method as in FIG. 4.
  • the configuration of the rotating electrical machine 101 according to the comparative example 1 is such that a plurality of virtual coils 102 are provided in the armature core 7 instead of the first armature coil group 20 and the second armature coil group 30.
  • the configuration is the same as that of the rotating electrical machine 1 according to the first embodiment.
  • a plurality of virtual coils 102 are provided on the armature core 7 in the rotating electrical machine 101 according to the comparative example 1.
  • Each virtual coil 102 has a pair of virtual coil sides 103 disposed in different slots 10 and a pair of virtual coil ends 104 that connect the pair of virtual coil sides 103 across the plurality of magnetic pole teeth 9. Yes.
  • Each virtual coil side 103 is a substantially straight portion along the slot 10.
  • Each virtual coil end 104 connects between the ends of the virtual coil side 103 on the outer side in the axial direction of the armature core 7.
  • Each virtual coil 102 is provided in the armature core 7 with one virtual coil side 103 disposed at the upper opening of the slot 10 and the other virtual coil side 103 disposed at the lower opening of the slot 10. Further, the virtual coil end 104 of each virtual coil 102 straddles the plurality of magnetic pole teeth 9 while being inclined in the same direction with respect to the circumferential direction of the armature core 7. Furthermore, the number of magnetic pole teeth 9 that the virtual coil ends 104 of each virtual coil 102 straddle is the same for all virtual coils 102. That is, the coil pitch of each virtual coil 102 is the same. In Comparative Example 1, the coil pitch of the virtual coil 102 is 2.
  • the virtual coils 102 are regularly arranged on the armature core 7.
  • Each virtual coil side 103 is disposed in all of the upper and lower openings of each slot 10.
  • the state of the armature 2 of the rotating electrical machine 101 according to the comparative example 1 is a virtual coil mounting state in which each virtual coil 102 is regularly arranged on the armature core 7 by two-layer lap winding.
  • the ideal state of a rotating electrical machine is that the magnitudes of the resultant vectors of the induced voltages produced by the U-phase, V-phase, and W-phase armature coils are the same, and the resultant vectors of the induced voltages of the phases are phase differences in terms of electrical angles. It is in a state of being distributed every 120 °. Therefore, in the rotating electrical machine 101 according to Comparative Example 1, selection of the current phase (U phase, V phase, W phase) connected to each virtual coil 102 and the selection of each virtual coil 102 so that the ideal state of the rotating electrical machine is achieved. The winding direction is selected.
  • a virtual coil side group A which is a set group of virtual coil sides 103 arranged at the upper opening of each slot 10, and a set group of virtual coil sides 103 arranged at the lower opening of each slot 10.
  • two sets of two virtual coil sides 103 having a relationship in which in-phase and reverse current flows are combined for each of the virtual coil side group A and the virtual coil side group B.
  • a plurality of collective units can be divided independently over the entire circumference of the armature 2.
  • each of the virtual coil side group A and the virtual coil side group B is set to a set unit of four slots 10 (that is, slot Nos. 3 to 6 and slot No. 7 in the virtual coil side group A).
  • slot No. 11 to 14 slot No. 15 to 18, slot No. 19 to 22, and slot No. 23 to 2
  • slot No. 10 that is, slot No. 10
  • slot No. 11 to 14 slot No. 15 to 18, slot No. 19 to 22, and slot No. 23 to 2
  • the number of magnetic pole teeth 9 sandwiched between two virtual coil sides 103 that have a current flow in the opposite direction of the same phase is the same as the coil pitch of the virtual coil 102 (that is, the number of magnetic pole teeth 9 that the virtual coil end 104 straddles). It has become. Therefore, in the comparative example 1, the number of the magnetic pole teeth 9 sandwiched between the two virtual coil sides 103 having a relationship in which currents in the opposite phases flow is all two. Moreover, since the coil pitch of the virtual coil 102 is 2 in the comparative example 1, in the virtual coil side group B, two virtual coil sides having a relationship in which a current in the opposite direction flows with respect to the virtual coil side group A. Each set unit obtained by combining two sets of 103 appears by being shifted by two slots 10 in the circumferential direction.
  • FIG. 8 is a graph showing the magnetomotive force generated by the three-phase current at time T0 (the U phase has an electrical phase angle of 90 °) in the armature 2 according to the comparative example 1 in relation to the position of each magnetic pole tooth 9.
  • FIG. 9 is a table showing the distributed winding coefficient, short node coefficient, and winding coefficient Kd of the fundamental wave component in the rotating electrical machine 101 according to the first comparative example.
  • the magnetomotive force is calculated on the assumption that the number of turns of the virtual coil 102 is 1 and the peak value of the current is 1 [A]. .
  • the winding coefficient Kd is an index indicating the characteristics of the rotating electrical machine. The closer the numerical value of the fundamental wave component is to 1, the better the torque characteristics. Further, the distribution of magnetomotive force generated by the armature 2 becomes better as the sine wave shape corresponding to the number of magnetic poles of the rotor 4 in the circumferential direction of the armature 2 becomes better (for example, the torque ripple becomes lower). Become).
  • Comparative Example 1 since the number of magnetic poles P of the rotor 4 is 10, the number of pole pairs of the rotor 4 is 5.
  • the magnetomotive force generated by the armature 2 in the comparative example 1 is distributed in the circumferential direction of the armature 2 in a sine wave shape for approximately five cycles. Therefore, in Comparative Example 1, it can be seen that the magnetic flux distribution generated by the armature 2 corresponds to the number of pole pairs of the rotor 4, and the operating characteristics of the rotating electrical machine 101 are good.
  • each coil side 41 of the first armature coil group 20 is arranged at the position of each virtual coil side 103 of the virtual coil side group A with the current phase and the direction of current coinciding with the virtual coil side 103
  • the second The coil sides 41 of the armature coil group 30 are arranged at the positions of the virtual coil sides 103 of the virtual coil side group B such that the current phase and the direction of the current coincide with the virtual coil sides 103.
  • armature coil group 20 in the first armature coil group 20, a plurality of set units each combining two armature coils 21 are arranged independently in the circumferential direction of the armature 2, in the two armature coil groups 30, a plurality of aggregate units each combining two armature coils 31 are arranged independently in the circumferential direction of the armature 2.
  • the number of magnetic pole teeth 9 (coil pitch of each armature coil 21, 31) spanned by each coil end 42 of each armature coil 21, 31 is equal to the number of magnetic pole teeth 9 (virtual coil end 104 of virtual coil 102) ( The coil pitch of the virtual coil 102).
  • the armature 2 in the present embodiment differs from the armature 2 in the comparative example 1 in that the armature coils 21 and 31 are added without the virtual coil 102 when FIG. 4 is compared with FIG.
  • the current phases and current directions of the coil sides 41 of the upper and lower openings of each slot 10 in the present embodiment are the same as those of the upper and lower openings of each slot 10 in Comparative Example 1, respectively. It can be seen that the current phase and the current direction of the virtual coil side 103 are the same. Thereby, the magnetomotive force which the armature 2 in this Embodiment produces becomes the same as the magnetomotive force which the armature 2 in Comparative Example 1 produces.
  • each of the virtual coil side group A and the virtual coil side group B of the comparative example 1 a plurality of set units obtained by combining two sets of two virtual coil sides 103 having a relationship in which in-phase and reverse currents flow are combined.
  • the number of U-phase, V-phase, and W-phase virtual coils 102 is an even number (the number of slots 10 is an even number)
  • the virtual coil side group A and the virtual coil side group B It is necessary that the same number of virtual coil sides 103 of U and u, V and v, and W and w exist. That is, the number of slots 10 of the armature core 7 needs to be a multiple of six.
  • three phases of U phase, V phase, and W phase are used.
  • the variation among the three magnetic flux groups formed by the virtual coil 102 is within an electrical angle of 60 °, and the combined magnetic fluxes of the U phase, V phase, and W phase are evenly distributed with an electrical angle phase difference of 120 °. It is desirable.
  • the number of slots per phase per pole q is as follows. It is necessary to satisfy all of conditions 1 to 3.
  • Condition 1 Not an integer
  • Condition 2 The numerator is an even number
  • Condition 3 The denominator is not an even number and is not a multiple of 3.
  • each armature coil 31 of the second armature coil group 30 (an armature coil 31 having a coil side 41 disposed at the lower opening of the slot 10).
  • each armature coil 21 of the first armature coil group 20 (the armature coil 31 having the coil side 41 disposed at the upper opening of the slot 10) is replaced with the armature core 7.
  • Wrap around. In this way, the armature 2 is produced.
  • each armature coil 21 and 31 is wound around the armature core 7, it can avoid that another armature coil becomes obstructive.
  • each armature coil 21 of the first armature coil group 20 is disposed at the upper opening of each slot 10, and each armature coil of the second armature coil group 30.
  • the coil sides 41 of the armature coils 21 and 31 are arranged at the positions of the virtual coil sides 103 so that the current phase and the current direction coincide with the virtual coil sides 103, the first armature coil group
  • Each of the 20 coil sides 41 and each of the coil sides 41 of the second armature coil group 30 can be divided into an upper opening and a lower opening of the slot 10.
  • the armature coil 21 having the coil side 41 disposed at the upper opening of the slot 10 is By winding around the child core 7, the armature coil 21 can be wound without the already wound armature coil 31 getting in the way. Accordingly, the armature coils 21 and 31 can be easily wound around the armature core 7, and the rotating electrical machine 1 can be easily manufactured. Further, since the current phase and current direction of each coil side 41 arranged at the upper and lower openings of each slot 10 are made to coincide with the virtual coil side 103, the operating characteristics of the rotating electrical machine 1 can be kept good. Can do. That is, the rotating electrical machine 1 with good operating characteristics can be easily manufactured.
  • Embodiment 2 FIG.
  • the first armature coil group 20 and the second armature coil group 30 are provided in the common armature core 7, but the first armature coil group 20 and the second armature coil group 30 are the same.
  • the armature coil group 30 may be divided into first and second armature cores that are separate from each other.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing the rotating electrical machine 1 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the rotating electrical machine 1 of FIG.
  • a rotating electrical machine 1 includes a cylindrical first armature 2a, a first rotor 4a rotated with respect to the first armature 2a, a cylindrical second armature 2b, It has the 2nd rotor 4b rotated with respect to the 2nd armature 2b, and the common rotating shaft 3 to which the 1st and 2nd rotor 4a, 4b was fixed.
  • the first and second rotors 4 a and 4 b are arranged side by side in the axial direction of the rotation shaft 3.
  • the first and second armatures 2a and 2b are arranged side by side in accordance with the respective positions of the first and second rotors 4a and 4b in the axial direction of the rotary shaft 3.
  • the rotating electrical machine 1 is supported by a support base 50.
  • the support base 50 includes a base 51, a first armature support 52 a, a second armature support 52 b, and a rotor support 53 that are respectively fixed to the upper surface of the base 51. .
  • the first armature support portion 52 a, the second armature support portion 52 b, and the rotor support portion 53 are arranged apart from each other in the axial direction of the rotating shaft 3.
  • the first armature 2a is supported by the first armature support portion 52a
  • the second armature 2b is supported by the second armature support portion 52b.
  • One end of the rotary shaft 3 is rotatably supported by a rotor support 53 via a bearing 54.
  • the first and second rotors 4a and 4b are fixed to the other end of the rotating shaft 3, respectively. Therefore, the first rotor 4a, the second rotor 4b, and the rotating shaft 3 are supported by the rotor support portion 53 in a cantilever manner.
  • FIG. 12 is a configuration diagram showing the first armature 2a and the first rotor 4a of FIG.
  • FIG. 13 is a development view showing the first armature 2a of FIG.
  • the 1st rotor 4a is arrange
  • the first rotor 4a has a cylindrical rotor core 5a made of a magnetic material (for example, iron) and an outer peripheral surface of the rotor core 5a (opposite the inner peripheral surface of the first armature 2a). And a plurality of magnets 6a provided on the surface.
  • the magnets 6a are arranged at intervals from each other in the circumferential direction of the rotor core 5a.
  • a plurality of magnetic poles arranged in the circumferential direction of the rotor core 5a are formed by the magnets 6a.
  • the first armature 2a includes a first armature core 7a made of a magnetic material (for example, iron) and a first armature having the same configuration as that of the first embodiment provided in the first armature core 7a. And an armature coil group 20.
  • a magnetic material for example, iron
  • the first armature core 7a has a cylindrical back yoke 8a and a plurality of magnetic pole teeth 9a that protrude radially inward (toward the first rotor 4a) from the inner periphery of the back yoke 8a. is doing.
  • the magnetic pole teeth 9a are provided at intervals from each other in the circumferential direction of the first armature core 7a.
  • a slot 10a is formed between the magnetic pole teeth 9a and is opened radially inward of the first armature core 7a (toward the first rotor 4a).
  • the depth dimension of each slot 10a is smaller than the depth dimension of the slot 10 in the first embodiment.
  • a space is formed in each slot 10a in which the coil sides 41 are arranged for one layer.
  • a coil side 41 of each armature coil 21 in the first armature coil group 20 is disposed in each slot 10a of the first armature core 7a.
  • FIG. 14 is a configuration diagram showing the second armature 2b and the second rotor 4b of FIG.
  • FIG. 15 is a development view showing the second armature 2b of FIG.
  • the 2nd rotor 4b is arrange
  • the second rotor 4b has a cylindrical rotor core 5b made of a magnetic material (for example, iron) and an outer peripheral surface of the rotor core 5b (opposite the inner peripheral surface of the second armature 2b). And a plurality of magnets 6b provided on the surface.
  • the magnets 6b are arranged at intervals from each other in the circumferential direction of the rotor core 5b.
  • a plurality of magnetic poles arranged in the circumferential direction of the rotor core 5b are formed by the magnets 6b.
  • the second armature 2b includes a second armature core 7b made of a magnetic material (for example, iron) and a second armature having the same configuration as that of the first embodiment provided in the second armature core 7b. And an armature coil group 30.
  • a magnetic material for example, iron
  • the second armature core 7b has a cylindrical back yoke 8b and a plurality of magnetic pole teeth 9b protruding radially inward (toward the second rotor 4b) from the inner peripheral portion of the back yoke 8b. is doing.
  • the magnetic pole teeth 9b are provided at intervals from each other in the circumferential direction of the second armature core 7b. Thereby, between each magnetic pole tooth 9b, the slot 10b opened to the inner side in the radial direction of the second armature core 7b (toward the second rotor 4b) is formed.
  • the depth dimension of each slot 10b is smaller than the depth dimension of the slot 10 in the first embodiment.
  • each slot 10b in which the coil sides 41 are arranged for one layer.
  • a coil side 41 of each armature coil 31 in the second armature coil group 30 is arranged.
  • the number of magnetic poles P of each of the first and second rotors 4a and 4b is the same as the number of magnetic poles P of the rotor 4 in the first embodiment. Therefore, in this example, the number P of magnetic poles of each of the first and second rotors 4a and 4b is 10. Further, the number (slot number) Q of the slots 10a and 10b of the first and second armature cores 7a and 7b is the same as the number Q of the slots 10 of the armature core 7 in the first embodiment. ing. Therefore, in this example, the number Q of the slots 10a and 10b of the first and second armature cores 7a and 7b is 24.
  • the armature core (virtual armature core) 7 of the rotating electrical machine 101 includes the first and second armature cores 7 a and 7 b.
  • the same number of slots (virtual slots) 10 as the number of slots 10a and 10b are formed.
  • the first and second armature cores 7a and 7b are formed with slots 10a and 10b respectively corresponding to the virtual slots 10 of the virtual armature core 7 according to the comparative example 1.
  • Each coil side 41 of the first armature coil group 20 is aligned with the virtual coil side 103 arranged at the upper opening of the virtual slot 10 in the first comparative example so that the current phase and current direction coincide with each other.
  • each coil side 41 of the second armature coil group 30 matches the virtual coil side 103 arranged at the lower opening of the virtual slot 10 in the comparative example 1 with the current phase and the current direction being coincident with each other.
  • the second armature core 7b corresponding to the slot 10 is disposed in each slot 10b.
  • FIG. 16 is a graph showing the magnetomotive force distribution generated by the three-phase current at time T0 (the U phase has an electrical phase angle of 90 °) in the first armature 2a of FIG. 12 in relation to the position of the magnetic pole teeth 9a.
  • FIG. 17 is a table showing the distributed winding coefficient, short node coefficient, and winding coefficient Kd of the fundamental wave components of the constituent parts of the first armature 2a and the first rotor 4a of FIG.
  • FIG. 18 shows the magnetomotive force distribution generated by the three-phase current at the time T0 (the U phase has an electrical phase angle of 90 °) in the second armature 2b of FIG. 14 in relation to the position of the magnetic pole teeth 9b.
  • FIG. 19 is a table showing the distributed winding coefficient, short node coefficient, and winding coefficient Kd of the fundamental component of the components of the second armature 2b and the second rotor 4b of FIG.
  • the phase of the low-order sine wave of the magnetomotive force distribution produced by the first armature 2a is compared.
  • the phase of the low-order sine wave of the magnetomotive force distribution generated by the second armature 2b is shifted by 180 °.
  • the phases of the higher-order sine waves of the magnetomotive force distribution produced by the first and second armatures 2a and 2b are substantially the same.
  • the combined magnetomotive force distribution is the distribution of the magnetomotive force in the rotating electrical machine 101 according to Comparative Example 1 (FIG. 8).
  • the first and second armature coil groups 20 For the 30 coil sides 41, the positional relationship in the circumferential direction between the two coil sides 41 corresponding to each of the virtual coil sides 103 arranged at the upper and lower openings of the common virtual slot 10 is expressed as follows.
  • the positional relationship in the circumferential direction between the magnetic pole of the rotor 4a and the magnetic pole of the second rotor 4b is the same.
  • the positional relationship of the electrical angle phases of the first armature 2a and the second armature 2b with respect to the rotary shaft 3 and the first rotor with respect to the rotary shaft 3 The positional relationship between the electrical angle phases of 4a and the second rotor 4b is the same.
  • the first and second rotors 4a and 4b are fixed to the common rotating shaft 3 with their magnetic poles aligned in the circumferential direction, and arranged at the upper and lower openings of the common virtual slot 10.
  • the first and second armature coil groups 20 and 30 are arranged such that the positions of the two coil sides 41 corresponding to the virtual coil sides 103 coincide with each other in the circumferential direction. That is, in the first and second armature coil groups 20 and 30, the position of each coil side 41 is the same as the position of each virtual coil side 103 in the virtual coil mounted state in the circumferential direction.
  • the first and second armatures 2a and 2b are the No. of the armature core 7a.
  • the first slot (reference slot) 10b is arranged so as to coincide with the position in the circumferential direction.
  • the position of the electrical angle phase with respect to the rotating shaft 3 is the same between the first and second rotors 4a and 4b, and the position of the electrical angle phase with respect to the rotating shaft 3 is the first and second electric machines. It becomes the same in the child coil groups 20 and 30 (that is, the position of the mechanical angle phase with respect to the rotating shaft 3 is the same).
  • the two rotating armatures 2a and 2b and the two rotors 4a and 4b are configured as described above with respect to the common rotating shaft 3, so that the rotating electrical machine 1 as a whole is configured.
  • the same effect as combining the two magnetomotive forces generated by the first and second armatures 2a and 2b can be obtained, and the combined magnetomotive force is the magnetomotive force of the rotating electrical machine 101 according to the comparative example 1. It can be the same as the distribution (FIG. 8).
  • the winding coefficient Kd of the rotating electrical machine 1 according to the present embodiment is also the same as the winding coefficient Kd (FIG. 9) of the rotating electrical machine 101 according to Comparative Example 1. Therefore, the operating characteristics of the rotating electrical machine 1 as a whole are good.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • the first and second rotors 4a and 4b are fixed to the common rotating shaft 3, and the first armature coil is mounted on the armature core 7a of the first armature 2a. Since the group 20 is provided and the second armature coil group 30 is provided in the armature core 7b of the second armature 2b, the coils disposed in the slots 10a and 10b of the armature cores 7a and 7b
  • the side 41 can be only one layer. Thus, only one coil side 41 needs to be inserted into each slot 10a, 10b, and the first and second armatures 2a, 2b can be easily manufactured.
  • the rotor is divided into first and second rotors 4a and 4b and the armature is divided into first and second armatures 2a and 2b
  • the first and second armatures 2a and 2b are separated.
  • the size of each of the first and second rotors 4a and 4b can be reduced.
  • the size of each of the first and second armatures 2a and 2b and the first and second rotors 4a and 4b can be reduced. It is possible to improve the performance.
  • FIG. 20 is a configuration diagram showing the first armature 2a and the first rotor 4a of the rotary electric machine 1 according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a configuration diagram showing a second armature 2b and a second rotor 4b of the rotary electric machine 1 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the configuration of the rotating electrical machine 1 according to the present embodiment is the same as the configuration of the rotating electrical machine 1 according to Embodiment 2 except for the configuration of the first and second armature cores 7a and 7b.
  • the first and second armature cores 7a and 7b are each divided into a plurality of divided cores 61 arranged in the circumferential direction.
  • the first armature coil group 20 a plurality of collective units obtained by combining two armature coils 21 are arranged independently over the entire circumference of the armature 2. Therefore, in the first armature core 7 a, the magnetic teeth 9 a that do not straddle the coil end 42 of the armature coil 21 exist between each set unit of the armature coil 21.
  • the boundary 62 of each divided core 61 in the first armature core 7a is formed at the position of the magnetic pole teeth 9a where the coil end 42 of the armature coil 21 does not straddle.
  • the boundary 62 of each divided core 61 in the first armature core 7a is formed along the radial direction of the first armature core 7a.
  • the first armature 2a is composed of a plurality (six in this example) of divided armatures 63 including a split core 61 and two armature coils 21 provided on the split core 61.
  • the magnetic pole teeth 9 b that do not straddle the coil end 42 of the armature coil 31 exist between the set units of the armature coil 31.
  • the boundary 62 of each split core 61 in the second armature core 7b is formed at the position of the magnetic pole teeth 9b where the coil end 42 of the armature coil 31 does not straddle.
  • the boundary 62 of each divided core 61 in the second armature core 7b is formed along the radial direction of the second armature core 7b.
  • the second armature 2b is composed of a plurality (six in this example) of divided armatures 63 including a split core 61 and two armature coils 31 provided on the split core 61. Other configurations are the same as those of the second embodiment.
  • the magnetic teeth 9 a, 9 b that do not straddle the armature coils 21, 31 exist in the first and second armature cores 7 a, 7 b, and do not straddle the armature coils 21, 31. Since the first and second armature cores 7a and 7b are respectively divided into the plurality of divided cores 61 at the positions of the magnetic pole teeth 9a and 9b, the first and second armatures 2a and 2b are each divided into a plurality of pieces.
  • the armature 63 can be divided. Accordingly, the first and second armatures 2a and 2b can be manufactured separately for each divided armature 63, and the first and second armatures 2a and 2b can be easily manufactured.
  • the parts constituting the first and second armatures 2a and 2b can be reduced in size and weight, the first and second armatures 2a and 2b can be divided even after the rotary electric machine 1 is completed. Disassembly and reassembly can be performed in units of the armature 63, and workability such as repair and maintenance of the rotating electrical machine 1 can be improved. As a result, even when the first and second armatures 2a and 2b are damaged, there is no need to repair and replace the entire first and second armatures 2a and 2b. The cost required for replacement can be reduced and the work period can be shortened.
  • Embodiment 4 FIG. Before describing the rotating electrical machine 1 according to Embodiment 4, the configuration of the rotating electrical machine 101 according to Comparative Example 2 will be described.
  • FIG. 22 is a configuration diagram showing the rotating electrical machine 101 according to the second comparative example.
  • FIG. 23 is a development view showing the armature 2 of FIG.
  • the state of the armature 2 of the rotating electrical machine 1 according to the comparative example 2 is a virtual coil mounting state in which each virtual coil 102 is regularly arranged on the armature core 7 by two-layer lap winding as in the comparative example 1. Yes.
  • the number Q of the slots 10 is 36
  • the number of magnetic poles P of the rotor 4 is 14.
  • the value of the number q of slots per pole in Comparative Example 2 is 6/7 from the equation (1), and satisfies all the above-described conditions 1 to 3 for applying the present invention to the rotating electrical machine 101.
  • the coil pitch of each virtual coil 102 is 3.
  • each of the virtual coil side group A and the virtual coil side group B is set as a set unit of six slots 10 (that is, in terms of the virtual coil side group A, slot Nos. 4 to 9 and slot No. 10). -15, slot numbers 16 to 21, slot numbers 22 to 27, slot numbers 28 to 33, and slot numbers 34 to 3).
  • the number of magnetic pole teeth 9 sandwiched between two virtual coil sides 103 that have a current flow in the opposite direction of the same phase is the same as the coil pitch of the virtual coil 102 (that is, the number of magnetic pole teeth 9 that the virtual coil end 104 straddles). It has become. Therefore, in the first comparative example, the number of the magnetic teeth 9 sandwiched between the two virtual coil sides 103 having a relationship in which currents in the opposite phase flow are all three.
  • the coil pitch of the virtual coil 102 is 3, so that in the virtual coil side group B, two virtual coil sides having a relationship in which a current in the opposite direction flows with respect to the virtual coil side group A.
  • Each set unit obtained by combining three sets of 103 appears by being shifted by three slots 10 in the circumferential direction.
  • Other configurations are the same as those of the first comparative example.
  • FIG. 24 is a graph showing the magnetomotive force generated by the three-phase current at time T0 (the U phase has an electrical phase angle of 90 °) in the armature 2 according to Comparative Example 2 in relation to the position of each magnetic pole tooth 9.
  • FIG. 25 is a table showing the distributed winding coefficient, short node coefficient, and winding coefficient Kd of the fundamental wave component in the rotating electrical machine 101 according to the comparative example 2.
  • the magnetomotive force is calculated on the assumption that the number of turns of the virtual coil 102 is 1 and the current peak value is 1 [A]. .
  • FIG. 26 is a developed view showing the armature 2 of the rotating electrical machine 1 according to the fourth embodiment of the present invention. Comparing FIG. 26 with FIG. 23, in the rotating electrical machine 1 according to the present embodiment, each armature is positioned at the position of the two virtual coil sides 103 having a relationship in which in-phase and reverse currents flow, as in the first embodiment. A pair of coil sides 41 of the coils 21 and 31 are arranged.
  • each coil side 41 of the first armature coil group 20 is arranged at the position of each virtual coil side 103 of the virtual coil group A with the current phase and current direction aligned with the virtual coil side 103
  • Each coil side 41 of the armature coil group 30 is arranged at the position of each virtual coil side 103 of the virtual coil group B with the current phase and the direction of the current coinciding with the virtual coil side 103. Accordingly, as shown in FIG.
  • armature coil group 20 in the first armature coil group 20, a plurality of set units each combining three armature coils 21 are independently arranged in the circumferential direction of the armature 2, In the second armature coil group 30, a plurality of set units each combining three armature coils 31 are arranged independently in the circumferential direction of the armature 2.
  • the number of magnetic pole teeth 9 (coil pitch of each armature coil 21, 31) spanned by each coil end 42 of each armature coil 21, 31 is equal to the number of magnetic pole teeth 9 (virtual coil end 104 of virtual coil 102) ( The coil pitch of the virtual coil 102).
  • Other configurations are the same as those of Comparative Example 2.
  • the armature 2 in the present embodiment is different from the armature 2 in the comparative example 2 in that the virtual coil 102 is eliminated and the armature coils 21 and 31 are added.
  • the current phase and current direction of the coil sides 41 of the upper and lower openings of each slot 10 are the same in this embodiment and Comparative Example 2.
  • the magnetomotive force which the armature 2 in this Embodiment produces becomes the same as the magnetomotive force which the armature 2 in Comparative Example 2 produces.
  • the current phase and current direction of the coil sides 41 arranged at the upper and lower openings of each slot 10 The coil side 41 of the armature coil 21 and the coil side 41 of the armature coil 31 can be arranged separately in the upper and lower openings of each slot 10 while matching the virtual coil side 103. That is, as in the first embodiment, it is possible to facilitate the manufacture of the rotating electrical machine 1 while maintaining the operating characteristics of the rotating electrical machine 1 satisfactorily.
  • FIG. 27 is a configuration diagram showing a first armature 2a and a first rotor 4a of a rotary electric machine 1 according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 28 is a developed view showing the first armature 2a of FIG.
  • FIG. 29 is a block diagram showing a second armature 2b and a second rotor 4b of the rotary electric machine 1 according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 is a development view showing the second armature 2b of FIG.
  • the rotating electrical machine 1 includes a cylindrical first armature 2a, a first rotor 4a rotated with respect to the first armature 2a, and a cylinder.
  • a first rotor 4a rotated with respect to the first armature 2a
  • a cylinder rotated with respect to the second armature 2b
  • a common rotating shaft 3 to which the first and second rotors 4a and 4b are fixed.
  • the number of magnetic poles P of the first rotor 4a and the number of magnetic poles P of the second rotor 4b are the same.
  • the number of magnetic poles P of the first and second rotors 4a and 4b is the number of magnetic poles P of the rotor 4 in Comparative Example 2 (that is, the number of magnetic poles P of the rotor 4 in the fourth embodiment).
  • the same number as 14.
  • the number Q of the slots 10a of the first armature core 7a in the first armature 2a is equal to the number Q of the slots 10b of the second armature core 7b in the second armature 2b. ing.
  • the number Q of the slots 10a and 10b of each of the first and second armature cores 7a and 7b is the same as the number Q of the slots 10 of the armature core 7 in the comparative example 2 (that is, the implementation number).
  • the number Q) of the slots 10 of the armature core 7 in the form 4 is 36.
  • each slot 10a, 10b a space in which the coil side 41 for one layer is arranged is formed.
  • a coil side 41 of each armature coil 21 in the first armature coil group 20 is arranged, and in each slot 10b of the second armature core 7b, The coil sides 41 of the armature coils 31 in the second armature coil group 30 are respectively arranged.
  • the first and second armature cores 7a and 7b are respectively provided with an armature core (virtual armature core) 7 of the rotating electric machine 101 according to the comparative example 2.
  • Slots 10a and 10b respectively corresponding to the slots (virtual slots) 10 are formed.
  • Each coil side 41 of the first armature coil group 20 is aligned with the virtual coil side 103 arranged at the upper opening of the virtual slot 10 in the comparative example 2 so that the current phase and current direction coincide with each other.
  • each coil side 41 of the second armature coil group 30 matches the virtual coil side 103 disposed at the lower opening of the virtual slot 10 in the comparative example 2 with the current phase and the current direction being coincident with each other.
  • the second armature core 7b corresponding to the slot 10 is disposed in each slot 10b.
  • FIG. 31 is a graph showing the distribution of magnetomotive force generated by the three-phase current at time T0 (the U phase has an electrical phase angle of 90 °) in the first armature 2a of FIG. 27 in relation to the position of the magnetic pole teeth 9a.
  • FIG. 32 is a table showing the distributed winding coefficient, short node coefficient, and winding coefficient Kd of the fundamental wave components of the components of the first armature 2a and the first rotor 4a of FIG.
  • FIG. 33 shows the magnetomotive force distribution generated by the three-phase current at time T0 (the U phase has an electrical phase angle of 90 °) in the second armature 2b of FIG. 29 in relation to the position of the magnetic pole teeth 9b. It is a graph to show.
  • FIG. 34 is a table showing the distributed winding coefficient, short node coefficient, and winding coefficient Kd of the fundamental wave components of the components of the second armature 2b and the second rotor 4b of FIG.
  • the distribution shape of the magnetomotive force generated by the first and second armatures 2a and 2b is the same as that of the magnetomotive force distribution generated by the armature 2 according to the fourth embodiment, as shown in FIGS. Is a shape in which a half-order high-order sine wave and a low-order sine wave having an electrical angle corresponding to one armature round are combined. Further, comparing the distributions of the two magnetomotive forces generated by the first and second armatures 2a and 2b (FIGS. 31 and 33), the phase of the low-order sine wave of the magnetomotive force distribution generated by the first armature 2a is compared.
  • the phases of the higher-order sine waves of the magnetomotive force distribution produced by the first and second armatures 2a and 2b are substantially the same.
  • the combined magnetomotive force distribution is the distribution of the magnetomotive force in the rotating electrical machine 101 according to Comparative Example 2 (FIG. 24). ).
  • the coil sides 41 of the first and second armature coil groups 20 and 30 are provided at the upper and lower openings of the common virtual slot 10 as in the second embodiment.
  • the circumferential positional relationship between the two coil sides 41 corresponding to each of the arranged virtual coil sides 103 is the circumferential position between the magnetic pole of the first rotor 4a and the magnetic pole of the second rotor 4b. Same as relationship.
  • the positional relationship of the electrical angle phases of the first armature 2a and the second armature 2b with respect to the rotary shaft 3 and the first rotor with respect to the rotary shaft 3 The positional relationship between the electrical angle phases of 4a and the second rotor 4b is the same.
  • first and second rotors 4a and 4b are fixed to the common rotating shaft 3 with their magnetic poles aligned in the circumferential direction, and arranged at the upper and lower openings of the common virtual slot 10.
  • the first and second armature coil groups 20 and 30 are arranged such that the positions of the two coil sides 41 corresponding to the virtual coil sides 103 coincide with each other in the circumferential direction. That is, in the first and second armature coil groups 20 and 30, the position of each coil side 41 is the same as the position of each virtual coil side 103 in the virtual coil mounted state in the circumferential direction.
  • the position of the electrical angle phase with respect to the rotating shaft 3 is the same between the first and second rotors 4a and 4b, and the position of the electrical angle phase with respect to the rotating shaft 3 is the first and second armature coil groups 20. , 30 are the same (that is, the position of the mechanical angle phase with respect to the rotating shaft 3 is the same).
  • the magnetomotive force distribution of the rotating electrical machine 1 as a whole is compared with the comparative example 2 by combining the two magnetomotive forces generated by the first and second armatures 2a and 2b.
  • This is the same as the magnetomotive force distribution in the rotating electrical machine 101 (FIG. 24).
  • the winding coefficient Kd of the rotating electrical machine 1 according to the present embodiment is also the same as the winding coefficient Kd (FIG. 25) of the rotating electrical machine 101 according to the comparative example 2. Therefore, the operating characteristics of the rotating electrical machine 1 as a whole are good.
  • Other configurations are the same as those of the fourth embodiment.
  • the first rotor And the second rotors 4a and 4b, and the armature can be divided into the first and second armatures 2a and 2b.
  • Each of the rotors 4a and 4b can be reduced in size. Thereby, each size of 1st and 2nd armature 2a, 2b, 1st and 2nd rotor 4a, 4b can be made small, and the improvement of the productivity of the rotary electric machine 1 can be aimed at. .
  • FIG. 35 is a configuration diagram showing a first armature 2a and a first rotor 4a of a rotary electric machine 1 according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 36 is a configuration diagram showing a second armature 2b and a second rotor 4b of the rotary electric machine 1 according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the configuration of the rotating electrical machine 1 according to the present embodiment is the same as the configuration of the rotating electrical machine 1 according to the fifth embodiment except for the configuration of the first and second armature cores 7a and 7b.
  • the first and second armature cores 7a and 7b are each divided into a plurality (six in this example) of divided cores 61 arranged in the circumferential direction.
  • the first armature coil group 20 As shown in FIG. 35, a plurality of collective units obtained by combining three armature coils 21 are arranged independently over the entire circumference of the armature 2. Therefore, in the first armature core 7 a, the magnetic teeth 9 a that do not straddle the coil end 42 of the armature coil 21 exist between each set unit of the armature coil 21.
  • the boundary 62 of each divided core 61 in the first armature core 7a is formed at the position of the magnetic pole teeth 9a where the coil end 42 of the armature coil 21 does not straddle. In this example, the boundary 62 of each divided core 61 in the first armature core 7a is formed along the radial direction of the first armature core 7a.
  • the first armature 2a is composed of a plurality (six in this example) of divided armatures 63 including a split core 61 and two armature coils 21 provided on the split core 61.
  • the second armature coil group 30 As shown in FIG. 36, a plurality of collective units obtained by combining three armature coils 31 are arranged independently over the entire circumference of the armature 2. Therefore, in the second armature core 7 b as well, the magnetic pole teeth 9 b that do not straddle the coil end 42 of the armature coil 31 exist between the set units of the armature coil 31.
  • the boundary 62 of each split core 61 in the second armature core 7b is formed at the position of the magnetic pole teeth 9b where the coil end 42 of the armature coil 31 does not straddle.
  • the boundary 62 of each divided core 61 in the second armature core 7b is formed along the radial direction of the second armature core 7b.
  • the second armature 2b is composed of a plurality (six in this example) of divided armatures 63 including a split core 61 and two armature coils 31 provided on the split core 61.
  • Other configurations are the same as those of the fifth embodiment.
  • the magnetic pole teeth 9a, 9b that do not straddle the armature coils 21, 31 are connected to the first and second armature cores.
  • the first and second armature cores 7a and 7b can be divided into a plurality of divided cores 61 at positions of the magnetic pole teeth 9a and 9b that can be present in the armature coils 21a and 31b. be able to.
  • the first and second armatures 2a and 2b can be manufactured by dividing each of the first and second armatures 2a and 2b into a plurality of divided armatures 63, and the first and second armatures 2a and 2b can be manufactured.
  • Manufacture of the armatures 2a and 2b can be facilitated.
  • the respective parts constituting the first and second armatures 2a and 2b can be reduced in size and weight, repair of the rotating electrical machine 1 after the completion of the rotating electrical machine 1 and Workability such as maintenance can also be improved.
  • the cost required for replacement can be reduced and the work period can be shortened.
  • the number q of slots per phase per pole is 4/5 for the rotating electrical machine 1 according to the first to third embodiments and 6/7 for the rotating electrical machine 1 according to the fourth to sixth embodiments.
  • the value of the number of slots per phase q is not limited to this, and a rotating electrical machine to which the present invention can be applied can be found from the rotating electrical machines that satisfy the above conditions 1 to 3.
  • the present invention may be applied to a rotating electrical machine in which the number of slots per phase per pole q is 6/5.
  • the first and second rotors 4a and 4b are fixed to the rotary shaft 3 with the positions of the magnetic poles aligned in the circumferential direction.
  • the positions of the magnetic poles of the rotors 4a and 4b are shifted from each other by the phase difference ⁇ ° in the circumferential direction (that is, the position of the electrical angle phase of the first rotor 4a with respect to the second rotor 4b is shifted by the phase difference ⁇ °).
  • the first and second rotors 4 a and 4 b may be fixed to the rotating shaft 3.
  • the positions of the two coil sides 41 corresponding to the virtual coil sides 103 arranged at the upper and lower openings of the common virtual slot 10 are also shifted by the phase difference ⁇ ° in the circumferential direction (that is,
  • the first and second armatures 2a and 2b are arranged by shifting the position of the electrical angle phase of the first armature coil group 20 with respect to the second armature coil group 30 by the phase difference ⁇ °. That is, the first armature coil group 20 is shifted in the circumferential direction with respect to the second armature coil group 30 by the amount of the phase in which the first rotor 4a is shifted from the second rotor 4b. Be placed.
  • one end of the rotating shaft 3 is supported by the rotor support portion 53, and the first and second rotors 4 a and 4 b are fixed to the other end of the rotating shaft 3.
  • the support position of the rotary shaft 3 by the rotor support 53 and the fixing positions of the first and second rotors 4a and 4b with respect to the rotary shaft 3 are not limited to this.
  • the intermediate portion of the rotating shaft 3 is supported by the rotor support portion 53, and the first rotor 4 a is fixed to one end portion of the rotating shaft 3, so that the rotating shaft 3 You may fix the 2nd rotor 4b to the other end part.
  • first armature 2a and the first armature support portion 52a are arranged in accordance with the position of the first rotor 4a in the axial direction of the rotary shaft 3, and the second armature 2b and the second armature 2b.
  • the armature support portion 52b is arranged in accordance with the position of the second rotor 4b in the axial direction of the rotary shaft 3.
  • the first and second armature cores 7a and 7b are both divided into a plurality of divided cores 61.
  • this invention is applied to the inner rotor type rotary electric machine 1 by which the rotor 4 is arrange
  • the present invention may be applied to an outer rotor type rotating electrical machine in which an armature is disposed on the inner side.
  • a radial gap type (inner rotor type, outer rotor type) rotating electric machine in which the armature and the rotor face each other in the radial direction for example, an axial gap type rotation in which the armature and the rotor face each other in the axial direction.
  • the present invention may be applied to an electric machine.
  • the rotating electrical machine 1 can be applied to any of an electric motor, a generator, and a generator motor, for example.
  • the rotary electric machine 1 by each said embodiment can also be applied to induction machines other than a synchronous machine, for example.

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Abstract

 回転電機では、第1及び第2の電機子コイル群が、一対のコイル辺を含む複数の電機子コイルをそれぞれ有している。第1の電機子コイル群の各コイル辺は電機子コアのスロットの上口に配置され、第2の電機子コイル群の各コイル辺は電機子コアのスロットの下口に配置されている。仮想コイルの一対の仮想コイル辺のうち、一方をスロットの上口、他方をスロットの下口にそれぞれ配置して、複数の仮想コイル辺を各スロットの上口及び下口のすべてに配置した仮想コイル装着状態を想定すると、各電機子コイルのそれぞれのコイル辺は、電流相及び電流の向きを仮想コイル辺と一致させて各仮想コイル辺の位置に配置されている。

Description

回転電機
 この発明は、電機子と、電機子に対して回転する回転子とを有する回転電機に関するものである。
 従来、電機子コアに電機子コイルを2層重ね巻きで巻くために、コイルエンドの形態をコイルごとで揃えずに電機子コアの各スロットに電機子コイルの素線を順番に挿入するようにした回転電機の電機子の製造方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。
特開平11-98743号公報
 しかし、各電機子コイルのコイルエンドが複雑に配置されるので、電機子コアのスロットに電機子コイルの素線を挿入するときに隣の電機子コイルのコイルエンドが邪魔になることもあり、電機子コアに電機子コイルを巻く作業が難しくなってしまうおそれがある。
 この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、動作特性が良好であり、かつ製造を容易にすることができる回転電機を得ることを目的とする。
 この発明による回転電機は、周方向について互いに間隔を置いて設けられた複数の磁極ティースを有し、各磁極ティース間にスロットが形成されている電機子コア、互いに異なるスロットに配置された一対のコイル辺と一対のコイル辺間を繋ぐコイルエンドとをそれぞれ含む複数の電機子コイルをそれぞれ有し、各電機子コイルが重ね巻きで磁極ティースに巻かれている第1の電機子コイル群及び第2の電機子コイル群、及び周方向へ並ぶ複数の磁極を持ち、電機子コア、第1の電機子コイル群及び第2の電機子コイル群に対して回転される回転子を備え、第1の電機子コイル群の各コイル辺は、スロットの上口に配置され、第2の電機子コイル群の各コイル辺は、スロットの下口に配置され、各電機子コイルのコイルエンドが跨ぐ磁極ティースの数は、すべて同じであり、互いに異なるスロットに配置された一対の仮想コイル辺と一対の仮想コイル辺間を繋ぐ仮想コイルエンドとをそれぞれ含む複数の仮想コイルを想定し、仮想コイルの一対の仮想コイル辺のうち、一方をスロットの上口、他方をスロットの下口にそれぞれ配置して、複数の仮想コイル辺を各スロットの上口及び下口のすべてに配置した仮想コイル装着状態を想定すると、各電機子コイルのそれぞれのコイル辺は、電流相及び電流の向きを上記コイル辺と一致させて各仮想コイル辺の位置に配置されている。
 また、この発明による回転電機は、第1の電機子コアと、第1の電機子コアに設けられた第1の電機子コイル群とを有する第1の電機子、第1の電機子に対して回転される第1の回転子、第2の電機子コアと、第2の電機子コアに設けられた第2の電機子コイル群とを有する第2の電機子、第2の電機子に対して回転される第2の回転子、及び第1及び第2の回転子が固定された共通の回転軸を備え、第1及び第2の回転子は、周方向へ並ぶ複数の磁極を同数ずつ有し、第1及び第2の電機子コアは、複数の磁極ティースを同数ずつ有し、第1及び第2の電機子コアでは、各磁極ティース間にスロットが同数ずつ形成されており、第1及び第2の電機子コイル群は、磁極ティースに重ね巻きで巻かれている複数の電機子コイルをそれぞれ有し、各電機子コイルは、互いに異なるスロットに配置された一対のコイル辺と一対のコイル辺間を繋ぐコイルエンドとをそれぞれ有し、各電機子コイルのコイルエンドが跨ぐ磁極ティースの数は、すべて同じであり、第1及び第2の電機子コアのそれぞれのスロットの数と同数の仮想スロットが形成されている仮想電機子コアと、互いに異なる仮想スロットに配置された一対の仮想コイル辺と一対の仮想コイル辺間を繋ぐ仮想コイルエンドとをそれぞれ含む複数の仮想コイルとを想定し、仮想コイルの一対の仮想コイル辺のうち、一方を仮想スロットの上口、他方を仮想スロットの下口にそれぞれ配置して、複数の仮想コイル辺を各仮想スロットの上口及び下口のすべてに配置した仮想コイル装着状態を想定すると、第1の電機子コイルのそれぞれのコイル辺は、仮想スロットの上口に配置された仮想コイル辺と電流相及び電流の向きを一致させて第1の電機子コアのそれぞれのスロットに配置され、第2の電機子コイルのそれぞれのコイル辺は、仮想スロットの下口に配置された仮想コイル辺と電流相及び電流の向きを一致させて第2の電機子コアのそれぞれのスロットに配置され、第1及び第2の電機子コイル群の各コイル辺についてみると、共通の仮想スロットに配置された各仮想コイル辺のそれぞれに対応するコイル辺同士の周方向の位置関係は、第1の回転子の磁極と第2の回転子の磁極との周方向の位置関係と同じである。
 この発明による回転電機によれば、動作特性が良好な回転電機を容易に製造することができる。
この発明の実施の形態1による回転電機を示す縦断面図である。 図1の回転電機を示す斜視図である。 図1の回転電機を示す構成図である。 図3の電機子を示す展開図である。 比較例1による回転電機を示す構成図である。 図5の回転電機の電機子を示す展開図である。 図6の回転電機の電機子の要部拡大図である。 比較例1による電機子において時間T0(U相が電気位相角90°)のときに3相電流がつくる起磁力を各磁極ティースの位置との関係で示すグラフである。 比較例1による回転電機における基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Kdを示す表である。 この発明の実施の形態2による回転電機を示す縦断面図である。 図10の回転電機を示す斜視図である。 図10の第1の電機子及び第1の回転子を示す構成図である。 図12の第1の電機子を示す展開図である。 図10の第2の電機子及び第2の回転子を示す構成図である。 図14の第2の電機子を示す展開図である。 図12の第1の電機子において時間T0(U相が電気位相角90°)のときに3相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティースの位置との関係で示すグラフである。 図12の第1の電機子及び第1の回転子の構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Kdを示す表である。 図14の第2の電機子において時間T0(U相が電気位相角90°)のときに3相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティースの位置との関係で示すグラフである。 図14の第2の電機子及び第2の回転子の構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Kdを示す表である。 この発明の実施の形態3による回転電機の第1の電機子及び第1の回転子を示す構成図である。 この発明の実施の形態3による回転電機の第2の電機子及び第2の回転子を示す構成図である。 比較例2による回転電機を示す構成図である。 図22の電機子を示す展開図である。 比較例2による電機子において時間T0(U相が電気位相角90°)のときに3相電流がつくる起磁力を各磁極ティースの位置との関係で示すグラフである。 比較例2による回転電機における基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Kdを示す表である。 この発明の実施の形態4による回転電機の電機子を示す展開図である。 この発明の実施の形態5による回転電機の第1の電機子及び第1の回転子を示す構成図である。 図27の第1の電機子を示す展開図である。 この発明の実施の形態5による回転電機の第2の電機子及び第2の回転子を示す構成図である。 図29の第2の電機子を示す展開図である。 図27の第1の電機子において時間T0(U相が電気位相角90°)のときに3相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティースの位置との関係で示すグラフである。 図27の第1の電機子及び第1の回転子の構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Kdを示す表である。 図29の第2の電機子において時間T0(U相が電気位相角90°)のときに3相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティースの位置との関係で示すグラフである。 図29の第2の電機子及び第2の回転子の構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Kdを示す表である。 この発明の実施の形態6による回転電機の第1の電機子及び第1の回転子を示す構成図である。 この発明の実施の形態6による回転電機の第2の電機子及び第2の回転子を示す構成図である。 この発明の実施の形態2による回転電機の他の例を示す縦断面図である。 図37の回転電機を示す斜視図である。
 以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
 実施の形態1.
 図1は、この発明の実施の形態1による回転電機を示す縦断面図である。また、図2は、図1の回転電機を示す斜視図である。さらに、図3は、図1の回転電機を示す構成図である。図において、回転電機1は、円筒状の電機子(固定子)2と、電機子2の軸線上に配置された回転軸3と、回転軸3に固定され回転軸3と一体に電機子2に対して回転される回転子4とを有している。
 また、回転電機1は、支持台50に支持されている。支持台50は、ベース51と、ベース51の上面に互いに離して固定された電機子用支持部52及び回転子用支持部53とを有している。電機子2は、電機子用支持部52に支持されている。回転軸3は、回転子用支持部53に軸受54を介して回転自在に支持されている。回転軸3及び回転子4は、回転子用支持部53に片持ちで支持されている。
 回転子4は、電機子2の内側に配置されている。また、回転子4は、磁性材料(例えば鉄等)で構成された円柱状の回転子コア5と、回転子コア5の外周面(電機子2の内周面に対向する面)に設けられた複数の磁石6とを有している。各磁石6は、図3に示すように、回転子コア5の周方向について互いに間隔を置いて配置されている。回転子4には、各磁石6によって回転子コア5の周方向へ並ぶ複数の磁極が形成されている。この例では、10個の磁石6が回転子コア5の外周面に設けられており、回転子4の磁極数Pが10になっている。
 電機子2は、図3に示すように、磁性材料(例えば鉄等)で構成された電機子コア7と、電機子コア7にそれぞれ設けられた第1の電機子コイル群20及び第2の電機子コイル群30とを有している。
 電機子コア7は、円筒状のバックヨーク8と、バックヨーク8の内周部から径方向内側へ(回転子4に向けて)突出する複数の磁極ティース9とを有している。各磁極ティース9は、電機子コア7の周方向について互いに間隔を置いて設けられている。これにより、各磁極ティース9間には、電機子コア7の径方向内側へ(回転子4に向けて)開放されたスロット10が形成されている。電機子コア7では、磁極ティース9の数とスロット10の数(スロット数)Qとが同じになっている。この例では、磁極ティース9の数及びスロット数Qがともに24になっている。
 ここでは、説明の便宜上、図1の回転軸3の中心から鉛直上方に位置するスロット10を基準スロットとし、基準スロット10の番号をNo.1としている。また、図1の基準スロットNo.1から反時計まわりの順に各スロット10の番号をNo.2、No.3、…、No.24としている。また、図1のNo.1及びNo.2のスロット10間に位置する磁極ティース9の番号をNo.1とし、No.1の磁極ティース9から反時計まわりの順に各磁極ティース9の番号をNo.2、No.3、…、No.24としている。
 また、電流の相数をm(この例では、第1及び第2の電機子コイル群20,30に流れる電流の相数が3相であるため、m=3)とすると、スロット数Qと磁極数Pとの関係を示す係数である毎極毎相スロット数qは、以下の式(1)で表される。
 q=Q/(P・m) …(1)
 従って、この例では、毎極毎相スロット数qの値が24/30=4/5となっている。
 図4は、図3の電機子2を示す展開図である。第1の電機子コイル群20は複数の電機子コイル21を有し、第2の電機子コイル群30は複数の電機子コイル31を有している。
 各電機子コイル21,31は、複数の磁極ティース9にまとめて巻かれた導線束により構成されている。即ち、各電機子コイル21,31は、重ね巻きで磁極ティース9に巻かれている。また、各電機子コイル21,31を構成する導線束の線種及びターン数は、すべて同じである。
 各電機子コイル21,31は、互いに異なるスロット10に配置された一対のコイル辺41と、複数の磁極ティース9を跨いで一対のコイル辺41間を繋ぐ一対のコイルエンド42とを有している。各コイル辺41は、スロット10に沿った略直線部である。各コイルエンド42は、電機子コア7の軸線方向外側でコイル辺41の端部間を繋いでいる。
 各スロット10には、コイル辺41を配置するための空間である上口(上層)及び下口(下層)がスロット10の深さ方向について存在している。スロット10の上口は、スロット10の下口よりも電機子コア7の径方向内側(スロット10の開口側)に位置している。
 第1の電機子コイル群20の各電機子コイル21は、一方及び他方のコイル辺41をいずれもスロット10の上口に配置して電機子コア7に設けられている。第2の電機子コイル群30の各電機子コイル31は、一方及び他方のコイル辺41をいずれもスロット10の下口に配置して電機子コア7に設けられている。電機子コア7では、各電機子コイル21の各コイル辺41が各スロット10の上口のすべてに配置され,各電機子コイル31の各コイル辺41が各スロット10の下口のすべてに配置されている。
 コイルエンド42が跨ぐ磁極ティース9の数(即ち、共通のコイルにおける一方及び他方のコイル辺41間に挟まれる磁極ティース9の数)をコイルピッチとすると、各電機子コイル21,31のそれぞれのコイルピッチは、すべて同じになっている。この例では、各電機子コイル21,31のそれぞれのコイルピッチが2になっている。
 なお、図4では、各電機子コイル21,31のそれぞれに流れる電流の相をU、V、Wで示している。また、図4では、各コイル辺41に流れる電流の向きを、U、V、Wの大文字及び小文字と、コイル辺41を示す白抜きの丸印の中に黒丸印及びX印を付した記号とで示している。従って、各電機子コイル21,31の巻き回し方向は、各コイル辺41の電流の向きで分かるようになっている。
 ここで、本実施の形態による回転電機1での各電機子コイル21,31の位置を特定するために、複数の仮想コイルを電機子コア7に設けた比較例1による回転電機を想定する。
 図5は、比較例1による回転電機101を示す構成図である。また、図6は、図5の回転電機101の電機子2を示す展開図である。さらに、図7は、図6の回転電機101の電機子2の要部拡大図である。なお、図6及び図7では、各仮想コイル102に流れる電流相と、各仮想コイル辺103に流れる電流の向きとが、図4と同様の方法で示されている。
 比較例1による回転電機101の構成は、第1の電機子コイル群20及び第2の電機子コイル群30の代わりに複数の仮想コイル102が電機子コア7に設けられていることを除いて、実施の形態1による回転電機1の構成と同様である。
 比較例1による回転電機101における電機子コア7には、複数の仮想コイル102が設けられている。各仮想コイル102は、互いに異なるスロット10に配置された一対の仮想コイル辺103と、複数の磁極ティース9を跨いで一対の仮想コイル辺103間を繋ぐ一対の仮想コイルエンド104とを有している。各仮想コイル辺103は、スロット10に沿った略直線部である。各仮想コイルエンド104は、電機子コア7の軸線方向外側で仮想コイル辺103の端部間を繋いでいる。
 各仮想コイル102は、一方の仮想コイル辺103をスロット10の上口に配置し、他方の仮想コイル辺103をスロット10の下口に配置して電機子コア7に設けられている。また、各仮想コイル102の仮想コイルエンド104は、電機子コア7の周方向に対して同じ方向に傾いた状態で複数の磁極ティース9を跨いでいる。さらに、各仮想コイル102の仮想コイルエンド104が跨ぐ磁極ティース9の数は、すべての仮想コイル102で同じになっている。即ち、各仮想コイル102のコイルピッチは、すべて同じになっている。比較例1では、仮想コイル102のコイルピッチが2になっている。
 各仮想コイル102は、電機子コア7に規則的に並べられている。各仮想コイル辺103は、各スロット10の上口及び下口のすべてに配置されている。これにより、比較例1による回転電機101の電機子2の状態は、各仮想コイル102が2層重ね巻きで電機子コア7に規則的に配置された仮想コイル装着状態となっている。
 回転電機の理想状態は、U相、V相、W相の各電機子コイルがつくる誘起電圧のそれぞれの合成ベクトルの大きさが同じで、各相の誘起電圧の合成ベクトルが電気角で位相差120°ごとに分布している状態である。従って、比較例1による回転電機101では、回転電機の理想状態になるように、各仮想コイル102に接続される電流相(U相、V相、W相)の選択と、各仮想コイル102の巻き回し方向の選択とが行われている。回転電機101では、各相の仮想コイル102の配置順及び各仮想コイル102の巻き回し方向をそれぞれ調整することにより、回転子4の磁極がつくる磁束に対応するおよそ正弦波状の誘起電圧が発生するようになっている。
 図6では、各スロット10の上口に配置された各仮想コイル辺103の集合群である仮想コイル辺群Aと、各スロット10の下口に配置された各仮想コイル辺103の集合群である仮想コイル辺群Bとに分けてみると、仮想コイル辺群A及び仮想コイル辺群Bのいずれについても、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ2つの仮想コイル辺103を2組ずつ組み合わせた複数の集合単位で、電機子2の全周にわたってそれぞれ独立して分けることができる。比較例1では、仮想コイル辺群A及び仮想コイル辺群Bのそれぞれを、4つのスロット10の集合単位(即ち、仮想コイル辺群Aでいえば、スロットNo.3~6、スロットNo.7~10、スロットNo.11~14、スロットNo.15~18、スロットNo.19~22、スロットNo.23~2のそれぞれの集合単位)にそれぞれ独立して分けることができる。
 同相逆向きの電流が流れる関係を持つ2つの仮想コイル辺103間に挟まれる磁極ティース9の数は、仮想コイル102のコイルピッチ(即ち、仮想コイルエンド104が跨ぐ磁極ティース9の数)と同じになっている。従って、比較例1では、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ2つの仮想コイル辺103間に挟まれる磁極ティース9の数がすべて2つになっている。また、比較例1では仮想コイル102のコイルピッチが2であることから、仮想コイル辺群Bでは、仮想コイル辺群Aに対して、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ2つの仮想コイル辺103を2組ずつ組み合わせた各集合単位が、周方向へスロット10の2つ分だけずれて現れている。
 図8は、比較例1による電機子2において時間T0(U相が電気位相角90°)のときに3相電流がつくる起磁力を各磁極ティース9の位置との関係で示すグラフである。また、図9は、比較例1による回転電機101における基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Kdを示す表である。なお、図8では、起磁力の分布の傾向を簡単にするために、仮想コイル102のターン数が1であり、電流のピーク値が1[A]であるものとして起磁力を算出している。
 巻線係数Kdは、回転電機の特性を示す指標であり、基本波成分の数値が1に近いほどトルク特性が良い。また、電機子2がつくる起磁力の分布は、電機子2の周方向について回転子4の磁極数に対応した正弦波状に近づくほど、回転電機の動作特性が良好になる(例えばトルクリップルが低くなる)。
 比較例1では、回転子4の磁極数Pが10であるので、回転子4の極対数が5である。一方、図8のグラフをみてみると、比較例1での電機子2がつくる起磁力は、電機子2の周方向へおよそ均等に5周期分の正弦波状で分布していることが分かる。従って、比較例1では、電機子2がつくる磁束分布が回転子4の極対数に対応しており、回転電機101の動作特性が良好であることが分かる。
 本実施の形態による回転電機1では、図4を図6と比較すると、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ2つの仮想コイル辺103の位置に、各電機子コイル21,31の一対のコイル辺41がそれぞれ配置されている。また、第1の電機子コイル群20の各コイル辺41が電流相及び電流の向きを仮想コイル辺103と一致させて仮想コイル辺群Aの各仮想コイル辺103の位置に配置され、第2の電機子コイル群30の各コイル辺41が電流相及び電流の向きを仮想コイル辺103と一致させて仮想コイル辺群Bの各仮想コイル辺103の位置に配置されている。これにより、図4に示すように、第1の電機子コイル群20では、2つの電機子コイル21をそれぞれ組み合わせた複数の集合単位が電機子2の周方向へそれぞれ独立して配置され、第2の電機子コイル群30では、2つの電機子コイル31をそれぞれ組み合わせた複数の集合単位が電機子2の周方向へそれぞれ独立して配置されている。
 各電機子コイル21,31のそれぞれのコイルエンド42が跨ぐ磁極ティース9の数(各電機子コイル21,31のコイルピッチ)は、仮想コイル102の仮想コイルエンド104が跨ぐ磁極ティース9の数(仮想コイル102のコイルピッチ)と同じになっている。
 本実施の形態での電機子2は、図4を図6と比較すると、仮想コイル102を無くして電機子コイル21,31を加えている点で、比較例1での電機子2と異なっているが、本実施の形態での各スロット10の上口及び下口のそれぞれのコイル辺41の電流相及び電流の向きは、比較例1での各スロット10の上口及び下口のそれぞれの仮想コイル辺103の電流相及び電流の向きと同じになっていることが分かる。これにより、本実施の形態での電機子2がつくる起磁力は、比較例1での電機子2がつくる起磁力と同じになる。
 比較例1の仮想コイル辺群A及び仮想コイル辺群Bのそれぞれにおいて、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ2つの仮想コイル辺103を2組ずつ組み合わせた複数の集合単位を電機子2の全周にわたって配置するためには、まず、U相、V相、W相の仮想コイル102の数が偶数(スロット10の数が偶数)であり、仮想コイル辺群A内及び仮想コイル辺群B内でUとu、Vとv、Wとwの仮想コイル辺103がそれぞれ同数存在していることが必要である。即ち、電機子コア7のスロット10の数は、6の倍数であることが必要である。
 また、回転電機のトルク特性を向上させ、回転電機のトルクリップルを低減させるためには(即ち、回転電機の動作特性を良好にするためには)、U相、V相、W相の3相の仮想コイル102が形成する3つの磁束群内のばらつきが電気角60°以内であり、U相、V相、W相のそれぞれの合成磁束が電気角位相差120°で均等に分布していることが望ましい。
 これらの前提を考慮すると、第1及び第2の電機子コイル群20,30の各電機子コイル21,31を電機子コア7に適用するためには、毎極毎相スロット数qが以下の条件1~3のすべてを満たす必要がある。
 条件1:整数でないこと
 条件2:分子が偶数であること
 条件3:分母が偶数でなく、かつ3の倍数ではないこと
 各電機子コイル21,31を電機子コア7に巻くときには、まず第2の電機子コイル群30の各電機子コイル31(スロット10の下口に配置されたコイル辺41を持つ電機子コイル31)を電機子コア7に巻いた後、第1の電機子コイル群20の各電機子コイル21(スロット10の上口に配置されたコイル辺41を持つ電機子コイル31)を電機子コア7に巻く。このようにして、電機子2を作製する。これにより、各電機子コイル21,31を電機子コア7に巻くときに他の電機子コイルが邪魔になることを回避することができる。
 このような回転電機1では、第1の電機子コイル群20の各電機子コイル21のコイル辺41が各スロット10の上口に配置され、第2の電機子コイル群30の各電機子コイル31のコイル辺41が各スロット10の下口に配置されており、複数の仮想コイル102が電機子コア7に2層重ね巻きで規則的に配置されている仮想コイル装着状態を想定すると、各電機子コイル21,31のそれぞれのコイル辺41が、電流相及び電流の向きを仮想コイル辺103と一致させて各仮想コイル辺103の位置に配置されているので、第1の電機子コイル群20の各コイル辺41と第2の電機子コイル群30の各コイル辺41とを、スロット10の上口と下口とに分けて配置することができる。従って、スロット10の下口に配置されるコイル辺41を持つ電機子コイル31を電機子コア7に巻いた後に、スロット10の上口に配置されるコイル辺41を持つ電機子コイル21を電機子コア7に巻くことにより、すでに巻かれている電機子コイル31が邪魔にならずに電機子コイル21を巻くことができる。このことから、各電機子コイル21,31を電機子コア7に巻きやすくすることができ、回転電機1の製造を容易にすることができる。また、各スロット10の上口及び下口に配置されている各コイル辺41の電流相及び電流の向きを仮想コイル辺103と一致させているので、回転電機1の動作特性を良好に保つことができる。即ち、動作特性が良好な回転電機1を容易に製造することができる。
 実施の形態2.
 実施の形態1では、第1の電機子コイル群20と第2の電機子コイル群30とが共通の電機子コア7に設けられているが、第1の電機子コイル群20と第2の電機子コイル群30とを、互いに別個の第1及び第2の電機子コアに分けて設けてもよい。
 即ち、図10は、この発明の実施の形態2による回転電機1を示す縦断面図である。また、図11は、図10の回転電機1を示す斜視図である。図において、回転電機1は、円筒状の第1の電機子2aと、第1の電機子2aに対して回転される第1の回転子4aと、円筒状の第2の電機子2bと、第2の電機子2bに対して回転される第2の回転子4bと、第1及び第2の回転子4a,4bが固定された共通の回転軸3とを有している。第1及び第2の回転子4a,4bは、回転軸3の軸線方向について並んで配置されている。第1及び第2の電機子2a,2bは、回転軸3の軸線方向について、第1及び第2の回転子4a,4bのそれぞれの位置に合わせて並んで配置されている。
 回転電機1は、支持台50に支持されている。支持台50は、ベース51と、ベース51の上面にそれぞれ固定された第1の電機子用支持部52a、第2の電機子用支持部52b及び回転子用支持部53とを有している。第1の電機子用支持部52a、第2の電機子用支持部52b及び回転子用支持部53は、回転軸3の軸線方向について互いに離して配置されている。第1の電機子2aは第1の電機子用支持部52aに支持され、第2の電機子2bは第2の電機子用支持部52bに支持されている。回転軸3の一端部は、回転子用支持部53に軸受54を介して回転自在に支持されている。第1及び第2の回転子4a,4bは、回転軸3の他端部にそれぞれ固定されている。従って、第1の回転子4a、第2の回転子4b及び回転軸3は、回転子用支持部53に片持ちで支持されている。
 図12は、図10の第1の電機子2a及び第1の回転子4aを示す構成図である。また、図13は、図12の第1の電機子2aを示す展開図である。第1の回転子4aは、第1の電機子2aと隙間を介して対向した状態で第1の電機子2aの内側に配置されている。また、第1の回転子4aは、磁性材料(例えば鉄等)で構成された円柱状の回転子コア5aと、回転子コア5aの外周面(第1の電機子2aの内周面に対向する面)に設けられた複数の磁石6aとを有している。各磁石6aは、回転子コア5aの周方向について互いに間隔を置いて配置されている。第1の回転子4aには、各磁石6aによって回転子コア5aの周方向へ並ぶ複数の磁極が形成されている。
 第1の電機子2aは、磁性材料(例えば鉄等)で構成された第1の電機子コア7aと、第1の電機子コア7aに設けられた実施の形態1と同じ構成の第1の電機子コイル群20とを有している。
 第1の電機子コア7aは、円筒状のバックヨーク8aと、バックヨーク8aの内周部から径方向内側へ(第1の回転子4aに向けて)突出する複数の磁極ティース9aとを有している。各磁極ティース9aは、第1の電機子コア7aの周方向について互いに間隔を置いて設けられている。これにより、各磁極ティース9a間には、第1の電機子コア7aの径方向内側へ(第1の回転子4aに向けて)開放されたスロット10aが形成されている。各スロット10aの深さ寸法は、実施の形態1でのスロット10の深さ寸法よりも小さくなっている。これにより、各スロット10a内には、コイル辺41が1層分だけ配置される空間が形成されている。第1の電機子コア7aの各スロット10aには、第1の電機子コイル群20における各電機子コイル21のコイル辺41がそれぞれ配置されている。
 図14は、図10の第2の電機子2b及び第2の回転子4bを示す構成図である。また、図15は、図14の第2の電機子2bを示す展開図である。第2の回転子4bは、第2の電機子2bと隙間を介して対向した状態で第2の電機子2bの内側に配置されている。また、第2の回転子4bは、磁性材料(例えば鉄等)で構成された円柱状の回転子コア5bと、回転子コア5bの外周面(第2の電機子2bの内周面に対向する面)に設けられた複数の磁石6bとを有している。各磁石6bは、回転子コア5bの周方向について互いに間隔を置いて配置されている。第2の回転子4bには、各磁石6bによって回転子コア5bの周方向へ並ぶ複数の磁極が形成されている。
 第2の電機子2bは、磁性材料(例えば鉄等)で構成された第2の電機子コア7bと、第2の電機子コア7bに設けられた実施の形態1と同じ構成の第2の電機子コイル群30とを有している。
 第2の電機子コア7bは、円筒状のバックヨーク8bと、バックヨーク8bの内周部から径方向内側へ(第2の回転子4bに向けて)突出する複数の磁極ティース9bとを有している。各磁極ティース9bは、第2の電機子コア7bの周方向について互いに間隔を置いて設けられている。これにより、各磁極ティース9b間には、第2の電機子コア7bの径方向内側へ(第2の回転子4bに向けて)開放されたスロット10bが形成されている。各スロット10bの深さ寸法は、実施の形態1でのスロット10の深さ寸法よりも小さくなっている。これにより、各スロット10b内には、コイル辺41が1層分だけ配置される空間が形成されている。第2の電機子コア7bの各スロット10bには、第2の電機子コイル群30における各電機子コイル31のコイル辺41がそれぞれ配置されている。
 第1及び第2の回転子4a,4bのそれぞれの磁極数Pは、実施の形態1での回転子4の磁極数Pと同数になっている。従って、この例では、第1及び第2の回転子4a,4bのそれぞれの磁極数Pが10になっている。また、第1及び第2の電機子コア7a,7bのそれぞれのスロット10a,10bの数(スロット数)Qは、実施の形態1での電機子コア7のスロット10の数Qと同数になっている。従って、この例では、第1及び第2の電機子コア7a,7bのそれぞれのスロット10a,10bの数Qが24になっている。
 ここで、図6に示す比較例1の回転電機101を想定すると、回転電機101の電機子コア(仮想電機子コア)7には、第1及び第2の電機子コア7a,7bのそれぞれのスロット10a,10bの数と同数のスロット(仮想スロット)10が形成されている。従って、第1及び第2の電機子コア7a,7bのそれぞれには、比較例1による仮想電機子コア7の各仮想スロット10にそれぞれ対応するスロット10a,10bが形成されている。第1の電機子コイル群20のそれぞれのコイル辺41は、比較例1での仮想スロット10の上口に配置された仮想コイル辺103と電流相及び電流の向きを一致させて、仮想スロット10に対応する第1の電機子コア7aの各スロット10aに配置されている。また、第2の電機子コイル群30のそれぞれのコイル辺41は、比較例1での仮想スロット10の下口に配置された仮想コイル辺103と電流相及び電流の向きを一致させて、仮想スロット10に対応する第2の電機子コア7bの各スロット10bに配置されている。
 図16は、図12の第1の電機子2aにおいて時間T0(U相が電気位相角90°)のときに3相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティース9aの位置との関係で示すグラフである。また、図17は、図12の第1の電機子2a及び第1の回転子4aの構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Kdを示す表である。さらに、図18は、図14の第2の電機子2bにおいて時間T0(U相が電気位相角90°)のときに3相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティース9bの位置との関係で示すグラフである。また、図19は、図14の第2の電機子2b及び第2の回転子4bの構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Kdを示す表である。
 第1及び第2の電機子2a,2bがそれぞれつくる起磁力の分布に着目すると、図16及び図18から、第1及び第2の電機子2a,2bがそれぞれつくる起磁力の分布形状は、実施の形態1での電機子2がつくる起磁力分布と比べて周波数が同じで振幅が半分の高次正弦波と、電機子1周分の電気角を周期とする低次正弦波とが合成された形状になっている。従って、第1及び第2の電機子2a,2bのそれぞれがつくる起磁力分布の正弦波形状は崩れており、第1の電機子2a及び第1の回転子4aの構成部分の動作特性、及び第2の電機子2b及び第2の回転子4bの構成部分の動作特性は、いずれも単独では良好とはいえないことが分かる。
 しかし、第1及び第2の電機子2a,2bがつくる2つの起磁力の分布(図16及び図18)を比較すると、第1の電機子2aがつくる起磁力分布の低次正弦波の位相が、第2の電機子2bがつくる起磁力分布の低次正弦波の位相に対して180°ずれていることが分かる。一方、第1及び第2の電機子2a,2bがつくる起磁力分布の高次正弦波の位相は、ほぼ同じである。ここで、第1及び第2の電機子2a,2bがつくる2つの起磁力の分布を合成すると、合成した起磁力の分布は、比較例1による回転電機101での起磁力の分布(図8)と同じになる。
 このように第1及び第2の電機子2a,2bがつくる2つの起磁力の分布を合成するために、本実施の形態による回転電機1では、第1及び第2の電機子コイル群20,30の各コイル辺41について、共通の仮想スロット10の上口及び下口に配置された各仮想コイル辺103のそれぞれに対応する2つのコイル辺41同士の周方向の位置関係を、第1の回転子4aの磁極と第2の回転子4bの磁極との周方向の位置関係と同じにしている。これにより、本実施の形態による回転電機1では、回転軸3に対する第1の電機子2a及び第2の電機子2bのそれぞれの電気角位相の位置関係と、回転軸3に対する第1の回転子4a及び第2の回転子4bのそれぞれの電気角位相の位置関係とが、同じになる。
 この例では、第1及び第2の回転子4a,4bが各磁極を周方向について一致させて共通の回転軸3に固定され、共通の仮想スロット10の上口及び下口に配置された各仮想コイル辺103のそれぞれに対応する2つのコイル辺41同士の位置を周方向について一致させて第1及び第2の電機子コイル群20,30が配置されている。即ち、第1及び第2の電機子コイル群20,30では、各コイル辺41の位置が周方向について仮想コイル装着状態の各仮想コイル辺103の位置と同じになっている。ここでは、第1及び第2の電機子2a,2bが、電機子コア7aのNo.1のスロット(基準スロット)10aの位置と電機子コア7bのNo.1のスロット(基準スロット)10bの位置とを周方向について一致させて配置されている。これにより、この例では、回転軸3に対する電気角位相の位置が第1及び第2の回転子4a,4bで同じになり、回転軸3に対する電気角位相の位置が第1及び第2の電機子コイル群20,30で同じになる(即ち、回転軸3に対する機械角位相の位置が同じになる)。
 本実施の形態による回転電機1では、共通の回転軸3に対して、2つの電機子2a,2bと2つの回転子4a,4bとを上記のように構成させることで、回転電機1全体では第1及び第2の電機子2a,2bのそれぞれがつくる2つの起磁力を合成させることと同じ効果を得ることができ、この合成された起磁力が比較例1による回転電機101での起磁力の分布(図8)と同じとすることができる。これにより、本実施の形態による回転電機1の巻線係数Kdも、比較例1による回転電機101の巻線係数Kd(図9)と同じになる。従って、回転電機1全体としては動作特性が良好になっている。他の構成は実施の形態1と同様である。
 このような回転電機1では、第1及び第2の回転子4a,4bが共通の回転軸3に固定されているとともに、第1の電機子2aの電機子コア7aに第1の電機子コイル群20が設けられ、第2の電機子2bの電機子コア7bに第2の電機子コイル群30が設けられているので、電機子コア7a,7bの各スロット10a,10bに配置されるコイル辺41を1層分だけにすることができる。これにより、各スロット10a,10bに対してコイル辺41を1つずつ入れるだけでよくなり、第1及び第2の電機子2a,2bを製造しやすくすることができる。また、回転子が第1及び第2の回転子4a,4bに分かれ、電機子が第1及び第2の電機子2a,2bに分かれているので、第1及び第2の電機子2a,2b、第1及び第2の回転子4a,4bの1つ当たりのサイズをそれぞれ小さくすることができる。特に大型の回転電機では、部品のサイズ及び重さが大きくなると、部品の運搬及び組立等の取り扱いが著しく悪くなる。本実施の形態による回転電機1では、第1及び第2の電機子2a,2b、第1及び第2の回転子4a,4bのそれぞれのサイズを小さくすることができるので、回転電機1の生産性の向上を図ることができる。
 実施の形態3.
 図20は、この発明の実施の形態3による回転電機1の第1の電機子2a及び第1の回転子4aを示す構成図である。また、図21は、この発明の実施の形態3による回転電機1の第2の電機子2b及び第2の回転子4bを示す構成図である。本実施の形態による回転電機1の構成は、第1及び第2の電機子コア7a,7bの構成を除いて、実施の形態2による回転電機1の構成と同様である。第1及び第2の電機子コア7a,7bは、周方向へ並ぶ複数の分割コア61にそれぞれ分割されている。
 第1の電機子コイル群20では、2つの電機子コイル21を組み合わせた複数の集合単位が、電機子2の全周にわたってそれぞれ独立して配置されている。従って、第1の電機子コア7aでは、電機子コイル21のコイルエンド42が跨っていない磁極ティース9aが電機子コイル21の各集合単位間に存在している。第1の電機子コア7aにおける各分割コア61の境界62は、電機子コイル21のコイルエンド42が跨っていない磁極ティース9aの位置に形成されている。この例では、第1の電機子コア7aにおける各分割コア61の境界62が第1の電機子コア7aの径方向に沿って形成されている。第1の電機子2aは、分割コア61と、分割コア61に設けられた2つの電機子コイル21とを含む複数(この例では、6つ)の分割電機子63で構成されている。
 第2の電機子コイル群30でも、2つの電機子コイル31を組み合わせた複数の集合単位が、電機子2の全周にわたってそれぞれ独立して配置されている。従って、第2の電機子コア7bでも、電機子コイル31のコイルエンド42が跨っていない磁極ティース9bが電機子コイル31の各集合単位間に存在している。第2の電機子コア7bにおける各分割コア61の境界62は、電機子コイル31のコイルエンド42が跨っていない磁極ティース9bの位置に形成されている。この例では、第2の電機子コア7bにおける各分割コア61の境界62が第2の電機子コア7bの径方向に沿って形成されている。第2の電機子2bは、分割コア61と、分割コア61に設けられた2つの電機子コイル31とを含む複数(この例では、6つ)の分割電機子63で構成されている。他の構成は実施の形態2と同様である。
 このような回転電機1では、電機子コイル21,31が跨っていない磁極ティース9a,9bが第1及び第2の電機子コア7a,7bに存在し、電機子コイル21,31が跨っていない磁極ティース9a,9bの位置で第1及び第2の電機子コア7a,7bが複数の分割コア61にそれぞれ分割されているので、第1及び第2の電機子2a,2bのそれぞれを複数の分割電機子63に分割することができる。これにより、各分割電機子63に分けて第1及び第2の電機子2a,2bを製造することができ、第1及び第2の電機子2a,2bの製造を容易にすることができる。また、第1及び第2の電機子2a,2bを構成する各部品の小形軽量化を図ることができるので、回転電機1の完成後も、第1及び第2の電機子2a,2bを分割電機子63単位で分解及び再組立を行うことができ、回転電機1の修理及びメンテナンス等の作業性を向上させることができる。これにより、第1及び第2の電機子2a,2bが損傷した場合であっても、第1及び第2の電機子2a,2b全体を修理、交換する必要がなくなり、回転電機1の修理及び交換に要するコストの低減化及び作業期間の短縮化を図ることができる。
 実施の形態4.
 実施の形態4による回転電機1を説明する前に、比較例2による回転電機101の構成を説明する。
 図22は、比較例2による回転電機101を示す構成図である。また、図23は、図22の電機子2を示す展開図である。比較例2による回転電機1の電機子2の状態は、比較例1と同様に、各仮想コイル102が2層重ね巻きで電機子コア7に規則的に配置された仮想コイル装着状態となっている。また、比較例2による回転電機101では、スロット10の数Qが36、回転子4の磁極数Pが14になっている。従って、比較例2での毎極毎相スロット数qの値は、式(1)から6/7であり、回転電機101に本発明を適用するための上述の条件1~3をすべて満たす。また、比較例2では、各仮想コイル102のコイルピッチが3になっている。
 図23では、各スロット10の上口に配置された各仮想コイル辺103の集合群である仮想コイル辺群Aと、各スロット10の下口に配置された各仮想コイル辺103の集合群である仮想コイル辺群Bとに分けてみると、仮想コイル辺群A及び仮想コイル辺群Bのいずれについても、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ2つの仮想コイル辺103を3組ずつ組み合わせた複数の集合単位で、電機子2の全周にわたってそれぞれ独立して分けることができる。比較例2では、仮想コイル辺群A及び仮想コイル辺群Bのそれぞれを、6つのスロット10の集合単位(即ち、仮想コイル辺群Aでいえば、スロットNo.4~9、スロットNo.10~15、スロットNo.16~21、スロットNo.22~27、スロットNo.28~33、スロットNo.34~3のそれぞれの集合単位)でそれぞれ独立して分けることができる。
 同相逆向きの電流が流れる関係を持つ2つの仮想コイル辺103間に挟まれる磁極ティース9の数は、仮想コイル102のコイルピッチ(即ち、仮想コイルエンド104が跨ぐ磁極ティース9の数)と同じになっている。従って、比較例1では、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ2つの仮想コイル辺103間に挟まれる磁極ティース9の数がすべて3つになっている。また、比較例2では仮想コイル102のコイルピッチが3であることから、仮想コイル辺群Bでは、仮想コイル辺群Aに対して、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ2つの仮想コイル辺103を3組ずつ組み合わせた各集合単位が、周方向へスロット10の3つ分だけずれて現れている。他の構成は比較例1と同様である。
 図24は、比較例2による電機子2において時間T0(U相が電気位相角90°)のときに3相電流がつくる起磁力を各磁極ティース9の位置との関係で示すグラフである。また、図25は、比較例2による回転電機101における基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Kdを示す表である。なお、図24では、起磁力の分布の傾向を簡単にするために、仮想コイル102のターン数が1であり、電流のピーク値が1[A]であるものとして起磁力を算出している。
 比較例2では、回転子4の磁極数Pが14であるので、回転子4の極対数が7である。一方、図24のグラフをみてみると、比較例2での電機子2がつくる起磁力は、電機子2の周方向へおよそ均等に7周期分の正弦波状で分布していることが分かる。従って、比較例2では、電機子2がつくる磁束分布が回転子4の極対数に対応しており、回転電機101の動作特性が良好であることが分かる。
 図26は、この発明の実施の形態4による回転電機1の電機子2を示す展開図である。図26を図23と比較すると、本実施の形態による回転電機1では、実施の形態1と同様に、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ2つの仮想コイル辺103の位置に、各電機子コイル21,31の一対のコイル辺41がそれぞれ配置されている。また、第1の電機子コイル群20の各コイル辺41が電流相及び電流の向きを仮想コイル辺103と一致させて仮想コイル群Aの各仮想コイル辺103の位置に配置され、第2の電機子コイル群30の各コイル辺41が電流相及び電流の向きを仮想コイル辺103と一致させて仮想コイル群Bの各仮想コイル辺103の位置に配置されている。これにより、図26に示すように、第1の電機子コイル群20では、3つの電機子コイル21をそれぞれ組み合わせた複数の集合単位が電機子2の周方向へそれぞれ独立して配置され、第2の電機子コイル群30では、3つの電機子コイル31をそれぞれ組み合わせた複数の集合単位が電機子2の周方向へそれぞれ独立して配置されている。
 各電機子コイル21,31のそれぞれのコイルエンド42が跨ぐ磁極ティース9の数(各電機子コイル21,31のコイルピッチ)は、仮想コイル102の仮想コイルエンド104が跨ぐ磁極ティース9の数(仮想コイル102のコイルピッチ)と同じになっている。他の構成は比較例2と同様である。
 本実施の形態での電機子2は、仮想コイル102を無くして電機子コイル21,31を加えている点で、比較例2での電機子2と異なっているが、図26を図23と比較すると、各スロット10の上口及び下口のそれぞれのコイル辺41の電流相及び電流の向きは、本実施の形態も比較例2も同じになっていることが分かる。これにより、本実施の形態での電機子2がつくる起磁力は、比較例2での電機子2がつくる起磁力と同じになる。
 このように、毎極毎相スロット数qの値が6/7である場合であっても、各スロット10の上口及び下口のそれぞれに配置されるコイル辺41の電流相及び電流の向きを仮想コイル辺103と一致させながら、電機子コイル21のコイル辺41と、電機子コイル31のコイル辺41とを各スロット10の上口及び下口に分けて配置することができる。即ち実施の形態1と同様に、回転電機1の動作特性を良好に維持しながら、回転電機1の製造を容易にすることができる。
 実施の形態5.
 図27は、この発明の実施の形態5による回転電機1の第1の電機子2a及び第1の回転子4aを示す構成図である。また、図28は、図27の第1の電機子2aを示す展開図である。さらに、図29は、この発明の実施の形態5による回転電機1の第2の電機子2b及び第2の回転子4bを示す構成図である。また、図30は、図29の第2の電機子2bを示す展開図である。
 本実施の形態による回転電機1は、実施の形態2と同様に、円筒状の第1の電機子2aと、第1の電機子2aに対して回転される第1の回転子4aと、円筒状の第2の電機子2bと、第2の電機子2bに対して回転される第2の回転子4bと、第1及び第2の回転子4a,4bが固定された共通の回転軸3とを有している。
 第1の回転子4aの磁極数Pと、第2の回転子4bの磁極数Pとは、同数になっている。この例では、第1及び第2の回転子4a,4bの磁極数Pが、比較例2での回転子4の磁極数P(即ち、実施の形態4での回転子4の磁極数P)と同数の14になっている。また、第1の電機子2aにおける第1の電機子コア7aのスロット10aの数Qと、第2の電機子2bにおける第2の電機子コア7bのスロット10bの数Qとは、同数になっている。この例では、第1及び第2の電機子コア7a,7bのそれぞれのスロット10a,10bの数Qが、比較例2での電機子コア7のスロット10の数Qと同数(即ち、実施の形態4での電機子コア7のスロット10の数Q)の36になっている。
 各スロット10a,10b内には、1層分のコイル辺41が配置される空間が形成されている。第1の電機子コア7aの各スロット10aには、第1の電機子コイル群20における各電機子コイル21のコイル辺41がそれぞれ配置され、第2の電機子コア7bの各スロット10bには、第2の電機子コイル群30における各電機子コイル31のコイル辺41がそれぞれ配置されている。
 図23に示す比較例2の回転電機101を想定すると、第1及び第2の電機子コア7a,7bのそれぞれには、比較例2による回転電機101の電機子コア(仮想電機子コア)7の各スロット(仮想スロット)10にそれぞれ対応するスロット10a,10bが形成されている。第1の電機子コイル群20のそれぞれのコイル辺41は、比較例2での仮想スロット10の上口に配置された仮想コイル辺103と電流相及び電流の向きを一致させて、仮想スロット10に対応する第1の電機子コア7aの各スロット10aに配置されている。また、第2の電機子コイル群30のそれぞれのコイル辺41は、比較例2での仮想スロット10の下口に配置された仮想コイル辺103と電流相及び電流の向きを一致させて、仮想スロット10に対応する第2の電機子コア7bの各スロット10bに配置されている。
 図31は、図27の第1の電機子2aにおいて時間T0(U相が電気位相角90°)のときに3相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティース9aの位置との関係で示すグラフである。また、図32は、図27の第1の電機子2a及び第1の回転子4aの構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Kdを示す表である。さらに、図33は、図29の第2の電機子2bにおいて時間T0(U相が電気位相角90°)のときに3相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティース9bの位置との関係で示すグラフである。また、図34は、図29の第2の電機子2b及び第2の回転子4bの構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Kdを示す表である。
 第1及び第2の電機子2a,2bがそれぞれつくる起磁力の分布形状は、図31及び図33から、実施の形態4での電機子2がつくる起磁力分布と比べて周波数が同じで振幅が半分の高次正弦波と、電機子1周分の電気角を周期とする低次正弦波とが合成された形状になっている。また、第1及び第2の電機子2a,2bがつくる2つの起磁力の分布(図31及び図33)を比較すると、第1の電機子2aがつくる起磁力分布の低次正弦波の位相は、第2の電機子2bがつくる起磁力分布の低次正弦波の位相に対して180°ずれている。一方、第1及び第2の電機子2a,2bがつくる起磁力分布の高次正弦波の位相は、ほぼ同じである。ここで、第1及び第2の電機子2a,2bがつくる2つの起磁力の分布を合成すると、合成した起磁力の分布は、比較例2による回転電機101での起磁力の分布(図24)と同じになる。本実施の形態による回転電機1では、実施の形態2と同様に、第1及び第2の電機子コイル群20,30の各コイル辺41について、共通の仮想スロット10の上口及び下口に配置された各仮想コイル辺103のそれぞれに対応する2つのコイル辺41同士の周方向の位置関係を、第1の回転子4aの磁極と第2の回転子4bの磁極との周方向の位置関係と同じにしている。これにより、本実施の形態による回転電機1では、回転軸3に対する第1の電機子2a及び第2の電機子2bのそれぞれの電気角位相の位置関係と、回転軸3に対する第1の回転子4a及び第2の回転子4bのそれぞれの電気角位相の位置関係とが、同じになっている。
 この例でも、第1及び第2の回転子4a,4bが各磁極を周方向について一致させて共通の回転軸3に固定され、共通の仮想スロット10の上口及び下口に配置された各仮想コイル辺103のそれぞれに対応する2つのコイル辺41同士の位置を周方向について一致させて第1及び第2の電機子コイル群20,30が配置されている。即ち、第1及び第2の電機子コイル群20,30では、各コイル辺41の位置が周方向について仮想コイル装着状態の各仮想コイル辺103の位置と同じになっている。これにより、回転軸3に対する電気角位相の位置が第1及び第2の回転子4a,4bで同じになり、回転軸3に対する電気角位相の位置が第1及び第2の電機子コイル群20,30で同じになる(即ち、回転軸3に対する機械角位相の位置が同じになる)。
 本実施の形態による回転電機1では、第1及び第2の電機子2a,2bのそれぞれがつくる2つの起磁力が合成されることにより、回転電機1全体としての起磁力の分布が比較例2による回転電機101での起磁力の分布(図24)と同じになっている。これにより、本実施の形態による回転電機1の巻線係数Kdも、比較例2による回転電機101の巻線係数Kd(図25)と同じになる。従って、回転電機1全体としては動作特性が良好になっている。他の構成は実施の形態4と同様である。
 このように、毎極毎相スロット数qの値が6/7である場合であっても、実施の形態2と同様に回転電機1の動作特性を良好に維持しながら、回転子を第1及び第2の回転子4a,4bに分け、電機子を第1及び第2の電機子2a,2bに分けることができ、第1及び第2の電機子2a,2b、第1及び第2の回転子4a,4bの1つ当たりのサイズをそれぞれ小さくすることができる。これにより、第1及び第2の電機子2a,2b、第1及び第2の回転子4a,4bのそれぞれのサイズを小さくすることができ、回転電機1の生産性の向上を図ることができる。
 実施の形態6.
 図35は、この発明の実施の形態6による回転電機1の第1の電機子2a及び第1の回転子4aを示す構成図である。また、図36は、この発明の実施の形態6による回転電機1の第2の電機子2b及び第2の回転子4bを示す構成図である。本実施の形態による回転電機1の構成は、第1及び第2の電機子コア7a,7bの構成を除いて、実施の形態5による回転電機1の構成と同様である。第1及び第2の電機子コア7a,7bは、周方向へ並ぶ複数(この例では、6つ)の分割コア61にそれぞれ分割されている。
 第1の電機子コイル群20では、図35に示すように、3つの電機子コイル21を組み合わせた複数の集合単位が、電機子2の全周にわたってそれぞれ独立して配置されている。従って、第1の電機子コア7aでは、電機子コイル21のコイルエンド42が跨っていない磁極ティース9aが電機子コイル21の各集合単位間に存在している。第1の電機子コア7aにおける各分割コア61の境界62は、電機子コイル21のコイルエンド42が跨っていない磁極ティース9aの位置に形成されている。この例では、第1の電機子コア7aにおける各分割コア61の境界62が第1の電機子コア7aの径方向に沿って形成されている。第1の電機子2aは、分割コア61と、分割コア61に設けられた2つの電機子コイル21とを含む複数(この例では、6つ)の分割電機子63で構成されている。
 第2の電機子コイル群30でも、図36に示すように、3つの電機子コイル31を組み合わせた複数の集合単位が、電機子2の全周にわたってそれぞれ独立して配置されている。従って、第2の電機子コア7bでも、電機子コイル31のコイルエンド42が跨っていない磁極ティース9bが電機子コイル31の各集合単位間に存在している。第2の電機子コア7bにおける各分割コア61の境界62は、電機子コイル31のコイルエンド42が跨っていない磁極ティース9bの位置に形成されている。この例では、第2の電機子コア7bにおける各分割コア61の境界62が第2の電機子コア7bの径方向に沿って形成されている。第2の電機子2bは、分割コア61と、分割コア61に設けられた2つの電機子コイル31とを含む複数(この例では、6つ)の分割電機子63で構成されている。他の構成は実施の形態5と同様である。
 このように、毎極毎相スロット数qの値が6/7である場合であっても、電機子コイル21,31が跨っていない磁極ティース9a,9bを第1及び第2の電機子コア7a,7bに存在させることができ、電機子コイル21,31が跨っていない磁極ティース9a,9bの位置で第1及び第2の電機子コア7a,7bを複数の分割コア61にそれぞれ分割することができる。これにより、第1及び第2の電機子2a,2bのそれぞれを複数の分割電機子63に分けて第1及び第2の電機子2a,2bを製造することができ、第1及び第2の電機子2a,2bの製造を容易にすることができる。また、第1及び第2の電機子2a,2bを構成する各部品の小形軽量化を図ることができるので、実施の形態3と同様に、回転電機1の完成後の回転電機1の修理及びメンテナンス等の作業性も向上させることができる。これにより、第1及び第2の電機子2a,2bが損傷した場合であっても、第1及び第2の電機子2a,2b全体を修理、交換する必要がなくなり、回転電機1の修理及び交換に要するコストの低減化及び作業期間の短縮化を図ることができる。
 なお、毎極毎相スロット数qの値は、実施の形態1~3による回転電機1で4/5、実施の形態4~6による回転電機1で6/7となっているが、毎極毎相スロット数qの値はこれに限定されず、上述の条件1~3を満たす回転電機の中から、この発明を適用できる回転電機を見つけることができる。例えば、毎極毎相スロット数qが6/5である回転電機にこの発明を適用してもよい。
 また、実施の形態2及び5では、第1及び第2の回転子4a,4bが各磁極の位置を周方向について一致させて回転軸3に固定されているが、第1及び第2の回転子4a,4bの各磁極の位置を周方向について互いに位相差α°だけずらして(即ち、第2の回転子4bに対する第1の回転子4aの電気角位相の位置を位相差α°だけずらして)第1及び第2の回転子4a,4bを回転軸3に固定してもよい。この場合、共通の仮想スロット10の上口及び下口に配置された各仮想コイル辺103のそれぞれに対応する2つのコイル辺41同士の位置も周方向について位相差α°だけずらして(即ち、第2の電機子コイル群30に対する第1の電機子コイル群20の電気角位相の位置も位相差α°だけずらして)第1及び第2の電機子2a,2bが配置される。即ち、第1の回転子4aが第2の回転子4bに対してずれている位相分だけ、第1の電機子コイル群20が第2の電機子コイル群30に対して周方向へずらして配置される。
 また、実施の形態2及び5では、回転軸3の一端部が回転子用支持部53に支持され、第1及び第2の回転子4a,4bが回転軸3の他端部に固定されているが、回転子用支持部53による回転軸3の支持位置、及び回転軸3に対する第1及び第2の回転子4a,4bの固定位置は、これに限定されない。例えば、図37及び図38に示すように、回転軸3の中間部を回転子用支持部53で支持するとともに、回転軸3の一端部に第1の回転子4aを固定し、回転軸3の他端部に第2の回転子4bを固定してもよい。この場合、第1の電機子2a及び第1の電機子用支持部52aが回転軸3の軸線方向について第1の回転子4aの位置に合わせて配置され、第2の電機子2b及び第2の電機子用支持部52bが回転軸3の軸線方向について第2の回転子4bの位置に合わせて配置される。
 また、実施の形態3及び6では、第1及び第2の電機子コア7a,7bがいずれも複数の分割コア61に分割されているが、第1及び第2の電機子コア7a,7bのうち、第1の電機子コア7aのみを複数の分割コア61に分割してもよいし、第2の電機子コア7bのみを複数の分割コア61に分割してもよい。
 また、各上記実施の形態では、電機子2の内側に回転子4が配置されたインナロータ型の回転電機1にこの発明が適用されているが、これに限定されず、筒状の回転子の内側に電機子が配置されたアウタロータ型の回転電機にこの発明を適用してもよい。また、電機子と回転子とが径方向について対向するラジアルギャップ型(インナロータ型、アウタロータ型)の回転電機だけでなく、例えば、電機子と回転子とが軸線方向について対向するアキシャルギャップ型の回転電機にこの発明を適用してもよい。
 また、各上記実施の形態による回転電機1は、例えば電動機、発電機及び発電電動機のいずれにも適用することができる。また、各上記実施の形態による回転電機1は、同期機以外の例えば誘導機等に適用することもできる。

Claims (5)

  1.  周方向について互いに間隔を置いて設けられた複数の磁極ティースを有し、各上記磁極ティース間にスロットが形成されている電機子コア、
     互いに異なる上記スロットに配置された一対のコイル辺と上記一対のコイル辺間を繋ぐコイルエンドとをそれぞれ含む複数の電機子コイルをそれぞれ有し、各上記電機子コイルが重ね巻きで上記磁極ティースに巻かれている第1の電機子コイル群及び第2の電機子コイル群、及び
     周方向へ並ぶ複数の磁極を持ち、上記電機子コア、上記第1の電機子コイル群及び上記第2の電機子コイル群に対して回転される回転子
     を備え、
     上記第1の電機子コイル群の各上記コイル辺は、上記スロットの上口に配置され、
     上記第2の電機子コイル群の各上記コイル辺は、上記スロットの下口に配置され、
     各上記電機子コイルのコイルエンドが跨ぐ上記磁極ティースの数は、すべて同じであり、
     互いに異なる上記スロットに配置された一対の仮想コイル辺と上記一対の仮想コイル辺間を繋ぐ仮想コイルエンドとをそれぞれ含む複数の仮想コイルを想定し、上記仮想コイルの一対の仮想コイル辺のうち、一方を上記スロットの上口、他方を上記スロットの下口にそれぞれ配置して、複数の上記仮想コイル辺を各上記スロットの上口及び下口のすべてに配置した仮想コイル装着状態を想定すると、
     各上記電機子コイルのそれぞれの上記コイル辺は、電流相及び電流の向きを上記仮想コイル辺と一致させて各上記仮想コイル辺の位置に配置されている回転電機。
  2.  第1の電機子コアと、上記第1の電機子コアに設けられた第1の電機子コイル群とを有する第1の電機子、
     上記第1の電機子に対して回転される第1の回転子、
     第2の電機子コアと、上記第2の電機子コアに設けられた第2の電機子コイル群とを有する第2の電機子、
     上記第2の電機子に対して回転される第2の回転子、及び
     上記第1及び第2の回転子が固定された共通の回転軸
     を備え、
     上記第1及び第2の回転子は、周方向へ並ぶ複数の磁極を同数ずつ有し、
     上記第1及び第2の電機子コアは、複数の磁極ティースを同数ずつ有し、
     上記第1及び第2の電機子コアでは、各上記磁極ティース間にスロットが同数ずつ形成されており、
     上記第1及び第2の電機子コイル群は、上記磁極ティースに重ね巻きで巻かれている複数の電機子コイルをそれぞれ有し、
     各上記電機子コイルは、互いに異なる上記スロットに配置された一対のコイル辺と上記一対のコイル辺間を繋ぐコイルエンドとをそれぞれ有し、
     各上記電機子コイルのコイルエンドが跨ぐ上記磁極ティースの数は、すべて同じであり、
     上記第1及び第2の電機子コアのそれぞれの上記スロットの数と同数の仮想スロットが形成されている仮想電機子コアと、互いに異なる上記仮想スロットに配置された一対の仮想コイル辺と上記一対の仮想コイル辺間を繋ぐ仮想コイルエンドとをそれぞれ含む複数の仮想コイルとを想定し、上記仮想コイルの一対の仮想コイル辺のうち、一方を上記仮想スロットの上口、他方を上記仮想スロットの下口にそれぞれ配置して、複数の上記仮想コイル辺を各上記仮想スロットの上口及び下口のすべてに配置した仮想コイル装着状態を想定すると、
     上記第1の電機子コイル群のそれぞれの上記コイル辺は、上記仮想スロットの上口に配置された上記仮想コイル辺と電流相及び電流の向きを一致させて上記第1の電機子コアのそれぞれの上記スロットに配置され、
     上記第2の電機子コイル群のそれぞれの上記コイル辺は、上記仮想スロットの下口に配置された上記仮想コイル辺と電流相及び電流の向きを一致させて上記第2の電機子コアのそれぞれの上記スロットに配置され、
     上記第1及び第2の電機子コイル群の各上記コイル辺についてみると、共通の上記仮想スロットに配置された各上記仮想コイル辺のそれぞれに対応する上記コイル辺同士の周方向の位置関係は、上記第1の回転子の上記磁極と上記第2の回転子の上記磁極との周方向の位置関係と同じである回転電機。
  3.  上記第1及び第2の回転子は、上記磁極の位置を周方向について一致させて配置されている請求項2に記載の回転電機。
  4.  上記第1及び第2の回転子は、上記磁極の位置を周方向について互いにずらして配置されている請求項2に記載の回転電機。
  5.  上記第1及び第2の電機子コアの少なくともいずれかは、周方向へ並ぶ複数の分割コアに分割されており、
     各上記分割コアの境界の位置は、各上記電機子コイルがいずれも跨らない上記磁極ティースの位置となっている請求項2~請求項4のいずれか一項に記載の回転電機。
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