WO2025181973A1 - 電力伝送デバイスおよびモータ装置 - Google Patents

電力伝送デバイスおよびモータ装置

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WO2025181973A1
WO2025181973A1 PCT/JP2024/007407 JP2024007407W WO2025181973A1 WO 2025181973 A1 WO2025181973 A1 WO 2025181973A1 JP 2024007407 W JP2024007407 W JP 2024007407W WO 2025181973 A1 WO2025181973 A1 WO 2025181973A1
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WO
WIPO (PCT)
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magnetic core
winding
motor
shaft
power transmission
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Pending
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PCT/JP2024/007407
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English (en)
French (fr)
Inventor
祐樹 茶位
雅之 山嶋
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/18—Rotary transformers

Definitions

  • the present invention relates to a power transmission device that transmits power contactlessly, and a motor device equipped with such a power transmission device.
  • one type of motor is the electrically excited synchronous motor (EESM).
  • EESM electrically excited synchronous motor
  • This motor has a stator with windings and a rotor with windings. With this motor, the efficiency of the motor can be improved by changing the current flowing through the windings on the rotor according to the motor's rotational speed.
  • Patent Document 1 discloses a power transmission device that can supply power from a stator to a rotor without contact.
  • power transmission devices for example, the greater the amount of power transmitted, the greater the amount of heat generated. Therefore, power transmission devices are expected to be able to dissipate heat easily.
  • a power transfer device comprises a rotating member, a first winding, a second winding, and a magnetic core.
  • the rotating member is connected to a shaft and is rotatable in the circumferential direction of the shaft.
  • the first winding is provided on the rotating member and wound circumferentially.
  • the second winding is provided at a position in the axial direction of the shaft different from the position at which the rotating member is provided and is wound circumferentially.
  • the magnetic core is provided to surround the rotating member and the second winding, and has a first opening provided on a surface facing away from the shaft in a first direction intersecting the axial direction.
  • a motor device includes a motor, a shaft, an inverter, a rotating member, a first winding, a second winding, a magnetic core, and a rectifier circuit.
  • the motor has a motor stator including a first motor magnetic core and a first motor winding, and a motor rotor including a second motor magnetic core and a second motor winding.
  • the shaft is connected to the motor rotor.
  • the rotating member is connected to the shaft and is rotatable in the circumferential direction of the shaft.
  • the first winding is provided on the rotating member and wound circumferentially.
  • the second winding is provided at a position on the shaft axially different from the position at which the rotating member is provided, wound circumferentially, and connected to the inverter.
  • the magnetic core is provided to surround the rotating member and the second winding, and has a first opening provided on a surface facing away from the shaft in a first direction intersecting the axial direction.
  • the rectifier circuit is provided in a path connecting the first winding and the second motor winding.
  • the power transmission device and motor device according to one embodiment of the present invention can facilitate heat dissipation.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a motor device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating an example of the configuration of the power transmission device illustrated in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of the configuration of the power transmission device illustrated in FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of the power transmission device illustrated in FIG. 2 .
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the two substrates shown in FIG.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the stator shown in FIG.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of magnetic flux in the power transfer device shown in FIG. FIG.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a configuration example of a power transmission device according to a modified example.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example of the configuration of the power transmission device shown in FIG. 8 .
  • FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a power transmission device according to another modified example.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a power transmission device according to another modified example.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating an example of magnetic flux in the power transfer device illustrated in FIG.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a power transmission device according to another modified example.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a power transmission device according to another modified example.
  • FIG. 15 is a perspective view illustrating a configuration example of a power transmission device according to another modified example.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram illustrating an example of the configuration of the power transmission device illustrated in FIG.
  • FIG. 1 shows an example configuration of a motor apparatus 1 equipped with a power transmission device according to an embodiment of the present invention.
  • the motor apparatus 1 is connected to an external control device 8 and a DC power supply 9.
  • the external control device 8 is configured to instruct the motor apparatus 1 on a rotation speed.
  • the DC power supply 9 is configured to supply DC power to the motor apparatus 1.
  • the motor apparatus 1 is configured to generate driving force, which is mechanical energy, using the DC power supplied from the DC power supply 9 based on instructions from the external control device 8.
  • the motor apparatus 1 includes a drive unit 10 and a motor 50.
  • the drive unit 10 is configured to drive the motor 50.
  • the drive unit 10 includes inverters 11 and 12, a power transmission device 20, a blower 13, a rectifier circuit 14, and a control circuit 19.
  • the inverter 11 is configured to convert the DC power supplied from the DC power supply 9 into three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) AC power based on instructions from the control circuit 19. The inverter 11 then supplies this three-phase AC power to the winding 51B (described below) of the stator 51 of the motor 50.
  • the inverter 12 is configured to convert the DC power supplied from the DC power source 9 into single-phase AC power based on instructions from the control circuit 19. The inverter 12 then supplies this AC power to the windings 36 (described below) of the stator 30 of the power transmission device 20.
  • the power transmission device 20 is configured to supply AC power to the rectifier circuit 14 via contactless transmission.
  • the power transmission device 20 has a stator 30, a rotor 40, and a shaft 24.
  • Figures 2 and 3 show an example configuration of the power transmission device 20.
  • Figure 3 also shows the cross-sectional structure of the power transmission device 20 as viewed in the direction of the arrows III-III.
  • Figure 4 shows an example cross-sectional structure of the power transmission device 20 in a plane including the rotation axis AZ.
  • Figure 5 shows an example configuration of the substrate 34 (described below) of the stator 30 and the substrate 41 (described below) of the rotor 40.
  • the stator 30 is fixed to the housing (not shown) of the motor device 1. As shown in Figures 2 to 5, the stator 30 has a magnetic core 31, a substrate 34, and windings 36.
  • the magnetic core 31 is made of a magnetic material such as ferrite. As shown in Figures 2 to 4, the magnetic core 31 is configured to surround the substrate 34 and rotor 40.
  • the magnetic core 31 has a magnetic core 31A and a magnetic core 31B.
  • the magnetic cores 31A and 31B are arranged in this order in the Z direction.
  • the Z direction is the axial direction of the rotation axis AZ, as shown in Figure 1, and is the direction from the motor 50 toward the power transmission device 20.
  • the magnetic core 31 is provided with a through hole 33 for passing the shaft 24 through.
  • magnetic core 31A has a shape like a circle with both ends in the Y direction and the opposite direction cut off in the XY plane intersecting the axial direction of rotation axis AZ.
  • Magnetic core 31A has convex portions 31C at each of its ends in the X direction and the opposite direction that protrude in the direction in which magnetic core 31B is provided.
  • Each of the two convex portions 31C of magnetic core 31A has an arc shape in the XY plane.
  • Magnetic core 31B has a shape similar to magnetic core 31A.
  • magnetic core 31B has convex portions 31C at each of its ends in the X direction and the opposite direction that protrude in the direction in which magnetic core 31A is provided.
  • Magnetic core 31A and magnetic core 31B are connected so that the two convex portions 31C of magnetic core 31A and the two convex portions 31C of magnetic core 31B are in contact with each other.
  • the magnetic core 31 has an internal cavity, and openings 120 are provided at both ends in the Y direction and the opposite direction, connecting the internal cavity of the magnetic core 31 to the outside.
  • the substrate 34 is, for example, a printed circuit board (PCB).
  • the substrate 34 is provided on the surface of the magnetic core 31A facing the magnetic core 31B.
  • the substrate 34 has a ring shape.
  • the substrate 34 is provided with a winding 36.
  • the substrate 34 has a wiring draw-out portion 34A provided at the end of the substrate 34 facing opposite in the Y direction. Two pattern wirings are provided in this wiring draw-out portion 34A, which draw both ends of the winding 36 to the outside. In Figure 5, these two pattern wirings are shown with thick lines.
  • the winding 36 is connected to the inverter 12 via the two pattern wirings in the wiring draw-out portion 34A.
  • the winding 36 is formed using a pattern wiring provided on the substrate 34, and is wound multiple times circumferentially around the rotation axis AZ.
  • the area on the substrate 34 where the winding 36 is provided is shown shaded.
  • the winding 36 may be provided on one or both of the two surfaces of the substrate 34.
  • the substrate 34 is a multilayer substrate, the winding 36 may be formed using a pattern wiring inside the substrate 34.
  • the winding 36 is connected to the inverter 12 via two pattern wirings on the wiring lead-out portion 34A of the substrate 34.
  • Figure 6 shows the position of the winding 36 in the XY plane.
  • the magnetic core 31A and the substrate 34 are drawn overlapping each other.
  • both ends (portion W1) of the area in which the winding 36 is provided, in the Y direction and in the opposite direction, extend beyond the area of the magnetic core 31.
  • portion W1 of the area in which the winding 36 is provided extends beyond the area of the magnetic core 31.
  • the rotor 40 is configured to rotate around a rotation axis AZ. As shown in Figure 4, the rotor 40 is positioned so that it is sandwiched between the magnetic cores 31A and 31B of the stator 30 in the Z direction, and is fixed to the shaft 24. As shown in Figures 2 to 5, the rotor 40 has a substrate 41 and windings 42.
  • the substrate 41 is, for example, a printed circuit board.
  • the substrate 41 is provided at a position in the Z direction different from the position at which the substrate 34 of the stator 30 is provided. As shown in FIG. 5, the substrate 41 has a circular shape. In this example, the size of the substrate 41 is approximately the same as the size of the substrate 34 of the stator 30. As shown in FIG. 5, the windings 42 are provided on the substrate 41.
  • the winding 42 is formed using pattern wiring provided on the substrate 41 and is wound multiple times circumferentially around the rotation axis AZ.
  • the area on the substrate 41 where the winding 42 is provided is indicated by a hatched pattern.
  • the winding 42 may be provided on one or both of the two surfaces of the substrate 41.
  • the winding 42 may be formed using pattern wiring inside the substrate 41. As shown in Figure 5, in this example, the area on the substrate 41 where the winding 42 is provided is approximately the same as the area on the substrate 34 of the stator 30 where the winding 36 is provided.
  • both ends of the area where the winding 42 is provided in the Y direction and in the opposite direction, extend beyond the area of the magnetic core 31.
  • Both ends of the winding 42 are connected to the rectifier circuit 14 via two pattern wirings provided on the substrate 41 and wiring (not shown) provided on the shaft 24. In Figure 5, these two pattern wirings are indicated by thick lines.
  • the shaft 24 is connected to the rotor 52 of the motor 50 and is configured to rotate about the rotation axis AZ in response to the driving force generated by the motor 50.
  • the shaft 24 may be directly connected to the rotor 52 of the motor 50, or may be indirectly connected via another component.
  • the shaft 24 may also be formed integrally with the rotor 52 of the motor 50.
  • the shaft 24 is configured to pass through the power transmission device 20 in the Z direction as shown in Figures 1 and 2, but this is not limited to this and the shaft 24 may not protrude from the power transmission device 20 in the Z direction.
  • the power transmission device 20 transmits AC power supplied from the inverter 12 from the stator 30 to the rotor 40 as the shaft 24 rotates about the rotation axis AZ, and supplies the transmitted AC power to the rectifier circuit 14.
  • the power transmission device 20 is also called a rotary transformer.
  • the power transmission device 20 is arranged so that the magnetic core 31A, substrate 34, substrate 41, and magnetic core 31B are aligned in this order in the Z direction, but this is not limited to this.
  • the power transmission device 20 may be arranged in the opposite direction in the Z direction. In this case, the magnetic core 31B, substrate 41, substrate 34, and magnetic core 31A are aligned in this order in the Z direction.
  • the blower 13 ( Figure 1) is configured to cool the power transmission device 20 by sending air toward the power transmission device 20.
  • the blower 13 sends air, for example, toward an opening 120 in the power transmission device 20. This causes air to flow in the Y direction through the cavity inside the power transmission device 20.
  • the blower 13 is able to cool, by air cooling, for example, the magnetic core 31, the winding 36 on the substrate 34, and the winding 42 on the substrate 41 in the power transmission device 20.
  • the rectifier circuit 14 is configured to rectify the AC power supplied from the windings 42 of the rotor 40 and supply the rectified power to the windings 52B (described below) of the rotor 52 of the motor 50.
  • the rectifier circuit 14 is connected to the shaft 24. That is, since the windings 42 and the rotor 52 of the motor 50 are connected to the shaft 24, the rectifier circuit 14 is also connected to the shaft 24.
  • the power rectified by the rectifier circuit 14 is supplied directly to the windings 52B, but this is not limited to this.
  • the power rectified by the rectifier circuit 14 may be supplied to the windings 52B via a stabilization circuit including a capacitor.
  • the control circuit 19 is configured to control the operation of the inverters 11 and 12 based on instructions from the external control device 8 and a control signal indicating the rotational speed supplied from the motor 50. Specifically, the control circuit 19 controls the rotational speed of the motor 50 by controlling the operation of the inverter 11 based on instructions from the external control device 8 and a control signal indicating the rotational speed of the motor 50. The control circuit 19 also controls the strength of the magnetic field generated by the rotor 52 of the motor 50 by controlling the operation of the inverter 12 based on the control signal indicating the rotational speed supplied from the motor 50.
  • control circuit 19 strengthens the magnetic field generated by the rotor 52 of the motor 50 when the rotational speed of the motor 50 is slow, and weakens the magnetic field generated by the rotor 52 of the motor 50 when the rotational speed of the motor 50 is fast.
  • Motor 50 is a wound field type synchronous motor.
  • Motor 50 has a stator 51, a rotor 52, and a sensor 53.
  • the stator 51 is a so-called stator, and is fixed to the housing (not shown) of the motor 50.
  • the stator 51 has a magnetic core 51A and a winding 51B.
  • the winding 51B is supplied with three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) AC power generated by the inverter 11.
  • the rotor 52 is a so-called rotor and is configured to rotate the rotation axis AZ.
  • the rotor 52 has a magnetic core 52A and a winding 52B. A signal rectified by the rectifier circuit 14 is supplied to the winding 52B.
  • Sensor 53 is configured to detect the rotational speed of rotor 52. Sensor 53 then supplies a control signal indicating the rotational speed of rotor 52 to control circuit 19.
  • motor device 1 controls the rotational speed of motor 50 based on the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) AC power generated by inverter 11, and controls the magnetic field generated by rotor 52 of motor 50 based on the single-phase AC power generated by inverter 12. For example, motor device 1 strengthens the magnetic field generated by rotor 52 of motor 50 when the rotational speed of motor 50 is slow, and weakens the magnetic field generated by rotor 52 of motor 50 when the rotational speed of motor 50 is fast. This allows motor device 1 to increase the efficiency of motor 50 over a wide range of rotational speeds.
  • shaft 24 corresponds to a specific example of a "shaft” in an embodiment of the present disclosure.
  • Substrate 41 corresponds to a specific example of a “rotating member” in an embodiment of the present disclosure.
  • Winding 42 corresponds to a specific example of a "first winding” in an embodiment of the present disclosure.
  • Winding 36 corresponds to a specific example of a “second winding” in an embodiment of the present disclosure.
  • Magnetic core 31 corresponds to a specific example of a "magnetic core” in an embodiment of the present disclosure.
  • Opening 120 corresponds to a specific example of a "first opening” and a "second opening” in an embodiment of the present disclosure.
  • the stator 51 corresponds to a specific example of a "motor stator” in an embodiment of the present disclosure.
  • the magnetic core 51A corresponds to a specific example of a "first motor magnetic core” in an embodiment of the present disclosure.
  • the winding 51B corresponds to a specific example of a "first motor winding” in an embodiment of the present disclosure.
  • the rotor 52 corresponds to a specific example of a "motor rotor” in an embodiment of the present disclosure.
  • the magnetic core 52A corresponds to a specific example of a "second motor magnetic core” in an embodiment of the present disclosure.
  • the winding 52B corresponds to a specific example of a "second motor winding” in an embodiment of the present disclosure.
  • the inverter 12 corresponds to a specific example of an "inverter” in an embodiment of the present disclosure.
  • the rectifier circuit 14 corresponds to a specific example of a "rectifier circuit” in an embodiment of the present disclosure.
  • the blower 13 corresponds to a specific example of a "cooling device” in an embodiment of the present disclosure.
  • the control circuit 19 controls the operation of the inverters 11 and 12 based on instructions from the external control device 8 and a control signal indicating the rotational speed supplied from the motor 50.
  • the inverter 11 converts the DC power supplied from the DC power supply 9 into three-phase (U-phase, V-phase, and W-phase) AC power based on instructions from the control circuit 19 and supplies this three-phase AC power to the windings 51B of the stator 51 of the motor 50.
  • the inverter 12 converts the DC power supplied from the DC power supply 9 into single-phase AC power based on instructions from the control circuit 19 and supplies this AC power to the windings 36 of the stator 30 of the power transmission device 20.
  • the power transmission device 20 supplies the AC power to the rectifier circuit 14 via contactless transmission.
  • the rectifier circuit 14 rectifies the AC power supplied from the windings 42 of the rotor 40 and supplies the rectified power to the windings 52B of the rotor 52 of the motor 50.
  • the motor 50 generates a driving force, which is mechanical energy, based on the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) AC power supplied from the inverter 11. This causes the shaft 24 to rotate about the rotation axis AZ.
  • the sensor 53 of the motor 50 supplies a control signal indicating the rotation speed of the motor 50 to the control circuit 19.
  • AC power is supplied from the inverter 12 to the windings 36 of the stator 30 of the power transmission device 20.
  • the rotor 40 rotates around the rotation axis AZ in the circumferential direction A shown in Figure 2, for example.
  • Figure 7 shows a cross-sectional view of the stator 30 and rotor 40 of the power transmission device 20.
  • the area of the stator 30 where the windings 36 are provided is shown shaded.
  • the area of the rotor 40 where the windings 42 are provided is also shown shaded.
  • the windings 36 of the stator 30 generate a magnetic field based on the AC power supplied from the inverter 12.
  • the portion of the magnetic core 31A close to the shaft 24 and the portion of the magnetic core 31B close to the shaft are magnetically coupled to each other.
  • a magnetic path MP is generated that passes through the magnetic cores 31A and 31B, as shown in Figure 7.
  • the windings 42 of the rotor 40 then generate AC power based on the magnetic field in this magnetic path MP and supply the generated AC power to the rectifier circuit 14. In this way, the power transmission device 20 can supply AC power to the rectifier circuit 14 through contactless transmission.
  • the power transmission device 20 transmits power non-contact, which allows for greater reliability than when power is transmitted contact-wise using, for example, slip rings and brushes.
  • the rectifier circuit 14 rectifies the AC power supplied from the windings 42 of the rotor 40 and supplies the rectified power to the windings 52B of the rotor 52 of the motor 50. This generates a magnetic field in the rotor 52 of the motor 50.
  • the power transfer device 20 includes a rotating member (substrate 41) connected to the shaft 24 and rotatable in the circumferential direction of the shaft 24, a first winding (winding 42) provided on the rotating member (substrate 41) and wound circumferentially, a second winding (winding 36) provided in a position in the axial direction of the shaft 24 different from the position where the rotating member (substrate 41) is provided and wound circumferentially, and a magnetic core 31 surrounding the rotating member (substrate 41) and the second winding (winding 36), and having a first opening (opening 120 provided in the Y direction) provided on a surface facing away from the shaft in a first direction (Y direction) intersecting the axial direction.
  • the power transfer device 20 to dissipate heat from the magnetic core 31, the winding 36 on the substrate 34, and the winding 42 on the substrate 41. That is, for example, if the magnetic core 31 were constructed without the openings 120, heat generated by the windings 36, 42, for example, would accumulate in the cavity inside the magnetic core 31, resulting in poor heat dissipation. On the other hand, in the power transmission device 20, the magnetic core 31 is provided with openings 120, so heat is less likely to accumulate in the cavity inside the magnetic core 31. As a result, the power transmission device 20 can dissipate heat more easily.
  • the power transmission device 20 is provided with an opening 120, which makes it easier to arrange the wiring connecting the windings 36 provided inside the magnetic core 31 to the inverter 12. That is, for example, if the magnetic core 31 were constructed without the opening 120, it would be difficult to lead the windings 36 provided inside the magnetic core 31 to the inverter 12.
  • the power transmission device 20 is provided with an opening 120 in the magnetic core 31, so the windings 36 can be easily led from the inside to the outside of the magnetic core 31 and connected to the inverter 12. Therefore, the power transmission device 20 makes it easier to arrange the wiring connecting the windings 36 to the inverter 12.
  • the magnetic core 31 has a second opening (opening 120 provided in the direction opposite to the Y direction) provided on the surface facing away from the shaft 24 in a second direction opposite to the first direction (Y direction). This makes it easier for air to flow in the Y direction in the cavity inside the magnetic core 31. As a result, the power transmission device 20 can dissipate heat more easily.
  • the motor device 1 is provided with a cooling device (blower device 13) that can supply a cooling medium (air in this example) toward the first opening (opening 120) of the magnetic core 31.
  • a cooling device blower device 13
  • air in this example a cooling medium
  • the motor device 1 can send, for example, low-temperature air into the interior of the power transmission device 20.
  • the power transmission device 20 can cool the magnetic core 31, the windings 36 on the substrate 34, and the windings 42 on the substrate 41.
  • the rotating member (substrate 41) includes a printed circuit board.
  • the first winding (winding 42) is a pattern wiring provided on the printed circuit board. This allows the rotor 40 to be lighter than when the rotor 40 is constructed using an iron core, for example, thereby reducing the rotational moment and inertia force.
  • a portion of the rotating member (substrate 41) protrudes from the first opening (opening 120) of the magnetic core 31 in a first direction (Y direction) in a plane intersecting the axial direction.
  • This allows the size of the magnetic core 31 to be reduced in the power transmission device 20. That is, because the winding 42 is a pattern wiring provided on the substrate 41, increasing the number of turns of the winding 42 increases the diameter of the substrate 41. Therefore, for example, if the substrate 41 is configured so that a portion of it does not protrude from the opening 120 of the magnetic core 31, the size of the magnetic core 31 will increase. In this case, for example, the size of the power transmission device 20 will increase. Furthermore, the cost of the magnetic core 31 will increase.
  • the magnetic core 31 protrudes from the opening 120 of the magnetic core 31, so the size of the magnetic core 31 can be reduced. This allows the size of the power transmission device 20 to be reduced, and the cost of the magnetic core 31 to be reduced.
  • a portion of the first winding (winding 42) provided on the rotating member (substrate 41) extends beyond the first opening (opening 120) of the magnetic core 31 in a first direction (Y direction) in a plane intersecting the axial direction. This allows the size of the magnetic core 31 to be reduced, thereby reducing the size of the power transmission device 20, for example, and reducing the cost of the magnetic core 31.
  • this embodiment includes a rotating member connected to a shaft and rotatable in the circumferential direction of the shaft, a first winding provided on the rotating member and wound in the circumferential direction, a second winding provided in an axial direction of the shaft at a position different from the position at which the rotating member is provided and wound in the circumferential direction, and a magnetic core provided to surround the rotating member and the second winding and having a first opening provided on a surface facing away from the shaft in a first direction intersecting the axial direction. This facilitates heat dissipation.
  • openings 120 are provided at both ends of magnetic core 31 in the Y direction and the opposite direction, but this is not limited to this.
  • openings 120 may be provided at only one of both ends of magnetic core 31 in the Y direction and the opposite direction.
  • magnetic core 31A has a shape in the XY plane as shown in FIG. 9 , like a circle with the end opposite to the Y direction cut off.
  • Magnetic core 31A has a convex portion 31C at the end other than the cut-off portion in the XY plane, protruding in the direction toward magnetic core 31B.
  • This convex portion 31C has an arc shape in the XY plane.
  • Magnetic core 31B has a shape similar to magnetic core 31A. Like magnetic core 31A, magnetic core 31B has a convex portion 31C at the end other than the cut-off portion, protruding in the direction toward magnetic core 31A. The magnetic core 31A and the magnetic core 31B are connected so that the convex portion 31C of the magnetic core 31A contacts the convex portion 31C of the magnetic core 31B, thereby providing the opening 120 only at the end of the magnetic core 31 opposite to the Y direction.
  • the position of the inner side surface of the magnetic core 31A facing the shaft 24 and the position of the inner side surface of the substrate 34 facing the shaft 24 are aligned, but this is not limited to this. Alternatively, as shown in FIGS. 10 and 11, for example, these positions do not have to be aligned.
  • the magnetic core 31A has a protrusion 31D at its inner end that protrudes in the direction in which the magnetic core 31B is provided.
  • This protrusion 31D has a ring shape in the XY plane.
  • the substrate 34 is fitted around the ring-shaped protrusion 31D. In this configuration, a magnetic path MP is generated that passes through this protrusion 31D, as shown in FIG. 12.
  • the windings 36 of the stator 30 are configured using pattern wiring provided on the substrate 34, but this is not limited to this.
  • the windings 36 may be configured using conductor wire or copper plate.
  • conductor wire for example, Litz wire may be used.
  • the windings 36 are configured using conductor wire, for example, the windings 36 may be wound around a bobbin 37 as shown in FIG. 13.
  • the winding 36 is wound in a circular shape on the substrate 34 as shown in Fig. 5, but this is not limited to this and instead, the winding may be wound in a polygonal shape, for example.
  • the winding 42 is wound in a circular shape on the substrate 41, but this is not limited to this and instead, the winding may be wound in a polygonal shape, for example.
  • the substrate 34 of the stator 30 has a circular ring shape, but is not limited to this and may have a non-circular ring shape, for example, as shown in Fig. 14.
  • the substrate 34 has a ring shape with a rectangular outer shape.
  • the magnetic cores 31A and 31B have a circular shape in the XY plane with both ends in the Y direction and the opposite direction cut off.
  • the magnetic cores 31A and 31B may have a rectangular shape in the XY plane.
  • each of the two protrusions 31C of the magnetic core 31A has a rectangular shape in the XY plane.
  • the magnetic cores 31A and 31B are connected so that the two protrusions 31C of the magnetic core 31A are in contact with the two protrusions 31C of the magnetic core 31B.
  • the magnetic core 31 has an internal cavity and openings 120 on both sides in the Y direction that connect the internal cavity of the magnetic core 31 to the outside.
  • the shapes of the magnetic core 31, substrate 34, and substrate 41 shown in the above embodiments are merely examples and are not limited to the disclosed shapes.
  • a rotating member connected to the shaft and rotatable in a circumferential direction of the shaft; a first winding provided on the rotary member and wound in the circumferential direction; a second winding provided at a position different from a position at which the rotary member is provided in the axial direction of the shaft and wound along the circumferential direction; a magnetic core provided to surround the rotating member and the second winding, the magnetic core having a first opening provided on a surface facing away from the shaft in a first direction intersecting the axial direction.
  • the magnetic core has a second opening provided on a surface facing away from the shaft in a second direction opposite to the first direction.
  • the rotating member includes a printed circuit board; The power transmission device according to (1) or (2), wherein the first winding is a pattern wiring provided on the printed circuit board.
  • a motor having a motor stator including a first motor magnetic core and a first motor winding, and a motor rotor including a second motor magnetic core and a second motor winding; a shaft connected to the motor rotor; An inverter; a rotating member connected to the shaft and rotatable in a circumferential direction of the shaft; a first winding provided on the rotary member and wound in the circumferential direction; a second winding that is provided at a position in the axial direction of the shaft different from a position at which the rotary member is provided, that is wound along the circumferential direction, and that is connected to the inverter; a magnetic core provided to surround the rotary member and the second winding, the magnetic core having a first opening provided on a surface facing away from the shaft in a first direction intersecting the axial direction; a rectifier circuit provided in a path connecting the first winding and the second motor winding.
  • the motor device further comprising a cooling device capable of supplying a cooling

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Abstract

本発明の一実施の形態に係る電力伝送デバイスは、シャフトに接続され、シャフトの周方向に回動可能な回転部材と、回転部材に設けられ、周方向に沿って巻かれた第１の巻線と、シャフトの軸方向において、回転部材が設けられた位置とは異なる位置に設けられ、周方向に沿って巻かれた第２の巻線と、回転部材および第２の巻線を囲むように設けられ、軸方向と交差する第１の方向において、シャフトから離れる方向の面に設けられた第１の開口部を有する磁気コアとを備える。

Description

電力伝送デバイスおよびモータ装置
　本発明は、非接触で電力を伝送する電力伝送デバイス、およびそのような電力伝送デバイスが設けられたモータ装置に関する。
　例えば、モータには、巻線界磁式の同期モータ（ＥＥＳＭ：Electrically Excited Synchronous Motor）がある。このモータは、巻線が巻かれた固定子と、巻線が巻かれた回転子とを有する。このモータでは、モータの回転速度に応じて、回転子に巻かれた巻線に流す電流を変化させることにより、モータの効率の向上を図ることができる。
　ところで、固定子と回転子との間で電力を伝送可能なデバイスがある。例えば、特許文献１には、固定子から回転子へ非接触で電力を供給可能な電力伝送装置が開示されている。
米国特許第５６３７９７３号明細書
　このような電力伝送デバイスでは、例えば、大きな電力を伝送するほど発熱量が大きくなり得る。よって、電力伝送デバイスでは、放熱しやすいことが期待されている。
　放熱しやすくすることができる電力伝送デバイスおよびモータ装置を提供することが望ましい。
　本発明の一実施の形態に係る電力伝送デバイスは、回転部材と、第１の巻線と、第２の巻線と、磁気コアとを備えている。回転部材は、シャフトに接続され、シャフトの周方向に回動可能なものである。第１の巻線は、回転部材に設けられ、周方向に沿って巻かれたものである。第２の巻線は、シャフトの軸方向において、回転部材が設けられた位置とは異なる位置に設けられ、周方向に沿って巻かれたものである。磁気コアは、回転部材および第２の巻線を囲むように設けられ、軸方向と交差する第１の方向において、シャフトから離れる方向の面に設けられた第１の開口部を有するものである。
　本発明の一実施の形態に係るモータ装置は、モータと、シャフトと、インバータと、回転部材と、第１の巻線と、第２の巻線と、磁気コアと、整流回路とを備えている。モータは、第１のモータ磁気コアと第１のモータ巻線とを含むモータ固定子と、第２のモータ磁気コアと第２のモータ巻線とを含むモータ回転子とを有するものである。シャフトは、モータ回転子に接続されたものである。回転部材は、シャフトに接続され、シャフトの周方向に回動可能なものである。第１の巻線は、回転部材に設けられ、周方向に沿って巻かれたものである。第２の巻線は、シャフトの軸方向において、回転部材が設けられた位置とは異なる位置に設けられ、周方向に沿って巻かれ、インバータに接続されたたものである。磁気コアは、回転部材および第２の巻線を囲むように設けられ、軸方向と交差する第１の方向において、シャフトから離れる方向の面に設けられた第１の開口部を有するものである。整流回路は、第１の巻線および第２のモータ巻線を結ぶ経路に設けられたものである。
　本発明の一実施の形態に係る電力伝送デバイスおよびモータ装置によれば、放熱しやすくすることができる。
図１は、本発明の一実施の形態に係るモータ装置の一構成例を表すブロック図である。 図２は、図１に示した電力伝送デバイスの一構成例を表す斜視図である。 図３は、図２に示した電力伝送デバイスの一構成例を表す説明図である。 図４は、図２に示した電力伝送デバイスの一構成例を表す断面図である。 図５は、図２に示した２つの基板の一構成例を表す説明図である。 図６は、図２に示した固定子の一構成例を表す説明図である。 図７は、図４に示した電力伝送デバイスにおける磁束の一例を表す説明図である。 図８は、変形例に係る電力伝送デバイスの一構成例を表す斜視図である。 図９は、図８に示した電力伝送デバイスの一構成例を表す説明図である。 図１０は、他の変形例に係る電力伝送デバイスの一構成例を表す説明図である。 図１１は、他の変形例に係る電力伝送デバイスの一構成例を表す断面図である。 図１２は、図１１に示した電力伝送デバイスにおける磁束の一例を表す説明図である。 図１３は、他の変形例に係る電力伝送デバイスの一構成例を表す断面図である。 図１４は、他の変形例に係る電力伝送デバイスの一構成例を表す説明図である。 図１５は、他の変形例に係る電力伝送デバイスの一構成例を表す斜視図である。 図１６は、図１５に示した電力伝送デバイスの一構成例を表す説明図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜実施の形態＞
［構成例］
　図１は、本発明の実施の形態に係る電力伝送デバイスを備えたモータ装置１の一構成例を表すものである。モータ装置１は、外部制御装置８および直流電源９に接続される。外部制御装置８は、モータ装置１に対して、回転速度を指示するように構成される。直流電源９は、モータ装置１に対して直流電力を供給するように構成される。モータ装置１は、直流電源９から供給された直流電力を用いて、外部制御装置８からの指示に基づいて、機械的エネルギである駆動力を生成するように構成される。モータ装置１は、駆動部１０と、モータ５０とを備えている。
　駆動部１０は、モータ５０を駆動するように構成される。駆動部１０は、インバータ１１，１２と、電力伝送デバイス２０と、送風装置１３と、整流回路１４と、制御回路１９とを有している。
　インバータ１１は、制御回路１９からの指示に基づいて、直流電源９から供給された直流電力を３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力に変換するように構成される。そして、インバータ１１は、この３相の交流電力を、モータ５０の固定子５１の巻線５１Ｂ（後述）に供給するようになっている。
　インバータ１２は、制御回路１９からの指示に基づいて、直流電源９から供給された直流電力を単相の交流電力に変換するように構成される。そして、インバータ１２は、この交流電力を、電力伝送デバイス２０の固定子３０の巻線３６（後述）に供給するようになっている。
　電力伝送デバイス２０は、非接触伝送により、交流電力を整流回路１４に供給するように構成される。電力伝送デバイス２０は、固定子３０と、回転子４０と、シャフト２４とを有している。
　図２，３は、電力伝送デバイス２０の一構成例を表すものである。図３には、ＩＩＩ－ＩＩＩ矢視方向の電力伝送デバイス２０の断面構造をも描いている。図４は、回転軸ＡＺを含む面内での電力伝送デバイス２０の断面構造の一例を表すものである。図５は、固定子３０の基板３４（後述）および回転子４０の基板４１（後述）の一構成例を表すものである。
　固定子３０は、モータ装置１の図示しない筐体に固定される。固定子３０は、図２～５に示したように、磁気コア３１と、基板３４と、巻線３６とを有している。
　磁気コア３１は、例えばフェライトなどの磁性材料を用いて構成される。磁気コア３１は、図２～４に示したように、基板３４および回転子４０を囲むように構成される。磁気コア３１は、磁気コア３１Ａと、磁気コア３１Ｂとを有している。磁気コア３１Ａおよび磁気コア３１Ｂは、Ｚ方向において、この順に配置される。ここで、Ｚ方向は、図１に示したように、回転軸ＡＺの軸方向であり、モータ５０から電力伝送デバイス２０に向かう方向である。磁気コア３１には、シャフト２４を通すための貫通穴３３が設けられる。
　磁気コア３１Ａは、図３に示したように、回転軸ＡＺの軸方向と交差するＸＹ面内において、円形状におけるＹ方向とその反対方向の両端部を切り取ったような形状を有している。磁気コア３１Ａは、Ｘ方向とその反対方向の両端部のそれぞれにおいて、磁気コア３１Ｂが設けられた方向に突出する凸部３１Ｃを有する。磁気コア３１Ａの２つの凸部３１Ｃのそれぞれは、ＸＹ面内において弧形状を有する。磁気コア３１Ｂは、磁気コア３１Ａと同様の形状を有している。この磁気コア３１Ｂは、磁気コア３１Ａと同様に、Ｘ方向とその反対方向の両端部のそれぞれにおいて、磁気コア３１Ａが設けられた方向に突出する凸部３１Ｃを有する。磁気コア３１Ａおよび磁気コア３１Ｂは、磁気コア３１Ａの２つの凸部３１Ｃと、磁気コア３１Ｂの２つの凸部３１Ｃとがそれぞれ接するように連結される。このようにして、磁気コア３１には、内部に空洞が設けられるとともに、Ｙ方向とその反対方向の両端部のそれぞれに、磁気コア３１の内部の空洞と外部とをつなぐ開口部１２０が設けられる。
　基板３４は、例えばプリント基板（ＰＣＢ：Printed Circuit Board）である。基板３４は、この例では、図４に示したように、磁気コア３１Ａにおける、磁気コア３１Ｂと対向する面に設けられる。基板３４は、図３，５に示したように、リング形状を有する。基板３４には、図５に示したように、巻線３６が設けられる。基板３４は、基板３４におけるＹ方向の反対方向の端部に設けられた配線引出部３４Ａを有している。この配線引出部３４Ａには、巻線３６の両端を外部に引き出す２つのパターン配線が設けられる。図５では、この２つのパターン配線を太線で示している。巻線３６は、この配線引出部３４Ａにおける２つのパターン配線を介して、インバータ１２に接続される。
　巻線３６は、基板３４に設けられたパターン配線を用いて構成され、回転軸ＡＺの周方向に沿って複数回巻かれている。図５では、基板３４における巻線３６が設けられた領域を網掛けで示している。巻線３６は、基板３４の両面のうちの一方の面に設けられてもよいし、双方の面に設けられてもよい。また、基板３４が多層基板である場合には、巻線３６は、基板３４の内部のパターン配線を用いて構成されてもよい。巻線３６は、基板３４の配線引出部３４Ａにおける２つのパターン配線を介して、インバータ１２に接続される。
　図６は、ＸＹ面内における巻線３６の位置を表すものである。この図６では、磁気コア３１Ａおよび基板３４を重ねて描いている。ＸＹ面内において、巻線３６が設けられた領域のうちの、Ｙ方向とその反対方向の両端部（部分Ｗ１）は、磁気コア３１の領域からはみ出している。すなわち、磁気コア３１ＡのＹ方向における幅は狭いので、巻線３６が設けられた領域のうちの一部が、磁気コア３１の領域からはみ出す。
　回転子４０は、回転軸ＡＺを中心として回動するように構成される。回転子４０は、図４に示したように、Ｚ方向において、固定子３０の磁気コア３１Ａおよび磁気コア３１Ｂにより挟まれるように配置されるとともに、シャフト２４に固定される。回転子４０は、図２～５に示したように、基板４１と、巻線４２とを有している。
　基板４１は、例えばプリント基板である。基板４１は、Ｚ方向において、固定子３０の基板３４が設けられた位置と異なる位置に設けられる。基板４１は、図５に示したように、円形状を有する。この例では、基板４１の大きさは、固定子３０の基板３４の大きさとほぼ同じである。基板４１には、図５に示したように、巻線４２が設けられる。
　巻線４２は、基板４１に設けられたパターン配線を用いて構成され、回転軸ＡＺの周方向に沿って複数回巻かれている。図５では、基板４１における巻線４２が設けられた領域を網掛けで示している。巻線４２は、基板４１の両面のうちの一方の面に設けられてもよいし、双方の面に設けられてもよい。また、基板４１が多層基板である場合には、巻線４２は、基板４１の内部のパターン配線を用いて構成されてもよい。図５に示したように、この例では、基板４１における巻線４２が設けられた領域は、固定子３０の基板３４における巻線３６が設けられた領域とほぼ同じである。なお、これに限定されるものではなく、基板４１における巻線４２が設けられた領域は、基板３４における巻線３６が設けられた領域と異なっていてもよい。巻線３６（図６）の場合と同様に、巻線４２が設けられた領域のうちの、Ｙ方向とその反対方向の両端部は、磁気コア３１の領域からはみ出している。巻線４２の両端は、基板４１に設けられた２つのパターン配線、およびシャフト２４に設けられた図示しない配線を介して、整流回路１４に接続される。図５では、この２つのパターン配線を太線で示している。
　シャフト２４は、モータ５０の回転子５２に接続され、モータ５０が生成した駆動力に応じて、回転軸ＡＺを中心に回転するように構成される。シャフト２４は、モータ５０の回転子５２に直接接続されていてもよいし、他の部品を介して間接接続されていてもよい。また、シャフト２４は、モータ５０の回転子５２と一体として形成されていてもよい。また、この例では、シャフト２４は、図１，２に示したように、Ｚ方向において電力伝送デバイス２０を貫くようにしたが、これに限定されるものではなく、電力伝送デバイス２０からＺ方向に突出しないようにしてもよい。
　この構成により、電力伝送デバイス２０は、シャフト２４が回転軸ＡＺを中心に回転することにより、インバータ１２から供給された交流電力を、固定子３０から回転子４０に伝送し、伝送された交流電力を整流回路１４に供給するようになっている。電力伝送デバイス２０は、ロータリトランスとも呼ばれる。
　なお、この例では、電力伝送デバイス２０では、Ｚ方向において、磁気コア３１Ａ、基板３４、基板４１、磁気コア３１Ｂがこの順に並ぶように配置したが、これに限定されるものではない。これに代えて、この電力伝送デバイス２０を、Ｚ方向において反対向きに配置してもよい。この場合には、Ｚ方向において、磁気コア３１Ｂ、基板４１、基板３４、磁気コア３１Ａがこの順に並ぶように配置される。
　送風装置１３（図１）は、電力伝送デバイス２０に向かって空気を送ることにより、電力伝送デバイス２０を冷却するように構成される。送風装置１３は、例えば、電力伝送デバイス２０における、開口部１２０に向かって空気を送る。これにより、電力伝送デバイス２０の内部の空洞をＹ方向に向かって空気が流れる。このようにして、送風装置１３は、空冷により、電力伝送デバイス２０における、例えば磁気コア３１、基板３４の巻線３６、基板４１の巻線４２を冷却することができるようになっている。
　整流回路１４は、回転子４０の巻線４２から供給された交流電力を整流し、整流された電力をモータ５０の回転子５２の巻線５２Ｂ（後述）に供給するように構成される。図示していないが、整流回路１４は、シャフト２４に接続される。すなわち、巻線４２およびモータ５０の回転子５２は、シャフト２４に接続されるので、整流回路１４もまた、シャフト２４に接続される。なお、この例では、整流回路１４により整流された電力を巻線５２Ｂに直接供給したが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、整流回路１４により整流された電力を、キャパシタを含む安定化回路を介して、巻線５２Ｂに供給してもよい。
　制御回路１９は、外部制御装置８からの指示、およびモータ５０から供給された回転速度を示す制御信号に基づいて、インバータ１１，１２の動作を制御するように構成される。具体的には、制御回路１９は、外部制御装置８からの指示、およびモータ５０における回転速度を示す制御信号に基づいて、インバータ１１の動作を制御することにより、モータ５０の回転速度を制御する。また、制御回路１９は、モータ５０から供給された回転速度を示す制御信号に基づいて、インバータ１２の動作を制御することにより、モータ５０の回転子５２が生成する磁界の強さを制御する。具体的には、制御回路１９は、例えば、モータ５０の回転速度が遅い場合には、モータ５０の回転子５２が生成する磁界を強くし、モータ５０の回転速度が速い場合には、モータ５０の回転子５２が生成する磁界を弱くするようになっている。
　モータ５０は、巻線界磁式の同期モータである。モータ５０は、固定子５１と、回転子５２と、センサ５３とを有している。
　固定子５１は、いわゆるステータであり、モータ５０の図示しない筐体に固定される。固定子５１は、磁気コア５１Ａと、巻線５１Ｂとを有している。巻線５１Ｂには、インバータ１１により生成された３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力が供給されるようになっている。
　回転子５２は、いわゆるロータであり、回転軸ＡＺを回転するように構成される。回転子５２は、磁気コア５２Ａと、巻線５２Ｂとを有している。巻線５２Ｂには、整流回路１４により整流された信号が供給されるようになっている。
　センサ５３は、回転子５２の回転速度を検出するように構成される。そして、センサ５３は、回転子５２の回転速度を示す制御信号を制御回路１９に供給するようになっている。
　この構成により、モータ装置１では、インバータ１１が生成した３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力に基づいて、モータ５０の回転速度を制御し、インバータ１２が生成した単相の交流電力に基づいて、モータ５０の回転子５２が生成する磁界を制御する。モータ装置１では、例えば、モータ５０の回転速度が遅い場合には、モータ５０の回転子５２が生成する磁界を強くし、モータ５０の回転速度が速い場合には、モータ５０の回転子５２が生成する磁界を弱くする。これにより、モータ装置１では、幅広い回転速度において、モータ５０の効率を高めることが出来るようになっている。
　ここで、シャフト２４は、本開示の一実施の形態における「シャフト」の一具体例に対応する。基板４１は、本開示の一実施の形態における「回転部材」の一具体例に対応する。巻線４２は、本開示の一実施の形態における「第１の巻線」の一具体例に対応する。巻線３６は、本開示の一実施の形態における「第２の巻線」の一具体例に対応する。磁気コア３１は、本開示の一実施の形態における「磁気コア」の一具体例に対応する。開口部１２０は、本開示の一実施の形態における「第１の開口部」および「第２の開口部」の一具体例に対応する。
　固定子５１は、本開示の一実施の形態における「モータ固定子」の一具体例に対応する。磁気コア５１Ａは、本開示の一実施の形態における「第１のモータ磁気コア」の一具体例に対応する。巻線５１Ｂは、本開示の一実施の形態における「第１のモータ巻線」の一具体例に対応する。回転子５２は、本開示の一実施の形態における「モータ回転子」の一具体例に対応する。磁気コア５２Ａは、本開示の一実施の形態における「第２のモータ磁気コア」の一具体例に対応する。巻線５２Ｂは、本開示の一実施の形態における「第２のモータ巻線」の一具体例に対応する。インバータ１２は、本開示の一実施の形態における「インバータ」の一具体例に対応する。整流回路１４は、本開示の一実施の形態における「整流回路」の一具体例に対応する。送風装置１３は、本開示の一実施の形態における「冷却装置」の一具体例に対応する。
［動作および作用］
　続いて、本実施の形態のモータ装置１の動作および作用について説明する。
（全体動作概要）
　制御回路１９は、外部制御装置８からの指示、およびモータ５０から供給された回転速度を示す制御信号に基づいて、インバータ１１，１２の動作を制御する。インバータ１１は、制御回路１９からの指示に基づいて、直流電源９から供給された直流電力を３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力に変換し、この３相の交流電力を、モータ５０の固定子５１の巻線５１Ｂに供給する。インバータ１２は、制御回路１９からの指示に基づいて、直流電源９から供給された直流電力を単相の交流電力に変換し、この交流電力を、電力伝送デバイス２０の固定子３０の巻線３６に供給する。電力伝送デバイス２０は、非接触伝送により、交流電力を整流回路１４に供給する。整流回路１４は、回転子４０の巻線４２から供給された交流電力を整流し、整流された電力をモータ５０の回転子５２の巻線５２Ｂに供給する。モータ５０は、インバータ１１から供給された３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力に基づいて、機械的エネルギである駆動力を生成する。これにより、シャフト２４が回転軸ＡＺを中心に回転する。モータ５０のセンサ５３は、モータ５０の回転速度を示す制御信号を制御回路１９に供給する。
［動作および作用］
　続いて、本実施の形態の電力伝送デバイス２０の動作および作用について説明する。
　電力伝送デバイス２０の固定子３０の巻線３６には、インバータ１２から交流電力が供給される。回転子４０は、回転軸ＡＺを中心に、例えば図２に示した周方向Ａに回動する。
　図７は、電力伝送デバイス２０における、固定子３０および回転子４０の断面図を表すものである。固定子３０において、巻線３６が設けられた領域を網掛けで示している。また、回転子４０において、巻線４２が設けられた領域を網掛けで示している。
　固定子３０の巻線３６は、インバータ１２から供給された交流電力に基づいて磁界を発生させる。磁気コア３１Ａのうちのシャフト２４に近い部分、および磁気コア３１Ｂのうちのシャフトに近い部分は、互いに磁気的に結合される。これにより、電力伝送デバイス２０では、図７に示したように、磁気コア３１Ａおよび磁気コア３１Ｂを経由する磁路ＭＰが生成される。
　そして、回転子４０の巻線４２は、この磁路ＭＰにおける磁界に基づいて交流電力を生成し、生成した交流電力を整流回路１４に供給する。このようにして、電力伝送デバイス２０は、非接触伝送により、交流電力を整流回路１４に供給することができる。
　このように、電力伝送デバイス２０では、非接触伝送により電力が伝送されるので、例えばスリップリングおよびブラシを用いて接触伝送により電力を伝送する場合に比べて、信頼性を高めることができる。
　整流回路１４は、回転子４０の巻線４２から供給された交流電力を整流し、整流された電力をモータ５０の回転子５２の巻線５２Ｂに供給する。これにより、モータ５０の回転子５２では、磁界が生成される。制御回路１９は、例えば、モータ５０の回転速度が遅い場合には、モータ５０の回転子５２が生成する磁界を強くし、モータ５０の回転速度が速い場合には、モータ５０の回転子５２が生成する磁界を弱くする。これにより、モータ装置１では、幅広い回転速度において、モータ５０の効率を高めることが出来る。
　このように、電力伝送デバイス２０では、シャフト２４に接続され、シャフト２４の周方向に回動可能な回転部材（基板４１）と、回転部材（基板４１）に設けられ、周方向に沿って巻かれた第１の巻線（巻線４２）と、シャフト２４の軸方向において、回転部材（基板４１）が設けられた位置とは異なる位置に設けられ、周方向に沿って巻かれた第２の巻線（巻線３６）と、回転部材（基板４１）および第２の巻線（巻線３６）を囲むように設けられ、軸方向と交差する第１の方向（Ｙ方向）において、シャフトから離れる方向の面に設けられた第１の開口部（Ｙ方向に設けられた開口部１２０）を有する磁気コア３１とを設けるようにした。これにより、電力伝送デバイス２０では、磁気コア３１、基板３４の巻線３６、基板４１の巻線４２を放熱することができる。すなわち、例えば、開口部１２０を設けずに磁気コア３１を構成した場合には、例えば巻線３６，４２の発熱により、磁気コア３１の内部の空洞に熱がたまり、放熱性が悪くなってしまう。一方、電力伝送デバイス２０では、磁気コア３１に開口部１２０を設けるようにしたので、磁気コア３１の内部の空洞に熱がたまりにくい。その結果、電力伝送デバイス２０では、放熱しやすくすることができる。
　また、電力伝送デバイス２０では、開口部１２０を設けるようにしたので、磁気コア３１の内部に設けられた巻線３６とインバータ１２とを結ぶ配線を配置しやすくすることができる。すなわち、例えば、開口部１２０を設けずに磁気コア３１を構成した場合には、磁気コア３１の内部に設けられた巻線３６をインバータ１２に導くのが難しい。一方、電力伝送デバイス２０では、磁気コア３１に開口部１２０を設けるようにしたので、巻線３６は、磁気コア３１の内部から外部へ容易に導かれ、インバータ１２に接続される。よって、電力伝送デバイス２０では、巻線３６とインバータ１２とを結ぶ配線を配置しやすくすることができる。
　また、電力伝送デバイス２０では、磁気コア３１は、第１の方向（Ｙ方向）とは反対の第２の方向において、シャフト２４から離れる方向の面に設けられた第２の開口部（Ｙ方向とは反対の方向に設けられた開口部１２０）を有するようにした。これにより、磁気コア３１では、磁気コア３１の内部の空洞において、空気がＹ方向に流れやすくなる。その結果、電力伝送デバイス２０では、放熱しやすくすることができる。
　特に、モータ装置１では、磁気コア３１の第１の開口部（開口部１２０）に向かって冷却媒体（この例では空気）を供給可能な冷却装置（送風装置１３）を設けるようにした。これにより、モータ装置１では、電力伝送デバイス２０の内部に、例えば温度が低い空気を送りこむことができる。その結果、電力伝送デバイス２０では、磁気コア３１、基板３４の巻線３６、基板４１の巻線４２を冷却することができる。
　また、電力伝送デバイス２０では、回転部材（基板４１）は、プリント基板を含むようにした。第１の巻線（巻線４２）は、プリント基板に設けられたパターン配線であるようにした。これにより、例えば、鉄心を用いて回転子４０を構成する場合に比べて、回転子４０を軽くすることができるので、回転のモーメントを低減することができ、慣性力を低減することができる。
　また、電力伝送デバイス２０では、軸方向と交差する面内における第１の方向（Ｙ方向）において、回転部材（基板４１）の一部は、磁気コア３１の第１の開口部（開口部１２０）からはみ出すようにした。これにより、電力伝送デバイス２０では、磁気コア３１のサイズを小さくすることができる。すなわち、巻線４２は、基板４１に設けられたパターン配線であるので、巻線４２の巻数を多くしようとすると、基板４１の径が大きくなってしまう。よって、例えば、基板４１の一部が、磁気コア３１の開口部１２０からはみ出ないように構成した場合には、磁気コア３１のサイズが大きくなってしまう。この場合には、例えば、電力伝送デバイス２０のサイズが大きくなってしまう。また、磁気コア３１のコストが高くなってしまう。一方、電力伝送デバイス２０では、磁気コア３１の開口部１２０からはみ出るようにしたので、磁気コア３１のサイズを小さくすることができる。これにより、例えば、電力伝送デバイス２０のサイズを小さくすることができ、磁気コア３１のコストを抑えることができる。
　特に、電力伝送デバイス２０では、軸方向と交差する面内における第１の方向（Ｙ方向）において、回転部材（基板４１）に設けられた第１の巻線（巻線４２）の一部は、磁気コア３１の第１の開口部（開口部１２０）からはみ出すようにした。これにより、磁気コア３１のサイズを小さくすることができるので、例えば、電力伝送デバイス２０のサイズを小さくすることができ、磁気コア３１のコストを抑えることができる。
［効果］
　以上のように本実施の形態では、シャフトに接続され、シャフトの周方向に回動可能な回転部材と、回転部材に設けられ、周方向に沿って巻かれた第１の巻線と、シャフトの軸方向において、回転部材が設けられた位置とは異なる位置に設けられ、周方向に沿って巻かれた第２の巻線と、回転部材および第２の巻線を囲むように設けられ、軸方向と交差する第１の方向において、シャフトから離れる方向の面に設けられた第１の開口部を有する磁気コアとを設けるようにした。これにより、放熱しやすくすることができる。
［変形例１］
　上記実施の形態では、図３に示したように、磁気コア３１におけるＹ方向とその反対方向の両端部のそれぞれに開口部１２０を設けたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図８，９に示すように、磁気コア３１におけるＹ方向とその反対方向の両端部の一方のみに開口部１２０を設けてもよい。この例では、磁気コア３１Ａは、図９に示したように、ＸＹ面内において、円形状におけるＹ方向の反対方向の端部を切り取ったような形状を有している。磁気コア３１Ａは、ＸＹ面内における、この切り取られた部分以外の端部において、磁気コア３１Ｂが設けられた方向に突出する凸部３１Ｃを有する。この凸部３１Ｃは、ＸＹ面内において弧形状を有する。磁気コア３１Ｂは、磁気コア３１Ａと同様の形状を有している。この磁気コア３１Ｂは、磁気コア３１Ａと同様に、切り取られた部分以外の端部において、磁気コア３１Ａが設けられた方向に突出する凸部３１Ｃを有する。磁気コア３１Ａおよび磁気コア３１Ｂは、磁気コア３１Ａの凸部３１Ｃと、磁気コア３１Ｂの凸部３１Ｃとが接するように連結される。これにより、磁気コア３１には、Ｙ方向の反対方向の端部のみに、開口部１２０が設けられる。
［変形例２］
　上記実施の形態では、例えば図４に示したように、磁気コア３１Ａにおけるシャフト２４に対向する内側の側面の位置と、基板３４におけるシャフト２４に対向する内側の側面の位置とを揃えたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図１０，図１１に示すように、これらの位置は揃っていなくてもよい。この例では、磁気コア３１Ａは、内側の端部において、磁気コア３１Ｂがもうけられた方向に突出する凸部３１Ｄを有する。この凸部３１Ｄは、ＸＹ面内においてリング形状を有する。そして、このリング形状を有する凸部３１Ｄの外側に、基板３４がはめ込まれている。この構成では、図１２に示すように、この凸部３１Ｄを経由するように磁路ＭＰが生成される。
［変形例３］
　上記実施の形態では、固定子３０の巻線３６を、基板３４に設けられたパターン配線を用いて構成したが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、巻線３６は、導線を用いて構成してもよいし、銅板を用いて構成してもよい。導線を用いる場合には、例えばリッツ線を用いてもよい。導線を用いて巻線３６を構成する場合には、例えば、図１３に示すように、巻線３６はボビン３７に巻き付けられたものであってもよい。上記実施の形態のように、基板３４を用いることにより、基板３４の重心が回転軸ＡＺに一致するように調節しやすくすることができ、偏心を抑えることができる。
［変形例４］
　上記実施の形態では、図５に示したように、巻線３６は基板３４において円形状に巻かれるようにしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば多角形状に巻かれるようにしてもよい。同様に、巻線４２は基板４１において円形状に巻かれるようにしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば多角形状に巻かれるようにしてもよい。
［変形例５］
　上記実施の形態では、固定子３０の基板３４は、円形のリング形状を有するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、図１４に示すように、円形ではない形のリング形状を有していてもよい。この例では、外形が矩形のリング形状を有している。
［変形例６］
　上記実施の形態では、図２，３に示したように、磁気コア３１Ａ，３１Ｂは、ＸＹ面内において、円形状におけるＹ方向とその反対方向の両端部を切り取ったような形状を有するようにしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図１５，１６に示したように、磁気コア３１Ａ，３１Ｂは、ＸＹ面内において、矩形状を有するようにしてもよい。この場合、磁気コア３１Ａの２つの凸部３１Ｃのそれぞれは、ＸＹ面内において矩形状を有する。磁気コア３１Ｂについても同様である。磁気コア３１Ａおよび磁気コア３１Ｂは、磁気コア３１Ａの２つの凸部３１Ｃと、磁気コア３１Ｂの２つの凸部３１Ｃとがそれぞれ接するように連結される。このようにして、磁気コア３１には、内部に空洞が設けられるとともに、Ｙ方向の両側のそれぞれに、磁気コア３１の内部の空洞と外部とをつなぐ開口部１２０が設けられる。
［変形例７］
　上記実施の形態では、送風装置１３を設け、空気を冷却媒体として、空冷により電力伝送デバイス２０を冷却したが、冷却媒体は空気に限定されるものではない。これに代えて、例えば、油を冷却媒体として、油冷により電力伝送デバイス２０を冷却してもよいし、水を冷却媒体として、水冷により電力伝送デバイス２０を冷却してもよい。
［その他の変形例］
　また、これらの変形例のうちの２以上を組み合わせてもよい。
　以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。
　例えば、上記の各実施の形態等において示した、磁気コア３１、基板３４、基板４１の形状は、一例であり、開示した形状に限定されるものではない。
　本明細書中に記載された効果はあくまで例示であり、本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されない。よって、本開示に関して、他の効果が得られてもよい。
　さらに、本開示は、以下の態様を取り得る。
（１）
　シャフトに接続され、前記シャフトの周方向に回動可能な回転部材と、
　前記回転部材に設けられ、前記周方向に沿って巻かれた第１の巻線、
　前記シャフトの軸方向において、前記回転部材が設けられた位置とは異なる位置に設けられ、前記周方向に沿って巻かれた第２の巻線と、
　前記回転部材および前記第２の巻線を囲むように設けられ、前記軸方向と交差する第１の方向において、前記シャフトから離れる方向の面に設けられた第１の開口部を有する磁気コアと
　を備えた電力伝送デバイス。
（２）
　前記磁気コアは、前記第１の方向とは反対の第２の方向において、前記シャフトから離れる方向の面に設けられた第２の開口部を有する
　前記（１）に記載の電力伝送デバイス。
（３）
　前記回転部材は、プリント基板を含み、
　前記第１の巻線は、前記プリント基板に設けられたパターン配線である
　前記（１）または（２）に記載の電力伝送デバイス。
（４）
　前記軸方向と交差する面内における前記第１の方向において、前記回転部材の一部は、前記磁気コアの前記第１の開口部からはみ出している
　前記（１）から（３）のいずれかに記載の電力伝送デバイス。
（５）
　前記軸方向と交差する面内における前記第１の方向において、前記回転部材に設けられた前記第１の巻線の一部は、前記磁気コアの前記第１の開口部からはみ出している
　前記（４）に記載の電力伝送デバイス。
（６）
　第１のモータ磁気コアと第１のモータ巻線とを含むモータ固定子と、第２のモータ磁気コアと第２のモータ巻線とを含むモータ回転子とを有するモータと、
　前記モータ回転子に接続されたシャフトと、
　インバータと、
　前記シャフトに接続され、前記シャフトの周方向に回動可能な回転部材と、
　前記回転部材に設けられ、前記周方向に沿って巻かれた第１の巻線と、
　前記シャフトの軸方向において、前記回転部材が設けられた位置とは異なる位置に設けられ、前記周方向に沿って巻かれ、前記インバータに接続された第２の巻線と、
　前記回転部材および前記第２の巻線を囲むように設けられ、前記軸方向と交差する第１の方向において、前記シャフトから離れる方向の面に設けられた第１の開口部を有する磁気コアと、
　前記第１の巻線および前記第２のモータ巻線を結ぶ経路に設けられた整流回路
　を備えたモータ装置。
（７）
　前記磁気コアの前記第１の開口部に向かって冷却媒体を供給可能な冷却装置をさらに備えた
　前記（６）に記載のモータ装置。
 

Claims (7)

  1. 　シャフトに接続され、前記シャフトの周方向に回動可能な回転部材と、
    　前記回転部材に設けられ、前記周方向に沿って巻かれた第１の巻線と、
    　前記シャフトの軸方向において、前記回転部材が設けられた位置とは異なる位置に設けられ、前記周方向に沿って巻かれた第２の巻線と、
    　前記回転部材および前記第２の巻線を囲むように設けられ、前記軸方向と交差する第１の方向において、前記シャフトから離れる方向の面に設けられた第１の開口部を有する磁気コアと
    　を備えた電力伝送デバイス。
  2. 　前記磁気コアは、前記第１の方向とは反対の第２の方向において、前記シャフトから離れる方向の面に設けられた第２の開口部を有する
    　請求項１に記載の電力伝送デバイス。
  3. 　前記回転部材は、プリント基板を含み、
    　前記第１の巻線は、前記プリント基板に設けられたパターン配線である
    　請求項１に記載の電力伝送デバイス。
  4. 　前記軸方向と交差する面内における前記第１の方向において、前記回転部材の一部は、前記磁気コアの前記第１の開口部からはみ出している
    　請求項１に記載の電力伝送デバイス。
  5. 　前記軸方向と交差する面内における前記第１の方向において、前記回転部材に設けられた前記第１の巻線の一部は、前記磁気コアの前記第１の開口部からはみ出している
    　請求項４に記載の電力伝送デバイス。
  6. 　第１のモータ磁気コアと第１のモータ巻線とを含むモータ固定子と、第２のモータ磁気コアと第２のモータ巻線とを含むモータ回転子とを有するモータと、
    　前記モータ回転子に接続されたシャフトと、
    　インバータと、
    　前記シャフトに接続され、前記シャフトの周方向に回動可能な回転部材と、
    　前記回転部材に設けられ、前記周方向に沿って巻かれた第１の巻線と、
    　前記シャフトの軸方向において、前記回転部材が設けられた位置とは異なる位置に設けられ、前記周方向に沿って巻かれ、前記インバータに接続された第２の巻線と、
    　前記回転部材および前記第２の巻線を囲むように設けられ、前記軸方向と交差する第１の方向において、前記シャフトから離れる方向の面に設けられた第１の開口部を有する磁気コアと、
    　前記第１の巻線および前記第２のモータ巻線を結ぶ経路に設けられた整流回路と
    　を備えたモータ装置。
  7. 　前記磁気コアの前記第１の開口部に向かって冷却媒体を供給可能な冷却装置をさらに備えた
    　請求項６に記載のモータ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS55102362U (ja) * 1979-01-10 1980-07-17
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