JP2014050254A - 励磁式回転電機 - Google Patents
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Abstract
【課題】励磁コイルにおける鎖交磁束の変動を抑制すること。
【解決手段】軸方向に隙間を置いて軸方向に対向配置された第1及び第2ロータコアを有するロータと、第1ロータコアに周方向で等間隔に配置された複数の第1磁極と、第2ロータコアに周方向で等間隔に且つ第1磁極とは逆相に配置された複数の第2磁極と、ステータと、第1及び第2磁極を励磁する励磁コイルとを備え、ステータティースに径方向に対向する第1磁極の部分の対向角度に関して、複数の第1磁極のそれぞれの対向角度の第1合計値と、ステータティースに径方向に対向する第2磁極の部分の対向角度に関して、複数の第2磁極のそれぞれの対向角度の第2合計値とを、足し合わせた第3合計値は、ロータの回転位相により変化しない。
【選択図】図7
【解決手段】軸方向に隙間を置いて軸方向に対向配置された第1及び第2ロータコアを有するロータと、第1ロータコアに周方向で等間隔に配置された複数の第1磁極と、第2ロータコアに周方向で等間隔に且つ第1磁極とは逆相に配置された複数の第2磁極と、ステータと、第1及び第2磁極を励磁する励磁コイルとを備え、ステータティースに径方向に対向する第1磁極の部分の対向角度に関して、複数の第1磁極のそれぞれの対向角度の第1合計値と、ステータティースに径方向に対向する第2磁極の部分の対向角度に関して、複数の第2磁極のそれぞれの対向角度の第2合計値とを、足し合わせた第3合計値は、ロータの回転位相により変化しない。
【選択図】図7
Description
本発明は、磁極と、磁極を励磁する励磁コイルとを備える励磁式回転電機に関する。
従来から、この種の励磁式回転電機の一種として、ハイブリッド励磁式回転電機が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、この種の励磁式回転電機においては、動作時に、励磁コイルに対するステータ側のコイルとの相互インダクタンスの影響により励磁コイルにおける鎖交磁束に変動が生じる。この鎖交磁束の変動が生じると、それに応じた誘起電圧が励磁コイルに生じるので、かかる誘起電圧による励磁コイルでの電圧上昇分に対応するために電源電圧(容量)を増加する必要が生じ、コストアップの要因となる。
そこで、本発明は、励磁コイルにおける鎖交磁束の変動を抑制することができる励磁式回転電機の提供を目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、軸方向に隙間を置いて軸方向に対向配置された第1及び第2ロータコアを有するロータと、
前記第1ロータコアに周方向で等間隔に配置された複数の第1磁極と、
前記第2ロータコアに周方向で等間隔に且つ前記第1磁極とは逆相に配置された複数の第2磁極と、
前記ロータの外径側にエアギャップを介して径方向に対向配置され、周方向にステータティースとステータスロットが交互に形成され、前記ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータと、
前記第1及び第2磁極を励磁する励磁コイルとを備え、
前記ステータティースに径方向に対向する前記第1磁極の部分の対向角度に関して、前記複数の第1磁極のそれぞれの前記対向角度の第1合計値と、前記ステータティースに径方向に対向する前記第2磁極の部分の対向角度に関して、前記複数の第2磁極のそれぞれの前記対向角度の第2合計値とを、足し合わせた第3合計値は、前記ロータの回転位相により変化しないことを特徴とする、励磁式回転電機が提供される。
前記第1ロータコアに周方向で等間隔に配置された複数の第1磁極と、
前記第2ロータコアに周方向で等間隔に且つ前記第1磁極とは逆相に配置された複数の第2磁極と、
前記ロータの外径側にエアギャップを介して径方向に対向配置され、周方向にステータティースとステータスロットが交互に形成され、前記ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータと、
前記第1及び第2磁極を励磁する励磁コイルとを備え、
前記ステータティースに径方向に対向する前記第1磁極の部分の対向角度に関して、前記複数の第1磁極のそれぞれの前記対向角度の第1合計値と、前記ステータティースに径方向に対向する前記第2磁極の部分の対向角度に関して、前記複数の第2磁極のそれぞれの前記対向角度の第2合計値とを、足し合わせた第3合計値は、前記ロータの回転位相により変化しないことを特徴とする、励磁式回転電機が提供される。
本発明によれば、励磁コイルにおける鎖交磁束の変動を抑制することができる励磁式回転電機が得られる。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
図1は、一実施例によるハイブリッド励磁式回転電機10の構造を示す斜視図を示す。尚、図1には、一部がカットされたハイブリッド励磁式回転電機10が示されている。図2は、ハイブリッド励磁式回転電機10を軸中心線を含む平面で切断した際の一部断面図を示す。図3は、ハイブリッド励磁式回転電機10を、図2に示すIII−IIIで切断した際の断面図を示す。図4は、ハイブリッド励磁式回転電機10を、図2に示すIV−IVで切断した際の断面図を示す。
ハイブリッド励磁式回転電機10は、例えばハイブリッド車両や電気自動車で使用される車両駆動用のモータであってよい。但し、ハイブリッド励磁式回転電機10は、他の任意の用途に使用されるものであってもよい。
ハイブリッド励磁式回転電機10は、軸回りに回転可能なロータ12と、ロータ12を回転させる回転磁界を発生させるステータ14と、を備えている。ロータ12は、軸方向両端において軸受16,18を介してケース20に回転可能に支持されている。ステータ14は、ロータ12の外径側に配置されており、ケース20に固定されている。ロータ12とステータ14とは、互いに径方向に所定のエアギャップ22を介して対向している。
ステータ14は、ステータコア24と、ステータコイル28と、を有している。ステータコア24は、中空円筒状に形成されている。ステータコア24には、内周面にステータティース26が形成されている。ステータティース26は、ステータコア24の径方向内方すなわち軸中心に向けて突出している。ステータティース26は、ステータコア24の内周面において周方向に複数(例えば、18個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。隣り合うステータティース26間には、ステータスロット27が形成される。即ち、ステータコア24には、周方向にステータティース26とステータスロット27が交互に形成される。各ステータティース26にはそれぞれ、ステータコイル28が巻き付けられている。ステータコイル28は、ステータコア24の内周面において周方向に複数(例えば、18個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。各ステータコイル28は、ハイブリッド励磁式回転電機10が例えば三相交流モータに適用される場合は、U相コイル、V相コイル、及びW相コイルの何れかを構成する。
ステータコア24は、軸方向に分割されており、第1ステータコア30と、第2ステータコア32と、第3ステータコア34と、を有している。第1〜第3ステータコア30〜34は、それぞれ中空円筒状に形成されており、軸方向に並んでいる。第1〜第3ステータコア30〜34は、互いに略同じ内径を有している。第1及び第3ステータコア30,34は、軸方向両端に配置されている。第2ステータコア32は、軸方向中央に配置されている。第2ステータコア32は、第1ステータコア30と第3ステータコア34とに軸方向で挟まれており、それら第1及び第3ステータコア30,34の軸方向中央寄りの端面に接着固定される。
第1及び第3ステータコア30,34はそれぞれ、絶縁コーティングされた複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成されている。また、第2ステータコア32は、軟磁性材料具体的には絶縁コーティングされた軟磁性体粉末を圧縮成型した材料で形成されている。第2ステータコア32の軸方向における磁気抵抗は、第1及び第3ステータコア30,34の軸方向における磁気抵抗よりも小さい。
ステータコア24の外径側には、第1〜第3ステータコア30〜34を支持する円筒状のヨーク36が設けられている。ヨーク36は、第2ステータコア32と同様に、圧縮された軟磁性粉末により形成されている。ヨーク36の軸方向における磁気抵抗は、第1及び第3ステータコア30,34の軸方向における磁気抵抗よりも小さい。ヨーク36は、第2ステータコア32と一体であってもよい。ヨーク36は、第1ステータコア30及び第3ステータコア34の外周面に接着固定される。第1ステータコア30と第3ステータコア34とは、ヨーク36により互いに磁気的に結合される。ステータティース26は、第1〜第3ステータコア30〜34それぞれに設けられており、第1〜第3ステータコア30〜34それぞれのステータティース26は、軸方向に並ぶように設けられている。また、各ステータコイル28は、第1〜第3ステータコア30〜34を軸方向に貫くように形成されている。
また、ステータコア24は、ステータ14をケース20に取り付け固定するための外径側に突出する取付部38を有している。取付部38は、軸方向に積層する複数の電磁鋼板により形成されている。取付部38は、周方向に複数(例えば3個)設けられている。取付部38には、軸方向に貫通する貫通穴40が設けられている。ステータ14は、取付部38の貫通穴40を貫通するボルト42がケース20に締結されることによりケース20に固定される。
ロータ12は、ステータ14の内径側に配置されている。ロータ12は、ロータシャフト(以下、単に「シャフト」という)50と、ロータコア52とを有している。シャフト50は、軸方向に延びており、軸方向両端側でステータ14の軸方向端部から延出している。尚、シャフト50は、少なくとも軸方向一方端でステータ14の軸方向端部から延出していればよい。シャフト50は、所定の鉄損を有する材料により形成され、例えばS45Cなどの炭素鋼で形成されてもよい。
ロータコア52は、軸方向に分割されており、第1ロータコア56と、第2ロータコア58と、を有している。第1及び第2ロータコア56,58はそれぞれ、中空円筒状に形成されており、シャフト50の外径側に配置されてシャフト50に支持されている。第1及び第2ロータコア56,58はそれぞれ、軸方向に積層する複数の電磁鋼板により形成されている。第1ロータコア56と第2ロータコア58とは、互いに軸方向に環状の隙間60を空けて離間している。
第1ロータコア56の外周面は、第1ステータコア30の内周面と径方向で対向している。すなわち、第1ロータコア56の外周面と第1ステータコア30の内周面とは互いに径方向で対向している。また、第2ロータコア58の外周面は、第3ステータコア34の内周面と径方向で対向している。すなわち、第2ロータコア58の外周面と第3ステータコア34の内周面とは互いに径方向で対向している。隙間60は、第2ステータコア32の内周面に面しており、第2ステータコア32の内径側に設けられている。
第1ロータコア56の外周部には、ロータティース62が形成されている。ロータティース62は、第1ロータコア56の径方向外方に向けて突出している。ロータティース62は、第1ロータコア56の外周面において周方向に複数(例えば、6個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。
周方向において互いに隣接するロータティース62の間にはそれぞれ、永久磁石64がロータティース62と隣り合うように取り付けられている。永久磁石64は、第1ロータコア56の外径側に配置されている。永久磁石64は、例えばフェライト磁石である。永久磁石64は、周方向に複数(例えば、6個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。各永久磁石64は、周方向に所定の幅(角度)を有し、かつ、径方向に所定の厚さを有している。各永久磁石64は、所定の極性(例えば、外径側をN極且つ内径側をS極)に着磁されている。
永久磁石64の外径側端面とロータティース62の外径側端面とは、軸中心から略同じ距離に形成されている(但し、永久磁石64の外径側端面の方が径方向内側に位置する)。第1ロータコア56は、永久磁石64で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石64で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有している。この永久磁石非励磁磁極は、ロータティース62に形成される。これらの永久磁石励磁磁極と永久磁石非励磁磁極とは、周方向に交互に配置されている。第1ロータコア56は、所定角度ごとに極性の異なる磁極を有しており、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極により周方向に所定数(例えば12個)の極数を有している。
また、第2ロータコア58の外周部には、ロータティース66が形成されている。ロータティース66は、第2ロータコア58の径方向外方に向けて突出している。ロータティース66は、第2ロータコア58の外周面において周方向に複数(例えば、6個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。
周方向において互いに隣接するロータティース66の間にはそれぞれ、永久磁石68がロータティース66と隣り合うように取り付けられている。永久磁石64は、第2ロータコア58の外径側に配置されている。永久磁石68は、例えばフェライト磁石である。永久磁石68は、周方向に複数(例えば、6個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。各永久磁石68は、周方向に所定の幅(角度)を有し、かつ、径方向に所定の厚さを有している。各永久磁石68は、上記の永久磁石64の極性とは異なる所定の極性(例えば、外径側をS極且つ内径側をN極)に着磁されている。すなわち、永久磁石68と永久磁石64とは、互いに反転した極性を有している。
永久磁石68の外径側端面とロータティース66の外径側端面とは、軸中心から略同じ距離に形成されている(但し、永久磁石68の外径側端面の方が径方向内側に位置する)。第2ロータコア58は、永久磁石68で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石68で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有している。この永久磁石非励磁磁極は、ロータティース66に形成される。これらの永久磁石励磁磁極と永久磁石非励磁磁極とは、周方向に交互に配置されている。第2ロータコア58は、所定角度ごとに極性の異なる磁極を有しており、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極により周方向に第1ロータコア56の極数と同じ所定数(例えば12個)の極数を有している。
第2ロータコア58は、図3に示すように、切欠き部67を備える。切欠き部67は、周方向でロータティース66の両側に設けられる。即ち、周方向で各切欠き部67間であって、ロータティース66が画成される。切欠き部67は、第2ロータコア58の外周縁から径方向内側に凹む態様で形成される。切欠き部67は、隣接する永久磁石非励磁磁極と永久磁石励磁磁極との間での磁束の短絡を防止する機能を備える。尚、図示は省略するが、第1ロータコア56においても、同様の切欠き部が周方向でロータティース62の両側に設けられる。
尚、永久磁石68の保持構造について、図3に示すように、第2ロータコア58は、円周方向における複数個所に穴58aが形成され、これらの穴58aに永久磁石68が収容・保持される。穴58aに関連する構成として、第2ロータコア58は、穴58aの径方向外側の外周部を画成する穴外周部90と、穴外周部90の周方向両端から斜めに径方向内側へと延在する穴テーパ部92と、穴58aの周方向の両側部を画成する穴側方部94とを備える。尚、永久磁石64の保持構造についても同様であってよい。
第1ロータコア56の永久磁石励磁磁極と、第2ロータコア58の永久磁石非励磁磁極とは、軸方向で上記の隙間60を介して互いに対向配置されている。すなわち、第1ロータコア56の永久磁石64と第2ロータコア58のロータティース66とは、軸方向で上記の隙間60を介して互いに対向配置されている。また、第1ロータコア56の永久磁石非励磁磁極と、第2ロータコア58の永久磁石励磁磁極とは、軸方向で上記の隙間60を介して互いに対向配置されている。すなわち、第1ロータコア56のロータティース62と第2ロータコア58の永久磁石68とは、軸方向で上記の隙間60を介して互いに対向配置されている。
上記の隙間60には、ロータティース62,66の永久磁石非励磁磁極を励磁する励磁コイル70が配置されている。隙間60は、その略全域が励磁コイル70で埋められている。励磁コイル70は、シャフト50の回りに環状に形成されている。励磁コイル70は、シャフト50の外径側に配置されていると共に、第2ステータコア32の内径側に配置されている。励磁コイル70は、ステータ14(具体的には、そのステータコア24)に取り付け固定されている。励磁コイル70には、直流電流が供給される。励磁コイル70に直流電流が供給されると、その励磁コイル70の内径側(軸中心側)を軸方向に貫く磁束が発生する。この磁束量は、励磁コイル70に供給された直流電流に応じた大きさである。
シャフト50は、中空形状に形成されている。シャフト50の中空内部には励磁コア80が設けられる。励磁コア80は、シャフト50の内径側に配置され、シャフト50に支持されてよい。励磁コア80は、ロータコア52の第1ロータコア56及び第2ロータコア58並びに励磁コイル70の内径側に配置されている。励磁コア80は、軟磁性材料具体的には絶縁コーティングされた軟磁性体粉末を圧縮成型した材料で形成されている。励磁コア80は、鉄損がシャフト50の鉄損に比べて小さい材料で形成されている。
上記のハイブリッド励磁式回転電機10の構造において、環状の励磁コイル70に直流電流が供給されると、その励磁コイル70の内径側(軸中心側)を軸方向に貫く磁束が発生する。この励磁コイル70を用いた電磁石による磁束は、エアギャップ22→ステータコア24→エアギャップ22→第1又は第2ロータコア56,58の永久磁石非励磁磁極→励磁コア80→第1又は第2ロータコア56,58の永久磁石非励磁磁極からなる経路で流通する。かかる磁束が発生すると、第1及び第2ロータコア56,58の永久磁石非励磁磁極が励磁される。この電磁石による磁束は、永久磁石64,68による磁束を弱め或いは強める。また、この電磁石による磁束量は、励磁コイル70に流す直流電流の大きさに応じて調整される。
従って、図示の例によれば、永久磁石64,68による磁束と励磁コイル70を用いた電磁石による磁束との合成磁束によりロータ12をステータ14回りに回転させるトルクを調整することができ、ロータ12を適切に回転させることができる。
また、図示の例のハイブリッド励磁式回転電機10の構造においては、励磁コイル70の励磁により生じる磁束は、シャフト50の内径側に配置された励磁コア80を流れる。この構造では、シャフト50の内径側に励磁コア80が設けられていない構造と異なり、励磁コイル70の励磁により励磁コイル70の内径側で軸方向に流れる磁束がシャフト50自体を流通することは抑制される。ここで、励磁コア80は、鉄損がシャフト50の鉄損に比べて小さい材料で形成されている場合、励磁コア80の鉄損は、シャフト50の鉄損に比べて小さくなる。このため、この場合、その磁束が励磁コイル70による磁束発生時に生じる鉄損を抑制することができ、ロータ12を回転させるトルクを効率的に高めることができる。この結果、ロータ12を回転させる際のトルクアップを図ることができ、大きなトルクを発生させるうえで装置自体の大型化を抑制することができる。
次に、第1又は第2ロータコア56,58の永久磁石非励磁磁極(ロータティース62,66)とステータティース26との関係について説明する。
図5は、以下の説明で使用する各種用語の定義を説明するための図であり、図3の断面図からステータコイル28等を適宜除去した図に相当する。また、定義の説明の都合上、ステータティース26やロータティース66の形状については、複数種類を混在して図示している。尚、ここでは、第2ロータコア58側で説明するが、第1ロータコア56側についても同様である。
突極角αは、ロータ12の外周側における永久磁石非励磁磁極の周方向の幅(ロータ突極幅)を表す角度である。突極角αは、ロータ12の回転中心Oを中心として、ロータ12の外周側におけるロータティース66の周方向の両端点により規定される。即ち、ロータ12の外周側における周方向のロータティース66の両端点と回転中心Oとを結んだ2つの直線のなす角度である。ロータ12の外周側における周方向のロータティース66の両端点は、典型的には、ロータ12の外周面上の点である。尚、図5の右側のロータティース66のように、周方向の両側に切欠き部67を有する場合には、切欠き部67は磁極として機能しないため、ロータティース66の両端点が基準となる。尚、典型的には、各ロータティース66は、同一の突極角αを有する。
角度β(以下、「ステータティース角β」という)は、ステータ14の内周側におけるステータティース26の周方向の幅(ステータティース幅)に対応する角度である。同様に、ステータティース角βは、ロータ12の回転中心Oを中心として、ステータ14の内周側におけるステータティース26の周方向の両端点により規定される。即ち、ステータ14の内周側におけるステータティース26の周方向の両端点と回転中心Oとを結んだ2つの直線のなす角度である。ステータ14の内周側におけるステータティース26の周方向の両端点は、典型的には、ステータ14の内周面上の点である。尚、図5の下側のステータティース26aのように、ステータティース26aが径方向内側で幅が広くなる場合(即ち周方向両側に周方向の突起が形成される場合)には、幅が拡大された部位の両端点(ステータ14の内周側における周方向の突起の端部)が基準となる。
角度γ(以下、「ステータスロット角γ」という)は、ステータ14の内周側におけるステータスロット27の周方向の幅(ステータオープンスロット幅)に対応する角度である。同様に、ステータスロット角γは、ロータ12の回転中心Oを中心として、ステータ14の内周側におけるステータスロット27の周方向の両端点により規定される。即ち、ステータ14の内周側におけるステータスロット27の周方向の両端点と回転中心Oとを結んだ2つの直線のなす角度である。ステータ14の内周側におけるステータスロット27の周方向の両端点は、典型的には、ステータ14の内周面上の点である。尚、図5の下側のステータスロット27aのように、ステータスロット27aの開口が径方向内側で幅が狭くなる場合には、幅が狭くなった開口の両端点が基準となる。
尚、ステータティース角β及びステータスロット角γは、複数のステータティース26及びステータスロット27の全ての分を足すと、360度となる。即ち、γ=360/s−βである(但し、sは、ステータスロット27の個数であり、図示の例では18)。尚、図5では、説明の都合上、ステータティース26及びステータティース26aに対して、異なるステータティース角βが示されているが、典型的には、各ステータティース26は、同一のステータティース角βを有する。これは、ステータスロット27についても同様である。
永久磁石非励磁磁極の対向角度とは、ステータティース26に径方向に対向する永久磁石非励磁磁極の部分の角度であり、ロータ12の外周側における当該部分の周方向の幅を表す角度である。例えば、図5に示す状態では、各ロータティース66は、対応する1つのステータスロット27に対して完全に対向しているので、図5に示す状態では、ロータティース66の対向角度は、ステータスロット27の1つ分のステータスロット角γを差し引いて、(α−γ)となる。
ここで、図6を参照して、対向角度の技術的な意義について説明する。図6は、対向角度と、対向角度の変化により生じる励磁コイル70の電圧V(以下、「励磁コイル電圧V」とも称する)との関係の説明図であり、励磁コイル70に関する磁気回路を模式的に示す。
励磁コイル電圧Vは、励磁コイル70の有効巻数をNとすると、以下の通りである。
V=N×dφ/dt (式1)
即ち励磁コイル電圧Vは、励磁コイル70に鎖交する磁束φの時間変化に比例する。磁束φは、以下のように表せる。
φ=P×U (式2)
この式において、Pはパーミアンスであり、Uは起磁力である。尚、起磁力Uは、励磁コイル70とステータコイル28との相互インダクタンスの影響により生じる。パーミアンスPは、磁路面積Sと透磁率μとギャップ長lgを用いて、以下のように表される。
P=S×μ/lg
磁路面積Sは、対向角度とコア積層厚さ(第1又は第2ロータコア56,58の厚さ)の積であるので、上記式(2)から、φは、対向角度で表され、従って、上記式(1)から、以下の関係が成り立つ。
V∝d(対向角度)/dt
即ち、励磁コイル電圧Vは、対向角度の時間変化に比例することになる。
V=N×dφ/dt (式1)
即ち励磁コイル電圧Vは、励磁コイル70に鎖交する磁束φの時間変化に比例する。磁束φは、以下のように表せる。
φ=P×U (式2)
この式において、Pはパーミアンスであり、Uは起磁力である。尚、起磁力Uは、励磁コイル70とステータコイル28との相互インダクタンスの影響により生じる。パーミアンスPは、磁路面積Sと透磁率μとギャップ長lgを用いて、以下のように表される。
P=S×μ/lg
磁路面積Sは、対向角度とコア積層厚さ(第1又は第2ロータコア56,58の厚さ)の積であるので、上記式(2)から、φは、対向角度で表され、従って、上記式(1)から、以下の関係が成り立つ。
V∝d(対向角度)/dt
即ち、励磁コイル電圧Vは、対向角度の時間変化に比例することになる。
図7は、第1又は第2ロータコア56,58の永久磁石非励磁磁極(ロータティース62,66)とステータティース26との関係の好ましい一例を概略的に示す図である。
図7に示す例では、突極角αは、ステータティース角βとステータスロット角γの和に対応するように設定される。即ち、突極角α、ステータティース角β及びステータスロット角γは、α=β+γなる関係を有する。
図8は、図7に示す関係により得られる対向角度の変動態様を示す図である。図8では、横軸にロータ12の回転位相(ロータ位相)を取り、縦軸に対向角度(機械角)を取り、ロータ位相に応じた対向角度の変動態様が示されている。図8において、(A)は、ロータ位相の変化に応じた第2ロータコア58側の対向角度の変動態様を示す。(B)は、同ロータ位相の変化に応じた第1ロータコア56側の対向角度の変動態様を示し、(C)は、同ロータ位相の変化に応じたこれら2つの対向角度の合算値の変動態様を示す。また、図8において、縦軸に示される対向角度は、ロータ12の全周分の合計値、即ちロータ12の全周分の複数の永久磁石非励磁磁極に係る対向角度の合計値である。また、図8では、ロータ位相は120度(電気角)の範囲しか示されていないが、他の範囲(残りの240度の範囲)は周期性から同様となる。これらは、以下の図10や図12においても同様である。
図7に示す例によれば、図8(A)に示すように、第2ロータコア58の対向角度は、ロータ位相により変化しない。即ち、第2ロータコア58の対向角度は、ロータ位相が変化しても一定に保たれる。同様に、図8(B)に示すように、第1ロータコア56の対向角度は、ロータ位相により変化しない。即ち、第1ロータコア56の対向角度は、ロータ位相が変化しても一定に保たれる。従って、図8(C)に示すように、第1及び第2ロータコア56,58の両側における双方の対向角度の合算値の変動態様は、ロータ位相により変化しない。
このように図7に示す例によれば、α=β+γなる関係となる構成を備えることで、第1及び第2ロータコア56,58の両側における双方の対向角度の合算値が、ロータ位相により変化しないようにすることができる。ここで、図6を参照して上述したように、励磁コイル電圧Vは、対向角度の時間変化に比例する。従って、図7に示す例によれば、対向角度の時間変化が生じないので、励磁コイル電圧Vが実質的に生じない。このようにして、図7に示す例によれば、励磁コイル70における鎖交磁束の変動を抑制し、鎖交磁束の変動に起因した励磁コイル電圧Vの発生を防止することができる。
図9は、第1又は第2ロータコア56,58の永久磁石非励磁磁極(ロータティース62,66)とステータティース26との関係の好ましい他の一例を概略的に示す図である。
図9に示す例では、突極角αは、ハイブリッド励磁式回転電機10の極数をPnとしたとき、360/Pnに対応するように設定される。尚、図1乃至図4に示した例では、ハイブリッド励磁式回転電機10の極数Pnは、12であるので、突極角αは、30度となる。尚、図1乃至図4に示した例では、整数スロットで集中巻タイプである。従って、ステータスロット27の個数sは、s=Pn/2×3なる関係を有する。
図10は、図9に示す関係により得られる対向角度の変動態様を示す図である。
図9に示す例によれば、図10(A)に示すように、第2ロータコア58の対向角度は、ロータ位相により変化し、同様に、図10(B)に示すように、第1ロータコア56の対向角度は、ロータ位相により変化する。しかしながら。従って、図10(C)に示すように、第1及び第2ロータコア56,58の両側における2つの対向角度の合算値の変動態様は、ロータ位相により変化しない。より具体的には、第2ロータコア58側の対向角度における図10(A)にてX1部で示す変化部分は、第1ロータコア56側の対向角度における図10(B)にてX2部で示す変化部分により相殺される(図10(C)のX3部参照)。
このように図9に示す例によれば、α=360/Pnなる関係となる構成を備えることで、第1及び第2ロータコア56,58の両側における2つの対向角度の合算値が、ロータ位相により変化しないようにすることができる。従って、対向角度の時間変化が生じないので、励磁コイル電圧Vが実質的に生じない。このようにして、図9に示す例によれば、励磁コイル70における鎖交磁束の変動を抑制し、鎖交磁束の変動に起因した励磁コイル電圧Vの発生を防止することができる。
図11は、比較例による関係を概略的に示す図である。図12は、図11に示す関係により得られる対向角度の変動態様を示す図である。比較例は、α≠β+γ、且つ、α≠360/Pnとなる任意の構成である。図示の例では、β+γ<α<360/Pnである。比較例では、図12(A)に示すように、第2ロータコアの対向角度は、ロータ位相により変化し、同様に、図12(B)に示すように、第1ロータコアの対向角度は、ロータ位相により変化し、図12(C)に示すように、第1及び第2ロータコアの両側における2つの対向角度の合算値の変動態様も、ロータ位相により変化する。従って、比較例では、鎖交磁束の変動に起因した励磁コイル電圧Vが発生し、それに伴い、励磁コイルに励磁電流を印加するための電源の容量を増加させる必要が生じる。これに対して、上述した図7及び図9に示す例によれば、励磁コイル70における鎖交磁束の変動を抑制することができるので、励磁コイルに励磁電流を印加するための電源の容量を増加する必要性を抑制することができる。
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
特に、図1乃至図4は、比較的詳細にハイブリッド励磁式回転電機10の構成を図示しているが、詳細部は任意である。例えば、図1乃至図4に示した例では、励磁コア80は、軟磁性材料(具体的には圧縮された軟磁性粉末)により形成されているが、他の任意の磁性材料で形成されてもよい。例えば、励磁コア80は、シャフト50と同一の材料でシャフト50と一体的に形成されてもよい。また、特開2003‐164127号公報、特開2008‐187826号公報、特開平6‐351206号公報、特開平8‐251891号公報等に開示されるような構成において、上述した第1又は第2ロータコア56,58の永久磁石非励磁磁極(ロータティース62,66)とステータティース26との関係を適用することも可能である。
また、図1乃至図4に示した例では、第1ロータコア56は、永久磁石64で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石64で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有し、第2ロータコア58は、永久磁石68で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石68で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有しているが、永久磁石64で励磁された永久磁石励磁磁極及び永久磁石68で励磁された永久磁石励磁磁極は省略されてもよい。即ち、永久磁石64及び永久磁石68(並びにこれらを保持するための部位)を備えていない構成(ハイブリッド型でない構成)であってもよい。この場合、永久磁石64及び永久磁石68を保持するための構造部分(例えば、穴外周部90、穴テーパ部92及び穴側方部94等)が省略され、永久磁石64及び永久磁石68が存在していた領域(空間)はエアギャップを形成してもよい。この場合も、励磁コイル70を用いた電磁石による磁束によりロータ12をステータ14回りに回転させるトルクを調整することができ、ロータ12を適切に回転させることができる。
また、図1乃至図4に示した例では、ステータコイル28は、各隣り合うステータスロット間で巻回される集中巻であったが、分布巻ないし重ね巻のような、他の巻き方が採用されてもよい。また、図1乃至図4に示した例では、ステータスロット27の数sが極数の1/2(対極数)の相数(図示の例では3相)倍に対応する整数スロットであるが、例えば分数スロットであってもよい。また、図1乃至図4に示した例では、ステータコイル28は3相であったが、3相以外であってもよい。これらの場合も、上述した合計値がロータの回転位相により変化しないように、永久磁石非励磁磁極(ロータティース62,66)とステータティース26との関係を設定すれば、励磁コイル70における鎖交磁束の変動を抑制することができる。
10 ハイブリッド励磁式回転電機
12 ロータ
14 ステータ
16、18 軸受
22 エアギャップ
24 ステータコア
26 ステータティース
27 ステータスロット
28 ステータコイル
30 第1ステータコア
32 第2ステータコア
34 第3ステータコア
50 シャフト
52 ロータコア
56 第1ロータコア
58 第2ロータコア
60 隙間
62,66 ロータティース
64,68 永久磁石
70 励磁コイル
80 励磁コア
12 ロータ
14 ステータ
16、18 軸受
22 エアギャップ
24 ステータコア
26 ステータティース
27 ステータスロット
28 ステータコイル
30 第1ステータコア
32 第2ステータコア
34 第3ステータコア
50 シャフト
52 ロータコア
56 第1ロータコア
58 第2ロータコア
60 隙間
62,66 ロータティース
64,68 永久磁石
70 励磁コイル
80 励磁コア
Claims (5)
- 軸方向に隙間を置いて軸方向に対向配置された第1及び第2ロータコアを有するロータと、
前記第1ロータコアに周方向で等間隔に配置された複数の第1磁極と、
前記第2ロータコアに周方向で等間隔に且つ前記第1磁極とは逆相に配置された複数の第2磁極と、
前記ロータの外径側にエアギャップを介して径方向に対向配置され、周方向にステータティースとステータスロットが交互に形成され、前記ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータと、
前記第1及び第2磁極を励磁する励磁コイルとを備え、
前記ステータティースに径方向に対向する前記第1磁極の部分の対向角度に関して、前記複数の第1磁極のそれぞれの前記対向角度の第1合計値と、前記ステータティースに径方向に対向する前記第2磁極の部分の対向角度に関して、前記複数の第2磁極のそれぞれの前記対向角度の第2合計値とを、足し合わせた第3合計値は、前記ロータの回転位相により変化しないことを特徴とする、励磁式回転電機。 - 前記第1及び第2磁極のそれぞれの両側に、径方向内側に凹む切欠き部を有する、請求項1に記載の励磁式回転電機。
- 前記ステータは、整数スロットで集中巻タイプであり、
前記第1及び第2磁極のそれぞれに係る突極角をαとし、前記ステータの内周側における前記ステータティースのそれぞれが延在する角度範囲をβとし、前記ステータの内周側における前記ステータスロットのそれぞれが延在する角度範囲をγとしたとき、α=β+γの関係が成り立つ、請求項1又は2に記載の励磁式回転電機。 - 前記ステータは、整数スロットで集中巻タイプであり、
前記第1及び第2磁極のそれぞれに係る突極角をαとし、前記ロータの極数をPnとしたとき、α=360/Pnの関係が成り立つ、請求項1又は2に記載の励磁式回転電機。 - 前記第1ロータコアに周方向に前記第1磁極と交互に配置され、永久磁石で励磁された第1励磁磁極と、
前記第2ロータコアに周方向に前記第2磁極と交互に配置され、永久磁石で励磁された第2励磁磁極とを更に備える、請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の励磁式回転電機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012192213A JP2014050254A (ja) | 2012-08-31 | 2012-08-31 | 励磁式回転電機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012192213A JP2014050254A (ja) | 2012-08-31 | 2012-08-31 | 励磁式回転電機 |
Publications (1)
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JP2014050254A true JP2014050254A (ja) | 2014-03-17 |
Family
ID=50609401
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2012192213A Pending JP2014050254A (ja) | 2012-08-31 | 2012-08-31 | 励磁式回転電機 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2014050254A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103887910A (zh) * | 2014-04-10 | 2014-06-25 | 山东理工大学 | 电磁与永磁复合励磁电动汽车驱动电机 |
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WO2019037469A1 (zh) * | 2017-08-23 | 2019-02-28 | 合肥龙图腾信息技术有限公司 | 一种基于电磁推进***的磁控车轮 |
CN117081282A (zh) * | 2023-10-16 | 2023-11-17 | 四川大学 | 一种并联磁路混合励磁型盘式横向磁通电机 |
-
2012
- 2012-08-31 JP JP2012192213A patent/JP2014050254A/ja active Pending
Cited By (5)
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