JP2017085745A - リラクタンス式同期回転電機 - Google Patents
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Abstract
【課題】トルクリップルを低減可能なリラクタンス式同期回転電機を提供する。【解決手段】実施形態のリラクタンス式同期回転電機は、ロータとステータとを備える。ロータは、複数のロータ突極部がロータ突極形成面に設けられている。ステータは、ロータ突極形成面に対向するステータ突極形成面に複数のステータ突極部が設けられている。ここでは、複数のロータ突極部は、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが下記の式(A)に示す関係である。Wa<Wb ・・・(A)【選択図】図1A
Description
本発明の実施形態は、リラクタンス式同期回転電機に関する。
回転電機の一例として、リラクタンス式同期回転電機が知られている。
リラクタンス式同期回転電機において、ロータは、複数のロータ突極部(ロータティースなど)がロータ突極形成面に設けられている。ロータ突極部は、ロータの軸方向に直交する面の断面形状が、たとえば、矩形状である。そして、リラクタンス式同期回転電機において、ステータは、そのロータ突極形成面に対向するステータ突極形成面に複数のステータ突極部(ステータティースなど)が設けられている。この他に、ステータは、複数極の界磁巻線と複数極の電機子巻線とを有している。界磁巻線は、複数のステータ突極部の間に配置されている。電機子巻線は、複数のステータ突極部の間において界磁巻線と絶縁するように配置されている。
リラクタンス式同期回転電機は、たとえば、ラジアルギャップ方式であって、ロータ突極形成面とステータ突極形成面とが径方向においてエアギャップを介して対向している。また、リラクタンス式同期回転電機は、たとえば、インナーロータ型であって、径方向においてステータの内側にロータが位置している。
リラクタンス式同期回転電機は、界磁電流によって界磁巻線が励磁されることにより、ステータに静止磁界が発生する。そして、その静止磁界がロータによって磁気変調させることにより、エアギャップに回転磁界が発生する。その結果、電機子巻線において、たとえば、三相の交流電圧が誘導される。
深見正 他4名,IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION,VOL.23,NO.2,JUNE 2008
上記のように、リラクタンス式同期回転電機は、ロータに複数のロータ突極部が設けられていると共に、ステータに複数のステータ突極部が設けられている。このため、リラクタンス式同期回転電機は、通常の同期回転電機よりもトルクリップルが大きくなる。その結果、振動が多く発生すると共に、騒音が大きくなる。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、トルクリップルを低減可能なリラクタンス式同期回転電機を提供することである。
実施形態のリラクタンス式同期回転電機は、ロータとステータとを備える。ロータは、複数のロータ突極部がロータ突極形成面に設けられている。ステータは、ロータ突極形成面に対向するステータ突極形成面に複数のステータ突極部が設けられている。ステータは、複数極の界磁巻線と複数極の電機子巻線とを有する。複数極の界磁巻線は、複数のステータ突極部の間に配置されている。複数極の電機子巻線は、前記複数のステータ突極部の間において界磁巻線と絶縁するように配置されている。ここでは、複数のロータ突極部は、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが下記の式(A)に示す関係である。
Wa<Wb ・・・(A)
実施形態について、図面を参照して説明する。
<第1実施形態>
図1A,図1Bは、第1実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図1Aおよび図1Bでは、z方向に直交する面(xy面)について示している。図1Aおよび図1Bにおいて、z方向は回転軸に沿った方向であり、y方向は回転軸の径方向の一部であり、そして、x方向はz方向とy方向との両者に直交する方向である。図1Aでは、リラクタンス式同期回転電機の全体のうち、1/30に相当する部分に関して示している。そして、図1Bでは、図1Aにおいて破線で囲った領域Aについて更に拡大して示している。
図1A,図1Bは、第1実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図1Aおよび図1Bでは、z方向に直交する面(xy面)について示している。図1Aおよび図1Bにおいて、z方向は回転軸に沿った方向であり、y方向は回転軸の径方向の一部であり、そして、x方向はz方向とy方向との両者に直交する方向である。図1Aでは、リラクタンス式同期回転電機の全体のうち、1/30に相当する部分に関して示している。そして、図1Bでは、図1Aにおいて破線で囲った領域Aについて更に拡大して示している。
リラクタンス式同期回転電機1は、ロータ2とステータ3とを備える。本実施形態では、リラクタンス式同期回転電機1は、ラジアルギャップ方式であって、径方向においてロータ2とステータ3とがエアギャップを介して対向している。また、リラクタンス式同期回転電機1は、インナーロータ型であって、ステータ3の内部にロータ2が位置している。ここでは、リラクタンス式同期回転電機1は、発電機である。リラクタンス式同期回転電機1を構成する各部の詳細について順次説明する。
リラクタンス式同期回転電機1において、ロータ2は、ロータコア21とロータ突極部22とを有する。ロータコア21およびロータ突極部22は、たとえば、電磁鋼板を積層することによって形成されている。
ロータコア21は、たとえば、円筒形状であって、鉄などの強磁性体で形成されている。ロータコア21は、強磁性体を円形に折り曲げて形成されたものであってもよく、鋳物であってもよい。図示を省略しているが、ロータコア21は、回転軸リブ(図示省略)を介して回転軸(図示省略)に取り付けられており、回転軸と共に回転する。ロータコア21は、回転軸リブを介在せずに回転軸に直接取り付けられていてもよい。
ロータ突極部22は、たとえば、ロータティース(回転子歯部)である。ロータ突極部22は、複数であって、ロータコア21のロータ突極形成面S2に設けられている。本実施形態では、ロータ突極形成面S2は、ロータコア21の外周面であって、ロータ突極部22が周方向においてロータスロットSL2を介して並ぶように配置されている。ここでは、ロータ突極部22は、たとえば、150個であって、周方向において等しいピッチで配置されている。
本実施形態では、複数のロータ突極部22は、回転軸に沿った方向(z方向)に直交する面(xy面)において、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが下記の式(A)に示す関係を満たすように形成されている。つまり、ロータ突極部22は、径方向(たとえば、y方向)において内側(ロータコア21側)から外側(ステータコア31側)に向かうに伴って、x方向(周方向)における幅が狭くなっている。
Wa<Wb ・・・(A)
ここでは、ロータ突極部22は、台形形状であって、ロータ突極部22において周方向に位置する側部が、径方向に対して傾斜している。ロータ突極部22は、径方向を対称軸とした対称性を有している。すなわち、周方向において先端部の一端と底部の一端とが離れた距離Wc1、および、周方向において先端部の他端と底部の他端とが離れた距離Wc2は、同じである(Wc1=Wc2)。
リラクタンス式同期回転電機1において、ステータ3は、ステータコア31とステータ突極部32と界磁巻線33と電機子巻線34とを有する。
ステータコア31は、たとえば、円筒形状であって、図示を省略しているが、フレーム(図示省略)に固定されている。ステータコア31は、内径がロータコア21の外径よりも大きい。ステータコア31は、ロータコア21に対して同軸になるように配置されている。
ステータ突極部32は、たとえば、ステータティース(固定子歯部)である。ステータ突極部32は、複数であって、ステータコア31のステータ突極形成面S3に設けられている。ステータ突極形成面S3は、ステータコア31においてロータ突極形成面S2に対向する面であり、本実施形態では、ステータコア31の内周面である。ここでは、複数のステータ突極部32が周方向においてステータスロットSL3を介して並ぶように配置されている。たとえば、ステータ突極部32は、180個であって、ロータ突極部22よりも多く、周方向において等しいピッチで配置されている。
界磁巻線33は、複数極であって、複数極の界磁巻線33のそれぞれが、複数のステータ突極部32の間に位置するステータスロットSL3の内部に配置されている。界磁巻線33は、ステータ突極部32に巻回されている。本実施形態では、界磁巻線33は、径方向において電機子巻線34よりも外周側に位置している。つまり、界磁巻線33は、ステータスロットSL3の底部側に配置されている。
電機子巻線34は、界磁巻線33と同様に、複数極であって、複数極の電機子巻線34のそれぞれが、複数のステータ突極部32の間に位置するステータスロットSL3の内部に配置されている。ステータスロットSL3の内部において、電機子巻線34と界磁巻線33との間には絶縁体(図示省略)が介在しており、電機子巻線34は、界磁巻線33と絶縁されている。また、電機子巻線34は、界磁巻線33と同様に、ステータ突極部32に巻回されている。本実施形態では、電機子巻線34は、径方向において界磁巻線33よりも内周側に位置している。つまり、電機子巻線34は、ステータスロットSL3の開口部側に配置されている。ステータ3は、界磁巻線33がステータスロットSL3の開口部側に配置され、電機子巻線34がステータスロットSL3の底部側に配置されていてもよい。
ステータ3は、U相領域RuとV相領域RvとW相領域Rwとが周方向に設けられており、電機子巻線34が三相である。具体的には、U相領域Ruに配置された電機子巻線34がU相巻線であり、V相領域Rvに配置された電機子巻線34がV相巻線であり、W相領域Rwに配置された電機子巻線34がW相巻線である。
なお、図1Aに示す界磁巻線33および電機子巻線34に関して、黒丸の周囲に円を描いた記号は、z方向のうち紙面から手前へ向かう方向(+z)に電流が流れることを示している。これに対して、円の内部に×印を描いた記号は、z方向のうち紙面から奥へ向かう方向(−z)に電流が流れることを示している。
発電機である上記のリラクタンス式同期回転電機1の動作について説明する。
まず、界磁電流Ifによって界磁巻線33について直流励磁を行うことにより、ステータ3にNf極の静止磁界を発生させる。つぎに、その静止磁界をロータ2によって磁気変調させることにより、エアギャップにNa極(Naは正の整数)の回転磁界を発生させる。その結果、電機子巻線34において三相交流電圧Vが誘導される。
本実施形態では、Na極は、120極である。そして、三相交流電圧Vの値は、界磁電流Ifの値を調整することで制御可能である。
ロータ2の回転速度N(1/min)と、三相交流電圧Vの発電周波数f(Hz)との関係は、下記式(1)で示される。
f=N(Nf+Na)/120 ・・・(1)
なお、本実施形態のように、リラクタンス式同期回転電機では、ロータ突極部22(ロータティース)の数Nr、ステータ突極部32(ステータティース)の数Nf(ステータ3に生ずる静止磁界の極数、界磁巻線33の数)、および、エアギャップに生ずる回転磁界の極数Naの間の関係は、下記式(2)で示される。
Nf+Na=2Nr ・・・(2)
図2は、第1実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機において、発電出力に関してシミュレーションを行った結果を示すグラフである。図2においては、実線の曲線が平均トルクNav(PU)の結果を示し、破線の曲線がトルクリップル率TL(%)の結果を示している。ここでは、横軸は、ロータ突極部22の先端部の幅Waを底部の幅Wbで割った値(Wa/Wb)を示している。左側の縦軸は、平均トルクNav(PU)であって、Wa/Wbの値が1であるときの割合を示している。そして、右側の縦軸は、トルクリップル率TL(%)を示している。なお、トルクリップル率TL(%)は、最大トルクNmaxと最小トルクNminと平均トルクNavとを用いて、下記式(i)で算出される。
TL=[(Nmax−Nmin)/(2・Nav)]×100 ・・・(i)
本実施形態では、ロータ突極部22において先端部の幅Waと底部の幅Wbとが上記の式(A)に示す関係(Wa/Wb<1)を満たしている。これにより、本実施形態では、ロータ突極部22およびステータ突極部32において局部的に磁束が集中することが緩和される。このため、図2に示すように、本実施形態では、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが同じ場合(Wa/Wb=1)よりも、トルクリップル率TLが低減する。ここでは、ロータ突極部22は、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが下記の式(B)に示す関係であることが好ましい。
0.5≦Wa/Wb<1.0 ・・・(B)
以上のように、本実施形態では、トルクリップル率TLを低減可能であるので、振動および騒音の発生を効果的に抑制することができる。
上記の他に、先端部の幅Waと底部の幅Wbとは、図2から判るように、下記の式(B1)に示す関係であることが更に好ましい。この場合には、平均トルクNavに関して、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが同じ場合(Wa/Wb=1)よりも大きくすることができる。
0.6≦Wa/Wb≦0.9 ・・・(B1)
図3A,図3Bは、第1実施形態の変形例1−1に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図3Aおよび図3Bでは、図1Aおよび図1Bと同様に、z方向に直交する面(xy面)について示している。また、図3Bでは、図3Aにおいて破線で囲った領域Aについて更に拡大して示している。
変形例1−1では、回転軸に沿った方向(z方向)に直交する面(xy面)において、複数のロータ突極部22の形状が、上記実施形態の場合と異なる。ロータ突極部22は、台形形状であるが、径方向を対称軸とした対称性を有していない。
具体的には、周方向において先端部の一端と底部の一端とが離れた距離Wc1、および、周方向において先端部の他端と底部の他端とが離れた距離Wc2が、異なっている(Wc1≠Wc2)。ここでは、前者の距離Wc1が後者の距離Wc2よりも長い(Wc1>Wc2)。なお、図示を省略しているが、前者の距離Wc1が後者の距離Wc2よりも短くてもよい(Wc1<Wc2)。
本変形例においても、上記と同様に、ロータ突極部22は、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たしており、径方向(たとえば、y方向)において内側から外側に向かうに伴って、x方向における幅が狭くなっている。このため、本変形例は、トルクリップル率TLを低減可能であるので、振動および騒音の発生を効果的に抑制することができる。
図4A,図4Bは、第1実施形態の変形例1−2に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図4Aおよび図4Bでは、図1Aおよび図1Bと同様に、z方向に直交する面(xy面)について示している。また、図4Bでは、図4Aにおいて破線で囲った領域Aについて更に拡大して示している。
変形例1−2では、ロータ突極部22は、内側部221と外側部222とを含む。ロータ突極部22のうち、内側部221は、矩形状であって、周方向に位置する側部が、径方向に対して傾斜しておらず、径方向に沿っている。外側部222は、径方向において内側部221よりも外側に位置する部分である。外側部222は、線形のテーパー形状(台形形状)であって、周方向に位置する側部が、径方向に対して傾斜している。
ロータ突極部22は、先端部側のコーナーについて、所定の面取り角度θおよび面取り幅Wc1,Wc2になるように、面取り加工を施すことによって形成されている。
本変形例においても、上記と同様に、ロータ突極部22は、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たしている。このため、本変形例は、トルクリップル率TLを低減可能であるので、振動および騒音の発生を効果的に抑制することができる。
図5A,図5Bは、第1実施形態の変形例1−3に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図5Aおよび図5Bでは、図4Aおよび図4Bと同様に、z方向に直交する面(xy面)について示している。また、図5Bでは、図5Aにおいて破線で囲った領域Aについて更に拡大して示している。
変形例1−3において、ロータ突極部22は、内側部221と外側部222とを含む。ロータ突極部22のうち、内側部221は、変形例1−2の場合と同様である。外側部222の側部は、変形例1−2の場合と異なり、先端部側のコーナー部分が曲面状である。
ロータ突極部22は、先端部側のコーナーについて、所定の幅Wc1,Wc2(フィレット幅)になるように、フィレット加工を施すことによって形成されている。
本変形例においても、上記と同様に、ロータ突極部22は、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たしている。このため、本変形例は、トルクリップル率TLを低減可能であるので、振動および騒音の発生を効果的に抑制することができる。
<第2実施形態>
図6A,図6B,図6Cは、第2実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図6Aでは、リラクタンス式同期回転電機1に関して、x方向に直交する面(yz面)について示している。図6Bでは、ロータ2において、z方向に直交する面(xy面)であって、ステータ3に対面する面について示している。図6Cでは、ステータ3において、z方向に直交する面(xy面)であって、ロータ2に対面する面について示している。
図6A,図6B,図6Cは、第2実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図6Aでは、リラクタンス式同期回転電機1に関して、x方向に直交する面(yz面)について示している。図6Bでは、ロータ2において、z方向に直交する面(xy面)であって、ステータ3に対面する面について示している。図6Cでは、ステータ3において、z方向に直交する面(xy面)であって、ロータ2に対面する面について示している。
本実施形態のリラクタンス式同期回転電機1は、図6A、図6B、および図6Cに示すように、アキシャルギャップ方式であって、ロータ2とステータ3とがz方向(軸方向)においてエアギャップを介して対向している。この点、および、関連する点を除き、本実施形態は、第1実施形態の場合と同様である。本実施形態のリラクタンス式同期回転電機1を構成する各部の詳細について順次説明する。
リラクタンス式同期回転電機1において、ロータ2は、ロータコア21のロータ突極形成面S2に複数(Nr個)のロータ突極部22が設けられている。ここでは、ロータ突極形成面S2は、z方向においてロータコア21がステータコア31に対面する一方の面であって、複数のロータ突極部22が周方向においてロータスロットSL2を介して並ぶように配置されている。
本実施形態では、複数のロータ突極部22は、径方向に沿った面(たとえば、yz面)において、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが上記の式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たすように形成されている。つまり、ロータ突極部22は、軸方向(z方向)においてロータコア21側からステータコア31側に向かうに伴って、周方向(x方向)における幅が狭くなっている。
リラクタンス式同期回転電機1において、ステータ3は、ステータコア31のステータ突極形成面S3に複数(Nf個)のステータ突極部32が設けられている。ステータ突極形成面S3は、z方向においてステータコア31がロータコア21に対面する一方の面であって、複数のステータ突極部32が周方向においてステータスロットSL3を介して並ぶように配置されている。
ステータ3において、界磁巻線33は、z方向において電機子巻線34よりもステータコア31の側に位置している。そして、電機子巻線34は、z方向において界磁巻線33よりもロータコア21の側に位置している。図示を省略しているが、電機子巻線34は、第1実施形態の場合と同様に、三相であって、U相巻線、V相巻線、およびW相巻線を含むように構成されている。
発電機であるリラクタンス式同期回転電機1では、まず、界磁電流Ifによって界磁巻線33について直流励磁を行うことにより、ステータ3にNf極の静止磁界を発生させる。つぎに、その静止磁界をロータ2によって磁気変調させることにより、エアギャップにNa極(Naは正の整数)の回転磁界を発生させる。その結果、電機子巻線34において三相交流電圧Vが誘導される。
上述したように、本実施形態において、ロータ突極部22は、第1実施形態の場合と同様に、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たしている。このため、本実施形態は、トルクリップル率TLを低減可能であるので、振動および騒音の発生を効果的に抑制することができる。
<第3実施形態>
図7Aは、第3実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図7Aでは、リラクタンス式同期回転電機1に関して、x方向に直交する面(yz面)について示している。
図7Aは、第3実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図7Aでは、リラクタンス式同期回転電機1に関して、x方向に直交する面(yz面)について示している。
本実施形態のリラクタンス式同期回転電機1は、図7Aに示すように、第2実施形態の場合と同様に、アキシャルギャップ方式である。本実施形態において、ロータ2は、単数であるが、複数のロータ突極形成面S2を有する。つまり、ロータ2は、ロータ突極形成面S2として、第1ロータ突極形成面S2aと第2ロータ突極形成面S2bとを有する。また、ステータ3は、複数であって、第1ステータ3_1と第2ステータ3_2とがステータ3として設けられている。これらの点、および、関連する点を除き、本実施形態は、第2実施形態の場合と同様である。本実施形態のリラクタンス式同期回転電機1を構成する各部の詳細について順次説明する。
ロータ2において、第1ロータ突極形成面S2aは、z方向においてロータコア21が第1ステータ3_1のステータコア31に対面する一方の面である。第2ロータ突極形成面S2bは、z方向においてロータコア21が第2ステータ3_2のステータコア31に対面する他方の面である。
第1ロータ突極形成面S2aおよび第2ロータ突極形成面S2bには、第2実施形態の場合と同様に、複数(Nr個)のロータ突極部22が設けられている。本実施形態では、複数のロータ突極部22は、第2実施形態の場合と同様に、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが上記の式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たすように形成されている。
第1ステータ3_1と第2ステータ3_2との両者は、z方向においてロータ2を挟むように配置されている。第1ステータ3_1は、第1ロータ突極形成面S2aに対向するステータ突極形成面S3が設けられている。同様に、第2ステータ3_2は、第2ロータ突極形成面S2bに対向するステータ突極形成面S3が設けられている。
第1ステータ3_1のステータ突極形成面S3、および、第2ステータ3_2のステータ突極形成面S3の両者においては、第2実施形態の場合と同様に、複数(Nf個)のステータ突極部32が周方向に配置されている。これと共に、第1ステータ3_1および第2ステータ3_2においては、第2実施形態の場合と同様に、界磁巻線33と電機子巻線34とが設けられている。
上述したように、本実施形態において、ロータ突極部22は、第2実施形態の場合と同様に、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たしている。このため、本実施形態は、トルクリップル率TLを低減可能であるので、振動および騒音の発生を効果的に抑制することができる。
<第4実施形態>
図7Bは、第4実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図7Bでは、リラクタンス式同期回転電機1に関して、x方向に直交する面(yz面)について示している。
図7Bは、第4実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図7Bでは、リラクタンス式同期回転電機1に関して、x方向に直交する面(yz面)について示している。
本実施形態のリラクタンス式同期回転電機1は、図7Aに示すように、第2実施形態の場合と同様に、アキシャルギャップ方式である。本実施形態において、ステータ3は、単数であるが、複数のステータ突極形成面S3を有する。つまり、ステータ3は、ステータ突極形成面S3として、第1ステータ突極形成面S3aおよび第2ステータ突極形成面S3bを有する。また、ロータ2は、複数であって、第1ロータ2_1と第2ロータ2_2とをロータ2として含む。これらの点、および、関連する点を除き、本実施形態は、第2実施形態の場合と同様である。本実施形態のリラクタンス式同期回転電機1を構成する各部の詳細について順次説明する。
ステータ3において、第1ステータ突極形成面S3aは、z方向においてステータコア31が第1ロータ2_1のロータコア21に対面する一方の面である。第2ステータ突極形成面S3bは、z方向においてステータコア31が第2ロータ2_2のロータコア21に対面する他方の面である。
第1ステータ突極形成面S3aおよび第2ステータ突極形成面S3bには、第2実施形態の場合(図6B参照)と同様に、複数(Nf個)のステータ突極部32が周方向に配置されている。これと共に、第1ステータ突極形成面S3aおよび第2ステータ突極形成面S3bにおいては、第2実施形態の場合と同様に、界磁巻線33と電機子巻線34とが設けられている。
第1ロータ2_1と第2ロータ2_2との両者は、z方向においてステータ3を挟むように配置されている。第1ロータ2_1は、第1ステータ突極形成面S3aに対向するロータ突極形成面S2が設けられている。同様に、第2ロータ2_2は、第2ステータ突極形成面S3bに対向するロータ突極形成面S2が設けられている。
第1ロータ2_1のロータ突極形成面S2、および、第2ロータ2_2のロータ突極形成面S2の両者においては、第2実施形態の場合と同様に、複数(Nr個)のロータ突極部22が設けられている。本実施形態では、複数のロータ突極部22は、第2実施形態の場合と同様に、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが上記の式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たすように形成されている。
上述したように、本実施形態において、ロータ突極部22は、第2実施形態の場合と同様に、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たしている。このため、本実施形態は、トルクリップル率TLを低減可能であるので、振動および騒音の発生を効果的に抑制することができる。
<第5実施形態>
図8Aは、第5実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図8Aでは、リラクタンス式同期回転電機1に関して、x方向に直交する面(yz面)について示している。
図8Aは、第5実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図8Aでは、リラクタンス式同期回転電機1に関して、x方向に直交する面(yz面)について示している。
本実施形態のリラクタンス式同期回転電機1は、図8Aに示すように、第3実施形態および第4実施形態の場合と同様に、アキシャルギャップ方式である。しかし、本実施形態においては、ロータ2が複数であると共にステータ3が複数である。これらの点、および、関連する点を除き、本実施形態は、第3実施形態および第4実施形態の場合と同様である。本実施形態のリラクタンス式同期回転電機1を構成する各部の詳細について順次説明する。
ロータ2は、図8Aに示すように、m個(mは正の整数)である。つまり、第1から第mのロータ2_1〜2_mがロータ2として設けられている。第1から第mのロータ2_1〜2_mのそれぞれは、z方向において一端(ここでは左端)から他端(ここでは右端)へ向かって間を隔てて並ぶように配置されている。
第1から第mのロータ2_1〜2_mは、第3実施形態の場合(図7A参照)と同様に構成されている。つまり、第1から第mのロータ2_1〜2_mのそれぞれは、ロータ突極形成面S2として、第1ロータ突極形成面S2aと第2ロータ突極形成面S2bとを有する。第1ロータ突極形成面S2aおよび第2ロータ突極形成面S2bには、複数(Nr個)のロータ突極部22が設けられている。複数のロータ突極部22は、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが上記の式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たすように形成されている。
ステータ3は、(m+1)個であって、ロータ2よりも1つ多い。つまり、第1から第m+1のステータ3_1〜3_m+1がステータ3として設けられている。第1から第m+1のステータ3_1〜3_m+1のそれぞれは、z方向において一端から他端へ向かって間を隔てて並ぶように配置されている。
第1から第m+1のステータ3_1〜3_m+1と第1から第mのロータ2_1〜2_mとのそれぞれは、z方向において一端から他端へ向かって交互に並ぶように配置されている。つまり、z方向に並ぶ一対のステータ3の間に、ロータ2が介在している。たとえば、第1のステータ3_1と第2のステータ3_2との間には、第1のロータ2_1が介在している。
第1から第m+1のステータ3_1〜3_m+1のうち、一端に配置された第1のステータ3_1、および、他端に配置された第m+1のステータ3_m+1は、第3実施形態の場合(図7A参照)と同様に構成されている。つまり、第1のステータ3_1と第m+1のステータ3_m+1との両者は、ステータ突極形成面S3が単数である。
これに対して、第1のステータ3_1と第m+1のステータ3_m+1との間に配置された第2から第mのステータ3_2〜3_mは、第4実施形態の場合(図7B)と同様に構成されている。つまり、第2から第mのステータ3_2〜3_mは、ステータ突極形成面S3として第1ステータ突極形成面S3aおよび第2ステータ突極形成面S3bを有する。
上述したように、本実施形態では、ロータ突極部22は、第3実施形態および第4実施形態の場合と同様に、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たしている。このため、本実施形態は、トルクリップル率TLを低減可能であるので、振動および騒音の発生を効果的に抑制することができる。
<第6実施形態>
図8Bは、第6実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図8Bでは、リラクタンス式同期回転電機1に関して、x方向に直交する面(yz面)について示している。
図8Bは、第6実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図8Bでは、リラクタンス式同期回転電機1に関して、x方向に直交する面(yz面)について示している。
本実施形態のリラクタンス式同期回転電機1は、図8Bに示すように、第5実施形態の場合と同様に、アキシャルギャップ方式である。そして、ロータ2が複数であると共にステータ3が複数である。しかし、ロータ2がステータ3よりも多い。この点、および、関連する点を除き、本実施形態は、第5実施形態の場合と同様である。本実施形態のリラクタンス式同期回転電機1を構成する各部の詳細について順次説明する。
ロータ2は、図8Bに示すように、(n+1)個(nは正の整数)である。つまり、第1から第n+1のロータ2_1〜2_n+1がロータ2として設けられている。第1から第n+1のロータ2_1〜2_n+1のそれぞれは、z方向において一端(ここでは左端)から他端(ここでは右端)へ向かって間を隔てて並ぶように配置されている。
第1から第n+1のロータ2_1〜2_n+1と第1から第nのステータ3_1〜3_nとのそれぞれは、z方向において一端から他端へ向かって交互に並ぶように配置されている。つまり、z方向に並ぶ一対のロータ2の間に、ステータ3が介在している。たとえば、第1のロータ2_1と第2のロータ2_2との間には、第1のステータ3_1が介在している。
ここでは、第1から第n+1のロータ2_1〜2_n+1のうち、一端に配置された第1のロータ2_1、および、他端に配置された第n+1のロータ2_n+1は、第4実施形態の場合(図7B参照)と同様に構成されている。つまり、第1のロータ2_1と第n+1のロータ2_n+1との両者は、ロータ突極形成面S2が単数であって、ロータ突極形成面S2には複数(Nr個)のロータ突極部22が設けられている。
これに対して、第1のロータ2_1と第n+1のロータ2_n+1との間に配置された第2から第nのロータ2_2〜2_nは、第3実施形態の場合(図7A参照)と同様に構成されている。つまり、第2から第nのロータ2_2〜2_nは、ロータ突極形成面S2として、第1ロータ突極形成面S2aと第2ロータ突極形成面S2bとを有する。第1ロータ突極形成面S2aおよび第2ロータ突極形成面S2bには、複数(Nr個)のロータ突極部22が設けられている。
第1から第n+1のロータ2_1〜2_n+1のそれぞれにおいて、複数のロータ突極部22は、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが上記の式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たすように形成されている。
ステータ3は、n個であって、ロータ2よりも1つ少ない。つまり、第1から第nのステータ3_1〜3_nがステータ3として設けられている。第1から第nのステータ3_1〜3_nのそれぞれは、z方向において一端から他端へ向かって間を隔てて並ぶように配置されている。
第1から第nのステータ3_1〜3_nは、第4実施形態の場合(図7B参照)と同様に構成されている。つまり、第1から第nのステータ3_1〜3_nのそれぞれは、ステータ突極形成面S3として、第1ステータ突極形成面S3aと第2ステータ突極形成面S3bとを有する。
上述したように、本実施形態では、ロータ突極部22は、第5実施形態の場合と同様に、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たしている。このため、本実施形態は、トルクリップル率TLを低減可能であるので、振動および騒音の発生を効果的に抑制することができる。
<第7実施形態>
図9Aは、第7実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図9Aでは、z方向に直交する面(xy面)について示している。
図9Aは、第7実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図9Aでは、z方向に直交する面(xy面)について示している。
本実施形態において、リラクタンス式同期回転電機1は、第1実施形態の場合(図1A参照)と同様に、ラジアルギャップ方式である。しかし、リラクタンス式同期回転電機1は、アウターロータ型であって、ステータ3の外部にロータ2が位置している。この点、および、関連する点を除き、本実施形態は、第1実施形態の場合と同様である。
本実施形態では、ロータ2は、内周面がロータ突極形成面S2である。図示を省略しているが、ロータ突極形成面S2には、複数のロータ突極部22が周方向に配置されている(図1A参照)。
ステータ3は、外径がロータ2の内径よりも小さく、ロータ2の内側に配置されている。ステータ3は、外周面がステータ突極形成面S3である。図示を省略しているが、ステータ突極形成面S3には、ステータ突極部32と界磁巻線33と電機子巻線34とが設けられている(図1A参照)。
本実施形態においても、ロータ突極部22(図示省略)は、第1実施形態の場合と同様に、上記した式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たしている。このため、本実施形態は、トルクリップル率TLを低減可能であるので、振動および騒音の発生を効果的に抑制することができる。
<第8実施形態>
図9Bは、第8実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図9Bでは、z方向に直交する面(xy面)について示している。
図9Bは、第8実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図9Bでは、z方向に直交する面(xy面)について示している。
本実施形態において、リラクタンス式同期回転電機1は、第1実施形態の場合と同様に、ラジアルギャップ方式である。本実施形態において、ロータ2は、単数であるが、複数のロータ突極形成面S2を有する。つまり、ロータ2は、ロータ突極形成面S2として、第1ロータ突極形成面S2aと第2ロータ突極形成面S2bとを有する。また、ステータ3は、複数であって、第1ステータ3_1と第2ステータ3_2とがステータ3として設けられている。これらの点、および、関連する点を除き、本実施形態は、第1実施形態の場合と同様である。本実施形態のリラクタンス式同期回転電機1を構成する各部の詳細について順次説明する。
本実施形態では、ロータ2は、内周面が第1ロータ突極形成面S2aであって、外周面が第2ロータ突極形成面S2bである。図示を省略しているが、第1ロータ突極形成面S2aおよび第2ロータ突極形成面S2bには、複数のロータ突極部22が周方向に配置されている(図1A参照)。
第1ステータ3_1は、外径がロータ2の内径よりも小さく、ロータ2の内側においてロータ2と同軸になるように配置されている。第1ステータ3_1は、外周面がステータ突極形成面S3である。第2ステータ3_2は、内径がロータ2の外径よりも大きく、ロータ2の外側においてロータ2と同軸になるように配置されている。第2ステータ3_2は、内周面がステータ突極形成面S3である。図示を省略しているが、第1ステータ3_1のステータ突極形成面S3、および、第2ステータ3_2のステータ突極形成面S3には、ステータ突極部32と界磁巻線33と電機子巻線34とが設けられている(図1A参照)。
本実施形態においても、ロータ突極部22(図示省略)は、第1実施形態の場合と同様に、上記した式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たしている。このため、本実施形態は、トルクリップル率TLを低減可能であるので、振動および騒音の発生を効果的に抑制することができる。
なお、本実施形態は、第3実施形態(図7A参照)に示す構成を、アキシャルギャップ方式からラジアルギャップ方式に変えた構成に相当する。この他に、第4実施形態(図7B参照)に示す構成を、アキシャルギャップ方式からラジアルギャップ方式に変えた構成であってもよい。
<第9実施形態>
図9Cは、第9実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図9Cでは、z方向に直交する面(xy面)について示している。
図9Cは、第9実施形態に係るリラクタンス式同期回転電機の要部を模式的に示す図である。図9Cでは、z方向に直交する面(xy面)について示している。
本実施形態において、リラクタンス式同期回転電機1は、第8実施形態の場合と同様に、ラジアルギャップ方式である。しかし、本実施形態においては、ロータ2が複数であると共にステータ3が複数である。これらの点、および、関連する点を除き、本実施形態は、第8実施形態の場合と同様である。本実施形態のリラクタンス式同期回転電機1を構成する各部の詳細について順次説明する。
ロータ2は、図9Cに示すように、m個(mは正の整数)である。つまり、第1から第mのロータ2_1〜2_mがロータ2として設けられている。第1から第mのロータ2_1〜2_mのそれぞれは、内径および外径が順次大きくなるように構成されており、同軸になるように配置されている。
第1から第mのロータ2_1〜2_mのそれぞれは、ロータ突極形成面S2として、第1ロータ突極形成面S2aと第2ロータ突極形成面S2bとを有する。図示を省略しているが、第1ロータ突極形成面S2aおよび第2ロータ突極形成面S2bには、複数(Nr個)のロータ突極部22が設けられている。
ステータ3は、(m+1)個であって、ロータ2よりも1つ多い。つまり、第1から第m+1のステータ3_1〜3_m+1がステータ3として設けられている。第1から第m+1のステータ3_1〜3_m+1のそれぞれは、内径および外径が順次大きくなるように構成されている。第1から第m+1のステータ3_1〜3_m+1のそれぞれは、第1から第mのロータ2_1〜2_mのそれぞれと同軸になるように配置されている。第1から第m+1のステータ3_1〜3_m+1と第1から第mのロータ2_1〜2_mとのそれぞれは、交互に周りを囲われるように配置されている。
具体的には、第1ステータ3_1は、外径が第1ロータ2_1の内径よりも小さく、第1ロータ2_1の内側に配置されている。第1ステータ3_1は、外周面がステータ突極形成面S3である。図示を省略しているが、第1ステータ3_1のステータ突極形成面S3には、ステータ突極部32と界磁巻線33と電機子巻線34とが設けられている(図1A参照)。
第2ステータ3_2は、内径が第1ロータ2_1の外径よりも大きく、第1ロータ2_1の外側に配置されている。第2のステータ3_2は、ステータ突極形成面S3として、第1ステータ突極形成面S3aと第2ステータ突極形成面S3bとを有する。図示を省略しているが、第1ステータ突極形成面S3aおよび第2ステータ突極形成面S3bには、ステータ突極部32と界磁巻線33と電機子巻線34とが設けられている(図1A参照)。第3から第mのステータ3_3〜3_mも、第2ステータ3_2と同様に構成されている。
第m+1のステータ3_m+1は、内径が第mのロータ2_mの外径よりも大きく、第mのロータ2_mの外側に配置されている。第m+1のステータ3_m+1は、内周面がステータ突極形成面S3である。図示を省略しているが、第m+1のステータ3_m+1のステータ突極形成面S3には、ステータ突極部32と界磁巻線33と電機子巻線34とが設けられている(図1A参照)。
本実施形態においても、ロータ突極部22(図示省略)は、第8実施形態の場合と同様に、上記した式(A)に示す関係(Wa<Wb)を満たしている。このため、本実施形態は、トルクリップル率TLを低減可能であるので、振動および騒音の発生を効果的に抑制することができる。
なお、本実施形態は、第5実施形態(図8A参照)に示す構成を、アキシャルギャップ方式からラジアルギャップ方式に変えた構成に相当する。この他に、第6実施形態(図8B参照)に示す構成を、アキシャルギャップ方式からラジアルギャップ方式に変えた構成であってもよい。
その他、第2から第9実施形態に示したロータ突極部22については、第1実施形態の各変形例に示した形状にしてもよい。
<その他>
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…リラクタンス式同期回転電機、2(2_1〜2_n+1,2_1〜2_m)…ロータ、3(3_1〜3_n,3_1〜3_m+1)…ステータ、21…ロータコア、22…ロータ突極部、31…ステータコア、32…ステータ突極部、33…界磁巻線、34…電機子巻線、221…内側部、222…外側部、S2…ロータ突極形成面、S2a…第1ロータ突極形成面、S2b…第2ロータ突極形成面、S3…ステータ突極形成面、S3a…第1ステータ突極形成面、S3b…第2ステータ突極形成面、SL2…ロータスロット、SL3…ステータスロット
Claims (9)
- 複数のロータ突極部がロータ突極形成面に設けられているロータと、
前記ロータ突極形成面に対向するステータ突極形成面に複数のステータ突極部が設けられているステータと
を備え、
前記ステータは、
前記複数のステータ突極部の間に配置されている複数極の界磁巻線と、
前記複数のステータ突極部の間において前記界磁巻線と絶縁するように配置されている複数極の電機子巻線と
を有し、
前記複数のロータ突極部は、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが下記の式(A)に示す関係であることを特徴とする、
リラクタンス式同期回転電機。
Wa<Wb ・・・(A) - 前記複数のロータ突極部は、先端部の幅Waと底部の幅Wbとが下記の式(B)に示す関係である、
請求項1に記載のリラクタンス式同期回転電機。
0.5≦Wa/Wb<1.0 ・・・(B) - 前記複数のロータ突極部の側部は、前記ロータの径方向に対して傾斜した部分を含む、
請求項1または2に記載のリラクタンス式同期回転電機。 - 前記複数のロータ突極部の側部は、先端部側のコーナー部分が曲面状である、
請求項1または2に記載のリラクタンス式同期回転電機。 - 当該回転電機は、前記ロータと前記ステータとが径方向においてエアギャップを介して対向するラジアルギャップ方式であると共に、前記ステータの内部に前記ロータが位置しているインナーロータ型である、
請求項1から4のいずれかに記載のリラクタンス式同期回転電機。 - 当該回転電機は、前記ロータと前記ステータとが径方向においてエアギャップを介して対向するラジアルギャップ方式であると共に、前記ステータの外部に前記ロータが位置しているアウターロータ型である、
請求項1から4のいずれかに記載のリラクタンス式同期回転電機。 - 当該回転電機は、前記ロータと前記ステータとが軸方向においてエアギャップを介して対向するアキシャルギャップ方式である、
請求項1から4のいずれかに記載のリラクタンス式同期回転電機。 - 前記ロータは、前記ロータ突極形成面として第1ロータ突極形成面と第2ロータ突極形成面とを有し、
当該リラクタンス式同期回転電機は、前記ステータとして、第1ステータと第2ステータとを含み、前記第1ステータに設けられた前記ステータ突極形成面が前記第1ロータ突極形成面に対向し、前記第2ステータに設けられた前記ステータ突極形成面が前記第2ロータ突極形成面に対向している、
請求項1から7のいずれかに記載のリラクタンス式同期回転電機。 - 前記ステータは、前記ステータ突極形成面として第1ステータ突極形成面と第2ステータ突極形成面とを有し、
当該リラクタンス式同期回転電機は、前記ロータとして、第1ロータと第2ロータとを含み、前記第1ロータに設けられた前記ロータ突極形成面が前記第1ステータ突極形成面に対向し、前記第2ロータに設けられたロータ突極形成面が前記第2ステータ突極形成面に対向している、
請求項1から7のいずれかに記載のリラクタンス式同期回転電機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015210815A JP2017085745A (ja) | 2015-10-27 | 2015-10-27 | リラクタンス式同期回転電機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015210815A JP2017085745A (ja) | 2015-10-27 | 2015-10-27 | リラクタンス式同期回転電機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017085745A true JP2017085745A (ja) | 2017-05-18 |
Family
ID=58713483
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015210815A Pending JP2017085745A (ja) | 2015-10-27 | 2015-10-27 | リラクタンス式同期回転電機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017085745A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6483300B1 (ja) * | 2018-02-28 | 2019-03-13 | 則昭 中桐 | シンクロナスリラクタンスモータ |
JP6752379B1 (ja) * | 2019-06-24 | 2020-09-09 | 三菱電機株式会社 | 回転電機の回転子および回転電機 |
-
2015
- 2015-10-27 JP JP2015210815A patent/JP2017085745A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6483300B1 (ja) * | 2018-02-28 | 2019-03-13 | 則昭 中桐 | シンクロナスリラクタンスモータ |
JP6752379B1 (ja) * | 2019-06-24 | 2020-09-09 | 三菱電機株式会社 | 回転電機の回転子および回転電機 |
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