JP6308076B2 - Rotating electric machine - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関し、詳しくは、自己励磁による電磁石を備えて高効率回転を実現するためのコイルをロータ側に容易に設置可能にする構造に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly, to a structure that includes a self-excited electromagnet so that a coil for realizing high-efficiency rotation can be easily installed on the rotor side.

回転電機は、各種駆動装置に駆動源として搭載されており、例えば、車載するために、ロータ側に永久磁石を埋め込んでマグネットトルクを利用し大出力（大トルク）を得られるようにするＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet Motor）が知られている。このＩＰＭモータは、小型化や高出力化（高エネルギー密度化）の要求から、残留磁束密度が高く、耐熱性を確保できるネオジウム磁石を採用することが一般的に行われている。このネオジウム磁石は、Ｄｙ（ジスプロシウム）やＴｂ（テルビウム）のように高価な希土類を添加するものであることからコスト高の要因になるとともに、台数の増加に対応しつつ将来に渡って供給を確保することが不安定になる可能性がある。   The rotating electrical machine is mounted as a drive source in various drive devices. For example, an IPM motor that embeds a permanent magnet on the rotor side and uses a magnet torque to obtain a large output (large torque) for mounting on a vehicle. (Interior Permanent Magnet Motor) is known. This IPM motor generally employs a neodymium magnet that has a high residual magnetic flux density and can secure heat resistance because of demands for miniaturization and high output (high energy density). This neodymium magnet adds expensive rare earth elements such as Dy (dysprosium) and Tb (terbium), which increases the cost and secures future supply while responding to the increase in the number of units. Can be unstable.

このことから、近年の回転電機では、永久磁石を電磁石に置き換えた巻線界磁同期モータが提案されており、この巻線界磁同期モータには、外部電源から電力供給を受けてロータ側コイルでの界磁電流とする他励式と、ロータ側コイルで誘導電流を発生させて界磁電流とする自励式とが提案されている。   For this reason, in a recent rotating electrical machine, a winding field synchronous motor in which a permanent magnet is replaced with an electromagnet has been proposed. The winding field synchronous motor is supplied with electric power from an external power source and receives a rotor side coil. There have been proposed a separately excited type in which a field current is generated in a rotor and a self-excited type in which an induced current is generated in a rotor side coil to be a field current.

他励式の巻線界磁同期モータでは、スリップリングなどを介してロータ側にも電力供給する必要があり、回路設計が複雑になるとともに、コスト高になる。これに対して、自励式の巻線界磁同期モータは、ロータへの電力供給を不要にできることから、大出力（大トルク）を得られるのであれば車載用には好適である。特に、ハイブリッド自動車（Hybrid Electric Vehicle）や電気自動車（Electric Vehicle）には大出力が必要である。   In the separately excited winding field synchronous motor, it is necessary to supply power to the rotor side via a slip ring or the like, which complicates the circuit design and increases the cost. On the other hand, the self-excited winding field synchronous motor can eliminate the need for power supply to the rotor, and thus is suitable for in-vehicle use as long as a large output (large torque) can be obtained. In particular, a high output is required for hybrid electric vehicles and electric vehicles.

この自励式の巻線界磁同期モータとしては、例えば、非特許文献１に記載されているような安価に作製可能なリラクタンスモータ構造で高効率回転を実現して、トルク向上等の特性改善を図ることが提案されている。   As this self-excited winding field synchronous motor, for example, a reluctance motor structure that can be manufactured at a low cost as described in Non-Patent Document 1 realizes high-efficiency rotation and improves characteristics such as torque improvement. It has been proposed to plan.

この非特許文献１に記載の自励式の巻線界磁同期モータでは、ステータ側の電機子極コイルに供給する駆動電流の基本周波数よりも高い周波数の磁束をロータ側に鎖交させて、そのロータ側に配置する自己励磁用コイル（誘導コイル）に誘導電流を発生させる。この自己励磁式では、その誘導電流を半波整流した後に自己励磁用コイルに供給することにより、自己励磁用コイルを電磁石コイルとしても機能させている。   In the self-excited winding field synchronous motor described in Non-Patent Document 1, a magnetic flux having a frequency higher than the fundamental frequency of the drive current supplied to the stator side armature pole coil is linked to the rotor side. An induction current is generated in a self-excitation coil (induction coil) disposed on the rotor side. In this self-excitation system, the induced current is supplied to the self-excitation coil after half-wave rectification, so that the self-excitation coil also functions as an electromagnetic coil.

しかし、非特許文献１に記載の自己励磁では、自己励磁用コイルを電磁石コイルとしても機能させるように兼用させることから、磁気的な干渉が生じて誘導電流を効率よく発生させることができず、また、発生する電磁力も弱めてしまう。   However, in the self-excitation described in Non-Patent Document 1, since the self-excitation coil is also used to function as an electromagnet coil, magnetic interference occurs and induction current cannot be generated efficiently. In addition, the generated electromagnetic force is weakened.

また、非特許文献１に記載の構造では、ロータの外面から離隔する深部まで自己励磁用コイルを配置するが、磁束の高周波成分（空間高調波成分）はロータ深部まで進入する（鎖交する）ことができずに、自己励磁用コイルに非常に小さな誘導電流しか発生させることができない。   In the structure described in Non-Patent Document 1, the self-excitation coil is disposed up to a deep part separated from the outer surface of the rotor, but the high-frequency component (space harmonic component) of the magnetic flux enters (links) into the rotor deep part. And only a very small induced current can be generated in the self-excitation coil.

なお、誘導電流を発生させる誘導コイルと、その誘導電流を界磁電流として利用し電磁石として機能する電磁石コイルと、をそれぞれ備えさせることは特許文献１に提案されている。この回転電機では、誘導コイルと電磁石コイルとを異なる役割で機能するようにして、効率のよい自己励磁を実現する。   Patent Document 1 proposes that an induction coil that generates an induced current and an electromagnet coil that uses the induced current as a field current and functions as an electromagnet are provided. In this rotating electrical machine, efficient self-excitation is realized by causing the induction coil and the electromagnetic coil to function in different roles.

特開２０１４− ５４０６７号公報JP 2014-54067 A

野中作太郎著「自励形単相同期電動機」電気学会雑誌７８巻８４２号、１９５８年１１月、Ｐ．１８−２６Sakutaro Nonaka “Self-Excited Single-Phase Synchronous Motor” The Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 78, 842, November 1958 18-26

しかしながら、このように、誘導コイルと電磁石コイルとを共通の突極に配置する回転電機にあっては、効果的に磁束を鎖交させつつ、磁束密度を考慮した磁路を確保して磁束の高周波成分を有効利用することが難しい。   However, in this way, in the rotating electrical machine in which the induction coil and the electromagnetic coil are arranged on a common salient pole, while effectively interlinking the magnetic flux, a magnetic path considering the magnetic flux density is secured and the magnetic flux is It is difficult to effectively use high frequency components.

そこで、本発明は、損失エネルギーを回収して自己励磁させる電磁石を有効利用しトルクを向上させることのできる回転電機を提供することを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can effectively use an electromagnet that recovers lost energy and self-excites to improve torque.

上記課題を解決する回転電機の発明の一態様は、通電により磁束を発生させる電機子極コイルを有するステータと、前記磁束の通過により回転するロータと、を備える回転電機であって、前記ロータは、前記磁束に重畳する空間高調波成分が鎖交することにより誘導電流を発生する誘導コイルが巻かれた複数の補極部と、前記誘導電流が通電することにより電磁力を発生する電磁石コイルが巻かれた複数の突極部と、を有し、前記補極部は、隣接する前記突極部の間で前記ロータの径方向に延伸するように支持されて前記誘導コイルが巻かれる本体部と、前記本体部に連結されて、隣接する前記突極部の対面する両側面に支持される支持部と、を有するものである。   One aspect of the invention of a rotating electrical machine that solves the above-described problem is a rotating electrical machine that includes a stator having an armature pole coil that generates a magnetic flux when energized, and a rotor that rotates when the magnetic flux passes through the rotor. A plurality of auxiliary pole portions wound with an induction coil that generates an induced current by interlinking of spatial harmonic components superimposed on the magnetic flux, and an electromagnetic coil that generates an electromagnetic force when the induced current is energized. A plurality of wound salient pole parts, and the auxiliary pole part is supported so as to extend in the radial direction of the rotor between the adjacent salient pole parts, and the main body part around which the induction coil is wound And a support portion connected to the main body portion and supported on opposite side surfaces of the adjacent salient pole portions.

このように本発明の一態様によれば、空間高調波成分によって発生された誘導電流を界磁電流として電磁石コイルに供給して電磁力を発生させる、誘導コイルと電磁石コイルのそれぞれを別個の突極部と補極部（本体部）に容易に配置することができる。   As described above, according to one aspect of the present invention, each of the induction coil and the electromagnetic coil that generate electromagnetic force by supplying the induction current generated by the spatial harmonic component to the electromagnetic coil as a field current is separately provided. It can be easily arranged in the pole part and the complementary electrode part (main body part).

したがって、損失エネルギーを回収して自己励磁させる電磁石を有効利用しトルクを向上させることのできる回転電機を提供することができる。   Therefore, it is possible to provide a rotating electrical machine capable of improving the torque by effectively using an electromagnet that recovers lost energy and self-excites.

図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機を示す図であり、その概略全体構成を示す円形のうちの半円部分の径方向断面図である。FIG. 1 is a diagram showing a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention, and is a radial cross-sectional view of a semicircular portion of a circle showing a schematic overall configuration. 図２は、誘導コイルと電磁石コイルとをダイオードを介して接続する簡易な回路構成図である。FIG. 2 is a simple circuit configuration diagram in which an induction coil and an electromagnetic coil are connected via a diode. 図３は、空間高調波の重畳する磁束特性を示す磁束線図である。FIG. 3 is a magnetic flux diagram showing magnetic flux characteristics with which spatial harmonics are superimposed. 図４は、誘導コイルを巻き付ける補極部材のロータティースへの取付状態を示す一部断面拡大図である。FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view showing a state where the auxiliary pole member around which the induction coil is wound is attached to the rotor teeth. 図５は、誘導コイルを巻き付けた補極部材のロータへの取付状態を電磁石コイルと共に示す一部断面拡大斜視図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional enlarged perspective view showing an attachment state of the auxiliary pole member wound with the induction coil to the rotor together with the electromagnet coil. 図６は、ロータの回転シャフトへの取付状態を示す一部断面斜視図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional perspective view showing an attachment state of the rotor to the rotating shaft. 図７は、本実施形態の第２の他の態様を示す図であり、その誘導コイルを巻き付ける補極部材のロータティースへの取付状態を示す一部断面拡大図である。FIG. 7 is a diagram showing a second other aspect of the present embodiment, and is a partial cross-sectional enlarged view showing a state where the auxiliary pole member around which the induction coil is wound is attached to the rotor teeth. 図８は、本実施形態の第３の他の態様を示す図であり、その誘導コイルを巻き付ける補極部材のロータティースへの取付状態を示す一部断面拡大図である。FIG. 8 is a view showing a third other aspect of the present embodiment, and is a partially enlarged cross-sectional view showing a state where the auxiliary pole member around which the induction coil is wound is attached to the rotor teeth.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図６は本発明の一実施形態に係る回転電機を示す図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1-6 is a figure which shows the rotary electric machine which concerns on one Embodiment of this invention.

図１において、回転電機１００は、後述するように、外部からロータ２１にエネルギー入力する必要のない構造を有しており、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載するのに好適な性能を有している。   In FIG. 1, as will be described later, the rotating electrical machine 100 has a structure in which it is not necessary to input energy to the rotor 21 from the outside. For example, the rotating electrical machine 100 has a performance suitable for mounting on a hybrid vehicle or an electric vehicle. ing.

回転電機１００は、概略円筒形状に形成されたステータ（固定子）１１と、図６に示すシャフト１０１に固定されてステータ１１内に収納されるロータ（回転子）２１と、を備えており、ロータ２１は、シャフト１０１の軸心を回転軸に一致させるようにベアリング１０２により支持されて回転自在に取り付けられている。   The rotating electrical machine 100 includes a stator (stator) 11 formed in a substantially cylindrical shape, and a rotor (rotor) 21 fixed to the shaft 101 shown in FIG. 6 and housed in the stator 11. The rotor 21 is rotatably supported by a bearing 102 so that the axis of the shaft 101 coincides with the rotation axis.

ステータ１１には、ロータ２１のロータティース２２の外周面２２ａにエアギャップＧを介して内周面１２ａ側を近接対面させるように、径方向に延長されて突極形状に形成されている複数本のステータティース１２が周方向に均等配置されている。ステータティース（突極部）１２には、隣接する側面２２ｂ間に形成される空間のスロット１３を利用して、相毎の３相巻線をそれぞれ個々に集中巻きすることにより電機子極コイル１４が形成されている。ステータティース１２は、電機子極コイル１４に駆動電流を入力することにより、内部に対面収納されているロータ２１を回転させる磁束を発生する電磁石として機能する。   The stator 11 has a plurality of salient poles that are extended in the radial direction so that the outer peripheral surface 22a of the rotor teeth 22 of the rotor 21 faces the inner peripheral surface 12a through the air gap G. The stator teeth 12 are evenly arranged in the circumferential direction. The stator teeth (saliency poles) 12 are armature pole coils 14 by individually concentrating three-phase windings for each phase using slots 13 in spaces formed between adjacent side faces 22b. Is formed. The stator teeth 12 function as electromagnets that generate magnetic flux that rotates the rotor 21 that is housed facing the armature pole coil 14 by inputting a drive current to the armature pole coil 14.

ロータ２１には、ステータティース１２と同様に径方向に延長されて突極形状に形成されている複数本のロータティース２２が周方向に均等配置されている。ロータティース２２は、ステータティース１２と全周方向の本数を異ならせて、相対回転時に外周面２２ａがステータティース１２の内周面１２ａに適宜近接対面するように形成されている。   In the rotor 21, a plurality of rotor teeth 22 that are extended in the radial direction and formed in a salient pole shape in the same manner as the stator teeth 12 are equally arranged in the circumferential direction. The rotor teeth 22 are formed in such a manner that the outer circumferential surface 22a is appropriately close to the inner circumferential surface 12a of the stator teeth 12 at the time of relative rotation by making the number of the circumferential teeth different from that of the stator teeth 12.

これにより、回転電機１００は、ステータ１１のスロット１３内の電機子極コイル１４が通電されることにより磁束が発生し、その磁束をステータティース１２の内周面１２ａから対面するロータティース２２の外周面２２ａに鎖交させることができる。この回転電機１００では、ステータティース１２との間で鎖交する磁束が通過する磁路を最短にしようとするリラクタンストルク（主回転力）によりロータ２１を相対回転させる。この結果、回転電機１００は、ステータ１１内で相対回転するロータ２１と軸心を一致させつつ一体回転するシャフト１０１から通電入力する電気的エネルギーを機械的エネルギーとして出力することができる。すなわち、回転電機１００は、リラクタンスモータとして構築されている。   As a result, the rotating electrical machine 100 generates a magnetic flux when the armature pole coil 14 in the slot 13 of the stator 11 is energized, and the magnetic flux is opposed to the outer periphery of the rotor tooth 22 facing the inner peripheral surface 12a of the stator tooth 12. It can be linked to the surface 22a. In this rotating electrical machine 100, the rotor 21 is relatively rotated by a reluctance torque (main rotational force) that attempts to minimize the magnetic path through which the magnetic flux interlinking with the stator teeth 12 passes. As a result, the rotating electrical machine 100 can output, as mechanical energy, electrical energy that is energized and input from the shaft 101 that rotates integrally with the rotor 21 that rotates relatively in the stator 11 while matching the axis. That is, the rotating electrical machine 100 is constructed as a reluctance motor.

このとき、回転電機１００では、ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａに鎖交する磁束には空間高調波成分が重畳している。このため、ロータ２１側でも、ステータ１１側から鎖交する磁束の空間高調波成分の磁束密度の変化を利用して、内蔵するコイルに誘導電流（補助電流）を発生させ電磁力を得ることができる。   At this time, in the rotating electrical machine 100, a spatial harmonic component is superimposed on the magnetic flux interlinking from the inner peripheral surface 12a of the stator tooth 12 to the outer peripheral surface 22a of the rotor tooth 22. For this reason, on the rotor 21 side as well, an electromagnetic current can be obtained by generating an induced current (auxiliary current) in a built-in coil by using a change in the magnetic flux density of the spatial harmonic component of the magnetic flux linked from the stator 11 side. it can.

詳細には、ステータ１１の電機子極コイル１４に基本周波数の駆動電力を供給するだけでは、ロータ２１（ロータティース２２）をその基本周波数で変動する主磁束で回転させるだけであることから、ロータ２１側にコイルを単に配置しても鎖交する磁束に変化はなく誘導電流が生じることはない。   Specifically, simply supplying the driving power of the fundamental frequency to the armature pole coil 14 of the stator 11 simply rotates the rotor 21 (rotor teeth 22) with the main magnetic flux that fluctuates at the fundamental frequency. Even if the coil is simply arranged on the 21 side, the interlinkage magnetic flux does not change and no induced current is generated.

その一方で、磁束には空間高調波成分が重畳しており、その空間高調波成分は基本周波数と異なる周期で時間的に変化しつつロータティース２２に外周面２２ａ側から鎖交する。このことから、基本周波数の磁束に重畳する空間高調波成分は、ロータティース２２の外周面２２ａの近傍にコイルを設置することにより、別途入力することなく、効率よく誘導電流を発生させることができる。この結果、鉄損の原因となる空間高調波磁束は自己励磁するためのエネルギーとして回収することができる。   On the other hand, a spatial harmonic component is superimposed on the magnetic flux, and the spatial harmonic component is linked to the rotor tooth 22 from the outer peripheral surface 22a side while temporally changing at a period different from the fundamental frequency. From this, the spatial harmonic component superimposed on the magnetic flux of the fundamental frequency can efficiently generate an induced current without being separately input by installing a coil in the vicinity of the outer peripheral surface 22a of the rotor tooth 22. . As a result, the spatial harmonic magnetic flux that causes iron loss can be recovered as energy for self-excitation.

ところで、リラクタンスモータとしては、図示することは省略するが、ロータティース２２の隣接する側面２２ｂ間に形成される空間をスロット２３として利用して、そのロータティース２２に巻線を巻き付けて径方向２段の集中巻を形成することにより、外周面２２ａ側に誘導コイルを形成し、その軸心側に電磁石コイルを配置することが考えられる。   By the way, although illustration is abbreviate | omitted as a reluctance motor, winding is wound around the rotor teeth 22 using the space formed between the adjacent side surfaces 22b of the rotor teeth 22, and it is radial direction 2 It is conceivable that an induction coil is formed on the outer peripheral surface 22a side and an electromagnet coil is arranged on the axial center side by forming concentrated windings of steps.

この構造では、誘導コイルは、ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａに鎖交する磁束の空間高調波成分、すなわち、磁束密度の変化により誘導電流を発生させて電磁石コイルに供給することができる。このため、電磁石コイルは、その誘導コイルから受け取った誘導電流を界磁電流として自己励磁することにより、磁束（電磁力）を発生させることができる。要するに、ロータティース２２自体に誘導コイルと電磁石コイルを配置して、誘導電流を界磁電流として利用可能な独立回路を備えさせることで、主回転力を発生する電機子極コイル１４の磁束とは別に鎖交する磁束が通過磁路を最短にしようとするリラクタンストルク（補助回転力）を得て、ロータ２１の相対回転を補助することができ、また、損失要因となっていた磁束の空間高調波成分をエネルギーとして回収して利用することができる。   In this structure, the induction coil generates an induction current by changing the spatial harmonic component of the magnetic flux interlinking from the inner peripheral surface 12a of the stator tooth 12 to the outer peripheral surface 22a of the rotor tooth 22, that is, by changing the magnetic flux density. Can be supplied to. For this reason, the electromagnet coil can generate magnetic flux (electromagnetic force) by self-exciting the induced current received from the induction coil as a field current. In short, what is the magnetic flux of the armature pole coil 14 that generates the main rotational force by arranging an induction coil and an electromagnetic coil in the rotor teeth 22 and providing an independent circuit that can use the induced current as a field current? Separately, the interlinkage magnetic flux obtains a reluctance torque (auxiliary rotational force) that attempts to make the passing magnetic path the shortest, thereby assisting the relative rotation of the rotor 21, and the spatial harmonics of the magnetic flux that has caused the loss. Wave components can be recovered and used as energy.

ここで、このようにロータティース２２にコイルを巻くことは、野中作太郎著「自励形単相同期電動機」電気学会雑誌７８巻８４２号、１９５８年１１月、Ｐ．１８−２６にも記載されている。この非特許文献１に記載のリラクタンスモータは、基本周波数よりも高い周波数の磁束がロータ側コイルに鎖交することで誘導電流を発生させるものであり、その誘導電流を整流素子（ダイオード）で半波整流して戻すことにより、そのロータ側コイルを自己励磁式の電磁石として機能させるようになっている。   Here, winding a coil around the rotor teeth 22 in this way is described in the book “Self-Excited Single-Phase Synchronous Motor” by the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 78, No. 842, November 1958, p. 18-26. The reluctance motor described in Non-Patent Document 1 generates an induced current by linking a magnetic flux having a frequency higher than the fundamental frequency to a rotor side coil, and the induced current is half-divided by a rectifying element (diode). The rotor side coil is made to function as a self-excited electromagnet by performing wave rectification and returning.

しかしながら、この文献に記載の自己励磁技術には、次のような課題がある。
１．ロータ側のコイルとしては、誘導電流を発生させるコイルおよび整流した誘導電流を界磁電流として流すコイルとして兼用するので、磁気的な干渉が生じて効率よく誘導電流を発生させることができず、また、起磁力も非常に小さくなってしまう。
２．基本周波数よりも高い高次の磁束の高周波成分は、ロータ２１（ロータティース２２）に鎖交するにしても外周面２２ａ付近に分布するのに留まるため、軸心側にコイルを配置してしまうと非常に小さな誘導電流しか発生しない。なお、ロータ側コイルは、ロータティース２２の外周面２２ａ付近に設置するにしても、現実的には無理がある。例えば、線径の細い導線の極少量を巻いてコイルとしても、導体抵抗が高くなって、その結果、銅損が増加して効率のよい電磁石として機能させるのは難しい。また、ロータ表面では、ステータ側に接触してしまう懸念も生じてしまう。
３．ステータ１１側のコイルとしては、分布巻にしてしまうと、高次の高調波が磁束に重畳する傾向にあり、上述するように、高次の磁束の高周波成分ではより小さな誘導電流しか期待できない。要するに、コイルの巻き方としては、分布巻は不適当である。
４．この文献では、基本周波数の２倍の高調波磁束でロータ側コイルを励磁するように説明するが、２次の高調波磁束で発生する誘導電流は整流合成したときに谷ができてしまう。また、誘導電流は磁束の時間変化が大きいほど大電流となるので、高くなり過ぎない３次程度の高調波磁束の方が有利である。 However, the self-excitation technique described in this document has the following problems.
1. As the coil on the rotor side, it is also used as a coil that generates an induced current and a coil that flows the rectified induced current as a field current, so that magnetic interference occurs and the induced current cannot be generated efficiently. The magnetomotive force will be very small.
2. Even if the high-frequency component of higher-order magnetic flux higher than the fundamental frequency is linked to the rotor 21 (rotor teeth 22), it remains distributed in the vicinity of the outer peripheral surface 22a, so that a coil is disposed on the axial center side. Only a very small induced current is generated. Even if the rotor side coil is installed in the vicinity of the outer peripheral surface 22a of the rotor teeth 22, it is practically impossible. For example, even when a very small amount of a conducting wire with a small wire diameter is wound as a coil, the conductor resistance increases, and as a result, copper loss increases, making it difficult to function as an efficient electromagnet. Further, there is a concern that the rotor surface contacts the stator side.
3. If the coil on the stator 11 side is distributed winding, higher harmonics tend to be superimposed on the magnetic flux, and as described above, only a smaller induced current can be expected with the high frequency component of the higher magnetic flux. In short, distributed winding is inappropriate as a method of winding the coil.
4). In this document, it is explained that the rotor side coil is excited with a harmonic magnetic flux that is twice the fundamental frequency. However, the induced current generated by the second harmonic magnetic flux forms a valley when rectified and synthesized. Further, since the induced current becomes larger as the time change of the magnetic flux is larger, a third-order harmonic magnetic flux that is not too high is more advantageous.

そこで、本実施形態の回転電機１００では、ロータ２１側において、補極部材（補極部）２５に集中巻線した誘導コイル２７の全体をロータティース２２間のスロット２３内に収容して回転方向に並列配置するとともに、直列接続して集中巻して形成した電磁石コイル２８（２８ａ、２８ｂ）がロータティース２２の全体で１段となるように配置されている。   Therefore, in the rotating electrical machine 100 of the present embodiment, on the rotor 21 side, the entire induction coil 27 concentratedly wound around the auxiliary pole member (auxiliary pole portion) 25 is accommodated in the slot 23 between the rotor teeth 22 to rotate in the rotation direction. In addition, the electromagnet coils 28 (28a, 28b) formed by connecting in series and concentrated winding are arranged so that the entire rotor teeth 22 are in one stage.

誘導コイル２７は、電磁鋼（磁性体）からなる補極部材２５を採用することにより、透磁率を高めて磁束を高密度に鎖交可能にしており、ステータティース１２の内周面１２ａに極力小さなエアギャップＧを介して対面する磁路上に位置させることで、より多くの空間高調波磁束を鎖交させるようになっている。この誘導コイル２７は、ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａ側に鎖交する磁束の３次の空間高調波成分を有効利用するように磁界解析を行って厳密に空間高調波磁路を確認することにより、効率よく誘導電流を発生させることができるように設置している。なお、誘導コイル２７は、電磁石コイル２８との間に必要十分な空隙を確保するようにロータティース２２の間に位置するように配置されている。   The induction coil 27 employs an auxiliary pole member 25 made of electromagnetic steel (magnetic material) to increase the magnetic permeability so that the magnetic flux can be linked with high density, and as much as possible to the inner peripheral surface 12a of the stator teeth 12. By being positioned on the magnetic path facing through the small air gap G, more spatial harmonic magnetic fluxes are linked. The induction coil 27 performs a magnetic field analysis so as to effectively use the third-order spatial harmonic component of the magnetic flux interlinking from the inner peripheral surface 12a of the stator teeth 12 to the outer peripheral surface 22a side of the rotor teeth 22, and strictly performs space analysis. By checking the harmonic magnetic path, it is installed so that an induced current can be generated efficiently. The induction coil 27 is disposed so as to be positioned between the rotor teeth 22 so as to ensure a necessary and sufficient gap with the electromagnet coil 28.

このように、集中巻構造を採用することにより、誘導コイル２７や電磁石コイル２８では、複数スロットに亘って周方向に巻線をする必要がなく、全体的に小型化することができる。また、誘導コイル２７では、１次側での銅損損失を低減しつつ、低次である３次の空間高調波磁束の鎖交による誘導電流を効率よく発生させて、回収可能な損失エネルギーを増加させることができる。   Thus, by adopting the concentrated winding structure, the induction coil 27 and the electromagnet coil 28 do not need to be wound in the circumferential direction over a plurality of slots, and can be downsized as a whole. In addition, the induction coil 27 efficiently generates an induced current due to the linkage of the third-order spatial harmonic magnetic flux, which is a lower order, while reducing the copper loss loss on the primary side, thereby obtaining a recoverable loss energy. Can be increased.

また、誘導コイル２７には、３次の空間高調波磁束を利用することにより、上述の非特許文献１で説明する２次の空間高調波磁束を利用する場合よりも、効果的に誘導電流を発生させることができる。具体的には、誘導電流は２次よりも３次の空間高調波磁束を利用する方が磁束の時間変化を大きくして大電流にすることができ、効率よく回収することができる。なお、この非特許文献１では、ロータの軸心側深部に巻線したコイルが図示されており、空間高調波の鎖交領域が考慮されておらず、有効利用できる構造になっていない。   In addition, by using the third-order spatial harmonic magnetic flux in the induction coil 27, the induced current is more effectively generated than when the second-order spatial harmonic magnetic flux described in Non-Patent Document 1 is used. Can be generated. Specifically, the induced current can be recovered efficiently by using the third-order spatial harmonic magnetic flux rather than the second-order so that the time change of the magnetic flux can be increased and the current can be increased. In Non-Patent Document 1, a coil wound in the deep part on the axial center side of the rotor is shown, and the interlinkage region of spatial harmonics is not taken into consideration, and the structure cannot be used effectively.

そして、誘導コイル２７は、後述するように、ロータティース２２の外周面２２ａの間で磁気的に独立する形態でスロット２３内に配置されている。
また、電磁石コイル２８は、ロータティース２２の全長にわたって巻線することにより全体を有効利用して磁束を発生させる。
このように、誘導コイル２７および電磁石コイル２８は、磁束経路が干渉し合わないように分割されているので、磁気的干渉を低減することができ、効率よく誘導電流を発生させることができるとともに、効果的に電磁石として機能させて磁束を発生させることができる。 And the induction coil 27 is arrange | positioned in the slot 23 with the form which becomes magnetically independent between the outer peripheral surfaces 22a of the rotor teeth 22, so that it may mention later.
In addition, the electromagnet coil 28 is wound over the entire length of the rotor tooth 22 to effectively use the whole to generate a magnetic flux.
Thus, since the induction coil 27 and the electromagnetic coil 28 are divided so that the magnetic flux paths do not interfere with each other, magnetic interference can be reduced, an induced current can be generated efficiently, and The magnetic flux can be generated by effectively functioning as an electromagnet.

さらに、誘導コイル２７は、ロータ２１の径方向に対して同一の周回巻線となる集中巻に形成されて、ロータ２１の周方向に配列されて並列接続されている。また、電磁石コイル２８は、ロータ２１の径方向に対して隣同士が逆向きの周回巻線となる集中巻に形成されて、ロータ２１の周方向の外周側と軸心側とを交互に接続する全直列接続にされている。   In addition, the induction coil 27 is formed in a concentrated winding that is the same circumferential winding with respect to the radial direction of the rotor 21, and is arranged in parallel in the circumferential direction of the rotor 21. Further, the electromagnet coil 28 is formed in a concentrated winding in which the adjacent windings are opposite to each other in the radial direction of the rotor 21, and alternately connect the outer circumferential side and the axial center side of the rotor 21 in the circumferential direction. It is all connected in series.

電磁石コイル２８は、図２に示すように、全直列接続されている両端部が、並列接続されている誘導コイル２７の両端部にそれぞれダイオード（整流素子）２９Ａ、２９Ｂを介して接続されている。すなわち、電磁石コイル２８は、巻線の巻き方向毎のコイル２８Ａ１〜２８Ａｎ（ｎ：極数／２）とコイル２８Ｂ１〜２８Ｂｎが全直列接続されており、その電磁石コイル２８Ａ１〜２８Ａｎ、２８Ｂ１〜２８Ｂｎに対応するように直列接続されている誘導コイル２７Ａ１〜２７Ａｎ、２７Ｂ１〜２７Ｂｎの両端部に並列接続されている。   As shown in FIG. 2, both ends of the electromagnet coil 28 connected in series are connected to both ends of the induction coil 27 connected in parallel via diodes (rectifier elements) 29A and 29B, respectively. . That is, in the electromagnet coil 28, coils 28A1 to 28An (n: number of poles / 2) and coils 28B1 to 28Bn are connected in series in each winding direction, and the electromagnet coils 28A1 to 28An and 28B1 to 28Bn Inductive coils 27A1 to 27An and 27B1 to 27Bn connected in series so as to correspond to each other are connected in parallel to both ends.

ダイオード２９Ａ、２９Ｂは、誘導コイル２７や電磁石コイル２８を多極化させる場合でも、そのうちの電磁石コイル２８を全直列させることで使用数を抑えている。このダイオード２９Ａ、２９Ｂは、大量使用を回避するために、一般的なＨブリッジ型の全波整流回路を形成するのではなく、それぞれ１８０度位相差になるように結線して、一方の誘導電流を反転させて半波整流出力する中性点クランプ型の半波整流回路（整流素子）を形成している。   Even when the induction coils 27 and the electromagnet coils 28 are multipolarized, the number of diodes 29A and 29B is reduced by using all of the electromagnet coils 28 in series. In order to avoid mass use, the diodes 29A and 29B do not form a general H-bridge type full-wave rectifier circuit, but are connected so that each has a phase difference of 180 degrees, and one of the induced currents The neutral-point clamp type half-wave rectifier circuit (rectifier element) that outputs half-wave rectified by inverting the signal is formed.

これにより、回転電機１００では、誘導コイル２７の透磁率の高い電磁鋼の補極部材２５に、電磁石コイル２８との干渉を極力少なく（誘導電流の減少を少なく）、ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａ側に鎖交する磁束の空間高調波成分を通過させることにより、誘導電流を効率よく発生させて回収することができる。誘導コイル２７の個々に発生させる誘導電流は、ダイオード２９Ａ、２９Ｂで整流させた後に合流させて、直列接続させている電磁石コイル２８の個々に流し有効利用することができ、その電磁石コイル２８を効果的に自己励磁させて大きな磁束（電磁力）を発生させることができる。   Thereby, in the rotating electrical machine 100, the induction coil 27 having a high magnetic permeability of the induction coil 27 has as little interference as possible with the electromagnetic coil 28 (less reduction in induction current), and the inner peripheral surface of the stator tooth 12 By passing the spatial harmonic component of the magnetic flux interlinking from 12a to the outer peripheral surface 22a side of the rotor teeth 22, the induced current can be efficiently generated and recovered. The induced currents individually generated by the induction coils 27 are combined after being rectified by the diodes 29A and 29B, and can be used effectively by individually flowing the electromagnetic coils 28 connected in series. Can be self-excited to generate a large magnetic flux (electromagnetic force).

この結果、回転電機１００は、励磁用と電磁石用とで分割して独立させる誘導コイル２７および電磁石コイル２８で、互いに干渉して弱め合ってしまうことを回避しつつ、発生する磁束を有効かつ平滑化させて利用することができ、効率よくエネルギーとして回収して出力することができる。すなわち、電磁石コイル２８がロータティース２２と共に突極を構成して、誘導コイル２７が補極部材２５と共に補極を構成している。   As a result, the rotating electric machine 100 effectively and smoothly smooths the generated magnetic flux while avoiding mutual interference and weakening by the induction coil 27 and the electromagnet coil 28 that are divided and separately used for excitation and electromagnet. And can be efficiently recovered and output as energy. That is, the electromagnet coil 28 constitutes a salient pole together with the rotor teeth 22, and the induction coil 27 constitutes an auxiliary pole together with the auxiliary pole member 25.

また、誘導コイル２７および電磁石コイル２８は、ロータ２１の周方向に複数配置して多極化しているので、上述の非特許文献１に記載のような２極モータの場合よりも、ロータティース２２の１歯当たりの鎖交する磁束量を周方向に分散化させることができ、個々のロータティース２２に作用する電磁力（リラクタンストルク）も周方向に分散化させて電磁振動を抑えることができ、静寂化させることができる。   In addition, since the induction coil 27 and the electromagnet coil 28 are arranged in multiple numbers in the circumferential direction of the rotor 21 and are multipolarized, the rotor teeth 22 of the rotor teeth 22 are more than in the case of the two-pole motor as described in Non-Patent Document 1 above. The amount of magnetic flux interlinked per tooth can be dispersed in the circumferential direction, and the electromagnetic force (reluctance torque) acting on the individual rotor teeth 22 can also be dispersed in the circumferential direction to suppress electromagnetic vibration. Can be silenced.

このように、回転電機１００は、ロータ２１側に誘導コイル２７と電磁石コイル２８を設置することで、３次空間高調波磁束をステータ１１側のステータティース１２から効果的に鎖交させて効率よくリラクタンストルクを発生させることができる。例えば、図３に示すように、３次空間高調波磁束の磁界解析により求めた磁束線ＦＬを図示すると、電磁石コイル２８のロータティース２２の外周面２２ａに誘導コイル２７の補極部材２５の外端面３２ａを加えて、ステータ１１とロータ２１との間で磁束を鎖交させることができる。このため、ロータティース２２の外周面２２ａのみの場合よりも、ロータ２１の外周面側での磁束の鎖交面積を大きくして（鎖交位置を分散化させて）、磁気飽和してしまうことなく（磁気抵抗少なく）鎖交させて効率よくリラクタンストルクを発生させることができる。また、誘導コイル２７は、補極部材２５の外端面３２ａをロータ２１の外周側に位置させていることから、磁束を直交方向から鎖交させることができ、効率よく誘導電流を発生させることができる。   As described above, the rotating electrical machine 100 is configured to efficiently link the third-order spatial harmonic magnetic flux from the stator teeth 12 on the stator 11 side by installing the induction coil 27 and the electromagnet coil 28 on the rotor 21 side. A reluctance torque can be generated. For example, as shown in FIG. 3, when the magnetic flux line FL obtained by magnetic field analysis of the third-order spatial harmonic magnetic flux is illustrated, the outer peripheral surface 22 a of the rotor tooth 22 of the electromagnetic coil 28 is arranged outside the auxiliary pole member 25 of the induction coil 27. The end face 32 a can be added to link the magnetic flux between the stator 11 and the rotor 21. For this reason, the magnetic flux saturation on the outer peripheral surface side of the rotor 21 is made larger (by dispersing the interlinkage positions) and the magnetic saturation occurs than in the case of only the outer peripheral surface 22a of the rotor teeth 22. The reluctance torque can be generated efficiently by linking with each other (less magnetic resistance). In addition, since the induction coil 27 has the outer end surface 32a of the auxiliary pole member 25 positioned on the outer peripheral side of the rotor 21, the magnetic flux can be linked from the orthogonal direction, and an induced current can be generated efficiently. it can.

このため、回転電機１００では、電磁石コイル２８と周方向に並列させて誘導コイル２７を設置することで、その誘導コイル２７内に磁束を効果的に誘導して誘導電流を発生させ電磁石コイル２８に界磁電流として供給することができる。この結果、回転電機１００では、エアギャップＧ間を介して鎖交する３次空間高調波磁束が磁気飽和近くになって抑えられることを少なくして、より多くの磁束を誘導コイル２７に鎖交させて大容量の誘導電流を発生させることができる。   For this reason, in the rotating electrical machine 100, the induction coil 27 is installed in parallel with the electromagnet coil 28 in the circumferential direction, thereby effectively inducing magnetic flux in the induction coil 27 to generate an induction current and It can be supplied as a field current. As a result, in the rotating electrical machine 100, the third-order spatial harmonic magnetic flux interlinking through the air gap G is less likely to be suppressed near magnetic saturation, and more magnetic flux is interlinked to the induction coil 27. Thus, a large-capacity induced current can be generated.

これにより、回転電機１００では、３次空間高調波磁束（磁束ベクトル）をロータティース２２の外周面２２ａ側に高密度に発生させつつ、誘導コイル２７を含めて、ステータティース１２の間の全体で鎖交させることができ、周方向の広範囲にリラクタンストルクを効果的に発生させて電機子極コイル１４による駆動力を補助することができる。   Thereby, in the rotating electrical machine 100, the third-order spatial harmonic magnetic flux (magnetic flux vector) is generated at a high density on the outer peripheral surface 22 a side of the rotor tooth 22, and the entire portion between the stator teeth 12 including the induction coil 27. The reluctance torque can be effectively generated over a wide range in the circumferential direction, and the driving force by the armature pole coil 14 can be assisted.

ここで、誘導コイル２７は、周囲との間の磁気抵抗が小さいと、ロータティース２２の突極比を低下させてしまうことになり、リラクタンストルクを著しく減少させてしまう。また、ロータティース２２に磁束が大量に流れ込むと、ステータ１１とロータ２１との相対的な位置関係によっては、負（逆回転）方向へのトルクが働いたり、磁気的干渉が生じたりしてトルク低下の要因となってしまうことがある。   Here, if the magnetic resistance between the induction coil 27 and the surroundings is small, the salient pole ratio of the rotor teeth 22 will be lowered, and the reluctance torque will be significantly reduced. Further, when a large amount of magnetic flux flows into the rotor teeth 22, depending on the relative positional relationship between the stator 11 and the rotor 21, torque in the negative (reverse rotation) direction works or magnetic interference occurs, resulting in torque. It may become a factor of decline.

このため、誘導コイル２７は、コイルを巻き付ける補極部材２５を後述する簡易な取付構造に形成してロータ２１に組み付けるようになっており、できるだけ小さな磁気結合のみに制限して磁気的に独立した状態でスロット２３内に配置することによりロータティース２２に磁気的に結合することによる不都合を回避するようになっている。   For this reason, the induction coil 27 is designed to be assembled to the rotor 21 by forming the auxiliary pole member 25 around which the coil is wound in a simple mounting structure, which will be described later, and is limited to only the smallest possible magnetic coupling and is magnetically independent. By disposing it in the slot 23 in a state, inconvenience due to magnetic coupling to the rotor teeth 22 is avoided.

このことから、回転電機１００は、誘導コイル２７を電磁石コイル２８間に磁気的に独立させつつ並列させることにより、ロータ２１の回転を開始するのに伴って鎖交する３次空間高調波磁束を並列させていない場合よりも増加させることができ、誘導コイル２７に誘導電流を効率よく発生させて損失エネルギーを効果的に回収できる。また、この回転電機１００では、誘導コイル２７を電磁石コイル２８間に並列させることで、発生させる誘導電流の波形を安定させることができ、定常トルクを向上させるとともに、トルクリプルを低減させて、トルク特性を高品質にすることができる。   From this, the rotating electrical machine 100 causes the third spatial harmonic magnetic flux interlinked with the start of the rotation of the rotor 21 by arranging the induction coil 27 in parallel between the electromagnetic coils 28 while being magnetically independent. It can be increased as compared with the case where they are not arranged in parallel, and an induction current can be efficiently generated in the induction coil 27 to effectively recover the loss energy. Further, in this rotating electric machine 100, by arranging the induction coil 27 in parallel between the electromagnet coils 28, the waveform of the induced current to be generated can be stabilized, the steady torque can be improved, the torque ripple can be reduced, and the torque characteristics can be reduced. Can be high quality.

そして、回転電機１００は、３ｆ次の空間高調波磁束（ｆ＝１、２、３・・・）を主に利用する構造として、ロータ２１側の突極（ロータティース２２）の数Ｐ：ステータ１１側のスロット１３の数Ｓが２：３になる構造に作製されている。例えば、３次の空間高調波磁束は、電機子極コイル１４に入力する基本周波数よりも周波数が高いために短周期で脈動する。このため、ロータ２１は、ロータティース２２間の誘導コイル２７に鎖交する磁束強度が変化することにより、効率的に誘導電流を発生させることができ、基本周波数の磁束に重畳する空間高調波成分の損失エネルギーを効率よく回収して回転することができる。   The rotating electrical machine 100 has a structure that mainly uses 3f-order spatial harmonic magnetic flux (f = 1, 2, 3,...), And the number of salient poles (rotor teeth 22) on the rotor 21 side P: stator The number S of the slots 13 on the 11 side is made to be 2: 3. For example, the third-order spatial harmonic magnetic flux pulsates in a short cycle because the frequency is higher than the fundamental frequency input to the armature pole coil 14. For this reason, the rotor 21 can generate an induced current efficiently by changing the magnetic flux intensity linked to the induction coil 27 between the rotor teeth 22, and a spatial harmonic component superimposed on the magnetic flux of the fundamental frequency. The energy lost can be efficiently recovered and rotated.

また、このように、回転電機１００は、ロータ２１側とステータ１１側の間での相対的な磁気的作用の品質を決定する構造として、ロータティース突極数Ｐとステータスロット数Ｓの比としてＰ／Ｓ＝２／３を採用するのは、電磁振動を低減して電磁騒音の小さな回転を実現するためである。   Further, as described above, the rotating electrical machine 100 has a structure that determines the quality of the relative magnetic action between the rotor 21 side and the stator 11 side, and has a ratio of the number of rotor teeth salient poles P to the number of status lots S. The reason why P / S = 2/3 is adopted is to reduce rotation of electromagnetic noise by reducing electromagnetic vibration.

詳細には、上記と同様に磁束密度分布の磁界解析をすると、ロータティース突極数Ｐとステータスロット数Ｓの比に応じて、機械角３６０度内の周方向に磁束密度分布も分散化されるため、ステータ１１に働く電磁力分布にも偏在が認められることになる。   Specifically, when the magnetic field analysis of the magnetic flux density distribution is performed in the same manner as described above, the magnetic flux density distribution is also distributed in the circumferential direction within a mechanical angle of 360 degrees in accordance with the ratio of the number of salient teeth P and the number of status lots S. Therefore, uneven distribution is also recognized in the electromagnetic force distribution acting on the stator 11.

これに対して、回転電機１００では、ロータティース突極数Ｐ／ステータスロット数Ｓ＝２／３となる構造を採用することにより、機械角３６０度の全周に亘って均等な密度分布となる磁束を鎖交させることができ、ロータ２１をステータ１１内で高品質に回転させることができる。   On the other hand, in the rotating electrical machine 100, by adopting a structure in which the number of rotor teeth salient poles P / the number of status lots S = 2/3, a uniform density distribution is obtained over the entire circumference of a mechanical angle of 360 degrees. Magnetic flux can be linked, and the rotor 21 can be rotated in the stator 11 with high quality.

これにより、回転電機１００では、空間高調波磁束を利用して、回転動作させることができるため、損失エネルギーを効率よく回収して、電磁振動を大幅に低減し静寂性高く回転させることができる。   Thereby, in the rotary electric machine 100, since it can be rotated using the spatial harmonic magnetic flux, the loss energy can be efficiently recovered, and the electromagnetic vibration can be greatly reduced and rotated with high silence.

このように、回転電機１００は、ステータ１１の電機子極コイル１４以外に電力供給することなく、ロータ２１側に配置する誘導コイル２７に誘導電流を効率よく発生させて電磁石コイル２８に界磁電流として供給し、自己励磁電磁石として機能させることができるため、電機子極コイル１４への電力供給による主回転力を補助する補助回転力（電磁力）を得て高効率回転させることができる。   As described above, the rotating electrical machine 100 efficiently generates an induced current in the induction coil 27 disposed on the rotor 21 side without supplying power to other than the armature pole coil 14 of the stator 11, thereby causing the field current to flow in the electromagnetic coil 28. Can be made to function as a self-excited electromagnet, so that it is possible to obtain an auxiliary rotational force (electromagnetic force) that assists the main rotational force by supplying power to the armature pole coil 14 and to perform high-efficiency rotation.

図１に戻って、この回転電機１００の補極部材２５は、ロータ２１の軸心と平行なシャフト１０１が積層する電磁鋼板を貫通してネジ止め等する形態に代えて、ロータ２１におけるロータティース２２で対面する両側面２２ｂに脚部（支持部）３５を支持させるようになっており、誘導コイル２７を巻き付けた本体部３１をその脚部３５で連結支持してロータティース２２の側面２２ｂ間のスロット２３内に位置決め保持するようになっている。   Returning to FIG. 1, the auxiliary pole member 25 of the rotating electrical machine 100 is replaced with a rotor tooth in the rotor 21 instead of a form in which the electromagnetic steel sheet laminated by the shaft 101 parallel to the axis of the rotor 21 is passed through and screwed. A leg portion (support portion) 35 is supported on both side surfaces 22b facing each other at 22, and the body portion 31 around which the induction coil 27 is wound is connected and supported by the leg portion 35 between the side surfaces 22 b of the rotor teeth 22. The positioning is held in the slot 23.

補極部材２５の本体部３１は、回転軸と平行に延長されつつ、ロータ２１のロータティース２２の両側面２２ｂに対面して誘導コイル２７を巻き付け可能な板状になるように電磁鋼板を積層することにより形成されており、この本体部３１は、ロータティース２２間のスロット２３内で、回転軸からロータ２１の径方向外方に延伸して誘導コイル２７が巻き付けられ、その径方向外端部３２の外端面３２ａをステータ１１のステータティース１２の内周面１２ａに対面させるようにロータ２１に組み付けられている。なお、この補極部材２５の本体部３１は、外端部３２がロータ２１の外周面側を軸心側よりも厚くなるように形成されており、巻き付けた誘導コイル２７が回転時の遠心力でずれてしまうことを抑制するようになっている。ここで、ロータ２１の径方向外方とは、軸心を通る直線上において軸心から外周面の外側に向かう方向を意味する。   The main body 31 of the auxiliary electrode member 25 is laminated in parallel with the rotation axis, and is laminated with electromagnetic steel plates so as to face the both side surfaces 22b of the rotor teeth 22 of the rotor 21 so that the induction coil 27 can be wound thereon. The main body 31 extends in the slot 23 between the rotor teeth 22 from the rotating shaft to the outer side in the radial direction of the rotor 21, and the induction coil 27 is wound around the main body 31. The outer end surface 32 a of the portion 32 is assembled to the rotor 21 so as to face the inner peripheral surface 12 a of the stator teeth 12 of the stator 11. The main body 31 of the auxiliary pole member 25 is formed such that the outer end portion 32 is thicker on the outer peripheral surface side of the rotor 21 than the axial center side, and the wound induction coil 27 is subjected to centrifugal force during rotation. It is designed to prevent the shift. Here, the radially outward direction of the rotor 21 means a direction from the shaft center toward the outside of the outer peripheral surface on a straight line passing through the shaft center.

補極部材２５の脚部３５は、回転軸と平行に延長され、電磁鋼板を積層することにより形成されている。この補極部材２５の脚部３５は、本体部３１のロータ２１の径方向内方端部３１ｉからロータティース２２の両側面２２ｂに向かって支持するように延伸された板状になるように形成されている。また、この脚部３５は、先端部（延伸端部）３６を、ロータティース２２の両側面２２ｂに形成されている支持溝３９内に嵌め込むことにより組み付けて（連結させて）本体部３１を支持するようになっている。ここで、ロータ２１の径方向内方とは、軸心を通る直線上において外周面から軸心側に向かう方向を意味する。   The leg portion 35 of the auxiliary pole member 25 is extended in parallel with the rotation axis and is formed by laminating electromagnetic steel plates. The leg portion 35 of the auxiliary pole member 25 is formed to have a plate shape that is extended so as to be supported from the radially inner end portion 31 i of the rotor 21 of the main body portion 31 toward both side surfaces 22 b of the rotor teeth 22. Has been. Further, the leg portion 35 is assembled (coupled) by fitting (connecting) the main body portion 31 by fitting the front end portion (extension end portion) 36 into the support grooves 39 formed on both side surfaces 22b of the rotor teeth 22. It comes to support. Here, the radially inward direction of the rotor 21 means a direction from the outer peripheral surface toward the axial center side on a straight line passing through the axial center.

この補極部材２５の脚部３５は、本体部３１を支持する十分な強度を確保し、幅をできるだけ狭く形成した電磁鋼板を積層して形成されており、例えば、積層する電磁鋼板の２枚分の厚さ以下の幅で回転軸方向に延長される形状に形成されている。すなわち、この脚部３５は、本体部３１とロータティース２２との間を通過する磁束量をできるだけ制限するように断面積の小さな板状にして、補極部材２５がロータティース２２と別個の磁極（補極）として機能する磁気的に独立した形態で支持するように形成されている。   The leg portion 35 of the auxiliary pole member 25 is formed by laminating electromagnetic steel plates that secure a sufficient strength to support the main body portion 31 and have a width as narrow as possible. It is formed in a shape that extends in the direction of the rotation axis with a width equal to or less than a minute thickness. That is, the leg portion 35 is formed in a plate shape having a small cross-sectional area so that the amount of magnetic flux passing between the main body portion 31 and the rotor tooth 22 is limited as much as possible, and the auxiliary pole member 25 is a separate magnetic pole from the rotor tooth 22. It is formed so as to be supported in a magnetically independent form functioning as (complementary electrode).

また、図４に示すように、ロータティース２２の支持溝３９は、側面２２ｂの開口部３９ａよりも深部３９ｂ側ほど開口幅が大きくなるように形成されている。そして、補極部材２５の脚部３５の先端部３６は、その支持溝３９と略同一形状に形成されている。この補極部材２５は、脚部３５の先端部３６をロータティース２２の支持溝３９内に回転軸方向の端面側から嵌め込んでスライドさせることにより組み付けるようになっている。   As shown in FIG. 4, the support groove 39 of the rotor tooth 22 is formed so that the opening width becomes larger toward the deep portion 39b side than the opening portion 39a of the side surface 22b. And the front-end | tip part 36 of the leg part 35 of the auxiliary pole member 25 is formed in the substantially same shape as the support groove 39. FIG. The auxiliary pole member 25 is assembled by fitting the tip portion 36 of the leg portion 35 into the support groove 39 of the rotor tooth 22 from the end surface side in the rotation axis direction and sliding it.

これにより、ロータ２１は、補極部材２５の脚部３５を通過する磁束量が制限され、磁束線ＦＬが直ちに密になるため、図３中の黒塗りの領域Ｓとして図示するように、簡単に磁気飽和する。このような構造から、補極部材２５とロータティース２２との磁気結合を抑制することができ、補極部材２５をロータティース２２から磁気的に十分に独立した状態で支持することができる。このため、ロータティース２２と補極部材２５のそれぞれに鎖交する磁束が干渉しあって誘導電流や電磁力の発生効率を低下させてしまうことを回避することができ、ロータ２１を大トルクで高効率回転させることができる。   As a result, the amount of magnetic flux passing through the leg portion 35 of the auxiliary pole member 25 is limited and the magnetic flux lines FL become dense immediately. Therefore, the rotor 21 is simple as illustrated as a black region S in FIG. Magnetically saturated. From such a structure, the magnetic coupling between the auxiliary pole member 25 and the rotor teeth 22 can be suppressed, and the auxiliary pole member 25 can be supported in a state sufficiently magnetically independent from the rotor teeth 22. For this reason, it can be avoided that magnetic fluxes interlinking with the rotor teeth 22 and the auxiliary pole member 25 interfere with each other to reduce the generation efficiency of the induced current and electromagnetic force, and the rotor 21 can be driven with a large torque. It can be rotated with high efficiency.

また、この構造により、ロータ２１は、補極部材２５をロータティース２２に支持させる前に、そのロータティース２２の軸心側内方側またはロータティース２２の全体に、電磁石コイル２８の一部または全部を巻き付けることができ、この後に、補極部材２５の脚部３５をロータティース２２の支持溝３９に嵌め込んで支持させることができる。   In addition, with this structure, the rotor 21 is configured such that a part of the electromagnetic coil 28 or the entire inner portion of the rotor tooth 22 is disposed on the inner side of the rotor tooth 22 before the auxiliary pole member 25 is supported by the rotor tooth 22. The whole can be wound, and thereafter, the leg portion 35 of the auxiliary pole member 25 can be fitted into the support groove 39 of the rotor teeth 22 and supported.

このとき、誘導コイル２７は、ロータティース２２に補極部材２５の脚部３５を支持させる前に、あるいは、支持させた後に、本体部３１に巻き付ければよい。また、電磁石コイル２８は、補極部材２５の脚部３５よりも径方向内方の第１コイル２８ａと、補極部材２５の脚部３５よりも径方向外方の第２コイル２８ｂとに分割した状態でロータティース２２に巻き付けられており、この第１、第２コイル２８ａ、２８ｂは直列接続されて電磁石コイル２８を構成している。   At this time, the induction coil 27 may be wound around the main body 31 before or after the leg portions 35 of the auxiliary pole member 25 are supported by the rotor teeth 22. The electromagnet coil 28 is divided into a first coil 28a radially inward of the leg portion 35 of the auxiliary pole member 25 and a second coil 28b radially outward of the leg portion 35 of the auxiliary pole member 25. The first and second coils 28 a and 28 b are connected in series to constitute the electromagnet coil 28.

このように補極部材２５の脚部３５によって支持させることで、ロータ２１は、誘導コイル２７を補極部材２５の本体部３１に巻き付けてロータ２１の外周面側に位置させることができる。また、補極部材２５の脚部３５をロータティース２２の支持溝３９に嵌め込んで支持させるため、その補極部材２５の脚部３５に妨げられることなく、電磁石コイル２８の第１、第２コイル２８ａ、２８ｂをロータティース２２の全体に巻き付けることができる。本発明に係る実施形態によれば、このような構成により、スロット２３内の空間を有効利用して、効率よく誘導コイル２７で誘導電流を発生させ、また、その誘導電流を電磁石コイル２８に供給して効果的に電磁力を発生させることができる。   As described above, by supporting the leg portion 35 of the auxiliary pole member 25, the rotor 21 can wind the induction coil 27 around the main body portion 31 of the auxiliary pole member 25 and be positioned on the outer peripheral surface side of the rotor 21. Further, since the leg portion 35 of the auxiliary pole member 25 is fitted in and supported by the support groove 39 of the rotor tooth 22, the first and second electromagnetic coils 28 are not obstructed by the leg portion 35 of the auxiliary pole member 25. The coils 28 a and 28 b can be wound around the entire rotor teeth 22. According to the embodiment of the present invention, with such a configuration, an induction current is efficiently generated in the induction coil 27 by effectively using the space in the slot 23, and the induction current is supplied to the electromagnetic coil 28. Thus, electromagnetic force can be effectively generated.

なお、電磁石コイル２８の第１、第２コイル２８ａ、２８ｂは、ロータティース２２の全体（径方向内方と径方向外方の両側）に一工程で巻き付ける際には、補極部材２５の脚部３５がスロット２３内をスライドする空間を残した状態で巻き付ければよい。また、ロータティース２２に補極部材２５を支持させる前後に第１、第２コイル２８ａ、２８ｂをそれぞれ巻き付ける際には、そのロータティース２２の軸心側内方（径方向内方）に第１コイル２８ａを巻き付けた後に、補極部材２５の本体部３１に誘導コイル２７を巻き付ける前に、あるいは、その本体部３１に誘導コイル２７が巻き付けられた状態で、そのロータティース２２の外周側外方（径方向外方）に第２コイル２８ｂを巻き付ければよい。   The first and second coils 28a and 28b of the electromagnet coil 28 are legs of the auxiliary pole member 25 when wound around the entire rotor tooth 22 (both radially inward and radially outward) in one step. What is necessary is just to wind in the state which left the space which the part 35 slides in the slot 23. FIG. Further, when the first and second coils 28a and 28b are wound before and after the auxiliary electrode member 25 is supported by the rotor teeth 22, the first inner side of the rotor teeth 22 on the axial center side (inward in the radial direction). After winding the coil 28a, before winding the induction coil 27 around the main body 31 of the auxiliary pole member 25, or in a state where the induction coil 27 is wound around the main body 31, the outer side of the rotor teeth 22 What is necessary is just to wind the 2nd coil 28b (radially outward).

ここで、この誘導コイル２７を巻き付ける補極部材２５の本体部３１は、例えば、脚部３５に代えて後述するコイルエンドカバー５０にネジ止めしてロータ２１に支持させる形態を採用する場合には、ネジ止めするボルト頭部やナットによって渦電流を発生させてしまい、また、誘導コイル２７のコイル長がロータ２１の両端部側で拡大することにより長くなって導体抵抗が大きくなって、損失を発生させてしまう。しかしながら、本実施形態の補極部材２５の本体部３１は、脚部３５によりロータティース２２に直接支持させるので、渦電流が発生することを回避することができる。また、本実施形態の補極部材２５の本体部３１は、誘導コイル２７のコイル長が無駄に長くなって導体抵抗が大きくなってしまうこともなく、効率よく誘導電流を発生させて効果的に電磁石コイル２８で電磁力を発生させることができる。   Here, when the main body 31 of the auxiliary pole member 25 around which the induction coil 27 is wound is adopted, for example, in the form of being screwed to a coil end cover 50 described later instead of the leg portion 35 and supported by the rotor 21. Eddy currents are generated by the bolt heads and nuts to be screwed, and the coil length of the induction coil 27 is increased on both ends of the rotor 21 to increase the conductor resistance, resulting in loss. It will be generated. However, since the main body 31 of the auxiliary pole member 25 of the present embodiment is directly supported by the rotor teeth 22 by the legs 35, it is possible to avoid the generation of eddy currents. Further, the main body 31 of the auxiliary pole member 25 of the present embodiment effectively generates an induced current efficiently without causing the coil length of the induction coil 27 to be unnecessarily increased and the conductor resistance to increase. Electromagnetic force can be generated by the electromagnet coil 28.

また、このロータ２１は、図５にも図示するように、スロット２３を閉塞するようにロータティース２２間にカップ部材４１を取り付けるようになっている。このロータティース２２は、外周面２２ａを軸心側よりも幅広に形成して側面２２ｂの外周面側先端部２２ｃが滑らかに連続する湾曲面になるように形成されている。また、このロータティース２２は、外周面側先端部２２ｃの湾曲面から側面２２ｂの平面に切り替わる位置に取付溝２４が回転軸と平行に延長されている形態で形成されている。   Further, as shown in FIG. 5, the rotor 21 is configured such that a cup member 41 is attached between the rotor teeth 22 so as to close the slot 23. The rotor teeth 22 are formed so that the outer peripheral surface 22a is wider than the axial center side, and the outer peripheral surface side front end portion 22c of the side surface 22b is a smoothly continuous curved surface. Further, the rotor teeth 22 are formed in a form in which the mounting groove 24 is extended in parallel with the rotation axis at a position where the curved surface of the outer peripheral surface side front end portion 22c is switched to the plane of the side surface 22b.

これに対して、カップ部材４１は、補極部材２５の外端面３２ａから両側のロータティース２２の側面２２ｂに向かって支持されるように延長されて外面側が外周面側先端部２２ｃに連続するように形成されており、その端辺部４２はロータティース２２の側面２２ｂに向かう方向に屈曲して取付溝２４に嵌まり込んで取り付け状態を維持するようになっている。これにより、カップ部材４１は、巻き付けた誘導コイル２７や電磁石コイル２８が遠心力で外れてステータ１１側に干渉してしまうことを回避するようになっている。   On the other hand, the cup member 41 is extended so as to be supported from the outer end surface 32a of the auxiliary pole member 25 toward the side surfaces 22b of the rotor teeth 22 on both sides, so that the outer surface side is continuous with the outer peripheral surface side tip portion 22c. The end side portion 42 is bent in the direction toward the side surface 22b of the rotor tooth 22 and is fitted into the attachment groove 24 to maintain the attachment state. Accordingly, the cup member 41 is configured to avoid the wound induction coil 27 and electromagnet coil 28 from being separated by centrifugal force and interfering with the stator 11 side.

さらに、ロータ２１は、補極部材２５の外端面３２ａに、制限溝３３が回転軸と平行に延長されるように形成されている。   Further, the rotor 21 is formed on the outer end surface 32a of the auxiliary pole member 25 so that the limiting groove 33 extends in parallel with the rotation axis.

これに対して、カップ部材４１は、補極部材２５の外端面３２ａに対面する箇所において、ロータティース２２に向かって延長されている箇所よりも厚く形成された厚板部（ロータ外周面側外端面の対面部材）４５が配置されており、この厚板部４５は、その補極部材２５が回転時の遠心力で径方向外方に移動しようとするのを押さえるように機能する。また、この厚板部４５は、補極部材２５の外端部３２側に向かって突出して、外端面３２ａの制限溝３３内に嵌まり込む制限リブ（突当部）４６が形成されている。この厚板部４５は、制限リブ４６が補極部材２５の外端部３２の制限溝３３に嵌まり込んでその補極部材２５が回転方向に移動しようとするのを制限するため、補極部材２５の全体が回転方向に揺れて誘導コイル２７や電磁石コイル２８を損傷させてしまうことを抑制することができる。   On the other hand, the cup member 41 has a thick plate portion (outer rotor outer surface side outer side) formed thicker than a portion extending toward the rotor teeth 22 at a portion facing the outer end surface 32a of the auxiliary pole member 25. The end plate facing member 45) is disposed, and the thick plate portion 45 functions to suppress the complementary electrode member 25 from moving outward in the radial direction by the centrifugal force during rotation. Further, the thick plate portion 45 projects toward the outer end portion 32 side of the auxiliary pole member 25 and is formed with a limiting rib (abutting portion) 46 that fits into the limiting groove 33 of the outer end surface 32a. . The thick plate portion 45 restricts the restriction rib 46 from fitting into the restriction groove 33 of the outer end portion 32 of the auxiliary pole member 25 and restricting the auxiliary pole member 25 from moving in the rotation direction. It can suppress that the whole member 25 shakes in the rotation direction, and damages the induction coil 27 and the electromagnet coil 28.

このカップ部材４１は、図６にも図示するように、ロータ２１のロータティース２２や補極部材２５に巻き付けて軸方向外側の外端面２１ａ側に露出する誘導コイル２７や電磁石コイル２８（これらコイルの図示は省略）を覆うように取り付けるコイルエンドカバー５０と一体に形成されている。そして、カップ部材４１は、そのコイルエンドカバー５０をロータ２１に取り付ける際に、ロータティース２２の外周面側先端部２２ｃ内側に位置するように差し込んで端辺部４２をロータティース２２の側面２２ｂの取付溝２４内に嵌め込ませつつスライドさせて取り付けるようになっている。   As shown in FIG. 6, the cup member 41 is wound around the rotor teeth 22 and the auxiliary pole member 25 of the rotor 21 and exposed to the outer end surface 21 a side on the outer side in the axial direction. The coil end cover 50 is formed integrally with the coil end cover 50 so as to cover it. Then, when attaching the coil end cover 50 to the rotor 21, the cup member 41 is inserted so as to be located inside the outer peripheral surface side tip portion 22 c of the rotor tooth 22, and the end side portion 42 is inserted into the side surface 22 b of the rotor tooth 22. It is configured to be slid and mounted while being fitted in the mounting groove 24.

この構造により、ロータ２１は、カップ部材４１の厚板部４５が補極部材２５の外端部３２の外側に位置してロータティース２２に取り付けられることから、ステータティース１２の内周面１２ａから補極部材２５の外端面３２ａまでの最短離隔距離が、ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａまでの最短離隔距離よりも大きくなり（エアギャップＧの隙間が大きくなり）、この補極部材２５をスロット２３内に位置させることによって、ロータティース２２の突極比が低下してしまうことを回避することができる。   With this structure, the rotor 21 is attached to the rotor teeth 22 with the thick plate portion 45 of the cup member 41 positioned outside the outer end portion 32 of the auxiliary pole member 25, and thus from the inner peripheral surface 12 a of the stator teeth 12. The shortest separation distance to the outer end surface 32a of the auxiliary pole member 25 is larger than the shortest separation distance from the inner peripheral surface 12a of the stator teeth 12 to the outer peripheral surface 22a of the rotor teeth 22 (the gap of the air gap G becomes larger). By positioning the auxiliary pole member 25 in the slot 23, it is possible to avoid the salient pole ratio of the rotor teeth 22 from being lowered.

ところで、補極部材２５は、本体部３１の径方向内方端部３１ｉにおいて一対の脚部３５をロータティース２２の両側面２２ｂに支持されるように屈曲させて延伸し、その一対の脚部３５間を大きく開いたＹ字形状に形成されている。この脚部３５は、本体部３１よりも薄板に形成されているので弾性力を有するとともに、その本体部３１の径方向内方端部３１ｉ側の屈曲部３５ａでも弾性力を発揮して、ロータ２１の回転時における振動等で損傷してしまうことを効果的に回避することができる。   By the way, the auxiliary pole member 25 extends and bends the pair of leg portions 35 so as to be supported by the both side surfaces 22b of the rotor teeth 22 at the radially inner end portion 31i of the main body portion 31. It is formed in a Y shape with a large gap between 35. Since the leg portion 35 is formed to be thinner than the main body portion 31, the leg portion 35 has an elastic force and also exhibits an elastic force at the bent portion 35 a on the radially inner end portion 31 i side of the main body portion 31. It is possible to effectively avoid the damage caused by vibration or the like during rotation of 21.

このように、本実施形態においては、誘導コイル２７を補極部材２５の本体部３１に巻き付けてロータティース２２の両側面２２ｂの支持溝３９に脚部３５の先端部３６を嵌め込んで支持させる簡易な構造のため、誘導コイル２７をスロット２３内に位置させるように容易に組み付けることができる。また、補極部材２５をスロット２３に組み付ける前に電磁石コイル２８をロータティース２２の全体に亘って容易に巻き付けることができる。   Thus, in the present embodiment, the induction coil 27 is wound around the main body 31 of the auxiliary pole member 25 and the tip portions 36 of the leg portions 35 are fitted and supported in the support grooves 39 of the both side surfaces 22b of the rotor teeth 22. Due to the simple structure, the induction coil 27 can be easily assembled so as to be positioned in the slot 23. Further, the electromagnet coil 28 can be easily wound over the entire rotor teeth 22 before the auxiliary pole member 25 is assembled to the slot 23.

また、補極部材２５は、本体部３１の外端面３２ａの制限溝３３に、カップ部材４１の厚板部４５の制限リブ４６を嵌まり込ませて位置決めされるので、回転時に移動することを制限することができ、回転負荷により外れてしまうことを抑制することができる。また、補極部材２５は、ステータティース１２の内周面１２ａと外端面３２ａとのエアギャップＧの離隔間隔を、ステータティース１２の内周面１２ａとロータティース２２の外周面２２ａとのエアギャップＧの離隔間隔より大きくすることができるため、ロータティース２２の突極比が低くなって回転効率が低下してしまうことを回避することができる。   Further, the auxiliary pole member 25 is positioned by fitting the limiting rib 46 of the thick plate portion 45 of the cup member 41 into the limiting groove 33 of the outer end surface 32a of the main body portion 31, so that it moves during rotation. It can restrict | limit and it can suppress that it remove | deviates by rotation load. Further, the auxiliary pole member 25 is configured such that an air gap G between the inner peripheral surface 12a of the stator teeth 12 and the outer end surface 32a is separated from the air gap between the inner peripheral surface 12a of the stator teeth 12 and the outer peripheral surface 22a of the rotor teeth 22. Since it can be made larger than the separation interval of G, it can be avoided that the salient pole ratio of the rotor teeth 22 is lowered and the rotation efficiency is lowered.

したがって、損失エネルギーとなっていた空間高調波成分により誘導コイル２７で発生した誘導電流を効果的に界磁電流として電磁石コイル２８に供給することができるため、損失エネルギーを効率よく回収して自己励磁することで高効率回転する回転電機１００を簡易な構造で実現することができる。   Therefore, since the induced current generated in the induction coil 27 due to the spatial harmonic component that has become the loss energy can be effectively supplied to the electromagnetic coil 28 as a field current, the loss energy is efficiently recovered and self-excitation is performed. Thus, the rotating electrical machine 100 that rotates with high efficiency can be realized with a simple structure.

ここで、本実施形態では、補極部材２５の制限溝３３内にカップ部材４１の制限リブ４６を嵌め込んで、その制限溝３３の内面を制限リブ４６の側面に突き当てて回転時の移動を制限するが、これに限るものではない。   Here, in the present embodiment, the restriction rib 46 of the cup member 41 is fitted into the restriction groove 33 of the auxiliary pole member 25, and the inner surface of the restriction groove 33 is abutted against the side surface of the restriction rib 46 to move during rotation. However, it is not limited to this.

例えば、本実施形態の第１の他の態様としては、図示することは省略するが、補極部材２５の外端部３２を嵌め込む枠形状をコイルエンドカバー（ロータ軸方向外端面の対面部材）５０側に設けてもよい。これにより、その枠形状は、補極部材２５の外端部３２を突き当てて移動を制限する突当部として機能することができる。   For example, as a first other aspect of the present embodiment, although not illustrated, a frame shape in which the outer end portion 32 of the auxiliary pole member 25 is fitted is a coil end cover (a facing member on the outer end surface in the rotor axial direction). ) It may be provided on the 50 side. Thereby, the frame shape can function as an abutting portion that abuts the outer end portion 32 of the auxiliary pole member 25 and restricts movement.

また、本実施形態では、補極部材２５の脚部３５の断面積が小さくなるように薄板形状に形成して、その脚部３５を通過する磁束量を制限することにより、誘導コイル２７を巻き付ける補極部材２５の本体部３１を、電磁石コイル２８を巻き付けるロータティース２２から磁気的に独立させるが、これに限るものではない。   Further, in the present embodiment, the induction coil 27 is wound by forming a thin plate shape so that the cross-sectional area of the leg portion 35 of the auxiliary pole member 25 is small and limiting the amount of magnetic flux passing through the leg portion 35. Although the main body 31 of the auxiliary pole member 25 is magnetically independent from the rotor teeth 22 around which the electromagnet coil 28 is wound, this is not restrictive.

例えば、本実施形態の第２の他の態様としては、図７に示すように、ロータティース２２の支持溝３９の深部３９ｂ側底面３９ｃに対面する補極部材２５の先端部３６の先端面３６ａを窪ませ、また、脚部３５の長さをロータティース２２の側面２２ｂまでの離隔間隔よりも短めに形成してもよい。これにより、脚部３５の先端部３６は、ロータティース２２の支持溝３９内に嵌め込んだ状態では、そのスロット２３から離隔する側で窪む先端面３６ａの両端部３６ｃのみが接したり、また、そのスロット２３側の一部３６ｂのみが接したりすることができる。この結果、補極部材２５は、組み付け時におけるロータティース２２との間の連結部における磁気抵抗を高くして、磁気的独立性をより高めることができる。なお、補極部材２５の脚部３５の長さを長めに形成し、その先端部３６のスロット２３側の一部３６ｂ側も窪ませることにより、ロータティース２２の支持溝３９内に嵌め込んだ状態では、そのスロット２３から離隔する側で窪む先端面３６ａの両端部３６ｃのみが接するようにして連結部の磁気的独立性を高めることもできる。   For example, as a second other aspect of the present embodiment, as shown in FIG. 7, the distal end surface 36 a of the distal end portion 36 of the auxiliary pole member 25 facing the bottom 39 c on the deep portion 39 b side of the support groove 39 of the rotor tooth 22. Further, the length of the leg portion 35 may be shorter than the separation distance to the side surface 22b of the rotor teeth 22. As a result, when the distal end portion 36 of the leg portion 35 is fitted in the support groove 39 of the rotor tooth 22, only the both end portions 36c of the distal end surface 36a recessed on the side away from the slot 23 are in contact with each other. Only the part 36b on the slot 23 side can touch. As a result, the auxiliary pole member 25 can increase the magnetic independence of the connecting portion between the auxiliary pole member 25 and the rotor teeth 22 during assembly, thereby further increasing the magnetic independence. In addition, the leg part 35 of the auxiliary pole member 25 is formed to have a long length, and a part 36b side of the tip part 36 on the slot 23 side is also recessed, so that it is fitted in the support groove 39 of the rotor tooth 22. In the state, only the both end portions 36c of the tip surface 36a recessed on the side away from the slot 23 are in contact with each other, so that the magnetic independence of the connecting portion can be enhanced.

さらに、第３の他の実施形態としては、図８に示すように、この補極部材２５の先端部３６の先端面３６ａ側にアルミ合金や硬質樹脂材料などの非磁性材料からなる終端部材５１を嵌め込んでもよい。これにより、補極部材２５とロータティース２２との間の連結部における磁気抵抗を大きくして、磁気的独立性をさらに高めることもできる。   Further, as a third other embodiment, as shown in FIG. 8, a termination member 51 made of a nonmagnetic material such as an aluminum alloy or a hard resin material is provided on the distal end surface 36 a side of the distal end portion 36 of the complementary electrode member 25. May be fitted. Thereby, the magnetic resistance in the connection part between the auxiliary pole member 25 and the rotor teeth 22 can be increased to further increase the magnetic independence.

また、本実施形態の第４の他の態様としては、図示することは省略するが、回転電機１００のように径方向にエアギャップＧを形成するラジアルギャップ構造に限らずに、回転軸方向にギャップを形成するアキシャルギャップ構造に適用することも可能である。この場合にも、ステータ側とロータ側とで対面する軸方向端面に電機子極コイルと共に誘導コイルや電磁石コイルを配置すればよい。   Further, as a fourth other aspect of the present embodiment, although not shown in the drawing, the present invention is not limited to the radial gap structure in which the air gap G is formed in the radial direction as in the rotating electrical machine 100, but in the rotational axis direction. It is also possible to apply to an axial gap structure that forms a gap. In this case as well, an induction coil and an electromagnet coil may be disposed together with the armature pole coil on the axial end face facing the stator side and the rotor side.

また、回転電機１００のようなラジアルギャップ構造の場合には、ステータ１１やロータ２１を電磁鋼板の積層構造で形成することに限定されず、例えば、鉄粉などの磁性を有する粒子の表面を絶縁被覆処理した軟磁性複合粉材（Soft Magnetic Composites）をさらに鉄粉圧縮成形および熱処理製造した圧粉磁心、所謂、ＳＭＣコアを採用してもよい。このＳＭＣコアは、成形が容易であることからアキシャルギャップ構造に好適である。   Further, in the case of a radial gap structure such as the rotating electrical machine 100, the stator 11 and the rotor 21 are not limited to being formed by a laminated structure of electromagnetic steel plates, and for example, the surface of magnetic particles such as iron powder is insulated. A so-called SMC core, which is a powder magnetic core obtained by further compression-molding and heat-treating coated soft magnetic composite powders (Soft Magnetic Composites), may be used. This SMC core is suitable for an axial gap structure because it is easy to mold.

また、回転電機１００は、車載用に限定されるものではなく、例えば、風力発電や、工作機械などの駆動源として好適に採用することができる。   Moreover, the rotary electric machine 100 is not limited to vehicle-mounted use, For example, it can employ | adopt suitably as drive sources, such as a wind power generation and a machine tool.

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。   While embodiments of the invention have been disclosed, it will be apparent to those skilled in the art that changes may be made without departing from the scope of the invention. All such modifications and equivalents are intended to be included in the following claims.

１１ ステータ
１２ ステータティース
１２ａ 内周面
１３、２３ スロット
１４ 電機子極コイル
２１ ロータ
２２ ロータティース（突極部）
２２ａ 外周面
２２ｂ 側面
２４ 取付溝
２５ 補極部材（補極部）
２７、２７Ａ１〜２７Ａｎ、２７Ｂ１〜２７Ｂｎ 誘導コイル
２８、２８Ａ１〜２８Ａｎ、２８Ｂ１〜２８Ｂｎ 電磁石コイル
２８ａ 第１コイル
２８ｂ 第２コイル
２９Ａ、２９Ｂ ダイオード
３１ 本体部
３１ｉ 径方向内方端部
３２ 径方向外端部
３２ａ 外端面
３３ 制限溝
３５ 脚部（支持部）
３６ 先端部（延伸端部）
３６ａ 先端面
３６ｂ 一部
３６ｃ 両端部
３９ 支持溝
４１ カップ部材
４２ 端辺部
４５ 厚板部（対面部材）
４６ 制限リブ
５０ コイルエンドカバー
５１ 終端部材
１００ 回転電機
ＦＬ 磁束線
Ｇ エアギャップ

11 Stator 12 Stator Teeth 12a Inner peripheral surface 13, 23 Slot 14 Armature pole coil 21 Rotor 22 Rotor teeth (saliency pole)
22a Outer peripheral surface 22b Side surface 24 Mounting groove 25 Supplement pole member (complement pole part)
27, 27A1 to 27An, 27B1 to 27Bn Inductive coil 28, 28A1 to 28An, 28B1 to 28Bn Electromagnetic coil 28a First coil 28b Second coil 29A, 29B Diode 31 Main body 31i Radial inner end 32 Radial outer end 32a Outer end face 33 Restriction groove 35 Leg part (support part)
36 Tip (extended end)
36a End surface 36b Part 36c Both ends 39 Support groove 41 Cup member 42 End side 45 Thick plate portion (facing member)
46 Limiting rib 50 Coil end cover 51 Termination member 100 Rotating electrical machine FL Magnetic flux line G Air gap

Claims (6)

通電により磁束を発生させる電機子極コイルを有するステータと、前記磁束の通過により回転するロータと、を備える回転電機であって、
前記ロータは、前記磁束に重畳する空間高調波成分が鎖交することにより誘導電流を発生する誘導コイルが巻かれた複数の補極部と、前記誘導電流が通電することにより電磁力を発生する電磁石コイルが巻かれた複数の突極部と、を有し、
前記補極部は、隣接する前記突極部の間で前記ロータの径方向に延伸するように支持されて前記誘導コイルが巻かれる本体部と、前記本体部に連結されて、隣接する前記突極部の対面する両側面に支持される支持部と、を有する、回転電機。 A rotating electrical machine comprising: a stator having an armature pole coil that generates magnetic flux by energization; and a rotor that rotates by passage of the magnetic flux,
The rotor generates an electromagnetic force by energizing the induction current and a plurality of auxiliary pole portions wound with an induction coil that generates an induction current by interlinking of spatial harmonic components superimposed on the magnetic flux. A plurality of salient pole portions around which an electromagnet coil is wound,
The auxiliary pole portion is supported between the salient pole portions adjacent to each other so as to extend in the radial direction of the rotor and is wound around the induction coil; And a support portion supported on both side surfaces of the pole portion facing each other. 前記補極部は、前記支持部よりも前記ロータの径方向外方に位置する前記本体部に前記誘導コイルが巻かれており、
前記突極部は、前記支持部よりも前記ロータの径方向外方および径方向内方に前記電磁石コイルが巻かれている、請求項１に記載の回転電機。 The inductive coil is wound around the main body portion, which is positioned radially outward of the rotor from the support portion,
2. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the salient pole part has the electromagnet coil wound around a radially outer side and a radially inner side of the rotor than the support part. 前記支持部は、前記本体部における前記ロータの径方向内方の端部から前記突極部の対面する両側面に支持されるよう延伸されており、
前記突極部は、前記支持部の延伸端部を嵌め合わせる溝が前記両側面に形成されている、請求項１または請求項２に記載の回転電機。 The support portion is extended so as to be supported on both side surfaces of the salient pole portion facing from the radially inner end of the rotor in the main body portion,
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the salient pole portion has grooves formed on the both side surfaces for fitting the extending end portions of the support portion. 前記ロータは、前記補極部の径方向外方の外端面と対面する対面部材を有しており、
前記対面部材と前記補極部の外端面の少なくとも一方に突当部が形成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。 The rotor has a facing member facing a radially outer outer end surface of the auxiliary pole portion,
The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3, wherein an abutting portion is formed on at least one of the facing member and an outer end surface of the complementary electrode portion. 前記ステータの内面側と前記ロータの外端面側との隙間の離隔間隔が、前記突極部より前記補極部の方が大きい、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。   The rotation according to any one of claims 1 to 4, wherein the gap between the inner surface side of the stator and the outer end surface side of the rotor is larger in the auxiliary pole portion than in the salient pole portion. Electric. 前記支持部と前記突極部との間の連結箇所の磁気抵抗が、前記補極部および前記突極部のそれぞれの磁気抵抗よりも大きい、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。

The magnetoresistance of the connection location between the said support part and the said salient pole part is larger than each magnetoresistance of the said complementary pole part and the said salient pole part, The any one of Claims 1-5 The rotating electrical machine described.

Images