JP7019105B1 - 永久磁石式回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
図1を用いて、実施の形態1に係る永久磁石式回転電機100の構成を説明する。本実施の形態では、永久磁石式回転電機100が発電機として用いられた場合における構成および動作が説明されるが、永久磁石式回転電機100の構成は、永久磁石式回転電機100が電動機として用いられた場合であっても適用可能である。
複数の磁極片から生じる磁束のうち固定子コイル14の発電に寄与する割合は、巻線係数と呼ばれている。複数の第2磁極片31から生じる磁束のうち少なくとも一部の磁束が固定子コイル14に鎖交することで、複数の第2磁極片31から生じた磁束が固定子コイル14の発電に寄与する。このため、本実施の形態における巻線係数は、複数の第2磁極片31から生じた磁束のうち固定子コイル14の発電に寄与する割合である。巻線係数は、以下の数3によって示される。
実施の形態1に係る永久磁石式回転電機100によれば、図1に示されるように、第2回転子3の複数の第2磁極片31の極数に対する複数の固定子スロット13の数の割合(NS/(2NH ))は、1.25よりも大きく1.5よりも小さいか、1.5よりも大きく3.0よりも小さい。このため、図4に示されるように、巻線係数×増減速比を大きくすることができる。したがって、永久磁石式回転電機100の効率あるいは出力密度が十分に向上する。また、NS/(2NH )は、1.5ではない。このため、5次巻線係数および7次巻線係数が突出して大きくなることを抑制することができる。よって、トルクの変動幅(トルクリップル)および高調波磁束による損失等によるトルク脈動が生じることを抑制することができる。したがって、永久磁石式回転電機100の性能が悪化することを抑制することができる。
次に、図4および図8を用いて、実施の形態2に係る永久磁石式回転電機100の構成を説明する。実施の形態2は、特に説明しない限り、上記の実施の形態1と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態1と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
実施の形態2に係る永久磁石式回転電機100によれば、図8に示されるように、複数の固定子スロット13の数と複数の第2磁極片31の極数との比は、18:14である。このため、複数の固定子スロット13の数が小さいため、巻線の設計自由度が小さくなることを抑制することができる。また、18の固定子ティース12ごとに並列回路が構成される。よって、循環電流が生じることを抑制することができる。
次に、図10および図11を用いて、実施の形態3に係る永久磁石式回転電機100の構成を説明する。実施の形態3は、特に説明しない限り、上記の実施の形態2と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態2と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
実施の形態3に係る永久磁石式回転電機100によれば、図10に示されるように、複数の第1ティース部T1の各々と複数の第2ティース部T2の各々とは、交互に配置されている。このため、表5に示されるように、複数の第1ティース部T1に巻き回された第1コイル部C1の誘起電圧と複数の第2ティース部T2に巻き回された第2コイル部C2の誘起電圧は等しい。よって、循環電流が生じることを抑制することができる。
次に、図12を用いて、実施の形態4に係る永久磁石式回転電機100の構成を説明する。実施の形態4は、特に説明しない限り、上記の実施の形態3と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態3と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
実施の形態4に係る永久磁石式回転電機100によれば、図12に示されるように、複数の第1ティース部T1と複数の第2ティース部T2とは、3つずつ交互に配置されている。このため、表6に示されるように、複数の第1ティース部T1に巻き回された第1コイル部C1の誘起電圧と複数の第2ティース部T2に巻き回された第2コイル部C2の誘起電圧は等しい。よって、循環電流が生じることを抑制することができる。
次に、図13および図14を用いて、実施の形態5に係る永久磁石式回転電機100の構成を説明する。実施の形態5は、特に説明しない限り、上記の実施の形態3と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態3と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
実施の形態5に係る永久磁石式回転電機100によれば、第1電源P1、第2電源P2および第3電源P3の位相は、20度ずつずれている。このため、1群、2群および3群の位相の30度ずつのずれは、第1電源P1、第2電源P2および第3電源P3のずれによって打ち消されることで解消される。これにより、1群、2群および3群の各々の位相は、等しくなる。よって、18の固定子ティース12ごとに3の並列回路を構成することができる。
Claims (6)
- 環状に延在する固定子鉄心と、前記固定子鉄心から前記固定子鉄心の中心に向かって突出している複数の固定子ティースと、前記複数の固定子ティースのうち隣り合う固定子ティース同士の間にそれぞれ設けられた複数の固定子スロットと、前記複数の固定子スロットの各々にそれぞれ収納された複数の固定子磁石と、前記複数の固定子ティースの各々に巻き回された固定子コイルとを含む固定子と、
前記固定子から間隔を空けて前記固定子鉄心の周方向に沿って配置された複数の第1磁極片を含み、かつ前記複数の固定子磁石よりも前記固定子鉄心の内側に配置された第1回転子と、
前記第1回転子から間隔を空けて前記固定子鉄心の前記周方向に沿って配置されかつ永久磁石を有する複数の第2磁極片を含み、かつ前記複数の第1磁極片よりも前記固定子鉄心の内側に配置された第2回転子とを備え、
前記固定子コイルは、前記固定子ティースに集中巻によって巻き回されており、
前記固定子スロットの数をN S とし、前記第1回転子の前記第1磁極片の数をN L とし、前記第2回転子の前記第2磁極片の数をN H とした場合、N L =N S +N H の関係式が成立し、
前記第2回転子の前記複数の第2磁極片の極数に対する前記複数の固定子スロットの数の割合は、1.25よりも大きく1.5よりも小さいか、1.5よりも大きく3.0よりも小さい、永久磁石式回転電機。 - 前記複数の固定子スロットの数と前記複数の第2磁極片の極数との比は、9:4である、請求項1に記載の永久磁石式回転電機。
- 前記複数の固定子スロットの数と前記複数の第2磁極片の極数との比は、18:14である、請求項1に記載の永久磁石式回転電機。
- 前記固定子コイルは、第1コイル部と、前記第1コイル部に並列に接続された第2コイル部とを含み、
前記複数の固定子ティースは、前記第1コイル部が巻き回された複数の第1ティース部と、前記第2コイル部が巻き回された複数の第2ティース部とを含み、
前記複数の第1ティース部の数は、前記複数の第2ティース部の数と同じであり、
前記複数の第1ティース部の各々と前記複数の第2ティース部の各々とは、交互に配置されている、請求項3に記載の永久磁石式回転電機。 - 前記固定子コイルは、第1コイル部と、前記第1コイル部に並列に接続された第2コイル部とを含み、
前記複数の固定子ティースは、前記第1コイル部が巻き回された複数の第1ティース部と、前記第2コイル部が巻き回された複数の第2ティース部とを含み、
前記複数の第1ティース部の数は、前記複数の第2ティース部の数と同じであり、
前記複数の第1ティース部と前記複数の第2ティース部とは、3つずつ交互に配置されている、請求項3に記載の永久磁石式回転電機。 - 第1電源、第2電源および第3電源をさらに備え、
前記複数の固定子ティースは、前記第1電源に電気的に接続された複数の第1ティース部、前記第2電源に電気的に接続された複数の第2ティース部および前記第3電源に接続された複数の第3ティース部を含み、
前記複数の第1ティース部の各々、前記複数の第2ティース部の各々および前記複数の第3ティース部の各々は、順に循環するように前記固定子鉄心に接続されており、
前記第1電源、前記第2電源および前記第3電源の位相は、20度ずつずれている、請求項3に記載の永久磁石式回転電機。
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