JPWO2016135813A1 - 同期電動機 - Google Patents
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Abstract
電機子と界磁の間に、1つのラジアルエアギャップと2つのアキシャルエアギャップを含む広いエアギャップを有し、界磁磁束は直流励磁による磁束と永久磁石による磁束の2つを合成した大きな複合磁束を形成し、始動から加速の段階においては直流励磁磁束を多くして大きなトルクを出すことができるとともに、高速運転時には、直流励磁電流を減らすことによって、高効率の高速化が可能となる、ハイブリッド励磁型の同期電動機を得る。
Description
本発明は、1つのラジアルエアギャップ面と2つのアキシャルエアギャップ面の3面のエアギャップ面を有効利用して、トルク密度、出力密度をより高めた同期電動機に関し、さらに詳しく言えば、直流励磁磁石による界磁と永久磁石による界磁とを組み合わせたハイブリッド励磁型の同期電動機に関する。
電動機の一例として直流励磁界磁型同期電動機がある。この種の電動機は、ロータの回転制御用として励磁用コイルと励磁鉄心とを備えており、通常、励磁コイルには、スリップリングを介して給電される。しかしながら、スリップリングは、ブラシとともに摩耗するため信頼性が低いという欠点がある。
そこで、スリップリングを使用しない直流励磁界磁型同期電動機が提案されている。その一例として、非特許文献1の電動機がある。図18に示すように、この電動機1Aは、2つの界磁をクローポール型の組み合わせとして回転軸21に固定したロータ2Aと、ロータ2Aのラジアル方向の側面に対向するように配置された環状のステータ3Aとを備えている。
ロータ2Aは、界磁鉄心22のアキシャル側の一方の側面(図18では左側面)の一部が切り欠かれており、その切り欠き部23に、一端が図示しない支持部材にて片持ちで支持された励磁鉄心4Aの自由端側をロータ2Aの内側に差し込んだ構造となっている。
これによれば、励磁鉄心4Aの励磁コイル41に直流電流を流すことにより、クローポールの偶数極の界磁のうち、例えば偶数番目の極がN極、奇数番目の極がS極となるようにそれぞれ励磁され、ステータ3A側の電機子の回転磁界との間にトルクが発生する。
また別の例として、非特許文献2の電動機がある。図19に示すように、この電動機1Bは、円盤状のロータ2Bと、ロータ2Bのラジアル方向の外周面に沿って配置された環状のステータ3Bとを有するインナーロータ型である。
図19(a)に示すように、ロータ2Bの界磁鉄心51の中央部に円周方向の溝を切り、左右それぞれに偶数個の歯を形成するとともに、歯と歯の間には円周方向の巾が歯とほぼ等しいスロットを設け、左右で歯とスロットが互い違いに向き合うように配置して、左側のスロットにはN極の永久磁石52を表面に張り付け、右側のスロットにはS極の永久磁石53を表面に張り付ける。
ステータ3Bの電機子鉄心32の中央部には円周方向に溝34を切り、そこにリング状の励磁コイル41を埋め込み直流電流を流すと、界磁の永久磁石52,53を張り付けていない歯には左側の界磁においてはN極、右側の界磁の歯にはS極の極性の磁界が発生し、界磁全体では偶数極の磁界が形成され、電機子の回転磁界との間にトルクが発生する。
しかしながら、上述した2種類の電動機1A,1Bともに、エアギャップ面がラジアル方向にのみ設けられているため、トルク密度や出力密度が低いという欠点がある。
また、後者の電動機1Bについては、界磁の磁束の流れは、永久磁石及び直流励磁電磁石の双方とも、左側(右側)の正極(負極)の磁石→界磁鉄心(バックヨーク)→右側(左側)の負極(正極)の磁石→エアギャップ→右側(左側)の電機子鉄心→左側(右側)の電機子鉄心→エアギャップ→左側(右側)の正極(負極)の磁石というジグザグ状の磁路を形成するため、電機子鉄心内部を回転軸方向に、〔極数×回転速度〕に比例する周波数の交流磁束が流れることになり、そのため大きな渦電流が発生し、効率が低下するという欠点がある。
モータのトルクは、界磁による直流磁界と電機子による交流磁界とが対向して形成されるエアギャップを介して相互に作用して発生する引力−斥力(マクスウェル応力)の運動方向成分の総和に比例する。すなわち、モータのトルク∝〔電機子の交流磁束の大きさ〕×〔界磁の直流磁束の大きさ〕で表される。
モータのサイズ、電気装荷、磁気装荷、及びエアギャップ長などをほぼ一定と仮定すると、次の二つの式が成立する。すなわち、〔電機子の交流磁束の大きさ〕∝〔電機子と界磁とが対向するエアギャップ面積〕であり、〔界磁の直流磁束の大きさ〕∝〔電機子と界磁とが対向するエアギャップ面積〕である。したがって、電機子と界磁とが対向するエアギャップの面積を大きくすることはモータのトルクを大きくすることであり、そのことはモータのトルク密度や出力密度を増大させることに寄与する。
しかしながら、スリップリングを使用しない直流励磁界磁型同期電動機において、従来は上記電動機1A,1Bのようにステータとロータは、ラジアル方向またはアキシャル方向のみのエアギャップをもって対向配置されているため、より高出力化を図るためには、上述したようにステータとロータのエアギャップ面積をさらに増やす必要がある。
井上正哉ら著、平成22年電気学会産業応用部門大会(2−S8−3),II−77〜80頁,「脱レアアース2−クローポールモータの可能性」
堺和人著、平成22年電気学会産業応用部門大会(3−7),III−149〜154頁,「ハイブリッド可変磁力モータの原理と基本特性」
そこで、本発明の課題は、同期電動機において、トルク密度・出力密度をより増大させるため、電機子と界磁とが対向する有効なエアギャップの面積を大きくするとともに、直流励磁磁石による界磁と永久磁石による界磁とを組み合わせ、界磁磁束の総量を増大させたことを特徴とするハイブリッド励磁型の同期電動機を提供することにある。
本発明には、インナーロータ式の同期電動機に係る第1の発明と、アウターロータ式の同期電動機に係る第2の発明とが含まれており、上述した課題を解決するため、第1の発明は、請求項1に記載されているように、電機子と直流励磁鉄心とを有するステータと、上記直流励磁鉄心により励磁される界磁を有するロータとを含み、上記ステータの内周面側に上記ロータが配置されているインナーロータ式の同期電動機において、
上記界磁は、強磁性体からなる偶数個の界磁磁極を有し、上記各界磁磁極が上記ロータの円周方向に所定の間隔をもって配置された状態で非磁性体の支持部材を介して強磁性体の回転軸に取り付けられ、上記界磁磁極の各々は、外径側の1つのラジアル面と、上記回転軸の軸方向に沿った両側面側の2つのアキシャル面とを有し、
上記電機子は、環状鉄心を備え、上記環状鉄心には、上記界磁磁極の上記1つのラジアル面と上記2つのアキシャル面とにそれぞれエアギャップを介して対向する1つのラジアル側ティース部と2つのアキシャル側ティース部の3つのティース部を含む電機子ティースが円周方向に所定の間隔をもって設けられており、
上記直流励磁鉄心は、上記界磁磁極の上記2つのアキシャル面の一方と対向する第1励磁鉄心および上記2つのアキシャル面の他方と対向する第2励磁鉄心と、上記回転軸を周回するようにリング状に巻回され、上記第1および第2の各励磁鉄心に磁束を与える直流励磁コイルとを有し、
上記界磁磁極のうちの奇数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル面に磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル面には磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記偶数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル面に磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル面には磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、
上記直流励磁コイルの起磁力により発生する磁束によって、上記奇数番目もしくは上記偶数番目のいずれか一方の界磁磁極がN極、いずれか他方の界磁磁極がS極に励磁され、
上記奇数番目の界磁磁極と上記偶数番目の界磁磁極との間には、上記各界磁磁極の極性の並び順に沿って回転方向に着磁磁化された板状の永久磁石が配置され、直流励磁による磁束と永久磁石による磁束の2つの界磁磁束を利用することを特徴としている。
上記界磁は、強磁性体からなる偶数個の界磁磁極を有し、上記各界磁磁極が上記ロータの円周方向に所定の間隔をもって配置された状態で非磁性体の支持部材を介して強磁性体の回転軸に取り付けられ、上記界磁磁極の各々は、外径側の1つのラジアル面と、上記回転軸の軸方向に沿った両側面側の2つのアキシャル面とを有し、
上記電機子は、環状鉄心を備え、上記環状鉄心には、上記界磁磁極の上記1つのラジアル面と上記2つのアキシャル面とにそれぞれエアギャップを介して対向する1つのラジアル側ティース部と2つのアキシャル側ティース部の3つのティース部を含む電機子ティースが円周方向に所定の間隔をもって設けられており、
上記直流励磁鉄心は、上記界磁磁極の上記2つのアキシャル面の一方と対向する第1励磁鉄心および上記2つのアキシャル面の他方と対向する第2励磁鉄心と、上記回転軸を周回するようにリング状に巻回され、上記第1および第2の各励磁鉄心に磁束を与える直流励磁コイルとを有し、
上記界磁磁極のうちの奇数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル面に磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル面には磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記偶数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル面に磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル面には磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、
上記直流励磁コイルの起磁力により発生する磁束によって、上記奇数番目もしくは上記偶数番目のいずれか一方の界磁磁極がN極、いずれか他方の界磁磁極がS極に励磁され、
上記奇数番目の界磁磁極と上記偶数番目の界磁磁極との間には、上記各界磁磁極の極性の並び順に沿って回転方向に着磁磁化された板状の永久磁石が配置され、直流励磁による磁束と永久磁石による磁束の2つの界磁磁束を利用することを特徴としている。
また、第2の発明は、請求項2に記載されているように、電機子と直流励磁鉄心とを有するステータと、上記直流励磁鉄心により励磁される界磁を有するロータとを含み、上記ステータの外周面側に上記ロータが配置されているアウターロータ式の同期電動機において、
上記ロータは、強磁性体の固定軸に軸受部材を介して回転可能に支持される非磁性体からなるケーシングと、上記ケーシングの内周面側に取り付けられる界磁とを含み、上記界磁は、上記ロータの円周方向に所定の間隔をもって配置された強磁性体からなる偶数個の界磁磁極を備え、上記界磁磁極の各々は、上記ケーシングの円周側の内周面に配置される1つのラジアル磁極部と上記ケーシングの上記固定軸の軸方向に沿った両側の内周面に配置される2つのアキシャル磁極部とを有し、
上記電機子は、内周側が非磁性体の支持部材を介して上記固定軸に固定される強磁性体からなる環状鉄心を備え、上記環状鉄心には、上記各界磁磁極の上記1つのラジアル磁極部と上記2つのアキシャル磁極部とにそれぞれエアギャップを介して対向する1つのラジアル側ティース部と2つのアキシャル側ティース部の3つのティース部を含む電機子ティースが円周方向に所定の間隔をもって設けられており、
上記直流励磁鉄心は、上記界磁磁極の上記2つのアキシャル磁極部の一方と対向する第1励磁鉄心および上記2つのアキシャル磁極部の他方と対向する第2励磁鉄心と、上記固定軸を周回するようにリング状に巻回され、上記第1および第2の各励磁鉄心に磁束を与える直流励磁コイルとを有し、
上記界磁磁極のうちの奇数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル磁極部に磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル磁極部には磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記偶数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル磁極部に磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル磁極部には磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、
上記直流励磁コイルの起磁力により発生する磁束によって、上記奇数番目もしくは上記偶数番目のいずれか一方の界磁磁極がN極、いずれか他方の界磁磁極がS極に励磁され、
上記奇数番目の界磁磁極と上記偶数番目の界磁磁極の互いに対向する上記1つのラジアル磁極部および上記2つのアキシャル磁極部の円周方向の各端面間には、上記各界磁磁極の極性の並び順に沿って回転方向に着磁磁化された板状の永久磁石が配置され、直流励磁による磁束と永久磁石による磁束の2つの界磁磁束を利用することを特徴としている。
上記ロータは、強磁性体の固定軸に軸受部材を介して回転可能に支持される非磁性体からなるケーシングと、上記ケーシングの内周面側に取り付けられる界磁とを含み、上記界磁は、上記ロータの円周方向に所定の間隔をもって配置された強磁性体からなる偶数個の界磁磁極を備え、上記界磁磁極の各々は、上記ケーシングの円周側の内周面に配置される1つのラジアル磁極部と上記ケーシングの上記固定軸の軸方向に沿った両側の内周面に配置される2つのアキシャル磁極部とを有し、
上記電機子は、内周側が非磁性体の支持部材を介して上記固定軸に固定される強磁性体からなる環状鉄心を備え、上記環状鉄心には、上記各界磁磁極の上記1つのラジアル磁極部と上記2つのアキシャル磁極部とにそれぞれエアギャップを介して対向する1つのラジアル側ティース部と2つのアキシャル側ティース部の3つのティース部を含む電機子ティースが円周方向に所定の間隔をもって設けられており、
上記直流励磁鉄心は、上記界磁磁極の上記2つのアキシャル磁極部の一方と対向する第1励磁鉄心および上記2つのアキシャル磁極部の他方と対向する第2励磁鉄心と、上記固定軸を周回するようにリング状に巻回され、上記第1および第2の各励磁鉄心に磁束を与える直流励磁コイルとを有し、
上記界磁磁極のうちの奇数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル磁極部に磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル磁極部には磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記偶数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル磁極部に磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル磁極部には磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、
上記直流励磁コイルの起磁力により発生する磁束によって、上記奇数番目もしくは上記偶数番目のいずれか一方の界磁磁極がN極、いずれか他方の界磁磁極がS極に励磁され、
上記奇数番目の界磁磁極と上記偶数番目の界磁磁極の互いに対向する上記1つのラジアル磁極部および上記2つのアキシャル磁極部の円周方向の各端面間には、上記各界磁磁極の極性の並び順に沿って回転方向に着磁磁化された板状の永久磁石が配置され、直流励磁による磁束と永久磁石による磁束の2つの界磁磁束を利用することを特徴としている。
上記第2の発明において、請求項3に記載されているように、上記永久磁石には、上記ラジアル磁極部の端面に沿って配置される第1永久磁石と、上記各アキシャル磁極部の端面に沿って配置される第2,第3永久磁石とが含まれ、その各々が分離して配置されていることが好ましい。
本発明によれば、ステータ側とロータ側との間に、1つのラジアルエアギャップと2つのアキシャルエアギャップとを設け、この3つのエアギャップにおける磁界の極性を、同一回転角の位置において、電機子にあっては時間的および空間的に同極性となるようにし、界磁にあっては空間的に同極性となるようにしたことによって、モータのトルクをより大きくさせるとともに、トルク密度・出力密度をより増大させることができる。
さらに、界磁磁極の1つラジアル面と2つのアキシャル面とに、直流励磁磁石による界磁と永久磁石による界磁とを組み合わせたハイブリッド励磁型の界磁を形成し、双方の磁束が互いに独立し、かつ、並列に同一方向に流れるようにすることによって、始動、加速ならびに低速時においては、直流励磁電流を増やしてトルクを増大させることができ、高速時においては、直流励磁電流を減らすことによって高速化をはかることができるので、界磁が全て永久磁石からなる同期電動機のように弱め界磁のために無駄な電流を流す必要がないので、高速時における効率を向上させることができるという利点もある。
次に、図1〜17を参照して、本発明のいくつかの実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1に示すように,第1実施形態に係る同期電動機100A(以下、単に電動機100Aということがある)は、強磁性体からなる回転軸21と、回転軸21に同軸的に取り付けられた界磁を有する環状のロータ200Aと、ロータ200Aの界磁を励磁する励磁コイル430および励磁鉄心400Aと、ロータ200Aの外周面に沿って配置され、電機子の機能を有するステータ300Aとを備えたインナーロータ式のハイブリッド励磁型同期電動機であり、全体が円筒形状のケーシング500Aの中に収納されている。
ケーシング500Aは、回転軸21の軸線方向に沿って2分割されており、カップ型のケーシング本体510と、ケーシング本体510の開口部を塞ぐように取り付けられる蓋部材520とを備えている。ケーシング500Aは、例えばアルミニウムなどの非磁性体からなる。
ケーシング本体510と蓋部材520との取付面にはフランジ部511,521が形成されており、フランジ部511,521同士を互いに突き当てた状態でネジ止めすることにより、ケーシング500Aが形成される。なお、溶接で一体化してもよい。
ケーシング本体510および蓋部材520の軸線方向の中央には、挿通孔512,522を有し、各挿通孔512,522に隣接して軸受部41,41が同軸的に配置されている。この実施形態において、軸受部41,41は、ボールベアリングからなり、外輪側がケーシング500に支持され、内輪側が回転軸21を軸支している。
図2を併せて参照して、ロータ200Aは、中心に回転軸21が同軸的に接合された支持部材210と、支持部材210の外周面に沿って取り付けられる複数の界磁磁極220とを備えている。
支持部材210は、非磁性体からなる円筒状を呈し、その外周面には、偶数個の界磁磁極220が固定されている。支持部材210に界磁磁極220を固定する方法の一例としては、アルミニウムや樹脂成形などが用いられてよい。
図3(a)を併せて参照して、界磁磁極220は、1つのラジアル磁極部221と、2つのアキシャル磁極部222,223とを有し、回転軸21の中心から半径方向の外側に向かうにつれて円周方向の幅が漸次大きくなる扇形柱状に形成されている。
界磁磁極220の一方のアキシャル磁極部222には、励磁鉄心400Aからの磁束(フラックス)が界磁磁極220内に入らないようにするためのフラックスバリア部231が設けられている。
この実施形態において、フラックスバリア部231は、一方のアキシャル磁極部222の外周面から内側に向けて凹まされた凹部からなり、この凹部によって形成される大きな空隙Gbが大きな磁気抵抗として機能することにより、磁束が界磁磁極220内に入ることを防ぐようにしている。
これに対して、界磁磁極220の他方のアキシャル磁極部223には、フラックスゲート部232が設けられている。フラックスゲート部232は、励磁鉄心400Aとの空隙Ggを小さくして磁気抵抗を小さくし、磁束の通りやすい構造とする。
この第1実施形態において、フラックスゲート部232は、アキシャル磁極部223のティース面から突出した凸部からなるが、励磁鉄心400Aとの間に磁気抵抗が小さくなるような空隙が存在するのであれば、アキシャル磁極部223は単なる平坦面であってもよい。
フラックスバリア部231の空隙間隔は3mm以上、フラックスゲート部232の空隙間隔は0.3〜1mm程度であることが好ましい。
励磁鉄心400Aとの位置的な関係から、フラックスバリア部231およびフラックスゲート部232は、好ましくは各界磁磁極220の内径側(回転軸21の軸中心側)に配置される。
この実施形態において、界磁磁極220は、8極(220a〜220h)分が設けられているが、図2(a)に示すロータ200Aの左側面において、各界磁磁極220のうち、偶数番目の界磁磁極220(220b,220d,220f,220h)には、フラックスバリア部231が配置されており、奇数番目の界磁磁極220(220a,220c,220e,220g)には、フラックスゲート部232が配置されている。
これに対して、図2(b)に示すロータ200Aの右側面において、各界磁磁極220のうち、奇数番目の界磁磁極220(220a,220c,220e,220g)には、フラックスバリア部231が配置されており、偶数番目の界磁磁極220(220b,220d,220f,220h)には、フラックスゲート部232が配置されている。
この第1実施形態において、奇数番目の界磁磁極220(220a,220c,220e,220g)と、偶数番目の界磁磁極220(220b,220d,220f,220h)との間には、それぞれ、永久磁石240が半径方向に放射状に埋め込まれている。
図3(a)に示すように、永久磁石240は、好ましくは界磁磁極220の円周方向の端面とほぼ等しい面積を有する板状に形成されており、その板厚方向(ロータ200Aの回転方向、すなわち接線方向)に着磁磁化されている。
なお、図3(b)に示すように、フラックスゲート部232を有する側のアキシャル磁極部223の全面をフラットに形成して、第2励磁鉄心420と例えば0.3〜1mm程度の空隙間隔d1をもって対向させて、アキシャル磁極部223のうち第2励磁鉄心420と対向する面をフラックスゲート部232としてもよい(フラックスバリアが凹で、フラックスゲートがフラットの組合せ)。
後述する直流励磁によって、例えば、偶数番目の界磁磁極220(220b,220d,220f,220h)がN極、奇数番目の界磁磁極220(220a,220c,220e,220g)がS極に励磁されるとすれば、各永久磁石240は、そのN極を偶数番目の界磁磁極220側、S極を奇数番目の界磁磁極220側に向けて配置される。永久磁石240には、好ましくはネオジム磁石が用いられるが、これ以外の永久磁石が用いられてもよい。
次に、図4(a),(b)を参照して、ステータ300Aは、ヨークとしての環状鉄心310を備え、環状鉄心310には、界磁磁極220のラジアル磁極部221に対しラジアルエアギャップG1(図1では上下方向の面)をもって対向するラジアルティース部311と、ロータ200Aのアキシャル磁極部222,223に対し2つのアキシャルエアギャップG2,G3(図1では左右方向の面)をもって対向する2つのアキシャルティース部312,313とが設けられており、それらがロータ200Aを挟むようにコ字型(門型)に配置されている。
ラジアルティース部311は、環状鉄心310の内周面からロータ200Aのラジアル磁極部221側に向けて突設されており、その先端はロータ200Aの外径に沿って円弧状に形成されている。この例において、ラジアルティース部311は、9スロット分が設けられている。ラジアルティース部311の周囲には、電機子巻線Cが巻回されるスロット部320が形成されている。
アキシャルティース部312,313は、基端側(ラジアルティース部311側)から先端側(回転軸21側)に向けて、円周方向の幅が漸次小さくなる扇状に形成されており、アキシャルティース部312,313の間には、アキシャルティース部の間で磁束が流れないようにするためのフラックスバリアとして空隙Gsが設けられている。
アキシャルティース部312,313の先端側は、ラジアルティース部311と同じく、それぞれ円弧状に形成されており、その内径側に後述する励磁鉄心400Aが収納される開口部321が設けられている。
この実施形態において、ステータ300Aは、電磁鋼鈑をプレス加工により打ち抜いて軸方向に、一方のアキシャルティース部、ラジアルティース部そして他方のアキシャルティース部と積層した環状の積層体からなるが、これ以外に焼結磁心や圧粉磁心などが用いられてもよい。
ラジアルティース部311と2つのアキシャルティース部312,313とは一体成形されているため、ステータ300Aの内部にロータ200Aを保持するためには、ステータ300Aは円周方向に少なくとも2以上に分割されていなくてはならない。そこで、この実施形態において、ステータ300Aは120°間隔で半径方向に沿って分割面301によって3分割されている。
各スロット部320内には電機子巻線Cが配線されるが、この第1実施形態において、電機子巻線Cは、ラジアルティース部311の周縁に沿わせて集中巻巻線として巻線される。
図5に三相交流電源(Vu,Vv,Vw)と電機子巻線Cの接続状態を示す。なお、図5において、U相,V相,W相中のアッパーラインが付されている巻線は、アッパーラインが付されていない巻線とは逆巻きであることを示しているが、本明細書では、逆巻きの巻線には便宜上アンダーラインを付している。
この三相集中巻電機子巻線のU相(U1,U2,U3)、V相(V1,V2,V3)、W相(W1,W2,W3)に対して、インバータで構成される三相交流電源より三相交流(Vu,Vv,Vw)を通電することにより、最外径面側のラジアルティース部311と、両側面のアキシャルティース部312,313とに、空間的・時間的に同極の回転磁界が発生し、ロータ200A側の界磁との間でマックスウェルの応力が働き、所定方向に回転トルクが発生する。
ロータ200Aがステータ300Aの内側に配置されることで、ロータ200Aのラジアル磁極部221とステータ300Aのラジアルティース部311とがラジアルエアギャップG1をもって対向し、ロータ200Aの2つのアキシャル磁極部222,223と、ステータ300Aのアキシャルティース部312,313とが2つのアキシャルエアギャップG2,G3をもって対向配置され、3つの磁気的に有効なエアギャップ面G1〜G3が形成される。
再び図1を参照して、励磁鉄心400Aは、ロータ200Aの一方のアキシャル磁極部222(図1では左側面)に対向するように配置された第1励磁鉄心410と、ロータ200Aの他方のアキシャル磁極部223(図1では右側面)に対向するように配置された第2励磁鉄心420とを備えている。
第1励磁鉄心410および第2励磁鉄心420は、回転軸21と同軸的な環状鉄心であって、その一部はフラックスバリア部231およびフラックスゲート部232と対向するように配置されている。
第1励磁鉄心410および第2励磁鉄心420の各内周面には、リング状の励磁コイル430が回転軸21を周回するように設けられている。各励磁コイル430は、磁化方向が同一になるように接続されて1つの励磁コイル430として機能する有芯コイルになっており、励磁コイル430に直流電流を流すことで、有芯コイルによって回転軸21は磁石となる。
そこで、図1に示すように、第1励磁鉄心410側がN極で、第2励磁鉄心420側がS極に励磁されたとすると、図6,図16を併せて参照して、励磁磁束(フラックス)は、回転軸21のN極側→回転軸21と第1励磁鉄心410との間の空隙Gs(第1励磁エアギャップ)→第1励磁鉄心410→第1励磁鉄心410と図2(a)のロータ200Aの左側面側に存在する偶数番目の界磁磁極が有するフラックスゲート部232との間の空隙Gg(第2励磁エアギャップ)→偶数番目の界磁磁極(220b,220d,220f,220h)→ラジアルエアギャップG1およびアキシャルエアギャップG2,G3→ステータ300Aの環状鉄心310→ラジアルエアギャップG1およびアキシャルエアギャップG2,G3→奇数番目の界磁磁極(220a,220c,220e,220g)→図2(b)のロータ200Aの右側面側に存在する奇数番目の界磁磁極が有するフラックスゲート部232と第2励磁鉄心420との間の空隙Gg(第3励磁エアギャップ)→第2励磁鉄心420→回転軸21と第2励磁鉄心420との間の空隙Gs(第4励磁エアギャップ)→回転軸21のS極側へと流れ、偶数番目の界磁磁極(220b,220d,220f,220h)がN極、奇数番目の界磁磁極(220a,220c,220e,220g)がS極に励磁されることになる。
各永久磁石240は、そのN極を偶数番目の界磁磁極(220b,220d,220f,220h)側、S極を奇数番目の界磁磁極(220a,220c,220e,220g)側として、偶数番目の界磁磁極と奇数番目の界磁磁極との間に配置(埋設)される。
したがって、永久磁石240による磁束は、自己のN極→偶数番目の界磁磁極(220b,220d,220f,220h)のラジアル磁極部221およびアキシャル磁極部222,223→ラジアルエアギャップG1およびアキシャルエアギャップG2,G3→ステータ300Aの環状鉄心310→ラジアルエアギャップG1およびアキシャルエアギャップG2,G3→隣接する奇数番目の界磁磁極(220a,220c,220e,220g)→自己のS極へと循環する。
これにより、励磁コイル430の直流励磁による界磁磁束と永久磁石240による界磁磁束は、N極を構成する偶数番目の界磁磁極(220b,220d,220f,220h)→ラジアルエアギャップG1およびアキシャルエアギャップG2,G3→ステータ300Aの環状鉄心310→ラジアルエアギャップG1およびアキシャルエアギャップG2,G3→奇数番目の界磁磁極(220a,220c,220e,220g)の磁気回路を相互に相手の磁束を減少させることなく並列に流れ、それぞれ大きな磁束を保ちながらより大きな複合磁束を形成し、これが電機子の回転磁界の磁束と作用して、大きな回転トルクを発生させる。
なお、ステータ300Aの環状鉄心310と界磁磁極220との間のエアギャップG1,G2,G3、回転軸21と励磁鉄心410,420との間の空隙(第1励磁エアギャップ)Gs、ならびに、フラックスゲート部232と励磁鉄心410,420との間の空隙(第2励磁エアギャップ)Ggについては、磁気抵抗を小さくするため、それらの間の長さを相対的に短くし、フラックスゲート部232を除く界磁磁極220と励磁鉄心410,420との間の空隙Gbは、フラックスバリア部231を含めて磁気抵抗を大きくするため、それらの長さを相対的に長くする。
図16を参照して、N極界磁磁極(220b,220d,220f,220h)からS極界磁磁極(220a,220c,220e,220g)に流れる磁束は、環状鉄心310のラジアルティース部311と2つのアキシャルティース部312,313の3つの流れに分流する。ここで、回転軸21、励磁鉄心400A、界磁磁極220、ステータ300Aの環状鉄心310の透磁率は、空気の透磁率に比べて3ケタ以上大きいので、これらの部分における磁気抵抗は小さいため無視し、磁気抵抗の大きい空気層(すなわち、エアギャップ部G1〜G3)や励磁鉄心400Aとフラックスゲート部232の空隙のみについて考えた場合、直流励磁磁束は、アンペアの周回積分の法則から次式1によって算出される。
上記式1の各パラメータは以下の通りである。
Φ:磁束量
I:直流電流
Sa:アキシャルエアギャップG2,G3の面積(一方のアキシャルエアギャップにおける界磁磁極と電機子鉄心の対向面積の総和の1/2)
Sr:ラジアルエアギャップの面積(ラジアルエアギャップにおける界磁磁極と電機子鉄心の対向面積の総和の1/2)
S1:励磁鉄心とフラックスゲート部の対向面積
S2:励磁鉄心と回転軸との対向面積
N:直流励磁コイル1個の巻数
g:エアギャップの長さ
c:励磁空隙の長さ
μ:空気の透磁率、永久磁石の透磁率
Φ:磁束量
I:直流電流
Sa:アキシャルエアギャップG2,G3の面積(一方のアキシャルエアギャップにおける界磁磁極と電機子鉄心の対向面積の総和の1/2)
Sr:ラジアルエアギャップの面積(ラジアルエアギャップにおける界磁磁極と電機子鉄心の対向面積の総和の1/2)
S1:励磁鉄心とフラックスゲート部の対向面積
S2:励磁鉄心と回転軸との対向面積
N:直流励磁コイル1個の巻数
g:エアギャップの長さ
c:励磁空隙の長さ
μ:空気の透磁率、永久磁石の透磁率
次に、図7を参照して、第1実施形態のステータ300Aの変形例を説明するが、上述した実施形態と同一または同一と見なされる箇所には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
この変形例でのステータ300A’において、ラジアルティース部311と、2つのアキシャルティース部312,313とがそれぞれ独立して形成されており、それらがロータ200Aを挟むようにコ字型(門型)に配置されている。
ラジアルティース部311は、ロータ200Aの外周面に対して同心円状に9箇配置されている。ラジアルティース部311には、電機子巻線Cが巻回されている。基本的な構造は、上述したステータ300Aのラジアルティース部311と同様である。
アキシャルティース部312,313は、中心から半径方向の外側に向かって円周方向の幅が漸次大きくなる扇状に形成されており、それらが円周方向に複数、この例では9個が環状に配置されている。アキシャルティース部312,313には、それぞれ電機子巻線Cが巻回されている。
ラジアルティース部311と、2つのアキシャルティース部312,313に対して図8に示すような三相交流結線を施し、そこに三相交流を通電することにより、最外径面側のラジアルティース部311と、両側面のアキシャルティース部312,313とに、空間的・時間的に同一極性の回転磁界が発生し、ロータ200A側の界磁との間でマックスウェルの応力が働き、所定方向に回転トルクおよび出力が発生する。
この第1実施形態によれば、直流励磁磁石による界磁と永久磁石による界磁とを組み合わせたハイブリッド型の界磁を形成することにより、始動から加速の段階では直流励磁磁石による大きなトルクを利用して立ち上がり、高速回転時には、直流励磁電流を減らし、弱め界磁のための電流を流すことなく、永久磁石の磁束のみで運転することにより、電力消費を効率的に行え、無駄な電力の消費を抑えることができる。
次に、図9〜図15、図17を参照して、第2実施形態に係るアウターロータ式のハイブリッド励磁型同期電動機について説明する。
図9(図11のA−O−B線断面図)に示すように、この第2実施形態の同期電動機100B(以下、単に電動機100Bということがある)は、強磁性体からなる固定軸25と、固定軸25に固定されたステータ300Bと、固定軸25に軸受部材41,41を介して回転可能に支持されたケーシング500Bと、ケーシング500Bの内面に設けられた界磁を有するロータ200Bと、界磁を励磁する励磁コイル430が巻回された励磁鉄心400Bとを有し、ステータ300Bの外周面側にロータ200Bが配置されたアウターロータ式のハイブリッド励磁型同期電動機である。
ケーシング500Bは、ステータ300Bが固定される固定軸25の軸線方向に沿って2分割されており、一方の第1ケーシング510(ケーシング本体)は、円筒カップ状に形成されており、その中央部分には、固定軸25が挿通される挿通孔512が設けられている。
他方の第2ケーシング520(蓋部材)は、第1ケーシング510の開口部511を塞ぐ蓋部材として形成され、その中央部分には、固定軸25が挿通される挿通孔522が設けられている。ケーシング500Bには、例えばアルミニウムなどの非磁性体が用いられる。
第1ケーシング510と第2ケーシング520の開口部側にはともに、フランジ部511,521が形成されており、フランジ部412,422同士を互いに突き合わせた状態で、図示しない例えばネジによってネジ止めすることにより、ケーシング510,520同士が強固に連結される。第一ケーシング510と第二ケーシング520は溶接接合されてもよい。
ケーシング500Bは、上記挿通孔512,522の部分にラジアル軸受け41,41を有し、ラジアル軸受け41,41を介して固定軸25に支持されている。
図10(a)および図11を併せて参照して、ロータ200Bは、ステータ300Bのラジアル面に対してラジアルエアギャップG1を介して対向配置されるラジアル磁極部251と、ステータ300Bの2つアキシャル面に対してアキシャルエアギャップG2,G3を介して対向配置される2つのアキシャル磁極部252,253とを有する複数個(この実施形態では8個)の界磁磁極250を備えている。
界磁磁極250は、例えば電磁鋼板等の強磁性体を固定軸25の軸線方向に沿って積層することにより形成されるが、これ以外に焼結磁心や圧粉磁心などが用いられてもよい。
この第2実施形態において、界磁磁極250は、ラジアル磁極部251の両端(固定軸25の軸線方向に沿った両端)から、アキシャル磁極部252,253が固定軸25側に向けてほぼ直角に一体的に折り曲げられた断面コ字状(門形状)に形成されている。アキシャル磁極部252,253は、基端側(ラジアル界磁磁極251側)から自由端側(固定軸25側)に向かうにつれて円周方向の幅が漸次小さくなる扇状に形成されている。
2つのアキシャル磁極部252,253のうち、一方のアキシャル磁極部252(図10では左側)には、励磁鉄心400B(410,420)との間で磁束を通り易くするため、励磁鉄心400Bと界磁鉄心250との間の空隙を小さく取り、磁気抵抗を小さくする機能を持たせたフラックスゲート部261が設けられている。
フラックスゲート部261は、上記第1実施形態と同じく、アキシャル磁極部252のティース面から突出した凸部からなるが、励磁鉄心400Bとの間に磁気抵抗が小さくなるような空隙が存在するのであれば、アキシャル磁極部252は単なる平坦面であってもよい。
これに対し、他方のアキシャル磁極部253(図10では右側)には、励磁鉄心400B(410,420)との間で磁束を通りにくくするため、励磁鉄心400Bとの間の空隙を大きく取り、磁気抵抗を大きくする機能を持たせたフラックスバリア部262が設けられている。
フラックスバリア部262は、フラックスゲート部261とは逆に、励磁鉄心400Bとの空隙距離が長くなるようにアキシャル磁極部253から励磁鉄心400Bとは離反する方向(内側)に凹んだ凹部からなるが、励磁鉄心400Bとの間に磁気抵抗が大きくなるような空隙が存在するのであれば、アキシャル磁極部253は単なる平坦面であってもよい。
フラックスゲート部261とフラックスバリア部262は、上記第1実施形態と同じく、各アキシャル磁極部252,253の内径側(固定軸25の軸中心側)に配置されている。
この第2実施形態においても、界磁磁極250は、8極(250a〜250h)分が設けられているが、図11(a)に示すロータ200Bの左側面(一方の励磁鉄心410と対向する側の側面)において、各界磁磁極250のうち、偶数番目の界磁磁極250(250b,250d,250f,250h)には、フラックスゲート部261が配置されており、奇数番目の界磁磁極250(250a,250c,250e,250g)には、フラックスバリア部262が配置されている。
これに対して、図11(b)に示すロータ200Bの右側面(他方の励磁鉄心420と対向する側の側面)において、各界磁磁極250のうち、奇数番目の界磁磁極250(250a,250c,250e,250g)には、フラックスバリア部262が配置されており、偶数番目の界磁磁極250(250b,250d,250f,250h)には、フラックスゲート部261が配置されている。
フラックスゲート部232(261)とフラックスバリア部231(262)との考えられる組み合わせは次の表1に示す3通りである。
この第2実施形態においても、図10(a),図11に示すように、奇数番目の界磁磁極250(250a,250c,250e,250g)と、偶数番目の界磁磁極250(250b,250d,250f,250h)との間には、それぞれ、永久磁石260が埋め込まれている。
この第2実施形態において、図10(a)に示すように、永久磁石260には、ラジアル磁極部251の端面に沿って配置される第1永久磁石260Aと、アキシャル磁極部252,253の各端面に沿って配置される第2,第3永久磁石260B,260Bの3つの永久磁石が含まれている。
各永久磁石260A,260B,260Bは、ともに角柱状として分離(分割)して形成されているが、各界磁磁極250の極性の並び順に沿って回転方向に着磁磁化されている。
なお、図10(b)に示すように、フラックスバリア部262を有する側のアキシャル磁極部253の全面をフラットに形成し、第2励磁鉄心420と例えば3mm以上の空隙間隔d2をもって対向させて、アキシャル磁極部253のうち第2励磁鉄心420と対向する面をフラックスリア部262としてもよく(フラックスバリアがフラットで、フラックスゲートが凸の組合せ)、 これによれば、アキシャル磁極部253にフラックスバリアとしての凹部を形成する必要がなく、その分、アキシャル磁極部253側の端面に取り付けられる永久磁石260Bの磁束を100%有効に使うことができる。
後述する直流励磁によって、例えば図11に示すように、偶数番目の界磁磁極250(250b,250d,250f,250h)がN極、奇数番目の界磁磁極250(250a,250c,250e,250g)がS極に励磁されるとすれば、永久磁石260(260A,各260B)は、そのN極を偶数番目の界磁磁極250側、S極を奇数番目の界磁磁極250側に向けて配置される。永久磁石260には、好ましくはネオジム磁石が用いられるが、これ以外の永久磁石が用いられてもよい。
図12および図13を参照して、ステータ300Bは、電機子としての環状鉄心330を有し、この環状鉄心330は、図9に示すように、アルミニウム材や合成樹脂材等の非磁性体からなる支持部材340を介して固定軸25に固定される。
環状鉄心330は、円盤状に打ち抜かれた例えば電磁鋼板を、軸線方向(図9では左右方向)に複数枚積層することにより構成され、積層状態における半径方向に沿った断面は四角形状であり、巻線を巻きやすくするため円周方向に複数に分割されていてもよい。環状鉄心330は、電磁鋼鈑積層鉄心のほかに、圧粉磁心もしくは焼結磁心であってもよい。
この第2実施形態において、環状鉄心330には、電機子巻線Cを巻回するためのスロット(溝)331が、環状鉄心330の中心線を旋回するように環状に形成されている。すなわち、スロット331は、同一の半径線上において環状鉄心21の外径面、両側面および内径面にかけて一連に形成されている。
スロット331は、その複数個が環状鉄心330の円周方向に沿って所定の間隔で配置されており、その各々に電機子巻線Cがトロイダル巻線として巻線される。この第2実施形態に係る電動機100Bは三相8極であり、スロット331は、15°間隔で24箇所に設けられており、隣接するスロット331,331の間の鉄心部分が、電機子ティース332として作用する。
図13の結線図に、図12における三相8極のトロイダル巻線と、三相交流電源(Vu,Vv,Vw)との接続状態を示す。なお、図12,図13において、U相,V相,W相中のアッパーラインが付されている巻線は、アッパーラインが付されていない巻線とは逆巻きであることを示しているが、本明細書では、逆巻きの巻線には便宜上アンダーラインを付している。
このトロイダル巻線のU相(U1+U2+U3+U4,U1+U2+U3+U4)、V相(V1+V2+V3+V4,V1+V2+V3+V4)、W相(W1+W2+W3+W4,W1+W2+W3+W4)に対して、インバータで構成される三相交流電源より三相交流(Vu,Vv,Vw)を通電することにより、環状鉄心330には、最外径面側のラジアル部と、両側面のアキシャル部とに、空間的・時間的に同一極性の回転磁界が発生し、ロータ200B側の界磁との間でマックスウェルの応力が働き、所定方向に回転トルクが発生する。
再び図9を参照して、励磁鉄心400Bは、界磁磁極250の一方のアキシャル磁極部252(図9では左側面)に対向するように配置された第1励磁鉄心410と、界磁磁極250の他方のアキシャル磁極部253(図1では右側面)に対向するように配置された第2励磁鉄心420とを備えている。
第1励磁鉄心410および第2励磁鉄心420は、固定軸25を中心とする環状鉄心であって、固定軸25の外周面に圧入固定されている。第1励磁鉄心410および第2励磁鉄心420には、固定軸25を中心に励磁コイル430が巻回されている。
図9において左右に分かれている励磁コイル430は、互いに結線されて1つの励磁コイル430として機能し、固定軸25を励磁する有芯コイルである。励磁コイル430に直流電流を流すことで、有芯コイルである固定軸25は磁石となる。
そこで、図9のように、第1励磁コイル410側がN極で、第2励磁コイル420側がS極に励磁されたとすると、励磁磁束(フラックス)は、固定軸25のN極側→第1励磁鉄心410→第1励磁鉄心410と図11(a)のロータ200Bの左側面側に存在する偶数番目の界磁磁極(252b,252d,252f,252h)が有するフラックスゲート部261との間の空隙Gg→偶数番目の界磁磁極(252b,252d,252f,252h)→ラジアルエアギャップG1およびアキシャルエアギャップG2,G3→ステータ300Bの環状鉄心310→ラジアルエアギャップG1およびアキシャルエアギャップG2,G3→奇数番目の界磁磁極(253a,253c,253e,253g)→図11(b)のロータ200Bの右側面側に存在する奇数番目の界磁磁極(253a,253c,253e,253g)が有するフラックスゲート部261と第2励磁鉄心420との間の空隙Gg→第2励磁鉄心420→固定軸25のS極側へと流れる直流磁気回路が形成され、偶数番目の界磁磁極(252b,252d,252f,252h)がN極、奇数番目の界磁磁極(253a,253c,253e,253g)がS極に励磁される。
永久磁石260(260A,260B)は、そのN極を偶数番目の界磁磁極(250b,250d,250f,250h)側、S極を奇数番目の界磁磁極(250a,250c,250e,250g)側として、偶数番目の界磁磁極と奇数番目の界磁磁極との間に配置(埋設)される。
したがって、永久磁石260による磁束は、自己のN極→偶数番目の界磁磁極(250b,250d,250f,250h)のラジアル磁極部251およびアキシャル磁極部252,253→ラジアルエアギャップG1およびアキシャルエアギャップG2,G3→ステータ300Bの環状鉄心310→ラジアルエアギャップG1およびアキシャルエアギャップG2,G3→奇数番目の界磁磁極(250a,250c,250e,250g)→自己のS極へと循環する。
これにより、励磁コイル430の直流励磁による界磁磁束と永久磁石260による界磁磁束は、N極を構成する偶数番目の界磁磁極(250b,250d,250f,250h)→ラジアルエアギャップG1およびアキシャルエアギャップG2,G3→ステータ300Aの環状鉄心310→ラジアルエアギャップG1およびアキシャルエアギャップG2,G3→奇数番目の界磁磁極(250a,250c,250e,250g)の磁気回路を相互に相手の磁束を減少させることなく並列に同一方向に流れ、それぞれ大きな磁束を保ちながら大きな複合磁束を形成し、これが電機子の回転磁界の磁束と作用して、より大きな回転トルクを発生させる。
図17に示すように、N極界磁磁極(250b,250d,250f,250h)からS極界磁磁極(250a,250c,250e,250g)に流れる磁束は、ステータ300Aの環状鉄心330のラジアル部と2つのアキシャル部の3つの流れに分流する。固定軸25、励磁鉄心400B、界磁磁極250、環状鉄心310の透磁率は、空気の透磁率に比べて3ケタ以上大きいので、これらの部分における磁気抵抗は小さいため無視し、磁気抵抗の大きい空気層(すなわち、エアギャップ部G1〜G3)や励磁鉄心とフラックスゲート部261の空隙のみについて考えた場合、アンペアの周回積分の法則から、直流励磁磁束は、次式2によって算出される。
上記数2の各パラメータは以下の通りである。
Φ:磁束量
I:直流電流
Sa:アキシャルエアギャップG2,G3の面積(界磁磁極のアキシャル磁極部222,223と電機子鉄心のアキシャルティース部312,313との対向面積の総和の1/2)
Sr:ラジアルエアギャップの面積(界磁磁極のラジアル磁極部221と電機子鉄心のラジアルティース部311との対向面積の総和の1/2)
S1:励磁鉄心とフラックスゲート部の対向面積
N:直流励磁コイル1個の巻数
g:エアギャップの長さ
c:励磁空隙の長さ
μ:空気の透磁率
Φ:磁束量
I:直流電流
Sa:アキシャルエアギャップG2,G3の面積(界磁磁極のアキシャル磁極部222,223と電機子鉄心のアキシャルティース部312,313との対向面積の総和の1/2)
Sr:ラジアルエアギャップの面積(界磁磁極のラジアル磁極部221と電機子鉄心のラジアルティース部311との対向面積の総和の1/2)
S1:励磁鉄心とフラックスゲート部の対向面積
N:直流励磁コイル1個の巻数
g:エアギャップの長さ
c:励磁空隙の長さ
μ:空気の透磁率
次に、図14,15を参照して、第2実施形態に係る永久磁石型同期電動機100Bのステータの変形例について説明する。
この変形例において、図14に示す構成のステータ300B’を備える。このステータ300B’において、上記第2実施形態でのステータ300Bと同一もしくは同一と見なされてよい要素には同じ参照を付している。
ステータ300B’は、環状に形成された断面四角形の鉄心330を有し、この環状鉄心330は、上記第1実施形態と同じく、非磁性体からなる支持部材340を介して固定軸25に固定される。
なお、環状鉄心330は、固定軸25に直接固定されてもよい。また、支持部材340は磁性体材料が用いられてもよい。さらに、環状鉄心330には、電磁鋼鈑積層鉄心、圧粉磁心もしくは焼結磁心などが用いられてよい。
このステータ300B’は、三相9スロットで、三相8極の回転磁界を作ることができ、環状鉄心330には40°間隔で9個の電機子ティース332(332a〜332i)が設けられる。
この実施形態において、電機子ティース332(332a〜32i)はロータ200B側の界磁との間で、1つのラジアルエアギャップG1と2つのアキシャルエアギャップG2,G3の3つのエアギャップを形成して有効な回転トルクが得られるようにするため、電機子ティース332をサドル形状とし、各電機子スロット331に集中巻電機子巻線Cを施すようにしている。
環状鉄心330には、電機子巻線Cが施されるスロット331が円周方向に沿って所定の間隔をもって配置されている(この例で、そのスロット数は9個)。
隣接するスロット331間が電機子ティース332となるが、この変形例において、電機子ティース332は、環状鉄心330の外径面および両側面の3面(ラジアル側の1面とアキシャル側の2面)を含み、円周方向の幅が半径方向外側に向けて漸次大きくなるサドル状(立体台形の扇状)に形成されている。
すなわち、この電機子ティース332は、1つのラジアルティース部311と2つのアキシャルティース部312,313の機能を備え、対向する界磁磁極との間に、それぞれラジアルエアギャップG1と2つのアキシャルエアギャップG2,G3を形成する。
スロット331内に電機子巻線Cが配線されるが、この変形例において、電機子巻線Cは、図14(c)に示すように、電機子ティース220の外径面(ラジアルティース部)および両側面(アキシャルティース部)の各周縁に沿わせて三次元集中巻きとして巻線される。
図15の結線図に、図14における三相集中巻電機子巻線と、三相交流電源(Vu,Vv,Vw)との接続状態を示す。なお、図14,図15において、U相,V相,W相中のアッパーラインが付されている巻線は、アッパーラインが付されていない巻線とは逆巻きであることを示しているが、本明細書では、逆巻きの巻線には便宜上アンダーラインを付している。
この三相集中巻電機子巻線のU相(U1,U2,U3)、V相(V1,V2,V3)、W相(W1,W2,W3)に対して、インバータで構成される三相交流電源より三相交流(Vu,Vv,Vw)を通電することにより、環状鉄心21には、最外径面側のラジアルティース部と、両側面のアキシャルティース部とに、空間的・時間的に同極の回転磁界が発生し、ロータ3B側の界磁との間でマックスウェルの応力が働き、所定方向に回転トルクが発生する。
以上説明したように、本発明によれば、ステータ側とロータ側との間に、1つのラジアルエアギャップ面と2つのアキシャルエアギャップを設け、同一回転角の位置において、この3つのエアギャップにおける磁界の極性を、電機子にあっては時間的および空間的に同極性となるようにし、界磁にあっては空間的に同極性となるようにしたことにより、モータトルクをより大きくし、トルク密度・出力密度をより増大させたハイブリッド励磁型同期電動機を得ることができる。
また、直流励磁磁石による界磁と永久磁石による界磁の2種類の界磁を組み合わせた複合励磁型の界磁を形成するとともに、永久磁石による磁束の流れと直流励磁による磁束の流れが互いに独立して並列に流れるようにしたことにより、始動から加速の段階においては直流励磁磁束を多くして大きなトルクを出すことができるとともに、高速運転時には、直流励磁電流を減らすことによって、永久磁石界磁のみの界磁のみの界磁と異なり、弱め界磁のための無駄な電力を消費しないので、高効率の高速化が可能となる。
100A ハイブリッド励磁型同期電動機(インナーロータ型)
100B ハイブリッド励磁型同期電動機(アウターロータ型)
200A ロータ(インナーロータ型)
200B ロータ(アウターロータ型)
210 支持部材
220 界磁磁極
221 ラジアル磁極部
222,223 アキシャル磁極部
231,261 フラックスバリア部
232,262 フラックスゲート部
240A,240B 永久磁石
250 界磁磁極
251 ラジアル磁極部
252,253 アキシャル磁極部
260A,260B 永久磁石
300A ステータ(インナーロータ型)
300B ステータ(アウターロータ型)
310 環状鉄心
311 ラジアルティース部
312,313 アキシャルティース部
320 支持部材
400A 励磁鉄心(インナーロータ型)
400B 励磁鉄心(アウターロータ型)
410 第1励磁鉄心
420 第2励磁鉄心
430 励磁コイル
G1 ラジアルエアギャップ
G2,G3 アキシャルエアギャップ
Gg 第2、第3励磁エアギャップ(第5、第6励磁エアギャップ)
Gs 第1、第4励磁エアギャップ)
100B ハイブリッド励磁型同期電動機(アウターロータ型)
200A ロータ(インナーロータ型)
200B ロータ(アウターロータ型)
210 支持部材
220 界磁磁極
221 ラジアル磁極部
222,223 アキシャル磁極部
231,261 フラックスバリア部
232,262 フラックスゲート部
240A,240B 永久磁石
250 界磁磁極
251 ラジアル磁極部
252,253 アキシャル磁極部
260A,260B 永久磁石
300A ステータ(インナーロータ型)
300B ステータ(アウターロータ型)
310 環状鉄心
311 ラジアルティース部
312,313 アキシャルティース部
320 支持部材
400A 励磁鉄心(インナーロータ型)
400B 励磁鉄心(アウターロータ型)
410 第1励磁鉄心
420 第2励磁鉄心
430 励磁コイル
G1 ラジアルエアギャップ
G2,G3 アキシャルエアギャップ
Gg 第2、第3励磁エアギャップ(第5、第6励磁エアギャップ)
Gs 第1、第4励磁エアギャップ)
本発明には、インナーロータ式の同期電動機に係る第1の発明と、アウターロータ式の同期電動機に係る第2の発明とが含まれており、上述した課題を解決するため、第1の発明は、請求項1に記載されているように、電機子と直流励磁鉄心とを有するステータと、上記直流励磁鉄心により励磁される界磁を有するロータとを含み、上記ステータの内周面側に上記ロータが配置されているインナーロータ式の同期電動機において、
上記界磁は、強磁性体からなる偶数個の界磁磁極を有し、上記各界磁磁極が上記ロータの円周方向に所定の間隔をもって配置された状態で非磁性体の支持部材を介して強磁性体の回転軸に取り付けられ、上記界磁磁極の各々は、外径側の1つのラジアル面と、上記回転軸の軸方向に沿った両側面側の2つのアキシャル面とを有し、
上記電機子は、環状鉄心を備え、上記環状鉄心には、上記界磁磁極の上記1つのラジアル面と上記2つのアキシャル面とにそれぞれエアギャップを介して対向する1つのラジアル側ティース部と2つのアキシャル側ティース部の3つのティース部を含む電機子ティースが円周方向に所定の間隔をもって設けられており、
上記直流励磁鉄心は、上記界磁磁極の上記2つのアキシャル面の一方と対向する第1励磁鉄心および上記2つのアキシャル面の他方と対向する第2励磁鉄心と、上記回転軸を周回するようにリング状に巻回され、上記第1および第2の各励磁鉄心に磁束を与える直流励磁コイルとを有し、
上記界磁磁極のうちの奇数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル面に磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル面には磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記偶数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル面に磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル面には磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、
上記直流励磁コイルの起磁力により発生する磁束によって、上記奇数番目もしくは上記偶数番目のいずれか一方の界磁磁極がN極、いずれか他方の界磁磁極がS極に励磁され、
上記奇数番目の界磁磁極と上記偶数番目の界磁磁極との間には、上記界磁磁極の円周方向の端面とほぼ等しい面積を有し、上記ラジアル面および上記各アキシャル面とほぼ同一面を形成する板状で、上記各界磁磁極の極性の並び順に沿って回転方向に着磁磁化された永久磁石が配置され、直流励磁による磁束と永久磁石による磁束の2つの界磁磁束を利用することを特徴としている。
上記界磁は、強磁性体からなる偶数個の界磁磁極を有し、上記各界磁磁極が上記ロータの円周方向に所定の間隔をもって配置された状態で非磁性体の支持部材を介して強磁性体の回転軸に取り付けられ、上記界磁磁極の各々は、外径側の1つのラジアル面と、上記回転軸の軸方向に沿った両側面側の2つのアキシャル面とを有し、
上記電機子は、環状鉄心を備え、上記環状鉄心には、上記界磁磁極の上記1つのラジアル面と上記2つのアキシャル面とにそれぞれエアギャップを介して対向する1つのラジアル側ティース部と2つのアキシャル側ティース部の3つのティース部を含む電機子ティースが円周方向に所定の間隔をもって設けられており、
上記直流励磁鉄心は、上記界磁磁極の上記2つのアキシャル面の一方と対向する第1励磁鉄心および上記2つのアキシャル面の他方と対向する第2励磁鉄心と、上記回転軸を周回するようにリング状に巻回され、上記第1および第2の各励磁鉄心に磁束を与える直流励磁コイルとを有し、
上記界磁磁極のうちの奇数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル面に磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル面には磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記偶数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル面に磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル面には磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、
上記直流励磁コイルの起磁力により発生する磁束によって、上記奇数番目もしくは上記偶数番目のいずれか一方の界磁磁極がN極、いずれか他方の界磁磁極がS極に励磁され、
上記奇数番目の界磁磁極と上記偶数番目の界磁磁極との間には、上記界磁磁極の円周方向の端面とほぼ等しい面積を有し、上記ラジアル面および上記各アキシャル面とほぼ同一面を形成する板状で、上記各界磁磁極の極性の並び順に沿って回転方向に着磁磁化された永久磁石が配置され、直流励磁による磁束と永久磁石による磁束の2つの界磁磁束を利用することを特徴としている。
上記第1の発明において、請求項2に記載されているように、上記永久磁石は、上記励磁鉄心と上記アキシャル面との間に形成される励磁ギャップよりも半径方向外側に配置されていることが好ましい。
また、第2の発明は、請求項3に記載されているように、電機子と直流励磁鉄心とを有するステータと、上記直流励磁鉄心により励磁される界磁を有するロータとを含み、上記ステータの外周面側に上記ロータが配置されているアウターロータ式の同期電動機において、
上記ロータは、強磁性体の固定軸に軸受部材を介して回転可能に支持される非磁性体からなるケーシングと、上記ケーシングの内周面側に取り付けられる界磁とを含み、上記界磁は、上記ロータの円周方向に所定の間隔をもって配置された強磁性体からなる偶数個の界磁磁極を備え、上記界磁磁極の各々は、上記ケーシングの円周側の内周面に配置される1つのラジアル磁極部と上記ケーシングの上記固定軸の軸方向に沿った両側の内周面に配置される2つのアキシャル磁極部とを有し、
上記電機子は、内周側が非磁性体の支持部材を介して上記固定軸に固定される強磁性体からなる環状鉄心を備え、上記環状鉄心には、上記各界磁磁極の上記1つのラジアル磁極部と上記2つのアキシャル磁極部とにそれぞれエアギャップを介して対向する1つのラジアル側ティース部と2つのアキシャル側ティース部の3つのティース部を含む電機子ティースが円周方向に所定の間隔をもって設けられており、
上記直流励磁鉄心は、上記界磁磁極の上記2つのアキシャル磁極部の一方と対向する第1励磁鉄心および上記2つのアキシャル磁極部の他方と対向する第2励磁鉄心と、上記固定軸を周回するようにリング状に巻回され、上記第1および第2の各励磁鉄心に磁束を与える直流励磁コイルとを有し、
上記界磁磁極のうちの奇数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル磁極部に磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル磁極部には磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記偶数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル磁極部に磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル磁極部には磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、
上記直流励磁コイルの起磁力により発生する磁束によって、上記奇数番目もしくは上記偶数番目のいずれか一方の界磁磁極がN極、いずれか他方の界磁磁極がS極に励磁され、
上記奇数番目の界磁磁極と上記偶数番目の界磁磁極の互いに対向する上記1つのラジアル磁極部および上記2つのアキシャル磁極部の円周方向の各端面間には、上記各界磁磁極の極性の並び順に沿って回転方向に着磁磁化された板状の永久磁石が配置され、上記永久磁石には、上記ラジアル磁極部の端面に沿って配置される第1永久磁石と、上記各アキシャル磁極部の端面に沿って配置される第2,第3永久磁石とが含まれ、その各々が分離して配置されており、直流励磁による磁束と永久磁石による磁束の2つの界磁磁束を利用することを特徴としている。
上記ロータは、強磁性体の固定軸に軸受部材を介して回転可能に支持される非磁性体からなるケーシングと、上記ケーシングの内周面側に取り付けられる界磁とを含み、上記界磁は、上記ロータの円周方向に所定の間隔をもって配置された強磁性体からなる偶数個の界磁磁極を備え、上記界磁磁極の各々は、上記ケーシングの円周側の内周面に配置される1つのラジアル磁極部と上記ケーシングの上記固定軸の軸方向に沿った両側の内周面に配置される2つのアキシャル磁極部とを有し、
上記電機子は、内周側が非磁性体の支持部材を介して上記固定軸に固定される強磁性体からなる環状鉄心を備え、上記環状鉄心には、上記各界磁磁極の上記1つのラジアル磁極部と上記2つのアキシャル磁極部とにそれぞれエアギャップを介して対向する1つのラジアル側ティース部と2つのアキシャル側ティース部の3つのティース部を含む電機子ティースが円周方向に所定の間隔をもって設けられており、
上記直流励磁鉄心は、上記界磁磁極の上記2つのアキシャル磁極部の一方と対向する第1励磁鉄心および上記2つのアキシャル磁極部の他方と対向する第2励磁鉄心と、上記固定軸を周回するようにリング状に巻回され、上記第1および第2の各励磁鉄心に磁束を与える直流励磁コイルとを有し、
上記界磁磁極のうちの奇数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル磁極部に磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル磁極部には磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記偶数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル磁極部に磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル磁極部には磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、
上記直流励磁コイルの起磁力により発生する磁束によって、上記奇数番目もしくは上記偶数番目のいずれか一方の界磁磁極がN極、いずれか他方の界磁磁極がS極に励磁され、
上記奇数番目の界磁磁極と上記偶数番目の界磁磁極の互いに対向する上記1つのラジアル磁極部および上記2つのアキシャル磁極部の円周方向の各端面間には、上記各界磁磁極の極性の並び順に沿って回転方向に着磁磁化された板状の永久磁石が配置され、上記永久磁石には、上記ラジアル磁極部の端面に沿って配置される第1永久磁石と、上記各アキシャル磁極部の端面に沿って配置される第2,第3永久磁石とが含まれ、その各々が分離して配置されており、直流励磁による磁束と永久磁石による磁束の2つの界磁磁束を利用することを特徴としている。
上記課題を解決するため、本発明は、電機子と直流励磁鉄心とを有するステータと、上記直流励磁鉄心により励磁される界磁を有するロータとを含み、上記ステータの外周面側に上記ロータが配置されているアウターロータ式の同期電動機において、
上記ロータは、強磁性体の固定軸に軸受部材を介して回転可能に支持される非磁性体からなるケーシングと、上記ケーシングの内周面側に取り付けられる界磁とを含み、上記界磁は、上記ロータの円周方向に所定の間隔をもって配置された強磁性体からなる偶数個の界磁磁極を備え、上記界磁磁極の各々は、上記ケーシングの円周側の内周面に配置される1つのラジアル磁極部と上記ケーシングの上記固定軸の軸方向に沿った両側の内周面に配置される2つのアキシャル磁極部とを有し、
上記電機子は、内周側が非磁性体の支持部材を介して上記固定軸に固定される強磁性体からなる環状鉄心を備え、上記環状鉄心には、上記各界磁磁極の上記1つのラジアル磁極部と上記2つのアキシャル磁極部とにそれぞれエアギャップを介して対向する1つのラジアル側ティース部と2つのアキシャル側ティース部の3つのティース部を含む電機子ティースが円周方向に所定の間隔をもって設けられており、
上記直流励磁鉄心は、上記界磁磁極の上記2つのアキシャル磁極部の一方と対向する第1励磁鉄心および上記2つのアキシャル磁極部の他方と対向する第2励磁鉄心と、上記固定軸を周回するようにリング状に巻回され、上記第1および第2の各励磁鉄心に磁束を与える直流励磁コイルとを有し、
上記界磁磁極のうちの奇数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル磁極部に磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル磁極部には磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記偶数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル磁極部に磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル磁極部には磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、
上記直流励磁コイルの起磁力により発生する磁束によって、上記奇数番目もしくは上記偶数番目のいずれか一方の界磁磁極がN極、いずれか他方の界磁磁極がS極に励磁され、
上記奇数番目の界磁磁極と上記偶数番目の界磁磁極の互いに対向する上記1つのラジアル磁極部および上記2つのアキシャル磁極部の円周方向の各端面間には、上記各界磁磁極の極性の並び順に沿って回転方向に着磁磁化された板状の永久磁石が配置され、上記永久磁石には、上記ラジアル磁極部の端面に沿って配置される第1永久磁石と、上記各アキシャル磁極部の端面に沿って配置される第2,第3永久磁石とが含まれ、その各々が分離して配置されており、直流励磁による磁束と永久磁石による磁束の2つの界磁磁束を利用することを特徴としている。
上記ロータは、強磁性体の固定軸に軸受部材を介して回転可能に支持される非磁性体からなるケーシングと、上記ケーシングの内周面側に取り付けられる界磁とを含み、上記界磁は、上記ロータの円周方向に所定の間隔をもって配置された強磁性体からなる偶数個の界磁磁極を備え、上記界磁磁極の各々は、上記ケーシングの円周側の内周面に配置される1つのラジアル磁極部と上記ケーシングの上記固定軸の軸方向に沿った両側の内周面に配置される2つのアキシャル磁極部とを有し、
上記電機子は、内周側が非磁性体の支持部材を介して上記固定軸に固定される強磁性体からなる環状鉄心を備え、上記環状鉄心には、上記各界磁磁極の上記1つのラジアル磁極部と上記2つのアキシャル磁極部とにそれぞれエアギャップを介して対向する1つのラジアル側ティース部と2つのアキシャル側ティース部の3つのティース部を含む電機子ティースが円周方向に所定の間隔をもって設けられており、
上記直流励磁鉄心は、上記界磁磁極の上記2つのアキシャル磁極部の一方と対向する第1励磁鉄心および上記2つのアキシャル磁極部の他方と対向する第2励磁鉄心と、上記固定軸を周回するようにリング状に巻回され、上記第1および第2の各励磁鉄心に磁束を与える直流励磁コイルとを有し、
上記界磁磁極のうちの奇数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル磁極部に磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル磁極部には磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記偶数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル磁極部に磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル磁極部には磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、
上記直流励磁コイルの起磁力により発生する磁束によって、上記奇数番目もしくは上記偶数番目のいずれか一方の界磁磁極がN極、いずれか他方の界磁磁極がS極に励磁され、
上記奇数番目の界磁磁極と上記偶数番目の界磁磁極の互いに対向する上記1つのラジアル磁極部および上記2つのアキシャル磁極部の円周方向の各端面間には、上記各界磁磁極の極性の並び順に沿って回転方向に着磁磁化された板状の永久磁石が配置され、上記永久磁石には、上記ラジアル磁極部の端面に沿って配置される第1永久磁石と、上記各アキシャル磁極部の端面に沿って配置される第2,第3永久磁石とが含まれ、その各々が分離して配置されており、直流励磁による磁束と永久磁石による磁束の2つの界磁磁束を利用することを特徴としている。
Claims (3)
- 電機子と直流励磁鉄心とを有するステータと、上記直流励磁鉄心により励磁される界磁を有するロータとを含み、上記ステータの内周面側に上記ロータが配置されているインナーロータ式の同期電動機において、
上記界磁は、強磁性体からなる偶数個の界磁磁極を有し、上記各界磁磁極が上記ロータの円周方向に所定の間隔をもって配置された状態で非磁性体の支持部材を介して強磁性体の回転軸に取り付けられ、上記界磁磁極の各々は、外径側の1つのラジアル面と、上記回転軸の軸方向に沿った両側面側の2つのアキシャル面とを有し、
上記電機子は、環状鉄心を備え、上記環状鉄心には、上記界磁磁極の上記1つのラジアル面と上記2つのアキシャル面とにそれぞれエアギャップを介して対向する1つのラジアル側ティース部と2つのアキシャル側ティース部の3つのティース部を含む電機子ティースが円周方向に所定の間隔をもって設けられており、
上記直流励磁鉄心は、上記界磁磁極の上記2つのアキシャル面の一方と対向する第1励磁鉄心および上記2つのアキシャル面の他方と対向する第2励磁鉄心と、上記回転軸を周回するようにリング状に巻回され、上記第1および第2の各励磁鉄心に磁束を与える直流励磁コイルとを有し、
上記界磁磁極のうちの奇数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル面に磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル面には磁束を通すフラックスゲート部が形成され、
上記偶数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル面に磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル面には磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、
上記直流励磁コイルの起磁力により発生する磁束によって、上記奇数番目もしくは上記偶数番目のいずれか一方の界磁磁極がN極、いずれか他方の界磁磁極がS極に励磁され、
上記奇数番目の界磁磁極と上記偶数番目の界磁磁極との間には、上記各界磁磁極の極性の並び順に沿って回転方向に着磁磁化された板状の永久磁石が配置され、
直流励磁による磁束と永久磁石による磁束の2つの界磁磁束を利用することを特徴とするハイブリッド励磁型同期電動機。 - 電機子と直流励磁鉄心とを有するステータと、上記直流励磁鉄心により励磁される界磁を有するロータとを含み、上記ステータの外周面側に上記ロータが配置されているアウターロータ式の同期電動機において、
上記ロータは、強磁性体の固定軸に軸受部材を介して回転可能に支持される非磁性体からなるケーシングと、上記ケーシングの内周面側に取り付けられる界磁とを含み、
上記界磁は、上記ロータの円周方向に所定の間隔をもって配置された強磁性体からなる偶数個の界磁磁極を備え、上記界磁磁極の各々は、上記ケーシングの円周側の内周面に配置される1つのラジアル磁極部と上記ケーシングの上記固定軸の軸方向に沿った両側の内周面に配置される2つのアキシャル磁極部とを有し、
上記電機子は、内周側が非磁性体の支持部材を介して上記固定軸に固定される強磁性体からなる環状鉄心を備え、上記環状鉄心には、上記各界磁磁極の上記1つのラジアル磁極部と上記2つのアキシャル磁極部とにそれぞれエアギャップを介して対向する1つのラジアル側ティース部と2つのアキシャル側ティース部の3つのティース部を含む電機子ティースが円周方向に所定の間隔をもって設けられており、
上記直流励磁鉄心は、上記界磁磁極の上記2つのアキシャル磁極部の一方と対向する第1励磁鉄心および上記2つのアキシャル磁極部の他方と対向する第2励磁鉄心と、上記固定軸を周回するようにリング状に巻回され、上記第1および第2の各励磁鉄心に磁束を与える直流励磁コイルとを有し、
上記界磁磁極のうちの奇数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル磁極部に磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル磁極部には磁束を通すフラックスゲート部が形成され、
上記偶数番目の界磁磁極には、上記第1励磁鉄心と対向する側の一方のアキシャル磁極部に磁束を通すフラックスゲート部が形成され、上記第2励磁鉄心と対向する側の他方のアキシャル磁極部には磁束を遮断するフラックスバリア部が形成され、
上記直流励磁コイルの起磁力により発生する磁束によって、上記奇数番目もしくは上記偶数番目のいずれか一方の界磁磁極がN極、いずれか他方の界磁磁極がS極に励磁され、
上記奇数番目の界磁磁極と上記偶数番目の界磁磁極の互いに対向する上記1つのラジアル磁極部および上記2つのアキシャル磁極部の円周方向の各端面間には、上記各界磁磁極の極性の並び順に沿って回転方向に着磁磁化された板状の永久磁石が配置され、
直流励磁による磁束と永久磁石による磁束の2つの界磁磁束を利用することを特徴とするハイブリッド励磁型同期電動機。 - 上記永久磁石には、上記ラジアル磁極部の端面に沿って配置される第1永久磁石と、上記各アキシャル磁極部の端面に沿って配置される第2,第3永久磁石とが含まれ、その各々が分離して配置されていることを特徴とする請求項2に記載のハイブリッド励磁型同期電動機。
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