JP2013188095A - Hybrid excitation dynamo-electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド励磁式回転電機に係り、特に、励磁回路として永久磁石と電磁石との双方を用いたハイブリッド励磁式回転電機に関する。 The present invention relates to a hybrid excitation type rotating electric machine, and more particularly to a hybrid excitation type rotating electric machine using both a permanent magnet and an electromagnet as an excitation circuit.
従来、永久磁石と電磁石とを備えるハイブリッド励磁式回転電機が知られている(例えば、特許文献1参照)。この回転電機は、ロータと、ロータの外径側に配置され、ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータと、を備えている。ステータは、ステータコアと、ステータコイルと、を有している。また、ロータは、軸方向に延びるシャフトと、軸方向に分割された第1及び第2ロータコアと、を有している。第1及び第2ロータコアはそれぞれ、径方向端部に周方向に交互に配置された、永久磁石で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有している。第1ロータコアの永久磁石励磁磁極と第2ロータコアの永久磁石励磁磁極とは、互いに反転した極性からなる。第1ロータコアの永久磁石励磁磁極と第2ロータコアの永久磁石非励磁磁極とは、軸方向で互いに対向配置されていると共に、第1ロータコアの永久磁石非励磁磁極と第2ロータコアの永久磁石励磁磁極とは、軸方向で互いに対向配置されている。 Conventionally, a hybrid excitation type rotating electrical machine including a permanent magnet and an electromagnet is known (see, for example, Patent Document 1). The rotating electrical machine includes a rotor and a stator that is disposed on the outer diameter side of the rotor and generates a rotating magnetic field that rotates the rotor. The stator has a stator core and a stator coil. The rotor has a shaft extending in the axial direction and first and second rotor cores divided in the axial direction. Each of the first and second rotor cores is alternately arranged in the circumferential direction at the radial end, and a permanent magnet excitation magnetic pole excited by a permanent magnet and a non-excitation permanent magnet non-excitation magnetic pole not excited by the permanent magnet And have. The permanent magnet exciting magnetic pole of the first rotor core and the permanent magnet exciting magnetic pole of the second rotor core have opposite polarities. The permanent magnet excitation magnetic pole of the first rotor core and the permanent magnet non-excitation magnetic pole of the second rotor core are arranged opposite to each other in the axial direction, and the permanent magnet non-excitation magnetic pole of the first rotor core and the permanent magnet excitation magnetic pole of the second rotor core. Are arranged opposite to each other in the axial direction.
永久磁石による磁束量は略一定である。また、上記の回転電機は、永久磁石非励磁磁極を励磁する励磁コイルを備えている。励磁コイルが外部から所定方向に通電されると、永久磁石非励磁磁極を励磁して永久磁石による磁束を弱める磁束が発生する。従って、上記の回転電機によれば、永久磁石による磁束と電磁石による磁束との合成磁束によりロータを適切に回転させることが可能である。 The amount of magnetic flux by the permanent magnet is substantially constant. The rotating electric machine includes an exciting coil that excites a permanent magnet non-exciting magnetic pole. When the excitation coil is energized from the outside in a predetermined direction, a magnetic flux is generated that excites the permanent magnet non-excitation magnetic pole and weakens the magnetic flux generated by the permanent magnet. Therefore, according to the above rotating electric machine, the rotor can be appropriately rotated by the combined magnetic flux of the magnetic flux by the permanent magnet and the magnetic flux by the electromagnet.
ところで、上記特許文献1記載の回転電機において、ロータを適切に回転させるうえでは、事前に永久磁石を適正な状態に着磁させておくことが必要である。永久磁石の着磁は、一般的に、回転電機の製造ライン上でその着磁を行う着磁装置を用いて行われる。しかし、このように製造ライン上で着磁装置を用いて永久磁石を着磁する手法では、製造ライン上の設備費用が過大となってしまう。 By the way, in the rotating electrical machine described in Patent Document 1, in order to properly rotate the rotor, it is necessary to magnetize the permanent magnet in an appropriate state in advance. The permanent magnet is generally magnetized by using a magnetizing device that magnetizes the permanent magnet on the production line of the rotating electrical machine. However, the method of magnetizing a permanent magnet using a magnetizing device on the production line in this way results in excessive equipment costs on the production line.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、永久磁石の着磁を専用の着磁装置を用いることなく簡易に行うことが可能なハイブリッド励磁式回転電機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a hybrid excitation rotating electric machine that can easily perform permanent magnet magnetization without using a dedicated magnetizing device. To do.
上記の目的は、永久磁石で励磁された第1磁極と永久磁石で励磁されていない第2磁極とを備えるロータコアを有するロータと、前記ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータと、前記第2磁極を励磁する励磁コイルと、前記励磁コイルに双方向に直流電流を供給し得るDC励磁回路と、を備えるハイブリッド励磁式回転電機により達成される。 The object is to provide a rotor having a rotor core having a first magnetic pole excited by a permanent magnet and a second magnetic pole not excited by a permanent magnet, a stator for generating a rotating magnetic field for rotating the rotor, and the second This is achieved by a hybrid excitation type rotating electrical machine that includes an excitation coil that excites a magnetic pole and a DC excitation circuit that can supply a direct current to the excitation coil in both directions.
本発明によれば、永久磁石の着磁を専用の着磁装置を用いることなく簡易に行うことができる。 According to the present invention, the permanent magnet can be easily magnetized without using a dedicated magnetizing device.
以下、図面を用いて、本発明に係るハイブリッド励磁式回転電機の具体的な実施の形態について説明する。 Hereinafter, specific embodiments of a hybrid excitation type rotating electrical machine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例であるハイブリッド励磁式回転電機10の構造を表した斜視図を示す。尚、図1には、一部がカットされたハイブリッド励磁式回転電機10が示されている。図2は、本実施例のハイブリッド励磁式回転電機10を軸中心線を含む平面で切断した際の断面図を示す。図3は、本実施例のハイブリッド励磁式回転電機10を、図2に示すIII−IIIで切断した際の断面図を示す。図4は、本実施例のハイブリッド励磁式回転電機10を、図2に示すIV−IVで切断した際の断面図を示す。また、図5は、本実施例のハイブリッド励磁式回転電機10の制御装置の構成図を示す。 FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a hybrid excitation type rotating electrical machine 10 which is an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a hybrid excitation type rotating electrical machine 10 with a part cut. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the hybrid excitation type rotating electrical machine 10 of the present embodiment cut along a plane including the axis center line. FIG. 3 shows a cross-sectional view of the hybrid excitation type rotating electrical machine 10 of the present embodiment taken along the line III-III shown in FIG. FIG. 4 shows a cross-sectional view of the hybrid excitation type rotating electrical machine 10 of the present embodiment taken along IV-IV shown in FIG. FIG. 5 shows a block diagram of a control device for the hybrid excitation type rotating electrical machine 10 of the present embodiment.
本実施例において、ハイブリッド励磁式回転電機10は、軸回りに回転可能なロータ12と、ロータ12を回転させる回転磁界を発生させるステータ14と、を備えている。ロータ12は、軸方向両端において軸受16,18を介してケース20に回転可能に支持されている。ステータ14は、ロータ12の外径側に配置されており、ケース20に固定されている。ロータ12とステータ14とは、互いに径方向に所定長のエアギャップ22を介して対向している。
In the present embodiment, the hybrid excitation type rotating electrical machine 10 includes a
ステータ14は、ステータコア24と、ステータコイル28と、を有している。ステータコア24は、中空円筒状に形成されている。ステータコア24には、内周面にステータティース26が形成されている。ステータティース26は、ステータコア24の径方向内方すなわち軸中心に向けて突出していると共に、ステータコア24の軸方向端部間で延在している。ステータティース26は、ステータコア24の内周面において周方向に複数(例えば、12個や18個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。
The
各ステータティース26にはそれぞれ、ステータコイル28が巻き付けられている。ステータコイル28は、ステータコア24の内周面において周方向に複数(例えば、12個や18個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。各ステータコイル28は、ハイブリッド励磁式回転電機10が例えば三相交流モータに適用される場合は、U相コイル、V相コイル、及びW相コイルの何れかを構成する。
A
ステータコア24は、軸方向に分割されており、第1ステータコア30と、第2ステータコア32と、第3ステータコア34と、を有している。第1〜第3ステータコア30〜34は、互いに軸方向に並んでいる。第1及び第3ステータコア30,34は、軸方向両端に配置されている。第2ステータコア32は、軸方向中央に配置されており、軸方向で第1ステータコア30と第3ステータコア34とに挟まれている。ステータコア24は、軸方向中央の第2ステータコア32と、その第2ステータコア32を軸方向両側で挟む第1及び第3ステータコア30,34と、に軸方向で分割される。
The
第1〜第3ステータコア30〜34は、それぞれ中空円筒状に形成されており、互いに略同じ内径及び互いに略同じ外径を有している。第1〜第3ステータコア30〜34はそれぞれ、円環状に形成されたバックヨーク部30a,32a,34aと、そのバックヨーク部30a,32a,34aの内周面から軸中心に向けて突出するステータティース部30b,32b,34bと、からなる。各第1〜第3ステータコア30〜34において、バックヨーク部30a,32a,34aとステータティース部30b,32b,34bとは互いに一体に形成されている。尚、各第1〜第3ステータコア30〜34において、バックヨーク部30a,32a,34aとステータティース部30b,32b,34bとは、それぞれ別体で設けられることとしてもよい。
The first to
第1〜第3ステータコア30〜34のステータティース30b,32b,34bは、互いに軸方向に並ぶように設けられており、全体として上記のステータティース26を構成する。また、ステータコイル28は、ステータティース26ごとに巻かれており、周方向に並んだステータティース26間のスロットにおいては第1〜第3ステータコア30〜34を軸方向に貫いている。
The stator teeth 30b, 32b, and 34b of the first to
第1及び第3ステータコア30,34はそれぞれ、絶縁コーティングされた複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成された電磁鋼板コアである。また、第2ステータコア32は、鉄などの軟磁性材料、具体的には絶縁コーティングされた軟磁性体粉末を圧縮成型した材料で形成された圧粉コアである。第2ステータコア32の軸方向における磁気抵抗は、第1及び第3ステータコア30,34の軸方向における磁気抵抗に比べて小さい。
Each of the first and
ステータコア24の外径側には、薄肉円筒状のヨーク36が設けられている。ヨーク36は、第1〜第3ステータコア30〜34の外周全周を覆うように形成されており、第1〜第3ステータコア30〜34を支持している。ヨーク36は、第2ステータコア32と同様に、絶縁コーティングされた軟磁性体粉末を圧縮成型した材料で形成された圧粉コアである。ヨーク36の軸方向における磁気抵抗は、第1及び第3ステータコア30,34の軸方向における磁気抵抗よりも小さい。尚、ヨーク36と第2ステータコア32とは、互いに一体に形成されていてもよい。ヨーク36は、第1ステータコア30及び第3ステータコア34の外径面に接着固定される。第1ステータコア30と第3ステータコア34とは、ヨーク36及び第2ステータコア32を介して互いに磁気的に結合される。
A thin
また、ステータコア24は、ステータ14をケース20に取り付け固定するための外径側に突出する取付部38を有している。取付部38は、軸方向に積層する複数の電磁鋼板により形成されている。取付部38は、第1ステータコア30と一体に形成された取付部38aと、第3ステータコア34と一体に形成された取付部38bと、両取付部38a,38bで挟まれる取付部38cと、を有している。取付部38cは、第2ステータコア32の外径側に配置されている。尚、取付部38cは、軸方向に積層する複数の電磁鋼板により形成されることに代えて、第2ステータコア32と一体に形成されることとしてもよい。取付部38は、周方向に複数(例えば3個)設けられている。取付部38には、軸方向に貫通する貫通穴40が設けられている。ステータ14は、取付部38の貫通穴40を貫通するボルト42がケース20に締結されることによりケース20に固定される。
The
ロータ12は、ステータ14の内径側に配置されている。ロータ12は、シャフト50と、ロータコア52と、を有している。シャフト50は、軸方向に延びており、軸方向両端側でステータ14の軸方向端部から延出している。尚、シャフト50は、少なくとも軸方向一方側でステータ14の軸方向端部から延出していればよい。シャフト50は、所定の鉄損を有する材料、具体的にはS45Cなどの炭素鋼で形成されている。ロータコア52は、シャフト50の外径側に配置されてそのシャフト50に支持される外径側ロータコア54を有している。外径側ロータコア54は、中空円筒状に形成されており、シャフト50の外径面に固定されている。
The
外径側ロータコア54は、軸方向に分割されており、第1外径側ロータコア56と、第2外径側ロータコア58と、を有している。第1及び第2外径側ロータコア56,58はそれぞれ、中空円筒状に形成されており、シャフト50の外径側に配置されてシャフト50に支持されている。第1及び第2外径側ロータコア56,58はそれぞれ、絶縁コーティングされた複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成されている。第1外径側ロータコア56と第2外径側ロータコア58とは、互いに軸方向に環状の隙間60を空けて離間している。隙間60は、第1及び第2外径側ロータコア56,58の内径側の部位から外径側の部位にかけて略同じ大きさを有するように形成されている。
The outer diameter
第1外径側ロータコア56の外径面は、第1ステータコア30の内径面と径方向で対向している。すなわち、第1外径側ロータコア56の外径面と第1ステータコア30の内径面とは互いに径方向で対向している。また、第2外径側ロータコア58の外径面は、第3ステータコア34の内径面と径方向で対向している。すなわち、第2外径側ロータコア58の外径面と第3ステータコア34の内径面とは互いに径方向で対向している。隙間60は、第2ステータコア32の内径面に面しており、第2ステータコア32の内径側に設けられている。
The outer diameter surface of the first outer diameter
第1外径側ロータコア56の外周部には、ロータティース62が形成されている。ロータティース62は、第1外径側ロータコア56の径方向外方に向けて突出している。ロータティース62は、第1外径側ロータコア56の外周面において周方向に複数(例えば、6個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。
A
周方向において互いに隣接するロータティース62の間にはそれぞれ、永久磁石64がロータティース62と隣り合うように取り付けられている。永久磁石64は、第1外径側ロータコア56の外径側に配置されている。永久磁石64は、例えばフェライト磁石やアルニコ磁石,サマリウムコバルト磁石などである。永久磁石64は、周方向に複数(例えば、6個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。各永久磁石64は、周方向に所定の幅(角度)を有し、かつ、径方向に所定の厚さを有している。各永久磁石64は、所定の極性(例えば、外径側をN極としかつ内径側をS極とする。)に着磁されている。
永久磁石64の外径側端面とロータティース62の外径側端面とは、軸中心から略同じ距離に形成されている。第1外径側ロータコア56は、永久磁石64で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石64で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有している。この永久磁石非励磁磁極は、ロータティース62に形成される。これらの永久磁石励磁磁極と永久磁石非励磁磁極とは、周方向に交互に配置されている。第1外径側ロータコア56は、所定角度ごとに極性の異なる磁極を有しており、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極により周方向に所定数(例えば12個)の極数を有している。
The outer diameter side end surface of the
また、第2外径側ロータコア58の外周部には、ロータティース66が形成されている。ロータティース66は、第2外径側ロータコア58の径方向外方に向けて突出している。ロータティース66は、第2外径側ロータコア58の外周面において周方向に複数(例えば、6個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。
A
周方向において互いに隣接するロータティース66の間にはそれぞれ、永久磁石68がロータティース66と隣り合うように取り付けられている。永久磁石64は、第2外径側ロータコア58の外径側に配置されている。永久磁石68は、例えばフェライト磁石である。永久磁石68は、周方向に複数(例えば、6個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。各永久磁石68は、周方向に所定の幅(角度)を有し、かつ、径方向に所定の厚さを有している。各永久磁石68は、上記の永久磁石64の極性とは異なる所定の極性(例えば、外径側をS極としかつ内径側をN極とする。)に着磁されている。すなわち、永久磁石68と永久磁石64とは、互いに反転した極性を有している。
永久磁石68の外径側端面とロータティース66の外径側端面とは、軸中心から互いに略同じ距離になる位置に形成されている。第2外径側ロータコア58は、永久磁石68で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石68で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有している。この永久磁石非励磁磁極は、ロータティース66に形成される。これらの永久磁石励磁磁極と永久磁石非励磁磁極とは、周方向に交互に配置されている。第2外径側ロータコア58は、所定角度ごとに極性の異なる磁極を有しており、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極により周方向に第1外径側ロータコア56の極数と同じ所定数(例えば12個)の極数を有している。
The outer diameter side end surface of the
第1外径側ロータコア56の永久磁石励磁磁極と、第2外径側ロータコア58の永久磁石非励磁磁極とは、軸方向で上記の隙間60を介して互いに対向配置されている。すなわち、第1外径側ロータコア56の永久磁石64と第2外径側ロータコア58のロータティース66とは、軸方向で上記の隙間60を介して互いに対向配置されている。また、第1外径側ロータコア56の永久磁石非励磁磁極と、第2外径側ロータコア58の永久磁石励磁磁極とは、軸方向で上記の隙間60を介して互いに対向配置されている。すなわち、第1外径側ロータコア56のロータティース62と第2外径側ロータコア58の永久磁石68とは、軸方向で上記の隙間60を介して互いに対向配置されている。
The permanent magnet exciting magnetic pole of the first outer diameter
上記の隙間60には、すなわち、第1外径側ロータコア56と第2外径側ロータコア58との軸方向間には、ロータティース62,66の永久磁石非励磁磁極を励磁する励磁コイル70が配置されている。励磁コイル70は、隙間60の略全域を埋めている。励磁コイル70は、シャフト50の回りに環状に形成されており、トロイダル巻きされている。励磁コイル70は、径方向各部における軸方向の厚さが互いに略均一となるように形成されている。励磁コイル70は、シャフト50の外径側に配置されていると共に、第2ステータコア32の内径側に配置されており、第2ステータコア32と径方向で対向している。励磁コイル70は、ステータ14或いはステータコア24に固定されている。
In the
励磁コイル70のステータ14への固定は、保持部材を用いて行われる。この保持部材は、環状の励磁コイル70を内径側から保持できるように、断面U字状に形成された樹脂などのクリップ部材であり、シャフト50の回りの周方向に複数設けられている。励磁コイル70は、複数の保持部材がそれぞれ、励磁コイル70の径方向内側端面及び軸方向端面に当接してその励磁コイル70を保持しつつステータ14に取り付けられることにより、ステータ14に固定される。
The
尚、励磁コイル70をステータ14に固定する手法としては、励磁コイル70をステータコア24の第1〜第3ステータコア30〜34に直接固定することとしてもよい。例えば、第1ステータコア30及び第3ステータコア34の互いに面する軸方向端面、又は、第2ステータコア32の内径面に穴を空け、その穴を通して保持部材を引っ掛けることにより、励磁コイル70のステータ14への固定を実現することとしてもよい。
As a method for fixing the
励磁コイル70の両端のリード線77は、ステータ14内を通って、具体的には、ステータ14のステータコア24が有するステータティース26間のスロット内を軸方向に貫くように通って外部に引き出される。リード線77には、ハイブリッド励磁式回転電機10を制御する制御装置79が接続されている。励磁コイル70は、制御装置79から直流電流が供給されることによりその励磁コイル70の内径側(軸中心側)を軸方向に貫く磁束を発生させる。この磁束量は、励磁コイル70に供給される直流電流に応じた大きさである。
The
制御装置79は、電子制御ユニットにより構成されており、コントローラ81と、駆動回路83と、を備えている。駆動回路83は、励磁コイル70に対して双方向に通電することが可能な回路であって、電源85と、4つのスイッチング素子87と、からなるHブリッジ駆動回路である。コントローラ81は、各スイッチング素子87をオン/オフさせることが可能である。駆動回路83は、対応する一対のスイッチング素子87がオンされかつ別の一対のスイッチング素子87がオフされることにより励磁コイル70に所定方向X+の直流電流を供給すると共に、また、それらのオン/オフが逆にされることにより励磁コイル70に上記所定方向X+とは反対方向X−の直流電流(逆方向直流電流)を供給する。
The
シャフト50は、中空形状に形成されている。シャフト50は、径が比較的大きな大径円筒部72と、径が比較的小さな小径円筒部74,76と、を有している。小径円筒部74,76は、軸方向両端に設けられている。シャフト50は、小径円筒部74,76において軸受16,18を介してケース20に支持される。大径円筒部72は、軸方向中央に設けられており、軸方向両端の小径円筒部74,76に挟まれている。第1及び第2外径側ロータコア56,58は、大径円筒部72の外径側に配置されてその大径円筒部72に支持されており、その大径円筒部72の外径面に固定されている。
The
また、ロータコア52は、シャフト50の内径側に配置されてそのシャフト50に支持される内径側ロータコア80を有している。内径側ロータコア80は、ロータコア52の第1外径側ロータコア56及び第2外径側ロータコア58並びに励磁コイル70の内径側に配置されている。シャフト50の大径円筒部72内には、中空空間82が形成されている。内径側ロータコア80は、大径円筒部72の中空空間82内に収容されており、大径円筒部72の内径面に接着固定されている。内径側ロータコア80は、軟磁性材料具体的には絶縁コーティングされた軟磁性体粉末を圧縮成型した材料で形成されている。内径側ロータコア80は、鉄損がシャフト50の鉄損に比べて小さい材料で形成されている。
The
内径側ロータコア80は、周方向に分割されており、軸方向から見て扇状に形成された複数(例えば6個)のロータコア片84からなる。内径側ロータコア80の周方向における分割は、周方向において等間隔(等角度)で行われ、各ロータコア片84は、互いに同じ形状を有している。内径側ロータコア80の周方向における分割数すなわちロータコア片84の数は、外径側ロータコア54における第1及び第2外径側ロータコア56,58の極数又はその極数の約数である。例えば、極数が“12”である場合は、分割数は“2”、“3”、“4”、“6”、又は“12”である(図3及び図4において分割数は“6”である)。
The inner diameter
内径側ロータコア80の周方向における分割は、また、ロータ12やシャフト50の軸中心と、ロータ12の第1及び第2外径側ロータコア56,58において周方向に交互に配置された永久磁石64,68及びロータティース62,66(すなわち、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極)のうちの二以上のものの各周方向中心と、を通る線上で行われる。すなわち、内径側ロータコア80の周方向における分割面を含む各平面はそれぞれ、ロータ12やシャフト50の軸中心を通ると共に、何れかの永久磁石64,68及びロータティース62,66(すなわち、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極)の周方向中心を通る。
The division in the circumferential direction of the inner diameter
また、内径側ロータコア80は、軸方向端部に軸方向に空いた切欠穴86,88を有している。切欠穴86,88は、軸方向両端に設けられている。切欠穴86,88は、径が軸方向端面から軸方向中央にかけて小さくなるようにテーパ状又は階段状に形成されている。切欠穴86,88の軸方向端部(最浅部)の径は、シャフト50の大径円筒部72の内径と略一致し、かつ、切欠穴86,88の軸方向中央部(最深部)の径は、所定の径である。内径側ロータコア80は、軸方向中央部で径方向に所定の厚みを有する一方、軸方向両端部それぞれで軸方向中央部の厚みよりも小さい厚みを有する。シャフト50の大径円筒部72の径方向の厚みは、モータトルクを伝達するのに必要な強度を維持するような厚さに設定され、内径側ロータコア80の軸方向中央部における径方向の厚みは、励磁コイル70によって発生する磁束が飽和しない所定の厚さに設定されるため、内径側ロータコア80の軸方向中央部における径方向の厚みは、シャフト50の大径円筒部72の径方向の厚みよりも大きい。
Further, the inner diameter
切欠穴86と切欠穴88とは、互いに軸方向中央側で連通しており、最深部同士で互いに軸方向に貫通する貫通穴89を通じて接続している。すなわち、内径側ロータコア80は、貫通穴89が形成されるように中空形状に形成されている。内径側ロータコア80の切欠穴86,88及び貫通穴89はすべて、シャフト50の軸中心線上に設けられている。内径側ロータコア80の貫通穴89は、切欠穴86,88の最深部の径と略同じ径を有している。
The
ロータ12は、軸方向に2分割されている。シャフト50は、軸方向に2分割されており、互いに嵌合する2つのカップ状部材90,92からなる。シャフト50の軸方向分割位置は、軸方向の略中央である。カップ状部材90は、小径円筒部74と、大径円筒部72の一部(具体的には、小径円筒部74に接続する側の半分)と、を有している。カップ状部材92は、小径円筒部76と、大径円筒部72の一部(具体的には、小径円筒部76に接続する側の半分)と、を有している。シャフト50は、カップ状部材90とカップ状部材92とが互いに嵌合することにより形成される。カップ状部材90には第1外径側ロータコア56が、また、カップ状部材92には第2外径側ロータコア58が、それぞれ支持される。第1外径側ロータコア56はカップ状部材90の外径面に、また、第2外径側ロータコア58はカップ状部材92の外径面に、それぞれ固定される。
The
カップ状部材90,92にはそれぞれ、軸中心上で軸方向に空いたボルト穴94,96が形成されている。ボルト穴94,96は、内径側ロータコア80の貫通穴89の径と略同じ径を有している。カップ状部材90,92のボルト穴94,96及び内径側ロータコア80の貫通穴89には、ボルト98が挿入される。カップ状部材90とカップ状部材92とは、互いに嵌合しつつ、ボルト98により締結される。
The cup-shaped
尚、内径側ロータコア80は、軸方向に2分割されていてもよい。この場合、内径側ロータコア80の軸方向分割位置は、シャフト50の軸方向分割位置に対応していてもよく、軸方向の略中央であってもよい。また、内径側ロータコア80の分割された一方はシャフト50のカップ状部材90の内径面に、また、内径側ロータコア80の分割された他方はカップ状部材92の内径面に、それぞれ接着固定されることとすればよい。
The inner diameter
図6は、本実施例のハイブリッド励磁式回転電機10における磁束の流れを表した図を示す。 FIG. 6 is a diagram showing the flow of magnetic flux in the hybrid excitation type rotating electrical machine 10 of the present embodiment.
上記のハイブリッド励磁式回転電機10の構造において、コントローラ81は、第1及び第2外径側ロータコア56,58の永久磁石非励磁磁極を励磁すべきタイミングで、励磁コイル70に所定方向X+の直流電流が流れるようにスイッチング素子87をスイッチング駆動する。環状の励磁コイル70に所定方向X+の直流電流が供給されると、その励磁コイル70の内径側(軸中心側)を軸方向一方から他方に向けて貫く磁束が発生する。
In the structure of the hybrid excitation type rotating electrical machine 10 described above, the
この所定方向X+の直流励磁による励磁コイル70を用いた電磁石による磁束は、第2又は第1外径側ロータコア58,56の永久磁石非励磁磁極→内径側ロータコア80→第1又は第2外径側ロータコア56,58の永久磁石非励磁磁極→エアギャップ22→ステータコア24→エアギャップ22→第2又は第1外径側ロータコア58,56の永久磁石非励磁磁極からなる経路(図6において一重実線の矢印で示す経路)で流通する。かかる磁束が発生すると、第1及び第2外径側ロータコア56,58の永久磁石非励磁磁極が励磁される。この電磁石による磁束は、永久磁石64,68による磁束を弱める。また、この電磁石による磁束量は、励磁コイル70に流す所定方向X+の直流電流の大きさに応じて調整される。
The magnetic flux generated by the electromagnet using the
従って、本実施例によれば、永久磁石64,68による磁束と励磁コイル70を用いた電磁石による磁束との合成磁束によりロータ12をステータ14に対して回転させるトルクを調整することができる。コントローラ81は、励磁コイル70に供給される所定方向+の直流電流が所定量となるようにスイッチング素子87をスイッチング駆動する。このため、励磁コイル70を用いた電磁石によりロータ12を適切に回転させることができる。
Therefore, according to the present embodiment, the torque for rotating the
また、本実施例において、ハイブリッド励磁式回転電機10が組み立てられて製造された後、コントローラ81は、第1及び第2外径側ロータコア56,58の永久磁石64,68を着磁すべきタイミングで、励磁コイル70に所定方向X+とは反対方向X−の直流電流(逆方向直流電流)が流れるようにスイッチング素子87をスイッチング駆動する。環状の励磁コイル70に逆方向直流電流が供給されると、その励磁コイル70の内径側(軸中心側)を軸方向他方から一方に向けて貫く磁束が発生する。
Further, in this embodiment, after the hybrid excitation type rotating electrical machine 10 is assembled and manufactured, the
この逆方向直流電流の直流励磁による励磁コイル70を用いた電磁石による磁束は、第1又は第2外径側ロータコア56,58の永久磁石64又は68→内径側ロータコア80→第2又は第1外径側ロータコア58,56の永久磁石68又は64→エアギャップ22→ステータコア24→エアギャップ22→第1又は第2外径側ロータコア56,58の永久磁石64又は68からなる経路(図6において一重破線の矢印で示す経路)で流通する。かかる磁束が発生すると、永久磁石64,68が増加側に励磁されて着磁される。この際の磁束量は、励磁コイル70に流す逆方向直流電流の大きさに応じて調整される。
The magnetic flux generated by the electromagnet using the
従って、本実施例によれば、励磁コイル70に、永久磁石64,68による磁束を弱める磁束を発生させる所定方向X+の直流電流とは異なる反対方向X−の直流電流(逆方向直流電流)を流すことで、永久磁石64,68を増磁・着磁させることができる。このため、永久磁石64,68を増磁・着磁するうえでの駆動回路83として、励磁コイル70に対して双方向通電を行うことが可能な回路を用意すれば十分であるので、永久磁石64,68の増磁・着磁を、専用の着磁装置を用いることなく、ハイブリッド励磁式回転電機10の構成要素を用いて簡易に実現させることが可能である。
Therefore, according to the present embodiment, a direct current (reverse direct current) in the opposite direction X− that is different from the direct current in the predetermined direction X + that generates a magnetic flux that weakens the magnetic flux generated by the
尚、コントローラ81は、また、周方向に並んだ複数のステータコイル28それぞれに駆動回路99を介して接続されているものとし、第1及び第2外径側ロータコア56,58の永久磁石64,68を着磁すべきタイミングで、更に、ステータコイル28に流す電流を制御することとしてもよい。
The
すなわち、ハイブリッド励磁式回転電機10の回転制御においては、ステータコイル28に流れる電流を、永久磁石64,68の磁束方向とその方向に直交する直交方向とに分離して、それぞれ独立して調整し、磁束と発生トルクとを制御するベクトル制御が実施される。このステータコイル28に流す電流の制御においては、ロータ12と共に回転するいわゆるd−q座標系で表した電流値が用いられる。このd−q座標系において、d軸は、ロータ12に取り付けられた永久磁石64,68による磁束方向であり、一方、q軸は、d軸に直交する方向である。ステータコイル28に流れる電流のうちq軸成分を表すq軸電流は回転トルクを発生させる成分であり、また、d軸成分を表すd軸電流は磁束を生成する成分である。
That is, in the rotation control of the hybrid excitation type rotating electrical machine 10, the current flowing through the
コントローラ81は、第1及び第2外径側ロータコア56,58の永久磁石64,68を着磁すべきタイミングで、スタータコイル28に永久磁石64,68を着磁させる磁束を発生させる正方向のd軸電流が流れるように制御を行う。かかるd軸電流が供給されると、永久磁石64,68を着磁させる正方向に磁束が発生する。この磁束は、第1又は第2外径側ロータコア56,58の永久磁石64又は68→内径側ロータコア80→第1又は第2外径側ロータコア56,58の永久磁石非励磁磁極→エアギャップ22→ステータコア24→エアギャップ22→第1又は第2外径側ロータコア56,58の永久磁石64又は68からなる経路(図6において二重破線の矢印で示す経路)で流通する。かかる磁束が発生すると、永久磁石64,68が増加側に励磁されて着磁される。この際の磁束量は、ステータコイル28に流すd軸電流の大きさに応じて調整される。
The
従って、本実施例によれば、ステータコイル28に永久磁石64,68を着磁させる磁束を発生させるd軸電流を流すことで、永久磁石64,68を増磁・着磁させることができる。この点、本実施例においては、永久磁石64,68の増磁・着磁を、励磁コイル70に逆方向直流電流を流すと共にステータコイル28に永久磁石64,68を着磁させる磁束を発生させるd軸電流を流すことにより実現することができるので、永久磁石64,68の増磁・着磁を確実にかつ速やかに行うことができ、上記の効果を一層高めることが可能である。
Therefore, according to the present embodiment, the
尚、コントローラ81は、上記の如き永久磁石64,68の着磁処理をその着磁が必要な状況で行うこととすればよい。例えば、ハイブリッド励磁式回転電機10の組み立て完了直後の例えば着磁工程や検査工程などに行うこととしてもよい。また、例えば、永久磁石64,68の減磁が生じた後の再着磁時に行うこととしてもよい。かかる構成によれば、ハイブリッド励磁式回転電機10の使用中に永久磁石64,68に減磁が生じた場合にもその後に永久磁石64,68を再着磁することができるので、そのハイブリッド励磁式回転電機10を分解することなくかつロータ12を交換することなく、そのハイブリッド励磁式回転電機10を再生させることが可能である。また、ハイブリッド励磁式回転電機10が車両などに搭載される場合はその車両などが起動される毎に行うこととしてもよいし、また、所定時間毎に行うこととしてもよい。かかる構成によれば、永久磁石64,68の増磁・着磁が定期的に行われるので、永久磁石64,68の機能を高い状態に維持することが可能である。
The
このように、本実施例においては、永久磁石64,68の増磁・着磁を、専用の着磁装置を用いることなく、ハイブリッド励磁式回転電機10内の構成要素を用いて簡易に実現させることが可能であるので、永久磁石64,68として磁力の比較的小さなフェライト磁石などを用いても、所望のトルク性能を発揮させることが可能であり、所望のトルク性能を発揮させるうえで磁力の比較的大きな例えばネオジム磁石を用いるのを不要とすることが可能である。
As described above, in this embodiment, the
尚、上記の実施例においては、第1及び第2外径側ロータコア56,58が特許請求の範囲に記載した「第1ロータコア」及び「第2ロータコア」に、駆動回路83が特許請求の範囲に記載した「DC励磁回路」、「通常励磁回路」、及び「着磁回路」に、コントローラ81が第1及び第2外径側ロータコア56,58の永久磁石64,68を着磁すべきタイミングで、スタータコイル28に永久磁石64,68を着磁させる磁束を発生させるd軸電流が流れるように制御を行うことが特許請求の範囲に記載した「着磁時d軸電流制御手段」に、それぞれ相当している。
In the above embodiment, the first and second outer-diameter-
ところで、本発明のハイブリッド励磁式回転電機は、上記した実施例のハイブリッド励磁式回転電機10の構成に限定されるものではなく、ハイブリッド励磁式回転電機であれば、上記した実施例以外の構成に適用することも可能である。 By the way, the hybrid excitation type rotating electrical machine of the present invention is not limited to the configuration of the hybrid excitation type rotating electrical machine 10 of the above-described embodiment. It is also possible to apply.
10 ハイブリッド励磁式回転電機
12 ロータ
14 ステータ
22 エアギャップ
24 ステータコア
28 ステータコイル
50 シャフト
52 ロータコア
54 外径側ロータコア
56 第1外径側ロータコア
58 第2外径側ロータコア
60 隙間
64,68 永久磁石
70 励磁コイル
79 制御装置
80 内径側ロータコア
81 コントローラ
83 駆動回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hybrid excitation type rotary
Claims (6)
前記ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータと、
前記第2磁極を励磁する励磁コイルと、
前記励磁コイルに双方向に直流電流を供給し得るDC励磁回路と、
を備えることを特徴とするハイブリッド励磁式回転電機。 A rotor having a rotor core comprising a first magnetic pole excited by a permanent magnet and a second magnetic pole not excited by a permanent magnet;
A stator for generating a rotating magnetic field for rotating the rotor;
An exciting coil for exciting the second magnetic pole;
A DC excitation circuit capable of supplying a direct current in both directions to the excitation coil;
A hybrid excitation type rotating electrical machine comprising:
前記励磁コイルは、前記隙間に配置されることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項記載のハイブリッド励磁式回転電機。
The rotor is divided with a gap in the axial direction, the first magnetic pole and the second magnetic pole are alternately arranged in the circumferential direction, and the polarities of the first magnetic poles are different from each other, The first magnetic pole and the other second magnetic pole have first and second rotor cores arranged to face each other via the gap in the axial direction,
The hybrid excitation rotating electric machine according to claim 1, wherein the excitation coil is disposed in the gap.
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
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CN103124109A (en) * | 2013-03-15 | 2013-05-29 | 湖北工业大学 | Permanent-magnet synchronous motor with stator provided with permanent-magnet ring continuous electrode |
CN103516160A (en) * | 2013-10-15 | 2014-01-15 | 张学义 | Axial electric excitation brushless generator applied to automobile |
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2012
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