JP2017077133A - Rotary electric machine - Google Patents

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一清 中島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary electric machine that is excellent in cost and resource supply, and that can improve a torque density by increasing a torque generation surface.SOLUTION: A stator 100 has: an annular stator core 110 having stator teeth 130 arranged at a predetermined interval in a circumferential direction; and an armature coil 140 wound toroidally between the adjacent stator teeth 130 of the stator core 110. A rotor 200 has: a rotor core 210 that has first rotor teeth and second rotor teeth opposed to the stator teeth 130 at both surface sides in an axial direction of the stator core 110, and third rotor teeth opposed to the stator teeth 130 at an outer surface side in a radial direction of the stator core 110; an induction coil I that induces an induction current by interlinkage of a magnetic flux generated at the stator 100 side; and a field coil F that generates the magnetic field by energization of the induction current.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ステータに対するロータのトルク発生面が複数設けられた回転電機に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine provided with a plurality of rotor torque generating surfaces for a stator.

特許文献1には、電機子巻線がトロイダル巻されたステータコアを有する環状のステータと、ステータに対して径方向の内方で対向するラジアルロータと、ステータに対して回転軸の軸方向の一方側及び他方側でそれぞれ対向する2つのアキシャルロータとを備え、ステータに対するロータのトルク発生面を3面とした回転電機が開示されている。   In Patent Document 1, an annular stator having a stator core in which an armature winding is toroidally wound, a radial rotor facing radially inward with respect to the stator, and one axial direction of a rotating shaft with respect to the stator There is disclosed a rotating electrical machine that includes two axial rotors facing each other on the side and the other side, and has three rotor torque generating surfaces with respect to the stator.

特許文献1に開示された回転電機のラジアルロータ及び2つのアキシャルロータのそれぞれには、周方向に所定の間隔で永久磁石が配置されている。この回転電機は、ステータに発生した回転磁界と、ラジアルロータ及び2つのアキシャルロータの永久磁石の界磁磁束との相互作用によってラジアルロータ及び2つのアキシャルロータにトルクを発生させるものである。   In each of the radial rotor and the two axial rotors of the rotating electrical machine disclosed in Patent Document 1, permanent magnets are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. This rotating electrical machine generates torque in the radial rotor and the two axial rotors by the interaction between the rotating magnetic field generated in the stator and the field magnetic fluxes of the permanent magnets of the radial rotor and the two axial rotors.

特開2010−226808号公報JP 2010-226808 A

しかしながら、特許文献1に開示された回転電機は、ラジアルロータ及び2つのアキシャルロータに磁極を形成するために永久磁石を用いている。このため、ラジアルロータ及び2つのアキシャルロータに設けられる永久磁石として、可採埋蔵量が少なく採掘場所が偏在されている希土類磁石を用いた場合には、材料コストが増加したり、安定的な資源供給が確保できなかったりするおそれがある。   However, the rotating electrical machine disclosed in Patent Document 1 uses permanent magnets to form magnetic poles in the radial rotor and the two axial rotors. For this reason, when a rare earth magnet with a small recoverable reserve and uneven mine location is used as the permanent magnet provided on the radial rotor and the two axial rotors, the material cost increases or a stable resource There is a risk that supply cannot be secured.

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、コスト面及び資源供給面で優れ、トルク発生面の増大によってトルク密度を向上させることができる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 circumstances, and an object thereof is to provide a rotating electrical machine that is excellent in terms of cost and resource supply and that can improve torque density by increasing the torque generation surface. .

上記課題を解決する回転電機の発明の一態様は、コイルへの通電により磁束を発生するステータと、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、前記ステータは、周方向に所定の間隔で配置されるステータティースを有する環状のステータコアと、前記環状のステータコアの隣り合うステータティースの間にトロイダル巻された電機子コイルと、を有し、前記ロータは、前記ステータコアの軸方向の両面側で前記ステータティースに対向するロータティースと、前記ステータコアの径方向の外面側で前記ステータティースに対向するロータティースと、を有するロータコアと、前記ロータティースに巻かれており、前記ステータ側で発生した磁束の鎖交により誘導電流を誘起させる誘導コイルと、前記ロータティースに巻かれており、前記誘導電流の通電によって磁界を発生させる界磁コイルと、を有する。   One aspect of the invention of a rotating electrical machine that solves the above problems is a rotating electrical machine that includes a stator that generates magnetic flux by energizing a coil, and a rotor that rotates when the magnetic flux passes through the stator. An annular stator core having stator teeth arranged at a predetermined interval; and an armature coil wound toroidally between adjacent stator teeth of the annular stator core, wherein the rotor is in the axial direction of the stator core A rotor core having a rotor tooth facing the stator teeth on both sides of the stator core, and a rotor tooth facing the stator teeth on a radially outer surface side of the stator core, and wound on the rotor teeth, the stator side An induction coil for inducing an induced current by linkage of magnetic flux generated in the rotor, and the rotor teeth It rolled and have a magnetic coil field for generating a magnetic field by energization of the induction current.

本発明の一態様によれば、コスト面及び資源供給面で優れ、トルク発生面の増大によってトルク密度を向上させることができる回転電機を提供することができる。   According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a rotating electrical machine that is excellent in terms of cost and resource supply and that can improve torque density by increasing the torque generation surface.

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、回転電機の全体構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a diagram showing a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention, and is a perspective view showing an overall configuration of the rotating electrical machine. 図2は、本発明の一実施形態に係る回転電機を示す図であり、回転軸を通る平面で切断した回転電機の断面図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of the rotating electrical machine cut along a plane passing through the rotating shaft. 図3は、本発明の一実施形態に係る回転電機を示す図であり、ステータの斜視図である。FIG. 3 is a diagram showing a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention, and is a perspective view of a stator. 図4は、本発明の一実施形態に係る回転電機を示す図であり、ステータコアの斜視図である。FIG. 4 is a view showing a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention, and is a perspective view of a stator core. 図5は、本発明の一実施形態に係る回転電機を示す図であり、電機子コイルの斜視図である。FIG. 5 is a view showing a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention, and is a perspective view of an armature coil. 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り、ステータの磁束分布を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a magnetic flux distribution of a stator. 図7は、本発明の一実施形態に係る回転電機を示す図であり、ロータの斜視図である。FIG. 7 is a view showing a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention, and is a perspective view of a rotor. 図8は、本発明の一実施形態に係る回転電機を示す図であり、ロータコアの斜視図である。FIG. 8 is a diagram showing a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention, and is a perspective view of a rotor core. 図9は、本発明の一実施形態に係る回転電機における、ステータの保持構造の他の例を示す図であり、回転軸を通る平面で切断した回転電機の断面図である。FIG. 9 is a view showing another example of the stator holding structure in the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of the rotating electrical machine cut along a plane passing through the rotating shaft.

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9は本発明の一実施形態に係る回転電機を説明する図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 1-9 is a figure explaining the rotary electric machine which concerns on one Embodiment of this invention.

(回転電機の概略構成)
図1、図2において、回転電機1は、コイルへの通電により磁束を発生するステータ100と、磁束の通過により回転するロータ200と、を備えている。ステータ100は、ロータ200よりも回転軸1C側に配置されている。回転軸1Cは、ロータ200の回転中心線である。
(Schematic configuration of rotating electrical machine)
1 and 2, the rotating electrical machine 1 includes a stator 100 that generates a magnetic flux by energizing a coil, and a rotor 200 that rotates by the passage of the magnetic flux. The stator 100 is disposed closer to the rotating shaft 1C than the rotor 200. The rotation shaft 1 </ b> C is a rotation center line of the rotor 200.

また、回転電機1は、回転軸1C上にシャフト20を備えている。シャフト20は、ロータ200の内周部に固定されており、ロータ200と一体回転する。   The rotating electrical machine 1 includes a shaft 20 on the rotating shaft 1C. The shaft 20 is fixed to the inner peripheral portion of the rotor 200 and rotates integrally with the rotor 200.

回転電機1は、ステータ100およびロータ200を覆うケース10を備えている。ケース10における回転電機1の軸方向の一方側の内周縁部は、ベアリング2を介してシャフト20を回転自在に支持している。また、ケース10における回転電機1の軸方向の他方側の内周縁部は、ベアリング3を介してシャフト20を回転自在に支持している。ここで、図1、図3、図4、図7、図8では、下方側が回転電機1の軸方向の一方側であり、上方側が回転電機1の軸方向の他方側である。   The rotating electrical machine 1 includes a case 10 that covers the stator 100 and the rotor 200. The inner peripheral edge of the case 10 on one side in the axial direction of the rotating electrical machine 1 supports the shaft 20 via the bearing 2 so as to be rotatable. In addition, the inner peripheral edge of the case 10 on the other side in the axial direction of the rotating electrical machine 1 supports the shaft 20 via the bearing 3 so as to be rotatable. Here, in FIGS. 1, 3, 4, 7, and 8, the lower side is one side in the axial direction of the rotating electrical machine 1 and the upper side is the other side in the axial direction of the rotating electrical machine 1.

さらに、ケース10は保持部10Aを備えており、この保持部10Aは、ケース10の内周縁部において軸方向の一方側から他方側に延びた後、ステータ100のステータコア110を内周側から保持している。このように、ケース10は、保持部10Aによってステータ100を内周側から保持することで、ステータ100を静止状態に保っている。   Furthermore, the case 10 includes a holding portion 10A. The holding portion 10A extends from one side in the axial direction to the other side in the inner peripheral edge of the case 10, and then holds the stator core 110 of the stator 100 from the inner peripheral side. doing. As described above, the case 10 holds the stator 100 in a stationary state by holding the stator 100 from the inner peripheral side by the holding portion 10A.

回転電機1は、詳細を後述するように、ステータ100の電機子コイル140に通電することで発生した回転磁界によって、ロータ200の誘導コイルIに誘導電流を発生させるようになっている。そして、回転電機1は、この誘導電流を界磁電流としてロータ200の界磁コイルFに通電することで、ロータ200を電磁石として機能させ、トルクを発生するようになっている。このように、回転電機1は、磁石フリーの自励式巻線界磁形同期モータとして構成されている。   As will be described later in detail, the rotating electrical machine 1 generates an induced current in the induction coil I of the rotor 200 by a rotating magnetic field generated by energizing the armature coil 140 of the stator 100. And the rotary electric machine 1 makes the rotor 200 function as an electromagnet by energizing the field coil F of the rotor 200 with this induced current as a field current, and generates torque. Thus, the rotating electrical machine 1 is configured as a magnet-free self-excited wound field synchronous motor.

(ステータ)
図1、図2、図3、図4において、ステータ100は、環状のステータコア110と、このステータコア110に巻回された電機子コイル140とを備えている。ステータコア110は、回転軸1Cに同心の円環状に形成された高透磁率の磁性材料からなる。
(Stator)
1, 2, 3, and 4, the stator 100 includes an annular stator core 110 and an armature coil 140 wound around the stator core 110. The stator core 110 is made of a high permeability magnetic material formed in an annular shape concentric with the rotating shaft 1C.

ステータコア110は、環状のステータヨーク120と、このステータヨーク120に周方向に所定間隔で設けられた複数のステータティース130とから構成されている。ステータヨーク120の断面は、円形または長円形の断面形状に形成されている。   The stator core 110 includes an annular stator yoke 120 and a plurality of stator teeth 130 provided on the stator yoke 120 at predetermined intervals in the circumferential direction. The stator yoke 120 has a circular or oval cross-sectional shape.

ステータティース130は、ステータヨーク120の表面から突出しており、回転電機1の軸方向から見て台形、かつ、回転電機1の周方向の断面が矩形の形状に形成されている。ステータティース130は、ステータヨーク120に周方向に所定間隔で12個設けられている。   The stator teeth 130 protrude from the surface of the stator yoke 120 and are formed in a trapezoidal shape when viewed from the axial direction of the rotating electrical machine 1 and a rectangular cross section in the circumferential direction of the rotating electrical machine 1. Twelve stator teeth 130 are provided at predetermined intervals in the circumferential direction on the stator yoke 120.

具体的には、ステータティース130は、第1ステータティース131、第2ステータティース132および第3ステータティース133を有している。   Specifically, the stator tooth 130 includes a first stator tooth 131, a second stator tooth 132, and a third stator tooth 133.

第1ステータティース131は、ステータヨーク120における回転電機1の軸方向の一方側に設けられており、このステータヨーク120から回転電機1の軸方向の一方側に突出している。   The first stator teeth 131 are provided on one side of the stator yoke 120 in the axial direction of the rotating electrical machine 1, and project from the stator yoke 120 to one side of the rotating electrical machine 1 in the axial direction.

第2ステータティース132は、ステータヨーク120における回転電機1の軸方向の他方側に設けられており、ステータヨーク120から回転電機1の軸方向の他方側に突出している。   The second stator teeth 132 are provided on the other side of the stator yoke 120 in the axial direction of the rotating electrical machine 1 and protrude from the stator yoke 120 to the other side of the rotating electrical machine 1 in the axial direction.

第3ステータティース133は、ステータヨーク120における回転電機1の外周面側に設けられており、ステータヨーク120から回転電機1の外周面側に突出している。   The third stator teeth 133 are provided on the outer peripheral surface side of the rotating electrical machine 1 in the stator yoke 120 and project from the stator yoke 120 to the outer peripheral surface side of the rotating electrical machine 1.

本実施形態では、ステータコア110は、分割されておらず一体型(ワンピース)の環状構造になっている。このため、ステータコア110を分割構造とした場合よりステータコア110の機械強度を向上できる。また、ステータコア110は、機械強度が向上されたことで、励磁振動に対する十分な耐性を備えることができる。   In the present embodiment, the stator core 110 is not divided and has an integral (one-piece) annular structure. For this reason, the mechanical strength of the stator core 110 can be improved as compared with the case where the stator core 110 is divided. Further, the stator core 110 can have sufficient resistance against excitation vibration due to the improved mechanical strength.

電機子コイル140は、ステータコア110の隣り合うステータティース130の間をスロットとして、環状のステータヨーク120にトロイダル巻されている。トロイダル巻とは、ステータヨーク120の環の内側と外側を交互に通って、ステータヨーク120に巻線141を周回させて巻き回す方法である。   Armature coil 140 is toroidally wound around annular stator yoke 120 with a slot between adjacent stator teeth 130 of stator core 110 as a slot. The toroidal winding is a method in which the winding 141 is wound around the stator yoke 120 alternately through the inside and the outside of the ring of the stator yoke 120.

このように、ステータヨーク120に電機子コイル140をトロイダル巻する構造を採用したことにより、ステータコア110を、ステータヨーク120を備えた一体構造にすることができ、ステータコア110の機械強度を向上させることができる。   Thus, by adopting the structure in which the armature coil 140 is toroidally wound on the stator yoke 120, the stator core 110 can be integrated with the stator yoke 120, and the mechanical strength of the stator core 110 can be improved. Can do.

電機子コイル140は、ステータティース130と、このステータティース130に周方向で隣り合うステータティース130との中間位置の間に配置されている。電機子コイル140は、三相交流のU相、V相、W相の何れかに対応している。   The armature coil 140 is disposed between the stator teeth 130 and an intermediate position between the stator teeth 130 that are adjacent to the stator teeth 130 in the circumferential direction. The armature coil 140 corresponds to any of the U-phase, V-phase, and W-phase of three-phase alternating current.

ステータティース130を挟んで周方向に対向する1対の電機子コイル140は、一方の電機子コイル140から発生する磁束と、他方の電機子コイル140から発生する磁束とで、磁束の方向が周方向において反対方向となるように、その巻方向および通電方向が設定されている。   The pair of armature coils 140 facing in the circumferential direction across the stator teeth 130 is composed of magnetic flux generated from one armature coil 140 and magnetic flux generated from the other armature coil 140, and the direction of the magnetic flux is circumferential. The winding direction and energization direction are set so as to be opposite to each other.

これにより、例えば、一方の電機子コイル140がU+相で、他方の電機子コイル140がU−相の場合、一方の電機子コイル140と他方の電機子コイル140からステータティース130に向かう磁束が発生する。   Thus, for example, when one armature coil 140 is in the U + phase and the other armature coil 140 is in the U− phase, the magnetic flux from one armature coil 140 and the other armature coil 140 toward the stator teeth 130 is increased. Occur.

図5において、電機子コイル140の巻線141は、断面が長方形の平角線からなる。電機子コイル140は、この巻線141をエッジワイズ巻によるトロイダル巻の状態で、ステータコア110のステータヨーク120に巻回されている。エッジワイズ巻とは、ステータヨーク120に対して、巻線141の短辺を回転電機1の径方向の内側と外側に対向させて、巻線141を縦に巻き回す方法である。   In FIG. 5, the winding 141 of the armature coil 140 is a rectangular wire having a rectangular cross section. The armature coil 140 is wound around the stator yoke 120 of the stator core 110 with the winding 141 in a toroidal winding state by edgewise winding. The edgewise winding is a method in which the winding 141 is wound vertically with the short side of the winding 141 facing the inner side and the outer side of the rotating electric machine 1 with respect to the stator yoke 120.

これにより、巻ピッチ方向に隣り合う巻線141同士が長辺で面接触するため、電流に応じた断面積を確保したまま巻数を増加できるため、電機子コイル140の占積率を向上でき、ステータ100の起磁力を増大できる。   Thereby, since the windings 141 adjacent in the winding pitch direction are in surface contact with each other on the long side, the number of turns can be increased while ensuring a cross-sectional area corresponding to the current, so the space factor of the armature coil 140 can be improved, The magnetomotive force of the stator 100 can be increased.

また、巻ピッチ方向に隣り合う巻線141同士が長辺で面接触するため、巻線141の間で大きな面積で均一に熱伝導が行える。これにより、熱伝導が分散し放熱性を向上できる。   Further, since the windings 141 adjacent to each other in the winding pitch direction are in surface contact with each other with long sides, heat conduction can be performed uniformly with a large area between the windings 141. Thereby, heat conduction is dispersed and heat dissipation can be improved.

また、巻線141の巻始めまたは巻終りとなる両端部141A、141Bを、ステータ100の内周側の同一面に配置することができるため、複数の電機子コイル140の結線を容易化できる。   In addition, since both end portions 141A and 141B that are the beginning or end of winding of the winding 141 can be arranged on the same surface on the inner peripheral side of the stator 100, connection of the plurality of armature coils 140 can be facilitated.

(ステータの磁束分布)
図6は、電磁界解析によって得たステータ100の磁束分布を示す図である。図6では、説明を容易にするためにステータコア110およびロータ200を直線状に記している。また、図6では、第1ステータティース131、第2ステータティース132または第3ステータティース133を区別せずに、単にステータティース130として表している。なお、図6は、V相の電流振幅を基準値の1として、U相、W相の電流振幅値をそれぞれ−0.5として通電した場合の解析結果を示している。
(Magnetic flux distribution of stator)
FIG. 6 is a diagram showing the magnetic flux distribution of the stator 100 obtained by electromagnetic field analysis. In FIG. 6, the stator core 110 and the rotor 200 are shown in a straight line for easy explanation. In FIG. 6, the first stator teeth 131, the second stator teeth 132, or the third stator teeth 133 are simply indicated as the stator teeth 130 without being distinguished from each other. FIG. 6 shows an analysis result when the current is supplied with the current amplitude of the V phase set to 1 as the reference value and the current amplitude values of the U phase and the W phase set to −0.5, respectively.

図6において、ステータティース130を挟んで周方向に隣り合う一対の電機子コイル140の一方がV+相で他方がV−相のとき、この一対の電機子コイル140から発生する磁束は、一対の電機子コイル140が挟むステータティース130に向かい、ステータティース130においてぶつかり合うように発生する。そして、ステータティース130で発生した磁束は、ステータヨーク120に直交する方向に向きを変え、ステータティース130からロータ200に向かう。   In FIG. 6, when one of the pair of armature coils 140 adjacent in the circumferential direction with the stator teeth 130 interposed therebetween is the V + phase and the other is the V− phase, the magnetic flux generated from the pair of armature coils 140 is a pair of armature coils 140. This occurs toward the stator teeth 130 sandwiched by the armature coils 140 and collides with the stator teeth 130. Then, the magnetic flux generated in the stator teeth 130 changes its direction in a direction perpendicular to the stator yoke 120 and travels from the stator teeth 130 to the rotor 200.

そして、ロータ200に向かった磁束の一部は、ロータ200の後述するロータコア210を通過した後、W+相とW−相の一対の電機子コイル140で挟まれたステータティース130に向かう。また、ロータ200に向かった磁束の残りの部分は、ロータ200の後述するロータコア210を通過した後、U+相とU−相の一対の電機子コイル140で挟まれたステータティース130に向かう。   A part of the magnetic flux directed toward the rotor 200 passes through a rotor core 210 (to be described later) of the rotor 200, and then travels toward the stator teeth 130 sandwiched between the pair of armature coils 140 of the W + phase and the W− phase. Further, the remaining part of the magnetic flux directed toward the rotor 200 passes through a rotor core 210 (to be described later) of the rotor 200, and then proceeds to the stator teeth 130 sandwiched between a pair of armature coils 140 of U + phase and U− phase.

このように、ステータティース130とロータ200とが対向する面では、電機子コイル140で発生した磁束の磁気回路が構成される。回転電機1は、ステータティース130とロータ200とが対向する面をトルク発生面としている。   Thus, the magnetic circuit of the magnetic flux generated by the armature coil 140 is formed on the surface where the stator teeth 130 and the rotor 200 face each other. The rotating electrical machine 1 uses a surface on which the stator teeth 130 and the rotor 200 face each other as a torque generating surface.

このため、トルク発生面が多いほど、電機子コイル140で発生する磁束を有効に利用してトルク密度を高めることができる。トルク密度とは、体積当たりのトルクの大きさを意味している。   For this reason, the torque density can be increased by effectively using the magnetic flux generated by the armature coil 140 as the torque generation surface increases. Torque density means the magnitude of torque per volume.

ロータ200は、回転電機1の軸方向の両面側と外周面側からなる3面のトルク発生面を備えてトルク密度を高めている。このように、トルク発生面を多くすることによって、回転電機1は小型で高トルクが発生できるため、特にハイブリッド自動車等に搭載する回転電機として優れたものにできる。   The rotor 200 includes three torque generation surfaces including both the axial side surfaces and the outer peripheral surface side of the rotating electrical machine 1 to increase the torque density. In this way, by increasing the torque generating surface, the rotating electrical machine 1 is small and can generate high torque, so that it can be particularly excellent as a rotating electrical machine mounted on a hybrid vehicle or the like.

(ロータ)
図1、図2、図7、図8において、ロータ200は、ロータコア210と、誘導コイルIと、界磁コイルFとを備えている。
(Rotor)
1, 2, 7, and 8, the rotor 200 includes a rotor core 210, an induction coil I, and a field coil F.

ロータコア210は、円盤形状の2つの円盤部211、212と、この円盤部211、212の外延部に連続する円筒形状の円筒部213とを有している。   The rotor core 210 has two disk-shaped disk portions 211 and 212, and a cylindrical cylindrical portion 213 that is continuous with the outer extension of the disk portions 211 and 212.

円盤部211、212は、軸方向の一方側と他方側からそれぞれステータコア110を覆うように、回転軸1Cに直行する平面上に配置されている。円盤部211、212の中心部には、貫通孔211A、212Aがそれぞれ設けられており、この貫通孔211A、212Aには、シャフト20が貫通している。   The disk parts 211 and 212 are arranged on a plane orthogonal to the rotary shaft 1C so as to cover the stator core 110 from one side and the other side in the axial direction. Through holes 211A and 212A are provided in the center of the disk portions 211 and 212, respectively, and the shaft 20 passes through the through holes 211A and 212A.

円筒部213は、ステータコア110を径方向の外側から覆うように配置されている。ロータコア210は、高透磁率の磁性材料からなる。   The cylindrical portion 213 is disposed so as to cover the stator core 110 from the outside in the radial direction. The rotor core 210 is made of a high permeability magnetic material.

このように、ロータコア210は、ステータ100の軸方向の両面側と径方向の外面側の3面においてステータ100を覆うように、全体として円筒形状に形成されている。   Thus, the rotor core 210 is formed in a cylindrical shape as a whole so as to cover the stator 100 on the three surfaces of the stator 100 on both sides in the axial direction and the outer surface in the radial direction.

言い換えると、ロータコア210は、2つの円盤部211、212と円筒部213を各辺とするコの字の断面形状を有する円筒形状に形成されており、ステータコア110を外周側から内周側に向かって覆っている。   In other words, the rotor core 210 is formed in a cylindrical shape having a U-shaped cross section with the two disk portions 211 and 212 and the cylindrical portion 213 as sides, and the stator core 110 is directed from the outer peripheral side toward the inner peripheral side. Covered.

また、ロータコア210のステータコア110側の面には、後述するように誘導コイルIと界磁コイルFが配置される。このため、ロータコア210の内周側の面で誘導コイルIおよび界磁コイルFを支持することができるため、遠心力によって誘導コイルIおよび界磁コイルFが飛び出すのを防止することができ、機械強度の向上を図ることができる。   An induction coil I and a field coil F are disposed on the surface of the rotor core 210 on the stator core 110 side, as will be described later. For this reason, since the induction coil I and the field coil F can be supported on the inner peripheral surface of the rotor core 210, it is possible to prevent the induction coil I and the field coil F from jumping out due to centrifugal force. The strength can be improved.

また、ロータコア210は、第1ロータティース231、第2ロータティース232および第3ロータティース233を周方向の同じ位置に備えている。   In addition, the rotor core 210 includes a first rotor tooth 231, a second rotor tooth 232, and a third rotor tooth 233 at the same circumferential position.

この第1ロータティース231、第2ロータティース232および第3ロータティース233は、ステータ100の第1ステータティース131、第2ステータティース132および第3ステータティース133との間で、それぞれトルク発生面を形成している。   The first rotor teeth 231, the second rotor teeth 232, and the third rotor teeth 233 have torque generation surfaces between the first stator teeth 131, the second stator teeth 132, and the third stator teeth 133 of the stator 100, respectively. Forming.

第1ロータティース231は、円盤部211における軸方向の他方側の面に設けられており、円盤部211からステータコア110に向かって軸方向の他方側に突出している。この第1ロータティース231は、第1ステータティース131に対して、所定のエアギャップを隔てて軸方向に対向している。   The first rotor teeth 231 are provided on the other surface in the axial direction of the disk portion 211, and protrude from the disk portion 211 toward the other side in the axial direction toward the stator core 110. The first rotor teeth 231 face the first stator teeth 131 in the axial direction with a predetermined air gap.

第2ロータティース232は、円盤部212における軸方向の一方側の面に設けられており、円盤部212からステータコア110に向かって軸方向の一方側に突出している。この第2ロータティース232は、第2ステータティース132に対して、所定のエアギャップを隔てて軸方向に対向している。   The second rotor teeth 232 are provided on one surface of the disk portion 212 in the axial direction, and protrude from the disk portion 212 toward the stator core 110 on one side in the axial direction. The second rotor teeth 232 are opposed to the second stator teeth 132 in the axial direction with a predetermined air gap therebetween.

第3ロータティース233は、円筒部213における径方向の内側の面に設けられており、円筒部213からステータコア110に向かって径方向の内側に突出している。この第3ロータティース233は、第3ステータティース133に対して、所定のエアギャップを隔てて径方向に対向している。   The third rotor teeth 233 are provided on the radially inner surface of the cylindrical portion 213, and protrude inward in the radial direction from the cylindrical portion 213 toward the stator core 110. The third rotor teeth 233 are opposed to the third stator teeth 133 in the radial direction with a predetermined air gap therebetween.

第1ロータティース231の径方向の外側端部は、第3ロータティース233の軸方向の一方側の端部に連続している。また、第2ロータティース232の径方向の外側端部は、第3ロータティース233の軸方向の他方側の端部に連続している。   The radially outer end portion of the first rotor teeth 231 is continuous with the end portion on the one side in the axial direction of the third rotor teeth 233. Further, the radially outer end portion of the second rotor teeth 232 is continuous with the end portion on the other side in the axial direction of the third rotor teeth 233.

このようにして、ロータコア210には、複数のロータティース230が周方向に等間隔で設けられている。   Thus, the rotor core 210 is provided with a plurality of rotor teeth 230 at equal intervals in the circumferential direction.

(ロータコアの分割構造)
ロータコア210は、ステータコア110を外周側から覆うコの字状の形状であるため、本実施形態では、ロータコア210を分割構造とすることで、回転電機1の組み立てを可能にしている。
(Divided structure of rotor core)
Since the rotor core 210 has a U-shape that covers the stator core 110 from the outer peripheral side, in this embodiment, the rotor core 210 is divided so that the rotating electrical machine 1 can be assembled.

本実施形態では、ロータコア210は、軸方向の中間位置において、軸方向の一方側の第1ロータコア210Aと、軸方向の他方側の第2ロータコア210Bとに、分割されている。   In the present embodiment, the rotor core 210 is divided into a first rotor core 210A on one side in the axial direction and a second rotor core 210B on the other side in the axial direction at an intermediate position in the axial direction.

これにより、分割された第1ロータコア210Aと第2ロータコア210Bとを、ステータコア110を軸方向に挟み込むように連結することで、回転電機1を組み立てることができる。   Thereby, the rotary electric machine 1 can be assembled by connecting the divided first rotor core 210A and second rotor core 210B so as to sandwich the stator core 110 in the axial direction.

また、ロータコア210を軸方向の中間位置で分割したことで、第1ロータコア210Aと第2ロータコア210Bとを同形状にできるため、第1ロータコア210Aおよび第2ロータコア210Bの製造工程の全てまたは一部を共通にすることができる。   In addition, since the first rotor core 210A and the second rotor core 210B can be formed in the same shape by dividing the rotor core 210 at the intermediate position in the axial direction, all or part of the manufacturing process of the first rotor core 210A and the second rotor core 210B. Can be made common.

回転電機1は保持リング4Bを備えている。この保持リング4Bがシャフト20に嵌入または螺合されることで、ロータコア210がシャフト20に固定される。   The rotating electrical machine 1 includes a holding ring 4B. The retaining core 4 </ b> B is fitted or screwed into the shaft 20, so that the rotor core 210 is fixed to the shaft 20.

ロータコア210の内周部とシャフト20の外周部には、図示しないキー溝がそれぞれ形成されている。ロータコア210は、キー溝にキーが差し込まれることで、シャフト20に対して回り止めされて一体回転することができる。   Key grooves (not shown) are formed in the inner peripheral portion of the rotor core 210 and the outer peripheral portion of the shaft 20. The rotor core 210 is prevented from rotating with respect to the shaft 20 when the key is inserted into the key groove, and can rotate integrally.

(誘導コイル、界磁コイル)
誘導コイルIの巻線Iwおよび界磁コイルFの巻線Fwは、断面形状が長方形の銅線を絶縁材料で被覆した平角線からなる。誘導コイルIおよび界磁コイルFは、この巻線Iw、Fwをα巻することで構成されている。ここで、α巻とは、巻線Iw、Fwの巻始めと巻終りを外側に向かって同時に巻く方法である。
(Induction coil, field coil)
The winding Iw of the induction coil I and the winding Fw of the field coil F are made of a flat wire in which a copper wire having a rectangular cross section is covered with an insulating material. The induction coil I and the field coil F are constituted by winding the windings Iw and Fw by α. Here, the α winding is a method in which the winding start and the winding end of the windings Iw and Fw are simultaneously wound outward.

このようにα巻された誘導コイルIおよび界磁コイルFは、巻線Iw、Fwの巻始め側の端部が内部に取り残されないので占積率が向上し、巻線Iw、Fwの両端部が誘導コイルIおよび界磁コイルFの外部に配置されるので結線を容易に行うことができる。   The induction coil I and the field coil F wound in this way have an improved space factor because the winding start side ends of the windings Iw and Fw are not left inside, and both ends of the windings Iw and Fw are improved. Since the part is arranged outside the induction coil I and the field coil F, the connection can be easily performed.

本実施形態では、誘導コイルIの巻線Iwは、巻きピッチ方向に2列に巻かれており、巻線Iwの1列目の端部と2列目の端部は、ロータ200における同一面側に引き出されている。   In the present embodiment, the winding Iw of the induction coil I is wound in two rows in the winding pitch direction, and the end of the first row and the end of the second row of the winding Iw are on the same surface in the rotor 200. Pulled out to the side.

また、界磁コイルFの巻線Fwは、巻きピッチ方向に2列に巻かれており、巻線Fwの1列目の端部と2列目の端部は、ロータ200における同一面側に引き出されている。   Further, the winding Fw of the field coil F is wound in two rows in the winding pitch direction, and the end of the first row and the end of the second row of the winding Fw are on the same surface side in the rotor 200. Has been pulled out.

このようにα巻された誘導コイルIおよび界磁コイルFは、巻線Iw、Fwの端部をロータ200の内周の同一面(内周面)側に引き出して配置できるため、ロータ200の内周面側に配置した図示しない結線基板等の結線部品を用いて、同一面上で結線を容易に行うことができる。   Since the induction coil I and the field coil F wound in this way can be arranged with the ends of the windings Iw and Fw being drawn out to the same inner surface (inner surface) of the rotor 200, By using connection parts such as a connection board (not shown) arranged on the inner peripheral surface side, connection can be easily performed on the same surface.

また、誘導コイルIおよび界磁コイルFの巻線Iw、Fwの端部をロータ200の内周面側に配置することで、巻線Iw、Fwの端部がロータ200の外周面側に突出することを防止できるため、回転電機1の体格を小さくすることができる。   Further, by arranging the end portions of the windings Iw and Fw of the induction coil I and the field coil F on the inner peripheral surface side of the rotor 200, the end portions of the windings Iw and Fw protrude toward the outer peripheral surface side of the rotor 200. Therefore, the physique of the rotating electrical machine 1 can be reduced.

誘導コイルIおよび界磁コイルFをα巻したことで、占積率を向上でき、銅損を低減できる。   Since the induction coil I and the field coil F are wound by α, the space factor can be improved and the copper loss can be reduced.

また、誘導コイルIおよび界磁コイルFは、平角線からなるIw、Fwの短辺が磁束の発生方向に対して垂直になるように巻回されている。   Further, the induction coil I and the field coil F are wound so that the short sides of Iw and Fw made of a rectangular wire are perpendicular to the magnetic flux generation direction.

これにより、誘導コイルIおよび界磁コイルFで発生する渦電流損を低減することができる。   Thereby, the eddy current loss which generate | occur | produces with the induction coil I and the field coil F can be reduced.

誘導コイルIおよび界磁コイルFは、α巻された巻線Iw、Fwをコの字形に折り曲げた形状に形成されている。   The induction coil I and the field coil F are formed in a shape obtained by bending α-wound windings Iw and Fw into a U-shape.

具体的には、界磁コイルFは、コの字型のロータコア210の内側の面に沿い、かつ、ロータティース230の基端部を周回するように、コの字形に折り曲げられている。   Specifically, the field coil F is bent in a U shape along the inner surface of the U-shaped rotor core 210 and around the base end portion of the rotor teeth 230.

一方、誘導コイルIは、コの字形の界磁コイルFの内側の面に沿い、かつ、ロータティース230の先端部を周回するように、コの字型に折り曲げられている。   On the other hand, the induction coil I is bent in a U shape along the inner surface of the U-shaped field coil F and around the tip of the rotor teeth 230.

このように、誘導コイルIおよび界磁コイルFは、同一のロータティース230に対して、このロータティース230の先端側および基端側に誘導コイルIおよび界磁コイルFがそれぞれ配置されるように層をなして配置されている。このため、誘導コイルIは、界磁コイルFよりもロータティース230のステータ100側に配置されている。   As described above, the induction coil I and the field coil F are arranged such that the induction coil I and the field coil F are arranged on the front end side and the base end side of the same rotor tooth 230, respectively. Arranged in layers. For this reason, the induction coil I is disposed closer to the stator 100 side of the rotor teeth 230 than the field coil F.

このように構成された誘導コイルIは、電機子コイル140で回転磁界が発生すると、ステータ100側で発生した磁束の鎖交により誘導電流を誘起させる。
(整流回路)
The induction coil I configured as described above induces an induced current by linkage of magnetic flux generated on the stator 100 side when a rotating magnetic field is generated in the armature coil 140.
(Rectifier circuit)

ここで、ロータ200には図示しないダイオードが整流素子として設けられており、このダイオードと誘導コイルIおよび界磁コイルFは整流回路を構成するように結線されている。この整流回路において、誘導コイルIで発生した交流の誘導電流はダイオードにより整流され、整流後の直流の電流は、界磁電流として界磁コイルFに供給される。界磁コイルFは、界磁電流として通電されることで磁界を発生させるようになっている。   Here, a diode (not shown) is provided as a rectifier in the rotor 200, and the diode, the induction coil I, and the field coil F are connected so as to constitute a rectifier circuit. In this rectifier circuit, the alternating induction current generated in the induction coil I is rectified by the diode, and the rectified direct current is supplied to the field coil F as a field current. The field coil F generates a magnetic field when energized as a field current.

(界磁エネルギー)
回転電機1は、12個のステータティース130と8個のロータティース230を備えている。このため、ステータ100のスロット数S(12)と、ロータ200の磁極数P(8)と、の構成比S/Pが3/2となる。
(Field energy)
The rotating electrical machine 1 includes twelve stator teeth 130 and eight rotor teeth 230. For this reason, the component ratio S / P between the number of slots S (12) of the stator 100 and the number of magnetic poles P (8) of the rotor 200 is 3/2.

また、本実施形態の回転電機1は、トロイダル巻に形成された電機子コイル140が集中巻されているため、基本周波数の磁束には、漏れ磁束として静止座標系で空間的に第2次空間高調波が約50%重畳している。   Further, in the rotating electrical machine 1 of the present embodiment, since the armature coil 140 formed in toroidal winding is concentratedly wound, the magnetic flux of the fundamental frequency is spatially a secondary space in a stationary coordinate system as a leakage flux. Harmonics are superimposed about 50%.

したがって、構成比S/Pを3/2としたことで、ロータ200には回転座標系で時間的に第3次時間高調波が鎖交する。回転座標系で発生する第3次時間高調波は、ロータ200の回転速度に対して非同期周波数である。   Therefore, by setting the composition ratio S / P to 3/2, the third-order harmonics are interlinked with the rotor 200 in terms of time in the rotating coordinate system. The third time harmonic generated in the rotating coordinate system has an asynchronous frequency with respect to the rotational speed of the rotor 200.

このため、ロータ200の突極であるロータティース230に誘導コイルIを巻くことで、誘導コイルIに第3次時間高調波を鎖交させて誘導電流を発生させ、その誘導電流を整流した直流電流を界磁電流として用いることで界磁コイルFに界磁を発生させ、ロータ200を電磁石として機能させることができる。   For this reason, the induction coil I is wound around the rotor teeth 230 that are salient poles of the rotor 200 to generate an induced current by interlinking the third time harmonics in the induction coil I, and the induced current is rectified. By using the current as the field current, a field can be generated in the field coil F, and the rotor 200 can function as an electromagnet.

ここで、回転座標系における4次や5次等の高次の時間高調波磁束は、ロータコア210の表面付近でのみ振動する波形に過ぎないことから、誘導コイルIに効率よく誘導電流を発生させることができない。これに対し、第3次時間高調波のような低次の空間高調波は、比較的に低周波磁束のため、ロータコア210の内部まで鎖交することができる。   Here, the high-order time harmonic magnetic flux such as the fourth order or the fifth order in the rotating coordinate system is only a waveform that vibrates only in the vicinity of the surface of the rotor core 210, so that an induction current is efficiently generated in the induction coil I. I can't. On the other hand, low-order spatial harmonics such as third-order time harmonics can be linked to the inside of the rotor core 210 because of the relatively low frequency magnetic flux.

本実施形態では、基本周波数の磁束に重畳する空間高調波成分のうち、第3次時間高調波を回収対象としており、この第3次時間高調波は、電機子コイル140に入力する基本周波数や2次の時間高調波よりも周波数が高く短周期で脈動する。   In the present embodiment, of the spatial harmonic components superimposed on the magnetic flux of the fundamental frequency, the third time harmonic is targeted for recovery, and this third time harmonic is the fundamental frequency input to the armature coil 140 or The frequency is higher than the second-order time harmonic and pulsates in a short period.

このため、空間高調波成分の損失エネルギーを効率よく回収し、誘導コイルIに鎖交する磁束の時間変化を大きくして誘導電流を大電流にすることができ、大きな回転トルクを得ることができる。   For this reason, the loss energy of the spatial harmonic component can be efficiently recovered, the time change of the magnetic flux linked to the induction coil I can be increased, the induced current can be increased, and a large rotational torque can be obtained. .

(ステータの保持構造の他の例)
ここで、図2では、ケース10の保持部10Aによってステータ100を内周側から静止状態に保持しているが、図9に示すように、シャフト20によってステータ100を静止状態に保持するようにしてもよい。
(Other examples of stator holding structure)
Here, in FIG. 2, the stator 100 is held stationary from the inner peripheral side by the holding portion 10 </ b> A of the case 10. However, as shown in FIG. 9, the stator 100 is held stationary by the shaft 20. May be.

図9において、シャフト20は、軸方向の一方側に配置された中空形状の第1シャフト20Bと、軸方向の他方側に配置された中実形状の第2シャフト20Cと、この第1シャフト20Bと第2シャフト20Cの間に支持された保持シャフト20Dとを、回転軸1C上に備えている。第1シャフト20Bおよび第2シャフト20Cは、保持リング4A、4Bによってロータコア210に固定されている。第1シャフト20Bおよび第2シャフト20Cは、保持シャフト20Dに対して相対回転可能に連結されている。   In FIG. 9, the shaft 20 includes a hollow first shaft 20B disposed on one side in the axial direction, a solid second shaft 20C disposed on the other side in the axial direction, and the first shaft 20B. And a holding shaft 20D supported between the second shaft 20C and the second shaft 20C. The first shaft 20B and the second shaft 20C are fixed to the rotor core 210 by holding rings 4A and 4B. The first shaft 20B and the second shaft 20C are connected so as to be rotatable relative to the holding shaft 20D.

保持シャフト20Dは、保持部20Eと固定部20Fとを備えている。保持部20Eは、保持シャフト20Dから径方向の外方に延びており、ステータ100(詳しくはステータコア110)の内周部に連結されている。   The holding shaft 20D includes a holding portion 20E and a fixing portion 20F. The holding portion 20E extends radially outward from the holding shaft 20D and is connected to the inner peripheral portion of the stator 100 (specifically, the stator core 110).

固定部20Fは、保持シャフト20Dから軸方向の一方側に延びており、第1シャフト20Bの内部を通って回転電機1の外部に固定されることで静止状態に保持されている。このように、固定部20Fが静止状態に保持されることで、保持シャフト20Dは、固定部20Fを介してステータ100を静止状態に保っている。   The fixed portion 20F extends from the holding shaft 20D to one side in the axial direction, and is held stationary by being fixed to the outside of the rotating electrical machine 1 through the inside of the first shaft 20B. In this way, the holding portion 20F is held in a stationary state, whereby the holding shaft 20D holds the stator 100 in a stationary state via the fixing portion 20F.

以上のように説明した本実施形態の回転電機1の作用効果について説明する。本実施形態の回転電機1において、ステータ100は、周方向に所定の間隔で配置されるステータティース130を有する環状のステータコア110と、この環状のステータコア110の隣り合うステータティース130の間にトロイダル巻された電機子コイル140と、を有する。   The effect of the rotary electric machine 1 of this embodiment demonstrated as mentioned above is demonstrated. In the rotating electrical machine 1 of the present embodiment, the stator 100 includes a toroidal winding between an annular stator core 110 having stator teeth 130 arranged at a predetermined interval in the circumferential direction and an adjacent stator tooth 130 of the annular stator core 110. Armature coil 140.

また、ロータ200は、ステータコア110の軸方向の両面側でステータティース130に対向する第1ロータティース231および第2ロータティース232と、ステータコア110の径方向の外面側でステータティース130に対向する第3ロータティース233と、を有するロータコア210を有する。   The rotor 200 includes a first rotor tooth 231 and a second rotor tooth 232 that face the stator teeth 130 on both sides in the axial direction of the stator core 110, and a first face that faces the stator teeth 130 on the radially outer surface side of the stator core 110. And a rotor core 210 having three rotor teeth 233.

さらに、ロータ200は、ロータティース230に巻かれており、ステータ100側で発生した磁束の鎖交により誘導電流を誘起させる誘導コイルIと、ロータティース230に巻かれており、誘導電流の通電によって磁界を発生させる界磁コイルFと、を有する。   Further, the rotor 200 is wound around the rotor teeth 230, and is wound around the induction coil I that induces an induced current by the linkage of magnetic flux generated on the stator 100 side, and the rotor teeth 230, and is energized by the energization of the induced current. A field coil F for generating a magnetic field.

本実施形態によれば、ステータ100側で発生した磁束の鎖交により誘導コイルIに誘導電流を発生でき、その誘導電流を整流した直流電流を界磁電流として用いて界磁コイルFに界磁を発生できるため、ロータ200を電磁石として機能させ、ロータ200の回転トルクを得ることができる。   According to the present embodiment, an induction current can be generated in the induction coil I by linkage of magnetic flux generated on the stator 100 side, and a field current is applied to the field coil F using a DC current obtained by rectifying the induction current as a field current. Therefore, the rotor 200 can function as an electromagnet, and the rotational torque of the rotor 200 can be obtained.

このため、永久磁石を用いることなくロータ200の回転トルクを得ることができるので、永久磁石として希土類磁石を用いることによって材料コストが増加したり資源供給が不安定になったりすることを防止できる。これにより、コスト面及び資源供給面で優れた回転電機1を提供できる。   For this reason, since the rotational torque of the rotor 200 can be obtained without using a permanent magnet, the use of a rare earth magnet as the permanent magnet can prevent the material cost from increasing or the resource supply from becoming unstable. Thereby, the rotary electric machine 1 excellent in terms of cost and resource supply can be provided.

また、本実施形態によれば、ステータ100側で発生した磁束は、第1ロータティース231、第2ロータティース232および第3ロータティース233の3面でロータティース230に鎖交するため、トルク発生面を増大させることができ、トルク密度を向上させることができる。   Further, according to the present embodiment, the magnetic flux generated on the stator 100 side is linked to the rotor teeth 230 on the three surfaces of the first rotor teeth 231, the second rotor teeth 232, and the third rotor teeth 233, so that torque is generated. The surface can be increased and the torque density can be improved.

この結果、コスト面及び資源供給面で優れ、トルク発生面の増大によってトルク密度を向上させることができる。   As a result, it is excellent in terms of cost and resource supply, and the torque density can be improved by increasing the torque generation surface.

さらに、本実施形態によれば、基本周波数の磁束に重畳する空間高調波成分のうち、第3次時間高調波を回収対象としたことにより、ステータ100で発生する高調波をロータティース230に効果的に鎖交させることができ、より多くの界磁エネルギーを得ることができる。   Furthermore, according to the present embodiment, among the spatial harmonic components superimposed on the magnetic flux of the fundamental frequency, the third-order harmonics are targeted for recovery, so that the harmonics generated in the stator 100 are effective for the rotor teeth 230. Thus, more field energy can be obtained.

これに加え、本実施形態によれば、ロータコア210の内周側の面で誘導コイルIおよび界磁コイルFを支持することができるため、遠心力によって誘導コイルIおよび界磁コイルFが飛び出すのを防止することができ、機械強度の向上を図ることができる。   In addition to this, according to the present embodiment, the induction coil I and the field coil F can be supported on the inner peripheral surface of the rotor core 210, so that the induction coil I and the field coil F jump out by centrifugal force. Can be prevented, and the mechanical strength can be improved.

また、本実施形態によれば、誘導コイルIおよび界磁コイルFの巻線Iw、Fwの端部をロータ200の内周面側に配置でき、巻線Iw、Fwの端部がロータ200の外周面側に突出することを防止できるため、回転電機1の体格を小さくすることができる。   Further, according to the present embodiment, the ends of the windings Iw and Fw of the induction coil I and the field coil F can be arranged on the inner peripheral surface side of the rotor 200, and the ends of the windings Iw and Fw are Since it can prevent protruding to an outer peripheral surface side, the physique of the rotary electric machine 1 can be made small.

また、本実施形態の回転電機1において、誘導コイルIおよび界磁コイルFは、同一のロータティース230に層を成して巻かれており、誘導コイルIは、ロータティース230における界磁コイルFよりもステータ100側に配置されている。   In the rotating electrical machine 1 of the present embodiment, the induction coil I and the field coil F are wound around the same rotor tooth 230, and the induction coil I is a field coil F in the rotor tooth 230. Rather than the stator 100 side.

本実施形態によれば、誘導コイルIが界磁コイルFよりもステータ100側に配置されているため、より多くの高調波を誘導コイルIに鎖交させ、誘導コイルIに大きな電流を発生させることができる。また、誘導コイルIと界磁コイルFを同一のロータティース230に層をなして巻いたことにより、誘導コイルIと界磁コイルFとを密接させることができ、誘導コイルIおよび界磁コイルFの占積率を向上させることができる。   According to the present embodiment, since the induction coil I is disposed closer to the stator 100 than the field coil F, more harmonics are linked to the induction coil I and a large current is generated in the induction coil I. be able to. In addition, the induction coil I and the field coil F are wound around the same rotor teeth 230, so that the induction coil I and the field coil F can be brought into close contact with each other. The space factor can be improved.

また、本実施形態の回転電機1において、ロータコア210は、軸方向の一方側の第1ロータコア210Aと、軸方向の他方側の第2ロータコア210Bとに、分割されている。   Further, in the rotating electrical machine 1 of the present embodiment, the rotor core 210 is divided into a first rotor core 210A on one axial side and a second rotor core 210B on the other axial side.

本実施形態によれば、分割された第1ロータコア210Aと第2ロータコア210Bとを、ステータコア110を軸方向に挟み込むように連結することで、回転電機1を組み立てることができる。さらに、ロータコア210を軸方向の中間位置で分割すれば、第1ロータコア210Aと第2ロータコア210Bとを同形状にできるため、第1ロータコア210Aおよび第2ロータコア210Bの製造工程の全てまたは一部を共通にすることができる。   According to this embodiment, the rotary electric machine 1 can be assembled by connecting the divided first rotor core 210A and second rotor core 210B so as to sandwich the stator core 110 in the axial direction. Furthermore, if the rotor core 210 is divided at an intermediate position in the axial direction, the first rotor core 210A and the second rotor core 210B can have the same shape. Therefore, all or part of the manufacturing process of the first rotor core 210A and the second rotor core 210B can be performed. Can be common.

また、本実施形態の回転電機1において、ロータコア210は、ステータ100の軸方向の両面側と、径方向の外面側とにおいてステータ100を覆う円筒形状である。   Further, in the rotary electric machine 1 of the present embodiment, the rotor core 210 has a cylindrical shape that covers the stator 100 on both the axial side surfaces of the stator 100 and the radial outer surface side.

なお、電機子コイル140、誘導コイルIおよび界磁コイルFの巻線としては、銅線に限らず、例えば、アルミ導体や、高周波電流用撚り線のリッツ線を採用してもよい。   The windings of the armature coil 140, the induction coil I, and the field coil F are not limited to copper wires, and for example, aluminum conductors or high-frequency current twisted litz wires may be employed.

また、回転電機1は、界磁コイルFに加えて永久磁石をロータ200に配置するハイブリッド界磁形(ハイブリッドタイプ)に構成してもよく、この場合、永久磁石と、電磁石として機能する界磁コイルFとを効果的に協働させてトルクを発生させることができる。このため、コスト上昇を引き起こす希土類磁石の使用量を抑制でき、大型化することなく同等の出力を得ることができる。   Further, the rotating electrical machine 1 may be configured in a hybrid field type (hybrid type) in which a permanent magnet is disposed in the rotor 200 in addition to the field coil F. In this case, the permanent magnet and the field functioning as an electromagnet. Torque can be generated by effectively cooperating with the coil F. For this reason, the usage-amount of the rare earth magnet which raises a cost can be suppressed, and an equivalent output can be obtained, without enlarging.

さらに、整流素子としては、ダイオードに限らず、他のスイッチング素子などの半導体素子を採用してもよい。整流素子は、ダイオードケース内に収納するタイプに限らず、ロータ200の内部に実装するようにしてもよい。   Further, the rectifying element is not limited to the diode, and other semiconductor elements such as switching elements may be employed. The rectifying element is not limited to the type housed in the diode case, and may be mounted inside the rotor 200.

また、回転電機1は、車載用に限定されるものではなく、例えば、風力発電用の発電機や、工作機械用の電動機として好適に採用することができる。   Moreover, the rotary electric machine 1 is not limited to vehicle-mounted use, For example, it can employ | adopt suitably as a generator for wind power generation, or an electric motor for machine tools.

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.

1 回転電機
100 ステータ
110 ステータコア
130 ステータティース
140 電機子コイル(コイル)
200 ロータ
210 ロータコア
230 ロータティース
231 第1ロータティース(ステータコアの軸方向の両面側でステータティースに対向するロータティース)
232 第2ロータティース(ステータコアの軸方向の両面側でステータティースに対向するロータティース)
233 第3ロータティース(ステータコアの径方向の外面側でステータティースに対向するロータティース)
F 界磁コイル
I 誘導コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating electrical machine 100 Stator 110 Stator core 130 Stator teeth 140 Armature coil (coil)
200 rotor 210 rotor core 230 rotor teeth 231 first rotor teeth (rotor teeth facing the stator teeth on both sides in the axial direction of the stator core)
232 Second rotor teeth (rotor teeth facing the stator teeth on both axial sides of the stator core)
233 Third rotor teeth (rotor teeth facing the stator teeth on the outer surface side in the radial direction of the stator core)
F Field coil I Induction coil

Claims (4)

コイルへの通電により磁束を発生するステータと、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、
前記ステータは、
周方向に所定の間隔で配置されるステータティースを有する環状のステータコアと、
前記環状のステータコアの隣り合うステータティースの間にトロイダル巻された電機子コイルと、を有し、
前記ロータは、
前記ステータコアの軸方向の両面側で前記ステータティースに対向するロータティースと、
前記ステータコアの径方向の外面側で前記ステータティースに対向するロータティースと、を有するロータコアと、
前記ロータティースに巻かれており、前記ステータ側で発生した磁束の鎖交により誘導電流を誘起させる誘導コイルと、
前記ロータティースに巻かれており、前記誘導電流の通電によって磁界を発生させる界磁コイルと、を有することを特徴とする回転電機。
A rotating electrical machine comprising a stator that generates magnetic flux by energizing a coil and a rotor that rotates by passage of the magnetic flux,
The stator is
An annular stator core having stator teeth disposed at predetermined intervals in the circumferential direction;
An armature coil that is toroidally wound between adjacent stator teeth of the annular stator core;
The rotor is
Rotor teeth facing the stator teeth on both sides in the axial direction of the stator core;
A rotor core having a rotor tooth facing the stator teeth on the outer surface side in the radial direction of the stator core;
An induction coil wound around the rotor teeth and inducing an induced current by linkage of magnetic flux generated on the stator side;
A rotating electric machine comprising: a field coil wound around the rotor teeth and generating a magnetic field by energization of the induced current.
前記誘導コイルおよび前記界磁コイルは、同一の前記ロータティースに層を成して巻かれており、
前記誘導コイルは、前記界磁コイルよりも前記ステータ側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
The induction coil and the field coil are wound in layers on the same rotor teeth,
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the induction coil is disposed closer to the stator than the field coil.
前記ロータコアは、前記ロータコアの軸方向の一方側の第1ロータコアと、前記ロータコアの軸方向の他方側の第2ロータコアとに分割されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回転電機。   3. The rotor core according to claim 1, wherein the rotor core is divided into a first rotor core on one side in the axial direction of the rotor core and a second rotor core on the other side in the axial direction of the rotor core. Rotating electric machine. 前記ロータコアは、前記ステータの軸方向の両面側と、径方向の外面側とにおいて前記ステータを覆う円筒形状であることを特徴とする請求項3に記載の回転電機。   4. The rotating electrical machine according to claim 3, wherein the rotor core has a cylindrical shape that covers the stator on both sides in the axial direction of the stator and on an outer surface side in the radial direction.
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