JP6388611B2 - Hybrid field double gap synchronous machine - Google Patents
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Description
この発明は、永久磁石と電磁石との両方を用いて界磁磁束である主磁束を発生させるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機に関する。 The present invention relates to a hybrid field double gap synchronous machine that generates a main magnetic flux as a field magnetic flux using both a permanent magnet and an electromagnet.
従来、同期機としては、永久磁石を用いて主磁束を発生させる永久磁石式同期機と、界磁巻線を用いて主磁束を発生させる電磁石式同期機とが知られている。電磁石同期機としては、界磁巻線が回転子の磁極に取り付けられているものと、界磁巻線が固定子に取り付けられ、界磁巻線による起磁力をリラクタンス形回転子である回転子の突極により変調して主磁束を発生させるものとが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a synchronous machine, a permanent magnet type synchronous machine that generates a main magnetic flux using a permanent magnet and an electromagnet type synchronous machine that generates a main magnetic flux using a field winding are known. As an electromagnetic synchronous machine, a rotor in which a field winding is attached to a magnetic pole of a rotor and a field winding is attached to a stator, and a magnetomotive force generated by the field winding is a reluctance rotor. It is known that the main magnetic flux is generated by modulation with the salient poles (see, for example, Patent Document 1).
永久磁石式同期機では、励磁入力(励磁損失)が無いので、電磁石式同期機と比較して高い効率を得ることができる。また、磁束密度の高い永久磁石を使用する場合には、円磁石式同期機の高トルク化、軽量化および小形化を図ることができる。したがって、永久磁石式同期機は、産業用モータ、民生機器モータおよび車載用モータなど多岐にわたって使用されている。一方、電磁石式同期機では、界磁巻線に流れる直流電流により主磁束を容易に調整することができるので、永久磁石式同期機と比較して電動機または発電機としての運転範囲を広くすることができる。したがって、電磁石式同期機は、車載用発電機であるオルタネータに使用されている。 Since the permanent magnet type synchronous machine has no excitation input (excitation loss), it is possible to obtain higher efficiency than the electromagnet type synchronous machine. Further, when a permanent magnet having a high magnetic flux density is used, it is possible to increase the torque, weight and size of the circular magnet type synchronous machine. Therefore, permanent magnet type synchronous machines are used in various fields such as industrial motors, consumer equipment motors, and in-vehicle motors. On the other hand, in the electromagnetic synchronous machine, the main magnetic flux can be easily adjusted by the direct current flowing in the field winding, so that the operating range as an electric motor or generator is widened compared with the permanent magnet synchronous machine. Can do. Therefore, the electromagnetic synchronous machine is used for an alternator that is an on-vehicle generator.
しかしながら、永久磁石式同期機では、主磁束が永久磁石の特性によってほぼ一定に保たれるので、電機子巻線で発生する逆起電力、すなわち、誘導起電力が回転速度とともに変化する。したがって、永久磁石式同期機を電動機として使用した場合の定出力運転において、または、永久磁石式同期機を発電機として使用した場合の定電圧運転において、電磁石式同期機と比較して、運転範囲が制限されるという問題点があった。一方、電磁石式同期機では、磁束密度が永久磁石同期機の磁束密度よりも低くなるので、永久磁石式同期機と比較して、高トルク化を図ることができないという問題点があった。また、永久磁石式同期機と電磁石式同期機とを組み合わせた場合には、永久磁石式同期機および電磁石式同期機のそれぞれを別々のインバータで駆動しなければならず、システム全体を小形化することができないという問題点があった。 However, in the permanent magnet type synchronous machine, the main magnetic flux is kept almost constant depending on the characteristics of the permanent magnet, so that the counter electromotive force generated in the armature winding, that is, the induced electromotive force changes with the rotation speed. Therefore, in the constant output operation when the permanent magnet type synchronous machine is used as an electric motor, or in the constant voltage operation when the permanent magnet type synchronous machine is used as a generator, the operating range is compared with the electromagnetic synchronous machine. There was a problem that was limited. On the other hand, the electromagnetic synchronous machine has a problem that the magnetic flux density is lower than the magnetic flux density of the permanent magnet synchronous machine, so that a higher torque cannot be achieved as compared with the permanent magnet synchronous machine. In addition, when a permanent magnet type synchronous machine and an electromagnetic type synchronous machine are combined, each of the permanent magnet type synchronous machine and the electromagnetic type synchronous machine must be driven by separate inverters, thereby reducing the size of the entire system. There was a problem that it was not possible.
この発明は、運転範囲を広げることができるとともに高トルク化を図ることができ、さらにシステム全体を小形化することができるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を提供するものである。 The present invention provides a hybrid field type double gap synchronous machine that can widen the operating range, increase the torque, and reduce the size of the entire system.
この発明に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機は、永久磁石式駆動部と、永久磁石式駆動部よりも径方向について内側または外側に設けられた電磁石式駆動部とを備え、永久磁石式駆動部および電磁石式駆動部によって2つのギャップが径方向に離れて形成されたハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機であって、永久磁石式駆動部は、多相の第1電機子巻線を含む永久磁石式駆動部用固定子と、永久磁石式駆動部用固定子に対向して設けられた永久磁石式駆動部用回転子と有し、電磁石式駆動部は、多相の第2電機子巻線および界磁巻線を含む電磁石式駆動部用固定子と、電磁石式駆動部用固定子に対向して設けられ、複数の突極を含む電磁石式駆動部用回転子とを有し、突極の数および永久磁石式駆動部用回転子の極対数は、第2電機子巻線の極対数をpa、界磁巻線の極対数をpfとし、pa≠pfとした場合に、|pa±pf|である。 A hybrid field type double gap synchronous machine according to the present invention includes a permanent magnet type drive unit and an electromagnet type drive unit provided on the inner side or the outer side in the radial direction of the permanent magnet type drive unit. And a magnetic field type double gap synchronous machine in which two gaps are formed in a radial direction apart by an electromagnetic drive unit, wherein the permanent magnet drive unit includes a multiphase first armature winding. A stator for a magnet type drive unit and a rotor for a permanent magnet type drive unit provided opposite to the stator for a permanent magnet type drive unit, and the electromagnet type drive unit is a multi-phase second armature winding an electromagnet drive part for stator including a line and field winding, is provided to face the electromagnet drive part for stator, and a rotor electromagnet drive part including a plurality of salient poles, butt The number of poles and the number of pole pairs of the rotor for the permanent magnet drive unit are The pole pairs of the second armature winding pa, and pf the pole pairs of the field winding, when the pa ≠ pf, | pa ± pf | a.
この発明に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機によれば、永久磁石式駆動部と、永久磁石式駆動部よりも径方向について内側または外側に設けられた電磁石式駆動部とを備え、永久磁石式駆動部および電磁石式駆動部によって径方向に2つのギャップが離れて形成されているので、運転範囲を広げることができるとともに高トルク化を図ることができ、さらにシステム全体を小形化することができる。 According to the hybrid field type double gap synchronous machine according to the present invention, the permanent magnet type driving unit and the permanent magnet type driving unit provided on the inner side or the outer side in the radial direction than the permanent magnet type driving unit are provided. Since the two gaps are formed in the radial direction by the motor-type drive unit and the electromagnet-type drive unit, the operating range can be expanded, the torque can be increased, and the entire system can be reduced in size. it can.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の要部を示す断面図である。ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機は、永久磁石式駆動部1と、永久磁石式駆動部1よりも径方向について外側に設けられた電磁石式駆動部2とを備え、永久磁石式駆動部1および電磁石式駆動部2によって2つのギャップが径方向に離れて形成されている。2つのギャップのうちの径方向内側に配置されたギャップを内側ギャップ3aと、内側ギャップ3aよりも径方向外側に配置されたギャップを外側ギャップ3bとする。
1 is a cross-sectional view showing a main part of a hybrid field type double gap synchronous machine according to
永久磁石式駆動部1は、永久磁石式駆動部用固定子である内側固定子11と、内側固定子11に対向して設けられた永久磁石式駆動部用回転子である内側回転子12とを有している。内側固定子11は、内側回転子12よりも径方向外側に配置されている。内側ギャップ3aは、内側固定子11と内側回転子12との間に形成されている。
The permanent magnet
電磁石式駆動部2は、電磁石式駆動部用固定子である外側固定子21と、外側固定子21に対向して設けられた電磁石式駆動部用回転子である外側回転子22とを有している。外側固定子21は、外側回転子22よりも径方向内側に配置されている。外側ギャップ3bは、外側固定子21と外側回転子22との間に形成されている。
The electromagnet
内側固定子11は、コアバック111およびコアバック111から径方向内側に延びた36個のティース112を有する固定子鉄心113と、ティース112に巻かれた第1電機子巻線である内側電機子巻線114とを有している。内側電機子巻線114は、三相電機子巻線となっている。ティース112は、周方向に等間隔に並べて配置されている。
The
外側固定子21は、コアバック211およびコアバック211から径方向外側に延びた18個のティース212を有する固定子鉄心213と、ティース212に巻かれた第2電機子巻線である外側電機子巻線214と、ティース212に巻かれた界磁巻線215とを有している。
The
コアバック111およびコアバック211は、一体に形成されている。言い換えれば、固定子鉄心113および固定子鉄心213は、一体に形成されている。固定子鉄心113と固定子鉄心213とを合わせたものを共用固定子鉄心4とする。
The
内側回転子12は、回転子鉄心121と、回転子鉄心121に固定され、内側固定子11の径方向内側面に対向する複数の永久磁石122を有している。永久磁石122は、永久磁石式駆動部1の主磁束の発生源(界磁極)として働く。永久磁石122は、ネオジム焼結磁石から構成されている。なお、永久磁石122は、ネオジム焼結磁石に限らず、その他の材質から構成されてもよい。
The
外側回転子22は、円環状の基部221と、基部221から径方向内側に向かって延びる複数の突極222を有している。突極222は、外側固定子21の径方向外側面に対向する。複数の突極222は、周方向に等間隔に並べて配置されている。突極222は、電磁石式駆動部2の主磁束を作るために利用される。内側回転子12および外側回転子22は、機械的に結合されている。内側回転子12には、図示しない回転軸が固定されている。この回転軸は、図示しない軸受を介して図示しないハウジングに回転可能に支持されている。
The
実施の形態1では、外側回転子22の外径が200mm、外側固定子21の外径が176mm、内側回転子12の外径が95.2mm、外側ギャップ3bのギャップ長が0.3mm、内側ギャップ3aのギャップ長が0.4mmとなっている。
In the first embodiment, the outer diameter of the
共用固定子鉄心4、回転子鉄心121および外側回転子22のそれぞれは、複数枚の電磁鋼板が回転軸の軸方向に積層されることによって構成されている。共用固定子鉄心4、回転子鉄心121および外側回転子22のそれぞれの軸方向の長さは、50mmとなっている。共用固定子鉄心4、回転子鉄心121および外側回転子22は、電磁鋼板の代わりに、圧粉鉄心材料またはその他の磁性材料が積層されることによって構成されてもよく、また、バルク材から構成されてもよい。
Each of the shared
外側電機子巻線214の極数2paは、12極となっている。言い換えれば、外側電機子巻線214の極対数paは6となっている。外側電機子巻線214は、一相当たり132巻となっている。 The number of poles 2pa of the outer armature winding 214 is 12 poles. In other words, the number of pole pairs pa of the outer armature winding 214 is 6. The outer armature winding 214 has 132 turns per phase.
界磁巻線215の極数2pfは、18極となっている。言い換えれば、界磁巻線215の極対数pfは、9となっている。界磁巻線215は、1260巻となっている。 The number of poles 2pf of the field winding 215 is 18 poles. In other words, the number of pole pairs pf of the field winding 215 is 9. The field winding 215 has 1260 turns.
外側回転子22の突極の数prは、pa+pfとなっている。この例では、外側回転子22の突極の数prは、15極となっている。
The number pr of salient poles of the
内側電機子巻線114の極対数は、pa+pfとなっている。この例では、内側電機子巻線114の極対数は、15となっている。したがって、内側回転子12の極対数である永久磁石122の極対数も、15となっている。つまり、外側回転子22の突極の数pr、内側電機子巻線114の極対数および永久磁石122の極対数は、互いに同じ数となっている。内側電機子巻線114は、一相当たり108巻となっている。
The number of pole pairs of the inner armature winding 114 is pa + pf. In this example, the number of pole pairs of the inner armature winding 114 is 15. Therefore, the number of pole pairs of the
図2は図1の永久磁石式駆動部1および電磁石式駆動部2に電力を供給する駆動回路を含めた全体システムを示す図である。界磁巻線215には、直流電源31から界磁電流Ifが供給される。
FIG. 2 is a diagram showing an overall system including a drive circuit for supplying electric power to the permanent
実施の形態1では、外側電機子巻線214および内側電機子巻線114は、各相が直列にY結線で接続されている。外側電機子巻線214および内側電機子巻線114のそれぞれには、三相交流電源32が接続されたインバータ回路33から電機子電流が供給される。外側電機子巻線214および内側電機子巻線114は、外側回転子22の位置および内側回転子12の位置の変化に対して鎖交磁束波形が同相となるように配置されている。つまり、外側電機子巻線214および内側電機子巻線114は、一方の誘起電圧がU相のピークとなる瞬間に、他方の誘起電圧がU相のピークとなるように配置されている。
In the first embodiment, the outer armature winding 214 and the inner armature winding 114 are connected in series with each other by Y connection. The armature current is supplied to the outer armature winding 214 and the inner armature winding 114 from the
なお、図1では、外側電機子巻線214および内側電機子巻線114における互いに同相が径方向に揃うように配置されているが、永久磁石式駆動部1および電磁石式駆動部2のそれぞれの電機子と回転子との位置関係が変わらない場合には、永久磁石式駆動部1および電磁石式駆動部2の周方向についての位置関係は、任意にとってよい。
In FIG. 1, the outer armature winding 214 and the inner armature winding 114 are arranged so that the same phase is aligned in the radial direction, but the permanent magnet
また、実施の形態1では、コアバック111およびコアバック211が一体に形成されていることによって、コアバック111およびコアバック211の磁束密度、つまり、永久磁石式駆動部1および電磁石式駆動部2の磁束の合計の密度が小さくなるという効果が得られるが、その効果がより大きくなるように、永久磁石式駆動部1および電磁石式駆動部2の周方向位置関係にするのが望ましい。得られる効果は、永久磁石式駆動部1のスロットコンビと、外側電機子巻線214の極対数pa、界磁巻線215の極対数pfの組み合わせに依存している。
In the first embodiment, since the core back 111 and the core back 211 are integrally formed, the magnetic flux density of the core back 111 and the core back 211, that is, the permanent magnet
例えば、図1では、外側電機子巻線214および内側電機子巻線114における互いに同相が径方向に揃うように配置されているが(U0の径方向内側には、U+およびU−が配置され、V0およびW0についても同様)、1個のティース212分だけ周方向にずらすことによって、U0の内側には、W+およびW−が配置されことになり、異なる相の組み合わせとなる(V0、W0についても同様)。このため、外側固定子21のティース212および内側固定子11のティース112の磁束が同時に最大になることがなくなるため、コアバック111およびコアバック211の磁束密度を小さくすることができる。
For example, in FIG. 1, the outer armature winding 214 and the inner armature winding 114 are arranged so that their phases are aligned in the radial direction (U + and U− are arranged on the inner side in the radial direction of U 0. The same applies to V 0 and W 0 ). By shifting in the circumferential direction by one
鎖交磁束波形を同相とすることによって、外側電機子巻線214および内側電機子巻線114に誘導される逆起電力の合成値を最大にし、所望のトルクを得るために必要な永久磁石122の量を低減している。逆起電力の合成値を最大にするかわりに、コギング、リプルの低減などを目的とする場合には、同相から位相をずらした構成であってもよい。外側電機子巻線214および界磁巻線215は、同じスロットを共用して巻かれているが、2つの巻線断面積の比を変えることによって、発生する銅損の総量を最小にすることができる。
By making the interlinkage magnetic flux waveform in phase, the
次に、実施の形態1に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の動作について説明する。ここでは、電動機を例にして、その動作を説明する。まず、内側ギャップ3aでは、永久磁石122による主磁束と内側電機子巻線114に供給される電機子電流との間に永久磁石式同期機としてのトルクが発生する。一方、外側ギャップ3bでは、界磁巻線215に界磁電流Ifが供給され、18極の起磁力が作られると、これが外側回転子22の15極の突極222によって変調され、12極の回転磁束が作られる。この回転磁束と外側電機子巻線214に供給されている電機子電流との間に電磁石式同期機としてのトルクが発生する。したがって、内側回転子12および外側回転子22の合計のトルクが回転軸から得られ、実施の形態1に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機は、30極の同期電動機として動作する。
Next, the operation of the hybrid field double gap synchronous machine according to the first embodiment will be described. Here, the operation will be described using an electric motor as an example. First, in the
図3は図1のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機における内側電機子巻線114および外側電機子巻線214に誘導される逆起電力E(相電圧)を示すグラフである。図3では、内側回転子12および外側回転子22を外部から駆動し、内側電機子巻線114および外側電機子巻線214を開放した状態で、界磁電流Ifを−3〜+3(A)とし、回転速度Nrを1200(min−1)とした場合の逆起電力Eの波形を示している。逆起電力Eの大きさは、界磁電流Ifにより自由に調整することができる。低速域で大トルクが必要な場合には、界磁電流Ifをプラスに流して逆起電力Eを大きくし、高速域で界磁電流Ifをゼロまたはマイナスに流して逆起電力Eを小さくすることで、d軸電流idによる弱め制御を最小限にすることができる。これにより、運転範囲(駆動可能な回転数‐トルク範囲)を広くすることができる。また、高速域では、必要最小限のd軸電流id、磁力しか使用しないので、銅損、鉄損の削減を図ることができる。
FIG. 3 is a graph showing the back electromotive force E (phase voltage) induced in the inner armature winding 114 and the outer armature winding 214 in the hybrid field double gap synchronous machine of FIG. In FIG. 3, the field current If is −3 to +3 (A) in a state where the
ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の外形が同じ場合であっても、永久磁石式駆動部1および電磁石式駆動部2のそれぞれの大きさの割合を変化させることによって、低速大トルク重視型または高速低トルク重視型に変えることができるので、柔軟な設計が可能となる。
Even if the hybrid field type double gap synchronous machine has the same external shape, the ratio of the size of each of the permanent magnet
図4は図1のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機におけるq軸電流に対するトルクを示すグラフである。図4では、d軸電流idを0(A)としてベクトル制御した場合のq軸電流iqに対するトルクT(内側回転子12および外側回転子22から得られる合計トルク)の変化を示している。つまり、図4では、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を電動機として駆動し、界磁電流Ifを3(A)、回転速度Nrを1200(min−1)とした場合のq軸電流iqに対するトルクTの変化を示している。本発明は、従来の同期機と同様に、トルクTは、q軸電流iqにより線形的に制御することができる。
FIG. 4 is a graph showing the torque with respect to the q-axis current in the hybrid field double gap synchronous machine of FIG. FIG. 4 shows a change in torque T (total torque obtained from the
なお、実施の形態1は、単なる例にすぎず、本発明はこれに限定されるものではない。実施の形態1では、2paが12極、2pfが18極、pa+pfが15となっているが、paとpfは、pa≠pf、かつ、|pa−pf|≠1であれば、どのような組み合わせでもよい。pa≠pfとする理由は、外側電機子巻線214と界磁巻線215とが変圧器結合しないためである。また、|pa−pf|≠1とする理由は、径方向電磁力を平衡させ、回転軸に対して異常な振動または騒音を発生させないようにするためである。ただし、これらの影響により特性が低下しても問題がない用途であれば、この制限を外してもよい。
Note that
また、実施の形態1では、外側電機子巻線214、界磁巻線215および内側電機子巻線114がそれぞれ集中巻されている構成について説明したが、これらの巻線は、分布巻でもよく、また、集中巻と分布巻との組み合わせであってもよい。また、外側電機子巻線214と界磁巻線215とについては、どちらがより径方向内側に配置されてもよい。 In the first embodiment, the configuration in which the outer armature winding 214, the field winding 215, and the inner armature winding 114 are concentratedly wound has been described. However, these windings may be distributed windings. Also, a combination of concentrated winding and distributed winding may be used. Further, any one of the outer armature winding 214 and the field winding 215 may be disposed more radially inward.
また、実施の形態1では、永久磁石122が内側回転子12の回転子鉄心121の表面に貼り付けられている構成について説明したが、永久磁石122が内側回転子12の回転子鉄心121の内部に埋め込まれたり、1極が複数の永久磁石122から構成されたり、永久磁石122がV字配置されたりする特殊な配置であってもよい。また、永久磁石122は、1極ごとに分離していないリング磁石であってもよい。
In the first embodiment, the configuration in which the
また、実施の形態1では、外側回転子22が(pa+pf)個の突極222を有する構成について説明したが、外側回転子22は、(pa+pf)個の磁気な突極222を有していればよく、例えば、円筒形の回転子に(pa+pf)組のフラックスバリアを設けるなど、リラクタンス形回転子であればどのような形態のものであってもよい。
In the first embodiment, the configuration in which the
また、実施の形態1では、共用固定子鉄心4が永久磁石式駆動部1と電磁石式駆動部2とで共用されている構成について説明したが、これらの間にフラックスバリアを設けて、磁気的に分離した構成であってもよく、共用せずにコアバック111およびコアバック211を2つに分離した構成であってもよい。
Further, in the first embodiment, the configuration in which the shared
また、実施の形態1では、永久磁石式駆動部1の毎極毎相のスロット数が2/5であるが、これに限定されるものではなく、あらゆるスロットコンビを用いてもよい。
In the first embodiment, the number of slots of each pole and phase of the permanent
以上説明したように、この発明の実施の形態1に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機によれば、高トルク化、永久磁石量の低減を行うことができ、同期機としての運転範囲を従来の永久磁石式同期機、電磁石式同期機と比較して広くすることができる。 As described above, according to the hybrid field type double gap synchronous machine according to the first embodiment of the present invention, it is possible to increase the torque and reduce the amount of permanent magnets, and the conventional operation range as a synchronous machine is reduced. Compared with the permanent magnet type synchronous machine and the electromagnetic type synchronous machine, it can be widened.
また、電磁石式駆動部2の極数と永久磁石式駆動部1の極数とが等しいので、従来の同期機と同様に1つのインバータで駆動することができる。
Moreover, since the number of poles of the
また、従来の永久磁石式同期機と電磁石式同期機を軸方向に接続してハイブリッドにする方法も考えられるが、軸方向の体格が長くなってしまうといるデメリットがある。一方、本発明は、これに比べて、半径方向の内側のスペースを有効に利用することができるので、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の小形化を図ることができる。 A method of connecting a conventional permanent magnet type synchronous machine and an electromagnetic type synchronous machine in the axial direction to form a hybrid is also conceivable, but there is a demerit that the size in the axial direction becomes long. On the other hand, the present invention can effectively use the space inside in the radial direction as compared with this, so that the hybrid field double gap synchronous machine can be miniaturized.
実施の形態2.
図5はこの発明の実施の形態2に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の要部を示す断面図である。実施の形態2に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機は、径方向に離れて設けられた2つのギャップのうち、内側ギャップ3aが永久磁石式駆動部1により形成され、外側ギャップ3bが電磁石式駆動部2により形成される点においては実施の形態1と同様である。一方、実施の形態2に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機は、外側電機子巻線214の極数2paが12極、界磁巻線215の極数2pfが18極、外側回転子22の突極222の数prが|pa−pf|から算出されて3極となっている。内側電機子巻線114の極数は、2|pa−pf|から算出されて、2×3、つまり6極となっている。外側電機子巻線214の周方向配置は、実施の形態1では、時計まわりにU相、W相、V相、U相と並んでいるのに対して、実施の形態2では、時計まわりにU相、V相、W相、U相と並んでいる。永久磁石式駆動部1の毎極毎相のスロット数は、1/2となっている。外径などの寸法は、実施の形態1と同様である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a main part of a hybrid field type double gap synchronous machine according to
以上説明したように、実施の形態2に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機によれば、実施の形態1と同様の効果が期待できるとともに、極数がより少ない設定となることから、駆動周波数が低く鉄損がより少なくなるので、高速域での効率向上を図ることができる。 As described above, according to the hybrid field double gap synchronous machine according to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be expected and the number of poles is set to be smaller. And the iron loss is less, so that the efficiency can be improved in the high speed range.
実施の形態3.
図6はこの発明の実施の形態3に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の要部を示す断面図である。実施の形態3に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機は、径方向に離れて設けられた2つのギャップのうち、内側ギャップ3aが永久磁石式駆動部1により形成され、外側ギャップ3bが電磁石式駆動部2により形成される点においては実施の形態1と同様である。一方、実施の形態1では、永久磁石式駆動部1がインナーロータ型、電磁石式駆動部2がアウターロータ型であるのに対して、実施の形態3では、永久磁石式駆動部1がアウターロータ型、電磁石式駆動部2がインナーロータ型となっている。内側回転子12の回転子鉄心121および外側回転子22の基部221は、一体に形成されている。その他、外径、外側電機子巻線214の極数2pa、内側電機子巻線114の極数2(pa+pf)、界磁巻線215の極数2pf、突極222の数prは、実施の形態1と同様である。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a main part of a hybrid field type double gap synchronous machine according to Embodiment 3 of the present invention. In the hybrid field-type double gap synchronous machine according to the third embodiment, the
以上説明したように、この発明の実施の形態3に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機によれば、実施の形態1と同様の効果に加えて、内側回転子12および外側回転子22のそれぞれのコアバックを共用化することができるので、重量を軽くすることができ、内側回転子12および外側回転子22の慣性を小さくすることができるという効果がある。
As described above, according to the hybrid field type double gap synchronous machine according to the third embodiment of the present invention, in addition to the same effects as those of the first embodiment, each of the
なお、上記実施の形態3では、突極222の数prが、pa+pfから算出される数である構成について説明したが、実施の形態2と同様に、突極222の数prが、|pa−pf|から算出される数であってもよい。
In the third embodiment, the configuration in which the number pr of the
実施の形態4.
図7はこの発明の実施の形態4に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の要部を示す断面図である。実施の形態4に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機は、径方向に離れて設けられた2つギャップのうち、外側ギャップ3bが永久磁石式駆動部1により形成され、内側ギャップ3aが電磁石式駆動部2により形成されている。
FIG. 7 is a sectional view showing a main part of a hybrid field type double gap synchronous machine according to
永久磁石式駆動部1は、永久磁石式駆動部用固定子である外側固定子13と、外側固定子13に対向して設けられた永久磁石式駆動部用回転子である外側回転子14とを有している。外側固定子13は、外側回転子14よりも径方向内側に配置されている。外側ギャップ3bは、外側固定子13と外側回転子14との間に形成されている。
The permanent magnet
電磁石式駆動部2は、電磁石式駆動部用固定子である内側固定子23と、内側固定子23に対向して設けられた電磁石式駆動部用回転子である内側回転子24とを有している。内側固定子23は、内側回転子24よりも径方向外側に配置されている。内側ギャップ3aは、内側固定子23と内側回転子24との間に形成されている。
The
外側固定子13は、コアバック131およびコアバック131から径方向外側に延びた36個のティース132を有する固定子鉄心133と、ティース132に巻かれた第1電機子巻線である外側電機子巻線134とを有している。外側電機子巻線134は、三相電機子巻線となっている。ティース132は、周方向に等間隔に並べて配置されている。
The
内側固定子23は、コアバック231およびコアバック231から径方向内側に延びた18個のティース232を有する固定子鉄心233と、ティース232に巻かれた第2電機子巻線である内側電機子巻線234と、ティース232に巻かれた界磁巻線235とを有している。
The
コアバック131およびコアバック231は、一体に形成されている。言い換えれば、固定子鉄心133および固定子鉄心233は、一体に形成されている。
The core back 131 and the core back 231 are integrally formed. In other words, the
外側回転子14は、回転子鉄心141と、回転子鉄心141に固定され、外側固定子13の径方向外側面に対向する複数の永久磁石142を有している。永久磁石142は、永久磁石式駆動部1の主磁束の発生源(界磁極)として働く。永久磁石142は、ネオジム焼結磁石から構成されている。なお、永久磁石142は、ネオジム焼結磁石に限らず、その他の材質から構成されてもよい。
The
内側回転子24は、円環状の基部241と、基部241から径方向外側に向かって延びる複数の突極242を有している。突極242は、内側固定子23の径方向内側面に対向する。複数の突極242は、周方向に等間隔に並べて配置されている。突極242は、電磁石式駆動部2の主磁束を作るために利用される。外側回転子14および内側回転子24は、機械的に結合されている。外側回転子14には、図示しない回転軸が固定されている。この回転軸は、図示しない軸受を介して図示しないハウジングに回転可能に支持されている。外径、内側電機子巻線234の極数2pa、外側電機子巻線134の極数2(pa+pf)、界磁巻線235の極数2pf、突極242の数prは、実施の形態1の外径、外側電機子巻線214の極数2pa、内側電機子巻線114の極数2(pa+pf)、界磁巻線215の極数2pf、突極222の数prと同様である。
The
以上説明したように、この発明の実施の形態4に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機によれば、永久磁石式駆動部1の発生トルクを電磁石式駆動部2よりも大きくし易いので、低速高トルク重視型の用途に向く構成にし易くすることができる。
As described above, according to the hybrid field type double gap synchronous machine according to the fourth embodiment of the present invention, the generated torque of the permanent magnet
なお、上記実施の形態4では、突極242の数prが、pa+pfから算出される数である構成について説明したが、実施の形態2と同様に、突極242の数prが、|pa−pf|から算出される数であってもよい。
In the fourth embodiment, the configuration in which the number pr of the
実施の形態5.
図8はこの発明の実施の形態5に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の要部を示す断面図である。実施の形態5に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機は、径方向に離れて設けられた2つのギャップのうち、外側ギャップ3bが永久磁石式駆動部1により形成され、内側ギャップ3aが電磁石式駆動部2により形成されている点においては、実施の形態4と同様である。実施の形態4では、永久磁石式駆動部1がアウターロータ型、電磁石式駆動部がインナーロータ型であるのに対して、実施の形態5では、永久磁石式駆動部1がインナーロータ型、電磁石式駆動部2がアウターロータ型となっている。
Embodiment 5. FIG.
FIG. 8 is a sectional view showing a main part of a hybrid field type double gap synchronous machine according to Embodiment 5 of the present invention. In the hybrid field type double gap synchronous machine according to the fifth embodiment, of the two gaps provided apart in the radial direction, the
永久磁石式駆動部1は、永久磁石式駆動部用固定子である外側固定子13と、外側固定子13に対向して設けられた永久磁石式駆動部用回転子である外側回転子14とを有している。外側固定子13は、外側回転子14よりも径方向外側に配置されている。外側ギャップ3bは、外側固定子13と外側回転子14との間に形成されている。
The permanent magnet
電磁石式駆動部2は、電磁石式駆動部用固定子である内側固定子23と、内側固定子23に対向して設けられた電磁石式駆動部用回転子である内側回転子24とを有している。内側固定子23は、内側回転子24よりも径方向内側に配置されている。内側ギャップ3aは、内側固定子23と内側回転子24との間に形成されている。
The
外側固定子13は、コアバック131およびコアバック131から径方向内側に延びた36個のティース132を有する固定子鉄心133と、ティース132に巻かれた第1電機子巻線である外側電機子巻線134とを有している。外側電機子巻線134は、三相電機子巻線となっている。ティース132は、周方向に等間隔に並べて配置されている。
The
内側固定子23は、コアバック231およびコアバック231から径方向外側に延びた18個のティース232を有する固定子鉄心233と、ティース232に巻かれた第2電機子巻線である内側電機子巻線234と、ティース232に巻かれた界磁巻線235とを有している。
The
外側回転子14は、回転子鉄心141と、回転子鉄心141に固定され、外側固定子13の径方向内側面に対向する複数の永久磁石142を有している。永久磁石142は、永久磁石式駆動部1の主磁束の発生源(界磁極)として働く。永久磁石142は、ネオジム焼結磁石から構成されている。なお、永久磁石142は、ネオジム焼結磁石に限らず、その他の材質から構成されてもよい。
The
内側回転子24は、円環状の基部241と、基部241から径方向内側に向かって延びる複数の突極242を有している。突極242は、内側固定子23の径方向外側面に対向する。複数の突極242は、周方向に等間隔に並べて配置されている。突極242は、電磁石式駆動部2の主磁束を作るために利用される。回転子鉄心141および基部241は、一体に形成されている。外側固定子13および内側固定子23は、機械的に結合されている。外径、内側電機子巻線234の極数2pa、外側電機子巻線134の極数2(pa+pf)、界磁巻線235の極数2pf、突極242の数prは、実施の形態1の外径、外側電機子巻線214の極数2pa、内側電機子巻線114の極数2(pa+pf)、界磁巻線215の極数2pf、突極222の数prと同様である。
The
以上説明したように、この発明の実施の形態5に係るハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機によれば、実施の形態4と同様に、永久磁石式駆動部1の発生トルクを電磁石式駆動部2よりも大きくし易いので、低速高トルク重視型の用途に向く構成にし易くすることができる。さらに、実施の形態4とは異なって、同期機側面が外側固定子21のコアバック131となるので、同期機の設置がし易く、また、水冷ジャケット設置などの方法で効果的な冷却を行うことができる。
As described above, according to the hybrid field type double gap synchronous machine according to the fifth embodiment of the present invention, as in the fourth embodiment, the torque generated by the permanent magnet
なお、上記実施の形態5では、突極242の数prが、pa+pfから算出される数である構成について説明したが、実施の形態2と同様に、突極242の数prが、|pa−pf|から算出される数であってもよい。
In the fifth embodiment, the configuration in which the number pr of the
1 永久磁石式駆動部、2 電磁石式駆動部、3a 内側ギャップ、3b 外側ギャップ、4 共用固定鉄心、11 内側固定子、12 内側回転子、13 外側固定子、14 外側回転子、21 外側固定子、22 外側回転子、23 内側固定子、24 内側回転子、31 直流電源、32 三相交流電源、33 インバータ回路、111 コアバック、112 ティース、113 固定子鉄心、114 内側電機子巻線、121 回転子鉄心、122 永久磁石、131 コアバック、132 ティース、133 固定子鉄心、134 外側電機子巻線、141 固定子鉄心、142 永久磁石、211 コアバック、212 ティース、213 固定子鉄心、214 外側電機子巻線、215 界磁巻線、221 基部、222 突極、231 コアバック、232 ティース、233 固定子鉄心、234 内側電機子巻線、235 界磁巻線、241 基部、242 突極。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記永久磁石式駆動部は、多相の第1電機子巻線を含む永久磁石式駆動部用固定子と、前記永久磁石式駆動部用固定子に対向して設けられた永久磁石式駆動部用回転子と有し、
前記電磁石式駆動部は、多相の第2電機子巻線および界磁巻線を含む電磁石式駆動部用固定子と、前記電磁石式駆動部用固定子に対向して設けられ、複数の突極を含む電磁石式駆動部用回転子とを有し、
前記突極の数および前記永久磁石式駆動部用回転子の極対数は、前記第2電機子巻線の極対数をpa、前記界磁巻線の極対数をpfとし、pa≠pfとした場合に、|pa±pf|であるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機。 A permanent magnet type drive unit and an electromagnet type drive unit provided inside or outside in the radial direction with respect to the permanent magnet type drive unit, and two gaps are formed by the permanent magnet type drive unit and the electromagnet type drive unit. A hybrid field type double gap synchronous machine formed away in the radial direction,
The permanent magnet type driving unit includes a permanent magnet type driving unit stator including a multiphase first armature winding, and a permanent magnet type driving unit provided facing the permanent magnet type driving unit stator. With rotor for
The electromagnet type drive unit is provided opposite to the electromagnet type drive unit stator including a multiphase second armature winding and a field winding, and the electromagnet type drive unit stator. An electromagnetic drive rotor including a pole,
The number of salient poles and the number of pole pairs of the rotor for the permanent magnet type drive unit are set such that the number of pole pairs of the second armature winding is pa, the number of pole pairs of the field winding is pf, and pa ≠ pf. In case, | pa ± pf | is a hybrid field type double gap synchronous machine.
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