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JP2010029022A - Traverse magnetic flux type synchronizer and designing method thereof - Google Patents

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JP2010029022A
JP2010029022A JP2008190061A JP2008190061A JP2010029022A JP 2010029022 A JP2010029022 A JP 2010029022A JP 2008190061 A JP2008190061 A JP 2008190061A JP 2008190061 A JP2008190061 A JP 2008190061A JP 2010029022 A JP2010029022 A JP 2010029022A
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Japan
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magnetic flux
armature
region
stator
pole teeth
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Application number
JP2008190061A
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Inventor
Hidehiko Sugimoto
英彦 杉本
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University of Fukui NUC
Original Assignee
University of Fukui NUC
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Abstract

【課題】トルクが最大となる横磁束型同期機を提供する。
【解決手段】電機子コア3、界磁コア1、永久磁石2及び当該永久磁石2と極歯3aとのギャップから形成されると共に電機子巻線4に通電される電機子電流によって発生する磁束が通過する磁束領域の幅C及び外形面積S並びに電機子巻線によって磁束領域の内部に形成され電機子電流が通過する通電領域の面積S2からなる下記のトルク評価式Hが最大となるように磁束領域と通電領域との比率を決定する。H=S2・C/S
【選択図】図2
A transverse flux type synchronous machine having a maximum torque is provided.
A magnetic flux generated by an armature current that is formed from an armature core, a field core, a permanent magnet, and a gap between the permanent magnet and a pole tooth and that is energized to an armature winding. So that the following torque evaluation formula H consisting of the width C and the outer area S of the magnetic flux region through which the armature passes and the area S2 of the energization region formed inside the magnetic flux region by the armature winding and through which the armature current passes is maximized. The ratio between the magnetic flux area and the energization area is determined. H = S2 ・ C / S
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、横磁束型同期電動機や横磁束型同期発電機に代表される横磁束型同期機及びその設計方法に関する。   The present invention relates to a transverse flux type synchronous machine represented by a transverse flux type synchronous motor and a transverse flux type synchronous generator, and a design method thereof.

非特許文献1として示す下記URL(Uniform Resource Locator)には、「Tranverse Flux」形式の装置の設計方法をテーマにした論文「Design of Tranverse Flux Machine」が開示されている。また、非特許文献2として示す下記URLには、このような「Tranverse Flux」形式の同期機の一例として、同期発電機が開示されている。さらには、特許文献1として示す下記国際公開公報には、「Tranverse Flux」形式の装置の改良発明「ROTATING TRANSVERSE FLUX MACHINE」が開示されている。さらに、「Tranverse Flux」形式の装置については、国際公開公報として多数の発明が開示されている。なお、以下の説明では、「Tranverse Flux」形式の装置を横磁束型同期機と記載する。   The following URL (Uniform Resource Locator) shown as Non-Patent Document 1 discloses a paper “Design of Tranverse Flux Machine” on the theme of a method of designing a “Tranverse Flux” type device. Further, the following URL shown as Non-Patent Document 2 discloses a synchronous generator as an example of such a “Tranverse Flux” type synchronous machine. Furthermore, the following international publication shown as Patent Document 1 discloses an improved invention “ROTATING TRANSVERSE FLUX MACHINE” of an apparatus of the “Tranverse Flux” type. Furthermore, regarding the “Tranverse Flux” type device, many inventions are disclosed as international publications. In the following description, a “Tranverse Flux” type device is referred to as a transverse flux type synchronous machine.

非特許文献1のFig.1に明記されているように、一般の装置では固定子と移動子(回転機の場合は回転子)との相対移動方向と固定子巻線(電機子巻線)に流れる電流の方向とが直交するのに対して、横磁束型同期機は、固定子と移動子との相対移動方向と固定子巻線に流れる電流の方向とが並行に設定される点を特徴としている。より具体的には、非特許文献1のFig.1あるいは非特許文献2のFig.1に示されているように、横磁束型同期機は、回転子の周面を取り囲むように配列すると共に当該配列方向に直行する方向に一対の極歯を有する複数の固定子コアと、当該固定子コアの一対の極歯間に固定子コアの配列方向に延在するように、つまり回転子の周方向に複数の固定子コアを跨ぐように設けられた固定子巻線とを備えている。   FIG. 1, in a general apparatus, the relative movement direction of the stator and the moving element (rotor in the case of a rotating machine) and the direction of the current flowing in the stator winding (armature winding) are determined. On the other hand, the transverse magnetic flux type synchronous machine is characterized in that the relative moving direction of the stator and the moving element and the direction of the current flowing through the stator winding are set in parallel. More specifically, FIG. 1 or Non-Patent Document 2 FIG. As shown in FIG. 1, the transverse magnetic flux type synchronous machine is arranged so as to surround the circumferential surface of the rotor, and has a plurality of stator cores having a pair of pole teeth in a direction perpendicular to the arrangement direction, A stator winding provided so as to extend in a direction in which the stator cores are arranged between the pair of pole teeth of the stator core, that is, across a plurality of stator cores in the circumferential direction of the rotor Yes.

このような横磁束型同期機では、固定子巻線に電機子電流が流れることにより発生した磁束は、固定子コアの一方の極歯→回転子の表面に設けられた一方の永久磁石→該永久磁石と回転子の回転軸との間に設けられた回転子コア→回転子の表面に設けられた他方の永久磁石→固定子コアの他方の極歯に流れる。すなわち、横磁束型同期機では、回転子において回転方向に対して横方向に磁束が流れる。
http://www.ansoft.com/news/articles/Design of Tranverse Flux Machine.pdf http://www.ee.kth.se/php/modules/publications/reports/2006/IR-EE-EME 2006 008.pdf WO2006/052173
In such a transverse magnetic flux type synchronous machine, the magnetic flux generated by the armature current flowing through the stator winding is one pole tooth of the stator core → one permanent magnet provided on the surface of the rotor → It flows from the rotor core provided between the permanent magnet and the rotating shaft of the rotor → the other permanent magnet provided on the surface of the rotor → the other pole tooth of the stator core. That is, in the transverse magnetic flux type synchronous machine, the magnetic flux flows in the transverse direction with respect to the rotational direction in the rotor.
http://www.ansoft.com/news/articles/Design of Tranverse Flux Machine.pdf http://www.ee.kth.se/php/modules/publications/reports/2006/IR-EE-EME 2006 008.pdf WO2006 / 052173

ところで、横磁束型同期機では、回転子の周囲に円環状に配置された複数の固定子コアの内側に回転子の周囲を囲むように固定子巻線が円環状に設けられるが、このような横磁束型同期機の設計方法について、十分な検討がなされていない。同期機として一般的に知られている縦磁束型同期機については、多くの実用例があり、設計方法について多くの研究がなされているが、横磁束型同期機については、原理については古くから知られていたものの、構造的な問題から実用に供されることが少なかったこともあり、設計方法が十分に検討されていないのが現状である。   By the way, in the transverse flux type synchronous machine, the stator winding is provided in an annular shape so as to surround the periphery of the rotor inside a plurality of stator cores arranged in an annular shape around the rotor. A sufficient study has not been made on the design method of a transverse flux type synchronous machine. There are many practical examples of the longitudinal magnetic flux type synchronous machine, which is generally known as a synchronous machine, and many studies have been made on the design method. However, the principle of the transverse magnetic flux type synchronous machine has been around for a long time. Although it was known, it was rarely put into practical use due to structural problems, and the design method has not been fully studied.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、同一断面積でトルクが最大となる横磁束型同期機を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a transverse magnetic flux type synchronous machine having the same cross-sectional area and maximum torque.

上記目的を達成するために、本発明では、横磁束型同期機の設計方法に係る第1の解決手段として、所定方向に配列すると共に当該配列の方向に直交する方向に複数の極歯が形成された複数の電機子コア及び当該各電機子コアを跨ぐように敷線された電機子巻線を備える電機子と、界磁コア上に前記各極歯と対向するように前記配列の方向及び前記直交する方向に配列する複数の永久磁石を備える界磁と、からなる横磁束型同期機の設計方法であって、電機子コア、界磁コア、永久磁石及び当該永久磁石と極歯とのギャップから形成されると共に電機子巻線に通電される電機子電流によって発生する磁束が通過する磁束領域の幅C及び外形面積S並びに電機子巻線によって磁束領域の内部に形成され電機子電流が通過する通電領域の面積S2からなる下記のトルク評価式Hが最大となるように磁束領域と通電領域との比率を決定する、という手段を採用する。   In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solving means related to the design method of a transverse flux type synchronous machine, a plurality of pole teeth are formed in a direction that is arranged in a predetermined direction and orthogonal to the direction of the arrangement A plurality of armature cores and an armature including armature windings laid so as to straddle the armature cores, and the direction of the arrangement so as to face the pole teeth on the field core A transverse magnetic flux type synchronous machine design method comprising a field including a plurality of permanent magnets arranged in the orthogonal direction, comprising: an armature core, a field core, a permanent magnet, and the permanent magnet and pole teeth The width C and the outer area S of the magnetic flux region through which the magnetic flux generated by the armature current energized in the armature winding passes and the armature current is formed inside the magnetic flux region by the armature winding. Is the current-carrying area S2 A means is adopted in which the ratio between the magnetic flux region and the energization region is determined so that the following torque evaluation formula H is maximized.

Figure 2010029022
Figure 2010029022

横磁束型同期機の設計方法に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、磁束領域の外形面積Sを一定値としてトルク評価式Hが最大となるように磁束領域と通電領域との比率を決定する、という手段を採用する。   As a second solving means related to the design method of the transverse magnetic flux type synchronous machine, in the first solving means, the magnetic flux region and the energization region so that the torque evaluation formula H is maximized with the outer area S of the magnetic flux region being a constant value. The method of determining the ratio is adopted.

横磁束型同期機の設計方法に係る第3の解決手段として、上記第1の解決手段において、磁束領域の幅Cを一定値としてトルク評価式Hが最大となるように磁束領域と通電領域との比率を決定する、という手段を採用する。   As a third solving means related to the design method of the transverse magnetic flux type synchronous machine, in the first solving means, the magnetic flux area and the energization area are set so that the torque evaluation formula H is maximized with the width C of the magnetic flux area being a constant value. The method of determining the ratio is adopted.

また、本発明では、横磁束型同期機に係る解決手段として、所定方向に配列すると共に当該配列の方向に直交する方向に複数の極歯が形成された複数の電機子コア及び当該各電機子コアを跨ぐように敷線された電機子巻線を備える電機子と、界磁コア上に各極歯と対向するように配列の方向及び直交する方向に配列する複数の永久磁石を備える界磁とからなる横磁束型同期機であって、各電機子コアは、所定の支持部材によって移動自在に支持される複数の極歯と、電機子巻線が付設されると共に相互に接続され、かつ、各極歯とは機械的に分離されると共に当該各極歯を磁気的に接続する接続コア部とから形成される、という手段を採用する。   Further, in the present invention, as means for solving the transverse flux type synchronous machine, a plurality of armature cores arranged in a predetermined direction and formed with a plurality of pole teeth in a direction orthogonal to the direction of the arrangement, and the respective armatures A field including an armature having armature windings laid across the core, and a plurality of permanent magnets arranged in the direction of the array and in a direction orthogonal to the poles on the field core Each armature core is provided with a plurality of pole teeth that are movably supported by a predetermined support member, armature windings are attached to each other, and are connected to each other; and The pole teeth are mechanically separated from each other and are formed from a connecting core portion that magnetically connects the pole teeth.

本発明によれば、磁束領域の幅C及び外形面積S並びに通電領域の面積S2からなるトルク評価式Hが最大となるように磁束領域と通電領域との比率を決定するので、横磁束型同期機について同一断面積でトルクを最大化することができる。
また、本発明によれば、各電機子コアは、所定の支持部材によって移動自在に支持される複数の極歯と、電機子巻線が付設されると共に相互に接続され、かつ、各極歯とは機械的に分離されると共に当該各極歯を磁気的に接続する接続コア部とから形成されるので、異なる回転方向の回転動力を取り出すことができる。
According to the present invention, the ratio between the magnetic flux region and the energized region is determined so that the torque evaluation formula H composed of the width C and the outer shape area S of the magnetic flux region and the area S2 of the energized region is maximized. The torque can be maximized with the same cross-sectional area for the machine.
Further, according to the present invention, each armature core is connected to each other with a plurality of pole teeth movably supported by a predetermined support member, armature windings, and each pole tooth Is formed from a connecting core portion that is mechanically separated and magnetically connects the respective pole teeth, so that rotational power in different rotational directions can be taken out.

以下、図面を参照して、本発明の第1〜第3実施形態について説明する。
〔第1実施形態〕
図1は、第1実施形態に係る横磁束型の同期発電機P1の要部構成を示す斜視図である。この図に示すように、本同期発電機P1は、回転子コア1、複数の永久磁石2、複数の固定子コア3及び固定子巻線4を備えている。回転子コア1及び複数の永久磁石2は、回転軸(図示略)等と共に回転子5を構成し、また複数の固定子コア3及び固定子巻線4は、固定子6を構成している。回転子5は界磁として機能するものであり、一方、固定子6は電機子として機能するものである。
Hereinafter, first to third embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a main configuration of a transverse magnetic flux type synchronous generator P1 according to the first embodiment. As shown in the figure, the synchronous generator P1 includes a rotor core 1, a plurality of permanent magnets 2, a plurality of stator cores 3, and a stator winding 4. The rotor core 1 and the plurality of permanent magnets 2 constitute a rotor 5 together with a rotating shaft (not shown) and the like, and the plurality of stator cores 3 and the stator windings 4 constitute a stator 6. . The rotor 5 functions as a field, while the stator 6 functions as an armature.

回転子コア1は、延在方向が矢印で示す回転軸方向に設定された回転軸(図示略)に挿入固定される円筒状部材であり、磁気抵抗を極力下げるため、また磁化されないように高透磁率かつ低保磁力の軟磁性材料から形成されている。この回転子コア1の回転軸方向に直行する方向の寸法(幅)は、図示するように所定値Cである。複数の永久磁石2は、回転子コア1bの外周面(表面)に2列に、かつ、隣り合うもの同士が逆極性となるように設けられた板状磁石である。   The rotor core 1 is a cylindrical member that is inserted and fixed to a rotating shaft (not shown) whose extending direction is set in the rotating shaft direction indicated by an arrow. The rotor core 1 is high in order to reduce the magnetic resistance as much as possible and not to be magnetized. It is made of a soft magnetic material having magnetic permeability and low coercivity. The dimension (width) of the rotor core 1 in the direction orthogonal to the rotation axis direction is a predetermined value C as shown in the figure. The plurality of permanent magnets 2 are plate magnets provided in two rows on the outer peripheral surface (front surface) of the rotor core 1b so that adjacent ones have opposite polarities.

固定子コア3は、図示するようにコの字状部材であり、両端が一対の極歯3a,3aを構成している。すなわち、固定子コア3には、上記回転子コア1と対向する側に矩形状の窪み部3bが形成されており、この窪み部3bの両側が一対の永久磁石2と所定のギャップ幅gを隔てて対向する一対の極歯3a,3aとなっている。図示するように、一対の極歯3a,3aは、上述した回転子コア1の幅Cと同様であり、また一対の極歯3a,3aを接続する部位も回転子コア1の幅Cと同様である。このような固定子コア3は、上記回転子コア1と同様に磁気抵抗を極力下げるため、また磁化されないように高透磁率かつ低保磁力の軟磁性材料から形成されており、回転子5の外周面(永久磁石2の表面)に、回転軸方向に直交する配列方向で円環状に複数設けられている。 The stator core 3 is a U-shaped member as illustrated, and both ends constitute a pair of pole teeth 3a and 3a. That is, the stator core 3, the rotor core 1 are rectangular recess 3b is formed on the side facing the gap width on both sides 2 and a predetermined pair of permanent magnets in the recess portion 3b g m A pair of pole teeth 3a, 3a facing each other with a gap therebetween. As shown in the figure, the pair of pole teeth 3a, 3a is the same as the width C of the rotor core 1 described above, and the portion connecting the pair of pole teeth 3a, 3a is also the same as the width C of the rotor core 1. It is. Such a stator core 3 is made of a soft magnetic material having a high magnetic permeability and a low coercive force so as to reduce the magnetic resistance as much as possible and to prevent magnetization, as with the rotor core 1. A plurality of annular shapes are provided on the outer peripheral surface (the surface of the permanent magnet 2) in the arrangement direction orthogonal to the rotation axis direction.

固定子巻線4は、b固定子コア3の窪み部3bに収納されるように、つまり回転子5の外周面(永久磁石2の表面)に円環状に設けられている。この固定子巻線4は、線材を多重巻きしたものであるが、その全体的な断面形状は、上記窪み部3b内を密に埋めるように矩形状である。   The stator winding 4 is provided in an annular shape on the outer peripheral surface of the rotor 5 (the surface of the permanent magnet 2) so as to be accommodated in the recess 3 b of the b stator core 3. The stator winding 4 is obtained by multiple winding of wire rods, and the overall cross-sectional shape thereof is a rectangular shape so as to closely fill the hollow portion 3b.

なお、図1は、本同期発電機P1の一相分(単相発電ユニット)の一部分を拡大したものであり、本同期発電機P1は、実際には、単相発電ユニットが120°の電気角だけずれた関係で回転軸に3つ(三相分)併設されて構成されている。すなわち、本同期発電機P1は、回転子5がタービン等の動力源によって所定の同期速度で回転駆動されることによって、定格周波数(例えば50Hzあるいは60Hz)の三相交流電力を固定子巻線4の起電力として外部に出力する永久磁石型三相同期発電機である。   FIG. 1 is an enlarged view of a portion of one phase (single-phase power generation unit) of the synchronous generator P1, and the synchronous generator P1 actually has an electric power of 120 ° Three (three phases) are provided on the rotating shaft so as to be offset by the angle. That is, in the synchronous generator P1, the rotor 5 is driven to rotate at a predetermined synchronous speed by a power source such as a turbine, whereby three-phase AC power having a rated frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz) is supplied to the stator winding 4. This is a permanent magnet type three-phase synchronous generator that outputs to the outside as an electromotive force.

また、図示しないが、上記複数の固定子コア3及び固定子巻線4は、繊維強化プラスチック(FRP:Fiber Reinforced Plastics)を隙間に充填することによって一体物として固定子6を構成する。このような固定子6は、略円筒状のケーシング(図示略)の内部に収容・固定され、また略円筒状の回転子5は、固定子6が形成する略円筒状の空間に回転自在に収容される。   Although not shown, the plurality of stator cores 3 and the stator windings 4 constitute the stator 6 as an integral body by filling a gap with fiber reinforced plastic (FRP). Such a stator 6 is accommodated and fixed in a substantially cylindrical casing (not shown), and the substantially cylindrical rotor 5 is rotatable in a substantially cylindrical space formed by the stator 6. Be contained.

次に、このように構成された本同期発電機P1の設計方法について、図2をも参照して詳しく説明する。   Next, a design method of the synchronous generator P1 configured as described above will be described in detail with reference to FIG.

図2は、本同期発電機P1の回転軸中心を含む断面の模式図である。本同期発電機P1は、この図に示すように、縦幅A、横幅Bの矩形磁束領域R1の内部に縦幅a、横幅bの矩形通電領域R2が形成されたものとみなすことができる。矩形磁束領域R1は、図示するように、回転子コア1、一対の永久磁石2、固定子コア3及び一対の永久磁石2と一対の極歯3a,3aとの間に形成される一対のギャップとによって形成され、固定子巻線4に通電される電機子電流によって発生するループ状の磁束が通過する高透磁率領域である。この矩形磁束領域R1の外形面積Sは、縦幅Aと横幅Bとの積として与えられる。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view including the center of the rotation axis of the synchronous generator P1. This synchronous generator P1 can be regarded as a rectangular energized region R2 having a vertical width a and a horizontal width b formed inside a rectangular magnetic flux region R1 having a vertical width A and a horizontal width B, as shown in FIG. As illustrated, the rectangular magnetic flux region R1 includes a pair of gaps formed between the rotor core 1, the pair of permanent magnets 2, the stator core 3, the pair of permanent magnets 2, and the pair of pole teeth 3a and 3a. And a high permeability region through which a loop-shaped magnetic flux generated by an armature current passed through the stator winding 4 passes. The outer area S of the rectangular magnetic flux region R1 is given as the product of the vertical width A and the horizontal width B.

矩形通電領域R2は、固定子巻線4の占有領域であり、電機子電流の通過断面に相当するものである。この矩形通電領域R2の面積S2は、縦幅aと横幅bとの積として与えられるが、固定子巻線4が樹脂モールド等によって固定子コア3の内部に固定されるので、矩形通電領域R2の外形は上記矩形磁束領域R1の内径よりも多少小さな外形を有する。   The rectangular energization region R2 is an area occupied by the stator winding 4 and corresponds to an armature current passage cross section. The area S2 of the rectangular energization region R2 is given as a product of the vertical width a and the horizontal width b. Since the stator winding 4 is fixed inside the stator core 3 by a resin mold or the like, the rectangular energization region R2 Has an outer shape slightly smaller than the inner diameter of the rectangular magnetic flux region R1.

このような本同期発電機P1のトルクは、矩形磁束領域R1の磁束Φと矩形通電領域R2の電機子電流Uと当該電機子電流Uの角周波数ωに依存するものであり、磁束密度B、電流密度i及び角周波数ωが一定値であるとした場合には、矩形磁束領域R1の外形面積S、矩形磁束領域R1の幅(つまり固定子コア3の各部位及び回転子コア1の幅C)及び矩形通電領域R2の面積S2からなる下記のトルク評価式Hに依存する。 Such a torque of the synchronous generator P1 depends on the magnetic flux Φ in the rectangular magnetic flux region R1, the armature current U in the rectangular conduction region R2, and the angular frequency ω of the armature current U, and the magnetic flux density B m When the current density i and the angular frequency ω are constant values, the outer area S of the rectangular magnetic flux region R1 and the width of the rectangular magnetic flux region R1 (that is, each part of the stator core 3 and the width of the rotor core 1). C) and the following torque evaluation formula H consisting of the area S2 of the rectangular energization region R2.

Figure 2010029022
Figure 2010029022

ここで、矩形通電領域R2の縦幅aと横幅bとは、上記回転子コア1の幅Cに対する縮小係数r1〜r4を用いることにより下式(2)のように表され、よって矩形通電領域R2の面積S2は、式(3)によって表される。なお、この式(3)において、x=r1+r2、y=r3+r4である。そして、この式(3)及びS=A・Bを式(1)に代入すると、トルク評価式Hは、式(4)のように表される。   Here, the vertical width “a” and the horizontal width “b” of the rectangular energization region R2 are expressed by the following equation (2) by using the reduction factors r1 to r4 with respect to the width C of the rotor core 1, and thus the rectangular energization region: The area S2 of R2 is expressed by equation (3). In this equation (3), x = r1 + r2 and y = r3 + r4. And if this formula (3) and S = A * B are substituted into formula (1), torque evaluation formula H will be expressed like formula (4).

Figure 2010029022
Figure 2010029022

Figure 2010029022
Figure 2010029022

Figure 2010029022
Figure 2010029022

このトルク評価式Hにおいて、矩形磁束領域R1の外形面積Sが一定値(定数)であるとすると、トルク評価式Hが最大値をとるということは、トルク評価式Hの分子が最大値をとるということと同義となる。以下では、トルク評価式Hの分子を評価式H1とする。   In this torque evaluation formula H, if the outer area S of the rectangular magnetic flux region R1 is a constant value (constant), the torque evaluation formula H takes the maximum value, and the numerator of the torque evaluation formula H takes the maximum value. It is synonymous with that. Hereinafter, the numerator of the torque evaluation formula H is referred to as an evaluation formula H1.

縦幅A、横幅Bを固定子コア3の厚さC及び係数m,nを用いて表すと、A=mC,B=nCとなる。したがって、矩形磁束領域R1の外形面積Sは下式(5)のように表される。
S=A・B=mnC (5)
この式(5)において、mn=kと置くと、n=k/mと表されるので、評価式H1は下式(6)のように表される。
When the vertical width A and the horizontal width B are expressed using the thickness C of the stator core 3 and the coefficients m and n, A = mC and B = nC. Accordingly, the outer area S of the rectangular magnetic flux region R1 is expressed by the following equation (5).
S = A · B = mnC 2 (5)
In this equation (5), when mn = k 2 is set, it is expressed as n = k 2 / m. Therefore, the evaluation equation H1 is expressed as the following equation (6).

Figure 2010029022
Figure 2010029022

この評価式H1において、本同期発電機P1のトルクを最大にする条件である縦幅Aと横幅Bとの比率は、評価式H1をmを変数とする関数として考え、当該評価式H1を変数mについて微分した式が「0」となる場合、つまり下式(7)によって与えられる。   In this evaluation formula H1, the ratio between the vertical width A and the horizontal width B, which is a condition for maximizing the torque of the synchronous generator P1, is considered as a function with m as a variable, and the evaluation formula H1 is a variable. When the expression differentiated with respect to m is “0”, that is, given by the following expression (7).

Figure 2010029022
Figure 2010029022

この式(7)から変数m,nは下式(8)、(9)のように表される。   From this equation (7), the variables m and n are expressed as the following equations (8) and (9).

Figure 2010029022
Figure 2010029022

Figure 2010029022
Figure 2010029022

すなわち、本同期発電機P1のトルクを最大化するための条件は、変数m,nを式(6)、(7)を満足するように設定することである。この式(8)、(9)における係数は、上述したようにx=r1+r2、y=r3+r4によって与えられ、係数kは、変数m,nからなる関係式「mn=k」によって与えられる。 That is, the condition for maximizing the torque of the synchronous generator P1 is to set the variables m and n so as to satisfy the expressions (6) and (7). The coefficients in the equations (8) and (9) are given by x = r1 + r2 and y = r3 + r4 as described above, and the coefficient k is a relational expression “mn = k 2 ” composed of variables m and n. Given by.

そこで、本同期発電機P1のトルクを最大化するための条件として、係数kが満足すべき条件を求める必要がある。式(8)、(9)を式(4)に代入すると、トルク評価式Hは下式(10)のように変形される。この式(10)を展開して整理すると、トルク評価式Hは、式(11)のように表される。   Therefore, as a condition for maximizing the torque of the synchronous generator P1, it is necessary to obtain a condition that the coefficient k should satisfy. When the expressions (8) and (9) are substituted into the expression (4), the torque evaluation expression H is transformed as the following expression (10). When this formula (10) is developed and arranged, the torque evaluation formula H is expressed as the formula (11).

Figure 2010029022
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Figure 2010029022
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この式(11)において、後ろの括弧内の項は一定値、つまりkC=一定と考えることができるので、トルク評価式Hが最大となる条件は、前の括弧内の項(以下、評価式H2とする。)の係数kを変数とする微分式が「0」となる場合に与えられる。すなわち、下式(12)によってトルク評価式Hが最大となる条件が与えられる。また、この式(12)の両辺に「−k」を乗算して整理すると、式(12)は式(13)のように変形される。この式(11)に基づいて変数kを求めると、変数kは式(12)によって与えられる。 In this equation (11), the term in the parentheses after the constant can be considered to be a constant value, that is, kC = constant. H2) is given when the differential equation having the coefficient k as a variable is “0”. That is, a condition that maximizes the torque evaluation formula H is given by the following formula (12). Further, when both sides of the formula (12) are multiplied and arranged by “−k 4 ”, the formula (12) is transformed into the formula (13). When the variable k is obtained based on the equation (11), the variable k is given by the equation (12).

Figure 2010029022
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このように変数kについては2つの解が得られるが、このうち大きい方の解を採用すると、結局、本同期発電機P1のトルクを最大化するための条件は、式(8)、(9)に変数kに関する大きい方の解を代入することによって得られる下式(15)、(16)を満足することである。   As described above, two solutions can be obtained for the variable k. If the larger one of these is adopted, the condition for maximizing the torque of the synchronous generator P1 is as follows. ) Satisfying the following equations (15) and (16) obtained by substituting the larger solution for the variable k into:

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例えば、各係数r1〜r4を「1」とした場合、x=y=2、m=n=6となる。したがって、矩形磁束領域R1の外形面積Sを規定する縦幅A、横幅Bは、A=6C、B=6Cとして与えられ、矩形通電領域R2の面積S2を規定する縦幅a、横幅bは、何れも(6C−2C)=4Cとして与えられる。すなわち、同一断面積において本同期発電機P1のトルクを最大化するための条件は、矩形磁束領域R1の縦幅A、横幅Bと矩形通電領域R2の縦幅a、横幅bとの比率を3:2に設定することである。   For example, when each coefficient r1 to r4 is “1”, x = y = 2 and m = n = 6. Therefore, the vertical width A and the horizontal width B that define the outer area S of the rectangular magnetic flux region R1 are given as A = 6C and B = 6C, and the vertical width a and the horizontal width b that define the area S2 of the rectangular conduction region R2 are Both are given as (6C-2C) = 4C. That is, the condition for maximizing the torque of the synchronous generator P1 in the same cross-sectional area is that the ratio of the vertical width A and the horizontal width B of the rectangular magnetic flux region R1 to the vertical width a and the horizontal width b of the rectangular conduction region R2 is 3 : Set to 2.

〔第2実施形態〕
上述した第1実施形態では、矩形磁束領域R1の外形面積Sが一定値(定数)である場合について、横磁束型の同期発電機P1のトルクが最大となる条件を求めたが、本第2実施形態では、上記外形面積Sではなく矩形磁束領域R1の幅(つまり固定子コア3の各部位及び回転子コア1の幅C)が一定値(定数)である場合について、横磁束型の同期発電機P2のトルクが最大となる条件を求める。
[Second Embodiment]
In the first embodiment described above, when the outer area S of the rectangular magnetic flux region R1 is a constant value (constant), the condition for obtaining the maximum torque of the transverse magnetic flux type synchronous generator P1 is obtained. In the embodiment, in the case where the width of the rectangular magnetic flux region R1 (that is, each part of the stator core 3 and the width C of the rotor core 1) is a constant value (constant) instead of the outer area S, the transverse magnetic flux type synchronization is performed. A condition for maximizing the torque of the generator P2 is obtained.

図3は、本第2実施形態に係る横磁束型の同期発電機P2の設計方法を示す模式図である。この横磁束型の同期発電機P2は、本発明者が特願2008-093219(発明の名称:横磁束型同期機)として出願したものであり、図示するように、隣り合う固定子コア3が回転軸方向に所定幅で交互にずれて配置されると共に、このような固定子コア3の極歯3a、3aが各々対向するように永久磁石2を4列に配置したものである。この同期発電機P2の回転子コア1Aは、その長さDが永久磁石2を4列に配置した分、第1実施形態の回転子コア1の長さBよりも長くなる一方、固定子巻線4Aは、横幅dが第1実施形態の固定子巻線4の横幅bよりも短くなっている。なお、この図4では、上述した第1実施形態に構成要素と同一の構成要素については、同一符号を付している。   FIG. 3 is a schematic view showing a design method of the transverse flux type synchronous generator P2 according to the second embodiment. This transverse magnetic flux type synchronous generator P2 was filed by the inventor as Japanese Patent Application No. 2008-093219 (title of the invention: transverse magnetic flux type synchronous machine). As shown in FIG. The permanent magnets 2 are arranged in four rows so that the pole teeth 3a, 3a of the stator core 3 face each other while being alternately displaced with a predetermined width in the rotation axis direction. The rotor core 1A of the synchronous generator P2 has a length D that is longer than the length B of the rotor core 1 according to the first embodiment because the permanent magnets 2 are arranged in four rows. The lateral width d of the line 4A is shorter than the lateral width b of the stator winding 4 of the first embodiment. In FIG. 4, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals.

この同期発電機P2は、縦幅A、横幅Dの矩形磁束領域R3の内部に矩形通電領域R4が形成されたものとみなすことができる。矩形磁束領域R3は、図示するように、回転子コア1A、一対の永久磁石2、固定子コア3及び一対の永久磁石2と一対の極歯3a,3aとの間に形成される一対のギャップとによって形成され、固定子巻線4Aに通電される電機子電流によって発生するループ状の磁束が通過する高透磁率領域である。   This synchronous generator P2 can be regarded as a rectangular energization region R4 formed inside a rectangular magnetic flux region R3 having a vertical width A and a horizontal width D. As illustrated, the rectangular magnetic flux region R3 includes a pair of gaps formed between the rotor core 1A, the pair of permanent magnets 2, the stator core 3, the pair of permanent magnets 2, and the pair of pole teeth 3a and 3a. And a high magnetic permeability region through which a loop-shaped magnetic flux generated by an armature current passed through the stator winding 4A passes.

矩形通電領域R4は、固定子巻線4Aの占有領域であり、電機子電流の通過断面に相当する。固定子巻線4Aは、樹脂モールド等によって固定子コア3の内部に固定されるので、矩形通電領域R4は、上記矩形磁束領域R3の内径よりも多少小さな外形を有する。図示するように固定子コア3の各部位及び回転子コア1の幅を「C」とすると、上記矩形磁束領域R3の縦幅A、横幅Dは下式(17)、(18)のように表される。なお、これら式(17)、(18)におけるe,fは、矩形磁束領域R3と矩形通電領域R4との間の隙間(樹脂モールド等の存在領域)であり、機械的仕様によって決まる定数である。   The rectangular energization region R4 is an occupation region of the stator winding 4A and corresponds to a cross section through which the armature current passes. Since the stator winding 4A is fixed inside the stator core 3 by a resin mold or the like, the rectangular energizing region R4 has an outer shape slightly smaller than the inner diameter of the rectangular magnetic flux region R3. As shown in the drawing, when the width of each part of the stator core 3 and the rotor core 1 is “C”, the vertical width A and the horizontal width D of the rectangular magnetic flux region R3 are as shown in the following equations (17) and (18). expressed. Note that e and f in these equations (17) and (18) are gaps between the rectangular magnetic flux region R3 and the rectangular energization region R4 (regions where resin molds are present), and are constants determined by mechanical specifications. .

Figure 2010029022
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Figure 2010029022
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ここで、本同期発電機P2の設計において、極歯3a,3aと永久磁石2とのギャップ幅gは、機械的仕様によって許容される最小値に決定される。そして、このギャップ幅gが決定されると、当該ギャップ幅g、回転子コア1及び固定子コア3の磁気性能等に基づいて回転子コア1及び固定子コア3の飽和磁束並びに固定子巻線4A(矩形通電領域R4)に通電される電機子電流U(アンペア・ターン)が規定され、この飽和磁束に基づいて回転子コア1及び固定子コア3の幅C(矩形磁束領域R3の幅C)並びに固定子巻線4Aの占有面積(矩形通電領域R4の面積S2)が決定される。 Here, in the design of the synchronous generator P2, the gap width g m of the pole teeth 3a, 3a and the permanent magnet 2 is determined to the minimum value allowed by the mechanical specifications. When the gap width g m is determined, the saturation magnetic flux of the rotor core 1 and the stator core 3 and the stator based on the gap width g m , the magnetic performance of the rotor core 1 and the stator core 3 and the like. An armature current U (ampere turn) to be passed through the winding 4A (rectangular energization region R4) is defined, and the width C (of the rectangular magnetic flux region R3) of the rotor core 1 and the stator core 3 is determined based on this saturation magnetic flux. The width C) and the area occupied by the stator winding 4A (the area S2 of the rectangular energization region R4) are determined.

すなわち、上述した式(4)の評価式Hにおいて、幅C及び矩形通電領域R4の面積S2(=a×d)は定数となり、評価式Hを最大化することは、矩形磁束領域R3の外形面積S(=A×D)を最小化することと同義となる。この矩形磁束領域R3の外形面積Sは、上記式(17)、(18)に基づいて下式(19)のように表される。   That is, in the evaluation formula H of the above-described formula (4), the width C and the area S2 (= a × d) of the rectangular energization region R4 are constants, and maximizing the evaluation formula H is the outer shape of the rectangular magnetic flux region R3. This is synonymous with minimizing the area S (= A × D). The outer area S of the rectangular magnetic flux region R3 is expressed by the following equation (19) based on the above equations (17) and (18).

Figure 2010029022
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この式(19)を矩形通電領域R4の縦幅aについて微分し、この微分によって得られた式を下式(20)に示すように「0」と置く。上記外形面積Sが最小となる条件は、この式(20)によって与えられ、矩形通電領域R4の縦幅a及び横幅dについて下式(20)、(21)の関係が求まる。そして、この式(20)、(21)によって、矩形通電領域R4の縦幅aと横幅dとの比率は、式(22)によって与えられる。   This equation (19) is differentiated with respect to the vertical width a of the rectangular energization region R4, and the equation obtained by this differentiation is set to “0” as shown in the following equation (20). The condition for minimizing the external area S is given by this equation (20), and the relationship of the following equations (20) and (21) is obtained for the vertical width a and the horizontal width d of the rectangular energization region R4. The ratio between the vertical width a and the horizontal width d of the rectangular energization region R4 is given by the expression (22) by the expressions (20) and (21).

Figure 2010029022
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すなわち、矩形磁束領域R1の幅C(固定子コア3の各部位及び回転子コア1の幅)を定数とした場合、本同期発電機P2のトルクが最大となる条件は、矩形通電領域R4の縦幅aと横幅dとの比率が式(22)を満足すことである。   That is, when the width C of the rectangular magnetic flux region R1 (each part of the stator core 3 and the width of the rotor core 1) is a constant, the condition that the torque of the synchronous generator P2 is maximized is that of the rectangular energization region R4. The ratio between the vertical width a and the horizontal width d is to satisfy the formula (22).

〔第3実施形態〕
次に、第3実施形態に係る横磁束型の三相同期電動機P3について説明する。
図4は、本三相同期電動機P3の要部構成を示す断面図である。この図4に示すように、本三相同期電動機P3は、ケーシング10、第1の出力軸11A、第2の出力軸11B、第1の回転子12A、第2の回転子12B、固定子13A〜13C及び4つの軸受け14〜17を備えている。
[Third Embodiment]
Next, a transverse magnetic flux type three-phase synchronous motor P3 according to a third embodiment will be described.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the main configuration of the three-phase synchronous motor P3. As shown in FIG. 4, the three-phase synchronous motor P3 includes a casing 10, a first output shaft 11A, a second output shaft 11B, a first rotor 12A, a second rotor 12B, and a stator 13A. To 13C and four bearings 14 to 17 are provided.

ケーシング10は、中空かつ有底の円筒状部材であり、左右の底部の中心に丸孔10a,10bがそれぞれ形成されている。第1の出力軸11Aは、丸棒状部材であり、左側の丸孔10に軸受け14を介して回動自在に支持されている。また、第2の出力軸11Bは、同じく丸棒状部材であり、右側の丸孔10bに軸受け15を介して回動自在に支持されている。これら第1、第2の出力軸11A,11Bは、同一の回転中心となるようにケーシング10の各底部に設けられている。   The casing 10 is a hollow and bottomed cylindrical member, and round holes 10a and 10b are respectively formed at the centers of the left and right bottom portions. The first output shaft 11 </ b> A is a round bar-like member, and is rotatably supported by the left round hole 10 via a bearing 14. The second output shaft 11B is also a round bar-like member, and is rotatably supported via the bearing 15 in the right round hole 10b. The first and second output shafts 11A and 11B are provided at the bottom of the casing 10 so as to be the same center of rotation.

第1の回転子12Aは、上述した第1実施形態の回転子5と同一構成を有するものであり、第1の出力軸11Aの周面に第1の出力軸11Aの中心軸方向に延在するように密に敷詰められた矩形棒状部材から形成された略円筒形状の回転子コア1と当該回転子コア1の表面に互いの表面極性が異なるように配置された永久磁石2とが三相分設けられたものである。   The first rotor 12A has the same configuration as the rotor 5 of the first embodiment described above, and extends in the central axis direction of the first output shaft 11A on the peripheral surface of the first output shaft 11A. The rotor core 1 having a substantially cylindrical shape formed of rectangular rod-like members densely laid and the permanent magnets 2 arranged on the surface of the rotor core 1 so that their surface polarities are different from each other are three. It is provided for each phase.

第2の回転子12Bは、上述した第1実施形態の固定子6の固定子コア3における極歯3a,3aを分離した態様の回転子コア12b1(三相分)を非磁性材料によって中空円筒状に成形し、かつ当該成形体の右端に固定された円盤状部材12b2を介して第2の出力軸11Bに連結されている。上記非磁性材料は、例えば繊維強化プラスチック(FRP:Fiber Reinforced Plastics)である。このような第2の回転子12Bは、円筒状の内部空間に円筒状の第1の回転子12Aを収容すると共に、内周面が第1の回転子12Aの周面と微小ギャップを隔てて対向している。   In the second rotor 12B, the rotor core 12b1 (three-phase portion) in which the pole teeth 3a and 3a in the stator core 3 of the stator 6 of the first embodiment described above are separated is formed of a hollow cylinder with a nonmagnetic material. And is connected to the second output shaft 11B via a disk-shaped member 12b2 fixed to the right end of the molded body. The nonmagnetic material is, for example, fiber reinforced plastic (FRP). Such a second rotor 12B accommodates the cylindrical first rotor 12A in a cylindrical inner space, and the inner peripheral surface thereof is separated from the peripheral surface of the first rotor 12A by a minute gap. Opposite.

固定子13A〜13Cは、三相に対応して3つ設けられている。固定子13Aは、上述した第1実施形態の固定子6と同一構成を有するものであり、当該固定子6における複数の固定子コア3に相当する複数の固定子コア13a1と上記固定子6における固定子巻線4に相当する固定子巻線13a2とを備えている。固定子13Bは、上述した第1実施形態の固定子6と同一構成を有するものであり、当該固定子6における複数の固定子コア3に相当する固定子コア13b1と上記固定子2における固定子巻線4に相当する固定子巻線13b2とを備えている。固定子13Cは、上述した第1実施形態の固定子6と同一構成を有するものであり、当該固定子6における複数の固定子コア3に相当する固定子コア13c1と上記固定子2における固定子巻線4に相当する固定子巻線13c2とを備えている。   Three stators 13A to 13C are provided corresponding to the three phases. The stator 13A has the same configuration as that of the stator 6 of the first embodiment described above, and a plurality of stator cores 13a1 corresponding to the plurality of stator cores 3 in the stator 6 and the stator 6 are used. A stator winding 13a2 corresponding to the stator winding 4 is provided. The stator 13B has the same configuration as the stator 6 of the first embodiment described above. The stator core 13b1 corresponding to the plurality of stator cores 3 in the stator 6 and the stator in the stator 2 are the same. A stator winding 13b2 corresponding to the winding 4 is provided. The stator 13C has the same configuration as the stator 6 of the first embodiment described above. The stator core 13c1 corresponding to the plurality of stator cores 3 in the stator 6 and the stator in the stator 2 are the same. A stator winding 13c2 corresponding to the winding 4 is provided.

このような各固定子13A〜13Cは、各固定子コア13a1、13b1、13c1の内周面が第2の回転子12Bの外周面と微小ギャップを隔てて対向している。また、上記複数の固定子コア13a1は、上記内周面に磁気的な凸凹が生じないように相互に接続されて一体化されている。複数の固定子コア13b1及び複数の固定子コア13c1も、上記複数の固定子コア13a1と同様に、各々に、内周面に磁気的な凸凹が生じないように相互に接続されて一体化されている。   In each of the stators 13A to 13C, the inner peripheral surfaces of the stator cores 13a1, 13b1, and 13c1 are opposed to the outer peripheral surface of the second rotor 12B with a minute gap therebetween. The plurality of stator cores 13a1 are connected and integrated with each other so that magnetic irregularities do not occur on the inner peripheral surface. Similarly to the plurality of stator cores 13a1, the plurality of stator cores 13b1 and the plurality of stator cores 13c1 are connected and integrated with each other so that magnetic irregularities do not occur on the inner peripheral surface. ing.

軸受け14は、上述したように第1の出力軸11Aを回転自在にケーシング10に支持し、軸受け15は、第2の出力軸11Bを回転自在にケーシング10に支持する。軸受け16,17は、第1の回転子12Aと第2の回転子12Bとを相互に回転自在に支持する。すなわち、これら4つの軸受け14〜17によって、第1、第2の回転子12A,12Bはケーシング10に同一回転中心で回動自在に支持されると共に、第1の回転子12Aと第2の回転子12Bとは同一回転中心で相互回転自在に支持されている。   As described above, the bearing 14 rotatably supports the first output shaft 11A on the casing 10, and the bearing 15 rotatably supports the second output shaft 11B on the casing 10. The bearings 16 and 17 support the first rotor 12A and the second rotor 12B so as to be rotatable relative to each other. That is, by these four bearings 14 to 17, the first and second rotors 12A and 12B are rotatably supported on the casing 10 around the same rotation center, and the first rotor 12A and the second rotation are supported. The child 12B is supported at the same rotation center so as to be rotatable relative to each other.

すなわち、本三相同期電動機P3は、図1に示した単相発電ユニットを中心軸方向に3ユニット併設し、各ユニットの固定子2の極歯の先端部を分離することにより第2の回転子12Bと固定子13A〜13Cとを構成する構造を備える。   In other words, the three-phase synchronous motor P3 includes the single-phase power generation unit shown in FIG. 1 in the direction of the central axis, and separates the tip of the pole teeth of the stator 2 of each unit to perform the second rotation. The structure which comprises the child 12B and stator 13A-13C is provided.

このような本三相同期電動機P3によれば、3つの固定子巻線13a2、13b2、13c2に位相が互いに120°異なる三相駆動電流を印加すると、第1の回転子12Aと第2の回転子12Bとを逆向きのトルクを発生させながら同期回転させることができる。したがって、本三相同期電動機P3によれば、第1の出力軸11Aと第2の出力軸11Bとに異なる回転方向の回転動力を取り出すことができる。
このような本三相同期電動機P3は、ハイブリッド自動車用駆動モータ、船舶の二重反転プロペラ駆動用モータ、風力用二重反転発電機等に適用することができる。
According to the present three-phase synchronous motor P3, when three-phase drive currents having phases different from each other by 120 ° are applied to the three stator windings 13a2, 13b2, and 13c2, the first rotor 12A and the second rotation The child 12B can be synchronously rotated while generating reverse torque. Therefore, according to the three-phase synchronous motor P3, rotational power in different rotational directions can be taken out from the first output shaft 11A and the second output shaft 11B.
Such a three-phase synchronous motor P3 can be applied to a hybrid motor drive motor, a ship counter-rotating propeller driving motor, a wind counter-rotating generator, and the like.

なお、本願発明は、上記各実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記各実施形態では界磁を永久磁石で構成したが、界磁の構成方法はこれに限定されず、電磁石によって界磁を構成するようにしても良い。すなわち、図1に示した永久磁石2をそれぞれ棒状の電磁石に置き換え、回転軸に設けたスリップリングとブラシを介して外部から各電磁石に界磁電流を供給するようにしても良い。また、永久磁石2の代わりに誘導子型界磁を用いることが考えられるが、この場合には誘導子型界磁の誘導子部分だけが移動(回転)し、界磁巻線は移動(回転)しないので、スリップリングとブラシが不要である。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications can be considered.
(1) In each of the above embodiments, the field is composed of a permanent magnet. However, the field composition method is not limited to this, and the field may be composed of an electromagnet. That is, the permanent magnet 2 shown in FIG. 1 may be replaced with a rod-shaped electromagnet, and a field current may be supplied to each electromagnet from the outside via a slip ring and a brush provided on the rotating shaft. In addition, it is conceivable to use an inductor field instead of the permanent magnet 2. In this case, only the inductor portion of the inductor field moves (rotates), and the field winding moves (rotates). ) So no slip ring and brush are needed.

(2)上記各実施形態では、本願発明を回転機(同期発電機P1、三相同期電動機P2)として構成した場合について説明したが、本願発明はこれに限定されない。すなわち、本願発明は、移動子と固定子とが直線状に設けられ、移動子が固定子に対して直線的に移動するリニア同期機にも適用可能である。この場合、リニア同期機は、上述した回転機(同期発電機P1、三相同期電動機P2)のように無端構造ではなく、有端構造を有するので、固定子巻線の巻き線方法を工夫する必要がある。 (2) In the above embodiments, the case where the present invention is configured as a rotating machine (synchronous generator P1, three-phase synchronous motor P2) has been described, but the present invention is not limited thereto. That is, the present invention can be applied to a linear synchronous machine in which a moving element and a stator are provided in a straight line and the moving element moves linearly with respect to the stator. In this case, the linear synchronous machine has an endless structure instead of an endless structure like the above-described rotating machine (synchronous generator P1, three-phase synchronous motor P2), and thus a method for winding the stator winding is devised. There is a need.

図5は、リニア同期機における固定子巻線の巻線構造の一例を示すものである。なお、この図では、図1の構成要素に対応する構成要素には同一符号を付している。この図に示すように、リニア同期機では、リニア軌道上に4列に永久磁石1cを並べることによって界磁(固定子)を構成し、リニア軌道の延在方向にU相電機子、V相電機子及びW相電機子を隣接配置する。各電機子は、各々に4つの電機子コア2a1,2a2と2つの電機子巻線20A,20Bによって構成されている。   FIG. 5 shows an example of the winding structure of the stator winding in the linear synchronous machine. In this figure, the same reference numerals are given to the components corresponding to the components in FIG. As shown in this figure, in the linear synchronous machine, a field (stator) is formed by arranging permanent magnets 1c in four rows on a linear track, and a U-phase armature and a V-phase are arranged in the extending direction of the linear track. An armature and a W-phase armature are arranged adjacent to each other. Each armature is composed of four armature cores 2a1, 2a2 and two armature windings 20A, 20B.

各電機子において、4つの電機子コア2a1,2a2は、リニア軌道の延在方向に交互に隣接配置される。また、2つの電機子巻線20A,20Bは、各々に同一な円環状に形成され、一部が4つの電機子コア2a1,2a2の内側を通過するようにリニア軌道の左右(図では上下)に設けられる。また、各電機子は、リニア軌道の延在方向における相対的な位置関係が120°の電気角に相当する分だけ異なるように配置されている。このようなリニア同期機では、各相の電機子巻線20A,20Bに互いに120°の位相差を有する3相交流を通電することによって、各電機子がリニア軌道の延在方向に移動する。なお、上記リニア同期機では、各電機子をリニア軌道の延在方向に配置したが、リニア軌道の幅方向に配置しても良い。この場合には、4列に永久磁石1cを4列ではなく、(4×3)列=12列配置する必要がある。   In each armature, the four armature cores 2a1 and 2a2 are alternately arranged adjacent to each other in the extending direction of the linear track. The two armature windings 20A and 20B are formed in the same annular shape, and the left and right (up and down in the figure) of the linear track so that a part passes through the inside of the four armature cores 2a1 and 2a2. Is provided. Each armature is arranged so that the relative positional relationship in the extending direction of the linear track differs by an amount corresponding to an electrical angle of 120 °. In such a linear synchronous machine, each armature moves in the extending direction of the linear track by energizing the armature windings 20A and 20B of each phase with a three-phase alternating current having a phase difference of 120 °. In the linear synchronous machine, each armature is arranged in the extending direction of the linear track, but may be arranged in the width direction of the linear track. In this case, it is necessary to arrange the permanent magnets 1c in 4 rows instead of 4 rows (4 × 3) = 12 rows.

(3)第1実施形態では同期発電機P1について説明したが、図1に示した構成は、そのまま同期電動機にも適用することができる。すなわち、図1に示した構成において、固定子巻線4に外部の駆動装置から駆動電流を供給することにより回転子1を同期回転させて回転軸1aから回転動力を取り出すようにしても良い。 (3) In the first embodiment, the synchronous generator P1 has been described. However, the configuration shown in FIG. 1 can be applied to a synchronous motor as it is. That is, in the configuration shown in FIG. 1, the rotor 1 may be synchronously rotated by supplying a driving current to the stator winding 4 from an external driving device, and rotational power may be extracted from the rotating shaft 1 a.

(4)上記各実施形態では、固定子コア3をコの字状(断面形状)に形成し、回転子コア1を平板状(断面形状)に形成したが、これとは逆に固定子コア3を平板状(断面形状)に形成し、回転子コア1をコの字状(断面形状)に形成しても良い。 (4) In each of the above embodiments, the stator core 3 is formed in a U-shape (cross-sectional shape), and the rotor core 1 is formed in a flat plate shape (cross-sectional shape). 3 may be formed in a flat plate shape (cross-sectional shape), and the rotor core 1 may be formed in a U-shape (cross-sectional shape).

(5)上記各実施形態における回転子コア1及び固定子コア3は、高透磁率かつ低保持力の難磁性材料によって形成されるが、鉄損、特に渦電流損の関係で、永久磁石2を貼り付ける回転子コア1については圧粉コアで形成し、固定子コア3については電磁鋼板で形成する場合がある。この場合、圧粉コアの飽和磁束密度Bspは電磁鋼板の飽和磁束密度Bsemより低いので、上記Cを固定子コア3(電磁鋼板)の幅としたときには、回転子コア1(圧粉コア)の幅は、磁束密度の差を考慮してC・(Bsp/Bsem)とする必要がある。 (5) Although the rotor core 1 and the stator core 3 in each of the above embodiments are formed of a highly magnetic and low coercive material, the permanent magnet 2 has a relationship with iron loss, particularly eddy current loss. In some cases, the rotor core 1 to be bonded is formed of a dust core, and the stator core 3 is formed of a magnetic steel sheet. In this case, since the saturation magnetic flux density Bsp of the dust core is lower than the saturation magnetic flux density Bsem of the magnetic steel sheet, when C is the width of the stator core 3 (magnetic steel sheet), the rotor core 1 (dust core) The width needs to be C · (Bsp / Bsem) in consideration of the difference in magnetic flux density.

本発明の第1実施形態に係わる横磁束型の同期発電機P1の要部構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principal part structure of the transverse flux type synchronous generator P1 concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係わる横磁束型の同期発電機P1の回転軸中心を含む断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section including the rotating shaft center of the transverse flux type synchronous generator P1 concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係わる横磁束型の同期発電機P2の回転軸中心を含む断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section containing the rotating shaft center of the transverse flux type synchronous generator P2 concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係わる横磁束型の三相同期電動機P3の要部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part structure of the transverse magnetic flux type three-phase synchronous motor P3 concerning 3rd Embodiment of this invention. 本発明の変形例に係るリニア同期機における固定子巻線の巻線構造の一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of the winding structure of the stator winding | coil in the linear synchronous machine which concerns on the modification of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

P1,P2…同期発電機、1…回転子コア、2…永久磁石、3…固定子コア、3a…極歯、4…固定子巻線、5…回転子、6…固定子、P3…三相同期電動機、10…ケーシング、11A…第1の出力軸、11B…第2の出力軸、12A…第1の回転子、12B…第2の回転子、13A〜13C…固定子、14〜17…軸受け   P1, P2 ... synchronous generator, 1 ... rotor core, 2 ... permanent magnet, 3 ... stator core, 3a ... pole teeth, 4 ... stator winding, 5 ... rotor, 6 ... stator, P3 ... three Phase synchronous motor, 10 ... casing, 11A ... first output shaft, 11B ... second output shaft, 12A ... first rotor, 12B ... second rotor, 13A-13C ... stator, 14-17 …bearing

Claims (4)

所定方向に配列すると共に当該配列の方向に直交する方向に複数の極歯が形成された複数の電機子コア及び当該各電機子コアを跨ぐように敷線された電機子巻線を備える電機子と、界磁コア上に前記各極歯と対向するように前記配列の方向及び前記直交する方向に配列する複数の永久磁石を備える界磁と、からなる横磁束型同期機の設計方法であって、
前記電機子コア、前記界磁コア、前記永久磁石及び当該永久磁石と前記極歯とのギャップから形成されると共に前記電機子巻線に通電される電機子電流によって発生する磁束が通過する磁束領域の幅C及び外形面積S並びに前記電機子巻線によって磁束領域の内部に形成され電機子電流が通過する通電領域の面積S2からなる下記のトルク評価式Hが最大となるように前記磁束領域と前記通電領域との比率を決定することを特徴とする横磁束型同期機の設計方法。
Figure 2010029022
An armature including a plurality of armature cores arranged in a predetermined direction and having a plurality of pole teeth formed in a direction orthogonal to the direction of the arrangement, and armature windings laid so as to straddle the armature cores And a field magnet comprising a plurality of permanent magnets arranged in the direction of the arrangement and the orthogonal direction so as to face each of the pole teeth on a field core. And
A magnetic flux region formed by the armature core, the field core, the permanent magnet, and a gap between the permanent magnet and the pole teeth and through which a magnetic flux generated by an armature current passed through the armature winding passes. Of the magnetic flux region so that the following torque evaluation formula H consisting of the width C and the outer area S of the current and the area S2 of the energization region formed inside the magnetic flux region by the armature winding and through which the armature current passes is maximized. A method for designing a transverse flux type synchronous machine, wherein a ratio with the energized region is determined.
Figure 2010029022
前記磁束領域の外形面積Sを一定値として前記トルク評価式Hが最大となるように前記磁束領域と前記通電領域との比率を決定することを特徴とする請求項1記載の横磁束型同期機の設計方法。   The transverse magnetic flux type synchronous machine according to claim 1, wherein the ratio of the magnetic flux region to the energized region is determined so that the torque evaluation formula H is maximized with the outer area S of the magnetic flux region being a constant value. Design method. 前記磁束領域の幅Cを一定値として前記トルク評価式Hが最大となるように前記磁束領域と前記通電領域との比率を決定することを特徴とする請求項1記載の横磁束型同期機の設計方法。   The transverse flux type synchronous machine according to claim 1, wherein the ratio between the magnetic flux region and the energized region is determined so that the torque evaluation formula H is maximized with the width C of the magnetic flux region being a constant value. Design method. 所定方向に配列すると共に当該配列の方向に直交する方向に複数の極歯が形成された複数の電機子コア及び当該各電機子コアを跨ぐように敷線された電機子巻線を備える電機子と、界磁コア上に前記各極歯と対向するように前記配列の方向及び前記直交する方向に配列する複数の永久磁石を備える界磁とからなる横磁束型同期機であって、
前記各電機子コアは、所定の支持部材によって移動自在に支持される前記複数の極歯と、前記電機子巻線が付設されると共に相互に接続され、かつ、前記各極歯とは機械的に分離されると共に当該各極歯を磁気的に接続する接続コア部とから形成されることを特徴とする横磁束型同期機。
An armature including a plurality of armature cores arranged in a predetermined direction and having a plurality of pole teeth formed in a direction orthogonal to the direction of the arrangement, and armature windings laid so as to straddle the armature cores And a transverse flux type synchronous machine comprising a field including a plurality of permanent magnets arranged in the direction of the arrangement and the orthogonal direction so as to face the pole teeth on the field core,
Each of the armature cores is connected to the plurality of pole teeth that are movably supported by a predetermined support member, the armature windings are attached to each other, and the pole teeth are mechanically And a connecting core portion that magnetically connects the pole teeth and a transverse flux type synchronous machine.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013179757A (en) * 2012-02-28 2013-09-09 Toyo Univ Tfm motor and operation method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005500799A (en) * 2001-08-16 2005-01-06 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Unipolar transverse flux motor
US20050204545A1 (en) * 2000-12-18 2005-09-22 Gieras Jacek F Fabricated components of transverse flux electric motors
JP2008067592A (en) * 2006-08-09 2008-03-21 Honda Motor Co Ltd Electric motor
JP2009538594A (en) * 2006-05-25 2009-11-05 ライト・エンジニアリング・インコーポレーテッド High-efficiency, high-speed electrical equipment using low-loss materials
JP2010017032A (en) * 2008-07-04 2010-01-21 Honda Motor Co Ltd Stator for rotary electric machine and motor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050204545A1 (en) * 2000-12-18 2005-09-22 Gieras Jacek F Fabricated components of transverse flux electric motors
JP2005500799A (en) * 2001-08-16 2005-01-06 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Unipolar transverse flux motor
JP2009538594A (en) * 2006-05-25 2009-11-05 ライト・エンジニアリング・インコーポレーテッド High-efficiency, high-speed electrical equipment using low-loss materials
JP2008067592A (en) * 2006-08-09 2008-03-21 Honda Motor Co Ltd Electric motor
JP2010017032A (en) * 2008-07-04 2010-01-21 Honda Motor Co Ltd Stator for rotary electric machine and motor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013179757A (en) * 2012-02-28 2013-09-09 Toyo Univ Tfm motor and operation method thereof

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