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JP2018061378A - Dynamo-electric machine - Google Patents

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JP2018061378A
JP2018061378A JP2016198335A JP2016198335A JP2018061378A JP 2018061378 A JP2018061378 A JP 2018061378A JP 2016198335 A JP2016198335 A JP 2016198335A JP 2016198335 A JP2016198335 A JP 2016198335A JP 2018061378 A JP2018061378 A JP 2018061378A
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gap rotor
radial gap
teeth
core
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亮介 赤木
Ryosuke Akagi
亮介 赤木
真大 青山
Masahiro Aoyama
真大 青山
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Suzuki Motor Corp
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dynamo-electric machine which can ensure the number of turns of an induction coil and a field coil, and can use the spatial harmonic components more efficiently.SOLUTION: A dynamo-electric machine 1 includes an axial gap rotor 3 arranged in the axial direction of a stator 2 and facing the stator 2 with a gap, and a radial gap rotor 5 arranged on the radial inside or outside of the stator 2 with a gap and facing the stator 2. The axial gap rotor 3 has an induction coil 23 for inducing an induction current based on the magnetic flux generated in the stator 2. The radial gap rotor 5 has permanent magnets 33 provided in the radial gap rotor teeth 32, respectively, magnetic path members 34 arranged between adjoining radial gap rotor teeth 32, and a field coil 35 wound around the magnetic path members 34 and generating a magnetic field when energized with an induction current induced by the induction coil 23.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明に係る実施形態は回転電機に関する。   Embodiments according to the present invention relate to a rotating electrical machine.

電機子コイルで発生する空間高調波成分を利用して外部からの電力供給なくマグネットトルクを得る回転電機が知られている。   2. Description of the Related Art A rotating electric machine that obtains a magnet torque without using an external power supply by using a spatial harmonic component generated in an armature coil is known.

従来の回転電機は、いわゆるアキシャルギャップ型であって、モータシャフトを中心にして回転駆動する2つのロータと、シャフトの軸方向において2つのロータに挟まれるステータと、備えている。ステータは、シャフト周りに配置される複数の電機子コイルを備え、ロータのそれぞれは、シャフト周りに配置される複数の誘導コイルおよび複数の界磁コイルと、誘導コイルで発生する誘導電流を整流して界磁コイルに供給するダイオードと、を備えている。   A conventional rotating electrical machine is a so-called axial gap type, and includes two rotors that are driven to rotate around a motor shaft, and a stator that is sandwiched between the two rotors in the axial direction of the shaft. The stator includes a plurality of armature coils arranged around the shaft, and each of the rotors rectifies an induction current generated in the induction coil and a plurality of induction coils and a plurality of field coils arranged around the shaft. And a diode to be supplied to the field coil.

従来の回転電機は、ステータコアからロータコアに鎖交させる磁束に空間高調波成分が重畳している。このため、2つのロータは、ステータから鎖交される磁束の空間高調波成分の磁束密度の変化を利用して誘導コイルに誘導電流を発生させ、この電流を界磁コイルに供給して起磁力を得ている。   In a conventional rotating electrical machine, a spatial harmonic component is superimposed on a magnetic flux interlinked from a stator core to a rotor core. For this reason, the two rotors generate an induction current in the induction coil by utilizing the change in magnetic flux density of the spatial harmonic component of the magnetic flux linked from the stator, and supply this current to the field coil to generate a magnetomotive force. Have gained.

そして、従来の回転電機は、界磁コイルが発生させた磁束をロータコアの端面からステータコアの端面に鎖交させ、主回転力を発生する電機子コイルの磁束とは別にマグネットトルクを得て、2つのロータの回転駆動を補助する。   The conventional rotating electric machine interlinks the magnetic flux generated by the field coil from the end face of the rotor core to the end face of the stator core, and obtains a magnet torque separately from the magnetic flux of the armature coil that generates the main rotational force. Assists the rotational drive of two rotors.

特開2016−119791号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-119791

従来の回転電機は、誘導コイルと界磁コイルとを別個に設けることで、両コイルを1つのコイルで兼用する場合に生じる磁気的な干渉を低減させている。   In a conventional rotating electrical machine, an induction coil and a field coil are separately provided to reduce magnetic interference that occurs when both coils are used as one coil.

しかし、従来の回転電機は、誘導コイルと界磁コイルとを同一のロータティースに巻いているため、コイルの巻き数に制約を受けてしまう。   However, since the conventional rotating electrical machine winds the induction coil and the field coil around the same rotor teeth, the number of turns of the coil is limited.

誘導電流も起磁力もコイルの巻き数に比例するため、コイルの巻き数の制約が制約されることは、空間高調波成分の利用を制限してしまう。   Since both the induced current and the magnetomotive force are proportional to the number of turns of the coil, the restriction on the number of turns of the coil restricts the use of spatial harmonic components.

そこで、本発明は、誘導コイルおよび界磁コイルの巻き数を確保し易く、ひいては空間高調波成分をより効率的に利用可能な回転電機を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can easily secure the number of turns of an induction coil and a field coil, and that can more efficiently use a spatial harmonic component.

前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る回転電機は、筒状のステータと、前記ステータの軸方向の少なくともいずれか一方に配置され隙間を隔てて前記ステータに対面するアキシャルギャップロータと、前記ステータの径方向内側または外側に配置され隙間を隔てて前記ステータに対面するラジアルギャップロータと、を備え、前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアに設けられ前記ステータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のステータティースと、前記ステータコアまたは前記ステータティースに巻かれる電機子コイルと、を有し、前記アキシャルギャップロータは、前記ステータコアに対面し前記アキシャルギャップロータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のアキシャルギャップロータティースと、前記アキシャルギャップロータティースに巻かれ前記ステータで発生する磁束に基づいて誘導電流を誘起させる誘導コイルと、を有し、前記ラジアルギャップロータは、前記ステータコアに対面するラジアルギャップロータコアと、前記ラジアルギャップロータコアに設けられ前記ラジアルギャップロータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のラジアルギャップロータティースと、前記ラジアルギャップロータティースのそれぞれに設けられる永久磁石と、隣り合う前記ラジアルギャップロータティースの間に配置される磁路部材と、前記磁路部材に巻かれ前記誘導電流が流れると磁界を発生させる界磁コイルと、を有している。   In order to solve the above problems, a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention includes a cylindrical stator, an axial gap rotor that is disposed in at least one of the axial directions of the stator and faces the stator with a gap therebetween. A radial gap rotor disposed inside or outside in the radial direction of the stator and facing the stator with a gap therebetween, and the stator is provided on the stator core at equal intervals in the circumferential direction of the stator core. A plurality of stator teeth arranged and an armature coil wound around the stator core or the stator teeth, wherein the axial gap rotor faces the stator core and is arranged at equal intervals in the circumferential direction of the axial gap rotor core. Axial gap rotor teeth and the above-mentioned axis An induction coil that is wound around a gap rotor tooth and induces an induction current based on a magnetic flux generated in the stator, and the radial gap rotor is provided on the radial gap rotor core that faces the stator core, and the radial gap rotor core A plurality of radial gap rotor teeth arranged at equal intervals in the circumferential direction of the radial gap rotor core, a permanent magnet provided in each of the radial gap rotor teeth, and a magnetic path disposed between the adjacent radial gap rotor teeth And a field coil that is wound around the magnetic path member and generates a magnetic field when the induced current flows.

また、本発明の実施形態に係る回転電機は、筒状のステータと、前記ステータの軸方向の少なくともいずれか一方に配置され隙間を隔てて前記ステータに対面するアキシャルギャップロータと、前記ステータの径方向内側または外側に配置され隙間を隔てて前記ステータに対面するラジアルギャップロータと、を備え、前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアに設けられ前記ステータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のステータティースと、前記ステータコアまたは前記ステータティースに巻かれる電機子コイルと、を有し、前記ラジアルギャップロータは、前記ステータコアに対面すし周方向に等間隔で並ぶ複数のラジアルギャップロータティースと、前記ラジアルギャップロータティースに巻かれ前記ステータで発生する磁束に基づいて誘導電流を誘起させる誘導コイルと、を有し、前記アキシャルギャップロータは、前記ステータコアに対面するアキシャルギャップロータコアと、前記アキシャルギャップロータコアに設けられ前記アキシャルギャップロータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のアキシャルギャップロータティースと、前記アキシャルギャップロータティースのそれぞれに設けられる永久磁石と、隣り合う前記アキシャルギャップロータティースの間に配置される磁路部材と、前記磁路部材に巻かれ前記誘導電流が流れると磁界を発生させる界磁コイルと、を有している。   The rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention includes a cylindrical stator, an axial gap rotor that is disposed in at least one of the axial directions of the stator and faces the stator with a gap, and a diameter of the stator. A radial gap rotor that is arranged on the inner side or the outer side and faces the stator with a gap therebetween, and the stator is provided with a stator core and a plurality of stator teeth that are provided on the stator core and arranged at equal intervals in the circumferential direction of the stator core. And the stator core or the armature coil wound around the stator teeth, wherein the radial gap rotor faces the stator core and is arranged at equal intervals in the circumferential direction, and the radial gap rotor Magnets wound around the teeth and generated by the stator An induction coil for inducing an induction current based on the axial gap rotor, the axial gap rotor core facing the stator core, and provided at the axial gap rotor core at equal intervals in the circumferential direction of the axial gap rotor core. A plurality of aligned axial gap rotor teeth, a permanent magnet provided in each of the axial gap rotor teeth, a magnetic path member disposed between adjacent axial gap rotor teeth, and the induction wound around the magnetic path member And a field coil that generates a magnetic field when an electric current flows.

本発明によれば、誘導コイルおよび界磁コイルの巻き数を確保し易く、ひいては空間高調波成分をより効率的に利用可能な回転電機を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is easy to ensure the winding number of an induction coil and a field coil, and can provide the rotary electric machine which can utilize a spatial harmonic component more efficiently by extension.

本発明の実施形態に係る回転電機を回転軸に沿う方向から見た図。The figure which looked at the rotary electric machine which concerns on embodiment of this invention from the direction in alignment with a rotating shaft. 本発明の実施形態に係る回転電機を回転軸に直交する方向から見た図。The figure which looked at the rotary electric machine which concerns on embodiment of this invention from the direction orthogonal to a rotating shaft. 本発明の実施形態に係る回転電機のステータの斜視図。The perspective view of the stator of the rotary electric machine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る回転電機のステータコアの斜視図。The perspective view of the stator core of the rotary electric machine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る回転電機のアキシャルギャップロータを回転軸に沿う方向から見た図。The figure which looked at the axial gap rotor of the rotary electric machine which concerns on embodiment of this invention from the direction in alignment with a rotating shaft. 本発明の実施形態に係る回転電機のアキシャルギャップロータを回転軸に直交する方向から見た図。The figure which looked at the axial gap rotor of the rotary electric machine which concerns on embodiment of this invention from the direction orthogonal to a rotating shaft. 本発明の実施形態に係る回転電機の横断面図。The cross-sectional view of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る回転電機の誘電コイルおよび界磁コイルの回路図。The circuit diagram of the dielectric coil and field coil of the rotary electric machine which concern on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る回転電機の界磁コイルが生じさせる磁束の変化を概略的に示す図。The figure which shows schematically the change of the magnetic flux which the field coil of the rotary electric machine which concerns on embodiment of this invention produces. 本発明の実施形態に係る回転電機の界磁コイルが生じさせる磁束の変化を概略的に示す図。The figure which shows schematically the change of the magnetic flux which the field coil of the rotary electric machine which concerns on embodiment of this invention produces. 本発明の実施形態に係る回転電機の他の例の横断面図。The cross-sectional view of another example of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る回転電機の他の例の横断面図。The cross-sectional view of another example of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る回転電機の他の例の横断面図。The cross-sectional view of another example of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る回転電機の他の例の横断面図。The cross-sectional view of another example of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る回転電機の他の例の界磁コイルが生じさせる磁束の変化を概略的に示す図。The figure which shows schematically the change of the magnetic flux which the field coil of the other example of the rotary electric machine which concerns on embodiment of this invention produces.

以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図1から図15を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of a rotating electrical machine according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、本発明の実施形態に係る回転電機を回転軸に沿う方向から見た図である。   FIG. 1 is a view of a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention as viewed from a direction along a rotation axis.

図2は、本発明の実施形態に係る回転電機を回転軸に直交する方向から見た図である。   FIG. 2 is a view of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention as seen from a direction orthogonal to the rotation axis.

図1および図2に示すように、本実施形態に係る回転電機1は、概略円柱形状の外観を有する。回転電機1は、筒状のステータ2と、ステータ2の軸方向の少なくともいずれか一方に配置され、隙間G1を隔ててステータ2に対面するアキシャルギャップロータ3と、ステータ2の径方向内側または外側に配置され、隙間G2を隔ててステータ2に対面するラジアルギャップロータ5と、を備えている。つまり、回転電機1は、いわゆるアキシャルギャップ型およびラジアルギャップ型の両方の構造を兼ね備えている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the rotating electrical machine 1 according to the present embodiment has a substantially cylindrical appearance. The rotating electrical machine 1 includes a cylindrical stator 2, an axial gap rotor 3 that is disposed in at least one of the axial directions of the stator 2 and faces the stator 2 with a gap G1 therebetween, and a radially inner side or outer side of the stator 2 And a radial gap rotor 5 facing the stator 2 with a gap G2 therebetween. That is, the rotating electrical machine 1 has both so-called axial gap type and radial gap type structures.

なお、図1は、ステータ2の径方向内側に配置されるラジアルギャップロータ5を備える、いわゆるインナーロータ型の回転電機1の図である。また、図2は、ステータ2の軸方向の両方からステータ2を挟む一対のアキシャルギャップロータ3を備える回転電機1の図である。   FIG. 1 is a diagram of a so-called inner rotor type rotating electrical machine 1 including a radial gap rotor 5 disposed on the radially inner side of the stator 2. FIG. 2 is a view of the rotating electrical machine 1 including a pair of axial gap rotors 3 that sandwich the stator 2 from both the axial directions of the stator 2.

また、回転電機1は、ステータ2の中心線に沿って配置される回転軸6を備えている。回転軸6は、ステータ2を挟む一対のアキシャルギャップロータ3を回転一体に支持している。また、回転軸6は、ステータ2の内部にラジアルギャップロータ5を回転一体に支持している。つまり、回転軸6は、アキシャルギャップロータ3およびラジアルギャップロータ5を回転一体に支持している。アキシャルギャップロータ3、ラジアルギャップロータ5、よび回転軸6は、ステータ2の中心線を中心に回転する。回転軸6は、ステータ2、またはステータ2、ラジアルギャップロータ5、およびアキシャルギャップロータ3を収容するケーシング7に軸受(図示省略)を介して回転可能に支持されている。   Further, the rotating electrical machine 1 includes a rotating shaft 6 disposed along the center line of the stator 2. The rotating shaft 6 integrally supports a pair of axial gap rotors 3 sandwiching the stator 2. The rotating shaft 6 supports the radial gap rotor 5 in the stator 2 so as to rotate together. That is, the rotating shaft 6 supports the axial gap rotor 3 and the radial gap rotor 5 so as to rotate together. The axial gap rotor 3, the radial gap rotor 5, and the rotating shaft 6 rotate around the center line of the stator 2. The rotary shaft 6 is rotatably supported by a stator 2 or a casing 7 that accommodates the stator 2, the radial gap rotor 5, and the axial gap rotor 3 via a bearing (not shown).

図3は、本発明の実施形態に係る回転電機のステータの斜視図である。   FIG. 3 is a perspective view of the stator of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.

図4は、本発明の実施形態に係る回転電機のステータコアの斜視図である。   FIG. 4 is a perspective view of the stator core of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.

図1および図2に加えて図3および図4に示すように、本実施形態に係る回転電機1のステータ2は、円筒形状のステータコア11と、ステータコア11に設けられ、ステータコア11の周方向に等間隔で並ぶ複数のステータティース12と、ステータコア11またはステータティース12に巻かれる電機子コイル13と、を備えている。   As shown in FIGS. 3 and 4 in addition to FIGS. 1 and 2, the stator 2 of the rotating electrical machine 1 according to the present embodiment is provided on the cylindrical stator core 11 and the stator core 11, and in the circumferential direction of the stator core 11. A plurality of stator teeth 12 arranged at equal intervals, and an armature coil 13 wound around the stator core 11 or the stator teeth 12 are provided.

ステータコア11は、高透磁率の磁性材料で製作されている。ステータコア11の中心線方向を臨む面、つまり天面および底面をアキシャル面と呼び、ステータコア11の径方向を臨む面、つまり内周面および外周面をラジアル面と呼ぶ。   The stator core 11 is made of a high permeability magnetic material. The surfaces facing the center line direction of the stator core 11, that is, the top surface and the bottom surface are referred to as axial surfaces, and the surfaces facing the radial direction of the stator core 11, that is, the inner peripheral surface and the outer peripheral surface are referred to as radial surfaces.

複数、例えば12のステータティース12は、放射状に配置されている。ステータティース12は、ステータコア11と同じ材料で一体成型されている。隣り合う一対のステータティース12は、ステータスロットを画定している。換言すると、ステータスロットは、隣り合うステータティース12の側面に挟まれる空間である。   A plurality of, for example, twelve stator teeth 12 are arranged radially. The stator teeth 12 are integrally molded from the same material as the stator core 11. A pair of adjacent stator teeth 12 defines a status lot. In other words, the status lot is a space sandwiched between the side surfaces of the adjacent stator teeth 12.

それぞれのステータティース12は、ステータコア11の2つのアキシャル面から突出する第一ティース部15と、ステータコア11のラジアル面から突出する第二ティース部16と、を備えている。第一ティース部15は、ステータコア11の厚みの中央部から外側および内側へ向かって狭まる略六角柱状の外観を有している。第二ティース部16は、第一ティース部15の内側の形状に整合してステータコア11の中心線に向かって狭まる台形状を有している。第二ティース部16は、ステータコア11の内周面を長手方向、つまりステータコア11の中心線に平行な方向へ延びている。   Each stator tooth 12 includes a first tooth portion 15 that protrudes from two axial surfaces of the stator core 11 and a second tooth portion 16 that protrudes from the radial surface of the stator core 11. The first teeth portion 15 has a substantially hexagonal columnar appearance that narrows outward and inward from the central portion of the thickness of the stator core 11. The second tooth portion 16 has a trapezoidal shape that matches the shape inside the first tooth portion 15 and narrows toward the center line of the stator core 11. The second teeth portion 16 extends on the inner peripheral surface of the stator core 11 in the longitudinal direction, that is, in a direction parallel to the center line of the stator core 11.

電機子コイル13は、三相交流電源(図示省略)に接続される。電機子コイル13は、ステータスロットに配置され、ステータコア11に巻かれている。U相、V相、およびW相のそれぞれに接続される電機子コイル13a、13b、13cが、例えば4極ずつ並列にトロイダル集中巻きされている。各相の電機子コイル13は、ステータティース12を両脇から挟んでいる。なお、電機子コイル13は、ステータティース12に巻かれていても良い。   The armature coil 13 is connected to a three-phase AC power supply (not shown). The armature coil 13 is arranged in the status lot and is wound around the stator core 11. Armature coils 13a, 13b, and 13c connected to the U-phase, V-phase, and W-phase, respectively, are, for example, four poles arranged in parallel in a toroidal manner. The armature coil 13 of each phase sandwiches the stator teeth 12 from both sides. The armature coil 13 may be wound around the stator teeth 12.

ステータ2は、電機子コイル13に交流電力が通電することによって磁束を発生させ、その磁束をステータコア11のアキシャル面からアキシャルギャップロータ3に鎖交させ、ステータコア11のラジアル面からラジアルギャップロータ5に鎖交させる。ステータティース12は、電機子コイル13に交流電力が通電することによってラジアルギャップロータ5を回転させる磁束を発生する電磁石として機能する。   The stator 2 generates magnetic flux when AC power is applied to the armature coil 13, and the magnetic flux is linked from the axial surface of the stator core 11 to the axial gap rotor 3, and from the radial surface of the stator core 11 to the radial gap rotor 5. Interlink. The stator teeth 12 function as electromagnets that generate magnetic flux that rotates the radial gap rotor 5 when AC power is supplied to the armature coil 13.

図5は、本発明の実施形態に係る回転電機のアキシャルギャップロータを回転軸に沿う方向から見た図である。   FIG. 5 is a view of the axial gap rotor of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention as seen from the direction along the rotation axis.

図6は、本発明の実施形態に係る回転電機のアキシャルギャップロータを回転軸に直交する方向から見た図である。   FIG. 6 is a view of the axial gap rotor of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention as seen from the direction orthogonal to the rotation axis.

図1および図2に加えて図5および図6に示すように、本実施形態に係る回転電機1のアキシャルギャップロータ3は、非磁性部材21と、ステータコア11に対面し周方向に等間隔で並ぶ複数のアキシャルギャップロータティース22と、アキシャルギャップロータティース22に巻かれステータ2で発生する磁束に基づいて誘導電流を誘起させる誘導コイル23と、を備えている。   As shown in FIGS. 5 and 6 in addition to FIGS. 1 and 2, the axial gap rotor 3 of the rotating electrical machine 1 according to the present embodiment faces the nonmagnetic member 21 and the stator core 11 at equal intervals in the circumferential direction. A plurality of aligned axial gap rotor teeth 22 and an induction coil 23 that induces an induced current based on a magnetic flux that is wound around the axial gap rotor teeth 22 and is generated in the stator 2 are provided.

アキシャルギャップロータ3は、非磁性部材21、複数のアキシャルギャップロータティース22、および誘導コイル23を、例えば樹脂を硬化させて一体化したものである。   The axial gap rotor 3 is obtained by integrating a nonmagnetic member 21, a plurality of axial gap rotor teeth 22, and an induction coil 23, for example, by curing resin.

非磁性部材21は、非磁性金属(例えばアルミニウム)や樹脂のような非磁性材料で製作されている。非磁性部材21には、アキシャルギャップロータティース22が取り付けられ、複数のアキシャルギャップロータティース22の相対的な位置が定められている。非磁性部材21(および樹脂)によって、アキシャルギャップロータ3とラジアルギャップロータとの間、および、複数のアキシャルギャップロータティースの間の磁気抵抗が高められている。   The nonmagnetic member 21 is made of a nonmagnetic material such as a nonmagnetic metal (for example, aluminum) or a resin. Axial gap rotor teeth 22 are attached to the nonmagnetic member 21, and the relative positions of the plurality of axial gap rotor teeth 22 are determined. Magnetic resistance between the axial gap rotor 3 and the radial gap rotor and between the plurality of axial gap rotor teeth is increased by the nonmagnetic member 21 (and resin).

複数、例えば8つのアキシャルギャップロータティース22は、第二次高調波成分を導くため放射状に配置されたセグメント構造を有している。アキシャルギャップロータティース22は、断面が概略台形の短尺な棒体であり、台形の短辺を径方向内側に配置し、台形の長辺を径方向外側に配置している。アキシャルギャップロータティース22は、高透磁率の磁性材料で製作されている。アキシャルギャップロータティース22は、回転軸6の中心線に平行な方向に延びている。     A plurality of, for example, eight axial gap rotor teeth 22 have segment structures arranged radially to guide the second harmonic component. The axial gap rotor teeth 22 are short rods having a substantially trapezoidal cross section, and the short sides of the trapezoid are arranged on the radially inner side, and the long sides of the trapezoid are arranged on the radially outer side. The axial gap rotor teeth 22 are made of a magnetic material having a high magnetic permeability. The axial gap rotor teeth 22 extend in a direction parallel to the center line of the rotation shaft 6.

誘導コイル23は、アキシャルギャップロータティース22に集中巻きされている。誘導コイル23は、外部電源に非接続である。アキシャルギャップロータティース22毎に巻かれた誘導コイル23は、アキシャルギャップロータ3全体で直列に接続されている。なお、誘導コイル23は、全てのアキシャルギャップロータティース22に巻かれている必要はなく、アキシャルギャップロータティース22の少なくとも1つに巻かれていれば良い。   The induction coil 23 is concentratedly wound around the axial gap rotor teeth 22. The induction coil 23 is not connected to an external power source. The induction coil 23 wound for each axial gap rotor tooth 22 is connected in series in the entire axial gap rotor 3. Note that the induction coil 23 does not have to be wound around all the axial gap rotor teeth 22, and may be wound around at least one of the axial gap rotor teeth 22.

回転電機1は、ステータ2のアキシャル面の突極数(すなわち第一ティース部15の数)とアキシャルギャップロータ3の誘導コイル23のコア数との比を3:2に設定し、第二次空間高調波成分を効率的に界磁エネルギー源として活用する。   The rotating electrical machine 1 sets the ratio of the number of salient poles on the axial surface of the stator 2 (that is, the number of first tooth portions 15) to the number of cores of the induction coil 23 of the axial gap rotor 3 to 3: 2, Use spatial harmonic components efficiently as a field energy source.

セグメント構造のアキシャルギャップロータティース22とラジアルギャップロータ5との間に非磁性部材21が介在しているため、第2次空間高調波成分はラジアルギャップロータ5の基本波磁束の磁路には干渉しない。   Since the nonmagnetic member 21 is interposed between the axial gap rotor teeth 22 having the segment structure and the radial gap rotor 5, the second-order spatial harmonic component interferes with the magnetic path of the fundamental magnetic flux of the radial gap rotor 5. do not do.

また、複数のアキシャルキャップロータティース22同士の間にも非磁性部材21および樹脂が介在しているため、基本波磁束の磁路を形成せず、第二次空間高調波成分のみの磁路を形成するため、アキシャル面におけるドラッグトルク(「ブレーキトルク」とも呼ばれる)を大幅に低減する。セグメント構造のアキシャルギャップロータティース22は、磁路を必要最小限にすることで、磁束の鎖交によって生じる鉄損を抑制する。   In addition, since the nonmagnetic member 21 and the resin are interposed between the plurality of axial cap rotor teeth 22, the magnetic path of the fundamental wave magnetic flux is not formed, and the magnetic path of only the second spatial harmonic component is formed. Therefore, the drag torque on the axial surface (also called “brake torque”) is greatly reduced. The axial gap rotor teeth 22 having a segment structure suppress the iron loss caused by the linkage of magnetic fluxes by minimizing the magnetic path.

図7は、本発明の実施形態に係る回転電機の横断面図である。   FIG. 7 is a cross-sectional view of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.

なお、図7は、回転電機1の1/4周、すなわち90度の領域の横断面図であるが、他の領域も同様の構造を有する。   FIG. 7 is a cross-sectional view of a quarter of the rotating electrical machine 1, that is, a 90-degree region, but the other regions have the same structure.

図1および図2に加えて図7に示すように、本実施形態に係る回転電機1のラジアルギャップロータ5は、ステータコア11に対面するラジアルギャップロータコア31と、ラジアルギャップロータコア31に設けられラジアルギャップロータコア31の周方向に等間隔で並ぶ複数のラジアルギャップロータティース32と、ラジアルギャップロータティース32のそれぞれに設けられる永久磁石33と、隣り合うラジアルギャップロータティース32の間に配置される磁路部材34と、磁路部材34に巻かれ誘導コイル23が誘起させた誘導電流が通電すると磁界を発生させる界磁コイル35と、を備えている。   As shown in FIG. 7 in addition to FIGS. 1 and 2, the radial gap rotor 5 of the rotating electrical machine 1 according to the present embodiment includes a radial gap rotor core 31 facing the stator core 11, and a radial gap rotor 31 provided on the radial gap rotor core 31. A plurality of radial gap rotor teeth 32 arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotor core 31, a permanent magnet 33 provided in each of the radial gap rotor teeth 32, and a magnetic path member disposed between the adjacent radial gap rotor teeth 32 34 and a field coil 35 that generates a magnetic field when an induced current that is wound around the magnetic path member 34 and induced by the induction coil 23 is energized.

ラジアルギャップロータ3およびアキシャルギャップロータ5は、一体成形され、または回転軸6を介して組み合わされ、回転一体化されている。   The radial gap rotor 3 and the axial gap rotor 5 are integrally formed, or are combined through a rotating shaft 6 and are integrally rotated.

複数、例えば8つのラジアルギャップロータティース32は、放射状に配置されている。ラジアルギャップロータティース32は、ラジアルギャップロータ5の径方向外側に向かって延びている。ラジアルギャップロータティース32は、高透磁率の磁性材料で製作されている。ラジアルギャップロータティース32とステータティース12との数量は異なる。したがって、ステータコア11とラジアルギャップロータ5とが相対的に回転するとき、ラジアルギャップロータティース32の外周面はステータティース12の内周面に適宜、近接し、対面する。   A plurality of, for example, eight radial gap rotor teeth 32 are arranged radially. The radial gap rotor teeth 32 extend outward in the radial direction of the radial gap rotor 5. The radial gap rotor teeth 32 are made of a magnetic material having a high magnetic permeability. The numbers of the radial gap rotor teeth 32 and the stator teeth 12 are different. Therefore, when the stator core 11 and the radial gap rotor 5 rotate relatively, the outer peripheral surface of the radial gap rotor teeth 32 is appropriately close to and faces the inner peripheral surface of the stator teeth 12.

隣り合う一対のラジアルギャップロータティース32は、ロータスロットを画定している。ロータスロットは、隣り合うラジアルギャップロータティース32の側面に挟まれる空間である。   A pair of adjacent radial gap rotor teeth 32 defines a rotor slot. The rotor slot is a space sandwiched between side surfaces of adjacent radial gap rotor teeth 32.

永久磁石33は、ラジアルギャップロータティース32に埋設されている。永久磁石33は、ラジアルギャップロータティース32毎に2つずつ配置されている。2つの永久磁石33は、一文字型に並んでいる。2つの永久磁石33の間には、ブリッジ部36が設けられている。なお、2つの永久磁石33は、V字型に配置されていても良い。   The permanent magnet 33 is embedded in the radial gap rotor teeth 32. Two permanent magnets 33 are arranged for each radial gap rotor tooth 32. The two permanent magnets 33 are arranged in a single character type. A bridge portion 36 is provided between the two permanent magnets 33. The two permanent magnets 33 may be arranged in a V shape.

ラジアルギャップロータティース32は、永久磁石33よりもステータ2側に配置される先端部51を有している。先端部51は、永久磁石33と磁路部材34との間、および永久磁石33とステータティース12(第二ティース部16)との間に磁束を通す磁路である。先端部51は、ラジアルギャップロータティース32の突出端に相当する。ラジアルギャップロータティース32のうち、先端部51よりも根元側、つまり先端部51よりもステータ2から遠い側は、実質的に一様な幅寸法で延びている。先端部51は、ラジアルギャップロータ5の中心からの距離を半径とする円弧状の外周面を有している。また、先端部51は、永久磁石33よりも磁路部材34に向かって突出した形状を有している。具体的には、ラジアルギャップロータティース32の幅寸法よりも拡がってロータスロットに楔状に侵入する突出部51aを有している。   The radial gap rotor teeth 32 has a tip 51 that is disposed closer to the stator 2 than the permanent magnet 33. The tip 51 is a magnetic path through which magnetic flux passes between the permanent magnet 33 and the magnetic path member 34 and between the permanent magnet 33 and the stator teeth 12 (second teeth portion 16). The tip 51 corresponds to the protruding end of the radial gap rotor teeth 32. Of the radial gap rotor teeth 32, the root side from the tip 51, that is, the side farther from the stator 2 than the tip 51 extends with a substantially uniform width dimension. The tip 51 has an arcuate outer peripheral surface having a radius from the center of the radial gap rotor 5. The tip 51 has a shape protruding toward the magnetic path member 34 from the permanent magnet 33. Specifically, it has a protrusion 51a that extends beyond the width of the radial gap rotor teeth 32 and enters the rotor slot in a wedge shape.

磁路部材34および界磁コイル35は、ロータスロットに配置されている。   The magnetic path member 34 and the field coil 35 are disposed in the rotor slot.

磁路部材34は、高透磁率の磁性材料で製作されている。磁路部材34は、ラジアルギャップロータ5の回転中心と平行に延びている。磁路部材34は、隣り合う一対のラジアルギャップロータティース32の先端部51の間を短絡する磁路(以下、単に「磁路」または「バイパス磁路」と言う)を形成する。   The magnetic path member 34 is made of a magnetic material having a high magnetic permeability. The magnetic path member 34 extends parallel to the rotational center of the radial gap rotor 5. The magnetic path member 34 forms a magnetic path (hereinafter simply referred to as “magnetic path” or “bypass magnetic path”) that short-circuits between the tip portions 51 of a pair of adjacent radial gap rotor teeth 32.

磁路部材34は、界磁コイル35が巻かれる基部61と、隣り合う一対のラジアルギャップロータティース32のうち少なくとも一方の先端部51にむかって延びる突出部62と、を備えている。ラジアルギャップロータティース32の先端部51と磁路部材34の突出部62との間には、間隔G3が設けられている。   The magnetic path member 34 includes a base portion 61 around which the field coil 35 is wound, and a protruding portion 62 that extends toward at least one tip portion 51 of a pair of adjacent radial gap rotor teeth 32. A gap G <b> 3 is provided between the tip 51 of the radial gap rotor teeth 32 and the protrusion 62 of the magnetic path member 34.

基部61は、界磁コイル35を巻き付けることが可能な板状の形状を有する。基部61は、ラジアルギャップロータ5の回転中心と平行に延び、かつ隣り合う一対のラジアルギャップロータティース32の間に架け渡されるように、ラジアルギャップロータ5の周方向に延びている。   The base 61 has a plate shape around which the field coil 35 can be wound. The base 61 extends in the circumferential direction of the radial gap rotor 5 so as to extend in parallel with the rotational center of the radial gap rotor 5 and to be spanned between a pair of adjacent radial gap rotor teeth 32.

突出部62は、基部61の周方向側の端部からラジアルギャップロータティース32の先端部51へ向かって延びている。   The projecting portion 62 extends from the circumferential end of the base portion 61 toward the distal end portion 51 of the radial gap rotor teeth 32.

ラジアルギャップロータティース32と磁路部材34との間隔G3は、ステータティース12(第二ティース部16)とラジアルギャップロータコア31との間隔G4よりも広い。間隔G3は、ラジアルギャップロータティース32の先端部51の突出部51aと、磁路部材34の突出部62との最短距離である。間隔G4は、ステータ2の第二ティース部16の最内周面と、ラジアルギャップロータティース32の先端部51の最外周面との最短距離であり、実質的にステータ2とラジアルギャップロータ5との隙間G2と同じである。   The gap G3 between the radial gap rotor teeth 32 and the magnetic path member 34 is wider than the gap G4 between the stator teeth 12 (second teeth portion 16) and the radial gap rotor core 31. The gap G3 is the shortest distance between the protrusion 51a of the tip 51 of the radial gap rotor teeth 32 and the protrusion 62 of the magnetic path member 34. The gap G4 is the shortest distance between the innermost peripheral surface of the second tooth portion 16 of the stator 2 and the outermost peripheral surface of the tip portion 51 of the radial gap rotor teeth 32, and substantially the stator 2 and the radial gap rotor 5 It is the same as the gap G2.

ラジアルギャップロータティース32と磁路部材34との間隔G3を、隙間(空気)で隔てる場合、磁路部材34は、ラジアルギャップロータコア31の軸方向におけるそれぞれの端部でラジアルギャップロータコア31に固定される。ラジアルギャップロータティース32と磁路部材34との間隔G3は、隙間ではなく、非磁性体、例えば樹脂で満たされていても良い。この場合、磁路部材34は、間隔G3を埋める樹脂でラジアルギャップロータコア31に固定される。   When the gap G3 between the radial gap rotor teeth 32 and the magnetic path member 34 is separated by a gap (air), the magnetic path member 34 is fixed to the radial gap rotor core 31 at each end in the axial direction of the radial gap rotor core 31. The The gap G3 between the radial gap rotor teeth 32 and the magnetic path member 34 may be filled with a non-magnetic material such as a resin instead of a gap. In this case, the magnetic path member 34 is fixed to the radial gap rotor core 31 with a resin filling the gap G3.

永久磁石33は、隣り合う一対のラジアルギャップロータティース32においての磁極(N極、S極)を逆に向けて設置されている。換言すると、永久磁石33は、磁路部材34を挟んで隣り合うもの同士の極性が反対である。ラジアルギャップロータ5の全周においては、永久磁石33は、ラジアルギャップロータティース32毎に磁極(N極、S極)を交互に逆に向けて設置されている。ある1つのステータティース12(第二ティース部16)に着目すると、ラジアルギャップロータ5とステータ2とが相対回転するとき、永久磁石33のN極およびS極が、交互に繰り返しステータティース12(第二ティース部16)に対面する。   The permanent magnet 33 is installed with the magnetic poles (N pole, S pole) in a pair of adjacent radial gap rotor teeth 32 facing in reverse. In other words, in the permanent magnet 33, the polarities of those adjacent to each other across the magnetic path member 34 are opposite. On the entire circumference of the radial gap rotor 5, the permanent magnet 33 is installed with the magnetic poles (N pole, S pole) alternately turned in reverse for each radial gap rotor tooth 32. Focusing on a certain stator tooth 12 (second tooth portion 16), when the radial gap rotor 5 and the stator 2 rotate relative to each other, the N pole and the S pole of the permanent magnet 33 are alternately repeated repeatedly. Face the two teeth 16).

界磁コイル35は、磁路部材34の基部61に集中巻きされている。界磁コイル35は、隣り合う一対のラジアルギャップロータティース32の間で磁路を短絡させる向きに巻かれている。また、界磁コイル35は、ラジアルギャップロータ5の径方向に向かって巻かれている。磁路部材34毎に巻かれた界磁コイル35は、ラジアルギャップロータ5全体で直列に接続されている。なお、界磁コイル35は、並列接続しても良いし、別回路を設ける構造としても良い。   The field coil 35 is concentratedly wound around the base 61 of the magnetic path member 34. The field coil 35 is wound in a direction to short-circuit the magnetic path between a pair of adjacent radial gap rotor teeth 32. The field coil 35 is wound in the radial direction of the radial gap rotor 5. The field coil 35 wound for each magnetic path member 34 is connected in series in the radial gap rotor 5 as a whole. Note that the field coil 35 may be connected in parallel or may be provided with a separate circuit.

図8は、本発明の実施形態に係る回転電機の誘電コイルおよび界磁コイルの回路図である。   FIG. 8 is a circuit diagram of a dielectric coil and a field coil of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.

図8に示すように、本実施形態に係る回転電機1は、誘導コイル23で発生する交流の誘導電流を直流の界磁電流にして界磁コイル35に供給する。回転電機1は、界磁コイル35に界磁電流を流し、磁路部材34を電磁石として機能させる。なお、誘導コイル23aは、例えばステータ2の軸方向の一方に配置されるアキシャルギャップロータ3の誘導コイル23であり、誘導コイル23bは、例えばステータ2の軸方向の他方に配置されるアキシャルギャップロータ3の誘導コイル23である。   As shown in FIG. 8, the rotating electrical machine 1 according to this embodiment supplies an AC induced current generated in the induction coil 23 to the field coil 35 as a DC field current. The rotating electrical machine 1 causes a field current to flow through the field coil 35 and causes the magnetic path member 34 to function as an electromagnet. The induction coil 23 a is, for example, the induction coil 23 of the axial gap rotor 3 disposed on one side of the stator 2 in the axial direction, and the induction coil 23 b is, for example, an axial gap rotor disposed on the other side of the stator 2 in the axial direction. 3 induction coils 23.

誘導コイル23および界磁コイル35は、ダイオード71a、71bを介して接続されている。換言すると、誘導コイル23および界磁コイル35は、誘導回路および界磁回路として、外部の電源等の回路に接続されることのない閉回路内にダイオード71a、71bとともに組み込まれている。   The induction coil 23 and the field coil 35 are connected via diodes 71a and 71b. In other words, the induction coil 23 and the field coil 35 are incorporated together with the diodes 71a and 71b in a closed circuit that is not connected to a circuit such as an external power source as an induction circuit and a field circuit.

この閉回路は、誘導コイル23で発生する交流の誘導電流を、ダイオード71a、71bを介して半波整流させて直流界磁電流に調整し、この後に合流させて界磁コイル35に供給する。   In this closed circuit, the AC induced current generated in the induction coil 23 is half-wave rectified via the diodes 71 a and 71 b to be adjusted to a DC field current, and then merged and supplied to the field coil 35.

ダイオード71a、71bは、それぞれ180度位相差になるように結線され、誘導コイル23の誘導電流を反転させて半波整流出力する中性点クランプ型の半波整流回路を構成している。   The diodes 71a and 71b are connected so as to have a phase difference of 180 degrees, and constitute a neutral-point clamp type half-wave rectifier circuit that inverts the induction current of the induction coil 23 and outputs half-wave rectification.

上述したとおり、回転電機1は、トロイダル集中巻されるステータ2と、ステータ2のアキシャル面に配置され誘導コイル23を有するアキシャルギャップロータ3と、ステータ2のラジアル面に配置され界磁コイル35を有するラジアルギャップロータ5と、を備えている。このように構成される回転電機1は、ステータ2の電機子コイル13に通電することにより磁束を発生させる。この磁束は、ステータティース12のラジアル面から対面するラジアルギャップロータティース32の先端部51の外周面に鎖交する。回転電機1は、ステータティース12とラジアルギャップロータティース32との間で鎖交する磁束の磁路を最短にしようとするリラクタンストルク、および永久磁石33の磁気反発力ならびに磁石吸引力によるマグネットトルクによってラジアルギャップロータ5を回転させる。そして、回転電機1は、ラジアルギャップロータ5と一体回転する回転軸6から機械的エネルギーを出力する。   As described above, the rotating electrical machine 1 includes the stator 2 that is toroidally concentratedly wound, the axial gap rotor 3 that has the induction coil 23 disposed on the axial surface of the stator 2, and the field coil 35 that is disposed on the radial surface of the stator 2. A radial gap rotor 5. The rotating electrical machine 1 configured as described above generates magnetic flux by energizing the armature coil 13 of the stator 2. This magnetic flux interlinks with the outer peripheral surface of the front end portion 51 of the radial gap rotor teeth 32 facing from the radial surface of the stator teeth 12. The rotating electrical machine 1 uses a reluctance torque that tries to minimize the magnetic path of the magnetic flux linked between the stator teeth 12 and the radial gap rotor teeth 32, and a magnetic repulsion force of the permanent magnet 33 and a magnet torque due to a magnet attraction force. The radial gap rotor 5 is rotated. The rotating electrical machine 1 outputs mechanical energy from the rotating shaft 6 that rotates integrally with the radial gap rotor 5.

ところで、一般的な固定界磁形の永久磁石同期モータは、高回転で駆動するとき、永久磁石の磁束に起因する逆起電力(ステータ巻線誘導起電力、速度起電力とも言う)が増加する。そこで、逆起電力の電圧が電源電圧を超えないように、インバータを用いた電圧制限制御、いわゆる弱め磁束制御が行われる。この弱め磁束制御は、トルクに寄与しない磁束ベクトル方向に永久磁石の磁束を打ち消すベクトルを発生させる。したがって、弱め磁束制御は、モータの出力に寄与しない無駄なエネルギーを必要とし、効率を低下させる。また、弱め磁束制御は、ステータとロータとのギャップ中の磁束を大きく歪ませ、高調波成分を発生させ、鉄損を増加させ、電磁振動を増加させる。さらに、弱め磁束制御は、永久磁石に対向する逆磁界ベクトルを発生させて永久磁石の磁束を抑え込むため、比較的保磁力の高い磁石を必要とし、コストを増加させる。   By the way, when a general fixed field type permanent magnet synchronous motor is driven at a high speed, a counter electromotive force (also referred to as stator winding induced electromotive force or speed electromotive force) due to the magnetic flux of the permanent magnet increases. . Therefore, voltage limit control using an inverter, so-called weakening magnetic flux control, is performed so that the voltage of the back electromotive force does not exceed the power supply voltage. This weakening magnetic flux control generates a vector that cancels the magnetic flux of the permanent magnet in the direction of the magnetic flux vector that does not contribute to torque. Therefore, the flux-weakening control requires useless energy that does not contribute to the output of the motor and reduces efficiency. Further, the flux weakening control greatly distorts the magnetic flux in the gap between the stator and the rotor, generates a harmonic component, increases iron loss, and increases electromagnetic vibration. Further, the flux weakening control generates a reverse magnetic field vector facing the permanent magnet to suppress the magnetic flux of the permanent magnet, so that a magnet having a relatively high coercive force is required and the cost is increased.

本実施形態に係る回転電機1も、ステータティース12からラジアルギャップロータティース32に鎖交する磁束に高調波成分が重畳する。基本周波数の磁束に重畳する高調波成分は、基本周波数と異なる周期で時間的に変化しつつアキシャルギャップロータティース22にも鎖交する。   In the rotating electrical machine 1 according to the present embodiment, the harmonic component is superimposed on the magnetic flux interlinking from the stator tooth 12 to the radial gap rotor tooth 32. The harmonic component superimposed on the magnetic flux of the fundamental frequency is linked to the axial gap rotor teeth 22 while changing in time with a period different from the fundamental frequency.

そこで、回転電機1は、ステータ2からアキシャルギャップロータ3に鎖交する磁束の高調波成分の磁束密度の変化を利用して、アキシャルギャップロータ3の誘導コイル23に誘導電流を発生させる。つまり、誘導コイル23は、第二次高調波成分を利用することによって、外部からの電力等を必要とすることなく、効率よく誘導電流を発生させる。この結果、回転電機1は、鉄損の原因となる高調波成分を自己励磁するためのエネルギーとして回収する。   Therefore, the rotating electrical machine 1 generates an induction current in the induction coil 23 of the axial gap rotor 3 by using the change in the magnetic flux density of the harmonic component of the magnetic flux interlinking from the stator 2 to the axial gap rotor 3. That is, the induction coil 23 efficiently generates an induction current without using external power by using the second harmonic component. As a result, the rotating electrical machine 1 collects harmonic components that cause iron loss as energy for self-excitation.

図9および図10は、本発明の実施形態に係る回転電機の界磁コイルが生じさせる磁束の変化を概略的に示す図である。   9 and 10 are diagrams schematically showing a change in magnetic flux generated by the field coil of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.

なお、図9および図10は、ラジアルギャップロータ5に生じる磁束を矢印で表し、ステータ2に生じる磁束を省略して図示している。   9 and 10 show the magnetic flux generated in the radial gap rotor 5 by arrows and omit the magnetic flux generated in the stator 2.

図9は、回転電機1が低速で回転しているときの様子を示し、図10は、回転電機1が高速で回転しているときの様子を示している。   FIG. 9 shows a state when the rotating electrical machine 1 is rotating at a low speed, and FIG. 10 shows a state when the rotating electrical machine 1 is rotating at a high speed.

回転電機1は、誘導コイル23が発生させた誘導電流をダイオード71a、71bで整流し、この整流した誘導電流を界磁電流として界磁コイル35に流す。界磁コイル35は、界磁電流が流れることによって自己励磁し、磁路部材34、つまりバイパス磁路に磁極を形成する。誘導コイル23に発生する誘導起電力は、ファラデーの法則に基づき、回転電機1の回転速度の増加とともに増加する、つまり正の相関関係を有する。図9は回転電機1が低速で回転し誘導起電力が小さい状態を図示しているため、界磁電流(または界磁コイルの起電力)の図示を省略している。他方、図10は、回転電機1が低速で回転し誘導起電力が大きい状態を図示しているため、界磁電流(または界磁コイルの起電力)を図示している。誘導コイル23に発生する誘導起電力が回転電機1の回転速度の増加とともに増加するため、界磁コイル35は、回転電機1の回転速度の増加とともに磁路部材34の磁力を強め、隣り合うラジアルギャップロータティース32(32a、32b)に埋設される永久磁石33(33a、33b)の磁束をラジアルギャップロータ5内で短絡させ、ハルバッハ配列を形成する。この結果、回転電機1は、回転速度の変化に応じてステータ2に鎖交する磁束量を変化させる。換言すると、回転電機1は、回転速度の変化に応じてステータ2に鎖交する磁束量を可変させる。図9および図10は、磁路部材34の磁力による影響を矢印の太さで表している。回転電機1は、ステータ2に鎖交する磁束量を可変させるため、ステータ2に鎖交する磁束量を「φ」と表すとき、ステータ端子電圧V=電機子コイル巻数N×dφ/dtで表されるステータ端子電圧Vの増加を防ぐことができる。   The rotating electrical machine 1 rectifies the induced current generated by the induction coil 23 with the diodes 71a and 71b, and flows the rectified induced current through the field coil 35 as a field current. The field coil 35 is self-excited when a field current flows, and forms a magnetic pole in the magnetic path member 34, that is, the bypass magnetic path. The induced electromotive force generated in the induction coil 23 increases with an increase in the rotation speed of the rotating electrical machine 1 based on Faraday's law, that is, has a positive correlation. FIG. 9 illustrates a state in which the rotating electrical machine 1 rotates at a low speed and the induced electromotive force is small, and thus the illustration of the field current (or the electromotive force of the field coil) is omitted. On the other hand, FIG. 10 illustrates a field current (or an electromotive force of a field coil) because the rotating electrical machine 1 rotates at a low speed and the induced electromotive force is large. Since the induced electromotive force generated in the induction coil 23 increases as the rotational speed of the rotating electrical machine 1 increases, the field coil 35 increases the magnetic force of the magnetic path member 34 as the rotational speed of the rotating electrical machine 1 increases, and the adjacent radial The magnetic flux of the permanent magnets 33 (33a, 33b) embedded in the gap rotor teeth 32 (32a, 32b) is short-circuited in the radial gap rotor 5 to form a Halbach array. As a result, the rotating electrical machine 1 changes the amount of magnetic flux linked to the stator 2 according to the change in the rotational speed. In other words, the rotating electrical machine 1 varies the amount of magnetic flux linked to the stator 2 in accordance with the change in rotational speed. 9 and 10 show the influence of the magnetic force of the magnetic path member 34 by the thickness of the arrow. Since the rotating electrical machine 1 varies the amount of magnetic flux interlinked with the stator 2, when the magnetic flux amount interlinked with the stator 2 is expressed as “φ”, the stator terminal voltage V = the number of armature coil turns N × dφ / dt. The increase of the stator terminal voltage V can be prevented.

したがって、回転電機1は、ステータ2に鎖交する磁束量を制御し、ステータ端子電圧Vの増加を防ぎ、ひいては弱め界磁制御を不要にできる。また、回転電機1は、弱め界磁制御に起因するモータ電磁振動を大幅に低減させる。そして、回転電機1は、高回転時における出力を増加させ、効率を向上させる。   Therefore, the rotating electrical machine 1 controls the amount of magnetic flux interlinked with the stator 2 to prevent the stator terminal voltage V from increasing, and hence the field weakening control can be made unnecessary. The rotating electrical machine 1 significantly reduces motor electromagnetic vibration caused by field weakening control. And the rotary electric machine 1 increases the output at the time of high rotation, and improves efficiency.

また、回転電機1は、回転速度の増加に応じて磁路部材34の磁力を強め、この磁力を永久磁石33の磁束の短絡に利用するため、誘導起電力が増加する高回転域で特に好適である。   Moreover, since the rotary electric machine 1 increases the magnetic force of the magnetic path member 34 according to the increase in the rotation speed and uses this magnetic force for short-circuiting the magnetic flux of the permanent magnet 33, it is particularly suitable in a high rotation region where the induced electromotive force increases. It is.

なお、アキシャルギャップロータ3およびラジアルギャップロータ5は、誘導コイル23と界磁コイル35とが電気的に接続されている限りにおいて、常に回転一体化されている必要はない。   Note that the axial gap rotor 3 and the radial gap rotor 5 do not always need to be rotationally integrated as long as the induction coil 23 and the field coil 35 are electrically connected.

次いで、本実施形態に係る回転電機1の他の例を説明する。なお、各例で説明する回転電機1A、1B、および1Cにおいて、図1から図10の回転電機1と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   Next, another example of the rotating electrical machine 1 according to the present embodiment will be described. In the rotary electric machines 1A, 1B, and 1C described in each example, the same components as those of the rotary electric machine 1 of FIGS. 1 to 10 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図11は、本発明の実施形態に係る回転電機の他の例の横断面図である。   FIG. 11 is a cross-sectional view of another example of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.

図11に示すように、本実施形態に係る回転電機1Aは、ラジアルギャップロータ5の中心側から略一様な幅寸法で延びるラジアルギャップロータティース32Aと、磁路部材34Aと、を備えている。   As shown in FIG. 11, the rotating electrical machine 1 </ b> A according to the present embodiment includes a radial gap rotor tooth 32 </ b> A that extends from the center side of the radial gap rotor 5 with a substantially uniform width dimension, and a magnetic path member 34 </ b> A. .

ラジアルギャップロータティース32Aは、根元から突出端、つまり先端部51Aまでラジアルギャップロータ5の中心側から略一様な幅寸法で延びている。   The radial gap rotor teeth 32A extend from the base to the projecting end, that is, the front end portion 51A with a substantially uniform width dimension from the center side of the radial gap rotor 5.

磁路部材34Aは、誘導コイル23が巻かれる基部61と、隣り合う一対のラジアルギャップロータティース32Aの先端部51Aにむかって延びる突出部62Aと、を備えている。磁路部材34Aの突出部62Aは、図7における先端部51の突出部51aを兼ねている。   The magnetic path member 34A includes a base portion 61 around which the induction coil 23 is wound, and a protruding portion 62A extending toward the distal end portion 51A of a pair of adjacent radial gap rotor teeth 32A. The protrusion 62A of the magnetic path member 34A also serves as the protrusion 51a of the tip 51 in FIG.

図12は、本発明の実施形態に係る回転電機の他の例の横断面図である。   FIG. 12 is a cross-sectional view of another example of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.

図12に示すように、本実施形態に係る回転電機1Bは、ラジアルギャップロータティース32Bと、磁路部材34Bと、を備えている。   As shown in FIG. 12, the rotating electrical machine 1B according to the present embodiment includes a radial gap rotor teeth 32B and a magnetic path member 34B.

磁路部材34Bは、誘導コイル23が巻かれる基部61を有する。   The magnetic path member 34B has a base 61 around which the induction coil 23 is wound.

ラジアルギャップロータティース32Bは、磁路部材34Bの基部61に向かって延びる先端部51Bを有している。ラジアルギャップロータティース32Bの先端部51Bは、図7における磁路部材34の突出部62を兼ねている。   The radial gap rotor teeth 32B have a tip 51B that extends toward the base 61 of the magnetic path member 34B. The tip 51B of the radial gap rotor teeth 32B also serves as the protrusion 62 of the magnetic path member 34 in FIG.

図13は、本発明の実施形態に係る回転電機の他の例の横断面図である。   FIG. 13 is a cross-sectional view of another example of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.

図13に示すように、本実施形態に係る回転電機1Cは、ラジアルギャップロータ5の周方向において非対称なラジアルギャップロータティース32Cと、磁路部材34Cと、を備えている。   As shown in FIG. 13, the rotating electrical machine 1 </ b> C according to the present embodiment includes a radial gap rotor teeth 32 </ b> C that is asymmetric in the circumferential direction of the radial gap rotor 5, and a magnetic path member 34 </ b> C.

ラジアルギャップロータティース32Cは、ラジアルギャップロータ5の周方向においていずれか一方、図13では時計回りの方向に図11と同様な構造を有し、ラジアルギャップロータ5の周方向においていずれか他方、図13では反時計回りの方向に図12と同様な構造を有している。   The radial gap rotor teeth 32C have a structure similar to that of FIG. 11 in the circumferential direction of the radial gap rotor 5 and in FIG. 13 in the clockwise direction. 13 has the same structure as FIG. 12 in the counterclockwise direction.

磁路部材34Cは、ラジアルギャップロータ5の周方向においていずれか一方、図13では時計回りの方向に図12と同様な構造を有し、ラジアルギャップロータ5の周方向においていずれか他方、図13では反時計回りの方向に図11と同様な構造を有している。   The magnetic path member 34C has a structure similar to that of FIG. 12 in the circumferential direction of the radial gap rotor 5 and in FIG. 13 in the clockwise direction. Then, it has the same structure as FIG. 11 in the counterclockwise direction.

ラジアルギャップロータティース32Cの時計回り方向の半分は、根元から突出端、つまり先端部51Cまでラジアルギャップロータ5の中心側から略一様な幅寸法で延びている。   Half of the radial gap rotor teeth 32 </ b> C in the clockwise direction extends from the base to the projecting end, that is, the front end 51 </ b> C with a substantially uniform width dimension from the center side of the radial gap rotor 5.

磁路部材34Cの反時計回り方向の半分は、誘導コイル23が巻かれる基部61と、隣り合う一対のラジアルギャップロータティース32Cの先端部51Cにむかって延びる突出部62Cと、を備えている。磁路部材34Cの突出部62Cは、図7における先端部51の突出部51aを兼ねている。   Half of the magnetic path member 34C in the counterclockwise direction includes a base portion 61 around which the induction coil 23 is wound, and a protruding portion 62C extending toward the distal end portion 51C of a pair of adjacent radial gap rotor teeth 32C. The protrusion 62C of the magnetic path member 34C also serves as the protrusion 51a of the tip 51 in FIG.

磁路部材34Cの時計回りの半分は、誘導コイル23が巻かれる基部61を有する。   Half of the magnetic path member 34C in the clockwise direction has a base 61 around which the induction coil 23 is wound.

ラジアルギャップロータティース32Cの反時計回りの半分は、磁路部材34Cの基部61に向かって延びる先端部51Cを有している。ラジアルギャップロータティース32Cの先端部51Cは、図7における磁路部材34の突出部62を兼ねている。   The counterclockwise half of the radial gap rotor teeth 32 </ b> C has a tip 51 </ b> C extending toward the base 61 of the magnetic path member 34 </ b> C. The tip 51C of the radial gap rotor teeth 32C also serves as the protrusion 62 of the magnetic path member 34 in FIG.

図13の回転電機1Cは、図13における時計回りおよび反時計回りのいずれか一方にのみ回転させる場合に好適である。また、回転電機1Cは、正転と逆転との特性を変化させる場合にも好適である。   The rotating electrical machine 1 </ b> C in FIG. 13 is suitable when rotating only in one of the clockwise and counterclockwise directions in FIG. 13. The rotating electrical machine 1C is also suitable for changing the characteristics of normal rotation and reverse rotation.

このように構成される本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、誘導コイル23と界磁コイル35とを別々のロータ(すなわち、アキシャルギャップロータ3、ラジアルギャップロータ5)に巻いているため、従来の回転電機のように誘導コイル23と界磁コイル35とを同一のロータに巻く場合に比べてそれぞれのコイルを巻く領域をより大きく確保することができる。このことは、誘導コイル23および界磁コイル35それぞれの巻き数を増加させ、空間高調波の利用効率を高める。   The rotating electrical machines 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C according to this embodiment configured as described above wind the induction coil 23 and the field coil 35 around separate rotors (that is, the axial gap rotor 3 and the radial gap rotor 5). Therefore, compared with the case where the induction coil 23 and the field coil 35 are wound around the same rotor as in a conventional rotating electric machine, a larger area for winding each coil can be secured. This increases the number of turns of each of the induction coil 23 and the field coil 35 and increases the utilization efficiency of the spatial harmonics.

また、本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、隣り合うラジアルギャップロータティース32、32A、32B、32Cの間に、永久磁石33の磁束のバイパス回路としての磁路部材34、34A、34B、34Cを配置しているため、ラジアルギャップロータティース32、32A、32B、32Cにフラックスバリアとしての空隙を設けてバイパス回路を形成する場合に比べ、永久磁石33を配置する場所を大きく確保することができる。なお、ラジアルギャップロータティース32、32A、32B、32Cにフラックスバリアを設けてバイパス回路を形成する場合には、より小さい永久磁石33を配置して界磁コイル35の配置場所を確保する代わりにより小さい永久磁石33を採用したり、同程度の大きさの永久磁石33を配置することでラジアルギャップロータティース32、32A、32B、32Cを周方向に幅広に確保する代わりに界磁コイル35の巻き数を減じたりしなければならなくなる。   Further, the rotating electrical machines 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C according to the present embodiment have a magnetic path member 34 as a magnetic flux bypass circuit of the permanent magnet 33 between the adjacent radial gap rotor teeth 32, 32 </ b> A, 32 </ b> B, and 32 </ b> C. Since 34A, 34B, and 34C are arranged, the location where the permanent magnet 33 is arranged is larger than the case where the radial gap rotor teeth 32, 32A, 32B, and 32C are provided with a gap as a flux barrier to form a bypass circuit. Can be secured. When a bypass circuit is formed by providing flux barriers on the radial gap rotor teeth 32, 32A, 32B, 32C, a smaller permanent magnet 33 is disposed instead of securing a field coil 35 placement location. Instead of ensuring the radial gap rotor teeth 32, 32A, 32B, 32C wide in the circumferential direction by adopting the permanent magnet 33 or arranging the permanent magnet 33 of the same size, the number of turns of the field coil 35 You will have to reduce or reduce.

さらに、本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、界磁コイル35を磁路部材34、34A、34B、34Cに巻いているため、界磁コイル35を永久磁石に巻く場合に比べ、永久磁石の磁気抵抗がなく、界磁コイル35の磁束が通りやすく、効率的に磁束を発生させることができる。   Furthermore, since the rotating electrical machines 1, 1A, 1B, and 1C according to the present embodiment wind the field coil 35 around the magnetic path members 34, 34A, 34B, and 34C, when the field coil 35 is wound around a permanent magnet. In comparison, there is no magnetic resistance of the permanent magnet, the magnetic flux of the field coil 35 can easily pass, and the magnetic flux can be generated efficiently.

さらにまた、本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、ラジアルギャップロータティース32、32A、32B、32Cと磁路部材34、34A、34B、34Cとの間隔G3を有するため、磁路部材34、34A、34B、34Cに巻かれる界磁コイル35に生じる熱がラジアルギャップロータティース32、32A、32B、32Cに埋設される永久磁石33に伝わり難く、熱影響による永久磁石33の磁気特性の低下を防止できる。   Furthermore, the rotating electrical machines 1, 1A, 1B, and 1C according to the present embodiment have the gap G3 between the radial gap rotor teeth 32, 32A, 32B, and 32C and the magnetic path members 34, 34A, 34B, and 34C. The heat generated in the field coil 35 wound around the path members 34, 34A, 34B, 34C is difficult to be transmitted to the permanent magnets 33 embedded in the radial gap rotor teeth 32, 32A, 32B, 32C, and the magnetism of the permanent magnets 33 due to thermal influences. The deterioration of the characteristics can be prevented.

また、本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、ラジアルギャップロータティース32、32A、32B、32Cと磁路部材34、34A、34B、34Cとの間隔G3が、ステータティース12とラジアルギャップロータコア31との間隔G4よりも広いため、ラジアルギャップロータティース32、32A、32B、32Cと磁路部材34、34A、34B、34Cとの間の磁気抵抗が、ステータコア11とラジアルギャップロータコア31との磁気抵抗よりも大きい。このことは、界磁コイル35に流れる界磁電流が少ない低回転時において、磁路部材34、34A、34B、34Cを介する永久磁石33間の磁束の短絡を減じ、トルクの低下を抑制する。   Further, the rotating electrical machines 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C according to the present embodiment have the gap G <b> 3 between the radial gap rotor teeth 32, 32 </ b> A, 32 </ b> B, and 32 </ b> C and the magnetic path members 34, 34 </ b> A, 34 </ b> B, 34 </ Since the distance G4 between the radial gap rotor core 31 and the radial gap rotor core 31 is wider, the magnetic resistance between the radial gap rotor teeth 32, 32A, 32B, and 32C and the magnetic path members 34, 34A, 34B, and 34C is smaller than the stator core 11 and the radial gap rotor core 31. And greater than the magnetoresistance. This reduces the short circuit of the magnetic flux between the permanent magnets 33 via the magnetic path members 34, 34A, 34B, and 34C at the time of low rotation with a small field current flowing through the field coil 35, and suppresses a decrease in torque.

さらに、本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、ラジアルギャップロータ5の径方向に向かって巻かれる界磁コイル35を備えているため、極数の多いロータ、つまりラジアルギャップロータティース32、32A、32B、32Cが多く、ロータスロットの幅が狭いラジアルギャップロータ5であっても、界磁コイル35の占積率を高めることができる。   Furthermore, since the rotating electrical machines 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C according to the present embodiment include the field coil 35 wound in the radial direction of the radial gap rotor 5, the rotor having a large number of poles, that is, the radial gap rotor. Even in the radial gap rotor 5 having a large number of teeth 32, 32A, 32B, and 32C and a narrow rotor slot, the space factor of the field coil 35 can be increased.

さらにまた、本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、永久磁石33と電磁石になった磁路部材34、34A、34B、34Cとがハルバッハ配列になるため、界磁コイル35の磁束を永久磁石33の磁束に作用させやすい。   Furthermore, in the rotating electrical machines 1, 1A, 1B, and 1C according to the present embodiment, the permanent magnet 33 and the magnetic path members 34, 34A, 34B, and 34C that are electromagnets are arranged in a Halbach array. The magnetic flux is easily applied to the magnetic flux of the permanent magnet 33.

また、本実施形態に係る回転電機1、1A、1Cは、誘導コイル23が巻かれる基部61から隣接する一対のラジアルギャップロータティース32、32A、32Cのうち少なくとも一方の先端部51にむかって延びる突出部62、62A、62Cを有する磁路部材34、34A、34Cを備えることによって、界磁コイル35の配置の自由度を高めることができる。磁路部材34、34A、34Cは、ロータスロットの径方向における略中央に基部61を配置することで界磁コイル35の占積率を高めることができる。このとき、磁路部材34、34A、34Cの基部61とラジアルギャップロータティース32、32A、32Cの先端部51、51A、51Cとは、ラジアルギャップロータ5の径方向に離間してしまうことになる。そこで、回転電機1、1B、1Cは、磁路部材34、34B、34Cに突出部62を設けることによって、基部61とラジアルギャップロータティース32、32A、32Cの先端部51、51A、51Cとの離間距離、すなわち間隔G3を容易に調整することができる。   In addition, the rotating electrical machines 1, 1 </ b> A, and 1 </ b> C according to the present embodiment extend from the base portion 61 around which the induction coil 23 is wound toward at least one distal end portion 51 of the pair of adjacent radial gap rotor teeth 32, 32 </ b> A, and 32 </ b> C. By providing the magnetic path members 34, 34A, and 34C having the protrusions 62, 62A, and 62C, the degree of freedom of arrangement of the field coil 35 can be increased. The magnetic path members 34, 34A, and 34C can increase the space factor of the field coil 35 by disposing the base 61 substantially at the center in the radial direction of the rotor slot. At this time, the base 61 of the magnetic path members 34, 34 </ b> A, 34 </ b> C and the distal end portions 51, 51 </ b> A, 51 </ b> C of the radial gap rotor teeth 32, 32 </ b> A, 32 </ b> C are separated in the radial direction of the radial gap rotor 5. . Therefore, the rotating electrical machines 1, 1B, and 1C are provided with the protrusions 62 on the magnetic path members 34, 34B, and 34C, so that the base 61 and the distal end portions 51, 51A, and 51C of the radial gap rotor teeth 32, 32A, and 32C are connected. The separation distance, that is, the gap G3 can be easily adjusted.

さらに、本実施形態に係る回転電機1、1B、1Cは、ラジアルギャップロータティース32、32B、32Cに永久磁石33よりも磁路部材34、34B、34Cに向かって突出した形状を有する先端部51、51B、51Cを有することによって、永久磁石33の磁束を磁束線に沿ったバイパス磁路に容易に形成できる。   Further, the rotating electrical machines 1, 1 </ b> B, and 1 </ b> C according to the present embodiment have tip portions 51 that have a shape that protrudes toward the magnetic path members 34, 34 </ b> B, and 34 </ b> C from the radial gap rotor teeth 32, 32 </ b> B, and 32 </ b> C rather than the permanent magnet 33. , 51B, 51C, the magnetic flux of the permanent magnet 33 can be easily formed in the bypass magnetic path along the magnetic flux lines.

図14は、本発明の実施形態に係る回転電機の他の例の横断面図である。   FIG. 14 is a cross-sectional view of another example of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.

なお、本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、図1から図13のようなステータ2の内側にラジアルギャップロータ5を配置するインナーロータ型に限られず、図14に示すように、ステータ2の外側にラジアルギャップロータ5を配置するアウターロータ型であっても良い。   Note that the rotating electrical machines 1, 1A, 1B, and 1C according to the present embodiment are not limited to the inner rotor type in which the radial gap rotor 5 is disposed inside the stator 2 as shown in FIGS. 1 to 13, but as shown in FIG. Alternatively, an outer rotor type in which the radial gap rotor 5 is disposed outside the stator 2 may be used.

この場合、回転電機1、1A、1B、1Cは、筒状のステータ2と、ステータ2の軸方向の少なくともいずれか一方に配置され、隙間G1を隔ててステータ2に対面するアキシャルギャップロータ3と、ステータ2の径方向外側に配置され、隙間G2を隔ててステータ2に対面するラジアルギャップロータ5と、を備えることになる。ステータ2の第二ティース部16は、第一ティース部15の外側の形状に整合してステータコア11の中心線に向かって狭まる台形状を有している。第二ティース部16は、ステータコア11の外周面を長手方向、つまりステータコア11の中心線に平行な方向へ延びている。ラジアルギャップロータティース32は、ラジアルギャップロータ5の径方向内側に向かって延びている。   In this case, the rotating electrical machines 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C are disposed in at least one of the cylindrical stator 2 and the axial direction of the stator 2, and the axial gap rotor 3 that faces the stator 2 with a gap G <b> 1 therebetween. The radial gap rotor 5 is disposed outside the stator 2 in the radial direction and faces the stator 2 with a gap G2 therebetween. The second tooth portion 16 of the stator 2 has a trapezoidal shape that matches the outer shape of the first tooth portion 15 and narrows toward the center line of the stator core 11. The second teeth portion 16 extends on the outer peripheral surface of the stator core 11 in the longitudinal direction, that is, in a direction parallel to the center line of the stator core 11. The radial gap rotor teeth 32 extend inward in the radial direction of the radial gap rotor 5.

また、本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、非磁性部材21に代えて、または非磁性部材21とは別に、アキシャルギャップロータティース22と同一材料で形成されるアキシャルギャップロータコアを備えていても良い。この場合、アキシャルギャップロータコアとアキシャルギャップロータティース22とを一体形成でき、製造コストおよび製造工数を低減することができる。   In addition, the rotating electrical machines 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C according to the present embodiment are axial gap rotor cores formed of the same material as the axial gap rotor teeth 22 instead of the nonmagnetic member 21 or separately from the nonmagnetic member 21. May be provided. In this case, the axial gap rotor core and the axial gap rotor teeth 22 can be integrally formed, and the manufacturing cost and the number of manufacturing steps can be reduced.

また、本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、アキシャルギャップロータ3の非磁性部材21および誘導コイル23と、ラジアルギャップロータ5のラジアルギャップロータコア31、界磁コイル35、永久磁石33、および磁路部材34とを入れ替えても良い。つまり、回転電機1、1A、1B、1Cのラジアルギャップロータ5は、非磁性部材21、ステータコア11に対面し周方向に等間隔で並ぶ複数のラジアルギャップロータティース32と、ラジアルギャップロータティース32に巻かれステータ2で発生する磁束に基づいて誘導電流を誘起させる誘導コイル23と、を有し、アキシャルギャップロータ3は、ステータコア11に対面するアキシャルギャップロータコア21と、アキシャルギャップロータコア21に設けられアキシャルギャップロータコア21の周方向に等間隔で並ぶ複数のアキシャルギャップロータティース22と、アキシャルギャップロータティース22のそれぞれに設けられる永久磁石33と、隣り合うアキシャルギャップロータティース22の間に配置される磁路部材34と、磁路部材34に巻かれ誘導コイル23が誘起させた誘導電流が流れると磁界を発生させる界磁コイル35と、を有するものであっても良い。この場合においても、本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、非磁性部材21に代えて、または非磁性部材21とは別に、アキシャルギャップロータティース22と同一材料で形成されるアキシャルギャップロータコアを設けても良い。   The rotating electrical machines 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C according to the present embodiment include a nonmagnetic member 21 and an induction coil 23 of the axial gap rotor 3, a radial gap rotor core 31 of the radial gap rotor 5, a field coil 35, and a permanent magnet. 33 and the magnetic path member 34 may be interchanged. That is, the radial gap rotor 5 of the rotating electrical machines 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C faces the nonmagnetic member 21 and the stator core 11, and a plurality of radial gap rotor teeth 32 arranged at equal intervals in the circumferential direction. An induction coil 23 for inducing an induced current based on the magnetic flux generated in the stator 2, and the axial gap rotor 3 is provided on the axial gap rotor core 21 facing the stator core 11 and the axial gap rotor core 21. A plurality of axial gap rotor teeth 22 arranged at equal intervals in the circumferential direction of the gap rotor core 21, a permanent magnet 33 provided in each of the axial gap rotor teeth 22, and a magnetic path disposed between adjacent axial gap rotor teeth 22 Part 34, a field coil 35 for generating a magnetic field flows induced current induction coil 23 wound around the magnetic path member 34 was induced, it may have a. Even in this case, the rotating electrical machines 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C according to the present embodiment are formed of the same material as the axial gap rotor teeth 22 instead of the nonmagnetic member 21 or separately from the nonmagnetic member 21. An axial gap rotor core may be provided.

図15は、本発明の実施形態に係る回転電機の他の例の界磁コイルが生じさせる磁束の変化を概略的に示す図である。   FIG. 15 is a diagram schematically showing a change in magnetic flux generated by the field coil of another example of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.

さらに、本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、図10のように界磁コイル35の起磁力を、電機子コイル13および永久磁石33の磁束を弱める方向に利用するものに限られない。インバータの電源電圧に制約がなければ、本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、図15に示すように従来技術のように、界磁コイル35の起磁力を、電機子コイル13および永久磁石33の磁束を強める方向に利用しても良い。この場合、界磁コイル35は、図10の場合の反対方向に巻かれる。   Furthermore, the rotating electrical machines 1, 1 A, 1 B, and 1 C according to the present embodiment use the magnetomotive force of the field coil 35 in a direction that weakens the magnetic flux of the armature coil 13 and the permanent magnet 33 as shown in FIG. Not limited. If there is no restriction on the power supply voltage of the inverter, the rotating electrical machines 1, 1A, 1B, and 1C according to the present embodiment, as shown in FIG. 13 and the permanent magnet 33 may be used in the direction of increasing the magnetic flux. In this case, the field coil 35 is wound in the opposite direction to that of FIG.

さらにまた、本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、誘導コイル23と界磁コイル35とをアキシャルギャップロータ3とラジアルギャップロータ5とに分けて配置するものに限られない。本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、誘導コイル23と界磁コイル35とを兼用するコイルを、アキシャルギャップロータ3およびラジアルギャップロータ5のそれぞれに設けても良い。この場合、本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、誘導コイル23および界磁コイル35を兼用するコイルを別々のロータ(すなわち、アキシャルギャップロータ3、ラジアルギャップロータ5)に巻いているため、従来の回転電機のように誘導コイル23と界磁コイル35とを同一のロータに巻く場合に比べてそれぞれのコイルを巻く領域をより大きく確保することができる。   Furthermore, the rotating electrical machines 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C according to the present embodiment are not limited to those in which the induction coil 23 and the field coil 35 are divided into the axial gap rotor 3 and the radial gap rotor 5. In the rotating electrical machines 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C according to the present embodiment, a coil that serves both as the induction coil 23 and the field coil 35 may be provided in each of the axial gap rotor 3 and the radial gap rotor 5. In this case, the rotating electrical machines 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C according to the present embodiment wind coils that serve as the induction coil 23 and the field coil 35 around separate rotors (that is, the axial gap rotor 3 and the radial gap rotor 5). Therefore, compared with the case where the induction coil 23 and the field coil 35 are wound around the same rotor as in a conventional rotating electric machine, a larger area for winding each coil can be secured.

また、本実施形態に係る回転電機1、1A、1B、1Cは、外部からアキシャルギャップロータ3およびラジアルギャップロータ5にエネルギーを入力する必要のない構造を有し、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載することが好適な性能を有している。   Moreover, the rotary electric machines 1, 1A, 1B, and 1C according to the present embodiment have a structure that does not require energy to be input to the axial gap rotor 3 and the radial gap rotor 5 from the outside. It is suitable for mounting.

したがって、本発明に係る回転電機1、1A、1B、1Cによれば、誘導コイル23および界磁コイル35の巻き数を確保し易く、ひいては空間高調波成分をより効率的に利用することができる。   Therefore, according to the rotating electrical machines 1, 1A, 1B, and 1C according to the present invention, it is easy to secure the number of turns of the induction coil 23 and the field coil 35, and the space harmonic components can be used more efficiently. .

1、1A、1B、1C…回転電機、2…ステータ、3…アキシャルギャップロータ、5…ラジアルギャップロータ、6…回転軸、7…ケーシング、11…ステータコア、12…ステータティース、13、13a、13b、13c…電機子コイル、15…第一ティース部、16…第二ティース部、21…非磁性部材、22…アキシャルギャップロータティース、23、23a、23b…誘導コイル、31…ラジアルギャップロータコア、32、32A、32B、32C、32a、32b…ラジアルギャップロータティース、33、33a、33b…永久磁石、34、34A、34B、34C…磁路部材、35…界磁コイル、35…界磁コイル、36…ブリッジ部、51、51A、51B、51C…先端部、51a…突出部、61…基部、62、62A、62C…突出部、71a、71b…ダイオード。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A, 1B, 1C ... Rotary electric machine, 2 ... Stator, 3 ... Axial gap rotor, 5 ... Radial gap rotor, 6 ... Rotary shaft, 7 ... Casing, 11 ... Stator core, 12 ... Stator teeth 13, 13a, 13b , 13c ... armature coil, 15 ... first tooth portion, 16 ... second tooth portion, 21 ... nonmagnetic member, 22 ... axial gap rotor teeth, 23, 23a, 23b ... induction coil, 31 ... radial gap rotor core, 32 32A, 32B, 32C, 32a, 32b ... radial gap rotor teeth, 33, 33a, 33b ... permanent magnets, 34, 34A, 34B, 34C ... magnetic path members, 35 ... field coils, 35 ... field coils, 36 ... Bridge part, 51, 51A, 51B, 51C ... Tip part, 51a ... Projection part, 61 ... Base part, 62, 2A, 62C ... protruding portion, 71a, 71b ... diodes.

Claims (6)

筒状のステータと、
前記ステータの軸方向の少なくともいずれか一方に配置され隙間を隔てて前記ステータに対面するアキシャルギャップロータと、
前記ステータの径方向内側または外側に配置され隙間を隔てて前記ステータに対面するラジアルギャップロータと、を備え、
前記ステータは、
ステータコアと、
前記ステータコアに設けられ前記ステータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のステータティースと、
前記ステータコアまたは前記ステータティースに巻かれる電機子コイルと、を有し、
前記アキシャルギャップロータは、
前記ステータコアに対面し前記アキシャルギャップロータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のアキシャルギャップロータティースと、
前記アキシャルギャップロータティースに巻かれ前記ステータで発生する磁束に基づいて誘導電流を誘起させる誘導コイルと、を有し、
前記ラジアルギャップロータは、
前記ステータコアに対面するラジアルギャップロータコアと、
前記ラジアルギャップロータコアに設けられ前記ラジアルギャップロータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のラジアルギャップロータティースと、
前記ラジアルギャップロータティースのそれぞれに設けられる永久磁石と、
隣り合う前記ラジアルギャップロータティースの間に配置される磁路部材と、
前記磁路部材に巻かれ前記誘導電流が流れると磁界を発生させる界磁コイルと、を有する回転電機。
A cylindrical stator;
An axial gap rotor disposed in at least one of the axial directions of the stator and facing the stator with a gap therebetween;
A radial gap rotor disposed on the radially inner side or the outer side of the stator and facing the stator with a gap therebetween,
The stator is
A stator core;
A plurality of stator teeth provided in the stator core and arranged at equal intervals in the circumferential direction of the stator core;
An armature coil wound around the stator core or the stator teeth,
The axial gap rotor is
A plurality of axial gap rotor teeth facing the stator core and arranged at equal intervals in the circumferential direction of the axial gap rotor core;
An induction coil that induces an induced current based on a magnetic flux that is wound around the axial gap rotor teeth and is generated in the stator, and
The radial gap rotor is
A radial gap rotor core facing the stator core;
A plurality of radial gap rotor teeth provided in the radial gap rotor core and arranged at equal intervals in a circumferential direction of the radial gap rotor core;
A permanent magnet provided in each of the radial gap rotor teeth;
A magnetic path member disposed between the radial gap rotor teeth adjacent to each other;
A rotating electric machine comprising: a field coil wound around the magnetic path member and generating a magnetic field when the induced current flows.
前記ラジアルギャップロータティースと前記磁路部材との間隔は、前記ステータティースと前記ラジアルギャップロータコアとの間隔よりも広い請求項1に記載の回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1, wherein an interval between the radial gap rotor teeth and the magnetic path member is wider than an interval between the stator teeth and the radial gap rotor core. 前記界磁コイルは、前記ラジアルギャップロータの径方向に向かって巻かれている請求項1または2に記載の回転電機。 The rotating electric machine according to claim 1, wherein the field coil is wound in a radial direction of the radial gap rotor. 前記ラジアルギャップロータティースは、前記永久磁石よりも前記ステータ側に配置され前記前記永久磁石と前記磁路部材との間、および前記前記永久磁石と前記ステータティースとの間に磁束を通す磁路としての先端部を有し、
前記永久磁石は、前記磁路部材を挟んで隣り合うもの同士の極性が反対であり、
前記磁路部材は、前記誘導コイルが巻き付けられる基部と、隣接する一対の前記ラジアルギャップロータティースのうち少なくとも一方の前記先端部にむかって延びる突出部と、を有している請求項3に記載の回転電機。
The radial gap rotor teeth are arranged closer to the stator than the permanent magnets, and serve as magnetic paths through which magnetic flux passes between the permanent magnets and the magnetic path members, and between the permanent magnets and the stator teeth. The tip of
The permanent magnets are opposite in polarity between those adjacent to each other across the magnetic path member,
The said magnetic path member has the base part by which the said induction coil is wound, and the protrusion part extended toward the said front-end | tip part of at least one of a pair of said adjacent radial gap rotor teeth. Rotating electric machine.
前記先端部は、前記永久磁石よりも前記磁路部材に向かって突出した形状を有する請求項4に記載の回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 4, wherein the tip portion has a shape protruding toward the magnetic path member from the permanent magnet. 筒状のステータと、
前記ステータの軸方向の少なくともいずれか一方に配置され隙間を隔てて前記ステータに対面するアキシャルギャップロータと、
前記ステータの径方向内側または外側に配置され隙間を隔てて前記ステータに対面するラジアルギャップロータと、を備え、
前記ステータは、
ステータコアと、
前記ステータコアに設けられ前記ステータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のステータティースと、
前記ステータコアまたは前記ステータティースに巻かれる電機子コイルと、を有し、
前記ラジアルギャップロータは、
前記ステータコアに対面すし周方向に等間隔で並ぶ複数のラジアルギャップロータティースと、
前記ラジアルギャップロータティースに巻かれ前記ステータで発生する磁束に基づいて誘導電流を誘起させる誘導コイルと、を有し、
前記アキシャルギャップロータは、
前記ステータコアに対面するアキシャルギャップロータコアと、
前記アキシャルギャップロータコアに設けられ前記アキシャルギャップロータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のアキシャルギャップロータティースと、
前記アキシャルギャップロータティースのそれぞれに設けられる永久磁石と、
隣り合う前記アキシャルギャップロータティースの間に配置される磁路部材と、
前記磁路部材に巻かれ前記誘導電流が流れると磁界を発生させる界磁コイルと、を有する回転電機。
A cylindrical stator;
An axial gap rotor disposed in at least one of the axial directions of the stator and facing the stator with a gap therebetween;
A radial gap rotor disposed on the radially inner side or the outer side of the stator and facing the stator with a gap therebetween,
The stator is
A stator core;
A plurality of stator teeth provided in the stator core and arranged at equal intervals in the circumferential direction of the stator core;
An armature coil wound around the stator core or the stator teeth,
The radial gap rotor is
A plurality of radial gap rotor teeth facing the stator core and arranged at equal intervals in the circumferential direction;
An induction coil that induces an induced current based on a magnetic flux that is wound around the radial gap rotor teeth and generated in the stator, and
The axial gap rotor is
An axial gap rotor core facing the stator core;
A plurality of axial gap rotor teeth provided in the axial gap rotor core and arranged at equal intervals in a circumferential direction of the axial gap rotor core;
A permanent magnet provided in each of the axial gap rotor teeth;
A magnetic path member disposed between the adjacent axial gap rotor teeth;
A rotating electric machine comprising: a field coil wound around the magnetic path member and generating a magnetic field when the induced current flows.
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