JP2019030058A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータにおけるスイッチング損失を低減でき、インバータの効率を向上させることができる回転電機を提供すること。【解決手段】ロータ２０の軸方向の少なくとも一方でロータ２０に隙間を隔てて対向し、ロータ２０に給電する給電部３０を備える。給電部３０は、給電コイル３２と、給電コイル３２と接続される第１コンデンサ３７と、を有している。給電コイル３２と第１コンデンサ３７とで第１共振回路３８を形成している。ロータ２０は、ロータコア２１と、ロータコア２１の周方向に等間隔で並ぶ複数のロータティース２３と、ロータコア２１またはロータティース２３に巻き回されるロータコイル２２と、ロータコイル２２に接続される第２コンデンサ２７と、を有している。ロータコイル２２と第２コンデンサ２７とで第２共振回路２８を形成している。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両の駆動源に用いられる回転電機として巻線形誘導モータがある。

巻線形誘導モータは、ステータにステータコイルを備え、ロータにロータコイルおよびスリップリングを備えている。巻線形誘導モータは、通常は、ステータコイルに通電し、電磁誘導によりロータコイルに誘起電流および起磁力を発生させることで、ロータを回転させる。

巻線形誘導モータにおいて、スリップリングを介してインバータ等からロータコイルに誘起電流ではなく励磁電流を供給して二次励磁を行うようにしたものがある。このようにスリップリングを介して二次励磁のために励磁電流を給電する巻線形誘導モータは、スリップリングとブラシの摺動面が摩耗するため、ブラシの交換等のメンテナンスを定期的に実施する必要があった。

一方、定期的なメンテナンスを不要にできる技術として、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載のものは、ロータの軸方向においてトランス可動部とトランス固定部とをギャップを介して配置することで回転トランスを形成している。これにより、特許文献１に記載のものは、非接触でロータコイルを二次励磁することができる。

特開２００４−０３２９４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものは、二次励磁用の電力を外部からロータに伝達する際に、トランス固定部とトランス可動部のうち、電力を送り出す側に通電する電流周波数を、回転磁界の周波数、すなわちステータコイルの通電する電力の周波数の１０倍から１０００倍もの著しく高い周波数に設定する必要がある。

そのため、特許文献１に記載のものは、二次励磁用の電力を供給するインバータの効率が低下し、インバータの制御が複雑化し、モータにおける銅損の増加を引き起こしてしまうという問題があった。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、インバータにおけるスイッチング損失を低減でき、インバータの効率を向上させることができる回転電機を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するため、筒状のロータと、前記ロータの径方向内側または径方向外側で前記ロータに隙間を隔てて対向するステータと、前記ロータの軸方向の少なくとも一方で前記ロータに隙間を隔てて対向し、前記ロータに給電する給電部と、を備え、前記ステータは、ステータコイルを有し、前記給電部は、給電コイルと、前記給電コイルと接続される第１コンデンサと、を有し、前記給電コイルと前記第１コンデンサとで第１共振回路を形成し、前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のロータティースと、前記ロータコアまたは前記ロータティースに巻き回されるロータコイルと、前記ロータコイルに接続される第２コンデンサと、を有し、前記ロータコイルと前記第２コンデンサとで第２共振回路を形成することを特徴とする。

本発明によれば、インバータにおけるスイッチング損失を低減でき、インバータの効率を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施例に係る回転電機の構成図である。 図２は、本発明の一実施例に係る回転電機のロータの斜視図である。 図３は、本発明の一実施例に係る回転電機の、一部を切断したロータの斜視図である。 図４は、本発明の一実施例に係る回転電機の、ロータの第２ロータコアの斜視図である。 図５は、本発明の一実施例に係る回転電機の、ロータの第１ロータコアの斜視図である。 図６は、本発明の一実施例に係る回転電機のステータコイルおよびロータコイルの結線図である。 図７は、本発明の一実施例に係る回転電機の、二次励磁時のロータにおける磁束ベクトルを示す図である。 図８は、本発明の一実施例に係る回転電機の第１コンデンサおよび第２コンデンサの変形例を示す図である。 図９は、本発明の変形例に係る回転電機の構成図である。

本発明の一実施の形態に係る回転電機は、筒状のロータと、ロータの径方向内側または径方向外側でロータに隙間を隔てて対向するステータと、ロータの軸方向の少なくとも一方でロータに隙間を隔てて対向し、ロータに給電する給電部と、を備え、ステータは、ステータコイルを有し、給電部は、給電コイルと、給電コイルと接続される第１コンデンサと、を有し、給電コイルと第１コンデンサとで第１共振回路を形成し、ロータは、ロータコアと、ロータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のロータティースと、ロータコアまたはロータティースに巻き回されるロータコイルと、ロータコイルに接続される第２コンデンサと、を有し、ロータコイルと第２コンデンサとで第２共振回路を形成することを特徴とする。これにより、本発明の一実施の形態に係る回転電機は、インバータにおけるスイッチング損失を低減でき、インバータの効率を向上させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る回転電機について詳細に説明する。

図１において、本発明の一実施例に係る回転電機１は、すべり周波数の電力を非接触で給電することで二次励磁可能な誘導電動機であり、概略円筒形状に形成されたステータ１０と、ステータ１０とエアギャップを介して径方向の内側に対向配置されるロータ２０と、ロータ２０の軸方向の少なくとも一方でロータ２０に隙間を隔てて対向し、ロータ２０に給電する給電部３０とを備えている。ロータ２０は、回転軸５を回転中心として図示しないモータケースに相対回転可能に支持されている。

なお、「径方向」とは、回転軸５が延伸する方向に直交する方向であり、回転軸５を中心として放射方向に示される。「径方向の外側」とは、径方向において回転軸５から遠い側のことであり、「径方向の内側」とは、径方向において回転軸５に近い側のことである。

また、「周方向」とは、回転軸５を中心とする円周方向を示す。また、「軸方向」とは、回転軸５が延伸する方向を示す。

図１において、ステータ１０は、ステータコイル１２を有している。ステータ１０は、不図示の複数のステータティースとこのステータティースを保持するヨーク部を備え、ステータティースにステータコイル１２を巻回している。ステータコイル１２は、多相交流の各相に対応して設けられている。本実施例では三相交流を用いており、ステータコイル１２は三相交流のＷ相、Ｖ相、Ｕ相に対応して設けられている。

ステータ１０にはインバータ４０が接続されており、このインバータ４０からステータ１０のステータコイル１２に三相交流が供給される。また、後述する給電部３０にはインバータ５０が接続されており、このインバータ５０から給電部３０の給電コイル３２に三相交流が供給される。

ステータコイル１２は、通電により磁束（電機子磁束）を発生させる。ステータ１０は、ステータコイル１２に三相交流が供給されることで、周方向に回転する回転磁界を発生する。このステータ１０は、発生した電機子磁束をロータ２０に鎖交させることによりロータ２０を回転駆動させる。

図１、図２、図３において、給電部３０は、ロータ２０の軸方向の両側でロータ２０に隙間を隔てて対向している。給電部３０は給電コイル３２を有している。

給電部３０は、給電コイル３２が巻き回され、少なくともその一部が磁性体からなる給電ティース３３と、給電ティース３３を支持し、非磁性体からなる給電ヨーク３６と、を有する。なお、給電ティース３３の全てを非磁性体から構成してもよい。

図１、図２、図３において、ロータ２０は、ロータコア２１と、ロータコア２１の周方向に等間隔で並ぶ複数のロータティース２３と、ロータコア２１またはロータティース２３に巻き回されるロータコイル２２と、を有している。

図３、図４、図５において、ロータコア２１は、第１ロータコア２１Ａと、この第１ロータコア２１Ａとは別部材の第２ロータコア２１Ｂとから構成されている。第２ロータコア２１Ｂは第１ロータコア２１Ａの軸方向の端部に２つ配置されている。言い換えると、ロータコア２１は、第１ロータコア２１Ａと、２つの第２ロータコア２１Ｂとに、３分割されている。

第１ロータコア２１Ａは積層電磁鋼板からなり、第２ロータコア２１Ｂは圧粉磁心（ＳＭＣ：Soft Magnetic Composites）からなる。第１ロータコア２１Ａと第２ロータコア２１Ｂとは磁気的に分離されている。

第１ロータコア２１Ａと第２ロータコア２１Ｂが磁気的に分離しているので、２次励磁したときに第２ロータコア２１Ｂに鎖交する磁束が、第１ロータコア２１Ａに鎖交して、第１ロータコア２１Ａを構成する各電磁鋼板の面内に渦電流が発生することを抑制することができる。また、第１ロータコア２１Ａの各電磁鋼板に鎖交する磁束が、圧粉磁心で形成される第２ロータコア２１Ｂを介して該電磁鋼板に隣接する他の電磁鋼板に鎖交することを抑制できる。

第１ロータコア２１Ａと第２ロータコア２１Ｂとは、樹脂等からなる図示しない非磁性部材によって保持されることで一体化されている。そして、第１ロータコア２１Ａと第２ロータコア２１Ｂとが一体化された状態で、第１ロータコア２１Ａと第２ロータコア２１Ｂとを跨ぐようにロータコイル２２がトロイダル巻により巻回されている。

このように、ロータコア２１を第１ロータコア２１Ａと第２ロータコア２１Ｂとからなる分割構造にし、第１ロータコア２１Ａと第２ロータコア２１Ｂとを跨ぐようにロータコイル２２をトロイダル巻により巻回したので、ロータコイル２２を、第２ロータコア２１Ｂの部位で受電用コイルとして機能させることができ、第１ロータコア２１Ａの部位で誘導コイルとして機能させることができる。すなわち、受電用コイルと誘導コイルとを１つのロータコイル２２で兼用できる。

ロータティース２３は、第１ロータコア２１Ａに設けられた第１ロータティース２３Ａと、第２ロータコア２１Ｂに設けられた第２ロータティース２３Ｂとから構成されている。第１ロータティース２３Ａはステータ１０に対してギャップを隔てて周方向に対向している。第２ロータティース２３Ｂは給電部３０に対してギャップを隔てて軸方向に対向している。

ロータコア２１には、ロータコイル２２を収容する複数の溝状のスロット２４が形成されている。スロット２４は、ロータコア２１の外周面おいて、軸方向に延伸する溝状に形成されている。

スロット２４は、第１ロータコア２１Ａに設けられた第１スロット２４Ａと、第２ロータコア２１Ｂに設けられた第２スロット２４Ｂとから構成されている。第１スロット２４Ａと第２スロット２４Ｂとは、ロータコア２１において軸方向に整列している。

図６において、給電コイル３２は、三相スター結線（三相Ｙ結線ともいう）されている。給電コイル３２には第１コンデンサ３７が直列で接続されている。給電コイル３２と、この給電コイル３２に接続される第１コンデンサ３７とで第１共振回路３８が形成されている。したがって、第１共振回路３８は、直列ＬＣ共振回路である。

一方、ロータコイル２２には第２コンデンサ２７が直列で接続されている。ロータコイル２２と、このロータコイル２２に接続される第２コンデンサ２７とで第２共振回路２８が形成されている。

したがって、第２共振回路２８は、直列ＬＣ共振回路である。各相の第２共振回路２８は互いに電気的に分離している。すなわち、各相の第２共振回路２８は、グランドが非共通であり、電気的にフローティングの状態に構成されている。

本実施例では第１共振回路３８の共振周波数と、第２共振回路２８の共振周波数と、給電コイル３２に通電する三相交流の所定の電流周波数とが略一致している。略一致とは、ステータ１０とロータ２０との間のすべり周波数の分だけ僅かに相違する程度に一致することを意味する。

ここで、本実施例では、給電コイル３２に供給する三相交流は数十Ｈｚの低周波である。そのため、第１共振回路３８および第２共振回路２８の共振周波数も、この三相交流と略一致する低周波となるように設定されている。

このようにしたことで、給電コイル３２に通電される三相交流を、第１共振回路３８と第２共振回路２８との共振結合により、ロータ２０のロータコイル２２に給電することができる。

図１、図２、図３に示すように、ロータ２０は、ロータコア２１にロータコイル２２を円環状の立体形状であるトーラス形状となるようトロイダル巻した巻線形誘導ロータとなっている。

本実施例では、給電部３０はロータ２０に対して軸方向に対向するように配置されている。そして、給電部３０からロータ２０に対して、電磁共振結合によってすべり周波数の磁束変動による電力を給電することで、ブラシレスによるロータ２０の二次励磁を実現している。ここで、ブラシレスとは、ブラシとスリップリングとの接触面で電力を給電する代わりに、電磁結合により非接触で電力を給電することである。

給電コイル３２およびロータコイル２２の各インダクタンスと、第１コンデンサ３７および第２コンデンサ２７のキャパシタンスは、給電部３０側の共振周波数とロータ２０側の共振周波数に基づき、ロータ２０の常用領域のすべり周波数（数十Ｈｚから数百Ｈｚ）で共振するように、決定している。

このように各インダクタンスと各キャパシタンスを決定することで、第１共振回路３８および第２共振回路２８の共振周波数が決定する。

第１共振回路３８および第２共振回路２８は、ともに直列ＬＣ回路であるため、電磁共振時にインピーダンスが最小になり電流を最大にすることができる。

二次励磁用の給電部３０は、非磁性体であるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂からなる給電コア３１を備えている。給電コア３１は、給電ティース３３と給電ヨーク３６とを有している。多相（三相）の給電コイル３２は給電ティース３３に巻回されている。

給電コイル３２の巻き方としては集中巻または分布巻を採用することができる。給電コイル３２の巻き方は、給電コイル３２における銅損を低減するためには、集中巻にすることが望ましい。

給電コイル３２の種類としては、平角線、丸線またはリッツ線を採用することができる。給電コイル３２は、漏れ磁束の鎖交により給電コイル３２に銅損が発生することを抑制するために、リッツ線にすることが望ましい。一方、ロータコイル２２は、分布巻にすることが望ましい。

このような構成とすることで、ブラシレスでロータ２０を二次励磁することが可能になり、ブラシレス化による高堅牢性とシステムの小型化を実現できる。

ここで、低周波で電磁共振させるためには、Ｑ値（Quality Factor）ではなく、結合係数ｋを高めた設計の方が望ましい。

結合係数ｋを高めるためには、空芯コイルを用いて高周波で駆動させるよりも、鉄心(磁性コア)を用いて給電コイル３２とロータコイル２２の間の磁気結合係数を大きくすることが望ましい。

そのため、給電ティース３３の内部には磁性体からなる補極３５が埋設されている。補極３５は、周方向に隣り合うように複数設けられている。補極３５を設けたことで、給電コイル３２およびロータコイル２２のインダクタンスを向上させて低周波で電磁共振しやすくすることができ、電磁共振により二次励磁するときの電力伝送効率を向上させることができる。

なお、補極３５には、閉磁路を形成するための磁性体のバックヨークを設ける必要はない。磁性体のバックヨークを補極３５に設けない場合であっても、周方向に隣り合う補極３５の間の樹脂からなる低透磁率の部位を、共振時に高磁束密度で磁気結合させることが可能である。

なお、給電ティース３３に補極３５を設けず、給電部３０を空芯コイル構造としてもよい。

給電部３０を空芯コイル構造とし、非磁性体のみからなる給電ティース３３に給電コイル３２を巻いた状態であっても、高い磁束密度で給電部３０とロータ２０とを磁気結合させることができる。

高い磁束密度で磁気結合させることができるため、すべり周波数で変動する磁束をロータ２０に鎖交させることができる。この結果、トロイダル巻されたロータコイル２２にその磁束変動が鎖交してすべり周波数の誘導電流が生じ、二次励磁が可能となる。

ここで、二次励磁用の給電部３０を空芯コイル構造にする理由は、二次励磁しないときにその給電部３０に漏れ磁束が鎖交してロータ２０のトルクが低下してしまうことを防止するためである。すなわち、給電部３０を空芯コイル構造とすることで、電磁共振結合で二次励磁しているときだけ磁束がアキシャル方向で通過できる。

ロータ２０は、磁性体であるロータコア２１に、多相（三相）のロータコイル２２を巻いたものから構成されている。第２ロータコア２１Ｂは、給電部３０とギャップを介して軸方向に対向するロータティース２３Ｂを有している。第２ロータティース２３Ｂは、給電部３０との間で周方向と軸方向の三次元磁路を形成するために、軟磁性複合材料である圧粉磁心（ＳＭＣ：Soft Magnetic Composites）から構成されている。

図７は、ブラシレスで二次励磁しているときの電磁界解析により求めた磁束ベクトル図を示している。図７に示すように、非磁性体に給電コイル３２を巻いた二次励磁用の給電部３０から電磁共振によってすべり周波数の磁束変動がロータ２０のアキシャルギャップの面の給電ティース３３に鎖交している。

また、給電ティース３３に巻かれた給電コイル３２にその磁束変動が鎖交することで、ファラデーの法則に従ってすべり周波数の誘導起電力が発生している。そのため、すべり周波数の誘導起電力をロータコイル２２上で得ることができ、ブラシレスで二次励磁が可能になる。

また、第１コンデンサ３７および第２コンデンサ２７は、それぞれ容量が可変に構成されていることが好ましい。

第１コンデンサ３７および第２コンデンサ２７において、対向する電極の面積を変化させることで容量を変更することができる。または、第１コンデンサ３７および第２コンデンサ２７において、対向する電極の距離を変化させることで容量を変更することができる。

または、第１コンデンサ３７および第２コンデンサ２７において、誘電体の誘電率（または比誘電率）を変化させることで容量を変更することができる。

上記のうち、対向する電極の面積を変化させることで容量を変更する方法は、例えば、図８に示すように、複数のｎ個のコンデンサＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｎと、このコンデンサＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｎとを備え、スイッチＳ１、Ｓ２、・・・Ｓｎの開閉の組み合わせによってコンデンサＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｎを選択的に並列接続する構造により実現することができる。

また、第１コンデンサ３７および第２コンデンサ２７の容量を変更すると第１共振回路３８および第２共振回路２８の共振周波数も変化する。このため、インバータ５０は、変化後の共振周波数と略一致するように、給電コイル３２に通電する電流周波数を変更する。

インバータ４０、５０およびスイッチＳ１、Ｓ２、・・・Ｓｎは、略一致する共通の共振周波数においてロータ２０を二次励磁するように、同期制御されるようになっている。

また、回転電機１は、固定子としてのステータ１０と、このステータ１０に対して相対的に移動可能な可動子としてのロータ２０と、を備えるものであればよく、リニアモータ形の回転電機としてもよい。

以上のように、本実施例では、筒状のロータ２０と、ロータ２０の径方向内側または径方向外側でロータ２０に隙間を隔てて対向するステータ１０と、ロータ２０の軸方向の少なくとも一方でロータ２０に隙間を隔てて対向し、ロータ２０に給電する給電部３０と、を備えている。また、ステータ１０は、ステータコイル１２を有している。

また、給電部３０は、給電コイル３２と、給電コイル３２と接続される第１コンデンサ３７と、を有している。給電コイル３２と第１コンデンサ３７とで第１共振回路３８を形成している。

ロータ２０は、ロータコア２１と、ロータコア２１の周方向に等間隔で並ぶ複数のロータティース２３と、ロータコア２１またはロータティース２３に巻き回されるロータコイル２２と、ロータコイル２２に接続される第２コンデンサ２７と、を有している。ロータコイル２２と第２コンデンサ２７とで第２共振回路２８を形成している。

これにより、電磁共振／磁界共鳴作用を利用したので、変換トランス方式で二次励磁を行う場合と比較し、同一の電力を伝達する場合、二次励磁するために給電コイル３２に通電する電流周波数を低下させることができる。このため、インバータにおけるスイッチング損失を低減でき、インバータの効率を向上させることができる。

また、本実施例では、給電コイル３２のインダクタンスと第１コンデンサ３７のキャパシタンスとの積と、ロータコイル２２のインダクタンスと第２コンデンサ２７のキャパシタンスとの積と、が略一致している。

また、本実施例では、第１共振回路３８の共振周波数と、第２共振回路２８の共振周波数と、給電コイル３２に通電する所定の電流周波数とが略一致する。

ここで、特許文献１では、ステータコイルに通電する電流周波数よりも２次励磁用の電力の電流周波数が著しく大きい。このため、ステータコイルに通電することでロータコイルに流れる電流周波数（すべり周波数）と、２次励磁したときにロータコイルに流れる電流周波数とが異なってしまう。

このため、回転体であるロータ内に、ロータコイルとは別に該２次励磁による電力を受けるための受電用コイルと、受電用コイルに流れる電流周波数をすべり周波数に変換するための周波数変換装置（整流回路および高周波電力変換部）を設ける必要があった。さらに、この装置に制御信号を送信する必要があった。

これに対し、本実施例では、二次励磁周波数（給電コイルに通電する電流周波数）とステータコイル１２に流す電流周波数とが略一致する。このため、ステータコイル１２に通電したときに誘導コイルとしてのロータコイル２２に流れる電流周波数と、二次励磁したときに受電コイルとしてのロータコイル２２に流れる電流周波数とが略一致するため、ロータ２１内への周波数変換装置の設置およびこの装置への制御信号の送信が不要になり、装置および制御構成がシンプルになる。

さらに、本実施例では、上述のように二次励磁したときにロータコイル２２に流れる電流周波数が略一致するため、ロータコア２１にロータコイル２２をトーラス状のトロイダル巻にすることで、ステータコイル１２に誘導コイルと受電用コイルとを兼用させることができ、ロータ構成もシンプルになる。

またロータ２０の回転による遠心力や振動による負荷が作用して、周波数変換装置が故障することを避けるためにモータ出力に制限を受けることを防止できる。また、ロータコイル２２を給電コイル３２に直接二次励磁できる。

また、本実施例では、給電部３０は、給電コイル３２が巻き回され、少なくともその一部が磁性体からなる給電ティース３３と、給電ティース３３を支持し、非磁性体からなる給電ヨーク３６と、を有する。

これにより、給電ティース３３の少なくとも一部を磁性体で形成したので、給電コイル３２とロータコイル２２の磁気結合度が高まり、二次励磁により伝送できる電流を増やすことができる。
また、二次励磁を行わないときに、ロータ２０に鎖交する漏れ磁束が給電ティース３３の磁性体部分に鎖交する。本実施例では、給電ヨーク３６が非磁性体で形成されており、給電ティース３３に鎖交する漏れ磁束が他の給電ティース３３に短絡できないため、ロータ２０トルクの低下を抑制することができる。
また、給電ティース３３とステータ１０との間の磁気抵抗を高めることができるので、これらの間の磁気的干渉を抑制できる。また、給電ヨーク３６を軽量化することができる。

また、本実施例では、給電部３０は、給電コイル３２が巻き回され、非磁性体からなる給電ティース３３と、給電ティース３３を支持し、非磁性体からなる給電ヨーク３６と、を有する。

このように給電ティース３３および給電ヨーク３６を非磁性体にすることで、二次励磁を行わないときにロータ２０から給電部３０側に鎖交する漏れ磁束が大幅に減少する。

このため、ロータ２０のトルクが低下することを抑制できる。また、給電部３０を軽量化することができる。

また、本実施例では、筒状のロータ２０と、ロータ２０の軸方向の少なくとも一方でロータ２０に隙間を隔てて対向するステータ１０と、ロータ２０の径方向内側または径方向外側でロータ２０に隙間を隔てて対向し、ロータ２０に給電する給電部３０と、を備えている。ステータ１０は、ステータ１０コイルを有している。

また、給電部３０は、給電コイル３２と、給電コイル３２と接続される第２コンデンサ２７と、を有している。給電コイル３２と第２コンデンサ２７とで第２共振回路２８を形成している。

また、ロータ２０は、ロータ２０コアと、ロータ２０コアの周方向に等間隔で並ぶ複数のロータ２０ティースと、ロータ２０コアまたはロータ２０ティースに巻き回されるロータコイル２２と、ロータコイル２２に接続される第１コンデンサ３７と、を有している。ロータコイル２２と第１コンデンサ３７とで第１共振回路３８を形成している。

これにより、電磁共振／磁界共鳴作用を利用したので、変換トランス方式で二次励磁を行う場合と比較し、同一の電力を伝達する場合、二次励磁するために給電コイル３２に通電する電流周波数を低下させることができる。このため、インバータにおいてスイッチング損失を低減でき、インバータの効率を向上させることができる。

なお、ステータ１０のステータコイル１２に流す電流は、三相に限らず、それ以上の多相でもよい。例えば、四相、五相または二相でも成立する。また、ロータコイル２２は、本実施例のように三相スター結線とすることが望ましいが、かご形ロータ構造にしてもよい。

また、本実施例のようにインナロータ形の回転電機１に限らず、アウタロータ形の回転電機であっても本発明は成立する。

また、二次励磁する面がアキシャルギャップ面である構成に限らず、例えばインナ側に二次励磁用の給電部３０を配置してラジアルギャップ面で二次励磁する構成であっても本発明は成立する。

また、アキシャルギャップ面の両面から二次励磁することに限定されず、片側のアキシャルギャップ面で二次励磁する構成であっても本発明は成立する。

また、回転電機１の変形例として、図９に示すダブルロータ形の回転電機１００とした場合にも本発明は成立する。図９において、回転電機１００は、前述のステータ１０に相当するステータ１１０と、前述のロータ２０に相当するインナロータ１２０と、前述の給電部３０に相当する給電部１３０と、を備えている。

また、回転電機１００は、ステータ１１０とインナロータ１２０との間にアウタロータ１６０を備えている。

ステータ１１０は、前述のステータコイル１２に相当するステータコイル１１２を備えている。インナロータ１２０は、前述のロータコア２１、ロータコイル２２にそれぞれ相当するロータコア１２１、ロータコイル１２２を備えている。

アウタロータ１６０は、磁性体からなるステータコア１６１と、ステータコア１６１の外周側に埋設された永久磁石１６２と、ステータコア１６１の内周側に埋設された永久磁石１６３と、を備えている。

ここで、アウタロータ１６０が回転すると、その内周側の永久磁石１６３により、インナロータ１２０に対する回転磁界が発生する。この意味において、アウタロータ１６０は前述のステータ１０と同様に機能する。したがって、アウタロータ１６０は本発明におけるステータに相当する。

ステータ１１０には前述のインバータ４０に相当するインバータ１４０が接続されている。給電部１３０には前述のインバータ４０に相当するインバータ１５０が接続されている。

回転電機１００において、ステータ１１０が回転磁界を発生すると、この回転磁界がアウタロータ１６０の永久磁石１６２に鎖交することでアウタロータ１６０が同期回転する。

アウタロータ１６０が回転すると、アウタロータ１６０の永久磁石１６３による回転磁界がインナロータ１２０に作用し、インナロータ１２０のロータコイル１２２に起磁力を発生させる。

これにより、インナロータ１２０は誘導モータにおける誘導ロータとして機能し、アウタロータ１６０に対してすべりを伴って回転する。なお、図９においてインナロータ１２０にはエンジン１０２が連結されており、アウタロータ１６０にはトランスミッション１０３が連結されている。

本実施例では、給電部３０からロータコイル２２に受電したが、ロータコイル２２に流れる電流量を制御するために、ロータコイル２２から給電部３０に給電することもできる。この場合、ロータコイル２２が送電部としても機能し、給電部３０が受電部として機能する。

本実施例においては、ロータ２０を２次励磁するための給電部３０として用いたが、ロータ２０を励磁するための第２のステータとしても用いることができる。この場合、ステータ１０を第１のステータ、ステータ１０のステータティースを第１ステータティース、ステータ１０のステータティースを保持するヨーク部を第１ヨーク部、ステータコイル１２を第１のステータコイルとしたとき、給電部３０は、第２ステータ３０、給電コイル３２を第２ステータコイル３２、給電ティース３３を第２ステータティース３３、給電ヨーク３６を第２ヨーク部として構成することができる。この場合、必ずしも第１および第２コンデンサおよび第１および第２共振回路を形成する必要はない。第１ロータコア２１Ａと第２ロータコア２１Ｂは、一体構造の圧粉磁心あるいは積層鋼板として用いることもできる。また、モータ構造も誘導機に限定されず、例えば永久磁石を用いた交流モータとして用いてもよく、この場合、第１のステータまたは第２のステータにステータコイル１２があれば、ロータ２０にロータコイル２２は不要である。

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 回転電機
１０ ステータ
１２ ステータコイル
２０ ロータ
２１ ロータコア
２２ ロータコイル
２３ ロータティース
２７ 第２コンデンサ
２８ 第２共振回路
３０ 給電部
３２ 給電コイル
３３ 給電ティース
３６ 給電ヨーク
３７ 第１コンデンサ
３８ 第１共振回路

Claims (6)

1. 筒状のロータと、
   前記ロータの径方向内側または径方向外側で前記ロータに隙間を隔てて対向するステータと、
   前記ロータの軸方向の少なくとも一方で前記ロータに隙間を隔てて対向し、前記ロータに給電する給電部と、を備え、
   前記ステータは、
   ステータコイルを有し、
   前記給電部は、
   給電コイルと、
   前記給電コイルと接続される第１コンデンサと、を有し、
   前記給電コイルと前記第１コンデンサとで第１共振回路を形成し、
   前記ロータは、
   ロータコアと、
   前記ロータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のロータティースと、
   前記ロータコアまたは前記ロータティースに巻き回されるロータコイルと、
   前記ロータコイルに接続される第２コンデンサと、を有し、
   前記ロータコイルと前記第２コンデンサとで第２共振回路を形成することを特徴とする回転電機。
2. 前記給電コイルのインダクタンスと前記第１コンデンサのキャパシタンスとの積と、
   前記ロータコイルのインダクタンスと前記第２コンデンサのキャパシタンスとの積と、が略一致していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記第１共振回路の共振周波数と、前記第２共振回路の共振周波数と、前記給電コイルに通電する所定の電流周波数とが略一致することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 前記給電部は、
   前記給電コイルが巻き回され、少なくともその一部が磁性体からなる給電ティースと、
   前記給電ティースを支持し、非磁性体からなる給電ヨークと、を有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の回転電機。
5. 前記給電部は、
   前記給電コイルが巻き回され、非磁性体からなる給電ティースと、
   前記給電ティースを支持し、非磁性体からなる給電ヨークと、を有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の回転電機。
6. 筒状のロータと、
   前記ロータの軸方向の少なくとも一方で前記ロータに隙間を隔てて対向するステータと、
   前記ロータの径方向内側または径方向外側で前記ロータに隙間を隔てて対向し、前記ロータに給電する給電部と、を備え、
   前記ステータは、
   ステータコイルを有し、
   前記給電部は、
   給電コイルと、
   前記給電コイルと接続される第１コンデンサと、を有し、
   前記給電コイルと前記第１コンデンサとで第１共振回路を形成し、
   前記ロータは、
   ロータコアと、
   前記ロータコアの周方向に等間隔で並ぶ複数のロータティースと、
   前記ロータコアまたは前記ロータティースに巻き回されるロータコイルと、
   前記ロータコイルに接続される第２コンデンサと、を有し、
   前記ロータコイルと前記第２コンデンサとで第２共振回路を形成することを特徴とする回転電機。

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