JP5960068B2 - 回転電機システム - Google Patents

Description

この発明は、複数の回転電機の回転軸が連結された回転電機システムに関する。

従来の通常の回転電機において、必要な出力の大きさに応じて、各部の大きさを変更して設計することが行われる。また、複数の回転電機を並べて、それらの回転電機の合計の出力を必要な出力の大きさに合わせることも考えられる。

一方、特許文献１に記載されているように、横磁束型永久磁石同期機が知られているが、まだ開発段階にある。

特開２０１０−２１３５０９号公報

従来の通常の回転電機では、固定子コイルは、回転子と対向する位置で回転軸方向に延びていて、軸方向の両端部にこれらを接続するコイルエンドが形成されている。このため、複数の従来の通常の回転電機を軸方向に並べて配置しようとすると、それぞれのコイルエンドが干渉しない範囲で配置する必要があり、軸方向に密に配置することができなかった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、複数の回転電機を並べて、それらの回転電機の合計の出力を必要な出力の大きさに合わせることが可能で、しかもコンパクトな回転電機システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、この発明は、軸方向に配列された複数の回転電機のロータが互いに連結された回転電機システムであって、前記複数の回転電機それぞれは、回転可能に支持されて磁性体からなるロータと、前記ロータに固定されて前記ロータとともに回転可能な永久磁石と、固定支持されて前記ロータとともに磁路を形成する固定子鉄心と、前記固定子鉄心の内側で前記ロータの周りに巻回されて固定支持されたコイルと、を有し、前記複数の回転電機の前記ロータが一体で形成されていて、前記複数の回転電機の前記永久磁石それぞれが、前記ロータに対して着脱可能に結合されていることを特徴とする。

この発明によれば、複数の回転電機を並べて、それらの回転電機の合計の出力を必要な出力の大きさに合わせることが可能で、しかもコンパクトな回転電機システムを提供することができる。

本発明に係る回転電機システムの第１の実施形態の模式的縦断面図である。 図１に示す回転電機システムを構成する一つの回転電機の構成を示す模式的斜視図である。 図２に示す回転電機のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。 図２および図３に示す回転電機において、ロータが９０度回転した状態を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。 本発明に係る回転電機システムの第２の実施形態の模式的縦断面図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る回転電機システムの実施形態を説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１は本発明に係る回転電機システムの第１の実施形態の模式的縦断面図である。図２は、図１に示す回転電機システムを構成する一つの回転電機の構成を示す模式的斜視図である。図３は、図２に示す回転電機のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。図４は、図２および図３に示す回転電機において、ロータが９０度回転した状態を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。

この実施形態の回転電機システムは、複数の横磁束型永久磁石同期回転電機（以下、単に「回転電機」とも呼ぶ。）１０を軸方向に並べてそれらのロータ１１を互いに結合したものである。回転電機１０は、発電機としても電動機としても動作可能であるが、ここでは発電機としての構成および動作を主として説明する。

はじめに、図２〜図４を参照して、横磁束型永久磁石同期回転電機１０の構成および動作原理を説明する。図示の例は、１相、４極の例である。磁性材料からなるロータ１１の両端に永久磁石１２、１３が固定されている。永久磁石１２、１３は、周方向に９０度ごとにＮ極とＳ極が交互に配列されている。２個の永久磁石１２、１３は、軸方向に反対極が対向するように配置されている。

永久磁石１２、１３に半径方向外側に対向する位置に２個の固定子鉄心１４が固定支持されている。各固定子鉄心１４は、２個の永久磁石１２、１３の半径方向外側から永久磁石１２、１３に向かって延びて永久磁石１２、１３と間隙を介して対向する磁石対向部１５と、これらの磁石対向部１５同士を回転軸方向に連絡する軸方向連絡部１６とからなる。２個の固定子鉄心１４は、ロータ１１をはさんで反対側に配置されている。

ロータ１１の周りで２個の永久磁石１２、１３にはさまれた位置で軸方向連絡部１６の内側にコイル１７が巻回されている。コイル１７には電力線２０が接続されている。

ロータ１１を、図示しない原動機などによって回転させると、永久磁石１２、１３が回転して磁極の位置が変化し、これに伴って、磁束が図３に示す矢印１８の向きから図４に示す矢印１９の向きに変化し、コイル１７に誘導起電力が発生する。その結果、コイル１７には正弦波状の誘導起電力が発生する。コイル１７に発生した誘導起電力により、電力線２０を通じて、外部に電力が供給される。

図３の状態でのコイル１７内の電流の向きは、左側では矢印２０ａに示すように紙面奥から手前に向かい、右側では矢印２０ｂに示すように紙面手前から奥に向かう向きである。図４の状態でのコイル１７内の電流の向きは、左側では矢印２１ａに示すように手前から紙面奥に向かい、右側では矢印２１ｂに示すように紙面奥から手前から向かう向きである。

この第１の実施形態の回転電機システムでは、図１に示すように、複数（図示の例では３台）の回転電機１０が軸方向に並べて配置され、各ロータ１１がフランジ３０によって連結されている。すなわち、各ロータ１１にフランジ３０が取り付けられていて、隣接するフランジ３０同士が図示しないボルトとナットによって、着脱可能に連結される。

このように複数の回転電機１０を組み合わせることにより、コイル１７に誘起される電力の合計を、設計上必要な電力に合わせることができる。この場合、設計上必要な電力に合わせて個々の回転電機１０を設計変更する場合に比べて、単に必要な個数の回転電機１０を組み合わせるだけなので、標準化を進めることができ、それにより、低コストになり、信頼性も増す。

また、複数個の回転電機１０の位相を等間隔でずらすことにより、複数相の回転電機システムとすることができる。たとえば、位相を１２０度ずつずらして３相回転電機とすることができる。

さらに、３台の回転電機１０を一組として３相回転電機とし、これを複数組組み合わせて必要な出力の３相回転電機とすることもできる。

［第２の実施形態］
図５は、本発明に係る回転電機システムの第２の実施形態の模式的縦断面図である。この実施形態は第１の実施形態の変形であって、１本のロータ１１が複数個の回転電機１０に共通に用いられ、このロータ１１に、各回転電機１０の永久磁石１２、１３が着脱可能に固定されている。

この実施形態によれば、組み合わせる回転電機１０の数に応じてロータ１１の長さが異なるが、その他の部分は、回転電機１０の数によらず共通仕様とすることができる。その結果、第１の実施形態と同様に、必要な出力に合わせて、低コストで高信頼性の回転電機システムを実現できる。また、フランジによる連結に比べて、軽量化、低コスト化も可能である。

［他の実施形態］
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

上記説明では、主として、回転電機１０は発電機であるものとして説明したが、回転電機１０は電動機であってもよい。電動機の場合は、図示しない交流電源からコイル１７に交流電流を供給することによりロータ１１を回転させることになる。

１０・・・横磁束型永久磁石同期回転電機（回転電機）
１１・・・ロータ
１２、１３・・・永久磁石
１４・・・固定子鉄心
１５・・・磁石対向部
１６・・・軸方向連絡部
１７・・・コイル
２０・・・電力線
３０・・・フランジ

Claims (3)

1. 軸方向に配列された複数の回転電機のロータが互いに連結された回転電機システムであって、
   前記複数の回転電機それぞれは、
   回転可能に支持されて磁性体からなるロータと、
   前記ロータに固定されて前記ロータとともに回転可能な永久磁石と、
   固定支持されて前記ロータとともに磁路を形成する固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心の内側で前記ロータの周りに巻回されて固定支持されたコイルと、
   を有し、
   前記複数の回転電機の前記ロータが一体で形成されていて、
   前記複数の回転電機の前記永久磁石それぞれが、前記ロータに対して着脱可能に結合されていることを特徴とする回転電機システム。
2. 前記複数の回転電機それぞれは単相の回転電機であって、少なくとも３個の前記複数の回転電機の前記ロータが連結されて、互いの位相が等間隔にずれた複数相となっていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機システム。
3. 前記複数相に対応する前記複数の回転電機を一組として、必要な出力に応じて複数組の回転電機の前記ロータを連結可能とした請求項２に記載の回転電機システム。

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