WO2024171299A1 - Power transmission device and motor device - Google Patents
Power transmission device and motor device Download PDFInfo
- Publication number
- WO2024171299A1 WO2024171299A1 PCT/JP2023/004991 JP2023004991W WO2024171299A1 WO 2024171299 A1 WO2024171299 A1 WO 2024171299A1 JP 2023004991 W JP2023004991 W JP 2023004991W WO 2024171299 A1 WO2024171299 A1 WO 2024171299A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- opening
- magnetic core
- magnetic
- winding
- motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
- H01F38/18—Rotary transformers
Definitions
- the present invention relates to a power transmission device that transmits power contactlessly, and a motor device equipped with such a power transmission device.
- one type of motor is the electrically excited synchronous motor (EESM).
- EESM electrically excited synchronous motor
- This motor has a stator with windings wound around it, and a rotor with windings wound around it.
- the efficiency of the motor can be improved by changing the current flowing through the windings wound around the rotor according to the rotational speed of the motor.
- Patent Document 1 discloses a rotary transformer that has a stator wound with a winding and a rotor wound with a winding, and can transmit power between the stator and the rotor.
- the power transmission device includes a magnetic core, a first winding, a rotating member, a second winding, and a first magnetic body.
- the magnetic core has a ring shape including a through hole through which the shaft passes, includes a cavity inside along the circumferential direction of the rotating axis of the shaft, and has a first opening provided along the circumferential direction on a first surface that contacts the through hole. The first opening connects the through hole and the cavity.
- the first winding is provided in the cavity and wound along the circumferential direction.
- the rotating member is provided at a position corresponding to the first opening in the axial direction of the rotating shaft, and is capable of rotating circumferentially inside the cavity in response to rotation of the shaft.
- the second winding is provided on the rotating member and wound along the circumferential direction.
- the first magnetic body is provided along the circumferential direction in a portion of the rotating member that corresponds to the first opening of the magnetic core.
- a motor device includes a motor, a shaft, an inverter, a magnetic core, a first winding, a rotating member, a second winding, a first magnetic body, and a rectifier circuit.
- the motor includes a motor stator including a first motor magnetic core and a first motor winding, and a motor rotor including a second motor magnetic core and a second motor winding.
- the shaft is connected to the motor rotor.
- the magnetic core has a ring shape including a through hole through which the shaft passes, includes a cavity along the circumferential direction of the rotating axis of the shaft, and has a first opening provided along the circumferential direction on a first surface that contacts the through hole. The first opening connects the through hole and the cavity.
- the first winding is connected to the inverter, provided in the cavity, and wound along the circumferential direction.
- the rotating member is provided at a position corresponding to the first opening in the axial direction of the rotating axis, and is capable of rotating circumferentially inside the cavity in response to rotation of the shaft.
- the second winding is provided on the rotating member and wound in the circumferential direction.
- the first magnetic body is provided in the circumferential direction in a portion of the rotating member that corresponds to the first opening of the magnetic core.
- the rectifier circuit is provided in a path that connects the second winding and the second motor winding.
- the power transmission device and motor device according to one embodiment of the present invention can improve the efficiency of the motor.
- FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a motor device according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration example of the power transmission device illustrated in FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of the power transmission device illustrated in FIG. 2 .
- FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the stator shown in FIG.
- FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the rotor shown in FIG.
- FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an operation example of the power transmission device illustrated in FIG. 3 .
- FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of magnetic flux in the power transfer device illustrated in FIG. 3 .
- FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a motor device according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration example of the power transmission device illustrated in FIG.
- FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of magnetic flux in a power transfer device according to a reference example.
- FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a rotor according to a modified example.
- FIG. 10 is an explanatory diagram showing a configuration example of a rotor according to another modified example.
- FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a power transmission device according to another modified example.
- FIG. 12 is a perspective view illustrating a configuration example of a power transmission device according to another modified example.
- FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of the power transmission device illustrated in FIG. FIG.
- FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a power transmission device according to another modified example.
- FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of the rotor shown in FIG.
- FIG. 16 is a diagram illustrating an example of magnetic flux in the power transfer device illustrated in FIG.
- FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a power transmission device according to another modified example.
- FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a power transmission device according to another modified example.
- FIG. 19 is an explanatory diagram illustrating one configuration example of the rotor shown in FIG.
- FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a power transmission device according to another modified example.
- FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a power transmission device according to another modified example.
- FIG. 22 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of the rotor shown in FIG. 21.
- FIG. 23 is an explanatory diagram illustrating an operation example of the power transmission device illustrated in FIG. 21.
- FIG. 24 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a power transmission device according to another modified example.
- FIG. 25 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of the rotor shown in FIG.
- FIG. 26 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a power transmission device according to another modified example.
- FIG. 1 shows an example of a configuration of a motor device 1 including a power transmission device according to an embodiment of the present invention.
- the motor device 1 is connected to an external control device 8 and a DC power source 9.
- the external control device 8 is configured to instruct the motor device 1 on a rotation speed.
- the DC power source 9 is configured to supply DC power to the motor device 1.
- the motor device 1 is configured to generate a driving force, which is mechanical energy, based on an instruction from the external control device 8, using the DC power supplied from the DC power source 9.
- the motor device 1 includes a drive unit 10 and a motor 30.
- the drive unit 10 is configured to drive the motor 30.
- the drive unit 10 has inverters 11 and 12, a power transmission device 20, a rectifier circuit 14, and a control circuit 19.
- the inverter 11 is configured to convert the DC power supplied from the DC power source 9 into three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) AC power based on instructions from the control circuit 19. The inverter 11 then supplies this three-phase AC power to the windings 31B (described below) of the stator 31 of the motor 30.
- the inverter 12 is configured to convert the DC power supplied from the DC power source 9 into single-phase AC power based on instructions from the control circuit 19. The inverter 12 then supplies this AC power to a winding 21B (described below) of a stator 21 of the power transmission device 20.
- the power transmission device 20 is configured to supply AC power to the rectifier circuit 14 by non-contact transmission.
- the power transmission device 20 has a stator 21, a rotor 22, and a shaft 24.
- FIG. 2 shows an example of the configuration of the power transmission device 20.
- FIG. 3 shows an example of the cross-sectional structure of the power transmission device 20 in a plane including the rotation axis AZ.
- FIG. 4 shows an example of the configuration of the stator 21.
- FIG. 4 also shows the cross-sectional structure of the stator 21 in a plane including the rotation axis AZ in the direction of the IV-IV arrows.
- FIG. 5 shows an example of the configuration of the rotor 22.
- FIG. 5 also shows the cross-sectional structure of the rotor 22 in a plane including the rotation axis AZ in the direction of the V-V arrows.
- the stator 21 is a so-called stator, and is fixed to a housing (not shown) of the motor device 1. As shown in Figures 2 and 3, the stator 21 has a magnetic core 21A and a winding 21B.
- the magnetic core 21A is made of a magnetic material such as ferrite.
- the magnetic cores 21A1 and 21A2 are arranged in the Z direction, sandwiching the rotor 22, at a predetermined distance apart.
- the Z direction is the extension direction of the rotation axis AZ, and is the direction from the motor 30 toward the power transmission device 20.
- the magnetic core 21A has a magnetic core 21A1 and a magnetic core 21A2.
- the magnetic core 21A1 is a ring-shaped magnetic member having a through hole 120 through which the shaft 24 passes, and has a flat plate shape in this example.
- the magnetic core 21A2 is a ring-shaped magnetic member having a through hole 120 through which the shaft 24 passes.
- the magnetic core 21A2 has a groove-shaped recess 121 on the surface S21 ( Figures 3 and 4) facing the rotor 22, along the circumferential direction A ( Figure 4) of the rotation axis AZ.
- magnetic core 21A which has magnetic cores 21A1 and 21A2, has a cavity 122 along the circumferential direction A, an opening 123 that connects the inner space of magnetic core 21A in the radial direction of rotation axis AZ (horizontal direction in FIG. 3) to this cavity 122, and an opening 124 that connects the outer space of magnetic core 21A in the radial direction to this cavity 122.
- Winding 21B is wound multiple times around recess 121 of magnetic core 21A2. Winding 21B is connected to inverter 12, for example, via a hole (not shown) provided in magnetic core 21A2.
- the rotor 22 is a so-called rotor, and is configured to rotate around a rotation axis AZ.
- the rotor 22 is arranged so as to be sandwiched between the magnetic cores 21A1 and 21A2 of the stator 21 in the Z direction, and is fixed to the shaft 24.
- the rotor 22 has a substrate 22A, a winding 22B, a magnetic body 22C, and a magnetic body 22E.
- the substrate 22A is, for example, a printed circuit board (PCB).
- the substrate 22A is connected to the shaft 24 and rotates in the circumferential direction A around the rotation axis AZ in response to the rotation of the shaft 24.
- the winding 22B is configured using a pattern wiring provided on the substrate 22A, and is wound multiple times along the circumferential direction A (FIG. 5) of the rotation axis AZ.
- the winding 22B is configured using a metal material such as copper.
- the winding 22B is provided on both sides of the substrate 22A.
- the winding 22B may be provided on one of the two sides of the substrate 22A.
- the winding 22B may be configured using a pattern wiring inside the substrate 22A.
- One end and the other end of the winding 22B are connected to the rectifier circuit 14 via a portion 22D (described later) of the substrate 22A and a wiring (not shown) provided on the shaft 24.
- the magnetic body 22C is made of a magnetic material such as ferrite, and is provided at a position of the rotor 22 corresponding to the opening 123 of the stator 21, as shown in FIG. 3. As shown in FIG. 5, the magnetic body 22C is provided so as to extend along the circumferential direction A of the rotation axis AZ.
- the magnetic body 22C has the shape of the letter "C”.
- the substrate 22A has a cutout portion in the shape of the letter "C”, and the magnetic body 22C is fitted into the cutout portion of the substrate 22A.
- the part of the substrate 22A that is inside the magnetic body 22C and the part that is outside the magnetic body 22C are connected by the part 22D of the substrate 22A.
- the magnetic body 22C may have a ring shape.
- an insulating film may be provided on a part of the surface of the magnetic body 22C, and wiring that connects one end and the other end of the winding 22B to the rectifier circuit 14 may be provided on the insulating film.
- the radial width (horizontal direction in FIG. 3) of the magnetic body 22C is the same as the width of the protrusion near the opening 123 of the two protrusions on either side of the recess 121 in the radial direction of the magnetic core 21A2.
- the magnetic body 22E is made of a magnetic material such as ferrite, and is provided in the rotor 22 at a position corresponding to the opening 124 of the stator 21, as shown in FIG. 3. As shown in FIG. 5, the magnetic body 22E is provided so as to extend along the circumferential direction A centered on the rotation axis AZ. In this example, the magnetic body 22E has a ring shape. Specifically, the substrate 22A is provided with a ring-shaped cutout, and the magnetic body 22E is fitted into the cutout of the substrate 22A. In this example, the radial width (horizontal direction in FIG. 3) of the magnetic body 22E is the same as the width of the protruding portion near the opening 124 of the two protruding portions on both sides of the recess 121 in the radial direction of the magnetic core 21A2.
- a gap G is provided between the magnetic core 21A1 and the magnetic body 22C near the opening 123, and a gap G is provided between the magnetic body 22C and the convex portion near the opening 123 of the magnetic core 21A2.
- the magnetic core 21A1 and the magnetic core 21A2 are magnetically coupled to each other via the magnetic body 22C near the opening 123.
- a gap G is provided between the magnetic core 21A1 and the magnetic body 22E near the opening 124, and a gap G is provided between the magnetic body 22E and the convex portion near the opening 124 of the magnetic core 21A2.
- the magnetic core 21A1 and the magnetic core 21A2 are magnetically coupled to each other via the magnetic body 22E near the opening 124.
- the power transmission device 20 converts the AC power supplied from the inverter 12 at the ratio of the number of turns of the winding 21B to the number of turns of the winding 22B, and supplies the converted AC power to the rectifier circuit 14.
- the power transmission device 20 is also called a rotary transformer.
- the shaft 24 is connected to the rotor 32 of the motor 30 and is configured to rotate around the rotation axis AZ in response to the driving force generated by the motor 30.
- the rectifier circuit 14 (FIG. 1) is configured to rectify the AC power supplied from the winding 22B of the rotor 22 and supply the rectified power to the winding 32B (described later) of the rotor 32 of the motor 30.
- the rectifier circuit 14 is connected to the shaft 24. That is, the winding 22B and the rotor 32 of the motor 30 are connected to the shaft 24, and therefore the rectifier circuit 14 is also connected to the shaft 24.
- the power rectified by the rectifier circuit 14 is directly supplied to the winding 32B, but this is not limited to this. Instead, for example, the power rectified by the rectifier circuit 14 may be supplied to the winding 32B via a stabilizing circuit including a capacitor.
- the control circuit 19 is configured to control the operation of the inverters 11, 12 based on instructions from the external control device 8 and a control signal indicating the rotation speed supplied from the motor 30. Specifically, the control circuit 19 controls the operation of the inverter 11 based on instructions from the external control device 8 and a control signal indicating the rotation speed of the motor 30, thereby controlling the rotation speed of the motor 30. The control circuit 19 also controls the strength of the magnetic field generated by the rotor 32 of the motor 30 by controlling the operation of the inverter 12 based on the control signal indicating the rotation speed supplied from the motor 30.
- control circuit 19 is configured to strengthen the magnetic field generated by the rotor 32 of the motor 30 when the rotation speed of the motor 30 is slow, and to weaken the magnetic field generated by the rotor 32 of the motor 30 when the rotation speed of the motor 30 is fast.
- the motor 30 is a wound field type synchronous motor.
- the motor 30 has a stator 31, a rotor 32, and a sensor 33.
- the stator 31 is a so-called stator, and is fixed to a housing (not shown) of the motor 30.
- the stator 31 has a magnetic core 31A and a winding 31B.
- the winding 31B is supplied with three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) AC power generated by the inverter 11.
- the rotor 32 is a so-called rotor, and is configured to rotate the rotation axis AZ.
- the rotor 32 has a magnetic core 32A and a winding 32B. A signal rectified by the rectifier circuit 14 is supplied to the winding 32B.
- the sensor 33 is configured to detect the rotation speed of the rotor 32.
- the sensor 33 is configured to supply a control signal indicating the rotation speed of the rotor 32 to the control circuit 19.
- the motor device 1 controls the rotation speed of the motor 30 based on the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) AC power generated by the inverter 11, and controls the magnetic field generated by the rotor 32 of the motor 30 based on the single-phase AC power generated by the inverter 12. For example, when the rotation speed of the motor 30 is slow, the motor device 1 strengthens the magnetic field generated by the rotor 32 of the motor 30, and when the rotation speed of the motor 30 is fast, the magnetic field generated by the rotor 32 of the motor 30 is weakened. This makes it possible for the motor device 1 to increase the efficiency of the motor 30 over a wide range of rotation speeds.
- the shaft 24 corresponds to a specific example of a "shaft” in an embodiment of the present disclosure.
- the rotation axis AZ corresponds to a specific example of a "rotation axis” in an embodiment of the present disclosure.
- the magnetic core 21A corresponds to a specific example of a “magnetic core” in an embodiment of the present disclosure.
- the cavity 122 corresponds to a specific example of a "cavity” in an embodiment of the present disclosure.
- the opening 123 corresponds to a specific example of a "first opening” in an embodiment of the present disclosure.
- the winding 21B corresponds to a specific example of a "first winding" in an embodiment of the present disclosure.
- the substrate 22A corresponds to a specific example of a "rotating member" in an embodiment of the present disclosure.
- the winding 22B corresponds to a specific example of a “second winding” in an embodiment of the present disclosure.
- the magnetic body 22C corresponds to a specific example of a "first magnetic body” in an embodiment of the present disclosure.
- the opening 124 corresponds to a specific example of a "second opening” in an embodiment of the present disclosure.
- the magnetic body 22E corresponds to a specific example of a "second magnetic body” in an embodiment of the present disclosure.
- the stator 31 corresponds to a specific example of a "motor stator” in an embodiment of the present disclosure.
- the magnetic core 31A corresponds to a specific example of a "first motor magnetic core” in an embodiment of the present disclosure.
- the winding 31B corresponds to a specific example of a "first motor winding” in an embodiment of the present disclosure.
- the rotor 32 corresponds to a specific example of a "motor rotor” in an embodiment of the present disclosure.
- the magnetic core 32A corresponds to a specific example of a "second motor magnetic core” in an embodiment of the present disclosure.
- the winding 32B corresponds to a specific example of a "second motor winding” in an embodiment of the present disclosure.
- the inverter 12 corresponds to a specific example of an "inverter” in an embodiment of the present disclosure.
- the rectifier circuit 14 corresponds to a specific example of a "rectifier circuit” in an embodiment of the present disclosure.
- the control circuit 19 controls the operation of the inverters 11 and 12 based on instructions from the external control device 8 and a control signal indicating the rotation speed supplied from the motor 30.
- the inverter 11 converts the DC power supplied from the DC power source 9 into three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) AC power based on instructions from the control circuit 19, and supplies the three-phase AC power to the winding 31B of the stator 31 of the motor 30.
- the inverter 12 converts the DC power supplied from the DC power source 9 into single-phase AC power based on instructions from the control circuit 19, and supplies the AC power to the winding 21B of the stator 21 of the power transmission device 20.
- the power transmission device 20 supplies the AC power to the rectifier circuit 14 by non-contact transmission.
- the rectifier circuit 14 rectifies the AC power supplied from the winding 22B of the rotor 22, and supplies the rectified power to the winding 32B of the rotor 32 of the motor 30.
- the motor 30 generates a driving force, which is mechanical energy, based on the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) AC power supplied from the inverter 11. This causes the shaft 24 to rotate about the rotation axis AZ.
- the sensor 33 of the motor 30 supplies a control signal indicating the rotation speed of the motor 30 to the control circuit 19.
- AC power is supplied from the inverter 12 to the windings 21B of the stator 21 of the power transmission device 20.
- the rotor 22 rotates around the rotation axis AZ in, for example, the circumferential direction A shown in FIG. 2.
- FIG. 6 shows a cross-sectional view of the stator 21 and rotor 22 in the power transmission device 20.
- the winding 21B of the stator 21 generates a magnetic field based on the AC power supplied from the inverter 12. Near the opening 123, the protruding portions of the magnetic cores 21A1 and 21A2 near the opening 123 are magnetically coupled to each other via the magnetic material 22C, and near the opening 124, the protruding portions of the magnetic cores 21A1 and 21A2 near the opening 124 are magnetically coupled to each other via the magnetic material 22E.
- Figure 7 shows an example of magnetic flux at openings 123 and 124 of power transmission device 20. Note that part of power transmission device 20 is omitted in Figure 7. Leakage magnetic flux occurs near openings 123 and 124. The direction of this leakage magnetic flux changes depending on the polarity of the AC power. In this example, leakage magnetic flux occurs from magnetic core 21A2 to magnetic body 22C near opening 123, and leakage magnetic flux occurs from magnetic body 22C to magnetic core 21A1. In this way, magnetic cores 21A1 and 21A2 are magnetically coupled to each other via magnetic body 22C near opening 123. Also, in this example, leakage magnetic flux occurs from magnetic core 21A1 to magnetic body 22E near opening 124, and leakage magnetic flux occurs from magnetic body 22E to magnetic core 21A2. In this way, magnetic core 21A1 and magnetic core 21A2 are magnetically coupled to each other via magnetic body 22E near opening 124.
- a magnetic path MP is generated that passes through the magnetic core 21A1, the magnetic body 22C, the magnetic core 21A2, and the magnetic body 22E.
- the winding 22B of the rotor 22 generates AC power based on the magnetic field in this magnetic path MP, and supplies the generated AC power to the rectifier circuit 14.
- the power transmission device 20 can supply AC power to the rectifier circuit 14 by non-contact transmission.
- the power transmission device 20 transmits power non-contact, which can improve reliability compared to when power is transmitted by contact using, for example, slip rings and brushes.
- the rectifier circuit 14 rectifies the AC power supplied from the winding 22B of the rotor 22, and supplies the rectified power to the winding 32B of the rotor 32 of the motor 30. This generates a magnetic field in the rotor 32 of the motor 30. For example, when the rotation speed of the motor 30 is slow, the control circuit 19 strengthens the magnetic field generated by the rotor 32 of the motor 30, and when the rotation speed of the motor 30 is fast, the control circuit 19 weakens the magnetic field generated by the rotor 32 of the motor 30. This allows the motor device 1 to increase the efficiency of the motor 30 over a wide range of rotation speeds.
- the provision of the magnetic body 22C makes it possible to suppress the spread of leakage magnetic flux near the opening 123, thereby reducing the possibility of the leakage magnetic flux entering the shaft 24 or the winding 22B. Furthermore, the provision of the magnetic body 22E makes it possible to suppress the spread of leakage magnetic flux near the opening 124, thereby reducing the possibility of the leakage magnetic flux entering the winding 22B. As a result, in the power transmission device 20, energy loss can be reduced, and the efficiency of the motor can be increased.
- the leakage magnetic flux can spread in the radial direction (horizontal direction in FIG. 8).
- the leakage magnetic flux enters the shaft 24, an eddy current is generated in the shaft 24, causing energy loss.
- the leakage magnetic flux enters the winding 22B, an eddy current is generated in the winding 22B, causing energy loss.
- the magnetic bodies 22C and 22E are provided, so that the gap G can be shortened, and the spread of leakage magnetic flux in the radial direction (horizontal direction in FIG. 7) can be suppressed. This reduces the possibility that leakage magnetic flux will enter the shaft 24 or winding 22B, thereby reducing energy loss and increasing the efficiency of the motor.
- the power transmission device 20 includes a magnetic core 21A having a ring shape including a through hole 120 through which the shaft 24 passes, a cavity 122 extending along the circumferential direction A of the rotation axis AZ of the shaft 24, a first opening (opening 123) provided along the circumferential direction A on a first surface in contact with the through hole 120 and connecting the through hole 120 and the cavity 122, a first winding (winding 21B) provided in the cavity 122 and wound along the circumferential direction A, and a first winding (winding 21C) provided around the rotation axis AZ.
- a magnetic core 21A having a ring shape including a through hole 120 through which the shaft 24 passes, a cavity 122 extending along the circumferential direction A of the rotation axis AZ of the shaft 24, a first opening (opening 123) provided along the circumferential direction A on a first surface in contact with the through hole 120 and connecting the through hole 120 and the cavity 122, a first winding (winding 21B) provided in
- the power transmission device 20 further includes a second magnetic body (magnetic body 22E), and the magnetic core 21A has a second opening (opening 124) provided in a second surface opposite to the first surface in the radial direction of the rotation axis AZ at a position corresponding to the first opening (opening 123) in the axial direction, and the second magnetic body (magnetic body 22E) is provided along the circumferential direction A in a portion of the substrate 22A corresponding to the second opening (opening 124) of the magnetic core 21A.
- This makes it possible to suppress the spread of leakage magnetic flux near the opening 124, and to reduce the possibility of leakage magnetic flux entering the winding 22B.
- the power transmission device 20 can reduce energy loss and increase the efficiency of the motor.
- the motor includes a magnetic core having a ring shape including a through hole through which the shaft passes, including a cavity therein that runs along the circumferential direction of the rotating axis of the shaft, and having a first opening that is arranged along the circumferential direction on a first surface that contacts the through hole and connects the through hole and the cavity, a first winding that is arranged in the cavity and wound along the circumferential direction, a substrate that is arranged at a position corresponding to the first opening in the axial direction of the rotating shaft and can rotate circumferentially inside the cavity in response to rotation of the shaft, a second winding that is arranged on the substrate and wound along the circumferential direction, and a first magnetic body that is arranged along the circumferential direction in the portion of the substrate that corresponds to the first opening of the magnetic core, thereby improving the efficiency of the motor.
- a second magnetic body is further provided, and the magnetic core has a second opening provided on a second surface opposite the first surface in the radial direction of the rotating shaft, at a position corresponding to the first opening in the axial direction, and the second magnetic body is provided along the circumferential direction in a portion of the substrate corresponding to the second opening of the magnetic core, thereby improving the efficiency of the motor.
- the magnetic body 22E is provided as shown in, for example, FIGS. 3 and 5, but the present invention is not limited to this. Alternatively, for example, as shown in FIG. 10, the magnetic body 22E may not be provided.
- the width of the magnetic body 22C in the radial direction is set to be the same as the width of the convex part near the opening 123 of the two convex parts on both sides of the recess 121 in the radial direction of the magnetic core 21A2, but this is not limited to this.
- the width of the magnetic body 22C in the radial direction may be wider than the width of the convex part near the opening 123 of the two convex parts on both sides of the recess 121 in the radial direction of the magnetic core 21A2.
- the magnetic core 21A has the opening 123 and the opening 124, as shown in FIG. 3, but the present invention is not limited thereto. Instead, the magnetic core 21A may have only one opening 123, as shown in FIG. 12 and FIG. 13. In this example, as shown in FIG. 13, the outer part of the magnetic core 21A1 in the radial direction (horizontal direction in FIG. 13) is bent in the Z direction and connected to the magnetic core 21A2 at the connecting part 125.
- the magnetic core 21A1, the rotor 22, and the magnetic core 21A2 are arranged in this order in the Z direction, the magnetic core 21A1, the rotor 22, and the magnetic core 21A2 are brought close to each other, and the magnetic core 21A1 and the magnetic core 21A2 are bonded to each other at the connecting part 125, for example.
- the opening 124 is not provided, so there is no leakage magnetic flux at the opening 124, and therefore energy loss can be reduced and the efficiency of the motor can be improved.
- the magnetic bodies 22C and 22E are fitted into the notches in the substrate 22A as shown in FIG. 5, but the present invention is not limited to this. Instead, the magnetic bodies 22C and 22E may be provided on the surface of the substrate 22A as shown in FIG. 14 and FIG. 15.
- the rotor 22 has the magnetic bodies 22C (magnetic bodies 22C1 and 22C2) and the magnetic bodies 22E (magnetic bodies 22E1 and 22E2).
- the magnetic body 22C1 is provided on the surface of the substrate 22A on the side where the magnetic core 21A1 is provided
- the magnetic body 22C2 is provided on the surface of the substrate 22A on the side where the magnetic core 21A2 is provided.
- the magnetic bodies 22C1 and 22C2 have a ring shape.
- One end and the other end of the winding 22B are connected to the rectifier circuit 14 via the pattern wiring inside the substrate 22A, for example, at the portion 22D1.
- the magnetic body 22E1 is provided on the surface of the substrate 22A on the side on which the magnetic core 21A1 is provided, and the magnetic body 22E2 is provided on the surface of the substrate 22A on the side on which the magnetic core 21A2 is provided.
- FIG 16 shows an example of magnetic flux at the openings 123 and 124 of the power transmission device 20 according to this modified example.
- leakage magnetic flux occurs from the magnetic core 21A2 in the direction toward the magnetic body 22C2
- leakage magnetic flux occurs from the magnetic body 22C2 in the direction toward the magnetic body 22C1
- leakage magnetic flux occurs from the magnetic body 22C1 in the direction toward the magnetic core 21A1.
- the magnetic core 21A1 and the magnetic core 21A2 are magnetically coupled to each other via the magnetic bodies 22C1 and 22C2.
- leakage magnetic flux occurs from the magnetic core 21A1 in the direction toward the magnetic body 22E1
- leakage magnetic flux occurs from the magnetic body 22E1 in the direction toward the magnetic body 22E2
- leakage magnetic flux occurs from the magnetic body 22E2 in the direction toward the magnetic core 21A2.
- magnetic core 21A1 and magnetic core 21A2 are magnetically coupled to each other via magnetic bodies 22E1 and 22E2 near opening 124.
- the radial width (horizontal direction in FIG. 14) of the magnetic bodies 22C1 and 22C2 is the same as the width of the convex portion near the opening 123 of the two convex portions on both sides of the recess 121 in the radial direction of the magnetic core 21A2, but this is not limited to this.
- the radial width (horizontal direction in FIG. 17) of the magnetic bodies 22C1 and 22C2 may be wider than the width of the convex portion near the opening 123 of the two convex portions on both sides of the recess 121 in the radial direction of the magnetic core 21A2.
- the radial width (horizontal direction in FIG. 14) of the magnetic bodies 22E1, 22E2 is the same as the width of the convex portion near the opening 124 of the two convex portions on both sides of the recess 121 in the radial direction of the magnetic core 21A2, but is not limited to this. Instead, for example, as shown in FIG. 17, the radial width (horizontal direction in FIG. 17) of the magnetic bodies 22E1, 22E2 may be wider than the width of the convex portion near the opening 124 of the two convex portions on both sides of the recess 121 in the radial direction of the magnetic core 21A2.
- the magnetic bodies 22C and 22E are fitted into the cutouts in the substrate 22A as shown in FIG. 5, but the present invention is not limited to this. Instead, the magnetic bodies 22C and 22E may be embedded in the substrate 22A as shown in FIG. 18 and FIG. 19. In this example, the magnetic bodies 22C and 22E have a ring shape.
- the magnetic body 22C is provided in the substrate 22A at a portion of the substrate 22A corresponding to the opening 123.
- One end and the other end of the winding 22B are connected to the rectifier circuit 14 via the pattern wiring on the surface of the substrate 22A in which the magnetic body 22C is embedded, for example, at the portion 22D2.
- the magnetic body 22E is provided in the substrate 22A at a portion of the substrate 22A corresponding to the opening 124.
- the radial width (horizontal direction in FIG. 18) of magnetic body 22C is the same as the width of the convex portion near opening 123 of the two convex portions on both sides of recess 121 in the radial direction of magnetic core 21A2, but this is not limited to this. Instead, for example, as shown in FIG. 20, the radial width (horizontal direction in FIG. 20) of magnetic body 22C may be wider than the width of the convex portion near opening 123 of the two convex portions on both sides of recess 121 in the radial direction of magnetic core 21A2.
- the radial width (horizontal direction in FIG. 18) of magnetic body 22E is the same as the width of the convex portion near opening 124 of the two convex portions on both sides of recess 121 in the radial direction of magnetic core 21A2, but is not limited to this. Instead, for example, as shown in FIG. 20, the radial width (horizontal direction in FIG. 20) of magnetic body 22E may be wider than the width of the convex portion near opening 124 of the two convex portions on both sides of recess 121 in the radial direction of magnetic core 21A2.
- the magnetic body 22C is provided only at the position corresponding to the opening 123 as shown in FIG. 3, but the present invention is not limited thereto. Instead, the magnetic body 22C may be provided in the region of the substrate 22A that includes the portion corresponding to the opening 123 of the magnetic core 21A and the portion outside the portion in the XY plane as shown in FIG. 21 and FIG. 22. In this example, the present modification is applied to the power transmission device 20 (FIGS. 12 and 13) according to the modification 4. The magnetic body 22C is embedded in the substrate 22A.
- a gap G is provided between the magnetic core 21A1 and the magnetic body 22C near the opening 123, and a gap G is provided between the magnetic body 22C and the convex portion near the opening 123 of the magnetic core 21A2.
- a gap G is provided between the outer end of the magnetic body 22C and the magnetic core 21A2 in the radial direction (horizontal direction in FIG. 21).
- FIG. 23 shows a cross-sectional view of the stator 21 and rotor 22 in the power transmission device 20 according to this modified example.
- the winding 21B of the stator 21 generates a magnetic field based on the AC power supplied from the inverter 12.
- the magnetic core 21A1 and the magnetic body 22C are magnetically coupled to each other, and the protrusions near the opening 123 of the magnetic body 22C and the magnetic core 21A2 are magnetically coupled to each other.
- the outer end of the magnetic body 22C in the radial direction (horizontal direction in FIG. 23) and the magnetic core 21A2 are magnetically coupled to each other.
- the rotor 22 is configured using the substrate 22A, but this is not limited thereto, and the rotor 22 can be configured using various members capable of supporting the windings 22B. This modification will be described in detail below.
- Figures 24 and 25 show an example of the configuration of a power transmission device 20 according to this modification.
- this modification is applied to the power transmission device 20 according to modification 4 ( Figures 12 and 13).
- This power transmission device 20 has a rotor 42.
- the rotor 42 has a support member 42A, a winding 42B, and a magnetic body 42C.
- the support member 42A is made of resin.
- the support member 42A is connected to the shaft 24 and rotates about the rotation axis AZ in response to the rotation of the shaft 24.
- the support member 42A is provided with a groove-shaped recess 142 along the circumferential direction A ( Figure 25) of the rotation axis AZ.
- the winding 42B is wound multiple times along the recess 142 of the support member 42A. One end and the other end of the winding 42B are connected to the rectifier circuit 14 via a portion 42D (described below) of the support member 42A and a wiring (not shown) provided on the shaft 24.
- the magnetic body 42C is provided at a position in the rotor 42 corresponding to the opening 123 of the stator 21. As shown in FIG. 25, the magnetic body 42C is provided so as to extend along the circumferential direction A of the rotation axis AZ.
- the magnetic body 42C has the shape of the letter "C”.
- the support member 42A has a cutout portion in the shape of the letter "C”, and the magnetic body 42C is fitted into the cutout portion of the support member 42A.
- the part of the support member 42A that is inside the magnetic body 42C and the part that is outside the magnetic body 42C are connected by the part 42D of the support member 42A.
- the magnetic body 42C may have a ring shape.
- an insulating film can be provided on a part of the surface of the magnetic body 42C, and wiring that connects one end and the other end of the winding 42B to the rectifier circuit 14 can be provided on the insulating film.
- support member 42A corresponds to a specific example of a "rotating member” in one embodiment of the present disclosure.
- Winding 42B corresponds to a specific example of a “second winding” in one embodiment of the present disclosure.
- Magnetic body 42C corresponds to a specific example of a "first magnetic body” in one embodiment of the present disclosure.
- the winding 21B is wound directly around the magnetic core 21A2 along the recess 121 of the magnetic core 21A2 as shown in Figures 3 and 4, but the present invention is not limited to this.
- a bobbin 21C wound with the winding 21B may be disposed in the recess 121 of the magnetic core 21A2.
- the bobbin 21C is made of, for example, resin.
- stator 21 and rotors 22, 42 shown in the above embodiments are merely examples and are not limited to the shapes disclosed.
- the rotating member has a notch extending in the circumferential direction at a portion corresponding to the first opening of the magnetic core
- the power transfer device according to (1), wherein the first magnetic body is provided in the cutout portion of the rotating member.
- the first magnetic body is provided on a surface of a portion of the rotating member that corresponds to the first opening of the magnetic core.
- the first magnetic body is provided inside the rotating member in a portion of the rotating member corresponding to the first opening of the magnetic core.
- the first magnetic body is provided inside the rotating member in a region including a portion of the rotating member corresponding to the first opening of the magnetic core and a portion in which the second winding is provided, within a plane in the rotating member that intersects with the rotation axis.
- the magnetic core has a second opening provided in a second surface opposite to the first surface in a radial direction of the rotation shaft, the second opening being located at a position corresponding to the first opening in the axial direction;
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Description
本発明は、非接触で電力を伝送する電力伝送デバイス、およびそのような電力伝送デバイスが設けられたモータ装置に関する。 The present invention relates to a power transmission device that transmits power contactlessly, and a motor device equipped with such a power transmission device.
例えば、モータには、巻線界磁式の同期モータ(EESM:Electrically Excited Synchronous Motor)がある。このモータは、巻線が巻き付けられた固定子と、巻線が巻き付けられた回転子とを有する。このモータでは、モータの回転速度に応じて、回転子に巻き付けられた巻線に流す電流を変化させることにより、モータの効率の向上を図ることができる。 For example, one type of motor is the electrically excited synchronous motor (EESM). This motor has a stator with windings wound around it, and a rotor with windings wound around it. With this type of motor, the efficiency of the motor can be improved by changing the current flowing through the windings wound around the rotor according to the rotational speed of the motor.
ところで、固定子と回転子との間で電力を伝送可能なデバイスがある。例えば、特許文献1には、巻線が巻き付けられた固定子と、巻線が巻き付けられた回転子とを備え、固定子と回転子との間で電力を伝送可能な回転トランスが開示されている。
By the way, there are devices that can transmit power between a stator and a rotor. For example,
モータ装置では、モータの効率が高いことが望まれており、モータの効率のさらなる向上が期待されている。 In motor devices, high motor efficiency is desirable, and further improvements in motor efficiency are expected.
モータの効率を高めることができる電力伝送デバイスおよびモータ装置を提供することが望ましい。 It is desirable to provide a power transmission device and a motor apparatus that can increase the efficiency of a motor.
本発明の一実施の形態に係る電力伝送デバイスは、磁気コアと、第1の巻線と、回転部材と、第2の巻線と、第1の磁性体とを備えている。磁気コアは、シャフトが貫く貫通穴を含むリング形状を有し、シャフトにおける回転軸の周方向に沿った空洞を内部に含み、貫通穴と接する第1の面において周方向に沿って設けられた第1の開口部を有するものである。第1の開口部は、貫通穴と空洞とをつなぐものである。第1の巻線は、空洞に設けられ、周方向に沿って巻かれたものである。回転部材は、回転軸の軸方向における第1の開口部に対応する位置に設けられ、シャフトの回転に応じて、空洞の内部において周方向に回動可能なものである。第2の巻線は、回転部材に設けられ、周方向に沿って巻かれたものである。第1の磁性体は、回転部材における、磁気コアの第1の開口部に対応する部分において、周方向に沿って設けられたものである。 The power transmission device according to one embodiment of the present invention includes a magnetic core, a first winding, a rotating member, a second winding, and a first magnetic body. The magnetic core has a ring shape including a through hole through which the shaft passes, includes a cavity inside along the circumferential direction of the rotating axis of the shaft, and has a first opening provided along the circumferential direction on a first surface that contacts the through hole. The first opening connects the through hole and the cavity. The first winding is provided in the cavity and wound along the circumferential direction. The rotating member is provided at a position corresponding to the first opening in the axial direction of the rotating shaft, and is capable of rotating circumferentially inside the cavity in response to rotation of the shaft. The second winding is provided on the rotating member and wound along the circumferential direction. The first magnetic body is provided along the circumferential direction in a portion of the rotating member that corresponds to the first opening of the magnetic core.
本発明の一実施の形態に係るモータ装置は、モータと、シャフトと、インバータと、磁気コアと、第1の巻線と、回転部材と、第2の巻線と、第1の磁性体と、整流回路とを備えている。モータは、第1のモータ磁気コアと第1のモータ巻線とを含むモータ固定子と、第2のモータ磁気コアと第2のモータ巻線とを含むモータ回転子とを有するものである。シャフトは、モータ回転子に接続されたものである。磁気コアは、シャフトが貫く貫通穴を含むリング形状を有し、シャフトにおける回転軸の周方向に沿った空洞を内部に含み、貫通穴と接する第1の面において周方向に沿って設けられた第1の開口部を有するものである。第1の開口部は、貫通穴と空洞とをつなぐものである。第1の巻線は、インバータに接続され、空洞に設けられ、周方向に沿って巻かれたものである。回転部材は、回転軸の軸方向における第1の開口部に対応する位置に設けられ、シャフトの回転に応じて、空洞の内部において周方向に回動可能なものである。第2の巻線は、回転部材に設けられ、周方向に沿って巻かれたものである。第1の磁性体は、回転部材における、磁気コアの第1の開口部に対応する部分において、周方向に沿って設けられたものである。整流回路は、第2の巻線および第2のモータ巻線を結ぶ経路に設けられたものである。 A motor device according to one embodiment of the present invention includes a motor, a shaft, an inverter, a magnetic core, a first winding, a rotating member, a second winding, a first magnetic body, and a rectifier circuit. The motor includes a motor stator including a first motor magnetic core and a first motor winding, and a motor rotor including a second motor magnetic core and a second motor winding. The shaft is connected to the motor rotor. The magnetic core has a ring shape including a through hole through which the shaft passes, includes a cavity along the circumferential direction of the rotating axis of the shaft, and has a first opening provided along the circumferential direction on a first surface that contacts the through hole. The first opening connects the through hole and the cavity. The first winding is connected to the inverter, provided in the cavity, and wound along the circumferential direction. The rotating member is provided at a position corresponding to the first opening in the axial direction of the rotating axis, and is capable of rotating circumferentially inside the cavity in response to rotation of the shaft. The second winding is provided on the rotating member and wound in the circumferential direction. The first magnetic body is provided in the circumferential direction in a portion of the rotating member that corresponds to the first opening of the magnetic core. The rectifier circuit is provided in a path that connects the second winding and the second motor winding.
本発明の一実施の形態に係る電力伝送デバイスおよびモータ装置によれば、モータの効率を高めることができる。 The power transmission device and motor device according to one embodiment of the present invention can improve the efficiency of the motor.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 The following describes in detail the embodiments of the present invention with reference to the drawings.
<実施の形態>
[構成例]
図1は、本発明の一実施の形態に係る電力伝送デバイスを備えたモータ装置1の一構成例を表すものである。モータ装置1は、外部制御装置8および直流電源9に接続される。外部制御装置8は、モータ装置1に対して、回転速度を指示するように構成される。直流電源9は、モータ装置1に対して直流電力を供給するように構成される。モータ装置1は、直流電源9から供給された直流電力を用いて、外部制御装置8からの指示に基づいて、機械的エネルギである駆動力を生成するように構成される。モータ装置1は、駆動部10と、モータ30とを備えている。
<Embodiment>
[Configuration example]
1 shows an example of a configuration of a
駆動部10は、モータ30を駆動するように構成される。駆動部10は、インバータ11,12と、電力伝送デバイス20と、整流回路14と、制御回路19とを有している。
The
インバータ11は、制御回路19からの指示に基づいて、直流電源9から供給された直流電力を3相(U相、V相、W相)の交流電力に変換するように構成される。そして、インバータ11は、この3相の交流電力を、モータ30の固定子31の巻線31B(後述)に供給するようになっている。
The
インバータ12は、制御回路19からの指示に基づいて、直流電源9から供給された直流電力を単相の交流電力に変換するように構成される。そして、インバータ12は、この交流電力を、電力伝送デバイス20の固定子21の巻線21B(後述)に供給するようになっている。
The
電力伝送デバイス20は、非接触伝送により、交流電力を整流回路14に供給するように構成される。電力伝送デバイス20は、固定子21と、回転子22と、シャフト24とを有している。
The
図2は、電力伝送デバイス20の一構成例を表すものである。図3は、回転軸AZを含む面内での電力伝送デバイス20の断面構造の一例を表すものである。図4は、固定子21の一構成例を表すものである。図4には、IV-IV矢視方向の、回転軸AZを含む面内での固定子21の断面構造をも描いている。図5は、回転子22の一構成例を表すものである。図5には、V-V矢視方向の、回転軸AZを含む面内での回転子22の断面構造をも描いている。
FIG. 2 shows an example of the configuration of the
固定子21は、いわゆるステータであり、モータ装置1の図示しない筐体に固定される。固定子21は、図2,3に示したように、磁気コア21Aと、巻線21Bとを有している。
The
磁気コア21Aは、例えばフェライトなどの磁性材料を用いて構成される。磁気コア21A1,21A2は、Z方向において、回転子22を挟んで、所定の距離だけ離間して配置される。ここで、Z方向は、回転軸AZの延伸方向であり、モータ30から電力伝送デバイス20に向かう方向である。磁気コア21Aは、磁気コア21A1と、磁気コア21A2とを有している。磁気コア21A1は、シャフト24が貫く貫通穴120を有するリング型の磁性部材であり、この例では平板形状を有する。磁気コア21A2は、シャフト24が貫く貫通穴120を有するリング型の磁性部材である。磁気コア21A2には、回転子22と対向する面S21(図3,4)において、回転軸AZの周方向A(図4)に沿って、溝状の凹部121が設けられている。この構成により、磁気コア21A1および磁気コア21A2を有する磁気コア21Aには、周方向Aに沿った空洞122が設けられるとともに、回転軸AZの径方向(図3における横方向)における磁気コア21Aの内側の空間とこの空洞122とをつなぐ開口部123、および径方向における磁気コア21Aの外側の空間とこの空洞122とをつなぐ開口部124が設けられる。
The
巻線21Bは、磁気コア21A2の凹部121に沿って複数回巻かれている。巻線21Bは、例えば、磁気コア21A2に設けられた穴(図示せず)を介して、インバータ12に接続される。
回転子22は、いわゆるロータであり、回転軸AZを中心として回動するように構成される。回転子22は、Z方向において、固定子21の磁気コア21A1および磁気コア21A2により挟まれるように配置されるとともに、シャフト24に固定される。回転子22は、図3,5に示したように、基板22Aと、巻線22Bと、磁性体22Cと、磁性体22Eとを有している。
The
基板22Aは、例えばプリント基板(PCB:Printed Circuit Board)である。基板22Aは、シャフト24に接続され、シャフト24の回転に応じて、回転軸AZを中心として周方向Aに回動するようになっている。
The
巻線22Bは、基板22Aに設けられたパターン配線を用いて構成され、回転軸AZの周方向A(図5)に沿って複数回巻かれている。巻線22Bは、例えば銅などの金属材料を用いて構成される。この例では、巻線22Bは、基板22Aの両面に設けられている。なお、これに限定されるものではなく、巻線22Bは、基板22Aの両面のうちの一方の面に設けられていてもよい。また、基板22Aが多層基板である場合には、巻線22Bは、基板22Aの内部のパターン配線を用いて構成されてもよい。巻線22Bの一端および他端は、基板22Aの部分22D(後述)、およびシャフト24に設けられた図示しない配線を介して、整流回路14に接続される。
The winding 22B is configured using a pattern wiring provided on the
磁性体22Cは、例えばフェライトなどの磁性材料を用いて構成され、図3に示したように、回転子22における、固定子21の開口部123に対応する位置に設けられる。図5に示したように、磁性体22Cは、回転軸AZの周方向Aに沿って延伸するように設けられる。この例では、磁性体22Cは、アルファベットの“C”の形状を有している。具体的には、基板22Aには、このアルファベットの“C”の形状の切り欠き部が設けられており、磁性体22Cは、この基板22Aの切り欠き部にはめ込まれている。基板22Aのうちの、この磁性体22Cよりも内側の部分と、磁性体22Cよりも外側の部分とは、基板22Aにおける部分22Dにより接続される。なお、これに限定されるものではなく、磁性体22Cは、リング形状を有していてもよい。この場合には、例えば、磁性体22Cの一部の表面に絶縁膜を設け、この絶縁膜の上に、巻線22Bの一端および他端と整流回路14とをつなぐ配線を設けることができる。この例では、磁性体22Cの、径方向(図3における横方向)の幅は、磁気コア21A2の、径方向における、凹部121の両側の2つの凸部のうちの開口部123付近の凸部の幅と同じである。
The
磁性体22Eは、例えばフェライトなどの磁性材料を用いて構成され、図3に示したように、回転子22における、固定子21の開口部124に対応する位置に設けられる。図5に示したように、磁性体22Eは、回転軸AZを中心とした周方向Aに沿って延伸するように設けられる。この例では、磁性体22Eは、リング形状を有している。具体的には、基板22Aには、リング形状の切り欠き部が設けられており、磁性体22Eは、この基板22Aの切り欠き部にはめ込まれている。この例では、磁性体22Eの、径方向(図3における横方向)の幅は、磁気コア21A2の、径方向における、凹部121の両側の2つの凸部のうちの開口部124付近の凸部の幅と同じである。
The
電力伝送デバイス20では、図3に示したように、開口部123付近において、磁気コア21A1と磁性体22Cとの間にギャップGが設けられ、磁性体22Cと磁気コア21A2の開口部123付近の凸部との間にギャップGが設けられる。これにより、電力伝送デバイス20では、開口部123付近において、磁気コア21A1および磁気コア21A2が、磁性体22Cを介して、互いに磁気的に結合される。同様に、開口部124付近において、磁気コア21A1と磁性体22Eとの間にギャップGが設けられ、磁性体22Eと磁気コア21A2の開口部124付近の凸部との間にギャップGが設けられる。これにより、電力伝送デバイス20では、開口部124付近において、磁気コア21A1および磁気コア21A2が、磁性体22Eを介して、互いに磁気的に結合される。この構成により、電力伝送デバイス20は、インバータ12から供給された交流電力を、巻線21Bの巻数および巻線22Bの巻数の比で変換し、変換された交流電力を整流回路14に供給するようになっている。電力伝送デバイス20は、ロータリトランスとも呼ばれる。
3, in the
シャフト24は、モータ30の回転子32に接続され、モータ30が生成した駆動力に応じて、回転軸AZを中心に回転するように構成される。
The
整流回路14(図1)は、回転子22の巻線22Bから供給された交流電力を整流し、整流された電力をモータ30の回転子32の巻線32B(後述)に供給するように構成される。図示していないが、整流回路14は、シャフト24に接続される。すなわち、巻線22Bおよびモータ30の回転子32は、シャフト24に接続されるので、整流回路14もまた、シャフト24に接続される。なお、この例では、整流回路14により整流された電力を巻線32Bに直接供給したが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、整流回路14により整流された電力を、キャパシタを含む安定化回路を介して、巻線32Bに供給してもよい。
The rectifier circuit 14 (FIG. 1) is configured to rectify the AC power supplied from the winding 22B of the
制御回路19は、外部制御装置8からの指示、およびモータ30から供給された回転速度を示す制御信号に基づいて、インバータ11,12の動作を制御するように構成される。具体的には、制御回路19は、外部制御装置8からの指示、およびモータ30における回転速度を示す制御信号に基づいて、インバータ11の動作を制御することにより、モータ30の回転速度を制御する。また、制御回路19は、モータ30から供給された回転速度を示す制御信号に基づいて、インバータ12の動作を制御することにより、モータ30の回転子32が生成する磁界の強さを制御する。具体的には、制御回路19は、例えば、モータ30の回転速度が遅い場合には、モータ30の回転子32が生成する磁界を強くし、モータ30の回転速度が速い場合には、モータ30の回転子32が生成する磁界を弱くするようになっている。
The
モータ30は、巻線界磁式の同期モータである。モータ30は、固定子31と、回転子32と、センサ33とを有している。
The
固定子31は、いわゆるステータであり、モータ30の図示しない筐体に固定される。固定子31は、磁気コア31Aと、巻線31Bとを有している。巻線31Bには、インバータ11により生成された3相(U相、V相、W相)の交流電力が供給されるようになっている。
The
回転子32は、いわゆるロータであり、回転軸AZを回転するように構成される。回転子32は、磁気コア32Aと、巻線32Bとを有している。巻線32Bには、整流回路14により整流された信号が供給されるようになっている。
The
センサ33は、回転子32の回転速度を検出するように構成される。そして、センサ33は、回転子32の回転速度を示す制御信号を制御回路19に供給するようになっている。
The
この構成により、モータ装置1では、インバータ11が生成した3相(U相、V相、W相)の交流電力に基づいて、モータ30の回転速度を制御し、インバータ12が生成した単相の交流電力に基づいて、モータ30の回転子32が生成する磁界を制御する。モータ装置1では、例えば、モータ30の回転速度が遅い場合には、モータ30の回転子32が生成する磁界を強くし、モータ30の回転速度が速い場合には、モータ30の回転子32が生成する磁界を弱くする。これにより、モータ装置1では、幅広い回転速度において、モータ30の効率を高めることが出来るようになっている。
With this configuration, the
ここで、シャフト24は、本開示の一実施の形態における「シャフト」の一具体例に対応する。回転軸AZは、本開示の一実施の形態における「回転軸」の一具体例に対応する。磁気コア21Aは、本開示の一実施の形態における「磁気コア」の一具体例に対応する。空洞122は、本開示の一実施の形態における「空洞」の一具体例に対応する。開口部123は、本開示の一実施の形態における「第1の開口部」の一具体例に対応する。巻線21Bは、本開示の一実施の形態における「第1の巻線」の一具体例に対応する。基板22Aは、本開示の一実施の形態における「回転部材」の一具体例に対応する。巻線22Bは、本開示の一実施の形態における「第2の巻線」の一具体例に対応する。磁性体22Cは、本開示の一実施の形態における「第1の磁性体」の一具体例に対応する。開口部124は、本開示の一実施の形態における「第2の開口部」の一具体例に対応する。磁性体22Eは、本開示の一実施の形態における「第2の磁性体」の一具体例に対応する。
Here, the
固定子31は、本開示の一実施の形態における「モータ固定子」の一具体例に対応する。磁気コア31Aは、本開示の一実施の形態における「第1のモータ磁気コア」の一具体例に対応する。巻線31Bは、本開示の一実施の形態における「第1のモータ巻線」の一具体例に対応する。回転子32は、本開示の一実施の形態における「モータ回転子」の一具体例に対応する。磁気コア32Aは、本開示の一実施の形態における「第2のモータ磁気コア」の一具体例に対応する。巻線32Bは、本開示の一実施の形態における「第2のモータ巻線」の一具体例に対応する。インバータ12は、本開示の一実施の形態における「インバータ」の一具体例に対応する。整流回路14は、本開示の一実施の形態における「整流回路」の一具体例に対応する。
The
[動作および作用]
続いて、本実施の形態のモータ装置1の動作および作用について説明する。
[Actions and Functions]
Next, the operation and function of the
(全体動作概要)
制御回路19は、外部制御装置8からの指示、およびモータ30から供給された回転速度を示す制御信号に基づいて、インバータ11,12の動作を制御する。インバータ11は、制御回路19からの指示に基づいて、直流電源9から供給された直流電力を3相(U相、V相、W相)の交流電力に変換し、この3相の交流電力を、モータ30の固定子31の巻線31Bに供給する。インバータ12は、制御回路19からの指示に基づいて、直流電源9から供給された直流電力を単相の交流電力に変換し、この交流電力を、電力伝送デバイス20の固定子21の巻線21Bに供給する。電力伝送デバイス20は、非接触伝送により、交流電力を整流回路14に供給する。整流回路14は、回転子22の巻線22Bから供給された交流電力を整流し、整流された電力をモータ30の回転子32の巻線32Bに供給する。モータ30は、インバータ11から供給された3相(U相、V相、W相)の交流電力に基づいて、機械的エネルギである駆動力を生成する。これにより、シャフト24が回転軸AZを中心に回転する。モータ30のセンサ33は、モータ30の回転速度を示す制御信号を制御回路19に供給する。
(Overall operation overview)
The
[動作および作用]
続いて、本実施の形態の電力伝送デバイス20の動作および作用について説明する。
[Actions and Functions]
Next, the operation and function of the
電力伝送デバイス20の固定子21の巻線21Bには、インバータ12から交流電力が供給される。回転子22は、回転軸AZを中心に、例えば図2に示した周方向Aに回動する。
AC power is supplied from the
図6は、電力伝送デバイス20における、固定子21および回転子22の断面図を表すものである。固定子21の巻線21Bは、インバータ12から供給された交流電力に基づいて磁界を発生させる。開口部123付近では、磁気コア21A1および磁気コア21A2の開口部123付近の凸部が、磁性体22Cを介して、互いに磁気的に結合されるとともに、開口部124付近では、磁気コア21A1および磁気コア21A2の開口部124付近の凸部が、磁性体22Eを介して、互いに磁気的に結合される。
FIG. 6 shows a cross-sectional view of the
図7は、電力伝送デバイス20の開口部123,124における磁束の一例を表すものである。なお、この図7では、電力伝送デバイス20の一部を省略して描いている。開口部123,124付近では、漏れ磁束が生じる。この漏れ磁束の方向は、交流電力の極性に応じて変化する。開口部123付近では、この例では、磁気コア21A2から磁性体22Cへ向かう方向の漏れ磁束が生じ、この磁性体22Cから磁気コア21A1へ向かう方向の漏れ磁束が生じる。このようにして、開口部123付近において、磁気コア21A1および磁気コア21A2は、磁性体22Cを介して、互いに磁気的に結合される。また、開口部124付近では、この例では、磁気コア21A1から、磁性体22Eへ向かう方向の漏れ磁束が生じ、この磁性体22Eから磁気コア21A2へ向かう方向の漏れ磁束が生じる。このようにして、開口部124付近において、磁気コア21A1および磁気コア21A2は、磁性体22Eを介して、互いに磁気的に結合される。
Figure 7 shows an example of magnetic flux at
このようにして、電力伝送デバイス20では、図6に示したように、磁気コア21A1、磁性体22C、磁気コア21A2、および磁性体22Eを経由する磁路MPが生成される。
In this way, in the
そして、回転子22の巻線22Bは、この磁路MPにおける磁界に基づいて交流電力を生成し、生成した交流電力を整流回路14に供給する。このようにして、電力伝送デバイス20は、非接触伝送により、交流電力を整流回路14に供給することができる。
Then, the winding 22B of the
このように、電力伝送デバイス20では、非接触伝送により電力が伝送されるので、例えばスリップリングおよびブラシを用いて接触伝送により電力を伝送する場合に比べて、信頼性を高めることができる。
In this way, the
整流回路14は、回転子22の巻線22Bから供給された交流電力を整流し、整流された電力をモータ30の回転子32の巻線32Bに供給する。これにより、モータ30の回転子32では、磁界が生成される。制御回路19は、例えば、モータ30の回転速度が遅い場合には、モータ30の回転子32が生成する磁界を強くし、モータ30の回転速度が速い場合には、モータ30の回転子32が生成する磁界を弱くする。これにより、モータ装置1では、幅広い回転速度において、モータ30の効率を高めることが出来る。
The
このように、電力伝送デバイス20では、巻線22Bが設けられた基板22Aを用いて回転子22を構成するようにした。これにより、例えば、特許文献1のように回転子鉄心を用いて回転子を構成する場合に比べて、回転子22を軽くすることができるので、回転のモーメントを低減することができ、慣性力を低減することができる。
In this way, in the
また、電力伝送デバイス20では、磁性体22Cを設けたので、開口部123付近における、漏れ磁束の広がりを抑えることができ、漏れ磁束がシャフト24や巻線22Bに入り込む可能性を低減することができる。また、磁性体22Eを設けたので、開口部124付近における、漏れ磁束の広がりを抑えることができ、漏れ磁束が巻線22Bに入り込む可能性を低減することができる。その結果、電力伝送デバイス20では、エネルギ損失を低減することができ、モータの効率を高めることができる。
Furthermore, in the
すなわち、例えば図8に示すように、磁性体22Cを設けない場合には、開口部123付近では、磁気コア21A1と磁気コア21A2の開口部123付近の凸部との間にギャップGが設けられるので、ギャップGが長くなる。これにより、図8に示すように、漏れ磁束が径方向(図8における横方向)に広がり得る。漏れ磁束がシャフト24に入り込んだ場合には、シャフト24において渦電流が生じ、エネルギ損失が生じる。また、漏れ磁束が巻線22Bに入り込んだ場合には、巻線22Bにおいて渦電流が生じ、エネルギ損失が生じる。同様に、磁性体22Eを設けない場合には、開口部124付近では、磁気コア21A1と磁気コア21A2の開口部124付近の凸部との間にギャップGが設けられるので、ギャップGが長くなる。これにより、図8に示すように、漏れ磁束が径方向(図8における横方向)に広がり得る。漏れ磁束が巻線22Bに入り込んだ場合には、巻線22Bにおいて渦電流が生じ、エネルギ損失が生じる。
That is, for example, as shown in FIG. 8, when the
一方、電力伝送デバイス20では、磁性体22C,22Eを設けるようにしたので、ギャップGを短くすることができるため、径方向(図7における横方向)における漏れ磁束の広がりを抑えることができる。これにより、漏れ磁束がシャフト24や巻線22Bに入り込む可能性を低減することができるので、エネルギ損失を低減することができ、モータの効率を高めることができる。
On the other hand, in the
このように、電力伝送デバイス20では、シャフト24が貫く貫通穴120を含むリング形状を有し、シャフト24における回転軸AZの周方向Aに沿った空洞122を内部に含み、貫通穴120と接する第1の面において周方向Aに沿って設けられ、貫通穴120と空洞122とをつなぐ第1の開口部(開口部123)を有する磁気コア21Aと、空洞122に設けられ、周方向Aに沿って巻かれた第1の巻線(巻線21B)と、回転軸AZの軸方向における第1の開口部(開口部123)に対応する位置に設けられ、シャフト24の回転に応じて、空洞122の内部において周方向Aに回動可能な基板22Aと、基板22Aに設けられ、周方向Aに沿って巻かれた第2の巻線(巻線22B)と、基板22Aにおける、磁気コア21Aの第1の開口部(開口部123)に対応する部分において、周方向Aに沿って設けられた第1の磁性体(磁性体22C)とを備えるようにした。これにより、開口部123付近における漏れ磁束の広がりを抑えることができ、漏れ磁束がシャフト24や巻線22Bに入り込む可能性を低減することができる。その結果、電力伝送デバイス20では、エネルギ損失を低減することができ、モータの効率を高めることができる。
Thus, the
また、電力伝送デバイス20では、第2の磁性体(磁性体22E)をさらに備え、磁気コア21Aは、回転軸AZの径方向における、第1の面とは反対の第2の面において、軸方向における第1の開口部(開口部123)に対応する位置に設けられた第2の開口部(開口部124)を有し、第2の磁性体(磁性体22E)は、基板22Aの、磁気コア21Aの第2の開口部(開口部124)に対応する部分において、周方向Aに沿って設けられるようにした。これにより、開口部124付近における漏れ磁束の広がりを抑えることができ、漏れ磁束が巻線22Bに入り込む可能性を低減することができる。その結果、電力伝送デバイス20では、エネルギ損失を低減することができ、モータの効率を高めることができる。
The
[効果]
以上のように本実施の形態では、シャフトが貫く貫通穴を含むリング形状を有し、シャフトにおける回転軸の周方向に沿った空洞を内部に含み、貫通穴と接する第1の面において周方向に沿って設けられ、貫通穴と空洞とをつなぐ第1の開口部を有する磁気コアと、空洞に設けられ、周方向に沿って巻かれた第1の巻線と、回転軸の軸方向における第1の開口部に対応する位置に設けられ、シャフトの回転に応じて、空洞の内部において周方向に回動可能な基板と、基板に設けられ、周方向に沿って巻かれた第2の巻線と、基板における、磁気コアの第1の開口部に対応する部分において、周方向に沿って設けられた第1の磁性体とを備えるようにしたので、モータの効率を高めることができる。
[effect]
As described above, in this embodiment, the motor includes a magnetic core having a ring shape including a through hole through which the shaft passes, including a cavity therein that runs along the circumferential direction of the rotating axis of the shaft, and having a first opening that is arranged along the circumferential direction on a first surface that contacts the through hole and connects the through hole and the cavity, a first winding that is arranged in the cavity and wound along the circumferential direction, a substrate that is arranged at a position corresponding to the first opening in the axial direction of the rotating shaft and can rotate circumferentially inside the cavity in response to rotation of the shaft, a second winding that is arranged on the substrate and wound along the circumferential direction, and a first magnetic body that is arranged along the circumferential direction in the portion of the substrate that corresponds to the first opening of the magnetic core, thereby improving the efficiency of the motor.
本実施の形態では、第2の磁性体をさらに備え、磁気コアは、回転軸の径方向における、第1の面とは反対の第2の面において、軸方向における第1の開口部に対応する位置に設けられた第2の開口部を有し、第2の磁性体は、基板の、磁気コアの第2の開口部に対応する部分において、周方向に沿って設けられるようにしので、モータの効率を高めることができる。 In this embodiment, a second magnetic body is further provided, and the magnetic core has a second opening provided on a second surface opposite the first surface in the radial direction of the rotating shaft, at a position corresponding to the first opening in the axial direction, and the second magnetic body is provided along the circumferential direction in a portion of the substrate corresponding to the second opening of the magnetic core, thereby improving the efficiency of the motor.
[変形例1]
上記実施の形態では、例えば図5に示したように、磁性体22Cを1つの磁性体を用いて構成したが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図9に示すように、複数の磁性体を用いて磁性体22Cを構成してもよい。図9の例では、2つの磁性体を用いて磁性体22Cを構成している。
[Modification 1]
In the above embodiment, the
[変形例2]
上記実施の形態では、例えば図3,5に示したように、磁性体22Eを設けたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、図10に示すように、磁性体22Eを設けなくてもよい。
[Modification 2]
In the above embodiment, the
[変形例3]
上記実施の形態では、例えば図3に示したように、磁性体22Cの、径方向(図3における横方向)の幅を、磁気コア21A2の、径方向における、凹部121の両側の2つの凸部のうちの開口部123付近の凸部の幅と同じにしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図11に示すように、磁性体22Cの、径方向(図11における横方向)の幅は、磁気コア21A2の、径方向における、凹部121の両側の2つの凸部のうちの開口部123付近の凸部の幅よりも広くてもよい。
[Modification 3]
In the above embodiment, for example, as shown in Fig. 3, the width of the
同様に、磁性体22Eの、径方向(図3における横方向)の幅は、磁気コア21A2の、径方向における、凹部121の両側の2つの凸部のうちの開口部124付近の凸部の幅と同じにしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図11に示すように、磁性体22Eの、径方向(図11における横方向)の幅は、磁気コア21A2の、径方向における、凹部121の両側の2つの凸部のうちの開口部124付近の凸部の幅よりも広くてもよい。
Similarly, the radial width (horizontal direction in FIG. 3) of
[変形例4]
上記実施の形態では、例えば図3に示したように、磁気コア21Aは、開口部123および開口部124を有するようにしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、図12,13に示すように、1つの開口部123のみを有していてもよい。この例では、図13に示すように、磁気コア21A1の、径方向(図13における横方向)における外側の部分はZ方向に折れ曲がり、連結部125において磁気コア21A2に連結されている。この電力伝送デバイス20の製造工程では、Z方向において、磁気コア21A1、回転子22、磁気コア21A2をこの順に並べ、磁気コア21A1、回転子22、磁気コア21A2を互いに近づけ、連結部125において磁気コア21A1および磁気コア21A2を例えば互いに接着する。電力伝送デバイス20では、開口部124を設けないようにしたので、この開口部124における漏れ磁束がないため、エネルギ損失を低減することができ、モータの効率を高めることができる。
[Modification 4]
In the above embodiment, the
[変形例5]
上記実施の形態では、例えば図5に示したように、磁性体22C,22Eを、基板22Aにおける切り欠き部にはめ込むようにしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、図14,15に示すように、磁性体22C,22Eを、基板22Aの表面に設けてもよい。この例では、回転子22は、磁性体22C(磁性体22C1,22C2)および磁性体22E(磁性体22E1,22E2)を有している。図14に示したように、磁性体22C1は、基板22Aの、磁気コア21A1が設けられた側の面に設けられ、磁性体22C2は、基板22Aの、磁気コア21A2が設けられた側の面に設けられる。この例では、磁性体22C1および磁性体22C2は、リング形状を有する。巻線22Bの一端および他端は、例えば、部分22D1において、基板22Aの内部のパターン配線を介して、整流回路14に接続される。磁性体22E1は、基板22Aの、磁気コア21A1が設けられた側の面に設けられ、磁性体22E2は、基板22Aの、磁気コア21A2が設けられた側の面に設けられる。
[Modification 5]
In the above embodiment, the
図16は、本変形例に係る電力伝送デバイス20の開口部123,124における磁束の一例を表すものである。開口部123付近では、この例では、磁気コア21A2から、磁性体22C2へ向かう方向の漏れ磁束が生じ、この磁性体22C2から磁性体22C1へ向かう方向の漏れ磁束が生じ、この磁性体22C1から磁気コア21A1へ向かう方向の漏れ磁束が生じる。このようにして、開口部123付近において、磁気コア21A1および磁気コア21A2は、磁性体22C1,22C2を介して、互いに磁気的に結合される。また、開口部124付近では、この例では、磁気コア21A1から、磁性体22E1へ向かう方向の漏れ磁束が生じ、この磁性体22E1から磁性体22E2へ向かう方向の漏れ磁束が生じ、この磁性体22E2から磁気コア21A2へ向かう方向の漏れ磁束が生じる。このようにして、開口部124付近において、磁気コア21A1および磁気コア21A2は、磁性体22E1,22E2を介して、互いに磁気的に結合される。
16 shows an example of magnetic flux at the
本変形例に係る電力伝送デバイス20では、磁性体22C(磁性体22C1,22C2)および磁性体22E(磁性体22E1,22E2)を設けるようにしたので、上記実施の形態の場合(図7)に比べて、ギャップGをさらに短くすることができるため、径方向(図16における横方向)における漏れ磁束の広がりをさらに抑えることができる。これにより、漏れ磁束がシャフト24や巻線22Bに入り込む可能性をさらに低減することができるので、エネルギ損失を低減することができ、モータの効率を高めることができる。
In the
なお、この例では、磁性体22C1,22C2の、径方向(図14における横方向)の幅は、磁気コア21A2の、径方向における、凹部121の両側の2つの凸部のうちの開口部123付近の凸部の幅と同じにしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図17に示すように、磁性体22C1,22C2の、径方向(図17における横方向)の幅は、磁気コア21A2の、径方向における、凹部121の両側の2つの凸部のうちの開口部123付近の凸部の幅よりも広くてもよい。
In this example, the radial width (horizontal direction in FIG. 14) of the magnetic bodies 22C1 and 22C2 is the same as the width of the convex portion near the
同様に、磁性体22E1,22E2の、径方向(図14における横方向)の幅は、磁気コア21A2の、径方向における、凹部121の両側の2つの凸部のうちの開口部124付近の凸部の幅と同じにしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図17に示すように、磁性体22E1,22E2の、径方向(図17における横方向)の幅は、磁気コア21A2の、径方向における、凹部121の両側の2つの凸部のうちの開口部124付近の凸部の幅よりも広くてもよい。
Similarly, the radial width (horizontal direction in FIG. 14) of the magnetic bodies 22E1, 22E2 is the same as the width of the convex portion near the
[変形例6]
上記実施の形態では、例えば図5に示したように、磁性体22C,22Eを、基板22Aにおける切り欠き部にはめ込むようにしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、図18,19に示すように、磁性体22C,22Eを、基板22Aの内部に埋め込んでもよい。この例では、磁性体22C,22Eは、リング形状を有する。磁性体22Cは、基板22Aの、開口部123に対応する部分における、基板22Aの内部に設けられている。巻線22Bの一端および他端は、例えば、部分22D2において、磁性体22Cが埋め込まれた基板22Aの表面のパターン配線を介して、整流回路14に接続される。磁性体22Eは、基板22Aの、開口部124に対応する部分における、基板22Aの内部に設けられている。
[Modification 6]
In the above embodiment, the
なお、この例では、磁性体22Cの、径方向(図18における横方向)の幅は、磁気コア21A2の、径方向における、凹部121の両側の2つの凸部のうちの開口部123付近の凸部の幅と同じにしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図20に示すように、磁性体22Cの、径方向(図20における横方向)の幅は、磁気コア21A2の、径方向における、凹部121の両側の2つの凸部のうちの開口部123付近の凸部の幅よりも広くてもよい。
In this example, the radial width (horizontal direction in FIG. 18) of
同様に、磁性体22Eの、径方向(図18における横方向)の幅は、磁気コア21A2の、径方向における、凹部121の両側の2つの凸部のうちの開口部124付近の凸部の幅と同じにしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図20に示すように、磁性体22Eの、径方向(図20における横方向)の幅は、磁気コア21A2の、径方向における、凹部121の両側の2つの凸部のうちの開口部124付近の凸部の幅よりも広くてもよい。
Similarly, the radial width (horizontal direction in FIG. 18) of
[変形例7]
上記実施の形態では、例えば図3に示したように、磁性体22Cを、開口部123に対応する位置にのみ設けたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、図21,22に示すように、基板22Aの内部において、磁性体22Cを、XY面内における、磁気コア21Aの開口部123に対応する部分およびその外側の部分からなる領域に設けてもよい。この例では、変形例4に係る電力伝送デバイス20(図12,13)に、本変形例を適用している。磁性体22Cは、基板22Aの内部に埋め込まれている。この電力伝送デバイス20では、開口部123付近において、磁気コア21A1と磁性体22Cとの間にギャップGが設けられ、磁性体22Cと磁気コア21A2の開口部123付近の凸部との間にギャップGが設けられる。また、径方向(図21における横方向)における、磁性体22Cの外側の端部と、磁気コア21A2との間にギャップGが設けられる。
[Modification 7]
In the above embodiment, the
図23は、本変形例に係る電力伝送デバイス20における、固定子21および回転子22の断面図を表すものである。固定子21の巻線21Bは、インバータ12から供給された交流電力に基づいて磁界を発生させる。開口部123付近では、磁気コア21A1および磁性体22Cが、互いに磁気的に結合され、磁性体22Cおよび磁気コア21A2の開口部123付近の凸部が、互いに磁気的に結合される。また、径方向(図23における横方向)における、磁性体22Cの外側の端部、および磁気コア21A2が、互いに磁気的に結合される。これにより、この電力伝送デバイス20では、図6に示したように、磁気コア21A1、磁性体22C、および磁気コア21A2を経由する磁路MPと、磁性体22Cおよび磁気コア21A2を経由する磁路MPが生成される。これにより、開口部123付近における漏れ磁束がシャフト24や巻線22Bに入り込む可能性を低減することができるので、エネルギ損失を低減することができ、モータの効率を高めることができる。
23 shows a cross-sectional view of the
[変形例8]
上記実施の形態では、基板22Aを用いて回転子22を構成したが、これに限定されるものではなく、巻線22Bを支持可能な様々な部材を用いて回転子22を構成することができる。以下に、本変形例について、詳細に説明する。
[Modification 8]
In the above embodiment, the
図24,25は、本変形例に係る電力伝送デバイス20の一構成例を表すものである。この例では、変形例4に係る電力伝送デバイス20(図12,13)に、本変形例を適用している。この電力伝送デバイス20は、回転子42を有している。回転子42は、支持部材42Aと、巻線42Bと、磁性体42Cとを有している。
Figures 24 and 25 show an example of the configuration of a
支持部材42Aは、この例では樹脂を用いて構成される。支持部材42Aは、シャフト24に接続され、シャフト24の回転に応じて、回転軸AZを中心として回動する。この支持部材42Aには、回転軸AZの周方向A(図25)に沿って、溝状の凹部142が設けられている。
In this example, the
巻線42Bは、支持部材42Aの凹部142に沿って複数回巻かれている。巻線42Bの一端および他端は、支持部材42Aの部分42D(後述)を介して、シャフト24に設けられた図示しない配線を介して、整流回路14に接続される。
The winding 42B is wound multiple times along the
磁性体42Cは、図24に示したように、回転子42における、固定子21の開口部123に対応する位置に設けられる。図25に示したように、磁性体42Cは、回転軸AZの周方向Aに沿って延伸するように設けられる。この例では、磁性体42Cは、アルファベットの“C”の形状を有している。具体的には、支持部材42Aには、このアルファベットの“C”の形状の切り欠き部が設けられており、磁性体42Cは、この支持部材42Aの切り欠き部にはめ込まれている。支持部材42Aのうちの、この磁性体42Cよりも内側の部分と、磁性体42Cよりも外側の部分とは、支持部材42Aにおける部分42Dにより接続される。なお、これに限定されるものではなく、磁性体42Cは、リング形状を有していてもよい。この場合には、例えば、磁性体42Cの一部の表面に絶縁膜を設け、この絶縁膜の上に、巻線42Bの一端および他端と整流回路14とをつなぐ配線を設けることができる。
As shown in FIG. 24, the
ここで、支持部材42Aは、本開示の一実施の形態における「回転部材」の一具体例に対応する。巻線42Bは、本開示の一実施の形態における「第2の巻線」の一具体例に対応する。磁性体42Cは、本開示の一実施の形態における「第1の磁性体」の一具体例に対応する。
Here,
[変形例9]
上記実施の形態では、例えば図3,4に示したように、磁気コア21A2の凹部121に沿って、巻線21Bを磁気コア21A2に直接巻いたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図26に示すように、巻線21Bが巻かれたボビン21Cを、磁気コア21A2の凹部121に配置してもよい。ボビン21Cは、例えば樹脂を用いて構成される。
[Modification 9]
In the above embodiment, the winding 21B is wound directly around the magnetic core 21A2 along the
[その他の変形例]
また、これらの変形例のうちの2以上を組み合わせてもよい。
[Other Modifications]
Two or more of these modifications may be combined.
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。 The present invention has been described above using embodiments and modifications, but the present invention is not limited to these embodiments and can be modified in various ways.
例えば、上記の各実施の形態等において示した、固定子21および回転子22,42の形状は、一例であり、開示した形状に限定されるものではない。
For example, the shapes of the
本明細書中に記載された効果はあくまで例示であり、本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されない。よって、本開示に関して、他の効果が得られてもよい。 The effects described in this specification are merely examples, and the effects of this disclosure are not limited to the effects described in this specification. Therefore, other effects may be obtained with respect to this disclosure.
さらに、本開示は、以下の態様を取り得る。 Furthermore, the present disclosure may take the following forms:
(1)
シャフトが貫く貫通穴を含むリング形状を有し、前記シャフトにおける回転軸の周方向に沿った空洞を内部に含み、前記貫通穴と接する第1の面において前記周方向に沿って設けられ、前記貫通穴と前記空洞とをつなぐ第1の開口部を有する磁気コアと、
前記空洞に設けられ、前記周方向に沿って巻かれた第1の巻線と、
前記回転軸の軸方向における前記第1の開口部に対応する位置に設けられ、前記シャフトの回転に応じて、前記空洞の内部において前記周方向に回動可能な回転部材と、
前記回転部材に設けられ、前記周方向に沿って巻かれた第2の巻線と、
前記回転部材における、前記磁気コアの前記第1の開口部に対応する部分において、前記周方向に沿って設けられた第1の磁性体と
を備えた電力伝送デバイス。
(2)
前記回転部材は、前記磁気コアの前記第1の開口部に対応する部分において、前記周方向に延伸する切り欠き部を有し、
前記第1の磁性体は、前記回転部材の前記切り欠き部に設けられた
前記(1)に記載の電力伝送デバイス。
(3)
前記第1の磁性体は、前記回転部材における、前記磁気コアの前記第1の開口部に対応する部分の表面に設けられた
前記(1)に記載の電力伝送デバイス。
(4)
前記第1の磁性体は、前記回転部材における、前記磁気コアの前記第1の開口部に対応する部分において、前記回転部材の内部に設けられた
前記(1)に記載の電力伝送デバイス。
(5)
前記第1の磁性体は、前記回転部材における、前記回転軸と交差する面内の、前記磁気コアの前記第1の開口部に対応する部分、および前記第2の巻線が設けられた部分を含む領域において、前記回転部材の内部に設けられた
前記(1)に記載の電力伝送デバイス。
(6)
第2の磁性体をさらに備え、
前記磁気コアは、前記回転軸の径方向における、前記第1の面とは反対の第2の面において、前記軸方向における前記第1の開口部に対応する位置に設けられた第2の開口部を有し、
前記第2の磁性体は、前記回転部材における、前記磁気コアの前記第2の開口部に対応する部分において、前記周方向に沿って設けられた
前記(1)から(4)のいずれかに記載の電力伝送デバイス。
(7)
第1のモータ磁気コアと第1のモータ巻線とを含むモータ固定子と、第2のモータ磁気コアと第2のモータ巻線とを含むモータ回転子とを有するモータと、
前記モータ回転子に接続されたシャフトと、
インバータと、
前記シャフトが貫く貫通穴を含むリング形状を有し、前記シャフトの周方向に沿った空洞を内部に含み、前記貫通穴と接する第1の面において前記周方向に沿って設けられ、前記貫通穴と前記空洞とをつなぐ第1の開口部を有する磁気コアと、
前記インバータに接続され、前記空洞に設けられ、前記周方向に沿って巻かれた第1の巻線と、
前記シャフトの軸方向における前記第1の開口部に対応する位置に設けられ、前記シャフトの回転に応じて、前記空洞の内部において前記周方向に回動可能な回転部材と、
前記回転部材に設けられ、前記周方向に沿って巻かれた第2の巻線と、
前記回転部材の、前記磁気コアの前記第1の開口部に対応する部分において、前記周方向に沿って設けられた第1の磁性体と、
前記第2の巻線および前記第2のモータ巻線を結ぶ経路に設けられた整流回路と
を備えたモータ装置。
(1)
a magnetic core having a ring shape including a through hole through which a shaft passes, including a cavity along a circumferential direction of a rotation axis of the shaft, and a first opening provided along the circumferential direction on a first surface in contact with the through hole and connecting the through hole and the cavity;
a first winding provided in the cavity and wound along the circumferential direction;
a rotating member provided at a position corresponding to the first opening in the axial direction of the rotating shaft, the rotating member being rotatable in the circumferential direction within the cavity in response to rotation of the shaft;
a second winding provided on the rotating member and wound in the circumferential direction;
a first magnetic body provided along the circumferential direction in a portion of the rotating member corresponding to the first opening of the magnetic core.
(2)
the rotating member has a notch extending in the circumferential direction at a portion corresponding to the first opening of the magnetic core,
The power transfer device according to (1), wherein the first magnetic body is provided in the cutout portion of the rotating member.
(3)
The power transfer device according to (1), wherein the first magnetic body is provided on a surface of a portion of the rotating member that corresponds to the first opening of the magnetic core.
(4)
The power transfer device according to (1), wherein the first magnetic body is provided inside the rotating member in a portion of the rotating member corresponding to the first opening of the magnetic core.
(5)
The power transmission device described in (1), wherein the first magnetic body is provided inside the rotating member in a region including a portion of the rotating member corresponding to the first opening of the magnetic core and a portion in which the second winding is provided, within a plane in the rotating member that intersects with the rotation axis.
(6)
Further comprising a second magnetic body,
the magnetic core has a second opening provided in a second surface opposite to the first surface in a radial direction of the rotation shaft, the second opening being located at a position corresponding to the first opening in the axial direction;
The power transmission device according to any one of (1) to (4), wherein the second magnetic body is provided along the circumferential direction in a portion of the rotating member corresponding to the second opening of the magnetic core.
(7)
a motor having a motor stator including a first motor magnetic core and a first motor winding, and a motor rotor including a second motor magnetic core and a second motor winding;
a shaft connected to the motor rotor;
An inverter;
a magnetic core having a ring shape including a through hole through which the shaft passes, including a cavity along a circumferential direction of the shaft, and a first opening provided along the circumferential direction on a first surface in contact with the through hole, the first opening connecting the through hole and the cavity;
a first winding connected to the inverter, provided in the cavity, and wound in the circumferential direction;
a rotating member provided at a position corresponding to the first opening in the axial direction of the shaft, the rotating member being rotatable in the circumferential direction within the cavity in response to rotation of the shaft;
a second winding provided on the rotating member and wound in the circumferential direction;
a first magnetic body provided along the circumferential direction in a portion of the rotating member corresponding to the first opening of the magnetic core;
a rectifier circuit provided in a path connecting the second winding and the second motor winding.
Claims (7)
前記空洞に設けられ、前記周方向に沿って巻かれた第1の巻線と、
前記回転軸の軸方向における前記第1の開口部に対応する位置に設けられ、前記シャフトの回転に応じて、前記空洞の内部において前記周方向に回動可能な回転部材と、
前記回転部材に設けられ、前記周方向に沿って巻かれた第2の巻線と、
前記回転部材における、前記磁気コアの前記第1の開口部に対応する部分において、前記周方向に沿って設けられた第1の磁性体と
を備えた電力伝送デバイス。 a magnetic core having a ring shape including a through hole through which a shaft passes, including a cavity along a circumferential direction of a rotation axis of the shaft, and a first opening provided along the circumferential direction on a first surface in contact with the through hole and connecting the through hole and the cavity;
a first winding provided in the cavity and wound along the circumferential direction;
a rotating member provided at a position corresponding to the first opening in the axial direction of the rotating shaft, the rotating member being rotatable in the circumferential direction within the cavity in response to rotation of the shaft;
a second winding provided on the rotating member and wound in the circumferential direction;
a first magnetic body provided along the circumferential direction in a portion of the rotating member corresponding to the first opening of the magnetic core.
前記第1の磁性体は、前記回転部材の前記切り欠き部に設けられた
請求項1に記載の電力伝送デバイス。 the rotating member has a notch extending in the circumferential direction at a portion corresponding to the first opening of the magnetic core,
The power transfer device according to claim 1 , wherein the first magnetic body is provided in the cutout portion of the rotating member.
請求項1に記載の電力伝送デバイス。 The power transfer device according to claim 1 , wherein the first magnetic body is provided on a surface of the rotating member at a portion corresponding to the first opening of the magnetic core.
請求項1に記載の電力伝送デバイス。 The power transfer device according to claim 1 , wherein the first magnetic body is provided inside the rotating member at a portion of the rotating member that corresponds to the first opening of the magnetic core.
請求項1に記載の電力伝送デバイス。 The power transmission device of claim 1, wherein the first magnetic body is provided inside the rotating member in a region of the rotating member that includes a portion of the rotating member that corresponds to the first opening of the magnetic core and a portion in which the second winding is provided, within a plane of the rotating member that intersects with the rotation axis.
前記磁気コアは、前記回転軸の径方向における、前記第1の面とは反対の第2の面において、前記軸方向における前記第1の開口部に対応する位置に設けられた第2の開口部を有し、
前記第2の磁性体は、前記回転部材における、前記磁気コアの前記第2の開口部に対応する部分において、前記周方向に沿って設けられた
請求項1に記載の電力伝送デバイス。 Further comprising a second magnetic body,
the magnetic core has a second opening provided in a second surface opposite to the first surface in a radial direction of the rotation shaft, the second opening being located at a position corresponding to the first opening in the axial direction;
The power transfer device according to claim 1 , wherein the second magnetic body is provided along the circumferential direction in a portion of the rotating member that corresponds to the second opening of the magnetic core.
前記モータ回転子に接続されたシャフトと、
インバータと、
前記シャフトが貫く貫通穴を含むリング形状を有し、前記シャフトの周方向に沿った空洞を内部に含み、前記貫通穴と接する第1の面において前記周方向に沿って設けられ、前記貫通穴と前記空洞とをつなぐ第1の開口部を有する磁気コアと、
前記インバータに接続され、前記空洞に設けられ、前記周方向に沿って巻かれた第1の巻線と、
前記シャフトの軸方向における前記第1の開口部に対応する位置に設けられ、前記シャフトの回転に応じて、前記空洞の内部において前記周方向に回動可能な回転部材と、
前記回転部材に設けられ、前記周方向に沿って巻かれた第2の巻線と、
前記回転部材の、前記磁気コアの前記第1の開口部に対応する部分において、前記周方向に沿って設けられた第1の磁性体と、
前記第2の巻線および前記第2のモータ巻線を結ぶ経路に設けられた整流回路と
を備えたモータ装置。
a motor having a motor stator including a first motor magnetic core and a first motor winding, and a motor rotor including a second motor magnetic core and a second motor winding;
a shaft connected to the motor rotor;
An inverter;
a magnetic core having a ring shape including a through hole through which the shaft passes, including a cavity along a circumferential direction of the shaft, and a first opening provided along the circumferential direction on a first surface in contact with the through hole, connecting the through hole and the cavity;
a first winding connected to the inverter, provided in the cavity, and wound in the circumferential direction;
a rotating member provided at a position corresponding to the first opening in the axial direction of the shaft, the rotating member being rotatable in the circumferential direction within the cavity in response to rotation of the shaft;
a second winding provided on the rotating member and wound in the circumferential direction;
a first magnetic body provided along the circumferential direction in a portion of the rotating member corresponding to the first opening of the magnetic core;
a rectifier circuit provided in a path connecting the second winding and the second motor winding.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202380093949.8A CN120677541A (en) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | Power transmission device and motor apparatus |
| JP2025500466A JPWO2024171299A1 (en) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | |
| PCT/JP2023/004991 WO2024171299A1 (en) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | Power transmission device and motor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2023/004991 WO2024171299A1 (en) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | Power transmission device and motor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2024171299A1 true WO2024171299A1 (en) | 2024-08-22 |
Family
ID=92420939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2023/004991 Ceased WO2024171299A1 (en) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | Power transmission device and motor device |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPWO2024171299A1 (en) |
| CN (1) | CN120677541A (en) |
| WO (1) | WO2024171299A1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS433767Y1 (en) * | 1966-05-02 | 1968-02-17 | ||
| JPS6047104U (en) * | 1983-09-07 | 1985-04-03 | シャープ株式会社 | Rotating magnetic head drum device |
| JPS60129905A (en) * | 1983-12-19 | 1985-07-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | rotary transformer |
| JPS62154506U (en) * | 1986-03-20 | 1987-10-01 | ||
| JPS6322716U (en) * | 1986-07-30 | 1988-02-15 | ||
| JPH0478699U (en) * | 1990-11-16 | 1992-07-09 | ||
| JP2002075760A (en) | 2000-08-29 | 2002-03-15 | Tamagawa Seiki Co Ltd | Rotating non-contact connector and non-rotating non-contact connector |
| US20210358686A1 (en) * | 2020-05-12 | 2021-11-18 | Ut-Battelle, Llc | Wireless excitation system |
-
2023
- 2023-02-14 WO PCT/JP2023/004991 patent/WO2024171299A1/en not_active Ceased
- 2023-02-14 JP JP2025500466A patent/JPWO2024171299A1/ja active Pending
- 2023-02-14 CN CN202380093949.8A patent/CN120677541A/en active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS433767Y1 (en) * | 1966-05-02 | 1968-02-17 | ||
| JPS6047104U (en) * | 1983-09-07 | 1985-04-03 | シャープ株式会社 | Rotating magnetic head drum device |
| JPS60129905A (en) * | 1983-12-19 | 1985-07-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | rotary transformer |
| JPS62154506U (en) * | 1986-03-20 | 1987-10-01 | ||
| JPS6322716U (en) * | 1986-07-30 | 1988-02-15 | ||
| JPH0478699U (en) * | 1990-11-16 | 1992-07-09 | ||
| JP2002075760A (en) | 2000-08-29 | 2002-03-15 | Tamagawa Seiki Co Ltd | Rotating non-contact connector and non-rotating non-contact connector |
| US20210358686A1 (en) * | 2020-05-12 | 2021-11-18 | Ut-Battelle, Llc | Wireless excitation system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2024171299A1 (en) | 2024-08-22 |
| CN120677541A (en) | 2025-09-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2869316A1 (en) | Rotating transformers for electrical machines | |
| US10958119B2 (en) | Rotary electric machine, rotary electric machine system, and machine | |
| US11139715B2 (en) | Rotary electric machine and manufacturing method therefor | |
| CN108631477B (en) | Electric motor | |
| CN107204693B (en) | Rotating electrical machines, traction machines and elevators | |
| JP2021535720A (en) | motor | |
| JP6593038B2 (en) | Rotating electric machine | |
| JP6561692B2 (en) | Rotating electric machine | |
| JP6649238B2 (en) | Rotating electric machines and robot devices | |
| JP2007267565A (en) | Coreless motor | |
| JP2018157612A (en) | motor | |
| WO2018051938A1 (en) | Rotating electrical machine | |
| JP2020532263A (en) | Stator and motor including it | |
| WO2024171299A1 (en) | Power transmission device and motor device | |
| WO2024171300A1 (en) | Power transmission device and motor device | |
| EP4668300A1 (en) | Power transmission device and motor device | |
| WO2024252455A1 (en) | Power transmission device and motor apparatus | |
| JPH09285086A (en) | Switched reluctance motor | |
| WO2024252539A1 (en) | Power transmission device and motor apparatus | |
| WO2025181973A1 (en) | Electric power transmission device and motor apparatus | |
| JP7162777B1 (en) | Rotating electric machine and aircraft equipped with the rotating electric machine | |
| JP2017050942A (en) | Rotary electric machine | |
| EP4668301A1 (en) | Power transmission device and motor device | |
| US20220368176A1 (en) | Motor | |
| WO2024154191A1 (en) | Power transmission device and motor device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 23922638 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2025500466 Country of ref document: JP |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 202380093949.8 Country of ref document: CN |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2023922638 Country of ref document: EP |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| WWP | Wipo information: published in national office |
Ref document number: 202380093949.8 Country of ref document: CN |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2023922638 Country of ref document: EP Effective date: 20250915 |