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公開番号2024098633
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-24
出願番号2023002233
出願日2023-01-11
発明の名称回転電気機械
出願人三菱重工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02K 21/44 20060101AFI20240717BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ブラシ、整流子、および駆動回路を必要としない簡易な構成で、直流発電機、直流電動機、または直流と交流との電力変換器として動作することができる回転電気機械を提供する。
【解決手段】回転電気機械は、回転軸の軸線回りに回転する回転子と、前記回転子と空隙を開けて対向配置され、前記回転軸の軸方向に延びる円筒状の継鉄部と、前記継鉄部と前記回転子との間に設けられた磁石を含む歯と、を有する固定子と、前記固定子の前記歯に前記回転軸と平行に配置されるコイルと、を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
回転軸の軸線回りに回転する回転子と、
前記回転子と空隙を開けて対向配置され、前記回転軸の軸方向に延びる円筒状の継鉄部と、前記継鉄部と前記回転子との間に設けられた磁石を含む歯と、を有する固定子と、
前記固定子の前記歯に前記回転軸と平行に配置されるコイルと、
を備える回転電気機械。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記歯は、前記継鉄部から半径方向に前記回転子に向かって突出する鉄心をさらに有し、
前記磁石は前記鉄心を半径方向に分割するように配置される、
請求項１に記載の回転電気機械。
【請求項３】
前記歯は、前記継鉄部から半径方向に前記回転子に向かって突出するように配置された前記磁石からなる、
請求項１に記載の回転電気機械。
【請求項４】
前記磁石は、前記継鉄部の回転子側の一部を絶縁するように前記継鉄部の内部に埋め込まれ、
前記歯は、前記磁石と、前記継鉄部の前記磁石で囲まれた領域とからなる、
請求項１に記載の回転電気機械。
【請求項５】
前記磁石は永久磁石であり、磁極が半径方向を向くように配置される、
請求項１に記載の回転電気機械。
【請求項６】
前記磁石は、磁極の向きが半径方向に対して傾斜するように配置され、
前記磁石の少なくとも一部は、半径方向において前記継鉄部と前記コイルとの間に位置する、
請求項１に記載の回転電気機械。
【請求項７】
前記コイルの少なくとも一部は、前記歯の半径方向の中間点よりも回転子側に配置される、
請求項１に記載の回転電気機械。
【請求項８】
前記回転子は、半径方向に前記固定子に向かって突出する突極を有する、
請求項１に記載の回転電気機械。
【請求項９】
前記磁石は、回転子側を向く磁極の極性が周方向に隣り合う磁石と逆になるように配置され、
前記磁石の回転子側を向く磁極に応じて前記コイルの軸方向の電流の向きを交番させる、
請求項５に記載の回転電気機械。
【請求項１０】
前記突極の周方向の弧の長さをＷ１、隣り合う前記突極の間の弧の長さをＷ１’、前記歯の周方向の弧の長さをＷ２、隣り合う前記歯の間の弧の長さをＷ２’、前記歯の数をｎ
Ｔ
、前記突極の数をｎ
ｐｓ
としたとき、ｎ
Ｔ
・（Ｗ２＋Ｗ２’）＝ｎ
ｐｓ
・（Ｗ１＋Ｗ１’）を満たすように、｛Ｗ１，Ｗ１’，Ｗ２，Ｗ２’，ｎ
Ｔ
，ｎ
ｐｓ
｝の値を定める、
請求項８に記載の回転電気機械。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、直流発電機、直流電動機、または電力変換器として動作する回転電気機械に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
図３０は、従来技術における直流発電機の構成を示す概略図である。直流発電機９Ａは、直流電力を発電する発電機である。コイル９５Ａは直流発電機９Ａの回転子９３Ａに巻回されており、回転子９３Ａと共に回転軸の軸線Ｏ回りに回転する。コイル９５Ａは、回転すると、固定子となる永久磁石９２Ａまたは電磁石による界磁束（field flux）を交差するよう配置される。コイル９５Ａはそれと共に回転する整流子９６に接続され、ブラシ９７を仲介して直流電源９８に接続される。コイル９５Ａの回転軸方向の長さをＬ、コイル９５Ａの回転半径をｒ、界磁の磁束密度をＢ、直流電源９８によりコイル９５Ａに発生している電流をｉ、コイル９５Ａの微小区間ｄｌが界磁束を直角に横切る速度をｕと記すと、コイル９５Ａが角速度ωで回転するとき、コイル９５Ａの一周の長さｌに発生する誘導起電力ｅは、フレミングの右手の法則から次式（１）で表される。
【０００３】
TIFF
2024098633000002.tif
25
170
【０００４】
図３１は、コイル９５Ａが界磁の中を回転するとき、回転角度θを横軸に、コイル一周の誘導起電力ｅを縦軸に表したグラフである。コイル一周の誘導起電力ｅはコイル９５Ａの回転角度について１８０°毎に交番する。図３２は、コイル９５Ａの回転角度θに対する整流子９６の後の電圧ｅ
１
のグラフである。整流子９６はコイル９５Ａが１８０°回転する毎にコイル９５Ａと直流電源９８の接続を反転させるので、直流電源９８にかかる電圧ｅ
１
は、コイル９５Ａの誘導起電力ｅのグラフの負側を正側に折り返したものとなる。従来の直流発電機９Ａは、このような仕組みにより直流電力を発電し、たとえば直流電池のような直流負荷に発電電力を供給（充電）する。
【０００５】
従来の直流発電機９Ａは、整流子９６およびブラシ９７が消耗部品であるので寿命が短い、ブラシ９７から電気ノイズや騒音が発生するなどの課題がある。そこで、課題を解決する技術の一つに、ブラシと整流子を取り去ったブラシレス直流発電機がある。同発電機では、ブラシレスにするためにブラシと整流子の機械的な接触を、半導体素子のスイッチング動作に替えている。ブラシレス直流発電機は、寿命・メンテナンス性・音響ノイズの点で優れるが、駆動回路が必要となりコストアップすることが課題である。課題を解決する他の技術として、特許文献１および特許文献２は、図３３に示すようなブラシレス直流発電機９Ｂを開示している。ブラシレス直流発電機９Ｂは、固定子９２Ｂにコイル９５Ｂが設置され、回転子９３Ｂに永久磁石９３１が設置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０００－１５２６０２号公報
特開２０２０－１５６１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２のブラシレス直流発電機９Ｂの特徴は、磁石９３１の磁極を周方向に交番させないことである。すなわち、ブラシレス直流発電機９Ｂの界磁束は回転子９３Ｂが回転しても、図３３に破線で示すように一方向であり交番しない。したがって、回転子を一方向に回すなら、コイル９５Ｂの誘導起電力は直流であり、一つひとつのコイルを誘導起電力が相加するように接続するだけで直流発電機として機能する。しかし、ブラシレス直流発電機９Ｂは、固定子９２Ｂを包むようにコイルを巻回しなければならずコイルが長くなり電気抵抗による損失が大きい、回転子９３Ｂに磁石９３１を配置するので高速回転の用途では磁石の保持が困難である、という課題があった。
【０００８】
本開示の目的は、ブラシ、整流子、および駆動回路を必要としない簡易な構成で、直流発電機、直流電動機、または直流と交流との電力変換器として動作し、高速回転の用途にも適する回転電気機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様によれば、回転電気機械は、回転軸の軸線回りに回転する回転子と、前記回転子と空隙を開けて対向配置され、前記回転軸の軸方向に延びる円筒状の継鉄部と、前記継鉄部と前記回転子との間に設けられた磁石を含む歯と、を有する固定子と、前記固定子の前記歯に前記回転軸と平行に配置されるコイルと、を備える。
【００１０】
本開示の一態様によれば、回転電気機械は、回転軸の軸線回りに回転する回転子と、前記回転子と前記回転軸の軸方向に空隙を開けて対向配置され、前記回転軸の軸方向に延びる円筒状の継鉄部と、前記継鉄部と前記回転子との間に設けられた磁石を含む歯と、を有する固定子と、前記固定子の前記歯に前記回転軸の半径方向に配置されるコイルと、を備える。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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