特許 5695748 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5695748

(24)【登録日】2015年2月13日

(45)【発行日】2015年4月8日

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 19/26 20060101AFI20150319BHJP

【ＦＩ】

   H02K19/26 Z

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-527753(P2013-527753)

(86)(22)【出願日】2011年8月11日

(86)【国際出願番号】JP2011004557

(87)【国際公開番号】WO2013021428

(87)【国際公開日】20130214

【審査請求日】2014年4月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】593165487

【氏名又は名称】学校法人金沢工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100103333

【弁理士】

【氏名又は名称】菊池 治

(74)【代理人】

【識別番号】100173451

【弁理士】

【氏名又は名称】井澤 彪

(72)【発明者】

【氏名】津田 敏宏

(72)【発明者】

【氏名】川村 光弘

(72)【発明者】

【氏名】深見 正

(72)【発明者】

【氏名】島 和男

【審査官】 高橋 祐介

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５０−０７８９２４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００３−１８００５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４９−１１３１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５２９４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転可能に軸支されて、外周に互いに周方向に配列された凸状の複数の突極部が形成された回転子と、
前記回転子の外周に前記回転子と間隔を空けて配設されて、内周に互いに周方向に配列された凸状の複数のティースが形成されて、このティースの半径方向内側に軸方向両側および半径方向外側に開口し軸方向に延びる軸方向溝が形成された固定子鉄心と、
前記複数のティース毎に巻回された複数極の界磁巻線と、
前記界磁巻線と絶縁されて、前記複数のティース毎に巻回された複数極の電機子巻線と、
前記各軸方向溝内に配置された複数の導体棒と、
前記回転子の軸方向外側の両側にそれぞれ複数配置されて、それぞれに所定数の前記導体棒の軸方向端部が接続されて、複数の前記導体棒と共に一つの閉じた電気回路を形成する複数の導体連結部材と、
を有し、
前記ティースの個数と前記界磁巻線の極数とが同一で、
前記界磁巻線の極数と前記電機子巻線の極数が所定の比率で、前記回転子に設ける突極部の数が、（ｐ_ｆ＋ｐ_ａ）／２（ただし、ｐ_ｆ：前記界磁巻線の極数、ｐ_ａ：前記電機子巻線の極数）を満たすように構成されていること、
を特徴とする回転電機。

【請求項2】

前記電機子巻線は、前記各ティースに、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相の巻線を構成し、
前記Ｕ相は、第１Ｕ相と、第１Ｕ相と異なる極の第２Ｕ相と、を含み、
前記Ｖ相は、第１Ｖ相と、第１Ｖ相と異なる極の第２Ｖ相と、を含み、
前記Ｗ相は、第１Ｗ相と、第１Ｗ相と異なる極の第２Ｗ相と、を含み、
前記複数の導体連結部材は、
前記第１Ｕ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒の一方の第１端部およびその反対側の第２端部のうちの前記第１端部と、前記第１Ｖ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒の第１端部と、を連結する第１連結部材と、

前記第１Ｖ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒の第２端部と、前記第１Ｗ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒の第２端部と、を連結する第２連結部材と、
前記第１Ｗ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒の第１端部と、前記第２Ｕ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒の第１端部と、を連結する第３連結部材と、
前記第２Ｕ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒の第２端部と、前記第２Ｖ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒の第２端部と、を連結する第４連結部材と、
前記第２Ｖ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒の第１端部と、前記第２Ｗ相に相当する前記ティースの前記軸方向内に配置される前記導体棒の第１端部と、を連結する第５連結部材と、
前記第２Ｗ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒の第２端部と、前記第１Ｕ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒の前記第２端部と、を連結する第６連結部材と、
を含むこと、
を特徴とする請求項１に記載の回転電機。

【請求項3】

前記第１連結部材と、前記第１Ｗ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒と、前記第２Ｕ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒と、が一体に形成されて、
前記第３連結部材と、前記第１Ｗ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒と、前記第２Ｕ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒と、が一体に形成されて、
前記第５連結部材と、前記第２Ｖ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒と、前記第２Ｗ相に相当する前記ティースの前記軸方向溝内に配置される前記導体棒と、が一体に形成されていること、
を特徴とする請求項２に記載の回転電機。

【請求項4】

前記回転子の回転数に対して、前記回転子が（１＋ｐ_ｆ／ｐ_ａ）倍で回転しているときに相当する回転磁界が発生するように構成されていること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。

【請求項5】

前記界磁巻線の極数と前記電機子巻線の極数とが
ｐ_ｆ／ｐ_ａ＝１．５
を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。

【請求項6】

前記界磁巻線の極数と前記電機子巻線の極数とが
ｐ_ｆ／ｐ_ａ＝１．２
を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。

【請求項7】

前記界磁巻線の極数と前記電機子巻線の極数とが
ｐ_ｆ／ｐ_ａ＝１．１２５
を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固定子に界磁巻線を有する回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

発電機は、通常、回転子の回転数（回転速度）が上がると、出力が大きくなる。例えば大容量の風力発電は、プロペラの回転エネルギが入力される。プロペラの回転速度は、著しく低いものが多い。このようなプロペラを発電機に直結して発電する場合には、巨大な発電機が必要になる。発電機を小型化するために、プロペラの回転速度を、歯車を有する機械式の増速装置によって増速するものがある。

【0003】

近年、風力発電の大容量化が進んでおり、上述の機械式の増速装置では、要求される発電容量に対応できなくなる可能性がある。

【0004】

この問題を解決する方法として、例えば特許文献１に開示されているように、磁気歯車により増速効果を得るものが知られている。この磁気歯車は、比較的、発電機に類似した技術なので、磁気歯車および発電機を一体化できる。磁気歯車を有する回転電機は、磁気歯車で回転磁界を増速してこの回転磁界により、三相電機子巻線で発電する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表２００９−５３５０１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところが、特許文献１に開示されているような磁気歯車を用いた発電機は、回転子の講造が複雑である。回転子の構造が複雑化すると、製造コスト等が増大する。また、回転子が回転しているときに、突発的に負荷トルクが発生した場合には、この負荷トルクに伴い回転速度が変動することもある。

【0007】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、より簡素な構成の回転電機で、磁気歯車による増速効果を安定的に得られるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、本発明に係る回転電機は、回転可能に軸支されて、外周に互いに周方向に配列された凸状の複数の突極部が形成された回転子と、前記回転子の外周に前記回転子と間隔を空けて配設されて、内周に互いに周方向に配列された凸状の複数のティースが形成されて、このティースの半径方向内側に軸方向両側および半径方向外側に開口し軸方向に延びる軸方向溝が形成された固定子鉄心と、前記複数のティース毎に巻回された複数極の界磁巻線と、前記界磁巻線と絶縁されて、前記複数のティース毎に巻回された複数極の電機子巻線と、前記各軸方向溝内に配置された複数の導体棒と、前記回転子の軸方向外側の両側にそれぞれ複数配置されて、それぞれに所定数の前記導体棒の軸方向端部が接続されて、複数の前記導体棒と共に一つの閉じた電気回路を形成する複数の導体連結部材と、を有し、前記ティースの個数と前記界磁巻線の極数とが同一で、前記界磁巻線の極数と前記電機子巻線の極数が所定の比率で、前記回転子に設ける突極部の数が、（ｐ_ｆ＋ｐ_ａ）／２（ただし、ｐ_ｆ：前記界磁巻線の極数、ｐ_ａ：前記電機子巻線の極数）を満たすように構成されていること、を特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、より簡素な構成の回転電機で、磁気歯車による増速効果を安定的に得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係る第１の実施形態の回転電機の四分の一の部分横断面を模式的に示した部分横断面図である。

【図2】図１のII部の周方向の範囲の固定子および回転子の一部を軸方向からみて周方向を直線的に展開して示す模式的横断面である。

【図3】図１の実施形態の固定子鉄心およびダンパ巻線の構成を示す概略斜視図である。

【図4】図３の上面図である。

【図5】（ａ）は図３のダンパ巻線がないときの時間と負荷トルクの関係を示すグラフであり、（ｂ）は時間と回転子の回転速度の関係を示すグラフであって（ａ）の負荷トルクにより回転速度が変動している状態を示す。

【図6】（ａ）は図３のダンパ巻線があるときの時間と負荷トルクの関係を示すグラフであり、（ｂ）は時間と回転子の回転速度の関係を示すグラフであって（ａ）の負荷トルクにより回転速度が変動している状態を示す。

【図7】本発明に係る第２の実施形態に係る回転電機の固定子および回転子の一部を軸方向からみて周方向を直線的に展開して示す模式的横断面である。

【図8】本発明に係る第３の実施形態に係る回転電機の固定子および回転子の一部を軸方向からみて周方向を直線的に展開して示す模式的横断面である。

【図9】図１、図７および図８それぞれの実施形態のｐ_ｆ、ｐ_ａ、ｐ_ｒの組み合わせ例を示した表である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明に係る回転電機の実施形態について、図面を参照して説明する。

【0012】

［第１の実施形態］
第１の実施形態について、図１および図２を用いて説明する。図１は、本実施形態明の回転電機の四分の一の部分横断面を模式的に示した部分横断面図である。図２は、図１のII部の範囲の固定子４０および回転子１０の一部を軸方向からみて周方向を直線的に展開して示す模式的横断面である。なお、図１および図２では、ダンパ巻線７５等の図示は省略している。

【0013】

図３は、図１の固定子鉄心５０およびダンパ巻線７５の構成を示す概略斜視図である。図４は、図３の上面図である。なお、図３および図４は模式図であって、固定子鉄心５０等の周方向を直線的に示し、界磁巻線６０および電機子巻線７０の図示は省略している。

【0014】

図５（ａ）は、図３のダンパ巻線７５がないときの時間と負荷トルクの関係を示すグラフである。図５（ｂ）は時間と回転子１０の回転速度の関係を示すグラフであって、図５（ａ）の負荷トルクにより回転速度が変動している状態を示す。図６（ａ）は、図３のダンパ巻線７５があるときの時間と負荷トルクの関係を示すグラフである。図６（ｂ）は、時間と回転子１０の回転速度の関係を示すグラフであって、図５（ａ）の負荷トルクにより回転速度が変動している状態を示す。

【0015】

先ず、本実施形態の回転電機の構成について説明する。この回転電機は、三相同期の発電機で、回転子１０および固定子４０を有する。これらの回転子１０および固定子４０は、ハウジング（図示しない。）の内部に配置される。

【0016】

回転子１０は、巻線を設けない突極形回転子であって、主軸２０および回転子鉄心３０を有している。主軸２０は、回転軸と同軸的に延びていて、ハウジングに設けられた軸受（図示しない。）によって、回転可能に軸支されている。

【0017】

回転子鉄心３０は、複数枚の珪素鋼板が回転軸方向に積層されてなり、主軸２０の外周に固定されていて、回転軸と同軸的に延びている。回転子鉄心３０の外周には、互いに周方向に等間隔に配列された凸状（例えば、横断面が略長方形状）の４０個の突極部３２が形成されている。すなわち、隣接する突極部３２間には、凹溝３４が形成されている。

【0018】

この例では、回転子鉄心３０は、回転軸方向の長さが５０ｍｍ、外側半径（回転軸中心から突極部３２の先端面までの距離）が２５５ｍｍに形成されている。

【0019】

固定子４０は、固定子鉄心５０と、複数極の界磁巻線６０と、複数極の三相電機子巻線７０と、ダンパ巻線７５（図３、図４）と、を有する。

【0020】

固定子鉄心５０は、複数枚の珪素鋼板が回転軸方向に積層されてなり、回転子１０の外周に回転子１０と空隙（エアギャップ）をあけて配設されている。固定子鉄心５０の内周には、互いに周方向に等間隔に配列された凸状（例えば、横断面が略長方形状）の４８個のティース５２が形成されている。すなわち、隣接するティース５２間には、スロット５４が形成されている。

【0021】

この例では、固定子鉄心５０は、回転軸方向の長さが５０ｍｍ、外径が３１５ｍｍ、径方向の厚み（ティース５２の先端面から固定子鉄心５０の外周面までの距離）が５９．５ｍｍに形成されている。また、固定子鉄心５０は、エアギャップの距離（突極部３２の先端面からティース５２の先端面までの距離）が０．５ｍｍとなるように配設されている。

【0022】

このティース５２の半径方向内側には、軸方向両側および半径方向外側に開口し軸方向に延びる軸方向溝５２ａ（図３、図４）が形成されている。

【0023】

界磁巻線６０は、銅線等の導線が、絶縁物を介して、４８個のティース５２毎に径方向に垂直に巻回（いわゆる「集中巻き」）されてなる。隣接したティース５２に巻回された界磁巻線６０は、互いに逆向きに巻回されていて、互いに直列に接続されている。界磁巻線６０には、直流電源（図示しない。）より、界磁電流が供給される。そのため、本実施形態においては、界磁巻線６０の極数ｐ_ｆは、ティース５２の数と同一の４８極となっている。なお、界磁巻線６０の巻き数は、９２１６巻きである。

【0024】

三相の電機子巻線７０は、銅線等の導線が、絶縁物を介して、４８個のティース５２毎に径方向に垂直に巻回（いわゆる「集中巻き」）されてなる。三相の電機子巻線７０は、界磁巻線６０より径方向の内方の位置で、界磁巻線６０と絶縁されるように巻回されていて、隣接したティース５２に巻回された三相の電機子巻線７０は、互いに同一の向きに巻回されている。

【0025】

三相の電機子巻線７０は、互いにＹ結線された三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の巻線により構成されていて、周方向に形成された４８個のティース５２には、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線、Ｗ相の巻線が周方向に順に巻回されている。このため、三相の電機子巻線７０の極数ｐ_ａは、「４８÷３×２」極、すなわち３２極となっている。なお、電機子巻線７０の巻き数は、各相につき５２８巻きである。

【0026】

電機子巻線７０のＵ相には、第１Ｕ相（図３および図４のＵ１）と、第１Ｕ相と異なる極の第２Ｕ相（図３および図４のＵ２）とが含まれる。これらの第１Ｕ相および第２Ｕ相は、別のティース５２に巻かれている。

【0027】

Ｖ相には、第１Ｖ相（図３および図４のＶ１）と、第１Ｖ相と異なる極の第２Ｖ相（図３および図４のＶ２）が含まれる。これらの第１Ｖ相および第２Ｖ相は、別のティース５２に巻かれている。

【0028】

Ｗ相には、第１Ｗ相（図３および図４のＷ１）と、第１Ｗ相と異なる極の第２Ｗ相（図３および図４のＷ２）とが含まれる。これらの第１Ｗ相および第２Ｗ相は、別のティース５２に巻かれている。

【0029】

ダンパ巻線７５は、三つの導体部材、すなわち、第１導体部材８５、第２導体部材８６および第３導体部材８７と、三つの端絡環、すなわち第１端絡環８１、第２端絡環８２および第３端絡環８３を有する。

【0030】

先ず、第１導体部材８５の構成について説明する。

【0031】

第１導体部材８５は、二つの長部（第１Ｕ相部９１、第１Ｖ相部９２）と、これらを連結する一つの短部（ＵＶ連結部９３）と、からなる。第１Ｕ相部９１、第１Ｖ相部９２およびＵＶ連結部９３は、一体的に形成される。

【0032】

第１Ｕ相部９１は、電機子巻線の第１Ｕ相に相当するティース５２の軸方向溝５２ａ内に配置される。第１Ｖ相部９２は、第１Ｖ相に相当するティース５２の軸方向溝５２ａ内に配置される。ＵＶ連結部９３は、第１Ｕ相部９１および第１Ｖ相部９２それぞれの一方の端部を連結する。

【0033】

第１Ｕ相部９１のＵＶ連結部９３と反対側の端部は、第１端絡環８１に接続される。第１Ｖ相部９２のＵＶ連結部９３と反対側の端部は、第２端絡環８２に接続される。これらの連結については後で説明する。

【0034】

次に、第２導体部材８６の構成について説明する。

【0035】

第２導体部材８６は、第１導体部材８５と同様に、二つの長部（第１Ｗ相部９４、第２Ｕ相部９５）と、これらを連結する一つの短部（ＷＵ連結部９６）と、からなる。第１Ｗ相部９４、第２Ｕ相部９５およびＷＵ連結部９６は、一体的に形成される。

【0036】

第１Ｗ相部９４は、第１Ｗ相に相当するティース５２の軸方向溝５２ａ内に配置される。第２Ｕ相部９５は、第２Ｕ相に相当するティース５２の軸方向溝５２ａ内に配置される。ＷＵ連結部９６は、第１Ｗ相部９４および第２Ｕ相部９５それぞれの一方の端部を連結する。

【0037】

第１Ｗ相部９４のＷＵ連結部９６と反対側の端部は、第２端絡環８２に接続される。第２Ｕ相部９５のＷＵ連結部９６と反対側の端部は、第３端絡環８３に接続される。これらの連結については後で説明する。

【0038】

次に、第３導体部材８７の構成について説明する。

【0039】

第３導体部材８７は、第１導体部材８５と同様に、二つの長部（第２Ｖ相部９７、第２Ｗ相部９８）と、これらを連結する一つの短部（ＶＷ連結部９９）と、からなる。第２Ｖ相部９７、第２Ｗ相部９８およびＶＷ連結部９９は、一体的に形成される。

【0040】

第２Ｖ相部９７は、第２Ｖ相に相当するティース５２の軸方向溝５２ａ内に配置される。第２Ｗ相部９８は、第２Ｗ相に相当するティース５２の軸方向溝５２ａ内に配置される。ＶＷ連結部９９は、第２Ｖ相部９７および第２Ｗ相部９８それぞれの一方の端部を連結する。

【0041】

第２Ｖ相部９７のＶＷ連結部９９と反対側の端部は、第３端絡環８３に接続される。第２Ｗ相部９８のＶＷ連結部９９と反対側の端部は、第１端絡環８１に接続される。これらの連結については後で説明する。

【0042】

続いて、第１端絡環８１について説明する。

【0043】

第１端絡環８１は、固定子鉄心５０の軸方向外側の一方（図５における上方）の軸方向外側に配置される。この第１端絡環８１は、回転軸中心の部分環状で、導体からなる。第１端絡環８１の軸方向面（固定子鉄心５０に対向する面）には、上述の通り、第１Ｕ相部９１および第２Ｗ相部９８が連結されて、導通可能な状態である。

【0044】

次に、第２端絡環８２について説明する。

【0045】

第２端絡環８２は、第１端絡環８１と同様に、固定子鉄心５０の軸方向外側の一方（図５における上方）の軸方向外側に配置される。この第２端絡環８２は、回転軸中心の部分環状の導体で、第１端絡環８１よりも周方向長さが短い。第２端絡環８２の軸方向面（固定子鉄心５０に対向する面）には、上述の通り、第１Ｗ相部９４および第２Ｕ相部９５が連結されて、導通可能な状態である。

【0046】

次に、第３端絡環８３について説明する。

【0047】

第３端絡環８３は、第１端絡環８１と同様に、固定子鉄心５０の軸方向外側の一方（図５における上方）の軸方向外側に配置される。この第３端絡環８３は、回転軸中心の部分環状の導体で、第１端絡環８１よりも周方向長さが短い。第３端絡環８３の軸方向面（固定子鉄心５０に対向する面）には、上述の通り、第２Ｖ相部９７および第２Ｗ相部９８が連結されて、導通可能な状態である。

【0048】

第１導体部材８５、第２導体部材８６、第３導体部材８７、第１端絡環８１、第２端絡環８２および第３端絡環８３は、一つの閉じた電気回路を構成する。一つの閉じた電気回路は、上述のように、第１Ｕ相、第２Ｕ相、第１Ｖ相、第２Ｖ相、第１Ｗ相、第２Ｗ相それぞれに相当するティース、すなわち、６個のティース５２を用いて配置されている。このため、本実施形態では、４８個のティース５２があるため、閉じた電気回路が８個存在する。

【0049】

続いて、本実施形態の作用、すなわち、発電機の動作について説明する。まず、この発電機の動作原理について説明する。

【0050】

界磁巻線６０を界磁電流Ｉ_ｆにより直流励起すると、固定子４０にｐ_ｆ極（４８極）の静止磁界が形成される。この静止磁界は、図２の破線Ｌ_１で示される。ここで、回転子１０を発電機の外部に設けられた原動機（図示せず）によって回転速度Ｎ［ｍｉｎ^−１］（図２の矢印Ｘ_１）で駆動する。

【0051】

このとき、静止磁界は、突極部３２および凹部３４の和（突極部がＮ極、凹部がＳ極と等価に考えられる。）で示される２×ｐ_ｒ極（８０極）の回転子１０によって磁束変調されて、式（１）で示されるｐ_ａ極の回転磁界が発生する。この回転磁界は、図２の実線Ｌ_２で示される。

【0052】

ｐ_ａ＝（２×ｐ_ｒ）−ｐ_ｆ ・・・式（１）
この例では、ｐ_ｒ＝４０で、ｐ_ｆ＝４８であるため、ｐ_ａ極は、「２×４０−４８」すなわち３２極の回転磁界が発生する。

【0053】

通常、機械的に回転速度を増速させる増速機を用いない場合、回転磁界は、所定の回転速度に対して界磁電流Ｉ_ｆ等により一義的に決まる。これに対して、本実施形態は、界磁電流Ｉ_ｆで決まる回転磁界の大きさよりも、大きくなる。

【0054】

この例では、３２極の回転磁界は、磁気歯車の効果によって回転子１０の回転速度Ｎ［ｍｉｎ^−１］に対して、２．５（＝８０極／３２極）倍の速度で回転していることと同等になる。

【0055】

回転磁界を形成する回転速度は、実際に発電機に入力される回転速度Ｎとしたときに、（２×ｐ_ｒ／ｐ_ｆ）×Ｎで示される。さらに、式（１）等を用いて変形すると、（１＋Ｐ_ｆ／Ｐ_ａ）×Ｎになる（図２の矢印Ｘ_２）。

【0056】

すなわち、発電機に入力される回転速度に対して、（１＋Ｐ_ｆ／Ｐ_ａ）倍の回転速度が入力されたものと、同様の効果が得られる。この例では、ｐ_ａおよびｐ_ｆの比が、ｐ_ｆ／ｐ_ａ＝１．５の関係を満たすように、ｐ_ａ＝３２およびｐ_ｆ＝４８としているため、当該回転速度は、「１＋４８／３２」倍、すなわち、２．５倍の回転速度と同じ効果を得ることができる。

【0057】

その結果、電機子巻線７０に式（２）に示した発電周波数ｆ［Ｈｚ］の三相交流電圧が誘導される。

【0058】

ｆ＝（ｐ_ａ／１２０）×（（２×ｐ_ｒ）／ｐ_ａ））×Ｎ ・・・式（２）
なお、三相の電機子巻線７０に誘導される誘電圧Ｖは、界磁巻線６０に供給する界磁電流Ｉ_ｆを調整することにより、容易に制御される。

【0059】

続いて、本実施形態に係る回転電機の効果について説明する。

【0060】

本実施形態の回転子１０は８０極である。上述した磁気歯車の効果により、回転磁界は２．５倍の速さに増速される。発電機の出力は、一般に回転速度に比例する。これに対して、当該効果によって８０極の電動機より、体積当たりの出力を大きく設計できる。

【0061】

また、本実施形態の発電機は、８０極の突極回転子を有しているが、回転子１０に界磁巻線を施す必要がなく、且つ回転子１０への給電を必要としない。さらに、当該発電機は、回転子１０の構成がより単純な突極回転子であるため、発電機の製造で、従来の製造技術を用いることができる。このため、本実施形態は、当該発電機の製造コストや組立工数の増加を抑制しつつ、磁気歯車の効果を得ることができる。

【0062】

続いて、ダンパ巻線７５の作用について、ダンパ巻線７５がある場合とない場合とを比較して説明する。

【0063】

回転電機に入力される負荷トルクが一定であれば、機械的な回転速度は一定になる。すなわち、回転子１０は、変動がない状態でほぼ一定の回転速度で回転することとなる。

【0064】

ところが、短時間に所定の大きさの負荷トルクが入力された場合、ダンパ巻線７５がないときは、回転速度が変動する。図５および図６の例は、所定の時間Ｔ_１に、所定の負荷トルクが作用している状態である。

【0065】

この負荷トルクにより、回転子１０の回転速度は、図５（ｂ）に示すように変動する。これは、負荷トルクの発生に伴って、回転子１０の回転を変動させるトルク（変動トルク）が発生するためである。このときの回転子１０の回転状態は、変動した状態が保たれている。この回転速度の変動は回転磁界にも作用する。よって、回転磁界も、回転速度と同様に変動する。

【0066】

これに対して、ダンパ巻線７５がある場合について、以下に説明する。

【0067】

回転速度を変動させる変動トルクが発生したときに、上述の８個の閉じられた電気回路それぞれに電流が流れる。当該各電気回路に電流が流れることにより、変動トルクを打ち消すようなトルク（制動トルク）が発生する。この制動トルクによって、回転子１０の回転速度の変動は除々に小さくなる。所定の時間が経過した後に、回転速度の変動はほぼゼロになる。

【0068】

このようにダンパ巻線７５を設けることによって、負荷トルクが突発的に発生した場合においても、安定した回転速度を維持することが可能になる。その結果、安定した回転磁界を得ることができる。

【0069】

以上の説明からわかるように本実施形態によれば、回転電機の構成がより簡素なもので、磁気歯車の効果を安定的に得ることが可能になる。

【0070】

［第２の実施形態］
第２の実施形態について、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態に係る回転電機の固定子および回転子１０の一部を軸方向からみて周方向を直線的に展開して示す模式的横断面図である。なお、図７では、ダンパ巻線７５等の図示は省略している。

【0071】

本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図６）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

【0072】

本実施形態は、ｐ_ａおよびｐ_ｆの比が、ｐ_ｆ／ｐ_ａ＝１．２の関係を満たしている。この例では、ｐ_ａ＝２０およびｐ_ｆ＝２４としているため、当該回転速度は、「１＋２４／２０」倍、すなわち、２．２倍の回転速度と同じ効果を得ることができる。

【0073】

これにより、第１の実施形態と同様に、回転電機の構成がより簡素なもので、磁気歯車の効果を安定的に得ることが可能になる。

【0074】

［第３の実施形態］
第３の実施形態について、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態に係る回転電機の固定子および回転子１０の一部を軸方向からみて周方向を直線的に展開して示す模式的横断面図である。なお、図８では、ダンパ巻線７５等の図示は省略している。

【0075】

本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図６）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

【0076】

本実施形態は、ｐ_ａおよびｐ_ｆの比が、ｐ_ｆ／ｐ_ａ＝１．１２５の関係を満たしている。この例では、ｐ_ａ＝３２およびｐ_ｆ＝３６としているため、当該回転速度は、「１＋３６／３２」倍、すなわち、２．１２５倍の回転速度と同じ効果を得ることができる。

【0077】

これにより、第１の実施形態と同様に、回転電機の構成がより簡素なもので、磁気歯車の効果を安定的に得ることが可能になる。

【0078】

［その他の実施形態］
本実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

【0079】

第１〜第３の実施形態では、ｐ_ｆ／ｐ_ａが、それぞれ１．５、１．２、１．１２５になるような例を一つずつ示しているが、これらに限らない。

【0080】

図９は、第１〜第３の実施形態それぞれのｐ_ｆ、ｐ_ａ、ｐ_ｒの組み合わせ例を示した表である。図９に示すように、ｐ_ｆ／ｐ_ａが、１．５、１．２、１．１２５を満たすようなｐ_ｆ＋ｐ_ａ＝（２×ｐ_ｒ）を満たす組み合わせは多数存在し、これらのどの組み合わせを採用しても構わない。そうすれば、ゆっくり回る回転子１０の突極から、高速に回る回転磁界が作られるので、比較的体格の小さな回転機で大きな出力を得ることができる。

【0081】

また、第１〜第３の実施形態では、電機子巻線７０の結線には、Ｙ結線が採用されているが、Δ結線が採用してもよい。

【0082】

また、第１〜第３の実施形態では、電機子巻線７０が界磁巻線６０より径方向の内方の位置で巻回されているが、電機子巻線７０が界磁巻線６０より径方向の外方の位置で巻回してもよい。

【0083】

また、本発明は、調相機等にも適用してもよい。

【0084】

また、第１の実施形態では、ダンパ巻線７５の第１導体部材８５を構成する第１Ｕ相部９１、第１Ｖ相部９２およびＵＶ連結部９３が一体で形成されているがこれに限らない。第１Ｕ相部９１、第１Ｖ相部９２およびＵＶ連結部９３を別々の部材で構成して、組み立ててもよい。第２導体部材８６および第３導体部材８７についても同様である。

【符号の説明】

【0085】

１０…回転子、２０…主軸、３０…回転子鉄心、３２…突極部、３４…凹溝、４０…固定子、５０…固定子鉄心、５２…ティース、５２ａ…軸方向溝５２ａ、５４…スロット、６０…界磁巻線、７０…電機子巻線、７５…ダンパ巻線、８１…第１端絡環、８２…第２端絡環、８３…第３端絡環、８５…第１導体部材、８６…第２導体部材、８７…第３導体部材、９１…第１Ｕ相部、９２…第１Ｖ相部、９３…ＵＶ連結部、９４…第１Ｗ相部、９５…第２Ｕ相部、９６…ＷＵ連結部、９７…第２Ｖ相部、９８…第２Ｗ相部、９９…ＶＷ連結部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】