DE102017207694A1

DE102017207694A1 - Rotierende, elektrische Maschine für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102017207694A1
Application number: DE102017207694.1A
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Kashihara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2018-03-15
Also published as: JP6180601B1; FR3056040B1; JP2018042417A; FR3056040A1

Abstract

Wenn eine Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit ermittelt, dass ein Spannungswert eines Eingangs-/Ausgangsanschlusses gleich einer Schwellenspannung ist oder diese übersteigt, verwendet eine Steuervorrichtung eine Kurzschlusseinheit für den Seitenarm mit negativer Elektrode, um mehrphasige Kurzschlüsse an einer ersten mehrphasigen Wicklung und einer zweiten mehrphasigen Wicklung gleichzeitig zu bewirken, falls eine von einer Drehzahl-Erfassungseinheit erfasste Drehzahl höher als ein vorbestimmter Schwellwert ist, und verwendet die Kurzschlusseinheit für den Seitenarm mit negativer Elektrode, um mehrphasige Kurzschlüsse an der zweiten mehrphasigen Wicklung zu bewirken, nachdem ein mehrphasiger Kurzschluss an der ersten mehrphasigen Wicklung bewirkt wurde, falls die erfasste Drehzahl gleich oder geringer als der Schwellwert ist.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine rotierende, elektrische Maschine für Fahrzeuge.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Eine rotierende, elektrische Maschine für Fahrzeuge, bei der ein Lundell-Rotor Anwendung findet, wird gewöhnlich in einem Fahrzeug, wie etwa in einem Kraftfahrzeug, verwendet. Bei einem Lundell-Rotor ist eine Mehrzahl von klauenförmigen, magnetischen Polabschnitten in Umfangsrichtung vorgesehen. Zudem sind Permanentmagnete zwischen benachbarten, klauenförmigen, magnetischen Polabschnitten vorgesehen.
In Anbetracht der jüngsten Umweltbelange nehmen die Anforderungen an in Fahrzeugen installierte elektrische Bauelemente schnell zu und es besteht ein Bedarf nach einer Erhöhung der Energiemenge, die von einer rotierenden, elektrischen Maschine für Fahrzeuge erzeugt wird. Um dieses Problem zu lösen, wurde eine rotierende, elektrische Maschine für Fahrzeuge mit einem Kühlventilator vorgeschlagen, der integral mit dem Rotor rotiert, so dass ein Kühlwind erzeugt wird (siehe beispielsweise japanische Offenlegungsschrift Nr. H9-154266 ).
Bei der konventionellen rotierenden, elektrischen Maschine für Fahrzeuge, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. H9-154266 beschrieben ist, umfasst ein Stator zwei Sätze von Drei-Phasen-Statorwicklungen. Bezugnehmend auf die beiden Sätze von Drei-Phasen-Statorwicklungen als erste Drei-Phasen-Statorwicklungen x1, y1, z1 bzw. als zweite Drei-Phasen-Statorwicklungen x2, y2, z2 sind die zweiten Drei-Phasen-Statorwicklungen x2, y2, z2 so gewickelt, dass sie jeweils von den ersten Drei-Phasen-Statorwicklungen x1, y1, z1 um einen elektrischen Winkel von π/6 rad. abweichen.
Bei der konventionellen rotierenden, elektrischen Maschine für Fahrzeuge, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. H9-154266 beschrieben ist, kann eine in der induzierten Leistung enthaltene harmonische Komponente dadurch aufgehoben werden, dass die beiden Sätze von Drei-Phasen-Statorwicklungen mit einer Phasendifferenz vorgesehen werden, die dem elektrischen Winkel von π/6 entspricht, wobei im Ergebnis ein elektrisches Rauschen und ein magnetisches Rauschen vermindert werden. Zudem können magnetische Stürme unterdrückt werden und daher kann verhindert werden, dass Temperaturerhöhungen aufgrund von magnetischen Stürmen in den klauenförmigen, magnetischen Polabschnitten und den Permanentmagneten auftreten.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Wie oben beschrieben wurde, kann mit der konventionellen, rotierenden, elektrischen Maschine für Fahrzeuge, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. H9-154266 beschrieben ist, verhindert werden, dass Temperaturanstiege aufgrund von magnetischen Stürmen in den klauenförmigen, magnetischen Polabschnitten und den Permanentmagneten auftreten. Dagegen wird das Verhindern eines Temperaturanstiegs in den Permanentmagneten aufgrund eines mehrphasigen Kurzschlusses nicht in Betracht gezogen.
Wenn eine B-Klemmenspannung in einer typischen rotierenden, elektrischen Maschine für Fahrzeuge, die Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt umwandelt, eine Überspannung ist, kann eine Stromversorgung durch Kurzschließen eines Seitenarms mit negativer Elektrode stabilisiert werden. Jedoch verursacht die während des Kurzschlusses erzeugte, induzierte Energie einen Strom, der zu den Spulen der rotierenden, elektrischen Maschine fließt, so dass die Magnetpole des Stators magnetisiert werden. Wenn die Permanentmagnete der rotierenden, elektrischen Maschine in der Nähe der magnetisierten Magnetpole verlaufen, nehmen durch die Permanentmagnete verlaufende Magnetfelder zu und ab, so dass in den Permanentmagneten Wirbelströme erzeugt werden. In Reaktion auf diese Wirbelströme erzeugen die Permanentmagnete Hitze.
In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. H9-154266 , wird ein Verhindern eines Temperaturanstiegs aufgrund eines Wirbelstroms, der als Ergebnis eines auftretenden mehrphasigen Kurzschlusses in einem Permanentmagneten erzeugt wird, nicht in Betracht gezogen und daher bleibt ein Anstieg der Temperatur des Permanentmagneten, der sich aus einem mehrphasigen Kurzschluss ergibt, problematisch.
Diese Erfindung zielt darauf ab, dieses Problem zu lösen, wobei eine Aufgabe darin besteht, eine rotierende, elektrische Maschine für Fahrzeug zu erhalten, bei der ein Temperaturanstieg in einem Permanentmagneten aufgrund eines mehrphasigen Kurzschlusses unterdrückt werden kann.
Diese Erfindung betrifft eine rotierende, elektrische Maschine für Fahrzeuge, die Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt umwandelt, aufweisend: einen Rotor mit einem Rotorkern, in welchem eine Mehrzahl von klauenförmigen Magnetpolteilen an einem Außenumfang davon vorgesehen sind, und einer Rotorwicklung, die um den Rotorkern gewickelt ist; einen Stator mit einem Statorkern, der entgegensetzt zum Außenumfang des Rotorkerns angeordnet ist und eine Mehrzahl von Nuten aufweist, die in einem Innenumfang davon ausgebildet sind, und einer Statorwicklung, die um den Statorkern herum gewickelt ist, indem sie in die Nuten eingeführt ist; einen Permanentmagneten, der zwischen benachbarten klauenförmigen Magnetpolteilen des Rotorkerns angeordnet ist und in einer Richtung zum Vermindern des magnetischen Streuflusses zwischen den benachbarten, klauenförmigen Magnetpolteilen polarisiert ist; zwei Kühlventilatoren, die an den jeweiligen Seiten des Rotorkerns angeordnet sind, um die Rotorwicklung und den Permanentmagneten zu kühlen; eine Stromumwandlereinheit, die aus einem Schaltelement eines Seitenarms mit positiver Elektrode und aus einem Schaltelement eines Seitenarms mit negativer Elektrode besteht und eine Leistungsaufnahme von einem Eingangs-/Ausgangsanschluss von Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt umwandelt; eine Steuervorrichtung, die einen EIN/AUS-Steuervorgang an dem Schaltelement des Seitenarms mit positiver Elektrode und an dem Schaltelement des Seitenarms mit negativer Elektrode durchführt; und eine Drehzahl-Erfassungseinheit, die eine Drehzahl der rotierenden, elektrischen Maschine für Fahrzeuge erfasst, wobei die Statorwicklung eine erste mehrphasige Wicklung und eine zweite mehrphasige Wicklung umfasst, die durch Wickeln von zwei jeweiligen mehrphasig angeschlossenen Wicklungen unabhängig um den Statorkern ausgebildet sind, wobei die Steuervorrichtung umfasst: eine Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit zum Ermitteln, ob ein Spannungswert des Eingangs-/Ausgangsanschlusses gleich einer vorbestimmten Schwellenspannung ist oder diese übersteigt; und eine Kurzschlusseinheit für den Seitenarm mit negativer Elektrode, welche mehrphasige Kurzschlüsse jeweils an der ersten mehrphasigen Wicklung und an der zweiten mehrphasigen Wicklung bewirkt, indem sie die Schaltelemente der Seitenarme mit negativer Elektrode der ersten mehrphasigen Wicklung und der zweiten mehrphasigen Wicklung leitend macht, wenn die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit ermittelt, dass der Spannungswert des Eingangs-/Ausgangsanschlusses gleich der Schwellenspannung ist oder diese übersteigt, und wenn die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit ermittelt, dass der Spannungswert des Eingangs-/Ausgangsanschlusses gleich der Schwellenspannung ist oder diese übersteigt, dann verwendet die Steuervorrichtung die Kurzschlusseinheit für den Seitenarm mit negativer Elektrode, um mehrphasige Kurzschlüsse an der ersten mehrphasigen Wicklung und an der zweiten mehrphasigen Wicklung gleichzeitig zu bewirken, falls die von der Drehzahl-Erfassungseinheit erfasste Drehzahl höher als ein vorbestimmter Schwellwert ist, und sie verwendet die Kurzschlusseinheit für den Seitenarm mit negativer Elektrode, um einen mehrphasigen Kurzschluss an der zweiten mehrphasigen Wicklung zu bewirken, nachdem ein mehrphasiger Kurzschluss an der ersten mehrphasigen Wicklung bewirkt wurde, falls die von der Drehzahl-Erfassungseinheit erfasste Drehzahl gleich oder geringer als der vorbestimmte Schwellwert ist.
Wenn bei der rotierenden, elektrischen Maschine für Fahrzeuge gemäß dieser Erfindung die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit ermittelt, dass der Spannungswert des Eingangs-/Ausgangsanschlusses gleich dem Schwellwert ist oder diesen übersteigt, bewirkt die Kurzschlusseinheit für den Seitenarm mit negativer Elektrode mehrphasige Kurzschlüsse an der ersten mehrphasigen Wicklung und an der zweiten mehrphasigen Wicklung gleichzeitig, falls die von der Drehzahl-Erfassungseinheit erfasste Drehzahl höher als der vorbestimmte Schwellwert ist, und bewirkt einen mehrphasigen Kurzschluss an der zweiten mehrphasigen Wicklung, nachdem ein mehrphasiger Kurzschluss an der ersten mehrphasigen Wicklung bewirkt wurde, falls die von der Drehzahl-Erfassungseinheit erfasste Drehzahl gleich oder geringer als der vorbestimmte Schwellwert ist. Im Ergebnis kann verhindert werden, dass ein Temperaturanstieg in dem Permanentmagnet während des mehrphasigen Kurzschlusses sowohl in einem hohen Drehzahlbereich als auch in einem niedrigen Drehzahlbereich auftritt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Längsschnittansicht, der eine Ausbildung einer rotierenden, elektrischen Maschine für Fahrzeuge gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausbildung eines Rotorkerns zeigt, der in der rotierenden, elektrischen Maschine für Fahrzeuge gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung vorgesehen ist;
3 ist ein Schaltdiagramm, das eine Ausbildung einer Leistungswandlervorrichtung zeigt, die in der rotierenden, elektrischen Maschine für Fahrzeuge gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung vorgesehen ist;
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausbildung einer Steuervorrichtung zeigt, die in der rotierenden, elektrischen Maschine für Fahrzeuge gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung vorgesehen ist; und
5 ist eine illustrative Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einer Drehzahl der rotierenden, elektrischen Maschine für Fahrzeuge und einer Temperaturänderung in einem Permanentmagneten in Form eines Graphs zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Erste Ausführungsform
1 ist eine Längsschnittansicht, die eine Ausbildung einer rotierenden, elektrischen Maschine für Fahrzeuge (nachfolgend als rotierende, elektrische Maschine 100 bezeichnet) gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt ist, ist die rotierende, elektrische Maschine gemäß der ersten Ausführungsform eine rotierende, elektrische Maschine, die mit einer Steuervorrichtung integriert ausgeführt ist. Zudem ist 2 eine perspektivische Ansicht, die eine Ausbildung eines Rotorkerns 4 zeigt, der in der rotierenden, elektrischen Maschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung vorgesehen ist.
In 1 umfasst die rotierende, elektrische Maschine 100 einen Statorkern 3 und den Rotorkern 4. Der Statorkern 3 wird von einem vorderen Halter 1 und einem hinteren Halter 2 abgestützt. Der Rotorkern 4 ist in einen Innenraum eingesetzt, der aus dem Statorkern 3 gebildet ist.
Der Rotorkern 4 umfasst eine Mehrzahl von Magnetpolteilen (siehe 4a und 4b in 2). Diese Magnetpolteile liegen einer Innenumfangsfläche des Statorkerns 3 über einen Luftspalt gegenüber. Eine Rotorwicklung 7 ist um den Rotorkern 4 als Feldwicklung gewickelt.
Ferner sind Statorwicklungen 301, 302 um den Statorkern 3 als Ankerwicklungen gewickelt. Spulenteile der Statorwicklungen 301, 302 sind in Nuten des Statorkerns 3 eingefügt. Die Statorwicklungen 301, 302 sind jeweils aus Dreiphasen-Wicklungen gebildet. Die Statorwicklungen 301, 302 sind parallel geschaltet.
Der Statorkern 3 und die Statorwicklungen 301, 302 bilden zusammen einen Stator 5 der rotierenden, elektrischen Maschine 100. Ferner bilden der Rotorkern 4 und die Rotorwicklung 7 zusammen einen Rotor 13 der rotierenden, elektrischen Maschine 100.
Ferner sind der vordere Halter 1 und der hintere Halter 2 in einander annähernder Richtung unter Verwendung von Bolzen 101 so verspannt, dass der Statorkern 3 sandwichartig fest dazwischen eingefügt ist.
Eine Rotorwelle 6 dringt durch einen Mittelabschnitt des Rotorkerns 4. Die Rotorwelle 6 wird so abgestützt, dass sie über ein Vorderseitenlager 61, das von dem vorderen Halter 1 getragen wird, und über ein Hinterseitenlager 62, das von dem hinteren Halter 2 getragen wird, frei drehbar ist.
Ein vorderseitiger Kühlventilator 51 ist an eine vorderseitige Endfläche des Rotorkerns 4 befestigt. Ferner ist ein hinterseitiger Kühlventilator 52 an einer hinterseitigen Endfläche des Rotorkerns 4 befestigt. Der vorderseitige Kühlventilator 51 und der hinterseitige Kühlventilator 52 rotieren gemeinsam mit dem Rotorkern 4, so dass Luft in den Innenraum vom Außenbereich des vorderen Halters 1 und des hinteren Halters 2 mit dem Ergebnis eingeleitet wird, dass der Innenraum eines Hauptkörpers 102 der rotierenden, elektrischen Maschine gekühlt wird. Der vorderseitige Kühlventilator 51 und der hinterseitige Kühlventilator 52 sind beide aus Zentrifugalventilatoren ausgebildet. Anzumerken ist, dass nachstehend der vorderseitige Kühlventilator 51 und der hinterseitige Kühlventilator 52 gegebenenfalls gemeinsam als Kühlventilatoren 51, 52 bezeichnet werden.
Der Rotorkern 4 umfasst Permanentmagnete 41. Die Permanentmagnete 41 sind zwischen dem vorderseitigen Kühlventilator 51 und dem hinterseitigen Kühlventilator 52 in axialer Richtung angeordnet.
Wie in 2 gezeigt ist, sind Klauenabschnitte 4a und Klauenabschnitte 4b an dem Statorkern 4 abwechselnd in Umfangsrichtung angeordnet. Die Klauenabschnitte 4a und die Klauenabschnitte 4b sind aus klauenförmigen Magnetpolteilen gebildet. Wie in 2 gezeigt ist, haben Außenflächen der Klauenabschnitte 4a und der Klauenabschnitte 4b eine Trapezform. Eine in Umfangsrichtung gemessene Breite des Klauenabschnitts 4a ist so bestimmt, dass sie an der Hinterseite am größten ist und zur Vorderseite hin allmählich abnimmt. Ferner ist eine in radialer Richtung gemessene Dicke des Klauenabschnitts 4a so bestimmt, dass sie an der Hinterseite am größten ist und zur Vorderseite hin allmählich abnimmt. Der Klauenabschnitt 4a umfasse einen Raum 4c, der zwischen dem Klauenabschnitt 4a und dem Statorkern 4 vorgesehen ist. Der Raum 4c dient als ein Durchgangsloch, das sich in axialer Richtung erstreckt. Die in Umfangsrichtung gemessene Breite des Klauenabschnitts 4b ist andererseits so bestimmt, dass sie an der Hinterseite am geringsten ist und zur Vorderseite hin allmählich zunimmt. Ferner ist die in radialer Richtung gemessene Dicke des Klauenabschnitts 4b so bestimmt, dass sie an der Hinterseite am geringsten ist und zur Vorderseite hin allmählich zunimmt. Der Klauenabschnitt 4b umfasst einen Raum 4d, der zwischen dem Klauenabschnitt 4b und dem Statorkern 4 vorgesehen ist. Der Raum 4d dient als Durchgangsloch, das sich in axialer Richtung erstreckt. Ferner sind die Permanentmagnete 41 jeweils zwischen benachbarten Klauenabschnitten 4a und 4b vorgesehen. Die Permanentmagnete 41 sind in Richtungen zum Vermindern des magnetischen Streuflusses zwischen den benachbarten Klauenabschnitten 4a und 4b polarisiert.
Ein von dem vorderseitigen Kühlventilator 51 erzeugter Wind, der in 1 gezeigt ist, kühlt die Permanentmagnete 41, indem er durch die Räume 4d in den Klauenabschnitten 4b des Rotorkerns 4 strömt. In ähnlicher Weise kühlt ein von dem hinterseitigen Kühlventilator 52 erzeugter Wind die Permanentmagnete 41, indem er durch die Räume 4c in den Klauenabschnitten 4a des Rotorkerns 4 strömt.
Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Riemenscheibe 12 an einem vorderseitigen Endabschnitt der Rotorwelle 6 befestigt. Ein Treibriemen (nicht gezeigt), der mit einer Drehwelle eines Fahrzeugmotors (nicht gezeigt) zusammenwirkt, ist um die Riemenscheibe 12 gewickelt. Andererseits ist ein Paar von Gleitringen 8 an einer Umfangsfläche eines Hinterseitenendabschnitts der Rotorwelle 6 befestigt. Das Paar von Gleitringen 8 gleitet über ein Paar von Bürsten 9. Das Bürstenpaar 9 wird von einem Bürstenhalter 90 abgestützt.
Ein Magnetpol-Positionserfassungssensor 10 ist zwischen dem Hinterseitenendabschnitt der Rotorwelle 6 und dem hinteren Halter 2 angeordnet. Der Magnetpol-Positionserfassungssensor 10 besteht aus einem Funktionsdrehmelder. Der Magnetpol-Positionserfassungssensor 10 umfasst einen Sensorrotor 111, der an den Hinterseitenendabschnitt der Rotorwelle 6 befestigt ist, einen Sensorstator 112, der an den hinteren Halter 2 entgegengesetzt zum Sensorrotor 111 befestigt ist, und eine Sensorwicklung 113, die an den Sensorstator 112 befestigt ist. Der Magnetpol-Positionserfassungssensor 10 erfasst eine Drehzahl der rotierenden, elektrischen Maschine 100 durch Erfassen der Drehung der Rotorwelle 6.
Eine Steuerplatine 40 ist in einem Platinenaufnahmegehäuse 71 aus Harz aufgenommen. Eine Steuerschaltung, die eine Steuervorrichtung 30 bildet, ist an der Steuerplatine 40 ausgebildet. Die Steuerschaltung steuert einen Umschaltvorgang von einer später zu beschreibenden Leistungswandlereinheit 21. Das Platinenaufnahmegehäuse 71 ist an einem Außenflächenabschnitt einer Wärmesenke 23 befestigt. Das Platinenaufnahmegehäuse 71 nimmt die Steuerplatine 40 auf.
Die Leistungswandlervorrichtung 20 ist an die Außenseite des hinteren Halters 2 befestigt. Die Leistungswandlervorrichtung 20 besteht aus einer Anschlussklemme 22a und der Leistungswandlereinheit 21. Die Leistungswandlervorrichtung 20 führt eine Leistungsumwandlung zwischen den Statorwicklungen 301, 302 und einer Batterie (nicht gezeigt) durch. Die Leistungswandlervorrichtung 20 umfasst sechs Leistungswandlereinheiten 21 und wirkt als Sechs-Phasen-Inverter oder Sechs-Phasen-Konverter.
3 ist ein Schaltdiagramm, das eine Schaltkonfiguration der Leistungswandlervorrichtung 20 zeigt, die in der rotierenden, elektrischen Maschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung vorgesehen ist. Bei der ersten Ausführungsform sind, wie in 3 gezeigt ist, sechs Leistungswandlereinheiten 21 als Fahrzeugleistungskonverter vorgesehen.
Zwei Halbleiter-Schaltelemente 223, 224, 225, 226 sind in Reihe in jeder Leistungswandlereinheit 21 geschaltet. Insbesondere sind die Halbleiter-Schaltelemente 224a, 224b, 224c in Reihe jeweils mit Halbleiter-Schaltelementen 223a, 223b, 223c geschaltet, und Halbleiter-Schaltelemente 226a, 226b, 226c sind in Reihe mit jeweiligen Halbleiter-Schaltelementen 225a, 225b, 225c geschaltet. Eine einzelne Diode ist anti-parallel zu jedem Halbleiter-Schaltelement 223, 224, 225, 226 geschaltet. In jeder Leistungswandlereinheit 21 sind die beiden Halbleiter-Schaltelemente und die beiden Dioden in Harz vergossen, so dass sie ein Einzelpaket bilden, das als Leistungsmodul dient.
In jeder Leistungswandlereinheit 21 bilden das Halbleiter-Schaltelement 223, 225, das an einer Oberseite vorgesehen ist, und die anti-parallel mit diesem Halbleiter-Schaltelement geschaltete Diode zusammen einen Seitenarm mit positiver Elektrode mit einer einzigen Phase innerhalb einer Sechs-Phasen-Brückenschaltung.
In jeder Leistungswandlereinheit 21 bilden das Halbleiter-Schaltelement 224, 226, das an einer Unterseite vorgesehen ist, und die anti-parallel zu diesem Halbleiter-Schaltelement geschaltete Diode zusammen einen Seitenarm mit negativer Elektrode mit einer einzigen Phase innerhalb der Sechs-Phasen-Brückenschaltung.
Ein Reihenschaltungspunkt zwischen den beiden Halbleiter-Schaltelementen, die in jeder Leistungswandlereinheit 21 in Reihe geschaltet sind, ist mit der Statorwicklung 301 oder 302 einer Phase aus den Sechs-Phasen- U, V, W, X, Y, Z)-Statorwicklungen verbunden.
Insbesondere ist der Reihenschaltungspunkt zwischen den Halbleiter-Schaltelementen 223a, 224a mit der U-Phase der Statorwicklung 301 verbunden. Der Reihenschaltungspunkt zwischen den Halbleiter-Schaltelementen 223b, 224b ist mit der V-Phase der Statorwicklung 301 verbunden. Der Reihenschaltungspunkt zwischen den Halbleiter-Schaltelementen 223c, 224c ist mit der W-Phase der Statorwicklung 301 verbunden.
Ähnlich ist der Reihenschaltungspunkt zwischen den Halbleiter-Schaltelementen 225a, 226a mit der Z-Phase der Statorwicklung 302 verbunden. Der Reihenschaltungspunkt zwischen den Halbleiter-Schaltelementen 225b, 226b ist mit der Y-Phase der Statorwicklung 302 verbunden. Der Reihenschaltungspunkt zwischen den Halbleiter-Schaltelementen 225c, 226c ist mit der X-Phase der Statorwicklung 302 verbunden.
Die sechs Leistungswandlereinheiten 21, die wie oben beschrieben ausgebildet sind, sind jeweils mit der Anschlussklemme 22a verbunden, die mit einer B-Anschlussklemme 24 eines positiven Leistungsversorgungseingangs von der Batterie (nicht gezeigt) verbunden ist.
Die Leistungswandlervorrichtung 20 ist mit der Steuervorrichtung 30 verbunden und besteht aus einer Motor-/Generator-Einheit und der Anschlussklemme 22a. Die Steuervorrichtung 30 unterwirft die Halbleiter-Schaltelemente der Leistungswandlereinheiten 21 einem EIN/AUS-Steuervorgang. Der Hauptkörper 102 der rotierenden, elektrischen Maschine besteht aus der ersten Statorwicklung 301 mit U, V und W-Phasen-Anschlüssen, der zweiten Statorwicklung 302 mit X, Y und Z-Phasen-Anschlüssen und der Rotorwicklung 7.
Die Motor-/Generator-Einheit besteht aus einem Teil, der von einer strickpunktierten Linie in 3 umgeben wird. Insbesondere besteht die Motor-/Generator-Einheit, wie in 3 gezeigt ist, aus einem Feld-Schaltelement 22, einer Freilaufdiode 222, ersten Drei-Phasen-Oberarm-Schaltelementen 223a bis 223c, ersten Drei-Phasen-Unterarm-Schaltelementen 224a bis 224c, zweiten Drei-Phasen-Oberarm-Schaltelementen 225a bis 225c und zweiten Drei-Phasen-Unterarm-Schaltelementen 226a bis 226c. Das Feld-Schaltelement 22 bildet eine Feld-Schaltung und führt eine Erregungssteuerung an einem Erregerstrom durch, der durch die Rotorwicklung 7 fließt, und zwar über eine PWM-Steuerung. Die Freilaufdiode 222 ist in Reihe mit dem Feld-Schaltelement 22 verbunden.
Die ersten Drei-Phasen-Oberarm-Schaltelemente 223a bis 223c und die ersten Drei-Phasen-Unterarm-Schaltelemente 224a bis 224c haben eingegliederte parasitäre Dioden und bilden eine Brückengleichrichterschaltung zum Implementieren der Erregungssteuerung an den Motorwicklungen. Zudem ist die B-Anschlussklemme 24 des positiven Stromversorgungseingangs von der Batterie mit den ersten Drei-Phasen-Oberarm-Schaltelementen 223a bis 223c verbunden. Eine GND-Anschlussklemme, die als Erdungseingang von der Batterie dient, ist mit den ersten Drei-Phasen-Unterarm-Schaltelementen 224a bis 224c verbunden.
Ähnlich haben die zweiten Drei-Phasen-Oberarm-Schaltelemente 225a bis 225c und die zweiten Drei-Phasen-Unterarm-Schaltelemente 226a bis 226c eingegliederte parasitäre Dioden und bilden eine Brückengleichrichterschaltung zum Implementieren einer Erregungssteuerung der Motorwicklungen. Zudem ist die B-Anschlussklemme 24 des positiven Leistungsversorgungseingangs von der Batterie mit den zweiten Drei-Phasen-Oberarm-Schaltelementen 225a bis 225c verbunden. Die GND-Anschlussklemme, die als Erdungseingang von der Batterie dient, ist mit den zweiten Drei-Phasen-Unterarm-Schaltelementen 226a bis 226c verbunden.
Anzumerken ist, dass in 3 der Hauptkörper 102 der rotierenden, elektrischen Maschine als ein Generator/Motor vom Typ mit Drei-Phasen-Erregerwicklung dargestellt ist, der die Statorwicklungen 301, 302 und die Rotorwicklung 7 umfasst, jedoch ist diese Erfindung nicht auf drei Phasen beschränkt und es kann die Anzahl an Phasen mit einer anderen Zahl als drei festgelegt werden. Zudem ist bei der rotierenden, elektrischen Maschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform die Leistungswandlervorrichtung 20 mit dem Hauptkörper 102 der rotierenden, elektrischen Maschine integriert, jedoch kann die Leistungswandlervorrichtung 20 physisch getrennt von dem Hauptkörper 102 der rotierenden, elektrischen Maschine vorliegen.
Nachfolgend wird eine Innenkonfiguration der Steuervorrichtung 30 erörtert. 4 ist ein Blockdiagramm, das die Innenkonfiguration der Steuervorrichtung 30 zeigt. Wie in 4 gezeigt ist, besteht die Steuervorrichtung 30 aus einer B-Anschlussspannung-Erfassungseinheit 401, einer Erregerstrom-Erfassungseinheit 402, einem Mikrocomputer 403 und einem Gate-Treiber 404. Der Mikrocomputer 403 besteht aus einer Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit 405, einer Kurzschluss-Einheit für den Seitenarm mit negativer Elektrode 406, und einer Erregerstrom-Steuereinheit 407.
Anzumerken ist, dass die Steuervorrichtung 30 verschiedene Funktionen eines Fahrzeug-Leistungswandlers zusätzlich zu denen, die in 4 gezeigt sind, umfasst, jedoch sind hier nur Teile davon in Bezug auf diese Erfindung in 4 gezeigt.
Ähnlich umfasst der Mikrocomputer 403 verschiedene Funktionen eines Fahrzeug-Leistungswandlers zusätzlich zu denen, die in 4 gezeigt sind, jedoch sind auch hier nur Teile davon in Bezug auf diese Erfindung in 4 gezeigt.
Der Mikrocomputer 403 ist mit einer PWM-Steuereinheit versehen, die Gate-Signale zum ON- und OFF-Schalten der ersten Drei-Phasen-Oberarm-Schaltelemente 223a bis 223c und der ersten Drei-Phasen-Unterarm-Schaltelemente 224a bis 224c sowie der zweiten Drei-Phasen-Oberarm-Schaltelemente 225a bis 225c und der zweiten Drei-Phasen-Unterarm-Schaltelemente 226a bis 226c mit Hilfe der PWM-Steuerung unter normalen Bedingungen ausgibt. Jedoch wurde auch die PWM-Steuereinheit in 4 weggelassen. Indem die jeweiligen Schaltelemente 223, 224, 225, 226 ON und OFF geschaltet werden, wandelt die Leistungswandlervorrichtung 20 den von der Batterie erhaltenden Gleichstrom in Wechselstrom um und wandelt den von dem Hauptkörper 102 der rotierenden, elektrischen Maschine erhaltenen Wechselstrom in Gleichstrom um.
The B-Anschlussspannungs-Erfassungseinheit 401 erfasst eine Spannung VB (eine B-Anschlussspannung) der B-Anschlussklemme 24 der rotierenden, elektrischen Maschine 100 auf Grundlage eines Potentials eines negativelektrodenseitigen GND-Anschlusses der Leistungswandlervorrichtung 20, wandelt die erfasste Spannung VB in einen Wert innerhalb eines Wechselspannungs-Eingabebereichs des Mikrocomputers 403 um und gibt die umgewandelte Spannung VB in den Mikrocomputer 403 in Form eines Signals Vbsig ein.
Die Erregerstrom-Erfassungseinheit 402 erfasst den Strom, der durch die Rotorwicklung 7 fließt, indem sie einen Stromsensor verwendet, wandelt den erfassten Stromwert in einen Wert innerhalb des Wechselstroms-Eingabebereichs des Mikrocomputers 403 um und gibt den umgewandelten Stromwert in den Mikrocomputer 403 in Form eines Signals Ifsig ein.
Das Signal Vbsig von der B-Anschlussspannungs-Erfassungseinheit 401 wird in die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit 405 des Mikrocomputers 403 eingegeben. Auf Grundlage des Signals Vbsig bestimmt die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit 405, ob die B-Anschlussspannung eine Überspannung ist.
Wenn die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit 405 ermittelt, dass die B-Anschlussspannung eine Überspannung ist, gibt die Kurzschlusseinheit für den Seitenarm mit negativer Elektrode 406 des Mikrocomputers 403 ein Gate-Signal aus, um die Schaltelemente 224a bis 224c und 226a bis 226c des Seitenarms mit negativer Elektrode für den Gate-Treiber 404 leitend zu machen.
Ein Ergebnis der Erfassung durch die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit 405 und das von der Erregerstrom-Erfassungseinheit 402 ausgegebene Signal Ifsig werden in die Erregerstrom-Steuereinheit 407 des Mikrocomputers 403 eingegeben. Die Erregerstrom-Steuereinheit 407 steuert den Strom, der durch die Rotorwicklung 7 fließt, indem sie zum Gate-Treiber 404 ein Signal IfH* für die ON/OFF-Steuerung des Feld-Schaltelements 22 der Leistungswandlervorrichtung 20 auf Basis dieser Signale ausgibt.
Der Gate-Treiber 404 macht die Schaltelemente 224a bis 224c und 226a bis 226c der Leistungswandlervorrichtung 20 leitend, indem er Signale ULG, VLG, WLG, XLG, YLG und ZLG ausgibt, um Gate-Operationen an den Schaltelementen 224a bis 224c und 226a bis 226c auf Grundlage der Gate-Signale UL*, VL*, WL*, XL*, YL* und ZL* durchzuführen, die von der Kurzschlusseinheit für den Seitenarm mit negativer Elektrode 406 des Mikrocomputers 403 ausgegeben werden. Zudem schaltet der Gate-Treiber 404 das Feld-Schaltelement 22 der Leistungswandlervorrichtung 20 um, indem er ein Signal IfG zum Durchführen einer ON/OFF-Operation an dem Feld-Schaltelement 22 auf Grundlage des Signals IfH* ausgibt, das von der Erregerstrom-Steuereinheit 407 des Mikrocomputers 403 ausgegeben wird.
Nachfolgend wird eine Operation zum Kurzschließen des negativelektrodenseitigen Arms beschrieben. Die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit 405 des Mikrocomputers 403 erfasst eine Überspannung in der B-Anschlussspannung auf Grundlage des Signals Vbsig, das von der B-Anschlussspannungs-Erfassungseinheit 401 ausgegeben wird. Die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit 405 erfasst eine Überspannung in der B-Anschlussspannung, indem nachfolgendes Verfahren Anwendung findet. In einem 14 [V] System werden beispielsweise etwa 18 [V] als unregelmäßiger Spannungserfassungs-Schwellwert festgelegt, und in einen 28 [V] System werden etwa 34 [V] als der unregelmäßige Spannungserfassungs-Schwellwert festgelegt. Wenn der von der B-Anschlussspannungs-Erfassungseinheit 401 erfasste Spannungswert den unregelmäßigen Spannungserfassungs-Schwellwert übersteigt, ermittelt die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit 405, dass die B-Anschlussspannung eine Überspannung ist.
Wenn die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit 405 ermittelt, dass die B-Anschlussspannung eine Überspannung ist, bewirkt die Kurzschlusseinheit für den Seitenarm mit negativer Elektrode 406 Drei-Phasen-Kurzschlüsse in der ersten Statorwicklung 301 und der zweiten Statorwicklung 302, indem die Schaltelemente 224a bis 224c und 226a bis 226c des negativelektrodenseitigen Arms leitend gemacht werden.
Wenn die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit 405 ermittelt, dass die B-Anschlussspannung keine Überspannung ist, dann bewirkt andererseits die Kurzschlusseinheit für den Seitenarm mit negativer Elektrode 406 keine Drei-Phasen-Kurzschlüsse in der ersten Statorwicklung 301 und der zweiten Statorwicklung 302.
Gemäß der ersten Ausführungsform werden daher die Drei-Phasen-Kurzschlüsse an der ersten Statorwicklung 301 und der zweiten Statorwicklung 302 bewirkt, wenn eine Überspannung erfasst wird, und im Ergebnis wird ein Temperaturanstieg in den Permanentmagneten 41 unterdrückt. Demgemäß wird das Auftreten einer Entmagnetisierung verhindert.
Wenn jedoch Drei-Phasen-Kurzschlüsse gleichzeitig an der ersten Statorwicklung 301 und der zweiten Statorwicklung 302 bewirkt werden, werden Wirbelströme in den Permanentmagneten 41 erzeugt, welche die Permanentmagnete 41 dazu veranlassen, Hitze zu erzeugen. In der ersten Ausführungsform werden daher Zeitpunkte, an den die Drei-Phasen-Kurzschlüsse zu bewirken sind, in Übereinstimmung mit der Drehzahl der rotierenden, elektrischen Maschine 100 geschaltet, wie unten beschrieben ist.
Bei der ersten Ausführungsform sind die Kühlventilatoren 51, 52 jeweils an der Vorderseite und an der Hinterseite der Permanentmagnete 41 und der Rotorwicklung 7 vorgesehen. Jeweilige Luftströme von den Kühlventilatoren 51, 52 werden erhöht und vermindert im Verhältnis zur Drehzahl der rotierenden, elektrischen Maschine 100. Ein durch das Rotorteil 13 tretender Luftstrom wird mit einer Differenz zwischen dem Luftstrom des Kühlventilators 51 und dem Luftstrom des Kühlventilators 52 ausgedrückt, und die jeweiligen Luftströme der Kühlventilatoren 51, 52 werden unterschiedlich festgelegt. Demgemäß wird der durch den Rotor 13 tretende Luftstrom größer und kleiner im Verhältnis zur Drehzahl der rotierenden, elektrischen Maschine 100. Wenn die Drehzahl in einem hohen Drehzahlbereich ist, werden daher die Permanentmagnete 41 und die Rotorwicklung 7 durch die Kühlventilatoren 51, 52 effizienter gekühlt.
Daher ist in einem hohen Drehzahlbereich der Luftstrom wesentlich größer, wodurch selbst dann, wenn die Kurzschlusseinheit für den Seitenarm mit negativer Elektrode 406 die Drei-Phasen-Kurzschlüsse gleichzeitig an der ersten Dreiphasen-Wicklung 301 und an der zweiten Dreiphasen-Wicklung 302 bewirkt, so dass die Permanentmagnete 41 in Reaktion auf die während der Kurzschluss-Steuerungs-Phase erzeugten Wirbelströme Hitze erzeugen, Permanentmagnete 41 nicht die Temperatur beginnender Entmagnetisierung erreichen, wodurch im Ergebnis einer Entmagnetisierung vorgebeugt wird. Da zudem Drei-Phasen-Kurzschlüsse gleichzeitig an der ersten Dreiphasen-Wicklung 301 und an der zweiten Dreiphasen-Wicklung 302 bewirkt werden, kann die Überspannung schnell vermindert werden, so dass andere elektronische Komponenten davon nicht betroffen werden.
In einem niedrigen Drehzahlbereich sind andererseits die Luftströme der Kühlventilatoren auf beiden Seiten der Permanentmagnete 41 und der Rotorwicklung 7 gering. Wenn die Luftströme gering sind, erzeugt die Rotorwicklung 7 Hitze und diese Hitze wird zu den Permanentmagneten 41 weitergeleitet, was zu einem Temperaturanstieg der Permanentmagnete 41 führt. Daher wird bei der ersten Ausführungsform die Wirbelstromerzeugung in dem niedrigen Drehzahlbereich unterdrückt, indem ein Drei-Phasen-Kurzschluss an der zweiten Dreiphasen-Wicklung nach dem Bewirken eines Drei-Phasen-Kurzschlusses an der ersten Dreiphasen-Wicklung bewirkt. In dem niedrigen Drehzahlbereich werden daher die Drei-Phasen-Kurzschlüsse nicht gleichzeitig an der ersten Dreiphasen-Wicklung 301 und der zweiten Dreiphasen-Wicklung 302 bewirkt, wobei im Ergebnis die Erzeugung von Wirbelströmen unterdrückt werden kann. Demgemäß kann das Auftreten eines durch einen Wirbelstrom verursachten Temperaturanstiegs in den Permanentmagneten 41 verhindert werden, wodurch einer erfolgenden Entmagnetisierung vorgebeugt werden kann.
5 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen der Drehzahl der rotierenden, elektrischen Maschine 100 und einem Temperaturanstieg der Permanentmagnete 41 aufzeigt.
In 5 zeigt die Abszisse die Drehzahl und die Ordinate eine Oberflächentemperatur der Permanentmagnete 41 und den Luftstrom, der durch das Rotorteil 13 tritt.
Eine durchgezogene Linie 501 zeigt eine Änderung in der Oberflächentemperatur der Permanentmagnete 41, wenn Drei-Phasen-Kurzschlüsse gleichzeitig an der ersten Dreiphasen-Wicklung 301 und an der zweiten Dreiphasen-Wicklung 302 bewirkt werden.
Eine unterbrochene Linie 502 zeigt eine Änderung der Oberflächentemperatur der Permanentmagnete 41, wenn die Drei-Phasen-Kurzschluss-Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung durchgeführt wird. Wie mit der unterbrochenen Linie 502 angegeben ist, werden dann, wenn die Drei-Phasen-Kurschluss-Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird, die Permanentmagnete 41 nicht die Temperatur einer beginnenden, irreversiblen Entmagnetisierung übersteigen.
Eine Punkt-Punkt-Strich-Linie 503 zeigt eine Änderung bei der Oberflächentemperatur der Permanentmagnete 41 unter normalen Bedingungen.
Eine Punkt-Strich-Linie 504 zeigt die Veränderung in den Luftströmen der Kühlventilatoren 51, 52. Wie aus 5 ersichtlich ist, sind die Luftströme der Kühlventilatoren 51, 52 proportional zur Drehzahl.
Eine gepunktete Linie 505 zeigt die Temperatur einer beginnenden, irreversiblen Entmagnetisierung der Permanentmagnete 41. In dem in 5 gezeigten Beispiel ist die Temperatur der beginnenden, irreversiblen Entmagnetisierung auf 200°C festgelegt.
Indem die Kühlventilatoren 51, 52 zum Kühlen der Rotorwicklung 7 und der Permanentmagnete 41 auf jeder Seite des Rotorkerns 4 vorgesehen sind, wird die Temperatur der Permanentmagnete 41 während normaler Energieerzeugung auf bzw. unter der Temperatur beginnender, irreversibler Entmagnetisierung gehalten. In dem in 5 gezeigten Beispiel, wie mit der Punkt-Punkt-Strich-Linie 503 angedeutet ist, liegt eine maximale Temperatur der Permanentmagnete 41 während normaler Energieerzeugung in etwa bei 160°C, was niedriger als die Temperatur beginnender, irreversibler Entmagnetisierung ist.
Ferner hat, wie mit der Punkt-Strich-Linie 504 abgegeben ist, der von den Kühlventilatoren 51, 52 her durch das Rotorteil 13 tretende Luftstrom ein proportionales Verhältnis zur Drehzahl. Wie mit den Linien 501 bis 503 angegeben ist, erreichen bei der ersten Ausführungsform die Permanentmagnete 41 die maximale Temperatur dann, wenn die Drehzahl in einem niedrigen Drehzahlbereich von 2000 U/min. bis 5000 U/min. liegt. Wenn der Eingangs-/Ausgangsanschluss plötzlich abgetrennt wird, während dieser Energieerzeugungszustand aufrecht erhalten wird, werden die Drei-Phasen-Kurzschlüsse eingeleitet, um einer Überspannung vorzubeugen.
Wenn die drei Phasen eines jeden der beiden Sätze von Statorwicklungen 301, 302 gleichzeitig kurzgeschlossen werden, verursacht die durch den Kurzschluss induzierte Leistung einen Strom, der zu den Spulen der rotierenden, elektrischen Maschine 100 fließt, so dass die Magnetpole des Stators 5 magnetisiert werden. Wenn die Permanentmagnete 41 der rotierenden, elektrischen Maschine 100 in der Nähe der magnetisierten Magnetpole verlaufen, nehmen Magnetfelder, die durch die Permanentmagnete 41 verlaufen, zu und ab, so dass Wirbelströme in den Permanentmagneten 41 erzeugt werden. Wenn die von dem Permanentmagneten 41 in Reaktion auf die Wirbelströme erzeugte Hitze zusammentrifft, übersteigt die Temperatur der Permanentmagnete 41 die Temperatur beginnender, irreversibler Entmagnetisierung von 200°C, wie mit der durchgezogenen Linie 501 in 5 angegeben ist, und im Ergebnis tritt eine Entmagnetisierung auf.
Bei der ersten Ausführungsform wird daher dann, wenn die Eingangs-/Ausgangs-Anschlussspannung eine Überspannung in dem niedrigen Drehzahlbereich von 2000 U/min. bis 5000 U/min. erreicht, ein Drei-Phasen-Kurzschluss an der zweiten Statorwicklung 302 bewirkt, und zwar nach Bewirken eines Drei-Phasen-Kurzschlusses an der ersten Statorwicklung 301. Dabei kann der Erzeugung eines Wirbelstroms vorgebeugt werden und im Ergebnis kann ein Temperaturanstieg in den Permanentmagneten 41 unterdrückt werden. Demgemäß kann einer auftretenden Entmagnetisierung vorgebeugt werden.
In dem hohen Drehzahlbereich von über 5000 U/min. werden andererseits Drei-Phasen-Kurzschlüsse an der ersten Statorwicklung 301 und an der zweiten Statorwicklung 302 gleichzeitig bewirkt. Im hohen Drehzahlbereich ist der Luftstrom von den Kühlventilatoren 51, 52 bedeutend größer und daher werden selbst dann, wenn die Permanentmagnete 41 in Reaktion auf die während der Phasenkurzschluss-Steuerung erzeugten Wirbelströme Hitze erzeugen, die Permanentmagnete 41 durch den Kühlwind von den Kühlventilatoren 51, 52 gekühlt, so dass die Permanentmagnete 41 nicht die Temperatur beginnender, irreversibler Entmagnetisierung von 200°C erreichen. Im Ergebnis kann einer auftretenden Entmagnetisierung vorgebeugt werden. Ferner kann dadurch, dass die Drei-Phasen-Kurzschlüsse gleichzeitig bewirkt werden, die Überspannung schnell vermindert werden, so dass keine weiteren elektronischen Komponenten davon betroffen sind.
Daher wird bei der ersten Ausführungsform, wenn die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit 405 ermittelt, dass die B-Anschlussspannung eine Überspannung ist und die Drehzahl der rotierenden, elektrischen Maschine 100 in dem niedrigen Drehzahlbereich von 2000 U/min. bis 5000 U/min. liegt, ein Drei-Phasen-Kurzschluss an der zweiten Statorwicklung 302 bewirkt, nachdem ein Drei-Phasen-Kurzschluss an der ersten Statorwicklung 301 bewirkt wurde. In dem hohen Drehzahlbereich von über 5000 U/min. werden andererseits Drei-Phasen-Kurzschlüsse an der ersten Statorwicklung 301 und an der zweiten Statorwicklung 302 gleichzeitig durchgeführt. Mit der Drei-Phasen-Kurzschluss--Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform übersteigen daher die Permanentmagnete 41 nicht die Temperatur beginnender, irreversibler Entmagnetisierung, wie mit der unterbrochenen Linie 502 in 5 angegeben ist.
Anzumerken ist, dass wenn die Drehzahl geringer als 2000 U/min. ist, die Drei-Phasen-Kurzschlüsse an der ersten Statorwicklung 301 und an der zweiten Statorwicklung 302 entweder gleichzeitig oder aufeinanderfolgend bewirkt werden können. In dem Falle, dass die Drehzahl extrem niedrig ist, werden keine Wirbelströme erzeugt, selbst dann nicht, wenn Drei-Phasen-Kurzschlüsse gleichzeitig implementiert werden, und daher erreicht die Temperatur der Permanentmagnete 41 nicht die Temperatur beginnender, irreversibler Entmagnetisierung von 200°C.
Bei der ersten Ausführungsform wird, wie oben beschrieben, ein Drehzahl-Schwellwert im Voraus festgelegt, der den niedrigen Drehzahlbereich bestimmt, woraufhin die Drei-Phasen-Kurzschlüsse an den beiden Sätzen von Statorwicklungen gleichzeitig in dem hohen Drehzahlbereich bewirkt werden, in welchem die Drehzahl höher als der Schwellwert ist, und es wird ein Drei-Phasen-Kurzschluss an einer der Statorwicklungen nach Bewirken eines Drei-Phasen-Kurzschlusses an der anderen Statorwicklung in dem niedrigen Drehzahlbereich bewirkt, in welchem die Drehzahl gleich oder niedriger als der Schwellwert ist. Bei der ersten Ausführungsform ist der Schwellwert auf 5000 U/min. festgelegt. Der Schwellwert wird im Voraus unter Verwendung von Konstruktionsdaten, empirischen Daten und dergleichen annähernd festgelegt. Ferner wird als Schwellwert, der den niedrigen Drehzahlbereich bestimmt, entweder ein oberer Grenzwert (5000 U/min.) allein oder aber sowohl ein oberer Grenzwert (5000 U/min.) als auch ein unterer Grenzwert (2000 U/min.) festgelegt, um den niedrigen Drehzahlbereich zu bestimmen. Dabei kann ein Temperaturanstieg in den Permanentmagneten 41 unterdrückt werden, und zwar sowohl im niedrigen Drehzahlbereich als auch im hohen Drehzahlbereich, und es kann im Ergebnis einer auftretenden Entmagnetisierung vorgebeugt werden.
Wie oben beschrieben ist, umfasst bei der ersten Ausführungsform die rotierende, elektrische Maschine 100: den Rotor 13 mit dem Rotorkern 4, in welchem die Klauenabschnitte 4a, 4b, die aus der Mehrzahl von klauenförmigen Magnetpolteilen bestehen, an deren Außenumfang vorgesehen sind, und mit der Rotorwicklung 7, die um den Rotorkern 4 gewickelt ist; den Stator 5 mit dem Statorkern 3, der dem Außenumfang des Rotorkerns 4 entgegengesetzt angeordnet ist und die Mehrzahl von Nuten aufweist, die in einem Innenumfang davon ausgebildet sind, und mit den Statorwicklungen 301, 302, die um den Statorkern 3 herum gewickelt sind, indem sie in die Nuten eingeführt sind; die Permanentmagnete 41, die zwischen benachbarten klauenförmigen Abschnitten 4a, 4b des Rotorkerns 4 angeordnet sind und in Richtungen zum Vermindern des magnetischen Streuflusses zwischen den benachbarten, klauenförmigen Abschnitten 4a, 4b polarisiert sind; die beiden Kühlventilatoren 51, 52, die an den jeweiligen Seiten des Rotorkerns 4 angeordnet sind, um die Rotorwicklung 7 und die Permanentmagnete 41 zu kühlen; die Stromwandlereinheit 21, die aus den Schaltelementen 223, 225 des Seitenarms mit positiver Elektrode und aus den Schaltelementen 224, 226 des Seitenarms mit negativer Elektrode besteht und eine Leistungsaufnahme von dem Eingangs-/Ausgangsanschluss von Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt umwandelt; die Steuervorrichtung 30, die einen EIN/AUS-Steuervorgang an den Schaltelementen 223, 225 des Seitenarms mit positiver Elektrode und an den Schaltelementen 224, 226 des Seitenarms mit negativer Elektrode durchführt; und den Magnetpol-Positionserfassungssensor 10 als Drehzahl-Erfassungseinheit, die die Drehzahl der rotierenden, elektrischen Maschine 100 erfasst.
Zudem umfasst die Statorwicklung eine erste mehrphasige Wicklung 301 und eine zweite mehrphasige Wicklung 302, die durch unabhängiges Wickeln von zwei jeweiligen mehrphasig angeschlossenen Wicklungen 301, 302 um den Statorkern 3 ausgebildet sind. Die Steuervorrichtung 30 umfasst die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit 405 zum Ermitteln, ob ein Spannungswert des Eingangs-/Ausgangsanschlusses gleich einer vorbestimmten Schwellenspannung ist oder diese übersteigt, und die Kurzschlusseinheit 406 für den Seitenarm mit negativer Elektrode, welche mehrphasige Kurzschlüsse jeweils an der ersten mehrphasigen Wicklung 301 und an der zweiten mehrphasigen Wicklung 302 bewirkt, indem sie die Schaltelemente 224, 226 der Seitenarme mit negativer Elektrode der ersten mehrphasigen Wicklung 301 und der zweiten mehrphasigen Wicklung 302 leitend macht, wenn die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit 405 ermittelt, dass der Spannungswert des Eingangs-/Ausgangsanschlusses gleich der Schwellenspannung ist oder diese übersteigt.
Wenn die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit 405 ermittelt, dass der Spannungswert des Eingangs-/Ausgangsanschlusses gleich dem Schwellenwert ist oder diesen übersteigt, verwendet die Steuervorrichtung 30 die Kurzschlusseinheit 406 für den Seitenarm mit negativer Elektrode, um mehrphasige Kurzschlüsse an der ersten mehrphasigen Wicklung 301 und der zweiten mehrphasigen Wicklung 302 gleichzeitig zu bewirken, falls die von der Drehzahl-Erfassungseinheit (Magnetpol-Positionserfassungssensor 10) erfasste Drehzahl höher als ein vorbestimmter Schwellwert ist, und verwendet die Kurzschlusseinheit 406 für den Seitenarm mit negativer Elektrode, um einen mehrphasigen Kurzschluss an der zweiten mehrphasigen Wicklung 302 zu bewirken, nachdem ein mehrphasiger Kurzschluss an der ersten mehrphasigen Wicklung 301 bewirkt wurde, falls die von der Drehzahl-Erfassungseinheit (Magnetpol-Positionserfassungssenor 10) erfasste Drehzahl gleich oder geringer als der vorbestimmte Schwellwert ist.
Daher wird dann, wenn die Eingangs-/Ausgangs-Anschlussspannung eine Überspannung in dem niedrigen Drehzahlbereich ist, in welchem die Drehzahl gleich oder niedriger als der vorbestimmte Schwellwert ist, ein Drei-Phasen-Kurzschluss an der zweiten Statorwicklung 302 nach dem Bewirken eines Drei-Phasen-Kurzschlusses an der ersten Wicklung 301 bewirkt. Dabei kann das Auftreten von Wirbelstrom verhindert werden, wodurch ein Temperaturanstieg in den Permanentmagneten 41 unterdrückt wird und im Ergebnis einer auftretenden Entmagnetisierung vorgebeugt werden kann.
In dem hohen Drehzahlbereich, in welchem die Drehzahl höher als der vorbestimmte Schwellwert ist, wird andererseits der Luftstrom von den Kühlventilatoren 51, 52 beträchtlich größer und daher werden selbst dann, wenn die Permanentmagnete 41 in Reaktion auf die während der Phasen-Kurzschluss-Steuerung erzeugten Wirbelströme Hitze erzeugen, die Permanentmagnete 41 durch die Kühlluft von den Kühlventilatoren 51, 52 effizienter gekühlt, so dass die Permanentmagnete 41 nicht die Temperatur beginnender, irreversibler Entmagnetisierung von 200°C erreichen. Im Ergebnis kann einer auftretenden Entmagnetisierung vorgebeugt werden. Da die Drei-Phasen-Kurzschlüsse gleichzeitig bewirkt werden, kann daher die Überspannung schnell vermindert werden, so dass weitere elektronische Komponenten nicht davon betroffen werden.
Anzumerken ist, dass bei der oben beschriebenen Ausführungsform ein Fall beschrieben wurde, bei dem die erste und die zweite Statorwicklung 301, 302 jeweilige Dreiphasen-Wicklungen sind, jedoch ist die Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt, sondern es können vielmehr die erste und die zweite Statorwicklung 301, 302 beispielsweise Fünf-Phasen-Wicklungen oder Sieben-Phasen-Wicklungen sein. Gleichermaßen werden in diesen Fällen ähnliche Wirkungen erzielt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 9-154266 [0003, 0004, 0005, 0006, 0008]

Claims

Rotierende, elektrische Maschine (100) für Fahrzeuge, die Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt wandelt, aufweisend: einen Rotor (13) mit einem Rotorkern (4), in welchem eine Mehrzahl von klauenförmigen Magnetpolteilen (4a, 4b) an einem Außenumfang davon vorgesehen ist, und einer Rotorwicklung (7), die um den Rotorkern gewickelt ist; einen Stator (5) mit einem Statorkern (3), der entgegensetzt zum Außenumfang des Rotorkerns (4) angeordnet ist und eine Mehrzahl von Nuten aufweist, die in einem Innenumfang davon ausgebildet sind, und mit einer Statorwicklung (301, 302), die um den Statorkern (3) herum gewickelt ist, indem sie in die Nuten eingeführt ist; einen Permanentmagneten (41), der zwischen benachbarten klauenförmigen Magnetpolteilen (4a, 4b) des Rotorkerns (4) angeordnet ist und in einer Richtung zum Vermindern des magnetischen Streuflusses zwischen den benachbarten, klauenförmigen Magnetpolteilen (4a, 4b) polarisiert ist; zwei Kühlventilatoren (51, 52), die an den jeweiligen Seiten des Rotorkerns (4) angeordnet sind, um die Rotorwicklung (7) und den Permanentmagneten (41) zu kühlen; eine Stromumwandlungseinheit (21), die aus einem Schaltelement (223, 225) eines Seitenarms mit positiver Elektrode und aus einem Schaltelement (224, 226) eines Seitenarms mit negativer Elektrode besteht und eine Leistungsaufnahme von einem Eingangs-/Ausgangsanschluss von Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt umwandelt; eine Steuervorrichtung (30), die einen EIN/AUS-Steuervorgang an dem Schaltelement des Seitenarms mit positiver Elektrode und an dem Schaltelement des Seitenarms mit negativer Elektrode durchführt; und eine Drehzahl-Erfassungseinheit (10), die eine Drehzahl der rotierenden, elektrischen Maschine (100) für Fahrzeuge erfasst, wobei die Statorwicklung (301, 302) eine erste mehrphasige Wicklung (301) und eine zweite mehrphasige Wicklung (302) umfasst, die durch unabhängiges Wickeln von zwei jeweiligen mehrphasig angeschlossenen Wicklungen um den Statorkern ausgebildet sind (3), wobei die Steuervorrichtung (30) umfasst: eine Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit (405) zum Ermitteln, ob ein Spannungswert des Eingangs-/Ausgangsanschlusses gleich einer vorbestimmten Schwellenspannung ist oder diese übersteigt; und eine Kurzschlusseinheit (406) für den Seitenarm mit negativer Elektrode, welche mehrphasige Kurzschlüsse jeweils an der ersten mehrphasigen Wicklung (301) und an der zweiten mehrphasigen Wicklung (302) bewirkt, indem sie die Schaltelemente (224, 226) der Seitenarme mit negativer Elektrode der ersten mehrphasigen Wicklung (301) und der zweiten mehrphasigen Wicklung (302) leitend macht, wenn die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit (405) ermittelt, dass der Spannungswert des Eingangs-/Ausgangsanschlusses gleich der Schwellenspannung ist oder diese übersteigt, und wenn die Spannungsabweichungs-Erfassungseinheit (405) ermittelt, dass der Spannungswert des Eingangs-/Ausgangsanschlusses gleich der Schwellenspannung ist oder diese übersteigt, die Steuervorrichtung (30) die Kurzschlusseinheit (406) für den Seitenarm mit negativer Elektrode verwendet, um mehrphasige Kurzschlüsse an der ersten mehrphasigen Wicklung (301) und der zweiten mehrphasigen Wicklung (302) gleichzeitig zu bewirken, falls die von der Drehzahl-Erfassungseinheit (10) erfasste Drehzahl höher als ein vorbestimmter Schwellwert ist, und die Kurzschlusseinheit (406) für den Seitenarm mit negativer Elektrode verwendet, um einen mehrphasigen Kurzschluss an der zweiten mehrphasigen Wicklung (302) zu bewirken, nachdem ein mehrphasiger Kurzschluss an der ersten mehrphasigen Wicklung (301) bewirkt wurde, falls die von der Drehzahl-Erfassungseinheit (10) erfasste Drehzahl gleich oder geringer als der vorbestimmte Schwellwert ist.
Rotierende, elektrische Maschine für Fahrzeuge nach Anspruch 1, wobei ein durch den Rotorteil (13) tretender Luftstrom von den Kühlventilatoren (51, 52) im Verhältnis zur Drehzahl der rotierenden, elektrischen Maschine (100) des Fahrzeugs zu- bzw. abnimmt.
Rotierende, elektrische Maschine für Fahrzeuge nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend einen vorderen Halter (1) und einen hinteren Halter (2) zum Abstützen des Statorkerns (3), wobei die Drehzahl-Erfassungseinheit (10) einen Sensorrotor (111), der an einem Hinterseitenendabschnitt einer Rotorwelle (6) des Rotors (13) befestigt ist, einen Sensorstator (112), der dem Sensorrotor (111) entgegengesetzt an dem hinteren Halter (2) befestigt ist, und eine Sensorwicklung (113) umfasst, die an dem Sensorstator (112) befestigt ist.