JP2005006400A - Motor drive mechanism - Google Patents

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JP2005006400A
JP2005006400A JP2003166827A JP2003166827A JP2005006400A JP 2005006400 A JP2005006400 A JP 2005006400A JP 2003166827 A JP2003166827 A JP 2003166827A JP 2003166827 A JP2003166827 A JP 2003166827A JP 2005006400 A JP2005006400 A JP 2005006400A
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Japan
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motor
coil
drive mechanism
poles
divided
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JP2003166827A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiko Nishi
康彦 西
Hitoshi Oyama
仁 尾山
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive mechanism capable of varying the number of poles or phases of a motor easily. <P>SOLUTION: The motor drive mechanism excites the coil of each phase of a motor by supplying a specified current in response to an AC polyphase signal. The coil of each phase is divided into a plurality of coil sections each of which is connected with at least one switch element. The switch elements function to switch connection state of the coil sections freely. Number of poles or phases of the motor can be varied easily by switching connection state of the coil sections. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ駆動機構に関するものである。特に、モータの極数や相数を可変してモータを動作できるモータ駆動機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電気自動車やハイブリッドカーなど、モータを車両の走行に用いる電動自動車の開発が進んでいる。このような電動自動車では、バッテリからの直流電力をインバータを介して交流に変換し、所定の電力をモータに供給してモータの駆動制御を行なっている。
【0003】
このインバータは、一般にFET(電界効果トランジスタ)などのスイッチ素子でブリッジ回路を構成したものが利用されている(例えば非特許文献1)。現行のモータにおいては、通常、モータの極数及び駆動する電圧の相数は、モータ設計当初に決定して、それに応じたコイル設計、ドライブ回路(インバータ)設計をすることが多い。例えば、モータの相数や極数を決める際には、モータを駆動する正弦波の周波数との関係式(式1)から回転数、極数を決定する。
【0004】
f=n・k/2
【0005】
fは正弦波の周波数、nはモータの回転数、kは極数
【0006】
また、モータの極数については、回転磁界を発生させるためのコイルを巻く際に、どのように電線を巻くかによって極数が決定してしまう。
【0007】
【非特許文献1】
97年10月 トヨタ自動車:プリウスの「新型車解説書」1−13ページ
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のモータ駆動機構では、次のような問題があった。
(1)インバータの出力容量増大に伴いスイッチ素子のコストも増加する傾向にある。
近年、モータの出力増大に伴いインバータの出力容量も増加している。出力容量の大きなスイッチング素子は、素子に流れる電流も大きく、素子面積自体も大型化し、歩留まり低下によるコストアップにつながる。特に、従来のモータ駆動機構では、各相ごとのコイルにまとめて電流を供給するようにスイッチ素子を接続しているため、一つのスイッチ素子に流れる電流が大きくならざるを得ない。また、素子に流れる電流が大きければ、素子近傍で局所的に発生する発熱量も大きく、冷却機構の規模も大きくなってモータの駆動機構全体としてのコストアップにつながっている。
【0009】
(2)モータの極数や相数を容易に可変することができない。
実際の電気自動車の走行では、始動時などは低速回転で大トルクが得られるモータが必要とされ、高速走行時などは高速回転で低トルクのモータが必要とされる。一般にモータの極数を増やすと、ドライブ回路から与える1周期分の電力で回転する角度が小さくなるため、回転速度は遅くなるがトルクを増大することができる。ところが、モータを駆動する正弦波の周波数が増大する。そのため、ドライブ回路のスイッチング速度によって極数が制限されている。一方、高速走行時では極数をできるだけ少なくすることにより、モータに印加する正弦波の周波数を増加することなく高速回転を実現したいという要求がある。しかし、モータの相数や極数はモータ設計当初に決定しており、それに応じたコイル設計、ドライブ回路(インバータ)設計をするため、走行特性に合わせてモータの相数や極数を可変することができない。従来、コイルの結線を工夫して極数を変換する技術もあるが、この技術では巻き線を2種類用意する必要があり、モータのサイズが大きくなってしまうという不利益があった。
【0010】
従って、本発明の主目的は、モータの極数または相数を容易に可変できるモータ駆動機構を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明モータ駆動機構は、多相交流信号により所定の電流をモータの各相のコイルに供給して励磁させるモータ駆動機構である。この各相のコイルを複数の分割コイルに分割し、各分割コイルに少なくとも一つのスイッチ素子を接続する。そして、スイッチ素子の動作により分割コイルの接続状態を切り替え自在に構成したことを特徴とする。
【0012】
従来、各相ごとにまとめて給電していたコイルの単位を、さらに複数の分割コイルに分割し、この分割コイルに設けたスイッチ素子の動作により分割コイルの接続状態を切り替え可能にしている。この分割コイルの接続状態の切り替えにより、モータの極数や相数の可変を容易に実現することができる。
【0013】
また、各スイッチ素子は、分割コイル単位で給電を行うため、素子一つ当たりの通電量も小さくなり、個々の素子の容量が小さくても良い。そのため、小型の素子を用いることができ、駆動機構の小型化・低コスト化を実現できる。
【0014】
以下、本発明の構成をより詳しく説明する。
(1)各分割コイルの接続状態の切り替えにより、次のようなモータの特性を可変することができる。
【0015】
<極数の可変>
スイッチ素子をスイッチして分割コイルの接続状態を切り替え、一部の分割コイルに流れる電流の向きを変えることでモータの極数、つまりモータの界磁に形成されるN極とS極の合計数を可変することができる。切り替え前後の極数は特に限定されない。例えば、2極と8極の切り替えを行うことが可能になる。極数の切り替えにより、始動時などは8極で低回転・高トルクのモータとして動作させ、高速走行時では2極で高回転・低トルクのモータとして動作させることができる。
【0016】
<相数の可変>
スイッチ素子をスイッチして分割コイルの接続状態を切り替え、時間差を設けて電流が供給される分割コイルの数を変えることでモータの相数、つまりモータにおいて時間的に異なる電流を流す巻き線群の数を可変にすることができる。この相数の可変によっても、高トルクと高速回転の双方を両立できるようにモータを駆動できる。つまり、相数を増加することで低回転・高トルクのモータ駆動ができ、相数を減少することで高回転・低トルクのモータ駆動が可能になる。
【0017】
<極数と相数の可変>
以上の極数の可変と相数の可変を組み合わせることで、極数と相数の両方を可変とすることができる。この構成によっても、高トルクと高速回転の双方を両立できるようにモータを駆動できる。
【0018】
<集中巻きと分布巻きの可変>
コイルが集中巻きで構成されている場合、分割コイルの一部にはある位相の交流信号により電流が供給し、分割コイルの残部には別の位相の交流信号により電流が供給されるようにスイッチ素子をスイッチすることで、集中巻きのコイルを分布巻きのコイルと同様に動作させることができる。例えば、各極を弱め界磁とすることができ、リラクタンストルクも容易に得ることができる。また、集中巻きのコイルを用いることで、モータの製造工程を簡略化して製造効率を改善することができる。従って、本発明駆動機構によれば、集中巻きでコイルを構成しながら、負荷の変動が大きく弱め界磁領域の存在する用途である電気自動車・ハイブリッドカー用モータの駆動に好適である。
【0019】
(2)上記のモータ特性の可変を行うには、モータの回転状態をフィードバックすることが好ましい。
つまり、モータの出力状態検知手段を設ける。この出力状態検知手段は、モータの回転数若しくは回転数と相関関係を有する物理量を検知する。この検知結果に基づいて判定手段によりスイッチ素子のスイッチングを制御する。例えば、モータの回転数を検知し、この回転数が閾値未満の場合は始動時などの低速回転が必要な状態を判断して8極でモータを動作させる。逆にモータの回転数が閾値を超えた場合、高速走行など高速回転が必要な状態と判断して2極でモータを動作させる。従って、モータに求められる回転特性に適合した動作を行うことができる。
【0020】
(3)スイッチ素子の特性と配置個所
各分割コイルに接続されるスイッチ素子は、従来に比べて低容量のものでよい。従来は1相分のコイルに対してまとめて電流を供給していたため、素子の電流容量も大きくする必要があった。本発明では、分割コイル1個に流れる電流を供給すれば良いため、素子一つ当たりの電流容量は従来よりも小さくても良く、歩留まりのよい素子を利用することができる。
【0021】
また、スイッチ素子は、モータに内蔵することが好ましい。モータのコイルを分割し、各分割コイルにスイッチ素子を接続する必要上、スイッチ素子はモータ内部に設置することが好ましい。通常、モータ内部は150℃以上の高温になる。そのため、高温での動作が可能で低損失のワイドギャップ半導体を用いたスイッチ素子が好ましい。より具体的にはSiCを用いたスイッチ素子が好適である。また、スイッチ素子の電流容量が小さくてもよいため、小型のスイッチ素子を用いることができ、それに伴ってモータへのスイッチ素子の内蔵が容易になる。そして、このスイッチ素子の内蔵により、モータ駆動機構自体も小型化することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
(実施例1)
図1は本発明実施例において、同一数のコイルで極数を変化させる場合の変化前後を示す説明図である。図2は図1の場合における分割コイルの接続状態の変化を示す説明図である。図3は図2の接続状態の切り替えを実現する本発明駆動機構の回路図である。
【0023】
図1に示すように、一つのコイルを4つの分割コイルに分割し、各分割コイルの接続状態を切り替えることで、図1(A)に示す8極と、同(B)に示す2極とを切り替えることができる。
【0024】
この極数の変更を実現するための電気的な接続方法を図2に示す。この図に示すように、8極の場合、順次隣接する分割コイルへとつながるように分割コイルを接続する。2極の場合、2番目と4番目(図では上下)の分割コイルへの電流の流す方向が8極の場合とは逆向きとなる。
【0025】
この極数の変更を実現する回路の一例を図3に示す。この図に示すように、各分割コイルにはFETなどのスイッチ素子が接続されている。いずれのスイッチ素子もモータ内に設置されている。つまり、分割コイルL2、L4の端子2側にスイッチ素子Q5、Q7が接続され、分割コイルL3、L1の端子1側に、Q2、Q3が接続されている。また、分割コイルL1、L2の端子2側にスイッチ素子Q4、Q6が接続され、分割コイルL3、L4の端子2側に、スイッチ素子Q8、Q6が接続されている。これらスイッチ素子は、SiCからなるワイドギャップ半導体で構成されている。そして、これらスイッチ素子の動作制御は、切替信号により行われる。
【0026】
このような回路構成において、8極と2極との切替信号をHにした場合、スイッチング素子Q2、Q3、Q5、Q7が導通して、図1(A)の結線になり、8極としてモータを駆動する。この切替信号をLにした場合、スイッチング素子Q1、Q4、Q6、Q8が導通して、図1(B)の結線になり、2極としてモータを駆動する。3相交流モータにおいては、3相分の各相に図2に示す構成を適用することで、3相8極・3相2極の双方の回転磁界を発生させることができる。
【0027】
特に、スイッチ素子による分割コイルの切り替えは、モータの出力(回転数)を検知し、この回転数が一定の閾値を超えたかどうかで行うことで、低回転時には大トルクを実現し、かつモータに印加する正弦波の周波数を増加することなく高速回転も可能になる。
【0028】
(実施例2)
次に、モータの相数を変更する場合について、本発明モータ駆動機構を説明する。図4は、本発明モータ駆動機構において相数を変更する場合の基本原理を示す説明図である。
【0029】
ここでは、各分割コイルL5、L7の両端に各々スイッチ素子Q9、Q10とQ11、Q12を接続している。この構成において、スイッチング素子Q9〜Q12を同時にオン・オフすることにより、コイルL5とコイルL7は同相となる。また、スイッチング素子Q9、Q10とQ11、Q12を互い違いにオンすることにより、発生される磁界は位相がずれることになる。従って、コイルL5、L7を適切な位置に配置することにより駆動する信号の相数を切り替えることが可能になる。
【0030】
(実施例3)
次に、集中巻きコイルのモータを用いて分布巻きコイルと同様の効果を得ることができる。
【0031】
ここでは、スロット(鉄心溝)を有するステータの鉄心に通常は一つのコイルとして巻かれるコイルを4つの分割コイルとして巻く。各分割コイルの巻かれた状態の模式図を図5に示す。そして、この各分割コイルの両側にスイッチ素子を図6に示すように各々接続する。
【0032】
ここで、スイッチング素子Q1、Q5、Q2、Q6、Q3、Q7を、モータを駆動する他相信号の一つと同期したタイミングでオンし、スイッチング素子Q4、Q8については別の多相信号の一つと同期したタイミングでオンする。これにより、分布巻きと同等の効果を得ることができる。そのため、モータの製造時は製造性に優れる集中巻きでよく、モータの駆動時には分布巻きと同等の動作を行うことができる。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明モータ駆動機構によれば、従来は各相ごとにまとめて電流を供給するようにスイッチ素子を接続していたが、各相ごとのコイルを複数の分割コイルに分け、各分割コイルごとに電流を流せるスイッチ素子を設置することにより、分割コイルの接続状態を変えることができる。そのため、モータの極数や相数を変えることができ、高トルクと高回転を両立したモータの駆動を行うことができる。
【0034】
集中巻きでありながら分布巻きと同等の効果を得ることができ、モータの製造工程を簡略化することができる。
【0035】
分割コイルごとに電流を供給するため、スイッチ素子を流れる電流を低減することができ、スイッチ素子のコストを下げることができる。
【0036】
分割コイルに接続されるスイッチ素子として、ワイドバンドギャップ半導体を用いることで、より低損失にて高温でのインバータの動作を可能にできる。
【0037】
従って、本発明モータ駆動機構は、電気自動車・ハイブリッドカーなど、モータの動力を走行に利用する車両でのモータ駆動用として好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例において、同一数のコイルで極数を変化させる場合の変化前後を示す説明図である。
【図2】図2は図1の場合における分割コイルの接続状態の変化を示す説明図である。
【図3】図3は図2の接続状態の切り替えを実現する本発明駆動機構の回路図である。
【図4】図4は、本発明モータ駆動機構において相数を変更する場合の基本原理を示す説明図である。
【図5】図5は各分割コイルの巻かれた状態を示す模式図である。
【図6】図6は本発明モータ駆動機構において、集中巻きを分布巻きに切り替えて動作する場合のスイッチ素子の接続状態を示す回路図である。
【符号の説明】
L1〜L4 分割コイル
Q1〜Q12 スイッチ素子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor drive mechanism. In particular, the present invention relates to a motor drive mechanism capable of operating a motor by changing the number of poles and phases of the motor.
[0002]
[Prior art]
Development of electric vehicles using a motor for driving a vehicle, such as an electric vehicle and a hybrid car, is progressing. In such an electric vehicle, direct current power from the battery is converted into alternating current through an inverter, and predetermined electric power is supplied to the motor to perform drive control of the motor.
[0003]
In general, an inverter in which a bridge circuit is configured by a switching element such as an FET (field effect transistor) is used (for example, Non-Patent Document 1). In current motors, the number of motor poles and the number of phases of a driving voltage are usually determined at the beginning of the motor design, and a coil design and a drive circuit (inverter) design corresponding to the number are often performed. For example, when determining the number of phases and the number of poles of the motor, the number of rotations and the number of poles are determined from the relational expression (Formula 1) with the frequency of the sine wave that drives the motor.
[0004]
f = n · k / 2
[0005]
f is the frequency of the sine wave, n is the number of revolutions of the motor, and k is the number of poles.
Further, the number of poles of the motor is determined depending on how the electric wire is wound when winding a coil for generating a rotating magnetic field.
[0007]
[Non-Patent Document 1]
October 1997 Toyota Motor Corporation: Prius “New Car Guide” on page 1-13 [0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional motor drive mechanism has the following problems.
(1) The cost of the switch element tends to increase as the output capacity of the inverter increases.
In recent years, the output capacity of inverters has increased with the increase in motor output. A switching element having a large output capacity also has a large current flowing through the element, and the element area itself increases in size, leading to an increase in cost due to a decrease in yield. In particular, in the conventional motor drive mechanism, since the switch elements are connected so as to supply the current collectively to the coils for each phase, the current flowing through one switch element must be increased. In addition, if the current flowing through the element is large, the amount of heat generated locally in the vicinity of the element is large, and the scale of the cooling mechanism is increased, leading to an increase in the cost of the entire motor driving mechanism.
[0009]
(2) The number of poles and phases of the motor cannot be easily changed.
In actual driving of an electric vehicle, a motor capable of obtaining a large torque at a low speed is required at the time of starting and the like, and a motor having a high speed and a low torque is required at a high speed. In general, when the number of poles of the motor is increased, the rotation angle is reduced by one cycle of electric power supplied from the drive circuit, so that the torque can be increased although the rotation speed is decreased. However, the frequency of the sine wave that drives the motor increases. Therefore, the number of poles is limited by the switching speed of the drive circuit. On the other hand, there is a demand for realizing high-speed rotation without increasing the frequency of the sine wave applied to the motor by reducing the number of poles as much as possible during high-speed running. However, the number of phases and the number of poles of the motor are determined at the beginning of the motor design, and the number of phases and the number of poles of the motor are varied according to the running characteristics in order to design the coil and drive circuit (inverter) accordingly. I can't. Conventionally, there is a technique for converting the number of poles by devising the coil connection, but this technique has the disadvantage of requiring two types of windings and increasing the size of the motor.
[0010]
Therefore, a main object of the present invention is to provide a motor drive mechanism that can easily vary the number of poles or phases of a motor.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The motor drive mechanism of the present invention is a motor drive mechanism that supplies a predetermined current to a coil of each phase of a motor and excites it by a multiphase AC signal. Each phase coil is divided into a plurality of divided coils, and at least one switch element is connected to each divided coil. In addition, the connection state of the divided coils can be switched by the operation of the switch element.
[0012]
Conventionally, the unit of the coil that has been fed together for each phase is further divided into a plurality of divided coils, and the connection state of the divided coils can be switched by the operation of the switch element provided in the divided coils. By switching the connection state of the divided coils, the number of poles and the number of phases of the motor can be easily realized.
[0013]
Further, since each switch element supplies power in divided coil units, the energization amount per element is also small, and the capacity of each element may be small. Therefore, a small element can be used, and the drive mechanism can be reduced in size and cost.
[0014]
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in more detail.
(1) By switching the connection state of each divided coil, the following motor characteristics can be varied.
[0015]
<Variable number of poles>
Switching the switching element to switch the connection state of the divided coils and changing the direction of the current flowing in some of the divided coils, that is, the total number of N poles and S poles formed in the motor field Can be varied. The number of poles before and after switching is not particularly limited. For example, it is possible to switch between 2 poles and 8 poles. By switching the number of poles, it can be operated as a motor with a low rotation and high torque with 8 poles at the time of starting and the like, and can be operated as a motor with a high rotation and low torque with 2 poles during high speed running.
[0016]
<Variable number of phases>
By switching the switching element to switch the connection state of the split coils, by changing the number of split coils to which current is supplied by providing a time difference, the number of phases of the motor, that is, the winding group that passes currents that differ in time in the motor The number can be made variable. By changing the number of phases, the motor can be driven so that both high torque and high speed rotation can be achieved. That is, by increasing the number of phases, it is possible to drive a motor with low rotation and high torque, and by reducing the number of phases, it is possible to drive a motor with high rotation and low torque.
[0017]
<Variable number of poles and number of phases>
By combining the above variable number of poles and variable number of phases, both the number of poles and the number of phases can be made variable. With this configuration, the motor can be driven so that both high torque and high speed rotation can be achieved.
[0018]
<Variable between concentrated winding and distributed winding>
When the coil is composed of concentrated windings, a switch is set so that a current is supplied to a part of the split coil by an AC signal of a certain phase and a current is supplied to the remaining part of the split coil by an AC signal of a different phase. By switching the elements, the concentrated winding coil can be operated in the same manner as the distributed winding coil. For example, each pole can be used as a field weakening, and reluctance torque can be easily obtained. Further, by using the concentrated winding coil, the manufacturing process of the motor can be simplified and the manufacturing efficiency can be improved. Therefore, the drive mechanism of the present invention is suitable for driving a motor for an electric vehicle / hybrid car, which is an application in which a fluctuation of a load is large and a field weakening region exists while a coil is formed by concentrated winding.
[0019]
(2) In order to change the motor characteristics, it is preferable to feed back the rotation state of the motor.
That is, a motor output state detection means is provided. The output state detection means detects the physical quantity having a correlation with the rotational speed of the motor or the rotational speed. Based on the detection result, the switching of the switch element is controlled by the determination means. For example, the number of rotations of the motor is detected, and when the number of rotations is less than a threshold value, a state that requires low-speed rotation such as at the time of starting is determined and the motor is operated with eight poles. On the other hand, when the rotation speed of the motor exceeds the threshold value, it is determined that high speed rotation such as high speed running is necessary, and the motor is operated with two poles. Therefore, it is possible to perform an operation suitable for the rotational characteristics required for the motor.
[0020]
(3) Characteristics of the switch element and arrangement location The switch element connected to each divided coil may have a lower capacity than the conventional one. Conventionally, since current is collectively supplied to a coil for one phase, it is necessary to increase the current capacity of the element. In the present invention, since it is sufficient to supply a current flowing through one split coil, the current capacity per element may be smaller than that of the conventional one, and an element with a high yield can be used.
[0021]
The switch element is preferably built in the motor. In order to divide the motor coil and connect the switch element to each divided coil, the switch element is preferably installed inside the motor. Usually, the inside of the motor becomes a high temperature of 150 ° C. or more. For this reason, a switching element using a wide-gap semiconductor capable of operating at a high temperature and having a low loss is preferable. More specifically, a switch element using SiC is suitable. Further, since the current capacity of the switch element may be small, a small switch element can be used, and accordingly, the switch element can be easily incorporated in the motor. And by incorporating this switch element, the motor drive mechanism itself can be miniaturized.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
(Example 1)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing before and after the change when the number of poles is changed with the same number of coils in the embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a change in the connection state of the split coils in the case of FIG. FIG. 3 is a circuit diagram of the drive mechanism of the present invention that realizes the switching of the connection state of FIG.
[0023]
As shown in FIG. 1, by dividing one coil into four divided coils and switching the connection state of each divided coil, the eight poles shown in FIG. 1 (A) and the two poles shown in FIG. 1 (B) Can be switched.
[0024]
An electrical connection method for realizing the change in the number of poles is shown in FIG. As shown in this figure, in the case of 8 poles, the divided coils are connected so as to be connected to the adjacent divided coils sequentially. In the case of two poles, the direction of current flow to the second and fourth (upper and lower in the figure) split coils is opposite to that in the case of eight poles.
[0025]
An example of a circuit for realizing this change in the number of poles is shown in FIG. As shown in this figure, each split coil is connected to a switching element such as an FET. Both switch elements are installed in the motor. That is, the switch elements Q5 and Q7 are connected to the terminal 2 side of the split coils L2 and L4, and Q2 and Q3 are connected to the terminal 1 side of the split coils L3 and L1. Further, the switch elements Q4 and Q6 are connected to the terminal 2 side of the split coils L1 and L2, and the switch elements Q8 and Q6 are connected to the terminal 2 side of the split coils L3 and L4. These switch elements are composed of wide gap semiconductors made of SiC. The operation control of these switch elements is performed by a switching signal.
[0026]
In such a circuit configuration, when the switching signal between the 8-pole and 2-pole is set to H, the switching elements Q2, Q3, Q5, and Q7 are turned on, resulting in the connection shown in FIG. Drive. When this switching signal is set to L, the switching elements Q1, Q4, Q6, and Q8 are turned on, resulting in the connection shown in FIG. 1B and driving the motor as two poles. In a three-phase AC motor, by applying the configuration shown in FIG. 2 to each phase for three phases, it is possible to generate both three-phase eight-pole and three-phase two-pole rotating magnetic fields.
[0027]
In particular, switching of the split coil by the switch element is performed by detecting the motor output (rotation speed) and checking whether this rotation speed exceeds a certain threshold, thereby realizing a large torque at low rotation speed and High speed rotation is also possible without increasing the frequency of the applied sine wave.
[0028]
(Example 2)
Next, the motor drive mechanism of the present invention will be described for changing the number of phases of the motor. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the basic principle when changing the number of phases in the motor drive mechanism of the present invention.
[0029]
Here, switch elements Q9, Q10 and Q11, Q12 are connected to both ends of each of the divided coils L5, L7. In this configuration, the coils L5 and L7 are in phase by simultaneously turning on and off the switching elements Q9 to Q12. Further, by turning on switching elements Q9, Q10 and Q11, Q12 alternately, the generated magnetic field is out of phase. Accordingly, it is possible to switch the number of phases of signals to be driven by arranging the coils L5 and L7 at appropriate positions.
[0030]
Example 3
Next, the same effect as that of the distributed winding coil can be obtained by using a concentrated winding coil motor.
[0031]
Here, a coil normally wound as one coil is wound as four divided coils on the stator core having slots (iron core grooves). FIG. 5 shows a schematic diagram of a state where each divided coil is wound. Then, switch elements are respectively connected to both sides of each divided coil as shown in FIG.
[0032]
Here, the switching elements Q1, Q5, Q2, Q6, Q3, and Q7 are turned on at a timing synchronized with one of the other phase signals that drive the motor, and the switching elements Q4 and Q8 are one of the other multiphase signals. Turns on when synchronized. Thereby, the effect equivalent to distributed winding can be acquired. Therefore, concentrated winding with excellent manufacturability may be used when the motor is manufactured, and operation equivalent to distributed winding can be performed when the motor is driven.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the motor drive mechanism of the present invention, conventionally, the switching elements are connected so as to supply current for each phase collectively, but the coils for each phase are divided into a plurality of divided coils. The connection state of the divided coils can be changed by installing a switch element that allows a current to flow for each divided coil. Therefore, the number of poles and phases of the motor can be changed, and the motor can be driven with both high torque and high rotation.
[0034]
Although concentrated winding, the same effect as distributed winding can be obtained, and the manufacturing process of the motor can be simplified.
[0035]
Since current is supplied to each divided coil, the current flowing through the switch element can be reduced, and the cost of the switch element can be reduced.
[0036]
By using a wide band gap semiconductor as the switch element connected to the split coil, the inverter can be operated at a high temperature with lower loss.
[0037]
Therefore, the motor drive mechanism of the present invention can be suitably used for driving a motor in a vehicle that uses the power of the motor for traveling, such as an electric vehicle or a hybrid car.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing before and after a change when the number of poles is changed with the same number of coils in the embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a change in the connection state of the split coils in the case of FIG. 1;
FIG. 3 is a circuit diagram of the drive mechanism of the present invention that realizes switching of the connection state of FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the basic principle when changing the number of phases in the motor drive mechanism of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which each divided coil is wound.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a connection state of switch elements when the concentrated motor is switched to distributed winding in the motor driving mechanism of the present invention.
[Explanation of symbols]
L1-L4 Split coil Q1-Q12 Switch element

Claims (7)

多相交流信号により所定の電流をモータの各相のコイルに供給して励磁させるモータ駆動機構であって、
前記各相のコイルは複数の分割コイルに分割され、
各分割コイルに少なくとも一つのスイッチ素子が接続されて、
スイッチ素子の動作により分割コイルの接続状態を切り替え自在に構成したことを特徴とするモータ駆動機構。
A motor drive mechanism for supplying a predetermined current to a coil of each phase of a motor by a multiphase AC signal and exciting the coil,
The coil of each phase is divided into a plurality of divided coils,
At least one switch element is connected to each divided coil,
A motor drive mechanism characterized in that the connection state of the split coils can be switched by the operation of the switch element.
前記スイッチ素子をスイッチして分割コイルの接続状態を切り替え、一部の分割コイルに流れる電流の向きを変えることでモータの極数を可変に構成したことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動機構。2. The motor according to claim 1, wherein the number of poles of the motor is variably configured by switching the switch element to switch a connection state of the divided coils and changing a direction of a current flowing in a part of the divided coils. Drive mechanism. 前記スイッチ素子をスイッチして分割コイルの接続状態を切り替え、時間差を設けて電流が供給される分割コイルの数を変えることでモータの相数を可変に構成したことを特徴とする請求項1または2に記載のモータ駆動機構。The number of phases of the motor is variably configured by switching the switching element to switch the connection state of the divided coils and changing the number of divided coils to which a current is supplied with a time difference. The motor drive mechanism according to 2. モータの出力状態検知手段を具え、
この検知手段の検知結果に基づいて、スイッチ素子をスイッチして分割コイルの接続状態を切り替えるように構成したことを特徴とする請求項2または3に記載のモータ駆動機構。
It has a motor output state detection means,
The motor drive mechanism according to claim 2 or 3, wherein the switch element is switched to switch the connection state of the divided coils based on the detection result of the detection means.
コイルは集中巻きで構成され、
分割コイルの一部はある位相の交流信号により電流が供給され、分割コイルの残部は別の位相の交流信号により電流が供給されるようにスイッチ素子をスイッチするように構成したことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動機構。
The coil is composed of concentrated winding,
A part of the split coil is configured to switch the switching element so that a current is supplied by an AC signal having a certain phase, and a remaining part of the split coil is supplied by an AC signal having a different phase. The motor drive mechanism according to claim 1.
スイッチ素子がワイドギャップ半導体で構成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のモータ駆動機構。6. The motor drive mechanism according to claim 1, wherein the switch element is made of a wide gap semiconductor. スイッチ素子がモータに内蔵されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のモータ駆動機構。The motor drive mechanism according to claim 1, wherein the switch element is built in the motor.
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