JP2006217701A

JP2006217701A - 回転電機の制御方法

Info

Publication number: JP2006217701A
Application number: JP2005026132A
Authority: JP
Inventors: Yuji Naruse; 有二成瀬; Masaki Nakano; 正樹中野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2025-02-02
Also published as: JP4670374B2

Abstract

【課題】ステータティースの外側への飛び出しを防止することができ、回転電機が破損することがないとともに、総トルクを増加させることができる回転電機の制御方法を提供する。
【解決手段】ステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置してなるステータと、ステータの外側に同軸状に設けたアウターロータと、から構成される回転電機の制御方法（第１発明）において、または、ステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置してなるステータと、ステータの外側および内側に同軸に設けたアウターロータおよびインナーロータと、から構成される回転電機の制御方法（第２発明）において、ロータの弱め界磁量をある電流値での最大トルクを出すときの弱め界磁量よりも大きくするとともに、電流値を増加させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置してなるステータと、ステータの外側に同軸状に設けたアウターロータと、から構成される回転電機の制御方法、または、ステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置してなるステータと、ステータの外側および内側に同軸に設けたアウターロータおよびインナーロータと、から構成される回転電機の制御方法に関するものである。

図３及び図４はそれぞれは本発明の制御方法の対象となる従来の回転電機の一例を示す図である。図３に示す例において、従来の回転電機として、円筒状のステータ１の外周にアウターロータ２が配置され、ステータ１に巻回された多相コイルに電流を流すことで、回転制御可能なアウターロータ分割集中巻タイプの回転電機が知られている。また、図４に示す例において、従来の回転電機として、円筒状のステータ１を挟み、内外周にアウターロータ２及びインナーロータ３が配置され、ステータ１に巻回された多相コイルに複合電流を流すことで、アウターロータ２とインナーロータ３を独立して回転制御可能な複軸多層構造を有する回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。これら従来の回転電機において、ステータ１は、Ｔ字形状の電磁鋼板を積層して構成されるステータティース４にコイル５を巻回してなる複数の積層コア６を放射状に配置したステータコア構造となっている。なお、７はアウターロータ２に設けた永久磁石であり、８はインナーロータ３に設けた永久磁石である。
特開２００１−１０３７１７号公報

これらの従来の回転電機において弱め界磁をする場合は、ある電流値での最大トルクを出すときの弱め界磁量で界磁を行うことにより、最も効率良く大きなトルクを得ることができる。例えば、図５に示すグラフにおいて、トルクＴｒを出すとき電流値Ｉ５での最大トルクを出す点は（Ｉ５、β１）の点となり、この点での弱め界磁量で界磁を行うことで、弱め界磁制御を行っていた。

このような従来の弱め界磁をすると、図３に示すアウターロータ分割集中巻タイプの回転電機、または、図４に示すステータ内外に同軸構造で二つのロータを有する回転電機においては、半径方向外側に向かう力に対して構造的に弱いため、ある制限値を超えるとステータティース４が外側に飛び出してしまう問題点があった。また、図４に示すステータ内外に同軸構造で二つのロータを有する回転電機では、一方のロータを駆動する磁束を増加させるとステータティース４が飽和するため、他方のロータを駆動する磁束が十分に得られず、電流に比例したトルクが得られないという問題点もあった。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、ステータティースの外側への飛び出しを防止することができ、回転電機が破損することがないとともに、総トルクを増加させることができる回転電機の制御方法を提供しようとするものである。

本発明の第１発明に係る回転電機の制御方法は、ステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置してなるステータと、ステータの外側に同軸状に設けたアウターロータと、から構成される回転電機の制御方法において、弱め界磁量をある電流値での最大トルクを出すときの弱め界磁量よりも大きくするとともに、電流値を増加させることを特徴とするものである。

また、本発明の第２発明に係る回転電機の制御方法は、ステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置してなるステータと、ステータの外側および内側に同軸に設けたアウターロータおよびインナーロータと、から構成される回転電機の制御方法において、一方のロータの弱め界磁量をある電流値での最大トルクを出すときの弱め界磁量よりも大きくするとともに、電流値を増加させることを特徴とするものである。

本発明の第１発明では、弱め界磁量をある電流値での最大トルクを出すときの弱め界磁量よりも大きくするとともに、電流値を増加させることで、また、本発明の第２発明では、一方のロータの弱め界磁量をある電流値での最大トルクを出すときの弱め界磁量よりも大きくするとともに、電流値を増加させることで、具体的には、図５においてトルクＴｒを出すために（Ｉ５、β１）の組み合わせを（Ｉ６、β２）の組み合わせに変更して弱め界磁を行うことで、径方向の磁束を低減させることができる。ステータティースに働く電磁力は、径方向磁束の２乗に比例するため、ステータティース電磁力を低減することができる。この結果、アウターロータを有する回転電機において、ステータティースの外側への飛び出しを低減することができ、回転電機の破損を少なくすることができる。

なお、本発明の第２発明に係る回転電機の制御方法の好適例としては、もう一方のロータのトルクを発生させる磁束を大きくすることができる。このように構成することで、一方のロータのトルクを保ったまま磁束を低減させることができるため、その分もう一方のロータの磁束を増加させることができ、同じ電流で最大のトルクを出す弱め界磁量での総トルク上限に比べて総トルクを増加させることができる。

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の回転電機の制御方法の一例を示すフローチャートである。図１のフローチャートに示す例は、本発明の第１発明に係り、図３に示すアウターロータ分割集中巻タイプの回転電機を対象とするものである。

図１に示すフローチャートに従って本発明の第１発明に係る回転電機の制御方法を説明すると、まず、要求トルク値Ｔｒを指定する。次に、指定された要求トルク値Ｔｒを、その回転電機の予め求めてあるトルクの制限値Ｔｒ＿ｍａｘと比較する。比較の結果、要求トルク値Ｔｒが制限値Ｔｒ＿ｍａｘよりも小さい場合は、従来の弱め界磁制御と同様に、ある電流値での最大トルクを出すときの弱め界磁量（最適β角（Ｉ１、β１））で制御する。具体的には、図５に示すトルクとティース径方向磁束密度との関係において、一例として（Ｉ５、β１）の点で制御を行う。一方、比較の結果、要求トルク値Ｔｒが制限値Ｔｒ＿ｍａｘよりも大きい場合は、電流−β角−トルク−電磁力の関係を予め求めておいたテーブルを参照して、（Ｉ１、β１）での制御を新たな制御点（Ｉ１’、β１’）での制御に変更する。具体的には、図５に示すトルクとティース径方向磁束密度との関係において、同じトルクを発生する（Ｉ６、β２）に制御点を変更して制御を行う。

上述した例では、（Ｉ１、β１）から（Ｉ１’、β１’）への制御点の変更により、具体的には、図５に示すトルクとティース径方向磁束密度との関係において、（Ｉ５、β１）から（Ｉ６、β２）への制御点の変更により、アウターロータにおける、弱め界磁量をある電流値での最大トルクを出すときの弱め界磁量よりも大きくするとともに、電流値を増加させることができる。なお、図１に示す例ではテーブル値を参照して新たな制御点を求めたが、テーブル値の代わりに予め内部にトルクと電磁力との関係を関数として持っておいて、それを用いても良い。

上述した本発明の第１発明に係る回転電機の制御方法においては、図５に示すトルクとティース径方向磁束密度との関係において、トルクＴｒを出すために（Ｉ６、β２）の組み合わせの方が（Ｉ５、β１）の組み合わせに比べて弱め界磁が大きく、径方向の磁束密度すなわち磁束を低減させることができる。これにより、アウターロータ分割集中巻タイプの回転電機において、ステータティースが外向きに飛び出す問題を低減することができる。

図２は本発明の回転電機の制御方法の他の例を示すフローチャートである。図２に示す例では、本発明の第２発明に係り、図４に示すステータ内外に同軸構造で二つのロータを有する回転電機を対象とするものである。

図２に示すフローチャートに従って本発明の第２発明に係る回転電機の制御方法を説明すると、まず、ロータ１（アウターロータ）、ロータ２（インナーロータ）への各要求トルク値Ｔｒ１、Ｔｒ２を指定する。次に、指定された各要求トルク値のうちロータ１（アウターロータ）の要求トルク値Ｔｒ１を、その回転電機の予め求めてあるトルクの制限値Ｔｒ１ｍａｘと比較する。比較の結果、要求トルク値Ｔｒ１が制限値Ｔｒ１ｍａｘよりも小さい場合は、従来の弱め界磁制御と同様に、ある電流値での最大トルクを出すときの弱め界磁量（最適β角同士（Ｉａ、β１）、（Ｉｂ、β２））で制御する。具体的には、図５に示すロータ１についてのトルクとティース径方向磁束密度との関係において、それぞれ一例として（Ｉ５、β１）の点で制御を行う。一方、比較の結果、要求トルク値Ｔｒ１が制限値Ｔｒ１ｍａｘよりも大きい場合は、ロータ１についての電流−β角−トルク−電磁力の関係を予め求めておいたテーブルを参照して、（Ｉａ、β１）での制御を新たな制御点（Ｉａ’、β１’）での制御に変更し、（Ｉａ’、β１’）、（Ｉｂ、β２）で制御する。

上述した例では、（Ｉａ、β１）から（Ｉａ’、β１’）への制御点の変更により、具体的には、図５に示すロータ１についてのトルクとティース径方向磁束密度との関係において、（Ｉ５、β１）から（Ｉ６、β２）への制御点の変更により、アウターロータにおける、弱め界磁量をある電流値での最大トルクを出すときの弱め界磁量よりも大きくするとともに、電流値を増加させることができる。なお、図２に示す例ではテーブル値を参照して新たな制御点を求めたが、テーブル値の代わりに予め内部にトルクと電磁力との関係を関数として持っておいて、それを用いても良い。

上述した本発明の第２発明に係る回転電機の制御方法においては、図５に示すアウターロータについてのトルクとティース径方向磁束密度との関係において、トルクＴｒ１を出すために（Ｉ６、β２）の組み合わせの方が（Ｉ５、β１）の組み合わせに比べて弱め界磁が大きく、径方向の磁束密度すなわち磁束を低減させることができる。これにより、ステータ内外に同軸構造で二つのロータを有する回転電機において、ステータティースが外向きに飛び出す問題を低減することができる。

なお、上述した本発明の第２発明に係る回転電機の制御方法では、一方のロータ（例えばロータ１）を弱め界磁大で駆動して磁束密度が減少した分、もう一方のロータ（例えばロータ２）の磁束を上げることで、最適β角同士で運転したときよりも総トルクを増加させることができるため、好ましい態様となる。

本発明の回転電機の制御方法は、アウターロータ分割集中巻タイプの回転電機（第１発明）やステータ内外に同軸構造で二つのロータを有する回転電機（第２発明）において、ステータティースの外側への飛び出しを防止することができ、回転電機が破損することがないとともに、総トルクを増加させることができる回転電機の制御方法を得る際好適に用いることができる。

本発明の回転電機の制御方法の一例を示すフローチャートである。本発明の回転電機の制御方法の他の例を示すフローチャートである。本発明の制御方法の対象となる従来の回転電機の一例を示す図である。本発明の制御方法の対象となる従来の回転電機の他の例を示す図である。本発明の制御方法を説明するためのトルクとティース径方向磁束密度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ステータ
２アウターロータ
３インナーロータ
４ステータティース
５コイル
６積層コア
７、８永久磁石

Claims

ステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置してなるステータと、ステータの外側に同軸状に設けたアウターロータと、から構成される回転電機の制御方法において、弱め界磁量をある電流値での最大トルクを出すときの弱め界磁量よりも大きくするとともに、電流値を増加させることを特徴とする回転電機の制御方法。
ステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置してなるステータと、ステータの外側および内側に同軸に設けたアウターロータおよびインナーロータと、から構成される回転電機の制御方法において、一方のロータの弱め界磁量をある電流値での最大トルクを出すときの弱め界磁量よりも大きくするとともに、電流値を増加させることを特徴とする回転電機の制御方法。
もう一方のロータのトルクを発生させる磁束を大きくすることを特徴とすることを特徴とする請求項２に記載の回転電機の制御方法。