JP2009273247A - Rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は回転電機に係り、特に永久磁石を含む回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly to a rotating electrical machine including a permanent magnet.
ステータまたはロータのいずれかに永久磁石が設けられる回転電機においては、永久磁石を有するステータまたはロータの磁束量が変化すると発生するトルクが変化すると共に、誘起逆起電圧が変化する。この誘起逆起電圧が過大になると、回転電機のコイル、回転電機を制御するインバータの回路素子等を損傷する恐れが生じる。 In a rotating electrical machine in which a permanent magnet is provided in either the stator or the rotor, when the amount of magnetic flux of the stator or rotor having the permanent magnet is changed, the generated torque is changed and the induced counter electromotive voltage is changed. If this induced counter electromotive voltage becomes excessive, the coil of the rotating electrical machine, the inverter circuit element that controls the rotating electrical machine, and the like may be damaged.
そこで、例えば、特許文献1には、磁束量可変磁石型ロータとして、低速トルク確保のため磁石磁界を十分大きく確保すると高速回転時に過大な電機子誘起電圧が発生するため、高速回転時にその遠心力を利用して回転子の永久磁石を軸方向に移動させて回転子鉄心から逸脱させ、減磁させることが開示されている。 Therefore, for example, in Patent Document 1, as a magnetic flux amount variable magnet type rotor, an excessive armature induced voltage is generated during high-speed rotation if a sufficiently large magnet magnetic field is ensured to ensure low-speed torque. Is used to move the permanent magnet of the rotor in the axial direction to deviate from the rotor core and demagnetize it.
また、特許文献2には、回転子に永久磁石を用いた回転界磁形の発電機において、回転子の4つの永久磁石の間に径方向の外周側に幅広部、内周側に幅狭部を有する溝をそれぞれ設け、幅狭部の中を径方向に遠心力によって移動可能な磁石と、遠心力に抗するためのバネを配置する構成が開示される。これによって、回転数の上昇に伴って磁石が幅広部の方に移動して4つの磁石の界磁束を減少させることができると述べられている。 Further, in Patent Document 2, in a rotating field generator using a permanent magnet as a rotor, a wide portion is provided on the outer peripheral side in the radial direction and a narrow portion is provided on the inner peripheral side between the four permanent magnets of the rotor. Disclosed is a configuration in which grooves each having a portion are provided and a magnet that can be moved by a centrifugal force in a radial direction in a narrow portion and a spring for resisting the centrifugal force are disposed. As a result, it is stated that the magnetic flux of the four magnets can be reduced by moving the magnet toward the wide portion as the rotational speed increases.
永久磁石が発生する磁界は、材料の温度特性に依存するが、一般的には高温側で弱くなる。この現象は高温側減磁と呼ばれることがあるが、逆に言えば、低温側で永久磁石が発生する磁界が強くなる。したがって、永久磁石を有する回転電機が低温側で作動すると、誘起逆起電力が大きくなる。この状態で、例えば、回転電機が高速回転の下で制御系に故障が生じると、回転電機を制御するインバータの回路素子等が損傷する恐れが生じる。 The magnetic field generated by the permanent magnet depends on the temperature characteristics of the material, but generally weakens on the high temperature side. This phenomenon is sometimes referred to as high temperature side demagnetization, but conversely, the magnetic field generated by the permanent magnet becomes strong on the low temperature side. Therefore, when the rotating electrical machine having a permanent magnet operates on the low temperature side, the induced back electromotive force increases. In this state, for example, when a failure occurs in the control system under high-speed rotation of the rotating electrical machine, there is a risk that the circuit elements of the inverter that controls the rotating electrical machine will be damaged.
従来技術では、高速回転時の磁束量を抑制することが述べられているが、低温下において永久磁石が発生する磁界が強くなることによる誘起逆起電力の抑制については触れられていない。 In the prior art, it is described that the amount of magnetic flux during high-speed rotation is suppressed, but there is no mention of suppression of the induced back electromotive force due to the strong magnetic field generated by the permanent magnet at low temperatures.
本発明の目的は、永久磁石の温度による誘起逆起電力の増加を抑制することができる回転電機を提供することである。 The objective of this invention is providing the rotary electric machine which can suppress the increase in the induced back electromotive force by the temperature of a permanent magnet.
本発明に係る回転電機は、ステータまたはロータのいずれかに設けられる永久磁石と、永久磁石の温度に応じて、永久磁石が設けられるステータまたはロータの磁束量を変化させる磁束量変化手段と、を備えることを特徴とする。 A rotating electrical machine according to the present invention includes: a permanent magnet provided in either the stator or the rotor; and a magnetic flux amount changing unit that changes the magnetic flux amount of the stator or the rotor provided with the permanent magnet according to the temperature of the permanent magnet. It is characterized by providing.
また、本発明に係る回転電機において、永久磁石はロータに設けられ、永久磁石の温度を検出する検出手段を備え、ロータは、ロータ回転軸側に配置され、外周側に複数の突部を有し、磁性体で構成される内周側回転部と、内周側回転部の外周側でステータに向かい合って配置され、ロータ回転軸とともに回転し、永久磁石と、磁束を通すコイルとを有する外周側回転部と、を含み、磁束量変化手段は、検出された温度に応じ、内周側回転部とロータ回転軸とを一体化して回転させ、外周側回転部の永久磁石からコイルを通る磁束が一定の状態である一体化回転状態と、ロータ回転軸から内周側回転部を切り離して外周側回転部と内周側回転部とを相対的に回転させ、外周側回転部のコイルを通る磁束の変化が生じて電磁誘導によりコイルが発熱しこれにより永久磁石が加熱される相対的回転状態と、の間で切換を行う切換部であることが好ましい。 Further, in the rotating electrical machine according to the present invention, the permanent magnet is provided on the rotor and includes detection means for detecting the temperature of the permanent magnet. The rotor is disposed on the rotor rotating shaft side and has a plurality of protrusions on the outer peripheral side. And an outer periphery having an inner periphery-side rotating portion made of a magnetic material, a stator disposed on the outer periphery side of the inner periphery-side rotating portion, facing the stator, rotating with the rotor rotating shaft, and having a permanent magnet and a coil through which magnetic flux passes. And a magnetic flux amount changing means that integrally rotates the inner peripheral side rotating unit and the rotor rotating shaft according to the detected temperature, and passes the coil from the permanent magnet of the outer peripheral side rotating unit. Is in a fixed state, and the inner peripheral side rotating part is separated from the rotor rotating shaft, and the outer peripheral side rotating part and the inner peripheral side rotating part are relatively rotated to pass through the coil of the outer peripheral side rotating part. Magnetic flux changes and electromagnetic induction causes the coil to move Heated thereby is preferably relative rotation state where the permanent magnets are heated, a switching unit for switching between the.
また、本発明に係る回転電機において、永久磁石はロータに設けられ、永久磁石の温度を検出する検出手段を備え、ロータは、ロータ回転軸側に配置され、磁束を通すコイルを有し、磁性体で構成される内周側回転部と、内周側回転部の外周側でステータに向かい合って配置され、ロータ回転軸とともに回転し、永久磁石を有する外周側回転部と、を含み、磁束量変化手段は、検出された温度に応じ、内周側回転部とロータ回転軸とを一体化して回転させ、外周側回転部の永久磁石からコイルを通る磁束が一定の状態である一体化回転状態と、ロータ回転軸から内周側回転部を切り離して外周側回転部と内周側回転部とを相対的に回転させ、内周回転部のコイルを通る磁束の変化が生じて電磁誘導によりコイルが発熱しこれにより永久磁石が加熱される相対的回転状態と、の間で切換を行う切換部であることが好ましい。 Further, in the rotating electrical machine according to the present invention, the permanent magnet is provided on the rotor and includes detection means for detecting the temperature of the permanent magnet. The rotor is disposed on the rotor rotating shaft side, has a coil through which the magnetic flux passes, Including an inner peripheral side rotating part constituted by a body and an outer peripheral side rotating part which is arranged to face the stator on the outer peripheral side of the inner peripheral side rotating part and rotates together with the rotor rotating shaft and has a permanent magnet. According to the detected temperature, the changing means integrally rotates the inner peripheral side rotating part and the rotor rotating shaft, and the integrated rotating state in which the magnetic flux passing through the coil from the permanent magnet of the outer peripheral side rotating part is constant. And the inner peripheral side rotating part is separated from the rotor rotating shaft and the outer peripheral side rotating part and the inner peripheral side rotating part are relatively rotated, and a change in magnetic flux passing through the coil of the inner peripheral rotating part occurs, and the coil is generated by electromagnetic induction. Generates heat and the permanent magnet Relative rotation condition heated, is preferably a switching unit for switching between the.
また、本発明に係る回転電機において、永久磁石はロータに設けられ、磁束量変化手段は、ロータの永久磁石を配置するスロットに設けられ、永久磁石の温度に応じて伸縮してロータの径方向に永久磁石の位置を変化させる熱伸縮部材であることが好ましい。 Further, in the rotating electrical machine according to the present invention, the permanent magnet is provided in the rotor, and the magnetic flux amount changing means is provided in a slot in which the permanent magnet of the rotor is arranged, and expands and contracts according to the temperature of the permanent magnet and It is preferable that the heat expansion / contraction member changes the position of the permanent magnet.
また、本発明に係る回転電機において、永久磁石はロータに設けられ、永久磁石の温度を検出する検出手段を備え、ステータは、ロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する内周側形状を有し、ロータは、ステータの内周側形状に対応して、ロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する外周側形状を有し、磁束量変化手段は、検出された温度に応じて、ロータをロータ回転軸の軸方向に沿って移動し、ステータとロータの間の対向面積を変化させることが好ましい。 In the rotating electrical machine according to the present invention, the permanent magnet is provided on the rotor and includes detection means for detecting the temperature of the permanent magnet, and the stator has an inner peripheral side shape that is inclined along the axial direction of the rotor rotating shaft. The rotor has an outer peripheral side shape that is inclined along the axial direction of the rotor rotation axis, corresponding to the inner peripheral side shape of the stator, and the magnetic flux amount changing means changes the rotor according to the detected temperature. It is preferable to move along the axial direction of the rotor rotation shaft to change the facing area between the stator and the rotor.
上記構成により、回転電機は、ステータまたはロータのいずれかに永久磁石が設けられ、永久磁石の温度に応じて、永久磁石が設けられるステータまたはロータの磁束量を変化させる。したがって、低温下において永久磁石の発生する磁界が強くなることについて、永久磁石が設けられるステータまたはロータの磁束量を変化させて、永久磁石の温度による誘起逆起電力の増加を抑制することができる。 With the above configuration, the rotating electrical machine is provided with a permanent magnet in either the stator or the rotor, and changes the amount of magnetic flux of the stator or the rotor in which the permanent magnet is provided according to the temperature of the permanent magnet. Therefore, regarding the fact that the magnetic field generated by the permanent magnet becomes strong at low temperatures, the amount of magnetic flux of the stator or rotor provided with the permanent magnet can be changed to suppress an increase in induced back electromotive force due to the temperature of the permanent magnet. .
また、回転電機において、永久磁石がロータに設けられる場合、ロータを、外周側に複数の突部を有する内周側回転部と、永久磁石と磁束を通すコイルとを有する外周側回転部とに分けて構成し、永久磁石の温度を検出してその検出された温度に応じ、内周側回転部とロータ回転軸とを一体化して回転させる一体化回転状態と、ロータ回転軸から内周側回転部を切り離して外周側回転部と内周側回転部とを相対的に回転させ、外周側回転部のコイルを通る磁束の変化が生じて電磁誘導によりコイルが発熱しこれにより永久磁石が加熱される相対的回転状態との間で切換を行う。これによって、永久磁石が低温下にあって発生する磁界が強いときに、相対的回転状態として永久磁石を加熱し、永久磁石が発生する磁界の強さを抑制し、誘起逆起電力の増加を抑制することができる。 Further, in the rotating electrical machine, when the permanent magnet is provided on the rotor, the rotor is divided into an inner peripheral side rotating portion having a plurality of protrusions on the outer peripheral side and an outer peripheral side rotating portion having a coil through which the permanent magnet and magnetic flux pass. Separately configured to detect the temperature of the permanent magnet, and in accordance with the detected temperature, an integrated rotation state in which the inner peripheral side rotation part and the rotor rotation shaft are integrated and rotated, and from the rotor rotation shaft to the inner periphery side The rotating part is separated and the outer peripheral side rotating part and the inner peripheral side rotating part are rotated relative to each other, and a change in magnetic flux passing through the coil of the outer peripheral side rotating part is generated, and the coil is heated by electromagnetic induction, thereby heating the permanent magnet. Switch between relative rotation states. As a result, when the permanent magnet is at a low temperature and the magnetic field generated is strong, the permanent magnet is heated as a relative rotational state, suppressing the strength of the magnetic field generated by the permanent magnet, and increasing the induced back electromotive force. Can be suppressed.
また、回転電機において、永久磁石がロータに設けられる場合、ロータを、磁束を通すコイルを有する内周側回転部と、永久磁石を有する外周側回転部とに分けて構成し、永久磁石の温度を検出してその検出された温度に応じ、内周側回転部とロータ回転軸とを一体化して回転させる一体化回転状態と、ロータ回転軸から内周側回転部を切り離して外周側回転部と内周側回転部とを相対的に回転させ、内周側回転部のコイルを通る磁束の変化が生じて電磁誘導によりコイルが発熱しこれにより永久磁石が加熱される相対的回転状態との間で切換を行う。これによって、永久磁石が低温下にあって発生する磁界が強いときに、相対的回転状態として永久磁石を加熱し、永久磁石が発生する磁界の強さを抑制し、誘起逆起電力の増加を抑制することができる。 Further, in the rotating electrical machine, when the permanent magnet is provided on the rotor, the rotor is divided into an inner peripheral side rotating part having a coil for passing magnetic flux and an outer peripheral side rotating part having a permanent magnet, and the temperature of the permanent magnet In an integrated rotation state in which the inner peripheral side rotating part and the rotor rotating shaft are rotated integrally according to the detected temperature, and the outer peripheral side rotating part by separating the inner peripheral side rotating part from the rotor rotating shaft. Relative rotation state in which the inner peripheral side rotating portion is relatively rotated, the magnetic flux passing through the coil of the inner peripheral side rotating portion is changed, the coil generates heat by electromagnetic induction, and thereby the permanent magnet is heated. Switch between them. As a result, when the permanent magnet is at a low temperature and the magnetic field generated is strong, the permanent magnet is heated as a relative rotational state, suppressing the strength of the magnetic field generated by the permanent magnet, and increasing the induced back electromotive force. Can be suppressed.
また、回転電機において、永久磁石がロータに設けられる場合、ロータの永久磁石を配置するスロットに、永久磁石の温度に応じて伸縮してロータの径方向に永久磁石の位置を変化させる熱伸縮部材が設けられる。これによって、永久磁石が低温下にあって発生する磁界が強いときに、熱伸縮部材によって永久磁石をステータ側から遠ざける方向に移動させることができるので、永久磁石が設けられるロータの磁束量を低下させて、誘起逆起電力の増加を抑制することができる。 Further, in a rotating electrical machine, when a permanent magnet is provided on a rotor, a thermal expansion / contraction member that expands and contracts in accordance with the temperature of the permanent magnet in a slot in which the permanent magnet of the rotor is arranged to change the position of the permanent magnet in the radial direction of the rotor Is provided. As a result, when the permanent magnet is at a low temperature and the generated magnetic field is strong, the thermal expansion / contraction member can move the permanent magnet in the direction away from the stator side, thereby reducing the amount of magnetic flux of the rotor provided with the permanent magnet. Thus, an increase in induced counter electromotive force can be suppressed.
また、回転電機において、永久磁石がロータに設けられる場合、ステータは、ロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する内周側形状を有し、ロータは、ステータの内周側形状に対応して、ロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する外周側形状を有する構成とし、永久磁石の温度を検出して、その検出された温度に応じ、ロータをロータ回転軸の軸方向に沿って移動し、ステータとロータの間の対向面積を変化させる。これによって、永久磁石が低温下にあって発生する磁界が強いときに、永久磁石が設けられるロータからステータに向かう磁束量を低下させて、誘起逆起電力の増加を抑制することができる。 In the rotating electrical machine, when a permanent magnet is provided on the rotor, the stator has an inner peripheral shape that is inclined along the axial direction of the rotor rotation shaft, and the rotor corresponds to the inner peripheral shape of the stator. The outer peripheral shape is inclined along the axial direction of the rotor rotating shaft, the temperature of the permanent magnet is detected, and the rotor is moved along the axial direction of the rotor rotating shaft according to the detected temperature. The opposing area between the stator and the rotor is changed. Accordingly, when the permanent magnet is at a low temperature and the generated magnetic field is strong, the amount of magnetic flux directed from the rotor provided with the permanent magnet to the stator can be reduced to suppress an increase in the induced back electromotive force.
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、回転電機として、ロータ側に永久磁石が設けられる形式のものを説明するが、ステータ側に永久磁石が設けられる形式のものであっても構わない。また、以下で説明する永久磁石の数、配置位置等は説明のための一例であって、回転電機の用途等に応じ適宜変更が可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a rotary electric machine having a type in which a permanent magnet is provided on the rotor side will be described, but a type in which a permanent magnet is provided on the stator side may be used. In addition, the number of permanent magnets, the arrangement position, and the like described below are examples for explanation, and can be appropriately changed according to the application of the rotating electrical machine.
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。 In the following, similar elements are denoted by the same reference symbols in all the drawings, and redundant description is omitted. In the description in the text, the symbols described before are used as necessary.
図1は、温度検出手段29を有し、その検出する温度に応じてロータ20の磁束量を変化させることができる回転電機10,11の構成を示す図である。図1では、上段側に常温の下の状態を回転電機10の状態とし、下段側に低温の下における状態を回転電機10として図示され、それぞれ、左側に断面図、右側に永久磁石34が設けられるロータの側面図が示されている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of rotating
回転電機10,11は、温度状態が異なる場合に区別しているもので、これを構成する要素は同じである。そこで、まず、常温における回転電機10の構成を図1の上段を用いて述べ、その後に、図1の下段に示される低温下における回転電機11の状態も含め、他の図を用いて、温度変化に応じてこれらの要素がどのように変化するかを述べることにする。
The rotating
回転電機10は、筐体12と、ステータ14と、ロータ回転軸18と、ロータ20と、温度検出手段29と、温度検出手段29が検出した温度に応じて作動する電磁石30とを含んで構成される。ここで、ロータ20は、外周側回転部22と内周側回転部24に分けて構成され、永久磁石34と後述する電磁誘導に用いられるコイル36が外周側回転部22に設けられる。
The rotating
筐体12は、回転電機10のケース体で、ステータ14が固定して取り付けられ、ロータ回転軸18を回転自在に支持する機能を有する。かかる筐体12は、例えば、適当な金属材料を所望の形状に成形し加工したものを用いることができる。
The
ステータ14は、回転電機10の固定子であって、磁性体のコアと、コアに巻回された複数の固定子コイル16とで構成される。コアは、例えば、電磁鋼板を所望の形状に打ち抜いたものを積層したものを用いることができる。
The
固定子コイル16は、ステータ14のコアに巻回され、電流を流すことで磁界を生成するコイルで、回転電機10の仕様に応じた個数がステータ14の周方向に配置される。例えば、3相12極型回転電機の場合、U相、V相、W相の3相にそれぞれ4極ずつ合計12極の固定子コイル16が配置される。かかる固定子コイル16は、絶縁被覆された導体線を環状に複数回巻回したもの等を用いることができる。
The
固定子コイル16は、図示されていないインバータに接続され、上記の例では、U相、V相、W相の3相に対応して120°の電気角度の位相差を有する駆動信号がそれぞれ供給される。これによって、ステータ14の周方向に回転磁界を発生させることができる。なお、インバータは、交流・直流変換回路で、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transister)等の大電力用スイッチング素子とダイオードを複数用いて構成される。
The
ロータ回転軸18は、回転電機10の回転子であるロータ20が取り付けられ、ステータ14の駆動信号によって駆動されるロータ20の回転によるトルクを取り出す出力軸である。ロータ回転軸18は、例えば車両の車軸等の回転負荷に接続されることで、これらを回転させることができる。
The
ロータ20は、ここでは、ステータ14に向かい合って配置される外周側回転部22と、ロータ回転軸18側に配置される内周側回転部24とに分けて構成される。外周側回転部22は、エンドプレート26によってロータ回転軸18と接続されるので、ロータ回転軸18が回転するときはそれに従って回転する。内周側回転部24は、ロータ回転軸18と一体となって回転することもでき、ロータ回転軸18と切り離されて、筐体12に固定された状態となることもできる。
Here, the
外周側回転部22は、上記のように、内周側回転部24の外周側でステータ14に向かい合って配置され、エンドプレート26を介してロータ回転軸18とともに回転することができる部材である。図1の上段の右側には、エンドプレート26を省略したロータ20の側面図が示されているが、外周側回転部22は、永久磁石34と後述する磁束が通り電磁誘導加熱用として用いられるコイル36が配置される円環状の部材として図示されている。
As described above, the outer peripheral
かかる外周側回転部22としては、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、これを複数枚積層してコアとし、このコアに設けられた貫通孔に永久磁石34を配置し、鉄心窓にコイル36を巻回したものを用いることができる。
As the outer peripheral
外周側回転部22に取り付けられるエンドプレート26は、積層された電気鋼板がばらばらにならないように、また永久磁石34が貫通孔から飛び出さないようにする機能を有する円環状端部板材である。エンドプレート26は、その内周側でロータ回転軸18に固定して取り付けられる。これによって、外周側回転部22は、ロータ回転軸18が回転するときはこれに従って回転し、ロータ回転軸18が停止するときは、これに従って停止する。かかるエンドプレート26としては、適当な強度を有する非磁性体で構成することができる。
The end plate 26 attached to the outer peripheral
なお、ロータ20の内周側回転部24は、ロータ回転軸18の軸方向に移動することがあるので、エンドプレート26の内周側の形状は、この移動を妨げないように形成される。また、図1では、エンドプレート26が外周側回転部22の軸方向に沿った両側の端面のうち、片側端面にのみ配置されるように図示されているが、例えば、外周側回転部22の最外周に環状リングを設け、この環状リングにエンドプレートを固定することで、外周側回転部22の両側端面にエンドプレートを設けるものとすることができる。
In addition, since the inner peripheral
外周側回転部22の周方向に沿って配置される永久磁石34は、磁束を発生する手段で、その磁束と、ステータ14の固定子コイル16に流される駆動電流との協働によって、ロータ20に回転力を生じさせることができる。図1の例では、8極構成として、8つの永久磁石34が配置されている。これらの永久磁石34は、上記のように、外周側回転部22において軸方向、すなわちロータ回転軸18の軸方向に平行な方向に開けられた貫通孔に挿入されて配置される。かかる永久磁石としては、例えば、ネオジウム磁石等のセラミック磁石を用いることができる。
The
外周側回転部22の周方向に沿って配置されるコイル36は、永久磁石34の磁束を通す巻線で、両端子が接続されている孤立型コイルで、電磁誘導によって発熱し、永久磁石34を暖める機能を有するものである。電磁誘導によって発熱することの内容については、後に詳述する。
The
このコイル36は、外周側回転部22において、8つの永久磁石34のそれぞれに対応して1つずつ配置され、対応する永久磁石34の配置位置よりも内周側に配置される。このコイル36は、上記のように、外周側回転部22のコアに設けられる鉄心窓、すなわち、鉄心に相当して延びる部分の両側に開けられた開口部に絶縁被覆された導線を通し、鉄心に相当して延びる部分の周囲に複数回巻き、その両端子を短絡したもので構成することができる。図1の例では、永久磁石34とロータ回転軸18とを結ぶ径方向が、鉄心に相当する部分が延びる方向で、この方向を巻回軸として、巻回軸の周りに導線が巻回されてコイル36が形成される。
One
ロータ20の内周側回転部24は、上記のように、ロータ回転軸18の側に配置され、ロータ回転軸18と共に回転することもでき、ロータ回転軸18と切り離されて筐体12に固定されることもできる部材である。内周側回転部24は、図1の右側の側面図に示されるように、外周側回転部22に向かい合う外周側に複数の突部25を有する。複数の突部25は、永久磁石34からの磁束を内周側回転部24に通しやすくするためのもので、外周側回転部22の永久磁石34とコイル36の配置に対応して、これらの数と同じ数だけ配置される。図1の例では、永久磁石34、コイル36がそれぞれ8つであるので、突部25は8つ、すなわち、周方向に沿って45°ごとに配置される。かかる内周側回転部24としては、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いたものを複数枚積層したものを用いることができる。
As described above, the inner peripheral
図1に示される拘束キー28は、内周側回転部24とロータ回転軸18との間の回転を拘束するもので、内周側回転部24とロータ回転軸18には、この拘束キー28に対応してそれぞれ溝27が設けられる。
The restraint key 28 shown in FIG. 1 restrains the rotation between the inner peripheral
温度検出手段29は、回転電機10,11の温度、特に、永久磁石34の温度を検出する手段で、例えば、回転電機10,11が置かれる環境の温度である外気温度θを検出するセンサである。外気温度の検出に代えて、回転電機10,11の内部の温度を検出するものとする方がより精度がよくなる。外気温度の検出の場合には、永久磁石34の温度との相関を予め定めておくことが好ましい。温度センサ以外でも、間接的に永久磁石34の温度状態を検出できるものを温度検出手段29として用いることができる。例えば、ステータ14の固定子コイル16に生じる逆起電圧をロータ20の回転数で規格化してこれを永久磁石34の温度に対応するものとして利用してもよい。
The temperature detection means 29 is a means for detecting the temperature of the rotating
電磁石30は、温度検出手段29の検出結果に応じて作動し、作動によってロータ20の内周側回転部24を吸引して軸方向に移動させる機能を有する。また、バネ32は、電磁石30の吸引力に抗する付勢力をロータ20の内周側回転部24に与える付勢手段である。電磁石30が作動していないときは、バネ32の付勢力がゼロとして、ロータ20の内周側回転部24は、ロータ回転軸18の軸方向に沿った初期位置に来るように設定される。電磁石30が作動するときは、バネ32の付勢力に抗して、ロータ20の内周側回転部24がロータ回転軸18の軸方向に沿って移動する。電磁石30の作動が停止すると、バネ32の付勢力により、ロータ20の内周側回転部24は自動的に初期位置に戻される。
The
具体的には、図示されていない制御部によって、温度検出手段29が検出した外気温度θが予め設定された閾値温度θ0以下であるか否かが判断される。そして、閾値温度θ0以下と判断されると、電磁石30に通電され、バネ32の付勢力に抗して、ロータ20の内周側回転部24がロータ回転軸18の軸方向に沿って電磁石30の側に移動し、電磁石30の吸引力で、筐体12に固定状態とされる。温度検出手段29の検出温度θが閾値温度θ0を超えたと判断される、電磁石30の通電が停止され、バネ32の付勢力により、ロータ20の内周側回転部24は自動的に初期位置に戻される。
Specifically, it is determined by a control unit (not shown) whether or not the outside air temperature θ detected by the
このように、電磁石30とバネ32は、温度検出手段29の検出結果に応じて作動し、作動によってロータ20の内周側回転部24を吸引して軸方向に移動させる機能を有するアクチュエータである。かかる機能を有するアクチュエータとしては、電磁石30とバネ32以外の構成であってもよい。例えば、適当なプランジャを用いて、温度検出手段29の検出結果に応じて作動させ、ロータ20の内周側回転部24を押圧して軸方向に移動させるものとしてもよい。また、適当な真空吸引装置を用いて、温度検出手段29の検出結果に応じて作動し、作動によってロータ20の内周側回転部24を吸引して軸方向に移動させるものとしてもよい。また、温度検出手段を用いずに、バイメタルのように、温度に応じて変形する部材を用い、ロータ20の内周側回転部24をロータ回転軸18の軸方向に移動させるものとしてもよい。
As described above, the
次に、上記構成の作用、特に、温度変化に応じて各要素がどのように作用するかを、図1の下段、図1の部分拡大図である図2、電磁石30に関連して説明した制御部の処理手順を示すフローチャートである図3を用いて説明する。 Next, the operation of the above configuration, particularly how each element operates according to the temperature change, has been described in relation to the lower part of FIG. 1, FIG. 2, which is a partially enlarged view of FIG. This will be described with reference to FIG. 3 which is a flowchart showing the processing procedure of the control unit.
ここでは、図3のフローチャートに従って説明を進めるものとする。まず回転電機(MG)が始動される(S10)と、外気温度θが温度検出手段29によって検出される。そして、予め設定された閾値温度θ0と比較し、検出温度が閾値温度θ0以下か否かが判断される(S12)。S12の判断が肯定されると、S14に進み、回転電機の回転数が取得される。そして、予め設定された閾値回転数N0と比較し、取得回転数が閾値回転数以上か否かが判断される(S14)。
Here, the description proceeds according to the flowchart of FIG. First, when the rotating electrical machine (MG) is started (S10), the outside air temperature θ is detected by the
S12とS14の判断は、ステータ14における誘起逆起電力が過大になるか否かの判断のためであるので、閾値温度θ0と閾値回転数N0の設定は相互に関連がある。閾値温度θ0は、永久磁石34の材料特性と、固定子コイル16のインダクタンスと、インバータの素子の耐圧特性等を考慮して設定することができる。閾値回転数N0は、回転電機の仕様が低速回転数、中速回転数、高速回転数のように大別されているときには、この高速回転数の値を用いることができる。例えば、閾値温度θ0を約−30℃程度、閾値回転数N0を約5000回転/分とすることができる。
Since the determination of S12 and S14 is for determining whether the induced counter electromotive force in the
S12,S14のいずれかの判断が否定されると、再びS10またはS12に戻り、上記手順が繰り返される。S12,S14の判断が共に肯定されると、S16において、ロータ20の内周側回転部24の回転が拘束される(S16)。具体的には、電磁石30に通電指令が出される。これにより、電磁石30の吸引力で、バネ32の付勢力に抗して、ロータ20の内周側回転部24が、ロータ回転軸18の軸方向に沿って電磁石30の側に摺動する。このとき、拘束キー28が溝27から外れ、これにより、ロータ20の内周側回転部24がロータ回転軸18から回転に対し分離される。したがって、ロータ回転軸18の回転にかかわらず、ロータの内周側回転部24は、電磁石30の吸引力で筐体12に固定され、回転を行わない。なお、このとき、ロータ20の外周側回転部22は、エンドプレート26を介してロータ回転軸18と共に回転する。
If the determination of either S12 or S14 is negative, the process returns to S10 or S12 again, and the above procedure is repeated. If the determinations in S12 and S14 are both affirmed, in S16, the rotation of the inner peripheral
このように、S16の前の状態では、拘束キー28が溝27に係合してロータ20の内周側回転部24がロータ回転軸18と一体的に回転し、またロータ20の外周側回転部22もエンドプレート26を介してロータ回転軸18と一体的に回転している。これを一体化回転状態と呼ぶことができる。これに対し、S16の後では、拘束キー28が溝27から分離し、ロータ20の内周側回転部24がロータ回転軸18の回転にかかわらず筐体12に固定され、一方ロータ20の外周側回転部22はエンドプレート26を介してロータ回転軸18と一体的に回転している。つまり、ロータ20において、内周側回転部24に対し、外周側回転部22は相対的に回転していることになる。これを相対的回転状態と呼ぶことができる。
As described above, in the state before S16, the
したがって、S16の処理は、ロータ20において、一体化回転状態から相対的回転状態に切り換える切換処理と呼ぶことができる。また、その意味で、電磁石30を、ロータ20について一体化回転状態と相対的回転状態との間の切換を行う切換手段と呼ぶことができる。S12,S14,S16の処理は、温度検出手段29、電磁石30に関連する処理を行う制御部の機能によって実行される。
Therefore, the process of S16 can be referred to as a switching process for switching the
図1の下段には、ロータ20が相対的回転状態となった回転電機11の様子が図示されている。ここでは、電磁石30に通電が行われ、ロータ20の内周側回転部24が矢印の方向である電磁石30の側にロータ回転軸18に沿って移動し、これに伴って、拘束キー28が溝27から外れる様子が示されている。
A state of the rotating
図1の上段には、ロータ20が一体化回転状態である様子が示されており、ここでは、ロータ20の内周側回転部24の8つの突部25と、外周側回転部22の8つのコイル36と8つの永久磁石34とが、ロータ回転軸18の中心点を通る直線状に並んで配置されている。したがって、コイル36の中を通る磁束の状態は、ロータ回転軸18の回転によって変動せず、常に一定である。
The upper part of FIG. 1 shows a state in which the
その様子が、図2の左側の図に示されている。ここでは、永久磁石34からの磁束38の多くは、ロータ20の内周側回転部24の突部25を経由して、内周側回転部24の内部を通り、再び、隣接する突部25を経由して隣接する永久磁石34に戻る。コイル36は、永久磁石34と突部25を結ぶ直線上に位置するので、永久磁石34からの磁束38の多くはコイル36を通過する。しかしながら、外周側回転部22と内周側回転部24とは、一体化回転状態にあるので、コイル36を通過する磁束の時間的変化は生じない。
This is shown in the diagram on the left side of FIG. Here, most of the
図1の下段には、相対的回転状態のある瞬間の様子が示されている。ここでは、ロータ20の内周側回転部24の8つの突部25と、外周側回転部22の8つのコイル36と8つの永久磁石34とは、ロータ回転軸18の中心点を通る直線状に並んでいない。このような食い違いは、一例であって、内周側回転部24に対し外周側回転部22は相対的に回転するので、内周側回転部24の突部25の位置と外周側回転部22の永久磁石34の位置との間の食い違いは周期的に変動する。したがって、コイル36の中を通る磁束の状態は、ロータ回転軸18の回転によって変動する。
The lower part of FIG. 1 shows a state at a certain moment of relative rotation. Here, the eight
コイル36の中を通る磁束の状態は、ロータ回転軸18の回転によって変動し、たまたま内周側回転部24の突部25の位置が外周側回転部22の永久磁石34の位置と一致すると、図2の左側の状態となり、永久磁石34からの磁束38の多くがコイル36を通過する。これに対し、内周側回転部24の突部25の位置が外周側回転部22の永久磁石34の位置と食い違っているときの様子の一例が図2の右側の図に示されている。ここでは、永久磁石34からの磁束39が内周側回転部24の突部25を経由して流れるよりも、外周側回転部22のコアを流れる方が小さい磁気抵抗となるため、コイル36を通過する磁束が少なくなっている。
The state of the magnetic flux passing through the
このように、相対的回転状態においては、コイル36を通過する磁束が時間的に変動する。コイル36を通過する磁束に時間的変化があると、コイル36に電流が流れ、コイル36の抵抗成分で発熱する。この現象は、誘導加熱と呼ばれているものである。なお、一体化回転状態ではコイル36を通過する磁束の時間的変化がないので、誘導加熱の現象は生じない。
Thus, in the relative rotation state, the magnetic flux passing through the
再び図3に戻り、S16においてロータ内側の回転拘束の処理が行われると、上記のように、コイル36に誘導加熱現象が生じ(S18)、コイル36が発熱して、これによって永久磁石34が伝熱加熱され(S20)、永久磁石34の温度が上昇する。永久磁石34の温度が上昇すると、永久磁石34が発生する磁界が弱くなり、ステータ14の固定子コイル16における逆起電力が低減する(S22)。このように、上記構成によれば、永久磁石34の低温化による誘起逆起電力の増加を抑制することができる。
Returning to FIG. 3 again, when the rotation restraining process inside the rotor is performed in S16, an induction heating phenomenon occurs in the
上記では、永久磁石と誘導加熱用のコイルとが共にロータの外周側回転部に設けられているが、誘導加熱用のコイルをロータの内周側回転部に設けるものとすることもできる。図4、図5は、そのような構成の回転電機40,41の様子を説明する図である。図4は図1に対応する図であり、図5は図2に対応する図である。ここでは、常温下の状態が回転電機40で示され、低温下の状態が回転電機41で示されている。
In the above description, both the permanent magnet and the induction heating coil are provided on the outer peripheral side rotating portion of the rotor, but the induction heating coil may be provided on the inner peripheral side rotating portion of the rotor. 4 and 5 are diagrams for explaining the state of the rotating
図1の場合と同様に、先に常温下の回転電機40の構成について説明する。この回転電機40は、図1の回転電機10とロータ42の構成が異なるのみである。すなわち、筐体12、ステータ14、固定子コイル16、ロータ回転軸18、エンドプレート26、溝27、拘束キー28、温度検出手段29、電磁石30、バネ32のそれぞれの内容は、図1で説明したものと同じである。ここで、ロータ42は、外周側回転部44と内周側回転部46とで構成されるが、外周側回転部44には永久磁石48が設けられ、誘導加熱用のコイル50は内周側回転部46に設けられる。
As in the case of FIG. 1, the configuration of the rotating
したがって、外周側回転部44は、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、これを複数枚積層してコアとし、このコアに設けられた貫通孔に永久磁石48を配置したものを用いることができる。永久磁石48の内容は、図1で説明した永久磁石34と同じである。
Therefore, the outer peripheral
内周側回転部46には、図1の内周側回転部24と異なり、その外周側に突部が設けられていない。もっとも、場合によっては突部を設けることができるが、以下では、突部を設けない場合について説明する。内周側回転部46には電磁誘導用のコイル50が設けられる。かかる内周側回転部24としては、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いたものを複数枚積層したものをコアとし、このコアに設けられた鉄心窓にコイル50を巻回したものを用いることができる。
Unlike the inner peripheral
コイル50は、図1のコイル36と同様に、永久磁石48の磁束を通す巻線で、両端子が接続されている孤立型コイルで、外周側回転部44の8つの永久磁石48のそれぞれに対応して1つずつ配置される。このコイル50は、内周側回転部46のコアに設けられる鉄心窓、すなわち、鉄心に相当して延びる部分の両側に開けられた開口部に絶縁被覆された導線を通し、鉄心に相当して延びる部分の周囲に複数回巻き、その両端子を短絡したもので構成することができる。図4の例では、永久磁石34とロータ回転軸18とを結ぶ径方向に直交する周方向が、鉄心に相当する部分が延びる方向で、この方向を巻回軸として、巻回軸の周りに導線が巻回されてコイル50が形成される。つまり、コイル50の巻回方向は、図1のコイル36と異なっている。
The
上記構成の作用も、図3のフローチャートに従って説明を進めることができる。すなわち、回転電機(MG)が始動される(S10)と、温度検出手段29によって検出された外気温度θが閾値温度θ0と比較され、検出温度が閾値温度θ0以下か否かが判断される(S12)。S12の判断が肯定されると、S14に進み、回転電機の回転数が取得され閾値回転数N0と比較し、取得回転数が閾値回転数以上か否かが判断される(S14)。S12,S14の判断が共に肯定されると、S16において、ロータ42の内周側回転部46の回転が拘束される(S16)。具体的には、電磁石30に通電指令が出され、ロータ42が一体化回転状態から相対的回転状態に切り換えられる。
The operation of the above configuration can also be described according to the flowchart of FIG. That is, the rotary electric machine (MG) is started and (S10), and compared the outside air temperature theta detected by the
図4の下段には、ロータ42が相対的回転状態となった回転電機41の様子が図示されている。ここでは、電磁石30に通電が行われ、ロータ42の内周側回転部46が矢印の方向である電磁石30の側にロータ回転軸18に沿って移動し、これに伴って、拘束キー28が溝27から外れる様子が示されている。
The lower part of FIG. 4 shows a state of the rotating
図4の上段には、ロータ42が一体化回転状態である様子が示されており、ここでは、ロータ42の内周側回転部46の8つのコイル50と、外周側回転部44の8つの永久磁石34とが、相対的位置関係を固定したまま一体的に回転する。したがって、コイル50の中を通る磁束の状態は、ロータ回転軸18の回転によって変動せず、常に一定である。
4 shows a state in which the rotor 42 is in an integrally rotated state. Here, the eight
その様子が、図5の左側の図に示されている。ここでは、永久磁石48からの磁束52の多くは、ロータ20の内周側回転部46の内部を通り、再び、隣接する永久磁石48に戻る。コイル50は、隣接する永久磁石48のちょうど中間位置に配置されているので、永久磁石48からの磁束52の多くはコイル50を通過する。しかしながら、外周側回転部44と内周側回転部46とは、一体化回転状態にあるので、コイル50を通過する磁束の時間的変化は生じない。
This is shown in the diagram on the left side of FIG. Here, most of the
図4の下段には、相対的回転状態のある瞬間の様子が示されている。ここでは、ロータ42の内周側回転部46の8つのコイル50と、外周側回転部44の8つの永久磁石48とは、ロータ回転軸18の回転に伴って、その相対的位置関係を周期的に変える。したがって、コイル50の中を通る磁束の状態は、ロータ回転軸18の回転によって変動する。
The lower part of FIG. 4 shows a state at a certain moment of relative rotation. Here, the eight
コイル50の中を通る磁束の状態は、ロータ回転軸18の回転によって変動し、たまたま内周側回転部46のコイル50の位置が外周側回転部22において隣接する永久磁石48のちょうど中間の位置に来ると、図5の左側の状態となり、永久磁石48からの磁束52の多くがコイル50を通過する。これに対し、内周側回転部46のコイル50の位置が外周側回転部44の隣接する永久磁石48の中間の位置からずれるときの様子の一例が図5の右側の図に示されている。ここでは、永久磁石48からの磁束53が内周側回転部46の内部を経由して流れるよりも、外周側回転部22のコアを流れる方が小さい磁気抵抗となるため、コイル50を通過する磁束が少なくなっている。
The state of the magnetic flux passing through the
このように、図4の構成においても、相対的回転状態において、コイル50を通過する磁束が時間的に変動する。したがって、コイル36を通過する磁束の時間的変化のためにコイル36に電流が流れ、コイル36の抵抗成分で発熱する。つまり、図3のフローチャートに示されるように、S16においてロータ内側の回転拘束の処理が行われると、コイル50に誘導加熱現象が生じ(S18)、コイル50が発熱して、これによって永久磁石48が伝熱加熱され(S20)、永久磁石48の温度が上昇する。永久磁石48の温度が上昇すると、永久磁石48が発生する磁界が弱くなり、ステータ14の固定子コイル16における逆起電力が低減する(S22)。このように、上記構成においても、永久磁石48の低温化による誘起逆起電力の増加を抑制することができる。
As described above, also in the configuration of FIG. 4, the magnetic flux passing through the
上記では、ロータを径方向に2重構造とし、温度検出手段を用いて、永久磁石の温度が低温となると、電磁石に通電して、ロータの2重構造を一体化回転状態から相対的回転状態に切換え、電磁誘導用コイルを通過する永久磁石からの磁束の時間変化を生じるようにした。これ以外に、温度によって伸縮する部材を用いて、ステータのコイルとロータの永久磁石との間の間隔を変化させ、ロータからの磁束量を変化させる構成を用いることができる。この構成によれば、ロータを2重構造とする必要がなく、また温度検出手段も、温度検出手段によって作動する電磁石等のアクチュエータも必要がなくなる。 In the above, the rotor has a double structure in the radial direction, and when the temperature of the permanent magnet becomes low using the temperature detection means, the electromagnet is energized to change the double structure of the rotor from the integrated rotation state to the relative rotation state. The magnetic flux from the permanent magnet passing through the electromagnetic induction coil is changed over time. In addition to this, it is possible to use a configuration in which the distance between the stator coil and the rotor permanent magnet is changed by using a member that expands and contracts depending on the temperature, and the amount of magnetic flux from the rotor is changed. According to this configuration, there is no need for the rotor to have a double structure, and there is no need for a temperature detection means or an actuator such as an electromagnet that is operated by the temperature detection means.
図6は、温度によって伸縮する熱伸縮部材66を用いる回転電機60,61の構成を示す図である。図6は図1または図4に対応する図であり、ここでは、常温下の状態が回転電機60で示され、低温下の状態が回転電機61で示されている。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the rotating
図1、図4の場合と同様に、先に常温下の回転電機60の構成について説明する。この回転電機60は、図1の回転電機10、図4の回転電機40と比べて、ロータ62の構成が異なるのみである。すなわち、筐体12、ステータ14、固定子コイル16、ロータ回転軸18のそれぞれの内容は、図1で説明したものと同じである。ここで、ロータ62には永久磁石64が設けられ、その永久磁石64が設けられる貫通孔に、熱伸縮部材66が設けられる。
As in the case of FIGS. 1 and 4, the configuration of the rotating
熱伸縮部材66は、熱膨張係数が正の大きい値を有する材料から構成される部材である。例えば、耐熱性があり、高温で膨張し、低温で収縮し、その熱膨張係数が大きい値を有するプラスチック材料等を用いることができる。熱伸縮部材66は、永久磁石64が挿入される貫通孔において、永久磁石64よりも内周側に配置される。そして、その貫通孔において、永久磁石64よりも外周側に付勢部材としての板バネ68が配置される(図7参照)。つまり、ロータ62の軸方向に沿って貫通する貫通孔には、永久磁石64を中心として、内周側に熱伸縮部材66、外周側に板バネ68が配置される。
The thermal expansion /
熱伸縮部材66の厚みは、常温において、貫通孔の径方向の開口部寸法から永久磁石64の径方向の厚みと板バネ68の板厚を差し引いた値、あるいはこれよりやや薄い厚みに設定される。すなわち、常温においては、熱伸縮部材66は低温下に比べ膨張状態にあって、板バネ68の付勢力に抗して永久磁石64を貫通孔の外周側に押し付ける状態とされる。このようにすることで、常温下において、永久磁石64は貫通孔の外周側に寄せられる。図6の上段の図では、常温下におけるステータ14と永久磁石64との間隔がd1として示されている。
The thickness of the thermal expansion /
次に、低温下の状態について、図6の下段の図と、その部分拡大図である図7を用いて説明する。これらには、低温下において収縮し、その厚みを小さくなった熱伸縮部材67が示されている。そして、その厚みの減少分だけ、永久磁石64は、板バネ68によって、図6の下段の図に示される矢印の方向に、すなわち、貫通孔の内周側の方向に寄せられる。図6の下段の図では、低温下におけるステータ14と永久磁石64との間隔がd2として示されている。d2−d1は、常温下における熱伸縮部材66の厚みから低温下における熱伸縮部材67の厚みを差し引いた値に相当する。図7では、板バネ68の付勢力によって永久磁石64が熱伸縮部材66の側に押し付けられ、ロータ62の内周側に寄せられている様子が示されている。
Next, the low temperature state will be described with reference to the lower diagram of FIG. 6 and FIG. 7 which is a partially enlarged view thereof. These show a thermal expansion /
図8には、板バネ68の平面図と断面図が示されている。板バネ68は、弾性材料から構成される板材70に、複数のコの字状、あるいはU字状の切り込みを入れて、その切り込み部分を板材70から立ち上げて、複数の片持ち板バネ72,73を形成したものである。板材70としては、金属薄板、あるいは耐熱性のあるプラスチック薄板を用いることができる。
FIG. 8 shows a plan view and a cross-sectional view of the
このようにして、ステータ14と永久磁石64との間隔を、常温下におけるd1から、低温下においてd1よりも大きな値のd2とすることができる。これによって、低温下において永久磁石64が発生する磁界によってステータ14に供給される磁束量を、間隔d1のままの状態に比べて抑制することができ、これによって、ステータ14の固定子コイル16における誘起逆起電力の増加を抑制することができる。
In this manner, the distance between the
その作用は、図9のフローチャートによって時系列的に説明することができる。すなわち外気温度が常温から低下したか否かにより(S30)、常温から低下したときには、S32以下の時系列の状態変化となり、常温の状態であればS33以下の時系列の状態変化となる。 The operation can be explained in time series by the flowchart of FIG. That is, depending on whether or not the outside air temperature has dropped from room temperature (S30), when it falls from room temperature, it becomes a time-series state change after S32, and when it is at room temperature, it becomes a time-series state change after S33.
S30において、外気温度が低下したとされるときは、温度低下に応じて、常温下における熱伸縮部材66がこれより収縮して厚みが減少した状態の熱伸縮部材67となる(S32)。それにより、板バネ68の付勢力によって永久磁石64の位置がロータ62の内周側に移動する。すなわち、上記のように、ステータ14と永久磁石64との間の間隔が、常温下におけるd1から、d1よりも大きなd2となる。低温下では、この状態で回転電機61が始動される(S36)。したがって、熱伸縮部材を用いないときのステータ14と永久磁石64との間の間隔d1に比べて、ロータ62の永久磁石64からステータ14に供給される磁束量が減少し、ステータ14の固定子コイル16における鎖交磁束が減少し(S38)、固定子コイル16における誘起逆起電力が低減される(S40)。
In S30, when it is assumed that the outside air temperature has decreased, the heat expansion /
一方、S30において外気温度が低下したとされないときは、熱伸縮部材66はそのまま(S33)で、厚みは減少せず、永久磁石64の位置が通常位置のまま(S35)、すなわち、ステータ14と永久磁石64との間の間隔はd1のままである。常温下においてはこの状態で回転電機60が始動される(S37)。したがって、ロータ62の永久磁石64からステータ14に供給される磁束量は設計通りで、ステータ14の固定子コイル16における鎖交磁束は設計通りの通常値のまま(S39)で、固定子コイル16における誘起逆起電力も設計通りの通常値となる(S41)。
On the other hand, when the outside air temperature is not lowered in S30, the heat expansion /
上記では、ステータの内径とロータの外径は、共にロータ回転軸の軸方向に沿って寸法が変化しないものとして説明した。図10は、ステータがロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する内周側形状を有し、ロータが、ステータの内周側形状に対応して、ロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する外周側形状を有する回転電機において、永久磁石の温度に応じて、ロータの磁束量を変化させることができる構成を説明する図である。ここでは、常温下の状態が図10の左側の図における回転電機80で示され、低温下の状態が図10の右側の図における回転電機81で示されている。
In the above description, it is assumed that the inner diameter of the stator and the outer diameter of the rotor are not changed in size along the axial direction of the rotor rotation shaft. FIG. 10 shows that the stator has an inner peripheral side shape that is inclined along the axial direction of the rotor rotation axis, and the rotor is inclined along the axial direction of the rotor rotation axis corresponding to the inner peripheral side shape of the stator. It is a figure explaining the structure which can change the magnetic flux amount of a rotor according to the temperature of a permanent magnet in the rotary electric machine which has an outer peripheral side shape. Here, the state at room temperature is indicated by the rotating
図1、図4、図6の場合と同様に、先に常温下の回転電機80の構成について説明する。この回転電機70は、図1の回転電機10、図4の回転電機40と比べて、ステータ82と、固定子コイル84と、ロータ86と、エンドプレート88と、永久磁石90とが異なるのみである。すなわち、筐体12、ロータ回転軸18、温度検出手段29、電磁石30、バネ32のそれぞれの内容は、図1で説明したものと同じである。
As in the case of FIG. 1, FIG. 4, and FIG. 6, the configuration of the rotating
ここで、ステータ82は、ロータ回転軸18の軸方向に沿って傾斜する内周側形状を有し、これに伴って固定子コイル84もロータ回転軸18の軸方向に沿って傾斜して配置され、ロータ86は、ステータ82の内周側形状に対応して、ロータ回転軸18の軸方向に沿って傾斜する外周側形状を有し、エンドプレート88の形状もこれに伴って、ロータ回転軸18の軸方向の両端における形状が相互に異なるものとなり、永久磁石90もロータ回転軸18の軸方向に沿って傾斜して配置される。なお、傾斜は、ロータ86の内周側形状について説明すると、電磁石30が設けられる側が大きく、その反対側が小さくなるように設定される。
Here, the
次に、低温下における状態を図10の右側の図を用いて説明する。ここでも、図3のフローチャートのS10、S12,S14と同様に、回転電機(MG)が始動されると、温度検出手段29によって検出された外気温度θが閾値温度θ0と比較され、検出温度が閾値温度θ0以下か否かが判断される。その判断が肯定されると、回転電機の回転数が取得され閾値回転数N0と比較し、取得回転数が閾値回転数以上か否かが判断される。この判断も肯定されると、次に、電磁石30に通電指令が出される。これによって、ロータ86がバネ32の付勢力に抗して、図10の右側の図に示される矢印の方向に、すなわち電磁石30の方向に、ロータ回転軸18の軸方向に沿って移動し、電磁石30によって筐体12に固定される。
Next, a state at a low temperature will be described with reference to the right side of FIG. Here, similarly to S10, S12, and S14 in the flowchart of FIG. 3, when the rotating electrical machine (MG) is started, the outside air temperature θ detected by the
図10の右側の図には、低温下において電磁石30の側に移動したロータ87の様子が示されている。このように、低温下においてロータ87がロータ回転軸18の軸方向に沿って移動することで、ステータ82とロータ87の間の対向面積を常温のときの対向面積よりも少なくできる。これによって、ロータ87からステータ82に対し供給される磁束量を常温のときに比べて抑制でき、ステータ82の固定子コイル84における誘起逆起電力の増加を抑制することができる。
The right side of FIG. 10 shows the state of the
10,11,40,41,60,61,80,81 回転電機、12 筐体、14,82 ステータ、16,84 固定子コイル、18 ロータ回転軸、20,42,62,86,87 ロータ、22,44 外周側回転部、24,46 内周側回転部、25 突部、26,88 エンドプレート、27 溝、28 拘束キー、29 温度検出手段、30 電磁石、32 バネ、34,48,64,90 永久磁石、36,50 コイル、38,39,52,53 磁束、66,67 熱伸縮部材、68 板バネ、70 板材、72,73 片持ち板バネ。 10, 11, 40, 41, 60, 61, 80, 81 Rotating electric machine, 12 Housing, 14, 82 Stator, 16, 84 Stator coil, 18 Rotor rotating shaft, 20, 42, 62, 86, 87 Rotor, 22, 44 Outer peripheral side rotating part, 24, 46 Inner peripheral side rotating part, 25 Protruding part, 26, 88 End plate, 27 Groove, 28 Restraint key, 29 Temperature detecting means, 30 Electromagnet, 32 Spring, 34, 48, 64 , 90 Permanent magnet, 36, 50 Coil, 38, 39, 52, 53 Magnetic flux, 66, 67 Thermal expansion / contraction member, 68 Leaf spring, 70 Plate material, 72, 73 Cantilever leaf spring.
Claims (5)
永久磁石の温度に応じて、永久磁石が設けられるステータまたはロータの磁束量を変化させる磁束量変化手段と、
を備えることを特徴とする回転電機。 A permanent magnet provided on either the stator or the rotor;
Magnetic flux amount changing means for changing the magnetic flux amount of the stator or rotor provided with the permanent magnet according to the temperature of the permanent magnet,
A rotating electric machine comprising:
永久磁石はロータに設けられ、
永久磁石の温度を検出する検出手段を備え、
ロータは、
ロータ回転軸側に配置され、外周側に複数の突部を有し、磁性体で構成される内周側回転部と、
内周側回転部の外周側でステータに向かい合って配置され、ロータ回転軸とともに回転し、永久磁石と、磁束を通すコイルとを有する外周側回転部と、
を含み、
磁束量変化手段は、
検出された温度に応じ、
内周側回転部とロータ回転軸とを一体化して回転させ、外周側回転部の永久磁石からコイルを通る磁束が一定の状態である一体化回転状態と、
ロータ回転軸から内周側回転部を切り離して外周側回転部と内周側回転部とを相対的に回転させ、外周側回転部のコイルを通る磁束の変化が生じて電磁誘導によりコイルが発熱しこれにより永久磁石が加熱される相対的回転状態と、
の間で切換を行う切換部であることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
The permanent magnet is provided on the rotor,
A detecting means for detecting the temperature of the permanent magnet;
The rotor
An inner peripheral side rotating part that is arranged on the rotor rotating shaft side, has a plurality of protrusions on the outer peripheral side, and is made of a magnetic material;
An outer peripheral side rotating part that is disposed facing the stator on the outer peripheral side of the inner peripheral side rotating part, rotates with the rotor rotating shaft, and has a permanent magnet and a coil that passes magnetic flux;
Including
The magnetic flux amount changing means is
Depending on the detected temperature,
An integrated rotating state in which the inner peripheral side rotating part and the rotor rotating shaft are integrally rotated and the magnetic flux passing through the coil from the permanent magnet of the outer peripheral side rotating part is in a constant state;
The inner peripheral side rotating part is separated from the rotor rotating shaft, the outer peripheral side rotating part and the inner peripheral side rotating part are rotated relatively, and a change in magnetic flux passing through the coil of the outer peripheral side rotating part occurs, and the coil generates heat by electromagnetic induction. Then, the relative rotation state in which the permanent magnet is heated,
A rotating electrical machine characterized in that it is a switching unit that switches between the two.
永久磁石はロータに設けられ、
永久磁石の温度を検出する検出手段を備え、
ロータは、
ロータ回転軸側に配置され、磁束を通すコイルを有し、磁性体で構成される内周側回転部と、
内周側回転部の外周側でステータに向かい合って配置され、ロータ回転軸とともに回転し、永久磁石を有する外周側回転部と、
を含み、
磁束量変化手段は、
検出された温度に応じ、
内周側回転部とロータ回転軸とを一体化して回転させ、外周側回転部の永久磁石からコイルを通る磁束が一定の状態である一体化回転状態と、
ロータ回転軸から内周側回転部を切り離して外周側回転部と内周側回転部とを相対的に回転させ、内周回転部のコイルを通る磁束の変化が生じて電磁誘導によりコイルが発熱しこれにより永久磁石が加熱される相対的回転状態と、
の間で切換を行う切換部であることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
The permanent magnet is provided on the rotor,
A detecting means for detecting the temperature of the permanent magnet;
The rotor
An inner peripheral side rotation unit that is disposed on the rotor rotation axis side, has a coil that passes magnetic flux, and is made of a magnetic material;
An outer peripheral side rotating part that is disposed facing the stator on the outer peripheral side of the inner peripheral side rotating part, rotates with the rotor rotating shaft, and has a permanent magnet;
Including
The magnetic flux amount changing means is
Depending on the detected temperature,
An integrated rotating state in which the inner peripheral side rotating part and the rotor rotating shaft are integrally rotated and the magnetic flux passing through the coil from the permanent magnet of the outer peripheral side rotating part is in a constant state;
The inner peripheral side rotating part is separated from the rotor rotating shaft, the outer peripheral side rotating part and the inner peripheral side rotating part are rotated relatively, and a change in the magnetic flux passing through the coil of the inner peripheral rotating part occurs, and the coil generates heat by electromagnetic induction. Then, the relative rotation state in which the permanent magnet is heated,
A rotating electrical machine characterized in that it is a switching unit that switches between the two.
永久磁石はロータに設けられ、
磁束量変化手段は、
ロータの永久磁石を配置するスロットに設けられ、永久磁石の温度に応じて伸縮してロータの径方向に永久磁石の位置を変化させる熱伸縮部材であることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
The permanent magnet is provided on the rotor,
The magnetic flux amount changing means is
A rotating electrical machine, characterized in that it is a thermal expansion / contraction member that is provided in a slot in which a permanent magnet of a rotor is arranged and expands and contracts in accordance with the temperature of the permanent magnet to change the position of the permanent magnet in the radial direction of the rotor.
永久磁石はロータに設けられ、
永久磁石の温度を検出する検出手段を備え、
ステータは、ロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する内周側形状を有し、
ロータは、ステータの内周側形状に対応して、ロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する外周側形状を有し、
磁束量変化手段は、
検出された温度に応じて、ロータをロータ回転軸の軸方向に沿って移動し、ステータとロータの間の対向面積を変化させることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
The permanent magnet is provided on the rotor,
A detecting means for detecting the temperature of the permanent magnet;
The stator has an inner peripheral side shape that is inclined along the axial direction of the rotor rotation shaft,
The rotor has an outer peripheral side shape that is inclined along the axial direction of the rotor rotation axis, corresponding to the inner peripheral side shape of the stator,
The magnetic flux amount changing means is
A rotating electrical machine that moves a rotor along an axial direction of a rotor rotation shaft in accordance with a detected temperature to change a facing area between the stator and the rotor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008122165A JP2009273247A (en) | 2008-05-08 | 2008-05-08 | Rotating electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008122165A JP2009273247A (en) | 2008-05-08 | 2008-05-08 | Rotating electric machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009273247A true JP2009273247A (en) | 2009-11-19 |
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ID=41439306
Family Applications (1)
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JP2008122165A Pending JP2009273247A (en) | 2008-05-08 | 2008-05-08 | Rotating electric machine |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2009273247A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012213266A (en) * | 2011-03-31 | 2012-11-01 | Daikin Ind Ltd | Rotary electric machine |
US8653779B2 (en) | 2010-05-25 | 2014-02-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Rotating electrical-machine control system and method of operating magnet temperature of rotating electrical-machine |
CN111247736A (en) * | 2017-10-23 | 2020-06-05 | 通用电气公司 | System and method for preventing demagnetization of permanent magnets in an electric machine |
-
2008
- 2008-05-08 JP JP2008122165A patent/JP2009273247A/en active Pending
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