JP2010098908A - 界磁巻線型同期機 - Google Patents

Abstract

【課題】電機子巻線にパルス状の電機子電流を流し、その電機子電流によりロータの界磁巻線に界磁電流を誘導して給電する界磁巻線型同期機において、トルク変動を減少させ、同期機のロータ回転にともなう振動及び騒音を軽減した界磁巻線型同期機を提供すること。
【解決手段】電機子巻線３が巻装されたステータ１と、界磁巻線６が巻装されてステータ１に対面しつつ回転するロータ４と、ロータ４の回転数と一致する電気角回転数にて回転する回転磁界を形成する同期電流に相当する電機子電流基本波成分を電機子巻線３に流すインバータ２０と、ロータ４に固定されて界磁巻線６と直列接続され、電機子巻線３に流れる電機子電流により界磁巻線６に誘導される誘導交流電流を一方向に規制するダイオード１２と、を有する界磁巻線型同期機において、インバータ２０は、ｄ軸に同期電流と異なる波形のロータ励磁用電流を通電し、ロータ励磁用電流の通電期間と同じ期間内に、ｄ軸から電気角で９０度進んだｑ軸に同期電流と異なる波形のトルクリプル防止用電流を通電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステータに巻装された電機子巻線にパルス状の電機子電流を流し、その電機子電流によりロータの界磁巻線に誘導される励磁用電流の起磁力を利用する界磁巻線型同期機において、トルクリプルを低減し、また、トルクリプルを低減することにより振動及び騒音を低減するパルス状電機子電流の印加方法に関するものである。

ステータの電機子巻線にパルス状の電機子電流を流し、その電機子電流によりロータの界磁巻線に誘導交流電流を誘導して給電し、その誘導交流電流を電流抑制回路部にて一方向に規制して界磁電流とし、その起磁力を利用する界磁巻線型同期機として、例えば特許文献１に開示されたものがある。特許文献１に開示されている界磁巻線型同期機の界磁巻線への給電方法は、電機子巻線に同期電流と異なる波形のロータ励磁用電流を同期電流の１周期よりも短い所定期間の間だけ通電することにより、界磁巻線に直列接続された電流抑制回路部を通じて界磁電流を界磁巻線に給電している。さらに、好適には、ロータ励磁用電流が形成する合成磁界ベクトルの位相と磁気突極部の位相とは、一致するように通電される。
特開２００７−１８５０８２号公報

しかしながら、上記特許文献１の給電方法では次の問題がある。

ステータの電機子巻線に通電するパルス状のロータ励磁用電流は、同期電流に重畳して印加される。したがって、ロータ励磁用電流（パルス状の電流）が印加されている期間は、ロータに回転トルクを発生させる同期電流が変動するため、トルク変動（トルクリプル）が生ずる。このトルクリプルによりロータ回転にともなう振動及び騒音が大きい。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものである。したがって、電機子巻線にパルス状の電機子電流を流し、そのパルス状の電機子電流によりロータの界磁巻線に誘導交流電流を誘導し、その誘導交流電流を一方向に整流し界磁電流として給電する界磁巻線型同期機において、トルク変動を減少させ、同期機のロータ回転にともなう振動及び騒音を軽減した界磁巻線型同期機を提供することをその目的としている。

（１）上記課題を解決するために、本発明の界磁巻線型同期機は、電機子巻線が巻装されたステータと、界磁巻線が巻装されたロータコアを有して前記ステータに対面しつつ回転するロータと、前記ロータの回転数と一致する電気角回転数にて回転する回転磁界を形成する同期電流に相当する電機子電流基本波成分を前記電機子巻線に流す同期電流通電手段と、前記ロータに固定されて前記界磁巻線と直列接続され、前記電機子巻線に流れる電機子電流により前記界磁巻線に誘導される誘導交流電流を一方向に規制する電流抑制回路部と、を有する界磁巻線型同期機において、
前記電機子巻線に、前記ロータの磁極方向に界磁磁束を発生させるように前記同期電流と異なる波形のロータ励磁用電流を通電し、該ロータ励磁用電流通電期間と同じ期間内に前記ロータ磁極方向から電気角で９０度進んだ方向に界磁磁束を発生させるように前記同期電流と異なる波形のトルクリプル防止用電流を通電するｄｑ軸励磁用電流通電手段を有することを特徴とする。

すなわち、本発明の界磁巻線型同期機は、ステータの電機子巻線に同期電流とは異なる波形の電機子電流（ロータ励磁用電流）を流し、その電機子電流によりロータの界磁巻線に誘導交流電流を誘導し、一方向に整流して界磁電流として給電する界磁巻線型同期機において、ロータの磁極方向に界磁磁束を発生させるように同期電流と異なる波形のロータ励磁用電流を電機子巻線に通電し、一方、ロータ励磁用電流の通電期間と同じ期間内に、ロータ磁極方向から電気角で９０度進んだ方向に界磁磁束を発生させるように同期電流と異なる波形のトルクリプル防止用電流を電機子巻線に通電するものである。ここで、「ロータ磁極方向に界磁磁束を発生させるように電機子巻線に通電する」ことは、ベクトル制御において、「ｄ軸電流を通電する」ことに該当し、「ロータ磁極方向から電気角で９０度進んだ方向に界磁磁束を発生させるように電機子巻線に通電する」ことは、「ｑ軸電流を通電する」ことに該当する。

前述した特許文献１に記載のロータへの界磁電流の給電方法は、ｄ軸同期電流にロータ励磁用電流（例えば、三角パルス状電流）を重畳して電機子巻線に印加する。従って、このロータ励磁用電流が重畳されてパルス状電流が流れる間、同期電流に変動が生じる。この同期電流の変動にともないトルクリプルが発生する。また、トルクリプルは同期機の振動及び騒音の原因となる。

一方、本発明は、ｄ軸同期電流にロータ励磁用電流（例えば、三角パルス状電流）を重畳して電機子巻線に印加するとともに、ｄ軸に印加されるロータ励磁用電流の通電期間の間においてｑ軸にトルクリプル防止用電流（例えば、三角パルス状電流）を同期電流に重畳して流す。ｑ軸にトルクリプル防止用電流である三角パルス状電流が重畳されている期間は、ｄ軸の場合と同様に同期電流に変動が生じる。ｄ軸にロータ励磁用電流を流すことにより生じるトルクの変動を、ｑ軸にトルクリプル防止用電流を流すことにより生じるトルクの変動（ｄ軸電流による変動とは逆方向の変動）により相殺してトルクリプルを低減させる。その結果、同期機の振動及び騒音も減少させることができる。

（２）好ましくは、（１）の構成の界磁巻線型同期機において、前記トルクリプル防止用電流の前記通電期間は、前記ロータ励磁用電流の前記通電期間と同一に設定されとよい。本構成によれば、ロータ励磁用電流を通電することにより同期電流に発生するトルクの変動の期間と、トルクリプル防止用電流を通電することにより同期電流に発生するトルクの変動の期間とが一致するので確実に両者のトルクの変動を相殺させてトルクリプルを低減させ、さらに、振動及び騒音も減少させることができる。

（３）また、（１）の構成の界磁巻線型同期機において、トルクリプル防止用電流の通電期間は、ロータ励磁用電流の通電期間内にあれば、ロータ励磁用電流の通電期間より短いものでもよい。本構成によれば、トルクリプル防止用電流通電によるトルクの変動方向がロータ励磁用電流による変動方向とは逆方向なのでロータ励磁用電流によるトルクの変動をトルクリプル防止用電流によるトルクの変動で相殺させるとともに、ｑ軸のトルクリプル防止用電流の通電期間が短く設定されることで同期電流への影響が少なくなるという効果もある。

（４）好ましくは、（１）〜（３）の構成の界磁巻線型同期機において、ロータ励磁用電流の波形及びトルクリプル防止用電流の波形は、パルス状波形であるとよい。本構成によれば、パルス状電流は、高調波成分を多く含んでいるため、電機子巻線にロータ励磁用電流及びトルクリプル防止用電流としてパルス状電流を通電することで、ロータの界磁巻線に誘導交流電流を効率よく誘導させることができる。誘導交流電流を効率よく誘導させることは、界磁電流を効率よく界磁巻線に供給できることになり同期機のトルクを向上させる効果がある。

（５）好ましくは、（４）の構成の界磁巻線型同期機において、ロータ励磁用電流、及びトルクリプル防止用電流は、三角パルス状電流であり、トルクリプル防止用電流のピークはロータ励磁用電流の通電期間内においてロータ励磁用電流のピークより時間的に前に位置しているとよい。

ｄ軸の同期電流に三角パルス状のロータ励磁用電流を重畳した場合、ロータ励磁用電流が印加されるスタート時点から、同期電流に変動が始まりトルクの落ち込みが発生する。一方、ロータ励磁用電流通電後、励磁電流はロータ抵抗分により右下がりで減衰していくため、トルクも右下がりで減衰していく。そのためロータ励磁用電流通電前後でトルクの差がある。従って、本構成のように、トルクリプル防止用電流のピークはロータ励磁用電流の通電期間内においてロータ励磁用電流のピークより時間的に前に設定することにより、励磁電流の減衰によって生じるロータ励磁用電流通電前後のトルクの差を考慮したトルクリプルの低減を実施することができる。

（６）好ましくは、界磁巻線型同期機は、（１）の構成に加えて、前記ロータの回転角に応じて前記電機子巻線に前記同期電流を通電するためのインバータ回路を有し、さらに、前記インバータ回路は、前記同期電流とともに前記ロータ励磁用電流及びトルクリプル防止用電流を通電するｄｑ軸励磁用電流通電手段を含む構成とする方がよい。

本構成によれば、ｄ軸及びｑ軸に通電される同期電流に重畳して流されるロータ励磁用電流及びトルクリプル防止用電流は、同期電流を形成し電機子巻線に通電するインバータ回路において形成されるため、回路構成を簡易なものとすることができる。

本発明によれば、電機子巻線に同期電流とは異なる波形（例えば、パルス状波形）の電機子電流を流し、その電機子電流によりロータの界磁巻線に界磁電流を誘導して給電する界磁巻線型同期機において、ｄ軸電流にパルス状のロータ励磁用電流を流し界磁巻線に界磁電流を誘導する従来技術の同期機に比較して、トルク変動を減少させるとともに、同期機のトルクリプルが原因となるロータ回転にともなう振動及び騒音を軽減した界磁巻線型同期機を提供することができる。

以下、本発明の実施形態についてより詳しく説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態である電機子巻線給電方式の界磁巻線型同期機の全体構成を示すブロック図である。図２は、図１の同期機の構成を示す模式軸方向断面図である。図３は、図２の同期機のステータ及びロータの模式径方向断面図である。

図１〜図３において、１はステータ、２はステータコア、３はステータコア２に巻装された電機子巻線（ステータコイル）、４はロータ、５はロータコア、６はロータコア５に巻装された界磁巻線（ロータコイル）、７はロータシャフト、９はフレーム、１０はロータ４の回転位置を検出する位置センサ（回転位置センサ）、１１は電機子巻線３に流れる電流を検出する電流センサ、１２は界磁巻線６に誘導される誘導交流電流を整流するダイオードで本発明の電流抑制回路部に含まれる。２０はインバータ、３０はインバータ２０に電力を供給する直流電源、４０は電機子巻線３の通電制御を行うインバータ２０をオン・オフ制御するコントローラ、５０は平滑コンデンサ、５１０はコアティース部（界磁極）である。インバータ２０は、３相インバータ回路であり、６個のＩＧＢＴ及び６個のフライホイルダイオードで構成されている。図１中、ＴはＩＧＢＴであり、Ｄはフライホイルダイオードである。インバータ２０は、本発明の同期電流通電手段及びｄｑ軸励磁電流通電手段に含まれる。ステータコア２に巻装された電機子巻線３は、３相の電機子巻線であり、ロータコア５に巻装された界磁巻線６は、図１に示すようにダイオード１２で短絡されている。

次に、本実施形態の動作について図１〜図４を参照して説明する。本発明のｄ軸同期電流にロータ励磁用電流を重畳し、ｑ軸同期電流にトルクリプル防止用電流を重畳してトルク変動を減少させる制御は、電機子電流を図４（ａ）に示すｄ軸電流とｑ軸電流を指令値とするベクトル制御で実施される。

図４（ａ）は、電機子電流をベクトル制御によりｄ軸電流、ｑ軸電流として表したものである。図に示すようにｄ軸の同期電流にはロータ励磁用電流としてパルス状電流が重畳されている。ｑ軸の同期電流にはトルクリプル防止用電流としてパルス状電流が重畳されている。トルクリプル防止用電流のパルス幅は、ロータ励磁用電流の通電期間（ｔとする）と同一となるように設定されている。

図１において、コントローラ４０は、電機子電流指令値と位置センサ１０の検出するロータ４の回転位置情報に基づいて、電機子巻線３に同期電流を通電するべくインバータ２０のＩＧＢＴをオン・オフ制御する。このとき、ｄ軸の同期電流には図４（ａ）パルス状のロータ励磁用電流が重畳されて電機子巻線３に通電される。このパルス状のロータ励磁用電流により、界磁巻線６に誘導交流電流が誘導され、ダイオード１２で整流されて一方向の直流（励磁電流）となる。励磁電流は、ロータ４のコアティース部５１０（図３参照）の一方にＮ極を、他方にＳ極を形成する。本実施形態では、さらに、ｄ軸の同期電流に重畳されたパルス状のロータ励磁用電流の通電期間と同一の通電期間の間、パルス状のトルクリプル防止用電流がｑ軸の同期電流に重畳されて電機子巻線３に通電される。

ベクトル制御は、公知でよく知られているが、コントローラ４０で実施されるベクトル制御について以下に簡単に説明する。

図１において、電流センサ１１が検出した２相の電流（例えば、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｕ）の電流値と、位置センサ１２が検出したロータの磁極位置情報をコントローラ４０に設けられている３相２相座標変換器（図示せず）に入力する。３相２相座標変換器は、電流センサ１１が検出した２相の電流値から３相電流値（Ｉ_ｖ、Ｉ_ｕ、Ｉ_Ｗ）を演算して、その３相電流とロータの磁極位置情報から３相２相変換を行い、界磁のＮ極方向の起磁力を作る電流成分であるｄ軸電流（ｉ_ｄとする）と、ｄ軸と直交する方向の起磁力を作る電流成分であるｑ軸電流（ｉ_ｑとする）とを演算して出力する。つぎに、ｄ軸指令電流（Ｉ_ｄとする）及びｑ軸指令電流（Ｉ_ｑとする）と、ｄ軸電流（ｉ_ｄ）及びｑ軸電流（ｉ_ｑ）との偏差を求め、コントローラ４０に設けられているデジタル補償器（図示せず）に入力する。デジタル補償器は、前記の偏差からｄ軸指令電圧（Ｖ_ｄとする）及びｑ軸指令電圧（Ｖ_ｑとする）を算出する。このｄ軸指令電圧（Ｖ_ｄ）及びｑ軸指令電圧（Ｖ_ｑ）をコントローラ４０に設けられている２相３相座標変換器（図示せず）に入力して、３相電圧指令値を算出し、コントローラ４０は、この３相電圧指令値に基づきインバータ２０のＩＧＢＴをオン・オフ駆動する。

なお、以上のベクトル制御は、電流センサ１１が検出した電流値と、位置センサ１２が検出したロータの磁極位置情報とのフイードバックに基づいて、ｄ軸指令電圧及びｑ軸指令電圧を算出してインバータ２０の３相電流をオン・オフ制御しているが、ｄ軸のロータ励磁用電流（パルス状電流）の通電期間（ｔ）及びｑ軸のトルクリプル防止用電流（パルス状電流）の通電期間（ｔ）の制御はオープン制御として、同期電流のフイードバック制御と切り替える構成としてもよい。

次に、本実施形態の効果、すなわち、トルクリプル防止用電流の低減効果について説明する。

図５（ａ）は、特許文献１に記載の従来技術のように、ロータ磁極向き（ｄ軸）方向にロータ励磁用電流（三角パルス電流）を同期電流に重畳して通電し、ｑ軸方向には同期電流のみを通電する場合である。このように通電する場合、界磁巻線型同期機のトルク〔Ｔ（ｔ）〕は、式（１）のように表せる。なお、説明を単純にするために、ロータ巻線抵抗は、零（０Ω）としている。

Ｔ（ｔ）＝Ｐ_ｎ｛（Ｌ_ｄ−Ｌ_ｑ）・Ｉ_ｄ・Ｉ_ｑ＋（１−σ）・Ｌ_ｄ・ΔＩ_ｄ・Ｉ_ｑ
＋（σＬ_ｄ−Ｌ_ｑ）・Ｉ_ｑ・ｉ_{ｄ（ａｃ）}（ｔ）｝・・・・・（１）
ここで、
Ｔ（ｔ）：トルク、Ｐ_ｎ：極対数、Ｌ_ｄ：ｄ軸インダクタンス、Ｌ_ｑ：ｑ軸インダクタンス、Ｉ_ｄ：ｄ軸電流定常成分、Ｉ_ｑ：ｑ軸電流定常成分、σ：漏れ係数、ｉ_{ｄ（ａｃ）}：ｄ軸電流変動成分〔ｉ_ｄ（ｔ）−Ｉ_ｄ〕、△Ｉ_ｄ：ｄ軸三角パルス電流振幅〔図５（ａ）参照〕
であり、また、式（１）の
１項〔（Ｌ_ｄ−Ｌ_ｑ）・Ｉ_ｄ・Ｉ_ｑ〕は、リラクタンス（定常）、
２項〔（１−σ）・Ｌ_ｄ・ΔＩ_ｄ・Ｉ_ｑ〕は、巻線界磁（定常）、
３項〔（σＬ_ｄ−Ｌ_ｑ）・Ｉ_ｑ・ｉ_{ｄ（ａｃ）}（ｔ）〕は、ｄ軸の励磁三角パルス波による変動
を表している。

ｄ軸電流とｑ軸電流とを図５（ａ）のように通電する場合のロータに生ずるトルク〔Ｔ（ｔ）〕を図５（ｂ）のトルク模式図に示す。この場合、式（１）の１項＋２項によるトルクは、変動がなく一定である。３項によるトルクは、ロータ励磁用電流の通電期間中は、同期電流の変動により変動する。従って、合成トルクは図５（ｂ）に示すようにトルクリプルが発生する。

一方、本実施形態の場合を図４（ａ）の通電波形、及び図４（ｂ）のトルク模式図に示す。図４（ａ）の通電波形に示すように、ｄ軸同期電流に重畳されたロータ励磁用電流（三角パルス電流）の通電期間と同一の通電期間としたトルクリプル防止用電流（三角パルス電流）をｑ軸同期電流に重畳して通電した場合、図４（ｂ）に示すように、式（１）の３項によるトルクは、三角波の２乗の形で落ち込むが、１項＋２項によるトルクは、三角波状に持ち上がるため、合成トルク（１項＋２項＋３項）は図に示すようにほぼフラットになり、従来技術によるロータ励磁用電流印加に比較してトルクリプルを低減することができる。

＜シミュレーション結果＞
次に、第１実施形態による構成、及び従来技術による構成でのトルクリプルについてのシミュレーション結果について、図６〜図９を参照して説明する。

図６（ａ）は、本実施形態（ｄ軸にロータ励磁用電流を流し、ｑ軸にトルクリプル防止用電流を流す）により電機子電流を通電した場合のトルクの変動量をシミュレーションにより算出したものである。横軸にｄ軸パルス電流印加期間（ｔ）を中心とした時間軸（３ｍｓｅｃ）をとり、縦軸は、トルクの大きさを表している。シミュレーションの条件は、通電電流は図４（ａ）に示すもので、ｄ軸同期電流にロータ励磁用電流が重畳され、ｑ軸同期電流にトルクリプル防止用電流が重畳されている。ロータ励磁用電流及びトルクリプル防止用電流の印加期間（ｔ）は、２００μｓｅｃ、ロータ励磁用電流及びトルクリプル防止用電流の周波数は、２００Ｈｚに設定した。

図６（ｂ）は、従来技術（ｄ軸のみにロータ励磁用電流を流す）により電機子電流を通電した場合のトルクの変動量をシミュレーションにより算出したものである。通電電流は図５（ａ）に示すようにｄ軸同期電流にロータ励磁用電流が重畳され、ｑ軸には同期電流のみが流れている。ロータ励磁用電流の印加通電期間（ｔ）は、２００μｓｅｃ、ロータ励磁用電流の周波数は、２００Ｈｚと本実施形態と同じ設定である。また、本実施形態及び従来技術のロータ励磁用電流の振幅（△Ｉ_ｄ）も同じ値に設定している。

図６（ａ）及び（ｂ）のシミュレーション結果に示されているように、本実施形態のロータ励磁用電流のパルス電流印加期間（ｔ）におけるトルクリプルは、従来技術のロータ励磁用電流のパルス電流印加期間（ｔ）におけるトルクリプルに比較して低減している。

また、図７（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態のｄ軸の同期電流にロータ励磁用電流（パルス電流）を重畳し、ｑ軸の同期電流にトルクリプル防止用電流（パルス電流）を重畳して流したときの電流波形〔図７（ａ）〕と、そのときにロータに誘導された励磁電流の電流波形〔図７（ｂ）〕と、さらに、ロータに生じるトルク〔図７（ｃ）〕と、をシミュレーションで求めたものである。図７（ａ）〜（ｃ）の各図において、横軸は等しい間隔の時間軸である。

一方、図８（ａ）〜（ｃ）は、従来技術の構成によるもので、ｄ軸の同期電流にロータ励磁用電流（パルス電流）を重畳し、ｑ軸は同期電流のみの電流波形〔図８（ａ）〕と、そのときにロータに誘導された励磁電流の電流波形〔図８（ｂ）〕と、さらに、ロータに生じるトルク〔図８（ｃ）〕と、をシミュレーションで求めたものである。横軸は時間軸で図７の場合と同じである。

図７（ｃ）と図８（ｃ）とを比較すると、本発明はｄ軸の同期電流に重畳されたロータ励磁用電流によるトルクの変動（落ち込み：矢印の位置）が、従来技術の構成（特許文献１の構成）に比較し少なくなっている。従って、トルク全体に亘ってトルク変動が減少していることがわかる。

図９に、本実施形態と従来技術とのトルクの周波数特性のシミュレーション結果を示す。

シミュレーションの条件は、図６（ａ）、（ｂ）の場合と同様で、本実施形態の場合は、ロータ励磁用電流及びトルクリプル防止用電流の印加期間（ｔ）は、２００μｓｅｃ、ロータ励磁用電流及びトルクリプル防止用電流の周波数は、２００Ｈｚである。従来技術の場合は、ロータ励磁用電流の印加通電期間（ｔ）は、２００μｓｅｃ、ロータ励磁用電流の周波数は、２００Ｈｚである。

図９に示されているように、低い周波数（１６００Ｈｚ以下）では、本実施形態と従来技術でトルクの値にあまり差はないが、それ以上の高周波数においては、本実施形態のトルクが従来技術のトルクより低減できることが確認できる。

＜第２実施形態＞
本実施形態と第１実施形態との相違点は、ロータ励磁用電流のパルス電流通電期間と、トルクリプル防止用電流のパルス電流通電期間とが異なる点、及びトルクリプル防止用電流のパルス電流のピークがロータ励磁用電流のパルス電流のピークより時間的に前に設定されている点である。従って、ここでは相違点についてのみ説明する。

図１０に、本実施形態のｄ軸、ｑ軸の電流波形を示す。ｄ軸の同期電流には、ロータ励磁用電流（三角パルス電流）が重畳されている。ロータ励磁用電流（三角パルス電流）の通電期間は、図に示すようにｔに設定されている。一方、ｑ軸の同期電流には、点線で示すようにトルクリプル防止用電流（三角パルス電流）が重畳されている。トルクリプル防止用電流（三角パルス電流）の通電期間（ｔ１）は、ロータ励磁用電流の通電期間（ｔ）内に設定されているが、ロータ励磁用電流の通電期間（ｔ）より短く設定されている。そして、トルクリプル防止用電流である三角パルス電流のピークの位置は、ロータ励磁用電流（三角パルス電流）のピークの位置より時間的に早い位置に設定されている。

ｄ軸にロータ励磁用電流を重畳した場合、ｄ軸のロータ励磁用電流（三角パルス電流）通電後、励磁電流はロ−タ抵抗分により右下がりで減衰してゆく〔図８（ｂ）のロータ電流参照〕。従って、トルクも図８（ｃ）に示されているように、右下がりで減衰してゆく。そのためロータ励磁用電流の通電期間の前後のトルクはロータ励磁用電流の通電期間の前後で差がある。すなわち、通電期間の後のトルク＞通電期間の前のトルクとなっている〔図８（ｃ）参照〕。従って、図１０の本実施形態のように、トルクリプル防止用電流のピークをロータ励磁用電流の通電期間内においてロータ励磁用電流のピークよりも時間的に前に設定することで通電期間後のトルクに比較して低くなっている通電期間前のトルクに対して改善する（トルクの低下を少なくする）効果を大きくすることができる。

＜その他＞
上記の第１実施形態及び第２実施形態の説明では、ロータ励磁用電流及びトルクリプル防止用電流をパルス状の三角波としたが、その目的からして（界磁巻線に誘導交流電流を発生させる）矩形波、台形、正弦波など同期電流と異なる形状で界磁巻線に誘導交流電流を容易に発生させるものであればよい。

第１実施形態の電機子巻線給電方式についての界磁巻線型同期機の全体構成を示すブロック図である。 図１の同期機の構成を示す模式軸方向断面図である。 図２の同期機のステータ及びロータの模式径方向断面図である。 （ａ）：第１実施形態のロータ励磁用電流及びトルクリプル防止用電流の説明図である。（ｂ）：（ａ）による合成トルクリプルの説明図である。 （ａ）：従来技術のロータ励磁用電流の説明図である。（ｂ）：（ａ）によるトルクリプルの説明図である。 （ａ）：第１実施形態のトルクのシミュレーション結果である。（ｂ）：従来技術によるトルクのシミュレーション結果である。 （ａ）：第１実施形態のｄ軸及びｑ軸のシミュレーションによる電流波形である。（ｂ）：（ａ）のように、ｄ軸及びｑ軸に電流を流したときのロータに生じる励磁電流のシミュレーションによる電流波形である。（ｃ）：（ａ）のように、ｄ軸及びｑ軸に電流を流したときのロータのトルクシミュレーション値である。 （ａ）：従来技術のｄ軸及びｑ軸のシミュレーションによる電流波形である。（ｂ）：（ａ）のように、ｄ軸及びｑ軸に電流を流したときのロータに生じる励磁電流のシミュレーションによる電流波形である。（ｃ）：（ａ）のように、ｄ軸及びｑ軸に電流を流したときのロータのトルクシミュレーション値である。 第１実施形態と従来技術のトルクのシミュレーションによる周波数特性である。 第２実施形態のロータ励磁用電流及びトルクリプル防止用電流の説明図である。

符号の説明

１：ステータ、 ２：ステータコア、 ３：電機子巻線（ステータコイル）、 ４：ロータ、 ５：ロータコア、 ６：界磁巻線（ロータコイル）、 ７：ロータシャフト、
９：フレーム、 １０：位置センサ（回転位置センサ）、 １１：電流センサ、 １２：ダイオード（電流抑制回路部）、 ２０：インバータ（同期電流通電手段及びｄｑ軸励磁電流通電手段）、 ３０：直流電源、 ４０：コントローラ、 ５０：平滑コンデンサ、 ５１０：コアティース部（界磁極）、 Ｔ：ＩＧＢＴ、 Ｄ：フライホイルダイオード

Claims (6)

1. 電機子巻線が巻装されたステータと、
   界磁巻線が巻装されたロータコアを有して前記ステータに対面しつつ回転するロータと、
   前記ロータの回転数と一致する電気角回転数にて回転する回転磁界を形成する同期電流に相当する電機子電流基本波成分を前記電機子巻線に流す同期電流通電手段と、
   前記ロータに固定されて前記界磁巻線と直列接続され、前記電機子巻線に流れる電機子電流により前記界磁巻線に誘導される誘導交流電流を一方向に規制する電流抑制回路部と、
   を有する界磁巻線型同期機において、
   前記電機子巻線に、前記ロータの磁極方向に界磁磁束を発生させるように前記同期電流と異なる波形のロータ励磁用電流を通電し、該ロータ励磁用電流通電期間と同じ期間内に前記ロータ磁極方向から電気角で９０度進んだ方向に界磁磁束を発生させるように前記同期電流と異なる波形のトルクリプル防止用電流を通電するｄｑ軸励磁用電流通電手段を有することを特徴とする界磁巻線型同期機。
2. 前記トルクリプル防止用電流の前記通電期間は、前記ロータ励磁用電流の前記通電期間と同一に設定される請求項１に記載の界磁巻線型同期機。
3. 前記トルクリプル防止用電流の前記通電期間は、前記ロータ励磁用電流の前記通電期間より短く設定される請求項１に記載の界磁巻線型同期機。
4. 前記ロータ励磁用電流、及び前記トルクリプル防止用電流の波形は、パルス状波形である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の界磁巻線型同期機。
5. 前記ロータ励磁用電流、及び前記トルクリプル防止用電流は、三角パルス状電流であり、前記トルクリプル防止用電流のピークは、前記ロータ励磁用電流の前記通電期間内において該ロータ励磁用電流のピークより時間的に前に位置している請求項４に記載の界磁巻線型同期機。
6. 前記界磁巻線型同期機は、前記同期電流に相当する電機子基本成分を前記電機子巻線に
   流す前記同期電流通電手段を含むインバータ回路を有し、さらに該インバータ回路は前記ｄｑ軸励磁用電流通電手段を含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の界磁巻線型同期機。

Images