JP2010246195A - Moving body - Google Patents

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泰三 宮崎
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広斌 周
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a moving body which includes a rotating electrical machine that is operated efficiently in a wide range and besides is small. <P>SOLUTION: The moving body 10 includes the rotating electrical machine and a magnetic flux adjuster 18. The electrical rotating machine includes a stator 21 which includes a coil, a rotor which is arranged rotatably across an air gap on the stator 21 and is halved in the direction of a rotating shaft into a first rotor 24 and a second rotor 25 in each of which magnets for fields different in polarity are arranged alternately in the direction of rotation, and a variable magnetic flux mechanism 12 which varies the relative angle of the second rotor 25 of the rotor to the first rotor 24 of the rotor. The magnetic flux adjuster outputs a control signal for zeroing the relative angle between the first rotor 24 and the second rotor 25 to the variable magnetic flux mechanism, in case that the number of revolutions of the rotating electrical machine is not more than a preset threshold. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

磁束を変化させる回転電機を有する移動体に関する。   The present invention relates to a moving body having a rotating electrical machine that changes magnetic flux.

従来の誘導電動機(IMモータ)に代わり、効率に優れ、小型化や低騒音化も期待できる永久磁石同期電動機(PMモータ)が普及し始めている。例えば、家電,鉄道車両,電気自動車向けの駆動モータとしてPMモータが利用されるようになってきている。IMモータは、磁束自体をステータからの励磁電流によって作り出すため、励磁電流を流すことによる損失が発生する問題点がある。一方、PMモータは、ロータに永久磁石を備え、その磁束を利用してトルクを出力するモータであるので、このようなIMモータの抱える問題はない。   Instead of conventional induction motors (IM motors), permanent magnet synchronous motors (PM motors), which are excellent in efficiency and can be expected to be reduced in size and noise, are becoming popular. For example, PM motors have come to be used as drive motors for home appliances, railway vehicles, and electric vehicles. The IM motor generates a magnetic flux itself by an exciting current from the stator, and therefore has a problem that a loss is caused by flowing the exciting current. On the other hand, a PM motor is a motor that includes a permanent magnet in a rotor and outputs torque by using the magnetic flux thereof, so there is no such problem that the IM motor has.

しかしながら、PMモータは、その永久磁石のために回転数に比例して電機子コイルに誘起電圧が発生する。鉄道車両や自動車など回転範囲が広い応用範囲では、最高回転数において生じる誘起電圧によって、PMモータを駆動制御するインバータが過電圧によって破壊しないことが条件となる。かかる特性を有するPMモータにあって、電源電圧を一定として定出力運転を行う場合、前述の最高回転数をさらに上昇させて運転速度を広くするための方策として、電機子コイルに永久磁石による磁束を打ち消す電流を流して等価的に誘起電圧を下げるといういわゆる弱め界磁制御があるが、トルクに寄与しない電流を流すため効率の低下を招いていた。また、電機子コイルに大電流を流す必要があり、おのずとコイルの発生する熱が増大する。そのため、高回転領域における回転電機としての効率の低下、冷却能力を超えた発熱による永久磁石の減磁などが起こり得る可能性がある。   However, the PM motor generates an induced voltage in the armature coil in proportion to the rotation speed due to its permanent magnet. In an application range with a wide rotation range such as a railway vehicle or an automobile, the condition is that the inverter that drives and controls the PM motor is not destroyed by the overvoltage due to the induced voltage generated at the maximum rotation speed. In a PM motor having such characteristics, when performing constant output operation with a constant power supply voltage, as a measure for further increasing the aforementioned maximum rotational speed and widening the operation speed, a magnetic flux generated by a permanent magnet is applied to the armature coil. Although there is a so-called field weakening control in which an induced voltage is equivalently lowered by flowing a current that cancels the current, a current that does not contribute to torque is caused to flow, resulting in a decrease in efficiency. Moreover, it is necessary to flow a large current through the armature coil, which naturally increases the heat generated by the coil. For this reason, there is a possibility that the efficiency of the rotating electric machine in the high rotation region may be reduced, the permanent magnet may be demagnetized due to heat generation exceeding the cooling capacity, and the like.

特許文献1に記載された構造の可変磁束モータは、上記の問題点を軽減するために考案されたものである。この公報に記載された回転電機は、回転軸方向にロータが二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子を有する。この回転電機は二分割されたロータの位相を変化させることにより有効磁束を変化させることができるため、高回転領域において効率の低下を伴う弱め界磁制御を必要としない。これにより、広い運転範囲で高効率駆動を実現できる。   The variable magnetic flux motor having the structure described in Patent Document 1 has been devised to alleviate the above problems. The rotating electrical machine described in this publication has a rotor in which a rotor is divided into two in the direction of the rotation axis, and field magnets having different polarities are alternately arranged in the rotation direction. Since this rotating electric machine can change the effective magnetic flux by changing the phase of the rotor divided into two, it does not require field-weakening control accompanied by a reduction in efficiency in a high rotation region. Thereby, high-efficiency driving can be realized in a wide operating range.

特開2004−64942号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-64942

しかしながら、前述した回転電機は、有効磁束を操作するために外力を与える機構が必要であり、その機構分体格が大きくなる。車両などの移動体用途では搭載領域が限られるため、回転電機をできるだけ小さくすることが望ましい。   However, the rotating electrical machine described above requires a mechanism for applying an external force in order to operate the effective magnetic flux, and the mechanism division becomes large. Since the mounting area is limited in applications such as vehicles, it is desirable to make the rotating electrical machine as small as possible.

本発明の目的は、広い運転範囲で高効率運転ができ、且つ小型な回転電機を有する移動体を提供することである。   An object of the present invention is to provide a moving body that can perform high-efficiency operation in a wide operation range and has a small rotating electric machine.

上記課題を解決するために、本発明は、巻線を有する固定子と、固定子に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に第一の回転子と第二の回転子に二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、回転子の第一の回転子に対する回転子の第二の回転子の相対角度を可変する可変磁束機構と、を有する回転電機と、回転電機の回転数が予め定めた閾値以下の場合、可変磁束機構へ第一の回転子と第二の回転子の相対角度を0とする制御信号を出力する磁束調整手段と、を有する移動体の構成とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a stator having windings, and a stator that is rotatably disposed through a gap, and is arranged on a first rotor and a second rotor in a rotation axis direction. A variable rotor that is divided in two and each of which has a field magnet of different polarity alternately arranged in the rotation direction and the relative angle of the second rotor of the rotor with respect to the first rotor of the rotor is variable. When a rotating electrical machine having a magnetic flux mechanism and the rotational speed of the rotating electrical machine is equal to or less than a predetermined threshold value, a control signal is output to the variable magnetic flux mechanism so that the relative angle between the first rotor and the second rotor is zero. And a magnetic flux adjusting means.

また、巻線を有する固定子と、固定子に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に第一の回転子と第二の回転子に二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、回転子の第一の回転子に対する回転子の第二の回転子の相対角度を可変する可変磁束機構と、を有する回転電機と、回転電機の回転数が予め定めた閾値以上の場合、可変磁束機構へ第一の回転子と第二の回転子の相対角度を最大とする制御信号を出力する磁束調整手段と、を有する移動体の構成とする。   Further, a stator having windings, and a stator that is rotatably arranged through a gap, and is divided into a first rotor and a second rotor in the direction of the rotation axis, each having a different polarity. A rotating electrical machine comprising: a rotor in which magnets for magnetism are alternately arranged in the rotation direction; and a variable magnetic flux mechanism that varies a relative angle of the second rotor of the rotor with respect to the first rotor of the rotor; And a magnetic flux adjusting means for outputting a control signal for maximizing the relative angle between the first rotor and the second rotor to the variable magnetic flux mechanism when the rotational speed of the rotating electrical machine is equal to or greater than a predetermined threshold. The configuration is as follows.

広い運転範囲で高効率運転ができ、且つ小型な回転電機を有する移動体を提供できる。   It is possible to provide a moving body that can perform high-efficiency operation in a wide operation range and has a small rotating electric machine.

本発明に係る回転電機を有する移動体の一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the moving body which has the rotary electric machine which concerns on this invention. 本発明に係る回転電機の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the rotary electric machine which concerns on this invention. 本発明の磁束調整手段の一動作例を示す図である。It is a figure which shows one operation example of the magnetic flux adjustment means of this invention. 本発明の磁束調整手段における零速度近傍において有効磁束を最大にする理由を説明する図である。It is a figure explaining the reason which makes effective magnetic flux the maximum in the zero speed vicinity in the magnetic flux adjustment means of this invention. 本発明の制御手段のシャットダウン動作を説明する図である。It is a figure explaining the shutdown operation of the control means of this invention. 本発明に係る回転電機を有する移動体の他の実施例を示す図である。It is a figure which shows the other Example of the moving body which has the rotary electric machine which concerns on this invention.

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明による可変磁束モータ11などの回転電機を有する移動体10の全体図である。   FIG. 1 is an overall view of a moving body 10 having a rotating electrical machine such as a variable magnetic flux motor 11 according to the present invention.

移動体10は、可変磁束モータ11,可変磁束モータ11の磁束を可変する可変磁束機構12を有し、可変磁束機構12は、電動アクチュエータや油圧アクチュエータなどのアクチュエータ,クラッチ,ブレーキなどにより実現できる。   The moving body 10 includes a variable magnetic flux motor 11 and a variable magnetic flux mechanism 12 that varies the magnetic flux of the variable magnetic flux motor 11, and the variable magnetic flux mechanism 12 can be realized by an actuator such as an electric actuator or a hydraulic actuator, a clutch, a brake, or the like.

また、可変磁束モータ11などの回転電機の回転数を検知する回転数検知手段である回転数センサ13を有し、例えばパルスエンコーダ,レゾルバによって実現できる。   Moreover, it has the rotation speed sensor 13 which is a rotation speed detection means which detects the rotation speed of rotary electric machines, such as the variable magnetic flux motor 11, and can implement | achieve, for example with a pulse encoder and a resolver.

また、制御手段17からの指令信号に基づいて可変磁束モータ11を駆動するインバータ14,可変磁束モータ11へ直流電力を供給する直流電力供給手段15,可変磁束機構12を操作する可変磁束機構操作手段16,移動体10に必要な駆動トルクを算出する制御手段17,磁束調整手段18を備える。その駆動トルクは、インバータ14および可変磁束機構操作手段16に指令信号として送出される。磁束調整手段18は制御手段17と可変磁束機構操作手段16の間に配置される。磁束調整手段18は回転数センサ13から得られる回転数情報に基づき、可変磁束機構操作手段16への指令信号を調整する。磁束調整手段18の動作については図4で後述する。また差動機構19は、可変磁束モータ11から得られるトルクを車軸に伝達し、移動体10に駆動力を与える。   Further, based on a command signal from the control means 17, an inverter 14 that drives the variable magnetic flux motor 11, a DC power supply means 15 that supplies DC power to the variable magnetic flux motor 11, and a variable magnetic flux mechanism operating means that operates the variable magnetic flux mechanism 12. 16, the control means 17 which calculates the drive torque required for the moving body 10, and the magnetic flux adjustment means 18 are provided. The drive torque is sent as a command signal to the inverter 14 and the variable magnetic flux mechanism operating means 16. The magnetic flux adjusting means 18 is disposed between the control means 17 and the variable magnetic flux mechanism operating means 16. The magnetic flux adjusting means 18 adjusts a command signal to the variable magnetic flux mechanism operating means 16 based on the rotational speed information obtained from the rotational speed sensor 13. The operation of the magnetic flux adjusting means 18 will be described later with reference to FIG. Further, the differential mechanism 19 transmits torque obtained from the variable magnetic flux motor 11 to the axle, and gives driving force to the moving body 10.

図2は回転電機の可変磁束モータ11の概要図である。特に可変磁束機構12としてアクチュエータを有するものを例として図示した。   FIG. 2 is a schematic diagram of the variable magnetic flux motor 11 of the rotating electrical machine. In particular, the variable magnetic flux mechanism 12 is illustrated as having an actuator.

可変磁束モータ11は、巻線(コイル22)を有する固定子であるステータ21,出力軸23、その固定子であるステータ21に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に第一の回転子24と第二の回転子25に二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子、を有し、また、第一の回転子24は出力軸23と接合し、出力軸23の表面にはスプライン26が設けられる。第二の回転子25はスプライン26に沿って運動するため、軸方向位置を調整すれば第一の回転子24と第二の回転子25の磁束方向を変化させることができる。   The variable magnetic flux motor 11 is disposed on a stator 21 that is a stator having a winding (coil 22), an output shaft 23, and the stator 21 that is a stator so as to be rotatable through a gap, and is first in the direction of the rotation axis. The rotor 24 and the second rotor 25 are divided into two, each having a rotor in which field magnets having different polarities are alternately arranged in the rotation direction. A spline 26 is provided on the surface of the output shaft 23. Since the second rotor 25 moves along the spline 26, the magnetic flux directions of the first rotor 24 and the second rotor 25 can be changed by adjusting the axial position.

可変磁束機構12は、第一の回転子24に対する第二の回転子25の相対角度を可変し、軸方向位置を調整する。また、可変磁束モータ11は、プッシュプレート27,スラスト軸受28を有し、可変磁束機構12がプッシュプレート27を押す、または引くことにより、第二の回転子25の出力軸23方向の位置を変化させることができる。なお、本可変磁束モータの詳しい説明は前述の特許文献1に記載されている。   The variable magnetic flux mechanism 12 varies the relative angle of the second rotor 25 with respect to the first rotor 24 and adjusts the axial position. The variable magnetic flux motor 11 has a push plate 27 and a thrust bearing 28. The variable magnetic flux mechanism 12 changes the position of the second rotor 25 in the direction of the output shaft 23 by pushing or pulling the push plate 27. Can be made. A detailed description of the variable magnetic flux motor is described in Patent Document 1 described above.

図3は磁束調整手段18の動作を示す図である。ここで、横軸Nは可変磁束モータ11の回転数、縦軸Tは要求トルクである。ここでΦは有効磁束を表す。ここでの有効磁束は、回転電機の回転トルクに寄与する磁束量である。回転電機の回転トルクと固定子の巻線に流れる電流から求められる。   FIG. 3 shows the operation of the magnetic flux adjusting means 18. Here, the horizontal axis N is the rotational speed of the variable magnetic flux motor 11, and the vertical axis T is the required torque. Here, Φ represents an effective magnetic flux. The effective magnetic flux here is the amount of magnetic flux that contributes to the rotational torque of the rotating electrical machine. It is obtained from the rotational torque of the rotating electrical machine and the current flowing through the stator winding.

磁束調整手段18は、可変磁束モータ11の回転数が予め定めた閾値以下の場合、可変磁束機構12へ第一の回転子24と第二の回転子25の相対角度を0とする制御信号を出力する、つまり可変磁束モータ11の回転数が零速度判定速度ω0以下で有効磁束Φを最大にするように制御信号を発生する。なお、零速度判定速度ω0は可変磁束モータ11が静止しているか、駆動しているかを判定するための閾値として予め定められた回転数であり、最大トルク発生限界速度ωn以下に設定される。つまり、最大トルクを発生できる最高回転数以下に設定される。ここで、最大トルク発生限界速度ωnは、可変磁束モータ11が最大トルクを発生できる最高速度として定義する。   When the rotational speed of the variable magnetic flux motor 11 is equal to or less than a predetermined threshold, the magnetic flux adjusting means 18 sends a control signal for setting the relative angle between the first rotor 24 and the second rotor 25 to 0 to the variable magnetic flux mechanism 12. A control signal is generated so that the effective magnetic flux Φ is maximized when output is performed, that is, when the rotational speed of the variable magnetic flux motor 11 is equal to or less than the zero speed determination speed ω0. The zero speed determination speed ω0 is a predetermined rotation speed as a threshold value for determining whether the variable magnetic flux motor 11 is stationary or driven, and is set to be equal to or less than the maximum torque generation limit speed ωn. That is, it is set below the maximum number of revolutions that can generate the maximum torque. Here, the maximum torque generation limit speed ωn is defined as the maximum speed at which the variable magnetic flux motor 11 can generate the maximum torque.

図4は、零速度近傍において有効磁束Φを最大にする理由について示した図である。ここで、横軸は可変磁束モータ11の回転速度、縦軸は磁束を可変するために必要な可変磁束機構12の推力である。モータ回転速度が0の時、有効磁束Φを操作するためには摩擦力に加え、モータの磁束により生じるコギングトルクに打ち勝つ推力を与える必要がある。しかし、一旦モータが回転し始めればコギングトルクの影響はほとんどなくなり、摩擦に打ち勝つ推力を与えるだけで有効磁束Φを変えることができる。   FIG. 4 shows the reason why the effective magnetic flux Φ is maximized in the vicinity of zero speed. Here, the horizontal axis represents the rotational speed of the variable magnetic flux motor 11, and the vertical axis represents the thrust of the variable magnetic flux mechanism 12 necessary for varying the magnetic flux. When the motor rotation speed is 0, in order to operate the effective magnetic flux Φ, it is necessary to give a thrust to overcome the cogging torque generated by the magnetic flux of the motor in addition to the frictional force. However, once the motor starts to rotate, the influence of the cogging torque is almost eliminated, and the effective magnetic flux Φ can be changed only by applying a thrust to overcome the friction.

移動体においては、低速においては必ず最大トルクを発生できるように設定しておくことが望ましい。したがって、移動体10が静止する間際に、必ず有効磁束Φが最大となるようにしておけば、零速度において有効磁束Φを操作する必要はなく、可変磁束機構12は摩擦分に打ち勝つ推力を発生できるように設計すればよいことになる。   It is desirable that the moving body is set so that the maximum torque can be generated at low speed. Therefore, if the effective magnetic flux Φ is always maximized when the moving body 10 is stationary, it is not necessary to operate the effective magnetic flux Φ at zero speed, and the variable magnetic flux mechanism 12 generates a thrust that overcomes the friction. It will suffice if it is designed to be possible.

このことにより、可変磁束機構12の必要とする推力を小さくすることができ、可変磁束機構12の小型化を実現できる。つまり、回転数0の時に磁束を可変する必要がなくなるため、回転数0のときに問題となるコギングトルクの影響を無視することができる。その結果、可変磁束機構12の体格を小さくすることができ、可変磁束モータ11全体の小型化に寄与できるという効果がある。   As a result, the thrust required by the variable magnetic flux mechanism 12 can be reduced, and the variable magnetic flux mechanism 12 can be reduced in size. That is, since it is not necessary to vary the magnetic flux when the rotational speed is 0, the influence of cogging torque, which is a problem when the rotational speed is 0, can be ignored. As a result, it is possible to reduce the physique of the variable magnetic flux mechanism 12 and contribute to the miniaturization of the entire variable magnetic flux motor 11.

また、磁束調整手段18は、可変磁束モータ11の回転数が予め定めた閾値以上の場合、可変磁束機構12へ第一の回転子と第二の回転子の相対角度を最大とする制御信号を出力する。つまり可変磁束モータ11の回転速度が高速判定速度ωhより高い場合に強制的に有効磁束を最低とする。なお、高速判定速度ωhは移動体10の想定最高速度を実現する可変磁束モータ11の回転数ωmより低く設定する。ここで想定最高速度は、移動体10の重量などの状態情報に基づいて予め定められるものであり、この想定最高速度で定まる最高回転数以下に閾値が設定される。   Further, the magnetic flux adjusting means 18 sends a control signal for maximizing the relative angle between the first rotor and the second rotor to the variable magnetic flux mechanism 12 when the rotational speed of the variable magnetic flux motor 11 is equal to or greater than a predetermined threshold value. Output. That is, when the rotational speed of the variable magnetic flux motor 11 is higher than the high speed determination speed ωh, the effective magnetic flux is forcibly made the lowest. The high speed determination speed ωh is set lower than the rotational speed ωm of the variable magnetic flux motor 11 that realizes the assumed maximum speed of the moving body 10. Here, the assumed maximum speed is determined in advance based on state information such as the weight of the moving body 10, and a threshold value is set to be equal to or lower than the maximum rotation speed determined by the assumed maximum speed.

よって、高速走行において磁束が最小であることを保証するので、高速走行による誘起電圧が上がりすぎることを防ぎ、インバータ14の耐圧を低く設定することが可能になる。インバータ14の耐圧を低くすることで、インバータ素子などの電気系部品の小型化,低価格化に寄与し、回転電機及びそれを搭載した移動体10を小型かつ安価に提供することができる。   Therefore, since it is ensured that the magnetic flux is minimum in high-speed traveling, it is possible to prevent the induced voltage due to high-speed traveling from being excessively increased and to set the breakdown voltage of the inverter 14 low. Lowering the withstand voltage of the inverter 14 contributes to miniaturization and cost reduction of electric parts such as inverter elements, and the rotating electric machine and the moving body 10 equipped with the rotating electric machine can be provided in a small size and at low cost.

移動体は、一般的に、走行中に異常が発見された場合、まず正常動作への復帰を図り、復帰が失敗した場合でも運転が継続できる場合には縮退運転モードに移行する。運転を継続できない場合には、被害の波及や制御不能状態を避けるために、シャットダウン動作を行い、システムを停止する。ここで、シャットダウンとは、動力源に対し、供給するエネルギーを止める指令信号を直流電力供給手段15へ出力することである。   In general, when an abnormality is found during traveling, the mobile body first returns to normal operation, and shifts to the degenerate operation mode when the operation can be continued even if the recovery fails. When the operation cannot be continued, a shutdown operation is performed to stop the system in order to avoid the spread of damage and the uncontrollable state. Here, the term “shutdown” refers to outputting to the DC power supply means 15 a command signal for stopping the energy supplied to the power source.

ここで、移動体の異常とは、検知した車両の状態変数(移動体の速度,アクセル開度など)及びモータの状態変数(回転数,回転速度,発生トルクなど)が、予め定めた状態変数と異なる場合である。例えば、検知した車速とモータ回転数との関係が、予め定められた車速におけるモータ回転数の関係と異なる場合などがこれに該当する。具体的には、例えば車速40km/hのときに2000rpmでモータが回転することが妥当であるにもかかわらず、移動体の制御手段が検知した車速が40km/h、モータ回転数が6000rpmという状態になったときに異常と判断する。このような状態では、モータ軸から歯車が外れて、モータが無負荷状態になっていることが考えられ、この場合、モータは回転速度が急上昇し、軸受の破壊、それに伴う周辺機器の破壊にまで至る可能性がある。   Here, the abnormality of the moving body means that the detected vehicle state variables (moving body speed, accelerator opening, etc.) and motor state variables (rotation speed, rotation speed, generated torque, etc.) are predetermined state variables. Is different. For example, this is the case when the relationship between the detected vehicle speed and the motor rotation speed is different from the relationship between the motor rotation speed at a predetermined vehicle speed. Specifically, for example, the vehicle speed detected by the control means of the moving body is 40 km / h and the motor rotation speed is 6000 rpm, even though it is appropriate that the motor rotates at 2000 rpm when the vehicle speed is 40 km / h. When it becomes, it judges that it is abnormal. In such a state, the gear may be disengaged from the motor shaft and the motor may be in an unloaded state.In this case, the rotation speed of the motor increases rapidly, causing damage to the bearings and associated peripheral devices. There is a possibility of reaching.

図5に本発明による移動体10に走行中異常が発見された場合のシャットダウンシーケンスを示す。なお、シャットダウンシーケンスとは、システムがシャットダウンを行うに際して実行する一連の手順のことを指す。   FIG. 5 shows a shutdown sequence in the case where an abnormality while traveling is detected in the moving body 10 according to the present invention. The shutdown sequence refers to a series of procedures executed when the system is shut down.

異常が発見された場合、制御手段17は現在のモータ回転数ωを取得する。現在のモータ回転数ωはまず図3において説明した閾値である零速度判定速度ω0と比較される。ここで、もし現在のモータ回転数ωが予め定められた閾値の零速度判定速度ω0より小さければ、モータは図4に示したコギングトルクの影響を大きく受ける領域であるために、異常状態からの復帰時に最大トルクを発揮できるように磁束最大化処理を行った後、回転電機であるモータへ供給する電力を止める指令信号を直流電力供給手段15へ出力し、シャットダウンを行う。なお、磁束最大化処理とは具体的には第一の回転子24と第二の回転子25の相対角度を0にすることをいう。このようなシャットダウン手段を制御手段17は備える。   If an abnormality is found, the control means 17 acquires the current motor rotation speed ω. The current motor rotational speed ω is first compared with the zero speed determination speed ω0 that is the threshold described in FIG. Here, if the current motor rotation speed ω is smaller than a predetermined threshold zero speed determination speed ω 0, the motor is a region that is greatly affected by the cogging torque shown in FIG. After performing the magnetic flux maximization processing so that the maximum torque can be exhibited at the time of return, a command signal for stopping the power supplied to the motor which is the rotating electrical machine is output to the DC power supply means 15 and the shutdown is performed. Note that the magnetic flux maximization processing specifically refers to setting the relative angle between the first rotor 24 and the second rotor 25 to zero. The control unit 17 includes such a shutdown unit.

一方、もし現在のモータ回転数ωが零速度判定速度ω0を下回らない場合には、現在のモータ回転数ωは図3において説明した閾値である高速判定速度ωhと比較される。ここで、もし現在のモータ回転数が予め定められた閾値である高速判定速度ωhより大きい場合、モータは高速回転による高い誘起電圧の影響を緩和するため、磁束最小化処理を行った後、回転電機であるモータへ供給する電力を止める指令信号を直流電力供給手段15へ出力し、シャットダウンを行う。なお、磁束最小化処理とは具体的には第一の回転子24と第二の回転子25の相対角度を最大にすることをいう。このようなシャットダウン手段を制御手段17は備える。   On the other hand, if the current motor rotation speed ω does not fall below the zero speed determination speed ω0, the current motor rotation speed ω is compared with the high speed determination speed ωh that is the threshold described in FIG. Here, if the current motor rotation speed is larger than the predetermined threshold high speed determination speed ωh, the motor will rotate after performing the magnetic flux minimization process to alleviate the influence of high induced voltage due to high speed rotation. A command signal for stopping power supplied to the motor, which is an electric machine, is output to the DC power supply means 15 to perform shutdown. Note that the magnetic flux minimization processing specifically refers to maximizing the relative angle between the first rotor 24 and the second rotor 25. The control unit 17 includes such a shutdown unit.

上記のいずれでもない場合、特にモータに負担はかからないため、そのままシャットダウンを行うことができる。図5では説明の簡単化のために、そのままシャットダウンを行う構成としたが、モータ回転数を漸減させてω<ω0の状態にした後に、磁束最大化処理を行い、シャットダウンする構成にすることもできる。   If it is neither of the above, the motor is not particularly burdened, so the shutdown can be performed as it is. In FIG. 5, for the sake of simplification of description, the configuration is such that the shutdown is performed as it is. However, after the motor rotational speed is gradually decreased to satisfy the state of ω <ω0, the magnetic flux maximization processing is performed and the configuration may be configured to shut down. it can.

高速回転時に、有効磁束量が大きい状態でシャットダウンしてしまうと、誘起電圧を打ち消すような制御ができないために、回転電機は発生誘起電圧の最大値に耐えられるように設計しなければならず、その分体格が大きくなる。しかし、図5のようにシャットダウンシーケンスを設定することにより、高速回転時には有効磁束を最小にしてからシャットダウンすることができるため、想定される誘起電圧の最大値を小さく抑えることができ、体格の小型化が期待できる。また、モータ回転数が0の状態では有効磁束量を最大にしてからシャットダウンすることにより、修理後の再起動時に、磁束を変化させる必要がなくなるため、図4で説明したように、可変磁束機構12を小型化できるという効果が得られる。言い換えれば、異常時のシャットダウンが必要な場合に適切に磁束を最大化、または最小化することができるため、異常時の設計余裕を小さくすることができる。その結果、電気系,機械系の小型化が実現できるという効果がある。   When shutting down with a large effective magnetic flux during high-speed rotation, control that cancels the induced voltage cannot be performed, so the rotating electrical machine must be designed to withstand the maximum value of the generated induced voltage, That builds up. However, by setting the shutdown sequence as shown in FIG. 5, the effective magnetic flux can be minimized and shut down during high-speed rotation, so that the maximum value of the induced voltage can be kept small, and the physique is compact. Can be expected. Further, when the motor rotational speed is 0, the effective magnetic flux amount is maximized and then shut down, so that it is not necessary to change the magnetic flux at the time of restart after repair. The effect that 12 can be reduced in size is acquired. In other words, the magnetic flux can be appropriately maximized or minimized when the shutdown at the time of abnormality is necessary, so that the design margin at the time of abnormality can be reduced. As a result, there is an effect that the electrical system and the mechanical system can be downsized.

図6は本発明の回転電機を有する移動体の他の実施例を示す図である。本実施例では、図1の可変磁束機構12に、機械的に回転子の回転速度を調速する調速機(ガバナ31)を用いた場合の実施例である。ガバナ31はバネ32,おもり33,リンク機構34からなる。回転数が低い領域ではバネ32の効果により、図2記載のプッシュプレート27と第二の回転子25が押し込まれ、有効磁束が最大となる。一方、高速回転時にはおもり33に働く遠心力によりプッシュプレート27と第二の回転子25が引き出され、有効磁束が小さくなる。このように、磁束調整手段18はガバナ31のような機械的手段によっても実現可能である。   FIG. 6 is a view showing another embodiment of the moving body having the rotating electrical machine of the present invention. In this embodiment, a speed governor (governor 31) that mechanically adjusts the rotational speed of the rotor is used as the variable magnetic flux mechanism 12 of FIG. The governor 31 includes a spring 32, a weight 33, and a link mechanism 34. In the region where the rotational speed is low, the push plate 27 and the second rotor 25 shown in FIG. 2 are pushed in by the effect of the spring 32, and the effective magnetic flux becomes maximum. On the other hand, the push plate 27 and the second rotor 25 are pulled out by the centrifugal force acting on the weight 33 during high-speed rotation, and the effective magnetic flux is reduced. Thus, the magnetic flux adjusting means 18 can also be realized by mechanical means such as the governor 31.

また、図1では回転数検知手段に回転数センサ13を用いたが、センサレス制御手段を有する場合にはセンサレス制御手段が提供する速度推定値を用いても全く同様の効果が得られる。さらに、図1のような構成では可変磁束モータ11と車両駆動軸とは直結されているために、可変磁束モータ11の回転数と車速とは比例関係にある。したがって、車速センサを用いても同様の効果が得られる。   In FIG. 1, the rotational speed sensor 13 is used as the rotational speed detection means. However, when the sensorless control means is provided, the same effect can be obtained even if the estimated speed value provided by the sensorless control means is used. Further, in the configuration as shown in FIG. 1, since the variable magnetic flux motor 11 and the vehicle drive shaft are directly connected, the rotational speed of the variable magnetic flux motor 11 and the vehicle speed are in a proportional relationship. Therefore, the same effect can be obtained even if a vehicle speed sensor is used.

また、パラレルハイブリッド車のように、ガソリンエンジンと可変磁束モータ11とが直結している場合には、エンジン回転数センサやクランク角センサを以って代用することもできる。   Further, when the gasoline engine and the variable magnetic flux motor 11 are directly connected as in a parallel hybrid vehicle, an engine speed sensor or a crank angle sensor can be used instead.

また、図1では制御手段17と磁束調整手段18を別体とした。この構成では、制御手段17は例えば損失最小化制御により得られる有効磁束Φの量を設定し、磁束調整手段18は図3に示したような磁束の制約を与える。しかし、実装上、1つのCPUに制御手段17と磁束調整手段18を実装しても本発明の効果が得られる。1つのCPUに実装する場合、制御手段17と磁束調整手段18の結果が互いに矛盾した場合には、磁束調整手段18を優先するようにしておけばよい。   In FIG. 1, the control means 17 and the magnetic flux adjusting means 18 are separated. In this configuration, the control means 17 sets the amount of the effective magnetic flux Φ obtained by, for example, loss minimization control, and the magnetic flux adjustment means 18 gives the magnetic flux restriction as shown in FIG. However, even if the control means 17 and the magnetic flux adjusting means 18 are mounted on one CPU, the effect of the present invention can be obtained. When mounting on one CPU, if the results of the control means 17 and the magnetic flux adjusting means 18 contradict each other, the magnetic flux adjusting means 18 may be prioritized.

10 移動体
11 可変磁束モータ
12 可変磁束機構
13 回転数センサ
14 インバータ
15 直流電力供給手段
16 可変磁束機構操作手段
17 制御手段
18 磁束調整手段
19 差動機構
21 ステータ
22 コイル
23 出力軸
24 第一の回転子
25 第二の回転子
26 スプライン
27 プッシュプレート
28 スラスト軸受
31 ガバナ
32 バネ
33 おもり
34 リンク機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Mobile body 11 Variable magnetic flux motor 12 Variable magnetic flux mechanism 13 Rotation speed sensor 14 Inverter 15 DC power supply means 16 Variable magnetic flux mechanism operation means 17 Control means 18 Magnetic flux adjustment means 19 Differential mechanism 21 Stator 22 Coil 23 Output shaft 24 First Rotor 25 Second rotor 26 Spline 27 Push plate 28 Thrust bearing 31 Governor 32 Spring 33 Weight 34 Link mechanism

Claims (10)

巻線を有する固定子と、
前記固定子に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に第一の回転子と第二の回転子に二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、
前記回転子の前記第一の回転子に対する前記回転子の前記第二の回転子の相対角度を可変する可変磁束機構と、を有する回転電機と、
前記回転電機の回転数が予め定めた閾値以下の場合、前記可変磁束機構へ前記第一の回転子と前記第二の回転子の相対角度を0とする制御信号を出力する磁束調整手段と、を有する移動体。
A stator having windings;
The stator is rotatably arranged through a gap, and is divided into a first rotor and a second rotor in the rotation axis direction, and field magnets having different polarities are alternately arranged in the rotation direction. An arranged rotor,
A rotating electrical machine having a variable magnetic flux mechanism that varies a relative angle of the second rotor of the rotor with respect to the first rotor of the rotor;
Magnetic flux adjusting means for outputting a control signal for setting the relative angle between the first rotor and the second rotor to 0 to the variable magnetic flux mechanism when the rotational speed of the rotating electrical machine is equal to or less than a predetermined threshold; A moving body having.
請求項1記載の移動体において、
前記磁束調整手段は、前記回転電機の回転数が予め定めた閾値以下の場合、有効磁束を最大とする制御信号を出力する移動体。
The mobile body according to claim 1,
The magnetic flux adjusting means is a moving body that outputs a control signal that maximizes the effective magnetic flux when the rotational speed of the rotating electrical machine is equal to or less than a predetermined threshold value.
請求項1記載の移動体において、
前記閾値は、最大トルクを発生できる最高回転数以下に設定された回転電機システム。
The mobile body according to claim 1,
In the rotating electrical machine system, the threshold value is set to be equal to or lower than a maximum rotational speed capable of generating a maximum torque.
巻線を有する固定子と、
前記固定子に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に第一の回転子と第二の回転子に二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、
前記回転子の前記第一の回転子に対する前記回転子の前記第二の回転子の相対角度を可変する可変磁束機構と、を有する回転電機と、
前記回転電機の回転数が予め定めた閾値以上の場合、前記可変磁束機構へ前記第一の回転子と前記第二の回転子の相対角度を最大とする制御信号を出力する磁束調整手段と、を有する移動体。
A stator having windings;
The stator is rotatably arranged through a gap, and is divided into a first rotor and a second rotor in the rotation axis direction, and field magnets having different polarities are alternately arranged in the rotation direction. An arranged rotor,
A rotating electrical machine having a variable magnetic flux mechanism that varies a relative angle of the second rotor of the rotor with respect to the first rotor of the rotor;
Magnetic flux adjusting means for outputting a control signal that maximizes the relative angle between the first rotor and the second rotor to the variable magnetic flux mechanism when the rotational speed of the rotating electrical machine is equal to or greater than a predetermined threshold; A moving body having.
請求項4記載の移動体において、
前記磁束調整手段は、前記回転電機の回転数が予め定めた閾値以上の場合、有効磁束を最低とする制御信号を出力する移動体。
The mobile body according to claim 4,
The magnetic flux adjusting means is a moving body that outputs a control signal that minimizes the effective magnetic flux when the rotational speed of the rotating electrical machine is equal to or greater than a predetermined threshold.
請求項4記載の移動体において、
前記閾値は、移動体の予め定められた想定最高速度で定まる最高回転数以下に設定された回転電機システム。
The mobile body according to claim 4,
In the rotating electrical machine system, the threshold value is set to be equal to or less than a maximum rotational speed determined by a predetermined assumed maximum speed of the moving body.
請求項1又は請求項4記載の移動体において、
前記回転電機の回転数を検知する回転数検知手段を有する移動体。
In the moving body according to claim 1 or 4,
A moving body having a rotational speed detection means for detecting the rotational speed of the rotating electrical machine.
請求項1記載の移動体において、
移動体に必要な駆動トルクを算出する制御手段と、
前記回転電機への電力を供給する直流電力供給手段と、を有し、
前記制御手段は、移動体の異常を検出した時、前記回転電機の回転数が前記閾値より小さい場合に前記第一回転子と前記第二回転子の相対角度が0にされた後に、前記回転電機へ供給する電力を止める指令信号を前記直流電力供給手段へ出力するシャットダウン手段を有する移動体。
The mobile body according to claim 1,
Control means for calculating the driving torque required for the moving body;
DC power supply means for supplying power to the rotating electrical machine,
When the rotation of the rotating electrical machine is smaller than the threshold when the control unit detects an abnormality of the moving body, the rotation angle is set to 0 after the relative angle between the first rotor and the second rotor is set to 0. A moving body having shutdown means for outputting a command signal for stopping power supplied to an electric machine to the DC power supply means.
請求項4記載の移動体において、
移動体に必要な駆動トルクを算出する制御手段と、
前記回転電機への電力を供給する直流電力供給手段と、を有し、
前記制御手段は、移動体の異常を検出した時、前記回転電機の回転数が前記閾値より大きい場合に前記第一回転子と前記第二回転子の相対角度が最大にされた後に、前記回転電機へ供給する電力を止める指令信号を前記直流電力供給手段へ出力するシャットダウン手段を有する移動体。
The mobile body according to claim 4,
Control means for calculating the driving torque required for the moving body;
DC power supply means for supplying power to the rotating electrical machine,
The control means detects the abnormality of the moving body, and when the rotational speed of the rotating electrical machine is greater than the threshold, the relative angle between the first rotor and the second rotor is maximized, and then the rotation A moving body having shutdown means for outputting a command signal for stopping power supplied to an electric machine to the DC power supply means.
請求項1又は請求項4記載の移動体において、
前記可変磁束機構は、機械的に回転子の回転速度を調速する調速機である移動体。
In the moving body according to claim 1 or 4,
The variable magnetic flux mechanism is a moving body that is a governor that mechanically regulates the rotational speed of the rotor.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013255342A (en) * 2012-06-07 2013-12-19 Ntn Corp Drive power control device of motor mounted vehicle
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CN113872492A (en) * 2021-09-30 2021-12-31 蜂巢传动系统(江苏)有限公司保定研发分公司 Motor controller, control method and control device thereof, and vehicle

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