JP2013110942A - Rotary electric machine and rotary electric machine control system - Google Patents

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英一 五十嵐
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary electric machine which is configured to obtain torque by providing a shading coil on a salient pole of a rotor and capable of stably increasing the torque.SOLUTION: A rotary electric machine 10 includes a rotor 14. The rotor 14 includes: a plurality of rotor coils 44s wound around a plurality of rotor salient poles 42; a plurality of rotor shading coils 46s wound around one side tip salient poles 52 provided on the plurality of rotor salient poles 42; and a plurality of main diodes 54s and auxiliary diodes 56s. The plurality of main diodes 54s make magnetic characteristics generated on the rotor salient poles 42 alternately different in a circumferential direction by induced electromotive force generated on the rotor coils 44s. The plurality of auxiliary diodes 56s make magnetic characteristics generated on the one side tip salient poles 52 alternately different in the circumferential direction by an induction current generated on the rotor shading coils 46s and match with the magnetic characteristics generated on the corresponding rotor salient poles 42 by the induction current generated on the rotor coils 44s.

Description

本発明は、ステータとロータとが対向配置された回転電機及び回転電機を備える回転電機制御システムに関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine in which a stator and a rotor are arranged to face each other and a rotating electrical machine control system including the rotating electrical machine.

従来から、特許文献1に記載されているように、ステータとロータとが対向配置される回転電機であって、ロータの周方向複数個所に設けられた突極の端面であって、回転方向の反対側に、磁束変化を妨げる隈取りリングを設けることが記載されている。回転電機の動作時には、ロータの突極がステータの突極に近づいたタイミングで、ステータのコイルに電圧を印加し、それにより生じた磁束によりロータの突極がステータの突極にさらに近づくようにトルクを発生させる。また、ステータの突極とロータの突極とが対向する位置でステータコイルへの電圧の印加を停止させる。ステータコイルへの電圧の印加が停止されても、回路のインダクタンスにより、磁束が遮断されず流れ続ける。この場合、隈取りリングに囲まれた端面に磁束が集中するのでトルクが発生し続けるとされている。   Conventionally, as described in Patent Document 1, a rotating electrical machine in which a stator and a rotor are arranged to face each other, and is an end face of salient poles provided at a plurality of circumferential positions of the rotor, and has a rotational direction. On the opposite side, it is described that a scraping ring for preventing magnetic flux changes is provided. During the operation of the rotating electrical machine, a voltage is applied to the stator coil at the timing when the rotor salient pole approaches the stator salient pole, and the magnetic flux generated thereby causes the rotor salient pole to approach the stator salient pole further. Generate torque. Further, the application of voltage to the stator coil is stopped at a position where the salient pole of the stator and the salient pole of the rotor face each other. Even when the application of voltage to the stator coil is stopped, the magnetic flux continues without being interrupted by the inductance of the circuit. In this case, it is said that torque continues to be generated because the magnetic flux concentrates on the end face surrounded by the scraping ring.

このような回転電機では、ロータの突極に設けられた隈取りリングにより、正トルクを高め、逆トルクを低下させるとされている。   In such a rotating electric machine, it is supposed that the positive torque is increased and the reverse torque is decreased by a scraping ring provided on the salient pole of the rotor.

特開平11−206081号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-206081

特許文献1に記載された回転電機において、隈取りリングの代わりに隈取りコイルを使用する構成を採用すれば、遅れ電流によりロータの突極に移動磁界を発生させ、正回転時のトルクを高くできる可能性はあるが、逆回転時には隈取りコイルを設けた端面が、隈取りコイルのない端面よりも先にステータの突極に近づくため、隈取りコイルの存在が回転方向に対する抵抗となり、いわゆるマイナストルクを発生させる可能性がある。このため、逆回転時の回転方向のトルクが減少する可能性がある。また、隈取りコイルに双方向に誘導電流が流れることで、簡単に隈取りコイルを設けた突極の磁極が反転する可能性がある。このため、回転電機のトルクを安定して高くする面から改良の余地がある。   In the rotating electrical machine described in Patent Document 1, if a configuration using a coiling coil instead of a coiling ring is adopted, a moving magnetic field is generated at the salient pole of the rotor by a lag current, and the torque during positive rotation can be increased. However, during reverse rotation, the end face provided with the scraping coil approaches the salient pole of the stator earlier than the end face without the scraping coil, so that the presence of the scraping coil serves as a resistance to the rotational direction and generates a so-called negative torque. there is a possibility. For this reason, the torque in the rotational direction at the time of reverse rotation may be reduced. Moreover, there is a possibility that the magnetic pole of the salient pole provided with the scraping coil is easily reversed by the induction current flowing through the scraping coil in both directions. For this reason, there is room for improvement in terms of stably increasing the torque of the rotating electrical machine.

本発明の目的は、回転電機において、ロータの突極に隈取りコイルを設けてトルクを得る構成で、トルクを安定して高くすることである。   An object of the present invention is to stably increase the torque in a rotating electric machine with a configuration in which a winding coil is provided on a salient pole of a rotor to obtain torque.

本発明に係る回転電機及び回転電機制御システムは、上記の目的を達成するために以下の手段を採用する。   The rotating electrical machine and the rotating electrical machine control system according to the present invention employ the following means in order to achieve the above object.

本発明に係る回転電機は、ロータとステータとが対向配置された回転電機であって、前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコアの複数個所に配置され、それぞれ先端部の周方向片側に設けられた片側先端突極を有する複数のロータ突極と、前記各ロータ突極に巻き回しされた主コイルと、前記各片側先端突極に巻き回しされた隈取りコイルと、前記主コイルに接続された主磁気特性調整部と、前記隈取りコイルに接続された副磁気特性調整部とを含み、複数の前記主磁気特性調整部は、前記主コイルに生じる誘導電流により前記複数のロータ突極に生じる磁気特性を周方向に交互に異ならせ、複数の前記副磁気特性調整部は、前記隈取りコイルに生じる誘導電流により前記複数の片側先端突極に生じる磁気特性を、周方向に交互に異ならせつつ、対応する前記主コイルに生じる誘導電流により対応する前記ロータ突極に生じる磁気特性と一致させ、さらに、前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアの周方向複数個所に配置された複数のステータ突極と、前記各ステータ突極に巻き回しされた第2コイルとを含むことを特徴とする回転電機である。   A rotating electrical machine according to the present invention is a rotating electrical machine in which a rotor and a stator are arranged to face each other, and the rotor is disposed at a plurality of locations of the rotor core and the rotor core, and each is provided on one circumferential side of the tip portion. A plurality of rotor salient poles having one-side tip salient poles, a main coil wound around each of the rotor salient poles, a scraping coil wound around each one-side tip salient pole, and a main connected to the main coil A plurality of main magnetic characteristic adjusting units including magnetic characteristics generated in the plurality of rotor salient poles by an induced current generated in the main coil. And the plurality of sub-magnetic characteristic adjusting units alternately change the magnetic characteristics generated in the plurality of one-side tip salient poles in the circumferential direction by an induced current generated in the scraping coil. However, the stator is matched with the magnetic characteristics generated in the corresponding rotor salient poles by the induced current generated in the corresponding main coil, and the stator includes a stator core and a plurality of stator protrusions arranged at a plurality of circumferential positions of the stator core. The rotating electrical machine includes a pole and a second coil wound around each stator salient pole.

本発明に係る回転電機によれば、ロータの突極に隈取りコイルを設けてトルクを得る構成で、トルクを安定して高くできる。   According to the rotating electrical machine according to the present invention, the torque can be stably increased by providing a winding coil on the salient pole of the rotor to obtain the torque.

また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、前記主磁気特性調整部は主ダイオードであり、前記副磁気特性調整部は、前記主ダイオードに対し電気的に独立して設けられた副ダイオードであり、さらに、前記ステータは、前記各ステータ突極に巻き回しされた前記第2コイルである第2主コイルと第2隈取りコイルとを含み、前記第2主コイル及び前記第2隈取りコイルは、互いに独立して電流を流すことを可能とする。   In the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, the main magnetic characteristic adjusting unit is a main diode, and the sub magnetic characteristic adjusting unit is a sub diode provided electrically independent of the main diode. And the stator further includes a second main coil and a second scraping coil that are the second coils wound around the stator salient poles, and the second main coil and the second scraping coil are: It allows currents to flow independently of each other.

上記構成によれば、ロータの突極に隈取りコイルを設けてトルクを得る構成で、第2隈取りコイルに流す電流を第2主コイルに流す電流に対し独立して流すとともに、第2隈取りコイルに流す電流を適切に制御することで、逆回転時の隈取りコイルによるマイナストルクの発生を抑制し、回転方向のトルクの減少を抑制することができる。   According to the above configuration, the coil is provided on the salient pole of the rotor to obtain torque, and the current flowing through the second coiling coil is made to flow independently from the current flowing through the second main coil, and the current is fed to the second coiling coil. By appropriately controlling the flowing current, it is possible to suppress the generation of minus torque by the scraping coil during reverse rotation and to suppress the decrease in torque in the rotation direction.

また、本発明に係る回転電機制御システムは、本発明に係る回転電機と、電源に接続され、前記第2主コイルに交流電流を出力するインバータと、前記電源または別の電源に接続され、前記第2隈取りコイルに第2電流を出力する第2電流出力部と、前記インバータ及び前記第2電流出力部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第2主コイル及び前記第2隈取りコイルに流れる電流を、前記インバータ及び前記第2電流出力部を用いて制御することを特徴とする回転電機制御システムである。   The rotating electrical machine control system according to the present invention is connected to the rotating electrical machine according to the present invention, an inverter connected to a power source, and outputs an alternating current to the second main coil, and connected to the power source or another power source. A second current output unit configured to output a second current to the second scraping coil; and a control unit configured to control the inverter and the second current output unit, wherein the control unit includes the second main coil and the second current coil. In the rotating electrical machine control system, the current flowing in the coiling coil is controlled using the inverter and the second current output unit.

また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、好ましくは、前記制御部は、前記ロータが正回転する場合に、前記第2隈取りコイルに前記第2電流としてパルス電流が印加され、前記ロータが逆回転する場合に、前記第2隈取りコイルにパルス電流が、前記正回転時と異なるタイミングまたは異なる方向に印加されるように、前記第2電流出力部を制御する。   In the rotating electrical machine control system according to the present invention, it is preferable that the control unit applies a pulse current as the second current to the second scraping coil when the rotor rotates in the forward direction, and reverses the rotor. When rotating, the second current output unit is controlled so that a pulse current is applied to the second scraping coil at a different timing or in a different direction from that during the forward rotation.

また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、前記主磁気特性調整部はダイオードであり、前記副磁気特性調整部はサイリスタであり、前記隈取りコイルは、前記主コイルに前記サイリスタを介して接続されている。この構成において、「サイリスタ」として、予め設定した所定電流値以上の電流が流れる場合にオンされ、所定電流値未満の電流が流れる場合にオフされるサイリスタを使用できる。   In the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, the main magnetic characteristic adjusting unit is a diode, the sub magnetic characteristic adjusting unit is a thyristor, and the scraping coil is connected to the main coil via the thyristor. Has been. In this configuration, as the “thyristor”, a thyristor that is turned on when a current greater than or equal to a predetermined current value flows and that is turned off when a current less than the predetermined current value flows can be used.

上記構成によれば、ロータの突極に隈取りコイルを設けてトルクを得る構成で、第2コイルに流す電流を適切に制御することで、ロータの正回転時にサイリスタがオンされ、逆回転時にサイリスタがオフされるようにすることができ、逆回転時の隈取りコイルによるマイナストルクの発生を抑制し、回転方向のトルクの減少を抑制することができる。   According to the above configuration, the winding is provided on the salient pole of the rotor to obtain torque, and the thyristor is turned on during the forward rotation of the rotor and the thyristor during the reverse rotation by appropriately controlling the current flowing through the second coil. Can be turned off, generation of negative torque by the winding coil during reverse rotation can be suppressed, and decrease in torque in the rotation direction can be suppressed.

また、本発明に係る回転電機制御システムは、本発明に係る回転電機と、電源に接続され、前記第2コイルに交流電流を出力するインバータと、前記第2コイルに流れる電流を、前記インバータを用いて制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記ロータが逆回転する場合に前記第2コイルに流れる最大電流が、前記ロータが正回転する場合に前記第2コイルに流れる最大電流よりも小さくなるように前記インバータを制御することを特徴とする回転電機制御システムである。   The rotating electrical machine control system according to the present invention includes a rotating electrical machine according to the present invention, an inverter connected to a power source and outputting an alternating current to the second coil, and a current flowing through the second coil. And a control unit that controls the maximum current that flows through the second coil when the rotor rotates in a reverse direction than the maximum current that flows through the second coil when the rotor rotates forward. The rotating electrical machine control system is characterized in that the inverter is controlled so as to be smaller.

本発明の回転電機及び回転電機制御システムによれば、ロータの突極に隈取りコイルを設けてトルクを得る構成で、トルクを安定して高くできる。   According to the rotating electrical machine and the rotating electrical machine control system of the present invention, the torque can be stably increased with the configuration in which the winding coil is provided on the salient pole of the rotor to obtain the torque.

本発明の第1の実施形態の回転電機を含む回転電機制御システムを示す概略図である。It is the schematic which shows the rotary electric machine control system containing the rotary electric machine of the 1st Embodiment of this invention. 図1のA部拡大対応図である。FIG. 2 is an enlarged view corresponding to a part A in FIG. 1. 図1の回転電機を構成するロータを示す概略図である。It is the schematic which shows the rotor which comprises the rotary electric machine of FIG. 第1の実施形態の回転電機において、ロータの正回転時の様子を順に示す、図2に対応する図である。In the rotary electric machine of 1st Embodiment, it is a figure corresponding to FIG. 2 which shows the mode at the time of forward rotation of a rotor in order. 本発明の第2の実施形態の回転電機を示す、図2に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 2 which shows the rotary electric machine of the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態において、1つのロータ突極に対応して、ロータコイル及びロータ隈取りコイルをサイリスタを介して接続した回路の1例を示す図である。In 2nd Embodiment, it is a figure which shows an example of the circuit which connected the rotor coil and the rotor scraping coil via the thyristor corresponding to one rotor salient pole. 第2の実施形態の回転電機において、ロータの正回転時の様子を順に示す、図5に対応する図である。In the rotary electric machine of 2nd Embodiment, it is a figure corresponding to FIG. 5 which shows the mode at the time of forward rotation of a rotor in order.

[第1の実施形態]
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図1〜4は、本発明の第1の実施形態を示す図である。図1は、本実施形態の回転電機を含む回転電機制御システムを示す概略図である。図2は、図1のA部拡大対応図である。図3は、図1の回転電機を構成するロータを示す概略図である。図4は、本実施形態の回転電機において、ロータの正回転時の様子を順に示す、図2に対応する図である。回転電機は、例えばエンジンと走行用モータとを駆動源として備えるハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車等の電動車両に、車輪駆動用として搭載されることができる。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 4 are diagrams showing a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic diagram showing a rotating electrical machine control system including the rotating electrical machine of the present embodiment. FIG. 2 is an enlarged view corresponding to part A of FIG. FIG. 3 is a schematic view showing a rotor constituting the rotating electrical machine of FIG. FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 2, which sequentially shows the state of the rotor in the forward rotation in the rotating electrical machine of the present embodiment. The rotating electrical machine can be mounted for driving a wheel in an electric vehicle such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, or a fuel cell vehicle that includes, for example, an engine and a traveling motor as driving sources.

図1に示すように、電動機または発電機として機能する回転電機10は、図示しないケーシングに固定されたステータ12と、ステータ12と所定の空隙をあけて径方向内側に対向配置され、ステータ12に対し回転可能なロータ14とを備える(なお、単に「径方向」という場合、ロータの回転中心軸に対し直交する放射方向をいう。本明細書全体及び特許請求の範囲で同じである。)。   As shown in FIG. 1, a rotating electrical machine 10 that functions as an electric motor or a generator is disposed to face a stator 12 fixed to a casing (not shown) and radially inward with a predetermined gap from the stator 12. (In the case of simply “radial direction”, it refers to a radial direction perpendicular to the rotation center axis of the rotor. The same applies throughout the present specification and claims.)

また、ステータ12は、ステータヨークであるステータコア16と、ステータコア16の周方向複数個所に一体的に配置されたステータ突極であるティース18と、各ティース18に巻き回しされた複数相(図示の例の場合にはu相、v相、w相の3相)の第2コイルであるステータコイル20u,20v,20wとを含む。すなわち、ステータコア16の内周面には、径方向内側へ(ロータ14へ向けて)突出する複数のティース18がステータ12の周方向に沿って互いに間隔をおいて配列されており、各ティース18間にスロット22が形成されている。また、ステータコア16及び複数のティース18は磁性材により、一体に設けられている。   The stator 12 includes a stator core 16 that is a stator yoke, teeth 18 that are stator salient poles that are integrally disposed at a plurality of locations in the circumferential direction of the stator core 16, and a plurality of phases wound around the teeth 18 (not shown). In the case of the example, it includes stator coils 20u, 20v, and 20w that are second coils of u phase, v phase, and w phase). That is, a plurality of teeth 18 projecting radially inward (toward the rotor 14) are arranged on the inner peripheral surface of the stator core 16 at intervals from each other along the circumferential direction of the stator 12. A slot 22 is formed between them. The stator core 16 and the plurality of teeth 18 are integrally provided with a magnetic material.

各相のステータコイル20u,20v,20wは、スロット22を通ってティース18に短節集中巻等の集中巻きで巻装されている。このように、ティース18にステータコイル20u,20v,20wが巻装されることでティース18に磁極が形成される。そして、複数相のステータコイル20u,20v,20wに複数相の交流電流を流すことで、周方向に複数配置されたティース18が磁化し、周方向に回転する回転磁界をステータ12に生成することが可能となる。すなわち、複数相のステータコイル20u,20v,20wは、ステータ12に回転磁界を生じさせる。なお、ステータコイルは、このようにステータ12のティース18に巻き回しする構成に限定するものではなく、例えばティース18から外れたステータコア16の環状部分の周方向複数個所に複数相のステータコイルを巻き回しするトロイダル巻きとし、ステータ12に回転磁界を生じさせることもできる。   The stator coils 20u, 20v, and 20w of each phase are wound around the teeth 18 through the slots 22 with concentrated winding such as short concentrated winding. In this manner, the stator coils 20u, 20v, and 20w are wound around the teeth 18 to form magnetic poles on the teeth 18. Then, by passing a plurality of phases of alternating current through the plurality of stator coils 20u, 20v, 20w, the teeth 18 arranged in the circumferential direction are magnetized, and a rotating magnetic field that rotates in the circumferential direction is generated in the stator 12. Is possible. That is, the multi-phase stator coils 20 u, 20 v, 20 w generate a rotating magnetic field in the stator 12. The stator coil is not limited to the configuration in which the stator coil is wound around the teeth 18 of the stator 12 as described above. For example, the stator coils of a plurality of phases are wound around a plurality of circumferential portions of the annular portion of the stator core 16 removed from the teeth 18. A rotating magnetic field can be generated in the stator 12 by using a toroidal winding that rotates.

さらに、図2に示すように、上記各ティース18は、ティース本体24と、ティース本体24の先端面の周方向片側(図2の右側)寄りに径方向に窪んだ溝部26を形成することで周方向片側に設けられた片側先端突極28とを有する。各片側先端突極28に、対応するティース18のステータコイル20w(または20uまたは20v)に対応して、複数相(図示の例の場合にはu相、v相、w相の3相)の第2隈取りコイルであるステータ隈取りコイル30を巻き回ししている。ステータ隈取りコイル30と、ステータコイル20u(または20vまたは20w)とは互いに非接続とし、互いに独立して電流を流すことを可能としている。図2では、同じティース18に巻き回しするステータコイル20u(または20uまたは20v)及びステータ隈取りコイル30の巻き方向を、互いに同じとしている。   Furthermore, as shown in FIG. 2, each of the teeth 18 is formed by forming a tooth body 24 and a groove portion 26 that is recessed in the radial direction toward the one side in the circumferential direction (right side in FIG. 2) of the distal end surface of the teeth body 24. And a one-side tip salient pole 28 provided on one side in the circumferential direction. Corresponding to the stator coil 20w (or 20u or 20v) of the tooth 18 corresponding to each one-side tip salient pole 28, a plurality of phases (in the example shown, three phases of u phase, v phase, and w phase) A stator scraping coil 30 that is a second scraping coil is wound. The stator scraping coil 30 and the stator coil 20u (or 20v or 20w) are not connected to each other, allowing current to flow independently of each other. In FIG. 2, the winding directions of the stator coil 20u (or 20u or 20v) and the stator winding coil 30 wound around the same tooth 18 are the same.

図1に示すように、各相のステータコイル20u,20v,20wは、主インバータ32に接続され、主インバータ32に直流電源であるバッテリ34が接続されている。   As shown in FIG. 1, the stator coils 20 u, 20 v, and 20 w of each phase are connected to a main inverter 32, and a battery 34 that is a DC power source is connected to the main inverter 32.

図2に示すように、各ステータ隈取りコイル30は、第2電流出力部である副インバータ36に接続され、副インバータ36にバッテリ34が接続されている。すなわち、バッテリ34には、互いに並列に主インバータ32と副インバータ36とが接続されている。なお、主インバータ32及び副インバータ36とバッテリ34との間に、バッテリ34の電圧を昇圧または降圧し、各インバータ32、36に供給する図示しないコンバータを接続することもできる。   As shown in FIG. 2, each stator scraping coil 30 is connected to a sub-inverter 36 that is a second current output unit, and a battery 34 is connected to the sub-inverter 36. That is, the main inverter 32 and the sub inverter 36 are connected to the battery 34 in parallel with each other. A converter (not shown) that boosts or lowers the voltage of the battery 34 and supplies the voltage to the inverters 32 and 36 may be connected between the main inverter 32 and the sub-inverter 36 and the battery 34.

各インバータ32,36は、入力された直流電力を3相の電流に変換して出力する。例えば、詳細な図示は省略するが、各インバータ32,36は、互いに並列接続された3相のアームを有し、各アームは、2個のトランジスタ、IGBT等のスイッチング素子が直列に接続されたものとする。各アームの中点が3相のステータコイル20u,20v,20wまたは3相のステータ隈取りコイル30の一端に接続される。3相のステータコイル20u,20v,20wまたは3相のステータ隈取りコイル30の他端は、それぞれの中性点に接続される。各インバータ32,36のスイッチング素子のオンオフは、制御部(ECU)38により制御される。制御部38は、例えば図示しない車両のアクセルペダル等の加速指示部に設けられたセンサから加速指令信号を受け取り、図示しない変速操作部等の方向指示部に設けられたセンサから回転方向指令信号を受け取る。そして制御部38は、加速指令及び回転方向指令に応じた回転電機10のトルク目標を算出し、トルク目標等に応じた各ステータコイル20u,20v,20wに流す電流を生成するための主電流指令値を生成するとともに、各ステータ隈取りコイル30に流す電流を生成するための副電流指令値を生成する。   Each inverter 32, 36 converts the input DC power into a three-phase current and outputs it. For example, although not shown in detail, each of the inverters 32 and 36 has a three-phase arm connected in parallel to each other, and each arm is connected in series with switching elements such as two transistors and IGBTs. Shall. The midpoint of each arm is connected to one end of a three-phase stator coil 20u, 20v, 20w or a three-phase stator winding coil 30. The other ends of the three-phase stator coils 20u, 20v, 20w or the three-phase stator scraping coil 30 are connected to the neutral points. On / off of the switching elements of the inverters 32 and 36 is controlled by a control unit (ECU) 38. The control unit 38 receives an acceleration command signal from a sensor provided in an acceleration instruction unit such as an accelerator pedal of a vehicle (not shown), for example, and receives a rotation direction command signal from a sensor provided in a direction instruction unit such as a shift operation unit (not shown). receive. And the control part 38 calculates the torque target of the rotary electric machine 10 according to an acceleration command and a rotation direction command, and generates the electric current command for generating the electric current sent through each stator coil 20u, 20v, 20w according to a torque target etc. In addition to generating a value, a sub-current command value for generating a current to be passed through each stator scraping coil 30 is generated.

制御部38は、各主電流指令値から主インバータ32の制御信号を生成し、各副電流指令値から副インバータ36の制御信号を生成し、それぞれの制御信号に応じて主インバータ32及び副インバータ36のスイッチング動作を制御する。例えば、主電流指令値をd軸電流指令値及びq軸電流指令値とし、d軸、q軸両指令値に応じた主インバータ32の制御信号を生成する。また、副電流指令値は、例えば主インバータ32の3相の出力電流の各1周期に応じて1回ずつ等の所定回数ずつ予め設定した所定のタイミングで発生させる第2電流であるパルス電流とする。なお、主インバータ32に接続するバッテリと、副インバータ36に接続するバッテリとを互いに別のバッテリとすることもできる。   The control unit 38 generates a control signal for the main inverter 32 from each main current command value, generates a control signal for the sub inverter 36 from each sub current command value, and controls the main inverter 32 and the sub inverter according to each control signal. 36 switching operations are controlled. For example, the main current command value is set as a d-axis current command value and a q-axis current command value, and a control signal for the main inverter 32 corresponding to both the d-axis and q-axis command values is generated. Further, the sub-current command value is, for example, a pulse current that is a second current generated at a predetermined timing set in advance by a predetermined number of times such as once according to each cycle of the three-phase output current of the main inverter 32. To do. The battery connected to the main inverter 32 and the battery connected to the sub inverter 36 may be different from each other.

また、制御部38には、3相のうち、少なくとも2相のステータコイル側に設けられた電流センサで検出された電流値を表す信号と、レゾルバ等の回転角度検出部で検出された回転電機10のロータ14(図1)の回転角度を表す信号とをそれぞれ入力し、制御部38は、それぞれの検出信号に応じて、各ステータコイル20u,20v,20w及び各ステータ隈取りコイル30に流す電流をフィードバック制御することもできる。   The control unit 38 also includes a signal representing a current value detected by a current sensor provided on the stator coil side of at least two phases of the three phases, and a rotating electrical machine detected by a rotation angle detection unit such as a resolver. 10 and the signals representing the rotation angles of the rotors 14 (FIG. 1), respectively, and the control unit 38 supplies currents to the stator coils 20u, 20v, 20w and the stator scraping coils 30 in accordance with the detection signals. Can also be feedback controlled.

このように構成されるので、主インバータ32は各相のステータコイル20u,20v,20wに交流電力を出力する。また、副インバータ36は、各相のステータ隈取りコイル30に第2電流であるパルス電流を出力する。制御部38は、ステータコイル20u,20v,20w及びステータ隈取りコイル30に流れる電流を、主インバータ32及び副インバータ36を用いて制御する。制御部38は、例えばCPU,メモリ等を有するマイクロコンピュータを含む。制御部38は、単一の制御部により構成できるが、機能ごとに分割された複数の制御部により構成することもできる。   With this configuration, the main inverter 32 outputs AC power to the stator coils 20u, 20v, and 20w of each phase. Further, the sub inverter 36 outputs a pulse current that is a second current to the stator scraping coil 30 of each phase. The control unit 38 controls the current flowing through the stator coils 20 u, 20 v, 20 w and the stator scraping coil 30 using the main inverter 32 and the sub inverter 36. The control unit 38 includes a microcomputer having, for example, a CPU and a memory. Although the control part 38 can be comprised by a single control part, it can also be comprised by the some control part divided | segmented for every function.

一方、図3に示すように、ロータ14は、ロータヨークであるロータコア40と、ロータコア40の外周面の周方向の等間隔複数個所(図示の例では4個所)に、径方向外側に向けて(ステータ12(図1)に向けて)突出して配置されたロータ突極42と、複数のロータコイル44n、44s及び複数のロータ隈取りコイル46n、46sとを含む(なお、単に「周方向」という場合、ロータの回転中心軸を中心として描かれる円形に沿う方向をいう。本明細書全体及び特許請求の範囲で同じである)。ロータコア40及び複数のロータ突極42は、電磁鋼板等の磁性鋼板を複数積層した積層体等の磁性材により、一体に設けられている。ロータコア40の中心部には、図示しないケーシングに対し回転可能に支持された回転軸47を嵌合固定する。   On the other hand, as shown in FIG. 3, the rotor 14 is directed radially outwardly at a plurality of equally spaced circumferential locations (four locations in the illustrated example) on the outer circumferential surface of the rotor core 40 that is a rotor yoke. A rotor salient pole 42 that protrudes toward the stator 12 (FIG. 1), a plurality of rotor coils 44n and 44s, and a plurality of rotor scraping coils 46n and 46s are included (in the case of simply referred to as “circumferential direction”) And a direction along a circle drawn around the rotation center axis of the rotor, which is the same throughout the present specification and claims). The rotor core 40 and the plurality of rotor salient poles 42 are integrally provided by a magnetic material such as a laminate in which a plurality of magnetic steel plates such as electromagnetic steel plates are stacked. A rotation shaft 47 that is rotatably supported with respect to a casing (not shown) is fitted and fixed to the center portion of the rotor core 40.

より詳しくは、図3に示すように、上記各ロータ突極42は、突極本体48と、突極本体48の先端面の周方向片側(図2の左側、図3の時計方向)寄りに径方向に窪んだ溝部50を形成することで周方向片側に設けられた片側先端突極52とを有する。各ロータ突極42に対してロータ14の片側先端突極52が配置される側と、各ティース18に対してステータ12の片側先端突極28が配置される側とは、周方向に関して互いに逆となっている。ロータ14の周方向に関して1つおきのロータ突極42の突極本体48に複数の主コイルであるロータコイル44nがそれぞれ集中巻きで巻き回しされ、ロータコイル44nが巻き回しされたロータ突極42と隣り合う別のロータ突極42であって、周方向1つおきのロータ突極42の突極本体48に、複数の主コイルである別のロータコイル44sがそれぞれ集中巻きで巻き回しされている。なお、図1〜3では、ステータ12のティース18が6個でロータ14のロータ突極42が4個の場合を示しているが、これは1例に過ぎず、ティース18及びロータ突極42の数はそれぞれ任意の数とすることができる。   More specifically, as shown in FIG. 3, each of the rotor salient poles 42 is closer to one side in the circumferential direction (left side in FIG. 2, clockwise in FIG. 3) of the salient pole body 48 and the tip surface of the salient pole body 48. By forming a groove portion 50 that is depressed in the radial direction, it has a one-side tip salient pole 52 provided on one side in the circumferential direction. The side where the one-side tip salient pole 52 of the rotor 14 is disposed with respect to each rotor salient pole 42 and the side where the one-side tip salient pole 28 of the stator 12 is disposed with respect to each tooth 18 are opposite to each other in the circumferential direction. It has become. A plurality of rotor coils 44n, which are a plurality of main coils, are wound around the salient pole body 48 of every other rotor salient pole 42 in the circumferential direction of the rotor 14 by concentrated winding, and the rotor salient pole 42 around which the rotor coil 44n is wound. The rotor salient poles 42 adjacent to each other, and each of the rotor salient poles 48 of the other rotor salient poles 42 in the circumferential direction is wound with concentrated windings on another rotor coil 44s as a plurality of main coils. Yes. 1 to 3 show the case where the teeth 12 of the stator 12 are six and the rotor salient poles 42 of the rotor 14 are four, this is only an example, and the teeth 18 and the rotor salient poles 42 are provided. The number of can be any number.

さらに、ロータ14の各片側先端突極52に、対応するロータ突極42のロータコイル44n(または44s)に対応して、ロータ隈取りコイル46n(または46s)が巻き回しされている。図2では、同じロータ突極42に巻き回しするロータコイル44n(または44s)及びロータ隈取りコイル46n(または46s)の巻き方向を、互いに同じとしている。また、各ロータコイル44n、44sの両端に主磁気特性調整部である主ダイオード54n、54sが直列に接続され、各ロータ隈取りコイル46n、46sの両端に副磁気特性調整部である副ダイオード56n、56sが直列に接続されている。各副ダイオード56n、56sは各主ダイオード54n、54sに対し非接続であり、互いに電気的に独立して設けられている。   Further, a rotor scraping coil 46n (or 46s) is wound around each one-side tip salient pole 52 of the rotor 14 corresponding to the rotor coil 44n (or 44s) of the corresponding rotor salient pole 42. In FIG. 2, the winding directions of the rotor coil 44n (or 44s) and the rotor winding coil 46n (or 46s) wound around the same rotor salient pole 42 are the same. Further, main diodes 54n and 54s, which are main magnetic characteristic adjusting sections, are connected in series to both ends of each rotor coil 44n, 44s, and sub-diodes 56n, which are sub-magnetic characteristic adjusting sections, are connected to both ends of each rotor scraping coil 46n, 46s. 56s are connected in series. The sub-diodes 56n and 56s are not connected to the main diodes 54n and 54s, and are electrically independent from each other.

複数の主ダイオード54n、54sは、対応するロータコイル44n、44sと組み合わされることで、ロータコイル44n、44sに生じる誘導電流により複数のロータ突極42に生じる磁気特性を、ロータ14の周方向に交互に異ならせている。具体的には、各主ダイオード54n、54sが対応するロータコイル44n、44sに流れる電流の方向を規制することで、周方向に1つおきのロータ突極42の先端にN極が形成され、そのロータ突極42と隣り合う、周方向に1つおきのロータ突極42の先端にS極が形成されるようにしている。図3では、各ロータ突極42の先端外側に示したN,Sにより、それぞれで形成される極を表している。   The plurality of main diodes 54n and 54s are combined with the corresponding rotor coils 44n and 44s, so that the magnetic characteristics generated in the plurality of rotor salient poles 42 by the induced current generated in the rotor coils 44n and 44s are caused in the circumferential direction of the rotor 14. It is made different alternately. Specifically, by restricting the direction of the current flowing through the rotor coils 44n and 44s corresponding to the main diodes 54n and 54s, an N pole is formed at the tip of every other rotor salient pole 42 in the circumferential direction, An S pole is formed at the tip of every other rotor salient pole 42 adjacent to the rotor salient pole 42 in the circumferential direction. In FIG. 3, the poles formed by N and S shown on the outer side of the tip of each rotor salient pole 42 are shown.

また、複数の副ダイオード56n、56sは、対応するロータ隈取りコイル46n、46sと組み合わされることで、ロータ隈取りコイル46n、46sに生じる誘導電流により複数の片側先端突極52に生じる磁気特性を、ロータ14の周方向に交互に異ならせつつ、対応するロータコイル44n、44sに生じる誘導電流により対応するロータ突極42に生じる磁気特性と一致させている。具体的には、各副ダイオード56n、56sが対応するロータ隈取りコイル46n、46sに流れる電流の方向を規制することで、先端にN極が形成されるロータ突極42が有する、周方向に1つおきの片側先端突極52の先端にN極を形成する。また、N極が形成されるロータ突極42と隣り合う別のロータ突極42であって、先端にS極が形成されるロータ突極42が有する、周方向に1つおきの片側先端突極52の先端にS極が形成されるようにしている。なお、各ロータコイル44n、44s及び各ロータ隈取りコイル46n、46sは、対応するロータ突極42に、樹脂等により造られる電気絶縁性を有するインシュレータ(図示せず)等を介して巻装することもできる。   Further, the plurality of sub-diodes 56n and 56s are combined with the corresponding rotor scraping coils 46n and 46s, so that the magnetic characteristics generated in the plurality of one-side tip salient poles 52 by the induced current generated in the rotor scraping coils 46n and 46s 14, the magnetic characteristics generated in the corresponding rotor salient poles 42 are matched with the induced current generated in the corresponding rotor coils 44n and 44s. Specifically, by restricting the direction of the current flowing through the rotor scraping coils 46n and 46s corresponding to the sub-diodes 56n and 56s, the rotor salient pole 42 having the N pole formed at the tip has 1 in the circumferential direction. An N pole is formed at the tip of every other one-side tip salient pole 52. Another rotor salient pole 42 adjacent to the rotor salient pole 42 on which the N pole is formed, the rotor salient pole 42 having the S pole formed at the tip, every other one-side tip protrusion in the circumferential direction. An S pole is formed at the tip of the pole 52. The rotor coils 44n and 44s and the rotor scraping coils 46n and 46s are wound around the corresponding rotor salient poles 42 through an insulator (not shown) having electrical insulation made of resin or the like. You can also.

このような構成では、各ロータコイル44n、44s及び各ロータ隈取りコイル46n、46sに整流された電流が流れることでロータ突極42及び片側先端突極52が磁化し、磁極部として機能する。また、図1に戻って、ステータコイル20u,20v,20wに交流電流を流すことで、ステータ12が回転磁界を生成するが、この回転磁界は、基本波成分の磁界だけでなく、基本波よりも高い次数の高調波成分の磁界を含んでいる。   In such a configuration, the rectified current flows through the rotor coils 44n and 44s and the rotor scraping coils 46n and 46s, whereby the rotor salient poles 42 and the one-side tip salient poles 52 are magnetized and function as magnetic pole portions. Returning to FIG. 1, the stator 12 generates a rotating magnetic field by passing an alternating current through the stator coils 20u, 20v, and 20w. This rotating magnetic field is generated not only from the fundamental wave component but also from the fundamental wave. It also contains a high order harmonic component magnetic field.

より詳しくは、ステータ12に回転磁界を発生させる起磁力の分布は、各相のステータコイル20u,20v,20wの配置や、ティース18及びスロット22によるステータコア16の形状に起因して、(基本波のみの)正弦波分布にはならず、高調波成分を含むものとなる。特に、集中巻においては、各相のステータコイル20u,20v,20wが互いに重なり合わないため、ステータ12の起磁力分布に生じる高調波成分の振幅レベルが増大する。例えばステータコイル20u,20v,20wが3相集中巻の場合は、高調波成分として、入力電気周波数の時間的3次成分であり、空間的な2次成分の振幅レベルが増大する。このようにステータコイル20u,20v,20wの配置やティース18を含むステータコア16の形状に起因して起磁力に生じる高調波成分は空間高調波と呼ばれている。   More specifically, the distribution of magnetomotive force that generates a rotating magnetic field in the stator 12 is caused by the arrangement of the stator coils 20u, 20v, and 20w of each phase and the shape of the stator core 16 by the teeth 18 and the slots 22 (fundamental wave). Only) and not including a sine wave distribution but including harmonic components. In particular, in the concentrated winding, the stator coils 20u, 20v, 20w of the respective phases do not overlap with each other, so that the amplitude level of the harmonic component generated in the magnetomotive force distribution of the stator 12 increases. For example, when the stator coils 20u, 20v, and 20w are three-phase concentrated windings, the harmonic component is a temporal third-order component of the input electrical frequency, and the amplitude level of the spatial second-order component increases. Thus, the harmonic component generated in the magnetomotive force due to the arrangement of the stator coils 20u, 20v, 20w and the shape of the stator core 16 including the teeth 18 is called a spatial harmonic.

ステータ12からロータ14に、この空間強調波成分を含む回転磁界が作用すると、空間高調波の磁束変動により、ロータ突極42間の空間に漏れ出す漏れ磁束の変動が発生し、これにより各ロータコイル44n、44sの少なくともいずれかのロータコイル44n、44sに誘導起電力が発生する。また、ロータコイル44n、44sに発生する誘導起電力によりロータ突極42に生じる磁束変動によりロータ隈取りコイル46n、46sにも誘導起電力が発生する。これにより、各ロータコイル44n、44s及び各ロータ隈取りコイル46n、46sに誘導電流が発生し、その誘導電流の方向は主ダイオード54n、54sまたは副ダイオード56n、56sで規制される。そして、ロータコイル44n、44s及びロータ隈取りコイル46n、46sが巻装されたロータ突極42が磁化することで、このロータ突極42が磁極の固定された磁石である磁極部として機能する。このため、複数のロータ突極42の先端に周方向に交互にN極とS極とが形成される。   When a rotating magnetic field including this space-emphasized wave component acts on the rotor 14 from the stator 12, a fluctuation in leakage magnetic flux leaking into the space between the rotor salient poles 42 is generated due to a magnetic flux fluctuation in the spatial harmonics. An induced electromotive force is generated in at least one of the rotor coils 44n and 44s of the coils 44n and 44s. In addition, induced electromotive force is also generated in the rotor scraping coils 46n and 46s due to magnetic flux fluctuations generated in the rotor salient poles 42 due to induced electromotive force generated in the rotor coils 44n and 44s. Thereby, an induced current is generated in each rotor coil 44n, 44s and each rotor winding coil 46n, 46s, and the direction of the induced current is regulated by the main diodes 54n, 54s or the sub-diodes 56n, 56s. The rotor salient pole 42 around which the rotor coils 44n and 44s and the rotor scraping coils 46n and 46s are wound is magnetized, so that the rotor salient pole 42 functions as a magnetic pole portion that is a magnet with a fixed magnetic pole. For this reason, N poles and S poles are alternately formed in the circumferential direction at the tips of the plurality of rotor salient poles 42.

制御部38は、主インバータ32を構成する各スイッチング素子のスイッチング動作によりバッテリ34からの直流電力を、u相、v相、w相の3相の交流電力に変換して、ステータコイル20u,20v,20wの各相に、対応する相の電力を供給することを可能とする。回転電機制御システム58は、回転電機10、主インバータ32、副インバータ36、及び制御部38を備える。例えば、回転電機制御システム58も、ハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車等に搭載して使用されることができる。   The controller 38 converts the DC power from the battery 34 into three-phase AC power of u-phase, v-phase, and w-phase by the switching operation of each switching element constituting the main inverter 32, and the stator coils 20u, 20v. , 20w can be supplied with electric power of the corresponding phase. The rotating electrical machine control system 58 includes the rotating electrical machine 10, the main inverter 32, the sub inverter 36, and the control unit 38. For example, the rotating electrical machine control system 58 can also be used by being mounted on a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle, or the like.

上記の回転電機10では、3相のステータコイル20u,20v,20wに3相の交流電流を流すことで、主インバータ32からの励磁電圧が加わる。このため、ティース18に形成された回転磁界(基本波成分)がロータ14に作用し、これに応じて、ロータ14の磁気抵抗が小さくなるように、ロータ突極42がティース18の回転磁界に吸引される。これによって、ロータ14にトルク(リラクタンストルク)が作用する。   In the rotating electrical machine 10 described above, an excitation voltage from the main inverter 32 is applied by passing a three-phase alternating current through the three-phase stator coils 20u, 20v, and 20w. For this reason, the rotating magnetic field (fundamental wave component) formed on the teeth 18 acts on the rotor 14, and the rotor salient poles 42 become the rotating magnetic fields of the teeth 18 so that the magnetic resistance of the rotor 14 decreases accordingly. Sucked. As a result, torque (reluctance torque) acts on the rotor 14.

さらに、ティース18に形成された空間高調波成分を含む回転磁界がロータ14の各ロータコイル44n、44sに鎖交すると、各ロータコイル44n、44sには、空間高調波成分に起因するロータ14の回転周波数(回転磁界の基本波成分)と異なる周波数の磁束変動によって、各ロータコイル44n、44sに誘導起電力が発生する。この誘導起電力の発生に伴って各ロータコイル44n、44sに流れる電流は、各主ダイオード54n、54sにより整流されることで一方向(直流)となる。そして、各主ダイオード54n、54sで整流された直流電流が各ロータコイル44n、44sに流れるのに応じて各ロータ突極42が磁化することで、各ロータ突極42が、磁極が(N極かS極のいずれか一方に)固定された磁石として機能する。   Further, when the rotating magnetic field including the spatial harmonic component formed in the teeth 18 is linked to the rotor coils 44n and 44s of the rotor 14, each rotor coil 44n and 44s has the rotor 14 caused by the spatial harmonic component. An induced electromotive force is generated in each of the rotor coils 44n and 44s due to a magnetic flux fluctuation having a frequency different from the rotational frequency (the fundamental wave component of the rotating magnetic field). The current flowing through the rotor coils 44n and 44s along with the generation of the induced electromotive force is rectified by the main diodes 54n and 54s to be unidirectional (direct current). The rotor salient poles 42 are magnetized in response to the direct current rectified by the main diodes 54n and 54s flowing into the rotor coils 44n and 44s, so that the rotor salient poles 42 have magnetic poles (N poles). It functions as a fixed magnet).

そして、各ロータ突極42(磁極が固定された磁石)の磁界がステータ12により生成される回転磁界(基本波成分)と相互作用して、吸引及び反発作用が生じる。このステータ12により生成される回転磁界(基本波成分)とロータ突極42(磁石)の磁界との電磁気相互作用(吸引及び反発作用)によっても、ロータ14にトルク(磁石トルクに相当するトルク)を作用させることができ、ロータ14がステータ12で生成される回転磁界(基本波成分)に同期して回転駆動する。このように回転電機10は、ステータコイル20u,20v,20wへの供給電力を利用してロータ14に動力(機械的動力)を発生させる電動機として機能させることができる。   Then, the magnetic field of each rotor salient pole 42 (magnet with a fixed magnetic pole) interacts with the rotating magnetic field (fundamental wave component) generated by the stator 12, thereby causing attraction and repulsion. Torque (torque corresponding to magnet torque) is also applied to the rotor 14 by electromagnetic interaction (attraction and repulsion) between the rotating magnetic field (fundamental wave component) generated by the stator 12 and the magnetic field of the rotor salient pole 42 (magnet). The rotor 14 is driven to rotate in synchronization with the rotating magnetic field (fundamental wave component) generated by the stator 12. As described above, the rotating electrical machine 10 can function as an electric motor that generates power (mechanical power) in the rotor 14 by using power supplied to the stator coils 20u, 20v, and 20w.

しかも、各ロータ突極42に設けられた各片側先端突極52にロータ隈取りコイル46n、46sが巻き回しされるとともに、各ロータ隈取りコイル46n、46sに副ダイオード56n、56sが接続されている。複数の副ダイオード56n、56sは、ロータ隈取りコイル46n、46sに生じる誘導電流により複数の片側先端突極52に生じる磁気特性を、ロータ14の周方向に交互に異ならせつつ、対応するロータコイル44n、44sに生じる誘導電流により対応するロータ突極42に生じる磁気特性と一致させている。   Moreover, the rotor scraping coils 46n and 46s are wound around the one-side tip salient poles 52 provided on the rotor salient poles 42, and the sub-diodes 56n and 56s are connected to the rotor scraping coils 46n and 46s. The plurality of sub-diodes 56 n and 56 s correspond to the corresponding rotor coil 44 n while alternately changing the magnetic characteristics generated in the plurality of one-side tip salient poles 52 in the circumferential direction of the rotor 14 by the induced current generated in the rotor scraping coils 46 n and 46 s. , 44s, and the magnetic characteristics generated in the corresponding rotor salient poles 42 by the induced current generated in 44s.

また、ステータ12の3相のステータ隈取りコイル30に副インバータ36から3相の励磁電圧から独立したパルス電流を流すことで、各ステータ隈取りコイル30にパルス電圧が加わる。このため、各ロータコイル44n、44sには、3相のステータコイル20u,20v,20wまたは3相のステータ隈取りコイル30からの空間高調波により励起した誘導電流が、主ダイオード54n、54sの向きに対応して流れる。また、ロータ隈取りコイル46n、46sには、3相のステータコイル20u,20v,20wまたは3相のステータ隈取りコイル30からの空間高調波により励起した誘導電流が、副ダイオード56n、56sの向きに対応して流れる。このため、回転電機10(図1)の動作時には、次の図4の(A)〜(F)に示すように、ロータ突極42とティース18との間で磁束が作用し、ロータ14が正方向に回転する。   In addition, a pulse voltage is applied to each stator scraping coil 30 by flowing a pulse current independent from the three-phase excitation voltage from the sub inverter 36 to the three-phase stator scraping coil 30 of the stator 12. For this reason, each rotor coil 44n, 44s receives induced current excited by spatial harmonics from the three-phase stator coils 20u, 20v, 20w or the three-phase stator winding coil 30 in the direction of the main diodes 54n, 54s. Correspondingly flows. Further, in the rotor scraping coils 46n and 46s, induced currents excited by spatial harmonics from the three-phase stator windings 20u, 20v and 20w or the three-phase stator scraping coil 30 correspond to the directions of the sub-diodes 56n and 56s. Then flow. For this reason, during operation of the rotating electrical machine 10 (FIG. 1), magnetic flux acts between the rotor salient poles 42 and the teeth 18 as shown in FIGS. Rotate in the positive direction.

すなわち、図4(A)から図4(B)に示すように、3相のステータコイル20u,20v,20wに主インバータ32から励磁電圧が加えられることで、ステータ12に回転磁界が発生すると、ステータ12のティース18で発生する励磁磁束J1により一部のティース18に一部のロータ突極42が矢印α方向に引き寄せられる。この場合に、ステータ12からロータ14にレベルの高い空間高調波が作用していると、ロータコイル44n、44sで生じる大きな磁束変動により、大きな誘導電流が生じて、ロータ突極42の磁力が強くなる。このため、回転電機10(図1)のトルクが向上する。   That is, as shown in FIGS. 4A to 4B, when a rotating magnetic field is generated in the stator 12 by applying excitation voltage from the main inverter 32 to the three-phase stator coils 20u, 20v, and 20w, A part of the rotor salient poles 42 is attracted to a part of the teeth 18 in the direction of the arrow α by the excitation magnetic flux J1 generated in the teeth 18 of the stator 12. In this case, if high-level spatial harmonics act on the rotor 14 from the stator 12, a large induced current is generated due to large magnetic flux fluctuations generated in the rotor coils 44n and 44s, and the magnetic force of the rotor salient pole 42 is strong. Become. For this reason, the torque of the rotating electrical machine 10 (FIG. 1) is improved.

また、図4(B)から図4(D)に移行するのにしたがって、ロータ突極42の突極本体48の先端から出る磁束J1は徐々に減少するが、ロータコイル44n、44sからの誘導磁束による遅れ電流がロータ隈取りコイル46n、46sに流れることで、ロータ隈取りコイル46n、46sが設けられた片側先端突極52の先端から出る磁束J2が大きくなる。また、図4(C)から図4(F)まででステータ隈取りコイル30にパルス電流を流すように、副インバータ36(図2)が制御される。また、ステータ隈取りコイル30に、ステータコイル20u,20v,20wからの誘導磁束による遅れ電流も流れる。このため、図4(C)のようにロータ突極42の先端がステータ12のティース18に径方向に対向した後、図4(D)のようにティース18のティース本体24の先端がロータ14の片側先端突極52に径方向に対向し、ティース18の片側先端突極28の先端がロータ突極42の突極本体48の先端に径方向に対向するように、ロータ14がステータ12に対し相対変位する。   4B, the magnetic flux J1 emitted from the tip of the salient pole body 48 of the rotor salient pole 42 gradually decreases, but induction from the rotor coils 44n and 44s. When a delayed current due to the magnetic flux flows through the rotor scraping coils 46n and 46s, the magnetic flux J2 emitted from the tip of the one-side tip salient pole 52 provided with the rotor scraping coils 46n and 46s increases. Further, the sub-inverter 36 (FIG. 2) is controlled so that the pulse current flows through the stator scraping coil 30 from FIG. 4 (C) to FIG. 4 (F). In addition, a delay current due to the induced magnetic flux from the stator coils 20u, 20v, and 20w also flows through the stator scraping coil 30. For this reason, after the tip of the rotor salient pole 42 faces the teeth 18 of the stator 12 in the radial direction as shown in FIG. 4C, the tip of the teeth main body 24 of the teeth 18 becomes the rotor 14 as shown in FIG. The rotor 14 faces the stator 12 such that the one end salient pole 52 of the teeth 18 is radially opposed to the tip of the salient pole body 48 of the rotor salient pole 42 and the tip of the salient pole body 48 of the rotor 18 is radially opposed. The relative displacement occurs.

次いで、図4(E)から図4(F)に示すように、ステータ12の片側先端突極28とロータ14の片側先端突極52とが径方向に対向するように、ロータ14がステータ12に対し相対変位する。この結果、ロータ14が回転し、しかも回転電機10のトルクを向上させることが可能になる。このように、制御部38(図2)は、ロータ14が正回転する場合に、ステータ隈取りコイル30に第2電流としてパルス電流が印加されるように、副インバータ36を制御する。   Next, as shown in FIGS. 4E to 4F, the rotor 14 is fixed to the stator 12 so that the one-side end salient pole 28 of the stator 12 and the one-side end salient pole 52 of the rotor 14 face each other in the radial direction. Relative displacement. As a result, the rotor 14 rotates and the torque of the rotating electrical machine 10 can be improved. As described above, the control unit 38 (FIG. 2) controls the sub inverter 36 so that the pulse current is applied as the second current to the stator scraping coil 30 when the rotor 14 rotates forward.

一方、ロータ14の逆回転時には、制御部38は、ステータ隈取りコイル30に正回転時と逆励磁するような電流を流し、ロータ隈取りコイル46n、46sにより発生する磁界を相殺することでトルクの減少を防止しつつ回転させることが可能となる。例えば、制御部38は、ロータ14が逆回転する場合に、ステータ隈取りコイル30にパルス電流が、正回転時と異なるタイミングまたは異なる方向に印加されるように、副インバータ36を制御する。例えば、図4(F)に対応するタイミングで、ステータ隈取りコイル30にステータ12の片側先端突極28とロータ14の片側先端突極52とが離れるような逆励磁となる磁界が発生するよう、ステータ12にパルス電流を発生させ、ロータ隈取りコイル46n、46sの存在が逆回転に対する抵抗となることを防止する。このため、ロータ14はステータ12に対し、図4(F)から図4(A)に移行するよう、図4の矢印αと逆方向に回転する、すなわち逆回転することが可能となる。なお、パルス電流の波形は、三角波、矩形波、一部に曲線を含む形状等、種々の波形とすることができる。   On the other hand, when the rotor 14 rotates in the reverse direction, the control unit 38 causes the stator scraping coil 30 to pass a current that is reversely excited as in the forward rotation, thereby canceling out the magnetic field generated by the rotor scraping coils 46n and 46s, thereby reducing the torque. It is possible to rotate while preventing. For example, when the rotor 14 rotates in the reverse direction, the control unit 38 controls the sub inverter 36 so that a pulse current is applied to the stator scraping coil 30 at a different timing or in a different direction from the normal rotation. For example, at a timing corresponding to FIG. 4 (F), a magnetic field is generated in the stator scraping coil 30 that is reversely excited such that the one end salient pole 28 of the stator 12 and the one end salient pole 52 of the rotor 14 are separated. A pulse current is generated in the stator 12 to prevent the presence of the rotor scraping coils 46n and 46s from becoming a resistance against reverse rotation. Therefore, the rotor 14 can rotate with respect to the stator 12 in the direction opposite to the arrow α in FIG. 4 so as to shift from FIG. 4F to FIG. Note that the waveform of the pulse current can be various waveforms such as a triangular wave, a rectangular wave, and a shape partially including a curve.

このような回転電機10によれば、ロータ突極42に隈取りコイル46n、46sを設けてトルクを得る構成で、ロータ突極42及び片側先端突極52に巻き回しするロータコイル44n、44s及びロータ隈取りコイル46n、46sの電流方向を、主ダイオード54n、54s及び副ダイオード56n、56sでそれぞれ規制でき、しかも副ダイオード56n、56sは、ロータ隈取りコイル46n、46sに生じる誘導電流により片側先端突極52に生じる磁気特性を、対応するロータコイル44n、44sに生じる誘導電流により対応するロータ突極42に生じる磁気特性と一致させている。このため、ロータ14の回転時に、ロータコイル44n、44s及びロータ隈取りコイル46n、46sに双方向に誘導電流が流れることがなく、各ロータ突極42で磁極が反転することがない。このため、トルクを安定して高くできる。   According to such a rotating electrical machine 10, the rotor salient pole 42 is provided with the winding coils 46 n and 46 s to obtain torque, and the rotor coils 44 n and 44 s and the rotor wound around the rotor salient pole 42 and the one-side end salient pole 52 are provided. The current direction of the scraping coils 46n and 46s can be regulated by the main diodes 54n and 54s and the sub-diodes 56n and 56s, respectively. Are made to coincide with the magnetic characteristics generated in the corresponding rotor salient poles 42 by the induced current generated in the corresponding rotor coils 44n and 44s. For this reason, when the rotor 14 rotates, an induced current does not flow bidirectionally through the rotor coils 44n and 44s and the rotor scraping coils 46n and 46s, and the magnetic poles are not reversed at each rotor salient pole 42. For this reason, torque can be stably increased.

また、ステータ12は、各ティース18に巻き回しされたステータコイル20u,20v,20wとステータ隈取りコイル30とを含み、ステータコイル20u,20v,20w及びステータ隈取りコイル30は、互いに独立して電流を流すことを可能としている。このため、ロータ突極42に隈取りコイル30を設けてトルクを得る構成で、ステータ隈取りコイル30に流す電流をステータコイル20u,20v,20wに流す電流に対し独立して流すとともに、ステータ隈取りコイル30に流す電流を適切に制御することで、逆回転時のロータ隈取りコイル46n、46sによる回転抵抗となるマイナストルクの発生を抑制し、回転方向のトルクの減少を抑制することができる。すなわち、ステータ隈取りコイル30に適切なタイミングで適切な電流を流すことができる。上記の特許文献1に記載された従来技術では、ロータの隈取りリングに発生する電流を成り行きとし、ステータ側で適切に制御することは困難であったが、本発明では、ステータ隈取りコイル30に流す電流を適切に制御することで、ロータ隈取りコイル46n、46sに発生する電流を適切に制御することが可能となる。また、逆回転時の回転方向のトルクの減少を抑制できるので、消費電力の低減に貢献できる。   The stator 12 includes stator coils 20u, 20v, 20w wound around the teeth 18 and a stator scraping coil 30. The stator coils 20u, 20v, 20w and the stator scraping coil 30 are independent of each other. It is possible to flow. For this reason, the rotor salient pole 42 is provided with the scraping coil 30 to obtain torque, and the current flowing through the stator scraping coil 30 is allowed to flow independently of the currents flowing through the stator coils 20u, 20v, 20w, and the stator scraping coil 30. By appropriately controlling the current flowing through the rotor, it is possible to suppress the generation of negative torque that becomes rotational resistance by the rotor scraping coils 46n and 46s during reverse rotation, and to suppress a decrease in torque in the rotational direction. That is, an appropriate current can be passed through the stator scraping coil 30 at an appropriate timing. In the prior art described in the above-mentioned Patent Document 1, it has been difficult to appropriately control the current on the stator side by using the current generated in the rotor ring, but in the present invention, the current is passed through the stator coil 30. By appropriately controlling the current, it is possible to appropriately control the current generated in the rotor scraping coils 46n and 46s. In addition, since a decrease in torque in the rotation direction during reverse rotation can be suppressed, it is possible to contribute to a reduction in power consumption.

[第2の実施形態]
図5は、本発明の第2の実施形態の回転電機を示す、図2に対応する図である。図5に示すように、本実施形態の回転電機10及び回転電機制御システム58では、上記の第1の実施形態と異なり、ステータ12のティース18は、片側先端突極28(図2参照)を設けていない。各ティース18には、複数相(例えば3相)のステータコイル20u,20v,20w(20u、20vは図1参照、以下同じ。)が巻き回しされている。このため、各ティース18には、隈取りコイル30(図2参照)を巻き回ししていない。また、回転電機制御システム58は、副インバータ36(図2参照)を備えていない。回転電機制御システム58は、バッテリ34に接続され、各相のステータコイル20u,20v,20wに交流電流を出力するインバータ60と、各相のステータコイル20u,20v,20wに流れる電流を、インバータ60を用いて制御する制御部38とを備える。インバータ60の機能及び構成は、上記の第1の実施形態で使用した主インバータ32(図1)の場合と同様である。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 2 and showing the rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, in the rotating electrical machine 10 and the rotating electrical machine control system 58 of the present embodiment, unlike the first embodiment, the teeth 18 of the stator 12 have a one-side tip salient pole 28 (see FIG. 2). Not provided. A plurality of (for example, three-phase) stator coils 20u, 20v, and 20w (20u and 20v are shown in FIG. 1, the same applies hereinafter) are wound around each tooth 18. For this reason, the winding coil 30 (refer FIG. 2) is not wound around each teeth 18. FIG. The rotating electrical machine control system 58 does not include the sub inverter 36 (see FIG. 2). The rotating electrical machine control system 58 is connected to the battery 34 and outputs an alternating current to the stator coils 20u, 20v, and 20w of each phase, and the current flowing through the stator coils 20u, 20v, and 20w of the phases. And a control unit 38 controlled using The function and configuration of the inverter 60 are the same as those of the main inverter 32 (FIG. 1) used in the first embodiment.

また、回転電機10は、ロータ14の隈取りコイル46n、46s(46nは図3参照)にダイオードを接続せず、その代わりに隈取りコイル46n、46sに副磁気特性調整部であるサイリスタ62が接続されている。サイリスタ62は、オンされた場合に、対応するロータ隈取りコイル46n、46sと組み合わされることで、ロータ隈取りコイル46n、46sに生じる誘導電流により複数の片側先端突極52に生じる磁気特性を、ロータ14の周方向に交互に異ならせつつ、対応するロータコイル44n、44sに生じる誘導電流により、対応するロータ突極42に生じる磁気特性と一致させる。具体的には、各サイリスタ62が対応するロータ隈取りコイル46n、46sに流れる電流の方向を規制することで、先端にN極が形成されるロータ突極42が有する、周方向に1つおきの片側先端突極52の先端にN極が形成される。また、先端にN極が形成されるロータ突極42と隣り合う別のロータ突極42であって、先端にS極が形成されるロータ突極42が有する、周方向に1つおきの片側先端突極52の先端にS極が形成されるようにしている。   In the rotating electrical machine 10, no diode is connected to the scraping coils 46 n and 46 s (see FIG. 3 for 46 n) of the rotor 14. Instead, a thyristor 62, which is a secondary magnetic characteristic adjusting unit, is connected to the scraping coils 46 n and 46 s. ing. When the thyristor 62 is turned on, the thyristor 62 is combined with the corresponding rotor scraping coils 46n and 46s, thereby causing magnetic characteristics generated in the plurality of one-side tip salient poles 52 by the induced current generated in the rotor scraping coils 46n and 46s. The magnetic characteristics generated in the corresponding rotor salient poles 42 are matched by the induced current generated in the corresponding rotor coils 44n and 44s. Specifically, by restricting the direction of the current flowing through the rotor scraping coils 46n and 46s corresponding to each thyristor 62, every other circumferentially provided in the rotor salient pole 42 having the N pole formed at the tip thereof is provided. An N pole is formed at the tip of the one-side tip salient pole 52. Further, another rotor salient pole 42 adjacent to the rotor salient pole 42 having the N pole formed at the tip, which is disposed on the other side in the circumferential direction of the rotor salient pole 42 having the S pole formed at the tip. An S pole is formed at the tip of the tip salient pole 52.

図6に示すように、ロータコイル44n、44sはロータ隈取りコイル46n、46sに対し接続されている。図6は、本実施形態において、1つのロータ突極42(図5)に対応して、ロータコイル44n、44s及びロータ隈取りコイル46n、46sをサイリスタ62を介して接続した回路の1例を示す図である。ロータコイル44n(または44s)の両端に、主ダイオード54n(または54s)及び第1抵抗64が直列に接続されている。また、ロータコイル44n(または44s)の両端に、主ダイオード54n(または54s)及び第1抵抗64の直列接続部分と並列に第2抵抗66が接続されている。第2抵抗66の抵抗値は、第1抵抗64の抵抗値よりも高い。   As shown in FIG. 6, the rotor coils 44n and 44s are connected to the rotor scraping coils 46n and 46s. FIG. 6 shows an example of a circuit in which the rotor coils 44n and 44s and the rotor scraping coils 46n and 46s are connected via the thyristor 62 corresponding to one rotor salient pole 42 (FIG. 5) in the present embodiment. FIG. A main diode 54n (or 54s) and a first resistor 64 are connected in series to both ends of the rotor coil 44n (or 44s). A second resistor 66 is connected to both ends of the rotor coil 44n (or 44s) in parallel with the series connection portion of the main diode 54n (or 54s) and the first resistor 64. The resistance value of the second resistor 66 is higher than the resistance value of the first resistor 64.

また、主ダイオード54n、54sのアノードA1側のロータコイル44n、44sの一端にサイリスタ62のゲート端子G2が接続され、サイリスタ62のカソード端子K2にロータコイル44n、44sの他端が接続されている。主ダイオード54n、54sのカソード端子K1は第1抵抗64の一端に接続されている。ロータ隈取りコイル46n、46sの両端にサイリスタ62のアノード端子A2及びカソード端子A2が接続されている。このようなサイリスタ62として、予め設定した所定電流値である保持電流値IA以上の電流がゲート端子G2に流れる場合にオンされ、保持電流値IA未満の電流がゲート端子G2に流れる場合にオフされるサイリスタ62を使用できる。このように、ロータ隈取りコイル46n、46sの両端にサイリスタ62が直列に接続されるとともに、ロータ隈取りコイル46n、46sは、ロータコイル44n、44sにサイリスタ62を介して接続されている。   The gate terminal G2 of the thyristor 62 is connected to one end of the rotor coils 44n, 44s on the anode A1 side of the main diodes 54n, 54s, and the other end of the rotor coils 44n, 44s is connected to the cathode terminal K2 of the thyristor 62. . The cathode terminals K1 of the main diodes 54n and 54s are connected to one end of the first resistor 64. The anode terminal A2 and the cathode terminal A2 of the thyristor 62 are connected to both ends of the rotor scraping coils 46n and 46s. The thyristor 62 is turned on when a current equal to or higher than the holding current value IA, which is a predetermined current value set in advance, flows to the gate terminal G2, and is turned off when a current less than the holding current value IA flows to the gate terminal G2. A thyristor 62 can be used. As described above, the thyristor 62 is connected in series to both ends of the rotor scraping coils 46n and 46s, and the rotor scraping coils 46n and 46s are connected to the rotor coils 44n and 44s via the thyristor 62.

図5に示す制御部38は、ロータ14が逆回転する場合にステータコイル20u、20v、20wに流れる最大電流が、ロータ14が正回転する場合にステータコイル20u、20v、20wに流れる最大電流よりも小さくなり、かつ、逆回転時の最大電流が保持電流値IA未満となるようにインバータ60を制御する。したがって、逆回転時に、サイリスタ62(図6)はオンされず、ロータ隈取りコイル46n、46sに電流は流れない。   The control unit 38 shown in FIG. 5 is configured so that the maximum current that flows through the stator coils 20u, 20v, and 20w when the rotor 14 rotates backward is greater than the maximum current that flows through the stator coils 20u, 20v, and 20w when the rotor 14 rotates forward. And the inverter 60 is controlled so that the maximum current during reverse rotation is less than the holding current value IA. Accordingly, during reverse rotation, the thyristor 62 (FIG. 6) is not turned on, and no current flows through the rotor scavenging coils 46n and 46s.

このような回転電機10の動作時には、次の図7の(A)〜(D)に示すように、ロータ突極42とティース18との間で磁束が作用し、ロータ14が正方向に回転する。図7は、本実施形態の回転電機において、ロータ14の正回転時の様子を順に示す、図5に対応する図である。   During the operation of the rotating electrical machine 10, as shown in FIGS. 7A to 7D, magnetic flux acts between the rotor salient poles 42 and the teeth 18, and the rotor 14 rotates in the positive direction. To do. FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 5, which sequentially shows the state of the rotor 14 during the forward rotation in the rotating electrical machine of the present embodiment.

すなわち、図7(A)から図7(C)に示すように、3相のステータコイル20u、20v、20wにインバータ60(図5)から励磁電圧が加えられることで、ステータ12に回転磁界が発生すると、ステータ12のティース18で発生する励磁磁束により一部のティース18に一部のロータ突極42が矢印α方向に引き寄せられる。この場合に、ステータ12からロータ14にレベルの高い空間高調波が作用していると、ロータコイル44n、44sで生じる大きな磁束変動により、大きな誘導電流が生じて、ロータ突極42の磁力が強くなる。このため、回転電機10のトルクが向上する。   That is, as shown in FIGS. 7A to 7C, an excitation voltage is applied from the inverter 60 (FIG. 5) to the three-phase stator coils 20u, 20v, and 20w, so that a rotating magnetic field is generated in the stator 12. When this occurs, a part of the rotor salient poles 42 are attracted to the part of the teeth 18 in the direction of the arrow α by the exciting magnetic flux generated in the teeth 18 of the stator 12. In this case, if high-level spatial harmonics act on the rotor 14 from the stator 12, a large induced current is generated due to large magnetic flux fluctuations generated in the rotor coils 44n and 44s, and the magnetic force of the rotor salient pole 42 is strong. Become. For this reason, the torque of the rotating electrical machine 10 is improved.

この場合、各相のステータコイル20u、20v、20wに流れる電流を大きくする等により空間高調波のレベルを上げて、ロータコイル44n、44sの誘導電流を大きくすると、図7(C)、(D)のようにロータ隈取りコイル46n、46sに接続されたサイリスタ62がオンされ、ロータ隈取りコイル46n、46sに誘導電流が流れ、その誘導電流により片側先端突極52の先端から出る磁束J2の量が多くなる。この結果、回転電機10のトルクが向上する。また、図7(A)から図7(D)に移行するのにしたがって、ロータ突極42の突極本体48の先端から出る磁束J1は徐々に減少するが、図7(C)(D)で、ロータコイル44n、44sからの誘導磁束による遅れ電流がロータ隈取りコイル46n、46sに流れることで、片側先端突極52の先端から出る磁束J2が多くなるので、これによっても回転電機10のトルクが向上する。   In this case, if the induction current of the rotor coils 44n and 44s is increased by increasing the level of the spatial harmonics by increasing the currents flowing through the stator coils 20u, 20v and 20w of the respective phases, FIG. ), The thyristor 62 connected to the rotor scraping coils 46n and 46s is turned on, and an induced current flows through the rotor scraping coils 46n and 46s, and the amount of magnetic flux J2 emitted from the tip of the one-side tip salient pole 52 by the induced current is reduced. Become more. As a result, the torque of the rotating electrical machine 10 is improved. Further, the magnetic flux J1 emitted from the tip of the salient pole body 48 of the rotor salient pole 42 gradually decreases with a transition from FIG. 7 (A) to FIG. 7 (D), but FIG. 7 (C) (D). Thus, since the lag current due to the induced magnetic flux from the rotor coils 44n and 44s flows to the rotor scraping coils 46n and 46s, the magnetic flux J2 emitted from the tip of the one-side tip salient pole 52 increases, and this also causes the torque of the rotating electrical machine 10 Will improve.

一方、ロータ14の逆回転時には、サイリスタ62をオフにしておけば、ロータ隈取りコイル46n、46sによる抵抗となるマイナストルクが働かないので、逆回転が可能となる。すなわち、制御部38は、ロータ14の逆回転時にステータコイル20u、20v、20wに流れる最大電流が、ロータ14の正回転時の場合にステータコイル20u、20v、20wに流れる最大電流よりも小さくなり、かつ、逆回転時の最大電流がサイリスタ62の保持電流値IA未満となるようにインバータ60を制御する。このため、ロータ14はステータ12に対し、図7(D)から図7(A)に移行するよう、図7の矢印αと逆方向に回転する、すなわち逆回転することが可能となる。   On the other hand, when the rotor 14 rotates in the reverse direction, if the thyristor 62 is turned off, a negative torque acting as a resistance by the rotor scraping coils 46n and 46s does not work, so that the reverse rotation is possible. That is, the control unit 38 determines that the maximum current that flows through the stator coils 20u, 20v, and 20w when the rotor 14 rotates backward is smaller than the maximum current that flows through the stator coils 20u, 20v, and 20w when the rotor 14 rotates forward. In addition, the inverter 60 is controlled such that the maximum current during reverse rotation is less than the holding current value IA of the thyristor 62. For this reason, the rotor 14 can rotate in the direction opposite to the arrow α in FIG. 7, that is, reversely rotate, with respect to the stator 12 so as to shift from FIG. 7D to FIG.

このような回転電機10の場合には、ロータ突極42にロータ隈取りコイル46n、46sを設けてトルクを得る構成で、ロータ突極42及び片側先端突極52に巻き回しするロータコイル44n、44s及びロータ隈取りコイル46n、46sの電流方向を、主ダイオード54n、54s及びサイリスタ62でそれぞれ規制できる。しかもサイリスタ62は、ロータ隈取りコイル46n、46sに生じる誘導電流により片側先端突極52に生じる磁気特性を、対応するロータコイル44n、44sに生じる誘導電流により、対応するロータ突極42に生じる磁気特性と一致させている。このため、ロータ14の回転時に、ロータコイル44n、44s及びロータ隈取りコイル46n、46sに双方向に誘導電流が流れることがなく、各ロータ突極42で磁極が反転することがない。このため、トルクを安定して高くできる。   In the case of such a rotating electrical machine 10, the rotor salient pole 42 is provided with rotor scraping coils 46 n and 46 s to obtain torque, and the rotor coils 44 n and 44 s wound around the rotor salient pole 42 and the one-side end salient pole 52. The current direction of the rotor scraping coils 46n and 46s can be regulated by the main diodes 54n and 54s and the thyristor 62, respectively. Moreover, the thyristor 62 has a magnetic characteristic generated in the one end salient pole 52 by the induced current generated in the rotor scraping coils 46n and 46s, and a magnetic characteristic generated in the corresponding rotor salient pole 42 by the induced current generated in the corresponding rotor coils 44n and 44s. To match. For this reason, when the rotor 14 rotates, an induced current does not flow bidirectionally through the rotor coils 44n and 44s and the rotor scraping coils 46n and 46s, and the magnetic poles are not reversed at each rotor salient pole 42. For this reason, torque can be stably increased.

また、ロータ隈取りコイル46n、46sは、ロータコイル44n、44sにサイリスタ62を介して接続されている。このため、ロータ突極42にロータ隈取りコイル46n、46sを設けてトルクを得る構成で、ロータコイル44n、44sに流す電流を適切に制御することで、ロータ14の正回転時にサイリスタ62がオンされ、逆回転時にサイリスタ62がオフされるようにすることができ、逆回転時のロータ隈取りコイル46n、46sによるマイナストルクの発生を抑制し、回転方向のトルクの減少を抑制することができる。その他の構成及び作用は、上記の第1の実施形態と同様である。   The rotor scraping coils 46n and 46s are connected to the rotor coils 44n and 44s through a thyristor 62. For this reason, the rotor salient pole 42 is provided with the rotor scraping coils 46n and 46s to obtain torque, and the thyristor 62 is turned on when the rotor 14 is rotated forward by appropriately controlling the current flowing through the rotor coils 44n and 44s. The thyristor 62 can be turned off at the time of reverse rotation, the generation of negative torque by the rotor scraping coils 46n and 46s at the time of reverse rotation can be suppressed, and the decrease in torque in the rotation direction can be suppressed. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、上記では、ステータの径方向内側にロータが対向配置された場合を説明したが、ステータの径方向外側にロータが対向配置された構成でも本発明を実施できる。また、ステータコイルはステータに集中巻きで巻き回しする場合を説明したが、例えばステータで空間高調波を含む回転磁界を生成できるのであればステータにステータコイルを分布巻きで巻き回しする構成でも本発明を実施できる。また、本発明では、例えばアキシャルギャップ型の回転電機等の構成を採用することもできる。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course. For example, in the above description, the case where the rotor is disposed opposite to the inner side in the radial direction of the stator has been described. However, the present invention can be implemented even in a configuration in which the rotor is disposed opposite to the outer side in the radial direction of the stator. Further, although the case where the stator coil is wound around the stator by concentrated winding has been described, for example, if the stator coil can generate a rotating magnetic field including spatial harmonics, the present invention can be applied to a configuration in which the stator coil is wound around the stator by distributed winding. Can be implemented. In the present invention, for example, a configuration such as an axial gap type rotating electrical machine can be employed.

10 回転電機、12 ステータ、14 ロータ、16 ステータコア、18 ティース、20u,20v,20w ステータコイル、22 スロット、24 ティース本体、26 溝部、28 片側先端突極、30 ステータ隈取りコイル、32 主インバータ、34 バッテリ、36 副インバータ、38 制御部、40 ロータコア、42 ロータ突極、44n、44s ロータコイル、46n、46s ロータ隈取りコイル、47 回転軸、48 突極本体、50 溝部、52 片側先端突極、54n、54s 主ダイオード、56 副ダイオード、58 回転電機制御システム、60 インバータ、62 サイリスタ、64 第1抵抗、66 第2抵抗。   10 rotating electrical machines, 12 stators, 14 rotors, 16 stator cores, 18 teeth, 20u, 20v, 20w stator coils, 22 slots, 24 teeth bodies, 26 grooves, 28 one end salient poles, 30 stator scraping coils, 32 main inverters, 34 Battery, 36 Sub inverter, 38 Control unit, 40 Rotor core, 42 Rotor salient pole, 44n, 44s Rotor coil, 46n, 46s Rotor scraping coil, 47 Rotating shaft, 48 Salient pole body, 50 Groove, 52 One end tip salient pole, 54n , 54s main diode, 56 sub diode, 58 rotating electrical machine control system, 60 inverter, 62 thyristor, 64 first resistor, 66 second resistor.

Claims (6)

ロータとステータとが対向配置された回転電機であって、
前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコアの複数個所に配置され、それぞれ先端部の周方向片側に設けられた片側先端突極を有する複数のロータ突極と、前記各ロータ突極に巻き回しされた主コイルと、前記各片側先端突極に巻き回しされた隈取りコイルと、前記主コイルに接続された主磁気特性調整部と、前記隈取りコイルに接続された副磁気特性調整部とを含み、
複数の前記主磁気特性調整部は、前記主コイルに生じる誘導電流により前記複数のロータ突極に生じる磁気特性を周方向に交互に異ならせ、
複数の前記副磁気特性調整部は、前記隈取りコイルに生じる誘導電流により前記複数の片側先端突極に生じる磁気特性を、周方向に交互に異ならせつつ、対応する前記主コイルに生じる誘導電流により対応する前記ロータ突極に生じる磁気特性と一致させ、
さらに、前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアの周方向複数個所に配置された複数のステータ突極と、前記各ステータ突極に巻き回しされた第2コイルとを含むことを特徴とする回転電機。
A rotating electric machine in which a rotor and a stator are arranged to face each other,
The rotor is wound around each rotor salient pole, a rotor core, a plurality of rotor salient poles disposed at a plurality of locations on the rotor core, each having a one-side tip salient pole provided on one circumferential side of the tip portion. A main coil, a scraping coil wound around each one-side tip salient pole, a main magnetic characteristic adjusting unit connected to the main coil, and a sub magnetic characteristic adjusting unit connected to the scraping coil,
The plurality of main magnetic characteristic adjustment units alternately vary the magnetic characteristics generated in the plurality of rotor salient poles in the circumferential direction by an induced current generated in the main coil,
The plurality of sub-magnetic characteristic adjusting units are configured to change the magnetic characteristics generated in the plurality of one-side tip salient poles by the induced current generated in the scraping coil alternately in the circumferential direction, and the induced current generated in the corresponding main coil. Match the magnetic characteristics generated in the corresponding rotor salient poles,
Further, the stator includes a stator core, a plurality of stator salient poles arranged at a plurality of locations in the circumferential direction of the stator core, and a second coil wound around each stator salient pole. .
請求項1に記載の回転電機において、
前記主磁気特性調整部は主ダイオードであり、
前記副磁気特性調整部は、前記主ダイオードに対し電気的に独立して設けられた副ダイオードであり、
さらに、前記ステータは、前記各ステータ突極に巻き回しされた前記第2コイルである第2主コイルと第2隈取りコイルとを含み、
前記第2主コイル及び前記第2隈取りコイルは、互いに独立して電流を流すことを可能とすることを特徴とする回転電機。
In the rotating electrical machine according to claim 1,
The main magnetic property adjusting unit is a main diode,
The sub-magnetic characteristic adjustment unit is a sub-diode provided electrically independent of the main diode,
Furthermore, the stator includes a second main coil that is the second coil wound around each stator salient pole and a second scraping coil,
The rotating electric machine according to claim 1, wherein the second main coil and the second scraping coil are capable of flowing current independently of each other.
請求項1または請求項2に記載の回転電機と、
電源に接続され、前記第2主コイルに交流電流を出力するインバータと、
前記電源または別の電源に接続され、前記第2隈取りコイルに第2電流を出力する第2電流出力部と、
前記インバータ及び前記第2電流出力部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第2主コイル及び前記第2隈取りコイルに流れる電流を、前記インバータ及び前記第2電流出力部を用いて制御することを特徴とする回転電機制御システム。
The rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
An inverter connected to a power source and outputting an alternating current to the second main coil;
A second current output unit connected to the power source or another power source and outputting a second current to the second scraping coil;
A control unit for controlling the inverter and the second current output unit;
The said control part controls the electric current which flows into the said 2nd main coil and the said 2nd coiling coil using the said inverter and the said 2nd electric current output part, The rotary electric machine control system characterized by the above-mentioned.
請求項3に記載の回転電機制御システムにおいて、
前記制御部は、前記ロータが正回転する場合に、前記第2隈取りコイルに前記第2電流としてパルス電流が印加され、前記ロータが逆回転する場合に、前記第2隈取りコイルにパルス電流が、前記正回転時と異なるタイミングまたは異なる方向に印加されるように、前記第2電流出力部を制御することを特徴とする回転電機制御システム。
In the rotating electrical machine control system according to claim 3,
When the rotor rotates forward, a pulse current is applied as the second current to the second scraping coil, and when the rotor rotates in the reverse direction, the control unit applies a pulse current to the second scraping coil. The rotating electrical machine control system, wherein the second current output unit is controlled so that the second current output unit is applied in a different timing or in a different direction from that in the normal rotation.
請求項1に記載の回転電機において、
前記主磁気特性調整部はダイオードであり、
前記副磁気特性調整部はサイリスタであり、
前記隈取りコイルは、前記主コイルに前記サイリスタを介して接続されていることを特徴とする回転電機。
In the rotating electrical machine according to claim 1,
The main magnetic property adjusting unit is a diode,
The secondary magnetic property adjusting unit is a thyristor,
The rotating electrical machine, wherein the scraping coil is connected to the main coil via the thyristor.
請求項5に記載の回転電機と、
電源に接続され、前記第2コイルに交流電流を出力するインバータと、
前記第2コイルに流れる電流を、前記インバータを用いて制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記ロータが逆回転する場合に前記第2コイルに流れる最大電流が、前記ロータが正回転する場合に前記第2コイルに流れる最大電流よりも小さくなるように前記インバータを制御することを特徴とする回転電機制御システム。
The rotating electrical machine according to claim 5;
An inverter connected to a power source and outputting an alternating current to the second coil;
A controller that controls the current flowing through the second coil using the inverter;
The control unit controls the inverter so that a maximum current that flows through the second coil when the rotor rotates backward is smaller than a maximum current that flows through the second coil when the rotor rotates forward. A rotating electrical machine control system.
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