JP2014064340A - Control device for excited rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、励磁式回転電機の制御装置に係り、特に、軸方向に隙間を空けて対向配置され、それぞれ周方向に所定間隔を空けて配置された磁極同士が互いに軸方向で上記の隙間を介して斜に配置された一対のロータコアを有するロータと、ロータの外径側にエアギャップを介して対向配置され、ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータと、上記の磁極を励磁する励磁コイルと、を備え、電源からの電力供給により駆動される励磁式回転電機の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an excitation-type rotating electrical machine, and in particular, magnetic poles that are arranged to face each other with a gap in the axial direction and that are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction, respectively, have the gap in the axial direction. A rotor having a pair of rotor cores arranged diagonally via, a stator arranged opposite to the outer diameter side of the rotor via an air gap and generating a rotating magnetic field for rotating the rotor, and an excitation coil for exciting the magnetic poles And a control device for an excitation-type rotating electrical machine that is driven by power supply from a power source.
従来、軸方向に隙間を空けて対向配置された第1及び第2ロータコアを有するロータと、ロータの外径側にエアギャップを介して対向配置され、ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータと、を備える励磁式回転電機が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a rotor having first and second rotor cores opposed to each other with a gap in the axial direction, and a stator that is opposed to the outer diameter side of the rotor via an air gap and generates a rotating magnetic field that rotates the rotor. Are known (for example, see Patent Document 1).
ステータは、軸中心に向けて突出するステータティースが周方向に所定間隔ごとに設けられたステータコアを有している。各ステータティースにはそれぞれ、例えば3相のステータコイルが巻き付けられている。各相のステータコイルが適切なタイミングで通電されると、ロータを回転させる回転磁界が発生する。 The stator has a stator core in which stator teeth protruding toward the axis center are provided at predetermined intervals in the circumferential direction. For example, a three-phase stator coil is wound around each stator tooth. When the stator coil of each phase is energized at an appropriate timing, a rotating magnetic field that rotates the rotor is generated.
また、一対のロータコアはそれぞれ、径方向端部に周方向に交互に配置された、永久磁石で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有している。永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極はそれぞれ、周方向に所定間隔を空けて配置される。第1ロータコアの永久磁石励磁磁極と第2ロータコアの永久磁石励磁磁極とは、互いに反転した極性からなる。第1ロータコアの永久磁石励磁磁極と第2ロータコアの永久磁石非励磁磁極とは、軸方向で隙間を介して互いに対向配置されていると共に、第1ロータコアの永久磁石非励磁磁極と第2ロータコアの永久磁石励磁磁極とは、軸方向で隙間を介して互いに対向配置されている。すなわち、第1ロータコアの永久磁石非励磁磁極と第2ロータコアの永久磁石非励磁磁極とは、軸方向で隙間を介して斜に配置されている。 Further, each of the pair of rotor cores is alternately arranged in the circumferential direction at the radial end, and a permanent magnet excitation magnetic pole excited by a permanent magnet, and a non-excitation permanent magnet non-excitation magnetic pole not excited by the permanent magnet, ,have. The permanent magnet exciting magnetic pole and the permanent magnet non-exciting magnetic pole are each arranged at a predetermined interval in the circumferential direction. The permanent magnet exciting magnetic pole of the first rotor core and the permanent magnet exciting magnetic pole of the second rotor core have opposite polarities. The permanent magnet excitation magnetic pole of the first rotor core and the permanent magnet non-excitation magnetic pole of the second rotor core are arranged to face each other with a gap in the axial direction, and the permanent magnet non-excitation magnetic pole of the first rotor core and the second rotor core The permanent magnet exciting magnetic poles are arranged to face each other with a gap in the axial direction. That is, the permanent magnet non-excitation magnetic pole of the first rotor core and the permanent magnet non-excitation magnetic pole of the second rotor core are arranged obliquely with a gap in the axial direction.
上記の励磁式回転電機は、永久磁石非励磁磁極を励磁する励磁コイルを備えている。永久磁石による磁束量は略一定である。励磁コイルが通電されると、永久磁石非励磁磁極を励磁して永久磁石による磁束を弱め或いは強める磁束が発生する。従って、上記の励磁式回転電機によれば、永久磁石による磁束と励磁コイルを用いた電磁石による磁束との合成磁束によりロータを適切に回転させることが可能である。 The excitation-type rotating electrical machine includes an excitation coil that excites permanent magnet non-excitation magnetic poles. The amount of magnetic flux by the permanent magnet is substantially constant. When the exciting coil is energized, a magnetic flux is generated that weakens or strengthens the magnetic flux generated by the permanent magnet by exciting the non-excited magnetic pole of the permanent magnet. Therefore, according to the above-described excitation-type rotating electrical machine, the rotor can be appropriately rotated by the combined magnetic flux of the magnetic flux by the permanent magnet and the magnetic flux by the electromagnet using the exciting coil.
しかしながら、上記の如く励磁コイルを用いてロータの回転が制御される励磁式回転電機では、励磁コイルのインダクタンスが比較的大きい傾向にあることから、励磁コイルに流通する励磁電流の応答性が悪く、その結果として、発生するトルクの応答が遅くなる不都合が生じ得る。 However, in the excitation type rotating electrical machine in which the rotation of the rotor is controlled using the excitation coil as described above, since the inductance of the excitation coil tends to be relatively large, the response of the excitation current flowing through the excitation coil is poor, As a result, there may be a disadvantage that the response of the generated torque becomes slow.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、励磁コイルへの励磁電流の応答性悪化に起因したトルク応答性の低下を抑制することが可能な励磁式回転電機の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a control device for an excitation-type rotating electrical machine capable of suppressing a decrease in torque response due to a deterioration in response of an excitation current to an excitation coil. The purpose is to do.
上記の目的は、軸方向に隙間を空けて対向配置され、それぞれ周方向に所定間隔を空けて配置された磁極同士が互いに軸方向で前記隙間を介して斜に配置された一対のロータコアを有するロータと、前記ロータの外径側にエアギャップを介して対向配置され、前記ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータと、前記磁極を励磁する励磁コイルと、を備え、電源からの電力供給により駆動される励磁式回転電機の制御装置であって、前記励磁式回転電機における実トルクを検出する実トルク検出手段と、前記実トルク検出手段により検出される前記実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、小さくない場合に比して、前記励磁コイルに流通させる電流を増加させる励磁電流制御手段と、を備える励磁式回転電機の制御装置により達成される。 The object is to have a pair of rotor cores that are opposed to each other with a gap in the axial direction, and magnetic poles that are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction are arranged obliquely with respect to each other in the axial direction through the gap. A rotor, a stator that is disposed opposite to the outer diameter side of the rotor via an air gap, generates a rotating magnetic field that rotates the rotor, and an exciting coil that excites the magnetic pole, and is supplied with power from a power source. A control device for a driven excitation type rotating electrical machine, wherein an actual torque detecting means for detecting an actual torque in the excitation type rotating electrical machine, and the actual torque detected by the actual torque detecting means with respect to a torque command value An excitation current control means for increasing the current passed through the excitation coil, when compared with a case where the excitation coil is not small, It is made.
本発明によれば、励磁コイルへの励磁電流の応答性悪化に起因したトルク応答性の低下を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in torque response due to a deterioration in response of excitation current to the excitation coil.
以下、図面を用いて、本発明に係る励磁式回転電機の制御装置の具体的な実施の形態について説明する。 Hereinafter, specific embodiments of a control device for an excitation-type rotating electrical machine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例である励磁式回転電機10の構造を表した斜視図を示す。尚、図1には、一部がカットされた励磁式回転電機10が示されている。図2は、本実施例の励磁式回転電機10を軸中心線を含む平面で切断した際の断面図を示す。図3は、本実施例の励磁式回転電機10を、図2に示すIII−IIIで切断した際の断面図を示す。また、図4は、本実施例の励磁式回転電機10を、図2に示すIV−IVで切断した際の断面図を示す。 FIG. 1 is a perspective view showing the structure of an excitation-type rotating electrical machine 10 that is an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows an excitation-type rotating electrical machine 10 with a part cut. FIG. 2 is a cross-sectional view of the excitation-type rotating electrical machine 10 according to the present embodiment cut along a plane including the axis center line. FIG. 3 shows a cross-sectional view of the excitation-type rotating electrical machine 10 of the present embodiment taken along the line III-III shown in FIG. FIG. 4 shows a cross-sectional view of the excitation-type rotating electrical machine 10 of the present embodiment taken along IV-IV shown in FIG.
本実施例において、励磁式回転電機10は、永久磁石による磁束と励磁コイルを用いた電磁石による磁束との合成磁束によりロータをステータ回りに回転させるトルクを調整して、そのロータを適切に回転させることが可能なハイブリッド励磁式回転電機である。励磁式回転電機10は、例えばハイブリッド車両や電気自動車などで使用される車両駆動用の交流モータなどに適用されることとしてもよいが、他の任意の用途に使用されるものであってもよい。 In this embodiment, the excitation-type rotating electrical machine 10 adjusts the torque for rotating the rotor around the stator by the combined magnetic flux of the magnetic flux by the permanent magnet and the magnetic flux by the electromagnet using the exciting coil, and appropriately rotates the rotor. It is a hybrid excitation type rotating electrical machine that can be used. The excitation-type rotating electrical machine 10 may be applied to, for example, an AC motor for driving a vehicle used in a hybrid vehicle or an electric vehicle, but may be used for any other purpose. .
励磁式回転電機10は、軸回りに回転可能なロータ12と、ロータ12を回転させる回転磁界を発生させるステータ14と、を備えている。ロータ12は、軸方向両端において軸受16,18を介してケース20に回転可能に支持されている。ステータ14は、ロータ12の外径側に配置されており、ケース20に固定されている。ロータ12とステータ14とは、互いに径方向に所定長のエアギャップ22を介して対向している。 The excitation-type rotating electrical machine 10 includes a rotor 12 that can rotate around an axis, and a stator 14 that generates a rotating magnetic field that rotates the rotor 12. The rotor 12 is rotatably supported by the case 20 via bearings 16 and 18 at both axial ends. The stator 14 is disposed on the outer diameter side of the rotor 12 and is fixed to the case 20. The rotor 12 and the stator 14 oppose each other via an air gap 22 having a predetermined length in the radial direction.
ステータ14は、ステータコア24と、ステータコイル28と、を有している。ステータコア24は、中空円筒状に形成されている。ステータコア24には、内周面にステータティース26が形成されている。ステータティース26は、ステータコア24の径方向内方すなわち軸中心に向けて突出している。ステータティース26は、ステータコア24の内周面において周方向に複数(例えば、12個や18個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。 The stator 14 has a stator core 24 and a stator coil 28. The stator core 24 is formed in a hollow cylindrical shape. A stator tooth 26 is formed on the inner peripheral surface of the stator core 24. The stator teeth 26 protrude inward in the radial direction of the stator core 24, that is, toward the axial center. A plurality of stator teeth 26 (for example, 12 or 18) are provided in the circumferential direction on the inner circumferential surface of the stator core 24, and are provided at equal intervals along the circumferential direction.
周方向に隣り合うステータティース26間には、ステータスロット27が形成されている。すなわち、ステータコア24には、ステータティース26とステータスロット27とが周方向に交互に形成される。各ステータティース26にはそれぞれ、ステータコイル28が巻き付けられている。すなわち、ステータコイル28は、ステータティース26ごとに巻かれている。ステータコイル28は、ステータコア24の内周面において周方向に複数(例えば、12個や18個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。各ステータコイル28は、励磁式回転電機10が例えば三相交流モータに適用される場合は、U相コイル、V相コイル、及びW相コイルの何れかを構成する。 A status lot 27 is formed between the stator teeth 26 adjacent in the circumferential direction. That is, stator teeth 26 and status lots 27 are alternately formed on the stator core 24 in the circumferential direction. A stator coil 28 is wound around each stator tooth 26. That is, the stator coil 28 is wound around each stator tooth 26. A plurality of stator coils 28 (for example, 12 or 18) are provided in the circumferential direction on the inner circumferential surface of the stator core 24, and are provided at equal intervals along the circumferential direction. Each stator coil 28 constitutes one of a U-phase coil, a V-phase coil, and a W-phase coil when the excitation-type rotating electrical machine 10 is applied to, for example, a three-phase AC motor.
ステータコア24は、軸方向に分割されており、第1ステータコア30と、第2ステータコア32と、第3ステータコア34と、を有している。第1〜第3ステータコア30〜34は、それぞれ中空円筒状に形成されており、軸方向に並んでいる。第1及び第3ステータコア30,34は、軸方向両端に配置されている。第2ステータコア32は、軸方向中央に配置されている。第2ステータコア32は、軸方向で第1ステータコア30と第3ステータコア34とに挟まれており、それら第1及び第3ステータコア30,34の軸方向中央寄りの端面に接着などにより固定される。 The stator core 24 is divided in the axial direction, and includes a first stator core 30, a second stator core 32, and a third stator core 34. The first to third stator cores 30 to 34 are each formed in a hollow cylindrical shape and are arranged in the axial direction. The first and third stator cores 30 and 34 are disposed at both ends in the axial direction. The second stator core 32 is disposed at the center in the axial direction. The second stator core 32 is sandwiched between the first stator core 30 and the third stator core 34 in the axial direction, and is fixed to the end surfaces near the center in the axial direction of the first and third stator cores 30 and 34 by adhesion or the like.
第1〜第3ステータコア30〜34は、互いに略同じ内径及び互いに略同じ外径を有している。第1〜第3ステータコア30〜34はそれぞれ、円環状に形成されたバックヨーク部と、上記のステータティース26を構成するそのバックヨーク部の内周面から軸中心に向けて突出するステータティース部と、からなる。各第1〜第3ステータコア30〜34において、バックヨーク部とステータティース部とは互いに一体に形成されていてもよいが、それぞれ別体で設けられていてもよい。上記のステータコイル28は、周方向に並んだステータティース26間のステータスロット27において、第1〜第3ステータコア30〜34を軸方向に貫くように形成されている。 The first to third stator cores 30 to 34 have substantially the same inner diameter and the same outer diameter. Each of the first to third stator cores 30 to 34 has an annular back yoke portion and a stator tooth portion that protrudes from the inner peripheral surface of the back yoke portion constituting the stator tooth 26 toward the axial center. And consist of In each of the first to third stator cores 30 to 34, the back yoke portion and the stator teeth portion may be formed integrally with each other, but may be provided separately from each other. The stator coil 28 is formed so as to penetrate the first to third stator cores 30 to 34 in the axial direction in the status lot 27 between the stator teeth 26 aligned in the circumferential direction.
第1及び第3ステータコア30,34はそれぞれ、絶縁コーティングされた複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成された電磁鋼板コアである。また、第2ステータコア32は、鉄などの軟磁性材料、具体的には絶縁コーティングされた軟磁性体粉末を圧縮成型した材料で形成された圧粉コアである。第2ステータコア32の軸方向における磁気抵抗は、第1及び第3ステータコア30,34の軸方向における磁気抵抗に比べて小さい。 Each of the first and third stator cores 30 and 34 is a magnetic steel sheet core formed by laminating a plurality of insulating coated steel sheets in the axial direction. The second stator core 32 is a dust core formed of a soft magnetic material such as iron, specifically, a material obtained by compression-molding a soft magnetic powder coated with an insulating coating. The magnetic resistance in the axial direction of the second stator core 32 is smaller than the magnetic resistance in the axial direction of the first and third stator cores 30 and 34.
ステータコア24の外径側には、薄肉円筒状のヨーク36が設けられている。ヨーク36は、第1〜第3ステータコア30〜34の外周全周を覆うように形成されており、第1〜第3ステータコア30〜34を支持している。ヨーク36は、第2ステータコア32と同様に、絶縁コーティングされた軟磁性体粉末を圧縮成型した材料で形成された圧粉コアである。ヨーク36の軸方向における磁気抵抗は、第1及び第3ステータコア30,34の軸方向における磁気抵抗よりも小さい。尚、ヨーク36と第2ステータコア32とは、互いに一体に形成されていてもよい。ヨーク36は、第1ステータコア30及び第3ステータコア34の外径面に接着固定される。第1ステータコア30と第3ステータコア34とは、ヨーク36及び第2ステータコア32を介して互いに磁気的に結合される。 A thin cylindrical yoke 36 is provided on the outer diameter side of the stator core 24. The yoke 36 is formed so as to cover the entire outer circumference of the first to third stator cores 30 to 34, and supports the first to third stator cores 30 to 34. Like the second stator core 32, the yoke 36 is a dust core formed of a material obtained by compression-molding an insulating-coated soft magnetic powder. The magnetic resistance in the axial direction of the yoke 36 is smaller than the magnetic resistance in the axial direction of the first and third stator cores 30 and 34. The yoke 36 and the second stator core 32 may be formed integrally with each other. The yoke 36 is bonded and fixed to the outer diameter surfaces of the first stator core 30 and the third stator core 34. The first stator core 30 and the third stator core 34 are magnetically coupled to each other via the yoke 36 and the second stator core 32.
また、ステータコア24は、ステータ14をケース20に取り付け固定するための外径側に突出する取付部38を有している。取付部38は、軸方向に積層する複数の電磁鋼板により形成されている。取付部38は、第1ステータコア30と一体に形成された取付部38aと、第3ステータコア34と一体に形成された取付部38bと、両取付部38a,38bで挟まれる取付部38cと、を有している。取付部38cは、第2ステータコア32の外径側に配置されている。尚、取付部38cは、軸方向に積層する複数の電磁鋼板により形成されることに代えて、第2ステータコア32と一体に形成されることとしてもよい。取付部38は、周方向に複数(例えば3個)設けられている。取付部38には、軸方向に貫通する貫通穴40が設けられている。ステータ14は、取付部38の貫通穴40を貫通するボルト42がケース20に締結されることによりケース20に固定される。 The stator core 24 has an attachment portion 38 that protrudes to the outer diameter side for attaching and fixing the stator 14 to the case 20. The attachment portion 38 is formed of a plurality of electromagnetic steel plates laminated in the axial direction. The attachment portion 38 includes an attachment portion 38a formed integrally with the first stator core 30, an attachment portion 38b formed integrally with the third stator core 34, and an attachment portion 38c sandwiched between both attachment portions 38a, 38b. Have. The attachment portion 38 c is disposed on the outer diameter side of the second stator core 32. Note that the attachment portion 38c may be formed integrally with the second stator core 32 instead of being formed by a plurality of electromagnetic steel plates laminated in the axial direction. A plurality of (for example, three) mounting portions 38 are provided in the circumferential direction. The attachment portion 38 is provided with a through hole 40 penetrating in the axial direction. The stator 14 is fixed to the case 20 by fastening a bolt 42 that passes through the through hole 40 of the attachment portion 38 to the case 20.
ロータ12は、ステータ14の内径側に配置されている。ロータ12は、シャフト50と、ロータコア52と、を有している。シャフト50は、軸方向に延びており、軸方向両端側でステータ14の軸方向端部から延出している。尚、シャフト50は、少なくとも軸方向一方側でステータ14の軸方向端部から延出していればよい。シャフト50は、所定の鉄損を有する材料、具体的にはS45Cなどの炭素鋼で形成されている。ロータコア52は、シャフト50の外径側に配置されてそのシャフト50に支持される外径側ロータコア54を有している。外径側ロータコア54は、中空円筒状に形成されており、シャフト50の外径面に固定されている。 The rotor 12 is disposed on the inner diameter side of the stator 14. The rotor 12 includes a shaft 50 and a rotor core 52. The shaft 50 extends in the axial direction, and extends from the axial end of the stator 14 at both axial ends. The shaft 50 only needs to extend from the axial end of the stator 14 at least on one side in the axial direction. The shaft 50 is made of a material having a predetermined iron loss, specifically, carbon steel such as S45C. The rotor core 52 has an outer diameter side rotor core 54 that is disposed on the outer diameter side of the shaft 50 and supported by the shaft 50. The outer diameter side rotor core 54 is formed in a hollow cylindrical shape, and is fixed to the outer diameter surface of the shaft 50.
外径側ロータコア54は、軸方向に分割されており、第1外径側ロータコア56と、第2外径側ロータコア58と、を有している。第1及び第2外径側ロータコア56,58はそれぞれ、中空円筒状に形成されており、シャフト50の外径側に配置されてシャフト50に支持されている。第1及び第2外径側ロータコア56,58はそれぞれ、絶縁コーティングされた複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成されている。第1外径側ロータコア56と第2外径側ロータコア58とは、互いに軸方向に環状の隙間60を空けて離間している。隙間60は、第1及び第2外径側ロータコア56,58の内径側の部位から外径側の部位にかけて略同じ大きさ(幅)を有するように形成されている。 The outer diameter side rotor core 54 is divided in the axial direction, and includes a first outer diameter side rotor core 56 and a second outer diameter side rotor core 58. The first and second outer diameter side rotor cores 56 and 58 are each formed in a hollow cylindrical shape, and are disposed on the outer diameter side of the shaft 50 and supported by the shaft 50. The first and second outer-diameter-side rotor cores 56 and 58 are each formed by laminating a plurality of insulating coated steel sheets in the axial direction. The first outer diameter side rotor core 56 and the second outer diameter side rotor core 58 are separated from each other with an annular gap 60 in the axial direction. The gap 60 is formed to have substantially the same size (width) from the inner diameter side portion to the outer diameter side portion of the first and second outer diameter side rotor cores 56 and 58.
第1外径側ロータコア56の外径面は、第1ステータコア30の内径面と径方向で対向している。すなわち、第1外径側ロータコア56の外径面と第1ステータコア30の内径面とは互いに径方向で対向している。また、第2外径側ロータコア58の外径面は、第3ステータコア34の内径面と径方向で対向している。すなわち、第2外径側ロータコア58の外径面と第3ステータコア34の内径面とは互いに径方向で対向している。隙間60は、第2ステータコア32の内径面に面しており、第2ステータコア32の内径側に設けられている。 The outer diameter surface of the first outer diameter side rotor core 56 faces the inner diameter surface of the first stator core 30 in the radial direction. That is, the outer diameter surface of the first outer diameter side rotor core 56 and the inner diameter surface of the first stator core 30 are opposed to each other in the radial direction. Further, the outer diameter surface of the second outer diameter side rotor core 58 faces the inner diameter surface of the third stator core 34 in the radial direction. That is, the outer diameter surface of the second outer diameter side rotor core 58 and the inner diameter surface of the third stator core 34 are opposed to each other in the radial direction. The gap 60 faces the inner diameter surface of the second stator core 32 and is provided on the inner diameter side of the second stator core 32.
第1外径側ロータコア56の外周部には、ロータティース62が形成されている。ロータティース62は、第1外径側ロータコア56の径方向外方に向けて突出している。ロータティース62は、第1外径側ロータコア56の外周面において周方向に複数(例えば、6個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。 A rotor tooth 62 is formed on the outer periphery of the first outer diameter side rotor core 56. The rotor teeth 62 protrude outward in the radial direction of the first outer diameter side rotor core 56. A plurality of (for example, six) rotor teeth 62 are provided in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the first outer diameter side rotor core 56, and are provided at equal intervals along the circumferential direction.
周方向において互いに隣接するロータティース62の間にはそれぞれ、永久磁石64がロータティース62と隣り合うように取り付けられている。永久磁石64は、第1外径側ロータコア56の外径側に配置されている。永久磁石64は、例えばフェライト磁石である。永久磁石64は、周方向に複数(例えば、6個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。各永久磁石64は、周方向に所定の幅(角度)を有し、かつ、径方向に所定の厚さを有している。各永久磁石64は、所定の極性(例えば、外径側をN極としかつ内径側をS極とする。)に着磁されている。 Permanent magnets 64 are attached between the rotor teeth 62 adjacent to each other in the circumferential direction so as to be adjacent to the rotor teeth 62. The permanent magnet 64 is disposed on the outer diameter side of the first outer diameter side rotor core 56. The permanent magnet 64 is, for example, a ferrite magnet. A plurality of permanent magnets 64 (for example, six) are provided in the circumferential direction, and are provided at regular intervals along the circumferential direction. Each permanent magnet 64 has a predetermined width (angle) in the circumferential direction and a predetermined thickness in the radial direction. Each permanent magnet 64 is magnetized to a predetermined polarity (for example, the outer diameter side is an N pole and the inner diameter side is an S pole).
永久磁石64の外径側端面とロータティース62の外径側端面とは、軸中心から略同じ距離に形成されている。尚、永久磁石64の外径側端面がロータティース62の外径側端面によりも僅かに径方向内側に位置することとしてもよい。第1外径側ロータコア56は、永久磁石64で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石64で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有している。この永久磁石非励磁磁極は、ロータティース62に形成される。これらの永久磁石励磁磁極と永久磁石非励磁磁極とは、周方向に交互に配置されている。第1外径側ロータコア56は、所定角度ごとに極性の異なる磁極を有しており、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極により周方向に所定数(例えば12個)の極数を有している。 The outer diameter side end surface of the permanent magnet 64 and the outer diameter side end surface of the rotor teeth 62 are formed at substantially the same distance from the axis center. The outer diameter side end surface of the permanent magnet 64 may be positioned slightly radially inward from the outer diameter side end surface of the rotor teeth 62. The first outer diameter side rotor core 56 has a permanent magnet excitation magnetic pole excited by the permanent magnet 64 and a non-excitation permanent magnet non-excitation magnetic pole that is not excited by the permanent magnet 64. This permanent magnet non-excitation magnetic pole is formed in the rotor teeth 62. These permanent magnet excitation magnetic poles and permanent magnet non-excitation magnetic poles are alternately arranged in the circumferential direction. The first outer diameter side rotor core 56 has magnetic poles having different polarities at every predetermined angle, and has a predetermined number (for example, 12) of poles in the circumferential direction by permanent magnet excitation magnetic poles and permanent magnet non-excitation magnetic poles. ing.
また、第2外径側ロータコア58の外周部には、ロータティース66が形成されている。ロータティース66は、第2外径側ロータコア58の径方向外方に向けて突出している。ロータティース66は、第2外径側ロータコア58の外周面において周方向に複数(例えば、6個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。 A rotor tooth 66 is formed on the outer periphery of the second outer diameter side rotor core 58. The rotor teeth 66 protrude outward in the radial direction of the second outer diameter side rotor core 58. A plurality of (for example, six) rotor teeth 66 are provided in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the second outer diameter side rotor core 58, and are provided at equal intervals along the circumferential direction.
周方向において互いに隣接するロータティース66の間にはそれぞれ、永久磁石68がロータティース66と隣り合うように取り付けられている。永久磁石68は、第2外径側ロータコア58の外径側に配置されている。永久磁石68は、例えばフェライト磁石である。永久磁石68は、周方向に複数(例えば、6個)設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。各永久磁石68は、周方向に所定の幅(角度)を有し、かつ、径方向に所定の厚さを有している。各永久磁石68は、上記の永久磁石64の極性とは異なる所定の極性(例えば、外径側をS極としかつ内径側をN極とする。)に着磁されている。すなわち、永久磁石68と永久磁石64とは、互いに反転した極性を有している。 Permanent magnets 68 are attached adjacent to the rotor teeth 66 between the rotor teeth 66 adjacent to each other in the circumferential direction. The permanent magnet 68 is disposed on the outer diameter side of the second outer diameter side rotor core 58. The permanent magnet 68 is, for example, a ferrite magnet. A plurality (for example, six) of permanent magnets 68 are provided in the circumferential direction, and are provided at regular intervals along the circumferential direction. Each permanent magnet 68 has a predetermined width (angle) in the circumferential direction and a predetermined thickness in the radial direction. Each permanent magnet 68 is magnetized to a predetermined polarity (for example, the outer diameter side is an S pole and the inner diameter side is an N pole) different from the polarity of the permanent magnet 64. That is, the permanent magnet 68 and the permanent magnet 64 have opposite polarities.
永久磁石68の外径側端面とロータティース66の外径側端面とは、軸中心から互いに略同じ距離になる位置に形成されている。尚、永久磁石68の外径側端面がロータティース66の外径側端面によりも僅かに径方向内側に位置することとしてもよい。第2外径側ロータコア58は、永久磁石68で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石68で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有している。この永久磁石非励磁磁極は、ロータティース66に形成される。これらの永久磁石励磁磁極と永久磁石非励磁磁極とは、周方向に交互に配置されている。第2外径側ロータコア58は、所定角度ごとに極性の異なる磁極を有しており、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極により周方向に第1外径側ロータコア56の極数と同じ所定数(例えば12個)の極数を有している。 The outer diameter side end surface of the permanent magnet 68 and the outer diameter side end surface of the rotor teeth 66 are formed at positions that are substantially the same distance from the center of the shaft. The outer diameter side end face of the permanent magnet 68 may be positioned slightly radially inward from the outer diameter side end face of the rotor teeth 66. The second outer diameter side rotor core 58 has a permanent magnet excitation magnetic pole excited by the permanent magnet 68 and a non-excitation permanent magnet non-excitation magnetic pole that is not excited by the permanent magnet 68. This permanent magnet non-excitation magnetic pole is formed in the rotor tooth 66. These permanent magnet excitation magnetic poles and permanent magnet non-excitation magnetic poles are alternately arranged in the circumferential direction. The second outer diameter side rotor core 58 has magnetic poles having different polarities for each predetermined angle, and has the same number of poles as the first outer diameter side rotor core 56 in the circumferential direction by the permanent magnet excitation magnetic pole and the permanent magnet non-excitation magnetic pole. It has a number (for example, 12) of poles.
第1外径側ロータコア56の永久磁石励磁磁極と、第2外径側ロータコア58の永久磁石非励磁磁極とは、軸方向で上記の隙間60を介して互いに対向配置されている。すなわち、第1外径側ロータコア56の永久磁石64と第2外径側ロータコア58のロータティース66とは、軸方向で上記の隙間60を介して互いに対向配置されている。また、第1外径側ロータコア56の永久磁石非励磁磁極と、第2外径側ロータコア58の永久磁石励磁磁極とは、軸方向で上記の隙間60を介して互いに対向配置されている。すなわち、第1外径側ロータコア56のロータティース62と第2外径側ロータコア58の永久磁石68とは、軸方向で上記の隙間60を介して互いに対向配置されている。第1及び第2外径側ロータコア56,58の永久磁石励磁磁極同士は、互いに軸方向で上記の隙間60を介して斜に配置されており、かつ、それらの永久磁石非励磁磁極同士は、互いに軸方向で上記の隙間60を介して斜に配置されている。 The permanent magnet exciting magnetic pole of the first outer diameter side rotor core 56 and the permanent magnet non-exciting magnetic pole of the second outer diameter side rotor core 58 are arranged to face each other through the gap 60 in the axial direction. That is, the permanent magnet 64 of the first outer diameter side rotor core 56 and the rotor teeth 66 of the second outer diameter side rotor core 58 are arranged to face each other via the gap 60 in the axial direction. Further, the permanent magnet non-excitation magnetic pole of the first outer diameter side rotor core 56 and the permanent magnet excitation magnetic pole of the second outer diameter side rotor core 58 are arranged to face each other via the gap 60 in the axial direction. That is, the rotor teeth 62 of the first outer diameter side rotor core 56 and the permanent magnets 68 of the second outer diameter side rotor core 58 are arranged to face each other via the gap 60 in the axial direction. The permanent magnet exciting magnetic poles of the first and second outer diameter side rotor cores 56 and 58 are arranged obliquely with respect to each other through the gap 60 in the axial direction, and the permanent magnet non-exciting magnetic poles are They are arranged obliquely through the gap 60 in the axial direction.
上記の隙間60には、すなわち、第1外径側ロータコア56と第2外径側ロータコア58との軸方向間には、ロータティース62,66の永久磁石非励磁磁極を励磁する励磁コイル70が配置されている。励磁コイル70は、銅線などの電線からなり、隙間60の略全域を埋めている。励磁コイル70は、シャフト50の回りに環状に形成されており、トロイダル巻きされている。励磁コイル70は、径方向各部における軸方向の厚さが互いに略均一となるように形成されている。励磁コイル70は、シャフト50の外径側に配置されていると共に、第2ステータコア32の内径側に配置されており、第2ステータコア32と径方向で対向している。 In the gap 60, that is, between the first outer diameter side rotor core 56 and the second outer diameter side rotor core 58, there is an exciting coil 70 for exciting the permanent magnet non-exciting magnetic poles of the rotor teeth 62, 66. Is arranged. The exciting coil 70 is made of an electric wire such as a copper wire and fills almost the entire area of the gap 60. The exciting coil 70 is formed in an annular shape around the shaft 50 and is toroidally wound. The exciting coil 70 is formed so that the axial thickness in each part in the radial direction is substantially uniform. The exciting coil 70 is disposed on the outer diameter side of the shaft 50 and is disposed on the inner diameter side of the second stator core 32, and faces the second stator core 32 in the radial direction.
励磁コイル70は、ステータ14(具体的には、ステータコア24の第2ステータコア32)に対して固定されている。励磁コイル70のステータ14への固定は、保持部材71を用いて行われる。保持部材71は、環状の励磁コイル70を内径側から保持できるように、断面U字状又は断面コの字状に形成された樹脂などからなるクリップ部材であり、シャフト50の回りの周方向に複数設けられている。 The exciting coil 70 is fixed to the stator 14 (specifically, the second stator core 32 of the stator core 24). The excitation coil 70 is fixed to the stator 14 using a holding member 71. The holding member 71 is a clip member made of a resin or the like formed in a U-shaped cross section or a U-shaped cross section so that the annular excitation coil 70 can be held from the inner diameter side, and in the circumferential direction around the shaft 50. A plurality are provided.
尚、励磁コイル70をステータ14に固定する手法としては、励磁コイル70を第1〜第3ステータコア30〜34に直接固定することとしてもよいし、例えば、第1ステータコア30及び第3ステータコア34の互いに面する軸方向端面、又は、第2ステータコア32の内径面に穴を空け、その穴を通して保持部材71を引っ掛けることにより、励磁コイル70のステータ14への固定を実現することとしてもよい。 As a method for fixing the exciting coil 70 to the stator 14, the exciting coil 70 may be directly fixed to the first to third stator cores 30 to 34, for example, the first stator core 30 and the third stator core 34. The exciting coil 70 may be fixed to the stator 14 by making a hole in the axial end face facing each other or the inner diameter face of the second stator core 32 and hooking the holding member 71 through the hole.
励磁コイル70のリード線77は、ステータ14内を通って、具体的には図1に示す如く、ステータ14のステータコア24が有するステータティース26間のスロット内を軸方向に貫くように通って外部に引き出され、後述の制御装置100に接続される。励磁コイル70には、直流電源(例えば、車載バッテリなど)から制御装置100を介して直流電流が供給される。励磁コイル70に直流電流が供給されると、その励磁コイル70の内径側(軸中心側)を軸方向に貫く磁束が発生する。この磁束量は、励磁コイル70に供給される直流電流に応じた大きさである。 As shown in FIG. 1, the lead wire 77 of the exciting coil 70 passes through the slot between the stator teeth 26 of the stator core 24 of the stator 14 so as to pass through in the axial direction. And connected to a control device 100 described later. A direct current is supplied to the exciting coil 70 via a control device 100 from a direct current power source (for example, a vehicle-mounted battery). When a direct current is supplied to the exciting coil 70, a magnetic flux that penetrates the inner diameter side (axial center side) of the exciting coil 70 in the axial direction is generated. This amount of magnetic flux has a magnitude corresponding to the direct current supplied to the exciting coil 70.
シャフト50は、中空形状に形成されている。シャフト50は、径が比較的大きな大径円筒部72と、径が比較的小さな小径円筒部74,76と、を有している。小径円筒部74,76は、軸方向両端に設けられている。大径円筒部72は、軸方向中央に設けられており、軸方向両端の小径円筒部74,76に挟まれている。シャフト50は、小径円筒部74,76において軸受16,18を介してケース20に支持される。第1及び第2外径側ロータコア56,58は、大径円筒部72の外径側に配置されてその大径円筒部72に支持されており、その大径円筒部72の外径面に固定されている。 The shaft 50 is formed in a hollow shape. The shaft 50 includes a large diameter cylindrical portion 72 having a relatively large diameter and small diameter cylindrical portions 74 and 76 having a relatively small diameter. The small diameter cylindrical portions 74 and 76 are provided at both axial ends. The large-diameter cylindrical portion 72 is provided at the center in the axial direction, and is sandwiched between small-diameter cylindrical portions 74 and 76 at both ends in the axial direction. The shaft 50 is supported by the case 20 via the bearings 16 and 18 in the small diameter cylindrical portions 74 and 76. The first and second outer-diameter-side rotor cores 56 and 58 are disposed on the outer-diameter side of the large-diameter cylindrical portion 72 and supported by the large-diameter cylindrical portion 72, and are arranged on the outer-diameter surface of the large-diameter cylindrical portion 72. It is fixed.
また、ロータコア52は、シャフト50の内径側に配置されてそのシャフト50に支持される内径側ロータコア80を有している。内径側ロータコア80は、ロータコア52の第1外径側ロータコア56及び第2外径側ロータコア58の内径側並びに励磁コイル70の内径側に配置されている。シャフト50の大径円筒部72内には、中空空間82が形成されている。内径側ロータコア80は、大径円筒部72の中空空間82内に収容されており、大径円筒部72の内径面に接着固定されている。内径側ロータコア80は、軟磁性材料具体的には絶縁コーティングされた軟磁性体粉末を圧縮成型した材料で形成されている。内径側ロータコア80は、鉄損がシャフト50の鉄損に比べて小さい材料で形成されている。 The rotor core 52 has an inner diameter side rotor core 80 that is disposed on the inner diameter side of the shaft 50 and supported by the shaft 50. The inner diameter side rotor core 80 is disposed on the inner diameter side of the first outer diameter side rotor core 56 and the second outer diameter side rotor core 58 of the rotor core 52 and on the inner diameter side of the exciting coil 70. A hollow space 82 is formed in the large-diameter cylindrical portion 72 of the shaft 50. The inner diameter side rotor core 80 is accommodated in the hollow space 82 of the large diameter cylindrical portion 72, and is bonded and fixed to the inner diameter surface of the large diameter cylindrical portion 72. The inner diameter side rotor core 80 is formed of a soft magnetic material, specifically, a material obtained by compression molding a soft magnetic powder coated with an insulating coating. The inner diameter side rotor core 80 is formed of a material whose iron loss is smaller than that of the shaft 50.
内径側ロータコア80は、周方向に分割されており、軸方向から見て扇状に形成された複数(例えば6個)のロータコア片84からなる。内径側ロータコア80の周方向における分割は、周方向において等間隔(等角度)で行われ、各ロータコア片84は、互いに同じ形状を有している。内径側ロータコア80の周方向における分割数すなわちロータコア片84の数は、外径側ロータコア54における第1及び第2外径側ロータコア56,58の極数又はその極数の約数である。例えば、極数が“12”である場合は、分割数は“2”、“3”、“4”、“6”、又は“12”である(図3及び図4において分割数は“6”である)。 The inner diameter side rotor core 80 is divided in the circumferential direction, and includes a plurality of (for example, six) rotor core pieces 84 formed in a fan shape when viewed from the axial direction. The division in the circumferential direction of the inner diameter side rotor core 80 is performed at equal intervals (equal angles) in the circumferential direction, and the respective rotor core pieces 84 have the same shape. The number of divisions in the circumferential direction of the inner diameter side rotor core 80, that is, the number of rotor core pieces 84 is the number of poles of the first and second outer diameter side rotor cores 56, 58 in the outer diameter side rotor core 54 or a divisor of the number of poles. For example, when the number of poles is “12”, the number of divisions is “2”, “3”, “4”, “6”, or “12” (in FIG. 3 and FIG. 4, the number of divisions is “6”. ”).
内径側ロータコア80の周方向における分割は、また、ロータ12やシャフト50の軸中心と、ロータ12の第1及び第2外径側ロータコア56,58において周方向に交互に配置された永久磁石64,68及びロータティース62,66(すなわち、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極)のうちの二以上のものの各周方向中心と、を通る線上で行われる。すなわち、内径側ロータコア80の周方向における分割面を含む各平面はそれぞれ、ロータ12やシャフト50の軸中心を通ると共に、何れかの永久磁石64,68及びロータティース62,66(すなわち、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極)の周方向中心を通る。 The division in the circumferential direction of the inner diameter side rotor core 80 is also performed by permanent magnets 64 alternately arranged in the circumferential direction in the axial centers of the rotor 12 and the shaft 50 and the first and second outer diameter side rotor cores 56 and 58 of the rotor 12. , 68 and the rotor teeth 62, 66 (that is, the permanent magnet excitation magnetic pole and the permanent magnet non-excitation magnetic pole) are performed on a line passing through the circumferential center of each of two or more of them. That is, each plane including the dividing surface in the circumferential direction of the inner diameter side rotor core 80 passes through the axial center of the rotor 12 or the shaft 50, and any of the permanent magnets 64 and 68 and the rotor teeth 62 and 66 (that is, the permanent magnets). Passes through the center in the circumferential direction of the excitation magnetic pole and permanent magnet non-excitation magnetic pole).
また、内径側ロータコア80は、軸方向端部に軸方向に空いた切欠穴86,88を有している。切欠穴86,88は、軸方向両端に設けられている。切欠穴86,88は、径が軸方向端面から軸方向中央にかけて小さくなるようにテーパ状又は階段状に形成されている。切欠穴86,88の軸方向端部(最浅部)の径は、シャフト50の大径円筒部72の内径と略一致し、かつ、切欠穴86,88の軸方向中央部(最深部)の径は、所定の径である。内径側ロータコア80は、軸方向中央部で径方向に所定の厚みを有する一方、軸方向両端部それぞれで軸方向中央部の厚みよりも小さい厚みを有する。シャフト50の大径円筒部72の径方向の厚みは、モータトルクを伝達するのに必要な強度を維持するような厚さに設定され、内径側ロータコア80の軸方向中央部における径方向の厚みは、励磁コイル70によって発生する磁束が飽和しない所定の厚さに設定されるため、内径側ロータコア80の軸方向中央部における径方向の厚みは、シャフト50の大径円筒部72の径方向の厚みよりも大きい。 Further, the inner diameter side rotor core 80 has notch holes 86 and 88 that are vacant in the axial direction at the axial end portion. The notches 86 and 88 are provided at both ends in the axial direction. The cutout holes 86 and 88 are formed in a tapered shape or a stepped shape so that the diameter decreases from the axial end surface to the axial center. The diameters of the axial end portions (the shallowest portion) of the cutout holes 86 and 88 substantially coincide with the inner diameter of the large-diameter cylindrical portion 72 of the shaft 50, and the axial center portions (the deepest portion) of the cutout holes 86 and 88. The diameter is a predetermined diameter. The inner diameter side rotor core 80 has a predetermined thickness in the radial direction at the axially central portion, and has a thickness smaller than the thickness of the axially central portion at each axial end portion. The radial thickness of the large-diameter cylindrical portion 72 of the shaft 50 is set to a thickness that maintains the strength necessary for transmitting the motor torque, and the radial thickness at the axial central portion of the inner diameter side rotor core 80. Is set to a predetermined thickness that does not saturate the magnetic flux generated by the exciting coil 70, the radial thickness at the axially central portion of the inner diameter side rotor core 80 is the radial thickness of the large diameter cylindrical portion 72 of the shaft 50. Greater than thickness.
切欠穴86と切欠穴88とは、互いに軸方向中央側で連通しており、最深部同士で互いに軸方向に貫通する貫通穴89を通じて接続している。すなわち、内径側ロータコア80は、貫通穴89が形成されるように中空形状に形成されている。内径側ロータコア80の切欠穴86,88及び貫通穴89はすべて、シャフト50の軸中心線上に設けられている。内径側ロータコア80の貫通穴89は、切欠穴86,88の最深部の径と略同じ径を有している。 The cutout hole 86 and the cutout hole 88 communicate with each other on the axial center side, and are connected through a through hole 89 that penetrates the deepest portions in the axial direction. That is, the inner diameter side rotor core 80 is formed in a hollow shape so that the through hole 89 is formed. The cutout holes 86 and 88 and the through hole 89 of the inner diameter side rotor core 80 are all provided on the axial center line of the shaft 50. The through hole 89 of the inner diameter side rotor core 80 has substantially the same diameter as that of the deepest part of the cutout holes 86 and 88.
ロータ12は、軸方向に2分割されている。シャフト50は、軸方向に2分割されており、互いに嵌合する2つのカップ状部材90,92からなる。シャフト50の軸方向分割位置は、軸方向の略中央である。カップ状部材90は、小径円筒部74と、大径円筒部72の一部(具体的には、小径円筒部74に接続する側の半分)と、を有している。カップ状部材92は、小径円筒部76と、大径円筒部72の一部(具体的には、小径円筒部76に接続する側の半分)と、を有している。シャフト50は、カップ状部材90とカップ状部材92とが互いに嵌合することにより形成される。カップ状部材90には第1外径側ロータコア56が、また、カップ状部材92には第2外径側ロータコア58が、それぞれ支持される。第1外径側ロータコア56はカップ状部材90の外径面に、また、第2外径側ロータコア58はカップ状部材92の外径面に、それぞれ固定される。 The rotor 12 is divided into two in the axial direction. The shaft 50 is divided into two in the axial direction, and includes two cup-shaped members 90 and 92 that are fitted to each other. The axial division position of the shaft 50 is substantially the center in the axial direction. The cup-shaped member 90 has a small-diameter cylindrical portion 74 and a part of the large-diameter cylindrical portion 72 (specifically, a half on the side connected to the small-diameter cylindrical portion 74). The cup-shaped member 92 has a small-diameter cylindrical portion 76 and a part of the large-diameter cylindrical portion 72 (specifically, a half on the side connected to the small-diameter cylindrical portion 76). The shaft 50 is formed by fitting the cup-shaped member 90 and the cup-shaped member 92 with each other. The cup-shaped member 90 supports the first outer diameter side rotor core 56, and the cup-shaped member 92 supports the second outer diameter side rotor core 58. The first outer diameter side rotor core 56 is fixed to the outer diameter surface of the cup-shaped member 90, and the second outer diameter side rotor core 58 is fixed to the outer diameter surface of the cup-shaped member 92.
カップ状部材90,92にはそれぞれ、軸中心上で軸方向に空いたボルト穴94,96が形成されている。ボルト穴94,96は、内径側ロータコア80の貫通穴89の径と略同じ径を有している。カップ状部材90,92のボルト穴94,96及び内径側ロータコア80の貫通穴89には、ボルト98が挿入される。カップ状部材90とカップ状部材92とは、互いに嵌合しつつ、ボルト98により締結される。 The cup-shaped members 90 and 92 are respectively formed with bolt holes 94 and 96 that are open in the axial direction on the center of the shaft. The bolt holes 94 and 96 have substantially the same diameter as the diameter of the through hole 89 of the inner diameter side rotor core 80. Bolts 98 are inserted into the bolt holes 94 and 96 of the cup-shaped members 90 and 92 and the through holes 89 of the inner diameter side rotor core 80. The cup-shaped member 90 and the cup-shaped member 92 are fastened by a bolt 98 while being fitted to each other.
尚、内径側ロータコア80は、軸方向に2分割されていてもよい。この場合、内径側ロータコア80の軸方向分割位置は、シャフト50の軸方向分割位置に対応していてもよく、軸方向の略中央であってもよい。また、内径側ロータコア80の分割された一方はシャフト50のカップ状部材90の内径面に、また、内径側ロータコア80の分割された他方はカップ状部材92の内径面に、それぞれ接着固定されることとすればよい。 The inner diameter side rotor core 80 may be divided into two in the axial direction. In this case, the axially divided position of the inner diameter side rotor core 80 may correspond to the axially divided position of the shaft 50, or may be substantially the center in the axial direction. One of the divided inner diameter side rotor cores 80 is bonded and fixed to the inner diameter surface of the cup-shaped member 90 of the shaft 50, and the other divided one of the inner diameter side rotor core 80 is fixed to the inner diameter surface of the cup-shaped member 92. You can do that.
図5は、本実施例の励磁式回転電機10の制御装置100のブロック構成図を示す。また、図6は、本実施例の励磁式回転電機10の制御装置100の要部ブロック構成図を示す。本実施例において、励磁式回転電機10は、3相の同期型交流モータであって、U相,V相,W相の3つのステータコイル28の一端が中性点に共通接続された構成を有している。制御装置100は、励磁式回転電機10におけるロータ12の回転を制御する装置である。 FIG. 5 is a block diagram of the control device 100 for the excitation-type rotating electrical machine 10 according to the present embodiment. FIG. 6 shows a block diagram of the main part of the control device 100 for the excitation-type rotating electrical machine 10 of this embodiment. In this embodiment, the excitation-type rotating electrical machine 10 is a three-phase synchronous AC motor, and has a configuration in which one end of three stator coils 28 of U phase, V phase, and W phase is commonly connected to a neutral point. Have. The control device 100 is a device that controls the rotation of the rotor 12 in the excitation-type rotating electrical machine 10.
制御装置100は、直流電力を交流電力に変換するインバータ102を備えている。インバータ102は、直流電源104と励磁式回転電機10の有する各相のステータコイル28との間に介在されている。インバータ102は、直流電源104を用いて励磁式回転電機10にトルクを発生させるための交流電力を供給する。尚、インバータ102と直流電源104との間に、リアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して直流電源104の直流電圧を一対のスイッチング素子のオン/オフにより昇圧する昇圧コンバータを設けることとしてもよい。直流電源104は、例えばリチウムイオン電池や水素電池などの車載バッテリなどである。 The control device 100 includes an inverter 102 that converts DC power into AC power. The inverter 102 is interposed between the DC power source 104 and the stator coil 28 of each phase of the excitation type rotating electrical machine 10. The inverter 102 supplies AC power for generating torque to the excitation-type rotating electrical machine 10 using the DC power source 104. Note that a boost converter that boosts the DC voltage of the DC power supply 104 by turning on / off the pair of switching elements by using the energy storage action of the reactor may be provided between the inverter 102 and the DC power supply 104. The DC power source 104 is, for example, an in-vehicle battery such as a lithium ion battery or a hydrogen battery.
インバータ102は、励磁式回転電機10の三相それぞれのステータコイル28に対応した上下アームを有している。各相の上下アームは、上アーム素子であるスイッチング素子と下アーム素子であるスイッチング素子とからなり、直流電源104の正極端子と負極端子との間に直列接続されている。各スイッチング素子は、例えばIGBTなどのパワートランジスタである。U相の上下アームとV相の上下アームとW相の上下アームとは、直流電源104の正極端子と負極端子との間に並列に接続されている。各相の上下アームの上アーム素子と下アーム素子との間の中間点はそれぞれ、リード線105を介して励磁式回転電機10の当該相のステータコイル28の他端に接続されている。 The inverter 102 has upper and lower arms corresponding to the three-phase stator coils 28 of the excitation-type rotating electrical machine 10. The upper and lower arms of each phase include a switching element that is an upper arm element and a switching element that is a lower arm element, and are connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the DC power supply 104. Each switching element is a power transistor such as an IGBT. The U-phase upper and lower arms, the V-phase upper and lower arms, and the W-phase upper and lower arms are connected in parallel between the positive terminal and the negative terminal of the DC power supply 104. An intermediate point between the upper arm element and the lower arm element of the upper and lower arms of each phase is connected to the other end of the stator coil 28 of the phase of the excitation type rotating electrical machine 10 via a lead wire 105.
インバータ102は、相ごとに、上アーム素子と下アーム素子とが交互にオン/オフされることにより、直流電源104の直流電力を交流電力に変換して出力する。上アーム素子及び下アーム素子である各スイッチング素子のオン/オフは、制御装置100からの制御信号によって制御される。制御装置100は、マイクロコンピュータを主体に構成された電子制御ユニット(ECU)を有し、予め格納されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理及び/又は電子回路によるハードウェア処理により、励磁式回転電機10やインバータ102の動作を制御する。 The inverter 102 converts the DC power of the DC power source 104 into AC power and outputs it by alternately turning on / off the upper arm element and the lower arm element for each phase. On / off of each switching element which is the upper arm element and the lower arm element is controlled by a control signal from the control device 100. The control device 100 has an electronic control unit (ECU) mainly composed of a microcomputer, and is excited by software processing by executing a program stored in advance by the CPU and / or hardware processing by an electronic circuit. The operation of the rotating electrical machine 10 and the inverter 102 is controlled.
制御装置100は、電流センサ106及びレゾルバ108を備えている。電流センサ106は、励磁式回転電機10の各相それぞれのステータコイル28に流れる実電流Iu,Iv,Iwに応じた信号を出力する。尚、三相の実電流Iu,Iv,Iwの瞬時値の和はゼロであるので、電流センサ106が二相分の実電流に応じた信号を出力するものとし、残り一相の実電流については演算により求めることとしてもよい(例えば、Iu=−(Iv+Iw))。また、レゾルバ108は、励磁式回転電機10のロータ回転角に応じたA相信号及びB相信号を出力する。 The control device 100 includes a current sensor 106 and a resolver 108. The current sensor 106 outputs signals corresponding to the actual currents Iu, Iv, and Iw flowing through the stator coils 28 of the respective phases of the excitation type rotating electrical machine 10. Since the sum of instantaneous values of the three-phase actual currents Iu, Iv, and Iw is zero, the current sensor 106 outputs a signal corresponding to the two-phase actual current, and the remaining one-phase actual current May be obtained by calculation (for example, Iu = − (Iv + Iw)). The resolver 108 outputs an A-phase signal and a B-phase signal corresponding to the rotor rotation angle of the excitation type rotating electrical machine 10.
レゾルバ108には、R/Dコンバータ110が接続されている。レゾルバ108によるロータ回転角を示すA相信号及びB相信号は、R/Dコンバータ110に供給される。R/Dコンバータ110は、レゾルバ108からのA相信号及びB相信号をデジタルデータに変換する。R/Dコンバータ110には、カウンタ112が接続されている。R/Dコンバータ110によるA相及びB相それぞれのデジタル信号は、カウンタ112に供給される。カウンタ112は、R/Dコンバータ110からのA相及びB相それぞれのデジタル信号についてパルスをカウントし、そのカウント値に基づいてロータ回転角を検出する。 An R / D converter 110 is connected to the resolver 108. The A-phase signal and the B-phase signal indicating the rotor rotation angle by the resolver 108 are supplied to the R / D converter 110. The R / D converter 110 converts the A phase signal and the B phase signal from the resolver 108 into digital data. A counter 112 is connected to the R / D converter 110. The digital signals of the A phase and B phase by the R / D converter 110 are supplied to the counter 112. The counter 112 counts pulses for the A-phase and B-phase digital signals from the R / D converter 110 and detects the rotor rotation angle based on the count value.
制御装置100は、また、電流センサ106の出力に接続される3相−2相電流変換部114を備えている。電流センサ106によるモータ各相の実電流Iu,Iv,Iwを示す信号は、3相−2相電流変換部114に供給される。3相−2相電流変換部114は、また、カウンタ112の出力に接続されている。カウンタ112によるロータ回転角を示す信号は、3相−2相電流変換部114に供給される。3相−2相電流変換部114は、ロータ回転角を用いて、電流センサ106から入力される励磁式回転電機10の三相の実電流Iu,Iv,Iwを二相のd軸電流Id及びq軸電流Iqに座標変換することで、三相の実電流Iu,Iv,Iwに基づいてd軸電流Id及びq軸電流Iqを演算する。 The control device 100 further includes a three-phase to two-phase current converter 114 connected to the output of the current sensor 106. Signals indicating the actual currents Iu, Iv, and Iw of each phase of the motor by the current sensor 106 are supplied to the three-phase to two-phase current converter 114. The three-phase to two-phase current converter 114 is also connected to the output of the counter 112. A signal indicating the rotor rotation angle by the counter 112 is supplied to the three-phase to two-phase current converter 114. The three-phase to two-phase current conversion unit 114 converts the three-phase actual currents Iu, Iv, and Iw of the excitation-type rotating electrical machine 10 input from the current sensor 106 into the two-phase d-axis current Id and the rotor rotation angle. By converting the coordinates to the q-axis current Iq, the d-axis current Id and the q-axis current Iq are calculated based on the three-phase actual currents Iu, Iv, and Iw.
制御装置100は、また、トルク制御部116を備えている。トルク制御部116には、アクセル操作量などを用いて予め定められたマップなどに従って設定される励磁式回転電機10が発生すべきトルクを指示するトルク指令値の情報が入力される。トルク制御部116は、供給されるトルク指令値や変調率などに基づいてd軸及びq軸それぞれに供給すべきd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を算出する。 The control device 100 also includes a torque control unit 116. Torque control unit 116 receives torque command value information indicating the torque to be generated by excitation-type rotating electrical machine 10 that is set according to a predetermined map or the like using an accelerator operation amount or the like. The torque control unit 116 calculates a d-axis current command value Id * and a q-axis current command value Iq * to be supplied to the d-axis and the q-axis, respectively, based on the supplied torque command value, modulation factor, and the like.
制御装置100は、また、電流制御部118を備えている。電流制御部118には、d軸電流の、3相−2相電流変換部114において演算された実値Idとトルク制御部116において算出された指令値Id*との偏差の情報が入力されると共に、q軸電流の、3相−2相電流変換部114において演算された実値Iqとトルク制御部116において算出された指令値Iq*との偏差の情報が入力される。電流制御部118は、入力されるd軸電流の上記偏差及びq軸電流の上記偏差が共にゼロに収束するようにd軸電圧の指令値Vd及びq軸電圧の指令値Vqを算出する。 The control device 100 also includes a current control unit 118. Information on the deviation between the actual value Id calculated in the three-phase to two-phase current converter 114 and the command value Id * calculated in the torque controller 116 is input to the current controller 118. At the same time, information on the deviation of the q-axis current between the actual value Iq calculated by the three-phase to two-phase current converter 114 and the command value Iq * calculated by the torque controller 116 is input. The current control unit 118 calculates the d-axis voltage command value Vd and the q-axis voltage command value Vq so that both the deviation of the input d-axis current and the deviation of the q-axis current converge to zero.
電流制御部118には、電圧演算部120が接続されている。電流制御部118において算出されたd軸電圧の指令値Vd及びq軸電圧の指令値Vqの情報は、電圧演算部120に供給される。電圧演算部120は、電流制御部118からのd軸電圧の指令値Vd及びq軸電圧の指令値Vqに基づいて変調率を算出する。電圧演算部120には、上記のトルク制御部116が接続されている。トルク制御部116は、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を算出するうえで、弱め界磁制御部122にて電圧演算部120からの変調率に基づいて弱め界磁制御を行う。 A voltage calculation unit 120 is connected to the current control unit 118. Information on the command value Vd for the d-axis voltage and the command value Vq for the q-axis voltage calculated by the current control unit 118 is supplied to the voltage calculation unit 120. The voltage calculation unit 120 calculates the modulation factor based on the d-axis voltage command value Vd and the q-axis voltage command value Vq from the current control unit 118. The voltage control unit 116 is connected to the voltage calculation unit 120. In calculating the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq *, the torque control unit 116 performs field weakening control in the field weakening control unit 122 based on the modulation rate from the voltage calculation unit 120.
制御装置100は、また、電流制御部118の出力及び上記のカウンタ112の出力に接続される電圧制御部124を備えている。電圧制御部124には、電流制御部118において算出されたd軸電圧の指令値Vd及びq軸電圧の指令値Vqの情報が入力されると共に、カウンタ112において検出されたロータ回転角の情報が入力される。電圧制御部124には、また、直流電源104の電圧の情報が入力される。電圧制御部124は、励磁式回転電機10のロータ回転角を用いて、入力されるdq軸の電圧指令値Vd,Vqを三相の電圧指令値Vu,Vv,Vwに座標変換することで、dq軸の電圧指令値Vd,Vqに基づいて三相の電圧指令値Vu,Vv,Vwを算出する。尚、この三相の基準電圧指令値Vu,Vv,Vwは、互いに等振幅を有しかつ位相が電気角120°ずつずれた信号である。 The control device 100 also includes a voltage control unit 124 connected to the output of the current control unit 118 and the output of the counter 112. Information on the command value Vd of the d-axis voltage and the command value Vq of the q-axis voltage calculated by the current control unit 118 is input to the voltage control unit 124, and information on the rotor rotation angle detected by the counter 112 is input to the voltage control unit 124. Entered. The voltage control unit 124 also receives information on the voltage of the DC power supply 104. The voltage control unit 124 converts the input dq axis voltage command values Vd and Vq into three-phase voltage command values Vu, Vv, and Vw using the rotor rotation angle of the excitation-type rotating electrical machine 10, Three-phase voltage command values Vu, Vv, Vw are calculated based on the voltage command values Vd, Vq on the dq axis. The three-phase reference voltage command values Vu, Vv, and Vw are signals having equal amplitudes and phases shifted by an electrical angle of 120 °.
電圧制御部124は、算出した三相の電圧指令値Vu,Vv,Vwと所定周期のキャリア信号(例えば、三角波状の搬送波)とを電圧比較した結果に基づいて、インバータ102の上下アームのオン/オフを指令する制御信号(具体的には、パルス幅が変調するPWM信号)を生成する。そして、その制御信号をインバータ102に向けて出力する。インバータ102にかかる制御信号が供給されると、インバータ102は、その制御信号に従って直流電源104の直流電力を交流電力に変換して、リード線105を介して励磁式回転電機10の各相のステータコイル28へ供給する。 The voltage control unit 124 turns on the upper and lower arms of the inverter 102 based on the result of voltage comparison between the calculated three-phase voltage command values Vu, Vv, Vw and a carrier signal (for example, a triangular wave carrier wave) having a predetermined period. A control signal for commanding off / off (specifically, a PWM signal whose pulse width is modulated) is generated. Then, the control signal is output to the inverter 102. When the control signal applied to the inverter 102 is supplied, the inverter 102 converts the DC power of the DC power supply 104 into AC power in accordance with the control signal, and the stator of each phase of the excitation-type rotating electrical machine 10 via the lead wire 105. Supply to the coil 28.
また、制御装置100は、直流電力を直流変換するチョッパ回路130を備えている。チョッパ回路130は、直流電源104と励磁式回転電機10の有する励磁コイル70との間に介在されている。チョッパ回路130は、直流電源104を用いて励磁式回転電機10にトルクを発生させるための直流電力を供給する。具体的には、例えばIGBTなどのパワートランジスタであるスイッチング素子のオン/オフを切り替えることにより、直流電源104の直流電力を降圧変換して出力する。 The control device 100 also includes a chopper circuit 130 that converts direct current power into direct current. The chopper circuit 130 is interposed between the DC power source 104 and the exciting coil 70 included in the exciting rotary electric machine 10. The chopper circuit 130 supplies DC power for generating torque to the excitation-type rotating electrical machine 10 using the DC power source 104. Specifically, for example, the DC power of the DC power supply 104 is stepped down and output by switching on / off of a switching element which is a power transistor such as an IGBT.
制御装置100は、また、カウンタ112の出力に接続される速度演算部132を備えている。カウンタ112によるロータ回転角を示す信号は、速度演算部132に供給される。速度演算部132は、ロータ回転角に基づいて励磁式回転電機10の回転数を算出する。 The control device 100 also includes a speed calculation unit 132 connected to the output of the counter 112. A signal indicating the rotor rotation angle by the counter 112 is supplied to the speed calculation unit 132. The speed calculation unit 132 calculates the rotation speed of the excitation-type rotating electrical machine 10 based on the rotor rotation angle.
上記のトルク制御部116は、励磁コイル70を励磁する励磁電流を算出するうえで用いられる励磁電流テーブル136を有している。励磁電流テーブル136には、外部からのトルク指令値の情報が入力されると共に、速度演算部132からの回転数の情報及び直流電源104の電源電圧の情報が入力される。励磁電流テーブル136には、トルク指令値と回転数との関係から導かれる励磁コイル70を励磁すべき励磁電流の基準となる指令値の情報が格納されている。この励磁電流テーブル136に格納されている情報は、トルク指令値と回転数との関係から、励磁コイル70に発生する損失(主に、銅損)が最小となるように励磁コイル70に流通させるべき直流の励磁電流を規定したものである。トルク制御部116は、入力されるトルク指令値及び回転数に基づいて、励磁電流テーブル136を参照して、基準となる(すなわち、損失が最小となる)励磁電流の指令値Idr*を算出する。 The torque control unit 116 has an excitation current table 136 used for calculating an excitation current for exciting the excitation coil 70. Information on the torque command value from the outside is input to the excitation current table 136, and information on the number of revolutions from the speed calculation unit 132 and information on the power supply voltage of the DC power supply 104 are input. The excitation current table 136 stores information on command values serving as a reference of excitation current for exciting the excitation coil 70 derived from the relationship between the torque command value and the rotation speed. The information stored in the excitation current table 136 is distributed to the excitation coil 70 so that the loss (mainly copper loss) generated in the excitation coil 70 is minimized based on the relationship between the torque command value and the rotation speed. This defines the direct current excitation current. Based on the input torque command value and the rotational speed, the torque control unit 116 refers to the excitation current table 136 and calculates a reference value (that is, loss becomes minimum) of the excitation current command value Idr *. .
制御装置100は、また、電流センサ138及び電流制御部140を備えている。電流センサ138は、励磁式回転電機10の励磁コイル70に流れる実電流Idrに応じた信号を出力する。電流制御部140には、励磁コイル70に流れる励磁電流の、電流センサ138による実値Idrとトルク制御部116において算出された指令値Idr*との偏差の情報が入力される。電流制御部140は、入力される励磁電流の実値Idrと指令値Idr*との偏差がゼロに収束するように励磁コイル70に印加すべき電圧指令値Vdrを算出する。 The control device 100 also includes a current sensor 138 and a current control unit 140. The current sensor 138 outputs a signal corresponding to the actual current Idr flowing through the exciting coil 70 of the exciting rotating electrical machine 10. Information on the deviation between the actual value Idr from the current sensor 138 and the command value Idr * calculated by the torque control unit 116 of the excitation current flowing through the excitation coil 70 is input to the current control unit 140. The current control unit 140 calculates a voltage command value Vdr to be applied to the excitation coil 70 so that the deviation between the actual value Idr of the input excitation current and the command value Idr * converges to zero.
電流制御部140には、電圧制御部142が接続されている。電流制御部140において算出された励磁コイル70の電圧指令値Vdrの情報は、電圧制御部142に供給される。電圧制御部142は、電流制御部140からの電圧指令値Vdrが励磁コイル70に印加されるようにチョッパ回路130のスイッチング素子のオン/オフを指令する制御信号(具体的には、パルス幅が変調するPWM信号)を生成する。そして、その制御信号をチョッパ回路130に向けて出力する。チョッパ回路130にかかる制御信号が供給されると、チョッパ回路130は、その制御信号に従って直流電源104の直流電力を所望の電圧まで降圧変換して、リード線77を介して励磁式回転電機10の励磁コイル70へ供給する。 A voltage control unit 142 is connected to the current control unit 140. Information on the voltage command value Vdr of the exciting coil 70 calculated by the current control unit 140 is supplied to the voltage control unit 142. The voltage control unit 142 controls the switching element of the chopper circuit 130 to be turned on / off so that the voltage command value Vdr from the current control unit 140 is applied to the exciting coil 70 (specifically, the pulse width is PWM signal to be modulated). Then, the control signal is output toward the chopper circuit 130. When the control signal applied to the chopper circuit 130 is supplied, the chopper circuit 130 steps down the DC power of the DC power source 104 to a desired voltage in accordance with the control signal, and the excitation type rotating electrical machine 10 is connected via the lead wire 77. The excitation coil 70 is supplied.
上記の励磁式回転電機10の構造において、制御装置100を用いて環状の励磁コイル70に直流電流が供給されると、その励磁コイル70の内径側(軸中心側)を軸方向に貫く磁束が発生する。この励磁コイル70を用いた電磁石による磁束は、第1又は第2外径側ロータコア56,58の永久磁石非励磁磁極→内径側ロータコア80→第2又は第1外径側ロータコア58,56の永久磁石非励磁磁極→エアギャップ22→ステータコア24→エアギャップ22→第1又は第2外径側ロータコア56,58の永久磁石非励磁磁極からなる経路で流通する。かかる磁束が発生すると、第1及び第2外径側ロータコア56,58の永久磁石非励磁磁極が励磁される。この電磁石による磁束は、永久磁石64,68による磁束を弱め或いは強める。また、この電磁石による磁束量は、励磁コイル70に流す直流電流の大きさに応じて調整される。 In the structure of the exciting rotating electrical machine 10 described above, when a direct current is supplied to the annular exciting coil 70 using the control device 100, the magnetic flux penetrating the inner diameter side (axial center side) of the exciting coil 70 in the axial direction is changed. Occur. The magnetic flux generated by the electromagnet using the exciting coil 70 is the permanent magnet non-excited magnetic pole of the first or second outer diameter side rotor cores 56, 58 → the inner diameter side rotor core 80 → the permanent of the second or first outer diameter side rotor cores 58, 56. Magnet non-excitation magnetic pole → air gap 22 → stator core 24 → air gap 22 → first or second outer diameter side rotor cores 56 and 58 are distributed along a path consisting of permanent magnet non-excitation magnetic poles. When such a magnetic flux is generated, the permanent magnet non-excitation magnetic poles of the first and second outer diameter side rotor cores 56 and 58 are excited. The magnetic flux generated by the electromagnet weakens or strengthens the magnetic flux generated by the permanent magnets 64 and 68. The amount of magnetic flux generated by the electromagnet is adjusted according to the magnitude of the direct current flowing through the exciting coil 70.
従って、本実施例によれば、永久磁石64,68による磁束と励磁コイル70を用いた電磁石による磁束との合成磁束によりロータ12をステータ14回りに回転させるトルクを調整することができ、そのロータ12を適切に回転させることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the torque for rotating the rotor 12 around the stator 14 can be adjusted by the combined magnetic flux of the magnetic flux generated by the permanent magnets 64 and 68 and the magnetic flux generated by the electromagnet using the exciting coil 70. 12 can be rotated appropriately.
また、本実施例において、制御装置100のトルク制御部116は、励磁電圧演算部144と、実トルク演算部146と、を有している。励磁電圧演算部144には、3相−2相電流変換部114において演算されたd軸電流及びq軸電流の実値Id,Iqの情報が入力されると共に、電流センサ138による励磁コイル70に流れる電流の実値Idrの情報が入力される。励磁電圧演算部144は、d軸電流及びq軸電流の実値Id,Iqと励磁コイル70に流れる電流の実値Idrとに基づいて、励磁コイル70の両端に発生していると推定される直流の励磁電圧を算出する。この電圧算出は、予め定められた式やマップを用いて行われるものとすればよい。 In the present embodiment, the torque control unit 116 of the control device 100 includes an excitation voltage calculation unit 144 and an actual torque calculation unit 146. Information on the actual values Id and Iq of the d-axis current and the q-axis current calculated in the three-phase to two-phase current converter 114 is input to the excitation voltage calculation unit 144, and the excitation coil 70 by the current sensor 138 is input to the excitation coil 70. Information on the actual value Idr of the flowing current is input. The excitation voltage calculation unit 144 is estimated to be generated at both ends of the excitation coil 70 based on the actual values Id and Iq of the d-axis current and the q-axis current and the actual value Idr of the current flowing in the excitation coil 70. Calculate the DC excitation voltage. This voltage calculation may be performed using a predetermined formula or map.
実トルク演算部146には、3相−2相電流変換部114において演算されたd軸電流及びq軸電流の実値Id,Iqの情報が入力されると共に、電流センサ138による励磁コイル70に流れる電流の実値Idrの情報が入力される。実トルク演算部146は、d軸電流及びq軸電流の実値Id,Iqと励磁コイル70に流れる電流の実値Idrとに基づいて、励磁式回転電機10の励磁コイル70側と各相ステータコイル28側との全体で実際に発生していると推定される実トルクを算出する。このトルク算出は、予め定められた式やマップを用いて行われるものとすればよい。 Information on the actual values Id and Iq of the d-axis current and the q-axis current calculated by the three-phase to two-phase current converter 114 is input to the actual torque calculation unit 146, and the excitation coil 70 by the current sensor 138 is input to the actual torque calculation unit 146. Information on the actual value Idr of the flowing current is input. Based on the actual values Id and Iq of the d-axis current and the q-axis current and the actual value Idr of the current flowing in the excitation coil 70, the actual torque calculation unit 146 and the excitation coil 70 side of the excitation type rotating electrical machine 10 and each phase stator. The actual torque estimated to be actually generated in the entire coil 28 side is calculated. This torque calculation may be performed using a predetermined formula or map.
実トルク演算部146には、また、外部からのトルク指令値の情報が入力される。実トルク演算部146は、上記の如く励磁式回転電機10の実トルクを算出すると、その実トルクがトルク指令値に対して乖離しているか否か、具体的には、その実トルクとトルク指令値との偏差を求め、実トルクがトルク指令値に対して小さくかつその偏差が所定値を超えているか否かを判別する。 The actual torque calculator 146 also receives information on the torque command value from the outside. When the actual torque calculation unit 146 calculates the actual torque of the excitation-type rotating electrical machine 10 as described above, whether or not the actual torque deviates from the torque command value, specifically, the actual torque and the torque command value To determine whether or not the actual torque is smaller than the torque command value and the deviation exceeds a predetermined value.
励磁電圧演算部144及び実トルク演算部146には、励磁電流演算部148が接続されている。励磁電圧演算部144において算出される励磁コイル70の励磁電圧推定値の情報、及び、実トルク演算部146において判別された結果を示す情報は、励磁電流演算部148に供給される。励磁電流演算部148には、また、上記の如く励磁電流テーブル136を参照して算出される、トルク指令値及び回転数に基づいて基準となる励磁電流の指令値Idr*の情報が入力される。励磁電流演算部148は、後述の如く、励磁電圧演算部144からの励磁コイル70の励磁電圧推定値及び実トルク演算部146における上記の判別結果に応じて、励磁電流テーブル136を用いて算出した基準の励磁電流指令値Idr*を補正する。そして、励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*を生成する。 An excitation current calculation unit 148 is connected to the excitation voltage calculation unit 144 and the actual torque calculation unit 146. Information on the excitation voltage estimated value of the excitation coil 70 calculated by the excitation voltage calculation unit 144 and information indicating the result determined by the actual torque calculation unit 146 are supplied to the excitation current calculation unit 148. The excitation current calculation unit 148 also receives information about the command value Idr * of the excitation current that is a reference based on the torque command value and the rotation speed, which is calculated with reference to the excitation current table 136 as described above. . The excitation current calculation unit 148 is calculated using the excitation current table 136 according to the estimated excitation voltage of the excitation coil 70 from the excitation voltage calculation unit 144 and the determination result in the actual torque calculation unit 146 as described later. The reference excitation current command value Idr * is corrected. Then, an excitation current command value Idr * to be passed through the excitation coil 70 is generated.
トルク制御部116は、また、最大トルク制御部150と、等トルクテーブル152と、を有している。最大トルク制御部150には、外部からのトルク指令値の情報が入力されると共に、励磁電流演算部148から供給される励磁電流指令値Idr*の情報が入力される。励磁電流演算部148は、励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値と、最大トルク制御部150に対して励磁コイル70に流通させる電流値として情報通知する指令電流値(以下、ダミー指令電流値と称す。)とをそれぞれ互いに異なるように算出することが可能であり、最大トルク制御部150に対して情報通知するダミー指令電流値を、励磁コイル70に流通させる励磁電流指令値と異ならせることが可能である。 The torque control unit 116 also includes a maximum torque control unit 150 and an equal torque table 152. Information on the torque command value from the outside is input to the maximum torque control unit 150 and information on the excitation current command value Idr * supplied from the excitation current calculation unit 148 is input. The excitation current calculation unit 148 sends an excitation current command value to be passed through the excitation coil 70 and a command current value for notifying the maximum torque control unit 150 as a current value to be passed through the excitation coil 70 (hereinafter referred to as a dummy command current value). And the dummy command current value for notifying the maximum torque control unit 150 of the information is different from the excitation current command value flowing through the excitation coil 70. Is possible.
最大トルク制御部150は、トルク指令値に対応した同一のトルクを励磁式回転電気10に発生させる電流ベクトルのうちで電流振幅を最小にする電流ベクトルを導くための最大トルク制御を行う。尚、この最大トルク制御は、電流ベクトルの振幅を一定としたときに電流位相角に対してトルクを最大とするものであって、リラクタンストルクを有効に活用することで、同じ出力を得ながら電流振幅の2乗に相当する銅損を最小にできるので、励磁式回転電機10の高効率な制御を実現することが可能である。 The maximum torque control unit 150 performs maximum torque control for deriving a current vector that minimizes the current amplitude among the current vectors that cause the excitation-type rotating electricity 10 to generate the same torque corresponding to the torque command value. This maximum torque control maximizes the torque with respect to the current phase angle when the amplitude of the current vector is constant. By effectively utilizing the reluctance torque, the current can be obtained while obtaining the same output. Since the copper loss corresponding to the square of the amplitude can be minimized, high-efficiency control of the excitation-type rotating electrical machine 10 can be realized.
最大トルク制御部150には、上記の弱め界磁制御部122が接続されている。最大トルク制御部150において算出されたd軸電流指令値Id*の情報は、弱め界磁制御部122に供給される。弱め界磁制御部122は、最大トルク制御部150からのd軸電流指令値Id*と電圧演算部120からの変調率とに基づいて弱め界磁制御を行って、その弱め界磁制御後のd軸電流指令値Id*の情報を電流制御部118側へ出力する。 The field weakening control unit 122 is connected to the maximum torque control unit 150. Information on the d-axis current command value Id * calculated by the maximum torque control unit 150 is supplied to the field weakening control unit 122. The field weakening control unit 122 performs field weakening control based on the d-axis current command value Id * from the maximum torque control unit 150 and the modulation factor from the voltage calculation unit 120, and the d-axis current command value Id after the field weakening control. The information of * is output to the current control unit 118 side.
また、等トルクテーブル152には、外部からのトルク指令値の情報が入力され、かつ、励磁電流演算部148からの励磁電流のダミー指令電流値Idr*の情報が入力されると共に、弱め界磁制御部122から出力されたd軸電流指令値Id*の情報が入力される。励磁電流演算部148は、最大トルク制御部150に情報通知するダミー指令電流値と同じダミー指令電流値の情報を等トルクテーブル152に供給する。 Further, the torque command value information from the outside is input to the equal torque table 152, and the dummy command current value Idr * information of the excitation current from the excitation current calculation unit 148 is input, and the field weakening control unit Information on the d-axis current command value Id * output from 122 is input. The excitation current calculation unit 148 supplies information on the dummy command current value that is the same as the dummy command current value to be notified to the maximum torque control unit 150 to the equal torque table 152.
等トルクテーブル152には、励磁コイル70への励磁電流指令値Idr*が変更されても、その励磁電流指令値Idr*の変更前後で励磁式回転電機10全体に発生するトルクを等しくするq軸電流指令値Iq*の情報、すなわち、等トルクを発生させるうえで励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*と各相ステータコイル28に流通させるべきq軸電流指令値Iq*との組み合わせを示す情報が格納されている。トルク制御部116は、入力されるトルク指令値、励磁電流指令値Idr*、及びd軸電流指令値Id*に基づいて、等トルクテーブル152を参照して、q軸電流指令値Iq*を算出し、その情報を電流制御部118側へ出力する。 In the equal torque table 152, even if the excitation current command value Idr * to the excitation coil 70 is changed, the q-axis that equalizes the torque generated in the entire excitation rotating electric machine 10 before and after the change of the excitation current command value Idr *. Information on the current command value Iq *, that is, the combination of the excitation current command value Idr * that should be passed through the excitation coil 70 and the q-axis current command value Iq * that should be passed through each phase stator coil 28 to generate equal torque Is stored. The torque control unit 116 calculates the q-axis current command value Iq * with reference to the equal torque table 152 based on the input torque command value, excitation current command value Idr *, and d-axis current command value Id *. Then, the information is output to the current control unit 118 side.
図7は、本実施例の励磁式回転電機10の制御装置100においてトルク制御部116が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。また、図8は、本実施例の励磁式回転電機10の制御装置100による効果を表した図を示す。尚、図8(A)〜(C)にはそれぞれ、励磁式回転電機10のトルクTq、各相ステータコイル28に流通する電流Ia、及び励磁コイル70に流通する励磁電流Idrそれぞれの指令値(破線で示す。)及び実値(実線で示す。)のタイムチャートを示す。更に、図8(A)には本実施例の特徴的な制御を行わない場合を、図8(B)には本実施例の特徴的な制御を行いかつ励磁コイル70の電圧に電源電圧に対する余裕がある場合を、また、図8(C)には本実施例の特徴的な制御を行いかつ励磁コイル70の電圧に電源電圧に対する余裕がない場合を、それぞれ示す。 FIG. 7 shows a flowchart of an example of a control routine executed by the torque control unit 116 in the control device 100 for the excitation-type rotating electrical machine 10 of the present embodiment. Moreover, FIG. 8 shows the figure showing the effect by the control apparatus 100 of the excitation type rotary electric machine 10 of a present Example. 8A to 8C respectively show the torque Tq of the excitation-type rotating electrical machine 10, the current Ia flowing through each phase stator coil 28, and the command values (excitation current Idr flowing through the excitation coil 70) ( A time chart of a real value (shown by a solid line) and a real value is shown. Further, FIG. 8A shows the case where the characteristic control of this embodiment is not performed, and FIG. 8B shows the case where the characteristic control of this embodiment is performed, and the voltage of the exciting coil 70 with respect to the power supply voltage. FIG. 8C shows a case where there is a margin, and FIG. 8C shows a case where the characteristic control of this embodiment is performed and the voltage of the exciting coil 70 has no margin for the power supply voltage.
本実施例の制御装置100において、トルク制御部116は、外部からトルク指令値の情報が入力される(ステップ100)と、そのトルク指令値及び励磁式回転電機10の回転数に基づいて、励磁電流テーブル136を参照して、損失(銅損)が最小となる励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*を算出する(ステップ102)。また、トルク制御部116は、d軸電流及びq軸電流の実値Id,Iqと励磁コイル70に流れる電流の実値Idrとに基づいて、実トルク演算部146にて、励磁式回転電機10の励磁コイル70側と各相ステータコイル28側との全体で実際に発生していると推定される実トルクを算出すると共に、励磁電圧演算部144にて、励磁コイル70の両端に生じていると推定される直流の励磁電圧を算出する。 In the control device 100 of the present embodiment, when the torque command value information is input from the outside (step 100), the torque control unit 116 is excited based on the torque command value and the rotational speed of the excitation-type rotating electrical machine 10. With reference to the current table 136, the excitation current command value Idr * to be passed through the excitation coil 70 that minimizes the loss (copper loss) is calculated (step 102). In addition, the torque control unit 116 uses the actual torque calculation unit 146 based on the actual values Id and Iq of the d-axis current and the q-axis current and the actual value Idr of the current flowing in the excitation coil 70 to generate the excitation-type rotating electrical machine 10. The actual torque estimated to be actually generated on the entire excitation coil 70 side and each phase stator coil 28 side is calculated, and is generated at both ends of the excitation coil 70 by the excitation voltage calculation unit 144. Calculate the estimated DC excitation voltage.
実トルク演算部146は、上記した実トルクの算出後、その実トルクがトルク指令値に対して乖離しているか否か、例えば、その実トルクとトルク指令値との偏差を求め、実トルクがトルク指令値に対して小さくかつその偏差が所定値を超えているか否かを判別する(ステップ104)。尚、この所定値は、実トルクがトルク指令値に対して小さ過ぎると判断できる最小の偏差量であって、予め定められたゼロ以上の値である。実トルク演算部146は、上記の如く判別した結果を励磁電流演算部148に供給する。 After calculating the actual torque described above, the actual torque calculation unit 146 determines whether the actual torque deviates from the torque command value, for example, a deviation between the actual torque and the torque command value. It is determined whether or not the deviation is smaller than the value and the deviation exceeds a predetermined value (step 104). The predetermined value is the minimum deviation amount that can be determined that the actual torque is too small with respect to the torque command value, and is a predetermined value equal to or greater than zero. The actual torque calculation unit 146 supplies the determination result as described above to the excitation current calculation unit 148.
トルク制御部116は、励磁電流演算部148にて、実トルクがトルク指令値に対して乖離していない、例えば、実トルクがトルク指令値と略同じであることを検知した場合は、励磁コイル70に流通させるべき励磁電流として励磁電流テーブル136を用いて算出した基準の励磁電流指令値Idr*をそのまま維持して、励磁コイル70側へ向けてその励磁電流指令値Idr*の情報出力を行うと共に、また、最大トルク制御部152及び等トルクテーブル152に対して情報通知するダミー指令電流値をその励磁コイル70の励磁電流指令値Idr*(具体的には、励磁電流テーブル136を用いて算出した基準の励磁電流指令値Idr*)と同じ値に設定して、最大トルク制御部152及び等トルクテーブル152へ向けてそのダミー指令電流値Idr*の情報出力を行う(ステップ106)。 When the excitation current calculation unit 148 detects that the actual torque is not deviated from the torque command value, for example, the torque control unit 116 detects that the actual torque is substantially the same as the torque command value. The reference excitation current command value Idr * calculated using the excitation current table 136 as the excitation current to be passed to the 70 is maintained as it is, and information on the excitation current command value Idr * is output toward the excitation coil 70 side. In addition, the dummy command current value for notifying the maximum torque control unit 152 and the equal torque table 152 is calculated using the excitation current command value Idr * (specifically, the excitation current table 136) of the excitation coil 70. Set to the same value as the reference excitation current command value Idr *), and the dummy toward the maximum torque control unit 152 and the equal torque table 152 Performing decree current Idr * of the information output (step 106).
かかるステップ106の処理が行われると、励磁コイル70に、励磁電流テーブル136を用いて算出した基準の励磁電流指令値Idr*が流通するので、基準どおりに、その励磁コイル70を用いた電磁石による磁束によりロータ12を回転させるトルクが発生する。また、最大トルク制御部152及び等トルクテーブル152へ向けて情報出力されるダミー指令電流値Idr*は、励磁電流テーブル136を用いて算出した実際に励磁コイルに流通させる基準の励磁電流指令値Idr*と一致する。このため、各相のステータコイル28に、励磁式回転電機10全体で発生すべきトルク(トルク指令値)から上記の励磁コイル70を用いた電磁石による発生トルク分を除いたトルクを発生させる電流が流通するので、基準どおりに、ステータコイル28側でロータ12を回転させるトルクが発生する。 When the processing of step 106 is performed, since the reference excitation current command value Idr * calculated using the excitation current table 136 is distributed to the excitation coil 70, the electromagnet using the excitation coil 70 is used according to the reference. Torque for rotating the rotor 12 is generated by the magnetic flux. The dummy command current value Idr * output as information toward the maximum torque control unit 152 and the equal torque table 152 is a reference excitation current command value Idr that is actually distributed to the excitation coil, calculated using the excitation current table 136. Matches *. For this reason, a current that generates torque obtained by removing the torque generated by the electromagnet using the excitation coil 70 from the torque (torque command value) to be generated in the entire excitation rotating electrical machine 10 in the stator coil 28 of each phase. Since it circulates, the torque which rotates the rotor 12 by the side of the stator coil 28 is generated according to the standard.
一方、トルク制御部116は、励磁電流演算部148にて、実トルクがトルク指令値に対して乖離している、具体的には、実トルクがトルク指令値に対して小さくかつその偏差が所定値を超えていることを検知した場合は、次に、励磁電圧演算部144にて算出した励磁コイル70の励磁電圧推定値に所定の電圧しきい値に対する余裕があるか否か、具体的には、その励磁電圧推定値が所定の電圧しきい値に対して小さくかつその偏差が所定値を超えているか否かを判別する(ステップ108)。尚、この所定の電圧しきい値は、直流電源104の電源電圧に基づいて設定されるものであればよく、例えば、直流電源104の電源電圧から微小電圧を差し引いたものや直流電源104の電源電圧の90%の値或いは100%の値などであればよい。 On the other hand, in the torque control unit 116, the excitation current calculation unit 148 causes the actual torque to deviate from the torque command value. Specifically, the actual torque is smaller than the torque command value and the deviation is predetermined. If it is detected that the value exceeds the value, next, whether or not the excitation voltage estimated value of the excitation coil 70 calculated by the excitation voltage calculation unit 144 has a margin for a predetermined voltage threshold value is specifically determined. Determines whether the estimated excitation voltage value is smaller than the predetermined voltage threshold value and the deviation exceeds the predetermined value (step 108). The predetermined voltage threshold only needs to be set based on the power supply voltage of the DC power supply 104. For example, the predetermined voltage threshold value is obtained by subtracting a minute voltage from the power supply voltage of the DC power supply 104 or the power supply of the DC power supply 104. A value of 90% or 100% of the voltage may be used.
励磁電流演算部148は、上記ステップ108における判別の結果、励磁コイル70の励磁電圧推定値に所定の電圧しきい値に対する余裕があると判別した場合は、図8(B)に示す如く、励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*を励磁電流テーブル136を用いて算出した基準の励磁電流指令値Idr*から増加させて、励磁コイル70側へ向けてその増加した励磁電流指令値Idr*の情報出力を行うと共に、また逆に、最大トルク制御部152及び等トルクテーブル152に対して情報通知するダミー指令電流値を励磁電流テーブル136を用いて算出した基準の励磁電流指令値Idr*から減少させて、最大トルク制御部152及び等トルクテーブル152へ向けてその減少したダミー指令電流値Idr*の情報出力を行う(ステップ110)。 If the excitation current calculation unit 148 determines that the estimated excitation voltage value of the excitation coil 70 has a margin with respect to a predetermined voltage threshold as a result of the determination in step 108, the excitation current calculation unit 148, as shown in FIG. The excitation current command value Idr * to be passed through the coil 70 is increased from the reference excitation current command value Idr * calculated using the excitation current table 136, and the increased excitation current command value Idr toward the excitation coil 70 side. * The information output of * is performed, and conversely, the dummy command current value for notifying the maximum torque control unit 152 and the equal torque table 152 of information is calculated using the excitation current table 136 as a reference excitation current command value Idr *. The information of the reduced dummy command current value Idr * is output toward the maximum torque control unit 152 and the equal torque table 152. It is carried out (step 110).
尚、上記したステップ110における励磁電流指令値Idr*の増加量及びダミー指令電流値Idr*の減少量はそれぞれ、予め定められた量に設定されていてもよく、また、それらの増加及び減少はそれぞれ、一演算周期当たり一ステップずつ行われるものであってもよく、また、一演算周期当たり所定量ずつ行われるものであってもよい。 It should be noted that the increase amount of the excitation current command value Idr * and the decrease amount of the dummy command current value Idr * in Step 110 described above may be set to predetermined amounts, respectively. Each step may be performed one step per calculation cycle, or a predetermined amount may be performed per calculation cycle.
かかるステップ110の処理が行われると、励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*が通常値(具体的には、励磁電流テーブル136を用いて算出した基準の励磁電流指令値Idr*)よりも増加する。この場合には、励磁コイル70に実際に流通する励磁電流が、その励磁電流テーブル136を用いて算出した基準の励磁電流指令値Idr*に達するまでの時間が短縮される(図8(A)と図8(B)とを比較して参照)。 When the processing of step 110 is performed, the excitation current command value Idr * to be passed through the excitation coil 70 is a normal value (specifically, the reference excitation current command value Idr * calculated using the excitation current table 136). More than. In this case, the time until the exciting current actually flowing through the exciting coil 70 reaches the reference exciting current command value Idr * calculated using the exciting current table 136 is shortened (FIG. 8A). And FIG. 8 (B) for comparison).
また、励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*が通常値よりも増加した状況で、励磁式回転電機10全体で等トルクを発生させるためには、各相のステータコイル28に流通させるべき電流を通常値よりも減少させることが必要である。しかし、かかる構成の如く、各相のステータコイル28に流通させるべき電流が減少されると、励磁式回転電機10全体で等トルクを発生させることはできても、ステータコイル28側でのトルク発生の応答性が阻害され、その結果として、励磁式回転電機10全体でのトルク応答性が悪化する不都合が生ずる。 Further, in order to generate an equal torque in the entire excitation rotating electric machine 10 in a situation where the excitation current command value Idr * to be distributed to the excitation coil 70 has increased from the normal value, it is distributed to the stator coil 28 of each phase. It is necessary to reduce the power current below the normal value. However, when the current to be passed through the stator coil 28 of each phase is reduced as in this configuration, even if the excitation-type rotating electrical machine 10 can generate an equal torque, the torque generation on the stator coil 28 side is generated. As a result, there is a problem that the torque responsiveness of the excitation-type rotating electrical machine 10 as a whole deteriorates.
これに対して、本実施例においては、上記ステップ110の処理が行われると、励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*が通常値よりも増加したときにも、最大トルク制御部152及び等トルクテーブル152へ向けて情報出力されるダミー指令電流値Idr*は通常値よりも減少されたものとなる。ダミー指令電流値Idr*が減少されると、その減少分のトルクを補うトルクが増加して発生するように、各相のステータコイル28に流通させるべき電流指令値Ia*が通常値よりも増加される。この場合には、各相のステータコイル28に実際に流通する電流が電流指令値Iaの通常値に達するまでの時間が短縮される(図8(A)と図8(B)とを比較して参照)。 On the other hand, in the present embodiment, when the processing of step 110 is performed, the maximum torque control unit 152 is also obtained when the excitation current command value Idr * to be circulated through the excitation coil 70 increases from the normal value. The dummy command current value Idr * output as information toward the equal torque table 152 is smaller than the normal value. When the dummy command current value Idr * is decreased, the current command value Ia * to be passed through the stator coil 28 of each phase is increased from the normal value so that the torque that compensates for the decreased torque is generated. Is done. In this case, the time until the current actually flowing through the stator coil 28 of each phase reaches the normal value of the current command value Ia is shortened (compare FIG. 8A and FIG. 8B). See).
尚、本実施例において、励磁コイル70に流通する励磁電流の増加と各相ステータコイル28に流通する電流の増加とが同時に生じるタイミングは、励磁コイル70の励磁電圧に所定の電圧しきい値に対する余裕がある場合、すなわち、励磁電圧が所定の電圧しきい値に対して小さくかつその偏差が所定値を超えている場合に限定される。このため、直流電源104からの電力供給を適切に確保できるタイミングに限って、励磁コイル70及び各相ステータコイル28それぞれに流通させる電流を共に増加させることができ、各相のステータコイル28に実際に流通する電流が電流指令値Iaの通常値に達するまでの時間短縮を実現することが可能である。 In the present embodiment, the timing at which the increase in the excitation current flowing through the excitation coil 70 and the increase in the current flowing through each phase stator coil 28 occur simultaneously with respect to a predetermined voltage threshold value for the excitation voltage of the excitation coil 70. This is limited to a case where there is a margin, that is, when the excitation voltage is small with respect to a predetermined voltage threshold and the deviation exceeds a predetermined value. For this reason, only when the power supply from the DC power supply 104 can be appropriately secured, both the currents flowing through the exciting coil 70 and the respective phase stator coils 28 can be increased. It is possible to reduce the time until the current flowing through the current value reaches the normal value of the current command value Ia.
また、本実施例において、トルク制御部116の励磁電流演算部148は、上記ステップ108における判別の結果、励磁コイル70の励磁電圧推定値に所定の電圧しきい値に対する余裕がないと判別した場合は、励磁コイル70に流通させるべき励磁電流として励磁電流テーブル136を用いて算出した基準の励磁電流指令値Idr*をそのまま維持して、励磁コイル70側へ向けてその励磁電流指令値Idr*の情報出力を行うと共に、また、最大トルク制御部152及び等トルクテーブル152に対して情報通知するダミー指令電流値を励磁電流テーブル136を用いて算出した基準の励磁電流指令値Idr*から減少させて、最大トルク制御部152及び等トルクテーブル152へ向けてその減少したダミー指令電流値Idr*の情報出力を行う(ステップ112)。 Further, in this embodiment, when the excitation current calculation unit 148 of the torque control unit 116 determines that the estimated excitation voltage value of the excitation coil 70 has no margin for a predetermined voltage threshold as a result of the determination in step 108 above. Maintains the reference excitation current command value Idr * calculated using the excitation current table 136 as the excitation current to be passed through the excitation coil 70, and maintains the excitation current command value Idr * toward the excitation coil 70 side. In addition to outputting information, the dummy command current value for notifying the maximum torque control unit 152 and the equal torque table 152 is reduced from the reference excitation current command value Idr * calculated using the excitation current table 136. , Information of the reduced dummy command current value Idr * toward the maximum torque control unit 152 and the equal torque table 152. Performing output (step 112).
尚、上記したステップ112におけるダミー指令電流値Idr*の減少量は、予め定められた量に設定されていてもよく、また、その減少は、一演算周期当たり一ステップずつ行われるものであってもよく、また、一演算周期当たり所定量ずつ行われるものであってもよい。 Note that the amount of decrease in the dummy command current value Idr * in step 112 described above may be set to a predetermined amount, and the decrease is performed one step per calculation cycle. Alternatively, a predetermined amount may be performed per calculation cycle.
かかるステップ112の処理が行われると、励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*は通常値(具体的には、励磁電流テーブル136を用いて算出した基準の励磁電流指令値Idr*)に維持されるが、一方、最大トルク制御部152及び等トルクテーブル152へ向けて情報出力されるダミー指令電流値Idr*は通常値よりも減少される。ダミー指令電流値Idr*が減少されると、その減少分のトルクを補うトルクが増加して発生するように、各相のステータコイル28に流通させるべき電流指令値Ia*が通常値よりも増加されるので、各相のステータコイル28に実際に流通する電流が電流指令値Iaの通常値に達するまでの時間が短縮される(図8(A)と図8(C)とを比較して参照)。 When the processing of step 112 is performed, the excitation current command value Idr * to be passed through the excitation coil 70 is a normal value (specifically, the reference excitation current command value Idr * calculated using the excitation current table 136). On the other hand, the dummy command current value Idr * output as information toward the maximum torque control unit 152 and the equal torque table 152 is reduced from the normal value. When the dummy command current value Idr * is decreased, the current command value Ia * to be passed through the stator coil 28 of each phase is increased from the normal value so that the torque that compensates for the decreased torque is generated. Therefore, the time until the current actually flowing through the stator coil 28 of each phase reaches the normal value of the current command value Ia is shortened (compare FIG. 8A and FIG. 8C). reference).
尚、本実施例において、励磁コイル70に流通する励磁電流が維持されつつ各相ステータコイル28に流通する電流が増加するタイミングは、励磁コイル70の励磁電圧に所定の電圧しきい値に対する余裕がない場合、すなわち、励磁電圧が所定の電圧しきい値又はその所定の電圧しきい値近傍に達している場合に限定される。このため、直流電源104からの電力供給を適切に行うことが困難であるときは、励磁コイル70に流通する励磁電流を増加させることなく、各相ステータコイル28に流通する電流のみを増加させることができるので、直流電源104の機能低下を招くことなく、各相のステータコイル28に実際に流通する電流が電流指令値Iaの通常値に達するまでの時間短縮を実現することが可能である。 In this embodiment, the timing at which the current flowing through each phase stator coil 28 increases while the excitation current flowing through the excitation coil 70 is maintained is such that the excitation voltage of the excitation coil 70 has a margin for a predetermined voltage threshold. This is limited to the case where there is no excitation voltage, that is, when the excitation voltage reaches a predetermined voltage threshold value or near the predetermined voltage threshold value. For this reason, when it is difficult to appropriately supply power from the DC power supply 104, only the current flowing through each phase stator coil 28 is increased without increasing the excitation current flowing through the excitation coil 70. Therefore, it is possible to reduce the time until the current that actually flows through the stator coil 28 of each phase reaches the normal value of the current command value Ia without degrading the function of the DC power supply 104.
従って、本実施例の制御装置100によれば、実トルクがトルク指令値に対して乖離している場合に、乖離していない場合に比して、各相ステータコイル28に流通させるべき電流指令値Ia*及び励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*の少なくとも一方を増加させることができるので、ステータコイル28及び励磁コイル70の少なくとも一方に実際に流通する電流が増加前の通常値に達するまでの時間を短縮させることができ、これにより、励磁式回転電機10のトルク応答性を向上させることが可能である。このため、本実施例によれば、励磁コイル70のインダクタンスが比較的大きいことでその励磁コイル70に流通する励磁電流の応答性が悪いときにも、励磁式回転電機10に発生するトルクの応答が遅くなるのを抑制することができ、この点、励磁コイルへの励磁電流の応答性悪化に起因したトルク応答性の低下を抑制することが可能である。 Therefore, according to the control device 100 of the present embodiment, when the actual torque is deviated from the torque command value, the current command to be distributed to each phase stator coil 28 is compared with the case where the actual torque is not deviated. Since at least one of the value Ia * and the exciting current command value Idr * to be passed through the exciting coil 70 can be increased, the normal value before the current that actually flows through at least one of the stator coil 28 and the exciting coil 70 increases. It is possible to shorten the time required to reach, thereby improving the torque response of the excitation-type rotating electrical machine 10. For this reason, according to the present embodiment, the response of the torque generated in the exciting rotating electrical machine 10 even when the inductance of the exciting coil 70 is relatively large and the responsiveness of the exciting current flowing through the exciting coil 70 is poor. In this respect, it is possible to suppress a decrease in torque response due to a deterioration in response of the excitation current to the excitation coil.
また、本実施例の制御装置100によれば、実トルクがトルク指令値に対して乖離している状況において、励磁コイル70の励磁電圧に所定の電圧しきい値に対する余裕の有無に応じて、各相ステータコイル28に流通させるべき電流指令値Ia*及び励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*の双方を増加させるのか、或いは、励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*をそのまま維持しつつ各相ステータコイル28に流通させるべき電流指令値Iaのみを増加させるのかを設定することができる。 Further, according to the control device 100 of the present embodiment, in a situation where the actual torque deviates from the torque command value, the excitation voltage of the excitation coil 70 depends on whether or not there is a margin with respect to a predetermined voltage threshold value. Either the current command value Ia * to be passed through each phase stator coil 28 and the excitation current command value Idr * to be passed through the excitation coil 70 are increased, or the excitation current command value Idr * to be passed through the excitation coil 70 It is possible to set whether to increase only the current command value Ia to be passed through each phase stator coil 28 while maintaining the current as it is.
具体的には、励磁コイル70の励磁電圧に所定の電圧しきい値に対する余裕があるときは、各相ステータコイル28に流通させるべき電流指令値Ia*及び励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*の双方を増加させる一方、励磁コイル70の励磁電圧に所定の電圧しきい値に対する余裕がないときは、励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*をそのまま維持しつつ各相ステータコイル28に流通させるべき電流指令値Iaのみを増加させる。従って、本実施例によれば、直流電源104の機能低下を招くことなく、直流電源104からの電力供給を適切に確保できる範囲で、励磁式回転電機10のトルク応答性を向上させることが可能である。 Specifically, when the excitation voltage of the excitation coil 70 has a margin with respect to a predetermined voltage threshold, the current command value Ia * to be passed through each phase stator coil 28 and the excitation current command to be passed through the excitation coil 70 When both of the values Idr * are increased while the excitation voltage of the excitation coil 70 has no margin for a predetermined voltage threshold value, the excitation current command value Idr * to be passed through the excitation coil 70 is maintained as it is. Only the current command value Ia to be passed through the stator coil 28 is increased. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to improve the torque responsiveness of the excitation-type rotating electrical machine 10 within a range in which the power supply from the DC power supply 104 can be appropriately ensured without deteriorating the function of the DC power supply 104. It is.
更に、本実施例において、実トルクがトルク指令値に対して乖離していた状態から乖離しない状態(すなわち、実トルクとトルク指令値との偏差が所定値以下である状態)へ移行した後は、各相ステータコイル28に流通させるべき電流指令値Ia*及び励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*を、増加した状態から元の通常値に戻す。このため、本実施例によれば、各相ステータコイル28に流通させるべき電流指令値Ia*及び励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*が長時間に亘って増加した状態に維持されるのを防止することができ、これにより、励磁式回転電機10の実トルクがトルク指令値に対して大きくオーバーシュートするのを回避することができる。 Further, in the present embodiment, after shifting from a state where the actual torque is deviated from the torque command value to a state where the actual torque is not deviated (that is, a state where the deviation between the actual torque and the torque command value is equal to or less than a predetermined value). The current command value Ia * to be passed through each phase stator coil 28 and the excitation current command value Idr * to be passed through the excitation coil 70 are returned to the original normal values from the increased state. Therefore, according to the present embodiment, the current command value Ia * to be passed through each phase stator coil 28 and the excitation current command value Idr * to be passed through the excitation coil 70 are maintained in an increased state over a long period of time. Therefore, it is possible to avoid the actual torque of the excitation-type rotating electrical machine 10 from overshooting greatly with respect to the torque command value.
尚、上記の実施例においては、第1及び第2外径側ロータコア56,58が特許請求の範囲に記載した「一対のロータコア」に、第1及び第2外径側ロータコア56,58の永久磁石64,68で励磁されていない永久磁石非励磁磁極が特許請求の範囲に記載した「磁極」に、直流電源104が特許請求の範囲に記載した「電源」に、それぞれ相当している。 In the above embodiment, the first and second outer-diameter-side rotor cores 56 and 58 are permanently attached to the “pair of rotor cores” described in the claims. The permanent magnet non-excitation magnetic poles that are not excited by the magnets 64 and 68 correspond to the “magnetic pole” recited in the claims, and the DC power source 104 corresponds to the “power supply” recited in the claims.
また、上記の実施例においては、トルク制御部116の実トルク演算部146が、d軸電流及びq軸電流の実値Id,Iqと励磁コイル70に流れる電流の実値Idrとに基づいて、励磁式回転電機10の励磁コイル70側と各相ステータコイル28側との全体で実際に発生していると推定される実トルクを算出することにより特許請求の範囲に記載した「実トルク検出手段」が、励磁電流演算部148が、実トルクがトルク指令値に対して乖離している場合に乖離していない場合に比して、励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値Idr*を励磁電流テーブル136を用いて算出した基準の励磁電流指令値Idr*から増加させることにより特許請求の範囲に記載した「励磁電流制御手段」が、トルク制御部116が、入力されるトルク指令値及び回転数に基づいて、励磁電流テーブル136を参照して、励磁コイル70に発生する損失(主に銅損)が最小となる励磁電流の指令値Idr*を算出することにより特許請求の範囲に記載した「励磁電流指令値算出手段」が、それぞれ実現されている。 In the above embodiment, the actual torque calculation unit 146 of the torque control unit 116 is based on the actual values Id and Iq of the d-axis current and the q-axis current and the actual value Idr of the current flowing through the exciting coil 70. By calculating the actual torque estimated to be actually generated in the entire excitation coil 70 side and each phase stator coil 28 side of the excitation-type rotating electrical machine 10, the “actual torque detection means” is described in the claims. "Exciting the excitation current command value Idr * to be passed through the excitation coil 70 as compared with the case where the excitation current calculation unit 148 does not deviate when the actual torque deviates from the torque command value. The “excitation current control means” described in the claims is input to the torque control unit 116 by increasing from the reference excitation current command value Idr * calculated using the current table 136. Based on the torque command value and the rotational speed, the excitation current command value 136 is calculated by referring to the excitation current table 136 and calculating the excitation current command value Idr * at which the loss (mainly copper loss) generated in the excitation coil 70 is minimized. The “excitation current command value calculation means” described in the range is realized.
また、トルク制御部116が、実トルクがトルク指令値に対して乖離している場合に乖離していない場合に比して、各相ステータコイル28に流通させる電流を増加させることにより特許請求の範囲に記載した「ステータコイル電流制御手段」が、励磁電流演算部148が、励磁コイル70に流通させるべき励磁電流指令値と、最大トルク制御部150に対して励磁コイル70に流通させる電流値として情報通知する指令電流値(以下、ダミー指令電流値と称す。)とをそれぞれ互いに異なるように算出することにより特許請求の範囲に記載した「出力用算出手段」及び「ダミー用算出手段」が、トルク制御部116が、等トルクテーブル152を用いて励磁式回転電機10の励磁コイル70側とステータコイル28側との全体で発生させるべきトルクから励磁コイル70側で賄うトルク分を除いたステータコイル28側で賄うべきトルク分が該ステータコイル28で発生するように、該ステータコイル28に流通させる電流を算出することにより特許請求の範囲に記載した「ステータコイル電流算出手段」が、励磁電流演算部148が、d軸電流及びq軸電流の実値Id,Iqと励磁コイル70に流れる電流の実値Idrとに基づいて算出した励磁コイル70に発生する励磁電圧の推定値に所定の電圧しきい値に対する余裕があるか否かを判別することにより特許請求の範囲に記載した「励磁電圧判別手段」が、それぞれ実現されている。 In addition, the torque control unit 116 increases the current passed through each phase stator coil 28 as compared with the case where the actual torque is deviated from the torque command value as compared with the case where the actual torque is deviated from the torque command value. The “stator coil current control means” described in the range is an excitation current command value that the excitation current calculation unit 148 should distribute to the excitation coil 70 and a current value that allows the maximum torque control unit 150 to distribute to the excitation coil 70. By calculating a command current value for information notification (hereinafter referred to as a dummy command current value) so as to be different from each other, the “output calculation means” and the “dummy calculation means” described in the claims include: The torque control unit 116 generates the entire excitation coil 70 side and stator coil 28 side of the excitation-type rotating electrical machine 10 using the equal torque table 152. And calculating a current to be passed through the stator coil 28 so that a torque component to be provided on the stator coil 28 side excluding a torque component provided on the excitation coil 70 side is generated from the stator coil 28. The "stator coil current calculation means" described in the range is calculated by the excitation current calculation unit 148 based on the actual values Id and Iq of the d-axis current and the q-axis current and the actual value Idr of the current flowing through the excitation coil 70. The “excitation voltage determination means” described in the claims is realized by determining whether or not the estimated value of the excitation voltage generated in the excitation coil 70 has a margin with respect to a predetermined voltage threshold value. .
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形や置換を加えることができる。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiment without departing from the scope of the present invention. .
例えば、上記の実施例においては、第1外径側ロータコア56が、永久磁石64で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石64で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有し、かつ、第2外径側ロータコア58が、永久磁石68で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石68で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有するが、第1外径側ロータコア56が永久磁石64で励磁された永久磁石励磁磁極を有しないもの、及び、第2外径側ロータコア58が永久磁石68で励磁された永久磁石励磁磁極を有しないものとしてもよい。すなわち、永久磁石64,68(及びこれらを保持するための部材)を備えていない構成(すなわち、ハイブリッド型でない構成)であってもよい。 For example, in the above embodiment, the first outer diameter side rotor core 56 includes a permanent magnet excitation magnetic pole excited by the permanent magnet 64 and a non-excitation permanent magnet non-excitation magnetic pole that is not excited by the permanent magnet 64. And the second outer diameter side rotor core 58 has a permanent magnet excitation magnetic pole excited by the permanent magnet 68 and a non-excitation permanent magnet non-excitation magnetic pole not excited by the permanent magnet 68. Even if one outer diameter side rotor core 56 does not have a permanent magnet exciting magnetic pole excited by a permanent magnet 64 and the second outer diameter side rotor core 58 does not have a permanent magnet exciting magnetic pole excited by a permanent magnet 68. Good. In other words, a configuration that does not include the permanent magnets 64 and 68 (and a member for holding them) (that is, a configuration that is not a hybrid type) may be used.
この変形例の構成においては、永久磁石64,68を保持するための構造部分は設けられないものとし、永久磁石64,68が存在していた領域はエアギャップとして形成されるものとしてもよい。かかる変形例においても、励磁コイル70を用いた電磁石による磁束によりロータ12をステータ14回りに回転させるトルクを調整することができ、ロータ12を適切に回転させることができる。 In the configuration of this modified example, a structure portion for holding the permanent magnets 64 and 68 may not be provided, and a region where the permanent magnets 64 and 68 were present may be formed as an air gap. Also in this modification, the torque for rotating the rotor 12 around the stator 14 can be adjusted by the magnetic flux generated by the electromagnet using the exciting coil 70, and the rotor 12 can be appropriately rotated.
また、上記の実施例において、励磁式回転電機10は、U,V,Wの三相のステータコイル28からなるものとしてもよいが、三相以外のステータコイルからなるものとしてもよい。 In the above embodiment, the excitation-type rotating electrical machine 10 may be composed of the three-phase stator coils 28 of U, V, and W, but may be composed of stator coils other than the three-phase.
更に、上記の実施例においては、制御装置100が図5及び図6に示す如き構成を有するものとしたが、他の構成を有するものとしてもよい。 Further, in the above embodiment, the control device 100 has the configuration as shown in FIGS. 5 and 6, but may have other configurations.
10 励磁式回転電機
12 ロータ
14 ステータ
22 エアギャップ
24 ステータコア
28 ステータコイル
52 ロータコア
60 隙間
64,68 永久磁石
70 励磁コイル
100 制御装置
102 インバータ
104 直流電源
106,138 電流センサ
108 レゾルバ
114 3相−2相電流変換部
116 トルク制御部
130 チョッパ回路
136 励磁電流テーブル
144 励磁電圧演算部
146 実トルク演算部
148 励磁電流演算部
150 最大トルク制御部
152 等トルクテーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Excitation-type rotary electric machine 12 Rotor 14 Stator 22 Air gap 24 Stator core 28 Stator coil 52 Rotor core 60 Clearance 64, 68 Permanent magnet 70 Exciting coil 100 Controller 102 Inverter 104 DC power supply 106,138 Current sensor 108 Resolver 114 Three-phase-2 phase Current conversion unit 116 Torque control unit 130 Chopper circuit 136 Excitation current table 144 Excitation voltage calculation unit 146 Actual torque calculation unit 148 Excitation current calculation unit 150 Maximum torque control unit 152 Equal torque table
Claims (7)
前記励磁式回転電機における実トルクを検出する実トルク検出手段と、
前記実トルク検出手段により検出される前記実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、小さくない場合に比して、前記励磁コイルに流通させる電流を増加させる励磁電流制御手段と、
を備えることを特徴とする励磁式回転電機の制御装置。 A rotor having a pair of rotor cores arranged opposite to each other with a gap in the axial direction, with magnetic poles arranged at predetermined intervals in the circumferential direction obliquely arranged with respect to each other in the axial direction via the gap; and the rotor An excitation type that is disposed opposite to the outer diameter side of the rotor through an air gap, generates a rotating magnetic field that rotates the rotor, and an excitation coil that excites the magnetic pole, and is driven by power supply from a power source. A control device for a rotating electrical machine,
An actual torque detecting means for detecting an actual torque in the excitation-type rotating electrical machine;
Excitation current control means for increasing the current flowing through the excitation coil when the actual torque detected by the actual torque detection means is smaller than the torque command value, as compared with a case where the actual torque is not small;
A control apparatus for an excitation-type rotating electrical machine comprising:
前記励磁電流制御手段は、前記実トルク検出手段により検出される前記実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、前記励磁コイルに流通させる電流を、前記励磁電流指令値算出手段により算出される前記電流指令値に対して増加させることを特徴とする請求項1記載の励磁式回転電機の制御装置。 Excitation current command value calculation means for calculating a current command value to be circulated through the excitation coil based on a torque command value to the excitation-type rotating electrical machine so as to minimize the generated loss,
The excitation current control means calculates, by the excitation current command value calculation means, a current to be passed through the excitation coil when the actual torque detected by the actual torque detection means is smaller than a torque command value. 2. The control device for an excitation-type rotating electrical machine according to claim 1, wherein the current command value is increased.
前記ステータコイル電流制御手段は、トルク指令値及び前記励磁電流制御手段の前記ダミー用算出手段により算出される前記ダミー電流値に基づいて、前記励磁式回転電機の前記励磁コイル側と前記ステータコイル側との全体で発生させるべきトルクのうち前記ステータコイル側で賄うべきトルク分が該ステータコイルで発生するように、該ステータコイルに流通させる電流を算出するステータコイル電流算出手段を有し、
前記出力用算出手段は、前記実トルク検出手段により検出される前記実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、小さくない場合に比して、前記出力電流値を増加させ、かつ、
前記ダミー用算出手段は、前記実トルク検出手段により検出される前記実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、小さくない場合に比して、前記ダミー電流値を減少させることを特徴とする請求項3記載の励磁式回転電機の制御装置。 The excitation current control means includes an output calculation means for calculating an output current value to be passed through the excitation coil, and a dummy calculation means for calculating a dummy current value to be notified to the stator coil current control means as the output current value. Have
The stator coil current control means includes the excitation coil side and the stator coil side of the excitation-type rotating electrical machine based on a torque command value and the dummy current value calculated by the dummy calculation means of the excitation current control means. And a stator coil current calculation means for calculating a current to be passed through the stator coil so that a portion of the torque to be generated on the stator coil side is generated in the stator coil.
The output calculation means increases the output current value when the actual torque detected by the actual torque detection means is smaller than the torque command value, as compared to when it is not smaller, and
The dummy calculation means reduces the dummy current value when the actual torque detected by the actual torque detection means is smaller than a torque command value, compared to when it is not small. The control apparatus of the excitation type rotary electric machine according to claim 3.
前記励磁電圧判別手段により前記励磁コイルに発生する電圧に前記余裕があると判別されるとき、前記ステータコイル電流制御手段が、前記実トルク検出手段により検出される前記実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、小さくない場合に比して、前記ステータコイルに流通させる電流を増加させるステータ電流増加処理を実行し、かつ、前記励磁電流制御手段が、前記実トルク検出手段により検出される前記実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、小さくない場合に比して、前記励磁コイルに流通させる電流を増加させる励磁電流増加処理を実行することを特徴とする請求項3又は4記載の励磁式回転電機の制御装置。 Excitation voltage determination means for determining whether or not there is a margin for a predetermined value in the voltage generated in the excitation coil,
When the excitation voltage determination means determines that the voltage generated in the excitation coil has the margin, the stator coil current control means determines that the actual torque detected by the actual torque detection means is equal to the torque command value. The stator current increasing process for increasing the current flowing through the stator coil, and the excitation current control means is detected by the actual torque detecting means. The excitation current increasing process for increasing the current flowing through the exciting coil is executed when the actual torque is smaller than the torque command value as compared with the case where the actual torque is not small. Control device for excitation type rotating electrical machine.
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JP2012206204A JP2014064340A (en) | 2012-09-19 | 2012-09-19 | Control device for excited rotary electric machine |
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ID=50619114
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019213247A (en) * | 2018-05-31 | 2019-12-12 | 三菱電機株式会社 | Control device of rotary electric machine |
CN112532119A (en) * | 2019-09-19 | 2021-03-19 | 丰田自动车株式会社 | Control device for motor |
-
2012
- 2012-09-19 JP JP2012206204A patent/JP2014064340A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019213247A (en) * | 2018-05-31 | 2019-12-12 | 三菱電機株式会社 | Control device of rotary electric machine |
CN112532119A (en) * | 2019-09-19 | 2021-03-19 | 丰田自动车株式会社 | Control device for motor |
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