JP2014176114A - Excitation type rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、励磁式回転電機に関する。 The present disclosure relates to an excitation-type rotating electrical machine.
従来から、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 arranged to face each other with a gap in the axial direction, and a stator that is arranged to face the outer diameter side of the rotor via an air gap and generates a rotating magnetic field that rotates the rotor. Is 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、周方向でオフセットして対向配置されている。 In addition, 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-excited magnetic pole of the first rotor core and the permanent magnet non-excited magnetic pole of the second rotor core are arranged opposite to each other while being offset in the circumferential 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.
また、界磁巻線の温度を温度測定手段で直接測定した温度と、あらかじめ実験等によって求めた界磁巻線の焼損温度に基づいてあらかじめ設定した許容温度とを比較し、測定した温度が前記許容温度を超えないように自動電圧調整器から界磁巻線に供給する電流を制御する同期発電機の制御装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。 Further, the temperature measured directly by the temperature measuring means with the temperature of the field winding is compared with a preset allowable temperature based on the burning temperature of the field winding determined in advance through experiments or the like, and the measured temperature is A control device for a synchronous generator that controls current supplied from an automatic voltage regulator to a field winding so as not to exceed an allowable temperature is known (see, for example, Patent Document 2).
ところで、上記の特許文献2に記載されるように、コイルの通電量は、コイル温度が所定の上限値を超えないように制御されるのが望ましい。 By the way, as described in Patent Document 2 described above, it is desirable that the energization amount of the coil is controlled so that the coil temperature does not exceed a predetermined upper limit value.
この点、上記の特許文献1に記載されるような励磁式回転電機においては、ステータコイルと励磁コイルの双方の温度を監視する必要がある。このとき、例えばコイル温度(ステータコイルの温度や励磁コイルの温度)が増加したときにトルク制限が発動する構成では、トルク制限の発動時に励磁式回転電機の出力トルクが低下するという問題がある。 In this regard, in the excitation-type rotating electrical machine as described in Patent Document 1, it is necessary to monitor the temperatures of both the stator coil and the excitation coil. At this time, for example, in the configuration in which the torque limit is activated when the coil temperature (the temperature of the stator coil or the temperature of the excitation coil) increases, there is a problem that the output torque of the excitation-type rotating electrical machine decreases when the torque limit is activated.
そこで、本開示は、コイル温度が増加したときの出力トルクの低下を抑制することができる励磁式回転電機の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide an excitation-type rotating electrical machine that can suppress a decrease in output torque when the coil temperature increases.
本開示の一局面によれば、軸方向に隙間を置いて軸方向に対向配置された第1及び第2ロータコアを有するロータと、
前記第1ロータコアに周方向で所定間隔を空けて配置された複数の第1磁極と、
前記第2ロータコアに周方向で所定間隔を空けて且つ前記第1磁極とは逆相に配置された複数の第2磁極と、
前記ロータの外径側にエアギャップを介して径方向に対向配置されるステータであって、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コイルを有するステータと、
前記第1磁極及び前記第2磁極を励磁する励磁コイルと、
前記励磁コイルと前記ステータコイルのうちの一方の温度が所定閾値よりも高い場合、前記一方のコイルへの通電量を低減すると共に他方のコイルへの通電量を増加する制御装置とを含む、励磁式回転電機が提供される。
According to one aspect of the present disclosure, a rotor having first and second rotor cores arranged to face each other in the axial direction with a gap in the axial direction;
A plurality of first magnetic poles arranged at predetermined intervals in the circumferential direction on the first rotor core;
A plurality of second magnetic poles disposed at a predetermined interval in the circumferential direction in the second rotor core and disposed in a phase opposite to the first magnetic pole;
A stator that is radially opposed to the outer diameter side of the rotor via an air gap, and has a stator coil that generates a rotating magnetic field that rotates the rotor;
An exciting coil for exciting the first magnetic pole and the second magnetic pole;
An excitation device including a controller that reduces an energization amount to the one coil and increases an energization amount to the other coil when the temperature of one of the excitation coil and the stator coil is higher than a predetermined threshold value. A rotating electric machine is provided.
本開示によれば、コイル温度が増加したときの出力トルクの低下を抑制することができる励磁式回転電機が得られる。 According to the present disclosure, an excitation-type rotating electrical machine that can suppress a decrease in output torque when the coil temperature increases can be obtained.
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、一実施例による励磁式回転電機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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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。
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
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、周方向で逆相に配置されており、かつ、それらの永久磁石非励磁磁極同士は、周方向で逆相に配置されている。
The permanent magnet exciting magnetic pole of the first outer diameter
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。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つのコイル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
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に接続される。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
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、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
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
制御装置100は、電流センサ106及びレゾルバ108に接続される。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
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
制御装置100は、温度センサ107及び109に接続される。温度センサ107は、励磁コイル70の温度を検出する。温度センサ107は、励磁コイル70の任意の場所の温度を検出してもよい。例えば、温度センサ107は、励磁コイル70の最も高温となる部位の温度を検出してもよい。温度センサ109は、ステータコイル28の温度を検出する。同様に、温度センサ109は、ステータコイル28の任意の場所の温度を検出してもよい。例えば、温度センサ109は、ステータコイル28の最も高温となる部位の温度を検出してもよい。温度センサ109は、ステータコイル28の3相コイルのいずれかの相のコイル温度を検出するものであってよいし、相毎に設けられてもよい。後者の場合、相毎の温度のうちの最も高い温度が使用されてもよい。以下では、温度センサ107により検出される励磁コイル70の温度を、「励磁コイル温度」といい、温度センサ109により検出されるステータコイル28の温度を、「ステータコイル温度」といい、両者を総称するときは「コイル温度」という。
The
制御装置100は、また、電流センサ106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
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、外部からトルク指令値の情報が入力される。トルク指令値は、車速や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てよく、励磁式回転電機10が発生すべきトルクを指示するものである。外部とは、制御装置100に接続される任意のECU(例えば、ハイブリッドシステム全体を制御するECU)であってよい。尚、トルク指令値は、制御装置100内で車速やアクセル操作量等に基づいて演算されてもよい。トルク制御部116は、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
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
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、トルク制御部116が接続されている。トルク制御部116は、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
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
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、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
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に接続される。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
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
制御装置100は、また、電流センサ138に接続されると共に、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
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
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
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
図6は、本実施例の励磁式回転電機10の制御装置100のトルク制御部116のブロック構成図を示す。
FIG. 6 shows a block configuration diagram of the torque control unit 116 of the
トルク制御部116は、図6に示すように、励磁電流テーブル136を有している。励磁電流テーブル136は、励磁コイル70を励磁する励磁電流を算出する際に使用される。励磁電流テーブル136には、トルク制限部145(後述)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DC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 as shown in FIG. The exciting current table 136 is used when calculating the exciting current for exciting the
また、トルク制御部116は、図6に示すように、励磁電流補正部144と、トルク制限部145と、励磁電流演算部146とを有している。
As shown in FIG. 6, the torque control unit 116 includes an excitation
励磁電流補正部144には、温度センサ107,109からのコイル温度(ステータコイル温度、励磁コイル温度)の検出値が入力される。励磁電流補正部144は、温度センサ107,109からのコイル温度に基づいて、励磁電流テーブル136から得られる基準の励磁電流指令値Idr*に対して補正すべき内容を表す補正指令情報を生成する。励磁電流補正部144の動作(補正指令情報の生成態様)の例については、図7等を参照して後述する。
A detection value of the coil temperature (stator coil temperature, excitation coil temperature) from the
トルク制限部145には、温度センサ107,109からのコイル温度(ステータコイル温度、励磁コイル温度)の検出値と、外部からのトルク指令値の情報とが入力される。トルク制限部145は、温度センサ107,109からのコイル温度に基づいて、トルク指令値を制限する。例えば、トルク制限部145は、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが温度制限値Th2よりも高い場合に、外部からのトルク指令値を下げる補正を行う。温度制限値Th2は、励磁コイル70及びステータコイル28の焼損を防止する観点から決定される制限値であり、励磁コイル70及びステータコイル28の特性(被覆材料の特性等)に基づいて適合されてよい。例えば、温度制限値Th2は、励磁コイル70及びステータコイル28の焼損が起こりうる温度範囲の最小値(温度上限値)よりも低い値であってよい。
The
励磁電流演算部146には、上記の如く励磁電流テーブル136を参照して算出される基準の励磁電流の指令値Idr*の情報と、励磁電流補正部144からの補正指令情報が入力される。励磁電流演算部146は、励磁電流補正部144からの補正指令情報に応じて、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*を補正して、出力すべき励磁電流指令値Idr*を生成する。例えば、励磁電流演算部146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、励磁電流補正部144からの補正指令情報に係る補正係数を乗じることで、出力すべき励磁電流指令値Idr*を生成する。この場合、補正係数が1よりも大きい場合は、励磁電流指令値Idr*が増加されることになり、補正係数が1よりも小さい場合は、励磁電流指令値Idr*が低減されることになる。
The excitation
トルク制御部116は、また、最大トルク制御部148と、等トルクテーブル150とを有している。最大トルク制御部148には、トルク制限部145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146から出力された励磁電流指令値Idr*の情報が入力される。最大トルク制御部148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 torque control unit 116 also includes a maximum
最大トルク制御部148には、弱め界磁制御部122が接続されている。最大トルク制御部148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148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。
A field
また、等トルクテーブル150には、トルク制限部145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146から出力された励磁電流指令値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。等トルクテーブル150には、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150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 addition, the torque command value information from the
図7は、トルク制御部116により実行される処理の一例を示すフローチャートである。図7に示す処理ルーチンは、例えば励磁式回転電機10の動作中に所定周期毎に繰り返し実行されてよい。
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of processing executed by the torque control unit 116. The processing routine shown in FIG. 7 may be repeatedly executed at predetermined intervals during the operation of the excitation-type rotating
ステップ700では、温度センサ107,109から入力されるステータコイル温度及び励磁コイル温度の検出値(最新の値)に基づいて、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが温度制限値Th2よりも高いか否かが判定される。温度制限値Th2は、上述の如く、励磁コイル70及びステータコイル28の焼損を防止する観点から決定される制限値であり、励磁コイル70及びステータコイル28の特性(被覆材料等)に基づいて適合されてよい。ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが温度制限値Th2よりも高い場合は、ステップ702に進み、それ以外の場合は、ステップ704に進む。尚、ステータコイル温度及び励磁コイル温度の双方が温度制限値Th2よりも高い場合も、ステップ702に進むことになる。
In
ステップ702では、外部からのトルク指令値を下げる補正を行う。トルク指令値を下げる補正が行われると、励磁電流指令値Idr*等が低減され、励磁式回転電機10の出力トルクが低減される(この場合、外部からの本来のトルク指令値に対応する所期の出力トルクは得られない)。
In
ステップ704では、温度センサ107,109から入力されるステータコイル温度及び励磁コイル温度の検出値(最新の値)に基づいて、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが、所定閾値Th1よりも高いか否かが判定される。所定閾値Th1は、上記ステップ700で用いられる温度制限値Th2よりも低い値である。所定閾値Th1は、任意の態様で設定されてもよいが、例えば温度制限値Th2の70%から90%の範囲内の値であってよい。ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが、所定閾値Th1よりも高い場合は、ステップ706に進み、それ以外の場合(即ち、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれも所定閾値Th1よりも高くない場合)は、今回周期の処理はそのまま終了となる。尚、ステータコイル温度及び励磁コイル温度の双方が所定閾値Th1よりも高い場合も、ステップ706に進むことになる。
In
ステップ706では、温度センサ107,109から入力されるステータコイル温度及び励磁コイル温度の検出値(最新の値)に基づいて、励磁コイル温度がステータコイル温度よりも高いか否かを判定する。励磁コイル温度がステータコイル温度よりも高い場合は、ステップ708に進み、それ以外の場合(即ち励磁コイル温度がステータコイル温度以下の場合)は、ステップ712に進む。
In
ステップ708では、励磁電流指令値Idr*を下げる(減少させる)補正を行う。 In step 708, correction is performed to lower (decrease) the excitation current command value Idr *.
ステップ710では、三相コイル電流指令値を上げる(増加させる)補正を行う。尚、三相コイル電流指令値は、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を含み、「三相コイル電流指令値を上げる(増加する)」とは、三相コイル電流の実効値が増加するようにd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を決定することを意味する。従って、この場合、三相コイル電流指令値が増加されるので、上記ステップ702でトルク指令が制限されていない限り、励磁式回転電機10において所期の出力トルク(トルク制限による低減がなされていない出力トルク)を得ることができる。
In step 710, correction is performed to increase (increase) the three-phase coil current command value. The three-phase coil current command value includes a d-axis current command value Id * and a q-axis current command value Iq *. “Increasing (increasing) the three-phase coil current command value” This means that the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * are determined so that the effective value increases. Therefore, in this case, since the three-phase coil current command value is increased, unless the torque command is limited in the
ステップ712では、励磁電流指令値Idr*を上げる(増加させる)補正を行う。 In step 712, correction is performed to increase (increase) the excitation current command value Idr *.
ステップ714では、三相コイル電流指令値を下げる(減少させる)補正を行う。同様に、「三相コイル電流指令値を下げる(低減する)」とは、三相コイル電流の実効値が減少するようにd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を決定することを意味する。従って、この場合、励磁電流指令値Idr*が増加されるので、上記ステップ702でトルク指令が制限されていない限り、励磁式回転電機10において所期の出力トルクを得ることができる。
In step 714, correction is performed to reduce (decrease) the three-phase coil current command value. Similarly, “decreasing (decreasing) the three-phase coil current command value” determines the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * so that the effective value of the three-phase coil current is decreased. Means that. Accordingly, in this case, since the excitation current command value Idr * is increased, an expected output torque can be obtained in the excitation type rotating
図7に示す処理によれば、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが、所定閾値Th1よりも高くなると、励磁電流指令値Idr*及び三相コイル電流指令値のうちの一方(温度が高いほうのコイルに係る指令値)が低減される一方、他方が増加される。これにより、ステータコイル温度及び励磁コイル温度が温度制限値Th2に達するまでの時間を遅らせることができ、トルク指令の制限が発動するのを抑制する(遅らせる)ことができる。 According to the process shown in FIG. 7, when either the stator coil temperature or the excitation coil temperature becomes higher than the predetermined threshold Th1, one of the excitation current command value Idr * and the three-phase coil current command value (the temperature is high). The command value for the other coil is reduced while the other is increased. Thereby, the time until the stator coil temperature and the exciting coil temperature reach the temperature limit value Th2 can be delayed, and the restriction of the torque command can be suppressed (delayed).
尚、図7において、ステップ702及びステップ702の処理は、図6に示したトルク制限部145により実現されてよい。また、ステップ704、ステップ706、ステップ708及びステップ712の処理は、図6に示した励磁電流補正部144及び励磁電流演算部146により協動して実現されてよい。また、ステップ710及びステップ714の処理は、図6に示した弱め界磁制御部122、励磁電流補正部144、励磁電流演算部146、最大トルク制御部148及び等トルクテーブル150により協動して実現されてよい。
In FIG. 7, the processing of
図8及び図9は、図7に示す処理の説明図であり、図8は、トルク指令値の制限と、ステータコイル温度及び励磁コイル温度との関係の一例を示す時系列波形を示す。図9は、図8に関連して、励磁電流指令値Idr*及び三相コイル電流指令値と、ステータコイル温度及び励磁コイル温度との関係の一例を示す時系列波形を示す。尚、図9においては、三相コイル電流指令値は、実効値にて示されている。 8 and 9 are explanatory diagrams of the process shown in FIG. 7, and FIG. 8 shows time-series waveforms showing an example of the relationship between the limit of the torque command value and the stator coil temperature and the excitation coil temperature. FIG. 9 is a time-series waveform showing an example of the relationship between the excitation current command value Idr * and the three-phase coil current command value, the stator coil temperature, and the excitation coil temperature in relation to FIG. In FIG. 9, the three-phase coil current command value is shown as an effective value.
ここでは、時刻0にて、外部からのトルク指令値が0からTq1[Nm]に変更され、その後、Tq1に維持される場合を想定する。この場合、図8に示すように、時刻0にて、ステータコイル28及び励磁コイル70への通電が開始され、ステータコイル温度及び励磁コイル温度が上昇していく。尚、図8に示す例では、励磁コイル温度の方がステータコイル温度よりも急な勾配で増加している。時刻t1にて、励磁コイル温度が所定閾値Th1を超えると、図9に示すように、励磁電流指令値Idr*が低減されると共に、三相コイル電流指令値が増加される(図7のステップ708及びステップ710参照)。その後、ステータコイル温度及び励磁コイル温度が同一の温度となるように、励磁電流指令値Idr*及び三相コイル電流指令値が制御される(図7のステップ706乃至ステップ714参照)。これにより、図9に示すように、励磁コイル温度の上昇が抑制され(尚、図示の例では、励磁コイル温度は横ばいとなっているが、これに限られない)、ステータコイル温度と励磁コイル温度との差異が徐々に低減していく。時刻t2にて、ステータコイル温度が所定閾値Th1を超えると、引き続き、ステータコイル温度及び励磁コイル温度が同一の温度となるように、励磁電流指令値Idr*及び三相コイル電流指令値が制御される(図7のステップ706乃至ステップ714参照)。これにより、図9に示すように、ステータコイル温度及び励磁コイル温度が略同一の温度で上昇していく。時刻t3にて、ステータコイル温度及び励磁コイル温度(厳密には完全に同一ではないので、いずれか一方)が温度制限値Th2を超えると、トルク指令の制限が発動し(図7のステップ702参照)、トルク指令値は、所期の値Tq1よりもΔTq1だけ小さい値へと補正(制限)される。この結果、図9に示すように、励磁電流指令値Idr*及び三相コイル電流指令値が共に低減される。
Here, it is assumed that the torque command value from the outside is changed from 0 to Tq1 [Nm] at
図10は、比較例を示す図であり、図8と同様、ステータコイル温度及び励磁コイル温度との関係の一例を示す時系列波形を示す。比較例は、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが温度制限値Th2を超えるとトルク指令の制限が発動するだけの構成であり、図7のステップ706乃至ステップ714の処理を行わない構成である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a comparative example, and similarly to FIG. 8, illustrates a time-series waveform illustrating an example of a relationship between the stator coil temperature and the excitation coil temperature. In the comparative example, when either the stator coil temperature or the exciting coil temperature exceeds the temperature limit value Th2, only the torque command limit is activated, and the processing of
ここでも、同様に、時刻0にて、外部からのトルク指令値が0からTq1[Nm]に変更され、その後、Tq1に維持される場合を想定する。時刻t5にて、励磁コイル温度が温度制限値Th2を超えると、トルク指令の制限が発動し、トルク指令値は、図10に示すように、所期の値Tq1よりもΔTq2だけ小さい値へと補正(制限)される。この結果、励磁電流指令値Idr*及び三相コイル電流指令値が共に低減される。その後、時刻t6にて、ステータコイル温度が温度制限値Th2を超え、トルク指令値の制限が維持される。尚、図10に示す例では、時刻t6以降、励磁コイル温度は温度制限値Th2を有意に下回った状態となっている。
Here, similarly, it is assumed that the external torque command value is changed from 0 to Tq1 [Nm] at
このように比較例では、図10に示すように、時刻t5からトルク指令の制限が発動するのに対して、図8に示す例では、時刻t2から励磁コイル温度の上昇が抑制されるので、時刻t3(>t5)からトルク指令の制限が発動する。従って、図7に示す処理によれば、比較例に比べて、ステータコイル温度又は励磁コイル温度が温度制限値Th2に達するまでの時間を遅らせることができ、トルク指令の制限が発動するのを抑制できることが分かる。 In this way, in the comparative example, as shown in FIG. 10, the torque command restriction is activated from time t5, whereas in the example shown in FIG. 8, the increase in the excitation coil temperature is suppressed from time t2. The torque command restriction is activated from time t3 (> t5). Therefore, according to the process shown in FIG. 7, it is possible to delay the time until the stator coil temperature or the excitation coil temperature reaches the temperature limit value Th <b> 2 compared with the comparative example, and suppress the activation of the torque command limit. I understand that I can do it.
尚、図8及び図9に示す例では、ステータコイル温度又は励磁コイル温度が温度制限値Th2を越えた場合も、ステータコイル温度及び励磁コイル温度が同一の温度となるように、励磁電流指令値Idr*及び三相コイル電流指令値が制御されている(図7のステップ706乃至ステップ714参照)。かかる制御を行うことで、比較例に比べて、トルク指令値の制限度合いを緩和すること(ΔTq1<ΔTq2)ができる。これは、例えば、比較例では、時刻t6以降は、励磁コイル温度が温度制限値Th2よりも有意に低いことから、励磁電流指令値Idr*を増加させてトルク指令値の制限度合いを緩和する余地があるが、それにも拘らず、図7のステップ706乃至ステップ714が実行されないためである。
In the examples shown in FIGS. 8 and 9, the excitation current command value is set so that the stator coil temperature and the excitation coil temperature are the same even when the stator coil temperature or the excitation coil temperature exceeds the temperature limit value Th2. The Idr * and the three-phase coil current command value are controlled (see
図11は、トルク制限部145の処理の一例を示すフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of processing of the
ステップ1100では、温度センサ107,109から入力されるステータコイル温度及び励磁コイル温度の検出値(最新の値)に基づいて、ステータコイル温度及び励磁コイル温度に応じた各トルク制限率を決定する。トルク制限率は、例えば、ステータコイル温度が温度制限値Th2を超えるまでは0%であり、ステータコイル温度が温度制限値Th2を超えると100%に向けて線形的又は非線形的に増加していく態様で決定されてもよい。尚、この意味で、温度制限値Th2は、トルク指令値が0に制限されるときのコイル温度(温度上限値相当)ではなく、トルク指令の制限が発動開始するときのコイル温度を表す。コイル温度に応じたトルク制限率は、図7のステップ706乃至ステップ714の処理を行うことを前提として決定されてよい。図7のステップ706乃至ステップ714の処理を行うことで、かかる処理を行わない構成に比べて、同一のコイル温度に対するトルク制限率を低減することが可能である。これは、上述の如く、励磁コイル70及びステータコイル28のうちの温度の低いほうのコイルへの通電量を増大することで、励磁式回転電機10全体に発生するトルクの低減を抑制できるためである。
In step 1100, based on the detected values (latest values) of the stator coil temperature and the exciting coil temperature input from the
ステップ1102では、所定のトルク上限値に、上記ステップ1100で得られた各トルク制限率を乗じることで、制限後の各トルク上限値を算出する。 In step 1102, each torque upper limit value after limitation is calculated by multiplying a predetermined torque upper limit value by each torque limit rate obtained in step 1100.
ステップ1104では、上記ステップ1102で算出した制限後の各トルク上限値の最小値を選択する。即ち、ステータコイル温度に係るトルク上限値と、励磁コイル温度に係るトルク上限値のうちの小さい方を選択する。 In step 1104, the minimum value of each torque upper limit value after the limitation calculated in step 1102 is selected. That is, the smaller one of the torque upper limit value related to the stator coil temperature and the torque upper limit value related to the excitation coil temperature is selected.
ステップ1106では、外部からのトルク指令値が、上記ステップ1104で選択したトルク上限値の最小値以下であるか否かを判定する。トルク指令値がトルク上限値の最小値以下である場合は、ステップ1108に進み、それ以外の場合は、ステップ1110に進む。
In
ステップ1108では、外部からのトルク指令値をそのまま出力する。即ち、トルク指令の制限を発動させない。この出力は、上述の如く、励磁電流テーブル136、最大トルク制御部148及び等トルクテーブル150で利用される。
In step 1108, an external torque command value is output as it is. That is, the torque command limit is not activated. This output is used in the excitation current table 136, the maximum
ステップ1110では、上記ステップ1104で選択したトルク上限値の最小値を出力する。この場合、トルク指令の制限が発動されることになる。この出力は、上述の如く、励磁電流テーブル136、最大トルク制御部148及び等トルクテーブル150で利用される。
In step 1110, the minimum value of the torque upper limit value selected in step 1104 is output. In this case, the torque command restriction is activated. This output is used in the excitation current table 136, the maximum
図12は、励磁電流補正部144の一例を示すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram illustrating an example of the excitation
図12に示すように、コイル温度(ステータコイル温度及び励磁コイル温度)は、所定閾値Th2から差し引かれる(加え合せ点1441参照)。所定閾値Th2からのコイル温度の各差分値は、正の場合は上限0として0に補正される(飽和の非線形要素1442参照)。次いで、各差分値は、PI(Proportional Integral)制御によるフィードバック部1443を通り、その後、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のバランスを取るため、各差分値のフィードバック出力の差dfが取られる(演算部1444参照)。図12に示す例では、この出力差dfは、励磁コイル温度のフィードバック出力からステータコイル温度のフィードバック出力を差し引くことで得られる。従って、ステータコイル温度が励磁コイル温度よりも高い場合は、出力差dfは正となり、ステータコイル温度が励磁コイル温度よりも低い場合は、出力差dfは負となる。この出力差dfは、定数「1」と足し合わされ(加え合せ点1445参照)、出力される。この出力c1は、補正係数としての機能を有し、出力差dfが負のときは1よりも小さい値となる。この場合、励磁電流演算部146(図6参照)において、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*に乗じられることで、基準の励磁電流指令値Idr*が低減方向に補正される(図7のステップ708参照)。他方、出力c1は、出力差dfが正のときは1よりも大きい値となる。この場合、励磁電流演算部146(図6参照)において、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*に乗じられることで、基準の励磁電流指令値Idr*が増加方向に補正される(図7のステップ712参照)。尚、このようにして補正された励磁電流指令値Idr*は、図6に示すように、最大トルク制御部148及び等トルクテーブル150で利用される。従って、基準の励磁電流指令値Idr*が低減方向に補正された場合は、その低減分に応じて三相コイル電流指令値が増大されることになる(図7のステップ710参照)。また、基準の励磁電流指令値Idr*が増加方向に補正された場合は、その増加分に応じて三相コイル電流指令値が低減されることになる(図7のステップ714参照)。
As shown in FIG. 12, the coil temperature (stator coil temperature and exciting coil temperature) is subtracted from a predetermined threshold Th2 (see the addition point 1441). Each difference value of the coil temperature from the predetermined threshold Th2 is corrected to 0 as the
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。 Although each embodiment has been described in detail above, it is not limited to a specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims. It is also possible to combine all or a plurality of the components of the above-described embodiments.
例えば、図7に示す例では、所定閾値Th1は温度制限値Th2よりも小さい値であったが、所定閾値Th1は温度制限値Th2と同一であってもよい。この場合、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが所定閾値Th1(=温度制限値Th2)を超えると、トルク指令の制限が発動するが、その際、図7のステップ706乃至ステップ714の処理を行うこととしてよい。これにより、上述の如く、トルク指令値の制限度合いを抑制することができる。
For example, in the example illustrated in FIG. 7, the predetermined threshold Th1 is smaller than the temperature limit value Th2, but the predetermined threshold Th1 may be the same as the temperature limit value Th2. In this case, if any of the stator coil temperature and the excitation coil temperature exceeds a predetermined threshold Th1 (= temperature limit value Th2), the torque command limit is activated. At this time, the processing from
また、図7に示す例では、温度制限値Th2は、ステータコイル温度及び励磁コイル温度に対して共通である。しかしながら、励磁コイル70及びステータコイル28の特性(被覆材料の特性等)が異なる場合等は、ステータコイル温度及び励磁コイル温度に対してそれぞれ異なる温度制限値Th2が使用されてもよい。また、同様に、所定閾値Th1についてもステータコイル温度及び励磁コイル温度に対してそれぞれ別々に適用されてもよい。この場合、図7のステップ706乃至ステップ714のロジックに関して、励磁電流指令値Idr*及び三相コイル電流指令値のうちの、増加する方と減少する方とは、ステータコイル温度及び励磁コイル温度と、それぞれの温度制限値Th2との関係に基づいて、決定されてもよい。例えば、ステータコイル温度に係る温度制限値Th2に対するステータコイル温度の比が、励磁コイル温度に係る温度制限値Th2に対する励磁コイル温度の比よりも大きい場合、三相コイル電流指令値を減少し、励磁電流指令値Idr*を増加してよい。他方、ステータコイル温度に係る温度制限値Th2に対するステータコイル温度の比が、励磁コイル温度に係る温度制限値Th2に対する励磁コイル温度の比よりも小さい場合、三相コイル電流指令値を増加し、励磁電流指令値Idr*を減少してもよい。
In the example shown in FIG. 7, the temperature limit value Th2 is common to the stator coil temperature and the excitation coil temperature. However, when the
また、図7に示す例では、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが温度制限値Th2よりも高い場合、トルク指令の制限を発動させつつ、図7のステップ706乃至ステップ714の処理が実行されている。しかしながら、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが温度制限値Th2よりも高い場合は、トルク指令の制限を発動させるだけとし、図7のステップ706乃至ステップ714の処理を実行しないこととしてもよい。
In the example shown in FIG. 7, when either the stator coil temperature or the excitation coil temperature is higher than the temperature limit value Th2, the processing of
また、上述した実施例では、励磁コイル温度及びステータコイル温度は、温度センサ107及び109により検出されているが、励磁コイル温度及びステータコイル温度は、推定されてもよい。例えば、励磁コイル温度は、励磁コイル温度と相関のある部位の温度の検出値に基づいて推定されてもよい。同様に、ステータコイル温度は、ステータコイル温度と相関のある部位の温度の検出値に基づいて推定されてもよい。また、励磁コイル温度は、励磁電流指令値Idr*の積算値(又は実値Idrの積算値)等に基づいて推定されてもよい。同様に、ステータコイル温度は、三相コイル電流指令値の積算値(又は実電流Iu,Iv,Iwの積算値)等に基づいて推定されてもよい。
In the above-described embodiment, the excitation coil temperature and the stator coil temperature are detected by the
また、上述した実施例では、励磁式回転電機10は、3相モータであるが、相数は任意である。また、励磁式回転電機10は、永久磁石励磁磁極を備えているが、永久磁石励磁磁極は省略されてもよい。
In the above-described embodiment, the excitation-type rotating
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
107,109 温度センサ
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 励磁電流補正部
145 トルク制限部
146 励磁電流演算部
148 最大トルク制御部
150 等トルクテーブル
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1ロータコアに周方向で所定間隔を空けて配置された複数の第1磁極と、
前記第2ロータコアに周方向で所定間隔を空けて且つ前記第1磁極とは逆相に配置された複数の第2磁極と、
前記ロータの外径側にエアギャップを介して径方向に対向配置されるステータであって、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コイルを有するステータと、
前記第1磁極及び前記第2磁極を励磁する励磁コイルと、
前記励磁コイルと前記ステータコイルのうちの一方の温度が所定閾値よりも高い場合、前記一方のコイルへの通電量を低減すると共に他方のコイルへの通電量を増加する制御装置とを含む、励磁式回転電機。 A rotor having first and second rotor cores arranged opposite to each other in the axial direction with a gap in the axial direction;
A plurality of first magnetic poles arranged at predetermined intervals in the circumferential direction on the first rotor core;
A plurality of second magnetic poles disposed at a predetermined interval in the circumferential direction in the second rotor core and disposed in a phase opposite to the first magnetic pole;
A stator that is radially opposed to the outer diameter side of the rotor via an air gap, and has a stator coil that generates a rotating magnetic field that rotates the rotor;
An exciting coil for exciting the first magnetic pole and the second magnetic pole;
An excitation device including a controller that reduces an energization amount to the one coil and increases an energization amount to the other coil when the temperature of one of the excitation coil and the stator coil is higher than a predetermined threshold value. Rotary electric machine.
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