JP2016111750A - Rotary electric machine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary electric machine which can be small-sized by easily supplying AC power to armature coils and supplying DC power to field coils without requiring any complicated circuit or control.SOLUTION: The rotary electric machine comprises: a plurality of armature coils 125 (125u, 125v and 125w) which are disposed in parallel and excited by being supplied with currents of different phases of the AC power that an inverter 302 outputs; and a plurality of field coils 126 which are excited by being supplied with the DC power. The rotary electric machine also comprises a diode bridge 310 formed from diodes 311u-312w which are interposed between the armature coils and the field coils, connected in parallel correspondingly to each of phases of the armature coils and rectify the currents of the different phases to be supplied to the armature coils.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、フラックススイッチングモータとして機能する回転電機に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine that functions as a flux switching motor.

従来、ロータの表面に永久磁石を設けた表面磁石型の同期モータ(SPMSM:Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)が知られている。この表面磁石型の同期モータの永久磁石をステータ側に配置し、鉄心のみのロータにして堅牢性を向上させたフラックススイッチングモータが提案されている。   Conventionally, a surface magnet type synchronous motor (SPMSM: Surface Permanent Magnet Synchronous Motor) in which a permanent magnet is provided on the surface of a rotor is known. There has been proposed a flux switching motor in which the permanent magnet of this surface magnet type synchronous motor is arranged on the stator side to make the rotor only an iron core to improve the robustness.

さらに、このようなフラックススイッチングモータにおいて、ステータ側に配置された永久磁石を電磁石に置き換えて界磁調整可能にした巻線界磁型のフラックススイッチングモータが提案されている。この巻線界磁型のフラックススイッチングモータは、直流電流を供給されて直流励磁される界磁巻線と、交流電流を供給されて交流励磁される電機子巻線と、をステータの突極に配置してそれぞれに電力供給することにより、ロータを回転駆動させるようになっている(例えば、特許文献1を参照)。   Furthermore, in such a flux switching motor, a winding field type flux switching motor has been proposed in which a permanent magnet arranged on the stator side is replaced with an electromagnet so that field adjustment is possible. This winding field type flux switching motor uses a field winding which is supplied with a direct current and is excited by direct current excitation, and an armature winding which is supplied with an alternating current and is excited by alternating current as a salient pole of the stator. By arranging and supplying electric power to each, the rotor is driven to rotate (see, for example, Patent Document 1).

特開2013−201869号公報JP 2013-2018869 A

しかしながら、このような回転電機にあっては、界磁巻線に直流電流を供給する直流電
源と、電機子巻線に交流電流を供給する交流電源と、が必要であることから、装置構成が
大掛かりになってしまう、という問題があった。
However, in such a rotating electric machine, a DC power source that supplies a DC current to the field winding and an AC power source that supplies an AC current to the armature winding are necessary. There was a problem that it would be a big deal.

例えば、車載する場合には、搭載するバッテリを電源として、電機子巻線に電力供給するために直流電流を交流電流に変換するDC/ACインバータを備えるとともに、界磁巻線に適した電圧で直流電流を供給するために変換するチョッパ回路等のDC/DCコンバータを備えさせることが行われている。   For example, in the case of in-vehicle use, a DC / AC inverter that converts a direct current into an alternating current to supply power to the armature winding with a battery mounted as a power source and a voltage suitable for the field winding is provided. A DC / DC converter such as a chopper circuit that converts to supply a direct current is provided.

この場合には、直流電流と交流電流の供給元としてバッテリを共通利用することを可能にしているが、チョッパ回路が必要であるとともに、そのチョッパ制御用のコントローラが必要になって、複雑な回路や制御により、小型化の妨げになっていた。   In this case, it is possible to use the battery in common as a source of direct current and alternating current, but a chopper circuit is required and a controller for controlling the chopper is required. And control hindered downsizing.

そこで、本発明は、複雑な回路や制御を必要とすることなく、電機子巻線への交流電力供給と界磁巻線への直流電力供給とを簡易に実現して、小型化の可能な回転電機を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention can easily realize the AC power supply to the armature winding and the DC power supply to the field winding without requiring a complicated circuit and control, and can be downsized. The purpose is to provide a rotating electrical machine.

上記課題を解決する回転電機の発明の一態様は、並列に配置されて交流電力の異なる位相の電流をそれぞれ供給され励磁される複数の電機子巻線と、直流電力を供給されて励磁される複数の界磁巻線と、を備える回転電機であって、前記電機子巻線と前記界磁巻線との間に介在して当該電機子巻線の各相毎に対応するように並列接続される複数の整流素子を有するものである。   One aspect of the invention of a rotating electrical machine that solves the above-described problem is a plurality of armature windings that are arranged in parallel and supplied with currents having different phases of AC power and excited, and supplied with DC power and excited. A rotary electric machine comprising a plurality of field windings, and connected in parallel so as to correspond to each phase of the armature windings interposed between the armature windings and the field windings. A plurality of rectifying elements.

このように本発明の一態様によれば、交流電源から電機子巻線に供給される各相の電流を整流素子により整流させて界磁巻線に供給することができる。
すなわち、チョッパ回路のような複雑な回路やチョッパ制御のような複雑な制御を必要とすることなく、電機子巻線に交流電力を供給しつつ界磁巻線に直流電力を供給することを簡易な整流回路により実現することができる。
したがって、小型化が容易な回転電機を提供することができる。
Thus, according to one aspect of the present invention, the current of each phase supplied from the AC power supply to the armature winding can be rectified by the rectifying element and supplied to the field winding.
That is, it is easy to supply DC power to the field winding while supplying AC power to the armature winding without requiring complicated circuit such as chopper circuit or complicated control such as chopper control. It can be realized by a simple rectifier circuit.
Therefore, it is possible to provide a rotating electrical machine that can be easily downsized.

図1は、本発明の第1実施形態に係る回転電機を示す図であり、そのモータ構造を示す回転軸に直交する断面図である。FIG. 1 is a view showing a rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view orthogonal to a rotating shaft showing the motor structure. 図2は、ロータとステータとの間で形成される磁気回路を示す一部拡大概念モデル図である。FIG. 2 is a partially enlarged conceptual model diagram showing a magnetic circuit formed between the rotor and the stator. 図3は、ロータとステータとが図2の状態から相対回転したときに形成される磁気回路を示す一部拡大概念モデル図である。FIG. 3 is a partially enlarged conceptual model diagram showing a magnetic circuit formed when the rotor and the stator are relatively rotated from the state of FIG. 図4は、ロータとステータとの間で受け渡される磁束により形成される磁束密度分布を示す磁束線図である。FIG. 4 is a magnetic flux diagram showing a magnetic flux density distribution formed by the magnetic flux transferred between the rotor and the stator. 図5は、電機子巻線と界磁巻線に電力供給する電源の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a power supply for supplying power to the armature winding and the field winding. 図6は、図5の電源回路で供給する電力波形を示す電力波形図である。FIG. 6 is a power waveform diagram showing a power waveform supplied by the power supply circuit of FIG. 図7は、電機子巻線と界磁巻線に供給する電流波形の位相を変化させたときのトルク波形を示すトルク波形図である。FIG. 7 is a torque waveform diagram showing a torque waveform when the phase of the current waveform supplied to the armature winding and the field winding is changed. 図8は、本発明の第2実施形態に係る回転電機を示す図であり、電機子巻線と界磁巻線に電力供給する電源の回路図である。FIG. 8 is a diagram showing a rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention, and is a circuit diagram of a power supply for supplying power to the armature winding and the field winding. 図9は、図8の電源回路で界磁巻線に供給する電力波形を示すスイッチング波形図である。FIG. 9 is a switching waveform diagram showing a power waveform supplied to the field winding by the power supply circuit of FIG. 図10は、図8の電源回路で発生する可能性のあるサージ電圧を説明する電力波形図である。FIG. 10 is a power waveform diagram illustrating a surge voltage that may occur in the power supply circuit of FIG. 図11は、上述実施形態の他の態様を示す図であり、そのモータ構造を示す回転軸に直交する断面図である。FIG. 11 is a diagram showing another aspect of the above-described embodiment, and is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis showing the motor structure.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1〜図7は本発明の第1実施形態に係る回転電機を示す図である。
図1において、回転電機100は、回転軸101を中心にして一体回転する円筒形状のロータ110と、このロータ110を回転自在に収容する概略円筒形状のステータ120と、を備えている。回転電機100は、例えば、コストダウンや小型化と共に大出力を要求されるハイブリッド自動車や電気自動車に駆動源として好適に搭載される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
1-7 is a figure which shows the rotary electric machine which concerns on 1st Embodiment of this invention.
In FIG. 1, a rotating electrical machine 100 includes a cylindrical rotor 110 that rotates integrally around a rotation shaft 101, and a substantially cylindrical stator 120 that rotatably accommodates the rotor 110. The rotating electrical machine 100 is suitably mounted as a drive source in, for example, a hybrid vehicle and an electric vehicle that are required to have high output as well as cost reduction and downsizing.

回転電機100は、所謂、フラックススイッチングモータと同様に、ステータ120側に配置する電機子巻線125および界磁巻線126に電力供給してロータ110側を経由する磁気回路を形成することにより電磁石トルクを発生させて回転駆動させるようになっている。   The rotating electrical machine 100 supplies an electric power to the armature winding 125 and the field winding 126 arranged on the stator 120 side to form a magnetic circuit passing through the rotor 110 side in the same manner as a so-called flux switching motor. Torque is generated and driven to rotate.

ここで、フラックススイッチングモータは、モータ駆動用周波数の2倍の周波数で励磁させるため、リラクタンストルク、すなわち、所謂、d軸インダクタンスやq軸インダクタンスと同期させることができない。このことから、フラックススイッチングモータは、リラクタンストルクで駆動するのではなく、ステータ側から励磁させる直流磁界(静止磁界)を利用した電磁石(マグネット)トルクで駆動する。すなわち、フラックススイッチングモータは、永久磁石モータとして駆動する構造としては、SPM(表面磁石型)モータと対比する同等の構造となっている。   Here, since the flux switching motor is excited at twice the frequency for driving the motor, it cannot be synchronized with reluctance torque, that is, so-called d-axis inductance or q-axis inductance. Therefore, the flux switching motor is not driven by reluctance torque, but is driven by electromagnet (magnet) torque using a DC magnetic field (static magnetic field) excited from the stator side. That is, the flux switching motor has an equivalent structure as compared with an SPM (surface magnet type) motor as a structure for driving as a permanent magnet motor.

ロータ110は、回転軸101を固定するハブ119と、ハブ119と一緒の同一部材に形成されて回転軸101の軸心から離隔する方向に延伸されている複数の突極111と、隣接する突極111間に嵌め込まれて保持されている複数のロータコア115と、を備えて構築されている。   The rotor 110 includes a hub 119 that fixes the rotating shaft 101, and a plurality of salient poles 111 that are formed on the same member together with the hub 119 and extend away from the axis of the rotating shaft 101. And a plurality of rotor cores 115 fitted and held between the poles 111.

このロータ110は、突極111とロータコア115が回転軸101を中心にするハブ119周りの10箇所に均等配置された10極の形態で作製されており、その突極111とロータコア115の外周面側が滑らかに連続する円筒形状に外形を形成されて回転軸101と一体回転するようになっている。   The rotor 110 is manufactured in the form of 10 poles in which the salient poles 111 and the rotor core 115 are evenly arranged at 10 locations around the hub 119 centered on the rotation shaft 101, and the outer peripheral surfaces of the salient poles 111 and the rotor core 115. The outer shape is formed in a cylindrical shape that smoothly continues on the side, and rotates integrally with the rotary shaft 101.

ロータコア115は、例えば、磁性体の電磁鋼板を回転軸101の延長方向に積層して作製されている。突極111およびハブ119は、例えば、非磁性体のアルミ材料を切削加工または成型加工して、あるいは、アルミ板を回転軸101の延長方向に積層して一体形状に作製されている。   The rotor core 115 is produced, for example, by laminating magnetic electromagnetic steel plates made of a magnetic material in the extending direction of the rotating shaft 101. The salient poles 111 and the hub 119 are made in one piece, for example, by cutting or molding a non-magnetic aluminum material, or by laminating aluminum plates in the extending direction of the rotating shaft 101.

ステータ120は、ロータ110の円筒形状の外周面に向かう突極形状に延伸されて電機子巻線125と界磁巻線126とを配置される複数の磁極121を備えている。このステータ120は、例えば、ロータコア115と同様に、磁性体の電磁鋼板を回転軸101の延長方向に積層して作製されている。   The stator 120 includes a plurality of magnetic poles 121 that are extended in a salient pole shape toward the cylindrical outer peripheral surface of the rotor 110 and in which an armature winding 125 and a field winding 126 are arranged. The stator 120 is produced by, for example, laminating magnetic electromagnetic steel plates in the extending direction of the rotating shaft 101 in the same manner as the rotor core 115.

磁極121は、円筒形状の外周面側のヨーク129と一緒の同一部材に形成されている。この磁極121は、ロータ110の突極111やロータコア115の外周面111a、115aに対して内周面側の端面121aが微小のギャップGを介して対面するように形成されており、ヨーク129からロータ110の外周面側に向かって延伸されている突極形状に形成されて並列されている。   The magnetic pole 121 is formed on the same member as the yoke 129 on the outer peripheral surface side of the cylindrical shape. The magnetic pole 121 is formed so that the end surface 121a on the inner peripheral surface side faces the salient pole 111 of the rotor 110 and the outer peripheral surfaces 111a and 115a of the rotor core 115 via a minute gap G. It is formed in parallel and formed in a salient pole shape extending toward the outer peripheral surface side of the rotor 110.

この磁極121は、ヨーク129の内周面側の24箇所に均等配置されており、ロータコア115が回転軸101周りの10極を構成するのに対して、電機子巻線125や界磁巻線126として機能する巻線コイルを巻き付ける際に利用する24箇所のスロット122を磁極121間に形成している。   The magnetic poles 121 are evenly arranged at 24 locations on the inner peripheral surface side of the yoke 129, and the rotor core 115 constitutes 10 poles around the rotating shaft 101, whereas the armature winding 125 and the field winding Twenty-four slots 122 are formed between the magnetic poles 121 to be used when winding the winding coil functioning as 126.

電機子巻線125と界磁巻線126とは、1つ置きの磁極121にそれぞれが位置するように、巻線コイルを集中巻きになるように巻き付けて設置されており、相対回転するロータ110のロータコア115に対して交互に対面するように構築されている。   The armature winding 125 and the field winding 126 are installed by winding the winding coil so as to be concentrated winding so that each of the armature winding 125 and the field winding 126 is located on every other magnetic pole 121, and the rotor 110 rotates relatively. It is constructed so as to alternately face the rotor core 115.

電機子巻線125は、3相の交流電力を供給して交流励磁させるようになっており、界磁巻線126は、直流電流を供給して直流励磁させるようになっている。このため、ステータ120では、U相用電機子巻線125uと、V相用電機子巻線125vと、W相用電機子巻線125wと、が1つ置きの磁極121に順次に配置されて、それぞれの間の磁極121に界磁巻線126が位置するように配置されている。   The armature winding 125 supplies three-phase AC power to be excited by AC, and the field winding 126 supplies DC current to be DC excited. Therefore, in the stator 120, the U-phase armature winding 125u, the V-phase armature winding 125v, and the W-phase armature winding 125w are sequentially arranged on every other magnetic pole 121. The field winding 126 is disposed on the magnetic pole 121 between them.

これに対して、ロータ110は、回転軸101と直交する断面形状において、突極111の外周面111a側とハブ119側とが同一幅に形成されて、その突極111の側面111bのハブ119側に近接する箇所を突出させることにより、ハブ119側に近接する側面111b間を狭くする突出形状部112が形成されている。   On the other hand, in the rotor 110, the outer peripheral surface 111 a side of the salient pole 111 and the hub 119 side are formed to have the same width in the cross-sectional shape orthogonal to the rotation shaft 101, and the hub 119 on the side surface 111 b of the salient pole 111. By projecting a portion that is close to the side, a protruding shape portion 112 that narrows the space between the side surfaces 111b that are close to the hub 119 side is formed.

そして、ロータコア115は、突極111間の空間に一致する形状に形成されており、突極111の側面111bの突出形状部112を嵌め込み可能な窪み形状の受け形状部116が形成されている。   The rotor core 115 is formed in a shape that coincides with the space between the salient poles 111, and a recess-shaped receiving shape part 116 into which the projecting shape part 112 of the side surface 111 b of the salient pole 111 can be fitted is formed.

この結果、ロータコア115は、外周面115a側から回転軸101に向かって、突極111の側面111b間の幅が狭くなるのに合わせて、回転方向の厚さが徐々に薄くなる形状に形成されており、受け形状部116の最深部116aを越えた箇所からハブ119側に至るまでは反対に徐々に厚くなる形状に形成することによりクサビとして機能するクサビ部117が設けられている。   As a result, the rotor core 115 is formed in a shape in which the thickness in the rotation direction gradually decreases as the width between the side surfaces 111b of the salient pole 111 decreases from the outer peripheral surface 115a toward the rotation shaft 101. A wedge portion 117 that functions as a wedge is provided by forming the receiving shape portion 116 so as to gradually increase in thickness from the position beyond the deepest portion 116a of the receiving shape portion 116 to the hub 119 side.

この構造により、ロータ110は、ロータコア115を回転軸101の延長方向の一端側から突極111間の空間に差し込んでスライドさせ嵌め込むことにより、外周面111a、115aが滑らかに連続する円筒形状にすることができる。また、ロータ110は、回転時に突極111間から離脱させようとする遠心力がロータコア115に掛かったとしても、そのロータコア115のクサビ部117が突極111の突出形状部112の頂部112aまでの斜面112bに突き当たって保持されるように形成されている。   With this structure, the rotor 110 is inserted into the space between the salient poles 111 from one end side in the extending direction of the rotating shaft 101 and is slid into the cylindrical shape so that the outer peripheral surfaces 111a and 115a are smoothly continuous. can do. Further, even if the rotor 110 is subjected to centrifugal force to be separated from between the salient poles 111 during the rotation, the wedge part 117 of the rotor core 115 reaches the top part 112 a of the projecting shape part 112 of the salient pole 111. It is formed so as to abut against the inclined surface 112b.

また、ロータコア115は、ステータ120側に開口する突極111間の開口幅に一致する外周面115aがステータ120の隣接する磁極121の2つに同時に対面することができる幅(厚さ)を有するように形成されている。このロータコア115は、外周面115aの外側のエッジ間距離と、その外周面115aに対面する2つの磁極121の端面121aの外側のエッジ間距離とが一致するように、回転軸101側よりも外周面115a側を厚く形成されている。   In addition, the rotor core 115 has a width (thickness) that allows an outer peripheral surface 115 a that coincides with the opening width between the salient poles 111 that open toward the stator 120 to simultaneously face two adjacent magnetic poles 121 of the stator 120. It is formed as follows. The rotor core 115 has an outer periphery that is closer to the outer periphery than the rotary shaft 101 side so that the distance between the outer edges of the outer peripheral surface 115a matches the distance between the outer edges of the end surfaces 121a of the two magnetic poles 121 facing the outer peripheral surface 115a. The surface 115a side is formed thick.

そして、回転電機100は、ステータ120の電機子巻線125および界磁巻線126に、後述する電源回路300から交流電力と直流電力とをそれぞれ供給して励磁させることにより、所謂、フラックススイッチングモータと同様に、ロータ110を回転駆動させるようになっている。   The rotating electrical machine 100 supplies so-called flux switching motors by exciting the armature winding 125 and the field winding 126 of the stator 120 by supplying AC power and DC power from a power supply circuit 300 to be described later. Similarly, the rotor 110 is driven to rotate.

このとき、図2に示すように、電機子巻線125や界磁巻線126に電力供給することにより発生させる磁束(図中には直流励磁により発生させる直流磁束φdcを図示)は、1つの磁極121からロータコア115の外周面115aの端辺側から鎖交した後にはその外周面115aの反対側端辺側から隣接する磁極121に鎖交してステータ120のヨーク129側を迂回する磁気回路を形成することができる。   At this time, as shown in FIG. 2, the magnetic flux generated by supplying power to the armature winding 125 and the field winding 126 (the DC magnetic flux φdc generated by DC excitation is shown in the figure) is one. After interlinking from the magnetic pole 121 from the end side of the outer peripheral surface 115a of the rotor core 115, the magnetic circuit bypasses the yoke 129 side of the stator 120 by interlinking with the adjacent magnetic pole 121 from the opposite end side of the outer peripheral surface 115a. Can be formed.

このため、磁極121毎に電機子巻線125と界磁巻線126とを交互に集中巻きして電力供給する回転電機100でも、図3に示すように、ステータ120に対してロータ110が相対回転した場合にも、隣接する磁極121に磁束の通過する磁路を形成して磁気回路を維持することができる。   Therefore, in the rotating electrical machine 100 that supplies power by alternately concentrating the armature windings 125 and the field windings 126 for each magnetic pole 121, the rotor 110 is relative to the stator 120 as shown in FIG. Even in the case of rotation, a magnetic path through which magnetic flux passes can be formed in the adjacent magnetic pole 121 to maintain the magnetic circuit.

したがって、回転電機100は、図4の磁束線図に示すように、トルク発生面Tとして図示する箇所において、ロータコア115内で磁束線FLが集中する磁束線密度に差を生じさせて回転力として機能する電磁石トルクを発生させることができる。   Therefore, as shown in the magnetic flux diagram of FIG. 4, the rotating electrical machine 100 produces a difference in magnetic flux line density at which the magnetic flux lines FL are concentrated in the rotor core 115 at the portion illustrated as the torque generation surface T as the rotational force. A functioning electromagnet torque can be generated.

電源回路300は、図5に示すように、車載されているバッテリ301にインバータ302を接続して蓄電電力を交流電力として取り出すようになっている。すなわち、バッテリ301とインバータ302とで交流電源を構成している。なお、インバータ302は、後述の第2実施形態で説明するコントローラ400で同様に制御されるようになっている。   As shown in FIG. 5, the power supply circuit 300 connects an inverter 302 to a battery 301 mounted on the vehicle to take out stored power as AC power. That is, the battery 301 and the inverter 302 constitute an AC power source. The inverter 302 is similarly controlled by a controller 400 described in a second embodiment to be described later.

また、電源回路300は、インバータ302に接続する電機子巻線125のY結線における中性点位置にダイオードブリッジ310を接続し、さらに、界磁巻線126を直列接続する回路構成となっている。   The power supply circuit 300 has a circuit configuration in which the diode bridge 310 is connected to the neutral point position in the Y connection of the armature winding 125 connected to the inverter 302, and the field winding 126 is connected in series. .

インバータ302は、電機子巻線125を構成する、U相用電機子巻線125u、V相用電機子巻線125vおよびW相用電機子巻線125wを、それぞれ各相毎に直列接続することにより、バッテリ301に蓄電されている直流電力を、直流(DC)/交流(AC)変換した交流電力として供給し、それぞれ交流励磁するようになっている。   The inverter 302 is configured to connect the U-phase armature winding 125u, the V-phase armature winding 125v, and the W-phase armature winding 125w constituting the armature winding 125 in series for each phase. Thus, direct current power stored in the battery 301 is supplied as alternating current power obtained by direct current (DC) / alternating current (AC) conversion, and each is subjected to alternating current excitation.

ダイオードブリッジ310は、インバータ302の各相に対応するように、同一の整流方向となるように2つ一組の整流ダイオード(整流素子)311u、312uと、整流ダイオード311v、312vと、整流ダイオード311w、312wとがそれぞれ直列接続されて両端側を並列接続される回路構成に構築されている。   The diode bridge 310 includes a pair of rectifier diodes (rectifier elements) 311u and 312u, rectifier diodes 311v and 312v, and a rectifier diode 311w so as to have the same rectification direction so as to correspond to each phase of the inverter 302. , 312w are connected in series, and both ends are connected in parallel.

このダイオードブリッジ310は、整流ダイオード311u、312uと、整流ダイオード311v、312vと、整流ダイオード311w、312wとのそれぞれの各組の中間部に、各相毎のU相用電機子巻線125u、V相用電機子巻線125vおよびW相用電機子巻線125wのインバータ302とは反対側端部が接続されており、その整流ダイオード311u、312uと、整流ダイオード311v、312vと、整流ダイオード311w、312wとのそれぞれの各組の両端部を共通の接続点として、直列接続されている界磁巻線126に並列接続されている。   The diode bridge 310 includes U-phase armature windings 125u, V for each phase in the middle of each set of rectifier diodes 311u, 312u, rectifier diodes 311v, 312v, and rectifier diodes 311w, 312w. The opposite ends of the phase armature winding 125v and the W phase armature winding 125w from the inverter 302 are connected, and the rectifier diodes 311u and 312u, the rectifier diodes 311v and 312v, the rectifier diode 311w, The two ends of each set with 312w are connected in parallel to the field winding 126 connected in series with a common connection point.

この回路構成により、回転電機100は、インバータ302を介して交流電力を電機子巻線125の各相に供給して交流励磁するとともに、図6に示すように、その電機子巻線125を経由した交流電力を各相毎にダイオードブリッジ310の整流ダイオード311u、312uと、整流ダイオード311v、312vと、整流ダイオード311w、312wとのそれぞれの各組で整流して直流電力として界磁巻線126に供給し直流励磁することができる。   With this circuit configuration, the rotating electrical machine 100 supplies AC power to each phase of the armature winding 125 via the inverter 302 to perform AC excitation, and passes through the armature winding 125 as shown in FIG. The rectified AC power is rectified by the respective pairs of rectifier diodes 311u and 312u, rectifier diodes 311v and 312v, and rectifier diodes 311w and 312w of the diode bridge 310 for each phase, and is supplied to the field winding 126 as DC power. Can be supplied and DC excited.

また、界磁巻線126は、全直列接続されているので、界磁巻線インダクタンスを大きくして界磁電流リプルを低減することができ、安定した直流界磁とすることができる。   Moreover, since the field winding 126 is connected in series, the field winding inductance can be increased to reduce the field current ripple, and a stable DC field can be obtained.

したがって、回転電機100は、車載のバッテリ301を利用して、インバータ302により電機子巻線125に交流電力を供給するのに加えて、ダイオードブリッジ310を介在させる電源回路300を備えるだけで、界磁巻線126に直流電力を供給することができる。   Therefore, the rotating electrical machine 100 simply includes the power supply circuit 300 that interposes the diode bridge 310 in addition to supplying AC power to the armature winding 125 by the inverter 302 using the vehicle-mounted battery 301. DC power can be supplied to the magnetic winding 126.

また、この回転電機100では、図7に示すように、全直列接続した界磁巻線126に供給する電流位相を変化させても多少の変動が生じるだけの安定したトルクでロータ110を回転駆動させることができる。   Further, in this rotating electrical machine 100, as shown in FIG. 7, the rotor 110 is driven to rotate with a stable torque that causes some fluctuation even if the current phase supplied to the field winding 126 connected in series is changed. Can be made.

このように、本実施形態においては、バッテリ301にインバータ302を接続して電機子巻線125に交流電力を供給するとともに、その電機子巻線125に複数の整流ダイ
オード311u、311v、311wおよび312u、312v、312wからなるダイオードブリッジ310と界磁巻線126を直列接続するだけで、その界磁巻線126に直流電力を供給することができ、回転電機100をフラックススイッチングモータと同様に駆動させることができる。また、界磁巻線126は、直列接続してダイオードブリッジ310の両端側に結線接続するだけなので、ステータ120における接続導線を容易かつ簡易に取り回すことができる。
As described above, in this embodiment, the inverter 302 is connected to the battery 301 to supply AC power to the armature winding 125, and a plurality of rectifier diodes 311u, 311v, 311w, and 312u are supplied to the armature winding 125. , 312v, 312w can be connected to the field winding 126 in series, and DC power can be supplied to the field winding 126, and the rotating electrical machine 100 is driven in the same manner as the flux switching motor. be able to. Further, since the field winding 126 is simply connected in series and connected to both ends of the diode bridge 310, the connection conductors in the stator 120 can be easily and easily routed.

このため、回転電機100は、複雑なチョッパ回路やチョッパ制御等が必要なDC/DCコンバータやコントローラを用いないため、チョッパ回路による損失を発生させることなく作製できる。さらに、界磁巻線126用の電源ラインを電源回路300の外部から引き込まないため、簡易に作製することができる。このように、部品点数を少なくできることから安価に作製することもできる。   For this reason, the rotating electrical machine 100 can be manufactured without generating a loss due to the chopper circuit because it does not use a DC / DC converter or controller that requires a complicated chopper circuit or chopper control. Further, since the power supply line for the field winding 126 is not drawn from the outside of the power supply circuit 300, it can be easily manufactured. Thus, since the number of parts can be reduced, it can also be manufactured at low cost.

また、この電源回路300は、ステータ120のコイルエンド側端面に設置する基盤内に配置するなどして容易に小型化することができる。   Further, the power supply circuit 300 can be easily reduced in size, for example, by being arranged in a base installed on the end surface on the coil end side of the stator 120.

(第2実施形態)
図8〜図10は本発明の第2実施形態に係る回転電機を示す図である。なお、本実施形態は、上述の第1実施形態と略同一に構成されているので、同様の構成には同一の符号を付して主に特徴部分を説明する。
(Second Embodiment)
8-10 is a figure which shows the rotary electric machine which concerns on 2nd Embodiment of this invention. In addition, since this embodiment is comprised substantially the same as the above-mentioned 1st Embodiment, it attaches | subjects the same code | symbol to the same structure, and mainly demonstrates a characteristic part.

図8において、本実施形態の回転電機100は、電源回路300のダイオードブリッジ310の両端側に、整流ダイオード311u、311v、311wおよび312u、312v、312wと同一の整流方向となる制限ダイオード351が並列接続されている。   In FIG. 8, in the rotating electrical machine 100 of the present embodiment, limiting diodes 351 having the same rectification direction as the rectifier diodes 311 u, 311 v, 311 w and 312 u, 312 v, 312 w are arranged in parallel on both ends of the diode bridge 310 of the power supply circuit 300. It is connected.

また、この電源回路300は、ダイオードブリッジ310と制限ダイオード351の間に、界磁巻線126に供給するのに十分な容量の電荷を充電することができるコンデンサ352も並列接続されている。   In the power supply circuit 300, a capacitor 352 that can charge a sufficient amount of charge to be supplied to the field winding 126 is connected in parallel between the diode bridge 310 and the limiting diode 351.

この回路構成により、電源回路300は、インバータ302から出力されてダイオードブリッジ310において交流電力から整流された直流電力を、下流側のコンデンサ352に印加して充電することができ、また、その直流電力を供給する界磁巻線126への逆向きの電力供給を制限ダイオード351により制限することができる。   With this circuit configuration, the power supply circuit 300 can charge the DC power output from the inverter 302 and rectified from the AC power in the diode bridge 310 to the capacitor 352 on the downstream side. The power supply in the reverse direction to the field winding 126 that supplies the power can be limited by the limiting diode 351.

この電源回路300は、ダイオードブリッジ310の一端側に直列接続する界磁巻線126の上流側(前段)に、第1切換スイッチ361と第2切換スイッチ362とが間に介在するように直列接続されており、ダイオードブリッジ310内には、第1短絡スイッチ371と第2短絡スイッチ372とが組み込まれている。   The power supply circuit 300 is connected in series so that the first changeover switch 361 and the second changeover switch 362 are interposed between the upstream side (front stage) of the field winding 126 connected in series to one end side of the diode bridge 310. In the diode bridge 310, a first short-circuit switch 371 and a second short-circuit switch 372 are incorporated.

第1切換スイッチ361は、制限ダイオード351のカソードの接続箇所よりも前段に位置するとともに、ダイオードブリッジ310に並列接続されるコンデンサ352よりも下流側(後段)に位置して界磁巻線126に直列接続されており、界磁巻線126をコンデンサ352側から切り離すことができるようになっている。   The first changeover switch 361 is positioned upstream of the connection point of the cathode of the limiting diode 351 and downstream of the capacitor 352 connected in parallel to the diode bridge 310 (backward), and is connected to the field winding 126. They are connected in series so that the field winding 126 can be disconnected from the capacitor 352 side.

第2切換スイッチ362は、並列接続されるコンデンサ352とダイオードブリッジ310の一端側に介在して第1切換スイッチ361の前段に位置するように接続されており、コンデンサ352をダイオードブリッジ310(電機子巻線125)側から切り離すことができるようになっている。   The second changeover switch 362 is connected to the capacitor 352 connected in parallel and one end of the diode bridge 310 so as to be positioned in front of the first changeover switch 361. The capacitor 352 is connected to the diode bridge 310 (armature). It can be separated from the winding 125) side.

第1短絡スイッチ371は、U相用電機子巻線125uとV相用電機子巻線125vのインバータ302の反対側端部を接続するダイオードブリッジ310の整流ダイオード311u、312uと、整流ダイオード311v、312vの間の中間部の接続接点間を接続または切断するように配置されており、そのU相用電機子巻線125uとV相用電機子巻線125vの端部間を短絡してY結線の中性点とするようになっている。   The first short-circuit switch 371 includes rectifier diodes 311u and 312u of the diode bridge 310 that connect opposite ends of the inverter 302 of the U-phase armature winding 125u and the V-phase armature winding 125v, and the rectifier diode 311v, The intermediate connection contacts between 312v are arranged to be connected or disconnected, and the ends of the U-phase armature winding 125u and the V-phase armature winding 125v are short-circuited to form a Y connection. It is supposed to be a neutral point.

第2短絡スイッチ372は、第1短絡スイッチ371と同様に、V相用電機子巻線125vとW相用電機子巻線125wのインバータ302の反対側端部を接続するダイオードブリッジ310の整流ダイオード311v、312vと、整流ダイオード311w、312wの間の中間部の接続接点間を接続または切断するように配置されており、そのV相用電機子巻線125vとW相用電機子巻線125wの端部間を短絡してY結線の中性点とするようになっている。   Similarly to the first short-circuit switch 371, the second short-circuit switch 372 is a rectifier diode of the diode bridge 310 that connects the opposite ends of the inverter 302 of the V-phase armature winding 125v and the W-phase armature winding 125w. 311v, 312v and the intermediate contact between the rectifier diodes 311w, 312w are arranged to be connected or disconnected, and the V-phase armature winding 125v and the W-phase armature winding 125w The end portions are short-circuited to provide a neutral point for Y connection.

これらスイッチ361、362、371、372は、回転電機100を統括制御するコントローラ400によりインバータ302と共に制御されるようになっており、ダイオードブリッジ310と界磁巻線126の間において、制限ダイオード351とコンデンサ352と共にバックコンバータ回路として機能して界磁巻線126への界磁電流の供給を制御して可変界磁させるようになっている。   These switches 361, 362, 371, 372 are controlled together with the inverter 302 by the controller 400 that controls the rotating electrical machine 100, and between the diode bridge 310 and the field winding 126, the limit diode 351 and It functions as a buck converter circuit together with the capacitor 352 to control the supply of the field current to the field winding 126 so as to make the variable field.

コントローラ400は、CPUがメモリ内に格納されている制御プログラムを各種パラメータ等に基づいて実行するようになっており、バッテリ301の蓄電電力のインバータ302を介する供給と共に、スイッチ361、362、371、372を適宜オン/オフするスイッチング制御を最適タイミングで行って、電機子巻線125の交流励磁と界磁巻線126の直流励磁を実現するようになっている。   In the controller 400, the CPU executes a control program stored in the memory based on various parameters and the like, and supplies the stored power of the battery 301 via the inverter 302, and switches 361, 362, 371, Switching control for appropriately turning on / off 372 is performed at an optimal timing to realize AC excitation of the armature winding 125 and DC excitation of the field winding 126.

この回路構成により、回転電機100は、インバータ302を介する交流電力を電機子巻線125の各相に供給して交流励磁した後に、ダイオードブリッジ310で整流した直流電力を並列されている下流側のコンデンサ352や制限ダイオード351に印加して界磁巻線126に適宜供給することができる。   With this circuit configuration, the rotating electrical machine 100 supplies the AC power via the inverter 302 to each phase of the armature winding 125 to perform AC excitation, and then the DC power rectified by the diode bridge 310 is arranged on the downstream side. It can be applied to the capacitor 352 and the limiting diode 351 and appropriately supplied to the field winding 126.

具体的に、コントローラ400は、インバータ302から出力されてダイオードブリッジ310で交流電流から直流電流に整流した電力を下流側のコンデンサ352に充電する際に、また、そのコンデンサ352内に蓄電する電力を放電する際に、次の手順(方法)に従って、スイッチ361、362、371、372の切換制御を実行するようになっている。   Specifically, when the controller 400 charges the downstream capacitor 352 with the power output from the inverter 302 and rectified from an alternating current to a direct current by the diode bridge 310, the controller 400 also stores the power stored in the capacitor 352. When discharging, switching control of the switches 361, 362, 371, 372 is executed according to the following procedure (method).

まず、コンデンサ352に電荷をチャージして充電する際には(ステップS1)、第1切換スイッチ361をオフ(切断状態)にするとともに第2切換スイッチ362をオン(接続状態)にして、コンデンサ352を充電可能な回路内に組み込みつつ電力消費する界磁巻線126側から切り離す。   First, when charging by charging the capacitor 352 (step S1), the first changeover switch 361 is turned off (disconnected state), and the second changeover switch 362 is turned on (connected state). Is separated from the field winding 126 side that consumes power while being incorporated in a rechargeable circuit.

また、このステップS1では、ダイオードブリッジ310の第1、第2短絡スイッチ371、372をオフにして電機子巻線125をオープンエンド(開状態)にする。   In step S1, the first and second short-circuit switches 371 and 372 of the diode bridge 310 are turned off to open the armature winding 125 (open state).

これにより、コンデンサ352は、インバータ302から出力される交流電流をダイオードブリッジ310で整流して直流電流を充電することができる。   Thus, the capacitor 352 can charge the direct current by rectifying the alternating current output from the inverter 302 by the diode bridge 310.

次いで、コンデンサ352への充電が完了して満充電状態になった後には(ステップS2)、ダイオードブリッジ310の第1、第2短絡スイッチ371、372をオンにして電機子巻線125をクローズエンド(閉状態)にするとともに、第2切換スイッチ362をオフにすることでインバータ302(電機子巻線125)側からコンデンサ352を切り離す。このとき、第1切換スイッチ361は、オフ(切断状態)のままである。   Next, after the capacitor 352 is fully charged and fully charged (step S2), the first and second short-circuit switches 371 and 372 of the diode bridge 310 are turned on to close the armature winding 125. (Closed state) and turning off the second changeover switch 362 disconnects the capacitor 352 from the inverter 302 (armature winding 125) side. At this time, the first changeover switch 361 remains off (disconnected state).

これにより、回転電機100は、インバータ302から出力される交流電流によりロータ110を回転駆動させるように電機子巻線125をクローズエンドのモータ回路にすることができる。   Thereby, the rotating electrical machine 100 can make the armature winding 125 a closed-end motor circuit so that the rotor 110 is rotationally driven by the alternating current output from the inverter 302.

次いで、ダイオードブリッジ310の第1、第2短絡スイッチ371、372をオンのまま電機子巻線125のクローズエンドを維持しつつ、また、第2切換スイッチ362をオフのままインバータ302(電機子巻線125)側からコンデンサ352を切り離した状態を維持しつつ、第1切換スイッチ361をオン/オフする切換制御を実行する(ステップS3)。   Next, while maintaining the closed end of the armature winding 125 while the first and second short-circuit switches 371 and 372 of the diode bridge 310 are kept on, the inverter 302 (armature winding is kept while the second changeover switch 362 is kept off. While maintaining the state where the capacitor 352 is disconnected from the line 125) side, the switching control for turning on / off the first changeover switch 361 is executed (step S3).

これにより、回転電機100は、コンデンサ352から界磁巻線126に直流電力を所望のタイミングで供給して自己励磁させてロータ110の回転駆動を補助させることができる。この第1切換スイッチ361の切換制御としては、例えば、図9に示すように、高周波や低周波においてデューティ比を50%にする切換タイミングでオン/オフすることにより、所望の直流電力を界磁巻線126に供給することができる。   Thereby, the rotating electrical machine 100 can assist the rotational drive of the rotor 110 by supplying DC power from the capacitor 352 to the field winding 126 at a desired timing for self-excitation. As the switching control of the first changeover switch 361, for example, as shown in FIG. 9, by turning on / off at a switching timing at which the duty ratio is 50% at a high frequency or a low frequency, a desired DC power is supplied to the field. The winding 126 can be supplied.

この後に、界磁巻線126の磁力が低下(供給電圧や供給電流の低下でもよい)してコンデンサ352の蓄電電力が少なくなったことを検出した場合には(ステップS4)、ステップS1に戻って、第1切換スイッチ361をオフ、第2切換スイッチ362をオン、ダイオードブリッジ310の第1、第2短絡スイッチ371、372をオフにして、電機子巻線125をオープンエンドにするとともに、コンデンサ352を界磁巻線126側から切り離して、コンデンサ352に充電する制御処理を繰り返す。   After that, when it is detected that the magnetic force of the field winding 126 is decreased (the supply voltage or supply current may be decreased) and the stored power of the capacitor 352 is reduced (step S4), the process returns to step S1. The first changeover switch 361 is turned off, the second changeover switch 362 is turned on, the first and second short-circuit switches 371 and 372 of the diode bridge 310 are turned off, the armature winding 125 is opened, and the capacitor The control process of charging the capacitor 352 by repeating 352 from the field winding 126 side is repeated.

この制御処理を実行する際、少なくとも第2切換スイッチ362は、ダイオードブリッジ310の第1、第2短絡スイッチ371、372をオンにした後に、オフにするのが好ましい。これは、ダイオードブリッジ310の第1、第2短絡スイッチ371、372をオフにして電機子巻線125をオープンエンドにしたまま、第2切換スイッチ362をオフにしてコンデンサ352を切り離すと、図10に示すように、オープンエンドの電機子巻線125に蓄えられているインダクタエネルギの行き場がなくなって、インバータ302の耐圧を遥かに越えるサージ電圧がそのインバータ302に流れ込んで破損させてしまうためである。   When performing this control process, it is preferable that at least the second changeover switch 362 is turned off after the first and second short-circuit switches 371 and 372 of the diode bridge 310 are turned on. When the first and second short-circuit switches 371 and 372 of the diode bridge 310 are turned off and the armature winding 125 is left open, the second changeover switch 362 is turned off and the capacitor 352 is disconnected. This is because the inductor energy stored in the open-end armature winding 125 disappears, and a surge voltage far exceeding the withstand voltage of the inverter 302 flows into the inverter 302 and is damaged. .

したがって、回転電機100は、車載のバッテリ301を利用して、電機子巻線125に交流電力を供給しつつ、界磁巻線126に供給する直流電力をサージ電圧が発生させることを回避しつつ調整して可変界磁制御することができ、ロータ110を回転させるトルクをより高品質かつ高精度に制御することができる。   Therefore, the rotating electrical machine 100 uses the on-vehicle battery 301 to supply AC power to the armature winding 125 while avoiding the generation of surge voltage from the DC power supplied to the field winding 126. The variable field control can be performed by adjusting, and the torque for rotating the rotor 110 can be controlled with higher quality and higher accuracy.

このように、本実施形態においては、界磁巻線126の前段(コンデンサ352の後段)に直列に第1切換スイッチ361を接続するので、その第1切換スイッチ361のオン/オフを制御して所望のタイミングにコンデンサ352から界磁巻線126に直流電力を供給して可変界磁制御を実行することができる。また、第1切換スイッチ361は、界磁巻線126からコンデンサ352を適宜切り離して充電することができる。なお、このコンデンサ352から供給する直流電力はダイオードブリッジ310から直接出力する場合よりも平滑化させることができる。   As described above, in the present embodiment, the first changeover switch 361 is connected in series with the previous stage of the field winding 126 (the subsequent stage of the capacitor 352), and therefore the on / off of the first changeover switch 361 is controlled. The variable field control can be executed by supplying DC power from the capacitor 352 to the field winding 126 at a desired timing. The first changeover switch 361 can be charged by appropriately disconnecting the capacitor 352 from the field winding 126. Note that the DC power supplied from the capacitor 352 can be smoothed as compared with the case where it is directly output from the diode bridge 310.

また、ダイオードブリッジ310の後段(コンデンサ352の前段)に直列に第2切換スイッチ362を接続して、電機子巻線125の各相毎にインバータ302の反対側端部の間を短絡させる第1、第2短絡スイッチ371、372をダイオードブリッジ310内に配置するので、電機子巻線125のインバータ302の反対側をオープンエンドとクローズエンドとに切り換えてコンデンサ352の充電の開始/停止を所望のタイミングに実行することができる。   In addition, a second changeover switch 362 is connected in series with the subsequent stage of the diode bridge 310 (the previous stage of the capacitor 352) to short-circuit between the opposite ends of the inverter 302 for each phase of the armature winding 125. Since the second short-circuit switches 371 and 372 are arranged in the diode bridge 310, the opposite side of the inverter 302 of the armature winding 125 is switched between the open end and the closed end to start / stop charging of the capacitor 352 as desired. Can be executed at the timing.

また、このとき、コントローラ400は、第1、第2短絡スイッチ371、372をオンにして電機子巻線125をクローズエンドにした後に第2切換スイッチ362をオフすることによりサージ電圧がインバータ302側に侵入してしまうことを未然に防止することができる。   At this time, the controller 400 turns on the first and second short-circuit switches 371 and 372 to close the armature winding 125 and then turns off the second changeover switch 362 so that the surge voltage is reduced to the inverter 302 side. It is possible to prevent intrusion into the network.

したがって、回転電機100は、バックコンバータ機能を備えて、界磁巻線126に印加する直流電力を精度よく調整して、高精度なトルク制御を実行することができる。   Therefore, the rotating electrical machine 100 has a buck converter function, and can adjust the DC power applied to the field winding 126 with high accuracy to execute highly accurate torque control.

また、電源回路300は、このようにバックコンバータとして機能するためのダイオードブリッジ310や制限ダイオード351やコンデンサ352なども含めて、ステータ120のコイルエンド側端面に設置する基盤内に構築することができ、冷却が必要な場合にはコイルエンドに設置するモータ用冷却機構を流用してインバータ302の冷却も小型な構造で実現することができる。   Further, the power supply circuit 300 can be constructed in a base installed on the coil end side end face of the stator 120, including the diode bridge 310, the limiting diode 351, the capacitor 352, and the like for functioning as a buck converter. When cooling is required, the cooling of the inverter 302 can also be realized with a small structure by diverting the motor cooling mechanism installed at the coil end.

(他の実施形態)
ここで、上述の第1、第2実施形態では、電機子巻線125と界磁巻線126とを集中巻きする場合を一例にして説明するが、これに限るものではない。例えば、図11に示す回転電機200においても電源回路300を搭載させてもよい。回転電機200は、簡単に説明すると、回転電機100と概略同様に構成されており、ステータ220内のロータ210を回転軸201と一体回転させるようになっている。
(Other embodiments)
Here, in the first and second embodiments described above, the case where the armature winding 125 and the field winding 126 are concentratedly wound will be described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the power supply circuit 300 may be mounted also in the rotating electrical machine 200 shown in FIG. The rotary electric machine 200 is configured in a similar manner to the rotary electric machine 100 in brief, and the rotor 210 in the stator 220 is rotated integrally with the rotary shaft 201.

ロータ210は、回転軸201を固定するハブ219に10極の突極211が均等配置されており、ステータ220には、24箇所のスロット222を形成する複数の磁極221が形成されている。このロータ210の突極211の外周面211aとステータ220の磁極221の端面221aとは、一致する幅で対面するように形成されており、第1実施形態とは異なって、隣接する位置では同時に対面することができない構造になっている。   In the rotor 210, 10 poles 211 are evenly arranged on a hub 219 that fixes the rotating shaft 201, and a plurality of magnetic poles 221 that form 24 slots 222 are formed on the stator 220. The outer peripheral surface 211a of the salient pole 211 of the rotor 210 and the end surface 221a of the magnetic pole 221 of the stator 220 are formed so as to face each other with a matching width, and unlike the first embodiment, at the adjacent positions at the same time. It has a structure that cannot be met.

このことから、ステータ220は、1つのスロット222を挟む2つの磁極221に巻線コイルを巻き掛ける分布巻きにして電機子巻線225および界磁巻線226を設置しており、この電機子巻線225および界磁巻線226は、1つの磁極221だけずらして重なる状態となる分布巻きにして周方向に交互に位置するように配置されている。   Accordingly, the stator 220 is provided with the armature winding 225 and the field winding 226 in a distributed winding in which the winding coil is wound around the two magnetic poles 221 sandwiching one slot 222. The wires 225 and the field windings 226 are arranged so as to be alternately positioned in the circumferential direction in a distributed winding that is shifted by one magnetic pole 221 and overlapped.

このため、ステータ220は、1つ置きの磁極221が、言い換えると、1つの磁極221を挟む両側の2つの磁極221が、ロータ210の隣接する突極211に同時に対面するように形成されており、ロータ210は、2つの突極211とハブ219とを介して1つ置きの磁極221との間で磁束を鎖交させて磁気回路を形成するように構築されている。   For this reason, the stator 220 is formed so that every other magnetic pole 221, in other words, two magnetic poles 221 on both sides sandwiching one magnetic pole 221 are simultaneously facing the salient poles 211 adjacent to the rotor 210. The rotor 210 is constructed so as to form a magnetic circuit by interlinking magnetic flux between every other magnetic pole 221 via two salient poles 211 and a hub 219.

具体的には、電機子巻線225は、U相用電機子巻線225uと、V相用電機子巻線225vと、W相用電機子巻線225wと、が1つ置きのスロット222を共通使用して巻線コイルを2つの磁極221に巻き掛ける分布巻きとして順次に周方向に連続するように配置されている。また、界磁巻線226は、空いているスロット222を利用して2つの磁極221に巻線コイルを巻き掛ける分布巻きとして周方向に連続するように配置されている。   Specifically, the armature winding 225 has a slot 222 for every other U-phase armature winding 225u, V-phase armature winding 225v, and W-phase armature winding 225w. They are arranged so as to be successively connected in the circumferential direction as distributed windings for winding the winding coils around the two magnetic poles 221 in common use. The field winding 226 is arranged so as to be continuous in the circumferential direction as a distributed winding in which a winding coil is wound around the two magnetic poles 221 using the vacant slot 222.

この回転電機200でも、回転電機100と同様に、電源回路300から、電機子巻線225に3相の交流電力を供給して交流励磁させるとともに、界磁巻線226に直流電流を供給して直流励磁させるようになっている。   In this rotating electrical machine 200, similarly to the rotating electrical machine 100, three-phase AC power is supplied from the power supply circuit 300 to the armature winding 225 for AC excitation, and a DC current is supplied to the field winding 226. It is designed to excite DC.

このとき、回転電機200では、ステータ220の磁極221から鎖交させる磁束を、ロータ210の突極211からハブ219をヨークとして迂回させて隣の突極211から1つ飛ばした磁極221に鎖交させてステータ220のヨーク229側を迂回する磁気回路を形成するようになっており、回転電機100と同様に、回転力として機能する電磁石トルクを発生させるようになっている。   At this time, in the rotating electric machine 200, the magnetic flux interlinked from the magnetic pole 221 of the stator 220 is interlinked to the magnetic pole 221 that bypasses the salient pole 211 of the rotor 210 from the adjacent salient pole 211 by bypassing the hub 219 as a yoke. Thus, a magnetic circuit that bypasses the yoke 229 side of the stator 220 is formed, and like the rotating electrical machine 100, an electromagnet torque that functions as a rotational force is generated.

また、回転電機100、200のようなラジアルギャップ構造に限らすに、アキシャルギャップ構造のフラックススイッチングモータにも適用して、同様の作用効果を得ることができる。さらに、回転電機100、200のような10極24スロットに限定されることはなく、他の組み合わせのフラックススイッチングモータの構造にも適用することができる。   Further, the present invention is not limited to the radial gap structure such as the rotating electrical machines 100 and 200, but can be applied to a flux switching motor having an axial gap structure to obtain the same effect. Further, the present invention is not limited to 10 poles and 24 slots such as the rotating electrical machines 100 and 200, and can be applied to other combinations of flux switching motor structures.

また、ロータ110、210やステータ120、220は、電磁鋼板の積層構造で作製するばかりでなく、例えば、鉄粉などの磁性を有する粒子の表面を絶縁被覆処理した軟磁性複合粉材(Soft Magnetic Composites)をさらに鉄粉圧縮成形および熱処理製造した圧粉磁心、所謂、SMCコアを採用してもよい。このSMCコアは、成形が容易であることからアキシャルギャップ構造にも好適である。また、アルミ導体を用いてロータやステータを作製しても同様に機能させることができる。   In addition, the rotors 110 and 210 and the stators 120 and 220 are not only made of a laminated structure of electromagnetic steel plates, but also include, for example, a soft magnetic composite powder material (Soft Magnetic composite) in which the surface of magnetic particles such as iron powder is subjected to insulation coating. Further, a so-called SMC core, which is a powder magnetic core produced by compression molding and heat treatment of Composites) may be employed. This SMC core is suitable for an axial gap structure because it is easy to mold. Moreover, even if a rotor or a stator is manufactured using an aluminum conductor, the same function can be achieved.

さらに、ダイオードブリッジ310は、整流ダイオード311u、312u、311v、312v、311w、312wに限るものではなく、例えば、MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのスイッチング素子を整流素子として構築してもよい。また、三相のモータ構造に限定されるものではなく、例えば、五相や六相のモータ構造でも、直列させる整流ダイオードの上下一組(所謂、レグ)の数を対応させることで実現することができる。   Further, the diode bridge 310 is not limited to the rectifier diodes 311u, 312u, 311v, 312v, 311w, and 312w. The element may be constructed as a rectifying element. In addition, the present invention is not limited to a three-phase motor structure. For example, even in a five-phase or six-phase motor structure, it can be realized by matching the number of upper and lower pairs (so-called legs) of rectifier diodes connected in series. Can do.

この回転電機100、200は、車載用に限定されるものではなく、例えば、風力発電や、工作機械などの駆動源として好適に採用することができる。   The rotating electrical machines 100 and 200 are not limited to being mounted on a vehicle, and can be suitably employed as a drive source for wind power generation or machine tools, for example.

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。   While embodiments of the invention have been disclosed, it will be apparent to those skilled in the art that changes may be made without departing from the scope of the invention. All such modifications and equivalents are intended to be included in the following claims.

100、200 回転電機
101、201 回転軸
110、210 ロータ
111、211 突極
111a、211a 外周面
115 ロータコア
120、220 ステータ
121、221 磁極
121a、221a 端面
125、225 電機子巻線
126、226 界磁巻線
300 電源回路
301 バッテリ
302 インバータ
310 ダイオードブリッジ
311u〜312w 整流ダイオード(整流素子)
351 制限ダイオード
352 コンデンサ
361 第1切換スイッチ
362 第2切換スイッチ
371 第1短絡スイッチ
372 第2短絡スイッチ
400 コントローラ

100, 200 Rotating electric machine 101, 201 Rotating shaft 110, 210 Rotor 111, 211 Salient pole 111a, 211a Outer peripheral surface 115 Rotor core 120, 220 Stator 121, 221 Magnetic pole 121a, 221a End surface 125, 225 Armature winding 126, 226 Field magnet Winding 300 Power supply circuit 301 Battery 302 Inverter 310 Diode bridge 311u-312w Rectifier diode (rectifier element)
351 Limiting diode 352 Capacitor 361 First changeover switch 362 Second changeover switch 371 First short circuit switch 372 Second short circuit switch 400 Controller

Claims (4)

並列に配置されて交流電力の異なる位相の電流をそれぞれ供給され励磁される複数の電機子巻線と、直流電力を供給されて励磁される複数の界磁巻線と、を備える回転電機であって、
前記電機子巻線と前記界磁巻線との間に介在して当該電機子巻線の各相毎に対応するように並列接続される複数の整流素子を有する回転電機。
A rotary electric machine comprising a plurality of armature windings arranged in parallel and supplied with currents having different phases of AC power and excited, and a plurality of field windings excited by being supplied with DC power. And
A rotating electrical machine having a plurality of rectifying elements interposed between the armature winding and the field winding and connected in parallel so as to correspond to each phase of the armature winding.
前記整流素子と前記界磁巻線との間に並列接続されるコンデンサと、
前記界磁巻線の前段に介在して該界磁巻線を接続または切断する第1切換スイッチと、
前記第1切換スイッチを制御して前記コンデンサの充電と放電とを切り換える制御部と、
を有する請求項1に記載の回転電機。
A capacitor connected in parallel between the rectifying element and the field winding;
A first changeover switch for connecting or disconnecting the field winding interposed in a preceding stage of the field winding;
A control unit that controls charging and discharging of the capacitor by controlling the first changeover switch;
The rotating electrical machine according to claim 1, comprising:
前記電機子巻線の各相の端部間を接続状態または切断状態にする短絡スイッチと、
前記コンデンサの前段に介在して該コンデンサを接続または切断する第2切換スイッチと、を有し、
前記制御部は、前記短絡スイッチが前記接続状態のときに、前記コンデンサを切り離すように前記第2切換スイッチを制御する請求項2に記載の回転電機。
A short-circuit switch that connects or disconnects the ends of each phase of the armature winding;
A second change-over switch that connects or disconnects the capacitor interposed in front of the capacitor;
The rotating electrical machine according to claim 2, wherein the control unit controls the second changeover switch to disconnect the capacitor when the short-circuit switch is in the connected state.
前記界磁巻線および各相毎の前記電機子巻線は、複数の巻線が直列に結線されて構成される請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の回転電機。
4. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the field winding and the armature winding for each phase are configured by connecting a plurality of windings in series. 5.
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