JP2016111750A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
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).
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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-
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-
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
351 Limiting
Claims (4)
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.
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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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001327135A (en) * | 2000-05-18 | 2001-11-22 | Mitsubishi Electric Corp | Dynamoelectric machine |
JP2003097398A (en) * | 2001-09-21 | 2003-04-03 | Denso Corp | Idle-stop type vehicle drive device |
JP2006521080A (en) * | 2003-03-19 | 2006-09-14 | フォルスカーパテント イー エスイーデー アーベー | Synchronous machine |
US20100237822A1 (en) * | 2009-03-17 | 2010-09-23 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Drive unit for rotating electrical machine |
-
2014
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001327135A (en) * | 2000-05-18 | 2001-11-22 | Mitsubishi Electric Corp | Dynamoelectric machine |
US6495941B1 (en) * | 2000-05-18 | 2002-12-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Dynamo-electric machine |
JP2003097398A (en) * | 2001-09-21 | 2003-04-03 | Denso Corp | Idle-stop type vehicle drive device |
JP2006521080A (en) * | 2003-03-19 | 2006-09-14 | フォルスカーパテント イー エスイーデー アーベー | Synchronous machine |
US20100237822A1 (en) * | 2009-03-17 | 2010-09-23 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Drive unit for rotating electrical machine |
JP2010220383A (en) * | 2009-03-17 | 2010-09-30 | Toyota Central R&D Labs Inc | Driving device for rotary electric machine |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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