JP2022142631A - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態に係る回転電機を含む回転電機システムを示す回路図である。なお、実施形態では、電気エネルギーと機械エネルギーの変換を行う回転電機についてモータと称する。
図2は、モータ20についてその回転軸を通る面での断面図である。モータ20は、円筒状のロータ40と、ロータ40を、ギャップを介して取り囲むように配置された円環状のステータ22を有する。そして、ロータ40の中心には回転軸28がロータ40を貫通するように配置されている。
<界磁電流0>
図5は、ロータ40およびステータ22について周方向1/4の構成を示す図である。この場合電気角360度分であり、6個のティース22a-2に巻回される3相のステータコイル24u,24v,24wの1セットが設けられている。ロータ40は、5個の第1磁石42およびその間の第1突極44と、1つの第2磁石46およびその間の第2突極48が位置する。
図8は、ロータ40、ステータ22、および界磁ヨーク32の軸方向断面(半分)を示す図である。界磁コイル34は、回転軸28を回る円環状であり、ここに界磁電流(界磁電流+)として一方向の直流電流が流れる。図における黒丸が紙面手前に向けて流れることを示し、×が紙面奥向きに流れることを示している。軸方向の両側の界磁コイル34において反対方向の電流が流れる。
図11は、図8の界磁電流マイナス(-)が流れた状態の磁束の状態を示す図である。界磁電流―によって、図8の場合とは反対方向(他方向)の界磁電流磁束が形成される。
このように、界磁コイル34に界磁電流+を流すことで、第1磁石42の磁束と同様の磁束が得られ、界磁コイル34に界磁電流-を流すことで、第2磁石46の磁束と同様の磁束が得られる。
図14は、シミュレーションにより、界磁電流を変化させたときの無負荷鎖交磁束の時間波形を示す図であり、(a)は界磁電流マイナス(-)、(b)は界磁電流0、(c)は界磁電流(+)を示す。また、図15は、そのときの基本波と5次高調波の振幅を示す図であり、図中丸印●は、界磁電流マイナス(-)、四角印□は、界磁電流プラス(+)を示す。
上述の実施形態では、ステータ22のスロットで8極の3相コイル(ステータコイル24)に対して、ロータ40を8極(基本波)と40極(5次高調波)の極数切り換えをしたが、スロット数、3相コイルの極数とロータの極数が以下の関係を満たせば、上述した極数切り換えを行うことができる。
Z2=Z1±p
Z1: ステータスロット数
Z2: ロータ外径部の極対数
p : 3相コイルの極対数(ロータ内径部の極対数)
図16は、シミュレーションにより、基本波駆動と、5次高調波駆動についての、回転数-トルク特性を計算した結果を示す図であり、界磁電流マイナス(-)を流し、3相コイルにロータ回転と同期する駆動周波数の3相電流を流したときの特性(基本波駆動)と、界磁電流プラス(+)を流し、3相コイルにロータ回転に対し5倍の駆動周波数の3相電流を流したときの特性(5次高調波駆動)である。
ここで、5次高調波回転磁界の回転方向は、基本波回転磁界の回転方向(ロータ回転方向と一致)とは逆になるため、5次高調波駆動の電流指令値の回転方向は、基本波駆動時の回転方向とは逆方向である。また、基本波駆動における最高回転数における駆動周波数を、駆動周波数の上限とすると、5次高調波駆動の場合には、基本波駆動に対して1/5の回転数までしか駆動できない。
本実施形態によれば、界磁コイル34の界磁電流を調整する(方向を切り換える)ことで、ロータ40の作る磁束のギャップ中の磁束密度分布について、基本波と高調波(例えば5次高調波)を切り換えることができる。
Claims (5)
- 複数のステータスロットを有するステータコアと、ステータスロットに配置される3相コイルを有し、所定の磁界を形成するステータと、
内径部に所定数の内ロータ磁極が形成され、外径部に内径部とは異なる数の外ロータ磁極が形成されるロータと、
前記ステータコアおよび前記ロータの側方に位置する界磁ヨークと、
前記ロータと前記ステータと前記界磁ヨークにより形成される経路を周回する界磁磁束を発生させる界磁コイルと、
を有し、
界磁コイルに一方向の直流電流を流すことで内ロータ磁極からの磁界を打ち消し、界磁コイルに他方向の直流電流を流すことで外ロータ磁極からの磁界を打ち消して、ロータの磁極数を切り換え可能とする、
回転電機。 - 請求項1に記載の回転電機であって、
前記ロータは、外径部に円周方向に第1の間隔をおいて配置した永久磁石と永久磁石間に形成された突極を有し、内径部に円周方向に第2の間隔をおいて配置した永久磁石と永久磁石間に形成された突極を有する、
回転電機。 - 請求項2に記載の回転電機であって、
前記第1の間隔が、前記第2の間隔より狭く、外径部の磁極数が内径部の磁極数より大きい、
回転電機。 - 請求項1~3のいずれか1つに記載の回転電機であって、
前記ステータによって、基本波と、高調波が生成され、前記内ロータ磁極または外ロータ磁極の一方の磁極数が基本波による磁極数に対応し、前記内ロータ磁極または外ロータ磁極の他方の磁極数が高調波の磁極数に対応している、
回転電機。 - 請求項1~4のいずれか1つに記載の回転電機であって、
低速域では、高調波が大きくなるように界磁電流を調整し、高速域では、基本波が大きくなるように界磁電流を調整する、
回転電機。
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