JP5363913B2 - Rotating electric machine drive system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively increase a torque in a wide rotational-number region by a structure capable of simplifying the winding structure of a dynamo-electric machine in a dynamo-electric machine driving system. <P>SOLUTION: A stator includes a plurality of phases of stator windings 28u, 28v and 28w wound in a concentrated winding, and generates a rotating magnetic field of a frequency comprising a higher harmonic component by the flow of an AC current through the stator windings 28u, 28v and 28w. A rotor includes rotor windings arranged at a plurality of positions in the peripheral direction and diodes rectifying the currents flowing through each rotor winding. The magnetic characteristics of magnetic poles at a plurality of positions in the peripheral direction generated by the current flowing through each rotor winding are made to differ alternately. The dynamo-electric machine driving system includes a switch 42 superposing pulse currents to stator currents flowing through the stator windings 28u, 28v and 28w only when the inter-phase voltage of the dynamo-electric machine 10 or a value corresponding to the inter-phase voltage is less than a threshold value or equal to or lower than the threshold value and when a preset pulse-superposing request condition holds. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、ステータとロータとが対向配置された回転電機を駆動する回転電機駆動システムに関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine drive system that drives a rotating electrical machine in which a stator and a rotor are arranged to face each other.

従来から、特許文献1〜4に記載されたようなブラシレス発電機が知られている。特許文献1,2に記載された発電機では、巻線構造が複雑になり、小型化が困難となる。また、特許文献3,4に記載された発電機では、巻線構造が複雑化し、ロータの界磁巻線に磁界の高調波成分による誘導起電力を効率よく発生させることが困難である。   Conventionally, brushless generators as described in Patent Documents 1 to 4 are known. In the generators described in Patent Documents 1 and 2, the winding structure is complicated, and it is difficult to reduce the size. In the generators described in Patent Documents 3 and 4, the winding structure is complicated, and it is difficult to efficiently generate induced electromotive force due to the harmonic component of the magnetic field in the field winding of the rotor.

また、特許文献5には、ステータとロータとを備える界磁巻線型同期機であって、ロータコアは、一対の界磁極をなすコアティース部を有し、コアティース部に界磁束を形成すべくその回りに券線されたロータコイルを備え、ロータコイルをダイオードを通じて短絡している同期機が記載されている。ステータコイルに流す電機子電流のうち、トルク発生用の電流成分である同期電流に加えるロータ励磁電流は、同期電流の周波数に比べて高いパルス状の波形とするとされている。すなわち、特許文献5には、ステータ電流にパルス電流を重畳させることにより、ロータ巻線に誘導電流を発生させ、トルクを生じる界磁巻線型同期機が記載されている。   Patent Document 5 discloses a field winding type synchronous machine including a stator and a rotor, in which the rotor core has a core teeth portion forming a pair of field poles, and a field magnetic flux is to be formed in the core teeth portion. A synchronous machine having a rotor coil lined around it and shorting the rotor coil through a diode is described. Of the armature currents flowing through the stator coils, the rotor excitation current applied to the synchronous current, which is the current component for generating torque, is assumed to have a pulse-like waveform higher than the frequency of the synchronous current. That is, Patent Literature 5 describes a field winding type synchronous machine that generates torque by superimposing a pulse current on a stator current to generate an induction current in a rotor winding.

特開昭62−23348号公報Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-23348 特開平4−285454号公報JP-A-4-285454 特開平8−65976号公報JP-A-8-65976 特開平11−220857号公報JP-A-11-220857 特開2007−185082号公報JP 2007-185082 A

[本発明に先立って発明された先発明]
一方、本発明の発明者らは、本発明に先立って次のような先発明に係る回転電機を発明した。図29〜図31は、先発明に係る回転電機の概略構成を示す図である。図29は、ロータの回転軸と平行方向に見たステータ及びロータの概略構成を示す図である。図30
は、ステータの概略構成を示し、図31は、ロータの概略構成を示している。回転電機10は、図示しないケーシングに固定されたステータ12と、ステータ12と所定の空隙をあけて対向配置され、ステータ12に対し回転可能なロータ14とを備える。図29〜31は、ステータ12とロータ14とが回転軸22と直交する径方向(以下、先発明の説明において単に径方向とする。)において対向配置されたラジアル型の回転電機の例を示しており、ロータ14がステータ12の径方向内側に配置されている。
[Prior Invention Invented Prior to the Present Invention]
On the other hand, the inventors of the present invention invented the following rotating electrical machine according to the prior invention prior to the present invention. FIGS. 29-31 is a figure which shows schematic structure of the rotary electric machine which concerns on a prior invention. FIG. 29 is a diagram illustrating a schematic configuration of the stator and the rotor as viewed in a direction parallel to the rotation axis of the rotor. FIG.
FIG. 31 shows a schematic configuration of the stator, and FIG. 31 shows a schematic configuration of the rotor. The rotating electrical machine 10 includes a stator 12 fixed to a casing (not shown), and a rotor 14 that is opposed to the stator 12 with a predetermined gap and is rotatable with respect to the stator 12. 29 to 31 show an example of a radial type rotating electrical machine in which the stator 12 and the rotor 14 are opposed to each other in the radial direction orthogonal to the rotation shaft 22 (hereinafter simply referred to as the radial direction in the description of the previous invention). The rotor 14 is disposed on the radially inner side of the stator 12.

図30に示すように、ステータ12は、ステータコア26と、ステータコア26に配設された複数相(より具体的には例えばu相、v相、w相の3相)のステータ巻線28u,28v,28wとを含む。ステータコア26には、径方向内側へ(ロータ14(図29)へ向けて)突出する複数のティース30が回転軸22(図29)まわりの周方向に沿って互いに間隔をおいて配列されており、各ティース30間にスロット31が形成されている。すなわち、ステータコア26には、複数のスロット31が周方向に互いに間隔をおいて形成されている。各相のステータ巻線28u,28v,28wは、スロット31を通ってティース30に短節集中巻で巻装されている。このように、ティース30にステータ巻線28u,28v,28wが巻装されることで磁極が構成される。そして、複数相のステータ巻線28u,28v,28wに複数相の交流電流を流すことで、周方向に並べられたティース30が磁化し、周方向に回転する回転磁界をステータ12に生成することができる。   As shown in FIG. 30, the stator 12 includes a stator core 26, and stator windings 28u, 28v of a plurality of phases (more specifically, for example, three phases of u phase, v phase, and w phase) disposed on the stator core 26. , 28w. A plurality of teeth 30 projecting radially inward (toward the rotor 14 (FIG. 29)) are arranged on the stator core 26 at intervals from each other along the circumferential direction around the rotating shaft 22 (FIG. 29). A slot 31 is formed between the teeth 30. That is, the stator core 26 is formed with a plurality of slots 31 spaced apart from each other in the circumferential direction. The stator windings 28 u, 28 v, 28 w of each phase are wound around the teeth 30 through the slots 31 with concentrated short-winding windings. As described above, the stator windings 28u, 28v, and 28w are wound around the teeth 30 to form a magnetic pole. The teeth 30 arranged in the circumferential direction are magnetized by passing a plurality of phases of alternating current through the stator windings 28u, 28v, 28w of the plurality of phases, and a rotating magnetic field that rotates in the circumferential direction is generated in the stator 12. Can do.

ティース30に形成された回転磁界は、その先端面からロータ14に作用する。図30に示す例では、3相(u相、v相、w相)のステータ巻線28u,28v,28wがそれぞれ巻装された3つのティース30により1つの極対が構成され、4極3相のステータ巻線28u,28v,28wが各ティース30に巻装され、ステータ12の極対数が4極対である。   The rotating magnetic field formed on the teeth 30 acts on the rotor 14 from the front end surface. In the example shown in FIG. 30, one pole pair is configured by three teeth 30 around which three-phase (u-phase, v-phase, and w-phase) stator windings 28u, 28v, and 28w are wound. Phase stator windings 28u, 28v, 28w are wound around each tooth 30, and the number of pole pairs of the stator 12 is four.

図31に示すように、ロータ14は、ロータコア16と、ロータコア16に配設された複数のロータ巻線18n,18sとを含む。ロータコア16には、径方向外側へ(ステータ12へ向けて)突出した複数の突極19が周方向に沿って互いに間隔をおいて配列されており、各突極19がステータ12(図30)と対向している。ロータ14においては、この突極19により、ステータ12(ティース30)からの磁束が通る場合の磁気抵抗が回転方向に応じて変化し、突極19の位置で磁気抵抗が低くなり、突極19間の位置で磁気抵抗が高くなる。そして、周方向においてロータ巻線18nとロータ巻線18sが交互に並ぶように、ロータ巻線18n,18sがこれらの突極19に巻装されている。ここでは、各ロータ巻線18n,18sの巻回中心軸が径方向と一致している。図31に示すように、磁気抵抗の高い突極19間の磁路をd軸磁路とし、磁気抵抗の低い突極19の部分の磁路をq軸磁路とすると、各ロータ巻線18n,18sは、磁気抵抗の低いq軸磁路に配置されている。図31に示す例では、各突極19に巻装されたロータ巻線18n,18sが、互いに電気的に接続されておらず分断(絶縁)されている。そして、電気的に分断された各ロータ巻線18n,18s毎にダイオード21n,21s(整流素子)が接続されている。各ロータ巻線18nがダイオード21nを介して短絡されていることで、各ロータ巻線18nに流れる電流の方向がダイオード21nにより一方向に整流される。同様に、各ロータ巻線18sがダイオード21sを介して短絡されていることで、各ロータ巻線18sに流れる電流の方向がダイオード21sにより一方向に整流される。ここでは、周方向において隣り合うように配置されたロータ巻線18nとロータ巻線18sとで流れる電流の向き(ダイオード21n,21sによる整流方向)、すなわち順方向が互いに逆になるように、ダイオード21n,21sが互いに逆向きでロータ巻線18n,18sに接続される。   As shown in FIG. 31, the rotor 14 includes a rotor core 16 and a plurality of rotor windings 18 n and 18 s disposed on the rotor core 16. A plurality of salient poles 19 projecting radially outward (toward the stator 12) are arranged on the rotor core 16 at intervals from each other along the circumferential direction, and each salient pole 19 is arranged in the stator 12 (FIG. 30). Is facing. In the rotor 14, due to the salient pole 19, the magnetic resistance when the magnetic flux from the stator 12 (tooth 30) passes changes according to the rotation direction, and the magnetic resistance is lowered at the position of the salient pole 19. The magnetic resistance increases at the position between. The rotor windings 18n and 18s are wound around the salient poles 19 so that the rotor windings 18n and the rotor windings 18s are alternately arranged in the circumferential direction. Here, the winding central axis of each rotor winding 18n, 18s coincides with the radial direction. As shown in FIG. 31, when the magnetic path between the salient poles 19 with high magnetic resistance is a d-axis magnetic path and the magnetic path of the salient pole 19 with low magnetic resistance is a q-axis magnetic path, each rotor winding 18n , 18s are arranged in a q-axis magnetic path having a low magnetic resistance. In the example shown in FIG. 31, the rotor windings 18n and 18s wound around the salient poles 19 are not electrically connected to each other and are separated (insulated). Then, diodes 21n and 21s (rectifier elements) are connected to each of the electrically separated rotor windings 18n and 18s. Since each rotor winding 18n is short-circuited via the diode 21n, the direction of the current flowing through each rotor winding 18n is rectified in one direction by the diode 21n. Similarly, since each rotor winding 18s is short-circuited via the diode 21s, the direction of the current flowing through each rotor winding 18s is rectified in one direction by the diode 21s. Here, the diodes are arranged so that the directions of currents flowing in the rotor windings 18n and the rotor windings 18s arranged adjacent to each other in the circumferential direction (rectification directions by the diodes 21n and 21s), that is, the forward directions are opposite to each other. 21n and 21s are connected to the rotor windings 18n and 18s in opposite directions.

ロータ巻線18nにダイオード21nの整流方向に応じた直流電流が流れると、ロータ巻線18nが巻装された突極19が磁化することで、この突極19が磁極の固定された磁石(磁極部)として機能する。同様に、ロータ巻線18sにダイオード21sの整流方向に応じた直流電流が流れると、ロータ巻線18sが巻装された突極19が磁化することで、この突極19が磁極の固定された磁石(磁極部)として機能する。周方向に隣り合うロータ巻線18nとロータ巻線18sとで直流電流の方向が互いに逆方向であるため、周方向に隣り合う突極19同士で磁化方向が互いに逆方向となり、異なる磁極の磁石が形成され、周方向において突極19の磁極が交互する。ここでは、ロータ巻線18nが巻装された突極19にN極が形成され、ロータ巻線18sが巻装された突極19にS極が形成されるように、ダイオード21n,21sによるロータ巻線18n,18sの電流の整流方向をそれぞれ設定する。これによって、周方向においてN極とS極が交互に並ぶように、各突極19に磁石が形成される。図31に、ロータ巻線18n,18sの、ロータ14の径方向に関する外側に示した破線矢印の向きは、突極19の磁化方向を表している。そして、周方向に隣り合う2つの突極19(N極及びS極)により、1つの極対が構成される。図31に示す例では、8極の突極19が形成されており、ロータ14の極対数が4極対である。したがって、図29〜31に示す例では、ステータ12の極対数及びロータ14の極対数がいずれも4極対で、ステータ12の極対数及びロータ14の極対数が等しい。ただし、ステータ12の極対数及びロータ14の極対数は、いずれも4極対以外であってもよい。このように、各ロータ巻線18n,18sに流れる電流により生成される、ロータ14の周方向複数個所の磁極部である突極19の磁気特性は、ロータ14の周方向に交互に異なっている。   When a direct current corresponding to the rectification direction of the diode 21n flows through the rotor winding 18n, the salient pole 19 around which the rotor winding 18n is wound is magnetized, so that the salient pole 19 is a magnet with a fixed magnetic pole (magnetic pole). Part). Similarly, when a direct current corresponding to the rectification direction of the diode 21s flows through the rotor winding 18s, the salient pole 19 around which the rotor winding 18s is wound is magnetized, so that the salient pole 19 is fixed to the magnetic pole. It functions as a magnet (magnetic pole part). Since the direct current directions of the rotor winding 18n and the rotor winding 18s adjacent to each other in the circumferential direction are opposite to each other, the magnetization directions of the salient poles 19 adjacent to each other in the circumferential direction are opposite to each other. And the magnetic poles of the salient poles 19 alternate in the circumferential direction. Here, the rotor by the diodes 21n and 21s is formed such that the N pole is formed on the salient pole 19 around which the rotor winding 18n is wound, and the S pole is formed on the salient pole 19 around which the rotor winding 18s is wound. The rectification directions of the currents of the windings 18n and 18s are respectively set. Thereby, a magnet is formed on each salient pole 19 so that the N pole and the S pole are alternately arranged in the circumferential direction. In FIG. 31, the direction of the broken-line arrow shown outside the rotor windings 18 n and 18 s with respect to the radial direction of the rotor 14 represents the magnetization direction of the salient pole 19. And two poles 19 (N pole and S pole) adjacent in the circumferential direction constitute one pole pair. In the example shown in FIG. 31, eight poles 19 are formed, and the number of pole pairs of the rotor 14 is four. Therefore, in the example shown in FIGS. 29 to 31, the number of pole pairs of the stator 12 and the number of pole pairs of the rotor 14 are both four, and the number of pole pairs of the stator 12 and the number of pole pairs of the rotor 14 are equal. However, the number of pole pairs of the stator 12 and the number of pole pairs of the rotor 14 may both be other than four pole pairs. As described above, the magnetic characteristics of the salient poles 19 which are magnetic pole portions at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 14 generated by the current flowing through the rotor windings 18 n and 18 s are alternately different in the circumferential direction of the rotor 14. .

先発明では、ロータ14の周方向に関する各突極19の幅がロータ14の電気角で180°に相当する幅よりも短く設定されている。そして、周方向に関する各ロータ巻線18n,18sの幅θはロータ14の電気角で180°に相当する幅よりも短く設定されており、ロータ巻線18n,18sは各突極19に短節巻で巻装されている。ここでのロータ巻線18n,18sの幅θについては、ロータ巻線18n,18sの断面積を考慮して、ロータ巻線18n,18sの断面の中心幅で表すことができる。すなわち、ロータ巻線18n,18sの内周面の幅と外周面の幅との平均値でロータ巻線18n,18sの幅θを表すことができる。なお、ロータ14の電気角は、ロータ14の機械角にロータ14の極対数p(図31に示す例ではp=4)を乗じた値で表される(電気角=機械角×p)。このため、周方向に関する各ロータ巻線18n,18sの幅θは、回転軸22の中心からロータ巻線18n,18sまでの距離をrとすると、以下の(1)式を満たす。   In the prior invention, the width of each salient pole 19 in the circumferential direction of the rotor 14 is set to be shorter than the width corresponding to 180 ° in electrical angle of the rotor 14. The width θ of each rotor winding 18n, 18s in the circumferential direction is set to be shorter than the width corresponding to 180 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14, and the rotor windings 18n, 18s It is wound with a roll. The width θ of the rotor windings 18n and 18s here can be expressed by the center width of the cross section of the rotor windings 18n and 18s in consideration of the cross-sectional area of the rotor windings 18n and 18s. That is, the width θ of the rotor windings 18n and 18s can be expressed by the average value of the inner peripheral surface width and the outer peripheral surface width of the rotor windings 18n and 18s. The electrical angle of the rotor 14 is represented by a value obtained by multiplying the mechanical angle of the rotor 14 by the number of pole pairs of the rotor 14 (p = 4 in the example shown in FIG. 31) (electrical angle = mechanical angle × p). Therefore, the width θ of each rotor winding 18n, 18s in the circumferential direction satisfies the following expression (1), where r is the distance from the center of the rotating shaft 22 to the rotor windings 18n, 18s.

θ<π×r/p (1)   θ <π × r / p (1)

先発明において、ステータ12に回転磁界を発生させる起磁力の分布は、各相のステータ巻線28u,28v,28wの配置や、ティース30及びスロット31によるステータコア26の形状に起因して、(基本波のみの)正弦波分布にはならず、高調波成分を含むものとなる。特に、集中巻においては、各相のステータ巻線28u,28v,28wが互いに重なり合わないため、ステータ12の起磁力分布に生じる高調波成分の振幅レベルが増大する。例えばステータ巻線28u,28v,28wが3相集中巻の場合は、高調波成分として、入力電気周波数3次成分の振幅レベルが増大する。以下の説明では、ステータ巻線28u,28v,28wの配置やステータコア26の形状に起因して起磁力に生じる高調波成分を空間高調波とする。   In the prior invention, the distribution of the magnetomotive force that generates the rotating magnetic field in the stator 12 is based on the arrangement of the stator windings 28u, 28v, 28w of each phase and the shape of the stator core 26 by the teeth 30 and the slots 31 (basic It does not have a sinusoidal distribution (only of waves), but includes harmonic components. In particular, in the concentrated winding, the stator windings 28u, 28v, 28w of the respective phases do not overlap each other, so that the amplitude level of the harmonic component generated in the magnetomotive force distribution of the stator 12 increases. For example, when the stator windings 28u, 28v, and 28w are three-phase concentrated windings, the amplitude level of the input electrical frequency tertiary component increases as a harmonic component. In the following description, a harmonic component generated in the magnetomotive force due to the arrangement of the stator windings 28u, 28v, 28w and the shape of the stator core 26 is referred to as a spatial harmonic.

3相のステータ巻線28u,28v,28wに3相の交流電流を流すことでティース30に形成された回転磁界(基本波成分)がロータ14に作用するのに応じて、ロータ14の磁気抵抗が小さくなるように、突極19がティース30の回転磁界に吸引される。これによって、ロータ14にトルク(リラクタンストルク)が作用して、ロータ14がステータ12で形成される回転磁界(基本波成分)に同期して回転駆動する。   In response to the rotating magnetic field (fundamental wave component) formed in the teeth 30 acting on the rotor 14 by passing a three-phase alternating current through the three-phase stator windings 28u, 28v, 28w, the magnetoresistance of the rotor 14 is increased. So that the salient poles 19 are attracted to the rotating magnetic field of the teeth 30. As a result, torque (reluctance torque) acts on the rotor 14, and the rotor 14 is rotationally driven in synchronization with the rotating magnetic field (fundamental wave component) formed by the stator 12.

さらに、ティース30に形成された空間高調波成分を含む回転磁界がロータ14の各ロータ巻線18n,18sに鎖交すると、各ロータ巻線18n,18sには、空間高調波成分によりロータ14の回転周波数(回転磁界の基本波成分)と異なる周波数の磁束変動が生じる。この磁束変動によって、各ロータ巻線18n,18sに誘導起電力が発生する。この誘導起電力の発生に伴って各ロータ巻線18n,18sに流れる電流は、各ダイオード21n,21sにより整流されることで一方向(直流)となる。そして、各ダイオード21n,21sで整流された直流電流が各ロータ巻線18n,18sに流れるのに応じて各突極19が磁化することで、磁極が(N極かS極のいずれか一方に)固定された磁石が各突極19に生じる。前述のように、ダイオード21n,21sによるロータ巻線18n,18sの電流の整流方向が互いに逆方向であるため、各突極19に生じる磁石は、周方向においてN極とS極が交互に配置されたものとなる。そして、各突極19(磁極が固定された磁石)の磁界がティース30の回転磁界(基本波成分)と相互作用して、吸引及び反発作用が生じる。このティース30の回転磁界(基本波成分)と突極19(磁石)の磁界との電磁気相互作用(吸引及び反発作用)によっても、ロータ14にトルク(磁石トルクに相当するトルク)を作用させることができ、ロータ14がステータ12で形成される回転磁界(基本波成分)に同期して回転駆動する。このように、先発明に係る回転電機10を、ステータ巻線28u,28v,28wへの供給電力を利用してロータ14に動力(機械的動力)を発生させる電動機として機能させることができる。一方、先発明に係る回転電機10を、ロータ14の動力を利用してステータ巻線28u,28v,28wに電力を発生させる発電機として機能させることもできる。   Furthermore, when the rotating magnetic field including the spatial harmonic component formed in the teeth 30 is interlinked with the rotor windings 18n and 18s of the rotor 14, the rotor windings 18n and 18s have a spatial harmonic component that causes the rotor 14 Magnetic flux fluctuations having a frequency different from the rotational frequency (the fundamental wave component of the rotating magnetic field) occur. Due to this magnetic flux variation, an induced electromotive force is generated in each of the rotor windings 18n and 18s. The current flowing through the rotor windings 18n and 18s along with the generation of the induced electromotive force is rectified by the diodes 21n and 21s to be unidirectional (direct current). The salient poles 19 are magnetized in response to the direct current rectified by the diodes 21n and 21s flowing in the rotor windings 18n and 18s, so that the magnetic poles become either N or S poles. ) A fixed magnet is generated at each salient pole 19. As described above, since the current rectification directions of the rotor windings 18n and 18s by the diodes 21n and 21s are opposite to each other, the magnets generated in the respective salient poles 19 are alternately arranged in the circumferential direction with N and S poles. Will be. Then, the magnetic field of each salient pole 19 (magnet with a fixed magnetic pole) interacts with the rotating magnetic field (fundamental wave component) of the teeth 30 to cause attraction and repulsion. Torque (torque corresponding to magnet torque) is applied to the rotor 14 also by electromagnetic interaction (attraction and repulsion) between the rotating magnetic field (fundamental wave component) of the tooth 30 and the magnetic field of the salient pole 19 (magnet). The rotor 14 is driven to rotate in synchronization with the rotating magnetic field (fundamental wave component) formed by the stator 12. As described above, the rotating electrical machine 10 according to the previous invention can be caused to function as an electric motor that generates power (mechanical power) in the rotor 14 by using power supplied to the stator windings 28u, 28v, 28w. On the other hand, the rotating electrical machine 10 according to the previous invention can be made to function as a generator that generates power in the stator windings 28u, 28v, 28w using the power of the rotor 14.

ここで、空間高調波によるロータ巻線18n,18sへの鎖交磁束を計算した結果を図32A,32Bに示している。図32Aの上半部の波形は、ステータ巻線28u,28v,28wに流すある1相の電流であるモータ電流の時間的変化を示しており、下半部の波形は、上半部のモータ電流を基準として、ステータ巻線28u,28v,28wに流す交流電流の位相(ロータ位置に対する電流進角)を変化させた場合におけるロータ巻線18n,18sへの鎖交磁束の波形を示している。図32Bは、ロータ巻線18n,18sへの鎖交磁束波形の周波数分析結果を示している。図32Bに示す周波数分析結果から、入力電気周波数3次成分が主に発生する。図32Aに示すように、電流進角を変化させると、鎖交磁束のバイアスは変わるが、鎖交磁束波形はあまり変化していないことが分かる。   Here, the result of calculating the interlinkage magnetic flux to the rotor windings 18n and 18s due to the spatial harmonics is shown in FIGS. 32A and 32B. The waveform in the upper half of FIG. 32A shows the temporal change of the motor current that is a certain one-phase current flowing through the stator windings 28u, 28v, 28w, and the waveform in the lower half shows the motor in the upper half. The waveform of the interlinkage magnetic flux to the rotor windings 18n and 18s when the phase of the alternating current flowing through the stator windings 28u, 28v and 28w (current advance angle with respect to the rotor position) is changed with the current as a reference is shown. . FIG. 32B shows the frequency analysis result of the flux linkage waveform applied to the rotor windings 18n and 18s. From the frequency analysis result shown in FIG. 32B, an input electrical frequency tertiary component is mainly generated. As shown in FIG. 32A, it can be seen that when the current advance angle is changed, the linkage flux bias changes, but the linkage flux waveform does not change much.

ロータ巻線18n,18sへの鎖交磁束の振幅(変動幅)は、周方向に関するロータ巻線18n,18sの幅θにより影響を受ける。ここで、周方向に関するロータ巻線18n,18sの幅θを変化させながら、ロータ巻線18n,18sへの鎖交磁束の振幅(変動幅)を計算した結果を図33に示す。図33では、コイル幅θを電気角に換算して示している。図33に示すように、コイル幅θが180°から減少するにつれてロータ巻線18n,18sへの鎖交磁束の変動幅が増大しているため、コイル幅θを180°よりも小さくする、すなわちロータ巻線18n,18sを短節巻とすることで、全節巻と比較して、空間高調波による鎖交磁束の振幅を増大させることができる。   The amplitude (variation width) of the interlinkage magnetic flux to the rotor windings 18n and 18s is affected by the width θ of the rotor windings 18n and 18s in the circumferential direction. Here, FIG. 33 shows the result of calculating the amplitude (variation width) of the interlinkage magnetic flux to the rotor windings 18n and 18s while changing the width θ of the rotor windings 18n and 18s in the circumferential direction. In FIG. 33, the coil width θ is shown converted to an electrical angle. As shown in FIG. 33, the fluctuation width of the linkage flux to the rotor windings 18n and 18s increases as the coil width θ decreases from 180 °, so that the coil width θ is made smaller than 180 °. By setting the rotor windings 18n and 18s to short-pitch windings, the amplitude of the interlinkage magnetic flux due to spatial harmonics can be increased as compared with full-pitch windings.

したがって、先発明では、周方向に関する各突極19の幅を電気角で180°に相当する幅よりも小さくし、ロータ巻線18n,18sを各突極19に短節巻で巻装することで、ロータ巻線18n,18sに発生する空間高調波による誘導起電力を効率よく増大させることができる。このため、トルク発生に寄与しにくい空間高調波を利用してロータ巻線18n,18sに誘導電流を効率よく発生することができ、誘導電流により各突極19に発生する磁石の磁束を効率よく増大させることができる。この結果、ロータ14に作用するトルクを効率よく増大させることができる。さらに、ステータ巻線28u,28v,28w以外の種類の励磁巻線等の巻線をステータ12に設けることなく、ロータ巻線18n,18sに空間高調波による誘導起電力を効率よく発生させることができる。このため、ステータ12に設ける巻線を1種類(ステータ巻線28u,28v,28wのみ)に簡略化でき、ステータ12の巻線構造を簡略化できる。そして、誘導起電力に伴って生じる誘導電流をダイオード21n,21sで整流することで、ロータ14にロータ巻線18n,18s以外の種類の巻線をロータ14に設けることなく、ロータ14の各突極19を、磁極が固定された磁石である磁極部として機能させることができるので、ロータ14に設ける巻線を1種類(ロータ巻線18n,18sのみ)に簡略化でき、ロータ14の巻線構造を簡略化できる。この結果、回転電機10の巻線構造を簡略化でき、回転電機10の小型化が可能となる。   Therefore, in the prior invention, the width of each salient pole 19 in the circumferential direction is made smaller than the width corresponding to 180 ° in electrical angle, and the rotor windings 18n and 18s are wound around each salient pole 19 with short-pitch winding. Thus, the induced electromotive force due to the spatial harmonics generated in the rotor windings 18n and 18s can be efficiently increased. For this reason, it is possible to efficiently generate an induced current in the rotor windings 18n and 18s using spatial harmonics that do not easily contribute to torque generation, and efficiently generate the magnetic flux of the magnet generated in each salient pole 19 by the induced current. Can be increased. As a result, the torque acting on the rotor 14 can be increased efficiently. Furthermore, it is possible to efficiently generate induced electromotive force due to space harmonics in the rotor windings 18n and 18s without providing the stator 12 with other types of exciting windings other than the stator windings 28u, 28v, and 28w. it can. For this reason, the winding provided in the stator 12 can be simplified to one type (only the stator windings 28u, 28v, 28w), and the winding structure of the stator 12 can be simplified. The induced current generated by the induced electromotive force is rectified by the diodes 21n and 21s, so that the rotor 14 is not provided with any type of winding other than the rotor windings 18n and 18s. Since the pole 19 can function as a magnetic pole portion that is a magnet with a fixed magnetic pole, the winding provided in the rotor 14 can be simplified to one type (only the rotor windings 18n and 18s). The structure can be simplified. As a result, the winding structure of the rotating electrical machine 10 can be simplified, and the rotating electrical machine 10 can be downsized.

さらに、図33に示すように、コイル幅θが90°の場合に、空間高調波による鎖交磁束の振幅が最大となる。したがって、先発明において、空間高調波によるロータ巻線18n,18sへの鎖交磁束の振幅をより増大させるためには、周方向に関する各ロータ巻線18n,18sの幅θがロータ14の電気角で90°に相当する幅に等しい(あるいはほぼ等しい)ことが好ましい。このため、周方向に関する各ロータ巻線18n,18sの幅θは、以下の(2)式を満たす(あるいはほぼ満たす)ことが好ましい。   Furthermore, as shown in FIG. 33, when the coil width θ is 90 °, the amplitude of the interlinkage magnetic flux due to the spatial harmonics is maximized. Therefore, in the prior invention, in order to further increase the amplitude of the interlinkage magnetic flux to the rotor windings 18n and 18s due to the spatial harmonics, the width θ of each rotor winding 18n and 18s in the circumferential direction is the electrical angle of the rotor 14. Is preferably equal to (or substantially equal to) the width corresponding to 90 °. For this reason, it is preferable that the width θ of each rotor winding 18n, 18s in the circumferential direction satisfies (or substantially satisfies) the following expression (2).

θ=π×r/(2×p) (2)   θ = π × r / (2 × p) (2)

このように、周方向に関する各ロータ巻線18n,18sの幅θを電気角で90°に相当する幅に等しく(あるいはほぼ等しく)することで、ロータ巻線18n,18sに発生する空間高調波による誘導起電力を最大にすることができ、誘導電流により各突極19に発生する磁石の磁束を最も効率よく増大させることができる。この結果、ロータ14に作用するトルクをさらに効率よく増大させることができる。すなわち、幅θが90°に相当する幅を大きく超えると、互いに打ち消し合う方向の起磁力がロータ巻線18n,18sに鎖交しやすくなるが、90°に相当する幅よりも小さくなるのにしたがって、その可能性が低くなる。ただし、幅θが90°に相当する幅よりも大きく減少すると、ロータ巻線18n,18sに鎖交する起磁力の大きさが大きく低下する。このため、幅θを約90°に相当する幅とすることでそのような不都合を防止できる。このため、周方向に関する各ロータ巻線18n,18sの幅θは、電気角で90°に相当する幅に略等しくすることが好ましい。   Thus, by making the width θ of each rotor winding 18n, 18s in the circumferential direction equal to (or substantially equal to) the electrical angle corresponding to 90 °, the spatial harmonics generated in the rotor windings 18n, 18s. Can be maximized, and the magnetic flux generated in each salient pole 19 by the induced current can be increased most efficiently. As a result, the torque acting on the rotor 14 can be increased more efficiently. That is, when the width θ greatly exceeds the width corresponding to 90 °, the magnetomotive force in the direction of canceling each other easily interlinks with the rotor windings 18n and 18s, but becomes smaller than the width corresponding to 90 °. Therefore, the possibility becomes low. However, if the width θ is greatly reduced from a width corresponding to 90 °, the magnitude of the magnetomotive force linked to the rotor windings 18n and 18s is greatly reduced. For this reason, such inconvenience can be prevented by setting the width θ to a width corresponding to about 90 °. Therefore, the width θ of each rotor winding 18n, 18s in the circumferential direction is preferably substantially equal to a width corresponding to 90 ° in electrical angle.

また、ステータ巻線28u,28v,28wに流す交流電流の位相(ロータ位置に対する電流進角)を変化させながらロータ14のトルクを計算した結果を図34に示す。図34は、ロータ14の回転数を一定に保ちながらステータ巻線28u,28v,28wに流す交流電流の振幅(電流振幅)及び位相(電流進角)を変化させた場合の計算結果を示している。図34に示すように、電流進角を変化させるとロータ14のトルクが変化するため、電流進角(ステータ巻線28u,28v,28wに流す交流電流の位相)を制御することで、ロータ14のトルクを制御することができる。さらに、図34に示すように、電流振幅を変化させてもロータ14のトルクが変化するため、電流振幅(ステータ巻線28u,28v,28wに流す交流電流の振幅)を制御することによっても、ロータ14のトルクを制御することができる。また、ロータ14の回転数を変化させてもロータ14のトルクが変化するため、ロータ14の回転数を制御することによっても、ロータ14のトルクを制御することができる。   FIG. 34 shows the result of calculating the torque of the rotor 14 while changing the phase of the alternating current flowing through the stator windings 28u, 28v, 28w (current advance angle with respect to the rotor position). FIG. 34 shows calculation results when the amplitude (current amplitude) and phase (current advance angle) of the alternating current flowing through the stator windings 28u, 28v, and 28w are changed while keeping the rotation speed of the rotor 14 constant. Yes. As shown in FIG. 34, since the torque of the rotor 14 changes when the current advance angle is changed, the rotor 14 is controlled by controlling the current advance angle (phase of alternating current flowing through the stator windings 28u, 28v, 28w). Torque can be controlled. Furthermore, as shown in FIG. 34, since the torque of the rotor 14 changes even when the current amplitude is changed, the current amplitude (the amplitude of the alternating current flowing through the stator windings 28u, 28v, 28w) is also controlled. The torque of the rotor 14 can be controlled. Further, since the torque of the rotor 14 changes even if the rotation speed of the rotor 14 is changed, the torque of the rotor 14 can also be controlled by controlling the rotation speed of the rotor 14.

ただし、このような先発明に係る回転電機10の場合、回転電機10の巻線構造を簡略化できるという効果が得られるが、回転数が低い低速回転時にトルクを有効に高くする面からまだ改良の余地がある。図35は、先発明に係る回転電機10を発電機として使用して、回転数と回生トルクとの関係を実験により求めた図である。図35に示すように、回転電機10は、回転数の低い領域、例えば800min-1(=r.p.m.)未満で回生トルクが大きく低下した。これに対して、図36A,36Bは、各ロータ巻線18n,18sに流れる2相、すなわちA相、B相の異なる位相の電流であるロータ誘導電流の時間的変化を示す図で、図36Aは、ロータ14の回転数が200min-1の場合を、図36Bは、ロータ14の回転数が800min-1の場合を表している。 However, in the case of the rotating electrical machine 10 according to such a prior invention, an effect that the winding structure of the rotating electrical machine 10 can be simplified can be obtained, but it is still improved from the aspect of effectively increasing the torque during low-speed rotation with a low rotational speed. There is room for. FIG. 35 is a diagram in which the relationship between the rotational speed and the regenerative torque is obtained by experiments using the rotary electric machine 10 according to the previous invention as a generator. As shown in FIG. 35, in the rotating electrical machine 10, the regenerative torque greatly decreased in a low rotation speed region, for example, less than 800 min −1 (= rpm). On the other hand, FIGS. 36A and 36B are diagrams showing temporal changes in the rotor induced current, which are currents of two phases flowing through the rotor windings 18n and 18s, that is, different phases of the A phase and the B phase. FIG. 36B shows the case where the rotational speed of the rotor 14 is 200 min −1 , and FIG. 36B shows the case where the rotational speed of the rotor 14 is 800 min −1 .

図36A、36Bから分かるように、ロータ14の回転数が低い領域(200min-1等)では中回転数の領域に比べて、ロータ誘導電流が大きく低下している。この理由は、先発明においてはステータで生成される回転磁界の高調波成分による磁場変動によりロータ巻線18n,18sを流れるロータ誘導電流が生成されるのに対し、回転数が低い領域では各ロータ巻線18n,18sに鎖交する鎖交磁束はあまり変化しないが、鎖交磁束の変動速度が低下するため、誘導起電圧が減少して、ロータ誘導電流が減少するためである。このため、低速回転時には回生トルクが減少する。なお、上記の説明では、回転数が低い領域で回生トルクが低下する場合を説明したが、先発明に係る回転電機10を電動機(モータ)として使用する場合でも、同様の理由から低回転数領域では回転トルクが大きく低下する可能性がある。 As can be seen from FIGS. 36A and 36B, in the region where the rotational speed of the rotor 14 is low (200 min −1 or the like), the rotor induced current is greatly reduced compared to the region where the rotational speed is medium. The reason for this is that in the previous invention, the rotor induced current flowing through the rotor windings 18n and 18s is generated by the magnetic field fluctuation due to the harmonic component of the rotating magnetic field generated by the stator, whereas in the region where the rotational speed is low, each rotor This is because the interlinkage magnetic flux interlinking with the windings 18n and 18s does not change much, but the fluctuation speed of the interlinkage magnetic flux decreases, so that the induced electromotive voltage decreases and the rotor induced current decreases. For this reason, the regenerative torque decreases during low-speed rotation. In the above description, the case where the regenerative torque is reduced in a region where the rotational speed is low has been described. However, even when the rotating electrical machine 10 according to the previous invention is used as an electric motor (motor), the low rotational speed region is used for the same reason. Then, there is a possibility that the rotational torque is greatly reduced.

特許文献1〜5に記載された構成の場合、回転電機の巻線構造を簡略化できる構造で、広い回転数領域のトルクを有効に高くできる構造は開示されていない。例えば、特許文献5に記載された同期機の場合には、ステータ巻線に正弦波電流を通電すると、ロータ巻線に界磁極の励磁用の電流が生じないので、誘導電流は発生しない。このような構造では、パルス電流等のステータ電流の基本波電流の周波数に比べて高い周波数の電流を、ステータ電流に重畳させなければ、トルクを発生することができない。ただし、特許文献5に記載された構造の場合には、回転数や、回転数に関係する回転電機の相間電圧にかかわらずパルス電流をステータ電流に重畳させる。このため、高回転数領域では、電流の時間変化である立ち上がりに対応して大きさが変化する印加可能な電圧(駆動電圧)が制限されるので、十分なパルス電流を重畳させることができなくなり、その結果、ロータの誘導電流が減少して、トルクの低下を招く可能性がある。   In the case of the configurations described in Patent Documents 1 to 5, a structure that can simplify the winding structure of the rotating electrical machine and can effectively increase the torque in a wide rotational speed region is not disclosed. For example, in the case of the synchronous machine described in Patent Document 5, when a sinusoidal current is applied to the stator winding, no current for exciting the field pole is generated in the rotor winding, so that no induced current is generated. In such a structure, torque cannot be generated unless a current having a higher frequency than the frequency of the fundamental current of the stator current such as a pulse current is superimposed on the stator current. However, in the case of the structure described in Patent Document 5, a pulse current is superimposed on the stator current regardless of the rotational speed and the interphase voltage of the rotating electrical machine related to the rotational speed. For this reason, in the high rotation speed region, the applicable voltage (drive voltage) whose magnitude changes corresponding to the rise that is the time change of the current is limited, so that a sufficient pulse current cannot be superimposed. As a result, the induced current of the rotor may decrease, leading to a decrease in torque.

本発明の目的は、回転電機駆動システムにおいて、回転電機の巻線構造を簡略化できる構造で、広い回転数領域のトルクを有効に高くすることである。   An object of the present invention is to effectively increase the torque in a wide rotational speed region with a structure that can simplify the winding structure of a rotating electrical machine in a rotating electrical machine drive system.

本発明に係る回転電機駆動システムは、上記の目的を達成するために以下の手段を採用する。   The rotating electrical machine drive system according to the present invention employs the following means in order to achieve the above object.

本発明に係る回転電機駆動システムは、ステータとロータとが対向配置された回転電機を駆動する回転電機駆動システムにおいて、ステータは、複数のスロットがロータ回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されたステータコアと、該スロットを通ってステータコアに集中巻きで巻装された複数相のステータ巻線とを有し、該ステータ巻線に交流電流が流れることで高調波成分を含む周波数の回転磁界を生成し、ロータは、ロータコアと、ロータコアの周方向複数個所に配置され、ステータで生成された高調波成分を含む回転磁界が鎖交することで誘導起電力が発生するロータ巻線と、各ロータ巻線に接続され、該誘導起電力の発生により各ロータ巻線に流れる電流を整流する整流素子とを有し、各ロータ巻線に流れる電流により生成される周方向複数個所の磁極部の磁気特性を周方向に交互に異ならせており、各ロータ巻線の周方向に関する幅は、各相のステータ電流の電気角で180度よりも小さくしており、さらに、ステータ電流が一定の場合にロータの回転数に比例して大きくなる回転電機の線間電圧(1)、またはステータ電流をベクトル制御する場合に用いられるd軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqから算出される値(Vd 2 +Vq 2 1/2 (2)である線間電圧関係値が閾値未満である、または閾値以下である第1パルス重畳要求条件が成立し、かつ、予め設定された第2パルス重畳要求条件が成立した場合のみに、パルス重畳条件が成立したと判定して、ステータ巻線を流れるステータ電流にパルス電流を重畳させるように、パルス重畳状態を切り換える切り換え部を備え、切り換え部による切り換えにかかわらず回転電機を駆動可能とし、ステータ電流にパルス電流を重畳しない場合に、回転電機のトルクと回転数との関係を規定する特性線が、所定回転数を境に下側の回転数でトルクが低下する特性を有することを特徴とする回転電機駆動システムである。 A rotating electrical machine drive system according to the present invention is a rotating electrical machine drive system that drives a rotating electrical machine in which a stator and a rotor are opposed to each other. The stator has a plurality of slots spaced apart from each other in the circumferential direction around the rotor rotational axis. A stator core formed and a multi-phase stator winding wound around the stator core through the slot in a concentrated manner, and an AC current flows through the stator winding to rotate a frequency including harmonic components. A magnetic field is generated, and the rotor is arranged at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core, and a rotor winding in which an induced electromotive force is generated when a rotating magnetic field including harmonic components generated by the stator is linked, and A rectifying element connected to each rotor winding and rectifying a current flowing through each rotor winding by the generation of the induced electromotive force. And by varying the magnetic properties of the magnetic pole portions in the circumferential direction a plurality of locations to be made in the circumferential direction alternately, the width in the circumferential direction of the rotor windings, smaller than 180 degrees in electrical angle of each phase of the stator current and which, furthermore, d-axis voltage command value Vd and used when the stator current line voltage of the rotary electric machine increases in proportion to the rotational speed of the rotor in certain cases (1), or vector control of the stator current The first pulse superposition requirement condition that the line voltage relation value, which is a value (Vd 2 + Vq 2 ) 1/2 (2) calculated from the q-axis voltage command value Vq , is less than or less than the threshold is satisfied. The pulse superposition state is determined so that the pulse superposition condition is met only when the preset second pulse superposition requirement is met and the pulse current is superimposed on the stator current flowing through the stator winding. Turn off A characteristic line that defines the relationship between the torque of the rotating electrical machine and the number of rotations when the rotating electrical machine can be driven regardless of the switching by the switching unit and the pulse current is not superimposed on the stator current is provided, A rotating electrical machine drive system having a characteristic that torque decreases at a lower rotational speed with a predetermined rotational speed as a boundary .

本発明の回転電機駆動システムによれば、上記の先発明と同様の理由により、回転電機の巻線構造を簡略化できる。しかも、本発明によれば、広い回転数領域のトルクを有効に高くすることができる。すなわち、回転電機の線間電圧関係値が閾値未満である、または閾値以下である第1パルス重畳要求条件が成立し、かつ、予め設定された第2パルス重畳要求条件成立時である、回転数の低い領域でステータ巻線を流れるステータ電流にパルス電流を重畳させることができるので、回転数が低くても回転磁界の基本波(正弦波)電流以外による磁場変動を生じさせ、ロータ巻線のロータ誘導電流を増加させてトルクを向上させることができる。また、切り換え部により、回転電機の線間電圧関係値が閾値以上である、または閾値を超える場合にステータ電流にパルス電流を重畳させないので、高回転数領域でも、トルクを十分に高くできる。 According to the rotating electrical machine drive system of the present invention, the winding structure of the rotating electrical machine can be simplified for the same reason as in the previous invention. Moreover, according to the present invention, it is possible to effectively increase the torque in a wide rotational speed range. That is, the number of revolutions when the first pulse superimposition requirement condition is satisfied, and the preset second pulse superimposition requirement condition is satisfied when the line voltage relationship value of the rotating electrical machine is less than or less than the threshold value Since the pulse current can be superimposed on the stator current flowing through the stator winding in a low region, even if the number of rotations is low, magnetic field fluctuations other than the fundamental wave (sine wave) current of the rotating magnetic field are generated, and the rotor winding The torque can be improved by increasing the rotor induced current. Further, since the switching unit does not superimpose the pulse current on the stator current when the line voltage relationship value of the rotating electrical machine is equal to or greater than the threshold value or exceeds the threshold value, the torque can be sufficiently increased even in the high rotation speed region.

また、特許文献5に記載された同期機の場合、パルス電流等のステータ電流の基本波電流の周波数に比べて高い周波数の電流を、ステータ電流に重畳させなければトルクを発生させることができない。これに対して、本発明の場合、特許文献5に記載された同期機の場合と異なり、回転電機のステータ電流に正弦波電流を流した場合に、集中巻きのステータ巻線を有するステータで生じる高調波成分を利用して、ロータ巻線に誘導電流を生じることができ、必ずしもパルス電流を重畳させなくてもトルクを発生させることができる。このため、印加する電圧において、パルス電流重畳のための十分な余裕がない領域で正弦波駆動、すなわち正弦波のステータ電流による正弦波駆動を行い、印加する電圧において十分な余裕がある領域でのみ、パルス電流を重畳させ、トルクを増加させることができる。すなわち、回転電機の駆動範囲全域でパルス重畳を行う必要はなく、トルクの不足が生じない広い駆動範囲で正弦波駆動させることもできる。   Further, in the case of the synchronous machine described in Patent Document 5, torque cannot be generated unless a current having a higher frequency than the frequency of the fundamental current of the stator current such as a pulse current is superimposed on the stator current. On the other hand, in the case of the present invention, unlike the case of the synchronous machine described in Patent Document 5, when a sinusoidal current is passed through the stator current of the rotating electrical machine, it occurs in a stator having concentrated windings. Harmonic components can be used to generate an induced current in the rotor winding, and torque can be generated without necessarily superimposing a pulse current. For this reason, in the applied voltage, sine wave drive is performed in a region where there is not enough room for pulse current superposition, that is, sine wave drive using a sine wave stator current, and only in a region where there is sufficient room in the applied voltage. The torque can be increased by superimposing the pulse current. That is, it is not necessary to perform pulse superposition over the entire driving range of the rotating electrical machine, and sine wave driving can be performed in a wide driving range in which insufficient torque does not occur.

また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、切り換え部は、回転電機に要求される要求出力トルクと回転電機の回転数とを取得するトルク回転数取得手段と、要求出力トルクに対応する電圧指令値から線間電圧関係値を取得する線間電圧取得手段と、回転数と要求出力トルクに対応する電流指令値とから正弦波電流で発生可能な正弦波トルクを算出する正弦波トルク算出手段と、要求出力トルクと算出した正弦波トルクとを比較して、要求出力トルクが正弦波トルク以上となること、または正弦波トルクを超えることのいずれかを第2パルス重畳要求条件として、パルス重畳条件が成立したことを判定する判定手段とを含む。 In the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, the switching unit includes a torque rotational speed acquisition means for acquiring the required output torque required for the rotating electrical machine and the rotational speed of the rotating electrical machine, and a voltage corresponding to the required output torque. A line voltage acquisition means for acquiring a line voltage related value from a command value, and a sine wave torque calculation means for calculating a sine wave torque that can be generated by a sine wave current from a rotation speed and a current command value corresponding to a required output torque And the required output torque and the calculated sine wave torque are compared, and either the required output torque is equal to or greater than the sine wave torque or exceeds the sine wave torque, the second pulse superimposition request condition is used for pulse superimposition. Determining means for determining that the condition is satisfied.

上記構成によれば、広い駆動範囲でより有効に正弦波駆動させることができる。   According to the above configuration, sinusoidal driving can be performed more effectively in a wide driving range.

また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、切り換え部は、回転電機に要求される要求出力トルクと回転電機の回転数とを取得するトルク回転数取得手段と、要求出力トルクに対応する電圧指令値から、線間電圧関係値を取得する線間電圧取得手段と、要求出力トルクと回転数とから正弦波電流で要求出力トルクが得られるようにした場合の正弦波損失と、要求出力トルクと回転数とから正弦波電流にパルス重畳させることにより要求出力トルクが得られるようにした場合のパルス重畳損失とを比較し、正弦波損失がパルス重畳損失以上となること、またはパルス重畳損失を超えることのいずれかを第2パルス重畳要求条件として、パルス重畳条件が成立したことを判定する判定手段とを含む。

In the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, the switching unit includes a torque rotational speed acquisition means for acquiring the required output torque required for the rotating electrical machine and the rotational speed of the rotating electrical machine, and a voltage corresponding to the required output torque. A line voltage acquisition means for acquiring a line voltage related value from the command value, a sine wave loss and a required output torque when the required output torque is obtained by a sine wave current from the required output torque and the rotation speed And the number of revolutions to compare the pulse superposition loss when the required output torque can be obtained by superimposing the pulse on the sine wave current. And determining means for determining that the pulse superposition condition is satisfied, with any one of exceeding being the second pulse superposition request condition.

上記構成によれば、回転電機駆動時の効率向上を図れる。   According to the above configuration, the efficiency can be improved when the rotating electrical machine is driven.

また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、各ロータ巻線は、ロータの周方向に隣り合うロータ巻線同士で順方向が逆になる整流素子に接続し、各整流素子は、該誘導起電力の発生によりロータ巻線に流れる電流を整流することで、該周方向に隣り合うロータ巻線に流れる電流の位相を、A相とB相とに交互に異ならせている。   In the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, each rotor winding is connected to a rectifying element whose forward direction is reversed between adjacent rotor windings in the circumferential direction of the rotor, and each rectifying element is connected to the induction coil. By rectifying the current flowing through the rotor winding by the generation of the electromotive force, the phase of the current flowing through the rotor winding adjacent in the circumferential direction is alternately changed between the A phase and the B phase.

上記構成によれば、各ロータ巻線を、ロータの周方向に隣り合うロータ巻線同士で順方向が周方向に関して同じ方向になる整流素子に接続し、各ロータ巻線に流れる電流により生成される周方向複数個所の磁極部の磁気特性を交互に異ならせる構成の場合に比べて、1の磁気特性を有する磁極部を生成するために流れる誘導電流が、別の磁気特性を有する磁極部を生成するために流れる誘導電流に電流を減じさせる方向に影響することを防止して、トルクをより向上しやすくできる。   According to the above configuration, each rotor winding is connected to the rectifying element whose forward direction is the same in the circumferential direction between the rotor windings adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor, and is generated by the current flowing through each rotor winding. Compared with the configuration in which the magnetic properties of the magnetic pole portions at a plurality of circumferential directions are alternately changed, the induced current that flows to generate the magnetic pole portion having one magnetic characteristic is different from that of the magnetic pole portion having another magnetic characteristic. It is possible to prevent the influence of the induced current flowing for generation in the direction in which the current is reduced, and to further improve the torque.

また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、各ロータ巻線のロータの周方向に関する幅が電気角で90°に相当する幅に略等しい。   In the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, the width of each rotor winding in the circumferential direction of the rotor is substantially equal to a width corresponding to 90 ° in electrical angle.

上記構成によれば、ロータ巻線に発生する、回転磁界の高調波による誘導起電力を最大に発生することができ、各ロータ巻線に流れる誘導電流により生成される磁極部の磁束を最も効率よく増大させることができる。この結果、ロータに作用するトルクをより効率よく増大させることができる。   According to the above configuration, the induced electromotive force generated by the harmonics of the rotating magnetic field generated in the rotor winding can be generated to the maximum, and the magnetic flux of the magnetic pole portion generated by the induced current flowing in each rotor winding is most efficiently generated. Can be increased well. As a result, the torque acting on the rotor can be increased more efficiently.

また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、各ロータ巻線は、ロータの周方向複数個所に位置するインダクタンスが高いq軸磁路に配置されており、ロータコアは、整流素子で整流された電流がロータ巻線に流れるのに応じて磁化することで磁極が固定された磁石として機能する磁極部であって、ロータの周方向に互いに間隔をおいて配置された複数の磁極部を含む。   In the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, each rotor winding is disposed in a q-axis magnetic path having a high inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor, and the rotor core is rectified by a rectifying element. A magnetic pole portion that functions as a magnet having a fixed magnetic pole by being magnetized in accordance with current flowing through the rotor winding, and includes a plurality of magnetic pole portions that are spaced apart from each other in the circumferential direction of the rotor.

上記構成によれば、ロータに作用するトルクをより効率よく増大させることができる。   According to the said structure, the torque which acts on a rotor can be increased more efficiently.

また、各ロータ巻線は、ロータの周方向複数個所に位置するインダクタンスが高いq軸磁路に配置されており、ロータコアは、整流素子で整流された電流がロータ巻線に流れるのに応じて磁化することで磁極が固定された磁石として機能する磁極部であって、ロータの周方向に互いに間隔をおいて配置された複数の磁極部を含む構成において、好ましくは、ロータコアにおいて、各磁極部がステータへ向け突出している。   In addition, each rotor winding is arranged in a q-axis magnetic path having a high inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor, and the rotor core responds to the current rectified by the rectifying element flowing in the rotor winding. In a configuration including a plurality of magnetic pole portions that are magnetized and function as magnets with fixed magnetic poles and are spaced apart from each other in the circumferential direction of the rotor, preferably in the rotor core, each magnetic pole portion Protrudes toward the stator.

また、各ロータ巻線は、ロータの周方向複数個所に位置するインダクタンスが高いq軸磁路に配置されており、ロータコアは、整流素子で整流された電流がロータ巻線に流れるのに応じて磁化することで磁極が固定された磁石として機能する磁極部であって、ロータの周方向に互いに間隔をおいて配置された複数の磁極部を含む構成において、好ましくは、ロータコアにおいて、ロータの周方向に関して磁極部間に位置する部分に永久磁石を配置している。   In addition, each rotor winding is arranged in a q-axis magnetic path having a high inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor, and the rotor core responds to the current rectified by the rectifying element flowing in the rotor winding. In a configuration including a plurality of magnetic pole portions that function as a magnet having a magnetic pole fixed by magnetizing and are spaced apart from each other in the circumferential direction of the rotor, preferably in the rotor core, the circumference of the rotor Permanent magnets are arranged at portions located between the magnetic pole portions in the direction.

また、各ロータ巻線は、ロータの周方向複数個所に位置するインダクタンスが高いq軸磁路に配置されており、ロータコアは、整流素子で整流された電流がロータ巻線に流れるのに応じて磁化することで磁極が固定された磁石として機能する磁極部であって、ロータの周方向に互いに間隔をおいて配置された複数の磁極部を含む構成において、好ましくは、ロータコアは環状コア部を含み、ロータ巻線は環状コア部にトロイダル巻きで巻装されており、各磁極部が環状コア部からステータへ向けて突出している。   In addition, each rotor winding is arranged in a q-axis magnetic path having a high inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor, and the rotor core responds to the current rectified by the rectifying element flowing in the rotor winding. In a configuration including a plurality of magnetic pole portions that are magnetized and that function as magnets with fixed magnetic poles and are spaced apart from each other in the circumferential direction of the rotor, the rotor core preferably includes an annular core portion. In addition, the rotor winding is wound around the annular core portion by toroidal winding, and each magnetic pole portion protrudes from the annular core portion toward the stator.

また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、各ロータ巻線のすべては、電気的に接続され、整流素子は、各ロータ巻線に共通に接続され、該誘導起電力の発生により各ロータ巻線に流れる電流を整流し、該周方向に隣り合う2個のロータ巻線の巻き方向を互いに逆にすることで、各ロータ巻線に流れる電流により生成される周方向複数個所の磁極部の磁気特性を交互に異ならせている。   In the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, all of the rotor windings are electrically connected, and the rectifying element is connected in common to the rotor windings, and each rotor is generated by the generation of the induced electromotive force. Rectifying the current flowing through the windings and reversing the winding directions of the two rotor windings adjacent to each other in the circumferential direction, thereby generating magnetic pole portions at a plurality of circumferential directions generated by the current flowing through each rotor winding. The magnetic characteristics are alternately different.

また、各ロータ巻線のすべては、電気的に接続され、整流素子は、各ロータ巻線に共通に接続され、該誘導起電力の発生により各ロータ巻線に流れる電流を整流し、該周方向に隣り合う2個のロータ巻線の巻き方向を互いに逆にすることで、各ロータ巻線に流れる電流により生成される周方向複数個所の磁極部の磁気特性を交互に異ならせている構成において、好ましくは、各ロータ巻線のロータの周方向に関する幅が電気角で90°に相当する幅よりも大きく、かつ、電気角で120°に相当する幅よりも小さい。   All of the rotor windings are electrically connected, and the rectifying element is connected in common to each rotor winding, and rectifies the current flowing through each rotor winding by the generation of the induced electromotive force, and A configuration in which the magnetic characteristics of the magnetic pole portions at a plurality of positions in the circumferential direction are alternately changed by reversing the winding directions of two rotor windings adjacent to each other in the direction. Preferably, the width of each rotor winding in the circumferential direction of the rotor is larger than the width corresponding to 90 ° in electrical angle and smaller than the width corresponding to 120 ° in electrical angle.

また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、各ロータ巻線は、ロータの周方向複数個所に位置するインダクタンスが低いd軸磁路に配置されている。   In the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, each rotor winding is disposed in a d-axis magnetic path having a low inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor.

上記構成によれば、回転電機のトルクを有効に高くすることができる。すなわち、ロータの周方向複数個所に位置するインダクタンスが低いd軸磁路にロータ巻線を配置するので、ロータの回転方向にかかわらず、電流位相−トルク特性が同じになり、しかもトルクの最大値が高くなり、トルクを有効に高くすることができる。例えば、力行トルクを大きくする場合に、ロータ正転時とロータ逆転時との両方で力行トルクを大きくすることができる。また、回生トルクを大きくする場合に、ロータ正転時とロータ逆転時との両方で回生トルクを大きくすることができる。したがって、ロータ回転の正転逆転両方で高いトルクを得られる回転電機の実現が可能になる。   According to the said structure, the torque of a rotary electric machine can be made high effectively. That is, since the rotor windings are arranged in d-axis magnetic paths having low inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor, the current phase-torque characteristics are the same regardless of the rotation direction of the rotor, and the maximum torque value is obtained. And the torque can be effectively increased. For example, when the power running torque is increased, the power running torque can be increased both during the forward rotation of the rotor and during the reverse rotation of the rotor. Further, when increasing the regenerative torque, it is possible to increase the regenerative torque both when the rotor is rotating forward and when the rotor is rotating backward. Therefore, it is possible to realize a rotating electrical machine that can obtain high torque in both forward and reverse rotations of the rotor.

また、各ロータ巻線は、ロータの周方向複数個所に位置するインダクタンスが低いd軸磁路に配置されている構成において、好ましくは、ロータコアにおいて、ロータの周方向に関して磁極部と一致する部分に永久磁石を配置している。   Further, in the configuration in which each rotor winding is arranged in a d-axis magnetic path having a low inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor, preferably, in the rotor core, in a portion that coincides with the magnetic pole portion in the circumferential direction of the rotor. Permanent magnets are arranged.

上記構成によれば、永久磁石の着磁方向を、周方向に隣り合う永久磁石同士で異ならせ、永久磁石の磁化方向と、永久磁石に対しロータの周方向に一致する磁極部の磁化方向とを一致させることにより、永久磁石により生成される永久磁石生成トルクと、ロータ巻線に流れる誘導電流により生成されるロータ巻線生成トルクとが、電流進角の同位相で最大トルクとなる。すなわち、ロータ巻線での誘導電流により、ロータ巻線が等価的に電磁石として機能し、永久磁石に鎖交する磁束が増大してその分、回転電機のトルクが増加する。このため、回転電機のトルクをより有効に高くすることができ、しかもトルク特性がロータの回転方向に依存せず同じとなる。また、ロータ巻線に流れる誘導電流により、永久磁石内の磁束変動が抑えられるため、永久磁石内部での渦電流損失が抑えられ、磁石発熱を低減できる。   According to the above configuration, the magnetization direction of the permanent magnet is different between the permanent magnets adjacent in the circumferential direction, the magnetization direction of the permanent magnet, and the magnetization direction of the magnetic pole portion that matches the circumferential direction of the rotor with respect to the permanent magnet. , The permanent magnet generation torque generated by the permanent magnet and the rotor winding generation torque generated by the induced current flowing in the rotor winding become the maximum torque at the same phase of the current advance angle. That is, due to the induced current in the rotor winding, the rotor winding functions equivalently as an electromagnet, and the magnetic flux linked to the permanent magnet increases, and the torque of the rotating electrical machine increases accordingly. For this reason, the torque of the rotating electrical machine can be increased more effectively, and the torque characteristics are the same regardless of the rotation direction of the rotor. Further, since the fluctuation of magnetic flux in the permanent magnet is suppressed by the induced current flowing through the rotor winding, eddy current loss in the permanent magnet can be suppressed and the heat generation of the magnet can be reduced.

また、各ロータ巻線は、ロータの周方向複数個所に位置するインダクタンスが低いd軸磁路に配置されている構成において、好ましくは、ロータコアにおいて、ロータの周方向に関して磁極部間に位置する部分をステータへ向け突出させている。   Further, in the configuration in which each rotor winding is arranged in a d-axis magnetic path having a low inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor, preferably, in the rotor core, a portion located between the magnetic pole portions in the circumferential direction of the rotor Projecting toward the stator.

また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、各ロータ巻線が互いに電気的に分断されており、整流素子は、該電気的に分断されたロータ巻線毎に設けられている。   In the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, the rotor windings are electrically separated from each other, and a rectifying element is provided for each of the electrically separated rotor windings.

また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、ロータの周方向に隣り合うように配置されたロータ巻線が互いに電気的に分断されており、整流素子は、該電気的に分断されたロータ巻線毎に設けられ、該周方向の1つ置きに配置されたロータ巻線同士を電気的に接続している。   In the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, the rotor windings arranged adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor are electrically separated from each other, and the rectifying element is the electrically separated rotor. The rotor windings provided for each winding and arranged every other circumferential direction are electrically connected to each other.

また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、ステータ電流にパルス電流を重畳させる場合に、各相のステータ電流に、1周期に対して設定した所定回数でパルス電流を重畳させるようにインバータの駆動信号を生成し、駆動信号を出力する駆動信号出力手段を備える。   In the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, when the pulse current is superimposed on the stator current, the inverter current is superimposed on the stator current of each phase so that the pulse current is superimposed at a predetermined number of times set for one cycle. Drive signal output means for generating a drive signal and outputting the drive signal is provided.

上記構成によれば、パルス電流を重畳させる間隔が、ステータ電流の基本波である正弦波電流の周波数に依存することとなる。このため、回転磁界の空間高調波成分に対してロータの最適な位置関係でパルス電流を重畳しやすくでき、低速の領域でのトルクを増加しやすくできる。   According to the above configuration, the interval at which the pulse current is superimposed depends on the frequency of the sine wave current that is the fundamental wave of the stator current. For this reason, it is possible to easily superimpose the pulse current on the spatial harmonic component of the rotating magnetic field with the optimum positional relationship of the rotor, and it is possible to easily increase the torque in the low speed region.

また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、ステータ電流にパルス電流を重畳させる場合に、各相のステータ電流に、設定した所定周波数でパルス電流を重畳させるようにインバータの駆動信号を生成し、駆動信号を出力する駆動信号出力手段を備える。   In the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, when the pulse current is superimposed on the stator current, the inverter drive signal is generated so that the pulse current is superimposed on the stator current of each phase at the set predetermined frequency. Drive signal output means for outputting a drive signal is provided.

上記構成によれば、パルス電流を重畳させる間隔が、ステータ電流の基本波である正弦波電流の周波数に依存しないので、回転停止時や極低速回転領域において、トルクを増大させることが可能となる。   According to the above configuration, since the interval at which the pulse current is superimposed does not depend on the frequency of the sine wave current that is the fundamental wave of the stator current, it is possible to increase the torque when the rotation is stopped or in the extremely low speed rotation region. .

本発明の回転電機駆動システムによれば、回転電機の巻線構造を簡略化できる構造で、広い回転数領域のトルクを有効に高くすることができる。   According to the rotating electrical machine drive system of the present invention, it is possible to effectively increase the torque in a wide rotational speed region with a structure that can simplify the winding structure of the rotating electrical machine.

本発明の実施形態に係る回転電機駆動システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the rotary electric machine drive system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態において、ステータとロータとの対向する部分の一部を示す略図である。In embodiment of this invention, it is the schematic which shows a part of part which the stator and rotor oppose. 図1の構成において、切り換え部の構成を詳しく示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating in detail a configuration of a switching unit in the configuration of FIG. 1. 本発明の実施形態により、ステータ電流にパルス電流を重畳させた場合のステータ電流の時間的変化を求めた実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result which calculated | required the time change of the stator current at the time of superimposing a pulse current on a stator current by embodiment of this invention. 本発明の実施形態により、200min-1でロータを回転させた場合のロータ電流の時間的変化を求めた実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result which calculated | required the time change of the rotor current at the time of rotating a rotor by 200min < -1 > by embodiment of this invention. 本発明の実施形態により、ステータ電流に低速回転領域でパルス電流を重畳させた場合の回転電機の回生トルクと回転数との関係を求めた実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result which calculated | required the relationship between the regenerative torque and rotation speed of a rotary electric machine at the time of superimposing a pulse current on a stator current in a low speed rotation area | region by embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態により、ステータ電流に低速回転領域でパルス電流を重畳させた場合のステータ電流の時間的変化の実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result of the time change of a stator current at the time of superimposing a pulse current on a stator current in a low speed rotation area | region by another embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態により、ステータ電流にパルス電流を重畳させた場合の回転電機の回生トルクと回転数との関係を求めた実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result which calculated | required the relationship between the regenerative torque of a rotary electric machine at the time of superimposing a pulse current on a stator current, and rotation speed by another embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態により、回転電機の停止時のステータ電流の時間的変化の実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result of the time change of the stator electric current at the time of a stop of a rotary electric machine by another embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態により、回転電機の停止時の回生トルクとパルス電流の重畳周波数との関係を求めた実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result which calculated | required the relationship between the regenerative torque at the time of a stop of a rotary electric machine, and the superimposed frequency of a pulse current by another embodiment of this invention. 本発明の別の実施の形態において、切り換え部の構成を示す図である。In another embodiment of this invention, it is a figure which shows the structure of the switching part. ステータに正弦波電流を流す場合の1相のステータ電流(a)と、これに対応する2相のロータ電流(b)との1例を示す図である。It is a figure which shows an example of the 1-phase stator current (a) in the case of flowing a sine wave current to a stator, and the 2-phase rotor current (b) corresponding to this. ステータに図11の正弦波電流にパルス電流を重畳させた場合の1相のステータ電流(a)と、これに対応する2相のロータ電流(b)との1例を示す図である。It is a figure which shows an example of the 1-phase stator current (a) at the time of superimposing a pulse current on the sine wave current of FIG. 11 on a stator, and the 2-phase rotor current (b) corresponding to this. 回転電機のトルクが増加することにより、正弦波駆動の場合よりもパルス電流を重畳させた場合の方が銅損が低下する例を示す図である。It is a figure which shows the example in which a copper loss falls by the case where a pulse current is superimposed rather than the case of a sine wave drive by the torque of a rotary electric machine increasing. 本発明の別の実施の形態において、回転電機の駆動制御方法を示すブロック図である。In another embodiment of this invention, it is a block diagram which shows the drive control method of a rotary electric machine. 本発明の別の実施の形態において、回転電機の駆動制御方法の別例を示すブロック図である。In another embodiment of this invention, it is a block diagram which shows another example of the drive control method of a rotary electric machine. 本発明の実施形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 図20の構成例で、周方向に関するロータ巻線の幅θを変化させながらロータ巻線への鎖交磁束の振幅を計算した結果を示す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating a result of calculating the amplitude of the linkage flux to the rotor winding while changing the width θ of the rotor winding in the circumferential direction in the configuration example of FIG. 20. 本発明の実施形態を構成する回転電機の他の構成例を示す略図である。It is the schematic which shows the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施形態を構成する回転電機の他の構成例において、ロータの回転軸と平行方向に見た略図である。In other structural examples of the rotary electric machine which constitutes an embodiment of the present invention, it is a schematic diagram seen in the direction parallel to the rotation axis of the rotor. 図23の構成例において、ロータの概略構成を、ロータの回転軸と平行方向に見た図である。In the configuration example of FIG. 23, the schematic configuration of the rotor is viewed in a direction parallel to the rotation axis of the rotor. 本発明の実施形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 先発明に係る回転電機において、ロータの回転軸と平行方向に見たステータ及びロータの概略構成を示す図である。In the rotary electric machine which concerns on a prior invention, it is a figure which shows schematic structure of the stator and rotor seen in the direction parallel to the rotating shaft of a rotor. 先発明に係る回転電機において、ステータの概略構成を示す図である。In the rotary electric machine which concerns on a prior invention, it is a figure which shows schematic structure of a stator. 先発明に係る回転電機において、ロータの概略構成を示す図である。In the rotary electric machine which concerns on a prior invention, it is a figure which shows schematic structure of a rotor. 先発明に係る回転電機において、モータ電流と、空間高調波によるロータ巻線への鎖交磁束を計算した結果とを示す図である。In the rotary electric machine which concerns on a prior invention, it is a figure which shows a motor current and the result of having calculated the linkage flux to the rotor winding | winding by a space harmonic. 先発明に係る回転電機において、空間高調波によるロータ巻線への鎖交磁束波形の周波数分析結果を示す図である。In the rotary electric machine which concerns on a prior invention, it is a figure which shows the frequency analysis result of the linkage magnetic flux waveform to a rotor winding | winding by a space harmonic. 先発明に係る回転電機において、周方向に関するロータ巻線の幅θを変化させながらロータ巻線への鎖交磁束の振幅を計算した結果を示す図である。In the rotating electrical machine according to the previous invention, it is a diagram showing a result of calculating the amplitude of the interlinkage magnetic flux to the rotor winding while changing the width θ of the rotor winding in the circumferential direction. 先発明に係る回転電機において、ステータ巻線に流す交流電流の位相を変化させながらロータのトルクを計算した結果を示す図である。In the rotary electric machine which concerns on a prior invention, it is a figure which shows the result of having calculated the torque of the rotor, changing the phase of the alternating current sent through a stator winding. 先発明に係る回転電機において、回生トルクと回転数との関係を求めた実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result which calculated | required the relationship between regenerative torque and rotation speed in the rotary electric machine which concerns on a prior invention. 先発明に係る回転電機において、200min-1でロータを回転させた場合のロータ電流の時間的変化を示す図である。In the rotating electrical machine according to the previous invention, it is a diagram showing a temporal change of the rotor current when the rotor is rotated at 200 min −1 . 先発明に係る回転電機において、800min-1でロータを回転させた場合のロータ電流の時間的変化を示す図である。In the rotating electrical machine according to the previous invention, it is a diagram showing a temporal change of the rotor current when the rotor is rotated at 800 min −1 .

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図1−3,4A,4B、5は、本発明の実施形態を示す図である。図1は、本実施形態の回転電機駆動システムの概略構成を示す図である。図2は、本実施形態において、ステータとロータとの対向する部分の一部を示す略図である。図3は、図1の構成において、切り換え部の構成を詳しく示す図である。本実施形態の回転電機駆動システム34は、回転電機10と、回転電機10を駆動するインバータ36と、インバータ36を制御する制御装置38と、蓄電装置40とを備え、回転電機10を駆動する。なお、回転電機10の構成自体は、上記の図29〜31に示した先発明に係る回転電機10の場合と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明は簡略化もしくは省略する。蓄電装置40は、直流電源として設けられ、充放電可能であり、例えば二次電池により構成する。インバータ36は、スイッチング素子(図示せず)を備え、スイッチング素子のスイッチング動作により蓄電装置40からの直流電力を、u相、v相、w相の3相等の奇数相の交流に変換して、ステータ巻線28u、28v、28wの各相に電力を供給することを可能とする。制御装置38は、インバータ36を構成するスイッチング素子のスイッチング動作を制御して、ステータ巻線28u、28v、28wに流す交流電流の位相(電流進角)を制御することで、ロータ14(図2)のトルクを制御する。このような回転電機駆動システム34は、例えば、車両用走行動力発生装置として、エンジンと走行用モータとを駆動源として備えるハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車等に搭載して使用される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1-3, 4A, 4B, and 5 are views showing an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a rotating electrical machine drive system according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic view showing a part of a portion where the stator and the rotor face each other in the present embodiment. FIG. 3 is a diagram showing in detail the configuration of the switching unit in the configuration of FIG. The rotating electrical machine drive system 34 of this embodiment includes the rotating electrical machine 10, an inverter 36 that drives the rotating electrical machine 10, a control device 38 that controls the inverter 36, and a power storage device 40, and drives the rotating electrical machine 10. In addition, since the structure itself of the rotary electric machine 10 is the same as that of the rotary electric machine 10 according to the prior invention shown in FIGS. Simplify or omit. The power storage device 40 is provided as a direct current power source and is chargeable / dischargeable, and is constituted by, for example, a secondary battery. The inverter 36 includes a switching element (not shown), and converts the DC power from the power storage device 40 into odd-numbered alternating current such as u-phase, v-phase, and w-phase by switching operation of the switching element, Electric power can be supplied to each phase of the stator windings 28u, 28v, 28w. The control device 38 controls the switching operation of the switching elements constituting the inverter 36, and controls the phase (current advance angle) of the alternating current that flows through the stator windings 28u, 28v, 28w, so that the rotor 14 (FIG. 2). ) To control the torque. Such a rotating electrical machine drive system 34 is used, for example, as a vehicular travel power generator mounted on a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle, or the like that includes an engine and a travel motor as drive sources.

図2に示すように、電動機または発電機として機能する回転電機10は、互いに対向配置されたステータ12とロータ14とを備える。ステータコア26の周方向複数個所にステータ巻線28u、28v、28wを集中巻きで巻装し、ロータコア16の周方向複数個所にロータ巻線18n、18sを集中巻きで巻装している。ロータ14の周方向に関するロータ巻線18n、18sの幅θは、ロータ14の電気角で180°に相当する幅よりも短く設定し、ロータ巻線18n、18sは、各突極19に短節巻きで巻装している。より好ましくは、ロータ14の周方向に関するロータ巻線18n、18sの幅θは、ロータ14の電気角で90°に相当する幅に等しく、あるいはほぼ等しくしている。この理由は、上記の先発明で説明したとおりである。   As shown in FIG. 2, the rotating electrical machine 10 that functions as an electric motor or a generator includes a stator 12 and a rotor 14 that are arranged to face each other. Stator windings 28u, 28v, 28w are wound by concentrated winding at a plurality of locations in the circumferential direction of the stator core 26, and rotor windings 18n, 18s are wound by concentrated winding at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core 16. The width θ of the rotor windings 18n and 18s with respect to the circumferential direction of the rotor 14 is set to be shorter than the width corresponding to 180 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14, and the rotor windings 18n and 18s It is wound with a roll. More preferably, the width θ of the rotor windings 18n and 18s in the circumferential direction of the rotor 14 is equal to or substantially equal to the width corresponding to 90 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14. The reason for this is as described in the previous invention.

また、制御装置38は、CPU,メモリ等を有するマイクロコンピュータを含むもので、インバータ36のスイッチング素子のスイッチングを制御することにより、回転電機10のトルクを制御する。さらに、制御装置38は、切り換え部42と、駆動信号出力手段44とを備える。切り換え部42は、回転電機10の相間電圧が予め設定した閾値未満である、または閾値以下であるいずれかの第1パルス重畳要求条件が成立し、かつ、予め設定された第2パルス重畳要求条件が成立した場合に、ステータ巻線28u、28v、28wを流れるステータ電流にパルス電流を重畳させ、第1パルス重畳要求条件と第2パルス重畳要求条件との少なくともいずれか1が成立しない場合に、ステータ電流にパルス電流を重畳させないように、パルス重畳状態を切り換える。パルス電流は、ステータ電流の基本波電流の1周期に比べて極短い期間に流れる。すなわち、切り換え部42は、回転電機10の相間電圧が閾値未満である、または閾値以下であるいずれかの第1パルス重畳要求条件が成立し、かつ、予め設定された第2パルス重畳要求条件が成立した場合のみに、パルス重畳条件が成立したと判定して、ステータ巻線28u、28v、28wを流れるステータ電流にパルス電流を重畳させるように、パルス重畳状態を切り換える。例えば、第1パルス重畳要求条件は、回転電機10の相間電圧が予め設定した閾値未満であることとする。ただし、第1パルス重畳要求条件は、相間電圧が予め設定した閾値以下であることとすることもできる。第1パルス重畳要求条件に、相間電圧が閾値と一致する場合を含めるか否かは、切り換え部42に予め設定しておく。また、回転電機駆動システム34は、切り換え部42の切り換えにかかわらず回転電機10を駆動可能としている。図3に示すように、切り換え部42は、トルク回転数取得手段68と、相間電圧取得手段70と、正弦波トルク算出手段72と、パルス重畳条件判定手段74とを含む。また、回転電機駆動システム34は、回転電機10のロータ14の回転位置を検出する位置センサ46(図1)を備え、位置センサ46の検出信号を制御装置38に入力している。例えば、位置センサ46は、ロータ14に固定の部分(回転軸22等)に固定されて周方向に磁気特性が交互に変化する磁性輪板(図示せず)の外周面に対向配置されて、磁気特性の変化を検出することにより、回転位置の検出を可能とする。   The control device 38 includes a microcomputer having a CPU, a memory, etc., and controls the torque of the rotating electrical machine 10 by controlling the switching of the switching element of the inverter 36. Further, the control device 38 includes a switching unit 42 and drive signal output means 44. The switching unit 42 satisfies any of the first pulse superposition request conditions that satisfy any of the first pulse superposition request conditions in which the interphase voltage of the rotating electrical machine 10 is less than or less than the preset threshold value. Is satisfied, a pulse current is superimposed on the stator current flowing through the stator windings 28u, 28v, 28w, and at least one of the first pulse superposition requirement condition and the second pulse superposition requirement condition is not satisfied, The pulse superimposed state is switched so that the pulse current is not superimposed on the stator current. The pulse current flows in a very short period compared to one cycle of the fundamental current of the stator current. That is, the switching unit 42 satisfies the first pulse superimposition request condition in which any of the interphase voltages of the rotating electrical machine 10 is less than the threshold value or less than the threshold value, and the preset second pulse superimposition request condition is Only when it is satisfied, it is determined that the pulse superposition condition is satisfied, and the pulse superposition state is switched so that the pulse current is superimposed on the stator current flowing through the stator windings 28u, 28v, 28w. For example, the first pulse superimposition requirement condition is that the interphase voltage of the rotating electrical machine 10 is less than a preset threshold value. However, the first pulse superimposition requirement condition may be that the interphase voltage is not more than a preset threshold value. Whether or not to include the case where the interphase voltage matches the threshold value is set in the switching unit 42 in advance in the first pulse superimposition request condition. The rotating electrical machine drive system 34 can drive the rotating electrical machine 10 regardless of the switching of the switching unit 42. As shown in FIG. 3, the switching unit 42 includes torque rotation number acquisition means 68, interphase voltage acquisition means 70, sine wave torque calculation means 72, and pulse superposition condition determination means 74. The rotating electrical machine drive system 34 includes a position sensor 46 (FIG. 1) that detects the rotational position of the rotor 14 of the rotating electrical machine 10, and inputs a detection signal of the position sensor 46 to the control device 38. For example, the position sensor 46 is disposed opposite to the outer peripheral surface of a magnetic wheel plate (not shown) that is fixed to a portion fixed to the rotor 14 (such as the rotary shaft 22) and whose magnetic characteristics alternately change in the circumferential direction. By detecting a change in magnetic characteristics, it is possible to detect the rotational position.

図1に示す駆動信号出力手段44は、ステータ電流にパルス電流を重畳させる場合に、各相のステータ電流に、1周期に対して、予め設定した所定回数で等間隔にパルス電流を重畳させるようにインバータ36の駆動信号を生成し、駆動信号を出力する。例えば、本実施形態は、回転電機駆動システム34を車両用走行用動力発生装置として使用する場合において、アクセル開度検知信号に応じたトルク指令Treqを表す信号が外部制御装置(図示せず)から制御装置38へ入力されることに応じてd軸、q軸電流指令値の設定によるベクトル制御によりインバータ36のスイッチングを制御する構成に適用できる。例えば、駆動信号出力手段44は、切り換え部42によりステータ電流にパルス電流を重畳させると判定された場合において、ステータ電流の基本波に対してロータ14とステータ12で生成される回転磁界の空間高調波成分との位置関係に応じてロータ巻線18n、18sに最も効率よいタイミングでパルス電流に基づく磁場変動が生じるように制御する。このため、回転磁界の空間高調波成分に対してロータ14の最適な位置関係でパルス電流を重畳しやすくでき、低速回転時でも高トルクを得やすくなる。例えば、ロータ14の周方向に隣り合うロータ巻線18n、18sに、異なる位相のロータ電流であるA相電流とB相電流とが流れる。そして、q軸磁路に対応してB相またはA相のロータ巻線18n、18s中心軸方向と、各相のステータ電流のパルス電流による磁場変動とが一致しやすくなり、高トルクを得やすくなる。   When the pulse current is superimposed on the stator current, the drive signal output means 44 shown in FIG. 1 superimposes the pulse current on the stator current of each phase at regular intervals at a predetermined number of times for one cycle. A drive signal for the inverter 36 is generated and a drive signal is output. For example, in the present embodiment, when the rotating electrical machine drive system 34 is used as a vehicular traveling power generation device, a signal representing a torque command Treq corresponding to the accelerator opening detection signal is sent from an external control device (not shown). The present invention can be applied to a configuration in which switching of the inverter 36 is controlled by vector control by setting d-axis and q-axis current command values in response to input to the control device 38. For example, when the switching unit 42 determines that the pulse current is superimposed on the stator current, the drive signal output means 44 spatially harmonics the rotating magnetic field generated by the rotor 14 and the stator 12 with respect to the fundamental wave of the stator current. The rotor windings 18n and 18s are controlled so as to cause a magnetic field fluctuation based on the pulse current at the most efficient timing according to the positional relationship with the wave component. For this reason, it is possible to easily superimpose the pulse current on the spatial harmonic component of the rotating magnetic field with the optimal positional relationship of the rotor 14, and it is easy to obtain a high torque even at a low speed. For example, an A-phase current and a B-phase current, which are rotor currents having different phases, flow through the rotor windings 18 n and 18 s adjacent in the circumferential direction of the rotor 14. The B-phase or A-phase rotor windings 18n and 18s corresponding to the q-axis magnetic path can easily coincide with the central axis direction of the magnetic field fluctuation caused by the pulse current of the stator current of each phase, and high torque can be easily obtained. Become.

また、ステータ電流にパルス電流を重畳させるか否かの判定は次のように行うことができる。まず、トルク回転数取得手段68は、上記のように外部制御装置から要求出力トルクであるトルク指令Treqを取得するとともに、回転電機10に設けられた位置センサ46の検出信号からロータ14の回転位置を取得し、取得した回転位置からロータ14の回転数、すなわち回転速度VRを演算、すなわち取得する。また、相間電圧取得手段70は、トルク指令Treqに対応する電圧指令値を演算し、電圧指令値V1から、相間電圧を演算、すなわち取得する。なお、相間電圧取得手段70は、相間電圧を演算取得することに代えて、相間電圧に対応する電圧である相間電圧関係値を演算取得し、これをその後の処理に用いることができるようにしてもよい。例えば、d軸電圧指令をVdとし、q軸電圧指令をVqとした場合に算出される(Vd2+Vq21/2を、相間電圧関係値として求めるものとできる。 Further, it is possible to determine whether or not the pulse current is superimposed on the stator current as follows. First, the torque rotation speed acquisition means 68 acquires the torque command Treq that is the required output torque from the external control device as described above, and the rotational position of the rotor 14 from the detection signal of the position sensor 46 provided in the rotating electrical machine 10. And the rotational speed of the rotor 14, that is, the rotational speed VR is calculated, that is, acquired from the acquired rotational position. The interphase voltage acquisition means 70 calculates a voltage command value corresponding to the torque command Treq, and calculates, that is, acquires an interphase voltage from the voltage command value V1. The interphase voltage acquisition means 70 calculates and acquires an interphase voltage relation value, which is a voltage corresponding to the interphase voltage, instead of calculating and acquiring the interphase voltage, and can use it for subsequent processing. Also good. For example, (Vd 2 + Vq 2 ) 1/2 calculated when the d-axis voltage command is Vd and the q-axis voltage command is Vq can be obtained as the interphase voltage relationship value.

また、正弦波トルク算出手段72は、トルク指令Treqに対応する電流指令値を演算し、取得した回転電機10の回転数VRと、演算した電流指令値とから正弦波電流で発生可能なトルクである、正弦波トルクTsを算出する。また、パルス重畳条件判定手段74は、相間電圧Vaが閾値未満Vxであるまたは閾値Vx以下であるいずれかの第1パルス重畳要求条件(Va<VxまたはVa≦Vx)が成立し、かつ、トルク指令Treqと算出した正弦波トルクTsとを比較して、トルク指令Treqが正弦波トルクTs以上となる、または正弦波トルクを超えるいずれかの第2パルス重畳要求条件(Treq≧TsまたはTreq>Ts)が成立した場合のみに、パルス重畳条件が成立したと判定する。例えば、第2パルス重畳要求条件は、トルク指令Treqが正弦波トルクTs以上となることとする。ただし、第2パルス重畳要求条件は、トルク指令Treqが正弦波トルクTsを超えることとすることもできる。第2パルス重畳要求条件に、トルク指令Treqが正弦波トルクTsと一致する場合を含めるか否かは、切り換え部42に予め設定しておく。   Further, the sine wave torque calculating means 72 calculates a current command value corresponding to the torque command Treq, and is a torque that can be generated as a sine wave current from the acquired rotation speed VR of the rotating electrical machine 10 and the calculated current command value. A certain sine wave torque Ts is calculated. Further, the pulse superimposition condition determining means 74 satisfies any first pulse superimposition requirement condition (Va <Vx or Va ≦ Vx) in which the interphase voltage Va is less than the threshold value Vx or less than or equal to the threshold value Vx, and torque The command Treq is compared with the calculated sine wave torque Ts, and the second pulse superposition request condition (Treq ≧ Ts or Treq> Ts) where the torque command Treq is equal to or greater than the sine wave torque Ts or exceeds the sine wave torque. It is determined that the pulse superimposition condition is satisfied only when) is satisfied. For example, the second pulse superimposition request condition is that the torque command Treq is equal to or greater than the sine wave torque Ts. However, the second pulse superposition request condition may be that the torque command Treq exceeds the sine wave torque Ts. Whether or not to include the case where the torque command Treq matches the sine wave torque Ts is included in the switching unit 42 in advance in the second pulse superimposition request condition.

ここで、予め第1パルス重畳要求条件をVa<Vxに設定し、第2パルス重畳要求条件をTreq≧Tsに設定したときを説明する。この場合、パルス重畳条件判定手段74は、例えば、相間電圧Vaが閾値Vx以上である場合(Va≧Vx)、すなわち第1パルス重畳要求条件が不成立の場合には、パルス重畳条件が不成立と判定する。さらに、パルス重畳条件判定手段74は、第1パルス重畳要求条件が成立した場合でも、例えば、トルク指令Treqが正弦波トルクTs未満となる場合(Treq<Ts)、すなわち第2パルス重畳要求条件が不成立の場合には、パルス重畳条件が不成立と判定する。例えば、予め設定する係数をαとした場合に、閾値Vxはインバータに入力される直流電圧Vdcにαを乗じた値である、α・Vdc(Vx=α・Vdc)とする。例えば、インバータを正弦波PWM制御する場合のキャリア信号に対する変調波の上限変調度(1)に対応して、αは0.61(α=0.61)とする。ただし、αは、この値に限定するものではなく、例えば制御性等を考慮して、αは、0.4、0.5、0.78等へ変更することもできる。したがって、Va≧α・Vdcである、第1パルス重畳要求条件不成立の場合には、パルス重畳条件が不成立と判定する。電流一定であれば、相間電圧Vaは回転数に比例して大きくなるので、ある閾値回転数以上の場合に、パルス重畳条件は不成立となる。この場合、切り換え部42は、ステータ電流にパルス電流を重畳させない正弦波電流を流し、回転電機10を駆動する。   Here, the case where the first pulse superposition request condition is set in advance to Va <Vx and the second pulse superposition request condition is set to Treq ≧ Ts will be described. In this case, for example, when the interphase voltage Va is equal to or higher than the threshold value Vx (Va ≧ Vx), that is, when the first pulse superposition request condition is not satisfied, the pulse superposition condition determination unit 74 determines that the pulse superposition condition is not satisfied. To do. Furthermore, even when the first pulse superposition request condition is satisfied, the pulse superposition condition determination unit 74, for example, when the torque command Treq is less than the sine wave torque Ts (Treq <Ts), that is, the second pulse superposition request condition is If not, it is determined that the pulse superposition condition is not satisfied. For example, when the preset coefficient is α, the threshold Vx is α · Vdc (Vx = α · Vdc), which is a value obtained by multiplying the DC voltage Vdc input to the inverter by α. For example, α is set to 0.61 (α = 0.61) corresponding to the upper limit modulation degree (1) of the modulation wave with respect to the carrier signal when the inverter performs sine wave PWM control. However, α is not limited to this value. For example, α can be changed to 0.4, 0.5, 0.78, etc. in consideration of controllability and the like. Therefore, when Va ≧ α · Vdc and the first pulse superimposition requirement condition is not satisfied, it is determined that the pulse superposition condition is not satisfied. If the current is constant, the interphase voltage Va increases in proportion to the number of rotations, so that the pulse superposition condition is not satisfied when the current is equal to or higher than a certain threshold number of rotations. In this case, the switching unit 42 drives the rotating electrical machine 10 by passing a sine wave current that does not superimpose a pulse current on the stator current.

逆に、Va<α・Vdcの第1パルス重畳要求条件が成立する場合で、トルク指令Treqが正弦波トルクTs以上となる第2パルス重畳要求条件が成立する場合(Treq≧Ts)にパルス重畳条件が成立したと判定し、ステータ電流にパルス電流を重畳させるパルス重畳電流を流し、回転電機10を駆動する。また、Va<α・Vdcである、第1パルス重畳要求条件が成立する場合でも、トルク指令Treqが正弦波トルクTs未満となる(Treq<Ts)、第2パルス重畳要求条件不成立時には、パルス重畳条件が不成立と判定し、ステータ電流に正弦波電流を流し、回転電機10を駆動する。なお、相間電圧は、上記のように電圧指令から求めるのではなく、実際に電圧センサにより検出した相間電圧を用いることもできる。   Conversely, when the first pulse superposition requirement condition of Va <α · Vdc is satisfied, and the second pulse superposition requirement condition where the torque command Treq is equal to or greater than the sine wave torque Ts is satisfied (Treq ≧ Ts), the pulse superposition is performed. It is determined that the condition is satisfied, and a pulse superimposed current for superimposing the pulse current on the stator current is supplied to drive the rotating electrical machine 10. Further, even when the first pulse superimposition requirement condition that Va <α · Vdc is satisfied, the torque command Treq is less than the sine wave torque Ts (Treq <Ts), and when the second pulse superimposition requirement condition is not satisfied, the pulse superimposition is performed. It is determined that the condition is not satisfied, a sine wave current is passed through the stator current, and the rotating electrical machine 10 is driven. The interphase voltage is not obtained from the voltage command as described above, but the interphase voltage actually detected by the voltage sensor can also be used.

なお、第1パルス重畳要求条件を、Va≦α・Vdcが成立することとしたり、第2パルス重畳要求条件を、トルク指令Treqが正弦波トルクTsを超える(Treq>Ts)こととすることもできる。例えば、第1パルス重畳要求条件をVa≦α・Vdcとし、第2パルス重畳要求条件をTreq>Tsと設定すると、Va>α・Vdcである、第1パルス重畳要求条件不成立の場合には、パルス重畳条件が不成立と判定する。逆に、Va≦α・Vdcの第1パルス重畳要求条件が成立する場合で、トルク指令Treqが正弦波トルクTsを超える(Treq>Ts)、第2パルス重畳要求条件が成立する場合にパルス重畳条件が成立したと判定し、ステータ電流にパルス電流を重畳させるパルス重畳電流を流し、回転電機10を駆動する。また、Va≦α・Vdcである、第1パルス重畳要求条件が成立する場合でも、トルク指令Treqが正弦波トルクTs以下となる(Treq≦Ts)、第2パルス重畳要求条件不成立時には、パルス重畳条件が不成立と判定し、ステータ電流に正弦波電流を流し、回転電機10を駆動する。   Note that Va ≦ α · Vdc may be satisfied as the first pulse superposition request condition, or the torque command Treq may exceed the sine wave torque Ts (Treq> Ts) as the second pulse superposition request condition. it can. For example, if the first pulse superposition requirement condition is Va ≦ α · Vdc and the second pulse superposition requirement condition is set as Treq> Ts, then Va> α · Vdc, and the first pulse superposition requirement condition is not satisfied, It is determined that the pulse superposition condition is not satisfied. Conversely, when the first pulse superposition requirement condition of Va ≦ α · Vdc is satisfied and the torque command Treq exceeds the sine wave torque Ts (Treq> Ts), the pulse superposition is performed when the second pulse superposition requirement condition is satisfied. It is determined that the condition is satisfied, and a pulse superimposed current for superimposing the pulse current on the stator current is supplied to drive the rotating electrical machine 10. Further, even when the first pulse superposition requirement condition that Va ≦ α · Vdc is satisfied, the torque command Treq is equal to or less than the sine wave torque Ts (Treq ≦ Ts), and when the second pulse superposition requirement condition is not satisfied, the pulse superposition is performed. It is determined that the condition is not satisfied, a sine wave current is passed through the stator current, and the rotating electrical machine 10 is driven.

図4A、4Bは、本実施形態により、ステータ電流にパルス電流を重畳させた場合のステータ電流の時間的変化と、200min-1でロータを回転させた場合のロータ電流の時間的変化とをそれぞれ求めた実験結果を示す図である。以下の説明では、図1〜3で付した符号を用いて説明する。図4Aでは、ステータ電流の正弦波である基本波電流に対して1周期に対し、矢印で示すタイミングで予め設定した所定回数である、3回、パルス電流を重畳させている。この場合、図4Bに示すように、図36Aの先発明の実験結果との比較から明らかなように、本実施形態により、パルス電流の重畳に応じて各ロータ巻線18n、18sを流れるロータ電流のベースを上昇させることができ、全体としてロータ電流の値を高くできる。このため、低速回転時でも同期機である回転電機10のトルクを向上できることが分かる。 FIGS. 4A and 4B show the time variation of the stator current when the pulse current is superimposed on the stator current and the time variation of the rotor current when the rotor is rotated at 200 min −1 according to this embodiment. It is a figure which shows the calculated | required experimental result. In the following description, it demonstrates using the code | symbol attached | subjected in FIGS. In FIG. 4A, a pulse current is superimposed three times, which is a predetermined number of times set in advance at a timing indicated by an arrow, for one period with respect to a fundamental wave current that is a sine wave of a stator current. In this case, as shown in FIG. 4B, as is clear from the comparison with the experimental result of the prior invention of FIG. 36A, according to the present embodiment, the rotor current flowing through the rotor windings 18n and 18s according to the superposition of the pulse currents. As a whole, the value of the rotor current can be increased. For this reason, it turns out that the torque of the rotary electric machine 10 which is a synchronous machine can be improved also at the time of low speed rotation.

図5は、このようにステータ電流にパルス電流を重畳させた場合の回転電機10の回生トルクと回転数との関係を求めた実験結果を示す図である。図5において、「正弦波駆動」として示す曲線は、図35に実験結果を示した先発明の場合と同様に、ステータ電流を、パルス電流を重畳させない正弦波電流とした場合の実験結果を表している。また、「1パルス」、「3パルス」、「6パルス」とあるのは、それぞれステータ電流の基本波である正弦波電流の1周期に対して1回、3回、6回の割合でパルス電流を重畳させたことを表している。図5に示す結果から明らかなように、本実施形態では回転電機10の回転数が800min-1未満の領域で大きくトルクを向上させることができることを確認できた。すなわち、本実施の形態によれば、「1パルス」、「3パルス」、「6パルス」の曲線と、同じ回転数領域の正弦波駆動の曲線との間の領域でトルクを増大できた。また、ステータ電流の基本波である正弦波電流の1周期に対してパルス電流を重畳させる回数を多くするのにしたがって、トルクを向上できることが分かった。なお、図5に示す実験結果では、回生トルクと回転数との関係を示しているが、回転電機10の出力トルクと回転数との関係も同様の傾向となる。 FIG. 5 is a diagram showing experimental results for determining the relationship between the regenerative torque and the rotational speed of the rotating electrical machine 10 when the pulse current is superimposed on the stator current. In FIG. 5, the curve shown as “sine wave drive” represents the experimental result when the stator current is a sine wave current in which the pulse current is not superimposed, as in the case of the previous invention in which the experimental result is shown in FIG. ing. In addition, “1 pulse”, “3 pulse”, and “6 pulse” are pulses at a rate of once, three, and six times for one cycle of the sine wave current that is the fundamental wave of the stator current. This shows that the current is superimposed. As is clear from the results shown in FIG. 5, it has been confirmed that in this embodiment, the torque can be greatly improved in the region where the rotational speed of the rotating electrical machine 10 is less than 800 min −1 . That is, according to the present embodiment, the torque can be increased in a region between the “1 pulse”, “3 pulse”, and “6 pulse” curves and the sinusoidal drive curve in the same rotation speed region. It has also been found that the torque can be improved as the number of times the pulse current is superimposed on one cycle of the sine wave current, which is the fundamental wave of the stator current, is increased. The experimental results shown in FIG. 5 show the relationship between the regenerative torque and the rotational speed, but the relationship between the output torque of the rotating electrical machine 10 and the rotational speed has the same tendency.

このような回転電機駆動システム34によれば、上記の先発明と同様の理由により、巻線構造を簡略化できる。しかも、本実施形態によれば、広い回転数領域のトルクを有効に高くすることができる。すなわち、回転電機10の回転数が閾値未満である、回転数の低い領域でステータ巻線28u、28v、28wを流れるステータ電流にパルス電流を重畳させることができるので、回転数が低くても回転磁界の基本波(正弦波)電流以外による磁場変動を生じさせ、ロータ巻線18n、18sのロータ誘導電流を増加させてトルクを向上させることができる。また、切り換え部42により、回転電機10の回転数が閾値以上である場合にステータ電流にパルス電流を重畳させないように、パルス重畳状態を切り換えるので、高回転数領域でも、正弦波のステータ電流によるトルクが抑制されることがなく、トルクを十分に高くできる。また、パルス電流を重畳させる間隔が、ステータ電流の基本波である正弦波電流の周波数に依存することとなる。このため、低速の領域でのトルクを増加しやすくできる。   According to the rotating electrical machine drive system 34 as described above, the winding structure can be simplified for the same reason as in the previous invention. Moreover, according to the present embodiment, the torque in a wide rotation speed region can be effectively increased. That is, the pulse current can be superimposed on the stator current flowing through the stator windings 28u, 28v, and 28w in the low rotation speed region where the rotation speed of the rotating electrical machine 10 is less than the threshold value. Torque can be improved by causing magnetic field fluctuations other than the fundamental wave (sine wave) current of the magnetic field and increasing the rotor induced current of the rotor windings 18n and 18s. In addition, the switching unit 42 switches the pulse superposition state so that the pulse current is not superimposed on the stator current when the rotation speed of the rotating electrical machine 10 is equal to or greater than the threshold value. Torque can be sufficiently increased without being suppressed. Further, the interval at which the pulse current is superimposed depends on the frequency of the sine wave current that is the fundamental wave of the stator current. For this reason, it is possible to easily increase the torque in the low speed region.

また、印加する電圧において、パルス電流重畳のための十分な余裕がない領域で正弦波駆動、すなわち正弦波のステータ電流による正弦波駆動を行い、印加する電圧に十分な余裕がある領域でのみ、パルス電流を重畳させ、トルクを増加させることができる。すなわち、回転電機の駆動範囲全域でパルス重畳を行う必要はなく、トルクの不足が生じない広い駆動範囲でより有効に正弦波駆動させることができる。   In addition, in the voltage to be applied, sine wave drive in a region where there is not enough room for pulse current superposition, i.e., sine wave drive with a sine wave stator current, only in a region where there is enough room for applied voltage, The torque can be increased by superimposing the pulse current. That is, it is not necessary to perform pulse superposition over the entire driving range of the rotating electrical machine, and sine wave driving can be performed more effectively in a wide driving range where torque shortage does not occur.

また、各ロータ巻線18n、18sは、ロータ14の周方向に隣り合うロータ巻線18n、18s同士で順方向が逆になる整流素子である、ダイオード21n、21s(図24参照)に接続し、各ダイオード21n、21sは、該誘導起電力の発生によりロータ巻線18n、18sに流れる電流を整流することで、該周方向に隣り合うロータ巻線18n、18sに流れる電流の位相を、A相とB相とに交互に異ならせている。このため、各ロータ巻線18n、18sを、ロータ14の周方向に隣り合うロータ巻線18n、18s同士で、順方向が周方向に関して同じ方向になるダイオードに接続し、各ロータ巻線18n、18sに流れる電流により生成される周方向複数個所の磁極部である、突極19の磁気特性を交互に異ならせるという、比較構成も考えられるが、この比較構成に比べてトルクをより向上しやすくできる。すなわち、比較構成では、1の磁気特性を有する突極19を生成するために流れる誘導電流が、別の磁気特性を有する別の突極19を生成するために流れる誘導電流に、電流を減じさせる方向に影響する可能性があるのに対して、本実施形態ではこのような不都合を防止して、トルクをより向上しやすくできる。   The rotor windings 18n and 18s are connected to diodes 21n and 21s (see FIG. 24), which are rectifying elements whose forward directions are reversed between the rotor windings 18n and 18s adjacent in the circumferential direction of the rotor 14. The diodes 21n and 21s rectify the current flowing through the rotor windings 18n and 18s by the generation of the induced electromotive force, thereby changing the phase of the current flowing through the rotor windings 18n and 18s adjacent in the circumferential direction to A The phase and the B phase are alternately changed. For this reason, each rotor winding 18n, 18s is connected to a diode whose forward direction is the same as the circumferential direction between the rotor windings 18n, 18s adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 14, and each rotor winding 18n, A comparative configuration in which the magnetic characteristics of the salient poles 19, which are magnetic pole portions at a plurality of positions in the circumferential direction generated by the current flowing through 18s, can be considered, but it is easier to improve the torque than this comparative configuration. it can. That is, in the comparison configuration, the induced current flowing to generate the salient pole 19 having one magnetic characteristic is reduced to the induced current flowing to generate another salient pole 19 having another magnetic characteristic. In the present embodiment, such inconvenience can be prevented and the torque can be improved more easily.

また、各ロータ巻線18n、18sのロータ14の周方向に関する幅θが電気角で90°に相当する幅に略等しくすることにより、ロータ巻線18n、18sに発生する、回転磁界の高調波による誘導起電力を最大に発生することができ、各ロータ巻線18n、18sに流れる誘導電流により生成される磁極部である突極19の磁束を最も効率よく増大させることができる。この結果、ロータ14に作用するトルクをより効率よく増大させることができる。   Further, by making the width θ of each rotor winding 18n, 18s in the circumferential direction of the rotor 14 substantially equal to a width corresponding to 90 ° in electrical angle, harmonics of the rotating magnetic field generated in the rotor windings 18n, 18s. Can be generated maximally, and the magnetic flux of the salient pole 19 which is a magnetic pole portion generated by the induced current flowing in each rotor winding 18n, 18s can be increased most efficiently. As a result, the torque acting on the rotor 14 can be increased more efficiently.

また、各ロータ巻線18n、18sは、ロータ14の周方向複数個所に位置するインダクタンスが高いq軸磁路に配置されており、ロータコア16は、ダイオード21n、21sで整流された電流がロータ巻線18n、18sに流れるのに応じて磁化することで磁極が固定された磁石として機能する突極19であって、ロータ14の周方向に互いに間隔をおいて配置された複数の突極19を含む。このため、ロータ14に作用するトルクをより効率よく増大させることができる。   The rotor windings 18n and 18s are arranged in q-axis magnetic paths with high inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 14, and the rotor core 16 has a current rectified by the diodes 21n and 21s. The salient poles 19 function as magnets with fixed magnetic poles by being magnetized in accordance with the flow of the wires 18n and 18s, and a plurality of salient poles 19 arranged at intervals in the circumferential direction of the rotor 14 are provided. Including. For this reason, the torque which acts on the rotor 14 can be increased more efficiently.

図6〜9は、本実施の形態とは別の実施形態により行った実験結果を示す図である。図6は、別の実施形態により、ステータ電流に低速回転領域でパルス電流を重畳させた場合のステータ電流の時間的変化の実験結果を示す図である。図7は、別の実施形態により、ステータ電流にパルス電流を重畳させた場合の回転電機10の回生トルクと回転数との関係を求めた実験結果を示す図である。図8は、別の実施形態により、回転電機10の停止時のステータ電流の時間的変化の実験結果を示す図である。図9は、別の実施形態により、回転電機10の停止時の回生トルクとパルス電流の重畳周波数との関係を求めた実験結果を示す図である。別の実施形態では、駆動信号出力手段44は、ステータ電流にパルス電流を重畳させる場合に、各相のステータ電流に、予め設定した所定周波数でパルス電流を重畳させるようにインバータ36の駆動信号を生成し、駆動信号を出力するように構成する。例えば、駆動信号出力手段44は、上記のようにd軸、q軸電流指令値の設定によるベクトル制御によりインバータ36及び回転電機10を制御する場合に、q軸電流指令値に予め設定した所定周波数でパルス電流を発生させるように制御する。この場合、ステータ電流の正弦波の周波数とは関係のない周波数でパルス電流が重畳される。この場合には、パルス電流を重畳させる間隔が、ステータ電流の基本波である正弦波電流の周波数に依存しないので、上記の図5に実験結果を示す実施形態の場合に比べて、回転停止時や極低速回転領域においてトルクを増大させることが可能となる。   6-9 is a figure which shows the experimental result performed by embodiment different from this Embodiment. FIG. 6 is a diagram showing experimental results of temporal changes in the stator current when a pulse current is superimposed on the stator current in a low-speed rotation region according to another embodiment. FIG. 7 is a diagram illustrating an experimental result of obtaining the relationship between the regenerative torque and the rotational speed of the rotating electrical machine 10 when a pulse current is superimposed on the stator current according to another embodiment. FIG. 8 is a diagram illustrating an experimental result of a temporal change in the stator current when the rotating electrical machine 10 is stopped according to another embodiment. FIG. 9 is a diagram illustrating an experimental result of obtaining a relationship between the regenerative torque when the rotating electrical machine 10 is stopped and the superimposed frequency of the pulse current according to another embodiment. In another embodiment, when the pulse current is superimposed on the stator current, the drive signal output means 44 outputs the drive signal of the inverter 36 so that the pulse current is superimposed on the stator current of each phase at a predetermined frequency set in advance. And generating a drive signal. For example, when the drive signal output means 44 controls the inverter 36 and the rotating electrical machine 10 by vector control by setting the d-axis and q-axis current command values as described above, the drive signal output means 44 has a predetermined frequency set in advance for the q-axis current command value. To control to generate a pulse current. In this case, the pulse current is superimposed at a frequency that is not related to the frequency of the sine wave of the stator current. In this case, since the interval at which the pulse current is superimposed does not depend on the frequency of the sine wave current that is the fundamental wave of the stator current, compared to the embodiment shown in the experimental results shown in FIG. In addition, torque can be increased in the extremely low speed rotation region.

例えば、図6では、一定の周波数、すなわち10msec(=100Hz)でステータ電流にパルス電流を重畳させている。この場合、図7に示すように、正弦波電流で駆動させる先発明の場合に比べて、「パルス重畳100Hz」と示した曲線で表す実験結果のように、低速領域でのトルクを向上できるだけでなく、図5に実験結果を示した実施形態の場合に比べて極低速回転領域でのトルクを向上できることを確認できた。本実施の形態では、図7のパルス重畳100Hzと示した曲線と、同じ回転数領域の正弦波駆動の曲線との間の領域でトルクを増大できた。   For example, in FIG. 6, the pulse current is superimposed on the stator current at a constant frequency, that is, 10 msec (= 100 Hz). In this case, as shown in FIG. 7, as compared with the case of the previous invention driven by a sine wave current, the torque in the low speed region can only be improved as shown in the experimental result represented by the curve shown as “pulse superimposed 100 Hz”. As a result, it was confirmed that the torque in the extremely low speed rotation region can be improved as compared with the case of the embodiment whose experimental results are shown in FIG. In the present embodiment, the torque can be increased in a region between the curve shown as pulse superposition 100 Hz in FIG. 7 and the sinusoidal drive curve in the same rotation speed region.

また、この別の実施形態の場合には、回転電機10の停止時のトルクも向上できる。すなわち、図8に示すように、回転電機10の停止時に一定の周波数、例えば10msec(=100Hz)でステータ電流にパルス電流を重畳させた場合、図9に示すように、パルス電流を重畳させる周波数を0、すなわち停止時にステータ電流にパルス電流を重畳させない場合に比べて、回転電機10のトルクを高くできることを確認できた。また、この停止時のトルクは、ステータ電流にパルス電流を重畳させる周波数が高くなるにしたがって、高くできることを確認できた。   Moreover, in the case of this another embodiment, the torque at the time of the stop of the rotary electric machine 10 can also be improved. That is, as shown in FIG. 8, when the pulse current is superimposed on the stator current at a constant frequency, for example, 10 msec (= 100 Hz) when the rotating electrical machine 10 is stopped, the frequency at which the pulse current is superimposed as shown in FIG. It was confirmed that the torque of the rotating electrical machine 10 can be increased as compared with the case where the pulse current is not superimposed on the stator current when the motor is stopped. Further, it was confirmed that the torque at the time of stopping can be increased as the frequency at which the pulse current is superimposed on the stator current is increased.

図10は、本発明の別の実施の形態において、切り換え部42の構成を示す図である。図10に示すように、この別の実施の形態では、切り換え部42は、トルク回転数取得手段68と、相間電圧取得手段70と、マップ記憶手段76と、第2パルス重畳条件判定手段78とを含む。なお、以下の説明において、図1〜3に示した上記の実施の形態と同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略もしくは簡略化する。本実施の形態は、相間電圧Vaが閾値Vx以下または閾値Vx未満である場合で、正弦波電流でも、パルス電流でもいずれの場合でも要求出力トルクが発生できる場合に、回転電機10(図1参照)の損失が最小となるように駆動電流波形を決定するようにする点に特徴がある。   FIG. 10 is a diagram showing a configuration of the switching unit 42 in another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, in this other embodiment, the switching unit 42 includes a torque rotation speed acquisition unit 68, an interphase voltage acquisition unit 70, a map storage unit 76, and a second pulse superposition condition determination unit 78. including. In the following description, the same parts as those in the above embodiment shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and overlapping illustrations and descriptions are omitted or simplified. In the present embodiment, when the interphase voltage Va is equal to or lower than the threshold value Vx or less than the threshold value Vx, and the required output torque can be generated in either case of the sine wave current or the pulse current, the rotating electrical machine 10 (see FIG. 1) ) Is characterized in that the drive current waveform is determined so as to minimize the loss.

まず、図11から図13を用いて、正弦波とパルス重畳波形との駆動電流波形の切り換えで、回転電機の損失が最小となるようにできる原理について説明する。図11は、ステータに正弦波電流を流す場合の1相のステータ電流(a)と、これに対応する2相のロータ電流(b)との1例を示す図である。図12は、ステータに図11の正弦波電流にパルス電流を重畳させた場合の1相のステータ電流(a)と、これに対応する2相のロータ電流(b)との1例を示す図である。図13は、回転電機のトルクが増加することにより、正弦波駆動の場合よりもパルス電流を重畳させた場合の方が銅損が低下する例を示す図である。このように、図11,12に示す場合には、正弦波電流ではA相、B相のロータ電流の振幅が小さく回転電機10のトルクも小さいが、パルス電流を重畳させた場合には、各相のロータ電流の振幅が大きくなるため、回転電機10のトルクも大きくできる。これに対して、正弦波電流による駆動でパルス重畳電流による駆動の場合と同じトルクを出すためには正弦波電流の振幅を増大させる必要がある。ただし、図13に示すように、正弦波電流で振幅を増大させてパルス重畳電流の場合と同じトルクを得る場合、ステータ12の銅損の増大がかなり大きくなる場合がある(図13のトルク100%の場合)。これに比べて、パルス重畳電流によりトルク100%を得る場合には、正弦波駆動の場合よりも誘導電流が増加し、ステータ12の銅損の増加も、正弦波電流の振幅増加の場合に比べて小さくなる。この場合には、パルス電流を重畳させてトルクを出す方がステータ12の銅損が小さくて済み、効率向上を図れることが分かる。これに対して、正弦波電流により駆動する場合の方が、パルス重畳電流により駆動する場合よりも銅損が低くなる場合もある。このため、駆動電流波形の切り換えにより回転電機10の損失が最小となるように決定でき、回転電機10の駆動時の効率向上を図れる。このような構成の場合、例えば、図7に示したトルクと回転数との関係を表す図において、800min-1以下での「正弦波駆動」と示した曲線よりも下側のトルク領域でパルス電流を使用して回転電機10を駆動できる。 First, using FIG. 11 to FIG. 13, the principle that can minimize the loss of the rotating electrical machine by switching the drive current waveform between the sine wave and the pulse superimposed waveform will be described. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a one-phase stator current (a) and a corresponding two-phase rotor current (b) when a sinusoidal current is passed through the stator. FIG. 12 is a diagram showing an example of a one-phase stator current (a) and a corresponding two-phase rotor current (b) when a pulse current is superimposed on the sine wave current of FIG. 11 on the stator. It is. FIG. 13 is a diagram illustrating an example in which the copper loss is reduced in the case where the pulse current is superimposed rather than in the case of the sine wave drive due to the increase in the torque of the rotating electrical machine. 11 and 12, in the case of the sine wave current, the amplitudes of the A-phase and B-phase rotor currents are small and the torque of the rotating electrical machine 10 is small, but when the pulse current is superimposed, Since the amplitude of the phase rotor current is increased, the torque of the rotating electrical machine 10 can be increased. On the other hand, the amplitude of the sine wave current needs to be increased in order to produce the same torque as in the case of driving with the pulse superimposed current in the case of driving with the sine wave current. However, as shown in FIG. 13, when the same torque as in the case of the pulse superimposed current is obtained by increasing the amplitude with a sine wave current, the increase in the copper loss of the stator 12 may become considerably large (torque 100 in FIG. 13). %in the case of). In contrast, when a torque of 100% is obtained by the pulse superimposed current, the induced current increases compared to the case of the sine wave drive, and the increase in the copper loss of the stator 12 is also greater than that in the case of the amplitude increase of the sine wave current. Become smaller. In this case, it can be seen that when the torque is generated by superimposing the pulse current, the copper loss of the stator 12 can be reduced and the efficiency can be improved. On the other hand, the copper loss may be lower when driving with a sine wave current than when driving with a pulse superimposed current. For this reason, it is possible to determine that the loss of the rotating electrical machine 10 is minimized by switching the drive current waveform, and the efficiency at the time of driving the rotating electrical machine 10 can be improved. In the case of such a configuration, for example, in the diagram showing the relationship between the torque and the rotational speed shown in FIG. 7, a pulse is generated in the torque region below the curve shown as “sine wave drive” at 800 min −1 or less. The rotating electrical machine 10 can be driven using an electric current.

このような原理に基づいて、本実施の形態では、回転電機10の回転数とトルクとに対して、回転電機10の損失が最小となるような、正弦波電流である基本波電流I1と、パルス電流指令I2(またはパルス電圧指令V2)とを表すマップのデータを予め作成し、マップ記憶手段76(図10)に記憶させておく。そして、図10に示す第2パルス重畳条件判定手段78は、マップ記憶手段76に記憶されたマップを参照しながら、トルク指令Treq及び回転数に対応する基本波電流I1と、パルス電流指令I2(またはパルス電圧指令V2)とを取得し、I1と、I2(またはV2)とを用いて回転電機10を駆動する。より具体的には、第2パルス重畳条件判定手段78は、相間電圧取得手段70により取得した相間電圧Vaが閾値Vx未満である、または閾値Vx以下であるいずれかの第1パルス重畳要求条件が成立する場合(Va<VxまたはVa≦Vx)で、要求出力トルクであるトルク指令Treqと回転数とから正弦波電流でトルク指令Treqが得られるようにした場合の損失である正弦波損失D1と、トルク指令Treqと回転数とから正弦波電流にパルス電流を重畳させることによりトルク指令Treqが得られるようにした場合の損失であるパルス重畳損失D2とを比較する。そして、第2パルス重畳条件判定手段78は、第1パルス重畳要求条件が成立し、かつ、正弦波損失D1がパルス重畳損失D2以上となる、またはパルス重畳損失D2を超えるいずれかの第2パルス重畳要求条件が成立する場合(D1≧D2またはD1>D2)のみにパルス重畳条件が成立したと判定する。これに対して、第2パルス重畳条件判定手段78は、相間電圧Vaが閾値Vx以上である、または閾値Vxを超える第1パルス重畳要求条件が不成立となる場合(Va≧VxまたはVa>Vx)や、相間電圧が閾値Vx未満である、または閾値Vx以下である第1パルス重畳要求条件が成立する場合(Va<VxまたはVa≦Vx)でも、正弦波損失D1がパルス重畳損失D2未満となる、またはパルス重畳損失D2以下となる第2パルス重畳要求条件が不成立となる場合(D1<D2またはD1≦D2)には、パルス重畳条件が不成立と判定する。そして、制御装置38(図1参照)は、パルス重畳条件の判定結果に応じて、回転電機10(図1参照)を駆動する。   Based on such a principle, in the present embodiment, a fundamental wave current I1 that is a sine wave current that minimizes the loss of the rotating electrical machine 10 with respect to the rotational speed and torque of the rotating electrical machine 10, Map data representing the pulse current command I2 (or pulse voltage command V2) is created in advance and stored in the map storage means 76 (FIG. 10). Then, the second pulse superimposition condition determining means 78 shown in FIG. 10 refers to the map stored in the map storage means 76, and the fundamental wave current I1 corresponding to the torque command Treq and the rotational speed, and the pulse current command I2 ( Alternatively, the pulse voltage command V2) is acquired, and the rotating electrical machine 10 is driven using I1 and I2 (or V2). More specifically, the second pulse superimposition condition determination unit 78 has any first pulse superimposition request condition in which the interphase voltage Va acquired by the interphase voltage acquisition unit 70 is less than the threshold value Vx or less than or equal to the threshold value Vx. If satisfied (Va <Vx or Va ≦ Vx), a sine wave loss D1 that is a loss when the torque command Treq is obtained from a sine wave current from the torque command Treq that is the required output torque and the rotation speed, and Then, the pulse superposition loss D2 which is a loss when the torque command Treq is obtained by superimposing the pulse current on the sine wave current from the torque command Treq and the rotation speed is compared. Then, the second pulse superimposition condition determining means 78 is either the second pulse in which the first pulse superimposition requirement condition is satisfied and the sine wave loss D1 is greater than or equal to the pulse superimposition loss D2 or exceeds the pulse superimposition loss D2. It is determined that the pulse superposition condition is met only when the superposition request condition is met (D1 ≧ D2 or D1> D2). On the other hand, the second pulse superimposition condition determining means 78 is used when the interphase voltage Va is equal to or higher than the threshold value Vx or the first pulse superimposition requirement condition exceeding the threshold value Vx is not satisfied (Va ≧ Vx or Va> Vx). In addition, even when the first pulse superposition requirement condition where the interphase voltage is less than the threshold value Vx or less than the threshold value Vx is satisfied (Va <Vx or Va ≦ Vx), the sine wave loss D1 is less than the pulse superposition loss D2. Or, when the second pulse superposition request condition that is equal to or less than the pulse superposition loss D2 is not satisfied (D1 <D2 or D1 ≦ D2), it is determined that the pulse superposition condition is not satisfied. And the control apparatus 38 (refer FIG. 1) drives the rotary electric machine 10 (refer FIG. 1) according to the determination result of pulse superimposition conditions.

次に、このように回転電機を駆動する場合の制御方法の具体例の2例を、図14、図15を用いて説明する。図14の例の場合、制御装置38は、電流指令生成部80と、電流指令合成部82と、電圧指令駆動信号生成部84とを含む。電流指令生成部80は、切り換え部42(図10)を有する。電流指令生成部80にトルク指令Treq及び回転電機10の回転数の取得値が入力される。電流指令生成部80は、マップ記憶手段76(図10)のデータを参照しながら、トルク指令Treq及び回転数に基づいて、回転電機10の損失が最小となるような、基本波電流指令I1とパルス電流指令I2とを取得する。この場合にパルス電流指令I2が0となれば電流指令は正弦波電流に対応する指令となり、パルス電流指令I2が0以外、すなわち正の値であれば電流指令は、パルス重畳電流に対応する指令となる。この場合、パルス重畳電流指令決定のための条件として、相間電圧Vaが閾値Vx未満である、または閾値Vx以下であるか、それ以外かの条件も用いる。   Next, two specific examples of the control method for driving the rotating electrical machine in this way will be described with reference to FIGS. In the case of the example in FIG. 14, the control device 38 includes a current command generation unit 80, a current command synthesis unit 82, and a voltage command drive signal generation unit 84. The current command generation unit 80 includes a switching unit 42 (FIG. 10). The torque command Treq and the acquired value of the rotational speed of the rotating electrical machine 10 are input to the current command generation unit 80. The current command generation unit 80 refers to the data of the map storage means 76 (FIG. 10), and the fundamental wave current command I1 that minimizes the loss of the rotating electrical machine 10 based on the torque command Treq and the rotation speed. The pulse current command I2 is acquired. In this case, if the pulse current command I2 is 0, the current command is a command corresponding to a sine wave current. If the pulse current command I2 is other than 0, that is, a positive value, the current command is a command corresponding to the pulse superimposed current. It becomes. In this case, as a condition for determining the pulse superimposed current command, a condition that the interphase voltage Va is less than the threshold value Vx or less than or equal to the threshold value Vx is also used.

なお、マップ記憶手段76のマップにおいて、予め相間電圧Vaが閾値Vx未満である、または閾値Vx以下であるか、それ以外かの条件で、基本波電流指令I1とパルス電流指令I2とを決定しておくこともできる。電流指令合成部82は、基本波電流指令I1とパルス電流指令I2(0の場合もある。)とを合成し、合成した電流指令であるd軸電流指令Id*とq軸電流指令Iq*とを出力する。また、制御装置38は、回転電機10に設けられた電流センサ(図示せず)から各相電流を取得し、取得した各相電流からd軸電流Idとq軸電流Iqとの検出値を演算、すなわち取得する。次いで、合成した電流指令Id*,Iq*と検出電流Id,Iqとの偏差を電圧指令駆動信号生成部84に入力する。電圧指令駆動信号生成部84は、偏差からPI演算等により電圧指令を算出し、算出した電圧指令と、取得されたロータ14の回転位置とからインバータ36のスイッチング素子をオンオフするための駆動信号を求める。インバータ36は、この駆動信号により駆動され、回転電機10を正弦波電流またはパルス重畳電流により駆動する。このような本実施の形態によれば、上記の原理により回転電機10駆動時の効率向上を図れる。   In addition, in the map of the map storage means 76, the fundamental wave current command I1 and the pulse current command I2 are determined in advance under the condition that the interphase voltage Va is less than the threshold value Vx or less than or equal to the threshold value Vx. You can also keep it. The current command combining unit 82 combines the fundamental current command I1 and the pulse current command I2 (which may be 0), and the combined current command d-axis current command Id * and q-axis current command Iq * Is output. Further, the control device 38 acquires each phase current from a current sensor (not shown) provided in the rotating electrical machine 10, and calculates a detection value of the d-axis current Id and the q-axis current Iq from each acquired phase current. Ie get. Next, the deviation between the combined current commands Id * and Iq * and the detected currents Id and Iq is input to the voltage command drive signal generator 84. The voltage command drive signal generation unit 84 calculates a voltage command by PI calculation or the like from the deviation, and generates a drive signal for turning on and off the switching element of the inverter 36 from the calculated voltage command and the acquired rotational position of the rotor 14. Ask. The inverter 36 is driven by this drive signal, and drives the rotating electrical machine 10 by a sine wave current or a pulse superimposed current. According to this embodiment, the efficiency can be improved when the rotating electrical machine 10 is driven by the above principle.

また、図15の例の場合、制御装置38は、電流指令生成部80aと、電圧指令生成部86と、パルス電圧指令付加部88と、駆動信号生成部90とを含む。電流指令生成部80及びパルス電圧指令付加部88を含む部分は、切り換え部42(図10)を有する。電流指令生成部80aにトルク指令Treq及び回転電機10の回転数の取得値が入力される。電流指令生成部80aは、トルク指令Treq及び回転数に基づいて、基本波電流指令I1である、d軸電流指令Id*とq軸電流指令Iq*とを取得する。電流指令生成部80aは、基本波電流指令I1を出力する。また、制御装置38は、回転電機10に設けられた図示しない電流センサから各相電流を取得し、取得した各相電流からd軸電流Idとq軸電流Iqとの検出値を演算、すなわち取得する。次いで、電流指令Id*,Iq*と検出電流Id,Iqとの偏差を電圧指令生成部86に入力する。電圧指令生成部86は、偏差からPI演算等により電圧指令を算出し、算出した電圧指令を出力する。パルス電圧指令付加部88は、マップ記憶手段76(図10)のデータを参照しながら、トルク指令Treq及び回転数に基づいて、回転電機10の損失が最小となるような、パルス電圧指令V2を取得する。この場合にパルス電圧指令V2が0となれば電圧指令は正弦波電流に対応する指令となり、パルス電圧指令V2が0以外、すなわち正の値であれば電圧指令は、パルス重畳電流に対応する指令となる。この場合、パルス電圧指令決定のための条件として、相間電圧Vaが閾値Vx未満である、または閾値Vx以下であるか、それ以外かの条件も用いる。   15, the control device 38 includes a current command generation unit 80a, a voltage command generation unit 86, a pulse voltage command addition unit 88, and a drive signal generation unit 90. The part including the current command generation unit 80 and the pulse voltage command addition unit 88 includes a switching unit 42 (FIG. 10). The torque command Treq and the acquired value of the rotation speed of the rotating electrical machine 10 are input to the current command generation unit 80a. The current command generation unit 80a acquires a d-axis current command Id * and a q-axis current command Iq *, which are fundamental wave current commands I1, based on the torque command Treq and the rotation speed. The current command generator 80a outputs a fundamental wave current command I1. In addition, the control device 38 acquires each phase current from a current sensor (not shown) provided in the rotating electrical machine 10, and calculates, that is, acquires a detection value of the d-axis current Id and the q-axis current Iq from each acquired phase current. To do. Next, the deviation between the current commands Id * and Iq * and the detected currents Id and Iq is input to the voltage command generator 86. The voltage command generator 86 calculates a voltage command from the deviation by PI calculation or the like, and outputs the calculated voltage command. The pulse voltage command adding unit 88 refers to the data of the map storage means 76 (FIG. 10), and generates a pulse voltage command V2 that minimizes the loss of the rotating electrical machine 10 based on the torque command Treq and the rotation speed. get. In this case, if the pulse voltage command V2 is 0, the voltage command is a command corresponding to a sine wave current. If the pulse voltage command V2 is other than 0, that is, a positive value, the voltage command is a command corresponding to the pulse superimposed current. It becomes. In this case, as a condition for determining the pulse voltage command, a condition that the interphase voltage Va is less than the threshold value Vx or less than or equal to the threshold value Vx is also used.

なお、マップ記憶手段76のマップにおいて、予め相間電圧Vaが閾値Vx未満である、または閾値Vx以下であるか、それ以外かの条件で、基本波電流指令I1とパルス電圧指令V2とを決定しておくこともできる。パルス電圧指令付加部88から出力されたパルス電圧指令V2(0の場合もある。)は、基本波電流指令I1に対応する電圧指令に付加され、駆動信号生成部90に入力される。駆動信号生成部90は、図14の場合と同様に、電圧指令と、取得されたロータ14の回転位置とから、インバータ36を駆動するための駆動信号を求める。インバータ36は、この駆動信号により駆動され、回転電機10を正弦波電流またはパルス重畳電流により駆動する。このような本実施の形態の場合も、上記の原理により回転電機10駆動時の効率向上を図れる。   In addition, in the map of the map storage means 76, the fundamental wave current command I1 and the pulse voltage command V2 are determined in advance under the condition that the interphase voltage Va is less than the threshold value Vx or less than or equal to the threshold value Vx. You can also keep it. The pulse voltage command V2 (may be 0) output from the pulse voltage command adding unit 88 is added to the voltage command corresponding to the fundamental wave current command I1 and input to the drive signal generating unit 90. Similarly to the case of FIG. 14, the drive signal generation unit 90 obtains a drive signal for driving the inverter 36 from the voltage command and the acquired rotational position of the rotor 14. The inverter 36 is driven by this drive signal, and drives the rotating electrical machine 10 by a sine wave current or a pulse superimposed current. In the case of this embodiment as well, efficiency can be improved when the rotating electrical machine 10 is driven by the above principle.

次に、上記の実施形態の回転電機駆動システム34を構成する回転電機の他の構成例について説明する。以下に示すように、本発明では、種々の回転電機の構成例を使用できる。   Next, another configuration example of the rotating electrical machine constituting the rotating electrical machine drive system 34 of the above embodiment will be described. As shown below, in the present invention, various configuration examples of rotating electric machines can be used.

例えば上記の実施形態では、ロータ14の径方向に突出する突極にロータ巻線18n、18sを巻装していたが、図16に示すように、ロータコア16にスリット(空隙)48を形成することによっても、ロータ14の磁気抵抗を回転方向に応じて変化させることができる。図16に示すように、ロータコア16において、磁気抵抗の高い、すなわちインダクタンスが低い磁路をd軸磁路部分50とし、d軸磁路部分50よりも磁気抵抗の低い、すなわちインダクタンスが高い磁路をq軸磁路部分52とすると、ステータ12(ティース30)と対向するd軸磁路部分50及びq軸磁路部分52が周方向において交互に配置されるようにスリット48が形成されており、周方向においてd軸磁路部分50がq軸磁路部分52間に位置する。   For example, in the above embodiment, the rotor windings 18n and 18s are wound around the salient poles protruding in the radial direction of the rotor 14, but as shown in FIG. 16, a slit (gap) 48 is formed in the rotor core 16. Also, the magnetic resistance of the rotor 14 can be changed according to the rotation direction. As shown in FIG. 16, in the rotor core 16, a magnetic path having a high magnetic resistance, that is, a low inductance is defined as a d-axis magnetic path portion 50, and a magnetic path having a lower magnetic resistance than the d-axis magnetic path portion 50, that is, a high inductance. Is a q-axis magnetic path portion 52, slits 48 are formed so that the d-axis magnetic path portions 50 and the q-axis magnetic path portions 52 facing the stator 12 (tooth 30) are alternately arranged in the circumferential direction. The d-axis magnetic path portion 50 is located between the q-axis magnetic path portions 52 in the circumferential direction.

各ロータ巻線18n,18sは、スリット48を通って磁気抵抗の低いq軸磁路部分52に巻装されている。図16に示す構成例では、ステータ12で形成された空間高調波成分を含む回転磁界が各ロータ巻線18n,18sに鎖交することで、各ロータ巻線18n,18sに各ダイオード21n,21sで整流された直流電流が流れて各q軸磁路部分52が磁化する結果、各q軸磁路部分52が磁極の固定された磁石(磁極部)として機能する。その際には、周方向に関する各q軸磁路部分52の幅(各ロータ巻線18n,18sの幅θ)をロータ14の電気角で180°に相当する幅よりも短く設定し、ロータ巻線18n,18sを各q軸磁路部分52に短節巻で巻装することで、ロータ巻線18n,18sに発生する空間高調波による誘導起電力を効率よく増大させることができる。さらに、ロータ巻線18n,18sに発生する空間高調波による誘導起電力を最大にするためには、周方向に関する各ロータ巻線18n,18sの幅θを、ロータ14の電気角で90°に相当する幅に等しく(あるいはほぼ等しく)することが好ましい。その他の構成及び作用は上記の実施形態と同様である。   Each of the rotor windings 18n and 18s passes through the slit 48 and is wound around the q-axis magnetic path portion 52 having a low magnetic resistance. In the configuration example shown in FIG. 16, a rotating magnetic field including a spatial harmonic component formed by the stator 12 is linked to each rotor winding 18n, 18s, so that each diode 21n, 21s is connected to each rotor winding 18n, 18s. As a result of the direct current rectified in FIG. 6 flowing and magnetizing each q-axis magnetic path portion 52, each q-axis magnetic path portion 52 functions as a magnet (magnetic pole portion) with a fixed magnetic pole. At that time, the width of each q-axis magnetic path portion 52 in the circumferential direction (the width θ of each rotor winding 18n, 18s) is set shorter than the width corresponding to 180 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14, and the rotor winding By winding the wires 18n and 18s around each q-axis magnetic path portion 52 with a short-pitch winding, the induced electromotive force due to the spatial harmonics generated in the rotor windings 18n and 18s can be efficiently increased. Furthermore, in order to maximize the induced electromotive force due to the spatial harmonics generated in the rotor windings 18n and 18s, the width θ of each rotor winding 18n and 18s in the circumferential direction is set to 90 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14. It is preferable to make it equal (or substantially equal) to the corresponding width. Other configurations and operations are the same as those in the above embodiment.

また、上記の実施形態では、例えば図17に示すように、ロータコア16に永久磁石54を配設することもできる。図17に示す構成例では、磁極の固定された磁石として機能する複数の磁極部56が周方向に互いに間隔をおいた状態でステータ12(図2参照)と対向配置されており、各磁極部56にロータ巻線18n,18sが巻装されている。各永久磁石54は、周方向において磁極部56間に位置する部分に、ステータ12(ティース30)と対向配置されている。ここでの永久磁石54については、ロータコア16の内部に埋設されていてもよいし、ロータコア16の表面(外周面)に露出していてもよい。また、ロータコア16の内部に永久磁石54をV字状に配置することもできる。図17に示す構成例では、ステータ12で形成された空間高調波成分を含む回転磁界が各ロータ巻線18n,18sに鎖交することで、各ロータ巻線18n,18sに各ダイオード21n,21sで整流された直流電流が流れて各磁極部56が磁化する結果、各磁極部56が磁極の固定された磁石として機能する。その際には、周方向に関する各磁極部56の幅(各ロータ巻線18n,18sの幅θ)をロータ14の電気角で180°に相当する幅よりも短く設定し、ロータ巻線18n,18sを各磁極部56に短節巻で巻装することで、ロータ巻線18n,18sに発生する空間高調波による誘導起電力を効率よく増大させることができる。さらに、ロータ巻線18n,18sに発生する空間高調波による誘導起電力を最大にするためには、周方向に関する各ロータ巻線18n,18sの幅θを、ロータ14の電気角で90°に相当する幅に等しく(あるいはほぼ等しく)することが好ましい。その他の構成及び作用は上記の実施形態と同様である。   In the above embodiment, for example, as shown in FIG. 17, the permanent magnet 54 can be disposed on the rotor core 16. In the configuration example shown in FIG. 17, a plurality of magnetic pole portions 56 functioning as magnets with fixed magnetic poles are arranged to face the stator 12 (see FIG. 2) in a state of being spaced apart from each other in the circumferential direction. 56, the rotor windings 18n and 18s are wound. Each permanent magnet 54 is disposed opposite to the stator 12 (the teeth 30) in a portion located between the magnetic pole portions 56 in the circumferential direction. The permanent magnet 54 may be embedded in the rotor core 16 or exposed on the surface (outer peripheral surface) of the rotor core 16. Further, the permanent magnet 54 can be arranged in a V shape inside the rotor core 16. In the configuration example shown in FIG. 17, a rotating magnetic field including a spatial harmonic component formed by the stator 12 is linked to the rotor windings 18n and 18s, so that the diodes 21n and 21s are connected to the rotor windings 18n and 18s. As a result of the rectified direct current flowing and magnetizing each magnetic pole portion 56, each magnetic pole portion 56 functions as a magnet with a fixed magnetic pole. At that time, the width of each magnetic pole portion 56 in the circumferential direction (the width θ of each rotor winding 18n, 18s) is set to be shorter than the width corresponding to 180 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14, and the rotor windings 18n, By winding 18s around each magnetic pole part 56 with a short-pitch winding, the induced electromotive force due to the spatial harmonics generated in the rotor windings 18n and 18s can be efficiently increased. Furthermore, in order to maximize the induced electromotive force due to the spatial harmonics generated in the rotor windings 18n and 18s, the width θ of each rotor winding 18n and 18s in the circumferential direction is set to 90 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14. It is preferable to make it equal (or substantially equal) to the corresponding width. Other configurations and operations are the same as those in the above embodiment.

また、上記の実施形態では、例えば図18に示すように、周方向において1つおきに配置されたロータ巻線18n同士を電気的に直列接続し、周方向において1つおきに配置されたロータ巻線18s同士を電気的に直列接続することもできる。つまり、同じ磁極(N極)の磁石として機能する突極19に巻装されたロータ巻線18n同士を電気的に直列接続し、同じ磁極(S極)の磁石として機能する突極19に巻装されたロータ巻線18s同士を電気的に直列接続することもできる。ただし、周方向に隣接する(異なる磁極の磁石が形成される)突極19に巻装されたロータ巻線18n,18sは、互いに電気的に分断されている。ダイオード21n,21sは、電気的に分断されたロータ巻線18n,18s毎に(2つ)設けられており、ダイオード21nは、電気的に直列接続されたロータ巻線18nに流れる電流を整流し、ダイオード21sは、電気的に直列接続されたロータ巻線18sに流れる電流を整流する。ここでも、ロータ巻線18nが巻装された突極19とロータ巻線18sが巻装された突極19とで(周方向に隣接する突極19同士で)異なる磁極の磁石が形成されるように、ダイオード21n,21sによるロータ巻線18n,18sの電流の整流方向を互いに逆方向にする。図18に示す構成例によれば、ダイオード21n,21sの数を2つに減らすことができる。その他の構成及び作用は上記の実施形態と同様である。   In the above embodiment, for example, as shown in FIG. 18, every other rotor winding 18 n arranged in the circumferential direction is electrically connected in series, and every other rotor arranged in the circumferential direction. The windings 18s can be electrically connected in series. That is, the rotor windings 18n wound around the salient poles 19 functioning as magnets with the same magnetic pole (N pole) are electrically connected in series, and wound around the salient poles 19 functioning as magnets with the same magnetic pole (S pole). The mounted rotor windings 18s can be electrically connected in series. However, the rotor windings 18n and 18s wound around the salient poles 19 adjacent to each other in the circumferential direction (where magnets having different magnetic poles are formed) are electrically separated from each other. The diodes 21n and 21s are provided for each of the electrically separated rotor windings 18n and 18s (two), and the diode 21n rectifies the current flowing through the electrically connected rotor winding 18n. The diode 21s rectifies the current flowing through the rotor winding 18s electrically connected in series. Also here, a magnet having different magnetic poles is formed between the salient pole 19 around which the rotor winding 18n is wound and the salient pole 19 around which the rotor winding 18s is wound (the salient poles 19 adjacent to each other in the circumferential direction). Thus, the rectification directions of the currents of the rotor windings 18n and 18s by the diodes 21n and 21s are opposite to each other. According to the configuration example shown in FIG. 18, the number of diodes 21n and 21s can be reduced to two. Other configurations and operations are the same as those in the above embodiment.

また、上記の実施形態では、例えば図19に示すように、ロータ巻線18n,18sをトロイダル巻きにすることもできる。図19に示す構成例では、ロータコア16は環状コア部58を含み、各突極19は、環状コア部58から径方向外側へ(ステータ12へ向けて)突出している。ロータ巻線18n,18sは、環状コア部58における各突極19付近の位置にトロイダル巻きで巻装されている。図19に示す構成例でも、ステータ12で形成された空間高調波成分を含む回転磁界が各ロータ巻線18n,18sに鎖交することで、各ロータ巻線18n,18sに各ダイオード21n,21sで整流された直流電流が流れ、各突極19が磁化する。その結果、ロータ巻線18n付近に位置する突極19がN極として機能し、ロータ巻線18s付近に位置する突極19がS極として機能する。その際には、周方向に関する各突極19の幅θをロータ14の電気角で180°に相当する幅よりも短く設定することで、ロータ巻線18n,18sに発生する空間高調波による誘導起電力を効率よく増大させることができる。さらに、ロータ巻線18n,18sに発生する空間高調波による誘導起電力を最大にするためには、周方向に関する各突極19の幅θを、ロータ14の電気角で90°に相当する幅に等しく(あるいはほぼ等しく)することが好ましい。なお、図19では、図18に示す構成例と同様に、周方向に隣接するロータ巻線18n,18sを互いに電気的に分断し、周方向において1つおきに配置されたロータ巻線18n同士を電気的に直列接続し、周方向において1つおきに配置されたロータ巻線18s同士を電気的に直列接続した例を示している。ただし、ロータ巻線18n,18sをトロイダル巻にした例においても、図2,31に示す構成例と同様に、各突極19に巻装されたロータ巻線18n,18sを互いに電気的に分断することもできる。その他の構成及び作用は上記の実施形態と同様である。   In the above-described embodiment, for example, as shown in FIG. 19, the rotor windings 18n and 18s can be toroidal. In the configuration example shown in FIG. 19, the rotor core 16 includes an annular core portion 58, and each salient pole 19 projects from the annular core portion 58 radially outward (toward the stator 12). The rotor windings 18n and 18s are wound by toroidal winding at positions near the salient poles 19 in the annular core portion 58. Also in the configuration example shown in FIG. 19, the rotating magnetic field including the spatial harmonic component formed by the stator 12 is linked to the rotor windings 18n and 18s, so that the diodes 21n and 21s are connected to the rotor windings 18n and 18s. The rectified direct current flows, and each salient pole 19 is magnetized. As a result, the salient pole 19 located near the rotor winding 18n functions as the N pole, and the salient pole 19 located near the rotor winding 18s functions as the S pole. At that time, by setting the width θ of each salient pole 19 in the circumferential direction to be shorter than the width corresponding to 180 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14, induction by spatial harmonics generated in the rotor windings 18 n and 18 s. The electromotive force can be increased efficiently. Further, in order to maximize the induced electromotive force due to the spatial harmonics generated in the rotor windings 18n and 18s, the width θ of each salient pole 19 in the circumferential direction is a width corresponding to 90 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14. Is preferably equal (or substantially equal). In FIG. 19, similarly to the configuration example shown in FIG. 18, the rotor windings 18 n and 18 s adjacent in the circumferential direction are electrically separated from each other, and every other rotor winding 18 n is arranged in the circumferential direction. Are electrically connected in series, and the rotor windings 18s arranged in every other circumferential direction are electrically connected in series. However, also in the example in which the rotor windings 18n and 18s are toroidally wound, the rotor windings 18n and 18s wound around the salient poles 19 are electrically separated from each other, similarly to the configuration example shown in FIGS. You can also Other configurations and operations are the same as those in the above embodiment.

また、上記の実施形態では、例えば図20に示すように、各突極19に共通のロータ巻線18を巻装することもできる。図20に示す構成例では、ロータ巻線18がダイオード21を介して短絡されていることで、ロータ巻線18に流れる電流の方向がダイオード21により一方向(直流)に整流される。各突極19に巻装されたロータ巻線18は、周方向に隣接する突極19同士で磁化方向が互いに逆方向となるように、周方向に隣接する突極19に巻装された部分の巻き方向が互いに逆方向である。図20に示す構成例でも、ステータ12で形成された空間高調波成分を含む回転磁界がロータ巻線18に鎖交することで、ロータ巻線18にダイオード21で整流された直流電流が流れて各突極19が磁化する結果、各突極19が磁極の固定された磁石として機能する。その際には、周方向に隣接する突極19同士で異なる磁極の磁石が形成される。図20に示す構成例によれば、ダイオード21の数を1つに減らすことができる。ただし、この場合には、上記の図29〜31の先発明、図2の実施形態、図16〜19の他の構成例の場合に対して、1の磁気特性を有する突極19を生成するために流れる誘導電流が、別の磁気特性を有する別の突極19を生成するために流れる誘導電流に、電流を減じさせる方向に影響し、トルクの向上という面では劣る可能性がある。   In the above embodiment, for example, as shown in FIG. 20, a common rotor winding 18 can be wound around each salient pole 19. In the configuration example shown in FIG. 20, since the rotor winding 18 is short-circuited via the diode 21, the direction of the current flowing through the rotor winding 18 is rectified in one direction (direct current) by the diode 21. The rotor winding 18 wound around each salient pole 19 is a portion wound around the salient pole 19 adjacent in the circumferential direction so that the magnetization directions of the salient poles 19 adjacent in the circumferential direction are opposite to each other. Are wound in opposite directions. Also in the configuration example shown in FIG. 20, a rotating magnetic field including a spatial harmonic component formed by the stator 12 is linked to the rotor winding 18, so that a DC current rectified by the diode 21 flows through the rotor winding 18. As a result of each salient pole 19 being magnetized, each salient pole 19 functions as a magnet having a fixed magnetic pole. At that time, magnets having different magnetic poles are formed between the salient poles 19 adjacent in the circumferential direction. According to the configuration example shown in FIG. 20, the number of diodes 21 can be reduced to one. However, in this case, the salient pole 19 having one magnetic characteristic is generated with respect to the case of the above-described prior art of FIGS. 29 to 31, the embodiment of FIG. 2, and the other configuration examples of FIGS. Therefore, the induced current flowing for the purpose affects the induced current flowing to generate another salient pole 19 having different magnetic characteristics in the direction in which the current is reduced, which may be inferior in terms of torque improvement.

すなわち、図20に示す構成例では、N極を形成する突極19とS極を形成する突極19とで共通のロータ巻線18を用いているため、各突極19での空間高調波成分による磁束変動(3次)が相殺される場合があり、他の構成例ほど効果的にロータ14のトルクが増加しない場合がある。ここで、図20に示す構成例において、各突極19に巻装されたロータ巻線18の周方向に関する幅θを変化させながら、ロータ巻線18への鎖交磁束の振幅(変動幅)を計算した結果を図21に示す。図21では、コイル幅θを電気角に換算して示している。図21に示すように、コイル幅θが90°から減少するとロータ巻線18への鎖交磁束の変動幅が大きく減少し、コイル幅θが120°から増大するとロータ巻線18への鎖交磁束の変動幅が大きく増大する。さらに、ロータ巻線18の断面積を十分に確保するためのコイル幅θが必要となる点を考慮すると、図20に示す構成例においてロータ巻線18に発生する空間高調波による誘導電流を増大させるためには、周方向に関するロータ巻線18の幅θを、ロータ14の電気角で90°に相当する幅よりも大きく且つロータ14の電気角で120°に相当する幅よりも小さくする(90°<θ<120°を満たす)ことが好ましい。さらに、図21に示すように、コイル幅θが105°の場合に空間高調波による鎖交磁束の振幅がピークとなる。したがって、図20に示す構成例においてロータ巻線18に発生する空間高調波による誘導電流をさらに増大させるためには、周方向に関するロータ巻線18の幅θを、ロータ14の電気角で105°に相当する幅に等しく(あるいはほぼ等しく)することが好ましい。   That is, in the configuration example shown in FIG. 20, since the common rotor winding 18 is used for the salient pole 19 that forms the N pole and the salient pole 19 that forms the S pole, spatial harmonics at each salient pole 19. Magnetic flux fluctuations (third order) due to the components may be canceled out, and the torque of the rotor 14 may not increase as effectively as in the other configuration examples. Here, in the configuration example shown in FIG. 20, the amplitude (variation width) of the interlinkage magnetic flux to the rotor winding 18 while changing the width θ in the circumferential direction of the rotor winding 18 wound around each salient pole 19. FIG. 21 shows the result of calculating. In FIG. 21, the coil width θ is shown converted to an electrical angle. As shown in FIG. 21, when the coil width θ decreases from 90 °, the fluctuation width of the interlinkage magnetic flux to the rotor winding 18 greatly decreases, and when the coil width θ increases from 120 °, the linkage to the rotor winding 18 increases. The fluctuation range of the magnetic flux greatly increases. Further, in consideration of the necessity of the coil width θ for sufficiently securing the cross-sectional area of the rotor winding 18, the induced current due to the spatial harmonics generated in the rotor winding 18 in the configuration example shown in FIG. 20 is increased. In order to achieve this, the width θ of the rotor winding 18 in the circumferential direction is made larger than the width corresponding to 90 ° in the electrical angle of the rotor 14 and smaller than the width corresponding to 120 ° in the electrical angle of the rotor 14 ( 90 ° <θ <120 ° is preferably satisfied). Furthermore, as shown in FIG. 21, when the coil width θ is 105 °, the amplitude of the interlinkage magnetic flux due to the spatial harmonics peaks. Therefore, in order to further increase the induced current due to the spatial harmonics generated in the rotor winding 18 in the configuration example shown in FIG. 20, the width θ of the rotor winding 18 in the circumferential direction is set to 105 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14. It is preferable to make it equal (or substantially equal) to the width corresponding to.

また、図22に示す構成例では、ロータ巻線18は、各突極19に波巻(直列巻)で巻装されており、周方向に隣接する突極19同士で磁化方向が互いに逆方向となるように、周方向に隣接する突極19に巻装された部分の巻き方向が互いに逆方向である。図22のロータ巻線18において、実線部分は突極19の回転軸方向端面の一方側(図の手前側)を通り、破線部分は突極19の回転軸方向端面の他方側(図の奥側)を通る。そして、○内に●の部分には図面の手前方向の電流が流れ、○内に×の部分には図面の奥方向の電流が流れる。図22に示す構成例でも、ステータ12で形成された空間高調波成分を含む回転磁界がロータ巻線18に鎖交することで、ロータ巻線18にダイオード21で整流された直流電流が流れて各突極19が磁化する結果、各突極19が磁極の固定された磁石として機能する。その際には、周方向に隣接する突極19同士で異なる磁極の磁石が形成される。図22に示す構成例によれば、ダイオード21の数を1つに減らすことができ、ロータ14の巻線構造をさらに簡略化することができる。   Further, in the configuration example shown in FIG. 22, the rotor winding 18 is wound around each salient pole 19 by wave winding (series winding), and the magnetization directions of the salient poles 19 adjacent to each other in the circumferential direction are opposite to each other. The winding directions of the portions wound around the salient poles 19 adjacent in the circumferential direction are opposite to each other. In the rotor winding 18 of FIG. 22, the solid line portion passes through one side (front side in the figure) of the end surface in the rotation axis direction of the salient pole 19, and the broken line portion indicates the other side of the end surface in the rotation axis direction of the salient pole 19. Side). In the circle, a current in the front direction of the drawing flows in the portion marked with ●, and a current in the back direction of the drawing flows in the portion marked with x in the circle. Also in the configuration example shown in FIG. 22, the rotating magnetic field including the spatial harmonic component formed by the stator 12 is linked to the rotor winding 18, so that the DC current rectified by the diode 21 flows through the rotor winding 18. As a result of each salient pole 19 being magnetized, each salient pole 19 functions as a magnet having a fixed magnetic pole. At that time, magnets having different magnetic poles are formed between the salient poles 19 adjacent in the circumferential direction. According to the configuration example shown in FIG. 22, the number of diodes 21 can be reduced to one, and the winding structure of the rotor 14 can be further simplified.

また、以下の構成例で示すように、上記の実施の形態では、回転電機の各ロータ巻線は、ロータの周方向複数個所に位置するインダクタンスが低いd軸磁路に配置する構成を採用することもできる。図23は、回転電機を、回転軸と平行方向に見た略図である。図24は、図23のロータの概略構成を、回転軸と平行方向に見た略図である。   Further, as shown in the following configuration example, the above embodiment employs a configuration in which each rotor winding of the rotating electrical machine is arranged in a d-axis magnetic path having a low inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor. You can also. FIG. 23 is a schematic view of the rotating electrical machine as viewed in a direction parallel to the rotation axis. FIG. 24 is a schematic view of the schematic configuration of the rotor of FIG. 23 viewed in a direction parallel to the rotation axis.

本構成例の回転電機10は、図示しないケーシングに固定されたステータ12と、ステータ12と所定の空隙を空けて径方向に対向配置され、ステータ12に対し回転可能なロータ14とを備える。図23〜24は、ステータ12とロータ14とが径方向に対向するように配置された、ラジアル型の回転電機10の例を示しており、ロータ14がステータ12の径方向内側に配置されている。ステータ12は、複数のティース30に巻装された3相等の奇数相のステータ巻線28u,28v,28wを有し、例えば3相のステータ巻線28u,28v,28wに3相の交流電流を流すことで、ティース30に高調波成分を含む周波数の回転磁界を生成する。なお、本構成例の主な特徴は、ロータ14の構造にあり、ステータ12の構成及び作用は、上記の図29〜31に示した構成例と同様である。   The rotating electrical machine 10 of this configuration example includes a stator 12 fixed to a casing (not shown), and a rotor 14 that is disposed to face the stator 12 in a radial direction with a predetermined gap therebetween and is rotatable with respect to the stator 12. 23 to 24 show an example of a radial type rotating electrical machine 10 in which the stator 12 and the rotor 14 are arranged so as to face each other in the radial direction, and the rotor 14 is arranged inside the stator 12 in the radial direction. Yes. The stator 12 includes odd-phase stator windings 28u, 28v, 28w such as a three-phase wound around a plurality of teeth 30. For example, a three-phase alternating current is applied to the three-phase stator windings 28u, 28v, 28w. By flowing, a rotating magnetic field having a frequency including a harmonic component is generated in the tooth 30. The main feature of this configuration example is the structure of the rotor 14, and the configuration and operation of the stator 12 are the same as those of the configuration examples shown in FIGS.

図24に示すように、ロータ14は、ロータコア16と、ロータコア16の周方向複数個所に配置され、巻装されたロータ巻線18n,18sと、ロータ14の周方向複数個所に配置された永久磁石54とを含む。ロータ14は、回転軸22に固定されている。ロータコア16の周方向複数個所に、径方向に伸びる柱部等の磁極部60が形成され、ロータ巻線18n,18sは、各磁極部60に巻装されている。   As shown in FIG. 24, the rotor 14 is disposed at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core 16, the rotor core 16, the wound rotor windings 18 n and 18 s, and a permanent disposed at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 14. Magnet 54. The rotor 14 is fixed to the rotating shaft 22. Magnetic pole portions 60 such as pillar portions extending in the radial direction are formed at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core 16, and the rotor windings 18 n and 18 s are wound around the magnetic pole portions 60.

永久磁石54は、ロータ14の周方向複数個所の、各ロータ巻線18n,18sとロータ14の周方向に関して一致する部分に設けられた磁極部60の内部に配置され、すなわち埋設されている。逆に言えば、各永久磁石54の周囲にロータ巻線18n,18sが巻装されている。永久磁石54は、ロータ14の径方向に着磁させるとともに、その着磁方向を、ロータ14の周方向に隣り合う永久磁石54同士で異ならせている。図23、24(後述する図25も同様。)において、永久磁石54の上に配置された実線矢印は、永久磁石54の磁化方向を表している。なお、磁極部60は、ロータ14の周方向複数個所に径方向に伸びるように配置した突極等により構成することもできる。   The permanent magnets 54 are arranged, that is, embedded, in magnetic pole portions 60 provided at portions that coincide with the rotor windings 18 n and 18 s in the circumferential direction of the rotor 14 at a plurality of circumferential positions of the rotor 14. In other words, the rotor windings 18 n and 18 s are wound around each permanent magnet 54. The permanent magnet 54 is magnetized in the radial direction of the rotor 14, and the magnetizing direction is made different between the permanent magnets 54 adjacent in the circumferential direction of the rotor 14. In FIGS. 23 and 24 (the same applies to FIG. 25 described later), the solid line arrow disposed on the permanent magnet 54 represents the magnetization direction of the permanent magnet 54. The magnetic pole part 60 can also be constituted by salient poles or the like arranged to extend in the radial direction at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 14.

ロータ14は、周方向に関して異なる磁気的突極特性を有する。ロータ14のうち、各永久磁石54から周方向に外れ、周方向に関して磁極部60と外れた位置である、インダクタンスLが高い磁路をq軸磁路とし、各永久磁石54と周方向に一致するインダクタンスLが低い磁路をd軸磁路とすると、各ロータ巻線18n,18sは、ロータ14の周方向複数個所に位置するd軸磁路に配置されている。   The rotor 14 has different magnetic salient pole characteristics with respect to the circumferential direction. Of the rotor 14, a magnetic path having a high inductance L, which is located in the circumferential direction away from each permanent magnet 54 and away from the magnetic pole portion 60 in the circumferential direction, is a q-axis magnetic path, and coincides with each permanent magnet 54 in the circumferential direction. When the magnetic path having a low inductance L is a d-axis magnetic path, the rotor windings 18 n and 18 s are arranged in d-axis magnetic paths located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 14.

また、各磁極部60に巻装されたロータ巻線18n,18sは、互いに電気的に接続されておらず分断(絶縁)されている。そして、電気的に分断された各ロータ巻線18n,18sに、整流素子であるダイオード21n(または21s)が並列に接続されている。また、ロータ14の周方向の一つ置きの一部のロータ巻線18nに接続したダイオード21nと、残りのロータ巻線18sに接続したダイオード21sとの電流の流れ方向を逆にして、互いの順方向を逆にしている。このため、各ロータ巻線18n,18sは、ダイオード21n(または21s)を介して短絡されている。したがって、各ロータ巻線18n,18sに流れる電流が一方向に整流される。本構成例の場合も、各ダイオード21n,21sは、誘導起電力の発生によりロータ巻線18n,18sに流れる電流を整流することで、ロータ14の周方向に隣り合うロータ巻線18n,18sに流れる電流の位相を、隣り合うロータ巻線18n,18s同士でA相とB相とに交互に異ならせている。   Further, the rotor windings 18n and 18s wound around the magnetic pole portions 60 are not electrically connected to each other and are separated (insulated). A diode 21n (or 21s), which is a rectifying element, is connected in parallel to the electrically separated rotor windings 18n and 18s. Further, the current flow directions of the diodes 21n connected to every other part of the rotor windings 18n in the circumferential direction of the rotor 14 and the diodes 21s connected to the remaining rotor windings 18s are reversed, so that each other The forward direction is reversed. For this reason, each rotor winding 18n, 18s is short-circuited via the diode 21n (or 21s). Therefore, the current flowing through each rotor winding 18n, 18s is rectified in one direction. Also in this configuration example, each of the diodes 21n and 21s rectifies the current flowing through the rotor windings 18n and 18s due to the generation of the induced electromotive force, so that the rotor windings 18n and 18s adjacent in the circumferential direction of the rotor 14 are rectified. The phase of the flowing current is alternately changed between the A phase and the B phase between the adjacent rotor windings 18n and 18s.

ロータ巻線18n,18sにダイオード21n,21sの整流方向に応じた直流電流が流れると、ロータ巻線18n,18sが巻装された磁極部60が磁化することで、この磁極部60が磁極の固定された磁石として機能する。図23、24にロータ巻線18n,18sの、ロータ14の径方向に関する外側に示した破線矢印の向きは、磁極部60の磁化方向を表している。   When a direct current corresponding to the rectification direction of the diodes 21n and 21s flows through the rotor windings 18n and 18s, the magnetic pole portion 60 around which the rotor windings 18n and 18s are wound is magnetized, so that the magnetic pole portion 60 is a magnetic pole. Functions as a fixed magnet. The direction of the broken arrow shown on the outside of the rotor windings 18n and 18s in the radial direction of the rotor 14 in FIGS. 23 and 24 represents the magnetization direction of the magnetic pole part 60.

また、図24に示すように、ロータ14の周方向に隣り合うロータ巻線18n,18s同士で直流電流の方向が互いに逆方向になる。そして、ロータ14の周方向に隣り合う磁極部60同士で磁化方向が互いに逆になる。すなわち、本構成例では、磁極部60の磁気特性が、ロータ14の周方向に関して交互に異なっている。例えば、図23,24では、ロータ14の周方向1つ置きの磁極部60である、ロータ巻線18nとロータ14の周方向に一致する部分の径方向外側にN極が配置され、N極の磁極部60と周方向に隣り合う磁極部60である、ロータ巻線18sとロータ14の周方向に一致する部分の径方向外側にS極が配置されるようにする。そして、ロータ14の周方向に隣り合う2つの磁極部60(N極及びS極)により、1つの極対が構成される。また、各永久磁石54の磁化方向と、各永久磁石54に対しロータ14の周方向に一致する磁極部60の磁化方向とを一致させている。   Further, as shown in FIG. 24, the directions of the direct currents are opposite to each other between the rotor windings 18 n and 18 s adjacent in the circumferential direction of the rotor 14. The magnetization directions of the magnetic pole portions 60 adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 14 are opposite to each other. That is, in this configuration example, the magnetic characteristics of the magnetic pole portions 60 are alternately different with respect to the circumferential direction of the rotor 14. For example, in FIGS. 23 and 24, N poles are arranged on the radially outer side of a portion corresponding to the circumferential direction of the rotor winding 18 n and the rotor 14, which is every other magnetic pole part 60 in the circumferential direction of the rotor 14. The S pole is arranged on the outer side in the radial direction of the portion corresponding to the circumferential direction of the rotor winding 18 s and the rotor 14, which is the magnetic pole portion 60 adjacent to the circumferential direction of the magnetic pole portion 60. The two magnetic pole portions 60 (N pole and S pole) adjacent in the circumferential direction of the rotor 14 constitute one pole pair. In addition, the magnetization direction of each permanent magnet 54 is matched with the magnetization direction of the magnetic pole portion 60 that matches the circumferential direction of the rotor 14 with respect to each permanent magnet 54.

また、図23,24に示す例では、8極の磁極部60が形成され、ロータ14の極対数は4極対となる。また、ステータ12(図23)の極対数とロータ14の極対数とはいずれも4極対で、ステータ12の極対数とロータ14の極対数とは等しい。ただし、ステータ12の極対数及びロータ14の極対数は、いずれも4極対以外とすることもできる。   In the example shown in FIGS. 23 and 24, an 8-pole magnetic pole portion 60 is formed, and the number of pole pairs of the rotor 14 is 4-pole pairs. Further, the number of pole pairs of the stator 12 (FIG. 23) and the number of pole pairs of the rotor 14 are all four, and the number of pole pairs of the stator 12 and the number of pole pairs of the rotor 14 are equal. However, the number of pole pairs of the stator 12 and the number of pole pairs of the rotor 14 may be other than four pole pairs.

また、本構成例では、ロータ14の周方向に関する各磁極部60の幅がロータ14の電気角で180°に相当する幅よりも短く設定されている。そして、周方向に関する各ロータ巻線18n,18sの幅θ(図24)はロータ14の電気角で180°に相当する幅よりも短く設定されており、ロータ巻線18n,18sは各磁極部60に短節巻きで巻装されている。また、好ましくは、ロータ14の周方向に関する各ロータ巻線18n,18sの幅θは、電気角で90°に相当する幅と等しく(またはほぼ等しく)する。   In this configuration example, the width of each magnetic pole portion 60 in the circumferential direction of the rotor 14 is set to be shorter than the width corresponding to 180 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14. The width θ (FIG. 24) of each rotor winding 18n, 18s in the circumferential direction is set to be shorter than the width corresponding to 180 ° in electrical angle of the rotor 14, and the rotor windings 18n, 18s 60 is wound with a short winding. Preferably, the width θ of each rotor winding 18n, 18s in the circumferential direction of the rotor 14 is equal (or substantially equal) to a width corresponding to 90 ° in electrical angle.

このような回転電機10において、3相のステータ巻線28u,28v,28wに3相の交流電流を流すことでティース30(図23)に生成された高調波成分を含む周波数の回転磁界がロータ14に作用する。そしてこれに応じて、ロータ14に、リラクタンストルクTreと永久磁石生成トルクTmgとロータ巻線生成トルクTcoilとが作用して、ロータ14がステータ12で生成される回転磁界(基本波成分)に同期して回転駆動する。ここで、リラクタンストルクTreは、各磁極部60が、ステータ12が生成した回転磁界に吸引されることにより発生するトルクである。また、永久磁石生成トルクTmgは、各永久磁石54により生成される磁界とステータ12の回転磁界との相互作用である、吸引及び反発作用により生じるトルクである。また、ロータ巻線生成トルクTcoilは、ステータ12により発生する起磁力の空間高調波成分がロータ巻線18n,18sに作用することにより、ロータ巻線18n,18sに誘導される電流によるトルクであり、各磁極部60により生成される磁界とステータ12の回転磁界との電磁気的相互作用である、吸引及び反発作用により生じるトルクである。   In such a rotating electrical machine 10, a rotating magnetic field having a frequency including harmonic components generated in the teeth 30 (FIG. 23) is generated by passing a three-phase alternating current through the three-phase stator windings 28 u, 28 v, 28 w. 14 acts. Accordingly, the reluctance torque Tre, the permanent magnet generation torque Tmg, and the rotor winding generation torque Tcoil act on the rotor 14 to synchronize the rotor 14 with the rotating magnetic field (fundamental wave component) generated by the stator 12. And rotate. Here, the reluctance torque Tre is a torque generated when each magnetic pole portion 60 is attracted to the rotating magnetic field generated by the stator 12. The permanent magnet generation torque Tmg is a torque generated by attraction and repulsion, which is an interaction between the magnetic field generated by each permanent magnet 54 and the rotating magnetic field of the stator 12. Further, the rotor winding generation torque Tcoil is a torque due to a current induced in the rotor windings 18n and 18s when the spatial harmonic component of the magnetomotive force generated by the stator 12 acts on the rotor windings 18n and 18s. The torque generated by attraction and repulsion, which is an electromagnetic interaction between the magnetic field generated by each magnetic pole portion 60 and the rotating magnetic field of the stator 12.

また、本構成例では、ロータ14の周方向複数個所に永久磁石54を配置するとともに、周方向に隣り合う永久磁石54同士で着磁方向を異ならせ、ロータ14の周方向複数個所で、複数の永久磁石54に対しロータ14の周方向に一致する位置にロータ巻線18n,18sを配置し、各永久磁石54の磁化方向と、各永久磁石54に対しロータ14の周方向に一致する磁極部60の磁化方向とを一致させている。このため、永久磁石54により生成される永久磁石生成トルクTmgと、ロータ巻線18n,18sに流れる誘導電流により生成されるロータ巻線生成トルクTcoilとが、電流進角の同位相の、ある1の位相(例えば0°)で最大トルクとなる。また、永久磁石生成トルクTmgと、ロータ巻線生成トルクTcoilとが、電流進角の同位相の別の1の位相(例えば180°)で最小トルクとなる。また、リラクタンストルクTreは、電流進角が例えば45°で最小となり、135°で最小となる。この結果、回転電機10の全トルクが、30°付近で最大になり、150°付近で最小となる。また、このような各トルクは、ロータ14の回転方向がいずれになる場合でも同じトルク−電流進角特性となる。   Further, in the present configuration example, the permanent magnets 54 are arranged at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 14, and the magnetization directions are made different between the permanent magnets 54 adjacent in the circumferential direction. The rotor windings 18n and 18s are arranged at positions corresponding to the permanent magnet 54 in the circumferential direction of the rotor 14, and the magnetization direction of each permanent magnet 54 and the magnetic pole corresponding to the circumferential direction of the rotor 14 with respect to each permanent magnet 54 are arranged. The magnetization direction of the portion 60 is matched. For this reason, the permanent magnet generation torque Tmg generated by the permanent magnet 54 and the rotor winding generation torque Tcoil generated by the induced current flowing through the rotor windings 18n and 18s have the same phase of the current advance angle. The maximum torque is obtained at the phase (for example, 0 °). Further, the permanent magnet generation torque Tmg and the rotor winding generation torque Tcoil become the minimum torque in another one phase (for example, 180 °) of the same phase of the current advance angle. Further, the reluctance torque Tre is minimized when the current advance angle is 45 °, for example, and is minimized when the current advance angle is 135 °. As a result, the total torque of the rotating electrical machine 10 becomes maximum near 30 ° and becomes minimum near 150 °. In addition, each such torque has the same torque-current advance characteristic regardless of the rotation direction of the rotor 14.

このような本構成例の回転電機10によれば、回転電機10のトルクを有効に高くすることができる。すなわち、ロータ14の周方向複数個所に位置するインダクタンスが低いd軸磁路にロータ巻線18n,18sを配置するので、ロータ14の回転方向にかかわらず、電流位相−トルク特性が同じになり、しかもトルクの最大値が高くなり、トルクを有効に高くすることができる。例えば、力行トルクを大きくする場合に、ロータ14正転時(図24の矢印α方向にロータ14が回転する場合)とロータ14逆転時(図24の矢印β方向にロータ14が回転する場合)との両方で力行トルクを大きくすることができる。また、回生トルクを大きくする場合に、ロータ14正転時とロータ14逆転時との両方で回生トルクを大きくすることができる。したがって、ロータ14回転の正転逆転両方で高いトルクを得られる回転電機10の実現が可能になる。   According to the rotating electrical machine 10 of this configuration example, the torque of the rotating electrical machine 10 can be effectively increased. That is, since the rotor windings 18n and 18s are arranged in d-axis magnetic paths with low inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 14, the current phase-torque characteristics are the same regardless of the rotation direction of the rotor 14, Moreover, the maximum value of the torque is increased, and the torque can be effectively increased. For example, when the power running torque is increased, the rotor 14 is rotated forward (when the rotor 14 rotates in the direction of arrow α in FIG. 24) and the rotor 14 is rotated backward (when the rotor 14 rotates in the direction of arrow β in FIG. 24). In both cases, the power running torque can be increased. Further, when increasing the regenerative torque, it is possible to increase the regenerative torque both when the rotor 14 is rotating forward and when the rotor 14 is rotating reversely. Therefore, it is possible to realize the rotating electrical machine 10 that can obtain a high torque in both the forward and reverse rotations of the rotor 14.

また、ロータ14の周方向複数個所に、ロータ14の径方向に着磁した永久磁石54を配置するとともに、周方向に隣り合う永久磁石54同士で着磁方向を異ならせ、ロータ14の周方向複数個所で、複数の永久磁石54に対しロータ14の周方向に一致する位置にロータ巻線18n,18sを配置し、永久磁石54の磁化方向と、永久磁石54に対しロータ14の周方向に一致する磁極部60の磁化方向とを一致させている。このため、永久磁石54により生成される永久磁石生成トルクTmgと、ロータ巻線18n,18sに流れる誘導電流により生成されるロータ巻線生成トルクTcoilとが、電流進角の同位相で最大トルクとなる。すなわち、ロータ巻線18n,18sでの誘導電流により、ロータ巻線18n,18sが等価的に電磁石として機能し、各永久磁石54に鎖交する磁束が増大してその分、回転電機10のトルクが増加する。このため、回転電機10のトルクをより有効に高くすることができ、しかもトルク特性がロータ14の回転方向に依存せず同じとなる。   In addition, the permanent magnets 54 magnetized in the radial direction of the rotor 14 are arranged at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 14, and the magnetizing directions are made different between the permanent magnets 54 adjacent in the circumferential direction. The rotor windings 18n and 18s are arranged at a plurality of positions at positions corresponding to the circumferential direction of the rotor 14 with respect to the plurality of permanent magnets 54, and the magnetization direction of the permanent magnet 54 and the circumferential direction of the rotor 14 with respect to the permanent magnet 54 are arranged. The magnetization directions of the magnetic pole portions 60 that coincide are matched with each other. For this reason, the permanent magnet generation torque Tmg generated by the permanent magnet 54 and the rotor winding generation torque Tcoil generated by the induced current flowing in the rotor windings 18n and 18s are the same phase of the current advance angle and the maximum torque. Become. That is, due to the induced current in the rotor windings 18n and 18s, the rotor windings 18n and 18s function equivalently as electromagnets, and the magnetic flux linked to each permanent magnet 54 increases, and the torque of the rotating electrical machine 10 correspondingly increases. Will increase. For this reason, the torque of the rotating electrical machine 10 can be increased more effectively, and the torque characteristics are the same regardless of the rotation direction of the rotor 14.

また、ロータ巻線18n,18sに流れる誘導電流により、各永久磁石54内の磁束変動が抑えられるため、各永久磁石54内部での渦電流損失が抑えられ、磁石発熱を低減できる。この結果、各永久磁石54内部での渦電流損失が抑えられ、磁石発熱を低減できる。   Moreover, since the magnetic flux fluctuation in each permanent magnet 54 is suppressed by the induced current flowing through the rotor windings 18n and 18s, the eddy current loss in each permanent magnet 54 can be suppressed, and the heat generation of the magnet can be reduced. As a result, eddy current loss in each permanent magnet 54 is suppressed, and heat generation from the magnet can be reduced.

また、ロータ巻線18n,18sは、ロータ14の周方向複数個所に短節巻きで巻装し、ロータ巻線18n,18sに誘導起電力に伴って生じる誘導電流をダイオード21n,21sで整流する。このため、ステータ巻線28u,28v,28w以外の種類の巻線をステータ12に、ロータ巻線18n,18s以外の種類の巻線をロータ14に、それぞれ設けることなく、ロータ巻線18n,18sに高調波成分による誘導起電力を効率よく発生させることができ、回転電機10の巻線構造を簡略化できる。なお、本構成例及び以下の構成例のように、d軸磁路にロータ巻線18n,18sを配置する場合には、d軸、q軸電流指令値の設定によるベクトル制御により回転電機を制御する場合に、d軸電流指令値に予め設定した所定周波数でパルス電流を発生させるように制御することで、図6〜9に実験結果を示した実施形態と同様に、極低速または回転停止時のトルク向上を図ることが可能となる。   The rotor windings 18n and 18s are wound around the rotor 14 at a plurality of locations in the circumferential direction with short-pitch windings, and the induced current generated in the rotor windings 18n and 18s due to the induced electromotive force is rectified by the diodes 21n and 21s. . For this reason, the rotor windings 18n, 18s are not provided in the stator 12 with a type of winding other than the stator windings 28u, 28v, 28w, and the rotor 14 with a type of winding other than the rotor windings 18n, 18s. Inductive electromotive force due to harmonic components can be efficiently generated, and the winding structure of the rotating electrical machine 10 can be simplified. When the rotor windings 18n and 18s are arranged in the d-axis magnetic path as in this configuration example and the following configuration example, the rotating electrical machine is controlled by vector control by setting the d-axis and q-axis current command values. In this case, by controlling so as to generate a pulse current at a predetermined frequency set in advance in the d-axis current command value, similarly to the embodiment whose experimental results are shown in FIGS. Torque can be improved.

また、図25は、別の構成例において、図24に対応する略図である。本構成例では、複数のロータ巻線18n,18sのうち、ロータ14の周方向において1つおきに配置された一部のロータ巻線18n同士を電気的に直列接続し、周方向において1つおきに配置された残りのロータ巻線18s同士を電気的に直列接続している。すなわち、同じ方向に磁化される磁石として機能する磁極部60に巻装されたロータ巻線18n(または18s)同士を電気的に直列接続している。また、ロータ14の周方向に隣り合う磁極部60に巻装されたロータ巻線18n,18s同士は、電気的に分断している。そして、互いに電気的に接続したロータ巻線18n(または18s)を含む回路により、互いに電気的に分断された2組のロータ巻線回路62a、62bを構成している。すなわち、ロータ巻線18n,18sは、互いに同じ磁気特性を有する磁極部60に巻装されるもの同士で、電気的に接続している。   FIG. 25 is a schematic diagram corresponding to FIG. 24 in another configuration example. In the present configuration example, among the plurality of rotor windings 18n and 18s, some of the rotor windings 18n arranged every other in the circumferential direction of the rotor 14 are electrically connected in series and one in the circumferential direction. The remaining rotor windings 18s arranged at intervals are electrically connected in series. That is, the rotor windings 18n (or 18s) wound around the magnetic pole portion 60 functioning as a magnet magnetized in the same direction are electrically connected in series. Further, the rotor windings 18n and 18s wound around the magnetic pole portion 60 adjacent in the circumferential direction of the rotor 14 are electrically separated. Then, two sets of rotor winding circuits 62a and 62b that are electrically separated from each other are configured by a circuit including the rotor windings 18n (or 18s) that are electrically connected to each other. That is, the rotor windings 18n and 18s are wound around the magnetic pole part 60 having the same magnetic characteristics and are electrically connected.

また、2組のロータ巻線回路62a、62bにそれぞれ整流素子であり、互いに異なる極性を有するダイオード21n、21sを、1つおきのロータ巻線18n,18sに対して直列に接続し、それぞれのロータ巻線回路62a、62bに流れる電流の向きを一方向に整流している。また、2組のロータ巻線回路62a、62bのうち、一方のロータ巻線回路62aを流れる電流と、他方のロータ巻線回路62bを流れる電流とを互いに逆方向にしている。その他の構成及び作用については、上記の図23,24に示す構成例と同様である。   Further, the two sets of rotor winding circuits 62a and 62b are rectifying elements, and diodes 21n and 21s having different polarities are connected in series to every other rotor winding 18n and 18s, respectively. The direction of the current flowing through the rotor winding circuits 62a and 62b is rectified in one direction. Of the two sets of rotor winding circuits 62a and 62b, the current flowing through one rotor winding circuit 62a and the current flowing through the other rotor winding circuit 62b are opposite to each other. About another structure and effect | action, it is the same as that of the structural example shown to said FIG.

図26は、別の構成例において、図24に対応する略図である。本構成例の回転電機を構成するロータ14は、上記の図25に示した構成例で、ロータ14に設けていた永久磁石54(図25参照)を省略している。また、ロータコア16は、外周面の周方向複数個所に径方向に突出する突極64を設けた構成とし、各ロータ巻線18n,18sを、ロータ14の周方向に隣り合う突極64の間に配置している。すなわち、各ロータ巻線18n,18sは、内部が空間部となる空芯状態で配置される。また、ロータ14の周方向に関してロータ巻線18n,18sの間部分が、ステータ12(図23参照)側に突出し、ロータコア16は磁気的突極特性を有する。   FIG. 26 is a schematic diagram corresponding to FIG. 24 in another configuration example. In the rotor 14 constituting the rotating electric machine of this configuration example, the permanent magnet 54 (see FIG. 25) provided in the rotor 14 is omitted in the configuration example shown in FIG. Further, the rotor core 16 has a configuration in which salient poles 64 projecting in the radial direction are provided at a plurality of circumferential positions on the outer peripheral surface, and each rotor winding 18n, 18s is disposed between the salient poles 64 adjacent in the circumferential direction of the rotor 14. Is arranged. That is, the rotor windings 18n and 18s are arranged in an air-core state in which the inside is a space portion. Further, a portion between the rotor windings 18n and 18s in the circumferential direction of the rotor 14 protrudes toward the stator 12 (see FIG. 23), and the rotor core 16 has a magnetic salient pole characteristic.

このようなロータ14の場合、ロータ14の周方向に関して突極64と一致する磁路が、インダクタンスが高いq軸磁路となり、ロータ14の周方向に関して突極64と外れた位置が、インダクタンスが低いd軸磁路となる。そして、各ロータ巻線18n,18sは、d軸磁路に配置されている。   In the case of such a rotor 14, the magnetic path that coincides with the salient pole 64 in the circumferential direction of the rotor 14 is a q-axis magnetic path with high inductance, and the position where the inductance deviates from the salient pole 64 in the circumferential direction of the rotor 14 It becomes a low d-axis magnetic path. The rotor windings 18n and 18s are arranged in the d-axis magnetic path.

このような本構成例では、上記の図23〜25の構成例と異なり、ロータ14に永久磁石54(図25参照)が配置されていないが、ロータ14の回転方向にかかわらず回転電機のトルクを大きくできる。すなわち、ロータ14の周方向複数個所に位置するインダクタンスが低いd軸磁路にロータ巻線18n,18sを配置するので、ロータ14の回転方向にかかわらず、電流位相−トルク特性が同じになり、しかもトルクの最大値が高くなり、トルクを有効に高くすることができる。例えば、力行トルクを大きくする場合に、ロータ14の正転時と逆転時との両方で力行トルクを大きくすることができる。また、回生トルクを大きくする場合に、ロータ14の正転時と逆転時との両方で回生トルクを大きくすることができる。したがって、ロータ14の回転の正転逆転両方で高いトルクを得られる回転電機の実現が可能になる。その他の構成及び作用については、上記の図23〜24の構成例または図25の構成例と同様である。   In such a configuration example, unlike the configuration examples of FIGS. 23 to 25 described above, the permanent magnet 54 (see FIG. 25) is not disposed on the rotor 14, but the torque of the rotating electrical machine is independent of the rotation direction of the rotor 14. Can be increased. That is, since the rotor windings 18n and 18s are arranged in d-axis magnetic paths with low inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 14, the current phase-torque characteristics are the same regardless of the rotation direction of the rotor 14, Moreover, the maximum value of the torque is increased, and the torque can be effectively increased. For example, when the power running torque is increased, the power running torque can be increased both when the rotor 14 is rotating forward and when it is rotating in reverse. Further, when increasing the regenerative torque, it is possible to increase the regenerative torque both when the rotor 14 is rotating forward and when it is rotating in reverse. Therefore, it is possible to realize a rotating electrical machine that can obtain a high torque in both forward and reverse rotations of the rotor 14. About another structure and effect | action, it is the same as that of the structural example of said 23-24 or the structural example of FIG.

図27は、別の構成例において、図24に対応する略図である。本構成例の回転電機を構成するロータ14も、上記の図26に示した構成例の場合と同様に、ロータ14に永久磁石54(図25等参照)を設けていない。本構成例では、ロータ14を構成するロータコア16の内部に空隙部である、スリット48を形成することにより、ロータ14の磁気抵抗を回転方向に関して変化させている。すなわち、ロータコア16の周方向複数個所に、断面略U字形で軸方向に伸び、径方向外側に開口する複数のスリット48を、ロータ14の径方向に間隔をあけて配置している。そして、ロータコア16の周方向複数個所で、複数のスリット48の周方向中央位置と一致する位置の磁路をインダクタンスが低いd軸磁路とし、周方向に隣り合うスリット48の間の磁路をインダクタンスが高いq軸磁路としている。そして、ロータ14の周方向に関してd軸磁路とq軸磁路とを交互に配置している。   FIG. 27 is a schematic diagram corresponding to FIG. 24 in another configuration example. Similarly to the case of the configuration example shown in FIG. 26, the rotor 14 constituting the rotary electric machine of this configuration example is not provided with the permanent magnet 54 (see FIG. 25 and the like). In this configuration example, the magnetic resistance of the rotor 14 is changed with respect to the rotation direction by forming a slit 48 that is a gap portion inside the rotor core 16 that constitutes the rotor 14. That is, a plurality of slits 48 extending in the axial direction with a substantially U-shaped cross section and opening radially outward are disposed at a plurality of circumferential positions of the rotor core 16 at intervals in the radial direction of the rotor 14. And the magnetic path of the position which corresponds to the circumferential center position of the some slit 48 in the circumferential direction several places of the rotor core 16 is made into d axis | shaft magnetic path with low inductance, and the magnetic path between the slits 48 adjacent to the circumferential direction is used. The q-axis magnetic path has a high inductance. In addition, d-axis magnetic paths and q-axis magnetic paths are alternately arranged in the circumferential direction of the rotor 14.

また、ロータ14の周方向複数個所の各d軸磁路に対応する磁極部66に、ロータ巻線18n,18sを配置し、巻装している。また、ロータ巻線18n,18sを、隣り合うロータ巻線18n,18s同士で異なる極性を有するダイオード21n、21sで短絡している。ダイオード21nで短絡したロータ巻線18nと、ダイオード21sで短絡したロータ巻線18sとを、ロータ14の周方向に関して交互に配置し、ロータ巻線18n,18sに流れる電流により生成される複数の磁極部66の磁気特性を、ロータ14の周方向に関して交互に異ならせている。   Further, the rotor windings 18n and 18s are arranged and wound around the magnetic pole portions 66 corresponding to the respective d-axis magnetic paths at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 14. Further, the rotor windings 18n and 18s are short-circuited by diodes 21n and 21s having different polarities between the adjacent rotor windings 18n and 18s. The rotor windings 18n short-circuited by the diodes 21n and the rotor windings 18s short-circuited by the diodes 21s are alternately arranged in the circumferential direction of the rotor 14, and a plurality of magnetic poles generated by the current flowing through the rotor windings 18n and 18s. The magnetic characteristics of the portions 66 are alternately varied with respect to the circumferential direction of the rotor 14.

このような本構成例の場合には、ステータ12(図23参照)からの回転磁界がロータ巻線18n,18sに鎖交することで、各ロータ巻線18n,18sに各ダイオード21n,21sで整流された直流電流が流れて、各d軸磁路に位置する周方向複数個所の磁極部66が磁化し、各磁極部66が磁極の固定された磁石として機能する。また、ロータ14の周方向に関する各ロータ巻線18n,18sの幅を、ロータ14の電気角で180°に相当する幅よりも短く設定し、ロータ巻線18n,18sを各磁極部60に短節巻きで巻装している。また、好ましくは、周方向に関する各ロータ巻線18n,18sの幅はロータ14の電気角で90°に相当する幅と等しく(またはほぼ等しく)する。   In the case of this configuration example, the rotating magnetic field from the stator 12 (see FIG. 23) is linked to the rotor windings 18n and 18s, so that each rotor winding 18n and 18s is connected to each diode 21n and 21s. The rectified direct current flows, the magnetic pole portions 66 at a plurality of circumferential positions located in each d-axis magnetic path are magnetized, and each magnetic pole portion 66 functions as a magnet with a fixed magnetic pole. Further, the width of each rotor winding 18n, 18s in the circumferential direction of the rotor 14 is set to be shorter than the width corresponding to 180 ° in electrical angle of the rotor 14, and the rotor windings 18n, 18s are shortened to each magnetic pole part 60. It is wound with a clause winding. Preferably, the width of each rotor winding 18n, 18s in the circumferential direction is equal (or substantially equal) to a width corresponding to 90 ° in electrical angle of the rotor 14.

このような本構成例の場合も、ロータ14に永久磁石が配置されていないが、ロータ14の回転方向にかかわらず回転電機のトルクを大きくできる。すなわち、ロータ14の周方向複数個所に位置するインダクタンスが低いd軸磁路にロータ巻線18n,18sを配置するので、ロータ14の回転方向にかかわらず、電流位相−トルク特性が同じになり、しかもトルクの最大値が高くなり、トルクを有効に高くすることができる。したがって、ロータ14の回転の正転逆転両方で高いトルクを得られる回転電機の実現が可能になる。その他の構成及び作用については、上記の図23〜24の構成例と同様である。   Even in this configuration example, no permanent magnet is arranged on the rotor 14, but the torque of the rotating electrical machine can be increased regardless of the rotation direction of the rotor 14. That is, since the rotor windings 18n and 18s are arranged in d-axis magnetic paths with low inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 14, the current phase-torque characteristics are the same regardless of the rotation direction of the rotor 14, Moreover, the maximum value of the torque is increased, and the torque can be effectively increased. Therefore, it is possible to realize a rotating electrical machine that can obtain a high torque in both forward and reverse rotations of the rotor 14. About another structure and effect | action, it is the same as that of the structural example of said 23-24.

図28は、別の構成例において、図24に対応する略図である。本構成例の回転電機を構成するロータ14では、上記の図23〜24に示した構成例を構成するロータ14において、ロータコア16に磁気的突極特性を持たせず、ロータコア16の外周面の周方向複数個所に永久磁石54を固定している。また、各永久磁石54の周囲にロータ巻線18n,18sを巻装している。本構成例では、ロータ14の周方向複数個所の、各永久磁石54と周方向に一致する部分を磁極部としている。また、各ロータ巻線18n,18sを、隣り合うロータ巻線18n,18s同士で異なる極性を有するダイオード21n、21sで短絡している。その他の構成及び作用については、上記の図23〜24の構成例と同様である。   FIG. 28 is a schematic diagram corresponding to FIG. 24 in another configuration example. In the rotor 14 constituting the rotating electrical machine of this configuration example, the rotor core 16 does not have magnetic salient pole characteristics in the rotor 14 constituting the configuration example shown in FIGS. Permanent magnets 54 are fixed at a plurality of locations in the circumferential direction. Further, rotor windings 18n and 18s are wound around each permanent magnet 54. In the present configuration example, a plurality of portions in the circumferential direction of the rotor 14 that coincide with the permanent magnets 54 in the circumferential direction are used as magnetic pole portions. In addition, the rotor windings 18n and 18s are short-circuited by diodes 21n and 21s having different polarities between the adjacent rotor windings 18n and 18s. About another structure and effect | action, it is the same as that of the structural example of said 23-24.

以上の実施形態及び構成例の説明では、ステータ12とロータ14とが回転軸22と直交する径方向において対向配置されているラジアル型の回転電機の場合を説明した。ただし、上記の実施形態を構成する回転電機は、ステータ12とロータ14とが回転軸22と平行方向(回転軸方向)において対向配置されたアキシャル型の回転電機であってもよい。   In the above description of the embodiments and configuration examples, the case of a radial type rotating electrical machine in which the stator 12 and the rotor 14 are disposed to face each other in the radial direction orthogonal to the rotation shaft 22 has been described. However, the rotary electric machine constituting the above embodiment may be an axial type rotary electric machine in which the stator 12 and the rotor 14 are arranged to face each other in the direction parallel to the rotary shaft 22 (rotary axis direction).

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.

10 回転電機、12 ステータ、14 ロータ、16 ロータコア、18,18n,18s ロータ巻線、19 突極、21,21n,21s ダイオード、22 回転軸、26 ステータコア、28u,28v,28w ステータ巻線、30 ティース、31 スロット、34 回転電機駆動システム、36 インバータ、38 制御装置、40 蓄電装置、42 切り換え部、44 駆動信号出力手段、46 位置センサ、48 スリット、50 d軸磁路部分、52 q軸磁路部分、54 永久磁石、56 磁極部、58 環状コア部、60 磁極部、62a,62b ロータ巻線回路、64 突極、66 磁極部、68 トルク回転数取得手段、70 相間電圧取得手段、72 正弦波トルク算出手段、74 パルス重畳条件判定手段、76 マップ記憶手段、78 第2パルス重畳条件判定手段、80,80a 電流指令生成部、82 電流指令合成部、84 電圧指令駆動信号生成部、86 電圧指令生成部、88 パルス電圧指令付加部、90 駆動信号生成部。   10 rotating electrical machines, 12 stators, 14 rotors, 16 rotor cores, 18, 18n, 18s rotor windings, 19 salient poles, 21, 21n, 21s diodes, 22 rotating shafts, 26 stator cores, 28u, 28v, 28w stator windings, 30 Teeth, 31 slots, 34 Rotating electrical machine drive system, 36 Inverter, 38 Control device, 40 Power storage device, 42 Switching unit, 44 Drive signal output means, 46 Position sensor, 48 Slit, 50 d-axis magnetic path portion, 52 q-axis magnetism Road portion, 54 permanent magnet, 56 magnetic pole part, 58 annular core part, 60 magnetic pole part, 62a, 62b rotor winding circuit, 64 salient pole, 66 magnetic pole part, 68 torque rotational speed acquisition means, 70 interphase voltage acquisition means, 72 Sine wave torque calculation means, 74 pulse superimposition condition determination means, 76 map storage Stage, 78 second pulse superposition condition determining means, 80, 80a current command generation unit, 82 current command synthesis unit, 84 voltage command drive signal generation unit, 86 voltage command generation unit, 88 pulse voltage command addition unit, 90 drive signal generation Department.

Claims (18)

ステータとロータとが対向配置された回転電機を駆動する回転電機駆動システムにおいて、
ステータは、
複数のスロットがロータ回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されたステータコアと、該スロットを通ってステータコアに集中巻きで巻装された複数相のステータ巻線とを有し、該ステータ巻線に交流電流が流れることで高調波成分を含む周波数の回転磁界を生成し、
ロータは、
ロータコアと、ロータコアの周方向複数個所に配置され、ステータで生成された高調波成分を含む回転磁界が鎖交することで誘導起電力が発生するロータ巻線と、各ロータ巻線に接続され、該誘導起電力の発生により各ロータ巻線に流れる電流を整流する整流素子とを有し、各ロータ巻線に流れる電流により生成される周方向複数個所の磁極部の磁気特性を周方向に交互に異ならせており、各ロータ巻線の周方向に関する幅は、各相のステータ電流の電気角で180度よりも小さくしており、さらに、ステータ電流が一定の場合にロータの回転数に比例して大きくなる回転電機の線間電圧(1)、またはステータ電流をベクトル制御する場合に用いられるd軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqから算出される値(Vd 2 +Vq 2 1/2 (2)である線間電圧関係値が閾値未満である、または閾値以下である第1パルス重畳要求条件が成立し、かつ、予め設定された第2パルス重畳要求条件が成立した場合のみに、パルス重畳条件が成立したと判定して、ステータ巻線を流れるステータ電流にパルス電流を重畳させるように、パルス重畳状態を切り換える切り換え部を備え、切り換え部による切り換えにかかわらず回転電機を駆動可能とし、ステータ電流にパルス電流を重畳しない場合に、回転電機のトルクと回転数との関係を規定する特性線が、所定回転数を境に下側の回転数でトルクが低下する特性を有することを特徴とする回転電機駆動システム。
In a rotating electrical machine drive system that drives a rotating electrical machine in which a stator and a rotor are arranged to face each other,
The stator is
A stator core having a plurality of slots formed at intervals in the circumferential direction around the rotor rotation axis, and a multi-phase stator winding wound in a concentrated manner on the stator core through the slot, the stator A rotating magnetic field with a frequency including harmonic components is generated by the alternating current flowing through the windings.
The rotor
The rotor core is disposed at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core, connected to each rotor winding, and a rotor winding in which an induced electromotive force is generated by a rotating magnetic field including harmonic components generated by the stator, And a rectifying element that rectifies the current flowing through each rotor winding by the generation of the induced electromotive force, and magnetic characteristics of magnetic pole portions at a plurality of circumferential directions generated by the current flowing through each rotor winding are alternately arranged in the circumferential direction. The width of each rotor winding in the circumferential direction is smaller than 180 degrees in terms of the electrical angle of the stator current of each phase, and is proportional to the rotor speed when the stator current is constant. The line voltage (1) of the rotating electrical machine that increases as a result, or a value (Vd 2 + Vq 2 ) 1 calculated from the d-axis voltage command value Vd and the q-axis voltage command value Vq used when the stator current is vector-controlled. / 2 Voltage relationship value between a 2) line is less than the threshold, or the first pulse superimposing requirement is satisfied is equal to or less than the threshold, and only if the second pulse superimposing requirement set in advance is satisfied, the pulse it is determined that superimposed condition is satisfied, so to superimpose a pulse current to the stator current flowing through the stator windings, comprising a switching unit for switching the pulse superimposing condition, the rotary electric machine to be driven regardless of the switching by the switching unit When the pulse current is not superimposed on the stator current, the characteristic line that defines the relationship between the torque of the rotating electrical machine and the rotational speed has a characteristic that the torque decreases at the lower rotational speed with the predetermined rotational speed as a boundary. A rotating electric machine drive system that is characterized.
請求項1に記載の回転電機駆動システムにおいて、
切り換え部は、
回転電機に要求される要求出力トルクと回転電機の回転数とを取得するトルク回転数取得手段と、
要求出力トルクに対応する電圧指令値から線間電圧関係値を取得する線間電圧取得手段と、
回転数と要求出力トルクに対応する電流指令値とから正弦波電流で発生可能な正弦波トルクを算出する正弦波トルク算出手段と、
要求出力トルクと算出した正弦波トルクとを比較して、要求出力トルクが正弦波トルク以上となること、または正弦波トルクを超えることのいずれかを第2パルス重畳要求条件として、パルス重畳条件が成立したことを判定する判定手段とを含むことを特徴とする回転電機駆動システム。
In the rotating electrical machine drive system according to claim 1,
The switching part
Torque rotational speed acquisition means for acquiring the required output torque required for the rotating electrical machine and the rotational speed of the rotating electrical machine;
A line voltage acquisition means for acquiring a line voltage related value from the voltage command value corresponding to the required output torque;
Sine wave torque calculating means for calculating a sine wave torque that can be generated by a sine wave current from the rotation speed and a current command value corresponding to the required output torque;
Comparing the required output torque with the calculated sine wave torque, whether the required output torque is greater than or equal to the sine wave torque or exceeds the sine wave torque is used as the second pulse superposition request condition, and the pulse superposition condition is A rotating electrical machine drive system comprising: determination means for determining establishment.
請求項1に記載の回転電機駆動システムにおいて、
切り換え部は、
回転電機に要求される要求出力トルクと回転電機の回転数とを取得するトルク回転数取得手段と、
要求出力トルクに対応する電圧指令値から線間電圧関係値を取得する線間電圧取得手段と、
要求出力トルクと回転数とから正弦波電流で要求出力トルクが得られるようにした場合の正弦波損失と、要求出力トルクと回転数とから正弦波電流にパルス重畳させることにより要求出力トルクが得られるようにした場合のパルス重畳損失とを比較し、正弦波損失がパルス重畳損失以上となること、またはパルス重畳損失を超えることのいずれかを第2パルス重畳要求条件として、パルス重畳条件が成立したことを判定する判定手段とを含むことを特徴とする回転電機駆動システム。
In the rotating electrical machine drive system according to claim 1,
The switching part
Torque rotational speed acquisition means for acquiring the required output torque required for the rotating electrical machine and the rotational speed of the rotating electrical machine;
A line voltage acquisition means for acquiring a line voltage related value from the voltage command value corresponding to the required output torque;
The required output torque is obtained by superimposing the sine wave current on the sine wave current from the required output torque and the rotation speed, and the sine wave loss when the required output torque is obtained from the required output torque and the rotation speed. The pulse superposition condition is established by comparing the sine wave loss to the pulse superposition loss or exceeding the pulse superposition loss as the second pulse superposition requirement condition. A rotating electrical machine drive system comprising: determining means for determining whether or not
請求項1から請求項3のいずれか1に記載の回転電機駆動システムにおいて、
各ロータ巻線は、ロータの周方向に隣り合うロータ巻線同士で順方向が逆になる整流素子に接続し、各整流素子は、該誘導起電力の発生によりロータ巻線に流れる電流を整流することで、該周方向に隣り合うロータ巻線に流れる電流の位相を、A相とB相とに交互に異ならせていることを特徴とする回転電機駆動システム。
In the rotating electrical machine drive system according to any one of claims 1 to 3,
Each rotor winding is connected to a rectifying element whose forward direction is reversed between adjacent rotor windings in the circumferential direction of the rotor, and each rectifying element rectifies the current flowing through the rotor winding by the generation of the induced electromotive force. By doing so, the phase of the current flowing through the rotor windings adjacent in the circumferential direction is alternately changed between the A phase and the B phase.
請求項1から請求項4のいずれか1に記載の回転電機駆動システムにおいて、
各ロータ巻線のロータの周方向に関する幅が電気角で90°に相当する幅に略等しいことを特徴とする回転電機駆動システム。
The rotating electrical machine drive system according to any one of claims 1 to 4,
A rotating electrical machine drive system, wherein the width of each rotor winding in the circumferential direction of the rotor is substantially equal to a width corresponding to 90 ° in electrical angle.
請求項1から請求項5のいずれか1に記載の回転電機駆動システムにおいて、
各ロータ巻線は、ロータの周方向複数個所に位置するインダクタンスが高いq軸磁路に配置されており、
ロータコアは、整流素子で整流された電流がロータ巻線に流れるのに応じて磁化することで磁極が固定された磁石として機能する磁極部であって、ロータの周方向に互いに間隔をおいて配置された複数の磁極部を含むことを特徴とする回転電機駆動システム。
In the rotating electrical machine drive system according to any one of claims 1 to 5,
Each rotor winding is arranged in a q-axis magnetic path with high inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor,
The rotor core is a magnetic pole portion that functions as a magnet with a fixed magnetic pole by being magnetized according to the current rectified by the rectifying element flowing in the rotor winding, and is arranged at intervals from each other in the circumferential direction of the rotor A rotating electrical machine drive system comprising a plurality of magnetic pole portions.
請求項6に記載の回転電機駆動システムにおいて、
ロータコアにおいて、各磁極部がステータへ向け突出していることを特徴とする回転電機駆動システム。
In the rotating electrical machine drive system according to claim 6,
In a rotor core, each magnetic pole portion protrudes toward a stator.
請求項6に記載の回転電機駆動システムにおいて、
ロータコアにおいて、ロータの周方向に関して磁極部間に位置する部分に永久磁石を配置していることを特徴とする回転電機駆動システム。
In the rotating electrical machine drive system according to claim 6,
In a rotor core, a permanent magnet is disposed in a portion located between magnetic pole portions in the circumferential direction of the rotor.
請求項6に記載の回転電機駆動システムにおいて、
ロータコアは環状コア部を含み、
ロータ巻線は環状コア部にトロイダル巻きで巻装されており、
各磁極部が環状コア部からステータへ向けて突出していることを特徴とする回転電機駆動システム。
In the rotating electrical machine drive system according to claim 6,
The rotor core includes an annular core portion,
The rotor winding is wound around the annular core with toroidal winding,
A rotating electrical machine drive system, wherein each magnetic pole portion protrudes from an annular core portion toward a stator.
請求項1から請求項3のいずれか1に記載の回転電機駆動システムにおいて、
各ロータ巻線のすべては、電気的に接続され、
整流素子は、各ロータ巻線に共通に接続され、該誘導起電力の発生により各ロータ巻線に流れる電流を整流し、該周方向に隣り合う2個のロータ巻線の巻き方向を互いに逆にすることで、各ロータ巻線に流れる電流により生成される周方向複数個所の磁極部の磁気特性を交互に異ならせていることを特徴とする回転電機駆動システム。
In the rotating electrical machine drive system according to any one of claims 1 to 3,
All of each rotor winding is electrically connected,
The rectifying element is connected in common to each rotor winding, rectifies the current flowing through each rotor winding by the generation of the induced electromotive force, and reverses the winding direction of two rotor windings adjacent in the circumferential direction. Thus, the rotating electrical machine drive system is characterized in that the magnetic characteristics of the magnetic pole portions at a plurality of locations in the circumferential direction generated by the current flowing through each rotor winding are alternately changed.
請求項10に記載の回転電機駆動システムにおいて、
各ロータ巻線のロータの周方向に関する幅が電気角で90°に相当する幅よりも大きく、かつ、電気角で120°に相当する幅よりも小さいことを特徴とする回転電機駆動システム。
The rotating electrical machine drive system according to claim 10,
A rotating electrical machine drive system characterized in that the width of each rotor winding in the circumferential direction of the rotor is larger than a width corresponding to 90 ° in electrical angle and smaller than a width corresponding to 120 ° in electrical angle.
請求項1から請求項5のいずれか1に記載の回転電機駆動システムにおいて、
各ロータ巻線は、ロータの周方向複数個所に位置するインダクタンスが低いd軸磁路に配置されていることを特徴とする回転電機駆動システム。
In the rotating electrical machine drive system according to any one of claims 1 to 5,
A rotating electrical machine drive system, wherein each rotor winding is arranged in a d-axis magnetic path with low inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor.
請求項12に記載の回転電機駆動システムにおいて、
ロータコアにおいて、ロータの周方向に関して磁極部と一致する部分に永久磁石を配置していることを特徴とする回転電機駆動システム。
The rotating electrical machine drive system according to claim 12,
A rotating electrical machine drive system, wherein a permanent magnet is disposed in a portion of the rotor core that coincides with the magnetic pole portion in the circumferential direction of the rotor.
請求項12に記載の回転電機駆動システムにおいて、
ロータコアにおいて、ロータの周方向に関して磁極部間に位置する部分をステータへ向け突出させていることを特徴とする回転電機駆動システム。
The rotating electrical machine drive system according to claim 12,
In the rotor core, a portion located between the magnetic pole portions in the circumferential direction of the rotor is protruded toward the stator.
請求項1から請求項14のいずれか1に記載の回転電機駆動システムにおいて、
各ロータ巻線が互いに電気的に分断されており、
整流素子は、該電気的に分断されたロータ巻線毎に設けられていることを特徴とする回転電機駆動システム。
The rotating electrical machine drive system according to any one of claims 1 to 14,
Each rotor winding is electrically separated from each other,
A rotating electrical machine drive system, wherein a rectifying element is provided for each electrically separated rotor winding.
請求項1から請求項15のいずれか1に記載の回転電機駆動システムにおいて、
ロータの周方向に隣り合うように配置されたロータ巻線が互いに電気的に分断されており、
整流素子は、該電気的に分断されたロータ巻線毎に設けられ、
該周方向の1つ置きに配置されたロータ巻線同士を電気的に接続していることを特徴とする回転電機駆動システム。
The rotating electrical machine drive system according to any one of claims 1 to 15,
The rotor windings arranged adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor are electrically separated from each other,
A rectifying element is provided for each electrically separated rotor winding,
A rotating electrical machine drive system characterized in that the rotor windings arranged every other circumferential direction are electrically connected to each other.
請求項1から請求項16のいずれか1に記載の回転電機駆動システムにおいて、
ステータ電流にパルス電流を重畳させる場合に、各相のステータ電流に、1周期に対して設定した所定回数でパルス電流を重畳させるようにインバータの駆動信号を生成し、駆動信号を出力する駆動信号出力手段を備えることを特徴とする回転電機駆動システム。
The rotating electrical machine drive system according to any one of claims 1 to 16,
When a pulse current is superimposed on the stator current, an inverter drive signal is generated so that the pulse current is superimposed on the stator current of each phase a predetermined number of times set for one cycle, and a drive signal is output. A rotating electrical machine drive system comprising output means.
請求項1から請求項17のいずれか1に記載の回転電機駆動システムにおいて、
ステータ電流にパルス電流を重畳させる場合に、各相のステータ電流に、設定した所定周波数でパルス電流を重畳させるようにインバータの駆動信号を生成し、駆動信号を出力する駆動信号出力手段を備えることを特徴とする回転電機駆動システム。
The rotating electrical machine drive system according to any one of claims 1 to 17,
When a pulse current is superimposed on the stator current, drive signal output means is provided for generating a drive signal for the inverter so that the pulse current is superimposed on the stator current of each phase at a set predetermined frequency, and outputting the drive signal. Rotating electric machine drive system characterized by
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