JP5623346B2 - Rotating electric machine drive system - Google Patents

Rotating electric machine drive system Download PDF

Info

Publication number
JP5623346B2
JP5623346B2 JP2011144390A JP2011144390A JP5623346B2 JP 5623346 B2 JP5623346 B2 JP 5623346B2 JP 2011144390 A JP2011144390 A JP 2011144390A JP 2011144390 A JP2011144390 A JP 2011144390A JP 5623346 B2 JP5623346 B2 JP 5623346B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
axis
current
winding
circumferential direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2011144390A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013013246A (en
Inventor
英治 山田
英治 山田
平本 健二
健二 平本
中井 英雄
英雄 中井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2011144390A priority Critical patent/JP5623346B2/en
Publication of JP2013013246A publication Critical patent/JP2013013246A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5623346B2 publication Critical patent/JP5623346B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

Description

本発明は、ステータとロータとが対向配置された電磁石型回転電機と、電磁石型回転電機を駆動する駆動部と、駆動部を制御する制御部とを備え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 including an electromagnet-type rotating electrical machine in which a stator and a rotor are opposed to each other, a drive unit that drives the electromagnet-type rotating electrical machine, and a control unit that controls the drive unit.

従来から、特許文献1に記載されているように、ステータとロータとが対向配置される電磁石型回転電機であって、ロータの周方向複数個所に設けられた突極と、各突極に巻装されたロータ巻線であって、互いに分断されるロータ巻線と、各ロータ巻線ごとに接続されたダイオードとを含む電磁石型回転電機が知られている。各ダイオードは、各ロータ巻線に流れる電流を整流し、ロータの周方向に隣り合う突極同士で磁化方向が逆になるようにしている。また、ステータは、ステータコアの周方向複数個所に設けられたティースを備える。ステータのティースに複数相のステータ巻線が集中巻きで巻装されている。複数相のステータ巻線に複数相の交流電流を流すことでステータに、周方向に回転する回転磁界が生成される。そして、ステータで発生した起磁力分布に生じる高調波成分である空間高調波によりロータ巻線に誘導電流を生じさせ、ロータの周方向に関して交互に突極にN極とS極とを形成し、ロータにトルクを発生させるようにしている。このとき、各ダイオードで整流された電流が各ロータ巻線に流れることで、各突極が磁化して磁極の固定された磁石が発生する。   Conventionally, as described in Patent Document 1, an electromagnetic rotating electrical machine in which a stator and a rotor are arranged to face each other, and salient poles provided at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor, and wound around each salient pole. 2. Description of the Related Art There is known an electromagnet type rotating electrical machine that includes mounted rotor windings and includes a rotor winding that is divided from each other and a diode that is connected to each rotor winding. Each diode rectifies the current flowing in each rotor winding so that the magnetization direction is reversed between salient poles adjacent in the circumferential direction of the rotor. The stator includes teeth provided at a plurality of locations in the circumferential direction of the stator core. A plurality of stator windings are wound around the stator teeth in a concentrated manner. A rotating magnetic field that rotates in the circumferential direction is generated in the stator by passing a plurality of phases of alternating current through the stator windings of the plurality of phases. Then, an induction current is generated in the rotor winding by spatial harmonics that are harmonic components generated in the magnetomotive force distribution generated in the stator, and N and S poles are alternately formed in the salient poles in the circumferential direction of the rotor, Torque is generated in the rotor. At this time, a current rectified by each diode flows through each rotor winding, whereby each salient pole is magnetized to generate a magnet with a fixed magnetic pole.

このような電磁石型回転電機では、突極がステータの回転磁界と相互作用してロータにトルクが作用する。また、ステータにより形成される磁界の高調波成分を利用してロータに作用するトルクを効率よく増大させることができる。また、電磁石型回転電機は、回転電機駆動システムにより駆動される。回転電機駆動システムは、駆動部であるインバータと、インバータを制御する制御部とを含む。   In such an electromagnet type rotating electrical machine, the salient pole interacts with the rotating magnetic field of the stator, and torque acts on the rotor. Further, the torque acting on the rotor can be efficiently increased by utilizing the harmonic component of the magnetic field formed by the stator. The electromagnet type rotating electrical machine is driven by a rotating electrical machine drive system. The rotating electrical machine drive system includes an inverter that is a drive unit and a control unit that controls the inverter.

特開2009−112091号公報JP 2009-112091 A

このような回転電機駆動システムでは、電磁石型回転電機に高い性能を発揮させる面から改良の余地がある。例えば、回転電機駆動システムでは、ロータに電磁石を形成するためのロータ巻線に生じる誘導電流を大きくする面から改良の余地があり、電磁石型回転電機のトルクを向上させる面から改良の余地がある。また、回転電機駆動システムでは、電磁石型回転電機のトルク変動を抑制する面から改良の余地がある。   Such a rotating electrical machine drive system has room for improvement from the viewpoint of exerting high performance on the electromagnet-type rotating electrical machine. For example, in a rotating electrical machine drive system, there is room for improvement in terms of increasing the induced current generated in the rotor winding for forming an electromagnet in the rotor, and there is room for improvement in terms of increasing the torque of the electromagnet-type rotating electrical machine. . In addition, the rotating electrical machine drive system has room for improvement in terms of suppressing torque fluctuations of the electromagnet-type rotating electrical machine.

本発明の目的は、電磁石型回転電機を含む回転電機駆動システムにおいて、電磁石型回転電機に高い性能を発揮させることである。   An object of the present invention is to make an electromagnet type rotary electric machine exhibit high performance in a rotary electric machine drive system including an electromagnet type rotary electric machine.

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.

本発明に係る第1の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電磁石型の回転電機と、前記回転電機を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備える回転電機駆動システムにおいて、前記ステータは、複数の第1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、前記第1スロットを通って前記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、前記ロータは、複数の第2スロットが前記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ロータコアと、少なくとも一部が前記第2スロットに配置されるように前記ロータコアの周方向複数個所に巻装されたロータ巻線と、前記各ロータ巻線に接続され、前記各ロータ巻線の磁気特性を前記複数のロータ巻線同士で周方向に交互に異ならせる整流部とを有し、前記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、前記制御部は、前記ロータ巻線の巻回中心軸方向である磁極方向と同方向に界磁磁束を発生させるように前記ステータ巻線に電流を流すためのd軸電流指令に、パルス状に増大する増大パルス電流を重畳させるとともに、d軸電流指令に増大パルス電流が重畳されるd軸パルス重畳期間の開始時のd軸電流を終了時のd軸電流よりも大きくして、d軸パルス重畳期間で電流増大量を電流減少量よりも小さくすることで、d軸電流指令に増大パルス電流が重畳されないd軸非パルス重畳期間でのd軸電流を徐々に増大させるように、d軸電流指令を補正して、d軸非パルス重畳期間の少なくとも一部において、d軸パルス重畳期間におけるd軸電流指令の増大量と減少量とを同じにする場合に比べて、前記ロータ巻線に生じる誘導電流を増大させるd軸パルス重畳補正手段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。なお、増大パルス電流とは、パルス状に急激に増大してから急激に減少するパルス電流のことをいう(本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする。)。また、増大パルス電流のパルス状波形は、矩形波でも、三角波でも、台形波でも、複数の曲線や直線から突起状に形成された波形でも、いずれでもよい。なお、「ロータコア」は、ロータのうち、ロータ巻線以外の一体の部材をいい、例えば磁性材料製のロータコア本体と磁石とにより構成される場合も含む(本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする。)。また、「第2スロット」は、ロータコアの周面に開口する溝形状を有する部分に限定するものではなく、例えばロータコアの周面に開口せず、ロータコアの内部に軸方向に貫通するように形成されたスリットも含む(本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする。)。 A first rotating electrical machine drive system according to the present invention includes an electromagnet-type rotating electrical machine in which a stator and a rotor are arranged to face each other, a driving unit that drives the rotating electrical machine, and a control unit that controls the driving unit. In the rotating electrical machine drive system, the stator is wound in a concentrated manner around the stator core having a plurality of first slots spaced apart from each other in the circumferential direction around the rotor rotation axis. The rotor has a plurality of stator windings, and the rotor includes a rotor core having a plurality of second slots spaced apart from each other in a circumferential direction around the rotor rotation axis, and at least a part of the rotor core A rotor winding wound around a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core so as to be disposed in the slot, and connected to each rotor winding, and the magnetic characteristics of each rotor winding A plurality of rotor windings that alternately vary in the circumferential direction, and the magnetic characteristics of the magnetic pole portions at a plurality of circumferential directions generated by the current flowing in each rotor winding are alternately arranged in the circumferential direction. The controller is configured to provide a d-axis current command for causing a current to flow in the stator winding so as to generate a field magnetic flux in the same direction as a magnetic pole direction that is a winding central axis direction of the rotor winding. In addition, the increasing pulse current increasing in a pulse shape is superimposed, and the d-axis current at the start of the d-axis pulse superposition period in which the increasing pulse current is superimposed on the d-axis current command is made larger than the d-axis current at the end. Thus, by reducing the current increase amount during the d-axis pulse superposition period to be smaller than the current decrease amount , the d-axis current is gradually increased during the d-axis non-pulse superposition period when the increase pulse current is not superimposed on the d-axis current command. To supplement the d-axis current command. Correctly, in the at least part of the d-axis non-pulse superposition period, the induced current generated in the rotor winding is larger than the case where the increase amount and the decrease amount of the d-axis current command in the d-axis pulse superposition period are the same. D-axis pulse superimposing correction means for increasing The increased pulse current refers to a pulse current that rapidly increases in a pulse shape and then decreases rapidly (the same applies throughout the present specification and claims). Further, the pulse-like waveform of the increased pulse current may be a rectangular wave, a triangular wave, a trapezoidal wave, or a waveform formed in a protruding shape from a plurality of curves or straight lines. The “rotor core” refers to an integral member other than the rotor winding in the rotor, and includes, for example, a case where the rotor core body and magnet made of a magnetic material are included (in the entire specification and claims). The same shall apply.) Further, the “second slot” is not limited to a portion having a groove shape opened on the circumferential surface of the rotor core. For example, the “second slot” does not open on the circumferential surface of the rotor core and is formed so as to penetrate the rotor core in the axial direction. (Same throughout the specification and in the claims).

本発明の回転電機駆動システムによれば、電磁石型回転電機に高い性能を発揮させることができる。また、増大パルス電流が重畳されないd軸非パルス重畳期間でのd軸電流を徐々に増大させることで、d軸パルス重畳期間での増大パルス電流の減少時の減少量が大きくなる。このため、ロータ巻線に誘導されるロータ電流の電流増加時間が伸び、電流増大量が大きくなる。したがって、d軸非パルス重畳期間での回転電機のトルクの減少量に対しトルクを補うことができる。d軸パルス重畳期間の開始時と終了時とでの電流アンバランス分は、d軸非パルス重畳期間でのd軸電流の変化で補える。このため、電磁石型である回転電機のトルクを増大でき、回転電機に高い性能を発揮させることができる。 According to the rotating electrical machine drive system of the present invention, the electromagnet-type rotating electrical machine can exhibit high performance. Further, by gradually increasing the d-axis current in the d-axis non-pulse superposition period in which the increase pulse current is not superimposed, the amount of decrease when the increase pulse current is decreased in the d-axis pulse superposition period is increased. For this reason, the current increase time of the rotor current induced in the rotor winding is extended, and the current increase amount is increased. Therefore, the torque can be compensated for the amount of decrease in the torque of the rotating electrical machine during the d-axis non-pulse superposition period. The current imbalance at the start and end of the d-axis pulse superposition period can be compensated by the change in d-axis current during the d-axis non-pulse superposition period. For this reason, the torque of the rotating electrical machine of the electromagnet type can be increased, and the rotating electrical machine can exhibit high performance.

また、本発明に係る第2の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電磁石型の回転電機と、前記回転電機を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備える回転電機駆動システムにおいて、前記ステータは、複数の第1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、前記第1スロットを通って前記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、前記ロータは、複数の第2スロットが前記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ロータコアと、少なくとも一部が前記第2スロットに配置されるように前記ロータコアの周方向複数個所に巻装されたロータ巻線と、前記各ロータ巻線に接続され、前記各ロータ巻線の磁気特性を前記複数のロータ巻線同士で周方向に交互に異ならせる整流部とを有し、前記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、前記制御部は、前記ロータ巻線の巻回中心軸方向である磁極方向に対し電気角で90度進んだ方向に界磁磁束を発生させるように前記ステータ巻線に電流を流すためのq軸電流指令に、パルス状に減少する減少パルス電流を重畳させるq軸パルス重畳手段と、前記ロータ巻線の巻回中心軸方向である磁極方向と同方向に界磁磁束を発生させるように前記ステータ巻線に電流を流すためのd軸電流指令において、q軸電流指令に減少パルス電流が重畳されるq軸パルス重畳期間の開始時のd軸電流を終了時のd軸電流よりも小さくして、q軸電流指令に減少パルス電流が重畳されないq軸非パルス重畳期間でd軸電流を徐々に減少させるようにd軸電流指令を補正するd軸補正手段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。なお、減少パルス電流とは、パルス状に急激に減少してから急激に増大するパルス電流のことをいう(本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする。)。また、減少パルス電流のパルス状波形は、矩形波でも、三角波でも、台形波でも、複数の曲線や直線から突起状に形成された波形でも、いずれでもよい。 Further, a second rotating electrical machine drive system according to the present invention includes an electromagnet-type rotating electrical machine in which a stator and a rotor are opposed to each other, a drive unit that drives the rotating electrical machine, and a control unit that controls the drive unit. The stator includes a stator core having a plurality of first slots formed at intervals in a circumferential direction around a rotor rotation axis, and concentrated winding on the stator core through the first slot. A plurality of stator windings wound around the rotor, wherein the rotor has a plurality of second slots spaced apart from each other in a circumferential direction around the rotor rotation axis, and at least a part of the rotor core A rotor winding wound around a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core so as to be disposed in the second slot, and connected to each of the rotor windings; A plurality of rotor windings that alternately vary the circumferential direction in the circumferential direction, and the magnetic properties of the magnetic pole portions at a plurality of circumferential directions generated by the current flowing through the rotor windings in the circumferential direction. The control unit is configured to cause the stator winding to generate a field magnetic flux in a direction advanced by 90 degrees in electrical angle with respect to a magnetic pole direction that is a winding central axis direction of the rotor winding. Q-axis pulse superimposing means for superimposing a decreasing pulse current that decreases in a pulse shape on a q-axis current command for flowing current, and a field magnetic flux in the same direction as the magnetic pole direction that is the winding center axis direction of the rotor winding In a d-axis current command for causing a current to flow through the stator winding so as to generate a d-axis current at the start of a q-axis pulse superposition period in which a decrease pulse current is superimposed on a q-axis current command. Q axis power A rotary electric machine drive system and having a d-axis correction means for correcting the d-axis current command to gradually reduce the d-axis current command to not superimposed decreasing pulse current is a q-axis non-pulse overlap period. Note that the reduced pulse current means a pulse current that rapidly decreases in a pulse shape and then increases rapidly (the same applies throughout the present specification and claims). The pulse waveform of the reduced pulse current may be a rectangular wave, a triangular wave, a trapezoidal wave, or a waveform formed in a protruding shape from a plurality of curves or straight lines.

本発明の回転電機駆動システムによれば、減少パルス電流が重畳されないq軸非パルス重畳期間でのd軸電流を徐々に減少させることで、q軸非パルス重畳期間で回転電機のトルクが減少するのを抑制できる。このため、電磁石型である回転電機のトルク変動を抑制でき、回転電機に高い性能を発揮させることができる。   According to the rotating electrical machine drive system of the present invention, the torque of the rotating electrical machine is reduced in the q-axis non-pulse superimposed period by gradually decreasing the d-axis current in the q-axis non-pulse superimposed period in which the reduced pulse current is not superimposed. Can be suppressed. For this reason, the torque fluctuation of the electromagnet-type rotary electric machine can be suppressed, and the rotary electric machine can exhibit high performance.

また、本発明に係る回転電機駆動システムにおいて、好ましくは、前記各ロータ巻線は、前記ロータの周方向に隣り合う前記ロータ巻線同士で順方向が逆になるように前記整流部である整流素子に接続し、前記各整流素子は、誘導起電力の発生により前記ロータ巻線に流れる電流を整流することで、前記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。 Also, in the rotating electrical machine drive system according to the present invention, preferably, each of the rotor windings is a rectification unit that is a rectifying unit such that the forward direction is reversed between the rotor windings adjacent in the circumferential direction of the rotor. Each rectifying element is connected to an element, and the current flowing in the rotor winding adjacent to the circumferential direction is rectified by rectifying the current flowing in the rotor winding by the generation of the induced electromotive force. It is different for each phase.

また、本発明に係る回転電機駆動システムにおいて、好ましくは、前記整流素子は、それぞれ対応する前記ロータ巻線に接続される第1整流素子と第2整流素子とであり、前記第1整流素子と前記第2整流素子とは、前記誘導起電力の発生により、対応する前記ロータ巻線に流れる電流を整流し、前記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前記磁極部の磁気特性を周方向に交互に異ならせている。   In the rotating electrical machine drive system according to the present invention, preferably, the rectifying elements are a first rectifying element and a second rectifying element connected to the corresponding rotor winding, respectively, The second rectifier element rectifies the current flowing through the corresponding rotor winding by the generation of the induced electromotive force, and the magnetic pole portions at a plurality of positions in the circumferential direction generated by the current flowing through the rotor windings. Magnetic characteristics are alternately varied in the circumferential direction.

また、本発明に係る回転電機駆動システムにおいて、好ましくは、前記ロータは、周方向に配置されたロータスロット同士の間に設けられたロータティースの周方向に関する幅が、電気角で180°に相当する幅よりも小さくなっており、前記ロータ巻線は、前記各ロータティースに短節巻で巻装されている。

In the rotating electrical machine drive system according to the present invention, preferably, the rotor has a circumferential width of rotor teeth provided between the rotor slots arranged in the circumferential direction corresponding to an electrical angle of 180 °. is smaller than the width of the rotor winding, the are wound in Tanfushi around the respective rotor teeth.

また、本発明に係る回転電機駆動システムにおいて、好ましくは、前記各ロータ巻線の前記ロータの周方向に関する幅は、電気角で90°に相当する幅に等しい。   In the rotating electrical machine drive system according to the present invention, preferably, the width of each rotor winding in the circumferential direction of the rotor is equal to a width corresponding to 90 ° in electrical angle.

本発明の回転電機駆動システムによれば、電磁石型回転電機に高い性能を発揮させることができる。   According to the rotating electrical machine drive system of the present invention, the electromagnet-type rotating electrical machine can exhibit high performance.

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概略断面図である。In embodiment of this invention, it is a schematic sectional drawing which shows a part of part which the stator and rotor oppose. 図2のA部拡大図である。It is the A section enlarged view of FIG. 本発明の実施形態において、ロータ巻線に流れる誘導電流により生成される磁束がロータ中に流れる様子を示す模式図である。In embodiment of this invention, it is a schematic diagram which shows a mode that the magnetic flux produced | generated by the induced current which flows into a rotor coil | winding flows in a rotor. 本発明の実施形態において、ロータの周方向に隣り合う主突極に巻装した2個のロータ巻線の接続回路の等価回路を示す図である。In an embodiment of the present invention, it is a figure showing an equivalent circuit of a connection circuit of two rotor windings wound around a main salient pole adjacent in the circumferential direction of a rotor. ロータ巻線に接続するダイオードの数を少なくした別例を示す、図5Aに対応する図である。It is a figure corresponding to Drawing 5A which shows another example which reduced the number of diodes connected to a rotor winding. 本発明の実施形態において、ステータからロータに、補助突極を通過しつつ磁束が流れる様子を示す模式図である。In embodiment of this invention, it is a schematic diagram which shows a mode that a magnetic flux flows into a rotor from a stator, passing an auxiliary salient pole. 本発明の実施形態において、制御装置の構成を示すブロック図である。In embodiment of this invention, it is a block diagram which shows the structure of a control apparatus. 本発明の実施形態において、ステータ電流に対応するd軸電流指令(Id突極軸電流成分)及びq軸電流指令(Iq凹極軸電流成分)と、ロータ巻線に誘導されるロータ電流(Irc)と、回転電機のトルクとの時間的変化を示す図である。In an embodiment of the present invention, a d-axis current command (Id salient pole axis current component) and q-axis current command (Iq concave pole axis current component) corresponding to the stator current, and a rotor current (Irc) induced in the rotor winding ) And the torque of the rotating electrical machine. 本発明の実施形態において、d軸電流によりステータとロータとに磁束が通過する様子の1例を示す模式図である。In embodiment of this invention, it is a schematic diagram which shows an example of a mode that a magnetic flux passes a stator and a rotor by d-axis current. 比較例の回転電機制御システムにおいて、ステータ電流に対応するd軸電流指令(Id突極軸電流成分)と、ロータ巻線に誘導されるロータ電流(Irc)との時間的変化を示す図である。In a rotating electrical machine control system of a comparative example, it is a diagram showing a temporal change of a d-axis current command (Id salient pole current component) corresponding to a stator current and a rotor current (Irc) induced in a rotor winding. . 図2の回転電機において、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。FIG. 3 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 in the rotating electrical machine of FIG. 2. 本発明の実施形態の別例の第1例において、d軸電流指令に増大パルス電流を重畳させるとともに、d軸非パルス重畳期間でd軸電流を徐々に減少させる場合を示す、図8に対応する図である。In the first example of another example of the embodiment of the present invention, the increase pulse current is superimposed on the d-axis current command, and the d-axis current is gradually decreased in the d-axis non-pulse superposition period, corresponding to FIG. It is a figure to do. 本発明の実施形態の別例の第2例の制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control apparatus of the 2nd example of another example of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の別例の第2例において、q軸電流指令に減少パルス電流を重畳させるとともに、q軸非パルス重畳期間でd軸電流を徐々に減少させる場合を示す、図8に対応する図である。8 corresponds to FIG. 8, showing a case where a reduced pulse current is superimposed on the q-axis current command and the d-axis current is gradually decreased in the q-axis non-pulse superimposed period in the second example of another example of the embodiment of the present invention. It is a figure to do. 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例において、ステータとロータとの対向する部分の一部を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a part of a portion where a stator and a rotor face each other in another configuration example of a rotating electrical machine that constitutes an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例において、ステータとロータとの対向する部分の一部を示す概略図である。It is the schematic which shows a part of part which the stator and rotor oppose in the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例において、ロータ巻線に流れる誘導電流により生成される磁束がロータ中に流れる様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the magnetic flux produced | generated by the induced current which flows into a rotor coil | winding flows in a rotor in the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention. 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。It is the schematic which shows the rotor of the other structural example of the rotary electric machine which comprises embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図1〜9,11は、本発明の実施形態を示す図である。図1は、本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。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概略断面図である。図3は、図2のA部拡大図である。図4は、本実施形態において、ロータ巻線に流れる誘導電流により生成される磁束がロータ中に流れる様子を示す模式図である。図1に示すように、本実施形態の回転電機駆動システム34は、電磁石型回転電機である回転電機10と、回転電機10を駆動する駆動部であるインバータ36と、インバータ36を制御する制御部である制御装置38と、電源部である蓄電装置40とを備え、回転電機10を駆動する。まず、回転電機10について説明する。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、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径方向内側に対向配置され、ステータ12に対し回転可能なロータ14とを備える。なお、「径方向」とは、ロータの回転中心軸に対し直交する放射方向をいう(以下、特に断らない限り「径方向」の意味は同じである。)。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 9 and 11 are diagrams showing an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a rotating electrical machine drive system according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a part of the facing portion between the stator and the rotor in the present embodiment. FIG. 3 is an enlarged view of a portion A in FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing how the magnetic flux generated by the induced current flowing in the rotor winding flows in the rotor in the present embodiment. As shown in FIG. 1, the rotating electrical machine drive system 34 of the present embodiment includes a rotating electrical machine 10 that is an electromagnet-type rotating electrical machine, an inverter 36 that is a drive unit that drives the rotating electrical machine 10, and a control unit that controls the inverter 36. , And a power storage device 40 as a power supply unit, and drives the rotating electrical machine 10. First, the rotating electrical machine 10 will be described. As shown in FIG. 2, the rotating electrical machine 10 that functions as an electric motor or a generator is disposed in a stator 12 fixed to a casing (not shown) and opposed to the stator 12 radially inward with a predetermined gap between the stator 12 and the stator 12. And a rotatable rotor 14. The “radial direction” means a radial direction orthogonal to the rotation center axis of the rotor (hereinafter, the meaning of “radial direction” is the same unless otherwise specified).

また、ステータ12は、磁性材製のステータコア16と、ステータコア16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20u,20v,20wとを含む。ステータコア16の周方向複数個所には、径方向内側へ(ロータ14へ向けて)突出する複数の第1ティースである、ティース18が配置されており、各ティース18間に第1スロットであるスロット22が形成されている。なお、「周方向」とは、ロータの回転中心軸を中心として描かれる円形に沿う方向をいう(以下、特に断らない限り「周方向」の意味は同じである。)。   The stator 12 includes a stator core 16 made of a magnetic material, and a plurality of phases (more specifically, for example, three phases of a U phase, a V phase, and a W phase) disposed on the stator core 16. 20w. A plurality of teeth 18, which are a plurality of first teeth protruding inward in the radial direction (toward the rotor 14), are disposed at a plurality of locations in the circumferential direction of the stator core 16, and slots that are first slots between the teeth 18. 22 is formed. The “circumferential direction” refers to a direction along a circle drawn around the rotation center axis of the rotor (hereinafter, the meaning of “circumferential direction” is the same unless otherwise specified).

すなわち、ステータコア16の内周面には、径方向内側へ(ロータ14へ向けて)突出する複数のティース18が、ロータ14の回転軸である回転中心軸周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18間にスロット22が、周方向に互いに間隔をおいて形成されている。すなわち、ステータコア16には、複数のスロット22が、ロータ14の回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されている。   That is, a plurality of teeth 18 projecting radially inward (toward the rotor 14) are spaced apart from each other along the circumferential direction around the rotation center axis that is the rotation axis of the rotor 14 on the inner peripheral surface of the stator core 16. The slots 22 are formed between the teeth 18 at intervals in the circumferential direction. That is, a plurality of slots 22 are formed in the stator core 16 at intervals in the circumferential direction around the rotation axis of the rotor 14.

各相のステータ巻線20u,20v,20wは、スロット22を通ってステータコア16のティース18に短節集中巻で巻装されている。このように、ティース18にステータ巻線20u,20v,20w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20u,20v,20w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18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。なお、ステータ巻線20u,20v,20wは、このようにステータ12のティース18に巻線する構成に限定するものではなく、例えばティース18から外れたステータコア16の環状部分の周方向複数個所に複数相のステータ巻線を巻線するトロイダル巻きとし、ステータ12に回転磁界を生じさせることもできる。   The stator windings 20u, 20v, and 20w of each phase are wound around the teeth 18 of the stator core 16 through the slots 22 in a concentrated manner with short nodes. As described above, the stator windings 20u, 20v, and 20w are wound around the teeth 18 to form a magnetic pole. The teeth 18 arranged in the circumferential direction are magnetized by causing a plurality of phases of alternating current to flow through the plurality of stator windings 20u, 20v, 20w, and a rotating magnetic field that rotates in the circumferential direction is generated in the stator 12. Can do. The stator windings 20u, 20v, and 20w are not limited to the configuration in which the stator windings 20 are wound around the teeth 18 of the stator 12 as described above. It is also possible to generate a rotating magnetic field in the stator 12 by using a toroidal winding for winding the phase stator winding.

ティース18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2に示す例では、3相(U相、V相、W相)のステータ巻線20u,20v,20wがそれぞれ巻装された3つのティース18により1つの極対が構成されている。   The rotating magnetic field formed on the teeth 18 acts on the rotor 14 from the tip surface. In the example shown in FIG. 2, one pole pair is configured by three teeth 18 around which three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) stator windings 20u, 20v, 20w are wound.

一方、ロータ14は、磁性材料製のロータコア24と、複数のロータ巻線28n,28sとを含む。ロータコア24の外周面の周方向複数個所には、径方向外側に向けて(ステータ12に向けて)突出して設けられた複数の磁極部であり、突部であり、かつ第2ティースである主突極26が、ロータコア24の周方向に沿って互いに間隔をおいて配置されており、各主突極26がステータ12と対向している。ロータコア24の環状部分及び複数の主突極26は、磁性鋼板を複数積層した積層体等の磁性材により、一体に設けられている。より詳しくは、ロータ14の周方向に関して1つおきの主突極26に複数の第1ロータ巻線28nをそれぞれ集中巻きで巻線し、第1ロータ巻線28nを巻線した主突極26と隣り合う別の主突極26であって、周方向1つおきの主突極26に、複数の第2ロータ巻線28sをそれぞれ集中巻きで巻線している。また、ロータ14は、周方向に隣り合う主突極26の間に形成された第2スロットであるスロット29(図3、図4)を有する。すなわち、ロータコア24には、複数のスロット29が、ロータ14の回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されている。   On the other hand, the rotor 14 includes a rotor core 24 made of a magnetic material and a plurality of rotor windings 28n and 28s. There are a plurality of magnetic pole portions projecting outward in the radial direction (toward the stator 12) at a plurality of locations in the circumferential direction of the outer circumferential surface of the rotor core 24, the projecting portions, and the second teeth. The salient poles 26 are arranged at intervals from each other along the circumferential direction of the rotor core 24, and each main salient pole 26 faces the stator 12. The annular portion of the rotor core 24 and the plurality of main salient poles 26 are integrally provided by a magnetic material such as a laminate in which a plurality of magnetic steel plates are laminated. More specifically, with respect to the circumferential direction of the rotor 14, every other main salient pole 26 is wound with a plurality of first rotor windings 28n by concentrated winding, and the first rotor winding 28n is wound around the main salient pole 26. A plurality of second rotor windings 28s are wound around the other main salient poles 26 adjacent to each other in the circumferential direction every other main salient pole 26 by concentrated winding. The rotor 14 has a slot 29 (FIGS. 3 and 4) that is a second slot formed between the main salient poles 26 adjacent in the circumferential direction. That is, a plurality of slots 29 are formed in the rotor core 24 at intervals in the circumferential direction around the rotation axis of the rotor 14.

また、図2から図4に示すように、各第1ロータ巻線28nは、主突極26の先端側(図2〜4の上端側)に巻かれた第1誘導巻線30と、第1誘導巻線30に接続された第1共通巻線32とを含む。第1共通巻線32は、第1誘導巻線30が巻かれる主突極26において、第1誘導巻線30よりも根元側(図2〜4の下端側)に巻かれている。また、各第2ロータ巻線28sは、各第1ロータ巻線28nが巻かれた主突極26と周方向に隣り合う別の主突極26の先端側に巻かれた第2誘導巻線44と、第2誘導巻線44に接続された第2共通巻線46とを含む。第2共通巻線46は、第2誘導巻線44が巻かれる主突極26において、第2誘導巻線44よりも根元側に巻かれている。なお、図2〜4に示す例では、各主突極26の周囲に巻かれる誘導巻線30,44及び各共通巻線32,46は、それぞれ主突極26の周囲の長さ方向(図4の上下方向)に沿って設けられたソレノイドが、主突極26の周方向(図4の左右方向)に複数層整列した整列巻きで配置されている。なお、各主突極26の先端側に巻かれる誘導巻線30,44は、主突極26の周囲に複数回、すなわち複数ターン分、渦巻状に巻いた構成とすることもできる。   Further, as shown in FIGS. 2 to 4, each first rotor winding 28 n includes a first induction winding 30 wound on the distal end side (the upper end side in FIGS. 2 to 4) of the main salient pole 26, And a first common winding 32 connected to one induction winding 30. The first common winding 32 is wound on the base side (the lower end side in FIGS. 2 to 4) with respect to the first induction winding 30 in the main salient pole 26 around which the first induction winding 30 is wound. Each of the second rotor windings 28s has a second induction winding wound around the tip of another main salient pole 26 adjacent to the main salient pole 26 around which the first rotor winding 28n is wound in the circumferential direction. 44 and a second common winding 46 connected to the second induction winding 44. The second common winding 46 is wound on the base side of the second induction winding 44 at the main salient pole 26 around which the second induction winding 44 is wound. 2 to 4, the induction windings 30 and 44 and the common windings 32 and 46 wound around each main salient pole 26 are respectively in the length direction around the main salient pole 26 (see FIG. 4 are arranged in an aligned winding in which a plurality of layers are aligned in the circumferential direction of the main salient pole 26 (left-right direction in FIG. 4). In addition, the induction windings 30 and 44 wound around the front end side of each main salient pole 26 may be configured to be wound around the main salient pole 26 a plurality of times, that is, a plurality of turns in a spiral shape.

図4、図5Aに示すように、ロータ14の周方向に隣り合う2個の主突極26を1組として、各組で1個の主突極26に巻かれた第1誘導巻線30の一端と、別の主突極26に巻かれた第2誘導巻線44の一端とを、2個の磁気特性調整部であり整流素子である第1ダイオード48及び第2ダイオード50を介して接続している。すなわち、図5Aは、本実施の形態において、ロータ14(図4)の周方向に隣り合う主突極26に巻装された2個のロータ巻線28n,28sの接続回路の等価回路を示す図である。図5Aに示すように、第1誘導巻線30及び第2誘導巻線44の一端は、互いに順方向が逆になる第1ダイオード48及び第2ダイオード50を介して、接続点Rで接続されている。   As shown in FIG. 4 and FIG. 5A, a first induction winding 30 wound around one main salient pole 26 in each set, with two main salient poles 26 adjacent in the circumferential direction of the rotor 14 as one set. And one end of the second induction winding 44 wound around another main salient pole 26 via the first diode 48 and the second diode 50 which are two magnetic characteristic adjusting units and are rectifying elements. Connected. That is, FIG. 5A shows an equivalent circuit of a connection circuit of two rotor windings 28n and 28s wound around main salient poles 26 adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 14 (FIG. 4) in the present embodiment. FIG. As shown in FIG. 5A, one end of the first induction winding 30 and the second induction winding 44 is connected at a connection point R via a first diode 48 and a second diode 50 whose forward directions are opposite to each other. ing.

また、図4、図5Aに示すように、各組で1個の主突極26に巻かれた第1共通巻線32の一端は、別の主突極26に巻かれた第2共通巻線46の一端に接続されている。第1共通巻線32及び第2共通巻線46は互いに直列に接続されることで、共通巻線組52を形成している。さらに、第1共通巻線32の他端は接続点Rに接続され、第2共通巻線46の他端は、第1誘導巻線30及び第2誘導巻線44の接続点Rとは反対側の他端に接続されている。また、各ロータ巻線28n,28sの誘導巻線30,44及び共通巻線32,46の巻回中心軸は、ロータ14(図2)の径方向と一致している。なお、各誘導巻線30,44及び共通巻線32,46は、対応する主突極26に、樹脂等により造られる電気絶縁性を有するインシュレータ(図示せず)等を介して巻装することもできる。   Also, as shown in FIGS. 4 and 5A, one end of the first common winding 32 wound around one main salient pole 26 in each group has a second common winding wound around another main salient pole 26. Connected to one end of line 46. The first common winding 32 and the second common winding 46 are connected in series to form a common winding set 52. Further, the other end of the first common winding 32 is connected to the connection point R, and the other end of the second common winding 46 is opposite to the connection point R of the first induction winding 30 and the second induction winding 44. Is connected to the other end. Further, the winding central axes of the induction windings 30 and 44 and the common windings 32 and 46 of the rotor windings 28n and 28s coincide with the radial direction of the rotor 14 (FIG. 2). The induction windings 30 and 44 and the common windings 32 and 46 are wound around the corresponding main salient poles 26 via an insulator (not shown) having electrical insulation made of resin or the like. You can also.

このような構成では、後述するように、第1誘導巻線30、第2誘導巻線44、第1共通巻線32及び第2共通巻線46に整流された電流が流れることで主突極26が磁化し、磁極部として機能する。また、図2に戻って、ステータ巻線20u,20v,20wに交流電流を流すことで、ステータ12が回転磁界を生成するが、この回転磁界は、基本波成分の磁界だけでなく、基本波よりも高い次数の高調波成分の磁界を含んでいる。   In such a configuration, as will be described later, a rectified current flows through the first induction winding 30, the second induction winding 44, the first common winding 32, and the second common winding 46, thereby causing the main salient pole. 26 is magnetized and functions as a magnetic pole part. Returning to FIG. 2, the stator 12 generates a rotating magnetic field by passing an alternating current through the stator windings 20 u, 20 v, and 20 w, and this rotating magnetic field is not only a fundamental wave component magnetic field but also a fundamental wave. It contains a higher order harmonic component magnetic field.

より詳しくは、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20u,20v,20wの配置や、ティース18及びスロット22によるステータコア16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20u,20v,20w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20u,20v,20wが3相集中巻の場合は、高調波成分として、入力電気周波数の時間的3次成分であり、空間的な2次成分の振幅レベルが増大する。このようにステータ巻線20u,20v,20wの配置やステータコア16の形状に起因して起磁力に生じる高調波成分は空間高調波と呼ばれている。   More specifically, the distribution of magnetomotive force that generates a rotating magnetic field in the stator 12 depends on the arrangement of the stator windings 20u, 20v, 20w of each phase and the shape of the stator core 16 by the teeth 18 and the slots 22 (basic It does not have a sinusoidal distribution (only of waves), but includes harmonic components. In particular, in the concentrated winding, the stator windings 20u, 20v, 20w 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 20u, 20v, and 20w are three-phase concentrated windings, the harmonic component is a temporal third-order component of the input electrical frequency, and the amplitude level of the spatial second-order component increases. The harmonic components generated in the magnetomotive force due to the arrangement of the stator windings 20u, 20v, 20w and the shape of the stator core 16 are called spatial harmonics.

ステータ12からロータ14に、この空間強調波成分を含む回転磁界が作用すると、空間高調波の磁束変動により、ロータ14の主突極26間の空間に漏れ出す漏れ磁束の変動が発生し、これにより図2に示す各誘導巻線30,44の少なくともいずれかの誘導巻線30,44に誘導起電力が発生する。また、ステータ12から近い、主突極26の先端側の誘導巻線30,44は、主に誘導電流を発生させる機能を有し、ステータ12から遠い、共通巻線32,46は、主に主突極26を磁化する機能を有する、すなわち電磁石として機能する。また、図5Aの等価回路から理解されるように、隣り合う主突極26(図2〜図4)に巻装された誘導巻線30,44を流れる電流の合計が共通巻線32,46にそれぞれ流れる電流となる。また、隣り合う共通巻線32、46同士を直列に接続しているので、両方で巻き数を増加させたのと同じ効果を得られ、各主突極26に流れる磁束を同じとしたままで各共通巻線32,46に流す電流を低減できる。   When a rotating magnetic field including this space-emphasized wave component acts on the rotor 14 from the stator 12, the fluctuation of the leakage magnetic flux leaking into the space between the main salient poles 26 of the rotor 14 is generated due to the fluctuation of the spatial harmonic magnetic flux. Thus, an induced electromotive force is generated in at least one of the induction windings 30 and 44 shown in FIG. In addition, the induction windings 30 and 44 near the stator 12 on the tip side of the main salient pole 26 mainly have a function of generating an induction current, and the common windings 32 and 46 far from the stator 12 are mainly used. The main salient pole 26 has a function of magnetizing, that is, functions as an electromagnet. Further, as understood from the equivalent circuit of FIG. 5A, the sum of the currents flowing through the induction windings 30 and 44 wound around the adjacent main salient poles 26 (FIGS. 2 to 4) is the common windings 32 and 46. The currents that flow through Further, since the adjacent common windings 32 and 46 are connected in series, the same effect can be obtained as when the number of turns is increased in both, and the magnetic flux flowing through each main salient pole 26 is kept the same. The current flowing through each common winding 32, 46 can be reduced.

そして、各誘導巻線30,44に誘導起電力が発生すると、第1誘導巻線30、第2誘導巻線44、第1共通巻線32及び第2共通巻線46にダイオード48,50の整流方向に応じた直流電流が流れ、ロータ巻線28n,28sが巻装された主突極26が磁化することで、この主突極26が磁極の固定された磁石である磁極部として機能する。図4に示す、周方向に隣り合う第1ロータ巻線28nと第2ロータ巻線28sとで巻き方向が逆になっており、周方向に隣り合う主突極26同士で磁化方向が逆になる。図示の例では、第1ロータ巻線28nが巻装された主突極26の先端にN極が生成され、第2ロータ巻線28sが巻装された主突極26の先端にS極が生成されるようにしている。このため、ロータ14の周方向においてN極とS極とが交互に配置される。このように、各ダイオード48,50(図4)は、各主突極26に巻かれた複数のロータ巻線28n,28sに発生する誘導起電力によって複数の主突極26に生じる磁気特性を、周方向に交互に異ならせている。   When an induced electromotive force is generated in each induction winding 30, 44, diodes 48, 50 are connected to the first induction winding 30, the second induction winding 44, the first common winding 32, and the second common winding 46. A direct current corresponding to the commutation direction flows, and the main salient pole 26 around which the rotor windings 28n and 28s are wound is magnetized, so that the main salient pole 26 functions as a magnetic pole portion which is a magnet with a fixed magnetic pole. . As shown in FIG. 4, the winding directions of the first rotor winding 28n and the second rotor winding 28s adjacent to each other in the circumferential direction are reversed, and the magnetization directions are reversed between the main salient poles 26 adjacent to each other in the circumferential direction. Become. In the illustrated example, an N pole is generated at the tip of the main salient pole 26 around which the first rotor winding 28n is wound, and an S pole is at the tip of the main salient pole 26 around which the second rotor winding 28s is wound. It is generated. For this reason, the N pole and the S pole are alternately arranged in the circumferential direction of the rotor 14. As described above, each of the diodes 48 and 50 (FIG. 4) has a magnetic characteristic generated in the plurality of main salient poles 26 by the induced electromotive force generated in the plurality of rotor windings 28n and 28s wound around the main salient poles 26. In the circumferential direction, they are alternately changed.

また、各ダイオード48,50は、対応する誘導巻線30,44に接続され、ステータ12で生成される空間高調波を含む回転磁界による誘導起電力の発生により、対応する誘導巻線30,44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誘導巻線30,44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。A相は、対応する主突極26の先端側にN極を生成するものであり、B相は、対応する主突極26の先端側にS極を生成するものである。   The diodes 48 and 50 are connected to the corresponding induction windings 30 and 44, and the induction windings 30 and 44 are generated by the induction electromotive force generated by the rotating magnetic field including the spatial harmonics generated by the stator 12. By rectifying the current flowing in the rotor 14, the phases of the current flowing in the induction windings 30 and 44 adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 14 are alternately changed between the A phase and the B phase. The A phase generates an N pole on the tip side of the corresponding main salient pole 26, and the B phase generates an S pole on the tip side of the corresponding main salient pole 26.

また、図2に示すように、ロータ14の周方向に関する各誘導巻線30,44及び各共通巻線32,46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、各誘導巻線30,44及び各共通巻線32,46は、それぞれ主突極26に短節巻きで巻装されている。より好ましくは、ロータ14の周方向に関する各誘導巻線30,44及び各共通巻線32,46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。ここでの各誘導巻線30,44及び各共通巻線32,46の幅θについては、各誘導巻線30,44及び各共通巻線32,46の断面積を考慮して、各誘導巻線30,44及び各共通巻線32,46の断面の中心幅で表すことができる。すなわち、各誘導巻線30,44及び各共通巻線32,46の内周面の幅と外周面の幅との平均値で各誘導巻線30,44及び各共通巻線32,46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、周方向に関する各誘導巻線30,44及び各共通巻線32,46の幅θは、ロータ14の回転中心軸から各誘導巻線30,44及び各共通巻線32,46までの距離をrとすると、以下の(1)式を満たす。   As shown in FIG. 2, the width θ of each induction winding 30, 44 and each common winding 32, 46 in the circumferential direction of the rotor 14 is shorter than the width corresponding to 180 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14. The induction windings 30 and 44 and the common windings 32 and 46 are wound around the main salient pole 26 with a short-pitch winding. More preferably, the width θ of each induction winding 30, 44 and each common winding 32, 46 in the circumferential direction of the rotor 14 is equal to or substantially equal to a width corresponding to 90 ° in electrical angle of the rotor 14. Yes. The width θ of each induction winding 30, 44 and each common winding 32, 46 here is determined in consideration of the cross-sectional area of each induction winding 30, 44 and each common winding 32, 46. It can be represented by the center width of the cross section of the lines 30 and 44 and the common windings 32 and 46. That is, the width of each induction winding 30, 44 and each common winding 32, 46 is an average value of the width of the inner peripheral surface and the width of the outer peripheral surface of each induction winding 30, 44 and each common winding 32, 46. θ can be expressed. 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 p of the rotor 14 (electrical angle = mechanical angle × p). Therefore, the width θ of each induction winding 30, 44 and each common winding 32, 46 in the circumferential direction is from the rotation center axis of the rotor 14 to each induction winding 30, 44 and each common winding 32, 46. When the distance is r, the following expression (1) is satisfied.

θ<π×r/p (1)
このように幅θを規制している理由は、後で詳しく説明する。
θ <π × r / p (1)
The reason why the width θ is regulated in this way will be described in detail later.

また、本実施形態では、ロータ14は、周方向の複数個所に配置された主突極26の周方向両側面から突出する補助突極54を含んでいる。補助突極54は、各主突極26の軸方向(図2、図3の表裏方向)のほぼ全長にわたり、各主突極26の周方向両側面から、周方向に対し傾斜した方向にそれぞれ突出する板状の磁性体である。例えば、図示の例では、補助突極54は、各主突極26の周方向両側面の径方向中間部に、先端に向かうほどロータ14の径方向外側になるように周方向に対し傾斜している。複数の補助突極54は、主突極26の周方向の両側面において、第1誘導巻線30と第1共通巻線32との間、及び、第2誘導巻線44と第2共通巻線46との間のそれぞれから突出している。すなわち補助突極54は、主突極26に磁気的に接続されている。   In the present embodiment, the rotor 14 includes auxiliary salient poles 54 that protrude from both circumferential sides of the main salient poles 26 arranged at a plurality of locations in the circumferential direction. Auxiliary salient poles 54 extend substantially in the axial direction of each main salient pole 26 (the front and back directions in FIGS. 2 and 3) from the both circumferential sides of each main salient pole 26 in a direction inclined with respect to the circumferential direction. A projecting plate-like magnetic body. For example, in the illustrated example, the auxiliary salient poles 54 are inclined with respect to the circumferential direction so as to be radially outward of the rotor 14 toward the distal ends at the radial intermediate portions on both circumferential sides of each main salient pole 26. ing. The plurality of auxiliary salient poles 54 are arranged between the first induction winding 30 and the first common winding 32 and between the second induction winding 44 and the second common winding on both circumferential sides of the main salient pole 26. Projecting from each line 46. That is, the auxiliary salient pole 54 is magnetically connected to the main salient pole 26.

また、同じスロット29内に配置される2個の補助突極54は互いに直接にはスロット29内で結合されず、先端部は互いに離れている。このような補助突極54は、ロータコア24及び主突極26と同じ磁性材料により形成することができる。例えば、ロータコア24、各主突極26及び各補助突極54を、磁性鋼板の積層体等により一体に形成することができる。   Further, the two auxiliary salient poles 54 disposed in the same slot 29 are not directly coupled to each other in the slot 29, and the tip portions are separated from each other. Such an auxiliary salient pole 54 can be formed of the same magnetic material as the rotor core 24 and the main salient pole 26. For example, the rotor core 24, the main salient poles 26, and the auxiliary salient poles 54 can be integrally formed of a laminated body of magnetic steel plates.

また、各主突極26に巻かれた各ロータ巻線28n,28sのうち、誘導巻線30,44と共通巻線32,46とは、対応するスロット29内で補助突極54で仕切られて分離されている。同じ主突極26に巻かれる誘導巻線30,44と共通巻線32,46とは、ロータコア24の軸方向端面よりも外側に設けられる図示しない片側または両側のコイルエンド側等、補助突極54から外れた部分で互いに接続されている。なお、各誘導巻線30,44と各共通巻線32,46とは互いに異なる材料により形成することもできる。例えば、各共通巻線32,46は銅線等の導電性材料により形成し、各誘導巻線30,44は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の、共通巻線32,46を構成する導電性材料よりも軽量な別の導電性材料により形成することもできる。また、図3に示すように、各主突極26の先端部に周方向両側に突出する鍔部58を形成して、誘導巻線30,44(44は図2参照)の抜け止めを図ることもできる。   Of the rotor windings 28n and 28s wound around the main salient poles 26, the induction windings 30 and 44 and the common windings 32 and 46 are partitioned by the auxiliary salient poles 54 in the corresponding slots 29. Are separated. The induction windings 30 and 44 and the common windings 32 and 46 wound around the same main salient pole 26 are auxiliary salient poles such as one or both coil end sides (not shown) provided outside the axial end surface of the rotor core 24. They are connected to each other at a portion away from 54. The induction windings 30 and 44 and the common windings 32 and 46 can be formed of different materials. For example, each of the common windings 32 and 46 is formed of a conductive material such as a copper wire, and each of the induction windings 30 and 44 is made of a conductive material constituting the common windings 32 and 46 such as aluminum or aluminum alloy. Alternatively, it can be formed of another light conductive material. Further, as shown in FIG. 3, flanges 58 projecting on both sides in the circumferential direction are formed at the tip of each main salient pole 26 to prevent the induction windings 30 and 44 (see FIG. 2 for 44). You can also

このような回転電機10は、図1の回転電機駆動システム34により駆動する。回転電機駆動システム34に設けられた蓄電装置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、U相、V相、W相の3相のアームAu,Av,Awを備え、各相アームAu,Av,Awは、それぞれ2のスイッチング素子Swを直列に接続している。スイッチング素子Swは、トランジスタ、IGBT等である。また、各スイッチング素子Swに逆並列にダイオードDiを接続している。さらに、各アームAu,Av,Awの中点は、回転電機10を構成する対応する相のステータ巻線20u、20v、20wの一端側に接続されている。ステータ巻線20u、20v、20wにおいて、同じ相のステータ巻線同士は互いに直列に接続され、異なる相のステータ巻線20u、20v、20wが中性点で接続されている。   Such a rotating electrical machine 10 is driven by the rotating electrical machine drive system 34 of FIG. The power storage device 40 provided in the rotating electrical machine drive system 34 is provided as a direct current power source and is chargeable / dischargeable, and is configured by, for example, a secondary battery. The inverter 36 includes U-phase, V-phase, and W-phase three-phase arms Au, Av, and Aw, and each phase arm Au, Av, and Aw has two switching elements Sw connected in series. The switching element Sw is a transistor, an IGBT, or the like. Further, a diode Di is connected in antiparallel to each switching element Sw. Further, the midpoint of each arm Au, Av, Aw is connected to one end side of the corresponding phase stator windings 20u, 20v, 20w constituting the rotating electrical machine 10. In the stator windings 20u, 20v, 20w, stator windings of the same phase are connected in series with each other, and stator windings 20u, 20v, 20w of different phases are connected at a neutral point.

また、蓄電装置40の正極側及び負極側は、インバータ36の正極側と負極側とにそれぞれ接続されており、蓄電装置40とインバータ36との間にコンデンサ56が、インバータ36に対し並列に接続されている。制御装置38は、例えば車両のアクセルペダルセンサ(図示せず)等から入力される加速指令信号に応じて回転電機10のトルク目標を算出し、トルク目標等に応じた電流指令値に応じて各スイッチング素子Swのスイッチング動作を制御する。制御装置38には、3相のうち、少なくとも2相のステータ巻線(例えば20u、20v)側に設けられた電流センサ60で検出された電流値を表す信号と、レゾルバ等の回転角度検出部62(図7)で検出された回転電機10のロータ14の回転角度を表す信号とがそれぞれ入力される。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Sw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。制御装置38は、機能ごとに分割された複数の制御装置により構成することもできる。   Further, the positive electrode side and the negative electrode side of the power storage device 40 are respectively connected to the positive electrode side and the negative electrode side of the inverter 36, and a capacitor 56 is connected in parallel to the inverter 36 between the power storage device 40 and the inverter 36. Has been. The control device 38 calculates a torque target of the rotating electrical machine 10 according to an acceleration command signal input from, for example, an accelerator pedal sensor (not shown) of the vehicle, for example, and changes each according to a current command value according to the torque target or the like. The switching operation of the switching element Sw is controlled. The control device 38 includes a signal representing a current value detected by a current sensor 60 provided on the stator winding (for example, 20u, 20v) side of at least two phases of the three phases, and a rotation angle detection unit such as a resolver. A signal indicating the rotation angle of the rotor 14 of the rotating electrical machine 10 detected at 62 (FIG. 7) is input. The control device 38 includes a microcomputer having a CPU, a memory, and the like, and controls the torque of the rotating electrical machine 10 by controlling the switching of the switching element Sw of the inverter 36. The control device 38 can also be configured by a plurality of control devices divided for each function.

このような制御装置38は、インバータ36を構成する各スイッチング素子Sw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相の交流電力に変換して、ステータ巻線20u、20v、20wの各相に対応する相の電力を供給することを可能とする。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。なお、蓄電装置40とインバータ36との間に電圧変換部であるDC/DCコンバータを接続して、蓄電装置40の電圧を昇圧してインバータ36に供給可能とすることもできる。   Such a control device 38 converts the DC power from the power storage device 40 into three-phase AC power of U phase, V phase, and W phase by the switching operation of each switching element Sw constituting the inverter 36, and It is possible to supply electric power of a phase corresponding to each phase of the windings 20u, 20v, and 20w. The 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. Note that a DC / DC converter that is a voltage conversion unit may be connected between the power storage device 40 and the inverter 36 so that the voltage of the power storage device 40 can be boosted and supplied to the inverter 36.

上記の回転電機10では、3相のステータ巻線20u,20v,20wに3相の交流電流を流すことでティース18に形成された回転磁界(基本波成分)がロータ14に作用し、これに応じて、ロータ14の磁気抵抗が小さくなるように、主突極26がティース18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)が作用する。   In the rotating electrical machine 10 described above, a rotating magnetic field (fundamental wave component) formed in the teeth 18 is applied to the rotor 14 by passing a three-phase alternating current through the three-phase stator windings 20u, 20v, and 20w. Accordingly, the main salient pole 26 is attracted to the rotating magnetic field of the teeth 18 so that the magnetic resistance of the rotor 14 is reduced. As a result, torque (reluctance torque) acts on the rotor 14.

さらに、ティース18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28n,28sに鎖交すると、各ロータ巻線28n,28sには、空間高調波成分に起因するロータ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によって、各ロータ巻線28n,28s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28n,28sに流れる電流は、各ダイオード48,50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48,50で整流された直流電流が各ロータ巻線28n,28sに流れるのに応じて各主突極26が磁化することで、各主突極26が磁極が(N極かS極のいずれか一方に)固定された磁石として機能する。前述のように、ダイオード48,50によるロータ巻線28n,28sの電流の整流方向が互いに逆方向であるため、各主突極26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。   Further, when the rotating magnetic field including the spatial harmonic component formed in the teeth 18 is linked to the rotor windings 28n and 28s of the rotor 14, the rotor windings 28n and 28s have a rotor caused by the spatial harmonic component. The induced electromotive force is generated in each of the rotor windings 28n and 28s due to the magnetic flux fluctuation having a frequency different from the rotational frequency of 14 (the fundamental wave component of the rotating magnetic field). The current flowing through the rotor windings 28n and 28s along with the generation of the induced electromotive force is rectified by the diodes 48 and 50 to be unidirectional (direct current). The main salient poles 26 are magnetized in response to the direct current rectified by the diodes 48 and 50 flowing through the rotor windings 28n and 28s. It functions as a magnet fixed to one of the south poles. As described above, since the rectification directions of the currents of the rotor windings 28n and 28s by the diodes 48 and 50 are opposite to each other, the magnets generated in the main salient poles 26 have N and S poles alternately in the circumferential direction. It will be arranged.

図6は、本実施形態において、ステータ12からロータ14に、補助突極54を通過しつつ磁束が流れる様子を示す模式図である。例えば、図6に示すようにステータ12の各相のステータ巻線20u、20v、20wを巻装したティース18が、ロータ巻線28n,28sを巻装した主突極26に径方向に完全には(全部)が対向していないで、少なくとも1個のティース18がロータ14の周方向に関して隣り合う2個の主突極26の間の中央位置に対向する場合を考える。また、この状態で、図6の破線矢印で示すように、ステータ12からロータ14に、ステータ12の起磁力として、空間的2次の空間高調波の磁束であるq軸磁束が流れる場合を考える。この場合、補助突極54があることで空間高調波をステータ12の(図6ではW相の)ティース18から補助突極54を介して、主突極26へ多く誘導し、主突極26から別の(図6ではU相、V相の)ティース18へ誘導して、誘導巻線30,44に多くの磁束を鎖交させることができる。図6は、1つのティース18からq軸磁束の最大の磁束が流れる位相角に対応する状態を示しており、電気的1周期の中でq軸磁束の向き及び大きさが変化する。また、図6では、破線矢印αが誘導巻線30に鎖交する磁束を示しており、破線矢印βが誘導巻線44に鎖交する磁束を示している。この場合、S極となる主突極26に巻かれた第2誘導巻線44に第2ダイオード50(図4)が接続され、第2ダイオード50は、対応する主突極26をS極とする方向に電流を流す。このため、S極側の主突極26にq軸磁束によりS極をN極とする方向に磁束が流れようとし、これを妨げる方向に第2誘導巻線44に誘導電流が流れようとし、その流れは第2ダイオード50で妨げられない。この結果、図6の実線矢印で示すように主突極26に誘導電流による磁束が流れる。また、ステータ12のティース18からN極の主突極26を介して補助突極54にq軸磁束が流れようとする場合もあり、N極の主突極26をS極とする方向に磁束が流れようとするときに、これを妨げる方向にN極の主突極26に巻かれた第1誘導巻線30に誘導電流が流れようとする。この場合、第1誘導巻線30に接続された第1ダイオード48(図4)が、対応する主突極26をN極とする方向に電流を流す。この場合も図6の実線矢印で示すように主突極26に誘導電流による磁束が流れる。このため、各主突極26がN極またはS極に磁化する。上記のように各主突極26の両側面から補助突極54が突出しているので、補助突極54がない、すなわち各スロット29内で周方向に隣り合う主突極26同士の間に空間しかない場合に比べて、各誘導巻線30,44に鎖交する磁束の振幅の最大値を大きくできるので、鎖交磁束の変化を大きくできる。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a state in which magnetic flux flows from the stator 12 to the rotor 14 while passing through the auxiliary salient poles 54 in the present embodiment. For example, as shown in FIG. 6, the teeth 18 wound with the stator windings 20u, 20v, and 20w of the respective phases of the stator 12 are completely in the radial direction on the main salient poles 26 wound with the rotor windings 28n and 28s. Consider a case where (all) are not opposed to each other and at least one tooth 18 is opposed to a central position between two main salient poles 26 adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 14. Further, in this state, as indicated by a broken line arrow in FIG. 6, a case where a q-axis magnetic flux, which is a magnetic flux of a spatial second-order spatial harmonic, flows from the stator 12 to the rotor 14 as the magnetomotive force of the stator 12 is considered. . In this case, the presence of the auxiliary salient pole 54 induces a large amount of spatial harmonics from the teeth 18 (W-phase in FIG. 6) of the stator 12 to the main salient pole 26 via the auxiliary salient pole 54. Can be induced to another tooth (U-phase and V-phase in FIG. 6), and a large amount of magnetic flux can be linked to the induction windings 30 and 44. FIG. 6 shows a state corresponding to the phase angle at which the maximum q-axis magnetic flux flows from one tooth 18, and the direction and magnitude of the q-axis magnetic flux change in one electrical cycle. In FIG. 6, the broken line arrow α indicates the magnetic flux interlinking with the induction winding 30, and the broken arrow β indicates the magnetic flux interlinking with the induction winding 44. In this case, the second diode 50 (FIG. 4) is connected to the second induction winding 44 wound around the main salient pole 26, which is the S pole, and the second diode 50 defines the corresponding main salient pole 26 as the S pole. Current in the direction of For this reason, the magnetic flux tends to flow in the direction where the S pole becomes the N pole due to the q-axis magnetic flux on the main salient pole 26 on the S pole side, and the induced current tends to flow in the second induction winding 44 in a direction that prevents this. The flow is not hindered by the second diode 50. As a result, a magnetic flux caused by the induced current flows through the main salient pole 26 as indicated by a solid arrow in FIG. Further, in some cases, q-axis magnetic flux tends to flow from the teeth 18 of the stator 12 to the auxiliary salient pole 54 via the N-pole main salient pole 26, and the magnetic flux is directed in the direction in which the N-pole main salient pole 26 is the S pole. Is about to flow, an induced current tends to flow through the first induction winding 30 wound around the N-pole main salient pole 26 in a direction that prevents this. In this case, the first diode 48 (FIG. 4) connected to the first induction winding 30 causes a current to flow in the direction in which the corresponding main salient pole 26 is the N pole. In this case also, as indicated by the solid line arrow in FIG. For this reason, each main salient pole 26 is magnetized to N pole or S pole. As described above, since the auxiliary salient poles 54 protrude from both side surfaces of each main salient pole 26, there is no auxiliary salient pole 54, that is, a space between the main salient poles 26 adjacent in the circumferential direction in each slot 29. Compared with the case where there is only one, the maximum value of the amplitude of the magnetic flux interlinking with each induction winding 30 and 44 can be increased, so that the change of the interlinkage magnetic flux can be increased.

そして、各主突極26(磁極が固定された磁石)の磁界がステータ12により生成される回転磁界(基本波成分)と相互作用して、吸引及び反発作用が生じる。このステータ12により生成される回転磁界(基本波成分)と主突極26(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。このように回転電機10は、ステータ巻線20u,20v,20w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。   Then, the magnetic field of each main salient pole 26 (magnet with a fixed magnetic pole) interacts with the rotating magnetic field (fundamental wave component) generated by the stator 12, thereby causing attraction and repulsion. Torque (torque corresponding to magnet torque) is also applied to the rotor 14 by electromagnetic interaction (attraction and repulsion) between the rotating magnetic field (fundamental wave component) generated by the stator 12 and the magnetic field of the main salient pole 26 (magnet). The rotor 14 is driven to rotate in synchronization with the rotating magnetic field (fundamental wave component) generated by the stator 12. As described above, the rotating electrical machine 10 can function as an electric motor that generates power (mechanical power) in the rotor 14 by using power supplied to the stator windings 20u, 20v, and 20w.

また、第1誘導巻線30に流れる誘導電流と、第2誘導巻線44に流れる誘導電流との位相はずれるので、第1誘導巻線30と第2誘導巻線44とに、それぞれ位相がずれた半波整流が生成される。これに対して、第1共通巻線32と第2共通巻線46とには、第1誘導巻線30と第2誘導巻線44とに流れる電流の和の大きさの電流が流れるので、例えば連続して大きな直流電流が流れるようになる。このため、各主突極26に磁極が形成されやすくなり、ロータ14のトルクを増大できる。   Further, since the phases of the induced current flowing through the first induction winding 30 and the induced current flowing through the second induction winding 44 are out of phase, the first induction winding 30 and the second induction winding 44 are out of phase with each other. Half-wave rectification is generated. On the other hand, the first common winding 32 and the second common winding 46 have a current having the magnitude of the sum of the currents flowing through the first induction winding 30 and the second induction winding 44. For example, a large direct current flows continuously. For this reason, it becomes easy to form a magnetic pole in each main salient pole 26, and the torque of the rotor 14 can be increased.

しかも、本実施形態の回転電機10によれば、ロータ14は、各主突極26の周方向側面から突出し、磁性を有する補助突極54を含むので、ステータ12で生成される回転磁界に含まれ、ロータ巻線28n,28sに鎖交する高調波成分である空間高調波、例えば、時間3次である空間2次の高調波成分を、補助突極54により有効に増大させることができる。例えば、ステータ12で生成される起磁力分布の高調波成分の多くの磁束をステータ12のティース18から、補助突極54を介して主突極26へ誘導して、ロータ巻線28n,28sに多くの磁束を鎖交させることができる。また、高調波成分の多くの磁束をティース18から主突極26を介して補助突極54へ誘導して、ロータ巻線28n,28sに多くの磁束を鎖交させることもできる。このため、ロータ巻線28n,28sに鎖交する磁束の磁束密度の変化を大きくし、ロータ巻線28n,28sに誘導される誘導電流を大きくでき、主突極26に形成される電磁石である磁極の磁力を強くできる。このため、ロータ磁力を増加させ、回転電機10を大型化することなく、回転電機10のトルクを向上できる。また、ステータ巻線20u、20v、20wに流すステータ電流を小さくしても所望のトルクを得られるので、銅損を低減でき、効率向上を図れる。この結果、回転電機10のトルク及び効率を向上させることができる。   In addition, according to the rotating electrical machine 10 of the present embodiment, the rotor 14 protrudes from the circumferential side surface of each main salient pole 26 and includes the auxiliary salient pole 54 having magnetism, so that it is included in the rotating magnetic field generated by the stator 12. Thus, the spatial harmonics that are the harmonic components interlinking with the rotor windings 28n and 28s, for example, the spatial secondary harmonic components that are the third order of time, can be effectively increased by the auxiliary salient poles 54. For example, many magnetic fluxes of harmonic components of the magnetomotive force distribution generated in the stator 12 are guided from the teeth 18 of the stator 12 to the main salient poles 26 via the auxiliary salient poles 54, and are transferred to the rotor windings 28n and 28s. Many magnetic fluxes can be linked. It is also possible to induce a large amount of magnetic flux of higher harmonic components from the tooth 18 to the auxiliary salient pole 54 via the main salient pole 26 and to link a lot of magnetic flux to the rotor windings 28n and 28s. Therefore, the change in the magnetic flux density of the magnetic flux interlinking with the rotor windings 28n and 28s can be increased, the induced current induced in the rotor windings 28n and 28s can be increased, and the electromagnet formed on the main salient pole 26. The magnetic force of the magnetic pole can be increased. For this reason, the torque of the rotating electrical machine 10 can be improved without increasing the rotor magnetic force and increasing the size of the rotating electrical machine 10. Further, since a desired torque can be obtained even if the stator current passed through the stator windings 20u, 20v, and 20w is reduced, copper loss can be reduced and efficiency can be improved. As a result, the torque and efficiency of the rotating electrical machine 10 can be improved.

また、図1の回転電機駆動システム34が備える制御装置38は、ロータ巻線28n,28s(図2)の巻回中心軸方向である磁極方向と同方向に界磁磁束を発生させるようにステータ巻線20u、20v、20wに電流を流すためのd軸電流指令に、パルス状に増大させる増大パルス電流を重畳させるとともに、d軸電流指令を増大パルス電流の重畳期間以外で補正するd軸パルス重畳補正手段64(図7)を有する。これについて、図7を用いて詳しく説明する。図7は制御装置38のうち、インバータ制御部の構成を示す図である。制御装置38は、図示しない電流指令算出部と、d軸パルス重畳補正手段64と、減算部66,68と、PI演算部70,72と、3相/2相変換部74と、2相/3相変換部76と、回転角度検出部62と、図示しないPWM信号生成部及びゲート回路とを含む。   Further, the control device 38 provided in the rotating electrical machine drive system 34 of FIG. 1 generates a field magnetic flux in the same direction as the magnetic pole direction that is the winding central axis direction of the rotor windings 28n and 28s (FIG. 2). A d-axis pulse that superimposes an increasing pulse current that is increased in a pulse shape on a d-axis current command for causing current to flow through the windings 20u, 20v, and 20w, and that corrects the d-axis current command outside the overlapping period of the increasing pulse current. Superposition correcting means 64 (FIG. 7) is provided. This will be described in detail with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an inverter control unit in the control device 38. The control device 38 includes a current command calculation unit (not shown), a d-axis pulse superimposition correction unit 64, subtraction units 66 and 68, PI calculation units 70 and 72, a three-phase / two-phase conversion unit 74, a two-phase / A three-phase converter 76, a rotation angle detector 62, a PWM signal generator and a gate circuit (not shown) are included.

電流指令算出部は、予め作成されたテーブル等にしたがって、ユーザから入力される加速指示に応じて算出される回転電機10のトルク指令値に応じて、d軸、q軸に対応する電流指令値Id*,Iq*を算出する。ここで、d軸とは、回転電機10の周方向に関してロータ巻線28n,28sの巻回中心軸方向である磁極方向をいい、q軸とはd軸に対し電気角で90度進んだ方向をいう。例えば、上記の図2に示すようにロータ14の回転方向が規定される場合、d軸方向、q軸方向は、図2に矢印で示したような関係で規定される。また、電流指令値Id*,Iq*は、それぞれd軸電流成分の指令値であるd軸電流指令値、q軸電流成分の指令値であるq軸電流指令値である。このようなd軸、q軸を用いて、ステータ巻線20u、20v、20wに流す電流をベクトル制御により決定することが可能となる。   The current command calculation unit corresponds to the d-axis and q-axis current command values according to the torque command value of the rotating electrical machine 10 calculated according to the acceleration instruction input from the user according to a table created in advance. Id * and Iq * are calculated. Here, the d-axis refers to the magnetic pole direction that is the winding central axis direction of the rotor windings 28n and 28s with respect to the circumferential direction of the rotating electrical machine 10, and the q-axis is a direction advanced by 90 degrees in electrical angle with respect to the d-axis. Say. For example, when the rotation direction of the rotor 14 is defined as shown in FIG. 2 above, the d-axis direction and the q-axis direction are defined by the relationship shown by the arrows in FIG. The current command values Id * and Iq * are a d-axis current command value that is a command value for the d-axis current component and a q-axis current command value that is a command value for the q-axis current component, respectively. Using such d-axis and q-axis, the current flowing through the stator windings 20u, 20v, and 20w can be determined by vector control.

図7に示すように、3相/2相変換部74は、回転電機10に設けられた回転角度検出部62により検出された回転電機10の回転角度θと、電流センサ60により検出された2相の電流(例えばV相、W相の電流Iv、Iw)とから、2相の電流であるd軸電流値Id、q軸電流値Iqとを算出する。なお、電流センサ60により2相の電流しか検出していないのは、2相の電流の和が0となるため、1相の電流は算出で求めることができるからである。ただし、U相、V相、W相の電流を検出し、その電流値からd軸電流値Id、q軸電流値Iqを算出することもできる。   As shown in FIG. 7, the three-phase / two-phase conversion unit 74 includes the rotation angle θ of the rotating electrical machine 10 detected by the rotation angle detecting unit 62 provided in the rotating electrical machine 10 and 2 detected by the current sensor 60. A d-axis current value Id and a q-axis current value Iq, which are two-phase currents, are calculated from the phase currents (for example, V-phase and W-phase currents Iv and Iw). The reason why only the two-phase current is detected by the current sensor 60 is that the sum of the two-phase currents is 0, so that the one-phase current can be obtained by calculation. However, the U-phase, V-phase, and W-phase currents can be detected, and the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq can be calculated from the current values.

d軸パルス重畳補正手段64は、d軸電流指令に重畳させる増大パルス電流を生成するとともに、d軸電流指令の補正量を算出するd軸パルス生成補正部78を有する。図8は、本実施形態において、ステータ電流に対応するd軸電流指令(Id突極軸電流成分)及びq軸電流指令(Iq凹極軸電流成分)と、ロータ巻線28n,28s(図2)に誘導されるロータ電流(Irc)と、回転電機10(図2)のトルクとの時間的変化を示す図である。以下の説明では、図1〜7に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。なお、図8で示す「Ircロータ電流」は、各共通巻線32,46に流れる誘導電流である(後述する図10、12、14で同様である)。d軸パルス生成補正部78は、図8に示すように、d軸電流指令値に重畳させるパルス電流を生成するとともに補正量を算出する。すなわち、d軸パルス生成補正部78は、パルス状に増大する、すなわち急激に増大してから急激に減少する増大パルス電流を生成する。図8の「Id突極軸電流成分」は、d軸電流指令にパルス電流が重畳され、補正量で補正された後の重畳後d軸電流指令値である。   The d-axis pulse superimposing correction means 64 has a d-axis pulse generation correction unit 78 that generates an increased pulse current to be superimposed on the d-axis current command and calculates a correction amount of the d-axis current command. FIG. 8 shows a d-axis current command (Id salient pole axis current component) and q-axis current command (Iq concave pole axis current component) corresponding to the stator current, and rotor windings 28n and 28s (FIG. 2). FIG. 6 is a diagram showing a temporal change in the rotor current (Irc) induced by) and the torque of the rotating electrical machine 10 (FIG. 2). In the following description, the same elements as those shown in FIGS. The “Irc rotor current” shown in FIG. 8 is an induced current flowing through each common winding 32 and 46 (the same applies to FIGS. 10, 12 and 14 described later). As shown in FIG. 8, the d-axis pulse generation correction unit 78 generates a pulse current to be superimposed on the d-axis current command value and calculates a correction amount. That is, the d-axis pulse generation correction unit 78 generates an increased pulse current that increases in a pulse shape, that is, increases rapidly and then decreases rapidly. The “Id salient pole current component” in FIG. 8 is the superposed d-axis current command value after the pulse current is superimposed on the d-axis current command and corrected by the correction amount.

この場合、増大パルス電流が重畳されるd軸パルス重畳期間Tpdで電流増大量Wuが電流減少量Wdよりも小さくなる(Wu<Wd)ようにする。これに伴って、d軸パルス生成補正部78は、d軸電流指令に増大パルス電流が重畳されないd軸非パルス重畳期間Tnpdでのd軸電流指令を徐々に増大させるような補正量を算出する。d軸パルス生成補正部78で生成された増大パルス電流と補正量とは、図7のd軸電流指令Id*に加算部によって重畳させる、すなわち加算して、重畳後d軸電流指令値Idsum*を生成する。この場合、増大パルス電流は、d軸電流指令値Id*に一定周期で重畳させる。次いで、重畳後d軸電流指令値Idsum*は、対応する減算部66に出力される。したがって、d軸パルス重畳補正手段64は、d軸電流において、d軸パルス重畳期間Tpdで電流増大量Wuを電流減少量Wdよりも小さくすることで、d軸非パルス重畳期間Tnpdでの重畳後d軸電流指令値Idsum*であるId突極軸電流成分を徐々に増大させるように、d軸電流指令Id*を補正する。   In this case, the current increase amount Wu is made smaller than the current decrease amount Wd during the d-axis pulse superposition period Tpd in which the increase pulse current is superimposed (Wu <Wd). Along with this, the d-axis pulse generation correction unit 78 calculates a correction amount that gradually increases the d-axis current command in the d-axis non-pulse superposition period Tnpd in which the increase pulse current is not superimposed on the d-axis current command. . The increased pulse current and the correction amount generated by the d-axis pulse generation correction unit 78 are superimposed on the d-axis current command Id * of FIG. 7 by the adding unit, that is, added, and the superimposed d-axis current command value Idsum * Is generated. In this case, the increase pulse current is superimposed on the d-axis current command value Id * at a constant period. Next, the superposed d-axis current command value Idsum * is output to the corresponding subtracting unit 66. Therefore, the d-axis pulse superimposing correction unit 64 reduces the current increase amount Wu in the d-axis current during the d-axis pulse superimposition period Tpd to be smaller than the current decrease amount Wd, so that after the superimposition in the d-axis non-pulse superimposition period Tnpd. The d-axis current command Id * is corrected so as to gradually increase the Id salient pole shaft current component that is the d-axis current command value Idsum *.

また、減算部66は、重畳後d軸電流指令値Idsum*と3相/2相変換部74で変換されたd軸電流Idとの偏差δIdを求めて、d軸に対応するPI演算部70に偏差δIdを入力する。   Further, the subtracting unit 66 obtains a deviation δId between the superposed d-axis current command value Idsum * and the d-axis current Id converted by the three-phase / 2-phase converting unit 74 and obtains a PI calculation unit 70 corresponding to the d-axis. The deviation δId is input to.

また、q軸に対応する減算部68は、q軸電流指令値Iq*と3相/2相変換部74で変換されたq軸電流Iqとの偏差δIqを求めて、q軸に対応するPI演算部72に偏差δIqを入力する。なお、q軸電流指令値Iq*は、トルク指令に対応して算出される一定値である。PI演算部70,72は、それぞれに入力された偏差δId,δIqについて、所定ゲインによるPI演算を行って制御偏差を求め、制御偏差に応じたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を算出する。   The subtractor 68 corresponding to the q axis obtains a deviation δIq between the q axis current command value Iq * and the q axis current Iq converted by the three-phase / 2-phase converter 74, and PI corresponding to the q axis. The deviation δIq is input to the calculation unit 72. The q-axis current command value Iq * is a constant value calculated corresponding to the torque command. The PI calculation units 70 and 72 calculate the control deviation by performing PI calculation with a predetermined gain for the deviations δId and δIq input thereto, respectively, and the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value according to the control deviation. Vq * is calculated.

2相/3相変換部76は、PI演算部70,72から入力された各電圧指令値Vd*,Vq*に基づいて、回転電機10の回転角度θから得られた、1.5制御周期後に位置すると予測される予測角から、U相、V相、W相の3相の電圧指令値Vu、Vv、Vwに変換する。電圧指令値Vu、Vv、Vwは、図示しないPWM信号生成部でPWM信号に変換され、PWM信号は、図示しないゲート回路に出力される。ゲート回路は、制御信号を印加するスイッチング素子Swを選択することにより、スイッチング素子Swのオンオフを制御する。このように、制御装置38は、ステータ巻線20u、20v、20wに流れるステータ電流をdq軸座標系に変換してd軸電流成分及びq軸電流成分とし、フィードバック制御を含むベクトル制御により、目標トルクに対応する各相のステータ電流が得られるようにインバータ36を制御する。   The two-phase / three-phase conversion unit 76 is a 1.5 control cycle obtained from the rotation angle θ of the rotating electrical machine 10 based on the voltage command values Vd * and Vq * input from the PI calculation units 70 and 72. The prediction angle predicted to be positioned later is converted into three-phase voltage command values Vu, Vv, and Vw of U phase, V phase, and W phase. The voltage command values Vu, Vv, Vw are converted into PWM signals by a PWM signal generator (not shown), and the PWM signal is output to a gate circuit (not shown). The gate circuit controls on / off of the switching element Sw by selecting the switching element Sw to which the control signal is applied. As described above, the control device 38 converts the stator current flowing through the stator windings 20u, 20v, and 20w into the dq axis coordinate system into the d axis current component and the q axis current component, and performs the target by vector control including feedback control. The inverter 36 is controlled so that a stator current of each phase corresponding to the torque is obtained.

制御装置38がこのように構成されるので、図8に示すように、ロータ巻線28n,28sである各共通巻線32,46に、誘導電流であるロータ電流が生じる。この場合、d軸パルス重畳期間Tpdで、d軸電流は急激に増大してから急激に減少し、その反作用として、ロータ電流では、急激に減少してから急激に増大する。上記のようにd軸電流指令の増大量Wuが減少量Wdよりも小さくなるので、ロータ電流では、増大量が減少量よりも大きくなる。また、d軸電流はd軸非パルス重畳期間Tnpdで徐々に増大するので、その反作用として、ロータ電流はd軸非パルス重畳期間Tnpdで徐々に減少するが、d軸パルス重畳期間Tpdでロータ電流の増大量が大きくなっていることで、d軸非パルス重畳期間Tnpdでのロータ電流の絶対量が増大する。図8で破線αは、後述する図10の比較例でのロータ電流を示している。比較例では、d軸電流において、d軸パルス重畳期間Tpdの増大量と減少量とが同じになっている。このように、d軸パルス重畳補正手段64は、d軸電流指令に増大パルス電流を重畳させるとともに、d軸非パルス重畳期間Tnpdでの少なくとも一部でロータ巻線28n,28sで生じる誘導電流であるロータ電流を増大させるように、d軸電流指令Id*を補正する。   Since the control device 38 is configured in this way, as shown in FIG. 8, a rotor current that is an induced current is generated in each of the common windings 32 and 46 that are the rotor windings 28n and 28s. In this case, in the d-axis pulse superposition period Tpd, the d-axis current increases rapidly and then decreases rapidly. As a reaction, the rotor current decreases rapidly and then increases rapidly. As described above, since the increase amount Wu of the d-axis current command is smaller than the decrease amount Wd, the increase amount is larger than the decrease amount in the rotor current. Further, since the d-axis current gradually increases in the d-axis non-pulse superposition period Tnpd, as a reaction, the rotor current gradually decreases in the d-axis non-pulse superposition period Tnpd, but the rotor current in the d-axis pulse superposition period Tpd. As the increase amount increases, the absolute amount of the rotor current in the d-axis non-pulse superposition period Tnpd increases. A broken line α in FIG. 8 indicates a rotor current in a comparative example of FIG. 10 described later. In the comparative example, the increase amount and the decrease amount of the d-axis pulse superposition period Tpd are the same in the d-axis current. In this way, the d-axis pulse superimposing correction means 64 superimposes the increased pulse current on the d-axis current command, and also uses the induced current generated in the rotor windings 28n and 28s in at least part of the d-axis non-pulse superimposing period Tnpd. The d-axis current command Id * is corrected so as to increase a certain rotor current.

図9を用いて、d軸パルス重畳期間Tpdでのロータ電流の変化をさらに詳しく説明する。図9は、本実施形態において、d軸電流によりステータ12とロータ14とに磁束が通過する様子の1例を示す模式図である。図9に実線矢印で示すように、d軸パルス重畳期間Tpdの前期である、d軸電流が急激に上昇する場合に、d軸電流により、1つのティース18からロータ14のS極の主突極26、ロータコア24の環状部分、N極の主突極26に順に磁束が流れた後、別のティース18に流入する場合がある。この場合、磁束の流れを妨げるようにロータ巻線28n,28sの共通巻線32,46(図6)に流れる電流が急激に減少する。なお、図9では、説明の簡略化のために補助突極を省略し、誘導巻線及び共通巻線の区別を省略し、ロータ巻線28n,28sが分断されたように示している。   The change of the rotor current in the d-axis pulse superposition period Tpd will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of how the magnetic flux passes through the stator 12 and the rotor 14 by the d-axis current in the present embodiment. As indicated by a solid arrow in FIG. 9, when the d-axis current rises rapidly, which is the first period of the d-axis pulse superposition period Tpd, the d-axis current causes the main collision of the S pole of the rotor 14 from one tooth 18. In some cases, the magnetic flux sequentially flows through the pole 26, the annular portion of the rotor core 24, and the main salient pole 26 of the N pole, and then flows into another tooth 18. In this case, the current flowing through the common windings 32 and 46 (FIG. 6) of the rotor windings 28n and 28s is rapidly reduced so as to prevent the flow of magnetic flux. In FIG. 9, auxiliary salient poles are omitted for simplification of description, the distinction between the induction winding and the common winding is omitted, and the rotor windings 28n and 28s are shown as being separated.

これに対して、図9に破線矢印で示すように、d軸パルス重畳期間Tpdの後期である、d軸電流が急激に減少する場合に、d軸電流により、見かけ上、図9の実線矢印方向とは逆方向に流れるように磁束が変化する。この場合、N極の主突極26でS極になろうとする方向に磁束が流れ、それを妨げる方向にロータ巻線28nに誘導電流が流れようとするとともに、S極の主突極26でN極になろうとする方向に磁束が流れ、それを妨げる方向にロータ巻線28sに誘導電流が流れようとする。このため、図9の矢印X、Y方向にロータ巻線28n,28sの共通巻線32,46に流れる電流が急激に上昇し、その流れはダイオード48,50でブロックされない。特に、図8で示したように、d軸パルス重畳期間Tpdでd軸電流の増大量が減少量よりも小さいので、ロータ巻線28n,28sに流れるロータ電流が大きくなり、回転電機10のトルクも増大する。図8で破線βは、d軸電流においてd軸パルス重畳期間Tpdの増大量と減少量とが同じになる、後述する図10の比較例での回転電機のトルクを示している。なお、図8で示すように、ロータ電流及び回転電機10のトルクは、d軸非パルス重畳期間Tnpdでロータ巻線28n,28sの直流抵抗成分に起因して徐々に減少する。   On the other hand, as indicated by a broken line arrow in FIG. 9, when the d-axis current rapidly decreases, which is the latter stage of the d-axis pulse superposition period Tpd, the d-axis current apparently indicates the solid line arrow in FIG. 9. The magnetic flux changes so as to flow in the direction opposite to the direction. In this case, a magnetic flux flows in the direction of becoming the S pole at the N-pole main salient pole 26, and an induced current tends to flow through the rotor winding 28 n in a direction to prevent it, and at the S-pole main salient pole 26. Magnetic flux flows in the direction of becoming the N pole, and an induced current tends to flow through the rotor winding 28s in a direction that prevents the magnetic flux. For this reason, the current flowing through the common windings 32 and 46 of the rotor windings 28n and 28s rapidly increases in the directions of the arrows X and Y in FIG. 9 and the flow is not blocked by the diodes 48 and 50. In particular, as shown in FIG. 8, since the increase amount of the d-axis current is smaller than the decrease amount in the d-axis pulse superposition period Tpd, the rotor current flowing through the rotor windings 28n and 28s is increased, and the torque of the rotating electrical machine 10 is increased. Also increases. A broken line β in FIG. 8 indicates the torque of the rotating electrical machine in the comparative example of FIG. 10 described later, in which the increase amount and the decrease amount of the d-axis pulse superposition period Tpd are the same in the d-axis current. As shown in FIG. 8, the rotor current and the torque of the rotating electrical machine 10 gradually decrease due to the DC resistance component of the rotor windings 28n and 28s in the d-axis non-pulse overlapping period Tnpd.

なお、d軸電流指令Id*に重畳される増大パルス電流は、図8のように三角波とする場合に限定せず、矩形波、台形波、複数の曲線や直線から突起状に形成された波形の、いずれかとすることもできる(後述する図14で示す、他の実施形態で説明するq軸電流指令Iq*に重畳される減少パルス電流の場合も同様である)。   Note that the increased pulse current superimposed on the d-axis current command Id * is not limited to a triangular wave as shown in FIG. 8, but is a rectangular wave, a trapezoidal wave, a waveform formed in a protruding shape from a plurality of curves or straight lines. (The same applies to the case of the reduced pulse current superimposed on the q-axis current command Iq * described in another embodiment shown in FIG. 14 described later).

このような回転電機駆動システム34によれば、増大パルス電流が重畳されないd軸非パルス重畳期間Tnpdでのd軸電流を徐々に増大させることで、d軸パルス重畳期間Tpdでの増大パルス電流の減少時の減少量Wdが大きくなる。このため、ロータ巻線28n,28sに誘導されるロータ電流の電流増加時間が伸び、電流増大量Pu(図8)が大きくなる。したがって、d軸非パルス重畳期間Tnpdでの回転電機10のトルクの減少量に対しトルクを十分に補うことができる。d軸パルス重畳期間Tpdの開始時と終了時とでの電流アンバランス分は、d軸非パルス重畳期間Tnpdでのd軸電流の変化で補える。しかも、d軸電流での増大パルス電流の電流上昇時のピーク値を過度に上昇させずに済む。この結果、電磁石型である回転電機10のトルクを有効に増大でき、回転電機10に高い性能を発揮させることができる。また、d軸電流に対する増大パルス電流の重畳により、回転電機10の低速回転時や停止時のトルクを有効に増大させることができる。   According to such a rotating electrical machine drive system 34, by gradually increasing the d-axis current in the d-axis non-pulse superimposed period Tnpd in which the increased pulse current is not superimposed, the increased pulse current in the d-axis pulse superimposed period Tpd is increased. The decrease amount Wd at the time of decrease increases. For this reason, the current increase time of the rotor current induced in the rotor windings 28n and 28s increases, and the current increase amount Pu (FIG. 8) increases. Therefore, the torque can be sufficiently compensated for the amount of decrease in the torque of the rotating electrical machine 10 during the d-axis non-pulse superposition period Tnpd. The current imbalance at the start and end of the d-axis pulse superposition period Tpd can be compensated by the change of the d-axis current in the d-axis non-pulse superposition period Tnpd. In addition, it is not necessary to excessively increase the peak value when the increased pulse current increases with the d-axis current. As a result, the torque of the rotating electrical machine 10 that is an electromagnet type can be effectively increased, and the rotating electrical machine 10 can exhibit high performance. Further, by superimposing the increased pulse current on the d-axis current, it is possible to effectively increase the torque when the rotating electrical machine 10 rotates at a low speed or stops.

これに対して、図10は、比較例の回転電機制御システムにおいて、ステータ電流に対応するd軸電流指令(Id突極軸電流成分)と、ロータ巻線に誘導されるロータ電流(Irc)との時間的変化を示す図である。図10の比較例の場合、制御部は、上記の本実施形態の場合に有するd軸パルス重畳補正手段64(図7)の代わりに、d軸電流指令Id*に一定周期で増大パルス電流を重畳させるd軸パルス重畳手段(図示せず)を有する。比較例において、その他の構成は、上記の実施形態と同様である。このため、図10に示すように、d軸電流指令Id*に増大パルス電流が重畳された重畳後d軸電流指令であるId突極軸電流成分では、d軸パルス重畳期間Tpdの前後でのd軸電流が一致している。すなわち、d軸パルス重畳期間Tpdでd軸電流の増大量と減少量とは同じである。   On the other hand, FIG. 10 shows a d-axis current command (Id salient pole axis current component) corresponding to the stator current and the rotor current (Irc) induced in the rotor winding in the rotating electrical machine control system of the comparative example. It is a figure which shows the time change of. In the case of the comparative example of FIG. 10, the control unit applies an increased pulse current to the d-axis current command Id * at a constant period instead of the d-axis pulse superimposition correction unit 64 (FIG. 7) included in the above-described embodiment. D-axis pulse superimposing means (not shown) for superimposing is provided. In the comparative example, other configurations are the same as those in the above embodiment. For this reason, as shown in FIG. 10, in the Id salient pole current component that is the superimposed d-axis current command in which the increased pulse current is superimposed on the d-axis current command Id *, the d-axis pulse command period before and after the d-axis pulse superimposed period Tpd. The d-axis current matches. That is, the increase amount and the decrease amount of the d-axis current are the same in the d-axis pulse superposition period Tpd.

これに伴って、ロータ巻線の共通巻線に生じる誘導電流であるロータ電流では、d軸パルス重畳期間Tpdの前期で急激に減少し、後期で急激に増大する。ただし、d軸電流指令Id*に増大パルス電流が重畳されないd軸非パルス重畳期間Tnpdでは、ロータ巻線の直流抵抗成分に起因して、ロータ巻線に蓄えられた磁気エネルギが消費され、ロータ電流が徐々に減少する。このため、比較例では、d軸電流指令Id*に対して増大パルス電流を重畳させる構成において、ロータ電流を増大させ、回転電機のトルクを増大させる面から改良の余地がある。上記の本実施形態によれば、このような不都合を解消でき、図8に実線γで示す本実施形態の回転電機のトルクを、図8に破線βで示す比較例のトルクよりも増大できる。なお、図8の重畳後d軸電流指令である「Id突極軸電流成分」で、増大パルス電流は前期で正の値から立ち上がり、後期で負の値まで減少しているが、Id突極軸電流成分の全体を正の方向(図8の上方向)、または負の方向(図8の下方向)にずらすこともできる。例えば、増大パルス電流は、0から立ち上がり、負の値でさらに小さい値まで減少するようにすることもできる。   Along with this, the rotor current, which is an induced current generated in the common winding of the rotor windings, rapidly decreases in the first half of the d-axis pulse superposition period Tpd and increases rapidly in the second half. However, in the d-axis non-pulse superimposition period Tnpd in which the increased pulse current is not superimposed on the d-axis current command Id *, the magnetic energy stored in the rotor winding is consumed due to the DC resistance component of the rotor winding, and the rotor The current gradually decreases. For this reason, in the comparative example, in the configuration in which the increased pulse current is superimposed on the d-axis current command Id *, there is room for improvement in terms of increasing the rotor current and increasing the torque of the rotating electrical machine. According to the present embodiment described above, such inconvenience can be solved, and the torque of the rotating electrical machine of the present embodiment indicated by the solid line γ in FIG. 8 can be increased more than the torque of the comparative example indicated by the broken line β in FIG. In addition, in the “Id salient pole axis current component” which is the d-axis current command after superimposition in FIG. 8, the increased pulse current rises from a positive value in the previous period and decreases to a negative value in the latter period. The entire axial current component can be shifted in the positive direction (upward in FIG. 8) or in the negative direction (downward in FIG. 8). For example, the increase pulse current may rise from 0 and decrease to a smaller value with a negative value.

また、本実施の形態では、図1に示す各ロータ巻線28n,28sにおいて、ロータ14の周方向に関する幅θを上記の(1)式で述べたように規制している。このため、ロータ巻線28n,28sに発生する、回転磁界の空間高調波による誘導起電力をより大きくすることができる。すなわち、空間高調波によるロータ巻線28n,28s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28n,28s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28n,28sの幅θを変化させながら、ロータ巻線28n,28sへの鎖交磁束の振幅(変動幅)を計算した結果を図11に示している。図11では、コイル幅θを電気角に換算して示している。図11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28n,28s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28n,28s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。   Further, in the present embodiment, in each rotor winding 28n, 28s shown in FIG. 1, the width θ in the circumferential direction of the rotor 14 is restricted as described in the above equation (1). For this reason, the induced electromotive force due to the spatial harmonics of the rotating magnetic field generated in the rotor windings 28n and 28s can be further increased. That is, the amplitude (variation width) of the interlinkage magnetic flux to the rotor windings 28n and 28s due to the spatial harmonics is affected by the width θ of the rotor windings 28n and 28s in the circumferential direction. Here, FIG. 11 shows a result of calculating the amplitude (variation width) of the interlinkage magnetic flux to the rotor windings 28n and 28s while changing the width θ of the rotor windings 28n and 28s in the circumferential direction. In FIG. 11, the coil width θ is shown in terms of electrical angle. As shown in FIG. 11, since the fluctuation width of the linkage flux to the rotor windings 28n and 28s increases as the coil width θ decreases from 180 °, the coil width θ is made smaller than 180 °. By setting the rotor windings 28n and 28s to short-pitch windings, it is possible to increase the amplitude of the interlinkage magnetic flux due to spatial harmonics compared to full-pitch windings.

したがって、回転電機10(図2)では、周方向に関する各主突極26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28n,28sを各主突極26に短節巻で巻装することで、ロータ巻線28n,28s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。   Therefore, in the rotating electrical machine 10 (FIG. 2), the width of each main salient pole 26 in the circumferential direction is made smaller than the width corresponding to 180 ° in electrical angle, and the rotor windings 28n and 28s are shorted to each main salient pole 26. By winding with the node winding, the induced electromotive force due to the spatial harmonics generated in the rotor windings 28n and 28s can be efficiently increased. As a result, the torque acting on the rotor 14 can be increased efficiently.

さらに、図11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、空間高調波によるロータ巻線28n,28s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28n,28s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、ロータ14の極対数をpとし、ロータ14の回転中心軸からロータ巻線28n,28sまでの距離をrとした場合に、周方向に関する各ロータ巻線28n,28s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. 11, when the coil width θ is 90 °, the amplitude of the interlinkage magnetic flux due to the spatial harmonics is maximized. Therefore, in order to further increase the amplitude of the interlinkage magnetic flux to the rotor windings 28n and 28s due to the spatial harmonics, the width θ of each rotor winding 28n and 28s in the circumferential direction is 90 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14. It is preferably equal (or nearly equal) to the corresponding width. Therefore, when the number of pole pairs of the rotor 14 is p and the distance from the rotation center axis of the rotor 14 to the rotor windings 28n and 28s is r, the width θ of each rotor winding 28n and 28s in the circumferential direction is It is preferable that the following expression (2) is satisfied (or substantially satisfied).

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

このようにすることで、ロータ巻線28n,28s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、誘導電流により各主突極26に発生する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。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28n,28s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28n,28s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28n,28s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。   By doing so, the induced electromotive force due to the spatial harmonics generated in the rotor windings 28n and 28s can be maximized, and the magnetic flux generated in each main salient pole 26 by the induced current can be increased most efficiently. Can do. 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 forces in the direction of canceling each other easily interlink with the rotor windings 28n and 28s, but 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 28n and 28s is greatly reduced. For this reason, such inconvenience can be prevented by setting the width θ to a width corresponding to about 90 °. For this reason, it is preferable that the width θ of each rotor winding 28n, 28s in the circumferential direction is substantially equal to a width corresponding to 90 ° in electrical angle.

このように、本実施形態では、各ロータ巻線28n,28sのロータ14の周方向に関する幅θを電気角で90°に相当する幅に略等しくした場合に、ロータ巻線28n,28sに発生する、回転磁界の空間高調波による誘導起電力を大きくすることができ、各ロータ巻線28n,28sに流れる誘導電流により生成される磁極部である主突極26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。   As described above, in the present embodiment, when the width θ of the rotor windings 28n and 28s in the circumferential direction of the rotor 14 is substantially equal to a width corresponding to 90 ° in electrical angle, the rotor windings 28n and 28s are generated. The induced electromotive force due to the spatial harmonics of the rotating magnetic field can be increased, and the magnetic flux of the main salient pole 26, which is the magnetic pole portion generated by the induced current flowing in each rotor winding 28n, 28s, is increased most efficiently. be able to. As a result, the torque acting on the rotor 14 can be increased more efficiently.

なお、本実施形態では、制御装置38(図7)がd軸電流指令Id*に増大パルス電流を重畳させる一方、q軸電流指令Iq*にはパルス電流を重畳させない場合を説明した。ただし、制御装置38は、d軸電流指令Id*に対する増大パルス電流の重畳と同時に、q軸電流指令Iq*にパルス状に減少する、すなわち急激に減少してから急激に増大する減少パルス電流を重畳させることもできる。   In the present embodiment, the case has been described in which the control device 38 (FIG. 7) superimposes the increased pulse current on the d-axis current command Id *, but does not superimpose the pulse current on the q-axis current command Iq *. However, at the same time as the superposition of the increasing pulse current on the d-axis current command Id *, the control device 38 decreases the pulse current to the q-axis current command Iq *, that is, the decreasing pulse current that rapidly increases and then increases rapidly. It can also be superimposed.

また、本実施形態では、図3に示すように、補助突極54は、主突極26の周方向側面に周方向に対し傾斜する方向に突出形成しているが、補助突極54は、周方向両側面に周方向に突出させ、中間部で径方向に曲げるように形成することもできる。また、補助突極54の先端部に、周方向の幅が大きくなった幅広部を設けることもできる。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the auxiliary salient pole 54 is formed to protrude on the circumferential side surface of the main salient pole 26 in a direction inclined with respect to the circumferential direction. It can also be formed so as to protrude in the circumferential direction on both sides in the circumferential direction and bend in the radial direction at the intermediate portion. In addition, a wide portion having a larger width in the circumferential direction can be provided at the tip of the auxiliary salient pole 54.

また、本実施形態では、各主突極26の両側面に補助突極54を突出形成し、各スロット29に配置され、互いに周方向に隣り合う補助突極54の先端部同士を分離させている。ただし、各スロット29に配置され、互いに周方向に隣り合う補助突極54の先端部同士を、スロット29内で連結することもできる。   Further, in the present embodiment, auxiliary salient poles 54 are formed so as to protrude on both side surfaces of each main salient pole 26, arranged in each slot 29, and the tips of the auxiliary salient poles 54 adjacent to each other in the circumferential direction are separated from each other. Yes. However, the tips of the auxiliary salient poles 54 that are arranged in the slots 29 and are adjacent to each other in the circumferential direction can be connected in the slot 29.

なお、上記の図4、図5Aに示した構成では、ロータ14の周方向に隣り合う2個の主突極26を1組として、各組で1個の主突極26に巻かれた第1誘導巻線30の一端と、別の主突極26に巻かれた第2誘導巻線44の一端とを、2個の整流素子である第1ダイオード48及び第2ダイオード50を介して接続する場合を説明した。ただし、本実施形態では、図5Bのように構成することもできる。図5Bは、ロータ巻線に接続するダイオードの数を少なくした別例を示す、図5Aに対応する図である。図5Bに示す別例では、本実施形態において、ロータのN極となる周方向1つおきの主突極26(図6参照)の先端側に巻装した複数の第1誘導巻線30同士を直列に接続することで第1誘導巻線組118を形成し、ロータのS極となる周方向1つおきの主突極26の先端側に巻装した複数の第2誘導巻線44同士を直列に接続することで第2誘導巻線組120を形成している。第1誘導巻線組118及び第2誘導巻線組120の一端は、互いに順方向が逆になる第1ダイオード48及び第2ダイオード50を介して、接続点Rで接続されている。   In the configuration shown in FIG. 4 and FIG. 5A described above, the two main salient poles 26 adjacent in the circumferential direction of the rotor 14 are regarded as one set, and each set is wound around one main salient pole 26. One end of one induction winding 30 and one end of a second induction winding 44 wound around another main salient pole 26 are connected via a first diode 48 and a second diode 50 which are two rectifier elements. Explained when to do. However, in this embodiment, it can also be configured as shown in FIG. 5B. FIG. 5B is a diagram corresponding to FIG. 5A, showing another example in which the number of diodes connected to the rotor winding is reduced. In another example shown in FIG. 5B, in the present embodiment, a plurality of first induction windings 30 wound around the distal end side of every other main salient pole 26 (see FIG. 6) in the circumferential direction that becomes the north pole of the rotor. Are connected in series to form a first induction winding set 118, and a plurality of second induction windings 44 wound around the distal end side of every other main salient pole 26 in the circumferential direction that becomes the S pole of the rotor. Are connected in series to form the second induction winding set 120. One end of the first induction winding set 118 and the second induction winding set 120 is connected at a connection point R via a first diode 48 and a second diode 50 whose forward directions are opposite to each other.

また、図5Bに示すように、ロータの周方向に隣り合うN極及びS極の2つの主突極26(図6参照)を1組とした場合に、各組において第1共通巻線32及び第2共通巻線46同士を直列に接続することで共通巻線組52を形成するとともに、全部の主突極26に関する全部の共通巻線組52同士を直列接続している。さらに、直列接続した複数の共通巻線組52のうち、一端となる1つの共通巻線組52の第1共通巻線32の一端を接続点Rに接続し、他端となる別の共通巻線組52の第2共通巻線46の一端を、第1誘導巻線組118及び第2誘導巻線組120の接続点Rとは反対側の他端に接続している。このような構成では、上記の図4、図5Aに示した構成と異なり、ロータに設けるダイオードの総数を第1ダイオード48及び第2ダイオード50の2つに減らすことができる。この場合でも各主突極26の側面に補助突極54(図6参照)を形成し、補助突極54で仕切られた径方向外側と径方向内側との空間にそれぞれ誘導巻線30,44及び共通巻線32,46を配置することができる。   Further, as shown in FIG. 5B, when the two main salient poles 26 (see FIG. 6) of the N pole and the S pole adjacent in the circumferential direction of the rotor are set as one set, the first common winding 32 in each set. The second common windings 46 are connected in series to form a common winding set 52, and all the common winding sets 52 related to all the main salient poles 26 are connected in series. Furthermore, among the plurality of common winding sets 52 connected in series, one end of the first common winding 32 of one common winding set 52 serving as one end is connected to the connection point R, and another common winding serving as the other end is connected. One end of the second common winding 46 of the wire set 52 is connected to the other end opposite to the connection point R of the first induction winding set 118 and the second induction winding set 120. In such a configuration, unlike the configurations shown in FIGS. 4 and 5A described above, the total number of diodes provided in the rotor can be reduced to two, that is, the first diode 48 and the second diode 50. Even in this case, auxiliary salient poles 54 (see FIG. 6) are formed on the side surfaces of the respective main salient poles 26, and the induction windings 30 and 44 are respectively provided in the radially outer and radially inner spaces partitioned by the auxiliary salient poles 54. And common windings 32, 46 can be arranged.

図12は、本発明の実施形態の別例の第1例において、d軸電流指令に増大パルス電流を重畳させるとともに、d軸非パルス重畳期間でd軸電流を徐々に減少させる場合を示す、図8に対応する図である。図12の別例の第1例では、上記の図1〜9に示した実施形態と異なり、回転電機10(図2)のトルクをより増大させることが目的ではなく、回転電機10のトルクをより安定化させることを目的としている。すなわち、上記の図10の比較例で説明したように、d軸電流指令Id*に単に増大パルス電流を重畳させるだけでは、増大パルス電流が重畳されないd軸非パルス重畳期間Tnpd(図10)でロータ巻線に生じるロータ電流は、ロータ巻線の直流抵抗成分に起因して徐々に減少する。この場合、回転電機のトルク変動が大きくなったり、振動や騒音の低下の面から改良の余地がある。図12の別例の第1例はこのような不都合を解消することを目的として考えたものである。なお、以下の説明において、上記の図1〜9に示した実施形態の場合と同様の要素には同一の符号を付して説明する。   FIG. 12 shows a case where an increase pulse current is superimposed on a d-axis current command and the d-axis current is gradually decreased in a d-axis non-pulse overlap period in the first example of another example of the embodiment of the present invention. It is a figure corresponding to FIG. In the first example of another example of FIG. 12, unlike the embodiment shown in FIGS. 1 to 9 described above, the purpose is not to increase the torque of the rotating electrical machine 10 (FIG. 2), but the torque of the rotating electrical machine 10 is increased. It aims to make it more stable. That is, as described in the comparative example of FIG. 10, the d-axis non-pulse superposition period Tnpd (FIG. 10) in which the increase pulse current is not superimposed by simply superimposing the increase pulse current on the d-axis current command Id *. The rotor current generated in the rotor winding gradually decreases due to the DC resistance component of the rotor winding. In this case, there is room for improvement from the viewpoint of increasing torque fluctuation of the rotating electrical machine and reducing vibration and noise. The first example of another example of FIG. 12 is considered for the purpose of eliminating such inconvenience. In the following description, the same elements as those in the embodiment shown in FIGS.

上記の目的のために、図12の別例の第1例では、上記の図7に示した実施形態において、d軸パルス重畳補正手段64は、d軸電流において、増大パルス電流が重畳されるd軸パルス重畳期間Tpdで電流増大量Wuを電流減少量Wdよりも大きくする(Wu>Wd)ことで、d軸非パルス重畳期間Tnpdでの重畳後d軸電流指令であるId突極軸電流成分を徐々に減少させるように、d軸電流指令Id*を補正する。このため、図12と、上記の図8に示した実施形態とでのId突極軸電流成分の比較から分かるように、図12の例では、d軸パルス重畳期間Tpdで、d軸電流の増大量Wuが減少量Wdよりも大きくなり、d軸非パルス重畳期間Tnpdでのd軸電流が徐々に減少する。このため、d軸電流指令に対する増大パルス電流の重畳によるロータ電流を増大させ、回転電機10のトルクを増大させる効果は、上記の図1〜9の実施形態の場合よりも小さくなる可能性があるが、d軸非パルス重畳期間Tnpdで、ロータ電流の変化を小さくできるか、またはなくすことができる。すなわち、d軸非パルス重畳期間Tnpdで、d軸電流が減少することに伴って、その反作用としてロータ電流が増大しようとするので、上記のロータ巻線の直流抵抗成分に起因するロータ電流の減少が相殺されて、d軸非パルス重畳期間Tnpdでのロータ電流の変化を抑制できる。このため、d軸非パルス重畳期間Tnpdで回転電機10のトルクが減少するのを抑制でき、例えば、ほぼ一定に維持できる。この結果、電磁石型である回転電機10のトルク変動を抑制でき、回転電機10の駆動力の安定化と、振動及び騒音の抑制とを図れるので、回転電機10に高い性能を発揮させることができる。   For the above purpose, in the first example of another example of FIG. 12, in the embodiment shown in FIG. 7, the d-axis pulse superimposing correction unit 64 superimposes the increased pulse current on the d-axis current. By making the current increase amount Wu larger than the current decrease amount Wd in the d-axis pulse superposition period Tpd (Wu> Wd), the Id salient pole axis current which is the post-superimposition d-axis current command in the d-axis non-pulse superposition period Tnpd The d-axis current command Id * is corrected so as to gradually decrease the component. Therefore, as can be seen from the comparison of the Id salient pole axis current component in FIG. 12 and the embodiment shown in FIG. 8, in the example of FIG. The increase amount Wu becomes larger than the decrease amount Wd, and the d-axis current in the d-axis non-pulse superposition period Tnpd gradually decreases. For this reason, there is a possibility that the effect of increasing the rotor current by superimposing the increased pulse current on the d-axis current command and increasing the torque of the rotating electrical machine 10 may be smaller than in the case of the above-described embodiments of FIGS. However, the change in the rotor current can be reduced or eliminated in the d-axis non-pulse overlapping period Tnpd. That is, in the d-axis non-pulse superimposition period Tnpd, as the d-axis current decreases, the rotor current tends to increase as a reaction thereof, and thus the rotor current decreases due to the DC resistance component of the rotor winding. Is canceled out, and the change in the rotor current in the d-axis non-pulse superposition period Tnpd can be suppressed. For this reason, it can suppress that the torque of the rotary electric machine 10 reduces in d-axis non-pulse superimposition period Tnpd, for example, it can maintain substantially constant. As a result, torque fluctuation of the rotating electrical machine 10 that is an electromagnet type can be suppressed, and the driving force of the rotating electrical machine 10 can be stabilized, and vibration and noise can be suppressed. Therefore, the rotating electrical machine 10 can exhibit high performance. .

なお、図12では、破線α、破線βが、それぞれ上記の図10の比較例の場合のロータ電流と回転電機のトルクとを示している(後述する図14の場合も同様である)。上記のように、d軸パルス重畳補正手段64は、d軸非パルス重畳期間Tnpdでのd軸電流指令Id*を徐々に減少させるようにするので、d軸非パルス重畳期間Tnpdの少なくとも一部でロータ巻線28n,28sで生じる誘導電流を(例えば図12の矢印Qで示す範囲である、d軸非パルス重畳期間Tnpdの後期で比較例よりも)増大させるようにd軸電流指令Id*が補正される。このため、d軸非パルス重畳期間Tnpdの少なくとも一部で回転電機10のトルクが(例えば図12の矢印Tで示す範囲であるd軸非パルス重畳期間Tnpdの後期で比較例よりも)増大する。その他の構成及び作用は、上記の図1〜9,11に示した実施形態と同様である。   In FIG. 12, the broken line α and the broken line β indicate the rotor current and the torque of the rotating electrical machine in the comparative example of FIG. 10 described above (the same applies to the case of FIG. 14 described later). As described above, since the d-axis pulse superimposing correction unit 64 gradually decreases the d-axis current command Id * in the d-axis non-pulse superimposing period Tnpd, at least part of the d-axis non-pulse superimposing period Tnpd The d-axis current command Id * is increased so as to increase the induced current generated in the rotor windings 28n and 28s (for example, in the later stage of the d-axis non-pulse superposition period Tnpd, which is the range indicated by the arrow Q in FIG. 12). Is corrected. For this reason, the torque of the rotating electrical machine 10 increases at least partly of the d-axis non-pulse superimposition period Tnpd (for example, in the latter period of the d-axis non-pulse superimposition period Tnpd, which is the range indicated by the arrow T in FIG. 12). . Other configurations and operations are the same as those of the embodiment shown in FIGS.

図13は、本発明の実施形態の別例の第2例の制御装置の構成を示す図である。図14は、別例の第2例において、q軸電流指令に減少パルス電流を重畳させるとともに、q軸非パルス重畳期間でd軸電流を徐々に減少させる場合を示す、図8に対応する図である。図13〜14の別例の第2例では、上記の図12の別例の第1例において、d軸電流指令Id*に増大パルス電流を重畳させるのではなく、q軸電流指令Iq*に周期的にパルス状に減少する、すなわち急激に減少してから急激に増大する減少パルス電流を重畳させる。これとともに、d軸電流指令Id*を補正して、q軸電流指令Iq*に減少パルス電流が重畳されないq軸非パルス重畳期間Tnpq(図14)でのロータ電流の変化を抑制するようにしている。このために、図13に示すように、別例の第2例では、制御装置38は、d軸補正手段82と、q軸パルス重畳手段84とを有する。ただし、上記の図1〜9の実施形態と異なり、d軸パルス重畳補正手段64(図7)は備えていない。その他の構成及び作用は、上記の図1〜9の実施形態と同様である。以下、上記の図1〜9,11に示した実施形態と同等の要素には同一の符号を付して説明する。   FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a control device of a second example of another example of the embodiment of the present invention. FIG. 14 is a diagram corresponding to FIG. 8, showing a case where a decrease pulse current is superimposed on a q-axis current command and a d-axis current is gradually decreased in a q-axis non-pulse overlap period in another second example. It is. In the second example of the other examples of FIGS. 13 to 14, the increased pulse current is not superimposed on the d-axis current command Id * in the first example of the other example of FIG. 12 described above, but is added to the q-axis current command Iq *. A decreasing pulse current that periodically decreases in a pulse shape, that is, rapidly decreases and then rapidly increases is superimposed. At the same time, the d-axis current command Id * is corrected so as to suppress the change in the rotor current in the q-axis non-pulse superimposed period Tnpq (FIG. 14) in which the reduced pulse current is not superimposed on the q-axis current command Iq *. Yes. For this purpose, as shown in FIG. 13, in a second example of another example, the control device 38 includes a d-axis correction unit 82 and a q-axis pulse superimposing unit 84. However, unlike the embodiments of FIGS. 1 to 9 described above, the d-axis pulse superimposing correction means 64 (FIG. 7) is not provided. Other configurations and operations are the same as those of the above-described embodiments of FIGS. In the following, the same elements as those in the embodiment shown in FIGS.

q軸パルス重畳手段84は、q軸電流指令に周期的に上記の減少パルス電流を重畳させる。また、d軸補正手段82は、図14に示すように、d軸電流指令Id*(図7)において、q軸電流指令Iq*(図7)に減少パルス電流が重畳される、q軸パルス重畳期間Tpqの開始時T1のd軸電流d1を終了時T2のd軸電流d2よりも小さく(d1<d2)して、q軸非パルス重畳期間Tnpqでd軸電流を徐々に減少させるように、d軸電流指令Id*を補正する。例えば、図14の「Id突極軸電流成分」で実線δで示すように、q軸パルス重畳期間Tpqで補正後d軸電流指令であるId突極軸電流成分を、q軸非パルス重畳期間Tnpqで減少するd軸電流と同じ傾きで減少させ、その後、急激に増大させている。これによって、q軸パルス重畳期間Tpqの開始時T1のd軸電流d1が終了時T2のd軸電流d2よりも小さくなっている。なお、図14で一点鎖線ηで示すように、q軸パルス重畳期間Tpqの開始時T1から終了時T2に向かうにしたがって、d軸電流をほぼ直線状に増大させることで、q軸パルス重畳期間Tpqの開始時T1のd軸電流を終了時T2のd軸電流よりも小さく(d1<d2)することもできる。   The q-axis pulse superimposing means 84 periodically superimposes the decreasing pulse current on the q-axis current command. Further, as shown in FIG. 14, the d-axis correction unit 82 is configured to generate a q-axis pulse in which a decrease pulse current is superimposed on the q-axis current command Iq * (FIG. 7) in the d-axis current command Id * (FIG. 7). The d-axis current d1 at the start T1 of the superposition period Tpq is made smaller than the d-axis current d2 at the end T2 (d1 <d2), and the d-axis current is gradually decreased in the q-axis non-pulse superposition period Tnpq. The d-axis current command Id * is corrected. For example, as indicated by a solid line δ in “Id salient pole current component” in FIG. 14, the Id salient pole axis current component which is the corrected d axis current command in the q axis pulse superposition period Tpq is changed to the q axis non-pulse superposition period. It is decreased at the same slope as the d-axis current decreasing at Tnpq, and then increased rapidly. As a result, the d-axis current d1 at the start T1 of the q-axis pulse superposition period Tpq is smaller than the d-axis current d2 at the end T2. Note that, as indicated by a one-dot chain line η in FIG. 14, the q-axis pulse overlap period is increased by increasing the d-axis current substantially linearly from the start time T1 to the end time T2 of the q-axis pulse overlap period Tpq. The d-axis current at the start T1 of Tpq can be made smaller than the d-axis current at the end T2 (d1 <d2).

いずれにしても、このようにd軸電流指令Id*を補正することで、q軸非パルス重畳期間Tnpqでd軸電流は徐々に減少する。q軸非パルス重畳期間Tnpqで、d軸電流が徐々に減少することに伴って、その反作用としてロータ電流が増大しようとするので、q軸非パルス重畳期間Tnpqでのロータ巻線28n,28sの直流抵抗成分に起因するロータ電流の減少が相殺されて、ロータ電流の変化を小さくできるか、またはなくせる等、抑制することができる。このため、q軸非パルス重畳期間Tnpqで回転電機10のトルクが減少するのを抑制でき、例えばほぼ一定に維持できる。この結果、図14に示すように、電磁石型である回転電機10のトルク変動を抑制でき、回転電機に高い性能を発揮させることができる。その他の構成及び作用は、上記の図1〜9,11に示した実施形態と同様である。   In any case, by correcting the d-axis current command Id * in this way, the d-axis current gradually decreases in the q-axis non-pulse superposition period Tnpq. As the d-axis current gradually decreases in the q-axis non-pulse superimposition period Tnpq, the rotor current tends to increase as a reaction thereof. Therefore, the rotor windings 28n and 28s in the q-axis non-pulse superimposition period Tnpq The decrease in the rotor current due to the DC resistance component is canceled out, and the change in the rotor current can be reduced or eliminated. For this reason, it can suppress that the torque of the rotary electric machine 10 reduces in q-axis non-pulse superimposition period Tnpq, for example, can maintain substantially constant. As a result, as shown in FIG. 14, the torque fluctuation of the electromagnet-type rotating electrical machine 10 can be suppressed, and the rotating electrical machine can exhibit high performance. Other configurations and operations are the same as those of the embodiment shown in FIGS.

次に、上記の実施形態の回転電機駆動システム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 that constitutes the rotating electrical machine drive system 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、図15は、本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例において、ステータとロータとの対向する部分の一部を示す概略断面図である。図15の構成例の回転電機10では、ロータ14の周方向に隣り合う主突極26同士の間に、磁性材により構成される補助極86が設けられている。補助極86は、ロータコア24の外周面において、各スロット29の周方向中央部から径方向に突出形成された非磁性材の柱部88の先端部に結合されている。柱部88の根元部は、ロータコア24の外周面のスロット29の底部に結合されている。なお、柱部88は、磁性材により構成するとともに、強度確保を図れることを前提に、ロータ14の周方向に関する柱部88の断面積を、補助極86の周方向の断面積よりも十分に小さくすることもできる。   For example, FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a part of a portion where the stator and the rotor face each other in another configuration example of the rotating electrical machine that constitutes the embodiment of the present invention. In the rotating electrical machine 10 having the configuration example of FIG. 15, an auxiliary pole 86 made of a magnetic material is provided between the main salient poles 26 adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 14. The auxiliary pole 86 is coupled to the distal end portion of a column portion 88 made of a non-magnetic material that protrudes in the radial direction from the circumferential central portion of each slot 29 on the outer peripheral surface of the rotor core 24. The base portion of the column portion 88 is coupled to the bottom portion of the slot 29 on the outer peripheral surface of the rotor core 24. The column part 88 is made of a magnetic material, and on the assumption that strength can be secured, the cross-sectional area of the column part 88 in the circumferential direction of the rotor 14 is sufficiently larger than the cross-sectional area in the circumferential direction of the auxiliary pole 86. It can also be made smaller.

このような構成によれば、補助極86を含む部分に空間高調波成分が通過する磁路を形成しやすくでき、ステータ12で発生する回転磁界に含まれる空間高調波を補助極86に多く通過させ、空間高調波の磁束変動を高くすることができる。このため、ロータ巻線28n,28sに生じる誘導電流をより大きくして、回転電機10のトルクをより増大できる。その他の構成及び作用は、上記の図1〜9,11の実施形態、または、図12〜14の別例の第1例または第2例と同様である。   According to such a configuration, it is possible to easily form a magnetic path through which spatial harmonic components pass in a portion including the auxiliary pole 86, and a large amount of spatial harmonics included in the rotating magnetic field generated in the stator 12 passes through the auxiliary pole 86. Therefore, the magnetic flux fluctuation of the spatial harmonic can be increased. For this reason, the induced current generated in the rotor windings 28n and 28s can be increased to increase the torque of the rotating electrical machine 10. Other configurations and operations are the same as those of the above-described embodiments of FIGS. 1 to 9 and 11 or the other examples of FIGS.

図16は、本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例において、ステータとロータとの対向する部分の一部を示す概略図である。上記の実施形態では、ロータ14の各主突極26に誘導巻線30,44及び共通巻線32,46を巻装する場合を説明した。これに対して、図16の構成例の回転電機では、各主突極26にロータ巻線90n、90sを巻装するとともに、周方向1つおきの主突極26に巻装されるロータ巻線90nと、ロータ巻線90nが巻装される主突極26と隣り合う別の主突極26に巻装される別のロータ巻線90sとが互いに電気的に分断されるようにしている。すなわち、ロータ14は、周方向1つおきの主突極26に複数の第1ロータ巻線90nをそれぞれ集中巻きで巻線し、第1ロータ巻線90nを巻線した主突極26と隣り合う主突極26であって、周方向1つおきの主突極26に、複数の第2ロータ巻線90sをそれぞれ集中巻きで巻線している。   FIG. 16 is a schematic diagram showing a part of a portion where the stator and the rotor face each other in another configuration example of the rotating electrical machine that constitutes the embodiment of the present invention. In the above embodiment, the case where the induction windings 30 and 44 and the common windings 32 and 46 are wound around the main salient poles 26 of the rotor 14 has been described. On the other hand, in the rotating electric machine having the configuration example of FIG. 16, the rotor windings 90n and 90s are wound around the main salient poles 26, and the rotor windings are wound around every other main salient pole 26 in the circumferential direction. The wire 90n and the main salient pole 26 around which the rotor winding 90n is wound and another rotor winding 90s wound around another main salient pole 26 are electrically separated from each other. . In other words, the rotor 14 has a plurality of first rotor windings 90n wound around every other main salient pole 26 in the circumferential direction by concentrated winding, and is adjacent to the main salient pole 26 wound with the first rotor winding 90n. A plurality of second rotor windings 90 s are wound around each other main salient pole 26 in the circumferential direction every other main salient pole 26 by concentrated winding.

また、複数の第1ロータ巻線90nを直列接続した第1ロータ巻線回路92nに1つの第1ダイオード48を接続し、複数の第2ロータ巻線90sを直列接続した第2ロータ巻線回路92sに1つの第2ダイオード50を接続している。すなわち、ロータ14の周方向に1つおきに配置された複数の第1ロータ巻線90nは、電気的に直列に接続され、かつ無端状に接続されるとともに、その間の一部に第1ダイオード48が各第1ロータ巻線90nと直列に接続され、第1ロータ巻線回路92nが構成されている。各第1ロータ巻線90nは、同じ磁極(N極)として機能する主突極26に巻装されている。   Also, a second rotor winding circuit in which one first diode 48 is connected to a first rotor winding circuit 92n in which a plurality of first rotor windings 90n are connected in series, and a plurality of second rotor windings 90s are connected in series. One second diode 50 is connected to 92s. That is, the plurality of first rotor windings 90n arranged every other in the circumferential direction of the rotor 14 are electrically connected in series and connected endlessly, and a first diode is partly disposed therebetween. 48 is connected in series with each first rotor winding 90n to form a first rotor winding circuit 92n. Each first rotor winding 90n is wound around a main salient pole 26 that functions as the same magnetic pole (N pole).

また、複数の第2ロータ巻線90sは、電気的に直列に接続され、かつ無端状に接続されるとともに、その間の一部に第2ダイオード50が各第2ロータ巻線90sと直列に接続され、第2ロータ巻線回路92sが構成されている。各第2ロータ巻線90sは、同じ磁極(S極)として機能する主突極26に巻装されている。周方向に隣り合う(異なる磁極の磁石が形成される)主突極26に巻装されたロータ巻線90n、90sは、互いに電気的に分断されている。   The plurality of second rotor windings 90s are electrically connected in series and are connected in an endless manner, and a second diode 50 is connected in series with each second rotor winding 90s in part between them. Thus, the second rotor winding circuit 92s is configured. Each second rotor winding 90s is wound around the main salient pole 26 that functions as the same magnetic pole (S pole). The rotor windings 90n and 90s wound around the main salient poles 26 adjacent to each other in the circumferential direction (where magnets having different magnetic poles are formed) are electrically separated from each other.

また、ロータ14の周方向に隣り合う主突極26同士で、異なる磁極の磁石が形成されるように、各ダイオード48,50によるロータ巻線90n、90sの電流の整流方向を互いに逆にしている。すなわち、周方向において隣り合うように配置された第1ロータ巻線90nと第2ロータ巻線90sとで流れる電流の向き(ダイオード48,50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48,50がロータ巻線90n、90sに接続されている。ダイオード48,50は、互いに逆向きでロータ巻線90n、90sに接続されている。   Further, the current rectification directions of the rotor windings 90n and 90s by the diodes 48 and 50 are reversed so that the main salient poles 26 adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 14 have different magnetic poles. Yes. That is, the direction of the current flowing in the first rotor winding 90n and the second rotor winding 90s arranged adjacent to each other in the circumferential direction (rectification direction by the diodes 48 and 50), that is, the forward direction is opposite to each other. The diodes 48 and 50 are connected to the rotor windings 90n and 90s. The diodes 48 and 50 are connected to the rotor windings 90n and 90s in opposite directions.

各ダイオード48,50は、ステータ12で生成される空間高調波を含む回転磁界による誘導起電力の発生により、対応するロータ巻線90n、90s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90n、90s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。また、ダイオード48,50は、誘導起電力の発生により、対応するロータ巻線90n、90sに流れる電流を独立して整流し、各ロータ巻線90n、90sに流れる電流により生成される周方向複数個所の主突極26の磁気特性を周方向に交互に異ならせている。この構成では、ダイオード48,50の数を全体で2つに減らすことができ、ロータ14の巻線構造を簡略化することができる。   Each of the diodes 48 and 50 rectifies the current flowing through the corresponding rotor windings 90n and 90s by the generation of an induced electromotive force by a rotating magnetic field including spatial harmonics generated by the stator 12, so that the circumferential direction of the rotor 14 is increased. The phases of the currents flowing through the rotor windings 90n and 90s adjacent to each other are alternately made different between the A phase and the B phase. The diodes 48 and 50 independently rectify the current flowing through the corresponding rotor windings 90n and 90s by the generation of the induced electromotive force, and a plurality of circumferential directions generated by the current flowing through the rotor windings 90n and 90s. The magnetic characteristics of the main salient poles 26 are alternately changed in the circumferential direction. In this configuration, the number of diodes 48 and 50 can be reduced to two as a whole, and the winding structure of the rotor 14 can be simplified.

また、各主突極26の周方向両側面に突出する補助突極54で、各主突極26に巻かれたロータ巻線90n、90sを先端側と根元側とに分けているが、ロータ巻線90n、90sの先端側及び根元側同士は直列に接続している。図16に示した構成の場合も、回転電機10に高い性能を発揮させることができる。その他の構成及び作用は、上記の図1〜9,11の実施形態、または、図12〜14の別例の第1例または第2例と同様である。   In addition, the auxiliary salient poles 54 projecting on both sides in the circumferential direction of each main salient pole 26 divide the rotor windings 90n and 90s wound around each main salient pole 26 into the tip side and the root side. The tip side and the base side of the windings 90n and 90s are connected in series. Also in the configuration shown in FIG. 16, the rotating electrical machine 10 can exhibit high performance. Other configurations and operations are the same as those of the above-described embodiments of FIGS. 1 to 9 and 11 or the other examples of FIGS.

また、図17に示す回転電機の他の構成例のように、各主突極26に巻装されたロータ巻線90n、90sごとにそれぞれ1つずつ第1ダイオード48または第2ダイオード50を短絡するように接続することもできる。その他の構成及び作用は、上記の図1〜9,11の実施形態、または、図12〜14の別例の第1例または第2例と同様である。   In addition, as in another configuration example of the rotating electrical machine illustrated in FIG. 17, the first diode 48 or the second diode 50 is short-circuited for each of the rotor windings 90 n and 90 s wound around the main salient poles 26. You can also connect as you do. Other configurations and operations are the same as those of the above-described embodiments of FIGS. 1 to 9 and 11 or the other examples of FIGS.

また、図18に示す回転電機10の他の構成例のように、ロータコア24の外周面の周方向複数個所から突出する第2ティースである突極114の周方向両側面から突出形成する補助突極54(図2、16、17等参照)をなくすこともできる。この場合、回転電機10のトルクが上記の図16の構成例の場合よりも劣るが、図18の構成例でも、回転電機10に高い性能を発揮させることができる。その他の構成及び作用は、上記の図16の構成例と同様である。   Further, as in the other configuration example of the rotating electrical machine 10 shown in FIG. 18, auxiliary protrusions that protrude from both circumferential sides of the salient poles 114 that are second teeth that protrude from a plurality of circumferential positions on the outer circumferential surface of the rotor core 24. The pole 54 (see FIGS. 2, 16, 17, etc.) can be eliminated. In this case, the torque of the rotating electrical machine 10 is inferior to that of the configuration example of FIG. 16 described above, but the rotating electrical machine 10 can exhibit high performance even in the configuration example of FIG. Other configurations and operations are the same as those in the configuration example of FIG.

なお、上記の図16の構成例の回転電機10のように、周方向に隣り合う主突極26に巻装されるロータ巻線90n、90s同士が互いに電気的に分断される構成例において、補助突極54の一部のみ、例えば主突極26に対して周方向片側に配置される補助突極54のみを省略することもできる。また、図示は省略するが、上記の図17の構成例のように、各主突極26に巻装されたロータ巻線90n、90sごとにそれぞれ1つずつの第1ダイオード48または第2ダイオード50で短絡されるように接続する構成で、補助突極54の一部または全部をなくすこともできる。   In the configuration example in which the rotor windings 90n and 90s wound around the main salient poles 26 adjacent in the circumferential direction are electrically separated from each other like the rotating electrical machine 10 in the configuration example of FIG. Only a part of the auxiliary salient pole 54, for example, only the auxiliary salient pole 54 arranged on one side in the circumferential direction with respect to the main salient pole 26 may be omitted. Although not shown, one first diode 48 or one second diode for each of the rotor windings 90n and 90s wound around the main salient poles 26 as in the configuration example of FIG. The auxiliary salient poles 54 can be partially or entirely eliminated by being connected so as to be short-circuited at 50.

図19は、本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。図19の構成例では、ロータコア24に第2スロットであるスリット(空隙)94を形成し、ロータ14の磁気抵抗を回転方向に応じて変化させている。図19の構成例では、ロータコア24において、複数のスリット94を径方向に配置するように形成した部分の周方向中央部の磁路をq軸磁路部分96とし、ロータ巻線90n、90sを配置した磁極部方向の磁路をd軸磁路部分98としている。ステータ12(図2参照)と対向するd軸磁路部分98及びq軸磁路部分96が周方向において交互に配置されるようにスリット94が形成されており、周方向においてd軸磁路部分98がq軸磁路部分96間に位置する。   FIG. 19 is a schematic diagram showing a rotor of another configuration example of the rotating electrical machine that constitutes the embodiment of the present invention. In the configuration example of FIG. 19, a slit (gap) 94 that is a second slot is formed in the rotor core 24, and the magnetic resistance of the rotor 14 is changed according to the rotation direction. In the configuration example of FIG. 19, in the rotor core 24, the magnetic path in the central portion in the circumferential direction of the portion formed so as to arrange the plurality of slits 94 in the radial direction is the q-axis magnetic path portion 96, and the rotor windings 90 n and 90 s are arranged. The arranged magnetic path in the direction of the magnetic pole portion is a d-axis magnetic path portion 98. Slits 94 are formed so that the d-axis magnetic path portions 98 and the q-axis magnetic path portions 96 facing the stator 12 (see FIG. 2) are alternately arranged in the circumferential direction, and the d-axis magnetic path portions in the circumferential direction are formed. 98 is located between the q-axis magnetic path portions 96.

各ロータ巻線90n,90sは、スリット94を通って磁気抵抗の低いq軸磁路部分98に巻装されている。この場合、スリット94はロータコア24において、ロータ14が固定される回転軸100回りの周方向に互いに間隔をおいて形成されており、ロータ巻線90n、90sは、一部がスリット94に配置されるように、ロータコア24の外周部の周方向複数個所に巻装されている。図19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90n,90sに鎖交することで、各ロータ巻線90n,90sに各ダイオード48,50で整流された直流電流が流れて各d軸磁路部分98が磁化する結果、各d軸磁路部分98が磁極の固定された磁石(磁極部)として機能する。また、周方向に関する各d軸磁路部分98の幅(各ロータ巻線90n,90s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90n,90sを各d軸磁路部分98に短節巻で巻装することで、ロータ巻線90n,90s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90n,90s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90n,90s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、上記の図1〜9,11の実施形態、または、図12〜14の別例の第1例または第2例と同様である。   Each rotor winding 90n, 90s passes through a slit 94 and is wound around a q-axis magnetic path portion 98 having a low magnetic resistance. In this case, the slits 94 are formed in the rotor core 24 at intervals in the circumferential direction around the rotating shaft 100 to which the rotor 14 is fixed, and the rotor windings 90n and 90s are partially arranged in the slit 94. As shown, the outer periphery of the rotor core 24 is wound around a plurality of locations in the circumferential direction. In the configuration example shown in FIG. 19, a rotating magnetic field including a spatial harmonic component formed by the stator 12 is linked to each rotor winding 90n, 90s, so that each diode 48, 50 is connected to each rotor winding 90n, 90s. As a result of the rectified direct current flowing and magnetizing each d-axis magnetic path portion 98, each d-axis magnetic path portion 98 functions as a magnet (magnetic pole portion) with a fixed magnetic pole. Further, the width of each d-axis magnetic path portion 98 in the circumferential direction (the width θ of each rotor winding 90n, 90s) 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 90n, 90n, By winding 90s around each d-axis magnetic path portion 98 with a short-pitch winding, it is possible to efficiently increase the induced electromotive force due to the spatial harmonics generated in the rotor windings 90n and 90s. Furthermore, in order to maximize the induced electromotive force due to the spatial harmonics generated in the rotor windings 90n and 90s, the width θ of each rotor winding 90n and 90s 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 of the above-described embodiments of FIGS. 1 to 9 and 11 or the other examples of FIGS.

図20は、本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。図20の構成例では、ロータコア24は、磁性材料製のロータコア本体102と複数の永久磁石104とを含み、ロータコア24に永久磁石104を配設している。図20の構成例では、磁極の固定された磁石として機能する複数の磁極部106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106にロータ巻線90n,90sが巻装されている。この場合、ロータコア24の周方向複数個所に第2スロットであるスリット108が形成されており、ロータ巻線90n、90sは、それぞれの一部がスリット108に配置されるように、ロータコア24の外周部の周方向複数個所に巻装されている。各永久磁石104は、周方向において磁極部106間に位置する部分に、ステータ12と対向配置されている。ここでの永久磁石104については、ロータコア24の内部に埋設されていてもよいし、ロータコア24の表面(外周面)に露出していてもよい。また、ロータコア24の内部に永久磁石104をV字状に配置することもできる。図20の構成例では、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90n、90sに鎖交することで、各ロータ巻線90n、90sに各ダイオード48,50で整流された直流電流が流れて各磁極部106が磁化する結果、各磁極部106が磁極の固定された磁石として機能する。   FIG. 20 is a schematic diagram showing a rotor of another configuration example of the rotating electrical machine that constitutes the embodiment of the present invention. In the configuration example of FIG. 20, the rotor core 24 includes a rotor core body 102 made of a magnetic material and a plurality of permanent magnets 104, and the permanent magnets 104 are disposed on the rotor core 24. In the configuration example of FIG. 20, a plurality of magnetic pole portions 106 that function as magnets with fixed magnetic poles are arranged to face the stator 12 (see FIG. 2) in a circumferentially spaced manner. The rotor windings 90n and 90s are wound around the rotor. In this case, slits 108 as second slots are formed at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core 24, and the rotor windings 90 n and 90 s are arranged on the outer periphery of the rotor core 24 so that a part of each is disposed in the slit 108. It is wound around a plurality of locations in the circumferential direction. Each permanent magnet 104 is disposed opposite to the stator 12 at a portion located between the magnetic pole portions 106 in the circumferential direction. The permanent magnet 104 here may be embedded in the rotor core 24 or may be exposed on the surface (outer peripheral surface) of the rotor core 24. Also, the permanent magnet 104 can be arranged in a V shape inside the rotor core 24. In the configuration example of FIG. 20, a rotating magnetic field including a spatial harmonic component formed by the stator 12 is linked to each rotor winding 90n, 90s, so that each rotor winding 90n, 90s is provided with each diode 48, 50. As a result of the rectified direct current flowing and magnetizing each magnetic pole portion 106, each magnetic pole portion 106 functions as a magnet with a fixed magnetic pole.

また、周方向に関する各磁極部106の幅(各ロータ巻線90n,90s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、さらに好ましくは、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)する。その他の構成及び作用は、上記の図1〜9,11の実施形態、または、図12〜14の別例の第1例または第2例または図19の構成例と同様である。   Further, the width of each magnetic pole portion 106 in the circumferential direction (the width θ of each rotor winding 90n, 90s) is set to be shorter than the width corresponding to 180 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14, and more preferably, the electrical The angle is equal to (or substantially equal to) the width corresponding to 90 °. Other configurations and operations are the same as those of the above-described embodiments of FIGS. 1 to 9 and 11, or the first example or the second example of another example of FIGS.

図21は、本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。図21の構成例では、ロータ巻線90n、90sをトロイダル巻きにしている。すなわち、図21の構成例では、ロータコア24は環状コア部110を含み、複数の突極114が、環状コア部110の周方向複数個所から径方向外側へ突出している。ロータ巻線90n、90sは、環状コア部110における各突極114付近の位置にトロイダル巻きで巻装されている。また、ロータ巻線90n、90sは、それぞれの一部がスロット29に配置されるように、ロータコア24の周方向複数個所に巻装されている。図21の構成例でも、ステータ12(図2参照)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90n、90sに鎖交することで、各ロータ巻線90n、90sに各ダイオード48,50で整流された直流電流が流れ、各突極114が磁化する。その結果、ロータ巻線90n付近に位置する突極114がN極として機能し、ロータ巻線90s付近に位置する突極114がS極として機能する。また、周方向に関する各突極114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、さらに、好ましくは、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)する。   FIG. 21 is a schematic diagram showing a rotor of another configuration example of the rotating electrical machine that constitutes the embodiment of the present invention. In the configuration example of FIG. 21, the rotor windings 90n and 90s are toroidal wound. In other words, in the configuration example of FIG. 21, the rotor core 24 includes the annular core portion 110, and a plurality of salient poles 114 project radially outward from a plurality of locations in the circumferential direction of the annular core portion 110. The rotor windings 90n and 90s are wound by toroidal winding at positions near the salient poles 114 in the annular core portion 110. Further, the rotor windings 90 n and 90 s are wound around a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core 24 so that a part of each of the rotor windings 90 n and 90 s is disposed in the slot 29. Also in the configuration example of FIG. 21, a rotating magnetic field including a spatial harmonic component formed by the stator 12 (see FIG. 2) is linked to each rotor winding 90n, 90s, so that each rotor winding 90n, 90s A direct current rectified by the diodes 48 and 50 flows, and each salient pole 114 is magnetized. As a result, the salient pole 114 located near the rotor winding 90n functions as the N pole, and the salient pole 114 located near the rotor winding 90s functions as the S pole. Further, the width θ of each salient pole 114 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 more preferably equal to the width corresponding to 90 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14. (Or almost equal).

その他の構成及び作用は、上記の図1〜9,11の実施形態、または、図12〜14の別例の第1例または第2例または図19の構成例と同様である。なお、図21の構成例で、すべての突極114に巻装されたロータ巻線90n,90sを互いに電気的に分断することもできる。   Other configurations and operations are the same as those of the above-described embodiments of FIGS. 1 to 9 and 11, or the first example or the second example of another example of FIGS. In the configuration example of FIG. 21, the rotor windings 90n and 90s wound around all the salient poles 114 can be electrically separated from each other.

図22は、本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。図22の構成例の回転電機10では、ロータ14は、ロータコア24と、ロータコア24の周方向複数個所に配置され、巻装されたロータ巻線90n、90sとを含み、ロータコア24は、磁性材料製のロータコア本体112と、ロータ14の周方向複数個所に配置された永久磁石104とを含む。ロータコア24の周方向複数個所に、径方向に伸びる柱部等の磁極部106が形成され、ロータ巻線90n、90sは、各磁極部106に巻装されている。すなわち、ロータコア24の周方向複数個所に第2スロットであるスリット108が形成されており、ロータ巻線90n、90sは、それぞれの一部がスリット108に配置されるように、ロータコア24の外周部の周方向複数個所に巻装されている。   FIG. 22 is a schematic diagram showing a rotor of another configuration example of the rotating electrical machine that constitutes the embodiment of the present invention. In the rotating electrical machine 10 having the configuration example of FIG. 22, the rotor 14 includes a rotor core 24 and a plurality of circumferentially wound rotor windings 90 n and 90 s. The rotor core 24 is made of a magnetic material. The rotor core main body 112 made from a product and the permanent magnet 104 arrange | positioned in the circumferential direction several places of the rotor 14 are included. Magnetic pole portions 106 such as pillar portions extending in the radial direction are formed at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core 24, and the rotor windings 90 n and 90 s are wound around the magnetic pole portions 106. That is, slits 108 as second slots are formed at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core 24, and the rotor windings 90 n and 90 s are arranged on the outer periphery of the rotor core 24 so that a part of each is disposed in the slit 108. It is wound around several places in the circumferential direction.

永久磁石104は、ロータ14の周方向複数個所の、各ロータ巻線90n,90s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106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104の周囲にロータ巻線90n,90sが巻装されている。永久磁石104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104同士で異ならせている。図22(後述する図23も同様。)において、永久磁石104の上に配置された実線矢印は、永久磁石104の磁化方向を表している。なお、磁極部106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 104 are arranged, that is, embedded in the magnetic pole portions 106 provided at portions corresponding to the rotor windings 90 n and 90 s in the circumferential direction of the rotor 14 at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 14. In other words, the rotor windings 90 n and 90 s are wound around each permanent magnet 104. The permanent magnet 104 is magnetized in the radial direction of the rotor 14, and the magnetizing direction is made different between the permanent magnets 104 adjacent in the circumferential direction of the rotor 14. In FIG. 22 (the same applies to FIG. 23 described later), a solid arrow arranged on the permanent magnet 104 represents the magnetization direction of the permanent magnet 104. Note that the magnetic pole portion 106 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104から周方向に外れ、周方向に関して磁極部106と外れた位置である、周方向に隣り合う磁極部106の間の周方向中央部の磁路をq軸磁路とし、各ロータ巻線90n,90sの巻回中心軸と周方向に一致する磁路をd軸磁路としている。各永久磁石104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, the magnetic path in the central portion in the circumferential direction between the magnetic pole portions 106 adjacent to each other in the circumferential direction, which is deviated from each permanent magnet 104 in the circumferential direction and deviated from the magnetic pole portion 106 in the circumferential direction, is q-axis magnetism. A magnetic path that coincides with the winding center axis of each rotor winding 90n, 90s in the circumferential direction is a d-axis magnetic path. Each permanent magnet 104 is disposed 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106に巻装されたロータ巻線90n,90s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90n,90sに、ダイオード48(または50)が接続されている。また、ロータ14の周方向の1つ置きの一部のロータ巻線90nに接続されたダイオード48と、残りのロータ巻線90sに接続されたダイオード50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90n,90sは、ダイオード48(または50)を介して短絡されている。したがって、各ロータ巻線90n,90sに流れる電流が一方向に整流される。   Further, the rotor windings 90n and 90s wound around the magnetic pole portions 106 are not electrically connected to each other and are separated (insulated). A diode 48 (or 50) is connected to each rotor winding 90n, 90s that is electrically separated. Further, the current flow directions of the diodes 48 connected to every other rotor winding 90n in the circumferential direction of the rotor 14 and the diodes 50 connected to the remaining rotor winding 90s are reversed, The forward direction of each other is reversed. For this reason, each rotor winding 90n, 90s is short-circuited via the diode 48 (or 50). Therefore, the current flowing through each rotor winding 90n, 90s is rectified in one direction.

ロータ巻線90n,90sにダイオード48,50の整流方向に応じた直流電流が流れると、ロータ巻線90n,90sが巻装された磁極部106が磁化することで、この磁極部106が磁極の固定された磁石として機能する。図22にロータ巻線90n,90s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106の磁化方向を表している。   When a direct current corresponding to the rectification direction of the diodes 48 and 50 flows through the rotor windings 90n and 90s, the magnetic pole portion 106 around which the rotor windings 90n and 90s are wound is magnetized, so that the magnetic pole portion 106 is the magnetic pole. Functions as a fixed magnet. The direction of the broken-line arrow shown on the outer side of the rotor windings 90 n and 90 s with respect to the radial direction of the rotor 14 in FIG. 22 represents the magnetization direction of the magnetic pole portion 106.

また、図22に示すように、ロータ14の周方向に隣り合うロータ巻線90n,90s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106同士で磁化方向が互いに逆になる。例えば、図22では、ロータ14の周方向1つ置きの磁極部106である、ロータ巻線90n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106と周方向に隣り合う磁極部106である、ロータ巻線90s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。ロータ14の周方向に隣り合う2つの磁極部106(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104の磁化方向と、各永久磁石104に対しロータ14の周方向に一致する磁極部106の磁化方向とを一致させている。   Further, as shown in FIG. 22, the directions of the direct currents are opposite to each other between the rotor windings 90 n and 90 s adjacent in the circumferential direction of the rotor 14. The magnetization directions of the magnetic pole portions 106 adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 14 are opposite to each other. For example, in FIG. 22, N poles are arranged on the radially outer sides of the rotor windings 90 n and portions that coincide with the circumferential direction of the rotor 14, which are every other magnetic pole portion 106 in the circumferential direction of the rotor 14. The S pole is arranged on the radially outer side of the portion that coincides with the circumferential direction of the rotor winding 90 s and the rotor 14, which is the magnetic pole portion 106 that is adjacent to the portion 106 in the circumferential direction. Two pole portions 106 (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 104 is matched with the magnetization direction of the magnetic pole portion 106 that matches the circumferential direction of the rotor 14 with respect to each permanent magnet 104.

また、ロータ14の周方向に関する各磁極部106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90n,90s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、さらに好ましくは、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。   The width of each magnetic pole portion 106 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 of each rotor winding 90n, 90s in the circumferential direction is set to be shorter than the width corresponding to 180 ° in electrical angle of the rotor 14, and more preferably equal to the width corresponding to 90 ° in electrical angle ( Or almost equal).

このような回転電機10において、3相のステータ巻線20u,20v,20wに3相の交流電流を流すことでステータ12(図2)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106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104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90n,90sに作用することにより、ロータ巻線90n,90sに誘導される電流によるトルクであり、各磁極部106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 stator 12 (FIG. 2) is generated by passing a three-phase alternating current through the three-phase stator windings 20 u, 20 v, and 20 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 106 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 104 and the rotating magnetic field of the stator 12. Further, the rotor winding generation torque Tcoil is a torque generated by a current induced in the rotor windings 90n and 90s when a spatial harmonic component of the magnetomotive force generated by the stator 12 acts on the rotor windings 90n and 90s. The torque generated by attraction and repulsion, which is an electromagnetic interaction between the magnetic field generated by each magnetic pole portion 106 and the rotating magnetic field of the stator 12.

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。また、ロータ巻線90n,90sに流れる誘導電流により、各永久磁石104内の磁束変動が抑えられるため、各永久磁石104内部での渦電流損失が抑えられ、磁石発熱を低減できる。その他の構成及び作用は、上記の図1〜9,11の実施形態、または、図12〜14の別例の第1例または第2例または図19の構成例と同様である。   According to the rotating electrical machine 10 of this configuration example, the torque of the rotating electrical machine 10 can be effectively increased. Moreover, since the magnetic flux fluctuation in each permanent magnet 104 is suppressed by the induced current flowing through the rotor windings 90n and 90s, the eddy current loss in each permanent magnet 104 can be suppressed, and the heat generation of the magnet can be reduced. Other configurations and operations are the same as those of the above-described embodiments of FIGS. 1 to 9 and 11, or the first example or the second example of another example of FIGS.

図23は、本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。図23の構成例では、複数のロータ巻線90n,90s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90n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90s同士を電気的に直列接続している。また、互いに電気的に接続されたロータ巻線90n(または90s)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92n、92sを構成している。   FIG. 23 is a schematic diagram showing a rotor of another configuration example of the rotating electrical machine that constitutes the embodiment of the present invention. In the configuration example of FIG. 23, among the plurality of rotor windings 90n and 90s, some of the rotor windings 90n arranged every other in the circumferential direction of the rotor 14 are electrically connected in series, and in the circumferential direction. The remaining rotor windings 90s arranged every other are electrically connected in series. Further, two sets of rotor winding circuits 92n and 92s which are electrically separated from each other are configured by a circuit including the rotor winding 90n (or 90s) electrically connected to each other.

また、2組のロータ巻線回路92n、92sにそれぞれ、互いに異なる極性を有するダイオード48,50を、1つおきのロータ巻線90n,90sに対して直列に接続し、それぞれのロータ巻線回路92n、92sに流れる電流の向きを一方向に整流している。その他の構成及び作用は、上記の図22の構成例と同様である。   In addition, diodes 48 and 50 having different polarities are respectively connected to the two sets of rotor winding circuits 92n and 92s in series with the other rotor windings 90n and 90s. The direction of the current flowing through 92n and 92s is rectified in one direction. Other configurations and operations are the same as those in the configuration example of FIG.

図24は、本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。図24の構成例の回転電機を構成するロータ14は、ロータコア24と、複数のロータ巻線90n、90sとを有する。ロータコア24は、外周面の周方向複数個所に径方向に突出する突極114を設けた構成とし、各ロータ巻線90n、90sを、ロータ14の周方向に隣り合う突極114の間に配置している。すなわち、各ロータ巻線90n、90s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90n、90sの間部分が、ステータ12(図2参照)側に突出し、ロータコア24は磁気的突極特性を有する。この場合、ロータ巻線90n、90sは、それぞれの一部または全部がスロット29に配置されるように、ロータコア24の外周部の周方向複数個所に巻装されている。   FIG. 24 is a schematic diagram showing a rotor of another configuration example of the rotating electrical machine that constitutes the embodiment of the present invention. The rotor 14 constituting the rotating electrical machine of the configuration example of FIG. 24 has a rotor core 24 and a plurality of rotor windings 90n and 90s. The rotor core 24 has a configuration in which salient poles 114 projecting in the radial direction are provided at a plurality of circumferential positions on the outer peripheral surface, and each rotor winding 90 n and 90 s is disposed between salient poles 114 adjacent in the circumferential direction of the rotor 14. doing. That is, each of the rotor windings 90n and 90s is arranged in an air core state in which the inside becomes a space portion. Further, a portion between the rotor windings 90n and 90s in the circumferential direction of the rotor 14 protrudes toward the stator 12 (see FIG. 2), and the rotor core 24 has a magnetic salient pole characteristic. In this case, the rotor windings 90 n and 90 s are wound at a plurality of locations in the circumferential direction of the outer peripheral portion of the rotor core 24 so that part or all of the rotor windings 90 n and 90 s are arranged in the slot 29.

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114と一致する磁路がq軸磁路となり、ロータ14の周方向に関してロータ巻線90n,90sと一致する位置がd軸磁路となる。   In such a rotor 14, the magnetic path that coincides with the salient pole 114 in the circumferential direction of the rotor 14 is the q-axis magnetic path, and the position that coincides with the rotor windings 90 n and 90 s in the circumferential direction of the rotor 14 is the d-axis magnetic path. It becomes.

このような構成例では、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。その他の構成及び作用は、上記の図1〜9,11の実施形態、または、図12〜14の別例の第1例または第2例または図23の構成例と同様である。   In such a configuration example, no permanent magnet is disposed 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, regardless of the rotation direction of the rotor 14, the current phase-torque characteristics are the same, the maximum value of the torque is increased, and the torque can be effectively increased. Other configurations and operations are the same as those of the above-described embodiments of FIGS. 1 to 9 and 11, or the first example or the second example of another example of FIGS.

図25は、本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。図25の構成例の回転電機を構成するロータ14では、上記の図19に示した構成例のロータコア24において、複数のスリット94を径方向に配置するように形成した部分の周方向中央部の磁路をd軸磁路部分98とし、d軸磁路部分98にロータ巻線90n、90sを配置している。また、ロータコア24において、周方向に隣り合うd軸磁路部分98の間をq軸磁路部分96としている。ステータ12(図2参照)と対向するd軸磁路部分98及びq軸磁路部分96が周方向において交互に配置されるようにスリット94が形成されており、周方向においてd軸磁路部分98がq軸磁路部分96間に位置する。   FIG. 25 is a schematic diagram showing a rotor of another configuration example of the rotating electrical machine that constitutes the embodiment of the present invention. In the rotor 14 that constitutes the rotating electrical machine of the configuration example of FIG. 25, in the rotor core 24 of the configuration example shown in FIG. 19, the central portion in the circumferential direction of the portion formed so as to arrange the plurality of slits 94 in the radial direction is provided. The magnetic path is a d-axis magnetic path portion 98, and rotor windings 90 n and 90 s are arranged on the d-axis magnetic path portion 98. Further, in the rotor core 24, a portion between the d-axis magnetic path portions 98 adjacent in the circumferential direction is a q-axis magnetic path portion 96. Slits 94 are formed so that the d-axis magnetic path portions 98 and the q-axis magnetic path portions 96 facing the stator 12 (see FIG. 2) are alternately arranged in the circumferential direction, and the d-axis magnetic path portions in the circumferential direction are formed. 98 is located between the q-axis magnetic path portions 96.

このような構成例の場合も、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。その他の構成及び作用は、上記の図19または図24の構成例と同様である。   Even in such a configuration example, no permanent magnet is disposed on the rotor 14, but the torque of the rotating electrical machine can be increased regardless of the rotation direction of the rotor 14. Other configurations and operations are the same as those of the configuration example of FIG. 19 or FIG.

図26は、本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す概略図である。図26の構成例の回転電機を構成するロータ14では、ロータコア24は、磁性材料製のロータコア本体116と複数の永久磁石104とにより構成されている。また、ロータコア本体116に磁気的突極特性を持たせず、ロータコア本体116の外周面の周方向複数個所に永久磁石104を固定している。また、ロータコア24は、永久磁石104間にスロット29がロータ14の回転中心軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されている。また、各永久磁石104の周囲にロータ巻線28n,28sが巻装されている。この場合、ロータ巻線90n、90sは、それぞれの一部がスロット29に配置されるように、ロータコア24の外周部の周方向複数個所に巻装されている。本構成例では、ロータ14の周方向複数個所の、各永久磁石104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90n、90sを、隣り合うロータ巻線90n、90s同士で異なる極性を有するダイオード48,50で短絡している。その他の構成及び作用は、上記の図1〜9,11の実施形態、または、図12〜14の別例の第1例または第2例または図19の構成例と同様である。   FIG. 26 is a schematic diagram showing a rotor of another configuration example of the rotating electrical machine that constitutes the embodiment of the present invention. In the rotor 14 constituting the rotating electrical machine of the configuration example of FIG. 26, the rotor core 24 is constituted by a rotor core body 116 made of a magnetic material and a plurality of permanent magnets 104. The rotor core body 116 does not have magnetic salient pole characteristics, and the permanent magnets 104 are fixed at a plurality of locations in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the rotor core body 116. In the rotor core 24, slots 29 are formed between the permanent magnets 104 at intervals in the circumferential direction around the rotation center axis of the rotor 14. In addition, rotor windings 28n and 28s are wound around each permanent magnet 104. In this case, the rotor windings 90 n and 90 s are wound at a plurality of locations in the circumferential direction of the outer peripheral portion of the rotor core 24 so that a part of each of the rotor windings 90 n and 90 s is disposed in the slot 29. In the present configuration example, a plurality of portions in the circumferential direction of the rotor 14 that coincide with the permanent magnets 104 in the circumferential direction are used as magnetic pole portions. Further, the rotor windings 90n and 90s are short-circuited by diodes 48 and 50 having different polarities between the adjacent rotor windings 90n and 90s. Other configurations and operations are the same as those of the above-described embodiments of FIGS. 1 to 9 and 11, or the first example or the second example of another example of FIGS.

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とが回転軸に対し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、ステータとロータとが回転軸と平行方向(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。また、上記では、ステータの径方向内側にロータが対向配置された場合を説明したが、ステータの径方向外側にロータが対向配置された構成でも本発明を実施できる。   In the above description of the embodiment 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 axis has been described. However, the rotary electric machine constituting the above embodiment may be an axial type rotary electric machine in which the stator and the rotor are arranged to face each other in the direction parallel to the rotation axis (rotation axis direction). In the above description, the case where the rotor is disposed opposite to the inner side in the radial direction of the stator has been described. However, the present invention can also be implemented with a configuration in which the rotor is disposed opposite to the outer side in the radial direction of the stator.

なお、図示は省略するが、上記の実施形態において、制御部は、q軸電流指令に、パルス状に減少する減少パルス電流を重畳させるとともに、q軸電流指令に増大パルス電流が重畳されないq軸非パルス重畳期間の少なくとも一部でロータ巻線で生じる誘導電流を増大させるように、q軸電流指令を補正するq軸パルス重畳補正手段を有する回転電機駆動システムの構成を採用することもできる。   In addition, although illustration is abbreviate | omitted, in said embodiment, while a control part makes the q-axis current command superimpose the reduction | decrease pulse current which decreases in a pulse form, the q-axis current command does not superimpose the increase pulse current. It is also possible to adopt a configuration of a rotating electrical machine drive system having q-axis pulse superposition correction means for correcting a q-axis current command so as to increase the induced current generated in the rotor winding in at least a part of the non-pulse superposition period.

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。本発明では、例えばアキシャルギャップ型の回転電機等を備える構成を採用することもできる。   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. In the present invention, for example, a configuration including an axial gap type rotating electrical machine or the like may be employed.

10 回転電機、12 ステータ、14 ロータ、16 ステータコア、18 ティース、20u,20v,20w ステータ巻線、22 スロット、24 ロータコア、26 主突極、28n 第1ロータ巻線、28s 第2ロータ巻線、29 スロット、30 第1誘導巻線、32 第1共通巻線、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、44 第2誘導巻線、46 第2共通巻線、48 第1ダイオード、50 第2ダイオード、52 共通巻線組、54 補助突極、56 コンデンサ、58 鍔部、60 電流センサ、62 回転角度検出部、64 d軸パルス重畳補正手段、66,68 減算部、70,72 PI演算部、74 3相/2相変換部、76 2相/3相変換部、78 d軸パルス生成補正部、80 加算部、82 d軸補正手段、84 q軸パルス重畳手段、86 補助極、88 柱部、90n 第1ロータ巻線、90s 第2ロータ巻線、92n 第1ロータ巻線回路、92s 第2ロータ巻線回路、94 スリット、96 q軸磁路部分、98 d軸磁路部分、100 回転軸、102 ロータコア本体、104 永久磁石、106 磁極部、108 スリット、110 環状コア部、112 ロータコア本体、114 突極、116 ロータコア本体、118 第1誘導巻線組、120 第2誘導巻線組。   10 rotating electrical machines, 12 stators, 14 rotors, 16 stator cores, 18 teeth, 20u, 20v, 20w stator windings, 22 slots, 24 rotor cores, 26 main salient poles, 28n first rotor windings, 28s second rotor windings, 29 slots, 30 first induction winding, 32 first common winding, 34 rotating electrical machine drive system, 36 inverter, 38 control device, 40 power storage device, 44 second induction winding, 46 second common winding, 48 second 1 diode, 50 second diode, 52 common winding set, 54 auxiliary salient pole, 56 capacitor, 58 collar, 60 current sensor, 62 rotation angle detection unit, 64 d-axis pulse superimposition correction means, 66, 68 subtraction unit, 70, 72 PI calculation unit, 74 3-phase / 2-phase conversion unit, 76 2-phase / 3-phase conversion unit, 78 d-axis pulse generation correction unit, 0 addition unit, 82 d-axis correction unit, 84 q-axis pulse superimposition unit, 86 auxiliary pole, 88 column part, 90n first rotor winding, 90s second rotor winding, 92n first rotor winding circuit, 92s second Rotor winding circuit, 94 slit, 96 q-axis magnetic path portion, 98 d-axis magnetic path portion, 100 rotating shaft, 102 rotor core body, 104 permanent magnet, 106 magnetic pole portion, 108 slit, 110 annular core portion, 112 rotor core body, 114 salient poles, 116 rotor core body, 118 first induction winding set, 120 second induction winding set.

Claims (5)

ステータとロータとが対向配置された電磁石型の回転電機と、前記回転電機を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備える回転電機駆動システムにおいて、
前記ステータは、
複数の第1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、前記第1スロットを通って前記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、
前記ロータは、
複数の第2スロットが前記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ロータコアと、少なくとも一部が前記第2スロットに配置されるように前記ロータコアの周方向複数個所に巻装されたロータ巻線と、前記各ロータ巻線に接続され、前記各ロータ巻線の磁気特性を前記複数のロータ巻線同士で周方向に交互に異ならせる整流部とを有し、前記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、
前記制御部は、前記ロータ巻線の巻回中心軸方向である磁極方向と同方向に界磁磁束を発生させるように前記ステータ巻線に電流を流すためのd軸電流指令に、パルス状に増大する増大パルス電流を重畳させるとともに、d軸電流指令に増大パルス電流が重畳されるd軸パルス重畳期間の開始時のd軸電流を終了時のd軸電流よりも大きくして、d軸パルス重畳期間で電流増大量を電流減少量よりも小さくすることで、d軸電流指令に増大パルス電流が重畳されないd軸非パルス重畳期間でのd軸電流を徐々に増大させるように、d軸電流指令を補正して、d軸非パルス重畳期間の少なくとも一部において、d軸パルス重畳期間におけるd軸電流指令の増大量と減少量とを同じにする場合に比べて、前記ロータ巻線に生じる誘導電流を増大させるd軸パルス重畳補正手段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 including an electromagnet-type rotating electrical machine in which a stator and a rotor are arranged to face each other, a driving unit that drives the rotating electrical machine, and a control unit that controls the driving unit,
The stator is
A stator core in which a plurality of first slots are formed spaced apart from each other in the circumferential direction around the rotor rotation axis, and a multi-phase stator winding wound around the stator core in a concentrated manner through the first slot. Have
The rotor is
A rotor core having a plurality of second slots spaced apart from each other in the circumferential direction around the rotor rotation axis, and wound around a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core so that at least a portion thereof is disposed in the second slot Each of the rotor windings, and a rectifying unit that is connected to the rotor windings and alternately changes the magnetic characteristics of the rotor windings in the circumferential direction among the plurality of rotor windings. The magnetic characteristics of the magnetic pole portions at multiple locations in the circumferential direction generated by the current flowing in the winding are alternately varied in the circumferential direction,
The control unit pulsates a d-axis current command for causing a current to flow through the stator winding so as to generate a field magnetic flux in the same direction as the magnetic pole direction that is the winding central axis direction of the rotor winding. While increasing the increasing pulse current , the d-axis pulse is made larger than the d-axis current at the end of the d-axis pulse superposition period in which the increasing pulse current is superimposed on the d-axis current command. By making the current increase amount smaller than the current decrease amount in the superposition period, the d-axis current is gradually increased so that the d-axis current is gradually increased in the d-axis non-pulse superposition period in which the increase pulse current is not superimposed on the d-axis current command. Compared to the case where the increase and decrease of the d-axis current command in the d-axis pulse superimposition period are made the same in at least part of the d-axis non-pulse superimposition period after correcting the command , this occurs in the rotor winding. Increase induced current Rotating electrical machine drive system and having a d-axis pulse superimposing correcting means for.
ステータとロータとが対向配置された電磁石型の回転電機と、前記回転電機を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備える回転電機駆動システムにおいて、
前記ステータは、
複数の第1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、前記第1スロットを通って前記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、
前記ロータは、
複数の第2スロットが前記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ロータコアと、少なくとも一部が前記第2スロットに配置されるように前記ロータコアの周方向複数個所に巻装されたロータ巻線と、前記各ロータ巻線に接続され、前記各ロータ巻線の磁気特性を前記複数のロータ巻線同士で周方向に交互に異ならせる整流部とを有し、前記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、
前記制御部は、
前記ロータ巻線の巻回中心軸方向である磁極方向に対し電気角で90度進んだ方向に界磁磁束を発生させるように前記ステータ巻線に電流を流すためのq軸電流指令に、パルス状に減少する減少パルス電流を重畳させるq軸パルス重畳手段と、
前記ロータ巻線の巻回中心軸方向である磁極方向と同方向に界磁磁束を発生させるように前記ステータ巻線に電流を流すためのd軸電流指令において、q軸電流指令に減少パルス電流が重畳されるq軸パルス重畳期間の開始時のd軸電流を終了時のd軸電流よりも小さくして、q軸電流指令に減少パルス電流が重畳されないq軸非パルス重畳期間でd軸電流を徐々に減少させるようにd軸電流指令を補正するd軸補正手段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 including an electromagnet-type rotating electrical machine in which a stator and a rotor are arranged to face each other, a driving unit that drives the rotating electrical machine, and a control unit that controls the driving unit,
The stator is
A stator core in which a plurality of first slots are formed spaced apart from each other in the circumferential direction around the rotor rotation axis, and a multi-phase stator winding wound around the stator core in a concentrated manner through the first slot. Have
The rotor is
A rotor core having a plurality of second slots spaced apart from each other in the circumferential direction around the rotor rotation axis, and wound around a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core so that at least a portion thereof is disposed in the second slot Each of the rotor windings, and a rectifying unit that is connected to the rotor windings and alternately changes the magnetic characteristics of the rotor windings in the circumferential direction among the plurality of rotor windings. The magnetic characteristics of the magnetic pole portions at multiple locations in the circumferential direction generated by the current flowing in the winding are alternately varied in the circumferential direction,
The controller is
The q-axis current command for causing a current to flow in the stator winding so as to generate a field magnetic flux in a direction advanced 90 degrees in electrical angle with respect to the magnetic pole direction which is the winding central axis direction of the rotor winding is pulsed. Q-axis pulse superimposing means for superimposing a decreasing pulse current that decreases in a shape,
In a d-axis current command for causing a current to flow through the stator winding so as to generate a field magnetic flux in the same direction as the magnetic pole direction that is the winding central axis direction of the rotor winding, a reduced pulse current is added to the q-axis current command. The d-axis current in the q-axis non-pulse superposition period in which the d-axis current at the start of the q-axis pulse superposition period is made smaller than the d-axis current at the end and the reduced pulse current is not superimposed on the q-axis current command. A dynamo-electric machine drive system comprising d-axis correction means for correcting a d-axis current command so as to gradually reduce the d-axis.
請求項1または請求項2に記載の回転電機駆動システムにおいて、
前記各ロータ巻線は、前記ロータの周方向に隣り合う前記ロータ巻線同士で順方向が逆になるように前記整流部である整流素子に接続し、前記各整流素子は、誘導起電力の発生により前記ロータ巻線に流れる電流を整流することで、前記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 claim 1 or 2 ,
Each of the rotor windings is connected to a rectifying element that is the rectifying unit so that the forward direction is reversed between the rotor windings adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor. The rotation is characterized in that the current flowing in the rotor windings adjacent to each other in the circumferential direction is alternately changed between the A phase and the B phase by rectifying the current flowing in the rotor winding due to the generation. Electric drive system.
請求項3に記載の回転電機駆動システムにおいて、
前記整流素子は、それぞれ対応する前記ロータ巻線に接続される第1整流素子と第2整流素子とであり、
前記第1整流素子と前記第2整流素子とは、前記誘導起電力の発生により、対応する前記ロータ巻線に流れる電流を整流し、前記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前記磁極部の磁気特性を周方向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 claim 3 ,
The rectifying elements are a first rectifying element and a second rectifying element connected to the corresponding rotor winding, respectively.
The first rectifying element and the second rectifying element rectify a current flowing through the corresponding rotor winding by generating the induced electromotive force, and generate a plurality of circumferential directions generated by the current flowing through the rotor windings. A rotating electrical machine drive system, wherein magnetic properties of the magnetic pole portions at different locations are alternately varied in the circumferential direction.
請求項3または請求項4に記載の回転電機駆動システムにおいて、
前記ロータは、周方向に配置されたロータスロット同士の間に設けられたロータティースの周方向に関する幅が、電気角で180°に相当する幅よりも小さくなっており、前記ロータ巻線は、前記各ロータティースに短節巻で巻装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 claim 3 or 4 ,
The rotor has a width in the circumferential direction of the rotor teeth provided between the rotor slots arranged in the circumferential direction, which is smaller than a width corresponding to an electrical angle of 180 °. A rotating electrical machine drive system, wherein the rotor teeth are wound in a short-pitch winding.
JP2011144390A 2011-06-29 2011-06-29 Rotating electric machine drive system Expired - Fee Related JP5623346B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011144390A JP5623346B2 (en) 2011-06-29 2011-06-29 Rotating electric machine drive system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011144390A JP5623346B2 (en) 2011-06-29 2011-06-29 Rotating electric machine drive system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013013246A JP2013013246A (en) 2013-01-17
JP5623346B2 true JP5623346B2 (en) 2014-11-12

Family

ID=47686609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011144390A Expired - Fee Related JP5623346B2 (en) 2011-06-29 2011-06-29 Rotating electric machine drive system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5623346B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6344144B2 (en) * 2014-08-27 2018-06-20 スズキ株式会社 Reluctance motor
US10770999B2 (en) * 2018-04-17 2020-09-08 The Regents Of The University Of Michigan Brushless, self-excited synchronous field-winding machine

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5302527B2 (en) * 2007-10-29 2013-10-02 株式会社豊田中央研究所 Rotating electric machine and drive control device thereof
JP5426916B2 (en) * 2009-04-13 2014-02-26 株式会社日本自動車部品総合研究所 Field winding type synchronous machine and control method of field winding type synchronous machine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013013246A (en) 2013-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5718668B2 (en) Rotating electric machine drive system
JP5781785B2 (en) Rotating electric machine drive system
JP5827026B2 (en) Rotating electric machine and rotating electric machine drive system
JP5261539B2 (en) Electromagnetic rotating electric machine
JP5120586B2 (en) Field winding type synchronous machine
JP2012222941A (en) Rotating electric machine
JP5363913B2 (en) Rotating electric machine drive system
US20120187893A1 (en) Electric motor system
JP6711326B2 (en) Drive system of rotating electric machine
US10063127B2 (en) Multiple-phase AC electric motor whose rotor is equipped with field winding and diode
JP5626306B2 (en) Rotating electrical machine control system
JP5782850B2 (en) Electromagnetic rotating electric machine
JP5760895B2 (en) Rotating electrical machine control system
JP6626973B2 (en) 6-wire three-phase motor and motor system
JP5623346B2 (en) Rotating electric machine drive system
JP5694062B2 (en) Electromagnetic rotating electric machine
JP5784992B2 (en) Electromagnetic rotating electric machine
JP5494574B2 (en) Electromagnetic rotating electric machine
JP5887723B2 (en) Electromagnetic rotating electric machine
JP2014007788A (en) Rotary electric machine and system for driving rotary electric machine
JP5742499B2 (en) Electromagnetic rotating electric machine
JP2014166074A (en) Drive circuit of magnetless winding field motor
JP2013110942A (en) Rotary electric machine and rotary electric machine control system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130822

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140408

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140409

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140602

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140902

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140924

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees