JP6480651B2 - 永久磁石式回転電機ドライブシステム - Google Patents
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- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
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Description
図1、図4に示すように、電機子コイル121,124,127,1210をU相、電機子コイル122,125,128,1211をV相、電機子コイル123,126,129,1212をW相とする。そして、電機子コイル121〜1212は全て同方向に巻かれたコイル(図4の各相のコイル左側の(+)から右側の(−)に巻く)であり、U相、V相、W相の電流がこれらのコイルに流れる。例えば、U相コイル121,124,127,1210に流れるU相電流が正の最大値の瞬間では、V相コイル122,125,128,1211に流れるV相電流は負の1/2の大きさであり、W相コイル123,126,129,1212に流れるW相電流は負の1/2の大きさである。この相順でスイッチング制御をし、パルス的に通常よりも大きい磁化電流を流す。これにより、回転子20側の可変磁力磁石22の隣り合う2個のN極、S極を揃え、その次の隣り合う2個のS極、N極を逆向きに揃えるように磁化する。これにより、回転子20側に90度ずつ離れた4つのN極と、隣り合うN極の中間の位置それぞれに4つのS極を作り、8極の極数にする。その後、運転電流として、U,V,W各相の電機子コイルに通電して回転磁界をかけるようにスイッチング制御する。図6は、無負荷時の8極の磁束密度分布を示している。
図5に示すように、前記で電機子コイル121〜1212は全て同方向に巻かれたコイルとしたので、図5のV相のコイル122に示した左側の(−)から右側の(+)は図4の場合(8極)とは逆向きに電流を流すことを意味する。同様にU相コイル124も図4の場合(8極)とは逆向きに電流を流すことを意味する。そして、U相コイル121(左+),V相コイル122(左−),W相コイル123(左+),U相コイル124(左−),V相コイル124(左+),W相コイル125(左−),U相コイル126(左+),V相コイル127(左−),W相コイル128(左+),U相コイル129(左+),V相コイル1210(左−),W相コイル1211(左+)とする。例えば、U相コイル121,127に流れるU相電流が正の最大値の瞬間では、V相コイル122,128に流れるV相電流は負の1/2の大きさであるが、コイル左側(−)なので、電流の向きを逆方向に流すことを意味する。このとき、W相コイル123,129に流れるW相電流は負の1/2の大きさであるが、コイル左側(+)なので、そのままでW相電流を流す。残りのコイルも電流方向は逆パターンで同様に行う。このように3相交流電流が流れるようにスイッチング制御をし、パルス的に通常よりも大きい磁化電流を流す。これにより、回転子20側の可変磁力磁石22の隣り合う4個のN極、S極を揃え、その次の隣り合う4個のS極、N極を逆向きに揃えるように磁化する。これにより、回転子20側に180度ずつ離れた2つのN極と、隣り合うN極の中間の位置それぞれに2つのS極を作り、4極の極数にする。その後、運転電流として、U,V,W各相の電機子コイルに通電して回転磁界をかけるようにスイッチング制御する。図7は、無負荷時の4極の磁束密度分布を示している。
極数変換時のモータ特性について述べる。誘起電圧について、8極の基本波成分の振幅値は106V、4極の基本波成分は26Vである。この結果から、極数変換時には誘導電圧が100%から24.5%まで可変できるので高速回転域の可変速運転の範囲が極数変換を行わない場合と比較すると約4倍となった。鉄損については、8極時の鉄損を100%とすると4極時の鉄損は28.2%低減できる。鉄損成分では、渦電流損は31.2%、ヒステリシス損は18.7%低減する。
11 固定子鉄心
12 電機子巻線
121〜1212 電機子コイル
13 スロット
20 回転子
21 回転子鉄心
221〜2216 可変磁力永久磁石
30 回転軸
411〜4112 半導体スイッチング回路
50 ゲート制御装置
51 直流電源
Q1〜Q4 スイッチング半導体素子
INV インバータ回路
DRV ゲートドライブ回路
SW1〜SW12 スイッチング信号
Claims (8)
- 円筒状の固定子鉄心に円周方向に並べて配置された複数の電機子コイルで構成される電機子巻線を有する固定子と、
前記電機子巻線に流されて前記回転子の磁極方向の磁界を形成するd軸電流により磁化され、かつ磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変化させる、保磁力がそれぞれ500kA/m以下の磁気特性を有する複数個の永久磁石を持つ回転子と、
複数のパワー半導体素子を含んで前記電機子巻線に接続され、前記複数のパワー半導体素子のスイッチングによって前記複数の電機子コイルに流れる電流の通電タイミングを前記電機子コイルごとに独立して制御し、前記電機子コイルに流れる電流の位相をそれぞれ設定する半導体素子スイッチング回路と
を備え、
前記半導体素子スイッチング回路が、前記電機子コイルそれぞれに流れる電流の位相を設定することにより前記電機子コイルの流れる電流の位相の組み合わせを変化させて前記固定子の極数を変換し、かつ、前記固定子の極数を変換した後に、前記電機子コイルにU相、V相、W相の電流を流しながら前記永久磁石の磁気特性である磁化曲線のクニック点を越える磁界が形成される大きさ及びその大きさに到達するまでの通電時間で前記電機子巻線に流されるd軸電流成分からなる磁化電流により所定の極数の回転磁界を形成し、前記回転磁界によって前記回転子の複数個の永久磁石を磁化し、前記磁化電流の作る磁界によって新たに変化させるまで維持される前記永久磁石の磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変換することを特徴とする永久磁石式回転電機ドライブシステム。 - 円筒状の固定子鉄心に円周方向に並べて配置された複数の電機子コイルで構成される電機子巻線を有する固定子と、
前記電機子巻線に流されて前記回転子の磁極方向の磁界を形成するd軸電流により磁化され、かつ磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変化させる、保磁力がそれぞれ500kA/m以下の磁気特性を有する複数個の永久磁石を持つ回転子と、
複数のパワー半導体素子をそれぞれ含んで構成され、前記複数の電機子コイル各々に1つずつ接続され、前記複数のパワー半導体素子のスイッチングによって前記電機子コイルへの通電と通電切断及び前記電機子コイルに流れる電流の方向の設定を前記電機子コイルごとに行い、前記電機子コイルに流れる電流の位相を設定する複数の半導体素子スイッチング回路と
を備え、
前記半導体素子スイッチング回路が、前記複数のパワー半導体素子のスイッチング態様の組合せによって前記複数の電機子コイル各々に流れる電流の位相を設定することにより前記電機子コイルに流れる電流の位相の組み合わせを変化させて前記固定子の極数を変換し、かつ、前記固定子の極数を変換した後に、前記電機子コイルにU相、V相、W相の電流を流しながら前記永久磁石の磁気特性である磁化曲線のクニック点を越える磁界が形成される大きさ及びその大きさに到達するまでの通電時間で前記電機子巻線に流されるd軸電流成分からなる磁化電流により所定の極数の回転磁界を形成し、前記回転磁界によって前記回転子の複数個の永久磁石を磁化し、前記磁化電流の作る磁界によって新たに変化させるまで維持される前記永久磁石の磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変換することを特徴とする永久磁石式回転電機ドライブシステム。 - 前記半導体素子スイッチング回路は、前記複数の電機子コイル各々に接続された前記複数のパワー半導体素子それぞれのスイッチング態様の組合せによって当該複数の電機子コイル各々に流れる電流の位相を変化させ、当該複数の電機子コイル各々の相の種類と共に当該電機子巻線の相数を変え、あるいは当該複数の電機子コイル各々の相の種類か当該電機子巻線の相数のいずれかを変えることを特徴とする請求項2に記載の永久磁石式回転電機ドライブシステム。
- 前記回転子の前記永久磁石がサマリウム・コバルト磁石であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の永久磁石式回転電機ドライブシステム。
- 前記半導体素子スイッチング回路は、前記複数の電機子コイルのうちの一部の電機子コイルに通電して磁界を発生させ、前記回転子の複数の永久磁石を磁化させて当該回転子の極数を変換させることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の永久磁石式回転電機ドライブシステム。
- 前記回転子の極数を、低速回転域では多極に変換し、高速回転域では前記多極よりも少ない少極に変換することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の永久磁石式回転電機ドライブシステム。
- 前記回転子の永久磁石の磁化過程に関して、1回目の永久磁石の磁化を行い、前記回転子の回転位置を移動させて2回目の永久磁石の磁化を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の永久磁石式回転電機ドライブシステム。
- 前記固定子の電機子巻線は集中巻のコイルから構成され、
前記回転子の永久磁石の磁化過程に関して、1回目の永久磁石の磁化を行い、前記回転子の回転位置を移動させて2回目の永久磁石の磁化を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の永久磁石式回転電機ドライブシステム。
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