JP6501507B2 - 回転電機及び回転電機の制御装置 - Google Patents
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Description
図1は、実施形態1に係る回転電機1を、その回転軸Zrを通りかつ回転軸Zrを含む平面で切った断面図である。図2は、実施形態1に係る回転電機1が備える巻線3Cの配線を示す図である。回転電機1は、ローター2と、ステーター3とを含む。ローター2は、回転軸Zrを中心として回転する。ローター2は、本体部2Bと、複数の突極2Tとを有する。複数の突極2Tは、本体部2Bの表面2BSから、回転軸Zrと直交する方向に突出する。本実施形態において、ローター2は、10個の突極2Tを備えるが、突極2Tの数はこれに限定されない。ローター2は、例えば、電磁鋼板を積層して製造される。
(2)B相及びV相に対応する巻線3Cb1、3Cb2には、駆動信号のV相に対応する駆動電圧Vvと、回転電機1に界磁磁束を発生させるための界磁信号として界磁電圧−Vfとが重畳された上で印加される。
(3)C相及びW相に対応する巻線3Cc1、3Cc2には、駆動信号のW相に対応する駆動電圧Vwと、回転電機1に界磁磁束を発生させるための界磁信号として界磁電圧+Vfとが重畳された上で印加される。
(4)D相及びU相に対応する巻線3Cd1、3Cd2には、駆動信号のU相に対応する駆動電圧Vuと、回転電機1に界磁磁束を発生させるための界磁信号として界磁電圧−Vfとが重畳された上で印加される。
(5)E相及びV相に対応する巻線3Ce1、3Ce2には、駆動信号のV相に対応する駆動電圧Vvと、回転電機1に界磁磁束を発生させるための界磁信号として界磁電圧+Vfとが重畳された上で印加される。
(6)F相及びW相に対応する巻線3Cf1、3Cf2には、駆動信号のW相に対応する駆動電圧Vwと、回転電機1に界磁磁束を発生させるための界磁信号として界磁電圧−Vfとが重畳された上で印加される。
駆動電圧Vu、Vv、Vwは交流電圧であり、界磁電圧+Vf、―Vfは直流電圧である。
図10は、実施形態1の第1変形例に係る回転電機1aを、その回転軸Zrを通りかつ回転軸Zrを含む平面で切った断面図である。回転電機1aは、前述した図1に示す回転電機1と同様であるが、ローター2aが備える突極2Tの数mが7個、界磁磁束の次数kが3である点が異なる。このため、電機子の磁束の次数pは4になる。回転電機1aは、ローター2aが備える突極2Tの数が前述した回転電機1のローター2よりも少ない。このため、回転電機1aのローター2aが回転する際におけるある点の磁束の変化は、回転電機1のローター2よりも少なくなる。その結果、ローター2aに発生する渦電流は、ローター2に発生する渦電流よりも小さくなるので、回転電機1aは、回転電機1よりも高速回転に好適である。
図11は、実施形態1の第2変形例に係る回転電機1cを、その回転軸Zrを通りかつ回転軸Zrを含む平面で切った断面図である。図11は、巻線は省略してある。この回転電機1cは、ローター2の突極2Tの数mが10、ステーター3cのヨーク3Yに設けられた突極3Tの数が48、ステーター3cのスロット3Sの数が48である。巻線は、ステーター3cに分布巻で設けられている。この回転電機1cは、m=10、界磁磁束の次数kは6であるので、電機子の磁束の次数pは4である。分布巻の回転電機1cにおいても、m−k=pの関係を成立させるようにすることで、合成駆動信号によって駆動され、かつトルクTの大きさ及びトルクTの特性が変更される。
図12は、実施形態2に係る回転電機1dを、その回転軸Zrを通りかつ回転軸Zrを含む平面で切った断面図である。回転電機1dは、ステーター3d以外は実施形態1の回転電機1と同様である。回転電機1dは、ステーター3dのそれぞれの突極3Tdに、永久磁石8が設けられている。永久磁石8は、突極3Tdのローター2側に設けられている。永久磁石8を備えるそれぞれの突極3Tdは、ステーター3dの周方向に沿って配列されている。N極の永久磁石8NとS極の永久磁石8Sとは、ステーター3dの周方向に沿って交互に並んでいる。回転電機1dは、永久磁石8によって生成される界磁磁束の次数が6、ローター2の突極2Tの数が10なので、ローター2の突極2Tで変調された磁束の次数は10−6=4である。したがって、回転電機1dを3相の回転電機として駆動するための駆動信号を巻線3Cに与えたときに発生する電機子の磁束の次数は4である。すなわち、ローター2を回転させるための回転磁界の次数は4である。回転電機1dは、永久磁石8による界磁磁束のみでローター2が回転する。
図18は、実施形態3に係る回転電機1fを、その回転軸Zrを通りかつ回転軸Zrを含む平面で切った断面図である。回転電機1fは、実施形態1に係る回転電機1と同様であるが、第1ローター2fと、第2ローター7とを備える点が異なる。回転電機1fの他の構造は、実施形態1に係る回転電機1と同様である。
本実施形態の回転電機1fを評価した。評価に供した回転電機1fの仕様は、ステーター3が12スロット、ステーター3の直径が220mm、厚みが70mm、第1ローター2fの第1磁極2Tfの数が10、第2ローター7の第2磁極7Tの数が22、巻線3Cは20ターンで抵抗は0.0155Ωとした。回転電機1fの界磁磁束は6次、電機子の磁束(回転磁束)は4次とした。コンピュータによる電磁解析の数値シミュレーションにより、回転電機1fを評価した。回転電機1fの評価にあたり、まず、有限要素法に基づく回転電機1fの解析モデルを、例えばコンピュータを用いて作成した。次に、作成された解析モデルを、コンピュータを用いた電磁解析のシミュレーションによって回転させて、回転電機1fの回転速度N及びトルクT等の特性値を評価した。
2、2a、2b ローター
2f 第1ローター
2B 本体部
2BS 表面
2T 突極
2Tf 第1磁極
3、3a ステーター
3K ステーターコア
3S スロット
3T 突極
3Y ヨーク
3C 巻線
3C 巻線
3T 突極
4 出力シャフト
5 回転角度センサ
7 第2ローター
7T 第2磁極
100 制御装置
103 制御部
105 インバーター
106 スイッチング素子
107 直流電源
110 PI制御部
111 3相逆dq変換部
112 3相dq変換部
113 界磁電圧生成部
114 d軸電流生成部
115 q軸電流生成部
Claims (6)
- 回転軸を中心として回転し、かつ前記回転軸と直交する方向に突出する複数の突極を有するローターと、
前記ローターの径方向外側に配置されて前記ローターの周囲を取り囲む環状の構造体及び前記構造体の周方向に沿って設けられた6×n個の巻線を有し、かつ界磁磁束を発生させるための界磁信号と前記ローターを3相の回転電機として駆動するための駆動信号とが重畳されて前記巻線に入力されるステーターと、を含み、
前記突極の数をm、前記界磁磁束の次数をk、3相の回転電機として駆動するための駆動信号を前記巻線に与えたときに発生する電機子の磁束の次数をpとしたとき、m−k=pとなる、回転電機。
nは1以上の自然数であり、p、m及びkは1以上の自然数である。 - 前記界磁信号は、直流電圧又は所定の周期の交流電圧である、請求項1に記載の回転電機。
- 回転軸を中心として回転し、かつ前記回転軸と直交する方向に突出する複数の突極を有するローターと、前記ローターの径方向外側に配置されて前記ローターの周囲を取り囲む環状の構造体及び6×n個の巻線を前記構造体の周方向に沿って有し、かつ前記突極の数をm、界磁磁束の次数をk、3相の回転電機として駆動するための駆動信号を前記巻線に与えたときに発生する電機子の磁束の次数をpとしたとき、m−k=pとなる回転電機を制御するにあたり、
前記回転電機に界磁磁束を発生させるための界磁信号と前記回転電機を3相の回転電機として駆動するための駆動信号とを重畳して前記巻線に出力する、回転電機の制御装置。
p、m及びkは1以上の自然数である。 - 回転軸を中心として回転し、かつ前記回転軸と直交する方向に突出する複数の第1磁極を有する第1ローターと、
前記第1磁極よりも多い数の第2磁極を有し、かつ前記第1ローターの径方向外側に設けられて前記回転軸を中心として回転する第2ローターと、
前記第2ローターの径方向外側に配置されて前記第2ローターの周囲を取り囲む環状の構造体及び前記構造体の周方向に沿って設けられた6×n個の巻線を有し、かつ界磁磁束を発生させるための界磁信号と前記第1ローターを3相の回転電機として駆動するための駆動信号とが重畳されて前記巻線に入力されるステーターと、
を含み、前記第1磁極の数をm1、前記第2磁極の数をm2、前記界磁磁束の次数をk、3相の回転電機として駆動するための駆動信号を前記巻線に与えたときに発生する電機子の磁束の次数をpとしたとき、m1=k+pかつm2=2×k+m1となる、
回転電機。
n、p、m1、m2及びkは1以上の自然数である。 - 前記界磁信号は、直流電圧又は所定の周期の交流電圧である、請求項4に記載の回転電機。
- 回転軸を中心として回転し、かつ前記回転軸と直交する方向に突出する複数の第1磁極を有する第1ローターと、前記第1磁極よりも多い数の第2磁極を有し、かつ前記第1ローターの径方向外側に設けられて前記回転軸を中心として回転する第2ローターと、前記第2ローターの径方向外側に配置されて前記第2ローターの周囲を取り囲む環状の構造体及び前記構造体の周方向に沿って設けられた6×n個の巻線を有するステーターと、を含み、前記第1磁極の数をm1、前記第2磁極の数をm2、界磁磁束の次数をk、3相の回転電機として駆動するための駆動信号を前記巻線に与えたときに発生する電機子の磁束の次数をpとしたとき、m1=k+pかつm2=2×k+m1となる、回転電機を制御するにあたり、
前記回転電機に界磁磁束を発生させるための界磁信号と前記回転電機を3相の回転電機として駆動するための駆動信号とを重畳して前記巻線に出力する、回転電機の制御装置。
n、p、m1、m2及びkは1以上の自然数である。
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