JP6969529B2 - 界磁巻線型回転電機 - Google Patents
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Description
第1巻線部及び第2巻線部の直列接続体を有する界磁巻線と、
ロータコア、及び周方向において所定間隔で設けられてかつ前記ロータコアから径方向に突出する主極部を有するロータと、を備え、
前記第1巻線部及び前記第2巻線部のそれぞれが前記各主極部に巻回され、前記界磁巻線に界磁電流を誘起させるための高調波電流が前記ステータ巻線に流れる界磁巻線型回転電機において、
前記直列接続体の両端のうち、前記第1巻線部側にカソードが接続され、前記第2巻線部側にアノードが接続されたダイオードと、
前記第2巻線部に並列接続されたコンデンサと、を備え、
前記第1巻線部及び前記コンデンサを含む直列共振回路と、前記第2巻線部及び前記コンデンサを含む並列共振回路とが構成されており、
前記第1巻線部のインダクタンスをL1とし、前記第2巻線部のインダクタンスをL2とする場合、「0.5<L2/L1<2」及び「0.5<L1/L2<2」のうち、少なくとも一方を満たすように、前記第1巻線部及び前記第2巻線部それぞれのインダクタンスが設定されている。
まず、図1〜図3を用いて説明する。制御システムは、直流電源10、インバータ20、回転電機30及び制御装置40を備えている。本実施形態では、回転電機30として、界磁巻線型の同期機が用いられている。また、本実施形態において、制御装置40は、回転電機30が、電動機兼発電機であるISG(Integrated Starter Generator)やMG(Motor Generator)として機能するように、回転電機30を制御する。例えば、回転電機30、インバータ20及び制御装置40を備えて機電一体型駆動装置が構成されたり、回転電機30、インバータ20及び制御装置40それぞれが各コンポーネントで構成されたりしている。
f1>f2とする場合、上式(eq1),(eq2)から「L2>L1」が導かれる。この場合、下式(eq16)が成立する。
f2>f1とする場合、上式(eq1),(eq2)から「L1>L2」が導かれる。この場合、下式(eq17)が成立する。
界磁巻線の第1,第2巻線部のそれぞれが、平角線にて構成されていてもよい。平角線が用いられることにより、界磁巻線の占積率を高めることができ、損失を低減できる。また、平角線によれば、巻線部に遠心力が作用した場合に、巻線間にかかる荷重を面で受けることができるため、巻線の被膜の損傷を防止できる。また、平角線によれば、アンペアターン(AT)を大きくすることができ、界磁巻線の励磁範囲を拡大できる。その結果、トルク制御性が向上する。
図17に示すように、整流ダイオード80にツェナーダイオード81が並列接続されていてもよい。これにより、ダイオード80、界磁巻線70及びコンデンサ90にかかるサージ電圧を吸収することができ、ダイオード80、界磁巻線70及びコンデンサ90の劣化を抑制することができる。
図18に示すように、整流ダイオード80に代えて、ツェナーダイオード81のみが備えられていてもよい。これにより、ツェナーダイオード81が、整流機能及びサージ吸収機能を兼ねることになる。その結果、回転電機30の部品数を削減することができる。
図20に示すような界磁巻線73が用いられてもよい。詳しくは、主極部62に第1巻線部74aが巻回され、第1巻線部74aの外側に第2巻線部74bが巻回されている。
本実施形態では、第1巻線部71aのターン数をN1とし、第2巻線部71bのターン数をN2とする場合、「N1<N2」に設定されている。以下、この設定について説明する。
図23に示すように、ロータ60において、第1巻線部71aと第2巻線部71bとの間に、軟磁性体からなる仕切部100が設けられていてもよい。仕切部100は、例えば、環状をなしており、仕切部100の中心孔が主極部62に挿し込まれた状態とされている。仕切部100は、軸方向から見た場合において、周方向に延びる扁平形状をなしている。仕切部100が第1巻線部71aと第2巻線部71bとの間に介在することにより、径方向において第1巻線部71aと第2巻線部71bとが仕切部100により遮断されている。仕切部100の径方向厚さは、第1巻線部71a及び第2巻線部71bそれぞれの径方向厚さよりも小さい。また、仕切部100の周方向長さは、各巻線部71a,71bの周方向長さ以上とされている。
本実施形態において、界磁巻線70は、図25に示すように、第1巻線部71a、第2巻線部71b及び第3巻線部71cの直列接続体からなる。各主極部62において、径方向において最も外側に第1巻線部71aが巻回され、第1巻線部71aよりも径方向内側に第2巻線部71bが巻回され、第2巻線部71bよりも径方向内側に第3巻線部71cが巻回されている。各主極部62において、各巻線部71a,71b,71cの巻方向は互いに同じになっている。また、周方向に隣り合う主極部62のうち、一方に巻回された各巻線部71a,71b,71cの巻方向と、他方に巻回された各巻線部71a,71b,71cの巻方向とが逆になっている。
界磁巻線が4つ以上の巻線部の直列接続体からなっていてもよい。この場合、図27に示すように、巻線部の数をn+1個とすると、コンデンサの数がn個となる。
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
Claims (8)
- ステータ巻線(31U〜31W)を有するステータ(50)と、
第1巻線部(71a,74a)及び第2巻線部(71b,74b)の直列接続体を有する界磁巻線(70,73)と、
ロータコア(61)、及び周方向において所定間隔で設けられてかつ前記ロータコアから径方向に突出する主極部(62)を有するロータ(60)と、を備え、
前記第1巻線部及び前記第2巻線部のそれぞれが前記各主極部に巻回され、前記界磁巻線に界磁電流を誘起させるための高調波電流が前記ステータ巻線に流れる界磁巻線型回転電機(30)において、
前記直列接続体の両端のうち、前記第1巻線部側にカソードが接続され、前記第2巻線部側にアノードが接続されたダイオード(80,81)と、
前記第2巻線部に並列接続されたコンデンサ(90)と、を備え、
前記第1巻線部及び前記コンデンサを含む直列共振回路と、前記第2巻線部及び前記コンデンサを含む並列共振回路とが構成されており、
前記第1巻線部が、径方向において前記第2巻線部よりも前記ステータに近い側に配置されており、
前記第2巻線部のターン数(N2)が前記第1巻線部のターン数(N1)よりも大きくされており、
前記直列共振回路に流れる電流と、前記並列共振回路に流れる電流との位相のずれ量θsが「120°<θs<240°」となるように、前記第1巻線部及び前記第2巻線部それぞれのインダクタンスが設定されている界磁巻線型回転電機。 - 前記高調波電流の周波数を前記直列共振回路の共振周波数に近づけていくほど前記回転電機のトルクが大きくなる特性を有し、
前記回転電機のトルクが最大となる場合の前記高調波電流の周波数を基準周波数(f0)とする場合、前記回転電機のトルクがその許容下限値(Tmin)と等しくなる前記高調波電流の2つの周波数のうち、低い方である下限周波数fLと、高い方である上限周波数fHとを下式(c1)で表し、
- 前記下限周波数が前記基準周波数の0.7倍の周波数であり、前記上限周波数が前記基準周波数の1.4倍の周波数であり、
「0.5<L2/L1<2」を満たすように、前記第1巻線部及び前記第2巻線部それぞれのインダクタンスが設定されている請求項2に記載の界磁巻線型回転電機。 - 前記許容下限値は、前記高調波電流の周波数を前記共振周波数に一致させた場合における前記回転電機の最大トルクの80%〜90%の値である請求項2又は3に記載の界磁巻線型回転電機。
- 前記ダイオードは、互いに並列接続された整流ダイオード(80)及びツェナーダイオード(81)である請求項1〜4のいずれか1項に記載の界磁巻線型回転電機。
- 前記ダイオードは、ツェナーダイオード(81)のみからなる請求項1〜4のいずれか1項に記載の界磁巻線型回転電機。
- 前記ダイオードは、直列接続された複数のツェナーダイオード(81)である請求項1〜6のいずれか1項に記載の界磁巻線型回転電機。
- 前記高調波電流の周波数が前記直列共振回路の共振周波数に設定されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の界磁巻線型回転電機。
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