JP2016082664A - Permanent magnet synchronous machine capable of switching number of rotor magnetic poles - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は可変速用途に好適な永久磁石同期機に関し、特にロータ極数切換可能な永久磁石同期機に関する。 The present invention relates to a permanent magnet synchronous machine suitable for variable speed applications, and more particularly to a permanent magnet synchronous machine capable of switching the number of rotor poles.
車両用回転電機は重量の軽減を要求する。出力/重量比が速度の増加により向上するため、エンジン始動発電機(ISG)、オルタネータ及びトラクションモータなどの車両用回転電機は極めて広い速度範囲をもつのが一般的である。 A vehicular rotating electrical machine requires a reduction in weight. Since the output / weight ratio is improved by increasing the speed, rotating electrical machines for vehicles such as an engine starter / generator (ISG), an alternator and a traction motor generally have a very wide speed range.
低速におけるトルク/重量比(低速トルク/重量と呼ばれる)及び効率が他の回転電機よりも優れるので、永久磁石同期機(PMSM)は多くの用途で使用されている。しかし、このPMSMは、広い速度範囲が要求される車両用途などに本質的に適していない。これは、ステータ巻線の逆起電力(バックEMF)が高速時にインバータ電圧を超える問題(バックEMF問題)をもつためである。 Permanent magnet synchronous machines (PMSM) are used in many applications because the torque / weight ratio at low speed (referred to as low speed torque / weight) and efficiency are superior to other rotating electrical machines. However, this PMSM is essentially not suitable for vehicle applications that require a wide speed range. This is because the back electromotive force (back EMF) of the stator winding has a problem (back EMF problem) that exceeds the inverter voltage at high speed.
d軸電流により磁石磁束の一部をキャンセルする弱め磁束法により、PMSMのバックEMFは低減される。しかし、d軸電流は、真空と見なされる永久磁石を貫通するd軸磁路に弱め磁界を形成する必要があるため、効率が低下するという問題をもつ。さらに、永久磁石を永久減磁を回避するために、d軸電流は制限されねばならない。このため、一般に、オルタネータ又はISGは永久磁石の代わりに界磁コイルを採用し、トラクションモータは誘導モータをしばしば採用している。 The back EMF of PMSM is reduced by the weak magnetic flux method in which a part of the magnet magnetic flux is canceled by the d-axis current. However, the d-axis current has a problem that efficiency is lowered because it is necessary to form a weak magnetic field in the d-axis magnetic path that penetrates the permanent magnet that is regarded as a vacuum. Furthermore, the d-axis current must be limited to avoid permanent demagnetization of the permanent magnet. For this reason, generally, an alternator or ISG employs a field coil instead of a permanent magnet, and a traction motor often employs an induction motor.
オルタネータ又はISGの改良が車両の燃費改善のために要求されている。たとえば、車両の制動時に発電を停止することにより、オルタネータは燃費を改善することができる。しかし、従来のオルタネータの界磁コイルは非常に大きいインダクタンスをもつので、車両制動時に発電を素早く停止できないという問題をもつ。 Improvement of alternator or ISG is required to improve vehicle fuel efficiency. For example, the alternator can improve fuel consumption by stopping power generation when braking the vehicle. However, since the field coil of the conventional alternator has a very large inductance, there is a problem that power generation cannot be stopped quickly during vehicle braking.
同様に、アイドリングストップ動作を実現することにより、ISGは燃費改善を実現することができる。しかし、界磁コイルをもつISGはエンジン始動時に界磁磁束を急速に増加できないので、エンジンを素早く始動できないという問題をもつ。結局、車両用回転電機としての永久磁石同期機(PMSM)はバックEMF問題をもち、車両用回転電機としての界磁コイル同期機(FCSM)は界磁コイルのインダクタンス問題をもつことが理解される。 Similarly, by realizing the idling stop operation, the ISG can realize fuel efficiency improvement. However, an ISG having a field coil has a problem that the engine cannot be started quickly because the field magnetic flux cannot be increased rapidly when the engine is started. After all, it is understood that the permanent magnet synchronous machine (PMSM) as a vehicular rotating electrical machine has a back EMF problem, and the field coil synchronous machine (FCSM) as a vehicular rotating electrical machine has an inductance problem of a field coil. .
PMSMのバックEMFを改善するために、巻数切換PMSM及び極数切換PMSMが提案されている。特許文献1及び2は、ロータの一部の永久磁石極の極性を反転させる極数変換PMSMを提案している。しかし、極数変換PMSMは、永久磁石の極性反転のために非常に大きなd軸パルス電流を発生するインバータを必要とする。さらに、永久磁石の極性反転と同時にステータ磁極数を変更するステータ極数変換回路を必要とする。これらのインバータ及びステータ極数変換回路は、製造コスト及び回路損失を増加させる。 In order to improve the back EMF of the PMSM, a winding number switching PMSM and a pole number switching PMSM have been proposed. Patent Documents 1 and 2 propose a pole number conversion PMSM that reverses the polarity of some permanent magnet poles of a rotor. However, the pole number conversion PMSM requires an inverter that generates a very large d-axis pulse current for reversing the polarity of the permanent magnet. Furthermore, a stator pole number conversion circuit that changes the number of stator magnetic poles simultaneously with the polarity reversal of the permanent magnet is required. These inverter and stator pole number conversion circuits increase manufacturing costs and circuit losses.
本出願人により出願された特許文献3は、極性が異なる2つのマグネット極の間に2つのコア極をもつ極数切換PMSMを提案している。マグネット極は永久磁石極と意味し、コア極は磁気突極を意味する。2つのコア極はq軸位置に配置され、マグネット極はd軸位置に配置される。ステータ極数を切り換えるために、2倍比のステータ極数変換回路が採用される。けれども、この極数切換PMSMも製造コスト及び回路損失を増加させる。 Patent Document 3 filed by the present applicant proposes a pole number switching PMSM having two core poles between two magnet poles having different polarities. The magnet pole means a permanent magnet pole, and the core pole means a magnetic salient pole. The two core poles are arranged at the q-axis position, and the magnet pole is arranged at the d-axis position. In order to switch the number of stator poles, a double ratio stator pole number conversion circuit is employed. However, this pole switching PMSM also increases manufacturing costs and circuit losses.
本発明の1つの目的は、損失及び製造コストの増加を抑止しつつ優れたトルク/重量比と広い速度範囲を実現するロータ極数切換型永久磁石同期機を提供することである。本発明の永久磁石同期機は自動車などの移動用途の他、洗濯機、工業機械及びロボットなどの用途に採用されることができる。本発明のもう1つの目的は、バックEMFの悪影響を抑制可能なエンジン始動発電電動機を提供することである。本発明のもう1つの目的は、界磁コイルのインダクタンスが発生する悪影響を抑制可能な車両用交流発電機を提供することである。 One object of the present invention is to provide a rotor pole number switching type permanent magnet synchronous machine that realizes an excellent torque / weight ratio and a wide speed range while suppressing an increase in loss and manufacturing cost. The permanent magnet synchronous machine of the present invention can be used in applications such as washing machines, industrial machines, and robots in addition to mobile applications such as automobiles. Another object of the present invention is to provide an engine starter generator motor that can suppress the adverse effects of back EMF. Another object of the present invention is to provide a vehicular AC generator capable of suppressing adverse effects caused by inductance of field coils.
ロータは、軟磁性の磁気突極により形成されるコア極と、永久磁石により形成されるマグネット極とをもつ。d軸磁束又は界磁磁束を発生するコア極は、磁石磁束を発生するマグネット極に対して特定の配列をもつ。コア極はマグネット極が配置されるd軸位置から電気角180度離れた次のd軸位置に配置される。言い換えれば、ロータのd軸位置はマグネット極とコア極とのどちらかにより占有される。コア極はマグネット極の半分又は2倍とされる。ステータ巻線が形成するステータ磁極数はマグネット極及びコア極の合計に常に等しい。マグネット極とコア極とにより構成されるロータ磁極の数はコア極の極性変更により実質的に変更される。 The rotor has a core pole formed by soft magnetic salient poles and a magnet pole formed by permanent magnets. The core pole that generates the d-axis magnetic flux or the field magnetic flux has a specific arrangement with respect to the magnet pole that generates the magnetic flux. The core pole is disposed at the next d-axis position that is 180 degrees away from the d-axis position where the magnet pole is disposed. In other words, the d-axis position of the rotor is occupied by either the magnet pole or the core pole. The core pole is half or twice the magnet pole. The number of stator magnetic poles formed by the stator winding is always equal to the sum of the magnet pole and the core pole. The number of rotor magnetic poles constituted by the magnet pole and the core pole is substantially changed by changing the polarity of the core pole.
本発明の永久磁石同期機は6極モード及び2極モードをもつ。2極モードは実質的に6極モードの1/3のロータ磁極数をもつ。ステータ磁極数がロータ磁極数と一致する6極モードによればステータ巻線のバックEMFが増大する。したがって、トルク又は発電能力が増加する。ステータ磁極数はロータ磁極数と一致しない2極モードによればステータ巻線のバックEMFは減少する。したがって、広い速度範囲での運転が可能となる。 The permanent magnet synchronous machine of the present invention has a 6-pole mode and a 2-pole mode. The 2-pole mode has a rotor pole number which is substantially 1/3 of the 6-pole mode. According to the 6-pole mode in which the number of stator magnetic poles matches the number of rotor magnetic poles, the back EMF of the stator winding increases. Therefore, torque or power generation capacity increases. According to the two-pole mode in which the number of stator magnetic poles does not match the number of rotor magnetic poles, the back EMF of the stator winding is reduced. Therefore, operation in a wide speed range is possible.
ステータ巻線のd軸電流又は界磁コイルの界磁電流の通電方向を逆転することにより、コア極の極性が変更される。コア極を流れるロータ磁束は、d軸電流により形成されるd軸磁束又は界磁電流により形成される界磁磁束により主として構成される。 The polarity of the core pole is changed by reversing the energization direction of the d-axis current of the stator winding or the field current of the field coil. The rotor magnetic flux flowing through the core pole is mainly constituted by a d-axis magnetic flux formed by a d-axis current or a field magnetic flux formed by a field current.
マグネット極を構成する永久磁石は電磁的に真空と見なせる。したがって、マグネット極は、界磁コイルのインダクタンスを低減する。これは、界磁電流の急速な増加を可能とする。 The permanent magnet constituting the magnet pole can be regarded as a vacuum electromagnetically. Therefore, the magnet pole reduces the inductance of the field coil. This allows for a rapid increase in field current.
弱め磁束法は、電磁的に真空と見なせる永久磁石を貫通するd軸磁界を弱めねばならないため、d軸電流を増加する必要がある。これに対して、本発明によれば、永久磁石をもつマグネット極と磁気的に並列に配置されるコア極の極性を反転させるため、必要なd軸電流は相対的に低減することができる。さらに、コア極の極性変更のためのd軸電流により永久磁石が永久減磁されることも防止される。 In the flux weakening method, since the d-axis magnetic field that penetrates a permanent magnet that can be regarded as a vacuum electromagnetically must be weakened, it is necessary to increase the d-axis current. On the other hand, according to the present invention, since the polarity of the core pole arranged magnetically in parallel with the magnet pole having the permanent magnet is reversed, the required d-axis current can be relatively reduced. Further, it is possible to prevent the permanent magnet from being permanently demagnetized by the d-axis current for changing the polarity of the core pole.
本発明の他の利点が以下に説明される。車両用となどの可変速用途において、最大のロータ磁束が要求されることは稀である。したがって、たとえばエンジン始動などの稀な運転条件(高トルク条件)のために多くの永久磁石をロータに装備することは不経済である。本発明によれば、高価な永久磁石の数を低減できるため、製造コストが低減される。 Other advantages of the present invention are described below. In variable speed applications such as for vehicles, it is rare that the maximum rotor flux is required. Therefore, it is uneconomical to equip the rotor with many permanent magnets for rare operating conditions (high torque conditions) such as engine starting. According to the present invention, since the number of expensive permanent magnets can be reduced, the manufacturing cost is reduced.
1つの好適態様によれば、2つのコア極が、互いに極性が異なる2つのマグネット極の間に配置される。好適なもう1つの態様によれば、互いに極性が異なる2つのマグネット極が2つのコア極の間に配置される。 According to one preferred embodiment, the two core poles are arranged between two magnet poles having different polarities. According to another preferred embodiment, two magnet poles having different polarities are arranged between the two core poles.
もう1つの好適態様によれば、ランデル型ロータが採用される。このランデル型ロータによれば、界磁コイルがランデル型ロータコアに巻かれる。したがって、この同期機は従来の界磁コイル同期機(FCSM)と従来の永久磁石同期機(PMSM)との両方の特徴をもつ。この態様によれば、マグネット極が界磁巻線のインダクタンスを減らすため、界磁電流の急速な増加が可能となる。 According to another preferred embodiment, a Landel rotor is employed. According to this Landel rotor, the field coil is wound around the Landel rotor core. Therefore, this synchronous machine has the characteristics of both a conventional field coil synchronous machine (FCSM) and a conventional permanent magnet synchronous machine (PMSM). According to this aspect, since the magnet pole reduces the inductance of the field winding, the field current can be rapidly increased.
もう1つの好適態様によれば、マグネット極はランデル型ロータコアの爪状コアに固定される。好適には、爪状コアは従来の約3倍の周方向幅(電気角540度)をもつ。これにより、爪状コアの剛性が改善される。 According to another preferred embodiment, the magnet pole is fixed to the claw-shaped core of the Landel rotor core. Preferably, the claw-shaped core has a circumferential width (electrical angle of 540 degrees) that is about three times that of the prior art. Thereby, the rigidity of the nail-like core is improved.
もう1つの好適態様によれば、爪状コアは2つのコア極の間に固定された1つのマグネット極をもつ。N極の永久磁石が奇数番目の爪状コアの周方向中央部に固定され、S極の永久磁石が偶数番目の爪状コアの周方向中央部に固定される。これにより、複雑なロータ構造を回避可能なロータ極数切換FCSMを実現することができる。 According to another preferred embodiment, the claw-shaped core has one magnet pole fixed between the two core poles. The N-pole permanent magnet is fixed to the center of the odd-numbered claw-shaped core in the circumferential direction, and the S-pole permanent magnet is fixed to the center of the even-numbered claw-shaped core in the circumferential direction. Thereby, the rotor pole number switching FCSM that can avoid a complicated rotor structure can be realized.
もう1つの好適態様によれば、爪状コアは2つのマグネット極の間に配置された1つのコア極をもつ。2つのN極永久磁石が奇数番目の爪状コアの周方向両端部に固定され、2つのS極永久磁石が偶数番目の爪状コアの周方向両端部に固定される。これにより、複雑なロータ構造を回避可能なロータ極数切換FCSMを実現することができる。 According to another preferred embodiment, the claw-shaped core has one core pole disposed between two magnet poles. Two N-pole permanent magnets are fixed to both ends in the circumferential direction of the odd-numbered claw-shaped core, and two S-pole permanent magnets are fixed to both circumferential ends of the even-numbered claw-shaped core. Thereby, the rotor pole number switching FCSM that can avoid a complicated rotor structure can be realized.
もう1つの好適態様によれば、このロータ極数切換FCSMはオルタネータとして採用される。もう1つの好適態様によれば、このロータ極数切換FCSMはISGとして採用される。界磁コイルのインダクタンスがマグネット極により低減されるので、界磁電流の急変が可能となる。 According to another preferred embodiment, the rotor pole number switching FCSM is employed as an alternator. According to another preferred embodiment, this rotor pole number switching FCSM is adopted as an ISG. Since the inductance of the field coil is reduced by the magnet pole, the field current can be suddenly changed.
もう1つの好適態様によれば、ランデル型ロータの界磁コイルは第1コイル及び第2コイルをもつ。直列モードによれば、第1方向の界磁電流が、直列ダイオードを通じて直列接続された2つのコイルに通電される。界磁電流を反転する並列モードによれば、直列ダイオードは遮断され、並列ダイオードが導通され、2つのコイルは並列接続される。 According to another preferred embodiment, the field coil of the Landel rotor has a first coil and a second coil. According to the series mode, a field current in the first direction is passed through two coils connected in series through a series diode. According to the parallel mode of inverting the field current, the series diode is cut off, the parallel diode is turned on, and the two coils are connected in parallel.
ロータ極数切換FCSMは界磁電流の方向反転回路を元々もつため、さらに3つのダイオードを追加するだけで2つのコイルの直並列切換が実現される。好適には、3つのダイオードをロータコアに固定される。2つのコイルの並列接続により界磁コイルのインダクタンスは1/4となる。オルタネータの発電制動やISGのエンジン始動に要する時間を短縮することが可能となる。 Since the rotor pole number switching FCSM originally has a field current direction reversal circuit, series-parallel switching of two coils can be realized by adding three more diodes. Preferably, three diodes are fixed to the rotor core. The parallel connection of the two coils reduces the field coil inductance to 1/4. It is possible to shorten the time required for power generation braking of the alternator and ISG engine start.
もう1つの好適態様によれば、マグネット極の永久磁石は、マルチフラックスバリア構造をもつ円筒状ロータコアに固定される。マルチフラックスバリア構造はシンクロナスリラクタンスモータ(SynRM)において周知となっている。各フラックスバリアは、ロータコアのd軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスとの比率(Ld/Lq)を増加する方向に延長される。一般に、各フラックスバリアは円弧状の溝により形成される。言い換えれば、各フラックスバリアは、互いに隣接する2つのコア極を連絡する向きに延長され、かつ、互いに隣接する2つのマグネット極を連絡する向きに延長される。これにより、有害なq+軸インダクタンスLqを低減することができる。ロータコアの耐遠心力を強化するために、フラックスバリアに樹脂を注入することは可能である。 According to another preferred embodiment, the permanent magnet of the magnet pole is fixed to a cylindrical rotor core having a multi-flux barrier structure. Multi-flux barrier structures are well known for synchronous reluctance motors (SynRM). Each flux barrier is extended in a direction that increases the ratio (Ld / Lq) of the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance of the rotor core. Generally, each flux barrier is formed by an arc-shaped groove. In other words, each flux barrier is extended in a direction connecting two adjacent core poles and extended in a direction connecting two adjacent magnet poles. Thereby, harmful q + axis inductance Lq can be reduced. In order to reinforce the centrifugal resistance of the rotor core, it is possible to inject a resin into the flux barrier.
もう1つの好適態様によれば、発電機の発電停止が要求される時、2極モードにおいてコア磁束総量はマグネット磁束総量に略等しくされる。このモードは発電停止モードと呼ばれる。この発電停止モードによれば、コア磁束総量とマグネット磁束総量との差によって誘起されるステータ巻線の発電電圧はバッテリ電圧未満とされる。これにより、バッテリの過充電は、ロータが永久磁石をもつにもかかわらず良好に防止することができる。 According to another preferred embodiment, when the generator is required to stop generating power, the total amount of core magnetic flux is made approximately equal to the total amount of magnet magnetic flux in the two-pole mode. This mode is called a power generation stop mode. According to this power generation stop mode, the power generation voltage of the stator winding induced by the difference between the total amount of core magnetic flux and the total amount of magnet magnetic flux is less than the battery voltage. Thereby, overcharging of the battery can be prevented well despite the rotor having a permanent magnet.
もう1つの好適態様によれば、2つの3相巻線と2つのインバータと1つの双方向スイッチとが設けられる。第1のインバータは第1の3相ステータ巻線に接続され、第2のインバータは第2の3相ステータ巻線に接続される。第1の3相巻線の1つの相巻線と第2の3相巻線の1つの相巻線とが1つの双方向スイッチを通じて接続される。これら2つの相巻線のバックEMFは略反対の位相をもつことが好適である。 According to another preferred embodiment, two three-phase windings, two inverters and one bidirectional switch are provided. The first inverter is connected to the first three-phase stator winding, and the second inverter is connected to the second three-phase stator winding. One phase winding of the first three-phase winding and one phase winding of the second three-phase winding are connected through one bidirectional switch. The back EMFs of these two phase windings preferably have substantially opposite phases.
この双方向スイッチがオフされる時、2つのインバータは直流電源に対して並列に接続されるので、6相動作と呼ばれる。この6相動作によれば、ステータ巻線の巻数を実質的に低減できるので、広い速度範囲を実現することができる。さらに、ステータ電流が2つのステータ巻線に並列に流れるため、銅損が低減される。 When this bidirectional switch is turned off, the two inverters are connected in parallel to the DC power supply, which is called six-phase operation. According to this six-phase operation, the number of turns of the stator winding can be substantially reduced, so that a wide speed range can be realized. Furthermore, since the stator current flows in parallel in the two stator windings, copper loss is reduced.
この双方向スイッチがオンされる時、2つのインバータはそれぞれ逆方向に2相運転を行う。2つのインバータの4つのレグが運転されるので、4相動作と呼ばれる。この4相動作によれば、第1の3相巻線及び第2の3相巻線が実質的に直列接続されるので、モータトルク(バックEMF)が増加する。この4相/6相切換型インバータ回路は、本出願人により出願された特願2014-123242に記載されている。この4相/6相切換型インバータ回路を装備することにより、本発明のロータ極数切換型永久磁石同期機の低速トルク及び速度範囲を更に改善することができる。 When this bidirectional switch is turned on, the two inverters perform two-phase operation in opposite directions. Since the four legs of the two inverters are operated, this is called four-phase operation. According to this four-phase operation, since the first three-phase winding and the second three-phase winding are substantially connected in series, the motor torque (back EMF) increases. This 4-phase / 6-phase switching type inverter circuit is described in Japanese Patent Application No. 2014-123242 filed by the present applicant. By providing this four-phase / 6-phase switching type inverter circuit, the low speed torque and speed range of the rotor pole number switching type permanent magnet synchronous machine of the present invention can be further improved.
第1実施例
第1実施例が以下に説明される。図1はランデル型ISGを示す模式図である。ステータ1は円筒状のステータコア7に巻かれたステータ巻線2をもつ。ステータ巻線2はコイルエンド2A及び2Bをもつ。ランデル型ロータコア8は界磁コイル9とともにランデル型ロータを構成している。界磁コイル9はロータコア8の左コア及び右コアに囲まれている。
First Embodiment A first embodiment is described below. FIG. 1 is a schematic diagram showing a Landell type ISG. The stator 1 has a stator winding 2 wound around a cylindrical stator core 7. The stator winding 2 has coil ends 2A and 2B. The Landel type rotor core 8 constitutes a Landel type rotor together with the field coil 9. The field coil 9 is surrounded by the left core and the right core of the rotor core 8.
軟磁性の左コアはボス部80、ポール部81及び爪状コア82からなる。ボス部80は回転軸6に嵌められている。複数のポール部81がボス部80から径方向外側へ突出している。ポール部81の先端から軸方向へ個別に延在する爪状コア82は小さいエアギャップを挟んでステータコア7の内周面に対面している。 The soft magnetic left core includes a boss 80, a pole 81, and a claw-shaped core 82. The boss 80 is fitted on the rotary shaft 6. A plurality of pole portions 81 protrude radially outward from the boss portion 80. The claw-shaped cores 82 that individually extend in the axial direction from the tip of the pole portion 81 face the inner peripheral surface of the stator core 7 with a small air gap interposed therebetween.
同様に、軟磁性の右コアはボス部83、ポール部84及び爪状コア85からなる。ボス部83は回転軸6に嵌められている。複数のポール部84はボス部83から径方向外側へ突出している。ポール部84の先端から軸方向へ個別に延在している爪状コア85は小さいエアギャップを挟んでステータコア7の内周面に対面している。 Similarly, the soft magnetic right core includes a boss portion 83, a pole portion 84, and a claw-shaped core 85. The boss 83 is fitted on the rotary shaft 6. The plurality of pole portions 84 protrude radially outward from the boss portion 83. The claw-shaped cores 85 that individually extend in the axial direction from the tip of the pole portion 84 face the inner peripheral surface of the stator core 7 with a small air gap interposed therebetween.
3相インバータ3はステータ巻線2にステータ電流を供給する。界磁電流制御回路11は図略のブラシ及びスリップリングを通じて界磁電流を界磁コイル9へ通電する。コントローラ4はインバータ3及び界磁電流制御回路11を制御する。 The three-phase inverter 3 supplies a stator current to the stator winding 2. The field current control circuit 11 supplies a field current to the field coil 9 through a brush and a slip ring (not shown). The controller 4 controls the inverter 3 and the field current control circuit 11.
図2はインバータ3及び界磁電流制御回路11を示す配線図である。ステータ巻線2は星形接続されたU相巻線2U、V相巻線2V及びW相巻線2Wからなる。インバータ3はU相レグ3U、V相レグ3V及びW相レグ3Wからなる。U相レグ3UはU相巻線2Uに接続され、V相レグ3VはV相巻線2Vに接続され、W相レグ3WはW相巻線2Wに接続されている。Hブリッジからなる界磁電流制御回路11は界磁コイル9に流される界磁電流の量と方向とを制御する。 FIG. 2 is a wiring diagram showing the inverter 3 and the field current control circuit 11. The stator winding 2 comprises a U-phase winding 2U, a V-phase winding 2V and a W-phase winding 2W which are connected in a star shape. The inverter 3 includes a U-phase leg 3U, a V-phase leg 3V, and a W-phase leg 3W. The U-phase leg 3U is connected to the U-phase winding 2U, the V-phase leg 3V is connected to the V-phase winding 2V, and the W-phase leg 3W is connected to the W-phase winding 2W. A field current control circuit 11 composed of an H bridge controls the amount and direction of the field current flowing through the field coil 9.
コントローラ4は6極モードと2極モードとをもつ。6N個(Nは整数)のロータ磁極が形成される6極モードは少なくともエンジン始動動作において採用される。2N個のロータ磁極が実質的に形成される2極モードは少なくとも高速発電動作において採用される。ステータ巻線2は6N個のステータ磁極を常に形成する。言い換えれば、ステータ1はN×180度に等しい電気角をもつ。 The controller 4 has a 6-pole mode and a 2-pole mode. The 6-pole mode in which 6N (N is an integer) rotor magnetic poles are formed is employed at least in the engine starting operation. The two-pole mode in which 2N rotor magnetic poles are substantially formed is employed at least in high-speed power generation operation. The stator winding 2 always forms 6N stator poles. In other words, the stator 1 has an electrical angle equal to N × 180 degrees.
図3は6極モードを示す模式配線図であり、図4は2極モードを示す模式配線図である。U相巻線2Uは、直列に接続された6つのU相導体部21U-26Uをもつ。U相導体部21U-26Uは互いにほぼ電気角180度離れて配置されている。V相巻線2Vは、直列に接続された6つのV相導体部21V-26Vをもつ。各V相導体部21V-26Vは互いにほぼ電気角180度離れて配置されている。W相巻線2Wは、直列に接続された6つのW相導体部21W-26Wをもつ。各W相導体部21W-26Wは互いにほぼ電気角180度離れて配置されている。 FIG. 3 is a schematic wiring diagram showing the 6-pole mode, and FIG. 4 is a schematic wiring diagram showing the 2-pole mode. U-phase winding 2U has six U-phase conductor portions 21U-26U connected in series. The U-phase conductor portions 21U-26U are arranged substantially 180 degrees apart from each other. V-phase winding 2V has six V-phase conductor portions 21V-26V connected in series. The V-phase conductor portions 21V-26V are arranged at an electrical angle of 180 degrees from each other. W-phase winding 2W has six W-phase conductor portions 21W-26W connected in series. The W-phase conductor portions 21W-26W are arranged at an electrical angle of 180 degrees from each other.
図3は6極モードにおけるU相導体部21U-26Uの逆起電力(バックEMF)の一例を示す。この6極モードによれば、6つのU相導体部21U-26Uは同一方向の逆起電力U1、U2、U3、U4、U5及びU6を発生するので、U相巻線2Uは高い逆起電力を発生する。同様に、V相巻線2V及びW相巻線2Wも高い逆起電力を発生する。 FIG. 3 shows an example of the back electromotive force (back EMF) of the U-phase conductor portion 21U-26U in the 6-pole mode. According to this six-pole mode, the six U-phase conductor portions 21U-26U generate counter electromotive forces U1, U2, U3, U4, U5 and U6 in the same direction, so that the U-phase winding 2U has a high counter electromotive force. Is generated. Similarly, the V-phase winding 2V and the W-phase winding 2W also generate high back electromotive force.
図4は2極モードにおけるU相導体部21U-26Uの逆起電力(バックEMF)の一例を示す。この2極モードによれば、U相導体部21U、23U、24U及び26Uの逆起電力U1、U3、U4及びU6は、U相導体部22U及び25Uの逆起電力U2及びU5と反対向きとなる。U相巻線2Uの逆起電力は、4つの導体電圧U1、U3、U4及びU6の合計と2つの導体電圧U2及びU5の合計との差となる。したがって、U相巻線2Uの逆起電力は大幅に低減される。同様に、V相巻線2V及びW相巻線2Wの逆起電力も大幅に低減される。 FIG. 4 shows an example of the back electromotive force (back EMF) of the U-phase conductor portion 21U-26U in the bipolar mode. According to this two-pole mode, the counter electromotive forces U1, U3, U4, and U6 of the U-phase conductor portions 21U, 23U, 24U, and 26U are opposite to the counter-electromotive forces U2 and U5 of the U-phase conductor portions 22U and 25U. Become. The counter electromotive force of the U-phase winding 2U is the difference between the sum of the four conductor voltages U1, U3, U4, and U6 and the sum of the two conductor voltages U2 and U5. Therefore, the counter electromotive force of the U-phase winding 2U is greatly reduced. Similarly, the back electromotive force of the V-phase winding 2V and the W-phase winding 2W is also greatly reduced.
図5はランデル型ロータコア8の側面図である。ロータコア8は12極のロータ磁極をもつ。左コアは互いに空間角180度離れた2つのポール部81をもつ。右コアも互いに空間角180度離れた2つのポール部84をもつ。爪状コア82はポール部81から軸方向へ延在している。爪状コア85はポール部82から軸方向かつ爪状コア85と反対向きに延在している。爪状コア82及び85はそれぞれ略90度の周方向幅(空間角)をもち、周方向へ交互に配置されている。 FIG. 5 is a side view of the Landel-type rotor core 8. The rotor core 8 has 12 rotor magnetic poles. The left core has two pole portions 81 separated by a spatial angle of 180 degrees. The right core also has two pole portions 84 that are 180 degrees apart from each other. The claw-like core 82 extends from the pole portion 81 in the axial direction. The claw-shaped core 85 extends from the pole portion 82 in the axial direction and in the opposite direction to the claw-shaped core 85. The claw-shaped cores 82 and 85 each have a circumferential width (space angle) of approximately 90 degrees and are alternately arranged in the circumferential direction.
爪状コア82は、周方向両側に形成された2つのコア極54及び56と、2つのコア極54及び56の間に形成された1つのマグネット極55をもつ。マグネット極55は、爪状コア82の周方向中央部820に形成された溝部に固定されている。ネオジム磁石からなるマグネット極55の外周表面はN極に磁化されている。 The claw-shaped core 82 has two core poles 54 and 56 formed on both sides in the circumferential direction and one magnet pole 55 formed between the two core poles 54 and 56. The magnet pole 55 is fixed to a groove formed in the central portion 820 in the circumferential direction of the claw-shaped core 82. The outer peripheral surface of the magnet pole 55 made of a neodymium magnet is magnetized to the N pole.
同様に、爪状コア85は、周方向両側に形成された2つのコア極51及び53と、2つのコア極51及び53の間に形成された1つのマグネット極52をもつ。マグネット極52は、爪状コア85の周方向中央部850に形成された溝部に固定されている。ネオジム磁石からなるマグネット極52の外周表面はS極に磁化されている。 Similarly, the claw-shaped core 85 has two core poles 51 and 53 formed on both sides in the circumferential direction and one magnet pole 52 formed between the two core poles 51 and 53. The magnet pole 52 is fixed to a groove formed in the circumferential central portion 850 of the claw-shaped core 85. The outer peripheral surface of the magnet pole 52 made of a neodymium magnet is magnetized to the S pole.
図6はロータ磁極51-56の周方向展開図である。コア極54及び56とマグネット極52とがロータのd-軸に配置されている。コア極51及び53とマグネット極55とがロータのd+軸に配置されている。d-軸とd+軸との間の電気角は180度である。ステータコア7の軸方向幅は磁極51-56の軸方向幅Wfに略等しい。 FIG. 6 is a circumferential development of the rotor magnetic poles 51-56. Core poles 54 and 56 and magnet pole 52 are disposed on the d-axis of the rotor. Core poles 51 and 53 and a magnet pole 55 are arranged on the d + axis of the rotor. The electrical angle between the d− axis and the d + axis is 180 degrees. The axial width of the stator core 7 is substantially equal to the axial width Wf of the magnetic poles 51-56.
図7は各モードを説明する模式図である。各モードは界磁電流の制御により実施される。マグネット極52及び55はそれぞれ磁石磁束Fmを発生する。コア極51、53-54及び56はそれぞれ界磁磁束Ffを発生する。 FIG. 7 is a schematic diagram for explaining each mode. Each mode is implemented by controlling the field current. The magnet poles 52 and 55 each generate a magnet magnetic flux Fm. Each of the core poles 51, 53-54 and 56 generates a field magnetic flux Ff.
磁束配列パターン101は2極モードを示す。界磁電流を第1方向へ流すことにより、コア極51及び53はS極となり、コア極54及び56はN極となる。その結果、磁極51-53は実質的に1つのS極を形成し、磁極54-56は実質的に1つのN極を形成する。結局、6つの磁極51-56は実質的に2つのロータ磁極を構成する。この2極モードによれば、ロータ磁界の空間周波数が低減されるので、ステータコア7の鉄損が低減される。 The magnetic flux arrangement pattern 101 shows a dipole mode. By causing the field current to flow in the first direction, the core poles 51 and 53 become S poles, and the core poles 54 and 56 become N poles. As a result, the magnetic poles 51-53 substantially form one S pole, and the magnetic poles 54-56 substantially form one N pole. Eventually, the six magnetic poles 51-56 substantially constitute two rotor magnetic poles. According to this two-pole mode, the spatial frequency of the rotor magnetic field is reduced, so that the iron loss of the stator core 7 is reduced.
磁束配列パターン102は、2極モードの一例である発電停止モードを示す。界磁電流の低減により、界磁磁束Ffは磁石磁束Fmの約半分とされる。これにより、各相巻線3U、3V及び3Wの逆起電力(発電電圧)はそれぞれほぼゼロとなる。言い換えれば、この発電停止モードによれば、コア極の磁束総量とマグネット極の磁束総量との差が各相巻線2U、2V及び2Wに誘起する発電電圧がバッテリ電圧未満となるように、界磁電流が制御される。これにより、永久磁石同期機を用いるにももかかわらず、バッテリの過充電を防止することができる。この発電停止モードによれば、磁束配列パターン102がほぼ正弦波形状となるので、ステータコア7の高調波鉄損が低減される。 The magnetic flux array pattern 102 indicates a power generation stop mode that is an example of a two-pole mode. By reducing the field current, the field flux Ff is about half of the magnet flux Fm. Thereby, the back electromotive force (generated voltage) of each phase winding 3U, 3V, and 3W becomes substantially zero, respectively. In other words, according to this power generation stop mode, the difference between the total magnetic flux of the core pole and the total magnetic flux of the magnet pole is such that the generated voltage induced in each phase winding 2U, 2V and 2W is less than the battery voltage. The magnetic current is controlled. Thereby, although a permanent magnet synchronous machine is used, the overcharge of a battery can be prevented. According to this power generation stop mode, the magnetic flux arrangement pattern 102 has a substantially sinusoidal shape, so that the harmonic iron loss of the stator core 7 is reduced.
界磁電流制御回路11の故障などにより界磁電流の制御が不可能となる時、マグネット磁束をコア磁束によりキャンセルできないので、ステータ巻線2は発生する逆起電力(発電電圧)が増加する。しかし、バッテリの消費電流を増加することにより、バッテリの過充電を防止することができる。 When the field current cannot be controlled due to a failure of the field current control circuit 11 or the like, the magnet magnetic flux cannot be canceled by the core magnetic flux, so that the counter electromotive force (generated voltage) generated in the stator winding 2 increases. However, it is possible to prevent overcharging of the battery by increasing the current consumption of the battery.
磁束配列パターン103は6極モードを示す。界磁電流を逆方向に流すことにより、コア極51及び53はN極となり、コア極54及び56はS極となる。これにより、磁極51-56は6つの磁極を交互に形成する。ステータ巻線2の各導体部は、ステータ巻線は、6極モードにおけるロータ磁極ピッチと等しいステータ磁極ピッチをもつので、トルクは大幅に増加される。 The magnetic flux array pattern 103 shows a 6-pole mode. By causing the field current to flow in the opposite direction, the core poles 51 and 53 become N poles, and the core poles 54 and 56 become S poles. Thereby, the magnetic poles 51-56 alternately form six magnetic poles. Since each conductor portion of the stator winding 2 has a stator pole pitch equal to the rotor pole pitch in the six-pole mode, the torque is greatly increased.
この実施例のISGによれば、6極モードでエンジンを始動することにより、エンジン始動トルクを増加することができる。2極モードにより高速発電を実施することにより、永久磁石が用いるにもかかわらず、発電の停止及び鉄損の低減を実現することができる。 According to the ISG of this embodiment, the engine starting torque can be increased by starting the engine in the 6-pole mode. By carrying out high-speed power generation in the two-pole mode, it is possible to realize stoppage of power generation and reduction of iron loss despite using permanent magnets.
永久磁石を用いることにより、エンジン始動に必要なロータ磁束の一部を界磁電流の通電無しに発生することができる。さらに、マグネット極が占有する磁路面積だけ、界磁コイルのインダクタンスを減らすことができるので、エンジン始動に必要なロータ磁束の残りを速やかに確保することができる。 By using the permanent magnet, a part of the rotor magnetic flux required for starting the engine can be generated without applying a field current. Furthermore, since the inductance of the field coil can be reduced by the area of the magnetic path occupied by the magnet pole, the remainder of the rotor magnetic flux required for starting the engine can be secured quickly.
さらに、エンジン始動後に実行される2極モードによれば、トルクアシスト動作や発電制動動作のための界磁磁束の増加を加速することができる。すなわち、界磁コイルのインダクタンスが永久磁石により低減されるので、トルクアシスト動作や発電制動動作のための界磁磁束の急速な増加が可能となる。 Furthermore, according to the two-pole mode executed after the engine is started, an increase in the field magnetic flux for the torque assist operation and the dynamic braking operation can be accelerated. That is, since the inductance of the field coil is reduced by the permanent magnet, the field magnetic flux for the torque assist operation and the dynamic braking operation can be rapidly increased.
互いに隣接する2つの爪状コア82及び85の間のギャップに補助永久磁石を固定することができる。一例によれば、この補助永久磁石は、爪状コア82をS極に磁化し、爪状コア85をN極に磁化する向きに磁化する。これにより、エンジン始動時に、コア極51及び53をN極に磁化し、コア極54及び56をS極に磁化するために必要な界磁電流値を得るための時間を短縮することができる。その結果、エンジン始動時間を短縮することができる。 An auxiliary permanent magnet can be fixed in the gap between the two claw-like cores 82 and 85 adjacent to each other. According to one example, the auxiliary permanent magnet magnetizes the claw-shaped core 82 in the direction of magnetizing the south pole and the claw-shaped core 85 in the direction of magnetizing the north pole. Thereby, at the time of engine starting, the time for obtaining the field current value necessary for magnetizing the core poles 51 and 53 to the N pole and magnetizing the core poles 54 and 56 to the S pole can be shortened. As a result, the engine start time can be shortened.
エンジン始動時間をさらに短縮するために、界磁コイル9の巻数は従来のオルタネータよりも低減されることが好適である。アイドルストップ中に界磁電流の一部を通電することにより、ロータの6極モードを維持することが好適である。たとえば、定格最大電流値の40%の界磁電流がアイドルストップ期間中に界磁コイル9に通電される。アイドルストップ期間中の界磁コイル9の銅損は約16%となる。モードの変更時にインバータ3のd軸電流を制御することができる。d軸電流は、モード変更によるコア極の極性逆転をアシストする方向へ通電される。 In order to further shorten the engine start time, the number of turns of the field coil 9 is preferably reduced as compared with the conventional alternator. It is preferable to maintain the 6-pole mode of the rotor by energizing part of the field current during idle stop. For example, a field current of 40% of the rated maximum current value is supplied to the field coil 9 during the idle stop period. The copper loss of the field coil 9 during the idle stop period is about 16%. The d-axis current of the inverter 3 can be controlled when the mode is changed. The d-axis current is energized in a direction that assists in reversing the polarity of the core pole due to the mode change.
第1実施例の変形態様が以下に説明される。この変形態様は、第1実施例のISGをオルタネータとして用いる点にその特徴がある。図1及び図2に示されるインバータ3は3相ダイオード整流器に変更される。6極モードの採用により、このオルタネータの低速発電性能が向上される。これにより、オルタネータの小型軽量化が実現する。2極モードの採用により、永久磁石を用いるにもかかわらず発電停止及び鉄損低減が可能となる。 Variations of the first embodiment will be described below. This modification is characterized in that the ISG of the first embodiment is used as an alternator. The inverter 3 shown in FIGS. 1 and 2 is changed to a three-phase diode rectifier. The adoption of the 6-pole mode improves the low-speed power generation performance of this alternator. As a result, the alternator can be reduced in size and weight. By adopting the two-pole mode, it is possible to stop power generation and reduce iron loss despite using a permanent magnet.
さらに、この変形態様によれば、車両制動時に2極モードから6極モードへ変更することにより、発電電流を大幅に増大することができる。同様に、車両加速時に発電停止モードを採用することにより、車両加速を促進することができる。界磁コイルのインダクタンス低減により、発電停止のための界磁電流の制御は従来のオルタネータよりも速やかに完了することができる。 Furthermore, according to this modification, the generated current can be greatly increased by changing from the 2-pole mode to the 6-pole mode during vehicle braking. Similarly, by adopting the power generation stop mode during vehicle acceleration, vehicle acceleration can be promoted. By reducing the inductance of the field coil, the control of the field current for stopping the power generation can be completed more quickly than the conventional alternator.
第2実施例
第2実施例が以下に説明される。この第2実施例は第1実施例のISGのコア極及びマグネット極の位置を逆転した点をその特徴とする。図8は6極モードを模式的に示す配線図であり、図9は2極モードを模式的に示す配線図である。
Second Embodiment A second embodiment is described below. This second embodiment is characterized in that the positions of the core pole and magnet pole of the ISG of the first embodiment are reversed. FIG. 8 is a wiring diagram schematically showing the 6-pole mode, and FIG. 9 is a wiring diagram schematically showing the 2-pole mode.
図8は6極モードにおけるU相導体部21U-26Uの逆起電力の一例を示す。この6極モードは図3に示される第1実施例の6極モードと本質的に同じである。各相巻線2U、2V及び2Wは同様の逆起電力を発生する。 FIG. 8 shows an example of the back electromotive force of the U-phase conductor portion 21U-26U in the 6-pole mode. This 6-pole mode is essentially the same as the 6-pole mode of the first embodiment shown in FIG. Each phase winding 2U, 2V and 2W generates similar back electromotive force.
図9は2極モードにおけるU相導体部21U-26Uの逆起電力の一例を示す。U相導体部21U、23U、24U及び26Uの逆起電力U1、U3、U4及びU6は6極モードと同じ向きとなる。U相導体部22U及び25Uの逆起電力U2及びU5は6極モードと反対向きとなる。結局、U相巻線2Uの発電電圧は大幅に低減される。V相巻線2V及びW相巻線2Wの発電電圧も同様に低減される。 FIG. 9 shows an example of the back electromotive force of the U-phase conductor portion 21U-26U in the bipolar mode. The counter electromotive forces U1, U3, U4, and U6 of the U-phase conductor portions 21U, 23U, 24U, and 26U are in the same direction as in the 6-pole mode. The counter electromotive forces U2 and U5 of the U-phase conductor portions 22U and 25U are opposite to the 6-pole mode. Eventually, the generated voltage of the U-phase winding 2U is greatly reduced. The generated voltage of the V-phase winding 2V and the W-phase winding 2W is also reduced.
図10はロータ磁極51-56を示す周方向展開図である。永久磁石の個数を低減するために、マグネット極53及び54は1つの永久磁石202により構成されている。同様に、マグネット極51及び56も1つの永久磁石201により構成されている。永久磁石201及び202が爪状コア82及び85に楔状に保持されるため、高速回転にもかかわらず永久磁石201及び202の脱落を良好に防止することができる(図11参照)。 FIG. 10 is a development in the circumferential direction showing the rotor magnetic poles 51-56. In order to reduce the number of permanent magnets, the magnet poles 53 and 54 are constituted by one permanent magnet 202. Similarly, the magnet poles 51 and 56 are also composed of one permanent magnet 201. Since the permanent magnets 201 and 202 are held in a wedge shape on the claw-like cores 82 and 85, the permanent magnets 201 and 202 can be prevented from falling off despite high speed rotation (see FIG. 11).
図11は各モードを説明する模式図である。マグネット極51、53、54及び56は磁石磁束Fmを発生する。コア極52及び55は界磁磁束Ffを発生する。磁束配列パターン101は2極モードを示す。コア極52がS極となり、コア極55がN極となるので、磁極51-53は実質的に1つのS極を形成し、磁極54-56は実質的に1つのN極を形成する。結局、6つの磁極51-56は実質的に2つのロータ磁極を構成する。ロータ磁界の空間周波数が低減されるので、ステータコア7の鉄損が低減される。 FIG. 11 is a schematic diagram for explaining each mode. The magnet poles 51, 53, 54 and 56 generate a magnet magnetic flux Fm. The core poles 52 and 55 generate a field magnetic flux Ff. The magnetic flux arrangement pattern 101 shows a dipole mode. Since the core pole 52 becomes the S pole and the core pole 55 becomes the N pole, the magnetic poles 51-53 substantially form one S pole, and the magnetic poles 54-56 substantially form one N pole. Eventually, the six magnetic poles 51-56 substantially constitute two rotor magnetic poles. Since the spatial frequency of the rotor magnetic field is reduced, the iron loss of the stator core 7 is reduced.
磁束配列パターン103は6極モードを示す。コア極52がN極となり、コア極55がS極となるので、6つの磁極51-56は6つのロータ磁極を形成する。ステータ巻線2は、この6極モードのロータ磁極ピッチと等しいステータ磁極ピッチをもつ。この第2実施例のISGは第1実施例のISGと同様の効果を奏する。 The magnetic flux array pattern 103 shows a 6-pole mode. Since the core pole 52 is an N pole and the core pole 55 is an S pole, the six magnetic poles 51 to 56 form six rotor magnetic poles. The stator winding 2 has a stator magnetic pole pitch equal to the rotor magnetic pole pitch of this 6-pole mode. The ISG of the second embodiment has the same effects as the ISG of the first embodiment.
第3実施例
第3実施例が図12を参照して説明される。この実施例は既述された第1実施例又は第2実施例の界磁コイル9に追加される。界磁コイル9は、図1に示されるボス部80及び83に同一向きに巻かれた第1コイル91及び第2コイル92からなる。直列ダイオード12及び並列ダイオード13-14がロータコア8に固定されている。Hブリッジからなる界磁電流制御回路11が2つのスリップリング・ブラシペア15及び16を通じて界磁コイル9に接続されている。
Third Embodiment A third embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is added to the field coil 9 of the first embodiment or the second embodiment already described. The field coil 9 includes a first coil 91 and a second coil 92 wound in the same direction on the boss portions 80 and 83 shown in FIG. A series diode 12 and a parallel diode 13-14 are fixed to the rotor core 8. A field current control circuit 11 comprising an H bridge is connected to the field coil 9 through two slip ring / brush pairs 15 and 16.
直列ダイオード12のアノードは第1コイル91の一端に接続され、第1コイル91の他端はHブリッジ11のレグ11Aに接続されている。直列ダイオード12のカソードは第2コイル92の一端に接続され、第2コイル92の他端はHブリッジ11のレグ11Bに接続されている。並列ダイオード13のアノードはレグ11Bに接続され、並列ダイオード13のカソードは直列ダイオードのアノードに接続されている。並列ダイオード14のアノードは直列ダイオードのカソードに接続され、並列ダイオード14のカソードはレグ11Aに接続されている。 The anode of the series diode 12 is connected to one end of the first coil 91, and the other end of the first coil 91 is connected to the leg 11 </ b> A of the H bridge 11. The cathode of the series diode 12 is connected to one end of the second coil 92, and the other end of the second coil 92 is connected to the leg 11 </ b> B of the H bridge 11. The anode of the parallel diode 13 is connected to the leg 11B, and the cathode of the parallel diode 13 is connected to the anode of the series diode. The anode of the parallel diode 14 is connected to the cathode of the series diode, and the cathode of the parallel diode 14 is connected to the leg 11A.
レグ11Aは、直列接続された上アームスイッチ111及び下アームスイッチ114をもつ。レグ11Bは、直列接続された上アームスイッチ113及び下アームスイッチ112をもつ。4つのスイッチ111-114は、逆並列ダイオードをもつMOSトランジスタにより構成されている。 The leg 11A has an upper arm switch 111 and a lower arm switch 114 connected in series. The leg 11B has an upper arm switch 113 and a lower arm switch 112 connected in series. The four switches 111-114 are constituted by MOS transistors having antiparallel diodes.
エンジン始動のために実行される6極モードによれば、スイッチ113及び114がオンされ、スイッチ111及び112がオフされる。界磁電流は並列ダイオード13及び14を通じて第1コイル91及び第2コイル92に並列に流れる。界磁コイル9のインダクタンスが1/4となるので、界磁電流は急速に増加する。 According to the 6-pole mode executed for starting the engine, the switches 113 and 114 are turned on and the switches 111 and 112 are turned off. The field current flows in parallel to the first coil 91 and the second coil 92 through the parallel diodes 13 and 14. Since the inductance of the field coil 9 becomes 1/4, the field current increases rapidly.
スイッチ113及びスイッチ114がオフされる時、6極モードのための界磁電流が停止される。第1コイル91及び第2コイル92の残留磁気エネルギーはそれぞれ、スイッチ111及び112の逆並列ダイオードを通じてバッテリに電流を流す。これにより、6極モードの終了時に、界磁電流は急速に減衰する。 When switch 113 and switch 114 are turned off, the field current for the 6-pole mode is stopped. The residual magnetic energy of the first coil 91 and the second coil 92 causes a current to flow through the battery through the antiparallel diodes of the switches 111 and 112, respectively. Thereby, at the end of the 6-pole mode, the field current rapidly decays.
発電動作のために実行される2極モードによれば、スイッチ111及び112がオンされ、スイッチ113及び114がオフされる。これにより、界磁電流は直列ダイオード12を通じて直列に接続された第1コイル91及び第2コイル92を通じて流れる。界磁コイル9の巻数が2倍となるので、界磁電流を低減することができる。 According to the two-pole mode executed for the power generation operation, the switches 111 and 112 are turned on and the switches 113 and 114 are turned off. Thereby, the field current flows through the first coil 91 and the second coil 92 connected in series through the series diode 12. Since the number of turns of the field coil 9 is doubled, the field current can be reduced.
スイッチ111及び112のどちらかをPWMスイッチングすることにより、2極モードの界磁電流が制御され、発電電流が調整される。スイッチ111がオフされる時、第1コイル91及び第2コイル92の残留磁気エネルギーは、直列ダイオード12及びスイッチ112及びスイッチ114を通じて循環するフリーホィーリング電流を発生する。スイッチ112がオフされる時、第1コイル91及び第2コイル92の残留磁気エネルギーは、直列ダイオード12及びスイッチ111及びスイッチ113を通じて循環するフリーホィーリング電流を発生する。 By switching one of the switches 111 and 112 by PWM switching, the field current in the two-pole mode is controlled and the generated current is adjusted. When the switch 111 is turned off, the residual magnetic energy of the first coil 91 and the second coil 92 generates a freewheeling current that circulates through the series diode 12, the switch 112, and the switch 114. When the switch 112 is turned off, the residual magnetic energy of the first coil 91 and the second coil 92 generates a freewheeling current that circulates through the series diode 12, the switch 111, and the switch 113.
この実施例の界磁電流制御回路は、界磁電流の方向を逆転するためのHブリッジ11を元々装備する第1実施例及び第2実施例のランデル型ISGとともに使用されることが最適である。しかし、ロータ極数を変更しない従来のISGやオルタネータがこの界磁電流制御回路を採用することも可能である。 The field current control circuit of this embodiment is optimally used with the Landell-type ISG of the first and second embodiments that originally have an H-bridge 11 for reversing the direction of the field current. . However, a conventional ISG or alternator that does not change the number of rotor poles can adopt this field current control circuit.
第4実施例
第4実施例が以下に説明される。この実施例は通常の永久磁石同期機(PMSM)に適用される。図13は、ロータ極数変換型トラクションモータのロータを示す模式軸方向断面図である。ステータは図1に示されるステータ1と同じである。
Fourth Embodiment A fourth embodiment is described below. This embodiment is applied to a normal permanent magnet synchronous machine (PMSM). FIG. 13 is a schematic axial sectional view showing a rotor of a rotor pole number conversion type traction motor. The stator is the same as the stator 1 shown in FIG.
ロータ8Aは、回転軸6に嵌められた積層鋼板製のロータコア800と、円筒状のロータコア800の外周部に固定された永久磁石とからなる。ロータコア8Aの外周面は小ギャップを隔ててステータコア7の内周面に対面している。したがって、この同期機は、インナーロータ構造をもつ通常の永久磁石型同期モータと同じ構造を有している。ステータ巻線2に給電する3相のインバータ3はコントローラ4により制御される。 The rotor 8A includes a laminated steel core rotor core 800 fitted to the rotary shaft 6 and a permanent magnet fixed to the outer peripheral portion of the cylindrical rotor core 800. The outer peripheral surface of the rotor core 8A faces the inner peripheral surface of the stator core 7 with a small gap therebetween. Therefore, this synchronous machine has the same structure as an ordinary permanent magnet type synchronous motor having an inner rotor structure. A three-phase inverter 3 that supplies power to the stator winding 2 is controlled by a controller 4.
図14はロータ8Aの模式径方向断面図である。それぞれ6極のロータ磁極51-56からなる2組のロータ磁極がロータコア800の外周面のd+軸位置及びd-軸位置に順番に形成されている。互いに空間角180度離れた2つのマグネット極52はS極をもつ。互いに空間角180度離れた2つのマグネット極55はN極をもつ。マグネット極52とマグネット極55との間の空間角は90度である。マグネット極52及び55は、ロータコア800の外周面を凹設した磁石溝に固定された永久磁石からなる。マグネット極52及び55はロータコア800に埋め込まれてもよい。 FIG. 14 is a schematic radial cross-sectional view of the rotor 8A. Two sets of rotor magnetic poles, each consisting of six rotor magnetic poles 51-56, are formed in order at the d + axis position and the d − axis position of the outer peripheral surface of the rotor core 800. Two magnet poles 52 that are 180 degrees apart from each other have an S pole. Two magnet poles 55 that are 180 degrees apart from each other have N poles. The space angle between the magnet pole 52 and the magnet pole 55 is 90 degrees. The magnet poles 52 and 55 are made of permanent magnets fixed in magnet grooves in which the outer peripheral surface of the rotor core 800 is recessed. The magnet poles 52 and 55 may be embedded in the rotor core 800.
コア極56及び51がマグネット極55及び52の間に配置されている。コア極53及び54がマグネット極52及び55の間に配置されている。結局、合計12個のロータ磁極がロータ8Aのd+軸位置及びd-軸位置に形成される。ロータコア800はマルチフラックスバリア801及び802をもつ。マルチフラックスバリア801及び802はそれぞれ、フラックスバリアと呼ばれる複数の円弧状の溝からなる。言い換えれば、ロータコア800は従来の同期シンクロナスリラクタンスモータと実質的に同じマルチフラックスバリア構造をもつ。 Core poles 56 and 51 are disposed between magnet poles 55 and 52. Core poles 53 and 54 are disposed between magnet poles 52 and 55. Eventually, a total of 12 rotor magnetic poles are formed at the d + axis position and the d− axis position of the rotor 8A. The rotor core 800 has multi-flux barriers 801 and 802. Each of the multi-flux barriers 801 and 802 includes a plurality of arc-shaped grooves called flux barriers. In other words, the rotor core 800 has substantially the same multi-flux barrier structure as a conventional synchronous synchronous reluctance motor.
マルチフラックスバリア801は、互いに隣接するコア極53及び54の間のd軸磁気抵抗と、互いに隣接するマグネット極52及び55間のd軸磁気抵抗とを減らす向きに形成されている。マルチフラックスバリア802は、互いに隣接するコア極56及び51の間のd軸磁気抵抗と、互いに隣接するマグネット極55及び52間のd軸磁気抵抗とを減らす向きに形成されている。 The multi-flux barrier 801 is formed to reduce the d-axis magnetic resistance between the adjacent core poles 53 and 54 and the d-axis magnetic resistance between the adjacent magnet poles 52 and 55. The multi-flux barrier 802 is formed to reduce the d-axis magnetic resistance between the core poles 56 and 51 adjacent to each other and the d-axis magnetic resistance between the magnet poles 55 and 52 adjacent to each other.
互いに隣接するマルチフラックスバリア801及び802の間の空間角は90度である。マルチフラックスバリア801及び802はそれぞれ、互いに隣接するq+軸とq-軸との間のq軸磁気抵抗を増加する向きに形成されている。q軸インダクタンスによる悪影響を低減するために、d+軸及びd-軸に配置される永久磁石を隣接のq軸方向へ延長してもよい。結局、ロータ8Aは、ステータ巻線2に大きなd軸インダクタンスLdと小さいq軸インダクタンスLqとを与える。 The spatial angle between adjacent multiflux barriers 801 and 802 is 90 degrees. Each of the multiflux barriers 801 and 802 is formed to increase the q-axis magnetic resistance between the q + axis and the q− axis adjacent to each other. In order to reduce adverse effects due to q-axis inductance, permanent magnets arranged on the d + axis and the d− axis may be extended in the adjacent q-axis direction. Eventually, the rotor 8A gives the stator winding 2 a large d-axis inductance Ld and a small q-axis inductance Lq.
ステータ巻線2は第1実施例と同様に12極のステータ磁極を形成する。インバータ3からステータ巻線2に供給されるステータ電流に含まれるd軸電流Idの方向を逆転することにより、コア極51、53-54及び56の極性が変更される。 The stator winding 2 forms 12 stator magnetic poles as in the first embodiment. By reversing the direction of the d-axis current Id included in the stator current supplied from the inverter 3 to the stator winding 2, the polarities of the core poles 51, 53-54 and 56 are changed.
6極モードによれば、互いに隣接する1つのコア極と1つのマグネット極とが反対の極性をもつ。2極モードによれば、互いに隣接する1つのコア極と1つのマグネット極とは同じ極性をもつ。6極モードはたとえばエンジン始動時に採用される。2極モードはたとえば高速時に採用される。6極モード及び2極モードの詳細は第1実施例と本質的に同じである。 According to the 6-pole mode, one core pole and one magnet pole adjacent to each other have opposite polarities. According to the two-pole mode, one core pole and one magnet pole adjacent to each other have the same polarity. The 6-pole mode is employed when the engine is started, for example. The bipolar mode is employed at high speed, for example. Details of the 6-pole mode and the 2-pole mode are essentially the same as in the first embodiment.
図15は各モードを説明する模式図である。S極のマグネット極52及びN極のマグネット極55は磁石磁束Fmを発生する。d軸電流により磁化されてN極又はS極となるコア極51、53-54及び56はd軸磁束Fdを発生する。図15の磁束パターンは図7の磁束パターンと本質的に同じである。ただし、図15に示されるコア極51、53-54及び56は界磁磁束Ff(図7参照)の代わりにd軸磁束Fdを発生する。図15に示される各モードにおける詳細は図7に示される各モードの詳細と本質的に同じであるため、その説明は省略される。ただし、d軸電流は、真空と見なされる永久磁石を通過することなく、コア極51、53、54及び56を磁化するため、極性変更のためのd軸電流を低減することができる。 FIG. 15 is a schematic diagram for explaining each mode. The S-pole magnet pole 52 and the N-pole magnet pole 55 generate a magnet magnetic flux Fm. The core poles 51, 53-54 and 56, which are magnetized by the d-axis current and become the N pole or S pole, generate a d-axis magnetic flux Fd. The magnetic flux pattern of FIG. 15 is essentially the same as the magnetic flux pattern of FIG. However, the core poles 51, 53-54 and 56 shown in FIG. 15 generate a d-axis magnetic flux Fd instead of the field magnetic flux Ff (see FIG. 7). The details of each mode shown in FIG. 15 are essentially the same as the details of each mode shown in FIG. However, since the d-axis current magnetizes the core poles 51, 53, 54, and 56 without passing through a permanent magnet that is regarded as a vacuum, the d-axis current for polarity change can be reduced.
第5実施例
第5実施例が以下に説明される。この実施例は通常の永久磁石同期機(PMSM)に適用される。図16は、ロータ極数変換型トラクションモータのロータを示す模式径方向断面図である。ステータは、図13に示されるステータ1と本質的に同じである。ただし、図16に示されるコア極とマグネット極は、図14に示されるコア極とマグネット極と逆の位置に配置されている。
Fifth Embodiment A fifth embodiment is described below. This embodiment is applied to a normal permanent magnet synchronous machine (PMSM). FIG. 16 is a schematic radial cross-sectional view showing a rotor of a rotor pole number conversion traction motor. The stator is essentially the same as the stator 1 shown in FIG. However, the core pole and the magnet pole shown in FIG. 16 are disposed at positions opposite to the core pole and the magnet pole shown in FIG.
N極のマグネット極51及び53はコア極52を挟んで配置されている。S極のマグネット極54及び56はコア極55を挟んで配置されている。コア極52はコア極55から空間角90度離れて配置されている。マグネット極52及び55はロータコア800の外周面を凹設した溝に固定されている。結局、2組のロータ磁極51-56がロータ8Aのd+軸位置及びd-軸位置に配置されている。ロータコア800はマルチフラックスバリア801及び802をもつ。 N-pole magnet poles 51 and 53 are arranged with a core pole 52 in between. The S-pole magnet poles 54 and 56 are arranged with the core pole 55 interposed therebetween. The core pole 52 is disposed at a spatial angle of 90 degrees from the core pole 55. The magnet poles 52 and 55 are fixed to grooves in which the outer peripheral surface of the rotor core 800 is recessed. Eventually, two sets of rotor magnetic poles 51-56 are arranged at the d + axis position and the d− axis position of the rotor 8A. The rotor core 800 has multi-flux barriers 801 and 802.
マルチフラックスバリア801は、互いに隣接するマグネット極51及び56の間のd軸磁気抵抗と、互いに隣接するコア極55及び52間のd軸磁気抵抗とを減らす向きに形成されている。マルチフラックスバリア802は、互いに隣接するマグネット極53及び54の間のd軸磁気抵抗と、互いに隣接するマグネット極52及び55間のd軸磁気抵抗とを減らす向きに形成されている。 The multi-flux barrier 801 is formed to reduce the d-axis magnetic resistance between the magnet poles 51 and 56 adjacent to each other and the d-axis magnetic resistance between the core poles 55 and 52 adjacent to each other. The multi-flux barrier 802 is formed to reduce the d-axis magnetic resistance between the magnet poles 53 and 54 adjacent to each other and the d-axis magnetic resistance between the magnet poles 52 and 55 adjacent to each other.
マルチフラックスバリア801及び802は、互いに隣接するq+軸とq-軸との間のq軸磁気抵抗を増加する。結局、磁気突極型のロータ8Aは、大きなd軸インダクタンスLdと、小さいq軸インダクタンスLqとをステータ巻線2に与える。マグネット極52及び54を構成する永久磁石は、ロータコア8A内部に埋め込
まれてもよい。
The multiflux barriers 801 and 802 increase the q-axis magnetoresistance between the q + axis and the q− axis adjacent to each other. Eventually, the magnetic salient pole type rotor 8A provides the stator winding 2 with a large d-axis inductance Ld and a small q-axis inductance Lq. The permanent magnets constituting the magnet poles 52 and 54 may be embedded in the rotor core 8A.
ステータ巻線は12極のステータ磁極を形成する。ステータ電流に含まれるd軸電流Idの方向を反転することにより、4つのコア極52及び55の極性が反転される。6極モードによれば、コア極は隣接するマグネット極と反対の極性をもつ。2極モードによれば、コア極は隣接するマグネット極と同じ極性をもつ。6極モードはたとえばエンジン始動時に採用される。2極モードはたとえば高速時に採用される。 The stator winding forms a 12-pole stator pole. By reversing the direction of the d-axis current Id included in the stator current, the polarities of the four core poles 52 and 55 are reversed. According to the 6-pole mode, the core pole has the opposite polarity to the adjacent magnet pole. According to the two-pole mode, the core pole has the same polarity as the adjacent magnet pole. The 6-pole mode is employed when the engine is started, for example. The bipolar mode is employed at high speed, for example.
図17は各モードを説明する模式図である。ただし、各永久磁石はロータコア800内に形成された磁石収容孔に収容されている。言い換えれば、ロータ8Aは公知の埋め込み磁石構造をもつ。永久磁石が収容されない各磁石収容孔の両端部はフラックスバリア59を構成している。 FIG. 17 is a schematic diagram for explaining each mode. However, each permanent magnet is accommodated in a magnet accommodation hole formed in the rotor core 800. In other words, the rotor 8A has a known embedded magnet structure. Both end portions of each magnet accommodation hole in which no permanent magnet is accommodated constitute a flux barrier 59.
S極のマグネット極54及び56並びにN極のマグネット極51及び53は磁石磁束Fmを発生する。コア極52及び54はd軸磁束Fdを発生する。図17に示される磁束パターンは図11に示される磁束パターンと本質的に同じである。ただし、図17に示されるコア極52及び55は、図11に示される界磁磁束Ffの代わりにd軸磁束Fdを発生する。図17に示される各モードは、図11に示される各モードと本質的に同じである。 The S magnetic poles 54 and 56 and the N magnetic poles 51 and 53 generate a magnetic flux Fm. The core poles 52 and 54 generate a d-axis magnetic flux Fd. The magnetic flux pattern shown in FIG. 17 is essentially the same as the magnetic flux pattern shown in FIG. However, the core poles 52 and 55 shown in FIG. 17 generate a d-axis magnetic flux Fd instead of the field magnetic flux Ff shown in FIG. Each mode shown in FIG. 17 is essentially the same as each mode shown in FIG.
第6実施例
第6実施例が図18を参照して説明される。この実施例は、ISGが強力なエンジン始動トルクを発生しなければならないという深刻な問題を解決するためになされたものである。既述したロータ極数切換だけでは、ISGが要求するトルク特性及び発電特性の両方を実現することがなお容易でない点に鑑みてなされたものである。
Sixth Embodiment A sixth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is made to solve the serious problem that the ISG must generate a strong engine starting torque. In view of the fact that it is not yet easy to realize both the torque characteristics and the power generation characteristics required by ISG only by switching the number of rotor poles described above.
図18はステータ巻線2及びインバータ3を示す配線図である。ステータ巻線2は第1の3相巻線2Aと第2の3相巻線2Bとからなる。3相巻線2Aは、星形接続されたU相巻線2U1、V相巻線2V1及びW相巻線2W1からなる。3相巻線2Bは、星形接続された-U相巻線2U2、-V相巻線2V2及び-W相巻線2W2からなる。 FIG. 18 is a wiring diagram showing the stator winding 2 and the inverter 3. The stator winding 2 is composed of a first three-phase winding 2A and a second three-phase winding 2B. The three-phase winding 2A includes a U-phase winding 2U1, a V-phase winding 2V1, and a W-phase winding 2W1 that are star-connected. The three-phase winding 2B includes a -U phase winding 2U2, a -V phase winding 2V2, and a -W phase winding 2W2 connected in a star shape.
U相巻線2U1及び-U相巻線2U2は反対位相のU相電圧を発生する。V相巻線2V1及び-V相巻線2V2は反対位相のV相電圧を発生する。W相巻線2W1及び-W相巻線2W2は反対位相のW相電圧を発生する。言い換えれば、ステータ巻線2は位相が電気角60度ずつずれた6相の相巻線により構成されている。 The U-phase winding 2U1 and the -U-phase winding 2U2 generate U-phase voltages having opposite phases. The V-phase winding 2V1 and the -V-phase winding 2V2 generate opposite-phase V-phase voltages. W-phase winding 2W1 and -W-phase winding 2W2 generate opposite-phase W-phase voltages. In other words, the stator winding 2 is composed of six-phase windings whose phases are shifted by 60 degrees in electrical angle.
交流スイッチであるトライアック15がW相巻線2W1の出力端と-W相巻線2W2とを接続している。インバータ3は、第1の3相巻線2Aに接続される第1インバータ3Aと、第2の3相巻線2Bに接続される第2インバータ3Bとからなる。 A triac 15 that is an AC switch connects the output terminal of the W-phase winding 2W1 and the -W-phase winding 2W2. The inverter 3 includes a first inverter 3A connected to the first three-phase winding 2A and a second inverter 3B connected to the second three-phase winding 2B.
第1インバータ3Aは、MOSトランジスタにより構成されるU相スイッチングレグ3U1及びV相スイッチングレグ3V1と、ダイオードにより構成されるW相ダイオードレグ3W1からなる。第2インバータ3Aは、MOSトランジスタにより構成される-U相スイッチングレグ3U2及び-V相スイッチングレグ3V2と、ダイオードにより構成される-W相ダイオードレグ3W2からなる。 The first inverter 3A includes a U-phase switching leg 3U1 and a V-phase switching leg 3V1 configured by MOS transistors, and a W-phase diode leg 3W1 configured by a diode. The second inverter 3A includes a -U phase switching leg 3U2 and a -V phase switching leg 3V2 configured by MOS transistors, and a -W phase diode leg 3W2 configured by diodes.
U相レグ3U1はU相巻線2U1に接続され、V相レグ3V1はV相巻線2V1に接続され、W相レグ3W1はW相レグ2W1に接続されている。-U相レグ3U2は-U相巻線2U2に接続され、-V相レグ3V2は-V相巻線2V2に接続され、-W相レグ3W2は-W相レグ2W2に接続されている。結局、インバータ3は、4相のスイッチングレグ3U1、3V1、3U2及び3V2と、2相のダイオードレグ3W1及び3W2からなる。 U-phase leg 3U1 is connected to U-phase winding 2U1, V-phase leg 3V1 is connected to V-phase winding 2V1, and W-phase leg 3W1 is connected to W-phase leg 2W1. -U-phase leg 3U2 is connected to -U-phase winding 2U2, -V-phase leg 3V2 is connected to -V-phase winding 2V2, and -W-phase leg 3W2 is connected to -W-phase leg 2W2. After all, the inverter 3 is composed of four-phase switching legs 3U1, 3V1, 3U2 and 3V2 and two-phase diode legs 3W1 and 3W2.
インバータ3及びトライアック15の動作が以下に説明される。
大トルクを発生する必要があるエンジン始動時に、トライアック15がオンされる。次に、4相のスイッチングレグ3U1、3V1、3U2及び3V2がステータ巻線2に略正弦波波形の4相電流を供給する。このモードは4相モードと呼ばれる。これにより、U相電流IUがU相巻線2U1及び2U2に流れ、V相電流IVがV相巻線2V1及び2V2に流れる。その結果、W相巻線2W1及び-W相巻線2W2にW相電流IWが流れる。結局、2つの3相巻線2A及び2Bが直列接続されるので、4相インバータにより大きなトルクを発生することができる。
The operation of the inverter 3 and the triac 15 will be described below.
The triac 15 is turned on when the engine that needs to generate a large torque is started. Next, the four-phase switching legs 3U1, 3V1, 3U2, and 3V2 supply the stator winding 2 with a four-phase current having a substantially sinusoidal waveform. This mode is called a four-phase mode. Thereby, the U-phase current IU flows through the U-phase windings 2U1 and 2U2, and the V-phase current IV flows through the V-phase windings 2V1 and 2V2. As a result, a W-phase current IW flows through the W-phase winding 2W1 and the -W-phase winding 2W2. Eventually, since the two three-phase windings 2A and 2B are connected in series, a large torque can be generated by the four-phase inverter.
高速時にトライアック15がオフされる。その結果、3相巻線2A及び2Bは互いに独立に発電電流又はトルクを発生する。このモードは6相モードと呼ばれる。ステータ巻線2A及び2Bの銅損が低減される。 The triac 15 is turned off at high speed. As a result, the three-phase windings 2A and 2B generate a generated current or torque independently of each other. This mode is called the 6-phase mode. Copper loss of the stator windings 2A and 2B is reduced.
この実施例によれば、1つの双方向スイッチによりステータ巻線2の巻数を切り換えることができるので、永久磁石により高速回転時にバックEMFが過度に上昇する問題が改善される。その結果、既述された発電電圧低減のための界磁電流又はd軸電流の通電による損失を減らすことができる。さらに、エンジン始動時にステータ巻線の巻数を増加できるので、低速トルクを向上することができる。トライアックの代わりに他の双方向スイッチを用いることも可能である。 According to this embodiment, since the number of turns of the stator winding 2 can be switched by one bidirectional switch, the problem that the back EMF excessively increases during high-speed rotation by the permanent magnet is improved. As a result, it is possible to reduce the loss due to energization of the field current or the d-axis current for reducing the generated voltage described above. Furthermore, since the number of turns of the stator winding can be increased when the engine is started, the low speed torque can be improved. Other bidirectional switches can be used instead of the triac.
4相/6相切換法と呼ばれる上記ステータ巻線切換法は、ISG以外のオルタネータなどの可変速同期発電機やトラクションモータのような可変速同期モータに使用されることができ、さらに誘導モータ又は誘導発電機にも採用されることができる。発電機として用いられる時、インバータ3は6相のダイオードレグで構成されることができる。モータとして用いられる時、インバータ3は6相のスイッチングレグで構成されることができる。 The stator winding switching method referred to as the 4-phase / 6-phase switching method can be used for variable speed synchronous generators such as alternators other than ISG and variable speed synchronous motors such as traction motors. It can also be employed in induction generators. When used as a generator, the inverter 3 can be composed of a 6-phase diode leg. When used as a motor, the inverter 3 can be composed of a six-phase switching leg.
上記各実施例はラジアルギャップ型回転電機の代わりにアキシャルギャップ型の回転電機やリニアモータに採用されることもできる。 Each of the above embodiments can be employed in an axial gap type rotating electric machine or a linear motor instead of the radial gap type rotating electric machine.
Claims (12)
ロータコアに対面するステータコアにマグネット極とコア極との合計数に等しい数のステータ磁極を形成するステータ巻線と、コア極の極性を変更することによりロータ磁極の数を切り換える電流制御手段とを有し、
電流制御手段は、ロータ磁極数がステータ磁極数に等しい6極モードと、ロータ磁極数が実質的にステータ磁極数の1/3となる2極モードとの間のモードの切換をコア極の極性変更により実施することを特徴とするロータ極数切換型永久磁石同期機。 In the rotor pole number switching type permanent magnet synchronous machine having a magnet pole and a core pole formed in the rotor core, the magnet pole is formed by a permanent magnet, and the core pole is formed by a magnetic salient pole formed in the rotor core.
The stator core that faces the rotor core has stator windings that form a number of stator poles equal to the total number of magnet poles and core poles, and current control means that switches the number of rotor poles by changing the polarity of the core poles. And
The current control means switches the mode between the 6-pole mode in which the number of rotor magnetic poles is equal to the number of stator magnetic poles and the 2-pole mode in which the number of rotor magnetic poles is substantially 1/3 of the number of stator magnetic poles. A rotor pole number switching type permanent magnet synchronous machine characterized by being implemented by modification.
コア極を形成するための永久磁石は、ランデル型ロータコアの爪状コアに固定されている請求項3記載のロータ極数切換型永久磁石同期機。 The current control means changes the polarity of the core pole by switching the direction of the field current supplied to the field coil wound around the Landell rotor core,
The permanent magnet synchronous machine according to claim 3, wherein the permanent magnet for forming the core pole is fixed to a claw-shaped core of the Landel rotor core.
コントローラは、回転始動時に4相モードを選択することによりトルク発生動作を実行し、かつ、高速回転時に6相モードを選択することにより発電動作を実行する請求項11記載のロータ極数切換型永久磁石同期機。 The two legs connected by the bidirectional switch are constituted by diode legs,
12. The rotor pole number switching type permanent controller according to claim 11, wherein the controller executes a torque generating operation by selecting the four-phase mode at the start of rotation, and executes a power generation operation by selecting the six-phase mode at the time of high speed rotation. Magnet synchronous machine.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014208840 | 2014-10-10 | ||
JP2014208840 | 2014-10-10 |
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ID=55956650
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JP2014210500A Pending JP2016082664A (en) | 2014-10-10 | 2014-10-15 | Permanent magnet synchronous machine capable of switching number of rotor magnetic poles |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2014
- 2014-10-15 JP JP2014210500A patent/JP2016082664A/en active Pending
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