JP3671910B2

JP3671910B2 - 回転電機の接続方法

Info

Publication number: JP3671910B2
Application number: JP2002006991A
Authority: JP
Inventors: 稔有満
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: EP1330020A2; US20030132724A1; EP1330020B1; DE60324617D1; JP2003209955A; EP1330020A3; US6844644B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機の接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１１−３５６０１５号公報には、２つのロータと１つのステータによる３層構造を有する回転電機に複合電流を通電することにより、２つのロータに発生するトルクをそれぞれ非干渉に実現できるようにする技術が開示されている。複合電流は、２つの異なる周波数又は２つの異なる位相差を有した電流を合算することで実現できる。この際、電流同様２つの異なる周波数又は２つの異なる位相差を有した電圧を生成する必要がある。
【０００３】
特開２００１−２３１２２７号公報には、ステータコイルとロータをそれぞれ独立に有する複合モータで、２つのステータコイルにおける同極のコイルをそれぞれ並列に接続した場合における無効な電流を制御し、全体の効率を向上させた複合モータが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１１−３５６０１５号公報に記載の技術においては、すべてのステータコイルが１つの中性点に接続されているために以下の問題点があった。まず、ＤＣリンク電圧をＶｄｃとすれば、複合電圧の端子間の最大電圧はＶｄｃであり、これをさらに２つのロータの各々に関する電流成分に分割するために、各電流成分を生成するための電圧を大きく取れない。このために複合電流を生成する電源の持つ容量に対して、各ロータの発生する有効電力は小さくなってしまうという問題点があった。次に、複合モータにおいては複合電流を供給する電源は多相化してしまうために、給電線の中で位相がお互い１８０［ｅｌ．ｄｅｇ］異なる組み合わせがある場合、線間電圧制御を用いてもＤＣリンク電圧の利用率が低いという問題点があった。
【０００５】
また、特開２００１−２３１２２７号公報に記載の複合モータにおいては、複数のロータのうち、自己のロータと相関のある位相の電流は流れ、相手のロータのある電流は同一位相で電流の流れない相を１つの中性点としてまとめることになっているために、以下の問題点があった。まず、中性点電位は相手方のロータと相関のある電流を通電するために決定されるために、２つの電圧成分に関して同時に電圧有効利用率を上げることがきわめて困難であるという問題点があった。次に、ステータスロット数、２つの極対数に対して制限があるという問題点があった。
【０００６】
したがって本発明は、中性点を分割することによってＤＣリンク電圧の利用率を上げることを可能にした回転電機の接続方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的のため、第１発明による回転電機の接続方法は、複合電流で駆動される複数のロータを有する回転電機において、複合電流を供給する電源と前記回転電機とがＮ本の給電線で接続されているとき、前記Ｎ本の給電線のうち前記複数のロータに対し位相が異なり、且つ電流総和が０となるようなＭ１本の給電線の組をＭ２組（Ｍ２≧２）選び、これらの各々の組における前記給電線に接続された前記回転電機のコイルを互いに接続し、他の組のコイルには接続しないことを特徴とする。
【０００８】
第２発明による回転電機の接続方法は、上記第１発明において、前記各組におけるＭ１本の給電線の中で電流位相が互いに１８０［ｅｌ．ｄｅｇ］だけ異なるものが存在しないようにすることを特徴とする。
【０００９】
第３発明による回転電機の接続方法は、単一の周波数を持ち対称Ｎ相交流で駆動され、ロータを１つ有する回転電機において、対称Ｎ相交流電流を供給する電源と前記回転電機とがＮ本の給電線で接続されているとき、前記Ｎ本の給電線のうち位相が異なり、且つ電流総和が０となるようなＭ１本の給電線の組をＭ２組（Ｍ２≧２）選び、これらの各々の組における前記給電線に接続された前記回転電機のコイルを互いに接続し、他の組のコイルには接続しないことを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
第１発明によれば、電流総和が０となる給電線につながれたコイルをお互いに接続するので、不要なトルク変動などを生じせしめることなく、電圧利用率を向上できる。
【００１１】
さらに、Ｎ本の給電線のうち、Ｎより少ない相電流０のＭ１個のコイルを接続するために、例えば、ステータスロット数６で外側３相×２、内側６相×１で駆動する場合、中性点がすべて接続されていると内側電流の３次高調波が重畳される可能性があるが、中性点を２つ設けた場合、３次高調波は決して流れ得ないので３次高調波の発生を皆無にできる。
【００１２】
第２発明によれば、Ｍ１個の給電線の中で、位相がお互い１８０［ｅｌ．ｄｅｇ］異なる組み合わせがないので、それぞれのＭ１組の給電線に対して線間電圧制御を適用することで電圧利用率向上が可能になる。
【００１３】
第３発明によれば、多相モータにて起用した場合、第１及び第２発明と同様の効果を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、特開平１１−３５６０１５号に記載の複合モータに相当するステータスロット数１２、内側ロータ２極対で６相駆動、外側ロータ４極対で３相駆動が適用される複合モータにおける従来の接続方法の一例を示す線図である。この図では、本願に関する電気的な接続の部分についてのみ簡単に示してある。１２個のステータスロットの各々に巻かれたコイルはコイルＣ_１〜Ｃ_１２まで存在する。本例ではコイルＣ_１とコイルＣ_７、コイルＣ_２とコイルＣ_８、コイルＣ_３とコイルＣ_９、コイルＣ_４とコイルＣ_１０、コイルＣ_５とコイルＣ_１１、コイルＣ_６とコイルＣ_１２の各対には同じ電流を流すため、この図において左側における端子の電圧が等しいので互いに接続され、各々、端子Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４、Ｔ_５およびＴ_６に接続されている。また、コイルＣ_１〜コイルＣ_１２のこの図において右側の端子は、互いに接続され同電位になっている。すなわち、これらのコイルのすべての右側端子は、電流総和がゼロになるような１つの中性点Ｎに接続されている。ここで端子Ｔ_１〜Ｔ_６には、以下に示すような電圧がインバータから印加される。
端子Ｔ_１：VIN×sin(θin-0)+VOUT×sin(θout-0) （１）
端子Ｔ_２：VIN×sin(θin-60)+VOUT×sin(θout-120) （２）
端子Ｔ_３：VIN×sin(θin-120)+VOUT×sin(θout-240) （３）
端子Ｔ_４：VIN×sin(θin-180)+VOUT×sin(θout-0) （４）
端子Ｔ_５：VIN×sin(θin-240)+VOUT×sin(θout-120) （５）
端子Ｔ_６：VIN×sin(θin-360)+VOUT×sin(θout-240) （６）
ここで、VINは内側ロータにトルクを生じさせるために通電する電流を流すための電圧振幅値であり、VOUTは外側ロータにトルクを生じさせるために通電する電流を流すための電圧振幅値であり、θinは内側ロータの回転角であり、θoutは外側ロータの回転角である。すなわち、これらの式（１）〜（６）の第１項は内側ロータにトルクを生じさせるために通電する電流を流すための電圧値（６相交流）であり、第２項は外側ロータにトルクを生じさせるために通電する電流を流すための電圧値（３相交流）である。
【００１５】
ここで、式（１）〜（６）をフェーザとして記述すると、図２のようになる。図２において、実線の矢印は内側ロータのトルクに有効な電圧フェーザであり、点線の矢印は外側ロータのトルクに有効な電圧フェーザである。Ｎは中性点の電位であり、点線の矢印の先端が各端子の電位である。Ｎは不定であるため、端子間の電圧さえ決まっていればどのような値をとってもよい。したがって、線間電圧制御を行い、なるべく低い電圧で駆動したい。そこで、与えられた所定のＤＣ電圧の元で最大の電圧振幅を得るためには、各端子に関する時々刻々の電圧フェーザの矢印先端部分の距離が最も遠い所を探せばよい。このとき、電位Ｎとして以下の計算で決定した電位を各端子の電位から差し引いてやればよい。
Ｎ＝（max（端子Ｔ_１,...,端子Ｔ_６）＋min（端子Ｔ_１,...,端子Ｔ_６））／２（７）
ここで、式（７）を以下のように内側ロータ（６相）と外側ロータ（３相）とに分けて展開できる。

となる。このとき式（８）の第２項については内側ロータの電圧６相分を意味する。図２からわかるように、６相駆動においては端子Ｔ_１とＴ_４、Ｔ_２とＴ_５、Ｔ_３とＴ_６は位相がお互い１８０［ｅｌ．ｄｅｇ］異なるため任意瞬間の最大値と最小値との和は０であり（例えば、図２においてはＴ_１とＴ_４）、ＤＣ電圧をＶｄｃとすれば、Ｎをどのようにとって式（１）〜（６）に加算しても最大外側停止時で振幅Ｖｄｃ／２しかとれない。このように、従来の接続方法では、線間電圧制御は３相駆動の外側ロータのみに関して有効であり、６相駆動の内側モータに関しては線間電圧制御によって電圧を有効に利用することはできない。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面の参照と共に詳細に説明する。
図３は、図１に示す複合モータと同様のステータスロット数１２、内側ロータ２極対で６相駆動、外側ロータ４極対で３相駆動が適用される複合モータに適用した本発明による接続方法の第１実施形態を示す線図である。図１と同様にコイルＣ_１〜Ｃ_１２と、端子Ｔ_１〜Ｔ_６が存在する。コイルＣ_１〜Ｃ_１２の左側端子は、図１と同様に端子Ｔ_１〜Ｔ_６に、コイルＣ_１とコイルＣ_７、コイルＣ_２とコイルＣ_８、コイルＣ_３とコイルＣ_９、コイルＣ_４とコイルＣ_１０、コイルＣ_５とコイルＣ_１１、コイルＣ_６とコイルＣ_１２の各対ごとに接続されている。端子Ｔ_１〜Ｔ_６に印加すべき電圧も、図１の場合と同様に前記式（１）〜（６）で表されるものとする。式（１）〜（６）からわかるように、コイルＣ_１、Ｃ_３、Ｃ_５、Ｃ_７、Ｃ_９およびＣ_１１から成るグループとコイルＣ_２、Ｃ_４、Ｃ_６、Ｃ_８、Ｃ_１０およびＣ_１２から成るグループは、それぞれを流れる電流総和がゼロになっている。したがって、図３に示すように、各々のグループごとに別個の中性点Ｎ_１とＮ_２に接続しても、各コイルに関する電流電圧にはこの分離接続前後で何の変化もない。
【００１７】
図４は、端子Ｔ_１、Ｔ_３およびＴ_５に関する電圧フェーザである。端子_Ｔ２、Ｔ_４およびＴ_６に関しては、内側ロータに関する電圧フェーザの相回転が異なる他は同様になる。この場合、線間電圧制御のために各端子の電位から差し引くべき電位Ｎ_１は、以下の計算によって決定される。
Ｎ_１＝（max（端子Ｔ_１、端子Ｔ_３、端子Ｔ_５）＋min（端子Ｔ_１、端子Ｔ_３、端子Ｔ_５））／２（９）
上記従来例と同様に、式（９）は以下のように展開できる。

ここで、図４からわかるように、６相および３相のいずれにおいても１８０［ｅｌ．ｄｅｇ］位相が異なる組み合わせがないため、すべての時刻において式（１０）の第２項は非０になる。したがって、このＮ_１の値を式（１）〜（６）で表される各端子の電圧から差し引くことにより、従来より電圧利用率を上げることが可能になる。
【００１８】
図５は、９相モータに適用した本発明による接続方法の第２実施形態を示す線図である。この実施形態は請求項３に記載の第３発明に対応する。ステータスロット数は９であり、１極対９相駆動によりトルクが発生する。各ステータロットには各々コイルＣ_２１〜Ｃ_２９が巻かれ、これらのコイルは各々端子Ｔ_２１〜Ｔ_２９に接続されている。各端子には以下の式で表される電圧が印加される。
端子Ｔ_２１：V×sin(θ-0) （１１）
端子Ｔ_２２：V×sin(θ-40) （１２）
端子Ｔ_２３：V×sin(θ-80) （１３）
端子Ｔ_２４：V×sin(θ-120) （１４）
端子Ｔ_２５：V×sin(θ-160) （１５）
端子Ｔ_２６：V×sin(θ-200) （１６）
端子Ｔ_２７：V×sin(θ-240) （１７）
端子Ｔ_２８：V×sin(θ-280) （１８）
端子Ｔ_２９：V×sin(θ-320) （１９）
ここでVは印加電圧の振幅を示し、θはロータ位置を示す。これらの式からわかるように、コイルＣ_２１、Ｃ_２４およびＣ_２７から成るグループと、端子Ｃ_２２、Ｃ_２５およびＣ_２８から成るグループと、端子Ｃ_２３、Ｃ_２６およびＣ_２９から成るグループは、それぞれを流れる電流総和が０であり、図５に示すようにこれらのグループごとに別個の中性点Ｎ_２１、Ｎ_２１およびＮ_２３に接続しても、各コイルに関する電流および電圧の状態はなにも変化しない。このようにすれば、上記実施形態１において説明したのと同様に電圧利用率を上げることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複合モータにおける従来の接続方法を示す線図である。
【図２】従来の接続方法における各端子の電圧フェーザである。
【図３】複合モータにおける本発明による接続方法を示す線図である。
【図４】本発明による接続方法における各端子の電圧フェーザである。
【図５】９相モータに適用した本発明による接続方法を示す線図である。
【符号の説明】
Ｃ_１〜Ｃ_１２、Ｃ_２１〜Ｃ_２９コイル
Ｔ_１〜Ｔ_６、Ｔ_２１〜Ｔ_２９端子
Ｎ、Ｎ_１、Ｎ_２、Ｎ_２１〜Ｎ_２３中性点

Claims

複合電流で駆動される複数のロータを有する回転電機において、複合電流を供給する電源と前記回転電機とがｎ本の給電線で接続されているとき、前記ｎ本の給電線のうち前記複数のロータに対し位相が異なり、且つ電流総和が０となるようなｍ１本の給電線の組をｍ２組（ｍ２≧２）選び、これらの各々の組における前記給電線に接続された前記回転電機のコイルを互いに接続し、他の組のコイルには接続しないことを特徴とする回転電機の接続方法。
請求項１に記載の回転電機の接続方法において、前記各組におけるｍ１本の給電線の中で電流位相が互いに１８０［ｅｌ．ｄｅｇ］だけ異なるものが存在しないようにすることを特徴とする回転電機の接続方法。
単一の周波数を持ち対称Ｎ相交流で駆動され、ロータを１つ有する回転電機において、対称Ｎ相交流電流を供給する電源と前記回転電機とがｎ本の給電線で接続されているとき、前記ｎ本の給電線のうち位相が異なり、且つ電流総和が０となるようなｍ１本の給電線の組をｍ２組（ｍ２≧２）選び、これらの各々の組における前記給電線に接続された前記回転電機のコイルを互いに接続し、他の組のコイルには接続しないことを特徴とする回転電機の接続方法。