JP2009142130A - Rotating electric machine and drive device for rotating electric machine - Google Patents

Rotating electric machine and drive device for rotating electric machine Download PDF

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JP2009142130A JP2007318667A JP2007318667A JP2009142130A JP 2009142130 A JP2009142130 A JP 2009142130A JP 2007318667 A JP2007318667 A JP 2007318667A JP 2007318667 A JP2007318667 A JP 2007318667A JP 2009142130 A JP2009142130 A JP 2009142130A
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Kenji Hiramoto
健二 平本
Hideo Nakai
英雄 中井
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively improve the torque of a rotating electric machine in the rotating electric machine and a drive device for the rotating electric machine. <P>SOLUTION: Permanent magnets 26 are disposed in a plurality of portions of the circumferential direction of a rotor 40 so that the adjacent permanent magnets may have different magnetization direction. Rotor windings 42a, 42b are disposed on high-inductance q-axis magnetic paths positioned on the plurality of portions of the circumferential direction of the rotor 40. A one-directional diode 22 and a different-directional diode 24 are connected in parallel to the rotor windings 42a, 42b, via a regular power running connection switch 46 or a reverse rotational connection switch 48, respectively. Any one of the regular power running connection switch 46 and the reverse power running connection switch 48 is connected and the other is disconnected, in response to the rotation direction of the rotor 40 and power running regenerative state, and magnetic pole portions 18 adjacent in the circumferential direction of the rotor 40, of the magnetic pole portions 18 to which the rotor windings 42a, 42b are wound, have different magnetic characteristics. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ステータとロータとが対向配置された回転電機、及び回転電機駆動装置に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine in which a stator and a rotor are arranged to face each other, and a rotating electrical machine drive device.

従来から、特許文献1〜4に記載されたようなブラシレス発電機が知られている。また、特許文献1,2に記載された発電機では、巻線構造が複雑になり、小型化が困難となる。また、特許文献3,4に記載された発電機では、巻線構造が複雑化し、ロータの界磁巻線に磁界の高調波成分による誘導起電力を効率よく発生させることが困難である。   Conventionally, brushless generators as described in Patent Documents 1 to 4 are known. Moreover, in the generators described in Patent Documents 1 and 2, the winding structure is complicated, and it is difficult to reduce the size. In the generators described in Patent Documents 3 and 4, the winding structure is complicated, and it is difficult to efficiently generate induced electromotive force due to the harmonic component of the magnetic field in the field winding of the rotor.

特開昭62−23348号公報Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-23348 特開平4−285454号公報JP-A-4-285454 特開平8−65976号公報JP-A-8-65976 特開平11−220857号公報JP-A-11-220857

[本発明に先立って発明された先発明]
また、本発明の発明者を含む発明者は、本発明に先立って次のような先発明に係る回転電機を発明した。図12は、先発明に係る回転電機を構成するロータを、回転軸と平行方向に見た概略構成を示す図である。図13は、先発明において、ロータの径方向外側に対向した状態で配置するステータの概略構成を示す図である。図12に示すように、ロータ10は、鋼等の材料により造るロータコア12と、ロータコア12の周方向複数個所に配設された複数のロータ巻線14n,14sとを備える。ロータコア12は、回転軸16に固定している。
[Prior Invention Invented Prior to the Present Invention]
Inventors including the inventors of the present invention invented the following rotating electrical machine according to the prior invention prior to the present invention. FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of a rotor constituting the rotating electrical machine according to the prior invention as viewed in a direction parallel to the rotation axis. FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a stator arranged in a state of facing the radially outer side of the rotor in the prior invention. As shown in FIG. 12, the rotor 10 includes a rotor core 12 made of a material such as steel, and a plurality of rotor windings 14 n and 14 s disposed at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core 12. The rotor core 12 is fixed to the rotating shaft 16.

また、各ロータ巻線14n,14sは、ロータコア12の周方向複数個所に設けた径方向に伸びる柱部等の磁極部18に巻装している。磁極部18は、突極とすることもできる。複数のロータ巻線14n,14sのうち、ロータ10の周方向に関して1つ置きに配置されたロータ巻線14n(または14s)同士は、電気的に直列に接続している。また、複数のロータ巻線14n,14sのうち、ロータ10の周方向に隣り合うロータ巻線14n,14s同士は、電気的に接続せず、互いに電気的に分断した状態としている。そして、互いに電気的に接続した複数のロータ巻線14n,14sを含む回路により、互いに電気的に分断された2組のロータ巻線回路20a,20bを構成している。   Further, each of the rotor windings 14n and 14s is wound around a magnetic pole portion 18 such as a radially extending column portion provided at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core 12. The magnetic pole part 18 can also be a salient pole. Among the plurality of rotor windings 14n and 14s, the rotor windings 14n (or 14s) arranged alternately in the circumferential direction of the rotor 10 are electrically connected in series. Further, among the plurality of rotor windings 14n and 14s, the rotor windings 14n and 14s adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 10 are not electrically connected but are electrically separated from each other. Then, two sets of rotor winding circuits 20a and 20b that are electrically separated from each other are configured by a circuit including a plurality of rotor windings 14n and 14s that are electrically connected to each other.

また、2組のロータ巻線回路20a,20bにそれぞれ整流素子である一方向ダイオード22及び他方向ダイオード24を接続し、それぞれのロータ巻線回路20a,20bに流れる電流の向きを一方向に整流している。また、2組のロータ巻線回路20a,20b同士で、流れる電流の向きが互いに逆になるように、各ロータ巻線回路20a,20bにダイオード22,24を、互いに逆向きに接続している。   Further, a unidirectional diode 22 and a unidirectional diode 24, which are rectifier elements, are connected to the two sets of rotor winding circuits 20a and 20b, respectively, and the direction of the current flowing through the rotor winding circuits 20a and 20b is rectified in one direction. is doing. In addition, diodes 22 and 24 are connected to the rotor winding circuits 20a and 20b in opposite directions so that the directions of the currents flowing between the two sets of rotor winding circuits 20a and 20b are opposite to each other. .

ロータ巻線14n,14sに電流が流れると、ロータ巻線14n,14sが巻装された磁極部18が磁化される。ロータ10の周方向に隣り合うロータ巻線14n,14s同士で流れる電流の方向が互いに逆になるため、周方向に隣り合う磁極部18同士で、磁化方向が互いに逆になる。例えば、ロータ巻線14nに流れる電流により生成される複数の磁極部18の径方向外側にはN極が配置され、ロータ巻線14sに流れる電流により生成される複数の磁極部18の径方向外側にはS極が配置される。図12において、各磁極部18の径方向外側に配置する矢印は、磁化方向を表している。   When a current flows through the rotor windings 14n and 14s, the magnetic pole portion 18 around which the rotor windings 14n and 14s are wound is magnetized. Since the directions of currents flowing between the rotor windings 14n and 14s adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 10 are opposite to each other, the magnetization directions are opposite to each other between the magnetic pole portions 18 adjacent to each other in the circumferential direction. For example, N poles are disposed radially outside the plurality of magnetic pole portions 18 generated by the current flowing through the rotor winding 14n, and radially outside the plurality of magnetic pole portions 18 generated by the current flowing through the rotor winding 14s. Is arranged with an S pole. In FIG. 12, arrows arranged on the outer sides in the radial direction of the magnetic pole portions 18 indicate the magnetization directions.

また、ロータ10の周方向複数個所で、かつ、周方向に関して隣り合うロータ巻線14n,14sの間に、永久磁石26を配置している。永久磁石26は、ロータコア12の内部に埋設することも、ロータコア12の外周面に露出させることもできる。また、ロータコア12の内部に永久磁石26をV字状に配置することもできる。また、ロータ10の周方向に隣り合う永久磁石26同士で、磁化方向を互いに異ならせている。例えば、図12において、径方向外側に向く矢印が配置された永久磁石26の径方向外側にN極が配置されるようにし、径方向内側に向く矢印が配置された永久磁石26の径方向外側にS極が配置されるようにする。このようなロータ10の場合、ロータ10の周方向複数個所の各磁極部18に対応する位置である、インダクタンスLが相対的に高いq軸磁路に、ロータ巻線14n,14sが配置されている。   In addition, permanent magnets 26 are arranged at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 10 and between the rotor windings 14n and 14s adjacent to each other in the circumferential direction. The permanent magnet 26 can be embedded in the rotor core 12 or exposed on the outer peripheral surface of the rotor core 12. Further, the permanent magnet 26 can be arranged in a V shape inside the rotor core 12. Further, the permanent magnets 26 adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 10 have different magnetization directions. For example, in FIG. 12, the N pole is disposed on the radially outer side of the permanent magnet 26 on which the arrow pointing radially outward is disposed, and the radially outer side of the permanent magnet 26 on which the arrow facing radially inward is disposed. So that the S pole is arranged. In the case of such a rotor 10, the rotor windings 14 n and 14 s are arranged in a q-axis magnetic path having a relatively high inductance L, which is a position corresponding to each magnetic pole portion 18 at a plurality of circumferential positions of the rotor 10. Yes.

一方、ロータ10の径方向外側に、図13に示すようなステータ28を配置している。図12に示すロータ10の各磁極部18は、ステータ28に径方向に対向させる。ステータ28は、鋼等により造るステータコア30と、ステータコア30に配設された複数相(例えば3相等の奇数相)のステータ巻線32u,32v,32wとを含む。ステータコア30に、径方向内側に突出した複数のティース34を、互いに間隔を置いて配置しており、各ティース34間にスロット36を形成している。各相のステータ巻線32u,32v,32wは、スロット36を通って、ティース34に短節集中巻きで巻装している。複数相のステータ巻線32u,32v,32wに複数相(例えば3相等の奇数相)の交流電流を流すことにより、ティース34が磁化し、ステータ28の周方向に回転する回転磁界がティース34に生成されるようにしている。図13に示す例では、3相(u相、v相、w相)のステータ巻線32u,32v,32wが巻装された3つのティース34により、1つの極対が構成され、ステータ28全体で4極3相のステータ巻線32u,32v,32wがティース34に巻装されている。したがって、ステータ28の極対数は4極対となる。   On the other hand, a stator 28 as shown in FIG. Each magnetic pole portion 18 of the rotor 10 shown in FIG. 12 is opposed to the stator 28 in the radial direction. The stator 28 includes a stator core 30 made of steel or the like, and stator windings 32u, 32v, 32w of a plurality of phases (for example, odd phases such as three phases) disposed on the stator core 30. A plurality of teeth 34 projecting radially inward are disposed on the stator core 30 at intervals from each other, and slots 36 are formed between the teeth 34. The stator windings 32u, 32v, 32w of each phase pass through the slot 36 and are wound around the teeth 34 by concentrated short-winding. When a plurality of phases (for example, odd-numbered phases such as three phases) are passed through the plurality of stator windings 32u, 32v, 32w, the teeth 34 are magnetized, and a rotating magnetic field rotating in the circumferential direction of the stator 28 is applied to the teeth 34. It is generated. In the example shown in FIG. 13, one pole pair is constituted by three teeth 34 around which three-phase (u-phase, v-phase, w-phase) stator windings 32u, 32v, 32w are wound, and the stator 28 as a whole. The four-pole three-phase stator windings 32u, 32v, and 32w are wound around the teeth 34. Therefore, the number of pole pairs of the stator 28 is 4 pole pairs.

また、図12に示すロータ10の極対数は、ステータ28(図13)の極対数と等しくなっている。また、ロータ巻線14n,14sは、ロータコア12に短節巻きで巻装している。各磁極部18において、ロータ10の周方向に関する幅は、ロータ10の電気角で180度に相当する幅よりも短くしている。   Further, the number of pole pairs of the rotor 10 shown in FIG. 12 is equal to the number of pole pairs of the stator 28 (FIG. 13). The rotor windings 14n and 14s are wound around the rotor core 12 with short-pitch winding. In each magnetic pole portion 18, the width of the rotor 10 in the circumferential direction is shorter than the width corresponding to 180 degrees in electrical angle of the rotor 10.

一方、図13に示すステータ28に回転磁界を発生させる起磁力の分布は、各相のステータ巻線32u,32v,32wの配置や、ティース34及びスロット36によるステータコア30の形状に起因して、(基本波のみの)正弦波分布にはならず、高調波成分を含むものとなる。特に、ティース34にステータ巻線32u,32v,32wを集中巻きで巻装する場合には、各相のステータ巻線32u,32v,32wが互いに重なり合わず、ステータ28の起磁力分布に生じる高調波成分の振幅レベルが増大する。この結果、例えばステータ巻線32u,32v,32wが3相集中巻きの場合は、高調波成分として、入力電気周波数3次成分の振幅レベルが増大する。このような、ステータ巻線32u,32v,32wの配置やステータコア30の形状に起因して起磁力に生じる高調波成分は、空間高調波と呼ばれる。   On the other hand, the distribution of the magnetomotive force that generates the rotating magnetic field in the stator 28 shown in FIG. 13 is caused by the arrangement of the stator windings 32u, 32v, 32w of each phase and the shape of the stator core 30 by the teeth 34 and the slots 36. It does not have a sine wave distribution (of only the fundamental wave), but includes harmonic components. In particular, when the stator windings 32u, 32v, and 32w are wound around the teeth 34 by concentrated winding, the stator windings 32u, 32v, and 32w of the respective phases do not overlap each other and are generated in the magnetomotive force distribution of the stator 28. The amplitude level of the wave component increases. As a result, for example, when the stator windings 32u, 32v, and 32w are three-phase concentrated windings, the amplitude level of the input electrical frequency tertiary component increases as the harmonic component. Such harmonic components generated in the magnetomotive force due to the arrangement of the stator windings 32u, 32v, 32w and the shape of the stator core 30 are called spatial harmonics.

上記の図13に示したステータ28の内側に、図12に示したロータ10を回転可能に配置し、ステータ28とロータ10とを径方向に対向させた回転電機は、次のようにして回転駆動する。すなわち、3相のステータ巻線32u,32v,32wに3相の交流電流を流すことでステータ28により生成された、回転磁界(基本波成分)がロータ10に作用すると、ロータ10のうち、ロータ巻線14n、14sを巻装した磁極部18が、ステータ28が生成した回転磁界に吸引される。このため、ロータ10にトルクであるリラクタンストルクが作用して、ロータ10がステータ28で生成される回転磁界(基本波成分)に同期して回転駆動する。なお、ロータに巻線が巻装されていない場合でも、ロータに突極部分または周方向に関して磁気抵抗が低い部分が設けられる場合には、ステータが生成する回転磁界が、ロータの突極部分または磁気抵抗が低い部分を吸引することにより、リラクタンストルクが発生する。   The rotor 10 shown in FIG. 12 is rotatably arranged inside the stator 28 shown in FIG. 13, and the rotating electrical machine in which the stator 28 and the rotor 10 are opposed to each other in the radial direction rotates as follows. To drive. That is, when a rotating magnetic field (fundamental wave component) generated by the stator 28 by flowing a three-phase alternating current through the three-phase stator windings 32 u, 32 v, and 32 w acts on the rotor 10, among the rotors 10, the rotor The magnetic pole portion 18 around which the windings 14n and 14s are wound is attracted to the rotating magnetic field generated by the stator 28. Therefore, a reluctance torque that is a torque acts on the rotor 10, and the rotor 10 is rotationally driven in synchronization with the rotating magnetic field (fundamental wave component) generated by the stator 28. Even if the winding is not wound on the rotor, if the rotor is provided with a salient pole portion or a portion with low magnetic resistance in the circumferential direction, the rotating magnetic field generated by the stator is A reluctance torque is generated by attracting a portion having a low magnetic resistance.

また、図13に示す3相のステータ巻線32u,32v,32wに3相の交流電流を流すことで、ティース34に生成された回転磁界は空間高調波成分を含むものとなる。そして、空間高調波成分を含む回転磁界が、図12に示す各ロータ巻線14n,14sに鎖交すると、各ロータ巻線14n,14sには、ロータ10の回転周波数(回転磁界の基本波成分)と異なる周波数の磁束変動が生じ、この磁束変動によって、各ロータ巻線14n,14sに誘導起電力が発生する。この誘導起電力の発生に伴って各ロータ巻線14n,14sに流れる電流は、各ダイオード22,24により整流されることで、同じ組のロータ巻線回路20a(または20b)において同方向で、異なる組のロータ巻線回路20a,20bにおいて逆方向に流れる。各ロータ巻線14n,14sにダイオード22,24で整流された電流が流れて各磁極部18が磁化し、各磁極部18が磁極の固定された磁石として機能する。また、各磁極部18の磁化方向は、ロータ10の周方向に隣り合う磁極部18同士で互いに逆方向になる。   Further, when a three-phase alternating current is passed through the three-phase stator windings 32u, 32v, and 32w shown in FIG. 13, the rotating magnetic field generated in the tooth 34 includes a spatial harmonic component. When a rotating magnetic field including spatial harmonic components is linked to the rotor windings 14n and 14s shown in FIG. 12, the rotor windings 14n and 14s have a rotational frequency (fundamental component of the rotating magnetic field). ) Is generated at a frequency different from that of (), and an induced electromotive force is generated in each of the rotor windings 14n and 14s due to the magnetic flux fluctuation. The current flowing through each of the rotor windings 14n and 14s accompanying the generation of the induced electromotive force is rectified by the diodes 22 and 24, so that the same set of rotor winding circuits 20a (or 20b) has the same direction. Flows in opposite directions in different sets of rotor winding circuits 20a, 20b. The currents rectified by the diodes 22 and 24 flow through the rotor windings 14n and 14s, the magnetic pole portions 18 are magnetized, and the magnetic pole portions 18 function as magnets with fixed magnetic poles. In addition, the magnetization directions of the magnetic pole portions 18 are opposite to each other in the magnetic pole portions 18 adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 10.

そして、各磁極部18により生成される磁界がティース34(図13)の回転磁界(基本波成分)と相互作用して、吸引及び反発作用が生じる。このティース34の回転磁界(基本波成分)と各磁極部18の磁界との電磁気相互作用(吸引及び反発作用)によっても、ロータ10にトルクであるロータ巻線生成トルクを作用させることができ、ロータ10がステータ28(図13)で生成される回転磁界(基本波成分)に同期して回転駆動する。   And the magnetic field produced | generated by each magnetic pole part 18 interacts with the rotating magnetic field (fundamental wave component) of the teeth 34 (FIG. 13), and attraction | suction and a repulsion effect arise. Also by the electromagnetic interaction (attraction and repulsion action) between the rotating magnetic field (fundamental wave component) of the teeth 34 and the magnetic field of each magnetic pole portion 18, the rotor winding generation torque, which is torque, can be applied to the rotor 10. The rotor 10 is rotationally driven in synchronization with a rotating magnetic field (fundamental wave component) generated by the stator 28 (FIG. 13).

また、図13に示す3相のステータ巻線32u,32v,32wに3相の交流電流を流すことでティース34に生成された、回転磁界(基本波成分)がロータ10(図12)に作用すると、各永久磁石26(図12)により生成される磁界がティース34の回転磁界(基本波成分)と相互作用して、吸引及び反発作用が生じる。このティース34の回転磁界(基本波成分)と各永久磁石26の磁界との電磁気相互作用(吸引及び反発作用)によっても、ロータ10にトルクである永久磁石生成トルクを作用させることができ、ロータ10がステータ28で生成される回転磁界(基本波成分)に同期して回転駆動する。   Further, a rotating magnetic field (fundamental wave component) generated in the teeth 34 by applying a three-phase alternating current to the three-phase stator windings 32u, 32v, 32w shown in FIG. 13 acts on the rotor 10 (FIG. 12). Then, the magnetic field generated by each permanent magnet 26 (FIG. 12) interacts with the rotating magnetic field (fundamental wave component) of the teeth 34, thereby causing attraction and repulsion. Also by the electromagnetic interaction (attraction and repulsion action) between the rotating magnetic field (fundamental wave component) of the teeth 34 and the magnetic field of each permanent magnet 26, the permanent magnet generating torque, which is a torque, can be applied to the rotor 10. 10 is driven to rotate in synchronization with a rotating magnetic field (fundamental wave component) generated by the stator 28.

この結果、先発明に係る回転電機において、ステータ巻線32u,32v,32w(図13)への供給電力を利用してロータ10(図12)に動力(機械的動力)を発生させる電動機として機能させることができる。一方、先発明に係る回転電機を、ロータ10の動力を利用してステータ巻線32u,32v,32wに電力を発生させる発電機として機能させることもできる。このような先発明に係る回転電機によれば、ロータ10にロータ巻線14n,14s(図12)を短節巻きで巻装し、ロータ巻線14n,14sに誘導起電力に伴って生じる誘導電流をダイオード22,24(図12)で整流する。このため、ステータ巻線32u,32v,32w以外の種類の巻線をステータ28に、ロータ巻線14n,14s以外の種類の巻線をロータ10に、それぞれ設けることなく、ロータ巻線14n,14sに高調波成分による誘導起電力を効率よく発生させることができ、回転電機の巻線構造を簡略化できる。   As a result, in the rotating electrical machine according to the previous invention, it functions as an electric motor that generates power (mechanical power) in the rotor 10 (FIG. 12) using the power supplied to the stator windings 32u, 32v, 32w (FIG. 13). Can be made. On the other hand, the rotating electrical machine according to the previous invention can be made to function as a generator that generates power in the stator windings 32u, 32v, 32w using the power of the rotor 10. According to such a rotating electrical machine according to the prior invention, the rotor windings 14n and 14s (FIG. 12) are wound around the rotor 10 with short-pitch windings, and the rotor windings 14n and 14s are induced with the induced electromotive force. The current is rectified by the diodes 22 and 24 (FIG. 12). For this reason, the rotor windings 14n, 14s are not provided in the stator 28 and other types of windings other than the rotor windings 14n, 14s are provided in the rotor 10 except for the stator windings 32u, 32v, 32w. Inductive electromotive force due to harmonic components can be generated efficiently, and the winding structure of the rotating electrical machine can be simplified.

ただし、このような先発明に係る回転電機の場合、トルクを有効に高くする面からまだ改良の余地がある。例えば、図14は、先発明に係る回転電機において、ロータの正転及び逆転での、電流位相−トルク特性を示す図である。なお、以下の説明では、図12、図13で示した要素と同等部分には同一符号を付して説明する。図14において、横軸は、ステータ巻線32u,32v,32wに流す交流電流の位相である、ロータ10位置に対する電流進角を表し、縦軸は、回転電機の力行トルクを表している。なお、図14の縦軸が負である場合には、ロータ10に逆転方向に回転させるトルクが作用し、回転電機を発電機として使用する場合に、回生する場合に得られる電力が大きくなることを表している。すなわち、図14の縦軸の負の値の絶対値が大きくなるほど、回生時のトルクである回生トルクが大きくなり、回生する場合に得られる電力が大きくなる。   However, in the case of the rotating electrical machine according to such a prior invention, there is still room for improvement in terms of effectively increasing the torque. For example, FIG. 14 is a diagram showing current phase-torque characteristics in the forward and reverse rotations of the rotor in the rotating electrical machine according to the previous invention. In the following description, the same components as those shown in FIGS. 12 and 13 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 14, the horizontal axis represents the current advance angle with respect to the rotor 10 position, which is the phase of the alternating current flowing through the stator windings 32u, 32v, 32w, and the vertical axis represents the power running torque of the rotating electrical machine. In addition, when the vertical axis | shaft of FIG. 14 is negative, the torque rotated in the reverse rotation direction acts on the rotor 10, and when using a rotary electric machine as a generator, the electric power obtained when regenerating becomes large. Represents. That is, as the absolute value of the negative value on the vertical axis in FIG. 14 increases, the regenerative torque that is the torque at the time of regeneration increases, and the electric power obtained when regenerating increases.

図12、図13に示した先発明に係る回転電機において、ロータ10が正転である、図12の矢印α方向に回転する場合には、例えば、図14に実線で示す電流位相−トルク特性が得られる。すなわち、電流進角が0から大きくなるにしたがって、力行トルクが大きくなり、60度付近で最大となり、徐々に減少して力行トルクが負となった(すなわち、回生トルクが正となった)後、180度付近で最小になる(回生トルクが最大となる)。   In the rotating electrical machine according to the prior invention shown in FIGS. 12 and 13, when the rotor 10 rotates in the normal direction, for example, in the direction of the arrow α in FIG. Is obtained. That is, as the current advance angle increases from 0, the power running torque increases, reaches a maximum near 60 degrees, and gradually decreases and the power running torque becomes negative (that is, the regenerative torque becomes positive). , Minimum at around 180 degrees (regenerative torque is maximum).

これに対して、先発明に係る回転電機において、ロータ10が逆転である、図12の矢印β方向に回転する場合には、例えば、図14に破線で示す電流位相−トルク特性が得られる。すなわち、電流進角が0から大きくなるにしたがって、力行トルクが徐々に減少し、負となった後、135度付近で最小になり(すなわち、回生トルクが最大となり)、その後徐々に上昇する。図14に示した正転時のトルク特性と逆転時のトルク特性とを比較すれば明らかなように、ロータの正転時には逆転時の場合に対して、力行トルクの最大値が大きくなるが、回生トルクの最大値が小さくなる。逆に言えば、ロータの逆転時には、正転時に対して、回生トルクの最大値が大きくなるが、力行トルクの最大値が小さくなる。   On the other hand, in the rotating electrical machine according to the previous invention, when the rotor 10 rotates in the reverse direction indicated by the arrow β in FIG. 12, for example, a current phase-torque characteristic indicated by a broken line in FIG. 14 is obtained. That is, as the current advance angle increases from 0, the power running torque gradually decreases and becomes negative, then becomes minimum at around 135 degrees (that is, the regenerative torque becomes maximum), and then gradually increases. As is clear from the comparison between the torque characteristic during forward rotation and the torque characteristic during reverse rotation shown in FIG. 14, the maximum value of the power running torque is larger than that during reverse rotation during forward rotation of the rotor. The maximum regenerative torque is reduced. In other words, when the rotor rotates in the reverse direction, the maximum value of the regenerative torque is larger than that during the forward rotation, but the maximum value of the power running torque is small.

次に、トルク特性がこのようになる理由を、図15、図16を用いてより詳しく説明する。図15は、ロータの正転時の電流位相−トルク特性を、永久磁石生成トルク、リラクタンストルク、ロータ巻線生成トルクに分けて示す図である。図16は、ロータの逆転時の電流位相−トルク特性を、永久磁石生成トルク、リラクタンストルク、ロータ巻線生成トルクに分けて示す図である。図15、図16の縦軸、横軸が表す意味は、上記の図14の場合に説明したものと同様である。図15、図16では、破線aにより永久磁石生成トルクTmgを表し、一点鎖線bによりリラクタンストルクTreを表し、二点鎖線cにより、ロータ巻線生成トルクTcoilを表している。ロータ巻線生成トルクTcoilは、ステータ巻線32u,32v,32wに3相の交流電流を流すことで生成される起磁力の空間高調波成分がロータ巻線14n、14sに作用することにより、ロータ巻線14n、14sに誘導される電流によるトルクである。また、図15、図16において、実線dにより、永久磁石生成トルクTmg、リラクタンストルクTre、ロータ巻線生成トルクTcoilを合わせた全トルクTallを表している。   Next, the reason why the torque characteristic becomes this will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 15 is a diagram showing the current phase-torque characteristics during normal rotation of the rotor, divided into permanent magnet generation torque, reluctance torque, and rotor winding generation torque. FIG. 16 is a diagram showing current phase-torque characteristics at the time of reverse rotation of the rotor divided into permanent magnet generation torque, reluctance torque, and rotor winding generation torque. The meanings represented by the vertical and horizontal axes in FIGS. 15 and 16 are the same as those described in the case of FIG. 15 and 16, the broken line a represents the permanent magnet generation torque Tmg, the alternate long and short dash line b represents the reluctance torque Tre, and the two-dot chain line c represents the rotor winding generation torque Tcoil. The rotor winding generation torque Tcoil is obtained by applying a spatial harmonic component of a magnetomotive force generated by flowing a three-phase alternating current to the stator windings 32u, 32v, and 32w to the rotor windings 14n and 14s. The torque is due to the current induced in the windings 14n and 14s. In FIGS. 15 and 16, the solid line d represents the total torque Tall including the permanent magnet generation torque Tmg, the reluctance torque Tre, and the rotor winding generation torque Tcoil.

次に、図15に示す各トルクTmg、Tre、Tcoil、Tallを、回転電機の力行時について説明する。図15に示すように、ロータ10の正転時には、電流進角が0度で永久磁石生成トルクTmgが最大であるとすると、永久磁石生成トルクTmgは、電流進角が大きくなるにしたがって減少し、180度で最小になる。これに対して、同じ場合に、リラクタンストルクTreは、電流進角が0度から大きくなるにしたがって大きくなり、45度で最大になり、その後、徐々に減少して、135度で最小になる。また、同じ場合に、ロータ巻線生成トルクTcoilは、電流進角が0度から大きくなるにしたがって大きくなり、90度で最大になり、徐々に減少する。これは、図12に示すように、ロータ巻線14n、14sに電流が流れることにより、永久磁石26と同方向に磁化される磁極部18が、ロータ10の正転時に、ロータ10の回転方向に関して、この永久磁石26よりも進行方向前側に位置することに基づく。この結果、図14に示す正転時のトルク特性と一致する、図15に示す全トルクTallは、電流進角が45度付近で最大になり、電流進角が165度付近で最小になる。   Next, the torques Tmg, Tre, Tcoil, and Tall shown in FIG. 15 will be described during powering of the rotating electrical machine. As shown in FIG. 15, during forward rotation of the rotor 10, assuming that the current advance angle is 0 degree and the permanent magnet generation torque Tmg is maximum, the permanent magnet generation torque Tmg decreases as the current advance angle increases. , Minimum at 180 degrees. On the other hand, in the same case, the reluctance torque Tre increases as the current advance angle increases from 0 degree, reaches a maximum at 45 degrees, and then gradually decreases and reaches a minimum at 135 degrees. In the same case, the rotor winding generation torque Tcoil increases as the current advance angle increases from 0 degree, reaches a maximum at 90 degrees, and gradually decreases. As shown in FIG. 12, the magnetic pole portion 18 that is magnetized in the same direction as the permanent magnet 26 when the current flows through the rotor windings 14 n and 14 s is rotated in the forward direction of the rotor 10. Is based on the fact that the permanent magnet 26 is positioned in front of the traveling direction. As a result, the total torque Tall shown in FIG. 15 that coincides with the torque characteristics during forward rotation shown in FIG. 14 becomes maximum when the current advance angle is around 45 degrees, and becomes minimum when the current advance angle is around 165 degrees.

また、同様に回転電機の力行時について説明するが、図12に示すように、ロータ10の逆転時には、ロータ巻線14n、14sに電流が流れることにより、永久磁石26と同方向に磁化される磁極部18が、ロータ10の回転方向に関して、この永久磁石26よりも進行方向後側に位置する。このため、図16に示すように、ロータ10の逆転時には、電流進角が0度で永久磁石生成トルクTmgが最大であるとすると、ロータ巻線生成トルクTcoilは、電流進角が0度から大きくなるにしたがって、負の値で減少し、90度で最小になり、徐々に上昇する。なお、図示は省略するが、電流進角が0度から小さくなる場合には、ロータ巻線生成トルクTcoilは正の値で徐々に上昇し、−90度で最大になる。すなわち、図15、図16の電流位相−トルク特性で見ると、ロータ巻線生成トルクTcoilは、正転時に対して逆転時で正負が反転する。この結果、図14に示す逆転時のトルク特性と一致する、図16に示すロータ10の全トルクTallは、電流進角が15度付近で最大になり、電流進角が135度付近で最小になる。また、ロータ10の逆転時の力行トルクの最大値は、正転時の力行トルクの最大値に比べて小さくなるが、ロータ10の逆転時の回生トルクの最大値は、正転時の回生トルクの最大値よりも大きくなる。この結果、先発明に係る回転電機のトルク特性は、上記の図14に示した電流位相−トルク特性となり、ロータ10の正転時と逆転時とで、力行トルクの最大値と、回生トルクの最大値とが、それぞれ異なる。   Similarly, the powering of the rotating electrical machine will be described. As shown in FIG. 12, when the rotor 10 rotates in the reverse direction, current flows through the rotor windings 14 n and 14 s so that it is magnetized in the same direction as the permanent magnet 26. The magnetic pole portion 18 is located behind the permanent magnet 26 in the traveling direction with respect to the rotation direction of the rotor 10. Therefore, as shown in FIG. 16, when the current advance angle is 0 degree and the permanent magnet generation torque Tmg is the maximum when the rotor 10 is rotated in reverse, the rotor winding generation torque Tcoil has a current advance angle of 0 degree. As it increases, it decreases at a negative value, reaches a minimum at 90 degrees, and gradually increases. Although illustration is omitted, when the current advance angle is reduced from 0 degree, the rotor winding generation torque Tcoil gradually increases with a positive value and becomes maximum at −90 degrees. That is, when viewed from the current phase-torque characteristics of FIGS. 15 and 16, the rotor winding generation torque Tcoil is reversed in positive and negative at the time of reverse rotation with respect to the normal rotation. As a result, the total torque Tall of the rotor 10 shown in FIG. 16, which matches the torque characteristics during reverse rotation shown in FIG. 14, is maximized when the current advance angle is around 15 degrees, and is minimized when the current advance angle is around 135 degrees. Become. Further, the maximum value of the power running torque at the time of reverse rotation of the rotor 10 is smaller than the maximum value of the power running torque at the time of forward rotation, but the maximum value of the regenerative torque at the time of reverse rotation of the rotor 10 is the regenerative torque at the time of normal rotation. Larger than the maximum value of. As a result, the torque characteristic of the rotating electrical machine according to the previous invention becomes the current phase-torque characteristic shown in FIG. 14, and the maximum value of the power running torque and the regenerative torque of the rotor 10 during forward rotation and reverse rotation The maximum value is different.

このように図12、図13に示した先発明に係る回転電機の場合には、ロータ10の回転方向の違いで、力行トルクと回生トルクとが異なり、例えば、力行トルクを十分に発生できるのが、ロータ10の正転時に限定される可能性がある。このため、正転逆転の両方で高い性能を発揮させる回転電機、例えばモータとして使用する面からは改良の余地がある。これは、回転電機を発電機として使用する場合の回生トルクについても同様である。このような先発明に係る回転電機の場合、トルクを有効に高くする面から改良の余地がある。   Thus, in the case of the rotating electrical machine according to the prior invention shown in FIGS. 12 and 13, the power running torque and the regenerative torque differ depending on the rotation direction of the rotor 10. For example, the power running torque can be sufficiently generated. However, there is a possibility that the rotor 10 is limited during normal rotation. For this reason, there exists room for improvement from the surface used as a rotary electric machine which demonstrates high performance in both forward rotation and reverse rotation, for example, a motor. The same applies to the regenerative torque when the rotating electrical machine is used as a generator. In the case of such a rotating electrical machine according to the prior invention, there is room for improvement in terms of effectively increasing the torque.

また、先発明に係る回転電機では、例えば、モータとして使用する場合に同期モータのように作用するため、ロータ10の停止時に停止トルクを発生させるためには、ステータ28からロータ10に作用させる磁界の回転を停止させる必要がある。すなわち、ロータ10の停止時に停止トルクを発生させようとすると、ステータ巻線32u,32v,32wに交流電流ではなく、直流電流を流し続ける必要がある。このため、ステータ28に電力を供給するインバータ等を構成するスイッチング素子等の一部の電気素子に集中して長時間電流を流し続けることになり、熱的に不利になる。このため、回転電機のトルクを有効に高くする面から改良の余地がある。   In the rotating electrical machine according to the previous invention, for example, when used as a motor, it acts like a synchronous motor. Therefore, in order to generate a stop torque when the rotor 10 is stopped, a magnetic field applied from the stator 28 to the rotor 10 is used. It is necessary to stop the rotation. That is, if a stop torque is to be generated when the rotor 10 is stopped, it is necessary to keep a DC current flowing through the stator windings 32u, 32v, 32w instead of an AC current. For this reason, it will be concentrated on some electric elements, such as a switching element which comprises the inverter etc. which supply electric power to the stator 28, and will continue flowing an electric current for a long time, and it becomes thermally disadvantageous. For this reason, there is room for improvement in terms of effectively increasing the torque of the rotating electrical machine.

本発明の目的は、回転電機及び回転電機駆動装置において、回転電機のトルクを有効に高くすることである。   An object of the present invention is to effectively increase the torque of a rotating electrical machine in the rotating electrical machine and the rotating electrical machine drive device.

本発明に係る回転電機及び回転電機駆動装置は、上記の目的を達成するために以下の手段を採用する。   The rotating electrical machine and the rotating electrical machine driving apparatus according to the present invention employ the following means in order to achieve the above object.

本発明の第1の発明に係る回転電機は、高調波成分を含む周波数の回転磁界を生成する複数相のステータ巻線を有するステータと、ロータとが対向配置された回転電機であって、ロータは、ロータの周方向複数個所に配置され、ロータの径方向または軸方向に着磁した永久磁石であって、着磁方向を周方向に隣り合う永久磁石同士で異ならせた永久磁石と、ロータの周方向複数個所に位置するインダクタンスが高いq軸磁路に配置され、ステータで生成された回転磁界が鎖交することで誘導起電力が発生するロータ巻線と、各ロータ巻線に対して2個並列に接続し、誘導起電力の発生に伴って各ロータ巻線に流れる電流を互いに逆向きに整流する一方向整流素子及び他方向整流素子と、各ロータ巻線に流れる電流の向きを、切り替え可能とする切り替え手段と、を備え、各ロータ巻線により生成される複数の磁極部の磁気特性が、ロータの周方向に関して交互に異なることを可能とすることを特徴とする回転電機である。   A rotating electrical machine according to a first aspect of the present invention is a rotating electrical machine in which a stator having a multi-phase stator winding that generates a rotating magnetic field having a frequency including a harmonic component and a rotor are arranged to face each other. Is a permanent magnet which is arranged in a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor and is magnetized in the radial direction or the axial direction of the rotor, wherein the permanent magnets are different from each other in the circumferential direction, and the rotor The rotor windings are arranged in q-axis magnetic paths with high inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor, and an induced electromotive force is generated by the linkage of the rotating magnetic field generated by the stator, and for each rotor winding Two rectifiers and other rectifiers that are connected in parallel and rectify currents flowing through the rotor windings in the opposite directions as the induced electromotive force is generated, and the directions of the currents flowing through the rotor windings. Switchable Comprising a switching means, the magnetic characteristics of a plurality of magnetic pole portions that are generated by each rotor winding, a rotating electrical machine, characterized in that makes it possible to alternately different in the circumferential direction of the rotor.

また、本発明の第1の発明に係る回転電機において、好ましくは、ロータ巻線は、ロータの周方向複数個所に短節巻きで巻装されている。   In the rotating electrical machine according to the first aspect of the present invention, preferably, the rotor winding is wound at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor with short-pitch winding.

また、本発明の第1の発明に係る回転電機において、好ましくは、ロータ巻線は、ロータの周方向複数個所で、周方向に隣り合う永久磁石の間に巻装されている。   In the rotating electrical machine according to the first aspect of the present invention, preferably, the rotor winding is wound between permanent magnets adjacent in the circumferential direction at a plurality of circumferential positions of the rotor.

また、本発明の第1の発明に係る回転電機において、好ましくは、ロータ巻線は、ロータの周方向複数個所で、周方向に隣り合う永久磁石の間に巻装されている。   In the rotating electrical machine according to the first aspect of the present invention, preferably, the rotor winding is wound between permanent magnets adjacent in the circumferential direction at a plurality of circumferential positions of the rotor.

また、本発明の第1の発明に係る回転電機において、好ましくは、切り替え手段は、一方向整流素子及び他方向整流素子に対してそれぞれ直列に配置するように、ロータ巻線毎に2個ずつ設けられ、一方向整流素子及び他方向整流素子のそれぞれとロータ巻線との間の電気的接続を断接可能なスイッチを備える。   Further, in the rotating electrical machine according to the first aspect of the present invention, preferably, the switching means is provided in two for each rotor winding so as to be arranged in series with respect to the one-way rectifying element and the other-direction rectifying element, respectively. A switch is provided that can connect and disconnect the electrical connection between each of the one-way rectifying element and the other-directional rectifying element and the rotor winding.

また、本発明の第1の発明に係る回転電機において、好ましくは、ロータ巻線は、互いに同じ磁気特性を有する磁極部に巻装されるもの同士で電気的に接続されている。   In the rotating electrical machine according to the first aspect of the present invention, preferably, the rotor windings are electrically connected to each other wound around the magnetic pole portions having the same magnetic characteristics.

また、本発明の第1の発明に係る回転電機駆動装置は、本発明の第1の発明に係る回転電機と、ロータの回転方向及び力行回生状態に対応して、切り替え手段により、各ロータ巻線に流れる電流の向きを切り替える制御部と、を備えることを特徴とする回転電機駆動装置である。   Further, the rotating electrical machine drive device according to the first invention of the present invention includes a rotating electrical machine according to the first invention of the present invention, and each rotor winding by a switching means corresponding to the rotational direction and the power running regeneration state of the rotor. And a controller that switches a direction of a current flowing through the wire.

また、本発明の第2の発明に係る回転電機は、高調波成分を含む周波数の回転磁界を生成する複数相のステータ巻線を有するステータと、ロータとが対向配置された回転電機であって、ロータは、ロータの周方向複数個所に巻装され、ステータで生成された回転磁界が鎖交することで誘導起電力が発生するロータ巻線と、各ロータ巻線に整流素子側切り替え手段を介して接続し、誘導起電力の発生に伴って各ロータ巻線に流れる電流を、周方向に隣り合うロータ巻線により生成される磁極部の磁気特性が互いに異なるように整流する整流素子と、各ロータ巻線に整流素子に対し並列に、短絡路側切り替え手段を介して接続した短絡路と、を備えることを特徴とする回転電機である。   A rotating electrical machine according to a second aspect of the present invention is a rotating electrical machine in which a stator having a multi-phase stator winding that generates a rotating magnetic field having a frequency including a harmonic component and a rotor are arranged to face each other. The rotor is wound at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor, and a rotor winding in which an induced electromotive force is generated by interlinking of a rotating magnetic field generated by the stator, and a rectifying element side switching means is provided on each rotor winding. A rectifying element that rectifies the current flowing in each rotor winding as the induced electromotive force is generated so that the magnetic properties of the magnetic pole portions generated by the rotor windings adjacent in the circumferential direction are different from each other; A rotating electrical machine comprising: a short circuit connected to each rotor winding in parallel to the rectifying element via a short circuit switching means.

また、本発明の第2の発明に係る回転電機駆動装置は、本発明の第2の発明に係る回転電機と、ロータの回転状態に対応して、切り替え手段により、整流素子側切り替え手段と短絡路側切り替え手段との断接を切り替える制御部と、を備えることを特徴とする回転電機駆動装置である。   Further, the rotating electrical machine drive device according to the second invention of the present invention includes a rotating electrical machine according to the second invention of the present invention and a short circuit with the rectifying element side switching device by the switching device corresponding to the rotational state of the rotor. And a controller that switches connection / disconnection with the roadside switching means.

また、本発明の第3の発明に係る回転電機は、高調波成分を含む周波数の回転磁界を生成する複数相のステータ巻線を有するステータと、ロータとが対向配置された回転電機であって、ロータは、ロータの周方向複数個所に巻装され、ステータで生成された回転磁界が鎖交することで誘導起電力が発生するロータ巻線と、各ロータ巻線に対して2個並列に接続し、誘導起電力の発生に伴って各ロータ巻線に流れる電流を互いに逆向きに整流する一方向整流素子及び他方向整流素子と、各ロータ巻線に流れる電流の向きを切り替え可能で、かつ、各ロータ巻線に電流が両方向に流れることを可能にする切り替え手段と、を備えることを特徴とする回転電機である。   A rotating electrical machine according to a third aspect of the present invention is a rotating electrical machine in which a stator having a multi-phase stator winding that generates a rotating magnetic field having a frequency including a harmonic component and a rotor are arranged to face each other. The rotor is wound at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor, and a rotor winding in which an induced electromotive force is generated by interlinking of rotating magnetic fields generated by the stator, and two in parallel with each rotor winding It is possible to switch the direction of the current flowing in each rotor winding, and the one-way rectifying element and the other direction rectifying element that rectify currents flowing in each rotor winding in the opposite directions with the generation of the induced electromotive force, In addition, the rotating electrical machine includes a switching unit that allows current to flow through each rotor winding in both directions.

また、本発明の第3の発明に係る回転電機駆動装置は、本発明の第2の発明に係る回転電機と、ロータの回転状態に対応して、切り替え手段の接続により、各ロータ巻線に電流が両方向に流れることを可能にする制御部と、を備えることを特徴とする回転電機駆動装置である。   A rotating electrical machine drive device according to a third aspect of the present invention includes a rotating electrical machine according to the second aspect of the present invention and a rotor winding connected to each rotor winding by connection of switching means corresponding to the rotational state of the rotor. And a controller that enables current to flow in both directions.

本発明によれば、回転電機のトルクを有効に高くすることができる。例えば、第1の発明によれば、ロータの回転方向及び力行回生状態に応じて、切り替え手段により各ロータ巻線に流れる電流の向きを切り替えることにより、ロータの回転方向及び力行回生状態にかかわらず、電流位相−トルク特性を適切に設定して、トルクを有効に高くすることができる。例えば、力行トルクを大きくする場合に、ロータ正転時とロータ逆転時との両方で大きくすることができる。また、回生トルクを大きくする場合に、ロータ正転時とロータ逆転時との両方で大きくすることができる。したがって、ロータ回転の正転逆転両方で高いトルクを得られる回転電機の実現が可能になる。   According to the present invention, the torque of the rotating electrical machine can be effectively increased. For example, according to the first aspect of the invention, the direction of the current flowing through each rotor winding is switched by the switching means according to the rotation direction and the power running regeneration state of the rotor, so that regardless of the rotor rotation direction and the power running regeneration state. The torque can be effectively increased by appropriately setting the current phase-torque characteristics. For example, when the power running torque is increased, the power running torque can be increased both during the forward rotation of the rotor and during the reverse rotation of the rotor. Further, when the regenerative torque is increased, it can be increased both when the rotor is rotating forward and when the rotor is rotating backward. Therefore, it is possible to realize a rotating electrical machine that can obtain high torque in both forward and reverse rotations of the rotor.

また、第2の発明によれば、ロータの回転停止時に各ロータ巻線を、短絡路側切り替え手段及び短絡路を介して短絡させ、各ロータ巻線と整流素子との間の接続を切断することにより、ロータを含む回転電機を、誘導機として作用させることができる。この場合には、ロータ巻線に流れる電流が一方向には整流されず、両方向に流れることが可能になる。また、ロータの回転停止時にステータ巻線に交流電流を流すことにより生成される回転磁界に基づいて、ロータの回転停止トルクを得ることができる。このため、ステータに電力を供給するインバータ等を構成するスイッチング素子等の一部の電気素子に集中して長時間電流を流し続ける必要がなくなり、熱的に有利になる。したがって、ロータの回転停止時のトルクを有効に高くできる。   According to the second invention, when the rotation of the rotor is stopped, each rotor winding is short-circuited via the short-circuit path switching means and the short-circuit path, and the connection between each rotor winding and the rectifying element is disconnected. Thus, the rotating electrical machine including the rotor can be operated as an induction machine. In this case, the current flowing through the rotor winding is not rectified in one direction and can flow in both directions. Further, the rotation stop torque of the rotor can be obtained based on the rotating magnetic field generated by passing an alternating current through the stator winding when the rotation of the rotor is stopped. For this reason, it is not necessary to concentrate on a part of electric elements such as switching elements constituting an inverter or the like for supplying electric power to the stator, and it becomes thermally advantageous. Therefore, the torque when the rotor stops rotating can be effectively increased.

また、第3の発明によれば、ロータの回転停止時に切り替え手段により、各ロータ巻線に電流が両方向に流れることを可能にすることにより、第2の発明と同様に、ロータを含む回転電機を、誘導機として作用させることができる。また、ロータの回転停止時にステータ巻線に交流電流を流すことにより生成される回転磁界に基づいて、ロータの回転停止トルクを得ることができる。このため、ステータに電力を供給するインバータ等を構成するスイッチング素子等の一部の電気素子に集中して長時間電流を流し続ける必要がなくなり、ロータの回転停止時のトルクを有効に高くできる。このように、本発明によれば、回転電機のトルクを有効に高くすることができる。   Further, according to the third aspect of the invention, the switching unit, when stopping the rotation of the rotor, allows the current to flow through each rotor winding in both directions, thereby rotating the rotating electrical machine including the rotor as in the second aspect. Can act as an induction machine. Further, the rotation stop torque of the rotor can be obtained based on the rotating magnetic field generated by passing an alternating current through the stator winding when the rotation of the rotor is stopped. For this reason, it is not necessary to concentrate on a part of electric elements such as switching elements constituting an inverter or the like for supplying electric power to the stator, and it is possible to effectively increase the torque when the rotation of the rotor is stopped. Thus, according to the present invention, the torque of the rotating electrical machine can be effectively increased.

[第1の発明の実施の形態]
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態の回転電機を、回転軸と平行方向から見た略図である。図2は、図1のロータの概略構成を、回転軸と平行方向から見た略図である。図3は、ロータ巻線とダイオードとを接続した回路を示す図である。図4は、第1の実施の形態の回転電機を駆動する回転電機駆動装置の略構成図である。図5は、回転電機のトルク特性を、正転時に力行トルク有利特性とし、逆転時に回生トルク有利特性とするために、ロータ巻線の両側に一部のダイオードを接続した状態を示す、図2に対応する略図である。図6は、回転電機のトルク特性を、逆転時に力行トルク有利特性とし、正転時に回生トルク有利特性とするために、ロータ巻線の両側に一部のダイオードを接続した状態を示す、図2に対応する略図である。図7は、回転電機の電流位相−トルク特性を、力行トルク有利特性と回生トルク有利特性とで、それぞれ示す図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a rotating electrical machine according to a first embodiment of the present invention viewed from a direction parallel to a rotation axis. FIG. 2 is a schematic view of the schematic configuration of the rotor of FIG. 1 viewed from a direction parallel to the rotation axis. FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit in which a rotor winding and a diode are connected. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a rotating electrical machine drive device that drives the rotating electrical machine according to the first embodiment. FIG. 5 shows a state in which some diodes are connected to both sides of the rotor winding in order to make the torque characteristic of the rotating electrical machine a power running torque advantageous characteristic during forward rotation and a regenerative torque advantageous characteristic during reverse rotation. It is the schematic corresponding to. FIG. 6 shows a state in which some diodes are connected to both sides of the rotor winding in order to make the torque characteristics of the rotating electrical machine a power running torque advantageous characteristic at the time of reverse rotation and a regenerative torque advantageous characteristic at the time of forward rotation. It is the schematic corresponding to. FIG. 7 is a diagram showing the current phase-torque characteristics of the rotating electrical machine by power running torque advantageous characteristics and regenerative torque advantageous characteristics.

本実施の形態の回転電機38は、図示しないケーシングに固定されたステータ28と、ステータ28と所定の空隙を空けて径方向に対向配置され、ステータ28に対し回転可能なロータ40とを備える。図1から図2は、ステータ28とロータ40とが径方向に対向するように配置された、ラジアル型の回転電機38の例を示しており、ロータ40がステータ28の径方向内側に配置されている。ステータ28は、複数のティース34に巻装された3相等の奇数相のステータ巻線32u,32v,32wを有し、例えば3相のステータ巻線32u,32v,32wに3相の交流電流を流すことで、ティース34に高調波成分を含む周波数の回転磁界を生成する。なお、本実施の形態の主な特徴は、ロータ40の構造にあり、ステータ28の構成及び作用は、上記の図12、図13に示した先発明に係るステータ28と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略もしくは簡略にする。   The rotating electrical machine 38 of the present embodiment includes a stator 28 fixed to a casing (not shown), and a rotor 40 that is disposed to face the stator 28 in a radial direction with a predetermined gap therebetween and is rotatable with respect to the stator 28. FIG. 1 to FIG. 2 show an example of a radial type rotating electrical machine 38 in which the stator 28 and the rotor 40 are arranged so as to face each other in the radial direction, and the rotor 40 is arranged inside the stator 28 in the radial direction. ing. The stator 28 has odd-phase stator windings 32u, 32v, 32w such as a three-phase wound around a plurality of teeth 34. For example, a three-phase alternating current is applied to the three-phase stator windings 32u, 32v, 32w. By flowing, a rotating magnetic field having a frequency including a harmonic component is generated in the teeth 34. The main feature of the present embodiment is the structure of the rotor 40, and the configuration and operation of the stator 28 are the same as those of the stator 28 according to the prior invention shown in FIGS. The same reference numerals are given to the portions, and overlapping descriptions are omitted or simplified.

図2に示すように、ロータ40は、ロータコア12と、ロータコア12の周方向複数個所に配置され、巻装されたロータ巻線42a,42bと、ロータ40の周方向複数個所に配置された永久磁石26とを含む。ロータ40は、回転軸16に固定されている。ロータコア12の周方向複数個所に、径方向に伸びる柱部等の磁極部18が形成され、ロータ巻線42a,42bは、各磁極部18に巻装されている。永久磁石26は、ロータ40の周方向複数個所の、磁極部18に対して周方向に外れた部分に配置されている。永久磁石26は、ロータ40の径方向に着磁させるとともに、その着磁方向を、ロータ40の周方向に隣り合う永久磁石26同士で異ならせている。図1、図2、図5、図6において、永久磁石26に配置された矢印は、磁化方向を表している。なお、永久磁石26は、例えば、ロータ40の径方向に関して内側から外側に向かって広がるようなV字状に配置することもできる。なお、磁極部18は、ロータ40の周方向複数個所に径方向に伸びるように配置した突極等により構成することもできる。   As shown in FIG. 2, the rotor 40 is disposed at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core 12, the rotor core 12, the wound rotor windings 42 a and 42 b, and a permanent configuration disposed at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 40. A magnet 26. The rotor 40 is fixed to the rotating shaft 16. Magnetic pole portions 18 such as pillar portions extending in the radial direction are formed at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core 12, and the rotor windings 42 a and 42 b are wound around the magnetic pole portions 18. The permanent magnets 26 are disposed at a plurality of portions in the circumferential direction of the rotor 40 that are separated from the magnetic pole portion 18 in the circumferential direction. The permanent magnet 26 is magnetized in the radial direction of the rotor 40, and the magnetizing direction is made different between the permanent magnets 26 adjacent in the circumferential direction of the rotor 40. 1, 2, 5, and 6, the arrow disposed on the permanent magnet 26 represents the magnetization direction. In addition, the permanent magnet 26 can also be arrange | positioned in the V shape which spreads from inner side toward the outer side regarding the radial direction of the rotor 40, for example. Note that the magnetic pole portion 18 can also be constituted by salient poles or the like arranged so as to extend in the radial direction at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 40.

図2に示すように、ロータコア12は、周方向に関して異なる磁気的突極特性を有する。ロータ40のうち、各永久磁石26から周方向に外れ、周方向に関して磁極部18と同位置である、インダクタンスLが高い磁路をq軸磁路とし、各永久磁石26と周方向に一致するインダクタンスLが低い磁路をd軸磁路とすると、各ロータ巻線42a,42bは、ロータ40の周方向複数個所に位置するq軸磁路に配置されている。   As shown in FIG. 2, the rotor core 12 has different magnetic salient pole characteristics in the circumferential direction. Of the rotor 40, a magnetic path having a high inductance L that is in the circumferential direction and is located at the same position as the magnetic pole portion 18 in the circumferential direction is defined as a q-axis magnetic path and coincides with each permanent magnet 26 in the circumferential direction. When a magnetic path with a low inductance L is a d-axis magnetic path, the rotor windings 42 a and 42 b are arranged in q-axis magnetic paths located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor 40.

また、各磁極部18に巻装されたロータ巻線42a,42bは、互いに電気的に接続されておらず分断(絶縁)されている。そして、電気的に分断された各ロータ巻線42a,42bに2個ずつの整流素子であり、それぞれ一方向整流素子と他方向整流素子とである、一方向ダイオード22と他方向ダイオード24とがそれぞれ並列に接続されている。また、ロータ40の周方向の一つ置きの一部のロータ巻線42aに接続された一方向ダイオード22の片側と一部のロータ巻線42aとの間、及び、残りのロータ巻線42bに接続された他方向ダイオード24の片側と残りのロータ巻線42bとの間に、それぞれ切り替え手段44(図3)を構成する、正転力行用接続スイッチ46を設けている。   Further, the rotor windings 42a and 42b wound around the magnetic pole portions 18 are not electrically connected to each other and are separated (insulated). Two rectifying elements are provided for each of the electrically separated rotor windings 42a and 42b, and the unidirectional diode 22 and the omnidirectional diode 24, which are a unidirectional rectifying element and an omnidirectional rectifying element, respectively. Each is connected in parallel. Further, between one side of the one-way diode 22 connected to a part of the other rotor windings 42a in the circumferential direction of the rotor 40 and a part of the rotor windings 42a, and to the remaining rotor windings 42b. Between one side of the connected other direction diode 24 and the remaining rotor winding 42b, there is provided a forward power running connection switch 46 that constitutes a switching means 44 (FIG. 3).

また、ロータ40の周方向の一つ置きの一部のロータ巻線42aに接続された他方向ダイオード24の片側と一部のロータ巻線42aとの間、及び、残りのロータ巻線42bに接続された一方向ダイオード22の片側と残りのロータ巻線42bとの間に、それぞれ切り替え手段44(図3)を構成する、逆転力行用接続スイッチ48を設けている。図3に示すように、切り替え手段44は、一方向ダイオード22及び他方向ダイオード24に対してそれぞれ直列に配置するように、ロータ巻線42a,42b毎に2個ずつ設けられ、一方向ダイオード22及び他方向ダイオード24のそれぞれの片側とロータ巻線42a,42bとの間の電気的接続を断接可能な正転力行用接続スイッチ46及び逆転力行用接続スイッチ48を備える。正転力行用接続スイッチ46または逆転力行用接続スイッチ48を接続した状態で、各ロータ巻線42a,42bが一方向ダイオード22または他方向ダイオード24を介して短絡される。これにより、各ロータ巻線42a,42bに流れる電流が一方向に整流される。   Further, between one side of the other-direction diode 24 connected to a part of the other rotor windings 42a in the circumferential direction of the rotor 40 and a part of the rotor windings 42a, and to the remaining rotor windings 42b. Between one side of the connected one-way diode 22 and the remaining rotor winding 42b, there is provided a reverse power running connection switch 48 that constitutes a switching means 44 (FIG. 3). As shown in FIG. 3, two switching means 44 are provided for each of the rotor windings 42 a and 42 b so as to be arranged in series with respect to the one-way diode 22 and the other-direction diode 24, respectively. And a forward power running connection switch 46 and a reverse power running connection switch 48 capable of connecting / disconnecting the electrical connection between each side of the diode 24 and the rotor windings 42a, 42b. In a state where the forward power running connection switch 46 or the reverse power running connection switch 48 is connected, the rotor windings 42 a and 42 b are short-circuited via the one-way diode 22 or the other-direction diode 24. As a result, the current flowing through the rotor windings 42a and 42b is rectified in one direction.

ロータ巻線42a,42bにダイオード22,24の整流方向に応じた直流電流が流れると、ロータ巻線42a,42bが巻装された磁極部18(図1、図2)が磁化することで、この磁極部18が磁極の固定された磁石として機能する。また、図3に示すように、各ロータ巻線42a,42bに設けた正転力行用接続スイッチ46と逆転力行用接続スイッチ48とは、いずれもトランジスタ等のスイッチング素子である。図3に示すように、接続スイッチ46,48のいずれかに接続のための信号が入力されることにより、接続スイッチ46,48が接続され、各ロータ巻線42a,42bに一方向ダイオード22または他方向ダイオード24を介して電流が一方向に流れるようになる。また、一方向ダイオード22と他方向ダイオード24とは、互いに逆方向にロータ巻線42a,42bに電流を流す機能を有する。切り替え手段44は、各ロータ巻線42a,42bに流れる電流の向きを切り替え可能とする。なお、正転力行用接続スイッチ46と逆転力行用接続スイッチ48とは、リレー等のスイッチング素子とすることもできる。   When a direct current corresponding to the rectification direction of the diodes 22 and 24 flows through the rotor windings 42a and 42b, the magnetic pole portion 18 (FIGS. 1 and 2) around which the rotor windings 42a and 42b are wound is magnetized. This magnetic pole part 18 functions as a magnet with a fixed magnetic pole. Further, as shown in FIG. 3, the forward power running connection switch 46 and the reverse power running connection switch 48 provided in the rotor windings 42 a and 42 b are both switching elements such as transistors. As shown in FIG. 3, when a signal for connection is input to one of the connection switches 46 and 48, the connection switches 46 and 48 are connected, and the one-way diode 22 or the rotor windings 42a and 42b are connected to each of the rotor windings 42a and 42b. A current flows in one direction through the other direction diode 24. The one-way diode 22 and the other-direction diode 24 have a function of flowing current through the rotor windings 42a and 42b in opposite directions. The switching means 44 can switch the direction of the current flowing through each rotor winding 42a, 42b. The forward power running connection switch 46 and the reverse power running connection switch 48 may be switching elements such as relays.

また、図4に示すように、本実施の形態の回転電機駆動装置50は、回転電機38と、蓄電装置52と、インバータ54と、制御部である制御装置56とを備える。蓄電装置52は、直流電源として設けられ、充放電可能であり、例えば二次電池により構成する。インバータ54は、スイッチング素子(図示せず)を備え、スイッチング素子のスイッチング動作により蓄電装置52からの直流電力を、3相等の奇数相の交流に変換して、ステータ28を構成するステータ巻線32u,32v,32wの各相に電力を供給することを可能とする。制御装置56は、インバータ54を構成するスイッチング素子のスイッチング動作を制御して、ステータ巻線32u,32v,32wに流す交流電流の位相(電流進角)を制御することで、ロータ40のトルクを制御する。   As shown in FIG. 4, the rotating electrical machine drive device 50 of the present embodiment includes the rotating electrical machine 38, a power storage device 52, an inverter 54, and a control device 56 that is a control unit. The power storage device 52 is provided as a direct current power source and is chargeable / dischargeable, and is constituted by, for example, a secondary battery. The inverter 54 includes a switching element (not shown), and converts the DC power from the power storage device 52 into an odd-phase AC, such as a three-phase, by a switching operation of the switching element, thereby forming a stator winding 32u that constitutes the stator 28. , 32v, and 32w can be supplied with electric power. The control device 56 controls the switching operation of the switching elements constituting the inverter 54, and controls the phase of the alternating current (current advance angle) flowing through the stator windings 32u, 32v, 32w, thereby increasing the torque of the rotor 40. Control.

また、制御装置56は、各接続スイッチ46,48に、接続または切断のための信号を入力可能としている。制御装置56は、少なくともロータ40の回転時において、正転力行用接続スイッチ46と逆転力行用接続スイッチ48とのいずれに接続のための信号を入力するかを選択する。具体的には、ロータ40の正転時、すなわち図2、図5の矢印α方向にロータ40を回転させる場合で、回転電機38(図1、図3)を力行させる場合には、すべての正転力行用接続スイッチ46を接続し、すべての逆転力行用接続スイッチ48を切断する。これにより、各ロータ巻線42a,42bとダイオード22,24との接続状態は、図5に示すようになる。この場合には、回転電機38の電流位相−トルク特性が、図7に実線γで示すような、力行トルク有利特性となる。すなわち、力行トルクの最大値を高くできる。言い換えれば、この場合には、上記の図12、図13に示した先発明の場合において、図12の矢印α方向にロータ40を回転させる場合に得られる、図14に実線で示した、電流位相−トルク特性と同様になり、力行トルクの最大値を高くできる。なお、図5において、ロータ巻線42a,42bの、ロータ40の径方向に関する外側に配置した矢印の向きは、磁化方向を表している(後述する図6も同様である)。また、この場合には、ロータ巻線42a,42bに電流が流れることにより、永久磁石26と同方向に磁化される磁極部18が、ロータ40の回転方向に関して、この永久磁石26よりも進行方向前側に位置する。   In addition, the control device 56 can input a signal for connection or disconnection to each of the connection switches 46 and 48. The control device 56 selects which of the forward power running connection switch 46 and the reverse power running connection switch 48 the connection signal is input at least when the rotor 40 rotates. Specifically, when the rotor 40 is rotated forward, that is, when the rotor 40 is rotated in the direction of the arrow α in FIGS. 2 and 5, when the rotating electrical machine 38 (FIGS. 1 and 3) is powered, The forward power running connection switch 46 is connected, and all the reverse power running connection switches 48 are disconnected. Thereby, the connection state between the rotor windings 42a and 42b and the diodes 22 and 24 is as shown in FIG. In this case, the current phase-torque characteristic of the rotating electrical machine 38 becomes a power running torque advantageous characteristic as indicated by a solid line γ in FIG. That is, the maximum value of the power running torque can be increased. In other words, in this case, in the case of the prior invention shown in FIGS. 12 and 13, the current shown by the solid line in FIG. 14 is obtained when the rotor 40 is rotated in the direction of arrow α in FIG. Similar to the phase-torque characteristics, the maximum value of the power running torque can be increased. In FIG. 5, the direction of the arrow arranged outside the rotor windings 42a and 42b with respect to the radial direction of the rotor 40 represents the magnetization direction (the same applies to FIG. 6 described later). In this case, the magnetic pole portion 18 that is magnetized in the same direction as the permanent magnet 26 by the current flowing through the rotor windings 42 a and 42 b is more advanced than the permanent magnet 26 in the rotational direction of the rotor 40. Located on the front side.

また、ロータ40の逆転時、すなわち図2、図6の矢印β方向にロータ40を回転させる場合で、回転電機38(図1、図3)を力行させる場合には、すべての逆転力行用接続スイッチ48を接続し、すべての正転力行用接続スイッチ46を切断する。これにより、各ロータ巻線42a,42bとダイオード22,24との接続状態は、図6に示すようになる。この場合も、ロータ40が逆転方向に回転するのにもかかわらず、回転電機38の電流位相−トルク特性が、図7に実線γで示すような、力行トルク有利特性となる。すなわち、力行トルクの最大値を高くできる。すなわち、この場合には、ロータ40の回転が、逆転方向(図6の矢印β方向)になるが、ロータ巻線42a,42bに流れる電流の向きが、図5の場合と逆になる。このため、永久磁石26と同方向に磁化される磁極部18が、ロータ40の回転方向に関して、この永久磁石26よりも進行方向前側に位置する。したがって、上記の図5でロータ40を正転方向(矢印α方向)に回転させる場合と、図6でロータ40を逆転方向(矢印β方向)に回転させる場合とで、回転電機38のトルク特性は同じになる。この結果、ロータ40の回転方向にかかわらず、図7に実線γで示すように、力行トルクの最大値を大きくできる。   Further, when the rotor 40 is rotated in the reverse direction, that is, when the rotor 40 is rotated in the direction of the arrow β in FIGS. 2 and 6 and the rotating electrical machine 38 (FIGS. 1 and 3) is powered, all the reverse power running connections are performed. The switch 48 is connected, and all the forward power running connection switches 46 are disconnected. Thereby, the connection state between the rotor windings 42a and 42b and the diodes 22 and 24 is as shown in FIG. In this case as well, the current phase-torque characteristic of the rotating electrical machine 38 becomes a power running torque advantageous characteristic as indicated by a solid line γ in FIG. 7 despite the fact that the rotor 40 rotates in the reverse direction. That is, the maximum value of the power running torque can be increased. That is, in this case, the rotation of the rotor 40 is in the reverse direction (the direction of arrow β in FIG. 6), but the direction of the current flowing through the rotor windings 42a and 42b is opposite to that in FIG. For this reason, the magnetic pole part 18 magnetized in the same direction as the permanent magnet 26 is located on the front side in the traveling direction with respect to the rotation direction of the rotor 40. Therefore, the torque characteristic of the rotating electrical machine 38 is obtained when the rotor 40 is rotated in the forward rotation direction (arrow α direction) in FIG. 5 and when the rotor 40 is rotated in the reverse rotation direction (arrow β direction) in FIG. Will be the same. As a result, regardless of the rotation direction of the rotor 40, the maximum value of the power running torque can be increased as shown by the solid line γ in FIG.

また、ロータ40の正転時、すなわち図2、図6の矢印α方向にロータ40を回転させる場合で、回転電機38(図1、図3)を回生させる場合には、すべての逆転力行用接続スイッチ48を接続し、すべての正転力行用接続スイッチ46を切断する。これにより、各ロータ巻線42a,42bとダイオード22,24との接続状態は、図6に示すようになる。この場合には、回転電機38の電流位相−トルク特性が、図7に破線δで示すような、回生トルク有利特性となる。すなわち、回生トルクの最大値を高くできる。言い換えれば、この場合には、上記の図12、図13に示した先発明の場合において、図12の矢印β方向にロータ40を回転させる場合に得られる、図14の破線で示した、電流位相−トルク特性と同様になり、回生トルクの最大値を高くできる。この場合には、ロータ巻線42a,42bに電流が流れることにより、永久磁石26と同方向に磁化される磁極部18が、ロータ40の回転方向に関して、この永久磁石26よりも進行方向後側に位置する。   Further, when the rotor 40 is rotated in the forward direction, that is, when the rotor 40 is rotated in the direction of the arrow α in FIGS. 2 and 6, when the rotating electrical machine 38 (FIGS. 1 and 3) is regenerated, all the reverse power running is performed. The connection switch 48 is connected, and all the normal rotation power running connection switches 46 are disconnected. Thereby, the connection state between the rotor windings 42a and 42b and the diodes 22 and 24 is as shown in FIG. In this case, the current phase-torque characteristic of the rotating electrical machine 38 is a regenerative torque advantageous characteristic as indicated by a broken line δ in FIG. That is, the maximum value of the regenerative torque can be increased. In other words, in this case, in the case of the prior invention shown in FIGS. 12 and 13, the current shown by the broken line in FIG. 14 obtained when the rotor 40 is rotated in the direction of arrow β in FIG. Similar to the phase-torque characteristics, the maximum value of the regenerative torque can be increased. In this case, when a current flows through the rotor windings 42 a and 42 b, the magnetic pole portion 18 magnetized in the same direction as the permanent magnet 26 is behind the permanent magnet 26 in the traveling direction with respect to the rotation direction of the rotor 40. Located in.

また、ロータ40の逆転時、すなわち図2、図5の矢印β方向にロータ40を回転させる場合で、回転電機38(図1、図3)を回生させる場合には、すべての正転力行用接続スイッチ46を接続し、すべての逆転力行用接続スイッチ48を切断する。これにより、各ロータ巻線42a,42bとダイオード22,24との接続状態は、図5に示すようになる。この場合も、回転電機38の電流位相−トルク特性が、図7に破線δで示すような、回生トルク有利特性となる。すなわち、回生トルクの最大値を高くできる。言い換えれば、この場合には、ロータ40の回転が、逆転方向(図5の矢印β方向)になるが、ロータ巻線42a,42bに流れる電流の向きが、図6の場合と逆になるため、永久磁石26と同方向に磁化される磁極部18が、ロータ40の回転方向に関して、この永久磁石26よりも進行方向後側に位置する。このため、上記の図6でロータ40を正転方向(矢印α方向)に回転させる場合と、図5でロータ40を逆転方向(矢印β方向)に回転させる場合とで、回転電機38のトルク特性は同じになる。この結果、ロータ40の回転方向にかかわらず、図7に破線δで示すように、回生トルクの最大値を大きくできる。このように各スイッチ22,24は、ロータ40の回転方向及び力行回生状態に応じて、力行トルクまたは回生トルクで最大値が得られるように、断接が切り替わるようにする。   Further, when the rotor 40 is rotated in the reverse direction, that is, when the rotor 40 is rotated in the direction of the arrow β in FIGS. 2 and 5, and when the rotating electrical machine 38 (FIGS. 1 and 3) is regenerated, The connection switch 46 is connected, and all the reverse power running connection switches 48 are disconnected. Thereby, the connection state between the rotor windings 42a and 42b and the diodes 22 and 24 is as shown in FIG. Also in this case, the current phase-torque characteristic of the rotating electrical machine 38 is a regenerative torque advantageous characteristic as indicated by a broken line δ in FIG. That is, the maximum value of the regenerative torque can be increased. In other words, in this case, the rotation of the rotor 40 is in the reverse direction (the direction of arrow β in FIG. 5), but the direction of the current flowing through the rotor windings 42a and 42b is opposite to that in FIG. The magnetic pole portion 18 magnetized in the same direction as the permanent magnet 26 is located behind the permanent magnet 26 in the traveling direction with respect to the rotation direction of the rotor 40. Therefore, when the rotor 40 is rotated in the forward rotation direction (arrow α direction) in FIG. 6 and when the rotor 40 is rotated in the reverse rotation direction (arrow β direction) in FIG. The characteristics are the same. As a result, regardless of the rotation direction of the rotor 40, the maximum value of the regenerative torque can be increased as shown by the broken line δ in FIG. As described above, the switches 22 and 24 are connected and disconnected so that the maximum value can be obtained by the power running torque or the regenerative torque according to the rotation direction of the rotor 40 and the power running regenerative state.

このような正転力行用接続スイッチ46と逆転力行用接続スイッチ48との断接状態の切り替えは、図4に示した制御装置56からの信号を、各スイッチ46,46の少なくとも一部に入力することにより行う。制御装置56には、ロータ40の回転方向と、回転状態と、力行回生状態とを表す信号を入力し、制御装置56は、この信号が表すロータ40の回転方向、回転状態、力行回生状態に基づいて、各スイッチ46,48のいずれを接続し、いずれを切断するかを判断し、この判断に対応する信号を各スイッチ46,48の少なくとも一部に入力する。このために、例えば、信号伝達手段を介して、ステータ28側からロータ40側に各スイッチ46,48の切り替えのための信号を送信可能としている。信号伝達手段は、例えば、ステータ28側に固定したブラシ(図示せず)と、ロータ40側に固定したスリップリング(図示せず)とにより構成する摺接切り替え手段、発光素子及び受光素子を備えるフォトカプラ(図示せず)、ステータ28側とロータ40側とに設けた信号伝達用巻線(図示せず)等により構成する。制御装置56は、ロータ40の回転方向に対応して、各スイッチ46,48により、各ロータ巻線42a,42bに流れる電流の向きを切り替える。   Such switching of the connection / disconnection state between the forward rotation power running connection switch 46 and the reverse rotation power running connection switch 48 is performed by inputting a signal from the control device 56 shown in FIG. To do. The control device 56 receives signals representing the rotation direction of the rotor 40, the rotation state, and the power running regeneration state. The control device 56 changes the rotation direction, rotation state, and power running regeneration state of the rotor 40 represented by this signal. Based on this, it is determined which of the switches 46 and 48 is to be connected and which is to be disconnected, and a signal corresponding to this determination is input to at least a part of each of the switches 46 and 48. For this purpose, for example, signals for switching the switches 46 and 48 can be transmitted from the stator 28 side to the rotor 40 side via a signal transmission means. The signal transmission means includes, for example, a sliding contact switching means constituted by a brush (not shown) fixed to the stator 28 side and a slip ring (not shown) fixed to the rotor 40 side, a light emitting element and a light receiving element. It is configured by a photocoupler (not shown), a signal transmission winding (not shown) provided on the stator 28 side and the rotor 40 side, and the like. The control device 56 switches the direction of the current flowing through the rotor windings 42 a and 42 b by using the switches 46 and 48 according to the rotation direction of the rotor 40.

このように、正転力行用接続スイッチ46と逆転力行用接続スイッチ48との断接状態の切り替えにより、ロータ40の周方向に隣り合うロータ巻線42a,42b同士で直流電流の方向が互いに逆方向になる。そして、図5、図6に示すように、ロータ40の周方向に隣り合う磁極部18同士で磁化方向が互いに逆になる。すなわち、本実施の形態では、磁極部18の磁気特性が、ロータ40の周方向に関して交互に異なることを可能とする。例えば、図5では、ロータ40の周方向1つ置きの磁極部18の径方向外側にN極が配置され、N極の磁極部18と周方向に隣り合う磁極部18の径方向外側にS極が配置されるようにする。また、図6では、図5でN極が配置されていた磁極部18の径方向外側にS極が配置され、図5でS極が配置されていた磁極部18の径方向外側にN極が配置されるようにする。そして、ロータ40の周方向に隣り合う2つの磁極部18(N極及びS極)により、1つの極対が構成される。図2、図5、図6に示す例では、8極の磁極部18が形成され、ロータ40の極対数は4極対となる。また、ステータ28(図1)の極対数とロータ40の極対数とはいずれも4極対で、ステータ28の極対数とロータ40の極対数とは等しい。ただし、ステータ28の極対数及びロータ40の極対数は、いずれも4極対以外とすることもできる。   In this way, by switching the connection / disconnection state between the forward power running connection switch 46 and the reverse power running connection switch 48, the direct current directions of the rotor windings 42a and 42b adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 40 are opposite to each other. Become a direction. As shown in FIGS. 5 and 6, the magnetization directions of the magnetic pole portions 18 adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 40 are opposite to each other. That is, in the present embodiment, the magnetic characteristics of the magnetic pole portions 18 can be alternately changed with respect to the circumferential direction of the rotor 40. For example, in FIG. 5, N poles are arranged on the radially outer side of every other magnetic pole part 18 in the circumferential direction of the rotor 40, and S is placed on the radially outer side of the magnetic pole part 18 adjacent to the N pole magnetic pole part 18 in the circumferential direction. Make sure the poles are placed. Further, in FIG. 6, the S pole is disposed on the radially outer side of the magnetic pole portion 18 in which the N pole is disposed in FIG. 5, and the N pole is disposed on the radially outer side of the magnetic pole portion 18 in which the S pole is disposed in FIG. 5. To be placed. The two magnetic pole portions 18 (N pole and S pole) adjacent in the circumferential direction of the rotor 40 constitute one pole pair. In the example shown in FIGS. 2, 5, and 6, the 8-pole magnetic pole portion 18 is formed, and the number of pole pairs of the rotor 40 is 4 pole pairs. Further, the number of pole pairs of the stator 28 (FIG. 1) and the number of pole pairs of the rotor 40 are all four, and the number of pole pairs of the stator 28 and the number of pole pairs of the rotor 40 are equal. However, the number of pole pairs of the stator 28 and the number of pole pairs of the rotor 40 may be other than four pole pairs.

また、本実施の形態では、ロータ40の周方向に関する各磁極部18の幅がロータ40の電気角で180°に相当する幅よりも短く設定されている。そして、周方向に関する各ロータ巻線42a,42bの幅θ(図2)はロータ40の電気角で180°に相当する幅よりも短く設定されており、ロータ巻線42a,42bは各磁極部18に短節巻きで巻装されている。   In the present embodiment, the width of each magnetic pole portion 18 in the circumferential direction of the rotor 40 is set to be shorter than the width corresponding to 180 ° in terms of the electrical angle of the rotor 40. The width θ (FIG. 2) of each rotor winding 42a, 42b in the circumferential direction is set to be shorter than the width corresponding to 180 ° in terms of the electrical angle of the rotor 40. The rotor windings 42a, 42b 18 is wound with a short winding.

このような回転電機において、3相のステータ巻線32u,32v,32wに3相の交流電流を流すことでティース34(図1)に生成された高調波成分を含む周波数の回転磁界がロータ40に作用する。そしてこれに応じて、ロータ40に、リラクタンストルクと永久磁石生成トルクとロータ巻線生成トルクとが作用して、ロータ40がステータ28で生成される回転磁界(基本波成分)に同期して回転駆動する。このような作用は、上記の図12、図13に示した先発明に係る回転電機の場合と同様である。例えば、各ロータ巻線42a,42bでは、ステータ28で生成された回転磁界が鎖交することで誘導起電力が発生する。また、一方向ダイオード22及び他方向ダイオード24は、誘導起電力の発生に伴って各ロータ巻線42a,42bに流れる電流を互いに逆向きに整流する。   In such a rotating electrical machine, a rotating magnetic field having a frequency including a harmonic component generated in the teeth 34 (FIG. 1) by flowing a three-phase alternating current through the three-phase stator windings 32 u, 32 v, 32 w is generated in the rotor 40. Act on. Accordingly, reluctance torque, permanent magnet generation torque, and rotor winding generation torque act on the rotor 40, and the rotor 40 rotates in synchronization with the rotating magnetic field (fundamental wave component) generated by the stator 28. To drive. Such an operation is the same as in the case of the rotating electrical machine according to the prior invention shown in FIGS. For example, in each of the rotor windings 42a and 42b, an induced electromotive force is generated by the linkage of the rotating magnetic field generated by the stator 28. Further, the one-way diode 22 and the other-direction diode 24 rectify currents flowing through the rotor windings 42a and 42b in the opposite directions with the generation of the induced electromotive force.

このような本実施の形態の回転電機及び回転電機駆動装置によれば、回転電機38のトルクを有効に高くすることができる。すなわち、ロータ40の回転方向及び力行回生状態に応じて、正転力行用接続スイッチ46及び逆転力行用接続スイッチ48の切り替えにより、各ロータ巻線42a,42bに流れる電流の向きを切り替えることにより、ロータ40の回転方向及び力行回生状態にかかわらず、電流位相−トルク特性を適切に設定して、トルクを有効に高くすることができる。例えば、力行トルクを大きくする場合に、ロータ40正転時とロータ40逆転時との両方で大きくすることができる。また、回生トルクを大きくする場合に、ロータ40正転時とロータ40逆転時との両方で大きくすることができる。したがって、ロータ40回転の正転逆転両方で高いトルクを得られる回転電機38の実現が可能になる。   According to the rotating electrical machine and the rotating electrical machine driving apparatus of this embodiment, the torque of the rotating electrical machine 38 can be effectively increased. That is, by switching the forward rotation power running connection switch 46 and the reverse rotation power running connection switch 48 according to the rotation direction of the rotor 40 and the power running regeneration state, by switching the direction of the current flowing through each rotor winding 42a, 42b, Regardless of the rotation direction of the rotor 40 and the power running regeneration state, the torque can be effectively increased by appropriately setting the current phase-torque characteristics. For example, when the power running torque is increased, it can be increased both when the rotor 40 rotates forward and when the rotor 40 rotates backward. Further, when the regenerative torque is increased, it can be increased both when the rotor 40 is rotating forward and when the rotor 40 is rotating backward. Therefore, it is possible to realize the rotating electrical machine 38 that can obtain a high torque in both forward and reverse rotations of the rotor 40.

また、ロータ40の回転停止時において、正転力行用接続スイッチ46及び逆転力行用接続スイッチ48のすべてが接続されるように、制御装置56により制御することにより、ロータ巻線42a,42bに流れる電流が一方向に整流されないようになる。この場合には、回転電機38を、同期機としてではなく、誘導機として作用させることができ、ステータ巻線32u,32v,32wに交流電流を流すことにより生成される回転磁界に基づいて、ロータ40の回転停止トルクを得ることができる。このため、ステータ28に電力を供給するインバータ54を構成するスイッチング素子等の一部の電気素子に集中して長時間電流を流し続ける必要がなくなる。すなわち、複数の電気素子のうち、電流が流れる電気素子が変化する。このため、熱的に有利になり、ロータ40の回転停止時のトルクを有効に高くできる。   Further, when the rotation of the rotor 40 is stopped, the control device 56 performs control so that all of the forward rotation power running connection switch 46 and the reverse rotation power running connection switch 48 are connected, so that the current flows through the rotor windings 42a and 42b. The current is not rectified in one direction. In this case, the rotating electrical machine 38 can be operated as an induction machine, not as a synchronous machine, and based on the rotating magnetic field generated by passing an alternating current through the stator windings 32u, 32v, 32w, the rotor A rotation stop torque of 40 can be obtained. For this reason, it is not necessary to concentrate on some electric elements, such as the switching element which comprises the inverter 54 which supplies the electric power to the stator 28, and to continue flowing an electric current for a long time. That is, among the plurality of electric elements, the electric element through which the current flows changes. For this reason, it becomes thermally advantageous, and the torque when the rotation of the rotor 40 is stopped can be effectively increased.

また、ロータ40の回転時において、正転力行用接続スイッチ46及び逆転力行用接続スイッチ48のすべてが接続されるように、制御装置56により制御した場合も、ロータ巻線42a,42bに流れる電流が一方向に整流されないようになる。この場合も、回転電機38を、同期機としてではなく、誘導機として作用させることができる。この場合には、ロータ40の回転に同期しない異なる周波数の電源周波数の電圧で回転電機38を駆動することにより、ロータ巻線42a,42bに誘導電流が流れるようになる。   Further, when the rotor 40 is rotated, the current flowing through the rotor windings 42a and 42b also when controlled by the control device 56 so that all of the forward power running connection switch 46 and the reverse power running connection switch 48 are connected. Is not rectified in one direction. Also in this case, the rotating electrical machine 38 can be operated as an induction machine, not as a synchronous machine. In this case, by driving the rotating electrical machine 38 with voltages of different power supply frequencies that are not synchronized with the rotation of the rotor 40, an induced current flows through the rotor windings 42a and 42b.

また、ロータ巻線42a,42bは、ロータ40の周方向複数個所に短節巻きで巻装し、ロータ巻線42a,42bに誘導起電力に伴って生じる誘導電流をダイオード22,24で整流する。このため、ステータ巻線32u,32v,32w以外の種類の巻線をステータ28に、ロータ巻線42a,42b以外の種類の巻線をロータ40に、それぞれ設けることなく、ロータ巻線42a,42bに高調波成分による誘導起電力を効率よく発生させることができ、回転電機38の巻線構造を簡略化できる。   The rotor windings 42a and 42b are wound around the rotor 40 at a plurality of locations in the circumferential direction with short-pitch windings, and the induced currents generated by the induced electromotive force in the rotor windings 42a and 42b are rectified by the diodes 22 and 24. . For this reason, the rotor windings 42a and 42b are not provided in the stator 28 and other types of windings other than the rotor windings 42a and 42b, respectively, in the stator 28, except for the stator windings 32u, 32v, and 32w. Inductive electromotive force due to harmonic components can be efficiently generated, and the winding structure of the rotating electrical machine 38 can be simplified.

[第2の発明の実施の形態]
図8は、本発明の第2の実施の形態において、図2に対応する略図である。本実施の形態では、複数のロータ巻線42a,42bのうち、ロータ40aの周方向において1つおきに配置された一部のロータ巻線42a同士を電気的に直列接続し、周方向において1つおきに配置された残りのロータ巻線42b同士を電気的に直列接続している。すなわち、同じ方向に磁化される磁石として機能する磁極部18に巻装されたロータ巻線42a(または42b)同士を電気的に直列接続している。また、ロータ40aの周方向に隣り合う磁極部18に巻装されたロータ巻線42a,42b同士は、電気的に分断している。そして、互いに電気的に接続したロータ巻線42a(または42b)を含む回路により、互いに電気的に分断された2組のロータ巻線回路57a、57bを構成している。すなわち、ロータ巻線42a,42bは、互いに同じ磁気特性を有する磁極部18に巻装されるもの同士で、電気的に接続している。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a schematic diagram corresponding to FIG. 2 in the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, among the plurality of rotor windings 42a and 42b, some of the rotor windings 42a arranged every other in the circumferential direction of the rotor 40a are electrically connected in series, and 1 in the circumferential direction. The remaining rotor windings 42b arranged every other are electrically connected in series. That is, the rotor windings 42a (or 42b) wound around the magnetic pole portion 18 functioning as a magnet magnetized in the same direction are electrically connected in series. Further, the rotor windings 42a and 42b wound around the magnetic pole portions 18 adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 40a are electrically separated. The circuit including the rotor winding 42a (or 42b) electrically connected to each other constitutes two sets of rotor winding circuits 57a and 57b that are electrically separated from each other. That is, the rotor windings 42a and 42b are wound around the magnetic pole portion 18 having the same magnetic characteristics and are electrically connected.

また、2組のロータ巻線回路57a,57bにそれぞれ整流素子である一方向ダイオード22と他方向ダイオード24とを、1つずつのロータ巻線42a,42bに対して並列に接続し、それぞれのロータ巻線回路57a,57bに流れる電流の向きを一方向に整流可能としている。また、2組のロータ巻線回路57a,57bのうち、一方のロータ巻線回路57aに設ける一方向ダイオード22の片側とロータ巻線42aとの間に正転力行用接続スイッチ46を設けている。また、一方のロータ巻線回路57aに設ける他方向ダイオード24の片側とロータ巻線42aとの間に逆転力行用接続スイッチ48を設けている。一方、2組のロータ巻線回路57a,57bのうち、他方のロータ巻線回路57bに設ける一方向ダイオード22の片側とロータ巻線42bとの間に逆転力行用接続スイッチ48を設けている。また、他方のロータ巻線回路57bに設ける他方向ダイオード24の片側とロータ巻線42bとの間に正転力行用接続スイッチ46を設けている。ロータ40aの回転方向、回転状態、力行回生状態のそれぞれに対応して、回転電機38(図1、図3参照)からの信号を各スイッチ46,48の少なくとも一部に入力することにより、正転力行用接続スイッチ46と逆転力行用接続スイッチ48との一方を接続し、他方を切断するようにしている。その他の構成及び作用については、上記の第1の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略する。   In addition, a unidirectional diode 22 and a directional diode 24, which are rectifier elements, are connected in parallel to the rotor windings 42a and 42b, respectively, to the two sets of rotor winding circuits 57a and 57b. The direction of the current flowing through the rotor winding circuits 57a and 57b can be rectified in one direction. In addition, a forward power running connection switch 46 is provided between one side of the one-way diode 22 provided in one rotor winding circuit 57a and the rotor winding 42a of the two sets of rotor winding circuits 57a and 57b. . Further, a reverse power running connection switch 48 is provided between one side of the other direction diode 24 provided in one rotor winding circuit 57a and the rotor winding 42a. On the other hand, a reverse power running connection switch 48 is provided between one side of the one-way diode 22 provided in the other rotor winding circuit 57b of the two sets of rotor winding circuits 57a and 57b and the rotor winding 42b. Further, a forward rotation power running connection switch 46 is provided between one side of the other direction diode 24 provided in the other rotor winding circuit 57b and the rotor winding 42b. A signal from the rotating electrical machine 38 (see FIGS. 1 and 3) is input to at least a part of each of the switches 46 and 48 in accordance with the rotation direction, the rotation state, and the power running regeneration state of the rotor 40a. One of the rolling power connection switch 46 and the reverse power running connection switch 48 is connected and the other is disconnected. Since other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals, and overlapping illustrations and descriptions are omitted.

[第3の発明の実施の形態]
図9は、本発明の第3の実施の形態において、図2に対応する略図である。図10は、第3の実施の形態の回転電機を駆動する回転電機駆動装置の略構成図である。本実施の形態の回転電機38(図10)を構成するロータ40bは、上記の図1から図7に示した第1の実施の形態で、ロータ40に設けていた永久磁石26を省略している。また、各磁極部18に巻装されたロータ巻線42a,42bは、互いに電気的に接続されておらず分断(絶縁)されている。そして、電気的に分断された各ロータ巻線42a,42bのうち、ロータ巻線42aに整流素子である一方向ダイオード22を、整流素子側切り替え手段である片側スイッチ58を介して接続している。また、ロータ巻線42bに整流素子である他方向ダイオード24を、整流素子側切り替え手段である片側スイッチ58を介して接続している。
[Third Embodiment]
FIG. 9 is a schematic diagram corresponding to FIG. 2 in the third embodiment of the present invention. FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a rotating electrical machine driving apparatus that drives the rotating electrical machine according to the third embodiment. The rotor 40b constituting the rotating electrical machine 38 (FIG. 10) of the present embodiment is the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7, and the permanent magnet 26 provided on the rotor 40 is omitted. Yes. Further, the rotor windings 42a and 42b wound around the magnetic pole portions 18 are not electrically connected to each other and are separated (insulated). Of the rotor windings 42a and 42b that are electrically separated, the unidirectional diode 22 that is a rectifying element is connected to the rotor winding 42a via a one-side switch 58 that is a rectifying element side switching means. . Further, the directional diode 24, which is a rectifying element, is connected to the rotor winding 42b via a one-side switch 58, which is a rectifying element side switching means.

また、ロータ巻線42a,42bのうち、ロータ40bの周方向の一つ置きに配置されたロータ巻線42a(または42b)に接続するダイオード22(または24)同士で、電流が流れる方向を同じとし、ロータ40bの周方向に隣り合うロータ巻線42a,42bに接続するダイオード22,24同士で、電流が流れる方向を互いに異ならせるようにする。片側スイッチ58の構成は、例えば、上記の第1の実施の形態の場合の正転力行用接続スイッチ46及び逆転力行用接続スイッチ48と同様である。そして、ダイオード22,24が、ステータ28(図10)側からの誘導起電力の発生に伴って各ロータ巻線42a,42bに流れる電流を整流することにより、周方向に隣り合う磁極部18の磁気特性が互いに異なるようにする。   Further, among the rotor windings 42a and 42b, the diodes 22 (or 24) connected to the rotor windings 42a (or 42b) arranged at every other circumferential direction of the rotor 40b have the same current flowing direction. The diodes 22 and 24 connected to the rotor windings 42a and 42b adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 40b are made to have different current flowing directions. The configuration of the one-side switch 58 is the same as, for example, the forward rotation power running connection switch 46 and the reverse rotation power running connection switch 48 in the case of the first embodiment. The diodes 22 and 24 rectify the currents flowing through the rotor windings 42a and 42b as the induced electromotive force is generated from the stator 28 (FIG. 10), so that the magnetic pole portions 18 adjacent to each other in the circumferential direction are rectified. The magnetic properties should be different from each other.

また、各ロータ巻線42a,42bに、ダイオード22,24に対し並列に短絡路60を、短絡路側切り替え手段である、他側スイッチ62を介して接続している。他側スイッチ62の構成も、例えば、上記の第1の実施の形態の場合の正転力行用接続スイッチ46及び逆転力行用接続スイッチ48と同様である。このような本実施の形態では、上記の各実施の形態の場合と異なり、永久磁石26を設けていないため、片側スイッチ58を接続した状態で、ロータ40bの回転方向にかかわらず、回転電機38(図10)の電流位相−トルク特性は変化しない。   In addition, a short circuit 60 is connected to each of the rotor windings 42a and 42b in parallel to the diodes 22 and 24 via the other side switch 62, which is a short circuit switching means. The configuration of the other side switch 62 is also the same as that of the forward power running connection switch 46 and the reverse power running connection switch 48 in the case of the first embodiment, for example. In this embodiment, unlike the above-described embodiments, since the permanent magnet 26 is not provided, the rotating electrical machine 38 is connected regardless of the rotation direction of the rotor 40b with the one-side switch 58 connected. The current phase-torque characteristics of (FIG. 10) do not change.

また、図10に示すように、本実施の形態の回転電機駆動装置50は、回転電機38と、蓄電装置52と、インバータ54と、制御部である制御装置56とを備える。制御装置56は、インバータ54のスイッチング素子のスイッチング動作を制御して、ステータ巻線32u,32v,32wに流す交流電流の位相(電流進角)を制御することで、ロータ40bのトルクを制御する。また、制御装置56は、ロータ40bの回転状態を表す信号が入力され、この信号に基づく回転状態に対応して、片側スイッチ58と他側スイッチ62との一方を接続し、他方を切断するように、各スイッチ58,62の少なくとも一部に信号を入力する。すなわち、制御装置56は、ロータ40bの回転状態に対応して、片側スイッチ58と他側スイッチ62との断接を切り替える。具体的には、ロータ40bの回転時には、片側スイッチ58を接続し、他側スイッチ62を切断する。これに対して、ロータ40bの回転停止時には、他側スイッチ62を接続し、片側スイッチ58を切断する。これにより、ロータ40bの回転停止時に各ロータ巻線42a,42bを、他側スイッチ62及び短絡路60を介して短絡させ、各ロータ巻線42a,42bとダイオード22,24との間の接続が切断される。これにより、ロータ40bを含む回転電機38を、誘導機として作用させることができる。この場合には、ロータ巻線42a,42bに流れる電流が一方向には整流されず、両方向に流れることが可能になる。また、ロータ40bの回転停止時にステータ巻線32u,32v,32wに交流電流を流すことにより生成される回転磁界に基づいて、ロータ40bの回転停止トルクを得ることができる。このため、ステータ28に電力を供給するインバータ54を構成するスイッチング素子等の一部の電気素子に集中して長時間電流を流し続ける必要がなくなる。すなわち、複数の電気素子のうち、電流が流れる電気素子が変化する。このため、熱的に有利になり、ロータ40bの回転停止時のトルクを有効に高くできる。その他の構成及び作用については、上記の図1から図7に示した第1の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略する。   As shown in FIG. 10, the rotating electrical machine drive device 50 according to the present embodiment includes the rotating electrical machine 38, a power storage device 52, an inverter 54, and a control device 56 that is a control unit. The control device 56 controls the torque of the rotor 40b by controlling the switching operation of the switching element of the inverter 54 and controlling the phase (current advance angle) of the alternating current flowing through the stator windings 32u, 32v, 32w. . Further, the control device 56 receives a signal indicating the rotation state of the rotor 40b, and connects one of the one-side switch 58 and the other-side switch 62 and disconnects the other in accordance with the rotation state based on this signal. In addition, a signal is input to at least a part of each of the switches 58 and 62. That is, the control device 56 switches connection / disconnection between the one-side switch 58 and the other-side switch 62 in accordance with the rotational state of the rotor 40b. Specifically, when the rotor 40b rotates, the one-side switch 58 is connected and the other-side switch 62 is disconnected. On the other hand, when the rotation of the rotor 40b is stopped, the other side switch 62 is connected and the one side switch 58 is disconnected. Thus, when the rotation of the rotor 40b is stopped, the rotor windings 42a and 42b are short-circuited via the other side switch 62 and the short circuit 60, and the connection between the rotor windings 42a and 42b and the diodes 22 and 24 is established. Disconnected. Thereby, the rotary electric machine 38 including the rotor 40b can be operated as an induction machine. In this case, the current flowing through the rotor windings 42a and 42b is not rectified in one direction and can flow in both directions. Further, the rotation stop torque of the rotor 40b can be obtained based on the rotating magnetic field generated by passing an alternating current through the stator windings 32u, 32v, 32w when the rotation of the rotor 40b is stopped. For this reason, it is not necessary to concentrate on some electric elements, such as the switching element which comprises the inverter 54 which supplies the electric power to the stator 28, and to continue flowing an electric current for a long time. That is, among the plurality of electric elements, the electric element through which the current flows changes. For this reason, it becomes advantageous thermally and the torque at the time of the rotation stop of the rotor 40b can be made high effectively. Since other configurations and operations are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7 described above, the same parts are denoted by the same reference numerals, and overlapping illustrations and descriptions are omitted.

[第4の発明の実施の形態]
図11は、本発明の第4の実施の形態において、図2に対応する略図である。本実施の形態の回転電機を構成するロータ40cは、上記の図1から図7に示した第1の実施の形態で、ロータ40に設けていた永久磁石26を省略している。このような本実施の形態の場合も、上記の図9から図10に示した第3の実施の形態と同様に、それぞれ切り替え手段を構成する、正転力行用接続スイッチ46または逆転力行用接続スイッチ48を接続した状態で、ロータ40cの回転方向にかかわらず、電流位相−トルク特性は変化しない。
[Fourth Embodiment]
FIG. 11 is a schematic diagram corresponding to FIG. 2 in the fourth embodiment of the present invention. In the rotor 40c constituting the rotating electrical machine of the present embodiment, the permanent magnet 26 provided in the rotor 40 is omitted in the first embodiment shown in FIGS. In the case of this embodiment as well, as in the third embodiment shown in FIG. 9 to FIG. 10 described above, the forward power running connection switch 46 or the reverse power running connection that constitutes the switching means, respectively. With the switch 48 connected, the current phase-torque characteristics do not change regardless of the rotational direction of the rotor 40c.

また、本実施の形態では、制御装置56(図4参照)により、ロータ40cの回転停止時に、正転力行用接続スイッチ46及び逆転力行用接続スイッチ48のすべてが接続されるように制御する。すなわち、制御装置56は、ロータ40cの回転状態に対応して、切り替え手段44(図4参照)の接続により、各ロータ巻線42a,42bに電流が両方向に流れることを可能にする。このため、ロータ巻線42a,42bに流れる電流が一方向に整流されないようになる。この場合には、回転電機38(図4参照)を、同期機としてではなく、誘導機として作用させることができ、ステータ巻線32u,32v,32w(図4参照)に交流電流を流すことにより生成される回転磁界に基づいて、ロータ40cの回転停止トルクを得ることができる。このため、ステータ28(図4参照)に電力を供給するインバータ54を構成するスイッチング素子等の一部の電気素子に集中して長時間電流を流し続ける必要がなくなる。すなわち、複数の電気素子のうち、電流が流れる電気素子が変化する。このため、熱的に有利になり、ロータ40cの回転停止時のトルクを有効に高くできる。その他の構成及び作用については、上記の図1から図7に示した第1の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略する。   Further, in the present embodiment, the control device 56 (see FIG. 4) controls the forward rotation power running connection switch 46 and the reverse rotation power running connection switch 48 to be connected when the rotation of the rotor 40c is stopped. That is, the control device 56 makes it possible for current to flow through the rotor windings 42a and 42b in both directions by the connection of the switching means 44 (see FIG. 4) corresponding to the rotational state of the rotor 40c. For this reason, the current flowing through the rotor windings 42a and 42b is not rectified in one direction. In this case, the rotating electrical machine 38 (see FIG. 4) can be operated not as a synchronous machine but as an induction machine, and by passing an alternating current through the stator windings 32u, 32v, 32w (see FIG. 4). The rotation stop torque of the rotor 40c can be obtained based on the generated rotating magnetic field. For this reason, it is not necessary to concentrate the current on a part of electric elements such as a switching element constituting the inverter 54 that supplies electric power to the stator 28 (see FIG. 4) and keep the current flowing for a long time. That is, among the plurality of electric elements, the electric element through which the current flows changes. For this reason, it becomes advantageous thermally and the torque at the time of the rotation stop of the rotor 40c can be made high effectively. Since other configurations and operations are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7 described above, the same parts are denoted by the same reference numerals, and overlapping illustrations and descriptions are omitted.

なお、上記の各実施形態では、ステータ28とロータ40,40a,40b,40cとが回転軸16と直交する径方向において対向配置されている場合について説明した。ただし、本発明に係る回転電機は、ステータ28とロータ40,40a,40b,40cとが回転軸16と平行方向(回転軸方向)において対向配置されたアキシャル型の回転電機の場合でも同様に適用可能である。この場合には、例えば永久磁石の着磁方向をロータの軸方向とし、着磁方向をロータの周方向に隣り合う永久磁石同士で異ならせる。また、ロータ巻線に流れる電流により生成される複数の磁極部の磁化方向をロータの軸方向とし、複数の磁極部の磁化方向をロータの周方向に関して交互に異ならせる。   In each of the above-described embodiments, the case where the stator 28 and the rotors 40, 40a, 40b, and 40c are disposed to face each other in the radial direction orthogonal to the rotation shaft 16 has been described. However, the rotating electrical machine according to the present invention is similarly applied to an axial rotating electrical machine in which the stator 28 and the rotors 40, 40a, 40b, and 40c are arranged to face each other in the direction parallel to the rotating shaft 16 (rotating shaft direction). Is possible. In this case, for example, the magnetizing direction of the permanent magnet is the axial direction of the rotor, and the magnetizing direction is made different between the permanent magnets adjacent in the circumferential direction of the rotor. Further, the magnetization direction of the plurality of magnetic pole portions generated by the current flowing through the rotor winding is set as the axial direction of the rotor, and the magnetization direction of the plurality of magnetic pole portions is alternately changed with respect to the circumferential direction of the rotor.

本発明の第1の実施形態の回転電機を、回転軸と平行方向から見た略図である。It is the schematic which looked at the rotary electric machine of the 1st Embodiment of this invention from the direction parallel to a rotating shaft. 図1のロータの概略構成を、回転軸と平行方向から見た略図である。It is the schematic which looked at schematic structure of the rotor of FIG. 1 from the parallel direction with the rotating shaft. ロータ巻線とダイオードとを接続した回路を示す図である。It is a figure which shows the circuit which connected the rotor winding and the diode. 第1の実施の形態の回転電機を駆動する回転電機駆動装置の略構成図である。It is a schematic block diagram of the rotary electric machine drive device which drives the rotary electric machine of 1st Embodiment. 回転電機のトルク特性を、正転時に力行トルク有利特性とし、逆転時に回生トルク有利特性とするために、ロータ巻線の両側に一部のダイオードを接続した状態を示す、図2に対応する略図である。FIG. 2 is a schematic diagram corresponding to FIG. 2 showing a state in which some of the diodes are connected to both sides of the rotor winding in order to make the torque characteristics of the rotating electrical machine be a power running torque advantageous characteristic during forward rotation and a regenerative torque advantageous characteristic during reverse rotation. It is. 回転電機のトルク特性を、逆転時に力行トルク有利特性とし、正転時に回生トルク有利特性とするために、ロータ巻線の両側に一部のダイオードを接続した状態を示す、図2に対応する略図である。FIG. 2 is a schematic diagram corresponding to FIG. 2, showing a state in which some diodes are connected to both sides of the rotor winding in order to make the torque characteristics of the rotating electrical machine be a power running torque advantageous characteristic during reverse rotation and a regenerative torque advantageous characteristic during forward rotation. It is. 回転電機の電流位相−トルク特性を、力行トルク有利特性と回生トルク有利特性とで、それぞれ示す図である。It is a figure which shows the electric current phase-torque characteristic of a rotary electric machine with a power running torque advantageous characteristic and a regenerative torque advantageous characteristic, respectively. 本発明の第2の実施の形態において、図2に対応する略図である。In the 2nd Embodiment of this invention, it is the schematic corresponding to FIG. 本発明の第3の実施の形態において、図2に対応する略図である。In the 3rd Embodiment of this invention, it is the schematic corresponding to FIG. 第3の実施の形態の回転電機を駆動する回転電機駆動装置の略構成図である。It is a schematic block diagram of the rotary electric machine drive device which drives the rotary electric machine of 3rd Embodiment. 本発明の第4の実施の形態において、図2に対応する略図である。In the 4th Embodiment of this invention, it is the schematic corresponding to FIG. 先発明に係る回転電機を構成するロータを、回転軸と平行方向に見た概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure which looked at the rotor which comprises the rotary electric machine which concerns on a prior invention in the direction parallel to a rotating shaft. 先発明において、ロータの径方向外側に対向した状態で配置するステータの概略構成を示す図である。In prior invention, it is a figure which shows schematic structure of the stator arrange | positioned in the state which opposes the radial direction outer side of the rotor. 先発明に係る回転電機において、ロータの正転及び逆転での、電流位相−トルク特性を示す図である。In the rotary electric machine which concerns on a prior invention, it is a figure which shows the electric current phase-torque characteristic in the normal rotation and reverse rotation of a rotor. ロータの正転時の電流位相−トルク特性を、永久磁石生成トルク、リラクタンストルク、ロータ巻線生成トルクに分けて示す図である。It is a figure which shows the electric current phase-torque characteristic at the time of the normal rotation of a rotor divided into permanent magnet production | generation torque, reluctance torque, and rotor winding production | generation torque. ロータの逆転時の電流位相−トルク特性を、永久磁石生成トルク、リラクタンストルク、ロータ巻線生成トルクに分けて示す図である。It is a figure which shows the electric current phase-torque characteristic at the time of the reverse rotation of a rotor divided into permanent magnet production | generation torque, reluctance torque, and rotor winding production | generation torque.

符号の説明Explanation of symbols

10 ロータ、12 ロータコア、14n、14s ロータ巻線、16 回転軸、18 磁極部、20a,20b ロータ巻線回路、22 一方向ダイオード、24 他方向ダイオード、26 永久磁石、28 ステータ、30 ステータコア、32u,32v,32w ステータ巻線、34 ティース、36 スロット、38 回転電機、40,40a,40b,40c ロータ、42a,42b ロータ巻線、44 切り替え手段、46 正転力行用接続スイッチ、48 逆転力行用接続スイッチ、50 回転電機駆動装置、52 蓄電装置、54 インバータ、56 制御装置、57a,57b ロータ巻線回路、58 片側スイッチ、60 短絡路、62 他側スイッチ。   10 rotor, 12 rotor core, 14n, 14s rotor winding, 16 rotating shaft, 18 magnetic pole, 20a, 20b rotor winding circuit, 22 unidirectional diode, 24 other directional diode, 26 permanent magnet, 28 stator, 30 stator core, 32u , 32v, 32w Stator winding, 34 teeth, 36 slots, 38 Rotating electric machine, 40, 40a, 40b, 40c Rotor, 42a, 42b Rotor winding, 44 switching means, 46 Forward power running connection switch, 48 Reverse power running Connection switch, 50 rotary electric machine drive device, 52 power storage device, 54 inverter, 56 control device, 57a, 57b rotor winding circuit, 58 one-side switch, 60 short circuit, 62 other-side switch.

Claims (10)

高調波成分を含む周波数の回転磁界を生成する複数相のステータ巻線を有するステータと、ロータとが対向配置された回転電機であって、
ロータは、
ロータの周方向複数個所に配置され、ロータの径方向または軸方向に着磁した永久磁石であって、着磁方向を周方向に隣り合う永久磁石同士で異ならせた永久磁石と、
ロータの周方向複数個所に位置するインダクタンスが高いq軸磁路に配置され、ステータで生成された回転磁界が鎖交することで誘導起電力が発生するロータ巻線と、
各ロータ巻線に対して2個並列に接続し、誘導起電力の発生に伴って各ロータ巻線に流れる電流を互いに逆向きに整流する一方向整流素子及び他方向整流素子と、
各ロータ巻線に流れる電流の向きを、切り替え可能とする切り替え手段と、を備え、
各ロータ巻線に流れる電流により生成される複数の磁極部の磁気特性が、ロータの周方向に関して交互に異なることを可能とすることを特徴とする回転電機。
A rotating electrical machine in which a stator having a multi-phase stator winding that generates a rotating magnetic field having a frequency including a harmonic component and a rotor are disposed opposite to each other,
The rotor
Permanent magnets that are arranged in a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor and are magnetized in the radial direction or axial direction of the rotor, wherein the permanent magnets are different from each other in the circumferential direction,
Rotor windings that are arranged in q-axis magnetic paths with high inductance located at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor, and in which an induced electromotive force is generated by the linkage of rotating magnetic fields generated by the stator,
A unidirectional rectifying element and an omnidirectional rectifying element that are connected in parallel to each rotor winding, and rectify currents flowing through the rotor windings in the opposite directions as the induced electromotive force is generated;
Switching means for enabling switching of the direction of the current flowing through each rotor winding;
A rotating electrical machine characterized in that magnetic characteristics of a plurality of magnetic pole portions generated by a current flowing through each rotor winding can be alternately changed in the circumferential direction of the rotor.
請求項1に記載の回転電機において、
ロータ巻線は、ロータの周方向複数個所に短節巻きで巻装されていることを特徴とする回転電機。
In the rotating electrical machine according to claim 1,
The rotor winding is wound around the rotor in a plurality of locations in the circumferential direction with short-pitch winding.
請求項1または請求項2に記載の回転電機において、
ロータ巻線は、ロータの周方向複数個所で、周方向に隣り合う永久磁石の間に巻装されていることを特徴とする回転電機。
In the rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
The rotating electrical machine is characterized in that the rotor winding is wound between permanent magnets adjacent in the circumferential direction at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor.
請求項1から請求項3のいずれか1に記載の回転電機において、
切り替え手段は、
一方向整流素子及び他方向整流素子に対してそれぞれ直列に配置するように、ロータ巻線毎に2個ずつ設けられ、一方向整流素子及び他方向整流素子のそれぞれとロータ巻線との間の電気的接続を断接可能なスイッチを備えることを特徴とする回転電機。
The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
Switching means
Two pieces are provided for each rotor winding so as to be arranged in series with each of the one-way rectifying element and the other-direction rectifying element, and between each of the one-way rectifying element and the other-direction rectifying element and the rotor winding. A rotating electrical machine comprising a switch capable of connecting and disconnecting electrical connection.
請求項1から請求項4のいずれか1に記載の回転電機において、
ロータ巻線は、互いに同じ磁気特性を有する磁極部に巻装されるもの同士で電気的に接続されていることを特徴とする回転電機。
The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 4,
The rotating electrical machine is characterized in that the rotor windings are electrically connected with each other wound around magnetic pole portions having the same magnetic characteristics.
請求項1から請求項5のいずれか1に記載の回転電機と、
ロータの回転方向及び力行回生状態に対応して、切り替え手段により、各ロータ巻線に流れる電流の向きを切り替える制御部と、を備えることを特徴とする回転電機駆動装置。
The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 5,
A rotating electrical machine drive device comprising: a control unit that switches a direction of a current flowing through each rotor winding by a switching unit in accordance with a rotation direction of the rotor and a power running regeneration state.
高調波成分を含む周波数の回転磁界を生成する複数相のステータ巻線を有するステータと、ロータとが対向配置された回転電機であって、
ロータは、
ロータの周方向複数個所に巻装され、ステータで生成された回転磁界が鎖交することで誘導起電力が発生するロータ巻線と、
各ロータ巻線に整流素子側切り替え手段を介して接続し、誘導起電力の発生に伴って各ロータ巻線に流れる電流を、周方向に隣り合うロータ巻線により生成される磁極部の磁気特性が互いに異なるように整流する整流素子と、
各ロータ巻線に整流素子に対し並列に、短絡路側切り替え手段を介して接続した短絡路と、を備えることを特徴とする回転電機。
A rotating electrical machine in which a stator having a multi-phase stator winding that generates a rotating magnetic field having a frequency including a harmonic component and a rotor are disposed opposite to each other,
The rotor
A rotor winding wound around a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor, and an induced electromotive force is generated by the linkage of rotating magnetic fields generated by the stator,
Magnetic characteristics of the magnetic pole part generated by the rotor windings adjacent to each other in the circumferential direction by connecting the current to each rotor winding via the rectifying element side switching means to the respective rotor windings, Rectifying elements that rectify so that they differ from each other;
A rotating electric machine comprising: a short circuit connected to each rotor winding in parallel to the rectifying element via a short circuit switching means.
請求項7に記載の回転電機と、
ロータの回転状態に対応して、切り替え手段により、整流素子側切り替え手段と短絡路側切り替え手段との断接を切り替える制御部と、を備えることを特徴とする回転電機駆動装置。
The rotating electrical machine according to claim 7,
A rotating electrical machine drive device comprising: a control unit that switches connection / disconnection between the rectifying element side switching unit and the short circuit path side switching unit by the switching unit according to the rotation state of the rotor.
高調波成分を含む周波数の回転磁界を生成する複数相のステータ巻線を有するステータと、ロータとが対向配置された回転電機であって、
ロータは、
ロータの周方向複数個所に巻装され、ステータで生成された回転磁界が鎖交することで誘導起電力が発生するロータ巻線と、
各ロータ巻線に対して2個並列に接続し、誘導起電力の発生に伴って各ロータ巻線に流れる電流を互いに逆向きに整流する一方向整流素子及び他方向整流素子と、
各ロータ巻線に流れる電流の向きを切り替え可能で、かつ、各ロータ巻線に電流が両方向に流れることを可能にする切り替え手段と、を備えることを特徴とする回転電機。
A rotating electrical machine in which a stator having a multi-phase stator winding that generates a rotating magnetic field having a frequency including a harmonic component and a rotor are disposed opposite to each other,
The rotor
A rotor winding wound around a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor, and an induced electromotive force is generated by the linkage of rotating magnetic fields generated by the stator,
A unidirectional rectifying element and an omnidirectional rectifying element that are connected in parallel to each rotor winding, and rectify currents flowing through the rotor windings in the opposite directions as the induced electromotive force is generated;
A rotating electrical machine comprising switching means capable of switching a direction of a current flowing through each rotor winding and allowing a current to flow through each rotor winding in both directions.
請求項9に記載の回転電機と、
ロータの回転状態に対応して、切り替え手段の接続により、各ロータ巻線に電流が両方向に流れることを可能にする制御部と、を備えることを特徴とする回転電機駆動装置。
The rotating electrical machine according to claim 9,
A rotating electrical machine driving device comprising: a control unit that allows current to flow in each rotor winding in both directions by connection of switching means corresponding to a rotating state of the rotor.
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