CN109690925A - 励磁绕组型旋转机 - Google Patents

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Abstract

励磁绕组型旋转机(20)包括：定子(24)，所述定子(24)具有定子铁芯(32)以及卷绕于定子铁芯的定子绕组(34)；转子(26)，所述转子(26)具有转子铁芯(42)以及卷绕于转子铁芯的转子励磁绕组(44)；以及整流元件(52)，所述整流元件(52)连接于转子励磁绕组的两端之间。励磁绕组型旋转机(20)包括电容器(54)，所述电容器(54)的第一端子与整流元件的阳极端子连接并且第二端子与转子励磁绕组的中途连接。

Description

励磁绕组型旋转机
技术领域
本发明涉及一种励磁绕组型旋转机。
背景技术
例如，如专利文献1所示，已知一种通过向定子绕组通电而产生励磁的励磁绕组型旋转机。上述励磁绕组型旋转机包括定子以及转子。定子具有定子铁芯以及卷绕于定子铁芯的定子绕组。转子具有转子铁芯以及卷绕于转子铁芯的转子励磁绕组。转子励磁绕组被整流元件即二极管短路。即，在转子励磁绕组的两端之间，连接有二极管。
此外，上述励磁绕组型旋转机具有逆变器电路以及控制电路。逆变器电路与定子绕组连接。控制电路对逆变器电路进行控制，以使与转子的旋转位置对应的电流向定子绕组流动。流过定子绕组的电流是基波电流(即同步电流)与励磁电流之和。基波电流是产生旋转转矩用的电流分量。励磁电流是转子励磁用的电流分量。励磁电流是周期比基波电流短(即，高频)的电流，被整形成脉冲状的波形。当上述励磁电流向定子绕组流动时，励磁磁通与转子铁芯的主磁极交链。此外，在转子励磁绕组产生电压而感应出励磁电流。
如上所述，在转子励磁绕组的两端之间，连接有二极管。因此，即使励磁磁通改变而在转子励磁绕组产生交流电压，在转子励磁绕组中，电流也仅朝单方向流动。藉此，转子铁芯朝固定方向被励磁而形成一对励磁极(具体而言，N极和S极)。用于形成上述一对励磁极的场通量由转子励磁用的励磁电流朝定子绕组的通电以及转子励磁绕组处的电流的整流形成。
这样，在上述励磁绕组型旋转机中，在转子励磁绕组收到来自定子的励磁磁通并且利用二极管将电流朝单方向整流，从而形成励磁极。在上述旋转机中，为了产生旋转转矩，使励磁磁通与转子铁芯的主磁极交链以对转子铁芯励磁。将脉冲状的励磁电流与基波电流重叠，从而在转子励磁绕组感应出励磁电流，藉此进行转子铁芯的励磁。
现有技术文献
专利文献
发明文献1：日本专利特开2008-178211号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
励磁极的转子励磁绕组具有电感。各极的转子励磁绕组分别构成部分电感。向励磁极流动的磁通存在漏磁通、高频磁通等。因此，产生于转子励磁绕组的各部分电感的电压的方向不同，根据时间、转子旋转位置而变化。当在转子励磁绕组的各部分电感产生相互抵消的电压时，转子励磁绕组的整体电压下降而使励磁电流减少。其结果是，存在产生励磁能量损失的可能性。
本发明提供一种励磁绕组型旋转机，能防止产生于转子励磁绕组的各部分电感的电压相互抵消时的励磁能量的损失。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的一个实施方式即励磁绕组型旋转机包括：定子，上述定子具有定子铁芯以及卷绕于该定子铁芯的定子绕组；转子，上述转子具有转子铁芯以及卷绕于该转子铁芯的转子励磁绕组；以及整流元件，上述整流元件连接于转子励磁绕组的两端之间。此外，励磁绕组型旋转机包括电容器，上述电容器的一端(第一端子)与整流元件的一端(阳极端子)连接并且另一端(第二端子)与转子励磁绕组的中途(规定位置)连接。
根据上述结构，在本实施方式的励磁绕组型旋转机中，在因漏磁通、高频磁通等导致产生于转子励磁绕组的各部分电感的电压相互抵消的情况下，该相互抵消的电压量的励磁能量存储于电容器。然后，在本发明的励磁绕组型旋转机中，在切换电压方向并且为电压相互抵消的方向时，将存储于电容器的能量向转子励磁绕组释放，从而转换为使转子铁芯励磁的励磁电流。藉此，在本发明的励磁绕组型旋转机中，能防止产生于转子励磁绕组的各部分电感的电压相互抵消时的励磁能量损失的发生。
在本发明的一实施方式即励磁绕组型旋转机中，向定子绕组流动的电流是用于产生旋转转矩的基波电流与周期比基波电流短的高频电流重叠的电流。
根据上述结构，在本发明的励磁绕组型旋转机中，在高频电流流过定子绕组时，产生与该高频电流对应的励磁磁通。因此，在本发明的励磁绕组型旋转机中，在转子励磁绕组产生交流电压从而能感应出使转子铁芯励磁的励磁电流。
在本发明的一实施方式即励磁绕组型旋转机中，转子励磁绕组具有第一励磁绕组部以及第二励磁绕组部。第一励磁绕组部与电容器并联连接。第二励磁绕组部连接于整流元件的另一端(阴极端子)和电容器的另一端之间。第一励磁绕组部配置于比第二励磁绕组部靠近转子铁芯的主磁极的一侧(近的位置)。
根据上述结构，在本发明的励磁绕组型旋转机中，在产生漏磁通、高频磁通等的情况下，第一励磁绕组部与第二励磁绕组部的磁通量之差增大。其结果是，在本发明的励磁绕组型旋转机中，能使存储于电容器的能量增大磁通量之差的量。因此，在本发明的励磁绕组型旋转机中，能有效地获得励磁电流。
在本发明的一实施方式即励磁绕组型旋转机中，转子励磁绕组具有第一励磁绕组部以及第二励磁绕组部。第一励磁绕组部与电容器并联连接。第二励磁绕组部连接于整流元件的另一端与电容器的另一端之间。第一励磁绕组部配置于比第二励磁绕组部远离定子铁芯(远的位置)的一侧。
根据上述结构，在本发明的励磁绕组型旋转机中，在产生漏磁通、高频磁通等的情况下，第一励磁绕组部与第二励磁绕组部的磁通量之差增大。其结果是，在本发明的励磁绕组型旋转机中，能使存储于电容器的能量增大磁通量之差的量。因此，在本发明的励磁绕组型旋转机中，能有效地获得励磁电流。
在本发明的一实施方式即励磁绕组型旋转机中，转子铁芯具有多个主磁极以及配置于主磁极之间的辅助极。转子铁芯具有磁体。磁体设置于辅助极，在使主磁极之间产生的漏磁通抵消的方向上被磁化。
根据上述结构，在本发明的励磁绕组型旋转机中，利用设置于辅助极的磁体，能抑制在主磁极之间磁通跨越定子侧和转子侧泄漏。因此，在本发明的励磁绕组型旋转机中，能使流过励磁极的磁通高效地通过主磁极。因此，在本发明的励磁绕组型旋转机中，能有效地获得励磁电流。
附图说明
图1是第一实施方式的励磁绕组型旋转机的整体结构图。
图2是第一实施方式的励磁绕组型旋转机的电路图。
图3是利用沿相对于旋转轴垂直的方向扩展的面将第一实施方式的励磁绕组型旋转机剖切时的剖视图。
图4是表示流过第一实施方式的励磁绕组型旋转机中的定子绕组的相电流的时间变化的一个示例的图。
图5是表示在第一实施方式的励磁绕组型旋转机中，相电流在定子绕组中以图4所示的波形流动的情况下产生的旋转转矩的时间变化的图。
图6是包括第一实施方式的励磁绕组型旋转机中具有的转子励磁绕组的电路图。
图7是用于说明在第一实施方式的励磁绕组型旋转机中，在产生于转子励磁绕组的各部分电感的电压相互抵消的方向上，对电容器进行充电的图。
图8是用于说明在第一实施方式的励磁绕组型旋转机中，在产生于转子励磁绕组的各部分电感的电压相互抵消的方向上，对电容器进行放电的图。
图9是表示第一实施方式的励磁绕组型旋转机的转子励磁绕组的电压方向与总电压、产生电流、电流转换效率之间的关系的图。
图10是将第二实施方式的励磁绕组型旋转机在朝相对于旋转轴垂直的方向扩展的面剖切时的剖视图。
图11是利用沿相对于旋转轴垂直的方向扩展的面将第三实施方式的励磁绕组型旋转机剖切时的剖视图。
图12是利用沿相对于旋转轴垂直的方向扩展的面将第四实施方式的励磁绕组型旋转机剖切时的剖视图。
图13是包括第五实施方式的励磁绕组型旋转机中具有的转子励磁绕组的电路图。
图14是包括第六实施方式的励磁绕组型旋转机中具有的转子励磁绕组的电路图。
图15是用于说明在第六实施方式的励磁绕组型旋转机中，在产生于转子励磁绕组的各部分电感的电压相互抵消的方向上，对电容器进行充电的图。
图16是用于说明在第六实施方式的励磁绕组型旋转机中，在产生于转子励磁绕组的各部分电感的电压相互抵消的方向上，对电容器进行放电的图。
具体实施方式
以下，参照图1～图16，对本发明的一个方式的励磁绕组型旋转机的具体实施方式进行详细说明。
[第一实施方式]
在本实施方式中，励磁绕组型旋转机20是例如装设于车辆等的同步型发电电动机。以下，将励磁绕组型旋转机20简称为旋转机20。旋转机20是从电池等电源22供给电力，从而产生用于驱动车辆的驱动力的装置。此外，旋转机20是从车辆的发动机供给驱动力，从而产生用于对电池充电的电力的装置。如图1所示，旋转机20包括定子24、转子26、壳体28、轴承30。
定子24收容于由壳体28围住的空间，固定于该壳体28。定子24具有定子铁芯32以及定子绕组34。定子铁芯32构成供磁通流动的磁路的一部分。定子铁芯32形成为在轴中心开设有孔36的中空圆筒状。如图3所示，定子铁芯32具有切槽38以及极齿40。切槽38朝径向内侧开口，沿轴向延伸。切槽38在周向上设置多个，配置成每隔规定角度排列。在切槽38收容有定子绕组34的直线部。定子绕组34卷绕于定子铁芯32的极齿40。定子绕组34具有三相U、V、W各自的相绕组。
转子26以能旋转的方式收容于定子铁芯32的孔36。转子26相对于定子24在径向内侧隔着规定的气隙地相对配置。转子26通过轴承30以能旋转的方式支承于壳体28。转子26具有转子铁芯42以及转子励磁绕组44。转子铁芯42构成供磁通流动的磁路的一部分。
转子铁芯42具有轴套部46以及突极部48。轴套部46形成为圆筒状，是在供转子轴50嵌插其中空孔的部位。突极部48是从轴套部46朝径向外侧突出的部位。突极部48在周向上设置多个，配置成隔着规定间隔排列。突极部48是形成为一对励磁极(具体而言，N极和S极)的主磁极。转子励磁绕组44卷绕于转子铁芯42的突极部48。转子励磁绕组44卷绕成围绕转子铁芯42的周围。转子励磁绕组44集中地卷绕于每个突极部48。
如图2及图6所示，旋转机20包括整流元件52。整流元件52是连接在转子励磁绕组44的两端之间的二极管。整流元件52的阳极端子与转子励磁绕组44的一端(第一端子)连接。整流元件52的阴极端子与转子励磁绕组44的另一端(第二端子)连接。整流元件52具有以下功能，对转子励磁绕组44中感应出的交流电压进行半波整流，从而将流至转子励磁绕组44的电流的方向限定在一个方向上。利用上述整流元件52的功能，将突极部48励磁为N极和S极中的任一方。各突极部48分别被励磁成在周向上N极的突极部48和S极的突极部48交替排列。
旋转机20包括电容器54。电容器54的一端(第一端子)与整流元件52的阳极端子连接。电容器54的另一端(第二端子)与转子励磁绕组44的中途(规定位置)连接。电容器54是能存储电荷的无源元件。另外，较为理想的是，电容器54的另一端与转子励磁绕组44的连接位置是将转子励磁绕组44分为如下所述的部分的边界位置。具体而言，较为理想的是，将转子励磁绕组44分为易受流至励磁极的磁通的漏磁通、高频磁通等影响的部分和不易受影响的部分的边界位置。转子励磁绕组44、整流元件52和电容器54可以按极或者极对配置电路，也可以整体作为一套进行电路配置。
转子励磁绕组44具有第一励磁绕组部44-1以及第二励磁绕组部44-2。第一励磁绕组部44-1与电容器54并联连接。第二励磁绕组部44-2连接于整流元件52的阴极端子与电容器54的另一端之间。电容器54具有以下功能，在产生于第一励磁绕组部44-1的两端的电压e1的方向与产生于第二励磁绕组部44-2的两端的电压e2的方向互为相反方向，两个电压e1、e2彼此抵消的情况下，存储该抵消的电压量的励磁能量。
第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2将转子励磁绕组44分为以下部分。具体而言，将转子励磁绕组44分为易受流至励磁极的磁通的漏磁通、高频磁通等影响的部分和不易受影响的部分。第一励磁绕组部44-1配置于周向上靠近转子铁芯42的突极部48的一侧(近的位置)。第二励磁绕组部44-2配置于周向上远离转子铁芯42的突极部48的一侧(远的位置)。即，第一励磁绕组部44-1配置于与第二励磁绕组部44-2相比，靠近转子铁芯42的突极部48一侧。
第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2例如也可以以如下所述的方式配置，在将第一励磁绕组部44-1卷绕于转子铁芯42的突极部48后，在上述第一励磁绕组部44-1的周向外侧卷绕第二励磁绕组部44-2。此外，第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2也可以是将与电容器54的另一端连接的位置作为边界来划分一根绕组而成的。此外，第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2还可以是将不同的绕组(例如两根绕组)在与电容器54的另一端连接的位置连接而成的。
旋转机20连接有逆变器电路60。逆变器电路60与电源22并联连接。逆变器电路60与定子绕组34连接，是向定子绕组34的各相U、V、W各自的相绕组施加电压的电路。逆变器电路60具有串联连接于电源22的两端之间的上桥臂元件62和下桥臂元件64。与各相U、V、W的相绕组对应，分别设置有三个上桥臂元件62及三个下桥臂元件64。
各上桥臂元件62及各下桥臂元件64分别由绝缘栅极型双极晶体管(即，IGBT)、MOS场效应晶体管等开关元件66及续流二极管68构成。在各相U、V、W中，上桥臂元件62的开关元件66和下桥臂元件64的开关元件66彼此在相反相接通或者断开。在各相U、V、W中，上桥臂元件62的开关元件66以规定的相位差仅接通规定期间。
在逆变器电路60的两端之间，连接有滤波电容器70。滤波电容器70连接于电源22的两端之间，与电源22并联连接。滤波电容器70对产生于逆变器电路60的两端之间的电压进行平滑化处理。
逆变器电路60与控制电路72连接。控制电路72与逆变器电路60的各上桥臂元件62及各下桥臂元件64各自的开关元件66连接，是控制逆变器电路60的电路。控制电路72与用于检测转子26的旋转位置的位置传感器74连接。控制电路72基于从位置传感器74获取的转子26的旋转位置，驱动逆变器电路60以使期望的电流流过定子绕组34。逆变器电路60根据来自控制电路72的驱动指令来驱动开关元件66，从而向各相U、V、W各自的相绕组施加电压以从定子绕组34产生期望的旋转磁场。
接着，对本实施方式的旋转机20的动作进行说明。
为了在转子励磁绕组44感应出交流电压，控制电路72使转子励磁用的电流分量即励磁电流向定子绕组34通电。上述励磁电流是与旋转转矩产生用的电流分量即基波电流(即同步电流)不同的电流。如图4所示，向定子绕组34流动的电流是上述基波电流和上述励磁电流之和。转子励磁用的励磁电流是周期比基波电流短(即高频)的电流，并且是振幅比基波电流小的电流。上述励磁电流是相对于基波电流脉动的电流，是相对于基波电流的高频电流。
控制电路72对逆变器电路60进行控制，以使用于产生旋转转矩的基波电流和周期比上述基波电流短的高频电流重叠的电流向定子绕组34流动。控制电路72分别独立地对基波电路和高频电流各自的振幅和周期进行控制。
根据控制电路72的驱动指令，基波电流从逆变器电路60向定子绕组34的各相绕组流动，会产生使转子26旋转的旋转磁场。此外，当高频电流流过定子绕组34的各相绕组时，会产生与该高频电流对应的交流磁场，从而产生励磁磁通。在上述情况下，励磁磁通与转子铁芯42的突极部48交链，在转子励磁绕组44产生交流电压，从而感应出励磁电流。
在转子励磁绕组44的两端之间连接有整流元件52，转子励磁绕组44被整流元件52短路。因此，如上所述，即使在转子励磁绕组44产生交流电压，在该转子励磁绕组44中，电流也仅朝单方向流动。藉此，转子铁芯42朝规定方向被励磁，从而在转子铁芯42形成一对励磁极。用于形成上述一对励磁极的场通量由转子励磁用的励磁电流朝定子绕组34的通电以及转子励磁绕组44处的电流的整流形成。
转子励磁绕组44具有电感。也就是说，各极的转子励磁绕组44分别构成部分电感。向励磁极流动的磁通存在漏磁通、高频磁通等。因此，根据转子励磁绕组44的位置不同，贯通磁通量、其朝向互不相同。此外，产生于转子励磁绕组44的各部分电感的电压的方向不同，根据时间、转子旋转位置而变化。
作为产生于转子励磁绕组44的电压的方向，存在如图9所示的四个模式。具体而言，包括产生于第一励磁绕组部44-1的电压e1的方向和产生于第二励磁绕组部44-2的电压e2的方向为相同方向的情况(模式1以及模式4)以及为不同方向的情况(模式2以及模式3)。此外，如模式2以及模式3所示，若在转子励磁绕组44的各部分电感产生彼此抵消的电压，则转子励磁绕组44的整体电压下降、励磁电流减少。其结果是，存在产生励磁能量损失的可能性。
与此相对，在本实施方式的旋转机20中，在转子励磁绕组44的两端之间连接有整流元件52，并且在整流元件52的阳极端子与转子励磁绕组44的中途之间连接有电容器54。即，在旋转机20设置有电容器54，该电容器54的一端与整流元件52的阳极端子连接并且另一端与转子励磁绕组44的中途连接。
在上述旋转机20的结构中，在电压方向为模式2的情况下，流过第一励磁绕组部44-1的电流和流过第二励磁绕组部44-2的电流朝向电容器54流动。具体而言，如图7所示，在电容器54的另一端与转子励磁绕组44的连接位置处划分的第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2的电压方向互为反方向，电压e1、e2相互抵消。这样，上述电压e1、e2在第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2中，分别以使电流从与整流元件52的连接部侧向与电容器54的另一端的连接部侧流动的方式施加。在上述情况下，在本实施方式的旋转机20中，分别流过第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2的电流朝电容器54流动。其结果是，在本实施方式的旋转机20中，在第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2中互相抵消的电压量的励磁能量存储于电容器54中，对电容器54进行充电。
在上述电容器54充电后，在旋转机20中，在电压方向为模式3的情况下，电流从电容器54分别向第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2流动。具体而言，如图8所示，切换第一励磁绕组部44-1的电压方向和第二励磁绕组部44-2的电压方向。这样，上述电压e1、e2在相互抵消的方向上施加，从而在第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2中，电流从与电容器54的另一端的连接部侧向与整流元件52的连接部侧流动。在上述情况下，在本实施方式的旋转机20中，电流从电容器54侧分别流过第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2。其结果是，在本实施方式的旋转机20中，存储于电容器54的能量分别向第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2释放，从而对电容器54进行放电。
这样，在本实施方式的旋转机20中，在因漏磁通、高频磁通等导致产生于第一励磁绕组部44-1的电压e1和产生于第二励磁绕组部44-2的电压e2相互抵消的情况下，作用于转子励磁绕组44整体的电压下降。然而，在旋转机20中，上述相互抵消的电压量的励磁能量存储于电容器54中。此外，在旋转机20中，在电容器54充电后，在切换了上述电压方向的情况下，将存储于上述电容器54的能量向转子励磁绕组44释放。藉此，在本实施方式的旋转机20中，能将存储于电容器54的能量转换为使转子铁芯42励磁的励磁电流。
因此，根据本实施方式的旋转机20，当在转子励磁绕组44的各部分电感产生相互抵消方向的电压时，将由转子励磁绕组44产生的励磁能量高效地转换为励磁电流。藉此，旋转机20能确保励磁电流。因此，在本实施方式的旋转机20中，能防止随着在转子励磁绕组44的各部分电感产生相互抵消方向的电压时的励磁电流的减少而产生的励磁能量损失。此外，即使发生了上述电压相互抵消的情况，旋转机20也能高效地对转子铁芯42进行励磁。
此外，在本实施方式的旋转机20中，如果能如上述那样确保励磁电流，则能将为在转子铁芯42形成励磁极所需的、与流过定子绕组34的基波电流重叠的高频电流抑制为小的振幅。因此，与高频电流的振幅大的情况相比，在旋转机20中能降低转矩脉动(参照图5)。
此外，在本实施方式的旋转机20中，转子励磁绕组44的第一励磁绕组部44-1以及第二励磁绕组部44-2以如下所述的位置配置于转子铁芯42的突极部48。具体而言，与电容器54并联连接的第一励磁绕组部44-1在周向上配置于靠近转子铁芯42的突极部48一侧。连接于整流元件52的阴极端子与电容器54的另一端之间的第二励磁绕组部44-2在周向上配置于远离转子铁芯42的突极部48一侧。贯通转子铁芯42的突极部48的磁通存在漏磁通等。因此，根据转子励磁绕组44的位置不同，贯通磁通量、其朝向互不相同。上述现象在高频磁通的情况下尤为显著。具体而言，转子励磁绕组44的靠近突极部48的一侧(即，主磁极侧)与转子励磁绕组44的远离突极部48的一侧(即，主磁极间侧)的磁通量之差较大。因此，根据上述旋转机20的机构，能使存储于电容器54的能量增大上述差的量。因此，在本实施方式的旋转机20中，能有效地获得励磁电流。
以上，根据上述说明可知，本实施方式的旋转机20是励磁绕组型旋转机，包括：定子24，上述定子24具有定子铁芯32以及卷绕于定子铁芯32的定子绕组34；转子26，上述转子26具有转子铁芯42以及卷绕于转子铁芯42的转子励磁绕组44；以及整流元件52，上述整流元件52连接于转子励磁绕组44的两端之间。即，在旋转机20设置有电容器54，该电容器54的一端与整流元件52的阳极端子连接并且另一端与转子励磁绕组44的中途连接。
根据上述结构，在本实施方式的旋转机20中，在因漏磁通、高频磁通等导致产生于转子励磁绕组44的各部分电感的电压相互抵消的情况下，该相互抵消的电压量的励磁能量存储于电容器54。然后，在旋转机20中，在切换电压方向并变为电压相互抵消的方向时，存储于电容器54的能量向转子励磁绕组44释放，从而转换为使转子铁芯42励磁的励磁电流。藉此，在旋转机20中，能防止产生于转子励磁绕组44的各部分电感的电压相互抵消时的能量损失的发生。
此外，在本实施方式的旋转机20中，向定子绕组34流动的电流是用于产生旋转转矩的基波电流与周期比该基波电流短的高频电流重叠的电流。
根据上述结构，本实施方式的旋转机20在高频电流流过定子绕组34时，产生与该高频电流对应的励磁磁通。因此，在旋转机20中，在转子励磁绕组44产生交流电压从而能感应出使转子铁芯42励磁的励磁电流。
此外，在本实施方式的旋转机20中，转子励磁绕组44具有第一励磁绕组部44-1以及第二励磁绕组部44-2。第一励磁绕组部44-1与电容器54并联连接。第二励磁绕组部44-2连接于整流元件52的阴极端子和电容器54的另一端之间。第一励磁绕组部44-1配置成与第二励磁绕组部44-2相比，靠近转子铁芯42的突极部48一侧。
根据上述结构，在本实施方式的旋转机20中，在产生漏磁通、高频磁通等的情况下，第一励磁绕组部44-1与第二励磁绕组部44-2的磁通量之差增大。其结果是，在旋转机20中，能使存储于电容器54的能量增大磁通量相差的量。因此，在旋转机20中，能有效地获得励磁电流。
此外，在本实施方式的旋转机20中，转子励磁绕组44的第一励磁绕组部44-1以及第二励磁绕组部44-2相对于转子铁芯42的突极部48配置于下述位置。具体而言，与电容器54并联连接的第一励磁绕组部44-1在周向上配置于靠近转子铁芯42的突极部48的一侧。连接于整流元件52的阴极端子与电容器54的另一端之间的第二励磁绕组部44-2在周向上配置于远离转子铁芯42的突极部48的一侧。但是，本发明并不限定于此。例如，也可以是第一励磁绕组部44-1在周向上配置于远离转子铁芯42的突极部48的一侧，并且第二励磁绕组部44-2在周向上配置于靠近转子铁芯42的突极部48的一侧。即，第一励磁绕组部44-1也可以配置成与第二励磁绕组部44-2相比，远离转子铁芯42的突极部48一侧。
[第二实施方式]
在上述第一实施方式中，第一励磁绕组部44-1在周向上配置于与转子铁芯42的突极部48靠近的一侧(近的位置)，并且第二励磁绕组部44-2在周向上配置于远离转子铁芯42的突极部48的一侧(远的位置)。以下，在图10中，对于与上述实施方式中说明了的结构部分相同的结构部分，标注相同的符号并省略或简略其说明。
与此相对，如图10所示，在本实施方式的旋转机100中，转子励磁绕组44的第一励磁绕组部44-1以及第二励磁绕组部44-2相对于定子铁芯32配置于下述那样的位置。具体而言，与电容器54并联连接的第一励磁绕组部44-1在径向上配置于远离定子铁芯32的一侧。连接于整流元件52的阴极端子与电容器54的另一端(第二端子)之间的第二励磁绕组部44-2在径向上配置于靠近定子铁芯32的一侧。即，第一励磁绕组部44-1与第二励磁绕组部44-2相比，配置于远离定子铁芯32的一侧(即，径向内侧)。
另外，第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2例如也可以以如下所述的方式配置，在将第一励磁绕组部44-1卷绕于转子铁芯42的突极部48后，在上述第一励磁绕组部44-1的径向外侧卷绕第二励磁绕组部44-2。
贯通转子铁芯42的突极部48的磁通存在漏磁通等。因此，根据转子励磁绕组44的位置不同，贯通磁通量、其朝向互不相同。上述现象在高频磁通的情况下尤为显著。具体而言，转子励磁绕组44的靠近定子铁芯32的一侧与转子励磁绕组44的远离定子铁芯32的一侧(即，转子铁芯42的轴套部46侧)之间的磁通量之差较大。因此，在本实施方式的旋转机100的结构中，也能使存储于电容器54的能量增大上述差的量。因此，在本实施方式的旋转机100中，能有效地获得励磁电流。
以上，根据上述说明可知，在本实施方式的旋转机100中，转子励磁绕组44具有第一励磁绕组部44-1以及第二励磁绕组部44-2。第一励磁绕组部44-1与电容器54并联连接。第二励磁绕组部44-2连接于整流元件52的阴极端子与电容器54的另一端之间。第一励磁绕组部44-1与第二励磁绕组部44-2相比，配置于远离定子铁芯32的一侧。
根据上述结构，在本实施方式的旋转机100中，在产生漏磁通、高频磁通等的情况下，第一励磁绕组部44-1与第二励磁绕组部44-2的磁通量之差增大。其结果是，在旋转机100中，能使存储于电容器54的能量增大磁通量之差的量。因此，在旋转机100中，能有效地获得励磁电流。
另外，在本实施方式的旋转机100中，转子励磁绕组44的第一励磁绕组部44-1以及第二励磁绕组部44-2相对于定子铁芯32配置于下述那样的位置。具体而言，与电容器54并联连接的第一励磁绕组部44-1在径向上配置于远离定子铁芯32的一侧。连接于整流元件52的阴极端子与电容器54的另一端之间的第二励磁绕组部44-2在径向上配置于靠近定子铁芯32的一侧。但是，本发明并不限定于此。例如，也可以是第一励磁绕组部44-1在径向上配置于靠近定子铁芯32的一侧，并且第二励磁绕组部44-2在径向上配置于远离定子铁芯32的一侧。即，第一励磁绕组部44-1与第二励磁绕组部44-2相比，配置于靠近定子铁芯32的一侧(即，径向外侧)。
[第三实施方式]
向励磁极流动的磁通存在漏磁通。在上述漏磁通中，存在在主磁极即突极部48之间跨越定子24侧和转子26侧的漏磁通。因此，存在妨碍高效形成磁通的可能性。以下，在图11中，对于与上述实施方式中说明了的结构部分相同的结构部分，标注相同的符号并省略或简略其说明。
对此，如图11所示，在本实施方式的旋转机200中，转子铁芯42具有轴套部46以及多个突极部48，并且还具有辅助极部202。突极部48是形成一对励磁极的主磁极。辅助极部202配置于突极部48之间，每个突极部48之间都设置。辅助极部202在周向上设置多个，配置成与突极部48交替地每隔规定角度排列。辅助极部202是为了在周向上相邻的突极部48之间设置边界而设置的辅助极。辅助极部202是从轴套部46朝径向外侧突出的部位。
另外，辅助极部202的周向宽度可以比突极部48小。此外，上述辅助极部202的前端与定子铁芯32的极齿40的前端之间的间隙可以比突极部48的前端与极齿40之间的气隙大。
旋转机200包括磁体204。磁体204设置于辅助极部202。磁体204在突极部48之间，在将跨越定子24侧和转子26侧泄漏的漏磁通抵消的方向上被磁化。磁体204配置成在抵消漏磁通的方向上被磁化。磁体204例如以N极配置在辅助极部202的径向内侧且S极配置在辅助极部202的径向外侧的方式，埋设于辅助极部202。磁体204具有在突极部48之间抑制磁通跨越定子24侧和转子26侧泄漏的功能。
在上述旋转机200的结构中，利用设置于辅助极部202的磁体204，在突极部48之间，抑制磁通跨越定子24侧和转子26侧泄漏。因此，根据本实施方式的旋转机200，能使流过励磁极的磁通高效地通过主磁极。因此，在旋转机200中，能有效地获得励磁电流。
另外，在本实施方式的旋转机200中，转子励磁绕组44的第一励磁绕组部44-1以及第二励磁绕组部44-2相对于转子铁芯42的突极部48配置于下述的位置。具体而言，与电容器54并联连接的第一励磁绕组部44-1在周向上配置于靠近转子铁芯42的突极部48的一侧(近的位置)。连接于整流元件52的阴极端子与电容器54的另一端(第二端子)之间的第二励磁绕组部44-2在周向上配置于远离转子铁芯42的突极部48的一侧(远的位置)。但是，本发明并不限定于此。例如，也可以是第一励磁绕组部44-1在周向上配置于远离转子铁芯42的突极部48的一侧，并且第二励磁绕组部44-2在周向上配置于靠近转子铁芯42的突极部48的一侧。即，第一励磁绕组部44-1也可以配置成与第二励磁绕组部44-2相比，远离转子铁芯42的突极部48一侧。
[第四实施方式]
在上述第三实施方式中，第一励磁绕组部44-1在周向上配置于靠近转子铁芯42的突极部48的一侧(近的位置)，并且第二励磁绕组部44-2在周向上配置于远离转子铁芯42的突极部48的一侧(远的位置)。以下，在图12中，对于与上述实施方式中说明了的结构部分相同的结构部分，标注相同的符号并省略或简略其说明。
与此相对，如图12所示，在本实施方式的旋转机300中，转子励磁绕组44的第一励磁绕组部44-1以及第二励磁绕组部44-2相对于定子铁芯32配置于下述那样的位置。具体而言，与电容器54并联连接的第一励磁绕组部44-1在径向上配置于远离定子铁芯32的一侧。连接于整流元件52的阴极端子与电容器54的另一端(第二端子)之间的第二励磁绕组部44-2在径向上配置于靠近定子铁芯32的一侧。即，第一励磁绕组部44-1与第二励磁绕组部44-2相比，配置于远离定子铁芯32的一侧(即，径向内侧)。
在本实施方式的旋转机300中，转子铁芯42具有轴套部46以及多个突极部48，并且还具有辅助极部302。突极部48是形成一对励磁极的主磁极。与上述第三实施方式的辅助极部202相同，辅助极部302配置于突极部48之间，在每个突极部48之间都设置。辅助极部302在周向上设置多个，配置成与突极部48交替地每隔规定角度排列。辅助极部302是为了在周向上相邻的突极部48之间设置边界而设置的辅助极。辅助极部302是从轴套部46朝径向外侧突出的部位。
另外，辅助极部302的周向宽度可以比突极部48小。此外，上述辅助极部302的前端与定子铁芯32的极齿40的前端之间的间隙可以比突极部48的前端与极齿40之间的气隙大。
旋转机300包括磁体304。磁体304设置于辅助极部302。磁体304在突极部48之间，在将跨越定子24侧和转子26侧泄漏的漏磁通抵消的方向上被磁化。磁体304配置成在抵消漏磁通的方向上被磁化。磁体304例如以N极配置在辅助极部302的径向内侧且S极配置在辅助极部302的径向外侧的方式，埋设于辅助极部302。磁体304具有在突极部48之间抑制磁通跨越定子24侧和转子26侧泄漏的功能。
在上述旋转机300的结构中，利用设置于辅助极部302的磁体304，在突极部48之间，抑制磁通跨越定子24侧和转子26侧泄漏。因此，根据本实施方式的旋转机300，能使流过励磁极的磁通高效地通过主磁极。因此，在旋转机300中，能有效地获得励磁电流。
以上，根据上述说明可知，在第三以及第四实施方式的旋转机200、300中，转子铁芯42具有多个突极部48以及配置于突极部48之间的辅助极部202、302。转子铁芯42包括磁体204、304。磁体204、304设置于辅助极部202、302，在使产生于突极部48之间的漏磁通抵消的方向上被磁化。
根据上述结构，在第三以及第四实施方式的旋转机200、300中，利用设置于辅助极部202、302的磁体204、304，从而能抑制磁通在突极部48之间跨越定子24侧和转子26侧泄漏。因此，旋转机200、300能使流过励磁极的磁通高效地通过突极部48。因此，在旋转机200、300中，能有效地获得励磁电流。
另外，在上述第四实施方式的旋转机300中，转子励磁绕组44的第一励磁绕组部44-1以及第二励磁绕组部44-2相对于定子铁芯32配置于下述那样的位置。具体而言，与电容器54并联连接的第一励磁绕组部44-1在径向上配置于远离定子铁芯32的一侧。连接于整流元件52的阴极端子与电容器54的另一端之间的第二励磁绕组部44-2在径向上配置于靠近定子铁芯32的一侧。但是，本发明并不限定于此。例如，也可以是第一励磁绕组部44-1在径向上配置于靠近定子铁芯32的一侧，并且第二励磁绕组部44-2在径向上配置于远离定子铁芯32的一侧。即，第一励磁绕组部44-1与第二励磁绕组部44-2相比，配置于靠近定子铁芯32的一侧(即，径向外侧)。
[第五实施方式]
在上述各实施方式中，旋转机20具有的整流元件52没有与电容器并联连接。以下，在图13中，对于与上述各实施方式中说明了的结构部分相同的结构部分，标注相同的符号并省略或简略其说明。
与此相对，如图13所示，在本实施方式的旋转机400中，在整流元件52并联连接有电容器402。电容器402具有以下功能，对在转子励磁绕组44感应出且经过整流元件52半波整流的交流电压进行平滑化处理以降低脉动。根据上述设置有电容器402的旋转机400，能将经过整流元件52半波整流的交流电压平滑化，能降低其脉动。
[第六实施方式]
在上述各实施方式中，设置有电容器54，该电容器54的一端(第一端子)与整流元件52的阳极端子连接并且另一端(第二端子)与转子励磁绕组44的中途(规定位置)连接。以下，在图14～图16中，对于与上述各实施方式中说明了的结构部分相同的结构部分，标注相同的符号并省略或简略其说明。
与此相对，代替第一实施方式的电容器54，本实施方式的旋转机500具有电容器502。如图14所示，电容器502的一端(第一端子)与整流元件52的阴极端子连接。电容器502的另一端(第二端子)与转子励磁绕组44的中途连接。上述转子励磁绕组44具有第一励磁绕组部44-1以及第二励磁绕组部44-2。第一励磁绕组部44-1与电容器502并联连接。第二励磁绕组部44-2连接于整流元件52的阳极端子与电容器502的另一端之间。电容器502具有以下功能，产生于第一励磁绕组部44-1的两端的电压e1的方向与产生于第二励磁绕组部44-2的两端的电压e2的方向互为相反方向，在两个电压e1、e2彼此抵消的情况下，存储该抵消的电压量的励磁能量。
在上述旋转机500中，在电压方向为模式2的情况下，流过第一励磁绕组部44-1的电流和流过第二励磁绕组部44-2的电流朝向电容器502流动。具体而言，如图15所示，在电容器502的另一端与转子励磁绕组44的连接位置划分的第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2的电压方向互为反方向，两个电压e1、e2相互抵消。此外，上述电压e1、e2在第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2中，分别以使电流从与整流元件52的连接部侧向与电容器502的另一端的连接部侧流动的方式施加。在上述情况下，在本实施方式的旋转机500中，分别流过第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2的电流朝电容器502流动。其结果是，在本实施方式的旋转机500中，能将在第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2中互相抵消的电压量的励磁能量存储于电容器502中，对电容器502进行充电。
在上述电容器502充电后，在旋转机500中，在电压方向为模式3的情况下，电流从电容器502分别向第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2流动。具体而言，如图16所示，切换第一励磁绕组部44-1的电压方向和第二励磁绕组部44-2的电压方向。这样，上述电压e1、e2在相互抵消的方向上施加，从而在第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2中，分别使电流从与电容器502的另一端的连接部侧向与整流元件52的连接部侧流动。在上述情况下，在本实施方式的旋转机500中，电流从电容器502侧分别流过第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2。其结果是，在本实施方式的旋转机500中，存储于电容器502的能量分别向第一励磁绕组部44-1和第二励磁绕组部44-2释放，从而对电容器502进行放电。
因此，在本实施方式的旋转机500中，当在转子励磁绕组44的各部分电感产生相互抵消方向的电压时，也能将由转子励磁绕组44产生的励磁能量高效地转换为励磁电流。藉此，旋转机500能确保励磁电流。因此，在本实施方式的旋转机500中，能防止随着在转子励磁绕组44的各部分电感产生相互抵消方向的电压时的励磁电流的减少而产生的励磁能量损失。此外，即使发生上述电压相互抵消的情况，旋转机500也能高效地对转子铁芯42进行励磁。因此，在旋转机500中，能得到与上述第一实施方式相同的效果。
另外，在上述第六实施方式中，转子励磁绕组44的第一励磁绕组部44-1以及第二励磁绕组部44-2相对于转子铁芯42的突极部48配置于下述那样的位置。具体而言，与电容器502并联连接的第一励磁绕组部44-1在周向上配置于靠近转子铁芯42的突极部48的一侧(近的位置)。连接于整流元件52的阳极端子与电容器502的另一端之间的第二励磁绕组部44-2在周向上配置于远离转子铁芯42的突极部48的一侧(远的位置)。但是，本发明并不限定于此。例如，也可以是第一励磁绕组部44-1在周向上配置于远离转子铁芯42的突极部48的一侧，并且第二励磁绕组部44-2在周向上配置于靠近转子铁芯42的突极部48的一侧。即，第一励磁绕组部44-1也可以配置成与第二励磁绕组部44-2相比，远离转子铁芯42的突极部48一侧。
此外，例如，也可以是第一励磁绕组部44-1在径向上配置于远离定子铁芯32的一侧，并且第二励磁绕组部44-2在径向上配置于靠近定子铁芯32的一侧。即，第一励磁绕组部44-1与第二励磁绕组部44-2相比，配置于远离定子铁芯32的一侧(即，径向内侧)。
此外，相反，也可以是第一励磁绕组部44-1在径向上配置于靠近定子铁芯32的一侧，并且第二励磁绕组部44-2在径向上配置于远离定子铁芯32的一侧。即，第一励磁绕组部44-1与第二励磁绕组部44-2相比，配置于靠近定子铁芯32的一侧(即，径向外侧)。
另外，在上述第六实施方式的旋转机500中，也可以采用上述第三实施方式、上述第四实施方式的结构。
此外，在上述第一～第六实施方式中，转子励磁绕组44集中地卷绕于每个突极部48。但是，本发明并不限定于此。例如，本发明也可以适用于转子励磁绕组44分布地卷绕于若干突极部48的结构的旋转机。
此外，在上述第三～第六实施方式中，辅助极部的磁体也可以由使用了绕组的电磁体构成。
另外，本发明并不限定于上述实施方式、变形例。本发明可以在不脱离发明思想的范围内进行各种改变。
符号说明
20、100、200、300、400、500···励磁绕组型旋转机、
22···电源、
24···定子、
26···转子、
32···定子铁芯、
34···定子绕组、
42···转子铁芯、
44···转子励磁绕组、
44-1···第一励磁绕组部、
44-2···第二励磁绕组部、
48···突极部(主磁极)、
52···整流元件、
54、502···电容器、
60···逆变器电路、
72···控制电路、
202、302···辅助极部(辅助极)、
204、304···磁体。

Claims (6)

1.一种励磁绕组型旋转机，其特征在于，包括：
定子(24)，所述定子(24)具有定子铁芯(32)以及卷绕于所述定子铁芯的定子绕组(34)；
转子(26)，所述转子(26)具有转子铁芯(42)以及卷绕于所述转子铁芯的转子励磁绕组(44)；
整流元件(52)，所述整流元件(52)连接于所述转子励磁绕组的两端之间；以及
电容器(54、502)，所述电容器(54、502)的一端与所述整流元件的一端连接并且另一端与所述转子励磁绕组的中途连接。
2.如权利要求1所述的励磁绕组型旋转机，其特征在于，
流过所述定子绕组的电流是用于产生旋转转矩的基波电流和周期比所述基波电流短的高频电流重叠的电流。
3.如权利要求1或2所述的励磁绕组型旋转机，其特征在于，
所述转子励磁绕组具有：与所述电容器并联连接的第一励磁绕组部(44-1)；以及连接于所述整流元件的另一端与所述电容器的另一端之间的第二励磁绕组部(44-2)，
所述第一励磁绕组部配置于比所述第二励磁绕组部靠近所述转子铁芯的主磁极(48)的一侧。
4.如权利要求1或2所述的励磁绕组型旋转机，其特征在于，
所述转子励磁绕组具有：与所述电容器并联连接的第一励磁绕组部(44-1)；以及连接于所述整流元件的另一端与所述电容器的另一端之间的第二励磁绕组部(44-2)，
所述第一励磁绕组部配置于比所述第二励磁绕组部远离所述定子铁芯的一侧。
5.如权利要求1至4中任一项所述的励磁绕组型旋转机，其特征在于，
所述转子铁芯具有多个主磁极(48)以及配置于所述主磁极之间的辅助极(202、302)，
具有磁体(204、304)，所述磁体(204、304)设置于所述辅助极，在使所述主磁极之间产生的漏磁通抵消的方向上被磁化。
6.如权利要求1至5中任一项所述的励磁绕组型旋转机，其特征在于，
所述电容器的另一端与所述转子励磁绕组的连接位置是将所述转子励磁绕组划分为易受流至励磁极的磁通的漏磁通、高频磁通影响的部分和不易受影响的部分的边界位置。
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