JP2014007837A - Rotary electric machine and system for driving rotary electric machine - Google Patents

Rotary electric machine and system for driving rotary electric machine Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent entry into capacitors of an electric current of a half-wave component that is opposite in phase to an electric current of a desired half-wave component and that is to be interrupted.SOLUTION: A stator 12 includes stator windings 20u, 20v, and 20w wound around teeth 19. A rotor 14 includes: a rotor core 24; a plurality of rotor windings 28n wound around salient poles 26 of the rotor 14; diodes 38 that allow circumferentially different magnetic characteristics to be produced in the salient poles 26 by induced electromotive force generated in the rotor windings 28n; and capacitors 44 that are connected in parallel with the respective diodes 38. Thyristors 46 as rectifiers are connected in the same forward direction as the diodes 38 in series with the respective capacitors 44.

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この回転電機を含む回転電機駆動システムに関する。   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 system including the rotating electrical machine.

従来から、特許文献１に記載されているように、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、ロータコアに径方向反対側に設けられた一対の突極となるティース部が形成されるとともに、ロータコアの突極の周囲にロータ巻線が巻かれた回転電機が知られている。また、ロータ巻線はダイオードにより一方向に短絡されているので、一対のティース部の一方がＮ極に励磁され、他方がＳ極に励磁される。さらに、特許文献１には、別例として、ロータ巻線に流れる励磁電流と発生電圧の安定化を行うことを目的として、ダイオードと並列にコンデンサを接続する構成が記載されている。   Conventionally, as described in Patent Document 1, a rotating electrical machine in which a stator and a rotor are arranged to face each other, and the rotor is a pair of teeth that are a pair of salient poles provided on the rotor core on the opposite side in the radial direction. And a rotating electrical machine in which a rotor winding is wound around a salient pole of a rotor core is known. In addition, since the rotor winding is short-circuited in one direction by a diode, one of the pair of teeth is excited to the N pole and the other is excited to the S pole. Furthermore, Patent Document 1 discloses, as another example, a configuration in which a capacitor is connected in parallel with a diode for the purpose of stabilizing the excitation current and generated voltage flowing in the rotor winding.

また、特許文献２には、ロータの複数の突極にロータ巻線が巻装され、各ロータ巻線がダイオードにより一方向または反対方向に短絡される回転電機が記載されている。ダイオードは、ロータ巻線に誘導された交流電流を半波整流し、周方向に隣り合う突極を交互にＮ極とＳ極とに励磁して磁極を形成する。また、この構成でもダイオードと並列に電流平滑用コンデンサが接続されている。   Patent Document 2 describes a rotating electrical machine in which a rotor winding is wound around a plurality of salient poles of a rotor, and each rotor winding is short-circuited in one direction or in the opposite direction by a diode. The diode performs half-wave rectification on the alternating current induced in the rotor winding, and forms a magnetic pole by alternately exciting circumferentially adjacent salient poles to N and S poles. Also in this configuration, a current smoothing capacitor is connected in parallel with the diode.

特開２００７−１８５０８２号公報JP 2007-185082 A 特開２００８−８６１６１号公報JP 2008-86161 A

上記の特許文献１，２に記載の構成では、ロータに巻かれたロータ巻線にダイオードが接続されており、その短絡する方向を規制しているので、ロータ巻線に発生する誘導起電力によって、隣り合う突極に生じる磁気特性を異ならせることができる。ただし、ダイオードに並列にコンデンサが接続されているので、ステータの回転磁界によりロータ巻線に流れようとする交流電流のうち、所望の半波成分とは逆位相の遮断すべき半波成分の電流がコンデンサを通じてロータ巻線に流れる。この場合、所望方向とは逆方向にロータ巻線に誘導電流が流れるため、回転電機を高い応答性で制御できない。   In the configurations described in Patent Documents 1 and 2 above, a diode is connected to the rotor winding wound around the rotor, and the direction in which the diode is short-circuited is regulated, so that the induced electromotive force generated in the rotor winding The magnetic characteristics generated between adjacent salient poles can be made different. However, since a capacitor is connected in parallel with the diode, the half-wave component current that should be blocked out of phase with the desired half-wave component of the alternating current that flows through the rotor winding by the rotating magnetic field of the stator. Flows through the capacitor to the rotor winding. In this case, since the induction current flows through the rotor winding in the direction opposite to the desired direction, the rotating electrical machine cannot be controlled with high responsiveness.

また、本発明者は、特許文献２のようにダイオードにコンデンサが並列に接続されている回転電機で、ステータに高調波成分を含む回転磁界を生成させ、ロータ巻線に回転磁界の高調波成分を印加して、誘導起電力を発生させ、ダイオードにより複数の突極に生じる磁気特性を周方向に交互に異ならせることを考えた。この場合、ロータ巻線とコンデンサとによりＬＣ共振回路が構成される。このため、本発明者は、ステータに流すステータ電流に高調波電流を重畳させるとともに、その高調波電流の共振周波数をＬＣ共振回路の共振周波数と一致させることでロータ巻線で発生する磁力を大きくできると考えた。ただし、ダイオードに並列にコンデンサが接続されていると、上記の特許文献１，２の場合と同様に、ロータ巻線を流れようとする交流電流のうち、所望の半波成分とは逆位相の遮断すべき半波成分の電流がコンデンサを通じてロータ巻線に流れる可能性がある。この場合も、回転電機を高い応答性で制御できない。   Further, the inventor is a rotating electric machine in which a capacitor is connected in parallel to a diode as in Patent Document 2, and a rotating magnetic field including a harmonic component is generated in a stator, and a harmonic component of the rotating magnetic field is generated in a rotor winding. Was applied to generate an induced electromotive force, and the magnetic characteristics generated in the plurality of salient poles by the diode were alternately varied in the circumferential direction. In this case, an LC resonance circuit is constituted by the rotor winding and the capacitor. For this reason, the present inventor increases the magnetic force generated in the rotor winding by superimposing the harmonic current on the stator current flowing through the stator and matching the resonance frequency of the harmonic current with the resonance frequency of the LC resonance circuit. I thought it was possible. However, if a capacitor is connected in parallel to the diode, as in the case of Patent Documents 1 and 2, the AC current that flows through the rotor winding has an opposite phase to the desired half-wave component. There is a possibility that the current of the half wave component to be cut off flows into the rotor winding through the capacitor. Also in this case, the rotating electrical machine cannot be controlled with high responsiveness.

本発明の目的は、回転電機において、ロータの各突極に巻かれたロータ巻線と、複数の突極に生じる磁気特性を周方向に交互に異ならせるダイオードと、ダイオードに並列に接続されたコンデンサとを備える構成において、所望の半波成分の電流とは逆位相の遮断すべき半波成分の電流がコンデンサに流入することを防止することである。   An object of the present invention is to connect a rotor winding wound around each salient pole of a rotor, a diode for alternately changing magnetic characteristics generated in a plurality of salient poles in a circumferential direction, and a diode in parallel in a rotating electric machine. In the configuration including the capacitor, the current of the half-wave component to be blocked out of phase opposite to the desired half-wave component current is prevented from flowing into the capacitor.

本発明に係る回転電機は、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 according to the present invention employs the following means in order to achieve the above object.

本発明に係る回転電機は、回転磁界を生成する複数相のステータ巻線を含むステータと、ロータコアと、前記ロータコアの周方向複数個所に設けられた突極と、前記各突極に巻かれたロータ巻線と、前記各ロータ巻線に接続され、前記各ロータ巻線に発生する誘導起電力によって前記複数の突極に生じる磁気特性を周方向に交互に異ならせるダイオードと、前記ダイオードに並列に接続されたコンデンサとを含み、前記ステータに対向配置されるロータとを備え、前記コンデンサには、前記ダイオードと同じ順方向で、整流器が直列に接続されていることを特徴とする回転電機である。   A rotating electrical machine according to the present invention includes a stator including a plurality of stator windings that generate a rotating magnetic field, a rotor core, salient poles provided at a plurality of circumferential positions of the rotor core, and wound around each salient pole. A rotor winding, a diode connected to each of the rotor windings, and a diode that alternately changes magnetic characteristics generated in the plurality of salient poles by an induced electromotive force generated in each rotor winding, and in parallel with the diode A rotating electrical machine comprising a rotor connected to the stator and having a rectifier connected in series in the same forward direction as the diode. is there.

また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、前記整流器は、サイリスタである。   In the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, the rectifier is a thyristor.

また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、前記ロータは、前記各突極に設けられ、前記各ロータ巻線に誘導電流が流れる場合に生じる前記各突極の磁化方向と同方向に磁化された永久磁石を含む。   In the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, the rotor is provided on each salient pole, and is magnetized in the same direction as the magnetization direction of each salient pole that occurs when an induced current flows through each rotor winding. Including a permanent magnet.

また、本発明に係る回転電機駆動システムは、上記の本発明に係る回転電機と、前記回転電機の駆動を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ステータ巻線に流れるステータ電流に、前記ロータ巻線と前記コンデンサとを含む回路のＬＣ共振周波数と同一の周波数を有する高調波電流を重畳させる高調波重畳部を有することを特徴とする回転電機駆動システムである。   A rotating electrical machine drive system according to the present invention includes the above-described rotating electrical machine according to the present invention and a control device that controls driving of the rotating electrical machine, and the control device includes a stator current flowing through the stator winding. Further, the rotating electrical machine drive system further includes a harmonic superposition unit that superimposes a harmonic current having the same frequency as the LC resonance frequency of the circuit including the rotor winding and the capacitor.

また、本発明に係る回転電機駆動システムにおいて、好ましくは、前記高調波重畳部は、前記ロータの回転速度が所定速度以下の場合に前記ステータ電流に前記高調波電流を重畳させ、前記ロータの回転速度が前記所定速度を上回る場合に前記ステータ電流に前記高調波電流を重畳させないように、前記高調波電流の重畳を切り換える。   In the rotating electrical machine drive system according to the present invention, preferably, the harmonic superimposing unit superimposes the harmonic current on the stator current when the rotational speed of the rotor is equal to or lower than a predetermined speed, and rotates the rotor. The superposition of the harmonic current is switched so that the harmonic current is not superimposed on the stator current when the speed exceeds the predetermined speed.

本発明の回転電機及び回転電機駆動システムによれば、複数の突極に生じる磁気特性を周方向に交互に異ならせるダイオードに並列にコンデンサが接続されているが、このコンデンサに、ダイオードと同じ順方向を有する整流器が直列に接続されている。このため、ロータ巻線に交流電流が流れようとし、コンデンサにこの交流電流のうち、所望の半波成分の電流と逆位相の半波成分の電流が流れようとする場合に、整流器がこの逆位相の電流のコンデンサへの流入を阻止する。したがって、ロータの各突極に巻かれたロータ巻線と、複数の突極に生じる磁気特性を周方向に交互に異ならせるダイオードと、ダイオードに並列に接続されたコンデンサとを備える構成において、所望の半波成分の電流とは逆位相の遮断すべき半波成分の電流がコンデンサに流入することを防止できる。   According to the rotating electrical machine and the rotating electrical machine drive system of the present invention, the capacitor is connected in parallel to the diode that alternately changes the magnetic characteristics generated in the plurality of salient poles in the circumferential direction. Directional rectifiers are connected in series. For this reason, when an alternating current is about to flow through the rotor winding and a half-wave component current having a phase opposite to that of the desired half-wave component is flowing through the capacitor, the rectifier is reversed. Block the phase current from flowing into the capacitor. Therefore, in a configuration including a rotor winding wound around each salient pole of the rotor, a diode that alternately alters magnetic characteristics generated in a plurality of salient poles in the circumferential direction, and a capacitor connected in parallel to the diode, Therefore, it is possible to prevent the half-wave component current that should be blocked in the opposite phase to the half-wave component current from flowing into the capacitor.

本発明の実施形態の回転電機において、ロータの回転軸方向に見たステータ及びロータの概略構成を示す図である。In the rotary electric machine of embodiment of this invention, it is a figure which shows schematic structure of the stator and rotor seen in the rotating shaft direction of the rotor. 図１の回転電機において、ステータの概略構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a stator in the rotating electrical machine of FIG. 1. 図１の回転電機において、ロータの概略構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a rotor in the rotating electrical machine of FIG. 1. ロータ巻線に誘導電流が流れる様子を示す、図１のＡ部拡大対応図である。FIG. 2 is an enlarged view corresponding to part A of FIG. 1, showing a state in which an induced current flows through a rotor winding. 図３の１つの突極に巻かれるロータ巻線及びダイオードを含むＬＣ共振回路を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an LC resonance circuit including a rotor winding and a diode wound around one salient pole of FIG. 3. 本発明の実施形態の回転電機駆動システムを示す回路図である。It is a circuit diagram showing a rotary electric machine drive system of an embodiment of the present invention. 回転電機駆動システムの高調波重畳部で高調波電流を重畳させた１相のステータ電流を示す図である。It is a figure which shows the stator current of the 1 phase which superimposed the harmonic current in the harmonic superimposition part of a rotary electric machine drive system. ロータ巻線に印加されるダイオードによる整流前の高調波電流(高調波信号)とロータ巻線を流れる整流後の誘導電流(ロータ巻線電流)とを示す図である。It is a figure which shows the harmonic current (harmonic signal) before the rectification by the diode applied to the rotor winding, and the induced current (rotor winding current) after the rectification flowing through the rotor winding. ロータ巻線に誘導電流が流れない様子を示す、図１のＡ部拡大対応図である。FIG. 2 is an enlarged view corresponding to part A of FIG. 1, showing a state in which no induced current flows through the rotor winding.

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下では、回転電機を構成するステータコアとロータコアとを、それぞれ電磁鋼板を積層して形成されるものとして説明するが、これは例示であって、電磁鋼板以外の板材を積層したものでもよい。また、これ以外のステータコア及びロータコアであってもよい。たとえば、板材の積層型ではなく、鋼材を加工した一体型コアでも、磁性粉末の圧粉加工により形成されるコアでもよい。また、各コアは、周方向に分割される複数の要素を環状に連結してなる分割型コアとしてもよい。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the stator core and the rotor core constituting the rotating electrical machine will be described as being formed by laminating electromagnetic steel plates, but this is an example, and a laminate of plate materials other than the electromagnetic steel plates may be used. . Other stator cores and rotor cores may be used. For example, instead of a laminated type of plate material, an integrated core obtained by processing a steel material or a core formed by compacting magnetic powder may be used. Moreover, each core is good also as a split-type core formed by connecting the some element divided | segmented into the circumferential direction cyclically | annularly.

以下で述べるステータのティースの数、ロータの突極の数等は説明のための例示であって、適宜変更可能である。また、以下ではすべての図面において同様の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略化する。   The number of teeth of the stator and the number of salient poles of the rotor described below are examples for explanation, and can be changed as appropriate. Further, in the following, the same elements are denoted by the same reference symbols in all the drawings, and redundant description is omitted or simplified.

図１は、モータまたは発電機として使用される本発明の実施形態の回転電機において、そのロータの回転軸方向に見たステータ及びロータの概略構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a stator and a rotor as viewed in the direction of the rotation axis of a rotor in a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention used as a motor or a generator.

回転電機１０は、図示しないケーシングに固定されたステータ１２と、ステータ１２と所定の空隙をあけて径方向内側に対向配置され、ステータ１２に対し回転可能なロータ１４とを備える。なお、単に「径方向」という場合、ロータ１４の回転中心軸に対し直交する放射方向をいう（本明細書全体及び特許請求の範囲で同じである。）。ロータ１４は、回転軸１６に固定され回転軸１６と一体に回転する。   The rotating electrical machine 10 includes a stator 12 that is fixed to a casing (not shown), and a rotor 14 that is opposed to the stator 12 in the radial direction with a predetermined gap therebetween and is rotatable with respect to the stator 12. Note that, when simply referred to as “radial direction”, it means a radial direction orthogonal to the rotation center axis of the rotor 14 (the same applies to the entire specification and claims). The rotor 14 is fixed to the rotary shaft 16 and rotates integrally with the rotary shaft 16.

また、図２に示すように、ステータ１２は、ステータコア１８と、ステータコア１８の周方向複数個所の等間隔位置に配置されたティース１９と、各ティース１９に巻かれた複数相（より具体的にはｕ相、ｖ相、ｗ相の３相）のステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗとを含む。すなわち、ステータコア１８の内周面には、径方向内側へ（ロータ１４へ向けて）突出する複数のティース１９がステータ１２の周方向に沿って互いに間隔をおいて配列されている。各ティース１９間にスロット２２が形成されている。ステータコア１８及び複数のティース１９は、磁性鋼板を複数積層した積層体等の磁性材により、一体に形成されている。   Further, as shown in FIG. 2, the stator 12 includes a stator core 18, teeth 19 disposed at equally spaced positions in the circumferential direction of the stator core 18, and a plurality of phases wound around each tooth 19 (more specifically, Includes three-phase stator windings 20u, 20v, and 20w. That is, a plurality of teeth 19 projecting radially inward (toward the rotor 14) are arranged on the inner peripheral surface of the stator core 18 at intervals from each other along the circumferential direction of the stator 12. Slots 22 are formed between the teeth 19. The stator core 18 and the plurality of teeth 19 are integrally formed of a magnetic material such as a laminate in which a plurality of magnetic steel plates are laminated.

各相のステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗは、スロット２２を通ってティース１９に短節集中巻で巻装されている。このように、ティース１９にステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗが巻装されることで磁極が構成される。そして、複数相のステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗに複数相の交流電流を流すことで、周方向に複数配置されたティース１９が磁化し、周方向に回転する回転磁界をステータ１２に生成する。すなわち、複数相のステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗは、ステータ１２に回転磁界を生成する。なお、ステータ巻線は、このようにステータ１２のティース１９に巻線する構成に限定するものではない。例えばステータコア１８の環状部分の周方向複数個所に複数相のステータ巻線を巻線するトロイダル巻きとし、ステータ１２に回転磁界を生じさせることもできる。   The stator windings 20u, 20v, and 20w for each phase are wound around the teeth 19 through the slots 22 in a short concentrated winding manner. As described above, the stator windings 20u, 20v, and 20w are wound around the teeth 19 to form a magnetic pole. Then, by passing a plurality of phases of alternating current through the plurality of stator windings 20u, 20v, and 20w, a plurality of teeth 19 arranged in the circumferential direction are magnetized, and a rotating magnetic field that rotates in the circumferential direction is generated in the stator 12. . That is, the multi-phase stator windings 20 u, 20 v and 20 w generate a rotating magnetic field in the stator 12. The stator winding is not limited to the configuration in which the stator winding is wound around the teeth 19 of the stator 12 as described above. For example, a toroidal winding in which a plurality of stator windings are wound around a plurality of circumferential portions of the annular portion of the stator core 18 can be used to generate a rotating magnetic field in the stator 12.

ティース１９に形成された回転磁界は、ロータ１４に作用する。図２に示す例では、３相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）のステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗがそれぞれ巻装された３つのティース１９により１つの極対が構成されている。   The rotating magnetic field formed on the teeth 19 acts on the rotor 14. In the example shown in FIG. 2, one pole pair is configured by three teeth 19 around which three-phase (u-phase, v-phase, and w-phase) stator windings 20u, 20v, and 20w are wound.

一方、図３に示すように、ロータ１４は、円筒状のロータヨークであるロータコア２４と、ロータコア２４の外周面の周方向の等間隔複数個所に、径方向外側に向けて（ステータ１２に向けて）突出して設けられた突部である突極２６と、複数のロータ巻線２８ｎ、２８ｓとを含む。なお、単に「周方向」という場合、ロータ１４の回転中心軸を中心として描かれる円形に沿う方向をいう（本明細書全体及び特許請求の範囲で同じである。）。ロータコア２４及び複数の突極２６は、磁性鋼板を複数積層した積層体等の磁性材により、一体に形成されている。ロータ１４の周方向に関して１つおきの突極２６に第１ロータ巻線２８ｎがそれぞれ集中巻きで巻かれて、第１ロータ巻線２８ｎが巻かれた突極２６と隣り合う別の突極２６であって、周方向１つおきの突極２６に、第２ロータ巻線２８ｓがそれぞれ集中巻きで巻かれている。また、各第１ロータ巻線２８ｎを一方向に短絡するように磁気特性調整部である第１ダイオード３８が接続され、各第２ロータ巻線２８ｓを反対方向に短絡するように磁気特性調整部である第２ダイオード４０が接続されている。   On the other hand, as shown in FIG. 3, the rotor 14 has a rotor core 24 that is a cylindrical rotor yoke and a plurality of circumferentially equidistant positions on the outer peripheral surface of the rotor core 24, facing radially outward (toward the stator 12). ) A salient pole 26 that is a projecting portion provided in a projecting manner, and a plurality of rotor windings 28n and 28s. Note that the term “circumferential direction” simply refers to a direction along a circle drawn around the rotation center axis of the rotor 14 (the same applies to the entire specification and claims). The rotor core 24 and the plurality of salient poles 26 are integrally formed of a magnetic material such as a laminate in which a plurality of magnetic steel plates are laminated. With respect to the circumferential direction of the rotor 14, the first rotor winding 28 n is wound around every other salient pole 26 by concentrated winding, and another salient pole 26 adjacent to the salient pole 26 around which the first rotor winding 28 n is wound. In addition, the second rotor winding 28s is wound around every other salient pole 26 in the circumferential direction in a concentrated manner. A first diode 38 as a magnetic characteristic adjusting unit is connected so as to short-circuit each first rotor winding 28n in one direction, and a magnetic characteristic adjusting unit so as to short-circuit each second rotor winding 28s in the opposite direction. A second diode 40 is connected.

このような構成では、第１ロータ巻線２８ｎ及び第２ロータ巻線２８ｓに整流された電流が流れることで突極２６が磁化し、磁極部として機能する。ステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗに交流電流を流すことで、ステータ１２が回転磁界を生成するが、この回転磁界は、基本波成分の磁界だけでなく、基本波よりも高い次数の高調波成分の磁界を含んでいる。   In such a configuration, the salient pole 26 is magnetized by the rectified current flowing through the first rotor winding 28n and the second rotor winding 28s, and functions as a magnetic pole portion. By passing an alternating current through the stator windings 20u, 20v, and 20w, the stator 12 generates a rotating magnetic field. This rotating magnetic field is not only a magnetic field of the fundamental wave component but also a harmonic component of a higher order than the fundamental wave. Of magnetic fields.

より詳しくは、ステータ１２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２０ｕ，２０ｖ，２０ｗの配置や、ティース１９及びスロット２２によるステータコア１８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、集中巻においては、各相のステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗが互いに重なり合わないため、ステータ１２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。例えばステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗが３相集中巻の場合は、高調波成分として、入力電気周波数の時間的３次成分である、空間的な２次成分の振幅レベルが増大する。このようにステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗの配置やステータコア１８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ている。   More specifically, the distribution of magnetomotive force that generates a rotating magnetic field in the stator 12 depends on the arrangement of the stator windings 20u, 20v, and 20w of each phase and the shape of the stator core 18 by the teeth 19 and the slots 22 (basic It does not have a sinusoidal distribution (only of waves), but includes harmonic components. In particular, in the concentrated winding, the stator windings 20u, 20v, 20w of the respective phases do not overlap each other, so that the amplitude level of the harmonic component generated in the magnetomotive force distribution of the stator 12 increases. For example, when the stator windings 20u, 20v, and 20w are three-phase concentrated windings, the amplitude level of a spatial secondary component that is a temporal third-order component of the input electrical frequency increases as a harmonic component. The harmonic components generated in the magnetomotive force due to the arrangement of the stator windings 20u, 20v, 20w and the shape of the stator core 18 are called spatial harmonics.

ステータ１２からロータ１４に、この空間高調波成分を含む回転磁界が作用すると、空間高調波の磁束変動により、ロータ１４の突極２６間の空間に漏れ出す漏れ磁束の変動が発生し、その変動が十分に大きい場合には、各ロータ巻線２８ｎ，２８ｓの少なくともいずれかのロータ巻線２８ｎ（または２８ｓ）に誘導起電力が発生する。特に、後述するように回転電機１０を駆動する回転電機駆動システム６８が制御装置７２を含み、制御装置７２はステータ電流に高調波電流を重畳させる高調波重畳部８０を有するので、空間高調波成分のレベルの最大値が大きくなる。したがって、ロータ巻線２８ｎ（または２８ｓ）には実質的にこの高調波電流と同一周波数の空間高調波成分が印加される。   When a rotating magnetic field including this spatial harmonic component acts on the rotor 14 from the stator 12, fluctuations in leakage magnetic flux leaking into the space between the salient poles 26 of the rotor 14 occur due to magnetic flux fluctuations in the spatial harmonics. Is sufficiently large, an induced electromotive force is generated in at least one of the rotor windings 28n and 28s (or 28s). In particular, as will be described later, a rotating electrical machine drive system 68 that drives the rotating electrical machine 10 includes a control device 72, and the control device 72 includes a harmonic superimposing unit 80 that superimposes a harmonic current on a stator current. The maximum value of the level increases. Therefore, a spatial harmonic component having substantially the same frequency as this harmonic current is applied to the rotor winding 28n (or 28s).

そして、各ロータ巻線２８ｎ，２８ｓに誘導起電力が発生すると、各ロータ巻線２８ｎ，２８ｓに対応するダイオード３８，４０の整流方向に応じた直流電流が流れ、ロータ巻線２８ｎ、２８ｓが巻装された突極２６が磁化する。このため、この突極２６が所望の極性の磁極部として機能する。すなわち、ロータ巻線２８ｎ，２８ｓを流れる誘導電流により生成される磁束が突極２６を流れることで突極２６に起磁力が発生し、磁極が形成される。また、誘導電流によって突極２６に生じる起磁力を巻線起磁力と呼ぶことにすると、巻線起磁力の方向は誘導電流の方向で決まる。この巻線起磁力は、回転電機１０のトルクの向上に寄与する。また、巻線起磁力の方向を、対応するダイオード３８，４０の整流方向により、ロータ１４の周方向に関して交互に異ならせる。図３の例では、各ロータ巻線２８ｎ，２８ｓに誘導電流が流れると仮定した場合に、第１ロータ巻線２８ｎが巻装された突極２６の先端にＮ極が生成され、第２ロータ巻線２８ｓが巻装された突極２６の先端にＳ極が生成される。図３では、各ロータ巻線２８ｎ，２８ｓに誘導電流が流れると仮定した場合に、各突極２６の先端に形成される磁極を各突極２６の外径側のＮ，Ｓにより示している。この場合、ロータ１４の周方向においてＮ極とＳ極とが交互に配置される。このように、各ロータ巻線２８ｎ，２８ｓに誘導電流が流れると仮定した場合に、各ダイオード３８，４０（図３）は、各ロータ巻線２８ｎ、２８ｓに発生する誘導起電力によって複数の突極２６に生じる磁気特性を、周方向に交互に異ならせる。   When an induced electromotive force is generated in each rotor winding 28n, 28s, a direct current corresponding to the rectification direction of the diodes 38, 40 corresponding to each rotor winding 28n, 28s flows, and the rotor windings 28n, 28s are wound. The mounted salient pole 26 is magnetized. For this reason, the salient pole 26 functions as a magnetic pole portion having a desired polarity. That is, when a magnetic flux generated by the induced current flowing through the rotor windings 28n and 28s flows through the salient pole 26, a magnetomotive force is generated at the salient pole 26, and a magnetic pole is formed. If the magnetomotive force generated in the salient pole 26 by the induced current is referred to as a coil magnetomotive force, the direction of the coil magnetomotive force is determined by the direction of the induced current. This winding magnetomotive force contributes to the improvement of the torque of the rotating electrical machine 10. Further, the direction of the magnetomotive force of the winding is alternately changed with respect to the circumferential direction of the rotor 14 depending on the rectification direction of the corresponding diodes 38 and 40. In the example of FIG. 3, when it is assumed that an induced current flows in each rotor winding 28n, 28s, an N pole is generated at the tip of the salient pole 26 around which the first rotor winding 28n is wound, and the second rotor An S pole is generated at the tip of the salient pole 26 around which the winding 28s is wound. In FIG. 3, the magnetic poles formed at the tips of the salient poles 26 are indicated by N and S on the outer diameter side of the salient poles 26 when it is assumed that an induced current flows through the rotor windings 28 n and 28 s. . In this case, the N pole and the S pole are alternately arranged in the circumferential direction of the rotor 14. As described above, assuming that an induced current flows in each rotor winding 28n, 28s, each diode 38, 40 (FIG. 3) has a plurality of bumps due to the induced electromotive force generated in each rotor winding 28n, 28s. The magnetic characteristics generated in the poles 26 are alternately varied in the circumferential direction.

また、図３に示すように、ロータ１４の周方向に関する各ロータ巻線２８ｎ，２８ｓの幅θは、ロータ１４の電気角で１８０°に相当する幅よりも短く設定している。より好ましくは、ロータ１４の周方向に関する各ロータ巻線２８ｎ，２８ｓの幅θは、ロータ１４の電気角で９０°に相当する幅に等しく、あるいはほぼ等しくしている。ここでの各ロータ巻線２８ｎ，２８ｓの幅θについては、各ロータ巻線２８ｎ，２８ｓの断面積を考慮して、各ロータ巻線２８ｎ，２８ｓの断面の中心幅で表すことができる。   Further, as shown in FIG. 3, the width θ of each rotor winding 28n, 28s in the circumferential direction of the rotor 14 is set to be shorter than the width corresponding to 180 ° in terms of the electrical angle of the rotor 14. More preferably, the width θ of each of the rotor windings 28n and 28s in the circumferential direction of the rotor 14 is equal to or substantially equal to a width corresponding to 90 ° in electrical angle of the rotor 14. The width θ of each rotor winding 28n, 28s here can be expressed by the center width of the cross section of each rotor winding 28n, 28s in consideration of the cross-sectional area of each rotor winding 28n, 28s.

本実施形態の回転電機１０では、ロータ１４は、各突極２６ごとに設けられたロータ巻線２８ｎ（または２８ｓ）に接続されたダイオード３８（または４０）に対し、並列に接続された直列接続要素４２（または４３）を含んでいる。図４は、ロータ巻線に誘導電流が流れる様子を示す、図１のＡ部拡大対応図である。   In the rotating electrical machine 10 of this embodiment, the rotor 14 is connected in series to the diode 38 (or 40) connected to the rotor winding 28n (or 28s) provided for each salient pole 26. Element 42 (or 43) is included. FIG. 4 is an enlarged view corresponding to part A of FIG. 1 showing a state in which an induced current flows through the rotor winding.

複数のロータ巻線２８ｎ，２８ｓ(図３)のうち、周方向１つ置きに配置される各ロータ巻線２８ｎに接続される直列接続要素４２は、図４に示すように、コンデンサ４４と、ダイオード３８と同じ順方向でコンデンサ４４に直列に接続されたサイリスタ４６とを含んでいる。サイリスタ４６は、整流器である一方向サイリスタである。残りの１つ置きに配置される各ロータ巻線２８ｓに接続される直列接続要素４３(図３)は、上記のサイリスタ４６と順方向が逆になるサイリスタ４７(図５)がコンデンサ４４に接続されているだけで、上記の直列接続要素４２の場合と同様である。   Among the plurality of rotor windings 28n, 28s (FIG. 3), the series connection element 42 connected to each rotor winding 28n arranged at every other circumferential direction includes a capacitor 44, as shown in FIG. A thyristor 46 connected in series with the capacitor 44 in the same forward direction as the diode 38 is included. The thyristor 46 is a one-way thyristor that is a rectifier. In the series connection elements 43 (FIG. 3) connected to the other rotor windings 28s arranged every other one, the thyristor 47 (FIG. 5) whose forward direction is opposite to the thyristor 46 is connected to the capacitor 44. This is the same as the case of the serial connection element 42 described above.

図５は、図３の１つの突極に巻かれるロータ巻線及びダイオードを含むＬＣ共振回路を示す図である。図５に示すようにサイリスタ４６，４７は、ｐｎｐｎ接合の半導体素子である。サイリスタ４６，４７のカソードＫ１はコンデンサ４４の一端に接続されている。サイリスタ４６，４７のアノードＡ１はダイオード３８，４０のアノードＡ２とロータ巻線２８ｎ（または２８ｓ）の一端との接続点Ｑに接続されている。サイリスタ４６，４７のゲートＧ１も接続点Ｑに接続されている。   FIG. 5 is a diagram showing an LC resonance circuit including a rotor winding and a diode wound around one salient pole of FIG. As shown in FIG. 5, the thyristors 46 and 47 are pnpn junction semiconductor elements. The cathodes K 1 of the thyristors 46 and 47 are connected to one end of the capacitor 44. The anode A1 of the thyristors 46 and 47 is connected to a connection point Q between the anode A2 of the diodes 38 and 40 and one end of the rotor winding 28n (or 28s). The gates G1 of the thyristors 46 and 47 are also connected to the connection point Q.

また、コンデンサ４４の他端は、ダイオード３８，４０のカソードＫ２とロータ巻線２８ｎ（または２８ｓ）の他端との接続点Ｒに接続されている。各ダイオード３８，４０及び各直列接続要素４２，４３は、例えば図３のロータコア２４の軸方向端面の外側に配置することができる。このように各突極２６（図３等）ごとに設けられたロータ巻線２８ｎ，２８ｓと、図５に示すダイオード３８，４０と、直列接続要素４２，４３とは、それぞれＬＣ共振回路５０，５２を形成している。   The other end of the capacitor 44 is connected to a connection point R between the cathode K2 of the diodes 38 and 40 and the other end of the rotor winding 28n (or 28s). Each diode 38 and 40 and each series connection element 42 and 43 can be arrange | positioned outside the axial direction end surface of the rotor core 24 of FIG. 3, for example. As described above, the rotor windings 28n and 28s provided for each salient pole 26 (FIG. 3 and the like), the diodes 38 and 40 and the series connection elements 42 and 43 shown in FIG. 52 is formed.

さらに、図３に示すように、ロータ１４は、各突極２６の内部に埋め込むように設けられた永久磁石４８を含んでいる。各永久磁石４８は、ロータ１４の径方向と一致する方向に磁化されている。各永久磁石４８はフェライト等により構成されている。また、複数の突極２６で、ロータ１４の径方向に関する永久磁石４８の磁化方向を、ロータ周方向に交互に逆にしている。   Further, as shown in FIG. 3, the rotor 14 includes a permanent magnet 48 provided so as to be embedded in each salient pole 26. Each permanent magnet 48 is magnetized in a direction that coincides with the radial direction of the rotor 14. Each permanent magnet 48 is made of ferrite or the like. The plurality of salient poles 26 alternately reverse the magnetization direction of the permanent magnet 48 in the radial direction of the rotor 14 in the rotor circumferential direction.

例えば図４に示すように、第１ロータ巻線２８ｎの誘導電流により先端がＮ極となる突極２６に設けられる永久磁石４８では、磁化方向が径方向の内側から外側に向き、外側がＮ極となり、内側がＳ極となる。また、図３において、第２ロータ巻線２８ｓの誘導電流により先端がＳ極となる突極２６に設けられる永久磁石４８では、磁化方向が径方向の外側から内側に向き、外側がＳ極となり、内側がＮ極となる。このように、各永久磁石４８は、各ロータ巻線２８ｎ，２８ｓに誘導電流が流れる場合に生じる各突極２６の磁化方向と同方向に磁化される。   For example, as shown in FIG. 4, in the permanent magnet 48 provided on the salient pole 26 whose tip is an N pole by the induced current of the first rotor winding 28n, the magnetization direction is directed from the inside to the outside in the radial direction, and the outside is N It becomes the pole and the inside becomes the S pole. In FIG. 3, in the permanent magnet 48 provided on the salient pole 26 whose tip is the S pole by the induced current of the second rotor winding 28 s, the magnetization direction is directed from the outside in the radial direction to the inside, and the outside is the S pole. The inside is the N pole. In this way, each permanent magnet 48 is magnetized in the same direction as the magnetization direction of each salient pole 26 that is generated when an induced current flows through each rotor winding 28n, 28s.

各永久磁石４８は、例えば各突極２６のロータ径方向の中間部に軸方向に貫通するように設けられた孔部に、軸方向に挿入され固定されることができる。   Each permanent magnet 48 can be inserted and fixed in the axial direction, for example, in a hole provided so as to penetrate the intermediate portion of each salient pole 26 in the rotor radial direction in the axial direction.

このような回転電機１０は、図６の回転電機駆動システム６８により駆動される。図６は、図１の回転電機１０を駆動する回転電機駆動システム６８の概略構成を示す図である。回転電機駆動システム６８は、回転電機１０と、回転電機１０を駆動する駆動部であるインバータ７０と、インバータ７０を制御する制御装置７２と、電源である蓄電装置７４とを備え、回転電機１０を駆動する。   Such a rotating electrical machine 10 is driven by the rotating electrical machine drive system 68 of FIG. FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a rotating electrical machine drive system 68 that drives the rotating electrical machine 10 of FIG. The rotating electrical machine drive system 68 includes the rotating electrical machine 10, an inverter 70 that is a drive unit that drives the rotating electrical machine 10, a control device 72 that controls the inverter 70, and a power storage device 74 that is a power source. To drive.

蓄電装置７４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７０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のアームＡｕ，Ａｖ，Ａｗを備える。各相アームＡｕ，Ａｖ，Ａｗは、それぞれ２個のスイッチング素子Ｓｗを直列に接続している。スイッチング素子Ｓｗは、トランジスタ、ＩＧＢＴ等である。各スイッチング素子Ｓｗに逆並列にダイオードＤｉを接続している。各アームＡｕ，Ａｖ，Ａｗの中点は、回転電機１０を構成する対応する相のステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗの一端側に接続されている。ステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗはステータ１２の各ティースにおいて、同じ相のステータ巻線２０ｕ（または２０ｖまたは２０ｗ）同士が互いに直列に接続されている。ステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗの他端は中性点で接続されている。   The power storage device 74 is provided as a direct current power source and is chargeable / dischargeable, and is constituted by, for example, a secondary battery. The inverter 70 includes U-phase, V-phase, and W-phase arms Au, Av, and Aw. Each phase arm Au, Av, Aw has two switching elements Sw connected in series. The switching element Sw is a transistor, an IGBT, or the like. A diode Di is connected in antiparallel to each switching element Sw. The midpoint of each arm Au, Av, Aw is connected to one end side of the corresponding phase stator windings 20u, 20v, 20w constituting the rotating electrical machine 10. The stator windings 20u, 20v, and 20w have the same phase stator windings 20u (or 20v or 20w) connected in series in each tooth of the stator 12. The other ends of the stator windings 20u, 20v, 20w are connected at a neutral point.

蓄電装置７４の正極側及び負極側は、インバータ７０の正極側と負極側とにそれぞれ接続されており、蓄電装置７４とインバータ７０との間にコンデンサ７６が、インバータ７０に対し並列に接続されている。制御装置７２は、例えば本発明の回転電機が車両の駆動モータとして使用された場合、車両のアクセルペダルセンサ（図示せず）等から入力される加速指令信号に応じて回転電機１０のトルク目標を算出し、トルク目標等に応じた電流指令値に応じて各スイッチング素子Ｓｗのスイッチング動作を制御する。制御装置７２には、３相のうち、少なくとも２相のステータ巻線（例えば２０ｖ、２０ｗ）側に設けられた電流センサ７８で検出された電流値を表す信号と、レゾルバ等の回転角度検出部（図示せず）で検出された回転電機１０のロータ１４（図１）の回転角度を表す信号とがそれぞれ入力される。制御装置７２は、ＣＰＵ，メモリ等を有するマイクロコンピュータを含むもので、インバータ７０のスイッチング素子Ｓｗのスイッチングを制御することにより、回転電機１０のトルク、回転数等を制御する。制御装置７２は、機能ごとに分割された複数の制御装置により構成することもできる。   The positive electrode side and the negative electrode side of the power storage device 74 are respectively connected to the positive electrode side and the negative electrode side of the inverter 70, and a capacitor 76 is connected in parallel to the inverter 70 between the power storage device 74 and the inverter 70. Yes. For example, when the rotating electrical machine of the present invention is used as a drive motor for a vehicle, the control device 72 sets a torque target of the rotating electrical machine 10 according to an acceleration command signal input from an accelerator pedal sensor (not shown) of the vehicle. The switching operation of each switching element Sw is controlled according to the current command value corresponding to the torque target and the like. The control device 72 includes a signal representing a current value detected by a current sensor 78 provided on the stator winding (for example, 20v, 20w) side of at least two phases of the three phases, and a rotation angle detection unit such as a resolver. A signal indicating the rotation angle of the rotor 14 (FIG. 1) of the rotating electrical machine 10 detected by (not shown) is input. The control device 72 includes a microcomputer having a CPU, a memory, and the like, and controls the torque, the rotation speed, and the like of the rotating electrical machine 10 by controlling the switching of the switching element Sw of the inverter 70. The control device 72 can also be configured by a plurality of control devices divided for each function.

このような制御装置７２は、インバータ７０を構成する各スイッチング素子Ｓｗのスイッチング動作により蓄電装置７４からの直流電力を、ｕ相、ｖ相、ｗ相の３相の交流電力に変換して、ステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗの各相に対応する相の電力を供給することを可能とする。また、制御装置７２は、ステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗに流れるステータ電流に高調波電流を重畳させる高調波重畳部８０を有するが、これについては後述する。また、本発明の回転電機を車両の車輪に固定された車軸等により、変速装置等を介して外部から駆動されて発電する発電機として使用することもできる。その場合も制御装置７２は、インバータ７０のスイッチングを制御し、ステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗに高調波電流を重畳させた交流電流を供給する。   Such a control device 72 converts the DC power from the power storage device 74 into three-phase AC power of u-phase, v-phase, and w-phase by the switching operation of each switching element Sw constituting the inverter 70, and It is possible to supply electric power of a phase corresponding to each phase of the windings 20u, 20v, and 20w. Further, the control device 72 includes a harmonic superimposing unit 80 that superimposes a harmonic current on the stator current flowing through the stator windings 20u, 20v, and 20w, which will be described later. The rotating electrical machine of the present invention can also be used as a generator that generates power by being driven from the outside via a transmission or the like by an axle fixed to the vehicle wheel. Also in that case, the control device 72 controls the switching of the inverter 70 and supplies an alternating current in which a harmonic current is superimposed on the stator windings 20u, 20v, and 20w.

また、図６の回転電機駆動システム６８は、例えば、車両用走行動力発生装置として、エンジンと走行用モータとを駆動源として備えるハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車等に搭載して使用される。また、蓄電装置７４とインバータ７０との間に電圧変換部であるＤＣ／ＤＣコンバータを接続して、蓄電装置７４の電圧を昇圧してインバータ７０に供給可能とすることもできる。   In addition, the rotating electrical machine drive system 68 of FIG. 6 is used, for example, as a vehicular travel power generation device mounted on a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle or the like that includes an engine and a travel motor as drive sources. . Further, a DC / DC converter that is a voltage conversion unit may be connected between the power storage device 74 and the inverter 70 so that the voltage of the power storage device 74 can be boosted and supplied to the inverter 70.

次に、回転電機駆動システム６８により駆動される回転電機１０の基本的な動作を説明する。３相のステータ巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗに３相の交流電流が流れることでステータ１２に形成された回転磁界（基本波成分）がロータ１４に作用し、これに応じて、ロータ１４の磁気抵抗が小さくなるように、突極２６がステータ１２のティース１９に吸引される。これによって、ロータ１４にトルク（リラクタンストルク）が作用する。   Next, the basic operation of the rotating electrical machine 10 driven by the rotating electrical machine drive system 68 will be described. A rotating magnetic field (fundamental wave component) formed in the stator 12 acts on the rotor 14 by the three-phase alternating current flowing through the three-phase stator windings 20u, 20v, and 20w, and the magnetism of the rotor 14 is accordingly changed. The salient poles 26 are attracted to the teeth 19 of the stator 12 so as to reduce the resistance. As a result, torque (reluctance torque) acts on the rotor 14.

また、ステータ１２に形成された空間高調波を含む回転磁界がロータ１４の各ロータ巻線２８ｎ、２８ｓに鎖交すると、各ロータ巻線２８ｎ、２８ｓには、空間高調波に起因するロータ１４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によって、各ロータ巻線２８ｎ、２８ｓ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２８ｎ、２８ｓに流れる電流は、各ダイオード３８，４０により整流されることで一方向となる。そして、各ダイオード３８，４０で整流された電流が各ロータ巻線２８ｎ、２８ｓに流れるのに応じて各突極２６が磁化し、各突極２６が磁極が（Ｎ極かＳ極のいずれか一方に）固定された磁石として機能する。この場合、各ロータ巻線２８ｎ，２８ｓに誘導電流が流れると仮定した場合に、ダイオード３８，４０の整流方向の違いにより、各突極２６の巻線起磁力による磁極として、周方向においてＮ極とＳ極とが交互に配置されたものとなる。   Further, when the rotating magnetic field including the spatial harmonics formed on the stator 12 is linked to the rotor windings 28n and 28s of the rotor 14, the rotor windings 28n and 28s have the rotor 14 caused by the spatial harmonics. An induced electromotive force is generated in each of the rotor windings 28n and 28s due to a magnetic flux fluctuation having a frequency different from the rotation frequency (the fundamental wave component of the rotating magnetic field). The current flowing through the rotor windings 28n and 28s accompanying the generation of the induced electromotive force is rectified by the diodes 38 and 40 to be unidirectional. Each salient pole 26 is magnetized in response to the current rectified by each diode 38, 40 flowing through each rotor winding 28n, 28s, and each salient pole 26 has a magnetic pole (either N pole or S pole). On the other hand, it functions as a fixed magnet. In this case, assuming that an induced current flows through each of the rotor windings 28n and 28s, N poles in the circumferential direction as magnetic poles due to the winding magnetomotive force of each salient pole 26 due to the difference in the rectification direction of the diodes 38 and 40. And S poles are alternately arranged.

そして、各突極２６（磁極が固定された磁石）の磁界がステータ１２により生成される回転磁界（基本波成分）と相互作用して、吸引作用及び反発作用が生じる。このステータ１２により生成される回転磁界（基本波成分）と突極２６（磁石）の磁界との電磁気相互作用（吸引作用及び反発作用）によっても、ロータ１４にトルク（磁石トルクに相当するトルク）を作用させることができ、ロータ１４がステータ１２で生成される回転磁界（基本波成分）に同期して回転駆動される。このように回転電機１０は、ステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗへの供給電力を利用してロータ１４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。   Then, the magnetic field of each salient pole 26 (magnet with a fixed magnetic pole) interacts with the rotating magnetic field (fundamental wave component) generated by the stator 12, thereby generating an attractive action and a repulsive action. Torque (torque corresponding to magnet torque) is also applied to the rotor 14 by electromagnetic interaction (attraction and repulsion) between the rotating magnetic field (fundamental wave component) generated by the stator 12 and the magnetic field of the salient pole 26 (magnet). The rotor 14 is rotationally driven in synchronization with the rotating magnetic field (fundamental wave component) generated by the stator 12. As described above, the rotating electrical machine 10 can function as an electric motor that generates power (mechanical power) in the rotor 14 by using power supplied to the stator windings 20u, 20v, and 20w.

また、制御装置７２は高調波重畳部８０を有する。高調波重畳部８０は、ステータ巻線に流れる各相のステータ電流に、ＬＣ共振回路５０，５２(図５)のＬＣ共振周波数と同一の周波数を有する高調波電流を重畳させる。図７は、回転電機駆動システム６８(図６)の高調波重畳部８０で高調波電流を重畳させた１相のステータ電流を示している。各相のステータ電流に一定の周期で高調波電流を重畳させるが、この高調波電流はキャリア周波数を有するキャリア信号である。キャリア信号は、インバータ７０（図６）のスイッチングを制御する場合に使用されるものと同じである。なお、高調波電流として、キャリア信号と異なる高調波信号を使用することもできる。高調波電流を重畳させたステータ電流を各相のステータ巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗに流すことで、ステータ１２で生成される回転磁界は、基本波の場合と異なる周波数の高レベルの高調波成分である空間高調波を含むようになる。   Further, the control device 72 has a harmonic superimposing unit 80. The harmonic superimposing unit 80 superimposes a harmonic current having the same frequency as the LC resonance frequency of the LC resonance circuits 50 and 52 (FIG. 5) on the stator current of each phase flowing through the stator winding. FIG. 7 shows a one-phase stator current in which a harmonic current is superimposed by the harmonic superposition unit 80 of the rotating electrical machine drive system 68 (FIG. 6). A harmonic current is superimposed on the stator current of each phase at a constant period, and this harmonic current is a carrier signal having a carrier frequency. The carrier signal is the same as that used when controlling the switching of the inverter 70 (FIG. 6). A harmonic signal different from the carrier signal can also be used as the harmonic current. The rotating magnetic field generated by the stator 12 by flowing the stator current on which the harmonic current is superimposed on the stator windings 20u, 20v, and 20w of each phase causes a high-level harmonic component having a frequency different from that of the fundamental wave. To include spatial harmonics.

そして空間高調波がロータ巻線２８ｎ，２８ｓに印加されることで誘導起電力が発生し、突極２６の先端にＮ極またはＳ極が形成される。特に、高調波電流はＬＣ共振回路５０，５２のＬＣ共振周波数と同一の周波数を有するので、誘導起電力により突極２６に発生する磁力を大きくできる。ただし、図５で説明したようにダイオード３８，４０に並列にコンデンサ４４が接続されている。このため、特別な考慮をしない場合、誘導起電力によりロータ巻線２８ｎ，２８ｓを流れようとする交流電流のうち、各突極２６に所望の極性の磁極を形成するための所望の半波成分の電流とは逆位相の遮断すべき半波成分の電流が、コンデンサ４４を通じてロータ巻線２８ｎ，２８ｓに流れる可能性がある。   An induced electromotive force is generated by applying spatial harmonics to the rotor windings 28n and 28s, and an N pole or an S pole is formed at the tip of the salient pole 26. Particularly, since the harmonic current has the same frequency as the LC resonance frequency of the LC resonance circuits 50 and 52, the magnetic force generated in the salient pole 26 by the induced electromotive force can be increased. However, as described in FIG. 5, the capacitor 44 is connected in parallel to the diodes 38 and 40. Therefore, if no special consideration is given, a desired half-wave component for forming a magnetic pole of a desired polarity on each salient pole 26 out of the alternating current that flows through the rotor windings 28n and 28s by the induced electromotive force. There is a possibility that a current of a half wave component to be cut off having a phase opposite to that of the current flows through the capacitor 44 to the rotor windings 28n and 28s.

これに対して、本実施形態では、ダイオード３８，４０に並列にコンデンサ４４が接続されているが、このコンデンサ４４に、ダイオード３８，４０と同じ順方向を有するサイリスタ４６，４７が直列に接続されている。このため、ロータ巻線２８ｎ，２８ｓに交流電流が流れようとし、コンデンサ４４にこの交流電流のうち、所望の半波成分と逆位相の半波成分の電流が流れようとする場合に、サイリスタ４６，４７がこの逆位相の電流のコンデンサ４４への流入を阻止する。したがって、所望の半波成分の電流とは逆位相の遮断すべき半波成分の電流がコンデンサ４４に流入することを防止できる。この結果、コンデンサ４４を通じてロータ巻線２８ｎ，２８ｓにダイオード３８，４０による整流方向とは逆方向に電流が流れることを防止して、回転電機１０を高い応答性で制御できる。   On the other hand, in the present embodiment, the capacitor 44 is connected in parallel to the diodes 38 and 40, but thyristors 46 and 47 having the same forward direction as the diodes 38 and 40 are connected in series to the capacitor 44. ing. For this reason, when an alternating current tends to flow through the rotor windings 28n and 28s, and a half-wave component current having a phase opposite to that of the desired half-wave component of the alternating current flows through the capacitor 44, the thyristor 46 is used. , 47 prevent this antiphase current from flowing into the capacitor 44. Therefore, it is possible to prevent a half-wave component current that should be blocked in a phase opposite to that of the desired half-wave component current from flowing into the capacitor 44. As a result, the rotating electrical machine 10 can be controlled with high responsiveness by preventing current from flowing through the capacitor 44 to the rotor windings 28n and 28s in the direction opposite to the direction of rectification by the diodes 38 and 40.

また、回転電機１０を発電機として機能させる場合も、制御装置７２の高調波重畳部８０は、各相のステータ電流に高調波電流を重畳させる。そしてロータ１４(図１)を固定した回転軸１６が外部から回転させられることにより、ステータ巻線２０ｕ，２０ｖ，２０ｗに電圧が誘起され発電し、発電した電力が蓄電装置７４に充電される。例えば、本発明の回転電機を車両の駆動モータ及び発電機の両方の機能を有するモータジェネレータとして使用する場合に、制動時に地面の抵抗が図示しない車輪に加わり、車輪が固定された車軸の動力が変速装置等を介して回転軸１６に伝達される。この場合、回転電機１０は外部から駆動され、ステータ１２で回生電力が発生すると同時に車両の制動力が得られる。この場合も、ロータ巻線２８ｎ，２８ｓに印加される高調波電流の周波数を、ロータ巻線２８ｎ，２８ｓを含むＬＣ共振回路５０，５２の共振周波数と同一とすることで、各突極２６の誘導起電力による磁力を大きくできる。このため、回転電機１０(図６)で大きな回生電力を得られ、蓄電装置７４に充電できる。   Moreover, also when making the rotary electric machine 10 function as a generator, the harmonic superimposition part 80 of the control apparatus 72 superimposes a harmonic current on the stator current of each phase. Then, when the rotating shaft 16 with the rotor 14 (FIG. 1) fixed is rotated from the outside, a voltage is induced in the stator windings 20u, 20v, 20w to generate electric power, and the generated electric power is charged in the power storage device 74. For example, when the rotating electrical machine of the present invention is used as a motor generator having the functions of both a drive motor and a generator of a vehicle, ground resistance is applied to a wheel (not shown) during braking, and the power of the axle on which the wheel is fixed is increased. It is transmitted to the rotating shaft 16 via a transmission or the like. In this case, the rotating electrical machine 10 is driven from the outside, and regenerative electric power is generated in the stator 12, and at the same time, the braking force of the vehicle is obtained. Also in this case, by making the frequency of the harmonic current applied to the rotor windings 28n and 28s the same as the resonance frequency of the LC resonance circuits 50 and 52 including the rotor windings 28n and 28s, Magnetic force due to induced electromotive force can be increased. For this reason, large regenerative electric power can be obtained by the rotating electrical machine 10 (FIG. 6), and the power storage device 74 can be charged.

また、ステータ１２で生成される回転磁界に含まれる高調波成分がＬＣ共振周波数と一致する周波数を有するので、ロータ巻線２８ｎ，２８ｓに持続的に誘導電流を流して突極２６を磁化できる。この場合、「持続的に」とは、図８の下側の図で示すようにロータ巻線２８ｎ、２８ｓに断続的に正側(図８の上側)または負側(図８の下側)の一方のみに誘導電流が流れることが繰り返され続けることをいう(以下の説明で同じである。)。図８は、上側でロータ巻線２８ｎ、２８ｓに印加されるダイオード３８，４０による整流前の高調波電流(高調波信号)を示しており、下側でロータ巻線２８ｎ、２８ｓを流れる整流後の誘導電流(ロータ巻線電流)を示している。この場合、ダイオード３８，４０が設けられているので、各突極２６に配置された永久磁石４８の磁化方向と同じ向きに起磁力を発生させる方向にのみ、ロータ巻線２８ｎ、２８ｓに誘導電流が流れる。   In addition, since the harmonic component included in the rotating magnetic field generated by the stator 12 has a frequency that matches the LC resonance frequency, it is possible to magnetize the salient pole 26 by continuously flowing an induced current through the rotor windings 28n and 28s. In this case, “continuously” means that the rotor windings 28n and 28s are intermittently positive (upper side in FIG. 8) or negative (lower side in FIG. 8) as shown in the lower side of FIG. It means that the induction current continues to flow only in one of them (the same applies in the following description). FIG. 8 shows the harmonic current (harmonic signal) before rectification by the diodes 38 and 40 applied to the rotor windings 28n and 28s on the upper side, and after rectification flowing through the rotor windings 28n and 28s on the lower side. Inductive current (rotor winding current) is shown. In this case, since the diodes 38 and 40 are provided, the induced current is generated in the rotor windings 28n and 28s only in the direction in which the magnetomotive force is generated in the same direction as the magnetization direction of the permanent magnet 48 disposed on each salient pole 26. Flows.

また、図５に示すように、ダイオード３８，４０に順方向(図５の矢印α方向)に電流が流れると、ダイオード３８，４０のアノードＡ２側の電位が上がるので、サイリスタ４６，４７のゲートＧ１側の電位も上昇してサイリスタ４６，４７がオンされる。このため、コンデンサ４４に電流が流れる。また、ロータ巻線２８ｎについて説明すると、図４に示すようにロータ巻線２８ｎに矢印β方向に流れる誘導電流により、矢印γ方向の磁束が突極に発生し、永久磁石４８の磁化方向と同方向に突極２６が磁化される。例えば先端にＮ極が形成される突極２６と、Ｓ極が形成されるティース１９とが対向した場合に互いに引き付けあうことで、モータトルクを増大させたり、回生電力を大きくさせることができる。しかも突極２６に設けられた永久磁石４８の磁束も寄与して、モータトルクや回生電力がより大きくなる。この状態は図８のｔａ時間に対応する。   Further, as shown in FIG. 5, when a current flows through the diodes 38 and 40 in the forward direction (the direction of the arrow α in FIG. 5), the potential on the anode A2 side of the diodes 38 and 40 rises. The potential on the G1 side also rises and the thyristors 46 and 47 are turned on. For this reason, a current flows through the capacitor 44. Further, the rotor winding 28n will be described. As shown in FIG. 4, the magnetic flux in the arrow γ direction is generated in the salient pole by the induced current flowing in the rotor winding 28n in the arrow β direction, and the same direction as the magnetization direction of the permanent magnet 48. The salient pole 26 is magnetized in the direction. For example, when the salient pole 26 with the N pole formed at the tip and the tooth 19 with the S pole facing each other, the motor torque can be increased or the regenerative power can be increased by attracting each other. Moreover, the magnetic flux of the permanent magnet 48 provided on the salient pole 26 also contributes to increase the motor torque and regenerative power. This state corresponds to the ta time in FIG.

これに対して、図５に示すように、ダイオード３８，４０の順方向と逆方向(図５の矢印α方向と逆方向)にコンデンサ４４に電流が流れようとすると、アノードＡ２側の電位が低いままであるので、サイリスタ４６，４７はオフになる。このため、サイリスタ４６，４７により、所望の半波成分と逆位相の半波成分の電流のコンデンサ４４への流入を防止できる。このため、例えば、キャリア周波数が１００ｋＨｚで１０００ｐＦ程度の小容量のコンデンサ４４でも耐圧を確保できる。また、ロータ巻線２８ｎについて説明すると、図９に示すようにロータ巻線２８ｎに誘導電流が流れないと、永久磁石４８の磁力によっては永久磁石４８の磁束が突極２６内でループして、ステータ１２に影響を与えない。この場合、突極２６の先端にはＮ極、Ｓ極いずれの磁極も発生しない。この状態は図８のｔｂ時間に対応する。   On the other hand, as shown in FIG. 5, when a current flows through the capacitor 44 in the direction opposite to the forward direction of the diodes 38 and 40 (the direction opposite to the arrow α direction in FIG. 5), the potential on the anode A2 side is Since it remains low, thyristors 46 and 47 are turned off. For this reason, the thyristors 46 and 47 can prevent the half-wave component having the opposite phase to the desired half-wave component from flowing into the capacitor 44. For this reason, for example, the withstand voltage can be secured even with a capacitor 44 having a carrier frequency of 100 kHz and a small capacity of about 1000 pF. Further, the rotor winding 28n will be described. As shown in FIG. 9, if no induced current flows through the rotor winding 28n, the magnetic flux of the permanent magnet 48 loops in the salient pole 26 depending on the magnetic force of the permanent magnet 48. The stator 12 is not affected. In this case, neither the N pole nor the S pole is generated at the tip of the salient pole 26. This state corresponds to the time tb in FIG.

また、ロータ巻線２８ｎは、コンデンサ４４とともにＬＣ共振回路５０を構成しているので、ロータ巻線２８ｎに継続的に電流が流れようとするが、図４のように、サイリスタ４６によりダイオード３８の順方向と同じ方向(図４の矢印β方向)にのみロータ巻線２８ｎは通電される。すなわち、ロータ１４の突極２６の先端には永久磁石４８の先端側(図４の上側)の磁極と同じ極性のみが現れる。例えば図４では突極２６の先端はＮ極となる。このため、図４、図９の状態が繰り返されることで図８に示すようにロータ巻線２８ｎに誘導電流（ロータ巻線電流）が持続的に流れる。この効果は、ロータ巻線２８ｎ，２８ｓとコンデンサ４４とを含むＬＣ共振回路５０，５２でダイオード３８，４０及び整流器を設けたことにより得られる。この状態でロータ１４が外部から回転させられると、ステータ１２側が発電し、電力が回生される。以上はロータ巻線２８ｎが巻線される突極２６について説明したが、別のロータ巻線２８ｓ(図３)が巻線される突極２６についても同様である。このように回転電機１０を発電機として使用する場合でも、サイリスタ４６，４７を使用することで所望の半波成分の電流とは逆位相の遮断すべき半波成分の電流がコンデンサ４４に流入するのを阻止できる。   In addition, since the rotor winding 28n constitutes the LC resonance circuit 50 together with the capacitor 44, an electric current continuously flows through the rotor winding 28n. However, as shown in FIG. The rotor winding 28n is energized only in the same direction as the forward direction (the arrow β direction in FIG. 4). That is, only the same polarity as the magnetic pole on the tip side (upper side in FIG. 4) of the permanent magnet 48 appears at the tip of the salient pole 26 of the rotor 14. For example, in FIG. 4, the tip of the salient pole 26 is an N pole. Therefore, by repeating the states of FIGS. 4 and 9, an induction current (rotor winding current) flows through the rotor winding 28 n continuously as shown in FIG. 8. This effect is obtained by providing the diodes 38 and 40 and the rectifier in the LC resonance circuits 50 and 52 including the rotor windings 28n and 28s and the capacitor 44. When the rotor 14 is rotated from the outside in this state, the stator 12 side generates power and regenerates the power. The salient pole 26 around which the rotor winding 28n is wound has been described above, but the same applies to the salient pole 26 around which another rotor winding 28s (FIG. 3) is wound. As described above, even when the rotary electric machine 10 is used as a generator, by using the thyristors 46 and 47, a half-wave component current that should be cut off in phase opposite to the desired half-wave component current flows into the capacitor 44. Can be prevented.

このようにロータ１４は、各突極２６に設けられ、各ロータ巻線２８ｎ，２８ｓに誘導電流が流れる場合に生じる各突極２６の磁化方向と同方向に磁化された永久磁石４８を含むので、モータトルク及び回生電力をいずれも大きくできる。なお、ロータ１４の各突極２６から永久磁石４８を省略することもできる。   As described above, the rotor 14 includes the permanent magnets 48 that are provided on the respective salient poles 26 and are magnetized in the same direction as the magnetization direction of each salient pole 26 that is generated when an induced current flows through each of the rotor windings 28n and 28s. Both the motor torque and the regenerative power can be increased. The permanent magnets 48 can be omitted from the salient poles 26 of the rotor 14.

また、制御装置７２は、ステータ電流に、ＬＣ共振回路５０，５２のＬＣ共振周波数と同一の周波数を有する高調波電流を重畳させる高調波重畳部８０を有するので、各突極２６の磁力をより大きくでき、モータトルク及び回生電力をいずれも大きくできる。   Moreover, since the control apparatus 72 has the harmonic superimposition part 80 which superimposes the harmonic current which has the same frequency as the LC resonance frequency of the LC resonance circuits 50 and 52 on the stator current, the magnetic force of each salient pole 26 is further increased. The motor torque and regenerative power can both be increased.

また、コンデンサ４４に接続される整流器としてサイリスタ４６，４７を使用しているので、コンデンサ４４とサイリスタ４６，４７とを含む直列接続要素４２，４３で必要な耐圧をサイリスタ４６，４７で容易に確保でき、コンデンサ４４として耐圧の小さいものを使用できる。例えば、上記の特許文献１，２のように、ダイオードとロータ巻線とによる半波整流を、ダイオードに並列接続されたコンデンサで波形成形し、サイリスタを使用しない構成では、コンデンサの容量をかなり大きくする必要がある。例えばステータ電流にキャリア周波数が約１０ｋＨｚの高調波電流を重畳させると、波形成形するためには１０００μＦ以上の大きな容量のコンデンサが必要になる。この場合、極性を有し、耐圧が低い電解コンデンサを使用したり、かなりの数のセラミックコンデンサ等を並列接続することが考えられるが、いずれの構成も実現は困難である。これに対して、本実施形態のようにサイリスタ４６，４７を使用すれば、サイリスタ４６，４７がターンオフからターンオンされるまでのターンオン時間を利用でき、高いサージ電圧がコンデンサ４４に加わることを抑制できる。このため、コンデンサ４４の容量を上記のように小さくできる。   Further, since the thyristors 46 and 47 are used as rectifiers connected to the capacitor 44, the thyristors 46 and 47 can easily secure the required breakdown voltage with the serial connection elements 42 and 43 including the capacitor 44 and the thyristors 46 and 47. The capacitor 44 having a low withstand voltage can be used. For example, as described in Patent Documents 1 and 2, half-wave rectification using a diode and a rotor winding is waveform-shaped with a capacitor connected in parallel to the diode, and in a configuration that does not use a thyristor, the capacitance of the capacitor is considerably increased. There is a need to. For example, when a harmonic current having a carrier frequency of about 10 kHz is superimposed on the stator current, a capacitor having a large capacity of 1000 μF or more is required for waveform shaping. In this case, it is conceivable to use an electrolytic capacitor having polarity and low withstand voltage, or to connect a considerable number of ceramic capacitors in parallel, but it is difficult to realize any configuration. On the other hand, when the thyristors 46 and 47 are used as in the present embodiment, the turn-on time until the thyristors 46 and 47 are turned on can be used, and a high surge voltage can be suppressed from being applied to the capacitor 44. . For this reason, the capacity | capacitance of the capacitor | condenser 44 can be made small as mentioned above.

また、上記ではコンデンサ４４に直列接続される整流器として一方向サイリスタを使用する場合を説明した。ただし、一方向サイリスタの代わりに双方向サイリスタであるトライアックを使用することもできる。例えばトライアックのゲートをロータ巻線とコンデンサとの接続部とダイオードのカソードとの間に接続することができる。また、サイリスタの代わりにダイオードを使用することもできる。ただし、この場合には、サイリスタを使用する場合と異なり、ターンオン時間を利用できない。   In the above description, the unidirectional thyristor is used as a rectifier connected in series with the capacitor 44. However, a triac, which is a bidirectional thyristor, can be used instead of the one-way thyristor. For example, a triac gate can be connected between the rotor winding and capacitor connection and the diode cathode. In addition, a diode can be used instead of the thyristor. However, in this case, unlike the case of using a thyristor, the turn-on time cannot be used.

また、本実施形態の別例として、上記の実施形態において、制御装置７２が有する高調波重畳部８０は、ロータ１４の回転速度が予め設定した所定速度以下の場合にステータ電流に高調波電流を重畳させ、ロータ１４の回転速度が所定速度を上回る場合にステータ電流に高調波電流を重畳させないように、高調波電流の重畳を切り換える構成を採用することもできる。この構成によれば、ロータ１４の回転速度が所定速度を上回る場合にステータ電流に高調波電流が常に重畳されないので、上記の図７に示した場合と同様の状態が継続される。この場合、ロータ巻線２８ｎ，２８ｓに誘導電流が発生せず、かつ、突極２６内の永久磁石４８による磁束は突極２６内でループする。このため、突極２６先端にはＮ極もＳ極もいずれの極性も発生しない。したがって、突極２６に対向するステータ１２のティース１９の極性がＮ極及びＳ極のいずれの場合でも突極２６の磁力の影響がステータ１２に及ぶのを抑制できる。一般的にロータ１４の高速回転時に、突極２６の磁力がステータ１２に及ぶと逆起電圧の発生により回転電機１０の引き摺り損失が大きくなることが分かっている。これに対して、上記の別例の構成によれば、回転電機１０の高速回転時の引き摺り損失を抑制できて、トルク低下を抑制できる。   As another example of the present embodiment, in the above-described embodiment, the harmonic superimposing unit 80 included in the control device 72 converts the harmonic current into the stator current when the rotational speed of the rotor 14 is equal to or lower than a predetermined speed. It is also possible to adopt a configuration in which the superposition of the harmonic current is switched so that the harmonic current is not superposed on the stator current when the rotation speed of the rotor 14 exceeds a predetermined speed. According to this configuration, since the harmonic current is not always superimposed on the stator current when the rotational speed of the rotor 14 exceeds a predetermined speed, the same state as that shown in FIG. 7 is continued. In this case, no induced current is generated in the rotor windings 28n and 28s, and the magnetic flux generated by the permanent magnet 48 in the salient pole 26 loops in the salient pole 26. For this reason, neither the N pole nor the S pole is generated at the tip of the salient pole 26. Therefore, the influence of the magnetic force of the salient pole 26 on the stator 12 can be suppressed regardless of whether the polarity of the teeth 19 of the stator 12 facing the salient pole 26 is N or S. In general, it is known that when the magnetic force of the salient pole 26 reaches the stator 12 during high-speed rotation of the rotor 14, drag loss of the rotating electrical machine 10 increases due to generation of a counter electromotive voltage. On the other hand, according to the configuration of the other example described above, drag loss at the time of high speed rotation of the rotating electrical machine 10 can be suppressed, and torque reduction can be suppressed.

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、上記では、ステータの径方向内側にロータが対向配置された場合を説明したが、ステータの径方向外側にロータが対向配置された構成でも本発明を実施できる。また、ステータとロータとが径方向に対向配置されるいわゆるラジアル型の回転電機を説明したが、ステータとロータとが軸方向に対向配置されるいわゆるアキシャル型の回転電機でも本発明を実施できる。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course. For example, in the above description, the case where the rotor is disposed opposite to the inner side in the radial direction of the stator has been described. Further, a so-called radial type rotating electrical machine in which the stator and the rotor are arranged to face each other in the radial direction has been described. However, the present invention can also be implemented in a so-called axial type rotating electrical machine in which the stator and the rotor are arranged to face each other in the axial direction.

また、ステータ巻線はステータに集中巻きで巻線する場合を説明したが、例えばステータで空間高調波を含む回転磁界を生成できるのであればステータにステータ巻線を分布巻きで巻線する構成でも本発明を実施できる。   In addition, the case where the stator winding is wound on the stator by concentrated winding has been described, but for example, if the stator can generate a rotating magnetic field including spatial harmonics, the stator winding may be wound on the stator by distributed winding. The present invention can be implemented.

１０ 回転電機、１２ ステータ、１４ ロータ、１６ 回転軸、１８ ステータコア、１９ ティース、２０ｕ，２０ｖ，２０ｗ ステータ巻線、２２ スロット、２４ ロータコア、２６ 突極、２８ｎ 第１ロータ巻線、２８ｓ 第２ロータ巻線、３８ 第１ダイオード、４０ 第２ダイオード、４２，４３ 直列接続要素、４４ コンデンサ、４６，４７ サイリスタ、４８ 永久磁石、５０，５２ ＬＣ共振回路、６８ 回転電機駆動システム、７０ インバータ、７２ 制御装置、７４ 蓄電装置、７６ コンデンサ、７８ 電流センサ、８０ 高調波重畳部。   10 Rotating machine, 12 Stator, 14 Rotor, 16 Rotating shaft, 18 Stator core, 19 Teeth, 20u, 20v, 20w Stator winding, 22 Slot, 24 Rotor core, 26 Salient pole, 28n First rotor winding, 28s Second rotor Winding, 38 First diode, 40 Second diode, 42, 43 Series connection element, 44 Capacitor, 46, 47 Thyristor, 48 Permanent magnet, 50, 52 LC resonance circuit, 68 Rotating electric machine drive system, 70 Inverter, 72 Control Device, 74 power storage device, 76 capacitor, 78 current sensor, 80 harmonic superimposing unit.

Claims (5)

回転磁界を生成する複数相のステータ巻線を含むステータと、
ロータコアと、前記ロータコアの周方向複数個所に設けられた突極と、前記各突極に巻かれたロータ巻線と、前記各ロータ巻線に接続され、前記各ロータ巻線に発生する誘導起電力によって前記複数の突極に生じる磁気特性を周方向に交互に異ならせるダイオードと、前記ダイオードに並列に接続されたコンデンサとを含み、前記ステータに対向配置されるロータとを備え、
前記コンデンサには、前記ダイオードと同じ順方向で、整流器が直列に接続されていることを特徴とする回転電機。 A stator including a multi-phase stator winding that generates a rotating magnetic field;
A rotor core; salient poles provided at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core; rotor windings wound around the salient poles; and induction induction generated in the rotor windings connected to the rotor windings. A diode that alternately changes magnetic characteristics generated in the plurality of salient poles by electric power in the circumferential direction, a capacitor that is connected in parallel to the diode, and a rotor that is disposed to face the stator;
A rotating electric machine characterized in that a rectifier is connected in series to the capacitor in the same forward direction as the diode. 請求項１に記載の回転電機において、
前記整流器は、サイリスタであることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
The rotating machine is characterized in that the rectifier is a thyristor. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の回転電機において、
前記ロータは、前記各突極に設けられ、前記各ロータ巻線に誘導電流が流れる場合に生じる前記各突極の磁化方向と同方向に磁化された永久磁石を含むことを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
The rotor includes a permanent magnet that is provided on each salient pole and is magnetized in the same direction as the magnetization direction of each salient pole that is generated when an induced current flows through each rotor winding. . 請求項１から請求項３のいずれか１に記載の回転電機と、
前記回転電機の駆動を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ステータ巻線に流れるステータ電流に、前記ロータ巻線と前記コンデンサとを含む回路のＬＣ共振周波数と同一の周波数を有する高調波電流を重畳させる高調波重畳部を有することを特徴とする回転電機駆動システム。 The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
A control device for controlling the driving of the rotating electrical machine,
The control device includes a harmonic superimposing unit that superimposes a harmonic current having the same frequency as the LC resonance frequency of a circuit including the rotor winding and the capacitor on the stator current flowing in the stator winding. A rotating electric machine drive system that is characterized. 請求項４に記載の回転電機駆動システムにおいて、
前記高調波重畳部は、前記ロータの回転速度が所定速度以下の場合に前記ステータ電流に前記高調波電流を重畳させ、前記ロータの回転速度が前記所定速度を上回る場合に前記ステータ電流に前記高調波電流を重畳させないように、前記高調波電流の重畳を切り換えることを特徴とする回転電機駆動システム。 In the rotating electrical machine drive system according to claim 4,
The harmonic superimposing unit superimposes the harmonic current on the stator current when the rotation speed of the rotor is equal to or lower than a predetermined speed, and adds the harmonic current to the stator current when the rotation speed of the rotor exceeds the predetermined speed. A rotating electrical machine drive system, wherein the superposition of the harmonic current is switched so that the wave current is not superposed.
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