JP2020506651A - 電気機械及び電気機械動作方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図2は、第1実施形態に係る磁気歯車放射状場機械(magnetically geared radial field machine)200を示す。機械200は、運転モード又は発電モードで使用することができ、例えば、混合型ハイブリッド電気自動車のパワートレインなど、複数の異なるパワートレイン配置(power train arrangements)(図示せず)で使用される。
次に図2を参照して、電気機械200の一部の動作モードについて説明する。
固定子210は、デュアル高調波固定子(dual harmonic stator)の一例である。デュアル高調波固定子は、2つの互いに異なる極対構成要素、又は高調波を有する磁場を設定するために適切に巻線されたものである。デュアル巻線固定子は、2つの巻線を有している。本発明の開示において、巻線は、空間的及び時間的に変わる磁場を生成するための、電気機械の固定子の周りのコイル配置(arrangement)である。空間的及び時間的に変わる磁場は、時間により制御される電流の使用によって生成される。電流は、巻線の個別セクションで等しい必要はない。電流は、巻線の個別コイルで等しい必要はない。
一実施形態では、トルクを伝達するために用いられる電気機械200内の磁束の2つの高調波は、第1実施形態の電気機械200で使用される高調波と異なるが、電気機械の当業者であれば理解されるように、このような変形が可能である。例えば、2次及び5次高調波を使用してもよい。当業者にわかるように、2つの高調波が機械内で互いに結合しないように選択されなければならない。
一実施形態において、電気機械200は、風力タービンのパワートレインに用いられる。
上述したように、既知の混合型電気ハイブリッドパワートレインシステム(図示せず)は、2つの電気機械(これも図示せず)を含む。この場合、それぞれの電気機械200は、専用のインバータを備える。各インバータは、DCをACに変換する。DCは、車両のDCリンクに供給される。DCリンクは、2つのインバータに連結されて2つのインバータ間に電源が流れるようにし、2つの電気機械間に電源が流れるようにする。DCリンク電圧は、一般的に大きさが変わり得る。2つの電気機器の効率にとって潜在的に有益であるが、DCリンクの電圧変化は、DCリンクと車両のエネルギー貯蔵システムとの間にDC/DCコンバータを使用することを必要とする。電力が希望する電圧でエネルギー貯蔵システムに流入及び流出するために、そのようなDC/DCコンバータが必要である。記述された従来のシステムは、「2インバータシステム(two inverter system)」と呼ぶことができる。
Claims (38)
- 電気機械において、
第1回転子であって、第1の数の極対を有する第1磁場を生成する第1回転子と、
複数の磁極片を含む第2回転子であって、前記第1磁場を変調して第2の数の極対を有する第2磁場を生成するように前記複数の磁極片が配置された、第2回転子と、
前記第1の数の極対及び前記第2の数の極対と相互作用するように配置された第3磁場を生成するように配置された1つ以上の巻線を含む固定子と、
を含み、
前記第1の数の極対及び前記第2の数の極対と第3磁場との相互作用は、前記第1回転子と前記第2回転子との間のトルク比を変化させる、電気機械。 - 前記第2回転子は、前記第1回転子と前記固定子との間に配置される、請求項1に記載の電気機械。
- 前記一つ以上の巻線は、第1巻線セット及び第2巻線セットを含み、
前記第1巻線セットは、前記第2の数の極対と相互作用するように配置され、
前記第2巻線セットは、前記第1の数の極対と相互作用するように配置される、請求項1または請求項2のいずれか一項に記載の電気機械。 - 前記第1巻線セットの電流の周波数を変化させることは、前記電気機械の速度比を変化させる、請求項3に記載の電気機械。
- 前記第2巻線セットの電流の振幅及び/又は位相角を変化させることは、前記電気機械のトルク比を変化させる、請求項3または請求項4のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記第1巻線セット及び前記第2巻線セットのそれぞれは別個の電流入力を受信するように配置される、請求項3〜5のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記第1巻線セット及び前記第2巻線セットのそれぞれに対する別個の電流入力は、個別ドライバによって供給される、請求項6に記載の電気機械。
- 前記一つ以上の巻線は単一巻線を含む、請求項1または請求項2のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記単一巻線は、ドライバから電流入力を受信するように配置される、請求項8に記載の電気機械。
- 前記ドライバは、多相ドライバである、請求項9に記載の電気機械。
- 前記単一巻線は複数のコイルを含み、前記複数のコイルそれぞれのコイルは、各ドライバから電流入力を受信するように配置される、請求項8に記載の電気機械。
- 前記第1回転子は出力軸に連結される、請求項1〜11のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記第2回転子は入力軸に連結される、請求項1〜12のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記磁極片のうち少なくとも1つは強磁性材料で形成される、請求項1〜13のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記第1の数の極対は、前記第2の数の極対と同一ではない、請求項1〜14のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記磁極片の数は、前記第1及び第2の数の極対の和である、請求項1〜15のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記第1の数の極対及び前記第2の数の極対の間には実質的に磁気結合が存在しない、請求項1〜16のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記第1回転子は、前記電気機械の1つへ又は電気機械の1つから機械的動力を伝達するように配置され、前記第2回転子は、機械的動力を前記電気機械の他方へ又は他方から伝達するように配置される、請求項1〜17のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記第1回転子、前記第2回転子、及び前記固定子は、ギア方式でトルクを伝達するように配置される、請求項1〜18のいずれか一項に記載の電気機械。
- 電気機械の速度比及び/又はトルク比が変化される、請求項1〜19のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記固定子は、前記一つ以上の巻線を介して前記電気機械へ及び/又は前記電気機械から電力を伝達するように配置される、請求項1〜20のいずれか一項に記載の電気機械。
- 請求項1〜21のいずれか一項に記載の電気機械を含む車両パワートレイン。
- 請求項1〜22のいずれか一項に記載の電気機械を動作させる、選択的にはコンピュータ手段である、制御手段。
- 前記制御手段は、前記第1回転子の要求される速度及び/又はトルク及び/又は前記第2回転子の要求される速度及び/又はトルクのうち少なくとも1つを示す少なくとも1つの命令を受信するように構成される、請求項23に記載の制御手段。
- 前記制御手段は、前記命令に基づいて前記第1回転子、前記第2回転子、及び前記固定子の間の要求される速度比及び/又はトルク比を算出するように構成される、請求項24に記載の制御手段。
- 前記制御手段は、前記第1回転子、前記第2回転子、及び前記固定子の間の要求される速度比及び/又はトルク比を達成するために、前記固定子上の一つ以上の巻線のうち1つ以上で電流の特性を決定するように構成される、請求項25に記載の制御手段。
- 前記制御手段は、前記少なくとも1つの巻線で前記電流の特性を示す命令をドライバに提供するように構成され、前記ドライバは、前記電流を供給するように配置される、請求項26に記載の制御手段。
- 電気機械を動作させる方法において、
前記電気機械は、
第1回転子であって、第1の数の極対を有する第1磁場を生成する第1回転子と、
複数の磁極片を含む第2回転子であって、前記第1磁場を変調して第2の数の極対を有する第2磁場を生成するように前記複数の磁極片が配置される、第2回転子と、
前記第1の数の極対及び前記第2の数の極対と相互作用するように配置された第3磁場を生成するように配置された1つ以上の巻線を含む固定子と、
を含み、
前記第1の数の極対及び前記第2の数の極対と第3磁場との相互作用は、前記第1回転子と前記第2回転子との間のトルク比を変化させ、
前記方法は、前記電気機械に、及び/又は電気機械から、機械的動力を伝達するステップを含む、方法。 - 前記一つ以上の巻線は単一巻線を含み、前記単一巻線は、前記第1及び第2の数の極対を有する第3磁場を生成するように配置される、請求項28に記載の方法。
- 前記電気機械は制御手段を含み、前記方法は、前記制御手段が前記第3磁場の要求される特性を示す命令を受信するステップをさらに含む、請求項29に記載の方法。
- 前記要求される特性は、第1の数の極対を有する第3磁場の成分の要求される特性及び第2の数の極対を有する第3磁場の成分の要求される特性を含む、請求項30に記載の方法。
- 前記第3磁場の要求される特性を生成するために、前記単一巻線の磁気原動力(magneto motive force)を算出するステップをさらに含む、請求項31に記載の方法。
- 前記第3磁場の要求される特性を生成するために、前記単一巻線の磁気原動力を算出するステップは、
前記第1の数の極対を有する前記第3磁場の成分の要求される特性を生成するために、前記単一巻線の磁気原動力を算出するステップと、
前記第2の数の極対を有する前記第3磁場の成分の要求される特性を生成するために、前記単一巻線の磁気原動力を算出するステップと、
をさらに含む、請求項32に記載の方法。 - 前記第3磁場の要求される特性を生成するための前記単一巻線の磁気原動力は、
前記第1の数の極対を有する前記第3磁場の成分の要求される特性を生成するための単一巻線の磁気原動力と、
前記第2の数の極対を有する前記第3磁場の成分の要求される特性を生成するための単一巻線の磁気原動力の和である、請求項33に記載の方法。 - 前記第3磁場の要求される特性を生成するために、前記単一巻線の算出された磁気原動力から前記単一巻線の要求電流を算出するステップをさらに含む、請求項32〜34のいずれか一項に記載の方法。
- 前記単一巻線は、ドライバから電流入力を受信するように配置され、
前記方法は、前記制御手段が単一巻線に必要な電流を供給するようにドライバに命令を送信するステップをさらに含む、請求項35に記載の方法。 - 前記単一巻線は、複数の空間的に分布されたコイルを含み、
前記方法は、前記第3磁場の要求される特性を生成するために、前記算出された単一巻線の磁気原動力からそれぞれのコイルの要求電流を算出するステップをさらに含む、請求項32〜34のいずれか一項に記載の方法。 - それぞれのコイルは、それぞれのドライバから電流入力を受信するように配置され、
前記方法は、前記制御手段がそれぞれのコイルに必要な電流を供給するように、各ドライバに命令を送信するステップをさらに含む、請求項37に記載の方法。
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