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JP2017112819A - Phase number switching type electric machine - Google Patents

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JP2017112819A
JP2017112819A JP2016100498A JP2016100498A JP2017112819A JP 2017112819 A JP2017112819 A JP 2017112819A JP 2016100498 A JP2016100498 A JP 2016100498A JP 2016100498 A JP2016100498 A JP 2016100498A JP 2017112819 A JP2017112819 A JP 2017112819A
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JP
Japan
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phase
coil
mode
leg
series
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JP2016100498A
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Japanese (ja)
Inventor
田中 正一
Shoichi Tanaka
正一 田中
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Abstract

【課題】新規な巻数切換型電気機械を提供する。
【解決手段】極数を3倍にできる相数切換電気機械が提供される。ステータコイル1は、それぞれ4レグコンバータ2に接続される複数のシリーズ3相巻線1U、1V、1Wからなる。3つの独立相コイル5に個別に接続される3つのHブリッジは、4レグコンバータ4に接続されるシリーズ3相巻線の代わりに採用されることができる。機械は従来の3相モードに加えて単相モードをもつ。単相モードは優れた低速性能をもつ。ロータ極数を3倍とするために、界磁電流の方向を反転することが可能である。
【選択図】図1
A novel winding number switching type electric machine is provided.
A phase number switching electric machine capable of triple the number of poles is provided. The stator coil 1 is composed of a plurality of series three-phase windings 1U, 1V, 1W connected to a 4-leg converter 2, respectively. Three H-bridges individually connected to the three independent phase coils 5 can be employed instead of the series three-phase winding connected to the four-leg converter 4. The machine has a single-phase mode in addition to the conventional three-phase mode. Single phase mode has excellent low speed performance. In order to triple the number of rotor poles, the direction of the field current can be reversed.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は相数切換型電気機械に関し、特に相数、極数および巻数を変更可能な相数切換型電気機械に関する。 The present invention relates to a phase number switching type electric machine, and more particularly to a phase number switching type electric machine capable of changing the number of phases, the number of poles and the number of turns.

特許文献1-3はロータ極数が3倍となることが可能な3倍極型同期機を提案している。特許文献1はロータがコア極およびマグネット極をもつ永久磁石型同期機を提案している。2つのマグネット極の間に配置されるコア極は極性を反転することができる。マグネット極は永久磁石により磁化されるロータ極を意味する。コア極は励磁電流により磁化されるロータ極を意味する。コア極の極性反転により、12個のロータ極は等価的に4個のロータ極になる。 Patent Documents 1-3 propose a triple pole type synchronous machine capable of triple the number of rotor poles. Patent Document 1 proposes a permanent magnet type synchronous machine whose rotor has a core pole and a magnet pole. The core pole disposed between the two magnet poles can reverse the polarity. The magnet pole means a rotor pole magnetized by a permanent magnet. The core pole means a rotor pole that is magnetized by an exciting current. Due to the polarity reversal of the core poles, the 12 rotor poles become equivalent to 4 rotor poles.

特許文献2は、ロータが2つのコア極の間に一つのマグネット極をもつ界磁コイル型同期発電機を提案している。界磁コイルは一つのマグネット極の根部および2つのコア極を囲んで巻かれている。界磁コイルに供給される界磁電流の方向を反転することにより、コア極の極性が変更される。これにより、12個のロータ極は等価的に4個のロータ極になる。 Patent Document 2 proposes a field coil synchronous generator in which a rotor has one magnet pole between two core poles. The field coil is wound around the root of one magnet pole and the two core poles. By reversing the direction of the field current supplied to the field coil, the polarity of the core pole is changed. Thereby, 12 rotor poles become equivalent to 4 rotor poles.

特許文献3は、ロータがソフト永久磁石極およびハード永久磁石極をもつ永久磁石同期発電機を提案している。極性を反転可能な一つのソフトマグネット極は、極性が反転されない2つのハード永久磁石極の間に配置される。 Patent Document 3 proposes a permanent magnet synchronous generator whose rotor has a soft permanent magnet pole and a hard permanent magnet pole. One soft magnet pole whose polarity can be reversed is arranged between two hard permanent magnet poles whose polarity is not reversed.

しかし、ロータ極数が3倍にされる時、ステータの電気角120度は電気角360度となる。製造コストおよび電力損失の観点から、ステータ極数の変更は難しい。 However, when the number of rotor poles is tripled, the electrical angle of the stator is 120 degrees and the electrical angle is 360 degrees. From the viewpoint of manufacturing cost and power loss, it is difficult to change the number of stator poles.

特許5605164Patent 5605164 WO2008/148621WO2008 / 148621 特開2013ー183515JP2013-183515A 特開2011−223748JP2011-223748

本発明の一つの目的は、相数および極数を変更可能な簡素な相数切換型電気機械を提供することである。本発明のもう一つの目的は、相数、極数および巻数を変更可能な簡素な相数切換型電気機械を提供することである。 One object of the present invention is to provide a simple phase number switching type electric machine capable of changing the number of phases and the number of poles. Another object of the present invention is to provide a simple phase number switching type electric machine capable of changing the number of phases, the number of poles and the number of turns.

本発明によれば、少なくとも3つの相コイルをもつステータコイルは、3つの相コイルに供給される3相ステータ電流を扱う3相モードと、3つの相コイルに供給される単相ステータ電流を扱う単相モードとをもつ。単相モードは、3相モードと比べて3倍の極数をもつ。単相モードで運転されるこの電気機械は、優れた低速性能をもつ。 According to the present invention, a stator coil having at least three phase coils handles a three-phase mode that handles a three-phase stator current supplied to the three-phase coils, and a single-phase stator current supplied to the three-phase coils. It has a single-phase mode. The single phase mode has three times as many poles as the three phase mode. This electric machine operated in single phase mode has excellent low speed performance.

一つの好適態様によれば、少なくとも一つのシリーズ3相巻線が、シリーズ3相巻線の3つの相コイルの端部に個別に接続される4つのレグからなる一つの4レグコンバータに接続される。これにより、極数および相数が単相モードにおいてそれぞれ3倍となる。この電気機械は、永久磁石同期機または界磁コイル同期機または誘導機を含む。4レグコンバータは、4レグダイオード整流器、4レグインバータおよび4レグハイブリッドコンバータを含む。4レグダイオード整流器は、3相発電モードおよび単相発電モードを実行する。4レグインバータは、3相電動モード、単相電動モード、3相発電モードおよび単相発電モードを実行する。4レグハイブリッドコンバータは、単相電動モード、3相発電モードおよび単相発電モードを実行する。 According to one preferred embodiment, at least one series three-phase winding is connected to one four-leg converter consisting of four legs individually connected to the ends of the three phase coils of the series three-phase winding. The Thereby, the number of poles and the number of phases are each tripled in the single-phase mode. The electric machine includes a permanent magnet synchronous machine or a field coil synchronous machine or an induction machine. The 4-leg converter includes a 4-leg diode rectifier, a 4-leg inverter, and a 4-leg hybrid converter. The 4-leg diode rectifier executes a three-phase power generation mode and a single-phase power generation mode. The 4-leg inverter executes a three-phase electric mode, a single-phase electric mode, a three-phase power generation mode, and a single-phase power generation mode. The four-leg hybrid converter executes a single-phase electric mode, a three-phase power generation mode, and a single-phase power generation mode.

この相数切換型電気機械は、複数のシリーズ3相巻線をもつことができる。
一例によれば、2つのシリーズ3相巻線が2相モードおよび6相モードで運転される。2相モードは、2つの単相モードと本質的に等しい。6相モードは2つの3相モードと本質的に等しい。2つのシリーズ3相巻線は、互いに直列に接続されることができる。
This phase number switching type electric machine can have a plurality of series three-phase windings.
According to one example, two series three-phase windings are operated in two-phase mode and six-phase mode. The two-phase mode is essentially equal to the two single-phase modes. The six-phase mode is essentially equal to the two three-phase modes. Two series three-phase windings can be connected in series with each other.

もう一つの例によれば、3つのシリーズ3相巻線が新3相モードおよび9相モードで運転される。新3相モードは、3つの単相モードと本質的に等しい。9相モードは3つの3相モードと本質的に等しい。3つのシリーズ3相巻線は、互いに直列に接続されることができる。 According to another example, three series three-phase windings are operated in the new three-phase mode and nine-phase mode. The new three-phase mode is essentially equal to the three single-phase modes. The nine-phase mode is essentially equal to the three three-phase modes. The three series three-phase windings can be connected in series with each other.

2相駆動法を採用することにより、3相モードにおける4レグインバータのスイッチングロスを低減することができる。昇圧チョッパがこのインバータに昇圧されたDCリンク電圧を印加する。この2相駆動法によれば、4レグインバータの2つのレグが停止され、残りの2つのレグがスイッチングされる。昇圧チョッパは、両端が停止中の2つのレグの両端に個別に接続された相コイルに、昇圧チョッパは略正弦波の相電圧の一部を印加する。 By adopting the two-phase driving method, the switching loss of the four-leg inverter in the three-phase mode can be reduced. A boost chopper applies a boosted DC link voltage to the inverter. According to this two-phase driving method, the two legs of the four-leg inverter are stopped and the remaining two legs are switched. The step-up chopper applies a part of the substantially sinusoidal phase voltage to the phase coils individually connected to both ends of the two legs that are stopped at both ends.

2つのスイッチレグおよび2つのダイオードレグからなる4レグハイブリッドコンバータを採用することにより、2つの電源に接続される簡素なスタータジエネレータを実現することができる。2つのスイッチレグは高電圧電源に接続され、2つのダイオードレグは低電圧電源に接続される。 By adopting a four-leg hybrid converter composed of two switch legs and two diode legs, a simple starter generator connected to two power supplies can be realized. The two switch legs are connected to a high voltage power supply and the two diode legs are connected to a low voltage power supply.

ロータ極数を切り替えるために、界磁コイルおよび永久磁石の両方をもつランデル型ロータコアを採用することが可能である。各永久磁石は、ランデル型ロータコアの各爪部の中央部に固定される。各爪部は、永久磁石に隣接する2つのコア部をもつ。コア部の極性は、界磁電流により反転される。これにより、ロータ極数は切り替えられる。 In order to switch the number of rotor poles, it is possible to employ a Landel rotor core having both field coils and permanent magnets. Each permanent magnet is fixed to the central portion of each claw portion of the Landel rotor core. Each claw has two core parts adjacent to the permanent magnet. The polarity of the core is reversed by the field current. Thereby, the number of rotor poles is switched.

界磁コイル電気機械は複数のコイルからなる界磁コイルを採用することができる。各コイルは、互いにテイース型ロータコアの異なるスロットに巻かれる。
各コイルの一部に供給される界磁電流の方向はロータ極数切換のために反転される。各コイルの残部に供給される界磁電流の方向は反転されない。これにより、ロータ極数が切り替えられる。
The field coil electric machine can employ a field coil composed of a plurality of coils. Each coil is wound in a different slot of the tees-type rotor core.
The direction of the field current supplied to a part of each coil is reversed for switching the number of rotor poles. The direction of the field current supplied to the remainder of each coil is not reversed. Thereby, the number of rotor poles is switched.

スタータ電流のd軸電流成分により、ロータ極数を切り替えることも可能である。ロータコアはマグネット極およびコア部をもつ。ロータ極数を切り替えるために、d軸電流成分はコア極の極性を反転させる。 It is also possible to switch the number of rotor poles depending on the d-axis current component of the starter current. The rotor core has a magnet pole and a core part. In order to switch the number of rotor poles, the d-axis current component reverses the polarity of the core pole.

図1は第1実施例を示す配線図である。図2は図1に示される端子リングを示す断面図である。図3は第2実施例を示す配線図である。図4は界磁コイル機のロータコアを示す側面図である。図5は3相モードにより運転される分布巻き3相ステータコイルの電気角0度合の状態を示す模式図である。図6は3相モードにより運転される分布巻き3相ステータコイルの電気角60度合の状態を示す模式図である。図7は単相モードにより運転される分布巻き3相ステータコイルの電気角0度合の状態を示す模式図である。図8は単相モードにより運転される分布巻き3相ステータコイルの電気角180度合の状態を示す模式図である。図9は図5-図8に示される分布巻き3相ステータコイルの巻き方式を示す模式展開図である。図10は図9に示される分布巻き3相ステータコイルに接続される4レグインバータを示すブロック図である。図11は3相モードにより運転される集中巻き3相ステータコイルの電気角0度の状態を示す模式図である。図12は3相モードにより運転される集中巻き3相ステータコイルの電気角60度の状態を示す模式図である。図13は単相モードにより運転される集中巻き3相ステータコイルの電気角0度の状態を示す模式図である。図14は単相モードにより運転される集中巻き3相ステータコイルの電気角180度の状態を示す模式図である。図15は第1実施例のスタータジエネレータの制御例を示すフローチャートである。図16は第3実施例を示す配線図である。図17は第3実施例の2相モードを示すベクトル図である。
図18は第3実施例の6相モードを示すベクトル図である。図19は第3実施例により採用された集中巻きステータコイルの配線例を示す模式図である。図20は互いに離れて配置された2つのシリーズ3相巻線をもつステータコアを示す模式図である。図21は図20に示されるステータコアのティースを示す模式展開図である。図22は第4実施例により採用されたティース式ロータコアを示す模式図である。図23は第4実施例により採用された界磁電流コントローラを示す配線図である。図24は3相モードにおけるロータ極の配置を示す模式図である。図25は単相モードにおけるロータ極の配置を示す模式図である。図26は第5実施例の4レグインバータを示す配線図である。図27は3相モードにより駆動される4レグインバータの第1の電流状態を示す配線図である。図28は3相モードにより駆動される4レグインバータの第2の電流状態を示す配線図である。図29は3相モードにより駆動される4レグインバータの第3の電流状態を示す配線図である。図30は3相モードにより駆動される4レグインバータの第4の電流状態を示す配線図である。図31は3相モードにより駆動される4レグインバータの第5の電流状態を示す配線図である。図32は3相モードにより駆動される4レグインバータの第6の電流状態を示す配線図である。図33は単相モードにより駆動される4レグインバータの第1の電流状態を示す配線図である。図34は単相モードにより駆動される4レグインバータの第2の電流状態を示す配線図である。図35は第6実施例の2つの4レグインバータを示す配線図である。図36は第7実施例の10レグインバータを示す配線図である。図37は図36に示される9個の相コイルの配置を示す模式展開図である。図38は新3相モードを示すベクトル図である。図39は9相モードを示すベクトル図である。
FIG. 1 is a wiring diagram showing a first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the terminal ring shown in FIG. FIG. 3 is a wiring diagram showing a second embodiment. FIG. 4 is a side view showing the rotor core of the field coil machine. FIG. 5 is a schematic diagram showing a state of an electrical angle of 0 degrees of a distributed winding three-phase stator coil operated in a three-phase mode. FIG. 6 is a schematic diagram showing a state of an electrical angle of 60 degrees of a distributed winding three-phase stator coil operated in the three-phase mode. FIG. 7 is a schematic diagram showing a state of an electrical angle of 0 degrees of a distributed winding three-phase stator coil operated in a single-phase mode. FIG. 8 is a schematic diagram showing a state of an electrical angle of 180 degrees of the distributed winding three-phase stator coil operated in the single-phase mode. FIG. 9 is a schematic development view showing a winding method of the distributed winding three-phase stator coil shown in FIGS. FIG. 10 is a block diagram showing a 4-leg inverter connected to the distributed winding three-phase stator coil shown in FIG. FIG. 11 is a schematic diagram showing a state of an electrical angle of 0 degrees of the concentrated winding three-phase stator coil operated in the three-phase mode. FIG. 12 is a schematic diagram showing a state of an electrical angle of 60 degrees of the concentrated winding three-phase stator coil operated in the three-phase mode. FIG. 13 is a schematic diagram showing a state of an electrical angle of 0 degrees of the concentrated winding three-phase stator coil operated in the single-phase mode. FIG. 14 is a schematic diagram showing a state of an electrical angle of 180 degrees of the concentrated winding three-phase stator coil operated in the single phase mode. FIG. 15 is a flowchart showing a control example of the starter generator according to the first embodiment. FIG. 16 is a wiring diagram showing a third embodiment. FIG. 17 is a vector diagram showing the two-phase mode of the third embodiment.
FIG. 18 is a vector diagram showing the six-phase mode of the third embodiment. FIG. 19 is a schematic diagram showing a wiring example of the concentrated winding stator coil adopted in the third embodiment. FIG. 20 is a schematic diagram showing a stator core having two series three-phase windings arranged apart from each other. FIG. 21 is a schematic developed view showing teeth of the stator core shown in FIG. FIG. 22 is a schematic diagram showing a teeth-type rotor core employed in the fourth embodiment. FIG. 23 is a wiring diagram showing a field current controller employed in the fourth embodiment. FIG. 24 is a schematic diagram showing the arrangement of rotor poles in the three-phase mode. FIG. 25 is a schematic diagram showing the arrangement of the rotor poles in the single-phase mode. FIG. 26 is a wiring diagram showing a 4-leg inverter of the fifth embodiment. FIG. 27 is a wiring diagram showing a first current state of a four-leg inverter driven in the three-phase mode. FIG. 28 is a wiring diagram showing a second current state of the 4-leg inverter driven in the three-phase mode. FIG. 29 is a wiring diagram showing a third current state of the four-leg inverter driven in the three-phase mode. FIG. 30 is a wiring diagram showing a fourth current state of the 4-leg inverter driven in the three-phase mode. FIG. 31 is a wiring diagram showing a fifth current state of the 4-leg inverter driven in the three-phase mode. FIG. 32 is a wiring diagram showing a sixth current state of the 4-leg inverter driven in the three-phase mode. FIG. 33 is a wiring diagram showing a first current state of a 4-leg inverter driven in the single-phase mode. FIG. 34 is a wiring diagram showing a second current state of the 4-leg inverter driven in the single-phase mode. FIG. 35 is a wiring diagram showing two 4-leg inverters of the sixth embodiment. FIG. 36 is a wiring diagram showing a 10-leg inverter of the seventh embodiment. FIG. 37 is a schematic development view showing the arrangement of the nine phase coils shown in FIG. FIG. 38 is a vector diagram showing the new three-phase mode. FIG. 39 is a vector diagram showing the nine-phase mode.

相数、極数および巻数を切換可能な相数切換型交流電気機械に関する本発明の好適態様が図面を参照して説明される。 A preferred embodiment of the present invention relating to a phase number switching type AC electric machine capable of switching the number of phases, the number of poles and the number of turns will be described with reference to the drawings.

第1実施例
図1に示されるオルタネータは、ステータコイル1、ダイオード整流器2、Hブリッジ4、界磁コイル5、コントローラ6および端子リング7を有している。Hブリッジ4および端子リング7はコントローラ6により制御される界磁電流コントローラを構成している。シリーズ3相巻線であるステータコイル1は、直列接続された3つの相コイル1U、1Vおよび1Wからなる。相コイル1U、1Vおよび1Wは、3相モードにおいて互いに電気角120度離れ、単相モードにおいて互いに電気角0度離れている。
First Embodiment An alternator shown in FIG. 1 has a stator coil 1, a diode rectifier 2, an H bridge 4, a field coil 5, a controller 6 and a terminal ring 7. The H bridge 4 and the terminal ring 7 constitute a field current controller controlled by the controller 6. The stator coil 1 which is a series three-phase winding is composed of three phase coils 1U, 1V and 1W connected in series. Phase coils 1U, 1V, and 1W are 120 degrees apart from each other in the three-phase mode and 0 degrees away from each other in the single-phase mode.

界磁電流が界磁コイル5に供給される時、相コイル1UはU相起電力Vuを発生し、相コイル1VはV相起電力Vvを発生し、相コイル1WはW相起電力Vwを発生する。 When the field current is supplied to the field coil 5, the phase coil 1U generates the U-phase electromotive force Vu, the phase coil 1V generates the V-phase electromotive force Vv, and the phase coil 1W generates the W-phase electromotive force Vw. Occur.

バッテリ9に接続されたダイオード整流器2は4つのダイオードレグ2A-2Dからなる。ダイオードレグ2は4レグコンバータを構成する。レグ2Aは直列接続された上アームダイオード21および下アームダイオード22からなる。レグ2Bは直列接続された上アームダイオード23および下アームダイオード24からなる。レグ2Cは直列接続された上アームダイオード25および下アームダイオード26からなる。レグ2Dは直列接続された上アームダイオード27および下アームダイオード28からなる。 The diode rectifier 2 connected to the battery 9 comprises four diode legs 2A-2D. The diode leg 2 constitutes a 4-leg converter. The leg 2A includes an upper arm diode 21 and a lower arm diode 22 connected in series. The leg 2B includes an upper arm diode 23 and a lower arm diode 24 connected in series. The leg 2C includes an upper arm diode 25 and a lower arm diode 26 connected in series. The leg 2D includes an upper arm diode 27 and a lower arm diode 28 connected in series.

レグ2Aの交流端子は相コイル1Uの一端に接続されている。レグ2Bの交流端子は相コイル1Uの他端および相コイル1Vの一端に接続されている。レグ2Cの交流端子は相コイル1Vの他端および相コイル1Wの一端に接続されている。レグ2Dの交流端子は相コイル1Wの他端に接続されている。レグ2A-2Dの正の直流端子はバッテリ9の正極に接続されている。レグ2A-2Dの負の直流端子はバッテリ9の負極に接続されている。 The AC terminal of the leg 2A is connected to one end of the phase coil 1U. The AC terminal of the leg 2B is connected to the other end of the phase coil 1U and one end of the phase coil 1V. The AC terminal of the leg 2C is connected to the other end of the phase coil 1V and one end of the phase coil 1W. The AC terminal of the leg 2D is connected to the other end of the phase coil 1W. The positive DC terminal of the legs 2A-2D is connected to the positive electrode of the battery 9. The negative DC terminal of the legs 2A-2D is connected to the negative electrode of the battery 9.

Hブリッジ4は2つのレグ4Aおよび4Bからなる。レグ4Aは直列接続された上アームスイッチ45および下アームスイッチ42からなる。レグ4Bは直列接続された上アームスイッチ41および下アームスイッチ46からなる。スイッチ41、42、45および46は逆並列ダイオードを有するNMOSトランジスタからなる。スイッチ41および45のドレイン電極はバッテリ9の正極に接続されている。スイッチ42および46のソース電極はバッテリ9の負極に接続されている。 The H bridge 4 consists of two legs 4A and 4B. The leg 4A includes an upper arm switch 45 and a lower arm switch 42 connected in series. The leg 4B includes an upper arm switch 41 and a lower arm switch 46 connected in series. The switches 41, 42, 45 and 46 are NMOS transistors having antiparallel diodes. The drain electrodes of the switches 41 and 45 are connected to the positive electrode of the battery 9. The source electrodes of the switches 42 and 46 are connected to the negative electrode of the battery 9.

コイル53および55からなる界磁コイル5は、図22に示されるテイース型ロータコア13に巻かれている。端子リング7は4つのダイオード74-77をもつ。レグ4Aの交流端子はダイオード74のアノード電極およびダイオード77のカソード電極に接続されている。ダイオード74および76のカソード電極はコイル53の一端に接続されている。コイル53の他端はダイオード75および77のアノード電極に接続されている。レグ4Bの交流端子はダイオード76のアノード電極およびダイオード75のカソード電極に接続されている。さらに、コイル54および55はレグ4Aおよび4Bの間に並列接続されている。 A field coil 5 including coils 53 and 55 is wound around a tees-type rotor core 13 shown in FIG. The terminal ring 7 has four diodes 74-77. The AC terminal of the leg 4A is connected to the anode electrode of the diode 74 and the cathode electrode of the diode 77. The cathode electrodes of the diodes 74 and 76 are connected to one end of the coil 53. The other end of the coil 53 is connected to the anode electrodes of the diodes 75 and 77. The AC terminal of the leg 4B is connected to the anode electrode of the diode 76 and the cathode electrode of the diode 75. Further, the coils 54 and 55 are connected in parallel between the legs 4A and 4B.

界磁電流コントローラは界磁コイル5に供給される界磁電流を制御する。界磁電流は3相発電モードにおいてスイッチ45からスイッチ46へ流れる。界磁電流は単相発電モードにおいてスイッチ41からスイッチ42へ流れる。コイル53を通じて流れる一部の界磁電流の流れ方向はたとえモードが変更されても一定である。しかし、コイル54および55を通じて流れる残りの界磁電流の流れ方向はモードが変更される時に反対となる。 The field current controller controls the field current supplied to the field coil 5. The field current flows from the switch 45 to the switch 46 in the three-phase power generation mode. The field current flows from the switch 41 to the switch 42 in the single-phase power generation mode. The flow direction of a part of the field current flowing through the coil 53 is constant even if the mode is changed. However, the flow direction of the remaining field current flowing through the coils 54 and 55 is opposite when the mode is changed.

図22に示されるテイース型ロータコア13は3相発電モードにおいて等価的に2つのロータ極をもち、単相発電モードにおいて等価的に6つのロータ極をもつ。言い換えれば、ロータ極131および132は極性はコイル54および55に供給される界磁電流の方向の変更により変更される。3相モードの1ロータピッチは3ステータティースピッチに等しい。同様に、単相モードにおける1ロータピッチは1ステータティースピッチに等しい。言い換えれば、1ステータティースピッチは3相モードにおいて電気角60度に等しく、単相モードにおいて電気角180度に等しい。 The tees-type rotor core 13 shown in FIG. 22 has two rotor poles equivalently in the three-phase power generation mode and equivalently six rotor poles in the single-phase power generation mode. In other words, the polarity of the rotor poles 131 and 132 is changed by changing the direction of the field current supplied to the coils 54 and 55. One rotor pitch in the three-phase mode is equal to three stator teeth pitch. Similarly, one rotor pitch in the single phase mode is equal to one stator teeth pitch. In other words, one stator teeth pitch is equal to 60 electrical angles in the three-phase mode, and equal to 180 electrical angles in the single-phase mode.

図2は端子リング7の側面図である。ロータ軸である回転軸10はモータハウジング11に支持されている。ロータコア13に隣接する端子リング7は回転軸10に固定されている。4つの接続端子が端子リング7から突出し、ダイオード74-77をスリップリング(図示せず)および界磁コイル5に接続している。図2は3つの接続端子71-73だけを示す。ダイオード74-77は耐熱樹脂でできた端子リング7に埋設されている。 FIG. 2 is a side view of the terminal ring 7. A rotating shaft 10 that is a rotor shaft is supported by a motor housing 11. The terminal ring 7 adjacent to the rotor core 13 is fixed to the rotating shaft 10. Four connection terminals protrude from the terminal ring 7 to connect the diodes 74 to 77 to the slip ring (not shown) and the field coil 5. FIG. 2 shows only three connection terminals 71-73. The diodes 74 to 77 are embedded in the terminal ring 7 made of heat resistant resin.

界磁電流は3相モードにおいてスイッチ45のデユーティ比を制御することにより調整される。さらに、界磁電流は単相モードにおいてスイッチ41のデユーティ比を制御することにより調整される。相コイル1U、1Vおよび1Wは、それぞれほぼ正弦波形をもつ相電圧Vu、VvおよびVwを個別に発電する。3つの相電圧Vu、VvおよびVwのうちの任意の2つの間の位相差は3相モードにおいてそれぞれ電気角120度である。3つの相電圧Vu、VvおよびVwのうちの任意の2つの間の位相差は単相モードにおいてそれぞれ電気角0度である。言い換えれば、3つの相電圧Vu、VvおよびVwは単相モードにおいて互いに同相となる。 The field current is adjusted by controlling the duty ratio of the switch 45 in the three-phase mode. Further, the field current is adjusted by controlling the duty ratio of the switch 41 in the single phase mode. Phase coils 1U, 1V and 1W individually generate phase voltages Vu, Vv and Vw having substantially sinusoidal waveforms, respectively. The phase difference between any two of the three phase voltages Vu, Vv, and Vw is 120 electrical degrees in the three-phase mode. The phase difference between any two of the three phase voltages Vu, Vv, and Vw is 0 electrical angle in the single phase mode. In other words, the three phase voltages Vu, Vv and Vw are in phase with each other in the single phase mode.

3相モードによれば、4つのダイオードレグ2A-2Dは3つの相電圧Vu、VvおよびVwを整流する。単相モードによれば、2つのレグ2Aおよび2Dは3つの相電圧Vu、VvおよびVwの和を整流する。 According to the three-phase mode, the four diode legs 2A-2D rectify the three phase voltages Vu, Vv and Vw. According to the single phase mode, the two legs 2A and 2D rectify the sum of the three phase voltages Vu, Vv and Vw.

単相モードは3相モードと比べて3倍の極数および3倍の巻数をもつ。したがって、オルタネータは低速域にて高い発電電圧を発生する。それは、オルタネータがステータコイル1の巻数減少により銅損を低減できることを意味する。 The single phase mode has three times the number of poles and three times the number of turns compared to the three phase mode. Therefore, the alternator generates a high generated voltage in the low speed region. That means that the alternator can reduce copper loss by reducing the number of turns of the stator coil 1.

第2実施例
第2実施例のスタータジエネレータが図3を参照して説明される。この界磁コイル式スタータジエネレータは、ステータコイル1、ハイブリッドコンバータ2H、バッテリスイッチ3、Hブリッジ4、界磁コイル5およびコントローラ6を有している。ハイブリッドコンバータ2Hは4レグコンバータを構成している。界磁電流コントローラを構成するHブリッジ4は、図1に示されるHブリッジ4と同じである。3相モードおよび単相モードのどちらかを選択するコントローラ6はハイブリッドコンバータ2H、バッテリスイッチ3およびHブリッジ4を制御する。シリーズ3相巻線と呼ばれるステータコイル1は、直列接続された3つの相コイル1U、1Vおよび1Wからなる。
Second Embodiment A starter generator according to a second embodiment will be described with reference to FIG. This field coil starter generator includes a stator coil 1, a hybrid converter 2H, a battery switch 3, an H bridge 4, a field coil 5, and a controller 6. The hybrid converter 2H constitutes a 4-leg converter. The H bridge 4 constituting the field current controller is the same as the H bridge 4 shown in FIG. The controller 6 that selects either the three-phase mode or the single-phase mode controls the hybrid converter 2H, the battery switch 3, and the H bridge 4. A stator coil 1 called a series three-phase winding is composed of three phase coils 1U, 1V and 1W connected in series.

ランデル型界磁コイル同期機であるスタータジエネレータは、3相発電モード、単相発電モードおよび単相電動モードをもつ。3相発電モードおよび単相発電モードは第1実施例と本質的に同じである。しかし、スタータジエネレータは第1実施例のテイース型ロータコアの代わりにランデル型ロータコアを採用している。 A starter generator, which is a Landell-type field coil synchronous machine, has a three-phase power generation mode, a single-phase power generation mode, and a single-phase motor mode. The three-phase power generation mode and the single-phase power generation mode are essentially the same as in the first embodiment. However, the starter generator employs a Landell type rotor core instead of the tee type rotor core of the first embodiment.

ハイブリッドコンバータ2Hは2つのスイッチレグ2Aおよび2Dと、2つのダイオードレグ2Bおよび2Cとからなる。スイッチレグ2Aは直列接続された上アームスイッチ21および下アームスイッチ22からなる。スイッチレグ2Dは直列接続された上アームスイッチ27および下アームスイッチ28からなる。スイッチ21、22、27および28はそれぞれ逆並列ダイオードをもつNMOSトランジスタからなる。ダイオードレグ2Bは直列接続された上アームダイオード23および下アームダイオード24からなる。ダイオードレグ2Cは直列接続された上アームダイオード25および下アームダイオード26からなる。 The hybrid converter 2H includes two switch legs 2A and 2D and two diode legs 2B and 2C. The switch leg 2A includes an upper arm switch 21 and a lower arm switch 22 connected in series. The switch leg 2D includes an upper arm switch 27 and a lower arm switch 28 connected in series. Each of the switches 21, 22, 27, and 28 includes an NMOS transistor having an antiparallel diode. The diode leg 2B includes an upper arm diode 23 and a lower arm diode 24 connected in series. The diode leg 2C includes an upper arm diode 25 and a lower arm diode 26 connected in series.

スイッチレグ2Aの交流端子は相コイル1Uの一端に接続されている。スイッチレグ2Dの交流端子は相コイル1Wの一端に接続されている。ダイオードレグ2Bの交流端子は相コイル1Uおよび1Vの接続点に接続されている。相コイル2Cの交流端子は相コイル1Vおよび1Wの接続点に接続されている。 The AC terminal of the switch leg 2A is connected to one end of the phase coil 1U. The AC terminal of the switch leg 2D is connected to one end of the phase coil 1W. The AC terminal of the diode leg 2B is connected to the connection point of the phase coils 1U and 1V. The AC terminal of the phase coil 2C is connected to the connection point of the phase coils 1V and 1W.

スイッチレグ2Aおよび2Dの正の直流端子は高電圧キャパシタ8の正極に接続されている。ダイオードレグ2Bおよび2Cの正の直流端子は高電圧キャパシタ8の正極に接続されている。キャパシタ8およびバッテリ9の負極は接地されている。バッテリスイッチ3は逆並列ダイオードをもつNMOSトランジスタからなる。この逆並列ダイオードのアノード電極はバッテリの正極に接続されている。たとえば、バッテリ9の定格電圧は14Vであり、キャパシタ8の最高電圧は約50Vである。Hブリッジ4のスイッチレグ4Aおよび4Bの端子は界磁コイル5の両端に個別に接続されている。 The positive DC terminals of the switch legs 2A and 2D are connected to the positive electrode of the high voltage capacitor 8. The positive DC terminals of the diode legs 2B and 2C are connected to the positive electrode of the high voltage capacitor 8. The negative electrodes of the capacitor 8 and the battery 9 are grounded. The battery switch 3 is composed of an NMOS transistor having an antiparallel diode. The anode electrode of the antiparallel diode is connected to the positive electrode of the battery. For example, the rated voltage of the battery 9 is 14V, and the maximum voltage of the capacitor 8 is about 50V. The terminals of the switch legs 4A and 4B of the H bridge 4 are individually connected to both ends of the field coil 5.

図4は回転軸10に固定された周知のランデル型ロータコア12をもつランデル型ロータを示す側面図である。界磁コイル5は軟鉄製のロータコア12のボス部に巻かれている。ロータコア12は軸10の回転方向へ等ピッチで配列された4つの爪部61-64をもつ。それぞれL字状の爪部61、62は、ロータコア12のボス部の一端からボス部の径方向へ突出した後、ステータコア(図示せず)の内周面に沿って前方へ延在している。それぞれL字状の爪部63、64は、ロータコア12のボス部の他端からボス部の径方向へ突出した後、ステータコア(図示せず)の内周面に沿って後方へ延在している。 FIG. 4 is a side view showing a Landell-type rotor having a well-known Landell-type rotor core 12 fixed to the rotating shaft 10. The field coil 5 is wound around a boss portion of a soft iron rotor core 12. The rotor core 12 has four claw portions 61-64 arranged at an equal pitch in the rotation direction of the shaft 10. The L-shaped claw portions 61 and 62 respectively project from the one end of the boss portion of the rotor core 12 in the radial direction of the boss portion, and then extend forward along the inner peripheral surface of the stator core (not shown). . Each of the L-shaped claw portions 63 and 64 protrudes from the other end of the boss portion of the rotor core 12 in the radial direction of the boss portion, and then extends rearward along the inner peripheral surface of the stator core (not shown). Yes.

ステータコア(図示せず)に面する爪部61-64の各外周面はそれぞれ、凹部60を有している。各凹部60は、爪部61-64の外周面の各中央部に配置されている。永久磁石65が、爪部61の凹部60に固定されている。永久磁石66が、爪部62の凹部60に固定されている。永久磁石65、66の外表面部は磁化されてN極をもつ。同様に、永久磁石67が、爪部63の凹部60に固定されている。永久磁石68が、爪部64の凹部60に固定されている。永久磁石67、68の外表面部は磁化されてS極をもつ。爪部61-64の各外周面部は、凹部60を挟む2つのコア部69をもつ。結局、8つのコア部69および4つの永久磁石65-68が等ピッチで回転方向に配設されている。 Each outer peripheral surface of the claw portions 61-64 facing a stator core (not shown) has a recess 60. Each recessed part 60 is arrange | positioned at each center part of the outer peripheral surface of the nail | claw part 61-64. A permanent magnet 65 is fixed to the recess 60 of the claw portion 61. A permanent magnet 66 is fixed to the recess 60 of the claw portion 62. The outer surface portions of the permanent magnets 65 and 66 are magnetized and have an N pole. Similarly, the permanent magnet 67 is fixed to the concave portion 60 of the claw portion 63. A permanent magnet 68 is fixed to the recess 60 of the claw portion 64. The outer surface portions of the permanent magnets 67 and 68 are magnetized and have an S pole. Each outer peripheral surface portion of the claw portions 61-64 has two core portions 69 that sandwich the recess 60. After all, the eight core portions 69 and the four permanent magnets 65-68 are arranged in the rotation direction at an equal pitch.

3相発電モードによれば、界磁電流がレグ4Aから界磁コイル5を通じてレグ4Bへ流れる。界磁電流をレグ4Aからレグ4Bへ流すことにより、爪部61、62の4つのコア部69は磁化されてN極をもち、爪部63、64の4つのコア部69は磁化されてS極をもつ。爪部61、62のコア部69が永久磁石65、66と同じ極性をもつので、爪部61、62はそれぞれ、N極をもつ等価的に一つのロータ極となる。同様に、爪部63、64のコア部69が永久磁石67、68と同じ極性をもつので、爪部63、64はそれぞれ、S極をもつ等価的に一つのロータ極となる。結局、ランデル型ロータコアは3相モードにおいて等価的に4つのロータ極をもつ。 According to the three-phase power generation mode, a field current flows from the leg 4A through the field coil 5 to the leg 4B. By flowing a field current from the leg 4A to the leg 4B, the four core portions 69 of the claw portions 61 and 62 are magnetized to have an N pole, and the four core portions 69 of the claw portions 63 and 64 are magnetized to be S. With poles. Since the core portion 69 of the claw portions 61 and 62 has the same polarity as the permanent magnets 65 and 66, each of the claw portions 61 and 62 is equivalent to one rotor pole having N poles. Similarly, since the core part 69 of the claw parts 63 and 64 has the same polarity as the permanent magnets 67 and 68, each of the claw parts 63 and 64 is equivalent to one rotor pole having an S pole. After all, the Landel rotor core has four rotor poles equivalently in the three-phase mode.

単相発電モードおよび単相電動モードによれば、界磁電流はレグ4Bから界磁コイル5を通じてレグ4Aへ流れる。キャパシタ8により供給される界磁電流により、爪部61、62の4つのコア部69は磁化されてS極をもち、爪部63、64の4つのコア部69は磁化されてN極をもつ。永久磁石65-68の極性は界磁電流により変更されない。したがって、ランデル型ロータコア12は単相モードにおいて12個のロータ極をもつ。結局、ロータ極の数は、界磁電流を反転することにより3倍となる。 According to the single-phase power generation mode and the single-phase electric mode, the field current flows from the leg 4B through the field coil 5 to the leg 4A. Due to the field current supplied by the capacitor 8, the four core portions 69 of the claw portions 61 and 62 are magnetized to have the S pole, and the four core portions 69 of the claw portions 63 and 64 are magnetized to have the N pole. . The polarity of the permanent magnets 65-68 is not changed by the field current. Accordingly, the Landell rotor core 12 has 12 rotor poles in the single phase mode. Eventually, the number of rotor poles is tripled by reversing the field current.

ハイブリッドコンバータ2Hの整流はダイオード整流器2の整流と本質的に同じである。相コイル1U、1Vおよび1Wは、3相発電モードにおいて互いに電気角120度合離れた逆起電力Vu、VvおよびVwを発生する。したがって、逆起電力Vu、VvおよびVwの和は3相発電モードにおいてゼロとなる。 The rectification of the hybrid converter 2H is essentially the same as the rectification of the diode rectifier 2. Phase coils 1U, 1V, and 1W generate back electromotive forces Vu, Vv, and Vw that are 120 degrees apart from each other in the three-phase power generation mode. Therefore, the sum of the counter electromotive forces Vu, Vv and Vw becomes zero in the three-phase power generation mode.

次に、単相電動モードが説明される。単相電動モードによれば、相コイル1U、1Vおよび1Wは、互いに等しい逆起電力Vu、VvおよびVwを発生する。スイッチレグ2Aおよび2Dは、直列接続された3つの相コイル1U、1Vおよび1Wに単相電流を供給する。したがって、スタータジエネレータは単相同期モータとなる。 Next, the single-phase electric mode will be described. According to the single-phase electric mode, the phase coils 1U, 1V and 1W generate back electromotive forces Vu, Vv and Vw that are equal to each other. The switch legs 2A and 2D supply a single-phase current to the three phase coils 1U, 1V and 1W connected in series. Therefore, the starter generator is a single-phase synchronous motor.

しかし、単相同期モータはモータトルクがゼロとなる死点をもつ。一例によれば、エンジン始動が指令される時、エンジンの所定のシリンダに噴射された燃料が点火される。これにより、エンジンのクランクシャフトに連結されたスタータジエネレータのランデル型ロータはエンジン始動の初期ステージにおいて回転を開始することができる。 However, the single-phase synchronous motor has a dead point where the motor torque becomes zero. According to one example, when an engine start is commanded, fuel injected into a predetermined cylinder of the engine is ignited. As a result, the starter generator Randell rotor connected to the crankshaft of the engine can start rotating in the initial stage of engine start.

第2実施例の利点が説明される。第1に、昇圧されたバッテリ電圧により、キャパシタ8の充電が可能となる。キャパシタ8の電圧が低い時、界磁コイル5をリアクトルとして使用するこの昇圧充電が実行される。第2に、キャパシタ8の高電圧により、エンジン始動期間において界磁電流を急速に増加することができる。 The advantages of the second embodiment will be described. First, the capacitor 8 can be charged by the boosted battery voltage. When the voltage of the capacitor 8 is low, this step-up charging using the field coil 5 as a reactor is executed. Second, the high voltage of the capacitor 8 can rapidly increase the field current during the engine start period.

3相モードおよび単相モードにおいて供給されるスタータ電流が図5-図14を参照して説明される。シリーズ3相巻線からなるステータコイルは、6つのテイース101をもつステータコア100の6つのスロット102に収容されている。 The starter current supplied in the three-phase mode and the single-phase mode will be described with reference to FIGS. A stator coil composed of series three-phase windings is accommodated in six slots 102 of a stator core 100 having six teeth 101.

図5-図8は、分布巻きのステータコイルを示す。図3に示されるU相コイル1Uは、直列接続された往き導体Uおよび還り導体-Uからなる。同様に、V相コイル1Vは、直列接続された往き導体Vおよび還り導体-Vからなる。W相コイル1Wは、直列接続された往き導体Wおよび還り導体-Wからなる。導体Uは第1のスロット102に収容される。導体-Uは第4のスロット102に収容される。導体Vは第2のスロット102に収容される。導体-Vは第5のスロット102に収容される。導体Wは第3のスロット102に収容される。導体-Wは第6のスロット102に収容される。 5 to 8 show distributed winding stator coils. A U-phase coil 1U shown in FIG. 3 includes an outward conductor U and a return conductor -U connected in series. Similarly, the V-phase coil 1V includes a forward conductor V and a return conductor -V connected in series. W-phase coil 1W is composed of forward conductor W and return conductor -W connected in series. The conductor U is accommodated in the first slot 102. The conductor-U is accommodated in the fourth slot 102. The conductor V is accommodated in the second slot 102. The conductor V is accommodated in the fifth slot 102. The conductor W is accommodated in the third slot 102. The conductor -W is accommodated in the sixth slot 102.

図5および図6は3相モードを示す。3つの相電流のうちの任意の2つの間の各位相差は電気角120度である。図5において、隣接する3つの導体-W、Uおよび-Vを通じて別々に流れる3つの相電流は、隣接する3つの導体W、-UおよびVを通じて別々に流れる3つの相電流に対して反対方向となる。これにより、ステータコア100は実質的に2つのステータ極をもつ。 5 and 6 show the three-phase mode. Each phase difference between any two of the three phase currents is an electrical angle of 120 degrees. In FIG. 5, three phase currents flowing separately through three adjacent conductors -W, U, and -V are in opposite directions to three phase currents flowing separately through three adjacent conductors W, -U, and V. It becomes. Thereby, the stator core 100 has substantially two stator poles.

図6において、隣接する3つの導体U、-VおよびWを通じて別々に流れる3つの相電流は、隣接する3つの導体-U、Vおよび-Wを通じて別々に流れる3つの相電流に対して反対方向となる。これにより、ステータコア100は実質的に2つのステータ極をもつ。図6に示されるステータコア100の磁界は、図5に示されるステータコア100の磁界に対して電気角60度回転する。結局、2つのステータ極をもつ3相磁界が形成される。この3相磁界は従来の分布巻き3相巻線により形成される3相磁界と同じである。 In FIG. 6, the three phase currents flowing separately through the three adjacent conductors U, -V and W are opposite to the three phase currents flowing separately through the three adjacent conductors -U, V and -W. It becomes. Thereby, the stator core 100 has substantially two stator poles. The magnetic field of the stator core 100 shown in FIG. 6 rotates by an electrical angle of 60 degrees with respect to the magnetic field of the stator core 100 shown in FIG. Eventually, a three-phase magnetic field having two stator poles is formed. This three-phase magnetic field is the same as the three-phase magnetic field formed by the conventional distributed winding three-phase winding.

図7および図8は、単相モードを示す。3つの相電流のうちの任意の2つの間の各位相差は電気角0度である。言い換えれば、U相電流、V相電流およびW相電流は同相である。奇数番目のスロットに収容された導体を通じて流れる相電流は、偶数番目のスロットに収容された導体を通じて流れる相電流に対して反対方向へ流れる。 7 and 8 show the single phase mode. Each phase difference between any two of the three phase currents is an electrical angle of 0 degrees. In other words, the U-phase current, the V-phase current, and the W-phase current are in phase. The phase current flowing through the conductors accommodated in the odd-numbered slots flows in the opposite direction to the phase current flowing through the conductors accommodated in the even-numbered slots.

図7は、ロータの電気角が0度である時の3つの相電流を示す。図8は、ロータの電気角が180度である時の3つの相電流を示す。図7において、奇数番目の導体U、VおよびWを通じて流れる相電流は還り方向へ流れ、偶数番目の導体-U、-Vおよび-Wを通じて流れる相電流は往き方向へ流れる。したがって、ステータコア100は6つのステータ極をもつ。 FIG. 7 shows three phase currents when the electrical angle of the rotor is 0 degrees. FIG. 8 shows three phase currents when the rotor electrical angle is 180 degrees. In FIG. 7, the phase currents flowing through the odd-numbered conductors U, V and W flow in the return direction, and the phase currents flowing through the even-numbered conductors -U, -V and -W flow in the forward direction. Therefore, the stator core 100 has six stator poles.

図8において、奇数番目の導体U、VおよびWを通じて流れる相電流は往き方向へ流れ、偶数番目の導体-U、-Vおよび-Wを通じて流れる相電流は還り
方向へ流れる。したがって、ステータコア100は6つのステータ極をもつ。結局、互いに同相の3つの相電流は、6つのステータ極をもつ3相回転磁界を形成する。
In FIG. 8, the phase currents flowing through the odd-numbered conductors U, V and W flow in the forward direction, and the phase currents flowing through the even-numbered conductors -U, -V and -W flow in the return direction. Therefore, the stator core 100 has six stator poles. Eventually, the three phase currents in phase with each other form a three-phase rotating magnetic field with six stator poles.

図9および図10は、図5-図8に示される分布巻きシリーズ3相巻線の一つの巻回例を示す。6つのサブコイルC1-C6がステータコアの6つのスロットS1-S6に巻かれている。U相コイル1Uは直列接続されたサブコイルC1およびC4からなる。V相コイル1Vは直列接続されたサブコイルC2およびC5からなる。
W相コイル1Wは直列接続されたサブコイルC3およびC6からなる。U相電流IU、V相電流IVおよびW相電流IWを供給するために、4レグインバータ2Iの4つのスイッチレグ2A、2B、2Cおよび2Dは、相コイル1U、1Vおよび1Wの端部に個別に接続されている。
9 and 10 show one winding example of the distributed winding series three-phase winding shown in FIGS. Six subcoils C1-C6 are wound around six slots S1-S6 of the stator core. U-phase coil 1U consists of sub-coils C1 and C4 connected in series. V-phase coil 1V consists of sub-coils C2 and C5 connected in series.
W-phase coil 1W includes sub-coils C3 and C6 connected in series. In order to supply the U-phase current IU, V-phase current IV and W-phase current IW, the four switch legs 2A, 2B, 2C and 2D of the 4-leg inverter 2I are individually connected to the ends of the phase coils 1U, 1V and 1W. It is connected to the.

図11-図14は集中巻きのシリーズ3相巻線を示す。U相コイルは、直列接続されたサブコイルUおよびサブコイル-Uからなる。V相コイルは、直列接続されたサブコイルVおよびサブコイル-Vからなる。W相コイルは、直列接続されたサブコイルWおよびサブコイル-Wからなる。サブコイルUはステータコア100の第1の歯101に巻かれ、サブコイル-Uはステータコア100の第4の歯101に巻かれている。サブコイルVはステータコア100の第2の歯101に巻かれ、サブコイル-Vはステータコア100の第5の歯101に巻かれている。サブコイルWはステータコア100の第3の歯101に巻かれ、サブコイル-Wはステータコア100の第6の歯101に巻かれている。 FIGS. 11-14 show concentrated series 3-phase windings. The U-phase coil includes a subcoil U and a subcoil -U connected in series. The V-phase coil includes a subcoil V and a subcoil -V connected in series. The W-phase coil includes a subcoil W and a subcoil -W connected in series. The subcoil U is wound around the first tooth 101 of the stator core 100, and the subcoil U is wound around the fourth tooth 101 of the stator core 100. The subcoil V is wound around the second tooth 101 of the stator core 100, and the subcoil V is wound around the fifth tooth 101 of the stator core 100. The subcoil W is wound around the third tooth 101 of the stator core 100, and the subcoil W is wound around the sixth tooth 101 of the stator core 100.

図11-図12は3相モードを示す。3つの相電流のうちの任意の2つの間の各位相差は電気角120度である。図11において、サブコイル-W、Uおよび-Vは互いに同じ電流方向をもつ。これにより、ステータコアは実質的に2つのステータ極をもつ。図12において、サブコイルU、-VおよびWは互いに同じ方向をもつ。これにより、ステータコアは実質的に2つのステータ極をもつ。図12に示されるステータコア100の磁界は、図11に示されるステータコア100の磁界と比べて電気角60度シフトしている。ステータコア100のこの3相磁界は、従来の集中巻き3相モータに形成される3相磁界と同じである。 11-12 show the three-phase mode. Each phase difference between any two of the three phase currents is an electrical angle of 120 degrees. In FIG. 11, the subcoils -W, U and -V have the same current direction. Thereby, the stator core has substantially two stator poles. In FIG. 12, subcoils U, -V and W have the same direction. Thereby, the stator core has substantially two stator poles. The magnetic field of the stator core 100 shown in FIG. 12 is shifted by an electrical angle of 60 degrees compared to the magnetic field of the stator core 100 shown in FIG. This three-phase magnetic field of the stator core 100 is the same as the three-phase magnetic field formed in the conventional concentrated winding three-phase motor.

図13および図14は単相モードを示す。3つの相電流のうちの任意の2つの間の各位相差は電気角0度である。言い換えれば、U相電流、V相電流およびW相電流は互いに等しい。図14に示されるステータコア100の磁界は図13に示されるステータコア100の磁界に対して電気角180度シフトしている。図13によれば、奇数番目のティース101はN極となり、偶数番目のティース101はS極となる。図14によれば、奇数番目のティース101はS極となり、偶数番目のティース101はN極となる。単相電流が3つの相コイルを通じて流れる時、奇数番目のティースが偶数番目のティースに対して反対極性をもつため、ステータコア100は6極をもつ。 13 and 14 show the single phase mode. Each phase difference between any two of the three phase currents is an electrical angle of 0 degrees. In other words, the U-phase current, the V-phase current, and the W-phase current are equal to each other. The magnetic field of the stator core 100 shown in FIG. 14 is shifted by an electrical angle of 180 degrees with respect to the magnetic field of the stator core 100 shown in FIG. According to FIG. 13, the odd-numbered teeth 101 are N poles, and the even-numbered teeth 101 are S poles. According to FIG. 14, the odd-numbered teeth 101 are S poles, and the even-numbered teeth 101 are N poles. When the single-phase current flows through the three-phase coils, the stator core 100 has six poles because the odd-numbered teeth have the opposite polarity to the even-numbered teeth.

スタータジエネレータの運転制御
スタータジエネレータの運転制御が図15を参照して説明される。
回復モード
最初に、キャパシタ8の電圧Vcが十分であるか否かが判定される(S100)。キャパシタ電圧Vcか所定しきい値Vthより低ければ、回復モードが実行される。この回復モードによれば、スイッチ41および42がオフされ、スイッチ45および46が同期してスイッチングされる(S102)。スイッチ45および46がオンされる時、界磁電流がバッテリ9から界磁コイル5に供給される。スイッチ45および46がオフされる時、回生電流がスイッチ42および41の逆並列ダイオードを通じてキャパシタ8に流れ込む。電圧Vcが所定しきい値Vthに達したら、回復モードは終了される。
Starter Generator Operation Control Starter generator operation control will be described with reference to FIG.
Recovery Mode First, it is determined whether or not the voltage Vc of the capacitor 8 is sufficient (S100). If the capacitor voltage Vc is lower than the predetermined threshold value Vth, the recovery mode is executed. According to this recovery mode, the switches 41 and 42 are turned off, and the switches 45 and 46 are switched synchronously (S102). When the switches 45 and 46 are turned on, a field current is supplied from the battery 9 to the field coil 5. When the switches 45 and 46 are turned off, the regenerative current flows into the capacitor 8 through the antiparallel diodes of the switches 42 and 41. When the voltage Vc reaches the predetermined threshold value Vth, the recovery mode is terminated.

エンジン始動モード
エンジン始動が指令されたら(S104)、エンジン始動モードが実行されるS106)。最初に、スタータジエネレータのロータを回転始動させるために、車両エンジンの所定のシリンダに噴射された燃料が点火される。さらに、スイッチ41、42のオンにより、界磁電流が界磁コイル5にきょうきゅうされる。キャパシタ電圧Vcが高いので、界磁電流は急速に上昇する。
Engine start mode When engine start is commanded (S104), the engine start mode is executed (S106). First, the fuel injected into a predetermined cylinder of the vehicle engine is ignited to start rotating the rotor of the starter generator. Further, when the switches 41 and 42 are turned on, the field current is applied to the field coil 5. Since the capacitor voltage Vc is high, the field current rises rapidly.

次に、単相電動モードが開始される。ロータ角の回転角に基づくスイッチレグ2Aおよび2Dのスイッチングにより、単相ステータ電流が相コイル1U、1Vおよび1Wに供給される。バッテリスイッチ3はオンされない。極数および巻数の両方が3倍となるため、強力なエンジン始動トルクが発生される。 Next, the single-phase electric mode is started. Switching of the switch legs 2A and 2D based on the rotation angle of the rotor angle supplies a single-phase stator current to the phase coils 1U, 1V and 1W. The battery switch 3 is not turned on. Since both the number of poles and the number of turns are tripled, a powerful engine starting torque is generated.

キャパシタ回復モード
次に、エンジン始動が完了したと判定されたら、キャパシタ回復モードが実行される(S108)。キャパシタ回復モードによれば、単相発電モードが実行される。界磁電流がキャパシタ8から界磁コイル5に供給される。相コイル1U、1Vおよび1Wにより発電された単相電圧の和が2つのスイッチ2Aおよび2Dの整流後、キャパシタ8に印加される。界磁電流はスイッチ41のデユーティ比を制御することにより調整される。キャパシタ電圧Vcが所定しきい値Vthを超える時、スイッチ41および42はオフされる。バッテリスイッチ3はオンされない。
Capacitor Recovery Mode Next, when it is determined that the engine start has been completed, the capacitor recovery mode is executed (S108). According to the capacitor recovery mode, the single-phase power generation mode is executed. A field current is supplied from the capacitor 8 to the field coil 5. The sum of the single-phase voltages generated by the phase coils 1U, 1V and 1W is applied to the capacitor 8 after rectification of the two switches 2A and 2D. The field current is adjusted by controlling the duty ratio of the switch 41. When the capacitor voltage Vc exceeds a predetermined threshold value Vth, the switches 41 and 42 are turned off. The battery switch 3 is not turned on.

相電圧Vu、VvおよびVwの和がエンジンの低回転速度の故に所定しきい値未満である時、昇圧動作を実行してもよい。この昇圧動作によれば、下アームスイッチ22および28が同期スイッチングされる。下アームスイッチ22および28がオンされる時、磁気エネルギーが相コイル1U、1Vおよび1Wに蓄積される。下アームスイッチ22および28のオフ後、昇圧相電圧Vu、VvおよびVwの和がキャパシタ8を充電する。 When the sum of the phase voltages Vu, Vv and Vw is less than a predetermined threshold due to the low engine speed, the boosting operation may be performed. According to this boosting operation, the lower arm switches 22 and 28 are synchronously switched. When the lower arm switches 22 and 28 are turned on, magnetic energy is stored in the phase coils 1U, 1V and 1W. After the lower arm switches 22 and 28 are turned off, the sum of the boosted phase voltages Vu, Vv and Vw charges the capacitor 8.

発電モード
次に、バッテリ9の電圧が所定値より低い時、バッテリ9が3相発電モードにより充電される(S110)。最初に、スイッチ41および42がオフされ、バッテリスイッチ3がオンされる。界磁電流の方向反転の故に、極数および巻数はそれぞれ、単相電動モードと比べて1/3となる。相コイル1U、1Vおよび1Wは、各位相差が電気角120度である3つの相電圧Vu、VvおよびVwを発電する。4レグコンバータ2Hは3つの相電圧を整流する。ダイオード23および25から出力される整流電圧は、U相電圧Vuの正半波、W相電圧Vwの負半波およびV相電圧Vvの全波の包絡線波形をもつ。バッテリ9に印加される整流電圧のリップルは、従来の3相ダイオード整流器の整流電圧と比べて増加される。
Power Generation Mode Next, when the voltage of the battery 9 is lower than a predetermined value, the battery 9 is charged in the three-phase power generation mode (S110). First, the switches 41 and 42 are turned off, and the battery switch 3 is turned on. Because of the direction reversal of the field current, the number of poles and the number of turns are each 1/3 compared to the single-phase electric mode. Phase coils 1U, 1V, and 1W generate three phase voltages Vu, Vv, and Vw, each of which has an electrical angle of 120 degrees. The 4-leg converter 2H rectifies three phase voltages. The rectified voltages output from the diodes 23 and 25 have envelope waveforms of the positive half wave of the U phase voltage Vu, the negative half wave of the W phase voltage Vw, and the full wave of the V phase voltage Vv. The ripple of the rectified voltage applied to the battery 9 is increased compared to the rectified voltage of the conventional three-phase diode rectifier.

3相発電モードが低速のためバッテリ9を充電できない時、単相発電モードが実行されることができる。最初に、スイッチ45および46がオフされ、スイッチ42がおんされ、スイッチ41が界磁電流を調整するためにスイッチングされる。これにより、単相発電モードが実行される。整流された単相電圧はダイオード23および25を通じてバッテリ9に印加される。 When the battery 9 cannot be charged because the three-phase power generation mode is low speed, the single-phase power generation mode can be executed. Initially, switches 45 and 46 are turned off, switch 42 is turned off, and switch 41 is switched to adjust the field current. Thereby, the single phase power generation mode is executed. The rectified single-phase voltage is applied to the battery 9 through the diodes 23 and 25.

発電モードにおける永久磁石65および68の影響が説明される。たとえ界磁電流が零であっても、永久磁石65-68は相電圧Vu、VvおよびVwを誘起する。永久磁石65-68により誘起された相電圧Vu、VvおよびVwがバッテリ充電電圧よりも高すぎる時、バッテリスイッチがオフされる。 The influence of the permanent magnets 65 and 68 in the power generation mode will be described. Even if the field current is zero, permanent magnets 65-68 induce phase voltages Vu, Vv, and Vw. When the phase voltages Vu, Vv and Vw induced by the permanent magnets 65-68 are too higher than the battery charge voltage, the battery switch is turned off.

トルクアシストモード
トルクアシストが指令される時(S112)、トルクアシストモードが実行される(S114)。最初に、既述の単相電動モードが実行される。ロータの回転角に応じて制御された単相電流がスイッチレグ2Aおよび2Dのスイッチングによりキャパシタ8から相コイル1U、1Vおよび1Wに供給される。
Torque assist mode When torque assist is commanded (S112), the torque assist mode is executed (S114). First, the single-phase electric mode described above is executed. A single-phase current controlled according to the rotation angle of the rotor is supplied from the capacitor 8 to the phase coils 1U, 1V and 1W by switching of the switch legs 2A and 2D.

回生制動モード
回生制動が指令される時(S116)、回生制動モードが実行される(S118)。回生制動モードは、単相発電モードおよび3相発電モードを含む。それらの一つは界磁電流の方向の切換により選択される。単相発電モードはキャパシタ8を充電し、3相発電モードはバッテリ8を充電する。バッテリ9が充電される時、バッテリスイッチ3はオンされる。
Regenerative braking mode When regenerative braking is commanded (S116), the regenerative braking mode is executed (S118). The regenerative braking mode includes a single-phase power generation mode and a three-phase power generation mode. One of them is selected by switching the direction of the field current. The single-phase power generation mode charges the capacitor 8, and the three-phase power generation mode charges the battery 8. When the battery 9 is charged, the battery switch 3 is turned on.

第3実施例
第3実施例のスタータジエネレータが図16-図22を参照して説明される。スタータジエネレータは、ステータコイル1A、7レグコンバータ2X、バッテリスイッチ3、Hブリッジ4、界磁コイル5、コントローラ6および端子リング7を有している。Hブリッジ4および端子リング7は界磁電流コントローラを構成している。スタータジエネレータは、単相モードの代わりに2相モード、3相モードの代わりに6相モードを実行する。実質的に、2相モードは2つの単相モードと均等であり、6相モードは2つの3相モードと均等である。2相モードは6相モードと比べて3倍の極数および巻数をもつ。
Third Embodiment A starter generator according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. The starter generator includes a stator coil 1A, a 7-leg converter 2X, a battery switch 3, an H bridge 4, a field coil 5, a controller 6, and a terminal ring 7. The H bridge 4 and the terminal ring 7 constitute a field current controller. The starter generator executes a two-phase mode instead of the single-phase mode and a six-phase mode instead of the three-phase mode. The two-phase mode is substantially equivalent to two single-phase modes, and the six-phase mode is equivalent to two three-phase modes. The two-phase mode has three times as many poles and turns as the six-phase mode.

ステータコアに巻かれたステータコイル1Aは、直列に接続された相コイル1U、1V、1W、1X、1Yおよび1Zからなる。ステータコイル1Aはシリーズ6相巻線と呼ばれる。相コイル1Aは、相コイル1U、1Vおよび1Zからなる第1のシリーズ3相巻線と、相コイル1X、1Yおよび1Zからなる第2のシリーズ3相巻線とを有する。 The stator coil 1A wound around the stator core is composed of phase coils 1U, 1V, 1W, 1X, 1Y and 1Z connected in series. The stator coil 1A is called a series 6-phase winding. Phase coil 1A has a first series three-phase winding composed of phase coils 1U, 1V and 1Z, and a second series three-phase winding composed of phase coils 1X, 1Y and 1Z.

7レグコンバータ2Xは、7つのレグ2A、2B、2C、2D、2E、2Fおよび2Gをもつ。7レグコンバータ2Xは、レグ2A-2Dからなる第1の4レグコンバータと、レグ2D-2Gからなる第2の4レグコンバータに等しい。第1、第2の4レグインバータはそれぞれ、単相発電モード、3相発電モードおよび単相電動モードをもつ。7レグコンバータ2Xは、2相発電モード、6相発電モードおよび2相電動モードをもつ。第1、第2の4レグインバータがそれぞれ単相モードをもつ時、2相モードが実行される。第1、第2の4レグインバータがそれぞれ3相モードをもつ時、6相モードが実行される。 The 7-leg converter 2X has seven legs 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, and 2G. The 7-leg converter 2X is equivalent to a first 4-leg converter composed of legs 2A-2D and a second 4-leg converter composed of legs 2D-2G. Each of the first and second four-leg inverters has a single-phase power generation mode, a three-phase power generation mode, and a single-phase electric motor mode. The 7-leg converter 2X has a two-phase power generation mode, a six-phase power generation mode, and a two-phase electric mode. When the first and second four-leg inverters each have a single-phase mode, the two-phase mode is executed. When the first and second four-leg inverters each have a three-phase mode, the six-phase mode is executed.

4つのレグ2A-2Dは、図3に示されるレグ2A-2Dと等しい。ダイオードレグ2Eの交流端子はコイル1Xおよび1Yを接続するための接続点に接続されている。ダイオードレグ2Fの交流端子はコイル1Yおよび1Zを接続するための接続点に接続されている。ダイオードレグ2Gの交流端子は相コイル1Zno独立端に接続されている。U相電流IUがU相コイル1Uを通じて流れ、V相電流IVがV相コイル1Vを通じて流れ、W相電流IWがW相コイル1Wを通じて流れている。同様に、X相電流IXがX相コイル1Xを通じて流れ、Y相電流IYがY相コイル1Yを通じて流れ、Z相電流IZがZ相コイル1Zを通じて流れている。 The four legs 2A-2D are equal to the legs 2A-2D shown in FIG. The AC terminal of the diode leg 2E is connected to a connection point for connecting the coils 1X and 1Y. The AC terminal of the diode leg 2F is connected to a connection point for connecting the coils 1Y and 1Z. The AC terminal of the diode leg 2G is connected to the independent end of the phase coil 1Zno. U phase current IU flows through U phase coil 1U, V phase current IV flows through V phase coil 1V, and W phase current IW flows through W phase coil 1W. Similarly, the X-phase current IX flows through the X-phase coil 1X, the Y-phase current IY flows through the Y-phase coil 1Y, and the Z-phase current IZ flows through the Z-phase coil 1Z.

図16に示される界磁電流コントローラは、図1に示される界磁電流コントローラと本質的に等しい。しかし、図16によれば、3つのコイル53-55は直列に接続されている。コイル53を通じて流れる界磁電流の方向は反転可能である。3つのコイル53-55は、図22に示されるテイース型ロータコア13に巻かれている。端子リング7は、ダイオード74、76および77をもつ。レグ4Aの交流端子はダイオード74のアノード電極およびダイオード77のカソード電極に接続されている。ダイオード74および76のカソード電極は、コイル55の一端に接続されている。コイル55の他端は、コイル54の一端に接続されている。コイル54の他端は、コイル53の一端およびダイオード77のアノード電極に接続されている。レグ4Bの交流端子は、コイル53の他端およびダイオード76のアノード電極に接続されている。 The field current controller shown in FIG. 16 is essentially the same as the field current controller shown in FIG. However, according to FIG. 16, the three coils 53-55 are connected in series. The direction of the field current flowing through the coil 53 can be reversed. The three coils 53-55 are wound around the tees-type rotor core 13 shown in FIG. The terminal ring 7 has diodes 74, 76 and 77. The AC terminal of the leg 4A is connected to the anode electrode of the diode 74 and the cathode electrode of the diode 77. The cathode electrodes of the diodes 74 and 76 are connected to one end of the coil 55. The other end of the coil 55 is connected to one end of the coil 54. The other end of the coil 54 is connected to one end of the coil 53 and the anode electrode of the diode 77. The AC terminal of the leg 4 </ b> B is connected to the other end of the coil 53 and the anode electrode of the diode 76.

この界磁電流コントローラは、直列モードおよび並列モードをもつ。直列モードによれば、スイッチ41および42がオフされ、スイッチ45および46がオンされる。界磁電流がダイオード74、コイル55、54および53を通じて順番に流れる。界磁電流の一部はコイル53およびダイオード77を通じて流れる。界磁電流の残部はダイオード76、コイル55、コイル54、ダイオード77を通じて順番に流れる。結局、コイル55および54を通じて流れる界磁電流の方向はモードの変更により反転されない。しかし、コイル53を通じて流れる界磁電流の方向はモードの変更により反転される。並列モードによれば、キャパシタ8が界磁コイル5に高電圧を印加するため、界磁電流は急速に上昇する。さらに、界磁コイル5の等価インピーダンス値は低減される。図16に示される界磁コイル5および端子リング7は、ロータの極数および界磁コイル5の巻数を切り替える。 The field current controller has a series mode and a parallel mode. According to the series mode, the switches 41 and 42 are turned off and the switches 45 and 46 are turned on. A field current flows sequentially through the diode 74 and the coils 55, 54 and 53. A part of the field current flows through the coil 53 and the diode 77. The remainder of the field current flows in sequence through the diode 76, coil 55, coil 54, and diode 77. Eventually, the direction of the field current flowing through the coils 55 and 54 is not reversed by the mode change. However, the direction of the field current flowing through the coil 53 is reversed by the mode change. According to the parallel mode, the capacitor 8 applies a high voltage to the field coil 5, so that the field current rapidly increases. Furthermore, the equivalent impedance value of the field coil 5 is reduced. The field coil 5 and the terminal ring 7 shown in FIG. 16 switch the number of poles of the rotor and the number of turns of the field coil 5.

6相モードは直列モードにより実行され、2相モードは並列モードにより実行される。図22に示されるロータコア13は、6相モードにおいて実質的に2つのロータ極をもつ。コイル54および55は等しい巻数をもつ。コイル53および54の巻き数の比率は、実験結果に基ついて決定される。図22に示されるテイース型ロータコアの代わりに、図3に示される界磁電流コントローラおよび図4に示されるランデル型ロータコアを採用することもできる。 The 6-phase mode is executed in the serial mode, and the 2-phase mode is executed in the parallel mode. The rotor core 13 shown in FIG. 22 has substantially two rotor poles in the six-phase mode. Coils 54 and 55 have equal turns. The ratio of the number of turns of the coils 53 and 54 is determined based on the experimental results. Instead of the tees-type rotor core shown in FIG. 22, the field current controller shown in FIG. 3 and the Landell-type rotor core shown in FIG. 4 may be employed.

図17は、2相モードにおける6つの相電流のベクトルを示す。2相電動モードによれば、3つのスイッチレグ2A、2Dおよび2Gがスイッチングされる。3つの相コイル1U、1Vおよび1Wに誘起される第1の起電力は同相となり、3つの相コイル1X、1Yおよび1Zに誘起される第2の起電力は同相となる。さらに、第1の起電力と第2の起電力の間の位相差は電気角90度となる。 FIG. 17 shows six phase current vectors in the two-phase mode. According to the two-phase electric mode, the three switch legs 2A, 2D and 2G are switched. The first electromotive forces induced in the three phase coils 1U, 1V and 1W are in phase, and the second electromotive forces induced in the three phase coils 1X, 1Y and 1Z are in phase. Furthermore, the phase difference between the first electromotive force and the second electromotive force is an electrical angle of 90 degrees.

2相発電モードは、キャパシタ8を充電するために用いられる。2相電動モードはエンジンを始動するために用いられる。3つの相コイル1U、1Vおよび1Wを流れる第1の相電流I1(=IU=IV=IW)は、スイッチレグ2Aおよび2Dにより制御される。同様に、3つの相コイル1X、1Yおよび1Zを流れる第2の相電流I2(=IX=IY=IZ)は、スイッチレグ2Dおよび2Gにより制御される。スイッチレグ2Dは、電流差(I1-I2)を供給するために制御される。スイッチレグ2A、2Dおよび2Gを制御することにより、2つの電流I1およびI2の間の位相差は電気角90度を保持する。スタータジエネレータは、エンジン始動トルクを発生可能な2相同期モータとなる。 The two-phase power generation mode is used for charging the capacitor 8. The two-phase electric mode is used to start the engine. The first phase current I1 (= IU = IV = IW) flowing through the three phase coils 1U, 1V and 1W is controlled by the switch legs 2A and 2D. Similarly, the second phase current I2 (= IX = IY = IZ) flowing through the three phase coils 1X, 1Y and 1Z is controlled by the switch legs 2D and 2G. The switch leg 2D is controlled to provide a current difference (I1-I2). By controlling the switch legs 2A, 2D and 2G, the phase difference between the two currents I1 and I2 maintains an electrical angle of 90 degrees. The starter generator is a two-phase synchronous motor capable of generating engine starting torque.

図18は6相モードにおける6つの相電流のベクトルを示す。6相モードによれば、3つの相電流IU、IVおよびIWのうちの任意の2つの間の位相差は電気角120度である。同様に、3つの相電流IX、IYおよびIZのうちの任意の2つの間の位相差は電気角120度である。さらに、第1の3相電流の一つの相電流と第2の3相電流の一つの相電流との間の位相差は、図18に示されるように電気角30度である。6相発電モードは、発電モードおよび低速回生モードにおいて用いられる。上アームダイオード23、25、29および31はバッテリスイッチ3を通じてバッテリ9を充電する。 FIG. 18 shows six phase current vectors in the six-phase mode. According to the 6-phase mode, the phase difference between any two of the three phase currents IU, IV and IW is an electrical angle of 120 degrees. Similarly, the phase difference between any two of the three phase currents IX, IY and IZ is 120 electrical degrees. Further, the phase difference between one phase current of the first three-phase current and one phase current of the second three-phase current is an electrical angle of 30 degrees as shown in FIG. The six-phase power generation mode is used in the power generation mode and the low speed regeneration mode. Upper arm diodes 23, 25, 29 and 31 charge battery 9 through battery switch 3.

図19はステータコア100Aに巻かれたステータコイル1Aの一つの巻回例を示す。ステータコア100Aは6相モードの電気角360度の範囲内に12個のティース102を有する。ステータコア100Aは2相モードの電気角360度の範囲内に4つのティース102を有する。したがって、1つの歯ピッチは、2相モードにおいて電気角90度に相当し、6相モードにおいて電気角30度に相当する。 FIG. 19 shows one winding example of the stator coil 1A wound around the stator core 100A. Stator core 100A has twelve teeth 102 within a 360-degree electrical angle range of 6-phase mode. The stator core 100A has four teeth 102 within an electric angle range of 360 degrees in the two-phase mode. Therefore, one tooth pitch corresponds to an electrical angle of 90 degrees in the 2-phase mode, and corresponds to an electrical angle of 30 degrees in the 6-phase mode.

U相コイル1Uは、直列接続されたサブコイルUおよび-Uからなる。サブコイルUおよび-Uは互いに反対の磁界を形成する。V相コイル1Vは、直列接続されたサブコイルVおよび-Vからなる。サブコイルVおよび-Vは互いに反対の磁界を形成する。W相コイル1Wは、直列接続されたサブコイルWおよび-Wからなる。サブコイルWおよび-Wは互いに反対の磁界を形成する。からなる。X相コイル1Xは、直列接続されたサブコイルXおよび-Xからなる。サブコイルXおよび-Xは互いに反対の磁界を形成する。Y相コイル1Yは、直列接続されたサブコイルYおよび-Yからなる。サブコイルYおよび-Yは互いに反対の磁界を形成する。Z相コイル1Zは、直列接続されたサブコイルZおよび-Zからなる。サブコイルZおよび-Zは互いに反対の磁界を形成する。 U-phase coil 1U includes sub-coils U and -U connected in series. The subcoils U and -U form magnetic fields opposite to each other. V-phase coil 1V is composed of sub-coils V and -V connected in series. The subcoils V and -V form opposite magnetic fields. W-phase coil 1W includes sub-coils W and -W connected in series. The subcoils W and -W form opposite magnetic fields. Consists of. X-phase coil 1X includes sub-coils X and -X connected in series. The subcoils X and -X form opposite magnetic fields. Y-phase coil 1Y includes sub-coils Y and -Y connected in series. The subcoils Y and -Y form opposite magnetic fields. Z-phase coil 1Z includes sub-coils Z and -Z connected in series. Subcoils Z and -Z form opposite magnetic fields.

図20は、ステータコア100Bに巻かれたステータコイル1Aのもう一つの巻回例を示す。ステータコイル1Aは、相コイル1U、1Vおよび1Wからなる第1の3相コイルと、相コイル1X、1Yおよび1Zからなる第2の3相コイルとからなる。ステータコア100BAは、それぞれ円弧状の4つのコア部201-204からなる。コア部201-204はそれぞれ、ほぼ90度の領域を占める。第1の3相コイルはコア部201および202に巻かれ、第2の3相コイルはコア部203および204に巻かれている。2つの3相コイルはそれぞれ、第1実施例と同じ巻き方法で巻かれている。 FIG. 20 shows another winding example of the stator coil 1A wound around the stator core 100B. Stator coil 1A includes a first three-phase coil including phase coils 1U, 1V, and 1W, and a second three-phase coil including phase coils 1X, 1Y, and 1Z. Stator core 100BA is composed of four arc-shaped core portions 201-204. Each of the core portions 201-204 occupies an area of approximately 90 degrees. The first three-phase coil is wound around core parts 201 and 202, and the second three-phase coil is wound around core parts 203 and 204. Each of the two three-phase coils is wound by the same winding method as in the first embodiment.

図21は、図20に示されるステータコア100Bのティース102の配置例を示す。コア部201および202のティース102は、コア部203および204のティース102と比べてハーフスロットピッチ0.5Psだけシフトしている。したがって、コア部201および202に巻かれた相コイル1U、1Vおよび1Wは、コア部203および204に巻かれた相コイル1X、1Yおよび1Zと比べてハーフスロットピッチ0.5Psだけシフトしている。ハーフスロットピッチ0.5Psは、図17に示される2相モードにおいて電気角90度に相当する。コア部201および201は互いに180度離れており、コア部203および204も互いに180度離れているため、ステータコア100Bの機械振動は低減される。2つの3相コイルは、コア部201-204のうちの隣接する2つの間の境界部にてオーバーラップしてもよい。 FIG. 21 shows an arrangement example of the teeth 102 of the stator core 100B shown in FIG. The teeth 102 of the core parts 201 and 202 are shifted by a half slot pitch of 0.5 Ps compared to the teeth 102 of the core parts 203 and 204. Therefore, the phase coils 1U, 1V and 1W wound around the core parts 201 and 202 are shifted by a half slot pitch of 0.5 Ps compared to the phase coils 1X, 1Y and 1Z wound around the core parts 203 and 204. . The half slot pitch of 0.5 Ps corresponds to an electrical angle of 90 degrees in the two-phase mode shown in FIG. Since the core parts 201 and 201 are 180 degrees apart from each other and the core parts 203 and 204 are also 180 degrees apart from each other, the mechanical vibration of the stator core 100B is reduced. The two three-phase coils may overlap at a boundary portion between two adjacent ones of the core portions 201-204.

結局、2相モードが互いに所定の位相差をもつ2つの単相モードからなり、6相モードが互いに所定の位相差をもつ2つの3相モードからなることがわかる。 Eventually, it can be seen that the two-phase mode is composed of two single-phase modes having a predetermined phase difference from each other, and the six-phase mode is composed of two three-phase modes having a predetermined phase difference from each other.

図22は、テイース型ロータコア13に巻かれた界磁コイル5を示す。回転軸10に固定されたロータコア13は、積層電気鋼板により製造されている。ロータコア13は、一定間隔で配列されたテイース131-136をもつ。界磁コイル5を収容するための6つのスロット141-146はテイース131-136を分離している。界磁コイル5は3つのコイル53-55からなる。コイル53はスロット145および146に巻かれている。コイル54はスロット141および142に巻かれている。コイル55はスロット143および144に巻かれている。 FIG. 22 shows the field coil 5 wound around the tees-type rotor core 13. The rotor core 13 fixed to the rotating shaft 10 is manufactured from laminated electrical steel sheets. The rotor core 13 has teeth 131-136 arranged at regular intervals. Six slots 141-146 for receiving the field coil 5 separate the teeth 131-136. The field coil 5 is composed of three coils 53-55. Coil 53 is wound around slots 145 and 146. Coil 54 is wound in slots 141 and 142. Coil 55 is wound around slots 143 and 144.

図1によれば、コイル53を通じて流れる界磁電流はテイース133および134をN極に磁化し、ティース135および136をS極に磁化する。コイル54および55を通じて流れる界磁電流は電流方向の反転により、ティース131および132の磁気極性を切り替える。同様に、図16によれば、コイル54および55を通じて流れる界磁電流は、トウース131をN極に磁化し、トウース132をS極に磁化する。コイル53を通じて流れる界磁電流は、界磁電流の方向を反転することにより、ティース133-136の磁気極性を切り替える。 According to FIG. 1, the field current flowing through the coil 53 magnetizes the teeth 133 and 134 to the north pole and the teeth 135 and 136 to the south pole. The field current flowing through the coils 54 and 55 switches the magnetic polarity of the teeth 131 and 132 by reversing the current direction. Similarly, according to FIG. 16, the field current flowing through the coils 54 and 55 magnetizes the tows 131 to the north pole and the tows 132 to the south pole. The field current flowing through the coil 53 switches the magnetic polarity of the teeth 133-136 by reversing the direction of the field current.

ティース131-136の磁気極性がコイル53および55の一部を通じて流れる界磁電流の反転により変更されることが理解される。その結果、ロータコア13は6極または2極をもつ。図23は図22に示される界磁コイル5に供給される界磁電流を制御するためのもう一つの界磁電流コントローラを示す。 It is understood that the magnetic polarity of the teeth 131-136 is changed by reversal of the field current flowing through a part of the coils 53 and 55. As a result, the rotor core 13 has 6 poles or 2 poles. FIG. 23 shows another field current controller for controlling the field current supplied to the field coil 5 shown in FIG.

第4実施例
図24および図25は極数切換式のロータを示す。ロータは、ロータ軸10に固定された積層鋼板により製造されている。ロータコア14は、周方向に等ピッチで配列された磁気突極であるティース131-136をもつ。永久磁石52-55がマグネット極と呼ばれるティース131および132に埋設されている。永久磁石無しのティース133-136はコア極と呼ばれる。マグネット極131に埋設された永久磁石55はマグネット極131の外面にN極を与える。マグネット極132に埋設された永久磁石52はマグネット極132の外面にS極を与える。
Fourth Embodiment FIGS. 24 and 25 show a pole number switching type rotor. The rotor is manufactured by a laminated steel plate fixed to the rotor shaft 10. The rotor core 14 has teeth 131-136 which are magnetic salient poles arranged at an equal pitch in the circumferential direction. Permanent magnets 52-55 are embedded in teeth 131 and 132 called magnet poles. Teeth 133-136 without permanent magnets are called core poles. The permanent magnet 55 embedded in the magnet pole 131 gives an N pole to the outer surface of the magnet pole 131. The permanent magnet 52 embedded in the magnet pole 132 gives the S pole to the outer surface of the magnet pole 132.

磁気障壁である溝部145は、2つのコア極133および135の間に形成されている。磁気障壁である溝部146は、2つのコア極134および136の間に形成されている。磁気障壁141はマグネット極131およびコア極133の間に形成されている。磁気障壁142はマグネット極131およびコア極134の間に形成されている。磁気障壁143はマグネット極132およびコア極135の間に形成されている。磁気障壁144はマグネット極132およびコア極136の間に形成されている。 A groove 145 serving as a magnetic barrier is formed between the two core poles 133 and 135. A groove 146 that is a magnetic barrier is formed between the two core poles 134 and 136. The magnetic barrier 141 is formed between the magnet pole 131 and the core pole 133. The magnetic barrier 142 is formed between the magnet pole 131 and the core pole 134. The magnetic barrier 143 is formed between the magnet pole 132 and the core pole 135. The magnetic barrier 144 is formed between the magnet pole 132 and the core pole 136.

図24は3相モードまたは6相モードにおけるロータ極の一つの配列を示す。ステータ電流のd軸電流成分はコア極133および134にN極を与え、マグネット極131のN極を補強する。同様に、コア極135および136はS極となり、マグネット極132のS極は補強される。結局、ロータコア14は実質的に2極となる。いわゆるd軸はマグネット極131および132の中心を通過する。いわゆるq軸は溝部145および146の中心を通過する。 FIG. 24 shows one arrangement of rotor poles in three-phase mode or six-phase mode. The d-axis current component of the stator current gives the N pole to the core poles 133 and 134 and reinforces the N pole of the magnet pole 131. Similarly, the core poles 135 and 136 are S poles, and the S pole of the magnet pole 132 is reinforced. Eventually, the rotor core 14 has substantially two poles. The so-called d-axis passes through the centers of the magnet poles 131 and 132. The so-called q axis passes through the centers of the grooves 145 and 146.

図25は単相モードまたは2相モードにおけるロータ極のもう一つの配列を示す。単相モードまたは2相モードにおける電気角360度は3相モードまたは6相モードにおける電気角120度と均等である。単相モードまたは2相モードのステータ電流は、従来のd軸電流成分に相当するd3軸電流成分と、従来のq軸電流成分に相当するq3軸電流成分とからなる。d3軸電流成分により、コア極133および134はS極となり、コア極135および136はN極となる。
d3軸は、コア極133-136の中心およびマグネット極131および132の中心を通過する。q3軸は、溝部145-146の中心および磁気障壁141-146の中心を通過する。これにより、d3軸およびq3軸をもつロータコア14は6極をもつ。
FIG. 25 shows another arrangement of rotor poles in single-phase mode or two-phase mode. The electrical angle 360 degrees in the single-phase mode or the two-phase mode is equal to the electrical angle 120 degrees in the three-phase mode or the six-phase mode. The stator current in the single-phase mode or the two-phase mode includes a d3-axis current component corresponding to a conventional d-axis current component and a q3-axis current component corresponding to a conventional q-axis current component. Due to the d3-axis current component, the core poles 133 and 134 become S poles, and the core poles 135 and 136 become N poles.
The d3 axis passes through the center of the core pole 133-136 and the center of the magnet poles 131 and 132. The q3 axis passes through the center of the grooves 145-146 and the center of the magnetic barriers 141-146. Thus, the rotor core 14 having the d3 axis and the q3 axis has six poles.

第5実施例
図26に示される第5実施例によれば、昇圧チョッパ80により昇圧されたDCリンク電圧が4レグインバータ2Yに印加される。昇圧チョッパ80は、リアクトル81、下アームスイッチ82および上アームスイッチ83からなる。バッテリ9の正極は、リアクトル81を通じて下アームスイッチ82のドレイン電極および上アームスイッチ83のソース電極に接続されている。下アームスイッチ82のソース電極は接地され、上アームスイッチ83のドレイン電極は4レグインバータ2Yの正の直流端子に接続されている。昇圧チョッパ80はバッテリ9のバッテリ電圧を昇圧し、4レグインバータ2Yに昇圧電圧を印加する。図1に示される4レグコンバータ2Sの8つのダイオードの代わりに、4レグインバータ2Yは、逆並列ダイオードをもつ8つのNMOSトランジスタをもつ。4レグインバータ2Yは3相電動モードおよび単相電動モードの両方を実行することができる。
Fifth Embodiment According to the fifth embodiment shown in FIG. 26, the DC link voltage boosted by the boost chopper 80 is applied to the 4-leg inverter 2Y. The step-up chopper 80 includes a reactor 81, a lower arm switch 82, and an upper arm switch 83. The positive electrode of the battery 9 is connected to the drain electrode of the lower arm switch 82 and the source electrode of the upper arm switch 83 through the reactor 81. The source electrode of the lower arm switch 82 is grounded, and the drain electrode of the upper arm switch 83 is connected to the positive DC terminal of the 4-leg inverter 2Y. The step-up chopper 80 boosts the battery voltage of the battery 9 and applies the boost voltage to the 4-leg inverter 2Y. Instead of the eight diodes of the four-leg converter 2S shown in FIG. 1, the four-leg inverter 2Y has eight NMOS transistors with antiparallel diodes. The 4-leg inverter 2Y can execute both the three-phase electric mode and the single-phase electric mode.

図26に示される4レグインバータ2Yにより実行される3相電動モードが図27-図32を参照して説明される。U相コイル1Uは逆起電力Vuを発生し、V相コイル1Vは逆起電力Vvを発生し、W相コイル1Wは逆起電力Vwを発生する。電流Iは4レグインバータ2Yにより3つの相コイル1U、1Vおよび1Wに供給される。 A three-phase electric mode executed by the four-leg inverter 2Y shown in FIG. 26 will be described with reference to FIGS. U-phase coil 1U generates back electromotive force Vu, V-phase coil 1V generates back electromotive force Vv, and W-phase coil 1W generates back electromotive force Vw. The current I is supplied to the three phase coils 1U, 1V and 1W by the 4-leg inverter 2Y.

図27は、逆起電力Vuが最高である電気角240度の状態を示す。図28は、逆起電力Vvが最低である電気角300度の状態を示す。図29は、逆起電力Vwが最高である電気角0度の状態を示す。図30は、逆起電力Vuが最低である電気角60度の状態を示す。図31は、逆起電力Vvが最高である電気角120度の状態を示す。図32は、逆起電力Vwが最低である電気角180度の状態を示す。 FIG. 27 shows a state at an electrical angle of 240 degrees where the back electromotive force Vu is the highest. FIG. 28 shows a state where the counter electromotive force Vv is the lowest and the electrical angle is 300 degrees. FIG. 29 shows a state where the back electromotive force Vw is the highest and the electrical angle is 0 degrees. FIG. 30 shows a state where the back electromotive force Vu is the lowest and the electrical angle is 60 degrees. FIG. 31 shows a state of an electrical angle of 120 degrees where the back electromotive force Vv is the highest. FIG. 32 shows a state of an electrical angle of 180 degrees where the back electromotive force Vw is the lowest.

スイッチレグ2A-2Dが逆起電力Vu、VvおよびVwと反対方向をもつ3つの相電流を供給する時、3相電動モードはモータトルクを発生する。相コイル1U、1Vおよび1Wからなるシリーズ3相巻線は、従来のデルタ接続3相巻線と均等である。 When the switch legs 2A-2D supply three phase currents having opposite directions to the counter electromotive forces Vu, Vv and Vw, the three-phase electric mode generates motor torque. A series three-phase winding consisting of phase coils 1U, 1V and 1W is equivalent to a conventional delta-connected three-phase winding.

図33および図34は単相電動モードを示す。逆起電力Vu、VvおよびVwは互いに等しい。図33は電気角0度における単相電流Iを示す。単相電流Iはスイッチレグ2Aから3つの相コイル1U、1Vおよび1Wを通じてスイッチレグ2Dへ流れる。図34は電気角180度における単相電流Iを示す。単相電流Iはスイッチレグ2Dから3つの相コイル1W、1Vおよび1Uを通じてスイッチレグ2Aへ流れる。これにより、モータトルクが発生する。 33 and 34 show the single-phase electric mode. The counter electromotive forces Vu, Vv and Vw are equal to each other. FIG. 33 shows the single-phase current I at an electrical angle of 0 degrees. Single-phase current I flows from switch leg 2A to switch leg 2D through three phase coils 1U, 1V and 1W. FIG. 34 shows the single-phase current I at an electrical angle of 180 degrees. Single-phase current I flows from switch leg 2D to switch leg 2A through three phase coils 1W, 1V and 1U. Thereby, motor torque is generated.

2相駆動法
3相電動モードのスイッチングロスを低減可能な2相駆動法が図26を参照して説明される。2相駆動法は昇圧チョッパ80および4レグインバータ2Yを用いる。電気角360度である2相駆動法の1サイクルは、6つの位相期間からなる。各位相期間は電気角60度である。
Two-phase driving method A two-phase driving method capable of reducing the switching loss in the three-phase electric mode will be described with reference to FIG. The two-phase driving method uses a boost chopper 80 and a 4-leg inverter 2Y. One cycle of the two-phase driving method with an electrical angle of 360 degrees consists of six phase periods. Each phase period is an electrical angle of 60 degrees.

2相駆動法によれば、スイッチレグ2A-2Dのうちの2つだけが所定周波数でスイッチングされる。位相期間が変更される時、他のスイッチレグのスイッチングは停止され、スイッチングされるペアは変更される。昇圧チョッパ80は、要求された相電圧を2つの停止レグの間の相コイルに印加する。 According to the two-phase driving method, only two of the switch legs 2A-2D are switched at a predetermined frequency. When the phase period is changed, the switching of the other switch legs is stopped and the switched pair is changed. The step-up chopper 80 applies the requested phase voltage to the phase coil between the two stop legs.

図27は、U相逆起電力Vuが最高である第1位相期間を示す。上アームスイッチ23および下アームスイッチ22が第1位相期間の間中、オンされる。昇圧チョッパ80は要求されたU相電圧を4レグインバータ2Yに印加する。これにより、要求されたU相電圧がスイッチ23および22を通じてU相コイル1Uにi印加される。スイッチレグ2Cおよび2Dをスイッチングすることにより、要求されたV相電流がV相コイル1Vに供給され、要求されたW相電流がW相コイル1Wに供給される。 FIG. 27 shows a first phase period in which the U-phase counter electromotive force Vu is highest. The upper arm switch 23 and the lower arm switch 22 are turned on during the first phase period. The step-up chopper 80 applies the requested U-phase voltage to the 4-leg inverter 2Y. As a result, the requested U-phase voltage i is applied to U-phase coil 1U through switches 23 and 22. By switching the switch legs 2C and 2D, the requested V-phase current is supplied to the V-phase coil 1V, and the requested W-phase current is supplied to the W-phase coil 1W.

図28は、V相逆起電力Vuが最低である第2位相期間を示す。上アームスイッチ23および下アームスイッチ26が第2位相期間の間中、オンされる。昇圧チョッパ80は要求されたV相電圧を4レグインバータ2Yに印加する。これにより、要求されたV相電圧がスイッチ23および26を通じてV相コイル1Vにi印加される。スイッチレグ2Aおよび2Dをスイッチングすることにより、要求されたU相電流がU相コイル1Uに供給され、要求されたW相電流がW相コイル1Wに供給される。 FIG. 28 shows a second phase period in which the V-phase counter electromotive force Vu is the lowest. The upper arm switch 23 and the lower arm switch 26 are turned on during the second phase period. The step-up chopper 80 applies the requested V-phase voltage to the 4-leg inverter 2Y. As a result, the requested V-phase voltage is applied to the V-phase coil 1V through the switches 23 and 26. By switching the switch legs 2A and 2D, the requested U-phase current is supplied to the U-phase coil 1U, and the requested W-phase current is supplied to the W-phase coil 1W.

図29は、W相逆起電力Vwが最高である第3位相期間を示す。上アームスイッチ27および下アームスイッチ26が第3位相期間の間中、オンされる。昇圧チョッパ80は要求されたW相電圧を4レグインバータ2Yに印加する。これにより、要求されたW相電圧がスイッチ27および26を通じてW相コイル1Wにi印加される。スイッチレグ2Aおよび2Bをスイッチングすることにより、要求されたU相電流がU相コイル1Uに供給され、要求されたV相電流がV相コイル1Wに供給される。 FIG. 29 shows a third phase period in which the W-phase counter electromotive force Vw is the highest. The upper arm switch 27 and the lower arm switch 26 are turned on during the third phase period. The step-up chopper 80 applies the requested W-phase voltage to the 4-leg inverter 2Y. As a result, the requested W-phase voltage is applied to the W-phase coil 1W through the switches 27 and 26. By switching the switch legs 2A and 2B, the requested U-phase current is supplied to the U-phase coil 1U, and the requested V-phase current is supplied to the V-phase coil 1W.

図30は、U相逆起電力Vuが最低である第4位相期間を示す。上アームスイッチ21および下アームスイッチ24が第4位相期間の間中、オンされる。昇圧チョッパ80は要求されたU相電圧を4レグインバータ2Yに印加する。これにより、要求されたU相電圧がスイッチ21および24を通じてU相コイル1Uにi印加される。スイッチレグ2Cおよび2Dをスイッチングすることにより、要求されたV相電流がV相コイル1Vに供給され、要求されたW相電流がW相コイル1Wに供給される。 FIG. 30 shows a fourth phase period in which the U-phase counter electromotive force Vu is the lowest. The upper arm switch 21 and the lower arm switch 24 are turned on during the fourth phase period. The step-up chopper 80 applies the requested U-phase voltage to the 4-leg inverter 2Y. As a result, the requested U-phase voltage is i applied to U-phase coil 1U through switches 21 and 24. By switching the switch legs 2C and 2D, the requested V-phase current is supplied to the V-phase coil 1V, and the requested W-phase current is supplied to the W-phase coil 1W.

図31は、V相逆起電力Vuが最高である第5位相期間を示す。上アームスイッチ25および下アームスイッチ24が第5位相期間の間中、オンされる。昇圧チョッパ80は要求されたV相電圧を4レグインバータ2Yに印加する。これにより、要求されたV相電圧がスイッチ25および24を通じてV相コイル1Vにi印加される。スイッチレグ2Aおよび2Dをスイッチングすることにより、要求されたU相電流がU相コイル1Uに供給され、要求されたW相電流がW相コイル1Wに供給される。 FIG. 31 shows a fifth phase period in which the V-phase counter electromotive force Vu is highest. The upper arm switch 25 and the lower arm switch 24 are turned on during the fifth phase period. The step-up chopper 80 applies the requested V-phase voltage to the 4-leg inverter 2Y. As a result, the requested V-phase voltage is applied to the V-phase coil 1V through the switches 25 and 24. By switching the switch legs 2A and 2D, the requested U-phase current is supplied to the U-phase coil 1U, and the requested W-phase current is supplied to the W-phase coil 1W.

図32は、W相逆起電力Vwが最低である第6位相期間を示す。上アームスイッチ25および下アームスイッチ28が第6位相期間の間中、オンされる。昇圧チョッパ80は要求されたW相電圧を4レグインバータ2Yに印加する。これにより、要求されたW相電圧がスイッチ25および28を通じてW相コイル1Wにi印加される。スイッチレグ2Aおよび2Bをスイッチングすることにより、要求されたU相電流がU相コイル1Uに供給され、要求されたV相電流がV相コイル1Wに供給される。 FIG. 32 shows a sixth phase period in which the W-phase counter electromotive force Vw is the lowest. The upper arm switch 25 and the lower arm switch 28 are turned on during the sixth phase period. The step-up chopper 80 applies the requested W-phase voltage to the 4-leg inverter 2Y. As a result, the requested W-phase voltage i is applied to W-phase coil 1W through switches 25 and 28. By switching the switch legs 2A and 2B, the requested U-phase current is supplied to the U-phase coil 1U, and the requested V-phase current is supplied to the V-phase coil 1W.

昇圧チョッパ80は、各位相期間において4レグインバータ2Yに電気角60度から電気角120度のレンジの正弦波形をもつ昇圧電圧を印加する。この正弦波形は電気角90度にて最高値となる。4つのスイッチレグの2つが停止されるので、4レグインバータ2Yのスイッチングロスは半分となる。 The step-up chopper 80 applies a step-up voltage having a sine waveform in the range of 60 degrees electrical angle to 120 degrees electrical angle to the 4-leg inverter 2Y in each phase period. This sine waveform reaches its maximum value at an electrical angle of 90 degrees. Since two of the four switch legs are stopped, the switching loss of the four-leg inverter 2Y is halved.

変形態様
図35に示される2つのシリーズ3相巻線を駆動する8レグインバータ2Zは、図16に示される7レグコンバータ2Xの代わりに使用されることができる。8レグインバータ2Zは2つの4レグインバータ2Z1および2Z2からなる。昇圧チョッパ80Aは第1のDCリンク電圧を4レグインバータ2Z1に印加し、昇圧チョッパ80Bは第2のDCリンク電圧を4レグインバータ2Z2に印加する。3つの相コイル1U、1Vおよび1Wに接続される4レグインバータ2Z1は、4つのスイッチレグ2A1、2B1、2C1および2D1からなる。3つの相コイル1X、1Yおよび1Zに接続される4レグインバータ2Z2は、4つのスイッチレグ2A2、2B2、2C2および2D2からなる。4レグインバータ2Z1および2Z2はそれぞれ、図26に示される4レグインバータ2Yと同じ動作をもつ。4レグインバータ2Z1および2Z2の2つの出力電圧の間の位相差は、2相モードにおいて電気角90度である。4レグインバータ2Z1の一つの相電圧と4レグインバータ2Z2の一つの相電圧との間の位相差は、6相モードにおいて電気角30度である。
Modified Embodiment An eight-leg inverter 2Z for driving two series three-phase windings shown in FIG. 35 can be used in place of the seven-leg converter 2X shown in FIG. The 8-leg inverter 2Z is composed of two 4-leg inverters 2Z1 and 2Z2. The step-up chopper 80A applies the first DC link voltage to the 4-leg inverter 2Z1, and the step-up chopper 80B applies the second DC link voltage to the 4-leg inverter 2Z2. The four-leg inverter 2Z1 connected to the three phase coils 1U, 1V and 1W is composed of four switch legs 2A1, 2B1, 2C1 and 2D1. The 4-leg inverter 2Z2 connected to the three phase coils 1X, 1Y, and 1Z includes four switch legs 2A2, 2B2, 2C2, and 2D2. 4-leg inverters 2Z1 and 2Z2 each have the same operation as 4-leg inverter 2Y shown in FIG. The phase difference between the two output voltages of the 4-leg inverters 2Z1 and 2Z2 is an electrical angle of 90 degrees in the two-phase mode. The phase difference between one phase voltage of the 4-leg inverter 2Z1 and one phase voltage of the 4-leg inverter 2Z2 is 30 electrical degrees in the 6-phase mode.

第6実施例
図36は直列接続された9つの相コイルC1-C9からなるステータコイル1Bに接続される10レグインバータ2Tを示す。10レグインバータ2Tは10個のスイッチレグ2A-2Jからなる。ステータコイル1Bは、直列接続された3つのシリーズ3相巻線からなる。第1のシリーズ3相巻線は直列接続された相コイルC1-C3からなる。第2のシリーズ3相巻線は直列接続された相コイルC4-C6からなる。第3のシリーズ3相巻線は直列接続された相コイルC7-C9からなる。
FIG. 36 shows a 10-leg inverter 2T connected to a stator coil 1B composed of nine phase coils C1-C9 connected in series. The 10-leg inverter 2T includes 10 switch legs 2A-2J. Stator coil 1B includes three series three-phase windings connected in series. The first series three-phase winding comprises phase coils C1-C3 connected in series. The second series three-phase winding is composed of phase coils C4-C6 connected in series. The third series three-phase winding is composed of phase coils C7 to C9 connected in series.

10レグインバータ2Tは、3つの4レグインバータからなる。第1の4レグインバータはレグ2A-2Dからなる。第2の4レグインバータはレグ2D-2Gからなる。第3の4レグインバータはレグ2G-2Jからなる。第1の4レグインバータは第1のシリーズ3相巻線に接続され、第2の4レグインバータは第2のシリーズ3相巻線に接続され、第3の4レグインバータは第3のシリーズ3相巻線に接続される。 The 10-leg inverter 2T includes three 4-leg inverters. The first 4-leg inverter consists of legs 2A-2D. The second 4-leg inverter consists of legs 2D-2G. The third 4-leg inverter consists of legs 2G-2J. The first four-leg inverter is connected to the first series three-phase winding, the second four-leg inverter is connected to the second series three-phase winding, and the third four-leg inverter is connected to the third series 3 Connected to phase winding.

相電流I1が相コイルC1に流れ、相電流I2が相コイルC2に流れ、相電流I3が相コイルC3に流れ、相電流I4が相コイルC4に流れ、相電流I5が相コイルC5に流れ、相電流I6が相コイルC6に流れ、相電流I7が相コイルC7に流れ、相電流I8が相コイルC8に流れ、相電流I9が相コイルC9に流れる。 Phase current I1 flows to phase coil C1, phase current I2 flows to phase coil C2, phase current I3 flows to phase coil C3, phase current I4 flows to phase coil C4, phase current I5 flows to phase coil C5, Phase current I6 flows to phase coil C6, phase current I7 flows to phase coil C7, phase current I8 flows to phase coil C8, and phase current I9 flows to phase coil C9.

図37は、集中巻きによりステータコア100Cの9つのティース102に個別に巻かれた相コイルC1-C9を示す模式展開図である。3つの4レグインバータが単相モードで駆動される時、モータは新3相モードで駆動される。3つの4レグインバータに供給される3つの単相電流のうちの任意の2つの間の位相差は電気角120度である。図38はこの新3相モードにおける9つの相電流I1-I9のベクトルを示す。 FIG. 37 is a schematic development view showing phase coils C1-C9 individually wound around the nine teeth 102 of the stator core 100C by concentrated winding. When three four-leg inverters are driven in single-phase mode, the motor is driven in the new three-phase mode. The phase difference between any two of the three single-phase currents supplied to the three four-leg inverters is 120 electrical degrees. FIG. 38 shows vectors of nine phase currents I1-I9 in this new three-phase mode.

3つの4レグインバータが3相モードで駆動される時、モータは9相モードで駆動される。図39はこの9相モードにおける9つの相電流I1-I9のベクトルを示す。この9相モードによれば、相電流I3およびI4の間の位相差が電気角30度であるため、レグ2Dの電流は低減される。同様に、相電流I6およびI7の間の位相差が電気角30度であるため、レグ2Gの電流は低減される。この実施例によれば、誘導モータは円滑に駆動される。 When three four-leg inverters are driven in three-phase mode, the motor is driven in nine-phase mode. FIG. 39 shows vectors of nine phase currents I1-I9 in this nine-phase mode. According to this nine-phase mode, the phase difference between the phase currents I3 and I4 is 30 electrical degrees, so the current in the leg 2D is reduced. Similarly, since the phase difference between the phase currents I6 and I7 is an electrical angle of 30 degrees, the current of the leg 2G is reduced. According to this embodiment, the induction motor is driven smoothly.

第7実施例
一般にHブリッジまたはフルブリッジと呼ばれる3つの単相インバータは上記説明された4レグインバータの代わりに採用されることができる。Hブリッジは第1のスイッチレグおよび第2のスイッチレグからなる。第1のスイッチレグの交流端子は独立の相コイルの一端に接続される。第2のスイッチレグの交流端子は独立の相コイルの他端に接続される。3相電動モードにおいて、第1のHブリッジはU相電流をU相コイルに供給する。同様に、第2のHブリッジはV相電流をV相コイルに供給する。 第3のHブリッジはW相電流をW相コイルに供給する。3つの相電流のうちの任意の2つの間の位相差は電気角120度である。単相モードにおいて、3つのHブリッジは共通の相電流を供給する。
Seventh Embodiment Three single-phase inverters, generally referred to as H-bridges or full-bridges, can be employed in place of the 4-leg inverters described above. The H bridge consists of a first switch leg and a second switch leg. The AC terminal of the first switch leg is connected to one end of an independent phase coil. The AC terminal of the second switch leg is connected to the other end of the independent phase coil. In the three-phase electric mode, the first H bridge supplies a U-phase current to the U-phase coil. Similarly, the second H-bridge supplies V-phase current to the V-phase coil. The third H bridge supplies W phase current to the W phase coil. The phase difference between any two of the three phase currents is an electrical angle of 120 degrees. In single phase mode, the three H-bridges supply a common phase current.

この第7実施例によれば、単相電動モードにおいて極数だけが3倍となるが、巻数は変更されない。3つのHブリッジは2倍のトランジスタを必要とする。しかし、各トランジスタは従来の星形接続3相インバータのトランジスタより小さくなる。 According to the seventh embodiment, only the number of poles is tripled in the single-phase electric mode, but the number of turns is not changed. Three H-bridges require twice as many transistors. However, each transistor is smaller than a conventional star-connected three-phase inverter transistor.

Claims (15)

3相ステータ電流を扱う3相モードおよび単相ステータ電流を扱う単相モードをもつコンバータと、
前記コンバータに接続される少なくとも3つの相コイルをもつステータコイルと、
3相モードにおけるロータ極数と比べて単相モードにおけるロータ極数を3倍とするロータと、
3相モードおよび単相モードのどちらかを選択するコントローラと、
を備えることを特徴とする相数切換電気機械
A converter having a three-phase mode for handling a three-phase stator current and a single-phase mode for handling a single-phase stator current;
A stator coil having at least three phase coils connected to the converter;
A rotor that triples the number of rotor poles in single-phase mode compared to the number of rotor poles in three-phase mode;
A controller that selects either three-phase mode or single-phase mode;
A phase-switching electric machine comprising:
ステータコイルは、直列に接続された3つの相コイルからなる少なくとも一つのシリーズ3相巻線を有し、
コンバータは、3つの相コイルの端部に個別に接続された4つのレグからなる少なくとも一つの4レグコンバータを有する請求項1記載の相数切換電気機械
The stator coil has at least one series three-phase winding consisting of three phase coils connected in series,
The phase-switching electric machine according to claim 1, wherein the converter has at least one four-leg converter consisting of four legs individually connected to the ends of three phase coils.
4レグコンバータは、直列接続された上アームトランジスタおよび下アームトランジスタをそれぞれ有する4つのスイッチレグからなる請求項2記載の相数切換電気機械。 The phase-switching electric machine according to claim 2, wherein the four-leg converter comprises four switch legs each having an upper arm transistor and a lower arm transistor connected in series. 4レグコンバータは、直列接続された上アームダイオードおよび下アームダイオードからそれぞれなる4つのダイオードレグからなる請求項2記載の相数切換電気機械。 The phase-switching electric machine according to claim 2, wherein the four-leg converter comprises four diode legs each composed of an upper arm diode and a lower arm diode connected in series. 4レグコンバータは、2つのスイッチレグおよび2つのダイオードレグからなる4レグハイブリッドコンバータからなり、
各スイッチレグはそれぞれ、直列接続された上アームトランジスタおよび下アームトランジスタを有し、
各ダイオードレグはそれぞれ、直列接続された上アームダイオードおよび下アームダイオードからそれぞれなる4つのダイオードレグからなる請求項2記載の相数切換電気機械。
The 4-leg converter consists of a 4-leg hybrid converter consisting of 2 switch legs and 2 diode legs,
Each switch leg has an upper arm transistor and a lower arm transistor connected in series,
3. The phase number switching electric machine according to claim 2, wherein each diode leg includes four diode legs each composed of an upper arm diode and a lower arm diode connected in series.
コンバータは、6つの相コイルからなるステータコイルに接続される少なくとも7つのレグをもち、
コントローラは、2つの3相モードからなる6相モード、および、2つの単相モードからなる2相モードのどちらかを選択する請求項2記載の相数切換電気機械。
The converter has at least seven legs connected to a stator coil consisting of six phase coils,
The phase number switching electric machine according to claim 2, wherein the controller selects one of a six-phase mode including two three-phase modes and a two-phase mode including two single-phase modes.
ステータコイルは、2つの4レグコンバータに個別に接続される2つのシリーズ3相巻線からなる請求項6記載の相数切換電気機械。 The phase number switching electric machine according to claim 6, wherein the stator coil includes two series three-phase windings individually connected to two four-leg converters. コンバータは、互いに直列に接続された2つのシリーズ3相巻線に接続された7つのレグをもつ7レグコンバータからなる請求項6記載の相数切換電気機械。 7. The phase number switching electric machine according to claim 6, wherein the converter comprises a 7-leg converter having seven legs connected to two series three-phase windings connected in series with each other. コンバータは、9個の相コイルからなるステータコイルに接続される少なくとも10個のレグをもち、
コントローラは、3つの3相モードからなる9相モード、および、3つの単相モードからなる新3相モードのどちらかを選択する請求項2記載の相数切換電気機械。
The converter has at least 10 legs connected to a stator coil consisting of 9 phase coils,
3. The phase number switching electric machine according to claim 2, wherein the controller selects one of a nine-phase mode including three three-phase modes and a new three-phase mode including three single-phase modes.
ステータコイルは、3つの4レグコンバータに個別に接続される3つのシリーズ3相巻線からなる請求項9記載の相数切換電気機械。 The phase number switching electric machine according to claim 9, wherein the stator coil includes three series three-phase windings individually connected to three four-leg converters. コンバータは、互いに直列に接続された3個のシリーズ3相巻線に接続された10個のレグをもつ10レグコンバータからなる請求項9記載の相数切換電気機械。 10. The phase number switching electric machine according to claim 9, wherein the converter comprises a 10-leg converter having 10 legs connected to three series three-phase windings connected in series with each other. コントローラは、ロータコアに巻かれた界磁コイルに供給される界磁電流の方向を反転することにより、ロータ極数を3倍とする請求項1記載の相数切換電気機械。 The phase number switching electric machine according to claim 1, wherein the controller reverses the direction of the field current supplied to the field coil wound around the rotor core to triple the number of rotor poles. ランデルタイプのロータコアは、ランデル型のロータコアは、N極の永久磁石をもつ奇数番目の爪部と、S極の永久磁石をもつ偶数番目の爪部とを有し、
各爪部はそれぞれ、永久磁石により形成された一つのマグネット極と、マグネット極の両側に個別に配置された2つのコア極とをもつ請求項12記載の相数切換電気機械。
The Landel-type rotor core has an odd-numbered claw portion having an N-pole permanent magnet and an even-numbered claw portion having an S-pole permanent magnet.
13. The phase number switching electric machine according to claim 12, wherein each of the claw portions has one magnet pole formed of a permanent magnet and two core poles individually arranged on both sides of the magnet pole.
界磁コイルは、界磁電流の方向を変更可能な方向可変コイルをもち、
界磁コイルはさらに、界磁電流が一定方向に流れる方向固定コイルをもち、
方向可変コイルおよび方向固定コイルは、ロータコアの異なるスロットに収容される請求項12記載の相数切換電気機械。
The field coil has a variable direction coil that can change the direction of the field current.
The field coil further has a fixed coil in which the field current flows in a certain direction.
The phase change electric machine according to claim 12, wherein the direction variable coil and the direction fixed coil are accommodated in different slots of the rotor core.
ロータは、互いに反対極性をもつ2つの永久磁石の間に配置される2つのコア極をもち、
2つのコア極は、ステータコイルに供給されるステータ電流のd軸電流成分により互いに反対の極性をもち、
2つのコア極の極性は、ロータ極数を3倍とするために反転される請求項1記載の相数切換電気機械。
The rotor has two core poles arranged between two permanent magnets having opposite polarities,
The two core poles have opposite polarities due to the d-axis current component of the stator current supplied to the stator coil,
The phase number switching electric machine according to claim 1, wherein the polarities of the two core poles are reversed to triple the number of rotor poles.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020141493A (en) * 2019-02-28 2020-09-03 株式会社明電舎 Winding field type synchronous motor
CN112187020A (en) * 2020-09-27 2021-01-05 申彦峰 Switching semiconductor device parallel circuit and control method thereof
CN115208278A (en) * 2022-07-28 2022-10-18 泉州师范学院 Three-phase series winding type alternating current motor driving topology fault-tolerant reconstruction circuit and switching method
JP7668589B2 (en) 2020-04-27 2025-04-25 株式会社Dgキャピタルグループ Voltage reducing circuit, rotating machine, and inverter power supply device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020141493A (en) * 2019-02-28 2020-09-03 株式会社明電舎 Winding field type synchronous motor
JP7251212B2 (en) 2019-02-28 2023-04-04 株式会社明電舎 Wound-field synchronous motor
JP7668589B2 (en) 2020-04-27 2025-04-25 株式会社Dgキャピタルグループ Voltage reducing circuit, rotating machine, and inverter power supply device
CN112187020A (en) * 2020-09-27 2021-01-05 申彦峰 Switching semiconductor device parallel circuit and control method thereof
CN115208278A (en) * 2022-07-28 2022-10-18 泉州师范学院 Three-phase series winding type alternating current motor driving topology fault-tolerant reconstruction circuit and switching method

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