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JP6180601B1 - Rotating electric machine for vehicles - Google Patents

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Abstract

【課題】三相短絡時の永久磁石の昇温を抑制する。【解決手段】制御装置30は、異常電圧検出部405が入出力端子の電圧値が閾値電圧以上であることを検出した場合に、回転速度検出部10で検出された回転速度が予め設定された閾値より大きいときは、負極側アーム短絡部406により、第1多相巻線301の多相短絡と第2多相巻線302の多相短絡とを同時に行い、一方、検出された回転速度が閾値以下のときは、負極側アーム短絡部406により、第1多相巻線301の多相短絡を行った後に、第2多相巻線302の多相短絡を行う。【選択図】図4An object of the present invention is to suppress the temperature rise of a permanent magnet during a three-phase short circuit. When a control device 30 detects that an abnormal voltage detection unit 405 has a voltage value of an input / output terminal equal to or higher than a threshold voltage, the rotation speed detected by the rotation speed detection unit 10 is preset. When it is larger than the threshold value, the negative side arm short-circuit unit 406 simultaneously performs the multi-phase short circuit of the first multi-phase winding 301 and the multi-phase short circuit of the second multi-phase winding 302, while the detected rotational speed is When the value is equal to or lower than the threshold value, the second multiphase winding 302 is short-circuited after the first multiphase winding 301 is short-circuited by the negative-side arm short-circuit unit 406. [Selection] Figure 4

Description

この発明は、車両用回転電機に関する。   The present invention relates to a vehicular rotating electrical machine.

ランデル型の回転子を用いる車両用回転電機は、従来より、自動車等の車両に使用されてきた。ランデル型の回転子には、周方向に、複数の爪状磁極部が設けられている。また、隣接する爪状磁極部の間には、永久磁石が配置されている。   Conventionally, a rotating electrical machine for a vehicle using a Landel type rotor has been used for a vehicle such as an automobile. The Landel-type rotor is provided with a plurality of claw-shaped magnetic pole portions in the circumferential direction. A permanent magnet is disposed between adjacent claw-shaped magnetic pole portions.

近年の環境問題から、車載される電装品の負荷が急増し、車両用回転電機の発電量の増加が求められている。このような課題を解決するために、回転子と一体に回転することで冷却風を発生する冷却ファンを備えた、車両用回転電機が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Due to environmental problems in recent years, the load of electrical components mounted on the vehicle has increased rapidly, and an increase in the amount of power generated by a rotating electrical machine for vehicles has been demanded. In order to solve such a problem, a vehicular rotating electrical machine including a cooling fan that generates cooling air by rotating integrally with a rotor has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載の従来の車両用回転電機では、固定子が、2組の三相固定子巻線を有している。2組の三相固定子巻線を、それぞれ、第1の三相固定子巻線x1、y1、z1と、第2の三相固定子巻線x2、y2、z2と呼ぶと、第2の三相固定子巻線x2、y2、z2が、第1の三相固定子巻線x1、x2、y2に対して、それぞれ、電気角でπ/6ラジアンだけずらして、巻装されている。   In the conventional vehicular rotating electrical machine described in Patent Document 1, the stator has two sets of three-phase stator windings. The two sets of three-phase stator windings are referred to as the first three-phase stator windings x1, y1, and z1, and the second three-phase stator windings x2, y2, and z2, respectively. The three-phase stator windings x2, y2, and z2 are wound around the first three-phase stator windings x1, x2, and y2 with an electrical angle shifted by π / 6 radians.

特許文献1に記載の従来の車両用回転電機では、電気角でπ/6位相差を有する2組の三相固定子巻線を設けることにより、誘起電力中に含まれる高調波成分を相殺することができる。これにより、電気ノイズ及び磁気騒音を低減している。また、磁気嵐を抑制することができるので、磁気嵐による爪状磁極部および永久磁石の昇温を抑制することができる。   In the conventional vehicular rotating electrical machine described in Patent Document 1, harmonic components included in the induced power are canceled by providing two sets of three-phase stator windings having a π / 6 phase difference in electrical angle. be able to. Thereby, electrical noise and magnetic noise are reduced. Moreover, since a magnetic storm can be suppressed, the temperature rise of the claw-shaped magnetic pole part and the permanent magnet due to the magnetic storm can be suppressed.

特開平9−154266号公報JP-A-9-154266

上述したように、特許文献1に記載の従来の車両用回転電機では、磁気嵐による爪状磁極部および永久磁石の昇温を抑制することはできるが、多相短絡による永久磁石の昇温を抑制することについては、何ら意図されていない。   As described above, the conventional rotating electrical machine for a vehicle described in Patent Document 1 can suppress the temperature rise of the claw-shaped magnetic pole part and the permanent magnet due to a magnetic storm, but suppresses the temperature rise of the permanent magnet due to a multiphase short circuit. There is no intention to do that.

一般に、直流電力と交流電力とを変換する車両用回転電機においては、B端子電圧が過電圧の時に、負極側アームを短絡させることで、安定した電力供給を可能にする。しかしながら、短絡時の逆起電力により、回転電機のコイルに電流が流れ、ステータの磁極が磁化する。この磁化した磁極の近傍を電動機の永久磁石が通過する際、永久磁石を貫く磁界が増減し、永久磁石内に渦電流が生じる。この渦電流により永久磁石が発熱する。   In general, in a vehicular rotating electrical machine that converts DC power and AC power, when the B terminal voltage is an overvoltage, the negative arm is short-circuited to enable stable power supply. However, current flows through the coil of the rotating electrical machine due to the counter electromotive force at the time of the short circuit, and the magnetic pole of the stator is magnetized. When the permanent magnet of the electric motor passes through the vicinity of the magnetized magnetic pole, the magnetic field penetrating the permanent magnet increases and decreases, and an eddy current is generated in the permanent magnet. The eddy current generates heat in the permanent magnet.

特許文献1では、多相短絡時の渦電流よる永久磁石の昇温を抑制することについては、何ら意図されていないため、多相短絡時に永久磁石が昇温してしまうという課題があった。   In Patent Document 1, since there is no intention to suppress the temperature rise of the permanent magnet due to the eddy current at the time of the multiphase short circuit, there is a problem that the temperature of the permanent magnet is increased at the time of the multiphase short circuit.

この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、多相短絡時の永久磁石の昇温を抑制することが可能な車両用回転電機を得ることを目的とする。   This invention is made in order to solve this subject, and it aims at obtaining the rotary electric machine for vehicles which can suppress the temperature rise of the permanent magnet at the time of a multiphase short circuit.

この発明は、直流電力と交流電力とを交換する車両用回転電機であって、外周に複数の爪状磁極片が設けられた回転子鉄心と、前記回転子鉄心に巻装された回転子巻線とを備えた回転子と、前記回転子鉄心の外周に対向して配置され、内周に複数のスロットが形成された固定子鉄心と、前記スロットに挿入されて前記固定子鉄心に巻装された固定子巻線とを備えた固定子と、前記回転子鉄心の隣接する前記爪状磁極片の間に配設されて、前記隣接する前記爪状磁極片の間の漏洩磁束を低減する向きに着磁された永久磁石と、前記回転子鉄心の両側に設けられ、前記回転子巻線と前記永久磁石とを冷却する2つの冷却ファンと、正極側アームのスイッチング素子と負極側アームのスイッチング素子とから構成され、入出力端子から入力される電力の直流と交流とを変換する電力変換部と、前記正極側アームのスイッチング素子及び前記負極側アームのスイッチング素子のオン・オフ制御を行う制御装置と、前記車両用回転電機の回転速度を検出する回転速度検出部とを備え、前記固定子巻線は、多相結線された2つの巻線を前記固定子鉄心にそれぞれ独立して巻装して形成した、第1多相巻線と第2多相巻線とを含み、前記制御装置は、前記入出力端子の電圧値が、予め設定された閾値電圧以上か否かを検出する異常電圧検出部と、前記異常電圧検出部が前記入出力端子の電圧値が前記閾値電圧以上であることを検出したときに、前記第1多相巻線および前記第2多相巻線の前記負極側アームのスイッチング素子を導通させることで、前記第1多相巻線の多相短絡および前記第2多相巻線の多相短絡を行う、負極側アーム短絡部とを備え、前記制御装置は、前記異常電圧検出部が前記入出力端子の電圧値が前記閾値電圧以上であることを検出した場合に、前記回転速度検出部で検出された前記回転速度が予め設定された閾値より大きいときは、前記負極側アーム短絡部により、前記第1多相巻線の多相短絡と前記第2多相巻線の多相短絡とを同時に行い、前記回転速度検出部で検出された前記回転速度が予め設定された閾値以下のときは、前記負極側アーム短絡部により、前記第1多相巻線の多相短絡を行った後に、前記第2多相巻線の多相短絡を行う、車両用回転電機である。   The present invention is a rotating electrical machine for a vehicle that exchanges DC power and AC power, and includes a rotor core having a plurality of claw-shaped magnetic pole pieces provided on the outer periphery, and a rotor winding wound around the rotor core A rotor provided with a wire, a stator core disposed opposite to the outer periphery of the rotor core and having a plurality of slots formed on the inner periphery, and wound around the stator core inserted into the slot Between the adjacent claw-shaped magnetic pole pieces of the rotor core and the leakage magnetic flux between the adjacent claw-shaped magnetic pole pieces is reduced. A permanent magnet magnetized in the direction, two cooling fans provided on both sides of the rotor core, for cooling the rotor winding and the permanent magnet, a switching element for the positive arm, and a negative arm Switching elements, and A power conversion unit that converts between direct current and alternating current, a control device that performs on / off control of the switching element of the positive arm and the switching element of the negative arm, and detecting the rotational speed of the vehicular rotating electrical machine A first multiphase winding and a second multiphase winding, each of which is formed by independently winding two windings connected in a multiphase manner around the stator core. The control device includes an abnormal voltage detection unit that detects whether a voltage value of the input / output terminal is equal to or higher than a preset threshold voltage; and the abnormal voltage detection unit When detecting that the voltage value of the terminal is equal to or higher than the threshold voltage, the first multiphase winding and the switching element of the negative arm of the second multiphase winding are made conductive, so that the first Multiphase short circuit of the multiphase winding and the second multiphase A negative-side arm short-circuit unit that performs multi-phase short-circuiting of the wire, and when the control device detects that the voltage value of the input / output terminal is equal to or higher than the threshold voltage, When the rotation speed detected by the rotation speed detection unit is larger than a preset threshold, the negative-side arm short-circuit unit causes the multi-phase short circuit of the first multi-phase winding and the second multi-phase winding to When the rotational speed detected by the rotational speed detection unit is equal to or lower than a preset threshold value, the negative-phase arm short-circuit unit causes the first multi-phase winding to be short-circuited. This is a vehicular rotating electrical machine that performs a multi-phase short circuit of the second multi-phase winding after performing the above.

この発明の車両用回転電機によれば、前記異常電圧検出部が前記入出力端子の電圧値が前記閾値以上であることを検出した場合に、前記回転速度検出部で検出された前記回転速度が予め設定された閾値より大きいときは、前記負極側アーム短絡部により、前記第1多相巻線の多相短絡と前記第2多相巻線の多相短絡とを同時に行い、前記回転速度検出部で検出された前記回転速度が予め設定された閾値以下のときは、前記負極側アーム短絡部により、前記第1多相巻線の多相短絡を行った後に、前記第2多相巻線の多相短絡を行うようにしたので、高回転速度域および低回転速度域の両方において、多相短絡時の永久磁石の昇温を抑制することができる。   According to the rotating electrical machine for a vehicle of the present invention, when the abnormal voltage detection unit detects that the voltage value of the input / output terminal is equal to or higher than the threshold value, the rotation speed detected by the rotation speed detection unit is When the threshold value is larger than a preset threshold value, the negative-phase arm short-circuit unit simultaneously performs the multi-phase short circuit of the first multi-phase winding and the multi-phase short circuit of the second multi-phase winding to detect the rotational speed. When the rotation speed detected by the part is equal to or lower than a preset threshold value, the second multi-phase winding is performed after performing the multi-phase short circuit of the first multi-phase winding by the negative arm short circuit part. Since the multiphase short circuit is performed, the temperature increase of the permanent magnet at the time of the multiphase short circuit can be suppressed in both the high rotational speed region and the low rotational speed region.

この発明の実施の形態1に係る車両用回転電機の構成を示した縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view which showed the structure of the rotary electric machine for vehicles which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る車両用回転電機に設けられた回転子鉄心の構成を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the structure of the rotor core provided in the rotary electric machine for vehicles which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る車両用回転電機に設けられた電力変換装置の構成を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the structure of the power converter device provided in the rotary electric machine for vehicles which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る車両用回転電機に設けられた制御装置の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the control apparatus provided in the rotary electric machine for vehicles which concerns on Embodiment 1 of this invention. 車両用回転電機における回転速度と永久磁石の温度変化との関係をグラフで示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the relationship between the rotational speed in the rotary electric machine for vehicles, and the temperature change of a permanent magnet with the graph.

実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る車両用回転電機(以下、回転電機100と呼ぶ。)の構成を示す縦断面図である。図1に示すように、実施の形態1に係る回転電機は、制御装置一体型回転電機である。また、図2は、この発明の実施の形態1に係る回転電機100の回転子鉄心4の構成を示す斜視図である。
Embodiment 1 FIG.
1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a vehicular rotating electrical machine (hereinafter referred to as a rotating electrical machine 100) according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the rotating electrical machine according to Embodiment 1 is a controller-integrated rotating electrical machine. FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the rotor core 4 of the rotary electric machine 100 according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、回転電機100は、固定子鉄心3と回転子鉄心4とを備えている。固定子鉄心3は、フロントブラケット1とリヤブラケット2とにより支持されている。回転子鉄心4は、固定子鉄心3の内側空間内に挿入されている。   In FIG. 1, the rotating electrical machine 100 includes a stator core 3 and a rotor core 4. The stator core 3 is supported by the front bracket 1 and the rear bracket 2. The rotor core 4 is inserted into the inner space of the stator core 3.

回転子鉄心4は、複数の磁極片(図2の4a,4b参照)を有している。これらの磁極片は、固定子鉄心3の内周面に対して、空隙を介して、対向している。回転子鉄心4には、界磁巻線としての回転子巻線7が巻装されている。   The rotor core 4 has a plurality of magnetic pole pieces (see 4a and 4b in FIG. 2). These magnetic pole pieces are opposed to the inner peripheral surface of the stator core 3 through a gap. A rotor winding 7 is wound around the rotor core 4 as a field winding.

また、固定子鉄心3には、電機子巻線としての固定子巻線301,302が巻装されている。固定子巻線301,302のコイル片は、固定子鉄心3のスロット内に挿入されている。固定子巻線301,302は、それぞれ、三相巻線から構成されている。固定子巻線301,302は、並列結線されている。   Further, stator windings 301 and 302 as armature windings are wound around the stator core 3. The coil pieces of the stator windings 301 and 302 are inserted into the slots of the stator core 3. The stator windings 301 and 302 are each composed of a three-phase winding. The stator windings 301 and 302 are connected in parallel.

固定子鉄心3と固定子巻線301,302とは、回転電機100の固定子5を構成している。また、回転子鉄心4と回転子巻線7とは、回転電機100の回転子13を構成している。   The stator core 3 and the stator windings 301 and 302 constitute the stator 5 of the rotating electrical machine 100. Further, the rotor core 4 and the rotor winding 7 constitute a rotor 13 of the rotating electrical machine 100.

また、フロントブラケット1とリヤブラケット2とは、複数のボルト101により、互いに接近する方向に締め付けられ、固定子鉄心3を強固に挟持している。   Further, the front bracket 1 and the rear bracket 2 are tightened in a direction approaching each other by a plurality of bolts 101, and the stator core 3 is firmly held.

回転子軸6は、回転子鉄心4の中心部を貫通している。回転子軸6は、フロントブラケット1に支持されたフロント側軸受61と、リヤブラケット2に支持されたリヤ側軸受62とにより、回動自在に支持されている。   The rotor shaft 6 passes through the center of the rotor core 4. The rotor shaft 6 is rotatably supported by a front side bearing 61 supported by the front bracket 1 and a rear side bearing 62 supported by the rear bracket 2.

回転子鉄心4のフロント側端面には、フロント側冷却ファン51が固定されている。また、回転子鉄心4のリヤ側端面には、リヤ側冷却ファン52が固定されている。フロント側冷却ファン51及びリヤ側冷却ファン52は、回転子鉄心4と共に回転して、フロントブラケット1及びリヤブラケット2の外部から内部に空気を流入させ、回転電機本体102の内部を冷却する。フロント側冷却ファン51及びリヤ側冷却ファン52は、共に、遠心ファンから構成されている。なお、以下では、フロント側冷却ファン51及びリヤ側冷却ファン52をまとめて呼ぶ場合には、冷却ファン51,52と呼ぶこととする。   A front cooling fan 51 is fixed to the front end face of the rotor core 4. A rear cooling fan 52 is fixed to the rear end face of the rotor core 4. The front-side cooling fan 51 and the rear-side cooling fan 52 rotate together with the rotor core 4 and allow air to flow from the outside of the front bracket 1 and the rear bracket 2 to cool the inside of the rotating electrical machine main body 102. Both the front side cooling fan 51 and the rear side cooling fan 52 are constituted by centrifugal fans. Hereinafter, when the front side cooling fan 51 and the rear side cooling fan 52 are collectively referred to, they are referred to as cooling fans 51 and 52.

回転子鉄心4は、永久磁石41を備えている。永久磁石41は、軸方向で、フロント側冷却ファン51とリヤ側冷却ファン52との間に配置されている。   The rotor core 4 includes a permanent magnet 41. The permanent magnet 41 is disposed between the front cooling fan 51 and the rear cooling fan 52 in the axial direction.

図2に示すように、固定子鉄心4には、周方向に、爪部4aと爪部4bとが交互に設けられている。爪部4a及び爪部4bは、爪状の磁極片から構成されている。爪部4a及び爪部4bの外側の表面の形状は、図2に示されるように、台形になっている。爪部4aの周方向の幅は、リヤ側が最も広く、フロント側に向かって徐々に狭くなっている。また、爪部4aの径方向の厚みは、リヤ側が最も厚く、フロント側に向かって徐々に薄くなっている。爪部4aは、固定子鉄心4との間に、空間4cを備えている。空間4cは、軸方向に延びた貫通穴である。一方、爪部4bの周方向の幅は、リヤ側が最も狭く、フロント側に向かって徐々に広くなっている。また、爪部4bの径方向の厚みは、リヤ側が最も薄く、フロント側に向かって徐々に厚くなっている。爪部4bは、固定子鉄心4との間に、空間4dを備えている。空間4dは、軸方向に延びた貫通穴である。また、隣接する爪部4aと爪部4bとの間には、永久磁石41が設けられている。永久磁石41は、隣接する爪部4aと爪部4bとの間の漏洩磁束を低減する向きに着磁されている。   As shown in FIG. 2, the stator core 4 is provided with claw portions 4a and claw portions 4b alternately in the circumferential direction. The claw portion 4a and the claw portion 4b are constituted by claw-shaped magnetic pole pieces. The shape of the outer surface of the nail | claw part 4a and the nail | claw part 4b is trapezoid as FIG. 2 shows. The claw portion 4a has a circumferential width that is widest on the rear side and gradually narrows toward the front side. Further, the radial thickness of the claw portion 4a is thickest on the rear side and gradually decreases toward the front side. The claw portion 4 a includes a space 4 c between the claw portion 4 a and the stator core 4. The space 4c is a through hole extending in the axial direction. On the other hand, the circumferential width of the claw portion 4b is narrowest on the rear side and gradually increases toward the front side. The radial thickness of the claw portion 4b is the thinnest on the rear side and gradually increases toward the front side. The claw portion 4 b includes a space 4 d between the claw portion 4 b and the stator core 4. The space 4d is a through hole extending in the axial direction. Further, a permanent magnet 41 is provided between the adjacent claw portions 4a and claw portions 4b. The permanent magnet 41 is magnetized in a direction to reduce the leakage magnetic flux between the adjacent claw portions 4a and claw portions 4b.

図1に示すフロント側冷却ファン51により生成された風は、回転子鉄心4の爪部4bの空間4dを通過し、永久磁石41を冷却する。また同様に、リヤ側冷却ファン52により生成された風は、回転子鉄心4の爪部4aの空間である4cを通過し、永久磁石41を冷却する。   The wind generated by the front cooling fan 51 shown in FIG. 1 passes through the space 4 d of the claw portion 4 b of the rotor core 4 and cools the permanent magnet 41. Similarly, the wind generated by the rear cooling fan 52 passes through the space 4c of the claw portion 4a of the rotor core 4 and cools the permanent magnet 41.

図1に示すように、回転子軸6のフロント側端部には、プーリ12が固定されている。プーリ12には、車両のエンジン(図示せず)の回転軸と連動する伝達ベルト(図示せず)が巻き掛けられている。一方、回転子軸6のリヤ側端部の周面には、一対のスリップリング8が固定されている。一対のスリップリング8は、一対のブラシ9と摺動接触している。一対のブラシ9は、ブラシホルダー90に支持されている。   As shown in FIG. 1, a pulley 12 is fixed to the front side end of the rotor shaft 6. The pulley 12 is wound around a transmission belt (not shown) that interlocks with a rotating shaft of a vehicle engine (not shown). On the other hand, a pair of slip rings 8 are fixed to the peripheral surface of the rear side end portion of the rotor shaft 6. The pair of slip rings 8 is in sliding contact with the pair of brushes 9. The pair of brushes 9 are supported by the brush holder 90.

磁極位置検出センサー10が、回転子軸6のリヤ側端部とリヤブラケット2との間に配置されている。磁極位置検出センサー10は、シンクロレゾルバから構成されている。磁極位置検出センサー10は、回転子軸6のリヤ側端部に固定されたセンサー回転子111と、センサー回転子111に対向してリヤブラケット2に固定されたセンサー固定子112と、センサー固定子112に固定されたセンサー巻線113とを備えている。磁極位置検出センサー10は、回転子軸6の回転を検出することで、回転電機100の回転速度を検出している。   A magnetic pole position detection sensor 10 is disposed between the rear end of the rotor shaft 6 and the rear bracket 2. The magnetic pole position detection sensor 10 is composed of a sync resolver. The magnetic pole position detection sensor 10 includes a sensor rotor 111 fixed to the rear side end of the rotor shaft 6, a sensor stator 112 fixed to the rear bracket 2 so as to face the sensor rotor 111, and a sensor stator. And a sensor winding 113 fixed to 112. The magnetic pole position detection sensor 10 detects the rotation speed of the rotating electrical machine 100 by detecting the rotation of the rotor shaft 6.

制御回路基板40は、樹脂製の基板収納ケース71内に収納されている。制御回路基板40上には、制御装置30を構成する制御回路が形成されている。制御回路は、後述する電力変換部21のスイッチング動作を制御する。基板収納ケース71は、ヒートシンク23の外側面部に固定されている。基板収納ケース71は、制御回路基板40を収納している。   The control circuit board 40 is housed in a resin board housing case 71. A control circuit constituting the control device 30 is formed on the control circuit board 40. The control circuit controls the switching operation of the power converter 21 described later. The substrate storage case 71 is fixed to the outer surface portion of the heat sink 23. The substrate storage case 71 stores the control circuit board 40.

電力変換装置20は、リヤブラケット2の外部に固定されている。電力変換装置20は、ターミナル22aと電力変換部21とから構成されている。電力変換装置20は、固定子巻線301,302とバッテリ(図示せず)との間の電力変換を行なう。電力変換装置20は、6個の電力変換部21を有し、6相インバータ若しくは6相コンバータとして動作する。   The power conversion device 20 is fixed to the outside of the rear bracket 2. The power converter 20 includes a terminal 22a and a power converter 21. The power conversion device 20 performs power conversion between the stator windings 301 and 302 and a battery (not shown). The power conversion device 20 includes six power conversion units 21 and operates as a six-phase inverter or a six-phase converter.

図3は、この発明の実施の形態1に係る回転電機100に設けられた電力変換装置20の回路構成を示した回路図である。図3に示すように、実施の形態1では、車両用電力変換器としての6個の電力変換部21が設けられている。   FIG. 3 is a circuit diagram showing a circuit configuration of power conversion device 20 provided in rotary electric machine 100 according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 3, in the first embodiment, six power conversion units 21 as vehicle power converters are provided.

各電力変換部21において、2個の半導体スイッチング素子223,224,225,226が直列接続されている。具体的には、半導体スイッチング素子223a,223b,223cには、それぞれ、半導体スイッチング素子224a,224b,224cが直列接続されている。さらに、半導体スイッチング素子225a,225b,225cには、それぞれ、半導体スイッチング素子226a,226b,226cが直列接続されている。各半導体スイッチング素子223,224,225,226には、それぞれ、1つのダイオードが逆並列接続されている。各電力変換部21において、これらの2個の半導体スイッチング素子と2個のダイオードとが、樹脂に封入されて、1個のパッケージとして、パワーモジュールを構成している。   In each power conversion unit 21, two semiconductor switching elements 223, 224, 225, and 226 are connected in series. Specifically, semiconductor switching elements 224a, 224b, and 224c are connected in series to the semiconductor switching elements 223a, 223b, and 223c, respectively. Furthermore, semiconductor switching elements 226a, 226b, and 226c are connected in series to the semiconductor switching elements 225a, 225b, and 225c, respectively. Each semiconductor switching element 223, 224, 225, 226 is connected in reverse parallel to one diode. In each power conversion unit 21, these two semiconductor switching elements and two diodes are sealed in a resin to constitute a power module as one package.

各電力変換部21において、上側に設けられた1つの半導体スイッチング素子223,225と、当該半導体スイッチング素子に逆並列されたダイオードとが、6相ブリッジ回路のうちの1相分の正極側アームを構成している。   In each power conversion unit 21, one semiconductor switching element 223, 225 provided on the upper side and a diode antiparallel to the semiconductor switching element form a positive arm for one phase of the six-phase bridge circuit. It is composed.

各電力変換部21において、下側に設けられた1つの半導体スイッチング素子224,226と、当該半導体スイッチング素子に逆並列されたダイオードとが、6相ブリッジ回路のうちの1相分の負極側アームを構成している。   In each power conversion unit 21, one semiconductor switching element 224, 226 provided on the lower side and a diode antiparallel to the semiconductor switching element are connected to the negative-side arm for one phase of the six-phase bridge circuit. Is configured.

各電力変換部21の直列接続された2個の半導体スイッチング素子の直列接続点が、6相(U,V,W,X,Y、Z)の固定子巻線のうちの1相の固定子巻線301,302のそれぞれに接続される。
具体的には、半導体スイッチング素子223a,224aの直列接続点が、固定子巻線301のU相に接続されている。半導体スイッチング素子223b,224bの直列接続点が、固定子巻線301のV相に接続されている。半導体スイッチング素子223c,224cの直列接続点が、固定子巻線301のW相に接続されている。
同様に、半導体スイッチング素子225a,226aの直列接続点が、固定子巻線302のZ相に接続されている。半導体スイッチング素子225b,226bの直列接続点が、固定子巻線302のY相に接続されている。半導体スイッチング素子225c,226cの直列接続点が、固定子巻線302のX相に接続されている。
A series connection point of two semiconductor switching elements connected in series in each power conversion unit 21 is a one-phase stator of six-phase (U, V, W, X, Y, Z) stator windings. Each of the windings 301 and 302 is connected.
Specifically, the series connection point of the semiconductor switching elements 223 a and 224 a is connected to the U phase of the stator winding 301. A series connection point of the semiconductor switching elements 223 b and 224 b is connected to the V phase of the stator winding 301. A series connection point of the semiconductor switching elements 223 c and 224 c is connected to the W phase of the stator winding 301.
Similarly, the series connection point of the semiconductor switching elements 225 a and 226 a is connected to the Z phase of the stator winding 302. A series connection point of the semiconductor switching elements 225 b and 226 b is connected to the Y phase of the stator winding 302. A series connection point of the semiconductor switching elements 225 c and 226 c is connected to the X phase of the stator winding 302.

上述のように構成された6個の電力変換部21は、それぞれ、バッテリ(図示なし)からのプラス電源入力のBターミナル24に接続されるターミナル22aに接続される。   Each of the six power converters 21 configured as described above is connected to a terminal 22a connected to a B terminal 24 for positive power input from a battery (not shown).

電力変換装置20は制御装置30に接続され、モータジェネレータ部とターミナル22aとから構成されている。制御装置30は、電力変換部21の半導体スイッチング素子のオン・オフ制御を行う。回転電機本体102は、U、V、W相端子を有する第一の固定子巻線301と、X、Y、Z相端子を有する第二の固定子巻線302と、回転子巻線7とから、構成されている。   The power conversion device 20 is connected to the control device 30 and includes a motor generator unit and a terminal 22a. The control device 30 performs on / off control of the semiconductor switching element of the power conversion unit 21. The rotating electrical machine main body 102 includes a first stator winding 301 having U, V, and W phase terminals, a second stator winding 302 having X, Y, and Z phase terminals, and a rotor winding 7. Is made up of.

モータジェネレータ部は、図3の一点鎖線で囲まれた部分から構成されている。すなわち、モータジェネレータ部は、図3に示すように、界磁スイッチング素子22と、フリーホイールダイオード222と、第一の三相上アームスイッチング素子223a〜223cと、第一の三相下アームスイッチング素子224a〜224cと、第二の三相上アームスイッチング素子225a〜225cと、第二の三相下アームスイッチング素子226a〜227cとから構成されている。界磁スイッチング素子22は、界磁回路を構成しており、回転子巻線7に流れる界磁電流の通電制御をPWM制御により行う。フリーホイールダイオード222は、界磁スイッチング素子22に直列接続されている。   The motor generator section is composed of a portion surrounded by a one-dot chain line in FIG. That is, as shown in FIG. 3, the motor generator unit includes a field switching element 22, a free wheel diode 222, first three-phase upper arm switching elements 223 a to 223 c, and first three-phase lower arm switching elements. 224a to 224c, second three-phase upper arm switching elements 225a to 225c, and second three-phase lower arm switching elements 226a to 227c. The field switching element 22 constitutes a field circuit and performs energization control of the field current flowing through the rotor winding 7 by PWM control. The freewheel diode 222 is connected in series to the field switching element 22.

第一の三相上アームスイッチング素子223a〜223cおよび第一の三相下アームスイッチング素子224a〜224cは、寄生ダイオードを内蔵しており、電機子巻線の通電制御を行うためのブリッジ整流回路を構成している。また、第一の三相上アームスイッチング素子223a〜223cには、バッテリからのプラス電源入力のB端子24が接続されている。第一の三相下アームスイッチング素子224a〜224cには、バッテリからのアース入力であるGND端子が接続されている。   The first three-phase upper arm switching elements 223a to 223c and the first three-phase lower arm switching elements 224a to 224c have a built-in parasitic diode, and a bridge rectifier circuit for controlling energization of the armature winding. It is composed. Further, a positive power input B terminal 24 from a battery is connected to the first three-phase upper arm switching elements 223a to 223c. The first three-phase lower arm switching elements 224a to 224c are connected to a GND terminal which is a ground input from the battery.

同様に、第二の三相上アームスイッチング素子225a〜225cおよび第二の三相下アームスイッチング素子226a〜226cは、寄生ダイオードを内蔵しており、電機子巻線の通電制御を行うためのブリッジ整流回路を構成している。また、第二の三相上アームスイッチング素子225a〜225cには、バッテリからのプラス電源入力のB端子24が接続されている。第二の三相下アームスイッチング素子226a〜226cには、バッテリからのアース入力であるGND端子が接続されている。   Similarly, the second three-phase upper arm switching elements 225a to 225c and the second three-phase lower arm switching elements 226a to 226c have a built-in parasitic diode, and a bridge for controlling energization of the armature winding. A rectifier circuit is configured. Further, a positive power source input B terminal 24 from a battery is connected to the second three-phase upper arm switching elements 225a to 225c. The second three-phase lower arm switching elements 226a to 226c are connected to a GND terminal which is a ground input from the battery.

なお、図3においては、回転電機本体102が、固定子巻線301,302と回転子巻線7とを備えた三相界磁巻線方式発電電動機として記載されているが、本発明は、三相に限定されないため、相数は、三相以外でもよい。さらに、実施の形態1では、回転電機100において、電力変換装置20と回転電機本体102とが一体となっていると説明したが、電力変換装置20と回転電機本体102とは物理的に分割されていても構わない。   In FIG. 3, the rotating electrical machine main body 102 is described as a three-phase field winding generator motor including the stator windings 301 and 302 and the rotor winding 7. Since it is not limited to three phases, the number of phases may be other than three phases. Furthermore, in Embodiment 1, it has been described that the power conversion device 20 and the rotary electric machine main body 102 are integrated in the rotary electric machine 100, but the power conversion device 20 and the rotary electric machine main body 102 are physically divided. It does not matter.

次に、制御装置30の内部構成について説明する。図4は、制御装置30の内部構成を示したブロック図である。図4に示すように、制御装置30は、B端子電圧検出部401と、界磁電流検出部402と、マイコン403と、ゲートドライバ404とから構成されている。マイコン403は、異常電圧検出部405と、負極側アーム短絡部406と、界磁電流制御部407とから構成されている。   Next, the internal configuration of the control device 30 will be described. FIG. 4 is a block diagram showing the internal configuration of the control device 30. As shown in FIG. 4, the control device 30 includes a B terminal voltage detection unit 401, a field current detection unit 402, a microcomputer 403, and a gate driver 404. The microcomputer 403 includes an abnormal voltage detection unit 405, a negative arm short circuit unit 406, and a field current control unit 407.

なお、制御装置30は、図4に記載した以外にも、車両用電力変換器のさまざまな機能を有するが、ここでは本発明に関係する部分のみ図4に記載している。
同様に、マイコン403は、図4に記載した以外にも、車両用電力変換器のさまざまな機能を有するが、ここでは本発明に関係する部分のみ図4に記載している。
マイコン403には、通常時に、PWM制御により、第一の三相上アームスイッチング素子223a〜223cおよび第一の三相下アームスイッチング素子224a〜224c、および、第二の三相上アームスイッチング素子225a〜225cおよび第二の三相下アームスイッチング素子226a〜226cを、オン・オフ操作するためのゲート信号を出力するPWM制御部が設けられているが、図4では、PWM制御部についても、図示を省略している。電力変換装置20は、各スイッチング素子223,224,225,226をON、OFFすることで、バッテリから得られる直流電力を交流電力に変換し、また、回転電機本体102から得られる交流電力を直流電力に変換する。
The control device 30 has various functions of the vehicle power converter other than those shown in FIG. 4, but only the portions related to the present invention are shown in FIG.
Similarly, the microcomputer 403 has various functions of the vehicular power converter other than those shown in FIG. 4, but only the portion related to the present invention is shown in FIG. 4 here.
The microcomputer 403 normally includes the first three-phase upper arm switching elements 223a to 223c, the first three-phase lower arm switching elements 224a to 224c, and the second three-phase upper arm switching element 225a by PWM control. ˜225c and the second three-phase lower arm switching elements 226a˜226c are provided with a PWM control unit that outputs a gate signal for turning on / off, FIG. 4 also illustrates the PWM control unit. Is omitted. The power conversion device 20 converts the DC power obtained from the battery into AC power by turning on and off the switching elements 223, 224, 225, and 226, and also converts the AC power obtained from the rotating electrical machine body 102 into DC power. Convert to electricity.

B端子電圧検出部401は、電力変換装置20の負極側端子GNDの電位を基準とし、回転電機100のB端子24の電圧VB(B端子電圧)を検出し、検出した電圧VBをマイコン403のAD入力範囲内に変換して、信号Vbsigとして、マイコン403に入力する。   The B terminal voltage detection unit 401 detects the voltage VB (B terminal voltage) of the B terminal 24 of the rotating electrical machine 100 using the potential of the negative terminal GND of the power conversion device 20 as a reference, and the detected voltage VB of the microcomputer 403 is detected. The signal is converted into the AD input range and input to the microcomputer 403 as the signal Vbsig.

界磁電流検出部402は、回転子巻線7に流れる電流を電流センサにて検出し、検出した電流値をマイコン403のAD入力範囲内に変換して、信号Ifsigとして、マイコン403に入力する。   The field current detection unit 402 detects the current flowing through the rotor winding 7 with a current sensor, converts the detected current value into the AD input range of the microcomputer 403, and inputs it to the microcomputer 403 as a signal Ifsig. .

マイコン403の異常電圧検出部405には、B端子電圧検出部401からの信号Vbsigが入力される。異常電圧検出部405は、信号Vbsingに基づいて、B端子電圧が過電圧か否かを検出する。   The abnormal voltage detection unit 405 of the microcomputer 403 receives the signal Vbsig from the B terminal voltage detection unit 401. The abnormal voltage detection unit 405 detects whether or not the B terminal voltage is an overvoltage based on the signal Vbsing.

マイコン403の負極側アーム短絡部406は、異常電圧検出部405によってB端子電圧の過電圧が検出された場合に、負極側アームのスイッチング素子224a〜224cおよび226a〜226cを導通させるためのゲート信号を、ゲートドライバ404に出力する。   The negative arm short circuit unit 406 of the microcomputer 403 provides a gate signal for conducting the switching elements 224a to 224c and 226a to 226c of the negative arm when the abnormal voltage detection unit 405 detects an overvoltage of the B terminal voltage. To the gate driver 404.

マイコン403の界磁電流制御部407には、異常電圧検出部405の検出結果と、界磁電流検出部402から出力される信号Ifsigとが入力される。界磁電流制御部407は、それらの信号に基づいて、電力変換装置20の界磁スイッチング素子22のオン・オフ制御を行うための信号IfHをゲートドライバ404に出力することで、回転子巻線7に流れる電流を制御する。 The detection result of the abnormal voltage detection unit 405 and the signal Ifsig output from the field current detection unit 402 are input to the field current control unit 407 of the microcomputer 403. The field current control unit 407 outputs a signal IfH * for performing on / off control of the field switching element 22 of the power conversion device 20 to the gate driver 404 based on these signals, thereby rotating the rotor winding. The current flowing in the line 7 is controlled.

ゲートドライバ404では、マイコン403の負極側アーム短絡部406から出力されるゲート信号UL,VL,WL,XL,YL,ZLに基づき、電力変換装置20のスイッチング素子224a〜224cおよび226a〜226cのゲート操作を行うための信号ULG,VLG,WLG,XLG,YLG,ZLGを出力して、スイッチング素子224a〜224cおよび226a〜226cを導通させる。また、ゲートドライバ404は、マイコン403の界磁電流制御部407から出力される信号IfHに基づき、電力変換装置20の界磁スイッチング素子22のオン・オフ操作を行うための信号IfGを出力して、界磁スイッチング素子22のスイッチングを行う。 In the gate driver 404, based on the gate signals UL * , VL * , WL * , XL * , YL * , ZL * output from the negative arm short circuit unit 406 of the microcomputer 403, the switching elements 224a to 224c of the power conversion device 20 are used. And outputs signals ULG, VLG, WLG, XLG, YLG, and ZLG for performing the gate operation of 226a to 226c to make the switching elements 224a to 224c and 226a to 226c conductive. Further, the gate driver 404 outputs a signal IfG for performing on / off operation of the field switching element 22 of the power converter 20 based on the signal IfH * output from the field current control unit 407 of the microcomputer 403. Thus, the field switching element 22 is switched.

ここで、負極側アームの短絡動作について説明する。マイコン403の異常電圧検出部405は、B端子電圧検出部401から出力された信号Vbsigに基づき、B端子電圧の過電圧を検出する。B端子電圧の過電圧の検出方法は、以下のように行う。例えば、14[V]システムであれば、18[V]程度を異常電圧検出しきい値とし、28[V]システムであれば、34[V]程度を異常電圧検出しきい値とする。そうして、B端子電圧検出部401で検出された電圧値が、異常電圧検出しきい値を超えた場合に、異常電圧検出部405は、B端子電圧が過電圧であると検出する。   Here, the short-circuit operation of the negative arm will be described. The abnormal voltage detection unit 405 of the microcomputer 403 detects an overvoltage of the B terminal voltage based on the signal Vbsig output from the B terminal voltage detection unit 401. The overvoltage detection method for the B terminal voltage is performed as follows. For example, in the case of a 14 [V] system, about 18 [V] is set as an abnormal voltage detection threshold, and in the case of a 28 [V] system, about 34 [V] is set as an abnormal voltage detection threshold. Then, when the voltage value detected by the B terminal voltage detection unit 401 exceeds the abnormal voltage detection threshold, the abnormal voltage detection unit 405 detects that the B terminal voltage is an overvoltage.

負極側アーム短絡部406は、異常電圧検出部405がB端子電圧が過電圧であることを検出した場合に、負極側アームのスイッチング素子224a〜224cおよび226a〜226cを導通させることで、第1固定子巻線301と第2固定子巻線302の三相短絡を行う。   When the abnormal voltage detection unit 405 detects that the B terminal voltage is an overvoltage, the negative electrode side arm short-circuit unit 406 conducts the switching elements 224a to 224c and 226a to 226c of the negative side arm to conduct the first fixing. A three-phase short circuit between the child winding 301 and the second stator winding 302 is performed.

一方、異常電圧検出部405がB端子電圧が過電圧であることを検出しない場合には、負極側アーム短絡部406は、第1固定子巻線301と第2固定子巻線302の三相短絡を行なわない。   On the other hand, when the abnormal voltage detection unit 405 does not detect that the B terminal voltage is an overvoltage, the negative arm short circuit unit 406 performs a three-phase short circuit between the first stator winding 301 and the second stator winding 302. Do not do.

実施の形態1では、このように、過電圧を検出した場合に、第1固定子巻線301と第2固定子巻線302の三相短絡を行うことで、永久磁石41の昇圧を抑制し、減磁を防止している。   In the first embodiment, when an overvoltage is detected in this way, the three-phase short circuit between the first stator winding 301 and the second stator winding 302 is performed, thereby suppressing the boosting of the permanent magnet 41, Demagnetization is prevented.

しかしながら、第1固定子巻線301の三相短絡と第2固定子巻線302の三相短絡とを同時に行うと、永久磁石41に渦電流が発生し、永久磁石41が発熱してしまう。そのため、実施の形態1においては、以下のように、回転電機100の回転速度に応じて、三相短絡を行うタイミングを切り替える。   However, if the three-phase short circuit of the first stator winding 301 and the three-phase short circuit of the second stator winding 302 are simultaneously performed, an eddy current is generated in the permanent magnet 41 and the permanent magnet 41 generates heat. Therefore, in Embodiment 1, the timing for performing the three-phase short circuit is switched according to the rotation speed of the rotating electrical machine 100 as follows.

実施の形態1では、永久磁石41及び回転子巻線7のフロント側とリヤ側に、冷却ファン51,52が設けられている。冷却ファン51,52のそれぞれの風量は、回転電機100の回転速度に比例して、増減する。回転子13部分の通風量は、冷却ファン51の風量と冷却ファン52の風量との差で示され、冷却ファン51の風量と冷却ファン52の風量が異なるように設定されている。ゆえに回転子13に通風される風量は、回転電機100の回転速度に比例して、増減する。そのため、回転速度が高回転速度域においては、冷却ファン51,52により、永久磁石41と回転子巻線7とが効率よく冷却される。   In the first embodiment, cooling fans 51 and 52 are provided on the front side and the rear side of the permanent magnet 41 and the rotor winding 7. The respective air volumes of the cooling fans 51 and 52 increase and decrease in proportion to the rotation speed of the rotating electrical machine 100. The air flow rate of the rotor 13 is indicated by the difference between the air flow rate of the cooling fan 51 and the air flow rate of the cooling fan 52, and is set so that the air flow rate of the cooling fan 51 and the air flow rate of the cooling fan 52 are different. Therefore, the amount of air that is passed through the rotor 13 increases or decreases in proportion to the rotational speed of the rotating electrical machine 100. Therefore, when the rotation speed is high, the permanent magnet 41 and the rotor winding 7 are efficiently cooled by the cooling fans 51 and 52.

そのため、高回転速度域では、負極側アーム短絡部406が、第一の三相巻線301の三相短絡と第二の三相巻線302の三相短絡とを同時に行うことで、相短絡制御の渦電流により永久磁石41が発熱しても、風量が著しく大きくなるため、減磁開始温度には至らず、減磁を防止することができる。また、第一の三相巻線301の三相短絡と第二の三相巻線302の三相短絡とを同時に行うので、過電圧の減衰時間が速く、他の電子機器に影響を与えることを防ぐことができる。   Therefore, in the high rotation speed region, the negative-side arm short-circuit unit 406 simultaneously performs the three-phase short circuit of the first three-phase winding 301 and the three-phase short circuit of the second three-phase winding 302, thereby causing a phase short circuit. Even if the permanent magnet 41 generates heat due to the eddy current of control, the air volume becomes remarkably large, so that the demagnetization start temperature is not reached and demagnetization can be prevented. In addition, since the three-phase short circuit of the first three-phase winding 301 and the three-phase short circuit of the second three-phase winding 302 are simultaneously performed, the overvoltage decay time is fast, which affects other electronic devices. Can be prevented.

一方、低回転速度域では、永久磁石41と回転子巻線7との両側の冷却ファンの風量が小さくなる。風量が小さいと、回転子巻線7が発熱し、永久磁石41に熱伝導され、永久磁石41の温度が上昇する。そのため、実施の形態1では、低回転速度域においては、渦電流の発生を抑えるために、第一の三相巻線の三相短絡を行った後に、第二の三相巻線の三相短絡を順に行う。このように、低回転速度域では、第一の三相巻線301の三相短絡と第二の三相巻線302の三相短絡とを同時に行わないようにしたので、渦電流の発生を抑えることができる。その結果、渦電流による永久磁石41の昇温を抑えることができるので、減磁を防止できる。   On the other hand, in the low rotational speed region, the airflow of the cooling fans on both sides of the permanent magnet 41 and the rotor winding 7 is small. When the air volume is small, the rotor winding 7 generates heat, is thermally conducted to the permanent magnet 41, and the temperature of the permanent magnet 41 rises. Therefore, in the first embodiment, in order to suppress the generation of eddy current in the low rotation speed region, after performing the three-phase short circuit of the first three-phase winding, the three-phase of the second three-phase winding. Short circuit in order. As described above, in the low rotational speed region, the three-phase short circuit of the first three-phase winding 301 and the three-phase short circuit of the second three-phase winding 302 are not performed at the same time. Can be suppressed. As a result, since the temperature rise of the permanent magnet 41 due to eddy current can be suppressed, demagnetization can be prevented.

図5は、回転電機100の回転速度に対する永久磁石41の温度上昇の相関を示したグラフである。
図5において、横軸は回転速度、縦軸は永久磁石41の表面温度及び回転子13部分に通風される風量である。
実線501は、第一の三相巻線301の三相短絡と第二の三相巻線302の三相短絡とを同時に行った場合の永久磁石41の表面温度の変化を示す。
破線502は、この発明の実施の形態1による、三相短絡制御を行った場合の永久磁石41の表面温度の変化を示す。破線502で示されるように、実施の形態1の三相短絡制御によれば、永久磁石41が不可逆減磁開始温度を超えることはない。
二点鎖線503は、通常時の永久磁石41の表面温度の変化を示す。
一点鎖線504は、冷却ファン51,52の風量の変化を示す。図5から分かるように、冷却ファン51,52の風量は、回転速度に比例する。
点線505は、永久磁石41の不可逆減磁開始温度を示す。図5の例においては、不可逆減磁開始温度を200℃に設定している。
FIG. 5 is a graph showing the correlation of the temperature rise of the permanent magnet 41 with respect to the rotation speed of the rotating electrical machine 100.
In FIG. 5, the horizontal axis represents the rotational speed, and the vertical axis represents the surface temperature of the permanent magnet 41 and the amount of air that is passed through the rotor 13.
A solid line 501 indicates a change in the surface temperature of the permanent magnet 41 when the three-phase short circuit of the first three-phase winding 301 and the three-phase short circuit of the second three-phase winding 302 are simultaneously performed.
A broken line 502 indicates a change in the surface temperature of the permanent magnet 41 when the three-phase short-circuit control is performed according to the first embodiment of the present invention. As indicated by a broken line 502, according to the three-phase short-circuit control of the first embodiment, the permanent magnet 41 does not exceed the irreversible demagnetization start temperature.
A two-dot chain line 503 indicates a change in the surface temperature of the permanent magnet 41 in a normal state.
An alternate long and short dash line 504 indicates a change in the air volume of the cooling fans 51 and 52. As can be seen from FIG. 5, the air volume of the cooling fans 51 and 52 is proportional to the rotational speed.
A dotted line 505 indicates the irreversible demagnetization start temperature of the permanent magnet 41. In the example of FIG. 5, the irreversible demagnetization start temperature is set to 200.degree.

回転子鉄心4の両側に、回転子巻線7と永久磁石41とを冷却するための冷却ファン51,52を設けることで、通常発電時の永久磁石41の温度は、不可逆減磁開始温度以下に設計される。図5の例においては、二点鎖線503で示されるように、通常発電時の永久磁石41の最大温度は、不可逆減磁開始温度より低い160℃程度となっている。   By providing cooling fans 51 and 52 for cooling the rotor winding 7 and the permanent magnet 41 on both sides of the rotor core 4, the temperature of the permanent magnet 41 during normal power generation is equal to or less than the irreversible demagnetization start temperature. Designed to. In the example of FIG. 5, as indicated by a two-dot chain line 503, the maximum temperature of the permanent magnet 41 during normal power generation is about 160 ° C., which is lower than the irreversible demagnetization start temperature.

また、一点鎖線504で示されるように、冷却ファン51,52による回転子13部分の通風量は、回転速度に比例する関係にある。実施の形態1では、線501〜503で示されるように、回転速度が2000〜5000r/minの低回転速度域のときに、永久磁石41が最大温度を示している。この発電状態を維持されている状態から、突然、入出力端子が断線した場合、過電圧を保護するように、三相短絡を開始する。   Further, as indicated by the alternate long and short dash line 504, the air flow rate of the rotor 13 portion by the cooling fans 51 and 52 is proportional to the rotational speed. In the first embodiment, as indicated by lines 501 to 503, the permanent magnet 41 indicates the maximum temperature when the rotation speed is in the low rotation speed range of 2000 to 5000 r / min. When the input / output terminal is suddenly disconnected from the state where the power generation state is maintained, a three-phase short circuit is started so as to protect the overvoltage.

二組の固定子巻線301,302の三相を同時に短絡させた場合、短絡時の逆起電力により、回転電機100のコイルに電流が流れ、固定子5の磁極が磁化する。この磁化した磁極の近傍を回転電機100の永久磁石41が通過する際、永久磁石41を貫く磁界が増減し、永久磁石41内に渦電流が生じる。この渦電流による永久磁石41の発熱が加算され、図5の実線501で示されるように、不可逆減磁開始温度200℃を超え、減磁することになる。   When the three phases of the two sets of stator windings 301 and 302 are short-circuited at the same time, a current flows through the coil of the rotating electrical machine 100 due to the counter electromotive force at the time of the short-circuit, and the magnetic poles of the stator 5 are magnetized. When the permanent magnet 41 of the rotating electrical machine 100 passes near the magnetized magnetic pole, the magnetic field penetrating the permanent magnet 41 increases and decreases, and an eddy current is generated in the permanent magnet 41. The heat generation of the permanent magnet 41 due to this eddy current is added, and as shown by the solid line 501 in FIG. 5, the irreversible demagnetization start temperature exceeds 200 ° C. and demagnetizes.

従って、実施の形態1では、2000r/min以上、5000r/min以下の低回転速度域においては、入出力端子電圧が過電圧になった場合に、第一の固定子巻線301の三相短絡を行った後に、第二の固定子巻線302の三相短絡を順に行う。これにより、渦電流の発生を防止して、永久磁石41の昇温を抑制し、減磁を防止できる。   Therefore, in the first embodiment, in the low rotational speed range of 2000 r / min or more and 5000 r / min or less, when the input / output terminal voltage becomes an overvoltage, the three-phase short circuit of the first stator winding 301 is performed. After performing, the three-phase short circuit of the second stator winding 302 is sequentially performed. Thereby, generation | occurrence | production of an eddy current can be prevented, the temperature increase of the permanent magnet 41 can be suppressed, and demagnetization can be prevented.

一方、5000r/minを超えた高回転速度域では、第一の固定子巻線301の三相短絡と、第二の固定子巻線302の三相短絡とを、同時に行う。高回転速度域では、冷却ファン51,52の風量が著しく大きくなるため、相短絡制御の渦電流により永久磁石41が発熱しても、冷却ファン51,52の冷却風により永久磁石41が冷却されるので、永久磁石41が不可逆減磁開始温度200℃に至ることはない。これにより、減磁を防止できる。また、三相短絡を同時に行うので、過電圧の減衰時間が速く、他の電子機器に影響を与えることを防ぐことができる。   On the other hand, in the high rotational speed range exceeding 5000 r / min, the three-phase short circuit of the first stator winding 301 and the three-phase short circuit of the second stator winding 302 are simultaneously performed. In the high rotation speed region, the air flow of the cooling fans 51 and 52 becomes remarkably large. Therefore, even if the permanent magnet 41 generates heat due to the eddy current of the phase short-circuit control, the permanent magnet 41 is cooled by the cooling air of the cooling fans 51 and 52. Therefore, the permanent magnet 41 does not reach the irreversible demagnetization start temperature of 200 ° C. Thereby, demagnetization can be prevented. In addition, since the three-phase short circuit is simultaneously performed, the overvoltage decay time is fast, and it is possible to prevent other electronic devices from being affected.

このように、実施の形態1においては、異常電圧検出部405がB端子電圧の過電圧を検出した場合に、回転電機100の回転速度が2000〜5000r/minの低回転速度域においては、第一の固定子巻線301の三相短絡を行った後に、第二の固定子巻線302の三相短絡を順に行い、一方、5000r/minを超えた高回転速度域では、第一の固定子巻線301の三相短絡と、第二の固定子巻線302の三相短絡とを、同時に行う。これにより、図5の破線502で示されるように、実施の形態1の三相短絡制御によれば、永久磁石41が不可逆減磁開始温度を超えることはない。   As described above, in the first embodiment, when the abnormal voltage detection unit 405 detects an overvoltage of the B terminal voltage, in the low rotation speed region where the rotation speed of the rotating electrical machine 100 is 2000 to 5000 r / min, the first After the three-phase short-circuit of the stator winding 301, the three-phase short-circuit of the second stator winding 302 is sequentially performed. On the other hand, in the high rotational speed range exceeding 5000 r / min, the first stator The three-phase short circuit of the winding 301 and the three-phase short circuit of the second stator winding 302 are simultaneously performed. Thereby, as indicated by a broken line 502 in FIG. 5, according to the three-phase short-circuit control of the first embodiment, the permanent magnet 41 does not exceed the irreversible demagnetization start temperature.

なお、回転速度が2000r/min未満の場合には、第一の固定子巻線301の三相短絡と、第二の固定子巻線302の三相短絡とを同時に行っても、順に行っても、どちらでもよい。回転速度が非常に小さい場合には、三相短絡を同時に行っても、渦電流が発生しないので、永久磁石41の温度が、不可逆減磁開始温度200℃に至ることはない。   If the rotational speed is less than 2000 r / min, the three-phase short circuit of the first stator winding 301 and the three-phase short circuit of the second stator winding 302 may be performed in order, even if they are performed simultaneously. Or either. When the rotational speed is very low, no eddy current is generated even if three-phase short-circuiting is performed at the same time. Therefore, the temperature of the permanent magnet 41 does not reach the irreversible demagnetization start temperature of 200 ° C.

このように、実施の形態1においては、低回転速度域を定義する回転速度の閾値を予め設定しておき、回転速度が当該閾値より大きい高回転速度域では、二組の固定子巻線の三相短絡を同時に行い、回転速度が当該閾値以下の低回転速度域では、一方の固定子巻線の三相短絡を行った後に、他方の固定子巻線の三相短絡を行う。実施の形態1では、閾値を、5000r/minに設定している。この閾値は、設計データまたは実験等により、予め、適宜、設定する。また、低回転速度域を定義する閾値として、低回転速度域を定義するための上限値(5000r/min)のみを設定してもよく、あるいは、低回転速度域を定義するための上限値(5000r/min)と下限値(2000r/min)の両方を設定してもよい。こうすることで、低回転速度域および高回転速度域の両方において、永久磁石41の昇温を抑制し、減磁を防止することができる。   Thus, in the first embodiment, the threshold value of the rotational speed defining the low rotational speed range is set in advance, and in the high rotational speed range where the rotational speed is larger than the threshold value, the two sets of stator windings Three-phase short-circuiting is performed at the same time. In a low rotation speed range where the rotation speed is equal to or lower than the threshold value, one stator winding is short-circuited and then the other stator winding is short-circuited. In the first embodiment, the threshold is set to 5000 r / min. This threshold value is appropriately set in advance by design data or experiment. Further, only the upper limit value (5000 r / min) for defining the low rotation speed range may be set as the threshold value for defining the low rotation speed range, or the upper limit value for defining the low rotation speed range ( Both 5000 r / min) and the lower limit (2000 r / min) may be set. By doing so, the temperature increase of the permanent magnet 41 can be suppressed and demagnetization can be prevented in both the low rotation speed range and the high rotation speed range.

以上のように、実施の形態1においては、回転電機100が、外周に複数の爪状磁極片から構成された爪部4a,4bが設けられた回転子鉄心4と、回転子鉄心4に巻装された回転子巻線7とを備えた回転子13と、回転子鉄心4の外周に対向して配置され、内周に複数のスロットが形成された固定子鉄心3と、スロットに挿入されて固定子鉄心3に巻装された固定子巻線301,302とを備えた固定子5と、回転子鉄心4の隣接する爪部4a,4bの間に配設されて、当該隣接する爪部4a,4bの間の漏洩磁束を低減する向きに着磁された永久磁石41と、回転子鉄心4の両側に設けられ、回転子巻線7と永久磁石41とを冷却する2つの冷却ファン51,52と、正極側アームのスイッチング素子223,225と負極側アームのスイッチング素子224,226とから構成され、入出力端子から入力される電力の直流と交流とを変換する電力変換部21と、正極側アームのスイッチング素子223,225及び負極側アームのスイッチング素子224,226のオン・オフ制御を行う制御装置30と、回転電機100の回転速度を検出する回転速度検出部10とを備えている。
また、固定子巻線は、多相結線された2つの固定子巻線301,302を固定子鉄心3にそれぞれ独立して巻装して形成した、第1多相巻線301と第2多相巻線302とを含んでいる。制御装置30は、入出力端子の電圧値が、予め設定された閾値電圧以上か否かを検出する異常電圧検出部405と、異常電圧検出部405が入出力端子の電圧値が閾値電圧以上であることを検出したときに、第1多相巻線301および第2多相巻線302の負極側アームのスイッチング素子224,226を導通させることで、第1多相巻線301の多相短絡および第2多相巻線302の多相短絡を行う、負極側アーム短絡部406とを備えている。
制御装置30は、異常電圧検出部405が入出力端子の電圧値が閾値以上であることを検出した場合に、回転速度検出部10で検出された回転速度が予め設定された閾値より大きいときは、負極側アーム短絡部406により、第1多相巻線301の多相短絡と第2多相巻線302の多相短絡とを同時に行い、回転速度検出部10で検出された回転速度が予め設定された閾値以下のときは、負極側アーム短絡部406により、第1多相巻線301の多相短絡を行った後に、第2多相巻線302の多相短絡を行う。
こうすることで、回転速度が予め設定された閾値以下の低回転速度域では、入出力端子電圧が過電圧になった場合に、第一の固定子巻線301の三相短絡を行った後に、第二の固定子巻線302の三相短絡を順に行うことで、渦電流の発生を防止して、永久磁石41の昇温を抑制し、減磁を防止できる。
一方、回転速度が予め設定された閾値より大きい高回転速度域では、冷却ファン51,52の風量が著しく大きくなるため、相短絡制御の渦電流により永久磁石41が発熱しても、冷却ファン51,52の冷却風により永久磁石41が効率よく冷却されるので、永久磁石41が不可逆減磁開始温度200℃に至ることはない。これにより、減磁を防止できる。また、三相短絡を同時に行うので、過電圧の減衰時間が速く、他の電子機器に影響を与えることを防ぐことができる。
なお、上記の実施の形態では、第1及び第2固定子巻線301,302がそれぞれ三相巻線の場合を示しているが、その場合に限らず、例えば第1及び第2固定子巻線301,302がそれぞれ五相巻線、あるいは、それぞれ七相巻線であってもよく、それらの場合のいずれであっても同様な効果を奏する。
As described above, in the first embodiment, the rotating electrical machine 100 is wound around the rotor core 4 and the rotor core 4 provided with the claw portions 4a and 4b made of a plurality of claw-shaped magnetic pole pieces on the outer periphery. A rotor 13 having a rotor winding 7 mounted thereon, a stator core 3 disposed opposite to the outer periphery of the rotor core 4 and having a plurality of slots formed on the inner periphery, and inserted into the slots. Between the stator 5 having the stator windings 301 and 302 wound around the stator core 3 and the adjacent claws 4a and 4b of the rotor core 4, and the adjacent claws Permanent magnet 41 magnetized in a direction to reduce the leakage magnetic flux between the parts 4a and 4b, and two cooling fans provided on both sides of the rotor core 4 for cooling the rotor winding 7 and the permanent magnet 41 51, 52, switching elements 223, 225 of the positive side arm and scanning of the negative side arm The power conversion unit 21 configured to convert the direct current and the alternating current of the power input from the input / output terminal, the switching elements 223 and 225 of the positive side arm, and the switching elements 224 of the negative side arm. The control apparatus 30 which performs on / off control of 226, and the rotational speed detection part 10 which detects the rotational speed of the rotary electric machine 100 are provided.
The stator windings are formed by winding two stator windings 301 and 302, which are multiphase-connected, around the stator core 3 independently of each other. Phase winding 302. The control device 30 includes an abnormal voltage detection unit 405 that detects whether or not the voltage value of the input / output terminal is equal to or higher than a preset threshold voltage, and the abnormal voltage detection unit 405 detects that the voltage value of the input / output terminal is equal to or higher than the threshold voltage. When it is detected that the switching elements 224 and 226 of the negative side arm of the first multiphase winding 301 and the second multiphase winding 302 are made conductive, the multiphase short circuit of the first multiphase winding 301 is detected. And a negative-side arm short-circuit portion 406 that performs multi-phase short-circuiting of the second multi-phase winding 302.
When the abnormal voltage detection unit 405 detects that the voltage value of the input / output terminal is equal to or greater than the threshold value, the control device 30 determines that the rotation speed detected by the rotation speed detection unit 10 is greater than a preset threshold value. The negative side arm short-circuit unit 406 simultaneously performs the multi-phase short circuit of the first multi-phase winding 301 and the multi-phase short circuit of the second multi-phase winding 302, and the rotation speed detected by the rotation speed detection unit 10 is determined in advance. When the threshold value is less than or equal to the set threshold value, the negative electrode side arm short-circuit unit 406 performs multi-phase short-circuiting of the first multi-phase winding 301 and then multi-phase short-circuiting of the second multi-phase winding 302.
In this way, after the three-phase short circuit of the first stator winding 301 is performed when the input / output terminal voltage becomes an overvoltage in the low rotational speed region where the rotational speed is equal to or lower than a preset threshold value, By sequentially performing the three-phase short circuit of the second stator winding 302, the generation of eddy current can be prevented, the temperature rise of the permanent magnet 41 can be suppressed, and demagnetization can be prevented.
On the other hand, in the high rotation speed range where the rotation speed is larger than a preset threshold value, the air flow of the cooling fans 51 and 52 becomes remarkably large. Therefore, even if the permanent magnet 41 generates heat due to the eddy current of the phase short-circuit control, the cooling fan 51 , 52 cools the permanent magnet 41 efficiently, so that the permanent magnet 41 does not reach the irreversible demagnetization start temperature of 200 ° C. Thereby, demagnetization can be prevented. In addition, since the three-phase short circuit is simultaneously performed, the overvoltage decay time is fast, and it is possible to prevent other electronic devices from being affected.
In the above-described embodiment, the first and second stator windings 301 and 302 are three-phase windings. However, the present invention is not limited to this, and for example, the first and second stator windings. Each of the wires 301 and 302 may be a five-phase winding or a seven-phase winding, and in either case, the same effect can be obtained.

1 フロントブラケット、2 リヤブラケット、3 固定子鉄心、4 回転子鉄心、4a,4b 爪部、5 固定子、6 回転子軸、7 回転子巻線、8 スリップリング、9 ブラシ、10 磁極位置検出センサー、12 プーリ、13 回転子、20 電力変換装置、21 電力変換部、22a ターミナル、22 界磁スイッチング素子、23 ヒートシンク、24 Bターミナル、30 制御装置、40 制御回路基板、41 永久磁石、51 フロント側冷却ファン、52 リヤ側冷却ファン、61 フロント側軸受、62 リヤ側軸受、71 基板収納ケース、90 ブラシホルダー、100 回転電機、101 ボルト、102 回転電機本体、111 センサー回転子、112 センサー固定子、113 センサー巻線、221 界磁スイッチング素子、222 フリーホイールダイオード、223a、223b,223c 三相上アームスイッチング素子、224a,224b,224c 三相下アームスイッチング素子、225a,225b,225c 三相上アームスイッチング素子、226a,226b,226c 三相下アームスイッチング素子、301,302 固定子巻線、401 端子電圧検出部、402 界磁電流検出部、403 マイコン、404 ゲートドライバ、405 異常電圧検出部、406 負極側アーム短絡部、407 界磁電流制御部。   1 Front bracket, 2 Rear bracket, 3 Stator core, 4 Rotor core, 4a, 4b Claw, 5 Stator, 6 Rotor shaft, 7 Rotor winding, 8 Slip ring, 9 Brush, 10 Magnetic pole position detection Sensor, 12 Pulley, 13 Rotor, 20 Power converter, 21 Power converter, 22a Terminal, 22 Field switching element, 23 Heat sink, 24 B terminal, 30 Controller, 40 Control circuit board, 41 Permanent magnet, 51 Front Side cooling fan, 52 rear side cooling fan, 61 front side bearing, 62 rear side bearing, 71 substrate housing case, 90 brush holder, 100 rotating electrical machine, 101 bolt, 102 rotating electrical machine main body, 111 sensor rotor, 112 sensor stator 113 Sensor winding, 221 Field switching element 223a, 223b, 223c Three-phase upper arm switching element, 224a, 224b, 224c Three-phase lower arm switching element, 225a, 225b, 225c Three-phase upper arm switching element, 226a, 226b, 226c Three-phase Lower arm switching element, 301, 302 Stator winding, 401 Terminal voltage detector, 402 Field current detector, 403 Microcomputer, 404 Gate driver, 405 Abnormal voltage detector, 406 Negative arm short circuit, 407 Field current Control unit.

Claims (3)

直流電力と交流電力とを交換する車両用回転電機であって、
外周に複数の爪状磁極片が設けられた回転子鉄心と、前記回転子鉄心に巻装された回転子巻線とを備えた回転子と、
前記回転子鉄心の外周に対向して配置され、内周に複数のスロットが形成された固定子鉄心と、前記スロットに挿入されて前記固定子鉄心に巻装された固定子巻線とを備えた固定子と、
前記回転子鉄心の隣接する前記爪状磁極片の間に配設されて、前記隣接する前記爪状磁極片の間の漏洩磁束を低減する向きに着磁された永久磁石と、
前記回転子鉄心の両側に設けられ、前記回転子巻線と前記永久磁石とを冷却する2つの冷却ファンと、
正極側アームのスイッチング素子と負極側アームのスイッチング素子とから構成され、入出力端子から入力される電力の直流と交流とを変換する電力変換部と、
前記正極側アームのスイッチング素子及び前記負極側アームのスイッチング素子のオン・オフ制御を行う制御装置と、
前記車両用回転電機の回転速度を検出する回転速度検出部と
を備え、
前記固定子巻線は、多相結線された2つの巻線を前記固定子鉄心にそれぞれ独立して巻装して形成した、第1多相巻線と第2多相巻線とを含み、
前記制御装置は、
前記入出力端子の電圧値が、予め設定された閾値電圧以上か否かを検出する異常電圧検出部と、
前記異常電圧検出部が前記入出力端子の電圧値が前記閾値電圧以上であることを検出したときに、前記第1多相巻線および前記第2多相巻線の前記負極側アームのスイッチング素子を導通させることで、前記第1多相巻線の多相短絡および前記第2多相巻線の多相短絡を行う、負極側アーム短絡部と
を備え、
前記制御装置が、
前記異常電圧検出部が前記入出力端子の電圧値が前記閾値電圧以上であることを検出した場合に、
前記回転速度検出部で検出された前記回転速度が予め設定された閾値より大きいときは、前記負極側アーム短絡部により、前記第1多相巻線の多相短絡と前記第2多相巻線の多相短絡とを同時に行い、
前記回転速度検出部で検出された前記回転速度が予め設定された閾値以下のときは、前記負極側アーム短絡部により、前記第1多相巻線の多相短絡を行った後に、前記第2多相巻線の多相短絡を行う、
車両用回転電機。
A rotating electrical machine for a vehicle that exchanges DC power and AC power,
A rotor provided with a rotor core provided with a plurality of claw-shaped magnetic pole pieces on the outer periphery, and a rotor winding wound around the rotor core;
A stator core disposed opposite to the outer periphery of the rotor core and having a plurality of slots formed on the inner periphery thereof, and a stator winding inserted into the slot and wound around the stator core. A stator and
A permanent magnet disposed between adjacent claw-shaped pole pieces of the rotor core and magnetized in a direction to reduce leakage magnetic flux between the adjacent claw-shaped pole pieces;
Two cooling fans provided on both sides of the rotor core for cooling the rotor winding and the permanent magnet;
A power conversion unit that is configured by a switching element of the positive side arm and a switching element of the negative side arm, and converts between direct current and alternating current of power input from the input / output terminal;
A control device that performs on / off control of the switching element of the positive arm and the switching element of the negative arm;
A rotation speed detection unit that detects a rotation speed of the vehicular rotating electrical machine,
The stator winding includes a first multiphase winding and a second multiphase winding, which are formed by independently winding two windings connected in a multiphase manner around the stator core,
The controller is
An abnormal voltage detector that detects whether the voltage value of the input / output terminal is equal to or higher than a preset threshold voltage;
When the abnormal voltage detector detects that the voltage value of the input / output terminal is equal to or higher than the threshold voltage, the switching element of the negative arm of the first multiphase winding and the second multiphase winding And conducting a multi-phase short circuit of the first multi-phase winding and a multi-phase short circuit of the second multi-phase winding, the negative electrode side arm short-circuit portion,
The control device is
When the abnormal voltage detection unit detects that the voltage value of the input / output terminal is equal to or higher than the threshold voltage,
When the rotation speed detected by the rotation speed detection unit is larger than a preset threshold value, the negative multi-phase winding and the second multi-phase winding are caused by the negative-side arm short-circuit unit. Simultaneous multi-phase short circuit
When the rotation speed detected by the rotation speed detection unit is less than or equal to a preset threshold, the second multi-phase winding of the first multi-phase winding is short-circuited by the negative electrode side arm short-circuit unit, and then the second Perform multi-phase short circuit of multi-phase winding,
Rotating electric machine for vehicles.
前記冷却ファンが発生させる前記回転子部分の通風量は、前記車両用回転電機の前記回転速度に比例して増減する、請求項1に記載の車両用回転電機。   The rotating electrical machine for a vehicle according to claim 1, wherein an air flow rate of the rotor portion generated by the cooling fan increases and decreases in proportion to the rotational speed of the rotating electrical machine for the vehicle. 前記固定子鉄心を支持するフロントブラケット及びリヤブラケットをさらに備え、
前記回転速度検出部は、前記回転子の回転子軸のリヤ側端部に固定されたセンサー回転子と、前記センサー回転子に対向して前記リヤブラケットに固定されたセンサー固定子と、前記センサー固定子に固定されたセンサー巻線とを備える、
請求項1または2に記載の車両用回転電機。
A front bracket and a rear bracket for supporting the stator core;
The rotation speed detection unit includes a sensor rotor fixed to a rear side end of a rotor shaft of the rotor, a sensor stator fixed to the rear bracket so as to face the sensor rotor, and the sensor A sensor winding fixed to the stator,
The rotating electrical machine for a vehicle according to claim 1 or 2.
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