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JP7363379B2 - Control device and rotating electrical machine system - Google Patents
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JP7363379B2 - Control device and rotating electrical machine system - Google Patents

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Description

この明細書における開示は、制御装置及び回転電機システムに関する。 The disclosure in this specification relates to a control device and a rotating electric machine system.

特許文献1には、回転電機の制御装置が開示されている。この制御装置では、固定子巻線に流れる電流を検出し、過電流閾値と比較することで、回転電機が備える永久磁石の減磁を抑制するようにしている。 Patent Document 1 discloses a control device for a rotating electric machine. This control device detects the current flowing through the stator winding and compares it with an overcurrent threshold to suppress demagnetization of the permanent magnets included in the rotating electrical machine.

特開2012-130087号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-130087

従来技術の構成では、たとえばマージンを大きくもたせて過電流閾値を設定しないと、減磁が生じる虞がある。使用電流域が狭いという問題がある。 In the configuration of the prior art, if the overcurrent threshold value is not set with a large margin, for example, there is a risk that demagnetization will occur. There is a problem that the usable current range is narrow.

開示されるひとつの目的は、減磁が生じるのを抑制しつつ、使用電流域を広くできる制御装置及び回転電機システムを提供することにある。 One object of the disclosure is to provide a control device and a rotating electric machine system that can widen the range of current used while suppressing the occurrence of demagnetization.

ここに開示されたひとつの態様は、
永久磁石(42)を有する回転子(40)と、固定子巻線(51)を有し、磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造の固定子(50)と、を備える回転電機(10)を制御する制御装置であって、
固定子巻線の温度を少なくとも含む温度情報を取得し、温度情報に基づいて永久磁石の温度を推定する温度推定部(S8,S10,S11,S12,S20,S20A,S20B、S20C,S80)と、
永久磁石の推定温度に応じて固定子巻線に流れる電流の過電流閾値を設定するとともに、固定子巻線に流れる電流を取得し、設定した過電流閾値に基づいて固定子巻線に流れる電流が過電流か否かを判定する過電流判定部(S30,S40,S50)と、
過電流判定部の判定結果に基づいて、回転電機を制御する制御部(S51,S52,S53,S54,S60,S70)と、を備え、
温度推定部は、過電流の判定に用いられた永久磁石の推定温度を、前回値として保存し、取得した固定子巻線の温度と、前回値に基づいて永久磁石の温度を推定し、
温度推定部は、温度情報として、インバータ(100)を構成する素子(66)の温度及びインバータを冷却する冷却水の温度の少なくとも一方を取得し、素子の温度及び冷却水の温度の少なくとも一方と、取得した固定子巻線の温度と、前回値に基づいて、永久磁石の温度を推定し、
回転電機は移動体に適用され、
移動体の起動スイッチがオフからオンに切り替えられたか否かを判定する起動判定部(S9)をさらに備え、
温度推定部は、起動スイッチがオフからオンに切り替えられると、起動スイッチがオフされてからオンされるまでの停止時間を取得し、停止時間が所定時間よりも短い場合に、前回値に基づいて永久磁石の温度を設定し、停止時間が所定時間以上の場合に、前回値を用いず、取得した固定子巻線の温度に基づいて永久磁石の温度を推定する。
ここに開示された他のひとつの態様は、
永久磁石(42)を有する回転子(40)と、固定子巻線(51)を有し、磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造の固定子(50)と、を備える回転電機(10)を制御する制御装置であって、
固定子巻線の温度を少なくとも含む温度情報を取得し、温度情報に基づいて永久磁石の温度を推定する温度推定部(S8,S10,S11,S12,S20,S20A,S20B、S20C,S80)と、
永久磁石の推定温度に応じて固定子巻線に流れる電流の過電流閾値を設定するとともに、固定子巻線に流れる電流を取得し、設定した過電流閾値に基づいて固定子巻線に流れる電流が過電流か否かを判定する過電流判定部(S30,S40,S50)と、
過電流判定部の判定結果に基づいて、回転電機を制御する制御部(S51,S52,S53,S54,S60,S70)と、を備え、
制御部は、過電流が流れていると判定された場合、固定子巻線のターン数が、過電流が流れていないと判定された場合に設定される第1ターン数よりも多い第2ターン数となるように、固定子巻線のターン数を制御し、
制御部は、過電流が流れていないと判定された場合、回転電機に対するトルク指令値が閾値以下であると固定子巻線のターン数が第1ターン数となり、トルク指令値が閾値よりも高いと、固定子巻線のターン数が第1ターン数よりも多いターン数となるように、固定子巻線のターン数を制御する。
One aspect disclosed here is
A rotating electric machine comprising a rotor (40) having a permanent magnet (42), and a stator (50) having a slotless structure having a stator winding (51) and having no slots formed by magnetic teeth. (10) A control device that controls
a temperature estimation unit (S8, S10, S11, S12, S20, S20A, S20B, S20C, S80) that acquires temperature information including at least the temperature of the stator winding and estimates the temperature of the permanent magnet based on the temperature information; ,
The overcurrent threshold for the current flowing through the stator winding is set according to the estimated temperature of the permanent magnet, the current flowing through the stator winding is acquired, and the current flowing through the stator winding is set based on the set overcurrent threshold. an overcurrent determination unit (S30, S40, S50) that determines whether or not there is an overcurrent;
A control unit (S51, S52, S53, S54, S60, S70) that controls the rotating electric machine based on the determination result of the overcurrent determination unit,
The temperature estimator stores the estimated temperature of the permanent magnet used for overcurrent determination as a previous value, and estimates the temperature of the permanent magnet based on the obtained stator winding temperature and the previous value.
The temperature estimation unit acquires, as temperature information, at least one of the temperature of the elements (66) constituting the inverter (100) and the temperature of the cooling water that cools the inverter, and calculates the temperature of the elements and the temperature of the cooling water. , Estimate the temperature of the permanent magnet based on the obtained stator winding temperature and the previous value,
Rotating electric machines are applied to moving objects,
Further comprising a startup determination unit (S9) that determines whether a startup switch of the mobile body has been switched from off to on,
When the starting switch is switched from off to on, the temperature estimating unit obtains the stop time from when the starting switch is turned off until it is turned on, and if the stopping time is shorter than a predetermined time, the temperature estimator obtains the stop time based on the previous value. The temperature of the permanent magnet is set, and when the stop time is longer than a predetermined time, the temperature of the permanent magnet is estimated based on the obtained stator winding temperature without using the previous value.
Another aspect disclosed herein is
A rotating electric machine comprising a rotor (40) having a permanent magnet (42), and a stator (50) having a slotless structure having a stator winding (51) and having no slots formed by magnetic teeth. (10) A control device that controls
a temperature estimation unit (S8, S10, S11, S12, S20, S20A, S20B, S20C, S80) that acquires temperature information including at least the temperature of the stator winding and estimates the temperature of the permanent magnet based on the temperature information; ,
The overcurrent threshold for the current flowing through the stator winding is set according to the estimated temperature of the permanent magnet, the current flowing through the stator winding is acquired, and the current flowing through the stator winding is set based on the set overcurrent threshold. an overcurrent determination unit (S30, S40, S50) that determines whether or not there is an overcurrent;
A control unit (S51, S52, S53, S54, S60, S70) that controls the rotating electric machine based on the determination result of the overcurrent determination unit,
When it is determined that an overcurrent is flowing, the control unit is configured to turn the stator winding so that the number of turns of the stator winding is larger than the first number of turns that is set when it is determined that no overcurrent is flowing. The number of turns of the stator winding is controlled so that the
When it is determined that no overcurrent is flowing, the control unit sets the number of turns of the stator winding to the first turn number when the torque command value for the rotating electrical machine is below the threshold value, and the torque command value is higher than the threshold value. Then, the number of turns of the stator winding is controlled so that the number of turns of the stator winding is greater than the first number of turns.

ここに開示された他のひとつの態様は、回転電機システムであって、Another aspect disclosed herein is a rotating electric machine system, comprising:
永久磁石(42)を有し、回転自在に支持された回転子(40)と、固定子巻線(51)を有し、磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造の固定子(50)と、を備える回転電機(10)と、A stator with a slotless structure that has a rotor (40) that has a permanent magnet (42) and is rotatably supported, and a stator winding (51), and has no slots formed by magnetic teeth ( 50); a rotating electric machine (10) comprising;
スイッチ(Sp,Sn)を有し、スイッチのオンオフにより固定子巻線への通電及び遮断を切り替えるインバータ(100)と、an inverter (100) that has switches (Sp, Sn) and switches energization and disconnection to the stator windings by turning on and off the switches;
固定子巻線の温度を検出する巻線温度センサ(151)と、a winding temperature sensor (151) that detects the temperature of the stator winding;
固定子巻線に流れる電流を検出する電流センサ(152)と、a current sensor (152) that detects the current flowing in the stator winding;
スイッチの駆動を制御する制御装置(110)と、を備え、A control device (110) that controls driving of the switch,
制御装置は、The control device is
固定子巻線の温度を少なくとも含む温度情報を取得し、温度情報に基づいて永久磁石の温度を推定する温度推定部(S8,S10,S11,S12,S20,S20A,S20B、S20C,S80)と、a temperature estimation unit (S8, S10, S11, S12, S20, S20A, S20B, S20C, S80) that acquires temperature information including at least the temperature of the stator winding and estimates the temperature of the permanent magnet based on the temperature information; ,
永久磁石の推定温度に応じて固定子巻線に流れる電流の過電流閾値を設定するとともに、固定子巻線に流れる電流を取得し、設定した過電流閾値に基づいて固定子巻線に流れる電流が過電流か否かを判定する過電流判定部(S30,S40,S50)と、The overcurrent threshold for the current flowing through the stator winding is set according to the estimated temperature of the permanent magnet, the current flowing through the stator winding is acquired, and the current flowing through the stator winding is set based on the set overcurrent threshold. an overcurrent determination unit (S30, S40, S50) that determines whether or not there is an overcurrent;
過電流判定部の判定結果に基づいて、回転電機を制御する制御部(S51,S52,S53,S54,S60,S70)と、を有し、A control unit (S51, S52, S53, S54, S60, S70) that controls the rotating electric machine based on the determination result of the overcurrent determination unit,
インバータは、複数の素子を含んで構成されており、An inverter is composed of multiple elements,
素子の温度を個別に検出する複数の素子温度センサ(153)をさらに備えIt further includes a plurality of element temperature sensors (153) that individually detect the temperature of the elements.
複数の素子は、固定子に沿って配置され、the plurality of elements are arranged along the stator;
温度推定部は、固定子巻線の温度と、複数の素子の温度と、に基づいて、永久磁石の温度を推定する。The temperature estimation unit estimates the temperature of the permanent magnet based on the temperature of the stator winding and the temperature of the plurality of elements.

本開示によると、固定子がスロットレス構造となっているため、永久磁石の温度を、固定子巻線の温度を含む温度情報に基づいて精度良く推定することができる。そして、永久磁石の推定温度に応じて過電流閾値を設定することができる。過電流閾値を、永久磁石の温度に応じて変化する減磁限界に対応させることができる。過度なマージンを設けなくともよいので、減磁が生じるのを抑制しつつ、使用電流域を広くすることができる。 According to the present disclosure , since the stator has a slotless structure, the temperature of the permanent magnet can be estimated with high accuracy based on temperature information including the temperature of the stator winding. Then, the overcurrent threshold can be set according to the estimated temperature of the permanent magnet. The overcurrent threshold can be made to correspond to a demagnetization limit that changes depending on the temperature of the permanent magnet. Since it is not necessary to provide an excessive margin, the usable current range can be widened while suppressing demagnetization.

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、及び効果は、後続の詳細な説明、及び添付の図面を参照することによってより明確になる。 The multiple aspects disclosed in this specification employ different technical means to achieve their respective objectives. The claims and the reference numerals in parentheses described in this section exemplarily indicate correspondence with parts of the embodiment described later, and are not intended to limit the technical scope. The objects, features, and advantages disclosed in this specification will become more apparent by reference to the subsequent detailed description and accompanying drawings.

回転電機の縦断面斜視図。FIG. 回転電機の縦断面図。A vertical cross-sectional view of a rotating electric machine. 図2のIII-III線断面図。A sectional view taken along the line III-III in FIG. 2. 図3の一部を拡大して示す断面図。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG. 3; 回転電機の分解図。An exploded view of a rotating electric machine. インバータユニットの分解図。Exploded view of the inverter unit. 固定子巻線のアンペアターンとトルク密度との関係を示すトルク線図。FIG. 3 is a torque diagram showing the relationship between ampere turns and torque density of a stator winding. 回転子及び固定子の横断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a rotor and a stator. 図8の一部を拡大して示す図。FIG. 9 is an enlarged view of a part of FIG. 8; 固定子の横断面図。A cross-sectional view of the stator. 固定子の縦断面図。A vertical cross-sectional view of the stator. 固定子巻線の斜視図。A perspective view of a stator winding. 導線の構成を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of a conducting wire. 素線の構成を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a wire. n層目における各導線の形態を示す図。The figure which shows the form of each conducting wire in the nth layer. n層目とn+1層目の各導線を示す側面図。FIG. 3 is a side view showing conductive wires in the n-th layer and the n+1-th layer. 実施形態の磁石について電気角と磁束密度との関係を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between electrical angle and magnetic flux density for the magnet of the embodiment. 比較例の磁石について電気角と磁束密度との関係を示す図。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between electrical angle and magnetic flux density for a comparative example magnet. 回転電機の制御システムの電気回路図。Electrical circuit diagram of a control system for a rotating electric machine. 制御装置による電流フィードバック制御処理を示す機能ブロック図。FIG. 3 is a functional block diagram showing current feedback control processing by the control device. 制御装置によるトルクフィードバック制御処理を示す機能ブロック図。FIG. 3 is a functional block diagram showing torque feedback control processing by the control device. 別例における回転子及び固定子の横断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of a rotor and a stator in another example. 図22の一部を拡大して示す図。FIG. 23 is an enlarged view of a part of FIG. 22. 磁石部における磁束の流れを具体的に示す図。FIG. 3 is a diagram specifically showing the flow of magnetic flux in a magnet section. 別例における固定子の断面図。FIG. 7 is a sectional view of a stator in another example. 別例における固定子の断面図。FIG. 7 is a sectional view of a stator in another example. 別例における固定子の断面図。FIG. 7 is a sectional view of a stator in another example. 別例における固定子の断面図。FIG. 7 is a sectional view of a stator in another example. 別例においてn層目とn+1層目の各導線を示す側面図。The side view which shows each conductor of an nth layer and an (n+1) layer in another example. 別例における固定子の断面図。FIG. 7 is a sectional view of a stator in another example. 第1実施形態に係る回転電機システム及び制御装置を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a rotating electrical machine system and a control device according to a first embodiment. 制御装置が実行する処理を示すフローチャート。5 is a flowchart showing processing executed by the control device. 固定子巻線と磁石部とのギャップを示す図。The figure which shows the gap between a stator winding and a magnet part. 固定子巻線のアンペアターンと磁束との関係を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between ampere turns and magnetic flux of a stator winding. 第2実施形態に係る回転電機システムにおいて、巻線温度センサの配置を示す図。FIG. 7 is a diagram showing the arrangement of winding temperature sensors in a rotating electric machine system according to a second embodiment. 別例における巻線温度センサの配置を示す図。The figure which shows arrangement|positioning of the winding temperature sensor in another example. 第3実施形態に係る回転電機システムにおいて、巻線温度センサの配置を示す図。FIG. 7 is a diagram showing the arrangement of winding temperature sensors in a rotating electric machine system according to a third embodiment. 第4実施形態に係る回転電機システム及び制御装置を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a rotating electric machine system and a control device according to a fourth embodiment. 半導体モジュール及び素子温度センサの配置を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of a semiconductor module and an element temperature sensor. 制御装置が実行する処理を示すフローチャート。5 is a flowchart showing processing executed by the control device. 第5実施形態に係る回転電機システム及び制御装置を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a rotating electrical machine system and a control device according to a fifth embodiment. 制御装置が実行する処理を示すフローチャート。5 is a flowchart showing processing executed by the control device. 推定磁石温度の今回値の設定を示す図。The figure which shows the setting of the current value of estimated magnet temperature. 巻線温度と推定磁石温度の経時変化を示す図。FIG. 3 is a diagram showing changes over time in winding temperature and estimated magnet temperature. 第6実施形態に係る回転電機システムにおいて、回転電機の巻線構造を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a winding structure of a rotating electrical machine in a rotating electrical machine system according to a sixth embodiment. 固定子巻線の構造を示す図。The figure which shows the structure of a stator winding. 制御装置が実行する処理を示すフローチャート。5 is a flowchart showing processing executed by the control device. 直列接続を示す図。Diagram showing series connection. 並列接続を示す図。Diagram showing parallel connections.

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび/または構造的に対応する部分および/または関連付けられる部分には同一の参照符号が付される場合がある。対応する部分および/または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。 A plurality of embodiments will be described with reference to the drawings. In embodiments, functionally and/or structurally corresponding and/or related parts may be labeled with the same reference numerals. Descriptions of other embodiments can be referred to for corresponding and/or related parts.

(第1実施形態)
本実施形態の回転電機は、移動体の駆動源に適用可能である。移動体は、たとえば電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、燃料電池車(FCV)などの車両、ドローンなどの飛行体、船舶、建設機械、農業機械である。このように、回転電機は、たとえば車両動力源、すなわち走行駆動源として用いられる。回転電機は、移動体以外にも、産業用、家電用、OA機器用、遊技機用などとして広く用いられることが可能となっている。先ず、回転電機の基本構成について説明する。
(First embodiment)
The rotating electrical machine of this embodiment can be applied to a drive source for a moving body. The moving object is, for example, a vehicle such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HV), or a fuel cell vehicle (FCV), a flying object such as a drone, a ship, a construction machine, or an agricultural machine. In this way, the rotating electric machine is used, for example, as a vehicle power source, that is, as a traveling drive source. In addition to mobile objects, rotating electric machines can be widely used for industrial purposes, household appliances, OA equipment, game machines, and the like. First, the basic configuration of the rotating electric machine will be explained.

<回転電機の基本構成>
図1は、回転電機10の縦断面斜視図である。図2は、回転電機10の回転軸11に沿う方向での縦断面図である。図3は、回転軸11に直交する方向での回転電機10の横断面図(図2のIII-III線断面図)である。図4は、図3の一部を拡大して示す断面図である。図5は、回転電機10の分解図である。図3では、図示の都合上、回転軸11を除き、切断面を示すハッチングを省略している。以下の記載では、回転軸11が延びる方向を軸方向とし、回転軸11の中心から放射状に延びる方向を径方向とし、回転軸11を中心として円周状に延びる方向を周方向とする。
<Basic configuration of rotating electrical machine>
FIG. 1 is a vertical cross-sectional perspective view of a rotating electrical machine 10. FIG. FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of the rotating electrical machine 10 in a direction along the rotating shaft 11. As shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the rotating electric machine 10 in a direction perpendicular to the rotating shaft 11 (a cross-sectional view taken along the line III--III in FIG. 2). FIG. 4 is a cross-sectional view showing a part of FIG. 3 in an enlarged manner. FIG. 5 is an exploded view of the rotating electric machine 10. In FIG. 3, hatching indicating the cut plane is omitted except for the rotating shaft 11 for convenience of illustration. In the following description, the direction in which the rotating shaft 11 extends is referred to as the axial direction, the direction extending radially from the center of the rotating shaft 11 as the radial direction, and the direction extending circumferentially around the rotating shaft 11 as the circumferential direction.

本実施形態の回転電機10は、同期式多相交流モータであり、アウターロータ構造、すなわち外転構造となっている。回転電機10は、大別して、軸受部20と、ハウジング30と、回転子40と、固定子50と、インバータユニット60を備えている。これら各部材は、いずれも回転軸11とともに同軸上に配置され、所定順序で軸方向に組み付けられることで回転電機10が構成されている。 The rotating electric machine 10 of this embodiment is a synchronous multiphase AC motor, and has an outer rotor structure, that is, an external rotation structure. The rotating electric machine 10 is roughly divided into a bearing section 20, a housing 30, a rotor 40, a stator 50, and an inverter unit 60. Each of these members is arranged coaxially with the rotating shaft 11, and is assembled in the axial direction in a predetermined order to configure the rotating electrical machine 10.

軸受部20は、軸方向に互いに離間して配置される2つの軸受21,22と、その軸受21,22を保持する保持部材23を有している。軸受21,22は、たとえばラジアル玉軸受であり、それぞれ外輪25と、内輪26と、それら外輪25及び内輪26の間に配置された複数の玉27とを有している。保持部材23は円筒状をなしており、その径方向内側に軸受21,22が組み付けられている。そして、軸受21,22の径方向内側に、回転軸11及び回転子40が回転自在に支持されている。 The bearing section 20 includes two bearings 21 and 22 that are spaced apart from each other in the axial direction, and a holding member 23 that holds the bearings 21 and 22. The bearings 21 and 22 are, for example, radial ball bearings, and each has an outer ring 25, an inner ring 26, and a plurality of balls 27 arranged between the outer ring 25 and the inner ring 26. The holding member 23 has a cylindrical shape, and bearings 21 and 22 are assembled inside the holding member 23 in the radial direction. The rotating shaft 11 and the rotor 40 are rotatably supported inside the bearings 21 and 22 in the radial direction.

ハウジング30は、円筒状をなす周壁部31と、周壁部31の軸方向両端部の一方に設けられた端面部32を有している。周壁部31の両端部のうち、端面部32の反対側は開口部33となっており、ハウジング30は、端面部32の反対側が開口部33により全面的に開放された構成となっている。端面部32には、その中央に円形の孔34が形成されており、その孔34に軸受部20を挿通させた状態で、ネジやリベット等の固定具により軸受部20が固定されている。 The housing 30 has a cylindrical peripheral wall portion 31 and an end surface portion 32 provided at one of both ends of the peripheral wall portion 31 in the axial direction. Of both ends of the peripheral wall portion 31, the side opposite to the end surface portion 32 is an opening portion 33, and the housing 30 has a configuration in which the opposite side of the end surface portion 32 is completely opened by the opening portion 33. A circular hole 34 is formed in the center of the end face portion 32, and the bearing portion 20 is inserted into the hole 34 and fixed with a fixing device such as a screw or a rivet.

ハウジング30内、すなわち周壁部31及び端面部32により区画された内部スペースには、回転子40と固定子50とが収容されている。本実施形態では回転電機10がアウターロータ式であり、ハウジング30内には、筒状をなす回転子40の径方向内側に固定子50が配置されている。回転子40は、軸方向において端面部32の側で回転軸11に片持ち支持されている。 A rotor 40 and a stator 50 are housed within the housing 30, that is, an internal space defined by the peripheral wall portion 31 and the end surface portion 32. In this embodiment, the rotating electric machine 10 is of an outer rotor type, and a stator 50 is disposed inside the housing 30 in the radial direction of a rotor 40 having a cylindrical shape. The rotor 40 is cantilevered by the rotating shaft 11 on the end face portion 32 side in the axial direction.

回転子40は、中空筒状に形成された回転子本体41と、その回転子本体41の径方向内側に設けられた環状の磁石部42を有している。回転子本体41は、略カップ状をなし、磁石保持部材としての機能を有する。回転子本体41は、筒状をなす磁石保持部43と、同じく筒状をなしかつ磁石保持部43よりも小径の固定部44と、それら磁石保持部43及び固定部44を繋ぐ部位となる中間部45を有している。磁石保持部43の内周面に磁石部42が取り付けられている。 The rotor 40 has a rotor body 41 formed in a hollow cylindrical shape and an annular magnet portion 42 provided inside the rotor body 41 in the radial direction. The rotor main body 41 has a substantially cup shape and functions as a magnet holding member. The rotor main body 41 includes a cylindrical magnet holding part 43, a fixed part 44 which is also cylindrical and has a smaller diameter than the magnet holding part 43, and an intermediate part that connects the magnet holding part 43 and the fixed part 44. It has a section 45. The magnet portion 42 is attached to the inner circumferential surface of the magnet holding portion 43 .

固定部44の貫通孔44aには回転軸11が挿通されており、その挿通状態で回転軸11に対して固定部44が固定されている。つまり、固定部44により、回転軸11に対して回転子本体41が固定されている。なお、固定部44は、凹凸を利用したスプライン結合やキー結合、溶接、又はかしめ等により回転軸11に対して固定されているとよい。これにより、回転子40が回転軸11と一体に回転する。回転子40の回転の軸は、回転軸11の軸心に一致している。 The rotating shaft 11 is inserted into the through hole 44a of the fixed part 44, and the fixed part 44 is fixed to the rotating shaft 11 in the inserted state. That is, the rotor main body 41 is fixed to the rotating shaft 11 by the fixing portion 44 . Note that the fixing portion 44 is preferably fixed to the rotating shaft 11 by spline coupling using unevenness, key coupling, welding, caulking, or the like. Thereby, the rotor 40 rotates together with the rotating shaft 11. The axis of rotation of the rotor 40 coincides with the axis of the rotating shaft 11.

固定部44の径方向外側には、軸受部20の軸受21,22が組み付けられている。上記のとおり、軸受部20はハウジング30の端面部32に固定されているため、回転軸11及び回転子40は、ハウジング30に回転可能に支持されるものとなっている。これにより、ハウジング30内において回転子40が回転自在となっている。 The bearings 21 and 22 of the bearing portion 20 are assembled on the radially outer side of the fixed portion 44 . As described above, since the bearing portion 20 is fixed to the end surface portion 32 of the housing 30, the rotating shaft 11 and the rotor 40 are rotatably supported by the housing 30. Thereby, the rotor 40 is rotatable within the housing 30.

回転子40には、軸方向両側のうち片側にのみ固定部44が設けられており、これにより、回転子40が回転軸11に片持ち支持されている。ここで、回転子40の固定部44は、軸受部20の軸受21,22により、軸方向に異なる2位置で回転可能に支持されている。すなわち、回転子40は、回転子本体41における軸方向両端部の一方の側において、軸方向2箇所の軸受21,22により回転可能に支持されている。そのため、回転子40が回転軸11に片持ち支持される構造であっても、回転子40の安定回転が実現されるようになっている。この場合、回転子40の軸方向中心位置に対して片側にずれた位置で、回転子40が軸受21,22により支持されている。 The rotor 40 is provided with a fixing portion 44 only on one side of both sides in the axial direction, so that the rotor 40 is supported on the rotating shaft 11 in a cantilevered manner. Here, the fixed part 44 of the rotor 40 is rotatably supported by the bearings 21 and 22 of the bearing part 20 at two different positions in the axial direction. That is, the rotor 40 is rotatably supported by two bearings 21 and 22 in the axial direction on one side of both axial ends of the rotor main body 41. Therefore, even if the rotor 40 is cantilever-supported by the rotating shaft 11, stable rotation of the rotor 40 is realized. In this case, the rotor 40 is supported by the bearings 21 and 22 at a position shifted to one side with respect to the axial center position of the rotor 40.

また、軸受部20において回転子40の中心寄り(図の下側)の軸受22と、その逆側(図の上側)の軸受21とは、外輪25及び内輪26と玉27との間の隙間寸法が相違している。たとえば軸受22のほうが、軸受21よりも隙間寸法が大きいものとなっている。この場合、回転子40の中心寄りの側において、回転子40の振れや、部品公差に起因するインバランスによる振動が軸受部20に作用しても、その振れや振動の影響が良好に吸収される。 In addition, in the bearing section 20, the bearing 22 near the center of the rotor 40 (lower side in the figure) and the bearing 21 on the opposite side (upper side in the figure) have a gap between the outer ring 25, the inner ring 26, and the balls 27. The dimensions are different. For example, the bearing 22 has a larger gap size than the bearing 21. In this case, even if vibrations due to runout of the rotor 40 or imbalance due to component tolerances act on the bearing section 20 on the side near the center of the rotor 40, the effects of the runout and vibrations are well absorbed. Ru.

具体的には、軸受22において予圧により遊び寸法(隙間寸法)を大きくしていることで、片持ち構造において生じる振動がその遊び部分により吸収される。前記予圧は、定位置予圧でもよいが、軸受22の軸方向外側(図の上側)の段差に予圧用ばね、ウェーブワッシャ等を挿入することで与えてもよい。 Specifically, by enlarging the play size (gap size) in the bearing 22 by preloading, vibrations generated in the cantilevered structure are absorbed by the play portion. The preload may be a fixed position preload, or may be applied by inserting a preload spring, a wave washer, etc. into a step on the axially outer side (upper side in the figure) of the bearing 22.

中間部45は、径方向中心側とその外側とで軸方向の段差を有する構成となっている。中間部45において、径方向の内側端部と外側端部とは、軸方向の位置が相違しており、これにより、軸方向において磁石保持部43と固定部44とが一部重複している。つまり、固定部44の基端部(図の下側の奥側端部)よりも軸方向外側に、磁石保持部43が突出するものとなっている。本構成では、中間部45が段差無しで平板状に設けられる場合に比べて、回転子40の重心近くの位置で、回転軸11に対して回転子40を支持させることが可能となり、回転子40の安定動作が実現できるものとなっている。 The intermediate portion 45 is configured to have an axial step between the radial center side and the outer side thereof. In the intermediate portion 45, the radially inner end and the outer end are located at different positions in the axial direction, so that the magnet holding portion 43 and the fixed portion 44 partially overlap in the axial direction. . In other words, the magnet holding portion 43 protrudes axially outward from the base end portion (the lower back end portion in the figure) of the fixing portion 44 . In this configuration, compared to the case where the intermediate portion 45 is provided in a flat plate shape without a step, it is possible to support the rotor 40 with respect to the rotating shaft 11 at a position near the center of gravity of the rotor 40, and the rotor 40 stable operation can be achieved.

上記した中間部45の構成により、回転子40には、径方向において固定部44を囲み、中間部45の内寄りとなる位置に、軸受部20の一部を収容する軸受収容凹部46が環状に形成されている。また、径方向において軸受収容凹部46を囲み、中間部45の外寄りとなる位置に、後述する固定子50の固定子巻線51のコイルエンド部54を収容するコイル収容凹部47が形成されている。そして、これら各収容凹部46,47が、径方向の内外で隣り合うように配置されるようになっている。つまり、軸受部20の一部と、固定子巻線51のコイルエンド部54とが径方向内外に重複するように配置されている。これにより、回転電機10において軸方向の長さ寸法の短縮が可能となっている。 Due to the configuration of the intermediate portion 45 described above, the rotor 40 has an annular bearing housing recess 46 that surrounds the fixed portion 44 in the radial direction and accommodates a portion of the bearing portion 20 at a position inward of the intermediate portion 45. is formed. Further, a coil accommodating recess 47 is formed to surround the bearing accommodating recess 46 in the radial direction and to accommodate a coil end portion 54 of a stator winding 51 of a stator 50, which will be described later. There is. The accommodation recesses 46 and 47 are arranged adjacent to each other inside and outside in the radial direction. That is, a portion of the bearing portion 20 and the coil end portion 54 of the stator winding 51 are arranged so as to overlap inside and outside in the radial direction. Thereby, the length dimension in the axial direction of the rotating electric machine 10 can be shortened.

コイルエンド部54は、径方向の内側又は外側に曲げられることで、そのコイルエンド部54の軸方向寸法を小さくすることができ、固定子軸長を短縮することが可能である。コイルエンド部54の曲げ方向は、回転子40との組み付けを考慮したものであるとよい。回転子40の径方向内側に固定子50を組み付けることを想定すると、その回転子40に対する挿入先端側では、コイルエンド部54が径方向内側に曲げられるとよい。その逆側の曲げ方向は任意でよいが、空間的に余裕のある外径側が製造上好ましい。 By bending the coil end portion 54 inward or outward in the radial direction, the axial dimension of the coil end portion 54 can be reduced, and the stator axial length can be shortened. The direction in which the coil end portion 54 is bent is preferably determined in consideration of assembly with the rotor 40. Assuming that the stator 50 is assembled inside the rotor 40 in the radial direction, the coil end portion 54 may be bent radially inward on the insertion tip side with respect to the rotor 40. The bending direction on the opposite side may be arbitrary, but the outer diameter side with ample space is preferable in terms of manufacturing.

磁石部42は、磁石保持部43の径方向内側において、周方向に沿って磁極が交互に変わるように配置された複数の磁石により構成されている。磁石部42の詳細については後述する。 The magnet portion 42 includes a plurality of magnets arranged radially inside the magnet holding portion 43 so that magnetic poles alternate along the circumferential direction. Details of the magnet portion 42 will be described later.

固定子50は、回転子40の径方向内側に設けられている。固定子50は、略筒状に巻回形成された固定子巻線51と、その径方向内側に配置された固定子コア52を有している。固定子巻線51は、所定のエアギャップを挟んで円環状の磁石部42に対向するように配置されている。固定子巻線51は、複数の相巻線よりなる。各相巻線は、周方向に配列された複数の導線が所定ピッチで互いに接続されることで構成されている。本実施形態では、U相、V相及びW相の3相巻線と、X相、Y相及びZ相の3相巻線とを用い、それら3相2組の相巻線を用いることで、固定子巻線51が6相の相巻線として構成されている。 The stator 50 is provided inside the rotor 40 in the radial direction. The stator 50 includes a stator winding 51 wound into a substantially cylindrical shape and a stator core 52 disposed radially inside the stator winding 51 . The stator winding 51 is arranged to face the annular magnet part 42 with a predetermined air gap in between. The stator winding 51 consists of a plurality of phase windings. Each phase winding is configured by a plurality of conductive wires arranged in the circumferential direction and connected to each other at a predetermined pitch. In this embodiment, three-phase windings of U-phase, V-phase, and W-phase and three-phase windings of X-phase, Y-phase, and Z-phase are used, and two sets of phase windings for these three phases are used. , the stator winding 51 is configured as a six-phase phase winding.

固定子コア52は、軟磁性材からなる積層鋼板により円環状に形成されており、固定子巻線51の径方向内側に組み付けられている。 The stator core 52 is formed in an annular shape from laminated steel plates made of a soft magnetic material, and is assembled inside the stator winding 51 in the radial direction.

固定子巻線51は、軸方向において固定子コア52に重複する部分であり、固定子コア52の径方向外側となるコイルサイド部53と、軸方向において固定子コア52の一端側及び他端側にそれぞれ張り出すコイルエンド部54,55を有している。コイルサイド部53は、径方向において固定子コア52と回転子40の磁石部42にそれぞれ対向している。回転子40の内側に固定子50が配置された状態では、軸方向両側のコイルエンド部54,55のうち軸受部20の側(図の上側)となるコイルエンド部54が、回転子40の回転子本体41により形成されたコイル収容凹部47に収容されている。固定子50の詳細については後述する。 The stator winding 51 is a portion that overlaps the stator core 52 in the axial direction, and includes a coil side portion 53 that is radially outer of the stator core 52, and one end side and the other end of the stator core 52 in the axial direction. It has coil end portions 54 and 55 that respectively extend to the sides. The coil side portions 53 respectively face the stator core 52 and the magnet portion 42 of the rotor 40 in the radial direction. When the stator 50 is disposed inside the rotor 40 , the coil end portion 54 on the bearing portion 20 side (the upper side in the figure) of the coil end portions 54 and 55 on both sides in the axial direction is located on the rotor 40 . The coil accommodating recess 47 formed by the rotor body 41 accommodates the coil accommodating recess 47 . Details of the stator 50 will be described later.

インバータユニット60は、ハウジング30に対してボルト等の締結具により固定されるユニットベース61と、ユニットベース61に組み付けられる電気コンポーネント62を有している。ユニットベース61は、ハウジング30の開口部33側の端部に対して固定されるエンドプレート部63と、エンドプレート部63に一体に設けられ、軸方向に延びるケーシング部64を有している。エンドプレート部63は、その中心部に円形の開口部65を有しており、開口部65の周縁部から起立するようにしてケーシング部64が形成されている。 The inverter unit 60 includes a unit base 61 fixed to the housing 30 with a fastener such as a bolt, and an electrical component 62 assembled to the unit base 61. The unit base 61 includes an end plate portion 63 fixed to the end of the housing 30 on the opening 33 side, and a casing portion 64 that is provided integrally with the end plate portion 63 and extends in the axial direction. The end plate portion 63 has a circular opening 65 at its center, and a casing portion 64 is formed to stand up from the periphery of the opening 65.

ケーシング部64の外周面には、固定子50が組み付けられている。つまり、ケーシング部64の外径寸法は、固定子コア52の内径寸法と同じか、又は、固定子コア52の内径寸法よりも僅かに小さい寸法になっている。ケーシング部64の外側に固定子コア52が組み付けられることで、固定子50とユニットベース61とが一体化されている。また、ユニットベース61がハウジング30に固定されることからすると、ケーシング部64に固定子コア52が組み付けられた状態では、固定子50がハウジング30に対して一体化された状態となっている。 The stator 50 is assembled on the outer peripheral surface of the casing portion 64. That is, the outer diameter of the casing portion 64 is the same as the inner diameter of the stator core 52, or slightly smaller than the inner diameter of the stator core 52. By assembling the stator core 52 on the outside of the casing portion 64, the stator 50 and the unit base 61 are integrated. Furthermore, since the unit base 61 is fixed to the housing 30, the stator 50 is integrated with the housing 30 when the stator core 52 is assembled to the casing portion 64.

ケーシング部64の径方向内側は、電気コンポーネント62を収容する収容空間となっており、その収容空間には、回転軸11を囲むようにして電気コンポーネント62が配置されている。ケーシング部64は、収容空間形成部としての役目を有している。電気コンポーネント62は、インバータ回路を構成する半導体モジュール66や、制御基板67、コンデンサモジュール68を備えている。 The radially inner side of the casing portion 64 is a housing space for housing the electrical component 62, and the electrical component 62 is arranged in the housing space so as to surround the rotating shaft 11. The casing part 64 has a role as an accommodation space forming part. The electrical component 62 includes a semiconductor module 66 that constitutes an inverter circuit, a control board 67, and a capacitor module 68.

ここで、上記図1~図5に加え、インバータユニット60の分解図である図6を用いて、インバータユニット60の構成をさらに説明する。 Here, the configuration of the inverter unit 60 will be further described using FIG. 6, which is an exploded view of the inverter unit 60, in addition to FIGS. 1 to 5 above.

ユニットベース61において、ケーシング部64は、筒状部71と、筒状部71における軸方向両端部の一方(軸受部20側の端部)に設けられた端面部72を有している。端面部72の反対側は、エンドプレート部63の開口部65を通じて全面的に開放されている。端面部72には、その中央に円形の孔73が形成されており、その孔73に回転軸11が挿通可能となっている。 In the unit base 61, the casing part 64 has a cylindrical part 71 and an end surface part 72 provided at one of the axial ends of the cylindrical part 71 (the end on the bearing part 20 side). The opposite side of the end surface portion 72 is completely opened through the opening 65 of the end plate portion 63. A circular hole 73 is formed in the center of the end surface portion 72, and the rotating shaft 11 can be inserted into the hole 73.

ケーシング部64の筒状部71は、その径方向外側に配置される回転子40及び固定子50と、その径方向内側に配置される電気コンポーネント62との間を仕切る仕切り部となっている。回転子40及び固定子50と、電気コンポーネント62とは、筒状部71を挟んで径方向内外に並ぶように、それぞれ配置されている。 The cylindrical part 71 of the casing part 64 serves as a partition part that partitions the rotor 40 and stator 50 arranged on the radially outer side of the casing part 64 from the electric component 62 arranged on the radially inner side thereof. The rotor 40, the stator 50, and the electric component 62 are respectively arranged so as to be lined up inside and outside in the radial direction with the cylindrical portion 71 in between.

電気コンポーネント62は、インバータ回路を構成する電気部品であり、固定子巻線51の各相巻線に対して所定順序で電流を流して回転子40を回転させる力行機能と、回転軸11の回転にともない固定子巻線51に流れる3相交流電流を入力し、発電電力として外部に出力する発電機能とを有している。電気コンポーネント62は、力行機能と発電機能とのうち、いずれか一方のみを有するものであってもよい。発電機能は、たとえば回転電機10が車両用動力源として用いられる場合、回生電力として外部に出力する回生機能である。 The electrical component 62 is an electrical component that constitutes an inverter circuit, and has a power running function that rotates the rotor 40 by passing current through each phase winding of the stator winding 51 in a predetermined order, and a power running function that rotates the rotary shaft 11. Accordingly, it has a power generation function of inputting the three-phase alternating current flowing through the stator winding 51 and outputting it to the outside as generated power. The electrical component 62 may have only one of a power running function and a power generation function. The power generation function is, for example, a regeneration function that outputs regenerated power to the outside when the rotating electric machine 10 is used as a power source for a vehicle.

電気コンポーネント62の具体的な構成として、回転軸11の周りには、中空円筒状をなすコンデンサモジュール68が設けられており、コンデンサモジュール68の外周面上に、複数の半導体モジュール66が周方向に並べて配置されている。コンデンサモジュール68は、互いに並列接続された平滑用のコンデンサ68aを複数備えている。具体的には、コンデンサ68aは、複数枚のフィルムコンデンサが積層されてなる積層型フィルムコンデンサであり、横断面が台形状をなしている。コンデンサモジュール68は、12個のコンデンサ68aが環状に並べて配置されることで構成されている。 As a specific configuration of the electric component 62, a hollow cylindrical capacitor module 68 is provided around the rotating shaft 11, and a plurality of semiconductor modules 66 are arranged circumferentially on the outer peripheral surface of the capacitor module 68. They are placed side by side. The capacitor module 68 includes a plurality of smoothing capacitors 68a connected in parallel to each other. Specifically, the capacitor 68a is a laminated film capacitor formed by laminating a plurality of film capacitors, and has a trapezoidal cross section. The capacitor module 68 is configured by 12 capacitors 68a arranged in a ring shape.

コンデンサ68aの製造過程においては、たとえば、複数のフィルムが積層されてなる所定幅の長尺フィルムを用いる。フィルム幅方向を台形高さ方向とし、台形の上底と下底とが交互になるように、長尺フィルムを等脚台形状に切断することで、コンデンサ素子が作られる。そして、コンデンサ素子に電極等を取り付けることで、コンデンサ68aが作製される。 In the manufacturing process of the capacitor 68a, for example, a long film of a predetermined width, which is formed by laminating a plurality of films, is used. A capacitor element is produced by cutting a long film into an isosceles trapezoid shape, with the film width direction set as the trapezoid height direction, and the upper and lower bases of the trapezoids alternating. Then, the capacitor 68a is manufactured by attaching electrodes and the like to the capacitor element.

半導体モジュール66は、たとえばMOSFETやIGBT等の半導体スイッチング素子を有し、略板状に形成されている。本実施形態では、回転電機10が2組の3相巻線を備えており、その3相巻線ごとにインバータ回路が設けられている。電気コンポーネント62は、計12個の半導体モジュール66を有している。 The semiconductor module 66 includes semiconductor switching elements such as MOSFETs and IGBTs, and is formed into a substantially plate shape. In this embodiment, the rotating electric machine 10 includes two sets of three-phase windings, and an inverter circuit is provided for each of the three-phase windings. Electrical component 62 has a total of twelve semiconductor modules 66.

半導体モジュール66は、ケーシング部64の筒状部71とコンデンサモジュール68との間に挟まれた状態で配置されている。半導体モジュール66の外周面は筒状部71の内周面に接触し、半導体モジュール66の内周面はコンデンサモジュール68の外周面に接触している。この場合、半導体モジュール66で生じた熱は、ケーシング部64を介してエンドプレート部63に伝わり、エンドプレート部63から放出される。 The semiconductor module 66 is placed between the cylindrical portion 71 of the casing portion 64 and the capacitor module 68. The outer peripheral surface of the semiconductor module 66 is in contact with the inner peripheral surface of the cylindrical portion 71, and the inner peripheral surface of the semiconductor module 66 is in contact with the outer peripheral surface of the capacitor module 68. In this case, the heat generated in the semiconductor module 66 is transmitted to the end plate part 63 via the casing part 64 and is emitted from the end plate part 63.

径方向において、半導体モジュール66と筒状部71との間に、スペーサ69が配置されるとよい。コンデンサモジュール68では軸方向に直交する横断面の断面形状が正12角形である一方、筒状部71の内周面の横断面形状が円形であるため、スペーサ69は、内周面が平坦面、外周面が曲面となっている。スペーサ69は、各半導体モジュール66の径方向外側において円環状に連なるように一体に設けられていてもよい。なお、筒状部71の内周面の横断面形状をコンデンサモジュール68と同じ12角形にすることも可能である。この場合、スペーサ69の内周面及び外周面がいずれも平坦面であるとよい。 A spacer 69 may be disposed between the semiconductor module 66 and the cylindrical portion 71 in the radial direction. In the capacitor module 68, the cross-sectional shape of the cross section perpendicular to the axial direction is a regular dodecagon, while the cross-sectional shape of the inner circumferential surface of the cylindrical portion 71 is circular. Therefore, the spacer 69 has a flat inner circumferential surface. , the outer peripheral surface is a curved surface. The spacer 69 may be integrally provided so as to be continuous in an annular shape on the radially outer side of each semiconductor module 66. Note that it is also possible to make the cross-sectional shape of the inner circumferential surface of the cylindrical portion 71 the same dodecagon as the capacitor module 68. In this case, it is preferable that both the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the spacer 69 be flat surfaces.

本実施形態では、ケーシング部64の筒状部71に、冷却水を流通させる冷却水通路74が形成されており、半導体モジュール66で生じた熱は、冷却水通路74を流れる冷却水に対しても放出される。つまり、ケーシング部64は水冷機構を備えている。図3や図4に示すように、冷却水通路74は、電気コンポーネント62(半導体モジュール66及びコンデンサモジュール68)を囲むように環状に形成されている。半導体モジュール66は筒状部71の内周面に沿って配置されており、その半導体モジュール66に対して径方向内外に重なる位置に冷却水通路74が設けられている。 In this embodiment, a cooling water passage 74 through which cooling water flows is formed in the cylindrical part 71 of the casing part 64, and the heat generated in the semiconductor module 66 is transferred to the cooling water flowing through the cooling water passage 74. is also released. In other words, the casing portion 64 is equipped with a water cooling mechanism. As shown in FIGS. 3 and 4, the cooling water passage 74 is formed in an annular shape so as to surround the electrical component 62 (semiconductor module 66 and capacitor module 68). The semiconductor module 66 is arranged along the inner peripheral surface of the cylindrical portion 71, and a cooling water passage 74 is provided at a position overlapping the semiconductor module 66 inside and outside in the radial direction.

筒状部71の外側には固定子50が配置され、内側には電気コンポーネント62が配置されている。したがって、筒状部71に対しては、その外側から固定子50の熱が伝わるとともに、内側から半導体モジュール66の熱が伝わる。この場合、固定子50と半導体モジュール66とを同時に冷やすことが可能となっており、回転電機10における発熱部材の熱を効率良く放出することができる。 The stator 50 is arranged on the outside of the cylindrical part 71, and the electric component 62 is arranged on the inside. Therefore, the heat of the stator 50 is transmitted to the cylindrical portion 71 from the outside, and the heat of the semiconductor module 66 is transmitted from the inside. In this case, it is possible to cool the stator 50 and the semiconductor module 66 at the same time, and the heat of the heat generating members in the rotating electric machine 10 can be efficiently dissipated.

電気コンポーネント62は、軸方向において、コンデンサモジュール68の一方の端面に設けられた絶縁シート75と、他方の端面に設けられた配線モジュール76を備えている。コンデンサモジュール68の軸方向両端面の一方(軸受部20側の端面)は、ケーシング部64の端面部72に対向しており、絶縁シート75を挟んだ状態で端面部72に重ね合わされている。また、他方の端面(開口部65側の端面)には、配線モジュール76が組み付けられている。 The electrical component 62 includes, in the axial direction, an insulating sheet 75 provided on one end surface of the capacitor module 68, and a wiring module 76 provided on the other end surface. One of the axial end surfaces of the capacitor module 68 (the end surface on the bearing section 20 side) faces the end surface section 72 of the casing section 64 and is overlapped with the end surface section 72 with an insulating sheet 75 sandwiched therebetween. Further, a wiring module 76 is assembled to the other end surface (the end surface on the opening 65 side).

配線モジュール76は、合成樹脂材よりなり円形板状をなす本体部76aと、その内部に埋設された複数のバスバー76b,76cを有しており、バスバー76b,76cにより、半導体モジュール66やコンデンサモジュール68と電気的接続がなされている。具体的には、半導体モジュール66は、その軸方向端面から延びる端子66aを有しており、その端子66aが、本体部76aの径方向外側においてバスバー76bに接続されている。バスバー76cは、本体部76aの径方向外側においてコンデンサモジュール68とは反対側に延びており、図2に示すように、その先端部にて配線部材79に接続されるようになっている。 The wiring module 76 includes a main body 76a made of synthetic resin and shaped like a circular plate, and a plurality of bus bars 76b, 76c buried inside the main body 76a. 68 is electrically connected. Specifically, the semiconductor module 66 has a terminal 66a extending from its axial end surface, and the terminal 66a is connected to a bus bar 76b on the radially outer side of the main body portion 76a. The bus bar 76c extends on the radially outer side of the main body portion 76a on the side opposite to the capacitor module 68, and is connected to a wiring member 79 at its tip, as shown in FIG.

上記のとおりコンデンサモジュール68の軸方向両側に絶縁シート75と配線モジュール76とがそれぞれ設けられた構成によれば、コンデンサモジュール68の放熱経路として、コンデンサモジュール68の軸方向両端面から端面部72及び筒状部71に至る経路が形成される。これにより、コンデンサモジュール68において半導体モジュール66が設けられた外周面以外の端面部からの放熱が可能になっている。つまり、径方向への放熱だけでなく、軸方向への放熱も可能となっている。 According to the configuration in which the insulating sheet 75 and the wiring module 76 are provided on both sides of the capacitor module 68 in the axial direction as described above, the heat dissipation path of the capacitor module 68 is provided from both end faces of the capacitor module 68 in the axial direction to the end face portion 72 and the wiring module 76. A path leading to the cylindrical portion 71 is formed. Thereby, heat can be radiated from the end face of the capacitor module 68 other than the outer peripheral face where the semiconductor module 66 is provided. In other words, heat can be radiated not only in the radial direction but also in the axial direction.

コンデンサモジュール68は中空円筒状をなし、その内周部には所定の隙間を有して回転軸11が配置される。したがって、コンデンサモジュール68の熱は、その中空部からも放出可能となっている。この場合、回転軸11の回転により空気の流れが生じることにより、その冷却効果が高められるようになっている。 The capacitor module 68 has a hollow cylindrical shape, and the rotating shaft 11 is disposed on the inner circumference thereof with a predetermined gap. Therefore, the heat of the capacitor module 68 can also be released from the hollow part thereof. In this case, the rotation of the rotating shaft 11 generates a flow of air, thereby enhancing the cooling effect.

配線モジュール76には、円板状の制御基板67が取り付けられている。制御基板67は、所定の配線パターンが形成されたプリント基板(PCB)を有しており、プリント基板上には各種ICや、マイコン等からなる制御装置77が実装されている。制御基板67は、ネジ等の固定具により配線モジュール76に固定されている。制御基板67は、その中央部に、回転軸11を挿通させる挿通孔67aを有している。 A disk-shaped control board 67 is attached to the wiring module 76 . The control board 67 has a printed circuit board (PCB) on which a predetermined wiring pattern is formed, and a control device 77 made of various ICs, a microcomputer, etc. is mounted on the printed circuit board. The control board 67 is fixed to the wiring module 76 with fixing devices such as screws. The control board 67 has an insertion hole 67a in its center, through which the rotating shaft 11 is inserted.

なお、配線モジュール76の軸方向両側のうち、コンデンサモジュール68の反対側に制御基板67が設けられ、制御基板67の両面の一方側から他方側に配線モジュール76のバスバー76cが延びる構成となっている。かかる構成において、制御基板67には、バスバー76cとの干渉を回避する切欠が設けられているとよい。たとえば、円形状をなす制御基板67の外縁部の一部が切り欠かれているとよい。 The control board 67 is provided on the opposite side of the capacitor module 68 among both sides of the wiring module 76 in the axial direction, and the bus bar 76c of the wiring module 76 extends from one side to the other side of both sides of the control board 67. There is. In such a configuration, the control board 67 is preferably provided with a notch to avoid interference with the bus bar 76c. For example, it is preferable that a part of the outer edge of the circular control board 67 is cut out.

このように、ケーシング部64に囲まれた空間内に電気コンポーネント62が収容され、その外側に、ハウジング30、回転子40、及び固定子50が層状に配置されている。この構成によれば、インバータ回路で生じる電磁ノイズが好適にシールドされる。インバータ回路では、所定のキャリア周波数によるPWM制御を利用して各半導体モジュール66でのスイッチング制御が行われ、そのスイッチング制御により電磁ノイズが生じることが考えられるが、その電磁ノイズを、電気コンポーネント62の径方向外側のハウジング30、回転子40、固定子50等により好適にシールドできる。 In this way, the electrical component 62 is housed in the space surrounded by the casing part 64, and the housing 30, rotor 40, and stator 50 are arranged in layers on the outside thereof. According to this configuration, electromagnetic noise generated in the inverter circuit is suitably shielded. In the inverter circuit, switching control is performed in each semiconductor module 66 using PWM control using a predetermined carrier frequency, and electromagnetic noise may be generated due to the switching control. It can be suitably shielded by the housing 30, rotor 40, stator 50, etc. on the radially outer side.

筒状部71においてエンドプレート部63の付近には、その外側の固定子50と内側の電気コンポーネント62とを電気的に接続する配線部材79を挿通させる貫通孔78が形成されている。図2に示すように、配線部材79は、圧着、溶接などにより、固定子巻線51の端部と配線モジュール76のバスバー76cとにそれぞれ接続されている。配線部材79は、たとえばバスバーであり、その接合面は平たく潰されていることが望ましい。貫通孔78は、1箇所又は複数箇所に設けられているとよく、本実施形態では2箇所に設けられている。2箇所に貫通孔78が設けられる構成では、2組の3相巻線から延びる巻線端子を、それぞれ配線部材79により容易に結線することが可能となり、多相結線を行う上で好適なものとなっている。 A through hole 78 is formed in the vicinity of the end plate portion 63 in the cylindrical portion 71, through which a wiring member 79 for electrically connecting the stator 50 on the outside and the electric component 62 on the inside is inserted. As shown in FIG. 2, the wiring member 79 is connected to the end of the stator winding 51 and the bus bar 76c of the wiring module 76 by crimping, welding, or the like. The wiring member 79 is, for example, a bus bar, and it is desirable that the joint surface thereof be crushed flat. The through hole 78 may be provided at one or more locations, and in this embodiment, the through hole 78 is provided at two locations. The configuration in which the through holes 78 are provided at two locations allows the winding terminals extending from the two sets of three-phase windings to be easily connected using the wiring members 79, and is suitable for performing multiphase wiring. It becomes.

ハウジング30内には、図4に示すように径方向外側から順に回転子40、固定子50が設けられ、固定子50の径方向内側にインバータユニット60が設けられている。ここで、ハウジング30の内周面の半径をdとすると、回転中心からd×0.705の距離よりも径方向外側に、回転子40及び固定子50が配置されている。この場合、固定子50の内周面、すなわち固定子コア52の内周面から径方向内側となる領域を第1領域X1、固定子50の内周面からハウジング30までの間の領域を第2領域X2とすると、第1領域X1の横断面の面積は、第2領域X2の横断面の面積よりも大きい構成となっている。また、軸方向において回転子40の磁石部42及び固定子巻線51が重複する範囲で見て、第1領域X1の容積が第2領域X2の容積よりも大きい構成となっている。 Inside the housing 30, as shown in FIG. 4, a rotor 40 and a stator 50 are provided in order from the outside in the radial direction, and an inverter unit 60 is provided inside the stator 50 in the radial direction. Here, if the radius of the inner circumferential surface of the housing 30 is d, the rotor 40 and the stator 50 are arranged radially outward from a distance of d×0.705 from the center of rotation. In this case, the area radially inward from the inner circumferential surface of the stator 50, that is, the inner circumferential surface of the stator core 52, is the first area X1, and the area between the inner circumferential surface of the stator 50 and the housing 30 is the first area X1. In the case of two regions X2, the cross-sectional area of the first region X1 is larger than the cross-sectional area of the second region X2. Moreover, the volume of the first region X1 is larger than the volume of the second region X2 when viewed in the range where the magnet portion 42 of the rotor 40 and the stator winding 51 overlap in the axial direction.

なお、回転子40及び固定子50を磁気回路コンポーネントとすると、ハウジング30内において、その磁気回路コンポーネントの内周面から径方向内側となる第1領域X1が、径方向において磁気回路コンポーネントの内周面からハウジング30までの間の第2領域X2よりも容積が大きい構成となっている。 Note that when the rotor 40 and the stator 50 are magnetic circuit components, in the housing 30, the first region X1 that is radially inward from the inner circumferential surface of the magnetic circuit component is the inner circumference of the magnetic circuit component in the radial direction. The volume is larger than that of the second region X2 between the surface and the housing 30.

次いで、回転子40及び固定子50の構成をより詳しく説明する。 Next, the configurations of the rotor 40 and stator 50 will be explained in more detail.

一般に、回転電機における固定子の構成として、積層鋼板よりなり、円環状をなす固定子コアに、周方向に複数のスロットを設け、そのスロット内に固定子巻線を巻装するものが知られている。具体的には、固定子コアは、ヨーク部から所定間隔で径方向に延びる複数のティースを有しており、周方向に隣り合うティース間にスロットが形成されている。そして、スロット内に、たとえば径方向に複数層の導線が収容され、その導線により固定子巻線が構成されている。 In general, a stator in a rotating electric machine is known to have a stator core made of laminated steel plates, which has an annular shape, has multiple slots circumferentially, and stator windings are wound within the slots. ing. Specifically, the stator core has a plurality of teeth extending in the radial direction from the yoke portion at predetermined intervals, and slots are formed between the circumferentially adjacent teeth. For example, a plurality of layers of conductive wires are housed in the slots in the radial direction, and the stator windings are configured by the conductive wires.

ただし、上記した固定子構造では、固定子巻線の通電時において、固定子巻線の起磁力が増加するのにともない固定子コアのティース部分で磁気飽和が生じ、それに起因して回転電機のトルク密度が制限されることが考えられる。つまり、固定子コアにおいて、固定子巻線の通電により生じた回転磁束がティースに集中することで、磁気飽和が生じると考えられる。 However, in the stator structure described above, when the stator winding is energized, as the magnetomotive force of the stator winding increases, magnetic saturation occurs in the teeth of the stator core, which causes the rotating electric machine to It is possible that the torque density is limited. That is, it is considered that magnetic saturation occurs in the stator core when rotating magnetic flux generated by energization of the stator windings concentrates on the teeth.

また、一般的に、回転電機におけるIPMロータの構成として、永久磁石がd軸に配置され、q軸にロータコアが配置されたものが知られている。このような場合、d軸近傍の固定子巻線が励磁されることで、フレミングの法則により固定子から回転子のq軸に励磁磁束が流入される。そしてこれにより、回転子のq軸コア部分に、広範囲の磁気飽和が生じると考えられる。 Moreover, as a configuration of an IPM rotor in a rotating electric machine, a structure in which a permanent magnet is disposed on the d-axis and a rotor core is disposed on the q-axis is generally known. In such a case, by exciting the stator winding near the d-axis, excitation magnetic flux flows from the stator to the q-axis of the rotor according to Fleming's law. This is thought to cause a wide range of magnetic saturation in the q-axis core portion of the rotor.

図7は、固定子巻線の起磁力を示すアンペアターン[AT]とトルク密度[Nm/L]との関係を示すトルク線図である。破線が一般的なIPMロータ型の回転電機における特性を示す。図7に示すように、一般的な回転電機では、固定子において起磁力を増加させていくことにより、スロット間のティース部分及びq軸コア部分の2箇所で磁気飽和が生じ、それが原因でトルクの増加が制限されてしまう。このように、当該一般的な回転電機では、アンペアターン設計値がX1で制限されることになる。 FIG. 7 is a torque diagram showing the relationship between ampere turns [AT] showing the magnetomotive force of the stator winding and torque density [Nm/L]. The broken line indicates the characteristics of a general IPM rotor type rotating electric machine. As shown in Figure 7, in a typical rotating electric machine, increasing the magnetomotive force in the stator causes magnetic saturation in two places: the teeth between the slots and the q-axis core. The increase in torque will be limited. Thus, in the general rotating electric machine, the ampere-turn design value is limited by X1.

そこで本実施形態では、磁気飽和に起因するトルク制限を解消すべく、回転電機10において、以下に示す構成を付与するものとしている。すなわち、第1の工夫として、固定子において固定子コアのティースで生じる磁気飽和をなくすべく、固定子50においてスロットレス構造を採用し、かつIPMロータのq軸コア部分で生じる磁気飽和をなくすべく、SPMロータを採用している。第1の工夫によれば、磁気飽和が生じる上記2箇所の部分をなくすことができるが、低電流域でのトルクが減少することが考えられる(図7の一点鎖線参照)。そのため、第2の工夫として、SPMロータの磁束増強を図ることでトルク減少を挽回すべく、回転子40の磁石部42において磁石磁路を長くして磁力を高めた極異方構造を採用している。 Therefore, in this embodiment, in order to eliminate the torque limitation caused by magnetic saturation, the rotating electrical machine 10 is provided with the configuration shown below. That is, as a first measure, a slotless structure is adopted in the stator 50 in order to eliminate the magnetic saturation that occurs in the teeth of the stator core, and a slotless structure is adopted in the stator 50 in order to eliminate the magnetic saturation that occurs in the q-axis core portion of the IPM rotor. , SPM rotor is adopted. According to the first idea, the above two portions where magnetic saturation occurs can be eliminated, but the torque in the low current range may be reduced (see the dashed line in FIG. 7). Therefore, as a second measure, in order to compensate for the decrease in torque by increasing the magnetic flux of the SPM rotor, we adopted a polar anisotropic structure in which the magnet magnetic path is lengthened and the magnetic force is increased in the magnet section 42 of the rotor 40. ing.

また、第3の工夫として、固定子巻線51のコイルサイド部53において導線の径方向厚さを小さくした扁平導線構造を採用してトルク減少の挽回を図っている。ここで、上記した極異方構造によって、対向する固定子巻線51には、より大きな渦電流が発生することが考えられる。しかしながら、第3の工夫によれば、径方向に薄い扁平導線構造のため、固定子巻線51における径方向の渦電流の発生を抑制することができる。このように、これら第1~第3の各構成によれば、図7に実線で示すように、磁力の高い磁石を採用してトルク特性の大幅な改善を見込みつつも、磁力の高い磁石ゆえに生じ得る大きい渦電流発生の懸念も改善できるものとなっている。 In addition, as a third measure, a flat conducting wire structure is adopted in which the radial thickness of the conducting wire is reduced in the coil side portion 53 of the stator winding 51 in order to recover from the decrease in torque. Here, due to the polar anisotropic structure described above, it is considered that a larger eddy current is generated in the opposing stator windings 51. However, according to the third device, the occurrence of radial eddy current in the stator winding 51 can be suppressed due to the flat conducting wire structure which is thin in the radial direction. As described above, according to each of the first to third configurations, as shown by the solid line in FIG. Concerns about possible large eddy current generation can also be alleviated.

さらに、第4の工夫として、極異方構造を利用し正弦波に近い磁束密度分布を有する磁石部42を採用している。これによれば、後述するパルス制御等によって正弦波整合率を高めてトルク増強を図ることができるとともに、ラジアル磁石と比べ緩やかな磁束変化のため渦電流損もさらに抑制することができる。 Furthermore, as a fourth measure, a magnet portion 42 that utilizes a polar anisotropic structure and has a magnetic flux density distribution close to a sine wave is employed. According to this, it is possible to increase the torque by increasing the sinusoidal matching factor through pulse control, etc., which will be described later, and it is also possible to further suppress eddy current loss due to the gentle change in magnetic flux compared to a radial magnet.

また、第5の工夫として、固定子巻線51を複数の素線を寄せ集めて撚った素線導体構造としている。これによれば、基本波成分は集電されて大電流が流せるとともに、扁平導線構造で周方向に広がった導線で発生する周方向に起因する渦電流の発生を、素線それぞれの断面積が小さくなるため、第3の工夫による径方向に薄くする以上に効果的に抑制することができる。そして、複数の素線が撚り合っていることで、導体からの起磁力に対しては、電流通電方向に対して右ネジの法則で発生する磁束に対する渦電流を相殺することができる。 Furthermore, as a fifth idea, the stator winding 51 has a strand conductor structure in which a plurality of strands are gathered together and twisted. According to this, the fundamental wave component is collected and a large current can flow, and the cross-sectional area of each strand can suppress the generation of eddy current caused in the circumferential direction, which occurs in a conductor that has a flat conductor structure and spreads in the circumferential direction. Since it becomes smaller, it can be suppressed more effectively than the third technique of making it thinner in the radial direction. Since the plurality of strands are twisted together, the magnetomotive force from the conductor can be offset by the eddy current against the magnetic flux generated according to the right-handed screw rule in the direction of current flow.

このように、第4の工夫、第5の工夫をさらに加えると、第2の工夫である磁力の高い磁石を採用しながら、さらにその高い磁力に起因する渦電流損を抑制しながらトルク増強を図ることができる。 In this way, by further adding the fourth and fifth ideas, it is possible to increase torque while using a magnet with high magnetic force, which is the second idea, while suppressing eddy current loss caused by the high magnetic force. can be achieved.

以下に、固定子50のスロットレス構造、固定子巻線51の扁平導線構造、及び磁石部42の極異方構造について個別に説明を加える。 Below, the slotless structure of the stator 50, the flat conductor structure of the stator winding 51, and the polar anisotropic structure of the magnet portion 42 will be individually explained.

先ずは、スロットレス構造と扁平導線構造について説明する。図8は、回転子40及び固定子50の横断面図であり、図9は、図8に示す回転子40及び固定子50の一部を拡大して示した図である。図10は、固定子50の横断面を示す断面図であり、図11は、固定子50の縦断面を示す断面図である。また、図12は、固定子巻線51の斜視図である。なお、図8及び図9には、磁石部42における磁石の磁化方向を矢印にて示している。 First, the slotless structure and flat conductor structure will be explained. FIG. 8 is a cross-sectional view of the rotor 40 and stator 50, and FIG. 9 is an enlarged view of a part of the rotor 40 and stator 50 shown in FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a cross section of the stator 50, and FIG. 11 is a cross-sectional view showing a vertical cross section of the stator 50. Further, FIG. 12 is a perspective view of the stator winding 51. In addition, in FIG. 8 and FIG. 9, the magnetization direction of the magnet in the magnet part 42 is shown by the arrow.

図8~図11に示すように、固定子コア52は、軸方向に複数の電磁鋼板が積層され、径方向に所定の厚さを有する円筒状をなしており、径方向外側に固定子巻線51が組み付けられるものとなっている。固定子コア52の外周面が導線設置部となっている。固定子コア52の外周面は凹凸のない曲面状をなしており、その外周面において周方向に並べて複数の導線群81が配置されている。 As shown in FIGS. 8 to 11, the stator core 52 has a cylindrical shape in which a plurality of electromagnetic steel sheets are laminated in the axial direction and has a predetermined thickness in the radial direction. A wire 51 is to be assembled. The outer peripheral surface of the stator core 52 serves as a conductor installation portion. The outer circumferential surface of the stator core 52 has a curved shape with no irregularities, and a plurality of conducting wire groups 81 are arranged circumferentially on the outer circumferential surface.

固定子コア52は、回転子40を回転させるための磁気回路の一部となるバックヨークとして機能する。この場合、周方向に隣り合う各導線群81の間には軟磁性材からなるティース(つまり、鉄心)が設けられていない構成、すなわちスロットレス構造となっている。本実施形態において、各導線群81の間隙56には、封止部57の樹脂材料が入り込む構造となっている。つまり、封止部57の封止前の状態で言えば、固定子コア52の径方向外側には、それぞれ導線間領域である間隙56を隔てて周方向に所定間隔で導線群81が配置されており、これによりスロットレス構造の固定子50が構築されている。 Stator core 52 functions as a back yoke that becomes part of a magnetic circuit for rotating rotor 40. In this case, there is no tooth (that is, iron core) made of a soft magnetic material between each conductive wire group 81 adjacent in the circumferential direction, that is, a slotless structure. In this embodiment, the resin material of the sealing part 57 enters into the gap 56 of each conducting wire group 81 . In other words, in the state before the sealing portion 57 is sealed, the conductor wire groups 81 are arranged on the radially outer side of the stator core 52 at predetermined intervals in the circumferential direction with gaps 56 being inter-conductor regions. As a result, the stator 50 has a slotless structure.

なお、周方向に並ぶ各導線群の間においてティースが設けられている構成とは、ティースが、径方向に所定厚さを有し、周方向に所定幅を有することで、各導線群の間に磁気回路の一部、すなわち磁石磁路を形成する構成であると言える。この点において、本実施形態のように各導線群81の間にティースが設けられていない構成とは、上記の磁気回路の形成がなされていない構成であると言える。 Note that a configuration in which teeth are provided between each conductor group arranged in the circumferential direction means that the teeth have a predetermined thickness in the radial direction and a predetermined width in the circumferential direction. It can be said that this structure forms part of a magnetic circuit, that is, a magnet magnetic path. In this respect, a configuration in which teeth are not provided between each conducting wire group 81 as in the present embodiment can be said to be a configuration in which the above-described magnetic circuit is not formed.

図10及び図11に示すように、固定子巻線51は、封止部57により封止されている。図10の横断面で見れば、封止部57は、各導線群81の間、すなわち間隙56に合成樹脂材が充填されて設けられており、封止部57により、各導線群81の間に絶縁部材が介在する構成となっている。つまり、間隙56において封止部57が絶縁部材として機能する。封止部57は、固定子コア52の径方向外側において、各導線群81を全て含む範囲、すなわち径方向の厚さ寸法が各導線群81の径方向の厚さ寸法よりも大きくなる範囲で設けられている。 As shown in FIGS. 10 and 11, the stator winding 51 is sealed by a sealing portion 57. As shown in FIGS. When viewed in the cross section of FIG. 10, the sealing portion 57 is provided between each conducting wire group 81, that is, by filling the gap 56 with a synthetic resin material. The structure is such that an insulating member is interposed between the two. That is, the sealing portion 57 functions as an insulating member in the gap 56. The sealing portion 57 is formed on the outside of the stator core 52 in the radial direction in a range that includes all the conductor groups 81, that is, in a range where the radial thickness dimension is larger than the radial thickness dimension of each conductor group 81. It is provided.

また、図11の縦断面で見れば、封止部57は、固定子巻線51のターン部84を含む範囲で設けられている。固定子巻線51の径方向内側では、固定子コア52の端面の少なくとも一部を含む範囲で封止部57が設けられている。この場合、固定子巻線51は、各相の相巻線の端部、すなわちインバータ回路との接続端子を除く略全体で樹脂封止されている。 Furthermore, when viewed in the longitudinal section of FIG. 11, the sealing portion 57 is provided in a range that includes the turn portion 84 of the stator winding 51. A sealing portion 57 is provided on the radially inner side of the stator winding 51 in a range that includes at least a portion of the end surface of the stator core 52 . In this case, the stator winding 51 is substantially entirely sealed with resin except for the ends of the phase windings of each phase, that is, the connection terminals with the inverter circuit.

封止部57が固定子コア52の端面を含む範囲で設けられた構成では、封止部57により、固定子コア52の積層鋼板を軸方向内側に押さえ付けることができる。これにより、封止部57を用いて、各鋼板の積層状態を保持することができる。なお、本実施形態では、固定子コア52の内周面を樹脂封止していないが、これに代えて、固定子コア52の内周面を含む固定子コア52の全体を樹脂封止する構成としてもよい。 In a configuration in which the sealing portion 57 is provided in a range including the end face of the stator core 52, the sealing portion 57 can press the laminated steel plate of the stator core 52 inward in the axial direction. Thereby, the laminated state of each steel plate can be maintained using the sealing part 57. Note that in this embodiment, the inner circumferential surface of the stator core 52 is not sealed with resin, but instead, the entire stator core 52 including the inner circumferential surface of the stator core 52 is sealed with resin. It may also be a configuration.

回転電機10が車両動力源として使用される場合には、封止部57が、高耐熱のフッ素樹脂や、エポキシ樹脂、PPS樹脂、PEEK樹脂、LCP樹脂、シリコン樹脂、PAI樹脂、PI樹脂等により構成されていることが好ましい。また、膨張差による割れ抑制の観点から線膨張係数を考えると、固定子巻線51の導線の外被膜と同じ材質であることが望ましい。すなわち、線膨張係数が、一般的に他樹脂の倍以上であるシリコン樹脂は望ましくは除外される。なお、電気車両の如く、燃焼を利用した機関を持たない電気製品においては、180℃程度の耐熱性を持つPPO樹脂やフェノール樹脂、FRP樹脂も候補となる。回転電機10の周囲温度が100℃未満と見做せる分野においては、この限りではない。 When the rotating electric machine 10 is used as a vehicle power source, the sealing portion 57 is made of a highly heat-resistant fluororesin, epoxy resin, PPS resin, PEEK resin, LCP resin, silicone resin, PAI resin, PI resin, etc. It is preferable that it be configured. Further, considering the linear expansion coefficient from the viewpoint of suppressing cracking due to expansion differences, it is desirable that the material is the same as that of the outer coating of the conducting wire of the stator winding 51. That is, silicone resins whose coefficient of linear expansion is generally twice or more that of other resins are preferably excluded. In addition, for electric products such as electric vehicles that do not have an engine that uses combustion, PPO resin, phenol resin, and FRP resin, which have heat resistance of about 180° C., are also candidates. This is not the case in fields where the ambient temperature of the rotating electrical machine 10 can be considered to be less than 100°C.

回転電機10のトルクは磁束の大きさに比例する。ここで、固定子コアがティースを有している場合には、固定子での最大磁束量がティースでの飽和磁束密度に依存して制限される。これに対し、本実施形態のように固定子コア52がティースを有していない場合には、固定子50での最大磁束量が制限されない。そのため、固定子巻線51に対する通電電流を増加して回転電機10のトルク増加を図る上で、有利な構成となっている。 The torque of the rotating electrical machine 10 is proportional to the magnitude of the magnetic flux. Here, when the stator core has teeth, the maximum amount of magnetic flux in the stator is limited depending on the saturation magnetic flux density in the teeth. On the other hand, when the stator core 52 does not have teeth as in this embodiment, the maximum amount of magnetic flux in the stator 50 is not limited. Therefore, this configuration is advantageous in increasing the current applied to the stator winding 51 to increase the torque of the rotating electrical machine 10.

固定子コア52の径方向外側における各導線群81は、断面が扁平矩形状をなす複数の導線82が径方向に並べて配置されて構成されている。各導線82は、横断面において「径方向寸法<周方向寸法」となる向きで配置されている。これにより、各導線群81において径方向の薄肉化が図られている。また、径方向の薄肉化を図るとともに、導体領域が、ティースが従来あった領域まで平らに延び、扁平導線領域構造となっている。これにより、薄肉化により断面積が小さくなることで懸念される導線の発熱量の増加を、周方向に扁平化して導体の断面積を稼ぐことで抑えている。なお、複数の導線を周方向に並べ、それらを並列結線とする構成であっても、導体被膜分の導体断面積低下は起こるものの、同じ理屈による効果が得られる。 Each conducting wire group 81 on the radially outer side of the stator core 52 is composed of a plurality of conducting wires 82 each having a flat rectangular cross section and arranged in the radial direction. Each conducting wire 82 is arranged in a direction such that "radial dimension<circumferential dimension" in the cross section. Thereby, each conducting wire group 81 is made thinner in the radial direction. In addition, the conductor region is made thinner in the radial direction, and the conductor region extends flatly to the region where the teeth were conventionally located, resulting in a flat conductor region structure. As a result, an increase in the amount of heat generated by the conductor, which is a concern due to a reduction in cross-sectional area due to thinning, is suppressed by flattening the conductor in the circumferential direction and increasing the cross-sectional area of the conductor. Note that even with a configuration in which a plurality of conductive wires are arranged in the circumferential direction and connected in parallel, the effect based on the same principle can be obtained, although the cross-sectional area of the conductor is reduced by the amount of the conductor coating.

スロットがないことから、本実施形態における固定子巻線51では、その周方向の一周における導体領域を、隙間領域より大きく設計することができる。なお、従来の車両用回転電機は、固定子巻線の周方向の一周における導体領域/隙間領域は1以下であるのが当然であった。一方、本実施形態では、導体領域が隙間領域と同等又は導体領域が隙間領域よりも大きくなるようにして、各導線群81が設けられている。ここで、図10に示すように、周方向において導線82(つまり、後述する直線部83)が配置された導線領域をWA、隣り合う導線82の間となる導線間領域をWBとすると、導線領域WAは、導線間領域WBより周方向において大きいものとなっている。 Since there is no slot, in the stator winding 51 in this embodiment, the conductor area in one circumferential direction can be designed to be larger than the gap area. Note that in conventional rotating electric machines for vehicles, the number of conductor areas/gap areas in one circumferential direction of the stator winding is one or less. On the other hand, in this embodiment, each conducting wire group 81 is provided such that the conductor area is equal to or larger than the gap area. Here, as shown in FIG. 10, if the conductor area in the circumferential direction in which the conductor wires 82 (that is, straight portions 83 described later) are arranged is WA, and the area between the conductor wires between adjacent conductor wires 82 is WB, then the conductor wires The area WA is larger in the circumferential direction than the inter-conductor area WB.

回転電機10のトルクは、導線群81の径方向の厚さに略反比例する。この点、固定子コア52の径方向外側において導線群81の厚さを薄くしたことにより、回転電機10のトルク増加を図る上で有利な構成となっている。その理由としては、回転子40の磁石部42から固定子コア52までの距離、すなわち鉄の無い部分の距離を小さくして磁気抵抗を下げることができるためである。これによれば、永久磁石による固定子コア52の鎖交磁束を大きくすることができ、トルクを増強することができる。 The torque of the rotating electric machine 10 is approximately inversely proportional to the radial thickness of the conducting wire group 81. In this respect, by reducing the thickness of the conducting wire group 81 on the radially outer side of the stator core 52, the structure is advantageous in increasing the torque of the rotating electric machine 10. The reason for this is that the distance from the magnet portion 42 of the rotor 40 to the stator core 52, that is, the distance of the portion without iron, can be reduced to reduce magnetic resistance. According to this, the interlinkage magnetic flux of the stator core 52 caused by the permanent magnets can be increased, and the torque can be increased.

導線82は、導体82aの表面が絶縁被膜82bにより被覆された被覆導線よりなり、径方向に互いに重なる導線82同士の間、及び、導線82と固定子コア52との間においてそれぞれ絶縁性が確保されている。絶縁被膜82bの厚さはたとえば80μmであり、これは一般に使用される導線の被膜厚さ(20~40μm)よりも厚肉となっている。これにより、導線82と固定子コア52との間に絶縁紙等を介在させなくても、これら両者の間の絶縁性を確保することができる。 The conducting wire 82 is made of a coated conducting wire in which the surface of a conductor 82a is covered with an insulating coating 82b, and insulation is ensured between the conducting wires 82 that overlap each other in the radial direction and between the conducting wire 82 and the stator core 52. has been done. The thickness of the insulating coating 82b is, for example, 80 μm, which is thicker than the coating thickness (20 to 40 μm) of commonly used conducting wires. Thereby, the insulation between the conducting wire 82 and the stator core 52 can be ensured without interposing an insulating paper or the like between the two.

なお、導線82により構成される各相巻線は、接続のための露出部分を除き、絶縁被膜82bによる絶縁性が保持されるものとなっている。露出部分としては、たとえば、入出力端子部や、星形結線とする場合の中性点部分である。導線群81では、樹脂固着や自己融着被覆線を用いて、径方向に隣り合う各導線82が相互に固着されている。これにより、導線82同士が擦れ合うことによる絶縁破壊や、振動、音が抑制される。 It should be noted that each phase winding constituted by the conducting wire 82 maintains insulation properties due to the insulating coating 82b, except for exposed portions for connection. The exposed portion is, for example, an input/output terminal portion or a neutral point portion in the case of a star-shaped connection. In the conducting wire group 81, radially adjacent conducting wires 82 are fixed to each other using resin bonding or self-bonding coated wire. This suppresses dielectric breakdown, vibration, and noise caused by the conductive wires 82 rubbing against each other.

本実施形態では、導体82aが複数の素線86の集合体として構成されている。具体的には、図13に示すように、導体82aは、複数の素線86を撚ることで撚糸状に形成されている。また、図14に示すように、素線86は、細い繊維状の導電材87を束ねた複合体として構成されている。たとえば、素線86はCNT(カーボンナノチューブ)繊維の複合体であり、CNT繊維として、炭素の少なくとも一部をホウ素で置換したホウ素含有微細繊維を含む繊維が用いられている。炭素系微細繊維としては、CNT繊維以外に、気相成長法炭素繊維(VGCF)等を用いることができるが、CNT繊維を用いることが好ましい。なお、素線86の表面は、エナメルなどの高分子絶縁層で覆われている。 In this embodiment, the conductor 82a is configured as an aggregate of a plurality of wires 86. Specifically, as shown in FIG. 13, the conductor 82a is formed into a twisted thread shape by twisting a plurality of wires 86. Further, as shown in FIG. 14, the wire 86 is configured as a composite body made by bundling thin fibrous conductive materials 87. For example, the wire 86 is a composite of CNT (carbon nanotube) fibers, and the CNT fibers include boron-containing fine fibers in which at least a portion of carbon is replaced with boron. As the carbon-based fine fibers, vapor grown carbon fibers (VGCF) and the like can be used in addition to CNT fibers, but it is preferable to use CNT fibers. Note that the surface of the wire 86 is covered with a polymeric insulating layer such as enamel.

導体82aは、複数の素線86が撚り合わされて構成されているため、各素線86での渦電流の発生が抑えられ、導体82aにおける渦電流の低減を図ることができる。また、各素線86が捻られていることで、1本の素線86において磁界の印加方向が互いに逆になる部位が生じて逆起電圧が相殺される。そのため、やはり渦電流の低減を図ることができる。特に、素線86を繊維状の導電材87により構成することで、細線化することと捻り回数を格段に増やすことが可能になり、渦電流をより好適に低減することができる。 Since the conductor 82a is formed by twisting a plurality of wires 86 together, the generation of eddy current in each wire 86 is suppressed, and the eddy current in the conductor 82a can be reduced. Further, since each strand 86 is twisted, there are parts in one strand 86 where the directions of magnetic field application are opposite to each other, so that the back electromotive force is canceled out. Therefore, it is possible to reduce eddy currents. In particular, by forming the wire 86 with the fibrous conductive material 87, it becomes possible to make the wire thinner and to significantly increase the number of twists, thereby making it possible to more appropriately reduce eddy currents.

上記したように導線82は、断面が扁平矩形状をなし、径方向に複数並べて配置されるものとなっており、たとえば複数の素線86を撚った状態で集合させ、その状態で合成樹脂等により所望の形状に固めて成形するとよい。 As described above, the conductor wires 82 have a flat rectangular cross section and are arranged in plurality in the radial direction.For example, a plurality of wires 86 are gathered together in a twisted state, and in this state, a synthetic resin is applied. It is preferable to harden and mold it into a desired shape by means of methods such as the following.

各導線82は、周方向に所定の配置パターンで配置されるように折り曲げ形成されており、これにより、固定子巻線51として相ごとの相巻線が形成されている。図12に示すように、固定子巻線51では、各導線82のうち軸方向に直線状に延びる直線部83によりコイルサイド部53が形成され、軸方向においてコイルサイド部53よりも両外側に突出するターン部84によってコイルエンド部54,55が形成されている。 Each conducting wire 82 is formed by bending so as to be arranged in a predetermined arrangement pattern in the circumferential direction, thereby forming a phase winding for each phase as the stator winding 51. As shown in FIG. 12, in the stator winding 51, a coil side portion 53 is formed by a straight portion 83 of each conductive wire 82 that extends linearly in the axial direction, and the coil side portion 53 is formed on both sides of the coil side portion 53 in the axial direction. Coil end portions 54 and 55 are formed by the protruding turn portions 84.

各導線82は、直線部83とターン部84とが交互に繰り返されることにより、波巻状の一連の導線として構成されている。直線部83は、磁石部42に対して径方向に対向する位置に配置されており、磁石部42の軸方向外側となる位置において所定間隔を隔てて配置される同相の直線部83同士が、ターン部84により互いに接続されている。直線部83は、磁石部42に対して径方向に対向する磁石対向部である。 Each conducting wire 82 is configured as a series of wave-wound conducting wires by having straight portions 83 and turn portions 84 alternately repeated. The straight portions 83 are arranged at positions facing the magnet portion 42 in the radial direction. They are connected to each other by turn portions 84. The straight portion 83 is a magnet facing portion that faces the magnet portion 42 in the radial direction.

本実施形態では、固定子巻線51が分布巻きにより円環状に巻回形成されている。この場合、コイルサイド部53では、相ごとに、磁石部42の1極対に対応するピッチで周方向に直線部83が配置され、コイルエンド部54,55では、相ごとの各直線部83が、略V字状に形成されたターン部84により互いに接続されている。1極対に対応して対となる各直線部83は、それぞれ電流の向きが互いに逆になるものとなっている。また、一方のコイルエンド部54と他方のコイルエンド部55とでは、ターン部84により接続される一対の直線部83の組み合わせがそれぞれ相違しており、そのコイルエンド部54,55での接続が周方向に繰り返されることにより、固定子巻線51が略円筒状に形成されている。 In this embodiment, the stator winding 51 is wound in an annular shape by distributed winding. In this case, in the coil side part 53, straight parts 83 are arranged in the circumferential direction at a pitch corresponding to one pole pair of the magnet part 42 for each phase, and in the coil end parts 54, 55, each straight part 83 for each phase are connected to each other by a turn portion 84 formed in a substantially V shape. The straight portions 83 that form a pair corresponding to one pole pair are configured such that the directions of current flow are opposite to each other. Furthermore, the combinations of the pair of straight portions 83 connected by the turn portions 84 are different between the one coil end portion 54 and the other coil end portion 55, and the connection at the coil end portions 54 and 55 is different. By repeating the windings in the circumferential direction, the stator winding 51 is formed into a substantially cylindrical shape.

より具体的には、固定子巻線51は、各相2対ずつの導線82を用いて相ごとの巻線を構成しており、固定子巻線51のうち一方の3相巻線(U相、V相、W相)と他方の3相巻線(X相、Y相、Z相)とが径方向内外の2層に設けられるものとなっている。この場合、巻線の相数をS、導線82の対数をmとすれば、極対ごとに2×S×m=2Sm個の導線群81が形成されることになる。本実施形態では、相数Sが3、対数mが2であり、8極対(16極)の回転電機10であることから、2×3×2×8=96の導線群81が周方向に配置されている。 More specifically, the stator winding 51 uses two pairs of conducting wires 82 for each phase to form a winding for each phase, and one of the three-phase windings (U phase, V phase, W phase) and the other three-phase winding (X phase, Y phase, Z phase) are provided in two layers, inside and outside in the radial direction. In this case, if the number of phases of the winding is S and the number of logarithms of the conducting wire 82 is m, then 2×S×m=2Sm conducting wire groups 81 are formed for each pole pair. In this embodiment, the number of phases S is 3, the number of logarithms m is 2, and since the rotating electric machine 10 has 8 pole pairs (16 poles), 2×3×2×8=96 conducting wire groups 81 are arranged in the circumferential direction. It is located in

図12に示す固定子巻線51では、コイルサイド部53において、径方向内外の2層で直線部83が重ねて配置されるとともに、コイルエンド部54,55において、径方向内外に重なる各直線部83から、互いに周方向逆となる向きでターン部84が周方向に延びる構成となっている。つまり、径方向に隣り合う各導線82では、コイル端となる部分を除き、ターン部84の向きが互いに逆となっている。 In the stator winding 51 shown in FIG. 12, in the coil side part 53, straight parts 83 are arranged in two layers, radially inner and outer layers, overlapping each other, and in the coil end parts 54, 55, each straight line part 83 overlaps in the radially inner and outer layers. Turn portions 84 are configured to extend circumferentially from portion 83 in directions opposite to each other in the circumferential direction. That is, in each of the conductive wires 82 that are adjacent to each other in the radial direction, the directions of the turn portions 84 are opposite to each other except for the portion that becomes the coil end.

ここで、固定子巻線51における導線82の巻回構造を具体的に説明する。本実施形態では、波巻にて形成された複数の導線82を、径方向内外に複数層(たとえば2層)に重ねて設ける構成としている。図15は、n層目における各導線82の形態を示す図であり、(a)には、固定子巻線51の側方から見た導線82の形状を示し、(b)には、固定子巻線51の軸方向一側から見た導線82の形状を示している。なお、図15では、導線群81が配置される位置をそれぞれD1,D2,D3,…と示している。また、説明の便宜上、3本の導線82のみを示しており、それを第1導線82_A、第2導線82_B、第3導線82_Cとしている。 Here, the winding structure of the conducting wire 82 in the stator winding 51 will be specifically explained. In this embodiment, a plurality of conductive wires 82 formed by wave winding are provided in a plurality of layers (for example, two layers) inside and outside in the radial direction. FIG. 15 is a diagram showing the form of each conducting wire 82 in the n-th layer, in which (a) shows the shape of the conducting wire 82 seen from the side of the stator winding 51, and (b) shows the shape of the conducting wire 82 in the n-th layer. The shape of the conducting wire 82 seen from one side in the axial direction of the child winding 51 is shown. In addition, in FIG. 15, the positions where the conducting wire groups 81 are arranged are shown as D1, D2, D3, . . . , respectively. Further, for convenience of explanation, only three conductive wires 82 are shown, and they are referred to as a first conductive wire 82_A, a second conductive wire 82_B, and a third conductive wire 82_C.

各導線82_A~82_Cでは、直線部83が、いずれもn層目の位置、すなわち径方向において同じ位置に配置され、周方向に6位置(3×m対分)ずつ離れた直線部83同士がターン部84により互いに接続されている。換言すると、各導線82_A~82_Cでは、いずれも回転子40の軸心を中心とする同一のピッチ円上において、5個おきの直線部83がターン部84により互いに接続されている。たとえば第1導線82_Aでは、一対の直線部83がD1,D7にそれぞれ配置され、その一対の直線部83同士が、逆V字状のターン部84により接続されている。また、他の導線82_B,82_Cは、同じn層目において周方向の位置を1つずつずらしてそれぞれ配置されている。この場合、各導線82_A~82_Cは、いずれも同じ層に配置されるため、ターン部84が互いに干渉することが考えられる。そのため本実施形態では、各導線82_A~82_Cのターン部84に、その一部を径方向にオフセットした干渉回避部を形成することとしている。 In each of the conductive wires 82_A to 82_C, the straight portions 83 are arranged at the n-th layer position, that is, at the same position in the radial direction, and the straight portions 83 are spaced apart from each other by 6 positions (3×m pairs) in the circumferential direction. They are connected to each other by turn portions 84. In other words, in each of the conducting wires 82_A to 82_C, every fifth straight portion 83 is connected to each other by the turn portion 84 on the same pitch circle centered on the axis of the rotor 40. For example, in the first conducting wire 82_A, a pair of straight portions 83 are arranged at D1 and D7, respectively, and the pair of straight portions 83 are connected to each other by an inverted V-shaped turn portion 84. Further, the other conducting wires 82_B and 82_C are arranged in the same n-th layer with their circumferential positions shifted by one. In this case, since the conductive wires 82_A to 82_C are all arranged in the same layer, it is conceivable that the turn portions 84 interfere with each other. Therefore, in this embodiment, an interference avoidance part is formed in the turn part 84 of each of the conductive wires 82_A to 82_C by partially offset in the radial direction.

具体的には、各導線82_A~82_Cのターン部84は、同一のピッチ円上で周方向に延びる部分である傾斜部84aと、傾斜部84aからその同一のピッチ円よりも径方向内側(図15(b)において上側)にシフトし、別のピッチ円上で周方向に延びる部分である頂部84b、傾斜部84c、及び戻り部84dとを有している。頂部84b、傾斜部84c及び戻り部84dが干渉回避部に相当する。なお、傾斜部84cは、傾斜部84aに対して径方向外側にシフトする構成であってもよい。 Specifically, the turn portion 84 of each of the conductive wires 82_A to 82_C has an inclined portion 84a which is a portion extending in the circumferential direction on the same pitch circle, and a portion extending from the inclined portion 84a in the radial direction inside the same pitch circle (Fig. 15(b), and has a top portion 84b, an inclined portion 84c, and a return portion 84d, which are portions that extend in the circumferential direction on another pitch circle. The top portion 84b, the inclined portion 84c, and the return portion 84d correspond to an interference avoidance portion. Note that the inclined portion 84c may be configured to shift outward in the radial direction with respect to the inclined portion 84a.

つまり、各導線82_A~82_Cのターン部84は、周方向の中央位置である頂部84bを挟んでその両側に、一方側の傾斜部84aと他方側の傾斜部84cとを有しており、それら各傾斜部84a,84cの径方向の位置が互いに相違するものとなっている。なお、各傾斜部84a,84cの径方向の位置とは、図15(a)では紙面前後方向の位置、図15(b)では上下方向の位置である。たとえば第1導線82_Aのターン部84は、n層のD1位置を始点位置として周方向に沿って延び、周方向の中央位置である頂部84bで径方向(たとえば径方向内側)に曲がった後、周方向に再度曲がることで、再び周方向に沿って延び、さらに戻り部84dで再び径方向(たとえば径方向外側)に曲がることで、終点位置であるn層のD9位置に達する構成となっている。 That is, the turn portion 84 of each of the conductive wires 82_A to 82_C has an inclined portion 84a on one side and an inclined portion 84c on the other side on both sides of the top portion 84b, which is the center position in the circumferential direction. The radial positions of the respective inclined portions 84a and 84c are different from each other. Note that the radial position of each inclined portion 84a, 84c is the position in the front-rear direction in FIG. 15(a), and the vertical position in FIG. 15(b). For example, the turn portion 84 of the first conducting wire 82_A extends along the circumferential direction starting from the D1 position of the n layer, bends in the radial direction (for example, radially inward) at the top portion 84b that is the center position in the circumferential direction, and then By bending in the circumferential direction again, it extends along the circumferential direction again, and by further bending in the radial direction (for example, outward in the radial direction) again at the return portion 84d, it reaches the end position D9 of the n layer. There is.

上記構成によれば、導線82_A~82_Cでは、一方の各傾斜部84aが、上から第1導線82_A→第2導線82_B→第3導線82_Cの順に上下に並ぶとともに、頂部84bで各導線82_A~82_Cの上下が入れ替わり、他方の各傾斜部84cが、上から第3導線82_C→第2導線82_B→第1導線82_Aの順に上下に並ぶ構成となっている。そのため、各導線82_A~82_Cが互いに干渉することなく周方向に配置できるようになっている。 According to the above configuration, in the conductive wires 82_A to 82_C, one of the inclined portions 84a is arranged vertically in the order of the first conductive wire 82_A → the second conductive wire 82_B → the third conductive wire 82_C from the top, and the conductive wires 82_A to 82_C are arranged at the top part 84b. The top and bottom of the conductive wire 82_C are reversed, and the other inclined portions 84c are arranged vertically in the order of the third conductive wire 82_C, the second conductive wire 82_B, and the first conductive wire 82_A from the top. Therefore, the conductive wires 82_A to 82_C can be arranged in the circumferential direction without interfering with each other.

ここで、複数の導線82を径方向に重ねて導線群81とする構成において、複数層の各直線部83のうち径方向内側の直線部83に接続されたターン部84と、径方向外側の直線部83に接続されたターン部84とが、それら各直線部83同士よりも径方向に離して配置されているとよい。また、ターン部84の端部、すなわち直線部83との境界部付近で、複数層の導線82が径方向の同じ側に曲げられる場合に、その隣り合う層の導線82同士の干渉により絶縁性が損なわれることが生じないようにするとよい。 Here, in a configuration in which a plurality of conducting wires 82 are stacked radially to form a conducting wire group 81, a turn portion 84 connected to the radially inner linear portion 83 of each linear portion 83 of the plurality of layers and a radially outer It is preferable that the turn portions 84 connected to the straight portions 83 are arranged at a distance in the radial direction from each other. In addition, when the conductive wires 82 of multiple layers are bent to the same side in the radial direction near the end of the turn portion 84, that is, the boundary with the straight portion 83, the insulation may be deteriorated due to interference between the conductive wires 82 of the adjacent layers. It is advisable to ensure that no damage occurs.

たとえば図15のD7~D9では、径方向に重なる各導線82が、ターン部84の戻り部84dでそれぞれ径方向に曲げられる。この場合、図16に示すように、n層目の導線82とn+1層目の導線82とで、曲がり部の曲げアールを相違させるとよい。具体的には、径方向内側(n層目)の導線82の曲げアールR1を、径方向外側(n+1層目)の導線82の曲げアールR2よりも小さくする。 For example, in D7 to D9 in FIG. 15, the conductive wires 82 that overlap in the radial direction are each bent in the radial direction at the return portion 84d of the turn portion 84. In this case, as shown in FIG. 16, the bending radius of the bending portion may be made different between the n-th layer conductor 82 and the n+1-th layer conductor 82. Specifically, the bending radius R1 of the conducting wire 82 on the radially inner side (nth layer) is made smaller than the bending radius R2 of the conducting wire 82 on the radially outer side (n+1th layer).

また、n層目の導線82とn+1層目の導線82とで、径方向のシフト量を相違させるとよい。具体的には、径方向内側(n層目)の導線82のシフト量S1を、径方向外側(n+1層目)の導線82のシフト量S2よりも大きくする。 Further, it is preferable that the amount of shift in the radial direction is different between the conductive wire 82 of the nth layer and the conductive wire 82 of the (n+1)th layer. Specifically, the shift amount S1 of the conducting wire 82 on the radially inner side (nth layer) is made larger than the shift amount S2 of the conducting wire 82 on the radially outer side (n+1 layer).

上記構成により、径方向に重なる各導線82が同じ向きに曲げられる場合であっても、各導線82の相互干渉を好適に回避することができる。これにより、良好な絶縁性が得られることとなる。 With the above configuration, even if the conductive wires 82 overlapping in the radial direction are bent in the same direction, mutual interference between the conductive wires 82 can be suitably avoided. As a result, good insulation properties can be obtained.

次に、回転子40における磁石部42の構造について説明する。本実施形態では、磁石部42を構成する永久磁石として、残留磁束密度Br=1.0[T]、保磁力bHc=400[kA/m]以上のものを想定している。5000~10000[AT]が相間励磁により掛かるものであるから、1極対で25[mm]の永久磁石を使えば、bHc=10000[A]となり、減磁をしないことが伺える。ここで、本実施形態においては、配向により磁化容易軸をコントロールした永久磁石を利用しているから、その磁石内部の磁気回路長を、従来1.0[T]以上を出す直線配向磁石の磁気回路長と比べて、長くすることができる。すなわち、1極対あたりの磁気回路長を、少ない磁石量で達成できる他、従来の直線配向磁石を利用した設計と比べ、過酷な高熱条件に曝されても、その可逆減磁範囲を保つことができる。また、本願発明者は、従来技術の磁石を用いても、極異方性磁石と近しい特性を得られる構成を見いだした。 Next, the structure of the magnet portion 42 in the rotor 40 will be explained. In this embodiment, the permanent magnet constituting the magnet portion 42 is assumed to have a residual magnetic flux density Br=1.0 [T] and a coercive force bHc=400 [kA/m] or more. Since 5,000 to 10,000 [AT] is applied due to phase-to-phase excitation, if a permanent magnet of 25 [mm] with one pole pair is used, bHc = 10,000 [A], which indicates that there is no demagnetization. Here, in this embodiment, since a permanent magnet whose axis of easy magnetization is controlled by orientation is used, the magnetic circuit length inside the magnet is different from the magnetic field of a linearly oriented magnet that generates 1.0 [T] or more. It can be made longer than the circuit length. In other words, in addition to being able to achieve the magnetic circuit length per pole pair with a smaller amount of magnets, it also maintains its reversible demagnetization range even when exposed to harsh high temperature conditions compared to designs using conventional linearly oriented magnets. I can do it. In addition, the inventors of the present application have discovered a configuration in which characteristics similar to those of polar anisotropic magnets can be obtained even when using conventional magnets.

図8及び図9に示すように、磁石部42は、円環状をなしており、回転子本体41の内側、詳しくは磁石保持部43の径方向内側に設けられている。磁石部42は、第1磁石91及び第2磁石92を有している。第1磁石91及び第2磁石92は、それぞれ極異方性磁石であり、磁極が互いに異なる。第1磁石91及び第2磁石92は、周方向に交互に配置されている。第1磁石91は、回転子40においてN極となる磁石であり、第2磁石92は、回転子40においてS極となる磁石である。第1磁石91及び第2磁石92は、たとえばネオジム磁石等の希土類磁石からなる永久磁石である。 As shown in FIGS. 8 and 9, the magnet part 42 has an annular shape and is provided inside the rotor main body 41, specifically, inside the magnet holding part 43 in the radial direction. The magnet section 42 has a first magnet 91 and a second magnet 92. The first magnet 91 and the second magnet 92 are each polar anisotropic magnets, and have different magnetic poles. The first magnets 91 and the second magnets 92 are arranged alternately in the circumferential direction. The first magnet 91 is a magnet that serves as a north pole in the rotor 40, and the second magnet 92 is a magnet that serves as a south pole in the rotor 40. The first magnet 91 and the second magnet 92 are permanent magnets made of rare earth magnets such as neodymium magnets.

各磁石91,92では、それぞれ磁極中心であるd軸と磁極境界であるq軸との間において磁化方向が円弧状に延びている。各磁石91,92それぞれにおいて、d軸側では磁化方向が径方向とされ、q軸側では磁化方向が周方向とされている。磁石部42では、各磁石91,92により、隣接するN,S極間を円弧状に磁束が流れるため、たとえばラジアル異方性磁石に比べて磁石磁路が長くなっている。このため、図17に示すように、磁束密度分布が正弦波に近いものとなる。その結果、図18に比較例として示すラジアル異方性磁石の磁束密度分布とは異なり、磁極位置に磁束を集中させることができ、回転電機10のトルクを高めることができる。なお、図17及び図18において、横軸は電気角を示し、縦軸は磁束密度を示す。また、図17及び図18において、横軸の90°はd軸(すなわち磁極中心)を示し、横軸の0°,180°はq軸を示す。 In each of the magnets 91 and 92, the magnetization direction extends in an arc shape between the d-axis, which is the center of the magnetic pole, and the q-axis, which is the boundary between the magnetic poles. In each of the magnets 91 and 92, the magnetization direction is radial on the d-axis side, and the magnetization direction is circumferential on the q-axis side. In the magnet portion 42, magnetic flux flows in an arc shape between adjacent N and S poles by the magnets 91 and 92, so the magnet magnetic path is longer than, for example, a radial anisotropic magnet. Therefore, as shown in FIG. 17, the magnetic flux density distribution becomes close to a sine wave. As a result, unlike the magnetic flux density distribution of the radial anisotropic magnet shown as a comparative example in FIG. 18, the magnetic flux can be concentrated at the magnetic pole position, and the torque of the rotating electric machine 10 can be increased. Note that in FIGS. 17 and 18, the horizontal axis indicates electrical angle, and the vertical axis indicates magnetic flux density. Furthermore, in FIGS. 17 and 18, 90° on the horizontal axis indicates the d-axis (that is, the center of the magnetic pole), and 0° and 180° on the horizontal axis indicate the q-axis.

磁束密度分布の正弦波整合率は、たとえば40%以上の値とされていればよい。このようにすれば、正弦波整合率が30%程度であるラジアル配向磁石、パラレル配向磁石を用いる場合に比べ、確実に波形中央部分の磁束量を向上させることができる。また、正弦波整合率を60%以上とすれば、ハルバッハ配列と呼ばれる磁束集中配列と比べ、確実に波形中央部分の磁束量を向上させることができる。 The sinusoidal matching rate of the magnetic flux density distribution may be set to a value of 40% or more, for example. In this way, the amount of magnetic flux in the central portion of the waveform can be reliably improved compared to the case of using radially oriented magnets or parallel oriented magnets with a sinusoidal matching rate of about 30%. Moreover, if the sine wave matching rate is set to 60% or more, the amount of magnetic flux in the central portion of the waveform can be reliably improved compared to a magnetic flux concentration arrangement called a Halbach arrangement.

図18に示す比較例では、q軸付近において磁束密度が急峻に変化する。磁束密度の変化が急峻なほど、固定子巻線51に発生する渦電流が増加してしまう。これに対し、本実施形態では、磁束密度分布が正弦波に近い。このため、q軸付近において、磁束密度の変化が、ラジアル異方性磁石の磁束密度の変化よりも小さい。これにより、渦電流の発生を抑制することができる。 In the comparative example shown in FIG. 18, the magnetic flux density changes sharply near the q-axis. The steeper the change in magnetic flux density, the more the eddy current generated in the stator winding 51 increases. In contrast, in this embodiment, the magnetic flux density distribution is close to a sine wave. Therefore, near the q-axis, the change in magnetic flux density is smaller than the change in magnetic flux density of the radial anisotropic magnet. This makes it possible to suppress the generation of eddy currents.

ところで、磁石部42では、各磁石91,92のd軸付近(すなわち磁極中心)において磁極面に直交する向きで磁束が生じ、その磁束は、磁極面から離れるほど、d軸から離れるような円弧状をなす。また、磁極面に直交する磁束ほど、強い磁束となる。この点において、本実施形態の回転電機10では、上記のとおり各導線群81を径方向に薄くしたため、導線群81の径方向の中心位置が磁石部42の磁極面に近づくことになり、固定子50において回転子40から強い磁石磁束を受けることができる。 By the way, in the magnet portion 42, a magnetic flux is generated near the d-axis of each magnet 91, 92 (i.e., at the center of the magnetic pole) in a direction perpendicular to the magnetic pole surface, and the magnetic flux is shaped like a circle that moves away from the d-axis as the distance from the magnetic pole surface increases. form an arc. Further, the more the magnetic flux is perpendicular to the magnetic pole surface, the stronger the magnetic flux becomes. In this respect, in the rotating electric machine 10 of the present embodiment, each conducting wire group 81 is made thinner in the radial direction as described above, so that the center position of the conducting wire group 81 in the radial direction approaches the magnetic pole surface of the magnet part 42, so that it cannot be fixed. The child 50 can receive strong magnetic flux from the rotor 40 .

また、固定子50には、固定子巻線51の径方向内側、すなわち固定子巻線51を挟んで回転子40の逆側に円筒状の固定子コア52が設けられている。そのため、各磁石91,92の磁極面から延びる磁束は、固定子コア52に引きつけられ、固定子コア52を磁路の一部として用いつつ周回する。この場合、磁石磁束の向き及び経路を適正化することができる。 Further, the stator 50 is provided with a cylindrical stator core 52 on the radially inner side of the stator winding 51, that is, on the opposite side of the rotor 40 with the stator winding 51 in between. Therefore, the magnetic flux extending from the magnetic pole surface of each magnet 91, 92 is attracted to the stator core 52 and circulates using the stator core 52 as part of the magnetic path. In this case, the direction and path of the magnet magnetic flux can be optimized.

次に、回転電機10を制御する制御システムの構成について説明する。図19は、回転電機10の制御システムの電気回路図であり、図20は、制御装置110による電流フィードバック制御処理を示す機能ブロック図である。図21は、制御装置110によるトルクフィードバック制御処理を示す機能ブロック図である。 Next, the configuration of a control system that controls the rotating electric machine 10 will be explained. FIG. 19 is an electric circuit diagram of the control system of the rotating electrical machine 10, and FIG. 20 is a functional block diagram showing current feedback control processing by the control device 110. FIG. 21 is a functional block diagram showing torque feedback control processing by the control device 110.

図19では、固定子巻線51として2組の3相巻線51a,51bが示されている。3相巻線51aは、U相巻線、V相巻線、及びW相巻線よりなり、3相巻線51bは、X相巻線、Y相巻線、及びZ相巻線よりなる。3相巻線51a,51bごとに、第1インバータ101と第2インバータ102とがそれぞれ設けられている。インバータ101,102は、相巻線の相数と同数の上下アームを有するフルブリッジ回路により構成されており、各アームに設けられたスイッチ(半導体スイッチング素子)のオンオフにより、固定子巻線51の各相巻線において通電電流が調整される。 In FIG. 19, two sets of three-phase windings 51a and 51b are shown as the stator winding 51. The three-phase winding 51a includes a U-phase winding, a V-phase winding, and a W-phase winding, and the three-phase winding 51b includes an X-phase winding, a Y-phase winding, and a Z-phase winding. A first inverter 101 and a second inverter 102 are provided for each three-phase winding 51a, 51b. The inverters 101 and 102 are constituted by full bridge circuits having upper and lower arms of the same number as the number of phases of the phase windings. The energizing current is adjusted in each phase winding.

各インバータ101,102には、直流電源103と平滑用のコンデンサ104とが並列に接続されている。直流電源103は、たとえば複数の単電池が直列接続された組電池により構成されている。なお、図1等に示す半導体モジュール66が、インバータ101,102を構成するスイッチを有している。コンデンサ104が、図1等に示すコンデンサモジュール68に相当する。 A DC power supply 103 and a smoothing capacitor 104 are connected in parallel to each inverter 101, 102. The DC power supply 103 is constituted by, for example, a battery pack in which a plurality of single cells are connected in series. Note that the semiconductor module 66 shown in FIG. 1 and the like includes switches that constitute the inverters 101 and 102. The capacitor 104 corresponds to the capacitor module 68 shown in FIG. 1 and the like.

制御装置110は、CPUや各種メモリからなるマイコンを備えており、回転電機10における各種の検出情報や、力行駆動及び発電の要求に基づいて、インバータ101,102における各スイッチのオンオフにより通電制御を実施する。制御装置110が、図6に示す制御装置77に相当する。回転電機10の検出情報には、たとえば、レゾルバ等の角度検出器により検出される回転子40の回転角度(電気角情報)や、電圧センサにより検出される電源電圧(インバータ入力電圧)、電流センサにより検出される各相の通電電流が含まれる。制御装置110は、インバータ101,102の各スイッチを操作する操作信号を生成して出力する。なお、発電の要求は、たとえば回転電機10が車両用動力源として用いられる場合、回生駆動の要求である。 The control device 110 includes a microcomputer consisting of a CPU and various memories, and controls energization by turning on and off each switch in the inverters 101 and 102 based on various detection information in the rotating electric machine 10 and requests for power running drive and power generation. implement. The control device 110 corresponds to the control device 77 shown in FIG. The detection information of the rotating electrical machine 10 includes, for example, the rotation angle (electrical angle information) of the rotor 40 detected by an angle detector such as a resolver, the power supply voltage (inverter input voltage) detected by a voltage sensor, and a current sensor. Contains the energizing current of each phase detected by . Control device 110 generates and outputs operation signals for operating each switch of inverters 101 and 102. Note that the request for power generation is, for example, a request for regenerative drive when the rotating electrical machine 10 is used as a power source for a vehicle.

第1インバータ101は、U相、V相及びW相からなる3相において上アームスイッチSpと下アームスイッチSnとの直列接続体をそれぞれ備えている。各相の上アームスイッチSpの高電位側端子は直流電源103の正極端子に接続され、各相の下アームスイッチSnの低電位側端子は直流電源103の負極端子(グランド)に接続されている。各相の上アームスイッチSpと下アームスイッチSnとの間の中間接続点には、それぞれU相巻線、V相巻線、W相巻線の一端が接続されている。これら各相巻線は星形結線(Y結線)されており、各相巻線の他端は中性点にて互いに接続されている。 The first inverter 101 includes a series connection body of an upper arm switch Sp and a lower arm switch Sn in three phases consisting of a U phase, a V phase, and a W phase. The high potential side terminal of the upper arm switch Sp of each phase is connected to the positive terminal of the DC power supply 103, and the low potential side terminal of the lower arm switch Sn of each phase is connected to the negative terminal (ground) of the DC power supply 103. . One end of a U-phase winding, a V-phase winding, and a W-phase winding is connected to an intermediate connection point between the upper arm switch Sp and the lower arm switch Sn of each phase. These phase windings are connected in a star shape (Y connection), and the other ends of each phase winding are connected to each other at a neutral point.

第2インバータ102は、第1インバータ101と同様の構成を有しており、X相、Y相及びZ相からなる3相において上アームスイッチSpと下アームスイッチSnとの直列接続体をそれぞれ備えている。各相の上アームスイッチSpの高電位側端子は直流電源103の正極端子に接続され、各相の下アームスイッチSnの低電位側端子は直流電源103の負極端子(グランド)に接続されている。各相の上アームスイッチSpと下アームスイッチSnとの間の中間接続点には、それぞれX相巻線、Y相巻線、Z相巻線の一端が接続されている。これら各相巻線は星形結線(Y結線)されており、各相巻線の他端は中性点で互いに接続されている。 The second inverter 102 has the same configuration as the first inverter 101, and includes a series connection body of an upper arm switch Sp and a lower arm switch Sn in three phases consisting of an X phase, a Y phase, and a Z phase. ing. The high potential side terminal of the upper arm switch Sp of each phase is connected to the positive terminal of the DC power supply 103, and the low potential side terminal of the lower arm switch Sn of each phase is connected to the negative terminal (ground) of the DC power supply 103. . One ends of an X-phase winding, a Y-phase winding, and a Z-phase winding are connected to intermediate connection points between the upper arm switch Sp and the lower arm switch Sn of each phase. These phase windings are connected in a star shape (Y connection), and the other ends of each phase winding are connected to each other at a neutral point.

図20には、U,V,W相の各相電流を制御する電流フィードバック制御処理と、X,Y,Z相の各相電流を制御する電流フィードバック制御処理とが示されている。ここではまず、U,V,W相側の制御処理について説明する。 FIG. 20 shows a current feedback control process that controls the U, V, and W phase currents, and a current feedback control process that controls the X, Y, and Z phase currents. First, control processing on the U, V, and W phase sides will be described.

図20において、電流指令値設定部111は、トルク-dqマップを用い、回転電機10に対する力行トルク指令値又は発電トルク指令値や、電気角θを時間微分して得られる電気角速度ωに基づいて、d軸の電流指令値とq軸の電流指令値とを設定する。なお、電流指令値設定部111は、U,V,W相側及びX,Y,Z相側において共通に設けられている。発電トルク指令値は、たとえば回転電機10が車両用動力源として用いられる場合、回生トルク指令値である。 In FIG. 20, the current command value setting unit 111 uses the torque-dq map to determine the power running torque command value or the power generation torque command value for the rotating electrical machine 10, and the electrical angular velocity ω obtained by time-differentiating the electrical angle θ. , the d-axis current command value and the q-axis current command value are set. Note that the current command value setting section 111 is provided in common on the U, V, and W phase sides and the X, Y, and Z phase sides. The power generation torque command value is, for example, a regenerative torque command value when the rotating electric machine 10 is used as a power source for a vehicle.

dq変換部112は、相ごとに設けられた電流センサによる電流検出値(各相電流)を、界磁方向をd軸とする直交2次元回転座標系の成分であるd軸電流とq軸電流とに変換する。 The dq conversion unit 112 converts current detected values (each phase current) by current sensors provided for each phase into d-axis current and q-axis current, which are components of an orthogonal two-dimensional rotating coordinate system with the field direction as the d-axis. Convert to .

d軸電流フィードバック制御部113は、d軸電流をd軸の電流指令値にフィードバック制御するための操作量としてd軸の指令電圧を算出する。q軸電流フィードバック制御部114は、q軸電流をq軸の電流指令値にフィードバック制御するための操作量としてq軸の指令電圧を算出する。これら各フィードバック制御部113,114では、d軸電流及びq軸電流の電流指令値に対する偏差に基づき、PIフィードバック手法を用いて指令電圧が算出される。 The d-axis current feedback control unit 113 calculates a d-axis command voltage as a manipulated variable for feedback-controlling the d-axis current to the d-axis current command value. The q-axis current feedback control unit 114 calculates the q-axis command voltage as a manipulated variable for feedback-controlling the q-axis current to the q-axis current command value. In each of these feedback control units 113 and 114, a command voltage is calculated using a PI feedback method based on the deviation of the d-axis current and the q-axis current from the current command value.

3相変換部115は、d軸及びq軸の指令電圧を、U相、V相及びW相の指令電圧に変換する。なお、上記の各部111~115が、dq変換理論による基本波電流のフィードバック制御を実施するフィードバック制御部であり、U相、V相及びW相の指令電圧がフィードバック制御値である。 The three-phase converter 115 converts the d-axis and q-axis command voltages into U-phase, V-phase, and W-phase command voltages. The above-mentioned units 111 to 115 are feedback control units that perform feedback control of the fundamental wave current based on the dq conversion theory, and the command voltages of the U-phase, V-phase, and W-phase are feedback control values.

操作信号生成部116は、周知の三角波キャリア比較方式を用い、3相の指令電圧に基づいて、第1インバータ101の操作信号を生成する。具体的には、操作信号生成部116は、3相の指令電圧を電源電圧で規格化した信号と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づくPWM制御により、各相における上下アームのスイッチ操作信号(デューティ信号)を生成する。 The operation signal generation unit 116 generates an operation signal for the first inverter 101 based on the three-phase command voltage using a well-known triangular wave carrier comparison method. Specifically, the operation signal generation unit 116 controls the upper and lower arm switches in each phase by PWM control based on a magnitude comparison between a signal obtained by normalizing the three-phase command voltage with the power supply voltage and a carrier signal such as a triangular wave signal. Generates an operation signal (duty signal).

また、X,Y,Z相側においても同様の構成を有しており、dq変換部122は、相ごとに設けられた電流センサによる電流検出値(各相電流)を、界磁方向をd軸とする直交2次元回転座標系の成分であるd軸電流とq軸電流とに変換する。 In addition, the X, Y, and Z phase sides have a similar configuration, and the dq converter 122 converts the current detection value (each phase current) by the current sensor provided for each phase by converting the field direction to d. The current is converted into a d-axis current and a q-axis current, which are components of an orthogonal two-dimensional rotating coordinate system with an axis.

d軸電流フィードバック制御部123はd軸の指令電圧を算出し、q軸電流フィードバック制御部124はq軸の指令電圧を算出する。3相変換部125は、d軸及びq軸の指令電圧を、X相、Y相及びZ相の指令電圧に変換する。そして、操作信号生成部126は、3相の指令電圧に基づいて、第2インバータ102の操作信号を生成する。具体的には、操作信号生成部126は、3相の指令電圧を電源電圧で規格化した信号と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づくPWM制御により、各相における上下アームのスイッチ操作信号(デューティ信号)を生成する。 The d-axis current feedback control section 123 calculates the d-axis command voltage, and the q-axis current feedback control section 124 calculates the q-axis command voltage. The three-phase converter 125 converts the d-axis and q-axis command voltages into X-phase, Y-phase, and Z-phase command voltages. The operation signal generation unit 126 then generates an operation signal for the second inverter 102 based on the three-phase command voltages. Specifically, the operation signal generation unit 126 controls the upper and lower arm switches in each phase by PWM control based on a magnitude comparison between a signal obtained by normalizing the three-phase command voltage with the power supply voltage and a carrier signal such as a triangular wave signal. Generates an operation signal (duty signal).

ドライバ117は、操作信号生成部116,126にて生成されたスイッチ操作信号に基づいて、各インバータ101,102における各3相のスイッチSp,Snをオンオフさせる。 The driver 117 turns on and off the three-phase switches Sp and Sn in each inverter 101 and 102 based on the switch operation signals generated by the operation signal generation units 116 and 126, respectively.

続いて、トルクフィードバック制御処理について説明する。この処理は、たとえば高回転領域及び高出力領域等、各インバータ101,102の出力電圧が大きくなる運転条件において、主に回転電機10の高出力化や損失低減の目的で用いられる。制御装置110は、回転電機10の運転条件に基づいて、トルクフィードバック制御処理及び電流フィードバック制御処理のいずれか一方の処理を選択して実行する。 Next, the torque feedback control process will be explained. This process is mainly used for the purpose of increasing the output of the rotating electric machine 10 and reducing losses under operating conditions where the output voltage of each inverter 101, 102 becomes large, such as in a high rotation region and a high output region. The control device 110 selects and executes either the torque feedback control process or the current feedback control process based on the operating conditions of the rotating electric machine 10.

図21には、U,V,W相に対応するトルクフィードバック制御処理と、X,Y,Z相に対応するトルクフィードバック制御処理とが示されている。なお、図21において、図20と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略する。ここではまず、U,V,W相側の制御処理について説明する。 FIG. 21 shows torque feedback control processing corresponding to the U, V, and W phases, and torque feedback control processing corresponding to the X, Y, and Z phases. Note that in FIG. 21, the same components as those in FIG. 20 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. First, control processing on the U, V, and W phase sides will be described.

電圧振幅算出部127は、回転電機10に対する力行トルク指令値又は発電トルク指令値と、電気角θを時間微分して得られる電気角速度ωとに基づいて、電圧ベクトルの大きさの指令値である電圧振幅指令を算出する。 The voltage amplitude calculation unit 127 determines a command value for the magnitude of the voltage vector based on a power running torque command value or a power generation torque command value for the rotating electric machine 10 and an electrical angular velocity ω obtained by time-differentiating the electrical angle θ. Calculate the voltage amplitude command.

トルク推定部128aは、dq変換部112により変換されたd軸電流とq軸電流とに基づいて、U,V,W相に対応するトルク推定値を算出する。なお、トルク推定部128aは、d軸電流、q軸電流及び電圧振幅指令が関係付けられたマップ情報に基づいて、電圧振幅指令を算出すればよい。 The torque estimator 128a calculates estimated torque values corresponding to the U, V, and W phases based on the d-axis current and q-axis current converted by the dq converter 112. Note that the torque estimation unit 128a may calculate the voltage amplitude command based on map information in which the d-axis current, the q-axis current, and the voltage amplitude command are associated.

トルクフィードバック制御部129aは、力行トルク指令値又は発電トルク指令値にトルク推定値をフィードバック制御するための操作量として、電圧ベクトルの位相の指令値である電圧位相指令を算出する。トルクフィードバック制御部129aでは、力行トルク指令値又は発電トルク指令値に対するトルク推定値の偏差に基づき、PIフィードバック手法を用いて電圧位相指令が算出される。 The torque feedback control unit 129a calculates a voltage phase command, which is a command value of the phase of the voltage vector, as a manipulated variable for feedback controlling the estimated torque value to the power running torque command value or the power generation torque command value. The torque feedback control unit 129a calculates a voltage phase command using a PI feedback method based on the deviation of the estimated torque value from the power running torque command value or the power generation torque command value.

操作信号生成部130aは、電圧振幅指令、電圧位相指令及び電気角θに基づいて、第1インバータ101の操作信号を生成する。具体的には、操作信号生成部130aは、電圧振幅指令、電圧位相指令及び電気角θに基づいて3相の指令電圧を算出し、算出した3相の指令電圧を電源電圧で規格化した信号と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づくPWM制御により、各相における上下アームのスイッチ操作信号を生成する。 The operation signal generation unit 130a generates an operation signal for the first inverter 101 based on the voltage amplitude command, the voltage phase command, and the electrical angle θ. Specifically, the operation signal generation unit 130a calculates three-phase command voltages based on a voltage amplitude command, a voltage phase command, and an electrical angle θ, and generates a signal in which the calculated three-phase command voltages are normalized by the power supply voltage. A switch operation signal for the upper and lower arms in each phase is generated by PWM control based on magnitude comparison between the signal and a carrier signal such as a triangular wave signal.

ちなみに、操作信号生成部130aは、電圧振幅指令、電圧位相指令、電気角θ及びスイッチ操作信号が関係付けられたマップ情報であるパルスパターン情報、電圧振幅指令、電圧位相指令並びに電気角θに基づいて、スイッチ操作信号を生成してもよい。 Incidentally, the operation signal generation unit 130a generates a signal based on pulse pattern information, voltage amplitude command, voltage phase command, and electrical angle θ, which is map information in which a voltage amplitude command, a voltage phase command, an electrical angle θ, and a switch operation signal are associated. The switch operation signal may also be generated.

また、X,Y,Z相側においても同様の構成を有しており、トルク推定部128bは、dq変換部122により変換されたd軸電流とq軸電流とに基づいて、X,Y,Z相に対応するトルク推定値を算出する。 Furthermore, the X, Y, and Z phase sides have a similar configuration, and the torque estimating unit 128b calculates the X, Y, and Calculate the estimated torque value corresponding to the Z phase.

トルクフィードバック制御部129bは、力行トルク指令値又は発電トルク指令値にトルク推定値をフィードバック制御するための操作量として、電圧位相指令を算出する。トルクフィードバック制御部129bでは、力行トルク指令値又は発電トルク指令値に対するトルク推定値の偏差に基づき、PIフィードバック手法を用いて電圧位相指令が算出される。 The torque feedback control unit 129b calculates a voltage phase command as a manipulated variable for feedback controlling the estimated torque value to the power running torque command value or the power generation torque command value. The torque feedback control unit 129b calculates a voltage phase command using a PI feedback method based on the deviation of the estimated torque value from the powering torque command value or the power generation torque command value.

操作信号生成部130bは、電圧振幅指令、電圧位相指令及び電気角θに基づいて、第2インバータ102の操作信号を生成する。具体的には、操作信号生成部130bは、電圧振幅指令、電圧位相指令及び電気角θに基づいて3相の指令電圧を算出し、算出した3相の指令電圧を電源電圧で規格化した信号と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づくPWM制御により、各相における上下アームのスイッチ操作信号を生成する。ドライバ117は、操作信号生成部130a,130bにて生成されたスイッチ操作信号に基づいて、各インバータ101,102における各3相のスイッチSp,Snをオンオフさせる。 The operation signal generation unit 130b generates an operation signal for the second inverter 102 based on the voltage amplitude command, the voltage phase command, and the electrical angle θ. Specifically, the operation signal generation unit 130b calculates three-phase command voltages based on a voltage amplitude command, a voltage phase command, and an electrical angle θ, and generates a signal in which the calculated three-phase command voltages are normalized by the power supply voltage. A switch operation signal for the upper and lower arms in each phase is generated by PWM control based on magnitude comparison between the signal and a carrier signal such as a triangular wave signal. The driver 117 turns on and off the three-phase switches Sp and Sn in each inverter 101 and 102 based on the switch operation signals generated by the operation signal generation units 130a and 130b.

ちなみに、操作信号生成部130bは、電圧振幅指令、電圧位相指令、電気角θ及びスイッチ操作信号が関係付けられたマップ情報であるパルスパターン情報、電圧振幅指令、電圧位相指令並びに電気角θに基づいて、スイッチ操作信号を生成してもよい。 Incidentally, the operation signal generation unit 130b generates a signal based on the voltage amplitude command, voltage phase command, electrical angle θ, and pulse pattern information which is map information in which the switch operation signal is associated, the voltage amplitude command, the voltage phase command, and the electrical angle θ. The switch operation signal may also be generated.

以上のように構成される回転電機10によれば、以下の優れた効果が得られる。 According to the rotating electric machine 10 configured as described above, the following excellent effects can be obtained.

固定子50において、固定子巻線51の周方向に隣り合う直線部83の間、すなわち隣り合う磁石対向部の間に、軟磁性材からなるティースが設けられていない構成とした。この構成によれば、各直線部83の間にティースが設けられている場合に比べて、隣り合う各直線部83を近づけることで導体断面積を大きくすることができ、固定子巻線51の通電にともない生じる発熱を低減することができる。各直線部83の間にティースが設けられていない、いわゆるスロットレス構造では、直線部83間のティースがないことで磁気飽和の解消が可能となり、固定子巻線51への通電電流を増大させることが可能となる。この場合において、その通電電流の増大にともない発熱量が増えることに好適に対処することができる。以上により、固定子50での放熱性能を適正化することが可能になっている。 In the stator 50, teeth made of a soft magnetic material are not provided between circumferentially adjacent linear portions 83 of the stator winding 51, that is, between adjacent magnet facing portions. According to this configuration, compared to the case where teeth are provided between each straight part 83, by bringing each adjacent straight part 83 closer together, the conductor cross-sectional area can be increased, and the cross-sectional area of the stator winding 51 can be increased. It is possible to reduce heat generated due to energization. In a so-called slotless structure in which teeth are not provided between the straight sections 83, magnetic saturation can be eliminated by the absence of teeth between the straight sections 83, increasing the current flowing to the stator winding 51. becomes possible. In this case, it is possible to suitably deal with the fact that the amount of heat generated increases with the increase in the applied current. As described above, it is possible to optimize the heat dissipation performance of the stator 50.

固定子巻線51に固定子コア52を組み付け、その組み付け状態において、周方向に隣り合う直線部83の間に、軟磁性材からなるティースが設けられていない構成とした。この場合、回転子40に対して径方向反対側に設けられた固定子コア52がバックヨークとして機能することで、各直線部83の間にティースが存在していなくても、適正な磁気回路の形成が可能となる。 The stator core 52 is assembled to the stator winding 51, and in the assembled state, teeth made of a soft magnetic material are not provided between straight portions 83 adjacent in the circumferential direction. In this case, the stator core 52 provided on the opposite side in the radial direction to the rotor 40 functions as a back yoke, so that even if there are no teeth between the straight portions 83, a proper magnetic circuit can be maintained. It becomes possible to form

固定子巻線51を封止部57により封止し、これにより固定子巻線51において周方向に隣り合う直線部83の間に絶縁部材を設ける構成とした。これにより、各直線部83が周方向に互いに近い位置に配置されていても、その直線部83において良好な絶縁性を確保することができる。 The stator winding 51 is sealed with a sealing portion 57, and thereby an insulating member is provided between circumferentially adjacent linear portions 83 in the stator winding 51. Thereby, even if the linear portions 83 are arranged close to each other in the circumferential direction, good insulation can be ensured in the linear portions 83.

固定子巻線51において導線82を扁平状にして直線部83における径方向厚さを薄くしたため、直線部83において径方向の中心位置を回転子40の磁石部42に近づけることができる。これにより、スロットレス構造の採用による固定子50での磁気飽和の抑制を図りつつ、固定子巻線51の直線部83における磁束密度を高めてトルクの増強を図ることが可能となる。また、上記のとおり周方向に隣り合う直線部83同士を互いに近づけることが可能となっているため、導線82を扁平状にしても導体断面積を確保できるものとなっている。 Since the conducting wire 82 in the stator winding 51 is made flat and the radial thickness in the straight portion 83 is made thin, the radial center position of the straight portion 83 can be brought closer to the magnet portion 42 of the rotor 40 . This makes it possible to suppress magnetic saturation in the stator 50 by employing a slotless structure, while increasing the magnetic flux density in the straight portion 83 of the stator winding 51 and increasing torque. Further, as described above, since it is possible to bring the straight portions 83 adjacent to each other in the circumferential direction close to each other, the conductor cross-sectional area can be ensured even if the conducting wire 82 is made flat.

固定子巻線51の各導線82を複数の素線86の集合体としたため、導線82における電流流通経路の細線化を図ることができる。これにより、磁石部42からの磁界が導線82と鎖交した場合に渦電流が生じても、その渦電流に対する導線82の渦電流抑制効果を得ることができる。その結果、導線82に流れる渦電流を低減することができる。 Since each conducting wire 82 of the stator winding 51 is made of an aggregate of a plurality of wires 86, the current flow path in the conducting wire 82 can be made thinner. Thereby, even if an eddy current is generated when the magnetic field from the magnet part 42 interlinks with the conducting wire 82, the effect of suppressing the eddy current of the conducting wire 82 against the eddy current can be obtained. As a result, the eddy current flowing through the conducting wire 82 can be reduced.

また、各導線82は、素線86が撚り合わせられて構成されているため、各素線86において磁界の印加方向が互いに逆になる部位が生じ、鎖交磁界に起因した逆起電圧が相殺される。その結果、導線82を流れる渦電流の低減効果を高めることができる。 Furthermore, since each conducting wire 82 is constructed by twisting the strands 86, there are parts in each strand 86 where the directions of magnetic field application are opposite to each other, and the back electromotive force caused by the interlinkage magnetic field cancels out. be done. As a result, the effect of reducing the eddy current flowing through the conducting wire 82 can be enhanced.

各素線86を繊維状の導電材87により構成したため、導線82における電流流通経路をより細線化でき、また、電流流通経路の撚り回数をより増大できる。これにより、渦電流の低減効果を高めることができる。なお、素線86は、少なくともカーボンナノチューブ繊維で構成されているとよい。 Since each strand 86 is made of the fibrous conductive material 87, the current flow path in the conducting wire 82 can be made thinner, and the number of twists of the current flow path can be increased. Thereby, the effect of reducing eddy currents can be enhanced. Note that the strands 86 are preferably made of at least carbon nanotube fibers.

スロットレス構造を有する固定子50では、ティースが設けられていない分、導線間領域WBに比べて導線領域WAを周方向に拡張できる。これにより、周方向において導線領域WAが導線間領域WBより大きいとする構成を好適に実現できる。 In the stator 50 having a slotless structure, since teeth are not provided, the conductor area WA can be expanded in the circumferential direction compared to the inter-conductor area WB. Thereby, a configuration in which the conductor area WA is larger than the inter-conductor area WB in the circumferential direction can be suitably realized.

固定子巻線51のターン部84が、径方向にシフトされ、他のターン部84との干渉を回避する干渉回避部を有することから、異なるターン部84同士を径方向に離して配置することができる。これにより、ターン部84においても放熱性の向上を図ることができ、ひいては固定子50での放熱性能をより一層高めることが可能となる。 Since the turn portions 84 of the stator winding 51 are shifted in the radial direction and have interference avoidance portions that avoid interference with other turn portions 84, different turn portions 84 can be arranged apart from each other in the radial direction. I can do it. Thereby, it is possible to improve the heat dissipation performance in the turn portion 84 as well, and as a result, it is possible to further improve the heat dissipation performance in the stator 50.

固定子50の同一のピッチ円上で、各導線82のターン部84における相互干渉を回避する構成として、ターン部84が、同一のピッチ円上で周方向に延びる部分である傾斜部84a(第1部分に相当)と、傾斜部84aからその同一のピッチ円よりも径方向内側にシフトし、別のピッチ円上で周方向に延びる部分である頂部84b、傾斜部84c及び戻り部84d(第2部分に相当)とを有する構成とした。これにより、ターン部84における相互干渉を適正に回避することができる。 As a configuration for avoiding mutual interference in the turn portions 84 of the respective conductive wires 82 on the same pitch circle of the stator 50, the turn portions 84 are formed by an inclined portion 84a (the third portion) which is a portion extending in the circumferential direction on the same pitch circle. 1 portion), a top portion 84b, a slope portion 84c, and a return portion 84d (corresponding to (equivalent to two parts). Thereby, mutual interference at the turn portion 84 can be appropriately avoided.

複数層の各直線部83のうち径方向内側の直線部83に接続されたターン部84と、径方向外側の直線部83に接続されたターン部84とを、それら直線部83同士よりも径方向に離して配置したため、ターン部84における放熱性能を高めることができる。 Among the straight parts 83 of the plurality of layers, the turn part 84 connected to the radially inner straight part 83 and the turn part 84 connected to the radially outer straight part 83 are set to have a diameter smaller than that of the straight parts 83. Since they are arranged apart in the direction, the heat dissipation performance in the turn portion 84 can be improved.

ターン部84における曲がり部の曲げアールを、径方向内側の直線部83に接続されたターン部84と、径方向外側の直線部83に接続されたターン部84とで異ならせたため、それら各ターン部84を好適に離して配置することができる。 Since the bending radius of the bent portion in the turn portion 84 is made different between the turn portion 84 connected to the straight portion 83 on the radially inner side and the turn portion 84 connected to the straight portion 83 on the radially outer side, each turn The portions 84 can be suitably spaced apart.

ターン部84において曲がり部における直線部83からの径方向シフト量を、径方向内側の直線部83に接続されたターン部84と、径方向外側の直線部83に接続されたターン部84とで異ならせたため、それら各ターン部84を好適に離して配置することができる。 In the turn part 84, the amount of radial shift from the straight part 83 at the bent part is determined by the turn part 84 connected to the straight part 83 on the radially inner side and the turn part 84 connected to the straight part 83 on the radially outer side. Since they are different from each other, the respective turn portions 84 can be appropriately spaced apart from each other.

なお、磁石部42の極異方構造は上記した例に限定されない。図22及び図23に示す例では、磁石部42が、ハルバッハ配列と称される磁石配列を用いて構成されている。磁石部42は、磁化方向(磁極の向き)を径方向とする第1磁石131と、磁化方向(磁極の向き)を周方向とする第2磁石132を有している。周方向に所定間隔で第1磁石131が配置されるとともに、周方向において隣り合う第1磁石131の間となる位置に第2磁石132が配置されている。第1磁石131及び第2磁石132は、たとえばネオジム磁石等の希土類磁石からなる永久磁石である。 Note that the polar anisotropic structure of the magnet portion 42 is not limited to the above example. In the example shown in FIGS. 22 and 23, the magnet section 42 is configured using a magnet arrangement called a Halbach arrangement. The magnet portion 42 includes a first magnet 131 whose magnetization direction (orientation of magnetic poles) is the radial direction, and a second magnet 132 whose magnetization direction (orientation of the magnetic poles) is the circumferential direction. First magnets 131 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction, and second magnets 132 are arranged at positions between adjacent first magnets 131 in the circumferential direction. The first magnet 131 and the second magnet 132 are permanent magnets made of rare earth magnets such as neodymium magnets.

第1磁石131は、固定子50に対向する側(径方向内側)の極が交互にN極、S極となるように周方向に互いに離間して配置されている。また、第2磁石132は、各第1磁石131の隣において周方向の磁極の向きが交互に逆向きとなるように配置されている。 The first magnets 131 are spaced apart from each other in the circumferential direction so that the poles on the side facing the stator 50 (inside in the radial direction) are alternately N and S poles. Further, the second magnets 132 are arranged next to each of the first magnets 131 so that the directions of the magnetic poles in the circumferential direction are alternately opposite to each other.

また、第1磁石131の径方向外側、すなわち回転子本体41の磁石保持部43の側には、軟磁性材料よりなる磁性体133が配置されている。たとえば磁性体133は、電磁鋼板や軟鉄、圧粉鉄心材料により構成されているとよい。この場合、磁性体133の周方向の長さは、第1磁石131の周方向の長さ、特に第1磁石131の外周部の周方向の長さと同じである。また、第1磁石131と磁性体133とを一体化した状態でのその一体物の径方向の厚さは、第2磁石132の径方向の厚さと同じである。換言すれば、第1磁石131は、第2磁石132よりも磁性体133の分だけ径方向の厚さが薄くなっている。各磁石131,132と磁性体133とは、たとえば接着材により相互に固着されている。磁石部42において第1磁石131の径方向外側は、固定子50とは反対側である。磁性体133は、径方向における第1磁石131の両側のうち、固定子50とは反対側(反固定子側)に設けられている。 Further, a magnetic body 133 made of a soft magnetic material is arranged on the radially outer side of the first magnet 131, that is, on the side of the magnet holding part 43 of the rotor main body 41. For example, the magnetic body 133 is preferably made of an electromagnetic steel plate, soft iron, or powder core material. In this case, the circumferential length of the magnetic body 133 is the same as the circumferential length of the first magnet 131, particularly the circumferential length of the outer circumference of the first magnet 131. Further, the radial thickness of the first magnet 131 and the magnetic body 133 in the integrated state is the same as the radial thickness of the second magnet 132. In other words, the first magnet 131 is thinner in the radial direction than the second magnet 132 by the amount of the magnetic body 133 . The magnets 131, 132 and the magnetic body 133 are fixed to each other, for example, with an adhesive. In the magnet portion 42 , the radially outer side of the first magnet 131 is opposite to the stator 50 . The magnetic body 133 is provided on the opposite side to the stator 50 (on the anti-stator side) among both sides of the first magnet 131 in the radial direction.

磁性体133の外周部には、径方向外側、すなわち回転子本体41の磁石保持部43の側に突出する凸部としてのキー134が形成されている。また、磁石保持部43の内周面には、磁性体133のキー134を収容する凹部としてのキー溝135が形成されている。キー134の突出形状とキー溝135の溝形状とは同じであり、各磁性体133に形成されたキー134に対応して、キー134と同数のキー溝135が形成されている。 A key 134 is formed on the outer peripheral portion of the magnetic body 133 as a convex portion that protrudes radially outward, that is, toward the magnet holding portion 43 of the rotor body 41 . Further, a key groove 135 is formed in the inner circumferential surface of the magnet holding portion 43 as a recess for accommodating the key 134 of the magnetic body 133. The protruding shape of the key 134 and the groove shape of the key groove 135 are the same, and the same number of key grooves 135 as the keys 134 are formed corresponding to the keys 134 formed in each magnetic body 133.

キー134及びキー溝135の係合により、第1磁石131及び第2磁石132と回転子本体41との周方向(回転方向)の位置ずれが抑制されている。なお、キー134及びキー溝135(凸部及び凹部)を、回転子本体41の磁石保持部43及び磁性体133のいずれに設けるかは任意でよく、上記とは逆に、磁性体133の外周部にキー溝135を設けるとともに、回転子本体41の磁石保持部43の内周部にキー134を設けることも可能である。 The engagement of the key 134 and the keyway 135 suppresses misalignment between the first magnet 131 and the second magnet 132 and the rotor body 41 in the circumferential direction (rotational direction). Note that the key 134 and the keyway 135 (convex portion and concave portion) may be provided on either the magnet holding portion 43 of the rotor main body 41 or the magnetic body 133 as desired. It is also possible to provide a key groove 135 in the rotor body 41 and a key 134 in the inner peripheral part of the magnet holding part 43 of the rotor main body 41.

ここで、磁石部42では、第1磁石131と第2磁石132とを交互に配列することにより、第1磁石131での磁束密度を大きくすることが可能となっている。そのため、磁石部42において、磁束の片面集中を生じさせ、固定子50寄りの側での磁束強化を図ることができる。 Here, in the magnet section 42, by alternately arranging the first magnets 131 and the second magnets 132, it is possible to increase the magnetic flux density in the first magnets 131. Therefore, in the magnet portion 42, the magnetic flux is concentrated on one side, and the magnetic flux can be strengthened on the side closer to the stator 50.

また、第1磁石131の径方向外側、すなわち反固定子側に磁性体133を配置したことにより、第1磁石131の径方向外側での部分的な磁気飽和を抑制でき、ひいては磁気飽和に起因して生じる第1磁石131の減磁を抑制できる。これにより、結果的に磁石部42の磁力を増加させることが可能となっている。この磁石部42は、言うなれば、第1磁石131において減磁が生じ易い部分を磁性体133に置き換えた構成となっている。 Further, by arranging the magnetic body 133 on the radially outer side of the first magnet 131, that is, on the anti-stator side, it is possible to suppress partial magnetic saturation on the radially outer side of the first magnet 131, and as a result, magnetic saturation caused by magnetic saturation can be suppressed. Demagnetization of the first magnet 131 that occurs due to this can be suppressed. This makes it possible to increase the magnetic force of the magnet portion 42 as a result. In other words, the magnet portion 42 has a structure in which a portion of the first magnet 131 where demagnetization is likely to occur is replaced with a magnetic body 133.

図24は、磁石部42における磁束の流れを具体的に示す図であり、(a)は、磁石部42において磁性体133を有していない従来構成を用いた場合を示し、(b)は、磁石部42において磁性体133を有している構成を用いた場合を示している。なお、図24では、回転子本体41の磁石保持部43及び磁石部42を直線状に展開して示しており、図の下側が固定子側、上側が反固定子側となっている。 FIG. 24 is a diagram specifically showing the flow of magnetic flux in the magnet section 42, in which (a) shows the case where a conventional configuration in which the magnet section 42 does not have the magnetic body 133 is used, and (b) , a case is shown in which a configuration in which the magnet portion 42 includes a magnetic body 133 is used. In addition, in FIG. 24, the magnet holding part 43 and the magnet part 42 of the rotor main body 41 are shown developed linearly, and the lower side of the figure is the stator side and the upper side is the anti-stator side.

図24(a)の構成では、第1磁石131の磁極面と第2磁石132の側面とが、それぞれ磁石保持部43の内周面に接触している。また、第2磁石132の磁極面が第1磁石131の側面に接触している。この場合、磁石保持部43には、第2磁石132の外側経路を通って第1磁石131との接触面に入る磁束F1と、磁石保持部43と略平行で、かつ第2磁石132の磁束F2を引きつける磁束との合成磁束が生じる。そのため、磁石保持部43において第1磁石131と第2磁石132との接触面付近において、部分的に磁気飽和が生じることが懸念される。 In the configuration of FIG. 24A, the magnetic pole surface of the first magnet 131 and the side surface of the second magnet 132 are in contact with the inner circumferential surface of the magnet holding part 43, respectively. Further, the magnetic pole surface of the second magnet 132 is in contact with the side surface of the first magnet 131. In this case, in the magnet holding part 43, there is a magnetic flux F1 that passes through the outer path of the second magnet 132 and enters the contact surface with the first magnet 131, and a magnetic flux F1 that is substantially parallel to the magnet holding part 43 and of the second magnet 132. A composite magnetic flux with the magnetic flux that attracts F2 is generated. Therefore, there is a concern that magnetic saturation may occur partially in the vicinity of the contact surface between the first magnet 131 and the second magnet 132 in the magnet holder 43.

これに対し、図24(b)の構成では、第1磁石131の反固定子側において第1磁石131の磁極面と磁石保持部43の内周面との間に磁性体133が設けられているため、その磁性体133で磁束の通過が許容される。したがって、磁石保持部43での磁気飽和を抑制でき、減磁に対する耐力が向上する。 On the other hand, in the configuration of FIG. 24(b), the magnetic body 133 is provided between the magnetic pole face of the first magnet 131 and the inner peripheral surface of the magnet holding part 43 on the anti-stator side of the first magnet 131. Therefore, the magnetic body 133 allows the magnetic flux to pass through. Therefore, magnetic saturation in the magnet holder 43 can be suppressed, and resistance to demagnetization is improved.

また、図24(b)の構成では、図24(a)とは異なり、磁気飽和を促すF2を消すことができる。これにより、磁気回路全体のパーミアンスを効果的に向上させることができる。このように構成することで、その磁気回路特性を、過酷な高熱条件下でも保つことができる。 Moreover, in the configuration of FIG. 24(b), unlike FIG. 24(a), F2 that promotes magnetic saturation can be turned off. Thereby, the permeance of the entire magnetic circuit can be effectively improved. With this configuration, the magnetic circuit characteristics can be maintained even under severe high temperature conditions.

また、従来のSPMロータにおけるラジアル磁石と比べて、磁石内部を通る磁石磁路が長くなる。そのため、磁石パーミアンスが上昇し、磁力を上げ、トルクを増強することができる。さらに、磁束がd軸の中央に集まることにより、正弦波整合率を高くすることができる。特に、PWM制御により、電流波形を正弦波や台形波とする、又は120度通電のスイッチングICを利用すると、より効果的にトルクを増強することができる。 Furthermore, compared to the radial magnet in a conventional SPM rotor, the magnet magnetic path passing through the inside of the magnet is longer. Therefore, the magnet permeance increases, the magnetic force can be increased, and the torque can be enhanced. Furthermore, by concentrating the magnetic flux at the center of the d-axis, it is possible to increase the sinusoidal matching rate. In particular, the torque can be increased more effectively by using PWM control to make the current waveform a sine wave or trapezoidal wave, or by using a 120-degree energizing switching IC.

上記した例では、固定子コア52の外周面を凹凸のない曲面状とし、その外周面に所定間隔で複数の導線群81を並べて配置する構成としたが、これを変更してもよい。たとえば、図25に示す例では、固定子コア52が、固定子巻線51の径方向両側のうち回転子とは反対側(図の下側)に設けられた円環状のヨーク部141と、そのヨーク部141から、周方向に隣り合う直線部83の間に向かって突出するように延びる突起部142を有している。突起部142は、ヨーク部141の径方向外側、すなわち回転子40側に所定間隔で設けられている。固定子巻線51の各導線群81は、突起部142と周方向において係合しており、突起部142を位置決め部として用いつつ周方向に並べて配置されている。 In the above example, the outer circumferential surface of the stator core 52 is curved without irregularities, and the plurality of conducting wire groups 81 are arranged on the outer circumferential surface at predetermined intervals, but this may be changed. For example, in the example shown in FIG. 25, the stator core 52 includes an annular yoke portion 141 provided on the opposite side from the rotor (lower side in the figure) among both radial sides of the stator winding 51; It has a protrusion 142 extending from the yoke portion 141 so as to protrude between circumferentially adjacent straight portions 83 . The protrusions 142 are provided at predetermined intervals on the radially outer side of the yoke portion 141, that is, on the rotor 40 side. Each conducting wire group 81 of the stator winding 51 engages with the protrusion 142 in the circumferential direction, and is arranged side by side in the circumferential direction using the protrusion 142 as a positioning part.

突起部142は、ヨーク部141からの径方向の厚さ寸法が、径方向内外の複数層の直線部83のうち、ヨーク部141に径方向に隣接する直線部83の径方向の厚さ寸法の1/2(図のH1)よりも小さい構成となっている。こうした突起部142の厚さ制限により、周方向に隣り合う導線群81(すなわち直線部83)の間において突起部142がティースとして機能せず、ティースによる磁路形成がなされないようになっている。突起部142は、周方向に並ぶ各導線群81の間ごとに全て設けられていなくてもよく、周方向に隣り合う少なくとも1組の導線群81の間に設けられていればよい。突起部142の形状は、矩形状、円弧状など任意の形状でよい。 The protruding portion 142 has a radial thickness dimension from the yoke portion 141 that is equal to the radial thickness dimension of the straight portion 83 adjacent to the yoke portion 141 in the radial direction among the multiple layers of straight portions 83 inside and outside the radial direction. The structure is smaller than 1/2 (H1 in the figure). Due to the limited thickness of the protrusion 142, the protrusion 142 does not function as a tooth between the circumferentially adjacent conductor groups 81 (that is, the straight portions 83), and the teeth do not form a magnetic path. . The protrusions 142 do not need to be provided between all of the conductive wire groups 81 arranged in the circumferential direction, but may be provided between at least one set of conductive wire groups 81 adjacent in the circumferential direction. The shape of the protrusion 142 may be any shape such as a rectangular shape or an arc shape.

なお、固定子コア52の外周面では、直線部83が一層で設けられていてもよい。したがって、広義には、突起部142におけるヨーク部141からの径方向の厚さ寸法は、直線部83における径方向の厚さ寸法の1/2よりも小さいものであればよい。 Note that the straight portion 83 may be provided in one layer on the outer peripheral surface of the stator core 52. Therefore, in a broad sense, the thickness of the projection 142 in the radial direction from the yoke portion 141 may be smaller than 1/2 of the thickness of the straight portion 83 in the radial direction.

回転軸11の軸心を中心とし、かつヨーク部141に径方向に隣接する直線部83の径方向の中心位置を通る仮想円を想定すると、突起部142は、その仮想円の範囲内においてヨーク部141から突出する形状、換言すれば仮想円よりも径方向外側(すなわち回転子40側)に突出しない形状をなしているとよい。 Assuming an imaginary circle centered on the axis of the rotating shaft 11 and passing through the radial center position of the straight portion 83 radially adjacent to the yoke portion 141, the protrusion 142 will fit within the yoke within the range of the imaginary circle. It is preferable to have a shape that projects from the portion 141, in other words, a shape that does not project outward in the radial direction from the virtual circle (that is, toward the rotor 40).

上記構成によれば、突起部142は、径方向の厚さ寸法が制限されており、周方向に隣り合う直線部83の間においてティースとして機能するものでないため、各直線部83の間にティースが設けられている場合に比べて、隣り合う各直線部83を近づけることができる。これにより、導体断面積を大きくすることができ、固定子巻線51の通電にともない生じる発熱を低減することができる。かかる構成では、ティースがないことで磁気飽和の解消が可能となり、固定子巻線51への通電電流を増大させることが可能となる。この場合において、その通電電流の増大にともない発熱量が増えることに好適に対処することができる。また、固定子巻線51では、ターン部84が、径方向にシフトされ、他のターン部84との干渉を回避する干渉回避部を有することから、異なるターン部84同士を径方向に離して配置することができる。これにより、ターン部84においても放熱性の向上を図ることができる。以上により、固定子50での放熱性能を適正化することが可能になっている。 According to the above configuration, the protrusion 142 has a limited thickness dimension in the radial direction and does not function as teeth between the circumferentially adjacent straight parts 83. The adjacent straight portions 83 can be brought closer to each other than in the case where the straight portions 83 are provided. Thereby, the cross-sectional area of the conductor can be increased, and the heat generated as the stator winding 51 is energized can be reduced. In this configuration, since there are no teeth, magnetic saturation can be eliminated, and the current flowing to the stator winding 51 can be increased. In this case, it is possible to suitably deal with the fact that the amount of heat generated increases with the increase in the applied current. In addition, in the stator winding 51, the turn portions 84 are shifted in the radial direction and have an interference avoidance portion that avoids interference with other turn portions 84. Therefore, different turn portions 84 are separated from each other in the radial direction. can be placed. Thereby, the heat dissipation performance of the turn portion 84 can also be improved. As described above, it is possible to optimize the heat dissipation performance of the stator 50.

また、固定子コア52のヨーク部141と、回転子40の磁石部42(すなわち各磁石91,92)とが所定距離以上離れていれば、突起部142の径方向の厚さ寸法は、図25のH1に縛られるものではない。具体的には、ヨーク部141と磁石部42とが2mm以上離れていれば、突起部142の径方向の厚さ寸法は、図25のH1以上であってもよい。たとえば、直線部83の径方向厚み寸法が2mmを越えており、かつ導線群81が径方向内外の2層の導線82により構成されている場合に、ヨーク部141に隣接していない直線部83、すなわちヨーク部141から数えて2層目の導線82の半分位置までの範囲で、突起部142が設けられていてもよい。この場合、突起部142の径方向厚さ寸法が「H1×3/2」までになっていれば、導線群81における導体断面積を大きくすることで、前記効果を少なからず得ることはできる。 Further, if the yoke portion 141 of the stator core 52 and the magnet portion 42 of the rotor 40 (that is, each magnet 91, 92) are separated by a predetermined distance or more, the radial thickness dimension of the projection portion 142 is It is not bound by H1 of 25. Specifically, as long as the yoke portion 141 and the magnet portion 42 are separated by 2 mm or more, the radial thickness dimension of the projection portion 142 may be equal to or more than H1 in FIG. 25. For example, if the radial thickness of the straight portion 83 exceeds 2 mm and the conductive wire group 81 is composed of two layers of conductive wires 82, inside and outside in the radial direction, the straight portion 83 that is not adjacent to the yoke portion 141 In other words, the protrusion 142 may be provided in a range up to a half-way position of the second layer conductive wire 82 counting from the yoke portion 141. In this case, if the radial thickness dimension of the protrusion 142 is up to "H1 x 3/2", the above-mentioned effect can be obtained to some extent by increasing the cross-sectional area of the conductor in the conductive wire group 81.

また、固定子コア52は、図26に示す構成であってもよい。なお、図26では、封止部57を省略しているが、封止部57が設けられていてもよい。図26では、便宜上、磁石部42及び固定子コア52を直線状に展開して示している。 Further, the stator core 52 may have the configuration shown in FIG. 26. Note that although the sealing portion 57 is omitted in FIG. 26, the sealing portion 57 may be provided. In FIG. 26, for convenience, the magnet portion 42 and the stator core 52 are shown expanded in a straight line.

図26の構成では、固定子50は、周方向に隣接する導線82(すなわち直線部83)の間に、巻線間部材としての突起部142を有している。ここで、磁石部42の1極分の範囲において固定子巻線51の通電により励磁される突起部142の周方向の幅寸法をWt、突起部142の飽和磁束密度をBs、磁石部42の1極分の周方向の幅寸法をWm、磁石部42の残留磁束密度をBrとすると、
突起部142は、Wt×Bs≦Wm×Br …(1)
となる磁性材料により構成されている。
In the configuration of FIG. 26, the stator 50 has a protrusion 142 as an inter-winding member between the conductive wires 82 (that is, straight portions 83) adjacent in the circumferential direction. Here, Wt is the circumferential width of the projection 142 that is excited by energization of the stator winding 51 in the range of one pole of the magnet 42, Bs is the saturation magnetic flux density of the projection 142, and Bs is the saturation magnetic flux density of the projection 142. If the circumferential width of one pole is Wm, and the residual magnetic flux density of the magnet portion 42 is Br,
The protrusion 142 satisfies Wt×Bs≦Wm×Br (1)
It is made of magnetic material.

詳しくは、固定子巻線51の3相巻線が分布巻であり、その固定子巻線51では、磁石部42の1極に対して、突起部142の数、すなわち各導線群81の間となる間隙56の数が「3×m」個となっている。なお、mは導線82の対数である。この場合、固定子巻線51が各相所定順序で通電されると、1極内において2相分の突起部142が励磁される。したがって、磁石部42の1極分の範囲において固定子巻線51の通電により励磁される突起部142の周方向の幅寸法Wtは、突起部142(つまり、間隙56)の周方向の幅寸法をAとすると、「2×A×m」となる。そして、こうして幅寸法Wtが規定された上で、固定子コア52において、突起部142が、上記(1)の関係を満たす磁性材料として構成されている。なお、幅寸法Wtは、1極内において比透磁率が1よりも大きくなりえる部分の周方向寸法でもある。 Specifically, the three-phase winding of the stator winding 51 is a distributed winding, and in the stator winding 51, the number of protrusions 142, that is, the number of protrusions 142 between each conductor group 81 for one pole of the magnet part 42 is The number of gaps 56 is 3×m. Note that m is the logarithm of the conducting wire 82. In this case, when the stator winding 51 is energized for each phase in a predetermined order, the projections 142 for two phases are excited within one pole. Therefore, the circumferential width dimension Wt of the protrusion 142 that is excited by energization of the stator winding 51 in the range of one pole of the magnet part 42 is the circumferential width dimension of the protrusion 142 (that is, the gap 56). Letting A be 2×A×m. Then, after the width dimension Wt is defined in this way, the protrusion 142 in the stator core 52 is formed of a magnetic material that satisfies the relationship (1) above. Note that the width dimension Wt is also the circumferential dimension of a portion where the relative magnetic permeability can be larger than 1 within one pole.

なお、固定子巻線51を集中巻とする場合には、固定子巻線51において、磁石部42の1極対(つまり2極)に対して、突起部142の数、すなわち各導線群81の間となる間隙56の数が「3×m」個となっている。この場合、固定子巻線51が各相所定順序で通電されると、1極内において1相分の突起部142が励磁される。したがって、磁石部42の1極分の範囲において固定子巻線51の通電により励磁される突起部142の周方向の幅寸法Wtは、「A×m」となる。そして、こうして幅寸法Wtが規定された上で、突起部142が、上記(1)の関係を満たす磁性材料として構成されている。 Note that when the stator winding 51 is a concentrated winding, the number of protrusions 142, that is, each conducting wire group 81, for one pole pair (that is, two poles) of the magnet portion 42 in the stator winding 51 The number of gaps 56 between the two is 3×m. In this case, when the stator winding 51 is energized for each phase in a predetermined order, the projections 142 for one phase are excited within one pole. Therefore, the circumferential width dimension Wt of the protrusion 142 that is excited by energization of the stator winding 51 within the range of one pole of the magnet portion 42 is “A×m”. After the width dimension Wt is defined in this way, the protrusion 142 is formed of a magnetic material that satisfies the relationship (1) above.

ちなみに、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石、フェライト磁石といったBH積が20[MGOe(kJ/m)]以上の磁石ではBd=1.0強[T]、鉄ではBr=2.0強[T]である。そのため、高出力モータとしては、固定子コア52において、突起部142が、Wt<1/2×Wmの関係を満たす磁性材料であればよい。 By the way, for magnets with a BH product of 20 [MGOe (kJ/m 3 )] or more, such as neodymium magnets, samarium cobalt magnets, and ferrite magnets, Bd = a little over 1.0 [T], and for iron, Br = a little over 2.0 [T]. It is. Therefore, in the stator core 52, the protrusion 142 may be made of a magnetic material that satisfies the relationship Wt<1/2×Wm for a high-output motor.

上記した例では、固定子巻線51を覆う封止部57を、固定子コア52の径方向外側において各導線群81を全て含む範囲、すなわち径方向の厚さ寸法が各導線群81の径方向の厚さ寸法よりも大きくなる範囲で設ける構成としたが、これを変更してもよい。たとえば、図27に示すように、封止部57を、導線82の一部がはみ出すように設ける構成とする。より具体的には、封止部57を、導線群81においてもっとも径方向外側となる導線82の一部を径方向外側、すなわち固定子50側に露出させた状態で設ける構成とする。この場合、封止部57の径方向の厚さ寸法は、各導線群81の径方向の厚さ寸法と同じ、又はその厚さ寸法よりも小さいとよい。 In the above example, the sealing portion 57 covering the stator winding 51 is arranged in a range including all of the conductor groups 81 on the radial outer side of the stator core 52, that is, the radial thickness dimension is the diameter of each conductor group 81. Although the configuration is such that it is provided in a range larger than the thickness dimension in the direction, this may be changed. For example, as shown in FIG. 27, the sealing portion 57 is provided so that a portion of the conducting wire 82 protrudes. More specifically, the sealing portion 57 is provided in such a manner that a part of the conductive wire 82 which is the most radially outermost in the conductor group 81 is exposed to the radially outer side, that is, to the stator 50 side. In this case, the radial thickness of the sealing portion 57 is preferably the same as or smaller than the radial thickness of each conducting wire group 81.

また、図28に示すように、各導線群81が封止部57により封止されていない構成としてもよい。つまり、固定子巻線51を覆う封止部57を用いない構成とする。この場合、周方向に並ぶ各導線群81の間は空隙となっている。 Further, as shown in FIG. 28, each conducting wire group 81 may be configured not to be sealed by the sealing portion 57. In other words, the configuration is such that the sealing portion 57 that covers the stator winding 51 is not used. In this case, there is a gap between each of the conducting wire groups 81 arranged in the circumferential direction.

固定子50が固定子コア52を具備していない構成としてもよい。この場合、固定子50は、図12に示す固定子巻線51により構成されることになる。なお、固定子コア52を具備していない固定子50において、固定子巻線51を封止材により封止する構成としてもよい。又は、固定子50が、磁性体からなる固定子コア52に代えて、合成樹脂等の非磁性体からなる円環状の巻線保持部を備える構成としてもよい。 The stator 50 may be configured without the stator core 52. In this case, the stator 50 will be comprised of stator windings 51 shown in FIG. 12. Note that in the stator 50 that does not include the stator core 52, the stator winding 51 may be sealed with a sealing material. Alternatively, the stator 50 may be configured to include an annular winding holding portion made of a non-magnetic material such as synthetic resin instead of the stator core 52 made of a magnetic material.

固定子巻線51の導線群81において、径方向の内外に重なる各導線82の干渉を回避する構成として、図29(a)に示すように、n層目とn+1層目とでターン部84における導線シフトの向きを逆にする構成としてもよい。つまり、複数層の各直線部83に接続され、かつ径方向内外に重なる位置となる各ターン部84を、径方向の異なる方向に曲げる構成とする。これにより、やはり各ターン部84を好適に離して配置することができる。なお、本構成は、もっとも絶縁の厳しい部分に適用したり、複数層のうち最終層や開始層に用いたりすることが好ましい。 In the conducting wire group 81 of the stator winding 51, as shown in FIG. 29(a), turn portions 84 are formed in the n-th layer and the The direction of the conductor wire shift may be reversed. In other words, the turn portions 84 connected to the straight portions 83 of the plurality of layers and located at positions that overlap inside and outside in the radial direction are bent in different directions in the radial direction. Thereby, the respective turn portions 84 can be appropriately spaced apart from each other. Note that this configuration is preferably applied to the part where insulation is most severe, or used as the final layer or starting layer among multiple layers.

又は、図29(b)に示すように、n層目とn+1層目とで軸方向における導線シフト位置(図の上下方向の位置)を相違させる構成としてもよい。この場合、各層のターン部84での曲げアールが同じであっても、相互の干渉を抑制できる。 Alternatively, as shown in FIG. 29(b), the conductor shift position in the axial direction (position in the vertical direction in the figure) may be different between the n-th layer and the (n+1)-th layer. In this case, even if the bending radius at the turn portion 84 of each layer is the same, mutual interference can be suppressed.

上記した例では、固定子巻線51において、回転軸11を中心とする同一のピッチ円上となる位置の直線部83同士をターン部84により接続し、そのターン部84が干渉回避部を備える構成としたが、これを変更してもよい。たとえば、固定子巻線51において、回転軸11を中心とする異なるピッチ円上となる位置の直線部83同士、すなわち異なる層の直線部83同士をターン部84により接続する構成であってもよい。いずれにしろ、ターン部84が、径方向にシフトされ、他のターン部84との干渉を回避する干渉回避部を有する構成であればよい。 In the above example, in the stator winding 51, the straight portions 83 located on the same pitch circle centered on the rotating shaft 11 are connected by the turn portion 84, and the turn portion 84 includes the interference avoidance portion. Although this is the configuration, this may be changed. For example, in the stator winding 51, the straight portions 83 located on different pitch circles around the rotating shaft 11, that is, the straight portions 83 of different layers, may be connected by the turn portions 84. . In any case, it is sufficient that the turn portion 84 is shifted in the radial direction and has an interference avoidance portion that avoids interference with other turn portions 84 .

図30(a)に示すように、固定子巻線51の導線群81において、各導線82の直線部83が、径方向(図の上下方向)に対向する一対の対向面同士が非平行となる状態で配置される構成としてもよい。なお、図30(a)では、各導線群81が封止部57により封止されている。本構成によれば、径方向に並ぶ各直線部83同士の間に、非発熱部としての封止材を介在させることができ、その非発熱部において、固定子巻線51の通電時に直線部83にて生じた熱を拡散させることができる。これにより、導線群81での放熱性能を高めることができる。 As shown in FIG. 30(a), in the conductor group 81 of the stator winding 51, the straight portions 83 of each conductor 82 have a pair of opposing surfaces that are radially opposed (up and down in the figure) and are non-parallel to each other. It is also possible to have a configuration in which it is arranged as follows. In addition, in FIG. 30(a), each conducting wire group 81 is sealed by a sealing part 57. According to this configuration, a sealing material as a non-heat generating part can be interposed between each of the straight parts 83 arranged in the radial direction, and in the non-heat generating part, when the stator winding 51 is energized, the straight part The heat generated at step 83 can be diffused. Thereby, the heat dissipation performance of the conducting wire group 81 can be improved.

また、周方向に隣り合う各直線部83の間にティースが介在していない構成になっていても、各導線群81における直線部83同士の間に好適に封止材を入り込ませ、ひいては各直線部83を良好に固定することができる。ただし、図30(a)の構成において、封止部57が設けられていない構成であってもよい。この場合には、径方向に並ぶ各直線部83同士の間に、非発熱部としての空隙を介在させることができ、やはり導線群81での放熱性能を高めることができる。 Furthermore, even if the teeth are not interposed between the straight portions 83 adjacent to each other in the circumferential direction, the sealing material can be suitably inserted between the straight portions 83 in each conductive wire group 81, and each The straight portion 83 can be fixed well. However, in the configuration of FIG. 30(a), the sealing portion 57 may not be provided. In this case, a gap serving as a non-heat generating portion can be interposed between each of the linear portions 83 arranged in the radial direction, and the heat dissipation performance of the conducting wire group 81 can also be improved.

図30(b)に示すように、固定子50の導線群81において、各導線82の直線部83を径方向内外4層に配置し、一対の対向面同士の隙間寸法が、周方向に大小異なり、かつ大きい側が径方向に並ぶ各隙間において交互に逆になる構成としてもよい。なお、図30(b)では、各導線群81が封止部57により封止されている。直線部83の層数は3層以上であればよい。本構成によれば、径方向に並ぶ各直線部83において熱の拡散を好適に行わせることができる。 As shown in FIG. 30(b), in the conductor group 81 of the stator 50, the straight portions 83 of each conductor 82 are arranged in four layers, inside and outside in the radial direction, and the gap size between the pair of opposing surfaces is large and small in the circumferential direction. It is also possible to have a configuration in which the gap is different and the larger side is alternately reversed in each gap arranged in the radial direction. In addition, in FIG. 30(b), each conducting wire group 81 is sealed by a sealing part 57. The number of layers of the straight portion 83 may be three or more. According to this configuration, heat can be suitably diffused in each straight portion 83 arranged in the radial direction.

また、回転電機10の作動時に回転方向が正逆入れ替わって交番に掛かっても、各直線部83を保持する保持力を良好に得ることができる。 Further, even if the rotation direction is switched between forward and reverse during operation of the rotating electric machine 10, a good holding force for holding each straight portion 83 can be obtained.

固定子巻線51において、導線82の直線部83を径方向に単層で設ける構成としてもよい。また、径方向内外に複数層で直線部83を配置する場合に、その層数は任意でよく、3層、4層、5層、6層等で設けてもよい。 In the stator winding 51, the straight portion 83 of the conducting wire 82 may be provided in a single layer in the radial direction. Further, when the linear portion 83 is arranged in multiple layers inside and outside in the radial direction, the number of layers may be arbitrary, and may be provided in three, four, five, six, etc. layers.

上記した例では、回転軸11を、軸方向で回転電機10の一端側及び他端側の両方に突出するように設けたが、これを変更し、一端側にのみ突出する構成としてもよい。この場合、回転軸11は、軸受部20により片持ち支持される部分を端部とし、その軸方向外側に延びるように設けられるとよい。本構成では、インバータユニット60の内部に回転軸11が突出しない構成となるため、インバータユニット60の内部空間、詳しくは筒状部71の内部空間をより広く用いることができることとなる。 In the example described above, the rotating shaft 11 was provided so as to protrude from both one end side and the other end side of the rotating electric machine 10 in the axial direction, but this may be changed and the rotating shaft 11 may be configured to protrude only from one end side. In this case, the rotating shaft 11 is preferably provided so as to extend outward in the axial direction, with the end portion being supported in a cantilever manner by the bearing portion 20 . In this configuration, since the rotating shaft 11 does not protrude into the inside of the inverter unit 60, the internal space of the inverter unit 60, specifically, the internal space of the cylindrical portion 71, can be used more widely.

回転軸11を回転自在に支持する構成として、回転子40の軸方向一端側及び他端側の2箇所に軸受を設ける構成としてもよい。この場合、図1の構成で言えば、インバータユニット60を挟んで一端側及び他端側の2箇所に軸受が設けられるとよい。 As a configuration for rotatably supporting the rotating shaft 11, a configuration may be adopted in which bearings are provided at two locations on one end side and the other end side in the axial direction of the rotor 40. In this case, in terms of the configuration shown in FIG. 1, bearings may be provided at two locations, one end side and the other end side, with the inverter unit 60 interposed therebetween.

上記した例では、回転子40において回転子本体41の中間部45を、軸方向に段差を有する構成としたが、これを変更し、中間部45の段差を無くし、平板状としてもよい。 In the above example, the intermediate portion 45 of the rotor main body 41 of the rotor 40 is configured to have a step in the axial direction, but this may be changed and the intermediate portion 45 may have a flat plate shape without the step.

上記した例では、固定子巻線51の導線82において導体82aを複数の素線86の集合体として構成したが、これを変更し、導線82として断面矩形状の角形導線を用いる構成としてもよい。また、導線82として断面円形状又は断面楕円状の丸形導線を用いる構成としてもよい。 In the above example, the conductor 82a of the conductor 82 of the stator winding 51 is configured as an aggregate of a plurality of strands 86, but this may be changed to a configuration in which a square conductor with a rectangular cross section is used as the conductor 82. . Furthermore, a configuration may be adopted in which a round conductor wire having a circular cross section or an elliptical cross section is used as the conductor wire 82.

上記した例では、固定子50の径方向内側にインバータユニット60を設ける構成としたが、これに代えて、固定子50の径方向内側にインバータユニット60を設けない構成としてもよい。この場合、固定子50の径方向内側となる内部領域を空間としておくことが可能である。また、その内部領域に、インバータユニット60とは異なる部品を配することが可能である。 In the above example, the inverter unit 60 is provided inside the stator 50 in the radial direction, but instead of this, the inverter unit 60 may not be provided inside the stator 50 in the radial direction. In this case, it is possible to leave an internal region on the radially inner side of the stator 50 as a space. Moreover, it is possible to arrange components different from the inverter unit 60 in the internal area.

回転電機10において、ハウジング30を具備しない構成としてもよい。この場合、たとえばホイールや他の車両部品の一部において、回転子40、固定子50等が保持される構成であってもよい。 The rotating electrical machine 10 may be configured without the housing 30. In this case, the rotor 40, stator 50, etc. may be held in a part of a wheel or other vehicle component, for example.

インナーロータ構造(内転構造)の回転電機に本開示を適用することも可能である。この場合、たとえばハウジング30内において、径方向外側から順に固定子50、回転子40が設けられ、回転子40の径方向内側にインバータユニット60が設けられているとよい。上記した例では、ロータとしてSPMロータを挙げたが、IPMロータにも適用可能である。この場合、直線部83が、所定のエアギャップ及びロータコア(不図示)を挟んで磁石部42に対向するよう配置される磁石対向部を提供することとなる。 It is also possible to apply the present disclosure to a rotating electrical machine with an inner rotor structure (internal rotation structure). In this case, for example, the stator 50 and the rotor 40 may be provided in the housing 30 in this order from the outside in the radial direction, and the inverter unit 60 may be provided inside the rotor 40 in the radial direction. In the above example, an SPM rotor is used as the rotor, but it is also applicable to an IPM rotor. In this case, the straight portion 83 provides a magnet facing portion that is arranged to face the magnet portion 42 with a predetermined air gap and a rotor core (not shown) in between.

<制御装置及び回転電機システム>
先ず、図31に基づき、制御装置110を備える回転電機システムについて説明する。
<Control device and rotating electrical machine system>
First, a rotating electrical machine system including the control device 110 will be described based on FIG. 31.

図31に示すように、回転電機システム150は、上記した回転電機10と、インバータ100と、制御装置110と、巻線温度センサ151と、電流センサ152を備えている。インバータ100は、上記したインバータ101,102に相当する。 As shown in FIG. 31, the rotating electrical machine system 150 includes the above-described rotating electrical machine 10, an inverter 100, a control device 110, a winding temperature sensor 151, and a current sensor 152. Inverter 100 corresponds to inverters 101 and 102 described above.

制御装置110は、他の電子制御装置であるECU200と、たとえばバス201を介して通信可能に構成されている。制御装置110と通信可能とされるECU200は少なくともひとつである。ECU200のひとつは、たとえば制御装置110に対して上位の電子制御装置である。ECU200のひとつは、制御装置110に対してトルク指令値を出力する。 The control device 110 is configured to be able to communicate with an ECU 200, which is another electronic control device, via a bus 201, for example. At least one ECU 200 is capable of communicating with the control device 110. One of the ECUs 200 is, for example, an electronic control device at a higher level than the control device 110. One of the ECUs 200 outputs a torque command value to the control device 110.

巻線温度センサ151は、固定子巻線51の温度を検出する。巻線温度センサ151としては、たとえばサーミスタや熱電堆を採用することができる。このように、固定子50側に温度検出部が設けられている。一方、回転子40側には、温度検出部が設けられていない。 Winding temperature sensor 151 detects the temperature of stator winding 51. As the winding temperature sensor 151, for example, a thermistor or a thermoelectric stack can be used. In this way, a temperature detection section is provided on the stator 50 side. On the other hand, no temperature detection section is provided on the rotor 40 side.

電流センサ152は、各相の固定子巻線51に流れる電流を検出する。すなわち、相電流を検出する。本実施形態では、電流センサ152を三相のそれぞれに設けている。しかしながら、電流センサ152を二相のみに設け、二相の検出結果に基づいて残りの一相の電流を検出するようにしてもよい。 Current sensor 152 detects the current flowing through stator winding 51 of each phase. That is, phase current is detected. In this embodiment, a current sensor 152 is provided for each of the three phases. However, the current sensor 152 may be provided only for two phases, and the current of the remaining one phase may be detected based on the detection results of the two phases.

次に、図32に基づき、本実施形態に係る制御装置110が実行する処理について説明する。制御装置110は、イグニッションスイッチがオンされて電源が供給されている期間において、図32に示す処理を所定周期で繰り返し実行する。 Next, processing executed by the control device 110 according to this embodiment will be described based on FIG. 32. The control device 110 repeatedly executes the process shown in FIG. 32 at a predetermined period while the ignition switch is turned on and power is supplied.

図32に示すように、先ず制御装置110は、巻線温度センサ151から、固定子巻線51(ステータコイル)の温度を取得する(ステップS10)。以下において、固定子巻線51の温度を、単に、巻線温度と称する場合がある。 As shown in FIG. 32, first, the control device 110 acquires the temperature of the stator winding 51 (stator coil) from the winding temperature sensor 151 (step S10). Below, the temperature of the stator winding 51 may be simply referred to as winding temperature.

次いで、制御装置110は、取得した巻線温度に基づいて、回転子40が備える磁石部42(永久磁石)の温度を推定する(ステップS20)。制御装置110は、たとえば巻線温度と磁石温度との相関関係を示すマップを予めメモリに備えており、このマップを用いて磁石部42の温度を推定してもよい。巻線温度と磁石温度との相関関係を示す関数を用いて磁石部42の温度を推定してもよい。たとえば制御装置110は、取得した巻線温度に所定の減衰係数を乗算し、磁石部42の温度を推定してもよい。 Next, the control device 110 estimates the temperature of the magnet section 42 (permanent magnet) included in the rotor 40 based on the acquired winding temperature (step S20). For example, the control device 110 may have a map in advance showing the correlation between the winding temperature and the magnet temperature in its memory, and may estimate the temperature of the magnet portion 42 using this map. The temperature of the magnet section 42 may be estimated using a function that shows the correlation between the winding temperature and the magnet temperature. For example, the control device 110 may estimate the temperature of the magnet section 42 by multiplying the obtained winding temperature by a predetermined damping coefficient.

制御装置110は、所定期間における巻線温度から、磁石部42の温度を推定してもよい。たとえば、磁石部42の温度が主として固定子巻線51からの被熱により変化すると仮定し、下記式に示すように、時刻(n-m)から時刻nまでの所定期間(m+1)における巻線温度tの平均値を算出する。そして、算出した巻線温度tの平均値を、時刻nにおける磁石部42の温度trnとしてもよい。なお、tsnは時刻nにおける巻線温度であり、ts(n-m)は時刻(n-m)における巻線温度である
(式1)trn={ts(n-m)+ts(n-m+1)+・・・+ts(n-1)+tsn}/(m+1)
The control device 110 may estimate the temperature of the magnet section 42 from the winding temperature during a predetermined period. For example, assuming that the temperature of the magnet section 42 changes mainly due to heat received from the stator winding 51, the winding during a predetermined period (m+1) from time (n-m) to time n, as shown in the following formula, Calculate the average value of the temperature ts . Then, the average value of the calculated winding temperature t s may be set as the temperature t rn of the magnet portion 42 at time n. Note that t sn is the winding temperature at time n, and t s (nm) is the winding temperature at time (n - m) (Formula 1) t rn = {t s (n - m) + t s(n-m+1) +...+t s(n-1) +t sn }/(m+1)

次いで、制御装置110は、推定磁石温度に応じて、固定子巻線51に流れる電流の過電流閾値を設定する(ステップS30)。過電流閾値は、磁極限界電流値を超えないように設定される過電流保護値である。磁極限界電流値は、磁石部42の温度に応じて変化する。過電流閾値は、減磁限界電流値に対して所定のマージンを加味して設定される。制御装置110は、推定磁石温度が低い場合には過電流閾値として大きな値を設定し、推定磁石温度が高い場合には、過電流閾値として推定磁石温度が低い場合よりも小さな値を設定する。 Next, the control device 110 sets an overcurrent threshold value of the current flowing through the stator winding 51 according to the estimated magnet temperature (step S30). The overcurrent threshold is an overcurrent protection value set so as not to exceed the magnetic pole limit current value. The magnetic pole limit current value changes depending on the temperature of the magnet section 42. The overcurrent threshold value is set by adding a predetermined margin to the demagnetization limit current value. Control device 110 sets a large value as the overcurrent threshold when the estimated magnet temperature is low, and sets a smaller value as the overcurrent threshold when the estimated magnet temperature is high than when the estimated magnet temperature is low.

次いで、制御装置110は、電流センサ152から各相に流れる電流値を取得する(ステップS40)。そして、制御装置110は、電流値が過電流閾値よりも大きいか否かを判定する(ステップS50)。すなわち、減磁が生じる虞があるのか否かを判定する。 Next, the control device 110 obtains the current value flowing through each phase from the current sensor 152 (step S40). Then, the control device 110 determines whether the current value is larger than the overcurrent threshold (step S50). That is, it is determined whether there is a possibility that demagnetization will occur.

電流値が過電流閾値を上回る場合、減磁が生じる虞があるため、制御装置110は、電流制限制御を実行する(ステップS60)。一方、電流値が過電流閾値以下の場合、減磁が生じる虞がないため、制御装置110は、通電電流を制限しない通常制御を実行する(ステップS70)。このように、制御装置110は、過電流判定の結果に基づいて、回転電機10、具体的にはインバータ100のスイッチSp,Snの駆動を制御する。制御装置110は、ステップS60又はステップS70の処理を実行後、一連の処理を終了する。 If the current value exceeds the overcurrent threshold, there is a risk that demagnetization will occur, so the control device 110 executes current limiting control (step S60). On the other hand, if the current value is less than or equal to the overcurrent threshold, there is no possibility that demagnetization will occur, so the control device 110 executes normal control in which the energizing current is not limited (step S70). In this way, the control device 110 controls the driving of the rotating electric machine 10, specifically, the switches Sp and Sn of the inverter 100, based on the result of the overcurrent determination. After executing the process of step S60 or step S70, the control device 110 ends the series of processes.

制御装置110は、通常制御の実行時において、ECU200から取得したトルク指令値に基づいて目標電流値を算出する。そして、電流センサ152から取得した実電流値が目標電流値に追従するようにフィードバック制御(上記したPI制御)を実行し、所定デューティ比のスイッチ操作信号を生成する。 Control device 110 calculates a target current value based on the torque command value acquired from ECU 200 during execution of normal control. Then, feedback control (the above-mentioned PI control) is executed so that the actual current value acquired from the current sensor 152 follows the target current value, and a switch operation signal with a predetermined duty ratio is generated.

制御装置110は、電流制限制御の実行時において、通常制御時に対して通電電流を制限する。たとえばデューティ比の上限ガード値を設定する構成において、制御装置110は、上限ガード値として通常制御時よりも低い値を設定する。スイッチ操作信号のデューティ比は上限ガード値を上回らないように設定されるため、通常制御時に対して通電電流を制限することができる。 The control device 110 limits the energizing current when executing the current limiting control compared to the normal control. For example, in a configuration in which an upper limit guard value of the duty ratio is set, the control device 110 sets a lower value than during normal control as the upper limit guard value. Since the duty ratio of the switch operation signal is set so as not to exceed the upper limit guard value, the energizing current can be limited with respect to normal control.

また、目標電流値を補正してもよい。たとえば過電流閾値に応じた値を目標電流値から減算し、補正後の目標電流値としてもよい。補正後の目標電流値に基づいてフィードバック制御を実行するため、通常制御時に対して通電電流を制限することができる。 Further, the target current value may be corrected. For example, a value corresponding to the overcurrent threshold value may be subtracted from the target current value to obtain the corrected target current value. Since the feedback control is executed based on the corrected target current value, the energizing current can be limited compared to the normal control.

なお、ステップS10,S20の処理が温度推定部に相当する。ステップS30,S40,S50の処理が過電流判定部に相当する。ステップS60,S70の処理が制御部に相当する。 Note that the processing in steps S10 and S20 corresponds to the temperature estimation section. The processing in steps S30, S40, and S50 corresponds to an overcurrent determination section. The processing in steps S60 and S70 corresponds to the control section.

<第1実施形態のまとめ>
図33は、磁石部と固定子巻線とのギャップを示す図である。図33(a)は比較例を示し、図33(b)は本実施形態の構成を示している。図33では、回転子40及び固定子50を簡素化して図示している。比較例では、本実施形態の対応する要素の符号に対して、末尾にrを付加している。
<Summary of the first embodiment>
FIG. 33 is a diagram showing the gap between the magnet section and the stator winding. FIG. 33(a) shows a comparative example, and FIG. 33(b) shows the configuration of this embodiment. In FIG. 33, the rotor 40 and stator 50 are illustrated in a simplified manner. In the comparative example, r is added to the end of the code of the corresponding element in the present embodiment.

図33(a)に示す比較例では、固定子50rがティース52rを有している。固定子巻線51rは、固定子コアのティース52rにより形成されるスロットに配置されている。固定子巻線51rは、ティース52rの先端面よりも回転子40rの磁石部42rから離れた位置とされている。磁石部42rと固定子巻線51rとの間の熱伝達は、固定子コア(ティース52r)及びエアギャップを介してなされる。 In the comparative example shown in FIG. 33(a), the stator 50r has teeth 52r. The stator winding 51r is arranged in the slot formed by the teeth 52r of the stator core. The stator winding 51r is located further away from the magnet portion 42r of the rotor 40r than the tip end surface of the teeth 52r. Heat transfer between the magnet portion 42r and the stator winding 51r is performed via the stator core (teeth 52r) and the air gap.

図33(b)に示すように、本実施形態では、固定子50が磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造とされている。磁石部42と固定子巻線51との間の熱伝達は、固定子コア52を介さず、エアギャップを介してなされる。ティースがないため、比較例に較べて固定子巻線51を磁石部42に近づけて配置することができる。したがって、固定子巻線51の温度に基づいて、磁石部42の温度を精度よく推定することができる。 As shown in FIG. 33(b), in this embodiment, the stator 50 has a slotless structure without slots formed by magnetic teeth. Heat transfer between the magnet portion 42 and the stator winding 51 is performed not through the stator core 52 but through the air gap. Since there are no teeth, the stator winding 51 can be placed closer to the magnet portion 42 than in the comparative example. Therefore, the temperature of the magnet section 42 can be estimated with high accuracy based on the temperature of the stator winding 51.

図34は、固定子巻線のアンペアターンと磁束との関係を示す図である。上記したように、トルクと磁束は比例関係にある。図34に示す破線は、上記した比較例を示し、実線は本実施形態の構成を示す。比較例では、磁気飽和により収束する。これに対し、本実施形態では、スロットレス構造の採用により、磁気飽和による収束がない。このため、減磁限界を見定めて制御を行う。 FIG. 34 is a diagram showing the relationship between ampere turns of the stator winding and magnetic flux. As mentioned above, torque and magnetic flux are in a proportional relationship. The broken line shown in FIG. 34 shows the above-described comparative example, and the solid line shows the configuration of this embodiment. In the comparative example, convergence occurs due to magnetic saturation. On the other hand, in this embodiment, since a slotless structure is adopted, there is no convergence due to magnetic saturation. For this reason, control is performed by determining the demagnetization limit.

永久磁石の減磁は、外部磁界、たとえば固定子巻線を流れる電流による磁界以外にも、温度の影響も受ける。希土類磁石の場合、特に高温側において減磁が発生する。たとえば使用上限温度(180℃)で減磁限界電流値は1000A、常温(20℃)で減磁限界電流値は1200Aである。このように、温度が高いほど減磁限界が低くなる。減磁限界を超えると、不可逆減磁が生じる。 Demagnetization of a permanent magnet is affected not only by external magnetic fields, for example those caused by current flowing through the stator windings, but also by temperature. In the case of rare earth magnets, demagnetization occurs especially on the high temperature side. For example, the demagnetizing limit current value is 1000 A at the upper limit temperature of use (180° C.), and 1200 A at room temperature (20° C.). Thus, the higher the temperature, the lower the demagnetization limit. If the demagnetization limit is exceeded, irreversible demagnetization occurs.

従来のように、温度を考慮しない場合、過電流閾値として固定値が設定される。常温の減磁限界電流値を基準として過電流閾値を設ける場合、高温の場合でも減磁限界電流値を超えないようにするために、マージンを大きくとる必要がある。このため、使用電流域が狭いという問題があった。 As in the past, when temperature is not considered, a fixed value is set as the overcurrent threshold. When setting an overcurrent threshold value based on the demagnetization limit current value at room temperature, it is necessary to provide a large margin in order to prevent the demagnetization limit current value from being exceeded even at high temperatures. Therefore, there was a problem that the usable current range was narrow.

これに対し、本実施形態に係る制御装置110は、推定磁石温度に応じて過電流閾値を切り替えることができる。上記したように、減磁限界は、磁石部42の温度に応じて変化する。制御装置110は、過電流閾値を、磁石部42の温度に応じて設定することができる。制御装置110は、過電流閾値として、推定磁石温度での減磁限界電流値に応じた値を設定することができる。このように、過度なマージンを設けないため、減磁が生じるのを抑制しつつ、使用電流域を広くすることができる。 In contrast, the control device 110 according to the present embodiment can switch the overcurrent threshold depending on the estimated magnet temperature. As described above, the demagnetization limit changes depending on the temperature of the magnet section 42. The control device 110 can set the overcurrent threshold according to the temperature of the magnet section 42. The control device 110 can set a value corresponding to the demagnetization limit current value at the estimated magnet temperature as the overcurrent threshold. In this way, since an excessive margin is not provided, the usable current range can be widened while suppressing demagnetization.

上記したように、制御装置110は、ドライバ117を含む例を示したが、これに限定されない。制御装置110とは別にドライバ117を設けてもよい。また、ECU200の機能の少なくとも一部、たとえばトルク指令値を生成する機能を、制御装置110にもたせてもよい。回転電機10を制御する制御装置として、制御装置110の例を示したが、インバータ100を含んでもよい。また、回転電機10を制御する制御装置として、制御装置110とともに、巻線温度センサ151を含んでもよい。 As described above, the example in which the control device 110 includes the driver 117 has been shown, but the control device 110 is not limited thereto. A driver 117 may be provided separately from the control device 110. Further, the control device 110 may have at least part of the functions of the ECU 200, for example, the function of generating a torque command value. Although the control device 110 is shown as an example of the control device that controls the rotating electric machine 10, the inverter 100 may also be included. Further, a winding temperature sensor 151 may be included together with the control device 110 as a control device that controls the rotating electric machine 10.

(第2実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、巻線温度センサの配置について特に言及しなかった。これに代えて、この実施形態では、巻線温度センサが、固定子巻線のコイルサイドに固定されている。
(Second embodiment)
This embodiment is a modification based on the previous embodiment. In the above embodiment, no particular mention was made of the arrangement of the winding temperature sensor. Instead, in this embodiment, the winding temperature sensor is fixed to the coil side of the stator winding.

図35に示す例では、インナーロータ構造の回転電機10を採用している。巻線温度センサ151は、固定子51のうち、固定子巻線51に直接的に固定されている。巻線温度センサ151は、接着、嵌合などにより、固定子巻線51に固定されている。巻線温度センサ151は、固定子巻線51のうち、磁石部42(回転子40)と対向する部分であるコイルサイド部53に固定されている。本実施形態では、固定子50が磁性体の固定子コア52を有しておらず、固定子巻線51の外周面に固定されている。 In the example shown in FIG. 35, a rotating electric machine 10 having an inner rotor structure is employed. Winding temperature sensor 151 is directly fixed to stator winding 51 of stator 51 . The winding temperature sensor 151 is fixed to the stator winding 51 by adhesion, fitting, or the like. The winding temperature sensor 151 is fixed to a coil side portion 53, which is a portion of the stator winding 51 that faces the magnet portion 42 (rotor 40). In this embodiment, the stator 50 does not have a magnetic stator core 52 and is fixed to the outer peripheral surface of the stator winding 51.

<第2実施形態のまとめ>
本実施形態では、巻線温度センサ151が、固定子巻線51に固定されている。したがって、たとえば固定子コア52に固定される構成に較べて、固定子巻線51の温度を精度良く検出することができる。これにより、磁石部42の温度を精度よく推定することができる。
<Summary of the second embodiment>
In this embodiment, the winding temperature sensor 151 is fixed to the stator winding 51. Therefore, the temperature of the stator winding 51 can be detected with higher accuracy than, for example, in a configuration in which the stator core 52 is fixed. Thereby, the temperature of the magnet part 42 can be estimated with high accuracy.

特に本実施形態では、巻線温度センサ151が、固定子巻線51のコイルサイド部53に固定されており、巻線温度センサ151と図示しない磁石部42との距離が近い。図35に示す破線矢印は、固定子巻線51と磁石部42(回転子40)との間の熱伝達経路を示している。巻線温度センサ151により、固定子巻線51において、磁石部42の温度により近い値の部分の温度を検出することができる。したがって、固定子巻線51の温度に基づいて、磁石部42の温度をより精度よく推定することができる。 In particular, in this embodiment, the winding temperature sensor 151 is fixed to the coil side portion 53 of the stator winding 51, and the distance between the winding temperature sensor 151 and the magnet portion 42 (not shown) is close. Broken arrows shown in FIG. 35 indicate heat transfer paths between the stator winding 51 and the magnet section 42 (rotor 40). The winding temperature sensor 151 can detect the temperature of a portion of the stator winding 51 that has a value closer to the temperature of the magnet portion 42 . Therefore, based on the temperature of the stator winding 51, the temperature of the magnet section 42 can be estimated with higher accuracy.

図35では、インナーロータ構造の回転電機10の例を示したが、これに限定されない。図36に示すように、アウターロータ構造の回転電機10に適用することもできる。図36においても、巻線温度センサ151は、固定子巻線51のコイルサイド部53に固定されている。巻線温度センサ151は、固定子巻線51の内周面に固定されている。本実施形態の巻線温度センサ151は、コイルサイド部53の外周面及び内周面のいずれかに固定されている。 Although FIG. 35 shows an example of the rotating electric machine 10 having an inner rotor structure, the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 36, it can also be applied to a rotating electric machine 10 having an outer rotor structure. Also in FIG. 36, the winding temperature sensor 151 is fixed to the coil side portion 53 of the stator winding 51. Winding temperature sensor 151 is fixed to the inner peripheral surface of stator winding 51. The winding temperature sensor 151 of this embodiment is fixed to either the outer peripheral surface or the inner peripheral surface of the coil side portion 53.

固定子50が固定子コア52を備えてもよい。たとえば巻線温度センサ151が固定される部分を避けるように、バックヨークとして機能する固定子コア52を設けてもよい。 Stator 50 may include a stator core 52. For example, the stator core 52 functioning as a back yoke may be provided so as to avoid the portion to which the winding temperature sensor 151 is fixed.

(第3実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、巻線温度センサがコイルサイドに固定されていた。これに代えて、この実施形態では、巻線温度センサが、固定子巻線のコイルエンドに固定されている。
(Third embodiment)
This embodiment is a modification based on the previous embodiment. In the above embodiment, the winding temperature sensor was fixed to the coil side. Instead, in this embodiment the winding temperature sensor is fixed to the coil end of the stator winding.

図37に示す例では、インナーロータ構造の回転電機10を採用している。本実施形態の巻線温度センサ151も固定子巻線51に直接的に固定されている。巻線温度センサ151は、固定子巻線51のうち、コイルサイド部53から延設されたコイルエンド部54に固定されている。本実施形態でも、固定子50が磁性体の固定子コア52を有しておらず、固定子巻線51の端面に固定されている。 In the example shown in FIG. 37, a rotating electric machine 10 having an inner rotor structure is employed. The winding temperature sensor 151 of this embodiment is also directly fixed to the stator winding 51. The winding temperature sensor 151 is fixed to a coil end portion 54 of the stator winding 51 that extends from the coil side portion 53. Also in this embodiment, the stator 50 does not have a magnetic stator core 52 and is fixed to the end face of the stator winding 51.

<第3実施形態のまとめ>
本実施形態でも、巻線温度センサ151が、固定子巻線51に固定されている。したがって、固定子巻線51の温度を精度良く検出することができる。これにより、磁石部42の温度を精度よく推定することができる。
<Summary of the third embodiment>
Also in this embodiment, the winding temperature sensor 151 is fixed to the stator winding 51. Therefore, the temperature of the stator winding 51 can be detected with high accuracy. Thereby, the temperature of the magnet part 42 can be estimated with high accuracy.

特に本実施形態では、巻線温度センサ151が、固定子巻線51のコイルエンド部54に固定されている。このため、図37に破線で示すようにコイルサイド部53に巻線温度センサ151を固定する構成に較べて、径方向の体格を小さくすることができる。 In particular, in this embodiment, the winding temperature sensor 151 is fixed to the coil end portion 54 of the stator winding 51. Therefore, the radial size can be reduced compared to the configuration in which the winding temperature sensor 151 is fixed to the coil side portion 53 as shown by the broken line in FIG. 37.

図37では、インナーロータ構造の回転電機10の例を示したが、これに限定されない。アウターロータ構造の回転電機10に適用することもできる。また、固定子50が固定子コア52を備えてもよい。コイルエンド部54に巻線温度センサ151を設ける例を示したが、コイルエンド部55に設けてもよい。 Although FIG. 37 shows an example of the rotating electric machine 10 having an inner rotor structure, the present invention is not limited to this. It can also be applied to a rotating electric machine 10 having an outer rotor structure. Further, the stator 50 may include a stator core 52. Although an example is shown in which the winding temperature sensor 151 is provided at the coil end portion 54, it may be provided at the coil end portion 55.

(第4実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、永久磁石の温度を推定する温度情報として、固定子巻線の温度のみが用いられていた。これに代えて、この実施形態では、温度情報として、固定子巻線の温度と、インバータを構成する素子の温度が用いられている。
(Fourth embodiment)
This embodiment is a modification based on the previous embodiment. In the above embodiment, only the temperature of the stator winding is used as temperature information for estimating the temperature of the permanent magnet. Instead, in this embodiment, the temperature of the stator winding and the temperature of the elements constituting the inverter are used as the temperature information.

図38に示すように、本実施形態に係る回転電機システム150は、複数の素子温度センサ153をさらに備えている。素子温度センサ153は、インバータ100を構成する素子である半導体モジュール66のそれぞれに設けられている。素子温度センサ153は、半導体モジュール66の温度、すなわち素子温度を検出する。回転電機システム150は、巻線温度センサ151をひとつのみを備えている。 As shown in FIG. 38, the rotating electric machine system 150 according to this embodiment further includes a plurality of element temperature sensors 153. The element temperature sensor 153 is provided in each semiconductor module 66 that is an element constituting the inverter 100. The element temperature sensor 153 detects the temperature of the semiconductor module 66, that is, the element temperature. The rotating electric machine system 150 includes only one winding temperature sensor 151.

素子温度センサ153として、たとえばスイッチSp,Snと同じ半導体チップに形成された感温ダイオードを採用することができる。また、素子温度センサ153として、半導体チップと一体的に樹脂封止されたサーミスタなどを採用することもできる。 As the element temperature sensor 153, for example, a temperature-sensitive diode formed on the same semiconductor chip as the switches Sp and Sn can be employed. Furthermore, as the element temperature sensor 153, a thermistor or the like that is integrally sealed with a resin on a semiconductor chip can be used.

本実施形態では、インバータ100が、3つの半導体モジュール66により構成されている。半導体モジュール66は、上アームひとつと下アームひとつの計2つのアームを備える2in1パッケージ構造をなしている。ひとつの半導体モジュール66により、一相分の上下アームが構成される。図39に示すように、回転電機10はアウターロータ構造をなしている。3つの半導体モジュール66は、固定子50に沿って周方向に配置されている。インバータ100を構成する複数の半導体モジュール66は、固定子50の内周面に沿って配置されている。すなわち、複数の素子温度センサ153も、固定子50の内周面に沿って配置されている。 In this embodiment, the inverter 100 includes three semiconductor modules 66. The semiconductor module 66 has a 2-in-1 package structure including two arms, one upper arm and one lower arm. One semiconductor module 66 constitutes an upper and lower arm for one phase. As shown in FIG. 39, the rotating electric machine 10 has an outer rotor structure. The three semiconductor modules 66 are arranged circumferentially along the stator 50. A plurality of semiconductor modules 66 constituting the inverter 100 are arranged along the inner peripheral surface of the stator 50. That is, the plurality of element temperature sensors 153 are also arranged along the inner peripheral surface of the stator 50.

巻線温度センサ151は、固定子50、たとえば固定子コア52に固定されている。巻線温度センサ151に対する複数の素子温度センサ153の配置には、偏りが生じている。素子温度センサ153のひとつは、巻線温度センサ151の近傍に配置されている。残りの2つの素子温度センサ153は、巻線温度センサ151から離れた位置に配置されている。 Winding temperature sensor 151 is fixed to stator 50 , for example stator core 52 . The arrangement of the plurality of element temperature sensors 153 with respect to the winding temperature sensor 151 is uneven. One of the element temperature sensors 153 is placed near the winding temperature sensor 151. The remaining two element temperature sensors 153 are located apart from the winding temperature sensor 151.

図40は、本実施形態に係る制御装置110が実行する処理を示している。本実施形態では、ステップS11の処理、具体的には、素子温度を取得する処理が追加されている。制御装置110は、素子温度センサ153のそれぞれから素子温度を取得する。そして、ステップS10で取得した巻線温度と、ステップS11で取得した素子温度とに基づいて、ステップS20の処理、すなわち磁石部42の温度を推定する。その他の処理は、先行実施形態(図32参照)と同じである。ステップS11の処理も温度推定部に相当する。 FIG. 40 shows processing executed by the control device 110 according to this embodiment. In this embodiment, the process of step S11, specifically, the process of acquiring the element temperature is added. The control device 110 acquires the element temperature from each of the element temperature sensors 153. Then, based on the winding temperature acquired in step S10 and the element temperature acquired in step S11, the process of step S20, that is, the temperature of the magnet section 42 is estimated. Other processing is the same as in the preceding embodiment (see FIG. 32). The process in step S11 also corresponds to the temperature estimation section.

回転電機10の駆動時において、固定子巻線51の温度は全域でほぼ均一となる。一方、モータロック時など、特定の相に対する通電電流が大きくなると、固定子巻線51の温度に偏りが生じる。本実施形態では、回転電機システム150が、ひとつの巻線温度センサ151と、3つの素子温度センサ153を備えている。したがって、固定子巻線51の温度に偏りが生じても、温度が高い部分について温度を推定することができる。これにより、磁石部42についても、温度の高い部分について温度を推定することができる。 When the rotating electrical machine 10 is driven, the temperature of the stator winding 51 becomes substantially uniform over the entire region. On the other hand, when the current applied to a particular phase increases, such as when the motor is locked, the temperature of the stator winding 51 becomes uneven. In this embodiment, the rotating electric machine system 150 includes one winding temperature sensor 151 and three element temperature sensors 153. Therefore, even if the temperature of the stator winding 51 is uneven, it is possible to estimate the temperature of the portion where the temperature is high. Thereby, the temperature of the high-temperature portion of the magnet portion 42 can also be estimated.

制御装置110は、たとえば巻線温度センサ151の近傍に配置された素子温度センサ153の検出温度tp1と、残りの素子温度センサ153のうち、高いほうの温度tp2との差分Δtpを算出する。上記したように駆動時の差分Δtpはほぼゼロである。差分Δtpが所定値以下の場合、制御装置110は、巻線温度センサ151の検出温度に基づいて、磁石温度を推定する。差分Δtpが所定値を上回る場合、制御装置110は、巻線温度センサ151の検出温度に差分Δtpを加算した値に基づいて、磁石温度を推定する。 The control device 110 calculates the difference Δtp between the detected temperature tp1 of the element temperature sensor 153 disposed near the winding temperature sensor 151 and the higher temperature tp2 of the remaining element temperature sensors 153, for example. As described above, the difference Δtp during driving is approximately zero. If the difference Δtp is less than or equal to the predetermined value, the control device 110 estimates the magnet temperature based on the temperature detected by the winding temperature sensor 151. When the difference Δtp exceeds a predetermined value, the control device 110 estimates the magnet temperature based on the value obtained by adding the difference Δtp to the temperature detected by the winding temperature sensor 151.

<第4実施形態のまとめ>
上記したように、本実施形態に係る制御装置110は、固定子巻線51の温度と、複数の半導体モジュール66の温度とに基づいて、磁石温度を推定する。したがって、特定の相に対して通電電流が大きくなり、その影響によって磁石部42の温度に偏りが生じても、複数の素子温度センサ153から、温度が高い部分の磁石温度を推定することができる。換言すれば、巻線温度センサ151から離れた位置の温度が高くなっても、複数設けた素子温度センサ153から、温度が高い部分の磁石温度を推定することができる。これにより、各相に対応して巻線温度センサ151を設けなくても、温度が高い部分の磁石温度を推定することができる。磁石部42の温度に偏りが生じる場合でも、減磁を抑制しつつ、使用電流域を広くすることができる。
<Summary of the fourth embodiment>
As described above, the control device 110 according to the present embodiment estimates the magnet temperature based on the temperature of the stator winding 51 and the temperature of the plurality of semiconductor modules 66. Therefore, even if the current applied to a particular phase becomes large and the temperature of the magnet section 42 becomes uneven due to its influence, the magnet temperature of the high temperature section can be estimated from the plurality of element temperature sensors 153. . In other words, even if the temperature at a position away from the winding temperature sensor 151 becomes high, the magnet temperature at the high temperature part can be estimated from the plurality of element temperature sensors 153 provided. Thereby, it is possible to estimate the magnet temperature of a portion where the temperature is high without providing the winding temperature sensor 151 corresponding to each phase. Even if the temperature of the magnet portion 42 is uneven, the usable current range can be widened while suppressing demagnetization.

回転電機10がインナーロータ構造の場合、複数の半導体モジュール66は、固定子50の外周面に沿って配置される。半導体モジュール66は、2in1パッケージ構造に限定されない。たとえば、ひとつのアームのみを備える1in1パッケージ構造を採用することもできる。 When the rotating electric machine 10 has an inner rotor structure, the plurality of semiconductor modules 66 are arranged along the outer peripheral surface of the stator 50. The semiconductor module 66 is not limited to a 2-in-1 package structure. For example, a 1-in-1 package structure including only one arm may be adopted.

磁石温度の推定手法は、上記した例に限定されない。たとえば複数の素子温度センサ153の検出温度のうちのもっとも高い温度と、巻線温度センサ151の検出温度に基づいて、磁石温度を推定してもよい。複数の素子温度センサ153の検出温度の平均値と、巻線温度センサ151の検出温度に基づいて、磁石温度を推定してもよい。温度が高いほど希土類磁石からなる磁石部42の磁極限界が低くなるため、素子温度センサ153のうち、もっとも高い検出温度を少なくとも用いるとよい。 The magnet temperature estimation method is not limited to the above example. For example, the magnet temperature may be estimated based on the highest temperature detected by the plurality of element temperature sensors 153 and the temperature detected by the winding temperature sensor 151. The magnet temperature may be estimated based on the average value of the temperatures detected by the plurality of element temperature sensors 153 and the temperature detected by the winding temperature sensor 151. Since the higher the temperature, the lower the magnetic pole limit of the magnet section 42 made of rare earth magnets is, it is preferable to use at least the highest detected temperature of the element temperature sensor 153.

温度情報として、固定子巻線51の温度とともに、インバータ100を構成する素子の温度を用いる例を示したが、これに限定されない。インバータ100を構成する素子の温度に代えて、回転電機10を冷却する冷却器の冷媒の温度を用いてもよい。冷却器は、水冷式または油冷式である。冷却器は、たとえば回転電機10のハウジング30に対して、外面側に固定される。冷却器は、たとえばハウジング30と一体的に設けられる。この場合、冷媒は、ハウジング30内を流通する。 Although an example has been shown in which the temperature of the elements constituting the inverter 100 is used as the temperature information together with the temperature of the stator winding 51, the present invention is not limited thereto. Instead of the temperature of the elements constituting the inverter 100, the temperature of a refrigerant in a cooler that cools the rotating electric machine 10 may be used. The cooler is water-cooled or oil-cooled. The cooler is fixed to the outer surface of the housing 30 of the rotating electric machine 10, for example. The cooler is provided integrally with the housing 30, for example. In this case, the refrigerant flows within the housing 30.

たとえば、冷却器の流入(IN)側における冷媒温度と、排出(OUT)側における冷媒温度との差より、回転電機10から冷媒へ移動した熱量を算出する。移動熱量は、回転電機10の発熱量に応じて変化する。よって、移動熱量に基づいて巻線温度を補正することで、磁石部42の温度を推定してもよい。また、所定期間における冷媒温度の平均値を算出し、算出した平均値と巻線温度とに基づいて、磁石部42の温度を推定してもよい。なお、温度情報として、固定子巻線51の温度と、インバータ100を構成する素子の温度をと、回転電機10を冷却する冷却器の冷媒の温度を用いてもよい。 For example, the amount of heat transferred from the rotating electrical machine 10 to the refrigerant is calculated from the difference between the refrigerant temperature on the inflow (IN) side and the refrigerant temperature on the discharge (OUT) side of the cooler. The amount of heat transferred changes depending on the amount of heat generated by the rotating electric machine 10. Therefore, the temperature of the magnet portion 42 may be estimated by correcting the winding temperature based on the amount of transferred heat. Alternatively, the average value of the refrigerant temperature over a predetermined period may be calculated, and the temperature of the magnet portion 42 may be estimated based on the calculated average value and the winding temperature. Note that the temperature of the stator winding 51, the temperature of the elements constituting the inverter 100, and the temperature of a refrigerant in a cooler that cools the rotating electric machine 10 may be used as the temperature information.

(第5実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、今回推定した磁石温度に応じて過電流閾値が設定されていた。これに代えて、この実施形態では、前回推定の磁石温度も用いて過電流閾値が設定されている。前回推定の磁石温度を、以下では、推定磁石温度の前回値と称する場合がある。
(Fifth embodiment)
This embodiment is a modification based on the previous embodiment. In the embodiment described above, the overcurrent threshold value is set according to the magnet temperature estimated this time. Instead, in this embodiment, the overcurrent threshold is set using the previously estimated magnet temperature. The previously estimated magnet temperature may hereinafter be referred to as the previous value of the estimated magnet temperature.

図41に示すように、本実施形態に係る回転電機システム150は、水温センサ154をさらに備えている。水温センサ154は、インバータ100を冷却する冷却水の温度、すなわち冷却水温を検出する。水温センサ154の少なくとも一部は、インバータ100(半導体モジュール66)を冷却する流路に配置されている。水温センサ154は、インバータ100に対して下流側に設けられており、インバータ100による熱交換後の冷却水温を検出する。 As shown in FIG. 41, the rotating electric machine system 150 according to this embodiment further includes a water temperature sensor 154. Water temperature sensor 154 detects the temperature of the cooling water that cools inverter 100, that is, the temperature of the cooling water. At least a portion of the water temperature sensor 154 is arranged in a flow path that cools the inverter 100 (semiconductor module 66). The water temperature sensor 154 is provided on the downstream side of the inverter 100 and detects the cooling water temperature after heat exchange by the inverter 100.

図42は、本実施形態に係る制御装置110が実行する処理を示している。本実施形態では、図32に示した処理に対し、ステップS8,S9,S11,S12,S20B、S20C,S80が追加されている。また、ステップS20の処理に代えて、ステップS20Aが実行される。 FIG. 42 shows processing executed by the control device 110 according to this embodiment. In this embodiment, steps S8, S9, S11, S12, S20B, S20C, and S80 are added to the process shown in FIG. 32. Further, step S20A is executed instead of the process in step S20.

先ず制御装置110は、磁石部42の推定温度について前回値があるか否かを判定する(ステップS8)。制御装置110は、メモリ、たとえばマイコンが内蔵するRAMに、推定磁石温度の前回値が保存されているか否かを判定する。前回値は、たとえばイグニッションスイッチのオフ(IGオフ)にともなう制御装置110の電源オフに対して保持される。イグニッションスイッチは、移動体の起動スイッチである。 First, the control device 110 determines whether there is a previous value for the estimated temperature of the magnet section 42 (step S8). The control device 110 determines whether the previous value of the estimated magnet temperature is stored in a memory, for example, a RAM built in the microcomputer. The previous value is held when the power of the control device 110 is turned off, for example, when the ignition switch is turned off (IG off). The ignition switch is a starting switch for the mobile object.

前回値がある場合、次いで制御装置110は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替えられたタイミングか否かを判定する(ステップS9)。オフからオンへの切り替えタイミングではないと判定すると、制御装置110は、上記したように、ステップS11,S12の処理を実行して、巻線温度及び素子温度を取得する。さらに本実施形態では、制御装置110が、水温センサ154から冷却水温を取得する(ステップS12)。 If there is a previous value, then the control device 110 determines whether or not the timing has come when the ignition switch was turned from off to on (step S9). If it is determined that it is not the timing to switch from off to on, the control device 110 executes the processes of steps S11 and S12, as described above, and obtains the winding temperature and the element temperature. Furthermore, in this embodiment, the control device 110 acquires the cooling water temperature from the water temperature sensor 154 (step S12).

そして、保存されている前回値と、ステップS10,S11,S12で取得した巻線温度、素子温度、冷却水温に基づいて、磁石温度の今回値を推定する(ステップS20A)。 Then, the current value of the magnet temperature is estimated based on the stored previous value and the winding temperature, element temperature, and cooling water temperature acquired in steps S10, S11, and S12 (step S20A).

制御装置110は、たとえば以下の式に基づいて、推定磁石温度の今回値t、すなわち現状態の推定温度を算出する。tn-1は推定磁石温度の前回値、tsは巻線温度、tpは素子温度、tcは冷却水温である。α、β、γは、熱量換算係数である。本実施形態では、α>β>γとなっている
(式2)t=tn-1+α(tn-1-ts)+β(tn-1-tp)+γ(tn-1-tc)
The control device 110 calculates the current value t n of the estimated magnet temperature, that is, the estimated temperature in the current state, based on the following equation, for example. t n-1 is the previous value of the estimated magnet temperature, ts is the winding temperature, tp is the element temperature, and tc is the cooling water temperature. α, β, and γ are heat conversion coefficients. In this embodiment, α>β>γ (Formula 2)t n =t n-1 +α(t n-1 -ts)+β(t n-1 -tp)+γ(t n-1 - tc)

一方、ステップS9において、オフからオンへの切り替えタイミングであると判定すると、制御装置110は、オフからオンまでの停止時間に応じて推定磁石温度の今回値を設定する(ステップS20B)。 On the other hand, if it is determined in step S9 that it is the timing to switch from off to on, the control device 110 sets the current value of the estimated magnet temperature according to the stop time from off to on (step S20B).

停止時間は、たとえばイグニッションスイッチがオフされている間も電源が供給され、オフからオンまでの停止時間をカウントして保存するタイマカウンタから取得することができる。タイマカウンタのカウント値は、停止時間の保存によりクリアされる。回転電機システム150は、このようなタイマカウンタを備えている。制御装置110がマイコンを備える構成において、マイコンとは別にタイマカウンタを備えてもよい。制御装置110は、バス201を通じて外部から時刻情報を取得し、これにより、停止時間を算出してもよい。 The stop time can be obtained, for example, from a timer counter that continues to supply power even when the ignition switch is turned off and counts and stores the stop time from OFF to ON. The count value of the timer counter is cleared by saving the stop time. The rotating electric machine system 150 includes such a timer counter. In a configuration in which the control device 110 includes a microcomputer, a timer counter may be provided separately from the microcomputer. The control device 110 may obtain time information from the outside via the bus 201 and calculate the stop time based on this.

制御装置110は、停止時間と所定値とを比較する。停止時間が所定値よりも短い場合、推定磁石温度の今回値として、たとえば推定磁石温度の前回値を設定する。停止時間が所定値以上の場合、推定磁石温度の今回値として、たとえば巻線温度を取得して取得した巻線温度を設定する。 Control device 110 compares the stop time with a predetermined value. If the stop time is shorter than a predetermined value, the current value of the estimated magnet temperature is set to, for example, the previous value of the estimated magnet temperature. When the stop time is longer than a predetermined value, the current value of the estimated magnet temperature is set to, for example, the winding temperature obtained by acquiring the winding temperature.

なお、停止時間が短い場合、巻線温度、素子温度、冷却水温を取得して、ステップS20A同様の処理により、推定磁石温度の今回値を設定してもよい。また、停止時間に応じて減衰係数を付与してもよい。減衰係数は、単位時間当たりの温度変化を示す。たとえば推定磁石温度の前回値に減衰係数及び停止時間を乗算し、今回値を設定してもよい。 Note that if the stop time is short, the current value of the estimated magnet temperature may be set by acquiring the winding temperature, element temperature, and cooling water temperature and performing the same process as step S20A. Further, a damping coefficient may be provided depending on the stop time. The damping coefficient indicates the temperature change per unit time. For example, the current value may be set by multiplying the previous value of the estimated magnet temperature by the damping coefficient and the stop time.

ステップS8において、推定磁石温度の前回値がないと判定すると、制御装置110は、推定磁石温度として所定値を設定する(ステップS20C)。車両に搭載されたバッテリの取り替え、バッテリ端子の取り外しなどにより制御装置110がリセットされると、メモリに保存された前回値もクリアされる。リセット等の初期化が実施された場合には、制御装置110は、推定磁石温度の今回値として所定値を設定する。 If it is determined in step S8 that there is no previous value of the estimated magnet temperature, the control device 110 sets a predetermined value as the estimated magnet temperature (step S20C). When the control device 110 is reset by replacing the battery installed in the vehicle, removing the battery terminal, etc., the previous value stored in the memory is also cleared. When initialization such as reset is performed, the control device 110 sets a predetermined value as the current value of the estimated magnet temperature.

所定値としては、たとえば磁石部42の減磁を抑制するための許容上限温度(たとえば180℃)を設定することができる。所定値として、巻線温度を取得し、取得した巻線温度を設定してもよい。前回値を用いない手法により推定した磁石温度を、所定値として設定してもよい。たとえば、巻線温度を取得し、取得した巻線温に基づいて推定した磁石温度を所定値としてもよい。 As the predetermined value, for example, an allowable upper limit temperature (for example, 180° C.) for suppressing demagnetization of the magnet portion 42 can be set. The winding temperature may be acquired and the acquired winding temperature may be set as the predetermined value. The magnet temperature estimated by a method that does not use the previous value may be set as the predetermined value. For example, the winding temperature may be acquired and the magnet temperature estimated based on the acquired winding temperature may be set as the predetermined value.

ステップS20A,S20B,S20Cのいずれかにより推定磁石温度の今回値を設定すると、次いで制御装置110は、ステップS30の処理を実行し、推定磁石温度の今回値に応じて過電流閾値を設定する。ステップS30~S70までの処理は、先行実施形態同様である。 After setting the current value of the estimated magnet temperature in any one of steps S20A, S20B, and S20C, the control device 110 then executes the process of step S30, and sets an overcurrent threshold according to the current value of the estimated magnet temperature. The processing from steps S30 to S70 is the same as in the preceding embodiment.

ステップS60又はステップS70の処理を実行すると、次いで制御装置110は、ステップS20A,S20B,S20Cのいずれかで設定した推定磁石温度の今回値を、推定磁石温度の前回値としてメモリに保存する(ステップS80)。推定磁石温度の前回値は更新される。そして、一連の処理を終了する。 After executing the process of step S60 or step S70, the control device 110 then stores the current value of the estimated magnet temperature set in any one of steps S20A, S20B, and S20C in the memory as the previous value of the estimated magnet temperature (step S80). The previous value of the estimated magnet temperature is updated. Then, the series of processing ends.

なお、ステップS9の処理が起動判定部に相当する。ステップS8,S10,S11,S12,S20A、S20B、S20C,S80の処理が温度推定部に相当する。 Note that the process in step S9 corresponds to the activation determination section. The processing of steps S8, S10, S11, S12, S20A, S20B, S20C, and S80 corresponds to the temperature estimation section.

<第5実施形態のまとめ>
固定子巻線51は、通電により発熱する。磁石部42の温度は、固定子巻線51からの熱伝達により上昇する。しかしながら、磁石部42と固定子巻線51とでは熱マス等が異なるため、巻線温度の変化と磁石温度の変化には差が生じる。
<Summary of the fifth embodiment>
The stator winding 51 generates heat when energized. The temperature of the magnet section 42 increases due to heat transfer from the stator winding 51. However, since the magnet portion 42 and the stator winding 51 have different thermal masses, there is a difference between the change in the winding temperature and the change in the magnet temperature.

これに対し、本実施形態に係る制御装置110によれば、図43に示すように、過電流判定に用いた推定磁石温度の今回値を、推定磁石温度の前回値として保存する。そして、保存している前回値と、取得した巻線温度などの温度情報に基づいて、磁石部42の温度を新たに推定する。このように、前回値を用いることで、磁石部42自身が保有している熱量の影響を考慮することができる。したがって、磁石部42の温度の推定精度を向上することができる。これにより、減磁が生じるのを抑制しつつ、マージンをより小さくして使用電流域を広くすることができる。 On the other hand, according to the control device 110 according to the present embodiment, as shown in FIG. 43, the current value of the estimated magnet temperature used for overcurrent determination is saved as the previous value of the estimated magnet temperature. Then, the temperature of the magnet section 42 is newly estimated based on the stored previous value and the acquired temperature information such as the winding temperature. In this way, by using the previous value, it is possible to take into account the influence of the amount of heat held by the magnet section 42 itself. Therefore, the accuracy of estimating the temperature of the magnet section 42 can be improved. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of demagnetization while making the margin smaller and widening the usable current range.

前回値とともに用いられる温度情報としては、少なくとも巻線温度を含めばよい。前回値と巻線温度に基づいて磁石温度の今回値を推定する場合、回転電機システム150は、温度情報を検出するセンサとして、素子温度センサ153及び水温センサ154を備えず、巻線温度センサ151を備えればよい。 The temperature information used together with the previous value may include at least the winding temperature. When estimating the current value of the magnet temperature based on the previous value and the winding temperature, the rotating electrical machine system 150 does not include the element temperature sensor 153 and the water temperature sensor 154 as sensors for detecting temperature information, but instead uses the winding temperature sensor 151. All you have to do is prepare.

本実施形態では、磁石温度に相関のある温度情報として、巻線温度、素子温度、冷却水温を用いている。したがって、磁石部42の温度に偏りが生じても、温度が高い部分の磁石温度を推定することができる。なお、巻線温度とともに用いられる温度情報としては、素子温度及び冷却水温の少なくとも一方を含めばよい。冷却水温を用いず、先行実施形態に示したように巻線温度と素子温度を用いてもよい。 In this embodiment, winding temperature, element temperature, and cooling water temperature are used as temperature information correlated with magnet temperature. Therefore, even if the temperature of the magnet portion 42 is uneven, the magnet temperature of the higher temperature portion can be estimated. Note that the temperature information used together with the winding temperature may include at least one of the element temperature and the cooling water temperature. Instead of using the cooling water temperature, the winding temperature and the element temperature may be used as shown in the previous embodiment.

図44に示すように、イグニッションスイッチのオフ後、非通電状態となることにより巻線温度は低下し、磁石温度に近づく。停止時間が長いと、巻線温度は磁石温度にほぼ一致する。本実施形態に係る制御装置110によれば、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替えられると、オフからオンまでの停止時間を取得し、停止時間に応じて推定磁石温度の今回値を設定する。 As shown in FIG. 44, after the ignition switch is turned off, the winding temperature decreases due to the de-energized state and approaches the magnet temperature. If the stop time is long, the winding temperature will approximately match the magnet temperature. According to the control device 110 according to the present embodiment, when the ignition switch is switched from off to on, the stop time from off to on is acquired, and the current value of the estimated magnet temperature is set according to the stop time.

停止時間が短い場合、制御装置110は、前回値に基づいて推定磁石温度の今回値を設定する。停止時間が長い場合、制御装置110は、前回値を用いず、取得した巻線温度を含む温度情報に基づいて推定磁石温度の今回値を設定する。したがって、車両の起動時において、磁石温度を精度良く推定することができる。また、減衰係数を用いることで、磁石温度の推定精度をより高めることができる。 If the stop time is short, the control device 110 sets the current value of the estimated magnet temperature based on the previous value. When the stop time is long, the control device 110 sets the current value of the estimated magnet temperature based on the acquired temperature information including the winding temperature, without using the previous value. Therefore, the magnet temperature can be estimated with high accuracy when starting the vehicle. Furthermore, by using the attenuation coefficient, the accuracy of estimating the magnet temperature can be further improved.

上記したように、制御装置110の初期化が実施されると、メモリに保存された前回値もクリアされる。すなわち、前回値を保持しておくことができない。巻線温度と磁石温度とが大きく乖離した状態で、推定磁石温度として巻線温度を設定するのは好ましくない。これに対し、推定磁石温度として許容上限温度を設定すると、制御装置110の初期化後の状態において、減磁に至るのを回避することができる。また、前回値がない場合に、巻線温度などの温度情報に基づいて磁石温度を推定すると、推定磁石温度として巻線温度を設定する構成よりも、減磁が生じるのを抑制することができる。 As described above, when the control device 110 is initialized, the previous value stored in the memory is also cleared. In other words, the previous value cannot be held. It is not preferable to set the winding temperature as the estimated magnet temperature in a state where the winding temperature and the magnet temperature are significantly different from each other. On the other hand, if the allowable upper limit temperature is set as the estimated magnet temperature, demagnetization can be avoided in the state after the control device 110 is initialized. Furthermore, if the magnet temperature is estimated based on temperature information such as the winding temperature when there is no previous value, demagnetization can be suppressed more effectively than when the winding temperature is set as the estimated magnet temperature. .

なお、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替えられると、制御装置110は、ステップS20Bの処理を実行する例を示したが、これに限定されない。オフからオンへの切り替えタイミングにおいて、ステップS10~S20Aの処理を実行してもよい。すなわち、ステップS9,S20Bの処理を実行しない構成としてもよい。 Although an example has been shown in which the control device 110 executes the process of step S20B when the ignition switch is switched from off to on, the present invention is not limited thereto. The processes of steps S10 to S20A may be executed at the timing of switching from off to on. That is, a configuration may be adopted in which the processes in steps S9 and S20B are not executed.

推定磁石温度の今回値を前回値として保存するタイミングは、上記した例に限定されない。推定磁石温度に応じて過電流閾値を設定した後であればよい。 The timing at which the current value of the estimated magnet temperature is stored as the previous value is not limited to the above example. This may be done after setting the overcurrent threshold according to the estimated magnet temperature.

(第6実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、過電流判定の結果に応じて、インバータのスイッチング素子が制御されていた。これに代えて、この実施形態では、過電流判定の結果に応じて、固定子巻線のターン数も切り替え可能に構成されている。
(Sixth embodiment)
This embodiment is a modification based on the previous embodiment. In the embodiment described above, the switching elements of the inverter are controlled according to the result of overcurrent determination. Instead, in this embodiment, the number of turns of the stator winding can also be changed according to the result of overcurrent determination.

図45及び図46に示すように、本実施形態に係る回転電機システム150において、回転電機10を構成する固定子巻線51のターン数は、制御装置110によって制御される。固定子巻線51は、第1ターン部51cと、第2ターン部51dとが通電方向に対して直列に配置されている。以下において、第1ターン部51c、第2ターン部52dを、ターン部51c,51dと称する場合がある。そして、ターン数を切り替えるためのスイッチ51e,51f,51gが設けられている。 As shown in FIGS. 45 and 46, in a rotating electrical machine system 150 according to the present embodiment, the number of turns of the stator winding 51 that constitutes the rotating electrical machine 10 is controlled by the control device 110. In the stator winding 51, a first turn portion 51c and a second turn portion 51d are arranged in series with respect to the current direction. Hereinafter, the first turn portion 51c and the second turn portion 52d may be referred to as turn portions 51c and 51d. Switches 51e, 51f, and 51g are provided for changing the number of turns.

スイッチ51eは、ターン部51c,51dの間に設けられている。スイッチ51fは、第1ターン部51c及びスイッチ51eに対して並列に設けられている。スイッチ51gは、スイッチ51e及び第2ターン部51dに対して並列に設けられている。各相の固定子巻線51は同様の構成となっている。制御装置110は、スイッチ51e,51f,51gのオンオフを切り替えることで、各相の固定子巻線51のターン数を制御する。 The switch 51e is provided between the turn portions 51c and 51d. The switch 51f is provided in parallel to the first turn portion 51c and the switch 51e. The switch 51g is provided in parallel to the switch 51e and the second turn portion 51d. The stator windings 51 of each phase have a similar configuration. The control device 110 controls the number of turns of the stator winding 51 of each phase by turning on and off the switches 51e, 51f, and 51g.

図47は、本実施形態に係る制御装置110が実行する処理を示すフローチャートである。先行実施形態(第1実施形態)に示した処理と異なる点は、ステップS51~S54が追加されている点である。 FIG. 47 is a flowchart showing the processing executed by the control device 110 according to this embodiment. The difference from the process shown in the preceding embodiment (first embodiment) is that steps S51 to S54 are added.

ステップS10~S50の処理は、図32と同じである。電流値が過電流閾値を上回る場合、減磁が生じる虞があるため、制御装置110は、先ず2つのターン部51c,51dが直列接続される処理を実行する(ステップS51)。具体的には、図48に示すように、スイッチ51eをオン制御し、スイッチ51f,51gをオフ制御する。これにより、スイッチ51eを介してターン部51c,51dが直列に接続される。直列接続により、固定子巻線51のターン数(巻き数)が、後述する並列接続に対して増加する。このように、過電流が流れていると判定された場合、制御装置110は、固定子巻線51のターン数が後述する第1ターン数よりも多い第2ターン数となるように、固定子巻線51のターン数を制御する。 The processing in steps S10 to S50 is the same as that in FIG. 32. If the current value exceeds the overcurrent threshold, there is a risk that demagnetization will occur, so the control device 110 first executes a process in which the two turn portions 51c and 51d are connected in series (step S51). Specifically, as shown in FIG. 48, the switch 51e is turned on and the switches 51f and 51g are turned off. As a result, the turn portions 51c and 51d are connected in series via the switch 51e. The series connection increases the number of turns (the number of turns) of the stator winding 51 compared to the parallel connection described below. In this way, when it is determined that an overcurrent is flowing, the control device 110 controls the stator winding 51 so that the number of turns of the stator winding 51 becomes a second number of turns that is greater than a first number of turns, which will be described later. The number of turns of the winding 51 is controlled.

次いで、制御装置110は、ステップS60の処理、すなわち電流制限制御を実行する。そして一連の処理を終了する。 Next, the control device 110 executes the process of step S60, that is, current limit control. Then, the series of processing ends.

ステップS50において、電流値が過電流閾値以下の場合、制御装置110は高トルク要求があるか否かを判定する(ステップS52)。制御装置110は、ECU200からのトルク指令値に基づいて、高トルク要求があるか否かを判定する。制御装置110は、トルク指令値が所定の閾値よりも高いと高トルク要求があると判定し、トルク指令値が閾値以下であると高トルク要求がないと判定する。 In step S50, if the current value is less than or equal to the overcurrent threshold, the control device 110 determines whether there is a high torque request (step S52). Control device 110 determines whether there is a high torque request based on the torque command value from ECU 200. The control device 110 determines that there is a high torque request when the torque command value is higher than a predetermined threshold value, and determines that there is no high torque request when the torque command value is less than or equal to the threshold value.

高トルク要求がある場合、制御装置110は、ステップS51の処理同様、2つのターン部51c,51dが直列接続される処理を実行する(ステップS53)。制御装置110は、上記したように、スイッチ51eをオン制御し、スイッチ51f,51gをオフ制御する。直列接続により、固定子巻線51のターン数が増加する。次いで、制御装置110は、ステップS70の処理、すなわち通常制御を実行する。そして、一連の処理を終了する。 If there is a high torque request, the control device 110 executes a process in which the two turn portions 51c and 51d are connected in series, similar to the process in step S51 (step S53). As described above, the control device 110 controls the switch 51e to turn on and controls the switches 51f and 51g to turn off. The series connection increases the number of turns of the stator winding 51. Next, the control device 110 executes the process of step S70, that is, normal control. Then, the series of processing ends.

一方、高トルク要求がない場合、制御装置110は、2つのターン部51c,51dが並列接続される処理を実行する(ステップS54)。具体的には、図49に示すように、スイッチ51eをオフ制御し、スイッチ51f,51gをオン制御する。これにより、2つのターン部51c,51dが並列に接続される。並列接続により、固定子巻線51のターン数が、直列接続に対して低減する。次いで、制御装置110は、ステップS70の処理、すなわち通常制御を実行する。そして、一連の処理を終了する。 On the other hand, if there is no high torque request, the control device 110 executes a process in which the two turn portions 51c and 51d are connected in parallel (step S54). Specifically, as shown in FIG. 49, the switch 51e is turned off, and the switches 51f and 51g are turned on. Thereby, the two turn portions 51c and 51d are connected in parallel. The parallel connection reduces the number of turns in the stator winding 51 relative to the series connection. Next, the control device 110 executes the process of step S70, that is, normal control. Then, the series of processing ends.

このように、過電流が流れていないと判定された場合、制御装置110は、トルク指令値が閾値以下であるとターン数が第1ターン数となり、トルク指令値が閾値よりも高いとターン数が第1ターン数よりも多いターン数となるように、固定子巻線51のターン数を制御する。なお、ステップS51~S54の処理は、制御部に相当する。ステップS51の処理により設定されるターン数が、第2ターン数に相当する。ステップS54の処理により設定されるターン数が、第1ターン数に相当する。ステップS53の処理により設定されるターン数が、第1ターン数よりも多いターン数に相当する。 In this way, when it is determined that no overcurrent is flowing, the control device 110 sets the number of turns to the first number of turns if the torque command value is less than or equal to the threshold value, and sets the number of turns to the first number of turns if the torque command value is higher than the threshold value. The number of turns of the stator winding 51 is controlled such that the number of turns is greater than the first number of turns. Note that the processing in steps S51 to S54 corresponds to the control section. The number of turns set by the process in step S51 corresponds to the second number of turns. The number of turns set by the process in step S54 corresponds to the first number of turns. The number of turns set by the process in step S53 corresponds to a number of turns greater than the first number of turns.

<第6実施形態のまとめ>
本実施形態によれば、過電流が流れている場合、ターン部51c,51dが直列に接続される。これにより、固定子巻線51が高ターン化される。高ターン化により逆起電圧が大きくなるため、通電電流を抑制することができる。このように、高ターン化することにより、減磁が生じるのを抑制することができる。電流制限制御と合わせて、減磁抑制の効果を高めることができる。
<Summary of the sixth embodiment>
According to this embodiment, when an overcurrent is flowing, the turn portions 51c and 51d are connected in series. As a result, the stator winding 51 has a high turn count. Since the back electromotive voltage increases due to the high turn, the current flowing can be suppressed. In this way, by increasing the number of turns, it is possible to suppress the occurrence of demagnetization. In combination with current limit control, the effect of suppressing demagnetization can be enhanced.

また、過電流が流れていない場合、高トルク要求の有無に応じて、ターン数が切り替えられる。高トルク要求がある場合には、ターン部51c,51dが直列接続され、固定子巻線51が高ターン化される。これにより、高トルク化が可能となる。一方、高トルク要求がない場合には、ターン部51c,51dが並列接続され、固定子巻線51が低ターン化される。これにより、高出力化が可能となる。 Furthermore, when no overcurrent is flowing, the number of turns is switched depending on whether or not there is a high torque request. When a high torque is required, the turn portions 51c and 51d are connected in series, and the stator winding 51 has a high turn. This makes it possible to increase the torque. On the other hand, when there is no high torque requirement, the turn portions 51c and 51d are connected in parallel, and the stator winding 51 is reduced in turns. This makes it possible to achieve high output.

なお、固定子巻線51の構成は上記した例に限定されない。固定子巻線51のターン数は、上記した例に限定されない。制御装置110が、トルク指令値と比較する閾値として、第1閾値と、第1閾値よりも低い第2閾値を有してもよい。制御装置110は、トルク指令値が第1閾値を上回ると、固定子巻線51のターン数を増加させるように、ターン数を切り替える。制御装置110は、トルク指令値が第2閾値以下まで低下すると、固定子巻線51のターン数を低減させるように、ターン数を切り替える。このように、ターン数の切り替えにヒステリシスをもたせてもよい。 Note that the configuration of the stator winding 51 is not limited to the above example. The number of turns of the stator winding 51 is not limited to the above example. The control device 110 may have a first threshold value and a second threshold value lower than the first threshold value as the threshold values to be compared with the torque command value. Control device 110 switches the number of turns of stator winding 51 to increase the number of turns when the torque command value exceeds the first threshold value. Control device 110 switches the number of turns of stator winding 51 to reduce the number of turns when the torque command value decreases to a second threshold value or less. In this way, the number of turns may be changed with hysteresis.

本実施形態に示したターン数の切り替えを、第1実施形態以外の先行実施形態と組み合わせてもよい。本実施形態では、ステップS51の処理により設定されるターン数(第2ターン数)と、ステップS53の処理により設定されるターン数とが等しい例を示したが、これに限定されない。ステップS51,S53で設定されるターン数が互いに異なってもよい。過電流が流れていない場合に、高トルク要求の有無によってターン数を切り替える例を示したが、これに限定されない。過電流が流れていない場合、高トルク要求の有無によらず、ステップS54の処理を実行し、第1ターン数を設定するようにしてもよい。すなわち、トルク指令値に基づくターン数の切り替えを実行しないようにしてもよい。 The switching of the number of turns shown in this embodiment may be combined with previous embodiments other than the first embodiment. In the present embodiment, an example has been shown in which the number of turns (second number of turns) set by the process of step S51 is equal to the number of turns set by the process of step S53, but the present invention is not limited to this. The number of turns set in steps S51 and S53 may be different from each other. Although an example has been shown in which the number of turns is switched depending on the presence or absence of a high torque request when no overcurrent is flowing, the present invention is not limited to this. If no overcurrent is flowing, the process of step S54 may be executed to set the first number of turns, regardless of whether there is a high torque request. That is, the number of turns may not be switched based on the torque command value.

この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。 The disclosure in this specification, drawings, etc. is not limited to the illustrated embodiments. The disclosure includes the illustrated embodiments and variations thereon by those skilled in the art. For example, the disclosure is not limited to the combinations of parts and/or elements illustrated in the embodiments. The disclosure can be implemented in various combinations. The disclosure may have additional parts that can be added to the embodiments. The disclosure includes those in which parts and/or elements of the embodiments are omitted. The disclosure encompasses any substitutions or combinations of parts and/or elements between one embodiment and other embodiments. The disclosed technical scope is not limited to the description of the embodiments. The technical scope of some of the disclosed technical scopes is indicated by the description of the claims, and should be understood to include equivalent meanings and all changes within the scope of the claims.

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。 The disclosure in the specification, drawings, etc. is not limited by the scope of the claims. The disclosure in the specification, drawings, etc. includes the technical ideas described in the claims, and further extends to a more diverse and broader range of technical ideas than the technical ideas described in the claims. Therefore, various technical ideas can be extracted from the disclosure of the specification, drawings, etc. without being restricted by the claims.

この明細書における制御装置は、電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)とも呼ばれる場合がある。制御装置、または制御システムは、(a)if-then-else形式と呼ばれる複数の論理としてのアルゴリズム、または(b)機械学習によってチューニングされた学習済みモデル、例えばニューラルネットワークとしてのアルゴリズムによって提供される。 The control device in this specification may also be referred to as an electronic control unit (ECU). The control device or control system is provided by (a) an algorithm as a plurality of logics called if-then-else, or (b) an algorithm as a trained model tuned by machine learning, e.g. a neural network. .

制御装置は、少なくともひとつのコンピュータを含む制御システムによって提供される。制御システムは、データ通信装置によってリンクされた複数のコンピュータを含む場合がある。コンピュータは、ハードウェアである少なくともひとつのプロセッサ(ハードウェアプロセッサ)を含む。ハードウェアプロセッサは、下記(i)、(ii)、または(iii)により提供することができる。 The control device is provided by a control system including at least one computer. A control system may include multiple computers linked by data communication devices. A computer includes at least one processor that is hardware (hardware processor). The hardware processor can be provided by (i), (ii), or (iii) below.

(i)ハードウェアプロセッサは、少なくともひとつのメモリに格納されたプログラムを実行する少なくともひとつのプロセッサコアである場合がある。この場合、コンピュータは、少なくともひとつのメモリと、少なくともひとつのプロセッサコアとによって提供される。プロセッサコアは、CPU、GPU、RISC-CPUなどと呼ばれる。メモリは、記憶媒体とも呼ばれる。メモリは、プロセッサによって読み取り可能な「プログラムおよび/またはデータ」を非一時的に格納する非遷移的かつ実体的な記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリ、磁気ディスク、または光学ディスクなどによって提供される。プログラムは、それ単体で、またはプログラムが格納された記憶媒体として流通する場合がある。 (i) A hardware processor may be at least one processor core that executes a program stored in at least one memory. In this case, the computer is provided by at least one memory and at least one processor core. The processor core is called a CPU, GPU, RISC-CPU, or the like. Memory is also called a storage medium. Memory is a non-transitory and tangible storage medium that non-temporarily stores "programs and/or data" readable by a processor. The storage medium is provided by a semiconductor memory, a magnetic disk, an optical disk, or the like. A program may be distributed alone or as a storage medium in which the program is stored.

(ii)ハードウェアプロセッサは、ハードウェア論理回路である場合がある。この場合、コンピュータは、プログラムされた多数の論理ユニット(ゲート回路)を含むデジタル回路によって提供される。デジタル回路は、ロジック回路アレイ、例えば、ASIC、FPGAなどとも呼ばれる。デジタル回路は、プログラムおよび/またはデータを格納したメモリを備える場合がある。コンピュータは、アナログ回路によって提供される場合がある。コンピュータは、デジタル回路とアナログ回路との組み合わせによって提供される場合がある。 (ii) The hardware processor may be a hardware logic circuit. In this case, the computer is provided by a digital circuit containing a large number of programmed logic units (gate circuits). Digital circuits are also called logic circuit arrays, such as ASICs, FPGAs, etc. Digital circuits may include memory that stores programs and/or data. Computers may be provided by analog circuits. Computers may be provided with a combination of digital and analog circuits.

(iii)ハードウェアプロセッサは、上記(i)と上記(ii)との組み合わせである場合がある。(i)と(ii)とは、異なるチップの上、または共通のチップの上に配置される。これらの場合、(ii)の部分は、アクセラレータとも呼ばれる。 (iii) The hardware processor may be a combination of (i) and (ii) above. (i) and (ii) are placed on different chips or on a common chip. In these cases, part (ii) is also called an accelerator.

制御装置110と信号源と制御対象物とは、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、ブロック、モジュール、またはセクションと呼ぶことができる。さらに、制御システムに含まれる要素は、意図的な場合にのみ、機能的な手段と呼ばれる。 The control device 110, the signal source, and the controlled object provide various elements. At least some of those elements can be called blocks, modules, or sections. Moreover, the elements included in the control system are called functional means only if they are intentional.

10…回転電機、11…回転軸、40…回転子、42…磁石部、50…固定子、51…固定子巻線、51c…第1ターン部、51d…第2ターン部、51e~51g…スイッチ、53…コイルサイド部、54,55…コイルエンド部、60…インバータユニット、66…半導体モジュール、100…インバータ、110…制御装置、150…回転電機システム、151…巻線温度センサ、152…電流センサ、153…素子温度センサ、154…水温センサ、200…バス、201…ECU DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Rotating electric machine, 11... Rotating shaft, 40... Rotor, 42... Magnet part, 50... Stator, 51... Stator winding, 51c... First turn part, 51d... Second turn part, 51e to 51g... Switch, 53... Coil side part, 54, 55... Coil end part, 60... Inverter unit, 66... Semiconductor module, 100... Inverter, 110... Control device, 150... Rotating electric machine system, 151... Winding temperature sensor, 152... Current sensor, 153... Element temperature sensor, 154... Water temperature sensor, 200... Bus, 201... ECU

Claims (12)

永久磁石(42)を有する回転子(40)と、固定子巻線(51)を有し、磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造の固定子(50)と、を備える回転電機(10)を制御する制御装置であって、
前記固定子巻線の温度を少なくとも含む温度情報を取得し、前記温度情報に基づいて前記永久磁石の温度を推定する温度推定部(S8,S10,S11,S12,S20,S20A,S20B、S20C,S80)と、
前記永久磁石の推定温度に応じて前記固定子巻線に流れる電流の過電流閾値を設定するとともに、前記固定子巻線に流れる電流を取得し、設定した前記過電流閾値に基づいて前記固定子巻線に流れる電流が過電流か否かを判定する過電流判定部(S30,S40,S50)と、
前記過電流判定部の判定結果に基づいて、前記回転電機を制御する制御部(S51,S52,S53,S54,S60,S70)と、を備え
前記温度推定部は、前記過電流の判定に用いられた前記永久磁石の推定温度を、前回値として保存し、取得した前記固定子巻線の温度と、前記前回値に基づいて前記永久磁石の温度を推定し、
前記温度推定部は、前記温度情報として、インバータ(100)を構成する素子(66)の温度及び前記インバータを冷却する冷却水の温度の少なくとも一方を取得し、前記素子の温度及び前記冷却水の温度の少なくとも一方と、取得した前記固定子巻線の温度と、前記前回値に基づいて、前記永久磁石の温度を推定し、
前記回転電機は移動体に適用され、
前記移動体の起動スイッチがオフからオンに切り替えられたか否かを判定する起動判定部(S9)をさらに備え、
前記温度推定部は、前記起動スイッチがオフからオンに切り替えられると、前記起動スイッチがオフされてからオンされるまでの停止時間を取得し、前記停止時間が所定時間よりも短い場合に、前記前回値に基づいて前記永久磁石の温度を設定し、前記停止時間が前記所定時間以上の場合に、前記前回値を用いず、取得した前記固定子巻線の温度に基づいて前記永久磁石の温度を推定する制御装置。
A rotating electric machine comprising a rotor (40) having a permanent magnet (42), and a stator (50) having a slotless structure having a stator winding (51) and having no slots formed by magnetic teeth. (10) A control device that controls
a temperature estimation unit (S8, S10, S11, S12, S20, S20A, S20B, S20C, S80) and
An overcurrent threshold for the current flowing through the stator winding is set according to the estimated temperature of the permanent magnet, and the current flowing through the stator winding is acquired, and the stator is adjusted based on the set overcurrent threshold. an overcurrent determination unit (S30, S40, S50) that determines whether the current flowing through the winding is an overcurrent;
a control unit (S51, S52, S53, S54, S60, S70) that controls the rotating electric machine based on the determination result of the overcurrent determination unit ,
The temperature estimating unit stores the estimated temperature of the permanent magnet used in the overcurrent determination as a previous value, and calculates the temperature of the permanent magnet based on the acquired temperature of the stator winding and the previous value. Estimate the temperature,
The temperature estimating unit acquires, as the temperature information, at least one of the temperature of an element (66) constituting the inverter (100) and the temperature of the cooling water that cools the inverter, and calculates the temperature of the element and the cooling water. estimating the temperature of the permanent magnet based on at least one of the temperatures, the obtained temperature of the stator winding, and the previous value;
The rotating electrical machine is applied to a moving body,
further comprising a startup determination unit (S9) that determines whether a startup switch of the mobile body has been switched from off to on;
When the starting switch is switched from off to on, the temperature estimating unit acquires a stop time from when the starting switch is turned off until it is turned on, and when the stopping time is shorter than a predetermined time, The temperature of the permanent magnet is set based on the previous value, and when the stop time is longer than the predetermined time, the temperature of the permanent magnet is set based on the obtained temperature of the stator winding without using the previous value. A control device that estimates
前記制御部は、前記過電流が流れていると判定された場合、前記固定子巻線のターン数が、前記過電流が流れていないと判定された場合に設定される第1ターン数よりも多い第2ターン数となるように、前記固定子巻線のターン数を制御する請求項1に記載の制御装置。 The control unit is configured such that when it is determined that the overcurrent is flowing, the number of turns of the stator winding is greater than the first number of turns that is set when it is determined that the overcurrent is not flowing. The control device according to claim 1 , wherein the number of turns of the stator winding is controlled so that the number of second turns is large. 永久磁石(42)を有する回転子(40)と、固定子巻線(51)を有し、磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造の固定子(50)と、を備える回転電機(10)を制御する制御装置であって、
前記固定子巻線の温度を少なくとも含む温度情報を取得し、前記温度情報に基づいて前記永久磁石の温度を推定する温度推定部(S8,S10,S11,S12,S20,S20A,S20B、S20C,S80)と、
前記永久磁石の推定温度に応じて前記固定子巻線に流れる電流の過電流閾値を設定するとともに、前記固定子巻線に流れる電流を取得し、設定した前記過電流閾値に基づいて前記固定子巻線に流れる電流が過電流か否かを判定する過電流判定部(S30,S40,S50)と、
前記過電流判定部の判定結果に基づいて、前記回転電機を制御する制御部(S51,S52,S53,S54,S60,S70)と、を備え
前記制御部は、前記過電流が流れていると判定された場合、前記固定子巻線のターン数が、前記過電流が流れていないと判定された場合に設定される第1ターン数よりも多い第2ターン数となるように、前記固定子巻線のターン数を制御し、
前記制御部は、前記過電流が流れていないと判定された場合、前記回転電機に対するトルク指令値が閾値以下であると前記固定子巻線のターン数が前記第1ターン数となり、前記トルク指令値が前記閾値よりも高いと、前記固定子巻線のターン数が前記第1ターン数よりも多いターン数となるように、前記固定子巻線のターン数を制御する制御装置。
A rotating electric machine comprising a rotor (40) having a permanent magnet (42), and a stator (50) having a slotless structure having a stator winding (51) and having no slots formed by magnetic teeth. (10) A control device that controls
a temperature estimation unit (S8, S10, S11, S12, S20, S20A, S20B, S20C, S80) and
An overcurrent threshold for the current flowing through the stator winding is set according to the estimated temperature of the permanent magnet, and the current flowing through the stator winding is acquired, and the stator is adjusted based on the set overcurrent threshold. an overcurrent determination unit (S30, S40, S50) that determines whether the current flowing through the winding is an overcurrent;
a control unit (S51, S52, S53, S54, S60, S70) that controls the rotating electric machine based on the determination result of the overcurrent determination unit ,
The control unit is configured such that when it is determined that the overcurrent is flowing, the number of turns of the stator winding is greater than the first number of turns that is set when it is determined that the overcurrent is not flowing. Controlling the number of turns of the stator winding so that the number of second turns is large,
When it is determined that the overcurrent is not flowing, the control unit controls the number of turns of the stator winding to be the first number of turns when the torque command value for the rotating electric machine is equal to or less than a threshold value, A control device that controls the number of turns of the stator winding such that when the value is higher than the threshold, the number of turns of the stator winding is greater than the first number of turns.
前記温度推定部は、前記温度情報として、インバータ(100)を構成する複数の素子(66)の温度を取得し、前記固定子巻線の温度及び前記素子の温度に基づいて、前記永久磁石の温度を推定する請求項3に記載の制御装置。 The temperature estimating unit acquires temperatures of a plurality of elements (66) constituting the inverter (100) as the temperature information, and estimates the temperature of the permanent magnet based on the temperature of the stator winding and the temperature of the elements. The control device according to claim 3, which estimates temperature. 前記温度推定部は、前記過電流の判定に用いられた前記永久磁石の推定温度を、前回値として保存し、取得した前記固定子巻線の温度と、前記前回値に基づいて前記永久磁石の温度を推定する請求項3に記載の制御装置。 The temperature estimating unit stores the estimated temperature of the permanent magnet used in the overcurrent determination as a previous value, and calculates the temperature of the permanent magnet based on the acquired temperature of the stator winding and the previous value. The control device according to claim 3, which estimates temperature. 前記温度推定部は、前記温度情報として、インバータ(100)を構成する素子(66)の温度及び前記インバータを冷却する冷却水の温度の少なくとも一方を取得し、前記素子の温度及び前記冷却水の温度の少なくとも一方と、取得した前記固定子巻線の温度と、前記前回値に基づいて、前記永久磁石の温度を推定する請求項5に記載の制御装置。 The temperature estimating unit acquires, as the temperature information, at least one of the temperature of an element (66) constituting the inverter (100) and the temperature of the cooling water that cools the inverter, and calculates the temperature of the element and the cooling water. The control device according to claim 5, wherein the temperature of the permanent magnet is estimated based on at least one of the temperatures, the acquired temperature of the stator winding, and the previous value. 前記回転電機は移動体に適用され、
前記移動体の起動スイッチがオフからオンに切り替えられたか否かを判定する起動判定部(S9)をさらに備え、
前記温度推定部は、前記起動スイッチがオフからオンに切り替えられると、前記起動スイッチがオフされてからオンされるまでの停止時間を取得し、前記停止時間が所定時間よりも短い場合に、前記前回値に基づいて前記永久磁石の温度を設定し、前記停止時間が前記所定時間以上の場合に、前記前回値を用いず、取得した前記固定子巻線の温度に基づいて前記永久磁石の温度を推定する請求項5又は請求項6に記載の制御装置。
The rotating electrical machine is applied to a moving body,
further comprising a startup determination unit (S9) that determines whether a startup switch of the mobile body has been switched from off to on;
When the starting switch is switched from off to on, the temperature estimating unit acquires a stop time from when the starting switch is turned off until it is turned on, and when the stopping time is shorter than a predetermined time, The temperature of the permanent magnet is set based on the previous value, and when the stop time is longer than the predetermined time, the temperature of the permanent magnet is set based on the obtained temperature of the stator winding without using the previous value. The control device according to claim 5 or 6, which estimates .
前記前回値が保持されていない場合、前記温度推定部は、前記永久磁石の推定温度として許容上限温度を設定する請求項5又は請求項6に記載の制御装置。 7. The control device according to claim 5, wherein when the previous value is not held, the temperature estimator sets an allowable upper limit temperature as the estimated temperature of the permanent magnet. 永久磁石(42)を有し、回転自在に支持された回転子(40)と、固定子巻線(51)を有し、磁性体のティースによるスロットを有さないスロットレス構造の固定子(50)と、を備える回転電機(10)と、
スイッチ(Sp,Sn)を有し、前記スイッチのオンオフにより前記固定子巻線への通電及び遮断を切り替えるインバータ(100)と、
前記固定子巻線の温度を検出する巻線温度センサ(151)と、
前記固定子巻線に流れる電流を検出する電流センサ(152)と、
前記スイッチの駆動を制御する制御装置(110)と、を備え、
前記制御装置は、
前記固定子巻線の温度を少なくとも含む温度情報を取得し、前記温度情報に基づいて前記永久磁石の温度を推定する温度推定部(S8,S10,S11,S12,S20,S20A,S20B、S20C,S80)と、
前記永久磁石の推定温度に応じて前記固定子巻線に流れる電流の過電流閾値を設定するとともに、前記固定子巻線に流れる電流を取得し、設定した前記過電流閾値に基づいて前記固定子巻線に流れる電流が過電流か否かを判定する過電流判定部(S30,S40,S50)と、
前記過電流判定部の判定結果に基づいて、前記回転電機を制御する制御部(S51,S52,S53,S54,S60,S70)と、を有し、
前記インバータは、複数の素子を含んで構成されており、
前記素子の温度を個別に検出する複数の素子温度センサ(153)をさらに備え
複数の前記素子は、前記固定子に沿って配置され、
前記温度推定部は、前記固定子巻線の温度と、複数の前記素子の温度と、に基づいて、前記永久磁石の温度を推定する回転電機システム。
A stator with a slotless structure that has a rotor (40) that has a permanent magnet (42) and is rotatably supported, and a stator winding (51), and has no slots formed by magnetic teeth ( 50); a rotating electric machine (10) comprising;
an inverter (100) having a switch (Sp, Sn), which switches energization and disconnection to the stator winding by turning on and off the switch;
a winding temperature sensor (151) that detects the temperature of the stator winding;
a current sensor (152) that detects the current flowing through the stator winding;
A control device (110) that controls driving of the switch,
The control device includes:
a temperature estimation unit (S8, S10, S11, S12, S20, S20A, S20B, S20C, S80) and
An overcurrent threshold for the current flowing through the stator winding is set according to the estimated temperature of the permanent magnet, and the current flowing through the stator winding is acquired, and the stator is adjusted based on the set overcurrent threshold. an overcurrent determination unit (S30, S40, S50) that determines whether the current flowing through the winding is an overcurrent;
a control unit (S51, S52, S53, S54, S60, S70) that controls the rotating electric machine based on the determination result of the overcurrent determination unit ;
The inverter is configured to include a plurality of elements,
The device further includes a plurality of element temperature sensors (153) that individually detect the temperature of the elements.
a plurality of the elements are arranged along the stator;
The temperature estimating unit estimates the temperature of the permanent magnet based on the temperature of the stator winding and the temperature of the plurality of elements.
前記巻線温度センサは、前記固定子巻線において前記永久磁石に対向するコイルサイド(53)に固定されている請求項9に記載の回転電機システム。 The rotating electric machine system according to claim 9 , wherein the winding temperature sensor is fixed to a coil side (53) of the stator winding that faces the permanent magnet. 前記巻線温度センサは、前記固定子巻線において前記永久磁石に対向するコイルサイド(53)及び前記コイルサイドから延設されたコイルエンド(54)のうち、前記コイルエンドに固定されている請求項9に記載の回転電機システム。 The winding temperature sensor is fixed to the coil end of a coil side (53) facing the permanent magnet in the stator winding and a coil end (54) extending from the coil side. The rotating electric machine system according to item 9 . 前記回転電機は、移動体に適用される請求項9~11いずれか1項に記載の回転電機システム。 The rotating electrical machine system according to any one of claims 9 to 11 , wherein the rotating electrical machine is applied to a moving body.
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