JP2010081782A - Switched reluctance motor - Google Patents
Switched reluctance motor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010081782A JP2010081782A JP2009000695A JP2009000695A JP2010081782A JP 2010081782 A JP2010081782 A JP 2010081782A JP 2009000695 A JP2009000695 A JP 2009000695A JP 2009000695 A JP2009000695 A JP 2009000695A JP 2010081782 A JP2010081782 A JP 2010081782A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stator
- coil
- phase
- rotor
- magnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 179
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 62
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 61
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 61
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 31
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 22
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 19
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 17
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 16
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 13
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 6
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 83
- 210000000078 claw Anatomy 0.000 description 48
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 40
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 32
- 230000008859 change Effects 0.000 description 30
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 30
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 30
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 27
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 27
- 238000002553 single reaction monitoring Methods 0.000 description 21
- 238000013426 sirius red morphometry Methods 0.000 description 21
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 20
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 20
- 238000011161 development Methods 0.000 description 16
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 15
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 12
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 11
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 7
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 7
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 6
- IKBJGZQVVVXCEQ-UHFFFAOYSA-N efonidipine hydrochloride Chemical compound Cl.CCO.CC=1NC(C)=C(C(=O)OCCN(CC=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)C(C=2C=C(C=CC=2)[N+]([O-])=O)C=1P1(=O)OCC(C)(C)CO1 IKBJGZQVVVXCEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 3
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000576 Laminated steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000276498 Pollachius virens Species 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001224 Grain-oriented electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000004512 die casting Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Synchronous Machinery (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
Description
本発明は、可変速高速回転モータやそれに好適なモータ駆動回路の改良に関する。好適には、本発明はスイッチドリラクタンスモータ(SRM)に適用される。 The present invention relates to an improvement in a variable speed high-speed rotary motor and a motor drive circuit suitable for it. The present invention is preferably applied to a switched reluctance motor (SRM).
(従来のセグメント型SRMの説明)
特殊なSRMとして、各ロータ磁極が互いに磁気的に独立するセグメントに分割されたSRMが知られている。以下、このSRMをセグメント型SRMと称する。
特許文献1(Mecrow)は、12個のステータ磁極と10個のセグメント(ロータ磁極)とをもつセグメント型SRMを記載している。各相コイルは、奇数番目のステータ磁極にのみ集中巻きされ、偶数番目のステータ磁極にはコイルは巻かれない。しかし、このSRMは、ロータ磁極の形状が複雑であるという問題点を有している。
特許文献2(Higuchi)は、6個のステータ磁極と4個のセグメントとをもつセグメント型SRMを記載している。各相コイルはフルターン巻き(全節巻き)されている。
特許文献3(Gary)は、8個のステータ磁極と4個のセグメントとをもつセグメント型SRMを提案している。Garyの他の態様では、4つのステータ磁極と2つのセグメントと全節巻きされた2相ステータコイルとをもつ。
しかしながら、全節巻きコイルをもつモータは長いコイルエンドをもつので銅損の増大とモータの体格及び重量の増大が生じる。本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、小型軽量化でき、銅損が少ないセグメント型SRMを提供することをその目的としている。
(Description of conventional segment type SRM)
As a special SRM, an SRM in which each rotor magnetic pole is divided into magnetically independent segments is known. Hereinafter, this SRM is referred to as a segment type SRM.
Patent Document 1 (Mecrow) describes a segment type SRM having 12 stator magnetic poles and 10 segments (rotor magnetic poles). Each phase coil is concentratedly wound only on odd-numbered stator magnetic poles, and no coil is wound on even-numbered stator magnetic poles. However, this SRM has a problem that the shape of the rotor magnetic pole is complicated.
Patent Document 2 (Higuchi) describes a segment type SRM having six stator magnetic poles and four segments. Each phase coil is wound in a full turn (all turns).
Patent Document 3 (Gary) proposes a segment type SRM having eight stator magnetic poles and four segments. Another embodiment of Gary has four stator poles, two segments, and a two-phase stator coil that is fully wound.
However, a motor having a full-pitch coil has a long coil end, resulting in an increase in copper loss and an increase in the size and weight of the motor. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a segment type SRM that can be reduced in size and weight and has little copper loss.
特殊なSRMとして、ステータコイルとして、直流巻線をもつSRMが知られている。以下、このSRMをダブルコイル型SRMと称する。
特許文献4(Pollock)は、4つのステータ磁極と2つのロータ磁極とをもち、各ステータ磁極の間のスロットに全節巻きされた直流巻線と交流巻線とをもつダブルコイル型SRMを提案している。しかし、このSRMは全節巻きコイルをもつので、そのコイルエンドが長くなり、銅損の増大とモータの体格及び重量の増大を招く不利をもつ。
As a special SRM, an SRM having a DC winding is known as a stator coil. Hereinafter, this SRM is referred to as a double coil type SRM.
Patent Document 4 (Pollock) proposes a double coil type SRM having four stator magnetic poles and two rotor magnetic poles, and having a DC winding and an AC winding wound around the slots between the stator magnetic poles. is doing. However, since this SRM has a full-pitch coil, its coil end becomes long, and there is a disadvantage that increases copper loss and increases the size and weight of the motor.
特許文献5、6(Nashiki)及び特許文献7(Victor)は、台形波電流が通電されるトルクコイル(位相コイル)と、直流電流が通電される励磁コイルとをもつダブルコイル型SRMを提案している。特許文献5(Nashiki)は、一定の直流電流が通電される励磁コイルと、台形波直流電流が通電されるトルクコイルとが同一のステータ磁極に巻かれたSRMを提案している。このSRMは、それぞれ直流巻線である励磁コイル及びトルクコイルがそれぞれ集中巻きされた6つのステータ磁極と4つのロータ磁極とをもつ。特許文献5、6(Nashiki)は、それぞれ直流巻線である励磁コイル及びトルクコイルがそれぞれ集中巻きされた6つのステータ磁極と2つのロータ磁極とをもつSRMを提案している。特許文献5、6において、各励磁コイルは直列接続されてDC電流制御用のスイッチング素子により電流制御される。特許文献7は、直列接続された各励磁コイルと並列に接続されたフライホイルダイオードをもつ。このフライホイルダイオードは、スイッチング素子のスイッチングサージ電圧を低減する。特許文献5〜7において、各相のトルクコイルは、通常のSRMと同じくユニポーラ型のSRM駆動回路から台形波状の直流電流を受け取る。
しかしながら、このダブルコイル型SRMでは、励磁コイルが形成する磁束は、ロータ磁極がステータ磁極に接近するインダクタンス増加時にはトルク形成(磁束形成)に有益であるが、ロータ磁極がステータ磁極から離れるインダクタンス減少時にはロータを逆向きに吸引するため有害となる。本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、少ない交流電流成分により大きなトルクを発生可能で、かつ、損失が小さいRM駆動回路を提供することをその目的としている。
しかしながら、2種類の直流巻線をもつ特許文献5、6のダブルコイル型SRMは、インダクタンス減少期間Tdに励磁コイルがステータ磁極を励磁するため、逆トルクが発生するという問題点を有している。つまり、このダブルコイル型SRMにおいて、励磁コイルが形成する磁束はロータ磁極がステータ磁極に接近するインダクタンス増加時にはトルク形成(磁束形成)に有益であるが、ロータ磁極がステータ磁極から離れるインダクタンス減少時にはロータを逆向きに吸引するため有害となる。本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、トルクを増大可能なダブルコイル型SRMを提供することをその目的としている。
However, in this double coil type SRM, the magnetic flux formed by the exciting coil is beneficial for torque formation (magnetic flux formation) when the rotor magnetic pole approaches the stator magnetic pole, but when the inductance decreases when the rotor magnetic pole moves away from the stator magnetic pole. It is harmful because the rotor is sucked in the opposite direction. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an RM drive circuit capable of generating a large torque with a small amount of alternating current components and having a small loss.
However, the double-coil SRMs of
その他、特許文献8(Nishimura)は、12個のステータ磁極と8個のセグメント(ロータ磁極)とをもつセグメント型でダブルコイル型のSynRMを提案している。奇数番目のステータ磁極は直流巻線が巻かれて直流磁極を構成し、偶数番目のステータ磁極には交流巻線が巻かれて交番磁極を構成している。しかしながら、このモータは、本質的にシンクロナスリラクタンスモータであってトルクが小さいという問題点があった。また、セグメント数が多いため、小型モータではセグメント間の隙間を大きくすることができず、セグメント間の磁束漏洩が大きいという問題があった。
その他、特許文献9は、共通のステータヨークからロータへ向けて突出する4つのステータ磁極をもつSRMにおいて、ステータ磁極間のステータヨークの部分、すなわち周方向に隣接する2つのステータ磁極の間の合計4つのヨーク部分の2つにそれぞれ永久磁石を設け、残りの2つのヨーク部分に2つのコイルを別々に巻いたSRMを開示する。しかし、このSRMは、ヨークにコイルを巻くため、コイルの利用効率が低く、かつ、モータ径が増大するという問題があった。
In addition, Patent Document 8 (Nishimura) proposes a segment type and double coil type SynRM having 12 stator magnetic poles and 8 segments (rotor magnetic poles). The odd-numbered stator magnetic poles are wound with a DC winding to constitute a DC magnetic pole, and the even-numbered stator magnetic poles are wound with an AC winding to constitute an alternating magnetic pole. However, this motor is essentially a synchronous reluctance motor and has a problem that its torque is small. In addition, since the number of segments is large, a small motor cannot increase the gap between the segments, and there is a problem that the magnetic flux leakage between the segments is large.
In addition, in
(従来のリングコイルモータの説明)
特殊なモータとして、ロータを囲むリング状のコイル(以下、リングコイルとも言う)をもつモータが知られている。このリングコイルモータは、コイル構造が簡単になる利点をもつ。しかしながら、このリングコイルモータは、たとえばラジアルギャップモータでは磁束が軸方向に流れるため、鉄損が大きくなるという問題があった。本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、鉄損を低減可能なリングコイルモータを提供することをその目的としている。
(Description of conventional ring coil motor)
As a special motor, a motor having a ring-shaped coil (hereinafter also referred to as a ring coil) surrounding a rotor is known. This ring coil motor has the advantage that the coil structure is simplified. However, this ring coil motor has a problem that, for example, in a radial gap motor, magnetic flux flows in the axial direction, so that iron loss increases. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a ring coil motor capable of reducing iron loss.
(従来のSRM駆動回路の説明)
電機子コイルに台形波状の直流電流を通電するユニポーラSRM駆動回路は、交流電流を通電する交流インバータ回路に比べてスイッチング損失が大きいという問題がある。本発明は本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、鉄損を低減可能なリングコイルモータを提供することをその目的としている。
(Description of conventional SRM drive circuit)
A unipolar SRM drive circuit that supplies a trapezoidal DC current to an armature coil has a problem that the switching loss is larger than that of an AC inverter circuit that supplies an AC current. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a ring coil motor capable of reducing iron loss.
(発明の目的)
率直に言うと、他の型式のモータに比べて、スイッチドリラクタンスモータ(SRM)の生産量は非常に少ない。この原因の一つは、トルクリップルや騒音が大きいためである。また、ステータの相電流の頻繁なスイッチングにより、磁気回路に蓄積された磁気エネルギーの回収と再注入を頻繁に行う必要があり、それに伴う損失が無視できないという問題もあった。
本発明は、小型で高トルクを出力できるスイッチドリラクタンスモータを提供することを目的としている。本発明は、トルクリップルが少ないスイッチドリラクタンスモータを提供することを目的としている。
(Object of invention)
Frankly speaking, the amount of production of switched reluctance motors (SRM) is very small compared to other types of motors. One of the causes is a large torque ripple and noise. Further, due to frequent switching of the phase current of the stator, it is necessary to frequently recover and reinject magnetic energy accumulated in the magnetic circuit, and there is a problem that the loss associated therewith cannot be ignored.
An object of the present invention is to provide a switched reluctance motor that is small and can output high torque. An object of the present invention is to provide a switched reluctance motor with less torque ripple.
電動ターボチャージャに用いられるラジアルコンプレッサは、10〜30万rpmといった高速回転を要求する。従来の電動ラジアルコンプレッサでは、ラジアルギャップモータを用いているため、その軸方向長が長く、かつ、イナーシャが大きいという問題があった。軸方向長の増大は、回転軸の振動が増大するという問題が生じ、イナーシャの増大は、ラジアルコンプレッサや電動ターボチャージャの加速性を悪化させる。本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、高速回転性と耐遠心力性に優れ、損失が小さいモータ特に好適にはスイッチドリラクタンスモータを提供することをその目的としている。 A radial compressor used in an electric turbocharger requires high-speed rotation such as 100,000 to 300,000 rpm. Since the conventional electric radial compressor uses a radial gap motor, there is a problem that its axial length is long and inertia is large. The increase in the axial length causes a problem that the vibration of the rotating shaft increases, and the increase in inertia deteriorates the acceleration performance of the radial compressor and the electric turbocharger. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a motor that is excellent in high-speed rotation performance and centrifugal force resistance, and that has a small loss, particularly preferably a switched reluctance motor.
本発明は、軸長を短縮でき、かつ、イナーシャが小さい電動ラジアルコンプレッサ用のモータ特に好適にはスイッチドリラクタンスモータを提供することをその目的としている。本発明で開示するリラクタンスモータは、リニアモータや電動ラジアルコンプレッサとして特に好適に適用可能である。
従来のクローポールコアやランデル型ロータコアは、リングコイルが巻かれるので、コイル巻装が容易となる。しかし、従来のクローポールコアやランデル型ロータコアは、通常のラジアルギャップモータの軸方向積層コアに比べて渦電流損失とそれによる発熱が大きい欠点を有していた。また、爪極が磁気力又は遠心力により径方向に変形するため、ロータとステータとの間の電磁ギャップの幅を比較的大きく確保しなければならなかった。電磁ギャップ幅の増大は、トルク及び効率が低下するという欠点をあった。また、製造しやすい板状の爪極を用いる場合には、その曲げ加工が困難となるため、爪極の厚さを増大することが難しく、磁束量の増大が困難であった。本発明は、リングコイルを用いるモータ特に好適にはスイッチドリラクタンスモータのステータの鉄損及び銅損を低減することをその目的としている。
An object of the present invention is to provide a motor for an electric radial compressor, particularly preferably a switched reluctance motor, which can shorten the shaft length and has a small inertia. The reluctance motor disclosed in the present invention is particularly preferably applicable as a linear motor or an electric radial compressor.
Since the conventional claw pole core and the Landel rotor core are wound with a ring coil, coil winding is easy. However, conventional claw pole cores and Landell type rotor cores have the disadvantage that eddy current loss and the resulting heat generation are larger than the axial laminated core of a normal radial gap motor. Further, since the claw pole is deformed in the radial direction by a magnetic force or a centrifugal force, the width of the electromagnetic gap between the rotor and the stator must be ensured to be relatively large. Increasing the electromagnetic gap width has the disadvantage of reducing torque and efficiency. Further, when a plate-like nail pole that is easy to manufacture is used, it is difficult to bend, so it is difficult to increase the thickness of the nail pole and it is difficult to increase the amount of magnetic flux. An object of the present invention is to reduce iron loss and copper loss of a stator of a motor using a ring coil, particularly preferably a switched reluctance motor.
従来のインホイルモータは、ばね下重量の大幅な軽減を要求されている。本発明は、小型軽量でトルクが大きいモータ特に好適にはスイッチドリラクタンスモータを提供することをその目的としている。
スイッチドリラクタンスモータを高速回転させる場合、そのユニポーラモータ駆動回路によりステータコイル電流の急速な立ち上げ、立ち下げが必要となる。本発明は、高速駆動が可能なスイッチドリラクタンスモータ用のユニポーラ型モータ駆動回路を提供することをその目的としている。
Conventional in-wheel motors are required to significantly reduce unsprung weight. An object of the present invention is to provide a small, light and large torque motor, particularly preferably a switched reluctance motor.
When the switched reluctance motor is rotated at a high speed, the unipolar motor drive circuit requires rapid rise and fall of the stator coil current. An object of the present invention is to provide a unipolar motor driving circuit for a switched reluctance motor capable of high-speed driving.
(発明の要約)
下記の説明は、円筒状のステータコアをもつインナーロータ型モータ構造を例として説明される。アウターロータ型、アキシャルギャップ型、リニアモータ型、斜めギャップ型などの各種変形モータ構造に本発明を適用することは、当業者にとって容易に理解されるため、それらの例示は省略される。
(Summary of the Invention)
In the following description, an inner rotor type motor structure having a cylindrical stator core will be described as an example. Since it is easily understood by those skilled in the art to apply the present invention to various modified motor structures such as an outer rotor type, an axial gap type, a linear motor type, and an oblique gap type, those examples are omitted.
下記の各発明は、ステータコイルが巻かれた軟磁性のステータコアを有するステータと、前記ステータの周面に小ギャップを隔てて相対回転自在に配置されたロータと、前記ステータコイルを駆動するモータ駆動回路とを有し、前記ロータのステータ対向面は、低磁気抵抗部と高磁気抵抗部とを周方向所定ピッチで交互に有し、前記ステータコアは、前記ロータに向けて突出する複数のステータ磁極を周方向所定ピッチで有するスイッチドリラクタンスモータに適用される。ただし、一部の発明は、スイッチドリラクタンスモータ(SRM)以外の各種モータにも採用が可能である。 Each of the following inventions includes a stator having a soft magnetic stator core around which a stator coil is wound, a rotor disposed on a circumferential surface of the stator so as to be relatively rotatable with a small gap, and a motor drive that drives the stator coil. A stator facing surface of the rotor having low magnetic resistance portions and high magnetic resistance portions alternately at a predetermined pitch in the circumferential direction, and the stator core has a plurality of stator magnetic poles projecting toward the rotor Is applied to a switched reluctance motor having a predetermined pitch in the circumferential direction. However, some inventions can be applied to various motors other than the switched reluctance motor (SRM).
(第1発明の説明)
第1発明のSRMは、前記モータ駆動回路が前記ステータコイルとしてのACコイルに略台形波又は略矩形波の交流電圧を印加し、前記ステータが前記ステータ磁極に集中巻き方式又はリングコイル巻き方式により巻かれたDCコイル又は前記ステータ磁極に固定された永久磁石により構成されて前記ステータ磁極に直流磁束を流す直流磁束源を有することを特徴とする。
すなわち、この発明のSRMは、ステータ磁極に巻かれたDCコイル又は永久磁石により形成される直流磁束とACコイルの交流磁束との合成磁束により軟磁性のロータにトルクを与える。このようにすれば、ロータに永久磁石やコイルを設ける必要がないので、その高速回転性能を向上することができる。また、ロータにより変調される直流磁束分布を有するため発電が可能となる。
(Description of the first invention)
In the SRM of the first invention, the motor driving circuit applies a substantially trapezoidal wave or substantially rectangular wave AC voltage to the AC coil as the stator coil, and the stator is applied to the stator magnetic pole by a concentrated winding method or a ring coil winding method. It is constituted by a wound DC coil or a permanent magnet fixed to the stator magnetic pole, and has a DC magnetic flux source for flowing a DC magnetic flux to the stator magnetic pole.
That is, the SRM of the present invention applies torque to the soft magnetic rotor by a combined magnetic flux of a DC magnetic flux formed by a DC coil or a permanent magnet wound around the stator magnetic pole and an AC magnetic flux of the AC coil. In this way, since it is not necessary to provide a permanent magnet or coil in the rotor, its high-speed rotation performance can be improved. In addition, since it has a DC magnetic flux distribution modulated by the rotor, power generation is possible.
また、この発明のSRMは、略台形波又は略矩形波の交流電圧(又は交流電流)により形成される交流磁束と、直流磁束源が形成する直流磁束との合成磁束によりトルクを発生するので、正弦波波形の交流電圧(又は交流電流)により形成される交流磁束と、直流磁束源が形成する直流磁束との合成磁束によりトルクを発生するのに比較して、トルクを大幅に向上することができ、トルクリップルを低減することができる。この効果については、実施例説明の末尾にて具体的に説明する。 The SRM of the present invention generates torque by a combined magnetic flux of an alternating magnetic flux formed by a substantially trapezoidal wave or a substantially rectangular wave alternating voltage (or alternating current) and a direct magnetic flux formed by a direct current magnetic flux source. Compared to the case where torque is generated by a combined magnetic flux of an alternating magnetic flux formed by an alternating voltage (or alternating current) having a sinusoidal waveform and a direct magnetic flux formed by a direct current magnetic flux source, the torque can be greatly improved. Torque ripple can be reduced. This effect will be specifically described at the end of the description of the embodiment.
(主要態様1)
(直流磁極及び交番磁極を有する周方向延在セグメントSRM」周方向延在セグメントモータ)
主要態様1のSRMにおいて、前記ステータ磁極は、前記ACコイルにより交番励磁される交番磁極と、前記直流磁束源により直流励磁される直流磁極とを略周方向に交互に有し、前記ロータは、周方向に所定ピッチで配列される複数の軟磁性のロータセグメントを有し、前記ロータセグメントの周方向長は、交番磁極の周方向幅Waと直流磁極の周方向幅Wsと交番磁極と直流磁極との間の間隙幅Wgとの和よりも大きく、かつ、Wa+Ws+3Wgよりも小さく形成され、前記ACコイルは、前記交番磁極にそれぞれ集中巻きされて前記交番磁極を交番励磁する。
すなわち、この発明は、交番磁極と直流磁極とを周方向交互に配置するラジアルギャップSRMであって、2つのステータ磁極(交番磁極又は直流磁極)を磁気短絡するロータセグメントを交番磁極の磁束変更により周方向へ駆動する。交番磁極は集中巻きされているため、モータの軸方向長を短縮することができる。また、ロータセグメントの周方向長が、Wa+Ws+Wgよりも大きく、Wa+Ws+3Wgよりも小さく形成されているため、このモータをスイッチドリラクタンスモータとして駆動する場合に、ロータセグメントと必要なステータ磁極との間の磁束量を増大でき、かつ、ロータセグメントと無効なステータ磁極との間の磁束量を低減することができる。
(Main aspect 1)
(Circumferentially extending segment SRM with DC magnetic pole and alternating magnetic pole) “Circularly extending segment motor”
In the SRM of the
That is, the present invention is a radial gap SRM in which alternating magnetic poles and DC magnetic poles are alternately arranged in the circumferential direction, and a rotor segment that magnetically shorts two stator magnetic poles (alternating magnetic poles or DC magnetic poles) by changing the magnetic flux of the alternating magnetic poles. Drive in the circumferential direction. Since the alternating magnetic poles are concentratedly wound, the axial length of the motor can be shortened. Further, since the circumferential length of the rotor segment is larger than Wa + Ws + Wg and smaller than Wa + Ws + 3Wg, when this motor is driven as a switched reluctance motor, the magnetic flux between the rotor segment and the necessary stator magnetic poles The amount can be increased and the amount of magnetic flux between the rotor segment and the invalid stator pole can be reduced.
この態様によれば、ロータセグメント以外の部分を比重が小さい非磁性材料により形成することができるので、低イナーシャをもち高速回転が可能なスイッチドリラクタンスモータを実現することができる。
主要態様1の好適態様において、2N(Nは整数)個の前記交番磁極と、2N(Nは整数)個の前記直流磁極と、2N個の前記ロータセグメントを有する。このようにすれば、単相SRMを構成することができる。
主要態様1の好適態様において、前記交番磁極、前記直流磁極及び前記ロータセグメントをそれぞれもつ複数の単相モータを軸方向に隣接配置し、前記複数の単相モータの前記ロータは同一の回転軸に固定されて、異なる位相の電流を通電される。これにより、多相SRMを構成することができるので、トルクリップルを低減することができる。
According to this aspect, since the portion other than the rotor segment can be formed of a nonmagnetic material having a small specific gravity, a switched reluctance motor capable of rotating at high speed with low inertia can be realized.
In a preferred embodiment of the
In a preferred aspect of the
主要態様1の好適態様において、6N(Nは整数)個の前記交番磁極と、6N(Nは整数)個の前記直流磁極と、4N個の前記ロータセグメントを有する。このようにすれば、3相SRMを構成することができる。また、このモータは、既述したNishimuraのSynRMと比べてロータセグメントの数を半減することができるため、ロータを小型化してもロータセグメント間の磁束漏れを低減することができる。
主要態様1の好適態様において、前記直流磁束源は、前記直流磁極に固定された永久磁石を有する。これにより、損失無しに直流磁極を実現することができる。なお、永久磁石の周方向幅を縮小し、直流磁極にDCコイルを巻くことにより、DCコイルの銅損を低減することができる。
主要態様1の好適態様において、前記直流磁束源は、前記直流磁極に集中巻きされたDCコイルを有する。これにより、直流磁束量の調整によりトルクや発電量の調整を行うことができる。
In a preferred embodiment of the
In a preferred aspect of the
In a preferred aspect of the
(主要態様2)
(直流磁極及び交番磁極を有する軸方向延在セグメントSRM)
主要態様2のSRMにおいて、前記ステータコアは、周方向所定ピッチで配置されて略軸方向又は略径方向へそれぞれ延在する複数の軟磁性のステータセグメントを有し、前記各ステータセグメントは、前記ステータコイルにより交番励磁される前記ステータ磁極としての交番磁極と、前記直流磁束源により直流励磁される前記ステータ磁極としての直流磁極とを略軸方向又は略径方向に交互に有し、前記各ステータセグメントは、前記交番磁極と前記直流磁極とを合計3個以上有し、前記ロータは、周方向に所定ピッチで配列されて略軸方向又は略径方向に延在する複数の軟磁性のロータセグメントを有し、前記複数のロータセグメントは、略軸方向又は略径方向に隣接する前記各ステータセグメントの略軸方向又は略径方向における第1列及び第2列の前記ステータ磁極を磁気的に短絡可能な長さを有する第1の前記ロータセグメントと、略軸方向又は略径方向に隣接する前記各ステータセグメントの略軸方向又は略径方向における第2列及び第3列の前記ステータ磁極を磁気的に短絡可能な長さを有する第2の前記ロータセグメントとを含み、前記第1、第2のステータ磁極と前記第1列のロータセグメントとの間の周方向相対位置は、前記第2、第3のステータ磁極と前記第2列のロータセグメントとの間の周方向相対位置に対して異なり、前記ステータコイルは、互いに略軸方向又は略径方向に隣接する前記第1〜第3の前記ステータ磁極の間の2つのスロットに別々に収容して前記各ステータセグメントを略周方向に貫通する2つスロットに別々に収容されて軸心を囲むリング状の第1、第2のリングコイルを有し、前記モータ駆動回路は、前記2つの周方向相対位置の差に応じた位相差を有する第1、第2の相電流を前記第1、第2のリングコイルに別々に通電する。
(Main aspect 2)
(Axial extending segment SRM with DC and alternating magnetic poles)
In the SRM of the
すなわち、この発明のSRMは、交番磁極と直流磁極とが軸方向(又は径方向)交互に配置されるラジアルギャップ(又はアキシャルギャップ)SRMである。このSRMは、2つのステータ磁極(交番磁極又は直流磁極)を磁気短絡するロータセグメントを交番磁極の磁束変更により周方向へ駆動する。また、この発明では、ステータコアが軸方向(又は径方向)に延在するステータセグメントにより構成することができるため、上記した周方向延在セグメントSRMと比較して、ステータコアを軽量化することができ、鉄損も低減することができる。更に、第1のロータセグメントと第2のロータセグメントとを別位相で駆動するため、トルクリップルを減らし、直流磁極の直流磁束を有効利用することができる。たとえば、第1のACコイルの電流と第2のACコイルの電流とは逆位相とされる。更に、交流電流が通電されるステータコイルとしてのACコイルをリングコイルにより構成できるので、コイルエンドを省略してモータの軸方向長やモータの径を縮小して、モータをコンパクトに構成することができるとともに、ステータコイルとしてのACコイルにより覆われるステータセグメントの外側面を面積を減らすことができるので、ステータセグメントの機械的支持が容易となる。 That is, the SRM of the present invention is a radial gap (or axial gap) SRM in which alternating magnetic poles and DC magnetic poles are alternately arranged in the axial direction (or radial direction). This SRM drives a rotor segment that magnetically shorts two stator magnetic poles (alternating magnetic poles or DC magnetic poles) in the circumferential direction by changing the magnetic flux of the alternating magnetic poles. Further, in the present invention, the stator core can be constituted by a stator segment extending in the axial direction (or radial direction), so that the stator core can be reduced in weight as compared with the circumferentially extending segment SRM described above. Iron loss can also be reduced. Furthermore, since the first rotor segment and the second rotor segment are driven in different phases, the torque ripple can be reduced and the DC magnetic flux of the DC magnetic pole can be used effectively. For example, the current of the first AC coil and the current of the second AC coil are in opposite phases. Furthermore, since the AC coil as a stator coil to which an alternating current is applied can be configured by a ring coil, the motor can be configured compactly by omitting the coil end and reducing the axial length of the motor and the motor diameter. In addition, since the area of the outer surface of the stator segment covered with the AC coil as the stator coil can be reduced, mechanical support of the stator segment is facilitated.
主要態様2の好適態様において、前記直流磁束源は、前記直流磁極に固定された永久磁石を有する。これにより、損失無しに直流磁極を実現することができる。なお、永久磁石の周方向幅を縮小し、直流磁極にDCコイルを巻くことにより、DCコイルの銅損を低減することができる。
主要態様2の好適態様において、前記直流磁束源は、前記直流磁極に集中巻きされたDCコイルを有する。これにより、直流磁束量の調整によりトルクや発電量の調整を行うことができる。
In a preferred aspect of the
In a preferred aspect of the
主要態様2の好適態様において、前記直流磁束源は、互いに略軸方向又は略径方向に隣接する前記交番磁極と前記直流磁極との間に配置されて軸心を囲むリングコイルにより構成されるDCコイルを有する。これにより、DCコイルをモータにコンパクトに収容できるとともに、DCコイルにより覆われるステータセグメントの外側面を面積を減らすことができるので、ステータセグメントの機械的支持が容易となる。
主要態様2の好適態様において、前記ステータセグメント及び前記ロータセグメントは、軸方向に延在する複数の軟磁性鋼板を前記ロータの接線方向へ積層して形成され、前記ステータセグメント及び前記ロータセグメントの径方向端部は、全体として近似的に円形となるように互いの間に段差を有して配列されている。この態様は、SRM以外に、軸方向延在セグメントを用いる他の形式のモータにも採用することができる。このようにすれば、比較的簡素な製造工程と安価な材料を用いて軸方向延在セグメントSRMの鉄損を低減することができる。この態様は、SRM以外に、軸方向延在セグメントを用いる他の形式のモータにも採用することができる。
In a preferred aspect of the
In a preferred aspect of the
主要態様2の好適態様において、前記ロータセグメントは、回転軸に嵌着された非磁性のボス部の外周面に固定されて前記ボス部の軸方向両側に突出し、前記リングコイル及び前記ステータ磁極は、前記ロータセグメントの前記突出した部分の径方向両側に配置される。この態様では、モータの軸方向長を短縮することができる。この態様は、SRM以外に、軸方向延在セグメントを用いる他の形式のモータにも採用することができる。
主要態様2の好適態様において、互いに略軸方向又は略径方向に異なる位置に配置されるM(Mは4以上の整数)個の前記ステータ磁極を有し、前記ACコイルは、前記各ステータ磁極の間に別々に配置されるM−1個の前記リングコイルを有し、前記モータ駆動回路は、位相角が互いに所定電気角だけずれたM−1相の電流を前記M−1個の前記リングコイルに別々に通電する。このようにすれば、多相の軸方向延在セグメントSRMを簡素に構成することができ、トルクリップルを低減することができる。
In a preferred aspect of the
In a preferred aspect of the
(主要態様3)
(ダブルコイル型SRM)
主要態様4のSRMにおいて、前記ステータは、前記ステータコイルとしてのACコイルの他に直流電流が通電されて前記ステータ磁極に直流磁束を形成するDCコイルを有し、前記モータ駆動回路は、前記ACコイルのインダクタンス増大期間に、前記DCコイルが前記ステータ磁極に形成する直流磁束と同じ向きに前記ステータ磁極に交流磁束を形成し、前記ACコイルのインダクタンス減少期間に前記直流磁束と逆向きに前記ステータ磁極に交流磁束を形成する。このようにすれば、DCコイルが形成する直流磁界(アンペアターン)とACコイルが形成する交番磁界(アンペアターン)の和により大きなトルクをインダクタンス増大期間に発生させることができる。更に、ACコイルのインダクタンス減少期間にACコイルのが形成する交番磁界(アンペアターン)をDCコイルが形成する直流磁界(アンペアターン)により相殺することができるため、インダクタンス減少期間における逆トルクを低減することができる。また、DC電流の制御によりトルク制御や発電制御を実現することができる。
(Main aspect 3)
(Double coil type SRM)
In the SRM of the
主要態様3の好適態様において、前記モータ駆動回路は、前記ACコイルのインダクタンス減少期間に、前記直流磁束の量と略等しく、かつ、逆向きの前記交流磁束を形成する。これにより、インダクタンス減少期間にステータ磁極の磁束量をほぼ0とすることができるので、ACコイルを用いるにもかかわらずインダクタンス減少期間の逆トルクをほぼ0とすることができる。
主要態様3の好適態様において、前記モータ駆動回路は、高効率運転モードにおいて前記ACコイルのインダクタンス減少期間に、前記直流磁束の量と略等しく、かつ、逆向きの前記交流磁束を形成し、大トルク運転モードにおいて前記ACコイルのインダクタンス減少期間に、前記直流磁束の量より20〜50%大きく、かつ、逆向きの前記交流磁束を形成する。これにより、大トルクが必要な場合に、トルクを増大することができる。
In a preferred aspect of the
In a preferred aspect of the
主要態様3の好適態様において、前記DCコイル及び前記ACコイルは、同一の前記ステータ磁極に集中巻きされる。これにより、このダブルコイル型SRMをコンパクトに構成することができる。
主要態様3の好適態様において、互いに異なる複数の前記ステータ磁極に別々に集中巻きされて互いに直列接続された複数の前記DCコイルと並列に接続されたキャパシタを有する。これにより、DCコイルに流れる直流電流をスイッチング制御する時に生じるスイッチングノイズを低減するとともに、DCコイルに誘導される交流誘導電圧を低減することができる。
主要態様3の好適態様において、前記DCコイルは、互いに略軸方向又は略径方向に隣接する前記2つの前記ステータ磁極の間に配置されて軸心を囲むリングコイルにより構成される。これにより、ダブルコイル型SRMをコンパクトに構成することができるとともに、DCコイルにより覆われるステータセグメントの外側面の面積を減らすことができるので、ステータセグメントの機械的支持が容易となる。
In a preferred aspect of the
In a preferred aspect of the
In a preferred aspect of the
主要態様3の好適態様において、互いに略径方向又は略軸方向に異なる位置に別々に配置されるとともに互いに直列接続された前記DCコイルとしての複数の前記リングコイルと並列に接続されたキャパシタを有する。これにより、DCコイルに流れる直流電流をスイッチング制御する時に生じるスイッチングノイズを低減するとともに、DCコイルに誘導される交流誘導電圧を低減することができる。
主要態様3の好適態様において、前記ACコイル(ステータコイル)は、互いに略軸方向又は略径方向に隣接する前記2つの前記ステータ磁極の間に配置されて軸心を囲むリングコイルにより構成される。これにより、ダブルコイル型SRMをコンパクトに構成することができるとともに、ACコイル(ステータコイル)により覆われるステータセグメントの外側面の面積を減らすことができるので、ステータセグメントの機械的支持が容易となる。
In a preferred aspect of the
In a preferred aspect of the
主要態様3の好適態様において、前記ステータコアは、6N(Nは整数)個のステータ磁極を有し、前記ロータは、周方向に隣接する2つの前記ステータ磁極を磁気的に短絡可能な周方向長を有して周方向に延在する2N個の軟磁性のロータセグメントを有し、前記ステータコイルは、周方向に順に配列された第1、第2、第3の前記ステータ磁極に別々に集中巻きされて互いに電気角2π/3離れた位相をもつ略台形波又は略矩形波の直流電流が通電されるACコイルとしてのU相、V相、W相コイルを有し、前記各相のステータ磁極は、前記各ステータ磁極に集中巻きされたDCコイルを有し、前記DCコイルは、同一の前記ステータ磁極に巻かれた前記ACコイルのインダクタンス減少期間に、前記ステータ磁極の磁束量を低減させる方向へ直流電流が通電される。これにより、発電も可能なダブルコイル型3相SRMを実現することができる。
なお、このSRMのDCコイルを省略してステータコイルに略台形波又は略矩形波状の直流電流が通電される通常の3相SRMを実現することができる。
In a preferred aspect of the
It is possible to realize a normal three-phase SRM in which the DC coil of the SRM is omitted and a substantially trapezoidal wave or a substantially rectangular wave direct current is passed through the stator coil.
(第2発明の説明)
第2発明のSRMは、上記した第1発明の主要態様2の「直流磁極及び交番磁極を有する軸方向延在セグメントSRM」の他に、「直流磁極をもたない軸方向延在セグメントSRM」を含む構成のSRMである。
このSRMにおいて、前記ステータコアは、周方向所定ピッチで配置されて略軸方向又は略径方向へそれぞれ延在する複数の軟磁性のステータセグメントを有し、前記各ステータセグメントは、略軸方向又は略径方向に所定ピッチで形成される3個以上の前記ステータ磁極を有し、前記ロータは、周方向に所定ピッチで配列されて略軸方向又は略径方向に延在する複数の軟磁性のロータセグメントを有し、前記複数のロータセグメントは、略軸方向又は略径方向に隣接する前記各ステータセグメントの略軸方向又は略径方向における第1列及び第2列の前記ステータ磁極を磁気的に短絡可能な長さを有する第1の前記ロータセグメントと、略軸方向又は略径方向に隣接する前記各ステータセグメントの略軸方向又は略径方向における第2列及び第3列の前記ステータ磁極を磁気的に短絡可能な長さを有する第2の前記ロータセグメントとを含み、前記第1、第2のステータ磁極と前記第1列のロータセグメントとの間の周方向相対位置は、前記第2、第3のステータ磁極と前記第2列のロータセグメントとの間の周方向相対位置に対して異なり、前記ステータコイルは、互いに略軸方向又は略径方向に隣接する前記第1〜第3の前記ステータ磁極の間の2つのスロットに別々に収容して前記各ステータセグメントを略周方向に貫通する2つスロットに別々に収容される第1、第2のリングコイルを有し、前記モータ駆動回路は、前記2つの周方向相対位置の差に応じた位相差を有する第1、第2の相電流を前記第1、第2のリングコイルに別々に通電することを特徴としている。
(Explanation of the second invention)
The SRM of the second invention is an “axially extending segment SRM having no DC magnetic pole” in addition to the “axially extending segment SRM having a DC magnetic pole and an alternating magnetic pole” of the
In this SRM, the stator core has a plurality of soft magnetic stator segments arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction and extending in a substantially axial direction or a substantially radial direction. A plurality of soft magnetic rotors having three or more stator magnetic poles formed at a predetermined pitch in the radial direction, the rotor being arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction and extending in a substantially axial direction or a substantially radial direction The plurality of rotor segments magnetically connects the stator magnetic poles in the first row and the second row in the substantially axial direction or the substantially radial direction of the respective stator segments adjacent in the substantially axial direction or the substantially radial direction. A first row of rotor segments having a length capable of being short-circuited; and a second row in the substantially axial direction or the substantially radial direction of each of the stator segments adjacent in the substantially axial direction or the substantially radial direction. A second rotor segment having a length capable of magnetically short-circuiting the third row of stator poles, and a circumference between the first and second stator poles and the first row of rotor segments. The relative position in the direction is different from the relative position in the circumferential direction between the second and third stator magnetic poles and the second row of rotor segments, and the stator coils are adjacent to each other in a substantially axial direction or a substantially radial direction. First and second rings separately accommodated in two slots between the first to third stator magnetic poles and separately accommodated in two slots penetrating each stator segment in a substantially circumferential direction. The motor drive circuit separately supplies current to the first and second ring coils with first and second phase currents having a phase difference corresponding to a difference between the two circumferential relative positions. It is characterized by that.
すなわち、この発明のSRMは、3個以上のステータ磁極が軸方向(又は径方向)に配置されるラジアルギャップ(又はアキシャルギャップ)SRMであって、軸方向(又は径方向)に隣接する2つのステータ磁極(交番磁極又は直流磁極)を磁気短絡するロータセグメントをステータ磁極の磁束位置の変更により周方向へ駆動する。
この発明では、ステータコアが軸方向(又は径方向)に延在するステータセグメントにより構成することができるため、上記した周方向延在セグメントSRMと比較して、ステータコアを軽量化することができ、鉄損も低減することができる。更に、第1のロータセグメントと第2のロータセグメントとを別位相で駆動するため、トルクリップルを減らし、直流磁極の直流磁束を有効利用することができる。たとえば、第1のリングコイルの電流と第2のリングコイルの電流とは逆位相とされる。更に、ステータコイルがリングコイルにより構成できるので、コイルエンドを省略してモータの軸方向長やモータの径を縮小して、モータをコンパクトに構成することができるとともに、ステータコイルにより覆われるステータセグメントの外側面を面積を減らすことができるので、ステータセグメントの機械的支持が容易となる。
That is, the SRM of the present invention is a radial gap (or axial gap) SRM in which three or more stator magnetic poles are arranged in the axial direction (or radial direction), and is adjacent to the axial direction (or radial direction). The rotor segment that magnetically shorts the stator magnetic pole (alternating magnetic pole or DC magnetic pole) is driven in the circumferential direction by changing the magnetic flux position of the stator magnetic pole.
In the present invention, since the stator core can be constituted by a stator segment extending in the axial direction (or radial direction), the stator core can be reduced in weight compared to the above-described circumferentially extending segment SRM. Loss can also be reduced. Furthermore, since the first rotor segment and the second rotor segment are driven in different phases, torque ripple can be reduced and the DC magnetic flux of the DC magnetic pole can be used effectively. For example, the current of the first ring coil and the current of the second ring coil are in opposite phases. Furthermore, since the stator coil can be configured by a ring coil, the coil end can be omitted to reduce the axial length of the motor and the diameter of the motor so that the motor can be configured compactly, and the stator segment covered by the stator coil Since the area of the outer surface of the stator can be reduced, mechanical support of the stator segment is facilitated.
好適態様1において、前記ステータセグメント及び前記ロータセグメントは、軸方向に延在する複数の軟磁性鋼板を前記ロータの接線方向へ積層して形成され、前記ステータセグメント及び前記ロータセグメントの径方向端部は、全体として近似的に円形となるように互いの間に段差を有して配列されている。この態様は、SRM以外に、軸方向延在セグメントを用いる他の形式のモータにも採用することができる。このようにすれば、比較的簡素な製造工程と安価な材料を用いて軸方向延在セグメントSRMの鉄損を低減することができる。この態様は、SRM以外に、軸方向延在セグメントを用いる他の形式のモータにも採用することができる。
好適態様2において、前記ロータセグメントは、回転軸に嵌着された非磁性のボス部の外周面に固定されて前記ボス部の軸方向両側に突出し、前記リングコイル及び前記ステータ磁極は、前記ロータセグメントの前記突出した部分の径方向両側に配置される。この態様では、モータの軸方向長を短縮することができる。この態様は、SRM以外に、軸方向延在セグメントを用いる他の形式のモータにも採用することができる。
In a
In a
好適態様3において、互いに略軸方向又は略径方向に隣接する前記2つの前記ステータ磁極の間に配置されて軸心を囲むリングコイルにより構成されて直流電流が通電されるDCコイルを有する。これにより、直流磁束を利用することができる。好適には、直流電流が流れるDCコイル及び交流電流が流れるACコイルがそれぞれリングコイルにより設けられる。これにより、発電が可能となり、直流電流によるトルク制御が可能となる。
好適態様4において、互いに略径方向又は略軸方向に異なる位置に別々に配置されるとともに互いに直列接続された前記DCコイルとしての複数の前記リングコイルと並列に接続されたキャパシタを有する。これにより、DCコイルに流れる直流電流をスイッチング制御する時に生じるスイッチングノイズを低減するとともに、DCコイルに誘導される交流誘導電圧を低減することができる。
In a
In a
好適態様5において、前記リングコイルは、前記ステータセグメントの複数の前記ステータ磁極の配列方向である略軸方向又は径方向に略一定厚さを有する長尺の絶縁被覆導電金属板を螺旋巻きして形成され、前記リングコイルの各ターンは、前記ステータセグメントの複数の前記ステータ磁極の配列方向である略軸方向又は径方向に重ねられる。これにより、リングコイルを容易にステータセグメントのスロットに収容することができるとともに、ステータコイルの放熱性も向上する。この態様は、SRM以外に、軸方向延在セグメントを用いる他の形式のモータにも採用することができる。
好適態様6において、前記ステータコアは、前記リングコイルの前記ロータ側以外の部分を包むC字状断面を有して前記リングコイルから離れる方向へ軟磁性鋼板を積層して構成されたC形コア(クローポールコアとも言う)を有する。このようにすれば、リングコイルをもつSRMのステータコアの鉄損を簡単な製法により低減ことができる。なお、この発明は、SRM以外に、リングコイルを用いる他の形式のモータにも採用することができる。
In a
In a
好適態様7において、前記C形コアは、前記ステータ磁極を構成するための突出部が幅方向両側に突出する長尺の軟磁性鋼板を螺旋巻きし、かつ、前記突出部を前記ロータ側へ曲げて構成されている。このようにすれば、周方向へ所定ピッチで配列される多数のC形コア(クローポールコア)を簡単な製法により一挙に製造することができる。なお、この態様では、周方向に配列された各C形コアは、軟磁性鋼板により連結され、ステータコアの機械的強度が増大する。リングコイルの磁界に影響を与えることはない。C形コアを軸方向(アキシャルギャップモータでは径方向)に隣接配置させることにより、多相SRMが可能となる。この態様は、SRM以外の他のモータのコアにも採用することができる。
好適態様8において、互いに略軸方向又は略径方向に異なる位置に配置されるM(Mは3以上の整数)個の前記ステータ磁極を有し、前記ACコイルは、前記各ステータ磁極の間に別々に配置されるM−1個の前記リングコイルを有し、前記モータ駆動回路は、位相角が互いに所定電気角だけずれたM−1相の電流を前記M−1個の前記リングコイルに別々に通電する。このようにすれば、M−1相の軸方向延在セグメントSRMを簡素に構成することができ、トルクリップルを低減することができる。
In a
In a
たとえば、前記ステータコアは、6N(Nは整数)個のステータ磁極を有し、前記ロータは、周方向に隣接する2つの前記ステータ磁極を磁気的に短絡可能な周方向長を有して周方向に延在する2N個の軟磁性のロータセグメントを有し、前記ステータコイルは、周方向に順に配列された第1、第2、第3の前記ステータ磁極に別々に集中巻きされて互いに電気角2π/3離れた位相をもつ略台形波又は略矩形波の直流電流が通電されるU相、V相、W相コイルを有する。たとえば、12個のステータ磁極と4個の軟磁性のロータセグメントを有する3相SRMを実現することができる。12個のステータ磁極と4個の軟磁性のロータセグメントを有する3相のリラクタンスモータは、従来知られていなかった。この12個のステータ磁極と4個の軟磁性のロータセグメントを有する3相のリラクタンスモータは、一つのロータセグメントの周方向幅を増大し、ロータセグメントの間の間隙を増大することができる。 For example, the stator core has 6N (N is an integer) stator magnetic poles, and the rotor has a circumferential length capable of magnetically shorting two stator magnetic poles adjacent in the circumferential direction. 2N soft magnetic rotor segments extending in the circumferential direction, and the stator coil is separately concentrated and wound around the first, second, and third stator magnetic poles arranged in order in the circumferential direction so as to have an electrical angle with each other. It has U-phase, V-phase, and W-phase coils to which a substantially trapezoidal wave or substantially rectangular wave direct current having a phase separated by 2π / 3 is applied. For example, a three-phase SRM having 12 stator poles and 4 soft magnetic rotor segments can be realized. A three-phase reluctance motor having 12 stator poles and 4 soft magnetic rotor segments has not been known. The three-phase reluctance motor having the twelve stator magnetic poles and the four soft magnetic rotor segments can increase the circumferential width of one rotor segment and increase the gap between the rotor segments.
(第3発明の説明)
第3発明のSRMにおいて、前記ステータコイルをなす複数の相コイルに互いに異なるタイミングで略台形波又は略矩形波の直流電圧を印加するユニポーラタイプのモータ駆動回路を有し、前記モータ駆動回路は、前記相コイルへ通電する相電流の立ち上がり期間又は立ち下がり期間を加速する加速回路を有することを特徴とする。これにより、インダクタンス増大期間における平均電流値を向上することができるため、高速運転時にインダクタンス増大期間が短縮されても、トルクを増大することができる。
好適態様1において、前記モータ駆動回路は、直流電源の高電位端と相コイルの高電位端とを接続するハイサイドスイッチと、前記直流電源の低電位端と前記相コイルの低電位端とを接続するローサイドスイッチと、前記直流電源の低電位端と前記相コイルの高電位端とを接続するローサイドダイオードと、直列接続されたリアクトルとハイサイドダイオードとを有するとともに前記直流電源の高電位端と前記相コイルの低電位端とを接続するハイサイドバイパス回路とを備えることを特徴とする。
(Explanation of the third invention)
In the SRM of the third invention, the motor drive circuit of a unipolar type that applies a DC voltage of a substantially trapezoidal wave or a substantially rectangular wave to the plurality of phase coils forming the stator coil at different timings, the motor drive circuit, An accelerating circuit that accelerates a rising period or a falling period of a phase current energized to the phase coil is provided. Thereby, since the average current value in the inductance increase period can be improved, the torque can be increased even if the inductance increase period is shortened during high-speed operation.
In a
このようにすれば、ハイサイドスイッチ又はローサイドスイッチのオフにより直流電源から相コイルへの通電を遮断すると、相コイルに蓄積されたエネルギーにより、ローサイドダイオード、相コイル、ハイサイドバイパス回路を通じて直流電源の低電位端から高電位端への電力回生が生じる。この時、ハイサイドバイパス回路のリアクトルが逆起電力が生じるため、相コイルは直流電源の電圧よりも高電圧を発生する必要があり、その分だけ回生電流が減少し、相コイルの磁気エネルギーは急速に減少する。なお、リアクトルには磁気エネルギーが蓄積されるが、このリアクトルエネルギーは、ローサイドスイッチと逆並列接続されたダイオードなどを通じて直流電源の低電位端から高電位端へと回生されることができる。この態様によれば、回生期間を短縮できるため、回生期間の前の励磁電流通電期間を延長することができる。これにより、トルクを増大することができる。 In this way, when the energization from the DC power supply to the phase coil is interrupted by turning off the high-side switch or the low-side switch, the energy stored in the phase coil causes the DC power supply to pass through the low-side diode, phase coil, and high-side bypass circuit. Power regeneration from the low potential end to the high potential end occurs. At this time, since the reactor of the high-side bypass circuit generates a counter electromotive force, the phase coil needs to generate a voltage higher than the voltage of the DC power supply, and the regenerative current is reduced accordingly, and the magnetic energy of the phase coil is Decreases rapidly. Magnetic energy is stored in the reactor, and this reactor energy can be regenerated from the low potential end of the DC power source to the high potential end through a diode or the like connected in antiparallel with the low side switch. According to this aspect, since the regeneration period can be shortened, the excitation current energizing period before the regeneration period can be extended. Thereby, torque can be increased.
なお、この発明は、その他の公知のスイッチドリラクタンスモータにも適用することができる。また、上記ハイサイドスイッチは、アノードが直流電源の高電位端に接続されたダイオードでもよい。
好適な態様2において、前記リアクトルの一端は、前記直流電源の高電位端に接続され、前記リアクトルの他端は、互いに異なる前記ハイサイドダイオードを通じて互いに異なる相コイルの低電位端に接続される。これにより、リアクトルの数を減らすことができる。
好適態様3において、前記モータ駆動回路は、直流電源の高電位端と相コイルの高電位端とを接続するハイサイドスイッチと、前記直流電源の低電位端と前記相コイルの低電位端とを接続するローサイドスイッチと、一端が前記直流電源の高電位端に接続されたリアクトルと、前記リアクトルの他端と前記直流電源の低電位端とを接続する加速スイッチと、前記リアクトルと前記加速スイッチとの接続点を前記相コイルの高電位端に接続するハイサイドダイオードとを有することを特徴としている。
The present invention can also be applied to other known switched reluctance motors. The high side switch may be a diode having an anode connected to a high potential end of a DC power supply.
In a
In a
このようにすれば、相コイルへの通電を開始直前に、まず加速スイッチを通電して、リアクトルに磁気エネルギーを蓄積する。その後、加速スイッチをオフし、ローサイドスイッチのオンにより直流電源から相コイルへの通電を開始する。相コイルの高電位端には、直流電源の高電位端の電位よりもリアクトルの電圧だけ高い電圧が印加される。その結果、相コイルには急速に電流が流れ、励磁電流の立ち上がり期間を短縮することができる。これにより、その後の励磁電流通電期間を延長することができ、トルクを増大することができる。
なお、この発明は、その他の公知のスイッチドリラクタンスモータにも適用することができる。また、ハイサイドスイッチは、アノードが直流電源の高電位端に接続されたダイオードでもよい。
If it does in this way, just before starting energization to a phase coil, first, an acceleration switch will be energized and magnetic energy will be accumulated in a reactor. Thereafter, the acceleration switch is turned off, and energization from the DC power source to the phase coil is started by turning on the low side switch. A voltage that is higher than the potential at the high potential end of the DC power supply by the voltage of the reactor is applied to the high potential end of the phase coil. As a result, a current flows rapidly through the phase coil, and the rising period of the excitation current can be shortened. As a result, the energizing period thereafter can be extended, and the torque can be increased.
The present invention can also be applied to other known switched reluctance motors. The high side switch may be a diode having an anode connected to the high potential end of the DC power supply.
好適態様4において、リアクトルと加速スイッチとの接続点は、互いに異なる逆流防止ダイオードを通じて互いに異なる相コイルの他端に接続される。これにより、リアクトルの数を減らすことができる。好適な態様5において、上記した電流立ち上げを加速するためのリアクトルと電流立ち下げを加速するリアクトルとは共通とされる。
好適態様5において、前記モータ駆動回路は、前記相コイルと並列に前記ステータコアに巻かれたアシストコイルと、前記相コイルの低電位端と低位電源母線とを接続するスイッチング素子と、逆流防止用のダイオードとを有し、前記相コイルの低電位端と前記スイッチング素子の高電位端との接続点と前記アシストコイルの高電位端とを前記逆流防止用のダイオードを通じて接続して、前記スイッチング素子のオフ時に前記相コイルの磁気エネルギーを前記アシストコイルに流すことを特徴としている。このようにすれば、通電遮断時の相コイルに蓄積された磁気エネルギーを次に励磁される相コイルと一緒に巻かれたアシストコイルに供給するため、電流リップルを減らすとともに、回生すべき磁気エネルギーを急速に消滅させ、かつ、励磁磁束を急速に増大させることができるため、トルクを増大することができる。なお、この発明は、その他の公知のスイッチドリラクタンスモータにも適用することができる。
In the
In a
(第4発明の説明)
第4発明のSRMは、前記ステータコイルをなす複数の相コイルに互いに異なるタイミングで略台形波又は略矩形波の直流電圧を印加するユニポーラタイプのモータ駆動回路を有し、前記モータ駆動回路は、前記相コイルのインダクタンス増大期間の開始時点前に前記相コイルへの通電電流の最大値の所定%(好適には80%)以上の電流を通電し、かつ、前記相コイルのインダクタンス増大期間の終了時点後に前記相コイルへの通電電流の最大値の所定%(好適には80%)以上の電流を減衰させることを特徴としている。
(Explanation of the fourth invention)
The SRM of the fourth invention has a unipolar type motor drive circuit that applies a substantially trapezoidal wave or substantially rectangular wave DC voltage to the plurality of phase coils constituting the stator coil at different timings, and the motor drive circuit comprises: Before the start of the phase coil inductance increase period, a current equal to or greater than a predetermined value (preferably 80%) of the maximum value of the current supplied to the phase coil is applied, and the phase coil inductance increase period ends. It is characterized in that after a point in time, a current not less than a predetermined% (preferably 80%) of the maximum value of the energization current to the phase coil is attenuated.
すなわち、この発明では、相コイルの電流が大きく変化する相電流の立ち上がり期間及び立ち下がり期間を、相コイルのインダクタンスが大きく増大する期間(モータの場合)から除外して設定する。このようにすれば、相電流の立ち上がり期間及び立ち下がり期間におけるトルクを大幅に小さくすることができる。このため、一つの相コイルに流れる相電流によるトルクを急峻に立ち上げ、立ち下げることができる。したがって、この角形のトルクを各相順次に連続させることにより、トルクリップルを大幅に低減することができる。なお、この態様は、その他の公知のスイッチドリラクタンスモータにも適用することができる。 That is, in the present invention, the rising and falling periods of the phase current in which the phase coil current changes greatly are excluded from the period (in the case of the motor) in which the phase coil inductance greatly increases. In this way, the torque during the phase current rise and fall periods can be greatly reduced. For this reason, the torque caused by the phase current flowing in one phase coil can be sharply raised and lowered. Therefore, the torque ripple can be greatly reduced by making this rectangular torque continuous in each phase. This embodiment can also be applied to other known switched reluctance motors.
好適な態様1において、前記相コイルのインダクタンスは、前記ロータの回転時に、略フラットな小値が所定期間続くボトム期間と、略フラットな大値が所定期間続くピーク期間と、前記ボトム期間から前記ピーク期間まで増大する増大期間と、前記ピーク値から前記ボトム期間まで減少する減少期間とを有して略台形形状の時間波形を有し、前記モータ駆動回路は、前記ボトム期間に前記相コイルへの通電を開始し、その後の前記ピーク期間に前記通電を終了する。これにより、トルクリップルと容易に低減することができる。
In a
以下、本発明の好適な実施形態を、インナーロータのラジアルギャップモータ型式を例として説明する。ただし本発明は下記の実施形態に限定解釈されるべきではなく、当業者は、この明細書の記載事項に基づいて想起される公知の他の技術に基づいて本発明の技術思想を実現することができることは当然である。たとえば、以下の実施形態は、ラジアルギャップモータだけを開示していると限定解釈されるべきではなく、当業者にとって容易に理解可能な既述のアキシャルギャップモータ、リニアモータ及び斜めギャップモータ、アウターロータ構造などに適用されることができる。更に、ステータ磁極数を変更したり、モータ動作の代わりに発電機動作を行わせたりできる。実施例のラジアルギャップモータにおける軸方向はアキシャルギャップモータでは径方向となることは当業者にとって周知事項である。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described by taking a radial gap motor type of an inner rotor as an example. However, the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments, and those skilled in the art will realize the technical idea of the present invention based on other well-known techniques conceived based on the matters described in this specification. Of course you can. For example, the following embodiments should not be construed to be limited to disclosing only a radial gap motor, but the above-described axial gap motor, linear motor and oblique gap motor, outer rotor that can be easily understood by those skilled in the art. It can be applied to structures and the like. Furthermore, the number of stator magnetic poles can be changed, or a generator operation can be performed instead of a motor operation. It is well known to those skilled in the art that the axial direction in the radial gap motor of the embodiment is the radial direction in the axial gap motor.
多数の実施例が下記に記載されている。しかし、すべての実施形態において、ロータは周方向へ所定ピッチで磁気突極性をもつ軟磁性材により構成されている点である。このため、各実施形態のモータは、リラクタンスモータとみなされる。略台形波又は略矩形波状の磁束を用いるSRMは、正弦波交流電流を使用するSynRMに比べてトルクが大きい利点をもつ。このため、以下において、SRMの各実施例が説明される。一部の実施例は、SynRM、さらにはRM以外の他の形式のモータにも採用することができる。
多くの実施例のロータは、周方向へ所定ピッチで配列され、それぞれ軸方向に延在する多数の軟磁性セグメントをもつ。このセグメントは、ロータセグメントと呼ばれる。ロータセグメントは、周方向に延在する形態と、軸方向に延在する形態とをもつ。前者のSRMは周方向延在セグメントSRMと呼ばれ、後者のSRMは軸方向延在セグメントSRMと呼ばれる。なお、ここで言う略軸方向は、ロータセグメントやステータセグメントをスキューさせる例を含む。ラジアルギャップモータの場合、ロータセグメントをスキューさせる場合、軸方向及び周方向に対して斜めに延在させる時、ねじることが好ましい。ねじることにより、セグメントの径方向端面を略円筒面とすることができる。
A number of examples are described below. However, in all the embodiments, the rotor is made of a soft magnetic material having a magnetic saliency at a predetermined pitch in the circumferential direction. For this reason, the motor of each embodiment is regarded as a reluctance motor. The SRM using the substantially trapezoidal wave or the substantially rectangular wave-shaped magnetic flux has an advantage that the torque is larger than the SynRM using the sine wave alternating current. For this reason, each embodiment of the SRM is described below. Some embodiments may be employed in other types of motors than SynRM and even RM.
In many embodiments, the rotor has a large number of soft magnetic segments arranged in the circumferential direction at a predetermined pitch, each extending in the axial direction. This segment is called the rotor segment. The rotor segment has a form extending in the circumferential direction and a form extending in the axial direction. The former SRM is referred to as a circumferentially extending segment SRM, and the latter SRM is referred to as an axially extending segment SRM. The substantially axial direction mentioned here includes an example of skewing the rotor segment and the stator segment. In the case of a radial gap motor, when the rotor segment is skewed, it is preferably twisted when extending obliquely with respect to the axial direction and circumferential direction. By twisting, the radial end surface of the segment can be made into a substantially cylindrical surface.
周方向延在セグメントSRMでは、輪板状の軟磁性鋼板を軸方向に積層したステータコアが採用することができる。軸方向延在セグメントSRMでは、周方向に所定ピッチで配列されてそれぞれ軸方向へ延在する多数の軟磁性セグメントによりステータコアを構成する。これらのセグメントはステータセグメントと呼ばれる。軸方向延在セグメントSRMにおいて、ステータコイルはステータ磁極に集中巻きする代わりに回転軸を囲んでリング状に巻かれたステータコイルを採用することができる。このコイルはリングコイルと呼ばれる。
軸方向延在セグメントSRMの磁束は、ロータ及びステータを軸方向に流れる。交流磁束が通常の輪板状軟磁性鋼板中を軸方向に流れると鉄損が増大する。このため、軸方向延在セグメントSRMに好適な2つのステータコア構造が以下に開示される。第1の軸方向延在セグメントSRMは、軸方向延在ロータセグメントと、周方向(接線方向)積層軟磁性鋼板により構成されたステータセグメントとを採用する。第2の軸方向延在セグメントSRMは、螺旋巻きされたクローポールコア(C形コア)を採用する。この実施形態のSRMが採用する新規なクローポールコア構造は、従来のモータ(たとえばランデル型モータのロータなど)においても利用可能である。
In the circumferentially extending segment SRM, a stator core in which annular plate-like soft magnetic steel plates are laminated in the axial direction can be employed. In the axially extending segment SRM, a stator core is constituted by a number of soft magnetic segments that are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction and extend in the axial direction. These segments are called stator segments. In the axially extending segment SRM, the stator coil may be a stator coil wound around a rotating shaft in a ring shape instead of concentrated winding around the stator magnetic pole. This coil is called a ring coil.
The magnetic flux in the axially extending segment SRM flows in the axial direction through the rotor and the stator. When the AC magnetic flux flows in the normal annular plate-shaped soft magnetic steel plate in the axial direction, the iron loss increases. For this reason, two stator core structures suitable for the axially extending segment SRM are disclosed below. The first axially extending segment SRM employs an axially extending rotor segment and a stator segment composed of a circumferential (tangential) laminated soft magnetic steel sheet. The second axially extending segment SRM employs a spirally wound claw pole core (C-shaped core). The novel claw pole core structure adopted by the SRM of this embodiment can also be used in a conventional motor (for example, a rotor of a Landell type motor).
一部の実施例のステータコアは、直流磁極と呼ばれる直流磁界を形成するためのステータ磁極と、交番磁極と呼ばれる交流磁界が形成されるステータ磁極とをもつ。交番磁極は、磁束が周期的に反転する磁極を言う。直流磁極は磁束が定常的に主として一方向へ流れる磁極を言う。直流磁極は、永久磁石により又は直流コイル(DCコイル)により磁束を形成することができる。直流磁極は、ステータ磁極に永久磁石を固定することにより形成されるか、DCコイルによりステータ磁極に直流磁界を与えることにより実施される。
一部の実施例において、DCコイルとACコイルとが同一のステータ磁極に集中巻きされる。又はDCコイルとACコイルとが、同一のステータ磁極に直流磁束及び交流磁束を形成するリングコイルによりそれぞれ構成される。このモータをダブルコイルRMと呼ぶ。
その他、SRMを駆動するための新規なユニポーラSRM駆動回路の実施例と、軸方向延在セグメントSRMのステータコア及びステータコイルの好適な製造方法も開示される。
The stator core of some embodiments has a stator magnetic pole for forming a DC magnetic field called a DC magnetic pole and a stator magnetic pole for generating an AC magnetic field called an alternating magnetic pole. An alternating magnetic pole refers to a magnetic pole whose magnetic flux is periodically reversed. The DC magnetic pole is a magnetic pole in which the magnetic flux constantly flows mainly in one direction. The DC magnetic pole can form a magnetic flux by a permanent magnet or by a DC coil (DC coil). The DC magnetic pole is formed by fixing a permanent magnet to the stator magnetic pole, or is implemented by applying a DC magnetic field to the stator magnetic pole by a DC coil.
In some embodiments, the DC coil and the AC coil are concentrated on the same stator pole. Alternatively, the DC coil and the AC coil are each configured by a ring coil that forms a DC magnetic flux and an AC magnetic flux on the same stator magnetic pole. This motor is called a double coil RM.
In addition, an embodiment of a novel unipolar SRM drive circuit for driving the SRM and a preferred method for manufacturing the stator core and the stator coil of the axially extending segment SRM are also disclosed.
(各実施形態の主要な特徴の要約)
(1) 実施形態1(図1)は、「周方向交互に配置された直流磁極及び交番磁極を合計4つ有するステータと、周方向に延在して互いに異なる直流磁極と交番磁極とのペアを磁気的に短絡する第1、第2のロータセグメントとを有し、2つの交番磁極が、それぞれ集中巻きされた単相ACコイルにより交流励磁されるスイッチドリラクタンスモータ(SRM)」を開示する。第1のロータセグメントと磁気結合する第1の単相ACコイルの電流位相は、第2のロータセグメントと磁気結合する第2の単相ACコイルの電流位相と電気角πずれている。
このSRMを「直流磁極及び交番磁極を有する単相駆動周方向延在セグメントSRM」と称する。
(2) 実施形態2(図5)は、実施形態1(図1)のSRMにおいて、「直流磁極が、集中巻きされて直流電流が通電されるDCコイルによりDC励磁される」点を開示する。
(Summary of main features of each embodiment)
(1) Embodiment 1 (FIG. 1) is a pair of a stator having a total of four DC magnetic poles and alternating magnetic poles alternately arranged in the circumferential direction, and different DC magnetic poles and alternating magnetic poles extending in the circumferential direction and different from each other. ”Discloses a switched reluctance motor (SRM) having first and second rotor segments that are magnetically short-circuited with each other, and two alternating magnetic poles, each of which is AC-excited by a single-phase AC coil that is concentratedly wound. . The current phase of the first single-phase AC coil magnetically coupled to the first rotor segment is shifted by an electrical angle π from the current phase of the second single-phase AC coil magnetically coupled to the second rotor segment.
This SRM is referred to as “single-phase driving circumferentially extending segment SRM having a DC magnetic pole and an alternating magnetic pole”.
(2) Embodiment 2 (FIG. 5) discloses a point in the SRM of Embodiment 1 (FIG. 1) that “the DC magnetic pole is DC-excited by a DC coil that is concentratedly wound and energized with a DC current”. .
(3) 実施形態3(図7)は、実施形態1(図1)のSRMを軸方向に複数列配置した」点を開示する。
(4) 実施形態6(図10)は、「軸方向交互に配置された直流磁極及び交番磁極を合計3つ有して軸方向に延在するステータセグメントと、軸方向に延在して互いに異なる直流磁極と交番磁極とのペアを磁気的に短絡する第1、第2のロータセグメントとを有し、第1、第2のロータセグメントは軸方向異なる位置に配置され、2つの交番磁極が、ACコイルにより交流励磁されるSRM」を開示する。第1のロータセグメントにより磁気的に短絡される直流磁極及び交番磁極の第1ペアとこの第1のロータセグメントとの周方向相対位置は、第2のロータセグメントにより磁気的に短絡される直流磁極及び交番磁極の第2のペアとこの第2のロータセグメントとの周方向相対位置に対してずれており、2つの単相ACコイルの電流位相は逆相となっている。
このSRMを「直流磁極及び交番磁極を有する単相駆動軸方向延在セグメントSRM」と称する。
(3) Embodiment 3 (FIG. 7) discloses a point in which a plurality of SRMs of Embodiment 1 (FIG. 1) are arranged in the axial direction.
(4) Embodiment 6 (FIG. 10) is described as follows: “A stator segment having a total of three DC magnetic poles and alternating magnetic poles alternately arranged in the axial direction and extending in the axial direction; A first rotor segment and a second rotor segment that magnetically short-circuit a pair of different DC magnetic poles and alternating magnetic poles. The first and second rotor segments are arranged at different positions in the axial direction. , SRM that is AC-excited by an AC coil. The circumferential relative position of the first pair of DC magnetic poles and alternating magnetic poles magnetically short-circuited by the first rotor segment and the first rotor segment is the DC magnetic pole magnetically short-circuited by the second rotor segment. And the second pair of alternating magnetic poles and the second rotor segment are displaced relative to each other in the circumferential direction, and the current phases of the two single-phase AC coils are opposite to each other.
This SRM is referred to as “single-phase drive axially extending segment SRM having a DC magnetic pole and an alternating magnetic pole”.
図10は、「ACコイルが、回転軸を囲んでリング状に配置されたリングコイルにより構成されている」点を開示する。図11、図19は、「ステータセグメント及びロータセグメントが、周方向(又は接線方向)に積層された多数の軟磁性鋼板により構成され、更に各軟磁性鋼板の径方向端が略円弧状に形成されている」点を開示する。
(5) 図14は、実施形態3(図10)のSRMにおいて、「複数のステータセグメントを周方向所定ピッチで配置する」点、「軸方向同位置に配置されるて周方向に隣接する2つのステータセグメントの直流磁極が逆極性をもつ」点を開示する。図17、図18は、その他、「各ステータセグメントの直流磁極は種々の二次元配置をもつことができる」点を開示する。
FIG. 10 discloses that the “AC coil is constituted by a ring coil arranged in a ring shape around the rotation axis”. FIG. 11 and FIG. 19 show that “the stator segment and the rotor segment are composed of a number of soft magnetic steel plates laminated in the circumferential direction (or tangential direction), and the radial ends of each soft magnetic steel plate are formed in a substantially arc shape. It is disclosed.
(5) FIG. 14 shows the point that “a plurality of stator segments are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction” in the SRM of the third embodiment (FIG. 10), and “2 that is arranged at the same position in the axial direction and adjacent in the circumferential direction. One stator segment DC pole has the opposite polarity. " FIG. 17 and FIG. 18 disclose that “the DC magnetic pole of each stator segment can have various two-dimensional arrangements”.
(6) 実施例7(図15)は、実施形態3(図10)のSRMにおいて、「直流磁極が、集中巻きされて直流電流が通電されるDCコイルによりDC励磁される」点を開示する。
(7) 実施例11(図21)は、「軸方向交互に配置された直流磁極及び交番磁極を合計7つ有して軸方向に延在するステータセグメントと、軸方向に延在して直流磁極と交番磁極とをそれぞれ磁気的に短絡する3対のロータセグメントとを有し、上記3対のロータセグメントは軸方向異なる位置に配置され、交番磁極は、回転軸を囲んでリング状に配置されたリングコイルからなるACコイルにより励磁される3相SRM」を開示する。
このSRMを「直流磁極及び交番磁極を有する3相駆動軸方向延在セグメントSRM」と称する。
(6) Example 7 (FIG. 15) discloses that “the DC magnetic pole is DC-excited by a DC coil that is concentratedly wound and DC current is applied” in the SRM of Embodiment 3 (FIG. 10). .
(7) In Example 11 (FIG. 21), “a total of seven DC magnetic poles and alternating magnetic poles arranged alternately in the axial direction and a stator segment extending in the axial direction, and a direct current extending in the axial direction There are three pairs of rotor segments that magnetically short-circuit each of the magnetic poles and the alternating magnetic poles, and the three pairs of rotor segments are arranged at different positions in the axial direction, and the alternating magnetic poles are arranged in a ring shape surrounding the rotating shaft A three-phase SRM excited by an AC coil composed of a ring coil formed in the same manner is disclosed.
This SRM is referred to as “three-phase drive axis extending segment SRM having a DC magnetic pole and an alternating magnetic pole”.
図21は、「軸方向配列された7つのステータ磁極(交番磁極+直流磁極)と、6つのリングコイル(ACコイル)とを有する。このSRMは、実施形態6(図10)記載の「直流磁極及び交番磁極を有する単相駆動軸方向延在セグメントSRM」を軸方向に3つタンデム配置し、これら3つの単相SRMのステータセグメントを一体化した構造をもつ。3相のACコイル(リングコイル)の電気角は2π/3ずれており、各単相SRMのステータ磁極とロータセグメントとの周方向相対位置も互いに電気角2π/3だけずれている(図22参照)。
(8) 図23は、実施例11(図21)のSRMにおいて、軸方向に隣接する各相の単相SRMのロータセグメントが一体化されている」点を開示する。
FIG. 21 has “seven stator magnetic poles (alternating magnetic pole + DC magnetic pole) arranged in the axial direction and six ring coils (AC coil). This SRM is described in“ DC ”described in the sixth embodiment (FIG. 10). Three single-phase drive axially extending segments SRM having magnetic poles and alternating magnetic poles are arranged in tandem in the axial direction, and the stator segments of these three single-phase SRMs are integrated. The electrical angle of the three-phase AC coil (ring coil) is shifted by 2π / 3, and the circumferential relative position between the stator magnetic pole and the rotor segment of each single-phase SRM is also shifted by an electrical angle of 2π / 3 (FIG. 22). reference).
(8) FIG. 23 discloses that in the SRM of Example 11 (FIG. 21), the rotor segments of the single-phase SRM of each phase adjacent in the axial direction are integrated.
(9) 図24は、実施例11(図21)のSRMにおいて、リングコイルの代わりに交番磁極にACコイルを集中巻きすること、及び、直流磁極を、ステータ磁極の磁極面に永久磁石を固定して構成することを開示する。
(10) 図24は、実施例11(図21)のSRMにおいて、リングコイルの代わりに交番磁極にACコイルを集中巻きすること、及び、直流磁極を、ステータ磁極の磁極面に永久磁石を固定して構成することを開示する。
(11) 図25は、実施例11(図21)のSRMにおいて、6つの相のリングコイルの軸方向配列を変更した例を開示する。図21の6つの相のリングコイルは、逆相の2つのリングコイルが軸方向に隣接するが、図25では隣接しない。
(9) FIG. 24 shows the SRM of Example 11 (FIG. 21), in which an AC coil is concentratedly wound around an alternating magnetic pole instead of a ring coil, and a DC magnetic pole is fixed and a permanent magnet is fixed to the magnetic pole surface of the stator magnetic pole. The configuration is disclosed.
(10) FIG. 24 shows the SRM of Example 11 (FIG. 21) in which an AC coil is concentratedly wound around an alternating magnetic pole instead of a ring coil, and a DC magnetic pole is fixed and a permanent magnet is fixed to the magnetic pole surface of the stator magnetic pole. The configuration is disclosed.
(11) FIG. 25 discloses an example in which the axial arrangement of six-phase ring coils is changed in the SRM of Example 11 (FIG. 21). In the six-phase ring coil of FIG. 21, two ring coils of opposite phases are adjacent in the axial direction, but are not adjacent in FIG.
(12) 図27は、実施例11(図21)の3相SRMにおいて、4つのステータ磁極を軸方向に配置し、それぞれリングコイルからなる3相のACコイルを配置した点を開示する。
(13) 図28は、図27の3相SRMの直流磁極の配列を変更した点を開示する。
(14) 図29は、図22の3相SRMの直流磁極の配列を変更した点を開示する。
(15) 実施例14(図30)は、「軸方向に配置された4つのステータ磁極を有して軸方向に延在するステータセグメントと、軸方向に延在して互いに異なるステータ磁極のペアを磁気的に短絡するU相、V相、W相のロータセグメントとを有し、これらU相、V相、W相のロータセグメントは軸方向異なる位置に配置され、上記4つのステータ磁極は、軸方向に配列された3つのリングコイルにより励磁される3相SRM」を開示する。
このSRMを「直流磁極をもたない3相駆動軸方向延在セグメントSRM」と称する。
各相のリングコイルは、互いに対面するロータセグメントとステータ磁極との間の周方向相対位置に合わせて通電される。各相のロータセグメントは一体化されている。周方向に隣接する2つのステータセグメントの間には、略ステータセグメントの周方向幅に等しい磁気的ギャップが設けられる。各相のロータセグメントは、一体化されている。
(12) FIG. 27 discloses that in the three-phase SRM of the eleventh embodiment (FIG. 21), four stator magnetic poles are arranged in the axial direction, and three-phase AC coils each composed of a ring coil are arranged.
(13) FIG. 28 discloses that the arrangement of the DC magnetic poles of the three-phase SRM of FIG. 27 is changed.
(14) FIG. 29 discloses that the arrangement of the DC magnetic poles of the three-phase SRM of FIG. 22 is changed.
(15) In Example 14 (FIG. 30), “a pair of stator poles having four stator poles arranged in the axial direction and extending in the axial direction and different stator poles extending in the axial direction and different from each other” The U-phase, V-phase, and W-phase rotor segments are magnetically short-circuited, and the U-phase, V-phase, and W-phase rotor segments are arranged at different positions in the axial direction. Disclosed is a “three-phase SRM excited by three ring coils arranged in the axial direction”.
This SRM is referred to as “three-phase drive axially extending segment SRM having no DC magnetic pole”.
The ring coils of each phase are energized in accordance with the circumferential relative positions between the rotor segments and the stator magnetic poles facing each other. The rotor segments of each phase are integrated. A magnetic gap substantially equal to the circumferential width of the stator segment is provided between two circumferentially adjacent stator segments. The rotor segments of each phase are integrated.
(16) 実施例16(図34)は、「リングコイルと、軸方向に延在するステータセグメントと、軸方向に延在するロータセグメントとをもつセグメント型SRMにおいて、「ステータセグメント及びロータセグメントが、周方向(又は接線方向)に積層された多数の軟磁性鋼板により構成され、更に各軟磁性鋼板の径方向端が略円弧状に形成されている」点を開示する。
(17) 実施例17(図34)は、「ラジアルギャップコンプレッサの背面に固定されたロータと、それに対面するステータとをもつアキシャルギャップモータにおいて、ロータがラジアルギャップコンプレッサの背面から突出する少なくとも2つのロータセグメントを有することと、ステータが軸方向に突出する3つのステータ磁極を有して径方向に延在するステータセグメントとこのステータセグメントに巻かれたリングコイルとを有する」点を開示する。
(16) In Example 16 (FIG. 34), “in a segment-type SRM having a ring coil, a stator segment extending in the axial direction, and a rotor segment extending in the axial direction, In other words, it is composed of a large number of soft magnetic steel plates laminated in the circumferential direction (or tangential direction), and the radial ends of each soft magnetic steel plate are formed in a substantially arc shape.
(17) In Example 17 (FIG. 34), “in an axial gap motor having a rotor fixed to the rear surface of the radial gap compressor and a stator facing the rotor, at least two rotors projecting from the rear surface of the radial gap compressor It is disclosed that it has a rotor segment, and that the stator has three stator magnetic poles protruding in the axial direction and has a stator segment extending in the radial direction and a ring coil wound around the stator segment.
(18) 図35は、「ラジアルギャップコンプレッサの背面に固定されたロータと、それに対面するステータとをもつアキシャルギャップモータにおいて、ロータがラジアルギャップコンプレッサの背面に露出して径方向に延在する少なくとも2つのロータセグメントを有することと、ステータが軸方向に突出する3つのステータ磁極を有して径方向に延在するステータセグメントとこのステータセグメントに巻かれたリングコイルとを有する」点を開示する。
(19) 実施形態18(図37)は、「周方向交互に配置された直流磁極及び交番磁極を合計8つ有するステータと、周方向に延在して互いに異なる直流磁極と交番磁極とのペアを磁気的に短絡する4つのロータセグメントとを有し、4つの交番磁極が、それぞれ集中巻きされた4つのACコイルにより交流励磁される「直流磁極及び交番磁極を有する単相駆動周方向延在セグメントSRM」を開示する。
このSRMは、実施例1(図1)の「直流磁極及び交番磁極を有する単相駆動周方向延在セグメントSRM」のステータ磁極数とロータセグメント数とを2倍としたものである。
また、奇数番目のロータセグメントの周方向幅は、偶数番目のロータセグメントの周方向幅より大きく形成されている。周方向幅が大きい奇数番目のロータセグメントの周方向中心位置は、周方向両側の偶数番目のロータセグメントの周方向中心位置の一方側に偏っている。
(18) FIG. 35 shows that in an axial gap motor having a rotor fixed to the rear surface of the radial gap compressor and a stator facing the rotor, at least the rotor is exposed on the rear surface of the radial gap compressor and extends in the radial direction. It has two rotor segments, and the stator has three stator magnetic poles protruding in the axial direction and has a stator segment extending in the radial direction and a ring coil wound around the stator segment. .
(19) In the eighteenth embodiment (FIG. 37), a pair of a stator having a total of eight DC magnetic poles and alternating magnetic poles alternately arranged in the circumferential direction, and different DC magnetic poles and alternating magnetic poles extending in the circumferential direction and different from each other The four alternating magnetic poles are AC-excited by four concentrated AC coils each having a DC magnetic pole and an alternating magnetic pole. Segment SRM "is disclosed.
This SRM is obtained by doubling the number of stator magnetic poles and the number of rotor segments of the “single-phase driving circumferentially extending segment SRM having a DC magnetic pole and an alternating magnetic pole” in the first embodiment (FIG. 1).
Further, the circumferential width of the odd-numbered rotor segments is formed larger than the circumferential width of the even-numbered rotor segments. The circumferential center position of the odd-numbered rotor segment having a large circumferential width is biased to one side of the circumferential center position of the even-numbered rotor segment on both sides in the circumferential direction.
(20) 実施形態19(図41)は、「周方向に順番に配置された第1〜第6ステータ磁極を有するステータと、周方向に延在する第1、第2のロータセグメントとを有し、第1のロータセグメントは第1、第2のステータ磁極を磁気短絡し、第2のロータセグメントは第4、第5のステータ磁極を磁気短絡し、各ステータ磁極に順番に集中巻きされたU相、V相、W相の相コイルにより励磁される3相SRM」を開示する。
このセグメントSRMは、6ステータ磁極と2ロータセグメントとをもつ3相駆動周方向延在セグメントSRM」と呼ばれる。
(21) 実施形態20(図46)は、「周方向交互に配置された直流磁極及び交番磁極からなる合計12個のステータ磁極を有するステータと、周方向に延在して互いに異なる直流磁極と交番磁極とのペアを磁気的に短絡する4つのロータセグメントとを有し、6つの交番磁極が、それぞれ集中巻きされた6つのACコイルにより3相交流励磁される「直流磁極及び交番磁極を有する3相駆動周方向延在セグメントSRM」を開示する。
(20) In the nineteenth embodiment (FIG. 41), “having a stator having first to sixth stator magnetic poles arranged in order in the circumferential direction and first and second rotor segments extending in the circumferential direction. The first rotor segment magnetically short-circuits the first and second stator magnetic poles, the second rotor segment magnetically short-circuits the fourth and fifth stator magnetic poles, and concentratedly wound around each stator magnetic pole in turn. "3-phase SRM excited by phase coils of U phase, V phase and W phase" is disclosed.
This segment SRM is referred to as a “three-phase drive circumferentially extending segment SRM having six stator poles and two rotor segments”.
(21) Embodiment 20 (FIG. 46) is described as follows: “a stator having a total of 12 stator magnetic poles composed of DC magnetic poles and alternating magnetic poles alternately arranged in the circumferential direction, and DC magnetic poles extending in the circumferential direction and different from each other. Four rotor segments that magnetically short a pair with the alternating magnetic poles, and the six alternating magnetic poles are three-phase alternating current excited by six AC coils each concentratedly wound. A “three-phase drive circumferentially extending segment SRM” is disclosed.
(22) 実施形態21(図50)は、「周方向に順番に配置された6つのステータ磁極を有するステータと、根本が磁気短絡された4つのロータ磁極とを有するロータコアとをを有し、各ステータ磁極に3相のACコイルが順番に集中巻きされて交流励磁され、更に各ステータ磁極にDCコイルが集中巻きされている3相SRM」を開示する。
このセグメントSRMは、ダブルコイル型3相駆動SRM」と呼ばれる。
ACコイルはそのインダクタンス増大期間に同一のステータ磁極に巻かれたDCコイルの直流磁束と同じ向きの磁束を形成し、インダクタンス減少期間に同一のステータ磁極に巻かれてたDCコイルの逆向きの磁束を形成する。
好適には、ACコイルがインダクタンス減少期間に形成する逆向きの磁束の大きさはDCコイルが形成する直流磁束の大きさと略(80%以上)等しくされる。
(22) Embodiment 21 (FIG. 50) has “a stator having six stator magnetic poles arranged in order in the circumferential direction and a rotor core having four rotor magnetic poles whose roots are magnetically short-circuited; A three-phase SRM is disclosed in which three-phase AC coils are concentrated and wound in order on each stator magnetic pole and AC-excited, and further, a DC coil is concentrated on each stator magnetic pole.
This segment SRM is called a “double-coil type three-phase drive SRM”.
The AC coil forms a magnetic flux in the same direction as the DC magnetic flux of the DC coil wound around the same stator magnetic pole during the inductance increase period, and the reverse magnetic flux of the DC coil wound around the same stator magnetic pole during the inductance reduction period. Form.
Preferably, the magnitude of the reverse magnetic flux formed by the AC coil during the inductance reduction period is substantially equal to (80% or more) the magnitude of the DC magnetic flux formed by the DC coil.
(23) 図54は、実施形態21(図50)のSRMにおいて、3相のACコイルを3相インバータで駆動することを開示する。
(24) 図54は、実施形態21(図50)のSRMにおいて、直列接続された各DCコイルにキャパシタを並列接続することを開示する。
(25) 実施形態22(図55)は、回生電流の減衰を早めるためのリラクタンス素子を有するユニポーラSRM駆動回路を開示する。
(26) 実施形態23(図56)は、電流立ち上がりを早めるためのリラクタンス素子を有するユニポーラSRM駆動回路を開示する。
(27) 実施形態24(図57)は、回生電流の減衰を早め、電流立ち上がりを早めるための回路を有するユニポーラSRM駆動回路を開示する。
(28) 図59は、従来のユニポーラSRM駆動回路において、相電流の振幅の60%以上が、インダクタンス増大期間の開始前のインダクタンスボトム期間に立ち上げられ、インダクタンス増大期間の終了後のインダクタンスピーク期間に減衰される点を開示する。リラクタンストルクが生じるインダクタンス増大期間の電流変化が抑制されるため、インダクタンス増大期間の初期及び終期のリラクタンストルク落ち込みが小さい。
(23) FIG. 54 discloses that a three-phase AC coil is driven by a three-phase inverter in the SRM of the twenty-first embodiment (FIG. 50).
(24) FIG. 54 discloses that a capacitor is connected in parallel to each DC coil connected in series in the SRM of the embodiment 21 (FIG. 50).
(25) Embodiment 22 (FIG. 55) discloses a unipolar SRM drive circuit having a reluctance element for speeding up the decay of the regenerative current.
(26) Embodiment 23 (FIG. 56) discloses a unipolar SRM drive circuit having a reluctance element for advancing current rise.
(27) Embodiment 24 (FIG. 57) discloses a unipolar SRM drive circuit having a circuit for speeding up the decay of the regenerative current and speeding up the current rise.
(28) FIG. 59 shows that in the conventional unipolar SRM drive circuit, 60% or more of the amplitude of the phase current is raised in the inductance bottom period before the start of the inductance increase period, and the inductance peak period after the end of the inductance increase period. The point to be attenuated is disclosed. Since the current change during the inductance increase period in which the reluctance torque is generated is suppressed, the drop in the reluctance torque at the beginning and end of the inductance increase period is small.
(29) 実施形態26(図60)は、一つの相の回生電流により次の相の電流立ち上げをアシストするアシストコイルをもつユニポーラSRM駆動回路を開示する。
(30) 実施形態27(図62)は、軟磁性鋼板を径方向及び軸方向に積層して形成されたC字形の軸方向断面をもつクローポールコアとリングコイルとをもつ単相駆動軸方向延在セグメントSRMを開示する。
(31) 図63は、実施形態27(図62)はクローポールコアの先端部をスロット開口を狭める向きに曲げた構造を開示する。
(32) 図64は、軟磁性鋼板を径方向及び軸方向に積層して形成されたランデル型コア(ステータ磁極の先端部が周方向にずれ、軸方向に重なっているコア構造)とリングコイルとをもつステータをもつモータを開示する。
(29) Embodiment 26 (FIG. 60) discloses a unipolar SRM drive circuit having an assist coil that assists the current rising of the next phase by the regenerative current of one phase.
(30) Embodiment 27 (FIG. 62) is a single-phase drive axial direction having a claw pole core having a C-shaped axial section formed by laminating soft magnetic steel plates in the radial direction and the axial direction, and a ring coil. An extended segment SRM is disclosed.
(31) FIG. 63 discloses a structure in which Embodiment 27 (FIG. 62) bends the tip of the claw pole core so as to narrow the slot opening.
(32) FIG. 64 shows a Randell type core (core structure in which the tip of the stator magnetic pole is shifted in the circumferential direction and overlapped in the axial direction) and a ring coil formed by laminating soft magnetic steel plates in the radial direction and the axial direction. A motor having a stator with
(33) 図65は、軟磁性鋼板を径方向及び軸方向に積層して形成されたランデルコア(ステータ磁極の先端部が周方向にずれ、軸方向に重なっているコア構造)とリングコイルとをもつステータをもつモータを開示する。
(34) 図68は、幅方向に両側に突出するステータ磁極をもつ長い軟磁性鋼板を巻き、ステータ磁極を径方向に曲げることにより図64のランデルコアを形成する製造方法を開示する。
軟磁性鋼板の長さ方向同じ位置で2つのステータ磁極を幅方向両側に突出させ、その先端部(44、45)を省略することにより、図62のクローポールコアも同じ製造方法により形成することができる。
(35) 図69は、図68の製造方法で形成されたクローポールコアを用いたハイブリッド型ステッピングモータのステータを開示する。
(33) FIG. 65 shows a Landel core (core structure in which the tip of the stator magnetic pole is shifted in the circumferential direction and overlapped in the axial direction) formed by laminating soft magnetic steel plates in the radial direction and the axial direction, and the ring coil. A motor having a stator is disclosed.
(34) FIG. 68 discloses a manufacturing method in which a long soft magnetic steel plate having a stator magnetic pole protruding on both sides in the width direction is wound, and the stator magnetic pole is bent in the radial direction to form the Landel core of FIG.
The claw pole core of FIG. 62 is formed by the same manufacturing method by projecting two stator magnetic poles at both sides in the width direction at the same position in the length direction of the soft magnetic steel plate and omitting the tip portions (44, 45). Can do.
(35) FIG. 69 discloses a stator of a hybrid stepping motor using a claw pole core formed by the manufacturing method of FIG.
(36) 図72は、図68の製造方法で形成されたランデルコアとリングコイルとにより構成されたロータを有するモータを開示する。
(37) 実施形態31(図73、図74)は、軸方向に延在するステータセグメント及びロータセグメントをもつインナーロータラジアルギャップ型の3相駆動軸方向延在セグメントSRMを開示する。
各相のロータセグメントは一体化されて軸方向に延在する。ロータセグメントはロータの非磁性のボス部から軸方向両側に突出している。一部の相のステータセグメント及びリングコイルがロータセグメントの軸方向突出部の径方向内側に配置される。リングコイルは、DCコイルとACコイルとをもつ。各相のステータセグメントは、周方向に2π/3ずれて配置される。
(36) FIG. 72 discloses a motor having a rotor composed of a Landel core and a ring coil formed by the manufacturing method of FIG.
(37) Embodiment 31 (FIGS. 73 and 74) discloses an inner rotor radial gap type three-phase drive axially extending segment SRM having a stator segment and a rotor segment extending in the axial direction.
The rotor segments of each phase are integrated and extend in the axial direction. The rotor segment protrudes from the nonmagnetic boss portion of the rotor to both sides in the axial direction. Some phase stator segments and ring coils are arranged radially inward of the axial projections of the rotor segments. The ring coil has a DC coil and an AC coil. The stator segments of each phase are arranged with a shift of 2π / 3 in the circumferential direction.
(38) 実施形態32(図75、76)は、軸方向に延在するステータセグメント及びロータセグメントをもつインナーロータラジアルギャップ型の3相駆動軸方向延在セグメントRMを開示する。
互いに周方向異なる位置に配置される各相のロータセグメントは一体化されて軸方向に延在する。ステータセグメントは軸方向に延在する。それぞれリングコイルにより構成された6つのACコイルと6つのDCコイルとをもつ。
(39) 実施形態33(図77、図78)は、軸方向に延在するステータセグメント及びロータセグメントをもつインナーロータラジアルギャップ型の軸方向延在セグメントSRMにおいて、軸方向螺旋巻き輪板状コイルからなるリングコイルの各ターンを各ステータセグメントのスロットに順次挿入するリングコイル巻装法を開示する。
(38) Embodiment 32 (FIGS. 75 and 76) discloses an inner rotor radial gap type three-phase drive axially extending segment RM having an axially extending stator segment and a rotor segment.
The rotor segments of the respective phases arranged at different positions in the circumferential direction are integrated and extend in the axial direction. The stator segment extends in the axial direction. Each has six AC coils and six DC coils each constituted by a ring coil.
(39) The thirty-third embodiment (FIGS. 77 and 78) is an axially spirally wound plate coil in an axially extending segment SRM of an inner rotor radial gap type having a stator segment and a rotor segment extending in the axial direction. A ring coil winding method is disclosed in which each turn of a ring coil is sequentially inserted into a slot of each stator segment.
(40) 実施形態33(図79)は、径方向に延在するステータセグメント及びロータセグメントをもつアキシャルギャップ型の径方向延在セグメントSRMにおいて、径方向螺旋巻き輪板状コイルからなるリングコイルの各ターンを各ステータセグメントのスロットに順次挿入するリングコイル巻装法を開示する。
(41) 実施形態34(図80)は、DCコイルとACコイルとが集中巻きされた3相周方向延在セグメントSRMを開示する。
(42) 実施形態35(図81)は、DCコイルとACコイルとをなす2つのリングコイルをもつ3相軸方向延在セグメントSRMを開示する。
(43) 比較例としての正弦波電流が通電されるACコイルとDCコイルとをもつリラクタンスモータの電流及びインダクタンスの波形を示す。
(40) Embodiment 33 (FIG. 79) is an axial gap type radially extending segment SRM having a stator segment and a rotor segment extending in the radial direction. A ring coil winding method is disclosed in which each turn is sequentially inserted into a slot of each stator segment.
(41) Embodiment 34 (FIG. 80) discloses a three-phase circumferentially extending segment SRM in which a DC coil and an AC coil are concentratedly wound.
(42) Embodiment 35 (FIG. 81) discloses a three-phase axially extending segment SRM having two ring coils that constitute a DC coil and an AC coil.
(43) Current and inductance waveforms of a reluctance motor having an AC coil and a DC coil through which a sine wave current is applied as a comparative example are shown.
以下、本発明の好適な実施形態を、インナーロータのラジアルギャップモータ型式を例として説明する。ただし、その他、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるべきではなく、当業者は、この明細書の記載事項に基づいて想起される公知の他の技術に基づいて本発明の技術思想を実現することができることは当然である。たとえば、以下の実施形態は、ラジアルギャップモータだけを開示していると限定解釈されるべきではなく、当業者にとって容易に理解可能な既述のアキシャルギャップモータ、リニアモータ及び斜めギャップモータ、アウターロータ構造などに適用されることができる。更に、ステータ磁極数を変更したり、モータ動作の代わりに発電機動作を行わせたりできることは明白である。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described by taking a radial gap motor type of an inner rotor as an example. However, the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments, and those skilled in the art will understand the technical idea of the present invention based on other known techniques conceived based on the description in this specification. Of course, it can be realized. For example, the following embodiments should not be construed to be limited to disclosing only a radial gap motor, but the above-described axial gap motor, linear motor and oblique gap motor, outer rotor that can be easily understood by those skilled in the art. It can be applied to structures and the like. Further, it is obvious that the number of stator magnetic poles can be changed, and the generator operation can be performed instead of the motor operation.
(実施形態1)
第1実施形態1を図1〜図4を参照して説明する。
(構造)
図1は、インナーロータ型モータの径方向模式断面図を示す。1はステータ、2はロータ、3は回転軸である。ステータ1は、円筒状のステータコア4と、このステータコア4に設けられたコイル5、6と、永久磁石7、8を有している。コイル5、6はステータコイルを構成している。ステータ1は図示しないモータフレームに固定されている。ロータ2は、円筒状のステータ1の径方向内側に収容されて回転軸3に嵌着、固定されている。回転軸3の両端は、ハウジングに回転自在に支承されている。
(Embodiment 1)
A first embodiment will be described with reference to FIGS.
(Construction)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view in the radial direction of an inner rotor type motor.
ステータコア4は、軸方向に積層した電磁鋼板により形成されている。ステータコア4は、円筒状のヨーク41と、ヨーク41の内周面からロータ2に向けて突出する4つのステータ磁極42〜45とを有している。コイル5は交番磁極であるステータ磁極42に巻かれ、コイル6は交番磁極であるステータ磁極44に巻かれている。永久磁石7は、磁石磁極であるステータ磁極43に内蔵され、永久磁石8は磁石磁極であるステータ磁極45に内蔵されている。この実施形態では、永久磁石7は、ステータ磁極43の磁極面であるロータ対向面をS極面とし、永久磁石8は、ステータ磁極45の磁極面であるロータ対向面をN極面としている。永久磁石7、8の磁極面は、径方向と直角に延在している。なお、永久磁石7、8は、ステータ磁極43、45に埋設することは必須ではなく、ステータ磁極43、45にサンドイッチしたり、張り付けたりしてもよく、ステータ磁極43、45全体を永久磁石として製造してもよい。ステータ磁極42、44と、ステータ磁極43、45とは周方向交互に配置されている。ただし、永久磁石は、磁石磁極であるステータ磁極43、45のロータ対向面である磁極面を少ない磁石量で強く磁化するように配置されることが効率的である。図1の埋め込み磁石構造は、若干の漏れ磁束が生じるが、磁石保護の点で好適である。以下の説明では、周方向に隣接する2つのステータ磁極の間の凹部をスロット46と称する。
The
ロータ2は、回転軸3に嵌着、固定された非磁性のボス部20と、ボス部20の外周面に固定された軟磁性のセグメント21、22とを有している。この実施形態では、セグメント21、22は、ほぼステータ磁極幅の周方向幅の2倍とスロットの周方向幅とを加算した周方向幅をもつ。もちろん、セグメント21、22の周方向幅はこれに限定されるものではなく、トルク条件などに応じて適宜設定することができる。
変形態様において、直流磁極であるステータ磁極43、45には、直流電流が通電されるDCコイル51、61が集中巻きされる。永久磁石7、8の周方向幅は図1の永久磁石7、8よりも小さくされる。これは、DCコイル51、61が形成する直流磁束を流すためのバイパス磁路430、450を、永久磁石7、8に隣接してステータ磁極43、45内に設けるためである。これにより、DCコイル51、61に通電する直流電流量を減らすことができる。
ボス部20がアルミニウム円筒体などの導電部材により形成される場合、その外周面は渦電流を低減するために、ステータ磁極42〜45の磁極面から離すことが好適である。
The
In a modification, DC coils 51 and 61 to which a direct current is applied are concentratedly wound around the stator
When the
磁石磁極であるステータ磁極45から出た磁石磁束がセグメント21又はセグメント22を通じて磁石磁極であるステータ磁極43に流れないように、セグメント21、22の周方向幅は、スロット46の周方向幅の2倍とステータ磁極の周方向幅との和より大きくないことが好適である。更に、セグメント21、22の周方向幅は、スロット46の周方向幅よりも大きいことが好適であり、更にはスロット46の周方向幅とステータ磁極の周方向幅との和よりも大きくいことが好適である。なお、ここで言うステータ磁極の周方向幅は、ステータ磁極42〜45のロータ対向面における周方向幅である。したがって、ステータ磁極42〜45が周方向両側に周方向外側へ飛び出す爪部をもつ場合には、その分だけ、セグメント21、22の周方向幅を短縮することが好適である。同じく、ここで言うスロット46の周方向幅は、ステータ磁極4のロータ対向面の等径位置での幅を意味し、したがって、ステータ磁極42〜45が上記爪をもつ場合、スロット幅はその分だけ小さくなると考えることが好適である。
The circumferential width of the
(動作)
このSRMの動作を図3、図4を参照して説明する。ただし、説明を簡単化するため、リニアモータ構造すなわち周方向展開構造を例として説明する。ただし、図示を簡素化するために、ボス部20は省略されている。なお、図3において、Wsはスロット46の周方向幅、Wtは、ステータ磁極の周方向幅、dはセグメント21、22の間の周方向幅、gはロータ2とステータ磁極42〜45との間の径方向幅である。
(状態A)
図3に示す状態Aでは、セグメント21がステータ磁極43、44を磁気的に結合し、セグメント22がステータ磁極45、42を磁気的に連結する回転位置に、ロータ2が存在している。この状態では、交番磁極であるステータ磁極42は、磁石磁極であるステータ磁極45の磁石磁束を吸収し、ステータ磁極43は、磁石磁極であるステータ磁極43の磁石磁束を吸収している。
(Operation)
The operation of this SRM will be described with reference to FIGS. However, in order to simplify the description, a linear motor structure, that is, a circumferentially expanded structure will be described as an example. However, the
(State A)
In the state A shown in FIG. 3, the
(状態Aから状態Bへの移行)
この状態でコイル5、6に逆向きに通電する。これにより、ステータ磁極42のロータ対向面である磁極面はN極に、ステータ磁極44の磁極面はS極に磁化される。セグメント21、22内には、磁石磁極の磁束である磁石磁束Φmと、交番磁極の磁束である電流磁束Φiとの和が流れる。それに応じた磁極がセグメント21、22の表面に形成される。これにより、セグメント21は前側のステータ磁極42により吸引され、前方へのスラストを受ける。同じく、セグメント22は前側のステータ磁極44により吸引され、前方へのスラストを受ける。この状態を図2に状態Bとして示す。状態Aから状態Bへの移行期間においてコイル5、6への電流は増大することが好適である。
(状態Bから状態Cへの移行)
この状態が持続すると、セグメント21、22は更に前進して図4に示す状態Cに達する。電流は徐々に減少して状態Cでは0となる。この状態では、セグメント21、22内に磁石磁束Φmだけが流れる。
(Transition from state A to state B)
In this state, the
(Transition from state B to state C)
When this state continues, the
(状態Cから状態Dへの移行)
状態Cに達するとコイル5、6の電流は反転される。これにより、ステータ磁極42のロータ対向面である磁極面はS極に、ステータ磁極44の磁極面はN極に磁化される。セグメント21、22内には、磁石磁極の磁束である磁石磁束Φmと、交番磁極の磁束である電流磁束Φiとの和が流れる。それに応じた磁極がセグメント21、22の表面に形成される。これにより、セグメント21は前側のステータ磁極45により吸引され、前方へのスラストを受ける。同じく、セグメント22は前側のステータ磁極43により吸引され、前方へのスラストを受ける。この状態を図2に状態Dとして示す。状態Cから状態Dへの移行期間においてコイル5、6への電流は増大することが好適である。
(状態Dから状態Aへの移行)
この状態が持続すると、セグメント21、22は更に前進して状態Aに達する。電流は徐々に減少して状態Aでは0となる。この状態では、セグメント21、22内に磁石磁束Φmだけが流れる。上記状態を繰り返すことにより、ロータ2を回転させることができる。
(Transition from state C to state D)
When the state C is reached, the currents in the
(Transition from state D to state A)
If this state persists, the
(駆動回路)
次に、駆動回路について説明する。コイル5、6の電流変化タイミングは等しいため、単相交流電流によりモータを駆動することができる。このことは、モータ駆動回路を簡素化することができることを意味する。たとえば、コイル5、6には、フルブリッジ型のインバータ回路により駆動されることができる。つまり、図1のモータはハイブリッド型単相SRMと考えることができる。
(効果)
図3、図4に示すこの実施形態のSRMと従来のステータ磁極を6個、ロータ磁極を4個もつ基本のSRMとを比較すると、基本のSRMではコイルに電流が流れないステータ磁極が存在することと、3つのステータ磁極が存在するため一つのステータ磁極の磁束量が少ないという問題とがあった。これらの問題は、この実施形態のSRMでは解決される。
セグメント21、22は、磁石磁束(直流磁束)Φm及び電流磁束Φiの和により吸引されるため、少ない電流で大きな吸引力を得ることができる。ただし、永久磁石7、8の比透磁率はほぼ真空比透磁率に等しいため、図3、図4に示す電流磁束Φiはそれほど大きくない。このことは、セグメント21、22が1ステータ磁極ピッチ移動すると、交番磁極であるステータ磁極42、44に巻かれたコイル5、6の形成磁界の差だけ、磁石磁極であるステータ磁極43、45からでた磁石磁束の向きがセグメント21、22の移動とともに反転すると考えることができる。この実施形態では、コイル5、6に流す電流が形成する磁界が永久磁石7、8を減磁させることは防ぐ必要があるが、この実施形態では、コイル5、6の一方が磁石磁束を阻止する向きの磁界を形成する場合には、コイル5、6の他方は磁石磁束を吸収する向きに磁界を形成するため、問題とはならない。つまり、永久磁石7、8の磁石磁束は、コイル5、6の電流向きによりその方向が変化するのみであり、コイル5、6の電流が形成する電流磁界により永久磁石7、8に減磁界が強く作用することはない。
(Drive circuit)
Next, the drive circuit will be described. Since the current change timings of the
(effect)
Comparing the SRM of this embodiment shown in FIGS. 3 and 4 with a basic SRM having six conventional stator magnetic poles and four rotor magnetic poles, there is a stator magnetic pole in which no current flows in the coil in the basic SRM. In addition, since there are three stator magnetic poles, there is a problem that the amount of magnetic flux of one stator magnetic pole is small. These problems are solved by the SRM of this embodiment.
Since the
損失について考える。損失は、銅損と鉄損とからなる。この実施形態では、磁石磁極であるステータ磁極43、45にはコイルを巻装する必要がない。このことは、スロット46をコイル5、6の巻装にだけ用いることができるため、コイル5、6の銅損を減らし、そのアンペアターンを増大することができる。また、磁石磁極であるステータ磁極43、45にはコイルを巻装する必要がないことは、磁石磁極であるステータ磁極43、45の磁束形成のために必要な電流が不要であることを意味する。言い換えると、電流のほとんどは、セグメント21、22とステータ磁極42〜45との間の径方向ギャップgに磁界を形成するために消費される。この実施形態では、この磁界形成の一部は永久磁石7、8が形成するため、必要な電流を減らせるため、必要な電流量を減らせることを意味する。
Think about the loss. The loss consists of copper loss and iron loss. In this embodiment, it is not necessary to wind a coil around the stator
鉄損について考える。ヨーク41の各部には、一方向にのみ磁束が流れる。このことは、ヨーク41のヒステリシス損及び渦電流損失を減らせることを意味する。もちろん、磁石磁極であるステータ磁極43、435の鉄損は無視することができる。これらの事実は、たとえば電動ターボチャージャなどに用いる高速回転モータにおいて大きな問題となる鉄損を減らせることを意味する。
Think about iron loss. Magnetic flux flows through each part of the
(実施形態2)
実施形態2のモータを図5を参照して説明する。
(構造)
この実施形態は、図1において、永久磁石7、8を省略してステータ磁極43、45を軟磁性材により構成し、更にステータ磁極43にコイル51を、ステータ磁極45にコイル61を巻装したものである。ただし、コイル51、61には直流電流が流される。これにより、ステータ磁極43、45は図1に示す磁石磁極と同等となり、動作は同じとなる。
(効果)
ステータ磁極43、35を直流電流により形成される直流交番磁極とすることは、一般のSRMと比べて励磁電力を低減できる利点がある。すなわち、少ない電力で磁石磁束相当の磁束を発生させることができる。この点について、更に説明する。ただし、説明を簡素化するために、式は近似的な式を用いる。
(Embodiment 2)
A motor according to a second embodiment will be described with reference to FIG.
(Construction)
In this embodiment, the
(effect)
Making the stator
直流電流磁束Φfは ほぼN・If/Rとなる。Nはコイル51、61のターン数、Ifはコイル51、61の電流、Rはステータ磁極43、45を通過する磁気回路の磁気抵抗である。コイル51、61の消費電力Pは、コイル51、61の電気抵抗rにより消費される。つまり、P=If・If・rの式が成立する。したがって、Φf=N/R(P/r)の式が成立する。ただし、()は平方根を示す。つまり、Pを一定とすれば、直流電流磁束Φfは、コイル51、61の巻数Nに比例し、磁気回路の磁気抵抗Rに反比例し、コイル51、61の電気抵抗rの平方根に反比例する。このことは、コイル51、61の導体断面積を減らして巻数Nをできる限り増大すると、その平方根に比例して単位励磁電力P当たりの界磁束量が増大することを意味する。このことは、スロット46の空間容積の一部を使用して細い導体線からをステータ磁極43、45に巻いて、コイル51、61を形成できることを意味する。この実施形態では、コイル51、61の電流を変更することにより、トルクを変更することができる。
The direct current magnetic flux Φf is approximately N · If / R. N is the number of turns of the
(リップル電圧)
ただし、この実施形態では、セグメント21、22の移動により、コイル51、61の磁気回路の磁気抵抗が変化し、それに応じて変化する。この磁気抵抗の変化は磁束変化を生み出すため、コイル51、61に交流誘導電圧を発生させる。
コイル51、61への電流供給回路を図6に示す。91はコンデンサ、92はフライホイルダオード、93はPWM制御される電流制御用のトランジスタである。コンデンサ91は、トランジスタ93のスイッチングに伴って、コイル51、61の電圧変動を抑制する同時に、セグメント21、22の移動に伴う磁気抵抗変化による上記交流誘導電圧も吸収することができる。
(Ripple voltage)
However, in this embodiment, the movement of the
A current supply circuit to the
(変形態様)
上記実施形態1、2の変形態様を下記に説明する。
上記した直流磁束を形成するためのステータ磁極43、45に、永久磁石7、8と直流電流が流れるコイル51、61との両方を設けても良い。ただし、永久磁石の形状、配置は、公知のモータにおける永久磁石配置技術を利用して適宜変更することができる。直流磁束形成のためのステータ磁極43、45と、交流磁束を形成するためのステータ磁極42、44との間にそれぞれ、コイルが巻装された1乃至複数の追加のステータ磁極を配置することができる。これらの追加のステータ磁極には、従来のSRMと同様のタイミングで電流を流して回転磁界を形成すればよい。
(Modification)
Modifications of the first and second embodiments will be described below.
Both the
実施形態2では、永久磁石7、8を省略してコイル51、61がステータ磁極43、45に巻かれた。ステータ磁極43、45に、コイル51、61に加えて、トルク増大のタイミングで交流電流を流すための追加のコイルをそれぞれ巻いても良い。ただし、この追加のコイルは、インダクタンス低減のためにコイル51、61のターン数よりも小さいことが好適である。
上記実施形態では、ステータ磁極42、44へのコイル51、61の巻装方式としては、集中巻きの他、分布巻きとしてもよい。この場合、単相波巻きコイルとなることは明らかである。この場合、2つの単相波巻きコイルを用いることにより、コイルエンドが、ステータ磁極42、44のそれぞれ軸方向両側に形成されるようにする方が、コイルエンドの軸方向突出長の短縮のために好適である。この実施形態のRMでは、従来の交流モータと同様にコイル5、6のインピーダンスの解析によりセンサレスにて回転角の検出が可能である。
In the second embodiment, the
In the above embodiment, the winding method of the
直流磁束磁極であるステータ磁極43、45の磁極面の面積は、交流磁束磁極であるステータ磁極42、44の磁極面の面積より小さくても良い。同じく、直流磁束磁極であるステータ磁極43、45の各部の磁路直角断面積は、交流磁束磁極であるステータ磁極42、44の各部の磁路直角断面積より小さくても良い。なお、ここで言う磁極面とは、ステータ磁極42〜45のロータ対向面を言う。その理由は、ステータ磁極43、45内部や磁極面の磁束変動は小さいため、磁束密度が高くても鉄損が小さいためである。これに対してステータ磁極42、44の磁束密度はなるべく大きくしてその鉄損を低減することが好適である。その他、直流磁束を形成するステータ磁極43、45は、コイル51、61と永久磁石7、8との両方を有していても良い。この場合には、永久磁石7、8を小型化することができる。
The area of the magnetic pole faces of the stator
(実施形態3)
実施形態3のモータを図7、図8を参照して説明する。
この実施形態は、図8に示すように、図1に示す単相SRMを軸方向に3個タンデム配置したものである。11は第1の単相SRM、12は第2の単相SRM、13は第3の単相SRMである。図7に示す10は、モータの外郭をなすフレームであり、このフレーム10の周壁内周面に各単相SRM11〜13のステータ1が互いに所定ギャップを隔てて順番に固定されている。各ステータ1の間の軸方向ギャップにスペーサを介設することは当然可能である。同じく、回転軸3にも各単相SRM11〜13のロータ2が互いに所定ギャップを隔てて順番に固定されている。フレーム10は、それぞれ椀形状のフロントフレームとリアフレームとからなり、フレーム10の前端壁及び後端壁には軸受けを介して回転軸3を回転自在に支持する軸孔が設けられている。
(Embodiment 3)
A motor according to a third embodiment will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, as shown in FIG. 8, three single-phase SRMs shown in FIG. 1 are arranged in tandem in the axial direction. 11 is a first single-phase SRM, 12 is a second single-phase SRM, and 13 is a third single-phase SRM.
この実施形態の一つの重要な点は、少なくとも第1の単相SRM11のセグメント21、22が、第2の単相SRM12のセグメント21、22に対して異なる周方向位置をもつ点にある。更に説明すると、第1の単相SRM11のステータ1と第3の単相SRM13のステータ1とは、図7に示すように周方向同位置に配置されている。第2の単相SRM12のステータは、第1、第3の単相SRM11、13のステータに比べて周方向に1ステータ磁極ピッチずれて配置されている。これにより、第2の単相SRM12のコイル5、6は、第1、第3の単相SRM11、13のステータ磁極43、45に軸方向に隣接し、第1、第3の単相SRM11、13のコイル5、6は、第2の単相SRM12のステータ磁極43、45に軸方向に隣接するため、それぞれ軸方向に突出する各単相SRM11〜13のコイル5、6のコイルエンドが互いに干渉しない。このため、各単相SRM11〜13の間の軸方向ギャップを減らして、モータの軸方向長さを短縮することができる。渦電流を低減するために、ヨーク41及び各ステータ磁極42〜45は、永久磁石7、8を除いて軸方向積層電磁鋼板により構成されている。同じくセグメント21、22も軸方向積層電磁鋼板により構成されている。
One important aspect of this embodiment is that at least the
この実施形態の他の重要な点は、単相SRM11のステータ1に対するロータ2との間の位相角が、少なくとも単相SRM12と単相SRM13とで異なっている点にある。当然、単相SRM11のコイル5、6に通電する単相交流電流と、単相SRM12のコイル5、6に通電する単相交流電流との位相角も上記ロータとステータとの位相角差に併せて差を与えられている。たとえば、互いに隣接する2つのステータ磁極間のピッチを電気角90度(π/2)とし、ステータ磁極42の周方向中心位置を0度とする時、第1の単相SRM11のセグメント21が0度の位置にある時、第2の単相SRM12のセグメント21は120度(2/3π)の位置にあり、第3の単相SRM13のセグメント21は240度(4/3)の位置にある。これにより、この実施形態のモータを3相SRMとすることができる。なお、図8では、各単相SRM11〜13のセグメント21、22の周方向位置ずれは記載していない。上記と同様の方法により、2相SRMや4相SRMや更に多相のSRMを簡単に実現することができる。また、トルクリップルを低減することができ、発電機の発電電圧を整流する場合の電圧リップルも低減することができる。
Another important point of this embodiment is that the phase angle between the single-
(変形態様)
実施形態3の変形態様を下記に説明する。
上記実施形態3では、一つの単相SRMのコイル5、6を直列接続して、単相交流電流を通電したが、コイル5に流す交流電流と、それとは180度位相が異なるコイル6に流す交流電流とを別に作製してもよい。図7、図8では、コイル5、6は、オープンスロットに集中巻きコイルをはめ込んだが、爪付きのステータ磁極を用いてスロット開口を狭めても良い。
(Modification)
A modification of the third embodiment will be described below.
In the third embodiment, the single-phase SRM coils 5 and 6 are connected in series and a single-phase AC current is applied. You may produce separately with an alternating current. In FIGS. 7 and 8, the
(実施形態4)
実施形態3では、永久磁石7、8をもつステータ磁極43、45を採用したが、この実施形態4では、コイル51、61をもつ図5に示す単相SRMを図7、図8と同様にタンデム配置して、多相SRMを構成する。すなわち、図7,図8において、磁石磁極であるステータ磁極43、45を、実施形態2と同様にコイル51、61が巻かれた電流磁極とする。この場合でも、コイル51、61は直流電流通電タイプであるため、コイル5、6に比べて小型化することができる。したがって、奇数番目の単相SRMと偶数番目の単相SRMとを1磁極ピッチだけ周方向にずらすことにより、モータの軸方向長を短縮できる。更に、この実施形態では、各単相SRMのコイル51、61を直列接続して直流電源から直流電流を通電する。このようにすれば、セグメント21、22の通過により、各単相SRMのコイル51、61に誘導される各交流電圧が打ち消し合うため、各単相SRMのコイル51、61のすべてに流れる交流電流成分を減らすことができ、たとえば図6に示すコンデンサ91を省略することができる。
(Embodiment 4)
In the third embodiment, the stator
(実施形態5)
実施形態5を図9を参照して説明する。この実施形態は、既述したモータをリニアモータとして利用する移動装置を開示する。
200は移動体、201はリニアモータ、202は前側のモータ支持車輪、203は後ろ側のモータ支持車輪である。移動体200は、通常の自動車のように前後左右に車輪をもつがその図示は省略されている。この車輪は、レール又は舗装道路上を回転するが、その摩擦抵抗は小さくされている。
リニアモータ201は、長いレール形状の静止体により構成されるロータ204と、移動体をなすステータ205とからなる。モータ支持車輪202はステータ205の前端部に回転自在に支持され、モータ支持車輪203はステータ205の後端部に回転自在に支持されている。モータ支持車輪203、204はそれぞれ左右一対配置され、ロータ204の左右に配置されて前後に長く形成されたガイド路面206に接している。ただし、図9では片方のモータ支持車輪203、204とガイド路面206のみが図示されている。ロータ204は、軟鉄製のセグメント207が一定間隔で前後方向に配列された状態でコンクリート路面に固定され構成されている。
(Embodiment 5)
A fifth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment discloses a moving device that uses the motor described above as a linear motor.
The
ステータ205は、実施形態1〜4で説明したステータ1を図9の前後方向に展開した形状をもち、ロータ204の上方に僅かの電磁ギャップに隔てて配置されている。したがって、ステータ205の構造は本質的に実施形態1〜4のステータ1と同じである。ステータ205の図略のステータコイルに交流電流を通電することにより、ステータ205には前進方向又は後退方向に付勢される。ステータ205の上面には上方へ突出する突起208をもち、突起208は、移動体200の下面に凹設された穴209に遊嵌されている。穴209にはスプリング210が収容されており、スプリング210は、突起208を下方に弾性付勢している。ステータ205が前進すると、突起208は、穴209の側面を付勢するため、移動体200が前進する。ステータコイルにはロータ位置に同期した位相の交流電流を流すために、ロータ位置検出装置が用いられることは通常の同期モータと同じである。
The
(効果)
すなわち、実施形態1〜4に説明したモータをリニアモータ201とすることにより、たとえばコンクリート路面に安価な軟磁性のセグメントを一定ピッチで配置するだけでよく、少ない費用でリニアモータ輸送を実現することができる。
図9において、ロータ204の各セグメント207は、それらの上面が露出する状態で路面に完全に埋め込んでも良いことは明らかである。この場合には、リニアモータ移動体の他に通常の自動車も移動できる道路とすることができる。移動体は、電源又は発電装置を内蔵することができる他、通常の電車と同様に電線から給電することもできる。すなわち、このリニアモータは、ステータに回転自在に支持されてロータ(静止体)が固定された道路に接するギャップ保持用の車輪を有し、ステータは、ロータ(静止体)をその延在方向へ付勢可能に移動体に嵌合し、ステータは、移動体に対して上下方向に相対変位可能に保持され、スプリングによりロータ(静止体)に向けて弾性付勢され、車輪は、ロータ(静止体)とステータとの間のギャップを維持しつつ、ステータをロータ(静止体)の延在方向へ移動自在とする。これにより、移動体が受ける振動などにより、ステータとロータとの間の電磁ギャップが変化するのを良好に抑止することができる。
(effect)
That is, by using the
In FIG. 9, it is clear that the
移動体は、移動体に回転自在に支持されてロータ(静止体)側の道路に接する走行車輪(図略)をもつ自動車又は列車とすることができる。ロータのセグメントは、僅かの段差だけ道路の表面から突出してたとえばコンクリート製の道路に固定されてその上面は露出する。走行車輪及びギャップ保持用の車輪はこの道路の表面に接する。これにより、一般の自動車又は列車とこのリニアモータ車とを同一の道路上を混在させて走行させることができる。なお、リニアモータ車の走行車輪又はギャップ保持用の車輪は、道路上の静止体の両側に配置された長い金属体としてもよい。 The moving body can be an automobile or a train having traveling wheels (not shown) that are rotatably supported by the moving body and are in contact with the road on the rotor (stationary body) side. The segment of the rotor protrudes from the surface of the road by a slight step and is fixed to a road made of concrete, for example, and its upper surface is exposed. The running wheel and the gap maintaining wheel are in contact with the surface of the road. Thereby, a general car or a train and this linear motor car can be made to travel on the same road. In addition, the running wheel of the linear motor vehicle or the wheel for maintaining the gap may be a long metal body disposed on both sides of the stationary body on the road.
(実施例6)
実施例6のモータを図10及び図11を参照して説明する。
(構造)
図10は、インナーロータ型SRMの原理を説明する軸方向模式断面図を示し、図11はその径方向模式断面図を示す。1はステータ、2はロータである。ステータ1は、図11に示すように周方向一定ピッチで配列された複数のセグメント3をもつ。セグメント3は、E字状の軸方向断面形状をもち、この実施形態では、図11に示すように軟磁性鋼板を略周方向(接線方向)に積層して作製されている。図11では、5つのセグメント3が図示されている。すべてのセグメント3を総称してステータコアと称することができる。
セグメント3は、軸方向に所定距離離れて径方向に延在するステータ磁極31〜33と、軸方向に延在して各ステータ磁極31〜33の根元部すなわち径方向外端を磁気的に短絡するヨーク34と、スロット35、36とをもつ。ステータ磁極31〜33の径方向内端部は軸方向に延在する爪部をもつ。スロット35はステータ磁極31、32の間に形成され、ステータ磁極31、32とヨーク34とに囲まれており、径方向内側に開口している。スロット36はステータ磁極32、33の間に形成され、ステータ磁極32、33とヨーク34とに囲まれており、径方向内側に開口している。
各セグメント3のスロット35を周方向に貫通して所定ターン数のリングコイル4Aが巻装され、各セグメント3のスロット36を周方向に貫通して所定ターン数のリングコイル4Aが巻装されている。
ロータ2は、図略の回転軸に嵌着、固定された非磁性の基筒部6と、基筒部6の外周部に周方向所定ピッチで固定された複数のセグメント7とセグメント8とをもつ。セグメント7とセグメント8とは、後述するように軸方向及び周方向にずれて配置されている。図11は、セグメント7だけを示す。セグメント7、8は、電磁ギャップGに露出して、ステータ1のセグメント3に対面可能となっている。9はステータ磁極32の磁極面に固定された永久磁石であり、磁石9は径方向に磁化されている。ただし、図11では、磁石9は図示されていない。図10では、ロータ対向面がN極となっている。
(Example 6)
A motor of Example 6 will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
(Construction)
FIG. 10 is a schematic axial sectional view for explaining the principle of the inner rotor type SRM, and FIG. 11 is a schematic radial sectional view thereof. 1 is a stator and 2 is a rotor. The
The
A
The
図10は、セグメント7、8を模式的に示す。実際には、セグメント7、8の径方向位置は等しい。セグメント7は、ステータ磁極31、32を磁気短絡するためのセグメントであり、セグメント8は、ステータ磁極32、33を磁気短絡するためのセグメントである。耐遠心力及びイナーシャ低減が重要なセグメント7、8と基筒部6との固定状態を図12、図13を参照して説明する。図12では、基筒部6は、繊維強化樹脂により作製されており、セグメント7は、基筒部6との機械的結合性の改善のために凹部71や貫通穴72を有している。図13では、基筒部6は、アルミダイキャストにより形成されており、などの非磁性部材により一体化されており、セグメント7、8はインサート成形により基筒部6と一体化されている。
各ステータ磁極31〜33は、周方向部分低回図である図14に示すように、行列状に配置されている。すなわち、各ステータ磁極31は第1列のステータ磁極列、各ステータ磁極32は第2列のステータ磁極列、各ステータ磁極33は第3列のステータ磁極列を構成する。図14(A)において、セグメント7は第1行のステータ磁極31、32を磁気短絡しており、セグメント8は第2行のステータ磁極32、33を磁気短絡している。つまり、セグメント7とセグメント8とは、周方向に1ステータ磁極ピッチ、軸方向に1ステータ磁極ピッチずれて配置されている。結局、ステータ磁極31、33は、既述した交番磁極であり、ステータ磁極32は、既述した直流磁極を構成している。
FIG. 10 schematically shows the
The stator
(動作説明)
図14を参照してこのモータの動作を説明する。発電機とモータとは本質的に同じであり、発電作用が生じるということはそれと逆の電流をステータコイルに通電することにより電動トルクが発生するため、以下、発電動作を説明する。なお、このモータの動作機構は、実施例1のモータのそれと本質的に同じである。
図14(A)において、直流磁極であるステータ磁極32が発生する大きな磁束がセグメント7、8に軸方向に流れ、ステータ磁極31、33には大きな磁束が流れ、リングコイル4A、4Bは大きな磁束と鎖交している。図14(B)では、リングコイル4A、4Bは磁束と鎖交しない。図14(C)では、リングコイル4A、4Bは大きな磁束と逆向きに鎖交する。結局、セグメント7、8が図14(A)〜図14(C)に移動すると、単相交流電流の電気角πの波形がリングコイル4A、4Bにそれぞれ発生する。結局、リングコイル4A、4Bを電流向きを併せて直列接続すれば、単相交流電流を発電できることがわかる。また、磁石9を用いて磁束を作るため、励磁電流発生機構が不要であり、モータをコンパクト化し、効率を向上できることがわかる。詳しい説明は実施例1の動作説明を参照されたい。
(Description of operation)
The operation of this motor will be described with reference to FIG. The generator and the motor are essentially the same, and the fact that the power generation action occurs means that an electric torque is generated by applying a current opposite to that to the stator coil. Therefore, the power generation operation will be described below. The operating mechanism of this motor is essentially the same as that of the motor of the first embodiment.
In FIG. 14A, a large magnetic flux generated by the stator
(変形態様)
リングコイル4A、4Bの代わりに各ステータ磁極31、33に個別にコイルを集中巻きしてもよい。交番磁極である各ステータ磁極31を輪板状に一体に形成してもよく、交番磁極である各ステータ磁極33を輪板状に一体に形成してもよい。ただし、薄肉鋼板積層による渦電流の低減及びロータの軽量化の観点からは、ステータ磁極31、33の一体化は好ましくない。直流磁極である各ステータ磁極32に固定する各磁石9は、薄肉の円筒形状に形成し、周方向電気角πピッチで交互に逆向きに着磁することが好適である。これにより、磁石9の脱落防止及び部品点数の削減及び組み付けの簡素化を実現することができる。図14では、ロータ2のセグメント7、8の周方向幅を図面理解の容易化のために狭く図示したが、実際には、ステータ磁極31〜33の周方向幅と略等しくすることが好適である。
(Modification)
Instead of the ring coils 4A and 4B, the coils may be individually wound around the stator
(実施例7)
実施例7のモータを図15〜図16を参照して説明する。このモータは、図10〜図11に示す実施例6の磁石9を省略し、その代わりに直流磁極32に界磁コイル40を巻いた点をその特徴がある。界磁コイル40とリングコイル4A、4Bとは、図15に示すように軸方向に隣接させてもよく、図16に示すように軸方向に隣接させてもよい。周方向に隣接する2つの界磁コイル40は逆向きの界磁束Φを形成する。なお、Ifは界磁電流、Iはリングコイル7の電流、−Iはリングコイル8の電流である。
(変形態様)
図15、図16に示す界磁コイル40と実施例6の磁石9とを一緒に用いても良い。この場合、磁石9がバイパス磁路をもつことが好適である。このバイパス磁路の磁束は界磁コイル40により変更することができ、全体として直流磁極がロータ2のセグメントに与える磁束量を界磁コイル40により調整することができる。また、界磁コイル40は、各ステータ磁極32に集中巻きする他、各ステータ磁極32に波巻きしてもよい。
(Example 7)
A motor of Example 7 will be described with reference to FIGS. This motor is characterized in that the
(Modification)
The
(実施例8)
実施例8のモータを図17を参照して説明する。このモータは、実施例6〜8において、交番磁極の位置と直流磁極の位置とを変更したものである。更に説明すると、ステータ磁極31、33は直流磁極とされ、ステータ磁極32は交番磁極とされる。周方向奇数番目のステータ磁極31、33と周方向偶数番目のステータ磁極31、33とは逆向きに磁化されている。なお、図17では、周方向同位置のステータ磁極31、33は同一方向に磁化されているが、その代わりに、周方向同位置のステータ磁極31、33を逆方向に磁化してもよい。
(実施例9)
実施例9のモータを図18を参照して説明する。このモータは、実施例8において、交番磁極及び直流磁極の位置を変更したとを変更したものである。更に説明すると、直流磁極は、市松模様に配置され、各直流磁極の磁束方向を同じとされている。
(Example 8)
A motor of Example 8 will be described with reference to FIG. This motor is obtained by changing the position of the alternating magnetic pole and the position of the DC magnetic pole in Examples 6 to 8. More specifically, the stator
Example 9
A motor of Example 9 will be described with reference to FIG. This motor is obtained by changing the positions of the alternating magnetic pole and the DC magnetic pole in the eighth embodiment. More specifically, the DC magnetic poles are arranged in a checkered pattern, and the magnetic flux directions of the DC magnetic poles are the same.
(実施例10)
実施例10のモータを図19、図20を参照して説明する。図19、図20は、図10、図11に示すインナーロータ型のモータをアウターロータ型に変更したものである。このアウターロータ型のモータは、アウターロータを、その非磁性のホィール部分の内周部分に小型のセグメント7、8を固定するだけでよく、アウターロータの小型軽量化と堅牢化とを実現することができる他、リングコイル4A、4Bの巻線作業を容易化できる効果をもつ。なお、リングコイルの代わりに、各ステータ磁極に個別にステータコイルの各相コイルを個別に巻装してもよい。なお、図19、図20は、図10、図11とほぼ基本構造が同じであるため、各符号の一部は省略されている。なお、図10、図20において、t1、t2は時点を示し、t1とt2とは、電気角π離れている。更に、この明細書に記載された他のインナーロータモータを同様に、アウターロータ構造に変更することは当然可能である。
(Example 10)
The motor of Example 10 will be described with reference to FIGS. FIGS. 19 and 20 are obtained by changing the inner rotor type motor shown in FIGS. 10 and 11 to an outer rotor type. In this outer rotor type motor, it is only necessary to fix
(実施例11)
実施例11のモータを図21、図22を参照して説明する。
この実施例11は、実施例6〜10に示すリラクタンスモータにおいて、ステータ磁極を軸方向に互いに所定間隔隔てて7個配置したものである。すなわち、ステータ1のセグメント3は、軸方向に延在するヨーク30と、7本のステータ磁極31〜37を有し、各ステータ磁極31〜37の間のスロットにリングコイル4A〜4Fを個別に収容した点にその特徴がある。リングコイル4A〜4Fには6相の交流電流が通電される。ただし、各相のリングコイルの位置は自由である。図21では、互いに電気角π離れた2つのリングコイル(たとえば4Aと4B)を軸方向に隣接配置している。
ロータ2は、セグメント7U、7V、7Wと、セグメント8U、7V、7Wとを周方向に電気角π離れて有する。セグメント7U、8Uは軸方向に1ステータ磁極ピッチ離れて配置され、セグメント7V、8Vは軸方向に1ステータ磁極ピッチ離れて配置され、セグメント7W、8Wは軸方向に1ステータ磁極ピッチ離れて配置されている。セグメント7U、7V、7Wは周方向同じ位置に配置され、セグメント8U、7V、7Wは周方向同じ位置に配置されている。セグメント7U、8Uはステータ磁極31〜33とともに実施例6〜10で説明した単相モータを構成し、セグメント7V、8Vもステータ磁極33〜35とともに実施例6〜10で説明した単相モータを構成し、セグメント7W、8Wはステータ磁極35〜37とともに実施例6〜10で説明した単相リラクタンスモータを構成している。
(Example 11)
A motor of Example 11 will be described with reference to FIGS.
In Example 11, seven reluctance motors shown in Examples 6 to 10 are arranged with seven stator magnetic poles spaced apart from each other in the axial direction. That is, the
The
各単相リラクタンスモータのロータ用セグメントとステータ磁極との周方向相対位置関係が変更され、同時に、リングコイル4A、4Bに通電するU相電流と、リングコイル4C、4Dに通電するV相電流と、リングコイル4E、4Fに通電するW相電流との位相差が4π/3だけずれている。つまり、これら3つの単相リラクタンスモータの位相は4π/3だけ異なっている。このようにすれば、3相モータを実現することができる。各単相リラクタンスモータの回転動作は、既述した実施例6〜10と同一原理で実現することができる。 The circumferential relative positional relationship between the rotor segment of each single-phase reluctance motor and the stator magnetic pole is changed, and at the same time, the U-phase current energized in the ring coils 4A and 4B and the V-phase current energized in the ring coils 4C and 4D The phase difference from the W-phase current energized in the ring coils 4E and 4F is shifted by 4π / 3. That is, the phases of these three single-phase reluctance motors differ by 4π / 3. In this way, a three-phase motor can be realized. The rotation operation of each single-phase reluctance motor can be realized by the same principle as in the previously described Examples 6 to 10.
上記した3つの単相リラクタンスモータのロータ用セグメントとステータ磁極との周方向相対位置関係は、ロータ用のセグメント7U、7V、7Wの周方向位置を一致させ、ステータ磁極31〜37の周方向位置を周方向に4π/3だけずらして実現することができる。この一態様を図22に示す。ただし、図22では、ステータ磁極31、33、35、37をそれぞれ輪板状の共通の交番磁極とし、ステータ磁極32、34、36を直流磁極としている。もちろん、ステータ磁極31、33、35、37をそれぞれ個別に分割して、実施例6〜11のステータ磁極31〜33と同様に形成してもよい。
その他、上記した3つの単相リラクタンスモータのロータ用セグメントとステータ磁極との周方向相対位置関係は、各単相リラクタンスモータのステータ磁極31〜37の周方向位置を一致させ、ロータ用のセグメント7U、7V、7Wを周方向に4π/3だけ周方向にずらす形成しても良い。
変形態様を図24を参照して説明する。図24では、ステータコイルは、交番磁極31に巻かれたU相コイル41と、交番磁極33に巻かれたV相コイル42と、交番磁極35に巻かれたW相コイル41と、交番磁極37に巻かれたU相コイル44とからなる。また、軸方向偶数番目のステータ磁極は、磁石9をもつ直流磁極となっている。図24のモータも3相リラクタンスモータとして動作することができる。
The circumferential relative positional relationship between the rotor segments and the stator magnetic poles of the three single-phase reluctance motors described above matches the circumferential positions of the
In addition, the circumferential relative positional relationship between the rotor segments of the three single-phase reluctance motors described above and the stator magnetic poles matches the circumferential positions of the stator
A modification will be described with reference to FIG. In FIG. 24, the stator coil includes a
(変形態様)
変形態様を図23、図25を参照して説明する。図25では、図21に示す3相モータにおいて、リングコイル4A〜4Fの相配列を変更した点にその特徴がある。更に説明すると、この実施例では、軸方向へU相、−V相、W相、−U相、V相、−W相の順に配列されている。奇数番目のステータ磁極31、33、35、37は交番磁極、偶数番目のステータ磁極32、34、36は直流磁極とされている。この場合には、軸方向に隣接するロータ2のセグメント7U、7V、7W、8U、8V、8Wを周方向に密着させることができる。この態様を図23に示す。図23では、合計6つのセグメント7U、7V、7W、8U、8V、8Wは互いに隣接して一体化されて共通セグメント70を構成している。この共通セグメント70は、軸方向に延在する薄鋼板を周方向に積層して形成されている。周方向に電気角2πピッチで配置されている。周方向空隙幅を増大させた単相モータを図26に示す。図26(A)と図26(B)とは、電気角π/2ずれた状態を示す。
(Modification)
A modification will be described with reference to FIGS. FIG. 25 is characterized in that the phase arrangement of the ring coils 4A to 4F is changed in the three-phase motor shown in FIG. More specifically, in this embodiment, the U phase, -V phase, W phase, -U phase, V phase, and -W phase are arranged in the axial direction in this order. The odd-numbered stator
(実施例12)
実施例12のモータを図27を参照して説明する。
図27は、ステータ磁極31〜34により構成した3相モータを示す図である。ステータ磁極31、32の間にはU相電流が流れるリングコイルであるU相コイル4Aが収容されている。ステータ磁極32、33の間にはV相電流が流れるリングコイルであるV相コイル4Bが収容されている。ステータ磁極33、34の間にはW相電流が流れるリングコイルであるW相コイル4Cが収容されている。軸方向奇数番目のステータ磁極31、33は交番磁極であり、軸方向偶数番めのステータ磁極32、34は直流磁極である。7Uはステータ磁極31、32を磁気短絡するセグメント、7Vはステータ磁極32、33を磁気短絡するセグメント、7Wはステータ磁極33、34を磁気短絡するセグメントである。セグメント7U、7V、7Wは、周方向に電気角4π/3だけ周方向にずれている。周方向奇数行201、203、205のステータ磁極32、34と、周方向偶数行202、204のステータ磁極32、34とは、逆向きに磁化されている。
Example 12
A motor of Example 12 will be described with reference to FIG.
FIG. 27 is a view showing a three-phase motor constituted by stator
セグメント7U、7V、7Wの回転とともに、U相コイル4A、V相コイル4B、W相コイル4Cには、発電機として用いる場合に逆起電圧が発生する。このことは、この逆起電圧と反対向きに通電することにより、モータ動作を実現できることを意味する。このようにすれば、簡素な構造の三相リラクタンスモータを実現することができる。なお、セグメント7U、7V、7Wを一体に連結してもよい。
Along with the rotation of the
(実施例13)
実施例13のモータを図28を参照して説明する。
この実施例13は、図27に示す実施例12のステータ磁極配列において、直流磁極の配列を変更したものである。更に説明すると、図27では、同一のステータ磁極行の各直流磁極は軸方向に極性交互に磁化されている。たとえば、ステータ磁極行201のステータ磁極32とステータ磁極34とは逆向きに磁化されている。これに対して、この実施形態では、図28に示すように、同一のステータ磁極行の各直流磁極はすべて同一向きに磁化され、同一のステータ磁極列の周方向に隣接する2つのステータ磁極は逆向きに磁化されている。たとえば、ステータ磁極行201、203のステータ磁極31、磁極33のロータ対向面すなわち磁極面はN極であり、ステータ磁極行202、204のステータ磁極31、磁極33のロータ対向面すなわち磁極面はS極となっている。ロータ2の各相のセグメント7U、7V、7Wの空間配置は、図27と本質的に同じであるので、図28では図示を省略する。
(Example 13)
A motor of Example 13 will be described with reference to FIG.
The thirteenth embodiment is obtained by changing the arrangement of the DC magnetic poles in the stator magnetic pole arrangement of the twelfth embodiment shown in FIG. More specifically, in FIG. 27, each DC magnetic pole of the same stator magnetic pole row is magnetized alternately in the axial direction. For example, the stator
この場合でも、各相の軟磁性のセグメント7U、7V、7Wが周方向に移動すると、リングコイル4A〜4C(図27を参照されたい)には、それぞれ120度位相差が生じる誘起電圧が発生する。これは、リングコイル4A〜4Cと鎖交する磁束がセグメント7U、7V、7Wの電気角πピッチの移動により反転するためである。したがって、既述したように、リングコイル4A〜4Cに各誘起電圧と逆の相電圧を印加することにより、伝導駆動が可能であることを意味する。
(変形態様)
変形態様を図29に示す。この態様は、図23に示す直流磁極の配列を上記と同様に変更したものである。すなわち、図29では、各ステータ磁極行の磁束方向は同じとされている。
Even in this case, when the soft
(Modification)
A modification is shown in FIG. In this aspect, the arrangement of the DC magnetic poles shown in FIG. 23 is changed in the same manner as described above. That is, in FIG. 29, the magnetic flux directions of the stator magnetic pole rows are the same.
(実施例14)
実施例14のモータを図30、図31を参照して説明する。
この実施例14は、図27に示す実施例13の直流磁極32、34を交番磁極に変更した点にその特徴がある。つまり、この実施形態では、すべてのステータ磁極31〜34が交番磁極、すなわち軟磁性の磁極となっている。ただし、この実施形態では、ステータ磁極31〜33の周方向密度は、図27に示す実施例13の半分となっている。ステータ磁極31〜33の周方向幅は電気角π/2未満とされている。
図27のセグメント7U、7V、7Wは一体に形成されて共通セグメント70となっている。共通セグメント70は、互いに周方向に電気角π離れて配置されている。ロータ2の共通セグメント70の周方向中心位置であるq軸におけるインダクタンスLqと、q軸と電気角π/2離れた周方向位置であるd軸におけるインダクタンスLdとは、大きく異なるため、リラクタンストルク(Lq−Ld)IqIdを発生させることができる。このようにすれば、簡素な構造の3相純リラクタンスモータを実現することができる。
(変形態様)
上記と同様に、7ステータ磁極構造のステータ磁極配列(たとえば図24を参照されたい)の直流磁極(図24では32,34、36)を交番磁極に変更することにより、7ステータ磁極構造の3相純リラクタンスモータも同様に実現することができる。
(Example 14)
A motor of Example 14 will be described with reference to FIGS.
Example 14 is characterized in that the DC
The
(Modification)
Similarly to the above, by changing the DC magnetic poles (32, 34, 36 in FIG. 24) of the stator magnetic pole arrangement (see FIG. 24, for example) of the 7 stator magnetic pole structure to alternating magnetic poles, A phase pure reluctance motor can be similarly realized.
(実施例15)
実施例15のモータを図32を参照して説明する。
この実施例15は、上記で説明した実施例6〜14のモータのロータ2のセグメント(たとえば7、8)の形状を変更したものである。実施例6〜14では、ロータ2のセグメント(たとえば7、8)は、軸方向及び径方向に延在する平板状の鋼板とされていた。同様に、ステータ磁極(たとえば31〜34)も、図10、図11に示すように軸方向及び径方向に延在する平板状の鋼板を周方向(接線方向)に積層して作製されていた。これに対して、この実施形態では、周方向に波形に湾曲した波板鋼板300を周方向(接線方向)に積層してロータ2やステータ磁極のセグメントを構成している。このようにすると、ロータ2の周方向の曲げ剛性を強化することができ、ロータ2の振動を低減することができる。ロータ2の波形鋼板の形状に合わせて、ステータ磁極の形状も波形とすることができる。
(Example 15)
A motor of Example 15 will be described with reference to FIG.
In the fifteenth embodiment, the shape of the segments (for example, 7, 8) of the
(変形態様)
変形態様を図33に示す。この態様では、三角形状に折れ曲がった鋼板300によりロータ2のセグメントを構成している。その他、ロータ2のセグメントをレンズ形に軽く湾曲させても良い。
(実施例16)
実施例16のモータを図34を参照して説明する。
この実施例16は、図11に示す実施例6〜15のモータのロータ2のセグメント(たとえば7、8)を構成する鋼板の形状にその特徴がある。300は、ロータ2のセグメント7を構成する鋼板であり、400は、ステータ磁極31を構成する鋼板である。合計10枚の各鋼板300は同じ形に成形され、合計10枚の各鋼板400は同じ形に成形されている。鋼板300、400は、セグメント7、31の周方向中心部において径方向においてほぼ同じ位置に配置され、セグメント7、31の周方向両端部において径方向において円形の電磁ギャップGに近付く向きに相対的に大きくずれている。各鋼板300、400をこのように配置することにより、同形の鋼板300、400を用いて、ロータ2のセグメント7とステータ磁極31との間の電磁ギャップGの幅を略等しくすることができる。
(Modification)
A modification is shown in FIG. In this aspect, the segment of the
(Example 16)
A motor of Example 16 will be described with reference to FIG.
This Example 16 is characterized by the shape of the steel plate constituting the segments (for example, 7 and 8) of the
(実施例17)
実施例17を図35を参照して説明する。この実施例17は、上記各実施例で説明したリラクタンスモータのロータを電動ターボチャージャのラジアルコンプレッサに一体化した点にその特徴がある。更に具体的には、この以下、具体的に説明する。800はラジアルコンプレッサ、900はモータである。ラジアルコンプレッサ800は、ケーシング801と、回転軸6に嵌着されてケーシング801内に回転自在に収容された回転翼車802とからなる。ラジアルコンプレッサ自体は良く知られているため、簡単に説明する。
回転翼車802は、回転軸6に固定された軸方向断面が略円錐形の円盤部803と、円盤部803の前端面から略放射状に突出する多数の遠心翼部(翼部)804とからなる。回転翼車802は、非磁性合金(たとえばアルミ合金)からなる。
(Example 17)
Example 17 will be described with reference to FIG. This embodiment 17 is characterized in that the rotor of the reluctance motor described in each of the above embodiments is integrated with a radial compressor of an electric turbocharger. More specifically, this will be specifically described below. 800 is a radial compressor, and 900 is a motor. The
The
ケーシング801は、空気を遠心翼部804の径内側の端部に導入する流入口805と、高速の空気流が遠心翼部804の径外側の端部から流入する吐出口をなすリング状のディフユーザ筒部806と、遠心翼部804の先端に沿いつつ延在する隔壁部807と、後述するモータのステータが固定されるステータ固定部808とを有している。ケーシング801は、非磁性合金(たとえばアルミ合金)からなる。
モータ900は、ケーシング801のステータ固定部808に固定されて回転軸6の周りに周方向所定ピッチで配列された多数のステータ部分コア901と、円盤部803の背面に固定されて回転軸6の周りに周方向所定ピッチで配列された多数のセグメント910、911からなるロータ902とを有している。ステータ部分コア901は及びロータ902は、軟磁性材料により構成されている。各ステータ部分コア901は本発明で言うステータコアを構成している。
The
The
一つのステータ部分コア901は、径方向最外側のステータ磁極903と、径方向中間位置のステータ磁極904と、径方向最内側のステータ磁極905と、これらステータ磁極903〜905の根元部を磁気的に連結するヨーク906とにより構成されている。ステータ部分コア901は周方向に所定幅をもち、各ステータ部分コア901は、周方向に所定ピッチでリング状に配列されている。
ステータ磁極903、904は、径方向に所定のギャップだけ離れている。907は、リングコイルである第1相のステータコイルであって、各ステータ部分コア901のステータ磁極903、904の間の上記ギャップを貫通して、回転軸6の周りにリング状に配置されている。
One stator
The stator
ステータ磁極904、905は、径方向に所定のギャップだけ離れている。908は、リングコイルである第2相のステータコイルであって、各ステータ部分コア901のステータ磁極904、905の間の上記ギャップを貫通して、回転軸6の周りにリング状に配置されている。中間のステータ磁極904には、このステータ磁極904を直流磁極とするための界磁コイル(図35にて黒く塗られた部分)909が巻装されている。ステータ磁極903、905は、交番磁極をなす。リングコイルであるステータコイル906、907には、逆相の交流電圧が印加される。
The stator
この実施例では、ロータ902は、円盤部803の背面から軸方向後方に突出して、ステータ磁極903とステータ磁極904との間のギャップを周方向に通過可能な軟磁性のセグメント910と、円盤部803の背面から軸方向後方に突出して、ステータ磁極904とステータ磁極905との間のギャップを周方向に通過可能な軟磁性のセグメント911とからなる。
セグメント910は、ステータ磁極903又は904の周方向幅に略等しい周方向幅をもつ。セグメント911は、ステータ磁極904又は905の周方向幅に略等しい周方向幅をもつ。この実施形態では、ステータ部分コア901及びセグメント910、911を軟磁性粉末焼結体により構成したが、鋼板を周方向に積層して構成してもよい。セグメント910、911は、回転翼車802にインサート成形により植設されている。
In this embodiment, the
The
図35に示すように、セグメント910、911の径方向幅は、軸方向後方に向けて狭くなっており、ステータ磁極903〜905の径方向幅は、軸方向後方に向けて広くなっている。ステータ磁極903〜905とセグメント910、911との間の電磁ギャップは、径方向及び軸方向に対して斜めに傾斜しており、この電磁ギャップの最小幅は略一定となっている。
セグメント910とセグメント911とは、周方向に電気角π離れて配置されている。ステータ磁極903〜905は、径方向に直線上に並んでいる。セグメント910がステータ磁極903、904の間に存在する時、ステータ磁極903、904、ヨーク906を順次通過する磁気回路の磁気抵抗が小さくなり、ステータコイル907のインダクタンスは増大する。セグメント910がステータ磁極903、904の間に存在しない時、ステータ磁極903、904、ヨーク906を順次通過する磁気回路の磁気抵抗が大きくなり、ステータコイル907のインダクタンスは減少する。同じく、セグメント911がステータ磁極904、905の間に存在する時、ステータ磁極904、905、ヨーク906を順次通過する磁気回路の磁気抵抗が小さくなり、ステータコイル908のインダクタンスは増大する。セグメント910がステータ磁極904、905の間に存在しない時、ステータ磁極904、905、ヨーク906を順次通過する磁気回路の磁気抵抗が大きくなり、ステータコイル908のインダクタンスは減少する。したがって、ステータ磁極904に巻回された界磁コイル909に直流電流を通電することにより、ステータ磁極904を流れる直流磁束は、セグメント910側に流れたり、セグメント911側に流れたりする。
As shown in FIG. 35, the radial width of the
The
明らかに、このモータ900は、第3発明を説明する上記実施例のステータとロータとを90度回転させたモータに相当するため、動作の詳細や変形形態は、既述した実施例で説明した第3発明のモータに等しい。ただし、この実施形態では、ロータをなすセグメント910、911をステータ磁極903〜905の間に挿入して電磁ギャップ面積を増大させているため、インダクタンスを稼いだ分だけ、電流を減らすことができる。図35に示すステータ磁極とロータのセグメントとのペアを、90度回転させて、第3発明のモータを構成し、その斜め電磁ギャップによりインダクタンスを増大して必要電流を低減することは可能である。図35では、ケーシング801により各ステータ磁極の前端面以外を包んだが、ケーシング801に固定された中間部材を通じて、ステータ部分コア901をケーシング801と一体化させてもよい。その他、上記した第3発明のモータにおいて、各ステータ部分コアにステータコイルを集中巻きして多相モータとしてもよい。更に、第3発明のモータ以外のモータのロータを図35と同様に、回転翼車802の円盤部803の背面に固定し、それに対面して回転磁界形成用のステータコイルを配置してもよい。
Obviously, the
(変形態様)
変形態様を図36を参照して説明する。
図35では、ステータ磁極903〜905とロータ902との間の電磁ギャップを斜めに設けたが、この電磁ギャップを径方向に延在させても良い。この電磁ギャップを径方向に延在させたモータは、アキシャルギャップモータとして公知である。このアキシャルギャップモータをラジアルコンプレッサ800の駆動に用いると、モータの軸方向幅を短縮してモータ軸長を短縮することができるため、図35に示す電動ラジアルコンプレッサの軸方向必要長を更に短縮することができる。このアキシャルギャップモータを用いた電動ラジアルコンプレッサを図36を参照して説明する。
図36は、ラジアルコンプレッサ800の円盤部803の背面に固定されたセグメント910、911と、ステータ磁極903〜905との間の電磁ギャップGが径方向に延在するリラクタンスモータ900をアキシャルギャップモータとしたものである。
(Modification)
A modification will be described with reference to FIG.
In FIG. 35, the electromagnetic gap between the stator
FIG. 36 shows an axial gap motor as a
ロータ902をなすセグメント910、911は、それぞれ径方向に延在している。もちろん、セグメント910とセグメント911とは、周方向に電気角πだけずれている。このモータ900は、既述した第3発明のモータ900の実施例を90度だけ回転させただけであるため、これ以上の説明は省略する。
アキシャルギャップモータのロータをラジアルコンプレッサ800の回転翼車802の背面に固定することにより、この電動ラジアルコンプレッサの軸長を大幅に縮小できることが理解される。
The
It is understood that the axial length of the electric radial compressor can be greatly reduced by fixing the rotor of the axial gap motor to the back surface of the
なお、通常のラジアルコンプレッサや電動ターボチャージャはスラスト軸受けをもつため、アキシャルギャップモータで問題となるその電磁ギャップの幅を保持する問題は問題なく解決される。ロータが回転翼車802の背面に固定されたアキシャルギャップモータでは、その電磁ギャップGを空気流れが径方向に流れるため、良好にロータやステータ磁極を冷却することができ、空気をラジアルコンプレッサ800を通じて外部に排出することができる。特に、径方向に延在するセグメント910、911は一種の遠心翼をなすため、セグメント910、911から径方向外側に排出される空気の速度エネルギーをディフユーザにて有効に利用することもできる。
(変形態様)
上記した図35、図36では、軟磁性のセグメント910、911が回転翼車802の背面に固定されたリラクタンスモータ900の例を説明したが、非磁性導電性金属からなる回転翼車802は、明らかにかご形誘導モータの二次コイルを兼ねることができる。既述したこの実施形態のモータ一体型ラジアルコンプレッサは、電動ターボチャージャや電動マイクロガスタービンのコンパクト化とイナーシャ低減に有効である。
Since a normal radial compressor or electric turbocharger has a thrust bearing, the problem of maintaining the width of the electromagnetic gap, which is a problem with an axial gap motor, can be solved without problems. In the axial gap motor in which the rotor is fixed to the back surface of the
(Modification)
In FIGS. 35 and 36 described above, an example of the
(実施形態18)
実施形態1(図1〜図4)で説明した4つのステータ磁極と2つのセグメント21、22とをもつリラクタンスモータの変形態様として、8つのステータ磁極と4つのセグメント(低磁気抵抗部)とをもつ実施形態18を図37〜図40を参照して説明する。
(構造)
この実施例18のモータは、図略のハウジングに固定されたステータ1010と、ステータ1010の内側に収容されたロータ1001とからなる。ステータ1010は、4つの直流磁極1012、1013と、4つの交番磁極1014〜1017と、それらを磁気的に接続する円筒状のヨーク1011とからなる積層電磁鋼板製のステータコアと、交番磁極1014〜1017に巻装されたステータコイルCとからなる。
(Embodiment 18)
As a modification of the reluctance motor having the four stator magnetic poles and the two
(Construction)
The motor of the eighteenth embodiment includes a
直流磁極1012、1013は、永久磁石Mを有している。永久磁石Mは直流磁極1012の先端面をN極とし、直流磁極1013の先端面をS極とする。なお、図面では、スロットにもSの符号を付しているが、ステータ磁極間の隙間であるスロットと直流磁極との区別は周知である。直流磁極1012、1013の間に交番磁極1014〜1017が一つづつ配置されている。この実施形態では、ステータコイルCは、交番磁極1014、1016に巻装された第1相コイルと、交番磁極1015、1017に巻装された第2相コイルとからなる。この実施形態では、第1相コイルに第1相の交流電圧が印加され、第2相コイルには第2相の交流電圧が印加される。交番磁極1014〜1017と直流磁極1012、1013とは、8つのステータ磁極である。ロータ1001は、回転軸に嵌着された非磁性金属製の支持筒部1002と、支持筒部1002に固定された積層電磁鋼板製の4つのセグメント1003a、1003b、1004a、1004bと、樹脂スペーサ1006からなる。
The DC
支持筒部1002は、円筒部分と、この円筒部分から略90度ごとに径方向外側に突出する4個の径方向突出部分とからなる。セグメント1003a、1003b、1004a、1004bは、互いに周方向に隣接する2つの径方向突出部分の間に配置されている。図示省略されているが、実際には、径方向突出部分は、セグメント1003a、1003b、1004a、1004bの側面に凹凸嵌合して、セグメント1003a、1003b、1004a、1004bを機械的に支持している。非磁性の樹脂スペーサ1006は風損低減のために径方向突出部分に隣接して配置されている。この実施形態では、直流磁極1012、1013及び交番磁極1014〜1017の先端の周方向幅はほぼ等しく形成されている。
The
セグメント1003a、1003bは互いに180度離れて配置され、セグメント1004a、1004bは互いに180度離れて配置され、セグメント1003a、1003b、1004a、1004bは略円弧状に形成されて互いに略90度離れて配置されている。セグメント1004a、1004bのステータ対向面は、2つのステータ磁極のロータ対向面の周方向幅と2つのステータ磁極間のスロットの周方向幅との和より短い周方向幅をもつ。セグメント1003a、1003bのステータ対向面は、2つのステータ磁極のロータ対向面の周方向幅と1つのスロットの周方向幅の和より大きく、かつ、2つのステータ磁極のロータ対向面の周方向幅と2つのスロットの周方向幅の和との合計よりも小さい周方向幅をもつ。なお、スロットとは、互いに隣接する2つのステータ磁極の間のコイル収容隙間である。
The
(動作)
次に、図37〜図40を参照してこのモータの動作を説明する。まず、図37の状態を説明する。ステータコイルCへの通電により、交番磁極1014、1016はS極とされ、交番磁極1015、1017はN極とされている。周方向幅が短いセグメント1003a、1003bを通過する磁束を最大とするため、セグメント1004a、1004bの周方向中心は、スロットの周方向中心と一致して安定している。その結果、長い周方向幅をもつセグメント1004a、1004bの時計方向向きの先端は、直流磁極1013よりも時計方向に隣接するスロットに突出している。セグメント1004a、1004bの反時計方向向きの先端は、交番磁極1015、1017の反時計方向端部にほぼ一致している。セグメント1003a、1003bを流れる磁束はこの位置にて十分に流れるため、セグメント1003a、1003bに働く周方向への磁気吸引力は小さい。
(Operation)
Next, the operation of this motor will be described with reference to FIGS. First, the state of FIG. 37 will be described. By energizing the stator coil C, the alternating
次に、図37においてステータコイルCへの通電により、交番磁極1014、1016はN極とされ、交番磁極1015、1017はS極とされる(図38参照)。対面する直流磁極1012と交番磁極1014、1016がN極となるので、セグメント1004a、1004bは不安定となる。同じく、対面する直流磁極1013と交番磁極1015、1017がS極となるので、セグメント1003a、1003bは不安定となる。しかし、セグメント1003a、1003bの時計方向先端部はスロットに飛び出しているため、このセグメント1003a、1003bの時計方向先端部は、時計方向に隣接する交番磁極1014、1016に磁気的に吸引され、これにより、セグメント1003a、1003bには時計方向へのスラストが生じ、ロータ1001は90度回転して図38の状態となる。
Next, in FIG. 37, by energizing the stator coil C, the alternating
次に、図38においてステータコイルCへの通電により、交番磁極1014、1016はS極とされ、交番磁極1015、1017はN極とされる(図39参照)。対面する直流磁極1012と交番磁極1015、1017がN極となるので、セグメント1004a、1004bは不安定となる。同じく、対面する直流磁極1013と交番磁極1014、1016がS極となるので、セグメント1003a、1003bは不安定となる。しかし、セグメント1003a、1003bの時計方向先端部はスロットに飛び出しているため、このセグメント1003a、1003bの時計方向先端部は、時計方向に隣接する直流磁極1012に磁気的に吸引され、これにより、セグメント1003a、1003bには時計方向へのスラストが生じ、ロータ1001は90度回転して図39の状態となる。
Next, in FIG. 38, by energizing the stator coil C, the alternating
次に、図39においてステータコイルCへの通電により、交番磁極1014、1016はN極とされ、交番磁極1015、1017はS極とされる(図40参照)。対面する直流磁極1012と交番磁極1014、1016がN極となるので、セグメント1003a、1003bは不安定となる。同じく、対面する直流磁極1013と交番磁極1015、1017がS極となるので、セグメント1004a、1004bは不安定となる。しかし、セグメント1003a、1003bの時計方向先端部はスロットに飛び出しているため、このセグメント1003a、1003bの時計方向先端部は、時計方向に隣接する交番磁極1015、1017に磁気的に吸引され、これにより、セグメント1003a、1003bには時計方向へのスラストが生じ、ロータ1001は90度回転して図40の状態となる。
次に、図40においてステータコイルCへの通電により、交番磁極1014、1016はS極とされ、交番磁極1015、1017はN極とされる(図37参照)。対面する直流磁極1012と交番磁極1015、1017がN極となるので、セグメント1003a、1003bは不安定となる。同じく、対面する直流磁極1013と交番磁極1014、1016がS極となるので、セグメント1004a、1004bは不安定となる。しかし、セグメント1003a、1003bの時計方向先端部はスロットに飛び出しているため、このセグメント1003a、1003bの時計方向先端部は、時計方向に隣接する直流磁極1013に磁気的に吸引され、これにより、セグメント1003a、1003bには時計方向へのスラストが生じ、ロータ1001は90度回転して図37の状態となる。
Next, in FIG. 39, by energizing the stator coil C, the alternating
Next, in FIG. 40, by energizing the stator coil C, the alternating
結局、この実施形態では、セグメント1003a、1003bの周方向幅をセグメント1004a、1004bとの周方向幅よりも短くしているため、セグメント1003a、1003bの磁束通過量が最大位置となる点でロータ1001が停止し、この状態で、セグメント1004a、1004bの時計方向先端部と次のステータ磁極との間の磁気抵抗がセグメント1004a、1004bの反時計方向先端部と次のステータ磁極との間の磁気抵抗よりも小さいため、コイル通電方向を変更した時点のロータ回転方向を決定することができる。
なお、上記で言うステータ磁極はいわゆるティースである。また、この実施形態では直流磁極として永久磁石をステータ磁極の内端面に設けた磁石磁極を用いたが、永久磁石をステータ磁極な内部に埋設してもよく、あるいは磁石磁極の代わりに直流電流が流れる界磁コイルを直流磁極に巻回してももよいことはもちろんである。
After all, in this embodiment, since the circumferential width of the
The stator magnetic poles referred to above are so-called teeth. In this embodiment, a magnetic pole having a permanent magnet provided on the inner end face of the stator magnetic pole is used as the DC magnetic pole. However, the permanent magnet may be embedded inside the stator magnetic pole, or a direct current may be used instead of the magnet magnetic pole. Of course, the flowing field coil may be wound around the DC magnetic pole.
各実施例の効果を更に説明する。上記各実施例に記載したSRMでは、ステータが、周方向に所定ピッチ(たとえば電気角π)ごとに配置されたステータ磁極をもち、ロータが、互いに周方向に隣接する2つのステータ磁極を磁気的に順次短絡する軟磁性のセグメントをもつ。各セグメントは、空間的又は磁気的に分離されている。このため、ロータに用いられる大比重の鉄系材料の使用量が少なく、ロータのイナーシャを減らし、回転レスポンスを向上することができ、モータ重量も低減することができる。このことは、各実施例のモータが、低イナーシャを必要とする電動ターボチャージャやばね下重量低減が必要なインホィールモータとして好適であることを意味する。この効果は、ステータ磁極数を増大して多極化した場合に更に有効となる。これにより、一つのステータ磁極当たりの磁束量が減少し、セグメントやステータコア側のヨークを一層小型化することができる。また、各実施例のモータは、永久磁石やコイルをロータ側にもたないため、構造が簡素で振動や外部衝撃に強く、二次電流の抵抗損失も無いという利点ももつ。 The effect of each embodiment will be further described. In the SRM described in each of the above embodiments, the stator has stator magnetic poles arranged at a predetermined pitch (for example, electrical angle π) in the circumferential direction, and the rotor magnetically connects two stator magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction. Have soft magnetic segments that are sequentially short-circuited. Each segment is spatially or magnetically separated. For this reason, the amount of large specific gravity iron-based material used in the rotor is small, the inertia of the rotor can be reduced, the rotational response can be improved, and the motor weight can also be reduced. This means that the motor of each embodiment is suitable as an electric turbocharger that requires low inertia and an in-wheel motor that requires unsprung weight reduction. This effect is further effective when the number of stator magnetic poles is increased to increase the number of poles. As a result, the amount of magnetic flux per stator magnetic pole is reduced, and the segments and the yoke on the stator core side can be further miniaturized. Further, since the motor of each embodiment does not have a permanent magnet or coil on the rotor side, it has an advantage that the structure is simple, it is strong against vibration and external impact, and there is no resistance loss of secondary current.
ただし、リラクタンスモータは、原理的にロータの周方向における高磁気抵抗部と低磁気抵抗部との間のインダクタンス差を利用してトルクを発生するため、磁石磁束や界磁コイル磁束を用いたモータに比べて、原理的に単位体格当たりの出力が小さいという問題を有する。この問題は、ステータ磁極の一部を磁石磁束や界磁コイル磁束を発生する直流磁極とし、その直流磁束を直流磁極の両側の交番磁極にロータのセグメントの回動により切り替えることにより大幅に改善される。
モータのトルクは、電磁ギャップに形成する回転磁界の周方向への歪みにより発生するが、この回転磁界の歪みを永久磁石磁界で形成する場合、そのための電力損失は0となる。また、この磁界の歪みを界磁コイル磁界で形成する場合、そのための電力損失は、界磁コイルを多ターン化することができるため交流電流が流れる電機子コイルのそれに対して大幅に低減できる。
次に、実施形態19〜27を説明する。この実施例19〜27の説明に用いる符号は、上記の実施例1〜18の説明に用いた符号とは無関係である。
However, a reluctance motor is a motor that uses magnet magnetic flux or field coil magnetic flux because, in principle, torque is generated using the inductance difference between the high magnetic resistance portion and the low magnetic resistance portion in the circumferential direction of the rotor. Compared to, there is a problem that the output per unit size is small in principle. This problem is greatly improved by using a part of the stator magnetic pole as a DC magnetic pole that generates a magnetic flux or a field coil magnetic flux and switching the DC magnetic flux to an alternating magnetic pole on both sides of the DC magnetic pole by rotating the rotor segment. The
The torque of the motor is generated by the circumferential distortion of the rotating magnetic field formed in the electromagnetic gap. When the rotating magnetic field distortion is formed by a permanent magnet magnetic field, the power loss for that is zero. Further, when the distortion of the magnetic field is formed by the field coil magnetic field, the power loss for that can be greatly reduced compared to that of the armature coil through which an alternating current flows because the field coil can be multi-turned.
Next, Embodiments 19 to 27 will be described. The code | symbol used for description of these Examples 19-27 is unrelated to the code | symbol used for description of said Examples 1-18.
(実施形態19)
実施形態19のモータを図41を参照して説明する。
(構造)
図41は、インナーロータ型のSRMの径方向模式断面図を示す。1はステータ、2はロータ、3は回転軸である。ステータ1は、円筒状のステータコア4と、このステータコア4に巻かれたステータコイル5とを有している。ステータ1は図示しないモータフレームに固定されている。ステータコア4は、60度ピッチで径方向内側に突出する6つのステータ磁極41〜46を有している。ステータ磁極41〜46の先端部の周方向幅はWs、隣接する2つのステータ磁極の間のスロット開口の周方向幅はWgである。ステータコイル5は、ステータ磁極41〜46に個別に集中巻きされた6つの相コイル51〜56を有している。各ステータ磁極の先端部は、周方向に突出してスロット開口を狭窄する鍔部を有している。ステータコア4は、軸方向に積層した電磁鋼板により形成されている。
(Embodiment 19)
The motor of Embodiment 19 will be described with reference to FIG.
(Construction)
FIG. 41 is a schematic cross-sectional view in the radial direction of an inner rotor type SRM.
ロータ2は、円筒状のステータ1の径方向内側に収容されて回転軸3に嵌着、固定されている。回転軸3の両端は、ハウジングに回転自在に支承されている。ロータ2は、回転軸3に嵌着、固定された非磁性金属からなるボス部20と、ボス部20の外周面に固定された軟磁性のセグメント21、22とを有している。
セグメント21、22の外周側の面は、円弧状に形成されてロータ2の外周面を構成している。この実施形態では、セグメント21、22の周方向幅は、ほぼステータ磁極幅Wsの2倍+スロット周方向幅Wgの2倍とされている。すなわち、セグメント21、22の周方向幅は、ステータピッチの2倍とされている。セグメント21、22の周方向幅は、2Ws+1Wg〜3Ws+3Wgとされ、更に好適には2Ws+2Wg〜2Ws+3Wgとされる。セグメント21、22は、ボス部20により磁気的に分離されている。
The
The outer peripheral surfaces of the
(動作モード)
このSRMの動作モード1を図41〜図43を参照して説明する。
(安定状態A)
図41に示す安定状態Aは、相コイル51、54に相電流Iuが通電され、相コイル52、55に相電流Ivが通電され、ステータ磁極41、42、44、45が励磁された状態である。ステータ磁極41、45はN極に、ステータ磁極42、44はS極に励磁されている。相電流Iwは0である。セグメント21、22は、ステータ磁極41、42、44、45に吸引されて図41の位置にて安定に保持される。
(回転状態B)
次に、相電流Iuを減らし、相電流Iwを増大する。ただし、相電流Iwは、ステータ磁極43をN極に、ステータ磁極46をS極に励磁する。
セグメント21は、増大するステータ磁極43のN極の影響により、減衰するステータ磁極41のN極より離れ、ステータ磁極43に近付くように時計方向に力を受ける。同様に、セグメント22は、増大するステータ磁極46のS極の影響により、ステータ磁極44のS極より離れ、ステータ磁極46に近付くように時計方向に力を受ける。その結果、図42に示す位置まで60度回転する。
(action mode)
The
(Stable state A)
In the stable state A shown in FIG. 41, the phase current Iu is applied to the phase coils 51, 54, the phase current Iv is applied to the phase coils 52, 55, and the stator
(Rotation state B)
Next, the phase current Iu is decreased and the phase current Iw is increased. However, the phase current Iw excites the stator
The
ここで重要な点は、相電流Ivが流れる相コイル52、55のインダクタンス変化は小さいにもかかわらず、この相電流Ivが作る磁界は相電流Iwが作る磁界と協力して、セグメントとステータ磁極との間のギャップの磁界を強化して磁気吸引力を生み出すことである。
ただし、相電流Iuはこの期間においてもはや回転力を生み出さないため、急速に減少させれば銅損と呼ばれる抵抗損失及びそれによる発熱を低減することができる。逆に、相電流Iwはこの期間にセグメント21、22を吸引する磁界を形成するため、急速に増加させればトルクを増大することができる。ただし、相電流の急変は、磁束の局部的な急変による鉄損増大を招くため、相電流立ち上げ期間の相電流増加波形は種々のの得失を考慮して設定されるべきである。また、SRMにおいて、相電流立ち下げ期間の相電流減少波形は、相コイルの蓄積エネルギーによる回生電流の形を取ることが一般的である。結局、相電流は交流電流ではなく略台形波形状の直流電流となる。
The important point here is that although the inductance change of the phase coils 52 and 55 through which the phase current Iv flows is small, the magnetic field generated by the phase current Iv cooperates with the magnetic field generated by the phase current Iw, and the segment and the stator magnetic pole. The magnetic field in the gap between the two is strengthened to generate a magnetic attractive force.
However, since the phase current Iu no longer generates a rotational force during this period, resistance loss called copper loss and heat generation due thereto can be reduced if it is rapidly reduced. Conversely, the phase current Iw forms a magnetic field that attracts the
(安定状態C)
図42に示す安定状態Cは、相コイル52、55に相電流Ivが通電され、相コイル53、56に相電流Iwが通電され、ステータ磁極42、43、45、46が励磁された状態である。ステータ磁極43、45はN極に、ステータ磁極42、46はS極に励磁されている。相電流Iuは0である。セグメント21、22は、ステータ磁極42、43、45、46に吸引されて図42の位置にて安定に保持される。
(回転状態D)
次に、相電流Ivを減らし、相電流Iuを増大する。ただし、相電流Iuは、ステータ磁極41をN極に、ステータ磁極44をS極に励磁する。セグメント21は、増大するステータ磁極44のS極の影響により、減衰するステータ磁極42のS極より離れ、ステータ磁極44に近付くように時計方向に力を受ける。同様に、セグメント22は、増大するステータ磁極41のN極の影響により、ステータ磁極45のN極より離れ、ステータ磁極41に近付くように時計方向に力を受ける。その結果、図43に示す位置まで60度回転する。その他の事項は、回転状態Bと本質的に同じである。
(Stable state C)
The stable state C shown in FIG. 42 is a state in which the phase currents Iv are supplied to the phase coils 52 and 55, the phase current Iw is supplied to the phase coils 53 and 56, and the stator
(Rotation state D)
Next, the phase current Iv is decreased and the phase current Iu is increased. However, the phase current Iu excites the stator
(安定状態E)
図43に示す安定状態Eは、相コイル53、56に相電流Ivが通電され、相コイル51、54に相電流Iuが通電され、ステータ磁極43、44、46、41が励磁された状態である。ステータ磁極41、43はN極に、ステータ磁極44、46はS極に励磁されている。相電流Iwは0である。セグメント21、22は、ステータ磁極43、44、46、41に吸引されて図43の位置にて安定に保持される。
(回転状態F)
次に、相電流Iwを減らし、相電流Ivを増大する。ただし、相電流Ivは、ステータ磁極42をS極に、ステータ磁極45をN極に励磁する。セグメント21は、増大するステータ磁極45のN極の影響により、ステータ磁極43のN極より離れ、ステータ磁極45に近付くように時計方向に力を受ける。同様に、セグメント22は、増大するステータ磁極42のS極の影響により、減衰するステータ磁極46のS極より離れ、ステータ磁極42に近付くように時計方向に力を受ける。その結果、図41に示す位置まで60度回転する。その他の事項は、回転状態Bと本質的に同じである。
各相コイルのインダクタンス及び各相電流の波形を図44に示す。
(Stable state E)
A stable state E shown in FIG. 43 is a state in which the phase currents Iv are supplied to the phase coils 53 and 56, the phase currents Iu are supplied to the phase coils 51 and 54, and the stator
(Rotation state F)
Next, the phase current Iw is decreased and the phase current Iv is increased. However, the phase current Iv excites the stator
44 shows the inductance of each phase coil and the waveform of each phase current.
(変形態様)
相電流の立ち上げ期間と立ち下げ期間とインダクタンス波形との関係は種々、設定可能であり、かつ、相電流の立ち上げ波形及び立ち下げ波形も種々、変更可能である。たとえば、逆トルクを防止するために、相電流の立ち下げは、インダクタンスが減少する期間の前に終了しておくことが好適である。ステータ磁極の周方向幅Ws及び極間ギャップWgも種々、変更可能である。セグメント21、22の周方向幅は、2Ws+1Wgよりも大きく、3Ws+3Wgよりも小さくされ、好適には2Ws+2Wgよりも大きくされ、更に好適には2Ws+3Wgに略等しくされる。これにより、セグメントは、次に対面するステータ磁極近傍まで延在することができるため、次に対面するステータ磁極がセグメントを吸引する磁気吸引力を増大させることができる。極間ギャップWgは、なるべく小さい方がよい。集中巻きされた相コイルの代わりに、コイルエンドの膨らみを我慢すれば全節巻きを採用したり、集中巻きと全節巻きとを組み合わせたり、トロイダル巻きを採用しても良い。
(Modification)
The relationship between the phase current rising period, the falling period, and the inductance waveform can be variously set, and the phase current rising waveform and falling waveform can be variously changed. For example, in order to prevent reverse torque, it is preferable that the fall of the phase current is completed before the period in which the inductance decreases. The circumferential width Ws and the inter-pole gap Wg of the stator magnetic pole can be variously changed. The circumferential width of the
上記実施例では各相電流Iu、Iv、Iwを図44に示すように台形波形の直流パルス電流としたが、相電流を0とする期間(たとえば相電流IuではB期間に、更に負電流を通電してもよい。上記実施例では、6ステータ磁極、2セグメントの構造を説明したが、9ステータ磁極、3セグメントの構成、12ステータ磁極、4セグメントの構成等も可能である。ステータコイルには図44に示した3相直流電流を通電するのが好適である。 In the above embodiment, each phase current Iu, Iv, Iw is a DC pulse current having a trapezoidal waveform as shown in FIG. 44. However, in the period when the phase current is 0 (for example, in the phase current Iu, the negative current is further increased in the B period). In the above embodiment, the structure of 6 stator poles and 2 segments has been described, but 9 stator poles, 3 segments, 12 stator poles, 4 segments, etc. are also possible. Is preferably energized with the three-phase direct current shown in FIG.
(実施例効果)
この実施例では、図44に示すように、たとえば相電流Iuはステータ磁極41の前端がセグメント21の前端に達した時点から、セグメントの後端がステータ磁極の後端に達するまで長期間にわたって流すことができる。このセグメント21がステータ磁極41に全面的に対面している状態においては、ステータ磁極41からセグメント21に流れる磁束は、後ろ側のステータ磁極46に流れている状態から前側のステータ磁極42に流れている状態に切り替わる。つまり、ステータ磁極41のフラックスの方向がセグメント21の内部にて周方向にスイッチングされる。このため、このセグメント21がステータ磁極41に全面的に対面している状態においては、ステータ磁極41に巻かれた相コイル51のインダクタンスはほぼ最大値の状態を長い時間保つ。このことは、相電流Iuのオフとそれによる相コイル51から回生電流を流す回生期間を十分に確保できることを意味する。これは、この回生期間の前の相電流Iuの通電期間を長く確保でき、トルクを増大できることを意味する。つまり、図45に示す従来のSRMに比べて、インダクタンスが最大となる時点近傍で相電流を急激にオフする必要がない。
(Example effect)
In this embodiment, as shown in FIG. 44, for example, the phase current Iu flows for a long period from the time when the front end of the stator
たとえば相電流Iuを長く通電し、図43の状態から図41の状態への回転期間にステータ磁極41からセグメント22に磁束を供給すると、この磁束がステータ磁極41の後方のステータ磁極46に流れて、ステータ磁極46がセグメント22を後方へ吸引するように思われる。しかし、この期間には、前方のステータ磁極42がセグメント22から磁束を吸い出しているため、ステータ磁極41からセグメント22に供給された磁束はステータ磁極42側に流れ、このような逆向きのトルクはほとんど生じない。つまり、この実施例では、トルクに有効な電流が流れる期間を長くできる。ただし、ステータ磁極に対面するセグメント21、22の外周面はこのラジアルギャップタイプでは部分的な円筒面としてステータ磁極41とセグメントとの間の磁気抵抗が小さく保つべきである。
For example, when the phase current Iu is applied for a long time and magnetic flux is supplied from the stator
(従来のSRMとの比較)
図45に示す従来のSRMーAと図41に示すこの実施例のSRMーBとを比較する。SRMーAでは30度ごとに通電相を切り替える必要があるが、SRMーBでは60度ごとに通電相が切り替えられる。これは、SRMーBの一つのステータ磁極の周方向幅が大きいため、相コイルのインダクタンス増大期間が長いためである。このため、モータ駆動回路のスイッチング回数が半減し、インバータの無駄な損失が発生しない。また、磁束の空間的スイッチング周波数が減るため鉄損も減少する。更に、通電期間が長いため、特に高速回転時に電流立ち上げ期間と電流立ち下げ期間を十分に長く確保できないため、トルクが低下するという問題も改善することができる。また、SRMーAは、図45に示すように、そのヨーク40中の磁路長がSRMーBよりも長いため、鉄損が大きく、振動も増大し、磁束が径方向に流れるため、ロータの騒音が大きい。SRMーBの欠点は、図41ではステータ磁極とセグメントとの間の4つのギャップを同時に励磁する必要がある点である。これに比較して従来のSRMーAでは2つのギャップを同時に励磁すればよい。その他、SRMーBではロータの回転慣性質量を低減でき、そのボス部20を通じて放熱も促進されることも、実用上、非常に有益である。また、SRMーBでは、たとえば相電流Iwの立ち下げ期間の時間的な設定の自由度が高いため、相電流Iwの立ち下げ期間を相電流Ivの立ち上げ期間と良好にオーバーラップさせることができる。このため、トルクリップルを低減することができる。これに対して、SRMーAでは、このような相電流の立ち上げ期間と立ち下げ期間の良好なオーバーラップが困難である。
(Comparison with conventional SRM)
The conventional SRM-A shown in FIG. 45 is compared with the SRM-B of this embodiment shown in FIG. In SRM-A, it is necessary to switch the energized phase every 30 degrees, but in SRM-B, the energized phase is switched every 60 degrees. This is because one stator magnetic pole of the SRM-B has a large circumferential width, and therefore the inductance increase period of the phase coil is long. For this reason, the frequency | count of switching of a motor drive circuit is reduced by half, and the useless loss of an inverter does not generate | occur | produce. Also, iron loss is reduced because the spatial switching frequency of the magnetic flux is reduced. Furthermore, since the energization period is long, the current rise period and the current fall period cannot be secured sufficiently long particularly during high-speed rotation, so that the problem that the torque is reduced can also be improved. 45, since the magnetic path length in the
各相コイルを各ステータ磁極に個別に集中巻きする場合、次の効果を奏する。すなわち、セグメントとの対向面積が減少し始める直前に、通常の基本SRM(たとえば6ステータ磁極と4ロータ磁極をもつSRM)では、蓄積された磁気エネルギーにより大きな逆起電圧が電流が遮断された相コイルに発生し、この磁気エネルギーを2つのダイオードにより直流電源に回生する必要がある。しかし、各ステータ磁極に各相コイルが集中巻きされたセグメント型SRMでは、たとえば図41のU相コイル51の電流を遮断する場合、このU相コイル51は、隣のV相コイル52と強く磁気結合していわゆるトランスを構成している。更に、このV相コイル52はオンしているV相スイッチング素子を通じて直流電源に低抵抗で接続されている。したがって、上記磁気エネルギーは、オンしているV相スイッチング素子を通じてV相コイルにこの磁気エネルギーによる回生電流を発生させる。この回生電流は、V相コイル51に流れるV相電流を増大させる方向に働く。同時に、W相コイルへの通電が開始されてW相電流によりV相コイルとW相コイルと鎖交する磁束が増大される。V相コイルには、このW相磁束増大に抵抗する逆起電力が生じて、V相電流を減らそうとする。結局、これらの合計としてV相電流の変動が抑制される。
When each phase coil is concentratedly wound around each stator magnetic pole, the following effects are produced. That is, just before the area facing the segment starts to decrease, in a normal basic SRM (for example, an SRM having 6 stator poles and 4 rotor poles), a phase in which a large back electromotive force voltage is interrupted by accumulated magnetic energy. It is necessary to regenerate the magnetic energy generated in the coil to the DC power source by two diodes. However, in the segment type SRM in which each phase coil is concentratedly wound around each stator magnetic pole, for example, when the current of the
(実施形態20)
本発明のセグメント型SRMの好適な実施形態である実施形態20を図46を参照して説明する。このセグメント型SRMは、12個のステータ磁極と4つのセグメントとをもち、3相セグメント型SRMを構成している。
1は図略のハウジングに固定されたステータと、2はステータ1の内側に収容されたロータ2である。ステータ1は、軸方向に積層された電磁鋼板により形成されたステータコアを有している。このステータコアは、円筒状のヨークにより磁気的に接続される6つの直流磁極10A〜10F及び6つの交番磁極11〜16を周方向30度ピッチで周方向交互に有する。ステータ磁極10A〜10F、11〜16はいわゆる磁気突極である。DCコイルである励磁コイル10が、6つの直流磁極10A〜10Fにそれぞれ集中巻きされている。励磁コイル10を集中巻きする代わりに、直流磁極10A〜10Fに永久磁石を設けてもよい。その結果、直流磁極10A、10C、10Eの先端面はS極に磁化され、直流磁極10B、10D、10F先端面はN極に磁化されている。U相の交流巻線(以下、ACコイル)Uが交番磁極13、16に、W相のACコイルWが交番磁極11、14に、V相のACコイルWが交番磁極12、15に集中巻きされている。ロータ2は、軸方向に積層された電磁鋼板により形成されたセグメント21〜24を有している。セグメント21〜24は、ロータ磁極をなすロータセグメントである。セグメント21〜24の周方向幅は、約ステータ磁極ピッチの2倍とされることが好適である。
(Embodiment 20)
A
セグメント21〜24は、軽量な非磁性金属により形成されたボス部20の外周面に固定されている。ボス部20は、回転軸3に嵌着、固定されている。セグメント21〜24は、互いに90度離れている。
この3相セグメント型SRMの動作を図46〜図48を参照して説明する。時点t0(図46)において、コイルWに通電することにより、交番磁極11はN極に、交番磁極14はS極に磁化される。これにより、交番磁極11及び直流磁極10Aの間の合成磁界によりセグメント21が交番磁極11に吸引される。同様に、交番磁極14及び直流磁極10Dの合成磁界によりセグメント23が交番磁極14に吸引される。コイルVに通電することにより、交番磁極12はN極に、交番磁極15はS極に磁化される。これにより、交番磁極12及び直流磁極10Cの間の合成磁界によりセグメント22が直流磁極10Cに吸引される。同様に、交番磁極15及び直流磁極10Fの合成磁界によりセグメント24が直流磁極10Fに吸引される。その結果、すべてのセグメント21〜24が反時計方向に付勢され、ロータ2は図47の位置に達する。
The segments 21-24 are being fixed to the outer peripheral surface of the boss |
The operation of this three-phase segment type SRM will be described with reference to FIGS. At time t0 (FIG. 46), by energizing the coil W, the alternating
時点t1(図47)において、コイルWに通電することにより、交番磁極11はS極に、交番磁極14はN極に磁化される。これにより、交番磁極11及び直流磁極10Bの間の合成磁界によりセグメント21が直流磁極10Bに吸引される。同様に、交番磁極14及び直流磁極10Eの合成磁界によりセグメント23が直流磁極10Eに吸引される。コイルUに通電することにより、交番磁極13はN極に、交番磁極16はS極に磁化される。これにより、交番磁極13及び直流磁極10Cの間の合成磁界によりセグメント22が交番磁極13に吸引される。同様に、交番磁極16及び直流磁極10Fの合成磁界によりセグメント24が交番磁極16に吸引される。その結果、すべてのセグメント21〜24が反時計方向に付勢され、ロータ2は図48の位置に達する。
At time t1 (FIG. 47), when the coil W is energized, the alternating
時点t2(図48)において、コイルUに通電することにより、交番磁極13はS極に、交番磁極16はN極に磁化される。これにより、交番磁極13及び直流磁極10Dの間の合成磁界によりセグメント22が直流磁極10Dに吸引される。同様に、交番磁極16及び直流磁極10Aの合成磁界によりセグメント24が直流磁極10Aに吸引される。また、コイルVに通電することにより、交番磁極12はS極に、交番磁極15はN極に磁化される。これにより、交番磁極12及び直流磁極10Bの間の合成磁界によりセグメント21が交番磁極12に吸引される。同様に、交番磁極15及び直流磁極10Eの合成磁界によりセグメント23が交番磁極15に吸引される。その結果、すべてのセグメント21〜24が反時計方向に付勢され、ロータ2は図46の位置に達する。
At time t2 (FIG. 48), when the coil U is energized, the alternating
この実施形態では、各交流巻線(ACコイル)U、V、Wのインダクタンス増大期間Tiに通電することにより、リラクタンストルクが発生される。通電方向は、セグメント21〜24の前端を挟んで隣接する直流磁極10A〜10Fの磁化方向と反対向きに交番磁極11〜16を磁化する方向とされる。このため、セグメント21〜24の前端近傍の磁界を、交番磁極11〜16の磁界と直流磁極10A〜10Fとの同一方向加算磁界とすることができる。
2つのU相コイルUは直列接続され、2つのV相コイルVも直列接続され、2つのW相コイルWも直列接続される。これらU相コイルU、V相コイルV及びW相コイルWはそれぞれ異なるフルブリッジ単相インバータから給電されることができる。各励磁コイル10は直列接続される。図略の電流制御スイッチによりPWM制御された直流電流が各励磁コイル10に通電される。これにより、各励磁コイル10の磁束変化による誘導起電力は互いに相殺される。このセグメント型SRMは、直流磁極が常に磁束を発生しているため、発電機としても使用することができる。励磁コイル(直流巻線)10の電流を制御することにより、発電電圧が制御される。
In this embodiment, the reluctance torque is generated by energizing the AC windings (AC coils) U, V, and W during the inductance increase period Ti. The energization direction is a direction in which the alternating
Two U-phase coils U are connected in series, two V-phase coils V are also connected in series, and two W-phase coils W are also connected in series. These U-phase coil U, V-phase coil V, and W-phase coil W can be fed from different full-bridge single-phase inverters. Each
3相のコイルU、V、Wに通電する3相交流電流Iu、Iv、Iwと、3相の交番磁極のインダクタンスの波形を図49に示す。Luは交番磁極13、16のインダクタンス、Lvは交番磁極12、15のインダクタンス、Lwは交番磁極11、14のインダクタンスである。
時点t0〜t1に電流Iv、Iwが逆波形となり、時点t1〜t2に電流Iu、Iwが逆波形となり、時点t2〜t0に電流Iw、Iuが逆波形となるので、周知の3相インバータにより、3相交流電流Iu、Iv、Iwを発生させることができることがわかる。すなわち、時点t0〜t1に3相インバータのW相上アームのスイチング素子とV相下アームのスイッチング素子をオンし、時点t1〜t2に3相インバータのU相上アームのスイチング素子とW相下アームのスイッチング素子をオンし、時点t2〜t0に3相インバータのV相上アームのスイチング素子とU相下アームのスイッチング素子をオンすればよい。
この実施形態のセグメントSRMは、Nishimuraのセグメント型SynRMとほぼ同一構造をもつが、ロータセグメントを半減させることができ、SRM駆動できる利点をもつ。このため、ロータセグメント間の周方向間隔を広げることができるので、ロータセグメント間の磁束漏れを減らすことができる。更に、この実施形態のセグメント型SRMは、120度通電方式の3相インバータにより駆動することができる。
FIG. 49 shows the waveforms of the three-phase alternating currents Iu, Iv, and Iw that are passed through the three-phase coils U, V, and W and the inductance of the three-phase alternating magnetic poles. Lu is the inductance of the alternating
Currents Iv and Iw have reverse waveforms at time points t0 to t1, currents Iu and Iw have reverse waveforms at time points t1 to t2, and currents Iw and Iu have reverse waveforms at time points t2 to t0. It can be seen that three-phase alternating currents Iu, Iv, and Iw can be generated. That is, the switching element of the W-phase upper arm and the switching element of the V-phase lower arm of the three-phase inverter are turned on at the time t0 to t1, and the switching element of the U-phase upper arm and the lower W-phase of the three-phase inverter at the time t1 to t2. The arm switching element is turned on, and the switching element of the V-phase upper arm and the switching element of the U-phase lower arm of the three-phase inverter may be turned on from time t2 to t0.
The segment SRM of this embodiment has almost the same structure as the segment type SynRM of Nishimura, but has the advantage that the rotor segment can be halved and the SRM can be driven. For this reason, since the space | interval of the circumferential direction between rotor segments can be expanded, the magnetic flux leakage between rotor segments can be reduced. Furthermore, the segment type SRM of this embodiment can be driven by a 120-degree conduction type three-phase inverter.
(実施形態21)
本発明のセグメント型SRMの好適な実施形態である実施形態21を図50〜図54を参照して説明する。このセグメント型SRMは、6つのステータ磁極41〜46と4つのロータ磁極21〜24をもつ。このセグメント型SRMは発電機としても使用することができる。ロータ磁極ピッチは電気角2πとされる。このセグメント型SRMは、直流電流が流れる直流巻線(DCコイル)と、交流電流が流れる交流巻線(ACコイル)とが各ステータ磁極にそれぞれ集中巻きされていることを特徴としている。この回転電機はダブルコイル型SRMと呼ばれる。このダブルコイル型SRMは、DCコイルをもつので発電機として用いることができる。
(Embodiment 21)
このセグメント型SRMは、図略のハウジングに固定されたステータ1と、ステータ1の内側に収容されたロータ200とをもつ。ステータ1は積層電磁鋼板により形成されたステータコア4を有している。ステータコア4は、円筒状のヨークにより磁気的に接続される6つのステータ磁極41〜46をもつ。ロータ2は、4つのロータ磁極21〜24をもち、積層電磁鋼板により形成されている。ロータ磁極21〜24の根本部は円筒状のロータヨークにより磁気的に短絡され、ロータ200は、回転軸3に嵌着、固定されている。
磁気突極であるロータ磁極21〜24は周方向に90度離れて配置され、6つのステータ磁極41〜46は周方向に60度離れて配置されている。ステータ磁極41〜46の周方向幅はほぼ30度とされ、ステータ磁極41〜46の間の磁極間隙(スロット)の周方向幅もほぼ30度とされている。U相電流Iuacがステータ磁極41、44に集中巻きされたU相コイル51、54に通電される。V相電流Ivacがステータ磁極42、45に集中巻きされたV相コイル52、55に通電される。W相電流Iwacがステータ磁極43、46に集中巻きされたW相コイル53、56に通電される。各相コイル51〜56はACコイルである。各ステータ磁極41〜46にはDC電流Idcが通電されるDCコイル61〜66も集中巻きされている。ロータ磁極ピッチを電気角2πとする時、ステータ磁極ピッチは電気角4/3πとされる。
This segment type SRM has a
The rotor
DCコイル61〜66は、直列接続されて所定の直流電流Idcが通電されている。これにより、相電流Iuac、Ivac、Iwacが0であれば、ステータ磁極41、43、45の先端はN極に磁化され、ステータ磁極42、44、46の先端はS極に磁化される(図51参照)。
このダブルコイル型SRMの電動動作を説明する。
時点t0(図50)において、DCコイル61、62、64、65によりステータ磁極41、42、44、46に形成される磁界を打ち消す向きに電流が、ACコイル51、52、54、55に流される。ACコイル51、52、54、55により形成される磁界(アンペアターン)は、隣接するDCコイル61、62、64、65により形成される磁界(アンペアターン)をキャンセルする(又は弱める)。ステータ磁極43、46に巻かれたDCコイル63、66の磁界を強める向きに電流がACコイル53、56に流される。これにより、強く磁化されてN極となったステータ磁極43はロータ磁極23を吸引し、強く磁化されてS極となったステータ磁極46はロータ磁極21を吸引し、ロータ200は反時計方向に回転し、図51の状態となる。
The DC coils 61 to 66 are connected in series and are supplied with a predetermined direct current Idc. Thus, if the phase currents Iuac, Ivac, and Iwac are 0, the tips of the stator
The electric operation of this double coil type SRM will be described.
At time t0 (FIG. 50), a current flows in the AC coils 51, 52, 54, and 55 in a direction that cancels out the magnetic field formed in the stator
時点t1(図51)において、DCコイル62、63、65、66によりステータ磁極42、43、45、46に形成される磁界を打ち消す向きに電流がACコイル52、53、55、56に流される。ACコイル52、53、55、56のアンペアターンは、隣接して巻かれたDCコイル62、63、65、66のアンペアターンをキャンセルする(又は弱める)。ステータ磁極41、44に巻かれたDCコイル61、64の磁界を強める向きに電流がACコイル51、54に流される。これにより、強く磁化されてN極となったステータ磁極41はロータ磁極24を吸引し、強く磁化されてS極となったステータ磁極44はロータ磁極22を吸引し、ロータ200は反時計方向に回転し、図52の状態となる。
At time t1 (FIG. 51), a current is passed through the AC coils 52, 53, 55, and 56 in a direction that cancels out the magnetic field formed on the stator
時点t2(図52)において、DCコイル61、63、64、66によりステータ磁極41、43、44、46に形成される磁界を打ち消す向きに電流がACコイル51、53、54、56に流される。ACコイル51、53、54、56のアンペアターンは、隣接して巻かれたDCコイル61、63、64、66のアンペアターンをキャンセルする(又は弱める)。ステータ磁極42、45に巻かれたDCコイル62、65の磁界を強める向きに電流がACコイル52、55に流される。これにより、強く磁化されてS極となったステータ磁極42はロータ磁極23を吸引し、強く磁化されてN極となったステータ磁極45はロータ磁極21を吸引し、ロータ200は反時計方向に回転し、図50の状態となる。
各相電流Iu、Iv、Iw及び各相のステータ磁極のインダクタンスの波形を図53に示す。直流電流及び交流電流は図略のモータコントローラにより制御される。
At time t2 (FIG. 52), a current is passed through the AC coils 51, 53, 54, and 56 in a direction that cancels out the magnetic field formed on the stator
FIG. 53 shows waveforms of the respective phase currents Iu, Iv, Iw and the stator magnetic pole inductance of each phase. The direct current and the alternating current are controlled by a motor controller (not shown).
モータコントローラは、外部から入力されるトルク指令に基づいて、各ACコイルのインダクタンス増大期間に通電すべきステータ磁極のアンペアターンを順番に求め、求めたアンペアターン指令からこのACコイルと同一のステータ磁極に巻かれたDCコイルのアンペアターンを減算して、このACコイルのアンペアターンを算出する。次に、算出したACコイルのアンペアターンをACコイルのターンで割ってACコイルに通電すべき交流電流(Iac)を算出する。
更に詳しく説明する。
一つのステータ磁極に集中巻きされた一つのACコイルに流れるAC電流をIacとし、同じステータ磁極に集中巻きされた一つのDCコイルに流れるDC電流をIdcとする。インダクタンスが変化しない期間Tc(U相ではt1〜t2)及びインダクタンス減少期間Td(U相ではt0〜t1)に流れる交流電流Iacを負電流とみなし、インダクタンス増大期間Tiに流れる交流電流Iacを正電流とみなす。期間Tc、Tdに流れる負電流の振幅は、期間Ti(U相ではt2〜t0)に流れる正電流の振幅の約半分とされる。これにより、ACコイル51〜56に交流電流を通電することができる。
The motor controller sequentially obtains the ampere turn of the stator magnetic pole to be energized during the inductance increase period of each AC coil based on the torque command input from the outside, and the same stator magnetic pole as this AC coil from the obtained ampere turn command. The ampere turn of the AC coil is calculated by subtracting the ampere turn of the DC coil wound around the AC coil. Next, the alternating current (Iac) to be passed through the AC coil is calculated by dividing the calculated ampere turn of the AC coil by the turn of the AC coil.
This will be described in more detail.
An AC current flowing through one AC coil concentratedly wound around one stator magnetic pole is defined as Iac, and a DC current flowing through one DC coil concentratedly wound around the same stator magnetic pole is defined as Idc. The AC current Iac that flows during the period Tc during which the inductance does not change (t1 to t2 for the U phase) and the inductance decrease period Td (t0 to t1 for the U phase) is regarded as a negative current, and the AC current Iac that flows during the inductance increase period Ti is a positive current. It is considered. The amplitude of the negative current flowing in the periods Tc and Td is about half of the amplitude of the positive current flowing in the period Ti (t2 to t0 in the U phase). Thereby, an alternating current can be supplied to the AC coils 51 to 56.
負電流、特にインダクタンス減少期間Tdに流れる負電流は負トルクを発生する。このため、インダクタンス増大期間Ti以外の期間特にインダクタンス減少期間Tdの負電流による磁界(アンペアターン)は、DC電流
Idc(図53に破線で図示される)による磁界(アンペアターン)によりキャンセルされることが好ましい。つまり、DCコイル51〜56のアンペアターンは、期間Tc、TdにACコイル51〜56のアンペアターンをDCコイル51〜56のターン数で割ることにより求められる。これにより、ステータ磁極41〜46が期間Tc、Tdに発生する磁束はほぼ0となる。
発電動作においては、DCコイル61〜66に流す直流電流をPWM制御することにより、ACコイル51〜56が発生する発電電圧を制御することができる。
A negative current, particularly a negative current flowing during the inductance reduction period Td, generates a negative torque. For this reason, the magnetic field (ampere turn) due to the negative current during the period other than the inductance increasing period Ti, particularly the inductance decreasing period Td, is canceled by the magnetic field (ampere turn) due to the DC current Idc (illustrated by a broken line in FIG. 53). Is preferred. That is, the ampere turns of the DC coils 51 to 56 are obtained by dividing the ampere turns of the AC coils 51 to 56 by the number of turns of the DC coils 51 to 56 during the periods Tc and Td. As a result, the magnetic flux generated by the stator
In the power generation operation, the generated voltage generated by the AC coils 51 to 56 can be controlled by PWM control of the direct current flowing through the DC coils 61 to 66.
ACコイル51、54は直列接続されてU相コイルを構成し、ACコイル52、55は直列接続されてV相コイルを構成し、ACコイル53、56は直列接続されてW相コイルを構成している。ACコイル51〜56に流れる交流電流を加算すると0となるため、これらU相コイル、V相コイル及びW相コイルは三相星形接続することができる。その結果、これらU相コイル、V相コイル及びW相コイルは、簡素な構成をもつ3相インバータ回路(図54A参照)により駆動されることができる。更に詳しく説明すると、図53に示すように、時点t0〜t1において、V相に正電流が流れ、U相、W相にV相電流の半分の負電流が流れる。時点t1〜t2において、W相に正電流が流れ、U相、V相にW相電流の半分の負電流が流れる。時点t2〜t0において、U相に正電流が流れ、V相、W相にU相電流の半分の負電流が流れる。 AC coils 51 and 54 are connected in series to form a U-phase coil, AC coils 52 and 55 are connected in series to form a V-phase coil, and AC coils 53 and 56 are connected in series to form a W-phase coil. ing. When the alternating current flowing through the AC coils 51 to 56 is added, it becomes 0, so that the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil can be connected in a three-phase star shape. As a result, these U-phase coil, V-phase coil and W-phase coil can be driven by a three-phase inverter circuit (see FIG. 54A) having a simple configuration. More specifically, as shown in FIG. 53, at time points t0 to t1, a positive current flows in the V phase, and a negative current half of the V phase current flows in the U phase and the W phase. From time t1 to t2, a positive current flows in the W phase, and a negative current that is half the W phase current flows in the U phase and the V phase. From time t2 to t0, a positive current flows in the U phase, and a negative current that is half the U phase current flows in the V phase and the W phase.
したがって、時点t0〜t1に三相インバータ21のV相上アームのスイッチング素子及びU相、W相下アームのスイッチング素子をオンする。時点t1〜t2において、W相上アームのスイッチング素子及びU相、V相下アームのスイッチング素子をオンする。時点t2〜t0において、U相上アームのスイッチング素子及びV相、W相下アームのスイチング素子をオンする。これにより、この実施形態のセグメント型SRMのACコイルに図53に示す各相の交流電流を通電することができる。
DCコイル61〜66は、図54(B)に示されるように直列接続されて電流制御スイッチ23(図20参照によりPWM制御される。直列接続されたDCコイル51〜56と並列に交流電流バイパスのためのキャパシタ24が接続される。これにより、電流制御スイッチ23のスイッチングノイズ電圧とともに、各DCコイル61〜66に誘導される交流電圧のうちキャンセルできなかった部分はキャパシタ24を通じて流れる。これにより、直流電源Vdへの悪影響を低減することができる。
Therefore, the switching elements of the V-phase upper arm and the switching elements of the U-phase and W-phase lower arms of the three-
The DC coils 61 to 66 are connected in series as shown in FIG. 54B and are PWM-controlled by the current control switch 23 (see FIG. 20. AC current bypass in parallel with the DC coils 51 to 56 connected in series. Accordingly, a portion of the AC voltage induced in each of the DC coils 61 to 66 that cannot be canceled flows through the
この実施形態では、ステータ磁極は、インダクタンス増加期間にACコイル及びDCコイルの両方により強く励磁され、その他の期間特にインダクタンス減少期間TdにACコイルの電流とDCコイルの電流とが逆向きになるためほとんど磁化されない。このため、期間Tc、Tdに逆トルクがほとんど発生することがない。なお、U相コイル、V相コイル及びW相コイルをそれぞれ独立のフルブリッジ単相インバータにより互いに独立に駆動してもよい。
この実施形態では、期間Tc、Tdに同一ステータ磁極に逆向きに交流電流と直流電流とを流すため、無駄な銅損が発生して効率が低下するように思われる。しかし、DCコイルのターン数を増大することによりその抵抗損失を大幅に減らせるため、この問題は大幅に軽減される。
In this embodiment, the stator magnetic pole is strongly excited by both the AC coil and the DC coil during the inductance increase period, and the AC coil current and the DC coil current are reversed in the other period, particularly the inductance decrease period Td. It is hardly magnetized. For this reason, reverse torque hardly occurs in the periods Tc and Td. Note that the U-phase coil, V-phase coil, and W-phase coil may be driven independently from each other by independent full-bridge single-phase inverters.
In this embodiment, since an alternating current and a direct current are passed through the same stator magnetic poles in the opposite directions during the periods Tc and Td, it seems that wasteful copper loss occurs and the efficiency decreases. However, this problem is greatly reduced because the resistance loss can be greatly reduced by increasing the number of turns of the DC coil.
(変形態様1)
この変形態様では、モータコントローラは、高効率運転モードと大トルク運転モードとをもつ。高効率運転モードでは、上記説明した期間Tc、TdにACコイルのアンペアターンとDCコイルのアンペアターンを略等しく(90%以上等しくする)し、かつアンペアターンの向きを逆とする。これにより、逆トルク及び同損を減らすことができる。
大トルク運転モードでは、ACコイルのアンペアターンをDCコイルのアンペアターンよりも10〜50%だけ大きくする。このようにすれば、期間Tc、Tdに逆トルクが発生する。つまり、期間Tc、Tdにおいて、ACコイルのアンペアターンとDCコイルのアンペアターンとの差をACコイルのターン数で割った値がACコイルの等価電流値Iとなる。逆トルクは、リラクタンストルクの式((dL/dθ)・I・I)から計算することができる。
(Modification 1)
In this variation, the motor controller has a high efficiency operation mode and a large torque operation mode. In the high-efficiency operation mode, the ampere turn of the AC coil and the ampere turn of the DC coil are substantially equal (equal to 90% or more) in the above-described periods Tc and Td, and the direction of the ampere turn is reversed. Thereby, reverse torque and loss can be reduced.
In the large torque operation mode, the ampere turn of the AC coil is made 10-50% larger than the ampere turn of the DC coil. In this way, reverse torque is generated in the periods Tc and Td. That is, during the periods Tc and Td, the value obtained by dividing the difference between the ampere turn of the AC coil and the ampere turn of the DC coil by the number of turns of the AC coil is the equivalent current value I of the AC coil. The reverse torque can be calculated from the reluctance torque equation ((dL / dθ) · I · I).
これに対して、期間Tiの正トルクは、DCコイル及びACコイルのアンペアターンの和をACコイルのターン数で割った等価電流値をIとする時、リラクタンストルクの式((dL/dθ)・I・I)から計算することができる。いま、DCコイルのターン数とACコイルのターン数を等しいと仮定すれば、モータトルクは、((dL/dθ)・(Iac+Idc)・(Iac+Idc))となる。つまり、逆トルクが期間Tc、Td(特に期間Td)に逆トルクが発生するが、期間Tの電流値(Iac+Idc)が大きくなるため、平均トルクを増大することができる。なお、上記説明において、LはACコイルのインダクタンス、θはロータ回転角θである。 On the other hand, when the equivalent current value obtained by dividing the sum of the ampere turns of the DC coil and the AC coil by the number of turns of the AC coil is I, the positive torque in the period Ti is an expression of reluctance torque ((dL / dθ) It can be calculated from I · I). Assuming that the number of turns of the DC coil is equal to the number of turns of the AC coil, the motor torque is ((dL / dθ) · (Iac + Idc) · (Iac + Idc)). That is, the reverse torque is generated in the periods Tc and Td (particularly the period Td), but the current value (Iac + Idc) in the period T is increased, so that the average torque can be increased. In the above description, L is the inductance of the AC coil, and θ is the rotor rotation angle θ.
なお、この実施形態のダブルコイルSRMでは、ロータ200の各ロータ磁極21〜24は円筒状のロータヨークにより磁気的に短絡されたが、セグメント型SRMのステータ磁極にDCコイルとACコイルを集中巻きし、ACコイルに交流電流を通電することは可能である。この場合、このACコイルのインダクタンス増大期間Ti以外の期間のアンペアターンは、DCコイルのアンペアターンをキャンセルする向きとされる。
(変形態様2)
この実施形態のダブルコイル型SRMにおいて、DCコイル電流を低減するために、各ステータ磁極に永久磁石を装備してもよい。
In the double coil SRM of this embodiment, each of the rotor
(Modification 2)
In the double coil type SRM of this embodiment, each stator pole may be equipped with a permanent magnet in order to reduce the DC coil current.
(実施例22)
実施形態22を図55を参照して説明する。この実施例はたとえば図41〜図44に示す3相SRMの駆動に好適なモータ駆動回路を示す。なお、その他のSRMにも適用可能であり、相数も変更できる。
(回路構成)
このロータ駆動回路は、U相駆動回路AとV相駆動回路BとW相駆動回路CとリアクトルRとをもつ。これらの相駆動回路A〜Cは周知のSRM駆動回路と同じである。100UはU相コイル、100VはV相コイル、100WはW相コイルである。101U、101V、101Wは直流電源の高電位端102と各相コイル100U、100V、100Wの高電位端とを個別に接続するハイサイドスイッチである。ハイサイドスイッチ101U、101V、101WはMOSトランジスタとすることが好適であるが、ダイオードでもよい。103U、103V、103Wは直流電源の低電位端104と各相コイル100U、100V、100Wの低電位端とを個別に接続するPWM制御用のローサイドスイッチである。105は直流電源の低電位端104と各相コイル100U、100V、100Wの高電位端とを個別に接続するローサイドダイオードである。106はリアクトルRの一端と各相コイル100U、100V、100Wの低電位端とを個別に接続するハイサイドダイオードである。リアクトルRの他端は直流電源の高電位端102に接続されている。リアクトルRとハイサイドダイオード106はハイサイドバイパス回路を構成している。
(Example 22)
The twenty-second embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment shows a motor drive circuit suitable for driving the three-phase SRM shown in FIGS. It can be applied to other SRMs, and the number of phases can be changed.
(Circuit configuration)
This rotor drive circuit has a U-phase drive circuit A, a V-phase drive circuit B, a W-phase drive circuit C, and a reactor R. These phase drive circuits A to C are the same as known SRM drive circuits. 100U is a U-phase coil, 100V is a V-phase coil, and 100W is a W-phase coil.
(動作)
次に、この回路の動作を説明する。ローサイドスイッチ103Uの通電を遮断すると、相コイル100Uに蓄積されている磁気エネルギーにより、ローサイドダイオード105、相コイル100U、ハイサイドダイオード106、リアクトルRを通じて、直流電源の低電位端104からその高電位端102へ回生電流が周知のように流れる。この時、リアクトルRの逆起電力により、相コイル100Uは、ハイサイドダイオード106が直流電源の高電位端102に回生電流を流す従来よりも高電圧を発生する必要がある。このため、相コイル100Uに流れる回生電流は小さくなるが、回生電圧が高いため、その磁気エネルギーは急速に減衰する。したがって、この回路によれば、回生電流を急速に減少でき、その分だけ相コイル100Uへの通電期間を延長してトルクを増大できる。この時、リアクトルRに磁気エネルギーが蓄積されるが、この磁気エネルギーは、オン状態のローサイドスイッチ(たとえば103V)、V相駆動回路のハイサイドダイオード106、リアクトルRを通じて直流電源の高電位端102に回生されることができる。
(Operation)
Next, the operation of this circuit will be described. When the energization of the low-
ローサイドスイッチ(たとえば103V)がオン状態であるということは、このローサイドスイッチ103Vにこの回生電流と逆向きに励磁電流が流れることを意味するため、結局、このローサイドスイッチ103の順方向電流(励磁電流)がこの回生電流の分だけ減少することも意味する。これは、このローサイドスイッチ103Vの励磁電流がリアクトルRにより吸引されることを意味するため、相コイル100Vに流れるV相電流の立ち上がり期間を短縮して相コイル100Vに流す電流を増大して、トルクを増大できる。なお、リアクトルRを各相ごとに個別に設けてもよい。他の相の駆動回路の動作も上記と同じである。
The fact that the low-side switch (for example, 103V) is in an ON state means that an excitation current flows through the low-
(実施例23)
実施形態23を図56を参照して説明する。この実施例はたとえば図41〜図44に示す3相SRMの駆動に好適なモータ駆動回路を示す。もちろん、その他のSRMにも適用可能であり、相数も変更できる。
(回路構成)
このロータ駆動回路は、U相駆動回路AとV相駆動回路BとW相駆動回路CとリアクトルRとをもつ。これらの相駆動回路A〜Cは図55で説明した回生用のローサイドダイオード105とハイサイドダイオード106とを省略しているが、これらを追加してもよい。ハイサイドスイッチ101U、101V、101Wとしてダイオードを採用したが、トランジスタでもよいことは明らかである。107は、各相コイル100U、100V、100Wの高電位端とリアクトルRの一端とを接続するハイサイドダイオードである。リアクトルRの一端と直流電源の低電位端104とはスイッチ108により接続されている。リアクトルRの他端は直流電源の低電位端104に接続されている。その他の回路構成は図55と同じであり、他の相の駆動回路の動作も上記と同じである。
(Example 23)
(Circuit configuration)
This rotor drive circuit has a U-phase drive circuit A, a V-phase drive circuit B, a W-phase drive circuit C, and a reactor R. These phase drive circuits A to C omit the low-
(動作)
次に、この回路の動作を説明する。
ローサイドスイッチ103Uの通電開始の前に、スイッチ108を所定期間だけオンすることによりリアクトルRに磁気エネルギーを蓄積する。その後、スイッチ108をオフし、たとえばローサイドスイッチ103Uをオンすると、リアクトルRは、直流電源の高電位端102よりも高い電圧をハイサイドダイオード107を通じて相コイル100Uの高電位端に印加する。これにより、相コイル100Uの電流は短期間に立ち上がり、その後、相コイル100Uへの通電を長く行うことができる。これにより、トルクを増大することができる。なお、スイッチ108は第11発明で言う加速スイッチであり、リアクトルRとともにいわゆるチョッパ回路を構成している。相コイル100Uへの電流が立ち上がった後は、リアクトルRから高電圧を相コイル100Uに与える必要がないため、直流電源の高電位端102からハイサイドスイッチ101Uを通じてである相コイル100Uに通電すればよい。これにより、リアクトルRを小型化することができる。リアクトルRを相ごとに個別に設けても良い。
(Operation)
Next, the operation of this circuit will be described.
Magnetic energy is stored in the reactor R by turning on the
(実施例24)
実施形態24を図57を参照して説明する。この実施例はたとえば図41〜図44に示す3相SRMの駆動に好適なモータ駆動回路を示す。もちろん、その他のSRMにも適用可能であり、相数も変更できる。
(回路構成)
図57では理解を容易とするため、U相の駆動回路Aだけが、リアクトルRと、スイッチ(加速スイッチ)108とともに記載されている。図57の回路は、図55、図56に示す回路を一体とし、しかもリアクトルRを共通としたものである。この場合、相コイル100Uの回生電流がダイオード102、107により短絡されるのを防止するため、図56のハイサイドダイオード107の代わりにMOSスイッチ109が採用されている。なお、ハイサイドダイオード106をMOSスイッチに置換してもよい。
(Example 24)
The twenty-fourth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment shows a motor drive circuit suitable for driving the three-phase SRM shown in FIGS. Of course, it can be applied to other SRMs, and the number of phases can be changed.
(Circuit configuration)
In FIG. 57, only the U-phase drive circuit A is shown together with the reactor R and the switch (acceleration switch) 108 for easy understanding. The circuit of FIG. 57 integrates the circuits shown in FIGS. 55 and 56 and also has a common reactor R. In this case, in order to prevent the regenerative current of the
(動作)
次に、この回路の動作を説明する。
この回路の動作は、図55、図56の回路の動作と本質的に同じである。ただし、ローサイドスイッチ103Uをオンすると同時に、ハイサイドダイオード107の代わりに設けたMOSスイッチ109をオンし、スイッチ(加速スイッチ)108をオフする。これにより、リアクトルRに蓄積された磁気エネルギーにより直流電源の高電位端102よりも高い電圧がU相の相コイル100Uに高電圧を印加して、相コイル100Uの励磁電流の立ち上がりを従来よりも加速することができる。図57に示す駆動回路による相電流波形を図58に図示する。LuはU相の相コイル100Uのインダクタンス波形の一例を示す。周知のように、U相電流はインダクタンス増加期間にU相の相コイル100Uに通電される。IAは従来のU相電流波形であり、その立ち上がり及び立ち下がりは相コイル100Uのインダクタンスと電源電圧とにより緩慢となっている。これに対して、図58に示すU相電流IBは、立ち上がり、立ち下がり(回生)が急速であるため、PWM制御により電流量が制御される実質的な励磁電流通電期間が延長される。これにより、モータのトルクを増大することができる。
(Operation)
Next, the operation of this circuit will be described.
The operation of this circuit is essentially the same as the operation of the circuits of FIGS. However, simultaneously with turning on the
(実施例25)
実施形態25を図58を参照して説明する。この実施例はたとえば図41〜図44に示す3相SRMの駆動に好適なモータ駆動回路を示す。もちろん、その他のSRMにも適用可能であり、相数も変更できる。相電流Iuは、インダクタンス増大期間(t1〜t4)の外側にて電流の立ち上げ、及び、立ち下げを行う。更に説明すると、この態様では、U相の相コイル100UのインダクタンスLuは、時間t0〜t1において最低に維持されてその変化が小さい。このようなインダクタンス波形は、SRMのステータ磁極の周方向幅とそれに対面するロータ磁極又はセグメントの周方向幅との調整により両者が時間t0〜t1においてほとんど対面しないようにすることにより容易に実現することができる。U相の相電流Ic(=Iu)は、この時間t0〜t1において立ち上げられる。リラクタンストルクはインダクタンスLuが変化しなければ、電流IC=Iuが増大しても発生しないので、トルク波形は急峻な矩形波状に立ち上がる。
(Example 25)
A twenty-fifth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment shows a motor drive circuit suitable for driving the three-phase SRM shown in FIGS. Of course, it can be applied to other SRMs, and the number of phases can be changed. The phase current Iu rises and falls outside the inductance increase period (t1 to t4). More specifically, in this aspect, the inductance Lu of the
同じく、この態様では、U相の相コイル100UのインダクタンスLuは、時間t4〜t5において最大に維持されてその変化が小さい。このようなインダクタンス波形は、SRMのステータ磁極の周方向幅とそれに対面するロータ磁極又はセグメントの周方向幅との調整により両者が時間t4〜t5においてほとんど完全に対面し続けるようにすることにより容易に実現することができる。U相の相電流Ic(=Iu)は、この時間t4〜t5において立ち下げられる。つまり、ローサイドスイッチ103UをオフしてU相の相コイル100Uの磁気エネルギーを回生電流として直流電源の高電位端102に回生する。リラクタンストルクはインダクタンスLuが変化しなければ、電流IC=Iuが減少しても発生しないので、トルク波形は急峻な矩形波状に立ち下がる。
図58では、U相の相電流波形だけを説明したが、同様にV相、W相の相電流を矩形波に形成する。この場合の合成トルクΣTの波形を図59に示す。ただし、図59は3相SRMであって、LUはU相のインダクタンス波形、LVはV相のインダクタンス波形、LWはW相のインダクタンス波形である。IUはU相の相電流波形、IVはV相の相電流波形、IWはW相の相電流波形である。相電流の立ち上げ、立ち下げ期間がインダクタンス波形の変化が小さい期間に設定されているため、各相の電流及びトルクが矩形波状となる。
Similarly, in this aspect, the inductance Lu of the
In FIG. 58, only the U-phase phase current waveform has been described, but V-phase and W-phase currents are similarly formed into rectangular waves. The waveform of the composite torque ΣT in this case is shown in FIG. FIG. 59 shows a three-phase SRM, where LU is a U-phase inductance waveform, LV is a V-phase inductance waveform, and LW is a W-phase inductance waveform. IU is a U-phase current waveform, IV is a V-phase current waveform, and IW is a W-phase current waveform. Since the rise and fall periods of the phase current are set to periods in which the change in the inductance waveform is small, the current and torque of each phase are rectangular.
この実施形態では、図59に示すように、U相のインダクタンス増加の終了直後(又はその前でもよい)にV相のインダクタンス増大が開始されており、V相のインダクタンス増加の終了直後(又はその前でもよい)にW相のインダクタンス増大が開始されており、W相のインダクタンス増加の終了直後(又はその前でもよい)にU相のインダクタンス増大が開始されている。これにより、合成トルク波形は、矩形波状のトルクが連続的につながった波形となり、ほぼトルクリップルが無い極めて一定のトルクとなる。なお、図59では、3相を例として説明したが、更に相数を増大してもよい。すなわち、この実施例は、各相の相電流の立ち上がり期間及び立ち下がり期間を相コイルのインダクタンス変化が所定値未満となる位相期間に実施する点と、各相のインダクタンス増大期間がなるべく連続して生じるようにステータ磁極の周方向幅とロータ磁極の周方向幅とを調整することをその特徴としている。これにより、各相の相電流の立ち上がり期間及び立ち下がり期間におけるトルク変動が合成トルクに与える影響を軽減して、各相のトルクの立ち上がり波形及び立ち下がり波形による合成トルクのトルクリップルを大幅に低減することができる。 In this embodiment, as shown in FIG. 59, the increase in the V-phase inductance is started immediately after (or before) the increase in the U-phase inductance, and immediately after the end of the increase in the V-phase inductance (or its The increase in the W-phase inductance is started immediately before (or before), and the increase in the U-phase inductance is started immediately after (or before) the end of the increase in the W-phase inductance. As a result, the resultant torque waveform is a waveform in which rectangular wave torques are continuously connected, and is a very constant torque with almost no torque ripple. In FIG. 59, three phases are described as an example, but the number of phases may be further increased. That is, in this embodiment, the phase current rise period and the fall period of each phase are implemented in a phase period in which the phase coil inductance change is less than a predetermined value, and the inductance increase period of each phase is as continuous as possible. The feature is that the circumferential width of the stator magnetic pole and the circumferential width of the rotor magnetic pole are adjusted so as to occur. This reduces the effect of torque fluctuation on the combined torque during the rising and falling periods of the phase current of each phase, greatly reducing the torque ripple of the combined torque due to the rising and falling waveforms of the torque of each phase. can do.
好適には、相コイルのインダクタンスは、略フラットな小値が所定期間続くボトム期間と、略フラットな大値が所定期間続くピーク期間と、ボトム期間からピーク期間まで増大する増大期間と、ピーク値からボトム期間まで減少する減少期間とを有して略台形形状の時間波形を有することが好適である。このようにすると、ボトム期間の終期に相コイルへの通電を開始し、その後の増大期間のほぼ全部にわたって略一定の電流を通電し、その後のピーク期間の初期に通電停止後の回生電流を通電することにより、矩形波状ののトルクを発生させることができる。この時、第1の相コイルの増大期間にほぼ連続して第2の相コイルの増大期間を設定することにより、連続する矩形波状のトルクにより一定の合成トルクを形成することができる。 Preferably, the inductance of the phase coil includes a bottom period in which a substantially flat small value continues for a predetermined period, a peak period in which a substantially flat large value continues for a predetermined period, an increasing period in which the bottom period increases from the peak period, and a peak value It is preferable to have a substantially trapezoidal time waveform with a decreasing period that decreases from the bottom period to the bottom period. In this way, energization of the phase coil is started at the end of the bottom period, a substantially constant current is energized over almost the entire subsequent increase period, and a regenerative current after energization is stopped at the beginning of the subsequent peak period. By doing so, a rectangular wave-like torque can be generated. At this time, by setting the increase period of the second phase coil substantially continuously with the increase period of the first phase coil, a constant combined torque can be formed by the continuous rectangular wave torque.
(実施例26)
実施形態26を図60を参照して説明する。この実施例はたとえば図41〜図44に示す3相SRMの駆動に好適なモータ駆動回路を示す。もちろん、その他のSRMにも適用可能であり、相数も変更できる。
(回路構成)
このロータ駆動回路は、U相駆動回路AとV相駆動回路BとW相駆動回路Cとをもつ。100UはU相コイル、100VはV相コイル、100WはW相コイルである。103U、103V、103Wは直流電源の低電位端104と各相コイル100U、100V、100Wの低電位端とを個別に接続するPWM制御用のローサイドスイッチである。110U、110V、110Wは回生電流を相間で転流させる逆流防止用のダイオードである。111UはU相の相コイル100Uと一緒にステータに巻かれたU相のアシストコイル、111VはV相の相コイル100Uと一緒にステータに巻かれたV相のアシストコイル、111WはW相の相コイル100Wと一緒にステータに巻かれたW相のアシストコイルである。相コイル100U、100V、100Wの低電位端とローサイドスイッチ103U、103V、103Wの接続点P1、P2、P3は、ダイオード110U、110V、110Wを通じてアシストコイル111U、111V、111Wの高電位端102に個別に接続されている。アシストコイル111U、111V、111Wの低電位端は直流電源の低電位端104に接続されている。
(Example 26)
A twenty-sixth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment shows a motor drive circuit suitable for driving the three-phase SRM shown in FIGS. Of course, it can be applied to other SRMs, and the number of phases can be changed.
(Circuit configuration)
This rotor drive circuit has a U-phase drive circuit A, a V-phase drive circuit B, and a W-phase drive circuit C. 100U is a U-phase coil, 100V is a V-phase coil, and 100W is a W-phase coil. 103U, 103V, and 103W are low-side switches for PWM control that individually connect the low
(動作)
この実施形態では、たとえば図44に示すように一つの相の相電流の立ち上がり期間が他の一つの相の相電流の立ち下がり期間と重なるように設定されている。U相のローサイドスイッチ103Uをオフすると、U相の相コイル100Uの磁気エネルギーによる回生電流がダイオード110Uを通じてアシストコイル111Uに印加される。これにより、ローサイドスイッチ103Uのオフ時点からU相の電流立ち下がり期間が所定期間継続する。U相のローサイドスイッチ103Uのオフとほぼ同時に、V相のローサイドスイッチ103Vがオンされる。これにより、ローサイドスイッチ103Vのオン時点からV相の電流立ち上がり期間が所定期間継続する。
このようにすれば、U相の電流立ち下がり期間に生じる回生電流が、V相の電流立ち上がり期間にV相のアシストコイル111Vに通電されるため、V相のステータ磁極は、V相の相コイル100Vの励磁電流に加えて、V相のアシストコイル111Vに流れる電流により、更に強力に励磁される。この結果として、V相のステータ磁極の磁束の立ち上がりを早めることができる。
(Operation)
In this embodiment, for example, as shown in FIG. 44, the rising period of the phase current of one phase is set to overlap the falling period of the phase current of the other one phase. When the U-phase low-
In this way, since the regenerative current generated during the U-phase current falling period is energized to the V-
同様に、V相のローサイドスイッチ103Vのオフとほぼ同時にW相のローサイドスイッチ103Wのオンがなされ、上記と同様にV相の相コイル100Vの磁気エネルギーによりW相のアシストコイル111Wへの通電が行われる。これにより、W相のステータ磁極の磁束の立ち上がりが促進される。同様に、W相のローサイドスイッチ103Wのオフとほぼ同時にU相のローサイドスイッチ103Uのオンがなされ、上記と同様にW相の相コイル100Wの磁気エネルギーによりU相のアシストコイル111Uへの通電が行われる。これにより、U相のステータ磁極の磁束の立ち上がりが促進される。アシストコイル111U、111V、111Wは、相コイル100U、100V、100Wに比べて相対的に小断面積で多ターンとされることが好適である。このようにすれば、相コイルのスロット収容が阻害される弊害を軽減することができる。また、回生電流が流れる際に、アシストコイルは大きな逆起電力を発生させることができるので、相コイルの回生電流の大きさを小さくすることができ、相コイルの電流立ち下がり期間を短縮することができる。
Similarly, the W-phase low-
この実施例のモータ駆動回路は、ローサイドスイッチ103U、103V、103Wの他にダイオード110U、110V、110Wを追加するだけでよいため、モータ駆動回路の費用及び損失を低減することができる利点がある。更に、上記回生電流はアシストコイルから次の相のローサイドスイッチに流れることがなく、次の相のローサイドスイッチの損失、発熱を低減することもできる。なお、図60において、Imは相コイル100の励磁電流、Irは回生電流である。図44の3相コイルのインダクタンス波形と異なるインダクタンス波形をもつ3相SRMに図60に示す回路を適用する変形態様を図61のタイミングチャートに示す。
The motor drive circuit of this embodiment has an advantage that the cost and loss of the motor drive circuit can be reduced because it is only necessary to add the
(実施例27)
実施例27を図62、図63を参照して説明する。図62はその軸方向模式半断面図、図63はその極歯の軸方向模式部分断面図である。なお、ここで言う極歯はステータ磁極を意味する。このタンデム配置のモータ1は、U相のステータ4Uと、V相のステータ4Vと、W相のステータ4Wと、ロータ2と、回転軸3とをもつ。
ロータ2は、回転軸3に嵌着された略円筒形状のボス部20と、このボス部20の外周面に周方向所定ピッチで固定された偶数個の軟磁性セグメント21とからなる。ボス部20は非磁性材料により鋳造されている。軟磁性セグメント21は、図62に示す軸方向に長い長方形の軟鋼板を周方向に多数積層して構成されている。各軟磁性セグメント21は、それぞれ軸方向に延在している。したがって、この軟磁性セグメント21はリラクタンスモータのロータの磁気突極部をなす。
(Example 27)
A twenty-seventh embodiment will be described with reference to FIGS. 62 is a schematic half sectional view in the axial direction, and FIG. 63 is a schematic partial sectional view in the axial direction of the pole teeth. In addition, the pole tooth said here means a stator magnetic pole. The
The
ステータ4Uは軸方向一端側に、ステータ4Wは軸方向他端側に、ステータ4Vは軸方向中央に配置されている。ステータ4Uは、ステータコア40Uとリングコイル5Uとからなる。ステータ4Vは、ステータコア40Vとリングコイル5Vとからなる。ステータ4Wは、ステータコア40Wとリングコイル5Wとからなる。ステータ4U、4V、4Wは同一構造をもつので、以下、ステータ4Uの構造を説明する。ステータコア40Uは、リングヨーク41と、極歯42、43と、爪極44、45とからなる。リングヨーク41は、リングコイル5の径方向外側にて軟磁性の帯状鋼板をリングコイル5の径方向へ必要な回数だけ巻回して構成されている。
極歯42は、リングヨーク41の前端から周方向所定ピッチで軸方向前方へ突出した後、径方向内側へ曲がり、その後、径方向内側へ必要長さだけ延在した形状をもつ。極歯43は、リングヨーク41の後端から周方向所定ピッチで後方へ突出した後、径方向内側へ曲がり、その後、径方向内側へ必要長さだけ延在している。
The
The
爪極44は、極歯42の先端から径方向内端かつ軸方向後方へ屈曲されて斜めに延在している。爪極45は、極歯43の先端から径方向内端かつ軸方向前方へ屈曲されて斜めに延在している。これにより、リング状のスロットSの開口は軸方向に狭窄されている。
極歯42と、その内端部である爪極44の形状を図63に示す。リングヨーク41から曲げられて延在する多数の軟鋼板を軸方向に積層して構成されている。極歯42の内端部である爪極44は、軸方向後方へ少し曲げられている。多数の極歯42は、軟磁性セグメント21と同一ピッチで周方向へ配列されている。多数の極歯43も、軟磁性セグメント21と同一ピッチで周方向へ配列されている。極歯42と極歯43とは周方向同位置に配置されている。
The
FIG. 63 shows the shapes of the
リングコイル5Uは、リングヨーク41の径方向内側に回転軸と同軸に配置されている。軟磁性セグメント21が爪極44、45に対して周方向へ最もずれた位置にてリングコイル5Uのインダクタンスは最小となる。軟磁性セグメント21が爪極44、45に対して周方向同位置となるとリングコイル5Uのインダクタンスは最大となる。結局、ステータコア40Uとリングコイル5Uとロータ2とは、単相リラクタンスモータを構成する。
リングコイル5Uと、リングコイル5Vと、リングコイル5Wとは、120度ずれた直流パルス電流が通電される。もちろん、SRMの基本的事項として、この直流パルス電流は、正トルクを発生するためにリングコイルのインダクタンスが増大する期間に通電される。
これにより、3相SRMを単純な構造にて実現することができる。更に、この実施例では、爪極44、45をリング状のスロットを軸方向に狭窄する向きに曲げているため、リングコイルのインダクタンスを増大してトルクを増大することができる。図62では3つのステータコアがタンデム配置された3相SRMを説明したが、更に多数のステータコアをタンデム配置して多相SRMを構成できることは明らかである。
The
The
As a result, the three-phase SRM can be realized with a simple structure. Furthermore, in this embodiment, since the
(実施形態28)
(全体構造)
この実施形態のクローポール型モータの模式軸方向断面図を図64に示す。ただし、図64では、構造の理解を容易とするため断面ハッチングを省略している。また、ステータコアを支持するとともに回転軸を回転自在に支持するモータハウジングの図示も省略されている。なお、こnの実施形態28以降で用いる符号は、実施形態27で用いた符号と無関係である。
1はステータ、2はロータであり、ロータ2は回転軸3に嵌着、固定されている。ロータ2には周知の多様な構造、形式を採用することができ、かつ、この実施形態の特徴はステータ構造にあるため、ロータ2は簡略図示される。ステータ1は、クローポール構造のステータコア4と、ステータコア4に囲まれてロータ2を囲むように配置されたリング状のコイルであるリングコイル5とからなる。ステータコア4の形状、構造について以下に更に詳しく説明する。
(Embodiment 28)
(Overall structure)
A schematic axial sectional view of the claw pole type motor of this embodiment is shown in FIG. However, in FIG. 64, cross-sectional hatching is omitted for easy understanding of the structure. Further, illustration of a motor housing that supports the stator core and rotatably supports the rotating shaft is also omitted. Note that the reference numerals used in the 28th and subsequent embodiments are unrelated to those used in the twenty-seventh embodiment.
(ステータコア4)
ステータコア4は、リングヨーク41と、極歯42、43と、爪極44、45とからなる。リングヨーク41は、リングコイル5の径方向外側にて軟磁性の帯状鋼板をリングコイル5の径方向へ必要な回数だけ巻回して構成されている。ただし、円形に丸めた形成され、それぞれ径が異なる複数の軟磁性輪板を重ねてリングヨーク41を構成しても良い。
極歯42は、リングヨーク41の前端から周方向所定ピッチで前方へ突出した後、径方向内側へ曲がり、その後、径方向内側へ必要長さだけ延在している。極歯43は、リングヨーク41の後端から周方向所定ピッチで後方へ突出した後、径方向内側へ曲がり、その後、径方向内側へ必要長さだけ延在している。爪極44は、極歯42の先端から径方向内端かつ軸方向後方へ屈曲されて斜めに延在している。爪極45は、極歯43の先端から径方向内端かつ軸方向前方へ屈曲されて斜めに延在している。
(Stator core 4)
The
The
46はリングヨーク41の前端面、47はリングヨーク41の後端面、48は爪極44、45の径方向内端面、49は極歯42と爪極44との境界を示す仮想線、50は極歯43と爪極45との境界を示す仮想線である。ただし、極歯42、43は、リングヨーク41の周方向交互に配置されている。これにより、ロータ2の外周面は、電磁ギャップGを挟んで周方向へ爪極44と爪極45とに交互に対面することになる。
ステータコア4の各部、すなわち、リングヨーク41、極歯42、43及び爪極44、45は、図1から明らかなように軟磁性の鋼板をその厚さ方向に積層して構成され、しかも、爪極44、45の各鋼板の先端はそれぞれ電磁ギャップGを介してロータ2の外周面に対面する。これにより、渦電流損が箆しつつ磁束量を増大することができ、爪極44、45の曲げ剛性も改善することができる。なお、極歯42、43は、ある意味において、爪極44、45の一部と考えることもできるが、ここでは、ヨークの一部と見なした。
46 is a front end face of the
Each part of the
なお、図64では、極歯42、43は、リングヨーク41の前後端から径方向内側に向けて緩やかに湾曲させたが、図65に示すように、鋭く屈曲させてもよい。図65において、51はリングヨーク41の前端面、52はリングヨーク41の後端面である。このモータの一部正面図(軸方向に見た図)を図66に示す。爪極44、45の先端部の周方向幅は、ロータ2との対面面積を稼ぐために、増大されている。爪極44の先端部を拡大して図67に示す。40は一枚の軟磁性の鋼板である。
In FIG. 64, the
(製造方法)
このステータコア4の製造工程を図68を参照して説明する。図68は一枚の軟磁性の鋼板を示す。ただし、理解を容易とするため符号は図
64で用いた符号を用いる。まず、帯状の軟鋼板をプレス成形して図68に示す軟磁性の鋼板を展開した形状を形成する。このプレス成形に際して、屈曲境界部49、50を同時に形成することが好適である。次に、リングコイル5をの径方向外側を囲むようにこの帯状の軟鋼板を湾曲させるとともに、リングヨーク41と極歯42、43との境界部を湾曲(屈曲でもよい)させて、境界部46,47を形成する。その後、加熱による樹脂溶着などにより、各ターンの軟鋼板を固着させる。
(Production method)
The manufacturing process of the
(実施形態29)
実施形態29のモータを図69を参照して説明する。この実施形態は、実施形態28のステータ構造の基本部分をハイブリッド型モータのステータコアに適用した点にその特徴がある。
(全体構造)
この実施形態のクローポール型モータの模式軸方向断面図を図69に示す。ただし、図69では、構造の理解を容易とするため断面ハッチングの大部分を省略している。1はステータ、2はロータであり、ロータ2は回転軸3に嵌着、固定されている。ロータ2には周知の多様な構造、形式があり、この実施形態の特徴はステータ構造にあるため、ロータ2は簡略図示される。この種のハイブリッド型モータはHB型ステッピングモータとして周知となっているため、ロータ2の構造については説明を省略する。ステータ1は、ステータコア4Aとステータコア4Bを軸方向に隣接配置して構成されている。ステータコア4A、4Bの間にスペーサを配置しても良い。ステータコア4A、4Bはそれぞれ、図64に示すステータコア4から爪極44、45を斜めに曲げずに、極歯42、43の先端から径方向内側へストレートに延在させた点にその特徴がある。
この実施形態では、極歯42、43は、周方向同じ位置に配置され、その結果、爪極44、45も周方向同じ位置に配置されている。結局、図69において、極歯42及び爪極44は、通常の軸方向積層鋼板型ステータコアのいわゆるティースを構成している。
Embodiment 29
A motor of Embodiment 29 will be described with reference to FIG. This embodiment is characterized in that the basic portion of the stator structure of embodiment 28 is applied to a stator core of a hybrid motor.
(Overall structure)
A schematic axial sectional view of the claw pole type motor of this embodiment is shown in FIG. However, in FIG. 69, most of the cross-sectional hatching is omitted for easy understanding of the structure.
In this embodiment, the
ステータコイル5は、ステータコア4A、4Bの周方向同じ位置の極歯42、43、42、43を囲むように集中巻きされている。51は前側のコイルエンド、52は後側のコイルエンドである。ただし、HB型ステッピングモータでない場合には、分布巻きの採用も可能である。上記したティースに周方向に隣接してステータコイル5を収容するいわゆるスロットが形成されることは明白である。一つの極歯42及び爪極44からなるティース100を図70に示す。図70はステータ1を軸方向に見た部分正面図である。ただし、要部ではないロータ2の外周面は一点鎖線で仮想図示している。
The
(変形態様)
図69では、極歯42及び爪極44からなる前側のティースに対して、極歯43及び爪極45からなる後側のティースを周方向同じ位置に配置した。その代わりに、この前側のティースと後側のティースとを周方向交互に配置してもよい。ただし、この場合には、前側のティースと後側のティースとに別々の相コイルが集中巻きされる必要がある。この場合のプレス打ち抜き済みの帯板状の軟鋼板40の展開形状を図71に示す。図71では、既述したように、実施形態28では必須であった極歯42、43と爪極44、45との境界部における屈曲又は湾曲工程は省略される。
(Modification)
In FIG. 69, with respect to the front teeth composed of the
(実施形態30)
実施形態30のモータを図72を参照して説明する。この実施形態は、実施形態28のステータ構造をランデル型ロータコアに適用した点にその特徴がある。
(全体構造)
この実施形態のクローポール型モータの模式軸方向断面図を図72に示す。ただし、図72では、構造の理解を容易とするため断面ハッチングの大部分を省略している。1はステータ、2はロータである。ステータ1は、前ハウジング61と後ハウジング62とに挟持された積層鋼板製のステータコア4と、このステータコア4に巻装されたステータコイル5とからなる。51、52はステータコイル5のコイルエンドである。ロータ2は、回転軸3に嵌着、固定されたランデル型ロータコア8と、このランデル型ロータコア8に巻回されたリング状の界磁コイル7とからなる。
ランデル型ロータコア8は、図64に示すステータコア4と同一のコア構造をもつ。すなわち、このランデル型ロータコア8は、リングヨーク81、極歯82、83、爪極84、85により構成されている。このランデル型ロータコア8の製造方法は、図64のクローポールコアであるステータコア4のそれと同じであるため、説明は省略される。
The motor of
(Overall structure)
A schematic axial cross-sectional view of the claw pole type motor of this embodiment is shown in FIG. However, in FIG. 72, most of the cross-sectional hatching is omitted for easy understanding of the structure. 1 is a stator and 2 is a rotor. The
The Landel
(実施形態31)
図51のダブルコイル型SRMを軸方向延在セグメントRM構造に変更した実施形態である実施形態31を図73を参照して説明する。図73(A)はこのリングコイルSRMの模式軸方向半断面図である。図73(B)は図73(A)のステータ磁極3A〜3Cの周方向部分展開図である。このリングコイルSRMは、図21で説明したタンデム配置リングコイルSRMと同様のステータ構造をもつ。ただし、この実施形態の3相リングコイルSRMは、特徴は、V、W相のリングコイルの一部がロータセグメントより径方向内側に配置されている点にその特徴がある。
1はステータ、2はロータ、3A〜3Eはセグメント(ステータセグメント)、4A〜4E及び9A〜9Eは電機子コイルをなすリングコイル、5Aは前ハウジング、5Bは後ハウジング、6はロータ2のボス部、7はロータ2のセグメント(ロータセグメント)、8は回転軸である。
1 is a stator, 2 is a rotor, 3A to 3E are segments (stator segments), 4A to 4E and 9A to 9E are ring coils forming an armature coil, 5A is a front housing, 5B is a rear housing, and 6 is a boss of the
セグメント3A〜3Eはステータコアをなす。セグメント3A〜3Cは、前ハウジング5A及び後ハウジング5Bの内周面に固定されている。セグメント3Dは前ハウジング5Aの内端壁に固定され、セグメント3Eは後ハウジング5Bの内端壁に固定されている。セグメント3A〜3Eは、周方向へ一定ピッチで配列されている。セグメント3A〜3Eは、それぞれ軟磁性鋼板を略周方向(接線方向)に積層して作製されている。セグメント3A〜3E及びセグメント7は軸方向に延在している。
図44は、ステータセグメントであるセグメント3A〜3Eの周方向位置を示す部分模式展開図である。セグメント3A、3Dは、周方向同位置に配置されている。セグメント3C、3Eも周方向同位置に配置されている。セグメント3A、3D、3C、3EはC字形に形成されている。セグメント3BはE字形に形成されている。セグメント3BはE字形に形成され、他のステータセグメントはC字形に形成されている。
The
FIG. 44 is a partial schematic development view showing circumferential positions of the
セグメント3A、3Dは、セグメント3Bに対して電気角2π/3だけ周方向にずれて配置されている。セグメント3Bは、セグメント3D、3E対して電気角2π/3だけ周方向にずれて配置されている。リングコイル4A〜4Eは交流電流が流れる交流巻線(ACコイル)であり、リングコイル9A〜9Eは直流巻線(DCコイル)である。リングコイル4A〜4E、9A〜9Eはロータ2を囲んでリング状に巻かれている。
リングコイル4A、9Aはセグメント3Aのスロットに収容され、2対のリングコイル4B、9Bはセグメント3Bの2つのスロットに収容されている。ただし、2つのスロットに収容された2つのV相リングコイル4Bの電流向きは逆であり、2つのスロットに収容された2つのDCリングコイル9Bの電流向きは逆である。リングコイル4C、9Cはセグメント3Cのスロットに収容され、リングコイル4D、9Dはセグメント3Dのスロットに収容され、リングコイル4E、9Eはセグメント3Eのスロットに収容されている。
The
The ring coils 4A and 9A are accommodated in the slots of the
U相のリングコイル3A、3Dの電流方向は同じであり、U相のリングコイル9A、9Dの電流方向は同じである。W相のリングコイル3C、3Eの電流方向は同じであり、W相のリングコイル9C、9Eの電流方向は同じである。
ロータ2のセグメント(ロータセグメント)7は、電気角2πピッチで周方向に配列されている。セグメント7は軸方向に延在している。セグメント7の周方向幅は、セグメント3A〜3Eの周方向幅に略等しくされている。周方向に隣接する2つのステータセグメントの間のステータ磁極間隙の周方向幅はステータセグメントの周方向幅に略等しく形成されている。セグメント3A〜3Eの周方向幅は略電気角πとされている。
セグメント7は、非磁性金属からなるボス部6の外周面に固定されている。セグメント3A〜3E及びセグメント7は、軟磁性鋼板を略周方向(接線方向)に積層して作製されている。セグメント7は、ボス部6から軸方向両側に突出している。セグメント7の前端部はセグメント3A、3Dの間に挿入され、セグメント7の後端部はセグメント3C、3Eの間に挿入されている。ボス部6は、回転軸8に嵌着、固定されている。回転軸8は、前ハウジング5A及び後ハウジング5Bに回転自在に支持されている。
The current directions of the U-phase ring coils 3A and 3D are the same, and the current directions of the U-phase ring coils 9A and 9D are the same. The current directions of the W-
The segments (rotor segments) 7 of the
The
直流巻線(DCコイル)であるリングコイル9A〜9Eは直列接続されて直流の励磁電流が通電される。この励磁電流は、電流制御トランジスタのPWM制御により調整される。交流巻線(ACコイル)であるリングコイル4A〜4Eには、それぞれフルブリッジインバータ又は三相インバータから交流電流が通電される。
既述したように、好適動作モードにおいて、インダクタンス減少期間Tdにおけるリングコイル4A〜4Eのアンペアターンは、リングコイル9A〜9Eのアンペアターンに略等しく、かつ、その方向は反対とされる。これにより、セグメント3A〜3Eは、インダクタンス減少期間Tdに磁束をほとんど発生しない。インダクタンス増大期間Tiには、リングコイル4A〜4Eのアンペアターンと、リングコイル9A〜9Eのアンペアターンとが同向きかつ等しい大きさとなるため、強力な磁束が発生する。リングコイル4A、4Dの電流位相は、リングコイル4Bの電流位相に対して電気角2π/3だけずれている。同様に、リングコイル4Bの電流位相は、リングコイル4C、4Eの電流位相に対して電気角2π/3だけずれている。これにより、3相セグメント型SRMの電動動作が可能となる。発電も同様に行われる。セグメント3A、3Dが発生する平均トルクは、セグメント3Bが発生するトルク及びセグメント3C、3Eが発生する平均トルクと等しくなるようにセグメント3Bの軸方向幅が調整される。
Ring coils 9 </ b> A to 9 </ b> E, which are direct current windings (DC coils), are connected in series and are energized with a direct current excitation current. This exciting current is adjusted by PWM control of the current control transistor. The ring coils 4A to 4E, which are AC windings (AC coils), are each supplied with AC current from a full bridge inverter or a three-phase inverter.
As described above, in the preferred operation mode, the ampere turns of the ring coils 4A to 4E in the inductance reduction period Td are substantially equal to the ampere turns of the ring coils 9A to 9E, and their directions are opposite. Thereby, the
この実施形態によれば、セグメント3D、3Eをロータ3の径方向外側に配置する場合に比べて、モータの軸方向長を短縮することができ、モータを大幅に小型軽量化することができる。また、ロータセグメントであるセグメント7の軸方向突出長を短縮できるため、高速度回転が可能となる。また、発電動作のために、リングコイル4A〜4Eに直流電流を重畳させることができる。
6つのステータセグメントと6つのロータセグメントとが周方向に配置されたこの実施形態のダブルコイル型リングコイルSRMの模式側面図を図74に示す。ただし、前ハウジング5A、セグメント3A、3D、リングコイル4A、9A、4D、9Dは除去されている。10は、周方向に隣接する2つのステータセグメント間に挿入され非磁性の櫛歯状部材である。円筒状に形成された2つの櫛歯状部材10の各歯が各ステータセグメントの軸方向両側から各ステータセグメントの間に挿入される。これにより、ステータセグメントの振動が抑制される。また、リングコイルが保護される。
According to this embodiment, the axial length of the motor can be shortened compared to the case where the
A schematic side view of a double coil type ring coil SRM of this embodiment in which six stator segments and six rotor segments are arranged in the circumferential direction is shown in FIG. However, the
(変形態様)
この実施形態では、ACコイルリングコイル4A〜4Eの他に、DCコイルであるリングコイル9A〜9Eを併用してダブルコイル型SRMとしたが、DCコイルであるリングコイル9A〜9Eを省略してもよい。その他、ロータセグメントに永久磁石を設けて通常の磁石同期モータとしてもよく、ステータセグメントに永久磁石を設けてDCコイルを省略してもよい。また、既述した各実施形態の周方向延在セグメントRM又は従来公知のRMをこの実施形態の軸方向延在セグメントRMに適用することができる。
(Modification)
In this embodiment, in addition to the AC coil ring coils 4A to 4E, ring coils 9A to 9E that are DC coils are used in combination to form a double coil type SRM, but the ring coils 9A to 9E that are DC coils are omitted. Also good. In addition, a normal magnet synchronous motor may be provided by providing a permanent magnet in the rotor segment, or a DC coil may be omitted by providing a permanent magnet in the stator segment. Further, the circumferentially extending segment RM of each embodiment described above or a conventionally known RM can be applied to the axially extending segment RM of this embodiment.
(実施形態32)
軸方向延在セグメントRM構造をもつ実施形態である実施形態32を図75〜図77を参照して説明する。図75は、インホイルモータを構成するアウターロータ構造の三相軸方向延在セグメントRMである。6つのロータセグメント7が非磁性のホイール60の周壁内周面に周方向に30度ピッチで固定されている。図略の静止軸に固定されて径外方向へ延在する非磁性のディスク50の外周面には6つのステータセグメント3が周方向に30度ピッチで固定されている。ステータセグメント3とロータセグメント7との間のギャップの径方向位置において、ステータセグメント3及びロータセグメント7の周方向幅は約15度である。ロータセグメント7及びステータセグメント3は軸方向に延在している。
(Embodiment 32)
ステータセグメント3には軸方向に6つのスロット30が設けられ、各スロット30には3相のリングコイルU、V、Wが2本づつ収容されている。リングコイルU、V、Wは静止軸の周りにリング状に形成されている。また、各スロット30にはDCコイルであるリングコイル9がそれぞれ収容されている。ステータセグメント3及びロータセグメント7は、厚さが0.3mmである多数の電磁鋼板を接線方向に積層して構成されている。 ロータセグメント7は、軸方向を磁化容易化方向とする方向性電磁鋼板を用いて形成されている。ステータセグメント3をなす電磁鋼板の外周縁、及びロータセグメント7をなす電磁鋼板の内周縁は略円弧状に形成されている(図76参照)。
The
三相のリングコイルU、V、Wの配置図を図79(A)に示す。図79(A)では、DCコイルであるリングコイル9はスロット30の開口90近傍に配置され、ACコイルであるリングコイルU、V、Wはスロット30の底側に配置されている。DCコイルであるリングコイル9は細径に形成することができる。したがって、ステータセグメント3の各ステータ磁極4A〜4Gの先端部が軸方向に突出してスロット30の開口を狭搾する鍔部をもつ場合でも、リングコイル9の多くのターンをこの鍔部に隣接して配置することができる。
一つのロータセグメント7は、長さが異なる複数の小セグメントを周方向に隣接して配置することにより構成することができる。各小セグメントは、ロータセグメント7及びステータ磁極4A〜4Gの周方向幅を15度とする時、それぞれ周方向に5度(5°を言う)の幅をもつ。各小セグメントは、他の実施例のセグメントと同じくそれぞれ電磁鋼板を接線方向に多数積層して構成されている。これにより、この実施形態では、ステータセグメント3が軸方向に延在するので、ロータセグメント7が各相ごとに周方向へ電気角2π/3ずつずれて配置される。
この実施形態によれば、軸方向に6スロットをもつ軸方向延在セグメントRMにおいて、リングコイルをU、V、W、U、V、Wの順にはいちされるので、磁束の集中を減らすことができる。
A layout diagram of the three-phase ring coils U, V, and W is shown in FIG. In FIG. 79A, the
One
According to this embodiment, in the axially extending segment RM having six slots in the axial direction, the ring coils are arranged in the order of U, V, W, U, V, and W, thereby reducing the concentration of magnetic flux. Can do.
(実施形態33)
ラジアルギャップ型の軸方向延在セグメントRMに採用されるリングコイルの巻装方法例を図77、図78を参照して説明する。
この実施形態では、ACコイルをなすリングコイル40は、図77に示すように絶縁被覆銅板を軸方向に螺旋巻きして構成されている。リングコイル40の各ターンの直径は等しい。リングコイル40の両端部40A、40Bは径方向外側に曲げられている。なお、アウターロータ構造では、リングコイル40の両端部40A、40Bは径方向内側に曲げられている。なお、リングコイル40の両端部40A、40Bは径方向に折り曲げられてもよい。
軸方向に延在するステータセグメント3のスロット30へのリングコイル40を収容する方法を図78を参照して説明する。4A、4Bは軸方向に延在するステータセグメント3のステータ磁極である。30はステータ磁極4A、4Bの間のスロットである。AXは軸方向を示し、RAは径方向を示す。400はステータ磁極4A、4Bの鍔部、401はステータ磁極4A、4Bの間のスロット開口である。
An example of a ring coil winding method employed in the radial gap type axially extending segment RM will be described with reference to FIGS. 77 and 78. FIG.
In this embodiment, the
A method of accommodating the
まず、リングコイル40の半分のターン数をもつ半リングコイル40C、40Dを準備する。半リングコイル40C、40Dは、絶縁被覆銅板により構成されている。次に、半リングコイル40Cを巻締めすることにより、その径を縮小する。なお、この実施形態は図74に示すインナーロータ型リングコイルSRMのステータセグメント3にリングコイル40を巻く場合を説明するために半リングコイル40Cを縮小したが、図75に示すアウターロータ型リングコイルSRMのステータセグメント3にリングコイル40を巻く場合には、半リングコイル40Cの径は拡大される。
次に、縮径された半リングコイル40Cは、多数のステータセグメント3が周方向所定ピッチで配列されて構成されたステータコアの径方向内側に軸方向に挿入される。次に、半リングコイル40Cの各ターンをその一端部から順番にスロット開口401に挿入し、半リングコイル40Cを巻き戻す。これにより、半リングコイル40Cの各ターンは順番に拡径されてスロット30内に収容される。次に、スロット30内に収容された各ターンを軸方向へ移動させてステータ磁極4Aに密着させる。これにより、半リングコイル40Cは、スロット30のうちステータ磁極4A側の半分に収容される。同様の操作により、半リングコイル40Dがスロット30のうちステータ磁極4B側の半分に収容される。最後に、半リングコイル40C、40Dと直列接続することにより、リングコイル40が完成される。
First, half
Next, the reduced diameter half-ring coil 40C is inserted in the axial direction on the radially inner side of a stator core formed by arranging a large number of
このようにすれば、ラジアルギャップ型軸方向延在セグメントRMのリングコイル40を簡素な工程によりスロット30内に高いスロット占積率で収容することができる。また、螺旋銅板形状をもつリングコイル40は優れた熱伝導性をもつ。このリングコイル40は、軸方向延在セグメントRMのACコイルとして好適である。このリングコイルSRMのリングコイル巻装方法は、リングコイルを用いる種々の形式のモータに採用することができる。
In this way, the
(実施形態34)
アキシャルギャップ型の径方向延在セグメントRMに採用されるリングコイルの巻装方法例を図79を参照して説明する。この実施形態では、ACコイルをなすリングコイルは、絶縁被覆銅板を径方向に螺旋巻きして構成されている。リングコイルの各ターンの幅は等しい。リングコイルの両端部は軸方向反ロータ側に曲げられている。このアキシャルギャップモータのステータセグメント3及びロータセグメントは径方向に延在している。ステータセグメント3のステータ磁極4A、4Bはスロット30を挟んで径方向に隣接している。401はステータ磁極4A、4Bの間のスロット開口である。スロット開口401は軸方向一方側に向けて開口している。AXは軸方向を示し、RAは径方向を示す。
径方向に延在するステータセグメント3のスロット30へのリングコイルを収容する方法を図79を参照して説明する。
(Embodiment 34)
An example of a method for winding a ring coil employed in the axial gap type radially extending segment RM will be described with reference to FIG. In this embodiment, the ring coil constituting the AC coil is configured by spirally winding an insulating coated copper plate in the radial direction. The width of each turn of the ring coil is equal. Both ends of the ring coil are bent toward the opposite side of the rotor in the axial direction. The
A method of accommodating the ring coil in the
まず、リングコイルの半分のターン数をもつ半リングコイル40C、40Dを準備する。半リングコイル40C、40Dは、一定幅の絶縁被覆銅板をドラム状に螺旋巻きして構成されている。500は、ドラムに巻かれたスロット収容前の半リングコイル40Cである。リングコイル40C、40Dの外径は、回転軸心Mからスロット開口401までの径に等しくされている。
次に、半リングコイル40Cを回転させつつ軸方向に引き出してスロット30内に挿入する。これにより、半リングコイル40Cは、その外周部分から順番にスロット30内に径方向に螺旋巻きされる。スロット30に収容された半リングコイル40Cの各ターンは順次、径方向内側へ締め込まれる。ステータセグメント3を回転させてもよい。これにより、半リングコイル40Cは、スロット30のうちステータ磁極4A側の半分に収容される。同様の操作により、半リングコイル40Dがスロット30のうちステータ磁極4B側の半分に収容される。最後に、半リングコイル40C、40Dを直列接続することにより、リングコイルが完成される。
First, half
Next, the half-
このようにすれば、アキシャルギャップ型の径方向延在セグメントRMのリングコイルを簡素な工程によりスロット30内に高いスロット占積率で収容することができる。また、螺旋銅板形状をもつリングコイルは優れた熱伝導性をもつ。このリングコイルは、軸方向延在セグメントRMのACコイルとして好適である。このリングコイルSRMのリングコイル巻装方法は、リングコイルを用いる種々の形式のアキシャルギャップモータに採用することができる。
In this way, the ring coil of the axial gap type radially extending segment RM can be accommodated in the
(実施形態35)
実施形態35を図80を参照して説明する。この実施形態は、図52で説明したダブルコイル型SRMの原理を、図41で説明した3相の周方向延在セグメントSRMに適用したものである。
図41で説明した3相周方向延在セグメントSRMの3相電流は、図44に示すように、略台形波状の直流電流となる。この略台形波状の直流電流は、図52のダブルコイル型SRMのAC電流波形及びDC電流波形を示す図53と同様に、AC電流成分とDC電流成分とに分割することができる。
したがって、各相のAC電流成分Iacを各相のACコイル51〜56(図80)に通電し、DC電流成分IdcをDCコイル61〜66(図80)に通電することにより、図44に示す3相の略台形波状の直流電流波形を再現することができる。
(Embodiment 35)
The three-phase current of the three-phase circumferentially extending segment SRM described with reference to FIG. 41 becomes a substantially trapezoidal DC current as shown in FIG. This substantially trapezoidal DC current can be divided into an AC current component and a DC current component, as in FIG. 53 showing the AC current waveform and DC current waveform of the double coil SRM of FIG.
Therefore, the AC current component Iac of each phase is supplied to the AC coils 51 to 56 (FIG. 80) of each phase, and the DC current component Idc is supplied to the DC coils 61 to 66 (FIG. 80), as shown in FIG. A three-phase substantially trapezoidal DC current waveform can be reproduced.
ただし、図80に示すDCコイル61〜66のターン数は、ACコイル51〜56のターン数よりも多くされる。もちろん、DCコイル61〜66のターン数の増大に合わせて、上記したDC電流成分Idcは減らされる。DCコイル61〜66のターン数増大は、コイル導体が収容されるスロット面積、印加電圧、磁気回路の磁気抵抗を一定とする場合、コイル銅損当たりの磁束形成力(アンペアターン)がターン数に比例する。
なお、電動動作時にインダクタンス減少期間のステータ磁極の磁束量を略0とするため、ターン数を等価された上記DC電流成分Idcの振幅は、上記AC電流成分Iacのインダクタンス減少期間における振幅に略等しく、電流方向は逆向きとされる。これにより、インダクタンス減少期間のAC電流成分による逆トルクをキャンセルすることができ、インダクタンス増大期間のトルクを増大することができる。大トルクが要求される場合には、インダクタンス増大期間における等価合成電流(Idc+Iac)を増大することによりトルクを増大することができる。
However, the number of turns of the DC coils 61 to 66 shown in FIG. 80 is larger than the number of turns of the AC coils 51 to 56. Of course, the DC current component Idc described above is reduced as the number of turns of the DC coils 61 to 66 increases. The increase in the number of turns of the DC coils 61 to 66 means that when the slot area in which the coil conductor is accommodated, the applied voltage, and the magnetic resistance of the magnetic circuit are constant, the magnetic flux forming force (ampere turn) per coil copper loss is the number of turns. Proportional.
In addition, since the magnetic flux amount of the stator magnetic pole during the inductance reduction period during electric operation is set to substantially zero, the amplitude of the DC current component Idc equivalent to the number of turns is substantially equal to the amplitude of the AC current component Iac during the inductance reduction period. The current direction is reversed. Thereby, the reverse torque due to the AC current component during the inductance decrease period can be canceled, and the torque during the inductance increase period can be increased. When a large torque is required, the torque can be increased by increasing the equivalent combined current (Idc + Iac) during the inductance increase period.
(実施形態36)
実施形態36を図81を参照して説明する。この実施形態は、図52で説明したダブルコイル型SRMの原理を、図30で説明した3相の軸方向延在セグメントSRMに適用したものである。
図30で説明した3相軸方向延在セグメントSRMの3相電流は、略台形波状の直流電流となる。この3相直流電流Iu、Iv、Iwの波形を図82に示す。この略台形波状のDC電流Iu、Iv、Iwの波形は、図82に示されるように3相AC電流成分Iuac、Ivac、IwacとDC電流成分Idcとに分割される。なお、図82において、3相交流電流成分Iuac、Ivac、Iwacの0値はDC電流成分Idcの位置である。
したがって、3相交流電流成分Iuac、Ivac、Iwacを3相のACコイル51〜56(図81)に通電し、DC電流成分IdcをDCコイル61〜66(図81)に通電することにより、図30に示す3相の略台形波状の直流電流波形を再現することができる。ただし、図81に示すDCコイル61〜66のターン数は、ACコイル51〜56のターン数よりも多くされる。DC電流成分Idcは減らされる。
The three-phase current of the three-phase axially extending segment SRM described in FIG. 30 is a substantially trapezoidal DC current. The waveforms of the three-phase DC currents Iu, Iv, and Iw are shown in FIG. The waveforms of the substantially trapezoidal DC currents Iu, Iv, Iw are divided into three-phase AC current components Iuac, Ivac, Iwac and a DC current component Idc as shown in FIG. In FIG. 82, the zero values of the three-phase alternating current components Iuac, Ivac, and Iwac are the positions of the DC current components Idc.
Accordingly, the three-phase AC current components Iuac, Ivac, and Iwac are energized to the three-phase AC coils 51 to 56 (FIG. 81), and the DC current component Idc is energized to the DC coils 61 to 66 (FIG. 81). The three-phase substantially trapezoidal DC current waveform shown in FIG. 30 can be reproduced. However, the number of turns of the DC coils 61 to 66 shown in FIG. 81 is larger than the number of turns of the AC coils 51 to 56. The DC current component Idc is reduced.
(実施形態37)
実施形態37を図83を参照して説明する。図83は図54(B)に示すDC電流制御回路からロータ回転角を検出するロータ角検出回路を示すブロック回路図である。図83において、DCコイル65の電圧SvとDCコイル66の電圧Swがロータ角検出回路904に入力される。ロータ角検出回路904は、入力電圧Sv、Swに基づいてロータ角を演算する。
具体的に説明すると、互いに直列接続された複数のDCコイル61〜64を備える上記説明した複数のSRMでは、各DCコイル61〜66の電圧はロータの回転に伴い異なる位相で変化する交流電圧成分をもつ。この交流電圧成分は、軟磁性体のロータの移動による自己インダクタンスの変化と、ACコイルとの相互インダクタンスの変化及びACコイルの電流変化とにより変化する。そこで、入力電圧Sv、Swの交流電圧成分から自己インダクタンス又は相互インダクタンス成分を求め、その大きさに応じてあらかじめ記憶するマップからロータ回転角が演算される。
求められたロータ回転角はモータコントローラ(制御装置)903に入力されて、モータ制御に用いられる。モータ制御の一例を図84を参照して説明する。図84は、3相交流同期モータ回路であり、従来のそれと同じである。900は直流電源、901はモータ駆動回路、902は3相SRM、903はモータコントローラである。モータ駆動回路901はたとえば3相ユニポーラモータ駆動回路又は3相インバータにより構成される。モータコントローラ903及びモータ駆動回路901は本発明で言うモータ駆動回路を構成する。モータコントローラ903は外部から回転数指令Ns、トルク指令Tsを読み込み、3相SRM902からモータ回転角及び3相電流値を読み込む。モータコントローラ903は読み込んだデータに基づいてモータ駆動回路901を従来のように制御する。
(Embodiment 37)
More specifically, in the above-described plurality of SRMs including a plurality of DC coils 61 to 64 connected in series with each other, the voltages of the DC coils 61 to 66 change with different phases as the rotor rotates. It has. This AC voltage component changes due to a change in self-inductance due to the movement of the soft magnetic rotor, a change in mutual inductance with the AC coil, and a change in current in the AC coil. Therefore, the self-inductance or mutual inductance component is obtained from the AC voltage components of the input voltages Sv and Sw, and the rotor rotation angle is calculated from a map stored in advance according to the magnitude.
The obtained rotor rotation angle is input to a motor controller (control device) 903 and used for motor control. An example of motor control will be described with reference to FIG. FIG. 84 shows a three-phase AC synchronous motor circuit, which is the same as the conventional one.
(追加説明)
(追加記載事項1)
RMのステータ磁極にDCコイルとACコイルとを巻く場合におけるAC電流の好適波形について図85を参照して以下に説明する。上記説明では、種々の構造のDCコイルとACコイルとをもつSRMを説明した。一例において、DCコイル及びACコイルは異なるステータ磁極に集中巻きされる。他例において、DCコイル及びACコイルは同一のステータ磁極に集中巻きされる。更に他例において、DCコイル及びACコイルをなす2つのリングコイルが使用される。
しかしながら、このモータは、軟磁性のロータの磁気突極性質(リラクタンス変化)を利用するため、ACコイルのインダクタンス増大期間に正トルクを発生し、ACコイルのインダクタンス減少期間に負トルクを発生する。したがって、ACコイルのインダクタンス増大期間に大きな合成電流を流し、インダクタンス減少期間に合成電流をできるだけ流さないことが重要となる。
ACコイルに正弦波波形を通電する場合、合成電流(Iac+Idc)は、図85に示す波形となる。ただし、図85では、DCコイルのターン数はACコイルのそれと等しいと仮定している。なお、図85はU相の電流波形を示す。正弦波波形のAC電流は、略台形波状又は略矩形波状のAC電流に比べて立ち下がり及び立ち上がりが遅い。このため、合成電流(Iac+Idc)は、インダクタンス減少期間にかなり流れ、インダクタンス増大期間にかなり小さくなる。このため、インダクタンス増大期間の正トルク((ΔL/Δθ)・(Iac+Idc)・(Iac+Idc)は小さくなり、インダクタンス増大期間の負トルク(−(ΔL/Δθ)・(Iac−Idc)・(Iac−Idc)はかなり大きく残留する。
(Additional explanation)
(Additional information 1)
A preferred waveform of the AC current when a DC coil and an AC coil are wound around the RM stator pole will be described below with reference to FIG. In the above description, SRMs having DC coils and AC coils of various structures have been described. In one example, the DC coil and the AC coil are concentrated on different stator poles. In another example, the DC coil and the AC coil are concentrated on the same stator pole. In yet another example, two ring coils comprising a DC coil and an AC coil are used.
However, since this motor uses the magnetic saliency (reluctance change) of the soft magnetic rotor, it generates a positive torque during the AC coil inductance increase period and generates a negative torque during the AC coil inductance decrease period. Therefore, it is important to flow a large combined current during the inductance increase period of the AC coil and to prevent the combined current from flowing as much as possible during the inductance decrease period.
When a sinusoidal waveform is applied to the AC coil, the combined current (Iac + Idc) has the waveform shown in FIG. However, in FIG. 85, it is assumed that the number of turns of the DC coil is equal to that of the AC coil. FIG. 85 shows a U-phase current waveform. The AC current having a sine wave waveform has a slower falling and rising edge than an AC current having a substantially trapezoidal wave shape or a substantially rectangular wave shape. For this reason, the combined current (Iac + Idc) flows considerably during the inductance decrease period and becomes considerably small during the inductance increase period. For this reason, the positive torque ((ΔL / Δθ) · (Iac + Idc) · (Iac + Idc)) during the inductance increase period becomes small, and the negative torque (− (ΔL / Δθ) · (Iac−Idc) · (Iac−) during the inductance increase period. Idc) remains quite large.
したがって、DCコイルを用いる場合、ACコイルに正弦波波形を通電すると、トルクが小さく、トルクリップルが大きくなることがわかる。これに比較して、略台形波状又は略矩形波状のAC電流をACコイルに通電すると、インダクタンス増大期間に合成電流(Iac+Idc)はAC電流振幅のほぼ2倍となり、インダクタンス減少期間に合成電流(Iac−Idc)はほぼ0となるため、DCコイルを用いる場合でもトルクが大きく、トルクリップルが小さくできることがわかる。なお、図85において、L’は、インダクタンス増大期間とインダクタンス減少期間との間にインダクタンスが平坦なピーク期間及びボトム期間をもたない場合のインダクタンス波形を示す。
また、Lは、インダクタンス増大期間とインダクタンス減少期間との間にインダクタンスが平坦なピーク期間及びボトム期間をもつ場合のインダクタンス波形を示す。なお、図85における斜線部分は、ACコイル又はACコイルとDCコイルとを合成した等価コイルのインダクタンス波形がL’又はLである場合の合成電流成分を示す。
なお、図23や図31に示すような各相のロータセグメントを一体化した場合、周方向への磁束の回り込みが生じる場合があるため、それが問題となる場合には、各相のロータセグメントを磁気的に分離することが望ましい。
なお、この明細書では、インダクタンス増大期間の正トルクを((ΔL/Δθ)・(Iac+Idc)・(Iac+Idc)、インダクタンス増大期間の負トルク(−(ΔL/Δθ)・(Iac−Idc)・(Iac−Idc)とみなしたが、これは、AC電流成分Iacが流れるACコイルと、DC電流Idcが流れるDCコイルとを、インダクタンス増大期間に合成電流(Iac+Idc)が流れ、インダクタンス減少期間に合成電流(Iac−Idc)が流れる等価コイルによるリラクタンストルクである点に留意されたい。
また、この明細書で言う「略台形波又は略矩形波」とは次のように定義される。すなわち、純粋な正弦波の半波と、この純粋な正弦波の半端に対して2つの0点及び最大値が一致する純粋な矩形波及び略台形波(又は略矩形波)を考える。この純粋な矩形波の振幅からこの純粋な正弦波の半波の振幅を差し引いた振幅差の平均値の半分よりも、略台形波(又は略矩形波)の振幅からこの純粋な正弦波の半波の振幅を差し引いた振幅差の平均値が大きい台形波形を、この明細書では略台形波と定義する。
又は、基本正弦波に対して3倍高調波成分が10〜60%、更に好適には20〜50%重畳した波形を、この明細書では略台形波と定義する。
Therefore, when a DC coil is used, it can be seen that when a sinusoidal waveform is applied to the AC coil, the torque is small and the torque ripple is large. In contrast, when a substantially trapezoidal or rectangular wave AC current is passed through the AC coil, the combined current (Iac + Idc) becomes approximately twice the AC current amplitude during the inductance increase period, and the combined current (Iac) during the inductance decrease period. Since −Idc) is almost 0, it can be seen that even when a DC coil is used, the torque is large and the torque ripple can be reduced. In FIG. 85, L ′ represents an inductance waveform when the inductance does not have a flat peak period and a bottom period between the inductance increase period and the inductance decrease period.
L represents an inductance waveform when the inductance has a flat peak period and bottom period between the inductance increase period and the inductance decrease period. The hatched portion in FIG. 85 indicates the combined current component when the inductance waveform of the AC coil or the equivalent coil obtained by combining the AC coil and the DC coil is L ′ or L.
If the rotor segments of each phase as shown in FIG. 23 and FIG. 31 are integrated, the magnetic flux may wrap around in the circumferential direction. If this is a problem, the rotor segment of each phase Is desirably magnetically separated.
In this specification, the positive torque during the inductance increase period is ((ΔL / Δθ) · (Iac + Idc) · (Iac + Idc), and the negative torque during the inductance increase period (− (ΔL / Δθ) · (Iac−Idc) · ( Iac−Idc), the combined current (Iac + Idc) flows through the AC coil in which the AC current component Iac flows and the DC coil in which the DC current Idc flows in the inductance increasing period, and the combined current in the inductance decreasing period. Note that (Iac-Idc) is the reluctance torque due to the equivalent coil.
Further, “substantially trapezoidal wave or substantially rectangular wave” in this specification is defined as follows. That is, a pure sine wave half wave and a pure rectangular wave and a substantially trapezoidal wave (or a substantially rectangular wave) in which two zero points and the maximum value coincide with each other at the half end of the pure sine wave are considered. Rather than half the average amplitude difference of the amplitude of the pure square wave minus the amplitude of the half wave of the pure sine wave, the amplitude of the substantially trapezoidal wave (or substantially square wave) is half the amplitude of the pure sine wave. In this specification, a trapezoidal waveform having a large average value of amplitude differences obtained by subtracting the amplitude of the wave is defined as a substantially trapezoidal wave.
Alternatively, a waveform in which the third harmonic component is superimposed on the fundamental sine wave by 10 to 60%, more preferably 20 to 50% is defined as a substantially trapezoidal wave in this specification.
(追加記載事項2)
図41に記載する3相周方向延在セグメントSRM(ロータセグメントをもつSRM)は、図44に記載するように3相台形波直流電流Iu、Iv、Iwの立ち上がり期間と立ち下がり期間とがオーバーラップしている点、並びに、3相のうち2相のインダクタンス増大期間とインダクタンス減少期間がオーバーラップしている点に注目されたい。このことは、電源側からSRMに通電する電流の変化を非常に小さくできることを意味する。つまり、このモータの電源の出力電流リップルは小さくなる。
なお、図44に示す3相台形波直流電流Iu、Iv、Iwの立ち上がりは、たとえば図55〜図61に示すユニポーラSRM駆動回路により給電することができる。従来同様、図44に示す3相台形波直流電流Iu、Iv、Iwの立ち上がり期間に各相のスイッチング素子はフルオンされることができ、その後の電流平坦期間に各相のスイッチング素子はPWM制御されることができ、その後の立ち下がり期間に各相のスイッチング素子はオフされて回生電流がフライホイルダイオードを通じて流されることができる。
(Additional information 2)
The three-phase circumferentially extending segment SRM (SRM having a rotor segment) shown in FIG. 41 has the rising period and falling period of the three-phase trapezoidal wave direct currents Iu, Iv, Iw over as shown in FIG. It should be noted that the wrapping and the inductance increase period and the inductance decrease period of two phases of the three phases overlap. This means that the change in the current supplied to the SRM from the power source side can be made very small. That is, the output current ripple of the motor power supply is reduced.
44. The rising of the three-phase trapezoidal wave direct currents Iu, Iv, and Iw shown in FIG. 44 can be supplied by, for example, the unipolar SRM drive circuit shown in FIGS. As in the prior art, the switching elements of each phase can be fully turned on during the rising period of the three-phase trapezoidal wave direct currents Iu, Iv, Iw shown in FIG. 44, and the switching elements of each phase are PWM controlled during the subsequent current flat period. In the subsequent falling period, the switching element of each phase is turned off, and the regenerative current can flow through the flywheel diode.
(追加記載事項3)
図46に記載する3相周方向延在セグメントSRM(ロータセグメントをもつSRM)は、図49に記載するように3相台形波交流電流Iu、Iv、Iwのうちの2相の電流の立ち上がり期間と立ち下がり期間とがオーバーラップしている点、各2相の電流が半波期間ずつ逆位相となる点、3相のうち電流が通電される2相のインダクタンス増大期間とインダクタンス減少期間がオーバーラップしている点に注目されたい。このことは、この3相台形波交流電流Iu、Iv、Iwが従来の3相インバータにより形成できること、電源側からSRMに通電する電流の変化を非常に小さくできることを意味する。つまり、このモータの電源の出力電流リップルは小さくなる。
更に、図46において、合計6つのDCコイル10が巻かれた直流磁極10A〜10Fに注目すると、そのうちの3つのインダクタンス増大期間と、残りの3つのインダクタンス減少期間とがオーバーラップしていることがわかる。このことは、合計6つのDCコイル10を直列接続した場合、その合成インダクタンス変化の時間変化が非常に小さくなる。したがって、直列接続された6つのDCコイル10の誘導電圧の総和はロータセグメント21〜24の回転にもかかわらず小さいことがわかる。6つの交番磁極と6つの直流磁極と4つのロータセグメントとをもつ図44の周方向延在セグメントSRMのこの好適な特性は、従来知られていなかった。
(Additional description 3)
The three-phase circumferentially extending segment SRM (SRM having a rotor segment) described in FIG. 46 has a rising period of two-phase current out of the three-phase trapezoidal wave alternating currents Iu, Iv, Iw as illustrated in FIG. And the falling period overlap, the two-phase currents are in opposite phases by half-wave period, the two-phase inductance increase period and the inductance decrease period in which the current flows among the three phases Note the wrapping point. This means that the three-phase trapezoidal wave alternating currents Iu, Iv, Iw can be formed by a conventional three-phase inverter, and the change in current flowing from the power supply side to the SRM can be made extremely small. That is, the output current ripple of the motor power supply is reduced.
Furthermore, in FIG. 46, when attention is paid to the DC
(追加記載事項4)
図50に記載するダブルコイル型3相SRMは、図53に記載するように3相台形波交流電流Iu、Iv、Iwのうちの2相の電流の立ち上がり期間と立ち下がり期間とがオーバーラップしている点、1相の交流電流の振幅が他の2相の交流電流の振幅の2倍となり逆位相となること、3相台形波交流電流Iu、Iv、Iwのうちの2相の電流の立ち上がり期間と立ち下がり期間とがオーバーラップしていること、3相のうちの2相のインダクタンス増大期間とインダクタンス減少期間がオーバーラップしている点に注目されたい。このことは、この3相台形波交流電流Iu、Iv、Iwが従来の3相インバータにより形成できること、電源側からSRMに通電する電流の変化を非常に小さくできることを意味する。つまり、このモータの電源の出力電流リップルは小さくなる。
更に、図50において、合計6つのDCコイル10が巻かれた直流磁極10A〜10Fに注目すると、そのうちの3つのインダクタンス増大期間と、残りの3つのインダクタンス減少期間とがオーバーラップしていることがわかる。したがって、直列接続された6つのDCコイル10の誘導電圧の総和はロータセグメント21〜24の回転にもかかわらず小さいことがわかる。更に、上記した図53示す各相の交流電流変化の合計が小さいことから、合計6つのDCコイル10を直列接続した場合、ACコイル51〜56からDCコイル61〜66へのトランスフォーマ作用による電力移動が小さくなる。したがって、直列接続された6つのDCコイル10の誘導電圧の総和はロータセグメント21〜24の回転にもかかわらず小さいことがわかる。共通ロータヨークから突出する4つのロータ磁極をもつ従来形式の3相SRMにおいて、6つのACコイルと6つのDCコイルとを6つのステータ磁極に集中巻きすることにより、上記好適な特性が得られることは、従来知られていなかった。
(Additional description 4)
As shown in FIG. 53, the double coil type three-phase SRM shown in FIG. 50 overlaps the rising and falling periods of the two-phase currents of the three-phase trapezoidal wave alternating currents Iu, Iv, and Iw. In other words, the amplitude of one-phase alternating current is twice the amplitude of the other two-phase alternating current, resulting in an opposite phase, and the two-phase current of the three-phase trapezoidal wave alternating currents Iu, Iv, Iw It should be noted that the rising period and the falling period overlap, and the inductance increasing period and inductance decreasing period of two of the three phases overlap. This means that the three-phase trapezoidal wave alternating currents Iu, Iv, Iw can be formed by a conventional three-phase inverter, and the change in current flowing from the power supply side to the SRM can be made extremely small. That is, the output current ripple of the motor power supply is reduced.
Further, in FIG. 50, when attention is paid to the DC
(追加記載事項5)
上記した3相軸方向延在セグメントSRMにおいて、たとえば図73に示すようにDCコイル及びACコイルとしてリングコイルを採用すること、及び、たとえば図27に示すように直流磁極(DCコイルを集中巻して形成することができる)と交番磁極とを軸方向交互に配置することは、従来知られていなかった。
また、これらの軸方向延在セグメントSRMを3相構成とすると、各相のACコイル(ステータコイル)の電流変化の合計が小さくなり、直列接続された各DCコイルの電流変化も小さくなることは、各ステータ磁極をステータヨークで連結した既述のSRMと同じである。これらのことは従来、知られていなかった。更に、ロータの径方向外側に3相のスーテータ磁極を配置し、ロータの軸方向突出部の径方向内側に前後一相のステータ磁極を配置する図73のモータが、ロータの安定性を確保しつつモータの軸方向長を短縮できることも従来知られていなかった。
(Additional description 5)
In the above-described three-phase axially extending segment SRM, for example, as shown in FIG. 73, a ring coil is adopted as a DC coil and an AC coil, and, for example, as shown in FIG. It has not been known in the past to alternately arrange alternating magnetic poles in the axial direction.
If these axially extending segment SRMs have a three-phase configuration, the total current change of the AC coils (stator coils) of each phase is reduced, and the current change of each DC coil connected in series is also reduced. This is the same as the above-described SRM in which the stator magnetic poles are connected by the stator yoke. These have not been known so far. Further, the three-phase stator magnetic pole is arranged on the outer side in the radial direction of the rotor, and the front and rear one-phase stator magnetic poles are arranged on the inner side in the radial direction of the axial projecting portion of the rotor to ensure the stability of the rotor. However, it has not been conventionally known that the axial length of the motor can be shortened.
(追加記載事項6)
図80に記載するダブルコイル型3相SRMは、図50に記載するダブルコイル型SRMのロータを従来の共通ロータヨーク構造から2つのロータセグメントをもつ構造に変更したものである。図80のダブルコイル型3相SRMは、図54及び図82からわかるように、図50のダブルコイル型SRMと同じく3相交流電流合計が小さくなり、直列接続された各DCコイルに流れる直流電流も小さくなることが理解される。6つのステータ磁極と2つのロータセグメントとをもつ3相周方向延在セグメントSRMにおいて、上記好適な特性が得られることは、従来知られていなかった。
(Additional description 6)
The double coil type three-phase SRM shown in FIG. 80 is obtained by changing the rotor of the double coil type SRM shown in FIG. 50 from a conventional common rotor yoke structure to a structure having two rotor segments. As shown in FIGS. 54 and 82, the double-coil type three-phase SRM in FIG. 80 has a small total three-phase alternating current as in the double-coil type SRM in FIG. 50, and the direct current flowing through the DC coils connected in series. It will be understood that also becomes smaller. Conventionally, it has not been known that the above-mentioned preferable characteristics can be obtained in a three-phase circumferentially extending segment SRM having six stator magnetic poles and two rotor segments.
(追加記載事項7)
図58、図59に記載する新しいSRM駆動法は、たとえばU相のインダクタンス増大期間(図58での期間t1〜t4、図59の期間t3〜t6)の以前にU相電流をほぼ立ち上げ、以後にほぼ立ち下げる。ここで言う「ほぼ」とは好適には75%以上、更に好適には90%以上を言う。リラクタンストルクは、電流の2乗とインダクタンスの変化率とに比例するため、インダクタンス増大期間に電流を略一定とすることにより、トルク変化を略一定とすることができる。この新しい駆動法をたとえば3相SRMに適用する場合、各相のインダクタンス増大期間がほぼ順次連続することが好適である(図59)これにより、合成トルクのリップルは図59に示すように大幅に小さくなり、合成トルクはほぼ一定となる。
ただし、図59の3相電流Iu、Iv、Iwにおいて、各相の立ち上がり期間(たとえばU相電流IUでは期間t2〜t3)は、前の相の立ち下がり期間(たとえばW相電流IWの立ち下がり期間)より先行して実施され、各相の立ち下がり期間(たとえばU相電流IUでは期間t6〜t7)は、次の相の立ち上がり期間(たとえばV相電流IWの立ち上がり期間)よりも遅れて実施される。
(Additional description 7)
58 and 59, for example, the U-phase current substantially rises before the U-phase inductance increase period (periods t1 to t4 in FIG. 58, periods t3 to t6 in FIG. 59), It almost falls after that. “Almost” here means preferably 75% or more, more preferably 90% or more. Since the reluctance torque is proportional to the square of the current and the rate of change of the inductance, the torque change can be made substantially constant by making the current substantially constant during the inductance increase period. When this new driving method is applied to, for example, a three-phase SRM, it is preferable that the inductance increase period of each phase is continuous in sequence (FIG. 59). As a result, the resultant torque ripple is greatly increased as shown in FIG. As a result, the combined torque becomes almost constant.
However, in the three-phase currents Iu, Iv, and Iw in FIG. 59, the rising period of each phase (for example, the period t2 to t3 in the U-phase current IU) is the falling period of the previous phase (for example, the falling of the W-phase current IW). The falling period of each phase (for example, the period t6 to t7 for the U-phase current IU) is implemented later than the rising period of the next phase (for example, the rising period of the V-phase current IW). Is done.
したがって、この新しい多相SRM駆動法は、各相電流を独立制御できるモータ駆動回路によりなされる。三相星形ステータコイルなどを制御する従来周知の3相インバータの使用は好ましくない。好適には、既述したユニポーラSRM駆動回路を採用することができる。各相電流として交流電流(AC電流)を採用する場合には、各相電流をそれぞれ単相フルブリッジ回路(いわゆるHブリッジ)により駆動されることが好適である。
この新しい多相SRM駆動法は、各相のインダクタンス波形が、その最小レベルが所定時間持続するボトム期間と、その最大レベルが小弟時間持続するピーク期間をもつことが好ましい。更に、電動動作では、各相電流の立ち上がり期間をボトム期間に、立ち下がり期間をピーク期間に設定することが好ましい。これにより、これらの期間に逆トルクが生じることがない。図58のICは、電流の立ち上がり期間及び立ち下がり期間がインダクタンス増大期間の外側に設定された例を示す。
インダクタンスのピーク期間は、ステータ磁極の周方向幅とロータ磁極の周方向幅を一致させないことにより形成することができる。インダクタンスのボトム期間は、ステータ磁極間の周方向間隙(いわゆるスロット)の周方向幅とロータ磁極の周方向幅とを一致させないことにより形成することができる。
Therefore, this new multiphase SRM driving method is performed by a motor driving circuit capable of independently controlling each phase current. Use of a conventionally known three-phase inverter for controlling a three-phase star-shaped stator coil or the like is not preferable. Preferably, the above-described unipolar SRM drive circuit can be employed. When an alternating current (AC current) is adopted as each phase current, each phase current is preferably driven by a single-phase full bridge circuit (so-called H bridge).
In this new multiphase SRM driving method, it is preferable that the inductance waveform of each phase has a bottom period in which the minimum level lasts for a predetermined time and a peak period in which the maximum level lasts for a little time. Further, in the electric operation, it is preferable to set the rising period of each phase current to the bottom period and the falling period to the peak period. Thereby, reverse torque does not occur in these periods. The IC in FIG. 58 shows an example in which the current rising period and falling period are set outside the inductance increasing period.
The inductance peak period can be formed by not matching the circumferential width of the stator magnetic pole and the circumferential width of the rotor magnetic pole. The bottom period of the inductance can be formed by not matching the circumferential width of the circumferential gap (so-called slot) between the stator magnetic poles and the circumferential width of the rotor magnetic pole.
好適には、相コイルのインダクタンスは、略フラットな小値が所定期間続くボトム期間と、略フラットな大値が所定期間続くピーク期間と、ボトム期間からピーク期間まで増大する増大期間と、ピーク値からボトム期間まで減少する減少期間とを有して略台形形状の時間波形を有することが好適である。このようにすると、ボトム期間の終期に相コイルへの通電を開始し、その後の増大期間のほぼ全部にわたって略一定の電流を通電し、その後のピーク期間の初期に通電停止後の回生電流を通電することにより、矩形波状ののトルクを発生させることができる。この時、第1の相コイルの増大期間にほぼ連続して第2の相コイルの増大期間を設定することにより、連続する矩形波状のトルクにより一定の合成トルクを形成することができる。なお、効率を重視する運転モードでは、ボトム期間での立ち上げ及びピーク期間での立ち下げを抑制して銅損を低減し、トルクリップル及び騒音の低減を重視する運転モードでは上記ボトム期間の立ち上げ及びピーク期間での立ち下げを十分行ってトルクリップル及び騒音を抑制することもできる。トルクリップル及びそれによる騒音が小さいこの新しいSRM駆動法は従来知られていなかった。 Preferably, the inductance of the phase coil includes a bottom period in which a substantially flat small value continues for a predetermined period, a peak period in which a substantially flat large value continues for a predetermined period, an increasing period in which the bottom period increases from the peak period, and a peak value It is preferable to have a substantially trapezoidal time waveform with a decreasing period that decreases from the bottom period to the bottom period. In this way, energization of the phase coil is started at the end of the bottom period, a substantially constant current is energized over almost the entire subsequent increase period, and a regenerative current after energization is stopped at the beginning of the subsequent peak period. By doing so, a rectangular wave-like torque can be generated. At this time, by setting the increase period of the second phase coil substantially continuously with the increase period of the first phase coil, a constant combined torque can be formed by the continuous rectangular wave torque. In the operation mode that emphasizes efficiency, the rise in the bottom period and the fall in the peak period are suppressed to reduce copper loss, and in the operation mode that emphasizes the reduction of torque ripple and noise, the rise of the bottom period is performed. Torque ripple and noise can be suppressed by sufficiently raising and falling during the peak period. This new SRM drive method with low torque ripple and resulting noise has not been known.
Claims (37)
前記ロータのステータ対向面は、低磁気抵抗部と高磁気抵抗部とを周方向所定ピッチで交互に有し、前記ステータコアは、前記ロータに向けて突出する複数のステータ磁極を周方向所定ピッチで有するスイッチドリラクタンスモータにおいて、
前記モータ駆動回路は、前記ステータコイルとしてのACコイルに略台形波又は略矩形波の交流電圧を印加し、
前記ステータは、前記ステータ磁極に集中巻き方式又はリングコイル巻き方式により巻かれたDCコイル又は前記ステータ磁極に固定された永久磁石により構成されて前記ステータ磁極に直流磁束を流す直流磁束源を有することを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。 A stator having a soft magnetic stator core around which a stator coil is wound, a rotor disposed on the peripheral surface of the stator so as to be relatively rotatable with a small gap therebetween, and a motor drive circuit for driving the stator coil,
The stator facing surface of the rotor has low magnetic resistance portions and high magnetic resistance portions alternately at a predetermined pitch in the circumferential direction, and the stator core has a plurality of stator magnetic poles protruding toward the rotor at a predetermined pitch in the circumferential direction. In a switched reluctance motor having
The motor driving circuit applies an alternating voltage of a substantially trapezoidal wave or a substantially rectangular wave to the AC coil as the stator coil,
The stator includes a DC coil wound around the stator magnetic pole by a concentrated winding method or a ring coil winding method, or a permanent magnet fixed to the stator magnetic pole, and has a DC magnetic flux source for flowing a DC magnetic flux to the stator magnetic pole. A switched reluctance motor.
前記ロータは、周方向に所定ピッチで配列される複数の軟磁性のロータセグメントを有し、
前記ロータセグメントの周方向長は、交番磁極の周方向幅Waと直流磁極の周方向幅Wsと交番磁極と直流磁極との間の間隙幅Wgとの和よりも大きく、かつ、Wa+Ws+3Wgよりも小さく形成され、
前記ACコイルは、前記交番磁極にそれぞれ集中巻きされて前記交番磁極を交番励磁する請求項1記載のスイッチドリラクタンスモータ。 The stator magnetic pole has alternating magnetic poles that are alternately excited by the AC coil and DC magnetic poles that are DC-excited by the DC magnetic flux source in a substantially circumferential direction,
The rotor has a plurality of soft magnetic rotor segments arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction,
The circumferential length of the rotor segment is larger than the sum of the circumferential width Wa of the alternating magnetic pole, the circumferential width Ws of the DC magnetic pole, and the gap width Wg between the alternating magnetic pole and the DC magnetic pole, and smaller than Wa + Ws + 3Wg. Formed,
The switched reluctance motor according to claim 1, wherein the AC coil is concentratedly wound around the alternating magnetic poles to alternately excite the alternating magnetic poles.
前記各ステータセグメントは、前記ステータコイルにより交番励磁される前記ステータ磁極としての交番磁極と、前記直流磁束源により直流励磁される前記ステータ磁極としての直流磁極とを略軸方向又は略径方向に交互に有し、
前記各ステータセグメントは、前記交番磁極と前記直流磁極とを合計3個以上有し、
前記ロータは、周方向に所定ピッチで配列されて略軸方向又は略径方向に延在する複数の軟磁性のロータセグメントを有し、
前記複数のロータセグメントは、略軸方向又は略径方向に隣接する前記各ステータセグメントの略軸方向又は略径方向における第1列及び第2列の前記ステータ磁極を磁気的に短絡可能な長さを有する第1の前記ロータセグメントと、略軸方向又は略径方向に隣接する前記各ステータセグメントの略軸方向又は略径方向における第2列及び第3列の前記ステータ磁極を磁気的に短絡可能な長さを有する第2の前記ロータセグメントとを含み、
前記第1、第2のステータ磁極と前記第1列のロータセグメントとの間の周方向相対位置は、前記第2、第3のステータ磁極と前記第2列のロータセグメントとの間の周方向相対位置に対して異なり、
前記ステータコイルは、互いに略軸方向又は略径方向に隣接する前記第1〜第3の前記ステータ磁極の間の2つのスロットに別々に収容して前記各ステータセグメントを略周方向に貫通する2つスロットに別々に収容されて軸心を囲むリング状の第1、第2のリングコイルを有し、
前記モータ駆動回路は、前記2つの周方向相対位置の差に応じた位相差を有する第1、第2の相電流を前記第1、第2のリングコイルに別々に通電する請求項1記載のスイッチドリラクタンスモータ。 The stator core has a plurality of soft magnetic stator segments arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction and extending in a substantially axial direction or a substantially radial direction,
Each stator segment has alternating magnetic poles as the stator magnetic poles that are alternately excited by the stator coil and DC magnetic poles as the stator magnetic poles that are DC-excited by the DC magnetic flux source in a substantially axial direction or a substantially radial direction. Have
Each stator segment has a total of three or more of the alternating magnetic poles and the DC magnetic poles,
The rotor has a plurality of soft magnetic rotor segments arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction and extending in a substantially axial direction or a substantially radial direction,
The plurality of rotor segments have a length capable of magnetically short-circuiting the first and second rows of stator magnetic poles in the substantially axial direction or the substantially radial direction of the stator segments adjacent in the substantially axial direction or the substantially radial direction. It is possible to magnetically short-circuit the first and second rotor segments having the second and third rows of stator poles in the substantially axial direction or the substantially radial direction of the stator segments adjacent to each other in the substantially axial direction or the substantially radial direction. The second rotor segment having a length,
The circumferential relative position between the first and second stator magnetic poles and the first row of rotor segments is the circumferential direction between the second and third stator magnetic poles and the second row of rotor segments. Different relative position,
The stator coil is separately accommodated in two slots between the first to third stator magnetic poles adjacent to each other in the substantially axial direction or the substantially radial direction, and penetrates each stator segment in the substantially circumferential direction. Ring-shaped first and second ring coils which are separately accommodated in one slot and surround the axis,
2. The motor driving circuit according to claim 1, wherein first and second phase currents having a phase difference corresponding to a difference between the two circumferential relative positions are separately supplied to the first and second ring coils. Switched reluctance motor.
前記ステータセグメント及び前記ロータセグメントの径方向端部は、全体として近似的に円形となるように互いの間に段差を有して配列されている請求項7記載のスイッチドリラクタンスモータ。 The stator segment and the rotor segment are formed by laminating a plurality of soft magnetic steel plates extending in the axial direction in a tangential direction of the rotor,
The switched reluctance motor according to claim 7, wherein radial end portions of the stator segment and the rotor segment are arranged with a step between each other so as to be approximately circular as a whole.
前記リングコイル及び前記ステータ磁極は、前記ロータセグメントの前記突出した部分の径方向両側に配置される請求項7記載のスイッチドリラクタンスモータ。 The rotor segment is fixed to the outer peripheral surface of the non-magnetic boss portion fitted to the rotating shaft and protrudes on both axial sides of the boss portion.
The switched reluctance motor according to claim 7, wherein the ring coil and the stator magnetic pole are disposed on both radial sides of the protruding portion of the rotor segment.
前記ACコイルは、前記各ステータ磁極の間に別々に配置されるM−1個の前記リングコイルを有し、
前記モータ駆動回路は、位相角が互いに所定電気角だけずれたM−1相の電流を前記M−1個の前記リングコイルに別々に通電する請求項7記載のスイッチドリラクタンスモータ。 Having M (M is an integer of 4 or more) stator poles arranged at different positions in the substantially axial direction or the substantially radial direction,
The AC coil has M-1 ring coils arranged separately between the stator magnetic poles,
8. The switched reluctance motor according to claim 7, wherein the motor drive circuit separately supplies M−1 phase currents having phase angles shifted from each other by a predetermined electrical angle to the M−1 ring coils. 9.
前記モータ駆動回路は、前記ACコイルのインダクタンス増大期間に、前記DCコイルが前記ステータ磁極に形成する直流磁束と同じ向きに前記ステータ磁極に交流磁束を形成し、前記ACコイルのインダクタンス減少期間に前記直流磁束と逆向きに前記ステータ磁極に交流磁束を形成する請求項1記載のスイッチドリラクタンスモータ。 In addition to the AC coil as the stator coil, the stator has a DC coil that is energized with a direct current to form a direct magnetic flux in the stator magnetic pole,
The motor drive circuit forms an AC magnetic flux on the stator magnetic pole in the same direction as a DC magnetic flux formed on the stator magnetic pole by the DC coil during an inductance increase period of the AC coil, and The switched reluctance motor according to claim 1, wherein an alternating magnetic flux is formed on the stator magnetic pole in a direction opposite to the direct magnetic flux.
前記ロータは、周方向に隣接する2つの前記ステータ磁極を磁気的に短絡可能な周方向長を有して周方向に延在する2N個の軟磁性のロータセグメントを有し、
前記ステータコイルは、周方向に順に配列された第1、第2、第3の前記ステータ磁極に別々に集中巻きされて互いに電気角2π/3離れた位相をもつ略台形波又は略矩形波の直流電流が通電されるACコイルとしてのU相、V相、W相コイルを有し、
前記各相のステータ磁極は、前記各ステータ磁極に集中巻きされたDCコイルを有し、
前記DCコイルは、同一の前記ステータ磁極に巻かれた前記ACコイルのインダクタンス減少期間に、前記ステータ磁極の磁束量を低減させる方向へ直流電流が通電される請求項13記載のスイッチドリラクタンスモータ。 The stator core has 6N (N is an integer) stator magnetic poles,
The rotor has 2N soft magnetic rotor segments extending in the circumferential direction having a circumferential length capable of magnetically shorting two stator poles adjacent in the circumferential direction,
The stator coil is a substantially trapezoidal wave or a substantially rectangular wave that is separately concentrated and wound around the first, second, and third stator magnetic poles arranged in order in the circumferential direction and has a phase separated from each other by an electrical angle of 2π / 3. It has U-phase, V-phase, and W-phase coils as AC coils through which direct current is passed,
The stator magnetic pole of each phase has a DC coil concentratedly wound around each stator magnetic pole,
14. The switched reluctance motor according to claim 13, wherein a direct current is applied to the DC coil in a direction to reduce the amount of magnetic flux of the stator magnetic pole during an inductance reduction period of the AC coil wound around the same stator magnetic pole.
前記ロータのステータ対向面は、低磁気抵抗部と高磁気抵抗部とを周方向所定ピッチで交互に有し、前記ステータコアは、前記ロータに向けて突出する複数のステータ磁極を周方向所定ピッチで有するスイッチドリラクタンスモータにおいて、
前記ステータコアは、周方向所定ピッチで配置されて略軸方向又は略径方向へそれぞれ延在する複数の軟磁性のステータセグメントを有し、
前記各ステータセグメントは、略軸方向又は略径方向に所定ピッチで形成される3個以上の前記ステータ磁極を有し、
前記ロータは、周方向に所定ピッチで配列されて略軸方向又は略径方向に延在する複数の軟磁性のロータセグメントを有し、
前記複数のロータセグメントは、略軸方向又は略径方向に隣接する前記各ステータセグメントの略軸方向又は略径方向における第1列及び第2列の前記ステータ磁極を磁気的に短絡可能な長さを有する第1の前記ロータセグメントと、略軸方向又は略径方向に隣接する前記各ステータセグメントの略軸方向又は略径方向における第2列及び第3列の前記ステータ磁極を磁気的に短絡可能な長さを有する第2の前記ロータセグメントとを含み、
前記第1、第2のステータ磁極と前記第1列のロータセグメントとの間の周方向相対位置は、前記第2、第3のステータ磁極と前記第2列のロータセグメントとの間の周方向相対位置に対して異なり、
前記ステータコイルは、互いに略軸方向又は略径方向に隣接する前記第1〜第3の前記ステータ磁極の間の2つのスロットに別々に収容して前記各ステータセグメントを略周方向に貫通する2つスロットに別々に収容される第1、第2のリングコイルを有し、
前記モータ駆動回路は、前記2つの周方向相対位置の差に応じた位相差を有する第1、第2の相電流を前記第1、第2のリングコイルに別々に通電することを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。 A stator having a soft magnetic stator core around which a stator coil is wound, a rotor disposed on the peripheral surface of the stator so as to be relatively rotatable with a small gap therebetween, and a motor drive circuit for driving the stator coil,
The stator facing surface of the rotor has low magnetic resistance portions and high magnetic resistance portions alternately at a predetermined pitch in the circumferential direction, and the stator core has a plurality of stator magnetic poles protruding toward the rotor at a predetermined pitch in the circumferential direction. In a switched reluctance motor having
The stator core has a plurality of soft magnetic stator segments arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction and extending in a substantially axial direction or a substantially radial direction,
Each stator segment has three or more stator magnetic poles formed at a predetermined pitch in a substantially axial direction or a substantially radial direction,
The rotor has a plurality of soft magnetic rotor segments arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction and extending in a substantially axial direction or a substantially radial direction,
The plurality of rotor segments have a length capable of magnetically short-circuiting the first and second rows of stator magnetic poles in the substantially axial direction or the substantially radial direction of the stator segments adjacent in the substantially axial direction or the substantially radial direction. It is possible to magnetically short-circuit the first and second rotor segments having the second and third rows of stator poles in the substantially axial direction or the substantially radial direction of the stator segments adjacent to each other in the substantially axial direction or the substantially radial direction. The second rotor segment having a length,
The circumferential relative position between the first and second stator magnetic poles and the first row of rotor segments is the circumferential direction between the second and third stator magnetic poles and the second row of rotor segments. Different relative position,
The stator coil is separately accommodated in two slots between the first to third stator magnetic poles adjacent to each other in the substantially axial direction or the substantially radial direction, and penetrates each stator segment in the substantially circumferential direction. Having first and second ring coils separately accommodated in one slot,
The motor driving circuit supplies a first and a second phase current having a phase difference corresponding to a difference between the two circumferential relative positions separately to the first and second ring coils. Switched reluctance motor.
前記ステータセグメント及び前記ロータセグメントの径方向端部は、全体として近似的に円形となるように互いの間に段差を有して配列されている請求項22記載のスイッチドリラクタンスモータ。 The stator segment and the rotor segment are formed by laminating a plurality of soft magnetic steel plates extending in the axial direction in a tangential direction of the rotor,
23. The switched reluctance motor according to claim 22, wherein the radial ends of the stator segment and the rotor segment are arranged with a step between each other so as to be approximately circular as a whole.
前記リングコイル及び前記ステータ磁極は、前記ロータセグメントの前記突出した部分の径方向両側に配置される請求項22記載のスイッチドリラクタンスモータ。 The rotor segment is fixed to the outer peripheral surface of the non-magnetic boss portion fitted to the rotating shaft and protrudes on both axial sides of the boss portion.
The switched reluctance motor according to claim 22, wherein the ring coil and the stator magnetic pole are disposed on both radial sides of the protruding portion of the rotor segment.
前記リングコイルの各ターンは、前記ステータセグメントの複数の前記ステータ磁極の配列方向である略軸方向又は径方向に積層される請求項22記載のスイッチドリラクタンスモータ。 The ring coil is formed by spirally winding a long insulating coated conductive metal plate having a substantially constant thickness in a substantially axial direction or a radial direction that is an arrangement direction of the plurality of stator magnetic poles of the stator segment,
The switched reluctance motor according to claim 22, wherein each turn of the ring coil is stacked in a substantially axial direction or a radial direction, which is an arrangement direction of the plurality of stator magnetic poles of the stator segment.
前記ロータのステータ対向面は、低磁気抵抗部と高磁気抵抗部とを周方向所定ピッチで交互に有し、前記ステータコアは、前記ロータに向けて突出する複数のステータ磁極を周方向所定ピッチで有するスイッチドリラクタンスモータにおいて、
前記ステータコイルをなす複数の相コイルに互いに異なるタイミングで略台形波又は略矩形波の直流電圧を印加するユニポーラタイプのモータ駆動回路を有し、
前記モータ駆動回路は、前記相コイルへ通電する相電流の立ち上がり期間又は立ち下がり期間を加速する加速回路を有することを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。 A stator having a soft magnetic stator core around which a stator coil is wound, a rotor disposed on the peripheral surface of the stator so as to be relatively rotatable with a small gap therebetween, and a motor drive circuit for driving the stator coil,
The stator facing surface of the rotor has low magnetic resistance portions and high magnetic resistance portions alternately at a predetermined pitch in the circumferential direction, and the stator core has a plurality of stator magnetic poles protruding toward the rotor at a predetermined pitch in the circumferential direction. In a switched reluctance motor having
A unipolar type motor drive circuit for applying a substantially trapezoidal wave or a substantially rectangular wave DC voltage to the plurality of phase coils forming the stator coil at different timings;
The switched reluctance motor, wherein the motor drive circuit includes an acceleration circuit that accelerates a rising period or a falling period of a phase current energized to the phase coil.
前記リアクトルの他端は、互いに異なる前記ハイサイドダイオードを通じて互いに異なる相コイルの低電位端に接続される請求項31記載のスイッチドリラクタンスモータ。 One end of the reactor is connected to the high potential end of the DC power supply,
32. The switched reluctance motor according to claim 31, wherein the other end of the reactor is connected to a low potential end of different phase coils through the different high side diodes.
、前記相コイルの低電位端と前記スイッチング素子の高電位端との接続点と前記アシストコイルの高電位端とを前記逆流防止用のダイオードを通じて接続して、前記スイッチング素子のオフ時に前記相コイルの磁気エネルギーを前記アシストコイルに流す請求項30記載のスイッチドリラクタンスモータ。 The acceleration circuit includes a switching element that connects a low potential end of the phase coil and a low power supply bus, and a diode for preventing backflow,
A connection point between a low-potential end of the phase coil and a high-potential end of the switching element and a high-potential end of the assist coil are connected through the backflow prevention diode, and the phase coil is turned off when the switching element is turned off. The switched reluctance motor according to claim 30, wherein the magnetic energy is supplied to the assist coil.
前記ロータのステータ対向面は、低磁気抵抗部と高磁気抵抗部とを周方向所定ピッチで交互に有し、前記ステータコアは、前記ロータに向けて突出する複数のステータ磁極を周方向所定ピッチで有するスイッチドリラクタンスモータにおいて、
前記ステータコイルをなす複数の相コイルに互いに異なるタイミングで略台形波又は略矩形波の直流電圧を印加するユニポーラタイプのモータ駆動回路を有し、
前記モータ駆動回路は、前記相コイルのインダクタンス増大期間の開始時点前に前記相コイルへの通電電流の最大値の所定%以上の電流を通電し、かつ、前記相コイルのインダクタンス増大期間の終了時点後に前記相コイルへの通電電流の最大値の所定%以上の電流を減衰させることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。 A stator having a soft magnetic stator core around which a stator coil is wound, a rotor disposed on the peripheral surface of the stator so as to be relatively rotatable with a small gap therebetween, and a motor drive circuit for driving the stator coil,
The stator facing surface of the rotor has low magnetic resistance portions and high magnetic resistance portions alternately at a predetermined pitch in the circumferential direction, and the stator core has a plurality of stator magnetic poles protruding toward the rotor at a predetermined pitch in the circumferential direction. In a switched reluctance motor having
A unipolar type motor drive circuit for applying a substantially trapezoidal wave or a substantially rectangular wave DC voltage to the plurality of phase coils forming the stator coil at different timings;
The motor drive circuit energizes a current equal to or greater than a predetermined value of the maximum value of the energization current to the phase coil before the start point of the inductance increase period of the phase coil, and the end point of the inductance increase period of the phase coil A switched reluctance motor characterized by attenuating a current equal to or greater than a predetermined percentage of the maximum value of the energization current to the phase coil later.
前記モータ駆動回路は、前記ボトム期間に前記相コイルへの通電を開始し、その後の前記ピーク期間に前記通電を終了する請求項36記載のスイッチドリラクタンスモータ。 The inductance of the phase coil increases when the rotor rotates, a bottom period in which a substantially flat small value continues for a predetermined period, a peak period in which a substantially flat large value continues for a predetermined period, and an increase from the bottom period to the peak period. Having a substantially trapezoidal time waveform having a period and a decreasing period decreasing from the peak value to the bottom period;
37. The switched reluctance motor according to claim 36, wherein the motor drive circuit starts energization of the phase coil in the bottom period and ends the energization in the subsequent peak period.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009000695A JP2010081782A (en) | 2008-08-25 | 2009-01-06 | Switched reluctance motor |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008215361 | 2008-08-25 | ||
JP2009000695A JP2010081782A (en) | 2008-08-25 | 2009-01-06 | Switched reluctance motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010081782A true JP2010081782A (en) | 2010-04-08 |
Family
ID=42211563
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009000695A Pending JP2010081782A (en) | 2008-08-25 | 2009-01-06 | Switched reluctance motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010081782A (en) |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012105423A (en) * | 2010-11-09 | 2012-05-31 | Kobe Steel Ltd | Dc brushless motor and control method thereof |
JP2012215765A (en) * | 2011-04-01 | 2012-11-08 | Toppan Printing Co Ltd | Color filter substrate and liquid crystal display device including the same |
WO2012160841A1 (en) * | 2011-05-23 | 2012-11-29 | 三菱電機株式会社 | Permanent magnet-type rotating electric machine |
JP2013074788A (en) * | 2011-09-28 | 2013-04-22 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | Switched reluctance motor |
US20130257188A1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | General Electric Company | Flux-switching electric machine |
US8773056B2 (en) | 2012-06-11 | 2014-07-08 | Caterpillar Inc. | FPDA closed loop electric drives controls |
US8941346B2 (en) | 2012-10-31 | 2015-01-27 | Caterpillar Inc. | Switching frequency modulation utilizing rotor position |
KR20190005644A (en) * | 2017-07-07 | 2019-01-16 | 엘지전자 주식회사 | Motor driver and air conditioner including the same |
WO2019155958A1 (en) * | 2018-02-08 | 2019-08-15 | 日本電産株式会社 | Reluctance motor system |
WO2019155961A1 (en) * | 2018-02-08 | 2019-08-15 | 日本電産株式会社 | Reluctance motor and motor system comprising said reluctance motor |
WO2019155960A1 (en) * | 2018-02-08 | 2019-08-15 | 日本電産株式会社 | Reluctance motor and motor system comprising said reluctance motor |
WO2020204652A1 (en) * | 2019-04-03 | 2020-10-08 | 삼성전자주식회사 | Flux switching motor, and cleaner using same |
CN112787446A (en) * | 2019-11-06 | 2021-05-11 | 现代自动车株式会社 | Motor for air compressor |
CN113553742A (en) * | 2021-07-29 | 2021-10-26 | 浙江大学 | An eddy current loss calculation method for high-speed permanent magnet motor based on nonlinear analytical model |
CN115999043A (en) * | 2023-03-13 | 2023-04-25 | 重庆凯磁智能科技研究院有限公司 | Magnetic suspension axial flow pump and control method thereof |
WO2025010081A1 (en) * | 2023-07-05 | 2025-01-09 | Schlumberger Technology Corporation | Magnetic brake for an mwd rotary pulser |
-
2009
- 2009-01-06 JP JP2009000695A patent/JP2010081782A/en active Pending
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101439072B1 (en) * | 2010-11-09 | 2014-11-05 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | Brushless dc motor, and method for controlling same |
JP2012105423A (en) * | 2010-11-09 | 2012-05-31 | Kobe Steel Ltd | Dc brushless motor and control method thereof |
JP2012215765A (en) * | 2011-04-01 | 2012-11-08 | Toppan Printing Co Ltd | Color filter substrate and liquid crystal display device including the same |
WO2012160841A1 (en) * | 2011-05-23 | 2012-11-29 | 三菱電機株式会社 | Permanent magnet-type rotating electric machine |
JP2013074788A (en) * | 2011-09-28 | 2013-04-22 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | Switched reluctance motor |
US20130257188A1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | General Electric Company | Flux-switching electric machine |
US9236784B2 (en) * | 2012-03-30 | 2016-01-12 | General Electric Company | Flux-switching electric machine |
US8773056B2 (en) | 2012-06-11 | 2014-07-08 | Caterpillar Inc. | FPDA closed loop electric drives controls |
US8941346B2 (en) | 2012-10-31 | 2015-01-27 | Caterpillar Inc. | Switching frequency modulation utilizing rotor position |
KR102396563B1 (en) | 2017-07-07 | 2022-05-10 | 엘지전자 주식회사 | Motor driver and air conditioner including the same |
KR20190005644A (en) * | 2017-07-07 | 2019-01-16 | 엘지전자 주식회사 | Motor driver and air conditioner including the same |
WO2019155958A1 (en) * | 2018-02-08 | 2019-08-15 | 日本電産株式会社 | Reluctance motor system |
WO2019155960A1 (en) * | 2018-02-08 | 2019-08-15 | 日本電産株式会社 | Reluctance motor and motor system comprising said reluctance motor |
WO2019155961A1 (en) * | 2018-02-08 | 2019-08-15 | 日本電産株式会社 | Reluctance motor and motor system comprising said reluctance motor |
WO2020204652A1 (en) * | 2019-04-03 | 2020-10-08 | 삼성전자주식회사 | Flux switching motor, and cleaner using same |
US12089800B2 (en) | 2019-04-03 | 2024-09-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Flux switching motor and cleaner using the same |
CN112787446A (en) * | 2019-11-06 | 2021-05-11 | 现代自动车株式会社 | Motor for air compressor |
CN113553742A (en) * | 2021-07-29 | 2021-10-26 | 浙江大学 | An eddy current loss calculation method for high-speed permanent magnet motor based on nonlinear analytical model |
CN113553742B (en) * | 2021-07-29 | 2024-04-19 | 浙江大学 | Nonlinear analytical model-based high-speed permanent magnet motor eddy current loss calculation method |
CN115999043A (en) * | 2023-03-13 | 2023-04-25 | 重庆凯磁智能科技研究院有限公司 | Magnetic suspension axial flow pump and control method thereof |
WO2025010081A1 (en) * | 2023-07-05 | 2025-01-09 | Schlumberger Technology Corporation | Magnetic brake for an mwd rotary pulser |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010081782A (en) | Switched reluctance motor | |
US8120215B2 (en) | Motor and control unit thereof | |
Zhu et al. | Electrical machines and drives for electric, hybrid, and fuel cell vehicles | |
JP5827026B2 (en) | Rotating electric machine and rotating electric machine drive system | |
US10090742B2 (en) | Rotating electric machine | |
US8400084B2 (en) | Regenerative switched reluctance motor driving system | |
JP2005528076A (en) | PBMDCM and two-phase SRM motor | |
KR20190044634A (en) | Improved multi-tunnel electric motor / generator | |
Husain et al. | Comparison of axial flux machine performance with different rotor and stator configurations | |
JP2010193700A (en) | Switched reluctance motor apparatus | |
CN102738995A (en) | Rotary electric machine | |
JP2011041433A (en) | Dynamo-electric machine driving system | |
JP5543185B2 (en) | Switched reluctance motor drive system | |
JP2003504996A (en) | Electrical equipment | |
WO2004084375A9 (en) | Apparatus and method that prevent flux reversal in the stator back material of a two-phase srm (tpsrm) | |
JP5543186B2 (en) | Switched reluctance motor drive system | |
GB2468695A (en) | A stator assembly incorporating permanent magnets and wound field poles for an inductor machine. | |
Dajaku et al. | Different novel electric machine designs for automotive applications | |
US20130234554A1 (en) | Transverse flux machine apparatus | |
WO2014188757A1 (en) | Rotor for rotating electric machine, rotating electric machine, electric drive system, and electric vehicle | |
WO2016067634A1 (en) | Motor drive system using constant current control | |
Yang et al. | Design and control of axial-flux brushless dc wheel motors for electric vehicles-Part II: Optimal current waveforms and performance test | |
JP2001145209A (en) | Vehicle dynamoelectric machine | |
JP2010166761A (en) | Switched reluctance motor | |
Tanujaya et al. | Design a novel switched reluctance motor for neighborhoods electric vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110823 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111005 |
|
A072 | Dismissal of procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A073 Effective date: 20130312 |