DE19715692A1

DE19715692A1 - Switched reluctance motor for electric vehicle

Info

Publication number: DE19715692A1
Application number: DE19715692A
Authority: DE
Inventors: Chiaki Umemura
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1996-04-16
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1997-11-13
Also published as: JPH09285086A

Abstract

The reluctance motor includes a ring-shaped stand (14) with a multitude of inwards directed, projecting pole sections (11), around which coils (13) are wound, and a coaxial rotor (16) revolvingly connected with the stand. The rotor includes a number of pole sections (12; 22; 32) forming magnetic flow paths. The rotor pole sections lie in a predetermined angle, preferably up to 45 degrees, to the radial direction of the rotor. The rotor rotates preferably counter-clockwise.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein einen geschalteten Reluk tanzmotor für ein Elektrofahrzeug.The invention relates generally to a switched relay dance motor for an electric vehicle.

Ein herkömmlicher, allgemein bekannter geschalteter Reluk tanzmotor 40 ist beispielsweise in Fig. 5 gezeigt. Dieser ge schaltete Reluktanzmotor 40 besteht im wesentlichen aus einem zylinderförmigen Ständer (Stator) 44 und einem Läufer (Rotor) 46. Der Ständer 44 weist eine Vielzahl von Ständerpolab schnitten 41 auf, die in radialer Richtung nach innen hervor springen und in axialer Richtung verlaufen. Der Läufer ist an einer durch den Ständer 44 drehbar gelagerten Ausgangswelle 45 befestigt. Der Läufer 46 weist eine Vielzahl von Läufer polabschnitten 42 auf. Der geschaltete Reluktanzmotor 40 weist zwölf Ständerpolabschnitte 41 und acht in radialer Richtung des geschalteten Reluktanzmotors 40 nach außen vor springende Läuferpolabschnitte 42 auf. Der Läufer 46 weist acht in radialer Richtung des geschalteten Reluktanzmotors 40 vorspringende Läuferpolabschnitte 42 auf. Um jeden der Stän derpolabschnitte 41 ist eine Spule 43 gewickelt. Die Spulen 43 sind mit einer (nicht gezeigten) Antriebs- bzw. Steuer schaltung verbunden. Wenn den Spulen 43 Strom zugeführt wird, wird zwischen jedem Paar der Ständerpolabschnitte 41 und der Läuferpolabschnitte 42 ein magnetischer Fluß erzeugt. Ent sprechend dem magnetischen Fluß tritt eine magnetische Anzie hungskraft zwischen den Läuferpolabschnitten 42 und den Stän derpolabschnitten 41 auf. Wenn den Spulen 43 Strom zugeführt wird, ziehen sich die nächsten einander zugewandten Pole ge genseitig an, wobei sich der Läufer 46 dreht.A conventional, well known switched reluctance dance motor 40 is shown for example in Fig. 5. This switched reluctance motor 40 consists essentially of a cylindrical stator (stator) 44 and a rotor (rotor) 46th The stator 44 has a plurality of Ständerpolab cut 41 , which jump out in the radial direction and extend in the axial direction. The rotor is attached to an output shaft 45 which is rotatably supported by the stator 44 . The rotor 46 has a plurality of rotor pole sections 42 . The switched reluctance motor 40 has twelve stator pole sections 41 and eight in the radial direction of the switched reluctance motor 40 outwardly jumping rotor pole sections 42 . The rotor 46 has eight rotor pole sections 42 projecting in the radial direction of the switched reluctance motor 40 . A coil 43 is wound around each of the pole poles 41 . The coils 43 are connected to a (not shown) drive or control circuit. When current is supplied to the coils 43 , a magnetic flux is generated between each pair of the stator pole sections 41 and the rotor pole sections 42 . Accordingly, the magnetic flux occurs a magnetic attraction force between the rotor pole sections 42 and the stan derpol sections 41 . When the coils 43 are supplied with current, the next mutually facing poles attract each other, with the rotor 46 rotating.

Bei dem vorstehend beschriebenen geschalteten Reluktanzmotor ist die in Rotationsrichtung erzeugte magnetische Anziehungs kraft kleiner als die in radialer Richtung erzeugte magneti sche Anziehungskraft. Dementsprechend kann ein herkömmlich ausgelegter geschalteter Reluktanzmotor kein ausreichendes Drehmoment erzeugen.In the switched reluctance motor described above is the magnetic attraction generated in the direction of rotation force smaller than the magneti generated in the radial direction attraction. Accordingly, one can be conventional designed switched reluctance motor not sufficient Generate torque.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ohne Erhöhung der Stromversorgung der Spule oder der Anzahl der Spulenwin dungen ein hohes Drehmoment zu erzeugen.The invention is therefore based on the object, without increasing the power supply to the coil or the number of coils high torque.

Diese Aufgabe wird durch einen in Patentanspruch 1 dargeleg ten geschalteten Reluktanzmotor gelöst.This object is set out in claim 1 reluctance motor switched.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher be schrieben.The invention is described below with reference to exemplary embodiments len with reference to the accompanying drawing wrote.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Darstellung des Verhältnisses zwischen einem Ständer und einem Läufer eines geschalteten Reluktanzmotors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 1 is an illustration of the relationship between a stator and a rotor of a switched reluctance motor according to a first embodiment,

Fig. 2 eine Kennlinie des Drehmomentbetrags des Läufers in Abhängigkeit von einem Winkel Θ des Läuferpolabschnitts auf der Grundlage von experimentellen Ergebnissen, Fig. 2 is a characteristic of the amount of torque of the rotor in response to an angle Θ of Läuferpolabschnitts on the basis of experimental results,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 3 shows a second embodiment,

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel und Fig. 4 shows a third embodiment and

Fig. 5 eine Darstellung eines herkömmlichen Aufbaus eines ge schalteten Reluktanzmotors. Fig. 5 is an illustration of a conventional structure of a switched reluctance motor.

Unter Bezug auf Fig. 1 und Fig. 2 ist nachstehend ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Darstel lung des Verhältnisses zwischen einem Ständer (Stator) 14 und einem Läufer (Rotor) 16 eines geschalteten Reluktanzmotors 10. Der geschaltete Reluktanzmotor 10 besteht im wesentlichen aus einem ringförmigen Ständer 14 und einer Vielzahl von Spu len 13. Der Ständer 14 bildet in dem inneren Abschnitt des Ständer 14 einen zylindrischen Zwischenraum 14a aus. Der Ständer 14 weist eine Vielzahl von Ständerpolabschnitten 11 auf, die in radialer Richtung des Ständers nach innen ausge bildet sind, wobei zwölf Ständerpolabschnitte 11 mit gleich mäßigen Abständen ausgebildet sind. Bei dem Ständer 14 ist an den Randabschnitten der Ständerpolabschnitte 11 jeweils eine innere Randoberfläche 11a ausgebildet. Um jeden Ständerpolab schnitt 11 ist eine Spule 13 gewunden. Der Läufer 16 ist in dem Zwischenraum 14a bei den Ständerpolabschnitten 11 ko axial vorgesehen. Der Läufer 16 ist an eine Ausgangswelle 15 des geschalteten Reluktanzmotors 10 befestigt, wobei sich der Läufer 16 und die Ausgangswelle 15 als eine Einheit drehen. Eine Vielzahl von Läuferpolabschnitten 12 ist nach außen in radialer Richtung des Läufers 16 gerichtet ausgebildet, wobei acht Läuferpolabschnitte 12 mit gleichmäßigen Abständen aus gebildet sind. Wenn den Spulen 13 Strom zugeführt wird, bil den die Ständerpolabschnitte 11 und die Läuferpolabschnitte 12 Magnetflußpfade (Magnetflußkreise, Magnetflußwege). Der Ständer 14 und der Läufer 16 werden durch Aufeinanderschich ten elektromagnetischer Stahlbleche ausgebildet.Referring to FIG. 1 and FIG. 2, a first embodiment is described below. Fig. 1 shows a presen- tation of the relationship between a stator (stator) 14 and a rotor (rotor) 16 of a switched reluctance motor 10th The switched reluctance motor 10 consists essentially of an annular stand 14 and a plurality of Spu len 13th The stand 14 forms a cylindrical gap 14 a in the inner portion of the stand 14 . The stator 14 has a plurality of Ständerpolabschnitten 11 which are formed in the radial direction of the stator to the inside out, wherein twelve Ständerpolabschnitte 11 are formed with uniform intervals. In the stator 14 of the Ständerpolabschnitte 11 each formed an inner peripheral surface 11 a at the edge portions. A coil 13 is wound around each stator pole section 11 . The rotor 16 is provided axially in the intermediate space 14 a at the stator pole sections 11 . The rotor 16 is attached to an output shaft 15 of the switched reluctance motor 10 , the rotor 16 and the output shaft 15 rotating as a unit. A plurality of rotor pole sections 12 are formed directed outward in the radial direction of the rotor 16 , eight rotor pole sections 12 being formed at uniform intervals. When current is supplied to the coils 13 , the stator pole sections 11 and the rotor pole sections 12 form the magnetic flux paths (magnetic flux circuits, magnetic flux paths). The stator 14 and the rotor 16 are formed by Aufeinanderschich th electromagnetic steel sheets.

Die Läuferpolabschnitte 12 weisen jeweils eine äußere Rand oberfläche 12a und einen Sockelabschnitt 16a auf (vergl. punktierte Linie in Fig. 1). Die äußere Randoberfläche 12a ist der inneren Randoberfläche 11a eines Ständerpolabschnitts 11 zugewandt, wobei ein Magnetflußkreis ausgebildet wird. In Fig. 1 sind zwei Hilfslinien als L1 und L2 dargestellt. Die Linie L1 ist zwischen dem mittleren Abschnitt einer äußeren Randoberfläche 12a und dem mittleren Abschnitt eines Sockelabschnitts 16a ausgebildet. Die Linie L2 ist in radialer Richtung des Läufers 16 ausgebildet. Dementsprechend tritt zwischen der Linie L1 und der Linie L2 ein Winkel Θ auf. Die Ständerpolabschnitte 11 springen zur Mitte des Läufers 16 vor. Bei den Ständerpolabschnitten 11 ist der Vorsprung ge nauso geformt wie in Fig. 5 (bei dem herkömmlichen geschalte ten Reluktanzmotor) gezeigt. The rotor pole sections 12 each have an outer edge surface 12 a and a base section 16 a (see. Dotted line in Fig. 1). The outer peripheral surface 12 a is the inner peripheral surface 11 a of a Ständerpolabschnitts 11 faces, wherein a magnetic flux circuit is formed. In Fig. 1, two auxiliary lines are shown as L1 and L2. The line L1 is formed between the central portion of an outer edge surface 12 a and the central portion of a base portion 16 a. The line L2 is formed in the radial direction of the rotor 16 . Accordingly, an angle Θ occurs between line L1 and line L2. The stator pole sections 11 project toward the center of the rotor 16 . In the stator pole portions 11 , the protrusion is shaped as shown in Fig. 5 (in the conventional switched reluctance motor).

Wenn eine (nicht gezeigte) Antriebs- bzw. Steuerschaltung den Spulen 13 Strom zuführt, wird zwischen den Ständerpolab schnitten 11 und den Läuferpolabschnitten 12 eine magnetische Kraft erzeugt. Folglich dreht sich der Läufer 16 im Uhrzei gersinn entsprechend der Richtung des zugeführten Stroms. Ge mäß diesem Ausführungsbeispiel steigt der Betrag des Drehmo ments, wenn sich der Läufer 16 im Uhrzeigersinn dreht. Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird, wenn den Spulen 13 Strom zugeführt wird, eine magnetische Kraft zwischen den Ständerpolabschnitten 11 und den Läuferpolabschnitten 12 er zeugt. Der magnetische Fluß, der an einem Überlappungsab schnitt (überlappten Abschnitt) zwischen den Ständerpolab schnitten 11 und dem Läuferpolabschnitten 12 in radialer Richtung erzeugt wird, hat keinen Einfluß auf die Drehung des Läufers 16. Jedoch wird bei einem Abschnitt zwischen den Ständerpolabschnitten 11 und den Läuferpolabschnitten 12, bei dem keine Überlappung auftritt, eine magnetische Kraft zum Drehen des Läufers 16 erzeugt. Wenn die magnetische Kraft in Rotationsrichtung (Drehrichtung) größer wird, wird auch das Drehmoment größer.When a (not shown) drive or control circuit supplies the coils 13 with current, sections 11 are cut between the stator pole sections and the rotor pole sections 12 generate a magnetic force. Consequently, the rotor 16 rotates clockwise according to the direction of the current supplied. According to this embodiment, the amount of torque increases when the rotor 16 rotates clockwise. According to the described embodiment, when current is supplied to the coils 13 , a magnetic force between the stator pole sections 11 and the rotor pole sections 12 is generated. The magnetic flux that is cut at an overlapping section (overlapped section) between the stator pole sections 11 and the rotor pole sections 12 generated in the radial direction has no influence on the rotation of the rotor 16 . However, in a portion between the stator pole portions 11 and the rotor pole portions 12 where there is no overlap, a magnetic force for rotating the rotor 16 is generated. If the magnetic force increases in the direction of rotation (direction of rotation), the torque also increases.

Fig. 2 zeigt experimentelle Ergebnisse des Zusammenhangs zwi schen dem Winkel Θ des Läuferpolabschnitts und dem Betrag des Drehmoments des Läufers 16. Die experimentellen Ergebnis se zeigen eine Drehmomentkennlinie, wenn sich der Läufer 16 im Uhrzeigersinn dreht. Als Ergebnis des Experiments erhöht sich bei Erhöhung des Winkels Θ der Betrag des Drehmoments des Läufers. Der Betrag des Drehmoment des Läufers 16 verän dert sich im Verhältnis zu dem Winkel Θ. Bei diesem Experi ment wurde der Winkel Θ zwischen 0 und 45° variiert. Fig. 2 showing experimental results of the relationship Zvi rule the angle Θ of the Läuferpolabschnitts and the amount of torque of the rotor 16. The experimental results show a torque characteristic when the rotor 16 rotates clockwise. As a result of the experiment, as the angle Θ increases, the amount of torque of the rotor increases. The amount of torque of the rotor 16 changes in relation to the angle Θ. In this experiment, the angle Θ was varied between 0 and 45 °.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für den geschal teten Reluktanzmotor 20 und Fig. 4 ein drittes Ausführungs beispiel für den geschalteten Reluktanzmotor 30. Fig. 3 shows a second embodiment for the switched reluctance motor 20 and Fig. 4 shows a third embodiment example for the switched reluctance motor 30th

Gemäß Fig. 3 sind an den Läuferpolabschnitten 22 gekrümmte Seitenwände 22a und 22b ausgebildet. Gemäß Fig. 4 bilden die Läuferpolabschnitte 32 jeweils erste bis vierte Seiten wandoberflächen 32a, 32b, 32c und 32d an den Läuferpolab schnitten 32 des Läufers 16 aus. Die erste Seitenwandoberflä che 32a ist größer als die zweite Seitenwandoberfläche 32b. Die dritte Seitenwandoberfläche 32c ist größer als die vierte Seitenwandoberfläche 32d. Die erste Seitenwandoberfläche 32a und die dritte Seitenwandoberfläche 32c sind durchgehend an jeweils einer Wand der Läuferpolabschnitte 32 ausgebildet. Die zweite Seitenwandoberfläche 32b und die vierte Seiten wandoberfläche 32d sind durchgehend an jeweils einer Wand der Läuferpolabschnitte 32 ausgebildet. Mit Ausnahme der Form der Seitenwandausbildung sind alle Merkmale gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel dieselben wie die gemäß dem in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels.Referring to FIG. 3 are the Läuferpolabschnitten 22 curved side walls 22 a and 22 b formed. According to FIG. 4, the Läuferpolabschnitte 32 respectively form first to fourth side wall surfaces 32 a, 32 b, 32 c and 32 d to the cut Läuferpolab 32 of the rotor 16 from. The first side wall surface 32 a is larger than the second side wall surface 32 b. The third side wall surface 32 c is larger than the fourth side wall surface 32 d. The first side wall surface 32 a and the third side wall surface 32 c are formed continuously on one wall of the rotor pole sections 32 . The second side wall surface 32 b and the fourth side wall surface 32 d are continuously on a respective wall of the Läuferpolabschnitte 32 is formed. Except for the shape of the side wall configuration, all features according to the second and third exemplary embodiments are the same as those according to the first exemplary embodiment shown in FIG. 1.

Die Funktionsweise des geschalteten Reluktanzmotors 10 gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist wie nachstehend beschrieben. Wenn der Spule 13 Strom zugeführt wird, wobei der Läufer 16 sich in einer vorbestimmten Stel lung befindet, beginnt einer der Läuferpolabschnitte 12 sich einem der Ständerpolabschnitte 11 zu nähern. Die Ständer polabschnitte 1, um die diese Spulen gewickelt sind, werden magnetisiert, wobei in den Ständerpolabschnitten 11 ein ma gnetischer Fluß erzeugt wird. Zwischen den Läuferpolabschnit ten 12 und den Ständerpolabschnitten 11 tritt eine magneti sche Kraft auf. Eine Komponente der Kraft zieht die Läufer polabschnitte 12 des Läufers 16 zu den Ständerpolabschnitten 11 hin. Der Winkel Θ erzeugt einen großen Betrag magneti schen Flusses zwischen den Ständerpolabschnitten 11 und den Läuferpolabschnitten 12.The mode of operation of the switched reluctance motor 10 according to the exemplary embodiment described above is as described below. When current is supplied to the coil 13 with the rotor 16 in a predetermined position, one of the rotor pole sections 12 begins to approach one of the stator pole sections 11 . The stator pole sections 1 , around which these coils are wound, are magnetized, a magnetic flux being generated in the stator pole sections 11 . A magnetic force occurs between the rotor pole sections 12 and the stator pole sections 11 . A component of the force pulls the rotor pole sections 12 of the rotor 16 towards the stator pole sections 11 . The angle Θ generates a large amount of magnetic flux between the stator pole sections 11 and the rotor pole sections 12 .

Wie vorstehend beschrieben, weist ein geschalteter Reluktanz motor einen ringförmigen Ständer (14) mit einer Vielzahl nach innen vorspringender Ständerpolabschnitte (11), um die Stän derpolabschnitte (11) gewundene Spulen (13) und einen drehbar mit dem Ständer (13) verbundenen Läufer (16) mit einer Viel zahl von Magnetflußpfade bildenden Läuferpolabschnitten (12) auf. Die Läuferpolabschnitte (12) weisen gegen die radiale Richtung des Läufers einen vorbestimmten Winkel (Θ) auf. Bei Erhöhung des Winkels (Θ) steigt der Anteil des magnetischen Flusses in Rotationsrichtung und somit der Anteil der zum Drehmoment beitragenden Kraft.As described above, a switched reluctance motor comprises an annular stator (14) having a plurality of inwardly projecting Ständerpolabschnitte (11) to the STAs derpolabschnitte (11) spiral coils (13) and a rotatably connected to the post (13) rotor ( 16 ) with a large number of magnetic flux paths forming rotor pole sections ( 12 ). The rotor pole sections ( 12 ) have a predetermined angle (Θ) against the radial direction of the rotor. When the angle (Θ) increases, the proportion of the magnetic flux in the direction of rotation and thus the proportion of the force contributing to the torque increases.

Claims

1. Switched reluctance motor, characterized by
an annular stator ( 14 ) with a plurality of stator pole sections ( 11 ) projecting inwards,
around the stator pole sections ( 11 ) coils ( 13 ) and
a coaxial and rotatable with the stator ( 13 ) connected rotor ( 16 ) with a plurality of magnetic flux paths bil denden rotor pole sections ( 12 ; 22 ; 32 ), wherein
the rotor pole sections have a predetermined angle (Θ) against the radial direction of the rotor.

2. Switched reluctance motor according to claim 1, characterized in that the stator ( 14 ) has a plurality of stator pole sections which project inwards in the radial direction.

3. Switched reluctance motor according to claim 1, characterized in that the angle (Θ) be within an angle up to 45 ° is true.

4. Switched reluctance motor according to claim 1, characterized in that the runner turns counterclockwise.