JP2000312461A - リラクタンス型電動機 - Google Patents
リラクタンス型電動機Info
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/02—Synchronous motors
- H02K19/10—Synchronous motors for multi-phase current
- H02K19/103—Motors having windings on the stator and a variable reluctance soft-iron rotor without windings
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- Power Engineering (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
プルを低減すること。 【解決手段】 ステータ極数12、ロータ極数10、機
械角で180度対向するステータ突極1Aに6対の励磁
コイルC1〜C6が巻装され、ステータ1の突極幅Y及
びロータ2の突極幅Xが共に16度に設けられている。
この構成において、各相C1〜C6の通電切り替えを電
気的にタンデム駆動するための通電幅は、機械角で12
度(コイル通電開始間隔の2倍)となり、各相C1〜C
6のインダクタンス変化幅(16度)の任意の12度で
通電すれば連続的なトルクが得られる。また、ロータ2
の非突極幅(20度)をステータ1の突極幅(16度)
より大きくすることで、反トルク方向への磁束を抑える
ことが可能になり、その結果、反トルクの発生を防止で
きる。
Description
ラクタンス型電動機に関する。
力トルクが大きく、構造が簡単であるという利点がある
反面、高トルクリップルであるという欠点があり、これ
まで一部の分野のみで応用されるに留まっていた。そこ
で、特開平1−318579号公報では、トルクリップ
ルを低減させるための方法として、極数を増やして相電
流の切り替えを電気的にタンデムとする方法が開示され
ている。
に記載された電動機のステータ極数及びロータ極数の構
造では、正トルクを発生すべき磁束が他の突極に流入す
ることにより反トルクが発生してしまうため、トルクリ
ップルを低減できる充分な効果が得られないという問題
があった。本発明は、上記事情に基づいて成されたもの
で、その目的は、反トルクを発生させることなく、トル
クリップルを低減できるリラクタンス型電動機を提供す
ることにある。
間のばらつきを抑えるためには、機械角180度で少な
くとも1対の対向するロータ突極とステータ突極とが必
要である。これには、下記の式に示すように、ロータ
極数(A)及びステータ極数(B)を偶数とする必要が
ある。 A=2n、B=2m …………………… (m、nは自然数、但しm≠n) この時、電気的にタンデム駆動するためには、50%ラ
ップ可能で無ければならず、相数qは5相以上にする必
要がある。この相数qは、下記の式で示されるよう
に、ステータ極数(B)をステータ極数(B)とロータ
極数(A)との最大公約数(Z)で除算して求めること
ができる。 q=B/Z≧5 …………………………
テータ極数において、電気角360度に相当する機械角
は、360度をロータ極数2nで除算した次式で求めら
れる。 360/2n また、コイル通電切替え間隔は、上記の機械角(360
/2n)を励磁コイルの相数qで除算して求められる。 360/2n/q 相電流の切替えを電気的にタンデムにするためには、各
相のインダクタンス変化幅{ロータ突極幅(突極弧角:
X)とステータ突極幅(突極弧角:Y)のどちらか小さ
い値}をコイル通電切替え間隔の2倍以上にすれば良
い。
極幅(Y)が、下記の式で示される条件を満たすこと
で、電気的にタンデム駆動が可能となる。 X、Y>360/(n×q) ………… また、下記の式で示されるように、ロータの非突極幅
(360/2n−X)をステータの突極幅(Y)よりα
(反トルク余裕角:α>0)だけ大きくすることによ
り、反トルク方向への磁束を抑えることが可能となり、
反トルクの発生によるトルクの落ち込みを低減できる。 Y=180/n−X−α ……………… 以上の条件を満たすことにより、相切り替わり時のトル
クリップルを低減できる。
少なくとも何方か一方の突極内に複数のスリットまたは
溝を有しているので、ロータ突極とステータ突極との重
なり幅が大きくなるに連れて磁束量を線形に増加させる
ことができ、よりフラットなトルクが得られる。
ータ側より付け根側の方が広くなっているので、ステー
タ突極の側面からの漏れ磁束により飽和の影響を少なく
でき、通電後半のトルク低下を抑制することが可能であ
る。
る通電相の切替え時に、次相の電流がインダクタンスの
影響で立ち上がりが遅れる場合がある。この場合、電流
立ち遅れがトルクリップルを発生させる原因となり、出
力も低下してしまう。これに対し、各相への通電開始タ
イミングを適当に(機械角でα度以下の角度だけ)進角
してインダクタンスの小さい領域で通電することによ
り、時定数が小さくなるため、電流の立ち上がりを改善
することが可能となる。この結果、トルクリップルの低
減、及び出力の増大が可能である。
づいて説明する。 (第1実施例)図1はロータとステータの構造を示す軸
方向正面図である。本実施例のリラクタンス型電動機
は、図1に示すように、ステータ1の極数が12、ロー
タ2の極数が10で、ステータ1には、それぞれ機械角
で180度対向するステータ突極1Aに6対の励磁コイ
ルC1〜C6が巻装されている。また、ロータ突極2A
及びステータ突極1Aは、共に突極幅X、Y=16度に
設けられている。従って、各コイルC1〜C6のインダ
クタンス変化幅は、図2(a)に示すように、16度と
なる。なお、図2(a)は、各コイルC1〜C6の自己
インダクタンス波形である。
隔を次式より算出すると、 360/2n/q=6度(機械角) 但し、2n:ロータ2の極数=10、q:励磁コイルの
相数=6 となる。従って、電気的にタンデム駆動するための通電
幅は、機械角で12度(コイル通電開始間隔の2倍)と
なり、図2(a)に示すインダクタンス変化幅(16
度)の任意の12度で通電すれば連続的なトルクが得ら
れる(図2(b)及び(c)参照)。なお、図5(a)
及び(b)に各コイルC1〜C6の通電をタンデムに切
り替えるためのドライバDの構成を示す。図5(a)は
各相独立式の一例、図5(b)はコモンアーム式の一例
を示す。
すると、 360/2n−X=36−16=20度(機械角) 但し、X:ロータ2の突極幅(度) となる。ここで、図2(b)に示す通電タイミングで各
コイルC1〜C6の通電を切り替えた場合において、例
えばコイルC1の通電中にコイルC6からコイルC2へ
通電が切り替わる時点でのステータ突極1Aとロータ突
極2Aとの位置関係を図3に示す。この場合、コイルC
2が巻装されたステータ突極1Aと、そのステータ突極
1Aより回転方向前方に位置するロータ突極2Aとの間
隔α(反トルク余裕角)は、ロータ2の非突極幅(20
度)からステータ1の突極幅(16度)を減算した値、
即ち機械角で4度となる。
4度)を持たせることにより、ロータ突極2Aとステー
タ突極1Aとの間で磁束の流れが生じないため、反トル
クの発生を防止でき、図4(c)に実線波形で示すよう
に、反トルクによるトルク低下を抑制できる。これに対
し、例えば図4(a)に示すように、ロータ2の非突極
幅がステータ1の突極幅と等しく(反トルク余裕角α=
0度)なると、ロータ突極2Aからステータ突極1Aへ
流れる磁束によって反トルクが発生する。その結果、図
4(c)に破線波形で示すように、反トルクによるトル
ク低下が大きくなってしまう。なお、図4(b)は図3
と同じく反トルク余裕角α=4度の突極位置を示す。こ
のように、本発明の構成によれば、反トルクを発生させ
ることなく、各コイルC1〜C6を電気的にタンデム駆
動することでトルクリップルを低減できる。
示すように、ステータ1及びロータ2の突極内に複数の
スリットまたは溝3を設けた一例を示すものである。こ
の場合、スリットまたは溝3は、ステータ1及びロータ
2の各突極1A、2Aに対し径方向に延びて設けること
が望ましい。この構成では、両突極1A、2Aにおける
磁束の流れを径方向へ整流させることができるため、両
突極1A、2Aの重なり幅が大きくなるに連れて、磁束
量を線形に増加させることができ、よりフラットなトル
クを得ることが可能である。なお、スリットまたは溝3
は、ステータ1及びロータ2の何方か一方の突極1Aま
たは2Aにのみ設けても良い。
示すように、ロータ2側から付け根側へ向かって突極幅
Yが次第に拡大する台形状に設けても良い。この場合、
ステータ突極1Aの側面からの漏れ磁束により飽和の影
響を少なくでき、通電後半のトルク低下を抑制すること
が可能である。なお、ステータ突極1A及びロータ突極
2Aにスリットまたは溝3が有る場合と無い場合、及び
ステータ突極1Aを台形状とした場合と長方形状とした
場合のトルク波形を図6(c)に示す。この場合、ステ
ータ突極1A及びロータ突極2Aにスリットまたは溝3
を有し、且つステータ突極1Aを台形状とした場合に最
もフラットなトルク波形(実線で示す)が得られてい
る。
に対応してコイルへの通電指令を進角させた場合の実電
流波形の変化を示すグラフである。本実施例は、各コイ
ルへの通電開始タイミングを進角させた一例である。図
7に破線で示すように、通常の通電開始タイミング(通
電進角無し)では、通電相の切替え時に次相の電流がイ
ンダクタンスの影響で立ち上がりが遅れる場合がある。
この場合、電流の立ち遅れがトルクリップルを発生させ
る原因となり、出力が低下する。
当に(例えば機械角でα度)進角して、インダクタンス
の小さい領域で通電すると、時定数が小さくなるため、
電流の立ち上がりを改善することが可能となる。この結
果、トルクリップルが低減されて、出力の落ち込みを防
止できる。図1に示した電動機の通電を図2に対し4度
進角した場合の状況を図8に示す。また、通電進角量
は、回転数により最適値が異なるため、各回転数により
進角量を変化させると、全回転数領域で出力増大及びト
ルクリップル低減が可能となる。
1の構造を示す軸方向正面図である。第1実施例では、
ステータ1のスロット数がロータ2の極数より多い場合
を例示したが、本発明の構成は、図9に示すように、ス
テータ1のスロット数よりロータ2の極数の方が多い場
合でも成立し、電気的タンデム駆動が可能である。な
お、図9に示すステータ1とロータ2は、12スロッ
ト、14極(6相)の構成で、ステータ1とロータ2の
突極は、共に10.3度である。
ある。
各相の通電タイミング、(c)各相の通電可能域を示す
図である。
展開図である。
ある。
展開図、(b)ステータ突極を台形状にした場合の回転
方向展開図、(c)トルク波形である(第2実施例)。
指令を進角させた場合の実電流波形の変化を示すグラフ
である(第3実施例)。
各相の通電タイミング、(c)各相の通電可能域を示す
図である。
ある(第4実施例)。
Claims (4)
- 【請求項1】多相片波通電のリラクタンス型電動機であ
って、 ロータ及びステータの極数が下記及びの条件を満た
し、且つ前記ロータの突極弧角及び前記ステータの突極
弧角が下記及びの条件を満足する場合に、 前記ステータは、それぞれ機械角で180度対向する突
極に巻装されたm個の励磁コイルを有することを特徴と
するリラクタンス型電動機。 A=2n、B=2m …………………… q=B/Z≧5 ………………………… X、Y>360/(n×q) ………… X+Y=180/n−α ……………… 但し、 A:ロータの極数、B:ステータの極数 X:ロータの突極弧角(度)、Y:ステータの突極弧角
(度) q:相数 m:自然数、n:自然数(但しm≠n) z:AとBの最大公約数 α:反トルク余裕角(α>0) - 【請求項2】請求項1に記載したリラクタンス型電動機
において、 前記ロータ及びステータの少なくとも一方の突極内に複
数のスリットまたは溝を有していることを特徴とするリ
ラクタンス型電動機。 - 【請求項3】請求項1に記載したリラクタンス型電動機
において、 前記ステータの突極幅は、前記ロータ側より付け根側の
方が広くなっていることを特徴とするリラクタンス型電
動機。 - 【請求項4】請求項1に記載したリラクタンス型電動機
の駆動方法であって、 前記各励磁コイルへの通電開始タイミングを機械角で前
記α度以下の角度だけ進角させて、機械角360/(2
n×q)度ごとに順次通電することを特徴とするリラク
タンス型電動機の駆動方法。
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