JP2004015976A

JP2004015976A - Ｓｒモーター

Info

Publication number: JP2004015976A
Application number: JP2002169864A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Niiguni; 新国　哲也
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】対称構造のローターを備えたＳＲモーターのトルクを増大させる。
【解決手段】磁束が互いに鎖交する第１の巻回コイル群ＬＭａｎ、ＬＭｂｎ（ｎ＝１，２，３）と第２の巻回コイル群ＬＧａｎ、ＬＧｂｎ（ｎ＝１，２，３）とを相ごとに備え、第１の巻回コイル群ＬＭａｎ、ＬＭｂｎに通電してローター３およびステーター１を励磁するとともに、第２の巻回コイル群ＬＧａｎ、ＬＧｂｎに通電してローター３およびステーター１を消磁するＳＲモーターに対して、第１の巻回コイル群ＬＭａｎ、ＬＭｂｎの総巻線数をＮｐ、第２の巻回コイル群ＬＧａｎ、ＬＧｂｎの総巻線数をＮｓ、ローター３およびステーター１の励磁時に第１の巻回コイル群ＬＭａｎ、ＬＭｂｎに印加される電圧をＶｐ、ローター３およびステーター１の消磁時に第２の巻回コイル群ＬＧａｎ、ＬＧｂｎに印加される電圧をＶｓとした場合に、Ｎｓ／Ｎｐ≦Ｖｓ／Ｖｐとなるように巻回コイルの巻線数を設定する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＳＲ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ　Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ）モーターに関し、特に、そのトルクを増大させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
ローターを非対称構造にしてトルクを増大させたＳＲモーターが知られている（例えば特開平０９−２８５０８６号公報参照）。このＳＲモーターでは、ローター側の突極をローター中心から放射方向に対して傾かせ、ステーター側突極とローター側突極との間に発生する磁気吸引力を有効に回転トルクに変換している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のＳＲモーターでは、ローターが非対称構造になっているので回転方向が限定され、さらにローター側突極が鋭角部を有する構造になっているので高回転駆動には適さないという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、対称構造のローターを備えたＳＲモーターのトルクを増大させることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁束が互いに鎖交する第１の巻回コイル群と第２の巻回コイル群とを相ごとに備え、第１の巻回コイル群に通電してローターおよびステーターを励磁するとともに、第２の巻回コイル群に通電してローターおよびステーターを消磁するＳＲモーターに対して、第１の巻回コイル群の総巻線数をＮｐ、第２の巻回コイル群の総巻線数をＮｓ、ローターおよびステーターの励磁時に第１の巻回コイル群に印加される電圧をＶｐ、ローターおよびステーターの消磁時に第２の巻回コイル群に印加される電圧をＶｓとした場合に、Ｎｓ／Ｎｐ≦Ｖｓ／Ｖｐとなるように巻回コイルの巻線数を設定する。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、対称構造のローターを備えたＳＲモーターのトルクを増大させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は一実施の形態の３相ＳＲモーターの断面構造を示す。一実施の形態のＳＲモーターは、図１に示すように、リング状のステーター１と、ステーター１の内側を回転軸２を中心に回転するローター３とを備えている。
【０００８】
ステーター１の内周面には、ローター回転軸２の中心方向に突出した突極（以下、ステーター突極という）４が６個、６０度間隔に配置される。また、ローター３の外周面には、ローター回転軸２の中心から放射方向に突出した突極（以下、ローター突極という）５が４個、９０度間隔に配置される。つまり、一実施の形態のＳＲモーターは、６個のステーター突極４と４個のローター突極５から構成される３相のＳＲモーターである。
【０００９】
６個のステーター突極４にはそれぞれ、２個の巻回コイルＬＭａｎとＬＧａｎまたはＬＧｂｎとＬＭｂｎが巻回される。巻回コイルＬＭはローターおよびステーターを励磁する力行時に通電するコイル（以下、力行用コイルと呼ぶ）であり、コイルＬＧはローターおよびステーターを消磁する回生時に通電するコイル（以下、回生用コイルと呼ぶ）である。ｎは３相の相番号１，３，３を表し、ｎ＝１は第１相を、ｎ＝２は第２相を、ｎ＝３は第３相をそれぞれ表す。したがって、ＬＭａ１とＬＭｂ１が第１相の力行用コイル、ＬＧａ１とＬＧｂ１が第１相の回生用コイルである。同様に、ＬＭａ２とＬＭｂ２が第２相の力行用コイル、ＬＧａ２とＬＧｂ２が第２相の回生用コイルである。また、ＬＭａ３とＬＭｂ３が第３相の力行用コイル、ＬＧａ３とＬＧｂ３が第３相の回生用コイルである。
【００１０】
各相の力行用巻回コイルＬＭａｎとＬＭｂｎの巻線数は等しく、また各相の回生用巻回コイルＬＧａｎとＬＧｂｎの巻線数は等しい。ここで、各相の力行用巻回コイルＬＭａｎとＬＭｂｎの総巻線数をＮｐとし、各相の回生用巻回コイルＬＧａｎとＬＧｂｎの総巻線数をＮｓとする。また、力行用巻回コイルの総巻線数Ｎｐと回生用巻回コイルの総巻線数Ｎｓとの巻線数比を、Ｎｓ／Ｎｐ＝ρとする。
【００１１】
図２は一実施の形態のＳＲモーターの駆動回路を示す。直流電源ＢＡＴはＳＲモーター駆動回路に直流電源を供給する。この直流電源ＢＡＴの端子電圧をＶｓとする。直流電源ＢＡＴの両端にはコンデンサーＣＤｎが接続される。昇圧回路ＣＯＮは直流電源ＢＡＴの電圧Ｖｓを昇圧する。この昇圧回路ＣＯＮの出力電圧をＶｐとする。昇圧回路ＣＯＮの出力端子の両端にはコンデンサーＣｈが接続される。
【００１２】
昇圧回路ＣＯＮの出力にはまた、図１に示すＳＲモーターの巻回コイルＬＭａｎ、ＬＭｂｎ、ＬＧａｎ、ＬＧｂｎと、それらのスイッチング回路とが接続される。第１相の力行用コイルＬＭａ１とＬＭｂ１は直列に接続され、スイッチング素子ＳＷＬ１を介して昇圧回路ＣＯＮに接続される。同様に、第２相の力行用コイルＬＭａ２とＬＭｂ２は直列に接続され、スイッチング素子ＳＷＬ２を介して昇圧回路ＣＯＮに接続される。また、第３相の力行用コイルＬＭａ３とＬＭｂ３は直列に接続され、スイッチング素子ＳＷＬ３を介して昇圧回路ＣＯＮに接続される。なお、この実施の形態ではスイッチング素子ＳＷＬ１〜ＳＷＬ３にＩＧＢＴを用いた例を示すが、スイッチング素子はＩＧＢＴに限定されず、トランジスター、ＦＥＴ、ＳＣＲなどの他のスイッチング素子を用いてもよい。
【００１３】
一方、第１相の回生用コイルＬＧｂ１とＬＧａ１は直列に接続され、ダイオードＤＬ１を介して直流電源ＢＡＴに接続される。同様に、第２相の回生用コイルＬＧｂ２とＬＧａ２は直列に接続され、ダイオードＤＬ２を介して直流電源ＢＡＴに接続される。また、第３相の回生用コイルＬＧｂ３とＬＧａ３は直列に接続され、ダイオードＤＬ３を介して直流電源ＢＡＴに接続される。
【００１４】
次に、図２に示すＳＲモーター駆動回路の動作を説明する。力行時は、スイッチング素子ＳＷＬｎ（ｎは相番号で１，２，３）を導通（オン）させることによって、ＣＯＮ→ＬＭａｎ→ＬＭｂｎ→ＳＷＬｎの経路で力行電流が流れ、昇圧回路ＣＯＮから力行用コイルＬＭａｎ、ＬＭｂｎに通電されてステーター１とローター３が励磁される。一方、回生時には、スイッチング素子ＳＷＬｎを非道通（オフ）にすると、ＤＬｎ→ＬＧａｎ→ＬＧｂｎ→ＢＡＴの経路で回生電流が流れ、昇圧回路ＣＯＮを介さずに直流電源ＢＡＴに回生される。この回生時には、ステーター１とローター３が消磁される。
【００１５】
ここで、各相の力行用巻回コイルＬＭａｎ、ＬＭｂｎの総巻線数Ｎｐと回生用巻回コイルＬＧａｎ、ＬＧｂｎの総巻線数Ｎｓの巻線数比Ｎｓ／Ｎｐ＝ρが大きくなると、力行用コイルＬＭａｎ、ＬＭｂｎのインダクダンスよりも回生用コイルＬＧａｎ、ＬＧｂｎのインダクダンスが大きくなり、回生用コイルＬＧａｎ、ＬＧｂｎに流れる回生電流の時間変化が緩やかになり、ＳＲモーターに負のトルクが発生する。
【００１６】
さらに、ステーター１とローター３を励磁する力行時に力行用コイルＬＭａｎ、ＬＭｂｎに印加される昇圧回路ＣＯＮの出力電圧Ｖｐと、ステーター１とローター３を消磁する回生時に回生用コイルＬＧａｎ、ＬＧｂｎに印加される電圧とを比較すると、力行時の印加電圧Ｖｐより回生時の印加電圧の方が低いため、回生用コイルＬＧａｎ、ＬＧｂｎに流れる回生電流の時間変化が緩やかになり、ＳＲモーターに負のトルクが発生する。
【００１７】
ＳＲモーターはステーター１とローター３の励磁（力行）と消磁（回生）とを繰り返しながら回転し、力行時に発生する正のトルクをＳＲモーターの回転角度で平均したものがＳＲモーターの実行的なトルクとなる。ところが、回生時に負のトルクが発生すると、ＳＲモーターの実効トルクは負のトルクの分だけ目減りすることになる。
【００１８】
図３は、力行用コイルと回生用コイルの巻線数比ρに対する注入電力量当たりの発生トルクの特性を示す。図３から明らかなように、巻線数比ρが大きくなるほど、回生用コイルのインダクダンスが大きくなって回生電流の時間変化が緩やかになり、回生時の負のトルクが増大する分だけＳＲモーターの実行トルクが低下する。
【００１９】
この一実施の形態では、力行用コイルと回生用コイルの巻線数比ρを、Ｎｓ／Ｎｐ≦Ｖｓ／Ｖｐとする。例えばＶｐ＝２Ｖｓの場合には、巻線数比ρ≦０．５となり、図３に示すように注入電力量当たりの発生トルクが大きな領域、つまり効率よくトルクを取り出せる領域に限定することができる。
【００２０】
このように一実施の形態によれば、各相の力行用巻回コイルＬＭａｎ、ＬＭｂｎ（第１の巻回コイル群）の総巻線数をＮｐ、各相の回生用巻回コイルＬＧａｎ、ＬＧｂｎ（第２の巻回コイル群）の総巻線数をＮｓ、ローターおよびステーターの励磁時（力行時）に力行用巻回コイルＬＭａｎ、ＬＭｂｎ（第１の巻回コイル群）に印加される電圧をＶｐ、ローターおよびステーターの消磁時（回生時）に回生用巻回コイルＬＧａｎ、ＬＧｂｎ（第２の巻回コイル群）に印加される電圧をＶｓとした場合に、Ｎｓ／Ｎｐ≦Ｖｓ／Ｖｐとなるように巻回コイルの巻線数を設定するようにしたので、回生電流が力行電流よりも大きくなり、スターター１とローター３の励磁時間よりも消磁時間が短くなって負のトルクの発生量が低下する。したがって、対称構造のローターを備えたＳＲモーターの実行トルクを増大させることができる。
【００２１】
なお、この一実施の形態では力行用と回生用とで別個の巻回コイルを設けているが、一つの巻回コイルで力行用と回生用とを兼用するＳＲモーターでは、駆動時に発生する注入電力量当たりの発生トルクが図３に点線で示すように一定となる。力行用と回生用とで別個の巻回コイルを設ける場合には、それぞれの巻回コイルの巻線数が少なくなるので、巻回コイルのインダクダンスが小さくなり、コアに生成される磁束も少なくなる。しかし、図３に示すように、力行用コイルと回生用コイルの巻線数比ρにより、回生時の負のトルクを低減してＳＲモーターの実行トルクを増大させる条件を設定することができる。
【００２２】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、力行用巻回コイルＬＭａｎ、ＬＭｂｎが第１の巻回コイル群を、回生用巻回コイルＬＧａｎ、ＬＧｂｎが第２の巻回コイル群をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【００２３】
なお、上述した一実施の形態ではステーターに６個の突極とローターに４個の突極を設けた３相ＳＲモーターを例に上げて説明したが、ＳＲモーターのステーターおよびローターの突極数と相数はこの一実施の形態の突極数と相数に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の３相ＳＲモーターの断面構造を示す図である。
【図２】一実施の形態のＳＲモーター駆動回路を示す図である。
【図３】力行用コイルと回生用コイルの巻線数比に対する注入電力量当たりの発生トルクの特性を示す図である。
【符号の説明】
１　ステーター
２　回転軸
３　ローター
４　ステーター突極
５　ローター突極
ＬＭａ１、ＬＭｂ１、ＬＭａ２、ＬＭｂ２、ＬＭａ３、ＬＭｂ３　力行用コイルＬＧａ１、ＬＧｂ１、ＬＧａ２、ＬＧｂ２、ＬＧａ３、ＬＧｂ３　回生用コイルＢＡＴ　直流電源
ＣＯＮ　昇圧回路
ＣＤｎ、Ｃｈ　コンデンサー
ＳＷＬ１、ＳＷＬ２、ＳＷＬ３　スイッチング素子
ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３　ダイオード

Claims

磁束が互いに鎖交する第１の巻回コイル群と第２の巻回コイル群とを相ごとに備え、前記第１の巻回コイル群に通電してローターおよびステーターを励磁するとともに、前記第２の巻回コイル群に通電してローターおよびステーターを消磁するＳＲ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ　Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ）モーターであって、
前記第１の巻回コイル群の総巻線数をＮｐ、前記第２の巻回コイル群の総巻線数をＮｓ、ローターおよびステーターの励磁時に前記第１の巻回コイル群に印加される電圧をＶｐ、ローターおよびステーターの消磁時に前記第２の巻回コイル群に印加される電圧をＶｓとした場合に、Ｎｓ／Ｎｐ≦Ｖｓ／Ｖｐとなるように巻回コイルの巻線数を設定することを特徴とするＳＲモーター。