JP2005253155A - Motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動機に関し、特に、ステータの振動を抑制可能な電動機に関するものである。 The present invention relates to an electric motor, and more particularly to an electric motor capable of suppressing vibration of a stator.
特許文献1は、電動機のトルクリプルを低減する方法として基本の矩形電流に一連の調波電流を加える方法を開示する。すなわち、特許文献1は、一連の調波電流によって未処理のトルクリプル波形と等しく、かつ、逆であるトルク成分を生成し、その生成したトルク成分によって、基本の矩形電流により発生するトルクリプルを低減する。
そして、特許文献1は、このトルクリプルの低減によって、振動の低減も可能である旨を開示する。
しかし、特許文献1は、トルクリプルを低減するように基本の矩形電流に加える調波電流を決定するので、電動機のステータに交流電流を供給することにより生じるステータの振動を減少することが困難であるという問題がある。
However, since
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ステータの振動を減少可能な電動機を提供することである。 Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide an electric motor capable of reducing the vibration of the stator.
また、この発明の別の目的は、ステータの振動を抑制可能な電動機を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an electric motor capable of suppressing the vibration of the stator.
この発明によれば、電動機は、ロータと、ステータと、制御装置とを備える。ロータは、強磁性部材を含み、n(nは自然数)個のロータ磁極部を有する。ステータは、n個の整数倍であるm個のティースと、s(sは複数)相に対応して設けられ、かつ、m個のティースに巻回されたs個のコイルとを有する。制御部は、回転磁界を生成するための交流電流に高周波電流を重畳したモータ制御電流を発生してs個のコイルの各々に供給し、ロータがステータに対して回転するように制御する。そして、高周波電流は、交流電流によって発生され、かつ、ステータに印加される加振力と反対方向の電磁力をロータの強磁性部材との間で発生させるための交流電流である。 According to this invention, the electric motor includes a rotor, a stator, and a control device. The rotor includes a ferromagnetic member and has n (n is a natural number) rotor magnetic pole portions. The stator includes m teeth that are integer multiples of n and s coils that are provided corresponding to the s (s is plural) phase and are wound around the m teeth. The control unit generates a motor control current in which a high-frequency current is superimposed on an alternating current for generating a rotating magnetic field, supplies the motor control current to each of the s coils, and controls the rotor to rotate with respect to the stator. The high-frequency current is generated by an alternating current and is an alternating current for generating an electromagnetic force in the opposite direction to the excitation force applied to the stator with the ferromagnetic member of the rotor.
好ましくは、高周波電流は、k=(m/s)/2によって決定される回転k次の周波数を有する交流電流である。 Preferably, the high frequency current is an alternating current having a frequency of the order of rotation k determined by k = (m / s) / 2.
好ましくは、制御部は、パルス幅変調方式によりモータ制御電流をs個のコイルの各々に供給する。 Preferably, the control unit supplies a motor control current to each of the s coils by a pulse width modulation method.
好ましくは、ロータは、回転軸を囲む円筒面を有するロータコアを含む。そして、m個のティースおよびs個のコイルは、ロータコアの円筒面に対向して配置される。 Preferably, the rotor includes a rotor core having a cylindrical surface surrounding the rotation axis. The m teeth and the s coils are arranged to face the cylindrical surface of the rotor core.
好ましくは、n個のロータ磁極部の各々は、ロータコアを構成する強磁性部材と、磁石とからなる。 Preferably, each of the n rotor magnetic pole portions includes a ferromagnetic member constituting a rotor core and a magnet.
好ましくは、磁石は、ロータの回転軸方向から強磁性部材に埋め込まれ、かつ、ロータの径方向に着磁される。 Preferably, the magnet is embedded in the ferromagnetic member from the rotational axis direction of the rotor and is magnetized in the radial direction of the rotor.
好ましくは、磁石は、円筒面上に配置され、かつ、ロータの径方向に着磁される。 Preferably, the magnet is disposed on the cylindrical surface and is magnetized in the radial direction of the rotor.
好ましくは、n個のロータ磁極部の各々は、ロータコアを構成する強磁性部材のみからなる。 Preferably, each of the n rotor magnetic pole portions is composed of only a ferromagnetic member constituting the rotor core.
好ましくは、n個のロータ磁極部の各々は、ロータの径方向に磁気的突極特性を有する強磁性体からなる。 Preferably, each of the n rotor magnetic pole portions is made of a ferromagnetic material having magnetic salient pole characteristics in the radial direction of the rotor.
この発明によれば、n(nは自然数)個のロータ磁極部を有するロータと、n個の整数倍であるm個のティースを有するステータとを備える電動機において、回転磁界を生成するための交流電流に高周波電流を重畳したモータ制御電流がs個のコイルの各々に供給される。そして、この高周波電流は、回転磁界を生成するための交流電流によって発生され、かつ、ステータに印加される加振力と反対方向の電磁力をロータの強磁性部材との間で発生させるための交流電流である。そうすると、ステータに印加される加振力が、高周波電流によって発生する電磁力によって弱められる。 According to the present invention, in an electric motor including a rotor having n (n is a natural number) rotor magnetic pole portions and a stator having m teeth that are integer multiples of n, an alternating current for generating a rotating magnetic field is provided. A motor control current in which a high-frequency current is superimposed on the current is supplied to each of the s coils. This high-frequency current is generated by an alternating current for generating a rotating magnetic field, and an electromagnetic force in the opposite direction to the excitation force applied to the stator is generated between the rotor and the ferromagnetic member. AC current. Then, the excitation force applied to the stator is weakened by the electromagnetic force generated by the high frequency current.
したがって、この発明によれば、ステータの振動を減少できる。 Therefore, according to the present invention, the vibration of the stator can be reduced.
また、この発明による電動機においては、回転磁界を生成するための交流電流に交流電流の周波数の回転k(=(m/s)/2)次の周波数を有する高周波電流を重畳したモータ制御電流がステータコイルに供給される。そうすると、回転磁界を生成するための交流電流によって発生するm個のティースに印加される加振力が、高周波電流によって発生する電磁力によって相殺される。 In the electric motor according to the present invention, the motor control current obtained by superimposing the high-frequency current having the frequency k (= (m / s) / 2) of the frequency of the alternating current on the alternating current for generating the rotating magnetic field is superimposed. Supplied to the stator coil. Then, the excitation force applied to the m teeth generated by the alternating current for generating the rotating magnetic field is canceled by the electromagnetic force generated by the high frequency current.
したがって、この発明によれば、ステータの振動を抑制できる。 Therefore, according to the present invention, the vibration of the stator can be suppressed.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1は、この発明の実施の形態による電動機の断面図である。図1を参照して、この発明の実施の形態による電動機100は、制御装置10と、三相ケーブル20と、シャフト30と、ロータ40と、ステータ50とを備える。
FIG. 1 is a sectional view of an electric motor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an
ロータ40は、ロータコア41と、磁石42とを含む。ステータ50は、ステータコイル51と、ステータコア52とを含む。
The
制御装置10は、電動機100が出力すべきトルク指令値TRを電動機100の外部に設けられたECU(Electrical Control Unit)から受け、その受けたトルク指令値TRによって指定されたトルクを出力するとともに、ステータ50の振動を抑制するためのモータ制御電流MCTLIを後述する方法によって生成し、その生成したモータ制御電流MCTLIを三相ケーブル20を介してステータ50のステータコイル51へ供給する。
The
三相ケーブル20は、制御装置10とステータコイル51とを接続する。そして、三相ケーブル20は、U相ケーブル21と、V相ケーブル22と、W相ケーブル23とからなる。シャフト30は、回転軸方向DR1からロータ40のロータコア41に挿入され、ロータコア41と連結される。ロータコア41は、複数の電磁鋼板を回転軸方向DR1に積層した構造からなる。磁石42は、回転軸方向DR1からロータコア41に挿入される。
The three-
ステータ50のステータコア52は、複数の電磁鋼板を回転軸方向DR1に積層した構造からなる。ステータコイル51は、ステータコア52に巻回される。そして、ステータコイル51は、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルからなり、これらの3つのコイルの端子が三相ケーブル20に接続される。
The
図2は、図1に示すA方向から見たステータ50の平面図である。図2を参照して、ステータコア52は、中空円筒形状からなり、周方向に配列された48個のティース1を内周面に有する。コイル510〜517は、U相コイルを構成し、コイル520〜527は、V相コイルを構成し、コイル530〜537は、W相コイルを構成する。コイル510〜517,520〜527,530〜537の各々は、略円弧形状から成る。コイル510〜517は、最外周に配置される。コイル520〜527は、コイル510〜517の内側であって、それぞれ、コイル510〜517に対して円周方向に一定距離だけずれた位置に配置される。コイル530〜537は、コイル520〜527の内側であって、それぞれ、コイル520〜527に対して円周方向に一定距離だけずれた位置に配置される。
FIG. 2 is a plan view of the
コイル510〜517,520〜527,530〜537の各々は、対応する複数のティースの各々に直列に巻回される。たとえば、コイル510は、ティース1〜5に対応する。そして、コイル510は、ティース1〜5の全体に外周から所定回数巻回されて形成される。
Each of coils 510-517, 520-527, 530-537 is wound in series around each of a plurality of corresponding teeth. For example,
コイル511〜517,520〜527,530〜537についても、それぞれ対応するティースに巻回され、コイル510と同じようにして形成される。
The
コイル510〜513は、直列に接続され、一方端が端子U1であり、他方端が中性点UN1である。コイル514〜517は、直列に接続され、一方端が端子U2であり、他方端が中性点UN2である。
コイル520〜523は、直列に接続され、一方端が端子V1であり、他方端が中性点VN1である。コイル524〜527は、直列に接続され、一方端が端子V2であり、他方端が中性点VN2である。
コイル530〜533は、直列に接続され、一方端が端子W1であり、他方端が中性点WN1である。コイル534〜537は、直列に接続され、一方端が端子W2であり、他方端が中性点WN2である。
中性点UU1,UN2,VN1,VN2,WN1,WN2は、1点に共通接続され、端子U1,U2は、三相ケーブル20のU相ケーブル21に接続され、端子V1,V2は、V相ケーブル22に接続され、端子W1,W2は、W相ケーブル23に接続される。
Neutral points UU1, UN2, VN1, VN2, WN1, WN2 are commonly connected to one point, terminals U1, U2 are connected to
図3は、図1に示すA方向から見たロータ40およびステータ50の平面図である。図3を参照して、ロータ40は、ステータ50の内周側に配置される。そして、磁石42は、周方向DR2に沿って8個配置される。磁石42A,42C,42E,42Gは、ロータコア41の外周側がN極になるように配置され、磁石42B,42D,42F,42Hは、ロータコア41の外周側がS極になるように配置される。このように、8個の磁石42は、ロータ40の径方向DR3に着磁され、磁石の極性が隣接する磁石間で反転するように周方向DR2に配置される。そして、図2に示すコイル510〜517,520〜527,531〜537は、8個の磁石42(42A〜42H)に対向して配置される。
FIG. 3 is a plan view of the
ステータコア52は、48個のティース1を含むが、この48個は、ロータ40に含まれる磁石42(42A〜42H)の個数の6倍(整数倍)になるように決定される。
The
図4は、図1に示すロータ40の斜視図である。図4を参照して、ロータ40のロータコア41は、略円筒形状からなり、円筒面41Aを有する。そして、磁石42は、回転軸方向DR1からロータコア41に埋め込まれる。したがって、ロータ40は、IPM(Interior Permanent Magnet)からなる。
4 is a perspective view of the
図5は、加振力ゲインと回転次数成分との関係図である。図5において、縦軸は加振力ゲインを表し、横軸は加振力の回転次数成分を表わす。なお、加振力は、ステータ50のステータコイル51に交流電流を供給することによりティース1に加えられるティース1を振動させようとする力である。
FIG. 5 is a relationship diagram between the excitation force gain and the rotation order component. In FIG. 5, the vertical axis represents the excitation force gain, and the horizontal axis represents the rotational order component of the excitation force. The excitation force is a force that attempts to vibrate the
図5を参照して、電動機100においては、ロータ40は、8個の磁石42を含むので、8の整数倍の回転次数を有する加振力が生じる。すなわち、8次、16次、24次、32次、40次、48次および56次の回転次数を有する加振力が生じる。このうち、8次の回転次数を有する加振力が最も大きい加振力ゲインを有し、回転次数が大きくなるとともに、加振力ゲインは小さくなる。
Referring to FIG. 5, in
図6は、ステータコア52のティース1,2,3,4,5,・・・と、加振力との関係を示す図である。なお、図6においては、ティースは、展開図により表されている。図6を参照して、48次の回転次数を有する加振力は、時間とともに、加振力KP1,KP2,KP3のように変化する。また、8次の回転次数を有する加振力は、時間とともに、加振力KP4,KP5,KP6のように変化する。
FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the
この場合、加振力KP1,KP2,KP3の各々は、ティース1,2,3,4,5,・・・の1つ1つに印加される成分を有する。そして、ティース1,2,3,4,5,・・・の各々に加えられる加振力は、全て同じ方向である。加振力KP1は、ティース1,2,3,4,5,・・・にプラス方向の加振力を加え、加振力KP3は、ティース1,2,3,4,5,・・・にマイナス方向の加振力を加える。なお、加振力KP2は、加振力KP1から加振力KP3への遷移過程であり、ティース1,2,3,4,5,・・・にプラス方向の加振力とマイナス方向の加振力とが混在した力を加える。そして、この混在した力は、同方向および同じ大きさで各ティースに加えられる。
In this case, each of the excitation forces KP1, KP2, KP3 has a component applied to each of the
一方、加振力KP4,KP5,KP6の各々は、3個のティース毎に逆方向に加えられる成分を有する。たとえば、加振力KP4は、ティース3,4,5にマイナス方向の力を加える成分CP1と、ティース3,4,5に隣接する3つのティースにプラス方向の力を加える成分CP2とを有する。
On the other hand, each of the excitation forces KP4, KP5, and KP6 has a component that is applied in the reverse direction for every three teeth. For example, the excitation force KP4 includes a component CP1 that applies a negative force to the
図7は、ステータコア52に加えられる8次の回転次数を有する加振力の概念図である。また、図8は、ステータコア52に加えられる48次の回転次数を有する加振力の概念図である。図7を参照して、8次の回転次数を有する加振力KP_8は、上述したように3つのティース毎に逆方向に加えられる成分を有するので、ステータコア52の周方向DR2に周期的に変化する。そして、加振力KP_8は、成分SS1〜SS16を有する。その結果、ステータコア52は、成分SS1,SS3,SS5,SS7,SS9,SS11,SS13,SS15によって外周方向へ引かれ、成分SS2,SS4,SS6,SS8,SS10,SS12,SS14,SS16によって内周方向へ引かれる。そして、成分SS1,SS3,SS5,SS7は、それぞれ、成分SS9,SS11,SS13,SS15と打ち消し合い、成分SS2,SS4,SS6,SS8は、それぞれ、成分SS10,SS12,SS14,SS16と打ち消し合う。
FIG. 7 is a conceptual diagram of an excitation force having an eighth order of rotation applied to the
したがって、ステータコア52は、8次の回転次数を有する加振力KP_8によって振動しない。
Therefore, the
図8を参照して、48次の回転次数を有する加振力KP_48は、上述したようにティース1,2,3,4,5,・・・の1つ1つに同じ方向に加えられる成分を有するので、ステータコア52を径方向DR3に振動させる。
Referring to FIG. 8, the excitation force KP_48 having the 48th rotation order is applied to each of the
したがって、図5に示す8次、16次、24次、32次、40次、48次、および56次の回転次数を有する加振力のうち、ステータコア52を振動させる加振力は、48次の回転次数を有する加振力KP_48である。
Therefore, among the exciting forces having the 8th order, 16th order, 24th order, 32nd order, 40th order, 48th order, and 56th order shown in FIG. 5, the exciting force for vibrating the
そこで、制御装置10は、この48次の回転次数を有する加振力KP_48によるステータコア52の振動を抑制するようにモータ制御電流MCTLIを生成する。
Therefore,
図9は、交流電流の波形図である。図9を参照して、ステータコイル51には、回転磁界を生成するための交流電流ACが供給される。この場合、交流電流AC_Uは、U相コイル(図2に示すコイル510〜517)に供給され、交流電流AC_Vは、V相コイル(図2に示すコイル520〜527)に供給され、交流電流AC_Wは、W相コイル(図2に示すコイル530〜537)に供給される。交流電流AC_U,AC_V,AC_Wは、120度の位相だけ相互にずれている。
FIG. 9 is a waveform diagram of an alternating current. Referring to FIG. 9,
高周波の交流電流AC_Hは、48次の回転次数を有する加振力KP_48を打ち消す力を生成するための交流電流である。交流電流AC_Hは、交流電流AC_HU,AC_HV,AC_HWからなる。そして、交流電流AC_HU,AC_HV,AC_HWは、120度の位相だけ相互にずれている。交流電流AC_HUは、交流電流AC_Uの半周期T/2において1周期分の成分を有する。したがって、交流電流AC_Hの周波数は、交流電流ACの周波数の2倍である。すなわち、交流電流ACは、回転4次の周波数を有するので、交流電流AC_Hは、回転8次の周波数を有する。 The high-frequency AC current AC_H is an AC current for generating a force that cancels the excitation force KP_48 having the 48th rotation order. The alternating current AC_H includes alternating currents AC_HU, AC_HV, and AC_HW. The alternating currents AC_HU, AC_HV, and AC_HW are shifted from each other by a phase of 120 degrees. The alternating current AC_HU has a component for one cycle in the half cycle T / 2 of the alternating current AC_U. Therefore, the frequency of the alternating current AC_H is twice the frequency of the alternating current AC. That is, since the alternating current AC has a rotation fourth-order frequency, the alternating current AC_H has a rotation eighth-order frequency.
そして、交流電流AC_HU,AC_HV,AC_HWがそれぞれ交流電流AC_U,AC_V,AC_Wに重畳される。その結果、モータ制御電流MCTLI_U,MCTLI_V,MCTLI_Wからなるモータ制御電流MCTLIが生成される。 The alternating currents AC_HU, AC_HV, and AC_HW are superimposed on the alternating currents AC_U, AC_V, and AC_W, respectively. As a result, a motor control current MCTLI composed of motor control currents MCTLI_U, MCTLI_V, and MCTLI_W is generated.
図10は、高周波の交流電流AC_Hにより48次の加振力KP_48を打ち消すことを説明するための概念図である。図10を参照して、48次の加振力KP_48は、ティース1,2,3,4,5,・・・に対して同じ方向に印加される。交流電流AC_Hが交流電流ACに重畳されたとき、電磁力EMF_Fが発生する。この電磁力EMF_Fは、交流電流AC_Hがステータコイル51に流れることによって発生するロータ40のロータコア41(電磁鋼板からなる)に対する電磁力である。そして、電磁力EMF_Fは、U相の電磁力EMF_FU、V相の電磁力EMF_FVおよびW相の電磁力EMF_FWからなる。U相の電磁力EMF_FU、V相の電磁力EMF_FVおよびW相の電磁力EMF_FWは、それぞれ、交流電流AC_HU,AC_HV,AC_HWが流れたことにより発生する。
FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining that the 48th-order excitation force KP_48 is canceled by the high-frequency AC current AC_H. 10, 48th-order excitation force KP_48 is applied to
ロータコア41を構成する電磁鋼板に対する電磁力は、ステータコイル51に流れる交流電流AC_H(3つの交流電流AC_HU,AC_HV,AC_HWからなる)のプラス側およびマイナス側の両方において吸引力になるので、U相の電磁力EMF_FU、V相の電磁力EMF_FVおよびW相の電磁力EMF_FWの各々は、3つのティース毎に同じ力が加えられるように周期的に変化する。そして、V相の電磁力EMF_FVは、U相の電磁力EMF_FUと2個のティース分だけ位相がずれ、W相の電磁力EMF_FWは、V相の電磁力EMF_FVと2個のティース分だけ位相がずれ、U相の電磁力EMF_FUは、W相の電磁力EMF_FWと2個のティース分だけ位相がずれる。
The electromagnetic force applied to the electromagnetic steel sheet constituting the
その結果、U相の電磁力EMF_FU、V相の電磁力EMF_FVおよびW相の電磁力EMF_FWを加算した電磁力EMF_FTは、ティース1,2,3,4,5,・・・の1つ1つに同じ方向から印加される力になる。そして、電磁力EMF_FTは、48次の回転次数を有する加振力KP_48と反対方向の力であり、加振力KP_48を相殺する。
As a result, the electromagnetic force EMF_FT obtained by adding the U-phase electromagnetic force EMF_FU, the V-phase electromagnetic force EMF_FV, and the W-phase electromagnetic force EMF_FW is one of the
すなわち、交流電流AC_HU,AC_HV,AC_HWの各々のプラス側およびマイナス側において吸引力からなる電磁力(それぞれ電磁力EMF_FU,EMF_FV,EMF_FW)が発生するので、3つの交流電流AC_HU,AC_HV,AC_HWからなる交流電流AC_Hは、交流電流AC_Hの周波数である回転8次の周波数に2と3とを乗じた8×2×3=48次の周波数を有する電磁力EMF_FTを発生する。 That is, since the electromagnetic force consisting of the attractive force (electromagnetic force EMF_FU, EMF_FV, EMF_FW, respectively) is generated on the plus side and the minus side of each of the AC currents AC_HU, AC_HV, AC_HW, the AC current consists of three AC currents AC_HU, AC_HV, AC_HW. The alternating current AC_H generates an electromagnetic force EMF_FT having a frequency of 8 × 2 × 3 = 48th order obtained by multiplying the rotation 8th order frequency, which is the frequency of the alternating current AC_H, by 2 and 3.
そして、この”2”は、交流電流AC_Hのプラス側およびマイナス側で電磁力が発生することに起因した電磁力EMF_FTの周波数決定因子であり、”3”は、3相の交流電流AC_HU,AC_HV,AC_HWにより電磁力が発生することに起因した電磁力EMF_FTの周波数決定因子である。 This “2” is a frequency determining factor of the electromagnetic force EMF_FT caused by the generation of the electromagnetic force on the positive side and the negative side of the AC current AC_H, and “3” is the three-phase AC current AC_HU, AC_HV. , AC_HW is a frequency determining factor of the electromagnetic force EMF_FT caused by the generation of the electromagnetic force.
図11は、高周波の交流電流AC_Hにより発生する電磁力のロータ40の磁石42に対する影響を説明するための概念図である。図11を参照して、交流電流AC_Hが交流電流ACに重畳されたとき、電磁力EMF_Mが発生する。この電磁力EMF_Mは、交流電流AC_Hがステータコイル51に流れることによって発生するロータ40の磁石42に対する電磁力である。そして、電磁力EMF_Mは、U相の電磁力EMF_MU、V相の電磁力EMF_MVおよびW相の電磁力EMF_MWからなる。U相の電磁力EMF_MU、V相の電磁力EMF_MVおよびW相の電磁力EMF_MWは、それぞれ、交流電流AC_HU,AC_HV,AC_HWが流れたことにより発生する。
FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining the influence of the electromagnetic force generated by the high-frequency alternating current AC_H on the
U相の電磁力EMF_MU、V相の電磁力EMF_MVおよびW相の電磁力EMF_MWの各々は、S極側で最大になるポイントと、N極側で最大になるポイントとを有し、U相の電磁力EMF_MU、V相の電磁力EMF_MVおよびW相の電磁力EMF_MWは、相互に2個のティース分だけずれているので、U相の電磁力EMF_MU、V相の電磁力EMF_MVおよびW相の電磁力EMF_MWを加算した電磁力EMF_MTは、零になる。つまり、高周波の交流電流AC_Hを流すことにより、ロータ40の磁石42には、力が及ばない。
Each of the U-phase electromagnetic force EMF_MU, the V-phase electromagnetic force EMF_MV, and the W-phase electromagnetic force EMF_MW has a maximum point on the S pole side and a maximum point on the N pole side. The electromagnetic force EMF_MU, the V-phase electromagnetic force EMF_MV, and the W-phase electromagnetic force EMF_MW are shifted from each other by two teeth, so the U-phase electromagnetic force EMF_MU, the V-phase electromagnetic force EMF_MV, and the W-phase electromagnetic force The electromagnetic force EMF_MT obtained by adding the force EMF_MW becomes zero. That is, no force is exerted on the
したがって、高周波の交流電流AC_Hを交流電流ACに重畳することによって、48次の回転次数を有する加振力KP_48を打ち消す電磁力EMF_FTのみがロータコア41との間で生じる。その結果、ステータコア52の振動を抑制できる。
Therefore, by superimposing the high-frequency AC current AC_H on the AC current AC, only the electromagnetic force EMF_FT that cancels the excitation force KP_48 having the 48th rotation order is generated between the
このように、この発明においては、高周波の交流電流AC_Hを交流電流ACに重畳することによって、48次の回転次数を有する加振力KP_48と反対方向の電磁力EMF_FTをロータコア41との間で生じさせ、その生じさせた電磁力EMF_FTによって48次の回転次数を有する加振力KP_48を相殺する。
As described above, in the present invention, the electromagnetic force EMF_FT in the opposite direction to the excitation force KP_48 having the 48th order of rotation is generated between the
図12は、図1に示す制御装置10の回路図および機能ブロック図である。図12を参照して、制御装置10は、バッテリBと、コンデンサC1と、インバータ11と、電圧センサー12と、電流センサー13と、モータ制御用相電圧演算部14と、インバータ用PWM信号変換部15とを含む。
FIG. 12 is a circuit diagram and a functional block diagram of the
コンデンサC1は、バッテリBの正母線LN1と負母線LN2との間に接続される。インバータ11は、U相アーム31と、V相アーム32と、W相アーム33とを含む。U相アーム31、V相アーム32、およびW相アーム33は、正母線LN1と負母線LN2との間に並列に設けられる。
Capacitor C1 is connected between positive bus LN1 and negative bus LN2 of
U相アーム31は、直列接続されたNPNトランジスタQ1,Q2から成り、V相アーム32は、直列接続されたNPNトランジスタQ3,Q4から成り、W相アーム33は、直列接続されたNPNトランジスタQ5,Q6から成る。また、各NPNトランジスタQ1〜Q6のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD1〜D6がそれぞれ接続されている。
The
各相アームの中間点は、三相ケーブル20を介してステータコイル51の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、U相コイルの他端がU相ケーブル21を介してNPNトランジスタQ1,Q2の中間点に、V相コイルの他端がV相ケーブル22を介してNPNトランジスタQ3,Q4の中間点に、W相コイルの他端がW相ケーブル23を介してNPNトランジスタQ5,Q6の中間点にそれぞれ接続されている。
An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of
バッテリBは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。コンデンサC1は、バッテリBからの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ11へ供給する。
The battery B is composed of a secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion. Capacitor C1 smoothes the DC voltage from battery B and supplies the smoothed DC voltage to
インバータ11は、インバータ用PWM信号変換部15からの信号PWMによって、コンデンサC1から供給された直流電圧を交流電圧に変換してステータコイル51のU相コイル、V相コイルおよびW相コイルにそれぞれモータ制御電流MCTLI_U,MCTLI_V,MCTLI_Wを供給する。
The
電圧センサー12は、コンデンサC1の両端の電圧Vmを検出し、その検出した電圧Vmをモータ制御用相電圧演算部14へ出力する。電流センサー13は、U相ケーブル21、V相ケーブル22およびW相ケーブル33に設置され、ステータコイル51に流れるモータ電流MCRTを検出し、その検出したモータ電流MCRTをモータ制御用相電圧演算部14へ出力する。
The
モータ制御用相電圧演算部14は、外部ECUからトルク指令値TRを受け、電圧センサー12から電圧Vmを受け、電流センサー13からモータ電流MCRTを受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部14は、これらの入力される信号に基づいて、ステータコイル51の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用PWM信号変換部15へ供給する。
Motor control
インバータ用PWM信号変換部15は、モータ制御用相電圧演算部14から供給された演算結果に基づいて、図9に示すモータ制御電流MCTLIをステータコイル51のU相コイル、V相コイルおよびW相コイルに流すための信号PWMを生成し、その生成した信号PWMをインバータ11へ出力する。
The inverter PWM
図13は、信号PWMの生成を説明するための図である。図13を参照して、回転磁界を生成するための交流電流AC_Uをパルス幅変調方式によってステータコイル51のU相コイルに流すとき、信号PWM0が生成される。
FIG. 13 is a diagram for explaining the generation of the signal PWM. Referring to FIG. 13, when an alternating current AC_U for generating a rotating magnetic field is passed through the U-phase coil of
そして、高周波の交流電流AC_HUが交流電流AC_Uに重畳されたモータ制御電流MCTLI_Uをパルス幅変調方式によってステータコイル51のU相コイルに流すための信号PWMUは、信号PWM0に基づいて生成される。
Then, a signal PWMU for causing the motor control current MCTLI_U, in which the high-frequency AC current AC_HU is superimposed on the AC current AC_U, to flow through the U-phase coil of the
すなわち、期間T1において、信号PWM0は、成分PWM0_1,PWM0_2によって交流電流AC_Uの電流成分AC_U1を流す。そして、この期間T1において、モータ制御電流MCTLI_Uは、電流成分MCTLI_U1を有する。この電流成分MCTLI_U1は、電流成分AC_U1よりも減少する。 That is, in the period T1, the signal PWM0 causes the current component AC_U1 of the alternating current AC_U to flow through the components PWM0_1 and PWM0_2. In this period T1, the motor control current MCTLI_U has a current component MCTLI_U1. This current component MCTLI_U1 is smaller than the current component AC_U1.
したがって、電流成分MCTLI_U1を実現するには、成分PWM0_1のオンデューティーD1,D2を小さくすればよい。 Therefore, in order to realize the current component MCTLI_U1, the on-duties D1 and D2 of the component PWM0_1 may be reduced.
そこで、オンデューティーD1よりも小さいオンデューティーD3を有する成分PWM1_1と、オンデューティーD2よりも小さいオンデューティーD4を有する成分PWM1_2を生成する。他の期間においても同様にして信号PWM0の成分に基づいて各成分を生成し、信号PWMU1を生成する。そして、信号PWMU1を反転して信号PWMU2を生成する。この信号PWMU1は、モータ制御電流MCTLI_Uをステータコイル51のU相コイルに流すためにインバータ11の上アーム(NPNトランジスタQ1,Q3,Q5)をオン/オフする信号であり、信号PWMU2は、モータ制御電流MCTLI_Uをステータコイル51のU相コイルに流すためにインバータ11の下アーム(NPNトランジスタQ2,Q4,Q6)をオン/オフする信号である。
Therefore, a component PWM1_1 having an on-duty D3 smaller than the on-duty D1 and a component PWM1_2 having an on-duty D4 smaller than the on-duty D2 are generated. Similarly, in other periods, each component is generated based on the component of the signal PWM0 to generate the signal PWMU1. Then, the signal PWMU1 is inverted to generate the signal PWMU2. This signal PWMU1 is a signal for turning on / off the upper arm (NPN transistors Q1, Q3, Q5) of the
これにより、信号PWMU1,PWMU2からなる信号PWMUが生成される。 Thereby, a signal PWMU composed of the signals PWMU1 and PWMU2 is generated.
なお、モータ制御電流MCTLI_V,MCTLI_Wをそれぞれステータコイル51のV相コイルおよびW相コイルに流すための信号PWMV,PWMWも、上述した方法と同じ方法によって生成される。
Signals PWMV and PWMW for flowing motor control currents MCTLI_V and MCTLI_W to the V-phase coil and W-phase coil of
再び、図12を参照して、インバータ用PWM信号変換部15は、モータ制御用相電圧演算部14からの演算結果に基づいて、信号PWM0を生成し、その生成した信号PWM0に基づいて、高周波の交流電流AC_Hを交流電流ACに重畳するための信号PWMU,PWMV,PWMWを生成する。そして、インバータ用PWM信号変換部15は、信号PWMU,PWMV,PWMWからなる信号PWMをインバータ11へ出力する。
Referring to FIG. 12 again, inverter PWM
これによって、インバータ11のNPNトランジスタQ1〜Q6は、スイッチング制御され、インバータ11は、モータ制御電流MCTLI_U,MCTLI_V,MCTLI_Wをそれぞれステータコイル51のU相コイル、V相コイルおよびW相コイルに流す。
As a result, the NPN transistors Q1 to Q6 of the
その結果、ステータコア52に印加される48次の回転次数を有する加振力KP_48は、高周波の交流電流AC_Hによって生成される電磁力EMF_FTにより相殺され、ステータコア52の振動は抑制される。
As a result, the excitation force KP_48 having a 48th-order rotational order applied to the
図14は、ロータの他の斜視図である。この発明による電動機100は、図4に示すロータ40に代えて図14に示すロータ40Aを備えていてもよい。図14を参照して、ロータ40Aは、ロータコア60と、磁石61とを含む。
FIG. 14 is another perspective view of the rotor. The
ロータコア60は、複数の電磁鋼板を回転軸方向DR1に積層して作製される。そして、ロータコア60は、略円筒形状を有し、シャフト30に固定される。8個の磁石61は、周方向DR2に沿ってロータコア60の円筒面60Aに所定間隔で配置される。そして、各磁石61は、径方向DR3に着磁されている。
The rotor core 60 is produced by laminating a plurality of electromagnetic steel plates in the rotation axis direction DR1. The rotor core 60 has a substantially cylindrical shape and is fixed to the
このように、ロータ40Aは、ロータコア60の円筒面60Aに8個の磁石を配置することによって作製されるので、SPM(Surface Permanent Magnet)からなる。
As described above, the
ロータ40Aが用いられた場合にも、高周波の交流電流AC_Hを交流電流ACに重畳することによってステータコア52の振動を抑制できる。
Even when the
図15は、ロータのさらに他の斜視図である。この発明による電動機100は、図4に示すロータ40に代えて図15に示すロータ40Bを備えていてもよい。図15を参照して、ロータ40Bは、ロータコア70からなる。ロータコア70は、空隙71〜74を内部に有する。
FIG. 15 is still another perspective view of the rotor. The
空隙71,72は、空隙73と空隙74との間で回転軸方向DR1に沿ってロータコア70の円筒面70Aよりも内周側に設けられる。そして、空隙71,72は、円筒面70A(ロータコア70の外周面)に対して略コの字形状を有し、円筒面70Aの近くに配置される。
The
空隙73,74は、円筒面70Aから内周側へ向かってそれぞれ円筒端面70B,70Cに略平行に設けられ、回転軸方向DR1に設けられた空隙71,72に連結される。そして、空隙73は、円筒端面70Bから円筒端面70Cの方向へ所定の距離だけ離れた位置に形成され、空隙74は、円筒端面70Cから円筒端面70Bの方向へ所定の距離だけ離れた位置に形成される。その結果、空隙71,72は、回転軸方向DR1において空隙73と空隙74との間に設けられ、円筒端面70B,70Cまで到達しない。つまり、円筒端面70Bの下側には、空隙71〜74が形成されていない領域が存在し、円筒端面70Cの上側にも、空隙71〜74が形成されていない領域が存在する。
The
空隙71,72は、径方向DR3において突極特性を実現するために設けられる。すなわち、磁束が空隙71,72を径方向DR3に横切るときのインダクタンスをLq(=q軸方向のインダクタンス)とし、周方向DR2において空隙71,72が形成されていない領域(すなわち、略コの字形状の空隙71,72と空隙71,72との間)を磁束が通過するときのインダクタンスをLd(=d軸方向のインダクタンス)とした場合、Ld>Lqとなる磁気特性を実現するために空隙71,72が設けられる。
The
空隙71,72は、径方向DR3における磁束が短絡するのを抑制し、空隙71,72が設けられていない領域は、磁束を径方向DR3に通過させるので、Ld>Lqとなる磁気特性が得られる。
The
また、空隙73,74は、径方向DR3における磁束が漏れるのを防止するために設けられる。
Further, the
このように、ロータ40Bにおいては、径方向DR3において磁気的な突極特性が得られるので、周方向DR2に所定の間隔で配置された複数の空隙71〜74は、径方向DR3に着磁された磁石と同じ機能を果たす。そして、磁石を用いずに、突極特性を実現する磁極部を「SynR(Synchronous Reluctance)」という。
As described above, in the
したがって、ロータ40Bは、SynRからなる。
Therefore, the
ロータ40Bにおいては、ロータコア70は、複数の電磁鋼板を回転軸方向DR1に積層して形成される。そして、ロータコア70は、磁石を含まず、電磁鋼板のみからなるので、高周波の交流電流AC_Hを交流電流ACに重畳することによって、48次の回転次数を有する加振力KP_48を相殺するための電磁力EMF_FTが発生する。
In the
したがって、ロータ40Bを用いた場合にも、高周波の交流電流AC_Hを交流電流ACに重畳することによってステータコア52の振動を抑制できる。
Therefore, even when the
上記においては、8個のロータ磁極部(磁石42)を有するロータ40と、48個のティースを有するステータコア52とを備える電動機100において、回転磁界を生成するための交流電流ACに回転8(=(48/3)/2)次の周波数を有する高周波の交流電流AC_Hを重畳することにより、ステータコア52の振動を抑制することを説明したが、この発明は、これに限らず、n(nは自然数)個のロータ磁極部を有するロータと、nの整数倍であるm個のティースを有するステータコアと、s(sは自然数)相に対応して設けられ、かつ、m個のティースに巻回されたs個のステータコイルとを備える電動機において、回転磁界を生成するための交流電流ACに回転k(=(m/s)/2)次の周波数を有する高周波の交流電流AC_Hを重畳することにより、ステータコアの振動を抑制するものであればよい。
In the above, in the
また、上記においては、パルス幅変調方式によってモータ制御電流MCTLIを発生すると説明したが、この発明においては、これに限らず、パルス幅変調方式以外の方式によってモータ制御電流MCTLIを発生させてもよい。たとえば、交流電流ACを発生するインバータと、高周波の交流電流AC_Hを発生するインバータとを設け、それぞれのインバータによって発生された交流電流ACおよび高周波の交流電流AC_Hを合成してモータ制御電流MCTLIを発生するようにしてもよい。 In the above description, the motor control current MCTLI is generated by the pulse width modulation method. However, the present invention is not limited to this, and the motor control current MCTLI may be generated by a method other than the pulse width modulation method. . For example, an inverter that generates AC current AC and an inverter that generates high-frequency AC current AC_H are provided, and motor control current MCTLI is generated by synthesizing AC current AC and high-frequency AC current AC_H generated by each inverter. You may make it do.
さらに、上記においては、三相コイルを備える電動機について説明したが、この発明においては、これに限らず、電動機は、一般に複数の相に対応する複数のコイルを備えていればよい。 Furthermore, in the above description, an electric motor including a three-phase coil has been described. However, the present invention is not limited to this, and the electric motor may generally include a plurality of coils corresponding to a plurality of phases.
さらに、この発明による電動機は、回転磁界を生成するための交流電流ACによって発生され、かつ、ステータ50に印加される加振力と反対方向の電磁力をロータ40のロータコア41,60,70(電磁鋼板)との間で発生させるための高周波電流を交流電流ACに重畳することにより、ステータコアの振動を減少するものであればよい。つまり、この発明による電動機は、回転磁界を生成するための交流電流ACによって発生される加振力を相殺するための高周波電流を交流電流ACに重畳するものに限らず、回転磁界を生成するための交流電流ACによって発生される加振力を減少させるための高周波電流を交流電流ACに重畳するものであればよい。これによって、ステータの振動を減少できる。
Furthermore, the electric motor according to the present invention generates an electromagnetic force generated by an alternating current AC for generating a rotating magnetic field and applied in the opposite direction to the excitation force applied to the
なお、磁石42または磁石61は、「ロータ磁極部」を構成する。
The
また、空隙71〜74も、「ロータ磁極部」を構成する。
The
さらに、インバータ11、モータ制御用相電圧演算部14およびインバータ用PWM信号変換部15は、回転磁界を生成するための交流電流に高周波電流を重畳したモータ制御電流を発生してs個のコイルの各々に供給し、ロータがステータに対して回転するように制御する「制御部」を構成する。そして、この場合、高周波電流は、交流電流によって発生され、かつ、ステータに印加される加振力と反対方向の電磁力をロータの強磁性部材との間で発生させるための交流電流である。
Further, the
さらに、インバータ11、モータ制御用相電圧演算部14およびインバータ用PWM信号変換部15は、回転磁界を生成するための交流電流ACに回転k(=(m/s)/2)次の周波数を有する高周波電流AC_Hを重畳したモータ制御電流MCTLIをs個のコイルの各々に供給し、ロータがステータに対して回転するように制御する「制御部」を構成する。
Furthermore, the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
この発明は、ステータの振動を減少可能な電動機に適用される。また、この発明は、ステータの振動を抑制可能な電動機に適用される。 The present invention is applied to an electric motor capable of reducing stator vibration. The present invention is also applied to an electric motor capable of suppressing stator vibration.
1〜5 ティース、10 制御装置、11 インバータ、12 電圧センサー、13 電流センサー、14 モータ制御用相電圧演算部、15 インバータ用PWM信号変換部、20 三相ケーブル、21 U相ケーブル、22 V相ケーブル、23 W相ケーブル、30 シャフト、31 U相アーム、32 V相アーム、33 W相アーム、40,40A,40B ロータ、41,60,70 ロータコア、41A,60A 円筒面、42,42A〜42H,61 磁石、50 ステータ、51 ステータコイル、52 ステータコア、71〜74 空隙、100 電動機、510〜517,520〜527,530〜537 コイル、U1,U2,V1,V2,W1,W2 端子、UN1,UN2,VN1,VN2,WN1,WN2 中性点、B バッテリ、C1 コンデンサ、LN1 正母線、LN2 負母線、Q1〜Q6 NPNトランジスタ、D1〜D6 ダイオード。 1 to 5 teeth, 10 control device, 11 inverter, 12 voltage sensor, 13 current sensor, 14 motor control phase voltage calculation unit, 15 inverter PWM signal conversion unit, 20 three-phase cable, 21 U phase cable, 22 V phase Cable, 23 W phase cable, 30 shaft, 31 U phase arm, 32 V phase arm, 33 W phase arm, 40, 40A, 40B rotor, 41, 60, 70 rotor core, 41A, 60A cylindrical surface, 42, 42A to 42H , 61 Magnet, 50 Stator, 51 Stator coil, 52 Stator core, 71-74 Air gap, 100 Electric motor, 510-517, 520-527, 530-537 Coil, U1, U2, V1, V2, W1, W2 terminal, UN1, UN2, VN1, VN2, WN1, WN2 Neutral point, B battery , C1 capacitor, LN1 positive bus, LN2 negative bus, Q1 to Q6 NPN transistor, D1 to D6 diode.
Claims (9)
前記n個の整数倍であるm個のティースと、s(sは複数)相に対応して設けられ、かつ、前記m個のティースに巻回されたs個のコイルとを有するステータと、
回転磁界を生成するための交流電流に高周波電流を重畳したモータ制御電流を発生して前記s個のコイルの各々に供給し、前記ロータが前記ステータに対して回転するように制御する制御部とを備え、
前記高周波電流は、前記交流電流によって発生され、かつ、前記ステータに印加される加振力と反対方向の電磁力を前記ロータの強磁性部材との間で発生させるための交流電流である、電動機。 A rotor including a ferromagnetic member and having n (n is a natural number) rotor magnetic pole portions;
A stator having m teeth which is an integer multiple of n and s coils provided corresponding to s (s is a plurality) phases and wound around the m teeth;
A control unit that generates a motor control current in which a high-frequency current is superimposed on an alternating current for generating a rotating magnetic field, supplies the motor control current to each of the s coils, and controls the rotor to rotate relative to the stator; With
The high-frequency current is generated by the alternating current and is an alternating current for generating an electromagnetic force in a direction opposite to the excitation force applied to the stator with the ferromagnetic member of the rotor. .
前記m個のティースおよび前記s個のコイルは、前記ロータコアの前記円筒面に対向して配置される、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電動機。 The rotor includes a rotor core having a cylindrical surface surrounding a rotation axis;
4. The electric motor according to claim 1, wherein the m teeth and the s coils are arranged to face the cylindrical surface of the rotor core. 5.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070605 |