JP2010268632A - Motor - Google Patents

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Masayuki Nashiki
政行 梨木
Tomokazu Ishikawa
智一 石川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor in which the cost is reduced, the performance is improved, and the size is reduced. <P>SOLUTION: The motor has a simple configuration consisting of the teeth as projecting magnetic poles wound with coils by three-phase full-pitch winding and concentrated winding and the rotor 11E having the projecting magnetic poles made of the soft magnetic material so that each of the teeth as stator magnetic poles 117, 118, 119, 11A, 11B, and 11C and each of the projecting magnetic poles made of a soft magnetic material of the rotor 11E separately generate an attractive force at a high magnetic flux density. Each coil is driven with a single direction current, and can be used in common for two or more stator magnetic poles. As a result, the motor is driven with direct current and can be supplied with power through two paths. This motor significantly reduces the total current capacity of a power transistor to reduce the size and cost of a driving unit. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車やトラック等に搭載され、また、産業用機器、家庭電化製品などへの適用も可能なモータに関する。   The present invention relates to a motor that is mounted on an automobile, a truck, or the like and that can be applied to industrial equipment, home appliances, and the like.

3相交流モータは従来より広く使用されている。図116はその概略的な構成を示す縦断面図の例である。811はモータ出力軸、812はロータコア、817および818はロータ表面に取り付けられたN極永久磁石およびS極永久磁石、813は軸受け、814はステータコア、815は巻線のコイルエンド、816はモータケースである。   Three-phase AC motors have been widely used conventionally. FIG. 116 is an example of a longitudinal sectional view showing a schematic configuration thereof. 811 is a motor output shaft, 812 is a rotor core, 817 and 818 are N-pole permanent magnets and S-pole permanent magnets mounted on the rotor surface, 813 is a bearing, 814 is a stator core, 815 is a coil end of a winding, and 816 is a motor case. It is.

図117は図116の断面AA−AAを示す横断面図である。このモータは、3相交流、2極、12スロットであり、巻線は全節巻、分布巻きである。ステータの歯は円周方向に、821、822、823、824、825、826、827、828、829、82A、82B、82Cである。各歯に挟まれた各スロットには3相の巻線が巻回され、U相巻線は82Qから82Kへ巻回する巻線と82Dから82Jへ巻回する巻線とであり、V相巻線は82Gから82Pへ巻回する巻線と82Hから82Nへ巻回する巻線であり、W相巻線は82Lから82Fへ巻回する巻線と、82M、82Eへ巻回する巻線である。各巻線のピッチは電気角で180°のピッチとなっている。   117 is a transverse sectional view showing a section AA-AA in FIG. This motor has three-phase alternating current, two poles and twelve slots, and the windings are full-pitch winding and distributed winding. The teeth of the stator are 821, 822, 823, 824, 825, 826, 827, 828, 829, 82A, 82B, and 82C in the circumferential direction. In each slot sandwiched between the teeth, a three-phase winding is wound, and the U-phase winding is a winding wound from 82Q to 82K and a winding wound from 82D to 82J. The winding is a winding wound from 82G to 82P, a winding wound from 82H to 82N, and the W-phase winding is a winding wound from 82L to 82F, and a winding wound from 82M to 82E. It is. The pitch of each winding is an electrical angle of 180 °.

図118は巻線図であり、横軸にステータの回転方向の各位置を電気角角度で示している。なお、このモータは2極のモータの例なので機械角と電気角は一致している。UはU相巻線の端子でU相電流Iuが通電され、VはV相巻線の端子でV相電流Ivが通電され、WはW相巻線の端子でW相電流Iwが通電され、Nは3相Y結線の中性点である。831はU相巻線の渡り線、832はV相巻線の渡り線、833はW相巻線の渡り線である。   FIG. 118 is a winding diagram, and the horizontal axis indicates each position in the rotational direction of the stator as an electrical angle. Since this motor is an example of a two-pole motor, the mechanical angle and the electrical angle are the same. U is the terminal of the U-phase winding, the U-phase current Iu is applied, V is the terminal of the V-phase winding, the V-phase current Iv is applied, and W is the W-phase winding, the terminal is supplied with the W-phase current Iw. , N is the neutral point of the three-phase Y connection. 831 is a connecting wire for the U-phase winding, 832 is a connecting wire for the V-phase winding, and 833 is a connecting wire for the W-phase winding.

図119は3相巻線の結線図で、星形結線である。841はU相巻線、842はV相巻線、842はW相巻線である。図116から図119に示した表面磁石型のブラシレスモータは優れたモータとして広く活用されている。しかし、さらなる高性能化、小型化、低コスト化の観点では、用途にもよるが以下に示すような問題点がある。モータの基本的な特性として、力Fはフレミングの法則で表され、トルクTは次式で表される。   FIG. 119 is a connection diagram of a three-phase winding and is a star connection. 841 is a U-phase winding, 842 is a V-phase winding, and 842 is a W-phase winding. The surface magnet type brushless motors shown in FIGS. 116 to 119 are widely used as excellent motors. However, from the viewpoints of higher performance, smaller size, and lower cost, there are the following problems depending on the application. As basic characteristics of the motor, the force F is expressed by Fleming's law, and the torque T is expressed by the following equation.

F=BIL
T=FR
ここで、Iは作用する電流、Lは有効に作用する巻線の長さ、Rはロータの半径である。
F = BIL
T = FR
Here, I is the acting current, L is the length of the winding that works effectively, and R is the radius of the rotor.

図117に示すモータの場合、歯の部分の磁性鋼板の最大磁束密度Bmax=2[T]とし、ステータとロータの間のエアギャップ部近傍のスロットの円周方向長Wsと歯の円周方向長Wtが同一であると仮定すると、モータのトルクとして作用する平均磁束密度は1[T]となる。従って図117に示すモータの問題として、磁性材料として得られる最大磁束密度Bmax=2[T]が十分に活用されていないという問題がある。モータの小型化の観点ではそのピークトルクが重要な特性であるが、ピークトルクも同じ観点で不十分である。   In the case of the motor shown in FIG. 117, the maximum magnetic flux density Bmax = 2 [T] of the magnetic steel plate at the tooth portion, the circumferential length Ws of the slot near the air gap portion between the stator and the rotor, and the circumferential direction of the tooth Assuming that the lengths Wt are the same, the average magnetic flux density acting as the motor torque is 1 [T]. Therefore, as a problem of the motor shown in FIG. 117, there is a problem that the maximum magnetic flux density Bmax = 2 [T] obtained as a magnetic material is not sufficiently utilized. The peak torque is an important characteristic from the viewpoint of miniaturization of the motor, but the peak torque is also insufficient from the same viewpoint.

ステータの問題としては、図117から推察されるように、スロットの開口部が狭く、巻線の巻回のし難さから巻線の占積率が低くなるためトルクが低下する問題が有り、コイルエンドのロータ軸方向長さが長くなるためモータが大型化する問題が有り、巻線の生産性も低くなるため生産コストの問題がある。   As inferred from FIG. 117, the problem of the stator is that the opening of the slot is narrow and the winding space factor is lowered due to the difficulty of winding of the winding, so the torque is reduced, Since the length of the coil end in the axial direction of the rotor is long, there is a problem that the motor is enlarged, and the productivity of the winding is also low, which causes a problem of production cost.

図117に示すロータの問題としては、ロータ強度の問題およびその遠心力強度から最大許容回転数の問題がある。永久磁石817、818に作用する遠心力に耐えられる構成とする場合にはその補強コストの問題が発生する。モータの出力Poutはトルクと回転角速度ωmの積として表されるので、回転数制約は出力の制約となる問題がある。   The problem of the rotor shown in FIG. 117 includes a problem of the rotor strength and a problem of the maximum allowable rotational speed due to the centrifugal force strength. In the case of a structure that can withstand the centrifugal force acting on the permanent magnets 817 and 818, there is a problem of the reinforcement cost. Since the output Pout of the motor is expressed as a product of the torque and the rotational angular velocity ωm, there is a problem that the rotational speed restriction becomes an output restriction.

また、表面磁石型のブラシレスモータの場合、界磁弱め制御が難しく、界磁制御による定出力制御が難しいという問題がある。   Further, in the case of a surface magnet type brushless motor, there is a problem that field weakening control is difficult and constant output control by field control is difficult.

高性能な永久磁石型のブラシレスモータには、ネオジムNd、鉄Fe、ボロンBで構成されるいわゆる希土類磁石が一般的に使用されているが、高価な材料であり、コストの問題がある。特に近年では、資源枯渇の問題としても注目され、懸念されている。   A so-called rare earth magnet composed of neodymium Nd, iron Fe, and boron B is generally used for a high-performance permanent magnet type brushless motor, but it is an expensive material and has a problem of cost. In particular, in recent years, it has attracted attention and concern as a problem of resource depletion.

また、モータは色々な負荷条件で使用され、電気自動車、ハイブリッド自動車などでは、最大トルクは大きく必要とするが、通常運転時は比較的軽負荷であって、軽負荷時のモータ効率が自動車の燃費として強く作用する。モータ効率の観点で、電流が巻線流れることによるジュール損、界磁磁束が回転することに伴う鉄損、軸受けなどで発生する機械損があり、軽負荷では永久磁石界磁に伴う鉄損が問題となる運転領域も少なくない。特にモータが連れ回りをし、トルクを発生する必要のない運転領域では鉄損成分トルクが「引きづりトルク」とも言われ、永久磁石の磁束の存在そのものが問題になることもある。   In addition, motors are used under various load conditions, and electric vehicles and hybrid vehicles require a large maximum torque, but they are relatively light loads during normal operation, and the motor efficiency at light loads is the same as that of automobiles. It works strongly as fuel efficiency. From the viewpoint of motor efficiency, there are Joule loss due to current flowing through the winding, iron loss due to rotation of field magnetic flux, mechanical loss caused by bearings, etc., and light load causes iron loss due to permanent magnet field. There are not a few operating areas in question. In particular, in an operating region where the motor rotates and the torque does not need to be generated, the iron loss component torque is also referred to as “drag torque”, and the presence of the magnetic flux of the permanent magnet itself may be a problem.

図118の巻線図に示すように、全節巻、分布巻きであり、各巻線の配置が複雑で製作が難しいという問題、巻線の占積率が低下する問題、巻線の交差によりコイルエンド部が軸方向に長くなる問題などがある。   As shown in the winding diagram of FIG. 118, there are all-pitch windings and distributed windings, the problem is that the arrangement of each winding is complicated and difficult to manufacture, the problem that the space factor of the windings is reduced, and the coil due to the intersection of windings There is a problem that the end portion becomes longer in the axial direction.

図119は前記モータを3相インバータで駆動する場合の構成を示している。84Dはバッテリなどの直流電源、841、842、843、844、845、846はパワートランジスタ、847、848、849、84A、84B、84Cは各パワートランジスタに並列に配置されたダイオードである。834はU相巻線、835はV相巻線、836はW相巻線である。パワートランジスタ等が多く必要であり、そのコストの問題がある。また、巻線へ電流を供給するときに、2個のトランジスタが直列に接続されているので、トランジスタのオン損失に起因するインバータ効率の問題がある。当然であるが、モータとインバータを含む制御装置とがセットで、その性能、大きさ、コストの点で競争力が求められている。   FIG. 119 shows a configuration when the motor is driven by a three-phase inverter. 84D is a DC power source such as a battery, 841, 842, 843, 844, 845, and 846 are power transistors, and 847, 848, 849, 84A, 84B, and 84C are diodes arranged in parallel to the respective power transistors. 834 is a U-phase winding, 835 is a V-phase winding, and 836 is a W-phase winding. Many power transistors and the like are necessary, and there is a problem of the cost. In addition, since two transistors are connected in series when supplying current to the winding, there is a problem of inverter efficiency due to on-loss of the transistors. As a matter of course, a motor and a control device including an inverter are a set, and competitiveness is required in terms of performance, size, and cost.

他の従来モータの横断面図を図120に示す。スイッチトリラクタンスモータと言われるモータで、ステータに6個の磁極である歯、ロータに4個の磁極を持っている。多くの研究が成されているが、まだ実用化の例は少ない。   FIG. 120 shows a cross-sectional view of another conventional motor. A motor called a switched reluctance motor, which has six magnetic pole teeth on the stator and four magnetic poles on the rotor. Although much research has been done, there are still few examples of practical application.

861はA相のステータ磁極であり、A相の巻線867、868を図のシンボルで示す正負の方向に破線86Nで示すように861へ集中して巻回する。864は負のA相のステータ磁極であり、A相の巻線86E、86Dを図のシンボルで示す正負の方向に破線864で示すように864へ集中して巻回する。この2つの巻線は、電流の方向が一致するように、渡り線で直列に接続する。図120に示すロータ回転位置θr(図120にθrの記載がありませんので宜しくお願いします。)でA相の電流を流すと、矢印86Mで示す磁束が発生し、吸引力が発生し、反時計回転方向CCWへトルクが発生する。   Reference numeral 861 denotes an A-phase stator magnetic pole, and the A-phase windings 867 and 868 are concentratedly wound around 861 in the positive and negative directions indicated by symbols in the drawing as indicated by a broken line 86N. Reference numeral 864 denotes a negative A-phase stator magnetic pole, and the A-phase windings 86E and 86D are concentratedly wound around the 864 in the positive and negative directions indicated by symbols in the drawing as indicated by a broken line 864. The two windings are connected in series with a jumper so that the directions of the currents coincide. If a phase A current is passed at the rotor rotational position θr shown in FIG. 120 (there is no description of θr in FIG. 120), a magnetic flux indicated by an arrow 86M is generated, and an attractive force is generated. Torque is generated in the rotational direction CCW.

863はB相のステータ磁極であり、B相の巻線86B、86Cを図のシンボルで示す正負の方向に破線で示すように863へ集中して巻回する。866は負のB相のステータ磁極であり、B相の巻線86J、86Hを図のシンボルで示す正負の方向に破線で示すように866へ集中して巻回する。この2つの巻線は、電流の方向が一致するように、渡り線で直列に接続する。   Reference numeral 863 denotes a B-phase stator magnetic pole, and B-phase windings 86B and 86C are concentratedly wound around 863 as indicated by broken lines in the positive and negative directions indicated by symbols in the figure. Reference numeral 866 denotes a negative B-phase stator magnetic pole, and the B-phase windings 86J and 86H are concentratedly wound around the 866 in the positive and negative directions indicated by symbols in the figure as indicated by broken lines. The two windings are connected in series with a jumper so that the directions of the currents coincide.

865はC相のステータ磁極であり、C相の巻線86G、86Fを図のシンボルで示す正負の方向に破線で示すように865へ集中して巻回する。862は負のC相のステータ磁極であり、C相の巻線869、86Aを図のシンボルで示す正負の方向に破線で示すように862へ集中して巻回する。この2つの巻線は、電流の方向が一致するように、渡り線で直列に接続する。   Reference numeral 865 denotes a C-phase stator magnetic pole, and the C-phase windings 86G and 86F are concentratedly wound around the 865 as indicated by broken lines in the positive and negative directions indicated by symbols in the figure. Reference numeral 862 denotes a negative C-phase stator magnetic pole, and the C-phase windings 869 and 86A are concentratedly wound around the 862 in the positive and negative directions indicated by symbols in the drawing as indicated by broken lines. The two windings are connected in series with a jumper so that the directions of the currents coincide.

図120に示すモータは、ロータ86Lの回転位置θrに応じてA相電流、B相電流、C相電流を順次通電して、総合トルクとして連続トルクを生成する。A相電流の電流の向きは、2つの巻線の電流方向を同時に逆向きにしても、軟磁性体の吸引力でトルクを発生させるので、トルクの方向は変わらない。B相電流、C相電流についても同様である。ただし、ロータの鉄損を小さくするためには、ロータ磁極の交番回数を少なくするため、通常、図120に示す電流方向が知られている。   The motor shown in FIG. 120 sequentially energizes the A-phase current, the B-phase current, and the C-phase current according to the rotational position θr of the rotor 86L, and generates a continuous torque as a total torque. The direction of the A-phase current does not change because the torque is generated by the attractive force of the soft magnetic material even if the current directions of the two windings are simultaneously reversed. The same applies to the B phase current and the C phase current. However, in order to reduce the iron loss of the rotor, the current direction shown in FIG. 120 is generally known in order to reduce the number of times the rotor magnetic poles are alternated.

図120に示すスイッチトリラクタンスモータは、永久磁石を使用せず低コストであり、ステータの巻線は集中巻きで簡素な構成であり、ステータの突極とロータの突極とに作用する磁束は電磁鋼板の飽和磁束密度で作用するので高磁束密度の電磁気作用でのトルクを利用でき、また、ロータが堅牢なので高速回転が可能であると言う特徴がある。   The switched reluctance motor shown in FIG. 120 does not use a permanent magnet and is low in cost. The stator windings are concentrated and simple, and the magnetic flux acting on the stator salient poles and the rotor salient poles is as follows. Since it operates at the saturation magnetic flux density of the magnetic steel sheet, it can be used for the torque by the electromagnetic action of high magnetic flux density, and the rotor is robust and can rotate at high speed.

図120に示すスイッチトリラクタンスモータの問題点は、回転に伴ってステータとロータ間に作用するラジアル力が、円周方向に90°異なる位置へ変化するため、また、駆動電流がスイッチ的に作用させるため、特にステータのラジアル方向変形が大きく、振動、騒音が大きい問題がある。巻線の使用効率については、トルクを発生するために通電する電流が図120に図示する12個の巻線の内の4個の巻線に通電され、4/12=1/3の巻線使用効率であり使用効率が低く、結果として巻線の発熱であるジュール損が大きくなる問題がある。   The problem with the switched reluctance motor shown in FIG. 120 is that the radial force acting between the stator and the rotor changes with the rotation to a position different by 90 ° in the circumferential direction, and the drive current acts like a switch. Therefore, there is a problem that the radial deformation of the stator is particularly large, and vibration and noise are large. With respect to the use efficiency of the windings, the current that is energized to generate torque is energized to four of the twelve windings shown in FIG. 120, and 4/12 = 1/3 windings. There is a problem that the use efficiency is low and the use efficiency is low, and as a result, the Joule loss, which is the heat generation of the windings, becomes large.

図3は図120のモータを駆動するインバータの例である。871、872、873、874、875、876はパワートランジスタ、877、878、879、87A、87B、87Cは各パワートランジスタと各巻線87D、87E、87Fに逆並列に配置されたダイオードである。各パワートランジスタをオンさせて直流電源84Dへ電気エネルギーを各巻線へ供給し、各パワートランジスタをオフさせた時には磁気エネルギーを直流電源84Dへ返す。また、各トランジスタと巻線を介してフライホイール電流を流すこともできる。ここで、巻線87DはA相の巻線867、868と86E、86Dとを渡り線で直列に巻回した巻線である。巻線87EはB相の巻線86B、86Cと86J、86Hとを渡り線で直列に巻回した巻線である。巻線87FはC相の巻線86G、86Fと869、86Aとを直列に巻回した巻線である。   FIG. 3 shows an example of an inverter that drives the motor of FIG. Reference numerals 871, 872, 873, 874, 875, and 876 denote power transistors, and reference numerals 877, 878, 879, 87A, 87B, and 87C denote diodes arranged in antiparallel to the power transistors and windings 87D, 87E, and 87F. Each power transistor is turned on to supply electric energy to each winding to the DC power supply 84D. When each power transistor is turned off, the magnetic energy is returned to the DC power supply 84D. A flywheel current can also flow through each transistor and winding. Here, the winding 87D is a winding in which A-phase windings 867, 868 and 86E, 86D are wound in series with a jumper. The winding 87E is a winding in which B-phase windings 86B, 86C and 86J, 86H are wound in series with a jumper. The winding 87F is a winding obtained by winding C-phase windings 86G, 86F and 869, 86A in series.

特開2005−110431号公報JP 2005-110431 A 特開2002−272071号公報JP 2002-272071 A

スイッチトリラクタンス機の卵形線図と誤差要因に関する考察、電気学会論文誌、産業応用部門D、123巻2号、2003年、p82〜89、千葉明、深尾正著Consideration on egg-shaped diagram and error factor of switched reluctance machine, IEEJ Transactions, Industrial Application Division D, Vol.123, No.2, 2003, p82-89, Chiba Akira, Fukao Tadashi

上述したように従来のモータは、ステータ、ロータ、巻線等の機械構造的に高コスト、低性能及び大型化となり、また、インバータ等の制御回路においても高コスト、大型化となり、このため全体として高コスト、低性能及び大型化となる問題が生じていた。   As described above, the conventional motor is costly, low-performance and large in mechanical structure such as a stator, rotor, and winding, and is also expensive and large in the control circuit such as an inverter. As a result, there have been problems of high cost, low performance, and large size.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低コスト化、高性能化及び小型化を図ることができるモータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a motor that can be reduced in cost, performance, and size.

上記目的を達成するためになされた請求項1に記載の発明は、電気角で360°の間に、ステータの任意に定められるM個のステータ磁極と、ステータの磁極間に電気角でほぼ180°ピッチに巻回した巻線と、ロータの前記M個と個数が異なって任意に定められるK個のロータ磁極と、各巻線へ一方向の電流を通電する電流制御手段とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is characterized in that an electrical angle between 360 magnetic poles of the stator and an electrical angle of approximately 180 between the magnetic poles of the stator is approximately 180 ° between the electrical angles of 360 °. The winding includes windings wound at a pitch, K rotor magnetic poles that are arbitrarily determined with a different number from the M rotors, and current control means for energizing each winding with current in one direction. And

この構成によれば、モータはロータに高価な永久磁石を使用しないので安価である。また、ハイブリッド自動車の電気駆動モータとして使用して高速走行を内燃機関エンジンだけで走行する場合、モータが連れ回るのでモータの鉄損が問題となるが、本発明モータには永久磁石を使用していないので、いわゆる引きずりトルクと言われる鉄損の問題がない。また、鉄の飽和磁束密度である約2.0Tという高い磁束密度で作用し高トルクを発生することができる。また、ロータが堅牢なので、高速回転までの駆動が可能であり、高いパワー出力を得ることができる。各巻線は隣接する円周方向隣の両方のステータ磁極の駆動へ使用することが可能であり、使用効率が良い。これは具体的には、スイッチトリラクタンスモータに比較して巻線抵抗を1/2に低減することができる。ただし、コイルエンド部の巻線長は、やや長くなるという問題がある。   According to this configuration, the motor is inexpensive because an expensive permanent magnet is not used for the rotor. In addition, when the high-speed running is carried out only by the internal combustion engine by using it as an electric drive motor of a hybrid vehicle, the motor is accompanied by a problem with iron loss of the motor. However, the motor of the present invention uses a permanent magnet. Therefore, there is no problem of iron loss called so-called drag torque. Further, it can operate at a high magnetic flux density of about 2.0 T, which is the saturation magnetic flux density of iron, and can generate a high torque. Moreover, since the rotor is robust, it can be driven up to high-speed rotation and a high power output can be obtained. Each winding can be used to drive both stator poles adjacent to each other in the circumferential direction, and the use efficiency is good. Specifically, the winding resistance can be reduced to ½ compared to a switched reluctance motor. However, there is a problem that the winding length of the coil end portion is slightly longer.

ステータの各相巻線に通電する電流は片方向電流であり、交流電流ではないので、電流制御手段としてのインバータを簡素化することができる。各ステータ磁極の磁束も、それぞれが片方向の磁束であり、ステータの鉄損を低減することができる。また、前記のように各巻線の結線はそれぞれの巻線が独立していて、その巻線の両隣のステータ磁極の駆動に使用することができる。巻線が兼用できるのでその電流を通電するパワートランジスタも共用でき、各パワートランジスタの稼働率も2倍にでき、パワートランジスタの電流容量を1/2にできる。例えば、M=6、K=4の時、巻線の数は3である。3個の巻線へ3個のトランジスタで、それぞれ独立に直流電流をオン、オフする制御で駆動する場合、ロータ磁極が回転してさしかかるステータ磁極の両隣の巻線へ同時に給電してトルクを発生することができる。3個のトランジスタでモータを回転駆動でき、しかも、3個中の2個のトランジスタで、2つの給電経路でモータへ給電することができる。通常の3相交流インバータは6個のトランジスタを使用して、給電経路が平均して1経路であることに比較して、(2経路給電)/(3個のトランジスタ)=2/3と(1給電経路)/(6個のトランジスタ)=1/6との比較となり、インバータの電流容量を1/4に低減できることになり、インバータの大幅な小型化、低コスト化、軽量化が可能である。この時、前者の駆動方法では、トランジスタの耐電圧が大きめになることには注意を要する。   Since the current passed through each phase winding of the stator is a one-way current and not an alternating current, the inverter as the current control means can be simplified. Each of the stator magnetic poles is also a one-way magnetic flux, and iron loss of the stator can be reduced. Further, as described above, each winding is connected independently, and can be used to drive the stator magnetic poles on both sides of the winding. Since the winding can also be used, a power transistor for passing the current can be shared, the operating rate of each power transistor can be doubled, and the current capacity of the power transistor can be halved. For example, when M = 6 and K = 4, the number of windings is three. When driving with three transistors to three windings and controlling the DC current to be turned on and off independently, the rotor magnetic pole rotates and power is simultaneously supplied to both adjacent windings of the stator magnetic pole to generate torque. can do. The motor can be rotationally driven by three transistors, and power can be supplied to the motor through two power supply paths with two of the three transistors. A normal three-phase AC inverter uses 6 transistors, and compared with the fact that the power supply path is one path on average, (2 path power supply) / (3 transistors) = 2/3 ( 1 power supply path) / (6 transistors) = 1/6, the current capacity of the inverter can be reduced to 1/4, and the inverter can be greatly reduced in size, cost and weight. is there. At this time, it is necessary to pay attention to the fact that the withstand voltage of the transistor is increased in the former driving method.

また、3個の片方向電流を6個のトランジスタで制御するインバータの場合も、同様の理由で、電流容量を1/2にすることができ、インバータの大幅な小型化、低コスト化、軽量化が可能である。   In addition, in the case of an inverter that controls three unidirectional currents with six transistors, the current capacity can be halved for the same reason, and the inverter is significantly reduced in size, cost, and weight. Is possible.

なお、巻線の結線については、従来の3相交流モータの場合星形結線が良く用いられ、1相の電流が他の相の電流へも影響し、各巻線の電流を独立には制御できない構成となっている。また、各歯に巻線を集中巻きした従来のスイッチトリラクタンスモータは、隣接した2つのスロットへ巻線を巻回するので、その2つのスロットの電流を独立に制御することはできない。本発明モータは、従来モータでは制約されていた点が解消できている。   As for the winding connection, in the case of a conventional three-phase AC motor, a star connection is often used, and the current of one phase affects the current of other phases, and the current of each winding cannot be controlled independently. It has a configuration. In addition, since the conventional switched reluctance motor in which the winding is wound around each tooth is wound around two adjacent slots, the currents in the two slots cannot be controlled independently. The motor of the present invention can eliminate the limitations of conventional motors.

請求項2に記載の発明は、電気角で360°の間に、ステータの任意に定められるM個の軟磁性体のステータ磁極と、ステータの磁極間を通りバックヨーク部を一周するようないわゆる環状巻きの巻線と、ロータの前記M個と個数が異なって任意に定められるK個の軟磁性体のロータ磁極と、各巻線へ一方向の電流を通電する電流制御手段とを備えることを特徴とする。   According to the second aspect of the present invention, the stator magnetic poles of M soft magnetic bodies, which are arbitrarily defined in the stator, and the back yoke portion that goes around between the magnetic poles of the stator are so-called between 360 degrees in electrical angle. An annular winding winding, K soft magnetic poles which are arbitrarily determined by different numbers from the M rotors, and current control means for supplying a current in one direction to each winding. Features.

この構成によれば、モータが環状巻なので、どのスロットへも自在に巻線を施すことができ、例えば、Mが奇数であっても各スロットへ巻線を巻回することができる。そして、一つの巻線がその両隣のステータ磁極を励磁するときに、それぞれに使用でき、兼用の巻線となっていて、かつ、その電流は片方向電流、すなわち、直流である点は同じである。またコア積厚が小さく、薄形のモータである時には、コイルエンドが短く、巻線抵抗を小さくすることができる。その他の特長は、前記のモータと同様に多くの特長がある。なお、モータコアの積厚が大きいときには、バックヨーク側へ環状巻の巻線を巻回するので、バックヨーク側の巻線長が長くなり、巻線材料費、ジュール損、重量の点で不利な面がある。   According to this configuration, since the motor is an annular winding, the winding can be freely applied to any slot. For example, even if M is an odd number, the winding can be wound around each slot. And when a single winding excites the stator poles on both sides, it can be used for each and is a dual-purpose winding, and the current is the same as that of a unidirectional current, that is, a direct current. is there. Further, when the core thickness is small and the motor is thin, the coil end is short and the winding resistance can be reduced. There are many other features similar to the motor described above. When the motor core has a large thickness, an annular winding is wound around the back yoke, which increases the winding length on the back yoke, which is disadvantageous in terms of winding material cost, joule loss, and weight. There is a face.

請求項3に記載の発明は、モータの外径側へ配置した第1のロータと、モータの内径側へ配置した第2のロータと、電気角で360°の間に、第1のロータと第2のロータへ配置するそれぞれ任意に定められるK個のロータ磁極と、第1のロータと第2のロータとの径方向の中間であって、その外径側へ配置した第1のステータとその内径側へ配置した第2のステータと、電気角で360°の間に、第1のステータと第2のステータへ配置した前記K個と個数が異なって任意に定められるM個のステータ磁極と、径方向に隣接する第1のステータのスロットと第2のステータのスロットとの間へ巻回した巻線と、各巻線へ一方向の電流を通電する電流制御手段とを備えることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a first rotor disposed on the outer diameter side of the motor, a second rotor disposed on the inner diameter side of the motor, and the first rotor between 360 ° in electrical angle. An arbitrarily determined K number of rotor magnetic poles disposed on the second rotor, and a first stator disposed on the outer diameter side in the radial direction between the first rotor and the second rotor, The second stator disposed on the inner diameter side, and M stator magnetic poles that are arbitrarily determined in a different number from the K stators disposed on the first stator and the second stator within an electrical angle of 360 °. And windings wound between the slots of the first stator and the second stator adjacent in the radial direction, and current control means for supplying a current in one direction to each winding. And

この構成によれば、複合化した巻線は、巻線をいわゆるトロイダル巻きとすることができ、巻線長を短くすることができるので、巻線抵抗を小さくすることができる。整列巻きが可能なので、巻線の占積率も向上できる。同一相の巻線および逆相の巻線は、渡り線により直列に巻線を接続し、同一のトランジスタで電圧、電流を供給する。円周上の位相の異なるスロットの巻線についても同様に接続し、電圧、電流を供給する。異なる位相の巻線は独立して電圧、電流を供給することができる。従って、巻線を効率良く巻回できるので巻線抵抗を小さくすることができ、また、その他の特長は、前記のモータと同様に多くの特長がある。   According to this configuration, in the combined winding, the winding can be a so-called toroidal winding and the winding length can be shortened, so that the winding resistance can be reduced. Since aligned winding is possible, the space factor of the winding can be improved. The windings of the same phase and the windings of the opposite phase are connected in series by a jumper, and voltage and current are supplied by the same transistor. The windings of slots having different phases on the circumference are similarly connected to supply voltage and current. The windings of different phases can supply voltage and current independently. Therefore, since the winding can be efficiently wound, the winding resistance can be reduced, and there are many other features similar to the motor described above.

請求項4に記載の発明は、ステータの磁極形状において、一組のステータ磁極のロータに面する形状が凹凸形状で、2個以上のロータに対向する凸部を備え、ロータ側の磁極形状において、ロータ磁極の凸部のピッチは前記の一組のステータ磁極の凹凸形状のピッチとほぼ同じピッチであることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the magnetic pole shape of the stator, the shape of the pair of stator magnetic poles facing the rotor is a concavo-convex shape, and includes a convex portion facing two or more rotors. The pitch of the convex portions of the rotor magnetic poles is substantially the same as the pitch of the concave and convex shapes of the pair of stator magnetic poles.

この構成によれば、ステータ磁極の歯の数を2倍、3倍と多くすることができ、比例してトルクを大きくできる。電流とトルクとの比例定数で、いわゆるトルク定数を2倍、3倍と大きくでき、ジュール損を低減することができる。しかし、一般的に、最大トルクはさほど増加せず、鉄損は増加する。従って例えば、比較的低速回転で大きなトルクを必要とする用途では好適なモータである。   According to this configuration, the number of teeth of the stator magnetic pole can be increased to two times or three times, and the torque can be increased in proportion. A proportional constant between current and torque, so-called torque constant can be increased by a factor of two or three, and Joule loss can be reduced. However, in general, the maximum torque does not increase so much and the iron loss increases. Therefore, for example, the motor is suitable for applications that require a large torque at a relatively low speed.

請求項5に記載の発明は、ステータ磁極へ界磁巻線を付加したことを特徴とする。   The invention according to claim 5 is characterized in that a field winding is added to the stator magnetic pole.

この構成によれば、スロットへ巻回する前記巻線の電流負担を軽減できる。また、各ステータ磁極に巻回する界磁巻線の全てを直列に巻回して直流の電流を通電した場合、モータ内部の磁気エネルギーがロータの回転と共に自動的に巻線間で移動することになり、モータ制御回路とモータ間の界磁エネルギーの授受が少なくなり、制御的にも容易になる。一方、トルクを発生する巻線の電流は、界磁エネルギーを移動させる負担が軽減するので、制御性が大幅に改善し、応答性の良い制御ができる。   According to this configuration, it is possible to reduce the current load of the winding wound around the slot. In addition, when all the field windings wound around each stator magnetic pole are wound in series and a direct current is applied, the magnetic energy inside the motor automatically moves between the windings as the rotor rotates. Thus, the transfer of field energy between the motor control circuit and the motor is reduced, and the control is facilitated. On the other hand, the winding current that generates torque reduces the burden of moving the field energy, so that controllability is greatly improved and control with good responsiveness can be achieved.

請求項6に記載の発明は、ステータの磁極とロータの磁極との間でトルクが発生可能なロータの回転位置の区間はステータ磁極の表面近傍へロータ磁極がさしかかる位置からステータ磁極とロータ磁極とが真正面に対向する回転位置までの区間であり、その回転位置の区間で前記ステータ磁極の円周方向の両側の2個の巻線へ相対的に逆向きの電流をそれぞれに通電することを特徴とする。   According to the sixth aspect of the present invention, the section of the rotational position of the rotor where torque can be generated between the magnetic pole of the stator and the magnetic pole of the rotor starts from the position where the rotor magnetic pole approaches the surface of the stator magnetic pole. Is a section up to the rotational position facing directly in front, and in the section of the rotational position, currents in opposite directions are respectively applied to the two windings on both sides in the circumferential direction of the stator magnetic pole. And

この構成によれば、ステータの磁極とロータの磁極との間でトルクが発生可能なロータの回転位置の区間はステータ磁極の表面近傍へロータ磁極がさしかかる位置からステータ磁極とロータ磁極とが真正面に対向する回転位置までの区間である。トルクの方向は、両磁極の吸引力で発生するので、ロータ磁極がステータ磁極のどちら側へあるかで必然的に決まる。このトルクの発生が可能な区間において、前記の対象のステータ磁極の円周方向の両側の2個の巻線へ相対的に逆向きの電流をそれぞれに通電することにより、前記のステータ磁極と前記のロータ磁極の間に磁束が誘起し、吸引力を発生することができる。この時、各スロットの巻線へ通電する電流はその巻線固有の片方向電流で回転トルクを発生することができる。片方向電流であり、交流電流駆動ではなく直流電流の大きさ制御なので、駆動する制御回路を大幅に簡素化することができる。さらに、2個の独立した巻線へ同時に電力を供給できるので、電流駆動用のトランジスタの電流容量を小容量化でき、制御装置の小型化、低コスト化が可能である。   According to this configuration, in the rotor rotational position section where torque can be generated between the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole, the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole are directly in front of the position where the rotor magnetic pole approaches the surface of the stator magnetic pole. It is a section to the opposite rotation position. Since the direction of torque is generated by the attractive force of both magnetic poles, the direction of the rotor magnetic pole is inevitably determined to which side of the stator magnetic pole is located. In the section in which this torque can be generated, by applying a current in the opposite direction to the two windings on both sides in the circumferential direction of the target stator magnetic pole, the stator magnetic pole and the A magnetic flux is induced between the rotor magnetic poles, and an attractive force can be generated. At this time, the current applied to the winding of each slot can generate a rotational torque with a unidirectional current unique to the winding. Since it is a unidirectional current and is not a direct current drive but a direct current control, the driving control circuit can be greatly simplified. Further, since power can be supplied to two independent windings simultaneously, the current capacity of the current driving transistor can be reduced, and the control device can be reduced in size and cost.

なお、電流の通電区間は、トルク発生だけでなく、ステータコアなどの振動を低減するためラジアル方向の吸引力が急激に変化しないように制御する必要がある。その意味で、トルク発生区間以外にも振動低減に必要な電流を通電する必要がある。   In addition, it is necessary to control the energization section of the current so that the attractive force in the radial direction does not change rapidly in order to reduce not only torque generation but also vibration of the stator core and the like. In that sense, it is necessary to energize the current necessary for vibration reduction outside the torque generation interval.

請求項7に記載の発明は、各巻線の内、同一位相の電流を通電する巻線を直列に接続して前記電流制御手段で通電することを特徴とする。   The invention described in claim 7 is characterized in that, among the windings, windings for passing a current of the same phase are connected in series and are supplied by the current control means.

この構成によれば、各巻線の結線方法を、同一位相の巻線あるいは逆位相の巻線を電流方向が一致するように直列に接続することにより、電流を駆動するトランジスタ等の電流制御手段を簡素化できる。位相の異なる巻線へ通電する電流は異なる電流制御手段で別々に通電し、電力を供給する。   According to this configuration, the current control means such as a transistor for driving the current is connected by connecting the windings in the same phase or in the opposite phase in series so that the current directions coincide with each other. It can be simplified. Currents to be supplied to the windings having different phases are supplied separately by different current control means to supply electric power.

例えば、あるステータ磁極JJの円周方向の両隣のそれぞれの巻線W1、W2へは、同時に逆方向の電流を通電するわけではあるが、例えばその隣のステータ磁極JKでトルクを発生する場合には前記の2個の巻線W1、W2の片方向の巻線W1には電流を通電し、残りの他の巻線W2へは電流を通電しないので、これらの両巻線W1、W2は位相の異なる巻線である。   For example, currents in opposite directions are simultaneously applied to the windings W1 and W2 adjacent to each other in the circumferential direction of a certain stator magnetic pole JJ. For example, when torque is generated by the adjacent stator magnetic pole JJ. Since the current is passed through the one-way winding W1 of the two windings W1 and W2 and the current is not passed through the other winding W2, the two windings W1 and W2 are in phase. Are different windings.

請求項8に記載の発明は、各巻線への電流の通電は、少なくとも2個以上の通電経路を持って、2個以上の電流制御手段で同時に電力を供給することを特徴とする。   The invention according to claim 8 is characterized in that current is supplied to each winding by supplying at least two current paths and supplying power simultaneously by two or more current control means.

この構成によれば、2つの経路で電力を供給できるので、2個の電流制御手段は、(電流容量×電源電圧×2)の電力を供給することができる。通常使用される3相交流インバータが(電流容量×電源電圧×1)の電力供給であるのに比較して2倍の電力供給ができることになる。   According to this configuration, since electric power can be supplied through two paths, the two current control units can supply electric power of (current capacity × power supply voltage × 2). Compared with the power supply of (current capacity × power supply voltage × 1) which is normally used for the three-phase AC inverter, the power supply can be doubled.

請求項9に記載の発明は、ステータへ界磁巻線を付加し、ステータ磁極の前記巻線へ整流手段を接続することを特徴とする。   The invention according to claim 9 is characterized in that a field winding is added to the stator and a rectifying means is connected to the winding of the stator magnetic pole.

この構成によれば、ステータ磁極へ界磁巻線を付加し、界磁電流を通電することによりモータを励磁して界磁磁束を作ることができる。この状態でロータを回転すると、各ステータ磁極の両隣に配置するそれぞれの巻線には誘起電圧が発生するので、これらの巻線へ整流ダイオードを接続することにより、制御装置が簡単な構成のジェネレータを実現することができる。   According to this configuration, a field magnetic flux can be generated by adding a field winding to the stator magnetic pole and energizing the field current to excite the motor. When the rotor is rotated in this state, an induced voltage is generated in each of the windings arranged on both sides of each stator magnetic pole. By connecting rectifier diodes to these windings, the control device can generate a generator with a simple configuration. Can be realized.

請求項10に記載の発明は、ダイオードにより整流した充電電圧Vjと所望電圧Vkとの差を認識して前記界磁電流の大きさを制御する界磁電流制御手段を備えることを特徴とする。   The invention described in claim 10 is characterized by comprising field current control means for recognizing the difference between the charging voltage Vj rectified by the diode and the desired voltage Vk and controlling the magnitude of the field current.

この構成によれば、モータが、界磁巻線を、各ステータ磁極が所望の磁束が得られる様に直列に接続し、一方、トルク巻線は発電電圧を出力するのでダイオードにより整流して充電し、その充電電圧Vjと所望電圧Vkとの差を認識して前記界磁電流の大きさをトランジスタで制御する。従って、簡単なモータ構成、簡単な回路構成で、界磁巻線の直流電流を制御するだけで自在に発電電圧を制御することができる。特に、自動車のオルタネータとして使用する場合、広範囲な回転数範囲での定電圧の発電が必要であり、界磁電流制御により定電圧発電制御を行うことが可能である。   According to this configuration, the motor connects the field windings in series so that each stator magnetic pole can obtain the desired magnetic flux, while the torque windings output the generated voltage and are rectified and charged by the diodes. Then, the difference between the charging voltage Vj and the desired voltage Vk is recognized, and the magnitude of the field current is controlled by the transistor. Accordingly, the generated voltage can be freely controlled by controlling the DC current of the field winding with a simple motor configuration and a simple circuit configuration. In particular, when used as an alternator of an automobile, it is necessary to generate a constant voltage in a wide range of rotation speeds, and constant voltage generation control can be performed by field current control.

請求項11に記載の発明は、ステータ磁極のロータに対向する面に永久磁石を備えることを特徴とする。   The invention according to claim 11 is characterized in that a permanent magnet is provided on the surface of the stator magnetic pole facing the rotor.

この構成によれば、各モータのステータ磁極の表面、すなわち、ロータに対向するステータ磁極の面に永久磁石を配置することによりモータの界磁磁束を誘起することができる。リラクタンスモータは界磁の起磁力を生成するための界磁負担が大きく、特に小さな電流領域でのトルク発生の効率が悪いが、永久磁石を各ステータ磁極へ配置することにより改善できる。本発明モータは、巻線の電流が直流であって、電流による起磁力の発生方向を磁石が発生する磁束の方向とする。この励磁方向は、減磁しない方向である。従って、磁石の減磁に対する制約が少なく、比較的薄い磁石で励磁することができ、コストの問題が少ない。磁石の配置は、ステータのロータに面する全面に磁石を配置する方法、各ステータ磁極ごとに磁石を配置する方法、ステータ磁極表面に磁石部と軟磁性体部との両方がある構造など種々の形態が可能である。磁石の磁束方向も一方向磁束磁石、ラジアル方向磁束磁石、いわゆるハルバッハ構造磁石配置、いわゆる極異方性の磁束配置の磁石など種々磁石が使用できる。   According to this configuration, the field magnetic flux of the motor can be induced by arranging the permanent magnet on the surface of the stator magnetic pole of each motor, that is, the surface of the stator magnetic pole facing the rotor. The reluctance motor has a large field burden for generating the magnetomotive force of the field, and the efficiency of torque generation is particularly poor in a small current region. However, the reluctance motor can be improved by arranging a permanent magnet on each stator pole. In the motor of the present invention, the winding current is direct current, and the direction of magnetomotive force generated by the current is the direction of the magnetic flux generated by the magnet. This excitation direction is a direction that does not demagnetize. Accordingly, there are few restrictions on demagnetization of the magnet, excitation can be performed with a relatively thin magnet, and there are few cost problems. There are various magnet arrangements such as a method of arranging magnets on the entire surface facing the rotor of the stator, a method of arranging magnets for each stator magnetic pole, and a structure having both a magnet part and a soft magnetic body part on the surface of the stator magnetic pole. Forms are possible. As the magnetic flux direction, various magnets such as a unidirectional magnetic flux magnet, a radial magnetic flux magnet, a so-called Halbach structure magnet arrangement, and a so-called polar anisotropic magnetic flux arrangement magnet can be used.

請求項12に記載の発明は、ステータ磁極の軟磁性体の内部に永久磁石を備えることを特徴とする。   The invention described in claim 12 is characterized in that a permanent magnet is provided inside the soft magnetic body of the stator magnetic pole.

この構成によれば、各モータのステータ磁極の軟磁性体の内部に永久磁石を配置して構成することができる。永久磁石の形状、配置を工夫することに種々の磁気特性を実現できると共に磁石の保持も可能である。例えば、磁石を斜めに配置することにより、ステータ磁極の表面磁束密度を磁石表面の磁束密度より高くすることもできる。逆に、ステータ磁極の適度な磁束密度におさえて、高速回転まで可能な磁気特性とすることもできる。また、ステータのバックヨーク部の一部に磁石を配置してステータ磁極を励磁することもできる。   According to this configuration, the permanent magnet can be arranged inside the soft magnetic body of the stator magnetic pole of each motor. By devising the shape and arrangement of the permanent magnet, various magnetic characteristics can be realized and the magnet can be held. For example, the surface magnetic flux density of the stator magnetic pole can be made higher than the magnetic flux density of the magnet surface by arranging the magnets obliquely. On the contrary, it is possible to achieve magnetic characteristics capable of high-speed rotation by suppressing the magnetic flux density of the stator magnetic pole. Further, the stator magnetic pole can be excited by arranging a magnet in a part of the back yoke portion of the stator.

請求項13に記載の発明は、ロータ磁極の表面、あるいは、ロータ磁極の軟磁性体の内部に永久磁石を備えることを特徴とする。   According to a thirteenth aspect of the present invention, a permanent magnet is provided on the surface of the rotor magnetic pole or in the soft magnetic body of the rotor magnetic pole.

この構成によれば、永久磁石をロータ磁極の表面、あるいは、ロータ磁極の軟磁性体の内部に備える構成とし、トルク発生方向に都合の良いステータ磁極を励磁することによりトルクを発生させることができる。この時、そのステータ磁極の円周方向前後のスロットに配置した巻線へ片方向電流を通電することにより励磁起磁力を与えることができる。各巻線に通電する電流は片方向電流で、かつ、各巻線の電流はその円周方向前後のステータ磁極の励磁に共用して使用できる構成としているので、制御装置のパワートランジスタの電流容量を小容量化できる。   According to this configuration, the permanent magnet is provided on the surface of the rotor magnetic pole or inside the soft magnetic body of the rotor magnetic pole, and torque can be generated by exciting the stator magnetic pole that is convenient in the torque generation direction. . At this time, an exciting magnetomotive force can be applied by applying a one-way current to the windings arranged in slots in the circumferential direction of the stator magnetic pole. The current applied to each winding is a one-way current, and the current in each winding can be shared and used for excitation of the stator magnetic poles in the circumferential direction. Therefore, the current capacity of the power transistor of the control device is reduced. Capacity can be increased.

請求項14に記載の発明は、ステータ及びロータの構成が直線状又は円弧状であることを特徴とする。   The invention according to claim 14 is characterized in that the configuration of the stator and the rotor is linear or arcuate.

この構成によれば、モータが円形形状でなく、直線状のモータ構成に変形し、いわゆるリニアモータとすることもできる。また、円弧状の形状のモータとすることもできる。   According to this configuration, the motor is not a circular shape, but is deformed into a linear motor configuration, and a so-called linear motor can be obtained. Moreover, it can also be set as an arc-shaped motor.

請求項15に記載の発明は、電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が6で、ロータ磁極数であるKの値が2であることを特徴とする。   The invention according to claim 15 is characterized in that the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 6, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 2.

この構成によれば、巻線構成は、全節巻で集中巻の構成の巻線構成、環状の巻線構成、内外径に2個のモータを配置し、内外径の2個のステータのスロット間に巻線を巻回し、いわゆるトロイダル巻線とする巻線構成などが可能である。3相の直流電流のモータの構成とすることができる。また、同時に複数の電力供給経路を構成でき、モータ制御装置を低コストに構成することができる。   According to this configuration, the winding configuration is a winding configuration of concentrated winding configuration in all joints, an annular winding configuration, two motors arranged on the inner and outer diameters, and two stator slots with inner and outer diameters A winding configuration such as a so-called toroidal winding is possible by winding a winding between them. A three-phase direct current motor can be configured. In addition, a plurality of power supply paths can be configured at the same time, and the motor control device can be configured at low cost.

なお、このモータを含め、本発明の各種のモータは、巻線の結線、巻線の電流を通電する条件、タイミングを変更することにより交流電流で駆動することもできる。しかし、交流電流駆動は、パワートランジスタの構成を含め、制御装置が複雑になる。   Various motors of the present invention, including this motor, can also be driven by an alternating current by changing the connection of windings, conditions for energizing the winding current, and timing. However, AC current driving complicates the control device including the configuration of the power transistor.

請求項16に記載の発明は、電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が6で、ロータ磁極数であるKの値が4であることを特徴とする。   The invention according to claim 16 is characterized in that the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 6, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 4.

この構成によれば、巻線構成は、全節巻で集中巻の構成の巻線構成、環状の巻線構成、内外径に2個のモータを配置し、内外径の2個のステータのスロット間に巻線を巻回し、いわゆるトロイダル巻線とする巻線構成などが可能である。3相の直流電流のモータの構成とすることができる。また、同時に複数の電力供給経路を構成でき、モータ制御装置を低コストに構成することができる。   According to this configuration, the winding configuration is a winding configuration of concentrated winding configuration in all joints, an annular winding configuration, two motors arranged on the inner and outer diameters, and two stator slots with inner and outer diameters A winding configuration such as a so-called toroidal winding is possible by winding a winding between them. A three-phase direct current motor can be configured. In addition, a plurality of power supply paths can be configured at the same time, and the motor control device can be configured at low cost.

請求項17に記載の発明は、電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が8で、ロータ磁極数であるKの値が4であることを特徴とする。   The invention described in claim 17 is characterized in that the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 8, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 4.

この構成によれば、巻線構成は、全節巻で集中巻の構成の巻線構成、環状の巻線構成、内外径に2個のモータを配置し、内外径の2個のステータのスロット間に巻線を巻回し、いわゆるトロイダル巻線とする巻線構成などが可能である。4相の直流電流のモータの構成とすることができる。また、同時に複数の電力供給経路を構成でき、モータ制御装置を低コストに構成することができる。   According to this configuration, the winding configuration is a winding configuration of concentrated winding configuration in all joints, an annular winding configuration, two motors arranged on the inner and outer diameters, and two stator slots with inner and outer diameters A winding configuration such as a so-called toroidal winding is possible by winding a winding between them. A four-phase direct current motor can be configured. In addition, a plurality of power supply paths can be configured at the same time, and the motor control device can be configured at low cost.

請求項18に記載の発明は、電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が8で、ロータ磁極数であるKの値が6であることを特徴とする。   The invention described in claim 18 is characterized in that the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 8, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 6.

この構成によれば、巻線構成は、全節巻で集中巻の構成の巻線構成、環状の巻線構成、内外径に2個のモータを配置し、内外径の2個のステータのスロット間に巻線を巻回し、いわゆるトロイダル巻線とする巻線構成などが可能である。4相の直流電流のモータの構成とすることができる。また、同時に複数の電力供給経路を構成でき、モータ制御装置を低コストに構成することができる。   According to this configuration, the winding configuration is a winding configuration of concentrated winding configuration in all joints, an annular winding configuration, two motors arranged on the inner and outer diameters, and two stator slots with inner and outer diameters A winding configuration such as a so-called toroidal winding is possible by winding a winding between them. A four-phase direct current motor can be configured. In addition, a plurality of power supply paths can be configured at the same time, and the motor control device can be configured at low cost.

請求項19に記載の発明は、電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が10で、ロータ磁極数であるKの値が4であることを特徴とする。   The invention according to claim 19 is characterized in that the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 10, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 4.

この構成によれば、巻線構成は、全節巻で集中巻の構成の巻線構成、環状の巻線構成、内外径に2個のモータを配置し、内外径の2個のステータのスロット間に巻線を巻回し、いわゆるトロイダル巻線とする巻線構成などが可能である。5相の直流電流のモータの構成とすることができる。また、同時に複数の電力供給経路を構成でき、モータ制御装置を低コストに構成することができる。   According to this configuration, the winding configuration is a winding configuration of concentrated winding configuration in all joints, an annular winding configuration, two motors arranged on the inner and outer diameters, and two stator slots with inner and outer diameters A winding configuration such as a so-called toroidal winding is possible by winding a winding between them. A 5-phase direct current motor can be configured. In addition, a plurality of power supply paths can be configured at the same time, and the motor control device can be configured at low cost.

請求項20に記載の発明は、電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が10で、ロータ磁極数であるKの値が6であることを特徴とする。   The invention according to claim 20 is characterized in that the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 10, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 6.

この構成によれば、巻線構成は、全節巻で集中巻の構成の巻線構成、環状の巻線構成、内外径に2個のモータを配置し、内外径の2個のステータのスロット間に巻線を巻回し、いわゆるトロイダル巻線とする巻線構成などが可能である。5相の直流電流のモータの構成とすることができる。また、同時に複数の電力供給経路を構成でき、モータ制御装置を低コストに構成することができる。   According to this configuration, the winding configuration is a winding configuration of concentrated winding configuration in all joints, an annular winding configuration, two motors arranged on the inner and outer diameters, and two stator slots with inner and outer diameters A winding configuration such as a so-called toroidal winding is possible by winding a winding between them. A 5-phase direct current motor can be configured. In addition, a plurality of power supply paths can be configured at the same time, and the motor control device can be configured at low cost.

請求項21に記載の発明は、電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が10で、ロータ磁極数であるKの値が8であることを特徴とする。   The invention according to claim 21 is characterized in that the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 10, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 8.

この構成によれば、巻線構成は、全節巻で集中巻の構成の巻線構成、環状の巻線構成、内外径に2個のモータを配置し、内外径の2個のステータのスロット間に巻線を巻回し、いわゆるトロイダル巻線とする巻線構成などが可能である。5相の直流電流のモータの構成とすることができる。また、同時に複数の電力供給経路を構成でき、モータ制御装置を低コストに構成することができる。   According to this configuration, the winding configuration is a winding configuration of concentrated winding configuration in all joints, an annular winding configuration, two motors arranged on the inner and outer diameters, and two stator slots with inner and outer diameters A winding configuration such as a so-called toroidal winding is possible by winding a winding between them. A 5-phase direct current motor can be configured. In addition, a plurality of power supply paths can be configured at the same time, and the motor control device can be configured at low cost.

請求項22に記載の発明は、電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が12で、ロータ磁極数であるKの値が10であることを特徴とする。   The invention described in claim 22 is characterized in that the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 12, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 10.

この構成によれば、巻線構成は、全節巻で集中巻の構成の巻線構成、環状の巻線構成、内外径に2個のモータを配置し、内外径の2個のステータのスロット間に巻線を巻回し、いわゆるトロイダル巻線とする巻線構成などが可能である。5相の直流電流のモータの構成とすることができる。また、同時に複数の電力供給経路を構成でき、モータ制御装置を低コストに構成することができる。   According to this configuration, the winding configuration is a winding configuration of concentrated winding configuration in all joints, an annular winding configuration, two motors arranged on the inner and outer diameters, and two stator slots with inner and outer diameters A winding configuration such as a so-called toroidal winding is possible by winding a winding between them. A 5-phase direct current motor can be configured. In addition, a plurality of power supply paths can be configured at the same time, and the motor control device can be configured at low cost.

請求項23に記載の発明は、電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が14で、ロータ磁極数であるKの値が4であることを特徴とする。   The invention described in claim 23 is characterized in that the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 14, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 4.

この構成によれば、巻線構成は、全節巻で集中巻の構成の巻線構成、環状の巻線構成、内外径に2個のモータを配置し、内外径の2個のステータのスロット間に巻線を巻回し、いわゆるトロイダル巻線とする巻線構成などが可能である。5相の直流電流のモータの構成とすることができる。また、同時に複数の電力供給経路を構成でき、モータ制御装置を低コストに構成することができる。   According to this configuration, the winding configuration is a winding configuration of concentrated winding configuration in all joints, an annular winding configuration, two motors arranged on the inner and outer diameters, and two stator slots with inner and outer diameters A winding configuration such as a so-called toroidal winding is possible by winding a winding between them. A 5-phase direct current motor can be configured. In addition, a plurality of power supply paths can be configured at the same time, and the motor control device can be configured at low cost.

請求項24に記載の発明は、電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が14で、ロータ磁極数であるKの値が6であることを特徴とする。   The invention described in claim 24 is characterized in that the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 14, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 6.

この構成によれば、巻線構成は、全節巻で集中巻の構成の巻線構成、環状の巻線構成、内外径に2個のモータを配置し、内外径の2個のステータのスロット間に巻線を巻回し、いわゆるトロイダル巻線とする巻線構成などが可能である。7相の直流電流のモータの構成とすることができる。また、同時に複数の電力供給経路を構成でき、モータ制御装置を低コストに構成することができる。   According to this configuration, the winding configuration is a winding configuration of concentrated winding configuration in all joints, an annular winding configuration, two motors arranged on the inner and outer diameters, and two stator slots with inner and outer diameters A winding configuration such as a so-called toroidal winding is possible by winding a winding between them. A seven-phase direct current motor can be configured. In addition, a plurality of power supply paths can be configured at the same time, and the motor control device can be configured at low cost.

請求項25に記載の発明は、電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が14で、ロータ磁極数であるKの値が8であることを特徴とする。   The invention described in claim 25 is characterized in that the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 14, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 8.

この構成によれば、巻線構成は、全節巻で集中巻の構成の巻線構成、環状の巻線構成、内外径に2個のモータを配置し、内外径の2個のステータのスロット間に巻線を巻回し、いわゆるトロイダル巻線とする巻線構成などが可能である。7相の直流電流のモータの構成とすることができる。また、同時に複数の電力供給経路を構成でき、モータ制御装置を低コストに構成することができる。   According to this configuration, the winding configuration is a winding configuration of concentrated winding configuration in all joints, an annular winding configuration, two motors arranged on the inner and outer diameters, and two stator slots with inner and outer diameters A winding configuration such as a so-called toroidal winding is possible by winding a winding between them. A seven-phase direct current motor can be configured. In addition, a plurality of power supply paths can be configured at the same time, and the motor control device can be configured at low cost.

請求項26に記載の発明は、電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が14で、ロータ磁極数であるKの値が10であることを特徴とする。   The invention according to claim 26 is characterized in that the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 14, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 10.

この構成によれば、巻線構成は、全節巻で集中巻の構成の巻線構成、環状の巻線構成、内外径に2個のモータを配置し、内外径の2個のステータのスロット間に巻線を巻回し、いわゆるトロイダル巻線とする巻線構成などが可能である。7相の直流電流のモータの構成とすることができる。また、同時に複数の電力供給経路を構成でき、モータ制御装置を低コストに構成することができる。   According to this configuration, the winding configuration is a winding configuration of concentrated winding configuration in all joints, an annular winding configuration, two motors arranged on the inner and outer diameters, and two stator slots with inner and outer diameters A winding configuration such as a so-called toroidal winding is possible by winding a winding between them. A seven-phase direct current motor can be configured. In addition, a plurality of power supply paths can be configured at the same time, and the motor control device can be configured at low cost.

請求項27に記載の発明は、電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が14で、ロータ磁極数であるKの値が12であることを特徴とする。   The invention described in claim 27 is characterized in that the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 14, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 12.

この構成によれば、巻線構成は、全節巻で集中巻の構成の巻線構成、環状の巻線構成、内外径に2個のモータを配置し、内外径の2個のステータのスロット間に巻線を巻回し、いわゆるトロイダル巻線とする巻線構成などが可能である。7相の直流電流のモータの構成とすることができる。また、同時に複数の電力供給経路を構成でき、モータ制御装置を低コストに構成することができる。   According to this configuration, the winding configuration is a winding configuration of concentrated winding configuration in all joints, an annular winding configuration, two motors arranged on the inner and outer diameters, and two stator slots with inner and outer diameters A winding configuration such as a so-called toroidal winding is possible by winding a winding between them. A seven-phase direct current motor can be configured. In addition, a plurality of power supply paths can be configured at the same time, and the motor control device can be configured at low cost.

請求項28に記載の発明は、ステータ磁極幅HT1が電気角で360°/(2M)より大きく、ロータ磁極幅HR1が電気角で360°/(2M)より大きいことを特徴とする。   The invention according to claim 28 is characterized in that the stator magnetic pole width HT1 is larger than 360 ° / (2M) in electrical angle, and the rotor magnetic pole width HR1 is larger than 360 ° / (2M) in electrical angle.

この構成によれば、1つのステータ磁極がトルクを発生するロータ回転角の幅を広くすることができる。また、複数のステータ磁極で相互にトルクを発生する場合、トルク発生の乗り継ぐタイミングの余裕を大きくするとができ、トルクリップルの低減も実現できる。平均トルクの向上も可能となる。また、同期電動機のように、ある一つのロータ磁極がほぼ全周に渡ってトルク発生が可能な構成とすることも可能である。   According to this configuration, the width of the rotor rotation angle at which one stator magnetic pole generates torque can be widened. In addition, when torque is generated mutually by a plurality of stator magnetic poles, it is possible to increase the margin of timing for transiting torque generation, and it is possible to reduce torque ripple. The average torque can also be improved. It is also possible to employ a configuration in which a single rotor magnetic pole can generate torque over almost the entire circumference, such as a synchronous motor.

請求項29に記載の発明は、複数のロータ磁極の内、円周方向のロータ磁極幅がHR2のロータ磁極と、円周方向のロータ磁極幅がHR2とは異なる値であるHR3であるロータ磁極とを備えることを特徴とする。   The invention according to claim 29 is the rotor magnetic pole of which the rotor magnetic pole width in the circumferential direction is HR2 and the rotor magnetic pole width in the circumferential direction is HR3 different from HR2 among the plurality of rotor magnetic poles. It is characterized by providing.

請求項30に記載の発明は、ロータ磁極の円周方向磁極幅あるいは径方向位置を変える変更手段、あるいは、ステータとロータとのロータ軸方向の相対的な位置を変更する手段を備えることを特徴とする。   A thirty-third aspect of the invention is characterized by comprising a changing means for changing the circumferential magnetic pole width or radial position of the rotor magnetic pole, or a means for changing the relative position of the stator and the rotor in the axial direction of the rotor. And

これらの構成によれば、モータが、複数のロータ磁極の内、ロータ磁極幅の異なる大きさの値HR2とHR3がある構成のモータとすることもできる。例えば、低速回転では、ロータ磁極幅が大きいHR2のロータ磁極とロータ磁極幅が小さいHR3のロータ磁極とを交互に駆動しながら回転トルクを得、高速回転ではHR2のロータ磁極での駆動を主とし、HR3のロータ磁極での駆動の比率を減らすような駆動法とすることができる。あるいは、高速回転ではHR2のロータ磁極だけでの駆動とすることもできる。この駆動法の場合、振動や騒音を低減できたり、鉄損を低減できる。   According to these configurations, the motor may be configured to have a value HR2 and a value HR3 having different magnitudes of the rotor magnetic pole width among the plurality of rotor magnetic poles. For example, in low-speed rotation, rotational torque is obtained while alternately driving the rotor magnetic pole of HR2 having a large rotor magnetic pole width and the rotor magnetic pole of HR3 having a small rotor magnetic pole width. In high-speed rotation, driving is mainly performed by the rotor magnetic pole of HR2. The driving method can reduce the driving ratio of the rotor magnetic poles of HR3. Alternatively, it is possible to drive only by the rotor magnetic pole of HR2 at high speed rotation. In the case of this driving method, vibration and noise can be reduced, and iron loss can be reduced.

請求項31に記載の発明は、ステータ磁極幅HT4とロータ磁極幅HR4の値が異なることを特徴とする。   The invention according to claim 31 is characterized in that the values of the stator magnetic pole width HT4 and the rotor magnetic pole width HR4 are different.

この構成によれば、広い方の磁極幅の中に狭い方の磁極幅の磁極が対向している区間では、電流の如何に関わらず回転トルクが発生しないので、その間に電流の低減あるいは遮断あるいは増加などを、モータの出力トルクに影響することなく行うことができる。   According to this configuration, in the section where the magnetic pole of the narrower magnetic pole width is opposed to the wider magnetic pole width, no rotational torque is generated regardless of the current. An increase or the like can be performed without affecting the output torque of the motor.

請求項32に記載の発明は、ロータ磁極の先端部近傍の円周方向に、軟磁性体の突起部を付加することを特徴とする。   The invention described in claim 32 is characterized in that a soft magnetic projection is added in the circumferential direction in the vicinity of the tip of the rotor magnetic pole.

この構成によれば、あるステータ磁極とあるロータ磁極とが対向している状態で、隣のステータ磁極をその両隣のスロットの巻線に電流を通電して、ロータ磁極の突起部との磁束を励磁することにより、より効果的に回転トルクを発生させることができる。   According to this configuration, in a state where a certain stator magnetic pole and a certain rotor magnetic pole face each other, current is passed through the windings of the adjacent stator magnetic poles to the slots on both the adjacent magnetic poles, so that the magnetic flux between the rotor magnetic pole projections is By exciting, rotational torque can be generated more effectively.

請求項33に記載の発明は、円周上に等間隔で配置するステータ磁極あるいはロータ磁極に対し、一部の磁極が円周方向にシフトしていることを特徴とする。   According to a thirty-third aspect of the present invention, a part of the magnetic poles are shifted in the circumferential direction with respect to the stator magnetic poles or the rotor magnetic poles arranged at equal intervals on the circumference.

この構成によれば、トルクリップルの低減に効果的である。   This configuration is effective in reducing torque ripple.

請求項34に記載の発明は、ステータ磁極の形状あるいはロータ磁極の形状に円周方向のスキューあるいは階段状の等価的なスキューを加えることを特徴とする。   The invention according to claim 34 is characterized in that a circumferential skew or a stepwise equivalent skew is added to the shape of the stator magnetic pole or the shape of the rotor magnetic pole.

この構成によれば、モータが、トルクリップルの低減に効果的である。   According to this configuration, the motor is effective in reducing torque ripple.

請求項35に記載の発明は、ステータ磁極のロータに面する形状において、ステータ磁極のロータ軸方向形状が台形形状のようにロータ軸方向の一方が円周方向に大きく、ロータ軸方向の他端が円周方向に小さい形状DIJで、円周方向に隣接するステータ磁極のロータ軸方向形状が前記形状DIJをロータ軸方向に反転した形状DIKで、円周方向には、ステータ磁極形状DIJとDIKが交互に配置した構成とし、前記形状DIJの面積中心と前記形状DIKの面積中心とのロータ軸方向位置を相対的に離すことにより形状DIJのステータ磁極と形状DIKのステータ磁極との間のスロット開口部の大きさを大きくできる構成としたことを特徴とする。   According to the invention of claim 35, in the shape of the stator magnetic pole facing the rotor, one side in the rotor axial direction is large in the circumferential direction, and the other end in the rotor axial direction is like the trapezoidal shape in the rotor axial direction of the stator magnetic pole. Is a shape DIJ that is small in the circumferential direction, and the rotor axial shape of the stator magnetic pole adjacent in the circumferential direction is a shape DIK obtained by inverting the shape DIJ in the rotor axial direction, and in the circumferential direction, the stator magnetic pole shapes DIJ and DIK Are alternately arranged, and a slot between the stator magnetic pole of the shape DIJ and the stator magnetic pole of the shape DIK is formed by relatively separating the position in the rotor axial direction between the area center of the shape DIJ and the area center of the shape DIK. A feature is that the size of the opening can be increased.

請求項36に記載の発明は、巻線の断面形状が長方形となるいわゆる平角線の平らな面がステータ磁極にほぼ平行となる向きに配置し、巻線を巻回することを特徴とする。   The invention as set forth in claim 36 is characterized in that a flat surface of a so-called rectangular wire having a rectangular cross-sectional shape is disposed in a direction substantially parallel to the stator magnetic pole, and the winding is wound.

この構成によれば、スロットに大きな電流が流れるとき、スロットの両側のステータ磁極間に漏れ磁束が発生するが、特に扁平な平角線を配置することにより、その平角線を横断して通過する漏れ磁束の変化を妨げるように渦電流が流れるので、特に高速回転において、漏れ磁束を低減し、力率の改善効果、磁路の磁気飽和の弊害を低減する効果があり、好適である。   According to this configuration, when a large current flows through the slot, a leakage magnetic flux is generated between the stator magnetic poles on both sides of the slot. In particular, by arranging a flat rectangular wire, leakage that passes across the rectangular wire is caused. Since an eddy current flows so as to prevent the change of magnetic flux, particularly in high-speed rotation, there is an effect of reducing the leakage magnetic flux and improving the power factor and reducing the magnetic saturation of the magnetic path.

請求項37に記載の発明は、ステータ磁極あるいはロータ磁極の近傍あるいは内部へ漏れ磁束を低減するための閉回路を構成する導線あるいは導体板を配置することを特徴とする。   According to a thirty-seventh aspect of the present invention, a conducting wire or a conductor plate constituting a closed circuit for reducing leakage magnetic flux is disposed in the vicinity of or inside the stator magnetic pole or the rotor magnetic pole.

この構成によれば、漏れ磁束を低減する効果があるので、力率の改善効果、磁路の磁気飽和の弊害を低減する効果があり、好適である。また、ステータ磁極の近傍あるいは内部へ磁石を配置する構成とすることができる。磁石の向きを漏れ磁束を低減する方向に配置しておくことにより、力率の改善効果、磁路の磁気飽和の弊害を低減する効果があり、好適である。また、ステータ磁極あるいはロータ磁極の内部あるいは壁面に漏れ磁束を低減するための閉回路を構成する導線あるいは導体板を配置することにより、力率の改善効果、磁路の磁気飽和の弊害を低減する効果があり、好適である。   According to this configuration, since there is an effect of reducing the leakage magnetic flux, there is an effect of improving the power factor and reducing the adverse effect of magnetic saturation of the magnetic path, which is preferable. Moreover, it can be set as the structure which arrange | positions a magnet to the vicinity of a stator magnetic pole, or an inside. Arranging the magnets in the direction of reducing the leakage magnetic flux is preferable because it has the effect of improving the power factor and the effect of reducing the magnetic saturation of the magnetic path. In addition, the power factor improvement effect and the magnetic saturation of the magnetic path are reduced by arranging a conductor or conductor plate that forms a closed circuit to reduce the leakage flux inside or on the wall surface of the stator pole or rotor pole. It is effective and suitable.

請求項38に記載の発明は、ステータ磁極あるいはロータ磁極へスリットを配置することを特徴とする。   The invention according to claim 38 is characterized in that a slit is arranged in the stator magnetic pole or the rotor magnetic pole.

この構成によれば、磁束の通過する位置を制約できるので、より効果的なトルクの発生を実現でき、トルク向上、力率の改善が可能である。   According to this configuration, since the position through which the magnetic flux passes can be restricted, more effective torque generation can be realized, and the torque can be improved and the power factor can be improved.

請求項39に記載の発明は、前記スリットに、閉回路を成す導線あるいは導体板を配置することを特徴とする。   The invention according to claim 39 is characterized in that a conducting wire or a conductor plate forming a closed circuit is disposed in the slit.

この構成によれば、さらに磁束の通過する位置を制約できるので、より効果的なトルクの発生を実現でき、トルク向上、力率の改善が可能である。   According to this configuration, since the position through which the magnetic flux passes can be further restricted, more effective torque generation can be realized, and the torque can be improved and the power factor can be improved.

請求項40に記載の発明は、ステータ磁極あるいはロータ磁極のロータ軸方向端に軟磁性体を付加したことを特徴とする。   The invention described in claim 40 is characterized in that a soft magnetic material is added to the end of the stator magnetic pole or rotor magnetic pole in the rotor axial direction.

この構成によれば、ステータ磁極あるいはロータ磁極の磁路断面積を広くすることができ、磁気飽和の問題を低減することができ、モータの最大トルクを向上することができる。   According to this configuration, the magnetic path cross-sectional area of the stator magnetic pole or rotor magnetic pole can be increased, the problem of magnetic saturation can be reduced, and the maximum torque of the motor can be improved.

請求項41に記載の発明は、ステータの歯あるいはロータ磁極のロータ軸方向端に軟磁性体と永久磁石を付加したことを特徴とする。   The invention according to claim 41 is characterized in that a soft magnetic material and a permanent magnet are added to the stator teeth or the rotor axial ends of the rotor magnetic poles.

この構成によれば、磁気飽和を低減する構成とすることができ、モータの最大トルクを向上することができる。   According to this configuration, the magnetic saturation can be reduced, and the maximum torque of the motor can be improved.

請求項42に記載の発明は、ステータの歯あるいはロータ磁極のロータ軸方向端に軟磁性体と磁束を励起する励磁巻線を付加したことを特徴とする。   According to a forty-second aspect of the present invention, a soft magnetic material and an exciting winding for exciting magnetic flux are added to the stator tooth or the rotor axial end of the rotor magnetic pole.

この構成によれば、励磁巻線の電流により磁気飽和の問題を低減することができ、モータの最大トルクを向上することができる。   According to this configuration, the problem of magnetic saturation can be reduced by the current of the excitation winding, and the maximum torque of the motor can be improved.

請求項43に記載の発明は、ステータのスロットのロータ側端の近傍に永久磁石を配置したことを特徴とする。   The invention according to claim 43 is characterized in that a permanent magnet is disposed in the vicinity of the rotor side end of the slot of the stator.

この構成によれば、磁気飽和を低減する構成とすることができ、モータの最大トルクを向上することができる。   According to this configuration, the magnetic saturation can be reduced, and the maximum torque of the motor can be improved.

請求項44に記載の発明は、前記ロータ磁極において、ある磁極から他の磁極の方向にスリットを設けたことを特徴とする。   The invention according to claim 44 is characterized in that, in the rotor magnetic pole, a slit is provided in a direction from one magnetic pole to another magnetic pole.

この構成によれば、ロータ内の磁束の通過する位置を制約できるので、トルクの向上が可能である。   According to this configuration, since the position where the magnetic flux passes through the rotor can be restricted, the torque can be improved.

請求項45に記載の発明は、ステータ磁極のロータに面した部分あるいはステータ磁極のステータに面した部分のその先端部において、先端部の軟磁性体の間に磁気抵抗の大きな部分を配置することを特徴とする。   According to a 45th aspect of the present invention, a portion having a large magnetic resistance is disposed between the soft magnetic bodies at the tip of the portion of the stator pole facing the rotor or the tip of the portion of the stator pole facing the stator. It is characterized by.

この構成によれば、モータ重量を増加させない方法で、ステータとロータ間のエアギャップを等価的に低減でき、トルクの向上を実現することができる。   According to this configuration, the air gap between the stator and the rotor can be reduced equivalently and the torque can be improved by a method that does not increase the motor weight.

請求項46に記載の発明は、ロータ磁極へ巻線を付加することを特徴とする。   The invention according to claim 46 is characterized in that a winding is added to the rotor magnetic pole.

この構成によれば、モータの最大トルクを向上することができる。   According to this configuration, the maximum torque of the motor can be improved.

請求項47に記載の発明は、ステータのロータに面する形状をテーパ状とし、ロータのステータに面する形状をテーパ状とし、ステータとロータとのロータ軸方向の相対的な位置関係を移動する手段を備え、ステータとロータとを相対的にロータ軸方向へ移動することによりステータとロータとの間のエアギャップの大きさを可変できるようにしたことを特徴とする。   In a 47th aspect of the invention, the shape of the stator facing the rotor is tapered, the shape of the rotor facing the stator is tapered, and the relative positional relationship between the stator and the rotor in the axial direction of the rotor is moved. And an air gap between the stator and the rotor can be varied by moving the stator and the rotor relatively in the axial direction of the rotor.

この構成によれば、エアギャップを大きくすることにより、モータに作用する磁束密度を低減することができるので、一定の電圧の直流電源電圧でより高速の回転まで駆動することが可能となる。   According to this configuration, since the magnetic flux density acting on the motor can be reduced by increasing the air gap, it is possible to drive to higher speed rotation with a constant DC power supply voltage.

請求項48に記載の発明は、ステータの巻線の両側以外に全巻回数の中間タップを取り出せる構造とし、巻線の接続先を切り替える手段を備えることを特徴とする。   The invention according to claim 48 is characterized in that it has a structure in which intermediate taps of the total number of turns can be taken out in addition to both sides of the stator winding, and comprises means for switching the connection destination of the winding.

この構成によれば、インバータの出力を中間タップへ接続することによりモータ電圧を低くすることができ、より高速回転までモータを駆動することが可能となる。   According to this configuration, the motor voltage can be lowered by connecting the output of the inverter to the intermediate tap, and the motor can be driven to a higher speed.

請求項49に記載の発明は、ステータ磁極のスロット開口部側の軟磁性材に、高い飽和磁束密度を示す材料を使用したことを特徴とする。   The invention according to claim 49 is characterized in that a material exhibiting a high saturation magnetic flux density is used for the soft magnetic material on the slot opening side of the stator magnetic pole.

この構成によれば、ステータ磁極のスロット開口部側の軟磁性材SMAとして、パーメンジュールなどの高い飽和磁束密度を示す材料を使用することにより、より大きなトルクを発生することができる。   According to this configuration, a larger torque can be generated by using a material exhibiting a high saturation magnetic flux density such as permendur as the soft magnetic material SMA on the slot opening side of the stator magnetic pole.

請求項50に記載の発明は、ロータの軟磁性体にアモルファス金属を使用することを特徴とする。   The invention according to claim 50 is characterized in that amorphous metal is used for the soft magnetic material of the rotor.

この構成によれば、ロータの磁束方向が変化する周波数が高いので、ロータの軟磁性体にアモルファス金属を使用することにより、より効果的にモータ損失を低減することができる。   According to this configuration, since the frequency at which the magnetic flux direction of the rotor changes is high, motor loss can be reduced more effectively by using amorphous metal for the soft magnetic material of the rotor.

請求項51に記載の発明は、A相、B相、C相の3相で、M=6でNn(Nnは4以上の偶数の整数)極のモータで、スロット数が(6×Nn/2)個で、少なくともS1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12の順に円周方向に配置される12個のスロットS1〜S12において、A相巻線が巻回されたスロットS1のロータ軸方向端で外径側を通って配置され3個離れた負のA相のスロットS4へ巻回され、前記スロットS1から4個目のスロットS5にC相巻線が巻回されロータ軸方向端で外径側を通って配置され、3個離れた負のC相のスロットS8へ巻回され、前記スロットS1から8個目のスロットS9にC相巻線が巻回されロータ軸方向端で外径側を通って配置され、3個離れた負のC相のスロットS12へ巻回され、前記スロットS1から2個目のスロットS3にB相巻線が巻回されロータ軸方向端で前記スロットS4、S5のロータ軸方向端の側面を通って配置され、3個離れた負のB相のスロットS6へ巻回され、
前記スロットS1から6個目のスロットS7にA相巻線が巻回されロータ軸方向端で前記スロットS8、S9のロータ軸方向端の側面を通って配置され、3個離れた負のA相のスロットS10へ巻回されることを特徴とする。
The invention according to claim 51 is a motor having three phases of A phase, B phase and C phase, M = 6 and Nn (Nn is an even integer of 4 or more) poles, and the number of slots is (6 × Nn / 2) At least in S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S11, and S12, which are arranged in the circumferential direction in the order of A phase winding The wire S is wound around the negative A-phase slot S4, which is disposed through the outer diameter side at the rotor axial end of the slot S1 where the wire is wound, and is separated from the slot S4 by three. A phase winding is wound and arranged through the outer diameter side at the rotor axial end, wound around three negative C-phase slots S8, and from the slot S1 to the eighth slot S9. The winding is wound and arranged through the outer diameter side at the rotor axial end, and the negative C separated by three And a B-phase winding is wound from the slot S1 to the second slot S3 and disposed at the rotor axial end through the side surface of the rotor axial end of the slots S4 and S5. It is wound around the slot S6 of the negative B phase separated by three,
A phase A winding is wound from the slot S1 to the sixth slot S7, arranged at the rotor axial end through the side surface of the rotor axial end of the slots S8 and S9, and is separated by three negative A phases. It is wound around a slot S10.

この構成によれば、Nnが4以上の偶数の整数で、スロットS1からS12がその数の順に円周方向に配置されたスロットである。各巻線相互の干渉を少なくすることができ、巻線の占積率向上、巻線の巻回の容易化、コイルエンドのロータ軸方向長の短縮を実現でき、モータの小型化、高性能化を実現することができる。   According to this configuration, Nn is an even integer of 4 or more, and slots S1 to S12 are slots arranged in the circumferential direction in the order of the number. Interference between each winding can be reduced, winding space factor can be improved, winding can be easily wound, and the length of the coil end in the rotor axial direction can be shortened. Can be realized.

請求項52に記載の発明は、巻線がスロットの内部からロータ軸方向端のバックヨーク側へ配置して巻回する場合、ロータ軸方向端近傍のスロットの形状がバックヨーク側へ広げた形状で、巻線がスロットの内部からロータ軸方向端の円周方向へ配置して巻回する場合、ロータ軸方向端近傍のスロットの形状が円周方向へ広げた形状であることを特徴とする。   In the invention according to claim 52, when the winding is disposed from the inside of the slot and wound toward the back yoke side at the rotor axial end, the shape of the slot near the rotor axial end is widened toward the back yoke. In the case where the winding is arranged and wound from the inside of the slot in the circumferential direction at the end in the rotor axial direction, the shape of the slot near the end in the rotor axial direction is a shape expanded in the circumferential direction. .

この構成によれば、各巻線の折れ曲がりを容易化できるので、コイルエンド部のロータ軸方向長さの短縮が可能であり、モータの小型化が可能である。   According to this configuration, since the winding of each winding can be facilitated, the length of the coil end portion in the rotor axial direction can be shortened, and the motor can be reduced in size.

請求項53に記載の発明は、ステータのコイルエンド部の外周側あるいは内周側にステータコアのバックヨーク部を配置していることを特徴とする。   The invention according to claim 53 is characterized in that the back yoke portion of the stator core is arranged on the outer peripheral side or the inner peripheral side of the coil end portion of the stator.

この構成によれば、モータの無駄なスペースとなりがちな部分を活用してバックヨークの磁路を構成するので、モータの小型化を実現することができる。   According to this configuration, since the magnetic path of the back yoke is configured by utilizing a portion that tends to be a useless space of the motor, it is possible to reduce the size of the motor.

請求項54に記載の発明は、スロット内の第1の絶縁材料とスロット内の軸方向端の近傍の第2の絶縁材料とをスロット形状を広げた部分で重ねることを特徴とする。   The invention as set forth in claim 54 is characterized in that the first insulating material in the slot and the second insulating material in the vicinity of the axial end in the slot are overlapped with each other in a portion where the slot shape is widened.

この構成によれば、電気絶縁材料を無理なく配置できるようになる。   According to this configuration, the electrically insulating material can be arranged without difficulty.

請求項55に記載の発明は、ステータの軟磁性体の円周方向幅が電気角で360°の整数倍の幅に分割された分割コアの組み合わせで構成され、ステータの360°の整数倍の前記幅に前記分割コアに巻かれるべき巻線が巻回された構成であることを特徴とする。   The invention according to claim 55 is composed of a combination of split cores in which the circumferential width of the soft magnetic body of the stator is divided into an integral multiple of 360 ° in electrical angle, and is an integral multiple of 360 ° of the stator. The winding is to be wound around the split core in the width.

この構成によれば、分割したコアの構成で巻線を巻回することができるので、モータの製作が容易化する。   According to this configuration, since the winding can be wound with the divided core configuration, the manufacture of the motor is facilitated.

請求項56に記載の発明は、第1のステータの各スロット間に第2の組の巻線を巻回したことを特徴とする。   The invention according to claim 56 is characterized in that a second set of windings are wound between the slots of the first stator.

この構成によれば、径方向に2個のモータが組み込まれた構成の本発明のモータは、外径側の第1のステータのスロット面積の方が広い場合が多いので、広い方のスロットのスペースへ第2の組の巻線を巻回する構成とすることができる。2個のモータのそれぞれの巻線スペースをバランス良く活用することができるので、モータの出力トルクを向上することができる。   According to this configuration, the motor of the present invention having a configuration in which two motors are incorporated in the radial direction often has a larger slot area of the first stator on the outer diameter side. The second set of windings can be wound around the space. Since the winding space of each of the two motors can be utilized in a balanced manner, the output torque of the motor can be improved.

請求項57に記載の発明は、第1のロータの支持構造が、ロータ軸の両端で軸受けにより支持し、第2のロータの支持構造も、ロータ軸の両端で軸受けにより支持する構成であることを特徴とする。   The invention according to claim 57 is such that the support structure of the first rotor is supported by bearings at both ends of the rotor shaft, and the support structure of the second rotor is also supported by bearings at both ends of the rotor shaft. It is characterized by.

この構成によれば、2個のモータを組む構造であっても、扁平構造のモータではなく、軸方向にある程度長いモータ構造を実現することができる。また、ステータ及びロータを両軸で支持することができるので、モータ剛性が向上し、ステータとロータ間のエアギャップ長も短縮することができ、高トルク化および電流の増減時間の短縮が可能となる。   According to this configuration, even with a structure in which two motors are assembled, a motor structure that is somewhat long in the axial direction can be realized instead of a flat structure motor. In addition, since the stator and the rotor can be supported by both shafts, the motor rigidity is improved, the air gap length between the stator and the rotor can be shortened, and the torque can be increased and the current increase / decrease time can be shortened. Become.

請求項58に記載の発明は、各相のステータの各スロットに同一相の複数の巻線を並列して巻回し、並列巻線の片側の巻線にはダイオードを直列に巻回して電源へ接続し、他方の巻線はモータの電流を制御するトランジスタへ接続することを特徴とする。   In the invention according to claim 58, a plurality of coils of the same phase are wound in parallel in each slot of the stator of each phase, and a diode is wound in series on one side of the parallel winding to supply power. The other winding is connected to a transistor that controls the motor current.

請求項59に記載の発明は、モータの各相巻線の一方の端子を電源へ接続し、前記各相巻線の各他端を各相の駆動用トランジスタへ接続し、前記各相巻線の各他端と各相の駆動用トランジスタとの各接続点へ各ダイオードを接続することを特徴とする。   According to a 59th aspect of the present invention, one terminal of each phase winding of the motor is connected to a power source, each other end of each phase winding is connected to a driving transistor of each phase, and each phase winding Each diode is connected to each connection point between the other end of each and the driving transistor of each phase.

この構成によれば、従来インバータの1/4の電流容量のインバータで本発明のモータを駆動することが可能となり、モータシステムの大幅な低コスト化、小型化を実現することができる。   According to this configuration, the motor of the present invention can be driven by an inverter having a current capacity that is ¼ that of a conventional inverter, and the motor system can be significantly reduced in cost and size.

請求項60に記載の発明は、モータの各相巻線の一方の端子を各相共通のトランジスタのエミッタへ接続し、前記巻線の各他端を各相の駆動用トランジスタのコレクタへ接続することを特徴とする。   According to a sixty-sixth aspect of the present invention, one terminal of each phase winding of the motor is connected to the emitter of the common transistor for each phase, and each other end of the winding is connected to the collector of the driving transistor for each phase. It is characterized by that.

この構成によれば、従来インバータの1/2以下の電流容量のインバータで本発明のモータを駆動することが可能となり、モータシステムの大幅な低コスト化、小型化を実現することができる。   According to this configuration, the motor of the present invention can be driven by an inverter having a current capacity equal to or less than half that of the conventional inverter, and the motor system can be significantly reduced in cost and size.

請求項61に記載の発明は、モータの各相巻線の一方の各端子を各相の駆動用トランジスタの各エミッタへ接続し、前記巻線の各他端を各相の他方の駆動用トランジスタのコレクタへ接続することを特徴とする。   The invention according to claim 61 is characterized in that one terminal of each phase winding of the motor is connected to each emitter of the driving transistor of each phase, and the other end of the winding is connected to the other driving transistor of each phase. It is characterized in that it is connected to a collector.

この構成によれば、従来インバータの1/2の電流容量のインバータで本発明のモータを駆動することが可能となり、モータシステムの大幅な低コスト化、小型化を実現することができる。   According to this configuration, the motor of the present invention can be driven by an inverter having a current capacity that is 1/2 that of a conventional inverter, and the motor system can be significantly reduced in cost and size.

請求項62に記載の発明は、直流電源の正端子へトランジスタTRPのコレクタを接続し、トランジスタTRPの他端のエミッタの点TOUTを他のトランジスタTRNのコレクタとへ接続し、トランジスタTRNのエミッタを直流電源の負端子へ接続し、前記トランジスタTRP及びTRNで構成するトランジスタブリッジを巻線の相数より一つ多く備え、各相の巻線の片端を各前記トランジスタブリッジの前記点TOUTへ接続し、各相の巻線の他端を相互に接続して星形結線とし、星形結線の中性点に前記の残りの1組の前記トランジスタブリッジの点TOUTへ接続することを特徴とする。   In the invention according to claim 62, the collector of the transistor TRP is connected to the positive terminal of the DC power supply, the emitter point TOUT at the other end of the transistor TRP is connected to the collector of another transistor TRN, and the emitter of the transistor TRN is connected. Connected to the negative terminal of the DC power supply, provided with one more transistor bridge composed of the transistors TRP and TRN than the number of phases of the winding, and connected one end of the winding of each phase to the point TOUT of each transistor bridge The other ends of the windings of each phase are connected to each other to form a star connection, and the neutral point of the star connection is connected to the point TOUT of the remaining one set of the transistor bridges.

この構成によれば、各相の巻線の一端を接続して星形結線とし、星形結線の中性点に1組の前記トランジスタブリッジを接続する構成とすることができる。この構成により、より効果的な電流をモータへ供給できるようになり、モータの小型化を実現することができる。   According to this configuration, one end of each phase winding can be connected to form a star connection, and a set of the transistor bridges can be connected to the neutral point of the star connection. With this configuration, a more effective current can be supplied to the motor, and the motor can be reduced in size.

請求項63に記載の発明は、NN相のモータの巻線を駆動するとき、2個の前記トランジスタブリッジのそれぞれの出力TOUTへ一つの相の巻線の片端と他端とを接続し、正負の両方向電流の駆動が可能な構成とし、他の(NN−1)相の巻線と駆動回路を同様な構成とし、大きなトルクを出力する時には、各ステータ磁極の磁束の方向を磁気飽和し難い方向となるように電流の方向を選択し、高速回転において巻線の電圧が低くなるよう制御する時には、各ステータ磁極の磁束の方向を磁気飽和し易い方向となるように電流の方向を選択して制御することを特徴とする。   According to the 63rd aspect of the invention, when driving the winding of the NN phase motor, one end and the other end of the winding of one phase are connected to the output TOUT of each of the two transistor bridges, and the positive and negative The other (NN-1) phase windings and the drive circuit have the same configuration, and when a large torque is output, it is difficult to magnetically saturate the direction of the magnetic flux of each stator pole. When the current direction is selected so as to be in the direction and the winding voltage is controlled to be low at high speed rotation, the current direction is selected so that the direction of the magnetic flux of each stator magnetic pole is easily magnetically saturated. It is characterized by controlling.

この構成によれば、モータの磁気特性をより効果的に活用することができ、高トルク化制御、界磁弱め制御による定出力制御を実現することができる。本発明のモータは永久磁石をステータ側へ持っていて、トルクを発生する状態では磁石の磁束を強めるように巻線の電流の起磁力が作用する。従って、本発明モータでは正常動作時には永久磁石が減磁をしないので、磁石厚みを必要最小限とすることができ、コスト的にも有利である。しかし、制御装置の誤動作、あるいは、制御装置の故障により、意図しない電流が巻線に通電されればモータの永久磁石は減磁する。このように減磁した場合、永久磁石を着磁する電流をモータの制御装置により通電することにより良好な着磁状態へ戻すことが可能である。   According to this configuration, the magnetic characteristics of the motor can be utilized more effectively, and constant output control by high torque control and field weakening control can be realized. The motor of the present invention has a permanent magnet on the stator side, and in a state where torque is generated, the magnetomotive force of the winding current acts so as to increase the magnetic flux of the magnet. Therefore, in the motor of the present invention, the permanent magnet does not demagnetize during normal operation, so that the magnet thickness can be minimized, which is advantageous in terms of cost. However, if an unintended current is applied to the winding due to malfunction of the control device or failure of the control device, the permanent magnet of the motor is demagnetized. When demagnetized in this way, it is possible to return to a good magnetized state by energizing the current for magnetizing the permanent magnet with the motor control device.

また、本発明モータの永久磁石を適度な厚みとすれば、モータの制御装置で減磁させることも可能であり、意図的に永久磁石を減磁させていわゆる界磁弱め制御を行い、いわゆる定出力制御を行うことも可能である。そして、界磁強めを行うときには、モータの制御装置で着磁を行えばよい。なお、永久磁石の種類は、フェライト磁石、ネオジム、鉄、ボロンNdFeB磁石の他に、着磁、減磁が比較的容易ないわゆるアルミニューム、ニッケル、コバルトを含有するアルニコ磁石も使用可能であり、この用途に向いた特性である。   In addition, if the permanent magnet of the motor of the present invention has an appropriate thickness, it can be demagnetized by the motor control device, and the so-called field weakening control is performed by intentionally demagnetizing the permanent magnet. It is also possible to perform output control. Then, when performing field strengthening, magnetizing may be performed by a motor control device. In addition to the ferrite magnet, neodymium, iron, and boron NdFeB magnet, the permanent magnet can be used as an alnico magnet containing so-called aluminum, nickel, and cobalt that are relatively easy to magnetize and demagnetize. This characteristic is suitable for this application.

請求項64に記載の発明は、ある回転方向へ、ある回転トルクで運転する時に、対象とするステータ磁極の円周方向の前後のスロットへ巻回した各巻線へ相対的に逆方向の電流を通電し、同時に、前記ステータ磁極に印加している起磁力と同一方向の起磁力を生成する電流をその他の巻線へ通電することを特徴とする。   According to the invention of claim 64, when operating in a certain rotational direction with a certain rotational torque, a current in a reverse direction is applied to each of the windings wound around the circumferential slots of the stator pole of interest. The other windings are energized, and at the same time, a current that generates a magnetomotive force in the same direction as the magnetomotive force applied to the stator magnetic pole is supplied to the other windings.

この構成によれば、ある回転方向へある回転トルクで運転する時に、ステータ磁極の円周方向の前後のスロットへ巻線した各巻線へ通電する電流方向がその巻線固有に正方向か負方向かが決められていて、ロータ磁極の回転と共に、そのロータ磁極が接近し、対向するステータ磁極の円周方向の前後の巻線へそれぞれ固有の電流方向の電流を通電し、その前記ロータ磁極を所望の回転方向へ連続的にトルクが発生するように制御することができる。これにより、ロータ磁極の磁束の方向は回転と共に交番するが、トルク発生上は同期電動機のように制御することができ、駆動装置の低コスト化、小型化を実現することができる。   According to this configuration, when operating with a certain rotational torque in a certain rotational direction, the current direction energized to each winding wound around the circumferential slots of the stator magnetic pole is positive or negative depending on the winding. As the rotor magnetic pole rotates, the rotor magnetic pole approaches, and currents in a specific current direction are applied to the windings in the circumferential direction of the opposing stator magnetic pole, respectively. Control can be performed so that torque is continuously generated in a desired rotation direction. Thereby, although the direction of the magnetic flux of the rotor magnetic poles alternates with the rotation, it can be controlled like a synchronous motor in terms of torque generation, and the drive device can be reduced in cost and size.

また、ある回転方向へ、ある回転トルクで運転する時に、ステータ磁極の円周方向の前後のスロットへ巻線した各巻線へ通電する電流方向がその巻線固有に正方向か負方向かが決められていて、ロータ磁極の回転と共に、ロータ磁極が接近し、対向するステータ磁極を全ステータ磁極の中から選択し、選択したステータ磁極の円周方向の前後の巻線へそれぞれ固有の電流方向の電流を通電し、それぞれのロータ磁極に生成するトルクは間欠的ではあるが、ロータ全体としてはより連続的な回転トルクを生成することができる。これにより、効果的にトルクを発生でき、駆動装置の低コスト化、小型化を実現することができる。   Also, when operating in a certain rotational direction with a certain rotational torque, it is determined whether the direction of the current applied to each winding wound around the circumferential slot of the stator pole is positive or negative depending on the winding. As the rotor magnetic pole rotates, the rotor magnetic pole approaches, and the opposite stator magnetic pole is selected from among all the stator magnetic poles. Although the current is supplied and the torque generated in each rotor magnetic pole is intermittent, the rotor as a whole can generate more continuous rotational torque. As a result, torque can be generated effectively, and the cost and size of the drive device can be reduced.

また、ある回転方向へ、ある回転トルクで運転する時に、ステータ磁極の円周方向の前後のスロットへ巻線した各巻線へ通電する電流方向がその巻線固有に正方向か負方向かが決められていて、低速回転では、ロータ磁極の回転と共に、ロータ磁極が接近し、対向するステータ磁極を全ステータ磁極の中から選択し、選択したステータ磁極の円周方向の前後の巻線へそれぞれ固有の電流方向の電流を通電し、それぞれのロータ磁極に生成するトルクは間欠的ではあるが、ロータ全体としてはほぼ継続的な回転トルクを生成し、高速回転では主として、ロータ磁極の回転と共に、ロータ磁極が接近し、対向するステータ磁極の円周方向の前後の巻線へそれぞれ固有の電流方向の電流を通電し、その前記ロータ磁極を所望の回転方向へ継続的にトルクが発生するように制御することができる。これにより、低速回転ではより連続的で大きなトルクを得、高速回転では相対的にモータ鉄損を低減し、振動、騒音の小さな運転を実現することができる。   Also, when operating in a certain rotational direction with a certain rotational torque, it is determined whether the direction of the current applied to each winding wound around the circumferential slot of the stator pole is positive or negative depending on the winding. In low-speed rotation, the rotor magnetic pole approaches as the rotor magnetic pole rotates, and the opposite stator magnetic pole is selected from all the stator magnetic poles. The current generated in the current direction is applied and the torque generated in each rotor magnetic pole is intermittent, but the rotor as a whole generates almost continuous rotational torque. When the magnetic poles approach, currents in their own current direction are passed through the circumferential windings of the opposing stator magnetic poles, and the rotor magnetic poles are continuously turned in the desired rotational direction. Click can be controlled to generate. As a result, it is possible to obtain more continuous and large torque at low speed rotation, relatively reduce motor iron loss at high speed rotation, and realize operation with less vibration and noise.

また、ある回転方向へ、ある回転トルクで運転する時に、対象とするステータ磁極の円周方向の前後のスロットへ巻回した各巻線へ相対的に逆方向の電流を通電し、同時に、前記ステータ磁極に印加している起磁力と同一方向の起磁力を生成する電流をその他の巻線へ通電する構成とすることができる。この構成により、モータトルクをより効果的に発生することができ、モータの高効率化、小型化が可能である。   Further, when operating in a certain rotational direction with a certain rotational torque, a current in a relatively reverse direction is applied to each of the windings wound around the circumferential slots of the stator pole of interest, and at the same time, the stator A current that generates a magnetomotive force in the same direction as the magnetomotive force applied to the magnetic pole can be applied to the other windings. With this configuration, motor torque can be generated more effectively, and the motor can be highly efficient and downsized.

請求項65に記載の発明は、モータの永久磁石を着磁状態を低減する減磁手段と、モータの永久磁石を着磁状態を増加する着磁手段とを備えることを特徴とする。   The invention described in claim 65 is characterized by comprising demagnetizing means for reducing the magnetized state of the permanent magnet of the motor and magnetizing means for increasing the magnetized state of the permanent magnet of the motor.

請求項66に記載の発明は、ステータ磁極の円周方向の前後のスロットへ巻回した各巻線へ通電する電流方向が両巻線では逆方向であって、各巻線へ通電する電流の方向は巻線ごとに固有に決められていて、ロータ磁極の回転と共に、円周方向に隣接するステータ磁極を、励磁する磁束の方向を順次逆転しながら、順次励磁してロータ磁極をほぼ継続的に吸引し、ほぼ継続的に回転トルクを発生して駆動することを特徴とする。   In a 66th aspect of the present invention, the direction of the current applied to the windings wound around the slots in the circumferential direction of the stator magnetic pole is opposite in both windings, and the direction of the current supplied to each winding is It is uniquely determined for each winding, and with the rotation of the rotor magnetic pole, the stator magnetic poles that are adjacent in the circumferential direction are sequentially excited while sequentially reversing the direction of the magnetic flux to be excited to attract the rotor magnetic poles almost continuously. In addition, it is characterized in that it is driven by generating rotational torque almost continuously.

請求項67に記載の発明は、ロータ磁極を円周方向配置した複数のステータ磁極が順次吸引して回転し、あるステータ磁極SJ1がロータ磁極を吸引してほぼ対向する回転位置θr1からさらにロータが回転して隣接するステータ磁極SJ2へロータ磁極がさしかかる回転位置θr2までの間に、ロータ側とステータ側とのラジアル方向吸引力の時間変動が小さくなるように、トルクを発生する磁束成分φTを励磁する電流成分ITとラジアル方向吸引力を維持する磁束成分φRを励磁する電流成分IRとを通電し制御することを特徴とする。   According to the 67th aspect of the present invention, a plurality of stator magnetic poles having rotor magnetic poles arranged in the circumferential direction are sequentially attracted and rotated, and a certain stator magnetic pole SJ1 attracts the rotor magnetic poles so that the rotor is further rotated from a rotational position θr1 that is substantially opposed. The magnetic flux component φT that generates torque is excited so that the time variation of the radial attractive force between the rotor side and the stator side is reduced between the rotation and the rotation position θr2 at which the rotor magnetic pole approaches the adjacent stator magnetic pole SJ2. The current component IT and the current component IR that excites the magnetic flux component φR that maintains the radial attractive force are energized and controlled.

請求項68に記載の発明は、ステータ磁極の円周方向の前後のスロットへ巻回した各巻線へ通電する電流方向が両巻線では逆方向であって、ロータの回転と共に、ロータ磁極とステータ磁極が接近する組み合わせを全ステータ磁極の中から選択し、選択したステータ磁極の円周方向の前後の巻線へそれぞれ固有の電流方向の電流を通電し、それぞれのロータ磁極に生成するトルクはロータ回転角に対して間欠的ではあるが、ロータ全体としては複数のロータ磁極のトルクの合計を生成することを特徴とする。   According to the 68th aspect of the present invention, the direction of current applied to the windings wound around the circumferential slots of the stator magnetic poles is opposite in both windings, and the rotor magnetic poles and the stator are rotated as the rotor rotates. The combination in which the magnetic poles approach is selected from all the stator magnetic poles, the current in the current direction is passed through the windings in the circumferential direction of the selected stator magnetic pole, and the torque generated in each rotor magnetic pole is determined by the rotor. Although intermittent with respect to the rotation angle, the rotor as a whole is characterized by generating a sum of torques of a plurality of rotor magnetic poles.

請求項69に記載の発明は、ステータ磁極の円周方向の前後のスロットへ巻回した各巻線へ通電する電流方向が両巻線では逆方向であって、低速回転では、ロータ磁極の回転と共に、ロータ磁極が接近し、対向するステータ磁極を全ステータ磁極の中から選択し、選択したステータ磁極の円周方向の前後の巻線へそれぞれ固有の電流方向の電流を通電し、それぞれのロータ磁極に生成するトルクは間欠的ではあるが、ロータ全体としてはほぼ継続的な回転トルクを生成し、高速回転では主として、ロータ磁極の回転と共に、円周方向に隣接するステータ磁極を、励磁する磁束の方向を順次逆転しながら、順次励磁してロータ磁極をほぼ継続的に吸引し、ほぼ継続的に回転トルクを発生して駆動することを特徴とする。   In the invention according to claim 69, the direction of the current applied to the windings wound around the circumferential slots of the stator magnetic poles is the reverse direction in both windings, and at low speed rotation, the rotation of the rotor magnetic poles The rotor magnetic poles approach each other and the opposing stator magnetic poles are selected from among all the stator magnetic poles, and currents in their own current directions are applied to the circumferential windings of the selected stator magnetic poles in the circumferential direction. Although the generated torque is intermittent, the rotor as a whole generates almost continuous rotational torque.In high-speed rotation, the rotor magnetic poles rotate and the magnetic flux that excites the circumferentially adjacent stator magnetic poles. It is characterized in that the rotor magnetic poles are attracted almost continuously while the directions are sequentially reversed, and the rotor magnetic poles are substantially continuously attracted and driven by generating rotational torque almost continuously.

請求項70に記載の発明は、各巻線の電流制御において、各巻に流れる電流とロータ回転位置によって定まる鎖交磁束情報を使用して電圧信号を作り電流を制御することを特徴とする。   The invention described in claim 70 is characterized in that, in the current control of each winding, a voltage signal is generated using the flux linkage information determined by the current flowing through each winding and the rotor rotational position, and the current is controlled.

この構成によれば、各巻線の電流制御において、各巻に流れる電流の値とロータ回転位置によって定まる鎖交磁束情報を使用して電圧フィードフォワード信号を作り電流を制御することができる。これにより、高速回転においても各巻線に電流を通電するために必要な電圧を正確に供給することが可能となり、精度が高く高応答な電流制御を実現することができ、良好なトルク出力と応答性を得ることが可能となる。   According to this configuration, in the current control of each winding, the voltage can be controlled by using the flux linkage information determined by the value of the current flowing through each winding and the rotor rotational position. As a result, it is possible to accurately supply the voltage necessary for energizing each winding even at high speed rotation, and it is possible to achieve highly accurate and highly responsive current control, with good torque output and response. It becomes possible to obtain sex.

請求項71に記載の発明は、トルク指令値TCとロータ回転位置θrとロータ回転速度ωrに対応したモータの各相巻線の電流情報IJと各相巻線の電圧情報VJとを記憶する手段を備えることを特徴とする。   The invention according to claim 71 stores means for storing current information IJ of each phase winding of the motor and voltage information VJ of each phase winding corresponding to the torque command value TC, the rotor rotational position θr and the rotor rotational speed ωr. It is characterized by providing.

請求項72に記載の発明は、ロータの回転と共に、断続的な直流電流で制御する各相電流でモータを駆動する制御装置において、各相の電流信号とロータ位置情報から各相のトルク相当信号TNを求め、各相のトルク相当信号TNの全てを加えてモータの総トルク相当信号TAを求め、一方、速度制御の速度誤差信号等から作られたトルク相当指令TCを求め、トルク相当指令TCと総トルク相当信号TAとの差からトルク相当誤差信号ΔTを求め、トルク相当指令TCとトルク相当誤差信号ΔTを用いて各相の電流および電圧を制御することを特徴とする。   According to a 72nd aspect of the present invention, there is provided a control device for driving a motor with each phase current controlled by intermittent DC current as the rotor rotates, and for each phase torque corresponding signal from each phase current signal and rotor position information. TN is obtained, and the total torque equivalent signal TA of the motor is obtained by adding all the torque equivalent signals TN of each phase, while the torque equivalent command TC generated from the speed error signal etc. of the speed control is obtained, and the torque equivalent command TC is obtained. And a total torque equivalent signal TA, a torque equivalent error signal ΔT is obtained, and the current and voltage of each phase are controlled using the torque equivalent command TC and the torque equivalent error signal ΔT.

この構成によれば、電流及びトルクのより効果的な補償制御を実現することが可能となり、精密なトルク制御、高応答なトルク制御を実現でき、良好な運転特性を実現することが可能となる。   According to this configuration, more effective compensation control of current and torque can be realized, precise torque control and highly responsive torque control can be realized, and good operating characteristics can be realized. .

請求項73に記載の発明は、モータの各巻線の電圧、電流の値を利用してロータの回転位置あるいは速度を検出することを特徴とする。   The invention as set forth in claim 73 is characterized in that the rotational position or speed of the rotor is detected by using the voltage and current values of each winding of the motor.

この構成によれば、ロータが軟磁性体で構成した本発明モータは、ステータ磁極、ロータ磁極共に突極の構成であり、ロータの回転と共に各巻線のインピーダンスが大きく変化する特性となっている。この特性を利用することにより、ロータ回転位置θrsを検出することができる。そしてこのロータ回転位置θrsを使用してトルク制御、速度制御、位置制御などが可能である。   According to this configuration, the motor of the present invention in which the rotor is made of a soft magnetic material has a configuration in which both the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole have salient poles, and has a characteristic in which the impedance of each winding greatly changes as the rotor rotates. By utilizing this characteristic, the rotor rotational position θrs can be detected. Using this rotor rotational position θrs, torque control, speed control, position control, and the like are possible.

本発明の実施形態である3相、全節巻、集中巻き、片方向電流のモータで、電気角360°の間に4個のロータ磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置および磁束の例を示す図である。A three-phase, full-pitch winding, concentrated winding, unidirectional current motor, which is an embodiment of the present invention, including a cross section of a motor having four rotor magnetic poles between electrical angles of 360 °, winding arrangements of each phase, and It is a figure which shows the example of magnetic flux. 図1のモータ巻線と組み合わせた本発明制御装置の例である。It is an example of the control device of the present invention combined with the motor winding of FIG. 図1のモータ巻線と組み合わせた本発明制御装置の例である。It is an example of the control device of the present invention combined with the motor winding of FIG. 図1のモータがCCWのトルクを発生するときのロータ回転に伴う電流と磁束を示す図である。It is a figure which shows the electric current and magnetic flux accompanying a rotor rotation when the motor of FIG. 1 generate | occur | produces the torque of CCW. 本発明モータの電流とトルクの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the electric current of this invention motor, and a torque. 図4のモータのロータ回転位置θrと各巻線の電流およびCCW方向のトルクの関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the rotor rotational position θr of the motor of FIG. 4, the current of each winding, and the torque in the CCW direction. 図1のモータが制動トルクを発生するときのロータ回転に伴う電流と磁束を示す図である。It is a figure which shows the electric current and magnetic flux accompanying a rotor rotation when the motor of FIG. 1 generate | occur | produces a braking torque. 図7のモータのロータ回転位置θrと各巻線の電流およびCW方向の制動トルクの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotor rotational position (theta) r of the motor of FIG. 7, the electric current of each winding, and the braking torque of a CW direction. 本発明の実施形態である3相のモータで、電気角360°の間に2個のロータ磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置とを示す図である。It is a figure which shows the cross section of a motor provided with two rotor magnetic poles between electrical angles of 360 degrees, and winding arrangement | positioning of each phase by the three-phase motor which is embodiment of this invention. 図9のモータを8極に多極化したモータのステータコアとロータコアの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the stator core and rotor core of the motor which multi-polarized the motor of FIG. 9 to 8 poles. 図9のモータがCCWのトルクを発生するときのロータ回転に伴う電流と磁束を示す図である。It is a figure which shows the electric current and magnetic flux accompanying a rotor rotation when the motor of FIG. 9 generate | occur | produces the torque of CCW. 図11のモータのロータ回転位置θrと各巻線の電流およびCCW方向のトルクの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotor rotational position (theta) r of the motor of FIG. 11, the electric current of each winding, and the torque of a CCW direction. ステータをSで示し、ロータをRで示し、横軸をステータ磁極の数Mと縦軸をロータ磁極の数Kとの組み合わせをSM−RKのモータ形式として示した表である。The stator is indicated by S, the rotor is indicated by R, and the horizontal axis indicates a combination of the number M of stator magnetic poles and the vertical axis indicates the number K of rotor magnetic poles as an SM-RK motor type. 本発明の実施形態である3相、環状巻、片方向電流のモータで、電気角360°の間に4個のロータ磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a cross section of a motor having four rotor magnetic poles at an electrical angle of 360 ° and a winding arrangement of each phase in a three-phase, annular winding, one-way current motor according to an embodiment of the present invention. . 径方向に外径側モータと内径側モータとの2個のモータを複合的に配置し、両モータのステータを両モータの間に配置し、両モータのスロット間に同相の巻線を相互に配置した構成の本発明の実施形態である3相、8極の複合モータの横断面である。Two motors, an outer diameter side motor and an inner diameter side motor, are combined in the radial direction, the stators of both motors are arranged between both motors, and the same-phase windings are mutually connected between the slots of both motors. It is a cross section of the composite motor of 3 phases and 8 poles which is an embodiment of the present invention of the arrangement arranged. 図15のモータに対し、両モータの円周方向位相が電気角で180°異なっている構成の本発明の実施形態である3相、8極の複合モータの横断面である。16 is a cross-sectional view of a three-phase, eight-pole composite motor that is an embodiment of the present invention having a configuration in which the circumferential phase of both motors differs by 180 ° in electrical angle with respect to the motor of FIG. 15. 図1のステータに比較し歯の先端部を2個に分けたステータで、10個のロータ磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置および磁束の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a cross section of a motor including ten rotor magnetic poles, winding arrangements of respective phases, and magnetic fluxes in a stator having tooth tips divided into two as compared with the stator of FIG. 1. 図1のステータに比較し歯の先端部を3個に分けたステータで、16個のロータ磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置および磁束の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a cross section of a motor including 16 rotor magnetic poles, a winding arrangement of each phase, and magnetic fluxes in a stator having tooth tips divided into three as compared with the stator of FIG. 1. 図1のモータに集中巻の界磁巻線を付加した3相のモータの横断面と各相の巻線配置および磁束の例を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the three-phase motor which added the concentrated field winding to the motor of FIG. 1, the winding arrangement | positioning of each phase, and the example of magnetic flux. 図1のモータに全節巻の界磁巻線を付加した3相のモータの横断面と各相の巻線配置および磁束の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the cross section of the three-phase motor which added the field winding of full-pitch winding to the motor of FIG. 1, the winding arrangement | positioning of each phase, and magnetic flux. 界磁巻線の電流制御装置と、発電機として使用する場合の巻線と整流回路とを示す図である。It is a figure which shows the current control apparatus of a field winding, the coil | winding in the case of using as a generator, and a rectifier circuit. 本発明の実施形態である3相、全節巻、集中巻きのモータで、ステータ磁極の先端部に永久磁石を配置し、電気角360°の間に4個のロータ磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置および磁束の例を示す図である。3 is a cross-sectional view of a three-phase, full-pitch, concentrated-winding motor according to an embodiment of the present invention, in which a permanent magnet is disposed at the tip of a stator magnetic pole and four rotor magnetic poles are provided at an electrical angle of 360 °. It is a figure which shows the winding arrangement | positioning of each phase, and the example of magnetic flux. 本発明の実施形態である3相、全節巻、集中巻きのモータで、ステータ磁極の先端部に永久磁石を配置し、電気角360°の間に4個のロータ磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置および磁束の例を示す図である。3 is a cross-sectional view of a three-phase, full-pitch, concentrated-winding motor according to an embodiment of the present invention, in which a permanent magnet is disposed at the tip of a stator magnetic pole and four rotor magnetic poles are provided at an electrical angle of 360 °. It is a figure which shows the winding arrangement | positioning of each phase, and the example of magnetic flux. 本発明の実施形態である3相、全節巻、集中巻きのモータで、ステータ磁極の先端部に永久磁石を配置し、電気角360°の間に2個のロータ磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置および磁束の例を示す図である。3 is a cross-sectional view of a three-phase, full-pitch, concentrated winding motor according to an embodiment of the present invention, in which a permanent magnet is disposed at the tip of a stator magnetic pole and two rotor magnetic poles are provided at an electrical angle of 360 °. It is a figure which shows the winding arrangement | positioning of each phase, and the example of magnetic flux. 本発明の実施形態である3相、全節巻、集中巻きのモータで、ステータ磁極の先端部に永久磁石を配置し、電気角360°の間に2個のロータ磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置および磁束の例を示す図である。3 is a cross-sectional view of a three-phase, full-pitch, concentrated winding motor according to an embodiment of the present invention, in which a permanent magnet is disposed at the tip of a stator magnetic pole and two rotor magnetic poles are provided at an electrical angle of 360 °. It is a figure which shows the winding arrangement | positioning of each phase, and the example of magnetic flux. 永久磁石の界磁の強さHと磁束密度Bとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the magnetic field strength H and the magnetic flux density B of a permanent magnet. 本発明の実施形態である3相、全節巻、集中巻きのモータで、ステータ磁極の軟鉄部の内部に永久磁石を配置し、電気角360°の間に2個のロータ磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置および磁束の例を示す図である。A three-phase, full-pitch, concentrated winding motor according to an embodiment of the present invention, in which a permanent magnet is disposed inside a soft iron portion of a stator magnetic pole, and two rotor magnetic poles are provided at an electrical angle of 360 °. It is a figure which shows the cross section, the winding arrangement | positioning of each phase, and the example of magnetic flux. ステータ磁極の軟鉄部の内部に配置する永久磁石の形態の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the form of the permanent magnet arrange | positioned inside the soft iron part of a stator magnetic pole. ステータ磁極の軟鉄部の内部に配置する永久磁石の形態の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the form of the permanent magnet arrange | positioned inside the soft iron part of a stator magnetic pole. 本発明の実施形態である3相、全節巻、集中巻きのモータで、ステータのバックヨーク部に永久磁石を配置し、電気角360°の間に4個のロータ磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置および磁束の例を示す図である。3 is a cross-sectional view of a three-phase, full-pitch, concentrated-winding motor according to an embodiment of the present invention, in which a permanent magnet is disposed on a back yoke portion of a stator and four rotor magnetic poles are provided at an electrical angle of 360 °. It is a figure which shows the winding arrangement | positioning of each phase, and the example of magnetic flux. 本発明の実施形態である3相、全節巻、集中巻きのモータで、ステータ磁極の一部に永久磁石を配置し、電気角360°の間に2個のロータ磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置および磁束の例を示す図である。3 is a cross-sectional view of a three-phase, full-pitch, concentrated-winding motor according to an embodiment of the present invention, in which a permanent magnet is disposed in a part of a stator magnetic pole, and two rotor magnetic poles are provided at an electrical angle of 360 °. It is a figure which shows the winding arrangement | positioning of each phase, and the example of magnetic flux. 本発明の実施形態である3相、集中巻き、片方向電流のモータで、ロータの表面に10極の永久磁石磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置および磁束の例を示す図である。The figure which shows the example of the cross section of a motor which is a motor of 3 phases, concentrated winding, and a unidirectional current which is embodiment of this invention, and has a permanent magnet magnetic pole of 10 poles on the surface of a rotor, and arrangement | positioning of each phase, and magnetic flux It is. 本発明の実施形態である4相、集中巻き、片方向電流のモータで、ロータの表面に12極の永久磁石磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置および磁束の例を示す図である。The figure which shows the cross section of a motor which is a motor of 4 phases, concentrated winding, and a unidirectional current which is an embodiment of the present invention, and which has a permanent magnet magnetic pole of 12 poles on the surface of a rotor, the winding arrangement of each phase, and an example of magnetic flux It is. 本発明の実施形態である5相、集中巻き、片方向電流のモータで、ロータの表面に16極の永久磁石磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置および磁束の例を示す図である。The figure which shows the example of the cross section of a motor which is a motor of 5 phases, concentrated winding, and a unidirectional electric current which is embodiment of this invention, and has a permanent magnet magnetic pole of 16 poles on the surface of a rotor, and arrangement | positioning of each phase, and magnetic flux It is. 本発明の実施形態である3相、集中巻き、片方向電流のリニアモータで、電気角360°のスライダーの間に4個の磁極を備えるリニアモータの縦断面と横断面とを示す図である。It is a figure showing a longitudinal section and a transverse section of a linear motor having four magnetic poles between sliders with an electrical angle of 360 ° in a three-phase, concentrated winding, one-way current linear motor according to an embodiment of the present invention. . 本発明の実施形態である3相、全節巻、集中巻き、片方向電流のモータで、電気角360°の間に3個のロータ磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置の例を示す図である。The three-phase, full-pitch winding, concentrated winding, and unidirectional current motor, which is an embodiment of the present invention, includes a cross section of a motor having three rotor magnetic poles between electrical angles of 360 ° and winding arrangements of each phase. It is a figure which shows an example. 本発明の実施形態である3相、全節巻、集中巻き、片方向電流のモータで、電気角360°の間に5個のロータ磁極を備えるモータの横断面と各相の巻線配置の例を示す図である。The three-phase, full-pitch winding, concentrated winding, and unidirectional current motor, which is an embodiment of the present invention, having a cross section of a motor having five rotor magnetic poles between electrical angles of 360 ° and winding arrangement of each phase It is a figure which shows an example. 図1に示したモータに比較し、ロータ磁極の円周方向幅を変えた例、スロットの開口部形状を変えた例、ロータ磁極内部にスリットを配置した例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example in which the circumferential width of the rotor magnetic pole is changed, an example in which the shape of the opening of the slot is changed, and an example in which a slit is arranged inside the rotor magnetic pole as compared with the motor shown in FIG. 1. ステータをSで示し、ロータをRで示し、横軸をステータ磁極の数Mと縦軸をロータ磁極の数Kとの組み合わせを示すモータ形式SM−RKが8S4Rの例の横断面を示す図である。The stator is indicated by S, the rotor is indicated by R, and the horizontal axis shows a cross section of an example in which the motor type SM-RK is a combination of the number M of the stator magnetic poles and the vertical axis shows the number K of the rotor magnetic poles 8S4R. is there. モータ形式が8S6Rで環状巻線であるモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the motor whose motor type is 8S6R and is an annular winding. モータ形式が10S4Rのモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the motor whose motor type is 10S4R. 図41のモータのスロット開口部を小さくし、ロータ磁極の円周方向幅を大きくしたモータの横断面を示す図である。FIG. 42 is a view showing a cross section of the motor in which the slot opening of the motor of FIG. 41 is reduced and the circumferential width of the rotor magnetic pole is increased. 図42のモータのロータを2分割したモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the motor which divided the rotor of the motor of FIG. 図43のモータの2分割したロータ片の相対的位置関係を変更したモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the motor which changed the relative positional relationship of the rotor piece divided into 2 of the motor of FIG. モータ形式が10S6Rのモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the motor whose motor type is 10S6R. モータ形式が10S8Rのモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the motor whose motor type is 10S8R. モータ形式が12S10Rのモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the motor whose motor type is 12S10R. モータ形式が14S4Rのモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the motor whose motor type is 14S4R. モータ形式が14S6Rのモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the motor whose motor type is 14S6R. モータ形式が14S8Rのモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the motor whose motor type is 14S8R. モータ形式が14S10Rのモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the motor whose motor type is 14S10R. モータ形式が14S12Rのモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the motor whose motor type is 14S12R. 図1のモータに対し、ステータ磁極幅とロータ磁極幅とが大きいモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of a motor with a larger stator magnetic pole width and rotor magnetic pole width with respect to the motor of FIG. 図9の6S2Rのモータへ円周方向幅の小さい補助突極磁極を付加したモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the motor which added the auxiliary salient pole magnetic pole with a small circumferential direction width | variety to the motor of 6S2R of FIG. 図54のモータを8極に多極化したモータのステータコアとロータコアの横断面を示す図である。FIG. 55 is a diagram showing a cross section of a stator core and a rotor core of a motor in which the motor of FIG. 54 is multipolarized to 8 poles. 図53のモータの各ロータ回転位置θrにおいて、CCWのトルクを発生する電流と磁束を示す横断面図である。FIG. 54 is a cross-sectional view showing current and magnetic flux that generate CCW torque at each rotor rotational position θr of the motor of FIG. 53; 図56のモータのロータ回転位置θrと各巻線の電流およびCCW方向のトルクの関係を示す図である。FIG. 57 is a diagram showing the relationship between the rotor rotational position θr of the motor of FIG. 56, the current of each winding, and the torque in the CCW direction. 本発明モータのステータ磁極幅、スロット開口部幅、ロータの主突極磁極幅、ロータの補助突極磁極幅の関係を示すモータ横断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the motor showing the relationship among the stator magnetic pole width, slot opening width, rotor main salient pole magnetic pole width, and rotor auxiliary salient pole magnetic pole width of the motor of the present invention. 円周方向に隣接するロータ磁極が相反する方向へのトルクを発生しない条件を示すモータ横断面図である。It is a motor cross-sectional view which shows the conditions which do not generate | occur | produce the torque to the direction where the rotor magnetic pole adjacent to the circumferential direction opposes. ロータの主突極磁極幅Hmと補助突極磁極幅Hhとスロット開口部幅Hsとの好ましい関係を示す表である。It is a table | surface which shows the preferable relationship between the main salient pole magnetic pole width Hm of a rotor, the auxiliary salient pole magnetic pole width Hh, and the slot opening part width Hs. ロータの形状を機械的に変形する例を示す図である。It is a figure which shows the example which deform | transforms the shape of a rotor mechanically. ロータの形状を機械的に変形する例を示す図である。It is a figure which shows the example which deform | transforms the shape of a rotor mechanically. 主突極磁極と補助突極磁極との円周方向配置が非対称な構造のモータ横断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a motor having a structure in which a circumferential arrangement of a main salient pole magnetic pole and an auxiliary salient pole magnetic pole is asymmetric. モータ形式が12S8Rのモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the motor whose motor type is 12S8R. 図1のモータを2倍に多極化し、1/2のロータ磁極を円周方向にシフトしたモータの横断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a motor in which the motor of FIG. 1 is doubled and the 1/2 rotor magnetic pole is shifted in the circumferential direction. ステータ磁極あるいはロータ磁極をスキューした構成あるいは変形した形状の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the structure which skewed or deform | transformed the stator magnetic pole or the rotor magnetic pole. ステータ磁極のロータに面する形状とロータ磁極のステータに面する形状とそれらの間に発生できるトルクの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the torque which can generate | occur | produce between the shape which faces the rotor of a stator magnetic pole, the shape which faces the stator of a rotor magnetic pole. ステータ磁極のロータに面する形状とロータ磁極のステータに面する形状とそれらの間に発生できるトルクの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the torque which can generate | occur | produce between the shape which faces the rotor of a stator magnetic pole, the shape which faces the stator of a rotor magnetic pole. スロット内の巻線配置と巻線形状の図である。It is a figure of winding arrangement and winding shape in a slot. ロータ磁極の円周方向側面、ロータ軸方向側面に導体を配置する構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure which arrange | positions a conductor to the circumferential direction side surface of a rotor magnetic pole, and a rotor axial direction side surface. ロータ磁極の円周方向端あるいはロータ軸方向端の軟磁性体内部へ導体を配置する構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure which arrange | positions a conductor inside the soft magnetic body of the circumferential direction end or rotor axial direction end of a rotor magnetic pole. ステータコアのロータ軸方向端に軟磁性体を付加する構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which adds a soft magnetic body to the rotor axial direction end of a stator core. ステータコアのロータ軸方向端に軟磁性体と永久磁石とを付加する構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which adds a soft magnetic body and a permanent magnet to the rotor axial direction end of a stator core. ステータコアを磁気的に負バイアスをすることにより通過可能な磁束量を増加する磁気特性を示す図である。It is a figure which shows the magnetic characteristic which increases the amount of magnetic flux which can pass by carrying out negative bias of a stator core magnetically. ステータコアのロータ軸方向端に軟磁性体とバイアス用励磁電流を通電する巻線とを付加する構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which adds the winding which supplies a soft magnetic body and the exciting current for bias to the rotor axial direction end of a stator core. スロットの開口部へ永久磁石を、ステータ磁極を通過する磁束とは反対方向となるような方向に配置する構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which arrange | positions a permanent magnet to the opening part of a slot in the direction opposite to the magnetic flux which passes a stator magnetic pole. ロータ磁極のロータ軸方向端に軟磁性体を付加する構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which adds a soft magnetic body to the rotor axial direction end of a rotor magnetic pole. ステータ磁極とロータ磁極の間のエアギャップを等価的に小さくする構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which makes the air gap between a stator magnetic pole and a rotor magnetic pole equivalent small. ロータ磁極へ巻線を追加し、ブラシとロータに取り付けたスリップリングを介して給電する構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which adds a coil | winding to a rotor magnetic pole and supplies electric power through the slip ring attached to the brush and the rotor. 本発明モータの巻線を接触器により切り替えることにより、広範囲な回転数範囲の運転を実現する方法を示す図である。It is a figure which shows the method of implement | achieving the driving | operation of a wide rotation speed range by switching the coil | winding of this invention motor with a contactor. スロット内の巻線線径を選択して電流密度の分布を変える方法、高磁束密度材の使用などによるスロット開口部近傍の漏れ磁束を低減する方法を示す図である。It is a figure which shows the method of reducing the leakage magnetic flux in the slot opening part vicinity by selecting the winding wire diameter in a slot, changing the distribution of current density, and using a high magnetic flux density material. 従来の3相交流モータのスロットと巻線配置の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the slot and winding arrangement | positioning of the conventional 3 phase alternating current motor. 図82のモータのコイルエンド近傍の形状を示す縦断面図である。FIG. 83 is a longitudinal sectional view showing a shape in the vicinity of a coil end of the motor of FIG. 82. 本発明の3相、4極のモータのロータ軸方向側面とコイルエンド部の巻線配置を示す図である。It is a figure which shows the winding arrangement | positioning of the rotor axial direction side surface and coil end part of the three-phase, four pole motor of this invention. 本発明の3相、6極のモータのロータ軸方向側面とコイルエンド部の巻線配置を示す図である。It is a figure which shows the coil | winding arrangement | positioning of the rotor axial direction side surface and coil end part of the 3-phase 6-pole motor of this invention. 図84のモータのAE−AE断面の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the AE-AE cross section of the motor of FIG. 図84のモータのAF−AF断面の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the AF-AF cross section of the motor of FIG. 本発明モータのスロットのロータ軸方向端近傍のコア形状と巻線形状を示す図である。It is a figure which shows the core shape and winding shape of the rotor axial direction vicinity of the slot of this invention motor. 図86、図87、図88に示すステータをロータ軸方向から見た側面図である。FIG. 89 is a side view of the stator shown in FIGS. 86, 87, and 88 viewed from the rotor axial direction. ステータコアを4分割する構成の本発明モータを示す図である。It is a figure which shows this invention motor of the structure which divides a stator core into four. 図15に示すモータの縦方向断面図の例である。It is an example of the longitudinal cross-sectional view of the motor shown in FIG. 図91のモータのステータとロータ支持構造について、それぞれを軸受けで軸方向の両側で支持する構成の縦断面図である。FIG. 92 is a longitudinal sectional view of a configuration in which the stator and rotor support structure of the motor of FIG. 91 are supported by bearings on both sides in the axial direction. 図92のモータにモータケースE1Dを付加した構成のモータの縦断面図である。FIG. 93 is a longitudinal sectional view of a motor having a configuration in which a motor case E1D is added to the motor of FIG. 92. 図52のモータの各巻線をバイファイラ巻き、あるいは、並列した2つのコイルとした構成のモータの横断面図である。FIG. 53 is a cross-sectional view of a motor having a configuration in which each winding of the motor of FIG. 52 is bifilar wound or two coils arranged in parallel. 図94のモータを3個のパワートランジスタで駆動する制御装置の構成を示す図である。FIG. 95 is a diagram showing a configuration of a control device that drives the motor of FIG. 94 with three power transistors. 図94のモータを3個のパワートランジスタで駆動する制御装置の構成を示す図である。FIG. 95 is a diagram showing a configuration of a control device that drives the motor of FIG. 94 with three power transistors. 図94のモータを3個のパワートランジスタで駆動する制御装置の構成を示す図である。FIG. 95 is a diagram showing a configuration of a control device that drives the motor of FIG. 94 with three power transistors. 本発明の3相のモータを駆動する制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control apparatus which drives the three-phase motor of this invention. ステータコアの側面に軟鉄と永久磁石を配置してロータとステータを通る磁束の量を制限する構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which arrange | positions soft iron and a permanent magnet on the side surface of a stator core, and restrict | limits the quantity of the magnetic flux which passes a rotor and a stator. スロットの開口部へ配置した永久磁石の磁束によりロータとステータを通る磁束の量を制限する構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which restrict | limits the quantity of the magnetic flux which passes along a rotor and a stator with the magnetic flux of the permanent magnet arrange | positioned to the opening part of a slot. 8個のパワートランジスタで構成する制御装置と3相のモータの巻線の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control apparatus comprised by eight power transistors, and the coil | winding of a three-phase motor. 12個のパワートランジスタで構成する制御装置と3相のモータの巻線の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control apparatus comprised by 12 power transistors, and the winding of a three-phase motor. 本発明の3相のモータで、ロータ磁極幅を75としてラジアル方向吸引力の回転に伴う変化を緩やかに行う方法を示す図である。It is a figure which shows the method of performing gradually the change accompanying rotation of radial attraction force by setting the rotor magnetic pole width to 75 in the three-phase motor of the present invention. 図103のモータの各相巻線の電流とトルクを示す図である。It is a figure which shows the electric current and torque of each phase winding of the motor of FIG. 図1のモータのロータ磁極幅を45°とし、ラジアル方向吸引力の回転に伴う変化を緩やかに行う方法を示す図である。It is a figure which shows the method of making the rotor magnetic pole width of the motor of FIG. 1 into 45 degrees, and performing the change accompanying rotation of radial attraction force gently. 図105のモータの各相巻線の電流とトルクを示す図である。It is a figure which shows the electric current and torque of each phase winding of the motor of FIG. 本発明のモータの電流と電圧とを各巻線の鎖交磁束情報を使用して精密で高速に制御する制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control apparatus which controls the electric current and voltage of the motor of this invention precisely and rapidly using the flux linkage information of each winding. モータを電流Iと電圧Vと各巻線の磁束鎖交数Ψと回転角速度ωrで表現することを示す図である。It is a figure which shows expressing a motor with the electric current I, the voltage V, the magnetic flux linkage number (PSI) of each winding, and rotational angular velocity (omega) r. モータの各巻線電流Iと各ロータ回転角θrの条件におけるモータの磁束鎖交数のデータをイメージとして示す表である。4 is a table showing, as an image, data on the number of magnetic flux linkages of a motor under conditions of each winding current I of the motor and each rotor rotation angle θr. モータの各トルクTと各ロータ回転角θrの条件におけるモータの磁束鎖交数Ψ、電流、電圧等のデータをイメージとして示す表である。4 is a table showing data such as the number of magnetic flux linkages Ψ, current, and voltage of the motor under the conditions of each motor torque T and each rotor rotation angle θr. 図107の制御装置へ、トルクの指令値からトルクの測定値を差し引いてフィードバックする構成を加えた制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control apparatus which added the structure which subtracts the measured value of a torque from the command value of a torque and feeds back to the control apparatus of FIG. 低速回転では主突極磁極と補助突極磁極とで交互にトルクを発生し、高速では主突極磁極でトルクを発生する構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which generates a torque alternately with a main salient pole magnetic pole and an auxiliary salient pole magnetic pole in low speed rotation, and generates a torque with a main salient pole magnetic pole at high speed. 低速回転では主突極磁極と補助突極磁極とで交互にトルクを発生し、高速になるに従い徐々にトルクの負担比率を変える特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic which produces | generates a torque alternately with a main salient pole magnetic pole and an auxiliary salient pole magnetic pole in low speed rotation, and changes the burden ratio of a torque gradually as it becomes high speed. ロータ回転位置θrと巻線の電流値と鎖交磁束の関係を示す図の例である。It is an example of the figure which shows the relationship between rotor rotational position (theta) r, the electric current value of a coil | winding, and a linkage flux. 図1等の本発明の3相のモータの各巻線のインダクタンス特性例を示す図である。It is a figure which shows the inductance characteristic example of each coil | winding of the three-phase motor of this invention, such as FIG. 従来のモータの縦断面を示す図である。It is a figure which shows the longitudinal cross-section of the conventional motor. 従来のモータの横断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the conventional motor. 図116、図117のモータの巻線図である。116 is a winding diagram of the motor of FIGS. 116 and 117. FIG. 3相交流インバータの構成と3相交流モータの結線関係を示す図である。It is a figure which shows the connection of a structure of a three-phase alternating current inverter, and a three-phase alternating current motor. 従来のスイッチトリラクタンスモータの巻線の構成と磁束の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the structure of the coil | winding of the conventional switched reluctance motor, and magnetic flux.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。本発明の実施形態のモータを図1に示す。A01、A02、A03、A04、A05、A06はステータ磁極であり、ステータ磁極の数Mは6である。A07、A08、A09、A0A、A0B、A0Cは、ステータ磁極に挟まれた各スロットである。A0DとA0GはA相巻線であり破線で示すA0Lはコイルエンド部の巻線経路を示している。巻線経路A0Lは円状のバックヨークの片側に配置しているが、半分づつ両側へ配置することもできる。各相の巻線には、電流のシンボルで示しているように、そのシンボルの方向の片方向電流を通電して制御する。則ち、交流ではなく、直流電流制御である。この巻線は、電気角180°ピッチで全節巻で巻回し、それぞれ1個のスロットに集中して巻回しているので集中巻きである。A0FとA0JはB相巻線であり破線で示すA0Mはコイルエンド部の巻線経路を示している。A0HとA0EはC相巻線であり破線で示すA0Nはコイルエンド部の巻線経路を示している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A motor according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. A01, A02, A03, A04, A05, A06 are stator magnetic poles, and the number M of stator magnetic poles is six. A07, A08, A09, A0A, A0B, and A0C are slots sandwiched between the stator magnetic poles. A0D and A0G are A-phase windings, and A0L indicated by a broken line indicates a winding path of the coil end portion. The winding path A0L is arranged on one side of the circular back yoke, but can also be arranged on both sides in half. Each phase winding is controlled by applying a one-way current in the direction of the symbol, as indicated by a current symbol. That is, it is not direct current but direct current control. These windings are concentrated windings because they are wound with full-pitch winding at an electrical angle of 180 ° pitch, and each winding is concentrated in one slot. A0F and A0J are B-phase windings, and A0M indicated by a broken line indicates a winding path of the coil end portion. A0H and A0E are C-phase windings, and A0N indicated by a broken line indicates a winding path of the coil end portion.

A0Zはロータ軸である。ロータはA0Kで示す突極状のロータ磁極を円周上に4個等間隔に配置している。ロータ磁極の数Kは4である。図1ではステータ磁極とロータ磁極の円周方向幅は、共に、電気角で30°の例を示している。A相の正の巻線中心からロータ磁極の反時計回転方向の端部までの角度をロータ回転位置θrとする。   A0Z is the rotor shaft. The rotor has four salient pole-shaped rotor magnetic poles indicated by A0K arranged at equal intervals on the circumference. The number K of rotor magnetic poles is four. FIG. 1 shows an example in which the circumferential widths of the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole are both 30 ° in electrical angle. The angle from the center of the positive winding of the A phase to the end of the rotor magnetic pole in the counterclockwise direction is defined as the rotor rotational position θr.

ここで、本発明で記述するモータのモデル形式に関する呼称方法について定義する。ステータ磁極の数Mで、ロータ磁極の数Kの場合、MSNRと呼称することとする。具体的な例として、ステータ磁極の数M=6で、ロータ磁極の数K=4の場合、モータのモデル形式を6S4Rと呼称することとする。   Here, the naming method related to the motor model format described in the present invention will be defined. When the number of stator magnetic poles is M and the number of rotor magnetic poles is K, it will be called MSNR. As a specific example, when the number of stator magnetic poles M = 6 and the number of rotor magnetic poles K = 4, the motor model type is referred to as 6S4R.

図1のロータ回転位置θrで反時計回転方向CCWのトルクTを生成する場合、巻線シンボルの通り、A相巻線A0Dへ紙面の表側から紙面の裏側へ、A相巻線A0Gへ紙面の裏側から紙面の表側へ直流電流Iaを通電し、C相巻線A0Hへ紙面の表側から紙面の裏側へ、C相巻線A0Eへ紙面の裏側から紙面の表側へ直流電流Icを通電することにより、太線の矢印A0Pで示す磁束が誘起され、ロータに反時計回転方向のトルクが生成する。この時、B相巻線A0F、A0Jへは電流Ibを流さない。また、太線の矢印A0Pで示す磁束と直角な方向、すなわち、ステータ磁極A02、A03とA05、A06の方向へは、電流IaとIcの起磁力が相殺しているので、磁束が発生しない。電流IaとIcの大きさが異なる場合は、その差分に比例した起磁力が作用するので、矢印A0Pで示す磁束と直角な方向へ磁束が誘起する。   When the torque T in the counterclockwise rotation direction CCW is generated at the rotor rotational position θr in FIG. 1, as shown in the winding symbol, the A-phase winding A0D is moved from the front side of the drawing to the back side of the drawing, and the A-phase winding A0G is turned on. By applying a direct current Ia from the back side to the front side of the paper surface, and applying a direct current Ic from the front side of the paper surface to the back side of the paper surface to the C phase winding A0H and from the back side of the paper surface to the front side of the paper surface to the C phase winding A0E. The magnetic flux indicated by the thick arrow A0P is induced, and torque in the counterclockwise direction is generated in the rotor. At this time, no current Ib flows through the B-phase windings A0F and A0J. Further, since the magnetomotive forces of the currents Ia and Ic cancel each other in the direction perpendicular to the magnetic flux indicated by the thick arrow A0P, that is, in the direction of the stator magnetic poles A02, A03 and A05, A06, no magnetic flux is generated. When the magnitudes of the currents Ia and Ic are different, a magnetomotive force proportional to the difference acts, so that the magnetic flux is induced in a direction perpendicular to the magnetic flux indicated by the arrow A0P.

A相、B相、C相の巻線の各電流Ia、Ib、Icに通電する制御装置の例を図2、図3に示す。各巻線の電流は直流であり、片方向電流なので、例えば、図2のように簡素な構成のインバータ(電流制御手段)とすることができる。561、562、563はそれぞれA相、B相、C相の巻線、564、565、566は電流を通電するトランジスタ、567、568、569はダイオードである。ダイオード567、568、569により集めた回生電流はコンデンサ56Cへ充電し、DC−DCコンバータであるトランジスタ56A、チョークコイルLdcc、ダイオード56Bにより電圧変換して直流電源53Aへ充電する。このDC−DCコンバータは良く使用されている一般的な構成であり、コンデンサ56Cへ充電された電荷をトランジスタ56AによりチョークコイルLdccへ電流Ircを通電し、この状態でトランジスタ56Aをオフする。この時、チョークコイルLdccにたまった磁気エネルギーは、ダイオード56Bを使用して電流Ircの形で直流電源53Aへ充電することが出来る。VMは直流電源53Aの電圧である。このようにしてモータの運動エネルギー、モータの磁気エネルギーを回生し、効率良く直流電源53Aへ回生する。   An example of a control device for energizing the currents Ia, Ib, and Ic of the A-phase, B-phase, and C-phase windings is shown in FIGS. Since the current of each winding is a direct current and a unidirectional current, for example, an inverter (current control means) having a simple configuration as shown in FIG. 2 can be obtained. Reference numerals 561, 562, and 563 denote A-phase, B-phase, and C-phase windings, 564, 565, and 566 denote transistors that conduct current, and 567, 568, and 569 denote diodes. The regenerative current collected by the diodes 567, 568, and 569 is charged into the capacitor 56C, and is converted into a voltage by the transistor 56A that is a DC-DC converter, the choke coil Ldcc, and the diode 56B, and is charged into the DC power supply 53A. This DC-DC converter has a common configuration that is often used. The transistor 56A supplies the current Irc to the choke coil Ldcc by the transistor 56A and turns off the transistor 56A. At this time, the magnetic energy accumulated in the choke coil Ldcc can be charged to the DC power supply 53A in the form of a current Irc using the diode 56B. VM is the voltage of the DC power supply 53A. In this way, the kinetic energy of the motor and the magnetic energy of the motor are regenerated and efficiently regenerated to the DC power source 53A.

なお、図2の回生電圧VHは、求められる回生特性に応じて設定することが可能である。特に、多極の本発明モータを高速で回転し使用する場合、電流を減少する時間の短縮が必要となる。電流の減少は巻線の磁気エネルギーの回生を意味し、前記回生電圧VHが大きいほど電流減少時間を短縮できる。また、前記DC−DCコンバータ等の変形も可能である。各トランジスタを保護するスナバ回路、逆方向電流阻止用のダイオードの追加なども必要に応じて行うことができる。   The regenerative voltage VH in FIG. 2 can be set according to the required regenerative characteristics. In particular, when the multi-pole motor of the present invention is rotated and used at a high speed, it is necessary to shorten the time for reducing the current. The decrease in current means regeneration of the magnetic energy of the winding, and the current decrease time can be shortened as the regeneration voltage VH increases. Further, the DC-DC converter or the like can be modified. A snubber circuit that protects each transistor, a diode for blocking reverse current, and the like can be added as necessary.

他の例として、図3は6個のトランジスタで3個の巻線の電流Ia、Ib、Icを制御するインバータである。84Dは直流電圧電源である。図1のA相巻線、B相巻線、C相巻線は図3の巻線87D、87E、87Fに相当する。例えば、巻線87Dへ電流を流す場合はトランジスタ871と872を制御して直流電圧の印加、回生、フライホイールの制御が可能である。877、878のダイオードは、巻線87Dへ電流を通電中に、両トランジスタ871、872をオフすることにより、巻線87Dのエネルギーを電源へ回生することができる。この時片方のトランジスタ、例えばトランジスタ872だけをオンすれば、巻線87D、トランジスタ872、ダイオード878のループでフライホイール電流を流すこともできる。B相巻線87E、トランジスタ873、874、ダイオード879、87Aについても同様な制御ができる。C相巻線87F、トランジスタ875、876、ダイオード87B、87Cについても同様な制御ができる。ただし、各3相巻線へは片方向の電流しか通電できない。また、モータの都合などにより各トランジスタへ負の電圧が印加される恐れがある場合は、図2のダイオード56Dに示すような保護ダイオードを、各トランジスタへ追加しても良い。本発明で他に示す片方向電流駆動用のインバータについても同様である。   As another example, FIG. 3 shows an inverter that controls currents Ia, Ib, and Ic of three windings with six transistors. 84D is a DC voltage power supply. The A-phase winding, B-phase winding, and C-phase winding in FIG. 1 correspond to the windings 87D, 87E, and 87F in FIG. For example, when a current is passed through the winding 87D, it is possible to control the transistors 871 and 872 to apply a DC voltage, regenerate, and control the flywheel. The diodes 877 and 878 can regenerate the energy of the winding 87D to the power source by turning off both the transistors 871 and 872 while the current is supplied to the winding 87D. At this time, if only one of the transistors, for example, the transistor 872 is turned on, a flywheel current can be passed through the loop of the winding 87D, the transistor 872, and the diode 878. The same control can be performed for the B-phase winding 87E, the transistors 873 and 874, and the diodes 879 and 87A. The same control can be performed for the C-phase winding 87F, the transistors 875 and 876, and the diodes 87B and 87C. However, only one-way current can be applied to each three-phase winding. In addition, when there is a possibility that a negative voltage is applied to each transistor due to the convenience of the motor, a protection diode as shown by a diode 56D in FIG. 2 may be added to each transistor. The same applies to the other one-way current driving inverter shown in the present invention.

また、図3のインバータにおいても、電流の減少時間を短縮するため、各ダイオードの接続先の電源を直流電源84Dとは別の電源とし、回生電圧を大きくすることも可能である。   Also in the inverter of FIG. 3, in order to shorten the current reduction time, it is possible to increase the regenerative voltage by using a power source connected to each diode as a power source different from the DC power source 84D.

次に、ロータの回転位置θrと各相巻線へ通電する電流について、反時計回転方向へ回転する場合の例を図4に示し説明する。図4の(a)は、図1と同じ回転位置θr=30°であり、前記のように、A相巻線A0D、A0GとC相巻線A0H、A0Eへ直流電流IaとIcを通電し、矢印で示す磁束を誘起し、反時計回転方向CCWのトルクTを発生する。この時、B相巻線A0F、A0Jへは通電しない。なお、図4の(a)の紙面で水平方向、すなわち、B相巻線A0FからA0Jの方向への起磁力は、前記電流IaとIcとが逆方向に作用し、相殺しているので、水平方向の磁束は励磁されない。また、この時、B相電流Ibは零であるが、B相巻線の電圧Vbは、矢印で示す磁束φがB相巻線に鎖交しており、電圧Vb=Nw×dφ/dtが発生する。ここで、Nwは巻線の巻回数である。   Next, the rotational position θr of the rotor and the current supplied to each phase winding will be described with reference to FIG. 4 (a) shows the same rotational position θr = 30 ° as in FIG. 1, and the DC currents Ia and Ic are applied to the A-phase windings A0D and A0G and the C-phase windings A0H and A0E as described above. A magnetic flux indicated by an arrow is induced to generate a torque T in the counterclockwise direction CCW. At this time, the B-phase windings A0F and A0J are not energized. Note that the magnetomotive force in the horizontal direction on the paper surface of FIG. 4A, that is, in the direction from the B-phase winding A0F to A0J, cancels because the currents Ia and Ic act in opposite directions. Horizontal magnetic flux is not excited. At this time, the B-phase current Ib is zero, but the voltage Vb of the B-phase winding is such that the magnetic flux φ indicated by the arrow is linked to the B-phase winding, and the voltage Vb = Nw × dφ / dt is appear. Here, Nw is the number of winding turns.

図4の(b)は、回転位置θr=45°であり、A相巻線A0D、A0GとB相巻線A0F、A0Jへ直流電流IaとIbを通電し、矢印で示す磁束φを誘起し、反時計回転方向のトルクTを発生する。C相巻線A0H、A0Eへは通電しない。   FIG. 4 (b) shows the rotational position θr = 45 °. The DC currents Ia and Ib are energized to the A-phase windings A0D and A0G and the B-phase windings A0F and A0J to induce the magnetic flux φ indicated by the arrows. A torque T in the counterclockwise rotation direction is generated. The C-phase windings A0H and A0E are not energized.

図4の(c)は、回転位置θr=60°であり、A相巻線A0D、A0GとB相巻線A0F、A0Jへ直流電流IaとIbを通電し、矢印で示す磁束を誘起し、反時計回転方向のトルクTを発生する。C相巻線A0H、A0Eへは通電しない。   (C) of FIG. 4 is the rotational position θr = 60 °, energizes the DC currents Ia and Ib to the A-phase windings A0D and A0G and the B-phase windings A0F and A0J, and induces the magnetic flux indicated by the arrows. Torque T in the counterclockwise direction is generated. The C-phase windings A0H and A0E are not energized.

図4の(d)は、回転位置θr=30°であり、B相巻線A0F、A0JとC相巻線A0H、A0Eへ直流電流IbとIcを通電し、矢印で示す磁束を誘起し、反時計回転方向のトルクTを発生する。A相巻線A0D、A0Gへは通電しない。このように、ロータ回転位置θrにより通電する巻線を変えながら、連続的に回転トルクを得ることができる。トルク発生は、磁気的にロータ磁極を吸引するステータ磁極の円周方向の両側のスロットの巻線へ決められた方向の電流Ia、Ib、Icを通電することにより、ステータ磁極とロータ磁極の間に磁束φを発生させ、回転トルクTを得ている。   (D) of FIG. 4 is the rotational position θr = 30 °, the DC currents Ib and Ic are passed through the B-phase windings A0F and A0J and the C-phase windings A0H and A0E, and the magnetic flux indicated by the arrows is induced. Torque T in the counterclockwise direction is generated. The A phase windings A0D and A0G are not energized. Thus, rotational torque can be continuously obtained while changing the winding to be energized according to the rotor rotational position θr. Torque is generated by applying currents Ia, Ib, and Ic in the determined direction to the windings of the slots on both sides in the circumferential direction of the stator magnetic pole that magnetically attracts the rotor magnetic pole, so that Rotational torque T is obtained by generating a magnetic flux φ.

この時、特徴的なことは、各巻線の電流Ia、Ib、Icが片方向電流で、かつ、各巻線とその電流が2つの異なる電磁気的作用に関わっていて兼用していることである。そして、2つの巻線が2つの独立した電力の供給経路となっていて、それぞれの巻線が独立して同時に直流電源からモータへ電力を供給している。各巻線が2個のステータ磁極の駆動に兼用できるということは、その巻線の電流を駆動するパワートランジスタも兼用できるということでもある。また、リラクタンストルクは、磁束の方向に関係なく同一方向の吸引力を発生する特徴も活かしている。これらの結果、後に示す、モータの小型化、制御装置のパワートランジスタの電流容量の低減を可能としている。そして、これらの特徴は、図1に示したモータ以外の後に示す他のモータ形式へも適用できる。   At this time, what is characteristic is that the currents Ia, Ib, and Ic of each winding are unidirectional currents, and each winding and its current are related to two different electromagnetic actions. The two windings serve as two independent power supply paths, and each winding independently supplies power from the DC power source to the motor at the same time. The fact that each winding can be used for driving two stator magnetic poles also means that a power transistor for driving the current of the winding can also be used. In addition, the reluctance torque also takes advantage of the feature of generating an attractive force in the same direction regardless of the direction of the magnetic flux. As a result, it is possible to reduce the size of the motor and reduce the current capacity of the power transistor of the control device, which will be described later. These features can be applied to other motor types shown later than the motor shown in FIG.

なお、本発明のモータは、両方向へ電流を通電できる両方向電流制御手段でも、当然、制御することができ、本発明は両方向電流制御手段を排除するものではない。後で述べるように、正負の両方向の電流を通電することにより、平均モータ出力トルクの向上、モータのピーク出力トルクの向上、モータの定出力特性の改善などが可能な場合もある。   The motor of the present invention can naturally be controlled by a bidirectional current control means capable of supplying current in both directions, and the present invention does not exclude the bidirectional current control means. As will be described later, by supplying current in both positive and negative directions, it may be possible to improve the average motor output torque, the motor peak output torque, the motor constant output characteristics, and the like.

次に、このモータの発生するトルクTについて定性的に考える。自動車用のモータにおいて、通常運転においてはモータに求められるトルクは最大トルクの1/2以下であって、最大トルクを使用する頻度は低く、最大トルク時のモータ効率はさほど問題にならない用途が少なからずある。このような用途でのモータの小型化、低コスト化は、最大トルクの特性が重要である。   Next, the torque T generated by the motor will be considered qualitatively. In motors for automobiles, the torque required for motors during normal operation is ½ or less of the maximum torque, and the frequency of using the maximum torque is low, and the motor efficiency at the maximum torque is not so problematic. There is. In order to reduce the size and cost of the motor in such applications, the maximum torque characteristic is important.

今、トルク特性について、ステータの歯とロータの突極が相互に対向している部分の軟磁性体が磁気飽和していない線形動作領域Aaと磁気飽和している非線形動作領域Asとに分けて、図1のモータモデルで、ロータ回転位置θr=30°近傍で考える。   Now, the torque characteristics are divided into a linear operation region Aa where the soft magnetic material of the portion where the stator teeth and the rotor salient poles face each other is not magnetically saturated, and a nonlinear operation region As where the magnetic saturation is performed. In the motor model of FIG. 1, the rotor rotation position θr is considered near 30 °.

軟磁性体の磁気的な線形動作領域Aaで、磁束密度をBx、各相の巻線巻回数Nw、A相巻線とC相巻線のそれぞれに通電する電流Ix、1相の巻線の電圧Vx、磁束密度の比例係数Kb、モータのロータ軸方向の厚みtc、ロータの回転角速度ωr、ロータ半径Rとすると、磁束密度Bxと鎖交磁束φは、概略的に、次式(1)〜(5)で与えられる。ただし、図1のA相電流IaとC相電流Icが一定でB相電流Ibが零とした条件である。時間はtで示す。   In the magnetic linear operation area Aa of the soft magnetic material, the magnetic flux density is Bx, the number of winding turns Nw of each phase, the current Ix that is passed through each of the A-phase winding and the C-phase winding, Ix, When voltage Vx, magnetic flux density proportional coefficient Kb, motor rotor axial thickness tc, rotor rotational angular velocity ωr, and rotor radius R, magnetic flux density Bx and interlinkage magnetic flux φ are roughly expressed by the following equation (1). It is given by (5). However, the A-phase current Ia and the C-phase current Ic in FIG. 1 are constant and the B-phase current Ib is zero. Time is indicated by t.

ωr=dθr/dt (1)
Vx=Nw×dφ/dt (2)
=Nw×dφ/dθr×dθr/dt (3)
=Nw×dφ/dθr×ωr (4)
Bx=Kb×Ix×Nw (5)
(4)の電圧式に表れる鎖交磁束φのロータ角度変化率dφ/dθrは、次式(6)及び(7)となる。
ωr = dθr / dt (1)
Vx = Nw × dφ / dt (2)
= Nw × dφ / dθr × dθr / dt (3)
= Nw × dφ / dθr × ωr (4)
Bx = Kb × Ix × Nw (5)
The rotor angle change rate dφ / dθr of the flux linkage φ expressed in the voltage formula of (4) is expressed by the following formulas (6) and (7).

dφ/dθr≒Δφ/Δθr
=(tc×ωr×Δt×R×Bx)/(ωr×Δt)
=(tc×ωr×Δt×R×Kb×Ix×Nw)/(ωr×Δt) (6)
=tc×R×Kb×Ix×Nw (7)
この時、入力電力Pinは、巻線抵抗Raを零、鉄損Pfeを零、モータの機械損を零と仮定し、ロータとステータとの間のエアギャップは十分小さいとし、次式(8)となる。
dφ / dθr≈Δφ / Δθr
= (Tc × ωr × Δt × R × Bx) / (ωr × Δt)
= (Tc * [omega] r * [Delta] t * R * Kb * Ix * Nw) / ([omega] r * [Delta] t) (6)
= Tc * R * Kb * Ix * Nw (7)
At this time, the input power Pin is assumed that the winding resistance Ra is zero, the iron loss Pfe is zero, and the mechanical loss of the motor is zero, and the air gap between the rotor and the stator is sufficiently small. It becomes.

Pin=2×Vx×Ix=2×Nw×dφ/dt×Ix (8)
ここで、係数の2は、A相巻線とC相巻線で電力を供給するので、片側の巻線の電力を計算し、2倍しているものである。
Pin = 2 × Vx × Ix = 2 × Nw × dφ / dt × Ix (8)
Here, the coefficient of 2 is that power is supplied by the A-phase winding and the C-phase winding, so the power of the winding on one side is calculated and doubled.

また、機械的な出力Poutは次式(9)となる。   The mechanical output Pout is expressed by the following equation (9).

Pout=T×ωr (9)
従って、これらの式から、線形動作領域AaにおけるモータのトルクTは次式(10)で与えられる。
Pout = T × ωr (9)
Therefore, from these equations, the torque T of the motor in the linear operation region Aa is given by the following equation (10).

T=2×Nw×dφ/dt×Ix/ωr
=2×Nw×dφ/dθr×dθr/dt×Ix/ωr
=2×Nw×(tc×R×Kb×Ix×Nw)×ωr×Ix/ωr
=2×Nw×tc×R×Kb×Nw×Ix (10)
線形動作領域AaでのトルクTは、磁束密度の比例係数Kbに比例し、電流Ixの二乗に比例する値となる。
T = 2 × Nw × dφ / dt × Ix / ωr
= 2 × Nw × dφ / dθr × dθr / dt × Ix / ωr
= 2 × Nw × (tc × R × Kb × Ix × Nw) × ωr × Ix / ωr
= 2 × Nw × tc × R × Kb × Nw × Ix 2 (10)
The torque T in the linear operation region Aa is proportional to the proportional coefficient Kb of the magnetic flux density and is a value proportional to the square of the current Ix.

図5に、図1などのリラクタンスモータの電流IxとトルクTの特性例を示す。図示する太線の特性Trmが代表的なトルク特性である。この図の原点から動作点Tnの領域は、モータの軟磁性体が磁気的にほぼ線形な領域で、電流とトルクが2次関数に近い特性となり、式(10)で示されるような領域である。動作点Tnからトルク飽和点Tsの領域の特性は、ステータ磁極とロータ磁極とが対向しているエアギャップ部近傍が2.0Tでその近辺の軟磁性体が磁気飽和に近い磁性領域であり、次に説明する領域である。動作点Tsより電流が大きい領域は、エアギャップの近傍だけでなく、バックヨークなどのモータ磁路のどこかが磁気飽和する領域である。このモータ磁路の磁気飽和領域では、電気エネルギーをモータの前記エアギャップ部に与えることが困難になっている領域でもある。   FIG. 5 shows a characteristic example of the current Ix and torque T of the reluctance motor shown in FIG. The characteristic Trm shown in the bold line is a representative torque characteristic. In this figure, the region from the origin to the operating point Tn is a region where the soft magnetic body of the motor is magnetically almost linear, and the current and torque have characteristics close to a quadratic function. is there. The characteristics of the region from the operating point Tn to the torque saturation point Ts are the magnetic region where the vicinity of the air gap where the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole face each other is 2.0 T, and the soft magnetic material in the vicinity thereof is close to magnetic saturation, This is an area to be described next. The region where the current is larger than the operating point Ts is not only in the vicinity of the air gap but also in a region where some part of the motor magnetic path such as the back yoke is magnetically saturated. In the magnetic saturation region of the motor magnetic path, it is also a region where it is difficult to give electric energy to the air gap portion of the motor.

図5の特性Tgsは、ステータ磁極とロータ磁極とが対向しているエアギャップ長を特性Trmのモータより1/2程度に小さくした特性である。このエアギャップ長を零に近ずけると特性Tgzに近ずく特性となる。また、特性Tspmは、図117に示すような表面磁石形の同期モータのトルク特性で、例えば、ネオジム、鉄、ボロンNdFeB系の永久磁石で1.2T程度に動作する例である。この磁束密度は、1.2T程度と軟磁性体の2.0Tより小さいが、永久磁石表面の磁束に位置依存性があり、各巻線の鎖交磁束φの回転変化率dφ/dθrは2倍に作用するので、特性Tgzより急勾配の特性となるように設計できる。例えば、ネオジム、鉄、ボロンNdFeB系の永久磁石の平均磁束密度が1.0Tの場合、図5の特性TspmとTgとは同じ勾配となる。これらの特性の勾配は、モータ設計の自由度がある。   The characteristic Tgs in FIG. 5 is a characteristic in which the length of the air gap where the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole face each other is reduced to about ½ that of the motor having the characteristic Trm. When the air gap length approaches zero, the characteristic approaches the characteristic Tgz. The characteristic Tspm is a torque characteristic of a surface magnet type synchronous motor as shown in FIG. 117, and is an example in which a neodymium, iron, or boron NdFeB based permanent magnet operates at about 1.2 T. The magnetic flux density is about 1.2T, which is smaller than 2.0T of the soft magnetic material, but the magnetic flux on the surface of the permanent magnet is position-dependent, and the rotational change rate dφ / dθr of the interlinkage magnetic flux φ of each winding is doubled. Therefore, it can be designed to have a steeper characteristic than the characteristic Tgz. For example, when the average magnetic flux density of a neodymium, iron, or boron NdFeB-based permanent magnet is 1.0 T, the characteristics Tspm and Tg in FIG. 5 have the same gradient. The gradient of these characteristics has the freedom of motor design.

一方、前記エアギャップ部近傍の軟磁性体が磁気飽和している非線形動作領域AsでのトルクTについて、飽和磁束密度をBsatとして求める。図5のトルク特性で動作点TnからTsの領域である。鎖交磁束φのロータ角度変化率dφ/dθrは次式(11)となる。   On the other hand, the saturation magnetic flux density is obtained as Bsat for the torque T in the nonlinear operation region As where the soft magnetic material in the vicinity of the air gap is magnetically saturated. This is the region from the operating point Tn to Ts in the torque characteristics of FIG. The rotor angle change rate dφ / dθr of the linkage flux φ is expressed by the following equation (11).

dφ/dθr≒Δφ/Δθr
=(tc×ωr×Δt×R×Bsat)/(ωr×Δt)
=tc×R×Bsat (11)
トルクを発生している巻線の電圧Vxは、次式(12)で与えられる。
dφ / dθr≈Δφ / Δθr
= (Tc × ωr × Δt × R × Bsat) / (ωr × Δt)
= Tc x R x Bsat (11)
The voltage Vx of the winding generating the torque is given by the following equation (12).

Vx=Nw×dφ/dt
=Nw×dφ/dθr×dθr/dt
=Nw×tc×R×Bsat×ωr (12)
モータの入力Pinおよび出力トルクTは次式(13)及び(14)となる。
Vx = Nw × dφ / dt
= Nw × dφ / dθr × dθr / dt
= Nw × tc × R × Bsat × ωr (12)
The input pin and output torque T of the motor are expressed by the following equations (13) and (14).

Pin=2×Vx×Ix=T×ωr (13)
=2×Nw×tc×R×Bsat×Ix×ωr (14)
トルクTは次式(15)で与えられる。
Pin = 2 × Vx × Ix = T × ωr (13)
= 2 × Nw × tc × R × Bsat × Ix × ωr (14)
Torque T is given by the following equation (15).

T=2×Nw×Vx×Ix/ωr
=2×Nw×tc×R×Bsat×ωr×Ix/ωr
=2×Nw×tc×R×Bsat×Ix (15)
軟磁性体の非線形動作領域AsでのトルクTは、飽和磁束密度Bsatと電流Ixに比例した値になる。図5のトルク特性では、動作点TnからTsの領域である。当然、この最大トルクTは各相の巻線巻回数Nw、モータのロータ軸方向の厚みtc、ロータ半径Rにも比例する。この結果から、モータの小型化、低コスト化を行うための重要な特性であるモータの最大トルクの特性は、飽和磁束密度Bsatに大きく依存することが定性的に推測できる。ただし、(11)式が成り立つ条件として、ステータとロータが対向する部分以外での磁気飽和は無いこと、図1のロータA0Kの円周方向の空間部の漏れ磁束密度が軟磁性体部の磁束密度に比較して十分に小さいことという条件が必要である。これらの条件については、比較するモータで同等であると仮定する。
T = 2 × Nw × Vx × Ix / ωr
= 2 × Nw × tc × R × Bsat × ωr × Ix / ωr
= 2 × Nw × tc × R × Bsat × Ix (15)
The torque T in the non-linear operation region As of the soft magnetic material is a value proportional to the saturation magnetic flux density Bsat and the current Ix. In the torque characteristics of FIG. 5, the region is from the operating point Tn to Ts. Naturally, the maximum torque T is also proportional to the number of windings Nw of each phase, the thickness tc of the motor in the rotor axial direction, and the rotor radius R. From this result, it can be qualitatively estimated that the maximum torque characteristic of the motor, which is an important characteristic for reducing the size and cost of the motor, greatly depends on the saturation magnetic flux density Bsat. However, as a condition for satisfying the expression (11), there is no magnetic saturation except for the portion where the stator and the rotor face each other, and the leakage magnetic flux density in the space portion in the circumferential direction of the rotor A0K in FIG. The condition that it is sufficiently small compared with the density is necessary. These conditions are assumed to be equivalent for the motors being compared.

また、各巻線に関わる磁気エネルギEwは、それぞれが次式(16)で表される。   The magnetic energy Ew related to each winding is expressed by the following equation (16).

Ew=1/2×Nw×φ×Ix (16)
例えば、図4の(a)の状態で、A相電流IaとC相電流Icが同じ値の電流Ixであるときには、A相巻線とC相巻線に(16)式のエネルギーが存在し、2巻線なので、モータ全体の磁気エネルギーは(16)式の2倍の磁気エネルギーとなる。この磁気エネルギーは電流を増加、減少するときに必要な電圧、電流、時間を計算するために必要となる。
Ew = 1/2 × Nw × φ × Ix (16)
For example, in the state of FIG. 4A, when the A-phase current Ia and the C-phase current Ic are the same value of current Ix, the energy of the equation (16) exists in the A-phase winding and the C-phase winding. Since there are two windings, the magnetic energy of the entire motor is twice that of the equation (16). This magnetic energy is needed to calculate the voltage, current and time required to increase and decrease the current.

モータの最大トルクは、モータとして動作する飽和磁束密度Bsatが重要であり、図1のリラクタンスモータの動作点では最大の磁束密度を利用していると言える。通常の電磁鋼板で構成すれば、2T(テスラ)程度の磁束密度を活用することができる。図117に示す従来の表面磁石形の3相交流同期モータと比較して説明する。この永久磁石をネオジム、鉄、ボロンNdFeB系の構成の高性能磁石と仮定し、平均磁束密度が1Tとすると、図117のステータの各歯の磁束密度は限界の2Tとなる。図117のモータのトルク発生に作用する磁束密度はステータの歯とスロットの平均磁束密度で作用するので、おおよそ、歯の飽和磁束密度Bsatの1/2である1Tで作用しており、図1のモータに比較し磁束密度の点では低い値となっている。しかし、図117の表面磁石形モータの各巻線の鎖交磁束の回転変化率は、図1のリラクタンスモータに比較し、2倍となる。2倍となる理由は良く知られているように、永久磁石の磁束は位置依存性が高く、リラクタンスモータは軟磁性体の範囲で磁束が自由に移動できることに起因する。結論として、図1に示すリラクタンスモータのトルクは図117に示す表面磁石形の3相交流同期モータに比較し、磁束密度の点では2倍だが、磁束の位置依存性の点では1/2となるので、合計では同等の値となると言える。ここで、ステータとロータ間のエアギャップは十分に小さく、図1のリラクタンスモータの励磁負担は小さいものと仮定している。また、図1のモータモデルで、ロータ回転位置θr=30°近傍でモータの最大トルクを出力する時、軟磁性体の飽和磁束密度Bsatの限界まで使用しているとも言える。   The saturation torque density Bsat operating as a motor is important for the maximum torque of the motor, and it can be said that the maximum magnetic flux density is used at the operating point of the reluctance motor of FIG. A magnetic flux density of about 2T (Tesla) can be utilized if it is made of a normal electromagnetic steel sheet. This will be described in comparison with the conventional surface magnet type three-phase AC synchronous motor shown in FIG. Assuming that this permanent magnet is a high-performance magnet having a neodymium, iron, or boron NdFeB-based configuration, and assuming that the average magnetic flux density is 1T, the magnetic flux density of each tooth of the stator in FIG. 117 is the limit of 2T. The magnetic flux density acting on the torque generation of the motor in FIG. 117 acts on the average magnetic flux density of the teeth and slots of the stator. Therefore, the magnetic flux density acts approximately 1T which is ½ of the saturation magnetic flux density Bsat of the teeth. It is a low value in terms of magnetic flux density as compared with the motor. However, the rotational change rate of the interlinkage magnetic flux of each winding of the surface magnet type motor of FIG. 117 is twice that of the reluctance motor of FIG. As is well known, the reason why the magnetic flux is doubled is that the magnetic flux of the permanent magnet is highly position dependent, and the reluctance motor can move freely within the range of the soft magnetic material. As a conclusion, the torque of the reluctance motor shown in FIG. 1 is twice that of the surface magnet type three-phase AC synchronous motor shown in FIG. 117, but is ½ in terms of the position dependency of the magnetic flux. Therefore, it can be said that the total is equivalent. Here, it is assumed that the air gap between the stator and the rotor is sufficiently small, and the excitation load of the reluctance motor of FIG. 1 is small. In the motor model of FIG. 1, when the maximum torque of the motor is output near the rotor rotational position θr = 30 °, it can be said that the soft magnetic material is used up to the limit of the saturation magnetic flux density Bsat.

次に図1に示すモータの駆動アルゴリズムについて図4に示し説明する。図4の(a)は図1と同じ位置であり、各電流Ia、Ib、Ic、磁束φ、トルクTは前記の通りであり、反時計回転方向のトルクTを発生する。次に、図4の(b)の回転位置θr=45°まで回転すると、A相電流IaとB相電流Ibとを通電することにより反時計回転方向CCWのトルクTを発生する。さらに図4の(c)の回転位置θr=60°の近辺でも、A相電流IaとB相電流Ibとを通電することにより反時計回転方向のトルクTを発生する。そして、図4の(d)の回転位置θr=75°まで回転すると、B相電流IbとC相電流Icとを通電することにより反時計回転方向のトルクTを発生する。以下同様に、図6に示すように、ロータの回転位置θrに応じて各相の電流Ia、Ib、Icを制御することにより連続的に回転トルクを発生し、回転することができる。反時計回転方向および時計回転方向の駆動が可能であり、また、力行、回生が可能である。   Next, the motor driving algorithm shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 4A is the same position as in FIG. 1, and the currents Ia, Ib, Ic, magnetic flux φ, and torque T are as described above, and torque T in the counterclockwise direction is generated. Next, when rotating to the rotational position θr = 45 ° in FIG. 4B, the torque T in the counterclockwise direction CCW is generated by energizing the A-phase current Ia and the B-phase current Ib. Further, even in the vicinity of the rotational position θr = 60 ° in FIG. 4C, the torque T in the counterclockwise rotation direction is generated by energizing the A-phase current Ia and the B-phase current Ib. And when it rotates to rotation position (theta) r = 75 degree of (d) of FIG. 4, the torque T of a counterclockwise rotation direction will be generate | occur | produced by supplying with electricity B phase current Ib and C phase current Ic. Similarly, as shown in FIG. 6, the rotational torque can be continuously generated and rotated by controlling the currents Ia, Ib, and Ic of each phase according to the rotational position θr of the rotor. Driving in the counterclockwise direction and the clockwise direction is possible, and power running and regeneration are possible.

図1、図4に示すモータの電流Ia、Ib、IcとトルクTa、Tb、Tc、Tmの関係を図6に示す。図6の(A)は図1の巻線A0DとA0Gへ通電するA相電流Iaである。図6の(C)は図4の巻線A0FとA0Jへ通電するB相電流Ibである。図6の(E)は図4の巻線A0HとA0Eへ通電するC相電流Icである。図6の(B)は図4のステータ磁極A01とA04がロータへ与えるトルクTaである。図6の(D)は図4のステータ磁極A03とA06がロータへ与えるトルクTbである。図6の(F)は図4のステータ磁極A05とA02がロータへ与えるトルクTcである。図6の(G)はトルクTa、Tb、Tcを加えた値で、ロータの回転トルクTmである。図1のモータモデルは理解が容易なように、ステータ磁極とロータ磁極の円周方向幅を30°で作図しているので、各ステータ磁極が発生するトルクが他の相へ移行する部分でトルクが低下するトルクTmとなっている。ステータ磁極とロータ磁極の円周方向幅を30°より大きくすることにより、トルクの乗り継ぎ部分のトルク低下を低減することができる。   FIG. 6 shows the relationship between the motor currents Ia, Ib and Ic shown in FIGS. 1 and 4 and the torques Ta, Tb, Tc and Tm. FIG. 6A shows an A-phase current Ia energized to the windings A0D and A0G in FIG. FIG. 6C shows a B-phase current Ib energized to the windings A0F and A0J of FIG. FIG. 6E shows a C-phase current Ic that is passed through the windings A0H and A0E of FIG. 6B shows the torque Ta applied to the rotor by the stator magnetic poles A01 and A04 of FIG. 6D shows the torque Tb applied to the rotor by the stator magnetic poles A03 and A06 in FIG. FIG. 6F shows the torque Tc applied to the rotor by the stator magnetic poles A05 and A02 of FIG. (G) in FIG. 6 is a value obtained by adding torques Ta, Tb, and Tc, and is the rotational torque Tm of the rotor. The motor model in FIG. 1 is drawn with the circumferential width of the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole at 30 ° so that it can be easily understood. Therefore, the torque generated by each stator magnetic pole is changed to the other phase. The torque Tm decreases. By making the circumferential width of the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole larger than 30 °, it is possible to reduce the torque drop at the torque transfer portion.

各相電流の通電、制御方法の基本的な例を図6に示した。しかし、必ずしもこの方法に限定されるわけではなく、各電流の位相、各電流の大きさなどを修正して、さらに効果的に駆動することもできる。例えば、ある程度以上の高速回転では各電流の増加、減少応答遅れが問題となるので、各相電流の位相を早めることは効果的である。巻線に同一の電流が流れている状態でも、回転位置によって磁束φの大きさが異なり、(16)式で示される磁気エネルギが異なる。また、各巻線に誘起する電圧は回転と共に発生する。従って、電流の増加は、磁気エネルギが小さく、巻線に正の電圧が誘起していない区間で電圧を印加すれば、電流の増加を早めることができる。その意味で、各電流の位相を進めることは、電流の応答遅れを改善するために効果的である。   A basic example of the current supply and control method for each phase current is shown in FIG. However, the present invention is not necessarily limited to this method, and it is possible to drive more effectively by correcting the phase of each current, the magnitude of each current, and the like. For example, in the case of high-speed rotation of a certain degree or more, increase and decrease in response of each current becomes a problem, and it is effective to advance the phase of each phase current. Even in the state where the same current flows through the winding, the magnitude of the magnetic flux φ varies depending on the rotational position, and the magnetic energy expressed by the equation (16) varies. Further, the voltage induced in each winding is generated with rotation. Therefore, the increase in current can be accelerated by applying a voltage in a section where the magnetic energy is small and no positive voltage is induced in the winding. In that sense, advancing the phase of each current is effective for improving the response delay of the current.

また、巻線に正確な電圧を正確な時間に与えるために、各巻線の鎖交磁束を推定計算し、巻線の電圧を計算し、正確な電圧をフィードフォワード制御により与えることができる。正確で、高速な応答の電流制御ができる。この制御方法については後に示す。   In addition, in order to give an accurate voltage to the winding at an accurate time, it is possible to estimate and calculate the interlinkage magnetic flux of each winding, calculate the winding voltage, and give the accurate voltage by feedforward control. Accurate and fast response current control. This control method will be described later.

また、各ステータ磁極の磁束は電磁気上、基本の考え方は、トルクを発生させる対象とするステータ磁極の円周方向両隣の2個のスロットに、それぞれ逆方向の向きの電流を通電するものであるが、電流の大きさが異なっていても良く、また、3個の巻線全てに電流を通電しても良い。   In addition, the magnetic flux of each stator magnetic pole is electromagnetic, and the basic idea is to pass currents in opposite directions to the two slots on both sides in the circumferential direction of the stator magnetic pole to be torque-generated. However, the magnitudes of the currents may be different, and the current may be supplied to all three windings.

また、図6でのA相電流Iaは、15°から75°まで一定電流を流し、75°から105°までは電流を零とし、以下同様のサイクルとなっている。B相電流IbはA相電流Iaに対して位相が30°遅れた関係となり、C相電流IcはB相電流Ibに対して位相が30°遅れた関係となっている。同時に2つの相の電流が流れるような関係となっていて、一つの相の電流が減少する時、他の一相の電流が増加する関係となっている。   Further, the A-phase current Ia in FIG. 6 flows a constant current from 15 ° to 75 °, the current is zero from 75 ° to 105 °, and the same cycle thereafter. The B-phase current Ib has a relationship delayed by 30 ° with respect to the A-phase current Ia, and the C-phase current Ic has a relationship delayed by 30 ° with respect to the B-phase current Ib. The relationship is such that two phase currents flow at the same time, and when one phase current decreases, the other one phase current increases.

また、原理的な考え方の他の1方法は、図6の破線で示すように、例えば15°の点で電流IaとIcを増加して通電し、45°の点で電流IaとIcを零Aに減少し、直後に電流IbとIa増加して通電し、75°の点で電流IbとIaを零Aに減少し、直後に電流IcとIb増加して通電し、105°の点で電流IcとIbを零Aに減少し、直後に電流IaとIc増加して通電し、135°の点で電流IaとIcを零Aに減少し、以下同様に通電することにより一定のトルクで反時計回転方向へ回り続けることができる。このようなアルゴリズムであれば、意図した方向の磁束だけが誘起される。なお、図6の破線で示す、一時的な電流の減少は、電流が零になるまで減少させるのではなく、その途中までの減少でもその効果が得られる。また、この時、ある回転以上の高速回転では、電流の応答性を向上するために、図6に示す電流位相より早める必要がある。   In addition, as shown by a broken line in FIG. 6, for example, another method in principle is to increase the currents Ia and Ic at a point of 15 °, for example, and to make the currents Ia and Ic zero at a point of 45 °. Immediately after that, the currents Ib and Ia are increased and energized. At the point of 75 °, the currents Ib and Ia are decreased to zero A. Immediately after that, the currents Ic and Ib are increased and energized, and at the point of 105 °. The currents Ic and Ib are decreased to zero A, and immediately after that, the currents Ia and Ic are increased and energized. At a point of 135 °, the currents Ia and Ic are decreased to zero A. It can continue to rotate counterclockwise. With such an algorithm, only the magnetic flux in the intended direction is induced. Note that the temporary decrease in current shown by the broken line in FIG. 6 does not decrease until the current becomes zero, but the effect can be obtained even when the current decreases halfway. Further, at this time, in high-speed rotation over a certain rotation, it is necessary to advance the current phase as shown in FIG. 6 in order to improve the current response.

また、これらと異なる方法として、1相の電流だけを通電した場合には、2つの経路に磁束が誘起するような状態が発生し、動作が複雑となる。また、3相の巻線に電流を通電した場合にもそれらの電流の大きさにより種々の電磁気的作用を作り出すことができる。逆にそれらの種々の電磁気的作用を組み合わせてトルク発生することもできる。   Further, as a method different from these, when only one phase current is applied, a state in which magnetic flux is induced in two paths occurs, and the operation becomes complicated. Also, when a current is passed through the three-phase windings, various electromagnetic effects can be created depending on the magnitude of the current. Conversely, torque can be generated by combining these various electromagnetic actions.

次に、図1に示すモータがCCWへ回転している場合に、ブレーキをかける、すなわち、回生制動を行う場合の動作について、図7、図8に示し、説明する。なお、トルクは電流にのみ依存し、回転方向、回転速度とは原理的に関係が無い。回転方向とトルク方向が一致していれば力行であり、回転方向とトルク方向が逆であれば回生の動作である。   Next, the operation when the brake is applied when the motor shown in FIG. 1 rotates to the CCW, that is, when the regenerative braking is performed will be described with reference to FIGS. The torque depends only on the current, and has no relation in principle with the rotation direction and the rotation speed. If the rotation direction and the torque direction coincide with each other, power running is performed, and if the rotation direction and the torque direction are opposite, regenerative operation is performed.

図7、図8のモータの電流Ia、Ib、Ic、ロータ回転角θrおよびトルクTa、Tb、Tc、Tmは、図1、図4、図6と同じである。図7の(a)のθr=60°では、ロータはCCWへ回転していて、CCWのトルクを発生するためには、A相巻線A0D、A0GへA相電流Iaを通電し、同時に、C相巻線A0H、A0EへC相電流Icを通電し、矢印で示す磁束を誘起してCW方向のトルクTを発生する。回転方向とトルクの発生方向とが逆方向であり、回生制動である。次に、図7の(b)の回転位置θr=75°まで回転すると、A相電流IaとB相電流Ibとを通電することによりその後のCWのトルクTを発生する準備をする。その回転角θr=75°から105°までは、図7の(c)の回転位置θr=90°に代表されるように、A相電流IaとB相電流Ibとを通電することによりCWのトルクTを発生する。そして、図4の(d)の回転位置θr=105°まで回転すると、B相電流IbとC相電流Icとを通電することにより、回転位置θrが105°から135°までの間CWのトルクTを発生するための準備をする。以下同様に、ロータの回転位置θrに応じて各相の電流Ia、Ib、Icを制御することにより連続的に回転トルクを発生し、回生制動を行うことができる。   The currents Ia, Ib, and Ic, the rotor rotation angle θr, and the torques Ta, Tb, Tc, and Tm of the motors shown in FIGS. 7 and 8 are the same as those shown in FIGS. At θr = 60 ° in FIG. 7A, the rotor is rotating to CCW, and in order to generate CCW torque, the A-phase current Ia is supplied to the A-phase windings A0D and A0G, A C-phase current Ic is applied to the C-phase windings A0H and A0E, and a magnetic flux indicated by an arrow is induced to generate a torque T in the CW direction. The direction of rotation and the direction of torque generation are opposite directions, which is regenerative braking. Next, when rotating to the rotational position θr = 75 ° in FIG. 7B, the A-phase current Ia and the B-phase current Ib are energized to prepare for generating the torque T of the subsequent CW. From the rotation angle θr = 75 ° to 105 °, as represented by the rotation position θr = 90 ° in FIG. 7C, the A-phase current Ia and the B-phase current Ib are energized to pass CW. Torque T is generated. Then, when rotating to the rotational position θr = 105 ° in FIG. 4 (d), the B-phase current Ib and the C-phase current Ic are energized, so that the CW torque is maintained between the rotational position θr and 105 ° to 135 °. Prepare to generate T. Similarly, by controlling the currents Ia, Ib, and Ic of each phase according to the rotational position θr of the rotor, it is possible to continuously generate rotational torque and perform regenerative braking.

図7に示したロータ回転位置θrと電流Ia、Ib、IcとトルクTの関係を図8に示す。ロータはCCWへ回転していて、CCWのトルクを発生する時の各相の電流Ia、Ib、IcとトルクTa、Tb、Tcである。なお、図8では、トルクTa、Tb、Tc回生トルクなので負の値で示している。また、図8の電流およびトルクは、図6で示した力行時のタイミングに比較して30°遅れた関係となっている。その理由は、図1のモータのCCWトルクの発生する角度とCWトルクの発生する角度とが30°ずれているためである。図8の(A)は図7のA相巻線A0DとA0Gへ通電するA相電流Iaである。図8の(C)は図7のB相巻線A0FとA0Jへ通電するB相電流Ibである。図8の(E)は図7のC相巻線A0HとA0Eへ通電するC相電流Icである。図8の(B)は図7のステータ磁極A01とA04がロータへ与えるトルクTaである。図8の(D)は図7のステータ磁極A03とA06がロータへ与えるトルクTbである。図8の(F)は図7のステータ磁極A05とA02がロータへ与えるトルクTcである。図8の(G)はトルクTa、Tb、Tcを加えた値で、ロータ全体の回転トルクTmである。   FIG. 8 shows the relationship between the rotor rotational position θr, currents Ia, Ib, Ic and torque T shown in FIG. The rotor rotates to CCW, and currents Ia, Ib, Ic and torques Ta, Tb, Tc of each phase when CCW torque is generated. In FIG. 8, since the torques Ta, Tb, and Tc are regenerative torques, they are shown as negative values. Further, the current and torque in FIG. 8 are in a relationship delayed by 30 ° compared to the timing at the time of powering shown in FIG. This is because the angle at which the CCW torque is generated and the angle at which the CW torque is generated in the motor of FIG. (A) of FIG. 8 is an A-phase current Ia energized to the A-phase windings A0D and A0G of FIG. (C) of FIG. 8 is the B-phase current Ib energized to the B-phase windings A0F and A0J of FIG. (E) in FIG. 8 is a C-phase current Ic energized to the C-phase windings A0H and A0E in FIG. FIG. 8B shows the torque Ta applied to the rotor by the stator magnetic poles A01 and A04 of FIG. 8D shows the torque Tb applied to the rotor by the stator magnetic poles A03 and A06 in FIG. FIG. 8F shows the torque Tc applied to the rotor by the stator magnetic poles A05 and A02 of FIG. (G) in FIG. 8 is a value obtained by adding torques Ta, Tb, and Tc, and is the rotational torque Tm of the entire rotor.

図7のモータモデルは理解が容易なように、ステータ磁極とロータ磁極の円周方向幅を30°で作図しているので、各ステータ磁極が発生するトルクが他の相へ移行する部分でトルクが低下するトルクTmとなっている。ステータ磁極とロータ磁極の円周方向幅を30°より大きくすることにより、トルクの乗り継ぎ部分のトルク低下を低減することができる。また、各相の電流は図8で示す各相の電流位相より少し早めの位相で増減した方が、各巻線に誘起する電圧の影響で、各相電流の増加および減少を早めることができる。また、ステータ磁極、ロータ磁極の特性にもよるが、図8に破線で示す様に、常に2相の電流が増減するように制御しても良い。   The motor model in FIG. 7 is drawn with the circumferential width of the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole being 30 ° so that the motor model can be easily understood. The torque Tm decreases. By making the circumferential width of the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole larger than 30 °, it is possible to reduce the torque drop at the torque transfer portion. Further, when the current of each phase is increased or decreased at a phase slightly earlier than the current phase of each phase shown in FIG. 8, the increase and decrease of each phase current can be accelerated due to the influence of the voltage induced in each winding. Further, although depending on the characteristics of the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole, as shown by the broken line in FIG.

この図1に示すモータとその制御装置の大きな特徴は、各巻線電流が直流であること、各巻線の電流が隣接する両隣のステータ磁極のトルク発生に寄与できる構成で兼用していること、3個の直流電流の増減で時計回転方向CWと反時計回転方向CCW及び正トルクと逆トルクの4象限運転が可能なことである。   The major features of the motor and its control device shown in FIG. 1 are that each winding current is a direct current, and that the current of each winding is also used in a configuration that can contribute to the torque generation of the adjacent stator magnetic poles. The four-quadrant operation of the clockwise direction CW and the counterclockwise direction CCW and the positive torque and the reverse torque is possible by increasing or decreasing the number of direct currents.

これらの特性は、モータ構成と制御装置構成が密接な関係となっていて、インバータの小型化を実現することができる。図2の制御装置の場合の例を挙げて説明する。直流電源53Aの電圧が200Vで、各トランジスタの電流容量が10Aであると仮定する。今、図1に示すモータのロータがある回転数ωrで回転していて、図4の(a)に示す回転位置θr=30°にさしかかった回転位置であり、A相巻線A0D、A0Gすなわち巻線561とC相巻線A0H、A0Eすなわち巻線563のそれぞれの巻線へ10Aの電流が通電されると仮定する。この時、ステータ磁極と対向するロータ磁極との間の磁束密度は、10Aの電流により磁気飽和していて飽和磁束密度である約2.0Tであるものとする。A相巻線とC相巻線の電圧Vxは(12)式で示される。ここで、図4の(a)に図示して示されるように、A相巻線とC相巻線の鎖交磁束φは同じ値であり、鎖交磁束φの回転変化率dφ/dtも同じ値である。そして、(12)式で表される電圧が丁度200Vであると仮定する。この時、インバータの出力であり、モータの入力出もある電力P1は、次式(17)となる。   In these characteristics, the motor configuration and the control device configuration are closely related, and the downsizing of the inverter can be realized. An example in the case of the control device of FIG. 2 will be described. Assume that the voltage of the DC power supply 53A is 200V and the current capacity of each transistor is 10A. Now, the rotor of the motor shown in FIG. 1 is rotating at a certain rotational speed ωr, and is the rotational position approaching the rotational position θr = 30 ° shown in FIG. 4A, and the A-phase windings A0D, A0G, It is assumed that a current of 10 A is passed through winding 561 and C-phase windings A0H and A0E, that is, windings 563, respectively. At this time, it is assumed that the magnetic flux density between the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole facing the stator is about 2.0 T, which is magnetically saturated with a current of 10 A and is the saturation magnetic flux density. The voltage Vx of the A-phase winding and the C-phase winding is expressed by equation (12). Here, as shown in FIG. 4A, the interlinkage magnetic flux φ of the A-phase winding and the C-phase winding has the same value, and the rotational change rate dφ / dt of the interlinkage magnetic flux φ is also the same. It is the same value. Then, it is assumed that the voltage represented by the equation (12) is just 200V. At this time, the electric power P1, which is the output of the inverter and the input / output of the motor, is expressed by the following equation (17).

P1=(200V)×(10A)×(2巻線) (17)
=4000 [ W ]
一方、図119に示すインバータは従来の3相交流インバータであり、通常良く使用されている。そして、このインバータに接続した3相交流モータを星形結線したものとについて、その最大出力について検証する。直流電源84Dの電圧は200Vとし、各トランジスタの電流容量は10Aとする。例えば、U相巻線834からV相巻線835へ200Vを印加し、最大電流10Aを通電したと仮定すると、その時の出力P2は次式(18)及び(19)となる。
P1 = (200V) × (10A) × (2 windings) (17)
= 4000 [W]
On the other hand, the inverter shown in FIG. 119 is a conventional three-phase AC inverter and is usually used well. And about the thing which star-connected the three-phase AC motor connected to this inverter, the maximum output is verified. The voltage of the DC power supply 84D is 200V, and the current capacity of each transistor is 10A. For example, assuming that 200 V is applied from the U-phase winding 834 to the V-phase winding 835 and a maximum current of 10 A is applied, the output P2 at that time is expressed by the following equations (18) and (19).

P2=(200V)×(10A) (18)
=2000 [ W ] (19)
なお、U相巻線834からV相巻線835とW相巻線836とへ半分づつ通電する場合もおおよそ同程度の電力供給である。すなわち、図119のシステムにおいて、モータ巻線の誘起電圧が直流電源84Dに近い値の時で、使用しているトランジスタの最大電流と3相正弦波電流のピーク電流とが同じになる程度に3相正弦波電流を通電すると、3相電流の位相に関わらず、おおよそ同程度のモータ出力が得られる。
P2 = (200V) × (10A) (18)
= 2000 [W] (19)
Note that the same amount of power is supplied when the U-phase winding 834 is energized in half from the V-phase winding 835 and the W-phase winding 836. That is, in the system of FIG. 119, when the induced voltage of the motor winding is a value close to the DC power supply 84D, the maximum current of the transistor being used and the peak current of the three-phase sine wave current are 3 When a phase sine wave current is applied, approximately the same motor output can be obtained regardless of the phase of the three-phase current.

図1のモータと図2の制御装置の組み合わせと図119の通常の3相交流モータとインバータとを比較すると、3個のトランジスタで4000Wの出力と6個のトランジスタで2000Wの出力であり、トランジスタ1個あたりの出力を比較すると、4倍となる。同一出力の条件で比較すると、図1のモータと図2の制御装置は、半分のトランジスタ数の3個で済み、かつ、トランジスタの電流容量は半分の5Aで、同一出力の2000Wを出力できることになる。   When the combination of the motor of FIG. 1 and the control device of FIG. 2 is compared with the normal three-phase AC motor of FIG. 119 and the inverter, the output of 4000 W is 3 transistors and the output of 2000 W is 6 transistors. When the output per one is compared, it becomes four times. Comparing under the same output conditions, the motor of FIG. 1 and the control device of FIG. 2 can be three transistors, which is half the number of transistors, and the current capacity of the transistors is half 5A, and can output 2000 W of the same output. Become.

なおここで、図2の構成では、トランジスタ56Aなどで構成するDC−DCコンバータが必要であり、トランジスタ564、565、566の耐電圧は200Vより大きな値が必要であることには注意を要する。   Note that in the configuration of FIG. 2, a DC-DC converter including the transistor 56A or the like is necessary, and it should be noted that the withstand voltages of the transistors 564, 565, and 566 need to be greater than 200V.

自動車用のバッテリ電圧12Vで自動車の補機用のモータは、通常50個から100個以上も使用されている。図2のDC−DCコンバータを複数のモータで共用し、各モータの駆動をそれぞれ3個のトランジスタで駆動する場合、駆動装置を大幅に簡素化できる。   In general, 50 to 100 or more motors for automobile auxiliary machines with a battery voltage of 12V are used. When the DC-DC converter of FIG. 2 is shared by a plurality of motors and the driving of each motor is driven by three transistors, the driving device can be greatly simplified.

また、電気自動車、ハイブリッド自動車等において、自動車駆動用に2個以上のモータが使用されることも多い。通常、市街地走行モードでの燃費、即ち駆動効率が問題とされる。自動車の種類にもよるが、市街地走行モードではモータの最大トルクの1/2以下であることが多い。従って、回生時のモータ側発電容量、即ち、回生容量は急加速時の最大出力容量に比較して1/2以下の容量で十分である。自動車が急減速しなければならないときには、安全上の観点でも、機械式のブレーキ機能を併用して使用すれば良いと考えることが出来る。その様な観点で、図2に示すようなDC−DCコンバータは、複数のモータで共用することが可能であり、1台のモータ駆動用の駆動回路は、3個のトランジスタ564、565、566と3個のダイオード567、568、569であると見ることが出来る。従って、図2の破線に示すインバータはトランジスタ3個とダイオード3個でモータを1台駆動することが可能な簡素なインバータであり、低コスト化が可能である。同時に、電流の順方向電圧降下、回生時のダイオードでの電圧降下も、図119に示すような通常の3相交流インバータに比較すると、約l/2であり、効率が良く、発熱が少ないという点でもインバータの小型化が可能である。   Moreover, in an electric vehicle, a hybrid vehicle, etc., two or more motors are often used for driving a vehicle. Usually, the fuel consumption in the city driving mode, that is, the driving efficiency is a problem. Although it depends on the type of automobile, it is often less than or equal to ½ of the maximum motor torque in the urban driving mode. Accordingly, a motor-side power generation capacity during regeneration, that is, a regeneration capacity, that is 1/2 or less of the maximum output capacity during rapid acceleration is sufficient. When an automobile must decelerate rapidly, it can be considered that it is sufficient to use a mechanical brake function together from the viewpoint of safety. From such a viewpoint, the DC-DC converter as shown in FIG. 2 can be shared by a plurality of motors, and a driving circuit for driving one motor has three transistors 564, 565, 566. And three diodes 567, 568 and 569. Therefore, the inverter shown by the broken line in FIG. 2 is a simple inverter that can drive one motor by three transistors and three diodes, and can reduce the cost. At the same time, the forward voltage drop of the current and the voltage drop at the diode during regeneration are about l / 2 compared to a normal three-phase AC inverter as shown in FIG. 119, which is efficient and generates little heat. In this respect, the inverter can be downsized.

次に、図3に示す制御装置の場合について説明する。直流の3相インバータである。84Dは直流電圧源である。87DはA相巻線でトランジスタ871と872で駆動する。87EはB相巻線でトランジスタ873と874で駆動する。87FはC相巻線でトランジスタ875と876で駆動する。そして、各巻線の前後には回生用のダイオードを取り付けている。図3の制御装置の場合、図2で示したようなDC−DCコンバータは不要となる。   Next, the case of the control device shown in FIG. 3 will be described. This is a DC three-phase inverter. 84D is a DC voltage source. 87D is an A-phase winding and is driven by transistors 871 and 872. 87E is a B-phase winding and is driven by transistors 873 and 874. 87F is a C-phase winding and is driven by transistors 875 and 876. Regenerative diodes are attached before and after each winding. In the case of the control device of FIG. 3, the DC-DC converter as shown in FIG. 2 is not necessary.

今、直流電圧源84Dの電圧が200Vで、各トランジスタの電流容量が10Aの時、A相巻線とC相巻線に最大電圧、最大電流を出力するとき、最大出力P3は、次式(20)のようになる。   Now, when the voltage of the DC voltage source 84D is 200V and the current capacity of each transistor is 10A, when the maximum voltage and the maximum current are output to the A-phase winding and the C-phase winding, the maximum output P3 is expressed by the following formula ( 20).

P3=(200V)×(10A)×(2巻線) (20)
=4000 [ W ]
前記の図119の3相交流インバータへ3相交流モータを星形結線で接続した構成では、最大出力P2が2000Wだったので、図1のモータと図3では2倍出力できることになる。同一出力の場合、1/2の電流容量すなわち5Aの電流容量で同程度の出力が可能なことになる。モータシステムとして、この場合にも従来のモータシステムに比較して大幅な低コスト化が可能となる。
P3 = (200V) × (10A) × (2 windings) (20)
= 4000 [W]
In the configuration in which the three-phase AC motor is connected to the three-phase AC inverter shown in FIG. 119 with a star connection, the maximum output P2 is 2000 W. Therefore, the motor shown in FIG. 1 and FIG. In the case of the same output, the same level of output is possible with a current capacity of 1/2, that is, a current capacity of 5A. As a motor system, the cost can be significantly reduced in this case as compared with the conventional motor system.

図120に示すスイッチトリラクタンスモータなど外観状は似ている部分もあるモータとその制御装置の提案が公知特許あるいは学会発表などで知られているが、インバータの電流容量を1/4あるいは1/2とできる提案は、直流モータシステム以外には無く、本発明のモータと制御装置は今までに存在しないモータシステムである。   A proposal of a motor having a similar appearance such as a switched reluctance motor shown in FIG. 120 and its control device is known from a publicly known patent or conference presentation, but the current capacity of the inverter is reduced to 1/4 or 1 / There is no proposal other than the DC motor system, and the motor and control device of the present invention is a motor system that has not existed so far.

なお、直流モータの場合でも、その可変速4象限運転には4個のトランジスタが必要である。そして、その各トランジスタの電流容量は、本発明モータと図3の制御装置で使用するトランジスタの電流容量の2倍の電流容量が必要であり、本発明のモータシステムの制御装置の方が相対的に6/(4×2)=6/8の電流容量となり、低コスト化、小型化が可能である。また、直流モータの場合と、図1の本発明モータと図2の制御装置の組み合わせの場合には、3/8の電流容量となり、さらに低コスト化が可能である。   Even in the case of a DC motor, four transistors are required for the variable speed four-quadrant operation. The current capacity of each transistor must be twice the current capacity of the transistor used in the motor of the present invention and the control device of FIG. 3, and the control device of the motor system of the present invention is relatively 6 / (4 × 2) = 6/8, and the cost can be reduced and the size can be reduced. Further, in the case of the DC motor and in the case of the combination of the motor of the present invention in FIG. 1 and the control device in FIG. 2, the current capacity becomes 3/8, and the cost can be further reduced.

図1、図2、図3に示すモータシステムは、そのモータ特性からインバータを低コスト化、小型化できることについて説明したが、その他の特徴について以下に説明する。図1のモータは高価な希土類磁石を使用しないので安価であり、希土類金属の資源枯渇問題および価格高騰の問題も無い。図120のスイッチトリラクタンスモータに比較して、スロット内の巻線の太さを2倍にできるので巻線抵抗が小さい。ただし、図1のモータはコイルエンドが長い点が不利である点には注意を要し、ステータコアのロータ軸方向積厚が小さいモータでは多極化によりその負担を軽減する必要がある。図1のモータはロータが堅牢なので、高速回転を使用することが物理的に容易であり、高出力化が可能である。図1のモータのトルクは、ステータ磁極とロータ磁極との間に発生する吸引力を使用するもので、トルク発生原理が簡単であり、比較的トルクリップルの小さな特性を得易く、その点では低振動、低騒音とすることができる。但し、ラジアル方向の吸引力の急激な変動はステータコアの振動を引き起こすので注意を要する。図1のモータはリラクタンスモータなので、永久磁石を使用しておらず、電流を通電しないときにモータ内部で磁束は存在しないので、モータが連れ周りの状態で空転運転にあるときに不要な鉄損を発生することがない。これは、ハイブリッド自動車などに使用されて高速走行中にガソリンエンジンで走行する場合などに発生し、問題となり、重要な特性である。   The motor system shown in FIGS. 1, 2, and 3 has been described as being able to reduce the cost and size of the inverter due to its motor characteristics. Other features will be described below. The motor of FIG. 1 is inexpensive because it does not use expensive rare earth magnets, and there is no problem of rare earth metal resource depletion and price increase. Compared with the switched reluctance motor of FIG. 120, the thickness of the winding in the slot can be doubled, so the winding resistance is small. However, the motor of FIG. 1 is disadvantageous in that it has a long coil end, and it is necessary to reduce the burden by increasing the number of poles in a motor having a small stator core axial thickness. Since the motor of FIG. 1 has a robust rotor, it is physically easy to use high-speed rotation, and high output is possible. The torque of the motor in FIG. 1 uses the attractive force generated between the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole, and the principle of torque generation is simple, and it is easy to obtain a characteristic with a relatively small torque ripple. Vibration and low noise can be achieved. However, it should be noted that sudden fluctuations in the suction force in the radial direction cause vibration of the stator core. Since the motor shown in FIG. 1 is a reluctance motor, no permanent magnet is used, and no magnetic flux is present inside the motor when no current is applied. Will not occur. This occurs when a gasoline engine is used for a hybrid vehicle or the like and travels with a gasoline engine during high-speed traveling.

なお、本発明の例について説明したが、種々の変形、複合が可能である。以下に、各種の変形の例について説明する。まず、図1に示すモータを始め、本発明で図示するモータの形状は1例を示しているので、種々の変形が可能である。ステータ磁極の円周方向幅Htは、例えば、ステータ磁極の数M=6の時、、構成の解りやすさのため、Ht=360°/(6×2)=30°として図示しているが、このHtとロータ磁極幅Hrを30°より大きな角度とすることにより、そのステータ磁極がトルクを発生する円周方向幅を大きくすることができる。そして、ロータ磁極幅Hrを30°以上として、電流の切り替え部でより連続的な回転トルクを発生させることができる。   In addition, although the example of the present invention has been described, various modifications and combinations are possible. Below, the example of various deformation | transformation is demonstrated. First, the shape of the motor illustrated in the present invention including the motor shown in FIG. 1 is an example, and various modifications are possible. For example, when the number of stator magnetic poles M = 6, the circumferential width Ht of the stator magnetic poles is illustrated as Ht = 360 ° / (6 × 2) = 30 ° for easy understanding of the configuration. By setting the angle Ht and the rotor magnetic pole width Hr to an angle larger than 30 °, the circumferential width in which the stator magnetic pole generates torque can be increased. Then, the rotor magnetic pole width Hr is set to 30 ° or more, and more continuous rotational torque can be generated at the current switching unit.

また逆に、各相巻線の電流の増加を容易にするためには、ステータ磁極とロータ磁極とが対向していない回転位置θrでそのスロットの円周方向両隣のスロットの巻線に電流を供給すればよい。その目的のためには、ステータ磁極幅Htとロータ磁極幅Hrが30°より小さい方が都合がよい。結論として、種々の駆動方法により、HtとHrの値を選択が必要であり、いずれの場合も本発明に含むものである。   Conversely, in order to facilitate the increase of the current of each phase winding, current is applied to the windings of the slots adjacent to each other in the circumferential direction of the slot at the rotational position θr where the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole do not face each other. What is necessary is just to supply. For that purpose, it is advantageous that the stator magnetic pole width Ht and the rotor magnetic pole width Hr are smaller than 30 °. In conclusion, it is necessary to select the values of Ht and Hr by various driving methods, and both cases are included in the present invention.

また、スロットの開口部の広さを小さくし、同期電動機のように駆動することもできる。また、ロータ磁極は円周方向に均等に配置し、その円周方向幅は一定の幅のモデルを図1へ示しているが、トルクリップルを低減するために不均等配置であったり、低速回転での駆動方法と高速回転での駆動方法とを、トルクの発生あるいは振動低減などのために幅の広いロータ磁極と幅の狭いロータ磁極を配置することもできる。   Further, the width of the opening of the slot can be reduced, and the slot can be driven like a synchronous motor. In addition, the rotor magnetic poles are arranged uniformly in the circumferential direction, and a model with a constant circumferential width is shown in FIG. 1, but in order to reduce torque ripple, the rotor magnetic poles are arranged unevenly or at low speed. As for the driving method in the above and the driving method at high speed rotation, a wide rotor magnetic pole and a narrow rotor magnetic pole can be arranged for generating torque or reducing vibration.

また、ステータ磁極、ロータ磁極の形状についても、図1では単純な突極形状を示しているが、軸方向、円周方向、ラジアル方向に種々変形が可能である。特に、各ステータ磁極とロータ磁極の円周方向両端近傍で、ステータとロータとの間のエアギャップが大きくなるようにラジアル方向に変形することにより、ロータ磁極がステータ磁極にさしかかるときの磁束の急激な変化を低減し、ラジアル方向吸引力の急激な変化による振動、騒音を低減することができる。   The shape of the stator magnetic pole and rotor magnetic pole is also shown in FIG. 1 as a simple salient pole shape, but can be variously modified in the axial direction, the circumferential direction, and the radial direction. In particular, in the vicinity of both ends of each stator magnetic pole and rotor magnetic pole in the circumferential direction, the magnetic flux is rapidly increased when the rotor magnetic pole approaches the stator magnetic pole by deforming in the radial direction so that the air gap between the stator and the rotor is increased. Therefore, vibration and noise due to a sudden change in the radial suction force can be reduced.

また、各相の電流の値についても、図4、図11等に、基本的なアルゴリズムとしてON、OFF的に示しているが、吸引力の差で駆動することができるので、例えば全ての巻線に電流を通電し、各電流の差でトルクを発生させることもできる。すなわち、図4、図11等で示したA相、B相、C相の各巻線電流Ia、Ib、Icへある重畳電流Isetを重畳させ、加える方法である。前記重畳電流Isetの値は、一定の電流値とする、あるいは、電流振幅値の一定割合の電流値とする、制御条件により規定するなどの種々方法が可能である。また、この重畳電流Isetは、全ステータ磁極の磁束を励磁する界磁電流と考えることもできる。   Also, the current values of the respective phases are shown as ON and OFF as basic algorithms in FIGS. 4 and 11 and the like, but since they can be driven by the difference in attractive force, for example, all windings It is also possible to apply a current to the wire and generate torque by the difference between the currents. That is, this is a method of superimposing and adding a superimposed current Iset to each of the A-phase, B-phase, and C-phase winding currents Ia, Ib, and Ic shown in FIGS. The superposed current Iset can be set to a constant current value or a current value at a constant ratio of the current amplitude value, or can be defined by various control conditions. The superimposed current Iset can also be considered as a field current that excites the magnetic flux of all the stator magnetic poles.

この重畳電流Isetは、モータ形式により長所、短所がある。例えば、本発明モータの一つの課題はモータの振動と騒音である。この課題の原因の一つは、モータのラジアル方向の吸引力の回転に伴う変化、電流の増減に伴う吸引力の変化である。この点で、各ステータ磁極をある程度励磁しておくことににより、ラジアル方向吸引力の変動を低減し、振動と騒音を低減することができる。また、各巻線電流Ia、Ib、Icの増減時の応答性を改善できる場合もある。   This superimposed current Iset has advantages and disadvantages depending on the motor type. For example, one problem with the motor of the present invention is vibration and noise of the motor. One of the causes of this problem is a change accompanying the rotation of the suction force in the radial direction of the motor and a change in the suction force accompanying an increase / decrease in current. In this respect, by exciting each stator magnetic pole to some extent, it is possible to reduce fluctuations in the radial attractive force and reduce vibration and noise. In some cases, the response when the winding currents Ia, Ib, and Ic increase or decrease can be improved.

また、モータトルクTは、図4、図11等に示したときに一定トルクで、トルクリップルが零となるわけではない。漏れ磁束、軟磁性体の非線形性などがあるため、モータトルクTは、正確には、各電流値Ia、Ib、Icとロータの電気角の位相角θreに依存した複雑な関数、値となる。従って、モータが一定のトルクTを発生しながら回転するためには、図6、図12に示すような各相電流Ia、Ib、Icにトルク誤差を補正するような電流を加えた電流とする必要がある。   Further, the motor torque T is a constant torque as shown in FIGS. 4 and 11 and the torque ripple does not become zero. Due to leakage magnetic flux, soft magnetic non-linearity, etc., the motor torque T is accurately a complex function and value depending on the current values Ia, Ib, Ic and the phase angle θre of the rotor electrical angle. . Therefore, in order for the motor to rotate while generating a constant torque T, a current obtained by adding a current for correcting the torque error to each phase current Ia, Ib, Ic as shown in FIGS. There is a need.

また、各相の電流値はステータ磁極の数M=6でA相、B相、C相の3相である場合について多く記述しているが、3相以上の多相の場合については、相数に応じて各相電流を拡張して考える必要がある。   In addition, the current value of each phase has been described in many cases when the number of stator magnetic poles is M = 6 and there are three phases of A phase, B phase, and C phase. It is necessary to expand each phase current according to the number.

なお、モータの形態は、2極のモータを図示しているが、例えばモータの外径が100mm以上に大きな場合などは多極化することが多く、例えば8極程度にすれば、全節巻巻線のコイルエンドの長さが1/4程度に短縮で、各相巻線のコイルエンドによる巻線抵抗の増加の割合などその負担を大幅に低減できる。   The motor is illustrated as a two-pole motor. However, when the outer diameter of the motor is larger than 100 mm, for example, it is often multipolar. The length of the coil end is reduced to about ¼, and the burden such as the rate of increase in winding resistance due to the coil end of each phase winding can be greatly reduced.

また、図1等では、コイルエンドの配置はスロットから一つの経路で示しているが、コイルエンドを2分割あるいは3分割して他の同一相のスロットへ巻回しても電磁気的には同一の作用であり、巻線経路を変形することができる。   Further, in FIG. 1 and the like, the arrangement of the coil ends is shown by one path from the slot. However, even if the coil ends are divided into two or three and wound around other slots of the same phase, they are electromagnetically the same. The winding path can be deformed.

また、図1等のモータでは、巻線は全節巻で巻線ピッチが180°で、かつ、集中巻きの例について示しているが、多少の変形は可能であり、ほぼ同等の効果が得られ、それらの変形したものも本発明に含むものである。この変形の一つはスロット形状であり、スロットを2個に分割し、分布巻きとすることもできる。巻線は複雑になるがトルクの変動が滑らかになると言う効果、一つの巻線量が多い場合は巻線挿入が容易となるという効果もある。   Further, in the motor shown in FIG. 1 and the like, the winding is a full-pitch winding, the winding pitch is 180 °, and concentrated winding is shown. However, some modifications are possible, and almost the same effect can be obtained. Those modified versions are also included in the present invention. One of the deformations is a slot shape, and the slot can be divided into two to form distributed winding. Although the winding is complicated, there is an effect that the torque fluctuation is smooth, and there is also an effect that the winding can be easily inserted when the amount of one winding is large.

他の変形例として巻線ピッチも180°に限定するわけではなく、多少は短節巻としても類似の効果が得られる。円周方向に隣接するスロットの各相巻線が相互にオーバラップするように巻線を巻回する場合、巻線は複雑になるが、相電流が切り替わる時に、トルクの変動が滑らかになると言う効果を得ることも可能である。   As another modification, the winding pitch is not limited to 180 °, and a similar effect can be obtained even if the winding is somewhat short. If the windings are wound so that the phase windings of slots adjacent to each other in the circumferential direction overlap each other, the windings are complicated, but when the phase current is switched, torque fluctuations are smoothed. It is also possible to obtain an effect.

次に、ステータ磁極の数M=6でロータ磁極の数K=2の本発明の例を図9に示す。説明を容易化するために2極のモータであり、モータのモデル形式は6S2Rである。   Next, FIG. 9 shows an example of the present invention in which the number of stator magnetic poles M = 6 and the number of rotor magnetic poles K = 2. For ease of explanation, the motor is a two-pole motor, and the motor model type is 6S2R.

ステータ11Fの各スロットには全節巻でかつ集中巻きの各巻線を巻回していて、111と114はA相の巻線、113と116はB相の巻線、115と112はC相の巻線である。各スロットに挟まれた各歯117、118、119、11A、11B、11Cはそれぞれ突極を構成している。歯の先端部の幅はHt、スロットの開口部の幅はHsであり、両幅の和(Hs+Ht)は電気角で60°である。ロータの回転位置をθrで示す。図1のステータに比較してステータ磁極の円周方向幅Htがスロットの開口部の幅Hsより大きな形状としている。   Each slot of the stator 11F is wound with full-pitch winding and concentrated winding. 111 and 114 are A-phase windings, 113 and 116 are B-phase windings, and 115 and 112 are C-phase windings. Winding. The teeth 117, 118, 119, 11A, 11B, and 11C sandwiched between the slots constitute salient poles. The width of the tip of the tooth is Ht, the width of the opening of the slot is Hs, and the sum of both widths (Hs + Ht) is 60 ° in electrical angle. The rotational position of the rotor is indicated by θr. Compared to the stator of FIG. 1, the circumferential width Ht of the stator magnetic pole is larger than the width Hs of the slot opening.

ロータ11Eは軟磁性体で構成された突極形状のロータである。11Dの部分の大半は空間であり、回転時の風損を低減する等の目的等で非磁性体を埋め込むことも可能である。ロータ磁極の幅は図示するようにHmである。   The rotor 11E is a salient pole-shaped rotor made of a soft magnetic material. Most of the portion of 11D is a space, and it is possible to embed a nonmagnetic material for the purpose of reducing windage loss during rotation. The width of the rotor magnetic pole is Hm as shown.

図9のモータは、動作の説明が容易な2極のモータの例を示しているが、他の本発明モータと同様に多極化が可能であり、図10に8極のモータに変形した例を示す。ステータ12Tのスロットは121、122、123、124、125、126、127、128、129、12A、12b、12C、12D、12E、12F、12J、12K、12L、12M、12N、12P、12Q、12R、12Sであり、ロータ12Uは8個の突極12Vを持っている。   The motor of FIG. 9 shows an example of a two-pole motor whose operation is easy to explain. However, it can be multi-polarized like other motors of the present invention. Show. The slots of the stator 12T are 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129, 12A, 12b, 12C, 12D, 12E, 12F, 12J, 12K, 12L, 12M, 12N, 12P, 12Q, 12R. , 12S, and the rotor 12U has eight salient poles 12V.

次に、図9のモータの作用について、図11の(a)から(f)に図解して説明する。スロットの開口部の幅Hsは20°、ロータ磁極の幅Hmは40°の例である。図12に、水平軸に電気角で表したロータ回転位置θrと各相の電流と各相のトルクを示す。A相の電流はIa、B相の電流はIb、C相の電流はIcである。   Next, the operation of the motor of FIG. 9 will be described with reference to (a) to (f) of FIG. In this example, the width Hs of the opening of the slot is 20 °, and the width Hm of the rotor magnetic pole is 40 °. FIG. 12 shows the rotor rotation position θr expressed in electrical angle on the horizontal axis, the current of each phase, and the torque of each phase. The A-phase current is Ia, the B-phase current is Ib, and the C-phase current is Ic.

図9、図10、図11に示すモータのトルクは、巻線が全節巻でかつ集中巻きであり、ステータの歯117、118、119、11A、11B、11Cがほぼ全周に配置されていることから、トルクを発生させるために少なくとも2個の巻線に電流を流してトルクを生成する。そして、ステータの突極状の歯とロータの突極との間に吸引力を発生させてリラクタンストルクを得る。ステータの歯117と11Aとがロータ磁極11Eとの間に発生するトルクをTa、ステータの歯119と11Cとがロータ磁極11Eとの間に発生するトルクをTb、ステータの歯11Bと118とがロータ磁極11Eとの間に発生するトルクをTcとする。なお、この時、各吸引力は磁束の方向が正の場合も負の場合も同一の吸引力とトルクを発生する点には注意を要する。   The torque of the motor shown in FIGS. 9, 10, and 11 is such that the winding is full-pitch winding and concentrated winding, and the stator teeth 117, 118, 119, 11A, 11B, and 11C are arranged almost all around. Therefore, in order to generate torque, current is passed through at least two windings to generate torque. Then, a reluctance torque is obtained by generating an attractive force between the salient pole-like teeth of the stator and the salient pole of the rotor. The torque generated between the stator teeth 117 and 11A and the rotor magnetic pole 11E is Ta, the torque generated between the stator teeth 119 and 11C and the rotor magnetic pole 11E is Tb, and the stator teeth 11B and 118 are The torque generated between the rotor magnetic poles 11E is Tc. It should be noted that at this time, each attractive force generates the same attractive force and torque regardless of whether the direction of the magnetic flux is positive or negative.

ロータが図11の(a)に示すθr=30°の回転位置近傍にあるときには、A相巻線131へは正の電流Iaを流し、反対側のA相巻線134へは負の電流−Iaを流す。同時にC相巻線135へは正の電流Icを流し、反対側のC相巻線132へは負の電流−Icを流す。B相巻線133、136へは電流を流さない。各相の電流Ia、Ib、Icは図12の(A)、(C)、(E)に示す電流である。この状態ではアンペアの法則に従い、ステータの突極11Aから117の方向へ太線の矢印で示す方向にA相電流Ia、C相電流Icの起磁力が作用し、矢印で示す方向、歯11Aから歯117の方向に磁束が誘起される。そして、ロータには反時計回転方向CCWへ図12の(B)に示すトルクTaが発生する。ここで、ステータとロータの軟磁性体部の透磁率は十分に大きく、ステータとロータ間の広い空間部の透磁率は十分に小さく、ステータとロータ間の狭いエアギャップ部の磁気抵抗は十分に小さいと仮定する単純モデルでは、ステータの歯118、119、11B、11Cの近傍に作用する磁界の強さ[ A/m ]はほぼ零で、これらの歯をラジアル方向に通過する磁束はほぼ零で、トルクもほぼ零ある。   When the rotor is in the vicinity of the rotational position of θr = 30 ° shown in FIG. 11A, a positive current Ia is supplied to the A-phase winding 131 and a negative current − is supplied to the A-phase winding 134 on the opposite side. Run Ia. At the same time, a positive current Ic is supplied to the C-phase winding 135 and a negative current -Ic is supplied to the opposite C-phase winding 132. No current flows through the B-phase windings 133 and 136. The currents Ia, Ib, and Ic in each phase are the currents shown in (A), (C), and (E) of FIG. In this state, in accordance with Ampere's law, the magnetomotive forces of the A-phase current Ia and the C-phase current Ic act in the direction indicated by the thick arrows from the stator salient poles 11A to 117 in the direction indicated by the arrows. Magnetic flux is induced in the direction of 117. Then, torque Ta shown in FIG. 12B is generated in the counterclockwise direction CCW. Here, the permeability of the soft magnetic part of the stator and the rotor is sufficiently large, the permeability of the wide space between the stator and the rotor is sufficiently small, and the magnetic resistance of the narrow air gap between the stator and the rotor is sufficiently large In a simple model that is assumed to be small, the magnetic field strength [A / m] acting in the vicinity of the stator teeth 118, 119, 11B, and 11C is almost zero, and the magnetic flux passing through these teeth in the radial direction is almost zero. And the torque is almost zero.

ロータがCCWへ回転し、図11の(b)に示すθr=50°の回転位置近傍まで回転すると、C相巻線135へ正の電流Icを流しC相巻線132へは負の電流−Icを流す。同時にB相巻線133へ正の電流Ibを流し、反対側のB相巻線136へは負の電流−Ibを流す。A相巻線131、134へは電流を流さない。この状態ではアンペアの法則に従い、ステータの突極118から11Bの方向へ太線の矢印で示す方向にB相電流Ib、C相電流Icの起磁力が作用し、矢印で示す方向に磁束が誘起される。そして、ロータはCCWへ図12の(F)に示すトルクTcが発生する。しかし、巻線132、135のスロット開口部近傍の空気部を磁束が通ることになり、磁気抵抗が大きいことから磁束密度は小さく、トルクTcは大きくない。そして、ロータ磁極11Eがステータの歯118、11Bへ近づくにつれトルクTcが急激に増加する。   When the rotor rotates to CCW and rotates to the vicinity of the rotation position of θr = 50 ° shown in FIG. 11B, a positive current Ic flows through the C-phase winding 135 and a negative current − Ic is flowed. At the same time, a positive current Ib is supplied to the B-phase winding 133, and a negative current −Ib is supplied to the opposite B-phase winding 136. No current flows through the A-phase windings 131 and 134. In this state, in accordance with Ampere's law, the magnetomotive forces of the B-phase current Ib and the C-phase current Ic act in the direction indicated by the bold arrows in the direction of the stator salient poles 118 to 11B, and the magnetic flux is induced in the direction indicated by the arrows. The Then, the rotor generates a torque Tc shown in FIG. However, the magnetic flux passes through the air portion in the vicinity of the slot openings of the windings 132 and 135, and since the magnetic resistance is large, the magnetic flux density is small and the torque Tc is not large. As the rotor magnetic pole 11E approaches the stator teeth 118 and 11B, the torque Tc increases rapidly.

ロータがCCWへ回転し図11の(c)に示すθr=70°の回転位置近傍まで回転すると、同一の電流条件で、さらにロータはCCWへトルクTcが発生し回転する。図11の(d)のロータ回転位置θr=90°からθr=110°まで同様に図12の(F)に示すトルクTcが発生する。   When the rotor rotates to CCW and rotates to near the rotation position of θr = 70 ° shown in FIG. 11C, the rotor further rotates with the torque Tc generated in CCW under the same current condition. Similarly, the torque Tc shown in FIG. 12F is generated from the rotor rotational position θr = 90 ° to θr = 110 ° in FIG.

ロータが図11の(e)に示すθr=110°の回転位置近傍まで回転すると、B相巻線133へ正の電流Ibを流しB相巻線136へは負の電流−Ibを流す。同時にA相巻線131へ正の電流Iaを流し、反対側のA相巻線134へは負の電流−Iaを流す。C相巻線131、134へは電流を流さない。この状態ではアンペアの法則に従い、ステータの突極11Cから119の方向へ太線の矢印で示す方向にA相電流Ia、B相電流Ibの起磁力が作用し、矢印で示す方向に磁束が誘起される。そして、ロータはCCWへ図12の(D)に示すトルクTbが発生する。θrが110°から120°近傍までは、磁束が巻線133、136近傍の空気部を通るため、磁気抵抗が大きく発生トルクTaは小さい。図11の(f)のロータ回転位置θr=130°の近傍でトルクTbは急激に大きくなる。   When the rotor rotates to the vicinity of the rotation position of θr = 110 ° shown in FIG. 11E, a positive current Ib flows through the B-phase winding 133 and a negative current −Ib flows through the B-phase winding 136. At the same time, a positive current Ia is supplied to the A-phase winding 131, and a negative current −Ia is supplied to the opposite A-phase winding 134. No current flows through the C-phase windings 131 and 134. In this state, in accordance with Ampere's law, magnetomotive forces of the A-phase current Ia and the B-phase current Ib act in the direction indicated by the thick arrows in the direction from the stator salient poles 11C to 119, and magnetic flux is induced in the direction indicated by the arrows. The Then, the rotor generates a torque Tb shown in FIG. When θr is from 110 ° to around 120 °, the magnetic flux passes through the air portions near the windings 133 and 136, so that the magnetic resistance is large and the generated torque Ta is small. The torque Tb increases rapidly in the vicinity of the rotor rotational position θr = 130 ° in FIG.

ここで、図11の(a)と(d)ではロータの角度が60°回転しているが類似の動作である。但し、ロータの磁束の方向は逆になっている。図11の(b)と(e)ではロータの角度が60°回転しているが類似の動作である。但し、ロータの磁束の方向は逆になっている。図11の(c)と(f)ではロータの角度が60°回転しているが類似の動作である。但し、ロータの磁束の方向は逆になっている。   Here, in FIGS. 11A and 11D, the rotor angle is rotated by 60 °, but the operation is similar. However, the direction of the magnetic flux of the rotor is reversed. In FIGS. 11B and 11E, the rotor angle is rotated by 60 °, but the operation is similar. However, the direction of the magnetic flux of the rotor is reversed. In FIGS. 11 (c) and 11 (f), the rotor angle is rotated by 60 °, but the operation is similar. However, the direction of the magnetic flux of the rotor is reversed.

図11、図12に示すように、ロータ回転位置θrにより順次通電する電流を変えてロータを回転することができる。各歯の発生トルクTa、Tb、Tcを乗り継いだモータの合計トルクTmを図12の(G)の実線に示す。ロータ磁極11Eの回転方向端がスロットの開口部にさしかかるとトルクTmが低下している。この程度の部分的なトルク低下は問題ない用途も多い。このトルク低下を低減するためには、ステータもしくはロータをスキューする方法があり、その他の方法についても後述する。   As shown in FIGS. 11 and 12, the rotor can be rotated by changing the current that is sequentially applied depending on the rotor rotational position θr. The total torque Tm of the motor that has transferred the generated torques Ta, Tb, and Tc of each tooth is shown by a solid line in FIG. When the rotation direction end of the rotor magnetic pole 11E reaches the opening of the slot, the torque Tm decreases. There are many applications in which such a partial torque reduction is not a problem. In order to reduce this torque drop, there is a method of skewing the stator or the rotor, and other methods will be described later.

図11に示すこれらの動作で、ステータの各突極の磁束の方向は同一方向であり、ロータの磁束の方向は回転位置により反転し、A相電流Ia、B相電流Ib、C相電流Icの方向は一方向の電流で駆動可能である。これらの3相の電流は、それぞれが2つの電流モードで使用していて、各巻線が兼用していることが重要なポイントである。また、これらの3種類の片方向電流を組み合わせることにより、時計回転方向トルクと反時計回転方向トルクを連続的に発生することができ、力行と回生も可能であることから4象限運転が可能であると言える。従って、図2の制御装置あるいは図3の制御装置により駆動することができ、制御装置の低コスト化、小型化が可能である。   In these operations shown in FIG. 11, the direction of the magnetic flux of each salient pole of the stator is the same direction, the direction of the magnetic flux of the rotor is reversed depending on the rotational position, and the A phase current Ia, B phase current Ib, C phase current Ic. These directions can be driven by a current in one direction. It is important that these three-phase currents are used in two current modes, and that each winding is also used. Also, by combining these three types of one-way currents, clockwise torque and counterclockwise torque can be generated continuously, and power running and regeneration are possible, so four-quadrant operation is possible. It can be said that there is. Therefore, it can be driven by the control device of FIG. 2 or the control device of FIG. 3, and the cost and size of the control device can be reduced.

電流の大きさについては、各相の電流の大きさを同一として説明したが、各相の電流バランスを変えたり、3相共に電流を流すことも可能である。ロータ磁極の幅Hm、歯の先端部の幅Ht、スロットの開口部の幅Hsについても異なる値を取ることができる。ロータ磁極の幅Hmを40°以上とする場合で、モータのラジアル方向吸引力の変動を低減する制御法については、後に示す。ステータの歯の先端形状については単純な突極形状を図示し説明したが、スロットの開口部を狭くする構造、歯の円周方向端のロータとのエアギャップを広めにする構造等各種の変形が可能である。ロータ磁極の形状についても、同様に、種々変形が可能である。   As for the magnitude of the current, the explanation has been made assuming that the magnitude of the current in each phase is the same, but it is also possible to change the current balance of each phase or to pass the current in all three phases. The rotor magnetic pole width Hm, the tooth tip width Ht, and the slot opening width Hs can take different values. A control method for reducing fluctuations in the radial attractive force of the motor when the rotor magnetic pole width Hm is 40 ° or more will be described later. As for the tip shape of the teeth of the stator, a simple salient pole shape has been illustrated and described, but various modifications such as a structure that narrows the opening of the slot and a structure that widens the air gap with the rotor at the circumferential end of the tooth Is possible. Similarly, various modifications can be made to the shape of the rotor magnetic poles.

また、図1、図9に示したモータの巻線の前記巻回方法は、重ね巻きのように説明したが、波巻きで巻回しても良い。なお、全節巻きの巻線は電気角で360°ピッチで、各スロットのロータ軸方向に行き来する巻線間のピッチは電気角で180°である。図1、図9では2極のモータなので重ね巻きと波巻きとの差異が解りにくいが、図10の8極のモータのように多極化したときに重ね巻きと波巻きの巻線の差異が出る。A相巻線を波巻きとした具体的な例を図10に示す。121、127、12D、12MはA相巻線を巻回するスロットで、124、12A、12J、12Qは負のA相巻線を巻回するスロットである。実線で示す12Xは紙面の表側のA相巻線のコイルエンドで破線で示す12Yは紙面の裏側に配置するコイルエンドである。波巻きは、コイルエンド12X、12Yのようにステータコアのロータ軸方向の両端で交互に配置して一つの相の巻線を巻回する。他のB相、C相の巻線についてもそれぞれの相の波巻き巻線として同様に巻回する。   Moreover, although the said winding method of the winding of the motor shown to FIG. 1, FIG. 9 was demonstrated like lap winding, you may wind by a wave winding. Note that the full-pitch windings have an electrical angle of 360 ° pitch, and the pitch between the windings going back and forth in the rotor axial direction of each slot is 180 ° in electrical angle. 1 and 9, the difference between lap winding and wave winding is difficult to understand because it is a two-pole motor, but the difference between lap winding and wave winding appears when it is multipolarized like the eight-pole motor in FIG. 10. . A specific example in which the A-phase winding is a wave winding is shown in FIG. 121, 127, 12D and 12M are slots for winding the A-phase winding, and 124, 12A, 12J and 12Q are slots for winding the negative A-phase winding. 12X indicated by a solid line is a coil end of the A-phase winding on the front side of the paper surface, and 12Y indicated by a broken line is a coil end disposed on the back side of the paper surface. The wave winding is alternately arranged at both ends of the stator core in the rotor axial direction like the coil ends 12X and 12Y and winds one phase winding. The other B-phase and C-phase windings are similarly wound as wave windings of the respective phases.

このように、スロットの外側の接続関係は自由度があり、重ね巻き、波巻き、あるいはその他の巻き方でも良い。電磁気的には同一の作用である。しかし、これらの巻線方法は、量産化、自動化のための巻線機の構造に深く関わっていて、生産方法によって選択する。本発明の図10以外の他のモータについても同様である。また、一つの相の巻線が一つのスロットに巻回する集中巻きだけでなく、分布巻きも可能である。スロットの円周方向の間隔も均一とは限らない。例えば、同相の巻線を隣接する2つのスロットに巻回する分布巻きとし、これらの同相の隣接する巻線間の歯の円周方向幅を他よりも小さくする方法がある。   As described above, the connection relationship outside the slot has a degree of freedom, and may be lap winding, wave winding, or other winding methods. Electromagnetically the same action. However, these winding methods are deeply related to the structure of the winding machine for mass production and automation, and are selected according to the production method. The same applies to motors other than those shown in FIG. Further, not only concentrated winding in which one phase winding is wound in one slot but also distributed winding is possible. The spacing in the circumferential direction of the slots is not always uniform. For example, there is a method in which in-phase windings are distributed windings wound around two adjacent slots, and the circumferential width of teeth between these in-phase adjacent windings is made smaller than the others.

モータの形式として図1の6S4Rと図9の6S2Rの全節巻のモータについて説明したが、図13に示す多くのモータ形式を同様に実現することができる。図13の横軸はステータ磁極の数Mであり、縦軸はロータ磁極の数Kである。図13ではMの最大値14まで、Kの最大値14までの組み合わせのモータ形式を記載している。その中には、あるMとKの数の組み合わせの整数倍の組み合わせは、2極のモデルを4極、6極、8極・・・・と多極化したものも含まれている。多極化したものを除いても、さらに図13の延長上のモータ形式が多く可能である。それらのものも本発明に含むものである。多少はMとKの数が大きくなっても、制御装置のパワートランジスタの数は増えるが、分散するだけで、制御装置の合計の出力容量は変わらないので、MとKの数が小さいモータ形式のモータシステムと比較して、パワートランジスタの電圧、電流容量の合計は基本的に同等である。また、MとKの数が大きいと、モータ全体で力の発生できるステータ磁極とロータ磁極との場所の数が増加し、それぞれの位相も異なる場合ではトルクリップルのキャンセル効果も得られ、メリットもある。ただし、MとKの数が大きくなると制御装置が複雑になることは否定できず、MとKの数を極端に大きくすることは得策ではない。ステータ磁極の数Mとロータ磁極の数Kのいくつかの組み合わせについては後に説明する。   Although the 6S4R motor of 6S4R in FIG. 1 and the 6S2R motor of 6S2R in FIG. 9 have been described as motor types, many motor types shown in FIG. 13 can be similarly realized. The horizontal axis in FIG. 13 is the number M of stator magnetic poles, and the vertical axis is the number K of rotor magnetic poles. FIG. 13 shows a combination of motor types up to a maximum value 14 of M and a maximum value 14 of K. Among them, combinations of integer multiples of a certain number of combinations of M and K include those in which a 2-pole model is multipolarized as 4-pole, 6-pole, 8-pole,. Even if the multi-pole type is omitted, many more motor types on the extension of FIG. 13 are possible. Those are also included in the present invention. Even if the number of M and K increases somewhat, the number of power transistors of the control device increases, but the total output capacity of the control device does not change just by dispersion, so the motor type with a small number of M and K Compared with the motor system, the sum of the voltage and current capacity of the power transistor is basically the same. In addition, if the number of M and K is large, the number of locations of the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole where the force can be generated in the entire motor increases, and if the phases are different, a torque ripple canceling effect can be obtained and the merit is also improved. is there. However, it cannot be denied that the controller becomes complicated when the number of M and K increases, and it is not a good idea to increase the number of M and K extremely. Some combinations of the number M of the stator magnetic poles and the number K of the rotor magnetic poles will be described later.

次に巻線方法の異なる本発明のモータについて図14に示し説明する。図14のモータは図1のモータの巻線を環状巻きとしたモータである。ステータ磁極の数M=6、ロータ磁極の数K=4のモータである。巻線A41とA42はA相の巻線で、環状巻とし集中的に巻回し、いわゆるトロイダル巻線をなしている。A47とA48は負のA相巻線で、環状巻とし集中的に巻回している。巻線A45とA46はB相の巻線で、環状巻とし集中的に巻回している。A4BとA4Cは負のB相巻線で、環状巻とし集中的に巻回している。巻線A49とA4AはC相の巻線で、環状巻とし集中的に巻回している。A43とA44は負のC相巻線で、環状巻とし集中的に巻回している。   Next, a motor of the present invention having a different winding method will be described with reference to FIG. The motor of FIG. 14 is a motor in which the winding of the motor of FIG. In this motor, the number of stator magnetic poles M = 6 and the number of rotor magnetic poles K = 4. The windings A41 and A42 are A-phase windings, which are annularly wound and concentratedly wound to form a so-called toroidal winding. A47 and A48 are negative A-phase windings that are concentrated in the form of an annular winding. The windings A45 and A46 are B-phase windings that are concentrated in an annular manner. A4B and A4C are negative B-phase windings that are concentrated in an annular shape. The windings A49 and A4A are C-phase windings that are concentrated in the form of an annular winding. A43 and A44 are negative C-phase windings, which are annularly wound and wound intensively.

ステータコアの外部に位置する巻線A42、A44、A46、A48、A4A、A4Cは、いづれもその電磁気的な作用がステータの外側の空間部を通る閉磁路しか構成できないので、その磁気抵抗は大きく、これらの巻線の電流がモータ内部の磁気的作用に及ぼす影響は無視できるほどに小さい。従って、図14のモータは図1のモータとほとんど同じ磁気特性を示す。   Since the windings A42, A44, A46, A48, A4A, A4C located outside the stator core can only constitute a closed magnetic path that passes through the space outside the stator, the magnetic resistance is large. The influence of the currents of these windings on the magnetic action inside the motor is negligibly small. Therefore, the motor of FIG. 14 exhibits almost the same magnetic characteristics as the motor of FIG.

これらの6組の巻線は、それぞれ個々に片方向電流を通電制御することができる。図2の制御装置は3個の巻線の電流電圧を制御するが、この制御装置の相数を拡張し、パワートランジスタ6個用いた6相の制御装置とすればよい。図3の制御装置の場合も、素子を2倍にし、6相の制御装置とすればよい。なお、3相の制御装置を6相の制御装置とする場合、6個の各巻線の電圧を3相モータである場合と同じ電圧に設計すれば、パワートランジスタの数は2倍となるが、電流容量は1/2とできるので、制御装置の出力容量は同じであり、コスト的にも大差はない。   These six sets of windings can individually control the unidirectional current. The control device of FIG. 2 controls the current and voltage of the three windings, but the number of phases of this control device may be expanded to a six-phase control device using six power transistors. In the case of the control device in FIG. 3 as well, the number of elements may be doubled to obtain a six-phase control device. When the three-phase control device is a six-phase control device, if the voltage of each of the six windings is designed to be the same voltage as that of a three-phase motor, the number of power transistors is doubled. Since the current capacity can be halved, the output capacity of the control device is the same, and there is no significant difference in cost.

なお、モータ出力容量が同じであれば、多相化してもパワートランジスタの電流容量の総合計値は、原理的に同じにすることができる。従って、パワートランジスタの価格が電流容量に比例すると仮定すれば、相数にかかわらず、パワー部分の出力容量およびコストは同じとなる。ただし、例えば出力容量が100W以下と小さいモータの場合には、部品点数がコストに影響する割合が大きくなるので、相数が大きくなるとコスト的な問題が発生することがある。   If the motor output capacities are the same, the total value of the current capacities of the power transistors can be made the same in principle even if the number of phases is increased. Therefore, assuming that the price of the power transistor is proportional to the current capacity, the output capacity and cost of the power portion are the same regardless of the number of phases. However, in the case of a motor with a small output capacity of 100 W or less, for example, the ratio of the number of parts that affects the cost increases, and therefore a cost problem may occur when the number of phases increases.

また、図14の巻線は、巻線A41とA42およびA47とA48を電流方向が一緒の方向となるように渡り線で直列に接続すれば、図1のA相巻線と等価な巻線となる。巻線A45とA46およびA4BとA4Cについても電流方向が一緒の方向となるように渡り線で直列に接続すれば、図1のB相巻線と等価な巻線となる。巻線A49とA4AおよびA43とA44についても電流方向が一緒の方向となるように渡り線で直列に接続すれば、図1のC相巻線と等価な巻線となる。これらの巻線接続とした場合、図14のモータは図1のモータと等価な3相のモータとなり、図2の3相の制御装置、あるいは、図3の3相の制御装置で駆動することができる。   14 is equivalent to the A-phase winding of FIG. 1 if the windings A41 and A42 and A47 and A48 are connected in series so as to have the same current direction. It becomes. The windings A45 and A46 and A4B and A4C are equivalent to the B-phase winding of FIG. 1 if they are connected in series with a jumper so that the current directions are the same. The windings A49 and A4A and A43 and A44 are equivalent to the C-phase winding in FIG. When these windings are connected, the motor of FIG. 14 becomes a three-phase motor equivalent to the motor of FIG. 1, and is driven by the three-phase control device of FIG. 2 or the three-phase control device of FIG. Can do.

図14に示すモータにおいて、ステータコアの外側の巻線は電磁気的にはほとんど役に立っていないが、ステータコアのロータ軸方向積厚が小さく、また、極数が少ない場合は、環状巻の方が巻線長が短い場合もあり、巻線のまとまりも良いので実用的なモータ構造とすることができる。   In the motor shown in FIG. 14, the outer winding of the stator core is hardly useful electromagnetically. However, when the stator core has a small axial thickness in the rotor axis and the number of poles is small, the annular winding is the winding. In some cases, the length is short, and the windings are well organized, so that a practical motor structure can be obtained.

図14の環状巻のモータは、モータ形式6S4Rの場合の例であるが、図13の示すような種々のモータ形式について実現することができる。さらに、図13ではステータ磁極の数Mとロータ磁極の数Kが偶数の場合について示しているが、それぞれ奇数であっても、1個の巻線、あるいは数個の巻線が正負両方向の電流を通電できるようにすれば、他の部分についてはMとKの数が偶数の場合と同様に駆動することができ、MあるいはKの数が奇数のモータについても本発明に含むものである。   The annular winding motor of FIG. 14 is an example of the motor type 6S4R, but can be realized for various motor types as shown in FIG. Further, FIG. 13 shows the case where the number M of the stator magnetic poles and the number K of the rotor magnetic poles are even numbers. However, even if each is an odd number, one winding or several windings are currents in both positive and negative directions. Can be energized, the other parts can be driven in the same way as when the number of M and K is an even number, and a motor with an odd number of M or K is also included in the present invention.

次に異なる構成の本発明のモータを図15に示し説明する。外径側と内径側とにモータを組み込んだ複合構造のモータである。図15は8極のモータで、図9に示すモータを8極にし、最も外径側にロータR1を配置し、その内側にロータR1に対応するステータS1を配置し、ステータS1の内径側にステータS2を配置し、ステータS2の内径側にステータS2と作用するロータR2を配置している。すなわち、モータ形式6S2Rのモータを8極に多極化し、外形と内径に2個のモータを複合化して配置したモータである。なお、図1のロータ構成あるいは、その他のモータでも同様に実現できる。   Next, a motor of the present invention having a different configuration will be described with reference to FIG. It is a motor having a composite structure in which motors are incorporated on the outer diameter side and the inner diameter side. FIG. 15 shows an 8-pole motor. The motor shown in FIG. 9 has 8 poles, the rotor R1 is disposed on the outermost diameter side, the stator S1 corresponding to the rotor R1 is disposed on the inner side, and the inner diameter side of the stator S1 is disposed. A stator S2 is arranged, and a rotor R2 that acts on the stator S2 is arranged on the inner diameter side of the stator S2. That is, the motor type 6S2R is a multi-pole motor with 8 poles, and two motors are combined in the outer shape and the inner diameter. The rotor configuration shown in FIG. 1 or other motors can be similarly realized.

図15の構成では、外径側のステータS1と内径側のステータS2とが背中合わせに配置することになるので、背中合わせの外径側スロットと内径側のスロットの電流が丁度正負逆の電流となるように設計すれば、各相の巻線は背中合わせのスロット同士に巻回することが可能となり、巻線が簡素化し、コイルエンド長の短縮も期待できる。   In the configuration of FIG. 15, since the outer diameter side stator S1 and the inner diameter side stator S2 are arranged back to back, the currents in the back to back outer diameter side slot and the inner diameter side slot are just opposite currents. If designed in this way, the windings of each phase can be wound around the back-to-back slots, simplifying the windings and shortening the coil end length.

巻線46B、46H、46QはA相の巻線であり、電流の向きは巻線シンボルの方向で、片方向電流を通電する。巻線46E、46Lは負のA相の巻線である。巻線46D、46KはB相の巻線である。巻線46G、46Nは負のB相の巻線である。巻線46F、46MはC相の巻線である。巻線46C、46Jは負のC相の巻線である。これらの巻線を6相の巻線であるとして扱うことができる。従って、図2、図3の片方向電流の制御装置を6相化して図15のモータへ接続し、制御することができる。そして、パワートランジスタの電流容量を通常使用されている3相交流インバータより大幅に小容量化できることにより、低コスト化、小型化が可能である。   The windings 46B, 46H, and 46Q are A-phase windings, and the direction of the current is the direction of the winding symbol, and a one-way current is applied. The windings 46E and 46L are negative A-phase windings. The windings 46D and 46K are B-phase windings. The windings 46G and 46N are negative B-phase windings. The windings 46F and 46M are C-phase windings. The windings 46C and 46J are negative C-phase windings. These windings can be treated as 6-phase windings. Therefore, the one-way current control device shown in FIGS. 2 and 3 can be controlled in six phases by connecting to the motor shown in FIG. In addition, since the current capacity of the power transistor can be significantly reduced as compared with the normally used three-phase AC inverter, the cost and size can be reduced.

あるいは、A相の巻線と負のA相の巻線とを渡り線で電流方向が同一となるように直列に接続し、同様に、B相の巻線と負のB相の巻線とを接続し、C相と負のC相の巻線を接続しすることにより3相化し、図2、図3の3相の片方向電流の制御装置で駆動することができ、同様に低コスト化、小型化が可能である。   Alternatively, the A-phase winding and the negative A-phase winding are connected in series so that the current direction is the same by a jumper, and similarly, the B-phase winding and the negative B-phase winding Can be driven by the three-phase one-way current control device shown in FIGS. 2 and 3, which is also low cost. And miniaturization are possible.

図13に多くのモータ形式の一覧表を示したが、特にステータ磁極の数Mが大きくなると、全節巻の場合多くの巻線が交差することになり、巻線が複雑になってきて、その製作し易さが悪くなると同時に、コイルエンド部も大きくなりがちである。この点で、図15の形式で構成する場合には、ステータ磁極の数Mが大きくなっても、各巻線は背中合わせのスロット間で巻線を巻回すればよいので、巻線の生産性が落ちることはなく、巻線が複雑になることもない。なお、環状巻の場合も、ステータ磁極の数Mが大きくなっても巻線が複雑にはならない。   FIG. 13 shows a list of many motor types. In particular, when the number M of the stator magnetic poles is increased, many windings intersect in the case of full-pitch winding, and the winding becomes complicated. The coil end portion tends to be large at the same time that the ease of manufacture becomes worse. In this regard, in the case of the configuration shown in FIG. 15, even if the number M of the stator magnetic poles is increased, each winding only has to be wound between the back-to-back slots. It won't fall and the windings won't be complicated. In the case of the annular winding, the winding does not become complicated even if the number M of the stator magnetic poles is increased.

また、外径側のモータと内径側のモータでは径が異なるため電磁気的な条件が異なり、両モータの電磁気的最適化を図ると両モータの電流が異なる値となり、前記巻線では不都合が発生する問題がある。この問題を解決するため、図1のモータで示したような全節巻きの巻線を追加して電磁気的なバランスを取ることも可能である。46R、46UはA相巻線、46S、46VはB相巻線、46T、46WはC相巻線である。これらの追加した巻線は、外径側のモータの電磁気的な作用に寄与し、両モータの最適化を図ることにより、高出力化、小型化、低コスト化を実現できる。   Also, the outer diameter side motor and the inner diameter side motor have different diameters, so the electromagnetic conditions are different, and when both motors are electromagnetically optimized, the currents of both motors will have different values, causing inconvenience in the windings. There is a problem to do. In order to solve this problem, it is possible to add a full-pitch winding as shown in the motor of FIG. 46R and 46U are A-phase windings, 46S and 46V are B-phase windings, and 46T and 46W are C-phase windings. These additional windings contribute to the electromagnetic action of the motor on the outer diameter side, and by optimizing both motors, higher output, smaller size, and lower cost can be realized.

次に他の構成の複合モータの例を図16に示し説明する。図15と同様に、外径側と内径側とにモータを組み込んだ複合構造のモータであるが、外径側のモータと内径側のモータの位相が電気角で180°異なっている。図16は8極のモータで、図9に示すモータを8極にし、最も外径側にロータR1を配置し、その内側にロータR1に対応するステータS3を配置し、ステータS3の内径側にステータS4を配置し、ステータS4の内径側にステータS4と作用するロータR2を配置している。すなわち、モータ形式6S2Rのモータを8極に多極化し、外形と内径に2個のモータを複合化して配置したモータである。なお、図1のロータ構成あるいは、その他のモータでも同様に実現できる。   Next, an example of a composite motor having another configuration will be described with reference to FIG. Similarly to FIG. 15, the motor has a composite structure in which motors are incorporated on the outer diameter side and the inner diameter side, but the phases of the motor on the outer diameter side and the motor on the inner diameter side differ by 180 ° in electrical angle. FIG. 16 shows an 8-pole motor. The motor shown in FIG. 9 has 8 poles, the rotor R1 is disposed on the outermost diameter side, the stator S3 corresponding to the rotor R1 is disposed on the inner side, and the stator S3 is disposed on the inner diameter side of the stator S3. A stator S4 is disposed, and a rotor R2 that acts on the stator S4 is disposed on the inner diameter side of the stator S4. That is, the motor type 6S2R is a multi-pole motor with 8 poles, and two motors are combined in the outer shape and the inner diameter. The rotor configuration shown in FIG. 1 or other motors can be similarly realized.

ロータR1とロータR2は図15のモータと同じである。ステータの歯G08、G09、G0A、G0B、G0C、G0D、G0E、G0F、G0G、G0H、GOJ、GOK、GOL、G0Mは、外径側のステータS3の歯と内径側のステータS4の歯とを一体化している。そして、外径側のステータS3の歯と内径側のステータS4との極性が逆特性としていて、例えば、外径側のロータR1のロータ磁極461を通る磁束はステータの歯G08あるいはG09を通り内径側のロータ2のロータ磁極466を通る構成としている。従って、ステータS3とステータS4のバックヨークは不要になり、前記の複合した歯G09などが円周上に並んでいる。なお、これらの歯の固定は、何らかの固定手段を用いてロータ軸方向側面などから固定する必要がある。そして、固定手段の磁気特性については注意を要する。   The rotor R1 and the rotor R2 are the same as the motor of FIG. Stator teeth G08, G09, G0A, G0B, G0C, G0D, G0E, G0F, G0G, G0H, GOJ, GOK, GOL, G0M are the teeth of the outer diameter side stator S3 and the inner diameter side stator S4. It is integrated. The polarity of the teeth of the stator S3 on the outer diameter side and the stator S4 on the inner diameter side have opposite characteristics. For example, the magnetic flux passing through the rotor magnetic pole 461 of the rotor R1 on the outer diameter side passes through the teeth G08 or G09 of the stator. The rotor magnetic pole 466 of the rotor 2 on the side passes through. Therefore, the back yokes of the stator S3 and the stator S4 are not necessary, and the composite teeth G09 and the like are arranged on the circumference. In addition, it is necessary to fix these teeth from a rotor axial direction side surface etc. using some fixing means. Care must be taken with respect to the magnetic characteristics of the fixing means.

図16のモータの巻線は、外径側のステータS3の巻線と内径側のステータS4との巻線とが一体化し、共用した形態として構成できる。巻線のコイルエンド部を破線で示していて、G02、G05はA相巻線、G03、G06はB相巻線、G01、G04、G07はC相巻線である。いずれも巻線のシンボルで表す片方向電流を通電する。これらの3相の電流を通電する図2、図3の片方向電流の制御装置で駆動することができ、前記と同様に低コスト化、小型化が可能である。なお、この時、図15、図16のモータの各巻線には片方向の電流を通電し、各ステータ磁極には片方向の磁束が通り、電磁気的に作用している。   The winding of the motor of FIG. 16 can be configured as a configuration in which the winding of the stator S3 on the outer diameter side and the winding of the stator S4 on the inner diameter side are integrated. The coil end portions of the windings are indicated by broken lines, G02 and G05 are A-phase windings, G03 and G06 are B-phase windings, and G01, G04 and G07 are C-phase windings. In either case, a one-way current represented by a winding symbol is applied. The three-phase current can be driven by the one-way current control device shown in FIGS. 2 and 3, and the cost and size can be reduced as described above. At this time, a unidirectional current is passed through each winding of the motors shown in FIGS. 15 and 16, and the unidirectional magnetic flux passes through each stator magnetic pole to act electromagnetically.

なお、図16の複合モータの場合、外径側のモータの磁束量と内径側のモータの磁束量を同じ値にする必要があり、内径側のモータの磁束量がやや過剰となりやすい。この対応として、図15と図16の両モータの中間的なモータを実現することもできる。すなわち、外径側ステータと内径側ステータの間に磁束量的なアンバランス分だけバックヨークを配置するものである。そして、図16の巻線は2組に分け、外形側ステータのスロットと内径側ステータのスロットに、図16の巻線と類似の巻線をそれぞれに適切な量を巻回すればよい。   In the case of the composite motor of FIG. 16, the amount of magnetic flux of the motor on the outer diameter side and the amount of magnetic flux of the motor on the inner diameter side need to be the same value, and the amount of magnetic flux of the motor on the inner diameter side tends to be slightly excessive. As this correspondence, an intermediate motor between the motors of FIGS. 15 and 16 can be realized. That is, the back yoke is arranged between the outer diameter side stator and the inner diameter side stator by the amount of magnetic flux imbalance. The windings in FIG. 16 are divided into two sets, and windings similar to the windings in FIG. 16 may be wound around the slots of the outer side stator and the inner diameter side stator, respectively.

また、図15は外径方向と内径方向に2個のモータを効果的に配置したモータ構成であるが、ロータ軸方向にアキシャルギャップ構造のモータを2個配置し、両端がそれぞれのロータで、ロータ軸方向の中心にステータを背中合わせに配置することもできる。この組み合わせについても、図15に示すモータの一変形であり、本発明に含むものである。   FIG. 15 shows a motor configuration in which two motors are effectively arranged in the outer diameter direction and the inner diameter direction. Two motors having an axial gap structure are arranged in the rotor axial direction, and both ends are respectively rotors. It is also possible to arrange the stators back to back at the center in the rotor axial direction. This combination is also a modification of the motor shown in FIG. 15 and is included in the present invention.

また、他の複合モータの形態として、ステータとロータの配置の組み合わせは、最も外側にステータS5を配置し、最も内径側にステータS6を配置し、S5とS6の間に、複合化したロータR3とR4を配置することも出来る。この時、ステータS5とS6には、図16と類似の巻線を巻回すればよい。   As another form of the composite motor, the combination of the arrangement of the stator and the rotor is such that the stator S5 is arranged on the outermost side, the stator S6 is arranged on the innermost side, and the combined rotor R3 is placed between S5 and S6. And R4 can also be arranged. At this time, windings similar to FIG. 16 may be wound around the stators S5 and S6.

次にステータ磁極の形状とロータ磁極の形状を工夫し、高トルク化する本発明について、図17、図18に示し説明する。図17に示すモータは、図1のモータに比較し、各ステータの歯の先端部を2個に分けている。具体的にはA51とA52、A53とA54、A55とA56、A57とA58、A59とA5A、A5BとA5Cである。ロータ磁極の数は図1のステータ磁極数4に増加した歯数6を加えた10であり、ロータ磁極のピッチは、前記のステータの分割した歯のピッチとほぼ一致している。A5KとコイルエンドA5SとA5NはA相巻線である。A5MとコイルエンドA5TとA5QはB相巻線である。A5PとコイルエンドA5UとA5LはC相巻線である。動作は、図4に示した動作と類似の動作であり、A相電流Ia、B相電流Ib、C相電流Icも同様の電流である。ただし、ロータの回転角は、ロータ磁極の円周方向幅が小さくなっているのでその分だけ回転角が小さくなる。以上の結果、図17のモータは図4のモータに比較して、単純原理的にはトルクを発生する歯の数が2倍になっているのでトルクが2倍になり、回転速度は歯幅の比率だけ遅くなるモータである。   Next, the present invention for improving the torque by devising the shape of the stator magnetic pole and the shape of the rotor magnetic pole will be described with reference to FIGS. The motor shown in FIG. 17 divides the tips of the teeth of each stator into two parts as compared with the motor shown in FIG. Specifically, A51 and A52, A53 and A54, A55 and A56, A57 and A58, A59 and A5A, and A5B and A5C. The number of rotor magnetic poles is 10 which is obtained by adding the increased number of teeth 6 to the number of stator magnetic poles 4 in FIG. 1, and the pitch of the rotor magnetic poles substantially matches the pitch of the divided teeth of the stator. A5K and coil ends A5S and A5N are A-phase windings. A5M and coil ends A5T and A5Q are B-phase windings. A5P and coil ends A5U and A5L are C-phase windings. The operation is similar to the operation shown in FIG. 4, and the A-phase current Ia, the B-phase current Ib, and the C-phase current Ic are the same current. However, the rotation angle of the rotor is reduced by the corresponding amount because the circumferential width of the rotor magnetic pole is reduced. As a result of the above, the motor of FIG. 17 is twice the number of teeth generating torque in comparison with the motor of FIG. 4, so the torque is doubled and the rotational speed is the tooth width. The motor is slowed by the ratio of

次に図18のモータは、図1のモータに比較し、各ステータの歯の先端部を3個に分けている。具体的にはA61とA62とA63、A64とA65とA66、A67とA68とA69、A6AとA6BとA6C、A6DとA6EとA6F、A6GとA6HとA6Jである。ロータ磁極の数は図1のロータ磁極数4に増加した歯数6×2を加えた16であり、ロータ磁極のピッチは、前記のステータの分割した歯のピッチとほぼ一致している。A6RとコイルエンドA5SとA6UはA相巻線である。A6TとコイルエンドA5TとA6WはB相巻線である。A6VとコイルエンドA5UとA6SはC相巻線である。動作は、図4に示した動作と類似の動作であり、A相電流Ia、B相電流Ib、C相電流Icも同様の電流である。ただし、ロータの回転角は、ロータ磁極の円周方向幅が小さくなっているのでその分だけ回転角が小さくなる。以上の結果、図18のモータは図4のモータに比較して、単純原理的には歯の数が3倍になっているのでトルクが3倍になり、回転速度は歯幅の比率だけ遅くなるモータである。   Next, the motor of FIG. 18 divides the tips of the teeth of each stator into three parts as compared with the motor of FIG. Specifically, they are A61 and A62 and A63, A64 and A65 and A66, A67 and A68 and A69, A6A and A6B and A6C, A6D and A6E and A6F, A6G and A6H and A6J. The number of rotor magnetic poles is 16 which is obtained by adding the increased number of teeth 6 × 2 to the number of rotor magnetic poles 4 in FIG. 1, and the pitch of the rotor magnetic poles substantially matches the pitch of the divided teeth of the stator. A6R and coil ends A5S and A6U are A-phase windings. A6T and coil ends A5T and A6W are B-phase windings. A6V and coil ends A5U and A6S are C-phase windings. The operation is similar to the operation shown in FIG. 4, and the A-phase current Ia, the B-phase current Ib, and the C-phase current Ic are the same current. However, the rotation angle of the rotor is reduced by the corresponding amount because the circumferential width of the rotor magnetic pole is reduced. As a result, the motor shown in FIG. 18 has three times the number of teeth in principle in comparison with the motor shown in FIG. 4, so that the torque is tripled and the rotational speed is slower by the ratio of the tooth width. It is a motor.

図17、図18に示したモータは、各ステータ磁極の歯の数を2倍あるいは3倍と増加し、トルク定数を大きくしたモータである。図1に示したモータに比較して、トルク定数、トルクの増加が見込め、モータの効率も向上する。ただし、モータのピークトルクは、ステータ磁極周辺、ロータ磁極周辺の漏れ磁束が発生するため磁気飽和が部分的に発生し、さほど向上しないことが多い。この対策として、前記の歯間の凹部に永久磁石をそのステータ磁極の磁束の方向とは反対方向に向けて配置することにより、歯間の漏れ磁束を低減することができ、トルクを向上することが可能である。また、前記歯の側面から前記凹部の底部へ磁石を配置して歯の部分へ通過する磁束の大きさを増大することにより、トルクを増加することもできる。また、両手法を使用することもできる。   The motor shown in FIGS. 17 and 18 is a motor in which the number of teeth of each stator magnetic pole is increased twice or three times to increase the torque constant. Compared with the motor shown in FIG. 1, an increase in torque constant and torque can be expected, and the efficiency of the motor is improved. However, in many cases, the peak torque of the motor does not improve so much because magnetic flux is partially generated because leakage magnetic flux is generated around the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole. As a countermeasure, the permanent magnet is arranged in the concave portion between the teeth in the direction opposite to the direction of the magnetic flux of the stator magnetic pole, thereby reducing the leakage magnetic flux between the teeth and improving the torque. Is possible. Further, the torque can be increased by disposing a magnet from the side surface of the tooth to the bottom of the recess to increase the magnitude of the magnetic flux passing to the tooth portion. Both approaches can also be used.

次に、図1のモータに界磁巻線を付加したモータを図19に示し説明する。具体的には、ステータA0P1において、ステータ磁極A01の周囲へ界磁巻線A72とA73とを破線で示すように集中巻きに巻回し、ステータ磁極A02の周囲へ界磁巻線A75とA74とを集中巻きに巻回し、ステータ磁極A03の周囲へ界磁巻線A76とA77とを集中巻きに巻回し、ステータ磁極A04の周囲へ界磁巻線A79とA78とを集中巻きに巻回し、ステータ磁極A05の周囲へ界磁巻線A7AとA7Bとを集中巻きに巻回し、ステータ磁極A06の周囲へ界磁巻線A71とA7Cとを集中巻きに巻回している。電流の方向は各巻線のシンボルの方向である。それぞれの界磁巻線を電流の方向が同じになるように渡り線で直列に接続し、図21に示すように界磁電流駆動回路により界磁電流Ifを通電する。A87は直流電圧源、A88はフライホイールダイオード、A81、A82、A83、A84、A85、A86は図19に示した各界磁巻線、A89は界磁電流駆動用トランジスタ、A92は界磁電流Ifを検出する電流センサーである
前記界磁電流Ifを通電し、他の各相電流Ia、Ib、Icが零の状態では、ロータA0K1において、太線の矢印で示す磁束A7D、A7Eが誘起し、回転トルクは相殺するので零となる。この状態でロータが反時計回転方向へ回転すると、それぞれの界磁巻線に鎖交する磁束は回転と共に変化するが、6個の界磁巻線に鎖交する総磁束は変化しない。従って、図21に示すように界磁巻線を直列に接続して界磁電流Ifを通電して反時計回転方向へ回転する場合、ステータ磁極A01、A04の磁束は増加するが、A02とA05の磁束は減少し、総磁束は変化しない。この時、図21の各巻線の磁気エネルギは巻線間で授受することになる。従って、直流電源側からモータの界磁巻線側への電力の授受は、原理的に発生しない。
Next, a motor in which a field winding is added to the motor of FIG. 1 will be described with reference to FIG. Specifically, in the stator A0P1, the field windings A72 and A73 are wound around the stator magnetic pole A01 in a concentrated manner as indicated by broken lines, and the field windings A75 and A74 are wound around the stator magnetic pole A02. Winding in a concentrated winding, winding the field windings A76 and A77 around the stator magnetic pole A03 in a concentrated winding, winding the field windings A79 and A78 around the stator magnetic pole A04 in a concentrated winding, and the stator magnetic pole Field windings A7A and A7B are wound around A05 in a concentrated winding, and field windings A71 and A7C are wound around a stator magnetic pole A06 in a concentrated winding. The direction of the current is the direction of the symbol of each winding. Each field winding is connected in series with a jumper so that the direction of current is the same, and a field current If is supplied by a field current drive circuit as shown in FIG. A87 is a DC voltage source, A88 is a flywheel diode, A81, A82, A83, A84, A85, A86 are each field winding shown in FIG. 19, A89 is a field current driving transistor, and A92 is a field current If. When the field current If, which is a current sensor to detect, is energized and the other phase currents Ia, Ib, Ic are zero, the magnetic fluxes A7D, A7E indicated by the thick arrows are induced in the rotor A0K1, and the rotational torque Cancels and becomes zero. When the rotor rotates counterclockwise in this state, the magnetic flux interlinked with each field winding changes with rotation, but the total magnetic flux interlinked with the six field windings does not change. Therefore, as shown in FIG. 21, when the field windings are connected in series and the field current If is applied to rotate in the counterclockwise direction, the magnetic fluxes of the stator magnetic poles A01 and A04 increase, but A02 and A05. The magnetic flux decreases and the total magnetic flux does not change. At this time, the magnetic energy of each winding in FIG. 21 is transferred between the windings. Therefore, in principle, no power is transferred from the DC power source side to the motor field winding side.

図1のモータを高速回転で駆動する場合の一つの課題は、界磁磁束の供給及び回生の負担である。例えば、反時計回転方向に回転しているとき、ロータ磁極A0Kがステータ磁極A01にさしかかる直前あるいは直後に巻線A72、A78と巻線A79、A73へ所定電流をできるだけ速やかに供給する必要がある。その後、ステータ磁極A01とロータ磁極AOKとの間に回転トルクが発生して回転し、これらの両磁極が真正面に対向する直前に巻線A72、A78と巻線A79、A73へ通電している電流をできるだけ速やかに零Aに減少させる必要がある。すなわち、課題の一つは、所定のタイミングで電流を急激に立ち上げ、その後所定のタイミングで電流を急激に減少させることである。   One problem in driving the motor of FIG. 1 at high speed is the supply of field magnetic flux and the burden of regeneration. For example, when rotating in the counterclockwise direction, it is necessary to supply a predetermined current to the windings A72 and A78 and the windings A79 and A73 as quickly as possible immediately before or immediately after the rotor magnetic pole A0K reaches the stator magnetic pole A01. Thereafter, a rotational torque is generated between the stator magnetic pole A01 and the rotor magnetic pole AOK to rotate, and the currents energized to the windings A72, A78 and the windings A79, A73 immediately before the two magnetic poles face the front. Must be reduced to zero A as soon as possible. That is, one of the problems is to suddenly increase the current at a predetermined timing and then rapidly decrease the current at a predetermined timing.

図19、図21に示すように界磁電流Ifが流れていて界磁磁束は確立している場合には、巻線A72、A78と巻線A79、A73の電流の増減に伴う磁束の増減が小さく、電圧の負担が小さいので電流制御が容易となる。また、図21に示す6個の界磁巻線の合計電圧の変動は小さく、比較的細い巻線を多数回巻回することができ、界磁電流を比較的小さなトランジスタA89で制御することができる。その結果、図2、図3の制御装置のトランジスタへの負担も軽減することができ、制御装置の小容量化が可能である。図2、図3の制御装置が供給する電力の力率が改善すると見ることもできる。   As shown in FIGS. 19 and 21, when the field current If is flowing and the field magnetic flux is established, the increase / decrease in the magnetic flux accompanying the increase / decrease in the currents of the windings A72, A78 and A79, A73 is increased. The current control is easy because the voltage is small and the burden of voltage is small. In addition, the total voltage variation of the six field windings shown in FIG. 21 is small, a relatively thin winding can be wound many times, and the field current can be controlled by a relatively small transistor A89. it can. As a result, the burden on the transistor of the control device of FIGS. 2 and 3 can be reduced, and the capacity of the control device can be reduced. It can also be seen that the power factor of the power supplied by the control device of FIGS. 2 and 3 is improved.

また、回生する場合、発電機として使用する場合にも、図19、図21の界磁巻線構成は力率を改善することができ、好都合である。   In addition, when regenerating or using as a generator, the field winding configuration of FIGS. 19 and 21 is advantageous in that the power factor can be improved.

また、図19に示す前記界磁巻線は各ステータ磁極に個々に界磁巻線を巻回したが、図20に示すように全節巻の界磁巻線とすることもできる。H71、H74はA相の界磁巻線、H75、H72はB相の界磁巻線、H73、H76はC相の界磁巻線である。これらの3個の巻線を電流方向を合わせて直列に巻回し、界磁電流を通電する。なお、3個の巻線へ個別に電流を通電することも可能である。   Further, although the field winding shown in FIG. 19 is wound around each stator magnetic pole individually, it can be a full-pitch field winding as shown in FIG. H71 and H74 are A-phase field windings, H75 and H72 are B-phase field windings, and H73 and H76 are C-phase field windings. These three windings are wound in series with their current directions aligned, and a field current is applied. It is also possible to apply current to the three windings individually.

これらの全節巻、集中巻きの界磁巻線の数は3個なので、図21の制御へ適用する場合は、界磁巻線A81等の6個の巻線に変え、3個の直列巻線となる。また、界磁巻線を図14に示すような環状巻の巻線で構成することもできる。また、図15に示した様にモータを複合化し両モータのスロットへ相互に巻線を巻回する界磁巻線とすることもできる。   Since the number of field windings of these full-pitch windings and concentrated windings is three, when applied to the control of FIG. 21, instead of six windings such as the field winding A81, three series windings are provided. Become a line. Further, the field winding may be formed of an annular winding as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 15, a motor can be combined to form a field winding in which windings are wound around slots of both motors.

既に図1のモータの巻線へ通電する区間、方法について図4に示し説明したが、ある回転方向トルクを発生する場合、その回転方向に回転していて、ロータ磁極があるステータ磁極へさしかかるとき、そのステータ磁極の円周方向両隣のスロットの2個の巻線へ、それぞれ逆方向の電流を通電すればよい。そのためには、円周方向の各スロットの巻線に通電する電流の方向は、円周方向に隣接する各スロットに正電流と負電流とを交互に配置する。この時、円周方向に隣接する各ステータ磁極に、回転と共に順次誘起する磁束の方向も、正磁束と負磁束とを交互に誘起することになる。   The section and method for energizing the motor windings of FIG. 1 have already been described with reference to FIG. 4. When a torque in a certain rotational direction is generated, the rotor is rotating in the rotational direction and the rotor magnetic pole is approaching a certain stator magnetic pole. The currents in the opposite directions may be applied to the two windings in the slots on both sides in the circumferential direction of the stator magnetic pole. For this purpose, the current flowing through the windings in the slots in the circumferential direction is arranged such that positive currents and negative currents are alternately arranged in slots adjacent in the circumferential direction. At this time, a positive magnetic flux and a negative magnetic flux are alternately induced in the direction of the magnetic flux that is sequentially induced along with the rotation in each stator magnetic pole adjacent in the circumferential direction.

本発明モータと制御装置でそれらの特長を発揮するためには次の条件が重要である。電流、電圧をより簡単に供給するために、各巻線の電流が片方向電流であること。各巻線とその電流が二つの電磁気的作用に兼用できるために、円周方向に隣接する各ステータ磁極の両隣のスロットの巻線電流の正負の方向は逆方向であること。これは、あるスロットの巻線の電流はそのスロットの両隣のステータ磁極がそれぞれにトルクを発生するときにそれぞれに寄与できること、すなわち、各巻線は2つの異なる作用に使用でき、兼用の巻線であることである。そして、ロータの回転に伴いこれらの動作を順次行うことにより、前記の巻線電流でロータの正転、逆転、正トルク、負トルクをほぼ連続的に発生できること、すなわち、4象限運転ができることである。また、ロータ磁極が軟鉄で構成され、磁束の方向が両方向に作ることができ、磁束の方向がどちらであっても吸引力が作用する点も重要である。   The following conditions are important in order to exhibit these features in the motor and the control device of the present invention. In order to supply current and voltage more easily, the current in each winding must be unidirectional. Since each winding and its current can be used for two electromagnetic actions, the positive and negative directions of the winding current in the slots adjacent to each stator pole adjacent in the circumferential direction must be opposite. This is because the current in the winding of a slot can contribute to each of the stator poles adjacent to that slot, respectively, ie each winding can be used for two different functions, That is. By sequentially performing these operations as the rotor rotates, forward rotation, reverse rotation, positive torque, and negative torque of the rotor can be generated almost continuously with the winding current, that is, four-quadrant operation can be performed. is there. It is also important that the rotor magnetic poles are made of soft iron, the direction of the magnetic flux can be made in both directions, and the attractive force acts regardless of the direction of the magnetic flux.

この時、両隣のステータ磁極の異なるそれぞれの作用に使用できるためには、モータの各巻線の結線を電流の独立制御が可能な結線としておく必要がある。各巻線の電流を独立に制御できる最も簡単な方法は、モータの各巻線ごとに個別のトランジスタで電圧、電流を印加できる方法で、具体例は図2、図3の巻線の結線である。直流電源に対して各巻線を並列に配置して個別に電流、電圧を印加している、あるいは、モータの各巻線を分離して個別に電流、電圧を印加している。なお、巻線が兼用できるということは、モータ巻線の実質的抵抗値を小さくできるということだけではなく、巻線の電流を駆動するパワートランジスタを兼用できるということでもある。   At this time, in order to be able to be used for different actions of the adjacent stator magnetic poles, it is necessary to connect the windings of the motors so that the current can be controlled independently. The simplest method that can control the current of each winding independently is a method in which voltage and current can be applied to each winding of the motor by an individual transistor, and specific examples are the connection of the windings of FIGS. The windings are arranged in parallel to the DC power source and current and voltage are individually applied, or the windings of the motor are separated and the current and voltage are individually applied. The fact that the winding can also be used not only means that the substantial resistance value of the motor winding can be reduced, but also means that the power transistor that drives the current of the winding can also be used.

これらの条件が成立するとき、駆動する電流が直流であり、各電流はモータの異なるステータ磁極の駆動に兼用できるのでそのパワートランジスタも兼用できることになり全部のパワートランジスタの電流容量合計が低減でき、その結果制御装置を小型化できる。具体的には、図1、図9等に示す本発明モータと図2、図3等に示す制御装置、あるいはこれらを必要に応じて多相化した制御装置と組み合わせて、制御装置の大幅な低コスト化を実現することができる。また、制御装置の電流容量をどの程度低減できるかは、本発明モータの種類によって変わる。   When these conditions are satisfied, the current to be driven is direct current, and each current can also be used for driving different stator poles of the motor, so that the power transistor can also be used, and the total current capacity of all the power transistors can be reduced, As a result, the control device can be reduced in size. Specifically, by combining the motor of the present invention shown in FIGS. 1 and 9 and the control device shown in FIGS. 2 and 3 or a control device in which these are multiphased as necessary, Cost reduction can be realized. Further, how much the current capacity of the control device can be reduced depends on the type of the motor of the present invention.

図1のモータの場合、3個の巻線の内の2個の巻線がトルク発生に寄与し、そして、2個の巻線へ電力を供給する制御装置の経路が別経路であって、それぞれの2経路で同時に電力供給が可能である点が特徴的である。   In the case of the motor of FIG. 1, two of the three windings contribute to torque generation, and the path of the control device that supplies power to the two windings is another path, A characteristic is that power can be supplied simultaneously in each of the two paths.

これに対し、図119に示す従来の3相交流インバータと3相交流モータの場合、インバータの最大出力は直流電圧源の電圧と1個のトランジスタの電流容量の積であり、1つの電力供給経路分の出力しかで駆動できない。すなわち、6個のトランジスタで1つの電力供給経路分の出力しか供給、駆動できない。   In contrast, in the case of the conventional three-phase AC inverter and three-phase AC motor shown in FIG. 119, the maximum output of the inverter is the product of the voltage of the DC voltage source and the current capacity of one transistor, and one power supply path It can be driven with only a minute output. That is, only the output for one power supply path can be supplied and driven by six transistors.

なお、本発明のモータと制御装置で、ステータ磁極の数Mが大きな数である場合には、後で述べるように、3経路以上からの同時の電力供給も可能である。   In the motor and the control device of the present invention, when the number M of the stator magnetic poles is a large number, as described later, simultaneous power supply from three or more paths is possible.

各巻線の結線方法は、同一位相の巻線あるいは逆位相の巻線を電流方向が一致するように直列に接続することにより、電流を駆動するトランジスタ等の電流制御手段を簡素化できる。例えば、本発明モータである図1のモータを4極にした場合、円周上にA相巻線、B相巻線、C相巻線が2個づつ配置するのでそれぞれの相の巻線を2個づつ直列に巻回できる。6極の場合、同相の巻線を3個づつ直列に巻回できる。当然、位相の異なる巻線へ通電する電流は異なる電流制御手段で別々に通電し、それぞれに電力を供給する。   The connection method of each winding can simplify current control means such as a transistor for driving a current by connecting in-phase windings or anti-phase windings in series so that the current directions coincide with each other. For example, when the motor of the present invention shown in FIG. 1 has four poles, two A-phase windings, two B-phase windings, and two C-phase windings are arranged on the circumference. Two pieces can be wound in series. In the case of six poles, three in-phase windings can be wound in series. Of course, the currents to be supplied to the windings having different phases are separately supplied by different current control means and supplied with electric power.

図14の環状巻の巻線のモータにおいて、巻線A41、A42と巻線A47、A48は逆相の電流であり、通電方向を合わせて、渡り線で直列に巻回することができる。   In the motor of the annular winding shown in FIG. 14, the windings A41 and A42 and the windings A47 and A48 are currents of opposite phases, and can be wound in series with a jumper in accordance with the energization direction.

なお、図1のモータを反時計回転方向へ回転させるとき、ステータ磁極A01がロータ磁極A0Kを吸引するとき、巻線A0DとA0Eへ逆方向の電流を同時に通電するが、次に、ステータ磁極A02でロータ磁極AOKを吸引するときには、巻線A0Eと巻線A0Fへ電流を通電し巻線A0Dへは通電しない。この場合において、巻線A0DとA0Eは同じ大きさの電流を通電するときもあるが、異なる電流値であるときもある。このような電流の位相は同一位相でも逆相の位相でもない。巻線AODに通電するA相電流Iaと巻線A0Eの通電するB相電流Ibは異なる位相の電流である。   When the motor of FIG. 1 is rotated in the counterclockwise direction, when the stator magnetic pole A01 attracts the rotor magnetic pole A0K, a reverse current is simultaneously supplied to the windings A0D and A0E. Next, the stator magnetic pole A02 When attracting the rotor magnetic pole AOK, the current is supplied to the winding A0E and the winding A0F, and the current is not supplied to the winding A0D. In this case, the windings A0D and A0E may conduct the same current, but may have different current values. Such a current phase is neither the same phase nor a reverse phase. The A-phase current Ia energized in the winding AOD and the B-phase current Ib energized in the winding A0E have different phases.

図1、図9、図14、図15などに示したモータは、図2、図3に示すような制御装置で、A相電流Ia、B相電流Ib、C相電流Icを通電することによりモータを回転駆動することができる。この時、各巻線への電流の通電は、少なくとも2個以上の通電経路を持って、2個以上の電流制御手段で同時に電力を供給する構成としている。   The motor shown in FIG. 1, FIG. 9, FIG. 14, FIG. 15 and the like is controlled by supplying the A phase current Ia, the B phase current Ib, and the C phase current Ic with the control device as shown in FIG. The motor can be driven to rotate. At this time, each coil is energized with a current having at least two energization paths and supplying power simultaneously by two or more current control means.

例えば、図98の制御装置で駆動する場合、2つの経路で電力を供給できるので、2個の電流制御手段は、(電流容量×電源電圧×2)の電力を供給することができる。図119に示す3相交流インバータが(電流容量×電源電圧×1)の電力供給であるのに比較して2倍の電力供給ができることになる。   For example, when driven by the control device of FIG. 98, power can be supplied through two paths, so that the two current control means can supply power of (current capacity × power supply voltage × 2). The three-phase AC inverter shown in FIG. 119 can supply twice as much power as compared to (current capacity × power supply voltage × 1).

図2、図3に示すような制御装置で、同時に2経路以上で電力供給が行える条件、すなわち制御装置の電流容量を低減できる条件として、前記したように、各巻線の電流が片方向電流であること、各巻線の電流が独立に制御できるモータの結線であって、円周方向に隣接する両隣のステータ磁極をそれぞれ2つのトルク発生モードで励磁でき、その巻線を両モードで兼用していることである。モータ特性と各巻線の結線および制御装置特性との全てが密接に関わっている。   In the control device as shown in FIG. 2 and FIG. 3, as described above, as a condition that power can be supplied simultaneously with two or more paths, that is, a condition that the current capacity of the control device can be reduced, the current of each winding is a one-way current. There is a connection of a motor that can control the current of each winding independently, and both adjacent stator poles adjacent to each other in the circumferential direction can be excited in two torque generation modes, and the winding can be used in both modes. It is that you are. The motor characteristics and the connection of each winding and the control device characteristics are all closely related.

例えば、図120に示すスイッチトリラクタンスモータは、図2、図3に示すような制御装置で駆動することはできるが、同時に2個の経路で電力供給をすることはできない。従って、本発明モータと制御装置のように、制御装置のトランジスタの電流容量を低減することはできない。図120のモータとは、巻線方法、渡り線の結線方法、電流の通電方法、制御方法などが異なる。そして両モータシステムは、モータ効率、モータサイズとコスト、制御装置効率、制御装置サイズとコストに大きな差がある。   For example, the switched reluctance motor shown in FIG. 120 can be driven by a control device as shown in FIGS. 2 and 3, but cannot supply power through two paths simultaneously. Therefore, the current capacity of the transistor of the control device cannot be reduced as in the motor and the control device of the present invention. 120 differs from the motor shown in FIG. 120 in a winding method, a connecting method for connecting wires, a current application method, a control method, and the like. Both motor systems have large differences in motor efficiency, motor size and cost, control device efficiency, control device size and cost.

既に説明したように、図19に示すような界磁巻線を施すことができる。そして、図21に示すように、これらの界磁巻線を電流方向が同一になるように渡り線で直列に接続し、界磁電流Ifを流し、比較的簡単な発電機を構成することができる。巻線A0D、A0GはA相巻線で、図21の巻線A9Lである。巻線A0F、A0JはB相巻線で、図21の巻線A9Mである。巻線A0H、A0EはC相巻線で、図21の巻線A9Nである。A9H、A9J、A9Kは整流用のダイオードであり、3相の電圧を整流して直流電圧、直流電流を得る。A9Fは整流用のチョークコイル、A9Pはコンデンサ、あるいは、バッテリなどである。A9Qは負荷である。なお、整流ダイオードA9H、A9J、A9Kの替わりにIGBT等の制御素子も使用できる。また、チョークコイルA9Fとコモン線A9Rの間にIGBT等の制御素子を追加し、チョークコイルA9FとコンデンサA9Pの間にダイオードを追加し、DC−DCコンバータを構成することもできる。DC−DCコンバータをコンデンサA9Pの後段に配置することもできる。図21に示すように、界磁巻線へ界磁電流Ifを通電することにより比較的簡単な構成の発電機を構成することができる。   As already explained, a field winding as shown in FIG. 19 can be applied. Then, as shown in FIG. 21, these field windings are connected in series with a jumper so that the current directions are the same, and a field current If is allowed to flow to constitute a relatively simple generator. it can. The windings A0D and A0G are A-phase windings and are the winding A9L of FIG. The windings A0F and A0J are B-phase windings, which are the winding A9M in FIG. The windings A0H and A0E are C-phase windings and are the winding A9N of FIG. A9H, A9J, and A9K are rectifying diodes that rectify three-phase voltages to obtain a DC voltage and a DC current. A9F is a choke coil for rectification, and A9P is a capacitor or a battery. A9Q is a load. A control element such as an IGBT can be used instead of the rectifier diodes A9H, A9J, and A9K. Further, a DC-DC converter can be configured by adding a control element such as IGBT between the choke coil A9F and the common line A9R and adding a diode between the choke coil A9F and the capacitor A9P. A DC-DC converter can also be arranged after the capacitor A9P. As shown in FIG. 21, a generator having a relatively simple configuration can be configured by supplying a field current If to the field winding.

図19のモータ構成における発電は、今、反時計回転方向CCWに回転しているとして、ロータ磁極A0Kがステータ磁極A01にさしかかり、真正面に対向し、そのロータ位置からCCWへ回転してステータ磁極とロータ磁極との対向面積が減少する時に、巻線A0D、A0Eおよび巻線A0H、A0Eに磁束の減少を妨げる方向に発電電圧が発生し、発電電流が流れる。他のステータ磁極と巻線についても同様である。また、発電電流は3相の内の2相の巻線に流れるので、効率も良い。   The power generation in the motor configuration in FIG. 19 assumes that the rotor magnetic pole A0K is now rotating in the counterclockwise direction CCW, faces the stator magnetic pole A01, faces directly in front, rotates from the rotor position to the CCW, and When the area facing the rotor magnetic pole decreases, a generated voltage is generated in a direction that prevents the magnetic flux from decreasing in the windings A0D and A0E and the windings A0H and A0E, and a generated current flows. The same applies to other stator magnetic poles and windings. Further, since the generated current flows through the two-phase winding of the three phases, the efficiency is good.

自動車用の発電機であるオルタネータは、例えば、1,000rpmから10,000rpm以上の広範囲な回転数領域において、バッテリの電圧である12Vから14V程度の発電が求められる。しかも、コスト要求のレベルが高く、簡素な構成で実現する必要がある。現状、世界の自動車で使用されているオルタネータの大半はランデル型と言われるもので、回転子側にクローポール構造のロータ磁極が配置され、そのクローポールの中に回転子軸を中心として巻回する直流界磁巻線が巻回されている。直流電流は固定子側からスリップリングとブラシを介して接触式で供給されている。固定子側の3相交流巻線に交流電圧が出力されるので、3相交流電圧をダイオードで整流して直流の12Vを作っている。現状のオルタネータの問題として、スリップリングとブラシの寿命および信頼性問題およびロータの複雑さがある。また、ロータ構造の巻線と磁路の取り合いの関係からオルタネータの高出力化が難しい点も問題である。またロータのクローポール構造から、高速回転ではロータが変形する問題もあり、ステータとロータ間のエアギャップ拡大の問題もある。   An alternator, which is a generator for automobiles, is required to generate power of about 12V to 14V, which is a battery voltage, in a wide range of rotation speeds from 1,000 rpm to 10,000 rpm, for example. Moreover, the level of cost requirement is high and it is necessary to realize with a simple configuration. At present, most of the alternators used in automobiles around the world are said to be of the Landel type. A rotor pole with a claw pole structure is arranged on the rotor side, and the rotor shaft is wound around the rotor axis. A DC field winding is wound. Direct current is supplied from the stator side through a slip ring and a brush in a contact manner. Since an AC voltage is output to the three-phase AC winding on the stator side, the three-phase AC voltage is rectified with a diode to produce 12V DC. Current alternator issues include slip ring and brush life and reliability issues and rotor complexity. Another problem is that it is difficult to increase the output of the alternator due to the relationship between the winding of the rotor structure and the magnetic path. In addition, due to the claw pole structure of the rotor, there is a problem that the rotor is deformed at high speed rotation, and there is also a problem that the air gap between the stator and the rotor is enlarged.

図21のA93は電圧指令、A9Gこの発電機の出力端子でA9Sは出力電圧信号、A9Aは加算機で電圧誤差を求め、比例、積分などの補償器A9Bでその出力は界磁電流指令である。A9Cは加算器で、界磁電流指令と界磁電流検出手段A92の出力との差から界磁電流誤差を求め、比例、積分等の補償器A9D、A9Eで界磁電流電圧指令を求め、パルス幅変調器でいわゆるPWM信号を作りトランジスタA89の駆動信号を作る。このように、発電電圧を監視しながら、界磁電流Ifを制御することにより、広範囲な回転領域で安定した定電圧の発電を行うことが可能である。能動的なパワー素子は界磁電流用のトランジスタA89だけであり、また、発電機の巻線および整流器も簡単な構成で、低コストに実現できる。そして、界磁電流用のブラシ、スリップリングがないので、信頼性も向上する。振動、騒音については重要な課題であるが、各磁極形状なお、各部の詳細な構成については、種々の変形が可能である。   In FIG. 21, A93 is a voltage command, A9G is an output terminal of this generator, A9S is an output voltage signal, A9A is a voltage error by an adder, and the output is a field current command by a compensator A9B such as proportional or integral. . A9C is an adder which calculates a field current error from the difference between the field current command and the output of the field current detection means A92, and determines a field current voltage command by the compensators A9D and A9E such as proportional and integral. A so-called PWM signal is generated by a width modulator to generate a drive signal for the transistor A89. Thus, by controlling the field current If while monitoring the generated voltage, it is possible to generate a stable constant voltage in a wide range of rotation. The active power element is only the transistor A89 for field current, and the windings and rectifier of the generator can be realized at a low cost with a simple configuration. And since there is no brush and slip ring for field current, reliability is also improved. Although vibration and noise are important issues, the shape of each magnetic pole can be variously modified with respect to the detailed configuration of each part.

本発明のモータで構成するオルタネータの例は、図19に示す界磁巻線付きのモータ構造を8極程度に多極化した構成であり、界磁巻線と発電用の巻線とが共に固定子側に配置でき、非接触型の高信頼でかつ簡素なオルタネータとすることができる。本発明で、界磁巻線を固定子側に配置でき、かつ直流で励磁できる理由は、本発明モータが片方向電流で機能し、各ステータ磁極を通過する磁束も片方向磁束であることに起因している。本発明モータ特有の特長である。従来の交流発電機でステータ側から界磁を励磁する場合には、3相交流の界磁電流が必要となり、複雑で高価なものとなってしまう。また、界磁巻線と発電巻線がステータ側にあるので、大型化、高出力化も比較的容易である。また、本発明モータのロータは鉄の塊なので大変堅牢に構成でき、高速回転でもロータの変形量は少なく、ステータとロータ間のエアギャップを工作、組立精度の限界まで小さくでき、モータの高効率化と高速化が可能である。以上示したように、図19および図21に示す本発明オルタネータの構成は、従来のランデル型オルタネータの大半の問題を解決できる。   An example of an alternator configured by the motor of the present invention is a configuration in which the motor structure with field winding shown in FIG. 19 is multipolarized to about 8 poles, and both the field winding and the power generation winding are stators. It is possible to provide a non-contact type highly reliable and simple alternator. The reason why the field winding can be arranged on the stator side and can be excited by direct current in the present invention is that the motor of the present invention functions with a unidirectional current, and the magnetic flux passing through each stator magnetic pole is also a unidirectional magnetic flux. Is attributed. This is a feature unique to the motor of the present invention. In the case of exciting a field from the stator side with a conventional AC generator, a three-phase AC field current is required, which is complicated and expensive. In addition, since the field winding and the power generation winding are on the stator side, it is relatively easy to increase the size and output. In addition, since the rotor of the motor of the present invention is a lump of iron, it can be constructed very robustly, and the amount of deformation of the rotor is small even at high speed rotation, and the air gap between the stator and the rotor can be reduced to the limit of machining and assembly accuracy. And speeding up is possible. As described above, the configuration of the alternator according to the present invention shown in FIGS. 19 and 21 can solve most of the problems of the conventional Landell type alternator.

なお、本発明モータは、前記の界磁巻線がない場合においても、モータの回生制動動作として、発電することもできる。すなわち、図1のモータと図2あるいは図3の制御装置で発電することも可能である。その動作状態は、図1のモータが回生制動を行う、図7、図8の場合と同じ動作であり、モータ側から直流電源側へエネルギーが回生される。すなわち発電する。ただし、このように、モータの駆動装置を使用して発電を行う場合は、図21の構成に比較して、能動的なパワー素子であるトランジスタの数は増加し、やや高価になることが多い。   Note that the motor of the present invention can also generate power as a regenerative braking operation of the motor even when the field winding is not provided. That is, it is possible to generate electric power with the motor of FIG. 1 and the control device of FIG. 2 or FIG. The operation state is the same operation as in the case of FIGS. 7 and 8 in which the motor of FIG. 1 performs regenerative braking, and energy is regenerated from the motor side to the DC power source side. That is, it generates electricity. However, when power generation is performed using a motor drive device in this way, the number of transistors that are active power elements increases and is often somewhat expensive compared to the configuration of FIG. .

次に、本発明モータのステータ磁極の表面に永久磁石を付加したモータを図22、図23に示し説明する。図22のモータは、図1に示したモータを基本構造とし、ステータ磁極の表面に永久磁石B07、B08、B09、B0A、B0B、B0Cを配置した構成である。B01、B02、B03、B04、B05、B06は、各ステータ磁極である。A相巻線A0DとA0GへA相電流Iaを通電し、B相巻線A0FとA0JへB相電流Ibを通電し、C相巻線A0HとA0EへC相電流Icを通電する。電流の方向は図示するシンボルの方向で、片方向電流を通電する。   Next, a motor in which a permanent magnet is added to the surface of the stator magnetic pole of the motor of the present invention will be described with reference to FIGS. The motor shown in FIG. 22 has the basic structure of the motor shown in FIG. 1, and has permanent magnets B07, B08, B09, B0A, B0B, and B0C arranged on the surface of the stator magnetic pole. B01, B02, B03, B04, B05, and B06 are the stator magnetic poles. A phase current Ia is supplied to A phase windings A0D and A0G, B phase current Ib is supplied to B phase windings A0F and A0J, and C phase current Ic is supplied to C phase windings A0H and A0E. The direction of the current is the direction of the symbol shown in the figure, and a one-way current is applied.

永久磁石の磁極の方向は図示する方向であり、あるステータ磁極の永久磁石の方向は、そのステータ磁極の両隣のスロットの巻線へ図示する巻線シンボルの方向へ電流を流したときに印可する起磁力の方向である。本発明モータのステータ側磁束が3相の片方向電流により励磁し、各ステータ磁極の磁束が一方向磁束となるモータ構成なので、ステータ側に永久磁石を配置するモータ構成が可能となっている。   The direction of the magnetic pole of the permanent magnet is the direction shown in the figure, and the direction of the permanent magnet of a certain stator magnetic pole is applied when a current flows in the direction of the winding symbol shown in FIG. The direction of magnetomotive force. Since the stator side magnetic flux of the motor of the present invention is excited by a three-phase unidirectional current and the magnetic flux of each stator magnetic pole becomes a unidirectional magnetic flux, a motor configuration in which a permanent magnet is arranged on the stator side is possible.

このモータ内の磁束は、磁路が複数有り、磁石の起磁力と電流の起磁力とが作用するので、単純ではない。図22のロータ回転位置では太い矢印線H11、H12、H13、H14で示す磁束が誘起し、ロータの回転と共にそれぞれが変化する。モータのトルクは、式(10)等で示したように、巻線の鎖交磁束の回転変化率とその巻線の電流とに比例する。図22のロータ回転位置でCCWのトルクを発生させる場合、C相巻線A0H、A0Eへ鎖交する磁束の回転変化率が大きいので、C相電流Icを通電することによりCCWのトルクを発生できる。磁束H12はこの回転位置の前後では変化しないので、トルク発生には寄与していない。   The magnetic flux in the motor is not simple because there are a plurality of magnetic paths and the magnetomotive force of the magnet and the magnetomotive force of the current act. Magnetic fluxes indicated by thick arrow lines H11, H12, H13, and H14 are induced at the rotor rotation position in FIG. 22, and each change as the rotor rotates. The torque of the motor is proportional to the rotational change rate of the interlinkage magnetic flux of the winding and the current of the winding, as shown by the equation (10). When the CCW torque is generated at the rotor rotational position of FIG. 22, the rotational change rate of the magnetic flux linked to the C-phase windings A0H and A0E is large, so that the CCW torque can be generated by energizing the C-phase current Ic. . Since the magnetic flux H12 does not change before and after this rotational position, it does not contribute to torque generation.

なおこの時、永久磁石とロータ磁極が対向している部分の磁束密度は一定値Bxで、ロータ磁極が対向していない部分の磁束は零であるかあるいはモータの作用に影響しないと仮定すると、A相巻線A0D、A0Gの鎖交磁束はこのロータ回転位置前後では変化しないので、A相電流Iaによるトルク発生は零となる。図1に示したモータとは異なる作用である。   At this time, assuming that the magnetic flux density in the portion where the permanent magnet and the rotor magnetic pole are opposed is a constant value Bx, and the magnetic flux in the portion where the rotor magnetic pole is not opposed is zero or does not affect the operation of the motor. Since the interlinkage magnetic flux of the A-phase windings A0D and A0G does not change before and after the rotor rotation position, torque generation due to the A-phase current Ia becomes zero. The operation is different from that of the motor shown in FIG.

しかし、現実のモータの磁気回路は前記仮定とは異なる状態であり、モータの磁気回路設計を適切に行うことにより、モータシステムとして都合の良い特性とすることができる。都合の良い特性とは、モータのトルクが大きく、制御装置のパワートランジスタの電流容量を小さくできることである。   However, the actual magnetic circuit of the motor is in a state different from the above assumption, and by appropriately designing the magnetic circuit of the motor, it is possible to obtain characteristics that are convenient for the motor system. The convenient characteristic is that the motor torque is large and the current capacity of the power transistor of the control device can be reduced.

図26に永久磁石の磁界の強さHと磁束密度Bとの特性の例を示す。Bhの動作点の磁束密度Brは残留磁束密度で、Bnの動作点は永久磁石の減磁限界点でありその磁束密度はB14である。例えば、モータ電流が零の時の動作点をBkとし、各巻線の電流によりその動作点がBmからBjまで変化するように設計すれば、永久磁石の磁束密度はB13からB11まで変化するので、図22のモータのトルク発生作用も前記の説明とは異なる動作となる。具体的には、図22においてCCWのトルクを発生する時、A相巻線A0D、A0GへA相電流Iaを通電し、同時にC相巻線A0H、A0EへIaと同じ大きさのC相電流Icを通電すると永久磁石B07とB0Aは磁束を強める方向に起磁力が作用し、図26の動作点Bjに磁束密度が増加し、他の永久磁石B08、B09、B0B、B0Cへは起磁力が作用しないのでその動作点Bkは変化しない。この時、磁束H12の回転変化率は動作点の磁束密度の上昇値に比例して増加し、電流Icが発生するトルクが増加すると共に、電流Iaによりトルクが前記磁束B11とB12の差分に比例して発生できるようになる。   FIG. 26 shows an example of the characteristics of the magnetic field strength H and the magnetic flux density B of the permanent magnet. The magnetic flux density Br at the operating point of Bh is the residual magnetic flux density, the operating point of Bn is the demagnetization limit point of the permanent magnet, and the magnetic flux density is B14. For example, if the operating point when the motor current is zero is Bk and the operating point is changed from Bm to Bj by the current of each winding, the magnetic flux density of the permanent magnet changes from B13 to B11. The torque generating action of the motor in FIG. 22 is also different from the above description. Specifically, when CCW torque is generated in FIG. 22, the A-phase windings A0D and A0G are energized with the A-phase current Ia, and the C-phase windings A0H and A0E are simultaneously supplied with the same C-phase current as Ia. When Ic is energized, the permanent magnets B07 and B0A exert a magnetomotive force in the direction of increasing the magnetic flux, the magnetic flux density increases at the operating point Bj in FIG. 26, and the magnetomotive force is exerted on the other permanent magnets B08, B09, B0B, B0C. Since it does not act, its operating point Bk does not change. At this time, the rotation change rate of the magnetic flux H12 increases in proportion to the increase value of the magnetic flux density at the operating point, the torque generated by the current Ic increases, and the torque is proportional to the difference between the magnetic fluxes B11 and B12 by the current Ia. Can be generated.

また、電流Icを電流Iaより大きくすると、(Ic−Ia)に比例して永久磁石B09とB0Cの磁束を弱める起磁力を発生することになり、それらの磁束密度がBm点のB13へ減少する。そして、永久磁石B09とB0Cの磁束低下分だけ電流Iaによるトルクが増加する。なおこの時、C相巻線A0H、A0EのC相電流Icが発生するトルクTcは永久磁石特性で(B11+B13)に比例し、A相巻線A0D、A0GのA相電流Iaが発生するトルクTaは永久磁石B07、B0Aの磁束密度B11と永久磁石B09とB0Cの磁束密度B13の差分(B11−B13)に比例する。このように、図22のモータで、A相巻線とC相巻線とからこのモータへ電力を供給することができ、制御装置のパワートランジスタの電流容量を低減することが可能である。   Further, when the current Ic is larger than the current Ia, a magnetomotive force that weakens the magnetic fluxes of the permanent magnets B09 and B0C is generated in proportion to (Ic−Ia), and the magnetic flux density decreases to B13 at the Bm point. . And the torque by the electric current Ia increases by the magnetic flux fall of the permanent magnets B09 and B0C. At this time, the torque Tc generated by the C-phase currents Ac of the C-phase windings A0H and A0E is a permanent magnet characteristic and is proportional to (B11 + B13), and the torque Ta generated by the A-phase currents Ia of the A-phase windings A0D and A0G Is proportional to the difference (B11−B13) between the magnetic flux density B11 of the permanent magnets B07 and B0A and the magnetic flux density B13 of the permanent magnets B09 and B0C. In this way, with the motor of FIG. 22, electric power can be supplied to the motor from the A-phase winding and the C-phase winding, and the current capacity of the power transistor of the control device can be reduced.

図22のモータの特徴は、図2、図3などの制御装置で駆動でき、パワートランジスタの電流容量を低減できること、永久磁石の付加により図5の特性Trmから特性Tspmの特性へトルクを増加し改善できることである。特に、小型のモータでは、低電流領域でのトルクの改善は顕著である。また、A相電流Ia、B相電流Ib、C相電流Icは、それぞれの電流がいわゆるトルク電流に相当し、永久磁石により各巻線のインダクタンスが小さくなるので電流の応答性が著しく改善され、モータの制御性を改善できる。   The motor shown in FIG. 22 can be driven by the control device shown in FIGS. 2 and 3 to reduce the current capacity of the power transistor. By adding a permanent magnet, the torque is increased from the characteristic Trm shown in FIG. 5 to the characteristic Tspm. It can be improved. In particular, in a small motor, the improvement in torque in a low current region is significant. Further, the A phase current Ia, the B phase current Ib, and the C phase current Ic correspond to so-called torque currents, and the inductance of each winding is reduced by the permanent magnet, so that the current response is remarkably improved, and the motor Can be controlled.

なお、この時、もしB相巻線A0FとA0Jへ巻線シンボルと逆方向の電流−Ibを通電することができれば、磁束H11を強めることができるので、トルクを増加させることができる。また、図22のモータは、巻線の結線を星形結線に変更し、図119で示す従来の3相交流インバータで駆動することもできる。   At this time, if the current -Ib in the direction opposite to the winding symbol can be applied to the B-phase windings A0F and A0J, the magnetic flux H11 can be strengthened, so that the torque can be increased. The motor shown in FIG. 22 can be driven by a conventional three-phase AC inverter shown in FIG. 119 by changing the winding connection to a star connection.

次に、図23に示すモータについて説明する。このモータは図1のモータのステータ磁極表面に永久磁石を配置した構成である。各巻線の電流が各永久磁石の図26の特性に与える影響は図22のモータの場合と同じである。図23の状態でCCWのトルクを発生する場合、A相巻線A0DとA0GへA相電流Iaを通電し、C相巻線A0HとA0EへC相電流Icを通電する。この時、磁束H15は強められ、磁束H16は変化しない。図23のモータのトルクは、図22のモータのA相電流とC相電流との関係が逆なになり、A相巻線A0D、A0GのA相電流Iaが発生するトルクTaは永久磁石F67、F6Aの磁束密度B11と永久磁石F68、F6Bの磁束密度B13の和(B11+B13)に比例し、C相巻線A0H、A0EのC相電流Icが発生するトルクTcは永久磁石特性で(B11−B13)に比例する。図23のモータの特徴は図22のモータの特徴とほぼ同じである。   Next, the motor shown in FIG. 23 will be described. This motor has a configuration in which permanent magnets are arranged on the stator magnetic pole surface of the motor shown in FIG. The influence of the current of each winding on the characteristics of FIG. 26 of each permanent magnet is the same as that of the motor of FIG. When CCW torque is generated in the state of FIG. 23, the A phase current Ia is supplied to the A phase windings A0D and A0G, and the C phase current Ic is supplied to the C phase windings A0H and A0E. At this time, the magnetic flux H15 is strengthened, and the magnetic flux H16 does not change. The torque of the motor of FIG. 23 is such that the relationship between the A phase current and the C phase current of the motor of FIG. 22 is reversed, and the torque Ta generated by the A phase current Ia of the A phase windings A0D and A0G is the permanent magnet F67. , F6A magnetic flux density B11 and permanent magnet F68, F6B magnetic flux density B13 is proportional to the sum (B11 + B13), the torque Tc generated by the C-phase windings A0H, A0E C-phase current Ic is a permanent magnet characteristic (B11- B13). The features of the motor of FIG. 23 are almost the same as the features of the motor of FIG.

前記のように、図22のモータ特性と図23のモータ特性とでは、トルクを発生するステータ磁極の円周方向両隣のスロットに通電するA相電流IaとC相電流Icとのトルク発生比率、あるいは、誘起電圧の比率が逆の関係となっているので、この2種類のモータ構成をロータ軸方向へ重ねた構成とすることにより、A相電流IaとC相電流Icとのバランスを改善することができる。この時、3相の各相の巻線は同一巻線をロータ軸方向へ貫通する。このバランスの改善により、制御装置のパワートランジスタの電流容量を低減することが可能である。   As described above, in the motor characteristics of FIG. 22 and the motor characteristics of FIG. 23, the torque generation ratio between the A-phase current Ia and the C-phase current Ic energized in the circumferentially adjacent slots of the stator magnetic pole that generates torque, Alternatively, since the ratio of the induced voltages is reversed, the balance between the A-phase current Ia and the C-phase current Ic is improved by superimposing these two types of motor configurations in the rotor axis direction. be able to. At this time, the three-phase windings penetrate the same winding in the rotor axial direction. By improving this balance, the current capacity of the power transistor of the control device can be reduced.

なお、この時、もしB相巻線A0FとA0Jへ巻線シンボルと逆方向の電流−Ibを通電することができれば、磁束H11を強めることができるので、トルクを増加させることができる。また、図23のモータは、巻線の結線を星形結線に変更し、図119で示す従来の3相交流インバータで駆動することもできる。   At this time, if the current -Ib in the direction opposite to the winding symbol can be applied to the B-phase windings A0F and A0J, the magnetic flux H11 can be strengthened, so that the torque can be increased. The motor shown in FIG. 23 can be driven by a conventional three-phase AC inverter shown in FIG. 119 by changing the winding connection to a star connection.

また、図22、図23のモータは、ステータ磁極表面の永久磁石の形状を変えることにより種々特性とすることができる。具体的には、ステータ磁極表面を永久磁石と軟磁性体とを混在させる構成であり、永久磁石の比率をRspmとする。この比率をRspm=1の時は図22に示すようにステータ磁極表面を全て永久磁石とし、比率をRspm=0.5の時永久磁石と軟磁性体が50%づつとし、比率をRspm=0はステータ磁極の表面が図1のように全てが軟磁性体とする。比率Rspmを0から1まで可変することにより、図1のモータ特性から図22のモータ特性までの中間の種々特性を得ることができる。   22 and 23 can have various characteristics by changing the shape of the permanent magnet on the surface of the stator magnetic pole. Specifically, the stator magnetic pole surface has a configuration in which a permanent magnet and a soft magnetic material are mixed, and the ratio of the permanent magnet is Rspm. When this ratio is Rspm = 1, the stator magnetic pole surfaces are all permanent magnets as shown in FIG. 22, and when the ratio is Rspm = 0.5, the permanent magnet and the soft magnetic material are in 50% increments, and the ratio is Rspm = 0. As shown in FIG. 1, the stator magnetic poles are all made of a soft magnetic material. By changing the ratio Rspm from 0 to 1, various intermediate characteristics from the motor characteristics of FIG. 1 to the motor characteristics of FIG. 22 can be obtained.

次に、図24に示す本発明モータについて説明する。このモータは図22のロータ磁極を変更していて、ロータ磁極の数Kが2で、ロータ磁極の円周方向幅を60°と大きくしている。ステータの各巻線および電流Ia、Ib、Icは図22と同じである。今、図24の状態でCCWへトルクを発生する場合、A相巻線A0DとA0GへA相電流Iaを通電し、同時に、C相巻線A0HとA0EへC相電流Icを通電する。そして、ロータ磁極が永久磁石B07の正面に対向する位置までCCWへ回転すると、B相巻線A0FとA0JへB相電流Ibを通電し、C相巻線A0HとA0EへC相電流Icを通電する。同様に、ロータ磁極の回転と共に巻線を変更して電流を通電し、ロータ磁極を吸引して連続的にトルクを発生して回転することができる。ロータが1回転する間にロータの磁束方向が6度反転するが、同一のロータ磁極を同一方向に順次吸引して回転させるという観点では、同期電動機に類似した駆動法でもある。   Next, the motor of the present invention shown in FIG. 24 will be described. In this motor, the rotor magnetic poles in FIG. 22 are changed, the number K of the rotor magnetic poles is 2, and the circumferential width of the rotor magnetic poles is increased to 60 °. The stator windings and currents Ia, Ib, and Ic are the same as those in FIG. When torque is generated in the CCW in the state of FIG. 24, the A-phase current Ia is supplied to the A-phase windings A0D and A0G, and at the same time, the C-phase current Ic is supplied to the C-phase windings A0H and A0E. When the rotor magnetic pole rotates to CCW to the position facing the front of the permanent magnet B07, the B phase current Ib is supplied to the B phase windings A0F and A0J, and the C phase current Ic is supplied to the C phase windings A0H and A0E. To do. Similarly, it is possible to rotate the rotor magnetic pole by rotating the winding to change the winding and energize the current to attract the rotor magnetic pole and continuously generate torque. The direction of the magnetic flux of the rotor is reversed by 6 degrees during one rotation of the rotor. However, from the viewpoint of sequentially attracting and rotating the same rotor magnetic pole in the same direction, this is also a driving method similar to a synchronous motor.

また、巻線への電流の駆動方法は、3相巻線の内の1相の電流で順次回転トルクを発生することができ、また、前記のように2個の巻線に通でしながら順次回転トルクを発生することできる。なお、図示する巻線のシンボルと逆の方向の電流を駆動することが可能な場合は、例えば図24の回転位置ではB相巻線へ逆方向の電流を通電すれば、この回転位置でB相電流もトルク発生に寄与させること可能である。   In addition, the current driving method for the windings can generate the rotational torque sequentially with the current of one phase of the three-phase windings, and while passing through the two windings as described above. Sequential rotational torque can be generated. If it is possible to drive a current in the direction opposite to the winding symbol shown in the figure, for example, if a current in the reverse direction is supplied to the B-phase winding at the rotational position in FIG. The phase current can also contribute to torque generation.

図24のモータの特徴は、図2、図3などの制御装置で駆動でき、パワートランジスタの電流容量を低減できること、永久磁石の付加により図5の特性Trmから特性Tspmの特性へトルクを増加し改善できることである。特に、小型のモータで、低電流領域でのトルクの改善は顕著である。   The motor shown in FIG. 24 can be driven by the control device shown in FIGS. 2 and 3 and can reduce the current capacity of the power transistor. The addition of a permanent magnet increases the torque from the characteristic Trm shown in FIG. 5 to the characteristic Tspm. It can be improved. In particular, the improvement of torque in a low current region is remarkable in a small motor.

次に、図25に本発明の他の例を示す。このモータは図24の円筒状の6個の永久磁石を分離して配置した構成である。電磁気的な動作は図24のモータとほとんど同じである。このようにステータ磁極の形状、ロータ磁極の形状は種々の形状に変形することが可能である。また前記のように、ステータ磁極表面の永久磁石は、軟磁性体のステータ磁極と混在させることも可能である。また、後に述べるように、永久磁石を軟磁性体の内部へ配置することも可能である。   Next, FIG. 25 shows another example of the present invention. This motor has a configuration in which six cylindrical permanent magnets shown in FIG. 24 are arranged separately. The electromagnetic operation is almost the same as that of the motor shown in FIG. Thus, the shape of the stator magnetic pole and the shape of the rotor magnetic pole can be modified into various shapes. Further, as described above, the permanent magnet on the surface of the stator magnetic pole can be mixed with the stator magnetic pole made of soft magnetic material. Further, as will be described later, it is possible to dispose the permanent magnet inside the soft magnetic material.

以上示したように、ステータ磁極表面に永久磁石を付加するモータは種々の形態が可能である。各ステータ磁極、各永久磁石、ロータ磁極の各形状の自在性は大きく、トルク、コギングトルク、トルクリップルの観点で種々の工夫ができる。トルクの観点では、ステータ磁極、永久磁石の各磁極の円周方向幅、ロータ磁極の円周方向幅を変えることにより大きく特性を変えることができる。例えば、永久磁石の円周方向幅を図1のモータのように、電気角で30°に狭くすることもできる。また、永久磁石磁極の境界部分はコギング等の低減のため、円弧状に滑らかな曲線形状で凹ませる、永久磁石表面形状をいわゆるかまぼこ形状としてトルクリップルを低減することが可能である。ステータ、ロータ共にスキューを施すことも可能である。ロータ磁極の表面形状も、例えば、いわゆるかまぼこ形状とすることもできる。変形の方向は、ラジアル方向、円周方向、ロータ軸方向に変形することができる。また、永久磁石の破損が心配される場合は、ステータの内周を樹脂等の透磁率の小さな物質で覆って保護することもできる。巻線の巻回方法についても、図14、図15の方法を採用することもできる。   As described above, the motor in which the permanent magnet is added to the surface of the stator magnetic pole can take various forms. The flexibility of each shape of each stator magnetic pole, each permanent magnet, and rotor magnetic pole is great, and various ideas can be made in terms of torque, cogging torque, and torque ripple. In terms of torque, characteristics can be greatly changed by changing the circumferential width of each of the magnetic poles of the stator magnetic pole and permanent magnet and the circumferential width of the rotor magnetic pole. For example, the circumferential width of the permanent magnet can be reduced to an electrical angle of 30 ° as in the motor of FIG. Further, in order to reduce cogging or the like at the boundary portion of the permanent magnet magnetic pole, it is possible to reduce the torque ripple by making the surface shape of the permanent magnet recessed in a circular arc shape with a so-called kamaboko shape. Both the stator and the rotor can be skewed. The surface shape of the rotor magnetic pole can also be a so-called kamaboko shape, for example. The deformation direction can be deformed in the radial direction, the circumferential direction, and the rotor axial direction. If the permanent magnet is damaged, the inner periphery of the stator can be protected by covering it with a material having a low magnetic permeability such as resin. The method of FIGS. 14 and 15 can also be adopted for the winding method of the winding.

また、図22、図25などに示したモータを多極化することも可能であり、後に述べるようなステータ磁極の数M、ロータ磁極の数Kが種々の値であるモータを実現することもできる。また、モータに求められる特性は用途により多様であり、回転数により異なるモータ特性が求められる場合には、例えば、ある回転数以上ではロータ磁極の数を8個から4個に変えるなど、機械的な構成を連動させて他の動力あるいは電気的なアクチュエータで変更することも可能である。   Also, the motor shown in FIGS. 22 and 25 can be multipolarized, and a motor having various values of the number M of stator magnetic poles and the number K of rotor magnetic poles as described later can be realized. Also, the characteristics required of the motor vary depending on the application. When different motor characteristics are required depending on the number of rotations, for example, the number of rotor magnetic poles is changed from 8 to 4 above a certain number of rotations. It is also possible to change the configuration with other power or electric actuators in conjunction with each other.

各永久磁石の減磁については、正常にトルクを発生する時には、磁石を強める方向に作用する点が特徴的である。ロータが堅牢なので、ステータとロータ間のエアギャップも小さくすることが可能である。従って、永久磁石を薄くして使用することができ、低コストにすることが可能である。しかし、誤ったモータ電流の制御が行われた時、パワートランジスタが壊れた時などは磁石が減磁する可能性があり、その対処法を考えておく必要がある。その一つの対処法は、後述するように、各相の巻線電流で着磁することができるような磁石設計をする方法である。正常に制御されている時には、減磁しないので、今までにない種々方法が可能となる。また、後述するように、モータの回転中に永久磁石の強さを変え、界磁弱め制御および定出力制御を行うことも可能となってくる。減磁および増磁の容易さ磁石設計を行うことが可能となる。この場合、磁界の強さHが非常に大きいネオジム鉄ボロンNdFeB系の磁石だけでなく、いわゆるアルニコ磁石などの応用が可能である。   The demagnetization of each permanent magnet is characterized in that it acts in the direction of strengthening the magnet when torque is normally generated. Since the rotor is robust, the air gap between the stator and the rotor can be reduced. Therefore, the permanent magnet can be used thinly, and the cost can be reduced. However, when incorrect motor current control is performed, or when the power transistor is broken, the magnet may be demagnetized, and it is necessary to consider how to deal with it. One countermeasure is to design a magnet that can be magnetized with a winding current of each phase, as will be described later. Since demagnetization does not occur when normally controlled, various unprecedented methods are possible. Further, as will be described later, it is possible to perform field weakening control and constant output control by changing the strength of the permanent magnet during rotation of the motor. It becomes possible to design a magnet with ease of demagnetization and magnetisation. In this case, not only a neodymium iron boron NdFeB-based magnet having a very large magnetic field strength H but also a so-called alnico magnet can be applied.

次に、永久磁石の一部あるいは全てをステータコアの内部に配置するモータである。具体的な例を図27、図28、図29、図30に示し、説明する。図27に示すモータは、図1のモータのステータ磁極の先端部近傍に永久磁石を配置した構成である。B11、B12、B13、B14、B15、B16は永久磁石である。B17、B18、B19、B1A、B1B、B1Cはステータ磁極である。磁石の磁束方向は図示する方向であり、図1の磁束方向である。ステータ磁極及び各永久磁石の円周方向幅を小さくすることができ、逆に、大きくすることも可能である。   Next, it is a motor which arrange | positions a part or all of a permanent magnet inside a stator core. Specific examples are shown in FIGS. 27, 28, 29, and 30 and will be described. The motor shown in FIG. 27 has a configuration in which a permanent magnet is disposed in the vicinity of the tip of the stator magnetic pole of the motor shown in FIG. B11, B12, B13, B14, B15, and B16 are permanent magnets. B17, B18, B19, B1A, B1B, and B1C are stator magnetic poles. The magnetic flux direction of the magnet is the direction shown in the figure, and is the magnetic flux direction of FIG. The circumferential width of the stator magnetic pole and each permanent magnet can be reduced, and conversely, it can be increased.

そして、ステータの磁気特性を永久磁石の特性と軟磁性体の特性との間の特性を実現することができる。ステータ磁極に求められる磁気特性は、用途により異なる。例えば、低速で高トルクが必要な場合は、ステータ磁極の磁束密度は、希土類磁石の磁束密度以上の磁束密度すなわち鉄の飽和磁束密度近傍の2.0T程度に高密度であって欲しい。パーメンジュール等の高磁束密度材を使用すれば2.5T程度の磁束密度も可能である。逆に、界磁弱め等を行って高速回転の運転を行いたい場合には、巻線電流が零である場合のステータ磁極表面の磁束密度は、例えば、0.5T程度あるいはそれ以下が都合がよい場合もある。永久磁石をコア内部へ配置する構造の場合は、図27、図28、図29、図30に示した様な構造により、種々磁気特性の設定、設計が可能である。   Then, the magnetic characteristics of the stator can be realized between the characteristics of the permanent magnet and the characteristics of the soft magnetic material. The magnetic characteristics required for the stator magnetic pole vary depending on the application. For example, when high torque is required at low speed, the magnetic flux density of the stator magnetic pole is desired to be higher than the magnetic flux density of the rare earth magnet, that is, about 2.0 T near the saturation magnetic flux density of iron. If a high magnetic flux density material such as permendur is used, a magnetic flux density of about 2.5 T is possible. Conversely, when it is desired to perform high-speed rotation operation by performing field weakening or the like, the magnetic flux density on the surface of the stator magnetic pole when the winding current is zero is convenient, for example, about 0.5 T or less. Sometimes it is good. In the case of the structure in which the permanent magnet is arranged inside the core, various magnetic characteristics can be set and designed by the structures as shown in FIGS. 27, 28, 29, and 30.

制御装置の観点でも、例えば図27においてこのロータ回転位置θrでCCWのトルクを発生する場合、A相巻線A0D、A0GへA相電流Iaを通電し、同時に、C相巻線A0H、A0EへC相電流Icを通電し磁束B1Dを強め、CCWのトルクを発生する。そしてこの時、逆に、他の方向の磁束B1E、B1Fはできる限り小さい値にしたい。それは、CWのトルクを小さくするというだけでなく、C相巻線の電圧を大きくすることにもなる。C相巻線に発生する電圧は、主に、磁束B1Dの時間変化率と磁束B1Fの時間変化率を加えた値なので、CCW時に負の電圧を発生する磁束B1Fは小さい値である方が良い。ステータ磁極表面における磁束B1Fの磁束密度が低い方が、A相巻線とC相巻線とでよりバランス良く電力をモータへ供給することができる。各巻線電圧のバランスを良くすることは、直流電源とパワートランジスタの電圧限界があることから、制御装置のパワートランジスタの電流容量を低減することに繋がる。また、電圧バランスの観点では、C相電流IcよりA相電流Iaを大きな値とする方が、磁束B1Fを低減する効果を発生することができるので望ましい。   From the viewpoint of the control device, for example, when CCW torque is generated at the rotor rotational position θr in FIG. 27, the A-phase current Aa is supplied to the A-phase windings A0D and A0G, and simultaneously, the C-phase windings A0H and A0E A C-phase current Ic is applied to increase the magnetic flux B1D, and a CCW torque is generated. At this time, conversely, the magnetic fluxes B1E and B1F in the other directions are desired to be as small as possible. This not only reduces the torque of the CW, but also increases the voltage of the C-phase winding. Since the voltage generated in the C-phase winding is mainly a value obtained by adding the time change rate of the magnetic flux B1D and the time change rate of the magnetic flux B1F, the magnetic flux B1F that generates a negative voltage during CCW is preferably a small value. . When the magnetic flux density of the magnetic flux B1F on the surface of the stator magnetic pole is lower, electric power can be supplied to the motor with a better balance between the A-phase winding and the C-phase winding. Improving the balance between the winding voltages leads to a reduction in the current capacity of the power transistor of the control device because there is a voltage limit between the DC power supply and the power transistor. From the viewpoint of voltage balance, it is desirable that the A-phase current Ia is larger than the C-phase current Ic because an effect of reducing the magnetic flux B1F can be generated.

なお、この時、C相巻線A0F、A0Jへ巻線の電流方向シンボルで表す電流方向とは逆方向の電流−Icをさらに追加することにより発生トルクを増加させることができる点については、後に説明する。また、この電流−Icは、磁束B1E、B1Fを減少させる起磁力を発生する効果もある。   At this time, the generated torque can be increased by adding a current -Ic in the opposite direction to the current direction indicated by the current direction symbol of the winding to the C-phase windings A0F and A0J. explain. The current -Ic also has an effect of generating a magnetomotive force that decreases the magnetic fluxes B1E and B1F.

図28の(a)、(b)、(c)は、ステータ磁極のみを部分的に示していて、磁石を分割して配置する例である。ステータ磁極の磁束の量を任意に設計、選択することができる。図28の(b)では永久磁石を3個に分割しているが、さらに分割数を大きくする、あるいは、永久磁石間の軟鉄部の幅を広くすることなども可能である。図29の(a)、(b)、(c)、(d)も磁石の種々は一例である。軟鉄部は、さらに、各部にスリットを付加して、磁束の方向性を得ることもできる。図30は、バックヨーク部に永久磁石を配置した例である。バックヨーク部に磁石を配置して各ステータ磁極へ磁束を供給することもできる。   FIGS. 28A, 28B, and 28C show an example in which only the stator magnetic poles are partially shown, and the magnets are divided and arranged. The amount of magnetic flux of the stator magnetic pole can be arbitrarily designed and selected. In FIG. 28B, the permanent magnet is divided into three parts. However, the number of divisions can be further increased, or the width of the soft iron portion between the permanent magnets can be increased. 29 (a), (b), (c) and (d) are examples of various magnets. The soft iron part can further obtain a direction of magnetic flux by adding a slit to each part. FIG. 30 shows an example in which permanent magnets are arranged in the back yoke portion. It is also possible to supply a magnetic flux to each stator magnetic pole by arranging a magnet in the back yoke portion.

次に、永久磁石を使用した具体的な例を図31に示す。図31のモータ形状は、図9のモータのステータ磁極の一部へ永久磁石G71、G72、G73、G74、G75、G76を付加し、ロータ磁極幅Hmを約75°とし、ロータ磁極の円周方向端の形状に丸みを持たせた形状としている。用途にもよるが、本発明モータの課題の一つは、各相電流の増加、減少を速やかに行い、高速回転回転の実現、あるいは、トルクを確保することである。また、他の課題の一つは、ラジアル方向の吸引力の変動をより滑らかに行い、振動、騒音を小さくすることである。図31に示すモータは、図9のモータ特性である図12の特性を改良している。   Next, a specific example using a permanent magnet is shown in FIG. 31 has a permanent magnet G71, G72, G73, G74, G75, G76 added to a part of the stator magnetic pole of the motor of FIG. 9, the rotor magnetic pole width Hm is about 75 °, and the circumference of the rotor magnetic pole. The shape of the direction end is rounded. Although depending on the application, one of the problems of the motor of the present invention is to quickly increase or decrease the current of each phase to achieve high-speed rotation or secure torque. Another problem is to more smoothly change the suction force in the radial direction and reduce vibration and noise. The motor shown in FIG. 31 improves the characteristics shown in FIG. 12, which are the motor characteristics shown in FIG.

今、CCWのトルクを発生してCCWへ回転することを考える。構造的にCCWとCWでは異なる特性となっている。電気自動車あるいはハイブリッド自動車では、CCWとCWでは異なった使い方をする。エアコンのコンプレッサ用モータでは、片方向の回転だけを使用する。図31の(a)のロータ回転位置θrでは、A相巻線131、134へA相電流Iaを通電し、同時に、C相巻線135、132へC相電流Icを通電し、磁束G7Fを励磁してCCWのトルクを発生する。この時、電流IaとIcが同一振幅であれば、ステータ磁極G7DとG7Aの間には起磁力が相殺し発生しないが、永久磁石G71とG74の間にはG7Fの磁束成分が発生している。この磁束G7Fはトルクは発生していない。   Now, consider generating CCW torque and rotating to CCW. Structurally, CCW and CW have different characteristics. In an electric vehicle or a hybrid vehicle, CCW and CW are used differently. Air conditioner compressor motors use only one-way rotation. At the rotor rotational position θr in FIG. 31 (a), the A-phase currents Ia are supplied to the A-phase windings 131 and 134, and at the same time, the C-phase currents Ic are supplied to the C-phase windings 135 and 132 to generate the magnetic flux G7F. Energized to generate CCW torque. At this time, if the currents Ia and Ic have the same amplitude, magnetomotive force is not canceled between the stator magnetic poles G7D and G7A, but a magnetic flux component of G7F is generated between the permanent magnets G71 and G74. . This magnetic flux G7F does not generate torque.

図31の(b)のロータ回転位置θrでは、継続して、A相電流IaとC相電流Icにより磁束G7Fを励磁してCCWのトルクを発生する。この時も同様に、G7Fの磁束成分が発生している。この磁束G7Fはトルクは発生していない。   At the rotor rotational position θr in FIG. 31B, the magnetic flux G7F is continuously excited by the A-phase current Ia and the C-phase current Ic to generate CCW torque. Similarly, a magnetic flux component of G7F is generated at this time. This magnetic flux G7F does not generate torque.

図31の(c)のロータ回転位置θrでは、継続して、A相電流IaとC相電流Icにより磁束G7Fを励磁してCCWのトルクを発生する。しかし、高速で回転しているときには、このロータ回転位置θrのあたりで、電流Iaを減少させる必要がある。このロータ回転位置θrでは、永久磁石G71とG74によるG7Fの磁束成分が発生している。また、永久磁石G75とG72によるG7Gの磁束成分が発生し初めている。   At the rotor rotational position θr in FIG. 31 (c), the magnetic flux G7F is continuously excited by the A-phase current Ia and the C-phase current Ic to generate CCW torque. However, when rotating at a high speed, it is necessary to reduce the current Ia around the rotor rotational position θr. At the rotor rotational position θr, a magnetic flux component of G7F is generated by the permanent magnets G71 and G74. Moreover, the magnetic flux component of G7G by the permanent magnets G75 and G72 starts to be generated.

図31の(d)のロータ回転位置θrでは、A相電流Iaが減少して零となり、B相巻線133、136へB相電流Ibが通電され、磁束G7Hが励磁され、CCWのトルクを発生する。この時、永久磁石G71とG74によるG7Fの磁束成分と、永久磁石G75とG72によるG7Gの磁束成分とが発生している。   At the rotor rotational position θr in FIG. 31 (d), the A-phase current Ia decreases to zero, the B-phase windings 133 and 136 are energized, the magnetic flux G7H is excited, and the CCW torque is increased. appear. At this time, a magnetic flux component of G7F by the permanent magnets G71 and G74 and a magnetic flux component of G7G by the permanent magnets G75 and G72 are generated.

前記の図31の(c)から図31の(d)にかけて、A相電流Iaが急激に減少して、磁束G7Eに伴う磁気エネルギーを直流電源へ回生する必要があるが、永久磁石G72とG75の磁束成分に伴う磁束エネルギーを回生する必要はない。図11の(b)では、ステータ磁極117を通る磁束の磁気エネルギー全てを回生する必要があったことに比較し、永久磁石G72とG75の磁束成分だけ回生エネルギーが軽減しており、A相電流Iaの減少時間を短縮できることになる。すなわち、永久磁石G72とG75により励磁エネルギー増減する負担が軽減したわけである。   From (c) of FIG. 31 to (d) of FIG. 31 described above, the A-phase current Ia rapidly decreases and the magnetic energy accompanying the magnetic flux G7E needs to be regenerated to the DC power source. However, the permanent magnets G72 and G75 are required. It is not necessary to regenerate the magnetic flux energy accompanying the magnetic flux component. In FIG. 11B, the regenerative energy is reduced by the magnetic flux components of the permanent magnets G72 and G75, compared with the necessity of regenerating all the magnetic energy of the magnetic flux passing through the stator magnetic pole 117, and the A-phase current is reduced. The decrease time of Ia can be shortened. That is, the burden of increasing or decreasing the excitation energy is reduced by the permanent magnets G72 and G75.

また、この時同時に、ステータとロータの間のラジアル方向吸引力は、前記の図31の(c)から図31の(d)にかけて、A相電流IaとC相電流Icとが急激に減少したとしても、永久磁石G71とG74によるG7Fの磁束成分と、永久磁石G75とG72によるG7Gの磁束成分とが残っており、吸引力が零になるわけではない。図11の(b)において、A相電流IaとC相電流Icとが急激に零になれば、ラジアル方向吸引力がほぼ零になることに比較すると、図31の(c)から図31の(d)の場合には、永久磁石G71、G74、G75、G72によりラジアル方向吸引力の変動を緩和していることになる。さらには、図31の(d)においてもA相電流Iaを零とせずに、ラジアル方向吸引力の変動を緩和する程度にA相電流の変化を緩やかに制御することもできる。   At the same time, the radial attractive force between the stator and the rotor rapidly decreased between the A-phase current Ia and the C-phase current Ic from FIG. 31 (c) to FIG. 31 (d). However, the G7F magnetic flux component by the permanent magnets G71 and G74 and the G7G magnetic flux component by the permanent magnets G75 and G72 remain, and the attractive force does not become zero. In FIG. 11 (b), if the A-phase current Ia and the C-phase current Ic suddenly become zero, the radial attractive force becomes almost zero, compared with (c) in FIG. In the case of (d), fluctuations in the radial attractive force are alleviated by the permanent magnets G71, G74, G75, and G72. Further, also in FIG. 31D, the change in the A-phase current can be controlled gently to the extent that the variation in the radial attractive force is reduced without setting the A-phase current Ia to zero.

図31の(a)から(d)の動作の例について説明したが、この60°の動作が同じように繰り返し、連続してロータを回転させることができる。   Although the example of operation | movement of (a) to (d) of FIG. 31 was demonstrated, this 60 degree operation | movement is repeated similarly and a rotor can be rotated continuously.

なお、前記の永久磁石の形状については、磁石の厚みについても、一部の磁石は厚く、他の磁石は薄い構造とし、磁石特性の異なる構造とすることもできる。また、希土類磁石、鋳造磁石、フェライト磁石、それらのいわゆるボンド磁石など、2種類以上の磁石を目的に応じて使用することができる。例えば、厚い希土類磁石は、常に高磁束密度の特性を発揮させ、他の部分は電流により磁束密度を可変して使用することができる。また、前記のように、磁石の一部の着磁と減磁とを、モータを運転中に、モータ駆動電流で行うことも可能である。また、磁石形状についても、磁石断面が矩形形状の例を多く示したが、三角形状、台形形状等種々形状とすることができる。なお、ステータ磁極近傍における永久磁石配置を、ステータ磁極の表面配置とステータ磁極の内部配置とを言い分けたが、図28および図31などの場合の様に軟鉄部がごく薄い形状であれば、電磁気的作用に大差があるわけではない。   As for the shape of the permanent magnet, the thickness of the magnet may be a structure in which some magnets are thick and other magnets are thin, and the magnet characteristics are different. Also, two or more types of magnets such as rare earth magnets, cast magnets, ferrite magnets, and so-called bonded magnets can be used depending on the purpose. For example, a thick rare earth magnet always exhibits a high magnetic flux density characteristic, and the other portions can be used with the magnetic flux density varied by current. Further, as described above, it is also possible to magnetize and demagnetize a part of the magnet with the motor drive current while the motor is operating. Also, as for the magnet shape, many examples in which the magnet cross section is rectangular have been shown, but various shapes such as a triangular shape and a trapezoidal shape can be used. The permanent magnet arrangement in the vicinity of the stator magnetic pole is divided into the surface arrangement of the stator magnetic pole and the internal arrangement of the stator magnetic pole. However, if the soft iron part has a very thin shape as in FIGS. There is no big difference in the effects.

次に、ロータ磁極の表面、あるいは、ロータ磁極の軟磁性体の内部に永久磁石を配置するモータ構成について説明する。図32はステータ磁極数Mが6で、ロータ磁極数Kが10で、ロータ表面に永久磁石を配置したモータである。ステータ磁極およびステータの各巻線は、図1で示したステータと同じである。G3D、G3E、G3Qなどに示すロータG3Mの永久磁石はその磁石磁束の方向を矢印で示し、永久磁石の内径側に永久磁石の内径側磁極であるN極あるいはS極を示している。   Next, a motor configuration in which a permanent magnet is disposed on the surface of the rotor magnetic pole or the soft magnetic body of the rotor magnetic pole will be described. FIG. 32 shows a motor in which the number of stator magnetic poles M is 6, the number of rotor magnetic poles K is 10, and permanent magnets are arranged on the rotor surface. The stator magnetic pole and each winding of the stator are the same as the stator shown in FIG. The permanent magnet of the rotor G3M shown in G3D, G3E, G3Q, etc. indicates the direction of the magnetic flux with an arrow, and indicates the N pole or S pole which is the inner diameter side magnetic pole of the permanent magnet on the inner diameter side of the permanent magnet.

図32の(a)、(b)、(c)、(d)は、その順に、ロータG3Mが反時計回転方向CCWへ進んだ状態を示している。図32の(a)でロータG3MがCCWのトルクTを発生するためには、G3DのN極磁石をA相巻線G37、G38の電流IaとC相巻線G3B、G3Cの電流Icでステータ磁極G31の方向へ吸引すればよい。この時同時に、G3LのS極磁石を前記電流Ia、Icでステータ磁極G34の方向であるCCWへ吸引している。また同時に、永久磁石G3RとG3Sは、それぞれ、ステータ磁極G31とG34とを反発し、CCWのトルクを発生している。なお、時計回転方向CWへトルクを発生する場合は、逆の関係のステータ磁極とロータ磁極を選び、そのステータ磁極が起磁力を発生する電流を通電すればよい。   (A), (b), (c), and (d) of FIG. 32 show a state in which the rotor G3M has advanced in the counterclockwise rotation direction CCW in that order. In FIG. 32 (a), in order for the rotor G3M to generate the CCW torque T, the G3D N-pole magnet is driven by the current Ia of the A-phase windings G37 and G38 and the current Ic of the C-phase windings G3B and G3C. What is necessary is just to attract | suck to the direction of the magnetic pole G31. At the same time, the G3L S-pole magnet is attracted to the CCW, which is the direction of the stator magnetic pole G34, by the currents Ia and Ic. At the same time, the permanent magnets G3R and G3S repel the stator magnetic poles G31 and G34, respectively, to generate CCW torque. When torque is generated in the clockwise direction CW, a stator magnetic pole and a rotor magnetic pole having opposite relations are selected, and a current that generates a magnetomotive force is applied to the stator magnetic pole.

図32の(b)のロータ回転位置では、同様に、B相電流Ibを巻線G39、G3Aに通電し、電流Icを通電し、ステータ磁極G32とS極永久磁石G3Eとを吸引し、ステータ磁極G35とN極永久磁石G3Fとを吸引し、CCWのトルクTを発生する。   Similarly, at the rotor rotational position in FIG. 32B, the B-phase current Ib is passed through the windings G39 and G3A, the current Ic is passed through, and the stator magnetic pole G32 and the S-pole permanent magnet G3E are attracted. The magnetic pole G35 and the N-pole permanent magnet G3F are attracted to generate CCW torque T.

図32の(c)のロータ回転位置では、同様に、A相電流Iaを通電し、B相電流Ibを通電し、ステータ磁極G33とN極永久磁石G3Hとを吸引し、ステータ磁極G36とS極永久磁石G3Gとを吸引し、CCWのトルクTを発生する。以下、同様に回転トルクを発生することができる。   Similarly, at the rotor rotational position of FIG. 32C, the A-phase current Ia is supplied, the B-phase current Ib is supplied, the stator magnetic pole G33 and the N-pole permanent magnet G3H are attracted, and the stator magnetic poles G36 and S The permanent magnet G3G is attracted and a CCW torque T is generated. Thereafter, rotational torque can be generated similarly.

図32の(d)は、ロータG3Xの永久磁石を変更したモータの例である。N極永久磁石G3J等は同じ構成とし、S極永久磁石に替えて軟磁性体の磁極G3Kとしている。この軟磁性体の磁極G3K等へは、N極磁石G3J等の磁束がステータを経由して通過するので、S極永久磁石が配置されている時と類似した磁束が通り、トルクの発生も類似している。磁石の数を少なくしたモータ構成例である。   (D) of FIG. 32 is an example of the motor which changed the permanent magnet of rotor G3X. The N-pole permanent magnet G3J and the like have the same configuration, and instead of the S-pole permanent magnet, a soft magnetic pole G3K is used. Since the magnetic flux such as the N-pole magnet G3J passes through the stator to the magnetic pole G3K and the like of this soft magnetic material, the magnetic flux similar to that when the S-pole permanent magnet is disposed passes and the generation of torque is also similar. is doing. This is a motor configuration example in which the number of magnets is reduced.

また、ロータに配置する永久磁石はロータの軟磁性体の表面だけでなく、軟磁性体の内部へも配置することができる。種々方法で軟磁性体の内部へ永久磁石を配置することができ、図27、図28、図29、図30はステータ磁極の例であるが、ロータ磁極についても同様である。   Further, the permanent magnet disposed on the rotor can be disposed not only on the surface of the soft magnetic body of the rotor but also inside the soft magnetic body. The permanent magnet can be arranged inside the soft magnetic body by various methods. FIGS. 27, 28, 29, and 30 are examples of the stator magnetic pole, but the same applies to the rotor magnetic pole.

次に図33に、ステータ磁極数Mが8で、ロータ磁極数Kが12で、ロータ表面に永久磁石を配置したモータを示す。この場合、ステータの各巻線はスロット数の関係から、図1で示した全節巻とすることできない。図33に示すモータの巻線は、図14に示した環状巻か、あるいは、図15に示した様にモータを複合化し両モータのスロットへ相互に巻線を巻回する必要がある。図33では、電磁気的に機能するために必要な巻線だけを示すことにする。   Next, FIG. 33 shows a motor in which the number of stator magnetic poles M is 8, the number of rotor magnetic poles K is 12, and permanent magnets are arranged on the rotor surface. In this case, each winding of the stator cannot be the full-pitch winding shown in FIG. 1 due to the number of slots. The motor winding shown in FIG. 33 needs to be an annular winding shown in FIG. 14 or a motor combined as shown in FIG. 15 and wound around the slots of both motors. In FIG. 33, only the windings necessary to function electromagnetically are shown.

図33の(a)、(b)、(c)、(d)は、その順に、ロータG41がCCWへ進んだ状態を示している。図33の(a)のロータ回転位置では、CCWのトルクを発生するために、巻線G43とG44へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Bと磁石G42の間に吸引力を発生する。同時に、巻線G43とG4Aへ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Zと磁石G4Jの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G47とG46へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Eと磁石G4Lの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G47とG48へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Fと磁石G4Mの間に吸引力を発生する。ここで、巻線G43、G48へ通電する電流は重なっているので、この両巻線へは他の巻線の2倍の電流を通電する必要がある。前記の4個のステータ磁極G4B、G4Z、G4G、G4Fで発生するトルクの合計がモータトルクTである。なお、前記のロータ磁極磁石G42、G4A、G4U、G4MのCCW側に配置する永久磁石も反発力でCCWのトルクを発生している。   (A), (b), (c), and (d) of FIG. 33 show a state in which the rotor G41 has advanced to CCW in that order. In the rotor rotation position of FIG. 33 (a), in order to generate the CCW torque, a current in the direction shown in the figure is supplied to the windings G43 and G44, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G4B and the magnet G42. . At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G43 and G4A, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G4Z and the magnet G4J. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G47 and G46, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G4E and the magnet G4L. At the same time, the windings G47 and G48 are energized in the direction shown in the figure, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G4F and the magnet G4M. Here, since the currents to be supplied to the windings G43 and G48 overlap, it is necessary to supply a current twice as large as that of the other windings to these two windings. The total torque generated by the four stator magnetic poles G4B, G4Z, G4G, and G4F is the motor torque T. The permanent magnets arranged on the CCW side of the rotor magnetic pole magnets G42, G4A, G4U, and G4M also generate CCW torque by the repulsive force.

図33の(b)のロータ回転位置では、同様に、CCWのトルクを発生するために、巻線G43とG44へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Bと磁石G42の間に吸引力を発生する。同時に、巻線G45とG44へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Cと磁石G4Vの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G49とG48へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Gと磁石G4Wの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G47とG48へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Fと磁石G4Mの間に吸引力を発生する。   Similarly, at the rotor rotational position shown in FIG. 33 (b), in order to generate a CCW torque, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G43 and G44, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G4B and the magnet G42. Is generated. At the same time, the windings G45 and G44 are energized in the direction shown in the figure, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G4C and the magnet G4V. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G49 and G48 to generate an attractive force between the stator magnetic pole G4G and the magnet G4W. At the same time, the windings G47 and G48 are energized in the direction shown in the figure, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G4F and the magnet G4M.

図33の(c)のロータ回転位置では、同様に、CCWのトルクを発生するために、巻線G45とG44へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Cと磁石G4Yの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G45とG46へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Dと磁石G4Kの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G49とG48へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Gと磁石G4Wの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G49とG4Aへ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Hと磁石G4Pの間に吸引力を発生する。   Similarly, at the rotor rotational position of FIG. 33 (c), in order to generate the CCW torque, a current in the direction shown in the figure is supplied to the windings G45 and G44, and the attractive force is generated between the stator magnetic pole G4C and the magnet G4Y. Is generated. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G45 and G46, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G4D and the magnet G4K. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G49 and G48 to generate an attractive force between the stator magnetic pole G4G and the magnet G4W. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G49 and G4A, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G4H and the magnet G4P.

図33の(d)のロータ回転位置では、同様に、CCWのトルクを発生するために、巻線G45とG46へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Dと磁石G4Kの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G47とG46へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Eと磁石G4Rの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G49とG4Aへ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Hと磁石G4Pの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G43とG4Aへ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G4Jと磁石G4Qの間に吸引力を発生する。以下、同様に回転トルクを発生することができる。   Similarly, at the rotor rotational position of FIG. 33 (d), in order to generate the CCW torque, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G45 and G46, and the attractive force is generated between the stator magnetic pole G4D and the magnet G4K. Is generated. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G47 and G46, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G4E and the magnet G4R. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G49 and G4A, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G4H and the magnet G4P. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G43 and G4A, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G4J and the magnet G4Q. Thereafter, rotational torque can be generated similarly.

次に図34に、ステータ磁極数Mが10で、ロータ磁極数Kが16で、ロータ表面に永久磁石を配置したモータを示す。図34のステータの各巻線は、図1で示した全節巻とすることもできるが、このロータ磁極数16の場合は電気角で180°反対側のロータ磁極の向きが逆方向となるので、全節巻は採用できない。図34に示すモータの巻線は、図14に示した環状巻か、あるいは、図15に示した様にモータを複合化し両モータのスロットへ相互に巻線を巻回する必要がある。図34では、電磁気的に機能するために必要な巻線だけを示すことにする。   Next, FIG. 34 shows a motor in which the number of stator magnetic poles M is 10, the number of rotor magnetic poles K is 16, and permanent magnets are arranged on the rotor surface. Each winding of the stator of FIG. 34 can be the full-pitch winding shown in FIG. 1, but in the case of this rotor magnetic pole number 16, the direction of the rotor magnetic pole on the opposite side by 180 ° in electrical angle is reversed. The whole volume cannot be adopted. The winding of the motor shown in FIG. 34 needs to be an annular winding shown in FIG. 14, or a motor is combined as shown in FIG. 15 and wound around the slots of both motors. FIG. 34 shows only the windings necessary to function electromagnetically.

図34の(a)、(b)、(c)、(d)は、その順に、ロータGG1がCCWへ進んだ状態を示している。図34の(a)のロータ回転位置では、CCWのトルクを発生するために、巻線G51とG52へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Bと磁石G5Zの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G59とG58へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Uと磁石G5Vの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G57とG58へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Hと磁石G5Vの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G55とG54へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Eと磁石G5Mの間に吸引力を発生する。前記の4個のステータ磁極G5B、G5U、G5H、G5Eで発生するトルクの合計がモータトルクTである。なお、前記のロータ磁極磁石G5Z、G5V、G5V、G5MのCCW側に配置する永久磁石も反発力でCCWのトルクを発生している。   (A), (b), (c), and (d) of FIG. 34 show a state in which the rotor GG1 has advanced to the CCW in that order. In the rotor rotation position of FIG. 34 (a), in order to generate the CCW torque, a current in the direction shown in the figure is supplied to the windings G51 and G52, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G5B and the magnet G5Z. . At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G59 and G58, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G5U and the magnet G5V. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G57 and G58, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G5H and the magnet G5V. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G55 and G54, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G5E and the magnet G5M. The total torque generated by the four stator magnetic poles G5B, G5U, G5H, and G5E is the motor torque T. The permanent magnets arranged on the CCW side of the rotor magnetic pole magnets G5Z, G5V, G5V, and G5M also generate CCW torque by the repulsive force.

図34の(b)のロータ回転位置では、同様に、CCWのトルクを発生するために、巻線G53とG52へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Cと磁石G5Lの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G59とG5Aへ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Jと磁石G5Rの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G59とG58へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Uと磁石G5Mの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G55とG56へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Fと磁石G5Nの間に吸引力を発生する。   Similarly, at the rotor rotational position of FIG. 34 (b), in order to generate the CCW torque, a current in the direction shown in FIG. 34 is supplied to the windings G53 and G52, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G5C and the magnet G5L. Is generated. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G59 and G5A, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G5J and the magnet G5R. At the same time, a current in the direction shown in the figure is supplied to the windings G59 and G58, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G5U and the magnet G5M. At the same time, the windings G55 and G56 are energized in the direction shown in the figure, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G5F and the magnet G5N.

図34の(c)のロータ回転位置では、同様に、CCWのトルクを発生するために、巻線G53とG52へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Cと磁石G5Tの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G59とG5Aへ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Jと磁石G5Rの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G57とG56へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Gと磁石G5Pの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G53とG52へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Cと磁石G5Lの間に吸引力を発生する。   Similarly, at the rotor rotational position of FIG. 34 (c), in order to generate the CCW torque, a current in the direction shown in the figure is supplied to the windings G53 and G52, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G5C and the magnet G5T. Is generated. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G59 and G5A, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G5J and the magnet G5R. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G57 and G56, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G5G and the magnet G5P. At the same time, a current in the direction shown in the figure is supplied to the windings G53 and G52, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G5C and the magnet G5L.

図34の(d)のロータ回転位置では、同様に、CCWのトルクを発生するために、巻線G5BとG5Aへ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Kと磁石G5Sの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G57とG58へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Hと磁石G5Qの間に吸引力を発生する。同時に、巻線G55とG54へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Eと磁石G50の間に吸引力を発生する。同時に、巻線G53とG54へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極G5Dと磁石G5Tの間に吸引力を発生する。以下、同様に回転トルクを発生することができる。   Similarly, at the rotor rotational position of FIG. 34 (d), in order to generate the CCW torque, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G5B and G5A, and the attractive force is generated between the stator magnetic pole G5K and the magnet G5S. Is generated. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G57 and G58, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G5H and the magnet G5Q. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G55 and G54, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole G5E and the magnet G50. At the same time, a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G53 and G54 to generate an attractive force between the stator magnetic pole G5D and the magnet G5T. Thereafter, rotational torque can be generated similarly.

以上、ロータへ永久磁石を配置した本発明の例を示した。これらの例以外に、ステータ磁極の数Mとロータ磁極の数Kの種々組み合わせの構成も可能であり、ロータに永久磁石を配置したこれらの構成も本発明に含むものである。図32、図33、図34では、ロータの全周に永久磁石を配置した例を示したが、ロータ表面の円周方向に分離して永久磁石を配置することもできる。また、円周方向に、永久磁石部と軟鉄部を配置した構成とすることもできる。各永久磁石の形状、軟鉄部の形状についても種々変形は可能である。   The example of the present invention in which the permanent magnet is arranged on the rotor has been described above. In addition to these examples, various combinations of the number M of the stator magnetic poles and the number K of the rotor magnetic poles are possible, and these configurations in which a permanent magnet is arranged on the rotor are also included in the present invention. 32, 33, and 34 show examples in which permanent magnets are arranged on the entire circumference of the rotor, but permanent magnets may be arranged separately in the circumferential direction of the rotor surface. Moreover, it can also be set as the structure which has arrange | positioned the permanent magnet part and the soft iron part in the circumferential direction. Various modifications can be made to the shape of each permanent magnet and the shape of the soft iron portion.

また、ステータ磁極あるいはロータ磁極に永久磁石を使用する本発明モータを発電機として使用する場合には、図21に示した界磁電流Ifなどの励磁電流を無くすことが可能な場合もある。また、各巻線の発電電圧を整流する場合に、正負両方向の電圧を活用するためには、いわゆる全波整流とする必要がある。   Further, when the motor of the present invention using a permanent magnet for the stator magnetic pole or the rotor magnetic pole is used as a generator, it may be possible to eliminate the exciting current such as the field current If shown in FIG. In addition, when rectifying the power generation voltage of each winding, in order to utilize the voltage in both positive and negative directions, it is necessary to perform so-called full-wave rectification.

なお、ここまでに記述した各種構成のモータを複合することも可能である。例えば、8極のモータで、4極分についてはステータ磁極の表面が永久磁石である構成とし、残りの半分はステータ磁極が軟鉄で構成し、モータ全体の特性としては両者の中間の特性とすることができる。また、従来モータ技術との複合も可能である。種々の複合により各種構成のモータを実現することができる。   It is possible to combine the motors having various configurations described so far. For example, in the case of an 8-pole motor, the surface of the stator magnetic pole is composed of permanent magnets for 4 poles, the other half is composed of the stator magnetic poles of soft iron, and the overall motor characteristics are intermediate between the two. be able to. Also, it can be combined with conventional motor technology. Various combinations of motors with various configurations can be realized.

次に、リニアモータの構成について説明する。前記の種々モータを直線化することが可能である。図35の(a)はリニアモータの縦断面図で、(b)は横断面図である。また、図35のリニアモータは図1のモータを図15のモータのように外径側と内径側とにモータを構成し、さらにそのモータを直線化し、最後に円筒化した構成のリニアモータである。概略のリニアモータ構成として、中心側がステータで、外周側がスライダーとした構成の例である。B26、B25、B24、B23、B23、B22、B21は円環状のステータ磁極である。B21とB27とは円環状の突極を成している。B2T、B2Cは円環状の巻線でA相巻線で、B2Q、B2Kは負のA相巻線である。B2R、B2Lは円環状の巻線でB相巻線で、B2N、B2Hは負のB相巻線である。B2P、B2Jは円環状の巻線でC相巻線で、B2S、B2Mは負のC相巻線である。B2GとB2Bは円環状のスライダー磁極である。同様に、B2FとB2A、B2EとB29、B21とB27はそれぞれ円環状のスライダー磁極である。図35の(a)はリニアモータの一部を図解していて、任意の長さの構成とすることができる。図35の(b)において、B2Uはスライダー磁極、B2Vはステータとスライダー間のエアギャップ、B2Hはステータ磁極である。力の発生は、図1のモータのトルク発生と同じ電磁気的作用であり、動きが円運動から直線化している。また、ステータとスライダとの間には、滑り軸受けあるいは転がり軸受けなどを配置し、相互の隙間を正確に保つと共に、案内する。また、電流の通電は、同相の巻線巻線および逆相の巻線を渡り線で電流方向が同一となるように接続し、図2、図3のような制御装置で駆動することができ、低コストで小型のシステムとすることができる。各巻線はその2/3の巻線がトルク発生に寄与するので、高効率なリニアモータとすることができる。ステータ磁極に永久磁石を付加することによりさらに高トルク化することもできる。また、図35のリニアモータは内径側と外径側とを逆にすることも可能であり、また、巻線側を可動部とすることもでき、種々変形が可能である。モータ形式の異なる他のモータのリニアモータ化、永久磁石の活用等も可能である。   Next, the configuration of the linear motor will be described. It is possible to linearize the various motors. 35A is a longitudinal sectional view of the linear motor, and FIG. 35B is a transverse sectional view. 35 is a linear motor having a configuration in which the motor of FIG. 1 is composed of an outer diameter side and an inner diameter side as in the motor of FIG. 15, and the motor is linearized and finally cylindrical. is there. The schematic linear motor configuration is an example in which the center side is a stator and the outer peripheral side is a slider. B26, B25, B24, B23, B23, B22, and B21 are annular stator magnetic poles. B21 and B27 form an annular salient pole. B2T and B2C are annular windings that are A-phase windings, and B2Q and B2K are negative A-phase windings. B2R and B2L are annular windings and B-phase windings, and B2N and B2H are negative B-phase windings. B2P and B2J are annular windings and C-phase windings, and B2S and B2M are negative C-phase windings. B2G and B2B are annular slider magnetic poles. Similarly, B2F and B2A, B2E and B29, and B21 and B27 are annular slider magnetic poles, respectively. FIG. 35 (a) illustrates a part of the linear motor, and can be configured to have an arbitrary length. In FIG. 35B, B2U is a slider magnetic pole, B2V is an air gap between the stator and the slider, and B2H is a stator magnetic pole. The generation of force is the same electromagnetic action as the generation of torque of the motor in FIG. 1, and the movement is linearized from the circular motion. In addition, a sliding bearing or a rolling bearing is disposed between the stator and the slider to accurately maintain and guide the mutual gap. Also, the current can be energized by connecting the windings of the same phase and the windings of the opposite phase so that the current direction is the same with a jumper and can be driven by the control device as shown in FIGS. It is possible to make a small system at a low cost. Since each 2/3 of the windings contribute to torque generation, a highly efficient linear motor can be obtained. The torque can be further increased by adding a permanent magnet to the stator magnetic pole. In addition, the linear motor of FIG. 35 can be configured such that the inner diameter side and the outer diameter side are reversed, and the winding side can be a movable portion, and various modifications are possible. Other motors with different motor types can be made into linear motors, or permanent magnets can be used.

次に、モータの各種形態について示す。ステータ磁極の数Mが6で、ロータ磁極の数Kが2あるいは4の場合については、図1から図16等に示した。ステータ磁極の数Mが6で、ロータ磁極の数Kが3あるいは5の奇数の場合についても、図36、図37に示すように、本発明モータを実現することができる。   Next, various types of motors are shown. The case where the number M of stator magnetic poles is 6 and the number K of rotor magnetic poles is 2 or 4 is shown in FIGS. Even when the number M of the stator magnetic poles is 6 and the number K of the rotor magnetic poles is an odd number of 3 or 5, as shown in FIGS. 36 and 37, the motor of the present invention can be realized.

図36はモータ形式6S3Rのモータである。このモータはロータ磁極数Kが3であり、非対称構造なので、全節巻は採用できない。図36に示すモータの巻線は、図14に示した環状巻か、あるいは、図15に示した様にモータを複合化し両モータのスロットへ相互に巻線を巻回する必要がある。図36では、電磁気的に機能するために必要な巻線だけを示すことにする。   FIG. 36 shows a motor of motor type 6S3R. Since this motor has a rotor magnetic pole number K of 3 and an asymmetric structure, full-pitch winding cannot be adopted. The winding of the motor shown in FIG. 36 needs to be an annular winding shown in FIG. 14 or a combination of the motors as shown in FIG. 15 and winding the windings around the slots of both motors. In FIG. 36, only the windings necessary to function electromagnetically are shown.

図36の(a)のロータ回転位置でCCWのトルクを発生するためには、巻線G11とG16へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極A01とロータ磁極G17の間に吸引力を発生させCCWのトルクを得ることができる。図36の(b)のロータ回転位置でCCWのトルクを発生するためには、巻線G13とG12へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極A03とロータ磁極G18の間に吸引力を発生させCCWのトルクを得ることができる。このように、ロータの回転に伴い、順次、通電する巻線を変えることにより連続したトルクを得ることができる。なおこのモータでは6個の巻線があり、各巻線は円周方向両側の2個のステータ磁極がそれぞれにトルクを発生するときに使用でき、各巻線が兼用している。   In order to generate CCW torque at the rotor rotational position of FIG. 36 (a), a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G11 and G16 to generate an attractive force between the stator magnetic pole A01 and the rotor magnetic pole G17. CCW torque can be obtained. In order to generate CCW torque at the rotor rotational position shown in FIG. 36 (b), a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G13 and G12 to generate an attractive force between the stator magnetic pole A03 and the rotor magnetic pole G18. CCW torque can be obtained. Thus, a continuous torque can be obtained by sequentially changing the winding to be energized as the rotor rotates. This motor has six windings, and each winding can be used when two stator magnetic poles on both sides in the circumferential direction generate torque respectively, and each winding is also used.

次に、図37は、モータ形式6S5Rのモータである。このモータもロータ磁極数Kが5であり、非対称構造なので、全節巻は採用できない。図36に示すモータの巻線は、図14に示した環状巻か、あるいは、図15に示した様にモータを複合化し両モータのスロットへ相互に巻線を巻回する必要がある。   Next, FIG. 37 shows a motor of motor type 6S5R. Since this motor also has a rotor magnetic pole number K of 5 and an asymmetric structure, it is not possible to adopt full-pitch winding. The winding of the motor shown in FIG. 36 needs to be an annular winding shown in FIG. 14 or a combination of the motors as shown in FIG. 15 and winding the windings around the slots of both motors.

図37の(a)のロータ回転位置でCCWのトルクを発生するためには、巻線G11とG14へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極A06とロータ磁極G25の間に吸引力を発生させCCWのトルクを得ることができる。また、巻線G15とG14へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極A05とロータ磁極G24の間に吸引力を発生させCCWのトルクを得ることができる。   In order to generate CCW torque at the rotor rotational position of FIG. 37 (a), a current in the direction shown in the figure is applied to the windings G11 and G14 to generate an attractive force between the stator magnetic pole A06 and the rotor magnetic pole G25. CCW torque can be obtained. Further, a current in the direction shown in the figure can be applied to the windings G15 and G14 to generate an attractive force between the stator magnetic pole A05 and the rotor magnetic pole G24, thereby obtaining CCW torque.

図37の(b)のロータ回転位置までCCWへ回転すると、巻線G15とG12へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極A04とロータ磁極G23の間に吸引力を発生させCCWのトルクを得ることができる。また、巻線G15とG14へ図示する方向の電流を通電し、ステータ磁極A05とロータ磁極G24の間に吸引力を発生させCCWのトルクを得ることができる。このように、ロータの回転に伴い、順次、通電する巻線を変えることにより連続したトルクを得ることができる。なおこのモータでは6個の巻線があり、各巻線は円周方向両側の2個のステータ磁極がそれぞれにトルクを発生するときに使用でき、各巻線が兼用している。   When rotating to the CCW to the rotor rotation position of FIG. 37 (b), currents in the direction shown in the figure are applied to the windings G15 and G12, and an attractive force is generated between the stator magnetic pole A04 and the rotor magnetic pole G23, and the torque of the CCW is increased. Obtainable. Further, a current in the direction shown in the figure can be applied to the windings G15 and G14 to generate an attractive force between the stator magnetic pole A05 and the rotor magnetic pole G24, thereby obtaining CCW torque. Thus, a continuous torque can be obtained by sequentially changing the winding to be energized as the rotor rotates. This motor has six windings, and each winding can be used when two stator magnetic poles on both sides in the circumferential direction generate torque respectively, and each winding is also used.

なお、図36、図37に示すモータは、ステータ磁極およびロータ磁極の円周方向の幅などを、必要に応じて、変更することができる。また、ステータ磁極およびロータ磁極の数を整数倍して、いわゆる多極化に相当する変形も可能である。図36、図37の基本形では幾何学的にアンバランスな構造も多極化することによりバランスを良くすることができる。、磁気的にも、巻線の方向を変えて全磁束がバランスするように構成することができる。   In the motors shown in FIGS. 36 and 37, the circumferential widths of the stator magnetic poles and the rotor magnetic poles can be changed as necessary. Further, the number of the stator magnetic poles and the rotor magnetic poles can be multiplied by an integer to make a modification corresponding to so-called multipolarization. In the basic form of FIGS. 36 and 37, a geometrically unbalanced structure can be multipolarized to improve the balance. Also, magnetically, it is possible to change the direction of the winding so that the total magnetic flux is balanced.

また、Kが6以上の場合もトルクの発生が可能であり、特に低トルク域の場合にはトルクリップルの小さい運転が可能であるなどの特徴もある。しかし、大トルクを発生する場合には、ロータ磁極が近接するので、漏れ磁束が多くなり、不利である。   Further, torque can be generated even when K is 6 or more, and there is a feature that operation with a small torque ripple is possible particularly in a low torque range. However, when a large torque is generated, the rotor magnetic poles are close to each other, which increases the leakage magnetic flux, which is disadvantageous.

ロータ磁極の数Kが奇数の場合について示したが、ステータ磁極の数Mが奇数の場合についても本発明モータを実現することができる。但しその場合には、1個所で電流の方向に関してステータ磁極の起磁力発生に不都合が発生する。この対応策にはいくつかの方法があり、以下に示す。一つの方法は、不都合の発生するステータ磁極はモータとして使用しない。あるいは、一つの巻線の電流方向は、両方向に通電できるように制御する。あるいは、不規則性が発生するスロットに、電流方向が逆方向の2組の巻線を配置し、それぞれに片方向電流が通電できる様にする。この問題は、モータの一部の問題なので、多少のコスト的負担をすれば、種々の対応方法がある。ステータ磁極の数とロータ磁極の数の特定関係を実現したい場合、あるいはモータを実現する上での制約がある場合には、あえてMおよびKを奇数とすることも可能である。   Although the case where the number K of rotor magnetic poles is an odd number has been shown, the motor of the present invention can be realized also when the number M of stator magnetic poles is an odd number. However, in that case, inconvenience occurs in the magnetomotive force generation of the stator magnetic poles in one place with respect to the direction of current. There are several ways to deal with this, as shown below. One method does not use inconvenient stator poles as a motor. Alternatively, the current direction of one winding is controlled so that current can flow in both directions. Alternatively, two sets of windings having opposite current directions are arranged in slots in which irregularities occur so that a unidirectional current can be applied to each of the windings. Since this problem is a problem of a part of the motor, there are various ways to deal with it with some cost burden. If it is desired to realize a specific relationship between the number of stator magnetic poles and the number of rotor magnetic poles, or if there are restrictions in realizing the motor, M and K can be set to odd numbers.

また、具体的にステータ磁極の形状、スロット形状、ロータ磁極の形状などを変形したモータの例を図38に示し説明する。このモータはモータ形式6S4Rで、全節巻の巻線である。破線はコイルエンドの配置を示している。巻線226と229はA相巻線で、巻線228と22BはB相巻線で、巻線22Aと227はC相巻線である。各巻線の電流方向は、図示したシンボルの方向である。例えば、巻線226の電流方向は紙面の表側から紙面の裏側の方向である。巻線229の電流方向は紙面の裏側から紙面の表側の方向である。巻線の巻回方法についても、図14に示した環状巻か、あるいは、図15に示した様にモータを複合化し両モータのスロットへ相互に巻線を巻回するとすることもできる。   Further, an example of a motor in which the shape of the stator magnetic pole, the shape of the slot, the shape of the rotor magnetic pole, etc. are modified will be described with reference to FIG. This motor has a motor type 6S4R and is a full-pitch winding. The broken line shows the arrangement of the coil ends. Windings 226 and 229 are A-phase windings, windings 228 and 22B are B-phase windings, and windings 22A and 227 are C-phase windings. The current direction of each winding is the direction of the illustrated symbol. For example, the current direction of the winding 226 is the direction from the front side of the page to the back side of the page. The current direction of the winding 229 is the direction from the back side of the page to the front side of the page. Regarding the winding method of the winding, it is possible to use the annular winding shown in FIG. 14 or to combine the motors and wind the windings around the slots of both motors as shown in FIG.

22C、22D、22E、22F、22G、22Hは各ステータ磁極である。ステータ磁極の形状についても種々の変形ができ、図1に示すモータのステータ磁極の円周方向幅は電気角でほぼ30°であるが、この値に比較して、図38のステータ磁極幅Htはむしろ60°に近い。そして、各相巻線を配置している各スロットの開口部はつば状の形状222となっていて、スロット開口部の円周方向幅Hsは巻線が挿入可能な程度に小さい例である。   Reference numerals 22C, 22D, 22E, 22F, 22G, and 22H denote stator magnetic poles. Various modifications can be made to the shape of the stator magnetic pole, and the circumferential width of the stator magnetic pole of the motor shown in FIG. 1 is approximately 30 ° in electrical angle. Compared to this value, the stator magnetic pole width Ht of FIG. Is rather close to 60 °. And the opening part of each slot which has arrange | positioned each phase coil | winding has the collar shape 222, and the circumferential direction width | variety Hs of a slot opening part is an example small enough to be able to insert a coil | winding.

ロータ磁極は、221が円周方向幅が広いロータ磁極幅Hmで、225が狭いロータ磁極幅Hhとしている。これらの形状としている狙いは、低速回転ではロータ回転位置に応じて両ステータ磁極を交互に駆動し、回転速度が高速になるにしたがい狭いロータ磁極225での駆動を減少し、広いロータ磁極での駆動を増加させるようにし、駆動アルゴリズムを単純化させて各巻線の電流の増減を少なくすること、鉄損を低減すること、振動および騒音を低減することなどを目的とする。   The rotor magnetic poles 221 have a wide rotor magnetic pole width Hm in the circumferential width and 225 have a narrow rotor magnetic pole width Hh. The aim of these shapes is that at low speed rotation, both stator poles are driven alternately according to the rotor rotation position, and as the rotation speed increases, driving with narrow rotor poles 225 is reduced, and with wide rotor poles. The purpose is to increase the drive and simplify the drive algorithm to reduce the increase / decrease in current of each winding, to reduce iron loss, to reduce vibration and noise.

円周方向幅が広いロータ磁極には、スリット223、224を設けている。これは、ロータ磁極の磁束が過大とならないようにすること、ロータ磁極部の磁束の分布を均一化することなどの目的がある。ロータ磁極に種々形状のスリット、穴などを設けることができる。さらに、スリットへ閉回路を成した導体あるいは導体板を配置し、スリットを横切る磁束の変化を妨げるように導体の電流を誘起し、磁束の分布を制約することもできる。また、これらのスリットは2つのロータ磁極に4個づつ分離した構成を記述しているが、これらのスリットが一方のロータ磁極から他方のロータ磁極まで繋がった4個のスリットであっても良い。   Slits 223 and 224 are provided in the rotor magnetic pole having a wide circumferential width. The purpose of this is to prevent the magnetic flux of the rotor magnetic pole from becoming excessive and to make the distribution of the magnetic flux of the rotor magnetic pole portion uniform. Various shapes of slits, holes and the like can be provided in the rotor magnetic pole. Furthermore, a conductor or conductor plate that forms a closed circuit in the slit can be arranged to induce a current in the conductor so as to prevent a change in magnetic flux across the slit, thereby restricting the distribution of the magnetic flux. In addition, although the four slits are described as being separated into two rotor magnetic poles, these slits may be four slits connected from one rotor magnetic pole to the other rotor magnetic pole.

ここではロータの回転位置をA相巻線の中心位置からあるロータ磁極の反時計回転方向の角部までの角度としてθrで示している。図38の回転位置θrでCCWのトルクを発生する場合には、A相巻線226、229へA相電流IaとC相巻線22A、227へ同一の大きさの電流Icを通電すればよい。電流Ia、Icの大きさは概略としてトルク指令Tcの大きさで決めることができるが、正確には空間部に漏れる漏れ磁束の影響および軟磁性体の磁気的な非線形性などによりロータ回転位置θrの関数ともなる。そしてこの時、B相巻線228、22Bの電流Ibは零とする。しかしこれらの電流値についてもその目的により種々の値を取ることができる。例えば高速回転では、電流応答遅れ時間を考慮して位相を早めて各相電流を制御とすることが効果的である。また、各相のある大きさの電流をオフセット値として付加することもでき、モータ内のラジアル方向の吸引力の安定化することができ、振動と騒音を低減できる場合もある。同様に、モータ内の磁束の変化をよりスムーズに行うための電流制御法もある。また、後に示すが、この回転位置θrにおいて、図38に図示したC相電流の方向とは逆方向にC相電流Icを通電してモータトルクを増加させることもでき、モータの平均出力トルクを向上することも可能である。但しその場合には、制御装置の変更、増加が必要であり、一長一短である。以上のように、各相電流は種々の方法および値でモータを駆動することができるので、本発明で説明する基本的で静的なトルク発生のための電流通電方法および電流値を変形することが可能であり、本発明はそれらを排除するものではない。   Here, the rotation position of the rotor is indicated by θr as the angle from the center position of the A-phase winding to the corner of the rotor magnetic pole in the counterclockwise rotation direction. When CCW torque is generated at the rotational position θr in FIG. 38, the A phase current Ia and the current Ic of the same magnitude may be supplied to the A phase windings 226 and 229 and the C phase windings 22A and 227, respectively. . The magnitudes of the currents Ia and Ic can be roughly determined by the magnitude of the torque command Tc. To be precise, the rotor rotational position θr depends on the influence of leakage magnetic flux leaking into the space and the magnetic nonlinearity of the soft magnetic material. It is also a function of At this time, the current Ib of the B-phase windings 228 and 22B is set to zero. However, these current values can take various values depending on the purpose. For example, in high-speed rotation, it is effective to control each phase current by advancing the phase in consideration of the current response delay time. In addition, a current of a certain magnitude in each phase can be added as an offset value, the radial attractive force in the motor can be stabilized, and vibration and noise can be reduced in some cases. Similarly, there is a current control method for smoothly changing the magnetic flux in the motor. Further, as will be described later, at this rotational position θr, the motor torque can be increased by energizing the C-phase current Ic in the direction opposite to the direction of the C-phase current shown in FIG. It is also possible to improve. However, in that case, it is necessary to change and increase the control device, which is both a merits and demerits. As described above, since each phase current can drive a motor by various methods and values, the current energization method and current value for basic and static torque generation described in the present invention are modified. However, the present invention does not exclude them.

次に、図38に示すモータを円周方向に整数倍し、いわゆる多極化をすることも可能であり、多極化することによりコイルエンド部の長さを大幅に短縮でき、ステータのバックヨーク部の厚みも大幅に低減できるので、本発明の例として示し説明する2極のモータは、むしろ多極化することを想定している。   Next, it is possible to multiply the motor shown in FIG. 38 by an integer multiple in the circumferential direction to make a so-called multi-pole. By making the multi-pole, the length of the coil end portion can be greatly reduced, and the thickness of the back yoke portion of the stator can be reduced. Therefore, it is assumed that the two-pole motor shown and described as an example of the present invention is rather multi-polar.

ここで示したこれらのモータ形状の変形は、本発明で示す他の種類のモータの場合にも同様のことが言え、本発明例に示す他のモータについて各部形状を変形したモータも本発明に含むものである。   These modifications of the motor shape shown here can be applied to other types of motors shown in the present invention, and motors in which the shape of each part of the other motors shown in the examples of the present invention are deformed are also included in the present invention. Is included.

次に、ステータ磁極の数Mが8の場合の本発明モータについて説明する。Mが8の場合の各スロットの巻線の電流方向は、図39に図示するように隣接するスロットの巻線の電流方向が逆方向となるように配置することができる。しかし、電気角で180°の位置にある巻線B3HとB3Mの電流方向は同一方向であり、図1のステータのように全節巻で巻線を巻回することはできない。図14のような環状巻線あるいは図15のような複合モータの、巻線であれば、個々のスロットの巻線を巻回することができるので製作可能である。   Next, the motor of the present invention when the number M of stator magnetic poles is 8 will be described. As shown in FIG. 39, the current directions of the windings in each slot when M is 8 can be arranged so that the current directions of the windings of adjacent slots are opposite to each other. However, the current directions of the windings B3H and B3M at the electrical angle of 180 ° are the same direction, and the windings cannot be wound with full-pitch winding like the stator of FIG. The annular winding as shown in FIG. 14 or the winding of the composite motor as shown in FIG. 15 can be manufactured because the windings of the individual slots can be wound.

この時、ロータ磁極の数Kは、2以上の整数で可能である。K=2のモータ形式8S2Rの場合は、図9に示すロータ11Eとなり、図9に示したモータのように、各ステータ磁極で順次吸引して駆動することができる。しかし、この場合には、磁束の方向が同一方向となるので、ステータのバックヨークとロータのバックヨークとの間に磁束のバイパス路を付加する必要がある。あるいは、図39の(a)において、ロータ磁極B3BとB3Dを除去した構成とすることができる。トルク低下部については、漏れ磁束によるトルク発生、ロータのスキューあるいは後に述べる段スキューなどにより改善が可能である。   At this time, the number K of rotor magnetic poles can be an integer of 2 or more. In the case of the motor type 8S2R with K = 2, the rotor 11E shown in FIG. 9 is obtained, and can be driven by being sequentially attracted by each stator magnetic pole as in the motor shown in FIG. However, in this case, since the direction of the magnetic flux is the same direction, it is necessary to add a magnetic flux bypass path between the stator back yoke and the rotor back yoke. Alternatively, in FIG. 39A, the rotor magnetic poles B3B and B3D can be removed. The torque reduction portion can be improved by generating torque due to leakage magnetic flux, rotor skew, or stage skew described later.

モータ形式8S2Rのモータの特徴は、6S2Rのモータに比較して隣接するステータ磁極のトルクとのオーバラップに関する自由度が高い点である。6S2Rのモータの場合、2つのステータ磁極でのトルク発生の移り変わりを行う回転位置の近傍において、2つのステータ磁極でそれぞれにトルクを発生する電流を重畳して通電するが、モータ構造によってはこの時、第3のステータ磁極で負トルクが発生する問題がある。   A feature of the motor of the motor type 8S2R is that the degree of freedom regarding the overlap with the torque of the adjacent stator magnetic pole is higher than that of the motor of 6S2R. In the case of a 6S2R motor, current is generated by superimposing currents that generate torque on the two stator magnetic poles in the vicinity of the rotational position where torque generation is changed between the two stator magnetic poles. There is a problem that negative torque is generated in the third stator magnetic pole.

この問題点に対して、モータ形式8S2Rのモータでは、隣接する第1と第2のステータ磁極でトルク発生の移り変わりを行う回転位置の近傍において、これらの2つのステータ磁極でそれぞれにトルクを発生する電流を重畳して通電したときに、ロータ磁極が近接する第3のステータ磁極への起磁力がほとんど作用しないので、良好なトルク発生を実現することが容易である。   To solve this problem, in the motor of the motor type 8S2R, torque is generated by each of these two stator magnetic poles in the vicinity of the rotational position where the torque generation is changed by the adjacent first and second stator magnetic poles. When the current is superimposed and energized, the magnetomotive force to the third stator magnetic pole close to the rotor magnetic pole hardly acts, so that it is easy to realize good torque generation.

モータ形式8S4Rの例を図39の(a)、(b)に示す。このモータは、ロータが幾何学的にアンバランスな形状だが、図4に示す6S4Rと同様に駆動することができる。多極化すればロータバランスなどの問題は解消できる。今、CCWのトルクを発生する場合、図39の(a)のロータ位置では、巻線B3NとB3Bへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、ステータ磁極B35とロータ磁極B3Bとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。同時に、巻線B3QとB3Hへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、ステータ磁極B38とロータ磁極B3Dとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。   Examples of the motor format 8S4R are shown in FIGS. 39 (a) and 39 (b). In this motor, the rotor is geometrically unbalanced, but can be driven in the same manner as 6S4R shown in FIG. Multipolarization can solve problems such as rotor balance. When generating a CCW torque, at the rotor position in FIG. 39 (a), current is supplied to the windings B3N and B3B in the direction of the winding symbol, and the stator magnetic pole B35 and the rotor magnetic pole B3B are attracted. CCW torque is generated. At the same time, current is supplied to the windings B3Q and B3H in the direction of the winding symbol, and the stator magnetic pole B38 and the rotor magnetic pole B3D are attracted to generate CCW torque.

図39の(a)のロータ位置からCCWへ少し回転し、図39の(b)のロータ位置では、巻線B3JとB3Kへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、ステータ磁極B32とロータ磁極B3Aとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。同時に、巻線B3QとB3Pへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、ステータ磁極B37とロータ磁極B3Cとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。以下同様に、ロータ回転位置θrに従って、通電すべき巻線を選択して回転トルクを得ることができる。   The rotor position in FIG. 39 (a) is slightly rotated from the rotor position to the CCW, and at the rotor position in FIG. 39 (b), a current is passed through the windings B3J and B3K in the direction of the winding symbol, so B3A is sucked and CCW torque is generated. At the same time, a current is supplied to the windings B3Q and B3P in the direction of the winding symbol, and the stator magnetic pole B37 and the rotor magnetic pole B3C are attracted to generate CCW torque. Similarly, the winding torque to be energized can be selected according to the rotor rotational position θr to obtain the rotational torque.

図39の(a)、(b)では、8個の巻線の内、4個の巻線の電流で駆動することができる。また、各巻線はその巻線の円周方向両隣のステータ磁極でそれぞれにトルクを発生するときに使用することができ、各巻線を兼用している。   39 (a) and 39 (b), it can be driven by the current of four of the eight windings. Further, each winding can be used when torque is generated by the stator magnetic poles on both sides in the circumferential direction of the winding, and each winding is also used.

次に、図40に示すモータは、ステータは図39と同じで、ロータ磁極の数Kが6の例である。モータ形式は、8S6Rである。図40では環状巻の構成とし、バックヨークの背面側の巻線B3Xおよび破線で示す経路B3Y等も付加して、ステータを少し具体的に示している。今、CCWのトルクを発生する場合、図40の(a)のロータ位置では、巻線B3JとB3Hへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、ステータ磁極B31とロータ磁極B3Rとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。同時に、巻線B3JとB3Kへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、ステータ磁極B32とロータ磁極B3Sとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。同時に、巻線B3NとB3Mへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、ステータ磁極B35とロータ磁極B3Uとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。同時に、巻線B3NとB3Pへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、ステータ磁極B36とロータ磁極B3Vとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。   Next, the motor shown in FIG. 40 is an example in which the stator is the same as in FIG. 39 and the number K of rotor magnetic poles is six. The motor type is 8S6R. In FIG. 40, the stator is shown in a slightly specific manner, with an annular winding configuration, with the addition of a winding B3X on the back side of the back yoke and a path B3Y indicated by a broken line. When generating CCW torque, at the rotor position in FIG. 40 (a), current is supplied to the windings B3J and B3H in the direction of the winding symbol, and the stator magnetic pole B31 and the rotor magnetic pole B3R are attracted. CCW torque is generated. At the same time, a current is applied to the windings B3J and B3K in the direction of the winding symbol, and the stator magnetic pole B32 and the rotor magnetic pole B3S are attracted to generate CCW torque. At the same time, a current is supplied to the windings B3N and B3M in the direction of the winding symbol, and the stator magnetic pole B35 and the rotor magnetic pole B3U are attracted to generate CCW torque. At the same time, a current is supplied to the windings B3N and B3P in the direction of the winding symbol, and the stator magnetic pole B36 and the rotor magnetic pole B3V are attracted to generate CCW torque.

図40の(a)のロータ位置からCCWへ少し回転し、図40の(b)のロータ位置では、巻線B3QとB3Hへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、ステータ磁極B38とロータ磁極B3Wとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。同時に、巻線B3JとB3Hへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、ステータ磁極B31とロータ磁極B3Rとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。同時に、巻線B3LとB3Mへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、ステータ磁極B34とロータ磁極B3Tとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。同時に、巻線B3NとB3Mへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、ステータ磁極B35とロータ磁極B3Uとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。以下同様に、ロータ回転位置θrに従って、通電すべき巻線を選択して回転トルクを得ることができる。   The rotor position in FIG. 40 (a) is slightly rotated from the rotor position to the CCW, and at the rotor position in FIG. 40 (b), a current is passed through the windings B3Q and B3H in the direction of the winding symbol. B3W is sucked and CCW torque is generated. At the same time, a current is passed through the windings B3J and B3H in the direction of the winding symbol, and the stator magnetic pole B31 and the rotor magnetic pole B3R are attracted to generate CCW torque. At the same time, a current is supplied to the windings B3L and B3M in the direction of the winding symbol, and the stator magnetic pole B34 and the rotor magnetic pole B3T are attracted to generate CCW torque. At the same time, a current is supplied to the windings B3N and B3M in the direction of the winding symbol, and the stator magnetic pole B35 and the rotor magnetic pole B3U are attracted to generate CCW torque. Similarly, the winding torque to be energized can be selected according to the rotor rotational position θr to obtain the rotational torque.

次に、ステータ磁極の数Mが10の場合の本発明モータについて説明する。Mが10の場合の各スロットの巻線の電流方向は、図41に図示するように隣接するスロットの巻線の電流方向が逆方向となるように配置することができる。そして、電気角で180°の位置にある巻線、例えばB5MとB5Sの電流方向は反対方向となり、全節巻で巻線を巻回することができる。全節巻の場合は10スロットに配置した巻線は、A相巻線がB5MとB5S、B相巻線がB5PとB5U、C相巻線がB5RとB5W、D相巻線がB5TとB5N、E相巻線がB5VとB5Qと5組の巻線で構成する。また、図14のような環状巻線あるいは図15のような複合モータの巻線で巻回することもできる。   Next, the motor of the present invention when the number M of stator magnetic poles is 10 will be described. As shown in FIG. 41, the current direction of the windings of each slot when M is 10 can be arranged so that the current direction of the windings of adjacent slots is opposite. Then, the current direction of the winding at an electrical angle of 180 °, for example, B5M and B5S is opposite, and the winding can be wound with full-pitch winding. In the case of full-pitch winding, windings arranged in 10 slots are B5M and B5S for A phase winding, B5P and B5U for B phase winding, B5R and B5W for C phase winding, B5T and B5N for D phase winding. The E-phase winding is composed of B5V, B5Q and five sets of windings. Further, it can be wound with an annular winding as shown in FIG. 14 or a composite motor winding as shown in FIG.

この時、ロータ磁極の数Kは、2以上の整数で可能である。K=2のモータ形式10S2Rの場合は、図9に示すロータ11Eとなり、図9に示したモータのように各ステータ磁極で順次吸引して駆動することができる。トルク低下部については、漏れ磁束によるトルク発生、ロータのスキューあるいは後に述べる段スキューなどにより改善が可能である。   At this time, the number K of rotor magnetic poles can be an integer of 2 or more. In the case of the motor type 10S2R with K = 2, the rotor 11E shown in FIG. 9 is obtained, and can be driven by being sequentially attracted by each stator magnetic pole like the motor shown in FIG. The torque reduction portion can be improved by generating torque due to leakage magnetic flux, rotor skew, or stage skew described later.

モータ形式10S2Rのモータの特徴は、6S2Rのモータに比較して隣接するステータ磁極のトルクとのオーバラップに関する自由度が高い点である。6S2Rのモータの場合、2つのステータ磁極でのトルク発生の移り変わりを行う回転位置の近傍において、2つのステータ磁極でそれぞれにトルクを発生する電流を重畳して通電するが、モータ構造によってはこの時、第3のステータ磁極で負トルクが発生する問題がある。   The feature of the motor 10S2R is that the degree of freedom regarding the overlap with the torque of the adjacent stator magnetic poles is higher than that of the 6S2R motor. In the case of a 6S2R motor, current is generated by superimposing currents that generate torque on the two stator magnetic poles in the vicinity of the rotational position where torque generation is changed between the two stator magnetic poles. There is a problem that negative torque is generated in the third stator magnetic pole.

この問題点に対して、モータ形式10S2Rのモータでは、隣接する第1と第2のステータ磁極でトルク発生の移り変わりを行う回転位置の近傍において、これらの2つのステータ磁極でそれぞれにトルクを発生する電流を重畳して通電したときに、ロータ磁極が近接する第3のステータ磁極への起磁力がほとんど作用しないので、良好なトルク発生を実現することが容易である。また、モータ形式8S2Rのモータの場合には全節巻きが困難であり、磁束の向きについての工夫も必要であったが、モータ形式10S2Rのモータはその点では簡潔である。ただし、5相のモータとなるので、巻線の利用率が下がり、制御装置もやや複雑になる。   To solve this problem, in the motor of the motor type 10S2R, torque is generated by these two stator magnetic poles in the vicinity of the rotational position where the torque generation is changed by the adjacent first and second stator magnetic poles. When the current is superimposed and energized, the magnetomotive force to the third stator magnetic pole close to the rotor magnetic pole hardly acts, so that it is easy to realize good torque generation. Further, in the case of the motor type 8S2R, it is difficult to wind all the nodes, and it is necessary to devise the direction of the magnetic flux, but the motor type 10S2R is simple in that respect. However, since the motor is a five-phase motor, the utilization factor of the windings is lowered, and the control device is somewhat complicated.

図41はモータ形式10S4Rのモータ例である。このモータは、図4に示した方法と同様の方法で回転駆動することができる。ロータ回転位置θrに応じて、ロータ磁極B5E、B56とB5C、B5Dとを交互に図にシンボルで示す片方向電流を通電して励磁し、回転トルクを生成することができる。図2の制御装置を5相に拡張した制御装置で、図41の各巻線に電流を通電してトルクを発生する時間的な割合は2/5であり、図3の従来例に比較してパワートランジスタの電流容量は(1/6)/(2/5)=(1/2.4)倍となる。制御装置の低電流容量化が可能である。すなわち、小型化できる。   FIG. 41 shows a motor example of the motor type 10S4R. This motor can be driven to rotate by a method similar to the method shown in FIG. In accordance with the rotor rotational position θr, the rotor magnetic poles B5E, B56 and B5C, B5D can be excited by energizing the unidirectional currents indicated by symbols in the figure alternately to generate rotational torque. The control device of FIG. 2 is expanded to five phases, and the time ratio of generating torque by energizing each winding of FIG. 41 is 2/5, which is compared with the conventional example of FIG. The current capacity of the power transistor is (1/6) / (2/5) = (1 / 2.4) times. The current capacity of the control device can be reduced. That is, the size can be reduced.

次に、図41のステータ磁極とロータ磁極の円周方向幅を大きくしたモータの例を図42の(a)に示す。G91、G92、G93、G94、G95、G96、G97、G98、G99、G9Aは10個のステータ磁極である。各巻線は図41と同じで、A相、B相、C相、D相、E相の各巻線は、B5MとB5S、B5PとB5U、B5RとB5W、B5TとB5N、B5VとB5Qの5個の巻線であり、それぞれの電流は図示するシンボルの方向の片方向電流Ia、Ib、Ic、Id、Ieを通電する。なお、全節巻のコイルエンド部の記述を省略している。   Next, FIG. 42A shows an example of a motor in which the circumferential width of the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole in FIG. 41 is increased. G91, G92, G93, G94, G95, G96, G97, G98, G99, and G9A are ten stator magnetic poles. Each winding is the same as FIG. 41, and each of the A phase, B phase, C phase, D phase, and E phase windings is B5M and B5S, B5P and B5U, B5R and B5W, B5T and B5N, B5V and B5Q. Each current carries a one-way current Ia, Ib, Ic, Id, Ie in the direction of the symbol shown in the figure. Note that the description of the coil end portion of the whole volume winding is omitted.

今、CCWのトルクを発生する場合、図42の(a)のロータ位置では、A相巻線B5M、B5SとD相巻線B5T、B5Nへ巻線シンボルの方向へ電流Ia、Idを通電し、太い矢印付き実線で示す磁束G9Fを励磁し、ステータ磁極G91とロータ磁極G9Bとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極G96とロータ磁極G9Dとの間にも前記磁束G9Fを励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。一方、同時に、B相巻線B5P、B5UとE相巻線B5V、B5Qへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、太い矢印付き破線で示す磁束G9Gを励磁し、ステータ磁極G93とロータ磁極G9Cとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極G98とロータ磁極G9Eとの間にも前記磁束G9Gを励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。   When generating CCW torque, the currents Ia and Id are supplied to the A-phase windings B5M and B5S and the D-phase windings B5T and B5N in the direction of the winding symbol at the rotor position in FIG. A magnetic flux G9F indicated by a solid line with a thick arrow is excited to attract the stator magnetic pole G91 and the rotor magnetic pole G9B to generate CCW torque. At the same time, the magnetic flux G9F is also excited between the stator magnetic pole G96 and the rotor magnetic pole G9D, an attractive force is generated, and a CCW torque is generated. On the other hand, at the same time, current is supplied to the B-phase windings B5P and B5U and the E-phase windings B5V and B5Q in the direction of the winding symbol to excite the magnetic flux G9G indicated by the broken line with thick arrows, and the stator magnetic pole G93 and the rotor magnetic pole G9C To generate a CCW torque. At the same time, the magnetic flux G9G is also excited between the stator magnetic pole G98 and the rotor magnetic pole G9E, an attractive force is generated, and a CCW torque is generated.

CCWへ少し回転した図42の(b)のロータ位置では、A相巻線B5M、B5SとD相巻線B5T、B5Nへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、太い矢印付き実線G9Hで示す磁束を励磁し、ステータ磁極G91とロータ磁極G9Bとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極G96とロータ磁極G9Dとの間にも前記磁束G9Hを励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。一方、同時に、C相巻線B5R、B5WとE相巻線B5V、B5Qへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、太い矢印付き破線で示す磁束G9Jを励磁し、ステータ磁極G94とロータ磁極G9Cとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極G99とロータ磁極G9Eとの間にも太い矢印付き破線で示す磁束を励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。   At the rotor position of FIG. 42 (b) rotated slightly to CCW, current is supplied to the A-phase windings B5M, B5S and D-phase windings B5T, B5N in the direction of the winding symbol, and is indicated by a solid line G9H with a thick arrow. The magnetic flux is excited to attract the stator magnetic pole G91 and the rotor magnetic pole G9B, thereby generating CCW torque. At the same time, the magnetic flux G9H is also excited between the stator magnetic pole G96 and the rotor magnetic pole G9D, an attractive force is generated, and a CCW torque is generated. On the other hand, at the same time, current is supplied to the C-phase windings B5R and B5W and the E-phase windings B5V and B5Q in the direction of the winding symbol to excite the magnetic flux G9J indicated by the broken line with thick arrows, and the stator magnetic pole G94 and the rotor magnetic pole G9C To generate a CCW torque. At the same time, a magnetic flux indicated by a thick broken line with an arrow is also excited between the stator magnetic pole G99 and the rotor magnetic pole G9E, an attractive force is generated, and a CCW torque is generated.

図42の(c)のロータ位置では、B相巻線B5P、B5UとD相巻線B5T、B5Nへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、太い矢印付き実線で示す磁束G9Kを励磁し、ステータ磁極G92とロータ磁極G9Bとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極G97とロータ磁極G9Dとの間にも太い矢印付き実線で示す磁束G97を励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。一方、同時に、C相巻線B5R、B5WとE相巻線B5V、B5Qへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、太い矢印付き破線で示す磁束G9Lを励磁し、ステータ磁極G94とロータ磁極G9Cとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極G99とロータ磁極G9Eとの間にも太い矢印付き破線で示す磁束を励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。   In the rotor position of FIG. 42 (c), a current is supplied to the B-phase windings B5P and B5U and the D-phase windings B5T and B5N in the direction of the winding symbol, and a magnetic flux G9K indicated by a solid line with a thick arrow is excited. The stator magnetic pole G92 and the rotor magnetic pole G9B are attracted to generate CCW torque. At the same time, a magnetic flux G97 indicated by a solid line with a thick arrow is also excited between the stator magnetic pole G97 and the rotor magnetic pole G9D, and an attractive force is generated to generate a CCW torque. On the other hand, at the same time, current is supplied to the C-phase windings B5R and B5W and the E-phase windings B5V and B5Q in the direction of the winding symbol to excite the magnetic flux G9L indicated by the broken line with thick arrows, and the stator magnetic pole G94 and the rotor magnetic pole G9C To generate a CCW torque. At the same time, a magnetic flux indicated by a thick broken line with an arrow is also excited between the stator magnetic pole G99 and the rotor magnetic pole G9E, an attractive force is generated, and a CCW torque is generated.

図42の(d)のロータ位置では、B相巻線B5P、B5UとD相巻線B5T、B5Nへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、太い矢印付き実線で示す磁束G9Mを励磁し、ステータ磁極G92とロータ磁極G9Bとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極G97とロータ磁極G9Dとの間にも前記磁束G9Mを励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。一方、同時に、C相巻線B5R、B5WとE相巻線B5V、B5Qへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、太い矢印付き破線で示す磁束G9Nを励磁し、ステータ磁極G94とロータ磁極G9Cとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極G99とロータ磁極G9Eとの間にも前記破線で示す磁束G9Nを励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。以下同様に、ロータ回転位置に応じて各相の電流を制御することにより回転トルクを発生することができる。CCW、CWの方向の回転で、正負のトルクを制御でき、いわゆる4象限運転が可能である。   In the rotor position of (d) of FIG. 42, a current is passed through the B-phase windings B5P and B5U and the D-phase windings B5T and B5N in the direction of the winding symbol, and the magnetic flux G9M indicated by the solid line with thick arrows is excited. The stator magnetic pole G92 and the rotor magnetic pole G9B are attracted to generate CCW torque. At the same time, the magnetic flux G9M is also excited between the stator magnetic pole G97 and the rotor magnetic pole G9D, an attractive force is generated, and a CCW torque is generated. On the other hand, at the same time, current is supplied to the C-phase windings B5R and B5W and the E-phase windings B5V and B5Q in the direction of the winding symbol to excite the magnetic flux G9N indicated by the broken line with thick arrows, and the stator magnetic pole G94 and the rotor magnetic pole G9C. To generate a CCW torque. At the same time, the magnetic flux G9N indicated by the broken line is also excited between the stator magnetic pole G99 and the rotor magnetic pole G9E, and an attractive force is generated to generate a CCW torque. Similarly, rotational torque can be generated by controlling the current of each phase according to the rotor rotational position. By rotating in the CCW and CW directions, positive and negative torque can be controlled, and so-called four-quadrant operation is possible.

図42のモータは、以上示したように、4個のロータ磁極でトルクを発生し、ステータ磁極とロータ磁極の位相関係が2個のロータ磁極づつ位相が異なるので、トルクリップルも低減される。また、大半の回転位置に置いて、5個の巻線の内4個の巻線の電流が回転トルク発生に関わっていて、効果的にトルクを発生しているとも言える。   As described above, the motor of FIG. 42 generates torque with four rotor magnetic poles, and the phase relation between the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole is different for each of the two rotor magnetic poles, so that torque ripple is also reduced. Moreover, it can be said that the electric current of four of the five windings is involved in the generation of the rotational torque and is effectively generating the torque at most rotational positions.

しかし、図42のモータ形式10S4Rでは、図11のモータ形式6S2Rに比較して2組の磁束の増減が交差して発生するので、各巻線の電流によるモータとのエネルギーの授受が複雑である。各巻線に発生する電圧が、図11のモータ形式6S2Rの例の単純な重ね合わせとはならない場合がある。図42の(a)の回転位置で回転している時に、太線の破線で示す磁束が増減すると、A相巻線B5M、B5SとD相巻線B5T、B5Nの誘起電圧が同じ値とならないことには注意を要する。   However, in the motor type 10S4R in FIG. 42, since two sets of increase / decrease in magnetic flux intersect with each other as compared with the motor type 6S2R in FIG. 11, energy exchange with the motor by the current of each winding is complicated. The voltage generated in each winding may not be a simple superposition of the example of the motor type 6S2R in FIG. When the magnetic flux indicated by the bold broken line increases or decreases while rotating at the rotational position of FIG. 42A, the induced voltages of the A-phase windings B5M and B5S and the D-phase windings B5T and B5N do not have the same value. Be careful.

なお、図42の(c)に示すような、ロータ磁極の回転方向の円周方向端がステータのスロット開口部にさしかかるときには、その部分で発生するトルクが低下しがちである。このトルク低下の問題の対応策として、後に述べるロータのスキュー、ロータ形状に工夫をして漏れ磁束によるトルク発生などの種々方法がある。また、図42あるいはその多相化したモータ形状で、5相の全節巻巻線を構成すると、コイルエンド部で各相巻線が交差し、コイルエンド部が大きくなりがちである。この点についても、図15に示すように複合モータ化することにより、内外径の同相のスロット間に各相巻線を相互に巻回し、相数が多くなっても巻線を簡素化するなどの方法がある。図14のような環状巻とする方法もある。   When the circumferential end of the rotor magnetic pole in the rotational direction approaches the slot opening of the stator as shown in FIG. 42 (c), the torque generated at that portion tends to decrease. As countermeasures for the problem of torque reduction, there are various methods such as rotor skew and rotor shape described later to generate torque due to leakage magnetic flux. In addition, when a five-phase full-pitch winding is configured in the shape of the motor shown in FIG. 42 or its multiphase, the windings of each phase intersect at the coil end portion, and the coil end portion tends to be large. With respect to this point as well, by forming a composite motor as shown in FIG. 15, each phase winding is wound between slots of the same phase with inner and outer diameters, and the winding is simplified even if the number of phases increases. There is a way. There is also a method of making an annular winding as shown in FIG.

また、ロータ磁極の形状および位置を図43あるいは図44に示す形状に変形することもできる。   Also, the shape and position of the rotor magnetic pole can be modified to the shape shown in FIG.

なお、図9に示す6S4Rのモータ形式を、図10のモータのように円周上に4倍に多極化し、ステータ磁極の数Mを24個とし、ロータ磁極の数Kを8とした場合は、3相の電流Ia、Ib、Icで制御でき、2組の磁束が交差することもなく制御することが可能であり、図42のモータのような電圧のアンバランスの問題は発生しない。すなわち、多極化により各相巻線の電流と鎖交磁束と関係が電磁気的に複雑になることはない。   When the 6S4R motor type shown in FIG. 9 is quadrupled on the circumference like the motor of FIG. 10, the number of stator magnetic poles is 24, and the number of rotor magnetic poles is 8. Control is possible with the three-phase currents Ia, Ib, and Ic, and the control can be performed without crossing the two sets of magnetic fluxes, and the problem of voltage imbalance unlike the motor of FIG. 42 does not occur. That is, the relationship between the current of each phase winding and the interlinkage magnetic flux is not electromagnetically complicated by the multipolarization.

次に、図45はモータ形式10S6Rのモータ例である。このモータのステータは、図41から図44のステータと同じ構成である。ロータ磁極の数Kは6であり、円周上に均等に配置した例である。図45の(a)のロータ回転位置でCCWのトルクを発生する場合、A相巻線B5M、B5SとD相巻線B5T、B5Nへ巻線シンボルの方向へ電流Ia、Idを通電し、太い矢印付き実線で示す磁束B6Aを励磁し、ステータ磁極B51とロータ磁極B61とを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極B56とロータ磁極B64との間にも前記磁束B6Aを励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。   Next, FIG. 45 shows a motor example of the motor type 10S6R. The stator of this motor has the same configuration as the stator of FIGS. The number K of the rotor magnetic poles is 6, which is an example in which the rotor magnetic poles are uniformly arranged on the circumference. When CCW torque is generated at the rotor rotational position of FIG. 45 (a), currents Ia and Id are passed through the A-phase windings B5M and B5S and the D-phase windings B5T and B5N in the direction of the winding symbol, A magnetic flux B6A indicated by a solid line with an arrow is excited to attract the stator magnetic pole B51 and the rotor magnetic pole B61 to generate CCW torque. At the same time, the magnetic flux B6A is also excited between the stator magnetic pole B56 and the rotor magnetic pole B64, an attractive force is generated, and a CCW torque is generated.

一方、同時に、C相巻線B5R、B5WとE相巻線B5V、B5Qへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、太い矢印付き破線で示す磁束B6Bを励磁し、ステータ磁極B54とロータ磁極B63とを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極B59とロータ磁極B66との間にも前記磁束B6Bを励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。   On the other hand, at the same time, current is supplied to the C-phase windings B5R and B5W and the E-phase windings B5V and B5Q in the direction of the winding symbol to excite the magnetic flux B6B shown by the thick broken line with arrows, and the stator magnetic pole B54 and the rotor magnetic pole B63. To generate a CCW torque. At the same time, the magnetic flux B6B is also excited between the stator magnetic pole B59 and the rotor magnetic pole B66, an attractive force is generated, and a CCW torque is generated.

CCWへ少し回転した図45の(b)のロータ位置では、A相巻線B5M、B5SとD相巻線B5T、B5Nへ巻線シンボルの方向へ電流Ia、Idを通電し、太い矢印付き実線で示す磁束B6Aを励磁し、ステータ磁極B51とロータ磁極B61とを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極B56とロータ磁極B64との間にも前記磁束B6Aを励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。   In the rotor position of FIG. 45 (b) rotated slightly to CCW, currents Ia and Id are supplied to the A-phase windings B5M and B5S and the D-phase windings B5T and B5N in the direction of the winding symbol, and solid lines with thick arrows Is excited, the stator magnetic pole B51 and the rotor magnetic pole B61 are attracted, and CCW torque is generated. At the same time, the magnetic flux B6A is also excited between the stator magnetic pole B56 and the rotor magnetic pole B64, an attractive force is generated, and a CCW torque is generated.

一方、同時に、B相巻線B5P、B5UとE相巻線B5V、B5Qへ巻線シンボルの方向へ電流を通電し、太い矢印付き破線で示す磁束B6Cを励磁し、ステータ磁極B53とロータ磁極B62とを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極B58とロータ磁極B65との間にも前記磁束B6Cを励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。以下同様に、ロータ回転位置に応じて各相の電流を制御することにより回転トルクを発生することができる。   On the other hand, at the same time, current is supplied to the B-phase windings B5P and B5U and the E-phase windings B5V and B5Q in the direction of the winding symbol to excite the magnetic flux B6C indicated by the broken line with thick arrows, and the stator magnetic pole B53 and the rotor magnetic pole B62. To generate a CCW torque. At the same time, the magnetic flux B6C is also excited between the stator magnetic pole B58 and the rotor magnetic pole B65, an attractive force is generated, and a CCW torque is generated. Similarly, rotational torque can be generated by controlling the current of each phase according to the rotor rotational position.

図46はモータ形式10S8Rのモータ例である。このモータのステータは、図41から図45のステータと同じ構成である。ロータ磁極の数Kは8であり、円周上に均等に配置した例である。図46の(a)のロータ回転位置でCCWのトルクを発生する場合、A相巻線B5M、B5SとD相巻線B5T、B5Nへ巻線シンボルの方向へ電流Ia、Idを通電し、太い矢印付き実線で示す磁束B7Aを励磁し、ステータ磁極B51とロータ磁極B71とを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極B56とロータ磁極B75との間にも前記磁束B7Aを励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。   FIG. 46 shows a motor example of the motor type 10S8R. The stator of this motor has the same configuration as the stator of FIGS. In this example, the number K of the rotor magnetic poles is 8 and the rotor magnetic poles are evenly arranged on the circumference. When CCW torque is generated at the rotor rotational position of FIG. 46 (a), currents Ia and Id are passed through the A-phase windings B5M and B5S and the D-phase windings B5T and B5N in the direction of the winding symbol, A magnetic flux B7A indicated by a solid line with an arrow is excited to attract the stator magnetic pole B51 and the rotor magnetic pole B71, thereby generating a CCW torque. At the same time, the magnetic flux B7A is also excited between the stator magnetic pole B56 and the rotor magnetic pole B75, an attractive force is generated, and a CCW torque is generated.

一方、同時に、B相巻線B5P、B5UとD相巻線B5T、B5Nへ巻線シンボルの方向へ電流Ib、Idを通電し、太い矢印付き破線で示す磁束B7Bを励磁し、ステータ磁極B52とロータ磁極B72とを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極B57とロータ磁極B76との間にも前記磁束B58を励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。   At the same time, the currents Ib and Id are supplied to the B-phase windings B5P and B5U and the D-phase windings B5T and B5N in the direction of the winding symbol, and the magnetic flux B7B indicated by the broken line with a thick arrow is excited. The rotor magnetic pole B72 is attracted and CCW torque is generated. At the same time, the magnetic flux B58 is also excited between the stator magnetic pole B57 and the rotor magnetic pole B76, an attractive force is generated, and a CCW torque is generated.

CCWへ少し回転した図45の(b)のロータ位置では、A相巻線B5M、B5SとD相巻線B5T、B5Nへ巻線シンボルの方向へ電流Ia、Idを通電し、太い矢印付き実線で示す磁束B7Aを励磁し、ステータ磁極B51とロータ磁極B71とを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極B56とロータ磁極B75との間にも前記磁束B7Aを励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。   In the rotor position of FIG. 45 (b) rotated slightly to CCW, currents Ia and Id are supplied to the A-phase windings B5M and B5S and the D-phase windings B5T and B5N in the direction of the winding symbol, and solid lines with thick arrows Is excited to attract the stator magnetic pole B51 and the rotor magnetic pole B71 to generate CCW torque. At the same time, the magnetic flux B7A is also excited between the stator magnetic pole B56 and the rotor magnetic pole B75, an attractive force is generated, and a CCW torque is generated.

一方、同時に、A相巻線B5M、B5SとC相巻線B5R、B5Wへ巻線シンボルの方向へ電流Ia、Icを通電し、太い矢印付き破線で示す磁束B7Cを励磁し、ステータ磁極B5Aとロータ磁極B78とを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に、ステータ磁極B55とロータ磁極B74との間にも前記磁束B7Cを励磁しており、吸引力が発生し、CCWのトルクを発生する。以下同様に、ロータ回転位置に応じて各相の電流を制御することにより回転トルクを発生することができる。   At the same time, the currents Ia and Ic are supplied to the A-phase windings B5M and B5S and the C-phase windings B5R and B5W in the direction of the winding symbol, and the magnetic flux B7C indicated by the broken line with a thick arrow is excited to The rotor magnetic pole B78 is attracted and CCW torque is generated. At the same time, the magnetic flux B7C is also excited between the stator magnetic pole B55 and the rotor magnetic pole B74, an attractive force is generated, and a CCW torque is generated. Similarly, rotational torque can be generated by controlling the current of each phase according to the rotor rotational position.

次に、ステータ磁極の数Mが12の場合の本発明モータについて説明する。その一つのモータは、図9、図11に示したモータ形式6S2Rを4極の多極化したモータ形式12S4Rであるが、モータ特性は6S2Rの特性である。他の一つは、図1の6S4Rのモータを4極に多極化したモータであり、モータ特性は図1の6S4Rの特性である。これらのモータは3相のモータである。但し、ロータ磁極の一部を円周方向に電気角で0°〜30°程度シフトする、あるいは、ステータ磁極、ロータ磁極の一部の円周方向磁極幅を0°〜30°程度拡大、縮小するなどの変形は可能である。トルクリップルの低減、振動、騒音の低減などが可能である。   Next, the motor of the present invention when the number M of the stator magnetic poles is 12 will be described. One of the motors is a motor type 12S4R in which the motor type 6S2R shown in FIGS. 9 and 11 is multipolarized to four poles. The other is a motor in which the 6S4R motor of FIG. 1 is multipolarized to 4 poles, and the motor characteristics are the characteristics of 6S4R of FIG. These motors are three-phase motors. However, a part of the rotor magnetic pole is shifted in the circumferential direction by an electrical angle of about 0 ° to 30 °, or the circumferential magnetic pole width of a part of the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole is expanded or reduced by about 0 ° to 30 °. It is possible to modify such as. It is possible to reduce torque ripple, vibration and noise.

Mが12の場合の他のモータ例として、モータ形式12S10Rの例を図47に示す。ステータ磁極は等間隔に配置していて、B81、B82、B83、B84、B85、B86、B87、B88、B89、B8A、B8B、B8Cである。この形状のモータの場合は、交流モータの場合、6相交流モータと考えることができるが、隣接するスロットへ片方向の電流を通電するという制約を設けると、180°反対側のスロットの電流方向が同一極性の電流となるので、全節巻の巻線を巻回することはできない。しかし、図14のような環状巻、図15のような複合モータでの相互のモータのスロット間での巻回により、モデル的に図47に示す電流方向の巻線を巻回することができる。B8RはA相巻線でA相電流Iaを通電する。B8SはB相巻線でB相電流Ibを通電する。B8TはC相巻線でC相電流Icを通電する。B8UはD相巻線でD相電流Idを通電する。B8VはE相巻線でE相電流Ieを通電する。B8WはF相巻線でF相電流Ifを通電する。B8XはG相巻線でG相電流Igを通電する。B8YはH相巻線でH相電流Ihを通電する。B8ZはJ相巻線でJ相電流Ijを通電する。B8DはK相巻線でK相電流Ikを通電する。B8EはM相巻線でM相電流Imを通電する。B8FはN相巻線でN相電流Inを通電する。   As another example of the motor when M is 12, an example of the motor type 12S10R is shown in FIG. The stator magnetic poles are arranged at equal intervals, and are B81, B82, B83, B84, B85, B86, B87, B88, B89, B8A, B8B, B8C. In the case of a motor of this shape, in the case of an AC motor, it can be considered as a 6-phase AC motor. Since the currents have the same polarity, it is impossible to wind the full-pitch winding. However, the winding in the current direction shown in FIG. 47 can be modelly wound by annular winding as shown in FIG. 14 or winding between slots of the mutual motor in the composite motor as shown in FIG. . B8R is an A-phase winding and conducts an A-phase current Ia. B8S is a B-phase winding and conducts a B-phase current Ib. B8T is a C-phase winding and supplies a C-phase current Ic. B8U is a D-phase winding and supplies a D-phase current Id. B8V energizes E phase current Ie with E phase winding. B8W is an F-phase winding and energizes an F-phase current If. B8X is a G-phase winding and energizes a G-phase current Ig. B8Y is an H-phase winding and energizes an H-phase current Ih. B8Z is a J-phase winding and conducts a J-phase current Ij. B8D is a K-phase winding and energizes a K-phase current Ik. B8E is an M-phase winding and energizes an M-phase current Im. B8F is an N-phase winding and energizes an N-phase current In.

今、CCWのトルクを発生する場合、図47のロータ位置では、A相巻線B8RとF相巻線B8Fへ巻線シンボルの方向へ電流Ia、Ifを通電し、磁束B8Gを励磁し、ステータ磁極B8Cとロータ磁極B8Kとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に並列して、A相巻線B8RとB相巻線B8Sへ巻線シンボルの方向へ電流Ia、Ibを通電し、磁束B8Hを励磁し、ステータ磁極B81とロータ磁極B8Lとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に並列して、C相巻線B8TとB相巻線B8Sへ巻線シンボルの方向へ電流Ic、Ibを通電し、磁束B8Jを励磁し、ステータ磁極B82とロータ磁極B8Mとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に並列して、G相巻線B8XとF相巻線B8Fへ巻線シンボルの方向へ電流Ig、Ifを通電し、磁束J11を励磁し、ステータ磁極B86とロータ磁極B8Nとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に並列して、G相巻線B8XとH相巻線B8Yへ巻線シンボルの方向へ電流Ig、Ihを通電し、磁束J12を励磁し、ステータ磁極B87とロータ磁極B8Pとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。この時同時に並列して、J相巻線B8ZとH相巻線B8Yへ巻線シンボルの方向へ電流Ij、Ihを通電し、磁束J13を励磁し、ステータ磁極B88とロータ磁極B8Qとを吸引させ、CCWのトルクを発生する。。以下同様に、ロータ回転位置に応じて各相の電流を制御することにより回転トルクを発生することができる。   When generating CCW torque, at the rotor position in FIG. 47, currents Ia and If are applied to the A-phase winding B8R and F-phase winding B8F in the direction of the winding symbol to excite the magnetic flux B8G. The magnetic pole B8C and the rotor magnetic pole B8K are attracted to generate CCW torque. At the same time, in parallel, currents Ia and Ib are applied to the A-phase winding B8R and B-phase winding B8S in the direction of the winding symbol, the magnetic flux B8H is excited, and the stator magnetic pole B81 and the rotor magnetic pole B8L are attracted. CCW torque is generated. At the same time, in parallel, currents Ic and Ib are applied to the C-phase winding B8T and B-phase winding B8S in the direction of the winding symbol, the magnetic flux B8J is excited, and the stator magnetic pole B82 and the rotor magnetic pole B8M are attracted. CCW torque is generated. Simultaneously in parallel, currents Ig and If are applied to the G-phase winding B8X and F-phase winding B8F in the direction of the winding symbol, the magnetic flux J11 is excited, and the stator magnetic pole B86 and the rotor magnetic pole B8N are attracted. CCW torque is generated. At the same time, in parallel, currents Ig and Ih are applied to the G-phase winding B8X and H-phase winding B8Y in the direction of the winding symbol, the magnetic flux J12 is excited, and the stator magnetic pole B87 and the rotor magnetic pole B8P are attracted. CCW torque is generated. At the same time, in parallel, currents Ij and Ih are supplied to the J-phase winding B8Z and H-phase winding B8Y in the direction of the winding symbol, the magnetic flux J13 is excited, and the stator magnetic pole B88 and the rotor magnetic pole B8Q are attracted. CCW torque is generated. . Similarly, rotational torque can be generated by controlling the current of each phase according to the rotor rotational position.

また、図47において、各磁束B8G、B8H、B8J、J11、J12、J13のラジアル方向の磁束の総和は零とならないときもあるが、他のステート磁極およびロータ磁極を経由して磁束を一巡させ、ループすることができる。また、前記の磁束を励磁するための電流は、必ずしも全部を通電する必要もなく、また、各電流の大きさも選択できる。従って、あるトルク発生するときに、このモータの各巻線の電流の値は、多くの組み合わせがあり、駆動方法は多様であると言える。インバータの負担低減、鉄損の低減、銅損の低減、巻線電圧の低減などの都合で選択することができる。   In FIG. 47, the sum of the radial magnetic fluxes of the magnetic fluxes B8G, B8H, B8J, J11, J12, and J13 may not be zero. Can loop. Further, it is not always necessary to energize the current for exciting the magnetic flux, and the magnitude of each current can be selected. Therefore, when a certain torque is generated, there are many combinations of current values of the respective windings of the motor, and it can be said that there are various driving methods. It can be selected for convenience such as reducing the burden on the inverter, reducing iron loss, reducing copper loss, and reducing winding voltage.

なお、図47のモータにおいて、各スロットへ2組の巻線を挿入して12相のモータとして動作させる、あるいは、一部の巻線は両方向電流を通電することができる構成とすることなどにより全節巻とすることもできる。   In the motor shown in FIG. 47, two sets of windings are inserted into each slot to operate as a 12-phase motor, or a part of the windings can be configured to pass a bidirectional current. It can also be a whole volume.

次に、ステータ磁極の数Mが14の場合の本発明モータについて説明する。巻線は全節巻、図14に示したような環状巻、図15のような複合モータの巻線が可能である。しかし、7相モータとなり、全節巻の場合には各相の巻線が複雑に交差し、製作が容易ではない。その点で、図14で示した環状巻、図15で示した複合モータの巻線であれば、各相の巻線が干渉することはないので、相数が大きい場合でも巻線の製作は容易で、モータのコイルエンド部が大型化する問題もない。   Next, the motor of the present invention when the number M of stator magnetic poles is 14 will be described. The winding may be a full-pitch winding, an annular winding as shown in FIG. 14, or a composite motor winding as shown in FIG. However, it becomes a 7-phase motor, and in the case of full-pitch winding, the windings of each phase intersect in a complicated manner, making it difficult to manufacture. In that respect, the winding of each phase does not interfere with the annular winding shown in FIG. 14 and the winding of the composite motor shown in FIG. It is easy and there is no problem that the coil end portion of the motor becomes large.

全節巻の場合は、図48に示すように、A相巻線はB9V、B9Hで電流Iaを通電する。B相巻線はB9X、B9Kで電流Ibを通電する。C相巻線はB9Z、B9Mで電流Icを通電する。D相巻線はB9G、B9Pで電流Idを通電する。E相巻線はB9J、B9Wで電流Ieを通電する。F相巻線はB9L、B9Yで電流Ifを通電する。G相巻線はB9N、B9Fで電流Igを通電する。B91、B92、B93、B94、B95、B96、B97、B98、B9A、B9B、B9C、B9D、B9Eはステータ磁極である。   In the case of full-pitch winding, as shown in FIG. 48, the A-phase winding is energized with current Ia at B9V and B9H. The B-phase winding is energized with current Ib at B9X and B9K. The C-phase winding passes current Ic at B9Z and B9M. The D-phase winding is energized with current Id by B9G and B9P. The E-phase winding is energized with current Ie at B9J and B9W. The F-phase winding passes current If through B9L and B9Y. The G-phase winding passes current Ig with B9N and B9F. B91, B92, B93, B94, B95, B96, B97, B98, B9A, B9B, B9C, B9D, and B9E are stator magnetic poles.

図48はモータ形式14S4Rの例である。このモータは、図4のモータと同様に電流を通電して駆動することができる。しかし、図4のモータと異なる点はロータの外周で空きスペースが多く、何らかの他の用途にそのスペースが活用できる点である。ロータに形状制約がある場合に使用できる。   FIG. 48 shows an example of the motor format 14S4R. This motor can be driven by passing a current in the same manner as the motor of FIG. However, the difference from the motor of FIG. 4 is that there is a lot of free space on the outer periphery of the rotor, and that space can be used for some other purpose. It can be used when the rotor has shape constraints.

図49はモータ形式14S6Rの例である。このモータは、ロータ磁極が6個有り、各ロータ磁極のトルク発生区間を重複することができるので、図48のモータに対し、より大きなトルクが得られる点と、トルクリップルを小さくできる特徴がある。   FIG. 49 shows an example of the motor format 14S6R. This motor has six rotor magnetic poles and can overlap the torque generation section of each rotor magnetic pole, and therefore has a feature that a larger torque can be obtained and a torque ripple can be reduced compared to the motor of FIG. .

図50はモータ形式14S8Rの例である。このモータは、ロータ磁極が8個有り、ロータが回転するとき、4個のロータ磁極をトルク発生に使用でき、14個の巻線の内8個の巻線の電流でトルクを発生することができる。モータのトルクが大きく、制御装置のパワートランジスタの電流容量を小さくすることができ、低コスト化、小型化ができる。   FIG. 50 shows an example of the motor type 14S8R. This motor has 8 rotor magnetic poles, and when the rotor rotates, 4 rotor magnetic poles can be used for torque generation, and torque can be generated by the current of 8 windings out of 14 windings. it can. The motor torque is large, the current capacity of the power transistor of the control device can be reduced, and the cost and size can be reduced.

図50のロータ回転位置でCCWのトルクを発生する場合、A相巻線B9V、B9Hへ電流Iaを通電し、同時にE相巻線はB9J、B9Wで電流Ieを通電することにより、磁束C17を励磁し、ステータ磁極B91とロータ磁極C11とを吸引させ、CCWのトルクを発生する。同時に、磁束C17により、ステータ磁極B98とロータ磁極C14とを吸引させ、CCWのトルクを発生する。   When the CCW torque is generated at the rotor rotation position of FIG. 50, the current Ia is supplied to the A-phase windings B9V and B9H, and at the same time, the current Ie is supplied to the E-phase windings at B9J and B9W. Energized to attract the stator magnetic pole B91 and the rotor magnetic pole C11 to generate CCW torque. At the same time, the stator magnetic pole B98 and the rotor magnetic pole C14 are attracted by the magnetic flux C17 to generate CCW torque.

この時同時に、B相巻線B9V、B9Hへ電流Ibを通電し、同時にF相巻線はB9L、B9Yで電流Ifを通電することにより、磁束C18を励磁し、ステータ磁極B93とロータ磁極C12とを吸引させ、CCWのトルクを発生する。同時に、磁束C18により、ステータ磁極B9Aとロータ磁極C15とを吸引させ、CCWのトルクを発生する。   At the same time, the current Ib is supplied to the B-phase windings B9V and B9H, and the F-phase winding is supplied with the current If at B9L and B9Y at the same time, thereby exciting the magnetic flux C18, the stator magnetic pole B93 and the rotor magnetic pole C12 To generate CCW torque. At the same time, the magnetic flux C18 attracts the stator magnetic pole B9A and the rotor magnetic pole C15 to generate CCW torque.

また、この時同時に、C相巻線B9Z、B9Mへ電流Icを通電し、同時にG相巻線はB9N、B9Fで電流Igを通電することにより、磁束C19を励磁し、ステータ磁極B95とロータ磁極C13とを吸引させ、CCWのトルクを発生する。同時に、磁束C19により、ステータ磁極B9Cとロータ磁極C16とを吸引させ、CCWのトルクを発生する。以下、ロータの回転位置に伴い、所望のトルクを発生することのできるステータ磁極を励磁することによりロータを順次回転することができる。正転、逆転、力行トルク、回生トルクの組み合わせでいわゆる4象限運転が可能である。   At the same time, the current Ic is supplied to the C-phase windings B9Z and B9M, and the G-phase winding is supplied with the current Ig at B9N and B9F. C13 is sucked and CCW torque is generated. At the same time, the magnetic flux C19 attracts the stator magnetic pole B9C and the rotor magnetic pole C16 to generate CCW torque. Hereinafter, the rotor can be rotated sequentially by exciting the stator magnetic poles that can generate a desired torque according to the rotational position of the rotor. A so-called four-quadrant operation is possible by a combination of forward rotation, reverse rotation, power running torque, and regenerative torque.

このように、図50に示すモータでは、同時に4個のステータ磁極、あるいは、6個のステータ磁極でトルクを発生することができ、高トルク化が可能である。逆に、トルクを発生するステータ磁極を限定して、巻線の発生電圧を低減し、直流電源電圧の制約の中でより高速の回転を実現することもできる。また、制御装置の点でも、各巻線は片方向電流で、各巻線が両隣のステータ磁極を励磁できるように兼用しているので、複数の巻線経路から同時に電力をモータへ供給できるので、パワートランジスタの電流容量を低減することができ、制御装置の低コスト化、小型化も可能である。   As described above, in the motor shown in FIG. 50, torque can be generated simultaneously by four stator magnetic poles or six stator magnetic poles, and the torque can be increased. Conversely, by limiting the stator magnetic poles that generate torque, the generated voltage of the winding can be reduced, and higher speed rotation can be realized within the constraints of the DC power supply voltage. Also, in terms of the control device, each winding is a unidirectional current, and each winding is also used to excite the stator poles on both sides. The current capacity of the transistor can be reduced, and the cost and size of the control device can be reduced.

次に、図51はモータ形式14S10Rの例である。このモータは、図50に示すモータと同じステータで、ロータには10個のステータ磁極を持っている。例えば、図51のロータ回転位置の状態でCCWのトルクを発生する場合、矢印で示す磁束を図50のモータの場合と同様な方法で励磁して吸引力を発生してCCWのトルクを発生することができる。モータ特性は図50のモータと類似している。   Next, FIG. 51 shows an example of the motor type 14S10R. This motor is the same stator as the motor shown in FIG. 50, and the rotor has ten stator magnetic poles. For example, when CCW torque is generated in the state of the rotor rotational position of FIG. 51, the magnetic flux indicated by the arrow is excited in the same manner as in the case of the motor of FIG. be able to. The motor characteristics are similar to the motor of FIG.

次に、図52はモータ形式14S12Rの例である。このモータは、図50に示すモータと同じステータで、ロータには10個のステータ磁極を持っている。例えば、図51のロータ回転位置の状態でCCWのトルクを発生する場合、矢印で示す磁束を励磁して吸引力を発生してCCWのトルクを発生することができる。しかし、図52の磁束の分布は、図50、図51の場合と大分異なる。これは、ステータ磁極の数M=14とロータ磁極の数K=12とが近い数であることからこのような磁束分布となっていて、その磁束分布はいわゆるバーニアモータと言われるモータと類似している点がある。しかし、図52のモータは、各巻線の電流方向が隣接するスロットの巻線の電流方向と逆方向である点、磁束の方向が異なる点、各ロータ磁極を各ステータ磁極が個別に励磁している点が異なる。その結果として、ステータのバックヨークを薄くできる点、制御装置を小型化できる点は異なる。図52のモータのトルク特性等は、図50、図51のモータ特性と類似していて、大きなトルクを発生でき、また、トルク発生部を選択的に制御することもできる。   Next, FIG. 52 shows an example of the motor type 14S12R. This motor is the same stator as the motor shown in FIG. 50, and the rotor has ten stator magnetic poles. For example, when the CCW torque is generated in the state of the rotor rotational position of FIG. 51, the magnetic force indicated by the arrow can be excited to generate an attractive force to generate the CCW torque. However, the distribution of magnetic flux in FIG. 52 is very different from that in FIGS. This is such a magnetic flux distribution because the number of stator magnetic poles M = 14 and the number of rotor magnetic poles K = 12 are close, and the magnetic flux distribution is similar to a so-called vernier motor. There is a point. However, in the motor of FIG. 52, the current direction of each winding is opposite to the current direction of the winding of the adjacent slot, the direction of the magnetic flux is different, and each rotor magnetic pole is individually excited by each stator magnetic pole. Is different. As a result, the difference is that the back yoke of the stator can be made thinner and the control device can be made smaller. The torque characteristics and the like of the motor shown in FIG. 52 are similar to the motor characteristics shown in FIGS. 50 and 51, so that a large torque can be generated, and the torque generator can be selectively controlled.

以上、図50、図51、図52などに示したように、ステータ磁極の数Mおよびロータ磁極の数Kが大きな値である場合は、多くのステータ磁極でトルクを発生することができ、高トルク化が可能である場合が多い。   As described above, when the number M of the stator magnetic poles and the number K of the rotor magnetic poles are large values as shown in FIGS. 50, 51, 52, etc., torque can be generated with many stator magnetic poles. In many cases, torque can be achieved.

この時、各巻線電流は軟磁性体を励磁して磁束を誘起するわけであるが、各磁束は複数の巻線へ鎖交している場合が多く、相互インダクタンスが大きい。結果として、各巻線の電圧Vzは鎖交する全磁束φaの影響を受け、その巻線の巻回数Nwと前記全磁の時間変化率の積となる。巻線の電圧が特定の1個のステータ磁極の磁束だけを生成している場合の電圧よりも大きくなる。したがって、直流電源電圧の制約の中でモータを駆動する場合、駆動可能な回転速度ωrが直流電源電圧により制約される。   At this time, each winding current excites a soft magnetic material to induce a magnetic flux, but each magnetic flux is often linked to a plurality of windings and has a large mutual inductance. As a result, the voltage Vz of each winding is influenced by the total magnetic flux φa interlinked, and becomes the product of the number of turns Nw of the winding and the time change rate of the total magnetism. The voltage of the winding is larger than the voltage when only the magnetic flux of one specific stator magnetic pole is generated. Therefore, when the motor is driven within the limitation of the DC power supply voltage, the drivable rotational speed ωr is limited by the DC power supply voltage.

この対応として、高速の回転速度ωrで運転する場合には、トルクを発生するステータ磁極を限定して、巻線の発生電圧を低減し、直流電源電圧の制約の中でより高速の回転を実現することもできる。   As a countermeasure, when operating at a high rotational speed ωr, the stator magnetic pole that generates torque is limited to reduce the generated voltage of the winding and realize higher speed rotation within the constraints of the DC power supply voltage. You can also

また、制御装置の点では、各巻線に通電する電流は片方向電流で、各巻線が両隣のステータ磁極を励磁できるように兼用しているので、複数の巻線経路から同時に電力をモータへ供給できるので、パワートランジスタの電流容量を低減することができ、制御装置の低コスト化、小型化も可能である。   Also, in terms of the control device, the current to be supplied to each winding is a unidirectional current, and each winding is also used to excite both adjacent stator poles. Therefore, the current capacity of the power transistor can be reduced, and the control device can be reduced in cost and size.

以上の具体的なモータ例では、ステータ磁極の数Mおよびロータ磁極の数Kが偶数である場合について多く説明した。しかし、ステータ磁極の数Mあるいはロータ磁極の数Kが奇数の場合についても、部分的な巻線が両方向電流での駆動が可能にするなど、部分的な変更により、本発明のモータとその制御装置の例で示した特徴の一部を矛盾無く得ることが可能であり、本発明に含むものである。   In the above specific motor examples, many cases have been described in which the number M of stator magnetic poles and the number K of rotor magnetic poles are even. However, even when the number M of the stator magnetic poles or the number K of the rotor magnetic poles is an odd number, the motor of the present invention and its control can be controlled by a partial change such that the partial winding can be driven by a bidirectional current. Some of the features shown in the device examples can be obtained consistently and are included in the present invention.

図39などでは、ステータ磁極およびロータ磁極の円周方向幅は360°/(8×2)=22.5°の場合について示しているが、モータの要求特性により円周方向幅を大きくも小さくもできる。また、それぞれのピッチについても、トルクリップルの低減などの目的で円周方向に移動することができ、不等間隔に配置することもできる。またそれぞれの磁極の形状およびスロット形状についても円周方向、ロータ軸方向、ラジアル方向に変形が可能である。また、スキューを行う、あるいは、磁極の一部を削除することなども可能である。もちろん多極化することも可能である。また、多極化する時に、電気角360°の構成を全く同じ構成とするのではなく、円周方向に少しシフトして配置するなどの修正も可能である。また、円周方向に異なる構成のモータを複合的に配置することも可能である。また、ステータ磁極の数Mよりロータ磁極の数Kの方が大きくなる構成も実現可能である。   In FIG. 39 and the like, the circumferential width of the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole is 360 ° / (8 × 2) = 22.5 °, but the circumferential width is large or small depending on the required characteristics of the motor. You can also. Each pitch can also be moved in the circumferential direction for the purpose of reducing torque ripple, and can be arranged at unequal intervals. Further, the shape of each magnetic pole and the shape of the slot can also be deformed in the circumferential direction, the rotor axial direction, and the radial direction. It is also possible to perform skewing or delete a part of the magnetic pole. Of course, multipolarization is also possible. In addition, when the number of poles is increased, the configuration of the electrical angle of 360 ° is not made exactly the same, but can be modified such as being slightly shifted in the circumferential direction. It is also possible to arrange a plurality of motors having different configurations in the circumferential direction. Further, it is possible to realize a configuration in which the number K of rotor magnetic poles is larger than the number M of stator magnetic poles.

次に、ステータ磁極の角度で表す円周方向幅Htが360°/(2M)より大きい例について図53に示す。このモータは、モータ形式6S4Rである。図1に示した6S4Rのモータのステータ磁極幅Htおよびロータ磁極幅Hmは30°であるのに対し、図53のステータ磁極幅は40°で、ロータ磁極幅も約40°である。図1のモータではあるステータ磁極がロータ磁極を吸引してトルクを発生できる幅が30°であったのに対し、図53のモータでは40°に広くなっている。従って、図53のモータでは、2つのステータ磁極間でトルクの発生を乗り継ぐ場合に、片側の発生トルクを減少しながら他方の発生トルクを上昇させるように、余裕のある制御が可能である。ただし、スロットの面積が小さくなり、巻線抵抗が大きくなるなど、弊害もあり、トレードオフの関係になっている。   Next, FIG. 53 shows an example where the circumferential width Ht represented by the angle of the stator magnetic pole is larger than 360 ° / (2M). This motor is a motor type 6S4R. The stator magnetic pole width Ht and rotor magnetic pole width Hm of the 6S4R motor shown in FIG. 1 are 30 °, whereas the stator magnetic pole width of FIG. 53 is 40 ° and the rotor magnetic pole width is also about 40 °. In the motor of FIG. 1, the width at which a certain stator magnetic pole attracts the rotor magnetic pole to generate torque is 30 °, whereas in the motor of FIG. 53, it is widened to 40 °. Therefore, in the motor shown in FIG. 53, when the generation of torque is transferred between two stator magnetic poles, it is possible to perform control with a margin so as to increase the generated torque on the other side while decreasing the generated torque on one side. However, the slot area is reduced and the winding resistance is increased.

次に、本発明の他のモータ例を図54に示す。図9の6S2Rのモータに対し、円周方向磁極幅の小さいロータ磁極162を追加している。その他は図9に示したモータと同じである。図54のモータにおいて、円周方向磁極幅が広いロータ磁極161を主突極磁極と呼び、円周方向磁極幅が小さいロータ磁極162を補助突極磁極と呼ぶことにする。主突極磁極161の円周方向磁極幅Hmは約40°で、補助突極磁極162の円周方向磁極幅Hhは約20°である。この例では、ロータの4個の突極は相互に電気角で90度の角度差を設け、等間隔に配置している。なお、図54のモータは、図1の6S4Rのモータに対し、ロータ磁極の幅が2つの異なる値を持つモータの例でもある。   Next, another motor example of the present invention is shown in FIG. A rotor magnetic pole 162 having a small circumferential magnetic pole width is added to the 6S2R motor of FIG. Others are the same as the motor shown in FIG. In the motor shown in FIG. 54, the rotor magnetic pole 161 having a large circumferential magnetic pole width is called a main salient pole, and the rotor magnetic pole 162 having a small circumferential magnetic pole width is called an auxiliary salient pole. The main salient pole magnetic pole 161 has a circumferential magnetic pole width Hm of about 40 °, and the auxiliary salient pole magnetic pole 162 has a circumferential magnetic pole width Hh of about 20 °. In this example, the four salient poles of the rotor are arranged at equal intervals with an electrical angle difference of 90 degrees between them. The motor of FIG. 54 is also an example of a motor in which the width of the rotor magnetic pole has two different values compared to the motor of 6S4R in FIG.

図54では、説明を容易化するために2極の構成のモータを示している。しかし、現実には、4極、あるいは、8極など多極化して使用する。多極化によりコイルエンド部の短縮、あるいは、ステータのバックヨーク部の薄型化など、モータの小型化が可能である。図54の2極のモータを8極に多極化した構成を図55に示す。図10のモータに比較し、ロータ171に補助突極磁極173を付加している。172は主突極磁極である。電気角360°の間に、ロータの4個の突極を相互に電気角で90度の角度差を設け、等間隔に配置している。   In FIG. 54, a motor having a two-pole configuration is shown for ease of explanation. However, in reality, it is used in a multipolar form such as 4 poles or 8 poles. By reducing the number of coils, the motor can be reduced in size, for example, by shortening the coil end portion or reducing the thickness of the back yoke portion of the stator. FIG. 55 shows a configuration in which the two-pole motor shown in FIG. Compared to the motor of FIG. 10, an auxiliary salient pole magnetic pole 173 is added to the rotor 171. Reference numeral 172 denotes a main salient pole magnetic pole. Between the electrical angles of 360 °, the four salient poles of the rotor are arranged at equal intervals with an electrical angle difference of 90 degrees between them.

図54のモータ構成の目的は、図9のモータの特性である図12の(G)で示したトルクの低下部を改善することである。図54のモータの作用について、図56の(a)から(f)に図解して説明する。スロットの開口部の幅はHsは20°、ロータの主突極磁極161の円周方向の幅Hmは40°、補助突極磁極162の円周方向の幅は20°の例である。図57に、水平軸に電気角で表したロータ回転位置θrと各相の電流と各相のトルクを示す。A相の電流はIa、B相の電流はIb、C相の電流はIcである。   The purpose of the motor configuration in FIG. 54 is to improve the torque reduction portion shown in FIG. 12G, which is a characteristic of the motor in FIG. The operation of the motor of FIG. 54 will be described with reference to FIGS. 56 (a) to (f). The width of the opening of the slot is 20 °, the width Hm in the circumferential direction of the main salient pole magnetic pole 161 of the rotor is 40 °, and the width in the circumferential direction of the auxiliary salient pole magnetic pole 162 is 20 °. FIG. 57 shows the rotor rotation position θr expressed in electrical angle on the horizontal axis, the current of each phase, and the torque of each phase. The A-phase current is Ia, the B-phase current is Ib, and the C-phase current is Ic.

図54、図55、図56に示すモータのトルクは、巻線が全節巻でかつ集中巻きであり、ステータの歯117、118、119、11A、11B、11Cがほぼ全周に配置されていることから、トルクを発生させるために少なくとも2個の巻線に電流を流してトルクを生成する。そして、ステータの突極状の歯とロータの突極との間に吸引力を発生させてリラクタンストルクを得る。各巻線の電流の方向は、巻線シンボルで示す電流方向である。したがって、各ステータ磁極の磁束の方向も片方向の磁束となる。   The torque of the motor shown in FIG. 54, FIG. 55, and FIG. Therefore, in order to generate torque, current is passed through at least two windings to generate torque. Then, a reluctance torque is obtained by generating an attractive force between the salient pole-like teeth of the stator and the salient pole of the rotor. The current direction of each winding is the current direction indicated by the winding symbol. Therefore, the direction of the magnetic flux of each stator magnetic pole is also a one-way magnetic flux.

ステータ磁極11Cと119とがロータ主突極磁極161および補助突極磁極162との間に発生するトルクをTa、ステータ磁極118と11Bとがロータ主突極磁極161および補助突極磁極162との間に発生するトルクをTb、ステータ磁極117と11Aとがロータ主突極磁極161および補助突極磁極162との間に発生するトルクをTcとする。なお、この時、各吸引力は磁束の方向が正の場合も負の場合も同一の吸引力、トルクを発生することはリラクタンストルクの特徴的な点である。   The stator magnetic poles 11C and 119 generate torque generated between the rotor main salient pole magnetic pole 161 and the auxiliary salient pole magnetic pole 162, and the stator magnetic poles 118 and 11B contact the rotor main salient pole magnetic pole 161 and the auxiliary salient pole magnetic pole 162. The torque generated between the stator magnetic poles 117 and 11A and the rotor main salient pole magnetic pole 161 and the auxiliary salient pole magnetic pole 162 is Tc. At this time, it is a characteristic point of the reluctance torque that each attractive force generates the same attractive force and torque regardless of whether the direction of the magnetic flux is positive or negative.

ロータが図56の(a)に示すθr=30°の回転位置近傍にあるときには、A相巻線111へは正の電流Iaを流し、反対側のA相巻線114へは負の電流−Iaを流す。同時にC相巻線115へは正の電流Icを流し、反対側のC相巻線112へは負の電流−Icを流す。B相巻線113、116へは電流を流さない。各相の電流Ia、Ib、Icは図57の(A)、(C)、(E)に示す電流である。この状態ではアンペアの法則に従い、ステータ磁極11Aから117の方向へ太線の矢印で示す方向にA相電流Ia、C相電流Icの起磁力が作用し、矢印で示す方向、ステータ磁極11Aからステータ磁極117の方向に磁束が誘起される。そして、ロータには反時計回転方向CCWへ図57の(F)に示すトルクTcが発生する。ここで、ステータとロータの軟磁性体部の透磁率は十分に大きく、ステータとロータ間の広い空間部の透磁率は十分に小さく、ステータとロータ間の狭いエアギャップ部の磁気抵抗は十分に小さいと仮定する単純モデルでは、ステータ磁極118、119、11B、11Cの近傍に作用する磁界の強さH[ A/m ]はほぼ零で、これらのステータ磁極である各歯をラジアル方向に通過する磁束はほぼ零で、トルクもほぼ零ある。   When the rotor is in the vicinity of the rotational position of θr = 30 ° shown in FIG. 56 (a), a positive current Ia is supplied to the A-phase winding 111 and a negative current − is supplied to the opposite A-phase winding 114. Run Ia. At the same time, a positive current Ic is supplied to the C-phase winding 115, and a negative current −Ic is supplied to the opposite C-phase winding 112. No current flows through the B-phase windings 113 and 116. The currents Ia, Ib, and Ic of the respective phases are the currents shown in (A), (C), and (E) of FIG. In this state, in accordance with Ampere's law, magnetomotive forces of the A-phase current Ia and the C-phase current Ic act in the directions indicated by the thick arrows in the direction from the stator magnetic poles 11A to 117, and the directions indicated by the arrows and from the stator magnetic poles 11A to the stator magnetic poles. Magnetic flux is induced in the direction of 117. Then, torque Tc shown in FIG. 57 (F) is generated in the counterclockwise direction CCW. Here, the permeability of the soft magnetic part of the stator and rotor is sufficiently large, the permeability of the wide space between the stator and rotor is sufficiently small, and the magnetic resistance of the narrow air gap between the stator and rotor is sufficiently large In a simple model that is assumed to be small, the magnetic field strength H [A / m] acting in the vicinity of the stator magnetic poles 118, 119, 11B, and 11C is almost zero, and each tooth that is the stator magnetic pole passes in the radial direction. The magnetic flux is almost zero and the torque is almost zero.

ロータがCCWへ回転し、図56の(b)に示すθr=50°の回転位置近傍まで回転すると、A相巻線111へ正の電流Iaを流しA相巻線114へは負の電流−Iaを流す。同時にB相巻線113へ正の電流Ibを流し、反対側のB相巻線116へは負の電流−Ibを流す。C相巻線115、112へは電流を流さない。この状態ではアンペアの法則に従い、ステータの突極118から11Bの方向へ太線の矢印で示す方向にB相電流Ib、C相電流Icの起磁力が作用し、矢印で示す方向、歯11Cから歯119の方向に磁束が誘起される。そして、ロータはCCWへ図57の(B)に示すトルクTaが発生する。このモータモデルでは補助突極磁極162の円周方向の幅は20°と狭いので、図57の(B)に示すθr=60°近傍のトルクの幅は狭い。   When the rotor rotates to CCW and rotates to the vicinity of the rotation position of θr = 50 ° shown in FIG. 56B, a positive current Ia flows through the A-phase winding 111 and a negative current − Run Ia. At the same time, a positive current Ib is supplied to the B-phase winding 113, and a negative current −Ib is supplied to the opposite B-phase winding 116. No current flows through the C-phase windings 115 and 112. In this state, in accordance with Ampere's law, the magnetomotive forces of the B-phase current Ib and the C-phase current Ic act in the direction indicated by the thick arrows in the direction of the stator salient poles 118 to 11B. Magnetic flux is induced in the direction of 119. Then, the rotor generates torque Ta shown in FIG. In this motor model, the circumferential width of the auxiliary salient pole magnetic pole 162 is as narrow as 20 °, and therefore the torque width near θr = 60 ° shown in FIG.

ロータがCCWへ回転し図56の(c)に示すθr=70°の回転位置近傍まで回転すると、C相巻線115へ正の電流Icを流しC相巻線112へは負の電流−Icを流す。同時にB相巻線113へ正の電流Ibを流し、反対側のB相巻線116へは負の電流−Ibを流す。A相巻線111、114へは電流を流さない。この状態ではアンペアの法則に従い、ステータの突極118から11Bの方向へ太線の矢印で示す方向にB相電流Ib、C相電流Icの起磁力が作用し、矢印で示す方向、歯118から歯11Bの方向に磁束が誘起される。そして、ロータはCCWへ図57の(D)に示すトルクTbが発生する。そして、CCWへ回転し、図56の(d)に示すθr=90°の回転位置へ回転する。   When the rotor rotates to CCW and rotates to the vicinity of the rotational position of θr = 70 ° shown in FIG. Shed. At the same time, a positive current Ib is supplied to the B-phase winding 113, and a negative current −Ib is supplied to the opposite B-phase winding 116. No current flows through the A-phase windings 111 and 114. In this state, in accordance with Ampere's law, the magnetomotive forces of the B-phase current Ib and the C-phase current Ic act in the direction indicated by the thick arrows in the direction of the stator salient poles 118 to 11B. Magnetic flux is induced in the direction of 11B. Then, the rotor generates a torque Tb shown in FIG. And it rotates to CCW and rotates to the rotation position of (theta) r = 90 degrees shown to (d) of FIG.

この図54に示すモータは電気角で60°の周期性があり、60°の周期で類似の駆動を行うことができる。図56の(a)のθr=30°での動作と、図56の(d)のθr=90°での動作とでの相対的な関係は、電流の向き、磁束の方向は逆であるが、トルクTは共にCCWの方向で同じ大きさである。このように、回転位置θrが90°から150°の間は、回転位置θrが30°から90°の間のモータ動作と類似動作でトルクを発生し、回転することができる。同様に、150°から210°の間、210°から270°の間、270°から330°の間、330°から30°の間も類似の動作で回転することができる。具体的には、図57に示すように、ロータ回転位置θrにより順次通電する電流Ia、Ib、Icを変えてトルクTa、Tb、Tcを得、ロータを回転する。   The motor shown in FIG. 54 has a periodicity of 60 ° in electrical angle, and a similar drive can be performed at a cycle of 60 °. The relative relationship between the operation at θr = 30 ° in FIG. 56 (a) and the operation at θr = 90 ° in FIG. 56 (d) is opposite in the direction of current and the direction of magnetic flux. However, both torques T have the same magnitude in the CCW direction. Thus, when the rotational position θr is between 90 ° and 150 °, torque can be generated and rotated in a similar manner to the motor operation when the rotational position θr is between 30 ° and 90 °. Similarly, rotation can be performed in a similar manner between 150 ° and 210 °, between 210 ° and 270 °, between 270 ° and 330 °, and between 330 ° and 30 °. Specifically, as shown in FIG. 57, torques Ta, Tb, Tc are obtained by changing the currents Ia, Ib, Ic sequentially energized according to the rotor rotational position θr, and the rotor is rotated.

そして、各歯の発生トルクTa、Tb、Tcを乗り継いだモータトルクTmを図57の(G)の実線に示す。この図57の(G)のトルクTmは、各相巻線の電流が切り替わるときに、わずかにトルクが低下する図の特性としている。このトルクTmは、図12の(G)に示すトルクTmに比較して、トルクの落ち込みが改善している。また、さらに図57の(G)に示すトルクTmの部分的なトルク低下を低減するためには、ロータの主突極磁極161および補助突極磁極162の円周方向幅Hm、Hhをやや広めに設定することにより、さらに改善することができる。   A solid line in FIG. 57G shows the motor torque Tm obtained by transferring the generated torques Ta, Tb, and Tc of each tooth. The torque Tm in (G) of FIG. 57 has a characteristic in which the torque slightly decreases when the current of each phase winding is switched. The torque Tm has improved torque drop compared to the torque Tm shown in FIG. Further, in order to further reduce the partial torque drop of the torque Tm shown in FIG. 57 (G), the circumferential widths Hm and Hh of the main salient pole magnetic pole 161 and the auxiliary salient pole magnetic pole 162 of the rotor are slightly widened. By setting to, further improvement can be achieved.

また、ロータ回転数が大きいときには、電流位相を早めたり、図6の破線で示したように電流波形を変更するなど、種々の工夫が可能である。   Further, when the rotor rotational speed is large, various devices such as advancing the current phase or changing the current waveform as shown by the broken line in FIG. 6 are possible.

次に、スロットの開口部の円周方向幅Hsとロータの主突極磁極161の円周方向幅Hmと補助突極磁極162の円周方向幅Hhとモータの出力トルクTとの関係について説明する。最初に、連続したトルクを発生できる条件について考える。図58のロータ回転位置において、CCWの方向へ連続したモータトルクTmを発生できる条件について考える。今、主突極磁極161がCCWへ回転していて歯117にさしかかり、歯117左端へ主突極磁極161の左端が一致する回転位置θrである場合について考える。図58の回転位置θrは、丁度、主突極磁極161がCCWの方向へトルクを発生できなくなる回転位置である。この回転位置θrで補助突極磁極162がCCWの方向へトルクを発生できる条件について考える。その条件は、主突極磁極161と補助突極磁極162の間の空隙部の幅と補助突極磁極162の幅との和Hgが、次式(21)及び(22)に示すように、スロットの開口部の円周方向幅Hsに60°を加えた幅Hfより大きいことである。   Next, the relationship between the circumferential width Hs of the slot opening, the circumferential width Hm of the main salient pole magnetic pole 161 of the rotor, the circumferential width Hh of the auxiliary salient pole magnetic pole 162, and the output torque T of the motor will be described. To do. First, consider the conditions under which a continuous torque can be generated. Consider the conditions under which the motor torque Tm can be generated continuously in the CCW direction at the rotor rotational position of FIG. Now, consider a case where the main salient pole magnetic pole 161 is rotated to CCW and reaches the tooth 117, and the rotation position θr is such that the left end of the main salient pole magnetic pole 161 coincides with the left end of the tooth 117. The rotational position θr in FIG. 58 is just the rotational position at which the main salient pole 161 can no longer generate torque in the CCW direction. Consider the conditions under which the auxiliary salient pole 162 can generate torque in the CCW direction at this rotational position θr. The condition is that the sum Hg of the width of the gap between the main salient pole magnetic pole 161 and the auxiliary salient pole magnetic pole 162 and the width of the auxiliary salient pole magnetic pole 162 is expressed by the following equations (21) and (22): It is larger than the width Hf obtained by adding 60 ° to the circumferential width Hs of the opening of the slot.

Hg>Hf (21)
(360°−(Hm+Hh)×2)/4+Hh>60°+Hs (22)
次に、図59に示すように、補助突極磁極162がCCWの方向へトルクを発生する時に主突極磁極161が時計回転方向CWへトルクを発生しない条件について考える。その条件は、主突極磁極161と補助突極磁極162の間の空隙部の幅Hbが次式(23)及び(24)に示すように、ステータの歯の幅Htより大きいことである。
Hg> Hf (21)
(360 ° − (Hm + Hh) × 2) / 4 + Hh> 60 ° + Hs (22)
Next, as shown in FIG. 59, a condition is considered in which the main salient pole magnetic pole 161 does not generate torque in the clockwise direction CW when the auxiliary salient pole magnetic pole 162 generates torque in the CCW direction. The condition is that the width Hb of the gap between the main salient pole magnetic pole 161 and the auxiliary salient pole magnetic pole 162 is larger than the width Ht of the stator teeth as shown in the following equations (23) and (24).

Hb>Ht (23)
(360°−(Hm+Hh)×2)/4>60°−Hs (24)
例えば、スロットの開口部の円周方向幅Hsと主突極磁極161の円周方向幅Hmを仮定し、条件に適合する補助突極磁極162の円周方向幅Hhを求める場合、(22)式と(24)式より幅Hhを次式で表すことができる。
Hb> Ht (23)
(360 ° − (Hm + Hh) × 2) / 4> 60 ° −Hs (24)
For example, assuming the circumferential width Hs of the opening of the slot and the circumferential width Hm of the main salient pole magnetic pole 161, and obtaining the circumferential width Hh of the auxiliary salient pole magnetic pole 162 that meets the conditions, (22) The width Hh can be expressed by the following equation from the equation and the equation (24).

Hm+2Hs−60°<Hh<−Hm+2Hs+60° (25)
また、条件を簡略化するため、主突極磁極161の円周方向幅Hmは次式(26)に示すように、補助突極磁極162の円周方向幅Hhより大きいものとする。
Hm + 2Hs−60 ° <Hh <−Hm + 2Hs + 60 ° (25)
In order to simplify the conditions, the circumferential width Hm of the main salient pole magnetic pole 161 is larger than the circumferential width Hh of the auxiliary salient pole magnetic pole 162 as shown in the following equation (26).

Hm>Hh (26)
また、主突極磁極と補助突極磁極とで少なくとも60°の回転角を駆動するので次式(27)の条件がある。
Hm> Hh (26)
Further, since the rotation angle of at least 60 ° is driven by the main salient pole magnetic pole and the auxiliary salient pole magnetic pole, the condition of the following equation (27) is satisfied.

Hm+Hh>60° (27)
前記の(25)、(26)、(27)式の条件を満たす具体的な各幅の例を図60の表に示す。横軸をスロットの開口部の円周方向幅Hs、縦軸を主突極磁極161の円周方向幅Hmとし、表内に補助突極磁極162の円周方向幅Hhの条件を満たす最小値Minと最大値Maxで示している。例えば、スロットの開口部の円周方向幅Hs=15°で主突極磁極161の円周方向幅Hm=50°の時、条件を満たす補助突極磁極162の円周方向幅Hhは最小値20°から最大値40°である。
Hm + Hh> 60 ° (27)
The table of FIG. 60 shows examples of specific widths that satisfy the conditions of the expressions (25), (26), and (27). The horizontal axis is the circumferential width Hs of the opening of the slot, the vertical axis is the circumferential width Hm of the main salient pole magnetic pole 161, and the minimum value that satisfies the condition of the circumferential width Hh of the auxiliary salient pole magnetic pole 162 in the table It is indicated by Min and the maximum value Max. For example, when the circumferential width Hs = 15 ° of the opening of the slot and the circumferential width Hm = 50 ° of the main salient pole magnetic pole 161, the circumferential width Hh of the auxiliary salient pole magnetic pole 162 satisfying the condition is the minimum value. The maximum value is 20 ° from 20 °.

図60において、太線の2重の枠を示しているが、外側の太線枠は前記のHs、Hm、Hhの相関関係にやや余裕がある範囲である。内側の太線枠はさらに各値の選択の自由度が大きい範囲である。   In FIG. 60, a thick double line frame is shown, but the outer thick line frame is a range in which there is a slight margin in the correlation between the Hs, Hm, and Hh. The inner thick line frame is a range in which the degree of freedom of selection of each value is further large.

なお、図58の補助突極磁極162の円周方向幅Hhは、最小値と最大値の範囲を多少はずれても実用的には使用できる場合もある。例えば、補助突極磁極162とステータの歯とは、図58において補助突極磁極162と歯119とがラジアル方向に対向していなくて、多少離れていても吸引力、トルクを発生することができる。従って、単純にモデル的に作成した(22)式で示されるHhより多少小さいHhの値でも連続的トルクの発生が可能である。またさらには、多少断続的なモータトルクでも使用できる用途は少なくないので、(22)、(24)式を多少はずれていても実用化可能である。   In addition, the circumferential width Hh of the auxiliary salient pole magnetic pole 162 in FIG. 58 may be practically used even if the range between the minimum value and the maximum value is slightly different. For example, the auxiliary salient pole magnetic pole 162 and the teeth of the stator may generate attraction force and torque even if the auxiliary salient pole magnetic pole 162 and the tooth 119 are not opposed to each other in the radial direction in FIG. it can. Therefore, continuous torque can be generated even with a value of Hh that is slightly smaller than Hh represented by the equation (22) simply created as a model. Furthermore, since there are many applications that can be used even with somewhat intermittent motor torque, the present invention can be put into practical use even if the expressions (22) and (24) are slightly different.

以上説明したように、図54のモータ構成において、補助突極磁極162の働きは図9のモータにおけるトルク低下部でのトルク発生である。この結果、特に低速回転においてモータの全周に渡ってトルクの発生が可能となり、低速回転時の自在なモータ運転が可能となった。図54のモータ運転方法の一つとして、回転が高速回転になってくると主突極磁極161でのトルク発生を主とし、補助突極磁極162のトルク発生を少なくし、十分に高速な回転では主突極磁極161だけによるトルク発生とし、積極的には補助突極磁極162のトルク発生を行わない方法とすることができる。主突極磁極161だけでの運転とすることにより、制御の煩雑さを低減し、より簡単な制御とすることが可能である。また、補助突極磁極162およびステータ磁極での磁束の変化が低減できるので、鉄損を低減する効果もある。   As described above, in the motor configuration of FIG. 54, the function of the auxiliary salient pole magnetic pole 162 is the generation of torque at the torque reduction portion in the motor of FIG. As a result, torque can be generated over the entire circumference of the motor, particularly at low speed rotation, and free motor operation at low speed rotation is possible. As one of the motor operation methods of FIG. 54, when the rotation becomes a high speed rotation, the torque generation at the main salient pole magnetic pole 161 is mainly performed, the torque generation at the auxiliary salient pole magnetic pole 162 is reduced, and the rotation is sufficiently fast. Then, the torque can be generated only by the main salient pole magnetic pole 161, and the torque can be positively not generated by the auxiliary salient pole magnetic pole 162. By performing the operation only with the main salient pole 161, it is possible to reduce the complexity of the control and make the control simpler. Moreover, since the change of the magnetic flux in the auxiliary salient pole magnetic pole 162 and the stator magnetic pole can be reduced, there is an effect of reducing iron loss.

しかしながら、この時、3相の片方向電流を回転に伴って順次切り替えて行く制御行う場合、2つの電流の過渡的なアンバランスなどにより、補助突極磁極162へ磁束が誘起する現象が発生する。すなわち、補助突極磁極162が存在することによる弊害も発生する。従って、図9に示すモータの要求仕様が、図12の(g)のトルク低下部が多少改善する程度でよい場合には、図54のモータの補助突極磁極162を部分的に削除することも可能である。具体的には、図54に示す補助突極磁極162がロータ軸方向端から他端まで存在するのではなく、例えば、半分程度に削減することができる。また、図55に示すように、多極のモータである場合には、円周上に補助突極磁極173が8個配置しているが、数を減らし、例えば4個にすることもできる。このように、補助突極磁極には長所と短所があるので、用途により補助突極磁極の量を可変することが可能である。   However, at this time, when the control is performed by sequentially switching the three-phase unidirectional current with rotation, a phenomenon in which a magnetic flux is induced in the auxiliary salient pole 162 occurs due to a transient unbalance between the two currents. . In other words, there is a problem caused by the presence of the auxiliary salient pole magnetic pole 162. Therefore, when the required specification of the motor shown in FIG. 9 is only required to improve the torque reduction part of FIG. 12 (g), the auxiliary salient pole 162 of the motor of FIG. 54 is partially deleted. Is also possible. Specifically, the auxiliary salient pole magnetic pole 162 shown in FIG. 54 does not exist from the end in the rotor axial direction to the other end, but can be reduced to about half, for example. As shown in FIG. 55, in the case of a multipolar motor, eight auxiliary salient poles 173 are arranged on the circumference, but the number can be reduced to, for example, four. As described above, since the auxiliary salient pole has advantages and disadvantages, the amount of the auxiliary salient pole can be varied depending on the application.

また、低速回転と高速回転でモータの電磁気的な作用を変える方法として、図54に示すモータのように低速回転で高いトルクを発生できるロータと、図9、図10のように多少トルクリップルは大きくなりがちだが、高速回転で大きな平均トルクが得られ、かつ、静粛な特性のロータとを同軸上に並列に有し、ステータとロータとを相対的にロータ軸方向に移動させることによりモータの電磁気特性を変更することもできる。   Further, as a method of changing the electromagnetic action of the motor between the low speed rotation and the high speed rotation, a rotor capable of generating high torque at a low speed rotation like the motor shown in FIG. Although it tends to be large, a large average torque can be obtained at high speed rotation, and a rotor having a quiet characteristic is arranged in parallel on the same axis, and the motor is moved by moving the stator and the rotor relatively in the rotor axial direction. The electromagnetic characteristics can also be changed.

図54、図55などのモータを低速回転で駆動する場合には、主突極磁極161と補助突極磁極162とを交互に吸引して連続トルクを得ることができる。しかし、高速回転においては、時間的に短時間であれば惰性回転も可能であり、主突極磁極161だけで回転トルクを得た方が簡素であり、鉄損も小さく、振動、騒音も小さくできる。   When the motor shown in FIGS. 54 and 55 is driven at a low speed, the main salient pole magnetic pole 161 and the auxiliary salient pole magnetic pole 162 can be alternately attracted to obtain a continuous torque. However, in high-speed rotation, inertial rotation is possible for a short time, and it is simpler to obtain rotational torque using only the main salient pole magnetic pole 161, and iron loss is small, and vibration and noise are also small. it can.

この高速回転時に、より効果的に運転するためには、補助突極磁極162を排除し、主突極磁極162の円周方向幅が大きくなることが好ましい。主突極磁極162の円周方向幅が大きいと、トルクを発生する電流を増減する時間に余裕を持たせることができる。なお、ステータ磁極の円周方向幅Htは歯間の漏れ磁束が問題とならない程度に大きい方が制御上好ましい。   In order to operate more effectively during this high speed rotation, it is preferable to eliminate the auxiliary salient pole magnetic pole 162 and increase the circumferential width of the main salient pole magnetic pole 162. When the circumferential width of the main salient pole magnetic pole 162 is large, it is possible to provide a margin for the time to increase or decrease the current that generates torque. The circumferential width Ht of the stator magnetic pole is preferably large in terms of control so that the leakage magnetic flux between the teeth is not a problem.

これらの要求に応えるため、回転中にロータ磁極の形状を変形することができれば良い。例えば、ステータ側にロータ軸方向の移動が可能な機構KSを備え、ロータ側には回転自在ではあるがロータ軸方向へ前記機構KSと連動した機構KRを備え、この機構KRの動きが補助突極磁極162のラジアル方向の移動と連動する構造とすれば、ステータ側の機構KSを小型のサーボモータ等により駆動することにより、補助突極磁極162のラジアル方向の移動させることが可能となる。そして、補助突極磁極162の有無をステータ側から回転中に制御できることになる。図61(a)に補助突極磁極162がラジアル方向へ移動するイメージを矢印線F41と破線で示す。   In order to meet these requirements, it is only necessary to change the shape of the rotor magnetic pole during rotation. For example, a mechanism KS that can move in the rotor axial direction is provided on the stator side, and a mechanism KR that is rotatable but interlocked with the mechanism KS in the rotor axial direction is provided on the rotor side. If the structure is interlocked with the radial movement of the magnetic pole 162, the auxiliary salient magnetic pole 162 can be moved in the radial direction by driving the mechanism KS on the stator side with a small servo motor or the like. The presence or absence of the auxiliary salient pole magnetic pole 162 can be controlled during rotation from the stator side. FIG. 61A shows an image of the auxiliary salient pole 162 moving in the radial direction by an arrow line F41 and a broken line.

あるいは、前記のロータ側機構KRが補助突極磁極162を円周方向に移動することができる機構であれば、ステータ側の機構KSを小型のサーボモータ等により駆動することにより補助突極磁極162を矢印F42で示すように主突極磁極161と隣接させ、主突極磁極161の一部とし、実質的に主突極磁極161の幅を広げ、同時に、補助突極磁極162を排除したことになる。   Alternatively, if the rotor-side mechanism KR is a mechanism that can move the auxiliary salient pole magnetic pole 162 in the circumferential direction, the auxiliary salient pole magnetic pole 162 is driven by driving the stator-side mechanism KS with a small servo motor or the like. Is adjacent to the main salient pole magnetic pole 161 as shown by the arrow F42, and is made a part of the main salient pole magnetic pole 161, substantially widening the main salient pole magnetic pole 161, and at the same time eliminating the auxiliary salient pole magnetic pole 162. become.

また、主突極磁極161が、例えばSS1とSS2とに2分していて、図61(b)の矢印F41で示す方向へ破線で示す突極SS1が移動すれば、実質的に主突極磁極161の円周方向幅を大きくできる。なお、通常高速回転では、制御装置の電源電圧が有限であることから、界磁弱めなどによって磁束量を減らし、モータ側の電圧が上昇しないように制御している。前記のように、高速回転で主突極磁極が円周方向へ2分して分けると、ロータ磁極161の円周方向の単位幅当たりの磁束量が減少し、電圧の面でも好ましい。   Further, if the main salient pole 161 is divided into, for example, SS1 and SS2, and the salient pole SS1 indicated by the broken line moves in the direction indicated by the arrow F41 in FIG. The circumferential width of the magnetic pole 161 can be increased. In normal high-speed rotation, since the power supply voltage of the control device is finite, the amount of magnetic flux is reduced by field weakening or the like so that the voltage on the motor side does not increase. As described above, when the main salient pole magnetic pole is divided into two in the circumferential direction at high speed rotation, the amount of magnetic flux per unit width in the circumferential direction of the rotor magnetic pole 161 is reduced, which is preferable in terms of voltage.

また、ステータ側からロータ側の一部を駆動する機構は、種々の方法があり、例えば、ロータ側へ小型のモータを内蔵し、そのモータの回転をステータ側から制御することによりロータ形状、ロータ磁極の位置などを変化させることも可能である。   Further, there are various methods for driving a part of the rotor side from the stator side. For example, a small motor is built in the rotor side, and the rotation of the motor is controlled from the stator side to control the rotor shape and rotor. It is also possible to change the position of the magnetic pole.

次に、モータ特性を回転中に変更することのできる他の例を図62に示す。F43はロータ軸、F4Bは軸受けである。F44はステータコアでF45はコイルエンドである。F46、F47、F48、F49、F4Aはロータユニットである。ステータとロータとのロータ軸方向の相対的な位置を、矢印で示すように変更することにより、モータの電磁気的特性を目的の特性が得られるように変更することができる。前記の目的の特性とは、例えば、低速回転では図1の4個のロータ突極を電気角360°の範囲に持つ特性で、中速では図9、図10のように電気角360°の範囲に2個のロータ突極を持つ単純な特性で、さらに高速回転ではモータの全体の界磁磁束が減少するように図9、図10のロータのロータ軸方向長さが縮小した電磁気特性を持つ様な特性である。その様な特性が得られれば、低速ではトルクリップルが小さく大きなトルクが得られ、中速では鉄損の少ない高効率な運転が実現し、さらに高速での界磁磁束を減少することによりモータの誘起電圧が過大とならないように適正に保ち、優れた定出力特性が得られる。また、比較的に電流容量の小さな制御装置で低速から高速まで良好な特性が得られることになる。   Next, FIG. 62 shows another example in which the motor characteristics can be changed during rotation. F43 is a rotor shaft, and F4B is a bearing. F44 is a stator core and F45 is a coil end. F46, F47, F48, F49, and F4A are rotor units. By changing the relative position of the stator and the rotor in the axial direction of the rotor as indicated by the arrows, the electromagnetic characteristics of the motor can be changed to obtain the desired characteristics. The target characteristics are, for example, characteristics having the four rotor salient poles of FIG. 1 in the range of an electrical angle of 360 ° at low speed rotation, and at an electrical angle of 360 ° as shown in FIGS. 9 and 10 at medium speed. It has a simple characteristic with two rotor salient poles in the range, and the electromagnetic characteristic in which the rotor axial length of the rotor of FIGS. 9 and 10 is reduced so that the entire field magnetic flux of the motor is reduced at high speed rotation. It is a characteristic that it has. If such a characteristic is obtained, torque ripple is small and large torque can be obtained at low speed, high efficiency operation with low iron loss can be realized at medium speed, and the field flux at high speed can be reduced to reduce motor flux. The constant voltage is maintained appropriately so that the induced voltage does not become excessive, and excellent constant output characteristics can be obtained. Also, good characteristics from low speed to high speed can be obtained with a control device having a relatively small current capacity.

次に、ステータ磁極の円周方向幅Htとロータ磁極の円周方向幅Hm、Htとの関係について考える。例えば、図54のロータ位置では、ステータ磁極118の円周方向範囲にロータ磁極162に入っているので、このような状態でB相巻線113、116の電流IbとC相巻線115、112の電流Icを増減してもロータ磁極162がトルクを発生することはない。ロータが回転中でもステータ磁極118の範囲の中でIb、Icを可変することにより他に悪影響しない制御が可能である。このように、ステータ磁極の円周方向幅Htとロータ磁極の円周方向幅Hm、Htとを異なる値として、意図しない負トルクの発生などの弊害を低減することができる。   Next, consider the relationship between the circumferential width Ht of the stator magnetic poles and the circumferential widths Hm and Ht of the rotor magnetic poles. For example, at the rotor position in FIG. 54, the rotor magnetic pole 162 is in the circumferential range of the stator magnetic pole 118, so that the current Ib of the B-phase windings 113 and 116 and the C-phase windings 115 and 112 are in this state. Even if the current Ic is increased or decreased, the rotor magnetic pole 162 does not generate torque. Even when the rotor is rotating, it is possible to control without adversely affecting other parts by changing Ib and Ic within the range of the stator magnetic pole 118. In this way, the circumferential width Ht of the stator magnetic poles and the circumferential widths Hm, Ht of the rotor magnetic poles can be set to different values to reduce adverse effects such as unintended negative torque generation.

次に、図9に示すモータをCCWへ回転させ、図11の(b)の回転位置にさしかかったときにトルクが低下する問題の対応策について説明する。図63に示すように、ロータ13Eの円周方向端で、ロータの半径Rより内径側へ軟磁性体の突起部151、152、153、154を付加することにより、この回転位置近傍でトルクを増加し、改善することができる。ステータの歯118と突起部152との距離が短くなり、この間の磁気抵抗が小さくなる。ステータの歯11Bと突起部153との関係も同様である。また、例えばCCW方向のトルクだけでよいモータの場合には、軟磁性体152と153を追加するだけでよい。   Next, a countermeasure for the problem that the torque decreases when the motor shown in FIG. 9 is rotated to the CCW and reaches the rotational position shown in FIG. As shown in FIG. 63, by adding soft magnetic projections 151, 152, 153, 154 to the inner diameter side of the rotor radius R at the circumferential end of the rotor 13E, torque is generated in the vicinity of this rotational position. Can be increased and improved. The distance between the stator teeth 118 and the protrusions 152 is shortened, and the magnetic resistance therebetween is reduced. The relationship between the stator teeth 11B and the protrusions 153 is the same. For example, in the case of a motor that only needs torque in the CCW direction, only the soft magnetic bodies 152 and 153 need be added.

また、図47に示すモータのように、ステータとロータ間のラジアル方向磁束の総和が零とならない場合には、そのアンバランス分だけ磁束を通すことができない場合がある。このようなアンバランスな関係の時、ステータとロータ間に何らかの磁気的なバイパス路を設けることにより、ステータ磁極とロータ磁極の間を通る磁束の量を増加させ、より効果的にトルクを発生できる構成とすることができる。また、他の方法として、ステータとロータ間の磁束量的な関係が逆の関係にあるモータを2個並列に配置し、それぞれ、ステータ同士、ロータ同士を磁気的に接続することにより、より効果的にトルクを発生することができる。   In addition, as in the motor shown in FIG. 47, when the sum of the radial magnetic fluxes between the stator and the rotor does not become zero, the magnetic flux may not be allowed to pass by the unbalance. In such an unbalanced relationship, by providing a magnetic bypass path between the stator and the rotor, the amount of magnetic flux passing between the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole can be increased, and torque can be generated more effectively. It can be configured. Further, as another method, two motors in which the magnetic flux amount relationship between the stator and the rotor is opposite to each other are arranged in parallel, and the stator and the rotor are magnetically connected to each other. Torque can be generated.

次に、ロータ磁極の円周方向位置を非対称に配置した例を図64に示す。主突極磁極161が紙面の上側と下側へ向いているのに対し、補助突極磁極162は紙面の左右である水へ線に対して右上がりに傾いている。片方向回転の用途のモータなどにおいては、このように非対称なロータ磁極の配置により、片方向回転のトルク特性を改善することができる。   Next, FIG. 64 shows an example in which the circumferential positions of the rotor magnetic poles are arranged asymmetrically. The main salient poles 161 are directed upward and downward in the drawing, while the auxiliary salient poles 162 are inclined upward to the water line on the left and right sides of the drawing. In a motor or the like for one-way rotation, the torque characteristics of one-way rotation can be improved by arranging the asymmetric rotor magnetic poles in this way.

また、図65に示すモータ形式12S8Rのモータは、図1に示した6S4Rの2極のモータを4極化したモータで、ステータ磁極とロータ磁極の数が2倍となっている。しかし、ロータ磁極8個の配置は等間隔ではなく、4個のロータ磁極C78、C79、C7A、C7Bについては他のステータ磁極C74、C75、C76、C77に対して時計回転方向CWへ機械角で15°、電気角で30°シフトした例である。このように、一部の磁極の位置を円周方向にシフトすることにより、トルクリップルを低減することができる。しかし、トルク的なアンバランスの問題には気を付ける必要がある。   65 is a motor in which the 6S4R two-pole motor shown in FIG. 1 is converted into four poles, and the number of stator magnetic poles and rotor magnetic poles is doubled. However, the arrangement of the eight rotor magnetic poles is not equally spaced, and the four rotor magnetic poles C78, C79, C7A, C7B are mechanically angled in the clockwise direction CW with respect to the other stator magnetic poles C74, C75, C76, C77. In this example, the electrical angle is shifted by 15 ° and 30 °. Thus, torque ripple can be reduced by shifting the positions of some of the magnetic poles in the circumferential direction. However, it is necessary to pay attention to the problem of torque imbalance.

次に、ステータ磁極あるいはロータ磁極の相互に対向する面の形状について説明する。ステータとロータとの相対的な形状なので、どちらの形状であっても良い。また、ステータとロータの両方の形状が長方形を変形した形状であって、相対的に図66に示すような形状の効果が得られる形状であっても良い。図66の(F)は、図1に示すモータのロータ磁極AOKの外周面形状を水平展開して示す図である。ほぼ長方形の形状をしている。横軸はロータ回転位置θrで0°から180°までの約半周を示している。上下方向はロータ軸方向である。図66の(E)は(F)の形状をスキューした形状である。スキューは一般的にトルクリップルを低減する効果がある。しかし、トルクが少し低下する傾向があり、その点には注意が必要である。本発明モータの場合、トルクリップルを低減する効果とロータのトルク発生範囲を広げる効果が期待できる。図66の(D)は、きめ細かく凹凸を作った磁極形状である。磁極内での磁束のロータ軸方向成分が小さく、電磁鋼板内での渦電流が少ない。またロータ軸方向に対称な構造なので、ロータ軸方向に作用する力も小さい。電磁気的には優れているが、きめ細かな構造なので、その製作には工夫が必要である。図66の(C)は、いわゆる、段スキューと言っているもので、図66の(E)と類似の効果があり、スキューを行うと不都合が発生する場合などに使用される。図66の(C)の場合、ロータ軸方向に非対称であるため、ロータ軸方向振動が発生する場合がある。図66の(B)は、ロータ軸方向に対称として段スキューを実現する構成である。   Next, the shape of the mutually opposing surfaces of the stator magnetic pole or the rotor magnetic pole will be described. Since it is a relative shape between the stator and the rotor, either shape may be used. Further, the shape of both the stator and the rotor may be a shape obtained by deforming a rectangle, and a shape that can obtain the effect of the shape relatively shown in FIG. 66 may be used. FIG. 66F is a diagram showing the outer peripheral surface shape of the rotor magnetic pole AOK of the motor shown in FIG. It has an almost rectangular shape. The horizontal axis represents about a half circumference from 0 ° to 180 ° at the rotor rotational position θr. The vertical direction is the rotor axial direction. 66E shows a shape obtained by skewing the shape of FIG. Skew generally has the effect of reducing torque ripple. However, there is a tendency for the torque to decrease slightly, and attention must be paid to this point. In the case of the motor of the present invention, the effect of reducing torque ripple and the effect of expanding the torque generation range of the rotor can be expected. FIG. 66D shows a magnetic pole shape with fine irregularities. The component of the magnetic flux in the magnetic pole in the rotor axial direction is small, and the eddy current in the magnetic steel sheet is small. Further, since the structure is symmetric in the rotor axial direction, the force acting in the rotor axial direction is also small. Although it is excellent in terms of electromagnetics, it has a fine structure, so it must be devised for its production. 66 (C) is a so-called step skew, which has an effect similar to that of FIG. 66 (E), and is used when inconvenience occurs when the skew is performed. In the case of FIG. 66C, the rotor axial vibration may occur due to the asymmetry in the rotor axial direction. FIG. 66B shows a configuration in which step skew is realized symmetrically in the rotor axis direction.

図66の(A)は円周方向の左側に長さSbの突起があり、円周方向の右にも長さScの突起がある形状である。元の原形である図66の(F)の磁極形状と円周方向位置が同じである部分のロータ軸方向長さはSaの2倍で、円周方向である左右にロータ軸方向幅Sdの突起がある。前記SdよりSa×2の方が十分に大きいので、図66の(F)の磁極と類似の特性であるが、円周方向の突起部が作用するので、ロータの円周方向のトルク発生範囲を長さSbあるいはScだけ広げる効果がある。わずかな突起部なので、その突起部が発生できるトルクは大きくないが、トルクの発生範囲を広げる必要がある場合には有効である。例えば、図9のモータはトルク発生が困難な場所がいくつかあり、このような場合に、段スキューなどの構造は好適である。   FIG. 66A shows a shape in which there is a protrusion with a length Sb on the left side in the circumferential direction and a protrusion with a length Sc on the right side in the circumferential direction. The portion of the original magnetic pole shape in FIG. 66 (F) that has the same circumferential position is twice the rotor axial direction length Sa, and the rotor axial width Sd is set to the left and right in the circumferential direction. There are protrusions. Since Sa × 2 is sufficiently larger than Sd, the characteristics are similar to those of the magnetic pole in FIG. 66 (F). However, since the circumferential protrusion acts, the circumferential torque generation range of the rotor Has the effect of extending the length by Sb or Sc. Since the number of protrusions is small, the torque that can be generated by the protrusions is not large, but it is effective when the generation range of the torque needs to be expanded. For example, the motor shown in FIG. 9 has several places where it is difficult to generate torque. In such a case, a structure such as a step skew is suitable.

また、図66のロータ回転位置θrが180°の近傍の各磁極形状のように、左右対称の形状であっても良い。この方が、CCWとCWの特性がより対称な特性とすることができる。ただし、電磁鋼板の形状を作成するときの金型の種類が増えるなどの製造的な負担はある。   Also, the shape may be symmetrical, such as each magnetic pole shape in the vicinity of the rotor rotational position θr of 180 ° in FIG. This can make the characteristics of CCW and CW more symmetrical. However, there is a manufacturing burden such as an increase in the types of molds used when creating the shape of the electromagnetic steel sheet.

なお、図66では、ロータ磁極幅が30°の例を示しているが、電気角で20°から60°くらいの値とすることができる。また、図9のモータモデルは、電気角360°の間に2個のロータ磁極を配置した構成であり、図1に示す4個のロータ磁極のモータモデルとは異なる。従って、図9のモータモデルの場合は、ロータ磁極幅Hmは電気角で40°から90°位に設定するべきで、図66の各種形状は、横軸のロータ回転位置θrの角度を2倍程度に置き換えて見る必要がある。具体的には、例えば、横軸が30°の点は40°から90°くらいに置き換え、90°の位置は180°とし、180°の位置は360°とする。従って、例えば、ロータ磁極幅Hmが電気角で60°の時はロータ磁極間の空間部は電気角で120°となり、Hmが80°の時はロータ磁極間の空間部は100°となる関係である。   FIG. 66 shows an example in which the rotor magnetic pole width is 30 °, but the electrical angle can be set to a value of about 20 ° to 60 °. Further, the motor model of FIG. 9 has a configuration in which two rotor magnetic poles are arranged at an electrical angle of 360 °, and is different from the motor model of the four rotor magnetic poles shown in FIG. Therefore, in the case of the motor model of FIG. 9, the rotor magnetic pole width Hm should be set from 40 ° to 90 ° in electrical angle, and the various shapes in FIG. 66 double the angle of the rotor rotational position θr on the horizontal axis. It is necessary to look at the degree. Specifically, for example, a point whose horizontal axis is 30 ° is replaced with 40 ° to 90 °, the 90 ° position is 180 °, and the 180 ° position is 360 °. Therefore, for example, when the rotor magnetic pole width Hm is 60 ° in electrical angle, the space between the rotor magnetic poles is 120 ° in electrical angle, and when Hm is 80 °, the space between the rotor magnetic poles is 100 °. It is.

次に、図9、図11に示すような電気角で360°の間にステータ磁極が6個あり、ロータ磁極が2個の構成のモータで、例えばCCWの方向へ途切れることなく連続的にトルクを発生する構造について説明する。例えば、図11の(b)では、スロットの開口部の幅Hsは20°なのでステータとロータ間のエアギャップ長に比べて矢印で示す磁束11Xは小さく、発生トルクも零ではないが小さいという問題がある。6個のステータ磁極で360°の範囲をカバーするためには、1個のステータ磁極は60°以上の範囲でトルクを発生する必要がある。   Next, a motor having six stator magnetic poles with an electrical angle of 360 ° as shown in FIGS. 9 and 11 and two rotor magnetic poles, for example, continuously torque without interruption in the CCW direction. A structure that generates the above will be described. For example, in FIG. 11B, since the slot opening width Hs is 20 °, the magnetic flux 11X indicated by the arrow is smaller than the air gap length between the stator and the rotor, and the generated torque is not zero but small. There is. In order to cover the range of 360 ° with the six stator magnetic poles, it is necessary for one stator magnetic pole to generate torque in the range of 60 ° or more.

今、図9、図11に示すように、ステータ磁極のロータへ向いた形状がほぼ長方形でその円周方向幅Htが電気角で40°の場合について考えているので、ロータ磁極のステータへ向いた形状が図66に示すロータ磁極形状について考える。   As shown in FIGS. 9 and 11, since the shape of the stator magnetic pole facing the rotor is almost rectangular and the circumferential width Ht is 40 ° in electrical angle, the rotor magnetic pole is oriented toward the stator. Consider the rotor magnetic pole shape shown in FIG.

図66の幅Sfが電気角で40°の時は次式となる。   When the width Sf in FIG. 66 is 40 ° in electrical angle, the following equation is obtained.

Sb+(Se−Sf)/2+Sf≧60°
∴ Sb+Se/2≧40°
図66の幅Sfが電気角で40°より大きいときには次式となる。
Sb + (Se−Sf) / 2 + Sf ≧ 60 °
∴ Sb + Se / 2 ≧ 40 °
When the width Sf in FIG. 66 is larger than 40 ° in electrical angle, the following equation is obtained.

Sb+(Se−Sf)/2+40°≧60°
∴ Sb+(Se−Sf)/2≧20°
この時、トルクの大きさについては、それぞれの磁極形状により異なる。また、円周方向に隣接するステータ磁極間でトルクの発生を引き継ぎながら回転するのであるから、多少の余裕を持たせたい場合は、前記条件式の60°をやや大きい値とすればよい。設計的自由度がある。
Sb + (Se−Sf) / 2 + 40 ° ≧ 60 °
S Sb + (Se−Sf) / 2 ≧ 20 °
At this time, the magnitude of torque differs depending on the shape of each magnetic pole. In addition, since the rotation is performed while inheriting the generation of torque between the stator magnetic poles adjacent in the circumferential direction, 60 ° in the conditional expression may be set to a slightly large value when it is desired to have a slight margin. There is design freedom.

前記例では、ステータ磁極が長方形で、ロータ磁極形状が図66のような形状と想定して考えてみたが、両方の磁極形状が種々形状を成していても良い。例えば曲線形状を含む形状でも良く、ラジアル方向すなわちエアギャップが変化する構造でも良い。円周方向の力およびラジアル方向の力が回転と共に急激に変化しないような構造は、モータの振動低減のために重要なことであり、各磁極形状の工夫により改良できる。   In the above example, it is assumed that the stator magnetic pole is rectangular and the rotor magnetic pole shape is as shown in FIG. 66, but both magnetic pole shapes may be various shapes. For example, it may be a shape including a curved shape or a structure in which the radial direction, that is, the air gap changes. The structure in which the circumferential force and the radial force do not change suddenly with rotation is important for reducing motor vibration, and can be improved by devising each magnetic pole shape.

また、図9、図11に示すようなモータで途切れることなく連続的にトルクを発生する構造は、多極のモータである場合に、半分の数のロータ磁極を円周方向に電気角で20°シフトしておく方法でも継続的なトルクを生成することができる。例えば、8極のモータの場合には、2極分のロータ磁極を最初の状態とし、次の2極分のロータ磁極をCCWへ20°シフトし、次の2極分のロータ磁極を最初の状態とし、次の2極分のロータ磁極をCCWへ20°シフトすれば、連続的にトルクを発生することができる。またこの構造は、ロータ中心点に対して点対称のロータ形状になるので、機械的なバランスの点でも優れている。また、円周方向へロータ磁極をシフトする方法と図66の方法とを合成しても良い。   Further, the structure that continuously generates torque without interruption by the motor as shown in FIGS. 9 and 11 is a multi-pole motor, and in the case of a multi-pole motor, half the number of rotor magnetic poles in the circumferential direction is 20 in electrical angle. A continuous torque can be generated even if the method is shifted. For example, in the case of an 8-pole motor, the rotor poles for 2 poles are in the initial state, the rotor poles for the next 2 poles are shifted to CCW by 20 °, and the rotor poles for the next 2 poles are If the rotor magnetic poles of the next two poles are shifted to CCW by 20 °, torque can be continuously generated. Further, this structure has a point-symmetric rotor shape with respect to the rotor center point, so that it is excellent in terms of mechanical balance. Further, the method of shifting the rotor magnetic pole in the circumferential direction and the method of FIG. 66 may be combined.

次に、図9に示した本発明モータの例について、ステータ磁極のロータに面する形状とロータ磁極のステータに面する形状とそれらの間に発生できるトルクの関係を図67、図68に示し説明する。図9に示すモータ形式6S2Rのモータのトルクは、図1に示すモータ形式6S4Rのモータとは異なり、ロータ磁極がスロット開口部にさしかかるときがトルクが低下し、トルクリップルの問題がある。一方、スロットの円周方向幅を小さくすると巻線スペースが小さくなる問題があり、スロット開口部だけを狭くしてもステータ磁極間の漏れ磁束の問題とステータ磁極の磁気飽和の問題がある。従って、図9に示すようなモータの場合、ステータ磁極の円周方向幅とスロット開口部の大きさとは、トルクと漏れ磁束に関してトレードオフの関係となっていて、それらの両立が難しいという問題がある。   Next, regarding the example of the motor of the present invention shown in FIG. 9, the relationship between the shape of the stator magnetic pole facing the rotor, the shape of the rotor magnetic pole facing the stator, and the torque that can be generated between them is shown in FIGS. explain. The motor torque of the motor type 6S2R shown in FIG. 9 is different from the motor of the motor type 6S4R shown in FIG. 1, and the torque decreases when the rotor magnetic pole reaches the slot opening, and there is a problem of torque ripple. On the other hand, when the circumferential width of the slot is reduced, there is a problem that the winding space is reduced. Even if only the slot opening is narrowed, there are problems of leakage magnetic flux between the stator magnetic poles and magnetic saturation of the stator magnetic poles. Therefore, in the case of the motor as shown in FIG. 9, the circumferential width of the stator magnetic pole and the size of the slot opening have a trade-off relationship with respect to torque and leakage flux, and it is difficult to achieve both of them. is there.

図67の(S1)は図9のステータ磁極117,118,119,11A、11B,11Cのロータに面する形状を直線状に平面展開した図である。水平軸はステータの円周方向位置の角度である。この水平軸は図10の8極モータの場合では、電気角で示していることになる。縦軸はロータ軸方向である。図9のモータのステータ磁極のロータに面する形状は6個の長方形で示され、円周方向幅は40°で、ステータ磁極間のスロット開口部の円周方向幅は20°である。   67 (S1) is a diagram in which the shape of the stator magnetic poles 117, 118, 119, 11A, 11B, and 11C in FIG. The horizontal axis is the angle of the circumferential position of the stator. This horizontal axis is indicated by an electrical angle in the case of the 8-pole motor of FIG. The vertical axis is the rotor axial direction. The shape of the stator magnetic pole of the motor shown in FIG. 9 facing the rotor is shown by six rectangles, the circumferential width is 40 °, and the circumferential width of the slot opening between the stator magnetic poles is 20 °.

図67の(R1)は図9のロータ磁極11Eのステータに面する形状を直線状に平面展開した図である。ここで、水平軸および縦軸は前記(S1)と同じである。ロータ磁極の円周方向幅は60°で、ロータ軸方向幅はステータ磁極のロータ軸方向幅と同じである。   (R1) in FIG. 67 is a diagram in which the shape of the rotor magnetic pole 11E in FIG. Here, the horizontal axis and the vertical axis are the same as (S1). The circumferential width of the rotor magnetic pole is 60 °, and the rotor axial width is the same as the rotor axial width of the stator magnetic pole.

図67の(T1)は、図9のモータのトルクであって、前記ステータ磁極形状(S1)である時に、前記ロータ磁極形状(R1)のロータ11EをCCWへ回転させたときのトルクを単純モデル化して表現したトルクである。単純モデル化とは、ステータとロータ間のエアギャップ長はほぼ零で、ステータとロータ近傍の空間の漏れ磁束はほとんど無いと仮定する物である。トルク(T1)の特性は、40°の間は有効なトルクを発生することができ、20°の間はトルクが零の特性となる。   67 (T1) shows the torque of the motor of FIG. 9, and the torque when the rotor 11E of the rotor magnetic pole shape (R1) is rotated to CCW when the stator magnetic pole shape (S1) is the same is shown in FIG. Torque expressed as a model. In the simple modeling, the air gap length between the stator and the rotor is almost zero, and there is almost no leakage magnetic flux in the space near the stator and the rotor. The characteristic of the torque (T1) is that a valid torque can be generated during 40 °, and the torque is zero during 20 °.

図67の(S2)は前記ステータ磁極(S1)を20°スキューしたもので、その時のトルク(T2)は図示するように、台形状のトルク特性となり、トルクが零の部分はごく特定点だけとしている。しかし、図示するようにトルク低下部は、例えば40°から80°の範囲となり、広範囲になっている。なお、前記(S2)、(R2)において、ステータ磁極(S2)を長方形とし、ロータ磁極(R2)を20°スキューした形状としても、トルク特性(T2)は同じである。   67 (S2) is a result of skewing the stator magnetic pole (S1) by 20 °, and the torque (T2) at that time has a trapezoidal torque characteristic as shown in the figure. It is said. However, as shown in the figure, the torque reduction portion is in a wide range, for example, in the range of 40 ° to 80 °. In (S2) and (R2), the torque characteristic (T2) is the same even if the stator magnetic pole (S2) is rectangular and the rotor magnetic pole (R2) is skewed by 20 °.

図67の(S3)は前記ステータ磁極(S1)をほぼ60°の幅としたもので、ステータ磁極の表面形状を円周方向幅いっぱいまで広げている。ロータ磁極(R3)は同じ形状である。この場合についてはステータ磁極間が円周方向に隣接しているので、前記の例の場合とは異なり、ステータ磁極間の漏れ磁束が発生するものとして考えると、ステータ磁極の磁路がロータ磁極11Eの回転位置により磁気飽和することになる。このため、トルク特性(T3)は図示するように、ステータ磁極とロータ磁極との対向面積が小さい範囲では大きなトルクを発生、対向面積が大きくなると次第に磁気飽和によりトルクが低下する特性となる。   67 (S3) shows the stator magnetic pole (S1) having a width of about 60 °, and the surface shape of the stator magnetic pole is expanded to the full width in the circumferential direction. The rotor magnetic pole (R3) has the same shape. In this case, since the stator magnetic poles are adjacent to each other in the circumferential direction, the magnetic path of the stator magnetic poles is considered to generate a leakage magnetic flux between the stator magnetic poles, unlike the above example. The magnetic saturation occurs depending on the rotational position of. Therefore, as shown in the figure, the torque characteristic (T3) is a characteristic in which a large torque is generated in a range where the facing area between the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole is small, and the torque gradually decreases due to magnetic saturation as the facing area increases.

図68のステータ磁極(S4)は、図66の(C)の右端に示す形状であり、前記ステータ磁極(S1)と(S3)を組み合わせた変形形状でもある。ステータ磁極(S1)と(S3)を1/2づつ組み合わせた形状である。そして、円周方向に隣接するステータ磁極はロータ軸方向に対称な形状とし、同時に、ロータ軸方向へシフトしている。この結果、ステータ磁極のロータ軸方向幅およびロータのロータ軸方向幅は、(S4),(R4)の図では約1.5倍に大きくなっている。この結果、トルク特性(T4)は、平均トルク、トルク低下部共にかなり改善されている。そして、ステータ磁極間の隙間を大きくすることができ、ステータ磁極間の漏れ磁束を前記(S3)に比較して大幅に低減できている。   The stator magnetic pole (S4) in FIG. 68 has the shape shown at the right end of FIG. 66 (C), and is a modified shape in which the stator magnetic poles (S1) and (S3) are combined. The stator magnetic poles (S1) and (S3) are combined in half. The stator magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction have a symmetrical shape in the rotor axial direction and are simultaneously shifted in the rotor axial direction. As a result, the rotor axial width of the stator magnetic pole and the rotor axial width of the rotor are about 1.5 times larger in the diagrams of (S4) and (R4). As a result, the torque characteristic (T4) is considerably improved in both the average torque and the torque reduction portion. And the clearance gap between stator magnetic poles can be enlarged, and the leakage magnetic flux between stator magnetic poles can be reduced significantly compared with said (S3).

図68のステータ磁極(S5)は、前記(S4)を台形状とした例である。ロータ磁極(R5)は、前記(R4)と同じである。これらのトルク特性(T5)はすこし改善している。さらに、ステータ磁極の円周方向幅を広げ、円周方向に隣接するステータ磁極の相対的なロータ軸方向位置を離すことにより、トルクの増加とステータ磁極間の漏れ磁束の低減とを両立させることができる。すなわち、前記ステータ磁極(S1)では、トレードオフの関係となっていた、トルク増加とステータ磁極間の漏れ磁束低減とを、ステータ磁極(S5)の形状とすることにより両立させることができる。   The stator magnetic pole (S5) in FIG. 68 is an example in which the above (S4) is trapezoidal. The rotor magnetic pole (R5) is the same as (R4). These torque characteristics (T5) are slightly improved. Furthermore, by increasing the circumferential width of the stator magnetic poles and separating the relative rotor axial positions of the stator magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction, both an increase in torque and a reduction in leakage magnetic flux between the stator magnetic poles can be achieved. Can do. That is, in the stator magnetic pole (S1), the torque increase and the leakage magnetic flux reduction between the stator magnetic poles, which are in a trade-off relationship, can be made compatible by adopting the shape of the stator magnetic pole (S5).

ここで問題となる点は、ステータ磁極(S1)に比較してステータ磁極(S5)の形状がロータ軸方向に大きくなることである。しかし、ステータ磁極(S5)に3相巻線の経路を付記して示すように3相巻線の長さを短縮することができ、また、各ステータ磁極のロータ軸方向の凹み形状を設けることによりコイルエンド部のロータ軸方向への突き出し量を低減することもできる。また、3相巻線が交差する部分では、台形状のステータ磁極の先端側の空きスペースが活用できる点も巻線の配置、処理の点でモータ製作上効果的である。これらの結果、前記(S1)、(R1)、(T1)で示したモータより(S5)、(R5)、(T5)で示すモータの方がトルク特性、モータサイズ、コストなどの点で優れたモータとすることも可能である。   The problem here is that the shape of the stator magnetic pole (S5) is larger in the rotor axial direction than the stator magnetic pole (S1). However, the length of the three-phase winding can be shortened as shown by adding the path of the three-phase winding to the stator magnetic pole (S5), and a concave shape in the rotor axial direction of each stator magnetic pole is provided. Thus, the amount of protrusion of the coil end portion in the rotor axial direction can be reduced. In addition, the space where the tip side of the trapezoidal stator magnetic pole can be utilized at the portion where the three-phase windings intersect is effective in manufacturing the motor in terms of winding arrangement and processing. As a result, the motors (S5), (R5), and (T5) are superior to the motors (S1), (R1), and (T1) in terms of torque characteristics, motor size, cost, and the like. It is also possible to use a motor.

なお、ステータ磁極(S5)を電磁鋼板の積層した構成で製作する場合、積層方向に歯の円周方向幅が1枚づつに異なる電磁鋼板を製作する必要がある。従って、電磁鋼板をプレス打ち抜きで製作する金型の工夫が必要である。既存技術で、スキューなどの電磁鋼板の積層構成を実現するため、電磁鋼板加工用の順相金型において、ステッピングモータなどを使用して金型の回転方向位置を1枚のプレス加工ごとに少しづつ回転させてスキューを行った積層コアを実現する技術がある。このような回転可能な金型を順相金型の2つのステーションに配置して、スロットの片側をプレス加工する回転可能な金型とスロットの反対側をプレス加工する回転可能な金型とを配置し、両金型を反対方向へ回転させながら加工することにより、1枚づつ歯幅の異なる電磁鋼板のシートを製作し、積層することができる。この場合には、各電磁鋼板シート間の接合は、いわゆるダボと言われるカシメ構造を採用できる。   In addition, when manufacturing the stator magnetic pole (S5) by the structure which laminated | stacked the electromagnetic steel plate, it is necessary to manufacture the electromagnetic steel plate from which the circumferential direction width | variety of a tooth differs in the lamination direction one sheet at a time. Therefore, it is necessary to devise a mold for producing electromagnetic steel sheets by press punching. In order to realize a laminated structure of electrical steel sheets such as skew with existing technology, in the normal phase mold for electrical steel sheet processing, the rotational direction position of the mold is slightly changed for each press processing using a stepping motor etc. There is a technology that realizes a laminated core that is rotated one by one and skewed. Such a rotatable mold is arranged in two stations of the normal phase mold, and a rotatable mold for pressing one side of the slot and a rotatable mold for pressing the opposite side of the slot are provided. By arranging and processing while rotating both molds in opposite directions, sheets of electromagnetic steel sheets having different tooth widths can be manufactured and laminated one by one. In this case, the joining between the electromagnetic steel sheets can adopt a caulking structure called a so-called dowel.

また他の方法として、スロットの片側のプレス加工が回転可能とし、他方のスロット加工は固定位置とし、歯幅の異なる電磁鋼板のシートを製作する。その後、積層する電磁鋼板のシートの整列を行い、電磁鋼板の積層体を作る。この場合には、前記のカシメ構造を採用できない。ただし、この場合にも、カシメ構造が採用できるように、順相金型のどこかで何らかの回転方向の位置合わせ機構を設ければ、前記のカシメ構造を採用できる。   As another method, the pressing of one side of the slot can be rotated, and the other slot processing is set to a fixed position, and sheets of electromagnetic steel sheets having different tooth widths are manufactured. Then, the sheet | seat of the electromagnetic steel plate to laminate | stack is performed, and the laminated body of an electromagnetic steel plate is made. In this case, the above caulking structure cannot be adopted. However, also in this case, the above-described caulking structure can be adopted by providing an alignment mechanism in some rotational direction somewhere in the normal phase mold so that the caulking structure can be adopted.

また、図68で示したモータは、比較的薄形のモータで効果的である。また、磁束が円周方向とラジアル方向の他に、ロータ軸方向成分も発生するので、磁束ロータ軸方向成分の変動による鉄損の増加などには注意を要し、必要に応じその対策を行う必要がある。例えば、バックヨークの一部に、ロータの軸方向の磁路を設ければよい。圧粉磁心などの3次元方向の磁束が増減が可能な材料を使用することもできる。   The motor shown in FIG. 68 is effective with a relatively thin motor. In addition to the circumferential direction and radial direction of the magnetic flux, a rotor axial component is also generated, so care must be taken to increase iron loss due to fluctuations in the magnetic flux rotor axial component, and countermeasures should be taken as necessary. There is a need. For example, a magnetic path in the axial direction of the rotor may be provided in a part of the back yoke. A material capable of increasing or decreasing the magnetic flux in the three-dimensional direction, such as a dust core, can also be used.

また、図68では、ロータ磁極の円周方向幅は60°の場合について示したが、各相のトルクがオーバラップできるようにするためには、60°以上の大きさとすることももちろん可能である。   Further, FIG. 68 shows the case where the circumferential width of the rotor magnetic pole is 60 °. However, in order to allow the torques of the respective phases to overlap with each other, it is of course possible to have a size of 60 ° or more. is there.

次に、本発明モータの漏れ磁束に関する対策の一つを図69に示し説明する。モータの用途で、高い回転数で比較的大きなトルクを求められる用途は多い。本発明モータのピークトルクの制限は、トルク発生に寄与する磁束が通る磁路の一部が磁気飽和する点で制限されることが多い。そして、この磁気飽和は巻線の大電流による各部の漏れ磁束により総磁束φsが増加して発生することが多い。従って、大きなピークトルクを得るためには、モータ各部の磁路断面積を十分に確保すると同時に、モータ各部の漏れ磁束を低減することが効果的である。また、高い回転数で大きなトルクを必要とする場合、漏れ磁束を低減することにより力率を改善することができ、モータ効率が向上する。   Next, one of the countermeasures concerning the leakage magnetic flux of the motor of the present invention will be described with reference to FIG. There are many uses for motors that require a relatively large torque at a high rotational speed. The limit of the peak torque of the motor of the present invention is often limited in that a part of a magnetic path through which a magnetic flux contributing to torque generation passes is magnetically saturated. This magnetic saturation is often caused by an increase in the total magnetic flux φs due to a leakage magnetic flux in each part due to a large current in the winding. Therefore, in order to obtain a large peak torque, it is effective to secure a sufficient magnetic path cross-sectional area of each part of the motor and at the same time reduce the leakage magnetic flux of each part of the motor. Further, when a large torque is required at a high rotational speed, the power factor can be improved by reducing the leakage magnetic flux, and the motor efficiency is improved.

図69の(a)は図9のモータ断面の一部を拡大した断面図であり、図9の巻線114は図69の巻線C92である。C91はステータコアである。C93は巻線C92へ紙面の裏側から表側へ大きな電流を通電した時に、スロットの開口部に発生する漏れ磁束である。この漏れ磁束によりステータ磁極である歯が磁気飽和し、トルクの増加が難しくなる場合がある。   69A is an enlarged cross-sectional view of a part of the motor cross-section of FIG. 9, and the winding 114 of FIG. 9 is the winding C92 of FIG. C91 is a stator core. C93 is a leakage magnetic flux generated at the opening of the slot when a large current is applied to the winding C92 from the back side to the front side. This leakage magnetic flux may cause magnetic saturation of the teeth that are the stator magnetic poles, making it difficult to increase torque.

この対応策として、図69の(b)に示すように、平角導線C94を使用すれば、漏れ磁束C95の増減により平角導線C94の中に渦電流が誘起し、漏れ磁束C95を低減する作用が発生する。モータが静トルクを発生するとき、あるいは、低速で回転するときはほとんど効果がないが、高速回転で大きな電流を巻線に通電し、漏れ磁束C95の周波数が上がり、電流値が大きくなると、平角導線C94内の渦電流よる漏れ磁束の低減効果が出てくる。このように、平角導線C94の使用によりモータ力率、効率の改善が可能である。   As a countermeasure for this, as shown in FIG. 69 (b), if a rectangular conductor C94 is used, an eddy current is induced in the rectangular conductor C94 due to increase / decrease of the leakage flux C95, thereby reducing the leakage flux C95. appear. When the motor generates a static torque or rotates at a low speed, there is almost no effect. The effect of reducing the leakage magnetic flux due to the eddy current in the conducting wire C94 appears. As described above, the motor power factor and the efficiency can be improved by using the flat wire C94.

この時、漏れ磁束C95はスロットの開口部近傍が一番多いので、スロットの内径側からスロットの外形までの長さ、すなわち、スロットの深さC96に比較し、平角導線の幅C97が1/4以上であれば、効果が期待できる。   At this time, since the leakage magnetic flux C95 is the largest in the vicinity of the opening of the slot, the width C97 of the flat conductor is 1 / compared with the length from the inner diameter side of the slot to the outer shape of the slot, that is, the slot depth C96. If it is 4 or more, the effect can be expected.

次に、漏れ磁束を低減する他の方法について説明する。図70は、ロータ磁極の円周方向に505、506、507、508で示す閉回路を構成する導体、あるいは、導体板を配置した構成である。これらの導体により、導体を通過する方向の漏れ磁束成分を導体内に誘起する電流により低減するものである。本発明モータでは、ロータ側の磁束がロータの回転と共に交番するので、漏れ磁束を低減する効果がある。図70に示す以外の各種本発明モータへ適用できる。また、ロータの漏れ磁束は、ロータ磁極のロータ軸方向端からも発生するので、ロータのロータ軸方向端の電磁鋼板を導体板に変えることにより、ロータ軸方向からの漏れ磁束を低減することができる。   Next, another method for reducing leakage magnetic flux will be described. FIG. 70 shows a configuration in which conductors or conductor plates constituting a closed circuit indicated by 505, 506, 507, and 508 are arranged in the circumferential direction of the rotor magnetic pole. With these conductors, the leakage magnetic flux component in the direction passing through the conductor is reduced by the current induced in the conductor. In the motor of the present invention, since the magnetic flux on the rotor side alternates with the rotation of the rotor, there is an effect of reducing the leakage magnetic flux. It can be applied to various motors of the present invention other than those shown in FIG. In addition, since the magnetic flux leakage from the rotor is also generated from the rotor axial end of the rotor magnetic pole, the magnetic flux leakage from the rotor axial direction can be reduced by changing the electromagnetic steel plate at the rotor axial end of the rotor to a conductor plate. it can.

また、前記導体は図71に示すようにロータ501へスリット509、50B、50D、50Fを設け、そのスリットの中へ導体50A、50C、50E、50Gを埋設することもできる。前記導体の固定が容易であり、高速回転用途へも適用できる。   As shown in FIG. 71, the conductor may be provided with slits 509, 50B, 50D, and 50F in the rotor 501, and the conductors 50A, 50C, 50E, and 50G may be embedded in the slits. The conductor can be easily fixed and can be applied to high-speed rotation.

次に、モータの最大トルクを向上させる方法について説明する。図54に示す本発明のモータのトルク特性は、例えば、図5のような特性となる。電流Iの小さな0からA1の領域では(10)式で示されるトルク特性を示し、電流の二乗関数のような特性を示す。モータの一部の磁束密度が飽和磁束密度に近づくような、図5のA1からA2の電流転領域では(15)式で示されるように、電流の増加に伴いトルクもT1からT2へと増加し、電流の1次関数となるトルク特性を示す。そして、さらにA2以上の大きな電流値にすると、モータ内のステータ磁極とロータ磁極の間のエアギャップ部以外の場所で、モータの磁気回路の一部が磁気飽和する部分が発生し、電流に対するトルクの増加率が減少し、図5の電流A2からA3の時のトルクT2からT3のような、トルクの飽和特性を示す。   Next, a method for improving the maximum torque of the motor will be described. The torque characteristics of the motor of the present invention shown in FIG. 54 are, for example, characteristics as shown in FIG. In the region from 0 to A1 where the current I is small, the torque characteristic shown by the equation (10) is shown, and the characteristic like a square function of the current is shown. In the current transfer region from A1 to A2 in FIG. 5 where the magnetic flux density of a part of the motor approaches the saturation magnetic flux density, the torque increases from T1 to T2 as the current increases, as shown by equation (15). The torque characteristics that are linear functions of the current are shown. Further, when the current value is larger than A2, a portion where the motor magnetic circuit part is magnetically saturated is generated at a place other than the air gap portion between the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole in the motor, and torque against the current is generated. The torque increase characteristic decreases, and torque saturation characteristics such as torques T2 to T3 at the time of currents A2 to A3 in FIG. 5 are shown.

ここで示す最大トルクの向上は、図5に示すトルク特性において、一点鎖線で示すように、T3のトルクをT4へ向上するものである。技術的には、モータ内部の磁気飽和を低減し、ステータ磁極とロータ磁極の間のエアギャップ部へより大きな磁気エネルギーを与えることが出来るように改良するものである。   The improvement of the maximum torque shown here is to improve the torque of T3 to T4 as shown by a one-dot chain line in the torque characteristics shown in FIG. Technically, the magnetic saturation inside the motor is reduced and the air gap between the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole is improved so that a larger magnetic energy can be given.

最初に、モータのどの部分に磁気飽和が起きやすいかについて、図54のモータ例について説明する。図54は、主突極磁極161がステータの歯117、11Aと対向し、ステータの歯が磁気飽和する状態を示している。歯117を通る磁束は、歯11Aからロータの主突極磁極161を通り歯117を通る磁束成分、巻線111の電流によりスタータ磁極11Cからそのスロットの開口部近傍を通りステータ磁極117へ入る漏れ磁束の成分、そして、巻線112の電流によりステータ磁極118からそのスロットの開口部近傍を通りステータ磁極117へ入る漏れ磁束の成分がある。トルク発生に寄与しない漏れ磁束成分が両隣のステータ磁極から加わるため、ロータの主突極磁極161を通る磁束より歯117を通る磁束の方が通過する磁束が多く、ステータ磁極117は磁気飽和しやすい。   First, the motor example in FIG. 54 will be described as to which part of the motor is likely to cause magnetic saturation. FIG. 54 shows a state in which the main salient pole 161 faces the stator teeth 117 and 11A and the stator teeth are magnetically saturated. The magnetic flux passing through the tooth 117 leaks from the tooth 11A through the main salient pole magnetic pole 161 of the rotor through the tooth 117, and from the starter magnetic pole 11C through the vicinity of the opening of the slot to the stator magnetic pole 117 due to the current of the winding 111. There are a magnetic flux component and a leakage magnetic flux component that enters the stator magnetic pole 117 from the stator magnetic pole 118 through the vicinity of the opening of the slot due to the current of the winding 112. Since a leakage magnetic flux component that does not contribute to torque generation is added from both adjacent stator magnetic poles, more magnetic flux passes through the teeth 117 than magnetic flux that passes through the main salient pole magnetic pole 161 of the rotor, and the stator magnetic pole 117 is likely to be magnetically saturated. .

一方、補助突極磁極162がトルクを発生するときには、その円周方向幅が小さいので、周囲のステータ磁極からの漏れ磁束により磁気飽和しやすい。説明したように、磁気飽和しやすい場所は、ステータの各歯とロータの補助突極磁極162である。以下、モータの最大トルクを向上する6種類の方法を示す。   On the other hand, when the auxiliary salient pole magnetic pole 162 generates torque, the circumferential width thereof is small, so that magnetic saturation is easily caused by the leakage magnetic flux from the surrounding stator magnetic pole. As described above, the locations where magnetic saturation is likely to occur are the stator teeth and the auxiliary salient poles 162 of the rotor. Hereinafter, six methods for improving the maximum torque of the motor will be described.

最大トルク向上の第1の方法を図72に示す。図72の(a)は、図54のモータの断面の1例である。262はステータコアの歯の部分、263は巻線のコイルエンド、261はロータコアである。図72の(b)は、ステータコアの歯の磁気飽和を低減するため、軟磁性体264をロータ軸方向に追加したものである。歯の磁路が太くなり、磁気飽和が低減される。なお、この時、磁束の流れがラジアル方向および円周方向だけでなくロータ軸方向にも通過することになるので、軟磁性体262、264が電磁鋼板の積層体である場合には渦電流損が増加する問題がある。したがって、図72の(b)の構成の場合、電磁鋼板の歯の部分にスリットを設けるあるいは切れ目を入れるなどの工夫が必要である。あるいは、軟磁性体粉末に電気絶縁皮膜を施して圧縮した圧粉磁心を用いるなど、渦電流低減対策が有効である。   FIG. 72 shows a first method for improving the maximum torque. FIG. 72A is an example of a cross section of the motor of FIG. 262 is a tooth portion of the stator core, 263 is a coil end of the winding, and 261 is a rotor core. FIG. 72 (b) shows a case where a soft magnetic body 264 is added in the rotor axial direction in order to reduce magnetic saturation of the teeth of the stator core. The tooth magnetic path becomes thicker and magnetic saturation is reduced. At this time, the flow of magnetic flux passes not only in the radial direction and the circumferential direction but also in the rotor axial direction. There is a problem that increases. Therefore, in the case of the configuration shown in FIG. 72 (b), it is necessary to devise such as providing slits or making cuts in the teeth of the electromagnetic steel sheet. Alternatively, eddy current reduction measures are effective, such as using a powder magnetic core obtained by compressing a soft magnetic powder with an electrical insulating film.

最大トルク向上の第2の方法を図73に示す。図73の(a)は、破線部に示す271の軟磁性体と永久磁石を付加している。この破線部を拡大して図73の(b)に示す。272は永久磁石、271は軟磁性体である。図73(b)に示すモータの制御法の一つは、各スロットの電流の方向を固定し、直流で制御する。その場合、各歯に通る磁束の方向は一方向であり、特徴的である。そして、歯262を通る磁束275の方向とは逆の方向になるように永久磁石272の方向に構成し、磁束274を得る。   FIG. 73 shows a second method for improving the maximum torque. In FIG. 73 (a), a 271 soft magnetic material and a permanent magnet are added as indicated by the broken line. This broken line portion is enlarged and shown in FIG. 272 is a permanent magnet, and 271 is a soft magnetic material. One of the motor control methods shown in FIG. 73 (b) is to control the direction of current in each slot with a direct current. In that case, the direction of the magnetic flux passing through each tooth is one direction, which is characteristic. Then, the magnetic flux 274 is obtained by configuring the permanent magnet 272 in the direction opposite to the direction of the magnetic flux 275 passing through the teeth 262.

この時の歯262の磁気特性を図74に示す。水平軸は磁界の強さH[A/m]、垂直軸は磁束密度B[T]である。最初に、軟磁性体273、永久磁石272が無い状態でモータに大きな電流が通電された場合、歯262の磁束密度は零からBa点まで変化し、磁束密度はB1となる。   FIG. 74 shows the magnetic characteristics of the teeth 262 at this time. The horizontal axis is the magnetic field strength H [A / m], and the vertical axis is the magnetic flux density B [T]. First, when a large current is applied to the motor without the soft magnetic body 273 and the permanent magnet 272, the magnetic flux density of the teeth 262 changes from zero to the Ba point, and the magnetic flux density becomes B1.

次に、軟磁性体273、永久磁石272を付加した状態では、歯262には逆方向の磁束が通過するので、Bb点、あるいは、Bc点となっている。この状態で大きな電流が通電された場合、歯262の磁束密度は零からBa点まで変化し、磁束密度はB1とほぼ同じ値となる。しかし、磁束密度の変化は図74に示すB3もしくはB4となり、前記のB1より大幅に増加することになる。例えばB1とB2がほぼ同じ値であれば、歯262へ2倍の磁束を通過させることが出来ることになる。トルクの増加で表現すると、図5において、T3のトルクをT4へ増加させることに相当する。なお、図73の(b)の構成の場合、歯262を通る磁束のロータ軸方向成分の時間変化率は単純原理的には少ないとも言えるが、無視できず、前記の切れ目、圧粉磁心などの渦電流低減対策も有効である。   Next, in the state where the soft magnetic body 273 and the permanent magnet 272 are added, the magnetic flux in the reverse direction passes through the teeth 262, so that it is the Bb point or the Bc point. When a large current is applied in this state, the magnetic flux density of the teeth 262 changes from zero to the Ba point, and the magnetic flux density is almost the same value as B1. However, the change in magnetic flux density is B3 or B4 shown in FIG. 74, which is significantly increased from B1. For example, if B1 and B2 are substantially the same value, double the magnetic flux can be passed through the tooth 262. Expressed as an increase in torque, this corresponds to increasing the torque of T3 to T4 in FIG. In the case of the configuration shown in FIG. 73 (b), it can be said that the temporal change rate of the rotor axial component of the magnetic flux passing through the teeth 262 is small in principle, but cannot be ignored. Eddy current reduction measures are also effective.

最大トルク向上の第3の方法を図75に示す。図75の(a)は、図73の(b)に示した軟磁性体273と永久磁石272の代わりに、破線部に示す293の軟磁性体と励磁巻線を付加している。この破線部を拡大して図75の(b)に示す。292は軟磁性体、291は励磁巻線である。電磁気的な作用は図73の軟磁性体273と永久磁石272と同様であり、ロータを通る磁束275とは反対方向の磁束294を作り出すことが出来る。そして、モータの最大トルクを向上させることができる。図75の方法の特徴の一つは、電流の大きさを変えることにより磁気的な動作点を容易に変化させることができる点である。例えば、軽負荷の場合には電流を零にすることができ、不要な制御は行わず、大きなトルクが必要なときにだけ巻線291に必要に応じた電流を流すことができる。なお、図73に示した方法でも、永久磁石272を他のアクチュエータで出し入れすることにより磁束274の大きさを制御することも可能であり、磁石の向きを反転することも可能である。また、図73、図75の方法は、軟磁性体、永久磁石、巻線の位置を、円周方向隣接する歯と複合させた変形など、種々の変形が可能である。また、モータを駆動するインバータについても、各巻線へ一方向電流しか流せないようなインバータだけでなく、自在な電流を流せるインバータまで種々インバータの活用が可能である。なお、図73、図75において、磁束274、294は比透磁率の大きい軟磁性体の中を通るだけなので、ロータからの磁束の流入により磁気飽和をしない範囲で使用すれば、これらの磁束を誘起する磁石272厚みは小さくても良く、巻線291の励磁電流も比較的小さな値となる。   FIG. 75 shows a third method for improving the maximum torque. In FIG. 75A, in place of the soft magnetic body 273 and the permanent magnet 272 shown in FIG. 73B, a 293 soft magnetic body indicated by a broken line and an excitation winding are added. This broken line portion is enlarged and shown in FIG. Reference numeral 292 denotes a soft magnetic material, and reference numeral 291 denotes an excitation winding. The electromagnetic action is the same as that of the soft magnetic body 273 and the permanent magnet 272 of FIG. 73, and a magnetic flux 294 in the direction opposite to the magnetic flux 275 passing through the rotor can be created. And the maximum torque of a motor can be improved. One feature of the method of FIG. 75 is that the magnetic operating point can be easily changed by changing the magnitude of the current. For example, in the case of a light load, the current can be made zero, unnecessary control is not performed, and a current necessary for the winding 291 can be supplied only when a large torque is required. 73, the magnitude of the magnetic flux 274 can be controlled by inserting and removing the permanent magnet 272 with another actuator, and the direction of the magnet can be reversed. In addition, the methods shown in FIGS. 73 and 75 can be variously modified, such as a modification in which the positions of the soft magnetic material, the permanent magnet, and the winding are combined with teeth adjacent in the circumferential direction. In addition, regarding the inverter that drives the motor, various inverters can be used, including not only an inverter that allows only one-way current to flow to each winding, but also an inverter that allows a free current to flow. In FIGS. 73 and 75, the magnetic fluxes 274 and 294 only pass through a soft magnetic material having a large relative permeability. Therefore, if these magnetic fluxes are used within a range that does not cause magnetic saturation due to the inflow of magnetic flux from the rotor, these magnetic fluxes are used. The induced magnet 272 thickness may be small, and the exciting current of the winding 291 is also a relatively small value.

最大トルク向上の第4の方法を図76に示す。各スロットの開口部へ永久磁石301、302、303、304、305、306を配置する方法である。磁石の方向N、Sは、付記するように、各スロットの電流による起磁力とは反対方向にし、スロット開口部近傍の漏れ磁束を相殺し、低減している。この結果、図73に示した構造の効果と同様に、各歯の磁束密度を低減することができ、モータの最大トルクを増加させることが出来る。特に、この方法は、モータのロータ軸方向の長さWtが大きくなっても適用できる技術である。従って、図76の方式は出力の大きなモータでも採用しやすい技術である。一方、図72、図73、図75の方法は、モータのロータ軸方向長さWtが大きくなると、次第にその効果の比率が小さくなる傾向があり、薄形の形状のモータで効果的な方法である。なお、図76の6個の永久磁石301、302、303、304、305、306は、コスト的な都合等で3個に減らすこともできる。また、図76に図示する永久磁石がロータ軸方向の一部だけに配置してもそれ相当の効果はある。また、各ステータ磁極間に配置できれば類似した効果が得られるので、ステータ磁極のロータ軸方向端に配置することもできる。   FIG. 76 shows a fourth method for improving the maximum torque. In this method, permanent magnets 301, 302, 303, 304, 305, and 306 are arranged in the openings of the slots. As will be noted, the magnet directions N and S are opposite to the magnetomotive force due to the current in each slot, and the leakage magnetic flux in the vicinity of the slot opening is offset and reduced. As a result, similarly to the effect of the structure shown in FIG. 73, the magnetic flux density of each tooth can be reduced, and the maximum torque of the motor can be increased. In particular, this method can be applied even when the length Wt of the motor in the rotor axial direction is increased. Therefore, the method of FIG. 76 is a technique that can be easily adopted even by a motor with a large output. On the other hand, the methods of FIGS. 72, 73, and 75 tend to gradually decrease the effect ratio as the rotor axial length Wt of the motor increases, and this is an effective method for a thin motor. is there. Note that the six permanent magnets 301, 302, 303, 304, 305, and 306 in FIG. 76 can be reduced to three for cost reasons. Further, even if the permanent magnets shown in FIG. 76 are arranged only in a part in the rotor axial direction, there is an equivalent effect. Further, since similar effects can be obtained if they can be arranged between the stator magnetic poles, they can also be arranged at the rotor axial end of the stator magnetic poles.

図76のスロット形状と永久磁石の配置で分かるように、これらの永久磁石はスロット内のコイルを固定する部材としても活用することが出来る。また永久磁石の縦横寸法など形状の変形も可能である。なお、永久磁石の温度上昇による特性の変化については注意を要する。例えば、熱抵抗の大きな部材、あるいは、冷却用の液冷パイプを各スロットの永久磁石と巻線の間に配置することも可能である。   As can be seen from the slot shape and the arrangement of the permanent magnets in FIG. 76, these permanent magnets can also be used as members for fixing the coils in the slots. Further, it is possible to change the shape such as the vertical and horizontal dimensions of the permanent magnet. Note that changes in characteristics due to the temperature rise of the permanent magnets are required. For example, a member having a large thermal resistance or a liquid cooling pipe for cooling can be disposed between the permanent magnet and the winding in each slot.

最大トルク向上の第5の方法を図77に示す。図77の(a)は、図59の断面AD−ADの断面図に磁気飽和を低減する軟磁性体311を付加した形状である。313はロータコアで、ロータコア313の両端は補助突極磁極162である。図77の(b)は、図77の(a)の側面図である。図77の(b)の補助突極磁極162の形状のように、補助突極磁極162の先端からロータ中心に向かって台形形状となり、磁路を太くしている。補助突極磁極162の根元を太くすることにより磁気飽和を低減し、モータの最大トルクを向上している。   FIG. 77 shows a fifth method for improving the maximum torque. 77A shows a shape in which a soft magnetic body 311 for reducing magnetic saturation is added to the cross-sectional view taken along the line AD-AD in FIG. Reference numeral 313 denotes a rotor core, and both ends of the rotor core 313 are auxiliary salient poles 162. FIG. 77 (b) is a side view of FIG. 77 (a). Like the shape of the auxiliary salient pole magnetic pole 162 in FIG. 77 (b), the auxiliary salient pole magnetic pole 162 has a trapezoidal shape from the tip to the center of the rotor, and the magnetic path is thickened. By thickening the base of the auxiliary salient pole 162, magnetic saturation is reduced and the maximum torque of the motor is improved.

最大トルク向上の第6の方法を図77に示す。補助突極磁極162の側面に磁気飽和を低減する軟磁性体311を追加している。補助突極磁極162の磁路が太くなり、磁気飽和が低減され、モータの最大トルクを向上することが出来る。軟磁性体311は補助突極磁極162の近傍に配置しているが、高速回転するときには大きな遠心力がかかり強度が必要となるので、8極などの多極のモータの場合、314の破線で示すように円周方向に環状に接続された軟磁性体とすることも出来る。なお、補助突極磁極162の近傍の軟磁性体は、前記の切れ目、圧粉磁心などの渦電流低減対策が有効である。また、軟磁性体を付加する場合は、磁束の方向の自由度があり、その磁路部分での磁束が交番する電流制御方法で駆動することも出来る。なお、モータの最大トルクの種々向上方法を示したが、最大トルクを向上させることにより、モータの小型化が可能となり、また低コスト化を実現することも出来る。   FIG. 77 shows a sixth method for improving the maximum torque. A soft magnetic material 311 for reducing magnetic saturation is added to the side surface of the auxiliary salient pole magnetic pole 162. The magnetic path of the auxiliary salient pole magnetic pole 162 becomes thick, magnetic saturation is reduced, and the maximum torque of the motor can be improved. The soft magnetic body 311 is disposed in the vicinity of the auxiliary salient pole magnetic pole 162. However, when rotating at high speed, a large centrifugal force is applied and the strength is required. As shown, a soft magnetic material connected in a ring shape in the circumferential direction may be used. It should be noted that the soft magnetic material in the vicinity of the auxiliary salient pole magnetic pole 162 is effective for measures for reducing eddy currents such as the breaks and the dust core. When a soft magnetic material is added, there is a degree of freedom in the direction of the magnetic flux, and it can be driven by a current control method in which the magnetic flux in the magnetic path portion alternates. Although various methods for improving the maximum torque of the motor have been shown, it is possible to reduce the size of the motor and reduce the cost by increasing the maximum torque.

次に、本発明モータのステータとロータ間のエアギャップに関する技術について説明する。特に、永久磁石を使用しないリラクタンスモータは、エアギャップによって性能が大きく変わる。特に小型のモータほどエアギャップ部の励磁負担の割合が大きく、エアギャップの大きさが重要となる。図78の(a)はモータの部分拡大図で、D51がステータ磁極でD52はロータ磁極である。図78の紙面の水平軸はロータ軸方向で、上下方向はモータのラジアル方向、紙面の表から裏側は円周方向である。共に、電磁鋼板を8枚積層した構成をモデル的に示している。D53はエアギャップである。電磁鋼板の厚みが0.35mmで、エアギャップが0.5mmの例である。   Next, the technique regarding the air gap between the stator and rotor of the motor of the present invention will be described. In particular, the performance of a reluctance motor that does not use a permanent magnet varies greatly depending on the air gap. In particular, the smaller the motor, the greater the proportion of the excitation load in the air gap portion, and the size of the air gap is important. 78A is a partially enlarged view of the motor, in which D51 is a stator magnetic pole and D52 is a rotor magnetic pole. The horizontal axis of the paper surface of FIG. 78 is the rotor axial direction, the vertical direction is the radial direction of the motor, and the front side to the back side of the paper surface is the circumferential direction. Both show a model of a configuration in which eight electromagnetic steel sheets are laminated. D53 is an air gap. In this example, the thickness of the electrical steel sheet is 0.35 mm and the air gap is 0.5 mm.

図78の(b)は、D54がステータ磁極の部分拡大図で、エアギャップ部D56に面した形状は各電磁鋼板が図78の(a)のステータ磁極D51のロータ軸方向厚みに比較して約2倍に広げた形状としている。ロータ磁極D55も同様に、ロータ磁極D52に比較して約2倍に広げた形状としている。D57、D58、D59、D5Aはそれぞれの磁路の磁気飽和を避けるための軟磁性体である。図78の(b)の形状とすると、ステータ磁極D54とロータ磁極D55の間のエアギャップ部の磁気抵抗を低減することができる。図78では整然とした形状であるが、さらに形状を工夫することにより、エアギャップ部の磁気抵抗を最小1/2に近い値まで低減できる。それは、エアギャップD53の大きさを1/2近くに低減できたことと等価であり、各磁極形状の工夫のよりトルクの向上、力率の改善、効率の改善が期待できる。この時、図78の(b)は図78の(a)に比較して体積は大きくなっているが、重量の増加はわずかであり、材料コストの増加もわずかである。   78 (b) is a partially enlarged view of the stator magnetic pole D54, and the shape facing the air gap portion D56 is such that each electromagnetic steel sheet has a thickness in the rotor axial direction of the stator magnetic pole D51 of FIG. 78 (a). The shape is approximately doubled. Similarly, the rotor magnetic pole D55 has a shape that is approximately twice as wide as the rotor magnetic pole D52. D57, D58, D59, and D5A are soft magnetic materials for avoiding magnetic saturation of each magnetic path. 78B, the magnetic resistance of the air gap portion between the stator magnetic pole D54 and the rotor magnetic pole D55 can be reduced. Although the shape is orderly in FIG. 78, the magnetic resistance of the air gap portion can be reduced to a value close to the minimum ½ by further devising the shape. This is equivalent to the fact that the size of the air gap D53 can be reduced to nearly ½, and improvement in torque, improvement in power factor, and improvement in efficiency can be expected by devising each magnetic pole shape. At this time, the volume of FIG. 78 (b) is larger than that of FIG. 78 (a), but the increase in weight is slight and the increase in material cost is also slight.

次に、本発明モータの高トルク化の一手法について説明する。図79に、ステータは図1と同じステータで、各ロータ磁極に巻線を施した例を示す。D69のロータ磁極の起磁力を発生する巻線D61、D62を巻回し、D6Aのロータ磁極の起磁力を発生する巻線D65、D66を巻回している。D6Bのロータ磁極の起磁力を発生する巻線D63、D64を巻回し、D6Cのロータ磁極の起磁力を発生する巻線D67、D68を巻回している。これらの巻線へ通電する電流Irは、ロータ軸D6Hに取り付けたスリップリングD6D、D6EへブラシD6F、D6Gから供給する。ロータ磁極の磁束方向は、このモータの場合毎回転ごとに6回反転するので、その磁束方向に応じて変化する電流を与える必要がある。   Next, a method for increasing the torque of the motor of the present invention will be described. FIG. 79 shows an example in which the stator is the same as that in FIG. 1 and the rotor magnetic poles are wound. Windings D61 and D62 for generating magnetomotive force of the rotor magnetic pole of D69 are wound, and windings D65 and D66 for generating magnetomotive force of the rotor magnetic pole of D6A are wound. Windings D63 and D64 for generating magnetomotive force of the rotor magnetic pole of D6B are wound, and windings D67 and D68 for generating magnetomotive force of the rotor magnetic pole of D6C are wound. The current Ir energized to these windings is supplied from the brushes D6F and D6G to the slip rings D6D and D6E attached to the rotor shaft D6H. In the case of this motor, the magnetic flux direction of the rotor magnetic poles is reversed six times for each rotation, so that it is necessary to give a current that changes in accordance with the magnetic flux direction.

このようなモータ構成とすると、ステータ側とロータ側とで起磁力を生成することができるので、大きなピークトルクを発生することができる。用途が電気自動車の場合を考えると、急な坂道を上がる時などに大きなモータトルクが必要である。しかし、その様な高トルク運転はごく少ない場合が多く、通常の運転ではブラシD6F、D6Gはスリップリングから浮かしておくことによりスリップリングとブラシの寿命を確保することもできる。この結果、ごくまれに使用する高トルク付加に対し、ロータへ巻線とスリップリングとブラシとを付加することにより比較的低コストで対応する方法である。   With such a motor configuration, since a magnetomotive force can be generated on the stator side and the rotor side, a large peak torque can be generated. Considering the case where the application is an electric vehicle, a large motor torque is required when going up a steep slope. However, there are many cases where such high torque operation is rare, and in normal operation, the life of the slip ring and the brush can be secured by floating the brushes D6F and D6G from the slip ring. As a result, it is a method that copes with the relatively low cost by adding a winding, a slip ring, and a brush to the rotor in addition to a high torque application that is used very rarely.

次に、本発明モータを巻線切り替えにより、広範囲に回転する方法、定出力範囲を拡大する方法について説明する。図80は巻線切り替え手段の例である。D71、D72、D73は、図1に示すモータ等の3相の巻線である。D74、D75、D76はそれぞれの巻線の片端端子である。各巻線D71、D72、D73は、図示するように、3個所から巻線を取り出せる構造となっていて、巻線選択手段D7Aにより巻線のタップを選択できる構成としている。D77、D78、D79は選択した各巻線タップに接続された各巻線の端子である。このような構成とすることにより、各巻線の巻回数は3通りの巻回数が選択できるので、より広い回転数範囲でトルクを出力できる。巻線電圧は巻線ターン数に比例するので、低速回転では全巻線ターンを使用し、高速回転では巻回数の少ないタップを使用する。定出力制御が必要な場合には、この巻線選択により定出力範囲を広げることができる。なお、具体的な前記の巻線タップの切り替えには、電磁接触器などが使用できる。この巻線の切り替え時には電流を確実に遮断することができれば、接触子は比較的小型化することができる。   Next, a method for rotating the motor of the present invention over a wide range by switching windings and a method for expanding the constant output range will be described. FIG. 80 shows an example of winding switching means. D71, D72, and D73 are three-phase windings such as the motor shown in FIG. D74, D75, and D76 are one end terminals of the respective windings. Each of the windings D71, D72, D73 has a structure in which windings can be taken out from three locations as shown in the figure, and has a configuration in which a winding tap can be selected by the winding selection means D7A. D77, D78, and D79 are terminals of each winding connected to each selected winding tap. By adopting such a configuration, the number of turns of each winding can be selected from three ways, so that torque can be output in a wider rotational speed range. Since the winding voltage is proportional to the number of winding turns, all winding turns are used for low-speed rotation, and taps with a small number of turns are used for high-speed rotation. When constant output control is required, the constant output range can be expanded by this winding selection. In addition, an electromagnetic contactor etc. can be used for the concrete switching of the said winding tap. If the current can be reliably interrupted when switching the windings, the contact can be made relatively small.

また、モータ巻線の電圧を可変する方法として、ステータロータ間のエアギャップ長さを可変することもできる。具体的な方法は、例えば、ステータ軸方向長さLsよりロータの軸方向長さLrの方が2倍長い構造とし、ステータの内径が片端と他端とで10mm異なるテーパ状の形状とし、ロータの片端直径はステータの内径よりエアギャップ長の2倍だけ小さい直径としロータのテーパは同一角度のテーパとする。そして、ロータに対するステータのロータ軸方向位置を相対的にステータの軸方向長さLsまで動かすことができる構造とする。このような構成で、ロータに対するステータのロータ軸方向位置を相対的にLs動かすと、エアギャップの量が直径で10mm大きくすることができる。片側のエアギャップ長で5mmを可変できることになる。このようにエアギャップ長を可変することにより、ステータとロータ間の磁束を可変し、モータの誘起電圧を可変し、モータ回転数の可変範囲を広げることもできる。   Further, as a method of varying the voltage of the motor winding, the length of the air gap between the stator rotors can be varied. Specifically, for example, the rotor axial length Lr is twice as long as the stator axial length Ls, and the stator has a tapered shape in which the inner diameter of the stator is 10 mm different at one end and the other end. The diameter of one end of the rotor is smaller than the inner diameter of the stator by twice the air gap length, and the taper of the rotor is tapered at the same angle. And it is set as the structure which can move the rotor axial direction position of the stator with respect to a rotor relatively to the axial direction length Ls of a stator. In such a configuration, when the position of the stator in the rotor axial direction relative to the rotor is moved by Ls, the amount of the air gap can be increased by 10 mm in diameter. The air gap length on one side can be varied by 5 mm. By varying the air gap length in this way, the magnetic flux between the stator and the rotor can be varied, the induced voltage of the motor can be varied, and the variable range of the motor rotation speed can be expanded.

また、ステータ各部の材料を特性により使い分けたり、巻線の直径についての工夫なども可能である。図81にその例を示す。351はステータのバックヨーク部である。今、354の巻線に紙面の表側から裏側へ大きな電流を通電し、同時に、巻線355へ紙面の裏側から表側へ同一の大きさの電流が通電していると仮定する。両電流により356に示す磁束が歯352へ励磁され、両隣の歯からスロット開口部近傍を通り357、358の磁束が歯352を通る。このように、ロータ磁極を吸引するように作用するステータの歯352は、磁束が集まり、磁気飽和しやすくなる。漏れ磁束357、358を低減するためには、スロットの開口部の幅WSBが大きい方が良く、スロット形状は図81のような形状となる。この時、歯の先端部は細くなり、ますます磁気飽和しやすくなるので、歯の先端部359の材料として高磁束密度材として知られているパーメンジュールを使用すると都合がよい。鉄とコバルトが50%づつ位で構成するパーメンジュールの最大磁束密度は約2.5T程度であり、都合がよいが高価でもある。歯の先端部だけであれば、多少高価でも使用できる用途はある。また、パーメンジュールの部品構造を35Aのような形状とし、歯全体の磁気飽和を低減することも可能である。   In addition, the material of each part of the stator can be properly used according to the characteristics, and the diameter of the winding can be devised. An example is shown in FIG. Reference numeral 351 denotes a back yoke portion of the stator. Now, it is assumed that a large current is passed through the winding 354 from the front side to the back side of the paper, and at the same time, a current of the same magnitude is passed through the winding 355 from the back side of the paper to the front side. The magnetic flux indicated by 356 is excited by the both currents to the teeth 352, and the magnetic fluxes of 357 and 358 pass through the teeth 352 from the adjacent teeth through the vicinity of the slot opening. In this way, the stator teeth 352 acting to attract the rotor magnetic poles tend to gather magnetic flux and become magnetically saturated. In order to reduce the leakage magnetic fluxes 357 and 358, it is better that the width WSB of the opening of the slot is large, and the slot shape is as shown in FIG. At this time, the tip of the tooth becomes thinner and becomes more and more likely to be magnetically saturated, so it is convenient to use a permendule known as a high magnetic flux density material as the material of the tip 359 of the tooth. The maximum magnetic flux density of permendur composed of about 50% of iron and cobalt is about 2.5 T, which is convenient but expensive. If there is only the tip of the tooth, there is an application that can be used even if it is somewhat expensive. Further, the part structure of the permendur can be shaped like 35A to reduce the magnetic saturation of the entire tooth.

また、スロット内の巻線太さについても、スロットの開口部側の巻線を相対的に細い巻線とし、スロットの開口部近傍の磁束密度を上げることにより漏れ磁束357、358を低減することもできる。   In addition, regarding the winding thickness in the slot, leakage flux 357 and 358 can be reduced by making the winding on the opening side of the slot a relatively thin winding and increasing the magnetic flux density near the opening of the slot. You can also.

また、本発明モータにおいて、ステータとロータの形状を運転状況に応じて形状変更を行うことも可能である。例えば具体的には、低速回転では図54の形状をしていて、全周でほぼ一定のトルクを発生できる形状とし、ある回転数以上では補助突極磁極162を内径側へ移動させ、図9のモータと等価なモータとすることができる。図9のモータはトルクリップルが発生するが、シンプルな構成で、制御も比較的単純である。補助突極磁極162を移動する方法は、例えば、ロータ軸上のレバーを固定子側からある範囲でロータ軸方向へ移動できる構造とする。そして、そのレバーに前記補助突極磁極162が連結していて、前記レバーを移動することにより前記補助突極磁極162をラジアル方向に出入りできる構造とすればよい。   In the motor of the present invention, it is also possible to change the shape of the stator and the rotor according to the operating conditions. For example, specifically, it has the shape shown in FIG. 54 for low-speed rotation, and can generate a substantially constant torque over the entire circumference, and the auxiliary salient pole 162 is moved to the inner diameter side at a certain number of rotations or more. The motor can be equivalent to this motor. Although the motor of FIG. 9 generates torque ripple, it has a simple configuration and is relatively simple to control. The method of moving the auxiliary salient pole 162 is, for example, a structure in which the lever on the rotor shaft can be moved in the rotor shaft direction within a certain range from the stator side. Then, the auxiliary salient pole magnetic pole 162 may be connected to the lever, and the auxiliary salient pole magnetic pole 162 may be configured to enter and exit in the radial direction by moving the lever.

その様なモータとすることにより、低速ではトルクリップルの小さな構造のモータを実現し、高速回転では鉄損、パワートランジスタのスイッチングロス等が小さなモータを実現することができる。またこの時、主突極突極磁極161の磁極幅を連動して可変することも可能である。またこれらの移動、あるいは変形などの機構は、他の種々方法でも可能である。   By using such a motor, a motor with a small torque ripple can be realized at low speed, and a motor with low iron loss, power transistor switching loss, etc. can be realized at high speed rotation. At this time, it is also possible to change the magnetic pole width of the main salient pole salient pole magnetic pole 161 in conjunction with it. These mechanisms such as movement or deformation can be performed by various other methods.

また、前記の各種の磁気飽和問題の低減策などは組み合わせて使用し、構成することもできる。当然、それぞれの効果が得られる。   Further, the above-mentioned various measures for reducing magnetic saturation can be used in combination. Naturally, each effect can be obtained.

次に、モータの鉄損に関わる説明をする。本発明モータでは片方向電流制御するので、ステータ各部の磁束も片方向の磁束となる。従って、特ステータのヒステリシス損失は小さく、通常使用されている電磁鋼板が使用できる。しかしロータの磁束の方向は、図1のモータの場合、磁束の方向が1回転に6回変わる。本発明モータの鉄損を小さくするためには、ロータの材質をアモルファス金属にすることが鉄損低減に効果的である。鉄損の小さい軟磁性体としては、珪素Siの含有率を高めた電磁鋼板、方向性珪素鋼板、鉄粉の表面に電気抵抗の大きな膜を施し高圧プレスした圧粉磁心などがあり、それらを使用することもできる。   Next, explanations relating to iron loss of the motor will be given. Since the motor of the present invention performs unidirectional current control, the magnetic flux of each part of the stator also becomes a unidirectional magnetic flux. Therefore, the hysteresis loss of the special stator is small, and a normally used electrical steel sheet can be used. However, in the case of the motor shown in FIG. 1, the direction of the magnetic flux of the rotor changes six times in one rotation. In order to reduce the iron loss of the motor of the present invention, it is effective to reduce the iron loss by making the rotor material amorphous metal. Soft magnetic materials with low iron loss include magnetic steel sheets with high silicon Si content, directional silicon steel sheets, and powder magnetic cores that have been pressed with high electrical resistance on the surface of iron powder. It can also be used.

次に、巻線の問題点について検証する。その後に、巻線の問題点を解決する方法を示す。従来例として、図116、図117、図118を示して説明し、各巻線の配置が複雑で製作が難しいという問題、巻線の占積率が低下する問題、巻線の交差によりコイルエンド部が軸方向に長くなる問題について示した。図82は図54に示した2極のモータを4極化した本発明モータのステータ例であり、ロータ軸方向から見てその形状をモデル化した図である。図116、図118に示した従来技術で巻線を巻回した構成である。A相巻線は、スロット371からスロット374へ巻回する巻線H81とスロット377からスロット37Aへ巻回する巻線H84である。B相巻線は、スロット373からスロット376へ巻回する巻線H82とスロット379からスロット37Cへ巻回する巻線H86である。C相巻線は、スロット375からスロット378へ巻回する巻線H83とスロット37Bからスロット372へ巻回する巻線H86である。   Next, the problem of winding will be verified. After that, a method for solving the winding problem will be described. 116, 117, and 118 will be described as conventional examples. The problem is that the arrangement of each winding is complicated and difficult to manufacture, the problem that the space factor of the winding is reduced, and the coil end portion due to the intersection of windings. The problem of the lengthening in the axial direction was shown. FIG. 82 shows an example of a stator of the motor of the present invention in which the two-pole motor shown in FIG. 116 and 118 is a configuration in which the winding is wound by the prior art. The A-phase windings are a winding H81 wound from the slot 371 to the slot 374 and a winding H84 wound from the slot 377 to the slot 37A. The B-phase windings are a winding H82 wound from the slot 373 to the slot 376 and a winding H86 wound from the slot 379 to the slot 37C. The C-phase winding is a winding H83 wound from the slot 375 to the slot 378 and a winding H86 wound from the slot 37B to the slot 372.

図83は図82のモータの断面AG−AGの縦断面図である。381はステータコアで電磁鋼板をロータ軸方向へ積層している。384はスロット内の巻線、385、389はコイルエンドであり、LCE1はステータコア381からの突き出し量であるコイルエンド長さである。386、387はスロット近傍でステータコア381と巻線との絶縁を保つための絶縁紙である。絶縁紙387は、通常、絶縁を確保するためステータコア381の端から10mm程度突き出している。382はロータ、383はステータコア381とロータ382の間のエアギャップ部を指している。一点鎖線はロータの回転中心である。このような構成で、2極のモータ、6極のモータの場合も同様に巻回することが出来、また、コイルエンド各部の巻線はほぼ均一に全周へ分散される。しかし、コイルエンド部は複数の巻線が重なり、複雑な配置となり、生産性の問題がある。巻回の困難さから、スロット内の巻線占積率が低下する問題もある。コイルエンドのロータ軸方向の長さは、コイルエンド部の巻線が分散されているので、型などで成形することによりある程度短くできる。しかし、成形にも限界があり、コイルエンドが長いという問題はある。   83 is a longitudinal sectional view of a section AG-AG of the motor of FIG. Reference numeral 381 denotes a stator core in which electromagnetic steel plates are laminated in the rotor axial direction. 384 is a winding in the slot, 385 and 389 are coil ends, and LCE1 is a coil end length which is an amount of protrusion from the stator core 381. Reference numerals 386 and 387 denote insulating papers for maintaining insulation between the stator core 381 and the windings in the vicinity of the slots. The insulating paper 387 normally protrudes about 10 mm from the end of the stator core 381 in order to ensure insulation. Reference numeral 382 denotes a rotor, and reference numeral 383 denotes an air gap portion between the stator core 381 and the rotor 382. The alternate long and short dash line is the rotation center of the rotor. With such a configuration, a 2-pole motor and a 6-pole motor can be wound in the same manner, and the windings at each part of the coil end are almost uniformly distributed over the entire circumference. However, a plurality of windings overlap the coil end portion, resulting in a complicated arrangement, and there is a problem of productivity. There is also a problem that the winding space factor in the slot is lowered due to difficulty in winding. The length of the coil end in the rotor axial direction can be shortened to some extent by molding with a mold or the like because the windings of the coil end portion are dispersed. However, there is a limit to molding, and there is a problem that the coil end is long.

次に、これらの問題を低減する巻線の巻回方法、巻線の配置方法について、図84に示し説明する。図84は、4極、12スロットの本発明モータのステータ例をロータ軸方向から見て、巻線のスロット位置、コイルエンド部の巻線の配置関係をモデル的に示した図である。スロット371へ正のA相巻線、スロット374へ負のA相巻線を巻線37Dで巻回する。そして、スロット377へ正のA相巻線、スロット37Aへ負のA相巻線を巻線37Gで巻回する。同様に、スロット373へ正のB相巻線、スロット376へ負のB相巻線を巻線37Eで巻回する。そして、スロット379へ正のB相巻線、スロット37Cへ負のB相巻線を巻線37Gで巻回する。同様に、スロット375へ正のC相巻線、スロット378へ負のC相巻線を巻線37Fで巻回する。そして、スロット37Bへ正のC相巻線、スロット372へ負のC相巻線を巻線37Jで巻回する。   Next, a winding winding method and a winding arrangement method for reducing these problems will be described with reference to FIG. FIG. 84 is a diagram showing a model of the winding slot position and the winding arrangement of the coil end portion when the example of the stator of the present invention motor of 4 poles and 12 slots is viewed from the rotor axial direction. A positive A-phase winding is wound around the slot 371 and a negative A-phase winding is wound around the slot 374 with the winding 37D. Then, a positive A-phase winding is wound around the slot 377 and a negative A-phase winding is wound around the slot 37A with the winding 37G. Similarly, a positive B-phase winding is wound around the slot 373 and a negative B-phase winding is wound around the slot 376 with the winding 37E. Then, a positive B-phase winding is wound around the slot 379 and a negative B-phase winding is wound around the slot 37C with the winding 37G. Similarly, a positive C-phase winding is wound around the slot 375 and a negative C-phase winding is wound around the slot 378 with the winding 37F. Then, a positive C-phase winding is wound around the slot 37B and a negative C-phase winding is wound around the slot 372 with the winding 37J.

図84における巻線の巻回順は、外径側に配置される巻線37D、37F、37Hが巻線37E、37G、37Hより先に巻回される。その理由は、例えば、巻線37Eはスロット374、375のロータ軸方向の端面を覆うことになるので、巻線37Eより巻線37D、37Fを巻回する必要がある。従って、例えば、巻線37D、37Fが巻回されていれば、巻線37Hより先に巻線37Eを巻回することは可能である。   84, the windings 37D, 37F, and 37H arranged on the outer diameter side are wound before the windings 37E, 37G, and 37H. The reason is, for example, that the winding 37E covers the end surfaces of the slots 374 and 375 in the rotor axial direction, so that the windings 37D and 37F need to be wound around the winding 37E. Therefore, for example, if the windings 37D and 37F are wound, the winding 37E can be wound before the winding 37H.

図84の様に集中巻線を外径側、内径側に仕分けして巻回出来るモータの極数は4の整数倍の極数である。この場合には、巻線の数が少なく、相互の物理的な干渉も少ないので、効率良く、高占積で巻線を巻回することが出来る。   As shown in FIG. 84, the number of poles of a motor that can be wound by sorting concentrated windings on the outer diameter side and the inner diameter side is an integer multiple of four. In this case, since the number of windings is small and there is little physical interference with each other, the windings can be wound efficiently and with high space.

図85に、モータの極数が4の整数倍ではなく、6極のモータのステータの例を示す。A相の巻線は、スロット731から734へ巻回される巻線73K、スロット737から73Aへ巻回される巻線73N、スロット73Dから73Gへ巻回される巻線73Rである。B相の巻線は、スロット733から736へ巻回される巻線73L、スロット739から73Cへ巻回される巻線73P、スロット73Fから73Jへ巻回される巻線73Sである。C相の巻線は、スロット735から738へ巻回される巻線73M、スロット73Bから73Eへ巻回される巻線73Q、スロット73Hから732へ巻回される巻線73Tである。これらの巻線の中で、巻線73Tが他の巻線に比較して不規則な形状、配置となっている。このように、部分的に不規則にすれば、6極、10極、14極、18極などでも類似の巻線とすることが出来る。   FIG. 85 shows an example of a stator of a 6-pole motor in which the number of poles of the motor is not an integer multiple of 4. The A-phase windings are the winding 73K wound from the slots 731 to 734, the winding 73N wound from the slots 737 to 73A, and the winding 73R wound from the slots 73D to 73G. The B-phase windings are a winding 73L wound from slots 733 to 736, a winding 73P wound from slots 739 to 73C, and a winding 73S wound from slots 73F to 73J. The C-phase windings are a winding 73M wound from slots 735 to 738, a winding 73Q wound from slots 73B to 73E, and a winding 73T wound from slots 73H to 732. Among these windings, the winding 73T has an irregular shape and arrangement compared to other windings. Thus, if it is made partially irregular, similar windings can be obtained with 6 poles, 10 poles, 14 poles, 18 poles, and the like.

次に、図84のモータのコイルエンド部近傍の巻線形状、コア形状を図86、図87、図88、図89に示し説明する。図86は図84の断面AF−AFのスロット375側の断面図である。図83のコイルエンド385を比較のため、破線で示している。391はステータコア、396、397、398は絶縁紙、394はスロット37Bに巻回した巻線で395はそのコイルエンド部である。スロットの中程からステータコアのロータ軸方向端面に向かって徐々に外径側へ折り曲げられ、コイルエンド395に繋がっている。399は巻線37Eであり、円周方向に向かって位置している。この結果、従来のコイルエンドのロータ軸方向長さLCE1に比較し図86のコイルエンドの長さLCE2は大幅に短縮していることが分かる。   Next, the winding shape and the core shape in the vicinity of the coil end portion of the motor of FIG. 84 will be described with reference to FIGS. 86, 87, 88, and 89. FIG. 86 is a cross-sectional view of the cross-section AF-AF of FIG. 84 on the slot 375 side. For comparison, the coil end 385 of FIG. 83 is indicated by a broken line. 391 is a stator core, 396, 397, and 398 are insulating papers, 394 is a winding wound around the slot 37B, and 395 is a coil end portion thereof. From the middle of the slot toward the rotor axial end surface of the stator core, it is gradually bent toward the outer diameter side and connected to the coil end 395. Reference numeral 399 denotes a winding 37E, which is located in the circumferential direction. As a result, it can be seen that the length LCE2 of the coil end in FIG. 86 is significantly shortened compared to the length LCE1 in the rotor axial direction of the conventional coil end.

図87は、図84の断面AE−AEのスロット376側の断面図である。40Bはステータコア、403、404、405は絶縁紙、406はスロット376に巻回した巻線で402はそのコイルエンド部である。巻線406、402の形状を、このステータ側から見て円弧状の形状を直線展開した図88に示す。図88の水平軸は円周方向、上下方向はロータ軸方向である。411、412、413、414、415は各歯の内周側形状である。416、417は図84の巻線37Eであり、図87の巻線406、402である。巻線416がスロットの中程から418の部分にさしかかると円周方向に折れ曲がり、コイルエンド部に繋がっている。折れ曲がり部419も同様である。円弧状に無理なく折れ曲がっているので、図87に示すコイルエンド402のロータ軸方向の突き出し量を短く、LCE2の大きさに抑えている。このようにコイルエンド近傍のステータコアのスロット形状を工夫することによりコイルエンドのロータ軸方向長さを短縮することが出来る。なお、巻線401は図84の巻線37Fであり、円周方向に向かって位置している。   FIG. 87 is a sectional view of the section AE-AE in FIG. 84 on the slot 376 side. 40B is a stator core, 403, 404 and 405 are insulating papers, 406 is a winding wound around a slot 376, and 402 is a coil end portion thereof. The shape of the windings 406 and 402 is shown in FIG. 88 in which the arc shape is linearly expanded when viewed from the stator side. The horizontal axis in FIG. 88 is the circumferential direction, and the vertical direction is the rotor axial direction. Reference numerals 411, 412, 413, 414, and 415 denote inner peripheral side shapes of the respective teeth. Reference numerals 416 and 417 denote windings 37E in FIG. 84 and windings 406 and 402 in FIG. When the winding 416 reaches the portion 418 from the middle of the slot, it is bent in the circumferential direction and connected to the coil end portion. The same applies to the bent portion 419. Since the arc is bent without difficulty, the amount of protrusion of the coil end 402 shown in FIG. 87 in the rotor axial direction is shortened to the size of LCE2. Thus, by devising the slot shape of the stator core in the vicinity of the coil end, the length of the coil end in the rotor axial direction can be shortened. Note that the winding 401 is the winding 37F of FIG. 84 and is located in the circumferential direction.

図89は、図84と同じ部分のステータコアの形状を示す図である。724はステータコアで、図84のコイルエンド部37Dは図89のコイルエンド部723である。破線で示す721は図84のスロット371の形状である。太線722は、図86のスロット形状39Bのロータ軸方向端の形状である。従って、図89の破線721から太線722にかけて曲面形状を成している。そして、巻線がスロット内部からステータコアのロータ軸方向側面に向かって、ステータコアの前記曲面形状に沿って、より容易に巻回できる形状としている。   FIG. 89 is a diagram showing the shape of the stator core in the same part as FIG. Reference numeral 724 denotes a stator core, and the coil end portion 37D in FIG. 84 is the coil end portion 723 in FIG. Reference numeral 721 indicated by a broken line denotes the shape of the slot 371 in FIG. The thick line 722 is the shape of the end of the slot shape 39B in FIG. 86 in the rotor axial direction. Therefore, a curved surface shape is formed from a broken line 721 to a thick line 722 in FIG. And it is set as the shape which winding can wind more easily along the said curved surface shape of a stator core toward the rotor axial direction side surface of a stator core from the slot inside.

なお、図86の巻線394が折れ曲がる部分のステータコアの形状39Bを滑らかな曲線、あるいは、円弧で示しているが、2段、多段の階段状の形状であっても同様の効果を得ることが出来る。例えば、図87のステータコア40Bの破線で示すスロット形状407の様な3段の形状である。ステータコアは積層電磁鋼板で構成することが多く、スロットの滑らかな形状変化は、電磁鋼板の打ち抜き用金型等のコスト的な負担が大きくなる。スロット形状407の様な形状であれば、3種類の電磁鋼板を積層することにより製作できるので、生産設備のコストを低減することが可能である。   Note that the stator core shape 39B where the winding 394 in FIG. 86 is bent is indicated by a smooth curve or an arc, but the same effect can be obtained even with a two-step, multi-step shape. I can do it. For example, it has a three-stage shape such as a slot shape 407 indicated by a broken line of the stator core 40B in FIG. The stator core is often composed of laminated electromagnetic steel sheets, and the smooth shape change of the slots increases the cost burden of a die for punching the electromagnetic steel sheets. If it is a shape like the slot shape 407, since it can manufacture by laminating | stacking three types of electromagnetic steel plates, it is possible to reduce the cost of production equipment.

さらに、図87では、39Aの破線で示す近傍のバックヨーク部の円周方向磁路が減少しているので、円周方向磁路断面積を増加させるため、円環状の軟磁性体408を追加している。この軟磁性体408により、モータのロータ軸方向長さを増加させることなく、バックヨーク部の円周方向磁路を確保することが出来る。また、軟磁性体408は破線で示すように、ロータ軸方向に積層する電磁鋼板を折り曲げて構成すると、磁束も無理なく408の部分を通過することができ好適である。   Further, in FIG. 87, since the circumferential magnetic path of the back yoke portion in the vicinity indicated by the broken line 39A is decreased, an annular soft magnetic body 408 is added to increase the circumferential magnetic path cross-sectional area. is doing. The soft magnetic body 408 can secure the circumferential magnetic path of the back yoke portion without increasing the length in the rotor axial direction of the motor. Further, as shown by the broken line, it is preferable that the soft magnetic body 408 be formed by bending electromagnetic steel sheets laminated in the rotor axial direction so that the magnetic flux can easily pass through the portion 408.

次に、図83に示す絶縁紙387、386の改良について説明する。図83の場合は、スロットの断面形状がロータ軸方向にステータコア381の一端から他端まで同じ形状をしている。従って、絶縁紙386、387の端末処理はステータコア381のロータ軸方向端から10mm程度突き出していることが多い。その理由は、ステータコア381のロータ軸方向端で端面に沿って広げると、絶縁紙の切れ目とステータコアの角部388との間の絶縁距離が短くなる問題、あるいは、スロット内部のロータ軸方向端の近傍で絶縁紙の分割などを行うとスロットの有効断面積が減少し巻線占積率が低下する問題がある。図86の構成では、スロットの形状がロータ軸方向端に近づくとスロット断面積が広くなり、絶縁紙398と397のようにオーバーラップさせて、ステータコア391との絶縁距離を確保しながら、両絶縁紙を接続することが出来る。絶縁紙397は、ステータコア391のスロット形状39Bに沿って配置できるので、コイルエンド395のロータ軸方向長さLCE2を短縮することが可能である。   Next, improvement of the insulating paper 387 and 386 shown in FIG. 83 will be described. In the case of FIG. 83, the cross-sectional shape of the slot is the same from the one end of the stator core 381 to the other end in the rotor axial direction. Therefore, the terminal treatment of the insulating paper 386 and 387 often protrudes about 10 mm from the end of the stator core 381 in the rotor axial direction. The reason for this is that if the end of the stator core 381 is extended along the end surface along the end surface of the stator core 381, the insulation distance between the insulating paper cut and the corner 388 of the stator core is shortened, or If the insulating paper is divided in the vicinity, there is a problem that the effective sectional area of the slot decreases and the winding space factor decreases. In the configuration of FIG. 86, when the slot shape approaches the end in the rotor axial direction, the slot cross-sectional area increases, and the insulating papers 398 and 397 are overlapped so that the insulation distance from the stator core 391 is ensured. Paper can be connected. Since the insulating paper 397 can be disposed along the slot shape 39B of the stator core 391, the length LCE2 of the coil end 395 in the rotor axial direction can be shortened.

図87の構成においても同様に、スロット断面積が広くなり、絶縁紙405と404のようにオーバーラップさせて、ステータコア40Bとの絶縁距離を確保しながら、スロット形状407に沿って両絶縁紙を接続することが出来る。   Similarly, in the configuration of FIG. 87, the slot cross-sectional area is increased, and the insulating papers 405 and 404 are overlapped so that the insulating distance between the stator core 40B and the insulating papers 405 and 404 is secured. Can be connected.

また、図86、図87に示すコイルエンド部の固定、放熱については、コイルエンドに密接してモータのフランジ部品を配置することにより、フランジ部品でコイルエンドを固定し、同時にコイルエンド部の熱をフランジ部品に伝えることにより効果的に行うことも出来る。   86 and 87, the coil end is fixed and radiated by placing the flange part of the motor in close contact with the coil end so that the coil end is fixed by the flange part and at the same time the heat of the coil end part is Can be effectively done by transmitting to the flange part.

図84に示す巻線の巻回方法は、各巻線が他の巻線との物理的干渉が少なく、巻線の巻回が容易であることから、生産性が高く、巻線の占積率を向上することも可能である。図86、図87に示すようにスロット形状の改良により、巻線の配置、構成を容易化することが出来、コイルエンド部395、399、401、402のロータ軸方向の突き出し量LCE2を短縮することが出来、従来モータで課題であったコイルエンド部近傍の有効な利用率を大幅に改善している。結果としては、モータの小型化を実現したとも言える。   The winding method shown in FIG. 84 is highly productive because each winding has little physical interference with other windings and winding is easy, and the space factor of the winding is high. It is also possible to improve. As shown in FIGS. 86 and 87, the arrangement and configuration of the windings can be facilitated by improving the slot shape, and the protrusion amount LCE2 of the coil end portions 395, 399, 401, and 402 in the rotor axial direction is shortened. The effective utilization rate in the vicinity of the coil end, which has been a problem with conventional motors, can be greatly improved. As a result, it can be said that the motor has been downsized.

次に、本発明モータのステータコアを分割した構成について図90に示し、説明する。図90は8極の本発明モータのステータをロータ軸方向から見て、各巻線をモデル化した図である。171は8極のロータで、図55に示したモータのロータと同じである。分割点42E、42F、42G、42Hの4個所で接合されたステータコアで構成されている。これらの分割点の形状を2重線で示しているが、種々形状に変形することも出来る。これらの分割ステータは、電気角で360°に分割しているので、各相の巻線は、それぞれ、同一の分割コアに巻回することが出来、それぞれの分割ステータを独立して製作できる。A相の巻線はスロット421からスロット424へ巻回される。B相の巻線はスロット423からスロット426へ巻回される。C相の巻線はスロット425からスロット423へ巻回される。   Next, a configuration obtained by dividing the stator core of the motor of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 90 is a diagram in which each winding is modeled when the stator of the 8-pole motor of the present invention is viewed from the rotor axial direction. Reference numeral 171 denotes an 8-pole rotor, which is the same as the rotor of the motor shown in FIG. It is composed of a stator core joined at four points of division points 42E, 42F, 42G, and 42H. Although the shape of these dividing points is indicated by double lines, it can be modified into various shapes. Since these divided stators are divided into 360 degrees in electrical angle, the windings of each phase can be wound around the same divided core, and each divided stator can be manufactured independently. The A-phase winding is wound from the slot 421 to the slot 424. The B-phase winding is wound from slot 423 to slot 426. The C-phase winding is wound from slot 425 to slot 423.

例えば、4分割されたステータコアの一つに巻線を巻回する場合、90°の円弧形状なので、スロットの開口部側が開放されており、環状のステータコアに巻線を巻回するより大幅に容易であり、自由度がある。従って、巻線を巻線機により直巻きすることも可能であり、スロット内の巻線占積率の向上も可能である。   For example, when winding a winding around one of the four divided stator cores, since the arc shape is 90 °, the opening side of the slot is open, which is significantly easier than winding a winding around an annular stator core. There is a degree of freedom. Therefore, the winding can be directly wound by a winding machine, and the winding space factor in the slot can be improved.

また、ステータコアの分割は、電気角で360°、720°など電気角の整数倍で分割しても同様の効果が得られる。また、例えば、720°で分割したステータコアの場合、ステータあるいはロータの形状を720°の周期で変形することが可能となり、トルクリップルを低減するために2個の同相のロータ磁極を360とは少し異なるピッチとしてトルクリップルをキャンセルさせる手法などを採用することが可能となる。   The same effect can be obtained by dividing the stator core by an integer multiple of an electrical angle such as 360 ° or 720 ° in electrical angle. For example, in the case of a stator core divided at 720 °, the shape of the stator or rotor can be deformed at a cycle of 720 °, and two in-phase rotor magnetic poles are slightly different from 360 in order to reduce torque ripple. It is possible to adopt a method of canceling torque ripple as a different pitch.

また、前記分割点42E、42F、42G、42Hの合わせ面については、電磁鋼板の1枚ごとに、あるいは、数枚ごとに互い違いに凹凸上に組み合わせることにより、相互の磁気抵抗を支障がない程度に低減することができる。そして、隣接する分割コアの電磁鋼板が相互に、互い違いに凹凸上に組み合わせた部分をレーザ溶接などにより精度良く、強固に固定することもできる。また、各分割コアの機械的な固定には、ボルトによる圧接、接着剤による接着固定、ケーシングによる把持、レーザ溶接などによる溶接固定などの種々の方法が可能である。   In addition, the mating surfaces of the dividing points 42E, 42F, 42G, and 42H can be combined with each other on the uneven surface every other sheet or every several sheets of magnetic steel sheets so that mutual magnetic resistance is not hindered. Can be reduced. And the part which the magnetic steel sheet of the adjacent division | segmentation core mutually staggered on the unevenness | corrugation can also be fixed firmly with sufficient precision by laser welding etc. In addition, various methods such as pressure welding with bolts, adhesion fixing with an adhesive, gripping with a casing, welding fixing with laser welding, or the like are possible for mechanically fixing each divided core.

次に、図15、図16に示した、2個のモータを複合して組み込むモータの機械的な支持構造について説明する。外径側と内径側にロータがあり、ステータをそれらの中間に配置しているので、精度良く実現する具体的な構成が簡単ではない。先に説明したように、ステータ磁極とロータ磁極との間のエアギャップ長はモータ特性を確保するためにできるだけ小さくする必要がある。   Next, the mechanical support structure of the motor shown in FIGS. 15 and 16 in which the two motors are combined and incorporated will be described. Since there are rotors on the outer diameter side and the inner diameter side, and the stator is disposed between them, a specific configuration to be realized with high accuracy is not simple. As described above, the air gap length between the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole needs to be as small as possible in order to ensure motor characteristics.

図91に、図15、図16等の複合モータの縦断面図の例を示す。E05はロータの出力軸、E01は外径側に配置したロータR1、E02は内側に配置したロータR2、E03とE04は背中合わせに一体化したステータS1とステータS2である。E0Aはステータの巻線のコイルエンドを示している。E06、E07はロータを支える軸受けである。E08は固定部であり、ステータS1、S2を接続していて、E09の部分を固定してモータ全体を固定することができる。一点鎖線はロータの回転中心線である。   FIG. 91 shows an example of a longitudinal sectional view of the composite motor shown in FIGS. E05 is an output shaft of the rotor, E01 is a rotor R1 arranged on the outer diameter side, E02 is a rotor R2 arranged on the inner side, E03 and E04 are a stator S1 and a stator S2 integrated back to back. E0A indicates the coil end of the stator winding. E06 and E07 are bearings that support the rotor. E08 is a fixed portion, which connects the stators S1 and S2, and can fix the entire motor by fixing the portion of E09. The alternate long and short dash line is the rotation center line of the rotor.

一方、高速回転を使用する場合には、軸受けの直径Dと回転数Nとの積D×Nの値が軸受けの寿命と信頼性に大きく関わることが知られている。すなわち、モータの回転数Nが大きい場合は、軸受けの直径は小さい方が好ましい。この観点で、軸受けE0Cの直径を小さくしている。また、軸受けの直径が大きくなると、コストも上がる問題もある。   On the other hand, when high-speed rotation is used, it is known that the value of the product D × N of the bearing diameter D and the rotational speed N greatly affects the life and reliability of the bearing. That is, when the rotational speed N of the motor is large, it is preferable that the bearing has a small diameter. From this viewpoint, the diameter of the bearing E0C is reduced. Further, when the diameter of the bearing is increased, there is a problem that the cost increases.

この図91のモータ構成は、E01のロータR1とステータS1、S2とが片側から支持している構造なので、偏心などの誤差が発生しやすい。従って、ステータとロータの軸方向厚みを大きくすることはできない。扁平形状のモータの場合は、それなりに精度の維持が可能である。   91 has a structure in which the rotor R1 of E01 and the stators S1 and S2 are supported from one side, and therefore errors such as eccentricity are likely to occur. Therefore, the axial thickness of the stator and the rotor cannot be increased. In the case of a flat motor, the accuracy can be maintained as such.

図92に示すモータは、ステータとロータの軸方向長さが図91のモータの約2倍ほどに大きい場合のモータの例である。図92のステータとロータ間のエアギャップを小さく保てるように、ステータとロータとの軸方向両端が破線で示す回転中心線へ精度良く支持できる構造としている。E15はロータの出力軸、E11は外径側に配置したロータR1、E12は内側に配置したロータR2、E13とE14は背中合わせに一体化したステータS1とステータS2である。E1Aはステータの巻線のコイルエンドを示している。E16、E1Cはロータを支える軸受けである。ステータの他端も軸受けE17でロータ軸中心へ支持している。E18は固定部であり、ステータS1、S2を接続していて、E19の部分を固定してモータ全体を固定することができる。   The motor shown in FIG. 92 is an example of a motor when the axial length of the stator and the rotor is about twice as long as the motor of FIG. 92. In order to keep the air gap between the stator and the rotor of FIG. 92 small, both ends in the axial direction of the stator and the rotor can be accurately supported on the rotation center line indicated by broken lines. E15 is an output shaft of the rotor, E11 is a rotor R1 disposed on the outer diameter side, E12 is a rotor R2 disposed on the inner side, and E13 and E14 are a stator S1 and a stator S2 integrated back to back. E1A indicates the coil end of the stator winding. E16 and E1C are bearings that support the rotor. The other end of the stator is also supported by the bearing E17 toward the center of the rotor shaft. E18 is a fixed portion, which connects the stators S1 and S2, and can fix the entire motor by fixing the portion E19.

しかし、軸受けE1Cの内径が小さいので、モータ全体の支持剛性が制約される問題がある。この点については、軸受けE1Cの内径を許容できる程度に大きくして、モータ全体の剛性を挙げても良い。また、図92のモータは外周のE11がロータR1であり、回転部が露出しているので、注意を要する。   However, since the inner diameter of the bearing E1C is small, there is a problem that the support rigidity of the entire motor is restricted. Regarding this point, the rigidity of the entire motor may be raised by increasing the inner diameter of the bearing E1C to an allowable level. In the motor of FIG. 92, attention is required because the outer periphery E11 is the rotor R1 and the rotating part is exposed.

次に、図92のモータの外周にモータケースと軸受けを追加したモータ構成を図93に示す。E1Dはモータケースで、E1BはロータE15を支持する軸受けである。E18は固定部であり、E19の部分を固定してモータ全体を固定することができる。また、図93のモータの場合は、E21の部分あるいは前フランジ部であるE22の部分を固定することもできる。E21の部分あるいはE22の部分を固定する場合は、図116の従来モータの支持構造とほぼ同じ扱いができる。また、図93のモータ構成の場合は、一点鎖線で示すロータ回転中心線に対してモータ各部の位置を精度良く保つことができるので、ステータとロータ間のエアギャップを小さく保つことができ、モータ性能を確保することができる。またこの時、使用している軸受けE1C、E16、E17、E1Bの各直径を、過大な大きさとせず、適切な直径となるように設計可能な構成なので、長寿命、高信頼なモータを設計可能である。   Next, FIG. 93 shows a motor configuration in which a motor case and a bearing are added to the outer periphery of the motor shown in FIG. E1D is a motor case, and E1B is a bearing that supports the rotor E15. E18 is a fixing portion, and the entire motor can be fixed by fixing the portion E19. In the case of the motor shown in FIG. 93, the E21 portion or the front flange portion E22 portion can be fixed. When the part E21 or E22 is fixed, it can be handled in substantially the same manner as the conventional motor support structure shown in FIG. In the case of the motor configuration of FIG. 93, the position of each part of the motor can be accurately maintained with respect to the rotor rotation center line indicated by the alternate long and short dash line, so that the air gap between the stator and the rotor can be kept small. Performance can be ensured. At this time, the diameter of each of the bearings E1C, E16, E17, E1B used can be designed to be an appropriate diameter without being excessively large, so a long-life and highly reliable motor can be designed. Is possible.

次に、インバータの構成を簡素化できるモータについて図94、図95に示し、説明する。図94のモータは図54のモータの巻線を、いわゆるバイファイラ巻きと言われる2重巻線に変更している。図54の巻線111は図94の巻線521と522に、巻線114は図94の巻線527と528、変更している。そして、巻線521は巻線527と直列に巻回され、巻線522は巻線528と直列に巻回されている。両巻線521、522に鎖交する磁束を出来るだけ共通にしたいので、2本の電線を並列にして巻回することが電磁気的には好ましい。同様に他の巻線についても、図54の巻線113は図94の巻線525と526、巻線116は巻線52Bと52C、巻線115は巻線529と52A、巻線112は巻線523と524に置き換えている。図94の巻線方法は、図95に示すインバータで駆動することが出来るので、インバータが簡素になり、低コスト化が可能である。但し、バイファイラ巻きで同じ太さの巻線とすると、スロット断面積の大きさは制約されるので、各巻線の太さは約1/2の太さに細くなり、抵抗値が大きくなって銅損が増加し、モータ効率はやや低下する。なお、回生電流が流れる巻線の電流は比較的小さいので、バイファイラ巻きの2本の巻線の太さを異なる太さにして、前記のモータ効率の低下を最小限とすることもできる。   Next, a motor capable of simplifying the configuration of the inverter will be described with reference to FIGS. 94 and 95. FIG. In the motor of FIG. 94, the winding of the motor of FIG. 54 is changed to a double winding so-called bifilar winding. 54 is changed to windings 521 and 522 in FIG. 94, and winding 114 is changed to windings 527 and 528 in FIG. The winding 521 is wound in series with the winding 527, and the winding 522 is wound in series with the winding 528. Since it is desired to make the magnetic fluxes linked to the windings 521 and 522 as common as possible, it is electromagnetically preferable to wind two electric wires in parallel. Similarly, for the other windings, winding 113 in FIG. 54 is windings 525 and 526 in FIG. 94, winding 116 is windings 52B and 52C, winding 115 is windings 529 and 52A, and winding 112 is winding. Lines 523 and 524 are replaced. The winding method of FIG. 94 can be driven by the inverter shown in FIG. 95, so that the inverter is simplified and the cost can be reduced. However, if the bifilar windings have the same thickness, the size of the slot cross-sectional area is limited, so the thickness of each winding is reduced to about half the thickness, and the resistance value is increased. Loss increases and motor efficiency decreases slightly. In addition, since the current of the winding through which the regenerative current flows is relatively small, the thickness of the two windings of the bifilar winding can be made different to minimize the reduction in the motor efficiency.

図95に示すインバータと図94の各巻線について説明する。53Aは直流電源で、50Hz、60Hzの商用交流電源を直流に変換した直流電源、あるいは、バッテリなどの直流電源を指している。VMは直流電源53Aの正極側、VLは負極側を指している。図95の巻線531は図94の521と527で構成する巻線で、巻線532は522と528で構成する巻線である。この時、巻線531と532とは至近距離に並列に巻回することにより、両巻線に鎖交する磁束の大半を共通に鎖交する磁束とすることが出来る。また、両巻線531と532はその巻線のドットで示すように、極性が逆になるように配置している。なお、巻線531と532とが、図94に示すようにスロット内で空間的に分離される場合には、スロットの奥に配置する522と528の巻線が図95の回生用巻線532であることが、より多くの磁束をスロットの奥の巻線に鎖交することから、好ましい。同様に、巻線533は巻線525と52Bで、巻線534は巻線526、52Cである。巻線535は巻線529と523で、巻線536は巻線52Aと524である。   The inverter shown in FIG. 95 and each winding shown in FIG. 94 will be described. 53A is a direct current power source, which indicates a direct current power source obtained by converting a commercial alternating current power source of 50 Hz or 60 Hz into direct current, or a direct current power source such as a battery. VM indicates the positive side of the DC power supply 53A, and VL indicates the negative side. The winding 531 in FIG. 95 is a winding constituted by 521 and 527 in FIG. 94, and the winding 532 is a winding constituted by 522 and 528. At this time, the windings 531 and 532 are wound in parallel at a close distance so that most of the magnetic fluxes linked to both windings can be made to be the magnetic fluxes linked in common. Further, the windings 531 and 532 are arranged so that the polarities are reversed, as indicated by the dots of the windings. When the windings 531 and 532 are spatially separated in the slot as shown in FIG. 94, the windings 522 and 528 arranged at the back of the slot are the regenerative winding 532 in FIG. It is preferable that more magnetic flux is interlinked with the winding at the back of the slot. Similarly, the winding 533 is windings 525 and 52B, and the winding 534 is windings 526 and 52C. Winding 535 is windings 529 and 523, and winding 536 is windings 52A and 524.

図94に示すモータを図95に示すインバータで駆動する方法は、CCWへ駆動するとき、図56に示した方法と同様の方法で駆動することが出来る。ただし、モータの磁気エネルギを回生する方法が異なっている。具体的には、図56の(a)の状態では、トランジスタ537により巻線531に電流を通電し、同時に、トランジスタ539により巻線535へ通電する。図56の(b)の状態では、トランジスタ539をオフしてその巻線535に鎖交する磁束の磁気エネルギーを、巻線536とダイオード53Dを利用して電源53Aへ回生する。巻線535と536とは相互インダクタンスが大きく、大半の磁束が両巻線へ共通に鎖交しているのでエネルギーを供給し合うことが出来る。この時と前後して、トランジスタ538により巻線533に電流を通電し、図56の(b)の矢印で示す磁束を生成してCCWのトルクを発生する。図56の(c)の状態では、トランジスタ537をオフしてその巻線531に鎖交する磁束の磁気エネルギーを、巻線532とダイオード53Bを利用して電源53Aへ回生する。この時と前後して、トランジスタ539により巻線535に電流を通電し、図56の(c)の矢印で示す磁束を生成してCCWのトルクを発生する。図56の(d)の状態まで回転すると、その回転位置は図56の(a)の状態からCCWの方向へ電気角で60°進んだ回転位置であり、その後のCCW方向への回転は同様のアルゴリズムで駆動することになる。図95に示すインバータはトランジスタ3個とダイオード3個で構成される簡素なインバータであり、低コスト化が可能である。図95に示すインバータは、トランジスタの個数が半減し、トランジスタの電流容量も半減することから、図95のインバータの合計電流容量は約l/4に小さくできることになる。また同時に、電流の順方向電圧降下、回生時のダイオードでの電圧降下も、図119に示すような通常の3相交流インバータに比較すると1/2となり、効率が良く、発熱が少ないという点でもインバータの小型化が可能である。   The method of driving the motor shown in FIG. 94 by the inverter shown in FIG. 95 can be driven by the same method as the method shown in FIG. 56 when driving to the CCW. However, the method for regenerating the magnetic energy of the motor is different. Specifically, in the state of FIG. 56A, a current is supplied to the winding 531 by the transistor 537, and at the same time, a current is supplied to the winding 535 by the transistor 539. 56 (b), the transistor 539 is turned off, and the magnetic energy of the magnetic flux linked to the winding 535 is regenerated to the power source 53A using the winding 536 and the diode 53D. The windings 535 and 536 have a large mutual inductance, and most of the magnetic fluxes are linked to both windings in common, so that energy can be supplied to each other. Before and after this time, a current is passed through the winding 533 by the transistor 538, and a magnetic flux indicated by an arrow in FIG. 56B is generated to generate a CCW torque. In the state of FIG. 56C, the transistor 537 is turned off, and the magnetic energy of the magnetic flux linked to the winding 531 is regenerated to the power source 53A using the winding 532 and the diode 53B. Before and after this time, a current is passed through the winding 535 by the transistor 539, and a magnetic flux indicated by an arrow in FIG. 56C is generated to generate a CCW torque. When rotating to the state of FIG. 56 (d), the rotational position is a rotational position advanced by 60 ° in electrical angle from the state of FIG. 56 (a) to the CCW direction, and the subsequent rotation in the CCW direction is the same. It will be driven by the algorithm. The inverter shown in FIG. 95 is a simple inverter composed of three transistors and three diodes, and can be reduced in cost. In the inverter shown in FIG. 95, the number of transistors is reduced by half, and the current capacity of the transistors is also reduced by half, so that the total current capacity of the inverter of FIG. 95 can be reduced to about 1/4. At the same time, the forward voltage drop of the current and the voltage drop at the diode during regeneration are halved compared to a normal three-phase AC inverter as shown in FIG. 119, which is more efficient and generates less heat. The inverter can be downsized.

図96に図95のトランジスタにかかる瞬時過電圧を低減する例を示す。トランジスタ537に電流が流れている状態からオフ状態に変化すると、巻線531に鎖交している磁束の磁気エネルギーは、単純原理的には巻線532とダイオード53Bにより電源53Aに回生される。しかし、巻線531の漏れ磁束成分等については、巻線532には鎖交しない磁束成分なので回生できない磁束成分が存在する。これらの漏れ磁束成分等は、トランジスタ537がオフ状態になるときに巻線531で瞬時の過大電圧を発生し、トランジスタ537へダメージを与えるという問題がある。図96のダイオード541、542、543は各巻線531、533、535に発生する過大電圧を整流して集め、過電圧吸収回路である抵抗546、コンデンサ544、ツェナーダイオード545へ吸収させることが出来る。前記の漏れ磁束成分等の磁気エネルギーの総量は小さいので、比較的小規模の過電圧吸収回路で解決することが出来る。また、過電圧吸収回路は種々変形が可能である。   FIG. 96 shows an example of reducing the instantaneous overvoltage applied to the transistor of FIG. When the current flows through the transistor 537, the magnetic energy of the magnetic flux linked to the winding 531 is regenerated to the power source 53A by the winding 532 and the diode 53B in a simple principle. However, regarding the leakage magnetic flux component of the winding 531 and the like, the winding 532 has a magnetic flux component that cannot be regenerated because the magnetic flux component is not linked. These leakage magnetic flux components have a problem in that when the transistor 537 is turned off, an instantaneous excessive voltage is generated in the winding 531 and the transistor 537 is damaged. The diodes 541, 542, and 543 in FIG. 96 can rectify and collect excessive voltages generated in the windings 531, 533, and 535, and can absorb them to the resistor 546, the capacitor 544, and the Zener diode 545 which are overvoltage absorption circuits. Since the total amount of magnetic energy such as the leakage magnetic flux component is small, it can be solved by a relatively small overvoltage absorption circuit. The overvoltage absorption circuit can be variously modified.

なお、図94、図95、図96では、巻線が3個の場合について説明したが、4相、5相などの多相の場合についても、図95、図96の制御回路を拡張して、同様に実現することができる。   In FIGS. 94, 95, and 96, the case where there are three windings has been described. However, the control circuit of FIGS. 95 and 96 can be expanded for multi-phase such as four-phase and five-phase. Can be realized similarly.

次に、図1、図9、図54などに示すモータが数W程度の小容量モータである場合について、そのインバータの構成の例を図97に示し、説明する。551、552、553は3相の巻線、554、555、556は電流を通電するトランジスタ、557、558、559はダイオード、55A、55B、55Cはモータの磁気エネルギを吸収する抵抗である。このようにモータの出力容量が小さいときには簡単な回路、抵抗でモータの磁気エネルギーを吸収させることにより、回路の簡素化が可能である。ここで、抵抗55A、55B、55Cは、コンデンサ、ツェナーダイオード等と組み合わせることも出来る。   Next, in the case where the motor shown in FIGS. 1, 9, 54, etc. is a small capacity motor of several W, an example of the configuration of the inverter is shown in FIG. 97 and will be described. Reference numerals 551, 552, and 553 denote three-phase windings, 554, 555, and 556 denote current-carrying transistors, 557, 558, and 559 denote diodes, and 55A, 55B, and 55C denote resistances that absorb the magnetic energy of the motor. In this way, when the output capacity of the motor is small, the circuit can be simplified by absorbing the magnetic energy of the motor with a simple circuit and resistance. Here, the resistors 55A, 55B, and 55C can be combined with a capacitor, a Zener diode, and the like.

次に、図1、図9、図54などに示すモータが中容量以上のモータである場合について、そのインバータの構成の例を図2に示し、説明する。561、562、563は3相の巻線、564、565、566は電流を通電するトランジスタ、567、568、569はダイオードである。ダイオード567、568、569により集めた回生電流はコンデンサ56Cへ充電し、DC−DCコンバータであるトランジスタ56A、チョークコイルLdcc、ダイオード56Bにより電圧変換して直流電源53Aへ充電する。このDC−DCコンバータは良く使用されている一般的な構成であり、コンデンサ56Cへ充電された電化をトランジスタ56AによりチョークコイルLdccへ電流Ircを通電し、この状態でトランジスタ56Aをオフする。この時、チョークコイルLdccにたまった磁気エネルギーは、ダイオード56Bを使用して電流Ircの形で直流電源53Aへ充電することが出来る。このようにしてモータの運動エネルギー、モータの磁気エネルギーを回生し、効率良く直流電源53Aへ回生する。なお、図2の回生電圧VHは、求められる回生特性に応じて設定することが可能である。また、前記DC−DCコンバータの変形も可能である。   Next, an example of the configuration of the inverter will be described with reference to FIG. 1, FIG. 9, FIG. Reference numerals 561, 562, and 563 denote three-phase windings, 564, 565, and 566 denote transistors that conduct current, and 567, 568, and 569 denote diodes. The regenerative current collected by the diodes 567, 568, and 569 is charged into the capacitor 56C, and is converted into a voltage by the transistor 56A that is a DC-DC converter, the choke coil Ldcc, and the diode 56B, and is charged into the DC power supply 53A. This DC-DC converter has a common configuration that is often used, and electrification charged in the capacitor 56C is applied to the choke coil Ldcc by the transistor 56A, and in this state, the transistor 56A is turned off. At this time, the magnetic energy accumulated in the choke coil Ldcc can be charged to the DC power supply 53A in the form of a current Irc using the diode 56B. In this way, the kinetic energy of the motor and the magnetic energy of the motor are regenerated and efficiently regenerated to the DC power source 53A. The regenerative voltage VH in FIG. 2 can be set according to the required regenerative characteristics. Further, the DC-DC converter can be modified.

電気自動車、ハイブリッド自動車等において、自動車駆動用に2個以上のモータが使用されることも多い。通常、市街地走行モードでの燃費、即ち駆動効率が問題とされる。自動車の種類にもよるが、市街地走行モードではモータの最大トルクの1/2以下であることが多い。従って、回生時のモータ側発電容量、即ち、回生容量は急加速時の最大出力容量に比較して1/2以下の容量で十分である。自動車が急減速しなければならないときには、安全上の観点でも、機械式のブレーキ機能を併用して使用すれば良いと考えることが出来る。その様な観点で、図2に示すようなDC−DCコンバータは、複数のモータで共用することが可能であり、1台のモータ駆動用の駆動回路は、3個のトランジスタ564、565、566と3個のダイオード567、568、569であると見ることが出来る。従って、図2の破線に示すインバータはトランジスタ3個とダイオード3個でモータを1台駆動することが可能な簡素なインバータであり、低コスト化が可能である。同時に、電流の順方向電圧降下、回生時のダイオードでの電圧降下も、図119に示すような通常の3相交流インバータに比較すると、約l/2であり、効率が良く、発熱が少ないという点でもインバータの小型化が可能である。   In an electric vehicle, a hybrid vehicle, etc., two or more motors are often used for driving a vehicle. Usually, the fuel consumption in the city driving mode, that is, the driving efficiency is a problem. Although it depends on the type of automobile, it is often less than or equal to ½ of the maximum motor torque in the urban driving mode. Accordingly, a motor-side power generation capacity during regeneration, that is, a regeneration capacity, that is 1/2 or less of the maximum output capacity during rapid acceleration is sufficient. When an automobile must decelerate rapidly, it can be considered that it is sufficient to use a mechanical brake function together from the viewpoint of safety. From such a viewpoint, the DC-DC converter as shown in FIG. 2 can be shared by a plurality of motors, and a driving circuit for driving one motor has three transistors 564, 565, 566. And three diodes 567, 568 and 569. Therefore, the inverter shown by the broken line in FIG. 2 is a simple inverter that can drive one motor by three transistors and three diodes, and can reduce the cost. At the same time, the forward voltage drop of the current and the voltage drop at the diode during regeneration are about l / 2 compared to a normal three-phase AC inverter as shown in FIG. 119, which is efficient and generates little heat. In this respect, the inverter can be downsized.

次に、図1、図9、図54などに示すモータを駆動する他の回路を図98に示し、説明する。図2に比較し、トランジスタ571とダイオード572が付加され、コンデンサ573の負側の接続点がコモン線VLになっている。トランジスタ571が付加されることにより、巻線561、562、563の回生電圧を約(VH−VL)と大きな値とすることが可能となっている。回生する時間の短縮が可能である。   Next, another circuit for driving the motor shown in FIGS. 1, 9, 54, etc. will be described with reference to FIG. Compared to FIG. 2, a transistor 571 and a diode 572 are added, and the negative connection point of the capacitor 573 is a common line VL. By adding the transistor 571, the regenerative voltage of the windings 561, 562, and 563 can be set to a large value of about (VH−VL). Regeneration time can be shortened.

次に、図1、図9、図54などに示すモータを先に示した図3のインバータで駆動する方法について説明する。図54の3相巻線A巻線、B巻線、C巻線は図3の巻線87D、87E、87Fに相当する。例えば、巻線87Dへ電流を流す場合はトランジスタ871と872を制御して直流電圧の印加、回生、フライホイールの制御が可能である。ただし、巻線87Dへは片方向の電流しか通電できない。他の相の巻線電流についても同様である。モータの回転位置θrと各相電流との関係は、図11、図12、図56、図57の関係などで通電すればよい。先に説明したように、図3のインバータで本発明モータを駆動した場合、従来インバータの合計電流容量に比較し、約1/2に小容量化できるので、制御装置の小型化、低コスト化が可能である。   Next, a method of driving the motor shown in FIGS. 1, 9, 54, etc. with the inverter shown in FIG. 3 will be described. The three-phase winding A winding, B winding, and C winding in FIG. 54 correspond to windings 87D, 87E, and 87F in FIG. For example, when a current is passed through the winding 87D, it is possible to control the transistors 871 and 872 to apply a DC voltage, regenerate, and control the flywheel. However, only one-way current can be passed through the winding 87D. The same applies to the winding currents of other phases. The relationship between the rotational position θr of the motor and each phase current may be energized according to the relationships of FIG. 11, FIG. 12, FIG. 56, FIG. As described above, when the motor of the present invention is driven by the inverter of FIG. 3, the capacity can be reduced to about ½ compared to the total current capacity of the conventional inverter, so that the control device can be reduced in size and cost. Is possible.

次に、本発明モータを高トルク化する方法と高速回転の駆動とを両立させる方法について説明する。先に、高トルク化を実現する方法として図73の(b)で示した方法、図76で示した方法により、ロータ側からの磁束をステータ磁極の軟磁性体部へより多く通す方法について示した。その結果、図5のトルクT2の動作点からトルクT4の動作点へ最大トルクを増加できることを示した。しかしこの時、磁束が増加するので、各巻線へ鎖交する磁束および電圧も増加することになる。従って、モータ回転数を高速回転まで駆動するという観点では、これらの方法はむしろ不利である。   Next, a method for making the motor of the present invention have a high torque and a high-speed rotation drive will be described. First, as a method of realizing high torque, the method shown in FIG. 73 (b) and the method shown in FIG. 76 show a method of passing more magnetic flux from the rotor side to the soft magnetic part of the stator magnetic pole. It was. As a result, it was shown that the maximum torque can be increased from the operating point of torque T2 in FIG. 5 to the operating point of torque T4. However, since the magnetic flux increases at this time, the magnetic flux and voltage linked to each winding also increase. Therefore, these methods are rather disadvantageous from the viewpoint of driving the motor speed to high speed.

この対策として、各巻線に鎖交する磁束の時間変化率を低減し、巻線の誘起電圧を低減し、高速回転までの駆動を容易化する方法を説明する。図99は、図73の(b)に比較してロータ磁束681の方向を逆にしている。ロータ磁束681は各巻線の電流によって励磁しているので、モータの各巻線の電流方向を逆にし、磁束681の方向を逆向きとしている。永久磁石272により励起される磁束274と磁束681とが、歯262で同一の方向を向いており、歯が磁気飽和しやすい構成となっている。トルクを大きくする先の説明では、磁石272により初期動作点を図74に示すBc点とし、B4の磁束密度差で大きな磁束変化B4を得る方法を説明した。今、電流方向を逆にした場合は、初期動作点をBcとし、逆向き電流を各巻線へ通電した時の動作点をBbとすると、その磁束密度の差分はB5となり、小さな値とすることができる。巻線の誘起電圧は磁束の変化分に比例するので、高速回転がより容易となる。   As a countermeasure, a method for reducing the time change rate of the magnetic flux linked to each winding, reducing the induced voltage of the winding, and facilitating the driving up to high speed rotation will be described. In FIG. 99, the direction of the rotor magnetic flux 681 is reversed as compared with FIG. 73 (b). Since the rotor magnetic flux 681 is excited by the current of each winding, the current direction of each winding of the motor is reversed and the direction of the magnetic flux 681 is reversed. The magnetic flux 274 and the magnetic flux 681 excited by the permanent magnet 272 are oriented in the same direction at the tooth 262, and the tooth is likely to be magnetically saturated. In the above description of increasing the torque, the method of obtaining a large magnetic flux change B4 with the magnetic flux density difference of B4 using the magnet 272 as the initial operating point Bc shown in FIG. If the current direction is reversed, if the initial operating point is Bc and the operating point when the reverse current is applied to each winding is Bb, the difference in magnetic flux density is B5, which is a small value. Can do. Since the induced voltage of the winding is proportional to the change in the magnetic flux, high-speed rotation becomes easier.

ステータ磁極を通る磁束の変化分を小さくする他の方法を図100へ示す。この構成は図76に比較し、巻線の電流方向を逆にしている。この場合にも図74において、ステータ磁極の磁束密度動作点がBcとなり、電流を通電したときの動作点がBbとすると、ステータ磁極の磁束密度の変化分がB5となり、巻線の誘起電圧が減少するので、その分高速回転が容易になる。   FIG. 100 shows another method for reducing the change in the magnetic flux passing through the stator magnetic pole. In this configuration, the current direction of the winding is reversed compared to FIG. Also in this case, in FIG. 74, if the magnetic flux density operating point of the stator magnetic pole is Bc and the operating point when the current is applied is Bb, the change in the magnetic flux density of the stator magnetic pole is B5, and the induced voltage of the winding is Therefore, high-speed rotation becomes easier.

図73の(b)あるいは図76に示すように作用させると、大きな磁束密度の差B4により大きなトルクを発生させることができ、一方、3相の電流方向を全て逆方向に切り替えて磁束密度の差をB5として誘起電圧を減少させることにより高速の回転を実現することができる。その様な制御が可能な制御装置の例を図101および図102に示す。両制御装置共に電流の方向を正と負の両方に通電することができる。モータは図1、図10、図54などに示す3相のモータの場合である。4相以上のモータ場合は相数に応じて回路を拡張すればよい。   When acting as shown in FIG. 73 (b) or FIG. 76, a large torque can be generated due to the large magnetic flux density difference B4, while the three-phase current directions are all switched in the opposite direction and the magnetic flux density High speed rotation can be realized by reducing the induced voltage with the difference as B5. Examples of control devices capable of such control are shown in FIGS. Both control devices can energize both positive and negative current directions. The motor is a case of a three-phase motor shown in FIG. 1, FIG. 10, FIG. In the case of a motor with four or more phases, the circuit may be expanded according to the number of phases.

図101に示す制御装置の場合、各巻線は星形結線となっていて、星形結線の中心KからトランジスタE5DとE5Fの中間点に接続している。従って、A相巻線E5JへはトランジスタE51、E52により正の電流と負の電流のを通電できる構成となっている。B相巻線E5K、C相巻線E5Lについても同様である。このような制御装置において、中速回転以下で大きなトルクが必要な場合は各相巻線へ図6に示したような電流を、ステータ磁極近傍の構成が図73の(b)あるいは図76のように作用させて大きなトルクを出力することが可能である。そして一方、同じモータで高速回転を行うときには、A相電流Ia、B相電流Ib、C相電流の向きを逆向きにし、図99あるいは図100に示すように電流を通電して、磁束密度の変化分を小さくし、各巻線の誘起電圧を小さくし、高速回転まで容易に駆動することができる。   In the control device shown in FIG. 101, each winding has a star connection, and is connected from the center K of the star connection to an intermediate point between the transistors E5D and E5F. Accordingly, a positive current and a negative current can be supplied to the A-phase winding E5J by the transistors E51 and E52. The same applies to the B-phase winding E5K and the C-phase winding E5L. In such a control device, when a large torque is required at medium speed or less, a current as shown in FIG. 6 is applied to each phase winding, and the configuration in the vicinity of the stator magnetic pole is shown in FIG. 73 (b) or FIG. Thus, it is possible to output a large torque. On the other hand, when high-speed rotation is performed with the same motor, the directions of the A-phase current Ia, B-phase current Ib, and C-phase current are reversed, and the current is applied as shown in FIG. 99 or FIG. The amount of change can be reduced, the induced voltage of each winding can be reduced, and it can be easily driven to high speed rotation.

図102の制御装置は、各巻線561、562、563がそれぞれ4個のトランジスタにより、いわゆるHブリッジの構成とし、各巻線へ正負の電流が自在に通電できる構成としている。この場合にも同様に、高トルクの時の通電と高速回転時の通電では電流の方向を逆とすることにより、両運転モードでの運転が可能な構成としている。なお、前記の両運転モードにおいても、その時点でのモータ電流制御は片方向電流制御となっている。また、モータは図1、図10、図54の様に永久磁石を使用しないモータ構成の場合は、リラクタンスモータなので、前記のどちらの運転モードにおいても同じモータ特性となる。   In the control device of FIG. 102, each of the windings 561, 562, and 563 has a so-called H-bridge configuration with four transistors, so that positive and negative currents can be freely supplied to each winding. Similarly, in this case, the current direction is reversed between the energization at the time of high torque and the energization at the time of high speed rotation, so that the operation in both operation modes is possible. In both the above-described operation modes, the motor current control at that time is unidirectional current control. Since the motor is a reluctance motor in the case of a motor configuration that does not use a permanent magnet as shown in FIGS. 1, 10, and 54, the motor characteristics are the same in any of the above operating modes.

また、図101および図102に示すような両方向の電流が自由に通電できる制御装置の場合は、さらにモータトルクをさらに高トルク化することも可能である。より多くの巻線へ同時に電流を通電してトルクを発生することができるので、モータの連続出力トルクを向上することができる。また、制御装置としても、同時に複数の経路で電力供給をすることができるので、パワートランジスタの素子数は増加するが、合計の電流容量は低減できる効果がある。   Further, in the case of a control device that can freely energize currents in both directions as shown in FIGS. 101 and 102, the motor torque can be further increased. Since torque can be generated by supplying current to more windings simultaneously, the continuous output torque of the motor can be improved. In addition, since the power can be supplied through a plurality of paths at the same time as the control device, the number of elements of the power transistor increases, but the total current capacity can be reduced.

例えば、図4の(a)では、B相巻線A0F、A0Jへ逆向きのB相電流を通電すればトルクが増加する。図4の(a)、(d)のロータ回転位置θrでは、丁度境界位置にあるので、残りの1相の巻線へ電流を通電してもトルクは増加しない。図4の(c)のロータ回転位置θrでは、C相巻線A0H、A0Eへ逆向きのC相電流を通電すればトルクが増加する。ただし、制御装置が高コスト化する問題はある。   For example, in FIG. 4A, torque is increased if a B-phase current in the opposite direction is supplied to the B-phase windings A0F and A0J. Since the rotor rotational position θr in FIGS. 4A and 4D is just at the boundary position, the torque does not increase even when current is supplied to the remaining one-phase winding. At the rotor rotational position θr in FIG. 4C, the torque increases if a reverse C-phase current is applied to the C-phase windings A0H and A0E. However, there is a problem that the cost of the control device increases.

また、図22から図34に示すような永久磁石を付加した構成のモータにおいては、特に平均トルクの向上に効果的である。例えば、図23に示すモータの場合、このロータ回転位置θrでCCWのトルクを発生する場合、A相巻線A0D、A0GへA相電流Iaを通電し、C相巻線A0H、A0EへC相電流Icを通電し、このモータのトルクを発生する。ここでさらに、残りのB相巻線A0F、AOJへその電流シンボルで示す電流方向の電流Icとは逆方向の電流−Icを通電することによりトルクを増加させることができる。この状態では、3個の巻線に電流を流してCCWのトルクを発生しているので、モータのジュール損を低減でき、総合的にはモータの連続出力トルクを増加させることができる。   Further, in a motor having a configuration in which a permanent magnet is added as shown in FIGS. 22 to 34, the average torque is particularly effective. For example, in the case of the motor shown in FIG. 23, when CCW torque is generated at the rotor rotational position θr, the A phase current Ia is supplied to the A phase windings A0D and A0G, and the C phase windings A0H and A0E are supplied with the C phase. The current Ic is energized to generate torque for this motor. Further, the torque can be increased by passing a current -Ic in the direction opposite to the current direction Ic indicated by the current symbol to the remaining B-phase windings A0F and AOJ. In this state, current is passed through the three windings to generate CCW torque, so that the joule loss of the motor can be reduced and the continuous output torque of the motor can be increased overall.

また、図101および図102に示す制御装置で、3個の巻線に自在な方向の電流を通電する場合、パワートランジスタの個数は増加するが、同時に複数の経路で電力供給をすることができるので、パワートランジスタの素子数は増加するが、合計の電流容量を低減できる効果がある。従って、低コスト化、小型化の可能性がある。   In addition, in the control device shown in FIGS. 101 and 102, when a current in any direction is applied to three windings, the number of power transistors increases, but power can be supplied through a plurality of paths simultaneously. As a result, the number of power transistor elements increases, but the total current capacity can be reduced. Therefore, there is a possibility of cost reduction and size reduction.

また、トルク増加を行った図73で示したモータ、あるいは、図76で示したモータ等のさらなる高トルク化も可能である。全ての巻線でトルクを発生する起磁力を発生するので、モータのジュール損を低減でき、モータの連続出力トルクを増加することができる。これらの高トルク化は、モータの設置スペースが限定されている様な用途には特に好適である。   Further, it is possible to further increase the torque of the motor shown in FIG. 73 in which the torque is increased or the motor shown in FIG. Since a magnetomotive force that generates torque is generated in all windings, the joule loss of the motor can be reduced, and the continuous output torque of the motor can be increased. These high torques are particularly suitable for applications where the installation space of the motor is limited.

なお、図99あるいは図100のモータ構成では、モータの電流が流れていない状態では、ロータに磁束は誘起せず、ロータが回転状態にあっても鉄損は発生しない。すなわち、いわゆるひきずりトルクは発生せず、損失は発生しない。これは、軽負荷で運転するときに重要な特性である。また、ハイブリッド自動車で、内燃機関のエンジンで高速走行を行うとき、モータも電流零の状態で連れ回りし、この時モータ損失が零であることは重要な特性である。   In the motor configuration shown in FIG. 99 or 100, no magnetic flux is induced in the rotor when no motor current flows, and no iron loss occurs even when the rotor is in a rotating state. That is, so-called drag torque does not occur and no loss occurs. This is an important characteristic when operating at light loads. In a hybrid vehicle, when high-speed running is performed with an engine of an internal combustion engine, it is an important characteristic that the motor is also rotated in a state of zero current and that the motor loss is zero at this time.

次に、本発明モータの内、永久磁石を付加したタイプにおける応用技術について説明する。図23、図27などに永久磁石を使用したモータを示した。これらのモータは永久磁石の使用により、高トルク化、高効率化が図れる。そして、本発明のモータが片方向電流で制御できることから、トルクを発生時には永久磁石を増磁する方向に電流を流し、起磁力をかけながら駆動することができることを示した。すなわち、永久磁石が減磁する方向には電流を通電しないような駆動が可能である。一方、従来の永久磁石応用モータの場合、加減速時に永久磁石を減磁する方向の起磁力も作用するので、減磁しないように十分に厚い磁石を使用したり、減磁しにくい高価な磁石を使用し、コスト的な問題がある。   Next, applied technology in the type of the present invention to which a permanent magnet is added will be described. A motor using a permanent magnet is shown in FIGS. These motors can achieve high torque and high efficiency by using permanent magnets. Since the motor of the present invention can be controlled with a unidirectional current, it is shown that when torque is generated, the permanent magnet can be driven while applying a magnetomotive force in the direction of increasing the permanent magnet. That is, it is possible to drive such that no current is supplied in the direction in which the permanent magnet is demagnetized. On the other hand, in the case of a conventional permanent magnet application motor, a magnetomotive force in the direction of demagnetizing the permanent magnet also acts during acceleration / deceleration, so use a sufficiently thick magnet to prevent demagnetization or an expensive magnet that is difficult to demagnetize There is a cost problem.

本発明では、減磁しない方向の電流だけで制御できることから、減磁耐力の小さい安価な永久磁石の活用、磁石の薄型化が可能で、低コスト化が可能である。しかし、本発明モータは、永久磁石が減磁する方向の電流の通電ができないわけではないので、制御装置が誤動作した場合には、永久磁石が減磁する問題はある。また、モータ特性の他の要求として、高速回転では、磁石の磁束密度を低下できるように減磁して高速回転制御を行いたいという要求もある。   In the present invention, since it can be controlled only by the current in the direction not demagnetized, it is possible to use an inexpensive permanent magnet having a small demagnetization resistance, to make the magnet thinner, and to reduce the cost. However, the motor according to the present invention does not prevent the current from flowing in the direction in which the permanent magnet is demagnetized. Therefore, when the control device malfunctions, there is a problem that the permanent magnet is demagnetized. As another requirement of motor characteristics, there is also a requirement that high-speed rotation control is performed by demagnetizing the magnet so that the magnetic flux density of the magnet can be reduced.

この対応として、永久磁石の減磁手段、着磁手段を制御装置に持たせることができれば、前記の問題を解決し、それ以外の要求にも応えることができる。具体的な方法は、モータの永久磁石を必要最小限の厚みの磁石とし、減磁着磁が比較的容易な特性とする。そして、永久磁石の減磁手段、着磁手段として、モータの駆動に使用するパワートランジスタを活用する方法である。モータは永久磁石の量を少なくでき、着磁手段、減磁手段として追加するハードウェアを要しないので、低コストである。   As a countermeasure, if the control device can be provided with a demagnetizing means and a magnetizing means for the permanent magnet, the above problems can be solved and other requirements can be met. Specifically, the permanent magnet of the motor is a magnet with the minimum necessary thickness, and the demagnetization magnetization is relatively easy. Then, as a demagnetizing means and a magnetizing means for the permanent magnet, a power transistor used for driving the motor is used. Since the motor can reduce the amount of permanent magnets and does not require additional hardware as magnetizing means and demagnetizing means, the motor is low in cost.

一方、永久磁石には種々の種類の永久磁石が使用できるが、例えば、アルミニウム、ニッケル、コバルトを含有するいわゆるアルニコ磁石は磁束密度が高く、保磁力は小さいのでこの目的には合っている。永久磁石の着磁は、例えば図23の状態で永久磁石F68とF6Bを着磁する場合、B相巻線A0F、A0JへB相電流Ibを通電し、同時に、C相巻線A0H、A0EへC相電流Icを通電すればよい。この時、電流Ib、Icに求められる大きさは、モータの磁石特性により決められる。また、図23の状態で永久磁石F68とF6Bを減磁する場合には、A相巻線A0D、A0Gへ電流Iaを通電すればよい。なお、着磁の電流は2個の巻線で行うことができ、減磁は1つの電流で行うことになるので、どちらかというと減磁能力が不足し易い。   On the other hand, various types of permanent magnets can be used as the permanent magnets. For example, so-called alnico magnets containing aluminum, nickel, and cobalt have a high magnetic flux density and a small coercive force, and are suitable for this purpose. For example, when the permanent magnets F68 and F6B are magnetized in the state shown in FIG. 23, the B-phase currents Ib are supplied to the B-phase windings A0F and A0J and simultaneously the C-phase windings A0H and A0E are magnetized. What is necessary is just to energize the C-phase current Ic. At this time, the magnitudes required for the currents Ib and Ic are determined by the magnet characteristics of the motor. Further, when the permanent magnets F68 and F6B are demagnetized in the state of FIG. 23, the current Ia may be supplied to the A-phase windings A0D and A0G. The magnetizing current can be performed by two windings, and the demagnetization is performed by one current. Therefore, the demagnetizing ability is likely to be insufficient.

また、複数の永久磁石の内、一部の永久磁石は、モータ電流では減磁しない特性とし、他の一部の永久磁石は減磁、増磁が容易な特性とし、永久磁石の磁力の可変を容易化することも可能である。なお、この増磁、減磁は、全ての磁石の強さを同程度に強める、あるいは、弱めることにより実現できる。しかし、増磁、減磁の目的は、モータ端子間電圧の調整なので、一部の磁石の強さを可変することにより目的を達成することもできる。強さを可変する磁石が特定の磁石であれば、モータ設計もより容易化でき、増磁、減磁の操作も単純化できる。   Among some permanent magnets, some permanent magnets are not demagnetized by motor current, and some other permanent magnets are easy to demagnetize and increase magnetism. It is also possible to facilitate the process. Note that this magnetizing and demagnetizing can be realized by increasing or decreasing the strength of all magnets to the same extent. However, the purpose of magnetizing and demagnetizing is adjustment of the voltage between the motor terminals, so that the object can be achieved by varying the strength of some magnets. If the magnet whose strength is variable is a specific magnet, the motor design can be made easier, and the operation of magnetizing and demagnetizing can be simplified.

例えば、モータの制御装置が図2で減磁および増磁を行うことができ、その後、モータの回転制御もこの制御装置で行うことができる。もし、減磁電流が不足する場合、3個のパワートランジスタ564、565、566の電流容量を大きくしておけば良い。また、増磁、減磁に必要な電流は瞬時電流なので、電磁接触器、サイリスタなどの他の電力素子を付加して増磁、減磁の専用の機能ユニットを構成し、付加することも可能である。モータ制御用のインバータと並列に配置することになる。いずれにしても、本発明モータの磁石
増磁、減磁を具体的に行う方法は、増磁、減磁に都合の良いロータ回転位置θrへ位置決めし、増磁、減磁に必要な大きさの電流を、必要最小限の時間以上に通電することにより実現できる。また、高速回転で運転するとき、磁石の磁束密度を低下できるように減磁する場合は、高速回転に入る前の回転中に、該当する永久磁石が減磁できる回転位置へ来たときに減磁電流を通電することにより減磁することができる。増磁についても同様であり、高速回転から低速回転にさしかかる時に、同様の方法で増磁電流により増磁することができる。
For example, the motor control device can perform demagnetization and magnetization in FIG. 2, and then the rotation control of the motor can also be performed by this control device. If the demagnetization current is insufficient, the current capacities of the three power transistors 564, 565, and 566 may be increased. In addition, since the current required for magnetizing and demagnetizing is an instantaneous current, it is also possible to add another power element such as a magnetic contactor and thyristor to configure and add a functional unit dedicated to magnetizing and demagnetizing. It is. It will be arranged in parallel with the motor control inverter. In any case, the magnet magnetizing and demagnetizing method of the motor of the present invention is specifically determined by positioning at the rotor rotation position θr convenient for magnetizing and demagnetizing, and the size necessary for magnetizing and demagnetizing. This current can be realized by energizing at least the necessary minimum time. Also, when operating at high speed rotation, when demagnetizing so that the magnetic flux density of the magnet can be reduced, it is reduced when the corresponding permanent magnet comes to a rotational position where it can be demagnetized during rotation before entering high speed rotation. It can be demagnetized by applying a magnetic current. The same applies to the magnetization. When the rotation starts from the high speed rotation to the low speed rotation, the magnetization can be increased by the magnetizing current in the same manner.

次に、本発明モータの駆動方法の例について説明する。先に説明したように、図9、図10に示したようなモータの場合、図11に示すように各ロータ回転位置θrにおける各相電流を通電してモータを回転駆動することができる。各ステータ磁極が、順次、ロータ磁極を吸引して回転トルクを発生する。この時、ステータ磁極の円周方向の前後のスロットへ巻線した各巻線へ通電する電流方向が逆向きとなっていて、円周方向に隣接するステーテータ磁極の磁性はN極とS極とが交互になっている。従って、ロータの回転方向へ、ロータの回転に伴って、円周方向に隣接するステータ磁極を、励磁する磁束の方向を順次逆転しながら、順次励磁してロータ磁極を継続的に吸引し、継続的に回転トルクを発生して駆動する制御方法である。なお、この時、ロータ磁極の磁束は、回転と共に、磁束の方向が逆転する構成である。この時の各相の電流Ia、Ib、Icと各ステータ磁極が発生するトルクTa、Tb、Tcは図12のようになる。   Next, an example of a method for driving the motor of the present invention will be described. As described above, in the case of the motors as shown in FIGS. 9 and 10, the motors can be driven to rotate by energizing each phase current at each rotor rotational position θr as shown in FIG. Each stator magnetic pole sequentially attracts the rotor magnetic poles to generate rotational torque. At this time, the direction of the current applied to each of the windings wound around the circumferential slots of the stator magnetic pole is reversed, and the magnetism of the stator magnetic pole adjacent in the circumferential direction is N pole and S pole. Alternating. Therefore, as the rotor rotates, the stator magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction are sequentially excited while continuously reversing the direction of the magnetic flux to be excited, and the rotor magnetic poles are continuously attracted. This is a control method in which rotational torque is generated and driven. At this time, the magnetic flux of the rotor magnetic pole is configured to reverse the direction of the magnetic flux as it rotates. The currents Ia, Ib, Ic of each phase and the torques Ta, Tb, Tc generated by the stator magnetic poles at this time are as shown in FIG.

本発明モータのこのような駆動方法は、ロータに同期して順次円周方向のスロットの巻線へ電流を通電する方法は、通常の同期電動機と類似する駆動法である。ただし、本発明では各相電流が片方向電流である。   In such a driving method of the motor of the present invention, the method of passing current to the windings of the slots in the circumferential direction in synchronization with the rotor is a driving method similar to that of a normal synchronous motor. However, in the present invention, each phase current is a unidirectional current.

図12に示すような電流およびトルクの制御は、図107に示し、説明する制御装置により実現することができる。そして、図12の電流、トルクに関わるデータはDATAにその情報を格納しておくことにより実現する。   The control of current and torque as shown in FIG. 12 can be realized by the control device shown and described in FIG. And the data regarding the electric current and torque of FIG. 12 is implement | achieved by storing the information in DATA.

本発明モータの前記の電流制御、トルク制御を実現する具体的な速度制御装置の例を図107に示す。591が本発明モータで、図1、図9、図54などの3相のモータを表している。このような3相のモータの制御の例を示す。本発明モータが片方向電流Ia、Ib、Icを通電して制御するシーケンス的で不連続な制御な面をもち、磁気的に非線形な領域を利用して駆動するモータであるため、従来の制御装置とは異なる点がある。592はA相巻線、593はB相巻線、594はC相巻線である。595はロータの回転位置θrを検出する位置検出器である。596は位置検出器595のインターフェイスでロータ回転位置θrおよびロータの回転速度ωrを出力する。599は速度指令信号で、加算器59Aによりロータ回転速度ωrとの差である速度誤差59Bを求め、補償器59Cへ出力する。補償器59Cは、比例計算、積分計算、微分計算等を行い、それらの加算値をトルク指令信号TCとして電流電圧演算器59Gへ出力する。   FIG. 107 shows an example of a specific speed control device that realizes the current control and torque control of the motor of the present invention. Reference numeral 591 denotes a motor according to the present invention, which represents a three-phase motor shown in FIG. 1, FIG. 9, FIG. An example of control of such a three-phase motor will be shown. Since the motor of the present invention is a motor that has a sequential and discontinuous control surface that is controlled by energizing the unidirectional currents Ia, Ib, and Ic, and is driven using a magnetically nonlinear region, the conventional control is performed. There are differences from the device. Reference numeral 592 denotes an A-phase winding, 593 denotes a B-phase winding, and 594 denotes a C-phase winding. Reference numeral 595 denotes a position detector that detects the rotational position θr of the rotor. Reference numeral 596 denotes an interface of the position detector 595 that outputs the rotor rotational position θr and the rotational speed ωr of the rotor. Reference numeral 599 denotes a speed command signal, and a speed error 59B, which is a difference from the rotor rotational speed ωr, is obtained by the adder 59A and is output to the compensator 59C. The compensator 59C performs proportional calculation, integral calculation, differential calculation, and the like, and outputs the added value as a torque command signal TC to the current-voltage calculator 59G.

電流電圧演算器59Gは、トルク指令TCを入力とし、ロータ回転位置θrとロータ回転速度ωrを入力し、後に述べるデータベースDATAを使用して、A相、B相、C相の電流指令Ica、Icb、Iccと3相の電圧指令Vfa、Vfb、Vfcとを求め、出力する。   The current-voltage calculator 59G receives the torque command TC, inputs the rotor rotational position θr and the rotor rotational speed ωr, and uses the database DATA described later, to use the A-phase, B-phase, and C-phase current commands Ica, Icb. , Icc and three-phase voltage commands Vfa, Vfb, Vfc are obtained and output.

A相電流指令IcaはA相電流検出値Isaと加算器で差分を計算し、補償器J31で補償計算を行い電圧指令Veaとし、A相の電圧予測指令値Vfaと加算してA相の電圧指令値Vcaを電圧幅変調増幅器PWMへ出力する。B相電流指令IcbはB相電流検出値Isbと加算器で差分を計算し、補償器J32で補償計算を行い電圧指令Vebとし、B相の電圧予測指令値Vfbと加算してB相の電圧指令値Vcbを電圧幅変調増幅器PWMへ出力する。C相電流指令IccはC相電流検出値Iscと加算器で差分を計算し、補償器J33で補償計算を行い電圧指令Vecとし、C相の電圧予測指令値Vfcと加算してC相の電圧指令値Vccを電圧幅変調増幅器PWMへ出力する。   The A-phase current command Ica calculates the difference from the A-phase current detection value Isa with an adder, the compensation calculation is performed by the compensator J31, and the voltage command Vea is added to the A-phase voltage prediction command value Vfa to add the A-phase voltage. Command value Vca is output to voltage width modulation amplifier PWM. The B phase current command Icb is calculated by the adder to calculate the difference from the B phase current detection value Isb, the compensation calculation is performed by the compensator J32 to be the voltage command Veb, and the B phase voltage prediction command value Vfb is added to the B phase voltage. Command value Vcb is output to voltage width modulation amplifier PWM. The C phase current command Icc calculates the difference with the C phase current detection value Isc by the adder, the compensation calculation by the compensator J33 is performed as the voltage command Vec, and is added to the C phase voltage prediction command value Vfc to obtain the C phase voltage. Command value Vcc is output to voltage width modulation amplifier PWM.

パルス電圧幅変調増幅器PWMの機能は、入力の電圧指令値Vca、Vcb、Vccに比例して電圧時間幅を制御してパルス幅変調し入力の電圧指令値に比例した平均電圧を電力増幅して出力するもので、いわゆるPWM変調器と図2あるいは図3のようなパワートランジスタで電力増幅する機能とを合わせた機能である。3相電圧の入力Vca、Vcb、Vccに応じて3相電圧と電流とをモータの各相の巻線へ供給する。なお、パワートランジスタのスイッチング損失を減らすため、あるいは、応答を良くするため種々の変調増幅器があり、特に増幅方法を限定するものではない。   The function of the pulse voltage width modulation amplifier PWM is to control the voltage time width in proportion to the input voltage command values Vca, Vcb, Vcc, and to perform pulse width modulation to amplify the average voltage proportional to the input voltage command value. This is a function that combines a so-called PWM modulator and a function of power amplification by a power transistor as shown in FIG. The three-phase voltage and current are supplied to the windings of each phase of the motor in accordance with the three-phase voltage inputs Vca, Vcb, and Vcc. There are various modulation amplifiers for reducing the switching loss of the power transistor or improving the response, and the amplification method is not particularly limited.

各相のモータ電流は電流検出器で検出し、検出電流Isa、Isb、Iscを得、前記A相、B相、C相の電流指令Ica、Icb、Iccと加算器でその差分が得られ、それぞれ、A相の補償器J31、B相の補償器J32、C相の補償器J33で各相の電流誤差を補正する電圧成分を計算する。   The motor current of each phase is detected by a current detector to obtain detected currents Isa, Isb, Isc, and the difference is obtained by the current commands Ica, Icb, Icc and the adders of the A phase, B phase, C phase, The A phase compensator J31, the B phase compensator J32, and the C phase compensator J33 respectively calculate voltage components for correcting the current error of each phase.

そして、A相巻線に印加されるべき電圧Vacは、補償器J31の出力電圧と電圧指令Vfaとを加算して電圧幅変調増幅器PWMへ与え、電力増幅してA相巻線へ電流、電圧を与える。B相巻線に印加されるべき電圧Vcbは、補償器J31の出力電圧と電圧指令Vfbとを加算して電圧幅変調増幅器PWMへ与え、電力増幅してB相巻線へ電流、電圧を与える。C相巻線に印加されるべき電圧Vacは、補償器J31の出力電圧と電圧指令Vfcとを加算して電圧幅変調増幅器PWMへ与え、電力増幅してC相巻線へ電流、電圧を与える。この結果、各巻線の電流値指令値Ica、Icb、Iccとその電流を通電するために必要な電圧値Vfa、Vfb、Vfcとを与えることができれば、正確で高応答な電流と電圧の制御が可能となる。   The voltage Vac to be applied to the A-phase winding is obtained by adding the output voltage of the compensator J31 and the voltage command Vfa to the voltage width modulation amplifier PWM, amplifying the power, and supplying the current and voltage to the A-phase winding. give. The voltage Vcb to be applied to the B-phase winding is obtained by adding the output voltage of the compensator J31 and the voltage command Vfb to the voltage-width modulation amplifier PWM and amplifying the power to supply current and voltage to the B-phase winding. . The voltage Vac to be applied to the C-phase winding is obtained by adding the output voltage of the compensator J31 and the voltage command Vfc to the voltage width modulation amplifier PWM, amplifying the power, and supplying current and voltage to the C-phase winding. . As a result, if the current value command values Ica, Icb, Icc of each winding and the voltage values Vfa, Vfb, Vfc necessary to energize the currents can be given, accurate and highly responsive current and voltage control can be achieved. It becomes possible.

前記データベースDATAの内容には、トルク指令TC、ロータ回転位置θr、ロータ回転速度ωrが与えられた時に、A相、B相、C相の電流指令Ica、Icb、Iccを計算して求めるためのデータを格納している。また、この時、3相の電圧指令Vfa、Vfb、Vfcも計算して得られることが好ましい。そのデータベースDATAの内容は数式であっても数値であっても良い。入力の全組み合わせに対する出力情報が記録されていても良い。但しその場合はデータ量が多くなり、コスト的な問題とがある。   The contents of the database DATA are for calculating and obtaining A-phase, B-phase, and C-phase current commands Ica, Icb, and Icc when a torque command TC, a rotor rotational position θr, and a rotor rotational speed ωr are given. Stores data. At this time, it is preferable that the three-phase voltage commands Vfa, Vfb, and Vfc are also obtained by calculation. The contents of the database DATA may be mathematical expressions or numerical values. Output information for all combinations of inputs may be recorded. In this case, however, the amount of data increases and there is a problem of cost.

次に、本発明モータを制御するための前記データベースDATAを、事前に求める具体的な例について説明する。例えば、図4の(a)に示すモータで具体的な形状のモータについて、A相、C相の電流値Ia=Ic=Ix、Ib=0、回転位置θr=30°とし、非線形有限要素法で磁場解析を行い、各相巻線に鎖交する鎖交磁束φxを求める。同時にトルクTxも求められる。この条件では、A相巻線、C相巻線に鎖交する磁束は等しく、B相巻線に鎖交する磁束はほぼ零である。このように、図109の表に示すように、モータ運転で使用する全ての条件の磁束鎖交数ΨとトルクTを求める。行は、電流条件で、例えばInは、3相電流Ia、Ib、Icのある組み合わせを意味している。列はロータ回転位置θrで、θmはそのある値を示している。Ψmnは、A相巻線、B相巻線、C相巻線の磁束鎖交数Ψmna、Ψmnb、ΨmncとトルクTmnを表している。磁束鎖交数Ψ=Nw×φは巻線の巻回数Nwと鎖交磁束φとの積なので、各相の鎖交磁束φmna、φmnb、φmncで表現しても良い。   Next, a specific example in which the database DATA for controlling the motor of the present invention is obtained in advance will be described. For example, for the motor shown in FIG. 4A having a specific shape, the current values Ia = Ic = Ix, Ib = 0, and the rotational position θr = 30 ° of the A-phase and C-phase, and the nonlinear finite element method The magnetic field analysis is performed to obtain the interlinkage magnetic flux φx interlinked with each phase winding. At the same time, the torque Tx is also obtained. Under this condition, the magnetic fluxes linked to the A-phase winding and the C-phase winding are equal, and the magnetic fluxes linked to the B-phase winding are almost zero. In this way, as shown in the table of FIG. 109, the flux linkage number Ψ and torque T under all conditions used in motor operation are obtained. Rows indicate current conditions. For example, In means a certain combination of three-phase currents Ia, Ib, and Ic. The column indicates the rotor rotational position θr, and θm indicates a certain value. Ψmn represents the number of flux linkages Ψmna, Ψmnb, Ψmnc and torque Tmn of the A-phase winding, B-phase winding, and C-phase winding. Since the flux linkage number Ψ = Nw × φ is the product of the number of winding turns Nw and the linkage flux φ, it may be expressed by the linkage flux φmna, φmnb, φmnc of each phase.

ここで、3相電流Ia、Ib、Icの組み合わせ条件は、それぞれ10個の離散的な代表値を決めると、その全ての組み合わせは1000通りできる。しかし、通常運転で使用しない組み合わせの電流値の組み合わせは省略することができる。ロータ回転位置θrについては0°から360°まであるが、3相の磁気回路と巻線が対称的なことから同じデータが繰り返すことになり、1/2あるいは1/3あるいは1/6に省略することができる。このようにして、モータモデルを非線形有限要素法で磁場解析して、図109の表の全データを求める。   Here, as for the combination conditions of the three-phase currents Ia, Ib, and Ic, if 10 discrete representative values are determined for each, 1000 combinations can be made. However, combinations of current values that are not used in normal operation can be omitted. The rotor rotational position θr ranges from 0 ° to 360 °, but the same data is repeated because the three-phase magnetic circuit and the winding are symmetrical, and is omitted to 1/2, 1/3, or 1/6. can do. In this way, the motor model is subjected to magnetic field analysis by the nonlinear finite element method, and all the data in the table of FIG. 109 is obtained.

なお、図109のデータを使用して実際のモータの使用条件における各巻線の鎖交磁束などを求める方法は、保存するデータはとびとびの離散的なサンプル値なので、求める条件の近傍のデータ値から内挿計算して求める。求める条件の近傍のデータ値から比例計算すれば、ほとんどの場合、十分の精度が得られる。さらに具体的には、図109の表のデータには、計算しようとする変数の組み合わせIa、Ib、Ic、θrの値と同じ値の時の鎖交磁束のデータなどは保存されていないので、最も近い変数の組み合わせの行列Ψmnのデータとその行列Ψmnの上下左右のデータから内挿計算して、任意のモータ動作点の条件に相当する磁束鎖交数Ψmna、Ψmnb、ΨmncとトルクTmnの近似値を得ることができる。   The method of obtaining the interlinkage magnetic flux of each winding under the actual motor use conditions using the data of FIG. 109 is based on data values in the vicinity of the obtained condition since the data to be stored is discrete sample values. Find by interpolation calculation. In most cases, sufficient accuracy can be obtained by proportionally calculating from data values in the vicinity of the desired condition. More specifically, the data in the table of FIG. 109 does not store the flux linkage data or the like when the variable combination Ia, Ib, Ic, θr to be calculated has the same value. Approximation of magnetic flux linkage number Ψmna, Ψmnb, Ψmnc and torque Tmn corresponding to the condition of an arbitrary motor operating point by interpolating from the data of matrix Ψmn of the closest combination of variables and the upper, lower, left and right data of the matrix Ψmn A value can be obtained.

次に、データベースの変換について説明する。図109の表データには、モータの全ての運転条件の近傍における磁束鎖交数とトルクのデータが、離散的に確保できているとして、図109の表から前記電流電圧演算器59Gで求めようとした任意の回転位置θr、トルク指令値TCの条件での各相電流指令値Ica、Icb、Iccと各相電圧指令値Vfa、Vfb、Vfcが、原理的には求められることになる。しかし、モータを運転するときにリアルタイムでそれらのデータを探し出し、計算することは難しい。この問題を解決するため、前記電流電圧演算器59Gが必要とするデータが簡単に得られるようにデータベースを変換しておくと、モータ制御時に簡単な計算で必要な値を求めることができる。   Next, database conversion will be described. In the table data of FIG. 109, assuming that the flux linkage number and torque data in the vicinity of all the operating conditions of the motor are discretely secured, the current voltage calculator 59G will be obtained from the table of FIG. In principle, the phase current command values Ica, Icb, Icc and the phase voltage command values Vfa, Vfb, Vfc under the conditions of the arbitrary rotational position θr and the torque command value TC are obtained. However, it is difficult to find and calculate such data in real time when operating the motor. In order to solve this problem, if the database is converted so that the data required by the current-voltage calculator 59G can be easily obtained, a necessary value can be obtained by a simple calculation during motor control.

その1例は、図109の表を図110の表に、図107の制御を行う前に、事前に、変換するもである。図110の表の行はトルク指令値TCの条件で、列はロータ回転位置θrの条件である。図110の表の各ますには、該当するトルク指令値TCとロータ回転位置θrにおける各相電流値と各相電圧値を計算するためのデータを格納する。この図110の表であれば、前記電流電圧演算器59Gの入力であるトルク指令値TCと回転位置θrから求める該当するますのデータPmnを探し出し、その上下左右のデータから内挿計算することにより、各相電流指令値Ica、Icb、Iccと各相電圧指令値Vfa、Vfb、Vfcの近似値を求めることができる。   In one example, the table in FIG. 109 is converted into the table in FIG. 110 before the control in FIG. 107 is performed. The rows in the table of FIG. 110 are the conditions for the torque command value TC, and the columns are the conditions for the rotor rotational position θr. Each table in the table of FIG. 110 stores data for calculating the corresponding torque command value TC, each phase current value and each phase voltage value at the rotor rotational position θr. In the table of FIG. 110, by searching for the corresponding straight data Pmn obtained from the torque command value TC and the rotational position θr which are the inputs of the current-voltage calculator 59G, and interpolating from the upper, lower, left and right data, Thus, approximate values of the phase current command values Ica, Icb, Icc and the phase voltage command values Vfa, Vfb, Vfc can be obtained.

なお、図110のデータPmnには、種々の形態でデータを作ることができる。各相電流指令値Ica、Icb、Iccの情報は、その回転位置θmでトルクTnが得られる各相電流である。また、各相電圧指令値Vfa、Vfb、Vfcを計算するためには(4)式より回転数ωrの情報が必要である。一つの方法は、(4)式より、磁束鎖交数Ψの回転変化率(dΨ/dθr)の値を格納しておく方法である。その場合、(4)式に従い、前後左右の行列の磁束鎖交数の回転変化率から近似計算し、回転数ωrを乗ずることにより各相の電圧指令値Vfa、Vfb、Vfcを求めることができる。なお、磁束鎖交数Ψは鎖交磁束φと巻回数Nwの積、Ψ=Nw×φなので、鎖交磁束φの回転変化率データ(dφ/dθr)でも良い。   The data Pmn in FIG. 110 can be generated in various forms. The information on each phase current command value Ica, Icb, Icc is each phase current at which the torque Tn is obtained at the rotational position θm. Further, in order to calculate each phase voltage command value Vfa, Vfb, Vfc, information on the rotational speed ωr is required from the equation (4). One method is a method of storing the value of the rotational change rate (dΨ / dθr) of the flux linkage number Ψ from the equation (4). In that case, the voltage command values Vfa, Vfb, and Vfc of each phase can be obtained by performing approximate calculation from the rotational change rate of the magnetic flux linkage in the front, rear, left, and right matrices according to the equation (4) and multiplying by the rotational speed ωr. . Note that the flux linkage number ψ is the product of the linkage flux φ and the number of turns Nw, and ψ = Nw × φ, and therefore the rotation change rate data (dφ / dθr) of the linkage flux φ may be used.

なお、前記(dΨ/dθr)のデータが図107のデータに格納していない場合にも、図110の該当する行列のデータの前後左右の磁束鎖交数データから鎖交磁束の回転変化率を都度計算することも可能である。また、他の方法は、図110の各データ欄のそれぞれに、各回転数における各相電圧指令値を直接値として格納しておき、そのモータ回転数の各相電圧指令値Vfa、Vfb、Vfcを内挿計算して得る方法である。このように、図110のデータ形式だけでなく、種々のデータテーブルの作り方が可能である。   Even when the data of (dΨ / dθr) is not stored in the data of FIG. 107, the rotational change rate of the linkage flux is calculated from the flux linkage number data before and after the corresponding matrix data of FIG. It is also possible to calculate each time. In another method, each phase voltage command value at each rotation speed is stored as a direct value in each data column in FIG. 110, and each phase voltage command value Vfa, Vfb, Vfc at that motor rotation speed is stored. Is obtained by interpolation calculation. In this way, not only the data format of FIG. 110 but also various data tables can be created.

図110の表データが図107のDATAの一例である。この表データを使用して、トルク指令値TC、回転位置θr、回転速度dθr/dt=ωrに応じた各相電流指令値Ica、Icb、Iccと各相電圧指令値Vfa、Vfb、Vfcの近似値を求めることができる。   The table data in FIG. 110 is an example of the DATA in FIG. Using this table data, approximation of each phase current command value Ica, Icb, Icc and each phase voltage command value Vfa, Vfb, Vfc according to torque command value TC, rotation position θr, rotation speed dθr / dt = ωr The value can be determined.

なお、磁場解析の非線形有限要素法で求めるトルクTxは、(10)式あるいは(15)式と良く合うので、磁束鎖交数Ψから計算しても良い。本発明の方法で電流、電圧を求める場合、モータの軟磁性体が磁気飽和の非線形領域でも誤差は小さく、モータ内に永久磁石が含まれていても永久磁石を意識することなく扱うことができる。これは、扱う物理量が、電圧、電流、磁束、回転数の基本的物理量だけで計算しているために、誤差要素が少ないことによる。   Note that the torque Tx obtained by the nonlinear finite element method of magnetic field analysis matches well with the equation (10) or (15), and may be calculated from the flux linkage number ψ. When the current and voltage are obtained by the method of the present invention, the error is small even if the motor soft magnetic material is in a magnetic saturation nonlinear region, and even if a permanent magnet is included in the motor, it can be handled without being aware of the permanent magnet. . This is because the physical quantity to be handled is calculated only with the basic physical quantities of voltage, current, magnetic flux, and rotation speed, and therefore there are few error elements.

古くから、誘導電動機、変圧器などはインダクタンスLで表現されてきた。実際これらの古くからの機器は1.6T近傍の磁気的に線形な領域で使用されてきた。電流と磁束の比例係数としてのインダクタンスLの値が一定値として扱われても問題が少なかった。しかし、近年の機器はインバータにより可変周波数制御がなされ、小型化、低コスト化要求により、連続定格トルクでは磁気的飽和の近傍の磁気的に非線形な領域で使用することが多くなっている。そして、多くのモータメーカは非線形有限要素法でモータ特性を求め、性能追求することが常識化している。磁気的に非線形な領域を使用するモータの場合、電流と磁束との比例定数であるインダクタンスLの値が大きく変化する領域で使用していて、モータの電圧方程式などで矛盾が生じている。そして、インダクタンスLが条件により変化する値であるとして、つじつまを合わせている。   For a long time, induction motors, transformers and the like have been expressed by inductance L. In fact, these old instruments have been used in a magnetically linear region near 1.6T. Even if the value of the inductance L as a proportional coefficient of current and magnetic flux is treated as a constant value, there are few problems. However, in recent years, variable frequency control is performed by an inverter, and due to demands for downsizing and cost reduction, devices are frequently used in a magnetically non-linear region near magnetic saturation at continuous rated torque. And it is common sense that many motor manufacturers seek motor characteristics by nonlinear finite element method and pursue performance. In the case of a motor that uses a magnetically non-linear region, it is used in a region where the value of inductance L, which is a proportional constant between current and magnetic flux, changes greatly, and there is a contradiction in the voltage equation of the motor. Then, it is assumed that the inductance L is a value that changes depending on conditions.

単純な場合には、モータの巻線の電圧Vと電流Iと巻回数Nwと磁束φとは次式(28)及び(29)の関係である。   In a simple case, the voltage V of the motor winding, the current I, the number of turns Nw, and the magnetic flux φ are represented by the following equations (28) and (29).

V=L×(dI/dt)=Nw×(dφ/dt) (28)
L×I=Nw×φ=Ψ (29)
また、モータはモデル的表現として図108のように表現できる。モータの入力は電圧Vと電流Iで、モータ内部は電圧Vと電流Iと磁束鎖交数Ψと回転速度ωrであり、モータ出力はトルクTと回転速度ωrである。ここで、(29)式の様に電流Iと磁束鎖交数Ψとの係数としてのインダクタンスLがあるが、非線形であれば比例定数としての意味はほとんど無い。
V = L × (dI / dt) = Nw × (dφ / dt) (28)
L × I = Nw × φ = Ψ (29)
The motor can be expressed as a model expression as shown in FIG. The input of the motor is a voltage V and a current I, the inside of the motor is a voltage V, a current I, a flux linkage number ψ, and a rotational speed ωr, and the motor output is a torque T and a rotational speed ωr. Here, there is an inductance L as a coefficient between the current I and the flux linkage number ψ as in the equation (29), but if it is non-linear, there is almost no meaning as a proportional constant.

そして、図109に示したようなデータが非線形有限要素法で比較的容易に得られ、図110の表データに変換できるので、本発明の制御方法により、モータ開発からモータ制御までの一貫した開発が可能である。また、磁束鎖交数を用いた本発明の制御方法の妥当性については、電気学会論文誌D、産業応用部門誌、IEEJ Trans. IA,Vol.127,No.2,2007,158ページから166ページに「シンクロナスリラクタンスモータの磁束鎖交数を用いたインダクタンス算定法とモデル化の提案」と題し、発明者らが報告している。従来の同期モータの例ではあるが、磁気飽和領域の非線形な領域においても磁束鎖交数から正確なトルクが算出可能であること、永久磁石をロータ内に内蔵したモータにおいても永久磁石を意識することなく磁束鎖交数を用いて正確なトルクが算出可能であること、磁束鎖交数から各巻線の電圧が算出できること等を示している。   The data as shown in FIG. 109 can be obtained relatively easily by the nonlinear finite element method, and can be converted into the table data of FIG. 110. Thus, the control method of the present invention enables consistent development from motor development to motor control. Is possible. The validity of the control method of the present invention using the number of magnetic flux linkages is described in IEEJ Transactions D, Journal of Industrial Applications, IEEE Trans. IA, Vol. 127, no. On pages 2,2007 and 158 to page 166, the inventors have reported, "Proposal of inductance calculation method and modeling using the number of flux linkages of a synchronous reluctance motor". Although it is an example of a conventional synchronous motor, accurate torque can be calculated from the number of magnetic flux linkages even in a non-linear region of the magnetic saturation region, and even a motor with a permanent magnet built in the rotor is aware of the permanent magnet. This shows that an accurate torque can be calculated using the number of magnetic flux linkages, and that the voltage of each winding can be calculated from the number of magnetic flux linkages.

次に、本発明モータを振動、騒音を小さく制御する方法について説明する。図103に示すモータは、図9に示したモータに比較して、ロータJ61のロータ磁極の円周方向幅Hmを75°に大きくしたモータである。ステータ磁極の円周方向幅Htは40°で、スロット開口部の円周方向幅Hsは20°である。今、ロータにCCWのトルクを発生し、CCWへ回転し、図103の(a)、(b)、(c)、(d)の順に回転する時の各電流Ia、Ib、IcとトルクTとステータ側とロータ側との間に作用するラジアル方向吸引力FSRとの関係について説明する。解り易いように、2極のモータモデルで図解している。   Next, a method for controlling the motor of the present invention to reduce vibration and noise will be described. The motor shown in FIG. 103 is a motor in which the circumferential width Hm of the rotor magnetic pole of the rotor J61 is increased to 75 ° as compared with the motor shown in FIG. The circumferential width Ht of the stator magnetic pole is 40 °, and the circumferential width Hs of the slot opening is 20 °. Now, CCW torque is generated in the rotor, rotated to CCW, and each current Ia, Ib, Ic and torque T when rotating in the order of (a), (b), (c), (d) in FIG. And the radial attractive force FSR acting between the stator side and the rotor side will be described. For ease of understanding, a two-pole motor model is illustrated.

図103の(a)のロータ回転位置θr=30°の状態では、A相巻線131、134へA相電流Iaを通電し、同時に、C相巻線135、132へC相電流Icを通電し、破線で示す磁束J62を励磁し、CCWのトルクTaを発生している。この時、ステータ磁極117および11Aとロータとの間にはラジアル方向吸引力FSRが働いている。ステータ磁極11Cおよび119の方向へは、電流IaとIcとの起磁力が相殺しているので、磁束は発生しない。図103に示す各ロータ回転位置θrの各相の電流と発生するトルクを図104に示す。   In the state of the rotor rotational position θr = 30 ° in FIG. 103 (a), the A phase current Ia is supplied to the A phase windings 131 and 134, and at the same time, the C phase current Ic is supplied to the C phase windings 135 and 132. Then, the magnetic flux J62 indicated by the broken line is excited to generate the CCW torque Ta. At this time, a radial attractive force FSR acts between the stator magnetic poles 117 and 11A and the rotor. In the direction of the stator magnetic poles 11C and 119, since the magnetomotive forces of the currents Ia and Ic cancel each other, no magnetic flux is generated. FIG. 104 shows the current of each phase at each rotor rotational position θr shown in FIG. 103 and the generated torque.

図103の(b)のロータ回転位置θr=55°まで回転すると、C相電流Ic2を通電し、同時にB相巻線133、136へB相電流Ib2を通電して磁束J62を励磁し、CCWのトルクTaを発生する。この時、磁束J62を励磁する前記電流IaとIcの成分を零とすると、磁束J62が急激に変化し、ラジアル方向吸引力FSRが急激に減少し、ステータとロータに振動を発生させることになる。   When rotating to the rotor rotational position θr = 55 ° in FIG. 103 (b), the C-phase current Ic2 is energized, and at the same time, the B-phase current Ib2 is energized to the B-phase windings 133 and 136 to excite the magnetic flux J62. Torque Ta is generated. At this time, if the components of the currents Ia and Ic that excite the magnetic flux J62 are zero, the magnetic flux J62 changes abruptly, the radial attractive force FSR decreases rapidly, and vibrations are generated in the stator and the rotor. .

この対策として、図103の(b)のロータ回転位置θr=55°では、ステータ磁極117、11Aがほとんどロータの凸部に対向しているので、磁束J62はCCWあるいはCWトルクのトルクを発生しない。磁束J62がトルクを発生しない回転領域は図103の(c)、(d)のロータ回転位置まで続く。このことを利用して、ラジアル方向吸引力FSRが急激に減少しない程度の磁束J62を維持するA相電流Ia1とC相電流Ic1を通電する。結局、各相電流は、次式(30)〜(32)となる。   As a countermeasure, at the rotor rotational position θr = 55 ° in FIG. 103 (b), the stator magnetic poles 117 and 11A are almost opposed to the convex portions of the rotor, so that the magnetic flux J62 does not generate CCW or CW torque. . The rotation region where the magnetic flux J62 does not generate torque continues to the rotor rotation position shown in FIGS. 103 (c) and 103 (d). Utilizing this, the A-phase current Ia1 and the C-phase current Ic1 that maintain the magnetic flux J62 to such an extent that the radial attractive force FSR does not rapidly decrease are supplied. After all, each phase current is expressed by the following equations (30) to (32).

Ia=Ia1 (30)
Ib=Ib2 (31)
Ic=Ic1+Ic2 (32)
とすることにより、図103の磁束J63と磁束J62の両方を励磁する。この時、磁束J63によるトルクの発生と磁束J62の最低量の維持とを両立させたことになる。なお、この時、ステータ磁極11Cと119の方向への磁束は零である。これは、その方向の励磁電流が、次式(33)となる。
Ia = Ia1 (30)
Ib = Ib2 (31)
Ic = Ic1 + Ic2 (32)
Thus, both the magnetic flux J63 and the magnetic flux J62 in FIG. 103 are excited. At this time, the generation of torque by the magnetic flux J63 and the maintenance of the minimum amount of the magnetic flux J62 are compatible. At this time, the magnetic flux in the direction of the stator magnetic poles 11C and 119 is zero. This is because the excitation current in that direction is expressed by the following equation (33).

Ia+Ib−Ic=Ia1+Ib2−(Ic1+Ic2) (33)
=0
これは、Ia1とIc1が等しく、Ib2とIc2が等しいとしているので、零となるためである。
Ia + Ib-Ic = Ia1 + Ib2- (Ic1 + Ic2) (33)
= 0
This is because Ia1 and Ic1 are equal, and Ib2 and Ic2 are equal.

図103の(c)のロータ回転位置θr=70°では、図103の(b)の状態と同じ条件であり、ラジアル方向吸引力FSRが急激に減少しない程度に磁束J62を減少させ、その後さらに磁束J62を励磁する前記電流成分Ia1とIc1とを徐々に減少させる。この時、トルクを発生する電流Ic2とIb2の成分は、トルクTcの発生に必要な電流値を通電する。   At the rotor rotational position θr = 70 ° in FIG. 103 (c), the condition is the same as in the state of FIG. 103 (b), and the magnetic flux J62 is decreased to such an extent that the radial attractive force FSR does not decrease rapidly. The current components Ia1 and Ic1 that excite the magnetic flux J62 are gradually reduced. At this time, the components of the currents Ic2 and Ib2 that generate torque energize the current value necessary for generating the torque Tc.

図103の(d)のロータ回転位置θr=90°では、磁束J62がCWのトルクを発生し始めるので、前記電流成分Ia1とIc1とを零とする。そして、トルクを発生する電流Ic2とIb2の成分は、トルクTcの発生に必要な電流値を通電する。   At the rotor rotational position θr = 90 ° in FIG. 103 (d), the magnetic flux J62 begins to generate CW torque, so that the current components Ia1 and Ic1 are set to zero. The components of currents Ic2 and Ib2 that generate torque energize a current value necessary for generating torque Tc.

なお、図103の(d)の状態で、CCWのトルクが所望トルクT3となっていればよいのであるから、前記電流成分Ia1とIc1とが零ではなく多少のCWトルクT4を発生し、一方、CCWトルクを発生する電流Ic2とIb2の成分がCWトルクを補う様にCCWのトルクをT3からへ増加したトルクT5として、T5=T3+T4であっても良い。   In the state of FIG. 103 (d), it is only necessary that the torque of the CCW is the desired torque T3. Therefore, the current components Ia1 and Ic1 are not zero but generate some CW torque T4, T5 = T3 + T4 may be used as the torque T5 obtained by increasing the CCW torque from T3 so that the components of the currents Ic2 and Ib2 that generate the CCW torque supplement the CW torque.

また、図103の(b)から(c)、(d)の間の各3相の電流Ia、Ib、Icは、必ずしも(30)、(31)、(32)式の値である必要はなく、基本的な考え方を示すものである。従って、所望トルクT3が得られ、ラジアル方向吸引力が急激に変動しない程度であればよいので、多少異なる値でも良い。   Further, the currents Ia, Ib, and Ic of the three phases between (b) to (c) and (d) of FIG. 103 are not necessarily values of the expressions (30), (31), and (32). It shows the basic idea. Accordingly, the value may be a slightly different value as long as the desired torque T3 is obtained and the radial attractive force does not fluctuate rapidly.

例えば、図103の(b)、(c)のロータ回転位置θrでは、磁束J62をB相電流IbよりC相電流Icを大きくすることにより維持することもできる。すなわち、この方法でもトルク発生とラジアル方向吸引力FSRの急激な変動の抑制を実現できる。そして、この方法の場合、その間でA相電流を零とすることができる。このように、トルク発生とラジアル方向吸引力FSRの急激な変動の抑制とを両立する3相電流の値は、当然制約はあるが、多くの種類の値を取り得る。   For example, at the rotor rotational position θr in FIGS. 103B and 103C, the magnetic flux J62 can be maintained by making the C-phase current Ic larger than the B-phase current Ib. That is, this method can also suppress the generation of torque and the rapid fluctuation of the radial attractive force FSR. In the case of this method, the A-phase current can be made zero in the meantime. As described above, the value of the three-phase current that achieves both the generation of torque and the suppression of the rapid fluctuation of the radial attractive force FSR is naturally limited, but can take many kinds of values.

また、振動、騒音はモータおよび周辺部品との共振周波数に関わって顕在化し、問題となることが多い。従って、ラジアル方向吸引力の増減は時間の関数として制御する必要があり、横軸をロータ回転位置θrとした各電流波形はモータの回転数によって変化する。   In addition, vibration and noise are manifested in relation to the resonance frequency of the motor and peripheral parts, and often cause problems. Therefore, it is necessary to control the increase / decrease in the radial attractive force as a function of time, and each current waveform with the horizontal axis as the rotor rotational position θr varies depending on the rotational speed of the motor.

図103の(d)の状態は、図103の(a)の状態からCCWへ60°回転した位置であり、前記動作を繰り返し、連続的に回転させることができる。そして、ラジアル方向吸引力FSRが急激に変動しないように制御し、振動、騒音を低減することができる。なお、この時、トルク発生の観点では不要な電流も通電することになるので、効率と振動、騒音とのバランスでモータの各相電流を選択することになる。   The state of FIG. 103 (d) is a position rotated by 60 ° from the state of FIG. 103 (a) to the CCW, and the above operation can be repeated and continuously rotated. And it can control so that radial direction attractive force FSR may not fluctuate rapidly, and can reduce vibration and noise. At this time, unnecessary current from the viewpoint of torque generation is also energized, so that each phase current of the motor is selected based on a balance between efficiency, vibration and noise.

なお、図103、図104では、このモータが発生する図104の(G)に示すトルクTmに大きなトルクリップルが発生しているが、図66に示すスキューなどによりトルクリップルを低減することも可能である。   In FIGS. 103 and 104, a large torque ripple is generated in the torque Tm shown in FIG. 104 (G) generated by this motor. However, the torque ripple can be reduced by the skew shown in FIG. It is.

次に、図105に示すモータは、図1に示したモータのロータ磁極の円周方向幅を電気角で30°から45°に大きくしたモータ例である。図103、図104で説明したように、軸方向吸引力FSRの急激な変化を低減する駆動法を図105、図106に示し、説明する。本発明モータの振動、騒音を小さく制御する方法である。今、ロータにCCWのトルクを発生し、CCWへ回転し、図105の(a)、(b)、(c)、(d)の順に回転する時の各電流Ia、Ib、IcとトルクTとステータ側とロータ側との間に作用するラジアル方向吸引力FSRとの関係について説明する。解り易いように、2極のモータモデルで図解している。   Next, the motor shown in FIG. 105 is a motor example in which the circumferential width of the rotor magnetic pole of the motor shown in FIG. 1 is increased from 30 ° to 45 ° in electrical angle. As described with reference to FIGS. 103 and 104, a driving method for reducing a rapid change in the axial suction force FSR will be described with reference to FIGS. 105 and 106. FIG. The present invention is a method for controlling the vibration and noise of the motor to be small. Now, CCW torque is generated in the rotor, rotated to CCW, and each current Ia, Ib, Ic and torque T when rotating in the order of (a), (b), (c), (d) in FIG. And the radial attractive force FSR acting between the stator side and the rotor side will be described. For ease of understanding, a two-pole motor model is illustrated.

図105の(a)のロータ回転位置θr=30°の状態では、A相巻線A0D、A0GへA相電流Iaを通電し、同時に、C相巻線AOH、AOEへC相電流Icを通電し、破線で示す磁束K12を励磁し、CCWのトルクTaを発生している。この時、ステータ磁極A01およびA04とロータとの間にはラジアル方向吸引力FSRが働いている。ステータ磁極A06およびA03の方向へは、電流IaとIcとの起磁力が相殺しているので、磁束は発生しない。図105に示す各ロータ回転位置θrの各相の電流と発生するトルクを図106に示す。   In the state of the rotor rotational position θr = 30 ° in FIG. 105 (a), the A-phase current Ia is supplied to the A-phase windings A0D and A0G, and at the same time, the C-phase current Ic is supplied to the C-phase windings AOH and AOE. The magnetic flux K12 indicated by the broken line is excited to generate a CCW torque Ta. At this time, a radial attractive force FSR is acting between the stator magnetic poles A01 and A04 and the rotor. In the direction of the stator magnetic poles A06 and A03, no magnetic flux is generated because the magnetomotive forces of the currents Ia and Ic cancel each other. FIG. 106 shows the current of each phase at each rotor rotational position θr shown in FIG. 105 and the generated torque.

図105の(b)のロータ回転位置θr=45°まで回転すると、A相電流Ia3を通電し、同時にB相巻線A0F、A0JへB相電流Ib3を通電して磁束K13を励磁し、CCWのトルクTbを発生する。この時、磁束K13を励磁する前記電流IaとIcの成分を零とすると、磁束K13が急激に変化し、ラジアル方向吸引力FSRが急激に減少し、ステータとロータに振動を発生させることになる。   When rotating to the rotor rotational position θr = 45 ° in FIG. 105 (b), the A-phase current Ia3 is energized, and simultaneously the B-phase current Ib3 is energized to the B-phase windings A0F and A0J to excite the magnetic flux K13. Torque Tb is generated. At this time, if the components of the currents Ia and Ic for exciting the magnetic flux K13 are zero, the magnetic flux K13 changes abruptly, the radial attractive force FSR decreases rapidly, and vibrations are generated in the stator and the rotor. .

この対策として、図105の(b)のロータ回転位置θr=45°では、ステータ磁極A01、A04がほとんどロータの凸部に対向しているので、磁束K12はCCWあるいはCWトルクのトルクを発生しない。磁束K12がトルクを発生しない回転領域は図105の(c)のロータ回転位置θr=60°まで続く。このことを利用して、ラジアル方向吸引力FSRが急激に減少しない程度の磁束K12を維持するA相電流Ia4とC相電流Ic4を通電する。結局、各相電流は、次式となる。   As a countermeasure, at the rotor rotational position θr = 45 ° in FIG. 105 (b), the stator magnetic poles A01 and A04 are almost opposed to the rotor projections, so that the magnetic flux K12 does not generate a CCW or CW torque. . The rotation region where the magnetic flux K12 does not generate torque continues until the rotor rotation position θr = 60 ° in FIG. 105 (c). Utilizing this, the A-phase current Ia4 and the C-phase current Ic4 that maintain the magnetic flux K12 to such an extent that the radial attractive force FSR does not rapidly decrease are supplied. After all, each phase current becomes the following formula.

Ia=Ia3+Ia4
Ib=Ib3
Ic=Ic4
とすることにより、図105の磁束K12と磁束K13の両方を励磁する。この時、磁束K13によるトルクの発生と磁束K12の最低量の維持とを両立させたことになる。なお、この時、ステータ磁極A02とA05の方向への磁束は零である。これは、その方向の励磁電流が、次式となる。
Ia = Ia3 + Ia4
Ib = Ib3
Ic = Ic4
Thus, both the magnetic flux K12 and the magnetic flux K13 in FIG. 105 are excited. At this time, the generation of torque by the magnetic flux K13 and the maintenance of the minimum amount of the magnetic flux K12 are compatible. At this time, the magnetic flux in the direction of the stator magnetic poles A02 and A05 is zero. The excitation current in that direction is expressed by the following equation.

Ia−Ib−Ic=Ia3+Ia4−Ib3−Ic4
=0
これは、Ia3とIb3が等しく、Ia4とIc4が等しいとしているので、零となるためである。
Ia-Ib-Ic = Ia3 + Ia4-Ib3-Ic4
= 0
This is because Ia3 and Ib3 are equal, and Ia4 and Ic4 are equal.

図105の(c)のロータ回転位置θr=60°では、前記A相電流Ia4とC相電流Ic4を零にし、磁束K12を零とする。図105の(b)の状態からCCWへ15°回転するまでの間に、前記A相電流Ia4とC相電流Ic4を緩やかに減少させる。この時、トルクを発生する電流Ia3とIb3の電流成分は、トルクTbの発生に必要な電流値を通電する。   At the rotor rotational position θr = 60 ° in FIG. 105 (c), the A-phase current Ia4 and the C-phase current Ic4 are set to zero, and the magnetic flux K12 is set to zero. The A-phase current Ia4 and the C-phase current Ic4 are gradually decreased from the state shown in FIG. 105 (b) until the rotation to CCW by 15 °. At this time, the current components of the currents Ia3 and Ib3 that generate torque energize the current value necessary for generating the torque Tb.

図105の(d)のロータ回転位置θr=75°では、C相電流IcとB相電流Ibを通電し、磁束K11を励磁し、トルクTcを発生する。一方磁束K13がCCWのトルクを発生できない位置であり、磁束K13の励磁電流成分であるIa3とIb3をラジアル方向吸引力FSRが急激に減少しない程度に減少させ、その後、緩やかにさらに減少させ、ロータ回転位置θr=90°までに零とする。   At the rotor rotational position θr = 75 ° in FIG. 105 (d), the C-phase current Ic and the B-phase current Ib are energized, the magnetic flux K11 is excited, and the torque Tc is generated. On the other hand, the magnetic flux K13 is a position where CCW torque cannot be generated, and the exciting current components Ia3 and Ib3 of the magnetic flux K13 are reduced to such an extent that the radial attractive force FSR does not rapidly decrease. Zero until the rotational position θr = 90 °.

図105での以下の回転では、同様に各相の電流Ia、Ib、Icを制御は、同様の動作で連続的な回転を行うことができる。なお、各相電流の大きさについては、トルク電流成分は負荷トルクの大きさに応じて決められ、ラジアル方向吸引力FSRを発生する電流成分についてはトータルのラジアル方向吸引力FSRが急激に変化しないように、また、周辺部品と共振しないように決める必要がある。また、図105、図106で示した駆動法は1例であり、種々の変形が可能である。   In the following rotation in FIG. 105, the currents Ia, Ib, and Ic of the respective phases can be similarly controlled and can be continuously rotated by the same operation. As for the magnitude of each phase current, the torque current component is determined according to the magnitude of the load torque, and the total radial direction attractive force FSR does not change abruptly for the current component that generates the radial direction attractive force FSR. In addition, it is necessary to determine so as not to resonate with peripheral components. Further, the driving method shown in FIGS. 105 and 106 is an example, and various modifications can be made.

次に、トルクを発生するロータ磁極を交互に選択して連続的なトルクを得るモータの駆動方法について説明する。モータは、例えば、図1に示したモータであり、図4および図6に示したロータ回転位置θrと電流とトルクの関係である。このような関係の制御を実現する方法は、図107の制御装置で実現することができる。電流電圧演算器59Gが制御対象のモータの電流と電圧の、図6に示すような制御アルゴリズを記憶し、各電流の大きさ、各電圧の大きさは、トルク指令値TCとロータ回転位置θrとロータ速度ωrと入力し、モータの各相電流指令値Ica、Icb、Iccと各相電圧指令値Vfa、Vfb、Vfcを計算する。図1のモータの電流制御アルゴリズムは、駆動トルクを発生するロータ磁極がロータの回転と共に替わり、交互にトルクを発生するところが特徴的である。すなわち、ロータの回転と共に、ロータ磁極とステータ磁極が接近する組み合わせを全ステータ磁極の中から選択し、選択したステータ磁極の円周方向の前後の巻線へそれぞれ固有の電流方向の電流を通電する。それぞれのロータ磁極に生成するトルクはロータ回転角に対して間欠的ではあるが、ロータ全体としては複数のロータ磁極で生成するトルクはほぼ連続的なトルクとすることができる。   Next, a method of driving a motor that obtains continuous torque by alternately selecting rotor magnetic poles that generate torque will be described. The motor is, for example, the motor shown in FIG. 1 and has the relationship between the rotor rotational position θr, current, and torque shown in FIGS. 4 and 6. A method for realizing such relationship control can be realized by the control device of FIG. The current voltage calculator 59G stores the control algorithm of the current and voltage of the motor to be controlled as shown in FIG. 6, and the magnitude of each current and the magnitude of each voltage are the torque command value TC and the rotor rotational position θr. And the rotor speed ωr are input, and the motor phase current command values Ica, Icb, Icc and the phase voltage command values Vfa, Vfb, Vfc are calculated. The motor current control algorithm shown in FIG. 1 is characterized in that the rotor magnetic poles that generate the drive torque change with the rotation of the rotor, and generate torque alternately. That is, a combination in which the rotor magnetic pole and the stator magnetic pole approach each other with the rotation of the rotor is selected from all the stator magnetic poles, and a current in a specific current direction is applied to the windings in the circumferential direction of the selected stator magnetic pole. . Although the torque generated in each rotor magnetic pole is intermittent with respect to the rotor rotation angle, the torque generated by a plurality of rotor magnetic poles as a whole rotor can be a substantially continuous torque.

次に、低速回転ではロータ磁極を交互に選択して連続的なトルクを得るモータの駆動方法で回転し、ロータ回転数が上昇するに従い特定のロータ磁極での発生トルクを増加させ、他方のロータ磁極でのトルク発生を低減する方法について説明する。図54に示すモータでは、ロータ磁極の円周方向磁極幅が広い主突極磁極161と円周方向磁極幅が狭い補助突極磁極162とでロータを構成している。そして、このモータが連続的にトルクを発生するためには、主突極磁極161と補助突極磁極162とが交互のトルクを発生する必要がある。CCWのトルクを発生する各相電流Ia、Ib、IcとトルクTa、Tb、Tcの関係を図57に示した。低速回転では、このように、ロータ磁極の回転と共に、ロータ磁極が接近し、対向するステータ磁極を全ステータ磁極の中から選択し、選択したステータ磁極の円周方向の前後の巻線へそれぞれ固有の電流方向の電流を通電し、それぞれのロータ磁極に生成するトルクは間欠的ではあるが、ロータ全体としてはほぼ継続的な回転トルクを生成する。高速回転では主として、ロータ磁極の回転と共に、円周方向に隣接するステータ磁極を、励磁する磁束の方向を順次逆転しながら、順次励磁してロータ磁極をほぼ継続的に吸引し、ほぼ継続的に回転トルクを発生して駆動することができる。高速回転で使用するロータ磁極は主突極磁極161である。この高速回転での駆動は、図9のモータを図11に示す電流とトルクのように制御するものである。図112において、ロータ回転位置θrが0°から210°にかけては主突極磁極161と補助突極磁極162と交互に使用したトルク発生を示し、210°以降は主突極磁極161だけでトルクを発生する時の電流とトルクの例を示している。   Next, at low speed rotation, the rotor magnetic poles are alternately selected and rotated by a motor driving method that obtains continuous torque. As the rotor rotational speed increases, the torque generated at a specific rotor magnetic pole increases, and the other rotor A method for reducing torque generation at the magnetic pole will be described. In the motor shown in FIG. 54, a rotor is composed of a main salient pole magnetic pole 161 having a wide circumferential magnetic pole width and an auxiliary salient pole magnetic pole 162 having a narrow circumferential magnetic pole width. In order for this motor to continuously generate torque, the main salient pole magnetic pole 161 and the auxiliary salient pole magnetic pole 162 need to generate alternating torque. FIG. 57 shows the relationship between the phase currents Ia, Ib, Ic that generate the CCW torque and the torques Ta, Tb, Tc. In the low-speed rotation, the rotor magnetic pole approaches as the rotor magnetic pole rotates in this way, and the opposing stator magnetic pole is selected from among all the stator magnetic poles. Current in the current direction is applied, and the torque generated in each rotor magnetic pole is intermittent, but the rotor as a whole generates almost continuous rotational torque. In high-speed rotation, as the rotor magnetic pole rotates, the stator magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction are sequentially excited while reversing the direction of the magnetic flux to be excited in order to attract the rotor magnetic poles almost continuously. Rotational torque can be generated and driven. The rotor magnetic pole used at high speed rotation is the main salient pole magnetic pole 161. This driving at high speed is to control the motor of FIG. 9 like the current and torque shown in FIG. In FIG. 112, when the rotor rotational position θr is from 0 ° to 210 °, torque is generated by alternately using the main salient pole magnetic pole 161 and the auxiliary salient pole magnetic pole 162. After 210 °, torque is generated only by the main salient pole magnetic pole 161. An example of current and torque when it occurs is shown.

各相の電流は、低速回転から高速回転にかけては、図57に示すような制御から徐々に図12の制御へ移行することができる。あるいは、ある回転数までは図57に示すような制御を行い、その回転数以上では図12の制御へ切り替えても良い。高速回転では、発生トルクが間欠的であっても、トルクを発生する時間的な間隔が小さいので、トルク零の間は惰性で回転し、実用的な問題は少ない。図113には、主突極磁極161の駆動比率と補助突極磁極162の駆動比率の例を横軸を回転数にして示す。主突極磁極161の駆動比率は回転数0、N1、N2、N3と共に、R0、R1、R2、R3と増加し、補助突極磁極162の駆動比率はR4、R5、R6、R7と減少し、両トルクを合計した平均トルクが同程度となるように重み付けをしている。   The current of each phase can gradually shift from the control shown in FIG. 57 to the control of FIG. 12 from low speed rotation to high speed rotation. Alternatively, control as shown in FIG. 57 may be performed up to a certain number of revolutions, and switching to the control of FIG. In high-speed rotation, even if the generated torque is intermittent, the time interval for generating the torque is small, so that it rotates with inertia during zero torque, and there are few practical problems. FIG. 113 shows an example of the drive ratio of the main salient pole magnetic pole 161 and the drive ratio of the auxiliary salient pole magnetic pole 162 with the horizontal axis as the rotation speed. The drive ratio of the main salient pole 161 increases to R0, R1, R2, and R3 along with the rotation speeds 0, N1, N2, and N3, and the drive ratio of the auxiliary salient pole 162 decreases to R4, R5, R6, and R7. The weights are weighted so that the average torque obtained by adding both torques is approximately the same.

図57に示す制御は、連続的なトルクを発生することは可能であるが、ステータ磁極とロータ磁極との吸引力の変動が大きく、また異なる部分で交互にラジアル方向力を発生するので、比較的剛性の低いステータコアの振動を引き起こしやすい。この点で、図12の場合のステータ磁極とロータ磁極との吸引力は、交流同期電動機の様なラジアル吸引力となるので、比較的ラジアル吸引力変動が小さく、振動、騒音を低減できるので、高速回転での運転に好適である。また、図57の制御では、ラジアル方向の電流の増減が多いので、鉄損の増大、制御装置のスイッチング損失、無効電力などが多くなる等の問題もある。   The control shown in FIG. 57 can generate a continuous torque, but there is a large fluctuation in the attractive force between the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole, and a radial force is alternately generated in different parts. It tends to cause vibration of the stator core with low mechanical rigidity. In this respect, since the attractive force between the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole in the case of FIG. 12 becomes a radial attractive force like an AC synchronous motor, fluctuations in the radial attractive force are relatively small, and vibration and noise can be reduced. Suitable for operation at high speed. Further, in the control of FIG. 57, since the current in the radial direction increases and decreases, there are problems such as an increase in iron loss, switching loss of the control device, and reactive power.

次に、図107、図108、図109、図110などに示した鎖交磁束φあるいは磁束鎖交数Ψしたモータ制御法について説明する。図107の制御装置で説明したように、また、(2)式で示すように、各巻線の電圧は主に鎖交磁束φの時間変化率(dφ/dt)に比例する。そして、(4)式に示すように、巻線の電圧は鎖交磁束φの回転変化率(dφ/dθ)と回転速度ωrの積に比例する。一方、各巻線の各電流条件における鎖交磁束φは、モータを非線形有限要素法を使用して磁場解析することにより正確に求めることができる。この解析データを使用して、各巻線の鎖交磁束の回転変化率(dφ/dθ)を計算することができる。この結果、回転位置検出器を使用してモータの回転速度ωrを得、巻線の鎖交磁束の回転変化率(dφ/dθ)と巻線の巻回数Nwを乗じることにより、(4)式を使用してその巻線の電圧を正確に求めることができる。ただし、この計算は、各巻線の電流が一定の場合であり、電流値が変化する場合は電流の変化に伴う電圧成分も計算する必要がある。   Next, a motor control method using the linkage flux φ or flux linkage number ψ shown in FIGS. 107, 108, 109, 110, etc. will be described. As described in the control device of FIG. 107, and as shown by the equation (2), the voltage of each winding is mainly proportional to the time change rate (dφ / dt) of the linkage flux φ. As shown in the equation (4), the winding voltage is proportional to the product of the rotational change rate (dφ / dθ) of the flux linkage φ and the rotational speed ωr. On the other hand, the flux linkage φ under each current condition of each winding can be accurately obtained by performing a magnetic field analysis on the motor using a nonlinear finite element method. Using this analysis data, the rotational change rate (dφ / dθ) of the interlinkage magnetic flux of each winding can be calculated. As a result, the rotational speed detector ωr is obtained by using the rotational position detector, and the equation (4) is obtained by multiplying the rotational change rate (dφ / dθ) of the interlinkage magnetic flux of the winding by the number of turns Nw of the winding. Can be used to accurately determine the voltage of that winding. However, this calculation is for the case where the current of each winding is constant, and when the current value changes, it is also necessary to calculate the voltage component accompanying the change in current.

各巻線の鎖交磁束φ、磁束鎖交数Ψは、ロータ回転位置θrと各相電流Ia、Ib、Icの関数である。従って関数を示すため、φ(θr、Ia、Ib、Ic)、Ψ(θr、Ia、Ib、Ic)と表記することができる。今、モータを制御しているとき、Δtの短時間の間にロータ回転位置と各相電流が(θ1、A1、B1、C1)から(θ2、A2、B2、C2)へ変化する場合には、その巻線の電圧Vxは次式(34)のように書ける。   The linkage flux φ and the flux linkage number ψ of each winding are functions of the rotor rotational position θr and the phase currents Ia, Ib, and Ic. Therefore, in order to indicate a function, it can be expressed as φ (θr, Ia, Ib, Ic), ψ (θr, Ia, Ib, Ic). Now, when controlling the motor, if the rotor rotation position and each phase current change from (θ1, A1, B1, C1) to (θ2, A2, B2, C2) in a short time of Δt The voltage Vx of the winding can be written as the following equation (34).

Vx=Nw×dφ/dt
≒Nw×{φ(θ2、A2、B2、C2)
−φ(θ1、A1、B1、C1)}/Δt (34)
ここで、θ2はθ1に(Δt×ωr)を加えればよい。各電流値は時間Δt後の目標とする電流値であり、図110に示すデータテーブルから内挿計算して求めることができる。
Vx = Nw × dφ / dt
≒ Nw x {φ (θ2, A2, B2, C2)
−φ (θ1, A1, B1, C1)} / Δt (34)
Here, for θ2, (Δt × ωr) may be added to θ1. Each current value is a target current value after time Δt, and can be obtained by interpolation calculation from the data table shown in FIG.

この時、電流目標値は任意の値を選択できるわけではなく、(28)式に示すように電流の変化率の最大値はその巻線に印加できる電圧の最大値で制限される。現在の電流値(A1、B1、C1)から変化できる最大値の限界がありがあるので、電流値(A2、B2、C2)はその範囲に限定される。   At this time, the current target value cannot be selected arbitrarily, and the maximum value of the current change rate is limited by the maximum value of the voltage that can be applied to the winding as shown in the equation (28). Since there is a limit on the maximum value that can be changed from the current value (A1, B1, C1), the current value (A2, B2, C2) is limited to that range.

前記(34)式で示される電圧Vxは大別して次の3つの電圧成分がある。一番目の電圧成分VX1は、各電流が一定であって、回転に伴って鎖交磁束φが変化する成分で、(1)式から(15)式で示された値である。   The voltage Vx represented by the equation (34) is roughly divided into the following three voltage components. The first voltage component VX1 is a component in which each current is constant and the interlinkage magnetic flux φ changes with rotation, and is a value represented by equations (1) to (15).

二番目の電圧成分VX2は、各巻線の電流値が(A1、B1、C1)から電流値(A2、B2、C2)へ変化するときの鎖交磁束の変化に基づく電圧成分である。この電圧成分は、(28)式で表され、インダクタンスLは電流値が(A1、B1、C1)の動作点におけるインクレメンタルなインダクタンスLincで求める必要がある。   The second voltage component VX2 is a voltage component based on a change in linkage flux when the current value of each winding changes from (A1, B1, C1) to a current value (A2, B2, C2). This voltage component is expressed by equation (28), and the inductance L needs to be obtained by an incremental inductance Linc at the operating point where the current values are (A1, B1, C1).

三番目の電圧成分VX3は、図1の回転位置θrの場合は、ステータ磁極A02とステータ磁極A05との間の磁束φtの時間変化率に基づく電圧成分である。図1の状態でCCWへトルクを発生する時、太線で示す磁束を誘起してCCWのトルクを発生するが、A相電流IaとC相電流Icの誤差などにより、ステータ磁極A02とステータ磁極A05との間の磁束φtが発生する場合に、前記三番目の電圧VX3が発生する。   The third voltage component VX3 is a voltage component based on the time change rate of the magnetic flux φt between the stator magnetic pole A02 and the stator magnetic pole A05 in the case of the rotational position θr in FIG. When the torque is generated in the CCW in the state of FIG. 1, the magnetic flux indicated by the thick line is induced to generate the CCW torque, but the stator magnetic pole A02 and the stator magnetic pole A05 are caused by an error between the A phase current Ia and the C phase current Ic. Is generated, the third voltage VX3 is generated.

まとめると、各巻線の電圧は、各ロータ回転位置においてモータの制御で使用する電流状態における鎖交磁束が解れば、前記(34)式により各巻線の電圧を計算することができる。なお、前記二番目の電圧成分VX2の電圧成分については、その時点での電流動作点におけるインクレメンタルなインダクタンスが解っていれば(28)式で前記二番目の電圧成分VX2の電圧成分を計算することができる。   In summary, the voltage of each winding can be calculated by the above equation (34) if the interlinkage magnetic flux in the current state used for motor control at each rotor rotational position is known. For the voltage component of the second voltage component VX2, the voltage component of the second voltage component VX2 is calculated by the equation (28) if the incremental inductance at the current operating point at that time is known. be able to.

また、モータの各動作モード、すなわち、各トルク指令値TCとロータ回転位置θrとロータ回転速度ωrにおける各巻線の電流値と電圧値を、各相の電流情報IJと各相の電圧情報VJとしてメモリに記憶しておいて、これらの離散的なデータからモータの動作状態の電流値、電圧値を内挿計算して使用し、モータを駆動することも可能である。これは、各巻線の電流情報と磁束鎖交数情報とトルク情報等の関係が各巻線の電圧方程式として表されるので、これらの関係はモータのトルク、ロータ回転位置などの駆動条件と各相巻線の電流情報IJと各相巻線の電圧情報VJとして置き換えてメモリに記憶させておくことも可能であることを意味している。   Further, the current value and voltage value of each winding at each operation mode of the motor, that is, each torque command value TC, rotor rotation position θr, and rotor rotation speed ωr, are referred to as current information IJ of each phase and voltage information VJ of each phase. It is also possible to drive the motor by storing it in a memory and interpolating and using the current value and voltage value of the motor operating state from these discrete data. This is because the relationship between current information, magnetic flux linkage number information, torque information, etc. of each winding is expressed as a voltage equation for each winding, so these relationships are related to the driving conditions such as motor torque, rotor rotation position, etc. It means that the current information IJ of the winding and the voltage information VJ of each phase winding can be replaced and stored in the memory.

なお、鎖交磁束と電圧との関係を用いて説明したが、(29)式の関係から鎖交磁束ではなく非線形なインダクタンスLの値を使用して鎖交磁束φあるいは磁束鎖交数Ψを表現することも可能であり、等価である。ただし、このインダクタンスLは各相の電流値と共に変化する値であり、取り扱いが複雑となることが多い。   Although the description has been given using the relationship between the linkage flux and the voltage, the linkage flux φ or the flux linkage number ψ is calculated using the value of the nonlinear inductance L instead of the linkage flux from the relationship of the equation (29). It can also be expressed and is equivalent. However, the inductance L is a value that changes with the current value of each phase, and handling is often complicated.

次に、図107に示す制御装置に、トルクのフィードバック制御を付加した制御装置を図111に示す。図107の制御装置の場合、モータの電流値と電圧値を正確に与えて高速かつ高精度にモータを制御しようとするものである。しかし、制御装置の電源電圧が変動した場合、あるいは、モータのパラメータ等の情報に誤差があるいは温度等によって変動する場合などでは、モータの制御誤差が大きくなる問題がある。   Next, FIG. 111 shows a control device in which torque feedback control is added to the control device shown in FIG. In the case of the control device of FIG. 107, the motor current value and voltage value are accurately given to control the motor at high speed and with high accuracy. However, when the power supply voltage of the control device fluctuates, or when an error in information such as motor parameters or fluctuates due to temperature or the like, there is a problem that the motor control error increases.

図111に示す制御装置では、トルク検出装置J3Cが各3相の電流検出値Isa、Isb、Iscとロータ回転位置θrを入力し、モータの各巻線の鎖交磁束などを格納した情報DATAを活用してモータトルクの推定値Tsを検出する。トルク指令値TCからトルク推定値Tsを加算器J3Eで減算してフィードバックし、補償器J3Bで比例および積分などの補償演算等を行い、トルク誤差の補正値Tcmを電流電圧演算器J3Dへ出力する。電流電圧演算器J3Dでは、トルク誤差の補正値Tcmを3相の電流指令Ica、Icb、Iccあるいは3相の電圧指令Vfa、Vfb、Vfcあるいは両方へ換算して加える。このようにして、電源電圧変動あるいはモータパラメータ誤差などでモータトルクに誤差が発生する場合に、そのトルク誤差をフィードバックできる構成とすることにより、モータの制御装置の制御精度を改善することができ、より高精度で高応答な制御を実現することができる。   In the control device shown in FIG. 111, the torque detection device J3C inputs the current detection values Isa, Isb, Isc and the rotor rotational position θr for each of the three phases, and utilizes information DATA that stores the interlinkage magnetic flux of each winding of the motor. Then, the estimated value Ts of the motor torque is detected. The estimated torque value Ts is subtracted from the torque command value TC by the adder J3E and fed back. Compensator J3B performs compensation calculations such as proportionality and integration, and outputs a torque error correction value Tcm to the current voltage calculator J3D. . The current voltage calculator J3D converts the torque error correction value Tcm into a three-phase current command Ica, Icb, Icc or a three-phase voltage command Vfa, Vfb, Vfc or both. In this way, when an error occurs in the motor torque due to a power supply voltage fluctuation or a motor parameter error, the control accuracy of the motor control device can be improved by adopting a configuration that can feed back the torque error, Higher accuracy and higher response control can be realized.

なお、本発明モータの電流制御方法について種々の方法を示したが、特定区間ではオーバラップする2個のステータ磁極のトルクの両方を得るために、2つの電流成分を加算した電流を通電することもできる。また、振動、騒音を低減するために基本的なトルクを発生するための電流に他の成分の電流を重畳させることもできる。図9、図10等のモータにおいて、オフセット的な電流を各3相電流に重畳して、ラジアル方向の吸引力の変化が小さくなるように制御することもできる。電流の増減時間を短縮するために有利な電流制御法もある。これらの種々目的の電流制御法ように、本発明で示す電流制御法を変形した電流制御法があり、それらの電流制御方法についても本発明に含むものである。   Although various methods have been shown for the current control method of the motor of the present invention, in order to obtain both torques of the two stator magnetic poles that overlap in a specific section, a current obtained by adding two current components is applied. You can also. In addition, it is possible to superimpose a current of another component on a current for generating a basic torque in order to reduce vibration and noise. In the motor of FIG. 9, FIG. 10, etc., offset current can be superimposed on each three-phase current, and control can be performed so that the change in the attractive force in the radial direction becomes small. There is also an advantageous current control method for shortening the current increase / decrease time. Like these various current control methods, there are current control methods obtained by modifying the current control method shown in the present invention, and these current control methods are also included in the present invention.

次に、ロータ回転位置θrの検出を位置検出器ではなく、モータのインダクタンス、巻線電流および巻線電圧からロータ回転位置θrを検出する方法について示す。いわゆるセンサレス位置検出、センサレス速度検出である。図114は、図54、図55に示したモータと類似形状のモータモデルを非線形有限要素法で磁場解析した特性である。横軸を電気角で表したロータ回転位置θr[°]、縦軸はA相巻線とC相巻線の鎖交磁束[mWb]で示して、A相とC相の電流値Ia=Icをパラメータとしている。極数は14極で、主突極磁極172の電気角で表した円周方向幅Hmは40°、補助突極磁極173の円周方向幅Hhは20°、スロット開口部の円周方向幅Hsは20°、B相電流Ib=0の例である。   Next, a method for detecting the rotor rotational position θr from the inductance, winding current and winding voltage of the motor, not the position detector, will be described. This is so-called sensorless position detection or sensorless speed detection. FIG. 114 shows the characteristics of a motor model having a shape similar to that shown in FIGS. The rotor rotational position θr [°] where the horizontal axis represents the electrical angle, the vertical axis is the interlinkage magnetic flux [mWb] of the A phase winding and the C phase winding, and the current value Ia = Ic of the A phase and the C phase Is a parameter. The number of poles is 14, the circumferential width Hm expressed by the electrical angle of the main salient pole magnetic pole 172 is 40 °, the circumferential width Hh of the auxiliary salient pole magnetic pole 173 is 20 °, and the circumferential width of the slot opening. In this example, Hs is 20 ° and the B-phase current Ib = 0.

図114の特性および図54の2極モデルで説明することとし、ロータ回転位置θrが0°から50°まではA相とC相巻線とで励磁する主突極磁極161の鎖交磁束φがロータの回転と共に増加しCCWのトルクを発生することができ、50°から100°まではA相とC相巻線の鎖交磁束φがロータの回転と共に減少しCWのトルクを発生することができる。そして、ロータ回転位置θrが100°の位置では補助突極磁極162がA相巻線とC相巻線に挟まれたステータ磁極117、11Aの近傍に来るので、100°から140°の間ではA相とC相巻線の鎖交磁束φがロータの回転と共に増加しCCWのトルクを発生し、140°から180°の間ではA相とC相巻線の鎖交磁束φがロータの回転と共に減少しCWのトルクを発生することができる。   114 and the two-pole model of FIG. 54, the interlinkage magnetic flux φ of the main salient pole magnetic pole 161 excited by the A-phase and C-phase windings when the rotor rotational position θr is 0 ° to 50 °. Can be increased with the rotation of the rotor to generate CCW torque, and from 50 ° to 100 °, the interlinkage magnetic flux φ of the A-phase and C-phase windings decreases with the rotation of the rotor to generate CW torque. Can do. When the rotor rotational position θr is at 100 °, the auxiliary salient pole 162 comes near the stator magnetic poles 117 and 11A sandwiched between the A-phase winding and the C-phase winding. The interlinkage magnetic flux φ of the A-phase and C-phase windings increases with the rotation of the rotor to generate a CCW torque, and the interlinkage magnetic flux φ of the A-phase and C-phase windings varies between 140 ° and 180 °. Along with this, the torque of CW can be generated.

この時、電流値IとトルクTの関係は、図5のような関係であり、また、(10)式あるいは(15)式の関係であり、図114では特性の勾配と電流値の積に比例する。図114においてパラメータとしている電流値Ia、Icの値が小さく磁気的に線形な領域では、特性の勾配が電流値と共に増加している。   At this time, the relationship between the current value I and the torque T is the relationship as shown in FIG. 5 and the relationship between the equation (10) and the equation (15). In FIG. Proportional. In the region where the current values Ia and Ic as parameters in FIG. 114 are small and magnetically linear, the characteristic gradient increases with the current value.

このモータにおいて、C相巻線115、112へC相電流Icを通電し、同時に、B相巻線113、116へB相電流Ibを通電したときの図114に相当する特性は、図114に比較して電気角で120°位相が遅れた特性となる。また、B相巻線113、116へB相電流Ibを通電し、同時に、A相巻線111、114へA相電流Iaを通電したときの図114に相当する特性は、図114に比較して電気角で240°位相が遅れた特性となる。従って、3相の内の2巻線に同一の電流を通電することにより、図114の特性と120°位相のずれた特性と240°位相のずれた特性の3種類の特性を得ることができる。   In this motor, the characteristic corresponding to FIG. 114 when the C-phase current Ic is supplied to the C-phase windings 115 and 112 and at the same time the B-phase current Ib is supplied to the B-phase windings 113 and 116 is shown in FIG. Compared with the electrical angle, the phase is delayed by 120 °. The characteristics corresponding to FIG. 114 when the B-phase current Ib is supplied to the B-phase windings 113 and 116 and at the same time the A-phase current Ia is supplied to the A-phase windings 111 and 114 are compared with those in FIG. Thus, the phase is delayed by 240 ° in electrical angle. Therefore, by supplying the same current to two of the three phases, three types of characteristics, that is, the characteristic shown in FIG. 114, the characteristic shifted by 120 ° and the characteristic shifted by 240 ° can be obtained. .

また、A相、C相巻線へ通電している時のインダクタンスLa、Lcは、概略的に図114に近い形となり、図115のA−C特性となる。横軸はロータ回転位置θrである。C相、B相巻線へ通電している時のインダクタンスLc、Lbは、概略的に図115のC−B相特性となる。B相、A相巻線へ通電している時のインダクタンスLb、Laは、概略的に図115のB−A特性となる。それぞれが相対的に60°の位相差を持つ特性となる。それぞれの特性の周期は、リラクタンスなので、電気角で180°周期である。   In addition, the inductances La and Lc when energizing the A-phase and C-phase windings are roughly similar to those in FIG. 114, and have the AC characteristics in FIG. The horizontal axis is the rotor rotational position θr. The inductances Lc and Lb when the C-phase and B-phase windings are energized generally have the CB phase characteristics of FIG. The inductances Lb and La when the B-phase and A-phase windings are energized generally have the B-A characteristic of FIG. Each has a characteristic having a relative phase difference of 60 °. Since the period of each characteristic is reluctance, the period is 180 degrees in electrical angle.

図114の鎖交磁束の特性、図115のインダクタンスの特性は、いずれも、2個の巻線に同じ大きさの電流を通電したときの特性であり、代表特性の一つに過ぎない。この他に、巻線1個だけに通電したときの特性、巻線3個に電流を通電したときの特性など、多くの特性がある。いずれの特性も、巻線の電圧、電流の値からロータ回転位置θrを推測する情報として使用できる。図115において、各インダクタンス値の回転変化率(dL/dθr)、すなわち、図115における各特性の勾配もロータ回転位置θrの特定のために使用することができる。   Each of the interlinkage magnetic flux characteristics in FIG. 114 and the inductance characteristics in FIG. 115 is a characteristic when current of the same magnitude is applied to two windings, and is only one of the representative characteristics. In addition to this, there are many other characteristics such as a characteristic when only one winding is energized and a characteristic when a current is energized through three windings. Both characteristics can be used as information for estimating the rotor rotational position θr from the values of the winding voltage and current. In FIG. 115, the rotation change rate (dL / dθr) of each inductance value, that is, the gradient of each characteristic in FIG. 115 can also be used for specifying the rotor rotational position θr.

図115のインダクタンス特性から、ロータ回転位置θrを推測する具体的な一方法は、任意のロータ回転位置θrにおいて、先に示した方法で、3巻線のインダクタンスを計測する。そして、図115のインダクタンス特性と照合すれば、0°から180°のロータ回転位置θrを特定することができる。しかし、ごく特定の回転位置に置いては、2個所の回転位置で同一のインダクタンスとなることがある。その様な特定のロータ回転位置についても検出する必要がある場合は、インダクタンス値の回転変化率(dL/dθr)、あるいは、他の条件でのインダクタンスを位置検出情報として付加することができる。   One specific method for estimating the rotor rotational position θr from the inductance characteristics of FIG. 115 is to measure the inductance of the three windings at an arbitrary rotor rotational position θr by the method described above. 115, the rotor rotation position θr from 0 ° to 180 ° can be identified. However, at very specific rotation positions, the same inductance may be obtained at two rotation positions. When it is necessary to detect such a specific rotor rotational position, the rotational change rate (dL / dθr) of the inductance value or the inductance under other conditions can be added as position detection information.

また、逆に、2個のインダクタンス特性からロータ回転位置θrを推測するなど、種々の簡素化した方法も考えられる。また、例えば、500回転/分から2000回転/分の回転数の間で使用する用途について考えると、ある特定回転位置で、ロータ回転位置θrが検出できなくとも、ロータ回転位置θrを過去の履歴から推定することができるので、モータの回転数制御および電流、電圧制御にはほとんど問題にはならない。   Conversely, various simplified methods such as estimating the rotor rotational position θr from the two inductance characteristics are also conceivable. Further, for example, considering an application used between 500 rpm and 2000 rpm, even if the rotor rotational position θr cannot be detected at a specific rotational position, the rotor rotational position θr is determined from the past history. Since it can be estimated, there is almost no problem in motor speed control and current / voltage control.

図54に示す本発明モータに限らず、種々の本発明モータは、それぞれに特有な磁気特性を示すので、それぞれの方法で、ロータ回転位置をモータ巻線の電圧、電流を計測し、求めることができる。図9に示すモータの場合は、図114、図115に相当する特性がさらに単純化している。本発明モータは、主に軟磁性体で構成され、突極形状を成していて、モータそのものが磁気抵抗変化型のレゾルバー位置検出器に類似した特性となっているので、従来のレゾルバー位置検出器に使用されてきた種々位置検出技術を応用し、使用できる。   54. Various motors according to the present invention, not limited to the motor according to the present invention shown in FIG. 54, exhibit magnetic characteristics peculiar to each. Therefore, the rotor rotation position can be determined by measuring the voltage and current of the motor winding by each method. Can do. In the case of the motor shown in FIG. 9, the characteristics corresponding to those in FIGS. 114 and 115 are further simplified. The motor of the present invention is mainly composed of a soft magnetic material, has a salient pole shape, and the motor itself has characteristics similar to a magnetoresistive change type resolver position detector. Various position detection techniques that have been used in the instrument can be applied and used.

また、インダクタンスの具体的な計測方法は、いわゆる外乱注入方式と言われる方法で、モータの制御電流、電圧に加え、計測のためのパルス状の電圧あるいは電流を加え、その時の電流、電圧の値から図115の関係を求め、ロータ回転位置θrを検出することができる。あるいは、ロータ回転位置θrの検出のために、モータ電流の制御周波数とは異なる周波数fxの電流あるいは電圧をモータを駆動する電流、電圧に重畳して加え、モータ巻線から周波数fxの信号を選択的に検出することにより図115のような特性を検出してロータ回転位置θrを検出することができる。あるいは、モータトルクを発生するための電圧、電流の値を利用してロータ回転位置θrを計測することもできる。   In addition, a specific method of measuring the inductance is a so-called disturbance injection method. In addition to the control current and voltage of the motor, a pulsed voltage or current for measurement is added, and the current and voltage values at that time are added. 115 can be obtained from FIG. 115, and the rotor rotational position θr can be detected. Alternatively, in order to detect the rotor rotational position θr, a current or voltage having a frequency fx different from the control frequency of the motor current is superimposed on the current and voltage for driving the motor, and a signal having the frequency fx is selected from the motor winding. Thus, the rotor rotational position θr can be detected by detecting the characteristic as shown in FIG. Alternatively, the rotor rotational position θr can be measured using the voltage and current values for generating the motor torque.

ロータの回転速度ωrを推測する方法は、前記の方法で得た回転位置の時間変化率(dωr/dt)から計算することができる。他の方法として、図114に示したように、2個の電流が一定であるときに、ある巻線電流値で鎖交磁束が一定の勾配で変化する区間の回転変化率(dφ/dθr)が一定ksとなっているので、この区間での巻線電圧Vsを利用してロータ回転速度ωrを検出することができる。すなわち、巻線の電流がある電流値Isである時の鎖交磁束回転変化率(dφ/dθr)の値ksはモータ固有であり、既知なので、次式(35)及び(36)のようにロータ回転速度ωrを検出することができる。   The method of estimating the rotational speed ωr of the rotor can be calculated from the time change rate (dωr / dt) of the rotational position obtained by the above method. As another method, as shown in FIG. 114, when two currents are constant, the rate of change in rotation (dφ / dθr) in a section where the flux linkage changes at a certain gradient at a certain winding current value. Therefore, the rotor rotational speed ωr can be detected using the winding voltage Vs in this section. That is, the value ks of the flux linkage rotation rate change rate (dφ / dθr) when the winding current is a certain current value Is is unique to the motor and is known, so that the following equations (35) and (36) The rotor rotational speed ωr can be detected.

Vs=Nw×(dφ/dt)
=Nw×(dφ/dθr)×(dθr/dt) (35)
∴ ωr=dθr/dt
=Vs/Nw/(dφ/dθr)
=Vs/(Nw×ks) (36)
また、図9、図10に示すモータにおいて、ロータの回転位置、回転速度を検出する具体的な一方法は、3相巻線の全てに、ある程度の磁束密度となる一定の電流を通電してロータを回転し、その時の各相巻線の電圧を計測することにより検出する方法である。この時、それぞれの巻線にほぼ矩形の電圧が発生するので、その電圧の大きさと極性が切り替わるタイミングを計測することにより、ロータの速度と位置を計測することができる。電圧の大きさは、磁束密度と回転速度に比例するので、回転速度の検出に利用できる。電圧の切り替わり点は、ステータ磁極の円周方向両端へロータ磁極の円周方向両端が対向する位置なので、その電圧極性の切り替わりの時点で、ロータがどの位置にあるかが推測できる。
Vs = Nw × (dφ / dt)
= Nw × (dφ / dθr) × (dθr / dt) (35)
∴ ωr = dθr / dt
= Vs / Nw / (dφ / dθr)
= Vs / (Nw × ks) (36)
Further, in the motors shown in FIGS. 9 and 10, a specific method for detecting the rotational position and rotational speed of the rotor is to apply a constant current having a certain magnetic flux density to all three-phase windings. This is a method of detecting by rotating the rotor and measuring the voltage of each phase winding at that time. At this time, since a substantially rectangular voltage is generated in each winding, the speed and position of the rotor can be measured by measuring the timing at which the magnitude and polarity of the voltage are switched. Since the magnitude of the voltage is proportional to the magnetic flux density and the rotational speed, it can be used for detecting the rotational speed. Since the voltage switching point is a position where both ends of the rotor magnetic pole in the circumferential direction are opposed to both ends of the stator magnetic pole in the circumferential direction, it can be estimated where the rotor is located at the time of switching of the voltage polarity.

これらの関係を利用して、モータの駆動電流と位置検出用の電流が重畳した状態で、前記の信号成分を検出することにより、モータの運転中にロータ回転位置、ロータ回転速度を検出することができる。また、3相巻線の内の1線に電流を通電するときのロータ回転位置と電圧特性、2線へ電流を通電するときのロータ回転位置と電圧特性も、それぞれ固有の特性を持っているので利用することができる。   Using these relationships, the rotor rotational position and the rotor rotational speed can be detected during operation of the motor by detecting the signal component in a state where the motor drive current and the position detection current are superimposed. Can do. In addition, the rotor rotational position and voltage characteristics when current is applied to one line of the three-phase windings, and the rotor rotational position and voltage characteristics when current is applied to the two lines also have unique characteristics. So it can be used.

このように、モータの巻線の電圧、電流から求めたロータの回転位置θrおよび速度情報を用いて、図107、図111に示すような制御装置で本発明モータのトルク制御、あるいは、速度制御、あるいは、位置制御などを行うことができる。位置検出器を使用しないので、位置検出センサー、位置検出器用の配線、コネクターなどが不要であり、システムの信頼性を高めることができる。低コスト化も可能であり、小型化できることも多い。   As described above, using the rotational position θr of the rotor and the speed information obtained from the voltage and current of the motor winding, torque control or speed control of the motor of the present invention is performed by the control device as shown in FIGS. Alternatively, position control or the like can be performed. Since the position detector is not used, the position detection sensor, the wiring for the position detector, the connector and the like are unnecessary, and the reliability of the system can be improved. The cost can be reduced and the size can often be reduced.

以上、本発明に関する種々形態の例について説明したが、本発明を種々変形することも可能であり、本発明に含むものである。例えば、モータの極数についての制約はなく、ロータの種々構造、種々形状のロータについて適用可能である。各種のトルクリップル低減技術を本発明モータへ適用することもできる。例えば、ステータ磁極、ロータ磁極の形状を周方向に滑らかにする方法、径方向に滑らかにする方法、円周方向に一部のロータ磁極を移動させて配置し、トルクリップル成分をキャンセルする方法などがある。   As mentioned above, although the example of the various form regarding this invention was demonstrated, this invention can be variously deformed and is included in this invention. For example, there is no restriction on the number of poles of the motor, and the present invention can be applied to rotors having various structures and shapes. Various torque ripple reduction techniques can also be applied to the motor of the present invention. For example, a method of smoothing the shape of the stator magnetic pole and rotor magnetic pole in the circumferential direction, a method of smoothing in the radial direction, a method of moving some rotor magnetic poles in the circumferential direction and canceling torque ripple components, etc. There is.

モータの形態についても種々形態が可能であり、ステータとロータとの間のエアギャップ形状で表現して、エアギャップ形状が円筒形であるインナーロータ型モータ、アウターロータ型モータ、あるいはエアギャップ形状が円盤状であるアキシャルギャップ型モータ等にも変形できる。また、リニアモータにも変形できる。また、エアギャップ形状が円筒形状をややテーパ状に変形したモータ形状も可能である。また、本発明のモータを含む複数のモータを複合して製作することが可能である。また、本発明モータの一部を省略して削除した構造も可能である。   Various forms of motors are possible, expressed as an air gap shape between the stator and the rotor, and an inner rotor type motor, outer rotor type motor, or air gap shape whose air gap shape is cylindrical. It can also be transformed into a disk-shaped axial gap type motor or the like. It can also be transformed into a linear motor. In addition, a motor shape in which the air gap shape is a slightly tapered shape from the cylindrical shape is also possible. In addition, a plurality of motors including the motor of the present invention can be combined and manufactured. Moreover, the structure which abbreviate | omitted and abbreviate | omitted a part of motor of this invention is also possible.

軟磁性体としては通常の珪素鋼板を使用する他に、アモルファス電磁鋼板、粉状の粉末軟鉄を圧縮成形した圧紛磁心等の使用が可能である。特に小型のモータにおいては、電磁鋼板を打ち抜き加工、折り曲げ加工、鍛造加工を行なうことにより3次元形状部品を形成し、前述の本発明モータの一部の形状を成すこともできる。   In addition to using a normal silicon steel plate as the soft magnetic material, it is possible to use an amorphous magnetic steel plate, a powder magnetic core obtained by compression molding powdered soft iron, or the like. In particular, in a small motor, a three-dimensional shaped part can be formed by punching, bending, and forging a magnetic steel sheet to form a part of the above-described motor of the present invention.

本発明のモータは、特にロータが堅牢であり、高速回転を使用した高出力化も可能である。この高速化に関しては、モータの風損が問題となることがあり、ロータ外周形状を円形に近づける、あるいは、ステータ側の内周を円形形状にするなどの風損低減策が有効である。また、ステータ、ロータのロータ軸方向スペースの排除等も効果的である。騒音低減の効果もある。   In the motor of the present invention, the rotor is particularly robust, and high output using high-speed rotation is possible. With regard to this speeding up, windage loss of the motor may be a problem, and measures for reducing windage loss such as making the outer periphery of the rotor close to a circle or making the inner periphery on the stator side circular are effective. Further, it is also effective to eliminate the rotor axial space of the stator and rotor. There is also an effect of noise reduction.

本発明の制御装置についても、主に3相の片方向電流を制御する装置について説明したが、4相以上の他相のモータの場合は4相以上の制御装置も、技術的に拡張することにより実現することができる。電力制御素子については従来のパワートランジスタの場合について示したが、サイリスタなどの電力素子、あるいは、SiC、GaN等の新たな技術を適用した電力素子を使用することもできる。モータに通電する電流波形については、各相の電流が特定の形状である例について説明したが、正弦波電流で制御など、各種波形の電流で制御することも可能である。これらの種々変形したモータのついても、本発明モータの主旨の変形技術は本発明に含むものである。   As for the control device of the present invention, the device mainly controlling the three-phase unidirectional current has been described. However, in the case of a motor having four or more phases, the control device having four or more phases should be technically expanded. Can be realized. As for the power control element, the case of a conventional power transistor has been described. However, a power element such as a thyristor, or a power element to which a new technology such as SiC or GaN is applied can be used. As for the current waveform to be applied to the motor, an example in which the current of each phase has a specific shape has been described, but it is also possible to control with a current of various waveforms such as control with a sine wave current. Even for these variously modified motors, the modified technology intended for the motor of the present invention is included in the present invention.

本発明のモータとその駆動装置からなるモータシステムは低コストで小型化、軽量化、高効率化が可能である。従って、電気自動車、ハイブリッド自動車等の環境問題、資源問題に対応した機器等に効果的に使用することができる。同様に、産業用機器、家庭電化製品への適用も可能である。   The motor system comprising the motor of the present invention and its driving device can be reduced in size, weight, and efficiency at low cost. Therefore, it can be effectively used for devices that cope with environmental issues and resource issues such as electric vehicles and hybrid vehicles. Similarly, application to industrial equipment and home appliances is also possible.

具体的には、幅広い本発明のモータは高価な希土類永久磁石を使用しなくとも駆動することができ、低コストであり、昨今課題となっている希土類金属等の資源問題もない。そして、制御装置は、本発明モータと組み合わせることにより複数経路で電力供給が同時に可能であり、制御装置の単位出力当たりのコスト、重量などを大幅に低減することが可能である。   Specifically, a wide range of motors of the present invention can be driven without using expensive rare earth permanent magnets, are low in cost, and do not have resource problems such as rare earth metals, which have been a problem in recent years. The control device can simultaneously supply power through a plurality of paths by combining with the motor of the present invention, and the cost, weight, etc. per unit output of the control device can be greatly reduced.

A01、A02、A03、A04、A05、A06 ステータ磁極
A07、A08、A09、A0A、A0B、A0C スロット
A0D、A0G A相巻線
A0F、A0J B相巻線
A0H、A0E C相巻線
AOL A相巻線のコイルエンド
A0M B相巻線のコイルエンド
A0N C相巻線のコイルエンド
AOP A相電流とC相電流で励磁される磁束
AOK ロータ磁極
A0Z ロータ軸
θr ロータ回転位置
117、118、119、11A、11B、11C ステータ磁極
117、114 A相巻線
113、116 B相巻線
115、112 C相巻線
11D 空間
11E ロータ磁極
A01, A02, A03, A04, A05, A06 Stator magnetic pole A07, A08, A09, A0A, A0B, A0C Slot A0D, A0G A phase winding A0F, A0J B phase winding A0H, A0E C phase winding AOL A phase winding Coil end of wire A0M Coil end of B phase winding A0N Coil end of C phase winding AOP Magnetic flux excited by A phase current and C phase current AOK Rotor magnetic pole A0Z Rotor shaft θr Rotor rotation position 117, 118, 119, 11A , 11B, 11C Stator magnetic pole 117, 114 A phase winding 113, 116 B phase winding 115, 112 C phase winding 11D Space 11E Rotor magnetic pole

Claims (73)

電気角で360°の間に、ステータの任意に定められるM個のステータ磁極と、
ステータの磁極間に電気角でほぼ180°ピッチに巻回した巻線と、
ロータの前記M個と個数が異なって任意に定められるK個のロータ磁極と、
各巻線へ一方向の電流を通電する電流制御手段と
を備えることを特徴とするモータ。
Arbitrarily defined M stator poles of the stator between 360 ° in electrical angle;
Windings wound at an electrical angle of approximately 180 ° between the magnetic poles of the stator,
K rotor magnetic poles, the number of which is different from that of the M rotors and arbitrarily determined;
A motor comprising: current control means for supplying a current in one direction to each winding.
電気角で360°の間に、ステータの任意に定められるM個の軟磁性体のステータ磁極と、
ステータの磁極間を通りバックヨーク部を一周するようないわゆる環状巻きの巻線と、
ロータの前記M個と個数が異なって任意に定められるK個の軟磁性体のロータ磁極と、
各巻線へ一方向の電流を通電する電流制御手段と
を備えることを特徴とするモータ。
M magnetic stator poles arbitrarily defined in the stator between 360 ° in electrical angle;
A so-called annular winding that goes around between the magnetic poles of the stator and goes around the back yoke,
K number of magnetic poles of the soft magnetic body which are arbitrarily determined by different number from the M number of rotors;
A motor comprising: current control means for supplying a current in one direction to each winding.
モータの外径側へ配置した第1のロータと、
モータの内径側へ配置した第2のロータと、
電気角で360°の間に、第1のロータと第2のロータへ配置するそれぞれ任意に定められるK個のロータ磁極と、
第1のロータと第2のロータとの径方向の中間であって、その外径側へ配置した第1のステータとその内径側へ配置した第2のステータと、
電気角で360°の間に、第1のステータと第2のステータへ配置した前記K個と個数が異なって任意に定められるM個のステータ磁極と、
径方向に隣接する第1のステータのスロットと第2のステータのスロットとの間へ巻回した巻線と、
各巻線へ一方向の電流を通電する電流制御手段と
を備えることを特徴とするモータ。
A first rotor disposed on the outer diameter side of the motor;
A second rotor disposed on the inner diameter side of the motor;
Arbitrarily defined K rotor magnetic poles arranged between the first rotor and the second rotor between 360 ° in electrical angle;
A first stator disposed on the outer diameter side between the first rotor and the second rotor, and a second stator disposed on the inner diameter side thereof;
M stator magnetic poles that are arbitrarily defined in different numbers from the K pieces arranged on the first stator and the second stator during an electrical angle of 360 °;
A winding wound between a slot in the first stator and a slot in the second stator adjacent in the radial direction;
A motor comprising: current control means for supplying a current in one direction to each winding.
ステータの磁極形状において、一組のステータ磁極のロータに面する形状が凹凸形状で、ロータに対向する2個以上の凸部を備え、ロータ側の磁極形状において、ロータ磁極の凸部のピッチは前記の一組のステータ磁極の凹凸形状のピッチとほぼ同じピッチであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のモータ。   In the magnetic pole shape of the stator, the shape of the pair of stator magnetic poles facing the rotor is an uneven shape, and there are two or more convex portions facing the rotor. In the magnetic pole shape on the rotor side, the pitch of the convex portions of the rotor magnetic pole is The motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the pitch is substantially the same as the pitch of the concave and convex shapes of the pair of stator magnetic poles. ステータ磁極へ界磁巻線を付加したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to claim 1, wherein a field winding is added to the stator magnetic pole. ステータの磁極とロータの磁極との間でトルクが発生可能なロータの回転位置の区間はステータ磁極の表面近傍へロータ磁極がさしかかる位置からステータ磁極とロータ磁極とが真正面に対向する回転位置までの区間であり、その回転位置の区間で前記ステータ磁極の円周方向の両側の2個の巻線へ相対的に逆向きの電流をそれぞれに通電することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のモータ。   The section of the rotational position of the rotor where torque can be generated between the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole is from the position where the rotor magnetic pole approaches the surface of the stator magnetic pole to the rotational position where the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole are directly opposite. 6. The current in the opposite direction is supplied to each of the two windings on both sides in the circumferential direction of the stator magnetic pole in the section of the rotational position. The motor according to claim 1. 各巻線の内、同一位相の電流を通電する巻線を直列に接続して前記電流制御手段で通電することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 6, wherein among the windings, windings through which currents of the same phase are passed are connected in series and energized by the current control means. 各巻線への電流の通電は、少なくとも2個以上の通電経路を持って、2個以上の電流制御手段で同時に電力を供給することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のモータ。   The current supply to each winding has at least two or more energization paths and supplies power simultaneously by two or more current control means. Motor. ステータへ界磁巻線を付加し、ステータ磁極の前記巻線へ整流手段を接続することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 8, wherein a field winding is added to the stator, and a rectifier is connected to the winding of the stator magnetic pole. ダイオードにより整流した充電電圧Vjと所望電圧Vkとの差を認識して前記界磁電流の大きさを制御する界磁電流制御手段を備えることを特徴とする請求項9に記載のモータ。   The motor according to claim 9, further comprising a field current control unit that recognizes a difference between a charging voltage Vj rectified by a diode and a desired voltage Vk and controls the magnitude of the field current. ステータ磁極のロータに対向する面に永久磁石を備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 10, wherein a permanent magnet is provided on a surface of the stator magnetic pole facing the rotor. ステータ磁極の軟磁性体の内部に永久磁石を備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to claim 1, further comprising a permanent magnet inside the soft magnetic body of the stator magnetic pole. ロータ磁極の表面、あるいは、ロータ磁極の軟磁性体の内部に永久磁石を備えることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 12, wherein a permanent magnet is provided on the surface of the rotor magnetic pole or in the soft magnetic body of the rotor magnetic pole. ステータ及びロータの構成が直線状又は円弧状であることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 13, wherein the configuration of the stator and the rotor is linear or arcuate. 電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が6で、ロータ磁極数であるKの値が2であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 14, wherein the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 6 and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 2. . 電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が6で、ロータ磁極数であるKの値が4であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 14, wherein the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 6 and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 4. . 電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が8で、ロータ磁極数であるKの値が4であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 14, wherein the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 8 and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 4. . 電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が8で、ロータ磁極数であるKの値が6であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 14, wherein the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 8 and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 6. . 電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が10で、ロータ磁極数であるKの値が4であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 14, wherein the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 10 and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 4. . 電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が10で、ロータ磁極数であるKの値が6であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 14, wherein the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 10 and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 6. . 電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が10で、ロータ磁極数であるKの値が8であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のモータ。   15. The motor according to claim 1, wherein the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 10, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 8. . 電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が12で、ロータ磁極数であるKの値が10であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to claim 1, wherein the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 12, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 10. . 電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が14で、ロータ磁極数であるKの値が4であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 14, wherein the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 14, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 4. . 電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が14で、ロータ磁極数であるKの値が6であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to claim 1, wherein the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 14 and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 6. . 電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が14で、ロータ磁極数であるKの値が8であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 14, wherein the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 14, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 8. . 電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が14で、ロータ磁極数であるKの値が10であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to claim 1, wherein the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 14, and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 10. . 電気角360°の間のステータ磁極数であるMの値が14で、ロータ磁極数であるKの値が12であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to claim 1, wherein the value of M, which is the number of stator magnetic poles between electrical angles of 360 °, is 14 and the value of K, which is the number of rotor magnetic poles, is 12. . ステータ磁極幅HT1が電気角で360°/(2M)より大きく、ロータ磁極幅HR1が電気角で360°/(2M)より大きいことを特徴とする請求項1〜27のいずれか1項に記載のモータ。   The stator magnetic pole width HT1 is larger than 360 ° / (2M) in electrical angle, and the rotor magnetic pole width HR1 is larger than 360 ° / (2M) in electrical angle. Motor. 複数のロータ磁極の内、円周方向のロータ磁極幅がHR2のロータ磁極と、円周方向のロータ磁極幅がHR2とは異なる値であるHR3であるロータ磁極とを備えることを特徴とする請求項1〜28のいずれか1項に記載のモータ。   Among the plurality of rotor magnetic poles, a rotor magnetic pole having a circumferential rotor magnetic pole width of HR2 and a rotor magnetic pole having a circumferential rotor magnetic pole width of HR3 having a value different from HR2 are provided. Item 29. The motor according to any one of Items 1 to 28. ロータ磁極の円周方向磁極幅あるいは径方向位置を変える変更手段、あるいは、ステータとロータとのロータ軸方向の相対的な位置を変更する手段を備えることを特徴とする請求項29に記載のモータとその制御装置。   30. The motor according to claim 29, further comprising means for changing the circumferential magnetic pole width or radial position of the rotor magnetic pole, or means for changing the relative position of the stator and the rotor in the axial direction of the rotor. And its control unit. ステータ磁極の円周方向磁極幅HT4とロータ磁極の円周方向磁極幅HR4の値が異なることを特徴とする請求項1〜30のいずれか1項に記載のモータ。   31. The motor according to claim 1, wherein the circumferential magnetic pole width HT4 of the stator magnetic pole and the circumferential magnetic pole width HR4 of the rotor magnetic pole are different from each other. ロータ磁極の先端部近傍の円周方向に、軟磁性体の突起部を付加することを特徴とする請求項1〜31のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 31, wherein a protrusion of a soft magnetic material is added in a circumferential direction near the tip of the rotor magnetic pole. 円周上に等間隔で配置するステータ磁極あるいはロータ磁極に対し、一部の磁極が円周方向にシフトしていることを特徴とする請求項1〜32のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 32, wherein a part of the magnetic poles is shifted in the circumferential direction with respect to the stator magnetic poles or the rotor magnetic poles arranged at equal intervals on the circumference. ステータ磁極の形状あるいはロータ磁極の形状に円周方向のスキューあるいは階段状の等価的なスキューを加えることを特徴とする請求項1〜33のいずれか1項に記載のモータ。   34. The motor according to claim 1, wherein a circumferential skew or a step-like equivalent skew is added to the shape of the stator magnetic pole or the shape of the rotor magnetic pole. ステータ磁極のロータに面する形状において、
ステータ磁極のロータ軸方向形状が台形形状のようにロータ軸方向の一方が円周方向に大きく、ロータ軸方向の他端が円周方向に小さい形状DIJで、
円周方向に隣接するステータ磁極のロータ軸方向形状が前記形状DIJをロータ軸方向に反転した形状DIKで、
円周方向には、ステータ磁極形状DIJとDIKが交互に配置した構成とし、
前記形状DIJの面積中心と前記形状DIKの面積中心とのロータ軸方向位置を相対的に離すことにより形状DIJのステータ磁極と形状DIKのステータ磁極との間のスロット開口部の大きさを大きくできる構成とした
ことを特徴とする請求項1〜34のいずれか1項に記載のモータ。
In the shape of the stator pole facing the rotor,
The shape of the stator magnetic poles in the rotor axial direction is trapezoidal, and the shape DIJ is such that one in the rotor axial direction is large in the circumferential direction and the other end in the rotor axial direction is small in the circumferential direction.
The shape of the stator pole adjacent to the circumferential direction in the rotor axial direction is a shape DIK obtained by inverting the shape DIJ in the rotor axial direction.
In the circumferential direction, the stator magnetic pole shapes DIJ and DIK are arranged alternately,
The size of the slot opening between the stator pole of the shape DIJ and the stator pole of the shape DIK can be increased by relatively separating the position in the rotor axial direction between the area center of the shape DIJ and the area center of the shape DIK. The motor according to any one of claims 1 to 34, wherein the motor is configured.
巻線の断面形状が長方形となるいわゆる平角線の平らな面がステータ磁極にほぼ平行となる向きに配置し、巻線を巻回することを特徴とする請求項1〜24のいずれか1項に記載のモータ。   The flat surface of a so-called rectangular wire having a rectangular cross-sectional shape of the winding is disposed in a direction substantially parallel to the stator magnetic pole, and the winding is wound. The motor described in. ステータ磁極あるいはロータ磁極の近傍あるいは内部へ漏れ磁束を低減するための閉回路を構成する導線あるいは導体板を配置することを特徴とする請求項1〜36のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 36, wherein a conducting wire or a conductor plate constituting a closed circuit for reducing leakage magnetic flux is disposed in the vicinity of or inside the stator magnetic pole or the rotor magnetic pole. ステータ磁極あるいはロータ磁極へスリットを配置することを特徴とする請求項1〜37のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 37, wherein a slit is arranged in the stator magnetic pole or the rotor magnetic pole. 前記スリットに、閉回路を成す導線あるいは導体板を配置することを特徴とする請求項38に記載のモータ。   The motor according to claim 38, wherein a conductive wire or a conductor plate forming a closed circuit is disposed in the slit. ステータ磁極あるいはロータ磁極のロータ軸方向端に軟磁性体を付加したことを特徴とする請求項1〜39のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 39, wherein a soft magnetic material is added to a rotor magnetic pole end of the stator magnetic pole or the rotor magnetic pole. ステータ磁極あるいはロータ磁極のロータ軸方向端に軟磁性体と永久磁石を付加したことを特徴とする請求項1〜40のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 40, wherein a soft magnetic material and a permanent magnet are added to a rotor magnetic pole end of the stator magnetic pole or the rotor magnetic pole. ステータ磁極あるいはロータ磁極のロータ軸方向端に軟磁性体と磁束を励起する励磁巻線を付加したことを特徴とする請求項1〜40のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 40, wherein an excitation winding for exciting a soft magnetic material and a magnetic flux is added to a rotor magnetic pole end of the stator magnetic pole or the rotor magnetic pole. ステータのスロットのロータ側端の近傍に永久磁石を配置したことを特徴とする請求項1〜42のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 42, wherein a permanent magnet is arranged in the vicinity of the rotor side end of the slot of the stator. 前記ロータ磁極において、ある磁極から他の磁極の方向にスリットを設けたことを特徴とする請求項1〜43のいずれか1項に記載のモータ。   44. The motor according to any one of claims 1 to 43, wherein a slit is provided in a direction from one magnetic pole to another magnetic pole in the rotor magnetic pole. ステータ磁極のロータに面した部分あるいはステータ磁極のステータに面した部分のその先端部において、先端部の軟磁性体の間に空間など磁気抵抗の大きな部分を配置することを特徴とする請求項1〜44のいずれか1項に記載のモータ。   2. A portion having a large magnetic resistance, such as a space, is arranged between soft magnetic bodies at the tip of the portion of the stator pole facing the rotor or the tip of the portion of the stator pole facing the stator. The motor of any one of -44. ロータ磁極へ巻線を付加することを特徴とする請求項1〜35のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 35, wherein a winding is added to the rotor magnetic pole. ステータのロータに面する形状をテーパ状とし、ロータのステータに面する形状をテーパ状とし、ステータとロータとのロータ軸方向の相対的な位置関係を移動する手段を備え、ステータとロータとを相対的にロータ軸方向へ移動することによりステータとロータとの間のエアギャップの大きさを可変できるようにしたことを特徴とする請求項1〜46のいずれか1項に記載のモータ。   The shape of the stator facing the rotor is tapered, the shape of the rotor facing the stator is tapered, and means for moving the relative positional relationship between the stator and the rotor in the axial direction of the rotor is provided. The motor according to any one of claims 1 to 46, wherein the size of the air gap between the stator and the rotor can be varied by relatively moving in the rotor axial direction. ステータの巻線の両側以外に全巻回数の中間タップを取り出せる構造とし、巻線の接続先を切り替える手段を備えることを特徴とする請求項1〜35のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 35, wherein the motor has a structure in which an intermediate tap of the total number of turns can be taken out on both sides of the winding of the stator, and includes means for switching the connection destination of the winding. ステータ磁極のスロット開口部側の軟磁性材に、高い飽和磁束密度を示す材料を使用したことを特徴とする請求項1〜48のいずれか1項に記載のモータ。   49. The motor according to claim 1, wherein a material exhibiting a high saturation magnetic flux density is used for the soft magnetic material on the slot opening side of the stator magnetic pole. ロータの軟磁性体にアモルファス金属を使用することを特徴とする請求項1〜35のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 35, wherein an amorphous metal is used for the soft magnetic material of the rotor. A相、B相、C相の3相で、M=6でNn(Nnは4以上の偶数の整数)極のモータで、
スロット数が(6×Nn/2)個で、
少なくともS1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12の順に円周方向に配置される12個のスロットS1〜S12において、A相巻線が巻回されたスロットS1のロータ軸方向端で外径側を通って配置され3個離れた負のA相のスロットS4へ巻回され、前記スロットS1から4個目のスロットS5にC相巻線が巻回されロータ軸方向端で外径側を通って配置され、3個離れた負のC相のスロットS8へ巻回され、前記スロットS1から8個目のスロットS9にC相巻線が巻回されロータ軸方向端で外径側を通って配置され、3個離れた負のC相のスロットS12へ巻回され、
前記スロットS1から2個目のスロットS3にB相巻線が巻回されロータ軸方向端で前記スロットS4、S5のロータ軸方向端の側面を通って配置され、3個離れた負のB相のスロットS6へ巻回され、
前記スロットS1から6個目のスロットS7にA相巻線が巻回されロータ軸方向端で前記スロットS8、S9のロータ軸方向端の側面を通って配置され、3個離れた負のA相のスロットS10へ巻回される
ことを特徴とする請求項1、4、13のいずれか1項に記載のモータ。
A phase, phase B, phase C, M = 6, Nn (Nn is an even integer of 4 or more) pole motor,
The number of slots is (6 × Nn / 2),
A phase winding is wound in 12 slots S1 to S12 arranged in the circumferential direction in the order of at least S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S11, and S12. The slot S1 is wound around the negative A-phase slot S4 which is arranged through the outer diameter side at the rotor axial end and is separated by three, and the C-phase winding is wound from the slot S1 to the fourth slot S5. It is rotated and arranged through the outer diameter side at the rotor axial end, wound around three negative C-phase slots S8, and a C-phase winding is wound from the slot S1 to the eighth slot S9. Is disposed through the outer diameter side at the rotor axial end, wound around three negative C-phase slots S12,
A B-phase winding is wound from the slot S1 to the second slot S3, arranged at the rotor axial end through the side surface of the rotor axial end of the slots S4 and S5, and three negative B-phases separated from each other Is wound around the slot S6,
A phase A winding is wound from the slot S1 to the sixth slot S7, arranged at the rotor axial end through the side surface of the rotor axial end of the slots S8 and S9, and is separated by three negative A phases. The motor according to any one of claims 1, 4, and 13, wherein the motor is wound around a slot S10.
巻線がスロットの内部からロータ軸方向端のバックヨーク側へ配置して巻回する場合、ロータ軸方向端近傍のスロットの形状がバックヨーク側へ広げた形状で、
巻線がスロットの内部からロータ軸方向端の円周方向へ配置して巻回する場合、ロータ軸方向端近傍のスロットの形状が円周方向へ広げた形状であることを特徴とする請求項1〜51のいずれか1項に記載のモータ。
When the winding is arranged and wound from the inside of the slot to the back yoke side at the rotor axial end, the shape of the slot near the rotor axial end is expanded to the back yoke side,
When the winding is wound from the inside of the slot in the circumferential direction of the rotor axial end, the shape of the slot in the vicinity of the rotor axial end is a shape expanded in the circumferential direction. The motor according to any one of 1 to 51.
ステータのコイルエンド部の外周側あるいは内周側にステータコアのバックヨーク部を配置していることを特徴とする請求項1〜52のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 52, wherein a back yoke portion of a stator core is disposed on an outer peripheral side or an inner peripheral side of a coil end portion of the stator. スロット内の第1の絶縁材料とスロット内の軸方向端の近傍の第2の絶縁材料とをスロット形状を広げた部分で重ねることを特徴とする請求項1〜53のいずれか1項に記載のモータ。   54. The first insulating material in the slot and the second insulating material in the vicinity of the axial end in the slot are overlapped with each other in a portion where the slot shape is widened. Motor. ステータの軟磁性体の円周方向幅が電気角で360°の整数倍の幅に分割された分割コアの組み合わせで構成され、ステータの360°の整数倍の前記幅に前記分割コアに巻かれるべき巻線が巻回された構成であることを特徴とする請求項1〜54のいずれか1項に記載のモータ。   The circumferential width of the soft magnetic body of the stator is composed of a combination of split cores divided into an integral multiple of 360 ° in electrical angle, and is wound around the split core to the integral multiple of 360 ° of the stator. The motor according to any one of claims 1 to 54, wherein the power winding is wound. 第1のステータの各スロット間に第2の組の巻線を巻回したことを特徴とする請求項3に記載のモータ。   The motor according to claim 3, wherein a second set of windings is wound between each slot of the first stator. 第1のロータの支持構造が、ロータ軸の両端で軸受けにより支持し、第2のロータの支持構造も、ロータ軸の両端で軸受けにより支持する構成であることを特徴とする請求項3、請求項56のいずれか1項に記載のモータ。   The first rotor support structure is supported by bearings at both ends of the rotor shaft, and the second rotor support structure is also supported by bearings at both ends of the rotor shaft. 57. The motor according to any one of items 56. 各相のステータの各スロットに同一相の複数の巻線を並列して巻回し、並列巻線の片側の巻線にはダイオードを直列に巻回して電源へ接続し、他方の巻線はモータの電流を制御するトランジスタへ接続することを特徴とする請求項1〜57のいずれか1項に記載のモータ。   A plurality of windings of the same phase are wound in parallel in each slot of the stator of each phase, a diode is wound in series on one side of the parallel winding and connected to the power source, and the other winding is a motor. The motor according to claim 1, wherein the motor is connected to a transistor that controls the current of the motor. モータの各相巻線の一方の端子を電源へ接続し、前記各相巻線の各他端を各相の駆動用トランジスタへ接続し、前記各相巻線の各他端と各相の駆動用トランジスタとの各接続点へ各ダイオードを接続することを特徴とする請求項1〜57のいずれか1項に記載のモータ。   Connect one terminal of each phase winding of the motor to the power supply, connect each other end of each phase winding to the driving transistor for each phase, drive each other end of each phase winding and each phase The motor according to any one of claims 1 to 57, wherein each diode is connected to each connection point with the operating transistor. モータの各相巻線の一方の端子を各相共通のトランジスタのエミッタへ接続し、前記巻線の各他端を各相の駆動用トランジスタのコレクタへ接続することを特徴とする請求項1〜56のいずれか1項に記載のモータ。   2. One terminal of each phase winding of the motor is connected to an emitter of a transistor common to each phase, and each other end of each winding is connected to a collector of a driving transistor for each phase. 56. The motor according to any one of 56. モータの各相巻線の一方の各端子を各相の駆動用トランジスタの各エミッタへ接続し、前記巻線の各他端を各相の他方の駆動用トランジスタのコレクタへ接続することを特徴とする請求項1〜55のいずれか1項に記載のモータ。   One terminal of each phase winding of the motor is connected to each emitter of the driving transistor for each phase, and the other end of the winding is connected to the collector of the other driving transistor for each phase. The motor according to any one of claims 1 to 55. 直流電源の正端子へトランジスタTRPのコレクタを接続し、トランジスタTRPの他端のエミッタの点TOUTを他のトランジスタTRNのコレクタとへ接続し、トランジスタTRNのエミッタを直流電源の負端子へ接続し、前記トランジスタTRP及びTRNで構成するトランジスタブリッジを巻線の相数より一つ多く備え、各相の巻線の片端を各前記トランジスタブリッジの前記点TOUTへ接続し、各相の巻線の他端を相互に接続して星形結線とし、星形結線の中性点に前記の残りの1組の前記トランジスタブリッジの点TOUTへ接続することを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のモータ。   Connect the collector of the transistor TRP to the positive terminal of the DC power supply, connect the emitter point TOUT at the other end of the transistor TRP to the collector of the other transistor TRN, connect the emitter of the transistor TRN to the negative terminal of the DC power supply, A transistor bridge composed of the transistors TRP and TRN is provided one more than the number of phases of the windings, one end of each phase winding is connected to the point TOUT of each transistor bridge, and the other end of each phase winding 15. The method of claim 1, further comprising: connecting the two to each other to form a star connection, and connecting to the neutral point of the star connection to a point TOUT of the remaining set of the transistor bridges. The motor described in. NN相の巻線を駆動するとき、2個の前記トランジスタブリッジのそれぞれの出力TOUTへ一つの相の巻線の片端と他端とを接続し、正負の両方向電流の駆動が可能な構成とし、他の(NN−1)相の巻線と駆動回路を同様な構成とし、大きなトルクを出力する時には、各ステータ磁極の磁束の方向を磁気飽和し難い方向となるように電流の方向を選択し、高速回転において巻線の電圧が低くなるよう制御する時には、各ステータ磁極の磁束の方向を磁気飽和し易い方向となるように電流の方向を選択して制御することを特徴とする請求項41〜43のいずれか1項に記載のモータ。   When driving the NN phase winding, one end and the other end of the winding of one phase are connected to the output TOUT of each of the two transistor bridges, and a positive and negative current can be driven. When the other (NN-1) phase windings and the drive circuit are configured in the same manner and a large torque is output, the direction of the current is selected so that the direction of the magnetic flux of each stator magnetic pole is less likely to be magnetically saturated. 42. The current direction is selected and controlled so that the direction of the magnetic flux of each stator magnetic pole is easily magnetically saturated when the winding voltage is controlled to be low during high-speed rotation. The motor of any one of -43. ある回転方向へ、ある回転トルクで運転する時に、対象とするステータ磁極の円周方向の前後のスロットへ巻回した各巻線へ相対的に逆方向の電流を通電し、同時に、前記ステータ磁極に印加している起磁力と同一方向の起磁力を生成する電流をその他の巻線へ通電することを特徴とする請求項1〜32、62、63のいずれか1項に記載のモータ。   When operating in a certain rotational direction with a certain rotational torque, a current in a reverse direction is applied to each winding wound around the circumferential slots of the target stator magnetic pole, and at the same time, the stator magnetic pole is The motor according to any one of claims 1 to 32, 62, and 63, wherein a current that generates a magnetomotive force in the same direction as the applied magnetomotive force is applied to the other windings. モータの永久磁石を着磁状態を低減する減磁手段と、モータの永久磁石を着磁状態を増加する着磁手段とを備えることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載のモータ。   The demagnetizing means for reducing the magnetized state of the permanent magnet of the motor and the magnetizing means for increasing the magnetized state of the permanent magnet of the motor are provided. Motor. ステータ磁極の円周方向の前後のスロットへ巻回した各巻線へ通電する電流方向が両巻線では逆方向であって、各巻線へ通電する電流の方向は巻線ごとに固有に決められていて、ロータ磁極の回転と共に、円周方向に隣接するステータ磁極を、励磁する磁束の方向を順次逆転しながら、順次励磁してロータ磁極をほぼ継続的に吸引し、ほぼ継続的に回転トルクを発生して駆動することを特徴とする請求項1〜32のいずれか1項に記載のモータ。   The direction of current flowing through each of the windings wound around slots in the circumferential direction of the stator magnetic pole is opposite in both windings, and the direction of current flowing through each winding is uniquely determined for each winding. As the rotor magnetic pole rotates, the stator magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction are sequentially excited while reversing the direction of the magnetic flux to be excited, and the rotor magnetic poles are attracted almost continuously. The motor according to claim 1, wherein the motor is generated and driven. ロータ磁極を円周方向配置した複数のステータ磁極が順次吸引して回転し、あるステータ磁極SJ1がロータ磁極を吸引してほぼ対向する回転位置θr1からさらにロータが回転して隣接するステータ磁極SJ2へロータ磁極がさしかかる回転位置θr2までの間に、ロータ側とステータ側とのラジアル方向吸引力の時間変動が小さくなるように、トルクを発生する磁束成分φTを励磁する電流成分ITとラジアル方向吸引力を維持する磁束成分φRを励磁する電流成分IRとを通電し制御することを特徴とする請求項1〜32のいずれか1項に記載のモータ。   A plurality of stator magnetic poles having rotor magnetic poles arranged in the circumferential direction are sequentially attracted and rotated, and a certain stator magnetic pole SJ1 attracts the rotor magnetic poles and further rotates from the rotational position θr1 substantially opposed to the adjacent stator magnetic pole SJ2. The current component IT and the radial attractive force for exciting the magnetic flux component φT that generates torque so that the temporal fluctuation of the radial attractive force between the rotor side and the stator side is reduced before the rotational position θr2 at which the rotor magnetic pole approaches. The motor according to any one of claims 1 to 32, wherein a current component IR that excites a magnetic flux component φR that maintains the current is energized and controlled. ステータ磁極の円周方向の前後のスロットへ巻回した各巻線へ通電する電流方向が両巻線では逆方向であって、ロータの回転と共に、ロータ磁極とステータ磁極が接近する組み合わせを全ステータ磁極の中から選択し、選択したステータ磁極の円周方向の前後の巻線へそれぞれ固有の電流方向の電流を通電し、それぞれのロータ磁極に生成するトルクはロータ回転角に対して間欠的ではあるが、ロータ全体としては複数のロータ磁極のトルクの合計を生成することを特徴とする請求項1〜32のいずれか1項に記載のモータ。   The direction of the current applied to each winding wound around the slots in the circumferential direction of the stator magnetic pole is opposite in both windings, and a combination in which the rotor magnetic pole and the stator magnetic pole approach each other as the rotor rotates is a combination of all stator magnetic poles. A current in a specific current direction is applied to the circumferential windings of the selected stator magnetic pole, and the torque generated in each rotor magnetic pole is intermittent with respect to the rotor rotation angle. However, the motor according to any one of claims 1 to 32, which generates a sum of torques of a plurality of rotor magnetic poles as a whole rotor. ステータ磁極の円周方向の前後のスロットへ巻回した各巻線へ通電する電流方向が両巻線では逆方向であって、
低速回転では、ロータ磁極の回転と共に、ロータ磁極が接近し、対向するステータ磁極を全ステータ磁極の中から選択し、
選択したステータ磁極の円周方向の前後の巻線へそれぞれ固有の電流方向の電流を通電し、
それぞれのロータ磁極に生成するトルクは間欠的ではあるが、ロータ全体としてはほぼ継続的な回転トルクを生成し、
高速回転では主として、ロータ磁極の回転と共に、円周方向に隣接するステータ磁極を、励磁する磁束の方向を順次逆転しながら、順次励磁してロータ磁極をほぼ継続的に吸引し、ほぼ継続的に回転トルクを発生して駆動することを特徴とする請求項1〜32のいずれか1項に記載のモータ。
The direction of the current flowing through each winding wound around the slots in the circumferential direction of the stator magnetic pole is opposite in both windings,
In low-speed rotation, the rotor magnetic pole approaches as the rotor magnetic pole rotates, and the opposing stator magnetic pole is selected from all the stator magnetic poles,
Apply current in the current direction to the windings in the circumferential direction of the selected stator magnetic pole,
Although the torque generated in each rotor magnetic pole is intermittent, the rotor as a whole generates almost continuous rotational torque,
In high-speed rotation, as the rotor magnetic pole rotates, the stator magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction are sequentially excited while reversing the direction of the magnetic flux to be excited in order to attract the rotor magnetic poles almost continuously. The motor according to claim 1, wherein the motor is driven by generating a rotational torque.
各巻線の電流制御において、各巻に流れる電流とロータ回転位置によって定まる鎖交磁束情報を使用して電圧信号を作り電流を制御することを特徴とする請求項1〜32のいずれか1項に記載のモータ。   The current control of each winding, wherein in the current control of each winding, a voltage signal is generated using the flux linkage information determined by the current flowing through each winding and the rotor rotational position to control the current. Motor. トルク指令値TCとロータ回転位置θrとロータ回転速度ωrに対応したモータの各相巻線の電流情報IJと各相巻線の電圧情報VJとを記憶する手段を備えることを特徴とする請求項1〜33のいずれか1項に記載のモータ。   A means for storing current information IJ of each phase winding and voltage information VJ of each phase winding of the motor corresponding to the torque command value TC, the rotor rotation position θr, and the rotor rotation speed ωr is provided. 1-3. The motor according to any one of 1 to 33. ロータの回転と共に、断続的な直流電流で制御する各相電流でモータを駆動する制御装置において、
各相の電流信号とロータ位置情報から各相のトルク相当信号TNを求め、
各相のトルク相当信号TNの全てを加えてモータの総トルク相当信号TAを求め、
一方、速度制御の速度誤差信号等から作られたトルク指令TCを求め、
トルク指令TCと総トルク相当信号TAとの差からトルク相当誤差信号ΔTを求め、
トルク指令TCとトルク相当誤差信号ΔTを用いて各相の電流および電圧を制御することを特徴とする請求項1〜32、70、71のいずれか1項に記載のモータ。
In the control device that drives the motor with each phase current controlled by intermittent DC current as the rotor rotates,
From each phase current signal and rotor position information, a torque equivalent signal TN for each phase is obtained,
The total torque equivalent signal TA of the motor is obtained by adding all the torque equivalent signals TN of each phase,
On the other hand, the torque command TC made from the speed error signal of the speed control is obtained,
A torque equivalent error signal ΔT is obtained from the difference between the torque command TC and the total torque equivalent signal TA,
The motor according to any one of claims 1 to 32, 70, and 71, wherein a current and a voltage of each phase are controlled using a torque command TC and a torque equivalent error signal ΔT.
モータの各巻線の電圧、電流の値を利用してロータの回転位置あるいは速度を検出することを特徴とする請求項1〜72のいずれか1項に記載のモータ。   The motor according to any one of claims 1 to 72, wherein the rotational position or speed of the rotor is detected using the voltage and current values of each winding of the motor.
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