JP2014147269A - Stator and rotator for sr motor, and designing method for them - Google Patents

Stator and rotator for sr motor, and designing method for them Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stator and a rotator for an SR motor, capable of enhancing the efficiency of the SR motor, and a designing method for them.SOLUTION: A designing method for a stator and a rotator of an SR motor, includes following steps: forming functions for the position of a reference SR motor rotator obtained from a finite element method magnetic field analysis and an inductance with regard to a coil current through a function such as least square method approximate expression; evaluating a motor efficiency when changing the coefficient of the function and applying a fixed segment excitation PWM voltage control method; defining a designing policy of a core shape for enhancing the motor efficiency on the basis of the evaluation; and determining the core shape meeting the designing policy. By employing the designing method, the stator and the rotator of the SR motor are designed to have such shapes: a shape of extending a stator yoke up to the upper part of the coil end in axial direction; a tooth length and a taper shape appropriate for the stator and the rotator; a stator yoke shape appropriate for a split core; and an appropriate overlapping shape of the stator and the rotator tooth in axial direction.

Description

本発明は、SRモータ(Switched Reluctance Motor)に関し、特に固定子および回転子のコア構造並びにその設計方法に関する。   The present invention relates to an SR motor (Switched Reluctance Motor), and more particularly, to a core structure of a stator and a rotor and a design method thereof.

SRモータは、回転子コアが突極構造で回転子には永久磁石や巻線がなく、機械的に堅牢で高温での運転が安定している等の利点があるため、近年は電気自動車やハイブリッド自動車のモータとして注目されつつある。また、SRモータは、レアアースを用いないため安価である点も大きな特徴である。しかし、ブラシレス直流モータに比べてモータ効率が低いため実用化が遅れている。   SR motors have the advantage that the rotor core has a salient pole structure, the rotor does not have permanent magnets or windings, is mechanically robust, and is stable at high temperatures. It is attracting attention as a motor for hybrid vehicles. In addition, the SR motor is also characterized by being inexpensive because it does not use rare earth. However, since the motor efficiency is lower than that of a brushless DC motor, its practical application is delayed.

SRモータのモータ効率を改善する技術として、低鉄損材料を用いることを前提としたコア形状の設計が行われている(非特許文献1参照)。しかし、コア形状の設計で対象としている設計パラメータが基本的なものに限定されており、コア形状の軸方向変化は考慮していないので、SRモータの潜在能力が引き出せているとは言い難い。   As a technique for improving the motor efficiency of the SR motor, a core shape is designed on the assumption that a low iron loss material is used (see Non-Patent Document 1). However, since the design parameters targeted in the design of the core shape are limited to basic ones and changes in the axial direction of the core shape are not taken into account, it is difficult to say that the potential of the SR motor can be extracted.

圧粉鉄心を用いて固定子・回転子コアのティースに重なりを持たせる構造が検討されているが、圧粉鉄心を前提としているので、機械的強度不足や磁化特性の悪さなど圧粉鉄心固有の問題があり、実用化には至っていない(非特許文献2参照)。   Although a structure in which the teeth of the stator / rotor core are overlapped using a dust core has been studied, it is premised on a dust core, so it is inherent to the dust core, such as insufficient mechanical strength and poor magnetic properties. Has not yet been put to practical use (see Non-Patent Document 2).

電気機器の一般材料であるけい素鋼板を使用し、軸方向にコア形状を変化させ、モータ効率を向上させる設計例が特許文献1に開示されている。
この特許文献1に開示されたモータの製造方法では、固定子・回転子コアの形状を軸方向に変化させることは、設計できたとしても、従来のけい素鋼板を打ち抜く金型技術では、製造が極めて困難であった。
このような問題に対し、特許文献2には、コアのティースを打ち抜く刃をスライドすることによりコア形状を軸方向に変化することのできる金型技術が開示されている。
Patent Document 1 discloses a design example in which a silicon steel plate, which is a general material for electrical equipment, is used, the core shape is changed in the axial direction, and motor efficiency is improved.
In the motor manufacturing method disclosed in Patent Document 1, the shape of the stator / rotor core can be changed in the axial direction. Was extremely difficult.
With respect to such a problem, Patent Document 2 discloses a mold technique that can change the core shape in the axial direction by sliding a blade that punches out the teeth of the core.

特開2005−348553号公報JP 2005-348553 A 特許第4578460号公報(特開2008−67588号公報)Japanese Patent No. 4578460 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-67588)

鈴木貴紀ら、「高効率スイッチトリラクタンスモータの開発」、電気学会論文誌D、126巻4号、2006年Takaki Suzuki et al., “Development of high-efficiency switched reluctance motor”, IEEJ Transaction D, Vol. 126, No. 4, 2006 小笠原悟司、竹本真紹ら、「レアアースを使わない新構造の50kWハイブリッド自動車用フェライト磁石モータを開発」、[online]平成22年9月29日、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、国立大学法人北海道大学、[平成24年12月19日検索]、インターネット<URL:http://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_0005A.html>Seiji Ogasawara, Makoto Takemoto et al., “Development of a new structure of ferrite magnet motor for 50kW hybrid vehicles that does not use rare earths” [online] September 29, 2010, New Energy and Industrial Technology Development Organization, National University Corporation Hokkaido University, [Search on December 19, 2012], Internet <URL: http: //www.nedo.go.jp/news/press/AA5_0005A.html>

上述したように、SRモータのモータ効率は、固定子・回転子のコア形状だけでなく適用される制御方法によっても変化する。SRモータは、数学モデルが確立している誘導機や同期機とは異なって制御方法が確立しておらず、設計パラメータがモータ効率に与える影響が明らかになっていないので、固定子コア、回転子コアの設計指針が立て難い。
本発明は、SRモータの効率を向上することのできるSRモータの固定子および回転子並びにその設計方法を提供することを目的とする。
As described above, the motor efficiency of the SR motor varies depending not only on the core shape of the stator / rotor but also on the applied control method. Unlike the induction machines and synchronous machines for which mathematical models are established, SR motors have no established control method, and the influence of design parameters on motor efficiency has not been clarified. Child core design guidelines are difficult to make.
An object of the present invention is to provide a stator and a rotor of an SR motor that can improve the efficiency of the SR motor, and a design method thereof.

前記課題を解決するため、本発明のSRモータの回転子および固定子の設計方法は、
有限要素法磁場解析で得られた標準SRモータの回転子位置とコイル電流に対するインダクタンスを最小二乗法による近似式等の関数を用いて関数化し、
その関数の係数に変化を与えたときの固定区間励磁PWM電圧制御法を適用した際のモータ効率を評価し、
その評価に基づき、モータ効率を向上させるコア形状の設計指針を定め、
この設計指針を満足するコア形状を決定することを特徴とする。
また、本発明のSRモータの回転子および固定子は、請求項1記載のSRモータの固定子および回転子の設計方法を用いて、固定子ヨークをコイルエンド上部まで軸方向に延長した形状、固定子・回転子の最適なティース長とテーパ形状、分割コアに適した固定子ヨークの形状、固定子・回転子ティースの軸方向の最適重なり形状となるように設計されたものであることを特徴とする。
本発明においては、空間利用率を上げることを前提として、従来の設計で取り扱う固定子・回転子コアの断面形状に留まらず、固定子・回転子ティースが軸方向で交互に重なる形状や固定子ヨークのみを軸方向に延長する形状の発明を含む。
本発明によりモータ効率が向上するだけでなく、単位体積当たりの出力や発生トルクも向上する。
In order to solve the above-described problem, a method for designing the rotor and stator of the SR motor of the present invention includes:
Using a function such as an approximate expression by the least square method, the rotor position of the standard SR motor obtained by the finite element method magnetic field analysis and the inductance for the coil current are functionalized.
Evaluate the motor efficiency when applying the fixed section excitation PWM voltage control method when changing the coefficient of the function,
Based on the evaluation, the core shape design guidelines to improve motor efficiency were established,
A core shape that satisfies the design guideline is determined.
Further, the SR motor rotor and stator of the present invention have a shape in which the stator yoke is extended in the axial direction to the upper end of the coil end using the SR motor stator and rotor design method according to claim 1, The optimal teeth length and taper shape of the stator / rotor, the stator yoke shape suitable for the split core, and the optimal overlapping shape in the axial direction of the stator / rotor teeth. Features.
In the present invention, on the premise of increasing the space utilization factor, not only the cross-sectional shape of the stator / rotor core handled in the conventional design, but also the shape or stator in which the stator / rotor teeth alternately overlap in the axial direction. The invention includes a shape in which only the yoke is extended in the axial direction.
The present invention not only improves motor efficiency, but also improves output per unit volume and generated torque.

本発明によれば、ブラシレス直流モータに匹敵するモータ効率を得ることができ、機械的に堅牢で高温での運転が安定しているSRモータとしての特徴を活かして、電気自動車などの駆動源として利用することができる。   According to the present invention, a motor efficiency comparable to that of a brushless DC motor can be obtained, and the characteristics of an SR motor that is mechanically robust and stable at high temperatures can be used as a drive source for an electric vehicle or the like. Can be used.

本発明に係るSRモータの固定子・回転子形状の最適化設計法の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the optimization design method of the stator and rotor shape of SR motor which concerns on this invention. インダクタンス関数表現によるSRモータモデルを示すグラフである。It is a graph which shows the SR motor model by inductance function expression. 6/4極標準SRモータのモータ効率を示すグラフである。It is a graph which shows the motor efficiency of a 6/4 pole standard SR motor. 12/8極標準SRモータのモータ効率を示すグラフである。It is a graph which shows the motor efficiency of a 12/8 pole standard SR motor. 6/4極SRモータのモータ効率の定量的評価を示すグラフである。It is a graph which shows quantitative evaluation of the motor efficiency of a 6/4 pole SR motor. 12/8極SRモータのモータ効率の定量的評価を示すグラフである。It is a graph which shows quantitative evaluation of the motor efficiency of a 12/8 pole SR motor. インダクタンス関数の変化方法の説明図である。It is explanatory drawing of the change method of an inductance function. 固定子コアとコイルエンド空間の、従来から本発明に変更した状態の説明図である。It is explanatory drawing of the state changed into the present invention conventionally from a stator core and coil end space. 6/4極と12/8極のコイルエンド空間の比較表である。It is a comparison table of coil end space of 6/4 pole and 12/8 pole. 6/4極コア長114mmで回転子にRを設けた例を示す半断面斜視図である。FIG. 6 is a half cross-sectional perspective view showing an example in which a 6 / 4-pole core length is 114 mm and a rotor is provided with R. 12/8極コア長126.8mmの回転子にRを設けない例を示す半断面斜視図である。It is a half cross-sectional perspective view which shows the example which does not provide R in the rotor of 12/8 pole core length 126.8mm. 固定子と回転子のティース長の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the teeth length of a stator and a rotor. 本発明によるティース幅の変更例の説明図である。It is explanatory drawing of the example of a change of the teeth width by this invention. 本発明によるティーステーパ角の変更例の説明図である。It is explanatory drawing of the example of a change of the teeth taper angle by this invention. 6/4極の場合のコイル電流が1Aのときの回転子位置とインダクタンスの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a rotor position and an inductance in case the coil current in the case of 6/4 pole is 1A. 6/4極の場合のコイル電流が100Aのときの回転子位置とインダクタンスの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a rotor position and an inductance in case the coil current in the case of 6/4 pole is 100A. 12/8極の場合のコイル電流が1Aのときの回転子位置とインダクタンスの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a rotor position and an inductance in case the coil current in the case of 12/8 pole is 1A. 12/8極の場合のコイル電流が100Aのときの回転子位置とインダクタンスの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a rotor position and an inductance in case the coil current in the case of 12/8 pole is 100A. 標準コア形状の高負荷時の磁束分布を示すチャートである。It is a chart which shows magnetic flux distribution at the time of high load of a standard core shape. テーパ角を設けたコア形状の高負荷時の磁束分布を示すチャートである。It is a chart which shows magnetic flux distribution at the time of high load of the core shape which provided the taper angle. 分割コア接合部の箇所を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the location of a division | segmentation core junction part. 分割コア外周コア幅5mmの磁束分布を示すチャートである。It is a chart which shows magnetic flux distribution with a split core outer periphery core width of 5 mm. 分割コア外周コア幅6mmの磁束分布を示すチャートである。It is a chart which shows magnetic flux distribution with a split core outer periphery core width of 6 mm. 分割コアの接合面のギャップ解析モデルを示す要部拡大チャートである。It is a principal part enlarged chart which shows the gap analysis model of the joint surface of a split core. 回転子ティースのテーパ角のインダクタンス落差への影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence on the inductance drop of the taper angle of a rotor tooth. コアバックの説明図である。It is explanatory drawing of a core back. コアバック延長とインダクタンス落差の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between core back extension and an inductance drop. コア凹凸2段の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of 2 steps | paragraphs of core unevenness | corrugations. コア凹凸3段の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of 3 steps | paragraphs of core unevenness | corrugations. 本発明の実施の形態に係る高効率SRモータの分割コア断面図である。It is a split core sectional view of the high efficiency SR motor concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る高効率SRモータの回転子断面図である。It is a rotor sectional view of a high efficiency SR motor concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る高効率SRモータの回転子断面写真である。It is a rotor cross section photograph of the high efficiency SR motor concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る高効率SRモータの回転子コアの写真である。It is a photograph of the rotor core of the high efficiency SR motor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る高効率SRモータ回転子の分割コアの写真である。It is a photograph of the split core of the high efficiency SR motor rotor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る高効率SRモータの固定子コアの写真である。It is a photograph of the stator core of the high efficiency SR motor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る高効率SRモータの外観写真である。It is an external appearance photograph of the high efficiency SR motor concerning an embodiment of the invention. 6/4極SRモータの静止トルクのグラフである。It is a graph of the static torque of a 6/4 pole SR motor. 12/8極SRモータの静止トルクのグラフである。It is a graph of the static torque of a 12/8 pole SR motor. 本発明の実施の形態に係る高効率SRモータの回転数・出力電流特性を示すグラフである。It is a graph which shows the rotation speed and output current characteristic of the high efficiency SR motor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る高効率SRモータのモータ効率・モータ出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the motor efficiency and the motor output characteristic of the high efficiency SR motor which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
上述したように、スイッチトリラクタンスモータ(SRモータ)は、電気自動車(EV)用の永久磁石同期モータと比較して効率が劣っている。そこでEV用SRモータのモータ効率改善を目的としてコア形状を設計する。コア形状の設計は、有限要素法による磁場解析及び過渡シミュレーションによるモータ効率を評価することにより行う。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
As described above, the switched reluctance motor (SR motor) is inferior in efficiency compared with the permanent magnet synchronous motor for the electric vehicle (EV). Therefore, the core shape is designed for the purpose of improving the motor efficiency of the SR motor for EV. The core shape is designed by evaluating the magnetic efficiency by the finite element method and the motor efficiency by transient simulation.

本実施の形態では、最初にSRモータのインダクタンス曲線がモータ効率に与える影響を過渡シミュレーションにより検討し、検討結果に基づきコア形状の設計指針を立てる。
次に設計指針に基づいて、有限要素法による磁場解析で計算されるインダクタンス曲線を評価することによりコア形状を設計する。
最後に、設計したコア形状を適用したSRモータを試作し、実機試験によりモータ効率を測定し、設計によるモータ効率の改善効果について考察する。
In the present embodiment, the influence of the SR motor inductance curve on the motor efficiency is first examined by a transient simulation, and a design guideline for the core shape is set based on the examination result.
Next, based on the design guideline, the core shape is designed by evaluating the inductance curve calculated by the magnetic field analysis by the finite element method.
Finally, an SR motor using the designed core shape will be prototyped, the motor efficiency will be measured by actual machine tests, and the improvement effect of the motor efficiency will be discussed.

1.設計指針
SRモータのコア形状を最適化するためには、コア形状を変更しつつ、モータ効率を含むSRモータの特性計算を繰り返す必要がある。
有限要素法による磁場解析は多大な解析時間を要する。そのため、図1で示すフローチャートに基づいて設計を行う。
1. Design Guidelines In order to optimize the core shape of the SR motor, it is necessary to repeat the characteristic calculation of the SR motor including the motor efficiency while changing the core shape.
Magnetic field analysis by the finite element method requires a lot of analysis time. Therefore, the design is performed based on the flowchart shown in FIG.

図1の、コア形状の基本設計100のブロックにおいて、インダクタンス関数表現によるSRモータモデル110と、SRモータ、機械系、インバータの角モデルを用いた過渡解析120と、速度トルク特性と運転効率130の各処理を用いた過渡シミュレーションを繰り返し、コア形状とモータ効率との関係を検討することで、コア形状の設計指針を決定する。
ブロック100でコア形状の設計指針を決定した後、ブロック200において、三次元有限要素法(FEM)による磁場解析を用いて、設計指針に適うように回転子・固定子のコア形状を設計する。
In the block of the basic design 100 of the core shape in FIG. 1, the SR motor model 110 represented by the inductance function, the transient analysis 120 using the SR motor, the mechanical system, and the angular model of the inverter, the speed torque characteristic and the operating efficiency 130 The design guideline for the core shape is determined by repeating the transient simulation using each process and examining the relationship between the core shape and the motor efficiency.
After determining the design guideline for the core shape in block 100, in block 200, the core shape of the rotor / stator is designed to meet the design guideline using magnetic field analysis by a three-dimensional finite element method (FEM).

図2に、インダクタンス関数表現によるSRモータモデル110を示す。
FEM磁場解析結果は、回転子位置と相電流をパラメータとした磁束鎖交数として与えられる。磁束鎖交数を相電流で割るとインダクタンスが得られる。
最初に標準コアに対するFEM磁場解析結果を用いて、相電流ごとに回転子位置を変数とするインダクタンスの最小二乗法による近似式を導出する。この近似式は回転子位置を変数とする高次多項式であり、インダクタンス関数として用いる。
係数a(n)は相電流の大きさにより変化し、各相電流に対するFEM磁場解析結果を用いて最小二乗法により計算される。次数nは解析結果との誤差を評価して10前後の値に決定する。
インダクタンス関数L(θ)を用いて、各動作点のトルク・起磁力・磁束鎖交数を計算してテーブル化することで、標準SRモータモデルとなるトルクテーブルと起磁力テーブルが生成できる。
標準SRモータのインダクタンス関数L(θ)に対して、コア形状の変更から予想される変化を与えれば、その変化に応じたトルクテーブルと起磁力テーブルで構成されるSRモータモデルを自動的に生成できる。与える変化は回転子位置を変数とする関数k(θ)で表現される。この関数k(θ)とインダクタンス関数L(θ)と乗ずることでコア形状の変化を考慮したインダクタンス関数が得られる。
標準SRモータと同じ方法でコア形状の変化を考慮したSRモータモデルのトルクテーブルと起磁力テーブルが生成できる。
FIG. 2 shows an SR motor model 110 expressed by an inductance function.
The FEM magnetic field analysis result is given as the number of magnetic flux linkages using the rotor position and phase current as parameters. Inductance is obtained by dividing the number of flux linkages by the phase current.
First, using the FEM magnetic field analysis result for the standard core, an approximate expression by the least square method of the inductance with the rotor position as a variable is derived for each phase current. This approximate expression is a high-order polynomial with the rotor position as a variable, and is used as an inductance function.
The coefficient a (n) varies depending on the magnitude of the phase current, and is calculated by the least square method using the FEM magnetic field analysis result for each phase current. The order n is determined to be a value around 10 by evaluating an error from the analysis result.
Using the inductance function L (θ), the torque, magnetomotive force, and flux linkage number at each operating point are calculated and tabulated, so that a torque table and a magnetomotive force table serving as a standard SR motor model can be generated.
If a change expected from the change of the core shape is given to the inductance function L (θ) of the standard SR motor, an SR motor model composed of a torque table and a magnetomotive force table corresponding to the change is automatically generated. it can. The change to be given is expressed by a function k (θ) having the rotor position as a variable. By multiplying the function k (θ) and the inductance function L (θ), an inductance function considering the change in the core shape can be obtained.
The torque table and magnetomotive force table of the SR motor model considering the change in the core shape can be generated in the same manner as the standard SR motor.

図3に、6/4標準SRモータのモータ効率を示す。これは、MATLABSimulinkを用いた過渡シミュレーションにおけるモータ効率の計算結果である。計算条件として、バッテリー電圧96V、励磁開始・終了角を一定とする固定区間励磁、パルス幅変調(PWM)電圧制御により発生トルクを調整する制御系を仮定している。
図4に、同じ条件下で計算した12/8標準SRモータのモータ効率を示す。
図3と図4より負荷トルクTLと回転数Nrで表現される各動作点に対するモータ効率の分布が分かる。コア形状の変化を与えて同様なモータ効率の分布を計算することで、コア形状の変化がモータ効率に与える影響を定量的に評価することができる。
FIG. 3 shows the motor efficiency of the 6/4 standard SR motor. This is a calculation result of the motor efficiency in the transient simulation using MATLAB Simulink. As a calculation condition, a control system is assumed in which the generated voltage is adjusted by battery voltage 96V, fixed section excitation with a constant excitation start / end angle, and pulse width modulation (PWM) voltage control.
FIG. 4 shows the motor efficiency of a 12/8 standard SR motor calculated under the same conditions.
3 and 4 show the distribution of the motor efficiency for each operating point expressed by the load torque T L and the rotation speed N r . By giving a change in the core shape and calculating a similar motor efficiency distribution, the influence of the change in the core shape on the motor efficiency can be quantitatively evaluated.

図5にインダクタンス関数の変化方法を示す。ここではコア形状を設計するための指針を得るために、実現の可能性については言及せずインダクタンスに変化を与え、モータ効率への影響を考察した。落差変化(1)はインダクタンスの最大値を増大させることで、落差変化(2)はインダクタンスの最小値を減少させることで、対向・非対向位置のインダクタンス差を大きく設計した場合を想定している。形状変化(1)はインダクタンスが後半に大きく変化するように設計した場合を想定し、形状変化(2)はインダクタンスが前半に大きく変化するように設計した場合を想定している。位相変化(1)と位相変化(2)は非対称な固定子と回転子を想定している。   FIG. 5 shows a method for changing the inductance function. Here, in order to obtain a guideline for designing the core shape, the inductance was changed without mentioning the possibility of realization, and the influence on the motor efficiency was considered. The head change (1) increases the maximum value of the inductance, and the head change (2) decreases the minimum value of the inductance, so that the inductance difference between the opposing and non-opposing positions is designed to be large. . The shape change (1) assumes a case where the inductance is designed to change greatly in the second half, and the shape change (2) assumes a case where the inductance is designed to change greatly in the first half. Phase change (1) and phase change (2) assume an asymmetrical stator and rotor.

図6に6/4極SRモータのモータ効率の定量的評価を示す。6/4極SRモータの標準コアの動作領域(面積)で、各形状変化の動作領域を正規化している。落差変化(1)がIに相当し、落差変化(2)がIIに相当する。形状変化(1)がIIIに相当し、形状変化(2)がIVに相当する。位相変化(1)はVに相当し、位相変化(2)はVIに相当する。各棒グラフの上に平均効率と標準コアからの上昇ポイントを示している。
図7に12/8極SRモータのモータ効率の定量的評価を示す。6/4極SRモータの標準コアの動作領域(面積)で、各形状変化の動作領域を正規化している。落差変化(1)がIに相当し、落差変化(2)がIIに相当する。形状変化(1)がIIIに相当し、形状変化(2)がIVに相当する。位相変化(1)はVに相当し、位相変化(2)はVIに相当する。各棒グラブの上に平均効率と標準コアからの上昇ポイントを示している。
6/4極SRモータと12/8極SRモータの動作領域を比較すると、12/8極SRモータの動作領域が1.5倍となっている。各形状の効率改善の効果は、6/4極SRモータと12/8極SRモータで同じような傾向であり、落差変化(1)が最も効果的で、続いて落差変化(2)と形状変化(1)が効果的である。
FIG. 6 shows a quantitative evaluation of the motor efficiency of the 6/4 pole SR motor. The operating area (area) of the standard core of the 6/4 pole SR motor normalizes the operating area of each shape change. The head change (1) corresponds to I, and the head change (2) corresponds to II. The shape change (1) corresponds to III, and the shape change (2) corresponds to IV. Phase change (1) corresponds to V and phase change (2) corresponds to VI. Above each bar is the average efficiency and the rise point from the standard core.
FIG. 7 shows a quantitative evaluation of the motor efficiency of the 12 / 8-pole SR motor. The operating area (area) of the standard core of the 6/4 pole SR motor normalizes the operating area of each shape change. The head change (1) corresponds to I, and the head change (2) corresponds to II. The shape change (1) corresponds to III, and the shape change (2) corresponds to IV. Phase change (1) corresponds to V and phase change (2) corresponds to VI. Above each bar grab shows the average efficiency and the rise point from the standard core.
Comparing the operation area of the 6 / 4-pole SR motor and the 12 / 8-pole SR motor, the operation area of the 12 / 8-pole SR motor is 1.5 times. The effect of improving the efficiency of each shape is the same in the 6/4 pole SR motor and the 12/8 pole SR motor. The drop change (1) is the most effective, followed by the drop change (2) and the shape. Change (1) is effective.

図5で示すインダクタンス関数の変化をSRモータモデルに適用したときのモータ効率の変化を表1に示す。落差変化(1)が最も効果的であり、続いて落差変化(2)、形状変化(1)、位相変化(1)の順で効果的であることが分かった。落差が大きくなるとインダクタンスの空間微分値が大きくなるので、SRモータのトルク発生原理から考えると効果的であるのは当然と言える。形状変化(1)と位相変化(1)が効果的なのは、励磁方法として固定区間励磁PWM電圧制御法を適用しているため、電流が平均的に分布していることが影響したためと考えられる。形状変化と位相変化については励磁方法として可変区間励磁を適用した場合についても検討する必要があるため、落差変化(1)を第一優先として設計することにする。
Table 1 shows changes in motor efficiency when the change in inductance function shown in FIG. 5 is applied to the SR motor model. It was found that the head change (1) is the most effective, followed by the head change (2), the shape change (1), and the phase change (1) in this order. Since the spatial differential value of the inductance increases as the drop increases, it can be said that this is effective from the viewpoint of the SR motor torque generation principle. The reason why the shape change (1) and the phase change (1) are effective is thought to be that the fixed section excitation PWM voltage control method is applied as the excitation method, and that the current is thus distributed on the average. The shape change and the phase change need to be examined even when the variable section excitation is applied as the excitation method, so the head change (1) is designed with the first priority.

2.コア設計
(1)コア延長
図8に示すように固定子コアとコイルエンドには空間がある。この空間をコアで埋めてコア断面を増やせばインダクタンスが増加して効率が向上する。また6/4極から12/8極に変更することで、コイル断面積が小さくなり、コイルエンドの空間が発生するのでコアを更に延長できる。
2. Core Design (1) Core Extension As shown in FIG. 8, there is a space between the stator core and the coil end. If this space is filled with the core and the cross section of the core is increased, the inductance is increased and the efficiency is improved. In addition, by changing from the 6/4 pole to the 12/8 pole, the coil cross-sectional area is reduced and a coil end space is generated, so that the core can be further extended.

図9に6/4標準SRモータと12/8標準SRモータのコイルエンド空間の比較を示す。6/4標準SRモータを基準とすると、12/8標準SRモータは12.8mmコイルエンド空間が大きい。このコイルエンド空間を有効利用することができれば、6/4標準SRモータよりも12/8標準SRモータの方がモータ効率改善の可能性が大きいと言える。   FIG. 9 shows a comparison of the coil end space between the 6/4 standard SR motor and the 12/8 standard SR motor. Based on the 6/4 standard SR motor, the 12/8 standard SR motor has a large 12.8 mm coil end space. If this coil end space can be used effectively, it can be said that the 12/8 standard SR motor has a higher possibility of improving the motor efficiency than the 6/4 standard SR motor.

図10にコア長114mmで固定子・回転子ティース端をコイルエンドに沿って曲率を設けた6/4極SRモータの三次元解析モデルを示す。表2に6/4極コア長変更の効果を示す。固定子ティース端をコイルエンド形状に合わせることで、更にコア長を延長できるので対向位置のインダクタンスが増加する。また回転子ティース端を固定子ティース端の形状に合わせることで非対向位置のインダクタンスが僅かに減少するが、対向位置でのインダクタンスも減少するので、結果としてインダクタンス落差は増加しない。そこで固定子ティース端のみ曲率を設けることにする。   FIG. 10 shows a three-dimensional analysis model of a 6 / 4-pole SR motor having a core length of 114 mm and a curvature of the stator / rotor teeth end along the coil end. Table 2 shows the effect of changing the 6/4 pole core length. By matching the stator teeth end to the coil end shape, the core length can be further extended, so that the inductance at the opposing position increases. Further, by matching the rotor teeth end to the shape of the stator teeth end, the inductance at the non-opposing position is slightly reduced, but the inductance at the opposing position is also reduced, so that the inductance difference does not increase. Therefore, the curvature is provided only at the end of the stator teeth.

図11にコア長126.8mmで固定子・回転子ティース端をコイルエンドに沿って曲率を設けた12/8極SRモータの三次元解析モデルを示す。表3に12/8極コア長変更の効果を示す。   FIG. 11 shows a three-dimensional analysis model of a 12 / 8-pole SR motor having a core length of 126.8 mm and a curvature of the stator / rotor teeth end along the coil end. Table 3 shows the effect of changing the 12/8 pole core length.

6/4極と12/8極の標準コアインダクタンス比較倍率を比較すると、12/8極の方が固定子コアを大きく延長することが可能なので、インダクタンス落差が大きく増加している。   Comparing the standard core inductance comparison magnifications of the 6/4 pole and the 12/8 pole, the 12/8 pole can greatly extend the stator core, so that the inductance difference is greatly increased.

(2)固定子・回転子ティース長の比率
図12に示すように固定子ティース長と回転子ティース長の比率を変更し、インダクタンス落差を求めた。表4−1,表4−2に、6/4極SRモータの固定子・回転子ティース長の比率変更に対する解析結果を示す。
(2) Ratio of Stator / Rotor Teeth Length As shown in FIG. 12, the ratio between the stator teeth length and the rotor teeth length was changed to determine the inductance difference. Tables 4-1 and 4-2 show the analysis results for changing the ratio of the stator / rotor teeth length of the 6 / 4-pole SR motor.

表5−1,表5−2に、12/8極SRモータの固定子・回転子ティース長の比率変更に対する解析結果を示す。対向位置でのインダクタンスは、ティース先端位置には影響されず、どのコイル電流においても変化が無い。しかし固定子ティース長を短くし、回転子ティース長を長くすることで、非対向位置でのインダクタンスは減少するので、インダクタンス落差が増加する。これらの傾向は、6/4極と12/8極の両方に対して認められる。コイルスペースが確保できる範囲で、固定子ティース長を短く、回転子ティース長を長くした方が大きなインダクタンス落差が得られる。   Tables 5-1 and 5-2 show the analysis results for changing the ratio of the stator / rotor teeth length of the 12 / 8-pole SR motor. The inductance at the facing position is not affected by the tooth tip position, and there is no change in any coil current. However, when the stator teeth length is shortened and the rotor teeth length is lengthened, the inductance at the non-facing position decreases, and the inductance difference increases. These trends are observed for both 6/4 and 12/8 poles. As long as the coil space can be ensured, a shorter inductance tooth length and a longer rotor teeth length result in a larger inductance drop.

(3)コアティース形状
図13に示すコアティース幅を広げた形状と、図14に示すテーパ形状のどちらがインダクタンス落差の増加に有効か検討した。使用鉄量を等しくするため、両形状の断面積を等しくしている。
図15−1、図15−2に、6/4極SRモータのコイル電流1Aの場合と100Aの場合のインダクタンス曲線を示し、表6−1,表6−2にコイル電流1Aの場合と100Aの場合のインダクタンス落差を示す。
(3) Core teeth shape It was examined which of the shape in which the core teeth width shown in FIG. 13 was widened and the taper shape shown in FIG. 14 were effective in increasing the inductance drop. In order to equalize the amount of iron used, the cross-sectional areas of both shapes are made equal.
15-1 and 15-2 show inductance curves in the case of the coil current 1A and 100A of the 6/4 pole SR motor, and Tables 6-1 and 6-2 show the case of the coil current 1A and 100A. Inductance drop in the case of.

図16−1、図16−2に、12/8極SRモータのコイル電流1Aの場合と100Aの場合のインダクタンス曲線を示し、表7−1,表7−2に、12/8極SRモータのコイル電流1Aの場合と100Aの場合のインダクタンス落差を示す。低負荷(コイル電流1A)のとき、ティース幅を広げた形状は対向位置のインダクタンスが増加し、テーパ角を設けた形状は標準と近い。高負荷(コイル電流100A)のとき、ティース幅を広げた形状は非対向位置のインダクタンスは増加し、テーパ角を設けた形状は非対向位置のインダクタンスは増加せず、対向位置でインダクタンスが増加する。また6/4極より12/8極の方がティース形状変更による効果が大きい。   FIGS. 16-1 and 16-2 show inductance curves in the case of the coil current 1A and 100A of the 12 / 8-pole SR motor, and Tables 7-1 and 7-2 show the 12 / 8-pole SR motor. The inductance difference between the case of the coil current 1A and the case of 100A is shown. When the load is low (coil current 1A), the shape with the expanded tooth width increases the inductance at the opposing position, and the shape with the taper angle is close to the standard. When the load is high (coil current 100 A), the shape with the expanded tooth width increases the inductance at the non-facing position, and the shape with the taper angle does not increase the inductance at the non-facing position, but increases the inductance at the facing position. . The effect of changing the tooth shape is greater for the 12/8 pole than for the 6/4 pole.

図17に標準コア形状の高負荷時の磁束分布を示す。図18にテーパ角を設けたコア形状の高負荷時の磁束分布を示す。図18ではテーパ角に合わせてコイル形状を変更しているが、コイル断面積は図17と同じである。テーパ角を設けることでティースでの磁気飽和が軽減され、磁束が流れやすくなりコア全体の磁束が増加している。   FIG. 17 shows the magnetic flux distribution of the standard core shape at high load. FIG. 18 shows a magnetic flux distribution at a high load of a core shape having a taper angle. In FIG. 18, the coil shape is changed in accordance with the taper angle, but the coil cross-sectional area is the same as FIG. By providing the taper angle, the magnetic saturation in the teeth is reduced, the magnetic flux easily flows, and the magnetic flux of the entire core is increased.

(4)極数
表8に、(1)から(3)までの解析結果よりインダクタンス落差に対する改善効果をまとめた。固定子・回転子ティース長の比率とコアティース形状による改善効果は、6/4極SRモータと12/8極SRモータにおいて差が認められないが、コア延長の改善効果は12/8極SRモータの方が大きい。そこで以降は、12/8極SRモータに絞り、検討を行う。
(4) Number of poles Table 8 summarizes the improvement effect on the inductance drop based on the analysis results from (1) to (3). There is no difference between the stator / rotor teeth length ratio and the core teeth shape between the 6 / 4-pole SR motor and the 12 / 8-pole SR motor, but the core extension improvement effect is 12 / 8-pole SR. The motor is larger. Henceforth, we will focus on the 12 / 8-pole SR motor and examine it.

(5)分割コア
分割コアでは、集中巻コイルをコアと独立して製作できるので、コイル占積率が改善され、銅損が低減する。しかし図19に示すように分割コア接合部の幅が狭くなるため、その周辺で磁気飽和する可能性がある。磁気飽和しない範囲でコイルスペースを広くとるために、コイル電流100Aの条件下で、分割コア接合部の幅を少しずつ狭くしていき、最適な幅を求める。表9−1、表9−2に、分割コア接合幅のインダクタンス落差への影響を示す。標準積層コアの幅より−6mm狭くするとインダクタンス落差が急激に減少している。
(5) Divided core In the divided core, the concentrated winding coil can be manufactured independently of the core, so that the coil space factor is improved and the copper loss is reduced. However, as shown in FIG. 19, since the width of the split core junction is narrowed, there is a possibility of magnetic saturation in the vicinity. In order to increase the coil space within the range where magnetic saturation does not occur, the width of the split core junction is gradually reduced under the condition of the coil current of 100 A, and the optimum width is obtained. Tables 9-1 and 9-2 show the effect of the split core junction width on the inductance drop. When the width of the standard laminated core is narrowed by -6 mm, the inductance drop decreases rapidly.

図20に分割コア接合部の幅−5mmの磁束分布を示し、図21に分割コア接合部の幅−6mmの磁束分布を示す。解析で使用しているコア材料のBH曲線は磁束1.69[T]以上だと飽和状態となる。図20の丸で示している箇所の磁束はおよそ1.45[T]である。図21の丸で示している箇所の磁束は見るとおよそ1.73[T]で磁束が飽和しているのが確認できる。   FIG. 20 shows a magnetic flux distribution with a width of −5 mm at the split core joint, and FIG. 21 shows a magnetic flux distribution with a width of −6 mm at the split core joint. The BH curve of the core material used in the analysis becomes saturated when the magnetic flux is 1.69 [T] or more. The magnetic flux at the location indicated by the circle in FIG. 20 is approximately 1.45 [T]. It can be confirmed that the magnetic flux is saturated at about 1.73 [T] when the magnetic flux in the portion indicated by a circle in FIG. 21 is viewed.

そこで分割コア接合部の幅は標準で設定しているコア接合部の幅より−5mm狭くした形状とする。分割コア接合部の幅を狭くすることでコイルスペースが増加する。コイルスペースを有効利用してテーパ角を増加させることで、更に磁束の流れを改善してインダクタンス落差を増加させる。表10に示すように、テーパ角を増加させるとインダクタンス落差は増加するが、コイルスペースが狭くなりコイルが巻けなくなるので、テーパ角は6度に選定する。   Therefore, the width of the split core joint portion is set to be -5 mm narrower than the standard width of the core joint portion. Coil space is increased by reducing the width of the split core joint. By effectively using the coil space and increasing the taper angle, the flow of magnetic flux is further improved and the inductance drop is increased. As shown in Table 10, when the taper angle is increased, the inductance drop increases, but the coil space becomes narrow and the coil cannot be wound. Therefore, the taper angle is selected to be 6 degrees.

(6)分割コア接合面のギャップ
図22に示すように、分割コア同士の接合面にギャップが発生すると仮定し、ギャップのインダクタンスへの影響を確認する。実際に製作される分割コアの接合部は複雑なので、簡潔に二次元解析により求めた。表11に、分割コア接合面ギャップとインダクタンスを示す。接合面ギャップが0.1mmであると急激にインダクタンスが減少して磁束の流れを妨げている。実機により分割コアを組む場合は、分割コアの接合面のギャップが発生しないように工夫する必要がある。
(6) Gap of split core joint surface As shown in FIG. 22, it is assumed that a gap occurs on the joint surface of split cores, and the effect of the gap on the inductance is confirmed. Since the joints of the split cores that are actually manufactured are complex, they were calculated by a simple two-dimensional analysis. Table 11 shows the split core interface gap and inductance. When the joint surface gap is 0.1 mm, the inductance is rapidly reduced to prevent the flow of magnetic flux. When assembling the split core with an actual machine, it is necessary to devise so as not to generate a gap in the joint surface of the split core.

(7)回転子ティースのテーパ角
固定子と異なり回転子はコイルスペースを考慮せず、テーパ角を自由に設けることが可能なので、テーパ角を0度から18度まで2度毎に変更しながらインダクタンス落差を求める。図23に回転子ティースのテーパ角のインダクタンス落差への影響を示す。テーパ角6度まではインダクタンス落差が増加しているが、8度付近で飽和している。そこで回転子ティースのテーパ角は8度に選定する。
(7) Rotor teeth taper angle Unlike the stator, the rotor does not take into account the coil space, and the taper angle can be freely set, so the taper angle is changed every 2 degrees from 0 degrees to 18 degrees. Find the inductance drop. FIG. 23 shows the influence of the taper angle of the rotor teeth on the inductance drop. The inductance drop increases up to a taper angle of 6 degrees, but is saturated around 8 degrees. Therefore, the taper angle of the rotor teeth is selected to be 8 degrees.

(8)コアバック
図24に示すようにコアバックを設けることによりコア接合部を含めた固定子ヨークの断面積が増加するのでインダクタンス落差が増加する。図25にコアバック延長とインダクタンス落差の関係を示す。コアバックを延長することでインダクタンス落差が増加している。標準モータと同サイズにするためコアバック延長は10mmとし、両端面で合わせて20mmとする。この段階で固定子コアのヨーク軸長は、標準コアと比較して多極化によるコア延長+30mmにコアバック延長+20mmが加わり、+50mmとなる。
(8) Core Back As shown in FIG. 24, by providing the core back, the cross-sectional area of the stator yoke including the core joint portion increases, so that the inductance difference increases. FIG. 25 shows the relationship between core back extension and inductance drop. The inductance drop increases by extending the core back. In order to make it the same size as the standard motor, the core back extension is 10 mm and the both end faces are 20 mm. At this stage, the yoke shaft length of the stator core becomes +50 mm by adding the core back extension +20 mm to the core extension +30 mm due to the multipolarization as compared with the standard core.

(9)立体ギャップ構造
図26に示すように固定子・回転子コア間のギャップを凹凸にすることでコア間の重なり面が増えるのでインダクタンスが増加する。最初に凹凸の段数を選定する。図26は凹凸2段とした場合の形状を示し、図27は凹凸3段とした場合の形状を示す。
前記の(2)においてコアティースの先端位置変更の上限を3mmとしているので、両コア形状ともティース先端位置の変化を最大3mmとする。表12にコア凹凸段数の結果を示す。コイル電流100A時(高負荷時)で凹凸3段より凹凸2段の方インダクタンス落差が大きい。
(9) Three-dimensional gap structure As shown in FIG. 26, the gap between the stator and rotor cores is made uneven so that the overlapping surface between the cores increases, thereby increasing the inductance. First, select the number of bumps. FIG. 26 shows the shape when there are two uneven portions, and FIG. 27 shows the shape when there are three uneven portions.
In the above (2), since the upper limit of the change in the tip position of the core teeth is set to 3 mm, the change in the tip position of the teeth is set to a maximum of 3 mm in both core shapes. Table 12 shows the results of the number of core irregularities. When the coil current is 100 A (when the load is high), the inductance drop between the two uneven portions is larger than the three uneven portions.

段数が増えることで段数の最上段の幅が徐々に狭くなるので、その部分で磁束が飽和していると考えられる。   As the number of stages increases, the width of the uppermost stage of the number of stages gradually narrows, and it is considered that the magnetic flux is saturated at that portion.

次に最適な凹凸の組み合わせと凹凸段の幅の組み合わせについて選定する。比較対象として、表13に凹凸を設けないで0段目のみ使用したコア形状と2段目のみ使用したコア形状の結果を示す。   Next, the optimum combination of unevenness and the combination of unevenness step width are selected. As a comparison object, Table 13 shows the results of the core shape using only the 0th stage and the core shape using only the second stage without providing irregularities.

表14に凹凸幅2mmの結果を示し、表15に凹凸幅結果4mmの結果を示し、表16に凹凸8mmの結果を示す。凹凸幅が狭い程、凹凸を多く設けることが可能であり、その分コアの重なり面を増やすことが可能なので低負荷時でのインダクタンス落差が増加する。しかし凹凸幅が狭いので高負荷時は磁気飽和の影響でインダクタンス落差が減少する。凹凸幅が広い程、凹凸の数が少なくなり凹凸の重なり面は減り、低負荷時でのインダクタンス落差の増加量は減少する。しかし凹凸幅が広いので高負荷時は磁気飽和の影響を受けない。   Table 14 shows the results of the uneven width 2 mm, Table 15 shows the results of the uneven width result 4 mm, and Table 16 shows the results of the unevenness 8 mm. The narrower the unevenness width is, the more unevenness can be provided, and the overlapping surface of the core can be increased correspondingly, so that the inductance difference at low load increases. However, since the uneven width is narrow, the inductance drop decreases due to the effect of magnetic saturation at high loads. The wider the unevenness width, the smaller the number of unevennesses, the fewer overlapping surfaces, and the decrease in inductance drop at low load. However, since the uneven width is wide, it is not affected by magnetic saturation at high loads.

更に凹凸形状を0段→1段→2段→1段→0段としたピラミッド型と0段→2段→0段とした溝型のインダクタンス落差を比較する。ピラミッド型より溝型の方が多くの凹凸を設けることが可能なのでコアの重なり面を得られ低負荷時でのインダクタンス落差が増加する。   Furthermore, the pyramid type in which the uneven shape is 0 step → 1 step → 2 step → 1 step → 0 step and the groove type inductance drop in which the 0 step → 2 step → 0 step is compared are compared. Since the groove type can provide more irregularities than the pyramid type, the overlapping surface of the core can be obtained, and the inductance drop at low load increases.

しかし高負荷時では磁気飽和の影響を強く受けてインダクタンス落差が減少する。バランスの良い凹凸幅4mmの溝型に選定する。   However, at high loads, the inductance drop decreases due to the strong magnetic saturation. A well-balanced groove type with an uneven width of 4 mm is selected.

(10)ギャップ長
ギャップ長を0.5mmから0.3mmに短縮したときのインダクタンス落差の増加量を検討する。表17に固定子コア0段目のみ使用した条件でギャップ長を変更した結果を示し、表18に固定子コア2段目のみ使用した条件でギャップ長を変更した結果を示す。ギャップ長を0.2mm狭くすることでインダクタンス落差が増加する。その効果は、固定子コア0段目より固定子コア2段目のみをした場合の方が大きい。
(10) Gap length The amount of increase in the inductance drop when the gap length is reduced from 0.5 mm to 0.3 mm is examined. Table 17 shows the result of changing the gap length under the condition using only the 0th stage of the stator core, and Table 18 shows the result of changing the gap length under the condition of using only the 2nd stage of the stator core. An inductance drop increases by narrowing the gap length by 0.2 mm. The effect is greater when only the second stage of the stator core is used than the 0th stage of the stator core.

3.高効率SRモータ
2.で述べたコア設計に基づき高効率SRモータを試作した。図28に固定子コア断面を示し、図29に回転子コア断面を示す。図30に試作した回転子コアを示す。図31に固定子コアを示す。固定子コアの製作には固定子分割コアが12個必要である。図32に完成した高効率SRモータの外観を示す。
3. High efficiency SR motor A high-efficiency SR motor was prototyped based on the core design described in. FIG. 28 shows a stator core cross section, and FIG. 29 shows a rotor core cross section. FIG. 30 shows a prototype rotor core. FIG. 31 shows the stator core. Twelve stator split cores are required for the manufacture of the stator core. FIG. 32 shows the appearance of the completed high-efficiency SR motor.

(1)静止トルクの実機検証
実機試験により静止トルクの測定し、有限要素法磁場解析により求めた静止トルクの検証を行う。図33に6/4極SRモータの静止トルクを示す。
図34に12/8極SRモータの静止トルクを示す。3種類のコア材料で静止トルクを解析で求めたが実測の静トルクと近似した値となった。
(1) Actual machine verification of static torque The static torque is measured by an actual machine test, and the static torque obtained by finite element method magnetic field analysis is verified. FIG. 33 shows the static torque of the 6/4 pole SR motor.
FIG. 34 shows the static torque of the 12/8 pole SR motor. The static torque was obtained by analysis with three types of core materials, but the value approximated the measured static torque.

(2)高効率SRモータの効率
表19に標準SRモータと高効率SRモータの性能表を示す。標準SRモータと高効率SRモータの特性試験結果を比較する。図35に回転数と出力電流、図36にモータ効率とモータ出力の結果を示す。
(2) Efficiency of high-efficiency SR motor Table 19 shows the performance table of the standard SR motor and the high-efficiency SR motor. Compare the characteristic test results of standard SR motor and high efficiency SR motor. FIG. 35 shows the number of rotations and output current, and FIG. 36 shows the results of motor efficiency and motor output.

4.まとめ
SRモータのコア形状の基本設計を行い、モータ効率を向上させるための設計指針をまとめた。その設計指針に従い、磁界解析によるコア極数・形状の最適化設計を実施し、モータ効率が5%以上向上するコア極数とコア形状を決定した。決定したコア極数とコア形状のコア金型を製作することでSRモータを試作し、実機試験において5%以上のモータ効率向上を確認した。
4). Summary The basic design of the core shape of the SR motor was performed, and the design guidelines for improving the motor efficiency were summarized. In accordance with the design guideline, optimization design of the number of core poles and shape by magnetic field analysis was carried out, and the number of core poles and core shape that improved the motor efficiency by 5% or more were determined. An SR motor was prototyped by producing a core mold with the determined number of core poles and core shape, and a motor efficiency improvement of 5% or more was confirmed in an actual machine test.

本発明は、電動機動力を利用するシステムに適用可能であり、例えば電気自動車の駆動モータに利用することができる。   The present invention can be applied to a system that uses electric motor power, and can be used for a drive motor of an electric vehicle, for example.

Claims (4)

有限要素法磁場解析で得られた標準SRモータの回転子位置とコイル電流に対するインダクタンスを最小二乗法による近似式等の関数を用いて関数化し、
その関数の係数に変化を与えたときの固定区間励磁PWM電圧制御法を適用した際のモータ効率を評価し、
その評価に基づき、モータ効率を向上させるコア形状の設計指針を定め、
この設計指針を満足するコア形状を決定することを特徴とするSRモータの固定子および回転子の設計方法。
Using a function such as an approximate expression by the least square method, the rotor position of the standard SR motor obtained by the finite element method magnetic field analysis and the inductance for the coil current are functionalized.
Evaluate the motor efficiency when applying the fixed section excitation PWM voltage control method when changing the coefficient of the function,
Based on the evaluation, the core shape design guidelines to improve motor efficiency were established,
A method of designing a stator and a rotor of an SR motor, wherein a core shape that satisfies the design guideline is determined.
請求項1記載のSRモータの固定子および回転子の設計方法を用いて、固定子ヨークをコイルエンド上部まで軸方向に延長した形状、固定子・回転子の最適なティース長とテーパ形状、分割コアに適した固定子ヨークの形状、固定子・回転子ティースの軸方向の最適重なり形状となるように設計されたSRモータの固定子および回転子。   Using the SR motor stator and rotor design method according to claim 1, a shape in which the stator yoke is extended in the axial direction to the upper part of the coil end, an optimal teeth length and taper shape of the stator / rotor, and division SR motor stator and rotor designed to have a stator yoke shape suitable for the core and an optimal overlapping shape in the axial direction of the stator / rotor teeth. 固定子ヨークのみが固定子ティース部よりも軸方向に前後10mm程度延長されている請求項2記載のSRモータの固定子および回転子。   3. The stator and rotor of an SR motor according to claim 2, wherein only the stator yoke is extended by about 10 mm in the axial direction from the stator teeth. 固定子および回転子のティースが軸方向で交互に4mm間隔程度で重なる形状である請求項2記載のSRモータの固定子および回転子。   3. The stator and rotor of an SR motor according to claim 2, wherein the teeth of the stator and the rotor are alternately overlapped at an interval of about 4 mm in the axial direction.
JP2013015841A 2013-01-30 2013-01-30 SR motor stator and rotor design method, SR motor stator and rotor manufacturing method Active JP6086428B2 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006046358A1 (en) * 2004-10-28 2006-05-04 Shinshu University Apparatus equipped with high frequency coil
JP2009153347A (en) * 2007-12-21 2009-07-09 Toshiba Corp Controller of synchronous motor
JP2012114975A (en) * 2010-11-19 2012-06-14 Denso Corp Motor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006046358A1 (en) * 2004-10-28 2006-05-04 Shinshu University Apparatus equipped with high frequency coil
JP2009153347A (en) * 2007-12-21 2009-07-09 Toshiba Corp Controller of synchronous motor
JP2012114975A (en) * 2010-11-19 2012-06-14 Denso Corp Motor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108073755A (en) * 2017-05-25 2018-05-25 烟台仙崴机电有限公司 Electric car switched reluctance motor system multi-objective optimization design of power method
CN108073755B (en) * 2017-05-25 2021-04-02 烟台仙崴机电有限公司 Multi-objective optimization design method for switched reluctance motor system of electric vehicle

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