JP4797227B2

JP4797227B2 - Switched reluctance motor

Info

Publication number: JP4797227B2
Application number: JP2000178992A
Authority: JP
Inventors: 洋次武田; 雅之真田; 茂雄森本; 広之山井; 昌子兼田; 武昭西本
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: JP2002010593A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数個の極を有する回転子と、複数個の極を有するとともに、固定子巻線を有する固定子とを含むスイッチトリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータと称する）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＲモータは、誘導モータや永久磁石同期モータに比べ構造が簡単なため、堅牢で安価なモータとして期待されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＳＲモータでは、固定子と回転子の突極に起因するトルクリプルや騒音に問題があり、汎用化の妨げとなっている。具体的には、トルクに対するラジアル力が大きく、この力による固定子の変形量が大きく、ひいては振動・騒音の増大を招いている。
【０００４】
そして、トルクリプルの低減策として、励磁相の切り替えタイミングを微妙に調整する方法｛ＣｈａｒｌｅｓＰｏｌｌｏｃｋ，Ｃｈｉ−ＹａｏＷｕ： ”ＡｃｏｕｓｔｉｃＮｏｉｓｅＣａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒＳｗｉｔｃｈｅｄＲｅｌｕｃｔａｎｃｅＤｒｉｖｅｓ：ＡｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＢｅｈａｖｉｏｕｒ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＩ．Ａ．，Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．２，ｐｐ．４７７−４８４（１９９３）参照｝が提案されているが、汎用性に問題があり、広く採用されるには至っていない。
【０００５】
このほか、インダクタンスの空間高調波を考慮して駆動電流に適当な割合の第３高調波を重畳することにより、トルクリプルの改善ばかりでなく、トルク／アンペア²を向上させる方法｛落合，小坂，松井：「ＲＭの電流−トルク特性改善の考察」，電気学会回転機研究会ＲＭ−９７−１５（１９９７）参照｝も報告されている。
【０００６】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、低騒音・低振動化を達成することができる構造のＳＲモータを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１のＳＲモータは、複数個の極を有する回転子と、複数個の極を有するとともに、固定子巻線を有する固定子とを含むスイッチトリラクタンスモータにおいて、突極部に複数の磁気的な空隙を有し、前記複数の磁気的な空隙は、回転子の中心軸線と突極部の中心とを通る仮想的な平面を基準として対称に設定され、前記磁気的な空隙の数は３であり、周方向の端部寄りに位置する１対の空隙は互いに等しい周方向長さを有し、周方向の中央部に位置する１つの空隙と周方向の端部寄りに位置する１対の空隙とを、回転子の中心軸線を基準として互いに異なる距離だけ離れた位置に形成したものである。
【００１１】
請求項２のＳＲモータは、周方向の中央部に位置する１つの空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲と、周方向の端部寄りに位置する１対の空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲とを、互いに異なる角度範囲に設定したものである。
【００１２】
請求項３のＳＲモータは、周方向の中央部に位置する１つの空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲と、周方向の端部寄りに位置する１対の空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲とを、互いに一部がオーバーラップする角度範囲に設定したものである。
【００２０】
【作用】
請求項１のＳＲモータであれば、突極部に複数の磁気的な空隙を有しているので、ＳＲモータの騒音・振動を増大させる主要因であるラジアル力を低減し、ＳＲモータの低騒音・低振動化を達成することができる。
【００２１】
さらに説明する。
【００２２】
ＳＲモータを励磁すると、トルクと共にラジアル力が発生する。そして、ラジアル力が固定子を縮ませ、励磁を切り換えるたびにＳＲモータが変形し、騒音を発生させる。また、ラジアル力は励磁している固定子極と回転子極が対向している全部分に発生し、トルクは固定子極と回転子極のエッジ部分に集中して発生する。つまり、ラジアル力は固定子極とラジアル極の対向面積が小さいほど小さくなる。
【００２３】
そして、回転子極および／またはラジアル極に複数の空隙を設ければ、等価的に磁気的な対向面積を減少させることができ、回転に必要な駆動電源の出力周波数を上昇させることなくトルク／ラジアル力の比を改善することができる。この結果、ＳＲモータの低騒音・低振動化を達成することができる。
【００２４】
そして、前記複数の磁気的な空隙として、回転子の中心軸線と突極部の中心とを通る仮想的な平面を基準として対称に設定されたものを採用しているので、正転時、逆転時の何れの場合にも上記と同様の作用を達成することができる。
【００２５】
そして、前記磁気的な空隙の数を３に設定し、周方向の端部寄りに位置する１対の空隙として互いに等しい周方向長さを有するものを採用するのであるから、上記と同様の作用を達成することができる。
【００２６】
さらに、周方向の中央部に位置する１つの空隙と周方向の端部寄りに位置する１対の空隙とを、回転子の中心軸線を基準として互いに異なる距離だけ離れた位置に形成しているので、３つの空隙の形成の自由度を高めることができるほか、上記と同様の作用を達成することができる。
【００２７】
請求項２のＳＲモータであれば、周方向の中央部に位置する１つの空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲と、周方向の端部寄りに位置する１対の空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲とを、互いに異なる角度範囲に設定しているので、請求項１と同様の作用を達成することができる。
【００２８】
請求項３のＳＲモータであれば、周方向の中央部に位置する１つの空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲と、周方向の端部寄りに位置する１対の空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲とを、互いに一部がオーバーラップする角度範囲に設定しているので、請求項１と同様の作用を達成することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明のＳＲモータの実施の態様を詳細に説明する。
【００３７】
図１はこの発明のＳＲモータの一実施態様の要部を示す概略縦断面図、図２はこの発明のＳＲモータの他の実施態様を示す概略縦断面図、図３はこの発明のＳＲモータのさらに他の実施態様を示す概略縦断面図、図４はこの発明のＳＲモータのさらに他の実施態様を示す概略縦断面図である。また、図５は従来のＳＲモータの一例を示す概略縦断面図、図６は比較例のＳＲモータを示す概略縦断面図である。なお、図１から図４、図６には回転子の一部のみを示している。
【００３８】
これらのＳＲモータは、複数個の内向きの突極（固定子極）を有する固定子と、固定子極の数と異なる数の外向きの突極（回転子極）２を有する回転子１とを含んでいる。なお、回転子極の幅（周方向の長さ）をＬｒ、高さ（半径方向の長さ）をｄとし、回転子極の先端から空隙までの距離をｒ（＝３ｍｍ）としている。そして、１対の空隙の外端部どうしの距離をｘ２（＝２Ｌｒ／３）、１対の空隙の間に形成された磁束パスの幅をｚ２（＝２ｍｍ）、回転子極の中心から１対の空隙の間に形成された磁束パスの中心までの距離をｚ３（＝１．７５ｍｍ）、３つの空隙のうち、中央部の空隙の幅をｘ１（＝Ｌｒ／３）、図３における左右の空隙の外端部どうしの距離をｘ２（＝２Ｌｒ／３）、図４における左右の空隙の外端部どうしの距離をｘ３（＝ｘ２＋２）、図４における左右の空隙の内端部どうしの距離をｘ４（＝ｘ１−2）、図３、図４における中央部の空隙の回転軸側の端部と左右の空隙の回転軸から離れる側の端部との半径方向の距離をｚ４（＝２ｍｍ）、図６における空隙の幅をｘ３（＝２Ｌｒ／３）、空隙の高さをｙ１（＝ｄ／３）、にそれぞれ設定している。
【００３９】
図５に示すＳＲモータは、回転子１の突極数が４であるとともに、固定子の突極数が６である。
【００４０】
これに対して、図６の比較例では、回転子１の各回転子極２に、回転子１の回転軸と回転子極２の中心とを通る仮想的な平面を基準として対称な形状の１つの磁気的な空隙３を有している。
【００４１】
これらに対して、図１および図２の実施態様では、各回転子極２に１対の磁気的な空隙３を設けている。そして、これらの実施態様では、一方の磁気的な空隙３の周方向の長さが他方の磁気的な空隙３の周方向の長さよりも長く設定されている（換言すれば、１対の磁気的な空隙３が非対称に設けられている）。また、図１の実施態様では、回転子１の回転軸を基準とする両空隙３の形成位置が互いに等しく設定されている（回転子１の回転軸を基準とする両空隙３の幾何学的中心の位置までの距離が互いに等しく設定されている）のに対して、図２の実施態様では、回転子１の回転軸を基準とする両空隙３の形成位置が互いに異なる位置に設定されている（回転子１の回転軸を基準とする両空隙３の幾何学的中心の位置までの距離が互いに異なる距離に設定されている。具体的には、例えば、周方向の長さが短い空隙３の外縁部と周方向の長さが長い空隙３の内縁部とが回転子１の回転軸を基準として互いに等しい位置となるように形成位置が設定されている）。
【００４２】
また、図３、図４の実施態様では、各回転子極２に３つの磁気的な空隙３を設けている。そして、これらの実施態様では、回転子１の回転軸を基準とする中央部の空隙３の形成位置と、両端部の空隙３の形成位置とが互いに異なる位置に設定されているとともに、両端部の空隙３の形成位置が互いに等しく設定されている（両端部の空隙３の外縁部が中央部の空隙３の内縁部よりも回転子１の回転軸に近くなるように形成位置が設定されている）。また、図３の実施態様では、両端部の１対の空隙３と中央部の空隙３との存在角度範囲が異なるように相対位置が設定されているのに対して、図４の実施態様では、両端部の１対の空隙３と中央部の空隙３との存在角度範囲がオーバーラップするように相対位置が設定されている。
【００４３】
そして、以下の説明および図面において、図１の実施態様の時計回り方向の特性、反時計回り方向の特性をＴｙｐｅＪｃ、ＴｙｐｅＪｃｃ、図２の実施態様の時計回り方向の特性、反時計回り方向の特性をＴｙｐｅＫｃ、ＴｙｐｅＫｃｃ、図３の実施態様の特性をＴｙｐｅＬ、図４の実施態様の特性をＴｙｐｅＭ、図５の従来のＳＲモータの特性を６−４、図６の比較例のＳＲモータの特性をＴｙｐｅＩで表す。なお、以下の説明では、便宜上、反時計回り方向を正転、時計回り方向を逆転と、それぞれ定義する。
【００４４】
図１から図４のそれぞれに示すＳＲモータの作用を説明する。
【００４５】
先ず、騒音の評価関数ＮＦを次のように定義する。
【００４６】
評価関数ＮＦ＝平均最大トルク／ラジアル力の最大値・・・（１）
この値が大きい程、同一トルクでの低騒音が期待できる。
【００４７】
次いで、この評価関数ＮＦの妥当性を説明する。
【００４８】
６−４タイプのＳＲモータについて励磁している固定子極に発生するラジアル力ｆ_Rと接線力ｆ_Tとを有限要素法で解析した結果、図８に示す解析結果が得られた。解析の範囲は機械角−３０°〜＋３０°、総起磁力は６００Ａ（３００Ａ×２極）である。図８の上方の太い黒線は固定子極の位置を、下方の太い黒線は回転子極の位置を示している。なお、ラジアル力と接線力を区別しやすくするため、接線力の値を反転させて表している。
【００４９】
なお、回転子の基準位置（θ＝０°）は、固定子極の中心と回転子極の凹部の中心とが一致した状態を、また、回転子位置４５°（機械角）は固定子極と回転子極とが完全に重なった状態を示している。
【００５０】
ラジアル力は励磁している固定子極と回転子極の対向している全部分に発生し、接線力は固定子極と回転子極が重なるエッジ部分に集中して発生していることが分かる。
【００５１】
このラジアル力ｆ_Rを積分したものが、この固定子極に発生するラジアル力Ｆ_Rであり、この回転方向の接線力ｆ_Tを積分し、回転子半径（＝Ｄ_r／２）および励磁極数（＝２極）をかけたものが静トルクＴである。
【００５２】
図９にラジアル力Ｆ_Rと静トルクＴを示す。図９から、静トルクの測定値と計算値がよく合っていることが分かる。ラジアル力については回転機の構造上の問題で測定できなかったが、静トルクもマクスウェルの応力より計算しており、静トルクが精度よく計算されていることから、ラジアル力も精度よく計算されているものと推測できる。
【００５３】
放射音のパワーレベルは、放射面の振動速度ｕの自乗に比例する｛福田他：「（社）日本機械学会編機械騒音ハンドブック」，産業図書（１９９１）参照｝。振動速度の主要因はラジアル力であることから、トルク一定条件のもとで、振動速度を測定し、評価関数の妥当性を検討する。比較には６−４タイプ（固定子突極数が６、回転子突極数が４のタイプ）｛図１１中（Ａ）参照｝と１２−８タイプ（固定子突極数が１２、回転子突極数が８のタイプ）｛図１１中（Ｂ）参照｝を用いた。
【００５４】
測定装置は図１０に示すとおりであり、定盤３０上において、ＳＲモータ３１の出力軸をトルク変換器３２を介して負荷３３に接続し、ＳＲモータ３１に圧電型加速度ピックアップ３４を設け、圧電型加速度ピックアップ３４からの出力をチャージアンプ３５を通してＦＦＴ３６に供給している。そして、トルク変換器３２に対して動ひずみ測定器３７を接続している。
【００５５】
また、測定ポイントは、図１１中（Ａ）、（Ｂ）に示す６０°の範囲を図１１中（Ｃ）に示すように１ｃｍ角に分割した各部の中央１５箇所である。そして、回転数２０ｒｐｓ、トルク１５ｋｇ・ｃｍとして各測定ポイントの振動速度を測定した。何れの測定ポイントにおいても大差は認められなかったが、測定値の平均値は表１に示すとおりであった。
【００５６】
【表１】

【００５７】
振動速度比は、６−４タイプが１２−８タイプの２．３０倍になっている。放射音のパワーレベルは振動速度ｕの自乗に比例することから、騒音レベルは振動速度比より、１０ｌｏｇ（２．３０）²≒７．２３となり、１２−８タイプの方が約７ｄＢ低いと予想できる。
【００５８】
ここではトルクを１５ｋｇ・ｃｍ一定として比較しているので、６−４タイプについては総起磁力１２００Ａのときの計算値を用いる。また、１２−８タイプの１２００Ａでは、平均最大トルクが１５ｋｇ・ｃｍの約半分であり、飽和を無視した場合のトルクは起磁力の２乗に比例することから、総起磁力を２^1/2倍の１２００×２^1/2Ａとして比較した。計算値を表２および図１２に示す。
【００５９】
【表２】

【００６０】
表１の振動速度比と表２の評価関数の逆数（１／評価関数）比を比べるとほぼ同じ値になっており、評価関数の妥当性が分かる。
【００６１】
次いでＳＲモータの作用を説明する。
【００６２】
小歯を設けると評価関数ＮＦは改善されるが、駆動周波数が高くなる。そこで、回転子極の内部に磁気的な空隙を設けて等価的に対向面積を減少させる構成｛図１３中（Ａ）〜（Ｃ）参照、以下、それぞれＴｙｐｅＡ（ただし、ｘ１＝Ｌｒ／３、ｙ１＝ｄ／３）、ＴｙｐｅＢ（ただし、回転子極の内端部からｚ１＝１ｍｍ離れた位置から斜め外向きに１対の空隙を形成し、各空隙の周方向の外端部と回転子極の周方向の端部との距離をｚ１＝１ｍｍに設定している）、ＴｙｐｅＣ（ただし、ｘ１＝Ｌｒ／３）と称する｝を考え、表３に示す解析モデルの仕様を用いて解析を行って、平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を得た｛図１４中（Ａ）〜（Ｄ）参照｝ところ、ＴｙｐｅＣのトルクはＴｙｐｅＡと比較して著しくリプルが大きく、ＴｙｐｅＢは著しく起磁力が増加している事が分かる。また、最大ラジアル力は、ＴｙｐｅＡ、ＴｙｐｅＢ、ＴｙｐｅＣの何れも図５に示すＳＲモータより約５０〜８０％低減されている。中でも、ＴｙｐｅＡ、ＴｙｐｅＢは、回転子が最大ラジアル力発生位置から移動するにつれ、ラジアル力が滑らかに変化している。また、評価関数ＮＦはＴｙｐｅＢ＞ＴｙｐｅＡ＞ＴｙｐｅＣの順に高くなっている。一般に、図１４中（Ｄ）に示すように、ベクトルが左下に近づく程低騒音が期待できるが、トルクリプルなどを考慮するとＴｙｐｅＡまたはＴｙｐｅＢが低騒音化に適した形状である。
【００６３】
【表３】

【００６４】
なお、ラジアル力−平均トルクのベクトル図ではなく、ラジアル力−起磁力のベクトル図を採用している。これは、平均トルクのばらつきの影響を排除するためであり、平均トルクが所定値になるように起磁力を調整するので、磁気飽和の影響を加味した正確な評価を行うことができるとともに、起磁力の大きさ（小さいほど銅損が減り、好ましい）により効率への影響を加味した適切な形状選択ができる。
【００６５】
次いで、ＴｙｐｅＡにおいて、回転子極の先端から空隙までの距離ｒを変化させて（ｒ＝１、２、３、７ｍｍ）解析を行って、平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を得た｛図１５中（Ａ）〜（Ｄ）参照｝ところ、空隙を回転子極の先端部に配置するほどトルクリプルが増加するがラジアル力が減少することが分かる。図１５中（Ｃ）（Ｄ）から、回転子極内部の空隙が先端に近づくほど、最大ラジアル力が低減し、騒音の評価関数も改善されることが分かるが、磁気飽和の影響をも考慮すれば、空隙を回転子極の先端に配置することは好ましくない。
【００６６】
さらに、前記距離ｒを一定（ｒ＝３ｍｍ）にし、空隙の深さｙを変化させて｛ｙ＝ｄ／３、２ｄ／３、ｄ、４ｄ／３：図１６中（Ａ）〜（Ｄ）参照：以下、ＴｙｐｅＤ、ＴｙｐｅＥ、ＴｙｐｅＦ、ＴｙｐｅＧと称する｝解析を行って、平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を得た｛図１７中（Ａ）〜（Ｄ）参照｝ところ、トルク、ラジアル力に対する空隙深さの影響は余り見られない。また、評価関数はほぼ同じであり、ベクトル図では空隙深さに比例して起磁力が僅かながら増加する。図１７中（Ｃ）（Ｄ）より評価は各モデルともほぼ同じであるが、回転子の軽量化の面では空隙が深い方が優れている。したがって、空隙深さは目的に応じた重量、強度を考慮して決定することが好ましい。
【００６７】
さらにまた、図１８中（Ｃ）に示すＴｙｐｅＤの空隙の幅ｘ１を変化させて｛ｘ２＝１．５・ｘ１、ｘ３＝２・ｘ１：図１８中（Ａ）（Ｂ）参照：以下、ＴｙｐｅＨ、ＴｙｐｅＩと称する｝解析を行って、平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を得た｛図１９中（Ａ）〜（Ｄ）参照｝ところ、空隙幅の影響は大きく、トルクは、空隙幅が大きくなるとトルク分布が右肩上がりとなり、リプルが増加する。しかし、ラジアル力は空隙幅の増加に反比例して減少している。ＴｙｐｅＨ、ＴｙｐｅＩでは電流切り換え時にラジアル力が著しく減少し、低騒音化の観点からは望ましい結果である。また、評価関数は空隙幅にほぼ比例して増加する。
【００６８】
図１〜図４は、図６に示すＴｙｐｅＩを出発点として、幅広の空隙を分割し、空隙に非対称に磁束のパスを設けることにより空隙を２つにしたもの（図１参照）、２つの空隙のうち、小さい方の空隙を回転子の回転軸寄りにずらせたもの（図２参照）、分割された空隙数を３として左右の小さい空隙を回転子の回転軸寄りにずらせたもの（図３参照）、分割された空隙数を３として左右の小さい空隙を回転子の回転軸寄りにずらせるとともに、左右の小さい空隙を互いに接近する方向に長くしたもの（図４参照）である。
【００６９】
そして、図１〜図４のモデルを用いて解析を行って、平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を得た｛図７中（Ａ）〜（Ｄ）参照｝ところ、トルク、ラジアル力はＴｙｐｅＬ以外はほぼ同じ値でＴｙｐｅＩに次いで大きく、６−４の約３倍である。また、非対称なモデル（ＴｙｐｅＪ、ＴｙｐｅＫ）は何れも逆転時に起磁力が２０Ａ程度減少する。
【００７０】
したがって、正転および逆転を行うことが必要なＳＲモータであれば、図３（ＴｙｐｅＬ）または図４（ＴｙｐｅＭ）に示す構成（特に好ましくは図４に示す構成）を採用することが好ましく、正転または逆転のみを行うＳＲモータであれば、図１または図２に示す構成を採用することが可能である（もちろん、回転方向を逆転のみとする場合には図１もしくは図２の空隙を、回転子の回転軸と極の中心とを通る平面を基準に位置を反転させればよく、また、この場合であっても図３または図４に示す構成を採用できる）。
【００７１】
また、３つの空隙に対して図１もしくは図２の考えを応用し、周方向の端部に位置する１対の空隙の形状を互いに非対称に設定することが可能である。
【００７２】
以上には、複数個の空隙を回転子極に設ける場合についてのみ説明したが、固定子極に設けることが可能であるほか、回転子極および固定子極に設けることも可能である。ただし、回転子極に設けることが好ましい。
【００７３】
図２０はＳＲモータの他の実施態様および比較例の要部を示す概略縦断面図である。なお、図２０中（Ｂ）（Ｄ）が実施態様を、（Ａ）（Ｃ）が比較例を、それぞれ示している。また、図２０中（Ａ）〜（Ｄ）をａｔｙｐｅ、ｂｔｙｐｅ、ｃｔｙｐｅ、ｄｔｙｐｅで表し、空隙を形成していないものをｎｏｒｍａｌで表している。
【００７４】
図２０中（Ｂ）（Ｄ）に示すＳＲモータは、各回転子極２を回転軸および該回転子極の中心を通る平面により仮想的に区分し、回転方向に関して後側に位置する区分に周方向に対称な形状を有する磁気的な空隙３を設けている。また、図２０中（Ａ）（Ｃ）に示すＳＲモータは、各回転子極２を回転軸および該回転子極の中心を通る平面により仮想的に区分し、回転方向に関して前側に位置する区分に周方向に対称な形状を有する磁気的な空隙３を設けている。
【００７５】
そして、図２０中（Ｃ）（Ｄ）に示すＳＲモータは、図２０中（Ａ）（Ｂ）に示すＳＲモータと比較して、大きな空隙３を有している。具体的には、図２０中（Ｃ）（Ｄ）に示す空隙３は回転子極２の該当する区分の外形の各辺よりも半径方向、周方向に１ｍｍづつ小さい形状を有し、図２０中（Ａ）（Ｂ）に示す空隙３は回転子極２の該当する区分の外形の各辺よりも半径方向、周方向に２ｍｍづつ小さい形状を有している。
【００７６】
そして、ＳＲモータの仕様を表３に示すとおりに設定して、総起磁力６００Ａ（３００Ａ×２）の場合のトルク、ラジアル力を有限要素法により解析した結果、図２１中（Ａ）〜（Ｄ）に示す解析結果が得られた。
【００７７】
図２１中（Ｂ）から分かるように、回転子極内の空隙３を大きくすると、明らかにラジアル力が減少し、特に励磁を切る直前の減少が著しい。そして、評価関数をより大きくできる｛図２０中（Ｃ）参照｝。しかし、図２１中（Ａ）から分かるように、空隙３を大きくすると、その分トルクが犠牲になり、平均トルクが減少する。また、回転方向の前側の区分に空隙３を設けた場合｛図２０中（Ａ）参照｝には、トルクリップルが大きくなっていることが分かる。
【００７８】
また、図２１中（Ｃ）から分かるように、何れのタイプもｎｏｒｍａｌよりも評価関数ＮＦが大きくなっているが、ｃｔｙｐｅ、ｄｔｙｐｅが特に大きくなっている。
【００７９】
したがって、ｄｔｙｐｅが最も低騒音に適した形状である。
【００８０】
また、この実施態様では回転子極に形成する空隙３を１つに設定しているため、最も大きな非磁性領域を形成できる周方向に対称な空隙形状｛例えば、図２０中（Ｄ）の四角形状の空隙）を採用した。これにより効果的に磁気的な等価対向面積と低減でき、ひいては大きな騒音低減効果を得ることができる。
【００８１】
図２２はＳＲモータのさらに他の実施態様の要部を示す概略縦断面図である。なお、図２２中（Ａ）（Ｂ）は固定子極４のみに空隙３を設けた実施態様を、図２２中（Ｃ）は回転子極２および固定子極４の双方に空隙３を設けた実施態様を、それぞれ示している。また、図２２中（Ａ）〜（Ｃ）をｅｔｙｐｅ、ｆｔｙｐｅ、ｇｔｙｐｅで表し、空隙を形成していないものをｎｏｒｍａｌで表している。
【００８２】
図２２中（Ａ）（Ｂ）に示すＳＲモータは、各固定子極４を回転軸および該回転子極の中心と通る平面により仮想的に区分し、回転方向（回転子に対する相対的な回転方向）に関して後側に位置する区分に周方向に対称な形状を有する磁気的な空隙３を設けている。また、図２２中（Ｃ）に示すＳＲモータは、各固定子極４および回転子極２を回転軸および該固定子極の中心を通る平面、回転子極の中心を通る平面により仮想的に区分し、回転方向（固定子については回転子に対する相対的な回転方向）に関して後側に位置する区分に周方向に対称な形状を有する磁気的な空隙３を設けている。
【００８３】
そして、図２２中（Ｂ）に示すＳＲモータは、図２２中（Ａ）（Ｃ）に示すＳＲモータと比較して、大きな空隙３を有している。具体的には、図２０中（Ｂ）に示す空隙３は固定子極４の該当する区分の外形の各辺よりも半径方向に１．５ｍｍ、周方向に１ｍｍづつ小さい形状を有し、図２２中（Ａ）（Ｃ）に示す空隙３は回転子極２、固定子極４の該当する区分の外形の各辺よりも半径方向、周方向に２ｍｍづつ小さい形状を有している。
【００８４】
そして、ＳＲモータの仕様を表３に示すとおりに設定して、総起磁力６００Ａの場合のトルク、ラジアル力を有限要素法により解析した結果、図２３中（Ａ）〜（Ｃ）に示す解析結果が得られた。
【００８５】
図２１と図２３とを比較して分かるように、回転子極２のみに空隙３を設けた場合と比較してややトルクリップルが大きくなっている。これは、励磁をしている固定子極４に直接空隙３を設けたためであると思われる。
【００８６】
また、ラジアル力は、回転子極２に空隙３を設けた場合も固定子極４に空隙３を設けた場合も同様に減少している。
【００８７】
さらに、図２３中（Ｃ）のベクトル図に基づいて評価を行えば、ラジアル力が最も小さいのはｆｔｙｐｅであるが、必要となる起磁力を考慮すればｇｔｙｐｅが最も好ましい。しかし、平均トルクが１５ｋｇ・ｃｍでのラジアル力はｄｔｙｐｅの方が小さいので、回転子極２のみに空隙３を設けることが好ましい。
【００８８】
なお、本発明の手法により例示しなかった他の極数の組み合せ、例えば、８−６タイプについても同様の低騒音効果を得ることができるとともに、回転子の強度を増すために、空隙中に非磁性の例えば、樹脂を充填しても同様の低騒音効果を得ることができる。
【００８９】
【発明の効果】
請求項１の発明は、正転時、逆転時の何れの場合にもＳＲモータの騒音・振動を増大させる主要因であるラジアル力を低減し、ＳＲモータの低騒音・低振動化を達成することができるという特有の効果を奏する。さらに、３つの空隙の形成の自由度を高めることができる。
【００９３】
請求項２の発明は、請求項１と同様の効果を奏する。
【００９４】
請求項３の発明は、請求項１と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のＳＲモータの一実施態様の要部を示す概略縦断面図である。
【図２】この発明のＳＲモータの他の実施態様を示す概略縦断面図である。
【図３】この発明のＳＲモータのさらに他の実施態様を示す概略縦断面図である。
【図４】この発明のＳＲモータのさらに他の実施態様を示す概略縦断面図である。
【図５】従来のＳＲモータの一例を示す概略縦断面図である。
【図６】比較例のＳＲモータを示す概略縦断面図である。
【図７】平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を示す図である。
【図８】ラジアル力ｆ_Rと接線力ｆ_Tとを有限要素法で解析した結果を示す図である。
【図９】ラジアル力Ｆ_Rと静トルクＴを示す図である。
【図１０】測定装置の構成を示す図である。
【図１１】６−４タイプと、１２−８タイプと、測定ポイントとを示す図である。
【図１２】評価関数値、およびラジアル力の最大値−平均最大トルクの関係を表すベクトル図を示す図である。
【図１３】回転子極の内部に磁気的な空隙を設けて等価的に対向面積を減少させる構成を示す図である。
【図１４】平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を示す図である。
【図１５】回転子極の先端から空隙までの距離に応じた、平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を示す図である。
【図１６】空隙の深さを変化させた構成を示す図である。
【図１７】平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を示す図である。
【図１８】空隙の幅を変化させた構成を示す図である。
【図１９】平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を示す図である。
【図２０】ＳＲモータの他の実施態様および比較例の要部を示す概略縦断面図である。
【図２１】平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を示す図である。
【図２２】ＳＲモータのさらに他の実施態様の要部を示す概略縦断面図である。
【図２３】平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、ラジアル力−起磁力のベクトル図を示す図である。
【符号の説明】
１回転子２回転子極
３空隙４固定子極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a switched reluctance motor (hereinafter referred to as an SR motor) including a rotor having a plurality of poles and a stator having a plurality of poles and a stator winding.
[0002]
[Prior art]
The SR motor is expected to be a robust and inexpensive motor because it has a simpler structure than an induction motor or a permanent magnet synchronous motor.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the SR motor has problems with torque ripple and noise caused by the salient poles of the stator and the rotor, which hinders generalization. Specifically, the radial force against the torque is large, and the amount of deformation of the stator due to this force is large, which leads to an increase in vibration and noise.
[0004]
Then, as a measure for reducing the torque ripple, a method of finely adjusting the switching timing of the excitation phase {Charles Pollock, Chi-Yao Wu: “Acoustic Noise Cancellation Techniques to Attachance Reflexes: on I. A. , Vol. 33, no. 2, pp. 477-484 (1993)} has been proposed, but has a problem in versatility and has not been widely adopted.
[0005]
In addition to this, not only torque ripple but also torque / ampere can be improved by superimposing the third harmonic at an appropriate ratio to the drive current in consideration of the inductance harmonics.²{Ochiai, Kosaka, Matsui: "Consideration of improvement of current-torque characteristics of RM", IEEJ rotating machine workshop RM-97-15 (1997)} has also been reported.
[0006]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an SR motor having a structure capable of achieving low noise and low vibration.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  The SR motor according to claim 1 is a switched reluctance motor including a rotor having a plurality of poles, and a stator having a plurality of poles and having a stator winding, and a plurality of magnetic elements in the salient pole portion. The plurality of magnetic air gaps are set symmetrically with respect to a virtual plane passing through the central axis of the rotor and the center of the salient pole part.The number of the magnetic gaps is 3, and the pair of gaps located near the ends in the circumferential direction have the same circumferential length, and one gap and a circumference located in the central part in the circumferential direction. A pair of gaps located near the end of the direction are formed at positions separated from each other by a distance different from the center axis of the rotor.Is.
[0011]
  Claim2The SR motor of the present invention has an angular range of one air gap located at the center in the circumferential direction with reference to the central axis of the rotor and a pair of air gaps located near the end in the circumferential direction. The existence angle range based on the central axis is set to a different angle range.
[0012]
  Claim3The SR motor of the present invention has an angular range of one air gap located at the center in the circumferential direction with reference to the central axis of the rotor and a pair of air gaps located near the end in the circumferential direction. The existence angle range with the central axis as a reference is set to an angle range in which some of them overlap each other.
[0020]
[Action]
Since the SR motor of claim 1 has a plurality of magnetic gaps in the salient pole portion, the radial force, which is the main factor that increases the noise and vibration of the SR motor, is reduced, and the SR motor is reduced. Noise and vibration reduction can be achieved.
[0021]
Further explanation will be given.
[0022]
When the SR motor is excited, a radial force is generated along with the torque. Then, the radial force contracts the stator, and the SR motor is deformed and generates noise each time the excitation is switched. Further, the radial force is generated in all the portions where the excited stator pole and the rotor pole face each other, and the torque is generated concentrated on the edge portions of the stator pole and the rotor pole. That is, the radial force becomes smaller as the opposing area between the stator pole and the radial pole is smaller.
[0023]
If a plurality of gaps are provided in the rotor pole and / or the radial pole, the magnetic facing area can be reduced equivalently, and the torque / frequency can be increased without increasing the output frequency of the drive power source required for rotation. The ratio of radial forces can be improved. As a result, it is possible to achieve low noise and low vibration of the SR motor.
[0024]
AndSince the magnetic gaps are symmetrically set with reference to a virtual plane passing through the center axis of the rotor and the center of the salient pole part, the forward rotation, the reverse rotation In any casethe aboveThe same effect can be achieved.
[0025]
  AndSince the number of the magnetic gaps is set to 3, and a pair of gaps located closer to the end in the circumferential direction have the same circumferential length,the aboveThe same effect can be achieved.
[0026]
  furtherSince one gap located at the center in the circumferential direction and a pair of gaps located near the end in the circumferential direction are formed at positions separated from each other by a distance from the central axis of the rotor. In addition to increasing the degree of freedom of formation of three voids,the aboveThe same effect can be achieved.
[0027]
  Claim2In the case of an SR motor, the rotation of one gap located in the central part of the circumferential direction with an existing angle range with reference to the central axis of the rotor and a pair of gaps located near the end in the circumferential direction Since the existence angle range based on the center axis of the child is set to a different angle range, the claim1The same effect can be achieved.
[0028]
  Claim3In the case of an SR motor, the rotation of one gap located in the central part of the circumferential direction with an existing angle range with reference to the central axis of the rotor and a pair of gaps located near the end in the circumferential direction Since the existence angle range with respect to the center axis of the child is set to an angle range in which a part thereof overlaps,1The same effect can be achieved.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the SR motor of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0037]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an essential part of one embodiment of the SR motor of the present invention, FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view showing another embodiment of the SR motor of the present invention, and FIG. 3 is an SR motor of the present invention. FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing still another embodiment of the SR motor of the present invention. FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of a conventional SR motor, and FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view showing an SR motor of a comparative example. 1 to 4 and 6 show only a part of the rotor.
[0038]
These SR motors include a rotor 1 having a plurality of inward salient poles (stator poles) and a number of outward salient poles (rotor poles) 2 different from the number of stator poles. Including. In addition, the width (length in the circumferential direction) of the rotor pole is Lr, the height (length in the radial direction) is d, and the distance from the tip of the rotor pole to the gap is r (= 3 mm). Then, the distance between the outer ends of the pair of gaps is x2 (= 2Lr / 3), the width of the magnetic flux path formed between the pair of gaps is z2 (= 2 mm), and 1 from the center of the rotor pole. The distance to the center of the magnetic flux path formed between the pair of gaps is z3 (= 1.75 mm), among the three gaps, the width of the gap at the center is x1 (= Lr / 3), and the left and right in FIG. The distance between the outer ends of the gap is x2 (= 2Lr / 3), the distance between the outer ends of the left and right gaps in FIG. 4 is x3 (= x2 + 2), and the distance between the inner ends of the left and right gaps in FIG. The distance is x4 (= x1-2), and the radial distance between the end of the central gap in FIGS. 3 and 4 on the rotation axis side and the end of the left and right gaps away from the rotation axis is z4 (= 2 mm), the gap width in FIG. 6 is x3 (= 2Lr / 3), and the gap height is y1 (= d / 3). Is set.
[0039]
In the SR motor shown in FIG. 5, the number of salient poles of the rotor 1 is 4 and the number of salient poles of the stator is 6.
[0040]
On the other hand, in the comparative example of FIG. 6, each rotor pole 2 of the rotor 1 has a symmetrical shape with reference to a virtual plane passing through the rotation axis of the rotor 1 and the center of the rotor pole 2. One magnetic gap 3 is provided.
[0041]
On the other hand, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, a pair of magnetic gaps 3 are provided in each rotor pole 2. In these embodiments, the circumferential length of one magnetic gap 3 is set longer than the circumferential length of the other magnetic gap 3 (in other words, a pair of magnetic gaps 3). A typical gap 3 is provided asymmetrically). Further, in the embodiment of FIG. 1, the formation positions of both the gaps 3 with respect to the rotation axis of the rotor 1 are set to be equal to each other (the geometrical shape of both the gaps 3 with respect to the rotation axis of the rotor 1). 2 is set to be equal to each other), in the embodiment of FIG. 2, the formation positions of both gaps 3 with respect to the rotation axis of the rotor 1 are set to different positions. (The distance to the position of the geometric center of both the air gaps 3 with respect to the rotation axis of the rotor 1 is set to a different distance. Specifically, for example, the air gap having a short circumferential length is set. 3 and the inner edge of the gap 3 having a long circumferential length are set to be equal to each other with respect to the rotation axis of the rotor 1).
[0042]
3 and 4, three magnetic gaps 3 are provided in each rotor pole 2. In these embodiments, the formation position of the air gap 3 in the central portion with respect to the rotation axis of the rotor 1 and the formation position of the air gap 3 at both end portions are set at different positions, and both end portions The formation positions of the gaps 3 are set to be equal to each other (the formation positions are set so that the outer edge of the gap 3 at both ends is closer to the rotation axis of the rotor 1 than the inner edge of the gap 3 at the center. ) In the embodiment of FIG. 3, the relative positions are set so that the existence angle ranges of the pair of gaps 3 at both ends and the gap 3 at the center are different, whereas in the embodiment of FIG. The relative positions are set so that the existence angle ranges of the pair of gaps 3 at both ends and the gap 3 at the center overlap.
[0043]
In the following description and drawings, the characteristics in the clockwise direction and the characteristics in the counterclockwise direction of the embodiment of FIG. 1 are shown as TypeJc, TypeJcc, the characteristics in the clockwise direction of the embodiment of FIG. 2, and the characteristics in the counterclockwise direction. 3 is Type Kc, Type Kcc is the characteristic of the embodiment of FIG. 3 is Type L, the characteristic of the embodiment of FIG. 4 is Type M, the characteristic of the conventional SR motor of FIG. 5 is 6-4, and the characteristic of the SR motor of the comparative example of FIG. It is represented by TypeI. In the following description, for the sake of convenience, the counterclockwise direction is defined as normal rotation, and the clockwise direction is defined as reverse rotation.
[0044]
The operation of the SR motor shown in each of FIGS. 1 to 4 will be described.
[0045]
First, the noise evaluation function NF is defined as follows.
[0046]
Evaluation function NF = average maximum torque / maximum value of radial force (1)
The larger this value, the lower noise with the same torque can be expected.
[0047]
Next, the validity of this evaluation function NF will be described.
[0048]
Radial force f generated on the exciting stator pole for 6-4 type SR motor_RAnd tangential force f_TAs a result of analyzing by the finite element method, the analysis result shown in FIG. 8 was obtained. The analysis range is a mechanical angle of −30 ° to + 30 °, and the total magnetomotive force is 600 A (300 A × 2 poles). The thick black line at the top of FIG. 8 indicates the position of the stator pole, and the thick black line at the bottom indicates the position of the rotor pole. In order to easily distinguish the radial force and the tangential force, the value of the tangential force is inverted.
[0049]
The reference position (θ = 0 °) of the rotor is such that the center of the stator pole and the center of the recess of the rotor pole coincide with each other, and the rotor position 45 ° (mechanical angle) is the stator pole. And the rotor pole are completely overlapped.
[0050]
It can be seen that radial force is generated in all the parts where the stator pole and rotor pole are facing each other, and tangential force is concentrated on the edge where the stator pole and rotor pole overlap. .
[0051]
This radial force f_RIs the radial force F generated at this stator pole._RTangential force f in this rotational direction_TAnd the rotor radius (= D_r/ 2) and the number of excitation poles (= 2 poles) are the static torque T.
[0052]
Fig. 9 shows the radial force F_RAnd static torque T. FIG. 9 shows that the measured value and the calculated value of the static torque are in good agreement. Although the radial force could not be measured due to structural problems of the rotating machine, the static torque was calculated from Maxwell's stress, and the static torque was calculated accurately, so the radial force was also calculated accurately. I can guess it.
[0053]
The power level of the radiated sound is proportional to the square of the vibration speed u of the radiating surface {see Fukuda et al .: “The Mechanical Noise Handbook edited by the Japan Society of Mechanical Engineers”, Sangyo Tosho (1991)}. Since the main factor of vibration speed is radial force, the vibration speed is measured under a constant torque condition, and the validity of the evaluation function is examined. For comparison, 6-6 type (6 types of stator salient poles and 4 types of rotor salient poles) {see FIG. 11A) and 12-8 type (12 stator salient poles, 12 rotations) The type having the number of salient salient poles of 8) {see FIG. 11B) was used.
[0054]
The measuring apparatus is as shown in FIG. 10. On the surface plate 30, the output shaft of the SR motor 31 is connected to the load 33 via the torque converter 32, and the piezoelectric acceleration pickup 34 is provided on the SR motor 31. The output from the type acceleration pickup 34 is supplied to the FFT 36 through the charge amplifier 35. A dynamic strain measuring device 37 is connected to the torque converter 32.
[0055]
In addition, the measurement points are 15 points in the center of each part obtained by dividing the 60 ° range shown in FIGS. 11A and 11B into 1 cm squares as shown in FIG. 11C. The vibration speed at each measurement point was measured at a rotation speed of 20 rps and a torque of 15 kg · cm. Although no great difference was observed at any of the measurement points, the average value of the measurement values was as shown in Table 1.
[0056]
[Table 1]

[0057]
The vibration speed ratio of the 6-4 type is 2.30 times that of the 12-8 type. Since the power level of the radiated sound is proportional to the square of the vibration speed u, the noise level is 10 log (2.30) from the vibration speed ratio.²It is estimated that 7.23 and the 12-8 type is lower by about 7 dB.
[0058]
Here, since the comparison is made assuming that the torque is constant at 15 kg · cm, the calculated value when the total magnetomotive force is 1200 A is used for the 6-4 type. Further, in the 12-8 type 1200A, the average maximum torque is about half of 15 kg · cm, and the torque when saturation is ignored is proportional to the square of the magnetomotive force.^1/2Double 1200 × 2^1/2Compared as A. The calculated values are shown in Table 2 and FIG.
[0059]
[Table 2]

[0060]
When the vibration speed ratio in Table 1 and the reciprocal (1 / evaluation function) ratio of the evaluation function in Table 2 are compared, the values are almost the same, and the validity of the evaluation function can be understood.
[0061]
Next, the operation of the SR motor will be described.
[0062]
Providing small teeth improves the evaluation function NF, but increases the drive frequency. Therefore, a configuration in which a magnetic gap is provided inside the rotor pole to equivalently reduce the facing area {see (A) to (C) in FIG. 13, hereinafter, Type A (where x1 = Lr / 3, y1 = d / 3), Type B (however, a pair of gaps are formed obliquely outward from a position z1 = 1 mm away from the inner end of the rotor pole, and the outer ends in the circumferential direction of each gap and the rotor The distance from the end of the pole in the circumferential direction is set to z1 = 1 mm), TypeC (where x1 = Lr / 3)} is considered, and the analysis is performed using the specifications of the analysis model shown in Table 3. To obtain torque, radial force, evaluation function, and radial force-magnetomotive force vector diagram when the average torque is constant (15 kg · cm) {see (A) to (D) in FIG. 14}. Has a significantly larger ripple than Type A. B is it can be seen that significantly magnetomotive force is increasing. Further, the maximum radial force is reduced by about 50 to 80% in all of Type A, Type B, and Type C from the SR motor shown in FIG. Among them, in Type A and Type B, the radial force smoothly changes as the rotor moves from the position where the maximum radial force is generated. The evaluation function NF increases in the order of Type B> Type A> Type C. In general, as shown in FIG. 14D, as the vector approaches the lower left, a lower noise can be expected. However, considering torque ripple and the like, Type A or Type B has a shape suitable for noise reduction.
[0063]
[Table 3]

[0064]
In addition, the vector diagram of radial force-magnetomotive force is adopted instead of the vector diagram of radial force-average torque. This is to eliminate the influence of the variation in the average torque. Since the magnetomotive force is adjusted so that the average torque becomes a predetermined value, it is possible to perform an accurate evaluation considering the influence of magnetic saturation and An appropriate shape can be selected in consideration of the effect on the efficiency, depending on the magnitude of the magnetic force (the smaller the copper loss, the better).
[0065]
Next, in Type A, analysis is performed by changing the distance r from the tip of the rotor pole to the gap (r = 1, 2, 3, 7 mm), and the torque and radial force when the average torque is constant (15 kg · cm). The evaluation function, radial force-magnetomotive force vector diagram was obtained {see (A) to (D) in FIG. 15}. However, the torque ripple increases as the air gap is arranged at the tip of the rotor pole, but the radial force is increased. It turns out that it decreases. 15 (C) and 15 (D), it can be seen that the closer the gap inside the rotor pole is to the tip, the lower the maximum radial force and the better the noise evaluation function, but also consider the effect of magnetic saturation. In this case, it is not preferable to arrange the gap at the tip of the rotor pole.
[0066]
Further, the distance r is made constant (r = 3 mm), and the gap depth y is changed to {y = d / 3, 2d / 3, d, 4d / 3: (A) to (D) in FIG. Reference: Hereinafter, analysis is performed to obtain a vector diagram of torque, radial force, evaluation function, and radial force-magnetomotive force when the average torque is constant (15 kg · cm) by analyzing Type D, Type E, Type F, and Type G. 17 (A) to (D)} However, the influence of the gap depth on the torque and radial force is not so much seen. The evaluation function is almost the same. In the vector diagram, the magnetomotive force slightly increases in proportion to the gap depth. In FIGS. 17C and 17D, the evaluation is almost the same for each model, but the deeper the gap, the better in terms of weight reduction of the rotor. Therefore, it is preferable to determine the gap depth in consideration of the weight and strength according to the purpose.
[0067]
Further, the width x1 of the gap of Type D shown in FIG. 18C is changed {x2 = 1.5 · x1, x3 = 2 · x1: see (A) and (B) in FIG. 18: type H , Referred to as Type I} analysis was performed to obtain vector diagrams of torque, radial force, evaluation function, radial force-magnetomotive force when the average torque is constant (15 kg · cm) {(A) to (D) in FIG. Reference} However, the influence of the gap width is large, and as the gap width increases, the torque distribution rises to the right and the ripple increases. However, the radial force decreases in inverse proportion to the increase in the gap width. In Type H and Type I, the radial force is remarkably reduced when switching the current, which is a desirable result from the viewpoint of reducing noise. Further, the evaluation function increases almost in proportion to the gap width.
[0068]
1 to 4 are obtained by dividing a wide air gap by using Type I shown in FIG. 6 as a starting point, and providing a magnetic flux path asymmetrically in the air gap (see FIG. 1). Of the air gaps, the smaller one is shifted closer to the rotor rotation axis (see FIG. 2), and the number of divided air gaps is three, and the left and right small air gaps are shifted closer to the rotor rotation axis (see FIG. 2). 3), the number of the divided air gaps is set to 3, and the left and right small air gaps are shifted closer to the rotation axis of the rotor, and the left and right small air gaps are lengthened in a direction approaching each other (see FIG. 4).
[0069]
Then, analysis was performed using the models of FIGS. 1 to 4 to obtain torque, radial force, evaluation function, and radial force-magnetomotive force vector diagram when the average torque is constant (15 kg · cm) {in FIG. (See (A) to (D)) However, the torque and radial force are substantially the same except for Type L, the second largest after Type I, and about three times 6-4. Further, in each of the asymmetric models (TypeJ, TypeK), the magnetomotive force is reduced by about 20 A during the reverse rotation.
[0070]
Therefore, if the SR motor needs to perform forward rotation and reverse rotation, it is preferable to adopt the configuration shown in FIG. 3 (Type L) or FIG. 4 (Type M) (particularly preferably, the configuration shown in FIG. 4). If the SR motor performs only rotation or reverse rotation, it is possible to adopt the configuration shown in FIG. 1 or FIG. 2 (of course, when the rotation direction is only reverse rotation, the gap of FIG. 1 or FIG. The position may be reversed with reference to a plane passing through the rotation axis of the rotor and the center of the pole. Even in this case, the configuration shown in FIG. 3 or FIG. 4 can be adopted).
[0071]
Further, by applying the idea of FIG. 1 or FIG. 2 to the three gaps, it is possible to set the shape of a pair of gaps located at the ends in the circumferential direction to be asymmetric with respect to each other.
[0072]
Although only the case where a plurality of gaps are provided in the rotor pole has been described above, it can be provided in the stator pole, and can also be provided in the rotor pole and the stator pole. However, it is preferably provided on the rotor pole.
[0073]
FIG. 20 is a schematic longitudinal sectional view showing a main part of another embodiment of the SR motor and a comparative example. In FIG. 20, (B) and (D) show embodiments, and (A) and (C) show comparative examples, respectively. In FIG. 20, (A) to (D) are represented by a type, b type, c type, and d type, and those not forming voids are represented by normal.
[0074]
In the SR motor shown in FIGS. 20 (B) and 20 (D), each rotor pole 2 is virtually divided by a plane passing through the rotation axis and the center of the rotor pole, and is divided into sections located on the rear side in the rotation direction. A magnetic gap 3 having a symmetrical shape in the circumferential direction is provided. Further, the SR motor shown in FIGS. 20A and 20C virtually divides each rotor pole 2 by a plane passing through the rotation axis and the center of the rotor pole, and is located on the front side in the rotation direction. Is provided with a magnetic gap 3 having a symmetrical shape in the circumferential direction.
[0075]
And the SR motor shown to (C) (D) in FIG. 20 has the big space | gap 3 compared with the SR motor shown to (A) (B) in FIG. Specifically, the gap 3 shown in FIGS. 20C and 20D has a shape that is smaller by 1 mm in the radial direction and the circumferential direction than each side of the outer shape of the corresponding section of the rotor pole 2. The gap 3 shown in the middle (A) and (B) has a shape smaller by 2 mm in the radial direction and the circumferential direction than each side of the outer shape of the corresponding section of the rotor pole 2.
[0076]
Then, the specifications of the SR motor are set as shown in Table 3, and the torque and radial force in the case of a total magnetomotive force of 600 A (300 A × 2) are analyzed by the finite element method. The analysis results shown in D) were obtained.
[0077]
As can be seen from FIG. 21B, when the gap 3 in the rotor pole is increased, the radial force is clearly reduced, and the decrease immediately before the excitation is cut off is particularly remarkable. Then, the evaluation function can be made larger (see (C) in FIG. 20). However, as can be seen from FIG. 21A, when the gap 3 is increased, the torque is sacrificed and the average torque is reduced accordingly. In addition, when the gap 3 is provided in the front section in the rotation direction {see (A) in FIG. 20}, it can be seen that the torque ripple is large.
[0078]
Further, as can be seen from (C) in FIG. 21, the evaluation function NF is larger than normal in any type, but c type and d type are particularly large.
[0079]
Therefore, d type is a shape suitable for the lowest noise.
[0080]
Further, in this embodiment, since the gap 3 formed in the rotor pole is set to one, the circumferentially symmetrical gap shape that can form the largest nonmagnetic region {for example, the square in FIG. Shape voids). Thereby, it is possible to effectively reduce the magnetic equivalent opposing area, and as a result, a large noise reduction effect can be obtained.
[0081]
FIG. 22 is a schematic longitudinal sectional view showing a main part of still another embodiment of the SR motor. 22A and 22B show an embodiment in which the gap 3 is provided only in the stator electrode 4, and in FIG. 22C, the gap 3 is provided in both the rotor electrode 2 and the stator electrode 4. Each embodiment is shown respectively. In FIG. 22, (A) to (C) are represented by e type, f type, and g type, and those not forming voids are represented by normal.
[0082]
In the SR motor shown in FIGS. 22A and 22B, each stator pole 4 is virtually divided by a plane passing through the rotation axis and the center of the rotor pole, and the rotation direction (relative rotation with respect to the rotor). A magnetic gap 3 having a symmetrical shape in the circumferential direction is provided in a section located on the rear side with respect to (direction). Further, in the SR motor shown in FIG. 22C, each stator pole 4 and rotor pole 2 are virtually arranged by a plane passing through the rotation axis and the center of the stator pole, and a plane passing through the center of the rotor pole. A magnetic gap 3 having a symmetrical shape in the circumferential direction is provided in a section which is divided and located on the rear side in the rotation direction (the rotation direction relative to the rotor for the stator).
[0083]
The SR motor shown in FIG. 22B has a larger gap 3 than the SR motor shown in FIGS. Specifically, the gap 3 shown in FIG. 20B has a shape that is 1.5 mm smaller in the radial direction and 1 mm smaller in the circumferential direction than each side of the outer shape of the corresponding section of the stator pole 4. The gap 3 shown in (A) and (C) in FIG. 22 has a shape that is smaller by 2 mm in the radial direction and the circumferential direction than each side of the outer shape of the corresponding section of the rotor pole 2 and the stator pole 4.
[0084]
Then, the SR motor specifications are set as shown in Table 3, and the torque and radial force in the case of a total magnetomotive force of 600 A are analyzed by the finite element method. As a result, the analyzes shown in FIGS. Results were obtained.
[0085]
As can be seen from a comparison between FIG. 21 and FIG. 23, the torque ripple is slightly larger than when the gap 3 is provided only in the rotor pole 2. This seems to be because the gap 3 is directly provided in the stator pole 4 that is excited.
[0086]
Further, the radial force is similarly reduced when the gap 3 is provided in the rotor pole 2 and when the gap 3 is provided in the stator pole 4.
[0087]
Further, if the evaluation is performed based on the vector diagram (C) in FIG. 23, f type has the smallest radial force, but g type is most preferable in consideration of the required magnetomotive force. However, since the radial force at the average torque of 15 kg · cm is smaller in dtype, it is preferable to provide the gap 3 only in the rotor pole 2.
[0088]
In addition, the combination of other pole numbers not exemplified by the method of the present invention, for example, the 8-6 type, can obtain the same low noise effect, and in order to increase the strength of the rotor, Even if non-magnetic, for example, resin is filled, the same low noise effect can be obtained.
[0089]
【The invention's effect】
  According to the first aspect of the present invention, the radial force, which is the main factor that increases the noise and vibration of the SR motor, is reduced in both cases of forward rotation and reverse rotation, thereby achieving low noise and low vibration of the SR motor. There is a unique effect that can be.Furthermore, the freedom degree of formation of three space | gap can be raised.
[0093]
  Claim2The invention of claim1Has the same effect as.
[0094]
  Claim3The invention of claim1WhenHas the same effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a main part of an embodiment of an SR motor according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view showing another embodiment of the SR motor of the present invention.
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view showing still another embodiment of the SR motor according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing still another embodiment of the SR motor according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of a conventional SR motor.
FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view showing a SR motor of a comparative example.
FIG. 7 is a diagram showing a vector diagram of torque, radial force, evaluation function, and radial force-magnetomotive force when the average torque is constant (15 kg · cm).
FIG. 8 Radial force f_RAnd tangential force f_TIt is a figure which shows the result of having analyzed by finite element method.
FIG. 9 Radial force F_RIt is a figure which shows the static torque T.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a measuring apparatus.
FIG. 11 is a diagram illustrating a 6-4 type, a 12-8 type, and measurement points.
FIG. 12 is a vector diagram showing a relationship between an evaluation function value and a radial force maximum value-average maximum torque.
FIG. 13 is a view showing a configuration in which a magnetic gap is provided inside a rotor pole to equivalently reduce the facing area.
FIG. 14 is a diagram showing a vector diagram of torque, radial force, evaluation function, and radial force-magnetomotive force when the average torque is constant (15 kg · cm).
FIG. 15 is a diagram showing a vector diagram of torque, radial force, evaluation function, and radial force-magnetomotive force when the average torque is constant (15 kg · cm) according to the distance from the tip of the rotor pole to the air gap.
FIG. 16 is a diagram showing a configuration in which the gap depth is changed.
FIG. 17 is a diagram showing a vector diagram of torque, radial force, evaluation function, and radial force-magnetomotive force when the average torque is constant (15 kg · cm).
FIG. 18 is a diagram showing a configuration in which the width of a gap is changed.
FIG. 19 is a diagram showing a vector diagram of torque, radial force, evaluation function, and radial force-magnetomotive force when the average torque is constant (15 kg · cm).
FIG. 20 is a schematic longitudinal sectional view showing a main part of another embodiment of the SR motor and a comparative example.
FIG. 21 is a diagram showing a vector diagram of torque, radial force, evaluation function, and radial force-magnetomotive force when the average torque is constant (15 kg · cm).
FIG. 22 is a schematic longitudinal sectional view showing a main part of still another embodiment of the SR motor.
FIG. 23 is a diagram showing a vector diagram of torque, radial force, and radial force-magnetomotive force when the average torque is constant (15 kg · cm).
[Explanation of symbols]
1 Rotor 2 Rotor pole
3 Gap 4 Stator pole

Claims

In a switched reluctance motor including a rotor (1) having a plurality of poles (2) and a stator having a plurality of poles (4) and having a stator winding,
The salient poles (2) and (4) have a plurality of magnetic gaps (3),
The plurality of magnetic gaps are set symmetrically with reference to a virtual plane passing through the center axis of the rotor (1) and the center of the salient pole portions (2) and (4) ,
The number of the magnetic gaps (3) is 3, and the pair of gaps (3) located near the end in the circumferential direction have the same circumferential length.
One gap (3) located at the center in the circumferential direction and a pair of gaps (3) located near the end in the circumferential direction are separated from each other by a different distance from the central axis of the rotor (1). A switched reluctance motor characterized by being formed at a different position .

One gap (3) located at the center in the circumferential direction of the existing angle range with respect to the central axis of the rotor (1) and a pair of gaps (3) located near the ends in the circumferential direction 2. The switched reluctance motor according to claim 1, wherein the existing angular range with respect to the central axis of the rotor (1) is set to an angular range different from each other .

One gap (3) located at the center in the circumferential direction of the existing angle range with respect to the central axis of the rotor (1) and a pair of gaps (3) located near the ends in the circumferential direction 2. The switched reluctance motor according to claim 1 , wherein the existence angle range based on the central axis of the rotor (1) is set to an angle range in which a part thereof overlaps .