JP4923633B2 - Switched reluctance motor - Google Patents
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Description
本発明は、回転子1回転あたりの平均トルクが向上するように構成されたスイッチト・リラクタンス・モータ(以下、SRモータとも記す)に関するものである。 The present invention relates to a switched reluctance motor (hereinafter also referred to as an SR motor) configured to improve an average torque per rotation of a rotor.
従来、上述した回転子と固定子とから構成されるSRモータの一例として、2相駆動のSRモータが知られている(非特許文献1、第25〜26頁参照)。このような2相駆動のSRモータにおいては、回転子の全ての突極で同時にトルクを発生させることができ、回転子の突極の半数にのみ同時にトルクを発生させる3相駆動のSRモータに比べて、回転子1回転当たりの平均トルクが大きい。
しかしながら、従来の2相駆動のSRモータは、回転子と固定子との突極が完全に対向した角度付近、もしくは、完全に非対向の回転子角度付近において、インダクタンスの回転方向に対する変化がないため、トルクが発生できないという問題があった。これを解決し、全ての回転子角度でトルクを発生可能とした2相駆動のSRモータには、例えばステップドギャップ型SRモータや、カム型SRモータがある(非特許文献1、第27〜28頁参照)。これらのSRモータは回転子の突極の半径方向長さに、段差を設けたりテーパ状に変化させたりしている。これによってインダクタンスの回転方向に対する変化が発生し、全ての回転子角度においてトルクが発生可能となる。しかしながらこの方式においても、インダクタンスが常に変化する回転方向は一方向に限られており、逆転が困難という問題があった。 However, in the conventional two-phase driving SR motor, there is no change with respect to the rotation direction of the inductance in the vicinity of the angle at which the salient poles of the rotor and the stator are completely opposed, or in the vicinity of the completely non-opposed rotor angle. Therefore, there is a problem that torque cannot be generated. Examples of the two-phase driving SR motor that solves this problem and can generate torque at all rotor angles include a stepped gap SR motor and a cam SR motor (Non-Patent Document 1, 27-28). Page). In these SR motors, a step is provided in the radial length of the salient poles of the rotor or the shape is changed in a tapered shape. As a result, a change in the inductance rotation direction occurs, and torque can be generated at all rotor angles. However, even in this method, the rotation direction in which the inductance always changes is limited to one direction, and there is a problem that the reverse rotation is difficult.
本発明の目的は上述した問題点を解消して、トルクを発生できない状態をなくし、逆転も可能なモータであって、回転子1回転あたりの平均トルクが向上するように構成されたスイッチト・リラクタンス・モータを提供しようとするものである。 An object of the present invention is a motor that eliminates the above-described problems, eliminates the state where torque cannot be generated, and can be reversely rotated, and is configured to improve the average torque per one rotation of the rotor. It is intended to provide a reluctance motor.
本発明のスイッチト・リラクタンス・モータは、回転子と固定子とからなるスイッチト・リラクタンス・モータであって、3相以上の相数で駆動する第1のスイッチト・リラクタンス・モータ部と、2相で駆動する第2のスイッチト・リラクタンス・モータ部と、から構成されたことを特徴とするものである。 The switched reluctance motor of the present invention is a switched reluctance motor composed of a rotor and a stator, and is a first switched reluctance motor unit that is driven with three or more phases, And a second switched reluctance motor unit driven in two phases.
本発明では、3相以上の相数で駆動する第1のスイッチト・リラクタンス・モータ部と、2相で駆動する第2のスイッチト・リラクタンス・モータ部と、から構成されたことで、トルクを発生できない状態をなくし、逆転も可能なモータであって、回転子1回転あたりの平均トルクが向上するように構成されたスイッチト・リラクタンス・モータを得ることができる。 According to the present invention, the first switched reluctance motor unit that is driven with three or more phases and the second switched reluctance motor unit that is driven with two phases are used. Therefore, it is possible to obtain a switched reluctance motor which eliminates the state where the motor cannot be generated and is capable of reverse rotation and is configured to improve the average torque per one rotation of the rotor.
なお、本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの好適例としては、第1のスイッチト・リラクタンス・モータ部の各突極が少なくとも1つ以上含まれる円周方向の角度に対応する固定子の領域においては、3相以上の相数で駆動するスイッチト・リラクタンス・モータの固定子と同形状を示すとともに、円周方向の残りの角度に対応する固定子の領域においては、2相で駆動するスイッチト・リラクタンス・モータの固定子と同形状を示す固定子構造を有することがある。このように構成することで、従来の3相駆動のSRモータに比べて同時にトルクが発生可能な回転子突極数が多くなるので、平均トルクを増加させることができる。さらに、従来の2相駆動のSRモータで課題であったトルクが発生しない回転子角度も存在せず、任意の方向にトルクを発生させることが可能となる。 As a preferred example of the switched reluctance motor of the present invention, a stator region corresponding to a circumferential angle including at least one salient pole of the first switched reluctance motor unit. Shows the same shape as the stator of a switched reluctance motor driven with three or more phases, and in the region of the stator corresponding to the remaining angle in the circumferential direction, it is driven with two phases. A stator structure having the same shape as the stator of a switched reluctance motor may be provided. With this configuration, the number of rotor salient poles that can generate torque at the same time is increased as compared with the conventional three-phase driving SR motor, and thus the average torque can be increased. Further, there is no rotor angle at which torque is not generated, which was a problem with conventional two-phase drive SR motors, and torque can be generated in any direction.
また、本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの好適例としては、第2のスイッチト・リラクタンス・モータ部の突極が配置される固定子の円周方向の角度に対応する領域が、第1のスイッチト・リラクタンス・モータ部の突極が配置される固定子の円周方向の角度に対応する領域より大きいことがある。このように構成することで、2相駆動する固定子の範囲が多くなり、同時にトルクが発生可能な回転子突極数が増えるため、上述した効果に加えてより平均トルクを増加させることができる。 As a preferred example of the switched reluctance motor according to the present invention, a region corresponding to the circumferential angle of the stator where the salient poles of the second switched reluctance motor unit are arranged is the first region. This may be larger than the area corresponding to the circumferential angle of the stator where the salient poles of the switched reluctance motor section are arranged. By configuring in this way, the range of the stator that is driven in two phases increases, and at the same time, the number of rotor salient poles that can generate torque increases, so that the average torque can be increased in addition to the above-described effects. .
さらに、本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの好適例としては、第1のスイッチト・リラクタンス・モータ部および第2のスイッチト・リラクタンス・モータ部の突極を一相あたり偶数個備え、同相の各突極が回転子の軸心を中心とした点対称に配置されることがある。このように構成することで、回転子に発生する半径方向力が相殺され、半径方向力の不平衡を抑制することができる。 Further, as a preferred example of the switched reluctance motor of the present invention, an even number of salient poles of the first switched reluctance motor unit and the second switched reluctance motor unit are provided per phase. May be arranged point-symmetrically around the axis of the rotor. With this configuration, the radial force generated in the rotor is canceled out, and the radial force imbalance can be suppressed.
さらにまた、本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの好適例としては、第1のスイッチト・リラクタンス・モータ部が、固定子が12極、回転子が8極で3相駆動するスイッチト・リラクタンス・モータの一部分であり、第2のスイッチト・リラクタンス・モータ部が、固定子が12極、回転子が8極で2相駆動するスイッチト・リラクタンス・モータの一部分であることがある。このように構成することで、上述した種々の効果を具体化することができる。 Furthermore, as a preferred example of the switched reluctance motor of the present invention, the first switched reluctance motor unit has a switched reluctance motor in which the stator is 12 poles and the rotor is 8 poles and is driven in three phases. It may be a part of a motor, and the second switched reluctance motor part may be a part of a switched reluctance motor that is driven in two phases with a stator having 12 poles and a rotor having 8 poles. By configuring in this way, the various effects described above can be realized.
また、本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの好適例としては、第1のスイッチト・リラクタンス・モータ部が、固定子が18極、回転子が12極で3相駆動するスイッチト・リラクタンス・モータの一部分であり、第2のスイッチト・リラクタンス・モータ部が、固定子が24極、回転子が12極で2相駆動するスイッチト・リラクタンス・モータの一部分であることがある。このように構成することで、上述した種々の効果を具体化することができる上に、上記具体化した構成より多極なため、トルクリップルの低減が期待できる。 Further, as a preferred example of the switched reluctance motor of the present invention, the first switched reluctance motor unit has a switched reluctance motor that is three-phase driven with a stator having 18 poles and a rotor having 12 poles. The second switched reluctance motor unit may be a part of a switched reluctance motor that is driven in two phases with a stator having 24 poles and a rotor having 12 poles. With this configuration, the various effects described above can be realized, and more than the above-described configuration, the torque ripple can be expected to be reduced.
以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図1〜図4はそれぞれ本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの一実施例を説明するための図である。まず、構成について説明すると、図1に示す構成において、SRモータ1は固定子2と回転子3とから構成されており、本例では、固定子2が14極、回転子3が8極で、5相駆動するSRモータとなっている。固定子2は、図中点線より上部の領域2aにおいては、固定子2が12極、回転子3が8極で3相駆動するSRモータと同形状をなしており、図中点線より下部の領域2bにおいては、固定子2が16極、回転子3が8極で2相駆動するSRモータと同形状をなしている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
1 to 4 are diagrams for explaining one embodiment of the switched reluctance motor of the present invention. First, the configuration will be described. In the configuration shown in FIG. 1, the SR motor 1 includes a
図1に示す例において、8極の回転子3における突極の幅は機械角で15°としている。なお、固定子2の全ての突極の幅も同じく機械角15°としている。また、図1に示す例において、4aは2相駆動用のA相巻線、4bは2相駆動用のB相巻線、4uは3相駆動用のU相巻線、4vは3相駆動用のV相巻線、4wは3相駆動用のW相巻線である。
In the example shown in FIG. 1, the width of the salient pole in the 8-pole rotor 3 is 15 ° in mechanical angle. The width of all salient poles of the
続いて、本実施例におけるSRモータの駆動回路を図2を用いて説明する。図2に示す駆動回路において、10aから10jはスイッチング素子、11aから11jはダイオード、12u、12v、12w、12a、12bは巻線電流センサ、13は直流電源である。図2に示すように、各相巻線4u、4v、4w、4a、4bは一般的なハーフブリッジ回路で直流電源13に接続され、5相駆動する。
Next, the driving circuit for the SR motor in this embodiment will be described with reference to FIG. In the drive circuit shown in FIG. 2, 10a to 10j are switching elements, 11a to 11j are diodes, 12u, 12v, 12w, 12a and 12b are winding current sensors, and 13 is a DC power source. As shown in FIG. 2, each phase winding 4u, 4v, 4w, 4a, 4b is connected to the
次に、本実施例における動作を説明する。図3にスイッチング素子10aから10jの通電タイミングを示す。図3に示すタイミングチャートにおいて、ハイレベルがオンを意味し、ローレベルがオフを意味する。横軸は回転子3の機械角であり、図1に示した位置を機械角0°とし、反時計回りに機械角が増加するものとしている。各相とも、回転子3の突極が固定子2の突極と対向し始める角度から通電を開始し、完全に対向した角度で通電を終了する。
Next, the operation in this embodiment will be described. FIG. 3 shows the energization timing of the
次に、本実施例における効果を説明する。図3のようなタイミングで一定の電流値I[A]を通電した場合の各相トルク概略図を図4に示す。従来の、突極固定子が12極、回転子が8極で3相駆動し、本実施例と同体格のSRモータが、回転子の突極が固定子の突極と対向し始める角度から、完全にひとつの突極に発生するトルクを1とする。 Next, the effect in a present Example is demonstrated. FIG. 4 shows a schematic diagram of each phase torque when a constant current value I [A] is applied at the timing as shown in FIG. A conventional SR motor having 12 poles and a rotor having 8 poles is driven in three phases, and the SR motor of the same size as the present embodiment starts from the angle at which the rotor salient poles start to face the stator salient poles. The torque generated in one salient pole is assumed to be 1.
本実施例においては、図4に示すように、V相は回転子3の2つの突極に機械角15°の範囲でトルクを発生させるので、機械角1回転あたりの平均トルクは2÷45×15=0.67となる。同様に、W相の平均トルクも0.67、A相とU相は通電タイミングが同じなので併せて6突極となり、平均トルクは2.0、B相は4突極で平均トルクは1.33となり、モータ全体としての平均トルクは4.67となる。一方、従来の、突極固定子が12極、回転子が8極で3相駆動するSRモータは、常時4突極にトルクが発生しているので平均トルクは4.0となり、本実施例では同じ体格で約17%トルクを増加させることが可能となる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the V phase generates torque at two salient poles of the rotor 3 in a mechanical angle range of 15 °, so the average torque per one mechanical angle rotation is 2 ÷ 45. X15 = 0.67. Similarly, the average torque of the W phase is 0.67, and the energization timings of the A phase and the U phase are the same, so the total torque is 6 salient poles, the average torque is 2.0, the B phase is 4 salient poles, and the average torque is 1. 33, and the average torque of the entire motor is 4.67. On the other hand, the conventional SR motor, which has a salient pole stator of 12 poles and a rotor of 8 poles and is driven in three phases, generates torque at 4 salient poles, so the average torque is 4.0. Then, it is possible to increase the torque by about 17% with the same physique.
なお、上述した実施例では、各スイッチング素子を一定の回転子角度の間はオンし続けているが、一定の電流値を通電するために、PWM制御やヒステリシスコンパレータ制御を仕様することも、もちろん可能である。また、通電開始角度や通電終了角度も図3の限りではなく、回転速度や直流電圧に応じてタイミングを前後させてもよい。 In the above-described embodiment, each switching element is kept on for a fixed rotor angle. However, in order to energize a constant current value, it is of course possible to specify PWM control or hysteresis comparator control. Is possible. Further, the energization start angle and the energization end angle are not limited to those in FIG. 3, and the timing may be changed according to the rotation speed and the DC voltage.
図5および図6はそれぞれ本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの他の例を説明するための図である。まず、構成について説明すると、図5に示す構成において、SRモータ21は固定子22と回転子23とから構成されており、本例では、固定子22が22極、回転子23が12極で、5相駆動するSRモータとなっている。固定子22は、図5の機械角0°の位置から反時計回りに60°の領域22a、および、180°の位置から240°の領域22cにおいては、固定子22が18極、回転子23が12極で3相駆動するSRモータと同形状をなしており、60°から180°の領域22b、および、240°から360°の領域22dにおいては、固定子22が24極、回転子23が12極で2相駆動するSRモータと同形状をなしている。
FIG. 5 and FIG. 6 are diagrams for explaining other examples of the switched reluctance motor of the present invention. First, the configuration will be described. In the configuration shown in FIG. 5, the
図5に示す例において、12極の回転子23における突極の幅は機械角で10°としている。なお、固定子22の全ての突極の幅も同じく機械角10°としている。また、図5に示す例において、24aは2相駆動用のA相巻線、24bは2相駆動用のB相巻線、24uは3相駆動用のU相巻線、24vは3相駆動用のV相巻線、24wは3相駆動用のW相巻線である。
In the example shown in FIG. 5, the width of the salient pole in the 12-
本実施例において、駆動回路及びその通電タイミングについては図1〜図4により説明した実施例と同様のため、ここではそれらの説明を割愛する。 In this embodiment, the drive circuit and its energization timing are the same as those in the embodiment described with reference to FIGS.
次に、本実施例における効果を説明する。上述した実施例における図4と同様の手順でトルク計算したものを図6に示す。従来の、突極固定子18極、回転子12極で3相駆動し、本実施例と同体格のSRモータが、回転子の突極が固定子の突極と対向し始める角度から、完全に対向した角度の間に、その相の巻線に電流値I[A]を通電したときの、回転子のひとつの突極に発生するトルクを1とする。 Next, the effect in a present Example is demonstrated. FIG. 6 shows the torque calculated by the same procedure as in FIG. 4 in the above-described embodiment. The conventional SR motor, which is three-phase driven with 18 poles of the salient pole stator and 12 poles of the rotor, is completely the same as the present embodiment from the angle at which the salient pole of the rotor starts to face the salient pole of the stator. The torque generated at one salient pole of the rotor when the current value I [A] is applied to the winding of the phase during the angle opposite to.
図6において、V相およびW相はそれぞれ2突極で平均トルクは0.67、A相は10突極で平均トルクは3.33、B相は8突極で平均トルクは2.67となり、モータ全体としての平均トルクは7.34となる。一方、従来の、突極固定子18極、回転子12極で3相駆動するSRモータは、常時6突極にトルクが発生しているので平均トルクは6.0となり、本実施例は同じ体格で約22%トルクを増加させることが可能となる。 In FIG. 6, the V phase and the W phase each have 2 salient poles with an average torque of 0.67, the A phase has 10 salient poles, the average torque is 3.33, the B phase has 8 salient poles, and the average torque is 2.67. The average torque of the entire motor is 7.34. On the other hand, in the conventional SR motor that is driven in three phases by the salient pole stator 18 poles and the rotor 12 poles, the torque is always generated at the 6 salient poles, so the average torque is 6.0, and this embodiment is the same. It is possible to increase the torque by about 22% in the physique.
さらに、本実施例では、各相は回転子の軸心を中心とした点対称に配置されており、回転子に発生する半径方向力が相殺され、半径方向力の不平衡を抑制することができる。また、3相駆動する領域22a、22cより、2相駆動する領域22b、22dの領域を多くしてあり、より平均トルクを増加させることができる構造となっている。
Furthermore, in this embodiment, each phase is arranged point-symmetrically with respect to the rotor shaft center, so that the radial force generated in the rotor is canceled and the radial force imbalance is suppressed. it can. Further, the
なお、上述したいずれの実施例においても、回転子突極と固定子突極との幅を同じとしたが、必ずしも同じとする必要は無い。 In any of the above-described embodiments, the rotor salient pole and the stator salient pole have the same width, but need not necessarily be the same.
本発明のスイッチト・リラクタンス・モータによれば、3相以上の相数で駆動する第1のスイッチト・リラクタンス・モータ部と、2相で駆動する第2のスイッチト・リラクタンス・モータ部と、から構成しているため、トルクを発生できない状態をなくし、逆転も可能なモータであって、回転子1回転あたりの平均トルクが向上するように構成することができる。そのため、SRモータにおいて、回転子1回転あたりの平均トルクを向上させるなどの用途に好適に用いることができる。 According to the switched reluctance motor of the present invention, a first switched reluctance motor unit that is driven with three or more phases, and a second switched reluctance motor unit that is driven with two phases, Therefore, it is possible to eliminate the state where torque cannot be generated and to perform reverse rotation, and to increase the average torque per one rotation of the rotor. Therefore, the SR motor can be suitably used for applications such as improving the average torque per rotation of the rotor.
1、21 スイッチト・リラクタンス・モータ
2、22 固定子
3、23 回転子
4a、24a A相巻線
4b、24b B相巻線
4u、24u U相巻線
4v、24v V相巻線
4w、24w W相巻線
10a〜10j スイッチング素子
11a〜11j ダイオード
12a、12b、12u、12v、12w 巻線電流センサ
13 直流電源
1, 21 Switched
Claims (6)
The first switched reluctance motor unit is a part of a switched reluctance motor that is three-phase driven with a stator of 18 poles and a rotor of 12 poles. The second switched reluctance motor unit is The switched reluctance motor according to any one of claims 1 to 4 , wherein the switched reluctance motor is a part of a switched reluctance motor that is driven in two phases with a stator of 24 poles and a rotor of 12 poles. motor.
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CN108419451B (en) | Two-phase rotating electric machine control device and control system for two-phase rotating electric machine |
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