JP6393843B1 - Switched reluctance motor - Google Patents
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Abstract
【課題】ロータにおける励磁極の周囲の磁界強度の高い場所に磁束を集中させる磁気回路とすることで磁路長を短くしつつ漏れ磁束を防ぎ、従来よりも高い効率を得ることが可能なスイッチトリラクタンスモータを提供する。【解決手段】スイッチトリラクタンスモータ1は、出力軸3を中心にロータ突極4a,4b,4cが周方向に等間隔で配設されたロータ4と、出力軸3を中心にステータ突極5a,5b,5c,5dが周方向に等間隔で配設されたステータ5と、これらステータ突極を各々周回するように集中巻された巻線6a,6b,6c,6dとを備え、各ステータ突極5a,5b,5c,5dにおける隣り合う突極は、各巻線6a,6b,6c,6dの巻回方向が互いに逆向きとなっている構成である。【選択図】図2A switch capable of preventing leakage magnetic flux while shortening the magnetic path length and obtaining higher efficiency than the conventional one by using a magnetic circuit that concentrates magnetic flux in a place where the magnetic field strength around the excitation pole in the rotor is high. A trilactance motor is provided. A switched reluctance motor (1) includes a rotor (4) having rotor salient poles (4a, 4b, 4c) arranged at equal intervals in the circumferential direction around an output shaft (3), and a stator salient pole (5a) around the output shaft (3). , 5b, 5c, and 5d are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and windings 6a, 6b, 6c, and 6d that are concentratedly wound around the stator salient poles. Adjacent salient poles in the salient poles 5a, 5b, 5c and 5d have a configuration in which the winding directions of the windings 6a, 6b, 6c and 6d are opposite to each other. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、スイッチトリラクタンスモータとその駆動方法に関する。 The present invention relates to a switched reluctance motor and a driving method thereof.
スイッチトリラクタンスモータ(Switched Reluctance Motor、略称はSRM)は、巻線が巻回されたステータ(固定子)と、永久磁石を使用せずに強磁性の鉄芯等からなるロータ(回転子)とを備え、直流電源から非正弦波電流を前記巻線に通電することで生じるリラクタンストルクによって回転する構成である。前記非正弦波電流としては、例えば矩形波等のパルス状電流が挙げられる。 A switched reluctance motor (abbreviated as SRM) consists of a stator (stator) around which windings are wound and a rotor (rotor) made of a ferromagnetic iron core without using a permanent magnet. And is rotated by a reluctance torque generated by energizing the winding with a non-sinusoidal current from a DC power source. Examples of the non-sinusoidal current include a pulsed current such as a rectangular wave.
従来のスイッチトリラクタンスモータは、分布巻された巻線の相数が3、ステータのスロット数が6、ロータの突極数が4で、1相励磁方式の3相6/4型が知られている。また、分布巻された巻線の相数が3、ステータのスロット数が12、ロータの突極数が8で、1相励磁方式の3相12/8型が知られている(特許文献1:特開2002−354881号公報、特許文献2:特開2003−061381号公報参照)。ここで、ステータのスロット数はステータの突極数と一致する。 A conventional switched reluctance motor is known as a three-phase 6/4 type with a single-phase excitation method in which the number of phases of distributed winding is 3, the number of slots in the stator is 6, and the number of salient poles in the rotor is 4. ing. Further, there is known a three-phase 12/8 type of one-phase excitation method in which the number of phases of the distributed winding is 3, the number of slots of the stator is 12, the number of salient poles of the rotor is 8, and the one-phase excitation system is used (Patent Document 1). : Japanese Patent Laid-Open No. 2002-354881, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-061381). Here, the number of slots of the stator matches the number of salient poles of the stator.
特許文献1と特許文献2に記載の従来のスイッチトリラクタンスモータは、分布巻された巻線に励磁電流を流すことでロータを横断する磁気回路を利用しており、磁路長が長くなるうえに漏れ磁束が生じるなど磁束の低い領域が出来るため、効率が低いという問題点がある。
The conventional switched reluctance motors described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされ、ロータを横断する磁気回路ではなく、ロータにおける励磁極の周囲の磁界強度の高い場所に磁束を集中させる磁気回路とすることで磁路長を短くしつつ漏れ磁束を防ぎ、従来よりも高い効率を得ることが可能なスイッチトリラクタンスモータとその駆動方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is not a magnetic circuit that traverses the rotor, but a magnetic circuit that concentrates the magnetic flux in a place where the magnetic field intensity around the excitation pole in the rotor is high, while shortening the magnetic path length. An object of the present invention is to provide a switched reluctance motor capable of preventing leakage magnetic flux and obtaining higher efficiency than the conventional one and a driving method thereof.
一実施形態として、以下に開示するような解決手段により、前記課題を解決する。 As an embodiment, the above-described problem is solved by a solution as disclosed below.
本発明のスイッチトリラクタンスモータは、出力軸を中心にロータ突極が周方向に等間隔で配設されたロータと、前記出力軸を中心にステータ突極が周方向に等間隔で配設されたステータと、前記ステータ突極を各々周回するように集中巻された巻線とを備え、前記ロータ突極の数がn(nは2以上の自然数)、前記ステータ突極の数が4n、且つ、前記巻線の相数が4であり、各前記ステータ突極における隣り合う突極は、前記巻線の巻回方向が互いに逆向きとなっており、前記巻線が通電され前記ステータ突極が2相励磁された状態で、前記ステータ突極のうち励磁された第1突極と、前記第1突極と前記ロータの所定回転方向の隣側に配設され励磁された第2突極と、前記ロータ突極のうち前記第1突極と前記第2突極との両方と対向する位置の第3突極と、によって磁気回路が形成され、前記第3突極における前記第2突極と対向する部分の長さが、前記第3突極における前記第1突極と対向する部分の長さよりも大きい状態で、前記第2突極と前記第3突極とが接していることを特徴とする。
The switched reluctance motor of the present invention has a rotor in which rotor salient poles are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the output shaft, and stator salient poles are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the output shaft. The stator salient poles and windings concentratedly wound around the stator salient poles, the number of the rotor salient poles being n (n is a natural number of 2 or more), the number of stator salient poles being 4n, and a
本発明によれば、従来技術のような分布巻された巻線に励磁電流を流すことでロータを横断する磁気回路ではなく、集中巻された巻線に励磁電流を流すことでロータにおける励磁極の周囲の磁界強度の高い場所に磁束を集中させる磁気回路となるので、磁路長を短くしつつ漏れ磁束を防ぎ、従来よりも高い効率を得ることが可能な構成となる。そして、各前記ステータ突極における隣り合う突極は、前記巻線の巻回方向が互いに逆向きとなっているので、隣り合った極性が逆向きの電磁石によって、従来技術のような分布巻と比較して大きな磁束密度の磁束をループさせることができ、その磁界に磁性体が入った場合、大きなトルクが働く。そのため、コイル巻数を圧縮して、サイズをコンパクトにすることも可能となる。 According to the present invention, an excitation pole in a rotor is not provided by flowing an excitation current through concentrated windings, rather than a magnetic circuit traversing the rotor by passing an excitation current through distributed windings as in the prior art. Since the magnetic circuit concentrates the magnetic flux in a place with a high magnetic field strength around the magnetic field, it is possible to prevent the leakage magnetic flux while shortening the magnetic path length and obtain higher efficiency than the conventional one. The adjacent salient poles in each of the stator salient poles have the winding directions of the windings opposite to each other. In comparison, a magnetic flux having a large magnetic flux density can be looped, and when a magnetic material enters the magnetic field, a large torque works. Therefore, the number of coil turns can be compressed to make the size compact.
一例として、前記ロータ突極の数を、2、3、4、5、6とすることができる。前記ロータ突極の数が2の場合、前記ステータ突極の数は8となる。前記ロータ突極の数が3の場合、前記ステータ突極の数は12となる。前記ロータ突極の数が4の場合、前記ステータ突極の数は16となる。前記ロータ突極の数が5の場合、前記ステータ突極の数は20となる。前記ロータ突極の数が6の場合、前記ステータ突極の数は24となる。なお、前記ロータ突極の数と前記ステータ突極の数との比が1:4であれば、上記以外に、前記ロータ突極の数を増やすことも可能である。 As an example, the number of the rotor salient poles can be 2, 3, 4, 5, 6. When the number of rotor salient poles is 2, the number of stator salient poles is 8. When the number of the rotor salient poles is 3, the number of the stator salient poles is 12. When the number of rotor salient poles is 4, the number of stator salient poles is 16. When the number of rotor salient poles is 5, the number of stator salient poles is 20. When the number of rotor salient poles is 6, the number of stator salient poles is 24. If the ratio of the number of rotor salient poles to the number of stator salient poles is 1: 4, the number of rotor salient poles can be increased in addition to the above.
本発明のスイッチトリラクタンスモータの駆動方法は、ロータ突極の数がn(nは2以上の自然数)、ステータ突極の数が4n、且つ、巻線の相数が4であり、各前記ステータ突極における隣り合う突極は、前記巻線の巻回方向が互いに逆向きで集中巻されたスイッチトリラクタンスモータを駆動するに際し、直流電源からパルス状の非正弦波電流を前記巻線に順次通電して前記ステータ突極を2相励磁し、前記ステータ突極のうち励磁された第1突極と、前記第1突極と前記ロータの所定回転方向の隣側に配設され励磁された第2突極と、前記ロータ突極のうち前記第1突極と前記第2突極との両方と対向する位置の第3突極と、によって磁気回路を形成することを特徴とする。 The method of driving the switched reluctance motor according to the present invention is such that the number of rotor salient poles is n (n is a natural number of 2 or more), the number of stator salient poles is 4n, and the number of winding phases is 4, Adjacent salient poles in the stator salient poles generate a pulsed non-sinusoidal current from the DC power source to the windings when driving a switched reluctance motor in which the winding directions of the windings are concentrated in opposite directions. The stator salient poles are energized sequentially to excite the stator salient poles, and the first salient poles of the stator salient poles are excited, and the first salient poles and the rotor are disposed adjacent to the rotor in a predetermined rotational direction. A magnetic circuit is formed by the second salient pole and the third salient pole at a position facing both the first salient pole and the second salient pole of the rotor salient pole.
本発明によれば、4相モータであるスイッチトリラクタンスモータにおいて、2相を同時励磁する方式によって極利用率が理論上は5割に高められるので、ロータ極数が同一の場合、従来技術のモータの2倍の電力を投入して、従来よりも高いトルクを得ることができる。 According to the present invention, in the switched reluctance motor which is a four-phase motor, the pole utilization factor is theoretically increased to 50% by the method of exciting two phases simultaneously. Therefore, when the number of rotor poles is the same, Twice the electric power of the motor can be input to obtain a higher torque than before.
本発明によれば、ロータを横断する磁気回路ではなく、ロータにおける励磁極の周囲の磁界強度の高い場所に磁束を集中させる磁気回路とすることで磁路長を短くしつつ漏れ磁束を防ぎ、従来よりも高い効率を得ることが可能な構成となる。また、極利用率が5割に高められるので、ロータ極数が同一の場合、従来技術のモータの2倍の電力を投入して、従来よりも高いトルクを得ることができる。そして、ロータとステータとの間の隙間がラジアルギャップとなっている構成によって、ラジアル型のスイッチトリラクタンスモータが実現できる。また、ロータとステータとの間の隙間が、アキシャルギャップとなっている構成によって、アキシャル型のスイッチトリラクタンスモータが実現できる。 According to the present invention, instead of a magnetic circuit crossing the rotor, a magnetic circuit that concentrates the magnetic flux in a place where the magnetic field strength around the excitation pole in the rotor is high, thereby preventing leakage magnetic flux while shortening the magnetic path length, It becomes the structure which can obtain efficiency higher than before. Moreover, since the pole utilization factor is increased to 50%, when the number of rotor poles is the same, it is possible to obtain twice the electric power of the motor of the prior art and obtain a higher torque than before. And the radial type switched reluctance motor is realizable by the structure by which the clearance gap between a rotor and a stator is a radial gap. Further, an axial type switched reluctance motor can be realized by a configuration in which the gap between the rotor and the stator is an axial gap.
(第1の実施形態)
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図1は第1の実施形態のラジアル型のスイッチトリラクタンスモータ1の例を示す概略の斜視図である。第1の実施形態のスイッチトリラクタンスモータ1は、出力軸3(シャフト)の中心をZ方向に通るP1−P1線を中心としてロータ4が配設され、出力軸3を中心としてロータ4の外側にステータ5が配設されている。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a radial switched
ここで、スイッチトリラクタンスモータ1の各部の位置関係を説明し易くするため、図中にX,Y,Zの矢印で向きを示している。スイッチトリラクタンスモータ1を実際に使用する際には、これらの向きに限定されず、どのような向きで使用しても支障ない。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
Here, in order to make it easy to explain the positional relationship of each part of the switched
一例として、ロータ4とステータ5とは、無方向性の電磁鋼板からなる。一例として、出力軸3は、鋼材からなる。
As an example, the
図2はスイッチトリラクタンスモータ1の縦断面図である。図2に示す例では、ロータ4は、出力軸3のP1−P1線を中心としてロータ突極4a,4b,4cが周方向に等間隔で配設されており、また、ステータ5は、出力軸3のP1−P1線を中心としてロータ4を囲んでステータ突極5a,5b,5c,5dが周方向に等間隔で配設されている。ロータ突極4aとロータ突極4bとロータ突極4cとは、P1−P1線を中心に回転対称となる位置に配設されている。また、ステータ突極5aとステータ突極5bとステータ突極5cとステータ突極5dとは、P1−P1線を中心に回転対称となる位置に配設されている。そして、ステータ突極5a,5b,5c,5dを各々周回するように集中巻された巻線6a,6b,6c,6dを備えている。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the switched
図2に示す例では、ロータ4の極数は3であり、ステータ5の極数は12であり、巻線相数は4である。ここで、ステータ5のスロット数はステータ5の突極数と一致する。
In the example shown in FIG. 2, the number of poles of the
各ステータ突極5a,5b,5c,5dにおける隣り合う突極は、各巻線6a,6b,6c,6dの巻回方向が互いに逆向きとなっている。例えば、ステータ突極5aとステータ突極5bは、巻線6aと巻線6bとの巻回方向が逆向きとなっており、また、ステータ突極5aとステータ突極5dは、巻線6aと巻線6dとの巻回方向が逆向きとなっている。そして、各巻線6a,6b,6c,6dは、同一相は直列接続となっている。
Adjacent salient poles in the stator
これにより、ステータ5において、隣り合った極性が逆向きの電磁石を構成するので、従来技術のような分布巻と比較して大きな磁束密度の磁束をループさせることができ、その磁界に磁性体であるロータ4の各極が入った場合、ロータ4に大きなトルクが働く。また、2相励磁するので、励磁タイミングを合わせるコントローラは単純なものでよい。なお、上記以外の構成として、同一相を並列接続とすることも可能である。
As a result, in the
図5Aは第1の実施形態に係る駆動信号波形を示すグラフ図であり、縦軸は電圧Vであり、横軸は時間Tである。図5Bは第1の実施形態に係る駆動回路9を示す概略の回路図であり、ハーフブリッジ回路である。本実施形態では、直流電源Eからパルス状の非正弦波電流を巻線6a,6b,6c,6dに通電することで生じるリラクタンストルクによって出力軸3が回転する。この非正弦波電流として、矩形波のパルス状電流を連続して通電する。
FIG. 5A is a graph showing drive signal waveforms according to the first embodiment. The vertical axis represents voltage V, and the horizontal axis represents time T. FIG. 5B is a schematic circuit diagram showing the drive circuit 9 according to the first embodiment, which is a half-bridge circuit. In the present embodiment, the
図5Aに示すように、ロータ4が起動した後、時間Tのどのタイミングにおいても2相励磁の状態が得られるように、駆動電圧Va,Vb,Vc,Vdを1相ずつタイミングをずらして印加することで回転磁界を生じさせて磁気回路M1を形成する。これにより、ロータ4が回転方向cwに回転し、出力軸3が継続的に回転する。
As shown in FIG. 5A, after the
図5Aの例では、第2相の矩形波のパルス状電流を通電するオン時間が、第1相の矩形波のパルス状電流を通電するオン時間とパルス幅の半分の時間重なるようにタイミングをずらして通電し、1相ずつタイミングをずらして連続的にパルス状電流を通電する。ここでは、駆動電圧Vaを巻線6aに印加して通電し、駆動電圧Vbを巻線6bに印加して通電し、駆動電圧Vcを巻線6cに印加して通電し、駆動電圧Vdを巻線6dに印加して通電する。そして、駆動電圧Vaを巻線6aに印加して通電するオン時間と、駆動電圧Vbを巻線6bに印加して通電するオン時間とがパルス幅の半分の時間重なるように通電し、駆動電圧Vbを巻線6bに印加して通電するオン時間と、駆動電圧Vcを巻線6cに印加して通電するオン時間とがパルス幅の半分の時間重なるように通電し、駆動電圧Vcを巻線6cに印加して通電するオン時間と、駆動電圧Vdを巻線6dに印加して通電するオン時間とがパルス幅の半分の時間重なるように通電する。 In the example of FIG. 5A, the on-time for supplying the second-phase rectangular wave pulse current is overlapped with the on-time for applying the first-phase rectangular wave pulse current for half the pulse width. Energized by shifting, and the pulsed current is continuously energized by shifting the timing one phase at a time. Here, the drive voltage Va is applied to the winding 6a and energized, the drive voltage Vb is applied to the winding 6b and energized, the drive voltage Vc is applied to the coil 6c and energized, and the drive voltage Vd is wound. Apply to the line 6d to energize. Then, the drive voltage Va is applied to the winding 6a and energized so that the ON time when the drive voltage Vb is applied to the winding 6b and energized overlaps with the half of the pulse width. Energization is performed such that the ON time during which Vb is applied to the winding 6b and energized and the ON time during which the drive voltage Vc is applied to the winding 6c overlap with each other for half the pulse width. The energization is performed so that the ON time during which the current is applied to 6c and energized and the ON time during which the drive voltage Vd is applied to the winding 6d are overlapped by half the pulse width.
上記以外の構成として、位置センサを内蔵した構成のスイッチトリラクタンスモータ1として、定電流制御でコイルの後ろに半導体スイッチを入れるローサイド切り、且つ、片サイド切りの回路としてもよい(不図示)。
As a configuration other than the above, the switched
図2において、各ステータ突極5a,5b,5c,5dのロータ突極4a,4b,4cと向かい合う面の内周長さをステータ極幅L1とし、各ステータ突極5a,5b,5c,5dの隣り合う極との間隔をステータ極間幅L2とすると、ステータ極幅L1はステータ極間幅L2よりも大きい(L1>L2)。また、ヨーク厚さL3は、ステータ極幅L1と同じか大きい(L3≧L1)。
In FIG. 2, the length of the inner circumference of each stator
また、各ロータ突極4a,4b,4cの外周面(各ステータ突極5a,5b,5c,5dの内周面と向かい合う面)と各ステータ突極5a,5b,5c,5dの内周面とは互いに向かい合っており、両者のエアギャップG1は、ステータ極間幅L2の0.2倍以下に設定される。
Further, the outer peripheral surface of each rotor
図3は、3極のロータ4を示す概略の断面図である。各ロータ突極4a,4b,4cの外周面(各ステータ突極5a,5b,5c,5dの内周面と向かい合う面)には、出力軸3の中心のP1−P1線に向かう溝形状の凹部7が形成されている。溝形状の凹部7の開口は各ロータ突極4a,4b,4cの外周面の中央に形成されており、凹部7の開口の両側の周方向の長さをロータ極幅W1とすると、ロータ極幅W1はステータ極幅L1とステータ極間幅L2との合計値と同じか大きい(W1≧(L1+L2))。断面視で、凹部7の形状は、楕円形状または放物線形状が好ましい。これにより、ロータ4における励磁極の周囲の磁界強度の高い場所に磁束を集中させる磁気回路M1を形成することができる。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the three-
そして、各ロータ突極4a,4b,4cにおける凹部7の底から出力軸3の外周までの最小長さをロータ極長さH1とすると、ロータ極長さH1は、各ロータ突極4a,4b,4cの外周面(各ステータ突極5a,5b,5c,5dのP1−P1線方向に向いた内周面と向かい合う面)における凹部7の開口の両側の周方向の長さであるロータ極幅W1と同じか大きい(H1≧W1)。これにより、磁気回路M1を形成し易くなる。
When the minimum length from the bottom of the
ここで、凹部7の深さ(凹部7の開口から凹部7の底までの最小長さ)は、凹部7の開口幅の0.5倍以上である。これにより、磁気回路M1の磁路長を短くして各ロータ突極4a,4b,4cにおける磁気抵抗を小さくする。
Here, the depth of the recess 7 (the minimum length from the opening of the
上述のように、各ロータ突極4a,4b,4cに凹部7を形成することで、出力軸3のP1−P1線から凹部7に向かうQ1方向の磁気抵抗と、出力軸3の中心のP1−P1線から各ロータ突極4a,4b,4cの外周に向かうQ2方向の磁気抵抗とに差が生じる。これにより、磁束が凹部7を迂回し、凹部7がステータ5の各ステータ極間と向かい合う位置まで動くためのトルクが生じる。よって、凹部7がステータ5の各ステータ極間に対向する位置までロータ4を回転させることができる。そして上述の駆動回路9により、凹部7がステータ5の各ステータ極間と向かい合う位置まで動いた瞬間にロータ4の突極は次のステータ突極と接しているので、次のステータ突極を励磁することでトルクが生じ、出力軸3が継続的に回転する。これにより、ロータ4を速やかに起動させ、出力軸3を継続的に回転させることができる。
As described above, by forming the
本実施形態では、ステータ突極5a,5b,5c,5dに2相励磁の状態が得られるように駆動回路9の直流電源Eからパルス状の非正弦波電流を巻線6a,6b,6c,6dに順次連続的に通電し回転磁界を生じさせて磁気回路M1を形成し、ロータ4を回転方向cwに回転させる。図2の例では、巻線6aが通電されるとともに巻線6bが通電された状態で、励磁されたステータ突極5a(第1突極)と励磁されたステータ突極5b(第2突極)と、ロータ突極4a(第3突極)と、によって磁気回路M1が形成される。ロータ突極4b(第3突極)、ロータ突極4c(第3突極)についても同様である。
In the present embodiment, a pulsed non-sinusoidal current is applied from the DC power source E of the drive circuit 9 to the
上記以外の例として、図4Aに示すように、ロータ4を2極としてもよい。この場合、ステータ5の極数は8となる。また、図4Bに示すように、ロータ4を4極としてもよい。この場合、ステータ5の極数は16となる。本実施形態は、ロータ4が2極以上であり、且つ、ロータ4の極数とステータ5の極数との比は1:4となる。
As an example other than the above, the
(第2の実施形態)
図6は第2の実施形態のアキシャル型のスイッチトリラクタンスモータ2の例を示す概略の斜視図である。第2の実施形態のスイッチトリラクタンスモータ2は、出力軸3(シャフト)の中心をZ方向に通るP1−P1線を中心としてロータ4が配設され、出力軸3を中心としてロータ4のZ方向上側にステータ51が配設され、出力軸3を中心としてロータ4のZ方向下側にステータ52が配設されている。ここでは、ステータ51とステータ52とは同じ構造のステータ5を、ロータ4を挟んで向かい合うように配設している。第2の実施形態では、上述の第1の実施形態と相違する点を中心に説明する。なお、スイッチトリラクタンスモータ2を実際に使用する際には、これらの向きに限定されず、どのような向きで使用しても支障ない。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a schematic perspective view showing an example of the axial switched
一例として、ロータ4とステータ5とは、圧粉鉄心を成型したものからなる。一例として、出力軸3は、鋼材からなる。ここで、圧粉鉄心は、破砕した鉄基材料を樹脂でコーティングし、それを圧力により成型したものであり、構造上、磁束が作用しても渦電流が発生しない特長がある。
As an example, the
図7は第2の実施形態のスイッチトリラクタンスモータ2を模式的に示す縦断面図である。ここでは、1つのロータ4を2つのステータ5で挟んでいる。この構成によれば、トルクはラジアルギャップの2倍になる。一方、入力電力もラジアルギャップの2倍になる。したがって、コンパクトで極めて大トルク且つ大パワーのスイッチトリラクタンスモータ2が実現できる。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view schematically showing the switched
図8Aはロータ4を示す概略の平面図であり、各ロータ突極4a,4b,4cはZ方向上向きに配設されている。また、図8Bはロータ4を示す概略の底面図であり、各ロータ突極4a,4b,4cはZ方向下向きに配設されている。ロータ4は、図8Aと図8Bとが背中合わせになった配置構成であり、ステータ5の1つの極の分だけずれている。ここでは、図8Aと図8Bとは各ロータ突極4a,4b,4cはそれぞれ位相が30[°]ずれている。
FIG. 8A is a schematic plan view showing the
図9Aはステータ51を示す概略の底面図であり、各ステータ突極5a,5b,5c,5dはZ方向下向きに配設されている。また、図9Bはステータ52を示す概略の平面図であり、各ステータ突極5a,5b,5c,5dはZ方向上向きに配設されている。ステータ51とステータ52とは、図9Aと図9Bとが向かい合わせになった配置構成であり、ステータ5の1つの極の分だけずれている。ここでは、図9Aと図9Bとは各ステータ突極5a,5b,5c,5dはそれぞれ位相が30[°]ずれている。
FIG. 9A is a schematic bottom view showing the
図8A,図8B,図9A,図9Bに示す例では、ロータ4の極数は3であり、ステータ5の極数は12であり、巻線相数は4である。ここで、ステータ5のスロット数はステータ5の突極数と一致する。
In the example shown in FIGS. 8A, 8B, 9A, and 9B, the number of poles of the
図10は第2の実施形態に係る駆動信号波形を示すグラフ図であり、縦軸は電圧Vであり、横軸は時間Tである。駆動回路9は、図5Bに示すハーフブリッジ回路が適用できる。図10の例では、第2相の矩形波のパルス状電流を通電するオン時間が、第1相の矩形波のパルス状電流を通電するオン時間と半分重なるようにタイミングをずらして通電し、それを続けることで1相ずつタイミングをずらして通電する。ステータ51とステータ52とで励磁タイミングをずらすことにより、トルクリップルを改善する。
FIG. 10 is a graph showing drive signal waveforms according to the second embodiment. The vertical axis represents voltage V, and the horizontal axis represents time T. As the drive circuit 9, a half bridge circuit shown in FIG. 5B can be applied. In the example of FIG. 10, the on-time for energizing the second-phase rectangular wave pulse-shaped current is energized with the timing shifted so as to overlap the on-time for energizing the first-phase rectangular-wave pulsed current, By continuing this, the current is energized by shifting the timing one phase at a time. Torque ripple is improved by shifting the excitation timing between the
ここで、駆動電圧Va1と駆動電圧Vd2とは同位相となり、駆動電圧Vb1と駆動電圧Va2とは同位相となり、駆動電圧Vc1と駆動電圧Vb2とは同位相となり、駆動電圧Vd1と駆動電圧Vc2とは同位相となる。これによれば、1つのコントローラで駆動制御できる。ステータ突極5a,5b,5c,5dを各々周回するように集中巻された巻線6a,6b,6c,6dは、ステータ51とステータ52とで並列接続する。これにより、大パワーを入力できる。なお、上記以外に直列接続することも可能である。
Here, the drive voltage Va1 and the drive voltage Vd2 have the same phase, the drive voltage Vb1 and the drive voltage Va2 have the same phase, the drive voltage Vc1 and the drive voltage Vb2 have the same phase, and the drive voltage Vd1 and the drive voltage Vc2 Are in phase. According to this, drive control can be performed by one controller. The
上記以外の構成として、1つのステータ5を、1つのロータ4と向かい合うように配設する場合がある。また、2つのロータ4を、ステータ5を挟んで向かい合うように配設することも可能である。
As a configuration other than the above, one
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。本実施形態のスイッチトリラクタンスモータは、動力用モータに適しており、また、ステッピングモータとしても活用できる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the present invention. The switched reluctance motor of this embodiment is suitable for a power motor and can also be used as a stepping motor.
1、2 スイッチトリラクタンスモータ
3 出力軸
4 ロータ
4a、4b、4c ロータ突極
5、51、52 ステータ
5a、5b、5c、5d ステータ突極
6a、6b、6c、6d 巻線
7 凹部
M1 磁気回路
1, 2 Switched
Claims (5)
前記ロータ突極の数がn(nは2以上の自然数)、前記ステータ突極の数が4n、且つ、前記巻線の相数が4であり、
各前記ステータ突極における隣り合う突極は、前記巻線の巻回方向が互いに逆向きとなっており、
前記巻線が通電され前記ステータ突極が2相励磁された状態で、前記ステータ突極のうち励磁された第1突極と、前記第1突極と前記ロータの所定回転方向の隣側に配設され励磁された第2突極と、前記ロータ突極のうち前記第1突極と前記第2突極との両方と対向する位置の第3突極と、によって磁気回路が形成され、
前記第3突極における前記第2突極と対向する部分の長さが、前記第3突極における前記第1突極と対向する部分の長さよりも大きい状態で、前記第2突極と前記第3突極とが接していること
を特徴とするスイッチトリラクタンスモータ。 A rotor in which rotor salient poles are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the output shaft, a stator in which stator salient poles are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the output shaft, and the stator salient poles Each with a winding wound in a concentrated manner to circulate,
The number of rotor salient poles is n (n is a natural number of 2 or more), the number of stator salient poles is 4n, and the number of phases of the winding is 4,
The adjacent salient poles in each of the stator salient poles are such that the winding directions of the windings are opposite to each other ,
In a state where the winding is energized and the stator salient poles are two-phase excited, the first salient poles of the stator salient poles, and the first salient poles and the rotor adjacent to the predetermined rotation direction. A magnetic circuit is formed by the disposed and excited second salient poles and the third salient poles at positions facing both the first salient poles and the second salient poles of the rotor salient poles,
The length of the portion of the third salient pole facing the second salient pole is larger than the length of the portion of the third salient pole facing the first salient pole. A switched reluctance motor, wherein the third salient pole is in contact with the third salient pole .
を特徴とする請求項1記載のスイッチトリラクタンスモータ。 The switched reluctance motor according to claim 1, wherein a recess facing the center of the output shaft is formed on a surface of the rotor salient pole facing the stator salient pole.
を特徴とする請求項2記載のスイッチトリラクタンスモータ。 The rotor pole length from the concave portion to the output shaft of the rotor salient pole is equal to or larger than the rotor pole width from the concave portion to the end of the rotor salient pole on the surface facing the stator salient pole. The switched reluctance motor according to claim 2.
を特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載のスイッチトリラクタンスモータ。 The switched reluctance motor according to any one of claims 1 to 3 , wherein a gap between the rotor and the stator is a radial gap.
を特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載のスイッチトリラクタンスモータ。 The switched reluctance motor according to any one of claims 1 to 3 , wherein a gap between the rotor and the stator is an axial gap.
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