JPH11346464A - 切換リラクタンス機械の運転 - Google Patents

切換リラクタンス機械の運転

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JPH11346464A
JPH11346464A JP11144056A JP14405699A JPH11346464A JP H11346464 A JPH11346464 A JP H11346464A JP 11144056 A JP11144056 A JP 11144056A JP 14405699 A JP14405699 A JP 14405699A JP H11346464 A JPH11346464 A JP H11346464A
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JP
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phase
machine
rotor
torque
poles
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JP11144056A
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Norman Neilson Fulton
ニールソン フルトン,ノーマン
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Nidec SR Drives Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/08Reluctance motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/08Reluctance motors
    • H02P25/098Arrangements for reducing torque ripple

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切換リラクタンス機械において、トルク・リ
プルを減少させる。 【解決手段】 n個の相巻線を有し、nが3よりも大き
い奇整数である切換リラクタンス機械と、機械内の隣合
う相巻線が連続して励磁されないように、前記n個の相
巻線を励磁するようにした励磁手段を有する制御器とを
含む駆動装置、および、隣合う相を連続的に励磁するの
を防ぐ相励磁順序を使用する切換リラクタンス駆動装置
の運転方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、従来と異なる励磁
パターンを相巻線に印加する多相切換リラクタンス機械
の運転に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、リラクタンス機械は、磁気回路
のリラクタンスが最小になる位置、すなわち励磁巻線の
インダクタンスが最大になる位置に可動部品が移動する
傾向によってトルクが生成される電気機械である。ある
種類のリラクタンス機械では、相巻線の励磁は、制御さ
れた周波数で行われる。これは、一般に、同期リラクタ
ンス機械と呼ばれ、モータとしても発電機としても機能
することができる。別の種類のリラクタンス機械では、
回転子の角度位置を検出し、相巻線を回転子の位置の関
数として励磁する回路が設けられる。これは、一般に、
切換リラクタンス機械として知られ、やはりモータとし
ても発電機としても機能する。そのような切換リラクタ
ンス機械の特性は周知であり、たとえば、ここで参考文
献として組込むスティーブンソン(Stephenson)とブレ
ーク(Blake)による論文「切換リラクタンスモータお
よび駆動装置の特性、設計および応用(Thecharacteris
tics, design and application of switched reluctanc
e motorsand drives)」(PCIM'93、ニュルンベルク、1
993年6月21〜24日)に記載されている。本発明は、一般
に、モータとしても電動機としても機能する切換リラク
タンス機械に応用することができる。
【0003】図1は、代表的な切換リラクタンス駆動シ
ステムの主構成要素を示す。入力直流電源11は、電池
でも整流されフィルタリングされた交流電源でもどちら
でもよい。電源11から提供される直流電圧は、電子制
御装置14により制御された電力変換器13によって、
モータ12の相巻線16の両端に切り替えられる。この
切換えは、駆動機構を適切に動作させるために、回転子
の回転角度と正確に同期されなければならない。回転子
の角度位置に対応する信号を提供するために、一般に、
回転子位置検出器15が使用される。回転子位置検出器
15の出力を利用して、速度帰還信号を生成することも
できる。
【0004】回転子位置検出器15は、多くの形態をと
ることができ、たとえば、図1に概略的に示したように
ハードウェアの形をとってもよく、レイ(Ray)によ
るEP A−0573198に記載されているように駆
動システムの他の被監視パラメータから位置を計算する
ソフトウェア・アルゴリズムの形でもよい。システムに
よっては、回転子位置検出器15は、電力変換器13内
の装置の異なる切換機構が必要とされる位置に回転子が
回転するたびに状態を変化させる出力信号を提供する回
転子位置変換器を含むことがある切換リラクタンス機械
内の相巻線の励磁は、回転子の角度位置に依存する。こ
れは、モータとして機能するリラクタンス機械の相巻線
の切換えを示す図2と図3を参照することにより説明す
ることができる。図2(a)および(b)は、固定子が
6極を有し回転子が4極を有する従来技術の三相切換リ
ラクタンス機械の断面図を示す。各固定子極21は、コ
イル23を支持する。直径方向に相対する極のコイル
が、直列か並列に接続され相巻線16を構成する。図2
の固定子極は、3個の相A、BおよびCを説明するため
に記号が付けられている。回転子極24は、回転子25
の本体26から突出している。回転子は、固定子の内径
内で同軸に回転するように軸28に取り付けられる。一
般に、固定子と回転子は共に、適切な電気薄鋼板の単層
を積み重ね、既知の方法で結合することにより形成され
る。切換リラクタンス機械の他の形態は、当技術分野に
おいて周知であり、逆転した機械は、内側の固定子のま
わりを回転する外側の回転子を有し、線形の機械は、
「回転子」を直線的に移動させる細長い固定子部材と回
転子部材とを有する。
【0005】図2(a)は、回転子極軸が相Cの固定子
極軸と一致する回転子位置を示し、これは、相Cの整列
位置として知られ、相Cと関連する磁気回路のリラクタ
ンスが最小の位置、すなわち相のインダクタンスが最大
の位置である。図2(b)は、極間ギャップの中心線が
相Cの固定子極と整列するように回転子を回転させた位
置を示す。この位置において、相Cと関連した磁気回路
のリラクタンスは、最大値であり、すなわち相のインダ
クタンスは最小である。回転子が回転するとき、各相巻
線のインダクタンスは、サイクル期間が回転子極のピッ
チと対応するように周期的に変化する。
【0006】図3は、相巻線16の励磁を制御する電力
変換器13内の代表的な切換回路を示す。スイッチ31
と32が閉じられているとき、相巻線は直流電源に結合
され、電力が供給される。当技術分野では、切換回路の
他の多くの構成が周知であり、そのうちのいくつかは、
前述のステーブンソンとブレークの論文で考察されてい
る。
【0007】図4は、固定子極21に矢印22に従って
接近する回転子極24を概略的に示す。前述のように、
(相巻線16の一部である)固定子極21のまわりのコ
イル23が励磁されると、回転子に力が加わり、回転子
極24を引っ張って固定子極21と整合させる傾向があ
る。
【0008】前述のように切換リラクタンス機械の相巻
線が励磁されるとき、磁気回路内の磁束が生成する磁界
が、前述のように回転子極を固定子極と整合させるよう
に引っ張るように作用する円周方向の力を発生させる。
エアギャップの範囲で作用するこの力は、軸にトルクを
発生させる。図5に、切換リラクタンス機械の1つの相
に関する代表的な一組のトルク曲線を示す。回転子が、
回転子の極間ギャップの中心線が固定子極の中心線と並
ぶ位置(「非整合位置」)から、回転子極と固定子極の
中心線が並ぶ位置(「整合位置」)を通り、次の極間中
心線が固定子極の中心線と並ぶ位置まで動くときに、1
つの回転子極ピッチにわたるトルクを示す。トルク曲線
は、回転子極ピッチにより周期的であり、固定子極と関
連する巻線のインダクタンスの周期的変化に対応する。
【0009】図5は、3つの電流のトルク曲線を示す。
当技術分野において周知のように、生成されるトルクの
大きさは、特に積層鋼の磁気特性の非線形性のために、
電流に正比例しない。一般に、任意の時点におけるトル
クは、磁気回路を励磁する回路のインダクタンスの変化
率に比例する。
【0010】一般に、相巻線は、次のような回転子の回
転を達成するように励磁される。回転子の第1の角度位
置(「ターンオン角度」、θONと呼ばれる)において、
制御装置14が、両方のスイッチ31および32をオン
にする切換信号を提供する。スイッチ31および32が
オンのとき、相巻線は、直流バスに結合され、機械内に
増分磁束が確立される。この磁束は、回転子極に作用し
て駆動トルクを生成するエアギャップ内の磁界を生成す
る。機械内の磁束は、直流電源からスイッチ31および
32ならびに相巻線16に流れる電流によって提供され
る起磁力(mmf)によって支援される。いくつかの制
御装置では、電流帰還が利用され、スイッチ素子31お
よび/または32の一方または両方を素早くオン・オフ
して電流を断続することによって、相電流の大きさを制
御する。図6(a)は、電流を一定の2レベル間で断続
した場合の、チョッピング動作モードでの代表的な電流
波形を示す。電動機動作において、ターンオン角度θON
は、回転子の極間中心線が固定子極の中心線と並ぶ回転
子位置になるように選択することができるが、その他の
角度でもよい。
【0011】多くのシステムにおいて、相巻線は、回転
子が「フリーホイーリング角」(θFW)と呼ばれる角度
に達するように回転するまで、直流バスに接続されたま
まである(あるいは、チョッピングを使用する場合は断
続的に接続される)。回転子が、フリーホイーリング角
(たとえば、図4に示した位置)に対応する角度位置に
達すると、スイッチの一方、たとえば31が、オフにさ
れる。その結果、相巻線を流れる電流は、流れ続ける
が、スイッチの一方だけ(この例では32)と、ダイオ
ード33/34の一方だけ(この例では34)を通って
流れるようになる。フリーホイーリング期間中、相巻
線、スイッチおよびダイオードの両端の電圧降下は、一
般に小さく、磁束は、実質上一定のままである。回路
は、回転子が「ターンオフ角度」θOFFとして知られる
角度位置に回転するまで(たとえば、回転子極の中心線
が固定子極の中心線と並ぶまで)、このフリーホイーリ
ング状態のままである。回転子が、ターンオフ角度に達
すると、両方のスイッチ31および32がオフにされ、
相巻線16の電流が、ダイオード33および34に流れ
始める。次に、ダイオード33および34は、直流バス
からの直流電圧を逆向きに印加し、機械内の磁束(した
がって、それによる相電流)を減少させる。
【0012】機械の速度が早くなると、電流がチョッピ
ング・レベルまで上昇する時間が少なくなり、駆動は、
通常「単一パルス」動作モードで実行される。このモー
ドでは、ターンオン、フリーホイールおよびターンオフ
の角度は、たとえば速度と負荷トルクの関数として選択
される。システムによっては、フリーホイーリングの角
度期間を使用せず、すなわちスイッチ31と32を同時
に切り換えるものもある。図6(b)は、フリーホイー
ル角度がゼロの場合の単一パルス電流波形を示す。
【0013】ターンオン、フリーホイールおよびターン
オフの角度は、あらかじめ決定して、必要に応じて制御
システムが取り出すように適切なフォーマットで記憶し
てもよく、実時間で計算または導出してもよいことは周
知である。
【0014】図5のトルク曲線は、極が互いに近づき離
れるときに発生する正と負のトルクを表す。実際の駆動
において、一方の回転方向にトルクを提供するために、
曲線の正の部分の一部またはすべてが使用され、反対方
向の回転のために、曲線の負の部分の一部またはすべて
が使用される。電流が一定の場合でも、トルクが角度の
関数として変化するため、すべての相を励磁することに
より生じるトルクは(選択された励磁パターンにより順
々にまたは複数同時に)、滑らかでなく、リプル成分を
含む。図7は、図5の一番上の曲線が各相から隣りの相
に整流されたときの合成曲線を示す。これは、相のトル
ク出力が同じで、電流をある相から瞬時に除去して次の
相に再印加ができることを仮定している。図2は、AB
Cの反時計回りの相励磁順序のために、回転子が時計回
りに回転していることを示す。この特徴は、固定子と回
転子の極の数が異なるために生じる「副尺」作用の結果
であり、二重突出機械の形態に特有である。
【0015】図7から、合成トルク/角度曲線が、滑ら
かでなく、平均値に対する周期的変動(「トルク・リプ
ル」)を有することが分かる。多くの応用例において、
このリプル成分はわずかなものであるが、軸に結合され
た負荷にトルク・リプルが悪影響を及ぼす可能性がある
応用例もある。
【0016】巻線の励磁パターンを変更することにより
トルク・リプルを最小にする多くの試みが行われてきて
おり、たとえば、バーン(Bahn)に付与された米国特許
第5319297号は、より滑らかなトルクを生成する
電流整形(すなわち、角度が変化するときに電流値をプ
ロファイリングする)の方法を開示している。しかしな
がら、励磁を制御するこの方法や類似の方法は、励磁を
行う電子制御装置に必要なスイッチの大きさに影響し、
必要なスイッチが大きくなるため、駆動機構のコストに
大きく影響することがある。そのような結果は、たとえ
ば、ロバット(Lovatt),HCとスティーブンソン,J
Mによる「切換リラクタンスモータのためのコンピュー
タ最適化平滑トルク電流波形(Computer-optimised smo
oth-torque current waveforms for switched-reluctan
ce motors)」(IEE ProcElectr Power Appl, Vol 144,
No.5, Sept 1997, pp 310-316)で考察されている。
【0017】そのような電流プロファイリング方法は、
リプルの量を減少させることはできるが、いくつかの用
途で必要とされるきわめて低いレベルまで減少させるこ
とはほとんど不可能である。これは、プロファイリング
を実施するときに他の影響が出始めるためである。たと
えば、電流プロファイリング方式は、一般に、電流を即
座に除去し印加できないことを考慮するために、ある相
の電流を減少させ別の相の電流を増大させて2個の相に
よるトルクの合計を一定値にしようとしている。そのよ
うな教示の例は、シャラム(Schramm),DS、ウィリ
アムズ(Williams),BW、および、グリーン(Gree
n),TCによる「切換リラクタンスモータのトルク直
線化に対する最適な整流電流プロファイル(Optimumcom
mutation-current profile on torque linearization o
f switchedreluctance motors)」(Proc of ICEM92, 1
5-17 Sept 1992, Manchester, UK,Vol 2, pp 484-488)
である。これは、原則的に、適切な方式であるが、回転
子位置のより細かい分解能を必要とし、リプルを減少さ
せるための要件を高くする。これにより、駆動機構のコ
ストが大幅に増大する。さらに、2個の相の同時操作
は、このとき両方の活動相が、(非線形)磁気回路の一
部分を共有し隣り合った極の間を漏れ磁束が通るため、
相間の相互インダクタンスを考慮する必要がある。
【0018】最終的な結果は、電流プロファイリング方
法が達成できるトルク・リプルの減少量に経済的限界が
あるということであり、残りのリプルは、相が重なる位
置のほぼ中心の小さな角度範囲にわたるトルクの高速の
遷移によるものである。これは、許容できない応用例も
ある。
【0019】2個の相に個別電流と同時電流により励磁
される機械の詳細な測定値は、相の同時励磁が、励磁の
極性によって個別励磁の合計よりも大きいトルクも小さ
いトルクも生成できることを示す。これは、磁気回路内
の相互磁束と主磁束の相互作用によるものである。その
ような相互磁束の望ましくない影響を除去し、機械がよ
り滑らかなトルクを生成できるようにする経済的でかつ
確実な方法が必要とされる。従来技術は、この問題に対
する十分な解決策を提示していない。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、切換
リラクタンス機械におけるトルク・リプルの問題に取り
組み、トルク・リプルを減少させた機械を提供すること
である。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明は、n個の相巻線
を有し、nが3よりも大きい奇整数である切換リラクタ
ンス機械と、機械内の隣合う相巻線が連続して励磁され
ないように、前記n個の相巻線を励磁するように構成さ
れた励磁手段を有する制御器とを含むことを特徴とする
駆動装置である。
【0022】また本発明は、nが5であることを特徴と
する。
【0023】また本発明は、前記機械は、10極を有す
る固定子を備えることを特徴とする。
【0024】また本発明は、前記機械は、6極を有する
回転子を備えることを特徴とする。
【0025】また本発明は、前記機械は、8極を有する
回転子を備えることを特徴とする。
【0026】また本発明は、前記機械は、12極を有す
る回転子を備えることを特徴とする。
【0027】また本発明は、前記励磁手段は、相巻線を
2個おきに励磁するように構成されていることを特徴と
する。
【0028】また本発明は、前記励磁手段は、相巻線を
3個おきに励磁するように構成されていることを特徴と
する。
【0029】また本発明は、nが7であることを特徴と
する。
【0030】また本発明は、前記励磁手段は、相巻線を
2個おきに励磁するように構成されていることを特徴と
する。
【0031】また本発明は、前記励磁手段は、相巻線を
3個おきに励磁するように構成されていることを特徴と
する。
【0032】また発明は、前記励磁手段は、相巻線を4
個おきに励磁するように構成されていることを特徴とす
る。
【0033】また本発明は、前記励磁手段は、相巻線を
5個おきに励磁するように構成されていることを特徴と
する。
【0034】また本発明は、前記機械は、線形機械であ
ることを特徴とする。
【0035】また本発明は、前記機械は、反転型である
ことを特徴とする。
【0036】また本発明は、前記機械は、双方向型であ
ることを特徴とする。
【0037】また本発明は、機械内の5個またはそれ以
上の相巻線を励磁する相励磁手段を有する切換リラクタ
ンス駆動装置の運転方法であって、該方法は、隣合って
いない相巻線を連続的に励磁することにより、トルク・
リプルを減少させることを含むことを特徴とする方法で
ある。
【0038】また本発明は、相巻線が2個おきに励磁さ
れることを特徴とする。
【0039】また本発明は、切換リラクタンス機械が5
個の相巻線を有し、前記方法は相巻線を3個おきに励磁
することを含むことを特徴とする。
【0040】また本発明は、切換リラクタンス機械が7
個の相巻線を有し、前記方法は相巻線を3個おきに励磁
することを含むことを特徴とする。
【0041】また本発明は、切換リラクタンス機械が7
個の相巻線を有し、前記方法は相巻線を4個おきに励磁
することを含むことを特徴とする。
【0042】また本発明は、切換リラクタンス機械が7
個の相巻線を有し、前記方法は相巻線を5個おきに励磁
することを含むことを特徴とする。
【0043】本発明の1つの態様によれば、n個の相巻
線を有し、nは3よりも大きい奇整数である切換リラク
タンス機械と、機械内の隣合う相巻線を連続して励磁し
ないようにn個の相巻線を励磁するようにした励磁手段
を有する制御器とを含む駆動装置が提供される。
【0044】この機械は、5個の相を有することが好ま
しい。固定子は、10極を有することが好ましい。回転
子は、6極、8極または12極を有してもよい。励磁手
段は、相巻線を2個おきまたは3個おきに励磁するよう
に構成されてもよい。
【0045】あるいは、この機械は7個の相を有しても
よい。固定子は、14極を有することが好ましい。回転
子は、12極を有することが好ましい。励磁手段は、相
巻線を2個おき、3個おき、4個おきまたは5個おきに
励磁するように構成されてもよい。
【0046】この機械は、線形機械でもよい。この機械
は、逆転した形でもよい。この機械は、双方向の形でも
よい。この機械は、モータとしても発電機としても機能
することができる。
【0047】本発明の他の態様によれば、機械内の5個
以上の相巻線を励磁するための相励磁手段を有する切換
リラクタンス駆動の運転方法が提供され、その方法は、
隣り合っていない相巻線を連続的に励磁してトルク・リ
プルを減少させることを含む。
【0048】好適には、この機械は5個の相を有し、こ
の方法は2相または3相おきに励磁を行うことを含む。
【0049】あるいは、切換リラクタンス機械は、7個
の相を有してもよい。好適には、この方法は、2相、3
相、4相または5相おきに励磁を行うことを含む。
【0050】本発明は、様々な方法で実施することがで
き、そのいくつかを例として、添付図面を参照して説明
する。
【0051】
【発明の実施の形態】以上述べたように、図2に示した
3相6/4機械の場合、回転子は、相の励磁順序と反対
の方向に回転する。機械のステップ角度、すなわち図7
の整流点間の角度は、次にように示される。
【0052】 ε = 360/qNr …(1) ここで、qは、相の数、Nrは、回転子極の数である。
この場合、ε=30°である。回転子極ピッチ(360
/Nr)は、90°である。したがって、ステップ角
度:磁極ピッチの比率、隣り合った相の重なりの大きさ
は、図7に示したように、0.333である。
【0053】機械の方向を逆転する方法は、相の励磁順
序を逆にするだけであり、すなわち、反時計回りの回転
では、順序は、ACBである。
【0054】図7から分かるように、相が相曲線のクロ
スオーバ点において整流を受けている場合ににはトルク
が最低値となる(相における整流が完全で電流が一定だ
と想定する)。この値は、「εトルク」と呼ばれ、トル
ク・リプルは、その上に重なるとみなすことができる。
従来の知識によれば、トルク・リプルを減少させるため
に、相の数と回転子極の数を減らすと、ステップ角度が
小さくなり、ステップ:ピッチ比率の値が小さくなる。
このようなパラメータの値を小さくすることにより、機
械のトルク・リプルが小さくなると思われる。
【0055】たとえば、6相モータは、低リプル用途に
好ましいことは周知である。この機械は、一般に、固定
子極が12、回転子極が10、回転子磁極ピッチが36
°、ステップ角度が6°、ステップ:ピッチの比が0.
167になる。この機械は、前述の3相機械に比べて、
低いトルク・リプルを達成する大きな可能性を持ってい
ることは明らかである。これは、一方の回転方向でAB
CDEF、反対の回転方向ではAFEDCBの順序で相
を励磁することによって動作される。実際には、これ
は、例えば3相機械に比べてリプルを改善するが、回転
子磁極ピッチのほとんどで滑らかなトルクを得ることが
できる一方で、隣り合った相が作動したときのトルクの
ゆれがかなり大きくなることがあることが分かった。こ
れまで、この問題に対する解決策はない。
【0056】トルク・リプルの問題を最小にするために
相の数を多くすることが提案されてきており、たとえ
ば、ミカエリデス(Michaelides),AMとポロック(P
ollock),Cによる「切換リラクタンスモータの効率改
善のための新しい磁束パターン(A new magnetic flux
pattern to improve the efficiency of the switchedr
eluctance motor)」(Proc IAS 92, Houston, Texas,
Oct 4-9 1992, Vol 1,pp 226-233)は、隣り合った相巻
線を逆極性に接続した7相機械の使用を推奨している。
【0057】本発明は、この問題を以下のように分析し
解決する。
【0058】これまでの研究は、切換リラクタンス機械
の隣り合った極が励磁されたときに、次に来る相に既に
存在する相互磁束が、その相によって確立される主磁束
に追加または該主磁束から差引かれ、それにより予期し
ない結果が生じるという基本的な問題を認識していなか
った。これは典型的な形状を有する6相機械を示す図8
を参照して説明することができる。図8(a)は、相A
のコイル内の電流をオフにし相Bのコイル内の電流をオ
ンにする位置にある回転子を示す(回転子は時計回りに
回転する)。機械内の一般的な磁束の向きを示すため
に、磁束通路を模式的に示す。(この図面では、本質的
な点を不明瞭にしないように多くの詳細が省略されてお
り、特に、磁束通路はきわめて複雑であるため、全ての
磁束通路が示されているわけではないことに注意された
い。) 相Aの主磁束通路が、相Aの2個のコイルの起磁力によ
って機械のまわりに駆動される伝統的な2極磁界を生成
することが分かる。この図では、相は、最も上の極が下
方に磁束を生成するように接続される。図の回転子の位
置において、相Aの最も上の極から相BとFの2個の隣
り合った極に少し磁束が漏れる。これらの磁束は、回転
子と固定子の隣り合った極を通る短い経路をとり、隣り
合った極内を上方に進む。従来の教示(たとえば、ロー
レンソン(Lawrenson),PJ、スティーブンソン(Ste
phenson),JM、ブレンキンソップ(Blenkinsop),P
T、コーダ(Corda),J、およびフルトン(Fulto
n),NNによる「可変速度切換リラクタンスモータ(V
ariable-speed switched reluctance motors)」(IEE
Proc, Vol 127, Pt B, No 4, July 1980, pp253-26
5))は、そのような相互磁束の影響を無視している
が、それらの磁束は、回転子から相BとFまで横切り、
したがって少しのトルクを生成する。相のトルク/角度
の図(すなわち、図5に対応する曲線)を注意深く調べ
ると、この回転子角度において、相Bは大きなトルクを
生成する領域であり、正のトルクを生成し、相Fは大き
なトルクを生成する領域でないが、生成されるトルクは
すべて負であることがわかる。相互磁束のサイズが相A
の主磁束通路の飽和特性に厳密に依存するため、これら
の相互磁束と関連するトルクの大きさは複雑に変化し、
相Aの磁束が増大するとき、磁路の非線形性(特に、バ
ックアイアンパス(back iron path))は、起磁力の不
釣合いな上昇に依存し、そのため、磁束が「漏れ」通路
に流れるようになり、隣りの相との相互結合が高まる。
【0059】したがって、相Bによる正トルクと相Fか
らの負トルクの結果の大きさは、相Aに適用される励磁
のレベルによって大きく変化することが分かる。当業者
は、同様の議論が機械の反対側にある対応する極にもあ
てはまり、機械内の他の漏れ通路が小さくなることを理
解されよう。
【0060】次に、相Bが作動するときの状況を検討す
る。相Aから相Bへの電流の整流が瞬間的なものであれ
ば、磁束パターンは、1回転子極ピッチだけ回るだけで
ある。しかし、実際には、そのような整流は、有限時間
にわたって起こらなければならず、そのような隣り合っ
た相は磁束を同時に生成する。相Bを、相Aと同じ方向
に磁束を生成するように接続することもできるし、反対
方向に磁束を生成するように接続することもできること
は明らかである(すなわち、磁極の極性を同じにするこ
とも逆にすることもできる)。
【0061】図8(b)は、相Bを相Aと同じ方向に磁
束を生成するように接続したときの機械を示す。相Aか
ら相Fまでの相互磁束通路は、実質上不変である。しか
しながら、相Bにより生成される主磁束は、相Aからの
相互磁束と逆方向であり、そのため、生成される正味の
磁束は、通常予期されるものより小さくなる。そのた
め、次に来る相から、その相がオンであった場合にそれ
自体によって生成されるものよりも小さなトルクが生じ
る。これを合成するために、相Fによる負のトルクが、
軸上の正味トルクをさらに減少させる。相Aの励磁を減
少させるとき、これらの二次的効果は、相Aの磁気回路
が飽和状態でなくなるときに急激に減少し、それによ
り、トルクの変化率が早くなり、抑制がきわめて困難な
トルク・リプルを発生させる。
【0062】次に、図8(c)を検討すると、相Bは、
相Aと逆極性となるように接続される。このとき、相互
磁束は、相Bの主磁束と同じ方向であり、したがって生
成されるトルクに加わる。これは、相Aの励磁が除去さ
れるときに相Bによるトルクが減少するという点で、図
8(b)に関して説明したものと逆の効果を引き起こ
す。しかしながら、トルクにはまだ外乱効果がある。
【0063】従来技術はすべて、切換リラクタンス機械
が、隣り合った相が順番に励磁されることにより作動す
るべきであることを教示している。前述の6相機械の場
合、順序は、時計回りの回転ではABCDEFA...
になる。機械を、たとえば2相おきに励磁を行うことに
より運転する場合、ACEA...の順序になり、3個
の相だけを使用することになる。これは、きわめて大き
な低下と不連続性をも有する可能性のあるきわめて不安
定なトルク曲線を生成することになる。同様に、相を3
個おきに使用する方式は、ADA...になり、すなわ
ち、2個の相だけが使用されることになる。6相機械で
標準の隣り合った極の順序以外のものを使用する利点は
ないことは明らかである。たとえば4相機械や8相機械
を同じように検討することにより、この結論が、偶数の
相数を有するどのような機械にも当てはまることが立証
される。
【0064】これに対して、前述のように、相数を少な
くすることがトルク・リプルを改善することになるとは
期待されず、新しい励磁順序を使用する場合には、5相
機械の使用に利点があることが分かる。
【0065】5相機械を検討すると、前述のラワレンソ
ンの論文で考察されているように、主な極の組合せは、
8極または6極の回転子と10極の固定子である。ま
た、12極の回転子も可能であるが、前述の論文によれ
ば、性能は高くない。まず、10/8機械を検討する
と、回転子極ピッチ45°、ステップ角度9°、ステッ
プ:ピッチ比率0.2となる(すなわち、予想通り、6
相12/10機械よりもわずかに高い)。従来の励磁順
序は、時計回りの回転でABCDEA、反時計回りの回
転でAEDCBAである。この機械は、従来の方法で操
作した6相機械に関して前に説明したのと同じ問題が発
生する。しかしながら、2個おきの相を励磁する場合
(「スキップ1」順序と呼ばれる)、励磁パターンは、
ACEBDA...となる。この励磁パターンは、1サ
イクルですべての相を使用するが、ある相からすぐ隣り
の相に移ることはなく、したがって、ある相の漏れ磁束
と別の相の次に来る主磁束の間に大きな相互作用はな
い。
【0066】図9は、そのように操作することができる
10極固定子と8極回転子を備えた5相機械を示す。前
述の3相機械と6相機械と同じように、この機械に関し
てトルク角度曲線を計算することができる。次に、前と
同じように合成トルク曲線を作成することができるが、
ここでは、新しい相順序を使用して、電流が整流される
点を決定する。相電流の整流点における回転子極と固定
子極の相対位置の検査により、絶対トルク・リプルが従
来の順序の場合もよりも高いが、相互磁束によるトルク
の急激な変化と関連した高速な遷移がないことが分か
る。これにより、高速遷移トルクを抑制する必要のない
従来の電流プロファイリングによって、大きいがゆっく
りとしたトルクの変動を考慮することができる機械が提
供される。
【0067】3個おきに相(すなわち、「スキップ
2」)を励磁することによって、ADBECA...の
励磁パターンが生成される。これは、スキップ1の順序
の逆であり、機械は、スキップ1の順序と同じトルク・
プロファイルで逆方向に作動することができる。「スキ
ップ3」の順序は、AEDCBA...であり、従来の
順序の単に逆である。
【0068】したがって、隣り合った相を励起しない励
磁順序、すなわちスキップ1またはスキップ2を使用す
ることにより、機械の双方向動作を維持しながらトルク
・リプルを減少させることができる。
【0069】図10は、5相で6回転子極と10固定子
極を有する機械を示す。この機械は、回転子磁極ピッチ
60°、ステップ角度12°である。ACEBD
A...のスキップ1の順序は、前述の10/8機械に
関するスキップ1の順序と逆方向の回転を提供し、AD
BECA...のスキップ2の順序は、他の方向に回転
を提供し、すなわち、この機械も双方向である。AED
CBA...のスキップ3の順序は、従来のABCDE
の順序と反対である。トルク曲線を調べると、整流点に
おける固定子極に対する回転子極の位置は、トルク曲線
が最も有効になる位置であるため、スキップ1またはス
キップ2の順序で操作するときに、この10/6機械
は、より良好な「副尺」を提供することが分かる。これ
は、さらに低周波トルク・リプルを最小にし、好ましい
実施形態である。
【0070】同じ方法を利用することにより、図11に
示したように、10の固定子極と12の回転子極を備え
た機械も使用できることが分かる。この機械は、前述の
ように、スキップ1でもスキップ2でも操作することが
できる。
【0071】図12は、14の固定子極と12の回転子
極を備えた7相機械を示す。当業者は、たとえば14の
固定子極と16、10または8の回転子極や、28の固
定子極と24、20または16の回転子極やその他の極
の組み合わせが可能であることを理解されよう。従来の
励磁パターンは、順序ABCDEFGA...である。
前述の方法を利用することによって、ACEGBDF
A...のスキップ1の順序は、隣り合った相を励磁す
ることなく、従来の励磁と同じように回転を提供するこ
とが分かる。同様に、時計回りの回転を提供するため
に、ADGCFBEA...のスキップ2の順序を示
す。AEBFCGDA...のスキップ3の順序を使用
すると、反時計回りの回転が提供され、検討すると、ス
キップ2の順序の逆であることが分かる。同様に、AF
DBGECA...のスキップ4の順序は、反時計回り
の方向を示し、検討すると、スキップ1の順序の逆であ
る。したがって、機械の隣り合った極を決して励磁しな
い目的を達成しつつ、スキップ1とスキップ4の順序ま
たはスキップ2とスキップ3の順序を利用して双方向の
動作を実現することができる。
【0072】以上の考察から、隣り合っていない励磁順
序を、3よりも大きい奇整数の相を有する任意の切換リ
ラクタンス機械に有利に適用することができることは明
らかである。
【0073】以上示した例示的実施形態は、電動動作に
関して説明したが、この励磁順序は、発電動作にも等し
く当てはまることは理解されよう。さらに、本発明を、
線形または反転機械にも使用できることが理解されよ
う。したがって、以上の実施形態の説明は、例として行
われ、制限のためではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】切換リラクタンス駆動システムの主要構成要素
を示す図である。
【図2】(a)は、整合状態の代表的な切換リラクタン
ス機械の断面図であり、(b)は、非整合状態の(a)
の機械の図である。
【図3】図1および図2の機械の相巻線の励磁を御制す
る電力変換器内の代表的な切換回路を示す図である。
【図4】固定子極に近づく回転子極の概略図である。
【図5】3つの値の相巻線電流の回転子角に対するトル
クの代表的な曲線を示す図である。
【図6】(a)および(b)は、それぞれチョッピング
モードおよび単一パルスモードで動作する切換リラクタ
ンス駆動装置の代表的な電流波形を示す図である。
【図7】図2の機械を一定電流で運転したときに発生さ
れる合成トルク/角度曲線を示す図である。
【図8】相AおよびBが励磁された状態の6相切換リラ
クタンスモータを示す図である。
【図9】本発明を具現する方法に従って運転可能な、1
0個の固定子極と8個の回転子極を備えた5相機械を示
す図である。
【図10】10個の固定子極と6個の回転子極を備えた
5相機械を示す図である。
【図11】10個の固定子極と12個の回転子極を備え
た5相機械を示す図である。
【図12】14個の固定子極と12個の回転子極を備え
た7相機械を示す図である。
【符号の説明】
21 固定子極 23 コイル 24 回転子極 26 本体 28 軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596039176 East Park House,Otl ey Road,Harrogate,N orth Yorkshire HG3 1PR,England

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 n個の相巻線を有し、nが3よりも大き
    い奇整数である切換リラクタンス機械と、機械内の隣合
    う相巻線が連続して励磁されないように、前記n個の相
    巻線を励磁するように構成された励磁手段を有する制御
    器とを含むことを特徴とする駆動装置。
  2. 【請求項2】 nが5であることを特徴とする請求項1
    記載の駆動装置。
  3. 【請求項3】 前記機械は、10極を有する固定子を備
    えることを特徴とする請求項2記載の駆動装置。
  4. 【請求項4】 前記機械は、6極を有する回転子を備え
    ることを特徴とする請求項3記載の駆動装置。
  5. 【請求項5】 前記機械は、8極を有する回転子を備え
    ることを特徴とする請求項3記載の駆動装置。
  6. 【請求項6】 前記機械は、12極を有する回転子を備
    えることを特徴とする請求項3記載の駆動装置。
  7. 【請求項7】 前記励磁手段は、相巻線を2個おきに励
    磁するように構成されていることを特徴とする請求項1
    〜6のいずれかに記載の駆動装置。
  8. 【請求項8】 前記励磁手段は、相巻線を3個おきに励
    磁するように構成されていることを特徴とする請求項1
    〜6のいずれかに記載の駆動装置。
  9. 【請求項9】 nが7であることを特徴とする請求項1
    記載の駆動装置。
  10. 【請求項10】 前記励磁手段は、相巻線を2個おきに
    励磁するように構成されていることを特徴とする請求項
    9記載の駆動装置。
  11. 【請求項11】 前記励磁手段は、相巻線を3個おきに
    励磁するように構成されていることを特徴とする請求項
    9記載の駆動装置。
  12. 【請求項12】 前記励磁手段は、相巻線を4個おきに
    励磁するように構成されていることを特徴とする請求項
    9記載の駆動装置。
  13. 【請求項13】 前記励磁手段は、相巻線を5個おきに
    励磁するように構成されていることを特徴とする請求項
    9記載の駆動装置。
  14. 【請求項14】 前記機械は、線形機械であることを特
    徴とする前出の請求項のいずれかに記載の駆動装置。
  15. 【請求項15】 前記機械は、反転型であることを特徴
    とする前出の請求項のいずれかに記載の駆動装置。
  16. 【請求項16】 前記機械は、双方向型であることを特
    徴とする前出の請求項のいずれかに記載の駆動装置。
  17. 【請求項17】 機械内の5個またはそれ以上の相巻線
    を励磁する相励磁手段を有する切換リラクタンス駆動装
    置の運転方法であって、該方法は、隣合っていない相巻
    線を連続的に励磁することにより、トルク・リプルを減
    少させることを含むことを特徴とする方法。
  18. 【請求項18】 相巻線が2個おきに励磁されることを
    特徴とする請求項17記載の方法。
  19. 【請求項19】 切換リラクタンス機械が5個の相巻線
    を有し、前記方法は相巻線を3個おきに励磁することを
    含むことを特徴とする請求項17記載の方法。
  20. 【請求項20】 切換リラクタンス機械が7個の相巻線
    を有し、前記方法は相巻線を3個おきに励磁することを
    含むことを特徴とする請求項17記載の方法。
  21. 【請求項21】 切換リラクタンス機械が7個の相巻線
    を有し、前記方法は相巻線を4個おきに励磁することを
    含むことを特徴とする請求項17記載の方法。
  22. 【請求項22】 切換リラクタンス機械が7個の相巻線
    を有し、前記方法は相巻線を5個おきに励磁することを
    含むことを特徴とする請求項17記載の方法。
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TW (1) TW431063B (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6194805B1 (en) * 1998-07-11 2001-02-27 Robert Bosch Gmbh Reluctance motor electric machine
JP2002238276A (ja) * 2001-02-06 2002-08-23 Daikin Ind Ltd スイッチトリラクタンスモータ、その制御方法、及びその位置角決定機構並びにインバータ及びプログラム
JP2006296120A (ja) * 2005-04-13 2006-10-26 Nissan Motor Co Ltd リラクタンスモータの駆動装置及び方法
RU2641674C2 (ru) * 2014-08-27 2018-01-19 Чайна Юниверсити Оф Майнинг Энд Текнолоджи Способ трехуровневого подавления пульсаций крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7230360B2 (en) * 2004-11-08 2007-06-12 Illinois Institute Of Technology Switched reluctance machine
GB0702975D0 (en) * 2007-02-15 2007-03-28 Switched Reluctance Drives Ltd Control of an electrical machine
WO2010022389A1 (en) * 2008-08-22 2010-02-25 Drs Power & Control Technologies, Inc. Multiple voltage generator and voltage regulation methodology for power dense integrated power systems
CN101964576A (zh) * 2010-09-29 2011-02-02 浙江大学宁波理工学院 五相开关磁阻电机
KR101321286B1 (ko) * 2012-02-23 2013-10-28 삼성전기주식회사 다상 스위치드 릴럭턴스 모터 장치
US9293952B2 (en) * 2012-11-05 2016-03-22 Foster-Miller, Inc. Wound field flux switching machine with sinusoidal back electromotive force
US9948155B2 (en) 2013-11-13 2018-04-17 Brooks Automation, Inc. Sealed robot drive
WO2015073651A1 (en) 2013-11-13 2015-05-21 Brooks Automation, Inc. Method and apparatus for brushless electrical machine control
TWI695447B (zh) 2013-11-13 2020-06-01 布魯克斯自動機械公司 運送設備
KR20230048164A (ko) 2013-11-13 2023-04-10 브룩스 오토메이션 인코퍼레이티드 밀봉된 스위치드 릴럭턴스 모터
US9246429B2 (en) 2014-02-20 2016-01-26 General Electric Company Control method for reducing torque ripple in switched reluctance motors
US9634585B2 (en) 2014-02-20 2017-04-25 General Electric Company Control method for reducing torque ripple in an electrical machine
JP6501507B2 (ja) * 2014-06-02 2019-04-17 株式会社小松製作所 回転電機及び回転電機の制御装置
CN104333276B (zh) * 2014-08-27 2017-02-15 中国矿业大学 一种三相开关磁阻电机转矩脉动两电平抑制方法
CN104242745B (zh) * 2014-08-27 2016-10-26 中国矿业大学 一种四相开关磁阻电机转矩脉动三电平抑制方法
CN104333275B (zh) * 2014-10-30 2016-10-19 中国矿业大学 一种开关磁阻电机宽调速范围交叉控制方法
US20160241093A1 (en) * 2015-02-13 2016-08-18 Hamilton Sundstrand Corporation Lubricant channel on a stator winding support
US10075051B2 (en) 2015-03-16 2018-09-11 Foster-Miller, Inc. Series-wound heteropolar inductor motor
ES2930033T3 (es) * 2015-05-15 2022-12-05 Enedym Inc Máquina de reluctancia conmutada con índice de fase de polo impar
JP6519572B2 (ja) * 2016-11-25 2019-05-29 トヨタ自動車株式会社 スイッチトリラクタンスモータの制御装置
EP4128495A4 (en) 2020-04-03 2024-05-01 Cummins Inc POLE SWITCHING IN MULTI-PHASE MACHINES
WO2023164871A1 (zh) * 2022-03-03 2023-09-07 罗灿 齿绕组少极多速直流定子
WO2023164882A1 (zh) * 2022-03-03 2023-09-07 罗灿 齿绕组多极多速直流定子
WO2023168552A1 (zh) * 2022-03-07 2023-09-14 罗灿 二相定子六极转子直流多速电机

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5001412A (en) * 1988-09-02 1991-03-19 Chrysler Corporation Alternator starter
JPH04109896A (ja) * 1990-08-28 1992-04-10 Secoh Giken Inc リラクタンス型電動機のトルクリプル除去装置
US5111095A (en) * 1990-11-28 1992-05-05 Magna Physics Corporation Polyphase switched reluctance motor
GB9211685D0 (en) * 1992-06-03 1992-07-15 Switched Reluctance Drives Ltd Sensorless rotor position measurement
US5777416A (en) * 1996-12-23 1998-07-07 Dana Corporation Switched reluctance motor with low mutual inductance between phases

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6194805B1 (en) * 1998-07-11 2001-02-27 Robert Bosch Gmbh Reluctance motor electric machine
JP2002238276A (ja) * 2001-02-06 2002-08-23 Daikin Ind Ltd スイッチトリラクタンスモータ、その制御方法、及びその位置角決定機構並びにインバータ及びプログラム
JP2006296120A (ja) * 2005-04-13 2006-10-26 Nissan Motor Co Ltd リラクタンスモータの駆動装置及び方法
RU2641674C2 (ru) * 2014-08-27 2018-01-19 Чайна Юниверсити Оф Майнинг Энд Текнолоджи Способ трехуровневого подавления пульсаций крутящего момента трехфазного вентильного реактивного электродвигателя

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Publication number Publication date
KR19990088419A (ko) 1999-12-27
EP0959555A3 (en) 2002-03-13
BR9902601A (pt) 2000-01-18
EP0959555A2 (en) 1999-11-24
KR100600540B1 (ko) 2006-07-13
TW431063B (en) 2001-04-21
US6150791A (en) 2000-11-21
GB9811167D0 (en) 1998-07-22
EP0959555B1 (en) 2011-12-21

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