JPWO2015152372A1 - ダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2014年4月2日に日本国に出願された特願2014−076059号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
この振動、騒音を低減するために、上記従来技術のように、ステータの突極やロータの突極を、特殊な形状に形成することが考えられる。しかしながら、ステータの突極やロータの突極を、特殊な形状に形成すると、突極の形状に細く脆い部分が生じて堅牢性が低下し、また、製造に手間がかかり高コストになる可能性がある。
本発明の第1の態様では、アウターステータとインナーステータの突極の位相及びロータの外側と内側の突極の位相の少なくともいずれか一方を、ロータの回転方向にずらし、ロータのアウターステータ側で作用するトルク波形とロータのインナーステータ側で作用するトルク波形のピークを一致させないようにし、それらの合成トルクによるトルクリップルを低減する。そのため、突極の形状を変更することなく、突極の位相をずらすだけなので、構造が簡単で堅牢、且つ、容易に製造できる。
本発明の第7の態様は、第1の突極を備えるアウターステータと、前記第1の突極と向かい合うべき第2の突極を備えるインナーステータと、前記アウターステータと前記インナーステータとの間に設けられ、前記第1の突極と向かい合うべき第3の突極及び前記第2の突極と向かい合うべき第4の突極を備えるロータと、を備えるダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機であって、前記第1の突極と前記第2の突極、または、前記第3の突極と前記第4の突極は、前記ロータの回転方向について位相差を有する。
本発明の第8の態様は、上記第7の態様において、第1の突極に対し、第2の突極は位相が遅れている。
本発明の第9の態様は、上記第7の態様において、第3の突極に対し、第4の突極は位相が進んでいる。
本発明の第10の態様は、上記第7の態様において、第1の突極に対し、第2の突極は位相が遅れており、第3の突極に対し、第4の突極は位相が進んでいる。
なお、図3の(a)は、アウターステータ20の電流制御の制御ロジックを示し、図3の(b)は、インナーステータ30の電流制御の制御ロジックを示す。
このテーブルデータは、実験、解析等により予め不図示の制御装置に記憶されており、ロータ10の回転数とトルクから、最適なアウター電流指令値Irefoとアウター指令値θono,θoffoが決定される。
また、このアウター電流指令値は、PWMに変換され、上記指令値に対応して生成されたゲート信号が、パワー半導体からなるスイッチング素子43a,43bに送られる。
なお、U相、V相、W相ごとのインナー電流指令値Irefiとインナー指令値θoni,θoffiは、上述した手法によって予め記憶されたテーブルデータに基づいて決定されるが、このテーブルデータはアウターステータ20用とインナーステータ30用で個別に記憶されており、アウターステータ20とインナーステータ30とを独立して電流制御している。具体的には、アウター電流指令値Irefoと、インナー電流指令値Irefiとは独立に設定され、値は異なる。
また、本実施の形態では、上述したU相、V相、W相のそれぞれに対する3つのアウター指令値(θono,θoffo)と、U相、V相、W相のそれぞれに対する各々の3つのインナー指令値(θoni,θoffi)と、は独立に値が設定される。さらに本実施の形態では、後述するように、アウターステータ20の第1ステータ突極21とインナーステータ30の第2ステータ突極31のロータ回転方向における位相が異なるため、アウター指令値(θono,θoffo)と、インナー指令値(θoni,θoffi)とは、突極の位相に応じて異なる値が設定されている。これはアウターステータ20とインナーステータ30とで、突極の位相が異なるため、コイルに電流を流すべき適切なロータ角度θfbが異なるからである。
また、後者の方法では、第2ステータ突極31を長く(深く)することと、モータ全体の重量を支えるシャフト径とがトレードオフになるため、シャフト径が細くなると重量増加に対して機械的な強度を十分に確保することができなくなる可能性が生じる。
一方、並列接続では、アウターステータ20の起磁力を確保でき、加えてインナーステータ30の出力を取り出すことができるため、出力がアウターステータ20とインナーステータ30の単純な和となり、モータ性能が容易に向上する。
Sθ = 360°/(m×Nr) …(1)
なお、本実施形態では、図1に示すように、インナーステータ30の第2ステータ突極31をアウターステータ20の第1ステータ突極21に対し、回転方向において遅れ位相としたが、上述したようにヨーク部11の厚みが十分厚く磁気干渉させない構造であれば、例えば進み位相としても同等のトルクリップル低減効果が得られる。
なお、以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
なお、トルクリップル率Rは、最大トルクTmaxと最小トルクTminと平均トルクTavに基づいて下式(2)から求められる。
R = (Tmax−Tmin)/Tav×100 …(2)
したがって、上述の実施形態ではロータ10の回転方向における突極の位相のずれ量θを、理論的にストローク角度の半分に設定していたが、図5及び図6に示すようなデータを予め取得しておき、ずれ量θを、ステータに流す電流(モータ電流)の大きさに基づいて設定することで、トルクリップルをより最小に近づけることが可能となる。
図7は、本発明の実施形態の一変形例におけるダブルステータ型スイッチトリラクタンスモータAの断面図である。
図8は、本発明の実施形態の一変形例におけるダブルステータ型スイッチトリラクタンスモータAの断面図である。
また、3相モータにおいて12/8極構造を例示して説明したが、本発明はこの極数に限定されず、例えば6/4極構造や18/12極構造等であっても良い。
10 ロータ
12 第1ロータ突極
13 第2ロータ突極
20 アウターステータ
21 第1ステータ突極
30 インナーステータ
31 第2ステータ突極
Claims (10)
- ロータと、前記ロータの外側に配置されたアウターステータと、前記ロータの内側に配置されたインナーステータと、を有するダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機であって、
前記アウターステータは、前記ロータと対向する側に設けられた第1ステータ突極を有し、
前記インナーステータは、前記ロータと対向する側に前記第1ステータ突極と同数で設けられた第2ステータ突極を有し、
前記ロータは、前記アウターステータと対向する側に設けられた第1ロータ突極と、前記インナーステータと対向する側に前記第1ロータ突極と同数で設けられた第2ロータ突極と、を有し、
前記第1ステータ突極と前記第2ステータ突極の組、及び、前記第1ロータ突極と前記第2ロータ突極の組の少なくともいずれか一方において、前記ロータの回転方向における突極の位相が異なっている、ダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。 - 前記第1ステータ突極と前記第2ステータ突極の組において、前記ロータの回転方向における突極の位相が異なっている、請求項1に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
- 前記第1ロータ突極と前記第2ロータ突極の組において、前記ロータの回転方向における突極の位相が異なっている、請求項1に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
- 前記第1ステータ突極と前記第2ステータ突極の組、及び、前記第1ロータ突極と前記第2ロータ突極の組において、前記ロータの回転方向における突極の位相が異なっている、請求項1に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
- 前記ロータの回転方向における突極の位相のずれ量が、ステータの相数とロータの極数に基づいて求められるストローク角度の半分に設定されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
- 前記ロータの回転方向における突極の位相のずれ量が、ステータに流す電流の大きさに基づいて設定されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
- 第1の突極を備えるアウターステータと、
前記第1の突極と向かい合うべき第2の突極を備えるインナーステータと、
前記アウターステータと前記インナーステータとの間に設けられ、前記第1の突極と向かい合うべき第3の突極及び前記第2の突極と向かい合うべき第4の突極を備えるロータと、を有し、
前記第1の突極と前記第2の突極、または、前記第3の突極と前記第4の突極は、前記ロータの回転方向について位相差を有する、ダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。 - 前記第1の突極に対し、前記第2の突極は位相が遅れている、請求項7に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
- 前記第3の突極に対し、前記第4の突極は位相が進んでいる、請求項7に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
- 前記第1の突極に対し、前記第2の突極は位相が遅れており、前記第3の突極に対し、前記第4の突極は位相が進んでいる、請求項7に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
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