JP2010075012A - Switched reluctance motor and switched reluctance motor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、スイッチトリラクタンスモータに関し、特に３相インバータを備えるモータ駆動装置で駆動するスイッチトリラクタンスモータに関するものである。 The present invention relates to a switched reluctance motor, and more particularly to a switched reluctance motor that is driven by a motor driving device including a three-phase inverter.
図１７に、一般的な従来のスイッチトリラクタンスモータ１００の横断面図を示す。一般に、スイッチトリラクタンスモータ（以下「ＳＲモータ」ともいう。）１００は、略円筒状のステータ２００と、ステータ２００の内側に回転自在に配置されたロータ４００とを備えている。ステータ２００は、略円環形状のステータ本体２００ａと、ステータ本体２００ａの内周面から半径方向内側に一体的に突出し、円周方向等ピッチに配置された複数のステータ突極２００ｂを備えおり、複数のステータ突極２００ｂのそれぞれには、巻線３００が集中巻きにて巻装されている。
FIG. 17 shows a cross-sectional view of a general conventional switched
一方、ロータ４００は、略円環形状のロータ本体４００ａと、ロータ本体４００ａの外周面から半径方向外側に一体的に突出し、円周方向等ピッチに配置された複数のロータ突極４００ｂとを備えている。ここで、図１７に示されるＳＲモータ１００は、ステータ突極２００ｂの数が「６」、ロータ突極４００ｂの数が「４」である。
On the other hand, the
互いに対向する位置に配置されたステータ突極ＳＳ１、ＳＳ４には、Ｕ相の巻線Ｕ、Ｕが巻装され、互いに対向する位置に配置されたステータ突極ＳＳ２、ＳＳ５には、Ｖ相の巻線Ｖ、Ｖが巻装され、互いに対向する位置に配置されたステータ突極ＳＳ３、ＳＳ６には、Ｗ相の巻線Ｗ、Ｗが巻装されている。 U-phase windings U and U are wound around stator salient poles SS1 and SS4 disposed at positions facing each other, and V-phase stator salient poles SS2 and SS5 are disposed at positions facing each other. Windings V and V are wound, and W-phase windings W and W are wound on stator salient poles SS3 and SS6 disposed at positions facing each other.
同図は、ＳＲモータ１００のロータ４００が、時計方向ＣＷに回転するときのＳＲモータ１００の磁気回路についても示している。ＳＲモータ１００を時計方向ＣＷに回転させるには、例えば、ロータ突極ＲＲ１とステータ突極ＳＳ１が近接するとともに、ロータ突極ＲＲ３とステータ突極ＳＳ４が近接する場合には、Ｕ相の巻線Ｕ、Ｕに電流を供給し、互いに対向する位置に配置されたステータ突極ＳＳ１、ＳＳ４に磁界を生じさせる。
The figure also shows the magnetic circuit of the
この磁界により、ＳＲモータ１００には、順に、ステータ突極ＳＳ１、ロータ突極ＲＲ１、ロータ本体部４００ａ、ロータ突極ＲＲ３、ステータ突極ＳＳ４、ステータ本体部２００ａ、ステータ突極ＳＳ１を磁気回路とする磁束φ１、φ２が形成される。このとき、磁束φ１、φ２の経路のインダクタンスを増加させようとするリラクタンストルクが生じる。そして、インダクタンスを増加させるために、ステータ突極ＳＳ１とロータ突極ＲＲ１、およびステータ突極ＳＳ４とロータ突極ＲＲ３の対向面積を増加させるべく、ロータ突極ＲＲ１はステータ突極ＳＳ１に、ロータ突極ＲＲ３はステータ突極ＳＳ４に引き付けられ、ロータ４００は時計方向ＣＷに回転する。
Due to this magnetic field, the
このように、ロータ突極４００ｂとステータ突極２００ｂの相対位置に応じ、Ｕ相の巻線Ｕ、Ｕ、Ｖ相の巻線Ｖ、Ｖ、Ｗ相の巻線Ｗ、Ｗに順次独立して電流を流すことにより、ロータ４００を所定の方向に回転させることができる。上記においては、ステータ突極の数が「６」、ロータ突極の数が「４」のＳＲモータを例にして、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線、Ｗ相の巻線に順次独立して電流を供給することにより、ロータを回転させることについて説明したが、ステータ突極の数が「６」、ロータ突極の数が「４」のＳＲモータに限られず、従来のＳＲモータのロータは、一般にＵ相の巻線、Ｖ相の巻線、Ｗ相の巻線に順次独立して電流を流すことにより回転する。
As described above, the U-phase windings U, U, V-phase windings V, V, and W-phase windings W, W are sequentially and independently set in accordance with the relative positions of the
上述のＳＲモータにＵ相の巻線、Ｖ相の巻線、Ｗ相の巻線に順次独立して電流を供給する手段として、例えば、図１８に示すモータ駆動装置が提案されている（特許文献１）。図１８に示すように、モータ駆動装置５００は、電源８００及びＳＲモータ１００に接続され、ＳＲモータ１００に制御信号を供給するインバータ６００と、インバータ６００に動作信号を供給する駆動制御部７００を備えている。
For example, a motor driving device shown in FIG. 18 has been proposed as means for supplying current to the SR motor described above in turn, independently to the U-phase winding, V-phase winding, and W-phase winding (patent) Reference 1). As shown in FIG. 18, the
インバータ６００は、第１乃至第４のハーフブリッジ（６１０、６２０、６３０、６４０）を備えている。第１のハーフブリッジ６１０は、接続点ａａにて直列に接続された半導体スイッチ素子６１０ａ、６１０ｂからなり、第２のハーフブリッジ６２０は、接続点ｂｂにて直列に接続された半導体スイッチ素子６２０ａ、６２０ｂからなり、第３のハーフブリッジ６３０は、接続点ｃｃにて直列に接続された半導体スイッチ素子６３０ａ、６３０ｂからなり、第４のハーフブリッジ６４０は、接続点ｄｄにて直列に接続された半導体スイッチ素子６４０ａ、６４０ｂからなる。このように、インバータ６００においては、合計８個の半導体スイッチ素子（６１０ａ、６１０ｂ、６２０ａ、６２０ｂ、６３０ａ、６３０ｂ、６４０ａ、６４０ｂ）が用いられている。
The
駆動制御部７００は、インバータ６００のそれぞれの半導体スイッチ素子（６１０ａ、６１０ｂ、６２０ａ、６２０ｂ、６３０ａ、６３０ｂ、６４０ａ、６４０ｂ）に接続されており、それぞれの半導体スイッチ素子（６１０ａ、６１０ｂ、６２０ａ、６２０ｂ、６３０ａ、６３０ｂ、６４０ａ、６４０ｂ）のオンオフを制御する。電源８００の正極は半導体スイッチ素子（６１０ａ、６２０ａ、６３０ａ、６４０ａ）に接続され、電源８００の負極は半導体スイッチ素子（６１０ｂ、６２０ｂ、６３０ｂ、６４０ｂ）に接続される。
The
Ｕ相の巻線Ｕ、Ｖ相の巻線ＶおよびＷ相の巻線Ｗのそれぞれの一端は中性点ｍに接続されるとともに、中性点ｍは供給線Ｌ１にて第１のハーフブリッジ６１０の接続点ａａに、Ｕ相の巻線Ｕの他端は供給線Ｌ２にて第２のハーフブリッジ６２０の接続点ｂｂに、Ｖ相の巻線Ｖの他端は供給線Ｌ３にて第３のハーフブリッジ６３０の接続点ｃｃに、Ｗ相の巻線Ｗの他端は供給線Ｌ４にて第４のハーフブリッジ６４０の接続点ｄｄにそれぞれ接続される。
One end of each of the U-phase winding U, the V-phase winding V and the W-phase winding W is connected to the neutral point m, and the neutral point m is connected to the first half bridge by the supply line L1. The other end of the U-phase winding U is connected to the connection point aa of the
ここで、駆動制御部７００からの動作信号により、例えば、半導体スイッチ素子６１０ａおよび半導体スイッチ素子６２０ｂをオンとした場合には、供給線Ｌ１からＵ相の巻線Ｕのみに電流が供給され、半導体スイッチ素子６１０ａおよび半導体スイッチ素子６３０ｂをオンとした場合には、供給線Ｌ１からＶ相の巻線Ｖのみに電流が供給され、半導体スイッチ素子６１０ａおよび半導体スイッチ素子６４０ｂをオンとした場合には、供給線Ｌ１からＷ相の巻線Ｗのみに電流が供給される。
Here, for example, when the
このように、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線、Ｗ相の巻線に順次独立して電流を供給することが求められる従来のＳＲモータに対し、第１乃至第４のハーフブリッジ（６１０、６２０、６３０、６４０）を備えたインバータ６００を用いることにより、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線、Ｗ相の巻線に順次独立して電流を供給することができる。
しかしながら、上述のようにＵ相の巻線、Ｖ相の巻線、Ｗ相の巻線に順次独立して電流を供給することが求められる従来のＳＲモータにあっては、ブラシレスモータ等に制御電流を供給するインバータとして一般的に用いられている所謂３相インバータを用いることができない。 However, as described above, the conventional SR motor that is required to supply current to the U-phase winding, V-phase winding, and W-phase winding sequentially and independently is controlled by a brushless motor or the like. A so-called three-phase inverter generally used as an inverter for supplying current cannot be used.
３相インバータは、第１乃至第３のハーフブリッジにより形成されるため、３相インバータにより、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線およびＷ相の巻線に制御電流を供給するためには、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線およびＷ相の巻線のそれぞれの一端を非接地の中立点に接続し、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線およびＷ相の巻線のそれぞれの他端を第１乃至第３のハーフブリッジに接続する構成をとる必要がある。 Since the three-phase inverter is formed by the first to third half bridges, in order to supply the control current to the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding by the three-phase inverter. , One end of each of the U-phase winding, V-phase winding and W-phase winding is connected to an ungrounded neutral point, and the U-phase winding, V-phase winding and W-phase winding It is necessary to adopt a configuration in which each other end is connected to the first to third half bridges.
このように、３相インバータにより、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線およびＷ相の巻線に制御電流を供給する場合、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線およびＷ相の巻線に順次独立して電流を供給することができず、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線およびＷ相の巻線のうち、例えば、Ｕ相の巻線とＶ相の巻線のように、同時に少なくとも２つの巻線に制御電流が供給されることとなる。従って、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線およびＷ相の巻線に制御電流を供給する場合、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線およびＷ相の巻線に順次独立して電流を供給することが必要な従来のＳＲモータを駆動させることができない。 As described above, when the control current is supplied to the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding by the three-phase inverter, the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding are supplied. The current cannot be supplied to the wires independently of each other, and among the U-phase winding, V-phase winding and W-phase winding, for example, the U-phase winding and the V-phase winding At the same time, a control current is supplied to at least two windings. Therefore, when supplying the control current to the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding, the current is supplied to the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding sequentially and independently. It is impossible to drive a conventional SR motor that needs to supply
ここで、３相インバータは、それぞれ２個の半導体スイッチ素子で形成される第１乃至第３のハーフブリッジにより形成されるため、合計で６個の半導体スイッチ素子で構成される。一方、一般的な従来のＳＲモータは、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線およびＷ相の巻線に順次独立して電流を供給するために、例えば、特許文献１に示すように、第１乃至第４のハーフブリッジを用いた場合には、合計で８個の半導体スイッチ素子が必要となる。そのため、３相インバータに対し、追加して２個の半導体スイッチ素子が必要となってしまい、その分コストが高くなってしまう結果となる。従って、３相インバータにより、ロータを駆動することが可能なＳＲモータを提供することが求められる。
Here, since the three-phase inverter is formed by first to third half bridges each formed by two semiconductor switch elements, it is configured by a total of six semiconductor switch elements. On the other hand, in order to supply current to the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding sequentially and independently, a general conventional SR motor, for example, as shown in
図１９は、ＳＲモータが駆動しているときに、ＳＲモータのステータに作用する力について説明するものである。図１９は、上述した一般的な従来のＳＲモータのであるステータ突極の数が「６」、ロータ突極の数が「４」のＳＲモータ１００の横断面を示すものである。
FIG. 19 explains the force acting on the stator of the SR motor when the SR motor is driven. FIG. 19 shows a cross section of the
同図では、ロータ突極ＲＲ１とステータ突極ＳＳ１が近接するとともに、ロータ突極ＲＲ３とステータ突極ＳＳ４が近接する場合に、Ｕ相の巻線Ｕ、Ｕに電流を供給し、互いに対向する位置に配置されたステータ突極ＳＳ１、ＳＳ４に磁界を生じさせた場合を示す。このとき、ロータ突極ＲＲ１とステータ突極ＳＳ１との間、および、ロータ突極ＲＲ３とステータ突極ＳＳ４との間には、ロータ４００の回転に寄与する円周方向の力とともに、径方向の力Ｆ１、Ｆ２が生じる。
In the figure, when the rotor salient pole RR1 and the stator salient pole SS1 are close to each other, and when the rotor salient pole RR3 and the stator salient pole SS4 are close to each other, current is supplied to the U-phase windings U and U so as to face each other. The case where a magnetic field is generated in the stator salient poles SS1 and SS4 arranged at the positions is shown. At this time, between the rotor salient pole RR1 and the stator salient pole SS1, and between the rotor salient pole RR3 and the stator salient pole SS4, along with the circumferential force contributing to the rotation of the
それぞれの力Ｆ１０、Ｆ２０は、機械角１８０°対向の２箇所の位置に生じるので、略円環形状のステータ２００を楕円形状に変形させるように作用する。このことは、Ｕ相の巻線Ｕ、Ｕのみならす、Ｖ相の巻線Ｖ、ＶまたはＷ相の巻線Ｗ、Ｗに電流を供給した場合にも同様に生じる。このように、機械角１８０°対向の２箇所の位置に径方向の力が集中的にステータ２００に生じるとステータ２００の変形量が大きくなりやすく、ＳＲモータ１００から生じる音振動の原因となる。従って、ステータに作用する径方向の力を分散させることができるＳＲモータが求められる。
Since the forces F10 and F20 are generated at two positions opposite to each other at a mechanical angle of 180 °, they act to deform the substantially
そこで、本発明の目的は、ＳＲモータのモータ駆動装置のコストを低減させるともに、ＳＲモータから生じる音振動を低減させるため、３相インバータによりロータを駆動することが可能であるとともにステータに作用する径方向の力を分散させることができるＳＲモータを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce the cost of the SR motor driving apparatus and reduce the sound vibration generated from the SR motor, and to drive the rotor by a three-phase inverter and to act on the stator. An object of the present invention is to provide an SR motor that can disperse a radial force.
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１にスイッチトリラクタンスモータは、略円環形状のステータ本体と、前記ステータ本体の内周面から半径方向内側に一体的に突出し、円周方向略等ピッチに配置された複数のステータ突極と、前記複数のステータ突極のそれぞれに巻装された複数の巻線とを有するステータと、前記ステータの内側に回転自在に配置され、略円環形状のロータ本体と、前記ロータ本体の外周面から半径方向外側に一体的に突出する複数のロータ突極とを有するロータとを備えるスイッチトリラクタンスモータにおいて、前記ステータ突極の数は、３ｎ（ｎ＝１、２、３、４）であり、前記ロータ突極の数は、４ｎ（ｎ＝１、２、３、４）であり、前記複数の巻線のそれぞれにて、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線およびＷ相の巻線が形成され、前記複数の巻線のそれぞれが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順にて、円周方向略等ピッチに配置された前記複数のステータ突極のそれぞれに円周方向に順に巻装され、前記Ｕ相の巻線、前記Ｖ相の巻線及び前記Ｗ相の巻線のそれぞれの一端は、非接地である中性点に接続される端子であり、前記Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線及び前記Ｗ相の巻線のそれぞれの他端は、外部から制御電流が供給される端子である。
In order to solve the above-described problems, a switched reluctance motor according to
このように、ステータ突極の数を３ｎ（ｎ＝１、２、３、４）とし、前記ロータ突極の数を４ｎ（ｎ＝１、２、３、４）とすることで、ステータに生じる径方向の力を分散させることができ、スイッチトリラクタンスモータから生じる音振動を低減させることができる。Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線およびＷ相の巻線の一端を非接地である中性点に接続し、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線およびＷ相の巻線を所謂スター結線のコイル構造とすることで、３相のインバータで駆動するスイッチトリラクタンスモータとすることができる。 Thus, the number of stator salient poles is 3n (n = 1, 2, 3, 4), and the number of rotor salient poles is 4n (n = 1, 2, 3, 4). The generated radial force can be dispersed, and the sound vibration generated from the switched reluctance motor can be reduced. One end of the U-phase winding, the V-phase winding and the W-phase winding is connected to a neutral point which is not grounded, and the U-phase winding, the V-phase winding and the W-phase winding are so-called. By adopting a star-connected coil structure, a switched reluctance motor driven by a three-phase inverter can be obtained.
さらに、本発明の請求項２に記載のスイッチトリラクタンスモータは、前記複数の巻線のそれぞれは、前記複数のステータ突極のそれぞれの外周に同方向に巻装されている。
Furthermore, in the switched reluctance motor according to
本発明の請求項３に記載のスイッチトリラクタンスモータ装置は、請求項１及び２のいずれか一方に記載のスイッチトリラクタンスモータと、前記スイッチトリラクタンスモータに制御電流を供給するモータ駆動装置とからなり、前記モータ駆動装置は、第１の接続点にて直列接続された第１及び第２の半導体スイッチング素子を有し、前記第１の接続点に前記Ｕ相の巻線の他端が接続された第１のハーフブリッジと、第２の接続点にて直列接続された第３及び第４の半導体スイッチング素子を有し、前記第２の接続点に前記Ｖ相の巻線の他端が接続された第２のハーフブリッジと、第３の接続点にて直列接続された第５及び第６の半導体スイッチング素子を有し、前記第３の接続点に前記Ｗ相の巻線の他端が接続された第３のハーフブリッジとを備えた３相インバータと、前記第１乃至第６の半導体スイッチング素子をそれぞれオン、オフ駆動させる駆動信号を生成し、前記第１乃至第６の半導体スイッチング素子に前記駆動信号を供給する駆動制御部とを備える。 A switched reluctance motor apparatus according to a third aspect of the present invention includes the switched reluctance motor according to any one of the first and second aspects, and a motor driving apparatus that supplies a control current to the switched reluctance motor. The motor drive device has first and second semiconductor switching elements connected in series at a first connection point, and the other end of the U-phase winding is connected to the first connection point. And the third and fourth semiconductor switching elements connected in series at the second connection point, and the other end of the V-phase winding is connected to the second connection point. A second half bridge connected; and fifth and sixth semiconductor switching elements connected in series at a third connection point; the other end of the W-phase winding at the third connection point Is connected to the third half And a driving signal for driving the first to sixth semiconductor switching elements to be turned on and off, and supplying the driving signal to the first to sixth semiconductor switching elements. And a control unit.
このように３相インバータでスイッチトリラクタンスモータを駆動するモータ駆動装置とすることで、モータ駆動装置に用いられる半導体スイッチ素子の数を少なくすることができ、モータ駆動装置のコストを低減させることができる。 Thus, by setting it as the motor drive device which drives a switched reluctance motor with a three-phase inverter, the number of semiconductor switch elements used for a motor drive device can be reduced, and the cost of a motor drive device can be reduced. it can.
さらに、本発明の請求項４に記載のスイッチトリラクタンスモータ装置は、請求項３に記載のスイッチトリラクタンスモータ装置において、前記第１乃至第６の半導体スイッチング素子はそれぞれ還流ダイオードが逆並列接続された金属酸化膜半導体電界効果トランジスタであり、前記第１の半導体スイッチ素子のソース端子と前記第２の半導体スイッチ素子のドレイン端子が第１の接続点にて互いに接続され、前記第３の半導体スイッチ素子のソース端子と前記第４の半導体スイッチ素子のドレイン端子が第２の接続点にて互いに接続され、前記第５の半導体スイッチ素子のソース端子と前記第６の半導体スイッチ素子のドレイン端子が第３の接続点にて互いに接続されている。 Furthermore, a switched reluctance motor device according to a fourth aspect of the present invention is the switched reluctance motor device according to the third aspect, wherein the first to sixth semiconductor switching elements are each connected in reverse parallel with a free-wheeling diode. A metal oxide semiconductor field effect transistor, wherein a source terminal of the first semiconductor switch element and a drain terminal of the second semiconductor switch element are connected to each other at a first connection point, and the third semiconductor switch A source terminal of the element and a drain terminal of the fourth semiconductor switch element are connected to each other at a second connection point, and a source terminal of the fifth semiconductor switch element and a drain terminal of the sixth semiconductor switch element are connected to each other. Are connected to each other at three connection points.
このように、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線およびＷ相の巻線の一端を非接地である中性点に接続し、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線およびＷ相の巻線を所謂スター結線のコイル構造とすることで、３相のインバータで駆動するスイッチトリラクタンスモータとすることができ、モータ駆動装置に用いられる半導体スイッチ素子の数を少なくすることができる。 In this way, one end of the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding is connected to a neutral point that is not grounded, and the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding By adopting a so-called star connection coil structure for the winding, a switched reluctance motor driven by a three-phase inverter can be obtained, and the number of semiconductor switch elements used in the motor drive device can be reduced.
次に、この発明の第１の実施形態のＳＲモータ装置を図１乃至図３に基づいて説明する。ＳＲモータ装置Ａは、ＳＲモータ１と、ＳＲモータ１に制御電流を供給するモータ駆動装置図５０とを備える。図１は、ＳＲモータの縦断面図であり、図２は、ＳＲモータの横断面図である。図３は、ＳＲモータ装置のシステムブロック図である。
Next, an SR motor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The SR motor device A includes an
ＳＲモータ１は、ステータ２と、ステータ２の内側にて回転自在に配置されたロータ４とを備える。ステータ２は、薄板の鋼板を積層して形成され、略円環形状のステータ本体２ａと、ステータ本体２ａの内周面から半径方向内側に一体に突出し、円周方向略等ピッチに配置された複数のステータ突極２ｂと、複数のステータ突極２ｂのそれぞれに巻装された複数の巻線３とを有する。
The
ロータ４は、薄板の鋼鈑を積層して形成され、略円環形状のロータ本体４ａと、ロータ本体４ａの外周面から半径方向外側に一体に突出し、円周方向略等ピッチに配置された複数のロータ突極４ｂとを備える。また、ロータ本体４ａの中央には、略円柱状のシャフト１２が固定され、ロータ４とシャフト１２は一体的に勘合している。ここで、第１の実施形態のＳＲモータ１は、ステータ突極２ｂの数は「６」であり、ロータ突極４ｂの数は「８」である。
The
ここで、ＳＲモータ１の軸心Ｏを基準としたとき、本実施形態のステータ突極２ｂの角度θｓは１５°であり、ロータ突極４ａの角度θｒは２０°である。なお、ステータ突極２ｂおよびロータ突極４ａの軸心Ｏを基準とする角度θｓ、θｒは、上記の角度に限定されないことはいうまでもなく、本実施形態のようにステータ突極２ｂの数は「６」であり、ロータ突極４ａの数は「８」であるＳＲモータ１の角度θｓは１０°以上２０°以下、角度θｒは１５°以上３０°以下の角度であればよい。
Here, when the axis O of the
ステータ２は、円筒形状のアルミ製のステータケース５に挿入されるともに、フロントブラケット６およびエンドブラケット７でステータケース５とともに狭持されることにより、フロントブラケット６およびエンドブラケット７に固定される。
The
シャフト１２両端は、フロントブラケット６に外輪が挿入固定された軸受８、およびエンドブラケット７に外輪が挿入固定された軸受９に、それぞれ挿入固定される。そして、フロントブラケット６およびエンドブラケット７により、シャフト１２と一体的に勘合したロータ４は、ステータ２の内側にて回転自在に軸支される。
Both ends of the
ＳＲモータ１のロータ４の回転角度の検出には、レゾルバ１０が用いられる。レゾルバ１０は、レゾルバステータ１０ａと、レゾルバステータ１０ａの内側に配置されるレゾルバロータ１０ｂを備えている。レゾルバステータ１０ａは、エンドブラケット７の端面に設けられたステータ固定部７ａに取り付けられ、レゾルバロータ１０ｂは、シャフト１２の端部１２ａに取り付けられ、レゾルバステータ１０ａに略同一平面状にて対向する位置に配置される。このレゾルバ１０からの回転角度信号に基づき、モータ駆動装置５０は、ＳＲモータ１に対し、所定の制御電流を供給する。
A
複数の巻線３のそれぞれは、ステータ２の複数のステータ突極２ｂのそれぞれに、円周方向に順に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順にて、集中巻にて巻装されている。図２においては、ステータ突極Ｓ１にＵ相の巻線Ｕ１が巻装され、ステータ突極Ｓ２にＶ相の巻線Ｖ１が巻装され、ステータ突極Ｓ３にＷ相の巻線Ｗ１が巻装され、ステータ突極Ｓ４にＵ相の巻線Ｕ２が巻装され、ステータ突極Ｓ５にＶ相の巻線Ｖ２が巻装され、ステータ突極Ｓ６にＷ相の巻線Ｗ２が巻装されている。
Each of the plurality of
次に、図３に基づきＳＲモータ装置Ａの構成について説明する。ＳＲモータ装置Ａは、ＳＲモータ１と、ＳＲモータ１に制御電流を供給するモータ駆動装置５０を備える。まず、上述のようにＳＲモータ１の複数のステータ突極２ｂに巻装される複数の巻線３の結線について説明する。
Next, the configuration of the SR motor apparatus A will be described with reference to FIG. The SR motor device A includes an
Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２およびＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２は、それぞれ互いに並列に接続されている。そして、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２の一端Ｕｎ、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２の一端ＶｎおよびＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２の一端Ｗｎは、それぞれ非接地の中性点ｎに接続されている。一方、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２の他端Ｕｓ、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２の他端ＶｓおよびＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２の他端Ｗｓは、それぞれ互いに接続されていない。他端Ｕｓ、Ｖｓ、Ｗｓには外部から制御電流が供給される。すなわち、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２およびＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２は、所謂スター結線構造となっており、他端Ｕｓ、Ｖｓ、Ｗｓには外部から制御電流が供給される The U-phase windings U1 and U2, the V-phase windings V1 and V2, and the W-phase windings W1 and W2 are connected in parallel to each other. Then, one end Un of the U-phase windings U1 and U2, one end Vn of the V-phase windings V1 and V2, and one end Wn of the W-phase windings W1 and W2 are connected to a non-grounded neutral point n, respectively. ing. On the other hand, the other end Us of the U-phase windings U1 and U2, the other end Vs of the V-phase windings V1 and V2, and the other end Ws of the W-phase windings W1 and W2 are not connected to each other. A control current is supplied from the outside to the other ends Us, Vs, and Ws. That is, the U-phase windings U1 and U2, the V-phase windings V1 and V2, and the W-phase windings W1 and W2 have a so-called star connection structure, and the other ends Us, Vs, and Ws are externally connected. Control current is supplied
モータ駆動装置５０は、インバータ６０と、駆動制御部７０とを備えており、電圧値ＤＣ７２Ｖの電源８０と、ＳＲモータ１の巻線３の間に接続され、ＳＲモータ１に制御電流を供給する。インバータ６０は、第１乃至第３のハーフブリッジ６１、６２、６３を備えており、所謂３相インバータである。
The
第１のハーフブリッジ６１は、第１および第２の半導体スイッチ素子６１ａ、６１ｂを備えており、第１および第２の半導体スイッチ素子６１ａ、６１ｂは、接続点ａ（第１の接続点）にて直列に接続されている。本実施形態において、第１および第２の半導体スイッチ素子６１ａ、６１ｂは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下これを略し単に「ＭＯＳＦＥＴ」という。）であり、それぞれに還流ダイオード６１ｃ、６１ｄが逆並列接続されている。
The
すなわち、第１および第２の半導体スイッチ素子６１ａ、６１ｂのドレイン端子には、還流ダイオード６１ｃ、６１ｄのカソード端子が接続され、第１および第２の半導体スイッチ素子６１ａ、６１ｂのソース端子には、還流ダイオード６１ｃ、６１ｄのアノード端子が接続されている。そして、第１の半導体スイッチ素子６１ａのソース端子と第２の半導体スイッチ素子６１ｂのドレイン端子が接続点ａ（第１の接続点）にて直列に接続され、第１のハーフブリッジ６１は形成される。
That is, the cathode terminals of the
《第２のハーフブリッジ》
第２のハーフブリッジ６２は、第３および第４の半導体スイッチ素子６２ａ、６２ｂを備えており、第３および第４の半導体スイッチ素子６２ａ、６２ｂは、接続点ｂ（第２の接続点）にて直列に接続されている。本実施形態において、第３および第４の半導体スイッチ素子６２ａ、６２ｂは、ＭＯＳＦＥＴであり、それぞれに還流ダイオード６２ｃ、６２ｄが逆並列接続されている。
《Second half bridge》
The
すなわち、第３および第４の半導体スイッチ素子６２ａ、６２ｂのドレイン端子には、還流ダイオード６２ｃ、６２ｄのカソード端子が接続され、第３および第４の半導体スイッチ素子６２ａ、６２ｂのソース端子には、還流ダイオード６２ｃ、６２ｄのアノード端子が接続されている。そして、第３の半導体スイッチ素子６２ａのソース端子と第４の半導体スイッチ素子６２ｂのドレイン端子が接続点ｂ（第２の接続点）にて直列に接続され、第２のハーフブリッジ６２は形成される。
That is, the cathode terminals of the free-wheeling
《第３のハーフブリッジ》
第３のハーフブリッジ６３は、第５および第６の半導体スイッチ素子６３ａ、６３ｂを備えており、第５および第６の半導体スイッチ素子６３ａ、６３ｂは、接続点ｃ（第３の接続点）にて直列に接続されている。本実施形態において、第５および第６の半導体スイッチ素子６３ａ、６３ｂは、ＭＯＳＦＥＴであり、それぞれに還流ダイオード６３ｃ、６３ｄが逆並列接続されている。なお、本実施の形態では、第１乃至第６の半導体スイッチ素子（６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ）として、ＭＯＳＦＥＴを用いているが、ＭＯＳＦＥＴに限定されないことはいうまでもなく、ＩＧＢＴや、ＳｉＣ素子であってもよい。
《Third half bridge》
The
すなわち、第５および第６の半導体スイッチ素子６３ａ、６３ｂのドレイン端子には、還流ダイオード６３ｃ、６３ｄのカソード端子が接続され、第５および第６の半導体スイッチ素子６３ａ、６３ｂのソース端子には、還流ダイオード６３ｃ、６３ｄのアノード端子が接続されている。そして、第５の半導体スイッチ素子６３ａのソース端子と第６の半導体スイッチ素子６３ｂのドレイン端子が接続点ｃ（第３の接続点）にて直列に接続され、第３のハーフブリッジ６３は形成される。
That is, the cathode terminals of the free-wheeling
《３相インバータ》
第１乃至第３のハーフブリッジ６１、６２、６３は、それぞれの第１、第３、第５の半導体スイッチ素子６１ａ、６２ａ、６３ａのドレイン端子が接続点ｄに接続されるとともに、それぞれの第２、第４、第６の半導体スイッチ素子６１ｂ、６２ｂ、６３ｂのソース端子が接続点ｅに接続されている。これにより、第１乃至第３のハーフブリッジ６１、６２、６３は、互いに並列に接続され、第１乃至第３のハーフブリッジ６１、６２、６３により３相インバータであるインバータ６０が形成される。
<< 3-phase inverter >>
The first to third half bridges 61, 62, and 63 have drain terminals of the first, third, and fifth
インバータ６０の接続点ｄは、電源８０の正極に、接続点ｅは電源の負極にそれぞれ接続されている。そして、第１乃至第６の半導体スイッチ素子（６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ）のオンオフ動作により、電源８０からインバータ６０を介してＳＲモータ１に制御電流が供給される。
The connection point d of the
《駆動制御部》
駆動制御部７０は、第１乃至第６の半導体スイッチ素子（６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ）のゲート端子とソース端子に接続され、第１乃至第６の半導体スイッチ素子（６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ）をそれぞれオン、オフ駆動させる駆動信号を生成し、第１乃至第６の半導体スイッチ素子（６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ）に駆動信号を供給する。
《Drive control unit》
The
インバータ６０の接続点ｄは、電源８０の正極に、接続点ｅは電源の負極にそれぞれ接続されている。一方、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２の他端Ｕｓは、供給線ｌ１により接続点ａ（第１の接続点）に接続され、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２の他端Ｖｓは、供給線ｌ２により接続点ｂ（第２の接続点）に接続され、Ｗ相の巻線Ｗ１、Ｗ２の他端Ｗｓは、供給線ｌ３により接続点ｃ（第３の接続点）に接続される。そして、駆動制御部７０から供給される駆動信号により、第１乃至第６の半導体スイッチ素子（６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ）がオンオフ動作され、電源８０からインバータ６０を介してＳＲモータ１のＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２およびＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２に制御電流が供給される
The connection point d of the
図４に基づき、巻線３のステータ突極２ｂへの巻装構造について説明する。図４は、巻線３が巻装されたステータ突極２ｂを平面上に展開した図である。上述のように、ステータ突極Ｓ１にＵ相の巻線Ｕ１が巻装され、ステータ突極Ｓ２にＶ相の巻線Ｖ１が巻装され、ステータ突極Ｓ３にＷ相の巻線Ｗ１が巻装され、ステータ突極Ｓ４にＵ相の巻線Ｕ２が巻装され、ステータ突極Ｓ５にＶ相の巻線Ｖ２が巻装され、ステータ突極Ｓ６にＷ相の巻線Ｗ２が巻装されている。ここで、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２およびＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２は、全て同方向に巻かれており、本実施形態では、紙面視において、全て反時計方向に巻かれている。
A winding structure of the winding 3 around the stator
上述のように、ステータ突極２ｂの数を「６」とし、ロータ突極４ｂの数を「８」とし、ステータ突極２ｂのそれぞれに円周方向に順に、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｗ相の巻線Ｗ１、Ｕ相の巻線Ｕ２、Ｖ相の巻線Ｖ２をＷ相の巻線Ｗ２を巻装するＳＲモータ１とすることで、３相のインバータ６０により動作するＳＲモータ装置Ａとすることができる。これにより、例えば、図１８に示す従来例のインバータ６００に対し、半導体スイッチ素子の数を２つ減らすことができ、モータ駆動装置のコストの低減および小型化を実現することができる。
As described above, the number of stator
次に、図５から図１２に基づき、本実施形態のＳＲモータ装置Ａの動作について説明する。図５は、一の方向にＳＲモータのロータを回転させるときに、駆動制御部が、第１乃至第６の半導体スイッチ素子に供給する動作信号を示すタイミングチャート図である。図６は、図５の動作信号が駆動制御部から第１乃至第６の半導体スイッチ素子に供給されたときに巻線に流れる電流を示す図である。 Next, the operation of the SR motor apparatus A of the present embodiment will be described based on FIGS. FIG. 5 is a timing chart showing operation signals supplied to the first to sixth semiconductor switch elements by the drive control unit when the rotor of the SR motor is rotated in one direction. FIG. 6 is a diagram illustrating a current flowing through the winding when the operation signal of FIG. 5 is supplied from the drive control unit to the first to sixth semiconductor switch elements.
図７から図１２は、図５に示す動作信号を駆動制御部７０から第１乃至第６の半導体スイッチ素子に供給するタイミング、および、図５に示す動作信号が駆動制御部７０から第１乃至第６の半導体スイッチ素子に供給されたときのＳＲモータのロータの動作を説明する図である。
7 to 12 show timings at which the operation signals shown in FIG. 5 are supplied from the
図５において、動作信号ＵＨは駆動制御部７０から第１の半導体スイッチ素子６１ａに供給される信号であり、動作信号ＵＬは駆動制御部７０から第２の半導体スイッチ素子６１ｂに供給される動作信号である。動作信号ＶＨは駆動制御部７０から第３の半導体スイッチ素子６２ａに供給される信号であり、動作信号ＶＬは駆動制御部７０から第４の半導体スイッチ素子６２ｂに供給される動作信号である。動作信号ＷＨは駆動制御部７０から第５の半導体スイッチ素子６３ａに供給される信号であり、動作信号ＷＬは駆動制御部７０から第６の半導体スイッチ素子６３ｂに供給される動作信号である。
In FIG. 5, the operation signal UH is a signal supplied from the
ここで、縦軸は、各動作信号（ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ）のオンオフを示し、各動作信号（ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ）は、第１乃至第６の半導体スイッチ素子（６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ）にオン動作を指令するときは「１」であり、オフ動作を指令するときは「０」である。また、横軸は、時刻Ｔを示し、時刻Ｔ０から時刻Ｔ６が、駆動制御部７０から供給される動作信号の一周期を示し、時刻Ｔ０から時刻Ｔ６は電気角３６０°に相当する。
Here, the vertical axis indicates on / off of each operation signal (UH, UL, VH, VL, WH, WL), and each operation signal (UH, UL, VH, VL, WH, WL) It is “1” when an on operation is commanded to the six semiconductor switch elements (61a, 61b, 62a, 62b, 63a, 63b), and “0” when an off operation is commanded. The horizontal axis indicates time T, time T0 to time T6 indicate one cycle of the operation signal supplied from the
ここで、時刻Ｔ０から時刻Ｔ６は、（１）時刻Ｔ０から時刻Ｔ１、（２）時刻Ｔ１から時刻Ｔ２、（３）時刻Ｔ２から時刻Ｔ３、（４）時刻Ｔ３から時刻Ｔ４、（５）刻Ｔ４から時刻Ｔ５、（６）時刻Ｔ５から時刻Ｔ６に６等分されており、それらは電気角６０°に相当する。 Here, from time T0 to time T6, (1) time T0 to time T1, (2) time T1 to time T2, (3) time T2 to time T3, (4) time T3 to time T4, (5) time It is divided into six equal parts from T4 to time T5 and (6) time T5 to time T6, which corresponds to an electrical angle of 60 °.
同図は、一の方向にＳＲモータのロータを回転させるときの駆動制御部７０からの各動作信号（ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ）を示したものであり、（１）時刻Ｔ０から時刻Ｔ１においては、動作信号ＵＨ、ＶＬが「１」であり、（２）時刻Ｔ１から時刻Ｔ２においては、動作信号ＶＬ、ＷＨが「１」であり、（３）時刻Ｔ２から時刻Ｔ３においては、動作信号ＵＬ、ＷＨが「１」である。また、（４）時刻Ｔ３から時刻Ｔ４においては、動作信号ＵＬ、ＶＨが「１」であり、（５）時刻Ｔ４から時刻Ｔ５においては、動作信号ＶＨ、ＷＬが「１」であり、（６）時刻Ｔ５から時刻Ｔ６においては、動作信号ＵＨ、ＷＬが「１」である。
The figure shows each operation signal (UH, UL, VH, VL, WH, WL) from the
次に、図６に基づき、図５に示す動作信号（ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ）が駆動制御部７０から第１乃至第６の半導体スイッチ素子（６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ）に供給されたときにＵ相乃至Ｗ相の巻線（Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２）に流れる電流を説明する。
Next, based on FIG. 6, the operation signals (UH, UL, VH, VL, WH, WL) shown in FIG. 5 are transmitted from the
（１）時刻Ｔ０から時刻Ｔ１において、動作信号ＵＨ、ＶＬが「１」となると、第１および第４の半導体スイッチ素子６１ａ、６２ｂがオンとなり、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２からＶ相の巻線Ｖ１、Ｖ２に電流が流れる。（２）時刻Ｔ１から時刻Ｔ２において、動作信号ＶＬ、ＷＨが「１」となると、第４および第５の半導体スイッチ素子６２ｂ、６３ａがオンとなり、Ｗ相の巻線Ｗ１、Ｗ２からＶ相の巻線Ｖ１、Ｖ２に電流が流れる。
(1) From time T0 to time T1, when the operation signals UH and VL are “1”, the first and fourth
（３）時刻Ｔ２から時刻Ｔ３において、動作信号ＵＬ、ＷＨが「１」となると、第２および第５の半導体スイッチ素子６１ｂ、６３ａがオンとなり、Ｗ相の巻線Ｗ１、Ｗ２からＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２に電流が流れる。（４）時刻Ｔ３から時刻Ｔ４において、動作信号ＵＬ、ＶＨが「１」となると、第２および第３の半導体スイッチ素子６１ｂ、６２ａがオンとなり、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２からＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２に電流が流れる。
(3) From time T2 to time T3, when the operation signals UL and WH are “1”, the second and fifth
（５）時刻Ｔ４から時刻Ｔ５において、動作信号ＶＨ、ＷＬが「１」となると、第３および第６の半導体スイッチ素子６２ａ、６３ｂがオンとなり、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２からＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２に電流が流れる。（６）時刻Ｔ５から時刻Ｔ６において、動作信号ＵＨ、ＷＬが「１」となると、第１および第６の半導体スイッチ素子６１ａ、６３ｂがオンとなり、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２からＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２に電流が流れる。
(5) From time T4 to time T5, when the operation signals VH and WL are “1”, the third and sixth
《（１）⇒（２）》
ここで、（１）では、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２からＶ相の巻線Ｖ１、Ｖ２に向けて電流が流れ、その後制御電流が転流され、（２）では、Ｗ相の巻線Ｗ１、Ｗ２からＶ相の巻線Ｖ１、Ｖ２に向けて電流が流れる。そのため、（１）および（２）では、ともにＶ相の巻線Ｖ１、Ｖ２に同方向の電流が流れるため、（１）にてＶ相の巻線Ｖ１、Ｖ２に蓄えられた電気エネルギーは、（２）にて打ち消されることなく有効に利用される。そのため、（１）から（２）への制御電流の転流が効率よく円滑になされる。
<< (1) ⇒ (2) >>
Here, in (1), current flows from the U-phase windings U1 and U2 toward the V-phase windings V1 and V2, and then the control current is commutated. In (2), the W-phase windings Current flows from W1 and W2 toward the V-phase windings V1 and V2. Therefore, in both (1) and (2), currents in the same direction flow in the V-phase windings V1 and V2, so the electrical energy stored in the V-phase windings V1 and V2 in (1) is It is used effectively without being canceled in (2). Therefore, the commutation of the control current from (1) to (2) is performed efficiently and smoothly.
《（２）⇒（３）》
同様に、（２）では、Ｗ相の巻線Ｗ１、Ｗ２からＶ相の巻線Ｖ１、Ｖ２に向けて電流が流れ、その後制御電流が転流され、（３）では、Ｗ相の巻線Ｗ１、Ｗ２からＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２に向けて電流が流れる。そのため、（２）および（３）では、ともにＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２に同方向の電流が流れるため、（２）にてＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２に蓄えられた電気エネルギーは、（３）にて打ち消されることなく、有効に利用される。そのため、（２）から（３）への制御電流の転流が効率よく円滑になされる。
<< (2) ⇒ (3) >>
Similarly, in (2), current flows from the W-phase windings W1 and W2 toward the V-phase windings V1 and V2, and then the control current is commutated. In (3), the W-phase windings Current flows from W1 and W2 toward the U-phase windings U1 and U2. Therefore, in both (2) and (3), currents in the same direction flow in the W-phase windings W1 and W2, so the electrical energy stored in the W-phase windings W1 and W2 in (2) is It is used effectively without being canceled in (3). Therefore, the commutation of the control current from (2) to (3) is performed efficiently and smoothly.
《（３）⇒（４）》
（３）では、Ｗ相の巻線Ｗ１、Ｗ２からＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２に向けて電流が流れ、その後制御電流が転流され、（４）では、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２からＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２に向けて電流が流れる。そのため、（３）および（４）では、ともにＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２に同方向の電流が流れるため、（３）にてＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２に蓄えられた電気エネルギーは、（４）にて打ち消されることなく有効に利用される。そのため、（３）から（（４）への制御電流の転流が効率よく円滑になされる。
<< (3) ⇒ (4) >>
In (3), current flows from W-phase windings W1 and W2 to U-phase windings U1 and U2, and then control current is commutated. In (4), V-phase windings V1 and V2 are transferred. To the U-phase windings U1 and U2. For this reason, in (3) and (4), currents in the same direction flow in the U-phase windings U1 and U2, so the electrical energy stored in the U-phase windings U1 and U2 in (3) is It is used effectively without being canceled in (4). Therefore, commutation of the control current from (3) to ((4) is performed efficiently and smoothly.
《（４）⇒（５）》
（４）では、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２からＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２に向けて電流が流れ、その後制御電流が転流され、（５）では、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２からＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２に向けて電流が流れる。そのため、（４）および（５）では、ともにＶ相の巻線Ｖ１、Ｖ２に同方向の電流が流れるため、（４）にてＶ相の巻線Ｖ１、Ｖ２に蓄えられた電気エネルギーは、（５）にて打ち消されることなく、有効に利用される。そのため、（４）から（５）への制御電流の転流が効率よく円滑になされる。
<< (4) ⇒ (5) >>
In (4), current flows from the V-phase windings V1, V2 to the U-phase windings U1, U2, and then the control current is commutated. In (5), the V-phase windings V1, V2 To the W-phase windings W1 and W2. Therefore, in both (4) and (5), currents in the same direction flow in the V-phase windings V1 and V2, so the electrical energy stored in the V-phase windings V1 and V2 in (4) is It is used effectively without being canceled in (5). Therefore, the commutation of the control current from (4) to (5) is performed efficiently and smoothly.
《（５）⇒（６）》
（５）では、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２からＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２に向けて電流が流れ、その後制御電流が転流され、（６）では、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２からＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２に向けて電流が流れる。そのため、（５）および（６）では、ともにＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２に同方向の電流が流れるため、（５）にてＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２に蓄えられた電気エネルギーは、（６）にて打ち消されることなく有効に利用される。そのため、（５）から（６）への制御電流の転流が効率よく円滑になされる。
<< (5) ⇒ (6) >>
In (5), current flows from the V-phase windings V1, V2 to the W-phase windings W1, W2, and then the control current is commutated. In (6), in U-phase windings U1, U2 To the W-phase windings W1 and W2. Therefore, in both (5) and (6), currents in the same direction flow in the W-phase windings W1 and W2, so the electrical energy stored in the W-phase windings W1 and W2 in (5) is It is used effectively without being canceled in (6). Therefore, the commutation of the control current from (5) to (6) is performed efficiently and smoothly.
《（６）⇒（１）》
このように（１）から（６）の電気角３６０°の一周期において、転流が効率よく円滑になされる。そして、その後、（６）から（１）への制御電流の転流においても、（６）では、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２からＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２に向けて電流が流れ、その後制御電流が転流され、（１）では、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２からＶ相の巻線Ｖ１、Ｖ２に向けて電流が流れる。そのため、（６）および（１）では、ともにＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２に同方向の電流が流れるため、（６）にてＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２に蓄えられた電気エネルギーは、（１）にて打ち消されることなく有効に利用される。そのため、（６）から（１）への制御電流の転流が効率よく円滑になされる。この結果、（１）から（６）の転流が順次繰り替えられても各転流は効率よく円滑になされる。
<< (6) ⇒ (1) >>
Thus, commutation is efficiently and smoothly performed in one cycle of electrical angle 360 ° from (1) to (6). Then, also in the commutation of the control current from (6) to (1), in (6), current flows from the U-phase windings U1 and U2 toward the W-phase windings W1 and W2, Thereafter, the control current is commutated, and in (1), current flows from the U-phase windings U1 and U2 toward the V-phase windings V1 and V2. Therefore, in (6) and (1), since the current in the same direction flows in the U-phase windings U1 and U2, the electrical energy stored in the U-phase windings U1 and U2 in (6) is It is used effectively without being canceled in (1). Therefore, the commutation of the control current from (6) to (1) is performed efficiently and smoothly. As a result, even if the commutations (1) to (6) are sequentially repeated, each commutation is efficiently and smoothly performed.
次に、図７から図１２に基づき、図５に示す動作信号（ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ）を駆動制御部７０から第１乃至第６の半導体スイッチ素子（６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ）に供給するタイミング、および、図５に示す動作信号（ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ）が駆動制御部７０から第１乃至第６の半導体スイッチ素子（６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ）を供給されたときのＳＲモータ１のロータ４の動作等を説明する。なお、図７に示すように、ロータ４を紙面視にて、時計方向ＣＷに回転させる場合につき説明する。
Next, based on FIGS. 7 to 12, the operation signals (UH, UL, VH, VL, WH, WL) shown in FIG. 5 are sent from the
図７から図１２において、基準線ＢＬ１は、ＳＲモータ１のシャフト１２の軸心Ｏとステータ突極Ｓ１の円周方向の中央を結んだ線であり、ステータ突極Ｓ１の基準位置を示す線であり、基準線ＢＬ２は、ＳＲモータ１のシャフト１２の軸心Ｏロータと突極Ｒ１の円周方向の中央を結んだ線であり、ロータ突極Ｒ１の基準位置を示す線である。また、回転角度ξは、図７から図１２においては、基準線ＢＬ１に対する基準線ＢＬ２の相対角度を示し、回転角度ξは、ステータ２に対するロータ４の回転角度を示すものである。なお、回転角度ξは、図７から図１２においては、時計方向ＣＷを正とする。
7 to 12, a reference line BL1 is a line connecting the axis O of the
本実施形態のモータ駆動装置５０は、ＳＲモータ１に取り付けられたレゾルバ１０にてステータ２に対するロータ４の回転角度ξを検出し、検出された回転角度ξに基づき駆動制御部７０から供給する動作信号（ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ）を制御し、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２、およびＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２へ制御電流を供給する。
The
図７では、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２およびＶ相の巻線Ｖ１、Ｖ２への制御電流の供給を開始するタイミング、すなわち、図５にて「時刻Ｔ０」と設定し、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２およびＶ相の巻線Ｖ１、Ｖ２への制御電流の供給を開始するときのＳＲモータ１が示される。ここで、同図では、ステータ突極Ｓ１に対して、ロータ突極Ｒ１が回転角度ξ（Ｔ０）の位置の状態のＳＲモータ１が示される。本実施形態では、回転角度ξ（Ｔ０）は「−６°」に設定され、レゾルバ１０により検出される回転角度ξが「−６°」のときに「時刻Ｔ０」と設定され、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２およびＶ相の巻線Ｖ１、Ｖ２への制御電流の供給を開始する。
In FIG. 7, the timing for starting the supply of control current to the U-phase windings U1 and U2 and the V-phase windings V1 and V2, that is, “time T0” in FIG. The
さらに、同図は、回転角度ξ（Ｔ０）のときに、ＳＲモータ１に形成される磁束φ０ａ、φ０ｂ、およびロータ４の動作を示す。回転角度ξ（Ｔ０）のとき、ロータ突極Ｒ１、Ｒ２は、ステータ突極Ｓ１、Ｓ２に対し、それぞれ近接した状態にて反時計方向ＣＣＷに若干ずれている。従って、Ｕ相の巻線Ｕ１およびＶ相の巻線Ｖ１に制御電流が供給されると、順に、ステータ突極Ｓ１、ロータ突極Ｒ１、ロータ本体４ａ、ロータ突極Ｒ２、ステータ突極Ｓ２、ステータ本体２ａを経路とする磁束φ０ａが流れる。
Further, the figure shows the magnetic fluxes φ0a and φ0b formed in the
同様に、回転角度ξ（Ｔ０）のとき、ロータ突極Ｒ５、Ｒ６は、ステータ突極Ｓ４、Ｓ５に対し、それぞれ近接した状態にて反時計方向ＣＣＷに若干ずれている。従って、Ｕ相の巻線Ｕ２およびＶ相の巻線Ｖ２に制御電流が供給されると、順に、ステータ突極Ｓ４、ロータ突極Ｒ５、ロータ本体４ａ、ロータ突極Ｒ６、ステータ突極Ｓ５、ステータ本体２ａを経路とする磁束φ０ｂが流れる。
Similarly, at the rotation angle ξ (T0), the rotor salient poles R5 and R6 are slightly deviated in the counterclockwise direction CCW while being close to the stator salient poles S4 and S5, respectively. Therefore, when a control current is supplied to the U-phase winding U2 and the V-phase winding V2, the stator salient pole S4, the rotor salient pole R5, the
このとき、上記に示す磁束φ０ａ、φ０ｂの磁束量を増大させようとする作用がＳＲモータ１に生じる。ここで、磁束φ０ａ、φ０ｂの磁束量は、一つには、ステータ突極Ｓ１とロータ突極Ｒ１との対向面積と、ステータ突極Ｓ２とロータ突極Ｒ２との対向面積の総和を大きくすることにより増大する。そのため、磁束φ０ａ、φ０ｂの磁束量を増大させるべく、ロータ突極Ｒ１、Ｒ２には、ロータ４を時計方向ＣＷに回転させる吸引力が生じる。同様に、ロータ突極Ｒ５、Ｒ６にも、ロータ４を時計方向ＣＷに回転させる吸引力が生じ、結果としてロータ４は、時計方向ＣＷに回転する。
At this time, the
ここで、次の転流までＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２およびＶ相の巻線Ｖ１、Ｖ２に制御電流が供給されるのは、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの電気角６０°の時間であり、そのときロータ４は、機械角「１５°」回転する。
Here, the control current is supplied to the U-phase windings U1 and U2 and the V-phase windings V1 and V2 until the next commutation for a time of an electrical angle of 60 ° from time T0 to time T1. At that time, the
《図８：Ｔ１⇒Ｔ２：９°》
図８では、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２およびＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２への制御電流の供給を開始するタイミング、すなわち、図５にて「時刻Ｔ１」と設定し、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２およびＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２への制御電流の供給を開始するときのＳＲモータ１が示される。ここで、同図では、ステータ突極Ｓ１に対して、ロータ突極Ｒ１が回転角度ξ（Ｔ１）の位置の状態のＳＲモータが示される。本実施形態では、回転角度ξ（Ｔ１）は「９°」に設定され、レゾルバ１０により検出される回転角度ξが「９°」のときに「時刻Ｔ１」と設定され、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２およびＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２への制御電流の供給を開始する。
<< Figure 8: T1⇒T2: 9 ° >>
In FIG. 8, the timing for starting the supply of control current to the V-phase windings V1 and V2 and the W-phase windings W1 and W2, that is, “time T1” in FIG. The
さらに、同図は、回転角度ξ（Ｔ１）のときに、ＳＲモータ１に形成される磁束φ１ａ、φ１ｂ、およびロータ４の動作を示す。回転角度ξ（Ｔ１）のとき、ロータ突極Ｒ２、Ｒ３は、ステータ突極Ｓ２、Ｓ３に対し、それぞれ近接した状態にて反時計方向ＣＣＷに若干ずれている。従って、Ｖ相の巻線Ｖ１およびＷ相の巻線Ｗ１に制御電流が供給されると、順に、ステータ突極Ｓ３、ロータ突極Ｒ３、ロータ本体４ａ、ロータ突極Ｒ２、ステータ突極Ｓ２、ステータ本体２ａを経路とする磁束φ１ａが流れる。
Further, the figure shows the magnetic fluxes φ1a and φ1b formed in the
同様に、回転角度ξ（Ｔ１）のとき、ロータ突極Ｒ６、Ｒ７は、ステータ突極Ｓ５、Ｓ６に対し、それぞれ近接した状態にて反時計方向ＣＣＷに若干ずれている。従って、Ｖ相の巻線Ｖ２およびＷ相の巻線Ｗ２に制御電流が供給されると、順に、ステータ突極Ｓ６、ロータ突極Ｒ７、ロータ本体４ａ、ロータ突極Ｒ６、ステータ突極Ｓ５、ステータ本体２ａを経路とする磁束φ１ｂが流れる。
Similarly, at the rotation angle ξ (T1), the rotor salient poles R6 and R7 are slightly shifted in the counterclockwise direction CCW while being close to the stator salient poles S5 and S6, respectively. Accordingly, when a control current is supplied to the V-phase winding V2 and the W-phase winding W2, the stator salient pole S6, the rotor salient pole R7, the
このとき、上記に示す磁束φ１ａ、φ１ｂの磁束量を増大させようとする作用がＳＲモータ１に生じる。ここで、磁束φ１ａ、φ１ｂの磁束量は、一つには、ステータ突極Ｓ２とロータ突極Ｒ２との対向面積と、ステータ突極Ｓ３とロータ突極Ｒ３との対向面積の総和を大きくすることにより増大する。そのため、磁束φ１ａ、φ１ｂの磁束量を増大させるべく、ロータ突極Ｒ２、Ｒ３には、ロータ４を時計方向ＣＷに回転させる吸引力が生じる。同様に、ロータ突極Ｒ６、Ｒ７にも、ロータ４を時計方向ＣＷに回転させる吸引力が生じ、結果としてロータ４は、時計方向ＣＷに回転する。
At this time, the
ここで、次の転流までＶ相の巻線Ｖ１、Ｖ２およびＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２に制御電流が供給されるのは、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの電気角６０°の時間であり、そのときロータ４は、機械角１５°回転する。
Here, the control current is supplied to the V-phase windings V1 and V2 and the W-phase windings W1 and W2 until the next commutation for a time of an electrical angle of 60 ° from time T1 to time T2. At that time, the
図９では、Ｗ相の巻線Ｗ１、Ｗ２およびＵ相の巻線Ｕ２、Ｕ１への制御電流の供給を開始するタイミング、すなわち、図５にて「時刻Ｔ２」と設定し、Ｗ相の巻線Ｗ１、Ｗ２およびＵ相の巻線Ｕ２、Ｕ１への制御電流の供給を開始するときのＳＲモータ１が示される。ここで、同図では、ステータ突極Ｓ１に対して、ロータ突極Ｒ１が回転角度ξ（Ｔ２）の位置の状態のＳＲモータ１が示される。本実施形態では、回転角度ξ（Ｔ２）は「２４°」に設定され、レゾルバ１０により検出される回転角度ξが「２４°」のときに「時刻Ｔ２」と設定され、Ｗ相の巻線Ｗ１、Ｗ２およびＵ相の巻線Ｕ２、Ｕ１への制御電流の供給を開始する。
In FIG. 9, the timing for starting the supply of the control current to the W-phase windings W1 and W2 and the U-phase windings U2 and U1, that is, “time T2” in FIG. The
さらに、同図は、回転角度ξ（Ｔ２）のときに、ＳＲモータ１に形成される磁束φ２ａ、φ２ｂ、およびロータ４の動作を示す。回転角度ξ（Ｔ２）のとき、ロータ突極Ｒ３、Ｒ４は、ステータ突極Ｓ３、Ｓ４に対し、それぞれ近接した状態にて反時計方向ＣＣＷに若干ずれている。従って、Ｗ相の巻線Ｗ１およびＵ相の巻線Ｕ２に制御電流が供給されると、順に、ステータ突極Ｓ３、ロータ突極Ｒ３、ロータ本体４ａ、ロータ突極Ｒ４、ステータ突極Ｓ４、ステータ本体２ａを経路とする磁束φ１ａが流れる。
Further, the figure shows the magnetic fluxes φ2a and φ2b formed in the
同様に、回転角度ξ（Ｔ２）のとき、ロータ突極Ｒ７、Ｒ８は、ステータ突極Ｓ６、Ｓ１に対し、それぞれ近接した状態にて反時計方向ＣＣＷに若干ずれている。従って、Ｗ相の巻線Ｗ２およびＵ相の巻線Ｕ１に制御電流が供給されると、順に、ステータ突極Ｓ６、ロータ突極Ｒ７、ロータ本体４ａ、ロータ突極Ｒ８、ステータ突極Ｓ１、ステータ本体２ａを経路とする磁束φ２ｂが流れる。
Similarly, at the rotation angle ξ (T2), the rotor salient poles R7 and R8 are slightly shifted in the counterclockwise direction CCW while being close to the stator salient poles S6 and S1, respectively. Therefore, when a control current is supplied to the W-phase winding W2 and the U-phase winding U1, the stator salient pole S6, the rotor salient pole R7, the
このとき、上記に示す磁束φ２ａ、φ２ｂの磁束量を増大させようとする作用がＳＲモータ１に生じる。ここで、磁束φ２ａ、φ２ｂの磁束量は、一つには、ステータ突極Ｓ３とロータ突極Ｒ３との対向面積と、ステータ突極Ｓ４とロータ突極Ｒ４との対向面積の総和を大きくすることにより増大する。そのため、磁束φ１ａ、φ１ｂの磁束量を増大させるべく、ロータ突極Ｒ３、Ｒ４には、ロータ４を時計方向ＣＷに回転させる吸引力が生じる。同様に、ロータ突極Ｒ７、Ｒ８にも、ロータ４を時計方向ＣＷに回転させる吸引力が生じ、結果としてロータ４は、時計方向ＣＷに回転する。
At this time, the
ここで、次の転流までＷ相の巻線Ｗ１、Ｗ２およびＵ相の巻線Ｕ２、Ｕ１に制御電流が供給されるのは、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの電気角６０°の時間であり、そのときロータ４は、機械角１５°回転する。
Here, the control current is supplied to the W-phase windings W1 and W2 and the U-phase windings U2 and U1 until the next commutation for a time of an electrical angle of 60 ° from time T2 to time T3. At that time, the
図１０では、Ｕ相の巻線Ｕ２、Ｕ１およびＶ相の巻線Ｖ２、Ｖ１への制御電流の供給を開始するタイミング、すなわち、図５にて「時刻Ｔ３」と設定し、Ｕ相の巻線Ｕ２、Ｕ１およびＶ相の巻線Ｖ２、Ｖ１への制御電流の供給を開始するときのＳＲモータ１が示される。ここで、同図では、ステータ突極Ｓ１に対して、ロータ突極Ｒ１が回転角度ξ（Ｔ３）回転した状態のＳＲモータ１が示される。本実施形態では、回転角度ξ（Ｔ３）は「３９°」に設定され、レゾルバ１０により検出される回転角度ξが「３９°」のときに「時刻Ｔ３」と設定され、Ｕ相の巻線Ｕ２、Ｕ１およびＶ相の巻線Ｖ２、Ｖ１への制御電流の供給を開始する。
In FIG. 10, the timing for starting the supply of control current to the U-phase windings U2 and U1 and the V-phase windings V2 and V1, that is, “time T3” in FIG. The
さらに、同図は、回転角度ξ（Ｔ３）のときに、ＳＲモータ１に形成される磁束φ３ａ、φ３ｂ、およびロータ４の動作を示す。回転角度ξ（Ｔ３）のとき、ロータ突極Ｒ４、Ｒ５は、ステータ突極Ｓ４、Ｓ５に対し、それぞれ近接した状態にて反時計方向ＣＣＷに若干ずれている。従って、Ｕ相の巻線Ｕ２およびＶ相の巻線Ｖ２に制御電流が供給されると、順に、ステータ突極Ｓ５、ロータ突極Ｒ５、ロータ本体４ａ、ロータ突極Ｒ４、ステータ突極Ｓ４、ステータ本体２ａを経路とする磁束φ３ａが流れる。
Furthermore, the figure shows the magnetic fluxes φ3a and φ3b formed in the
同様に、回転角度ξ（Ｔ３）のとき、ロータ突極Ｒ８、Ｒ１は、ステータ突極Ｓ１、Ｓ２に対し、それぞれ近接した状態にて反時計方向ＣＣＷに若干ずれている。従って、Ｕ相の巻線Ｕ１およびＶ相の巻線Ｖ１に制御電流が供給されると、順に、ステータ突極Ｓ２、ロータ突極Ｒ１、ロータ本体４ａ、ロータ突極Ｒ８、ステータ突極Ｓ１、ステータ本体２ａを経路とする磁束φ３ｂが流れる。
Similarly, at the rotation angle ξ (T3), the rotor salient poles R8 and R1 are slightly deviated in the counterclockwise direction CCW while being close to the stator salient poles S1 and S2, respectively. Therefore, when the control current is supplied to the U-phase winding U1 and the V-phase winding V1, the stator salient pole S2, the rotor salient pole R1, the
このとき、上記に示す磁束φ３ａ、φ３ｂの磁束量を増大させようとする作用がＳＲモータ１に生じる。ここで、磁束φ３ａ、φ３ｂの磁束量は、一つには、ステータ突極Ｓ４とロータ突極Ｒ４との対向面積と、ステータ突極Ｓ５とロータ突極Ｒ５との対向面積の総和を大きくすることにより増大する。そのため、磁束φ３ａ、φ３ｂの磁束量を増大させるべく、ロータ突極Ｒ４、Ｒ５には、ロータ４を時計方向ＣＷに回転させる吸引力が生じる。同様に、ロータ突極Ｒ８、Ｒ１にも、ロータ４を時計方向ＣＷに回転させる吸引力が生じ、結果としてロータ４は、時計方向ＣＷに回転する。
At this time, the
ここで、次の転流までＵ相の巻線Ｕ２、Ｕ１およびＶ相の巻線Ｖ２、Ｖ１に制御電流が供給されるのは、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの電気角６０°の時間であり、そのときロータ４は、機械角１５°回転する。
Here, the control current is supplied to the U-phase windings U2 and U1 and the V-phase windings V2 and V1 until the next commutation for a time of an electrical angle of 60 ° from time T3 to time T4. At that time, the
図１１では、Ｖ相の巻線Ｖ２、Ｖ１およびＷ相の巻線Ｗ２、Ｗ１への制御電流の供給を開始するタイミング、すなわち、図５にて「時刻Ｔ４」と設定し、Ｖ相の巻線Ｖ２、Ｖ１およびＷ相の巻線Ｗ２、Ｗ１への制御電流の供給を開始するときのＳＲモータ１が示される。ここで、同図では、ステータ突極Ｓ１に対して、ロータ突極Ｒ１が回転角度ξ（Ｔ４）回転した状態のＳＲモータ１が示される。本実施形態では、回転角度ξ（Ｔ４）は「５４°」に設定され、レゾルバ１０により検出される回転角度ξが「５４°」のときに「時刻Ｔ４」と設定され、Ｖ相の巻線Ｖ２、Ｖ１およびＷ相の巻線Ｗ２、Ｗ１への制御電流の供給を開始する。
In FIG. 11, the timing for starting the supply of the control current to the V-phase windings V2, V1 and the W-phase windings W2, W1, ie, “time T4” in FIG. The
さらに、同図は、回転角度ξ（Ｔ４）のときに、ＳＲモータ１に形成される磁束φ４ａ、φ４ｂ、およびロータ４の動作を示す。回転角度ξ（Ｔ４）のとき、ロータ突極Ｒ５、Ｒ６は、ステータ突極Ｓ５、Ｓ６に対し、それぞれ近接した状態にて反時計方向ＣＣＷに若干ずれている。従って、Ｖ相の巻線Ｖ２およびＷ相の巻線Ｗ２に制御電流が供給されると、順に、ステータ突極Ｓ５、ロータ突極Ｒ５、ロータ本体４ａ、ロータ突極Ｒ６、ステータ突極Ｓ６、ステータ本体２ａを経路とする磁束φ４ａが流れる。
Further, the figure shows the magnetic fluxes φ4a and φ4b formed in the
同様に、回転角度ξ（Ｔ４）のとき、ロータ突極Ｒ１、Ｒ２は、ステータ突極Ｓ２、Ｓ３に対し、それぞれ近接した状態にて反時計方向ＣＣＷに若干ずれている。従って、Ｖ相の巻線Ｖ１およびＷ相の巻線Ｗ１に制御電流が供給されると、順に、ステータ突極Ｓ２、ロータ突極Ｒ１、ロータ本体４ａ、ロータ突極Ｒ２、ステータ突極Ｓ２、ステータ本体２ａを経路とする磁束φ４ｂが流れる。
Similarly, at the rotation angle ξ (T4), the rotor salient poles R1 and R2 are slightly deviated in the counterclockwise direction CCW while being close to the stator salient poles S2 and S3, respectively. Therefore, when a control current is supplied to the V-phase winding V1 and the W-phase winding W1, the stator salient pole S2, the rotor salient pole R1, the
このとき、上記に示す磁束φ４ａ、φ４ｂの磁束量を増大させようとする作用がＳＲモータ１に生じる。ここで、磁束φ４ａ、φ４ｂの磁束量は、一つには、ステータ突極Ｓ５とロータ突極Ｒ５との対向面積と、ステータ突極Ｓ６とロータ突極Ｒ６との対向面積の総和を大きくすることにより増大する。そのため、磁束φ４ａ、φ４ｂの磁束量を増大させるべく、ロータ突極Ｒ５、Ｒ６には、ロータ４を時計方向ＣＷに回転させる吸引力が生じる。同様に、ロータ突極Ｒ１、Ｒ２にも、ロータ４を時計方向ＣＷに回転させる吸引力が生じ、結果としてロータ４は、時計方向ＣＷに回転する。
At this time, the
ここで、次の転流までＶ相の巻線Ｖ２、Ｖ１およびＷ相の巻線Ｗ２、Ｗ１に制御電流が供給されるのは、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの電気角６０°の時間であり、そのときロータ４は、機械角１５°回転する。
Here, the control current is supplied to the V-phase windings V2 and V1 and the W-phase windings W2 and W1 until the next commutation for a time of an electrical angle of 60 ° from time T4 to time T5. At that time, the
図１２では、Ｗ相の巻線Ｗ２、Ｗ１およびＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２への制御電流の供給を開始するタイミング、すなわち、図５にて「時刻Ｔ５」と設定し、Ｗ相の巻線Ｗ２、Ｗ１およびＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２への制御電流の供給を開始するときのＳＲモータ１が示される。ここで、同図では、ステータ突極Ｓ１に対して、ロータ突極Ｒ１が回転角度ξ（Ｔ５）回転した状態のＳＲモータ１が示される。本実施形態では、回転角度ξ（Ｔ５）は「６９°」に設定され、レゾルバ１０により検出される回転角度ξが「６９°」のときに「時刻Ｔ５」と設定され、Ｗ相の巻線Ｗ２、Ｗ１およびＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２への制御電流の供給を開始する。
In FIG. 12, the timing for starting the supply of control current to the W-phase windings W2 and W1 and the U-phase windings U1 and U2, that is, “time T5” in FIG. The
さらに、同図は、回転角度ξ（Ｔ５）のときに、ＳＲモータ１に形成される磁束φ５ａ、φ５ｂ、およびロータ４の動作を示す。回転角度ξ（Ｔ５）のとき、ロータ突極Ｒ６、Ｒ７は、ステータ突極Ｓ６、Ｓ１に対し、それぞれ近接した状態にて反時計方向ＣＣＷに若干ずれている。従って、Ｗ相の巻線Ｗ２およびＵ相の巻線Ｕ１に制御電流が供給されると、順に、ステータ突極Ｓ１、ロータ突極Ｒ７、ロータ本体４ａ、ロータ突極Ｒ６、ステータ突極Ｓ６、ステータ本体２ａを経路とする磁束φ５ａが流れる。
Further, the figure shows the magnetic fluxes φ5a and φ5b formed in the
同様に、回転角度ξ（Ｔ５）のとき、ロータ突極Ｒ２、Ｒ３は、ステータ突極Ｓ３、Ｓ４に対し、それぞれ近接した状態にて反時計方向ＣＣＷに若干ずれている。従って、Ｗ相の巻線Ｗ１およびＵ相の巻線Ｕ２に制御電流が供給されると、順に、ステータ突極Ｓ４、ロータ突極Ｒ３、ロータ本体４ａ、ロータ突極Ｒ２、ステータ突極Ｓ３、ステータ本体２ａを経路とする磁束φ５ｂが流れる。
Similarly, at the rotation angle ξ (T5), the rotor salient poles R2 and R3 are slightly deviated in the counterclockwise direction CCW while being close to the stator salient poles S3 and S4, respectively. Therefore, when control current is supplied to the W-phase winding W1 and the U-phase winding U2, the stator salient pole S4, the rotor salient pole R3, the
このとき、上記に示す磁束φ５ａ、φ５ｂの磁束量を増大させようとする作用がＳＲモータ１に生じる。ここで、磁束φ５ａ、φ５ｂの磁束量は、一つには、ステータ突極Ｓ６とロータ突極Ｒ６との対向面積と、ステータ突極Ｓ１とロータ突極Ｒ７との対向面積の総和を大きくすることにより増大する。そのため、磁束φ５ａ、φ５ｂの磁束量を増大させるべく、ロータ突極Ｒ６、Ｒ７には、ロータ４を時計方向ＣＷに回転させる吸引力が生じる。同様に、ロータ突極Ｒ２、Ｒ３にも、ロータ４を時計方向ＣＷに回転させる吸引力が生じ、結果としてロータ４は、時計方向ＣＷに回転する。
At this time, the
ここで、次の転流までＷ相の巻線Ｗ２、Ｗ１およびＵ相の巻線Ｕ１、Ｕ２に制御電流が供給されるのは、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの電気角６０°の時間であり、そのときロータ４は、機械角１５°回転する。図７から図１２では、電気角３６０°に相当する時刻Ｔ０から時刻Ｔ６までのＳＲモータ装置Ａの動作について説明した。このとき、ＳＲモータ１のロータ４は、合計で機械角９０°回転する。
Here, the control current is supplied to the W-phase windings W2 and W1 and the U-phase windings U1 and U2 until the next commutation for a time of an electrical angle of 60 ° from time T5 to time T6. At that time, the
次に、本実施形態のＳＲモータ１の音振動の低減効果について、図１３に基づき説明する。図１３は、ＳＲモータのロータが回転動作するときに、ＳＲモータに生じる磁束によりステータに作用する力を示す図である。同図では、Ｕ相の巻線Ｕ１およびＶ相の巻線Ｖ１に制御電流が供給された場合が示されている。
Next, the sound vibration reduction effect of the
Ｕ相の巻線Ｕ１およびＶ相の巻線Ｖ１に制御電流が供給されると、順に、ステータ突極Ｓ１、ロータ突極Ｒ１、ロータ本体４ａ、ロータ突極Ｒ２、ステータ突極Ｓ２、ステータ本体２ａを経路とする磁束φ０ａが流れるとともに、順に、ステータ突極Ｓ４、ロータ突極Ｒ５、ロータ本体４ａ、ロータ突極Ｒ６、ステータ突極Ｓ５、ステータ本体２ａを経路とする磁束φ０ｂが流れる。
When a control current is supplied to the U-phase winding U1 and the V-phase winding V1, the stator salient pole S1, the rotor salient pole R1, the
このとき、磁束φ０ａ、φ０ｂを形成する磁束線の経路を短くすべく作用する径方向の力として、力Ｆ１がステータ突極Ｓ１とロータ突極Ｒ１との間に、力Ｆ２がステータ突極Ｓ２とロータ突極Ｒ２との間に、力Ｆ３がステータ突極Ｓ４とロータ突極Ｒ５との間に、力Ｆ４がステータ突極Ｓ５とロータ突極Ｒ６との間に生じ、それらの力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）は、４箇所に分散して生じている。そして、それらの力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）により、ステータ２は変形し、ＳＲモータ１に生じる音振動の原因となる。
At this time, the force F1 is between the stator salient pole S1 and the rotor salient pole R1, and the force F2 is the stator salient pole S2 as a radial force acting to shorten the path of the magnetic flux lines forming the magnetic fluxes φ0a and φ0b. Force F3 is generated between the stator salient pole S4 and the rotor salient pole R5, and a force F4 is generated between the stator salient pole S5 and the rotor salient pole R6. , F2, F3, F4) are distributed in four places. Then, due to these forces (F1, F2, F3, F4), the
ここで、図１９に示す従来方式のＳＲモータ１００は、径方向の力として機械角１８０°対向の２箇所の位置に力（Ｆ１０、Ｆ２０）が集中して生じる。一方、本実施形態のＳＲモータ１の力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）は４箇所に分散して生じているため、力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）は力（Ｆ１０、Ｆ２０）に比して小さくなる。また、力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）は４箇所に分散して生じているため、ステータ２の変形は従来方式に比して小さくなる。そのため、ＳＲモータ１に生じる音振動は低減される。
Here, in the
次に、この発明の第２の実施形態のＳＲモータ装置について説明する。なお、第２の実施形態のＳＲモータ装置は、第１の実施形態のＳＲモータ装置Ａに比して、ＳＲモータのステータ突極の数、ロータ突極の数、および巻線の数のみ異なり、その他の部分については略同様である。従って、以下、ＳＲモータの横断面図を示す図１４に基づき第２の実施形態のＳＲモータ１のステータ突極の数、ロータ突極の数、および巻線の数についてのみ説明し、その他の部分については省略する。
Next, an SR motor device according to a second embodiment of the present invention will be described. Note that the SR motor device of the second embodiment differs from the SR motor device A of the first embodiment only in the number of stator salient poles, the number of rotor salient poles, and the number of windings of the SR motor. The other parts are substantially the same. Therefore, only the number of stator salient poles, the number of rotor salient poles, and the number of windings of the
ＳＲモータ１は、ステータ２と、ステータ２の内側にて回転自在に配置されたロータ４とを備える。ステータ２は、薄板の鋼板を積層して形成され、略円環形状のステータ本体２ａと、ステータ本体２ａの内周面から半径方向内側に一体に突出し、円周方向略等ピッチに配置された複数のステータ突極２ｂと、複数のステータ突極２ｂのそれぞれに巻装された複数の巻線３とを有する。
The
ロータ４は、薄板の鋼鈑を積層して形成され、略円環形状のロータ本体４ａと、ロータ本体４ａの外周面から半径方向外側に一体に突出し、円周方向略等ピッチに配置された複数のロータ突極４ｂとを備える。また、ロータ本体４ａの中央には、略円柱状のシャフト１２が固定され、ロータ４とシャフト１２は一体的に勘合している。ここで、第２の実施形態のＳＲモータ１は、ステータ突極２ｂの数は「３」であり、ロータ突極４ａの数は「４」である。
The
複数の巻線３のそれぞれは、ステータ２の複数のステータ突極２ｂのそれぞれに、円周方向に順に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順にて、集中巻にて巻装されている。図１４においては、ステータ突極Ｓ１にＵ相の巻線Ｕが巻装され、ステータ突極Ｓ２にＶ相の巻線Ｖが巻装され、ステータ突極Ｓ３にＷ相の巻線Ｗが巻装されている。
Each of the plurality of
次に、この発明の第３の実施形態のＳＲモータ装置について説明する。なお、第３の実施形態のＳＲモータ装置は、第１の実施形態のＳＲモータ装置Ａに比して、ＳＲモータのステータ突極の数、ロータ突極の数、および巻線の数のみ異なり、その他の部分については略同様である。従って、以下、ＳＲモータの横断面図を示す図１５に基づき第３の実施形態のＳＲモータ１のステータ突極の数、ロータ突極の数、および巻線の数についてのみ説明し、その他の部分については省略する。
Next, an SR motor device according to a third embodiment of the present invention will be described. The SR motor device of the third embodiment differs from the SR motor device A of the first embodiment only in the number of stator salient poles, the number of rotor salient poles, and the number of windings of the SR motor. The other parts are substantially the same. Therefore, hereinafter, only the number of stator salient poles, the number of rotor salient poles, and the number of windings of the
ＳＲモータ１は、ステータ２と、ステータ２の内側にて回転自在に配置されたロータ４とを備える。ステータ２は、薄板の鋼板を積層して形成され、略円環形状のステータ本体２ａと、ステータ本体２ａの内周面から半径方向内側に一体に突出し、円周方向略等ピッチに配置された複数のステータ突極２ｂと、複数のステータ突極２ｂのそれぞれに巻装された複数の巻線３とを有する。
The
ロータ４は、薄板の鋼鈑を積層して形成され、略円環形状のロータ本体４ａと、ロータ本体４ａの外周面から半径方向外側に一体に突出し、円周方向略等ピッチに配置された複数のロータ突極４ｂとを備える。また、ロータ本体４ａの中央には、略円柱状のシャフト１２が固定され、ロータ４とシャフト１２は一体的に勘合している。ここで、第２の実施形態のＳＲモータ１は、ステータ突極２ｂの数は「９」であり、ロータ突極４ａの数は「１２」である。
The
複数の巻線３のそれぞれは、ステータ２の複数のステータ突極２ｂのそれぞれに、円周方向に順に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順にて、集中巻にて巻装されている。図１５においては、ステータ突極Ｓ１にＵ相の巻線Ｕ１が巻装され、ステータ突極Ｓ２にＶ相の巻線Ｖ１が巻装され、ステータ突極Ｓ３にＷ相の巻線Ｗ１が巻装されている。また、ステータ突極Ｓ４にＵ相の巻線Ｕ２が巻装され、ステータ突極Ｓ５にＶ相の巻線Ｖ２が巻装され、ステータ突極Ｓ６にＷ相の巻線Ｗ２が巻装されている。さらに、ステータ突極Ｓ７にＵ相の巻線Ｕ３が巻装され、ステータ突極Ｓ８にＶ相の巻線Ｖ３が巻装され、ステータ突極Ｓ９にＷ相の巻線Ｗ３が巻装されている。
Each of the plurality of
ここで、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３は、それぞれ並列に接続されており、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、それぞれ並列に接続されており、Ｗ相の巻線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３は、それぞれ並列に接続されている。 Here, the U-phase windings U1, U2, and U3 are connected in parallel, and the V-phase windings V1, V2, and V3 are connected in parallel, and the W-phase winding W1, W2 and W3 are each connected in parallel.
次に、この発明の第４の実施形態のＳＲモータ装置について説明する。なお、第４の実施形態のＳＲモータ装置は、第１の実施形態のＳＲモータ装置Ａに比して、ＳＲモータのステータ突極の数、ロータ突極の数、および巻線の数のみ異なり、その他の部分については略同様である。従って、以下、ＳＲモータの横断面図を示す図１６に基づき第３の実施形態のＳＲモータ１のステータ突極の数、ロータ突極の数、および巻線の数についてのみ説明し、その他の部分については省略する。
Next, an SR motor device according to a fourth embodiment of the present invention will be described. The SR motor device of the fourth embodiment differs from the SR motor device A of the first embodiment only in the number of stator salient poles, the number of rotor salient poles, and the number of windings of the SR motor. The other parts are substantially the same. Therefore, hereinafter, only the number of stator salient poles, the number of rotor salient poles, and the number of windings of the
ＳＲモータ１は、ステータ２と、ステータ２の内側にて回転自在に配置されたロータ４とを備える。ステータ２は、薄板の鋼板を積層して形成され、略円環形状のステータ本体２ａと、ステータ本体２ａの内周面から半径方向内側に一体に突出し、円周方向略等ピッチに配置された複数のステータ突極２ｂと、複数のステータ突極２ｂのそれぞれに巻装された複数の巻線３とを有する。
The
ロータ４は、薄板の鋼鈑を積層して形成され、略円環形状のロータ本体４ａと、ロータ本体４ａの外周面から半径方向外側に一体に突出し、円周方向略等ピッチに配置された複数のロータ突極４ｂとを備える。また、ロータ本体４ａの中央には、略円柱状のシャフト１２が固定され、ロータ４とシャフト１２は一体的に勘合している。ここで、第２の実施形態のＳＲモータ１は、ステータ突極２ｂの数は「１２」であり、ロータ突極４ａの数は「１６」である。
The
複数の巻線３のそれぞれは、ステータ２の複数のステータ突極２ｂのそれぞれに、円周方向に順に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順にて、集中巻にて巻装されている。図１５においては、ステータ突極Ｓ１にＵ相の巻線Ｕ１が巻装され、ステータ突極Ｓ２にＶ相の巻線Ｖ１が巻装され、ステータ突極Ｓ３にＷ相の巻線Ｗ１が巻装されている。また、ステータ突極Ｓ４にＵ相の巻線Ｕ２が巻装され、ステータ突極Ｓ５にＶ相の巻線Ｖ２が巻装され、ステータ突極Ｓ６にＷ相の巻線Ｗ２が巻装されている。さらに、ステータ突極Ｓ７にＵ相の巻線Ｕ３が巻装され、ステータ突極Ｓ８にＶ相の巻線Ｖ３が巻装され、ステータ突極Ｓ９にＷ相の巻線Ｗ３が巻装され、ステータ突極Ｓ１０にＵ相の巻線Ｕ４が巻装され、ステータ突極Ｓ１１にＶ相の巻線Ｖ４が巻装され、ステータ突極Ｓ１２にＷ相の巻線Ｗ４が巻装され、ている。
Each of the plurality of
ここで、Ｕ相の巻線Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４は、それぞれ並列に接続されており、Ｖ相の巻線Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、それぞれ並列に接続されており、Ｗ相の巻線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４は、それぞれ並列に接続されている。 Here, the U-phase windings U1, U2, U3, and U4 are connected in parallel, and the V-phase windings V1, V2, V3, and V4 are connected in parallel. The windings W1, W2, W3, and W4 are connected in parallel.
Ａ ＳＲモータ装置
１ スイッチトリラクタンスモータ
２ ステータ
２ａ ステータ本体
２ｂ ステータ突極
３ 巻線
４ ロータ
４ａ ロータ本体
４ｂ ロータ突極
５０ モータ駆動装置
６０ インバータ
６１ 第１のハーフブリッジ
６１ａ 第１の半導体スイッチング素子
６１ｂ 第２の半導体スイッチング素子
６２ 第２のハーフブリッジ
６２ａ 第３の半導体スイッチング素子
６２ｂ 第４の半導体スイッチング素子
６３ 第３のハーフブリッジ
６２ａ 第５の半導体スイッチング素子
６２ｂ 第６の半導体スイッチング素子
６１ｃ、６１ｄ、６２ｃ、６２ｄ、６３ｃ、６３ｄ 還流ダイオード
７０ 駆動制御部
A
Claims (4)
前記ステータの内側に回転自在に配置され、略円環形状のロータ本体と、前記ロータ本体の外周面から半径方向外側に一体的に突出する複数のロータ突極とを有するロータとを備えるスイッチトリラクタンスモータにおいて、
前記ステータ突極の数は、３ｎ（ｎ＝１、２、３、４）であり、前記ロータ突極の数は、４ｎ（ｎ＝１、２、３、４）であり、
前記複数の巻線のそれぞれにて、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線およびＷ相の巻線が形成され、前記複数の巻線のそれぞれが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順にて、円周方向略等ピッチに配置された前記複数のステータ突極のそれぞれに円周方向に順に巻装され、
前記Ｕ相の巻線、前記Ｖ相の巻線及び前記Ｗ相の巻線のそれぞれの一端は、非接地である中性点に接続される端子であり、前記Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線及び前記Ｗ相の巻線のそれぞれの他端は、外部から制御電流が供給される端子であることを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ。 A substantially ring-shaped stator body, a plurality of stator salient poles integrally projecting radially inward from an inner circumferential surface of the stator body, and arranged at substantially equal pitches in the circumferential direction; and the stator salient poles A stator having a plurality of windings wound around each;
A switched switch that is rotatably arranged inside the stator and includes a substantially annular rotor body, and a rotor having a plurality of rotor salient poles that integrally protrude radially outward from the outer peripheral surface of the rotor body. In the reluctance motor,
The number of stator salient poles is 3n (n = 1, 2, 3, 4), the number of rotor salient poles is 4n (n = 1, 2, 3, 4),
In each of the plurality of windings, a U-phase winding, a V-phase winding, and a W-phase winding are formed, and each of the plurality of windings is in the order of U-phase, V-phase, and W-phase. Each of the plurality of stator salient poles arranged at a substantially equal pitch in the circumferential direction is wound in order in the circumferential direction,
One end of each of the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding is a terminal that is connected to a neutral point that is not grounded. A switched reluctance motor, wherein the other end of each of the winding and the W-phase winding is a terminal to which a control current is supplied from the outside.
前記モータ駆動装置は、
第１の接続点にて直列接続された第１及び第２の半導体スイッチング素子を有し、前記第１の接続点に前記Ｕ相の巻線の他端が接続された第１のハーフブリッジと、
第２の接続点にて直列接続された第３及び第４の半導体スイッチング素子を有し、前記第２の接続点に前記Ｖ相の巻線の他端が接続された第２のハーフブリッジと、
第３の接続点にて直列接続された第５及び第６の半導体スイッチング素子を有し、前記第３の接続点に前記Ｗ相の巻線の他端が接続された第３のハーフブリッジとを備えた３相インバータと、
前記第１乃至第６の半導体スイッチング素子をそれぞれオン、オフ駆動させる駆動信号を生成し、前記第１乃至第６の半導体スイッチング素子に前記駆動信号を供給する駆動制御部とを備えることを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ装置。 A switched reluctance motor device comprising the switched reluctance motor according to any one of claims 1 and 2 and a motor driving device that supplies a control current to the switched reluctance motor.
The motor driving device is
A first half bridge having first and second semiconductor switching elements connected in series at a first connection point, the other end of the U-phase winding being connected to the first connection point; ,
A second half bridge having third and fourth semiconductor switching elements connected in series at a second connection point, the other end of the V-phase winding being connected to the second connection point; ,
A third half bridge having fifth and sixth semiconductor switching elements connected in series at a third connection point, and having the other end of the W-phase winding connected to the third connection point; A three-phase inverter with
A drive control unit configured to generate drive signals for driving the first to sixth semiconductor switching elements on and off, respectively, and to supply the drive signals to the first to sixth semiconductor switching elements; Switched reluctance motor device.
前記第１の半導体スイッチ素子のソース端子と前記第２の半導体スイッチ素子のドレイン端子が第１の接続点にて互いに接続され、
前記第３の半導体スイッチ素子のソース端子と前記第４の半導体スイッチ素子のドレイン端子が第２の接続点にて互いに接続され、
前記第５の半導体スイッチ素子のソース端子と前記第６の半導体スイッチ素子のドレイン端子が第３の接続点にて互いに接続され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装置。
4. The switched reluctance motor device according to claim 3, wherein each of the first to sixth semiconductor switching elements is a metal oxide semiconductor field effect transistor in which free-wheeling diodes are connected in antiparallel,
A source terminal of the first semiconductor switch element and a drain terminal of the second semiconductor switch element are connected to each other at a first connection point;
A source terminal of the third semiconductor switch element and a drain terminal of the fourth semiconductor switch element are connected to each other at a second connection point;
A switched reluctance motor device, wherein a source terminal of the fifth semiconductor switch element and a drain terminal of the sixth semiconductor switch element are connected to each other at a third connection point.
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| WO2015030083A1 (en) * | 2013-08-27 | 2015-03-05 | 株式会社小松製作所 | Control device for rotary electric machine, construction machine, and control method for rotary electric machine |
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