JP5543186B2 - スイッチドリラクタンスモータ駆動システム - Google Patents
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Description
効率が低く、重量が大きく、
回生制動が困難であり、
トルク脈動、振動、騒音が大きい
等の問題があった。
f=P/2×N ・・・(1)
にて表される。転流等価周波数f0は定電流フリップフロップ(電流切換え回路)における電流切換の速さに依存した概念であって、f<f0の範囲で後述するように適値が選択される。
Es =2πf0LI ・・・(2)
にて表される。但し、LはA相励磁コイル32(A)(B相励磁コイル32(B))のリアクタンスである。上記リアクタンスLは、A励磁コイル32(A)のリアクタンスとB相励磁コイル32(B)のリアクタンスの和であるが、磁極と凸極が対向していない部分では、事実上空心コイルとなるので所定の空隙長で対向した磁極1個分を考えればよい。
(Q1〜Q2間の角度)/(Q1〜Q3間の角度)=K ・・・(3)
に従って定義される。
IN(AT)=B・g/μ0≒B・g×800,000 ・・・(4)
I:励磁コイル電流(A)
N:励磁コイルターン数
B:空隙磁束密度(T)
g:空隙長(m)
で表される。
L=2πR/8(磁極数) (m)・・・・・(5)
を基準に設定される。但し、Rは回転子ユニット33aの凸極の端面での半径(m)である。
L’=KL ・・・・・(6)
を基準に設定される。但し、Kは磁極中短縮率であり、K<1を基準に選択される。この磁極幅短縮率Kは、後述するよう、トルク脈動率、励磁コイル占有率に重要な関係がある。
W=L’/2 ・・・・・(7)
に設定することができる。磁極を通る磁束の1/2が左右のヨークに分かれるためである。
ヤm=BL’a〔ウェーバ〕・・・・・(8)
となる。但し、Bは(4)式で計算される磁束密度〔T〕、aは磁極厚さ(m)である。
ea=N・dヤ/dt=N・ヤm/T ・・・・・(9)
但し、Nは励磁コイルターン数、Tは図14Aに示す状態から図14Cに示す状態に遷移する間の時間〔秒〕である。起電力の極性は磁束の増大を妨げる方向、即ち、励磁コイルの入口側に正の極性となる。
ea×I×T[J]=2πNτT[J]・・・・・(10)
の関係が成り立つ。但し、Nは回転子の秒速回転速度、τはトルク[−N・m]である。
τ=ea・I/2πN [−N・m] ・・・・・(11)
となり、磁極短縮率Kを考慮した平均起電力ea’、及び平均トルクτ’は、
ea’=kea ・・・・・(12)
τ’=kτ ・・・・・(13)
に従って算出することができる。
出力=16・ea・I・K ・・・・(14)
トルク=16{ea・I/2πN}・K ( =出力/2πN) ・・・・(15)
となる。
(i)極数を増すと、同じ出力を生じるための磁極巾が狭くでき、鉄心ヨークに反映して、モータの小型、軽量化に繋がる。
ii)上記、最小極数の4極の場合、吸引力は外周鉄心をつぶす様に作用し、振動、騒音の原因になる。
(i)重相数を増すと、励磁コイル1相分のリアクタンスが重相数の二乗に逆比例して低減し、転流過電圧、高速回転の面で有利である。
(ii)重相数を増すと、それに対応して電流切換器ユニット数が増し、コスト、半導体損に不利になる。
(iii)重相数1では、始動力ゼロの点が生じる。
上記の点を勘案して磁極の数、重相数を決めることができる。
20 電流切換え器
20a、20b、20c、20d 定電流フリップフロップ回路
210a、210b、210c、210d 第1電流路
220a、220b、220c、220d 第2電流路
211a、211b、211c、211d 第1スイッチング素子
221a、221b、221c、221d 第2スイッチング素子
212a、212b、212c、212d ダイオード
213a,213b,213c,213d ダイオード
230a、230b、230c、230d コンデンサ
30 スイッチドリラクタンスモータ
302、303 軸受け板
304、305 軸受け
306 支持軸
307 回転子止め
308 固定ボルト
309 角度位置検出器
31 固定子
31a、31b、31c、31d 固定子ユニット
311、312、313、314、315、316、317、318 磁極
32(A) A相励磁コイル
32(B) B相励磁コイル
321、322、323、324、325、326、327、328 励磁コイル
33 回転子
33a、33b、33c、33d 回転子ユニット
331、332、333、334 凸極
Claims (6)
- 励磁コイルの装着された固定子と、該固定子を囲むように配置された回転子とを有し、
前記回転子は、同軸的に配置された複数の回転子ユニットを有し、
前記固定子は、前記複数の回転子ユニットに対向するように配置される複数の固定子ユニットを有し、
前記複数の回転子ユニットのそれぞれは、所定角度間隔にて並ぶ2n(nは整数)個の凸極を有し、
前記複数の固定子ユニットのそれぞれは、対応する回転子ユニットの各凸極との間に所定のギャップが形成されるように所定角度間隔にて並ぶ4n(nは整数)個の磁極を有し、
前記複数の固定子ユニットのそれぞれにおける前記4n個の磁極の1つおきに第1の励磁コイルが巻回されるとともに、前記第1の励磁コイルの巻回された磁極以外の磁極に順次第2の励磁コイルが巻回され、
前記複数の回転子ユニットと、前記複数の固定子ユニットとの回転方向の相対位置は、所定角度ずれるように設定されているスイッチドリラクタンスモータと、
直流定電流電源装置と、
前記スイッチドリラクタンスモータにおける前記複数の固定子ユニットのそれぞれに対応して設けられ、第1の電流路と第2の電流路とを切換える複数の電流切換え回路と、
前記電流切換え回路を制御して、前記第1の電流路と前記第2とを交互に導通させる切換え制御手段とを有し、
各電流切換え回路の第1の電流路及び第2の電流路と対応する固定子ユニットに設けられた第1の励磁コイル及び第2の励磁コイルとがそれぞれ直列接続された状態で、前記複数の電流切換え回路が直列的に接続され、
前記直流定電流電源装置の一方の出力端子から出力される直流定電流が前記直列的に接続された初段の電流切換え回路の第1及び第2の電流路に入力し、最終段の電流切換え回路の第1の電流路に接続された第1の励磁コイル及び第2の電流路に接続された第2の励磁コイルを流れた前記直流定電流が前記直流定電流電源装置の他方の出力端子に帰還するように、前記直流定電流電源装置、前記複数の電流切換え回路及び前記スイッチドリラクタンスモータが接続され、
前記切換え制御手段は、前記スイッチドリラクタンスモータの前記回転子の角度位置に応じて前記複数の電流切換え回路それぞれにおける前記第1及び前記第2の電流路の導通状態を交互に切換えて矩形波電流を前記第1及び第2の励磁コイルに交互に流し、前記スイッチドリラクタンスモータの駆動時と制動時とで、前記第1及び第2の電流路の導通状態を切換えるタイミングを前記回転子の電気角180度に対応する角度の回転時間だけずらすように各電流切換え回路を制御するモータ駆動システム。 - 前記整数nは2以上であって、前記複数の回転子ユニットのそれぞれは、4個以上の凸極を有するとともに、前記複数の固定子ユニットのそれぞれは、8個以上の磁極を有する請求項1記載のモータ駆動システム。
- 前記複数の回転子ユニットと、前記複数の固定子ユニットとの回転方向の相対位置は、固定子ユニットの磁極のピッチ角度を前記複数の回転子ユニットの個数で除した角度ずつずれるように設定されている請求項1または2記載のモータ駆動システム。
- 前記複数の回転子ユニットは、回転方向の同じ角度関係にて固定されている請求項1乃至3のいずれかに記載のモータ駆動システム。
- 前記複数の固定子ユニットは、回転方向の同じ角度関係にて配置されている請求項1乃至3のいずれかに記載のモータ駆動システム。
- 前記複数の固定子ユニットそれぞれの各磁極の回転方向の幅の前記複数の回転子ユニットそれぞれの各凸極の回転方向の幅に対する割合が1未満の所定の割合に設定された請求項1乃至5のいずれかに記載のモータ駆動システム。
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