JP6344144B2

JP6344144B2 - Reluctance motor

Info

Publication number: JP6344144B2
Application number: JP2014172864A
Authority: JP
Inventors: 真大青山
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2034-08-27
Also published as: JP2016048984A

Description

本発明は、リラクタンスモータに関し、詳しくは、自己励磁機能を備えて高効率の回転を実現するものに関する。 The present invention relates to a reluctance motor, and more particularly to a motor that has a self-excitation function and realizes high-efficiency rotation.

リラクタンスモータは、各種駆動装置に駆動源として搭載されている。リラクタンスモータは、ロータ側に永久磁石を埋め込んでマグネットトルクを利用することにより駆動するタイプのモータ（電動機）と比較して、リラクタンストルクのみを利用するタイプの場合には、大トルクが得られ難いという課題がある。 The reluctance motor is mounted as a drive source in various drive devices. A reluctance motor is difficult to obtain a large torque in the case of a type that uses only reluctance torque, compared to a motor (electric motor) that is driven by embedding a permanent magnet on the rotor side and using magnet torque. There is a problem.

特に、大トルクを必要とする、ハイブリッド自動車（Hybrid Electric Vehicle）や電気自動車（Electric Vehicle）に搭載する場合には、マグネットトルクと共に、リラクタンストルクを効果的に利用するように、磁力の強いネオジム磁石（Neodymium magnet）などの永久磁石をロータ（回転子）内にＶ字に埋め込む、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）構造を採用するモータが多用されている。 In particular, when mounted on hybrid electric vehicles and electric vehicles that require large torque, a neodymium magnet with strong magnetic force is used to effectively use reluctance torque along with magnet torque. A motor employing an IPM (Interior Permanent Magnet) structure in which a permanent magnet such as (Neodymium magnet) is embedded in a V-shape in a rotor (rotor) is often used.

ところで、リラクタンスモータでも、例えば、非特許文献１に記載されているような自己励磁機能を採用することにより効率を向上させることが提案されている。車載モータとしては、安価に作製可能なリラクタンスモータでのトルク向上等の特性改善が望まれている。 Incidentally, it has been proposed to improve the efficiency of a reluctance motor by adopting a self-excitation function as described in Non-Patent Document 1, for example. As an in-vehicle motor, improvement in characteristics such as torque improvement in a reluctance motor that can be manufactured at low cost is desired.

この非特許文献１に記載の自己励磁式では、ステータ側の駆動コイルに供給する駆動電流の基本周波数よりも高い周波数の磁束をロータ側に鎖交させて、そのロータ側に配置する自己励磁用コイル（誘導子極コイル）に誘導電流を発生させる。この自己励磁式では、その誘導電流を半波整流した後に自己励磁用コイルに供給する（戻す）ことにより、自己励磁用コイルを電磁石極コイルとしても機能させている。 In the self-excitation method described in Non-Patent Document 1, a magnetic flux having a frequency higher than the fundamental frequency of the drive current supplied to the stator-side drive coil is linked to the rotor side, and is arranged on the rotor side. An induced current is generated in the coil (inductor pole coil). In this self-excitation system, the induced current is rectified by half-wave and then supplied (returned) to the self-excitation coil so that the self-excitation coil functions as an electromagnet coil.

しかしながら、非特許文献１に記載の自己励磁機能では、自己励磁用コイルを電磁石極コイルとしても機能させるように兼用させることから、磁気的な干渉が生じて誘導電流を効率よく発生させることができず、また、発生させる電磁力も弱めてしまう。 However, in the self-excitation function described in Non-Patent Document 1, since the self-excitation coil is also used as an electromagnet pole coil, magnetic interference occurs and induction current can be generated efficiently. In addition, the generated electromagnetic force is weakened.

また、非特許文献１に記載の構造では、ロータの外面から離隔する深部まで自己励磁用コイルを配置するが、磁束の高周波成分（空間高調波成分）はロータ深部まで進入する（鎖交する）ことができずに、自己励磁用コイルに非常に小さな誘導電流しか発生させることができない。 In the structure described in Non-Patent Document 1, the self-excitation coil is disposed up to a deep part separated from the outer surface of the rotor, but the high-frequency component (space harmonic component) of the magnetic flux enters (links) into the rotor deep part. And only a very small induced current can be generated in the self-excitation coil.

ここで、特許文献１には、ステータ側のコイルに高周波電流を別途入力することによりロータ側の自己励磁用コイルに励磁電流を発生させることが提案されている。 Here, Patent Document 1 proposes that an excitation current is generated in a self-excitation coil on the rotor side by separately inputting a high-frequency current to the coil on the stator side.

特開２０１０−２２１８５号公報JP 2010-22185 A

野中作太郎著「自励形単相同期電動機」電気学会雑誌７８巻８４２号、１９５８年１１月、Ｐ．１８−２６Sakutaro Nonaka “Self-Excited Single-Phase Synchronous Motor” The Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 78, 842, November 1958 18-26

この特許文献１に記載のリラクタンスモータにあっては、駆動電流に加えて、ステータ側の駆動コイルに高周波電流を別途入力するにしても、励磁エネルギを外部入力する必要があり、高効率な駆動を望むことができない（効率低下は免れない）。また、高周波電流を常時入力するのでは、重畳するタイミングによっては、誘導電流を減少させてしまう場合もある。 In the reluctance motor described in Patent Document 1, even if a high-frequency current is separately input to the driving coil on the stator side in addition to the driving current, it is necessary to input excitation energy to the outside, so that high-efficiency driving is possible. Can not be desired (declining efficiency is inevitable). In addition, when a high-frequency current is constantly input, the induced current may be reduced depending on the timing of superposition.

また、このようなリラクタンスモータにあっては、ロータ側の誘導子極コイルに誘導電流を発生させて供給先の電磁石極コイルを形成する突極を界磁極として機能させるが、その誘導子極コイルに誘導電流を発生させる磁束量は回転速度に依存する。このため、低速回転時には界磁量が少なく十分なトルクが得られない、という課題がある。 Further, in such a reluctance motor, the inductor pole coil on the rotor side is caused to generate an induction current and the salient pole that forms the electromagnetic pole coil of the supply destination functions as the field pole. The amount of magnetic flux that generates an induced current depends on the rotational speed. For this reason, there is a problem that a sufficient amount of torque cannot be obtained due to a small amount of magnetic field during low-speed rotation.

そこで、本発明は、損失エネルギを回収して自己励磁する機能を有効利用して、低速回転時におけるトルクを向上させるリラクタンスモータを提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a reluctance motor that improves the torque during low-speed rotation by effectively utilizing the function of recovering lost energy and self-exciting.

上記課題を解決する回転電機の発明の一態様は、複数相の駆動電流を入力する駆動コイルが設けられているステータと、前記駆動コイルに発生する磁束を鎖交させることで主回転力を受ける複数の突極が設けられているロータと、を備えるリラクタンスモータであって、前記ロータは、周方向に隣り合う前記突極の間に設けられている誘導子極と、前記誘導子極に設けられており、前記駆動コイルの生成する前記磁束に重畳する高調波成分が前記ロータ側に鎖交する磁路上に配置されて該磁束の高調波成分により誘導電流を発生させる誘導子極コイルと、前記誘導子極コイルで発生した前記誘導電流を整流する整流素子と、前記突極に設けられており、前記整流素子で整流された前記誘導電流を界磁電流として通電され自己励磁することにより前記主回転力を補助する補助回転力となる電磁力を発生させる電磁石極コイルと、を有しており、前記駆動コイルに接続する電源から前記駆動電流として電気角の予め定められている区間に高周波パルス電流を重畳させて供給する電源制御部を備えることを特徴とするものである。 According to one aspect of the invention of a rotating electrical machine that solves the above problems, a main rotational force is received by interlinking a stator provided with a driving coil for inputting a driving current of a plurality of phases and a magnetic flux generated in the driving coil. A reluctance motor provided with a plurality of salient poles, wherein the rotor is provided between the salient poles adjacent in the circumferential direction and the inductor poles. is in and, wherein the inductor poles harmonic component you superimposed on magnetic flux to generate an induced current by harmonic components disposed in magnetic flux interlinked on the magnetic path on the rotor side that generates the driving coil A coil, a rectifying element for rectifying the induced current generated in the inductor pole coil, and a salient pole, and the self-excitation is conducted by using the induced current rectified by the rectifying element as a field current. By An electromagnetic pole coil that generates an electromagnetic force serving as an auxiliary rotational force for assisting the main rotational force, and from a power source connected to the drive coil to a predetermined section of an electrical angle as the drive current A power supply control unit is provided that supplies a high-frequency pulse current in a superimposed manner.

このように本発明の一態様によれば、ロータ側の誘導子極コイルにはステータ側の駆動コイルに駆動電流が入力されて発生する磁束の高調波成分により誘導電流が発生し、ロータ側の電磁石極コイルにはその誘導電流が整流素子で整流されて界磁電流として入力（通電）されて自己励磁することにより電磁力を発生させる。この電磁力がロータを回転させる主回転力に加える補助回転力となって、ロータは効率よく回転駆動させることができる。
According to one aspect of the present invention as described above, induced by harmonic component of the magnetic flux in the inductor pole coils on the rotor side that occurs is input drive current to the stator side of the drive coil current is generated, the rotor side The electromagnetic current is rectified by a rectifying element and input (energized) as a field current to generate self-excited electromagnetic force. This electromagnetic force becomes an auxiliary rotational force added to the main rotational force that rotates the rotor, and the rotor can be efficiently rotated.

このとき、ステータ側の駆動コイルに入力する駆動電流には、電源から、電気角の予め定められている区間に高周波パルス電流を重畳させて供給することにより、積極的に、ロータ側の誘導子極コイルに鎖交させる磁束に高調波成分を重畳することができ、発生させる誘導電流を増量することができる。このため、適宜、ステータ側の駆動コイルに入力する駆動電流に高周波パルス電流を重畳させて供給することにより、ロータ側の電磁石極コイルに入力する界磁電流（誘導電流）を増量して自己励磁させることができ、例えば、低速回転時にも大きな電磁力を発生させて大トルクで回転させることができる。 At this time, a high-frequency pulse current is superimposed on a predetermined section of the electrical angle from the power source and supplied to the drive current input to the stator-side drive coil. Harmonic components can be superimposed on the magnetic flux linked to the pole coil, and the induced current generated can be increased. For this reason, by appropriately superimposing and supplying a high-frequency pulse current to the drive current input to the stator side drive coil, the field current (inductive current) input to the rotor side electromagnetic pole coil is increased and self-excited. For example, a large electromagnetic force can be generated and rotated with a large torque even during low-speed rotation.

図１は、本発明に係るリラクタンスモータの一実施形態を示す図であり、その概略構成を示す径方向断面図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a reluctance motor according to the present invention, and is a radial cross-sectional view showing a schematic configuration thereof. 図２は、車載バッテリ（電源）から駆動電流を供給する際の電源制御を実行する電源制御装置の概略構成を示す概念ブロック図である。FIG. 2 is a conceptual block diagram illustrating a schematic configuration of a power supply control device that performs power supply control when a drive current is supplied from an in-vehicle battery (power supply). 図３は、誘導子極コイルと電磁石極コイルとをダイオードを介して接続する回路構成を分かり易く説明する簡易モデルの回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a simple model for easily explaining a circuit configuration in which an inductor pole coil and an electromagnet pole coil are connected via a diode. 図４は、空間高調波の重畳する磁束特性を示す磁束線図である。FIG. 4 is a magnetic flux diagram showing a magnetic flux characteristic in which spatial harmonics are superimposed. 図５は、本実施形態を巻線界磁モータモデル化して静止座標系（ＵＶＷ）で図示する概念モデル図である。FIG. 5 is a conceptual model diagram illustrating this embodiment as a winding field motor model and illustrated in a stationary coordinate system (UVW). 図６は、図５をさらに突極モデル化して回転座標系（ｄｑ軸）で図示する概念モデル図である。FIG. 6 is a conceptual model diagram in which FIG. 5 is further modeled as a salient pole model and illustrated in a rotating coordinate system (dq axis). 図７は、駆動コイルに供給する駆動電流を示す図であり、その駆動電流に重畳させる高周波パルス電流を重畳する区間を示す電力波形図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a drive current supplied to the drive coil, and is a power waveform diagram illustrating a section in which a high-frequency pulse current to be superimposed on the drive current is superimposed. 図８は、図７に示す高周波パルス電流の駆動電流への重畳の有無に応じて電磁石極コイルに発生する界磁電流を示すグラフであり、立ち上がり時に高周波パルス電流を印加したときの界磁電流の影響（変化）を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the field current generated in the electromagnetic pole coil in accordance with whether or not the high-frequency pulse current shown in FIG. 7 is superimposed on the drive current, and the field current when the high-frequency pulse current is applied at the time of rising. It is a graph which shows the influence (change) of. 図９は、図７に示す高周波パルス電流を駆動電流に重畳することにより増加する電磁石極コイルに発生する界磁電流を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the field current generated in the electromagnetic pole coil that is increased by superimposing the high-frequency pulse current shown in FIG. 7 on the drive current. 図１０は、図７に示す高周波パルス電流を駆動電流に重畳することにより増加するトルクを示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing torque that increases by superimposing the high-frequency pulse current shown in FIG. 7 on the drive current.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図１０は本発明に係るリラクタンスモータの一実施形態を説明するための図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 1-10 is a figure for demonstrating one Embodiment of the reluctance motor based on this invention.

図１において、リラクタンスモータ１０は、後述するように、外部からロータ２１にエネルギ入力する必要のない構造に作製されており、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載するのに好適な性能を有している。 In FIG. 1, as will be described later, a reluctance motor 10 is manufactured in a structure that does not require energy input to the rotor 21 from the outside, and has a performance suitable for mounting in a hybrid vehicle or an electric vehicle, for example. ing.

（リラクタンスモータ１０の基本構造）
まず、リラクタンスモータ１０は、概略円筒形状に形成されたステータ（固定子）１１と、このステータ１１内に回転自在に収納されて軸心に一致する回転軸としてシャフト１０１が固定されるロータ（回転子）２１と、を備えている。 (Basic structure of the reluctance motor 10)
First, a reluctance motor 10 includes a stator (stator) 11 formed in a substantially cylindrical shape, and a rotor (rotation) in which a shaft 101 is fixed as a rotation shaft that is rotatably accommodated in the stator 11 and coincides with an axis. Child) 21.

ステータ１１には、ロータ２１のロータティース２２の外周面２２ａにエアギャップＧを介して内周面１２ａ側を近接対面させるように、径方向に延長される突極形状に形成されている複数本のステータティース１２が周方向に均等配置されている。ステータティース（突極）１２には、隣接する側面間に形成される空間のスロット１３を利用して、相毎の３相巻線をそれぞれ個々に集中巻きすることにより駆動コイル１４が形成されている。ステータティース１２は、駆動コイル１４に駆動電流を入力することにより、内部に対面収納されているロータ２１を回転させる磁束を発生する電磁石として機能する。 The stator 11 has a plurality of salient poles extending in the radial direction so that the outer peripheral surface 22a of the rotor teeth 22 of the rotor 21 faces the inner peripheral surface 12a through the air gap G. The stator teeth 12 are evenly arranged in the circumferential direction. The stator teeth (saliency poles) 12 are formed with drive coils 14 by concentrating three-phase windings for each phase individually using slots 13 in the space formed between adjacent side surfaces. Yes. The stator teeth 12 function as an electromagnet that generates magnetic flux that rotates the rotor 21 that is housed in a face-to-face manner by inputting a drive current to the drive coil 14.

ロータ２１には、ステータティース１２と同様に径方向に延長される突極形状に形成されている複数本のロータティース２２が周方向に均等配置されている。ロータティース２２は、ステータティース１２と全周方向の本数を異ならせて、相対回転時に外周面２２ａがステータティース１２の内周面１２ａに適宜近接対面するように形成されている。 In the rotor 21, a plurality of rotor teeth 22 formed in a salient pole shape extending in the radial direction as in the case of the stator teeth 12 are equally arranged in the circumferential direction. The rotor teeth 22 are formed in such a manner that the outer circumferential surface 22a is appropriately close to the inner circumferential surface 12a of the stator teeth 12 at the time of relative rotation by making the number of the circumferential teeth different from that of the stator teeth 12.

これにより、リラクタンスモータ１０は、図２に示す後述の電源システム１５０から電力供給してステータ１１のスロット１３内の駆動コイル１４に通電することにより磁束を発生させ、その磁束をステータティース１２の内周面１２ａから対面するロータティース２２の外周面２２ａに鎖交させることができる。このリラクタンスモータ１０では、その鎖交する磁束が通過する磁路を最短にしようとするリラクタンストルク（主回転力）によりロータ２１を相対回転させる。この結果、リラクタンスモータ１０は、ステータ１１内で相対回転するロータ２１と一体回転するシャフト１０１から通電入力する電気的エネルギを機械的エネルギとして出力することができる。 Thereby, the reluctance motor 10 generates a magnetic flux by supplying electric power from a power supply system 150 (described later) shown in FIG. 2 and energizing the drive coil 14 in the slot 13 of the stator 11, and the magnetic flux is generated in the stator teeth 12. It can be linked to the outer peripheral surface 22a of the rotor teeth 22 facing from the peripheral surface 12a. In the reluctance motor 10, the rotor 21 is relatively rotated by a reluctance torque (main rotational force) that attempts to make the magnetic path through which the interlinked magnetic flux passes shortest. As a result, the reluctance motor 10 can output, as mechanical energy, electrical energy that is energized and input from the shaft 101 that rotates integrally with the rotor 21 that rotates relative to the stator 11.

このとき、リラクタンスモータ１０では、ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａに鎖交する磁束には空間高調波成分が重畳している。このため、ロータ２１側でも、ステータ１１側から鎖交する磁束の空間高調波成分の磁束密度の変化を利用して、内蔵するコイルに誘導電流（補助電流）を発生させ電磁力を得ることができる。 At this time, in the reluctance motor 10, spatial harmonic components are superimposed on the magnetic flux interlinking from the inner peripheral surface 12 a of the stator tooth 12 to the outer peripheral surface 22 a of the rotor tooth 22. For this reason, on the rotor 21 side as well, an electromagnetic current can be obtained by generating an induced current (auxiliary current) in a built-in coil by using a change in the magnetic flux density of the spatial harmonic component of the magnetic flux linked from the stator 11 side. it can.

詳細には、ステータ１１の駆動コイル１４に基本周波数の駆動電力を供給するだけでは、ロータ２１（ロータティース２２）をその基本周波数で変動する主磁束で回転させるだけであることから、ロータ２１側にコイルを単に配置しても鎖交する磁束に変化はなく誘導電流が生じることはない。 Specifically, simply supplying the driving power of the fundamental frequency to the driving coil 14 of the stator 11 simply rotates the rotor 21 (rotor teeth 22) with the main magnetic flux that fluctuates at the fundamental frequency. Even if the coil is simply arranged, the interlinkage magnetic flux does not change and no induced current is generated.

その一方で、磁束には空間高調波成分が重畳しており、その空間高調波成分は基本周波数と異なる周期で時間的に変化しつつロータティース２２に外周面２２ａ側から鎖交する。このことから、別途入力することなく、基本周波数の磁束に重畳する空間高調波成分は、ロータティース２２の外周面２２ａの近傍にコイルを設置すれば効率よく誘導電流を発生させる。この結果、鉄損の原因となる空間高調波磁束は自己励磁するためのエネルギとして回収することができる。 On the other hand, a spatial harmonic component is superimposed on the magnetic flux, and the spatial harmonic component is linked to the rotor tooth 22 from the outer peripheral surface 22a side while temporally changing at a period different from the fundamental frequency. For this reason, the spatial harmonic component superimposed on the magnetic flux of the fundamental frequency without generating a separate input efficiently generates an induced current if a coil is installed in the vicinity of the outer peripheral surface 22a of the rotor tooth 22. As a result, the spatial harmonic magnetic flux that causes iron loss can be recovered as energy for self-excitation.

ところで、リラクタンスモータとしては、図示することは省略するが、ロータティース２２の隣接する側面間に形成される空間をスロット２３として利用して、そのロータティース２２に巻線を巻き付けて径方向２段の集中巻を形成することにより、外周面２２ａ側に誘導子極コイルを形成し、その軸心側に電磁石極コイルを配置することが考えられる。 By the way, although illustration is abbreviate | omitted as a reluctance motor, winding is wound around the rotor teeth 22 using the space formed between the adjacent side surfaces of the rotor teeth 22 as a slot 23, and it is two steps in radial direction. It is conceivable that an inductor pole coil is formed on the outer peripheral surface 22a side and an electromagnet pole coil is arranged on the axial center side.

この構造では、誘導子極コイルは、ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａに鎖交する磁束の空間高調波成分（磁束密度の変化）により誘導電流を発生させて電磁石極コイルに供給することができる。このため、電磁石極コイルは、その誘導子極コイルから受け取った誘導電流を界磁電流として自己励磁することにより、磁束（電磁力）を発生させることができる。要するに、ロータティース２２自体に誘導子極コイルと電磁石極コイルを、誘導電流を界磁電流として利用可能な独立回路内に組み込むだけで、主回転力を発生する駆動コイル１４の磁束とは別に鎖交する磁束が通過磁路を最短にしようとするリラクタンストルク（補助回転力）を得て、ロータ２１の相対回転を補助することができ、また、損失要因となっていた磁束の空間高調波成分をエネルギとして回収して利用することができる。 In this structure, the inductor coil generates an induced current by a spatial harmonic component (change in magnetic flux density) of magnetic flux interlinking from the inner peripheral surface 12a of the stator tooth 12 to the outer peripheral surface 22a of the rotor tooth 22, thereby generating an electromagnet. Can be supplied to the pole coil. For this reason, the electromagnet pole coil can generate magnetic flux (electromagnetic force) by self-exciting the induced current received from the inductor pole coil as a field current. In short, an inductor pole coil and an electromagnet pole coil are incorporated into the rotor teeth 22 themselves in an independent circuit that can use the induced current as a field current, and the chain is separated from the magnetic flux of the drive coil 14 that generates the main rotational force. The reciprocity torque (auxiliary rotational force) that attempts to make the passing magnetic path the shortest by the magnetic flux to be exchanged can assist the relative rotation of the rotor 21, and the spatial harmonic component of the magnetic flux that has been a cause of loss. Can be recovered and used as energy.

ここで、このようにロータティース２２にコイルを巻くことは、野中作太郎著「自励形単相同期電動機」電気学会雑誌７８巻８４２号、１９５８年１１月、Ｐ．１８−２６にも記載されている。この文献に記載のリラクタンスモータは、基本周波数よりも高い周波数の磁束がロータ側コイルに鎖交することで誘導電流を発生させるものであり、その誘導電流を整流素子（ダイオード）で半波整流して戻すことにより、そのロータ側コイルを自己励磁式の電磁石として機能させるようになっている。 Here, winding a coil around the rotor teeth 22 in this way is described in the book “Self-Excited Single-Phase Synchronous Motor” by the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 78, No. 842, November 1958, p. 18-26. The reluctance motor described in this document generates an induced current by linking a magnetic flux having a frequency higher than the fundamental frequency to the rotor side coil. The induced current is half-wave rectified by a rectifying element (diode). Thus, the rotor side coil is made to function as a self-excited electromagnet.

しかしながら、この文献に記載の自己励磁技術には、次のような課題がある。
１．ロータ側のコイルとしては、誘導電流を発生させるコイルおよび整流した誘導電流を界磁電流として流すコイルとして兼用するので、磁気的な干渉が生じて効率よく誘導電流を発生させることができず、また、起磁力も非常に小さくなってしまう。
２．基本周波数よりも高い高次の磁束の高周波成分は、ロータ２１（ロータティース２２）に鎖交するにしても外周面２２ａ付近に分布するのに留まるため、軸心側にコイルを配置してしまうと非常に小さな誘導電流しか発生しない。なお、ロータ側コイルは、ロータティース２２の外周面２２ａ付近に設置するにしても、現実的には無理がある。例えば、線径の細い導線の極少量を巻いてコイルとしても、導体抵抗が高くなって、その結果、銅損が増加して効率のよい電磁石として機能させるのは難しい。また、ロータ表面では、ステータ側に接触してしまう懸念も生じてしまう。
３．ステータ１１側のコイルとしては、分布巻にしてしまうと、高次の高調波が磁束に重畳する傾向にあり、上述するように、高次の磁束の高周波成分ではより小さな誘導電流しか期待できない。要するに、コイルの巻き方としては、分布巻は不適当である。
４．この文献では、基本周波数の２倍の高調波磁束でロータ側コイルを励磁するように説明するが、２次の高調波磁束で発生する誘導電流は整流合成したときに谷ができてしまう。また、誘導電流は磁束の時間変化が大きいほど大電流となるので、高くなり過ぎない３次程度の高調波磁束の方が有利である。 However, the self-excitation technique described in this document has the following problems.
1. As the coil on the rotor side, it is also used as a coil that generates an induced current and a coil that flows the rectified induced current as a field current, so that magnetic interference occurs and the induced current cannot be generated efficiently. The magnetomotive force will be very small.
2. Even if the high-frequency component of higher-order magnetic flux higher than the fundamental frequency is linked to the rotor 21 (rotor teeth 22), it remains distributed in the vicinity of the outer peripheral surface 22a, so that a coil is disposed on the axial center side. Only a very small induced current is generated. Even if the rotor side coil is installed in the vicinity of the outer peripheral surface 22a of the rotor teeth 22, it is practically impossible. For example, even when a very small amount of a conducting wire with a small wire diameter is wound as a coil, the conductor resistance increases, and as a result, copper loss increases, making it difficult to function as an efficient electromagnet. Further, there is a concern that the rotor surface contacts the stator side.
3. If the coil on the stator 11 side is distributed winding, higher harmonics tend to be superimposed on the magnetic flux, and as described above, only a smaller induced current can be expected with the high frequency component of the higher magnetic flux. In short, distributed winding is inappropriate as a method of winding the coil.
4). In this document, it is explained that the rotor side coil is excited with a harmonic magnetic flux that is twice the fundamental frequency. However, the induced current generated by the second harmonic magnetic flux forms a valley when rectified and synthesized. Further, since the induced current becomes larger as the time change of the magnetic flux is larger, a third-order harmonic magnetic flux that is not too high is more advantageous.

そこで、リラクタンスモータ１０は、ロータ２１側において、コア材２５に集中巻線した誘導子極コイル２７の全体をロータティース２２間のスロット２３内に収容して回転方向に並列配置するとともに、ロータティース２２の全体に１段の集中巻を形成することにより電磁石極コイル２８が配置されている。 Therefore, in the reluctance motor 10, on the rotor 21 side, the entire inductor pole coil 27 concentratedly wound around the core material 25 is accommodated in the slot 23 between the rotor teeth 22 and arranged in parallel in the rotation direction. The electromagnet pole coil 28 is arranged by forming one stage of concentrated winding on the whole 22.

誘導子極コイル２７は、電磁鋼（磁性体）からなるコア材２５を採用することにより、透磁率を高めて磁束を高密度に鎖交可能にしており、ステータティース１２の内周面１２ａに極力小さなエアギャップＧを介して対面する磁路上に位置させることで、より多くの空間高調波磁束を鎖交させるようになっている。この誘導子極コイル２７は、ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａに鎖交する磁束の３次の空間高調波成分を有効利用するように磁界解析を行って厳密に空間高調波磁路を確認することにより、効率よく誘導電流を発生させることができるように設置している。なお、誘導子極コイル２７は、電磁石極コイル２８との間に必要十分な空隙を確保するようにロータティース２２の間に位置するように配置されている。 The inductor pole coil 27 employs a core material 25 made of electromagnetic steel (magnetic material), thereby increasing the magnetic permeability so that the magnetic flux can be linked with a high density, and is formed on the inner peripheral surface 12 a of the stator tooth 12. By being positioned on the magnetic path facing through the air gap G as small as possible, more spatial harmonic magnetic fluxes are linked. The inductor pole coil 27 performs a magnetic field analysis so as to effectively use the third-order spatial harmonic component of the magnetic flux interlinking from the inner peripheral surface 12a of the stator tooth 12 to the outer peripheral surface 22a of the rotor tooth 22. It is installed so that an induced current can be generated efficiently by checking the spatial harmonic magnetic path. The inductor pole coil 27 is disposed between the rotor teeth 22 so as to ensure a necessary and sufficient gap with the electromagnet pole coil 28.

このように、集中巻構造を採用することにより、誘導子極コイル２７や電磁石極コイル２８では、複数スロットに亘って周方向に巻線をする必要がなく、全体的に小型化することができる。また、誘導子極コイル２７では、１次側での銅損損失を低減しつつ、低次である３次の空間高調波磁束の鎖交による誘導電流を効率よく発生させて、回収可能な損失エネルギを増加させることができる。 Thus, by adopting the concentrated winding structure, the inductor pole coil 27 and the electromagnet pole coil 28 do not need to be wound in the circumferential direction over a plurality of slots, and can be miniaturized as a whole. . Further, the inductor pole coil 27 efficiently generates an induced current due to the linkage of the third-order spatial harmonic magnetic flux which is a lower order while reducing the copper loss loss on the primary side, and can be recovered. Energy can be increased.

また、誘導子極コイル２７には、３次の空間高調波磁束を利用することにより、上述の文献（電気学会雑誌）で説明する２次の空間高調波磁束を利用する場合よりも、効果的に誘導電流を発生させることができる。具体的には、誘導電流は２次よりも３次の空間高調波磁束を利用する方が磁束の時間変化を大きくして大電流にすることができ、効率よく回収することができる。なお、この文献では、ロータの軸心側深部に巻線したコイルが図示されており、空間高調波の鎖交領域が考慮されておらず、有効利用できる構造になっていない。 Moreover, the inductor pole coil 27 is more effective than the case of using the second-order spatial harmonic magnetic flux described in the above-mentioned document (The Institute of Electrical Engineers of Japan) by using the third-order spatial harmonic magnetic flux. An induced current can be generated. Specifically, the induced current can be recovered efficiently by using the third-order spatial harmonic magnetic flux rather than the second-order so that the time change of the magnetic flux can be increased and the current can be increased. In this document, a coil wound in the deep part on the axial center side of the rotor is shown, and the interlinkage region of spatial harmonics is not taken into consideration and the structure is not effective.

そして、誘導子極コイル２７は、ロータティース２２の外周面２２ａの間で磁気的に独立する形態でスロット２３内に配置されている。
また、電磁石極コイル２８は、ロータティース２２の全長に亘って巻線することにより全体を有効利用して磁束を発生させる。
このように、誘導子極コイル２７および電磁石極コイル２８は、磁束経路が干渉し合わないように分割されているので、磁気的干渉を低減することができ、効率よく誘導電流を発生させることができるとともに、効果的に電磁石として機能させて磁束を発生させることができる。 The inductor pole coil 27 is disposed in the slot 23 in a form that is magnetically independent between the outer peripheral surfaces 22 a of the rotor teeth 22.
In addition, the electromagnet pole coil 28 is wound over the entire length of the rotor tooth 22 to effectively use the whole to generate a magnetic flux.
Thus, the inductor pole coil 27 and the electromagnet pole coil 28 are divided so that the magnetic flux paths do not interfere with each other, so that magnetic interference can be reduced and an induced current can be generated efficiently. In addition, the magnetic flux can be generated by effectively functioning as an electromagnet.

さらに、誘導子極コイル２７は、ロータ２１の径方向に対して同一の周回巻線となる集中巻に形成されて、かつ、ロータ２１の周方向に配列されており、図３に示すように、１つおきの誘導子極コイル２７がそれぞれ全直列接続されている。また、電磁石極コイル２８は、ロータ２１の径方向に対して隣同士が逆向きの周回巻線となる集中巻に形成されて、ロータ２１の周方向の外周側と軸心側とを交互に接続する全直列接続にされている。 Further, the inductor pole coil 27 is formed in a concentrated winding that is the same circumferential winding with respect to the radial direction of the rotor 21, and is arranged in the circumferential direction of the rotor 21, as shown in FIG. Every other inductor pole coil 27 is connected in series. Further, the electromagnet pole coil 28 is formed in a concentrated winding in which the adjacent windings are opposite to each other in the radial direction of the rotor 21, and the outer circumferential side and the axial center side of the rotor 21 are alternately arranged. All connected in series.

電磁石極コイル２８は、図３に示すように、全直列接続されている両端部が、並列接続されている誘導子極コイル２７の両端部にそれぞれダイオード（整流素子）２９Ａ、２９Ｂを介して接続されている。すなわち、電磁石極コイル２８は、巻線の巻き方向毎のコイル２８Ａ１〜２８Ａｎ（ｎ：極数／２）とコイル２８Ｂ１〜２８Ｂｎが全直列接続されており、その電磁石極コイル２８Ａ１〜２８Ａｎ、２８Ｂ１〜２８Ｂｎに対応するように直列接続されている誘電子極コイル２７Ａ１〜２７Ａｎ、２７Ｂ１〜２７Ｂｎの両端部に並列接続されている。 As shown in FIG. 3, the electromagnet coil 28 has both ends connected in series connected to both ends of the inductor pole coil 27 connected in parallel via diodes (rectifier elements) 29A and 29B, respectively. Has been. That is, in the electromagnet coil 28, coils 28A1 to 28An (n: number of poles / 2) and coils 28B1 to 28Bn in all winding directions are connected in series, and the electromagnet coils 28A1 to 28An and 28B1 are connected in series. The dielectric pole coils 27A1 to 27An and 27B1 to 27Bn connected in series so as to correspond to 28Bn are connected in parallel to both ends.

ダイオード２９Ａ、２９Ｂは、誘導子極コイル２７や電磁石極コイル２８を多極化させる場合でも、そのうちの電磁石極コイル２８を全直列させることで使用数を抑えている。このダイオード２９Ａ、２９Ｂは、大量使用を回避するために、一般的なＨブリッジ型の全波整流回路を形成するのではなく、それぞれ１８０度位相差になるように結線して、一方の誘導電流を反転させて半波整流出力する中性点クランプ型の半波整流回路（整流素子）を形成している。 The diodes 29 </ b> A and 29 </ b> B suppress the number of use by making all of the electromagnet pole coils 28 in series even when the inductor pole coil 27 and the electromagnet pole coil 28 are multipolarized. In order to avoid mass use, the diodes 29A and 29B do not form a general H-bridge type full-wave rectifier circuit, but are connected so that each has a phase difference of 180 degrees, and one of the induced currents The neutral-point clamp type half-wave rectifier circuit (rectifier element) that outputs half-wave rectified by inverting the signal is formed.

これにより、リラクタンスモータ１０では、誘導子極コイル２７の透磁率の高い電磁鋼のコア材２５に、電磁石極コイル２８との干渉なく（誘導電流の減少なく）、ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａに鎖交する磁束の空間高調波成分を通過させることにより、誘導電流を効率よく発生させて回収することができる。誘導子極コイル２７の個々に発生させる誘導電流は、ダイオード２９Ａ、２９Ｂで整流させた後に合流させて、直列接続させている電磁石極コイル２８の個々に流し有効利用することができ、その電磁石極コイル２８を効果的に自己励磁させて大きな磁束（電磁力）を発生させることができる。 Thereby, in the reluctance motor 10, the inner peripheral surface 12a of the stator tooth 12 is formed on the core material 25 of the electromagnetic steel having a high permeability of the inductor pole coil 27 without interference with the electromagnet pole coil 28 (without reduction of the induction current). By passing the spatial harmonic component of the magnetic flux interlinking with the outer peripheral surface 22a of the rotor teeth 22, the induced current can be efficiently generated and recovered. The induced currents generated individually in the inductor pole coil 27 can be rectified by the diodes 29A and 29B, merged, and individually passed through the series-connected electromagnet coils 28 for effective use. The coil 28 can be effectively self-excited to generate a large magnetic flux (electromagnetic force).

この結果、リラクタンスモータ１０は、励磁用と電磁石用とで分割して独立させる誘導子極コイル２７および電磁石極コイル２８で、互いに干渉して弱め合ってしまうことなく、発生する磁束を有効かつ平滑化させて利用することができ、効率よくエネルギとして回収して出力することができる。すなわち、電磁石極コイル２８がロータティース２２と共に突極を構成して、誘電子極コイル２７がコア材２５と共に補極を構成している。 As a result, the reluctance motor 10 can effectively and smoothly generate the generated magnetic flux without interfering with each other and weakening by the inductor pole coil 27 and the electromagnet pole coil 28 that are separated for excitation and for electromagnet. And can be recovered and output as energy efficiently. That is, the electromagnet pole coil 28 constitutes a salient pole together with the rotor teeth 22, and the dielectric pole coil 27 constitutes an auxiliary pole together with the core material 25.

また、誘導子極コイル２７および電磁石極コイル２８は、ロータ２１の周方向に複数配置して多極化しているので、上述の文献（電気学会雑誌）に記載のような２極モータの場合よりも、ロータティース２２の１歯当たりの鎖交する磁束量を周方向に分散化させることができ、個々のロータティース２２に作用する電磁力（リラクタンストルク）も周方向に分散化させて電磁振動を抑えることができ、静寂化させることができる。 Moreover, since the inductor pole coil 27 and the electromagnet pole coil 28 are arranged in multiple numbers in the circumferential direction of the rotor 21 and are multipolarized, they are more than in the case of the two-pole motor as described in the above-mentioned document (Electrical Society magazine). The amount of magnetic flux interlinked with each tooth of the rotor teeth 22 can be dispersed in the circumferential direction, and the electromagnetic force (reluctance torque) acting on the individual rotor teeth 22 can also be dispersed in the circumferential direction to generate electromagnetic vibrations. It can be suppressed and can be silenced.

具体的に、誘導子極コイル２７および電磁石極コイル２８は、駆動コイル１４も含めて、銅導体よりなる電線材を採用して巻線形成されており、銅導体の採用により電気伝導率を高くして損失を低減することにより、効率よく誘導電流を発生させて界磁電流として利用することができる。このコイル２７、２８、１４の電線材として銅導体を採用する場合には、平角銅線を採用するのが好ましく、これにより、コイル抵抗に起因する銅損や発熱損失を低減することができる。さらに、コイル２７、２８、１４の形態としては、短辺側を内径面側になるように縦に巻いたエッジワイズコイルとすることにより、分布容量（浮遊容量）を小さくして周波数特性を向上させることができ、また、電線材の周囲長が長いため表皮効果による抵抗増加を抑えて効率が低下してしまうことを抑制することができる。この結果、コイル２７、２８、１４では、少ない銅導体量で、より多くの損失エネルギを回収可能になっている。なお、コイル２７、２８、１４の電線材は、銅導体に限るものではなく、他の目的を持って選択してもよく、例えば、比重が銅の１／３のアルミバー導体を採用して軽量化を図ってもよい。 Specifically, the inductor pole coil 27 and the electromagnet pole coil 28, including the drive coil 14, are formed using a wire material made of a copper conductor, and the electric conductivity is increased by using the copper conductor. By reducing the loss, an induced current can be efficiently generated and used as a field current. When a copper conductor is employed as the wire material for the coils 27, 28, and 14, it is preferable to employ a rectangular copper wire, thereby reducing copper loss and heat loss due to coil resistance. Furthermore, as the form of the coils 27, 28, 14, the edge-wise coil is vertically wound so that the short side becomes the inner diameter side, thereby reducing the distributed capacitance (floating capacitance) and improving the frequency characteristics. In addition, since the perimeter of the electric wire material is long, it is possible to suppress an increase in resistance due to the skin effect and a reduction in efficiency. As a result, the coils 27, 28, and 14 can recover more loss energy with a small amount of copper conductor. The wire material of the coils 27, 28, and 14 is not limited to a copper conductor, and may be selected for other purposes. For example, an aluminum bar conductor having a specific gravity of 1/3 of copper is adopted. Weight reduction may be achieved.

また、ステータ１１は、ステータティース１２の内周面１２ａ側を正逆双方の周方向に突出させた鍔形状部１２ｂを有するオープンタイプのスロット１３に形成することにより、空間高調波磁束を効率よく誘導子極コイル２７内に鎖交させるようにしている。なお、この鍔形状部１２ｂを設けるオープンタイプにすることで、急峻なサージ電圧を発生させてしまうことを抑制することができる。 Further, the stator 11 is formed in the open type slot 13 having the flange-shaped portion 12b in which the inner peripheral surface 12a side of the stator teeth 12 is protruded in both the forward and reverse circumferential directions, thereby efficiently generating the spatial harmonic magnetic flux. The inductor pole coil 27 is interlinked. In addition, it can suppress that a steep surge voltage generate | occur | produces by using the open type which provides this saddle-shaped part 12b.

このように、リラクタンスモータ１０は、ロータ２１側に誘導子極コイル２７と電磁石極コイル２８を設置することで、３次空間高調波磁束をステータ１１側のステータティース１２から効果的に鎖交させて効率よくリラクタンストルクを発生させることができる。例えば、図４に示すように、３次空間高調波磁束の磁界解析により求めた磁束線ＦＬを図示すると、電磁石極コイル２８のロータティース２２の外周面２２ａに誘導子極コイル２７のコア材２５の外周面を加えて、ステータ１１とロータ２１との間で磁束を鎖交させることができる。このため、ロータティース２２の外周面２２ａのみの場合よりも、ロータ２１の外周面側での磁束の鎖交面積を大きくして（鎖交位置を分散化させて）、磁気飽和してしまうことなく（磁気抵抗なく）鎖交させて効率よくリラクタンストルクを発生させることができる。また、誘導子極コイル２７は、コア材２５の外周面をロータ２１の外周側に位置させていることから、磁束を直交方向から鎖交させることができ、効率よく誘導電流を発生させることができる。 In this way, the reluctance motor 10 effectively links the third-order spatial harmonic magnetic flux from the stator teeth 12 on the stator 11 side by installing the inductor pole coil 27 and the electromagnet pole coil 28 on the rotor 21 side. And reluctance torque can be generated efficiently. For example, as shown in FIG. 4, when the magnetic flux line FL obtained by magnetic field analysis of the third-order spatial harmonic magnetic flux is illustrated, the core material 25 of the inductor pole coil 27 is arranged on the outer peripheral surface 22 a of the rotor tooth 22 of the electromagnet pole coil 28. Thus, the magnetic flux can be linked between the stator 11 and the rotor 21. For this reason, the magnetic flux saturation on the outer peripheral surface side of the rotor 21 is made larger (by dispersing the interlinkage positions) and the magnetic saturation occurs than in the case of only the outer peripheral surface 22a of the rotor teeth 22. The reluctance torque can be generated efficiently by linking (without magnetic resistance). In addition, since the inductor pole coil 27 has the outer peripheral surface of the core material 25 positioned on the outer peripheral side of the rotor 21, the magnetic flux can be linked from the orthogonal direction, and an induced current can be generated efficiently. it can.

このため、リラクタンスモータ１０では、電磁石極コイル２８と周方向に並列させて誘電子極コイル２７を設置することで、その誘電子極コイル２７内に磁束を効果的に誘導して誘導電流を発生させ電磁石極コイル２８に供給することができる。 For this reason, in the reluctance motor 10, the dielectric pole coil 27 is installed in parallel with the electromagnet pole coil 28 to effectively induce a magnetic flux in the dielectric pole coil 27 to generate an induced current. Can be supplied to the electromagnet pole coil 28.

これにより、リラクタンスモータ１０では、３次空間高調波磁束（磁束ベクトル）をロータティース２２の外周面２２ａ側に高密度に発生させつつ、誘導子極コイル２７を含めて、ステータティース１２の間の全体で鎖交させることができ、周方向の広範囲にリラクタンストルクを効果的に発生させて駆動コイル１４による駆動力を補助することができる。 Thereby, in the reluctance motor 10, the third-order spatial harmonic magnetic flux (magnetic flux vector) is generated at a high density on the outer peripheral surface 22 a side of the rotor tooth 22, and the inductor pole coil 27 and the space between the stator teeth 12 are generated. It is possible to interlink the entirety, and to effectively generate a reluctance torque in a wide range in the circumferential direction and to assist the driving force by the driving coil 14.

この結果、３次空間高調波磁束は、磁気飽和近くになってエアギャップＧ間を介して鎖交することが抑えられることはなく、より多くを誘導子極コイル２７に鎖交させて大容量の誘導電流を発生させることができる。 As a result, the third-order spatial harmonic magnetic flux is not close to the magnetic saturation and interlinked via the air gap G, and more is interlinked with the inductor pole coil 27 to increase the capacity. Inductive current can be generated.

ここで、誘導子極コイル２７は、周囲との間の磁気抵抗が小さいと、例えば、ロータティース２２に磁束が大量に流れ込んで突極比を低下させてしまうことになり、リラクタンストルクを著しく減少させてしまう。また、ロータティース２２に磁束が大量に流れ込むと、ステータ１１とロータ２１との相対的な位置関係によっては、負（逆回転）方向へのトルクが働いたり、磁気的干渉が生じてトルク低下の要因となってしまうことがある。 Here, if the magnetic resistance between the inductor pole coil 27 and the surroundings is small, for example, a large amount of magnetic flux flows into the rotor teeth 22 to reduce the salient pole ratio, and the reluctance torque is significantly reduced. I will let you. Further, when a large amount of magnetic flux flows into the rotor teeth 22, depending on the relative positional relationship between the stator 11 and the rotor 21, torque in the negative (reverse rotation) direction may act or magnetic interference may occur, resulting in torque reduction. It can be a factor.

このため、誘導子極コイル２７は、ロータティース２２に磁気的に結合することによる不都合を回避するために、そのロータティース２２間に空隙やアルミニウムや樹脂などの非磁性材料で磁気的に独立させてスロット２３内に配置されている。 For this reason, in order to avoid inconvenience due to magnetic coupling to the rotor teeth 22, the inductor pole coil 27 is made magnetically independent with a nonmagnetic material such as a gap or aluminum or resin between the rotor teeth 22. Is disposed in the slot 23.

このことから、リラクタンスモータ１０は、誘導子極コイル２７を電磁石極コイル２８間に磁気的に独立させつつ並列させることにより、並列させていない場合に比べて、ロータ２１の回転を開始するのに伴って、鎖交する３次空間高調波磁束が増加して、誘導子極コイル２７に誘導電流を効率よく発生させることにより損失エネルギを回収できる。また、このリラクタンスモータ１０では、誘導子極コイル２７を電磁石極コイル２８間に並列させることで、発生させる誘導電流の波形を安定させることができ、定常トルクを向上させるとともに、トルクリプルを低減させて、トルク特性を高品質に向上させることができる。 From this, the reluctance motor 10 starts rotating the rotor 21 by arranging the inductor pole coil 27 in parallel while being magnetically independent between the electromagnet pole coils 28 as compared with the case where they are not in parallel. Along with this, the interstitial third-order harmonic magnetic flux increases, and the loss energy can be recovered by efficiently generating an induced current in the inductor pole coil 27. Further, in this reluctance motor 10, by arranging the inductor pole coil 27 in parallel between the electromagnet pole coils 28, the waveform of the induced current to be generated can be stabilized, the steady torque can be improved and the torque ripple can be reduced. Torque characteristics can be improved with high quality.

そして、リラクタンスモータ１０は、３ｆ次の空間高調波磁束（ｆ＝１、２、３・・・）を主に利用する構造として、ロータ２１側の突極（ロータティース２２）の数Ｐ：ステータ１１側のスロット１３の数Ｓが２：３になる構造に作製されている。例えば、３次の空間高調波磁束は、駆動コイル１４に入力する基本周波数よりも周波数が高いために短周期で脈動する。このため、ロータ２１は、ロータティース２２間の誘導子極コイル２７に鎖交する磁束強度が変化することにより、効率的に誘導電流を発生させて、基本周波数の磁束に重畳する空間高調波成分の損失エネルギを効率よく回収して回転することができる。 The reluctance motor 10 has a structure that mainly uses 3f-order spatial harmonic magnetic flux (f = 1, 2, 3,...), And the number of salient poles (rotor teeth 22) on the rotor 21 side P: stator The number S of the slots 13 on the 11 side is made to be 2: 3. For example, the third-order spatial harmonic magnetic flux pulsates in a short cycle because the frequency is higher than the fundamental frequency input to the drive coil 14. For this reason, the rotor 21 generates an induced current efficiently by changing the magnetic flux intensity linked to the inductor pole coil 27 between the rotor teeth 22 and superimposes the spatial harmonic component superimposed on the fundamental frequency magnetic flux. Can be efficiently recovered and rotated.

また、このように、リラクタンスモータ１０は、ロータ２１側とステータ１１側の間での相対的な磁気的作用の品質を決定する構造として、ロータティース突極数Ｐとステータスロット数Ｓの比としてＰ／Ｓ＝２／３を採用するのは、電磁振動を低減して電磁騒音の小さな回転を実現するためである。 In addition, as described above, the reluctance motor 10 has a structure that determines the quality of the relative magnetic action between the rotor 21 side and the stator 11 side, and has a ratio of the number of rotor teeth salient poles P to the number of status lots S. The reason why P / S = 2/3 is adopted is to reduce rotation of electromagnetic noise by reducing electromagnetic vibration.

詳細には、上記と同様に磁束密度分布の磁界解析をすると、ロータティース突極数Ｐとステータスロット数Ｓの比に応じて、機械角３６０度内の周方向に磁束密度分布も分散化されるため、ステータ１１に働く電磁力分布にも偏在が認められることになる。 Specifically, when the magnetic field analysis of the magnetic flux density distribution is performed in the same manner as described above, the magnetic flux density distribution is also distributed in the circumferential direction within a mechanical angle of 360 degrees in accordance with the ratio of the number of salient teeth P and the number of status lots S. Therefore, uneven distribution is also recognized in the electromagnetic force distribution acting on the stator 11.

これに対して、リラクタンスモータ１０では、ロータティース突極数Ｐ／ステータスロット数Ｓ＝２／３となる構造を採用することにより、機械角３６０度の全周に亘って均等な密度分布となる磁束を鎖交させることができ、ロータ２１をステータ１１内で高品質に回転させることができる。 On the other hand, in the reluctance motor 10, by adopting a structure in which the number of rotor teeth salient poles P / the number of status lots S = 2/3, the density distribution is uniform over the entire circumference of a mechanical angle of 360 degrees. Magnetic flux can be linked, and the rotor 21 can be rotated in the stator 11 with high quality.

これにより、リラクタンスモータ１０では、空間高調波磁束を損失とすることなく利用して、回転動作させることができ、損失エネルギを効率よく回収して、電磁振動を大幅に低減し静寂性高く回転させることができる。 As a result, the reluctance motor 10 can be rotated without using the space harmonic magnetic flux as a loss, efficiently recovering the loss energy, greatly reducing the electromagnetic vibration, and rotating with high silence. be able to.

このように、リラクタンスモータ１０は、ステータ１１の駆動コイル１４以外に電力供給することなく、ロータ２１側に配置する誘導子極コイル２７に誘導電流を効率よく発生させて電磁石極コイル２８に界磁電流として供給し自己励磁電磁石として機能させることができ、駆動コイル１４への電力供給による主回転力を補助する補助回転力（電磁力）を得て高効率回転させることができる。 As described above, the reluctance motor 10 efficiently generates an induction current in the inductor pole coil 27 disposed on the rotor 21 side without supplying power to the part other than the drive coil 14 of the stator 11, thereby causing the field pole to act on the electromagnetic pole coil 28. It can be supplied as an electric current and function as a self-excited electromagnet, and an auxiliary rotational force (electromagnetic force) that assists the main rotational force by supplying power to the drive coil 14 can be obtained and rotated with high efficiency.

（リラクタンスモータ１０の電源）
ここで、リラクタンスモータ１０は、モデル化すると、図５に示す巻線界磁モータモデルとして図示することができる。このモデルは、３相の巻線毎のＵ相磁束φ_ｓ−ｕ、Ｖ相磁束φ_ｓ−ｖ、Ｗ相磁束φ_ｓ−ｗを用いる３相電機子磁束φ_ｓ−３φの静止座標系３相（ＵＶＷ）を、直交座標の静止座標系２相（αβ軸）に変換した後に、図６に示す突極モデルとして図示する回転２軸（ｄｑ軸）に換算することができる。 (Power source for the reluctance motor 10)
Here, when modeled, the reluctance motor 10 can be illustrated as a winding field motor model shown in FIG. This model is a static coordinate system 3 of a three _- phase armature flux φ _s-3φ using a U-phase flux φ _s-u , a V-phase flux φ _s-v , and a W-phase flux φ _s-w for each of the three-phase windings. The phase (UVW) can be converted into two rotation axes (dq axis) illustrated as a salient pole model shown in FIG.

この突極モデルは、磁束が鎖交することにより誘導電流を発生する電機子極コイル２７（Ｉ-poleコイル）をｑ軸とし、その誘導電流を界磁電流として磁束を発生する電磁石極コイル２８（Ｅ-poleコイル）をｄ軸としている。また、この突極モデルでは、回転座標（ｄｑ軸）がωｔ（ω：角速度、ｔ：時間）で回転している。 In this salient pole model, an armature pole coil 27 (I-pole coil) that generates an induced current by interlinking of magnetic flux is a q-axis, and an electromagnetic pole coil 28 that generates a magnetic flux using the induced current as a field current. The (E-pole coil) is the d-axis. In this salient pole model, the rotation coordinate (dq axis) rotates at ωt (ω: angular velocity, t: time).

そして、この突極モデルでは、ｑ軸の電機子極コイル２７で発生する誘導電流を全波整流して電磁石極コイル２８の界磁電流とすることで電磁石として機能させることができ、その全波整流された誘導電流を突極モデルのＲＬ回路に印加したときの過渡現象を解くと、その電磁石極コイル２８に流れる界磁電流を求めることができ、その界磁電流は角速度ωと時間ｔの関数であることが分かる。すなわち、角速度ω（＝２πｆ、ｆ：モータ駆動周波数）が高くなると界磁電流も増加することを意味し、逆に、角速度ωが低いと界磁電流も低くなって十分な界磁を得られないことを意味する。 In this salient pole model, the induction current generated in the q-axis armature pole coil 27 is subjected to full-wave rectification to obtain a field current of the electromagnet pole coil 28, which can function as an electromagnet. By solving the transient phenomenon when the rectified induced current is applied to the RL circuit of the salient pole model, the field current flowing through the electromagnetic pole coil 28 can be obtained, and the field current is obtained at the angular velocity ω and the time t. It turns out that it is a function. That is, when the angular velocity ω (= 2πf, f: motor drive frequency) increases, the field current also increases. Conversely, when the angular velocity ω is low, the field current also decreases and a sufficient field can be obtained. Means no.

また、界磁電流とする誘導電流は、鎖交する磁束の基本波成分に重畳する空間高調波成分によって発生することから、駆動コイル１４に入力する駆動電流に高周波電流を重畳させると、その高周波電流に相当する項も発生して、時間高調波によっても界磁エネルギを供給できる。すなわち、静止座標系だと空間的な位相θで空間高調波である成分が、回転座標系ｄｑ軸に座標変換されるとωｔの時間成分に換算されるため、回転座標系では空間高調波も時間高調波も同じ物理量（同じ高調波）となる。 In addition, since the induced current as the field current is generated by the spatial harmonic component superimposed on the fundamental wave component of the interlinkage magnetic flux, when the high frequency current is superimposed on the drive current input to the drive coil 14, the high frequency current is generated. A term corresponding to the current is also generated, and the field energy can be supplied also by time harmonics. That is, in a stationary coordinate system, a component that is a spatial harmonic with a spatial phase θ is converted into a time component of ωt when coordinate-converted to the rotating coordinate system dq axis. Time harmonics also have the same physical quantity (same harmonic).

そこで、駆動コイル１４に入力する駆動電流に高周波電流を常時重畳しようとすると、脈動（ハンチング）が発生して界磁電流の平均値としては大差なくリップル（ripple）が発生してしまうだけである。要するに、高周波電流を常時入力するのでは、誘導電流を減少させてしまう場合もある。 Therefore, if an attempt is made to constantly superimpose a high-frequency current on the drive current input to the drive coil 14, pulsation (hunting) occurs, and the average value of the field current does not greatly differ, and only ripple occurs. . In short, if a high-frequency current is constantly input, the induced current may be reduced.

このことから、リラクタンスモータ１０は、図２に戻って、駆動コイル１４を電源システム１５０に接続させている。電源システム１５０は、例えば、車載のバッテリ１５１から出力される直流電力をインバータ１５２を介して３相の交流電力に変換して駆動コイル１４に供給（入力）するようになっている。 Therefore, the reluctance motor 10 returns to FIG. 2 and connects the drive coil 14 to the power supply system 150. The power supply system 150 converts, for example, DC power output from the vehicle-mounted battery 151 into three-phase AC power via the inverter 152 and supplies (inputs) the driving coil 14 with the DC power.

この電源システム１５０は、電源制御装置（電源制御部）５０を介在させて、３相の交流電流を駆動電流として駆動コイル１４に供給するようになっており、電源制御装置５０は、駆動電流に重畳する高周波パルス電流を生成するパルス電流発生部５１と、駆動電流を中継する際に、交流電流における電気角の予め定められている区間に生成高周波パルス電流を重畳して出力するタイミングを調整するタイミング制御部５５と、を備えている。 The power supply system 150 is configured to supply a three-phase alternating current as a drive current to the drive coil 14 with a power supply control device (power supply control unit) 50 interposed therebetween. When relaying the drive current and the pulse current generator 51 that generates the superimposed high-frequency pulse current, the timing for superimposing and outputting the generated high-frequency pulse current in a predetermined section of the electrical angle in the alternating current is adjusted. A timing control unit 55.

ここで、リラクタンスモータ１０では、駆動電流に特定区間だけ高周波パルス電流を重畳して駆動コイル１４に入力するシミュレーションをすると、例えば、図７に示すタイミングに高周波パルスを印加（入力）するのが有効であることが分かる。 Here, in the reluctance motor 10, when a simulation is performed in which a high-frequency pulse current is superimposed on the drive current for a specific interval and input to the drive coil 14, for example, it is effective to apply (input) a high-frequency pulse at the timing shown in FIG. It turns out that it is.

具体的には、電源制御装置５０のタイミング制御部５５は、誘導子極コイル２７から電磁石極コイル２８に入力する誘導電流をダイオード２９Ａ、２９Ｂを介して全波整流する際の正負の切替タイミングに高周波パルス電流を印加するように設定（調整）されている。すなわち、タイミング制御部５５は、誘導電流をダイオード２９Ａ、２９Ｂを介して全波整流する際の正負の切替タイミングを、印加区間になるように設定されており、その切替タイミング（区間）に高周波パルス電流を３相の各相（ＵＶＷ）のそれぞれに印加して界磁電流に重畳するようになっている。 Specifically, the timing control unit 55 of the power supply control device 50 sets the positive / negative switching timing at the time of full-wave rectification of the induced current input from the inductor pole coil 27 to the electromagnetic pole coil 28 via the diodes 29A and 29B. It is set (adjusted) to apply a high-frequency pulse current. That is, the timing control unit 55 sets the positive / negative switching timing for full-wave rectification of the induced current via the diodes 29A and 29B so as to be in the application section, and the high-frequency pulse is set at the switching timing (section). A current is applied to each of the three phases (UVW) and superimposed on the field current.

これにより、誘導子極コイル２７で発生する誘導電流は、図８に示すように、高周波パルス電流の印加のない正弦波形に比べて、立ち上がり時に高周波パルス電流が追加され、図９に示すように、電流量を増加させた界磁電流として電磁石極コイル２８に供給することができ、図１０に示すように、ロータ２１を回転させるトルクも大きくすることができる。 As a result, the induction current generated in the inductor pole coil 27 is added with a high-frequency pulse current at the time of rising, as shown in FIG. 9, compared to a sine waveform without application of the high-frequency pulse current, as shown in FIG. The electromagnetic current can be supplied to the electromagnet coil 28 as a field current with an increased current amount, and the torque for rotating the rotor 21 can be increased as shown in FIG.

このように、本実施形態においては、誘導子極コイル２７で発生する誘導電流の正負が切り換わるタイミング（区間）に、駆動コイル１４に供給する駆動電流の各相に高周波パルス電流を印加（重畳）するので、特に、ダイオード２９Ａ、２９Ｂによる正負の切替タイミング時のように電流量が少なくなる区間に電磁石極コイル２８に供給される界磁電流の電流量を増加させることができる。したがって、電磁石極コイル２８の自己励磁により発生させる電磁力（回転補助力）を増強することができ、例えば、低速回転時にも大きな電磁力を発生させて大トルクで回転させることができる。 As described above, in this embodiment, the high-frequency pulse current is applied (superimposed) to each phase of the drive current supplied to the drive coil 14 at the timing (section) when the polarity of the induced current generated in the inductor pole coil 27 is switched. Therefore, the current amount of the field current supplied to the electromagnet pole coil 28 can be increased particularly in a section where the amount of current decreases as in the case of the positive / negative switching timing by the diodes 29A and 29B. Therefore, the electromagnetic force (rotation assisting force) generated by the self-excitation of the electromagnet pole coil 28 can be increased. For example, a large electromagnetic force can be generated and rotated with a large torque even at low speed rotation.

本実施形態の他の態様としては、リラクタンスモータ１０のように径方向にエアギャップＧを形成するラジアルギャップ構造に限らずに、回転軸方向にギャップを形成するアキシャルギャップ構造に作製してもよい。この場合にも、ステータ側とロータ側とで対面する軸方向端面に駆動コイルと共に誘電子極コイルや電磁石極コイルを配置すればよい。 Other aspects of the present embodiment are not limited to the radial gap structure in which the air gap G is formed in the radial direction as in the reluctance motor 10, but may be manufactured in an axial gap structure in which the gap is formed in the rotation axis direction. . Also in this case, a dielectric pole coil and an electromagnet pole coil may be arranged together with the drive coil on the axial end faces facing the stator side and the rotor side.

さらに、扁平の大径モータ構造に作製する場合には、インナーステータとアウターステータとの間に回転自在にロータを収容するダブルギャップ型モータ構造を採用してもよい。この場合には、インナーステータ側に損失エネルギを回収する誘電子極コイルを配置するとともに、アウターステータ側にトルクを発生する電磁石極コイルを配置することで、大幅にトルクを増大させることができる。 Furthermore, when producing a flat large-diameter motor structure, a double-gap motor structure in which a rotor is rotatably accommodated between an inner stator and an outer stator may be employed. In this case, the torque can be greatly increased by arranging the dielectric pole coil for recovering the loss energy on the inner stator side and the electromagnetic pole coil for generating torque on the outer stator side.

また、リラクタンスモータ１０のようなラジアルギャップ構造の場合には、ステータ１１やロータ２１を電磁鋼板の積層構造で作製するばかりでなく、例えば、鉄粉などの磁性を有する粒子の表面を絶縁被覆処理した軟磁性複合粉材（SoftMagnetic Composites）をさらに鉄粉圧縮成形および熱処理製造した圧粉磁心、所謂、ＳＭＣコアを採用してもよい。このＳＭＣコアは、成形が容易であることからアキシャルギャップ構造に好適である。 Further, in the case of a radial gap structure such as the reluctance motor 10, not only the stator 11 and the rotor 21 are made of a laminated structure of electromagnetic steel plates, but also, for example, the surface of magnetic particles such as iron powder is subjected to an insulation coating process. Alternatively, a so-called SMC core may be employed in which a soft magnetic composite powder material (SoftMagnetic Composites) is further made by iron powder compression molding and heat treatment. This SMC core is suitable for an axial gap structure because it is easy to mold.

また、リラクタンスモータ１０は、車載用に限定されるものではなく、例えば、風力発電や、工作機械などの駆動源として好適に採用することができる。 Moreover, the reluctance motor 10 is not limited to vehicle-mounted use, For example, it can employ | adopt suitably as drive sources, such as wind power generation and a machine tool.

本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。 The scope of the present invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, but includes all embodiments that provide the same effects as those intended by the present invention. Further, the scope of the invention is not limited to the combinations of features of the invention defined by the claims, but may be defined by any desired combination of particular features among all the disclosed features. .

１０リラクタンスモータ
１１ステータ
１２ステータティース
１３、２３スロット
１４駆動コイル
２１ロータ
２２ロータティース
２５コア材
２７、２７Ａ１〜２７Ａｎ、２７Ｂ１〜２７Ｂｎ誘導子極コイル
２８、２８Ａ１〜２８Ａｎ、２８Ｂ１〜２８Ｂｎ電磁石極コイル
２９、２９Ａ、２９Ｂダイオード（整流素子）
５０電源制御装置
５１パルス電流発生部
５５タイミング制御部
１０１シャフト
Ｇエアギャップ
10 reluctance motor 11 stator 12 stator teeth 13 and 23 slot 14 drive coil 21 rotor 22 rotor teeth 25 core material 27, 27A1 to 27An, 27B1 to 27Bn inductor pole coils 28, 28A1 to 28An, 28B1 to 28Bn electromagnet pole coil 29, 29A, 29B Diode (rectifier element)
50 Power Control Device 51 Pulse Current Generation Unit 55 Timing Control Unit 101 Shaft G Air Gap

Claims

複数相の駆動電流を入力する駆動コイルが設けられているステータと、前記駆動コイルに発生する磁束を鎖交させることで主回転力を受ける複数の突極が設けられているロータと、を備えるリラクタンスモータであって、
前記ロータは、
周方向に隣り合う前記突極の間に設けられている誘導子極と、
前記誘導子極に設けられており、前記駆動コイルの生成する前記磁束に重畳する高調波成分が前記ロータ側に鎖交する磁路上に配置されて該磁束の高調波成分により誘導電流を発生させる誘導子極コイルと、
前記誘導子極コイルで発生した前記誘導電流を整流する整流素子と、
前記突極に設けられており、前記整流素子で整流された前記誘導電流を界磁電流として通電され自己励磁することにより前記主回転力を補助する補助回転力となる電磁力を発生させる電磁石極コイルと、
を有しており、
前記駆動コイルに接続する電源から前記駆動電流として、電気角の予め定められている区間に高周波パルス電流を重畳させて供給する電源制御部を備えることを特徴とするリラクタンスモータ。 A stator provided with a drive coil for inputting a drive current of a plurality of phases, and a rotor provided with a plurality of salient poles for receiving a main rotational force by interlinking magnetic fluxes generated in the drive coil. A reluctance motor,
The rotor is
An inductor pole provided between the salient poles adjacent in the circumferential direction;
The inductor is provided on the pole, induced by harmonic components disposed in magnetic flux harmonic component you overlap the magnetic flux the rotor side interlinked on the magnetic path to generate the drive coil current An inductor pole coil for generating
A rectifying element that rectifies the induced current generated in the inductor pole coil;
Electromagnetic pole provided on the salient pole and generating an electromagnetic force serving as an auxiliary rotational force that assists the main rotational force by energizing the self-excited current rectified by the rectifying element as a field current and performing self-excitation. Coils,
Have
A reluctance motor comprising: a power supply control unit that supplies a high-frequency pulse current superimposed on a predetermined section of an electrical angle as the drive current from a power supply connected to the drive coil.

前記電源制御部は、前記整流素子による整流前の前記誘導電流の正負が切り換わるタイミングを前記区間となるように調整することを特徴とする請求項１に記載のリラクタンスモータ。 2. The reluctance motor according to claim 1, wherein the power supply control unit adjusts the timing at which the polarity of the induced current before rectification by the rectifying element is switched to be in the section.

複数相の駆動電流を入力する駆動コイルが設けられているステータと、前記駆動コイルに発生する磁束を鎖交させることで主回転力を受ける複数の突極が設けられているロータと、を備えるリラクタンスモータに前記駆動電流を入力する電源制御装置であって、
前記リラクタンスモータの前記ロータは、
周方向に隣り合う前記突極の間に設けられている誘導子極と、
前記誘導子極に設けられており、前記駆動コイルの生成する前記磁束に重畳する高調波成分が前記ロータ側に鎖交する磁路上に配置されて該磁束の高調波成分により誘導電流を発生させる誘導子極コイルと、
前記誘導子極コイルで発生した前記誘導電流を整流する整流素子と、
前記突極に設けられており、前記整流素子で整流された前記誘導電流を界磁電流として通電され自己励磁することにより前記主回転力を補助する補助回転力となる電磁力を発生させる電磁石極コイルと、
を有しており、
前記駆動コイルに前記駆動電流として電気角の予め定められている区間に高周波パルス電流を重畳させて供給することを特徴とするリラクタンスモータ用電源制御装置。 A stator provided with a drive coil for inputting a drive current of a plurality of phases, and a rotor provided with a plurality of salient poles for receiving a main rotational force by interlinking magnetic fluxes generated in the drive coil. A power supply control device for inputting the drive current to a reluctance motor,
The rotor of the reluctance motor is
An inductor pole provided between the salient poles adjacent in the circumferential direction;
The inductor is provided on the pole, induced by harmonic components disposed in magnetic flux harmonic component you overlap the magnetic flux the rotor side interlinked on the magnetic path to generate the drive coil current An inductor pole coil for generating
A rectifying element that rectifies the induced current generated in the inductor pole coil;
Electromagnetic pole provided on the salient pole and generating an electromagnetic force serving as an auxiliary rotational force that assists the main rotational force by energizing the self-excited current rectified by the rectifying element as a field current and performing self-excitation. Coils,
Have
A reluctance motor power control apparatus, wherein a high-frequency pulse current is superimposed on a predetermined section of an electrical angle as the drive current and supplied to the drive coil.

前記整流素子による整流前の前記誘導電流の正負が切り換わるタイミングを前記区間となるように調整することを特徴とする請求項３に記載のリラクタンスモータ用電源制御装
置。 The reluctance motor power control device according to claim 3, wherein a timing at which the polarity of the induced current before rectification by the rectifying element is switched is adjusted to be in the section.