JP7363149B2 - reluctance motor - Google Patents
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Description
本発明は、リラクタンスモータに関する。 The present invention relates to a reluctance motor.
リラクタンスモータは、永久磁石を有さないのでコスト面で有望視されている。 Since reluctance motors do not have permanent magnets, they are considered promising in terms of cost.
例えば特許文献1には、セグメント構造のロータを有するリラクタンスモータにおいて、そのロータを非磁性導電性部材内に磁性セグメントを埋め込んで形成する技術が提案されている。
For example,
しかし、リラクタンスモータは永久磁石モータに較べて効率が低い。
そこで、本発明は、リラクタンスモータの効率を向上させることを目的とする。
However, reluctance motors have lower efficiency than permanent magnet motors.
Therefore, an object of the present invention is to improve the efficiency of a reluctance motor.
本発明に係るリラクタンスモータの一態様は、複数の磁極を有するステータと、上記ステータの磁極数とは異なる複数の磁性セグメントを有するロータと、上記ステータに集中巻きで施され、巻回方向が互いに同一な複数の巻線と、を備える。 One aspect of the reluctance motor according to the present invention includes a stator having a plurality of magnetic poles, a rotor having a plurality of magnetic segments different from the number of magnetic poles of the stator, and the stator is wound in concentrated manner, and the winding directions are mutually mutual. A plurality of identical windings.
本発明によれば、リラクタンスモータの効率が向上する。 According to the present invention, the efficiency of the reluctance motor is improved.
以下、添付の図面を参照しながら、本開示のリラクタンスモータの実施形態を詳細に説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the reluctance motor of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in order to avoid the following explanation from becoming unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed explanations of well-known matters or redundant explanations of substantially the same configurations may be omitted.
本明細書において、三相の巻線(「コイル」と表記する場合がある。)を有する三相モータを例にして、本開示の実施形態を説明する。以下では、各相を区別する場合には、A相、B相、C相あるいはU相、V相、W相と称する。ただし、四相または五相などのn相(nは4以上の整数)の巻線を有するn相モータも本開示の範疇である。
(リラクタンスモータの構造)
図1は、第1実施形態のリラクタンスモータの構成を示す斜視図である。図2は、第1実施形態のリラクタンスモータの構成を示す断面図である。
In this specification, embodiments of the present disclosure will be described using as an example a three-phase motor having three-phase windings (sometimes referred to as "coils"). Hereinafter, when distinguishing each phase, they will be referred to as A phase, B phase, C phase, U phase, V phase, and W phase. However, an n-phase motor having n-phase (n is an integer of 4 or more) windings, such as a four-phase or five-phase motor, is also within the scope of the present disclosure.
(Structure of reluctance motor)
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a reluctance motor according to a first embodiment. FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of the reluctance motor of the first embodiment.
第1実施形態のリラクタンスモータ100は、ステータ40と、円柱状の外形を有してステータ10の内部に挿入されたロータ20とを備える。ステータ40は、ステータコア10と、ステータコア10に巻かれたコイル30とで構成される。ステータ40は回転磁場を発生し、ロータ20は回転磁場によって回転する。
The
ステータコア10は、磁性体からなる円環体11と、円環体11からロータ20に向かって突き出した6つの突極12とを有する。ステータコア10は、例えば、表面に絶縁ワニス等が焼き付けられた0.05~1mmの薄い鋼板が積層されて形成される。ステータコア10は、渦電流が生じにくい圧粉鉄心で形成されてもよい。
コイル30はステータコア10の各突極12に集中巻きで施され合計6個備えられる。すなわち、コイル30はステータ40に集中巻きで施される。コイル30に電流が流されることによって各突極12が磁極となるので、ステータ40は6つの磁極を有する。すなわち、ステータ40は複数の磁極を有する。6個のコイル30に流れる電流の向きは、図2に示されるように互いに同じ向きであり、6個のコイル30は巻回方向が互いに同一である。本実施形態では各コイル30が、突極12の先端側から見て例えば時計回りに巻かれる。また、各コイル30は、例えば内周側から外周側へと巻かれる。なお、コイル30の巻回方向が互いに同一とは、突極12の先端側から見た巻回方向が、時計回りあるいは反時計回りに統一されることを意味し、内周側から外周側へと巻かれたコイル30と外周側から内周側へと巻かれたコイル30とが混在してもよい。
The
ロータ20は、非磁性ブロック21と磁性セグメント22とシャフト23とを有する。非磁性ブロック21は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、真鍮などの銅合金、その他の非磁性導電性金属や、樹脂で形成される。磁性セグメント22は、ステータ10と同様に、例えば鋼板が積層されて形成されてもよく、圧粉鉄心で形成されてもよい。磁性セグメント22は、ロータ20の回転軸に垂直な断面形状が弓形で、非磁性ブロック21にはめ込まれて保持される。磁性セグメント22の弓形の断面形状は、より具体的には、ロータ20の周面側が円弧状で、ロータ20の内部側が直線状となった断面形状である。円弧状の部分や直線状の部分は厳密な円弧や直線でなくてもよい。
ロータ20は、ステータ40の磁極数とは異なる複数の磁性セグメント22を有する。本実施形態では、ロータ20は、2つの磁性セグメント22を有する。シャフト23は非磁性ブロック21の回転中心から突き出し、リラクタンスモータ100の回転力を出力する。
ここで、リラクタンスモータ100ではマグネットトルクが生じないので、リラクタンスモータ100におけるトルク式は下記の式(1)となる。
The
Here, since magnetic torque is not generated in the
ここで、U、V、Wの添え字はモータの各相を表し、iu、iv、iwは電流値を表し、Lu、Lv、Lwは自己インダクタンス値を表し、Muv、Mvw、Mwuは自己インダクタンス値を表す。式(1)の第1項は、自己インダクタンスがロータ位置で変化することによって発生するトルクであり、式(1)の第2項は、相互インダクタンスがロータ位置で変化することによって発生するトルクである。式(1)で表されるトルクはリラクタンストルクと称される。 Here, the subscripts U, V, and W represent each phase of the motor, iu, iv, and iw represent current values, Lu, Lv, and Lw represent self-inductance values, and Muv, Mvw, and Mwu represent self-inductance values. represents a value. The first term in equation (1) is the torque generated by the change in self-inductance at the rotor position, and the second term in equation (1) is the torque generated by the change in mutual inductance at the rotor position. be. The torque expressed by equation (1) is called reluctance torque.
一般的なスイッチトリラクタンスモータの場合、自己インダクタンスと相互インダクタンスの一方を用いることが多い。これに対し、第1実施形態のリラクタンスモータ100では、セグメントタイプのロータ20が用いられることで、自己インダクタンスと相互インダクタンスの双方が回転に寄与する。
In the case of a general switched reluctance motor, either self inductance or mutual inductance is often used. In contrast, in the
このように自己インダクタンスと相互インダクタンスの双方が回転に利用される場合には、モータにおける効率向上のために、自己インダクタンスの基本波と相互インダクタンスの基本波との位相関係が、後述する理想的な位相関係に近いことが求められる。第1実施形態のリラクタンスモータ100では、複数のコイル20が互いに同じ向きに巻かれることにより、ステータ10における互いに対向する突極12には同じ磁極が発生し、望ましい位相関係が得られる。
In this way, when both self-inductance and mutual inductance are used for rotation, in order to improve the efficiency of the motor, the phase relationship between the fundamental wave of self-inductance and the fundamental wave of mutual inductance is adjusted to the ideal level described later. A close phase relationship is required. In the
更に、モータにおける効率向上のためには、自己インダクタンスの基本波と相互インダクタンスの基本波は、電流波形の基本波に対して理想的な位相関係に近いことが求められる。第1実施形態のリラクタンスモータ100では、磁性セグメント22が弓形の形状を有することで望ましい位相関係が得られる。
図3は、第1実施形態における突極12と磁性セグメント22の拡大図である。
Furthermore, in order to improve the efficiency of the motor, the fundamental wave of self-inductance and the fundamental wave of mutual inductance are required to have a close to ideal phase relationship with respect to the fundamental wave of the current waveform. In the
FIG. 3 is an enlarged view of the
突極12の先端におけるロータ20の回転方向の端部12bでは、突極12の先端とロータ20との間隔が、突極12の先端における央部12aでの間隔よりも広い。すなわち、磁極の先端におけるロータ20の回転方向の端部12bでは、磁極の先端とロータ20との間隔が、磁極の先端における央部12aでの間隔よりも広い。この構造により、ロータ20の回転に伴うインダクタンス変化が滑らかになり、トルクリップルが低減される。
At the
また、弓形の磁性セグメント22におけるロータ20の回転方向の端部22bでも、磁性セグメント22とステータ10との間隔が、磁性セグメント22における央部22aでの間隔よりも広い。この構造も、ロータ20の回転に伴うインダクタンス変化を滑らかにしてトルクリップルの低減に寄与する。
次に、第2実施形態の構造について説明する。
図4は、第2実施形態のリラクタンスモータの構成を示す斜視図である。図5は、第2実施形態のリラクタンスモータの構成を示す断面図である。
Also, at the
Next, the structure of the second embodiment will be explained.
FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of a reluctance motor according to the second embodiment. FIG. 5 is a sectional view showing the configuration of a reluctance motor according to the second embodiment.
第2実施形態のリラクタンスモータ200も、第1実施形態と同様に、ステータ10と、ロータ20と、コイル30とを備える。第2実施形態におけるステータ10およびコイル30の構造は、第1実施形態と同構造である。
The
第2実施形態におけるロータ20は、非磁性ブロック21と磁性セグメント25とシャフト23とを有する。非磁性ブロック21は、第1実施形態と同様に非磁性導電性金属や樹脂で形成される。磁性セグメント25は、ロータ20の回転軸に垂直な断面形状が、2つの弓形の一部が互いに重なった形状であり、非磁性ブロック21にはめ込まれて保持される。磁性セグメント25の断面形状は、より具体的には、ロータ20の周面側が円弧状で、ロータ20の内部側が、磁性セグメント25側に折れた折れ線状となった断面形状である。円弧状の部分や線状の部分は厳密な円弧や直線でなくてもよい。
The
第2実施形態のリラクタンスモータ200では、第1実施形態と同様に、セグメントタイプのロータ20が用いられることで、自己インダクタンスの基本波と相互インダクタンスの基本波の双方が回転に寄与する。
In the
また、第2実施形態のリラクタンスモータ200では、第1実施形態と同様に、複数のコイル20が互いに同じ向きに巻かれることにより、自己インダクタンスの基本波と相互インダクタンスの基本波との位相関係が望ましい位相関係となる。
Furthermore, in the
更に、第2実施形態のリラクタンスモータ200では、磁性セグメント25が、2つの弓形の一部が互いに重なった形状を有することで、自己インダクタンスの波形と相互インダクタンスの波形が、電流波形に対して望ましい位相関係がとなる。
図6は、第2実施形態における突極12と磁性セグメント25の拡大図である。
Furthermore, in the
FIG. 6 is an enlarged view of the
突極12の先端におけるロータ20の回転方向の端部12bでは、突極12の先端とロータ20との間隔が、突極12の先端における央部12aでの間隔よりも広い。すなわち、磁極の先端におけるロータ20の回転方向の端部12bでは、磁極の先端とロータ20との間隔が、磁極の先端における央部12aでの間隔よりも広い。この構造により、ロータ20の回転に伴うインダクタンス変化が滑らかになり、トルクリップルが低減される。
At the
また、2つの弓形の一部が互いに重なった形状の磁性セグメント25におけるロータ20の回転方向の端部25bでも、磁性セグメント25とステータ10との間隔が、磁性セグメント25における央部25aでの間隔よりも広い。この構造も、ロータ20の回転に伴うインダクタンス変化を滑らかにしてトルクリップルの低減に寄与する。
(リラクタンスモータの特性)
Furthermore, even in the
(Characteristics of reluctance motor)
以下、第1実施形態および第2実施形態のリラクタンスモータ100、200について、各種の特性を説明するに当たり、まず、上述した理想的な位相関係を有する波形を説明する。以下説明する理想的な波形は、上述した式(1)と遺伝的アルゴリズムとが用いられた最適化計算によって求められた波形である。
図7は、理想的な基本波の電流波形を示す図である。図8は、理想的な自己インダクタンスの基本波と相互インダクタンスの基本波を示す図である。
Hereinafter, in explaining various characteristics of the
FIG. 7 is a diagram showing an ideal fundamental wave current waveform. FIG. 8 is a diagram showing ideal fundamental waves of self-inductance and mutual inductance.
図7の横軸は回転角度を電気角で表し、縦軸は電流値を表す。図8の横軸は回転角度を電気角で表し、縦軸はインダクタンス値を表す。但し、各図における縦軸の物理量には特段の意味は無く、図7および図8は、各基本波の位相関係を表す。また、以下の各グラフでは、A相の波形が実線で示され、B相の波形が長破線で示され、C相の波形が短破線で示される。また、以下の各グラフでは、B相C相の相互インダクタンスが実線で示され、C相A相の相互インダクタンスが長破線で示され、A相B相の相互インダクタンスが短破線で示される。 The horizontal axis in FIG. 7 represents the rotation angle in electrical angle, and the vertical axis represents the current value. The horizontal axis in FIG. 8 represents the rotation angle in electrical angle, and the vertical axis represents the inductance value. However, the physical quantities on the vertical axis in each figure have no particular meaning, and FIGS. 7 and 8 represent the phase relationship of each fundamental wave. In each graph below, the A-phase waveform is shown by a solid line, the B-phase waveform is shown by a long broken line, and the C-phase waveform is shown by a short broken line. In each of the graphs below, the mutual inductance of phase B and phase C is shown by a solid line, the mutual inductance of phase C and A is shown by a long broken line, and the mutual inductance of phase A and B is shown by a short broken line.
図7に示すように、A、B、C各相の電流波形は、互いに同振幅の三角関数波形となっており、互いに120[edeg.]の位相差を有する。自己インダクタンスの波形と相互インダクタンスの波形は、電流波形に対して2倍の振動数を有した三角関数波形である。 As shown in FIG. 7, the current waveforms of the A, B, and C phases are trigonometric function waveforms with the same amplitude, and are 120 [edeg. It has a phase difference of ]. The self-inductance waveform and the mutual inductance waveform are trigonometric function waveforms having twice the frequency of the current waveform.
A相の自己インダクタンスとB相C相の相互インダクタンスの各波形は、互いに同位相である。B相の自己インダクタンスとC相A相の相互インダクタンスの各波形は、互いに同位相である。C相の自己インダクタンスとA相B相の相互インダクタンスの各波形は、互いに同位相である。
これらの電流波形の基本波および自己・相互インダクタンスの基本波は、以下の各式で表される。
The waveforms of the A-phase self-inductance and the B-phase and C-phase mutual inductance are in phase with each other. The waveforms of the B-phase self-inductance and the C-phase and A-phase mutual inductance are in phase with each other. The waveforms of the C-phase self-inductance and the A-phase and B-phase mutual inductance are in phase with each other.
The fundamental wave of these current waveforms and the fundamental wave of self/mutual inductance are expressed by the following equations.
ここで、θは回転角、Ia、Ib、Icは各相の瞬時電流、Iは電流振幅、La、Lb、Lcは各相の瞬時自己インダクタンス、Lは自己インダクタンスの振幅、L0は自己インダクタンスのオフセット量、Mab、Mbc、Mcaは添字の相に関連した瞬時相互インダクタンス、Mは相互インダクタンスの振幅、M0は相互インダクタンスのオフセット量をそれぞれ示している。 Here, θ is the rotation angle, Ia, Ib, and Ic are the instantaneous currents of each phase, I is the current amplitude, La, Lb, and Lc are the instantaneous self-inductances of each phase, L is the amplitude of self-inductance, and L0 is the self-inductance. , Mab, Mbc, and Mca are instantaneous mutual inductances related to the subscript phase, M is the amplitude of the mutual inductance, and M 0 is the offset amount of the mutual inductance, respectively.
図7、図8、および上記式(2)~式(10)に示された位相関係を各基本波が有することにより、リラクタンスモータにおける出力およびモータ効率が向上する。
図9は、理想的な各基本波によって生じるモータトルクを示す図である。
図9の横軸は回転角度を電気角で表し、縦軸はトルクを表す。
Since each fundamental wave has the phase relationship shown in FIGS. 7 and 8 and the above equations (2) to (10), the output and motor efficiency of the reluctance motor are improved.
FIG. 9 is a diagram showing the motor torque generated by each ideal fundamental wave.
The horizontal axis in FIG. 9 represents the rotation angle in electrical angle, and the vertical axis represents torque.
図9には、自己インダクタンスLa、Lb、Lcによって生じるトルクと、相互インダクタンスMab、Mbc、Mcaによって生じるトルクのそれぞれを表す合計で6本のトルク波形が示されている。それら6本のトルク波形によるトルクの合計(total)は直線状となり、安定したトルクが得られることが分かる。また、自己インダクタンスLa、Lb、Lcのトルクと相互インダクタンスMab、Mbc、Mcaのトルクが補い合い、高いトルクが得られることが分かる。このような補い合いにより、リラクタンスモータにおける出力が向上する。また、同一の電流波形における出力が向上するため、モータ効率が向上する。
次に、上述した第1実施形態のリラクタンスモータ100におけるモータ特性について説明する。
図10は、特性解析の前提となる電圧波形を示す図である。
FIG. 9 shows a total of six torque waveforms representing the torques generated by the self-inductances La, Lb, and Lc, and the torques generated by the mutual inductances Mab, Mbc, and Mca. It can be seen that the total torque due to these six torque waveforms is linear, and stable torque can be obtained. It can also be seen that the torques of the self-inductances La, Lb, and Lc and the torques of the mutual inductances Mab, Mbc, and Mca complement each other, resulting in high torque. Such compensation improves the output power of the reluctance motor. Furthermore, since the output for the same current waveform is improved, the motor efficiency is improved.
Next, motor characteristics of the
FIG. 10 is a diagram showing a voltage waveform that is a prerequisite for characteristic analysis.
図10の横軸は回転角度を電気角で表し、縦軸は電圧値を表す。図10には、図2および図5に示すロータ20の位置が初期位置とされ、その初期位置で進角0.0[edeg.]と定義された各相の電圧波形が示される。以下の各グラフでは、A相の波形が実線で示され、B相の波形が長破線で示され、C相の波形が短破線で示される。図10に示すように、A、B、C各相の電圧波形は、互いに同振幅の三角関数波形となっており、互いに120[edeg.]の位相差を有する。
図11は、第1実施形態のリラクタンスモータ100におけるモータ特性を示す図である。
The horizontal axis in FIG. 10 represents the rotation angle in electrical angle, and the vertical axis represents the voltage value. In FIG. 10, the position of the
FIG. 11 is a diagram showing motor characteristics of the
図11の横軸は進角[edeg.]を表す。図11には、図10に示す進角0.0[edeg.]の波形に対して進角が20[edeg.]~55[edeg.]に進められた場合のそれぞれについて、第1実施形態のリラクタンスモータ100における出力、鉄損、銅損、力率、および効率が示される。但し、最大出力点で、定格トルクが0.040[Nm]、定格回転数が72,000[rpm]、定格出力が300[W]となる巻線仕様が用いられている。
The horizontal axis in FIG. 11 is the advance angle [edeg. ] represents. In FIG. 11, the advance angle 0.0 [edeg. ], the lead angle is 20 [edeg. ]~55[edeg. ] For each case, the output, iron loss, copper loss, power factor, and efficiency of the
図11から、進角が25[edeg.]~30[edeg.]の付近でモータ効率が最大となることが分かる。具体的には、79.1%という高い効率が得られた。定格出力300Wが得られる条件においても、76.8%という高い効率が得られた。第1実施形態のリラクタンスモータ100では、断面形状が弓形の磁性セグメント22が用いられており、例えば円弧状などと言った他の断面形状よりも高いモータ効率が得られることがわかった。モータ効率が最大となる進角の電圧波形に対して第1実施形態のリラクタンスモータ100で生じる電流波形およびインダクタンスの波形について以下説明する。
図12は、第1実施形態のリラクタンスモータ100における電流波形を示す図である。
From FIG. 11, it can be seen that the advance angle is 25 [edeg. ]~30[edeg. ] It can be seen that the motor efficiency is maximum near . Specifically, a high efficiency of 79.1% was obtained. Even under conditions where a rated output of 300 W was obtained, a high efficiency of 76.8% was obtained. In the
FIG. 12 is a diagram showing a current waveform in the
図12の横軸は回転角度を電気角で表し、縦軸は電流値を表す。図12には、第1実施形態のリラクタンスモータ100について有限要素法で解析された実波形が細線で示され、その実波形がフーリエ変換されて得られた基本波が太線で示される。各相の基本波は、上述した理想的な電流波形と同様に、互いに120[edeg.]移動が異なる三角関数波形となる。
図13は、第1実施形態のリラクタンスモータ100における自己インダクタンスの波形と相互インダクタンスの波形を示す図である。
The horizontal axis in FIG. 12 represents the rotation angle in electrical angle, and the vertical axis represents the current value. In FIG. 12, the actual waveform analyzed by the finite element method for the
FIG. 13 is a diagram showing a waveform of self inductance and a waveform of mutual inductance in the
図13の横軸は回転角度を電気角で表し、縦軸はインダクタンス値を表す。図13にも、第1実施形態のリラクタンスモータ100について有限要素法で解析された実波形が細線で示され、その実波形がフーリエ変換されて得られた基本波が太線で示される。
The horizontal axis in FIG. 13 represents the rotation angle in electrical angle, and the vertical axis represents the inductance value. Also in FIG. 13, the actual waveform analyzed by the finite element method for the
図13に示す自己インダクタンスの基本波と相互インダクタンスの基本波との位相関係は、図8に示す、理想的な自己インダクタンスの波形と相互インダクタンスの波形における位相関係と一致する。また、図13に示す自己インダクタンスの基本波および相互インダクタンスの基本波と、図12に示す電流波形との位相関係については、図7、図8および式(2)~式(10)に示す理想的な位相関係とほぼ等しいことが分かる。 The phase relationship between the fundamental wave of self-inductance and the fundamental wave of mutual inductance shown in FIG. 13 matches the phase relationship between the ideal self-inductance waveform and mutual inductance waveform shown in FIG. 8. Furthermore, regarding the phase relationship between the fundamental wave of self-inductance and the fundamental wave of mutual inductance shown in FIG. 13 and the current waveform shown in FIG. It can be seen that the phase relationship is almost equal to that of
このように、第1実施形態のリラクタンスモータ100によれば、電流波形の基本波と自己インダクタンスの基本波と相互インダクタンスの基本波とにおける理想的な位相関係に近い位相関係が実現される。この結果、第1実施形態のリラクタンスモータ100では、図9に示すような自己インダクタンスと相互インダクタンスとの併用による効率化が図られる。
In this way, according to the
第1実施形態のリラクタンスモータ100では、図3に示すように、磁性セグメント22の端部22bでは央部22aよりも、磁性セグメント22とロータ20との間隔が広い。また、突極12の先端における端部12bでは央部12aよりも、突極12の先端とロータ20との間隔が広い。このため、図13に示すように、自己インダクタンスおよび相互インダクタンスの双方において、ロータ20の回転に伴う変化は滑らかである。この結果、トルクリップルの発生が抑制される。
次に、第2実施形態のリラクタンスモータ200におけるモータ特性について説明する。
図14は、第2実施形態のリラクタンスモータ200におけるモータ特性を示す図である。
In the
Next, motor characteristics of the
FIG. 14 is a diagram showing motor characteristics of the
図14の横軸は進角[edeg.]を表す。図14には、図10に示す進角0.0[edeg.]の波形に対して進角が20[edeg.]~55[edeg.]に進められた場合のそれぞれについて、第2実施形態のリラクタンスモータ200における出力、鉄損、銅損、力率、および効率が示される。但し、最大出力点で、定格トルクが0.040[Nm]、定格回転数が72,000[rpm]、定格出力が300[W]となる巻線仕様が用いられている。
The horizontal axis in FIG. 14 is the advance angle [edeg. ] represents. In FIG. 14, the advance angle 0.0 [edeg. ], the lead angle is 20 [edeg. ]~55[edeg. ] For each case, the output, iron loss, copper loss, power factor, and efficiency of the
図14から、第2実施形態でも進角が25[edeg.]~30[edeg.]の付近でモータ効率が最大となることが分かる。具体的には、82.1%という高い効率が得られた。定格出力300Wが得られる条件においても、80.1%という高い効率が得られた。図5に示すように、第2実施形態のリラクタンスモータ200では、2つの弓形の一部が互いに重なった断面形状の磁性セグメント25が用いられており、例えば円弧状などと言った他の断面形状よりも高いモータ効率が得られることがわかった。モータ効率が最大となる進角の電圧波形に対して第2実施形態のリラクタンスモータ200で生じる電流波形およびインダクタンスの波形について以下説明する。
図15は、第2実施形態のリラクタンスモータ200における電流波形を示す図である。
From FIG. 14, it can be seen that the advance angle is 25 [edeg. ]~30[edeg. ] It can be seen that the motor efficiency is maximum near . Specifically, a high efficiency of 82.1% was obtained. Even under conditions where a rated output of 300 W was obtained, a high efficiency of 80.1% was obtained. As shown in FIG. 5, the
FIG. 15 is a diagram showing a current waveform in the
図15の横軸は回転角度を電気角で表し、縦軸は電流値を表す。図15には、第2実施形態のリラクタンスモータ200について有限要素法で解析された実波形が細線で示され、その実波形がフーリエ変換されて得られた基本波が太線で示される。各相の基本波は、上述した理想的な電流波形と同様に、互いに120[edeg.]位相が異なる三角関数波形となる。
図16は、第2実施形態のリラクタンスモータ200における自己インダクタンスの波形と相互インダクタンスの波形を示す図である。
The horizontal axis in FIG. 15 represents the rotation angle in electrical angle, and the vertical axis represents the current value. In FIG. 15, the actual waveform analyzed by the finite element method for the
FIG. 16 is a diagram showing a waveform of self inductance and a waveform of mutual inductance in the
図16の横軸は回転角度を電気角で表し、縦軸はインダクタンス値を表す。図16にも、第2実施形態のリラクタンスモータ200について有限要素法で解析された実波形が細線で示され、その実波形がフーリエ変換されて得られた基本波が太線で示される。
The horizontal axis in FIG. 16 represents the rotation angle in electrical angle, and the vertical axis represents the inductance value. Also in FIG. 16, the actual waveform analyzed by the finite element method for the
図16に示す自己インダクタンスの基本波と相互インダクタンスの基本波との位相関係は、図8に示す、理想的な自己インダクタンスの基本波と相互インダクタンスの基本波における位相関係と一致する。また、図16に示す自己インダクタンスの基本波および相互インダクタンスの基本波と、図15に示す電流波形との位相関係については、図7、図8および式(2)~式(10)に示す理想的な位相関係とほぼ等しいことが分かる。 The phase relationship between the fundamental wave of self-inductance and the fundamental wave of mutual inductance shown in FIG. 16 matches the phase relationship between the ideal fundamental wave of self-inductance and the fundamental wave of mutual inductance shown in FIG. 8. Furthermore, regarding the phase relationship between the fundamental wave of self-inductance and the fundamental wave of mutual inductance shown in FIG. 16 and the current waveform shown in FIG. It can be seen that the phase relationship is almost equal to that of
このように、第2実施形態のリラクタンスモータ200によれば、電流波形の基本波と自己インダクタンスの基本波と相互インダクタンスの基本波とにおける理想的な位相関係に近い位相関係が実現される。この結果、第2実施形態のリラクタンスモータ200でも、図9に示すような自己インダクタンスと相互インダクタンスとの併用による効率化が図られる。
In this way, according to the
第2実施形態のリラクタンスモータ200でも、図6に示すように、磁性セグメント25の端部25bでは央部25aよりも、磁性セグメント25とロータ20との間隔が広い。また、突極12の先端における端部12bでは央部12aよりも、突極12の先端とロータ20との間隔が広い。このため、図16に示すように、自己インダクタンスおよび相互インダクタンスの双方において、ロータ20の回転に伴う変化は滑らかである。この結果、トルクリップルの発生が抑制される。
Also in the
上述した実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments described above should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the embodiments described above, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.
100、200 :リラクタンスモータ
10 :ステータ
11 :円環体
12 :突極
20 :ロータ
21 :非磁性ブロック
22、25 :磁性セグメント
23 :シャフト
30 :コイル
100, 200: Reluctance motor 10: Stator 11: Toric body 12: Salient pole 20: Rotor 21:
Claims (3)
前記ステータの磁極数とは異なる複数の磁性セグメントを有するロータと、
前記ステータに集中巻きで施され、巻回方向が互いに同一な複数の巻線と、
を備え、
前記ロータは、円柱状の外形を有して前記ステータの内部に挿入され、
前記磁性セグメントは、前記ロータの回転軸に垂直な断面形状が、2つの弓形の一部が互いに重なった形状であるリラクタンスモータ。 a stator having multiple magnetic poles;
a rotor having a plurality of magnetic segments different from the number of magnetic poles of the stator;
a plurality of windings wound on the stator in a concentrated manner and having the same winding direction;
Equipped with
The rotor has a cylindrical outer shape and is inserted into the stator,
The magnetic segment is a reluctance motor in which a cross-sectional shape perpendicular to the rotational axis of the rotor is a shape in which two arcuate shapes partially overlap each other.
前記ステータとの間隔が、当該磁性セグメントにおける央部での間隔よりも広い請求項1または2に記載のリラクタンスモータ。 The reluctance motor according to claim 1 or 2, wherein a distance between the magnetic segment and the stator at an end of the magnetic segment in the rotational direction of the rotor is wider than a distance at a central portion of the magnetic segment.
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