JP2001136717A - リラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発生トルクを維持しつつ、トルクリップルを
低減できるリラクタンスモータを提供する。 【解決手段】 両端に磁極を生成する複数の分割磁路７
からなる磁路組を備え、一組の隣合う磁極を結ぶ分割磁
路７の各々の磁極開口部の中心とロ−タ１の回転中心を
結ぶ角度の中心位置が、全て同位置となり、かつ、その
中心位置を挟む配置間隔を除いて磁極開口部の配置間隔
が一定になるように配置され、各磁路組の中心位置の配
置間隔が不等間隔になるよう配置したロータ１を含むリ
ラクタンスモータである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シンクロナスリラ
クタンスモータとして知られる同期モータに係り、特に
そのロータの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の同期モータの一例を、モータを回
転軸方向から見たときの、ロータの断面図としてステー
タとともに図４に示す。このモータは特開平７−３０３
３５７号公報、「同期電動機」で開示した４極のモータ
を、３相６極、３６スロット構造のリラクタンスモータ
としたものである。

【０００３】図４に示す同期モータは、磁性鋼板２およ
び磁性鋼板２の一部を切り欠いた部分の空隙、すなわち
分割スリット８から成るロータ１を備え、この分割スリ
ット８により、ロータの磁気抵抗分布の高低差を生じて
ロータ磁極を形成し、ステータによる回転磁界に同期し
て回転する。図４に示す同期モータは、ロータ軸３と、
ステータ４とから基本的に構成され、ステータ４は、巻
線を巻回するためのスロット５が歯６間に形成されてい
る。

【０００４】ロータ１の磁性鋼板２は、磁気的絶縁のた
めの帯状非磁性部である分割スリット８によって分割さ
れた帯状の分割磁路７を有し、これら分割磁路７の組
（磁路組）が、ロータ１の回転中心から放射方向に６極
配置された構造になっている。独立した慣性質量となる
分割磁路７は、モータとしての磁気的特性を損なわない
範囲で、ロータの強度を維持するために、分割スリット
８中の幾つかの小さなブリッジ構造９，１０により、隣
り合う分割磁路７を構造的に結合している。

【０００５】磁性鋼板２上に形成された分割磁路７は、
ロータ外周部において隣合う磁路とほぼ等間隔に配置さ
れ、ロータの１磁極分の分割磁路７とステータの歯６と
の位置関係は、各磁極で全て同一となっている。そのた
めに、ロータの回転位置により、分割磁路７とステータ
の歯６が対向する部分が多い場合と少ない場合が存在
し、ロータ磁極とステータ間での磁気抵抗の変動が大き
くなり、ロータ回転時にトルクリップルが大きくなりや
すい構造となっている。

【０００６】また、磁性鋼板２上に形成された分割磁路
７は、ロータ内部における分割磁路７の幅のままロータ
外周部に伸び、各磁路の幅は変わらない。そのために、
ロータ外周部における分割磁路７は、離散的な配置とな
り、同様に離散的に配置されたステータ４の歯６への磁
気抵抗の変動が大きくなる構造となっている。そのた
め、ロータ回転時にはトルクリップルが大きくなりやす
い。

【０００７】磁気抵抗の変動が大きくなる構造を解消
し、トルクリップルを低減するために、分割磁路７と帯
状の分割スリット８をさらに細くし、分割磁路７の数を
増やして、離散的な配置を抑制する方法を取ることもで
きるが、この場合、磁気抵抗の変動を抑え、トルクリッ
プルを低減することはできるが、隣合う磁路間の距離が
短くなるために、ロータ外周部の各磁極の中間部分への
漏れ磁束が大きくなり、発生トルクが減少してしまうこ
とになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、上記従来
のリラクタンスモータでは、ロータの回転位置により、
分割磁路とステータの歯とが対向する部分が多い場合と
少ない場合が存在し、ロータ磁極とステータ間での磁気
抵抗の変動が大きくなり、ロータ回転時にトルクリップ
ルが大きくなるという問題点があった。

【０００９】また、トルクリップルを低減するために、
分割磁路と帯状の分割スリットをさらに細くし、分割磁
路の数を増やして、離散的な配置を抑制する方法を取る
と、隣合う磁路間の距離が短くなるために、ロータ外周
部の各磁極の中間部分への漏れ磁束が大きくなり、発生
トルクが減少してしまうという問題点があった。

【００１０】本発明は、上記実情に鑑みて為されたもの
で、発生トルクを維持しつつ、トルクリップルを低減で
きるリラクタンスモータを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ステータ側か
ら見たロータの磁気抵抗がロータの回転方向位置により
異なるリラクタンスモータにおいて、前記ステータは、
多相交流巻線が巻回され、前記ロータは、互いの間に磁
極を形成する複数の磁路組を具備し、前記各磁路組は、
複数の細い分割磁路からなり、各磁路組内の前記分割磁
路の中心位置が一致し、かつ各磁路組内の前記各分割磁
路の磁極開口部の間隔が前記中心位置を挟む配置間隔を
除いて等しくなるように配置され、前記各磁路組の中心
位置は、不等間隔に配置されていることを特徴とする。

【００１２】このようにすることで、ロータの回転位置
により、分割磁路とステータの歯が対向する部分が多い
場合と少ない場合があることを、ロータ全体で解消し、
ロータ磁極とステータ間での磁気抵抗の変動を抑え、ロ
ータ回転時のトルクリップルを低減できる。

【００１３】また、本発明は、請求項１に記載のリラク
タンスモータにおいて、前記分割磁路の磁極開口部の幅
はロータ内部の分割磁路の幅より広くなっていることを
特徴とする。

【００１４】このようにすることで、ステータの歯とロ
ータ外周表面での分割磁路が離散的な配置とならない構
造となり、ロータ回転時の磁気抵抗の変動を抑え、トル
クリップルを低減できる。加えて、隣り合う分割磁路の
間隔がロータ外周表面よりロータ内部の方が広くなるよ
うに配置された構造となるので、ロータ外周部の各磁極
の中間部分への漏れ磁束を小さく抑え、発生トルクの減
少を防ぐことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の
第１の実施の形態に係るモータを、回転軸方向から見た
ときの、ロータの断面図をステータとともに示す図であ
り、３相６極、３６スロット構造のリラクタンスモータ
である。

【００１６】磁性鋼板２は、磁気的絶縁のための非磁性
部である分割スリット８によって分割されたほぼ一定幅
の複数の分割磁路７を有し、この分割磁路７の組（磁路
組）が、ロータ１の回転中心から放射方向に６極配置さ
れている。独立した慣性質量となる分割磁路７は、モー
タとしての磁気的特性を損なわない範囲で、ロータの強
度を維持するために、分割スリット８中の幾つかの小さ
なブリッジ構造９，１０により、隣り合う分割磁路７と
結合している。この磁性鋼板の基本構成は、図４に示し
た従来のものと同様である。

【００１７】分割磁路７は、ロータの各磁極から回転方
向の両隣の磁極へそれぞれ３本ずつ、合計で偶数となる
６本（複数対）配置されている。任意の一組の隣合う磁
極を結ぶ分割磁路７ａ、７ｂ、７ｃは、それぞれの分割
磁路両端の中心（分割磁路の磁極端）とロ−タ中心を結
ぶ角度の中心位置が、全て同位置Ｃ１となるように配置
されている。ロータ磁極表面における分割磁路の配置間
隔θ１は、ロータ外周部に配置された分割磁路７ｃのロ
ータ磁極表面における配置間隔、すなわち分割磁路７の
中心位置を挟む配置間隔（θ２×２）を除いて、同一と
なるように配置されている。言い換えれば、図１に示す
ロータの場合、任意の磁路組内の分割磁路７ａ、７ｂ、
７ｃは、それぞれの磁極端の中心とロ−タ中心を結ぶ角
度が、（θ１×４＋θ２×２）、（θ１×２＋θ２×
２）、（θ２×２）となるように配置されている。

【００１８】分割磁路７ａ、７ｂ、７ｃの、それぞれの
磁極端の中心とロ−タ中心を結ぶ角度が、（θ１×４＋
θ２×２）、（θ１×２＋θ２×２）、（θ２×２）と
なるような配置は、ロータ上の隣合う磁極を結ぶ各磁路
組について、それぞれ同様である。

【００１９】図１に示したロータ１の場合、分割磁路７
ａ、７ｂ、７ｃの、それぞれの磁極端の中心とロ−タ中
心を結ぶ角度を、隣合う磁極を結ぶ全ての分割磁路７に
ついて、それぞれ同一とすることで、どの磁路組の分割
磁路７ｂ，７ｃも同一形状になる。そのため、分割磁路
７ｂ、７ｃにおける磁気抵抗は、どの磁路組でも同一と
することができる。

【００２０】一方、ロータの各磁極中心の両側に位置す
る２本の分割磁路７ａ、７ａ′は、ロータ外周部におい
ては分割スリット８ａによって分割され、ロータ内部に
おいては、分割スリットを排除して結合された分割磁路
７ｄとして一体化した構造のために、ロータ内部では形
状が少し異なっているが、磁極表面では、どの磁路組で
も同一形状である。そのため、分割磁路７ａないし７
ａ′における磁気抵抗は、磁極表面において、それぞれ
同一形状、かつ、同一配置であるので、ロータ１上の隣
合う磁極を結ぶ全ての磁路組で、ほぼ同一とすることが
できる。

【００２１】任意の一組の隣合う磁極を結ぶ分割磁路か
らなる磁路組の中心位置Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ
５、Ｃ６は、それぞれ隣合う中心位置との間隔が一定で
はなく、不等間隔になるような配置構造としている。具
体的には、磁路組の中心位置が等間隔配置である場合
は、隣合う中心位置が、図１に示す二点鎖線のように、
６０゜の一定の間隔となるような配置であるのに対し、
本実施形態では、この中心位置は、６０゜ごとの等間隔
配置の位置から反時計方向にそれぞれ、シフトなし（＝
０゜）、２／６スロットピッチ（＝３．３３゜）シフ
ト、４／６スロットピッチ（＝６．６７゜）シフト、５
／６スロットピッチ（＝８．３３゜）シフト、３／６ス
ロットピッチ（＝５゜）シフト、１／６スロットピッチ
（＝１．６７゜）シフトした配置構造としている。各シ
フト角の配置は種々の組み合わせが可能である。

【００２２】このようにすることで、ロータ磁極を構成
する各磁路とステータとの電磁気的作用は、シフト角分
ずつロータ回転方向にシフトされて作用し、１ステータ
スロットピッチ周期以下の周期の磁気抵抗変動はキャン
セルされて低減し、トルクリップルを低減できる。

【００２３】具体的には、中心位置がシフトなしとなっ
ている磁路組の磁気抵抗変動と、３／６スロットピッチ
シフトとなっている磁路組の磁気抵抗変動とは、分割磁
路の配置間隔が同一で配置位置が半スロット分ずれた位
置となるために、半スロット周期分位相がずれ、変動幅
もほぼ同等となり、相殺しあって磁気抵抗変動を抑える
ことができる。同様に、１／６スロットピッチシフトと
４／６スロットピッチシフトの組合せや、２／６スロッ
トピッチシフトと５／６スロットピッチシフトの組合せ
も、磁気抵抗変動を抑える作用をする。これらの働きに
より、等間隔で配置された場合に発生する１スロット周
期の磁気抵抗変動をキャンセルし、トルクリップルを低
減できる。

【００２４】また、シフトなし、２／６スロットピッチ
シフト、および４／６スロットピッチシフトとなってい
る磁路の組の磁気抵抗変動は、１／３スロット周期分ず
つ位相がずれ、変動幅もほぼ同等なので、相殺しあって
磁気抵抗変動を抑えることができる。同様に、１／６ス
ロットピッチシフト、３／６スロットピッチシフト、お
よび５／６スロットピッチシフトの組合せも、相殺しあ
って磁気抵抗変動を抑える作用をする。これらの働きに
より、１／３スロット周期のトルクリップルがキャンセ
ルされ、トルクリップルを低減できる。

【００２５】このようにして、１スロット周期の磁気抵
抗変動と、１／３スロット周期のトルクリップルとがキ
ャンセルでき、トルクリップルを低減できる。

【００２６】さらに、１／３スロットピッチ周期以下の
高調波のトルクリップル成分は、残った高調波トルクリ
ップル成分のうち、最も低次な高調波成分の周期の角度
だけロータとステータとを相対的にスキューすることに
より除去し、さらにトルクリップルの低減を図ることも
できる。

【００２７】図１に示したロータ１は、一組の隣合う磁
極を結ぶ分割磁路の中心位置が、シフトなし（＝０
゜）、２／６スロットピッチ（＝３．３３゜）シフト、
４／６スロットピッチ（＝６．６７゜）シフト、５／６
スロットピッチ（＝８．３３゜）シフト、３／６スロッ
トピッチ（＝５゜）シフト、１／６スロットピッチ（＝
１．６７゜）シフトした配置構造としているが、６等分
の６０゜毎に配置された構造ではなく、１つおきに１／
２スロットピッチ（＝５゜）シフトした構造として、ス
テータの歯６に対するロータ側の分割磁路の磁気抵抗を
全体で均一化し、トルクリップルを低減しても構わな
い。この場合には、１スロット周期の磁気抵抗変動がキ
ャンセルされる。

【００２８】さらに、各磁路組の中心位置を、１つおき
に１／２スロットピッチ（＝５゜）シフトした場合で
も、その周期の角度だけロータとステータとを相対的に
スキューすることにより１／３スロットピッチ周期を含
む残った高調波のトルクリップル成分を除去し、さらに
トルクリップルの低減を図ることもできる。

【００２９】磁性鋼板２上に形成された分割磁路７は、
ロータ外周表面近傍での形状（磁極開口部の形状）をロ
ータ外周へ向かって末広がりの形状とし、ロータ内部の
分割磁路の幅より広くなる構造としている。このように
することで、ステータの歯とロータの分割磁路との対向
面積が大きくして磁束を通りやすくし、ロータ外周表面
では磁気的にステータの歯とロータの分割磁路が離散的
な配置とならない構造としている。

【００３０】このように、分割磁路の磁極端の幅をロー
タ内部の分割磁路の幅より広くして、ステータの歯とロ
ータ外周表面での分割磁路が離散的な配置とならない構
造とすることで、ロータ回転時の磁気抵抗の変動を抑
え、トルクリップルを低減できる。加えて、ロータ内部
での隣り合う分割磁路の間隔がロータ外周表面での間隔
より広い構造となり、ロータ外周部の各磁極の中間部分
への漏れ磁束を小さく抑えて、発生トルクの減少を防ぐ
ことが可能となる。

【００３１】ロータの各磁極中心の両側に位置する２本
の分割磁路７ａ、７ａ′は、ロータ外周部、すなわち磁
極開口部においては分割スリット８によって分割され、
ロータ内部においては、分割スリット８を排除して結合
された分割磁路７ｄとして一体化している。分割磁路７
ｄの幅は、分割磁路７ａ、７ａ′の幅を足し合わせた幅
として、分割磁路７ａ、７ａ′を通過する磁束を分割磁
路７ｄで減少させることのない幅としている。

【００３２】ロータの各磁極中心の両側に位置する２本
の分割磁路を、磁極開口部においては分割し、ロータ内
部において一体化すると、磁極のほぼ中央部に配置され
た分割磁路の磁束が多少ずれるが、トルクの低下は小さ
いので、発生トルクの低下にはつながらない。また、一
体化されて太くなった分割磁路７ｄは、ステータ４のス
ロット５に巻回した多相交流巻線に多相交流を通電し、
回転磁界により発生する回転トルクを、ロータ軸３へ伝
達するための機械的強度を向上させる効果がある。これ
により、発生トルクを低下させることなく、ロータの強
度を向上できる。

【００３３】また、磁極中央部以外に配置された、隣り
合う分割磁路のそれぞれの間隔をより広くすることによ
り、ロータ外周部の各磁極の中間部分への漏れ磁束を小
さく抑えることができるので、発生トルクの減少を抑制
し、かつ、トルクリップルを低減することが可能とな
る。

【００３４】図１に示したロータでは、ロータの各磁極
中心の両側に位置する分割磁路を磁極開口部においては
分割し、ロータ内部においては一体化した構造としてい
たが、図２に示すロータ１のように、分割されたままの
磁路であっても構わない。このようにしても、トルクリ
ップルを低減できる。

【００３５】図１に示したロータの場合、ロータの各磁
極中心の両側に位置する分割磁路は、各磁極表面では、
各磁極で同一形状であるが、ロータ内部の形状は若干異
なる。しかし、図２に示したロータ１では、一組の隣合
う磁極を結ぶ分割磁路７ａ、７ｂ、７ｃは、各磁路組で
同一形状となる。そのため、図２に示した形状の磁性鋼
板２を用いたロータであれば、製作する時に、例えば金
型によるプレス成形をするときには、磁路の部分の金型
が各磁極で共有化できる。

【００３６】図１に示したロータは、各磁極間の中間部
分にブリッジ構造１０を設け、ロータの機械強度を確保
しているが、ブリッジ構造１０を設ける代わりに、図３
に示すように、ロータ１の軸方向に貫通した複数の補強
用のバー材（棒状の非磁性体）１１を用いてロータの機
械強度を確保しても構わない。これは、非磁性体のバー
材１１などの部材を、分割磁路７に設けた凹部（分割ス
リット８の凸部）の位置にて積層された磁性鋼板２の軸
方向に通す構造となっている。バー材１１の両端を、図
示しないロータ長手方向両端に配置した円盤に固定する
ことで、非磁性体のバー材１１などの部材で、ロータ１
の回転に伴う分割磁路７に働く遠心力や回転磁界により
発生する回転トルクを支える構造とすることができる。

【００３７】このような構造とすることで、各磁極間の
中間部分のブリッジ構造１０を通り、ロータ外周部の各
磁極の中間部分へ漏れる磁束を抑えることができ、か
つ、ロータの機械強度も確保できる。

【００３８】

【発明の効果】本発明のリラクタンスモータによれば、
多相交流巻線が巻回されたステータと、各磁極をその両
端に形成する複数の分割磁路からなる磁路組を中心位置
が不等間隔になるように配置することで、ロータ回転時
の磁気抵抗変動を抑え、ステータのスロットに巻回した
多相交流巻線に多相交流を通電したときに、その回転磁
界により発生する回転トルクを維持しつつ、回転トルク
の脈動を抑え、いわゆるトルクリップルを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるモータの構成の第一実施形態を
示す回転軸方向から見た断面図である。

【図２】 図１に示したロータの一部を改造した回転軸
方向から見たロータの断面図である。

【図３】 図１に示したロータの一部を改造した回転軸
方向から見たロータの断面図である。

【図４】 従来の同期モータの一例を示した回転軸方向
から見た断面図である。

【符号の説明】

１ ロータ、２ 磁性鋼板、３ ロータ軸、４ ステー
タ、５ スロット、６歯、７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ
分割磁路、８，８ａ 分割スリット、９，１０ ブリ
ッジ構造、１１ バー材。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータ側から見たロータの磁気抵抗が
   前記ロータの回転方向位置により異なるリラクタンスモ
   ータにおいて、 前記ステータは、多相交流巻線が巻回された複数の歯を
   有し、 前記ロータは、互いの間に磁極を形成する複数の磁路組
   を具備し、 前記各磁路組は、複数の細い分割磁路からなり、各磁路
   組内の前記分割磁路の中心位置が一致し、かつ各磁路組
   内の前記各分割磁路の磁極開口部の間隔が前記中心位置
   を挟む配置間隔を除いて等しくなるように配置され、 前記各磁路組の中心位置は、不等間隔に配置されている
   ことを特徴とするリラクタンスモータ。
2. 【請求項２】 前記各分割磁路の磁極開口部の幅は、ロ
   ータ内部の分割磁路の幅より広くなっていることを特徴
   とする請求項１に記載のリラクタンスモータ。
3. 【請求項３】 前記磁路組内の分割磁路の各々が、構造
   強化のためと磁極中央部以外に配置された隣り合う分割
   磁路のそれぞれの間隔をより広くするために、ロータ内
   部で一部接続されていることを特徴とする請求項１又は
   請求項２に記載のリラクタンスモータ。
4. 【請求項４】 ロータ長手方向両端に各々配置された１
   組の円盤と、 前記ロータ軸方向に沿って分割スリットに配置され、前
   記円盤にその両端が固定された棒状の非磁性体と、を具
   備し、 ロータの内部に配置された前記各分割磁路が、前記棒状
   の非磁性体により固定されていることを特徴とする請求
   項１乃至請求項３に記載のリラクタンスモータ。