JP2003009484A - 自己始動リラクタンスモータの回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 種々の課題を解決可能な自己始動リラクタン
スモータを得る。 【解決手段】 ３６個のスロット２が形成され４極の進
行磁界を発生する固定子１に対向して設けられ、１極に
対して５層のフラックスバリアスリット４が設けられ、
フラックスバリアスリット４内に非磁性導電性材料が注
入されて２次導体５が形成されており、回転子３の断面
形状は、回転子３の外周部が全周を４４等分割され１極
に対して１１となる位置おいて、５層のフラックスバリ
アスリット４のうち４層のフラックスバリアスリット４
は、１１の位置の外側どうしの２位置を順次結ぶように
形成されるとともに、磁気的に非突極方向でかつ外周側
に形成された残る１層のフラックスバリアスリット４
は、１１の位置の中央の３位置を結合するように形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リラクタンストル
クを利用した同期電動機であり、特に回転子に始動用２
次導体（フラックスバリア）を設けることで自己始動可
能としたリラクタンスモータに関し、特に種々の課題を
解決可能な自己始動リラクタンスモータの回転子の構造
に関するするものである。

【０００２】

【従来の技術】回転子に磁気的な突極構造を持ち、固定
子の進行磁界に同期して回転するいわゆるリラクタンス
モータは、反作用モータ、あるいは同期リラクタンスモ
ータとして一般に知られている。そして、近年は磁気的
な突極を極限にまで高めるために回転子に多層のスリッ
ト構造をもたせることで、誘導電動機を上回る高効率モ
ータとして注目されている。

【０００３】しかし、このような構造のリラクタンスモ
ータは同期モータであるために回転子位置に応じて固定
子巻き線の電流位相を制御することが必要であり、一般
にインバータによって駆動される。一方、インバータ以
外の始動方法として、例えば特開平１１−１４６６１５
号公報に記載されるモータのように、回転子に誘導のた
めの始動用２次導体を設ける方法が提案されている。

【０００４】さらには、これとは別に従来のリラクタン
スモータにおける課題としてスリットの配置を適当に選
ばない場合には、同期運転時におけるトルクリップルが
発生して、これが負荷と共振するなどして振動騒音の要
因となる問題があった。この点に関しては、上述の従来
例においては、回転子スキューを施してトルクリップル
を低減する方法が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ファン、ポンプ、コン
プレッサなど従来誘導モータが用いられてきた一般産業
用モータに、このような構造のリラクタンスモータを適
用する為には、回転子位置に応じて電圧を制御するイン
バータを用いる方法が一般的である。しかし、インバー
タを用いるとコストが増加するだけでなくインバータ損
失の発生によって総合効率が低下してしまう問題があ
る。したがって、このような構造のリラクタンスモータ
においても、誘導電動機と同様に、インバータを使用し
ないでも定格速度で運転できることが望ましく、商用電
源にて同期速度まで加速して同期運転できることが望ま
しい。

【０００６】これに対して、上述の従来例である特開平
１１−１４６６１５号公報には、棒状導体をスリット部
の外周付近に配置する方法が提案されている。このよう
にして、誘導始動を可能とするリラクタンスモータが提
案されているが、このような棒状導体をスリット部の外
周付近に配置する方法では、負荷と慣性によって同期引
き入れができない領域があるので問題であった。同期引
き入れせずに非同期で運転されるリラクタンスモータは
振動が大きくて効率が低く一般産業用途に適さない。

【０００７】そして、特に、このような多層スリット構
造のリラクタンスモータは、回転子の磁気的な突極性が
高いために慣性の大きな負荷に対しては引き入れ能力が
低下してしまう問題がある。さらには、誘導電動機と同
一枠番で自己始動リラクタンスモータを構成すると負荷
の慣性が回転子慣性と同程度を超えると定格トルク負荷
に対する同期引き入れが困難になる問題がある。

【０００８】これらの課題から単純に棒状導体をスリッ
ト部の外周付近に配置したとしても、その適用範囲は比
較的慣性の小さな用途に限られるために、商用電源にて
直接駆動するモータとして一般産業用に広く適用するこ
とは困難であるという課題があった。

【０００９】また、このような多層スリット構造のリラ
クタンスモータを一般作業用モータとして適用すること
を考えた場合のさらなる課題として、量産性と低振動の
両立がある。

【００１０】すなわち、量産を考えた場合には、コスト
面から、回転子に設ける始動用の２次導体をアルミダイ
キャストによって作成することが望ましい。そして、ダ
イキャスト時の生産性を考えた場合には、微小なスリッ
ト幅とすると溶融アルミを回転子に流動させる際の圧損
が大きくなり量産性が低下する。したがって現実的に
は、回転子に配置できるスリットの数は少なく配置する
ことが望ましい。

【００１１】しかし、スリット数が少ないと固定子スロ
ットと回転子の間の磁気的な相互作用によってトルクリ
ップルが大きくなって振動騒音を発生する。これを避け
る案として、上述の従来例においては、回転子にスキュ
ーを採用する方法が開示されているが、回転子の磁気的
な突極性が低下すること、さらには回転子表面部分を周
方向に渡って流れる渦電流による損失いわゆる横流損失
が生じるなどしてモータの効率・力率が低下する問題が
あり、そのため、量産性と振動と効率・力率すべてを兼
ね備えた誘導始動するリラクタンスモータを得ることは
従来困難であった。

【００１２】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたもので、誘導電動機と同じサイズで作製し
た場合においても、回転子慣性より大きな慣性を有する
負荷に対しても商用電源直入れによって自己始動が可能
であると同時に、同一サイズで作成した誘導電動機より
も高い効率を有し、さらにトルクリップルが小さいとい
う全てのを得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係る自己始動
リラクタンスモータの回転子は、３６個のスロットが形
成された固定子鉄心、及び固定子鉄心に３相巻きに巻回
された巻き線を有し、４極の進行磁界を発生する固定子
に対向して設けられ、ロータ中央方向に対して凸形をな
す形状の１極に対して５層のフラックスバリアスリット
が設けられ、フラックスバリアスリット内に非磁性導電
性材料が注入されて２次導体が形成されている自己始動
リラクタンスモータの回転子であって、回転子の断面形
状は、回転子の外周部が全周を４４等分割され１極に対
して１１となる位置おいて、５層のフラックスバリアス
リットのうち回転子中央軸側に位置する４層のフラック
スバリアスリットは、１１の位置の外側どうしの２位置
を順次結ぶように形成されるとともに、磁気的に非突極
方向でかつ外周側に形成された残る１層のフラックスバ
リアスリットは、１１の位置の中央の３位置を結合する
ように形成され、結合されたフラックスバリアスリット
の極弧幅角が所定の角度以上である。

【００１４】また、この発明に係る自己始動リラクタン
スモータの回転子は、４８個のスロットが形成された固
定子鉄心、及び固定子鉄心に３相巻きに巻回された巻き
線を有し、４極の進行磁界を発生する固定子に対向して
設けられ、ロータ中央方向に対して凸形をなす形状の１
極に対して６層のフラックスバリアスリットが設けら
れ、フラックスバリアスリット内に非磁性導電性材料が
注入されて２次導体が形成されている自己始動リラクタ
ンスモータの回転子であって、回転子の断面形状は、回
転子の外周部が全周を５６等分割され１極に対して１４
となる位置おいて、６層のフラックスバリアスリットの
うち回転子中央軸側に位置する５層のフラックスバリア
スリットは、１４の位置のうち外側どうしの２位置を順
次結ぶように形成されるとともに、磁気的に非突極方向
でかつ外周側に形成された残る１層のフラックスバリア
スリットは、１４の位置のうち中央の４位置を結合する
ように形成され、結合されたフラックスバリアスリット
の極弧幅角が所定の角度以上である。

【００１５】また、この発明に係る自己始動リラクタン
スモータの回転子は、４８個のスロットが形成された固
定子鉄心、及び固定子鉄心に３相巻きに巻回された巻き
線を有し、４極の進行磁界を発生する固定子に対向して
設けられ、ロータ中央方向に対して凸形をなす形状の１
極に対して７層のフラックスバリアスリットが設けら
れ、フラックスバリアスリット内に非磁性導電性材料が
注入されて２次導体が形成されている自己始動リラクタ
ンスモータの回転子であって、回転子の断面形状は、回
転子の外周部が全周を５６等分割され１極に対して１４
となる位置おいて、７層のフラックスバリアスリットの
うち回転子中央軸側に位置する６層のフラックスバリア
スリットは、１４の位置のうち外側どうしの２位置を順
次結ぶように形成されるとともに、磁気的に非突極方向
でかつ外周側に形成された残る１層のフラックスバリア
スリットは、１４の位置のうち中央の２位置を結合する
ように形成され、結合されたフラックスバリアスリット
の極弧幅角が所定の角度以上である。

【００１６】また、この発明に係る自己始動リラクタン
スモータの回転子は、２４個のスロットが形成された固
定子鉄心、及び固定子鉄心に３相巻きに巻回された巻き
線を有し、２極の進行磁界を発生する固定子に対向して
設けられ、ロータ中央方向に対して凹形をなす形状の１
極に対して４層のフラックスバリアスリットが設けら
れ、フラックスバリアスリット内に非磁性導電性材料が
注入されて２次導体が形成されている自己始動リラクタ
ンスモータの回転子であって、回転子の断面形状は、回
転子の外周部が全周を２０等分割され１極に対して１０
となる位置おいて、４層のフラックスバリアスリットの
うち回転子中央軸側に位置する３層のフラックスバリア
スリットは、１０の位置のうち外側どうしの２位置を順
次結ぶように形成されるとともに、磁気的に非突極方向
でかつ外周側に形成された残る１層のフラックスバリア
スリットは、１０の位置のうち中央の４位置を結合する
ように形成され、結合されたフラックスバリアスリット
の極弧幅角が所定の角度以上である。

【００１７】また、この発明に係る自己始動リラクタン
スモータの回転子は、３６個のスロットが形成された固
定子鉄心、及び固定子鉄心に３相巻きに巻回された巻き
線を有し、２極の進行磁界を発生する固定子に対向して
設けられ、ロータ中央方向に対して凹形をなす形状の１
極に対して５層のフラックスバリアスリットが設けら
れ、フラックスバリアスリット内に非磁性導電性材料が
注入されて２次導体が形成されている自己始動リラクタ
ンスモータの回転子であって、回転子の断面形状は、回
転子の外周部が全周を３２等分割され１極に対して１６
となる位置おいて、５層のフラックスバリアスリットの
うち回転子中央軸側に位置する４層のフラックスバリア
スリットは、１６の位置のうち外側どうしの２位置を順
次結ぶように形成されるとともに、磁気的に非突極方向
でかつ外周側に形成された残る１層のフラックスバリア
スリットは、１６の位置のうち中央の８位置を結合する
ように形成され、結合されたフラックスバリアスリット
の極弧幅角が所定の角度以上である。

【００１８】また、２次導体はアルミ導体であり、また
フラックスバリアスリットの端部と回転子の外周部との
間の距離は０．３５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。

【００１９】さらに、磁気的に非突極方向でかつ外周側
に形成され複数の位置を結合するように形成されたフラ
ックスバリアスリットは、断面形状において、結合部分
が回転子外周に対して凹形に後退している。

【００２０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１にかかる自己始動リラクタンスモータの固定
子鉄心を示す断面図である。図２は自己始動リラクタン
スモータの回転子を示す断面図である。図１において、
このリラクタンスモータの固定子１の固定子鉄心１ａに
は、３６個の固定子スロット２が周方向に等間隔に形成
されている。各スロット２には図示しない３相４極の巻
き線が巻回されている。

【００２１】図１に示すモータの固定子スロット２の数
をＮｓ、極対数をＰで表現するとＮｓ＝３６，Ｐ＝２で
ある。一方、図２に示す回転子３のスリットの層数は６
層となっている。ここで、リラクタンスモータとして最
適なスリット数の組み合わせを選択する条件として以下
にしめす（条件１）から（条件４）の４つの条件を満足
する必要があることを発見した。

【００２２】空隙中に発生する磁束密度の空間高調波の
次数は、固定子１が発生する基本波の次数を１とすると
誘導電動機の同様の構造であるので公知の回転機理論に
よって

【００２３】

【数１】

【００２４】となる。 これに対して同期リラクタンス
モータ特有の回転子３によって生じる高調波成分は以下
のように求められる。

【００２５】本発明における回転子３の軸方向に対して
垂直な面での断面図を図２に示す。図２に示す回転子３
は、フラックスバリアスリットとしての円弧状のスリッ
ト４が形成された薄板電磁鋼板を複数枚積層し、その
後、各スリット４にアルミをダイキャストすることによ
って始動用のフラックスバリアすなわち２次導体５を形
成する。

【００２６】尚、図示しないが一般的な誘導電動機と同
様に２次導体５はエンドリングによって短絡されてい
る。ここでスリット４によって空隙中に生じる磁気的な
凸凹が回転子３の外周１周あたりにＮｒ個発生するとし
た場合には、固定子１が発生する基本波の次数を１とす
ると空隙中に発生する空間高調波の次数は

【００２７】

【数２】

【００２８】となる。このとき、ＭとＮの最小公倍数が
大きいほど固定子・回転子間の磁気的な相互作用によっ
て生じるリップル成分が小さくなる。逆に最小公倍数が
もっとも小さな１の場合、すなわち高調波Ｍ＝Ｎとなる
組み合わせがあった場合にはトルクリップルが大きくな
る。これらから （条件１）：ＭとＮの最小公倍数は極力大きく選ぶこと
が望ましい。

【００２９】次の条件として、Ｎｒは１極ごとの構造が
同一であることが非対称性による振動を除く上で望まし
い、そのため、スリット数は極数の倍数でなくてはなら
ない。このことから （条件２）：Ｎｒ／２Ｐは整数である。

【００３０】次の条件として、スリット４の層数が増え
ると、隣接するスリット４間どうしの間隔が短くなる。
そのため、固定子１のスロット２によって発生する空間
高調波磁束が回転子３の導体に鎖交しやすく、高調波２
次銅損が大きくなる。またスリット２の数の増加は、鉄
心１ａをプレス打ち抜きで作成する場合にプレス打ち抜
き部の総沿面長の増加を招くことから、プレス機に求め
られるプレス圧力が高くなるか、あるいは順送プレス機
においてはプレスの加工段数が増えることから、モータ
生産設備が大規模になってしまう。さらには、その後、
アルミダイキャストによって始動用２次導体５を作成す
る場合における特有の課題としてスリット４の幅が狭い
とアルミをダイキャストする際の圧損が大きくダイキャ
ストに要する圧力が増加するなどして、生産性が著しく
低下する。これらから、 （条件３）：スリット数は極力少ない方が望ましい。

【００３１】次の条件として、フラックスバリアスリッ
トとしてのスリット４の層数を以下に述べる。図３にお
ける曲線６がスリット４の層数とモータの効率の定性的
な関係を示したものである。一般にはスリット４の総面
積を一定条件でスリット４の層数を増やしていった場合
はジグザグもれ磁束など不要な磁束成分が低減されるた
めに無効な電流が減ってモータの効率特性は改善してい
く傾向がある。層数を増やすほどその漏れ磁束低減効果
は大きいのであるが、実用的にはある程度以上の層数
で、もれ磁束は十分に低減されるので十分となる。数ｋ
Ｗクラスの産業用モータでは、およそ５層程度以上とす
ることで、同一サイズで作成した誘導電動機を上回るよ
うな高い効率を確保出来る。

【００３２】次に、スリット４の数とＮｒの関係を考え
る。図４に１極分でのモデルを示す。図４に示すように
スリット４を一層設けた場合を考えると、その両端部に
おいて外周部に磁気的な凸凹７を１極あたり２箇所生じ
て高調波の要因となる。このことからスリット４の外周
位置での配置が周方向に等間隔に配置された場合におけ
る、回転子に起因するＮｒ次の高調波磁束とスリットの
層数Ｌとの関係は式３および式４に示される。

【００３３】Ｎｒ／２Ｐが偶数においては、図４に示す
ように１極に１層設けるごとに、磁気的な凸凹を２箇所
生じるので

【００３４】

【数３】

【００３５】となる。

【００３６】Ｎｒ／２Ｐが奇数においては、図２のスリ
ット４で最も外周に位置する断面円状のスリット４よう
にスリット４の半分のみが外周部近傍に配置されて磁気
的な凸凹となるスリット４を１つ含んでいることにな
り、その場合は

【００３７】

【数４】

【００３８】となる。

【００３９】ここで、図３グラフで示したモータの効率
が誘導電動機を上回る範囲を満足するように、Ｌ≧５を
確保すると （条件４−１）：Ｎｒ／２Ｐが偶数においては、Ｎｒ≧
２０Ｐ （条件４−２）：Ｎｒ／２Ｐが奇数においては、Ｎｒ≧
１８Ｐ が求められる。

【００４０】以上の（条件１）〜（条件４）の制約の中
で、図１に示す固定子を例にして、（式１），（式２）
のＭとＮの最小公倍数が大きい組み合わせの実施の形態
として以下に示す。

【００４１】まず、図１に示すモータでは、Ｎｓ＝３
６，Ｐ＝２であるので、固定子スロットによって１９
次，１７次の高調波成分を有する。そこでＭとＮが等し
くならず最小公倍数を大きくするＮｒとしては４４と２
８が考えられる。しかし、２８は条件４を満足しないこ
とからＮｒとしては４４が選択される。つまり回転子の
外周部を４４等分した位置付近にスリット４に端部を配
置した基本構造とするとトルクリップルを低減したモー
タが得られる。

【００４２】したがって、回転子の構造を（条件４−
１）もしくは（条件４−２）とする手段によって、ポン
プ、コンプレッサなどの一般産業用としてはスキューせ
ずともトルクリップルが低減できるという作用があるた
め、スキューによって増加する損失が無しに低トルクリ
ップルと高効率が両立したモータにできるという効果が
得られる。もちろん効率を犠牲にすれば、本発明の構造
にスキューを併せて施すことで更なるトルクリップル低
減効果があることはいうまでもない。

【００４３】具体的な回転子構造としてＮｒ＝４４を満
足するような形状を考えると、多層スリットの回転子構
造として図２に示すような構造が考えられる。しかし、
この図２の構造とするのみでは同期引き入れ能力が不足
するので、産業用モータとして広く適用するには、この
同期引き入れ能力の改善が必要である。これを以下に説
明する。

【００４４】図２に示すようなスリット４にダイキャス
トして作成した２次導体５を固定子１と組み合わせて始
動する際に、始動時においては突極構造の回転子３が固
定子１の進行磁界に対して非同期状態にある。このとき
回転子３を通過する磁束は磁気的な突極部と非突極部に
おいて大きさが変化するために、回転子３の２次導体５
を流れる電流の大きさが変化する。このことから回転子
３の２次導体５を流れる電流は逆相と正相の２成分を有
するようになる。

【００４５】この逆相成分による影響は、誘導電動機の
現象としてよく知られているゲルゲス現象と同様に、す
べり０．５以上では正、０．５以下では負のトルクを生
じる。したがって、すべりが０．１程度の小さな同期引
き入れ直前の状態においては、この逆相成分による負の
トルクは同期引き入れの阻害要因となる。また固定子１
の巻き線を流れる電流波形もこの回転子の突極構造に起
因して図５に示されるように回転子位置に応じて電流の
振幅値が変化する。

【００４６】一方、正相成分は、回転子がすべることに
よって通常の誘導電動機と同様に正の誘導トルクを発生
する。

【００４７】ここで、本発明の説明のためにモータの発
生する始動時におけるトルクを、上述した正相成分の誘
導トルクと逆相成分によるトルクに便宜的に分離して定
性的な傾向として示したものを図６に示す。図６中の曲
線８が回転子３の２次導体５が誘導電動機として作用す
る平均トルク、図６中の曲線９はゲルゲス現象と同様の
メカニズムで生じるトルク成分ですべり０．５以上では
負のトルクとなるために、加速を妨げる要因となる。こ
れらの合力が加速トルク１０となって負荷トルクと釣り
合うすべりｓにまで加速される。

【００４８】その後、モータに接続される負荷の慣性Ｊ
によって、同期可能なすべりＳ０（Ｊ）とすべりｓの関
係がＳ０（Ｊ）＞ｓ範囲にあれば、そのまま同期状態に
引き込まれる。（図中では同期時のトルクは図示してい
ない）。同期可能なすべりＳ０はモータに接続される負
荷の慣性によって異なる。同期引き入れ可能な負荷トル
クと負荷慣性の関係を定性的な傾向として示したものが
図７である。図７の斜線部の領域１１に示されるように
負荷の慣性モーメントが大きくなると適用可能な負荷ト
ルクが低くなってしまう。

【００４９】ここで、旧来の反作用モータなどとして知
られる誘導始動を行う小型の突極型のモータに比べて本
発明の多層スリット構造のリラクタンスモータは著しく
磁気的な突極性が高い。したがって、逆相成分によって
生じる電流脈動もより大きくなるため、すべりが０．５
以上の領域で生じる負のトルク分が大きくなり、図８に
示すように変化する。そのため、負荷トルクＴとつりあ
うすべりｓはｓ'とおおきくなってしまい、Ｓ０（Ｊ）
＜ｓ'となることから同期引き入れできない。このた
め、図７における破線１２に示すように引き入れ出来な
い領域は広く、同期時の特性は旧来の反作用モータより
優れるものの商用直入れで運転する場合には同期引き入
れが困難なため一般産業用途への適用範囲が狭くなる。

【００５０】本発明においてこの引き入れを回避する方
法を以下に示す。まず、回転子側の２次抵抗を極力低減
することで、誘導電動機の比例推移則によって図８の曲
線８に示す誘導トルクの特性を、図９に示すようにトル
クのピークを低すべり側に推移させる。これにより、負
荷トルクと誘導トルクがつりあうようすべりがｓ'から
ｓ''と小さくなって、Ｓ０（Ｊ）＞ｓ''となり回転子速
度が同期速度に近づくことで同期引き入れ特性が改善さ
れ、回転子と同程度以上の大きな慣性をもった負荷が定
格負荷トルクを要求しても同期引き入れが可能となる。

【００５１】以上に示した定性的な傾向から回転子３の
２次抵抗を低減すれば引き入れは改善されることがわか
る。しかし、実機の回転子の形状設計において２次抵抗
の低減を実機回転子構造で実現する場合においては、２
次抵抗低減のために２次導体５の断面積をひろげること
が必要になる。すなわち、本発明で提案するスリット４
にアルミをダイキャストして２次導体５を形成する自己
始動リラクタンスモータの回転子においては、スリット
４部分の面積を大きくすることが必要である。

【００５２】しかし、スリット４部分の面積を大きくす
ることは、一方で磁路断面積を小さくすることになるた
め極端にスリット４を大きくすると同期時における突極
を通過する磁路の磁束密度が高くなり磁気飽和してしま
いモータの効率・力率が低下してしまう。このことか
ら、同期引き入れ範囲の拡大とモータ効率は回転子形状
の設計において相反する設計制約となるためにその両立
が困難という課題が生じる。

【００５３】そこで、本実施の形態においては、回転子
スリット４と磁気回路の配置を両立する構造として図１
０を提案している。図１０に示すように回転子３の磁束
が通過しやすい磁気的な突極方向をｄ軸方向、逆にフラ
ックスバリアによって磁束が通過しにくい非突極方向を
ｑ軸方向と定義する。回転子３の中で電磁気的な役割分
担に着目すると磁束密度はｄ軸付近で振幅最大位相、ｑ
軸で振幅最小の正弦波状に変化するために、ｄ軸近傍で
は回転子鉄心の磁束密度が高い。逆にｑ軸付近を通過す
る回転子鉄心磁束密度は低くなる。一方、各スリットを
鎖交する磁束を考えた場合には、ｑ軸でかつ回転子の外
周側位置するスリットほど鎖交磁束量が多い。

【００５４】そこで本実施の形態においては、図２に示
す回転子３の構造から、さらに、このエリアのスリット
５Ａ、５Ｂを結合して、その間の磁路を始動用の電流路
が流れるように工夫して回転子の誘導電流の電流路断面
積を拡大した図１０の５ｃようなスリット形状とするこ
とを考案している。図１０に示す回転子３の構造のよう
にｑ軸方向のスリットを結合して２次導体断面積をひろ
げることは誘導トルクに寄与する導体部分の抵抗を下げ
る作用がある。また、このことでｑ軸方向の磁路幅は小
さくなるが、もともと磁束量が少なく磁気飽和の影響が
少ないため同期運転時の効率低下はほとんどない。さら
にはｑ軸付近の磁束密度は十分小さいので、回転子の磁
気的な脈動の振幅も小さく、振動を増加させることもな
い。

【００５５】このため、図１０の構造では同期時の効率
を低下させたり、振動を増加させたりすることなく、ひ
き入れ特性を改善できるという効果がある。このように
Ｎｒを４４とした構造をベースにｑ軸位置のスリット結
合によってひき入れと低振動を満足得ることが出来るこ
とを示したが、以上を一般化した設計範囲として以下に
提示する。

【００５６】すなわち、本実施の形態ではトルクリップ
ルを低減する作用を得るためにＮｒ＝４４を採用してい
る。そのため、各スリットの間隔は３６０／４４＝８．
１８度間隔となる。ここで内周側に位置する２層以上を
結合することで回転子外径部における結合した頂部位置
の間隔は図１０における角度θでは２層分を結合したの
で８．１８×２≒１６度となり、これより大きな極弧角
を有する形状となる。

【００５７】このようなことから、本実施の形態の自己
始動リラクタンスモータの回転子３においては、３６個
のスロット２が形成された固定子鉄心１ａ及び固定子鉄
心１ａに３相巻きに巻回された巻き線を有し、４極の進
行磁界を発生する固定子１に対向して設けられ、ロータ
中央方向に対して凸形をなす形状の１極に対して５層の
フラックスバリアスリット４が設けられ、フラックスバ
リアスリット４内に非磁性導電性材料が注入されて２次
導体５が形成されている自己始動リラクタンスモータの
回転子３であって、回転子３の断面形状は、回転子３の
外周部が全周を４４等分割され１極に対して１１となる
位置おいて、５層のフラックスバリアスリット４のうち
回転子３の中央軸側に位置する４層のフラックスバリア
スリット４は、１１の位置の外側どうしの２位置を順次
結ぶように形成されるとともに、磁気的に非突極方向で
かつ外周側に形成された残る１層のフラックスバリアス
リット４は、１１の位置の中央の３位置を結合するよう
に形成され、結合されたフラックスバリアスリットの極
弧幅角が概略１６度以上であるので、生産性向上とトル
クリップル低減を両立できるという効果がある。

【００５８】実施の形態２．残る課題として、図１１に
示すように固定子１のスロット２によって生じた高調波
磁束が図１１中の矢印１３に示すように回転子３の始動
用２次導体５の一部に鎖交して生じる渦電流損失、いわ
ゆる高調波２次銅損が発生しこれがモータ効率を低下さ
せる一因となることにふれる。

【００５９】この問題を解決する容易な手段としては、
図１１に示したフラックスバリアスリット４の端部と回
転子３の外周部との間の距離である外周ブリッジ部δを
厚くして回転子内部に鎖交する磁束から遠ざけて回転子
表面の鉄心に迂回させる方法が考えられる。

【００６０】しかし、一方で外周ブリッジ部δを厚くす
ることは、回転子３の外周部のもれ磁束、特にｑ軸成分
のもれ磁束が増加させてしまうためＬｑが大きくなる。
リラクタンスモータの力率をしめす指標として、一般
に、固定子１からみたｄ軸方向のインダクタンスＬｄと
ｑ軸方向のインダクタンスの比率Ｌｄ／Ｌｑを突極比と
呼ぶ。多層スリット構造のリラクタンスモータにおいて
誘導機を上回る性能を得るには、この突極比を５〜１０
程度以上に大きくすることが求められる。

【００６１】しかし、外周ブリッジ部δを厚くしてＬｑ
値が増加した場合には、突極比は著しく低下する。その
ために力率が低下して固定子を流れる電流が増加し１次
銅損が増加して効率が低下してしまう。

【００６２】したがって、ブリッジ部δの厚さに関して
は、高調波２次銅損の低減による損失低減と１次銅損低
下との相反する関係がある。この関係を図１２に示す。
ブリッジ厚さと損失の傾向に関しては、図１２中の曲線
１３に示すような傾向であり、力率低下に関してはブリ
ッジ厚さδが小さい範囲ではブリッジ部が磁気飽和して
いることと、外周部の加工劣化による磁気特性劣化のた
めに０．３ｍｍ以下ではブリッジ厚さの増加による１次
銅損低下はあまりないが、およそ０．３ｍｍ程度以上か
らブリッジ厚さの増加とともに１次銅損が増加し０．５
〜０．６ｍｍを超えると、汎用の３相誘導電動機を上回
る性能を得ることが難しくなる。

【００６３】一方、高調波２次銅損に関しては図１２中
の曲線１４に示すようにブリッジ厚さの増加に応じて低
下する。損失は１３＋１４であることから、ブリッジ厚
さが０．３５〜０．４８ｍｍの範囲に最適値があり、こ
の範囲で設計すると高調波２次銅損の１次銅損の双方を
考慮して最少の損失が得られる。このブリッジ厚さは厳
密にはモータサイズで異なるが数ｋＷクラスの産業用モ
ータにおいては、概略同様の値となる。

【００６４】このことから、本実施の形態で提案する自
己始動リラクタンスモータの回転子３は、多層スリット
構造にアルミをダイキャストして製造する回転子構造に
おいて、外周部ブリッジ厚さを０．３５〜０．４８ｍｍ
程度とする。このことは、高調波で発生する損失を最小
にする作用があり、モータの効率を高くできるという効
果が得られる。

【００６５】このように、本実施の形態の自己始動リラ
クタンスモータ回転子３においては、フラックスバリア
スリット４の端部と回転子３の外周部との間の距離δ
は、０．３５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。そのた
め、回転子３表面部を通過する漏れ磁束を増加させない
範囲で固定子１のスロット高調波磁束を鉄心で迂回させ
ることで鎖交量を抑制することで２次導体５の外周表面
部に鎖交して発生する高調波２次銅損を低減でき高効率
なモータとできる。

【００６６】実施の形態３．本発明の実施の形態１に示
すように結合したスリット部５Ｃにおいては、図１３に
示すように固定子スロット２によるもれ磁束１５の鎖交
が大きくなることから高調波２次銅損が他のスリットよ
り大きくなり問題となる。

【００６７】これに対し、本発明の実施の形態２に示す
ように外周部ブリッジ厚さδに関しては０．３５ｍｍ〜
０．４５ｍｍ程度すると磁束の鎖交量が低減して損失が
低減すると同時に、図１４に示すように外周部スリット
で２ヶ所以上を０．３５ｍｍ〜０．４５ｍｍの凸状と
し、各凸状を結合する結合部分５Ｄａを凹状に内周側に
へこませて全体を５Ｄのような形状とすることでこの損
失を低減できる。

【００６８】図１５に５Ｄの形状を拡大して示す。凸状
の箇所を２ヶ所以上設けることは、図１５中の矢印１６
のような回転子表面の無効なもれ磁束成分が通過する磁
路に対して凸状付近の１７に示す位置で鉄心が磁気飽和
するので、もれ磁束が通過しにくくなる。これは、もれ
磁束１６を低減する作用があり、結合部分５Ｄａを凹状
とすることは回転子２次導体５Ｄに鎖交する固定子スロ
ット２によるもれ磁束１５を回転子表面の鉄心に迂回さ
せて２次導体に鎖交する磁束をできるだけ減らして高調
波２次銅損を減らす作用がある。その結果モータ効率を
限界まで高くできるという効果が得られる。

【００６９】このように、本実施の形態の自己始動リラ
クタンスモータの回転子３においては、磁気的に非突極
方向でかつ外周側に形成され複数の位置を結合するよう
に形成されたフラックスバリアスリット５Ｄは、断面形
状において、結合部分５Ｄａが回転子外周に対して凹形
に後退している。そのため、固定子１のスロット高調波
磁束の侵入する位置の２次導体５を一部分排除すること
で、２次導体外周表面部に鎖交して発生する高調波２次
銅損を低減でき高効率なモータとできる。この場合でも
残された凸部が磁気飽和しているために回転子表面部を
通過する漏れ磁束を増加させることがなく、漏れ磁束に
よって生じる力率低下も少ない。

【００７０】実施の形態４．本発明の実施の形態１に示
す図２の回転子３のフラックスバリアの結合を３層分と
した構成を図１６に示す。フラックスバリアの結合を３
層分として図１６のに示す２次導体５Ｅを形成すること
は、２次導体の断面積をより大きくすることから、２層
を結合した図１０あるいは図１４の回転子構造よりさら
に回転子３の２次抵抗を低減せしめて、同期引き入れの
能力を高めることが出来る。その場合若干効率・力率は
低下するものの、ほぼ汎用三相電動機と同程度の効率で
ある。旧来の反作用モータなどと呼ばれるような簡易な
形状のリラクタンスモータは一台の制御装置でも群制御
などがしやすいために繊維機械用途などによく用いられ
てているが、誘導電動機よりかなり力率が劣り電源容量
が大きくなるという課題があったが、本発明の図１６に
示すようなモータを適用することは、誘導電動機と同程
度のよりはるかに高い力率のリラクタンスモータを提供
することができるという効果がある。

【００７１】実施の形態５．一方、数ｋＷクラス程度の
４極の小型モータにおいては固定子スロット数Ｎｓとし
て３６もしくは４８が一般的である。４極３６スロット
の場合の構成例は既に上述にて説明したので４８スロッ
トの場合の例を本実施の形態にて示す。図１７に示す固
定子１は４８スロット数であり、図示しない３相巻き線
が４極の進行磁界を発生するように巻回されている。本
実施の形態はＮｓ＝４８，Ｐ＝２であるので上述した固
定子スロットの空間周波数としては進行磁界の基本波成
分を１次とすると、Ｍ＝ｋｓ（４８／２±１）より２３
次、２５次の次数の空間高調波が発生する。

【００７２】これと組み合わせて大きな最小公倍数を得
るＮとしては２０もしくは２８が適当な値となり、これ
を実現するＮｒとしては４０もしくは５６を基本構造と
してもつ構造が振動低減に有利な構造である。したがっ
て、５層もしくは７層のフラックスバリアスリット数を
選ぶ。ここで５層構造でも相応の性能が得られるが、ｑ
軸位置のスリットを結合することに鑑みて７層構造とし
た方がスリットの層数を多く取れるので望ましい。ここ
から、さらに引き入れ改善の作用を得るために２層のｑ
軸付近のスリットを結合した図１７に示すような構造と
すれば引き入れと高い効率を両立することができる。

【００７３】以上を一般化した設計範囲として以下に提
示する。本実施の形態にしめす図１７の構造ではトルク
リップルを低減する作用を得るためにＮｒ＝５６を採用
している。したがって各スリットの間隔は３６０／５６
＝６．４２度間隔となる。ここで内周側に位置する２層
以上を結合することで回転子外径部における結合した頂
部位置の間隔は図１７における角度θは、６．４２×３
≒２０度であるので、これより大きな極弧角を有する形
状となる。

【００７４】このように、本実施の形態の自己始動リラ
クタンスモータの回転子３は、４８個のスロット２が形
成された固定子鉄心１ａ、及び固定子鉄心１ａに３相巻
きに巻回された巻き線を有し、４極の進行磁界を発生す
る固定子１に対向して設けられ、ロータ中央方向に対し
て凸形をなす形状の１極に対して６層のフラックスバリ
アスリット４が設けられ、フラックスバリアスリット４
内に非磁性導電性材料が注入されて２次導体５が形成さ
れている自己始動リラクタンスモータの回転子３であっ
て、回転子３の断面形状は、回転子３の外周部が全周を
５６等分割され１極に対して１４となる位置おいて、６
層のフラックスバリアスリット４のうち回転子３の中央
軸側に位置する５層のフラックスバリアスリット４は、
１４の位置のうち外側どうしの２位置を順次結ぶように
形成されるとともに、磁気的に非突極方向でかつ外周側
に形成された残る１層のフラックスバリアスリットは、
１４の位置のうち中央の４位置を結合するように形成さ
れ、結合されたフラックスバリアスリットの極弧幅角が
概略２０度以上であるので、モータの高効率化とトルク
リップル低減を両立できるという効果があるとともに、
引き入れ能力を向上させることができ、さらに高調波で
発生する損失を最小にすることができる。

【００７５】さらに、本実施の形態の変更例として、１
極に対して７層のフラックスバリアスリット４が設けら
れた場合を考えると、回転子３の断面形状は、回転子３
の外周部が全周を５６等分割され１極に対して１４とな
る位置おいて、７層のフラックスバリアスリット４のう
ち回転子３の中央軸側に位置する６層のフラックスバリ
アスリット４は、１４の位置のうち外側どうしの２位置
を順次結ぶように形成されるとともに、磁気的に非突極
方向でかつ外周側に形成された残る１層のフラックスバ
リアスリット４は、１４の位置のうち中央の２位置を結
合するように形成され、結合されたフラックスバリアス
リット４の極弧幅角が所定の６度以上であるので、モー
タの高効率化とトルクリップル低減を両立できるという
効果があるとともに、モータの力率が向上する。

【００７６】実施の形態６．また、数ｋＷクラス程度以
下の２極の小型の３相誘導モータにおいては固定子スロ
ット数Ｎｓとして２４もしくは３６などが一般的であ
る。Ｎｓが２４の場合は、Ｎｓ＝２４，Ｐ＝１であるの
で上述した固定子スロットの空間周波数としては進行磁
界の基本波成分を１次とすると、Ｍ＝ｋｓ（２４／１±
１）より２３，２５次の次数の空間高調波が発生する。

【００７７】これと組み合わせて大きな最小公倍数を得
るＮとしては２０もしくは２８が適当な値となり、これ
を実現するＮｒとしては２０もしくは２８を基本構造と
してもつ構造が振動低減に有利な構造である。したがっ
て、１０層もしくは１４層のフラックスバリアスリット
数を設けると振動が低減できる。

【００７８】ここで、本発明の実施の形態１に示した条
件３からスリット数の少ない１０層を選択し、ここから
さらに引き入れ改善のためにｑ軸付近のスリットを結合
した構造として図１８を考案している。

【００７９】以上を一般化した設計範囲として以下に提
示する。本実施の形態にしめす図１８の構造ではトルク
リップルを低減する作用を得るためにＮｒ＝２０を採用
している。したがって各スリットの間隔は３６０／２０
＝１８度間隔となる。ここで内周側に位置する２層以上
を結合することで回転子外径部における結合する。した
がって頂部位置の間隔は図１７における角度θは、１８
×３＝５４度より大きな極弧角を有する形状となる。

【００８０】また、本実施の形態の変更例として、１極
に対して５層のフラックスバリアスリット４が設けられ
た例を考えると、回転子３の断面形状は、回転子３の外
周部が全周を２０等分割され１極に対して１０となる位
置おいて、５層のフラックスバリアスリット４のうち回
転子３の中央軸側に位置する４層のフラックスバリアス
リット４は、１０の位置のうち外側どうしの２位置を順
次結ぶように形成されるとともに、磁気的に非突極方向
でかつ外周側に形成された残る１層のフラックスバリア
スリット４は、１０の位置のうち中央の２位置を結合す
るように形成され、結合されたフラックスバリアスリッ
トの極弧幅角が概略１８度以上であるので、２極機のよ
うに回転数が高いモータにおいても高調波２次銅損の増
加を抑制することができ高効率なモータとすることがで
きる。

【００８１】実施の形態７．さらに、数ｋＷクラス程度
の２極の小型モータにおいては固定子スロット数Ｎｓと
して２４もしくは３６が一般的である。Ｎｓが３６の場
合は、Ｎｓ＝３６，Ｐ＝１であるので上述した固定子ス
ロットの空間周波数としては進行磁界の基本波成分を１
次とすると、Ｍ＝ｋｓ（３６／１±１）より３５、３７
次の次数の空間高調波が発生する。

【００８２】これと組み合わせて大きな最小公倍数を得
るＮとしては３２もしくは４０が適当な値となり、これ
を実現するＮｒとしては３２もしくは４０を基本構造と
してもつ構造が振動低減に有利な構造である。したがっ
て、１６層もしくは２０層のスリット数を設けると振動
が低減できる。

【００８３】回転子の２次導体に対する固定子の鎖交磁
束を低減するには、回転子スリット数を固定子スリット
数の８割程度に低減することが望ましいので１６層を選
択し、ここからさらに引き入れ改善のためにｑ軸付近の
スリットを結合した構造として図１９が得られる。

【００８４】以上を一般化した設計範囲として以下に提
示する。本実施の形態にしめす図１８の構造ではトルク
リップルを低減する作用を得るためにＮｒ＝３２を採用
している。したがって各スリットの間隔は３６０／３２
＝１１．２５度間隔となる。ここで内周側に位置する２
層以上を結合することで回転子外径部における結合す
る。したがって頂部位置の間隔は図１８における角度θ
は１１．２５×３≒３４度より大きな極弧角を有する形
状となる。なお図１８では、スリット１極あたりに８層
確保することが困難であるので結合したフラックスバリ
アを含めて５層以上のスリット数を確保できれば誘導機
と同等の効率を得ることが出来るので、内周側の４層を
残して外側の８位置を結合したため角度θは１１．２５
×７≒７９度となっている。

【００８５】また、本実施の形態の変更例として、１極
に対して８層のフラックスバリアスリット４が設けられ
た例を考えると、回転子３の断面形状は、回転子３の外
周部が全周を３２等分割され１極に対して１６となる位
置おいて、８層のフラックスバリアスリット４のうち回
転子３の中央軸側に位置する７層のフラックスバリアス
リット４は、１６の位置のうち外側どうしの２位置を順
次結ぶように形成されるとともに、磁気的に非突極方向
でかつ外周側に形成された残る１層のフラックスバリア
スリット４は、１６の位置のうち中央の２位置を結合す
るように形成され、結合されたフラックスバリアスリッ
ト４の極弧幅角が概略１１度以上であるので、生産性を
低下させることなく、モータの高効率化とトルクリップ
ル低減を両立できるという効果がある。

【００８６】最後に本発明の自己始動リラクタンスモー
タの回転子に関しまとめると、上述の実施の形態１で
は、Ｎｓ＝３６を選択して説明した。生産性の見地から
はスロット数は極力少なくした方がよい。しかし、例え
ば４極機でこれ以上スロット数を減らす組み合わせとし
ては、Ｎｓ＝２４、Ｐ＝２とすると、固定子高調波とし
ては１１次、１２次の高調波成分を有する。そこでＭと
Ｎが等しくならず最小公倍数を大きくするＮｒとしては
２８と２０が考えられるが，双方とも条件４を満足しな
い。したがって上で説明したＮｓ＝３６が４極機用とし
ては生産性とトルクリップル低減を両立できるという効
果がある。

【００８７】また、Ｎｓ＝４８を選択した場合にはＮｓ
＝３６に比べてスロット数が増えることから生産性は若
干落ちるものの、より効率を追求する場合には回転子の
層数が増えた分だけ効率が微増する。これより多い組み
合わせとしてはＮｓ＝６０が考えられる。しかし、通常
は数ｋＷクラスのモータの空隙直径は１００ｍｍ前後で
ある。したがって、ここでＮｓ＝６０とするとスロット
ピッチは５ｍｍ程度となりスロット開口幅が２ｍｍ程度
となってしまう。スロット開口幅に関しては巻き線挿入
時の作業性を考慮すると２〜３ｍｍ程度以上ないと著し
く低下する。以上から４極機用としては、Ｎｓ＝４８と
することは生産性を維持した中で高効率とトルクリップ
ル低減を両立できるという効果がある。

【００８８】一方、２極機は商用電源直結で運転した場
合４極機に比べて回転数が高いために固定子のスロット
高調波で回転子表面での損失が４極機に比べて多く発生
する。特に、本発明のモータでは回転子スリット部に２
次導体を充填しているために回転子導体に対して固定子
高調波が鎖交することで損失を多く発生する。この損失
を主眼に設計する場合にはＮｓ＞Ｎｒであることが望ま
しい。ここでＮｓ＝１８とすると、固定子高調波として
は１７次、１９次の高調波成分を有する。そこでＭとＮ
が等しくならず最小公倍数を大きくするＮｒとしては１
４と２２が考えられるが、Ｎｓ＞Ｎｒを満足できない。
したがって、Ｎｓを２４とすることは２極機のように回
転数が高いモータでも高調波２次銅損の増加は抑制でき
高効率なモータにできるという効果がある。

【００８９】さらに、Ｎｓを２４とした場合には、２４
は４と６の倍数であるので、比較的生産量の多い４極
機、６極機と固定子製造に必要な生産設備を共用にする
ことが可能になり、より生産性に優れたモータが得られ
るという効果が得られる。

【００９０】Ｎｓ＝２４よりさらに効率を追求する場合
には回転子のスリット数を増やすべくＮｓを増やすこと
が考えられる。そこで４極機と６極機と生産設備の共有
できる２４の次に大きＮｓとしてはＮｓ＝３６、４８が
ある。

【００９１】しかし、Ｎｓ＝４８を選択した場合には、
Ｎｒ＝４０スリット数を２０層設ける方法が考えられる
が、数ｋＷ程度のモータの回転子径が１００ｍｍ前後で
あり、かつ中央に軸が貫通する構造の場合には、２０層
のスリットの配置を実現するにはかなり微細な加工が必
要となり実用的ではない。したがってＮｓ＝３６が生産
性を維持した中で最も高効率とトルクリップル低減を両
立できるという効果がある。

【００９２】

【発明の効果】このようなことから、本発明の回転子構
造を有する自己始動リラクタンスモータは、ブリッジ厚
さと多層スリットの構造を工夫したことで高い突極比を
得ることができると同時に固定子スロットによって生じ
る高調波磁束によって始動用の導体の回転子に発生する
２次銅損も少なくしたので従来の一般産業用途において
汎用３相誘導電動機を上回る高い効率を得ることができ
るという効果がある。

【００９３】また、高い突極比を有するリラクタンスモ
ータ特有の同期引き入れ能力の低下を最小限に抑えるこ
とで回転子と同程度以上の慣性を有する負荷であって
も、商用電源直入れで始動できることから従来のように
効果なインバータなどの周波数変換装置を不要に出来る
という効果がある。

【００９４】また、トルクリップルが小さくできるため
にトルクリップルに起因する振動等の問題も少ないとい
う効果がある。

【００９５】さらには、これらの効果をすべて兼ね備え
ることで従来困難であった一般産業用途に対しても同一
サイズの汎用三相誘導電動機よりも高効率なモータとし
て広く適用が可能になるという効果がある。

【００９６】そして、この発明に係る自己始動リラクタ
ンスモータの回転子は、３６個のスロットが形成された
固定子鉄心、及び固定子鉄心に３相巻きに巻回された巻
き線を有し、４極の進行磁界を発生する固定子に対向し
て設けられ、ロータ中央方向に対して凸形をなす形状の
１極に対して５層のフラックスバリアスリットが設けら
れ、フラックスバリアスリット内に非磁性導電性材料が
注入されて２次導体が形成されている自己始動リラクタ
ンスモータの回転子であって、回転子の断面形状は、回
転子の外周部が全周を４４等分割され１極に対して１１
となる位置おいて、５層のフラックスバリアスリットの
うち回転子中央軸側に位置する４層のフラックスバリア
スリットは、１１の位置の外側どうしの２位置を順次結
ぶように形成されるとともに、磁気的に非突極方向でか
つ外周側に形成された残る１層のフラックスバリアスリ
ットは、１１の位置の中央の３位置を結合するように形
成され、結合されたフラックスバリアスリットの極弧幅
角が所定の角度以上である。そのため、以下の効果を有
する。すなわち、 （１） 中小型の４極汎用三相誘導モータ（〜３ｋＷク
ラス）として一般的に良く用いられる３６スロットの固
定子に対して用いることで、生産設備を汎用三相誘導モ
ータと共用できるために生産性に優れる。そしてさらに
以下の特徴を全て併せもつ自己始動リラクタンスモータ
が得られる。 （２） 高い効率を維持できる範囲で極力回転子のスリ
ット数が少なくし、鉄心プレス時や２次導体ダイキャス
ト時の生産性を向上できる。 （３） 回転子スリットの数を最適に選択したのでトル
クリップルが低減できる。 （４） スリット結合位置を最適に選択した２次導体の
断面積と磁路の双方を確保でき効率・力率を低下させる
こと無く同期引き入れ可能な負荷トルク範囲を拡大でき
るという効果がある。

【００９７】また、この発明に係る自己始動リラクタン
スモータの回転子は、４８個のスロットが形成された固
定子鉄心、及び固定子鉄心に３相巻きに巻回された巻き
線を有し、４極の進行磁界を発生する固定子に対向して
設けられ、ロータ中央方向に対して凸形をなす形状の１
極に対して６層のフラックスバリアスリットが設けら
れ、フラックスバリアスリット内に非磁性導電性材料が
注入されて２次導体が形成されている自己始動リラクタ
ンスモータの回転子であって、回転子の断面形状は、回
転子の外周部が全周を５６等分割され１極に対して１４
となる位置おいて、６層のフラックスバリアスリットの
うち回転子中央軸側に位置する５層のフラックスバリア
スリットは、１４の位置のうち外側どうしの２位置を順
次結ぶように形成されるとともに、磁気的に非突極方向
でかつ外周側に形成された残る１層のフラックスバリア
スリットは、１４の位置のうち中央の４位置を結合する
ように形成され、結合されたフラックスバリアスリット
の極弧幅角が所定の角度以上である。そのため、以下の
効果を有する。すなわち、 （１） 中小型の４極汎用三相誘導モータ（〜１１ｋＷ
クラス）として一般的に良く用いられる４８スロットの
固定子を用いることで、生産設備を汎用三相誘導モータ
と共用できるために生産性に優れる。そして以下の特徴
を全て併せもつ自己始動リラクタンスモータが得られ
る。 （２） 高い効率を維持できる範囲で極力回転子のスリ
ット数が少なくし、鉄心プレス時や２次導体ダイキャス
ト時の生産性を向上できる。 （３） 回転子スリットの数を最適に選択したのでトル
クリップルが低減できる。 （４） 固定子のスロット高調波によって回転子非磁性
導体部分に生じる渦電流損失を低減にできる。（固定子
スロット数＞回転子バリア×２） （５） スリット結合位置を最適に選択した２次導体の
断面積と磁路の双方を確保でき効率・力率を低下させる
こと無く同期引き入れ可能な負荷トルク範囲を拡大でき
るという効果がある。

【００９８】また、この発明に係る自己始動リラクタン
スモータの回転子は、４８個のスロットが形成された固
定子鉄心、及び固定子鉄心に３相巻きに巻回された巻き
線を有し、４極の進行磁界を発生する固定子に対向して
設けられ、ロータ中央方向に対して凸形をなす形状の１
極に対して７層のフラックスバリアスリットが設けら
れ、フラックスバリアスリット内に非磁性導電性材料が
注入されて２次導体が形成されている自己始動リラクタ
ンスモータの回転子であって、回転子の断面形状は、回
転子の外周部が全周を５６等分割され１極に対して１４
となる位置おいて、７層のフラックスバリアスリットの
うち回転子中央軸側に位置する６層のフラックスバリア
スリットは、１４の位置のうち外側どうしの２位置を順
次結ぶように形成されるとともに、磁気的に非突極方向
でかつ外周側に形成された残る１層のフラックスバリア
スリットは、１４の位置のうち中央の２位置を結合する
ように形成され、結合されたフラックスバリアスリット
の極弧幅角が所定の角度以上である。そのため、以下の
効果を有する。すなわち、 （１） 中小型の４極汎用三相誘導モータ（〜１１ｋＷ
クラス）として一般的に良く用いられる４８スロットの
固定子を用いることで、生産設備を汎用三相誘導モータ
と共用できるために生産性に優れる。そして以下の特徴
を全て併せもつ自己始動リラクタンスモータが得られ
る。 （２） 回転子スリットの数を最適に選択したのでトル
クリップルが低減できる。 （３） 回転子スリット数を増やすことによって漏れ磁
束を低減してモータの力率が向上する。このため定格時
の電流が少なく固定子の巻き線に発生するジュール損失
が小さくモータを高効率化できる。 （４） スリット結合位置を最適に選択した２次導体の
断面積と磁路の双方を確保でき効率・力率を低下させる
こと無く同期引き入れ可能な負荷トルク範囲を拡大でき
るという効果がある。

【００９９】また、この発明に係る自己始動リラクタン
スモータの回転子は、２４個のスロットが形成された固
定子鉄心、及び固定子鉄心に３相巻きに巻回された巻き
線を有し、２極の進行磁界を発生する固定子に対向して
設けられ、ロータ中央方向に対して凹形をなす形状の１
極に対して４層のフラックスバリアスリットが設けら
れ、フラックスバリアスリット内に非磁性導電性材料が
注入されて２次導体が形成されている自己始動リラクタ
ンスモータの回転子であって、回転子の断面形状は、回
転子の外周部が全周を２０等分割され１極に対して１０
となる位置おいて、４層のフラックスバリアスリットの
うち回転子中央軸側に位置する３層のフラックスバリア
スリットは、１０の位置のうち外側どうしの２位置を順
次結ぶように形成されるとともに、磁気的に非突極方向
でかつ外周側に形成された残る１層のフラックスバリア
スリットは、１０の位置のうち中央の４位置を結合する
ように形成され、結合されたフラックスバリアスリット
の極弧幅角が所定の角度以上である。そのため、以下の
効果を有する。すなわち、 （１） 中小型の２極汎用三相誘導モータ（〜３ｋＷク
ラス）として一般的に良く用いられる２４スロットの固
定子を用いることで，生産設備を汎用三相誘導モータと
共用できるために生産性に優れる。そして以下の特徴を
全て併せもつ自己始動リラクタンスモータが得られる。 （２） 高い効率を維持できる範囲で極力回転子のスリ
ット数が少なくし、鉄心プレス時や２次導体ダイキャス
ト時の生産性を向上できる。 （３） 固定子のスロット高調波によって回転子非磁性
導体部分に生じる渦電流損失を低減にできる。（固定子
スロット数＞回転子バリア×２） （４） 回転子スリットの数を最適に選択したのでトル
クリップルが低減できる。 （５） スリット結合位置を最適に選択した２次導体の
断面積と磁路の双方を確保でき効率・力率を低下させる
こと無く同期引き入れ可能な負荷トルク範囲を拡大でき
るという効果がある。

【０１００】また、この発明に係る自己始動リラクタン
スモータの回転子は、３６個のスロットが形成された固
定子鉄心、及び固定子鉄心に３相巻きに巻回された巻き
線を有し、２極の進行磁界を発生する固定子に対向して
設けられ、ロータ中央方向に対して凹形をなす形状の１
極に対して５層のフラックスバリアスリットが設けら
れ、フラックスバリアスリット内に非磁性導電性材料が
注入されて２次導体が形成されている自己始動リラクタ
ンスモータの回転子であって、回転子の断面形状は、回
転子の外周部が全周を３２等分割され１極に対して１６
となる位置おいて、５層のフラックスバリアスリットの
うち回転子中央軸側に位置する４層のフラックスバリア
スリットは、１６の位置のうち外側どうしの２位置を順
次結ぶように形成されるとともに、磁気的に非突極方向
でかつ外周側に形成された残る１層のフラックスバリア
スリットは、１６の位置のうち中央の８位置を結合する
ように形成され、結合されたフラックスバリアスリット
の極弧幅角が所定の角度以上である。そのため、以下の
効果を有する。すなわち、 （１） 中小型の２極汎用三相誘導モータ（〜３ｋＷク
ラス）として一般的に良く用いられる３６スロットの固
定子を用いることで、生産設備を汎用三相誘導モータと
共用できるために生産性に優れる。そして以下の特徴を
全て併せもつ自己始動リラクタンスモータが得られる。 （２） 高い効率を維持できる範囲で極力回転子のスリ
ット数が少なくし、鉄心プレス時や２次導体ダイキャス
ト時の生産性を向上できる。 （３） 固定子のスロット高調波によって回転子非磁性
導体部分に生じる渦電流損失を低減にできる。（固定子
スロット数＞回転子バリア×２） （４） 回転子スリットの数を最適に選択したのでトル
クリップルが低減できる。 （５） スリット結合位置を最適に選択した２次導体の
断面積と磁路の双方を確保でき効率・力率を低下させる
こと無く同期引き入れ可能な負荷トルク範囲を拡大でき
るという効果がある。

【０１０１】また、２次導体はアルミ導体であり、また
フラックスバリアスリットの端部と回転子の外周部との
間の距離は０．３５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。そ
のため、回転子表面部を通過する漏れ磁束を増加させな
い範囲で固定子のスロット高調波磁束を鉄心で迂回させ
ることで鎖交量を抑制することで２次導体外周表面部に
鎖交して発生する高調波２次銅損を低減でき高効率なモ
ータとできる。

【０１０２】さらに、磁気的に非突極方向でかつ外周側
に形成され複数の位置を結合するように形成されたフラ
ックスバリアスリットは、断面形状において、結合部分
が回転子外周に対して凹形に後退している。そのため、
固定子のスロット高調波磁束の侵入する位置の２次導体
を一部分排除することで、２次導体外周表面部に鎖交し
て発生する高調波２次銅損を低減でき高効率なモータと
できる。この場合でも残された凸部が磁気飽和している
ために回転子表面部を通過する漏れ磁束を増加させるこ
とがなく、漏れ磁束によって生じる力率低下も少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１の自己始動リラクタン
スモータの固定子を示す断面図である。

【図２】 本発明の実施の形態１の自己始動リラクタン
スモータの回転子を示す断面図である。

【図３】 本発明の実施の形態１の自己始動リラクタン
スモータのフラックスバリアスリットの層数とモータ効
率の定性的傾向を示す説明図である。

【図４】 本発明の実施の形態１の自己始動リラクタン
スモータの回転子におけるフラックスバリアスリットと
このスリットの端部に発生する磁気的凸凹の関係を示す
説明図である。

【図５】 本発明の実施の形態１の自己始動リラクタン
スモータの始動時における固定子の電流波形を示す説明
図である。

【図６】 本発明の実施の形態１の自己始動リラクタン
スモータの始動時におけるモータ内部のトルクの発生の
様子を説明する説明図である。

【図７】 本発明の実施の形態１の自己始動リラクタン
スモータの負荷慣性と負荷トルクに応じた引き入れ不可
能な範囲を定性的に示す説明図である。

【図８】 本発明の実施の形態１の自己始動リラクタン
スモータの始動時におけるモータ内部のトルクの発生の
様子を説明する説明図である。

【図９】 本発明の実施の形態１の自己始動リラクタン
スモータの始動時におけるモータ内部のトルクの発生の
様子を説明する説明図である。

【図１０】 本発明の実施の形態１の自己始動リラクタ
ンスモータの回転子を示す断面図である。

【図１１】 本発明の実施の形態２の自己始動リラクタ
ンスモータの回転子表面の損失発生の様子を説明する説
明図である。

【図１２】 本発明の実施の形態２の自己始動リラクタ
ンスモータの回転子のブリッジ厚さと損失の関係を示す
説明図である。

【図１３】 本発明の実施の形態２の自己始動リラクタ
ンスモータの回転子表面の損失発生の様子を説明する説
明図である。

【図１４】 本発明の実施の形態３の自己始動リラクタ
ンスモータの回転子を示す断面図である。

【図１５】 本発明の実施の形態３の自己始動リラクタ
ンスモータの回転子表面の損失発生の様子を説明する説
明図である。

【図１６】 本発明の実施の形態４の自己始動リラクタ
ンスモータを示す断面図である。

【図１７】 本発明の実施の形態５の自己始動リラクタ
ンスモータを示す断面図である。

【図１８】 本発明の実施の形態６の自己始動リラクタ
ンスモータを示す断面図である。

【図１９】 本発明の実施の形態７の自己始動リラクタ
ンスモータを示す断面図である。

【符号の説明】

１ 固定子、１ａ 固定子鉄心、２ 固定子スロット、
３ 回転子、４ スリット（フラックスバリアスリッ
ト）、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ ２次導体、
６ 効率特性曲線、７ 磁気的凸凹箇所、８，９，１０
トルク特性曲線、１１，１２ 引き入れ不可能な範
囲、１３，１４ 損失曲線、１５，１６ 漏れ磁束、１
７ 磁気飽和箇所。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 邦雄 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 中本 道夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 阿知和 典弘 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H002 AA01 AA09 AB08 AE06 5H619 AA01 AA07 BB01 BB06 BB24 PP02 PP04 PP15

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３６個のスロットが形成された固定子鉄
   心、及び該固定子鉄心に３相巻きに巻回された巻き線を
   有し、４極の進行磁界を発生する固定子に対向して設け
   られ、ロータ中央方向に対して凸形をなす形状の１極に
   対して５層のフラックスバリアスリットが設けられ、該
   フラックスバリアスリット内に非磁性導電性材料が注入
   されて２次導体が形成されている自己始動リラクタンス
   モータの回転子であって、 上記回転子の断面形状は、該回転子の外周部が全周を４
   ４等分割され１極に対して１１となる位置おいて、上記
   ５層のフラックスバリアスリットのうち回転子中央軸側
   に位置する４層のフラックスバリアスリットは、上記１
   １の位置の外側どうしの２位置を順次結ぶように形成さ
   れるとともに、磁気的に非突極方向でかつ外周側に形成
   された残る１層のフラックスバリアスリットは、上記１
   １の位置の中央の３位置を結合するように形成され、該
   結合されたフラックスバリアスリットの極弧幅角が所定
   の角度以上であることを特徴とする自己始動リラクタン
   スモータの回転子。
2. 【請求項２】 ４８個のスロットが形成された固定子鉄
   心、及び該固定子鉄心に３相巻きに巻回された巻き線を
   有し、４極の進行磁界を発生する固定子に対向して設け
   られ、ロータ中央方向に対して凸形をなす形状の１極に
   対して６層のフラックスバリアスリットが設けられ、該
   フラックスバリアスリット内に非磁性導電性材料が注入
   されて２次導体が形成されている自己始動リラクタンス
   モータの回転子であって、 上記回転子の断面形状は、該回転子の外周部が全周を５
   ６等分割され１極に対して１４となる位置おいて、上記
   ６層のフラックスバリアスリットのうち回転子中央軸側
   に位置する５層のフラックスバリアスリットは、上記１
   ４の位置のうち外側どうしの２位置を順次結ぶように形
   成されるとともに、磁気的に非突極方向でかつ外周側に
   形成された残る１層のフラックスバリアスリットは、上
   記１４の位置のうち中央の４位置を結合するように形成
   され、該結合されたフラックスバリアスリットの極弧幅
   角が所定の角度以上であることを特徴とする自己始動リ
   ラクタンスモータの回転子。
3. 【請求項３】 ４８個のスロットが形成された固定子鉄
   心、及び該固定子鉄心に３相巻きに巻回された巻き線を
   有し、４極の進行磁界を発生する固定子に対向して設け
   られ、ロータ中央方向に対して凸形をなす形状の１極に
   対して７層のフラックスバリアスリットが設けられ、該
   フラックスバリアスリット内に非磁性導電性材料が注入
   されて２次導体が形成されている自己始動リラクタンス
   モータの回転子であって、 上記回転子の断面形状は、該回転子の外周部が全周を５
   ６等分割され１極に対して１４となる位置おいて、上記
   ７層のフラックスバリアスリットのうち回転子中央軸側
   に位置する６層のフラックスバリアスリットは、上記１
   ４の位置のうち外側どうしの２位置を順次結ぶように形
   成されるとともに、磁気的に非突極方向でかつ外周側に
   形成された残る１層のフラックスバリアスリットは、上
   記１４の位置のうち中央の２位置を結合するように形成
   され、該結合されたフラックスバリアスリットの極弧幅
   角が所定の角度以上であることを特徴とする自己始動リ
   ラクタンスモータの回転子。
4. 【請求項４】 ２４個のスロットが形成された固定子鉄
   心、及び該固定子鉄心に３相巻きに巻回された巻き線を
   有し、２極の進行磁界を発生する固定子に対向して設け
   られ、ロータ中央方向に対して凹形をなす形状の１極に
   対して４層のフラックスバリアスリットが設けられ、該
   フラックスバリアスリット内に非磁性導電性材料が注入
   されて２次導体が形成されている自己始動リラクタンス
   モータの回転子であって、 上記回転子の断面形状は、該回転子の外周部が全周を２
   ０等分割され１極に対して１０となる位置おいて、上記
   ４層のフラックスバリアスリットのうち回転子中央軸側
   に位置する３層のフラックスバリアスリットは、上記１
   ０の位置のうち外側どうしの２位置を順次結ぶように形
   成されるとともに、磁気的に非突極方向でかつ外周側に
   形成された残る１層のフラックスバリアスリットは、上
   記１０の位置のうち中央の４位置を結合するように形成
   され、該結合されたフラックスバリアスリットの極弧幅
   角が所定の角度以上であることを特徴とする自己始動リ
   ラクタンスモータの回転子。
5. 【請求項５】 ３６個のスロットが形成された固定子鉄
   心、及び該固定子鉄心に３相巻きに巻回された巻き線を
   有し、２極の進行磁界を発生する固定子に対向して設け
   られ、ロータ中央方向に対して凹形をなす形状の１極に
   対して５層のフラックスバリアスリットが設けられ、該
   フラックスバリアスリット内に非磁性導電性材料が注入
   されて２次導体が形成されている自己始動リラクタンス
   モータの回転子であって、 上記回転子の断面形状は、該回転子の外周部が全周を３
   ２等分割され１極に対して１６となる位置おいて、上記
   ５層のフラックスバリアスリットのうち回転子中央軸側
   に位置する４層のフラックスバリアスリットは、上記１
   ６の位置のうち外側どうしの２位置を順次結ぶように形
   成されるとともに、磁気的に非突極方向でかつ外周側に
   形成された残る１層のフラックスバリアスリットは、上
   記１６の位置のうち中央の８位置を結合するように形成
   され、該結合されたフラックスバリアスリットの極弧幅
   角が所定の角度以上であることを特徴とする自己始動リ
   ラクタンスモータの回転子。
6. 【請求項６】 上記２次導体はアルミ導体であり、また
   上記フラックスバリアスリットの端部と上記回転子の外
   周部との間の距離は０．３５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下で
   あることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載
   の自己始動リラクタンスモータの回転子。
7. 【請求項７】 磁気的に非突極方向でかつ外周側に形成
   され上記複数の位置を結合するように形成されたフラッ
   クスバリアスリットは、断面形状において、結合部分が
   回転子外周に対して凹形に後退していることを特徴とす
   る請求項１から５のいずれかに記載の自己始動リラクタ
   ンスモータの回転子。