JP2007129884A - リラクタンスモータのロータ - Google Patents

Abstract

【課題】従来品に比べて、発生トルクを大きくすることができるリラクタンスモータのロータを提供する。
【解決手段】ロータ１１には、その周方向の複数箇所に、等間隔置きに、ロータ１１の中心側に凸となる複数のフラックスバリア１７が半径方向に形成されることにより、ロータ１１の中心側に凸となるフラックスパス１８が半径方向に複数列に形成されている。フラックスバリア１７は、スリットで構成されている。スリットはコアシート１２の状態でのプレス加工やレーザ加工等により形成される。フラックスバリア１７は、一番外側に設けられたフラックスバリア１７ｓが隣接する内側のフラックスバリア１７より幅が広く形成されるとともに外側から二番目以降のフラックスバリア１７は内側のものほど幅が広く形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、リラクタンスモータのロータに関する。

リラクタンスモータは、誘導モータと比較して回転子の２次銅損が発生しないという特徴があるため、電気自動車や工作機械等の駆動用モータとして注目されている。しかし、この種のモータは一般に力率が悪く、産業用として利用するには、ロータ構造あるいは駆動方法等の改善が必要であった。

リラクタンスモータのロータは、電磁鋼板製の円板状のコアシートに同心円弧状のフラックスバリア（スリット）が設けられた構成になっている。しかし、複数のフラックスバリアをそれぞれ同じ幅で形成した構成では、ｑ軸方向の磁束が各フラックスバリアを突き抜けてしまうため、発生トルクが小さくなる。この問題を解消するため、ロータ中心側に凸となるように半径方向に列設した複数のスリットと、その複数のスリットよりロータ中心側に配置され、前記スリットより半径方向の幅が広いｑ軸磁束切断部（スリット）を備えたロータコア（ロータ）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、図３（ａ）に示すようなロータコアも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。このロータコアにおいては、コアシート５１に形成されたストリップ５２の半径方向の幅はロータ中心側のストリップ５２が外側のストリップ５２より広く形成されている。そして、スリット５３の半径方向の幅は、ロータ中心側のスリット５３がロータ外側のスリット５３より広く、中心側から２番目以降のスリット５３は同じ幅である。

特許文献２には、従来技術として図３（ｂ）に示すように、ロータ外側のストリップ５２よりロータ中心側のストリップ５２の幅を広くするとともに、ロータ外側のスリット５３の幅が広く中心側のスリット５３の幅が狭いロータコアも記載されている。
特開平１０−２５７７００号公報（明細書の段落［０００８］，［００２５］、図２） 特開平１１−１２７５６０号公報（明細書の段落［００１１］，［００２６］、図２，１３）

特許文献１に記載の構成では、同じ幅で形成された複数のスリットより内側に、それらのスリットより幅が広いスリット（ｑ軸磁束切断部）が設けられているため、磁束がスリットを突き抜けることが抑制されてトルクの低下が抑制される。しかし、スリット間の磁束が流れる部分（フラックスパス）の幅が一定のため、大電流領域では磁束が飽和してトルクが減少する。

一方、特許文献２の構成では、磁束が流れる（通過する）ストリップ５２（フラックスパス）の幅は、内側のストリップ５２方が広く形成されているため、磁束が多く流れる大電流領域でも磁束の飽和が抑制される。しかし、内側から２番目以降のスリット５３の幅が同じため、内側から２番目以降のストリップ５２を通過する磁束の一部がスリット５３を突き抜けてしまい、トルクが減少する。特許文献２の従来技術に挙げられている図３（ｂ）の構成でも、ストリップ５２の幅は内側の方が広いため、大電流領域での磁束の飽和が抑制される。しかし、スリット５３の幅が内側ほど狭いため、磁束の一部がスリット５３を突き抜け易くトルクが減少する。

同じ大きさの領域内で、効率良くトルクを発生させるためにフラックスバリアの幅を広くすると、フラックスパスの幅が狭くなり、磁束量が多い大電流領域での発生トルクが小さくなる。大電流領域での発生トルクを大きくするため全てのフラックスパスの幅を広くすると、低電流領域では目的のトルクを得るのに必要な電流量が多くなる。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、従来品に比べて、発生トルクを大きくすることができるリラクタンスモータのロータを提供することにある。

本願発明者は、ロータの外側に存在するフラックスパスはトルクへの寄与率が低いため、外側のフラックスパスの幅は狭くてもトルク低下には影響が小さいことに着目して本願発明を考えた。

前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ロータの中心側に凸となる複数のフラックスバリアが半径方向に形成されることにより、ロータの中心側に凸となるフラックスパスが半径方向に複数列に形成されたリラクタンスモータのロータである。そして、前記フラックスバリアは、一番外側に設けられたフラックスバリアが隣接する内側のフラックスバリアより幅が広く形成されるとともに外側から二番目以降のフラックスバリアは内側のものほど幅が広く形成されており、前記フラックスパスは、内側のものほど幅が広く形成されている。

この発明では、ロータの内側に配置されたフラックスパスほど幅（径方向の長さ）が広くなるように形成されているため、モータを大電流領域で運転する際に、多くの磁束がフラックスパスを流れることができ発生トルクが大きくなる。また、最も外側のフラックスバリアを除き、フラックスバリアは内側のものほど幅が広く形成されているため、効率良くトルクを発生させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において前記フラックスパスは、内側のものほど曲率が大きく形成されている。この発明では、外側のフラックスパスほど曲率が小さいため、同じ２箇所を結ぶようにフラックスパスを形成する際、その長さを短くすることができる。フラックスパスの幅が同じであれば長さの短い方が効率が良くなる。

本発明によれば、従来品に比べて、発生トルクを大きくすることができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１（ａ），（ｂ）にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、リラクタンスモータのロータ１１は、電磁鋼板等の高透磁率材からなる円板状のコアシート１２を複数枚（例えば数十枚）積層した積層体１３と、積層体１３の中心に貫挿されたロータ軸１４とを備えている。コアシート１２同士は、必要に応じて接着剤等で一体固着されている。

図１（ｂ）はロータ１１とステータ１５との関係を示す部分模式平面図、具体的には中心角が１２０度となるロータ全体の１／３の部分に対応する図である。ステータ１５は円筒状で内側に複数のティース１６が等間隔で設けられている。ロータ１１は、コアシート１２の外周面がティース１６と所定の間隔を置いた状態でステータ１５の内側に配置される。

ロータ１１には、その周方向の複数箇所（この実施形態では６箇所で２箇所のみ図示）に、等間隔置きに、ロータ１１の中心側に凸となる複数のフラックスバリア１７が半径方向に形成されることにより、ロータ１１の中心側に凸となるフラックスパス１８が半径方向に複数列に形成されている。フラックスバリア１７は、スリットで構成されている。スリットはコアシート１２の状態でのプレス加工やレーザ加工等により形成される。

フラックスバリア１７は、一番外側に設けられたフラックスバリア１７ｓが隣接する内側のフラックスバリア１７より幅が広く形成されるとともに外側から二番目以降のフラックスバリア１７は内側のものほど幅が広く形成されている。

フラックスパス１８は、内側のものほど幅が広く形成されている。フラックスパス１８は、内側のものほど曲率が大きく形成されている。即ち、外側のフラックスパス１８ほど曲率が小さく形成されており、最も外側のフラックスパス１８はほぼ直線状に形成されている。各フラックスバリア１７及びフラックスパス１８は、中央部分が最も幅が広く、両端に近づくに従って幅が狭くなるように形成されている。また、各フラックスバリア１７及びフラックスパス１８は、中央を通りロータ１１の半径方向に延びる直線に対して対称に形成されている。

次に前記のように構成されたロータ１１の作用を説明する。ロータ１１がステータ１５内に配置され、ステータ１５のティース１６からロータ１１に回転磁界が作用すると、リラクタンストルクが発生する。高トルクを発生させるためコイルに流れる電流値を大きくすると、全体の磁束量が多くなる。磁束はロータ１１の各フラックスパス１８に均一に流れるのではなく、内側に配置されたフラックスパス１８側が高密度になるように流れる。この実施形態のロータ１１は、ロータ１１の内側に配置されたフラックスパス１８ほどその幅が広く形成されているため、トルクへの寄与率が高い内側に配置されたフラックスパス１８において、大電流領域でも磁束の飽和が抑制される。

また、フラックスパス１８の幅が広くても、フラックスパス１８を区画するフラックスバリア１７の幅が狭いと、フラックスバリア１７を磁束が通過してトルクが効率良く発生しない。しかし、この実施形態のロータ１１は、フラックスバリア１７が最も外側のフラックスバリア１７ｓを除き、内側のフラックスバリア１７ほど幅が広く形成されているため、磁束がフラックスバリア１７を通過するのが抑制されてトルクが効率良く発生する。

また、外側のフラックスバリア１７及びフラックスパス１８はトルクへの寄与が少ないが、最も外側のフラックスバリア１７ｓの幅をその内側のフラックスバリア１７の幅より広くすることにより、相対的に内側のフラックスパス１８に流れる磁束の量が増え、トルクを高めるのに寄与する。

この実施形態では以下の効果を有する。
（１）ロータ１１の中心側に凸となるように半径方向に複数列に形成されたフラックスバリア１７は、一番外側に設けられたフラックスバリア１７ｓが隣接する内側のフラックスバリア１７より幅が広く形成されるとともに外側から二番目以降のフラックスバリア１７は内側のものほど幅が広く形成されている。また、ロータ１１の中心側に凸となるように半径方向に複数列に形成されたフラックスパス１８は、内側のものほど幅が広く形成されている。従って、トルクへの寄与率が高い内側に配置されたフラックスパス１８において、磁束を多く流す大電流領域でも飽和を抑制し、従来のロータを使用した場合より効率良くトルクを発生させることができ、発生トルクを大きくすることができる。

（２）フラックスパス１８は、内側のものほど曲率が大きく形成されている。即ち、外側のフラックスパス１８ほど曲率が小さいため、同じ２箇所を結ぶようにフラックスパス１８を形成する際、その長さを短くすることができる。フラックスパス１８の幅が同じであれば長さの短い方が効率が良くなる。

（３）フラックスバリア１７は、中央部分が最も幅が広く、両端に近づくに従って幅が狭くなるように形成されている。また、各フラックスバリア１７は、中央を通りロータ１１の半径方向に延びる直線に対して対称に形成されている。トルクの発生は、フラックスバリア１７の端部のエッジの数の影響も受け、エッジの数が多い方がトルクが効率良く発生する。各フラックスバリア１７をそれぞれ中央部分と同じ一定幅で形成すると、結果として同じ面積の部分に形成することができるフラックスバリア１７の本数が少なくなる。しかし、フラックスバリア１７は、その端部の幅が中央部より狭く形成されているため、磁束のバリア機能を確保した状態でフラックスバリア１７の本数を確保することができ、エッジ数が減少せず、トルク発生効率の低下を抑制することができる。また、低電流領域において目的のトルクを得るのに必要な電流量を抑制することができる。

（４）フラックスバリア１７は単純な円弧状ではないため、製造の際に中央部の幅に誤差が生じてもトルク発生効率に与える影響が少なく、製造の際の自由度が高くなる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。

○ フラックスパス１８は、その端部の幅が中央部より狭く形成されている構成に限らず、図２に示すように、中央部から端部まで一定の幅となるように形成してもよい。
○ フラックスバリア１７の形状は円弧や楕円弧に限らず内側に凸の任意の曲線状でもよい。また、曲線状に限らず、直線部と曲線部との組み合わせで構成される形状、例えば、Ｖ字状やＵ字状であってもよい。従って、従来製品に比較して製造の自由度が高くなる。

○ ロータ１１に設けられるフラックスバリア１７及びフラックスパス１８の組は６組に限らず、従来技術のように４組としたり、それ以外の組数としたりしてもよい。
○ ステータ１５を構成するティース１６の数は１８個に限らず、複数であればよく、１７個以下であってもよく、１９個以上であってもよい。

○ フラックスバリア１７はスリットに限らず、磁束の透過を抑制できる材質が充填されていてもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。

請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記フラックスバリアは、中央部分が最も幅が広く、両端に近づくに従って幅が狭くなるように形成されている。

（ａ）は一実施形態のロータとステータの関係を示す模式部分平面図、（ｂ）はロータの模式斜視図。 別の実施形態におけるロータとステータの関係を示す模式部分平面図。 （ａ）は従来技術のコアシートの模式平面図、（ｂ）は別の従来技術におけるコアシートの模式平面図。

符号の説明

１１…ロータ、１７，１７ｓ…フラックスバリア、１８…フラックスパス。

Claims (2)

1. ロータの中心側に凸となる複数のフラックスバリアが半径方向に形成されることにより、ロータの中心側に凸となるフラックスパスが半径方向に複数列に形成されたリラクタンスモータのロータであって、
   前記フラックスバリアは、一番外側に設けられたフラックスバリアが隣接する内側のフラックスバリアより幅が広く形成されるとともに外側から二番目以降のフラックスバリアは内側のものほど幅が広く形成されており、前記フラックスパスは、内側のものほど幅が広く形成されているリラクタンスモータのロータ。
2. 前記フラックスパスは、内側のものほど曲率が大きく形成されている請求項１に記載のリラクタンスモータのロータ。

Images