JP2009284613A - リラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で高トルクを発生することができ、トルクリップルの低減、および振動や騒音の低減による高品質なモータを提供する。
【解決手段】ロータ突極群５１の外側にＡ相、Ｂ相の各ステータ突極群５２、５３を配置し、ロータ突極群５１の内側にＣ相のステータ突極群５４を配置した３相モータ５０は、ロータ突極群５１に対し、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相が電気角で１２０度の位相差を持って配置されることにより、連続したトルクを発生することができる。
また、３相のステータ突極群５２、５３、５４をロータ突極群５１の外側と内側とに分けて配置することにより、モータ５０を軸長方向に小型化することができる。また、ロータ突極群５１の内側に配置されるＣ相の積厚を、ロータ突極群５１の外側に配置されるＡ相、Ｂ相の積厚よりも大きくして、発生トルクを同等にすることにより、トルクリップルを抑えることができる。
【選択図】図２３

Description

本発明は、複数個の単相モータを組み合わせてＮ相に構成されるリラクタンスモータに係わり、自動車やトラック等に搭載される駆動用モータ、または、コンプレッサ用途等種々のモータに適用できる技術である。

従来技術として、リラクタンストルクを活用したモータが広く知られている（特許文献１参照）。図５１は、スイッチトリラクタンスモータ１００の一例であり、円環状のステータ１１０と、このステータ１１０の内周にエアギャップを介して回転自在に支持されるロータ１２０とを備えている。
ステータ１１０は、図５２に示す様に、リング形状を有するバックヨーク部１１１の内周にＡ相、Ｂ相、Ｃ相の突極１１２が等間隔に設けられ、各突極１１２には、それぞれ巻線１１３が巻回されている。なお、同図５２では、Ａ相の突極１１２に巻回された巻線１１３だけを示している。
ロータ１２０は、４極の突極１２１が同一円周上に等間隔に設けられている。
図５３は、ステータ１１０の突極１１２とロータ１２０の突極１２１とを周方向に展開して配置した状態を示しており、ステータ１１０の突極１１２は、電気角で１２０度毎にＡ相、Ｂ相、Ｃ相の順に配置され、ロータ１２０の突極１２１は、電気角で１８０度毎に配置されている。

上記のスイッチトリラクタンスモータ１００の動作は、例えば、ロータ１２０を反時計回転方向（図中矢印方向）に回転させる場合、ロータ１２０の回転に同期させて順次Ａ相、Ｂ相、Ｃ相と巻線１１３に電流を通電する。これにより、巻線１１３を貫く磁束がＡ相の一方（図５２に示す下側）の突極１１２からロータ１２０の突極１２１を通ってＡ相の他方（図５２に示す上側）の突極１１２へ到達し、バックヨーク部１１１を通って元の一方の突極１１２へ戻る。この時、ステータ１１０の突極１１２とロータ１２０の突極１２１との間に吸引力が作用するため、回転トルクが得られる。
このモータ１００の特徴は、高価な永久磁石を使用することなく、ａ）簡素な構造で低コストに構成できること、ｂ）ロータ１２０が簡素で堅牢であり、機械強度的に高速回転が可能なこと、ｃ）モータの磁束は、全て巻線に通電する電流のみで作り出すので、モータの磁束制御が可能であり、電気的に高速回転が可能なこと等が挙げられる。
特開平８−１８２２７６号公報

ところが、上記モータ１００は、ステータ１１０とロータ１２０との間に作用するラジアル方向の吸引力により、ステータ全体が大きく変形し、その吸引力のオン、オフでモータ１００の振動および騒音が大きく発生する欠点がある。また、トルクリップルが大きくなりやすい事と、１つの相の駆動範囲は、構造的な制約から電気角で１２０度前後となるので、トルク制御の自由度が低いという問題がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、簡素な構成で高トルクを発生することができ、トルクリップルの低減、および振動や騒音の低減による高品質なモータを提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明のリラクタンスモータは、同一円周上に複数の突極が配置され、且つ、複数の突極に巻線が巻回されたステータ突極群と、複数の突極に対向して同一円周上に配置された複数の突極を有するロータ突極群とで１個の単相モータが構成され、この単相モータを複数個備え、その複数個の単相モータを組み合わせてＮ相（Ｎは２以上の整数）に構成したことを特徴とする。

本発明のリラクタンスモータは、各相が独立した複数個の単相モータによって構成されるので、ステータ突極群の突極、およびロータ突極群の突極の電気角的な幅が、他の相と干渉することがない。これにより、ステータおよびロータの突極の電気角的幅を広げることができ、磁束量を増加させてトルクを向上することができる。また、各相が受け持つ部分のトルクを広範囲に渡って発生できるので、トルクリップルを低減することができ、振動、騒音の低いリラクタンスモータを提供できる。
さらに、１つのステータ突極群に同一の相を集約することにより、ステータ変形に対する強度を高めることができ、モータ駆動時の振動、騒音を低減できる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載したリラクタンスモータにおいて、複数個の単相モータを軸方向に積み重ねて構成されることを特徴とする。
この場合、各相が独立した単相モータを複数個積み重ねるだけの簡単な構成によってＮ相のリラクタンスモータを提供できる。

（請求項３の発明）
請求項１に記載したリラクタンスモータにおいて、複数個の単相モータのうち、少なくとも１個の単相モータは、ロータ突極群の半径方向の内側にステータ突極群が配置され、他の単相モータは、ロータ突極群の半径方向の外側にステータ突極群が配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、Ｎ相のステータ突極群をロータ突極群の内側と外側とに分けて配置しているので、Ｎ相のステータ突極群を全て軸方向に積み重ねた場合と比較して、積厚方向に薄型化できる。つまり、軸長方向にモータを小型化できる。

（請求項４の発明）
請求項３に記載したリラクタンスモータにおいて、ロータ突極群の内側に配置されるステータ突極群と、ロータ突極群の外側に配置されるステータ突極群とは、軸方向の積厚が異なることを特徴とする。
ロータ突極群の内側と外側とにステータ突極群を配置した場合でも、そのステータ突極群の積厚がロータ突極群の内側と外側とで異なることにより、フラットなトルク特性を得ることが可能である。

（請求項５の発明）
請求項４に記載したリラクタンスモータにおいて、ロータ突極群の内側に配置されるステータ突極群の積厚が、ロータ突極群の外側に配置されるステータ突極群の積厚より大きいことを特徴とする。
一般的に、モータトルクは、軸の中心から、ロータ突極群とステータ突極群との間に確保されるエアギャップ部までの距離に相関があり、距離が大きいほど発生するトルクは大きくなる。このため、ロータ突極群の内側と外側とにステータ突極群を配置した場合は、ロータ突極群の外側に配置したステータ突極群との間に発生するトルクより、ロータ突極群の内側に配置したステータ突極群との間に発生するトルクの方が小さくなり、トルクのアンバランスが生じる。一方、モータトルクは、モータの軸長方向の厚さによっても増減し、積厚を大きくすることでトルクも大きくできる。そこで、ロータ突極群の内側に配置されるステータ突極群の積厚を、ロータ突極群の外側に配置されるステータ突極群の積厚より大きくすることで、発生トルクを同等にすることが可能となり、トルクリップルを抑えることができる。

（請求項６の発明）
請求項１に記載したリラクタンスモータにおいて、ロータ突極群の半径方向の内側にステータ突極群が配置される１個の単相モータと、ロータ突極群の半径方向の外側にステータ突極群が配置される２個の単相モータとを組み合わせて３相に構成され、ロータ突極群の内側に配置されるステータ突極群の積厚が、ロータ突極群の外側に配置されるステータ突極群の積厚より大きいことを特徴とする。
この請求項６に係る発明は、ロータ突極群の内側に１相分のステータ突極群が配置され、ロータ突極群の外側に２相分のステータ突極群が配置される３相モータに関する。この３相モータは、上記の請求項５に記載した様に、ロータ突極群の内側と外側とで発生トルクが異なるため、ロータ突極群の内側に配置されるステータ突極群の積厚を、ロータ突極群の外側に配置されるステータ突極群の積厚より大きくすることにより、３相で連続的にフラットなトルクを得ることが可能である。
また、３相のステータ突極群をロータ突極群の内側と外側とに分けて配置しているので、３相のステータ突極群を全て軸方向に積み重ねた場合と比較して、積厚方向に薄型化できる。つまり、軸長方向にモータを小型化できる。

（請求項７の発明）
請求項３に記載したリラクタンスモータにおいて、ロータ突極群の内側に配置されるステータ突極群の方が、ロータ突極群の外側に配置されるステータ突極群より、突極数を多く有することを特徴とする。
上記の請求項５に記載した様に、ロータ突極群の外側に配置したステータ突極群が発生するトルクより、ロータ突極群の内側に配置したステータ突極群が発生するトルクの方が小さくなるため、ロータ突極群の内側に配置されるステータ突極群の突極数を、ロータ突極群の外側に配置されるステータ突極群より多くすることにより、トルク定数を上げることができ、フラットなトルクを得ることが可能となる。
また、突極数を増やした相を他の相に対して補助的にトルクを発生することにより、例えば、２相のモータの発生トルクで低下する相の切り替わりの部分でのトルクの低下を抑えることができる。

（請求項８の発明）
請求項１に記載したリラクタンスモータにおいて、ロータ突極群の半径方向の内側にステータ突極群が配置される１個の単相モータと、ロータ突極群の半径方向の外側にステータ突極群が配置される２個の単相モータとを組み合わせて３相に構成され、ロータ突極群の内側に配置されるステータ突極群は、ロータ突極群の外側に配置されるステータ突極群に対して２倍の突極数を有することを特徴とする。
この請求項９に係る発明は、ロータ突極群の内側に１相分のステータ突極群が配置され、ロータ突極群の外側に２相分のステータ突極群が配置される３相モータに関する。この３相モータでは、ロータ突極群の内側に配置されるステータ突極群の突極数を、ロータ突極群の外側に配置されるステータ突極群に対して２倍に設定することにより、３相で連続的にフラットなトルクを得ることが可能である。
また、３相のステータ突極群をロータ突極群の内側と外側とに分けて配置しているので、３相のステータ突極群を全て軸方向に積み重ねた場合と比較して、積厚方向に薄型化できる。つまり、軸長方向にモータを小型化できる。

（請求項９の発明）
請求項１〜８に記載した何れかのリラクタンスモータにおいて、複数個の単相モータは、それぞれ、ステータ突極群の突極に巻線を単独で巻回したことを特徴とする。
ステータ突極群の各突極に巻線を集中的に巻回することで、巻線端部の飛び出し（コイルエンド）を低減することができる。

（請求項１０の発明）
請求項１〜８に記載した何れかのリラクタンスモータにおいて、複数個の単相モータは、それぞれ、ステータ突極群の突極に巻線を波形状に巻回したことを特徴とする。
この場合、異なる相のステータ突極群を軸方向に積み重ねる場合に、波巻きで発生する巻線の凹凸部が重ならない様に組み合わせることで、軸長方向に薄型化（小型化）することが可能である。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は実施例１に係るリラクタンスモータ１０の縦断面図である。
本実施例のリラクタンスモータ１０は、図１に示す様に、モータケース１に軸受２を介して回転自在に支持される回転軸３と、この回転軸３に支持されるロータ（以下に説明する）と、このロータの径方向外側に配置されるステータ（以下に説明する）とを備える。 ロータは、同一円周上に複数の突極１１ａ（図２〜図４参照）を有するロータ突極群１１を軸方向に３段積み重ねて構成される。このロータ突極群１１は、例えば、複数枚の電磁鋼板を積層して形成される。なお、図１では、３個のロータ突極群１１を一体に構成した一例を示しているが、３個のロータ突極群１１を別々に形成して軸方向に重ね合わせても良い。

ステータは、３相のステータ突極群１２、１３、１４より構成される。
各ステータ突極群１２、１３、１４は、それぞれ、図２〜図４に示す様に、ロータ突極群１１の突極１１ａに対向して、円環状の内周に設けられる複数の突極１２ａ、１３ａ、１４ａと、各突極１２ａ〜１４ａにそれぞれ巻回された巻線１２ｂ、１３ｂ、１４ｂとで構成される。
各突極１２ａ〜１４ａは、それぞれ、プレスで打ち抜かれた円環状の電磁鋼板を複数枚積層して形成され、モータケース１の内周に固定されている。この３相のステータ突極群１２〜１４は、図１に示すロータの上段、中段、下段に構成される各ロータ突極群１１に対向して、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の順に配置される。

上記のモータ１０は、ロータの上段に配置されるロータ突極群１１とＡ相のステータ突極群１２とで独立した１つの単相モータが構成され、同様に、ロータの中段に配置されるロータ突極群１１とＢ相のステータ突極群１３、および、ロータの下段に配置されるロータ突極群１１とＣ相のステータ突極群１４とで、それぞれ独立した単相モータが構成される。つまり、本実施例のモータ１０は、それぞれ独立した３個の単相モータを軸方向（図１の上下方向）に３段積み重ねると共に、その３個の単相モータが、図５に示す様に、電気角で１２０度の位相差を持って組み合わされることにより、３相モータとして構成されている。

なお、図５は、図１に示すモータ１０を周方向に展開した図面であり、ロータ突極群１１の突極１１ａと各相のステータ突極群１２〜１４の突極１２ａ〜１４ａとの位置関係を示している。具体的には、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各突極１２ａ、１３ａ、１４ａが、それぞれ電気角で１２０度の位相差を有して配置され、各相の周方向に隣り合う突極同士は、電気角で１８０度の位相差がある。
また、各突極１２ａ〜１４ａの周囲に記載された実線矢印および破線矢印は、それぞれ電流の流れを示すもので、実線矢印に囲まれた突極（例えばＡ）と、破線矢印に囲まれた突極（例えば−Ａ）は、互いに磁束の向きが異なることを表している。

（実施例１の作用および効果）
上記の構成を有する３相モータ１０は、ロータの回転位置に同期して各相の巻線１２ｂ、１３ｂ、１４ｂに電流を通電することにより、ロータ突極群１１の突極１１ａに電磁力が作用してトルクを出力する。
この３相モータ１０は、ロータ突極群１１に対し、Ａ相のステータ突極群１２、Ｂ相のステータ突極群１３、Ｃ相のステータ突極群１４が、それぞれ電気角で１２０度の位相差を有して配置されるので、図６に示す様に、連続したトルクを発生することができる。
また、各ステータ突極群１２〜１４の円周上に同一の相を集約することにより、ステータの変形に対する強度を高めることができ、モータ駆動時の振動、騒音を低減することができる。

さらに、本実施例の３相モータ１０は、独立した３個の単相モータを軸方向に積み重ねて構成されるので、各相のステータ突極群１２〜１４が構造的に干渉を受けることはない。つまり、各相のステータ突極群１２〜１４は、それぞれの突極幅が他の相に干渉することがないため、突極幅を広げることができ、磁束量を増加させてトルクを向上することができる。
また、各相のステータ突極群１２〜１４は、互いの配置に制約を受けることがなく、モータ１０の設計に自由度が広がるので、例えば、軸方向に積み重ねる各相のステータ突極群１２〜１４を電気角的に９０度の位相差を設けることで、同相突極に巻回される巻線との干渉を避けることができ、軸長方向にモータ１０を小型化することも可能である。

図７は実施例２に係るリラクタンスモータ２０の縦断面図である。
この実施例２は、図７に示す様に、単相モータを軸方向に４段積み重ねて４相モータ２０を構成した一例である。
本実施例のモータ２０は、実施例１と同様に、回転軸３に支持されるロータと、このロータの径方向外側に配置されるステータとを備える。
ロータは、同一円周上に複数の突極２１ａ（図８〜図１１参照）を有するロータ突極群２１を軸方向に４段積み重ねて構成される。

ステータは、４相のステータ突極群２２、２３、２４、２５より構成される。
各ステータ突極群２２〜２５は、それぞれ、図８〜図１１に示す様に、ロータ突極群２１の突極２１ａに対向して、円環状の内周に設けられる複数の突極２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａと、各突極２２ａ〜２５ａにそれぞれ巻回された巻線２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂとで構成される。
この４相のステータ突極群２２〜２５は、図７に示すロータの上段、中段上、中段下、下段に構成される各ロータ突極群２１に対向して、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相の順に配置され、モータケース１の内周に固定されている。

本実施例のモータ２０は、それぞれ独立した４個の単相モータを軸方向（図７の上下方向）に４段積み重ねると共に、その４個の単相モータが、図１２に示す様に、電気角で９０度の位相差を持って組み合わされることにより、４相モータとして構成される。これにより、図１３に示す様に、連続したトルクを発生することができる。
また、各ステータ突極群２２〜２５の円周上に同一の相を集約することにより、実施例１と同様に、ステータの変形に対する強度を高めることができ、モータ駆動時の振動、騒音を低減することができる。さらに、独立した４個の単相モータを軸方向に積み重ねて構成されるので、実施例１と同様の効果を得ることができる。つまり、各相のステータ突極群２２〜２５は、互いに他の相に対して構造的に干渉を受けることはないので、モータ２０の設計に自由度がある。

図１４は実施例３に係るリラクタンスモータ３０の縦断面図である。
この実施例３は、ステータの径方向外側にロータを配置したアウタロータ型の３相モータ３０を構成した一例である。
ロータは、図１４に示す様に、円環状の内周に複数の突極３１ａ（図１５〜図１７参照）を有するロータ突極群３１を軸方向に３段積み重ねて構成され、軸方向の一端側（図示上側）がモータケース１を介して回転軸３に支持されている。
ステータは、３相のステータ突極群３２、３３、３４より構成される。

各ステータ突極群３２〜３４は、それぞれ、図１５〜図１７に示す様に、ロータ突極群３１の突極３１ａに対向して、同一円周上に設けられる複数の突極３２ａ、３３ａ、３４ａと、各突極３２ａ〜３４ａにそれぞれ巻回された巻線３２ｂ、３３ｂ、３４ｂとで構成される。この３相のステータ突極群３２〜３４は、図１４に示すロータの上段、中段、下段に構成される各ロータ突極群３１に対向して、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の順に配置される。
本実施例の３相モータ３０は、実施例１に記載したインナロータ型の３相モータ１０に対し、ロータ突極群３１とステータ突極群３２〜３４との位置関係が異なるだけで、独立した３個の単相モータを軸方向に積み重ねて構成される点、および、３個の単相モータが電気角で１２０度の位相差を持って組み合わされることは同じであり、実施例１と同様の効果を得ることができる。

図１８は実施例４に係るリラクタンスモータ４０の縦断面図である。
この実施例４は、ステータの径方向外側にロータを配置したアウタロータ型の４相モータ４０を構成した一例である。
ロータは、図１８に示す様に、円環状の内周に複数の突極４１ａ（図１９〜図２２参照）を有するロータ突極群４１を軸方向に４段積み重ねて構成され、軸方向の一端側（図示上側）がモータケース１を介して回転軸３に支持されている。
ステータは、４相のステータ突極群４２、４３、４４、４５より構成される。

各ステータ突極群４２〜４５は、それぞれ、図１９〜図２２に示す様に、ロータ突極群４１の突極４１ａに対向して、同一円周上に設けられる複数の突極４２ａ、４３ａ、４４ａ、４５ａと、各突極４２ａ〜４５ａにそれぞれ巻回された巻線４２ｂ、４３ｂ、４４ｂ、４５ｂとで構成される。この４相のステータ突極群４２〜４５は、図１８に示すロータの上段、中段上、中段下、下段に構成される各ロータ突極群４１に対向して、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相の順に配置される。
本実施例の４相モータ４０は、実施例２に記載したインナロータ型の４相モータ２０に対し、ロータ突極群４１とステータ突極群４２〜４５との位置関係が異なるだけで、独立した４個の単相モータを軸方向に積み重ねて構成される点、および、４個の単相モータが電気角で９０度の位相差を持って組み合わされることは同じであり、実施例２と同様の効果を得ることができる。

図２３は実施例５に係るリラクタンスモータ５０の縦断面図である。
この実施例５は、図２３に示す様に、ロータ突極群５１の半径方向の外側と内側とに３相のステータ突極群５２、５３、５４を分けて配置した３相モータ５０の一例である。
ロータ突極群５１は、円環状に設けられて、その外周上には、図２４、図２５および図２７、図２８に示す様に、Ａ相、Ｂ相のステータ突極群５２、５３に対向する複数の突極５１ａが設けられ、内周上には、図２５〜図２７に示す様に、Ｃ相のステータ突極群５４に対向する複数の突極５１ｂが設けられている。このロータ突極群５１は、軸方向の一端側（図示上側）がモータケース１を介して回転軸３に支持されている。

ステータは、ロータ突極群５１の外側に上下二段に配置されるＡ相、Ｂ相のステータ突極群５２、５３と、ロータ突極群５１の内側に配置されるＣ相のステータ突極群５４とで構成される。
ステータ突極群５２、５３は、それぞれ、図２４、図２５および図２７、図２８に示す様に、ロータ突極群５１の突極５１ａに対向して、円環状の内周に設けられる複数の突極５２ａ、５３ａと、各突極５２ａ、５３ａに巻回された巻線５２ｂ、５３ｂとで構成される。
ステータ突極群５４は、図２５〜図２７に示す様に、ロータ突極群５１の突極５１ｂに対向して、円環状の外周に設けられる複数の突極５４ａと、この突極５４ａに巻回された巻線５４ｂとで構成される。

本実施例の３相モータ５０は、図２９に示す様に、ロータ突極群５１に対し、３相のステータ突極群５２、５３、５４が、電気角で１２０度の位相差を持って配置されることにより、実施例１に記載した３相モータ１０と同様に、連続したトルクを発生することができる。
また、本実施例のモータ５０は、３相のステータ突極群５２、５３、５４をロータ突極群５１の半径方向の外側と内側とに分けて配置することにより、例えば、実施例１に記載した３相のステータ突極群１２、１３、１４を軸方向に積み重ねて構成する場合と比較して、モータ５０を軸長方向に小型化することができる。

ところで、モータトルクは、軸の中心からトルクを発生するエアギャップ部の距離に相関があり、距離が大きいほど発生するトルクは大きくなる。このため、ロータ突極群５１の内側に配置したＣ相のステータ突極群５４との間に発生するトルクは、ロータ突極群５１の外側に配置したＡ相、Ｂ相のステータ突極群５２、５３との間に発生するトルクと比べて小さくなり、トルクのアンバランスが生じて、トルクリップルが発生する。
一方、モータトルクは、軸長方向の厚さによっても増減し、ステータ突極群５２、５３、５４を構成する電磁鋼板の積厚を大きくすればトルクも大きくできる。

そこで、本実施例では、ロータ突極群５１の内側に配置されたＣ相のステータ突極群５４の積厚を、ロータ突極群５１の外側に配置されたＡ相、Ｂ相のステータ突極群５２、５３の積厚よりも大きくすることで、発生トルクを同等にすることが可能であり、トルクリップルを抑えることができる。
また、トルクの変化が大きい相切り替え時において、切り替わる前後の相が双方でトルクを発生させることができる。本構造では、各相のステータ突極群５２、５３、５４が独立であるので、重複的に通電をする際に、他の磁気回路に制約を受けないため、滑らかに駆動することができる。

図３０は実施例６に係るリラクタンスモータ６０の縦断面図である。
この実施例６は、図３０に示す様に、ロータ突極群６１の半径方向の外側と内側とに４相のステータ突極群６２、６３、６４、６５を分けて配置した４相モータ６０の一例である。
ロータ突極群６１は、円環状に設けられて、その外周上には、図３１、図３２に示す様に、Ａ相、Ｂ相のステータ突極群６２、６３に対向する複数の突極６１ａが設けられ、内周上には、Ｃ相、Ｄ相のステータ突極群６４、６５に対向する複数の突極６１ｂが設けられている。このロータ突極群６１は、軸方向の一端側（図示上側）がモータケース１を介して回転軸３に支持されている。

ステータは、ロータ突極群６１の外側に上下二段に配置されるＡ相、Ｂ相のステータ突極群６２、６３と、ロータ突極群６１の内側に上下二段に配置されるＣ相、Ｄ相のステータ突極群６４、６５とで構成される。
ステータ突極群６２、６３は、それぞれ、ロータ突極群６１の突極６１ａに対向して、円環状の内周に設けられる複数の突極６２ａ、６３ａと、各突極６２ａ、６３ａに巻回された巻線６２ｂ、６３ｂとで構成される。
ステータ突極群６４、６５は、それぞれ、ロータ突極群６１の突極６１ｂに対向して、円環状の外周に設けられる複数の突極６４ａ、６５ａと、各突極６４ａ、６５ａに巻回された巻線６４ｂ、６５ｂとで構成される。

本実施例の４相モータ６０は、図３３に示す様に、ロータ突極群６１に対し、Ａ相、Ｂ相のステータ突極群６２、６３が、電気角で９０度の位相差を持って配置され、Ａ相とＢ相のトルクが切り替わる区間において、Ｃ相、Ｄ相でのトルクが発生することにより、全体として連続的なトルクを得ることができる。そのトルク波形を図３４に示す。
また、本実施例の４相モータ６０においても、４相のステータ突極群６２〜６５をロータ突極群６１の半径方向の外側と内側とに分けて配置しているので、実施例５に記載した３相モータ５０と同様に、モータ６０を軸長方向に小型化することができる。

図３５は実施例７に係るリラクタンスモータ７０の縦断面図である。
この実施例７は、実施例５に記載した３相モータ５０と同様に、ロータ突極群７１の半径方向の外側と内側とに３相のステータ突極群７２、７３、７４を分けて配置した３相モータ７０の一例であり、且つ、外側のステータ突極群７２、７３と内側のステータ突極群７４とで突極数が異なる。
ロータ突極群７１は、円環状に設けられて、その外周上には、図３６、図３７、および図３９、図４０に示す様に、Ａ相、Ｂ相のステータ突極群７２、７３に対向する複数の突極７１ａが設けられ、内周上には、図３７〜図３９に示す様に、Ｃ相のステータ突極群７４に対向する複数の突極７１ｂが設けられている。このロータ突極群７１は、軸方向の一端側（図示上側）がモータケース１を介して回転軸３に支持されている。

ステータは、ロータ突極群７１の外側に上下二段に配置されるＡ相、Ｂ相のステータ突極群７２、７３と、ロータ突極群７１の内側に配置されるＣ相のステータ突極群７４とで構成される。
ステータ突極群７２、７３は、それぞれ、ロータ突極群７１の突極７１ａに対向して、円環状の内周に設けられる複数の突極７２ａ、７３ａと、各突極７２ａ、７３ａに巻回された巻線７２ｂ、７３ｂとで構成される。
ステータ突極群７４は、ロータ突極群７１の突極７１ｂに対向して、円環状の外周に設けられる複数の突極７４ａと、この突極７４ａに巻回された巻線７４ｂとで構成される。

ところで、ロータ突極群の外側と内側とにステータ突極群を配置した構成では、実施例５で説明した様に、ロータ突極群の内側に配置されるステータ突極群とロータ突極群とで発生するトルクの方が、ロータ突極群の外側に配置されるステータ突極群とロータ突極群とで発生するトルクより小さくなる。しかし、モータトルクは、突極数によっても増減するため、ロータ突極群の内側に配置されるステータ突極群の突極数を、ロータ突極群の外側に配置されるステータ突極群の突極数よりも多くするとで、トルクのアンバランスを解消することができる。

そこで、本実施例のモータ７０は、図３６〜図４０に示す様に、ロータ突極群７１の外側に配置されるＡ相、Ｂ相のステータ突極群７２、７３の突極数に対して、ロータ突極群７１の内側に配置されるＣ相のステータ突極群７４の突極数を２倍に設定している。
なお、ロータ突極群７１と各相のステータ突極群７２、７３、７４との位置関係を示すモータ７０の周方向展開図を図４１に示す。
上記の構成によれば、図４１に示す様に、Ａ相、Ｂ相のステータ突極群７２、７３は、電気角的に９０度の位相差を持っており、Ａ相とＢ相のトルクが切り替わる区間において、突極数が２倍のＣ相でのトルクが発生する。その結果、図４２に示す様に、全体として連続的なトルクを得ることができる。

図４３は実施例８に係るリラクタンスモータ８０の縦断面図である。
この実施例８は、ロータ突極群８１の半径方向の外側と内側とにＡ相、Ｂ相のステータ突極群８２、８３を配置し、且つ、Ａ相、Ｂ相のステータ突極群８２、８３より積厚の薄いＣ相のステータ突極群８４をロータ突極群８１の半径方向の外側と内側とにそれぞれ配置した３相モータ８０の一例である。つまり、Ｃ相のステータ突極群８４は、ロータ突極群８１の外側でＡ相のステータ突極群８２と軸方向に積み重ねられる外側ステータ突極群８４Ａと、ロータ突極群８１の内側でＢ相のステータ突極群８３と軸方向に積み重ねられる内側ステータ突極群８４Ｂとを有している。
なお、ステータ突極群８２、８３は、それぞれ巻線８２ｂ、８３ｂを有し、外側ステータ突極群８４Ａと内側ステータ突極群８４Ｂは、それぞれ巻線８４ａ、８４ｂを有している。

上記の構成によれば、図４４に示す様に、Ａ相、Ｂ相のステータ突極群８２、８３は、電気角１２０度の区間で広範囲のトルクを発生することができ、Ｃ相のステータ突極群８４は、Ａ相、Ｂ相の間で間欠的に作用し、全体として連続トルクを得ることができる。
また、本実施例の３相モータは、ロータ突極群８１の外側と内側とにＡ相、Ｂ相のステータ突極群８２、８３を配置し、且つ、積厚の薄いＣ相のステータ突極群８４Ａ、８４Ｂを、それぞれＡ相、Ｂ相のステータ突極群８２、８３と軸方向に積み重ねているので、積厚方向（軸長方向）にモータ８０を小型化できる。
なお、Ａ相のステータ突極群８２とＢ相のステータ突極群８３は、必ずしも両者の積厚を同じにする必要はなく、トルクのアンバランスを解消するために、ロータ突極群８１の外側に配置されるＡ相に対し、ロータ突極群８１の内側に配置されるＢ相の積厚を大きくする方が良い。

この実施例９では、ステータの突極に巻線を巻回する方式、およびステータの突極形状について説明する。なお、以下に示す図４５〜図５０では、Ａ相の突極１２ａと、この突極１２ａに巻回される巻線１２ｂを一例として説明する。
ステータの各突極１２ａに巻線１２ｂを巻回する方式としては、図４５に示す様に、巻線１２ｂを１つの突極１２ａに単独で集中的に巻回することができる。このとき、図４６に示す様に、周方向に隣り合う突極１２ａ同士で磁気回路の１周期を形成するため、図中矢印で示す様に、磁束の流れる方向が反転する。このため、隣り合う突極１２ａに単独で巻線１２ｂを巻回する場合は、巻回方向を逆にするか、制御装置（図示せず）による通電方向を反転する必要がある。

１つの突極１２ａに集中的に巻線１２ｂを巻回する方式とは別に、図４７（ａ）に示す様に、周方向に隣り合う各突極１２ａの間に巻線１２ｂを波巻状に巻回することもできる。これにより、他の相を上下に積み重ねる場合には、巻線１２ｂの凹凸部が重ならないように積み重ねることができるので、軸長方向に小型化が可能である。
また、波巻状に巻回する構成としては、図４７（ｂ）に示すように、波状の巻線１２ｂを折り返した構成とすることもできる。この場合、巻線１２ｂを外部で成形製作した後、ステータコアに挿入する手法を採用することにより、製作性を向上できる。

さらに、波巻状に巻回する構成では、巻線１２ｂを巻回しやすくするために、図４７（ｃ）に示すように、突極１２ａの表面形状（図示形状）を台形状にして、周方向に隣り合う突極１２ａの向き（台形の向き）を交互に配置することにより、巻線１２ｂの使用量を低減することが可能である。
また、突極１２ａの表面形状を台形状に形成した場合は、図４７（ｄ）に示す様に、軸方向に重ね合わせる他の相（図中Ｂ相）のステータ突極１２ｂとの凹凸を合わせるように積み重ねることで、軸方向にモータを小型化できる。
巻線１２ｂの端部が飛び出しやすい部分においては、巻線１２ｂを巻きやすくするために、図４８（ａ）〜（ｄ）に示す様に、突極１２ａの角部を削る、または、電磁鋼板を積層する際に、形を変えて積層することで、突極１２ａの角部と巻線１２ｂの折れ曲がりの部分との干渉によるコイルエンドの突出を抑えることができるため、巻線１２ｂをスムーズに折り返すことで、コイルエンドを短縮できる。

また、１つの突極１２ａに巻線１２ｂを単独で集中的に巻回したモータでは、図４９に示す様に、１突極飛びに巻回することでも本モータを構成することが可能である。このとき、コイルエンドが発生する箇所と発生しない箇所とを段階的に重ねることにより、モータを軸方向に小型化できる。なお、この場合、図５０に示す様に、周方向に隣り合う突極１２ａ同士で磁気回路の１周期を形成するため、磁束の流れる方向が反転する。このため、隣り合う突極１２ａに単独で巻線１２ｂを巻回する場合は、巻回方向を逆にするか、制御装置（図示せず）による通電方向を反転する必要がある。
以上の巻線１２ｂの巻回方法と突極形状との組み合わせにおいて、各ステータ同士の相対的な位置関係は、それぞれ独立に配置することが可能であるため、モータの構成に自由度がある。この自由度を利用することで、モータの小型化に寄与できる。

（変形例）
本発明は、ロータ、およびステータにそれぞれ永久磁石を用いた構成にも適用できる。 特に、本発明のリラクタンスモータにおいては、永久磁石を補助的に用いることで、体格あたりのトルクを大きくすることができる。
本発明の実施例においては、永久磁石型のマグネットトルクを主導とするモータ構成にも適用することが可能であるため、これらの構成についても本発明に含まれる。
また、本発明の実施例においては、リニアモータの分野にも適用することが可能であり、これらの構成についても本発明に含まれる。

実施例１に係るリラクタンスモータの縦断面図である。 図１に示すモータのＡ線における横断面図である。 図１に示すモータのＢ線における横断面図である。 図１に示すモータのＣ線における横断面図である。 図１に示すモータのステータ突極とロータ突極との位置関係を示す周方向の展開図である。 図１に示すモータのトルク波形図である。 実施例２に係るリラクタンスモータの縦断面図である。 図７に示すモータのＤ線における横断面図である。 図７に示すモータのＥ線における横断面図である。 図７に示すモータのＦ線における横断面図である。 図７に示すモータのＧ線における横断面図である。 図７に示すモータのステータ突極とロータ突極との位置関係を示す周方向の展開図である。 図７に示すモータのトルク波形図である。 実施例３に係るリラクタンスモータの縦断面図である。 図１４に示すモータのＨ線における横断面図である。 図１４に示すモータのＩ線における横断面図である。 図１４に示すモータのＪ線における横断面図である。 実施例４に係るリラクタンスモータの縦断面図である。 図１８に示すモータのＫ線における横断面図である。 図１８に示すモータのＬ線における横断面図である。 図１８に示すモータのＭ線における横断面図である。 図１８に示すモータのＮ線における横断面図である。 実施例５に係るリラクタンスモータの縦断面図である。 図２３に示すモータのＯ線における横断面図である。 図２３に示すモータのＰ線における横断面図である。 図２３に示すモータのＱ線における横断面図である。 図２３に示すモータのＲ線における横断面図である。 図２３に示すモータのＳ線における横断面図である。 図２３に示すモータのステータ突極とロータ突極との位置関係を示す周方向の展開図である。 実施例６に係るリラクタンスモータの縦断面図である。 図３０に示すモータのＴ線における横断面図である。 図３０に示すモータのＵ線における横断面図である。 図３０に示すモータのステータ突極とロータ突極との位置関係を示す周方向の展開図である。 図３０に示すモータのトルク波形図である。 実施例７に係るリラクタンスモータの縦断面図である。 図３５に示すモータのＶ線における横断面図である。 図３５に示すモータのＷ線における横断面図である。 図３５に示すモータのＸ線における横断面図である。 図３５に示すモータのＹ線における横断面図である。 図３５に示すモータのＺ線における横断面図である。 図３５に示すモータのステータ突極とロータ突極との位置関係を示す周方向の展開図である。 図３５に示すモータのトルク波形図である。 実施例８に係るリラクタンスモータの縦断面図である。 図４３に示すモータのトルク波形図である。 ステータの突極を周方向に展開して巻線を集中巻で巻回した図である。 図４５の巻線における概略磁気回路を示した図である。 ステータの突極を周方向に展開して巻線を巻回した図である。 ステータの突極を周方向に展開して巻線を巻回した図である。 ステータの突極を周方向に展開して巻線を集中巻で１突極おきに巻回した図である。 図４８および図４９の巻線における概略磁気回路を示した図である。 従来の３相リラクタンスモータの縦断面図である。 図５１に示すモータの構成を軸方向から見た平面図である。 図５１に示すモータのステータ突極とロータ突極との位置関係を示す周方向の展開図である。

符号の説明

（実施例１）
１０ リラクタンスモータ
１１ ロータ突極群
１１ａ ロータの突極
１２ Ａ相のステータ突極群
１２ａ Ａ相の突極
１２ｂ Ａ相の巻線
１３ Ｂ相のステータ突極群
１３ａ Ｂ相の突極
１３ｂ Ｂ相の巻線
１４ Ｃ相のステータ突極群
１４ａ Ｃ相の突極
１４ｂ Ｃ相の巻線

Claims (10)

1. 同一円周上に複数の突極が配置され、且つ、前記複数の突極に巻線が巻回されたステータ突極群と、
   前記複数の突極に対向して同一円周上に配置された複数の突極を有するロータ突極群とで１個の単相モータが構成され、
   この単相モータを複数個備え、その複数個の単相モータを組み合わせてＮ相（Ｎは２以上の整数）に構成したことを特徴とするリラクタンスモータ。
2. 請求項１に記載したリラクタンスモータにおいて、
   複数個の前記単相モータを軸方向に積み重ねて構成されることを特徴とするリラクタンスモータ。
3. 請求項１に記載したリラクタンスモータにおいて、
   前記複数個の単相モータのうち、少なくとも１個の単相モータは、前記ロータ突極群の半径方向の内側に前記ステータ突極群が配置され、他の単相モータは、前記ロータ突極群の半径方向の外側に前記ステータ突極群が配置されていることを特徴とするリラクタンスモータ。
4. 請求項３に記載したリラクタンスモータにおいて、
   前記ロータ突極群の内側に配置される前記ステータ突極群と、前記ロータ突極群の外側に配置される前記ステータ突極群とは、軸方向の積厚が異なることを特徴とするリラクタンスモータ。
5. 請求項４に記載したリラクタンスモータにおいて、
   前記ロータ突極群の内側に配置される前記ステータ突極群の積厚が、前記ロータ突極群の外側に配置される前記ステータ突極群の積厚より大きいことを特徴とするリラクタンスモータ。
6. 請求項１に記載したリラクタンスモータにおいて、
   前記ロータ突極群の半径方向の内側に前記ステータ突極群が配置される１個の単相モータと、前記ロータ突極群の半径方向の外側に前記ステータ突極群が配置される２個の単相モータとを組み合わせて３相に構成され、
   前記ロータ突極群の内側に配置される前記ステータ突極群の積厚が、前記ロータ突極群の外側に配置される前記ステータ突極群の積厚より大きいことを特徴とするリラクタンスモータ。
7. 請求項３に記載したリラクタンスモータにおいて、
   前記ロータ突極群の内側に配置される前記ステータ突極群の方が、前記ロータ突極群の外側に配置される前記ステータ突極群より、突極数を多く有することを特徴とするリラクタンスモータ。
8. 請求項１に記載したリラクタンスモータにおいて、
   前記ロータ突極群の半径方向の内側に前記ステータ突極群が配置される１個の単相モータと、前記ロータ突極群の半径方向の外側に前記ステータ突極群が配置される２個の単相モータとを組み合わせて３相に構成され、
   前記ロータ突極群の内側に配置される前記ステータ突極群は、前記ロータ突極群の外側に配置される前記ステータ突極群に対して２倍の突極数を有することを特徴とするリラクタンスモータ。
9. 請求項１〜８に記載した何れかのリラクタンスモータにおいて、
   前記複数個の単相モータは、それぞれ、前記ステータ突極群の突極に前記巻線を単独で巻回したことを特徴とするリラクタンスモータ。
10. 請求項１〜８に記載した何れかのリラクタンスモータにおいて、
    前記複数個の単相モータは、それぞれ、前記ステータ突極群の突極に前記巻線を波形状に巻回したことを特徴とするリラクタンスモータ。

Images