JP3510808B2 - リラクタンストルクを利用するモータの回転子 - Google Patents

リラクタンストルクを利用するモータの回転子

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JP3510808B2
JP3510808B2 JP00720699A JP720699A JP3510808B2 JP 3510808 B2 JP3510808 B2 JP 3510808B2 JP 00720699 A JP00720699 A JP 00720699A JP 720699 A JP720699 A JP 720699A JP 3510808 B2 JP3510808 B2 JP 3510808B2
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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
を利用するモータの回転子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来使用されているモータの種類として
は、直流モータ、誘導モータおよび直流ブラシレスモー
タがほとんどであった。しかし、近年、制御手法および
装置の進歩により、リラクタンストルクを有効に活用す
る技術が改善され、リラクタンストルクのみで動作する
モータおよび直流モータ等で使用されていたトルクにリ
ラクタンストルクを組み合わせて動作するモータも使用
されつつある。
【0003】従来のリラクタンスモータの断面図を図1
1に示す。同図において、1は固定子であり、内部にコ
イルが巻回されている。2は回転子で回転軸3を中心に
回転する。固定子1と回転子2の極間の空隙部の距離
は、突極部5では矢印4aで示すように狭く、凹極部6
では矢印4bで示すように広くなっている。固定子1お
よび回転子2は磁性体で構成されているが、空隙部4
a、4bは空気等の透磁率の低い部分である。
【0004】このように、モータの回転子2が磁気突極
部5をもつ構造にすることにより、回転子2は固定子1
から回転磁界が与えられることによって下記のようなリ
ラクタンス・トルクを得ることができる。 T=n/2・(Ld−Lq)Id・Iq …(1) n:極数 Ld,q:d,q軸インダクタンス Id,q:d,q軸電流 d軸は回転子2の長軸及びそれと平行な方向であり、q
軸は回転子2の短軸及びそれと平行な方向である。
【0005】そのリラクタンストルクを有効に活用する
ためには回転子形状を工夫して磁気突極比を大きくする
必要がある。その一手段として、特開平5−31670
2号公報に記載のものがある。この従来のモータは、回
転子にd軸に沿った複数条のスリット(即ち非磁性体
部)を設けた構造とすることによって磁気突極比を大き
くしたものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のリラクタン
スモータでは、d軸に沿って複数条の非磁性体部を設け
た構造とすることによって、LdとLqの差が大きくな
り、式(1)で表される発生トルクTが大きくなるなる
が、このモータは回転子2の径方向に磁性体部と非磁性
体部を重ね合わせた構造となるために製造コストが高く
ついたり、回転子2の強度が弱くなるといった問題が生
じる。
【0007】本発明は製造コストが安く、且つ強度の強
い形態で磁気突極比を大きくし、発生トルクを大きくし
たリラクタンストルクを利用するモータの回転子を提供
することを目的とする。
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【課題を解決するための手段】本 発明の請求項では、
突極部と凹極部を有し、回転磁界が与えられることによ
って回転軸に発生するリラクタンストルクを利用するモ
ータの回転子において、磁束が通りやすい方向をもつ磁
気異方性材料で形成されているとともに、前記方向が突
極方向から第1の方向にずれている第1部分と第2の方
向にずれている第2部分とから成り、第1部分と第2部
分は回転子軸上において隣接しているようにしている。
【0013】このような構成によると、回転子軸上に隣
接して設けられている第1部材と第2部材では磁束が通
りやすい方向が突極方向からそれぞれ第1の方向と第2
の方向にずれているために、回転子にスキューが加えら
れた場合と同様にトルクの脈動が低減される。
【0014】また、本発明の請求項では、請求項1
おいて、磁気異方性材料を通過する磁束密度を増加する
べく回転子の磁束通過断面積を減少させるために、前記
磁気異方性材料の部材と非磁性体材料の部材を軸方向に
積層して成るようにしている。
【0015】このような構成によると、磁気異方性材料
の部材と非磁性体材料の部材が積層されることによって
回転子の磁束通過断面積が磁気異方性材料の部材のみか
ら成る場合に比べて小さくなり、磁気異方性材料を通過
する磁束の密度が増加する。これによって磁気異方性に
よるトルクが増大する。
【0016】また、本発明の請求項では、請求項1
は請求項2において、断面が円形であり、前記凹極部を
形成する側に透磁率の低い部分を有するようにしてい
る。
【0017】このような構成によると、回転子の凹極部
は透磁率の低い部分を介して固定子に対向するので、回
転子の断面の形状を円形にすることができる。これによ
り、回転子が回転するときに生じる風損を低減すること
ができる。
【0018】
【発明の実施の形態】<第1の実施形態>以下、本発明
の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1
は本発明の第1の実施形態の回転子部材8の断面図であ
る。回転子部材8は磁気異方性材料から成り、小判型形
状に形成されている。このように回転子部材8は小判型
形状であるので、2つの突極部5と凹極部6が幾何学的
に設けられた構造となっている。中心には回転軸を通す
ための円形の穴20が開けられている。
【0019】回転子部材8に書き込まれている直線は磁
束が通りやすい容易磁束方向を示す。容易磁束方向はd
軸方向である突極方向と同一となっている。そのため、
回転子部材8では突極方向を示す矢印aの方向に磁束が
通りやすくなっている。一方、回転の中心からq軸方向
である矢印bの方向には磁束が通りにくくなっている。
【0020】そして、図2に示すように、回転子7は回
転子部材8を回転子軸方向に複数枚積層して構成されて
いる。回転子部材8は必要に応じてネジ、接着剤等で固
定される。モータは回転磁界を発生させる固定子(図示
せず)と回転子7とから成る。
【0021】回転子7は幾何学的突極構造による磁気突
極性に加え、磁気異方性による磁気突極性を備えている
ので、磁気突極比が大きくなる。そのため、d軸インダ
クタンスとq軸インダクタンスの差が大きくなっている
ので、式(1)で表される発生トルクTが大きくなる。
また、回転子部材8は径方向に異なる材質が重ね合わさ
った構造ではないので回転子7の強度が弱くなることが
ない。また、回転子の構造が複雑でないので製造コスト
も安くなる。
【0022】<第2の実施形態>次に、本発明に第2の
実施形態について説明する。図3(a)は第2の実施形
態の回転子部材10aの断面図を示し、図3(b)は第
2の実施形態の回転子部材10bの断面図である。回転
子部材10a、10bは十字形に形成されており、中心
に回転軸を通すための円形の穴20が開けられている。
回転子部材10a、10bには幾何学的に4つの突極部
11a、11bがある。そして、回転子部材10a、1
0bはともに磁気異方性材料から成り、回転子部材10
a、10bに書き込まれている直線は容易磁束方向を示
す。回転子部材10aでの容易磁束方向は回転の中心か
ら突極部11aへの突極方向に一致する。回転子部材1
0bでの容易磁束方向は回転の中心から突極部11bへ
の突極方向に一致する。
【0023】そして、図4に示すように回転子9は回転
子部材10aと10bを1枚ずつ交互に回転子軸方向に
積層して構成されている。回転子部材10a、10bは
必要に応じてネジ、接着剤等で固定されている。このよ
うに容易磁束方向が複数となるように回転子部材10
a、10bが積層されているので、どの突極方向にもそ
れぞれ磁束が通りやすくなっている。これにより、リラ
クンタンストルクが増大する。なお、3は回転軸であ
る。また、回転子9は回転子部材10a、10bを1枚
ずつ交互に積層したが、同一部材を2枚以上重ねて積層
するようにしてもよい。
【0024】<第3の実施形態>次に、本発明の第3の
実施形態について説明する。図5(a)は第3の実施形
態の回転子部材13aの断面図であり、図5(b)は第
3の実施形態の回転子部材13bの断面図である。回転
子部材13a、13bは磁気異方性材料から成り、小判
型形状に形成されている。これにより、回転子部材13
a、13bには突極部5と凹極部6が設けられる。そし
て、中心には回転軸3(図6参照)を通すための穴20
が開けられている。
【0025】回転子部材13aは容易磁束方向が突極方
向のd軸からある角度θa度だけずれた第1の方向とな
るように形成されている。回転子部材13bは容易磁束
方向が突極方向のd軸からある角度θb度だけずれた第
2の方向となるように形成されている。ただし、θa<
θbである。なお、回転子部材13a、13bに書き込
まれている直線は容易磁束方向である。
【0026】そして、図6に示すように、回転子12は
回転子部材13aと回転子部材13bを回転軸3の回転
子軸方向において隣接させている。回転子部材13a、
13bは必要に応じてネジ、接着剤等で固定されてい
る。これにより、回転子12は容易磁束方向が第1部分
と第2部分で異なるため、回転子軸方向にスキューを加
えることと同様の効果を発揮し、トルクの脈動を低減す
る。
【0027】<第4の実施形態>次に、図7(a)は上
記第1の実施形態の回転子7を示し、一方、図7(b)
は第4の実施形態の回転子14の積層形状図である。図
7(a)に示すように上記第1の実施形態の回転子7は
回転子部材8を複数枚積層したものであったが、第4の
実施形態では図7(b)に示すように、回転子部材8を
1つ置きに間引きし、代わりに非磁性体材料を用いた非
磁性体部材15を挿入した回転子14としている。非磁
性体部材15は回転子部材8と同様の小判型形状をして
いる。なお、図7において3は回転軸である。
【0028】これにより、上記第1の実施形態では固定
子より与えられる磁束16aは図7(a)のように回転
子7に一様に与えられるが、本実施形態の回転子14で
は固定子から与えられる磁束16bは図7(b)に示す
ように非磁性体部材15を避けて回転子部材8の方に集
中する。そのため、回転子部材8を通過する磁束密度が
増加することになる。
【0029】図8に示すように磁気異方性材料は磁束密
度がある程度増加した領域で磁気異方性により発生する
トルクが特に大きくなる特性をもっているので、第4の
実施形態のような回転子14の構造とすることによって
回転子部材8に通る磁束16aの密度が大きくなり、大
きなトルクを発生させることができる。
【0030】<第5の実施形態>次に、本発明の第5の
実施形態について説明する。図9は本発明の第5の実施
形態の回転子部材22の断面図である。回転子部材22
は磁気異方性材料から成り、円形に形成されている。そ
して、内部に凹極部を設けるために2箇所に穴23が打
ち抜かれており、中心に回転軸を通すための穴20が開
けられている。打ち抜かれた穴23には空気やアルミニ
ウム等の透磁率の低い材質で満たされる。これにより、
断面が円形であっても穴23によって透磁率の低い部分
が凹極部6を形成し、その凹極部6の中間領域が突極部
5となる。回転子部材22に書き込まれている直線は容
易磁束方向を示し、突極方向と同一方向となっている。
【0031】そして、図10に示すように、回転子21
は回転子部材22を回転子軸方向に複数枚積層して構成
されている。回転子部材22は必要に応じてネジ、接着
剤等で固定されている。
【0032】上記第1の実施形態(図1)では回転子部
材8を小判型形状とすることによって幾何学的に2つの
突極部と凹極部を設けるようにしていたが、本実施形態
では回転子21の内部に透磁率の低い部分を有するよう
にすることによって突極部5と凹極部6を設けているの
で回転子21の断面は円形又は円形に近い形状とするこ
とができる。したがって、回転時に生じる風損を抑える
ことができる。
【0033】以上、実施形態では、2極又は4極の回転
子について説明したが、本発明はこれらに限定されるも
のでなく、極数によらない構成となっている。そのと
き、構成が簡単なので多極化も容易である。また、本発
明はリラクタンストルクだけを利用するリラクタンスモ
ータの回転子だけでなく、直流モータのようにリラクタ
ンストルクに他のトルクを組み合わせて用いるモータの
回転子にも適用できる。
【0034】
【0035】
【0036】
【発明の効果】本 発明の請求項では、磁束が通りやす
い方向が突極方向から第1の方向にずれた第1部分と第
2の方向にずれた第2部分が回転子軸方向に隣接して設
けられているので、回転子にスキューを設けた場合と同
一効果が得られ、トルクの脈動が低減される。これによ
り、トルクリプルの低減が図れる。
【0037】また、本発明の請求項では、磁気異方性
材料と非磁性体材料の部材が軸方向に積層されているの
で、固定子から与えられる磁束が磁気異方性材料の部材
に集中するようになる。
【0038】また、本発明の請求項では、回転子の凹
極部は透磁率の低い部分で構成しているので回転子の断
面の形状を円形にすることができる。これによって回転
子の回転によって生じる風損の影響を小さくすることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態の回転子部材8の断
面図。
【図2】 その第1の実施形態の回転子7の積層形状
図。
【図3】 本発明の第2の実施形態の回転子部材10
a、10bの断面図。
【図4】 その第2の実施形態の回転子9の積層形状
図。
【図5】 本発明の第3の実施形態の回転子部材13
a、13bの断面図。
【図6】 その第3の実施形態の回転子12の積層形状
図。
【図7】 その回転子7と本発明の第4の実施形態の回
転子14の積層形状図。
【図8】 その回転子7、14の磁気異方性による発生
トルクの磁束密度依存性を示す特性図。
【図9】 本発明の第5の実施形態の回転子部材22
の断面図。
【図10】 その第5の実施形態の回転子21の積層形
状図。
【図11】 従来のリラクタンスモータの構成断面図。
【符号の説明】
1 固定子 2 回転子 3 回転軸 4a、4b 空隙 5 突極部 6 凹極部 7 回転子 8 回転子部材 9 回転子 10a、10b 回転子部材 11a、11b 突極部 12 回転子 13a、13b 回転子部材 14 回転子 15 非磁性体部材 16a、16b 磁束 20 穴 21 回転子 22 回転子部材 23 穴 Ld d軸インダクタンス Lq q軸インダクタンス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 19/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 突極部と凹極部を有し、回転磁界が与え
    られることによって回転軸に発生するリラクタンストル
    クを利用するモータの回転子において、 磁束が通りやすい方向をもつ磁気異方性材料で形成され
    ているとともに、前記方向が突極方向から第1の方向に
    ずれている第1部分と第2の方向にずれている第2部分
    とから成り、第1部分と第2部分は回転子軸上において
    隣接していることを特徴とするリラクタンストルクを利
    用するモータの回転子。
  2. 【請求項2】 磁気異方性材料を通過する磁束密度を増
    加するべく回転子の磁束通過断面積を減少させるため
    に、前記磁気異方性材料の部材と非磁性体材料の部材を
    軸方向に積層して成ることを特徴とする請求項1に記載
    の回転子。
  3. 【請求項3】 断面が円形であり、前記凹極部を形成す
    る側の透磁率の低い部分を有することを特徴とする請求
    項1又は請求項2に記載の回転子。
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