JPH05316702A - リラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、ｄ軸励磁時とｑ軸励磁時の磁気
抵抗の差を大きくすることが可能なリラクタンスモータ
である。 【構成】 回転子２の回転軸３の軸芯と直交する断面の
ｄ軸励磁時の磁路に沿って複数条の非磁性部２ｃを設け
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、回転子の構造を改善
したリラクタンスモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のリラクタンスモータの断面図を図
７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２ａでは４ａで示され、凹極部２ｂでは４ｂで示さ
れる。固定子１および回転子２磁性体で構成されている
が、空隙部４ａ，４ｂは空気等の透磁性が低い物質であ
る。

【０００３】図８は従来のリラクタンスモータの励磁状
態を示している。同図において、５ａと５ｂで示す点線
は固定子１のコイル電流により発生す磁力線を表してい
る。同図(a) は固定子１と回転子２の位置関係で磁力線
５ａが最小の空隙部４ａを通る磁気抵抗が最小の場合で
あり、これをｄ軸励磁の状態と呼んでいる。同図(b) は
磁力線５ｂが回転子２の突極部４ａ以外のギャップの大
きい所を通るので磁気抵抗が最大の場合であり、これを
ｑ軸励磁の状態と呼んでいる。

【０００４】このように、リラクタンスモータの固定子
１のコイルが生成する磁束の磁気回路は、回転子２の突
極部に対向するｄ軸励磁の状態の位置にあるときは、空
隙部４ａの距離が狭いので磁気抵抗が小さく、凹極部２
ｂに対向するｑ軸励磁の状態の位置にあるときは、空隙
部４ｂの距離が広いので磁気抵抗が大きい。リラクタン
ススモータは、この二つの位置で磁気抵抗が異なること
を利用してトルクを発生させるものである。

【０００５】このようなリラクタンスモータにおいて、
固定子１の磁極が突極部にあるときの磁気回路の自己イ
ンダンタンスをＬd 、磁極が凹極部にあるときの磁気回
路の自己インダンタンスをＬq とすれば、リラクタンス
モータのトルクＴは次式に比例する。（Ｌd −Ｌq ）Ｉ
² なお、この式でＩはコイルに流す電流である。

【０００６】この式を見て分かるとおり、Ｌd とＬq と
の差が大きい程トルクを大きくすることができる。ま
た、自己インダンタンスＬd ，Ｌq はその状態における
磁気抵抗に比例するので、ｄ軸励磁の状態とｑ軸励磁の
状態における磁気抵抗の差を大きくすることがトルクを
増大させる条件である。

【０００７】また、リラクタンスモータのｄ軸位置を励
磁した場合の起磁力と空隙中の磁束密度の分布を図９に
示す。固定子１に巻装されたコイルによって発生する一
極分の起磁力の分布は同図(a) の９１のように示され
る。また、この起磁力９１により空隙部に分布する磁束
密度の形状を同図(b) の９２に示している。

【０００８】このような磁束密度とモータの特性とは大
きな関係がある。つまり、同図(b)に示す磁束密度を調
波解析した空間的な基本波成分９３によってモータのト
ルクの大半は決定されるようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、リラ
クタンスモータの特性は突極部の空隙距離４ａと凹極部
の空隙距離４ｂによってほぼ決まってしまう。つまり、
突極部２ａの磁気抵抗を小さくするためには、空隙距離
４ａを極力短くする必要があるが、この空隙距離４ａは
回転子２や軸３および軸受等の加工、組み立て精度で制
限されるので、余り空隙距離４ａを狭く期待することは
現実的でない。

【００１０】反対に凹極部２ｂの磁気抵抗を大きくする
ためには、空隙距離４ｂを極力長くする必要があるが、
これも軸３の太さまでより小さくできないので、空隙距
離４ｂを大きくすることも限度がある。

【００１１】また、ｄ軸励磁の状態の磁気抵抗を小さく
し、かつｑ軸励磁の磁気抵抗を大きくするため回転子の
形状を極端に細長い形状にすると、このような形状の回
転子２が回転することで風損が発生し、しかもサイレン
の原理で騒音も発生する。さらに、従来のリラクタンス
モータは固定子１の形状によるＬq の増加によりトルク
を低減させる問題もある。

【００１２】図１０はこの問題の説明図であり、同図
(a) はｑ軸励磁状態の磁力線の様子を示しており、図中
の１ａは固定子１の磁極で、１ｂは隣り合う磁極１ａの
間のスロット開口である。また、コイル巻線は隣り合う
磁極１ａの間の１ｃ部分に巻回されている。

【００１３】このときのエアギャップの磁束分布を同図
(b) に示している。同図において５ｃは同図(a) の突極
部２ａ部分の磁束密度で、５ｄはスロット開口１ｂ部分
の磁束密度を示している。同図に示すようにｄ軸励磁か
らｑ軸励磁に移る期間に、固定子１のスロット開口１ｂ
の影響を受けて５ｄに示すような高い磁束が発生し、Ｌ
q の値が小さくならない、つまりトルクを低減させる問
題もあった。

【００１４】この発明は、このような問題を解決するた
めになされたもので、ｄ軸励磁時とｑ軸励磁時のと磁気
抵抗の差を大きくすることが可能なリラクタンスモータ
を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明のリラクタンス
モータは、筒状をなし内部に複数の固定子巻線を有する
固定子と、この固定子内に挿入され前記筒状内を回転す
る回転軸を有しこの回転軸の周りに前記固定子の内面と
の空隙が狭い突極部と空隙の広い凹極部とを有する磁性
部材よりなる回転子とを具備するリラクタンスモータで
あって、回転子の回転軸の軸芯と直交する断面のｄ軸励
磁時の磁路に沿って複数条の非磁性部を設けたことを特
徴としている。また、回転子の突極部から凹極部に至る
表面はなだらかに変化することも特徴としている。ま
た、複数条の非磁性部は空隙または非磁性部材で形成さ
れていることも特徴としている。さらに、複数条の非磁
性部の端部は交互に突極部面に露出していることも特徴
としている。

【００１６】

【作用】このように構成することで、回転子のｄ軸励磁
時における磁気抵抗とｑ軸励磁時における磁気抵抗との
差を大きくすることができ、トルクを増大することが可
能になる。また、回転子の突極部から凹極部に至る表面
をなだらかに変化させることで風損や騒音を軽減でき
る。また、複数条の非磁性部に非磁性部材を充填して形
成することで風損や騒音を軽減できる。

【００１７】さらに、複数条の非磁性部の端部を交互に
突極部面に露出させることで、回転子の機械的強度を損
なうことなくｑ軸励磁時における磁気抵抗を大きくする
ことができる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の一実施
例を説明する。図１は第一の実施例の説明するリラクタ
ンスモータの断面図である。同図において、１は筒状の
固定子で、この固定子１の内部には図示しない励磁コイ
ルが設けられている。２は回転子で、この回転子２は回
転軸３に軸支されて、固定子１の筒状の内面に沿って回
転するように構成されている。

【００１９】回転子２は珪素鋼板等の磁性部材でなり、
固定子１の筒状の内面に近接し空隙４ａを保って回転す
る一対の突極部２ａと、固定子１との間に大きな空隙４
ｂを有する凹極部２ｂで形成されており、固定子１の励
磁コイルで発生したｄ軸励磁時の磁束は、空隙４ａを介
して一方の突極部２ａから他方の突極部２ａへ抜けるよ
うに磁路が形成されている。

【００２０】また、この回転子２の内部には磁路に沿っ
て複数のスリット２ｃが設けられている。このスリット
２ｃは回転子２が珪素鋼板で構成される場合は、少なく
とも１mm以上の幅に形成する。なお、スリット２ｃ内は
単なる空隙でもよく、回転子２の強度を保つため非磁性
部材を充填してもよい。

【００２１】このように回転子２を構成することで、図
２(a) に示すようにｄ軸励磁時の磁束５ａは、一方の突
極部２ａから他方の突極部２ａへスリット２ｃに沿った
磁路を通るので、スリット２ｃによる磁気抵抗の増加は
少ない。一方、図２(b) に示すようにｑ軸励磁時の磁束
５ｂは、スリット２ｃにより、回転子２内の磁路が妨げ
られるので磁気抵抗が大巾に増加する。

【００２２】つまりｑ軸励磁時におけるインダンタンス
をＬq は大巾に減少して、ｄ軸励磁時のインダンタンス
をＬd との差が大きくなり、この実施例のリラクタンス
モータのトルクを増大させることができる。

【００２３】図３は第二の実施例の構成を示している。
この実施例では複数のスリット２ｃの内で交互に配置さ
れる一方のスリット２ｃの端部を突極部２ａの端面に露
出させている。

【００２４】このように構成することで、図４(a) に示
すようにｄ軸励磁時の磁束５ａは、第一の実施例と同様
に、一方の突極部２ａから他方の突極部２ａへスリット
２ｃに沿った磁路を通るので、スリット２ｃによる磁気
抵抗の増加は少ない。

【００２５】一方、図４(b) に示すようにｑ軸励磁時の
磁束５ｂは、突極部２ａの端面近くの磁路が、突極部２
ａの端面に端部が露出したスリット２ｃにより妨げげら
れて磁路は長くなるので磁気抵抗がさらに大巾に増加す
る。したがって、この実施例のリラクタンスモータのト
ルクをさらに増大させることができる。

【００２６】第一の実施例では、スリット２ｃの端部が
突極部２ａの端面に露出しないものを、第二の実施例で
は、スリット２ｃの端部が交互に突極部２ａの端面に露
出したものを示したが、回転子２の機械的強度が許せ
ば、すべてのスリット２ｃの端部を突極部２ａの端面に
露出させることもできる。

【００２７】第一，第二の実施例は説明の都合で、空隙
４ａと空隙４ｂとの寸法差が大きいつまり、回転子２の
形は対向する突極部２ａに沿って細長いものを説明した
が、スリット２ｃを設けることで、極端に細長くしない
でも、ｑ軸励磁時の磁気抵抗を十分に大きくすることが
できる。したがって、回転子２を円筒に近い形にするこ
とも可能で、風損を減少させることができる。

【００２８】このような考えに基づいた第三の実施例を
図５により説明する。同図において１ａは固定子１の磁
極であり、隣合う磁極１ａの間にスロット開口１ｂが設
けられている。

【００２９】回転子２は断面が楕円状をなしており、こ
の楕円の長軸の先端部が突極部２ａとなり、短軸の先端
部が凹極部２ｂとなっている。この回転子２の楕円の長
軸方向つまり、ｄ軸励磁時の磁路に沿ってスリット２ｃ
を、固定子１のスロット開口１ｂに対応する間隔位置に
複数設けている。この実施例では、スリット２ｃの端部
を回転子２の表面に露出させて、ｑ軸励磁時における磁
気抵抗の増大を図っている。

【００３０】このように構成することで、回転子２の形
状が突極部２ａから凹極部２ｂに向かってなだらかな楕
円状をなし、空隙４ａと４ｂとの寸法差が少なくても、
スリット２ｃの作用でｄ軸励磁時の磁気抵抗とｑ軸励磁
時における磁気抵抗の差を大きく確保することができ
る。

【００３１】また、スリット２ｃを固定子１のスロット
開口１ｂに対応する間隔位置に設けることで、隣の磁極
１ａによる磁束の増加を防いで、ｑ軸励磁時において磁
気抵抗が減少するのを防止している。図６は、この実施
例のエアギャップにおける磁束分布を示している。同図
(a)はｄ軸励磁の場合を、同図(b) はｑ軸励磁時の場合
の磁束分布を示している。

【００３２】これらの図に示すように、ｄ軸励磁の場合
は、磁束分布は正弦波状になっており、基本波成分は従
来のものより大きく、したがってインダンタンスをＬd
は大きくなる。

【００３３】一方、同図(b) に示すｑ軸励磁時の場合
は、磁束分布は凹形になっており、ｄ軸励磁の場合より
基本波成分は大きいが、スリット２ｃにより磁束密度を
小さく抑えている。この実施例によれば、回転子２は断
面がだらかな楕円形状をなしているので、空気抵抗が少
なく風損や騒音を軽減することができる。

【００３４】また、この実施例においても、スリット２
ｃは単なる空隙でも、非磁性材が充填されていてもよい
が、非磁性材が充填されていれば、さらに、風損や騒音
を軽減することができる。なお、この発明は上記各実施
例に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で
変形して実施できる。

【００３５】上記各実施例は回転子が二極構成のものを
説明したが、複極構成の回転子についても適用できる。
この場合もスリットは回転子のｄ軸励磁時の磁路に沿っ
て設ければよい。また、スリットの形状や配置も実施例
のものに限定されない。

【００３６】

【発明の効果】この発明によれば、回転子のｄ軸励磁時
の磁路に沿ってスリットを設けることで、ｑ軸励磁時に
おける磁気抵抗を大きくすることができ、トルクの増大
が図れる。また、スリットを設けることで、回転子の形
状を風損や騒音の発生の少ないなだらか形に形成でき
る。さらに、スリット内に非磁性部材を充填すること
で、更に風損や騒音の軽減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一の実施例のリラクタンスモータ
の構成断面図。

【図２】同実施例の磁路の説明図。

【図３】第二の実施例のリラクタンスモータの構成断面
図。

【図４】同実施例の磁路の説明図。

【図５】第三の実施例のリラクタンスモータの構成断面
図。

【図６】同実施例の回転電気角に対応する磁束密度につ
いての説明図。

【図７】従来のリラクタンスモータの構成断面図。

【図８】従来のリラクタンスモータの磁路の説明図。

【図９】従来のリラクタンスモータの電気角に対応する
磁束密度についての説明図。

【図１０】従来のリラクタンスモータの固定子の形状が
磁路に与える影響を説明する磁束分布図。

【符号の説明】

１…固定子、１ａ…磁極、１ｂ…スロット開口、２…回
転子、２ａ…突極部、２ｂ…凹極部、２ｃ…スリット、
３…回転軸、４ａ、４ｂ…空隙、５ａ，５ｂ…磁束、５
ｃ，５ｄ……磁束密度。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状をなし内部に複数の固定子巻線を有す
   る固定子と、この固定子内に挿入され前記筒状内を回転
   する回転軸を有しこの回転軸の周りに前記固定子の内面
   との空隙が狭い突極部と空隙の広い凹極部とを有する磁
   性部材よりなる回転子とを具備するリラクタンスモータ
   であって、 上記回転子の上記回転軸の軸芯と直交する断面のｄ軸励
   磁時の磁路に沿って複数条の非磁性部を設けたことを特
   徴とするリラクタンスモータ。
2. 【請求項２】上記回転子の突極部から凹極部に至る表面
   はなだらかに変化させたことを特徴とした請求項１記載
   のリラクタンスモータ。
3. 【請求項３】上記複数条の非磁性部は空隙または非磁性
   部材で形成されていることを特徴とする請求項１または
   請求項２記載のリラクタンスモータ。
4. 【請求項４】上記複数条の非磁性部の端部は交互に突極
   部面に露出していることを特徴とする請求項１乃至請求
   項３のいずれかに記載のリラクタンスモータ。