JP2001258222A - リラクタンスモータ - Google Patents

リラクタンスモータ

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JP2001258222A
JP2001258222A JP2000067227A JP2000067227A JP2001258222A JP 2001258222 A JP2001258222 A JP 2001258222A JP 2000067227 A JP2000067227 A JP 2000067227A JP 2000067227 A JP2000067227 A JP 2000067227A JP 2001258222 A JP2001258222 A JP 2001258222A
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JP
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flux barrier
rotor
reluctance motor
flux
slits
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JP2000067227A
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English (en)
Inventor
Yoichi Tamiya
洋一 田宮
Satoru Fujimura
哲 藤村
Masaya Inoue
正哉 井上
Michio Nakamoto
道夫 中本
Kunio Mori
邦雄 森
Norihiro Achiwa
典弘 阿知和
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速化や大型化により増大する回転遠心力に
対する機械的強度を強化した回転子構造を有するリラク
タンスモータを提供する。 【解決手段】 １極当り複数層に間隔をおいて配置さ
れ、回転子の中心方向に凸型を成すように形成している
フラックスバリアスリットを有することにより、磁束の
流れやすい方向であるｄ軸と磁束の流れにくい方向であ
るｑ軸の間に生じるリラクタンストルクを利用して回転
するリラクタンスモータの回転子構造において、全フラ
ックスバリアスリット内あるいは内径側のいくつかのフ
ラックスバリアスリット内に、回転遠心力負荷による半
径方向の膨張を拘束する補助ブリッジを半径方向に一列
に設置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リラクタンスモー
タの高速化や大型化により増大する回転遠心力負荷に対
する機械強度を確保したリラクタンスモータの回転子構
造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１４は、たとえば特開平１１−８９１
９３号公報に示されているような従来のリラクタンスモ
ータ回転子構造の一例である。図１４（ａ）において、
１は回転子コア鉄心、２ａ〜２ｅはフラックスバリアス
リットであり、これらのフラックスバリアスリットは１
極当り複数層に間隔をおいて配置されており、回転子の
中心方向に凸型を成すように形成されている。また、フ
ラックスバリアスリット内は中空である場合と二次導体
として、アルミや銅等が鋳込まれている場合がある。３
ａ〜３ｅは各フラックスバリアスリット両端部のブリッ
ジ部である。図１４（ｂ）はブリッジ部Ａの拡大図であ
る。ｔ１はブリッジ部の厚さ寸法である。リラクタンス
モータはフラックスバリアスリットにより形成される磁
束の流れやすい方向であるｄ軸と磁束の流れにくい方向
であるｑ軸の間に生じるリラクタンストルクで回転する
電動機である。
【０００３】通常、回転体が回転遠心力負荷を受けて半
径方向に膨張する場合、その拘束力として円周方向の応
力が発生する。したがって、このような従来のリラクタ
ンスモータの回転子構造では、起動時の回転により、図
１５の矢印に示すような回転遠心力負荷が作用し、半径
方向の遠心力膨張を拘束するために発生する円周方向の
応力はブリッジ部３ａ〜３ｅに発生する。図１６は従来
のリラクタンスモータ回転子の回転遠心力を作用させた
場合の有限要素解析結果の変形図であり、内径側の２つ
のフラックスバリアスリットと回転子コア鉄心の隙間
８、９が大きく変形し、最大応力は最内径側のフラック
スバリアスリット両端部のブリッジに発生していること
がわかる。また、この円周方向応力は回転数の自乗およ
び回転子外直径の自乗に比例して増大するので、リラク
タンスモータの回転子構造は高速化および大型化には不
利な構造である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】リラクタンスモータの
ブリッジ部の厚さ寸法は、磁束の流れの漏れを防ぎ、電
気的効率を確保するためにできるだけ小さい方が望まし
い。これに対して、回転遠心力負荷に対する回転子の機
械強度を確保するためには、ブリッジ部の厚さ寸法はで
きるだけ大きくして、円周方向の応力を低く抑える方が
有利である。このような従来のリラクタンスモータ回転
子構造では、高速化および大型化によるブリッジ部の円
周方向応力の増大により稼動中に回転破壊にいたる危険
性がある。
【０００５】本発明は、前記のような課題を解決するた
めに成されたもので、目的は電気的効率の低下を小さく
した上で回転子の高速化および大型化に対応した回転子
の機械強度が確保できるリラクタンスモータの回転子構
造を構築することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係るリラクタン
スモータの回転子構造において、全フラックスバリアス
リット内あるいは内径側のいくつかのフラックスバリア
スリット内に、回転遠心力負荷による半径方向の膨張を
拘束する補助ブリッジを半径方向に一列に設置する回転
子構造としたものである。
【０００７】また、リラクタンスモータの回転子構造に
おいて、全フラックスバリアスリット内あるいは内径側
のいくつかのフラックスバリアスリット内に、回転遠心
力負荷による半径方向の膨張を拘束する補助ブリッジを
半径方向にジグザグに設置する回転子構造としたもので
ある。
【０００８】また、リラクタンスモータの回転子構造に
おいて、全フラックスバリアスリットあるいは内径側の
いくつかのフラックスバリアスリットの回転子コア鉄心
に、回転遠心力負荷による半径方向の膨張を拘束するダ
ブテールスロットを設置する回転子構造としたものであ
る。
【０００９】また、リラクタンスモータの回転子構造に
おいて、全フラックスバリアスリットあるいは内径側の
いくつかのフラックスバリアスリットの回転子コア鉄心
に、回転遠心力負荷による半径方向の膨張を拘束するダ
ブテールを設置する回転子構造としたものである。
【００１０】また、リラクタンスモータの回転子構造に
おいて、全フラックスバリアスリットあるいは内径側の
いくつかのフラックスバリアスリットの回転子コア鉄心
に、回転遠心力負荷による半径方向の膨張を拘束するダ
ブテールスロットとダブテールの両方を設置する回転子
構造としたものである。
【００１１】
【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であるリラクタンスモータ回転子構造を示
すものである。図１において、１は回転子コア鉄心、２
ａ〜２ｅはフラックスバリアスリットであり、これらの
フラックスバリアスリットは１極当り複数層に間隔をお
いて配置されており、回転子の中心方向に凸型を成すよ
うに形成されている。また、フラックスバリアスリット
内は中空である場合と二次導体として、アルミや銅等が
鋳込まれている場合がある。３ａ〜３ｅは各フラックス
バリアスリット両端部のブリッジ部である。
【００１２】４ａ〜４ｅは全フラックスバリアスリット
内に、回転遠心力負荷による半径方向の膨張を拘束する
ために、半径方向に一列に設置された補助ブリッジであ
る。
【００１３】この補助ブリッジの厚さ寸法ｔ２は各フラ
ックスバリアスリット両端部のブリッジ３ａ〜３ｅとほ
ぼ同程度か少し大きい程度であり、各フラックスバリア
スリット両端部のブリッジ３ａ〜３ｅの寸法を厚くする
より電気的効率の低下が少ないという効果がある。ま
た、半径方向の遠心力膨張が補助ブリッジ４ａ〜４ｅに
より拘束されるので、各フラックスバリアスリット両端
部のブリッジ３ａ〜３ｅに発生する円周方向の応力は減
少する効果がある。
【００１４】実施の形態２．図２は、本発明の実施の形
態２であるリラクタンスモータ回転子構造を示すもので
ある。図２において、１は回転子コア鉄心、２ａ〜２ｅ
はフラックスバリアスリット、３ａ〜３ｅは各フラック
スバリアスリット両端部のブリッジ部である。
【００１５】４ｄ、４ｅは内径側の２ヶ所のフラックス
バリアスリット内に、回転遠心力負荷による半径方向の
膨張を拘束するために、半径方向に一列に配置された補
助ブリッジである。なお、図２では、補助ブリッジの設
置を内径側の２ヶ所としているがフラックスバリアスリ
ットの層数および電気的効率と回転子の機械強度上の最
適化により、補助ブリッジの設置は１〜数個と変更でき
る。
【００１６】実施の形態２の補助ブリッジは、図１６の
有限要素解析結果からもわかるように、内径側のフラッ
クスバリアスリットと回転子コア鉄心間の隙間には大き
な半径方向変位が生じ、この半径方向変位を拘束するた
め、応力低下に効果的で、かつ、実施の形態１の回転子
構造に比べて電気的効率の低下が少ない利点がある。
【００１７】実施の形態３．図３および図４は、本発明
の実施の形態３であるリラクタンスモータ回転子構造を
示すものである。図３および図４において、１は回転子
コア鉄心、２ａ〜２ｅはフラックスバリアスリット、３
ａ〜３ｅは各フラックスバリアスリット両端部のブリッ
ジ部である。
【００１８】図３において、４ａ〜４ｅは全フラックス
バリアスリット内に、回転遠心力負荷による半径方向の
膨張を拘束するために、半径方向にジグザグに設置され
た補助ブリッジである。図４において、４ｄ、４ｅは内
径側の２ヶ所のフラックスバリアスリット内に、回転遠
心力負荷による半径方向の膨張を拘束するために、半径
方向にジグザグに設置された補助ブリッジである。な
お、図４では、補助ブリッジの設置を内径側の２ヶ所と
しているがフラックスバリアスリットの層数および電気
的効率と回転子の機械強度上の最適化により、補助ブリ
ッジの設置は１〜数個と変更できる。
【００１９】この実施の形態３では、補助ブリッジを半
径方向にジグザグに設置することにより、一列に設置さ
れた請求項１の発明と比較して、補助ブリッジを通過す
る磁束の漏れを抑制し、電気的効率の低下を軽減させる
効果がある。
【００２０】実施の形態４．図５および図６は、本発明
の実施の形態４であるリラクタンスモータ回転子構造を
示すものである。図５および図６において、１は回転子
コア鉄心、２ａ〜２ｅはフラックスバリアスリット、３
ａ〜３ｅは各フラックスバリアスリット両端部のブリッ
ジ部である。
【００２１】図５において、５ａ〜５ｅは全フラックス
バリアスリットの回転子コア鉄心１に、回転遠心力負荷
による半径方向の膨張を拘束するために設置されたダブ
テールスロットである。図６において、５ｄ、５ｅは内
径側の２ヶ所のフラックスバリアスリットの回転子コア
鉄心１に、回転遠心力負荷による半径方向の膨張を拘束
するために設置されたダブテールスロットである。な
お、図６では、ダブテールスロットの設置を内径側の２
ヶ所としているがフラックスバリアスリットの層数およ
び電気的効率と回転子の機械強度上の最適化により、ダ
ブテールスロットの設置は１〜数個と変更できる。
【００２２】実施の形態４では、回転子コア鉄心１にダ
ブテールスロットを設けることにより、二次導体である
アルミや銅等を鋳込んだときに、二次導体に自動的にダ
ブテールが形成され、回転子コア鉄心１と二次導体が結
合し、回転子の機械強度を向上させる効果がある。ま
た、実施の形態１〜３と比べて、補助ブリッジが無くな
ることにより磁束の漏れが解消し、電気的効率の低下が
無くなる効果がある。
【００２３】実施の形態５．図７および図８は、本発明
の請求項４に対する実施の形態５であるリラクタンスモ
ータ回転子構造を示すものである。図７および図８にお
いて、１は回転子コア鉄心、２ａ〜２ｅはフラックスバ
リアスリット、３ａ〜３ｅは各フラックスバリアスリッ
ト両端部のブリッジ部である。
【００２４】図７において、６ａ〜６ｅは全フラックス
バリアスリットの回転子コア鉄心１に、回転遠心力負荷
による半径方向の膨張を拘束するために設置されたダブ
テールである。図８において、６ｄ、６ｅは内径側の２
ヶ所のフラックスバリアスリットの回転子コア鉄心１
に、回転遠心力負荷による半径方向の膨張を拘束するた
めに設置されたダブテールである。なお、図８では、ダ
ブテールの設置を内径側の２ヶ所としているがフラック
スバリアスリットの層数および電気的効率と回転子の機
械強度上の最適化により、ダブテールの設置は１〜数個
と変更できる。
【００２５】実施の形態５では、回転子コア鉄心１にダ
ブテールを設けることにより、二次導体であるアルミや
銅等を鋳込んだときに、二次導体に自動的にダブテール
スロットが形成され、回転子コア鉄心１と二次導体が結
合し、回転子の機械強度を向上させる効果がある。ま
た、実施の形態１〜３と比べて、補助ブリッジが無くな
ることにより磁束の漏れが解消し、電気的効率の低下が
無くなる効果がある。
【００２６】また、図９に示すように、ダブテールの破
壊ヶ所はダブテールのど部であることから、強度の低い
２次導体であるアルミや銅等を用いてダブテールを構成
するより、回転子コア鉄心を用いてダブテールを構成す
るほうが回転子の機械強度向上に効果がある。
【００２７】実施の形態６．図１０および図１１は、本
発明の実施の形態６であるリラクタンスモータ回転子構
造を示すものである。図１０および図１１において、１
は回転子コア鉄心、２ａ〜２ｅはフラックスバリアスリ
ット、３ａ〜３ｅは各フラックスバリアスリット両端部
のブリッジ部である。
【００２８】図１０および図１１において、５ａ〜５ｄ
はフラックスバリアスリットの回転子コア鉄心１に、回
転遠心力負荷による半径方向の膨張を拘束するために設
置されたダブテールスロットであり、６ａ〜６ｄはダブ
テールである。なお、図１０および図１１では、ダブテ
ールスロットおよびダブテールの設置位置を４ヶ所とし
ているがフラックスバリアスリットの層数および電気的
効率と回転子の機械強度上の最適化により、ダブテール
スロットおよびダブテールの設置は１〜全層数まで変更
できる。
【００２９】フラックスバリアスリットの片面でしかダ
ブテール結合されていない実施の形態４、５にたいし
て、実施の形態６では、フラックスバリアスリットの両
面でダブテール結合されるので、さらなる回転子強度の
向上に効果がある。
【００３０】実施の形態７．図１２および図１３は、本
発明の実施の形態７であるリラクタンスモータ回転子構
造を示すものである。図１２および図１３において、１
は回転子コア鉄心、２ａ〜２ｅはフラックスバリアスリ
ット、３ａ〜３ｅは各フラックスバリアスリット両端部
のブリッジ部である。
【００３１】図１２において、５ａ〜５ｄはフラックス
バリアスリットの回転子コア鉄心１に、回転遠心力負荷
による半径方向の膨張を拘束するために設置されたダブ
テールスロットであり、６ａ〜６ｄはダブテールであ
る。また、図１３において、５ｅ、５ｆはフラックスバ
リアスリットの回転子コア鉄心１に、回転遠心力負荷に
よる半径方向の膨張を拘束するために設置されたダブテ
ールスロットであり、６ｅ、６ｆはダブテールである。
図１２および図１３のダブテールスロット５ａ〜５ｄお
よびダブテール６ａ〜６ｄはフラックスバリアスリット
の磁束の通過する断面が急激に変化しないように内径側
に移項するほどダブテールのど部寸法を大きくしてい
る。なお、ダブテールスロットおよびダブテールの設置
ヶ所はフラックスバリアスリットの層数および電気的効
率と回転子の機械強度上の最適化により、１〜全層数ま
で変更できる。
【００３２】実施の形態７では、フラックスバリアスリ
ットの両面でダブテール結合されており、しかもフラッ
クスバリアスリットの磁束の通過する断面が急激に変化
しないようにして磁束流れの拘束を解消しているので、
実施の形態６に対し電気的効率の向上に効果がある。
【００３３】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に示されているような効果を奏する。
【００３４】リラクタンスモータ回転子の全フラックス
バリアスリット内あるいは内径側のいくつかのフラック
スバリアスリット内に、回転遠心力負荷による半径方向
の膨張を拘束する補助ブリッジを半径方向に一列に設置
することにより、フラックスバリアスリット両端部のブ
リッジ部３ａ〜３ｅに発生する円周方向の応力が減少す
る効果がある。
【００３５】リラクタンスモータ回転子の全フラックス
バリアスリット内あるいは内径側のいくつかのフラック
スバリアスリット内に、回転遠心力負荷による半径方向
の膨張を拘束する補助ブリッジを半径方向にジグザグに
設置することにより、フラックスバリアスリット両端部
のブリッジ部３ａ〜３ｅに発生する円周方向の応力を減
少させて、かつ、補助ブリッジを通過する磁束の漏れを
拘束し、電気的効率の低下を減少させる効果がある。
【００３６】リラクタンスモータ回転子の全フラックス
バリアスリットあるいは内径側のいくつかのフラックス
バリアスリットの回転子コア鉄心に、回転遠心力負荷に
よる半径方向の膨張を拘束するダブテールスロットを設
置することにより、フラックスバリアスリット両端部の
ブリッジ部３ａ〜３ｅに発生する円周方向の応力を減少
させて、かつ、補助ブリッジを無くすことにより、磁束
の漏れが解消し、電気的効率の低下が無くなる効果があ
る。
【００３７】リラクタンスモータ回転子の全フラックス
バリアスリットあるいは内径側のいくつかのフラックス
バリアスリットの回転子コア鉄心に、回転遠心力負荷に
よる半径方向の膨張を拘束するダブテールを設置するこ
とにより、フラックスバリアスリット両端部のブリッジ
部３ａ〜３ｅに発生する円周方向の応力を減少させて、
かつ、回転子コア鉄心を用いてダブテールを構成するこ
とによる回転子の機械強度向上に効果がある。
【００３８】リラクタンスモータ回転子の全フラックス
バリアスリットあるいは内径側のいくつかのフラックス
バリアスリットの回転子コア鉄心に、回転遠心力負荷に
よる半径方向の膨張を拘束するダブテールスロットとダ
ブテールを設置することにより、フラックスバリアスリ
ット両端部のブリッジ部３ａ〜３ｅに発生する円周方向
の応力を減少させて、かつ、フラックスバリアスリット
の両面でダブテール結合されることから、さらなる回転
子強度の向上に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１を示すリラクタンスモ
ータ回転子の構造図である。
【図２】 本発明の実施の形態２を示すリラクタンスモ
ータ回転子の構造図である。
【図３】 本発明の実施の形態３を示すリラクタンスモ
ータ回転子の構造図である。
【図４】 本発明の実施の形態３を示すリラクタンスモ
ータ回転子の構造図である。
【図５】 本発明の実施の形態４を示すリラクタンスモ
ータ回転子の構造図である。
【図６】 本発明の実施の形態４を示すリラクタンスモ
ータ回転子の構造図である。
【図７】 本発明の実施の形態５を示すリラクタンスモ
ータ回転子の構造図である。
【図８】 本発明の実施の形態５を示すリラクタンスモ
ータ回転子の構造図である。
【図９】 ダブテールおよびダブテールスロットの拡大
図である。
【図１０】 本発明の実施の形態６を示すリラクタンス
モータ回転子の構造図である。
【図１１】 本発明の実施の形態６を示すリラクタンス
モータ回転子の構造図である。
【図１２】 本発明の実施の形態７を示すリラクタンス
モータ回転子の構造図である。
【図１３】 本発明の実施の形態７を示すリラクタンス
モータ回転子の構造図である。
【図１４】 従来のリラクタンスモータ回転子の構造図
である。
【図１５】 従来のリラクタンスモータ回転子に回転遠
心力が作用した図である。
【図１６】 従来のリラクタンスモータ回転子の有限要
素解析結果の変形図である。
【符号の説明】
１ 回転子コア鉄心、２ａ〜２ｅ フラックスバリアス
リット、３ａ〜３ｅブリッジ部、４ａ〜４ｅ 補助ブリ
ッジ、５ａ〜５ｆ ダブテールスロット、６ａ〜６ｆ
ダブテール、７ ダブテールのど部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 正哉 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 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 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 AA08 AB01 AB07 AE06 AE07 AE08 5H619 AA07 BB01 PP02 PP04 PP05 PP06

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １極当り複数層に間隔をおいて配置さ
    れ、回転子の中心方向に凸型を成すように形成している
    フラックスバリアスリットを有することにより、磁束の
    流れやすい方向であるｄ軸と磁束の流れにくい方向であ
    るｑ軸の間に生じるリラクタンストルクを利用して回転
    するリラクタンスモータの回転子構造において、全フラ
    ックスバリアスリット内あるいは内径側のいくつかのフ
    ラックスバリアスリット内に、回転遠心力負荷による半
    径方向の膨張を拘束する補助ブリッジを半径方向に一列
    に設置することを特徴とするリラクタンスモータ。
  2. 【請求項２】 １極当り複数層に間隔をおいて配置さ
    れ、回転子の中心方向に凸型を成すように形成している
    フラックスバリアスリットを有することにより、磁束の
    流れやすい方向であるｄ軸と磁束の流れにくい方向であ
    るｑ軸の間に生じるリラクタンストルクを利用して回転
    するリラクタンスモータの回転子構造において、全フラ
    ックスバリアスリット内あるいは内径側のいくつかのフ
    ラックスバリアスリット内に、回転遠心力負荷による半
    径方向の膨張を拘束する補助ブリッジを半径方向にジグ
    ザグに設置することを特徴とするリラクタンスモータ。
  3. 【請求項３】 １極当り複数層に間隔をおいて配置さ
    れ、回転子の中心方向に凸型を成すように形成している
    フラックスバリアスリットを有することにより、磁束の
    流れやすい方向であるｄ軸と磁束の流れにくい方向であ
    るｑ軸の間に生じるリラクタンストルクを利用して回転
    するリラクタンスモータの回転子構造において、全フラ
    ックスバリアスリットあるいは内径側のいくつかのフラ
    ックスバリアスリットの回転子コア鉄心に、回転遠心力
    負荷による半径方向の膨張を拘束するダブテールスロッ
    トを設置することを特徴とするリラクタンスモータ。
  4. 【請求項４】 １極当り複数層に間隔をおいて配置さ
    れ、回転子の中心方向に凸型を成すように形成している
    フラックスバリアスリットを有することにより、磁束の
    流れやすい方向であるｄ軸と磁束の流れにくい方向であ
    るｑ軸の間に生じるリラクタンストルクを利用して回転
    するリラクタンスモータの回転子構造において、全フラ
    ックスバリアスリットあるいは内径側のいくつかのフラ
    ックスバリアスリットの回転子コア鉄心に、回転遠心力
    負荷による半径方向の膨張を拘束するダブテールを設置
    することを特徴とするリラクタンスモータ。
  5. 【請求項５】 １極当り複数層に間隔をおいて配置さ
    れ、回転子の中心方向に凸型を成すように形成している
    フラックスバリアスリットを有することにより、磁束の
    流れやすい方向であるｄ軸と磁束の流れにくい方向であ
    るｑ軸の間に生じるリラクタンストルクを利用して回転
    するリラクタンスモータの回転子構造において、全フラ
    ックスバリアスリットあるいは内径側のいくつかのフラ
    ックスバリアスリットの回転子コア鉄心に、回転遠心力
    負荷による半径方向の膨張を拘束するダブテールスロッ
    トとダブテールを設置することを特徴とするリラクタン
    スモータ。
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Cited By (23)

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