JP2001309622A - スイッチドリラクタンスモータ - Google Patents

スイッチドリラクタンスモータ

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JP2001309622A
JP2001309622A JP2000117934A JP2000117934A JP2001309622A JP 2001309622 A JP2001309622 A JP 2001309622A JP 2000117934 A JP2000117934 A JP 2000117934A JP 2000117934 A JP2000117934 A JP 2000117934A JP 2001309622 A JP2001309622 A JP 2001309622A
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rotor
stator
salient pole
reluctance motor
switched reluctance
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JP2000117934A
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English (en)
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Shinichi Isobe
晋一 磯部
Toshiaki Nakamura
俊晃 中村
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Hitachi Unisia Automotive Ltd
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Unisia Jecs Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】モータ出力および効率を低下させることなし
に、通電切り換え時に発生する音、振動を抑制すること
ができるスイッチドリラクタンスモータの提供。 【解決手段】ステータ突極11の先端周方向側面部であ
ってロータ突極22が入り込む側にステータ突極11の
先端面を周方向に延長する突出部13が形成されてい
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、スイッチドリラ
クタンスモータに関し、特に、音、振動の抑制技術に関
する。
【0002】
【従来の技術】 従来、スイッチドリタクタンスモータ
(以下、SRモータと略称する場合がある。)として
は、平成5年電気学会産業応用部門全国大会28 「S
Rモータの極幅のトルク及びインダクタンス分布特性に
及ぼす影響」の第111ページ第1図に記載されたもの
(従来例1)が知られている。即ち、この従来例1のS
Rモータは、図17に示すように、ステータコイル12
を励磁することにより、ロータ2、ステータ1の極の磁
極間に作用する磁気吸引力(リラクタンス力)を利用し
て回転トルクを発生させるものであり、周方向に等間隔
をあけた複数箇所にステータ突極11を有するステータ
1と、その内周に周方向に等間隔をあけた複数箇所に放
射状に突出するロータ突極22を有するロータ2とが同
軸にかつ回転自在に配置された構造となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、従来
例1のSRモータは、前記ステータ突極11およびロー
タ突極22の突出形状が、台形状または方形状で対称形
状に形成されていたため、以下に述べるような問題点が
あった。即ち、ステータコイル12を励磁する通電一周
期間において、ロータ2に働くトルクの発生区間は、ス
テータ突極11とロータ突極22が対向し始める位置か
らステータ突極11とロータ突極22が完全に対向する
位置までの区間であり、これはステータ極弧角とほぼ等
しい角度の区間である。そして、モータトルクを増大す
るためには、このステータ突極幅を広げてトルク発生区
間を大きくすることが有効である。しかしながら、ステ
ータ極弧角を広げると、ステータコイル12を巻回する
スペースが狭く(即ち、コイル占積率が大きく)なって
しまい、トルク発生に必要なステータコイル12が、必
要な線径・巻数にて巻くことができなくなる。ここで、
一般的にはモータ体格(外径)を小さくするために、巻
線占積率は、工法的に可能な最大値になるように設計さ
れている。よって、巻線占積率をこれ以上大きくするこ
とは不可能である。即ち、ステータ突極幅を広げて発生
トルクを大きくすることは不可能である。
【0004】また、出力トルクを十分に発生させるため
には、ステータコイル12にステータ突極11が対向し
始める位置からステータ突極11とロータ突極22が完
全に対向する位置までの全区間を励磁しなければなら
ず、ステータ突極11とロータ突極22が完全に対向す
る位置、即ち、半径方向の磁気吸引力が最大の位置にて
励磁を切ることになり、急激に半径方向の磁気吸引力が
なくなることで、大きな音、振動を発生させることにな
るという問題点があった。
【0005】以上のような問題点を解消するために提案
されたものとしては、特開平9−331663号公報に
記載のもの(従来例2)が知られている。即ち、この従
来例2のSRモータは、図18に示すように、ロータ突
極22に反回転方向側かつ外側から回転方向側かつ内周
側に向かう形状、または、反回転方向側かつ外側から回
転方向側かつ内周側に向かう線を一辺とし、反回転方向
側かつ内周側に向かって伸びる形状の、ロータ2の材質
に比べて弱い磁性となる弱磁性部分24を形成するよう
にしたものであった。
【0006】この従来例2のSRモータでは、上述のよ
うに弱磁性部分24を形成することにより、ステータコ
イル12への通電励磁によりロータ突極22とステータ
突極11間に作用する磁気吸引力がロータ2の回転に伴
い増大するが、磁気吸引力の増加に寄与する磁束の増加
が刻まれた溝または穴等による弱磁性部分24により制
限され、ロータ突極22とステータ突極11が対向した
段階でロータ突極22とステータ突極11内を通る磁力
線が弱磁性部分24に遮られることで磁気吸引力の増加
が抑えられ、これにより、音、振動を抑制することがで
きるようになる。しかしながら、磁気吸引力の増加が抑
えられるのに伴って、ロータ2を回転させようとするモ
ータトルクも減少させてしまうことになるという問題点
がある。る
【0007】また、SRモータは、誘導機やブラシレス
DCモータと比較しコイルのインダクダンスが格段に大
きく、コイル励磁時において、電流の立ち上がりや電流
の立ち緩やかであるため、モータ作動時、特に高回転、
高負荷時においてトルクを引き出すためには、コイル励
磁を負荷に応じて最適な位相および通電幅に制御する必
要がある。ところが、従来例2においては、高回転、高
負荷時の最適なコイル励磁の位相および通電幅でステー
タコイル12を励磁する通電一周期間において、図19
に示すように通電初期のステータ突極11とロータ突極
22の位置でステータコイル12を励磁することによ
り、ステータ突極11内鉄心に発生する磁束の流れは、
ロータ突極22の歯先回転方向の先端部から回転方向後
端部を通り、隣のステータ突極へ流れる漏れ磁路が形成
されるために、ステータ突極11とロータ突極22間に
作用する磁気吸引力のトルク成分はロータ突極22の歯
先回転方向の先端部には回転方向のトルクとなり、回転
方向後端部には回転方向と逆のトルクが発生する。従っ
て、モータより発生するトルクは、ロータ突極22の歯
先回転方向の先端部に働くトルクから後端部に働くトル
クを差し引いた値となり、つまりモータの発生トルクは
減少し、これにより、出力および効率を低下させること
になる。
【0008】本発明は、上述のような従来の問題点に着
目してなされたもので、モータ出力および効率を低下さ
せるこなしに、通電切り換え時に発生する音、振動を抑
制することができるスイッチドリラクタンスモータを提
供すること目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】 上述の目的を達成する
ために本発明請求項1記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、周方向に等間隔をあけた複数箇所にステータ
突極を有するステータと、該ステータの内周に周方向に
等間隔をあけた複数箇所に放射状に突出するロータ突極
を有するロータが同軸にかつ回転自在に配置され、前記
各ステータ突極に巻かれたステータコイルに通電励磁す
ることにより、前記ロータとステータの極の磁極間に作
用する磁気吸引力によりロータに回転トルクを発生させ
ると共に各ステータコイルへの通電を切り換えることに
より回転を継続させるスイッチドリラクタンスモータに
おいて、前記ステータ突極の先端周方向側面部であって
前記ロータ突極が入り込む側にステータ突極の先端面を
周方向に延長する突出部が形成されている手段とした。
【0010】請求項2記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項1に記載のスイッチドリラクタンスモ
ータにおいて、前記ロータ突極先端部が前記ステータ突
極における突出部の根元部分を通過する時にロータ接線
方向成分を多く含む磁束ベクトルが発生するように前記
突出部が形成されている手段とした。
【0011】請求項3記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項2に記載のスイッチドリラクタンスモ
ータにおいて、前記ステータ突極部の半径方向高さおよ
び周方向幅をそれぞれH、W、突出部の周方向突出長さ
をL、突出部の根元部および先端部の半径方向高さをそ
れぞれh 、h とし、L>0.1W、h <0.
1H、h >h の関係を満たしている手段とした。
【0012】請求項4記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項1〜3のいずれかに記載のスイッチド
リラクタンスモータにおいて、前記各ステータコイルを
励磁する通電パターンとして、ステータ突極とロータ突
極が完全に対向する以前に励磁を切るような通電制御が
行われるように構成されている手段とした。
【0013】請求項5記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項1〜4のいずれかに記載のスイッチド
リラクタンスモータにおいて、前記ステータ突極の先端
周方向両側面部にステータ突極の先端面を周方向に延長
する突出部がそれぞれ形成されている手段とした。
【0014】請求項6記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、周方向に等間隔をあけた複数箇所にステータ
突極を有するステータと、該ステータの内周に周方向に
等間隔をあけた複数箇所に放射状に突出するロータ突極
を有するロータが同軸にかつ回転自在に配置され、前記
各ステータ突極に巻かれたステータコイルに通電励磁す
ることにより、前記ロータとステータの極の磁極間に作
用する磁気吸引力によりロータに回転トルクを発生させ
ると共に各ステータコイルへの通電を切り換えることに
より一方向にのみ回転を継続させるスイッチドリラクタ
ンスモータにおいて、前記ロータ突極と対面するステー
タ突極先端部内でロータの回転方向側縁部に、該側縁部
側からロータの反回転方向側およびステータ突極の根元
側に向かって広がる断面略三角形状に形成された他の部
分よりは磁性の弱い弱磁性部分が形成されている手段と
した。
【0015】請求項7記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項6に記載のスイッチドリラクタンスモ
ータにおいて、前記ステータ突極と対面するロータ突極
先端部内でロータの回転方向に対して反回転方向側縁部
に、該側縁部側からロータの回転方向側およびロータ突
極の根元側に向かって広がる断面略三角形状に形成され
た他の部分よりは磁性の弱い弱磁性部分が形成されてい
る手段とした。
【0016】請求項8記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項6または7に記載のスイッチドリラク
タンスモータにおいて、前記弱磁性部分が穴または溝等
の中空部で構成されている手段とした。
【0017】請求項9記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項6または7に記載のスイッチドリラク
タンスモータにおいて、前記弱磁性部分が非導電体で構
成されている手段とした。
【0018】請求項10記載のスイッチドリラクタンス
モータでは、請求項6〜9のいずれかに記載のスイッチ
ドリラクタンスモータにおいて、高回転、高負荷時に最
適なステータコイル励磁の位相および通電幅でステータ
コイルを励磁するように構成されている手段とした。
【0019】
【作用】 本発明請求項1に記載のスイッチドリラクタ
ンスモータでは、上述のように構成されるため、ロータ
突極がステータ突極の突出部に対向し始める位置からロ
ータ突極とステータ突極の突出部との間に磁気吸引力が
発生しロータの回転トルクが発生し始めるもので、これ
により、トルク発生区間が広がった状態となる。なお、
突出部はステータ突極の先端部のみであるため、ステー
タコイルを巻回するスペースを狭めることもない。ま
た、突出部がロータの逆回転方向側に突出している関係
で、ステータ突極とロータ突極相互間における磁束の流
れがステータ突極とロータ突極との対向方向である法線
方向よりもロータ突極の接線方向(回転トルク方向)側
に傾いた状態となり、これにより、ロータ突極に働く磁
束ベクトルのトルク方向成分が増加し、即ち、トルクが
増加した状態となる。また、上述のように、磁束の流れ
がステータ突極とロータ突極との対向方向である法線方
向よりもロータの回転トルク方向側に傾いた状態となる
ことから、ロータ突極に働く磁束ベクトルの法線方向成
分が減少し、即ち、法線方向の磁気吸引力が減少した状
態となる。このため、高速回転時において、法線方向の
磁気吸引力が最大の位置にて励磁を切った時に、急激に
法線方向の磁気吸引力がなくなることによって発生する
音、振動を減少させることができるようになる。従っ
て、モータ出力および効率を低下させることなく、かえ
って発生トルクを高めつつ、通電切り換え時に発生する
音、振動を抑制することができるようになる。
【0020】請求項2記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項1に記載のスイッチドリラクタンスモ
ータにおいて、上述のように、前記ロータ突極先端部が
前記ステータ突極における突出部の根元部分を通過する
時にロータ接線方向成分を多く含む磁束ベクトルが発生
するように前記突出部が形成されることにより、請求項
1の効果をより高めることができるようになる。
【0021】請求項3記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項2に記載のスイッチドリラクタンスモ
ータにおいて、L>0.1W、h <0.1H、h
>h の関係を満たすことにより、前記ロータ突極先
端部が前記ステータ突極における突出部の根元部分を通
過する時にロータ接線方向成分を多く含む磁束ベクトル
を発生させることができるようになる。
【0022】請求項4記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項1〜3のいずれかに記載のスイッチド
リラクタンスモータにおいて、前記各ステータコイルを
励磁する通電パターンとして、ステータ突極とロータ突
極が完全に対向する以前、即ち、磁気吸引力が最大とな
る以前に励磁を切るような通電制御が行われることによ
り、上記効果を高めることができるようになる。
【0023】請求項5記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項1〜4のいずれかに記載のスイッチド
リラクタンスモータにおいて、前記ステータ突極の先端
周方向両側面部にステータ突極の先端面を周方向に延長
する突出部がそれぞれ形成されることにより、正転およ
び逆転方向においても、上記効果が得られるようにな
る。
【0024】請求項6記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、上述のように、ステータ突極に弱磁性部分が
形成されているため、この弱磁性部分が対向する部位に
おいてステータ突極とロータ突極の間の磁路抵抗が大き
くなり、その間を流れる磁束が減少し、これにより、ス
テータ突極とロータ突極の間に働くロータの回転方向と
逆の戻りトルクが減少するため、モータ回転方向のトル
クが大きくなり結果としてモータ出力が大きくなり効率
も上昇する。また、前記断面略三角形状の弱磁性部分が
ステータ突極先端部内でロータの回転方向側縁部に形成
されているため、ステータ突極にロータ突極が入り込ん
だ位置において、通電されたステータコイルによる磁束
線の流れの向きがロータの回転方向とは反回転方向に歪
められることになり、これにより、ロータ突極に働く磁
束ベクトルのトルク方向成分が増加し、即ち、トルクが
増加した状態となる。また、ステータ突極とロータ突極
が対向した位置においては、弱磁性部分の存在によりス
テータ突極とロータ突極の間の磁路抵抗が大きくなる結
果、法線方向の磁気吸引力が減少した状態となる。この
ため、高速回転時において、法線方向の磁気吸引力が最
大の位置にて励磁を切った時に、急激に法線方向の磁気
吸引力がなくなることによって発生する音、振動を減少
させることができるようになる。従って、モータ出力お
よび効率を低下させることなく、かえって発生トルクを
高めつつ、通電切り換え時に発生する音、振動を抑制す
ることができるようになる。
【0025】請求項7記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項6に記載のスイッチドリラクタンスモ
ータにおいて、前記ステータ突極と対面するロータ突極
先端部内でロータの回転方向に対して反回転方向側縁部
に、該側縁部側からロータの回転方向側およびロータ突
極の根元側に向かって広がる断面略三角形状に形成され
た他の部分よりは磁性の弱い弱磁性部分が形成されるこ
とで、音、振動を減少させる効果を高めることができる
ようになる。
【0026】請求項8記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項6または7に記載のスイッチドリラク
タンスモータにおいて、前記弱磁性部分が穴または溝等
の中空部で構成されることにより、ステータ突極および
ロータ突極の表面積が増加し、これにより、放熱性が良
くなってコイルの発熱に伴うステータ突極およびロータ
突極の発熱を抑制できるようになる。
【0027】請求項9記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項6または7に記載のスイッチドリラク
タンスモータにおいて、前記弱磁性部分が非導電体で構
成されることにより、中空部で構成する場合に比べ、強
度を高めることができるようになる。
【0028】請求項10記載のスイッチドリラクタンス
モータでは、請求項6〜9のいずれかに記載のスイッチ
ドリラクタンスモータにおいて、高回転、高負荷時に最
適なステータコイル励磁の位相および通電幅でステータ
コイルを励磁することにより、特に、高回転、高負荷時
における発生トルクを高めつつ、音、振動を減少させる
ことができるようになる。
【0029】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態を図
面により詳述する。 (発明の実施の形態1)まず、この発明の実施の形態の
スイッチドリラクタンスモータの構成を説明する。図1
はこの発明の実施の形態のスイッチドリラクタンスモー
タの構成図であり、この図において、1はステータ、2
はロータを示す。
【0030】前記ステータ1は、リング状に形成され、
その内周側に周方向等間隔のもとにステータ突極11が
6極突出形成されている。そして、前記各ステータ突極
11の外周にはその先端部を少し残した状態で、該各ス
テータ突極11を励磁させるステータコイル12が巻回
されている。
【0031】前記ロータ2は、前記ステータ1と同軸状
に設けられた回転軸21の外周側に周方向等間隔のもと
にロータ突極22が4極突出形成されている。そして、
ロータ突極22の外向円弧状先端面とステータ突極11
の内向き円弧状先端面との間には所定の隙間が形成され
ていて、ステータ1内においてロータ2が回転自在に設
けられている。なお、このロータ2の回転方向は、この
図において反時計方向に設定されている。
【0032】また、前記ステータ突極11の先端周方向
側面部であって該ロータ突極22が入り込む側に、該ロ
ータ突極22の外向円弧状先端面が対向するステータ突
極11の内向き円弧状先端面を周方向(モータの回転方
向である反時計方向とは逆の時計方向)に延長する突出
部13が形成されている。
【0033】この発明の実施の形態1のスイッチドリラ
クタンスモータは、上述のように構成されるため、各ス
テータ突極11に巻かれたステータコイル12に通電し
て励磁させることにより、ロータ突極22とステータ突
極11との間に作用する磁気吸引力によりロータ2に反
時計方向の回転トルクを発生させ、各ステータコイル1
2への通電を切り換え制御することによりロータ2の回
転を継続させることができる。
【0034】次に、モータの回転状態を、図2に示す各
ステータ突極11に対するロータ突極22の回転角度に
応じた磁束の流れを示す回転行程図に基づき、この発明
の実施の形態1(図2の(イ))を、従来例1(図2の
(ロ))、および、仮想例(図2の(ハ))と比較しな
がら説明する。なお、図3はロータ回転角に対する発生
トルク特性図、図4はロータ回転角に対する法線方向の
吸引力特性図であり、両図における符号〜は図2に
おける各回転行程〜に対応している。
【0035】まず、図2の(イ)において、回転行程
に示すように、ロータ突極22がステータ突極11の突
出部13に対向し始める位置からロータ突極22とステ
ータ突極11の突出部13との間に磁気吸引力が発生し
ロータ2の回転トルクが発生し始めるもので、図2の
(ロ)に示す従来例に比べ、トルク発生区間が広がった
状態となる。ちなみに、この広がったトルク発生区間
は、図3においてAで示す〜の区間である。なお、
突出部13はステータ突極11の先端部のみであるた
め、ステータ突極11における周方向幅全体を広げた仮
想例(図2の(ハ))とは異なり、ステータコイル12
を巻回するスペースを狭めることはない。
【0036】次に、突出部13がロータ2の逆回転方向
側に突出している関係で、回転行程〜に示すよう
に、ステータ突極11とロータ突極22相互間における
磁束の流れがステータ突極11とロータ突極22との対
向方向である法線方向よりもロータ突極11の接線方向
(回転トルク方向)側に傾いた状態となり、これによ
り、ロータ突極22に働く磁束ベクトルのトルク方向成
分が増加し、即ち、図3に示すように、回転角全域にわ
たり従来例1よりもトルクが増加した状態となる。
【0037】また、上述のように、磁束の流れがステー
タ突極11とロータ突極22との対向方向である法線方
向よりもロータ2の回転トルク方向側に傾いた状態とな
ることから、図4に示すように回転行程〜において
ロータ突極22に働く磁束ベクトルの法線方向成分が減
少し、即ち、法線方向の磁気吸引力が従来例1に比べて
減少した状態となる。このため、高速回転時において、
法線方向の磁気吸引力が最大となる回転行程より以前
の位置、即ち、図4のCの位置(法線方向の磁気吸引力
が従来例1に比べてfだけ低下している位置)にてステ
ータコイル12への通電を切るような通電制御を行うこ
とにより、急激に法線方向の磁気吸引力がなくなること
によって発生する音、振動を減少させることができるよ
うになる。
【0038】従って、この発明の実施の形態1のスイッ
チドリラクタンスモータにあっては、モータ出力および
効率を低下させることなく、かえって発生トルクを高め
つつ、通電切り換え時に発生する音、振動を抑制するこ
とができるようになるという効果が得られる。
【0039】次に、以上のような効果を最大限に高める
ための突出部13の形状・寸法について説明すると、要
は、ロータ突極11の先端部がステータ突極22におけ
る突出部13の根元部分を通過する時にロータ2の接線
方向成分を多く含む磁束ベクトルが発生するように突出
部13が形成されている必要があり、以下、図5に基づ
いて説明する。なお、図5は、ステータ突極11および
突出部13部分を示す拡大図であり、この図において、
Hはステータ突極11の半径方向高さ、Wはステータ突
極11の周方向幅、Lは突出部13の周方向突出長さ、
は突出部13の根元部の半径方向高さ、h は突
出部13の先端部の半径方向高さをそれぞれ示してい
る。
【0040】まず、突出部13の周方向幅Lは、長い方
が効果が大きくなる。これは、ステータ1の先端におけ
る磁束ベクトルのトルク方向成分が突出部13方向に向
かって増大するからである。即ち、図6はステータ突極
11の周方向幅Wに対する周方向幅Lの長さ割合(L/
W)に対する発生トルクの増大割合(L=0の従来例の
発生トルクを1とした時の発生トルクの増大割合)を示
すもので、この図で明らかなように、発生トルクの増大
割合は、L≒0.1W までに効果が顕著に増大するこ
とから、L>0.1W の寸法に設定することが望まし
い。
【0041】また、突出部13の根元部の半径方向高さ
および先端部の半径方向高さh としては、h
>h である方が発生トルクが大きくなる。図7は、
とh の寸法例を示す図で、(a)は、従来例1
の場合、(b)は、h >h の場合、(c)は、h
<h の場合を示す。また、図8は、ロータ回転角
に対する発生トルク特性図を示すもので、同図において
(a)、(b)、(c)は前記図7の各例に対応してい
る。また、図9は、前記図7における高速回転を考慮し
たロータの回転角Dの範囲の励磁幅における平均トルク
を示すもので、同図において(a)、(b)、(c)は
前記図7の各例に対応している。
【0042】即ち、図7の(c)h <h の場合
は、h の幅の範囲のくびれた部分に磁気飽和が容易
に発生してしまい、磁路抵抗が大きくなることにより、
先端側への磁束ベクトルが流れにくくなるため、図8に
示すように、図7の(b)h>h の場合にに比
べ、発生トルクが大幅に小さくなる。
【0043】また、前記突出部13の根元部の半径方向
高さh および先端部の半径方向高さh は、ステー
タコイルの占積率に影響を与えない程度に小さいほうが
よい。即ち、この値が大きすぎると、巻線占積率が上昇
してしまうだけでなく、突出部13に流れる磁束ベクト
ルのトルク方向成分が減少し、ちょうどステータ突極の
幅を広げた状態(図2の(ハ))と同じ結果になってし
まうからである。従って、具体的には、h <0.1
H 程度が望ましい。
【0044】次に、発明の他の実施の形態について説明
する。なお、この他の発明の実施の形態の説明に当たっ
ては、前記発明の実施の形態1と同様の構成部分につい
ては、同一の符号を付してその説明を省略し、相違点に
ついてのみ説明する。
【0045】(発明の実施の形態2)この発明の実施の
形態2のスイッチドリラクタンスモータは、図10にス
テータ突極11の要部拡大断面図を示すように、ステー
タ突極11の先端面を周方向に延長する突出部13をス
テータ突極11の先端周方向両側面部に形成するように
した点で、前記発明の実施の形態1とは相違したもので
ある。即ち、この発明の実施の形態2では、周方向両側
面部に突出部13、13を形成することにより、正転方
向だけではなく、逆転方向においても、前記発明の実施
の形態1と同様の効果が得られるようになる。
【0046】(発明の実施の形態3)この発明の実施の
形態3のスイッチドリラクタンスモータは、図11にそ
の構成図を示すように、ロータ突極22と対面するステ
ータ突極11の先端部内でロータ2の回転方向側縁部
に、該側縁部側からロータ2の反回転方向側およびステ
ータ突極11の根元側に向かって広がる断面略三角形状
に形成された他の部分よりは磁性の弱い中空部で構成さ
れる弱磁性部分14が形成されている。
【0047】さらに、前記ステータ突極11と対面する
ロータ突極22の先端部内でロータ2の回転方向に対し
て反回転方向側縁部に、該側縁部側からロータ2の回転
方向側およびロータ突極22の根元側に向かって広がる
断面略三角形状に形成された他の部分よりは磁性の弱い
中空部で構成される弱磁性部分23が形成されている。
【0048】この発明の実施の形態3のスイッチドリラ
クタンスモータでは、上述のようにステータ突極11に
弱磁性部分14が形成され、かつ、ロータ突極22に弱
磁性部分23が形成されることで、図12における、弱
磁性部分14、23が対向する部位においてステータ突
極11A、11Bとロータ突極22A、22Bの間の磁
路抵抗が大きくなり、その間を流れる磁束が減少し、こ
れにより、図14(ロータ回転角に対する回転トルク特
性図)のB部に示すように、ステータ突極11A、11
Bとロータ突極22A、22Bの間に働くロータ2の回
転方向と逆の戻りトルク(負トルク)が従来例2よりも
減少するため、モータ回転方向のトルクが大きくなり、
結果としてモータ出力が大きくなって効率も上昇するこ
とになる。
【0049】また、前記断面略三角形状の弱磁性部分1
4がステータ突極11の先端部内でロータ2の回転方向
側縁部に形成され、また、前記断面略三角形状の弱磁性
部分23がロータ突極22の先端部内でロータ2の回転
方向に対して反回転方向側縁部に形成されているため、
図13に示すように、ステータ突極11にロータ突極2
2が入り込んだ位置において、同図(ロ)に示す従来例
2に比べ、同図(イ)に示すように、通電されたステー
タコイル12による磁束線の流れの向きがロータ2の回
転方向とは反回転方向に大きく歪められることになり、
これにより、ロータ突極22に働く磁束ベクトルのトル
ク方向成分が増加し、即ち、従来例2よりトルクが増加
した状態となる。
【0050】また、ステータ突極11とロータ突極22
が対向した位置においては、弱磁性部分14、23の存
在によりステータ突極11とロータ突極22の間の磁路
抵抗が大きくなる結果、図15に示すように、法線方向
の磁気吸引力が減少した状態となる。このため、高速回
転時において、法線方向の磁気吸引力が最大の位置にて
励磁を切った時に、急激に法線方向の磁気吸引力がなく
なることによって発生する音、振動を減少させることが
できるようになる。
【0051】従って、この発明の実施の形態2のスイッ
チドリラクタンスモータでは、モータ出力および効率を
低下させることなく、かえって発生トルクを高めつつ、
通電切り換え時に発生する音、振動を抑制することがで
きるようになるという効果が得られる。
【0052】(発明の実施の形態4)この発明の実施の
形態4のスイッチドリラクタンスモータは、図16にそ
の構成図を示すように、ロータ突極22と対面するステ
ータ突極11の先端部内でロータ2の回転方向側縁部に
のみ、該側縁部側からロータ2の反回転方向側およびス
テータ突極11の根元側に向かって広がる断面略三角形
状に形成された他の部分よりは磁性の弱い中空部で構成
される弱磁性部分14が形成された例である。従って、
この発明の実施の形態4のスイッチドリラクタンスモー
タでは、前記発明の実施の形態3とほぼ同様の作用効果
が得られる。
【0053】以上、本発明の実施の形態を図面により詳
述してきたが、具体的な構成はこれらの発明の実施の形
態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない
範囲における設計変更等があっても本発明に含まれる。
【0054】例えば、発明の実施の形態2では、弱磁性
部分14、23を中空部で構成した例を示したが、その
他に、例えば、非磁性体等で構成することにより、中空
部で構成する場合に比べ、強度を高めることができるよ
うになる。
【0055】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明請求項1
に記載のスイッチドリラクタンスモータにあっては、ス
テータ突極の先端周方向側面部であって前記ロータ突極
が入り込む側にステータ突極の先端面を周方向に延長す
る突出部が形成されている手段としたことで、モータ出
力および効率を低下させることなく、かえって発生トル
クを高めつつ、通電切り換え時に発生する音、振動を抑
制することができるようになるという効果が得られる。
【0056】請求項2記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項1に記載のスイッチドリラクタンスモ
ータにおいて、前記ロータ突極先端部が前記ステータ突
極における突出部の根元部分を通過する時にロータ接線
方向成分を多く含む磁束ベクトルが発生するように前記
突出部が形成されている手段としたことで、請求項1の
効果をより高めることができるようになる。
【0057】請求項3記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項2に記載のスイッチドリラクタンスモ
ータにおいて、前記ステータ突極部の半径方向高さおよ
び周方向幅をそれぞれH、W、突出部の周方向突出長さ
をL、突出部の根元部および先端部の半径方向高さをそ
れぞれh 、h とし、L>0.1W、h <0.
1H、h >h の関係を満たしている手段としたこ
とで、前記ロータ突極先端部が前記ステータ突極におけ
る突出部の根元部分を通過する時にロータ接線方向成分
を多く含む磁束ベクトルを発生させることができるよう
になる。
【0058】請求項4記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項1〜3のいずれかに記載のスイッチド
リラクタンスモータにおいて、前記各ステータコイルを
励磁する通電パターンとして、ステータ突極とロータ突
極が完全に対向する以前、即ち、磁気吸引力が最大とな
る以前に励磁を切るような通電制御が行われるように構
成されている手段としたことで、上記効果を高めること
ができるようになる。
【0059】請求項5記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項1〜4のいずれかに記載のスイッチド
リラクタンスモータにおいて、前記ステータ突極の先端
周方向両側面部にステータ突極の先端面を周方向に延長
する突出部がそれぞれ形成されている手段としたこと
で、正転および逆転方向においても、上記効果が得られ
るようになる。
【0060】請求項6記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、ロータ突極と対面するステータ突極先端部内
でロータの回転方向側縁部に、該側縁部側からロータの
反回転方向側およびステータ突極の根元側に向かって広
がる断面略三角形状に形成された他の部分よりは磁性の
弱い弱磁性部分が形成されている手段としたことで、モ
ータ出力および効率を低下させることなく、かえって発
生トルクを高めつつ、通電切り換え時に発生する音、振
動を抑制することができるようになるという効果が得ら
れる。
【0061】請求項7記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項6に記載のスイッチドリラクタンスモ
ータにおいて、前記ステータ突極と対面するロータ突極
先端部内でロータの回転方向に対して反回転方向側縁部
に、該側縁部側からロータの回転方向側およびロータ突
極の根元側に向かって広がる断面略三角形状に形成され
た他の部分よりは磁性の弱い弱磁性部分が形成されてい
る手段としたことで、音、振動を減少させる効果を高め
ることができるようになる。
【0062】請求項8記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項6または7に記載のスイッチドリラク
タンスモータにおいて、前記弱磁性部分が穴または溝等
の中空部で構成されている手段としたことで、ステータ
突極およびロータ突極の表面積が増加し、これにより、
放熱性が良くなってコイルの発熱に伴うステータ突極お
よびロータ突極の発熱を抑制できるようになる。
【0063】請求項9記載のスイッチドリラクタンスモ
ータでは、請求項6または7に記載のスイッチドリラク
タンスモータにおいて、前記弱磁性部分が非導電体で構
成されている手段としたことで、中空部で構成する場合
に比べ、強度を高めることができるようになる。
【0064】請求項10記載のスイッチドリラクタンス
モータでは、請求項6〜9のいずれかに記載のスイッチ
ドリラクタンスモータにおいて、高回転、高負荷時に最
適なステータコイル励磁の位相および通電幅でステータ
コイルを励磁するように構成されている手段としたこと
で、特に、高回転、高負荷時における発生トルクを高め
つつ、音、振動を減少させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1のスイッチドリラクタン
スモータを示す構成図である。
【図2】ステータ突極に対するロータ突極の回転角に応
じた磁束の流れを示す回転工程図であり、(イ)は発明
の実施の形態1、(ロ)は従来例1、(ハ)は仮想例を
それぞれ示す。
【図3】本発明の実施の形態1および従来例1のスイッ
チドリラクタンスモータにおけるロータ回転角に対する
発生トルク特性図である。
【図4】本発明の実施の形態1および従来例1のスイッ
チドリラクタンスモータにおけるロータ回転角に対する
法線方向の吸引力特性図である。
【図5】本発明の実施の形態1のスイッチドリラクタン
スモータにおけるステータ突極および突出部の部分を示
す拡大図である。
【図6】本発明の実施の形態1のスイッチドリラクタン
スモータにおけるステータ突極の周方向幅の長さ割合に
対する発生トルクの増大割合を示す図である。
【図7】本発明の実施の形態1および従来例1のスイッ
チドリラクタンスモータにおける突出部の根元部および
先端部の寸法例を示す図である。ロータ回転角に対する
発生トルク特性図である。
【図8】図7の各寸法例に対応したロータ回転角に対す
る発生トルク特性図である。
【図9】図7の各寸法例に対応した高速回転を考慮した
ロータの回転角の範囲の励磁幅における平均トルクを示
す図である。
【図10】本発明の実施の形態2のスイッチドリラクタ
ンスモータを示す要部拡大断面図である。
【図11】本発明の実施の形態3のスイッチドリラクタ
ンスモータを示す構成図である。
【図12】本発明の実施の形態3のスイッチドリラクタ
ンスモータを示すロータ回転位置における構成図であ
る。
【図13】ステータ突極にロータ突極が入り込んだ位置
における磁束の流れを示す図であり、(イ)は本発明の
実施の形態3、(ロ)は従来例2を示す。
【図14】本発明の実施の形態3のスイッチドリラクタ
ンスモータにおけるロータ回転角に対する回転トルク特
性図である。
【図15】本発明の実施の形態3のスイッチドリラクタ
ンスモータにおけるロータ回転角に対する磁気吸引力特
性図である。
【図16】本発明の実施の形態4のスイッチドリラクタ
ンスモータを示す構成図である。
【図17】従来例1のスイッチドリラクタンスモータを
示す構成図である。
【図18】従来例2のスイッチドリラクタンスモータを
示す構成図である。
【図19】従来例2のスイッチドリラクタンスモータを
示すロータ回転位置における構成図である。
【符号の説明】
1 ステータ 2 ロータ 11 ステータ突極 12 ステータコイル 13 突出部 14 弱磁性部分 21 回転軸 22 ロータ突極 23 弱磁性部分 24 弱磁性部分

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周方向に等間隔をあけた複数箇所にステー
    タ突極を有するステータと、該ステータの内周に周方向
    に等間隔をあけた複数箇所に放射状に突出するロータ突
    極を有するロータが同軸にかつ回転自在に配置され、前
    記各ステータ突極に巻かれたステータコイルに通電励磁
    することにより、前記ロータとステータの極の磁極間に
    作用する磁気吸引力によりロータに回転トルクを発生さ
    せると共に各ステータコイルへの通電を切り換えること
    により回転を継続させるスイッチドリラクタンスモータ
    において、 前記ステータ突極の先端周方向側面部であって前記ロー
    タ突極が入り込む側にステータ突極の先端面を周方向に
    延長する突出部が形成されていることを特徴とするスイ
    ッチドリラクタンスモータ。
  2. 【請求項2】前記ロータ突極先端部が前記ステータ突極
    における突出部の根元部分を通過する時にロータ接線方
    向成分を多く含む磁束ベクトルが発生するように前記突
    出部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載
    のスイッチドリラクタンスモータ。
  3. 【請求項3】前記ステータ突極部の半径方向高さおよび
    周方向幅をそれぞれH、W、突出部の周方向突出長さを
    L、突出部の根元部および先端部の半径方向高さをそれ
    ぞれh 、h とし、L>0.1W、h <0.1
    H、h >h の関係を満たしていることを特徴とす
    る請求項2に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
  4. 【請求項4】前記各ステータコイルを励磁する通電パタ
    ーンとして、ステータ突極とロータ突極が完全に対向す
    る以前に励磁を切るような通電制御が行われるように構
    成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか
    に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
  5. 【請求項5】前記ステータ突極の先端周方向両側面部に
    ステータ突極の先端面を周方向に延長する突出部がそれ
    ぞれ形成されていることを特徴とする請求項1〜4のい
    ずれかに記載のスイッチドリラクタンスモータ。
  6. 【請求項6】周方向に等間隔をあけた複数箇所にステー
    タ突極を有するステータと、該ステータの内周に周方向
    に等間隔をあけた複数箇所に放射状に突出するロータ突
    極を有するロータが同軸にかつ回転自在に配置され、前
    記各ステータ突極に巻かれたステータコイルに通電励磁
    することにより、前記ロータとステータの極の磁極間に
    作用する磁気吸引力によりロータに回転トルクを発生さ
    せると共に各ステータコイルへの通電を切り換えること
    により一方向にのみ回転を継続させるスイッチドリラク
    タンスモータにおいて、 前記ロータ突極と対面するステータ突極先端部内でロー
    タの回転方向側縁部に、該側縁部側からロータの反回転
    方向側およびステータ突極の根元側に向かって広がる断
    面略三角形状に形成された他の部分よりは磁性の弱い弱
    磁性部分が形成されていることを特徴とするスイッチド
    リラクタンスモータ。
  7. 【請求項7】前記ステータ突極と対面するロータ突極先
    端部内でロータの回転方向に対して反回転方向側縁部
    に、該側縁部側からロータの回転方向側およびロータ突
    極の根元側に向かって広がる断面略三角形状に形成され
    た他の部分よりは磁性の弱い弱磁性部分が形成されてい
    ることを特徴とする請求項6に記載のスイッチドリラク
    タンスモータ。
  8. 【請求項8】前記弱磁性部分が穴または溝等の中空部で
    構成されていることを特徴とする請求項6または7に記
    載のスイッチドリラクタンスモータ。
  9. 【請求項9】前記弱磁性部分が非導電体で構成されてい
    ることを特徴とする請求項6または7に記載のスイッチ
    ドリラクタンスモータ。
  10. 【請求項10】高回転、高負荷時に最適なステータコイ
    ル励磁の位相および通電幅でステータコイルを励磁する
    ように構成されていることを特徴とする請求項6〜9の
    いずれかに記載のスイッチドリラクタンスモータ。
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