JP2002165427A

JP2002165427A - リラクタンスモータ

Info

Publication number: JP2002165427A
Application number: JP2000355990A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Tanabe; 洋一田邉; Takushi Fujioka; 琢志藤岡
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2002-06-07

Abstract

(57)【要約】【課題】リラクタンスモータにおいて、平均トルクを
従来と同程度に維持しつつ、トルクリップルを低減する
ことを目的とする。【解決手段】回転磁界を発生する固定子の内側に回転
子１０を配置したリラクタンスモータにおいて、回転子
１０は円弧の頂点を中心孔３に向けた円弧形状のフラッ
クスバリア１１を３層に有するとともに、この３層のフ
ラックスバリア１１を円周方向に等間隔に当該極数分だ
け設けてなる。各フラックスバリア１１の両端辺は、そ
の両端部と回転子の外周との間のブリッジ幅（外周ブリ
ッジ幅）を同回転子の回転方向側と他の側とに差をもた
せ、その他の側幅を回転方向側幅よりも広くし、フラッ
クスバリア１１の両端辺に対応する回転子の外周面に対
して斜めの磁束も同回転子内に通すようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和機や電気
自動車等に用いる電動機のリラクタンスモータに係り、
特に詳しくは、ロータコアの構造に特徴を有するリラク
タンスモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リラクタンスモータとしては、例えば図
１０および図１１に示す構成のものがある。図１０およ
び図１１において、回転磁界を発生する固定子１の内側
に配置する回転子２は、複数枚積層した電磁鋼板からな
り、この電磁鋼板にはシャフトを取り付けるためシャフ
ト用の中心孔３に頂点を向けた円弧形状スリット（逆円
弧形状スリット）のフラックスバリア（空気層）４を当
該中心孔３と外周との間に等間隔に多層（例えば３層）
形成し、かつこの多層のフラックスバリアを当該極数分
だけ円周方向に等間隔に形成してなる。なお、上記固定
子１は、分布巻線５を三相に施し、これら分布巻線５に
よって回転磁界を発生する。

【０００３】固定子１からの磁束のうち、一方のｑ軸か
ら他方のｑ軸への磁束は、上記多層構造のフラックスバ
リア４により阻まれ、また、一方のｄ軸から他方のｄ軸
への磁束は、フラックスバリア４の間（鋼板リブ）等に
より通り易くなっている。なお、上記多層のフラックス
バリア４の幅は、少なくとも隣接するフラックスバリア
４の間隔以下とする。つまり、各フラックスバリア４の
間の鋼板リブ幅は同フラックスバリア４の幅より広くさ
れている。

【０００４】上記構成のリラクタンスモータにおいて、
固定子１の分布巻線の巻線インダクタンスが最大となる
ように、換言すれば磁気回路のリラクタンス（磁気抵
抗）が最小となるように、回転子２はその位置を変化さ
せて回転を得ている。

【０００５】リラクタンスモータのトルクＴは、一般的
にｐ（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉｄ・Ｉｑで表すことができる。
なお、ｐは極対数、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑは
ｑ軸インダクタンス、Ｉｄはｄ軸電流、Ｉｑはｑ軸電流
である。したがって、ｄ軸、ｑ軸インダクタンスの差
（Ｌｄ−Ｌｑ）を大きくすれば、トルクＴが大きくな
る。

【０００６】なお、図１０および図１１においては、回
転子２に３層構造のスリット（フラックスバリア）を形
成した場合について説明しているが、２層以上の多層構
造の場合であっても同様である。

【０００７】ところで、上記リラクタンスモータにおい
て、インダクタンスはエアギャップ付近の形状の影響を
受けるため、回転子２の外周部の形状によっては、トル
ク、トルクリップルの特性が左右される。特に、トルク
リップルはスリット形状のフラックスバリアの数（溝
数）や形状による影響が大きい。

【０００８】トルクリップル等を低減する方法として
は、例えば、Ｔ．ＩＥＥＪａｐｎ，Ｖｏｌ．１１７−
Ｄ，Ｎｏ．８，１９９９７やＴ．ＩＥＥＪａｐｎ，Ｖ
ｏｌ．１１８−Ｄ，Ｎｏ．１０，１９９９８の論文に記
載されているものがある。

【０００９】簡単に説明すると、前者の論文にあって
は、回転子のフラックスバリアである多層のスリットの
ピッチを所定方向にシフトした構造とし、回転子表面の
磁気抵抗を改善してトルクリップルの低減を実現してい
る。後者の論文にあっては、回転子のフラックスバリア
の層数、フラックスバリアの不等ピッチ（鋼板リブ幅の
不等ピッチ）の観点から出力トルク、トルクリップルを
考察し、高トルクおよびトルクリップルの低減に最適な
層数、フラックスバリアのピッチを得ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ブ
ラシレスモータにおいては、フラックスバリア４の両端
辺が回転子２の外周に沿っていることから（あるいは外
周の接線に平行であることから）、図１１の波線矢印Ａ
に示す磁束が回転子２内を通るものの、同図の波線矢印
Ｂに示す磁束が回転子２の外周面で屈折してフラックス
バリア４に阻まれることもあって、フラックスバリア４
と固定子１の歯間に発生する空間高調波が大きくなり、
この大きい空間高調波等によってトルクリップルが大き
いという問題点があった。

【００１１】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、その目的は、フラックスバリアと固定子１の歯間に
発生する空間高調波を低減し、かつ平均トルクを下げる
ことなく、トルクリップルの低減を図ることができるよ
うにしたリラクタンスモータを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、回転磁界を発生する固定子の内側に回転
子を有するリラクタンスモータにおいて、上記回転子
は、円弧の頂点を当該回転子の中心孔側に向けた円弧形
状のフラックスバリアを多層に有するとともに、この多
層のフラックスバリアを円周方向に等間隔に当該極数分
だけ設け、この各フラックスバリアの両端辺を上記回転
子の外周の接線に対して所定角としてなり、その両端辺
に対応する回転子の外周面に対して斜めの磁束も同回転
子内に通すようにしたことを特徴としている。

【００１３】本発明は、回転磁界を発生する固定子の内
側に回転子を有するリラクタンスモータにおいて、上記
回転子は、円弧の頂点を当該回転子の中心孔側に向けた
円弧形状のフラックスバリアを多層に有するとともに、
この多層のフラックスバリアを円周方向に等間隔に当該
極数分だけ設け、この各フラックスバリアの両端部と回
転子の外周との間のブリッジ幅を同回転子の回転方向側
と他の側とに差をもたせ、その他の側を回転方向側より
も広くしてなり、そのフラックスバリアの両端辺に対応
する回転子の外周面に対して斜めの磁束も同回転子内に
通すようにしたことを特徴としている。

【００１４】上記フラックスバリアの端部から回転子の
外周までの最小距離（Ｌ１）は、同回転子を構成するた
めのコアシートの厚さ以上とし、その最大距離（Ｌ２）
を最小距離の１．１倍（１．１Ｌ１）以上にするとよ
い。これにより、回転子を製造する際、コアシートを打
ち抜いたときのバリ等の発生がなく、歩留まりの向上、
ひいては回転子の製造コストの低下が図れる。

【００１５】上記フラックスバリアの端部から回転子の
外周までの最小距離（Ｌ１）を０．０５ｍｍとし、その
最大距離（Ｌ２）を最小距離の１．１倍（１．１Ｌ１）
以上にするとよい。これにより、フラックスバリアと固
定子の歯間の位置関係がより良好なものとなり、平均ト
ルクの低下を極めて小さくし、トルクリップルの低減が
より図ることができる。

【００１６】上記フラックスバリアは当該コアシートの
積層方向にスキューを施してなるとよい。これにより、
トルクリップルの低減により寄与することができ、コギ
ングトルクに対しても良好な結果が得られる。

【００１７】上記フラックスバリアの両端部において、
外周ブリッジと鋼板ブリッジとが交わってなす角を曲線
形状としてなるとよい。これにより、固定子からの磁束
が回転子内により多く通るようになり、平均トルクの低
下を極めて小さくし、トルクリップルの低減をより図る
ことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図８を参照して詳しく説明する。なお、図中、図
１０と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。

【００１９】図１ないし図３において、本発明のリラク
タンスモータの回転子１０は、円弧形状スリットのフラ
ックスバリア１１の両端辺（回転子１０の外周側端辺）
を同外周の接線に対して所定角θとしてなる。具体的に
説明すると、上記フラックスバリア１１は、従来の回転
子２と同様に３層としてなるが、各フラックスバリア１
１の両端辺をそれぞれその両角から回転子１０の外周ま
での距離Ｌ１，Ｌ２が異なるように傾斜させ、つまり、
その端辺の中心に対応する回転子１０の外周の接線に対
して所定角θとしている。なお、図３においては、その
所定角θを外周の接線に平行な線に対する角度にしてい
る。

【００２０】例えば、回転子１０を時計方向に回転させ
る場合、ブラックスバリア１１の両端部と回転子１０の
外周との間のブリッジ幅は回転方向側ほど狭く（他方の
側ほど広く）、他方の距離Ｌ２が回転方向側の距離Ｌ１
より長くされている。つまり、Ｌ１が最小距離、Ｌ２が
最大距離となる。これにより、回転子１０の外周の接線
に対して鋭角の磁束は回転子１０の外周面で屈折する
が、従来例のようにフラックスバリア１１に阻まれるこ
とがない（図３の波線矢印Ｃ参照）。

【００２１】本発明において、３層のフラックスバリア
１１の両端辺を回転子１０の外周の接線に対して所定角
θ（Ｌ１，Ｌ２）とした結果を下記表１および図４のグ
ラフ図に示す。なお、従来例と本発明における実施形態
とはフラックスバリアの両端辺の形状のみが異なってい
るだけで、他の条件（回転駆動等）は同じである。

【００２２】

【表１】

【００２３】上記表１および図４においては、Ｌ１を一
定値（０．３ｍｍ）とし、Ｌ２を０．４５ｍｍ（＝１．
１Ｌ１）から１．８ｍｍまで変えた場合の結果である。
Ｌ２＝０．３ｍｍにおけるトルクを基準にすると、トル
ク増減比が２％程度の範囲内であり、またトルクリップ
ル増減比が数十％程度低下し、特にＬ２＝０．６，０．
９，１．２にあっては顕著に低下していることが分か
る。

【００２４】上記結果のうち、特に好ましい結果につい
て、当該リラクタンストルクモータのトルクのシュミレ
ーションを行った一例を図５のトルク波形で示す。図５
は、Ｌ１＝０．３ｍｍ，Ｌ２＝０．３ｍｍを従来例と
し、本発明をＬ１＝０．３ｍｍ，Ｌ２＝０．６ｍｍ（２
Ｌ１）としている。これによると、従来の形状である場
合平均トルクが１．３５１Ｎｍ、トルクリップルが１．
３６７Ｎｍであるのに対し、本発明の形状とした場合で
は、平均トルクが１．３３７Ｎｍと１％減少し、トルク
リップルが１．０５０Ｎｍと２３％減少している。

【００２５】このように、フラックスバリア１１の両端
辺に傾斜をつけることにより、固定子１からの磁束が、
回転子１０の外周の接線に対して大きい角度であっても
（鋭角な磁束も）、フラックスバリア１１に阻まれるこ
となく、同回転子１０内を通る。したがって、回転子１
０内を通る磁束が多くなり、あたかもフラックスバリア
１１が３層より多い層数とされたかの様な働きをするこ
とから、トルクリップルを大きく低減することができ
る。これは、固定子１からの磁束が回転子１０内をより
多く通ることから、フラックスバリア１１と固定子１と
の歯間の位置関係において、相対的にインダクタンスの
変化が小さくなり、フラックスバリア１１と歯間に発生
する空間高調波が低減され、トルクリップルが低減して
いるものと考えられる。

【００２６】ところで、図６に示すように、上記回転子
１０を製造するに際しては、電磁鋼板を打ち抜いてコア
ーシート１０ａを得、このコアシート１０ａを金型内で
積層する自動プレス方式を採用する。回転子１０を得る
場合では、シャフト用の中心孔３およびフラックスバリ
ア１１の孔を打ち抜いて積層する。このとき、積層時に
１枚毎に一方向にずらし、フラックスバリア１１にスキ
ューを施すとよい（図６の波線参照）。これにより、ト
ルクリップルの低減により寄与し、またコギングトルク
に対しても良好となる。なお、図６の波線は１つのフラ
ックスバリア１１についてのみ描いているが、他のフラ
ックスバリア１１にあっても同様であることから、省略
している。

【００２７】まち、上記実施例では、距離Ｌ１を０．３
ｍｍとしているが、そのＬ１を０．０５ｍｍ以上にする
とよい。この場合、その距離Ｌ１＝０．０５ｍｍ以上に
対し、Ｌ２が１．１Ｌ１以上であればよいが、実際には
トルク増減比およびトルクリップル増減比を勘案してＬ
１，Ｌ２を決定すればよい。

【００２８】また本実施例では、フラックスバリア１１
の両端部の角、つまり、外周ブリッジと鋼板リブとが交
わってなす角を直線的としているが、図７に示すよう
に、その角を曲線形状にしたフラックスバリア（所定Ｒ
をつけて丸めたフラックスバリア）１２の形状にすると
よい。この場合、両角を丸めているが、少なくとも回転
側角と異なる角を丸めるようにしてもよい。これにより
固定子１からの磁束がより多く回転子１１内を通るよう
になり、トルクリップルの低減にさらに寄与することに
なる。

【００２９】図８は、本発明の他の実施例を示す回転子
の概略的平面図である。なお、図中、図１と同一部分に
は同一符号を付して重複説明を省略する。また、固定子
については、図２を参照されたい。図８において、本実
施例の回転子２０は、５層のフラックスバリア２１が形
成され、この５層のフラックスバリア２１が回転子２０
の円周方向に等間隔に４個形成されている。

【００３０】この他の実施例にあたって、前実施例と同
様に、５層のフラックスバリア２１１の両端辺を回転子
１０の外周の接線に対して所定角θ（Ｌ１，Ｌ２）とし
た結果を下記表２および図９のグラフ図に示す。なお、
この他の実施例と前実施例はフラックスバリアの層数が
異なることから、フラックスバリアの幅および鋼板リブ
の幅は異なるものの、他の条件（回転駆動等）について
は同じとしている。

【００３１】

【表２】

【００３２】上記表２および図９において、Ｌ１を一定
値（０．３ｍｍ）とし、Ｌ２を０．４５ｍｍ（＝１．１
Ｌ１）から１．２ｍｍまで変えた場合、Ｌ１＝０．３ｍ
ｍにおけるトルクを基準にすると、トルク増減比が２％
程度の範囲内である。また、トルクリップル増減比が数
十％程度低下し、特にＬ２＝０．６にあっては顕著に低
下していることが分かる。

【００３３】なお、上記回転子２０の製造は、前実施例
の回転子１０と同じでよいことから、その説明を省略す
る。また、前実施例と同様に、その回転子２０の製造に
際して、各コアシートの積層毎に当該円周方向にずら
し、つまりフラックスバリア２１にスキューを施すとよ
い。

【００３４】さらに、上記距離Ｌ１は０．０５ｍｍ以上
であればよく、またフラックスバリア１１の両端部の
角、つまり、回転子１０の外周ブリッジと鋼板リブとが
交わってなす角を曲線にするとよい（所定Ｒをつけて丸
めるとよい）。これにより、この他の実施例にあって
も、前実施例と同様の効果を奏する。

【００３５】なお、上述した実施例では、フラックスバ
リアを３層、５層とした場合について説明したが、フラ
ックスバリアを他の層数とし、また種々の幅でのフラッ
クスバリアおよび鋼板リブに適用しても、同様の効果が
得られることは明かである。また、上記リラクタンスモ
ータは三相四極モータであるが、これに限られなくとも
よい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下に述
べる効果を奏する。本発明は、回転磁界を発生する固定
子の内側に回転子を有するリラクタンスモータにおい
て、回転子に円弧形状のフラックスバリアを多層に形成
し、それらフラックスバリアの両端辺を同回転子の外周
の接線に対して所定角としていることから、その両端辺
に対応する回転子の外周面に対して斜めの磁束も同回転
子内に通すことができる。したがって、回転子内を通る
磁束が多くなり、少なくとも平均トルクが従来と同程度
に維持することができる一方、フラックスバリアと固定
子の歯間の位置関係において相対的にインダクタンスの
変化を小さくし、フラックスバリアと歯間に発生する空
間高調波を抑えてトルクリップルの低減を実現すること
ができるという効果がある。

【００３７】本発明は回転磁界を発生する固定子の内側
に回転子を有するリラクタンスモータにおいて、回転子
に円弧形状のフラックスバリアを多層に形成し、それら
フラックスバリアと回転子の外周との間の幅（外周ブリ
ッジ幅）を、同回転子の回転方向側と他の側とに差をも
たせ、その他の側を回転方向側よりも広くしていること
から、その両端辺に対応する回転子の外周面に対して斜
めの磁束も同回転子内に通すことができる。したがっ
て、回転子内を通る磁束が多くなり、フラックスバリア
と固定子の歯間の位置関係において相対的にインダクタ
ンスの変化が小さくなるため、平均トルクを従来と同程
度に維持する一方、そのフラックスバリアと歯間に発生
する空間高調波を抑えてトルクリップルの低減を図るこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示すリラクタンスモー
タの回転子を説明するための概略的平面図。

【図２】図１に示す回転子を備えたリラクタンスモータ
を説明するための概略的側平面図。

【図３】図１に示すリラクタンスモータの回転子の概略
的部分的拡大図。

【図４】図２に示すリラクタンスモータにおけるトルク
増減、トルクリップル増減を説明するための概略的グラ
フ図。

【図５】図２に示すリラクタンスモータのトルク波形
（シュミレーション結果）を説明するための概略的グラ
フ図。

【図６】図１に示すリラクタンスモータの回転子を説明
するための概略的立体図。

【図７】図１に示すリラクタンスモータの回転子を説明
するための概略的部分拡大図。

【図８】本発明の他の実施例を示すリラクタンスモータ
の回転子を説明するための概略的平面図。

【図９】図２に示す回転子を備えたリラクタンスモータ
におけるトルク増減、トルクリップル増減を説明するた
めの概略的グラフ図。

【図１０】従来のリラクタンスモータの概略的平面図。

【図１１】図１０に示すリラクタンスモータの回転子を
説明する概略的部分拡大図。

【符号の説明】

１固定子３中心孔（シャフト用）５分布巻線１０，２０回転子１０ａコアシート１１，１２，２１フラックスバリア（円弧形状のスリ
ット；空気層）Ａ，Ｂ，Ｃ磁束（固定子１からの磁束）Ｌ１フラックスバリア１１の端辺から回転子の外周ま
での距離（最小距離）Ｌ２フラックスバリア１１の端辺から回転子の外周ま
での距離（最大距離） θ 所定角（フラックスバリアの端辺の中心に対応する
回転子の外周の接線に対する角度）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転磁界を発生する固定子の内側に回転
子を有するリラクタンスモータにおいて、前記回転子
は、円弧の頂点を当該回転子の中心孔側に向けた円弧形
状のフラックスバリアを多層に有するとともに、該多層
のフラックスバリアを円周方向に等間隔に当該極数分だ
け設け、該各フラックスバリアの両端辺を前記回転子の
外周の接線に対して所定角としてなり、その両端辺に対
応する回転子の外周面に対して斜めの磁束も同回転子内
に通すようにしたことを特徴とするリラクタンスモー
タ。
【請求項２】回転磁界を発生する固定子の内側に回転
子を有するリラクタンスモータにおいて、前記回転子
は、円弧の頂点を当該回転子の中心孔に向けた円弧形状
のフラックスバリアを多層に有するとともに、該多層の
フラックスバリアを円周方向に等間隔に当該極数分だけ
設け、該各フラックスバリアの両端部と回転子の外周と
の間のブリッジ幅を同回転子の回転方向側と他の側とに
差をもたせ、その他の側を回転方向側よりも広くしてな
り、そのフラックスバリアの両端辺に対応する回転子の
外周面に対して斜めの磁束も同回転子内に通すようにし
たことを特徴とするリラクタンスモータ。
【請求項３】前記フラックスバリアの端部から回転子
の外周までの最小距離（Ｌ１）は、同回転子を構成する
ためのコアシートの厚さ以上とし、その最大距離（Ｌ
２）を最小距離の１．１倍（１．１Ｌ１）以上としてな
る請求項１または２に記載のリラクタンスモータ。
【請求項４】前記フラックスバリアの端部から回転子
の外周までの最小距離（Ｌ１）を０．０５ｍｍ以上と
し、その最大距離（Ｌ２）を最小距離の１．１倍（１．
１Ｌ１）以上としてなる請求項１または２に記載のリラ
クタンスモータ。
【請求項５】前記フラックスバリアは、当該コアシー
トの積層方向にスキューを施してなる請求項１，２，３
または４に記載のリラクタンスモータ。
【請求項６】前記フラックスバリアの両端部におい
て、外周ブリッジと鋼板ブリッジとが交わってなす角を
曲線形状としてなる請求項１，２，３，４または５に記
載のリラクタンスモータ。