JP2002291212A - スイッチ式リラクタンスモータ - Google Patents

スイッチ式リラクタンスモータ

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JP2002291212A
JP2002291212A JP2001095138A JP2001095138A JP2002291212A JP 2002291212 A JP2002291212 A JP 2002291212A JP 2001095138 A JP2001095138 A JP 2001095138A JP 2001095138 A JP2001095138 A JP 2001095138A JP 2002291212 A JP2002291212 A JP 2002291212A
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JP
Japan
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rotor
stator
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rotation
angle
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JP2001095138A
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English (en)
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Hisashi Ishida
久 石田
Sannashi Minegishi
三奈子 峯岸
Toru Yumoto
透 湯本
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Mitsuba Corp
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Mitsuba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 巻線領域を確保した上で良好な起動特性を有
し、駆動中のトルクの脈動を小さくすることができるス
イッチ式リラクタンスモータを提供する。 【解決手段】 ステータの突極のロータの突極と相対す
る面のうち、回転方向の寸法は条件式(30≦βs≦3
5)を満足する形状としたことを特徴とする(ただし、
βsは回転中心からみたステータ突極の回転方向の角
度)。前記ロータの突極の前記ステータの突極と相対す
る面のうち回転方向に凸部を設け、該回転方向の寸法は
条件式(−2βs+3.4φ≦βrl≦(360/N
r)−βs−2×4)を満足する形状としたことを特徴
とする(ただし、φは1相の通電区間の角度、βrlは
ロータの突極のステータと相対する先端の回転中心から
みた角度、Nrはロータの極数)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、スイッチ式リラ
クタンスモータの改良技術に関する。
【0002】
【従来の技術】スイッチ式リラクタンスモータ(Swi
tched ReluctanceMotor、以下S
Rモータと称する)は、ロータとステータの両方に突極
を設け、ステータの突極に設けた巻線に励磁電流を流し
てステータの突極を励磁し、ステータの突極に生じた磁
気吸引力によってロータの突極を引き寄せて回転力を発
生させ、励磁電流を流す巻線をスイッチして順次切り替
えることによりロータを所定の回転速度で回転させるも
のである。
【0003】図12(a)は、3相6極のステータと4
極のロータによるSRモータの断面を示す図である。こ
の図においてSRモータは、ステータ3の図示していな
い励磁回路によって供給される励磁電流により突極が励
磁され、回転軸1を中心として回転するロータ2の突極
を吸引することによって回転トルクを生ずる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが上述のSRモ
ータでは、図12(b)に示すようにトルクの落ち込み
(ΔT)が大きいため、起動特性が悪く、駆動中のトル
ク脈動が大きいという欠点がある。これらの欠点は、ト
ルク発生区間である回転中心からみたステータ突極の回
転方向の角度(βs)と1相の電圧印加区間の角度
(φ)との比(βs/φ)が小さいことに起因してい
る。ここで、電圧印加区間(φ)はロータの突極数と相
数が決まると定まる係数であり、たとえばロータの突極
数を4極、相数を3相とすると、φ=360deg/
(4×3)=30degとなる。
【0005】これらの欠点の改善のため、一般的にはス
テータ突極の角度βsを大きくすることによってトルク
発生区間が広くなり、トルクの落ち込み(ΔT)を小さ
くする方法が有効とされている。しかしながら、βsを
大きくするとステータ突極を励磁するための巻線領域が
小さくなり、銅損が増加してしまうという課題があっ
た。
【0006】本発明はこのような背景の下になされたも
ので、巻線領域を確保した上で良好な起動特性を有し、
駆動中のトルクの脈動を小さくすることができるSRモ
ータを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、ステータに配設した複数の突極のそれぞれに設けた
励磁巻線のうちの1相分に励磁電流を流して突極を励磁
し該突極に生じた磁気吸引力によってロータの突極を引
き寄せて回転力を発生させ、励磁電流を流す励磁巻線を
スイッチして順次切り替えることにより前記ロータを所
定の回転速度で回転させるスイッチ式リラクタンスモー
タにおいて、前記ステータの突極の前記ロータの突極と
相対する面のうち、回転方向の寸法は以下の条件式を満
足する形状としたことを特徴とするスイッチ式リラクタ
ンスモータを提供する。 30deg≦βs≦35deg ただし、βsは回転中心からみたステータ突極の回転方
向の角度とする。
【0008】この発明によれば、巻線領域を確保しなが
ら可能なステータ突極の回転方向の寸法の範囲を与え、
良好な起動特性と駆動中のトルクの脈動を小さくするこ
とができる。
【0009】請求項2に記載の発明は、請求項1記載の
SRモータにおいて、前記ロータの突極の前記ステータ
の突極と相対する面のうち回転方向に凸部を設け、該回
転方向の寸法は以下の条件式を満足する形状としたこと
を特徴とする。 −2βs+3.4φ≦βrl≦(2π/Nr)−βs−
2θ ただし、φは1相の通電区間の角度、βrlはロータの
突極のステータと相対する先端の回転中心からみた角
度、Nrはロータの極数、θはロータの進角値とする。
【0010】この発明によれば、ステータ突極の回転方
向の寸法範囲を与えた上で、ロータ突極の回転方向の寸
法をステータ突極の回転方向の寸法よりも大きく、必要
とする進角を得られる範囲以下とすることによって単相
トルクの発生区間が広がり、巻線領域の減少を伴わずに
良好な起動特性とトルクリップルを低減することができ
る。
【0011】また、請求項3の発明は、請求項1記載の
SRモータにおいて、前記ロータの突極の前記ステータ
の突極と相対する面のうち回転方向に凸部を設け、該回
転方向の寸法は以下の条件式を満足する形状としたこと
を特徴とする。 −2βs+3.4φ≦1/2・βrl+δ≦(360d
eg/Nr)−βs−2θ ただし、φは1相の通電区間の角度、βrlはロータの
突極のステータと相対する先端の回転中心からみた角
度、δは凸部の回転中心からみた角度、Nrはロータの
極数、θはロータの進角値とする。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて図を参照しながら説明する。図1はこの発明の一実
施形態によるSRモータのステータの断面図である。図
1において、ステータ3の突極310は励磁巻線31
1、312によって励磁し、図示していないロータの突
極を吸引する。この突極310のロータと相対する面の
回転方向の回転中心cからの角度βsを大きくするとト
ルクリップルが小さくなり起動特性も向上するが、励磁
巻線311、312の巻線領域の確保が困難になる。
【0013】図2はβsの変化と巻線の相抵抗との関係
を示した図である。βsが増加すると巻線領域が減少す
るので細い線径の巻線を使うことになり、相抵抗が増加
してしまう。この図の縦軸は対数目盛となっており、β
sが30degから35degの間にあれば、相抵抗が
大幅に増加することはないことがわかる。
【0014】次に、図3はロータの断面図である。この
図において、回転軸10を中心に回転するロータ20は
4つの突極を持ち、その一が突極210である。この突
極210は凸部211、212を有し、この凸部を含ま
ない回転方向の回転中心cからの角度はβrsであり、
凸部211、212を含む角度はβrlである。従っ
て、βrl−βrs=2δとなる。
【0015】図4はβs=βrsをパラメータとしたβ
rlとトルクリップルの関係を示す図で、縦軸はトルク
リップル率、すなわちトルクの最大値と最小値の差ΔT
を平均トルクTaveで除した比率となっている。この
図において、βs=βrs=30deg〜37.5de
gのいずれにおいても、βrlを大きくしていくとトル
クリップル率は減少して行き、50deg付近で最小と
なることがわかる。
【0016】次に問題になるのが進角である。図5は進
角をパラメータとし、トルクTと回転速度Nおよび出力
Woutの関係を示す図である。この図においてロータ
の突極のβrlを大きくしすぎると、SRモータはとれ
る進角が小さくなってしまい、進角による出力の増加が
期待できなくなる。とれる進角θは、 θ≦(180deg/Nr)−(βs+βrl)/2 …(1) で与えられる。ただし、Nrはロータの突極数とする。
ここで、進角は4deg以上であれば図5から出力増加
効果が認められることがわかっているので、式(1)の
θに4degを代入すると、 βrl≦(360deg/Nr)−βs−2×4deg …(2) であれば、進角を4deg以上とれるので、進角による
特性効果を期待することができる。
【0017】これまでに説明したトルクリップルと進角
の内容によってβsおよびβrlのとるべき範囲を図6
に示す。この図において、トルクリップルが最小になる
のはβsの値にかかわらず、βrlが50degの付近
である。しかし、出力を向上させるために進角を4de
g以上にしたいので、式(2)の下側の領域となり、か
つ、βrl=βsの下側の領域で、かつβsが30de
g以上であるAの領域内を使用することが望ましいこと
がわかる。
【0018】さらに、ロータの突極に凸部を付加した効
果によってトルクリップル率が実用的に必要な0.5、
すなわち平均トルクの半分以下になるのは、図4に示し
たようにβsの大きさによって異なる。そこで、図7に
βs毎にトルクリップル率が0.5以下となるときのβ
rl/φを示す。この図より、βrl/φが近似的に、 βrl/φ≧−2βs/φ+3.4 …(3) である時である。
【0019】図6の領域Aに式(3)の制限を加えたの
が図8の領域Bである。さらに上述のβsの条件であ
る、 30deg≦βs≦35deg …(4) の条件を加えると、図9に示すCの領域が望ましい特性
を持つSRモータを提供できるβsおよびβrlの領域
となる。
【0020】図10、図11は上述の実施形態の条件に
よるSRモータと従来のSRモータの特性を実測して比
較した図であり、図10(a)は実施形態によるSRモ
ータのトルクリップル、図10(b)は従来のSRモー
タのトルクリップルを表しており、十分な効果が認めら
れる。また、図11は、回転速度N、出力Woutおよ
び効率ηについて従来のSRモータと実施形態によるS
Rモータの比較を行った図である。
【0021】以上、本発明の一実施形態の動作を図面を
参照して詳述してきたが、本発明はこの実施形態に限ら
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設
計変更等があっても本発明に含まれる。たとえば、実施
形態では3相6極の突極を持つステータと4極のロータ
の場合であったが、この実施形態に限られるものではな
く、ロータとステータの極の数が別の場合であってもよ
い。
【0022】
【発明の効果】これまでに説明したように、この発明に
よれば、以下の効果を得ることができる。請求項1の発
明によれば、巻線領域を確保しながら可能なステータ突
極の回転方向の寸法の範囲を与え、良好な起動特性と駆
動中のトルクの脈動を小さくすることができる。
【0023】また、請求項2の発明によれば、ステータ
突極の回転方向の寸法範囲を与えた上で、ロータ突極の
回転方向の寸法をステータ突極の回転方向の寸法よりも
大きく、必要とする進角を得られる範囲以下とすること
によって単相トルクの発生区間が広がり、巻線領域の減
少を伴わずに良好な起動特性とトルクリップルを低減す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施形態によるSRモータのス
テータの断面図。
【図2】 βsの変化と巻線の相抵抗との関係を示した
図。
【図3】 この発明の一実施形態によるSRモータのロ
ータの断面図。
【図4】 βs=βrsをパラメータとしたβrlとト
ルクリップルの関係を示す図。
【図5】 進角をパラメータとし、トルクTと回転速度
Nおよび出力Woutの関係を示す図。
【図6】 トルクリップルと進角の内容によってβsお
よびβrlのとるべき範囲を示す図。
【図7】 βs毎にトルクリップル率が0.5以下とな
るときのβrl/φを示す図。
【図8】 図6の領域Aに式(3)の制限を加えた領域
Bを示す図。
【図9】 望ましい特性を持つSRモータを提供できる
βsおよびβrlの領域Cを示す図。
【図10】 (a)は実施形態によるSRモータのトル
クリップル、(b)は従来のSRモータのトルクリップ
ルを表す図。
【図11】 回転速度N、出力Woutおよび効率ηに
ついて従来のSRモータと実施形態によるSRモータの
比較を行った図。
【図12】 (a)は、従来の技術による3相6極のス
テータと4極のロータによるSRモータの断面を示す
図、(b)はトルクの落ち込み(ΔT)を示す図。
【符号の説明】
1…回転軸 10…回転軸 2…ロータ 20…ロータ 21〜24…ロータの突極 210…ロータの突極 211、212…ロータの突極の凸部 3…ステータ 30…ステータ 31〜36…ステータの突極 310…ステータの突極 311、312…励磁巻線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯本 透 群馬県桐生市広沢町一丁目二六八一番地 株式会社ミツバ内 Fターム(参考) 5H002 AA09 AE07 5H619 AA01 BB01 BB06 BB15 PP01 PP02 PP05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステータに配設した複数の突極のそれ
    ぞれに設けた励磁巻線のうちの1相分に励磁電流を流し
    て突極を励磁し該突極に生じた磁気吸引力によってロー
    タの突極を引き寄せて回転力を発生させ、励磁電流を流
    す励磁巻線をスイッチして順次切り替えることにより前
    記ロータを所定の回転速度で回転させるスイッチ式リラ
    クタンスモータにおいて、 前記ステータの突極の前記ロータの突極と相対する面の
    うち、回転方向の寸法は以下の条件式を満足する形状と
    したことを特徴とするスイッチ式リラクタンスモータ。 30deg≦βs≦35deg ただし、βsは回転中心からみたステータ突極の回転方
    向の角度とする。
  2. 【請求項2】 前記ロータの突極の前記ステータの突
    極と相対する面のうち回転方向に凸部を設け、該回転方
    向の寸法は以下の条件式を満足する形状としたことを特
    徴とする請求項1記載のスイッチ式リラクタンスモー
    タ。 −2βs+3.4φ≦βrl≦(360deg/Nr)
    −βs−2θ ただし、φは1相の通電区間の角度、βrlはロータの
    突極のステータと相対する先端の回転中心からみた角
    度、Nrはロータの極数、θはロータの進角値とする。
  3. 【請求項3】 前記ロータの突極の前記ステータの突
    極と相対する面のうち回転方向に凸部を設け、該回転方
    向の寸法は以下の条件式を満足する形状としたことを特
    徴とする請求項1記載のスイッチ式リラクタンスモー
    タ。 −2βs+3.4φ≦1/2・βrl+δ≦(360d
    eg/Nr)−βs−2θ ただし、φは1相の通電区間の角度、βrlはロータの
    突極のステータと相対する先端の回転中心からみた角
    度、δは凸部の回転中心からみた角度、Nrはロータの
    極数、θはロータの進角値とする。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006058871A2 (de) * 2004-12-01 2006-06-08 Siemens Aktiengesellschaft Hochpolige permanenterregte synchronmaschine mit zahnspulen
JP2017063549A (ja) * 2015-09-25 2017-03-30 株式会社ミツバ スイッチトリラクタンスモータおよび電動カート
RU181898U1 (ru) * 2018-05-11 2018-07-26 Акционерное общество "Электромашиностроительный завод "ЛЕПСЕ" Электродвигатель

Cited By (5)

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Date Code Title Description
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Effective date: 20080603