JP2004072822A - 電動機 - Google Patents
電動機 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004072822A JP2004072822A JP2002224848A JP2002224848A JP2004072822A JP 2004072822 A JP2004072822 A JP 2004072822A JP 2002224848 A JP2002224848 A JP 2002224848A JP 2002224848 A JP2002224848 A JP 2002224848A JP 2004072822 A JP2004072822 A JP 2004072822A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- magnetic
- magnetic poles
- poles
- magnetic pole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
【課題】小型でトルク密度の大きい電動機を提供する。
【解決手段】電動機１０のロータ１２は、回転軸ＲＡ方向に直列に連結された２個のロータ磁極１２ａ、１２ｂによって構成されるとともに、各々の角柱状磁極１１はロータ磁極１２ａ、１２ｂに対して、各々その半径方向外側に所定の間隔を備えて対向するように配置した２個の外周磁極１１ａ２、１１ａ３と、外周磁極１１ａ２、１１ａ３をロータ１２の回転軸ＲＡ方向に互いに連結する軸方向磁路１１ａ１によって構成されている。ロータ磁極１２ａ、１２ｂを各々円周上分割した磁極ユニット１２ａ１〜１２ａ４、１２ｂ１〜１２ｂ４の間には、ユニット間磁石１７ａ１〜１７ａ４、１７ｂ１〜１７ｂ４を配設した。
【選択図】 図１
【解決手段】電動機１０のロータ１２は、回転軸ＲＡ方向に直列に連結された２個のロータ磁極１２ａ、１２ｂによって構成されるとともに、各々の角柱状磁極１１はロータ磁極１２ａ、１２ｂに対して、各々その半径方向外側に所定の間隔を備えて対向するように配置した２個の外周磁極１１ａ２、１１ａ３と、外周磁極１１ａ２、１１ａ３をロータ１２の回転軸ＲＡ方向に互いに連結する軸方向磁路１１ａ１によって構成されている。ロータ磁極１２ａ、１２ｂを各々円周上分割した磁極ユニット１２ａ１〜１２ａ４、１２ｂ１〜１２ｂ４の間には、ユニット間磁石１７ａ１〜１７ａ４、１７ｂ１〜１７ｂ４を配設した。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円周状に配置されたステータと、その半径方向内側において回転するロータを備えた電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機に関する従来技術としては、図１３に示したものがある。これは、円筒状のステータ１３１内に励磁巻線（図示せず）を収める為に、一般に半閉のスロット１３２が円周方向に多数加工されており、隣り合う、または所定の間隔で配置された２つのスロット１３２を用いて導体を巻き付けて励磁コイルを形成し、これらに３相交流を印加することによってステータ１３１の磁極（磁極歯）１３３を励磁して磁界を発生させ、この磁界によってロータ１３４の磁石１３５を吸引または反発させて駆動する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術については、多数設けられたスロット１３２のために、ステータ１３１の磁極歯１３３の断面積を十分にとることができず、磁束密度が増大し、ステータ１３１とロータ１３４の間を通る磁束（図１３に破線矢印にて示す）の数が制約を受ける。ステータ１３１とロータ１３４間に通る磁束の数は、電動機の出力（ロータ回転トルク）を左右する重要な要素であるため出力も低下する。
【０００４】
ステータ１３１とロータ１３４の間を通る磁束の数を多くするために、スロット１３２の面積を少なくして、ステータ１３１の磁極歯１３３の断面積を大きくすることはできるが、ステータ１３１とロータ１３４の間において、所詮、磁束はロータ１３４の回転軸に垂直な面内のみに通っているため、電動機の外形寸法を大きくしない限り、その数を飛躍的に多くすることはできない。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の目的は、前記した従来技術の課題を解消するもので、小型でトルク密度の大きい電動機を提供することである。本発明の第１の発明においては、回転軸方向に複数個直列に連結されたロータ磁極を含むとともに、前記複数個のロータ磁極が各々、円周上を複数の磁極ユニットに分割されたロータ、および前記ロータの複数個のロータ磁極に対して、各々その半径方向外側に所定の間隔を備えて対向するように配置された複数個の外周磁極と、前記複数個の外周磁極を前記ロータの回転軸方向に互いに連結する軸方向磁路を含んだステータ磁極を円周上に複数個配設したステータを備え、前記複数個のロータ磁極の内の１つのロータ磁極と、前記複数個のロータ磁極の内の他の１つのロータ磁極との間で、互いにロータ回転軸方向に対応する位置にある磁極ユニット同士を結合するように、前記複数個のロータ磁極の内の１つのロータ磁極から前記複数個のロータ磁極の内の他の１つのロータ磁極へ向けて、前記ステータ磁極のうちの１つを介して磁束が通るとともに、前記複数個のロータ磁極の内の他の１つのロータ磁極と、前記複数個のロータ磁極の内の１つのロータ磁極との間で、前記磁束によって結ばれた磁極ユニットのそれぞれ隣に位置し、互いにロータ回転軸方向に対応する位置にある磁極ユニット同士を結ぶように、前記複数個のロータ磁極の内の他の１つのロータ磁極から前記複数個のロータ磁極の内の１つのロータ磁極へ向けて、前記磁束が通ったステータ磁極の隣に位置するステータ磁極を介して磁束が通ることにより、閉磁路が成立することを特徴とする電動機とした。
【０００６】
この第１の発明の構成によれば、ステータとロータ間において、磁束がロータの回転軸方向およびロータの回転軸に垂直な面内に通るようになる。すなわち磁束が３次元方向に進むため、同一磁束がステータとロータ間の空隙を通過する回数が増加し、体積を変えずにトルク密度の大きい電動機とすることができる。
【０００７】
また、本発明の第２の発明においては、回転軸方向に複数個直列に連結されたロータ磁極を含むとともに、前記複数個のロータ磁極が各々、円周上を複数の磁極ユニットに分割されたロータ、および前記ロータの複数個のロータ磁極に対して、各々その半径方向外側に所定の間隔を備えて対向するように配置された複数個の外周磁極と、前記複数個の外周磁極を前記ロータの回転軸方向に互いに連結する軸方向磁路を含んだステータ磁極を円周上に複数個配設したステータを備え、更に、前記複数個のロータ磁極の内の少なくとも２個のロータ磁極の、各々の隣合った磁極ユニットの間に、ユニット間磁石を配設したことを特徴とする電動機とした。
【０００８】
この第２の発明の構成によれば、隣合った磁極ユニットの間に、ユニット間磁石を配設したため、ステータとロータ間において、磁束がロータの回転軸方向およびロータの回転軸に垂直な面内に通るため、ステータとロータ間の磁束の利用回数を増やすことができ、体積を変えずに、トルク密度の大きい電動機とすることができる。
【０００９】
また、本発明の第１の詳細な構成においては、前記ロータは回転軸方向に直列に連結される３個の前記ロータ磁極を備え、前記各々のステータ磁極は前記３個のロータ磁極に対して各々対向するように配置された３個の前記外周磁極と、前記３個の外周磁極を互いに連結する２個の前記軸方向磁路を備えたことを特徴とする第２の発明記載の電動機とした。
【００１０】
この本発明の第１の詳細な構成によれば、３個のロータ磁極を結合する、軸方向磁路によって磁束が左右に２分されるから、軸方向磁路の高さ、即ちステータの外径が小さくなり、且つ軸方向磁路の長さの増分だけ磁石量を増やすことができ、よりトルク密度の大きい電動機とすることができる。
【００１１】
また、本発明の第２の詳細な構成においては、前記ロータ磁極の内の特定のロータ磁極の前記ステータ磁極と対向する外周面に部分的にカット部を設けたことを特徴とする第２の発明記載の電動機とした。
【００１２】
この本発明の第２の詳細な構成によれば、ロータ磁極のステータと対向する外周面に部分的にカット部を設けたため、ステータとロータ間に磁石トルクあるいは誘導トルク以外に、部分的にリラクタンストルクが発生し、ロータの回転トルクを増大させることができる。
【００１３】
また、本発明の第３の詳細な構成においては、前記ステータ磁極は、角柱状磁極であることを特徴とする第２の発明記載の電動機とした。
【００１４】
この本発明の第３の詳細な構成によれば、ステータが複数の角柱状磁極によって構成されているため、励磁コイルを整列巻きでき、コイル巻線の作業性が向上するとともに、コイル占積率が向上し、コイルの熱放散性が改善される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態について図１乃至図３を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態による電動機１０の、ロータ回転軸ＲＡ（図２に示す）に垂直な面でカットした時の断面図（図２の１−１断面図）、図２はロータ回転軸ＲＡに沿ってカットした時の断面図（図１の２−２断面図）、図３（ａ）はステータＳＴを構成する本発明のステータ磁極に該当する角柱状磁極１１の側面断面図（図３（ｂ）の３−３断面図）、図３（ｂ）は角柱状磁極１１の正面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）の側面図である。
【００１６】
図３（ａ）に側面断面図を示した角柱状磁極１１は、円周上に６個集まってステータＳＴを構成しており、それぞれ軸方向磁路１１ａ１と、軸方向磁路１１ａ１によってロータ回転軸ＲＡ方向に連結された外周磁極１１ａ２および１１ａ３で構成されたＵ字形の強磁性材料から成る角柱状磁極片１１ａと、同じくＵ字形をした磁気的セパレータ１１ｂを交互に組合せて構成される。
【００１７】
角柱状磁極１１は図１に示すように、ロータ１２を取り囲んでヨーク１３上に所定の間隔で所定数（本実施の形態においては６個）配設されている（図１において１つの角柱状磁極１１のみに符号を付す）。図２にあるように、ヨーク１３の両端にはブラケット１４が固着され、ブラケット１４の中心には軸受１５を介してロータ１２の回転軸であるロータシャフト１６が回転可能に支承される。
【００１８】
また、各々の角柱状磁極１１の外周磁極１１ａ２および１１ａ３には、各々励磁コイル１１ｃ１および１１ｃ２を装着する。これらの励磁コイル１１ｃ１および１１ｃ２は、同一方向に磁束を発生するように、互に逆極性に接続されている。尚、上述したように外周磁極１１ａ２および１１ａ３に励磁コイル１１ｃ１および１１ｃ２を装着する代りに、軸方向磁路１１ａ１に励磁コイルを装着してもよい。
【００１９】
ロータ１２は、ロータ回転軸ＲＡ方向に互いに直列に連結された２個のロータ磁極１２ａおよび１２ｂにて構成され、これらは、それぞれ円周上４個の磁極ユニット１２ａ１〜１２ａ４および１２ｂ１〜１２ｂ４に分割されている。ロータ磁極１２ａおよび１２ｂは、上述した角柱状磁極１１の外周磁極１１ａ２および１１ａ３に対して半径方向内側に所定間隔隔てて対向している。各磁極ユニット１２ａ１〜１２ａ４および１２ｂ１〜１２ｂ４は、ロータシャフト１６の近傍に埋設され、ロータ回転軸方向に延在した軸方向磁石１２ａ１１〜１２ａ４１および１２ｂ１１〜１２ｂ４１を備えている。
【００２０】
更に、各磁極ユニット１２ａ１〜１２ａ４および１２ｂ１〜１２ｂ４は、軸方向磁石１２ａ１１〜１２ａ４１および１２ｂ１１〜１２ｂ４１と同極性で、径方向に延在した側端磁石１２ａ１２〜１２ａ４２、１２ａ１３〜１２ａ４３および１２ｂ１２〜１２ｂ４２、１２ｂ１３〜１２ｂ４３を備えている。ここで、隣合う磁極ユニット間では、軸方向磁石１２ａ１１〜１２ａ４１および１２ｂ１１〜１２ｂ４１、側端磁石１２ａ１２〜１２ａ４２、１２ａ１３〜１２ａ４３および１２ｂ１２〜１２ｂ４２、１２ｂ１３〜１２ｂ４３の極性は逆になるように設置している。尚、軸方向磁石１２ａ１１〜１２ａ４１および１２ｂ１１〜１２ｂ４１あるいは側端磁石１２ａ１２〜１２ａ４２、１２ａ１３〜１２ａ４３、１２ｂ１２〜１２ｂ４２および１２ｂ１３〜１２ｂ４３は必ずしも必要としない。但し、ロータ１２の構造によっては、軸方向磁石１２ａ１１とこれに対向する１２ａ３１および１２ｂ１１とこれと対向する１２ｂ３１を埋設し、他方軸方向磁石１２ａ４１とこれに対向する１２ａ３１および１２ｂ４１とこれに対する１２ｂ２１を埋設しない構成とするか、又は上記の埋設磁石と埋設しない磁石を反対にした構成とする。（図１０参照）
【００２１】
更に、各磁極ユニット１２ａ１〜１２ａ４および１２ｂ１〜１２ｂ４の隣合った２つの各磁極ユニット間には、それぞれロータ１２の回転軸ＲＡ方向に延在し、軸方向磁石１２ａ１１〜１２ａ４１、１２ｂ１１〜１２ｂ４１および側端磁石１２ａ１２〜１２ａ４２、１２ａ１３〜１２ａ４３、１２ｂ１２〜１２ｂ４２、１２ｂ１３〜１２ｂ４３と同極性のユニット間磁石１７ａ１〜１７ａ４および１７ｂ１〜１７ｂ４が設置されている（各ロータ磁極１２ａおよび１２ｂは、４個ずつのユニット間磁石１７ａ１〜１７ａ４および１７ｂ１〜１７ｂ４を備えている）。上述した各磁石の配置は、ロータ１２の模式的な展開図である図１０に示している。
【００２２】
以下に、本実施の形態による電動機１０において、発生する磁束について説明する。ロータ１２の軸方向磁石１２ａ１１〜１２ａ４１および１２ｂ１１〜１２ｂ４１の磁束（図２において２点鎖線で示す）、側端磁石１２ａ１２〜１２ａ４２および１２ｂ１３〜１２ｂ４３の磁束（図２において１点鎖線で示す）および側端磁石１２ａ１３〜１２ａ４３および１２ｂ１２〜１２ｂ４２の磁束（図２において破線で示す）は、ロータ１２のロータ磁極１２ａおよび角柱状磁極１１の外周磁極１１ａ２、更に軸方向磁路１１ａ１を通り、外周磁極１１ａ３、ロータ１２のロータ磁極１２ｂを経て、それぞれ軸方向磁石１２ｂ１１〜１２ｂ４１、側端磁石１２ｂ１３〜１２ｂ４３および１２ｂ１２〜１２ｂ４２を通って、各磁石１２ａ１１〜１２ａ４１、１２ａ１２〜１２ａ４２および１２ａ１３〜１２ａ４３の反対磁極に入って各々閉磁路を形成する。
【００２３】
従って、或る時刻ｔ１に外周磁極１１ａ２および１１ａ３とロータ１２の磁極ユニット１２ａ１および１２ｂ１が対向した時、励磁コイル１１ｃ１および１１ｃ２に外部電源から交流電圧を印加すると、これら励磁コイル１１ｃ１および１１ｃ２の電流によって発生する磁界と、上述した閉磁路を構成している直流磁束間に、吸引力または反発力が発生して、ロータ１２がステータＳＴに対して回転する。
【００２４】
その後、次の印加交流電圧の逆極性の時刻ｔ２には、外周磁極１１ａ２および１１ａ３の対向面には、ロータ１２の回転によってロータ１２の次の反対極性の磁極ユニット１２ａ２および１２ｂ２が来ているため、外周磁極１１ａ２および１１ａ３を通る直流磁束の方向が反対となる。ここで、時刻ｔ２では時刻ｔ１とは逆極性の交流電流が流されているため、励磁コイル１１ｃ１および１１ｃ２の電流によって発生する磁界と、外周磁極１１ａ２および１１ａ３を通る直流磁束間にも吸引力または反発力が働きロータは回転を続ける。
【００２５】
次に、図１１を用いて、電動機１０のユニット間磁石１７ａ１〜１７ａ４および１７ｂ１〜１７ｂ４に起因する磁束について説明する。図１１は、電動機１０のユニット間磁石１７ａ１〜１７ａ４および１７ｂ１〜１７ｂ４に起因する磁束について説明するための模式的な図であって、図において説明の便宜上、角柱状磁極１１は円周上に４個配置されているものとし、そのうち、３個のみ図示する。ユニット間磁石１７ａ１〜１７ａ４および１７ｂ１〜１７ｂ４に起因する磁束は、図２において、実線矢印で示されたもので、図１１においては破線矢印で示されている。
【００２６】
図１１において、ロータ１２のロータ磁極１２ａの２つの磁極ユニット１２ａ１と１２ａ２との間にあるユニット間磁石１７ａ１から発生した磁束φは、磁極ユニット１２ａ１から磁極ユニット１２ａ１に対向する角柱状磁極１１の外周磁極１１ａ２へと進み、軸方向磁路１１ａ１、外周磁極１１ａ３を通って、磁極ユニット１２ａ１に対してロータ回転軸ＲＡ方向に対応するロータ磁極１２ｂの磁極ユニット１２ｂ１に入り、２つの磁極ユニット１２ｂ１と１２ｂ２との間にあるユニット間磁石１７ｂ１の磁石に入る。
【００２７】
また、ロータ１２のロータ磁極１２ｂの２つの磁極ユニット１２ｂ１と１２ｂ２との間にあるユニット間磁石１７ｂ１を通過した磁束φは、（磁極ユニット１２ｂ１の隣の）磁極ユニット１２ｂ２から磁極ユニット１２ｂ２に対向する（上述した磁束φが通過したものの隣に位置した）角柱状磁極１１の外周磁極１１ａ３へと進み、軸方向磁路１１ａ１、外周磁極１１ａ２を通って、磁極ユニット１２ｂ２に対してロータ回転軸ＲＡ方向に対応するロータ磁極１２ａの（磁極ユニット１２ａ１の隣の）磁極ユニット１２ａ２に入り、２つの磁極ユニット１２ａ１と１２ａ２との間にあるユニット間磁石１７ａ１の反対磁極に入って閉磁路を形成する。
【００２８】
図を見て分かるように、本発明によれば、ロータ１２と角柱状磁極１１間には、ロータ１２の回転軸ＲＡ方向に通る磁束および回転軸ＲＡに対して垂直な面内に通る磁束が発生する。すなわち、磁束が３次元的に進むことにより、図において空隙ｇ１〜ｇ４の４箇所にて、磁束φがロータ１２と角柱状磁極１１との間を通るため、もちろん、励磁コイルの電流は増加するが、磁束が空隙を通過する回数が２倍になるから、同一磁束で電動機１０の回転トルクを、ほぼ２倍に増大できる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施の形態について図４乃至図６、および図１２を用いて説明する。図４は本発明の第２の実施の形態による電動機４０の、ロータ回転軸ＲＡ（図５に示す）に垂直な面でカットした時の断面図（図５の４−４断面図）、図５はロータ回転軸ＲＡに沿ってカットした時の断面図（図４の５−５断面図）、図６（ａ）はステータＳＴを構成する角柱状磁極４１の側面断面図（図６（ｂ）の６−６断面図）、図６（ｂ）は角柱状磁極４１の正面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）の側面図である。
【００３０】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態に対して、ロータ４２にロータ回転軸ＲＡ方向に互いに直列に連結した３個のロータ磁極４２ａ、４２ｂおよび４２ｃを設け、これらと対向するように、角柱状磁極４１に外周磁極４１ａ３、４１ａ４および４１ａ５を設置した点が異なる。第１の実施の形態に対する相違点についてのみ説明する。
【００３１】
図６（ａ）に側面断面図を示した角柱状磁極４１は、軸方向磁路４１ａ１および４１ａ２と、軸方向磁路４１ａ１および４１ａ２によってロータ回転軸ＲＡ方向に互いに直列に連結された外周磁極４１ａ３、４１ａ４および４１ａ５で構成されたＥ字形の強磁性材料から成る角柱状磁極片４１ａと、同じくＥ字形をした磁気的セパレータ４１ｂを交互に組合せて構成される。
【００３２】
また、各々の角柱状磁極４１の外周磁極４１ａ３，４１ａ４および４１ａ５には、各々励磁コイル４１ｃ１、４１ｃ２および４１ｃ３を装着する。これらの励磁コイル４１ｃ１、４１ｃ２および４１ｃ３は、同一方向に磁束を発生するように、互に逆極性に接続されている。尚、上述したように外周磁極４１ａ３，４１ａ４および４１ａ５に励磁コイル４１ｃ１、４１ｃ２および４１ｃ３を装着する代りに、軸方向磁路４１ａ１および４１ａ２に励磁コイルを装着してもよい。
【００３３】
ロータ４２は、回転軸ＲＡ方向に３個のロータ磁極４２ａ、４２ｂおよび４２ｃにて構成され、これらは、第１の実施の形態と同様に、それぞれ円周上４個の磁極ユニットに分割されている（符号なし）。ロータ４２の各磁極ユニットは、内部に埋設された軸方向磁石４２ｐと、これらと同極性の側端磁石４２ｑ１および４２ｑ２を含んでいる。更に、各磁極ユニット間には、第１の実施の形態と同様に、それぞれ軸方向磁石４２ｐおよび側端磁石４２ｑ１および４２ｑ２と同極性のユニット間磁石４７が設置されている。
【００３４】
以下に、本実施の形態による電動機４０において、発生する磁束について説明する。ロータ４２の軸方向磁石４２ｐの磁束（図５に２点鎖線で示す）および側端磁石４２ｑ１および４２ｑ２の磁束（図５に破線で示す）はロータ４２のロータ磁極４２ｂおよび角柱状磁極４１の外周磁極４１ａ４を経て、左右の外周磁極４１ａ３および４１ａ５に分流し、各々ロータ４２のロータ磁極４２ａおよび４２ｃを経て各磁石４２ｐ、４２ｑ１および４２ｑ２の反対磁極部にそれぞれ入って閉磁路を形成する。
【００３５】
次に、ユニット間磁石４７に起因する磁束（図１２に破線で示す）について、図５および図１２を用いて説明する。第１の実施の形態と同様に、軸方向磁石４２ｐおよび側端磁石４２ｑ１および４２ｑ２と同極の磁束（図５に実線で示す）がロータ４２のロータ磁極４２ｂおよび角柱状磁極４１の外周磁極４１ａ４を経て、各々左右の軸方向磁路４１ａ１および４１ａ２に分流し、それぞれ角柱状磁極４１の外周磁極４１ａ３および４１ａ５を経てロータ４２のロータ磁極４２ａおよび４２ｃに達し、ロータ磁極４２ａおよび４２ｃのそれぞれ反対極性のユニット間磁石４７に入る。
【００３６】
ユニット間磁石４７を通った磁束は、上述した磁束が通ったものと隣接する外周磁極４１ａ３、４１ａ５、および軸方向磁路４１ａ１、４１ａ２更に外周磁極４１ａ４を経て、ロータ磁極４２ｂの磁極ユニットに隣接するユニット間磁石４７の反対磁極に入って閉磁路を形成する。
【００３７】
第２の実施の形態によれば、ロータ４２に３個のロータ磁極４２ａ、４２ｂおよび４２ｃを設け、これらと所定の間隔を備えて対向するように、角柱状磁極４１に外周磁極４１ａ３、４１ａ４および４１ａ５を設置したため、第１の実施の形態に比べて、３個のロータ磁極を結合する軸方向磁路によって磁束が２分されるから、軸方向磁路の高さ、即ちステータの外径が小さくなり、且つ軸方向磁路の長さの増分だけ磁石量を増やすことができ、より出力の大きい電動機とすることができる。
【００３８】
次に、本発明による第３の実施の形態について図７乃至図９を用いて説明する。本実施の形態は第２の実施の形態とほぼ同じであるので、異なる構成についてのみ説明する。図７および図８は本発明の第３の実施の形態による電動機７０の、ロータ回転軸ＲＡ（図９に示す）に垂直な面でカットした時の断面図（それぞれ図９の７−７断面図、８−８断面図）、図９はロータ回転軸ＲＡに沿ってカットした時の断面図である。図９は電動機７０の上半分のみを表すが、これは図５とほぼ同じ構成である。図８および図９に関する構成と作用は第２の実施の形態と同じであるため説明を省略する。
【００３９】
図７は本実施の形態である突極形リラクタンスロータのロータ磁極７２ａおよび７２ｃの特徴を端的に表したものであり、第２の実施の形態に於けるロータ４２の円柱形状をしたロータ磁極４２ａおよび４２ｃを突極構造の磁極に変形している。すなわち、ロータ磁極７２ａ、７２ｂおよび７２ｃの内、本発明の特定のロータ磁極に該当するロータ磁極７２ａおよび７２ｃの角柱状磁極７１との対向する外周面に部分的にカット部７８を設けている（図９においてロータ磁極７２ａおよび７２ｃ上に設けたものを破線にて示し、図７においてロ−タ磁極７２ｃ上に設けたもの４個のみを示す）。
【００４０】
これにより、図９に示すロータ磁極７２ａおよび７２ｃでは角柱状磁極７１の外周磁極７１ａ３および７１ａ５との間ではリラクタンストルクを発生し、外周磁極７１ａ４とロータ磁極７２ｂとの間では磁石トルクを発生するため、ロータ７２全体では両トルクの総和となりトルクを増大させることができる。リラクタンス型ロータでは、ロータ歯の溝（ここではカット部７８）を深くすれば、インダクタンス変化が大きくなるため、更にリラクタンストルクを増大できる。尚、複数のロータ磁極７２ａ、７２ｂおよび７２ｃを、磁石型ロータとリラクタンス型ロータの組合せにするばかりではなく、リラクタンスロータとかご型ロータの組合せにしても同様の効果が得られる。
【００４１】
また、４極のロータの場合、一般にリラクタンストルクと磁石トルクを発生させるためのｄ軸（直軸：ロータ７２の永久磁石の磁束の通る方向）とｑ軸（横軸：ｄ軸より９０°回転した外部電源による磁束の方向）（ｄ軸およびｑ軸については、『電気学会技術報告第６１４号１９９６年１２月』参照）のなす角度は４５度であり、各々の最大トルクを同時に利用することはできないため、複雑な電流位相制御を必要とするが、本実施の形態によればロータ７２のロータ磁極７２ｂに対してロータ磁極７２ａおよび７２ｃをそれぞれ単独に調整でき、複雑な電流位相制御の代りに各磁極の取付け位置を調整して、各トルクの最大値軸を揃えることができるため、トルクを効果的に取り出すことが可能である。
【００４２】
図９に示す突極形ロータ磁極７２ａおよび７２ｃを用いれば、インバータ駆動される磁石同期形電動機に必要なロータの回転位置の検出を容易に行うことができる。本実施の形態では４極で１回転４等分の位置検出となるが、更に精密な位置検出の必要な場合は、細かな突極歯を持った別の検出板を突極形ロータ磁極に付加すればよい。
【００４３】
本発明のいずれの実施の形態においても、ステータＳＴが角柱状磁極片１１ａ、４１ａによって構成されており、励磁コイル１１ｃ１、１１ｃ２、４１ｃ１、４１ｃ２および４１ｃ３を整列巻きできるため、コイル巻線の作業性が向上するとともに、コイル占積率が向上し、更に、コイルの熱放散性が改善される。又、角柱状磁極片１１ａ、４１ａは、製造のための抜き型の構造を簡単にできるため、低コストにでき、更に、材料の歩留まりが向上する。
【００４４】
尚、本発明においては、ステータＳＴの各磁極に設けられた磁気的セパレータ１１ｂ、４１ｂが磁石型ロータおよびかご型ロータに於ては、隣り合う磁極片間の磁束の短絡を防止するため、磁気効率が向上する。また、リラクタンス型ロータに対しては上述した磁気的セパレータは小歯の役目を果し、磁気誘導効果が向上するためトルク（または出力）が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による電動機のロータ回転軸に垂直な面にてカットした時の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による電動機のロータ回転軸に沿ってカットした時の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による電動機の角柱状磁極の側面断面図（ａ）、角柱状磁極の正面図（ｂ）、図３（ｂ）の側面図（ｃ）である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による電動機のロータ回転軸に垂直な面にてカットした時の断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による電動機のロータ回転軸に沿ってカットした時の断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による電動機の角柱状磁極の側面断面図（ａ）、角柱状磁極の正面図（ｂ）、図３（ｂ）の側面図（ｃ）である。
【図７】図９の７−７断面図である。
【図８】図９の８−８断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態による電動機のロータ回転軸に沿ってカットした時の断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態による電動機の各磁石の配置を示した模式的な展開図である。
【図１１】本発明による電動機の作用について説明する模式的な図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態による電動機の作用について説明する模式的な図である。
【図１３】従来技術による電動機の断面図である。
【符号の説明】
１０、４０，７０…電動機、１１、４１，７１…角柱状磁極、１１ａ１、４１ａ１、４１ａ２７１ａ１、７１ａ２…軸方向磁路、１１ａ２、１１ａ３、４１ａ３、４１ａ４、４１ａ５、７１ａ３、７１ａ４、７１ａ５…外周磁極、１２、４２、７２…ロータ、１２ａ、１２ｂ、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ…ロータ磁極、１２ａ１〜１２ａ４、１２ｂ１〜１２ｂ４…磁極ユニット、１７ａ１〜１７ａ４、１７ｂ１〜１７ｂ４、４７、７７…ユニット間磁石、７８…カット部、ＳＴ…ステータ、ＲＡ…ロータ回転軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、円周状に配置されたステータと、その半径方向内側において回転するロータを備えた電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機に関する従来技術としては、図１３に示したものがある。これは、円筒状のステータ１３１内に励磁巻線（図示せず）を収める為に、一般に半閉のスロット１３２が円周方向に多数加工されており、隣り合う、または所定の間隔で配置された２つのスロット１３２を用いて導体を巻き付けて励磁コイルを形成し、これらに３相交流を印加することによってステータ１３１の磁極（磁極歯）１３３を励磁して磁界を発生させ、この磁界によってロータ１３４の磁石１３５を吸引または反発させて駆動する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術については、多数設けられたスロット１３２のために、ステータ１３１の磁極歯１３３の断面積を十分にとることができず、磁束密度が増大し、ステータ１３１とロータ１３４の間を通る磁束（図１３に破線矢印にて示す）の数が制約を受ける。ステータ１３１とロータ１３４間に通る磁束の数は、電動機の出力（ロータ回転トルク）を左右する重要な要素であるため出力も低下する。
【０００４】
ステータ１３１とロータ１３４の間を通る磁束の数を多くするために、スロット１３２の面積を少なくして、ステータ１３１の磁極歯１３３の断面積を大きくすることはできるが、ステータ１３１とロータ１３４の間において、所詮、磁束はロータ１３４の回転軸に垂直な面内のみに通っているため、電動機の外形寸法を大きくしない限り、その数を飛躍的に多くすることはできない。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の目的は、前記した従来技術の課題を解消するもので、小型でトルク密度の大きい電動機を提供することである。本発明の第１の発明においては、回転軸方向に複数個直列に連結されたロータ磁極を含むとともに、前記複数個のロータ磁極が各々、円周上を複数の磁極ユニットに分割されたロータ、および前記ロータの複数個のロータ磁極に対して、各々その半径方向外側に所定の間隔を備えて対向するように配置された複数個の外周磁極と、前記複数個の外周磁極を前記ロータの回転軸方向に互いに連結する軸方向磁路を含んだステータ磁極を円周上に複数個配設したステータを備え、前記複数個のロータ磁極の内の１つのロータ磁極と、前記複数個のロータ磁極の内の他の１つのロータ磁極との間で、互いにロータ回転軸方向に対応する位置にある磁極ユニット同士を結合するように、前記複数個のロータ磁極の内の１つのロータ磁極から前記複数個のロータ磁極の内の他の１つのロータ磁極へ向けて、前記ステータ磁極のうちの１つを介して磁束が通るとともに、前記複数個のロータ磁極の内の他の１つのロータ磁極と、前記複数個のロータ磁極の内の１つのロータ磁極との間で、前記磁束によって結ばれた磁極ユニットのそれぞれ隣に位置し、互いにロータ回転軸方向に対応する位置にある磁極ユニット同士を結ぶように、前記複数個のロータ磁極の内の他の１つのロータ磁極から前記複数個のロータ磁極の内の１つのロータ磁極へ向けて、前記磁束が通ったステータ磁極の隣に位置するステータ磁極を介して磁束が通ることにより、閉磁路が成立することを特徴とする電動機とした。
【０００６】
この第１の発明の構成によれば、ステータとロータ間において、磁束がロータの回転軸方向およびロータの回転軸に垂直な面内に通るようになる。すなわち磁束が３次元方向に進むため、同一磁束がステータとロータ間の空隙を通過する回数が増加し、体積を変えずにトルク密度の大きい電動機とすることができる。
【０００７】
また、本発明の第２の発明においては、回転軸方向に複数個直列に連結されたロータ磁極を含むとともに、前記複数個のロータ磁極が各々、円周上を複数の磁極ユニットに分割されたロータ、および前記ロータの複数個のロータ磁極に対して、各々その半径方向外側に所定の間隔を備えて対向するように配置された複数個の外周磁極と、前記複数個の外周磁極を前記ロータの回転軸方向に互いに連結する軸方向磁路を含んだステータ磁極を円周上に複数個配設したステータを備え、更に、前記複数個のロータ磁極の内の少なくとも２個のロータ磁極の、各々の隣合った磁極ユニットの間に、ユニット間磁石を配設したことを特徴とする電動機とした。
【０００８】
この第２の発明の構成によれば、隣合った磁極ユニットの間に、ユニット間磁石を配設したため、ステータとロータ間において、磁束がロータの回転軸方向およびロータの回転軸に垂直な面内に通るため、ステータとロータ間の磁束の利用回数を増やすことができ、体積を変えずに、トルク密度の大きい電動機とすることができる。
【０００９】
また、本発明の第１の詳細な構成においては、前記ロータは回転軸方向に直列に連結される３個の前記ロータ磁極を備え、前記各々のステータ磁極は前記３個のロータ磁極に対して各々対向するように配置された３個の前記外周磁極と、前記３個の外周磁極を互いに連結する２個の前記軸方向磁路を備えたことを特徴とする第２の発明記載の電動機とした。
【００１０】
この本発明の第１の詳細な構成によれば、３個のロータ磁極を結合する、軸方向磁路によって磁束が左右に２分されるから、軸方向磁路の高さ、即ちステータの外径が小さくなり、且つ軸方向磁路の長さの増分だけ磁石量を増やすことができ、よりトルク密度の大きい電動機とすることができる。
【００１１】
また、本発明の第２の詳細な構成においては、前記ロータ磁極の内の特定のロータ磁極の前記ステータ磁極と対向する外周面に部分的にカット部を設けたことを特徴とする第２の発明記載の電動機とした。
【００１２】
この本発明の第２の詳細な構成によれば、ロータ磁極のステータと対向する外周面に部分的にカット部を設けたため、ステータとロータ間に磁石トルクあるいは誘導トルク以外に、部分的にリラクタンストルクが発生し、ロータの回転トルクを増大させることができる。
【００１３】
また、本発明の第３の詳細な構成においては、前記ステータ磁極は、角柱状磁極であることを特徴とする第２の発明記載の電動機とした。
【００１４】
この本発明の第３の詳細な構成によれば、ステータが複数の角柱状磁極によって構成されているため、励磁コイルを整列巻きでき、コイル巻線の作業性が向上するとともに、コイル占積率が向上し、コイルの熱放散性が改善される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態について図１乃至図３を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態による電動機１０の、ロータ回転軸ＲＡ（図２に示す）に垂直な面でカットした時の断面図（図２の１−１断面図）、図２はロータ回転軸ＲＡに沿ってカットした時の断面図（図１の２−２断面図）、図３（ａ）はステータＳＴを構成する本発明のステータ磁極に該当する角柱状磁極１１の側面断面図（図３（ｂ）の３−３断面図）、図３（ｂ）は角柱状磁極１１の正面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）の側面図である。
【００１６】
図３（ａ）に側面断面図を示した角柱状磁極１１は、円周上に６個集まってステータＳＴを構成しており、それぞれ軸方向磁路１１ａ１と、軸方向磁路１１ａ１によってロータ回転軸ＲＡ方向に連結された外周磁極１１ａ２および１１ａ３で構成されたＵ字形の強磁性材料から成る角柱状磁極片１１ａと、同じくＵ字形をした磁気的セパレータ１１ｂを交互に組合せて構成される。
【００１７】
角柱状磁極１１は図１に示すように、ロータ１２を取り囲んでヨーク１３上に所定の間隔で所定数（本実施の形態においては６個）配設されている（図１において１つの角柱状磁極１１のみに符号を付す）。図２にあるように、ヨーク１３の両端にはブラケット１４が固着され、ブラケット１４の中心には軸受１５を介してロータ１２の回転軸であるロータシャフト１６が回転可能に支承される。
【００１８】
また、各々の角柱状磁極１１の外周磁極１１ａ２および１１ａ３には、各々励磁コイル１１ｃ１および１１ｃ２を装着する。これらの励磁コイル１１ｃ１および１１ｃ２は、同一方向に磁束を発生するように、互に逆極性に接続されている。尚、上述したように外周磁極１１ａ２および１１ａ３に励磁コイル１１ｃ１および１１ｃ２を装着する代りに、軸方向磁路１１ａ１に励磁コイルを装着してもよい。
【００１９】
ロータ１２は、ロータ回転軸ＲＡ方向に互いに直列に連結された２個のロータ磁極１２ａおよび１２ｂにて構成され、これらは、それぞれ円周上４個の磁極ユニット１２ａ１〜１２ａ４および１２ｂ１〜１２ｂ４に分割されている。ロータ磁極１２ａおよび１２ｂは、上述した角柱状磁極１１の外周磁極１１ａ２および１１ａ３に対して半径方向内側に所定間隔隔てて対向している。各磁極ユニット１２ａ１〜１２ａ４および１２ｂ１〜１２ｂ４は、ロータシャフト１６の近傍に埋設され、ロータ回転軸方向に延在した軸方向磁石１２ａ１１〜１２ａ４１および１２ｂ１１〜１２ｂ４１を備えている。
【００２０】
更に、各磁極ユニット１２ａ１〜１２ａ４および１２ｂ１〜１２ｂ４は、軸方向磁石１２ａ１１〜１２ａ４１および１２ｂ１１〜１２ｂ４１と同極性で、径方向に延在した側端磁石１２ａ１２〜１２ａ４２、１２ａ１３〜１２ａ４３および１２ｂ１２〜１２ｂ４２、１２ｂ１３〜１２ｂ４３を備えている。ここで、隣合う磁極ユニット間では、軸方向磁石１２ａ１１〜１２ａ４１および１２ｂ１１〜１２ｂ４１、側端磁石１２ａ１２〜１２ａ４２、１２ａ１３〜１２ａ４３および１２ｂ１２〜１２ｂ４２、１２ｂ１３〜１２ｂ４３の極性は逆になるように設置している。尚、軸方向磁石１２ａ１１〜１２ａ４１および１２ｂ１１〜１２ｂ４１あるいは側端磁石１２ａ１２〜１２ａ４２、１２ａ１３〜１２ａ４３、１２ｂ１２〜１２ｂ４２および１２ｂ１３〜１２ｂ４３は必ずしも必要としない。但し、ロータ１２の構造によっては、軸方向磁石１２ａ１１とこれに対向する１２ａ３１および１２ｂ１１とこれと対向する１２ｂ３１を埋設し、他方軸方向磁石１２ａ４１とこれに対向する１２ａ３１および１２ｂ４１とこれに対する１２ｂ２１を埋設しない構成とするか、又は上記の埋設磁石と埋設しない磁石を反対にした構成とする。（図１０参照）
【００２１】
更に、各磁極ユニット１２ａ１〜１２ａ４および１２ｂ１〜１２ｂ４の隣合った２つの各磁極ユニット間には、それぞれロータ１２の回転軸ＲＡ方向に延在し、軸方向磁石１２ａ１１〜１２ａ４１、１２ｂ１１〜１２ｂ４１および側端磁石１２ａ１２〜１２ａ４２、１２ａ１３〜１２ａ４３、１２ｂ１２〜１２ｂ４２、１２ｂ１３〜１２ｂ４３と同極性のユニット間磁石１７ａ１〜１７ａ４および１７ｂ１〜１７ｂ４が設置されている（各ロータ磁極１２ａおよび１２ｂは、４個ずつのユニット間磁石１７ａ１〜１７ａ４および１７ｂ１〜１７ｂ４を備えている）。上述した各磁石の配置は、ロータ１２の模式的な展開図である図１０に示している。
【００２２】
以下に、本実施の形態による電動機１０において、発生する磁束について説明する。ロータ１２の軸方向磁石１２ａ１１〜１２ａ４１および１２ｂ１１〜１２ｂ４１の磁束（図２において２点鎖線で示す）、側端磁石１２ａ１２〜１２ａ４２および１２ｂ１３〜１２ｂ４３の磁束（図２において１点鎖線で示す）および側端磁石１２ａ１３〜１２ａ４３および１２ｂ１２〜１２ｂ４２の磁束（図２において破線で示す）は、ロータ１２のロータ磁極１２ａおよび角柱状磁極１１の外周磁極１１ａ２、更に軸方向磁路１１ａ１を通り、外周磁極１１ａ３、ロータ１２のロータ磁極１２ｂを経て、それぞれ軸方向磁石１２ｂ１１〜１２ｂ４１、側端磁石１２ｂ１３〜１２ｂ４３および１２ｂ１２〜１２ｂ４２を通って、各磁石１２ａ１１〜１２ａ４１、１２ａ１２〜１２ａ４２および１２ａ１３〜１２ａ４３の反対磁極に入って各々閉磁路を形成する。
【００２３】
従って、或る時刻ｔ１に外周磁極１１ａ２および１１ａ３とロータ１２の磁極ユニット１２ａ１および１２ｂ１が対向した時、励磁コイル１１ｃ１および１１ｃ２に外部電源から交流電圧を印加すると、これら励磁コイル１１ｃ１および１１ｃ２の電流によって発生する磁界と、上述した閉磁路を構成している直流磁束間に、吸引力または反発力が発生して、ロータ１２がステータＳＴに対して回転する。
【００２４】
その後、次の印加交流電圧の逆極性の時刻ｔ２には、外周磁極１１ａ２および１１ａ３の対向面には、ロータ１２の回転によってロータ１２の次の反対極性の磁極ユニット１２ａ２および１２ｂ２が来ているため、外周磁極１１ａ２および１１ａ３を通る直流磁束の方向が反対となる。ここで、時刻ｔ２では時刻ｔ１とは逆極性の交流電流が流されているため、励磁コイル１１ｃ１および１１ｃ２の電流によって発生する磁界と、外周磁極１１ａ２および１１ａ３を通る直流磁束間にも吸引力または反発力が働きロータは回転を続ける。
【００２５】
次に、図１１を用いて、電動機１０のユニット間磁石１７ａ１〜１７ａ４および１７ｂ１〜１７ｂ４に起因する磁束について説明する。図１１は、電動機１０のユニット間磁石１７ａ１〜１７ａ４および１７ｂ１〜１７ｂ４に起因する磁束について説明するための模式的な図であって、図において説明の便宜上、角柱状磁極１１は円周上に４個配置されているものとし、そのうち、３個のみ図示する。ユニット間磁石１７ａ１〜１７ａ４および１７ｂ１〜１７ｂ４に起因する磁束は、図２において、実線矢印で示されたもので、図１１においては破線矢印で示されている。
【００２６】
図１１において、ロータ１２のロータ磁極１２ａの２つの磁極ユニット１２ａ１と１２ａ２との間にあるユニット間磁石１７ａ１から発生した磁束φは、磁極ユニット１２ａ１から磁極ユニット１２ａ１に対向する角柱状磁極１１の外周磁極１１ａ２へと進み、軸方向磁路１１ａ１、外周磁極１１ａ３を通って、磁極ユニット１２ａ１に対してロータ回転軸ＲＡ方向に対応するロータ磁極１２ｂの磁極ユニット１２ｂ１に入り、２つの磁極ユニット１２ｂ１と１２ｂ２との間にあるユニット間磁石１７ｂ１の磁石に入る。
【００２７】
また、ロータ１２のロータ磁極１２ｂの２つの磁極ユニット１２ｂ１と１２ｂ２との間にあるユニット間磁石１７ｂ１を通過した磁束φは、（磁極ユニット１２ｂ１の隣の）磁極ユニット１２ｂ２から磁極ユニット１２ｂ２に対向する（上述した磁束φが通過したものの隣に位置した）角柱状磁極１１の外周磁極１１ａ３へと進み、軸方向磁路１１ａ１、外周磁極１１ａ２を通って、磁極ユニット１２ｂ２に対してロータ回転軸ＲＡ方向に対応するロータ磁極１２ａの（磁極ユニット１２ａ１の隣の）磁極ユニット１２ａ２に入り、２つの磁極ユニット１２ａ１と１２ａ２との間にあるユニット間磁石１７ａ１の反対磁極に入って閉磁路を形成する。
【００２８】
図を見て分かるように、本発明によれば、ロータ１２と角柱状磁極１１間には、ロータ１２の回転軸ＲＡ方向に通る磁束および回転軸ＲＡに対して垂直な面内に通る磁束が発生する。すなわち、磁束が３次元的に進むことにより、図において空隙ｇ１〜ｇ４の４箇所にて、磁束φがロータ１２と角柱状磁極１１との間を通るため、もちろん、励磁コイルの電流は増加するが、磁束が空隙を通過する回数が２倍になるから、同一磁束で電動機１０の回転トルクを、ほぼ２倍に増大できる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施の形態について図４乃至図６、および図１２を用いて説明する。図４は本発明の第２の実施の形態による電動機４０の、ロータ回転軸ＲＡ（図５に示す）に垂直な面でカットした時の断面図（図５の４−４断面図）、図５はロータ回転軸ＲＡに沿ってカットした時の断面図（図４の５−５断面図）、図６（ａ）はステータＳＴを構成する角柱状磁極４１の側面断面図（図６（ｂ）の６−６断面図）、図６（ｂ）は角柱状磁極４１の正面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）の側面図である。
【００３０】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態に対して、ロータ４２にロータ回転軸ＲＡ方向に互いに直列に連結した３個のロータ磁極４２ａ、４２ｂおよび４２ｃを設け、これらと対向するように、角柱状磁極４１に外周磁極４１ａ３、４１ａ４および４１ａ５を設置した点が異なる。第１の実施の形態に対する相違点についてのみ説明する。
【００３１】
図６（ａ）に側面断面図を示した角柱状磁極４１は、軸方向磁路４１ａ１および４１ａ２と、軸方向磁路４１ａ１および４１ａ２によってロータ回転軸ＲＡ方向に互いに直列に連結された外周磁極４１ａ３、４１ａ４および４１ａ５で構成されたＥ字形の強磁性材料から成る角柱状磁極片４１ａと、同じくＥ字形をした磁気的セパレータ４１ｂを交互に組合せて構成される。
【００３２】
また、各々の角柱状磁極４１の外周磁極４１ａ３，４１ａ４および４１ａ５には、各々励磁コイル４１ｃ１、４１ｃ２および４１ｃ３を装着する。これらの励磁コイル４１ｃ１、４１ｃ２および４１ｃ３は、同一方向に磁束を発生するように、互に逆極性に接続されている。尚、上述したように外周磁極４１ａ３，４１ａ４および４１ａ５に励磁コイル４１ｃ１、４１ｃ２および４１ｃ３を装着する代りに、軸方向磁路４１ａ１および４１ａ２に励磁コイルを装着してもよい。
【００３３】
ロータ４２は、回転軸ＲＡ方向に３個のロータ磁極４２ａ、４２ｂおよび４２ｃにて構成され、これらは、第１の実施の形態と同様に、それぞれ円周上４個の磁極ユニットに分割されている（符号なし）。ロータ４２の各磁極ユニットは、内部に埋設された軸方向磁石４２ｐと、これらと同極性の側端磁石４２ｑ１および４２ｑ２を含んでいる。更に、各磁極ユニット間には、第１の実施の形態と同様に、それぞれ軸方向磁石４２ｐおよび側端磁石４２ｑ１および４２ｑ２と同極性のユニット間磁石４７が設置されている。
【００３４】
以下に、本実施の形態による電動機４０において、発生する磁束について説明する。ロータ４２の軸方向磁石４２ｐの磁束（図５に２点鎖線で示す）および側端磁石４２ｑ１および４２ｑ２の磁束（図５に破線で示す）はロータ４２のロータ磁極４２ｂおよび角柱状磁極４１の外周磁極４１ａ４を経て、左右の外周磁極４１ａ３および４１ａ５に分流し、各々ロータ４２のロータ磁極４２ａおよび４２ｃを経て各磁石４２ｐ、４２ｑ１および４２ｑ２の反対磁極部にそれぞれ入って閉磁路を形成する。
【００３５】
次に、ユニット間磁石４７に起因する磁束（図１２に破線で示す）について、図５および図１２を用いて説明する。第１の実施の形態と同様に、軸方向磁石４２ｐおよび側端磁石４２ｑ１および４２ｑ２と同極の磁束（図５に実線で示す）がロータ４２のロータ磁極４２ｂおよび角柱状磁極４１の外周磁極４１ａ４を経て、各々左右の軸方向磁路４１ａ１および４１ａ２に分流し、それぞれ角柱状磁極４１の外周磁極４１ａ３および４１ａ５を経てロータ４２のロータ磁極４２ａおよび４２ｃに達し、ロータ磁極４２ａおよび４２ｃのそれぞれ反対極性のユニット間磁石４７に入る。
【００３６】
ユニット間磁石４７を通った磁束は、上述した磁束が通ったものと隣接する外周磁極４１ａ３、４１ａ５、および軸方向磁路４１ａ１、４１ａ２更に外周磁極４１ａ４を経て、ロータ磁極４２ｂの磁極ユニットに隣接するユニット間磁石４７の反対磁極に入って閉磁路を形成する。
【００３７】
第２の実施の形態によれば、ロータ４２に３個のロータ磁極４２ａ、４２ｂおよび４２ｃを設け、これらと所定の間隔を備えて対向するように、角柱状磁極４１に外周磁極４１ａ３、４１ａ４および４１ａ５を設置したため、第１の実施の形態に比べて、３個のロータ磁極を結合する軸方向磁路によって磁束が２分されるから、軸方向磁路の高さ、即ちステータの外径が小さくなり、且つ軸方向磁路の長さの増分だけ磁石量を増やすことができ、より出力の大きい電動機とすることができる。
【００３８】
次に、本発明による第３の実施の形態について図７乃至図９を用いて説明する。本実施の形態は第２の実施の形態とほぼ同じであるので、異なる構成についてのみ説明する。図７および図８は本発明の第３の実施の形態による電動機７０の、ロータ回転軸ＲＡ（図９に示す）に垂直な面でカットした時の断面図（それぞれ図９の７−７断面図、８−８断面図）、図９はロータ回転軸ＲＡに沿ってカットした時の断面図である。図９は電動機７０の上半分のみを表すが、これは図５とほぼ同じ構成である。図８および図９に関する構成と作用は第２の実施の形態と同じであるため説明を省略する。
【００３９】
図７は本実施の形態である突極形リラクタンスロータのロータ磁極７２ａおよび７２ｃの特徴を端的に表したものであり、第２の実施の形態に於けるロータ４２の円柱形状をしたロータ磁極４２ａおよび４２ｃを突極構造の磁極に変形している。すなわち、ロータ磁極７２ａ、７２ｂおよび７２ｃの内、本発明の特定のロータ磁極に該当するロータ磁極７２ａおよび７２ｃの角柱状磁極７１との対向する外周面に部分的にカット部７８を設けている（図９においてロータ磁極７２ａおよび７２ｃ上に設けたものを破線にて示し、図７においてロ−タ磁極７２ｃ上に設けたもの４個のみを示す）。
【００４０】
これにより、図９に示すロータ磁極７２ａおよび７２ｃでは角柱状磁極７１の外周磁極７１ａ３および７１ａ５との間ではリラクタンストルクを発生し、外周磁極７１ａ４とロータ磁極７２ｂとの間では磁石トルクを発生するため、ロータ７２全体では両トルクの総和となりトルクを増大させることができる。リラクタンス型ロータでは、ロータ歯の溝（ここではカット部７８）を深くすれば、インダクタンス変化が大きくなるため、更にリラクタンストルクを増大できる。尚、複数のロータ磁極７２ａ、７２ｂおよび７２ｃを、磁石型ロータとリラクタンス型ロータの組合せにするばかりではなく、リラクタンスロータとかご型ロータの組合せにしても同様の効果が得られる。
【００４１】
また、４極のロータの場合、一般にリラクタンストルクと磁石トルクを発生させるためのｄ軸（直軸：ロータ７２の永久磁石の磁束の通る方向）とｑ軸（横軸：ｄ軸より９０°回転した外部電源による磁束の方向）（ｄ軸およびｑ軸については、『電気学会技術報告第６１４号１９９６年１２月』参照）のなす角度は４５度であり、各々の最大トルクを同時に利用することはできないため、複雑な電流位相制御を必要とするが、本実施の形態によればロータ７２のロータ磁極７２ｂに対してロータ磁極７２ａおよび７２ｃをそれぞれ単独に調整でき、複雑な電流位相制御の代りに各磁極の取付け位置を調整して、各トルクの最大値軸を揃えることができるため、トルクを効果的に取り出すことが可能である。
【００４２】
図９に示す突極形ロータ磁極７２ａおよび７２ｃを用いれば、インバータ駆動される磁石同期形電動機に必要なロータの回転位置の検出を容易に行うことができる。本実施の形態では４極で１回転４等分の位置検出となるが、更に精密な位置検出の必要な場合は、細かな突極歯を持った別の検出板を突極形ロータ磁極に付加すればよい。
【００４３】
本発明のいずれの実施の形態においても、ステータＳＴが角柱状磁極片１１ａ、４１ａによって構成されており、励磁コイル１１ｃ１、１１ｃ２、４１ｃ１、４１ｃ２および４１ｃ３を整列巻きできるため、コイル巻線の作業性が向上するとともに、コイル占積率が向上し、更に、コイルの熱放散性が改善される。又、角柱状磁極片１１ａ、４１ａは、製造のための抜き型の構造を簡単にできるため、低コストにでき、更に、材料の歩留まりが向上する。
【００４４】
尚、本発明においては、ステータＳＴの各磁極に設けられた磁気的セパレータ１１ｂ、４１ｂが磁石型ロータおよびかご型ロータに於ては、隣り合う磁極片間の磁束の短絡を防止するため、磁気効率が向上する。また、リラクタンス型ロータに対しては上述した磁気的セパレータは小歯の役目を果し、磁気誘導効果が向上するためトルク（または出力）が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による電動機のロータ回転軸に垂直な面にてカットした時の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による電動機のロータ回転軸に沿ってカットした時の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による電動機の角柱状磁極の側面断面図（ａ）、角柱状磁極の正面図（ｂ）、図３（ｂ）の側面図（ｃ）である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による電動機のロータ回転軸に垂直な面にてカットした時の断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による電動機のロータ回転軸に沿ってカットした時の断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による電動機の角柱状磁極の側面断面図（ａ）、角柱状磁極の正面図（ｂ）、図３（ｂ）の側面図（ｃ）である。
【図７】図９の７−７断面図である。
【図８】図９の８−８断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態による電動機のロータ回転軸に沿ってカットした時の断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態による電動機の各磁石の配置を示した模式的な展開図である。
【図１１】本発明による電動機の作用について説明する模式的な図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態による電動機の作用について説明する模式的な図である。
【図１３】従来技術による電動機の断面図である。
【符号の説明】
１０、４０，７０…電動機、１１、４１，７１…角柱状磁極、１１ａ１、４１ａ１、４１ａ２７１ａ１、７１ａ２…軸方向磁路、１１ａ２、１１ａ３、４１ａ３、４１ａ４、４１ａ５、７１ａ３、７１ａ４、７１ａ５…外周磁極、１２、４２、７２…ロータ、１２ａ、１２ｂ、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ…ロータ磁極、１２ａ１〜１２ａ４、１２ｂ１〜１２ｂ４…磁極ユニット、１７ａ１〜１７ａ４、１７ｂ１〜１７ｂ４、４７、７７…ユニット間磁石、７８…カット部、ＳＴ…ステータ、ＲＡ…ロータ回転軸
Claims (5)
- 回転軸方向に複数個直列に連結されたロータ磁極を含むとともに、前記複数個のロータ磁極が各々、円周上を複数の磁極ユニットに分割されたロータ、および前記ロータの複数個のロータ磁極に対して、各々その半径方向外側に所定の間隔を備えて対向するように配置された複数個の外周磁極と、前記複数個の外周磁極を前記ロータの回転軸方向に互いに連結する軸方向磁路を含んだステータ磁極を円周上に複数個配設したステータを備え、
前記複数個のロータ磁極の内の１つのロータ磁極と、前記複数個のロータ磁極の内の他の１つのロータ磁極との間で、互いにロータ回転軸方向に対応する位置にある磁極ユニット同士を結合するように、前記複数個のロータ磁極の内の１つのロータ磁極から前記複数個のロータ磁極の内の他の１つのロータ磁極へ向けて、前記ステータ磁極のうちの１つを介して磁束が通るとともに、前記複数個のロータ磁極の内の他の１つのロータ磁極と、前記複数個のロータ磁極の内の１つのロータ磁極との間で、前記磁束によって結ばれた磁極ユニットのそれぞれ隣に位置し、互いにロータ回転軸方向に対応する位置にある磁極ユニット同士を結ぶように、前記複数個のロータ磁極の内の他の１つのロータ磁極から前記複数個のロータ磁極の内の１つのロータ磁極へ向けて、前記磁束が通ったステータ磁極のとなりに位置するステータ磁極を介して磁束が通ることにより、閉磁路が成立することを特徴とする電動機。 - 回転軸方向に複数個直列に連結されたロータ磁極を含むとともに、前記複数個のロータ磁極が各々、円周上を複数の磁極ユニットに分割されたロータ、および前記ロータの複数個のロータ磁極に対して、各々その半径方向外側に所定の間隔を備えて対向するように配置された複数個の外周磁極と、前記複数個の外周磁極を前記ロータの回転軸方向に互いに連結する軸方向磁路を含んだステータ磁極を円周上に複数個配設したステータを備え、
更に、前記複数個のロータ磁極の内の少なくとも２個のロータ磁極の、各々の隣合った磁極ユニットの間に、ユニット間磁石を配設したことを特徴とする電動機。 - 前記ロータは回転軸方向に直列に連結される３個の前記ロータ磁極を備え、前記各々のステータ磁極は前記３個のロータ磁極に対して各々対向するように配置された３個の前記外周磁極と、前記３個の外周磁極を互いに連結する２個の前記軸方向磁路を備えたことを特徴とする請求項２記載の電動機。
- 前記ロータ磁極の内の特定のロータ磁極の前記ステータ磁極と対向する外周面に、部分的にカット部を設けたことを特徴とする請求項２記載の電動機。
- 前記ステータ磁極は、角柱状磁極であることを特徴とする請求項２記載の電動機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002224848A JP2004072822A (ja) | 2002-08-01 | 2002-08-01 | 電動機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002224848A JP2004072822A (ja) | 2002-08-01 | 2002-08-01 | 電動機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004072822A true JP2004072822A (ja) | 2004-03-04 |
Family
ID=32012698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002224848A Pending JP2004072822A (ja) | 2002-08-01 | 2002-08-01 | 電動機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004072822A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006262547A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Seiko Precision Inc | 電磁アクチュエータおよびこれを備えた駆動装置 |
| JP2007135327A (ja) * | 2005-11-11 | 2007-05-31 | Daihatsu Motor Co Ltd | 自動車用駆動モータ及びモータ駆動制御方法 |
| JP2007259624A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Nissan Motor Co Ltd | 回転電機 |
| JP2010537376A (ja) * | 2007-08-23 | 2010-12-02 | ゼナジー・パワー・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | 金属製ビレットの誘導加熱方法及びその装置 |
| US20110204741A1 (en) * | 2004-05-18 | 2011-08-25 | Ut-Battelle, Llc | Brushless machine having ferromagnetic side plates and side magnets |
| JP2012182944A (ja) * | 2011-03-02 | 2012-09-20 | Toyota Industries Corp | 回転電機 |
| JP7042536B1 (ja) | 2021-06-25 | 2022-03-28 | 株式会社アプライド・エナジー・ラボラトリー | 回転電機 |
-
2002
- 2002-08-01 JP JP2002224848A patent/JP2004072822A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110204741A1 (en) * | 2004-05-18 | 2011-08-25 | Ut-Battelle, Llc | Brushless machine having ferromagnetic side plates and side magnets |
| US8294321B2 (en) * | 2004-05-18 | 2012-10-23 | Ut-Battelle, Llc | Brushless machine having ferromagnetic side plates and side magnets |
| JP2006262547A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Seiko Precision Inc | 電磁アクチュエータおよびこれを備えた駆動装置 |
| JP4541939B2 (ja) * | 2005-03-15 | 2010-09-08 | セイコープレシジョン株式会社 | 電磁アクチュエータおよびこれを備えた駆動装置 |
| JP2007135327A (ja) * | 2005-11-11 | 2007-05-31 | Daihatsu Motor Co Ltd | 自動車用駆動モータ及びモータ駆動制御方法 |
| JP2007259624A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Nissan Motor Co Ltd | 回転電機 |
| JP2010537376A (ja) * | 2007-08-23 | 2010-12-02 | ゼナジー・パワー・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | 金属製ビレットの誘導加熱方法及びその装置 |
| JP2012182944A (ja) * | 2011-03-02 | 2012-09-20 | Toyota Industries Corp | 回転電機 |
| JP7042536B1 (ja) | 2021-06-25 | 2022-03-28 | 株式会社アプライド・エナジー・ラボラトリー | 回転電機 |
| JP2023003914A (ja) * | 2021-06-25 | 2023-01-17 | 株式会社アプライド・エナジー・ラボラトリー | 回転電機 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4926107B2 (ja) | 回転電機 | |
| JP4158024B2 (ja) | 誘導電動機 | |
| JP2006050745A (ja) | アキシャルギャップ回転電機 | |
| JP5159228B2 (ja) | 磁気誘導子形同期回転機およびそれを用いた自動車用過給機 | |
| EP1102385A2 (en) | Rotary electric machine for vehicle | |
| JP2011516017A (ja) | 一体化された回転子ポールピース | |
| JP6048191B2 (ja) | マルチギャップ型回転電機 | |
| US6975057B2 (en) | Rotary electric machine having a stator made up of sectors assembled together | |
| JP6025998B2 (ja) | 磁気誘導子型電動機 | |
| CN110504811A (zh) | 一种错位双转子磁通切换型永磁电机及发电设备 | |
| JP2004215442A (ja) | 永久磁石埋め込み同期モータ | |
| JP2004072822A (ja) | 電動機 | |
| JP2003333813A (ja) | シンクロナスリラクタンスモータのロータ | |
| JP2018198534A (ja) | 回転電機 | |
| JP6546042B2 (ja) | 同期リラクタンスモータ | |
| JP2015154555A (ja) | モータ | |
| JP2010252423A (ja) | 磁気誘導子型回転機 | |
| GB2312332A (en) | Magnetic circuit structure for an electric machine | |
| EP4299951A1 (en) | Magnetic geared rotary machine, power generation system, and magnetic pole piece rotor | |
| JP2010259289A (ja) | 磁気誘導子型回転機 | |
| JP2012070506A (ja) | 回転電機 | |
| JP2001298922A (ja) | バーニアモータ | |
| JP6631763B1 (ja) | 回転電機 | |
| CN114785012A (zh) | 轴向磁通电机靴部优化 | |
| JP2002374642A (ja) | ブラシレスモータ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041213 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20041213 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20041214 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071211 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080408 |