JP2004096808A

JP2004096808A - シンクロナスリラクタンスモータ

Info

Publication number: JP2004096808A
Application number: JP2002250681A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Iwasaki; 岩崎　新一郎; Akiyoshi Okawa; 大川　明美
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: JP3991819B2

Abstract

【課題】ステータ巻線方式として集中巻方式を採用して、
起磁力に実効値の低下を防ぐと共に、ロータ回転時のトルクリップルを低減する。
【解決手段】ステータ側からみたロータの磁気抵抗が前記ロータの回転方向位置により異なるシンクロナスリラクタンスモータにおいて、前記ステータは、複数の歯を有しており、その歯間のスロット部に一相分の巻線のみが巻回する多相交流巻線を有し、前記ロータは、互いの間に時局を形成する複数の磁路組を備え、該磁路組は、複数の細い分割磁路からなり、各磁路組内の分割磁路の位置がロータ円周方向に対して不等間隔となるように配置されているようにした。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステータ側からみたロータの磁気抵抗が前記ロータの回転方向位置により異なるシンクロナスリラクタンスモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
シンクロナスモータは、ステータ側からみたロータの磁気抵抗がロータ回転方向位置により異なることを利用してトルクを得るモータシステムである。このシステムは、文献「図解　誘導電動機」（著者：坪島茂彦、発行：東京電機大学出版局、発行日：１９７９年１１月３０日第１版１刷）の６３〜６８ページに示される。図８に、一般的な分布巻全節巻の起磁力分布を示す。この図は３相巻線であり、一相あたり２コイルの場合を示している。この図に示すように、起磁力分布は階段状の分布として表現できる。一般的に、この起磁力とロータの磁気抵抗の変化の作用でトルクが発生するため、この階段状がより滑らかな方がトルクリップルの少ないモータとなる。そこで、一般的には、一相あたりのコイルを増加したり、短節巻と呼ばれる方法を用いることにより、より滑らかな起磁力分布を実現している。
【０００３】
しかしながら、これらの方式をとることにより、起磁力の実効値はやや減少することになる。
【０００４】
一方、起磁力の実効値の低下を防ぐ巻線方式として、集中巻と呼ばれる方式があるが、この方式では、起磁力分布は分布巻時に比べ、階段が荒くトルクリップルの拡大が懸念される。
【０００５】
ロータ側のトルクリップル低減の方法としては、ロータにスキューを加えることもあるが、これも実質的にトルク低下につながる。
【０００６】
また、特開平１０−１４１８５号公報に開示されるように、ロータのピッチを不平等にするのもひとつの手段ではあるが、これも、等幅時に比べるとトルク実効値の低下は避けられない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては、ロータ回転時に磁気抵抗の差があることを利用して回転力を発生する同期電動機において、ステータ巻線方式として集中巻方式を採用して、起磁力に実効値の低下を防ぐと共に、ロータ回転時のトルクリップルを低減することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載したように、ステータ側からみたロータの磁気抵抗が前記ロータの回転方向位置により異なるシンクロナスリラクタンスモータにおいて、前記ステータは、複数の歯を有しており、その歯間のスロット部に一相分の巻線のみが巻回する多相交流巻線を有し、前記ロータは、互いの間に時局を形成する複数の磁路組を備え、該磁路組は、複数の細い分割磁路からなり、各磁路組内の分割磁路の位置がロータ円周方向に対して不等間隔となるように配置されているようにした。
【０００９】
これによれば、ロータの回転位置により、分割磁路とステータの歯が対向する部分が多い場合と少ない場合があることをロータ全体で解消し、ロータ磁極とステータ間での磁気抵抗の変動を抑え、ロータ回転時のトルクリップルを低減できる。
【００１０】
また、請求項２に記載したように、請求項１において、各磁路組は等間隔で配置されているようにした。
【００１１】
また、請求項３に記載したように、請求項１において、各分割磁路の中心位置は、等間隔で配置されているようにした。
【００１２】
また、請求項４に記載したように、請求項１において、ひとつの磁路組の生成する複数の分割磁路は、その磁路組内の中心部と最外部で幅が狭く、中央部で幅が広いようにした。
【００１３】
また、請求項５に記載したように、請求項１において、ひとつの磁路組の生成する複数の分割磁路は、その中心部に対し外側に偏重して配置することを特徴とするようにした。
【００１４】
また、請求項６に記載したように、請求項１において、各分割磁路は、ロータ内部で幅の狭い保持により接続されるようにした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態に係るシンクロナスリラクタンスモータの断面図を示すものであり、併せてコイル接続方法も示している。ここで示したモータは３相８極、２４スロット構造である。図２は巻線の回路図である。図３はロータの断面図であり、図４はこのロータの部分拡大図である。
【００１６】
ステータ１は２４個の歯部２ａ，２ｂ・・・を有し、各ステータ歯間には２４個のスロット３ａ，３ｂ・・・を備え、このスロットに一相分の巻線４ａ，４ｂ・・・を備える。各巻線は、一相でみると２つおきのスロットに逆方向に挿入され、その１組で１コイルを形成している。全体で１２個のコイルＡ１，Ｂ１，Ｃ１，Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ａ３，Ｂ３，Ｃ３，Ａ４，Ｂ４，Ｃ４を備え、図２に示すように、コイルＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と、コイルＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４、及びコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を、それぞれ直列につないでＡ相，Ｂ相，Ｃ相の３相の構造を形成している。
【００１７】
この構造では、一般の分布巻方式に比べ、隣り合う巻線との重なりは少なく、モータ体格を小型化できるメリットがある。また、各スロットに一相分の巻線しか挿入されないため、絶縁の簡易さも兼ね備えている。
【００１８】
ロータ５は、磁性鋼板６及び磁性鋼板６の一部を切り欠いた部分の空隙である分割スリット７ａ，７ｂ，・・・からなる。この分割スロット７により、ロータ５の磁気抵抗分布の高低差を生じさせてロータ磁極を形成し、ステータによる回転磁界に同期して回転する。
【００１９】
ロータ５の磁性鋼板６は磁気的絶縁のための帯状非磁性体部である分割スリット７によって分割された帯状の分割磁路８ａ，８ｂ・・・を有し、これらの分割磁路８の組９（磁路組）が、ロータ５の回転中心から放射方向に８極配置された構造になっている。
【００２０】
また、これらの分割磁路８は、モータの磁気的特性を損なわず、かつ、ロータの機械的強度を確保するために小さなブリッジ構造１０ａ，１０ｂ，・・・により、隣り合う分割磁路を結合している。
【００２１】
１つの磁路組９を生成する複数の分割磁路８の幅は、それぞれ、その磁路組９内の中心部と最外部で狭く、中央部の幅が広くなっている。すなわち、図４において、最外周の分割磁路８ａおよび中心側の分割磁路８ｄの幅は、中央部の分割磁路８ｂ、８ｃに対して狭くなっている。また、これらは磁路組９に対しより外側に偏重するように配置されている。ただし、各分割磁路８の中心位置は、磁路組９の中心と同一であり、各磁路組９は等間隔でロータ５内に配置されている。
【００２２】
この構造により、１磁路組９が、対向する３つのステータ歯２に対し、徐々に対向していき、トルクリップルの少ない構造となる。
【００２３】
この時、ステータ巻線は前述のように集中巻線構造をとっているため、これらのコイルにより励起される起磁力分布は、図５に示すように、大きな階段状となっており、電気角で６０度（１／３π）毎の階段状になる。即ち、正弦波波形と比較すると、６０度毎に起磁力の過不足が繰り返されることになる。
【００２４】
この時、従来技術のように、ロータ５の磁気組６が等幅の分割磁路を有し、その磁気抵抗変化が一定に近いような状態で推移すれば、トルク波形は、図６に示すように、起磁力分布の過不足により、（２ｎ＋１）／３π（ｎ：整数）の直前でトルクが不足し、（２ｎ＋１）／３πの直後でトルクが過大になる。また、逆に、（２ｎ）／３πの直前でトルクが過大になり、（２ｎ）／３πの直後でトルクが不足する。よって、トルクの過不足、すなわち、トルクリップルが発生してしまう。
【００２５】
しかしながら、上記実施態様の構成であれば、（２ｎ＋１）／３π、（２ｎ）／３π度付近の磁気抵抗変化を、起磁力分布の過不足を補うように配置されている。
【００２６】
また、分割磁路８を連結するブリッジ部９の影響により、分割磁路８とステータ歯部２の間隔が、ブリッジ部９（本実施態様では１ｍｍ程度）開いていても、ブリッジ部９を経由し磁束が流れることを考慮に入れた上で、（２ｎ＋１）／３πよりもやや内側に分割磁路部８ｂを設けている。
【００２７】
更に、最内側の独立磁路８ａは、分割磁路８ｂと中心との中間付近に配置し、滑らかなトルク出力となるようにしている。
【００２８】
更に、複数ある分割磁路の太さ具合は、等幅ではなく極力正弦波分布に近くなるよう、各磁路組内の中心部と最外部で幅が狭く、中央部が広くなるよう，構成している。本実施態様に示す４本の分割磁路の場合には、中心側から順に、１：１．６：１．６：１とするとよい。
【００２９】
以上のように構成した本実施態様によれば、図７に示すようにトルク波形の変動が小さくなっており、トルクリップルが小さくなる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、ロータ磁極とステータ間での磁気抵抗の変動を滑らかにし、ロータ回転時のトルクリップルを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るシンクロナスリラクタンスモータの断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る巻線の回路図である。
【図３】本発明の実施形態に係るロータの断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るロータの部分拡大図である。
【図５】コイル電流により起磁力の分布を示す波形図である。
【図６】従来技術のトルク波形図である。
【図７】本発明の一実施例を示すトルク波形図である。
【図８】従来技術の起磁力分布を示す波形図である。
【符号の説明】
１　ステータ
２　ステータ歯
２ａ，２ｂ・・・　歯部
３ａ，３ｂ・・・　スロット
４ａ，４ｂ・・・　巻線
５　ロータ
６　磁性鋼板
７，７ａ，７ｂ，・・・　分割スリット
８　分割磁路
８ａ　最外周の分割磁路
８ｂ、８ｃ　中央部の分割磁路
８ｄ　中心側の分割磁路
９　磁路組
１０ａ，１０ｂ，・・・　ブリッジ構造
Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ａ３，Ｂ３，Ｃ３，Ａ４，Ｂ４，Ｃ４　コイル

Claims

ステータ側からみたロータの磁気抵抗が前記ロータの回転方向位置により異なるシンクロナスリラクタンスモータにおいて、
前記ステータは、複数の歯を有しており、その歯間のスロット部に一相分の巻線のみが巻回する多相交流巻線を有し、
前記ロータは、互いの間に時局を形成する複数の磁路組を備え、該磁路組は、複数の細い分割磁路からなり、各磁路組内の分割磁路の位置がロータ円周方向に対して不等間隔となるように配置されていることを特徴とするシンクロナスリラクタンスモータ。
請求項１において、各磁路組は等間隔で配置されていることを特徴とするシンクロナスリラクタンスモータ。
請求項１において、各分割磁路の中心位置は、等間隔で配置されていることを特徴とするシンクロナスリラクタンスモータ。
請求項１において、ひとつの磁路組の生成する複数の分割磁路は、その磁路組内の中心部と最外部で幅が狭く、中央部で幅が広いことを特徴とするシンクロナスリラクタンスモータ。
請求項１において、ひとつの磁路組の生成する複数の分割磁路は、その中心部に対し外側に偏重して配置することを特徴とするシンクロナスリラクタンスモータ。
請求項１において、各分割磁路は、ロータ内部で幅の狭い保持により接続されることを特徴とするシンクロナスリラクタンスモータ。