JP2011182495A

JP2011182495A - モータ

Info

Publication number: JP2011182495A
Application number: JP2010041809A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Michioka; 力道岡
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-15

Abstract

【課題】スイッチドリラクタンス型のモータにおいて、従来にない全く新しいステータ励磁構造により、小型、軽量でトルクの低下がなく、電力用スイッチング素子数が少ない簡単な構成の駆動装置により駆動できるようにする。
【解決手段】ステータ２ａに、２相の励磁コイル７ａ、７ｂのいずれか一方により磁極面が励磁される第１の磁極４と、２相の励磁コイル７ａ、７ｂにより磁極面が異なる極性に励磁される第２の磁極５と、２相の励磁コイル７ａ、７ｂにより磁極面が同じ極性に励磁される第３の磁極６との３種類の磁極を、周方向に順に配置し、２相の励磁コイル７ａ、７ｂの電流を個別にステップ変化して３相駆動と同様の励磁構造でモータ１ａを駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチドリラクタンス型のモータに関し、詳しくは、従来にない全く新しいステータ励磁構造に関する。

従来、スイッチドリラクタンス型のモータは、ロータに巻き線がなく構造が簡単で製造し易い等の利点があるため、電気自動車の駆動モータ等として注目されつつある。

このスイッチドリラクタンス型のモータは、例えばＡ、Ｂ、Ｃの３相駆動の場合、アキシャルギャップ、ラジアルギャップのいずれの構成であっても、基本的に、ステータの周方向の各磁極（ステータ磁極）が順にＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ａ相、…に切替えて励磁され、ロータがステータの励磁された磁極に磁気的に吸引されることをくり返して動作するが、この場合、３相コイルを用いた一般的な３相駆動であれば、相毎に独立した電源（例えばブリッジインバータ）が必要になり、駆動装置（電源装置）が複雑になる等の問題がある。

そこで、３相駆動に代えて２相駆動を採用し、ロータの磁極を非対称のリラクタンス（磁気抵抗）として、回転一方向に優先的にトルクを発生させてモータを回転するようにしたスイッチドリラクタンス型の２相モータ（ニ相ＳＲＭモータ）が提案されている（例えば、特許文献１（段落［０００４］、［００４４］−［００４７］、図４等）参照）。

図９は特許文献１に記載のラジアルギャップ構造のＴＰＳＲＭ（ニ相ＳＲＭモータ）４００を示し、ＴＰＳＲＭ４００は、４つの突起した固定子極（ステータ磁極）４０２を有する固定子（ステータ）４０１と、６つの突起した回転子極（ロータ磁極）４０４を有する回転子（ロータ）４０３とを有し、２相駆動される構造である。そして、回転子極４０４は回転子極スロット４０５を有し、この回転子極スロット４０５が、それぞれの回転子極４０４の半径方向中心軸４０７からオフセットする（ずれる）ことで、固定子４０１と回転子４０３との間を流れる磁束に好適な経路を与える。一方の側に不均等な回転子極スロットの軸を作ることで、エアギャップリラクタンスが増加するので、その側の磁束の流れが低減する。その結果、オフセットされた回転子極スロット４０５は、優先的な起動方向を回転子４０３に与え、特定の方向に対するトルクを高めてＴＰＳＲＭ４００を回転する。

なお、Ｕ、Ｖ、Ｗ（前記Ａ、Ｂ、Ｃに対応）の３相で駆動されるクローポール型のモータにおいては、ステータのＵ、Ｗの２相のコイルを、互いに重ならないようにジグザグ状に配置して形成し、２相駆動に構成することが提案されている（例えば、特許文献２（段落［００３７］−［００６８］、図１等）参照）。

図１０は前記クローポール型のモータに用いられる特許文献２に記載のステータ５００を示し、ステータ５００は、Ｕ相ステータリング５１１と、Ｖ相ステータリング５１２と、Ｗ相ステータリング５１３と、Ｕ相およびＷ相からなる２相のＵ相環状巻線５１４およびＷ相環状巻線５１５とを備える。Ｕ相ステータリング５１１はＵ相ティース５２２を有し、Ｖ相ステータリング５１２はＶ相ティース５２４を有し、Ｗ相ステータリング５１３はＷ相ティース５２６を有する。

そして、各ステータリング５１１、５１２、５１３は、各ヨークが軸線方向Ｐに沿って積み重ねられるようにして接続され、各ティース５２２、５２４、５２６は、例えば、Ｕ相ティース５２２、Ｖ相ティース５２４、Ｗ相ティース５２６、Ｖ相ティース５２４、…の順に周方向に沿って配列され、ティース５２２、５２４間にはＵ相環状巻線５１４のスロットが形成され、ティース５２４、５２６間にはＷ相環状巻線５１５のスロットが形成される。環状巻線５１４、５１５は軸線周りの周面内でクランク状（ジグザグ状）に蛇行しつつ周回するように設定されたＵ相蛇行部５３１およびＷ相蛇行部５３２を備える。これにより、周方向で隣り合う各ティース５２２、５２４または５２４、５２６間を縫うようにして２相の環状巻線５１４、５１５が配置される。

そして、２相の環状巻線５１４、５１５がＶ字状に結線されて互いに１２０°の位相差の正弦波で通電されることにより、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相の巻線がＹ字状に結線されて互いに１２０°の位相差の正弦波で通電される３相のステータと同等の回転磁界を発生し、これによってロータが回転してモータが駆動される。

特表２００５−５２８０７６号公報特開２００６−２８０１８８号公報

図９に示した特許文献１のモータ５００の場合、２相駆動での非対称のリラクタンス構造とすることは、本来磁束が通るべき磁極の一部分を通りにくくするものなので、回転方向に優先性をつける代償としてトルクが低下する問題がある。具体的には、回転子極（ロータ磁極）４０４は１８０°向きが異なる（対向する）磁極どうしが対の１組であり、各１組の片側の回転子極４０４はスロットなし（ずれた）部分が固定子極（ステータ磁極）４０２に対向し、もう片側の回転子極４０４はスロットあり部分が固定子極（ステータ磁極）４０２に対向することになるので、例えば、固定子極（ステータ磁極）を３相として回転子極（ロータ磁極）を全てスロットなしとする一般的なスイッチドリラクタンス駆動方式のモータより磁束量が小さくなってトルクが低下する。

また、図１０に示した特許文献２のステータ５００を備えたモータの場合、例えばＵ、Ｗの２相の正弦波駆動方式で駆動される構成であるため、常にＵ相環状巻線５１４、Ｗ相環状巻線５１５のいずれもが通電された状態になり、パルス駆動方式であるスイッチドリラクタンス駆動方式のモータに比べると、銅損が大きくなってモータの効率が低下する問題がある。また、電源としてのインバータ装置から当該モータに正弦波電流を給電して駆動する際、正負の両極性の電流を給電可能なＨブリッジ（例えば４個の電力用スイッチング素子のフルブリッジ）構成のインバータ出力部を２相分用意する必要があり、単極性のパルス電流を給電すればよいスイッチドリラクタンス駆動方式のモータを駆動する場合よりインバータ装置の電力用スイッチング素子数が多くなり、駆動装置が複雑になる問題がある。

本発明は、スイッチドリラクタンス型のモータにおいて、従来にない全く新しいステータ励磁構造により、小型、軽量でトルクの低下がなく、電力用スイッチング素子数が少ない簡単な構成の駆動装置により駆動できるようにすることを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明のモータは、スイッチドリラクタンス型のモータであって、ステータに、２相の励磁コイルのいずれか一方により磁極面が励磁される第１の磁極と、前記２相の励磁コイルにより磁極面が異なる極性に励磁される第２の磁極と、前記２相の励磁コイルにより磁極面が同じ極性に励磁される第３の磁極とが、周方向に順に配置され、前記２相の励磁コイルの電流は個別にステップ変化することを特徴としている（請求項１）。

また、本発明のモータの前記第３の磁極は、前記２相の励磁コイルそれぞれが集中巻きされる径方向の２個の磁極部分を有し、前記第３の磁極の磁極面は、磁極部分が１個である前記第１、第２の磁極の磁極面より広いことを特徴としている（請求項２）。

また、本発明のモータは、スイッチドリラクタンス型のモータであって、ステータは表裏に磁極面を有する両面磁極構造であり、前記ステータの表裏両面の磁極は、２相の励磁コイルのいずれか一方を前記ステータの表裏両面の励磁に共用して前記ステータの表裏両面に径方向に形成される第１の磁極対と、前記２相の励磁コイルを前記ステータの表裏両面の異なる向きの励磁に共用して前記ステータの表裏両面に径方向に形成される第２の磁極対と、前記２相の励磁コイルにより同じ向きに励磁して前記ステータの表裏で異なる極性に形成される第３の磁極対とが、周方向に順に配置されて形成され、前記２相の励磁コイルの電流は個別にステップ変化することを特徴としている（請求項３）。

請求項１に係る本発明のモータの場合、２相の励磁コイルの通電状態を、個別のステップ変化で、周期的に、例えば「１（定格）」、「１／２」、「０」の状態に変えることにより、第１〜第３の磁磁は磁極面の励磁の強さが個々にステップ変化する。そして、第１〜第３の磁極をステータに周方向に順に配置し、２相の励磁コイルの通電状態電流のステップ変化の組み合わせを適当に設定することにより、ステータの周方向の各磁極が回転するように順に大きな励磁状態になり、ステータのこの励磁状態の変化によってロータの周方向の各磁極が磁気的に吸引されてモータが３相駆動と同じように十分なトルクで回転する。

したがって、スイッチドリラクタンス型のモータにおいて、２相の励磁コイルの配置や駆動を組み合わせて２相駆動する従来にない全く新しいステータ励磁構造により、３相の励磁コイルを設けて３相駆動する場合と同等のトルクを発生でき、しかも、電力用スイッチング素子数が３相駆動の場合より少ない簡単な構成の駆動装置により駆動される新規なモータを提供することができる。

請求項２に係る本発明のモータの場合、第３の磁極は、２相の励磁コイルが磁極に径方向に並べて巻かれるので第３の磁極の磁極面積は第１、第２の磁極の磁極面より広く、そのため、ステータの磁極によって励磁の強さに変動が生じることはなく、モータのトルク脈動を防止できる。

請求項３に係る本発明のモータの場合、表裏に磁極を有する両面磁極構造のステータは、２相の励磁コイルを表裏の磁極の励磁に兼用して表裏両面の磁極面を形成する第１〜第３の磁極対が形成され、これら３種類の磁極対の磁極面がステータの表裏両面に周方向に順に配置される。そして、２相の励磁コイルの通電状態を、個別のステップ変化で、周期的に、例えば前記したように「１（定格）」、「１／２」、「０」の状態に変えることにより、第１〜第３の磁磁対の磁極面の励磁の強さが個々に大、中、小（励磁なし）にステップ変化する。そして、２相の励磁コイルの電流のステップ変化の組み合わせを適当に設定することにより、ステータの表裏両面の周方向の各磁極面が回転するように順に大きな励磁状態になり、ステータの表裏両面に対向するロータの周方向の各磁極が磁気的に吸引されてモータが３相駆動と同じように十分なトルクで回転する。

したがって、表裏に磁極面を有する両面磁極構造のステータを備えたスイッチドリラクタンス型のモータにおいて、２相の励磁コイルの配置や駆動を組み合わせて２相駆動する従来にない全く新しいステータ励磁構造により、３相の励磁コイルを設けて３相駆動する場合と同等のトルクを発生でき、しかも、電力用スイッチング素子数が３相駆動の場合より少ない簡単な構成の駆動装置により駆動できる新規なモータを提供することができる。

本発明の一実施形態のモータをステータとロータとに分解して示し、（ａ）はステータの斜視図、（ｂ）はロータの斜視図である。図１のモータのステータの第１の磁極の拡大した斜視図である。図１のステータの第２の磁極を示し、（ａ）は拡大した斜視図、（ｂ）は励磁を説明する断面図である。図１のステータの第３の磁極を示し、（ａ）は拡大した斜視図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ励磁を説明する断面図である。（ａ）〜（ｃ）は図１のモータの２相駆動例のタイミングチャートである。図１のモータの駆動装置の結線図を示し、（ａ）は図１のモータの２相の駆動装置の結線図、（ｂ）は比較のための３相の駆動装置の結線図である。本発明の他の実施形態のモータをステータとロータとに分解して示し、（ａ）はステータの斜視図、（ｂ）はロータの斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は図７のモータの異なる励磁状態を示す断面図である。従来モータの一例の説明図である。従来モータの他の例のステータの斜視図である。

つぎに、本発明をより詳細に説明するため、ステータとロータがモータ軸方向に対向するアキシャルギャップ構成のスイッチドリラクタンス型のモータに適用した実施形態について、図１〜図８を参照して詳述する。なお、それらの図面においては、モータ軸等は適宜省略している。

（一実施形態）
一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は本実施形態のアキシャルギャップ構成のスイッチドリラクタンス型のモータ１ａのステータ２ａ、ロータ３ａを示し、モータ１ａは、ステータ２ａとロータ３ａが、モータ軸の方向に一定の隙間（ギャップ）を設けて磁極面が対向するように配設される。なお、ステータ２ａは中心部にモータ軸が遊挿され、ロータ３ａは中心部がモータ軸に軸支されて回転自在である。また、ステータ２ａの後述する各磁極（ステータ磁極）およびヨーク部２１は、例えば圧粉磁心を圧縮加工して形成される。

そして、ステータ２ａは、平面視円形のヨーク部２１に周方向時計回りに、略等間隔に本発明の第１の磁極４、第２の磁極５、第３の磁極６が順にくり返して設けられ、一般的な３相１２極の構成に対応するように周方向に合計１２の磁極が配設される。このとき、後述する本発明の２相の励磁コイル７ａ、７ｂは、第１〜第３の磁極４〜６の組毎に励磁方向が逆になるように、第１〜第３の磁極４〜６に集中巻きされる。その結果、第１〜第３の磁極４〜６が形成するステータ２ａの周方向の各磁極は、第１〜第３の磁極４〜６の組毎、すなわち、ステータ２ａの周方向の９０度毎に、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極に変化する。このように周方向に交互の極性にして共通のヨーク部２１上に配置することにより、ヨーク部２１の厚みを薄くできる。

一方、ロータ３ａは平面視円形のヨーク部３１に周方向に一定の間隔で磁極（ロータ磁極）８を配設した構成である。このとき、ステータ２ａが１２極の構成であるのに対して、ロータ３ａは周方向に例えば８個の磁極８が配設される。なお、ロータ３ａのヨーク部３１および磁極８も、例えば圧粉磁心を圧縮加工して形成される。また、ロータ３ａの磁極の個数は８個でなくてもよいのは勿論である。

そして、ステータ２ａは周方向の９０度間隔の一相分のＳ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極の４個の磁極が同時に励磁されることを、励磁磁極を１つずつずらしてくり返し、励磁された各磁極の近傍のロータ３ａの磁極が磁気的に吸引されることによってモータ１ａが回転する。なお、励磁コイル７ａ、７ｂにより励磁される磁極の極性を９０度毎に逆の極性に反転して共通のヨーク上に配置することにより、ヨーク厚を薄くできる利点がある。

第１〜第３の磁極４〜６について、２相をＡ相、Ｂ相として、さらに詳述する。

図２は第１の磁極４を示し、第１の磁極４は、そのティース（突極部）４１に２相の励磁コイル７ａ、７ｂのいずれか一方、例えば励磁コイル７ａのみが集中巻きされる。そして、励磁コイル７ａにＡ相の電流ｉａが図２の実線矢印の方向に通電されると、図１（ａ）のＳ極の磁極４の磁極面が形成される。なお、励磁コイル７ａが逆向きに集中巻きされると、Ａ相の電流ｉａの通電によって図１（ａ）のＮ極の磁極４の磁極面が形成される。また、励磁コイル７ａの通電状態を、例えば「１（定格）」、「１／２」、「０」の状態に変えることにより、第１の磁磁４の磁極面の励磁の強さは大、中、小（励磁なし）になる。

図３（ａ）、（ｂ）は第２の磁極５を示し、第２の磁極５は、そのティース５１に２相の励磁コイル７ａ、７ｂが互いに逆向きに集中巻きされる。そして、励磁コイル７ａ、７ｂにＡ相、Ｂ相の電流ｉａ、ｉｂが図３（ａ）の実線矢印の方向に通電されると、励磁コイル７ａ、７ｂの電流ｉａ、ｉｂにより図３（ｂ）の実線矢印に示すように、第２の磁極５の磁極面を互いに逆向きの異なる極性に励磁する磁束が発生する。そのため、第２の磁極５の磁極面の励磁は、励磁コイル７ａ、７ｂのいずれか一方を「１（定格）」の通電状態にすると前記の大になり、励磁コイル７ａ、７ｂを、同時に例えば前記の「１（定格）」、「１／２」の同じ通電状態にすると、互いの磁束が打ち消し合って小（励磁なし）の励磁状態になる。さらに、励磁コイル７ａ、７ｂの通電状態を、例えば「１（定格）」と「１／２」、「１／２」と「０」のように異ならせると、中の励磁状態になる。

図４（ａ）〜（ｃ）は第３の磁極６を示し、第３の磁極６は、そのティース６１がコ字型であり径方向の繋がった２個の磁極部分（脚部）６２、６３を有し、Ａ相、Ｂ相の励磁コイル７ａ、７ｂが磁極部分６２、６３それぞれに同じ向きに集中巻きされる。なお、第３の磁極６の２個の磁極部分６２、６３は、繋がっておらず近接して配置されているものであってもよい。

そして、励磁コイル７ａ、７ｂにＡ相、Ｂ相の電流ｉａ、ｉｂが図４（ａ）の実線矢印の方向に通電されると、励磁コイル７ａ、７ｂの電流ｉａ、ｉｂにより第３の磁極６の磁極面を同じ極性に励磁する図４（ｂ）の実線矢印の向きの磁束が発生する。ここで、励磁コイル７ａ、７ｂの電流ｉａ、ｉｂが例えば「１／２」の同じ大きさであれば、第３の磁極６の磁極面からロータ３ａに向かう電流ｉａ、ｉｂの磁束の磁路が形成されて励磁が強め合って大の励磁状態になる。一方、励磁コイル７ａ、７ｂの電流ｉａ、ｉｂの大きさに差がある場合（励磁コイル７ａ、７ｂの電流ｉａ、ｉｂのいずれか一方のみが通電される場合を含む）には、図４（ｃ）の破線矢印に示すようにヨーク部２１、ティース６１により短絡磁路が形成されてロータ３ａに向かう磁束が発生せず、第３の磁極５の磁極面は励磁が弱められるか、または励磁されない（「０」の励磁状態）。なお、図４（ｃ）は励磁コイル７ａの電流ｉａのみが通電される場合を示している。

ところで、第３の磁極６はＡ相、Ｂ相の励磁コイル７ａ、７ｂが径方向に並べられた２個の磁極部分６２、６３に集中巻きされる構成であるので、磁極励磁起磁力が並列に作用する。第３の磁極６を、第１、第２の磁極４、５と同じ磁極面積に形成すると、前述のように励磁コイル７ａ、７ｂの電流ｉａ、ｉｂとも「１／２」の大きさとするならば、第１、第２の磁極４、５より励磁が弱くなってモータ１ａのトルクが小さくなる。そこで、第３の磁極６の磁極面積を、磁極部分が１個である第１、第２の磁極４、５よりも広く（大きく）することによって励磁の低下を補い、モータ１ａの回転角度によらず発生トルクが概略同じ大きさとなるようにして、モータ１ａのトルク脈動を防止する。

そして、Ａ、Ｂの２相の電流ｉａ、ｉｂの組み合わせと、第１〜第３の磁極４〜６の励磁の大きさとの関係は、励磁の大、中、小を「１」、「１／２」、「０」とすると、（ｉａ、ｉｂ）＝（１、１）、（１、０）、（０、１）、（０、０）の場合、つぎの表１に示すようになる。

この表１から、Ａ、Ｂの２相の電流ｉａ、ｉｂの組み合わせに対して、磁極５はいわゆる排他的論理和の条件で励磁状態が変化し、磁極６はいわゆる論理積（アンド）の条件で励磁状態が変化することが分かり、（ｉａ、ｉｂ）＝（０、１）のときに磁極５のみが「１」の励磁状態になることが分かる。

また、（ｉａ、ｉｂ）＝（１、１／２）、（１／２、１／２）、（１／２、１）の場合、つぎの表２に示すようになる。

この表２から、（ｉａ、ｉｂ）＝（１、１／２）のときに磁極４のみが「１」の励磁状態になり、（１／２、１／２）のときに磁極６のみが「１」の励磁状態になることが分かる。

そして、Ａ、Ｂの２相の電流ｉａ、ｉｂが周期的に（ｉａ、ｉｂ）＝（１、１／２）、（０、１）、（１／２、１／２）に順にステップ変化することをくり返すと、ステータ１ａの各磁極は、９０度ずつ離れた４磁極が、極性をＳ、Ｎに異ならせて同時に「１」の励磁磁極になり、かつ、「１」の励磁磁極は通常の３相駆動の場合と同様に周方向に一磁極ずつずれる。

図５はＡ、Ｂの２相の電流ｉａ、ｉｂの上記のステップ変化と、ステータ２ａの励磁状態との関係を示すタイミングチャートであり、（ａ）はＡ相の電流ｉａの変化、（ｂ）はＢ相の電流ｉｂの変化、（ｃ）はステータ２ａの励磁状態である。そして、（ｉａ、ｉｂ）＝（１、１／２）になる時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間は、黒くなっている磁極４が「１」の励磁状態、（ｉａ、ｉｂ）＝（０、１／２）になる時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間は、黒くなっている磁極が隣の磁極５に移動し、（ｉａ、ｉｂ）＝（１／２、１／２）になる時刻ｔ３〜時刻ｔ４の間は、黒くなっている磁極が隣の磁極６に移動する。さらに、（ｉａ、ｉｂ）＝（１、１／２）に戻る時刻ｔ４〜時刻ｔ５の間は、黒くなっている磁極が隣の磁極４に移動し、以降同様の励磁磁極の移動がくり返される。なお、図５（ｃ）のステータ２ａのハッチングが施された各磁極は「１／２」の励磁状態であることを示し、白抜きの各磁極は「０」の励磁状態であることを示す。

そして、ステータ２ａの「１」の励磁状態の磁極４〜６の近傍のロータ３ａの磁極８が、「１」の励磁状態の磁極４〜６に磁気的に吸引されることにより、ロータ３ａが回転してモータ１ａが３相駆動の場合と同様にして駆動される。

つぎに、モータ１ａの駆動装置について説明する。

Ａ、Ｂの２相の電流ｉａ、ｉｂを２相の励磁コイル７ａ、７ｂに給電する駆動装置は、周知の３相インバータ構成のスイッチドリラクタンスモータの駆動装置の２相分で形成される。

図６の（ａ）は上記２相分の構成の本実施形態の駆動装置例を示し、直流電源９の端子間に、平滑コンデンサ１０、Ａ相のスイッチング部１１、Ｂ相のスイッチング部１２が並列に接続されている。そして、破線で囲まれた平滑コンデンサ１０、スイッチング部１１、１２がモータ１ａの２相の駆動装置である。

スイッチング部１１は、直流電源９の正端子側のアームを形成する電力用スイッチング素子としてのＦＥＴＱ１と、各ステータ磁極の励磁コイル７ａを直並列に接続したＡ相の励磁コイル群７Ａと、直流電源９の負端子側のアームを形成する電力用スイッチング素子としてのＦＥＴＱ２とを直列に接続し、励磁コイル群７Ａの正端子側と直流電源９の負端子との間、励磁コイル群７Ａの負端子側と直流電源９の正端子との間にフリーホイルダイオードＤ１、Ｄ２を設けて形成されている。

スイッチング部１２は、直流電源９の正端子側のアームを形成する電力用スイッチング素子としてのＦＥＴＱ３と、各ステータ磁極の励磁コイル７ｂを直並列に接続したＢ相の励磁コイル群７Ｂと、直流電源９の負端子側のアームを形成する電力用スイッチング素子としてのＦＥＴＱ４とを直列に接続し、励磁コイル群７Ｂの正端子側と直流電源９の負端子との間、励磁コイル群７Ｂの負端子側と直流電源９の正端子との間にフリーホイルダイオードＤ３、Ｄ４を設けて形成されている。

そして、ＦＥＴＱ１、Ｑ２の「１」、「１／２」のオンにより、励磁コイル群７Ａの各励磁コイル７ａに「１」、「１／２」の電流が通流し、同様に、ＦＥＴＱ３、Ｑ４の「１」、「１／２」のオンにより、励磁コイル群７Ｂの各励磁コイル７ｂに「１」、「１／２」の電流が通流する。

そこで、図示省略した駆動制御部により、ＦＥＴＱ１、Ｑ２のオン、オフと、ＦＥＴＱ３、Ｑ４のオン、オフとを制御し、Ａ、Ｂの２相の電流ｉａ、ｉｂを周期的に（ｉａ、ｉｂ）＝（１、１／２）、（０、１）、（１／２、１／２）に順にステップ変化することをくり返す。

図６（ｂ）は比較のために示した周知の３相インバータ構成のスイッチドリラクタンスモータの駆動装置である。この３相の駆動装置が図６（ａ）の本実施形態の２相の駆動装置と異なる点は、Ａ、Ｂ、Ｃの３相インバータの励磁コイル群７Ａ、７Ｂ、７Ｃの各励磁コイルを通電制御するため、図６（ａ）の構成に、さらにＣ相のスイッチング部１３を加えた点であり、スイッチング部１３は、直流電源９の正端子側のアームを形成する電力用スイッチング素子としてのＦＥＴＱ５と、Ｃ相の励磁コイル群７Ｃと、直流電源９の負端子側のアームを形成する電力用スイッチング素子としてのＦＥＴＱ６とを直列に接続し、励磁コイル群７Ｃの正端子側と直流電源９の負端子との間、励磁コイル群７Ｃの負端子側と直流電源９の正端子との間にフリーホイルダイオードＤ５、Ｄ６を設けて形成されている。そして、図示省略した駆動制御部により、ＦＥＴＱ１〜Ｑ６オン、オフを制御し、Ａ、Ｂ、Ｃの３相の電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃを周期的にオン、オフすることをくり返す。

図６（ａ）、（ｂ）の比較からも明らかなように、図６（ａ）の本実施形態の２相の駆動装置は、周知の３相の駆動装置より１相分の電力用スイッチング素子（ＦＥＴＱ５、Ｑ６）等が省かれ、部品数が少なく構成が簡単である。

以上のように、本実施形態のモータ１ａは、（１）２相の励磁コイル７ａ、７ｂをステータ磁極としてのステータ２ａの各磁極４〜６に集中巻してモータ１ａのステータ２ａが形成され、モータ１ａを小型・軽量な構成にできる。（２）２相の励磁コイル７ａ、７ｂの配置や駆動を組み合わせて２相の電流ｉａ、ｉｂを個別にステップ変化させる２相駆動の従来にない全く新しいステータ励磁構造により、３相駆動の場合と同等のトルクを発生できるモータ１ａを提供することができる。しかも、その駆動装置は電力用スイッチング素子数が３相駆動の場合より少なく、部品数が少なく簡単な構成で形成することができる。（３）そして、２相の励磁コイル７ａ、７ｂの配置や駆動の組み合わせにより励磁されるステータ磁極が確実に切替えられるので、モータ１ａは回転角度によらず所望のトルクを発生できる。（４）また、とくに後述するように励磁電流が小さく、励磁が弱い第３の磁極６については、磁極面積を他の第１、第２の磁極４、５よりも大きくするので、不用意なトルク変動を抑えることができる。（５）ステータ２ａの全ての磁極４〜６をヨーク部２１で繋ぎ、ヨーク部２１により共通の磁路を形成することにより、ステータ２ａのヨーク厚を薄くできる。その結果、ステータ２ａの質量を低減することができ、モータ１ａを小型・軽量な構成にすることができる。

（他の実施形態）
他の実施形態について、図７、図８を参照して説明する。なお、図７、図８において、図１〜図６と同一の符号は同一もしくは相当するものを示す。

図７（ａ）、（ｂ）は本実施形態のアキシャルギャップ構成のスイッチドリラクタンス型のモータ１ｂのステータ２ｂ、ロータ３ｂを示し、モータ１ｂは、ステータ２ｂが表裏の両面に磁極を有する両面磁極構造であり、ロータ３ｂはステータ２ｂの表裏側に間隔（ギャップ）を設けてステータ２ｂに対向するように配設される。なお、ステータ２ｂは中心部にモータ軸が遊挿され、ロータ３ｂは中心部がモータ軸に軸支されて回転自在である。また、ステータ２ｂの各磁極およびロータ３ｂの各磁極は、例えば圧粉磁心により形成される。

ステータ２ｂは、表裏の両面に隣の磁極面とは電磁気的に絶縁された状態で周方向に磁極面を形成するため、平面視が略台形状の圧粉磁心の磁極片１４が、外周リング１６と外周リング１５の間に略等間隔に配設された構造である。なお、本実施形態の場合、軽量化を図るために磁極片１４間は空間になっているが、樹脂等で埋めるようにしてもよい。

そして、各磁極片１４により、ステータ２ｂの表裏の両面に周方向に順に配設される本発明の３種類の磁極対、すなわち、第１、第２、第３の磁極対１７、１８、１９のティースが形成される。

第１の磁極対１７は、Ａ、Ｂの２相の励磁コイル７ａ、７ｂのいずれか一方、例えば励磁コイル７ａをステータ２ｂの表裏両面の励磁に共用してステータ２ｂの表裏両面それぞれに径方向に形成され、第２の磁極対１８は、２相の励磁コイル７ａ、７ｂをステータ２ｂの表裏両面の異なる向きの励磁に共用してステータ２ｂの表裏両面それぞれに径方向に形成される。

ところで、第１、第２の磁極対１７、１８の磁極片１４は平面視が略図２のティース４１のような台形状である。そして、第１の磁極対１７は、磁極片１４の内径側と外径側との境界部分（中間部分）に励磁コイル７ａがモータ軸方向に集中巻きされ、励磁コイル７ａの通電による励磁に基づき、磁極片１４の表裏の端面の内径側、外径側の部分に、一方の磁極（図７ではＳ極）、他方の磁極（図７ではＮ極）が形成される。また、第２の磁極対１８は、磁極片１４の内径側と外径側との境界部分（中間部分）に励磁コイル７ａ、７ｂがモータ軸方向に図３のような逆向きに集中巻きされ、励磁コイル７ａ、７ｂの通電による逆向きの励磁に基づき、磁極片１４の表裏の端面の内径側、外径側の部分に、一方の磁極（図７ではＳ極）、他方の磁極（図７ではＮ極）が形成される。

また、第３の磁極対１９の磁極片１４は表裏の端面部を内径側、外径側の脚部により繋いだロ字枠形状である。そして、第３の磁極対１９は、磁極片１４の表裏の片面毎に２相の励磁コイル７ａ、７ｂが前記内径側、外径側の脚部に同じ向きに集中巻きされて径方向に並んで設けられ、励磁コイル７ａ、７ｂの通電による励磁に基づき、磁極片１４の表裏の一方の片面を一方の磁極（図７ではＳ極）、他方の片面を他方の磁極（図７ではＮ極）とする向きに形成され、かつ、励磁コイル７ａ、７ｂの巻き方向が周方向の９０度の配置毎に逆になって磁極性が９０度毎に逆になる。なお、第３の磁極対１９は、励磁コイル７ａ、７ｂが径方向に並んで設けられ、一実施形態の第３の磁極６と同様、磁極脚部（ティース）が２個となり、磁極励磁起磁力が並列に作用し、一実施形態と同様に励磁コイル７ａ、７ｂの電流とも「１／２」の大きさで励磁するならば、第１、第２の磁極対１７、１８より励磁が弱くなるので、磁極面積が第１、第２の磁極対１７、１８よりも広い（大きい）。これにより、モータ１ｂは回転角度によらず発生トルクが概略同じ大きさとなり、モータ１ａのトルク脈動が防止される。

そして、各磁極対１７〜１９により、磁極対１７に基づく１相、磁極対１８に基づく他の１相、磁極対１９に基づくさらに他の１相を３相として、ステータ２ｂの表裏の両面には、周方向に３相の磁極面が形成される。

一方、ロータ３ｂは、一実施形態のロータ３ａと同様であり、平面視円形のヨーク部３１に周方向に一定の間隔で例えば８個の磁極（ロータ磁極）７を配設した８磁極構成である。

そして、励磁コイル７ａ、７ｂに給電されるＡ、Ｂの２相の電流ｉａ、ｉｂの組み合わせと、第１〜第３の磁極対１７〜１９の励磁の大きさとの関係は、前記の表１、表２と同様である。

図８は磁極対１７〜１９の励磁路を破線矢印で示し、（ａ）は第１の磁極対１７の励磁路、（ｂ）は第２の磁極対１８の励磁路、（ｃ）は第３の磁極対１９の励磁路である。なお、図８（ａ）〜（ｃ）はステータ２ｂの表裏の両面にロータ３ｂを配置したモータ１ｂのモータ軸ｍより上側の断面図である。

そして、図６（ａ）の駆動装置からの給電に基づく励磁コイル７ａ、７ｂの電流の個別のステップ変化により、例えば（ｉａ、ｉｂ）＝（１、１／２）のときには、磁極対１７が「１」の最も大きな励磁状態になって図８（ａ）の破線矢印の励磁磁束が発生する。また、（ｉａ、ｉｂ）＝（０、１）のときには磁極対１８が「１」の最も大きな励磁状態になって図８（ｂ）の破線矢印の励磁磁束が発生するになる。さらに、（ｉａ、ｉｂ）＝（１／２、１／２）のときには磁極対１９が「１」の最も大きな励磁状態になって図８（ｃ）の破線矢印の励磁磁束が発生する。

そして、Ａ、Ｂの２相の電流ｉａ、ｉｂが周期的に（ｉａ、ｉｂ）＝（１、１／２）、（０、１）、（１／２、１／２）に順にステップ変化することをくり返すと、磁極対１７、１８については、ステータ２ｂの９０度ずつ離れた裏表それぞれの同じ位置の４磁極対１７、１８がそれぞれ同時に「１」の励磁磁極対になり、磁極対１９については、ステータ２ｂの９０度ずつ離れた位置の裏表間の４磁極対１９が同時に「１」の励磁磁極対になる。そのため、磁極対１７〜１９により形成されるステータ２ｂの表裏の各磁極面は、裏表それぞれの９０度ずつ離れた同じ位置のものが同時に「１」の励磁状態になり、「１」の励磁状態の磁極面が周方向に回転する。

そして、ステータ２ｂの表裏両面の「１」の励磁状態の磁極面近傍のロータ３ａの磁極８が、ステータ２ｂの表裏両面の「１」の磁極面に磁気的に吸引されることにより、ロータ１ｂが一実施形態のモータ１ａと同様に回転して駆動される。

したがって、モータ１ｂの場合も、（１）ステータ２ｂに２相分の励磁コイル７ａ、７ｂを設ければよく、３相の構成の場合と同等のトルクを発生できる。（２）２相の励磁コイル７ａ、７ｂの配置や駆動を組み合わせて２相の電流ｉａ、ｉｂを個別にステップ変化させる２相駆動の従来にない全く新しいステータ励磁構造により、３相駆動の場合と同様に動作する小型、軽量でトルクの低下のない両面磁極構造のモータ１ｂを提供することができる。しかも、その駆動装置は電力用スイッチング素子数が３相駆動の場合より少なく、部品数が少なく簡単な構成で形成することができる。（３）そして、２相の励磁コイル７ａ、７ｂの配置や駆動の組み合わせにより励磁されるステータ磁極が確実に切替えられるので、モータ１ｂは回転角度によらず所望のトルクを発生できる。（４）また、とくに後述するように励磁電流が小さく、励磁が弱い第３の磁極対１９については、磁極面積を他の第１、第２の磁極対１７、１８よりも大きくするので、不用意なトルク変動を抑えることができる。

その上、（５）励磁コイル７ａ、７ｂをステータ２ｂの表裏両面の磁極面の励磁に共用することにより、モータ１ｂのコイル質量を低減でき、またコイルの体格も小さくできる。そのため、ステータ２ｂを小型軽量化でき、モータ１ｂを一層小型・軽量にできる。（６）励磁コイル７ａ、７ｂそれぞれによりステータ２ｂの表裏両面の複数の磁極面を一括して励磁できるので、その点でもモータ１ｂのコイル数を低減できる。（７）励磁コイル７ａ、７ｂは概略円環状の形状であるので、励磁コイル７ａ、７ｂの生産性やステータ２ｂへの組付作業性を向上でき、モータ１ｂの製造コストが一層低減される。

さらに、（８）ステータ２ｂの表裏の両面それぞれに径方向の磁極対１７、１８を形成するので、モータ軸方向のヨーク部分を通過する磁束数を半減して、ヨーク部分の質量を低減することができる。（９）ステータ２ｂの各磁極対１７〜１９が電磁気的に独立しているので、ステータ２ｂの表裏の磁極面どうしの干渉（励磁相の磁極面の隣の磁極面の磁極が励磁される等）を防止することができる。なお、各磁極対１９により発生する磁束は周方向の磁路を通るので、ロータ３ｂ側では、磁極毎に磁路を独立させることはできない。そのため、ステータ２ｂ側で各磁極対１７〜１９を電磁気的に独立する必要がある。

そして、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えば、２相の励磁コイル７ａ、７ｂの電流ｉａ、ｉｂのステップ変化は、「１」、「１／２」、「０」の３種類に限るものでなく、「１／２」に代えて、または、「１／２」に加えて「１／３」、「１／４」、…、「１／ｋ（ｋは整数または実数）」を含む３種類以上の多種類であってもよい。また、電流ｉａ、ｉｂのステップ変化を工夫し、２相の電流ｉａ、ｉｂの組み合わせに対して、磁極５、６や磁極対１８、１９が排他的論理和、論理積（アンド）の条件以外の条件で励磁状態が変化するようにしてもよい。

つぎに、ステータ２ａ、２ｂの周方向の磁極や磁極対の個数およびロータ３ａ３ｂの磁極の個数はどのようであってもよい。さらに、ステータ２ａ、２ｂおよびロータ３ａ３ｂの磁極面の形状や励磁コイル７ａ、７ｂ形状等も上記両実施形態の形状等に限るものではない。

つぎに、モータ１ａ、１ｂはステータ２ａ、２ｂ、ロータ３ａ、３ｂの組み合わせを複数多段に設けて形成することも可能であり、これらの場合も、前記両実施形態と同様の効果を得ることができる。

つきに、上記両実施形態ではアキシャルギャップ構成のスイッチドリラクタンス型のモータに適用したが、本発明は、同様にラジアルギャップ構成のスイッチドリラクタンス型のモータにも適用することができ、この場合も前記両実施形態と同様の効果が得られる。

そして、本発明は、電気自動車の駆動モータ等の種々の用途のスイッチドリラクタンス型のモータに適用することができる。

１ａ、１ｂモータ
２ａ、２ｂステータ
３ａ、３ｂロータ
４第１の磁極
５第２の磁極
６第３の磁極
７ａ、７ｂ励磁コイル
１７第１の磁極対
１８第２の磁極対
１９第３の磁極対
６２、６３磁極部分

Claims

スイッチドリラクタンス型のモータであって、
ステータに、２相の励磁コイルのいずれか一方により磁極面が励磁される第１の磁極と、前記２相の励磁コイルにより磁極面が異なる極性に励磁される第２の磁極と、前記２相の励磁コイルにより磁極面が同じ極性に励磁される第３の磁極との３種類の磁極が、周方向に順に配置され、
前記２相の励磁コイルの電流は個別にステップ変化することを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記第３の磁極は、前記２相の励磁コイルそれぞれが集中巻きされる径方向の２個の磁極部分を有し、
前記第３の磁極の磁極面は、磁極部分が１個である前記第１、第２の磁極の磁極面より広いことを特徴とするモータ。
スイッチドリラクタンス型のモータであって、
ステータは表裏に磁極面を有する両面磁極構造であり、
前記ステータの表裏両面の磁極は、２相の励磁コイルのいずれか一方を前記ステータの表裏両面の励磁に共用して前記ステータの表裏両面に径方向に形成される第１の磁極対と、前記２相の励磁コイルを前記ステータの表裏両面の異なる向きの励磁に共用して前記ステータの表裏両面に径方向に形成される第２の磁極対と、前記２相の励磁コイルにより同じ向きに励磁して前記ステータの表裏で異なる極性に形成される磁極からなる第３の磁極対とが、周方向に順に配置されて形成され、
前記２相の励磁コイルの電流は個別にステップ変化することを特徴とするモータ。