JP2013046566A - スイッチドリラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】著しい性能向上が要求されても柔軟に対応できる新たな構造のスイッチドリラクタンスモータを提供する。
【解決手段】本発明のスイッチドリラクタンスモータ１００は、コイル１１４が巻回された多数のティース１１１と、ティース１１１の間に装着されたマグネット１１２とを有する突極型固定子１１０と、前記固定子１１０の中央部に挿入されて回転する突極型回転子１２０と、を含み、コイル１１４が巻回されたティース１１１の間にマグネット１１２が装着されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチドリラクタンスモータに関する。

一般的なスイッチドリラクタンスモータ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ Ｍｏｔｏｒ；ＳＲＭ）は、固定子と回転子の両方とも突極（ｓａｌｉｅｎｔ）である磁気構造を有しており、固定子に集中巻のコイルが巻回されており、回転子は、いかなる励磁装置（巻線または永久磁石など）もなく鉄心のみで構成されているため、価格競争力に優れたモータである。速度可変型のスイッチドリラクタンスモータは、電力半導体を用いたコンバータと回転子の位置を検知するセンサのサポートにより、連続したトルクを安定的に発生し、各応用分野から要求される性能に合わせた制御が容易である。

様々なＡＣモータ（誘導モータ、永久磁石型の同期モータなど）とブラシレス（Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ）ＤＣモータの場合、一つの電磁界構造の設計が完了した後、時間が経って著しい性能向上が必要な場合、新たな電磁界構造に再設計しなければならない。そうでなければ、鉄板（Ｓｔｅｅｌ）または永久磁石などの高価素材を他のものに替える単純な設計変更を行うしか方法がなく、これは、効率的な設計と言えない。このような現象は、スイッチドリラクタンスモータにおいても同様である。

本発明は、前記のような問題点を解決するために導き出されたものであって、本発明は、著しい性能向上が要求されても柔軟に対応できる新たな構造のスイッチドリラクタンスモータを提供することを目的とする。

本発明の好ましい一実施例によるスイッチドリラクタンスモータは、コイルが巻回された多数のティースと、前記ティースの間に装着されたマグネットとを有する突極型固定子と、前記固定子の中央部に挿入されて回転する突極型回転子と、を含み、前記コイルが巻回された前記ティースの間にマグネットが装着されたことを特徴とする。

ここで、前記固定子には、前記マグネットが装着されたティースの中央部に空間が形成されたスリット部が形成されており、前記マグネットは前記固定子に形成された前記スリット部に離隔して位置されたことを特徴とする。

また、前記マグネットが収容される固定子の部分と前記スリット部は、前記回転子から放射方向に配置されたことを特徴とする。

更に、前記マグネットは、フェライトマグネットであることを特徴とする。

本発明の特徴及び利点は、添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。

本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。

本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータは、巻線のない突極型回転子と、集中巻のコイルが巻回されている突極型固定子と、を備え、固定子にマグネットを挿入してもしなくても良い自由な電磁界構造を有し、固定子にマグネットを挿入する場合、ステータコアが分離される効果を有する。

また、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータは、要求される性能に合わせて、挿入されるマグネットの大きさ、等級、位置、個数などを自由に変更できる構造を有する。

それだけでなく、２相以上が状態に関係なく常に具現されることができ、マグネットのみを追加することで、トルク密度や効率などのような性能向上を容易に図ることができる。

また、本発明のスイッチドリラクタンスモータは、必要に応じて、打ち抜き金型から永久磁石のスロット用パンチを除去して固定子鉄ピンを製作することにより、コストを下げることができる自由な構造を有する。

更に、マグネットを挿入することにより、状態に関係なく常に固定子で磁束の交番が発生しないようにして鉄損を低減することができる。

本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの断面図である。 本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータで電流が流れる方向を図示した断面図である。 本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの一部拡大図である。 本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの一部拡大図である。 本発明のスイッチドリラクタンスモータの角度に応じたＳＲＭトルクの変化グラフである。

本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に係わる以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、係わる公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの断面図である。

図２は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータで電流が流れる方向を図示した断面図である。

図３、図４は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの一部拡大図である。

図５は、本発明のスイッチドリラクタンスモータの角度に応じたＳＲＭトルクの変化グラフである。

図１に図示したように、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータ１００は、外側に固定子１１０が備えられ、固定子１１０の中央には軸回転する回転子１２０が備えられる。

本発明のスイッチドリラクタンスモータ１００は、固定子１１０と回転子１２０の両方とも突極である磁気構造を有しており、固定子１１０に集中巻のコイルが巻回されており、回転子１２０は、いかなる励磁装置、即ち、巻回または永久磁石などもなく鉄心のみで構成されているため、価格競争力に優れたモータである。

特に、速度可変型のスイッチドリラクタンスモータ１００は、電力半導体を用いたコンバータと回転子の位置を検知するセンサのサポートにより、連続したトルクを安定的に発生し、各応用分野から要求される性能に合わせた制御が容易である。

最近、誘導モータ、永久磁石型の同期モータなどのような様々なＡＣモータとブラシレスＤＣモータの場合、一つの電磁界構造の設計が完了した後、時間が経って著しい性能向上が必要な場合、新たな電磁界構造に再設計しなければならない。そうでなければ、鉄板または永久磁石などの高価素材を他のものに替える単純な設計変更を行うしか方法がなく、これは、効率的な設計と言えない。

このような現象は、スイッチドリラクタンスモータにおいても同様である。本発明によるスイッチドリラクタンスモータ１００は、一つの電磁界構造の設計が完了した後、時間が経って著しい性能向上が必要な場合、柔軟に対応できるように考案されたモータである。

図１に図示されたように、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータ１００は、一つ以上のティース１１１からなるセグメントＡの間にマグネット１１２を挿入してセグメントＡを電磁気的に分離し、マグネット１１２の大きさを最大化することができることを特徴とする。

マグネット１１２がステータコア１１３の共通極（ｃｏｍｍｏｎ ｐｏｌｅ）に挿入される場合、前記ステータコア１１３は、磁気回路面で分離された構造を有する。従来技術には、マグネット１１２の挿入部位によりステータコア１１３が分離されており、本発明は、ステータコア１１３の間にマグネット１１２を挿入して出力密度を高めることができる。

モータのトルクを最大化するために、またはトルク密度を向上させるためには、マグネット１１２の大きさを最大化する必要があるが、セグメントＡの間にマグネット１１２を挿入することにより、マグネット１１２の大きさを最大化することができる。

また、マグネット１１２がセグメントＡの間に挿入され、ステータコア１１３の両側がマグネット１１２によって分離される。万が一、ステータコアの両側が互いに連結されても、ステータコア１１３の両側は、磁気的に飽和され、トルクに寄与する磁束には、影響を与えない。

固定子１１０は、多数のティース１１１に断続的にコイル１１４が巻回されている突極型固定子である。

図２は、本発明の好ましい実施例のスイッチドリラクタンスモータ１００の電流の流れ方向を示すものであって、マグネット１１２のＮ極からＳ極に電流が流れる（Ｂ方向に）。図２の構成要素は、図１と同一であるため説明は省略する。

図３は、本発明の好ましい実施例のスイッチドリラクタンスモータ１００のマグネット１１２をステータコア１１３に組み立てる前の形状を示すものであり、図４は、本発明の好ましい実施例のスイッチドリラクタンスモータ１００のマグネット１１２がステータコア１１３に装着された状態を示すものである。

図４に図示されたように、本発明の好ましい実施例のスイッチドリラクタンスモータ１００のマグネット１１２は、コイル１１４が巻回されたティース１１１の間に装着され、マグネット１１２とスリット部１１５との間に、ある程度の間隔を有することが好ましい。

マグネット１１２の長さ方向の長さをＴとし、マグネット１１２とスリット部１１５との間の間隔をｔとした場合、tの大きさは、０以上〜Ｔ／２以下であることが好ましい。

ｔが大きくなるほどトルクは小さくなり、ｔ＝０である場合のトルクを１００％とすると、ｔがＴ／１０である場合のトルクは９０％、ＴがＴ／４である場合のトルクは４０％、Ｔ／２である場合のトルクは３０％である。

特性の点からみると、ｔが０である場合のトルクが最も良いが、製作の点からみると、ある程度の値を有することが好ましい。

図５は、本発明のスイッチドリラクタンスモータ１００の角度に応じたトルクの変化グラフである。Ｐ曲線は、本発明のスイッチドリラクタンスモータ１００の角度に応じたトルクの変化グラフを示すものであり、Ｑ曲線は、従来技術のスイッチドリラクタンスモータ１００の角度に応じたトルクの変化グラフを示したものである。

表１は、従来技術のスイッチドリラクタンスモータのトルク平均と、本発明のスイッチドリラクタンスモータのトルク平均を示すものである。

表１に示すように、従来技術のスイッチドリラクタンスモータのトルク平均であるＱは、０．８２Ｎｍである反面、本発明のスイッチドリラクタンスモータのトルク平均であるＰは、１．００Ｎｍである。

図５及び表１に示されたように、本発明のスイッチドリラクタンスモータ１００は、従来技術のモータに比べてトルク平均が２０％以上高く示される。

このような本発明のスイッチドリラクタンスモータ１００は、マグネット１１２の磁束効果を極大化するために、マグネット１１２の体積を増加させることができる構造を有する。また、マグネット１１２の体積増加によるネオジム（Ｎｄ）マグネットでなく、フェライト（Ｆｅｒｒｉｔｅ）マグネットを使用してコストを節減することができる。

前記のような構造を有する本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータ１００は、巻回のない突極型回転子１２０と、集中巻のコイルが巻回されている突極型固定子１１０と、を備え、固定子１１０にマグネット１１２を挿入してもしなくても良い自由な電磁界構造を有し、固定子１１０にマグネット１１２を挿入する場合、ステータコア１１３が分離される効果を有する。

また、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータ１００は、要求される性能に合わせて、挿入されるマグネット１１２の大きさ、等級、位置、個数などを自由に変更できる構造を有する。

それだけでなく、２相以上が状態に関係なく常に具現されることができ、マグネット１１２のみを追加することにより、トルク密度や効率などのような性能向上を容易に図ることができる。

また、本発明のスイッチドリラクタンスモータ１００は、必要に応じて、打ち抜き金型から永久磁石のスロット用パンチを除去して、固定子鉄ピンを製作することにより、コストを下げることができる自由な構造を有する。

また、マグネット１１２を挿入することにより、状態に関係なく常に固定子１１０で磁束の交番が発生しないようにして、鉄損を低減することができる。

以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは、本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明によるスイッチドリラクタンスモータは、これに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。

本発明の単純な変形乃至変更は、いずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は、添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。

本発明は、著しい性能向上が要求されても柔軟に対応できる新たな構造のスイッチドリラクタンスモータに適用可能である。

１００ スイッチドリラクタンスモータ
１１０ 固定子（突極型固定子）
１１１ ティース
１１２ マグネット
１１３ ステータコア
１１４ コイル
１１５ スリット部
１２０ 回転子（突極型回転子）

Claims (4)

1. コイルが巻回された多数のティースと、前記ティースの間に装着されたマグネットとを有する突極型固定子と、
   前記固定子の中央部に挿入されて回転する突極型回転子と、を含み、
   前記コイルが巻回された前記ティースの間にマグネットが装着されたことを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
2. 前記固定子には、前記マグネットが装着されたティースの中央部に空間が形成されたスリット部が形成されており、前記マグネットは、前記固定子に形成された前記スリット部に離隔して位置されたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
3. 前記マグネットが収容される固定子の部分と前記スリット部は、前記回転子から放射方向に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
4. 前記マグネットは、フェライトマグネットであることを特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ。

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