JP2014176249A - スイッチドリラクタンスモータ - Google Patents
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Abstract
【課題】出力し得るトルクをより高めることができる構造を有するスイッチドリラクタンスモータを提供する。
【解決手段】ロータ3の周方向で隣り合う2つの突極部6,6の組のそれぞれ毎に、各組の2つの突極部6,6の間の凹部7に、反磁性体により構成された補助部材8が介装されている。ロータ3の周方向に並ぶ全ての補助部材8が、蛇行状の結線形態でロータ3の周方向に順次導通していくように該周方向で隣り合う補助部材8同士が相互に結線されている
【選択図】図1
【解決手段】ロータ3の周方向で隣り合う2つの突極部6,6の組のそれぞれ毎に、各組の2つの突極部6,6の間の凹部7に、反磁性体により構成された補助部材8が介装されている。ロータ3の周方向に並ぶ全ての補助部材8が、蛇行状の結線形態でロータ3の周方向に順次導通していくように該周方向で隣り合う補助部材8同士が相互に結線されている
【選択図】図1
Description
本発明は、スイッチドリラクタンスモータ(Switched Reluctance Motor)に関する。
ディスプロシウム、ネオジム等の希少性の高い磁石材料を利用する永久磁石埋め込み型のモータ(IPMモータ)は、高トルクの出力を発生することができるものの、高価なものとなりやすいと共に、定常的に量産することが困難となりやすい。
このため、近年、永久磁石を必要としない簡易な構造のモータの必要性が高まっている。この種のモータとしては、従来より、スイッチドリラクタンスモータ(Switched Reluctance Motor。以降、SRモータということがある)が知られている(例えば特許文献1を参照)。
このSRモータは、ロータとステータとを突極性に形成しておき、ロータの回転位置に応じて、通電を行うステータコイル(磁束を発生するステータコイル)を順次切り替えることで、ロータを回転させるリランクタンストルクを発生させる。
SRモータは、永久磁石を必要としない簡易な構造で、安価に製造できる等の利点を有するものの、リラクタンストルクだけでロータを回転させるものである。このため、従来の構造のSRモータでは、永久磁石埋め込み型のモータ等に較べて、一般には、出力し得る最大トルクが小さいという課題がある。
そこで、本発明は、出力し得るトルクをより高めることができる構造を有するSRモータを提供することを目的とする。
本発明のスイッチドリラクタンスモータは、ロータの周方向に並ぶように該ロータに形成された複数の突極部を有するスイッチドリラクタンスモータであって、前記ロータの周方向で隣り合う2つの前記突極部の組のそれぞれ毎に、各組の2つの突極部の間の凹部に、反磁性体により構成された補助部材が介装されており、前記ロータの周方向に並ぶ全ての補助部材が、蛇行状の結線形態で前記ロータの周方向に順次導通していくように該周方向で隣り合う補助部材同士が相互に結線されていることを特徴とする。
かかる本発明によれば、前記ロータの突極部が、ステータコイルによる磁束発生部に対向する状態でロータの内部を通る磁束と、前記凹部が該磁束発生部に対向する状態でロータの内部を通る磁束との差の大きさを、ロータの各凹部に前記補助部材が介装されていない場合に比べて大きくすることができる。
その結果、スイッチドリラクタンスモータが出力し得るトルクを、ロータの各凹部に前記補助部材を備えない従来のスイッチドリラクタンスモータに比べて高めることができる。
本発明の一実施形態を以下に説明する。図1に示すように、本実施形態のスイッチドリラクタンスモータ(以下、SRモータという)1は、インナーロータ型のSRモータであり、ステータ2と、該ステータ2の内側に配置された回転自在なロータ3とを有する。ステータ2及びロータ3の基体(本体)は、後述の突極部を含めて、電磁鋼板等の磁性体(軟質磁性体)により構成されている。
ステータ2の内周部には、その周方向に一定間隔で並ぶように配置された複数の突極部4(図示例では12極の突極部4)が形成されている。そして、各突極部4には、通電により径方向の磁束を発生するステータコイル5が装着されている。
ロータ3の外周部には、その周方向に一定間隔で並ぶように配置された複数の突極部6(図示例では10極の突極部6)が形成されている。
そして、ロータ3の周方向に隣り合う2つの突極部6,6の各組毎に、各組の2つの突極部6,6の間の凹部7には、それぞれ、反磁性体により構成された補助部材8が装着されている。該補助部材8の材質は、具体的には例えば銅である。
各補助部材8は、ロータ3の軸心から所定距離を有する位置で、各凹部7の両側の2つの突極部6,6の間に挟み込まれるようにして該凹部7に介装され、ロータ3の周方向に配列されている。
上記のようにロータ3の周方向に配列された全ての補助部材8(図示例では10個の補助部材8)は、図2に示すように、蛇行状の結線形態でロータ3の周方向に順次導通していくように該周方向で隣り合う補助部材8同士が相互に結線されている。
上記蛇行状の結線形態というのは、より詳しくは、次のような結線形態である。図2を参照して、ロータ3の周方向に並ぶ補助部材8のうちの任意の1つの補助部材8を参照符号8aで表し、当該1つの補助部材8aの両隣(ロータ3の周方向での両隣)に位置する2つの補助部材8,8をそれぞれ参照符号8b,8cで表す。
この場合、上記蛇行状の結線形態では、ロータ3の周方向と、ステータコイル5が発生する磁束方向(ここではロータ3の径方向)とに直交する方向(ここではロータ3の軸心方向)での上記1つの補助部材8aの両端部a1,a2のうちの一方の端部a1が、両隣の補助部材8b,8cのうちの一方の補助部材8bの、補助部材8aの端部a1と同じ側の端部b1(補助部材8aの端部a1にロータ3の周方向で隣り合う端部b1)に結線されて導通される。
また、上記1つの補助部材8aの両端部a1,a2のうちの他方の端部a2が、両隣の補助部材8b,8cのうちの他方の補助部材8cの、補助部材8aの端部a2と同じ側の端部c2(補助部材8aの端部a2にロータ3の周方向で隣り合う端部c2)に結線されて導通される。
従って、補助部材8aの両隣の補助部材8b,8cが補助部材8aの両端部a1,a2を経由して導通するように、補助部材8a,8bの端部同士の結線と補助部材8a,8cの端部同士の結線とが行われている。
以上のようにして、ロータ3の周方向で隣り合う補助部材8同士を結線することで、全ての補助部材8が蛇行状の結線形態でロータ3の周方向に順次導通していくように結線される。
なお、補助部材8aの一方の端部a1を、両隣の補助部材8b,8cのうちの補助部材8cの端部c1(補助部材8aの端部a1にロータ3の周方向で隣り合う端部c1)に結線し、補助部材8aの他方の端部a2を、補助部材8bの端部b2(補助部材8aの端部a2にロータ3の周方向で隣り合う端部b2)に結線するようにしてもよい。
本実施形態のSRモータ1は、以上のように構成されている。
以上説明したSRモータ1では、ステータコイル5が発生する磁束(ロータ3の径方向の磁束)をロータ3の軸心周りに段階的に回転させるように、ステータコイル5の通電を行うことで、ロータ3の突極部6及がステータ2の突極部4に対向するときのロータ3及びステータ2間の磁気抵抗と、ロータ3の凹部7がステータ2の突極部4に対向するときのロータ3及びステータ2間の磁気抵抗との違いに起因するリラクタンストルクが発生して、ロータ3の回転駆動が行われる。
この場合、本実施形態のSRモータ1では、ロータ3の突極部6がステータ2の突極部4(通電するステータコイル5が装着された突極部4)に対向する状態(以降、単に対向状態ということがある)で、ロータ3の内部を通る磁束と、ステータコイル5に通電する電流と間の関係は、図3に実線e1のグラフで示すような関係となる。
また、ロータ3の突極部6が、ステータコイル5の通電による磁束発生部として機能するステータ2の突極部4に対向しない状態、換言すれば、ロータ3の凹部7がステータ2の突極部4に対向する状態(以降、単に非対向状態ということがある)で、ロータ3の内部を通る磁束と、ステータコイル5に通電する電流と間の関係は、図3に実線e2のグラフで示すような関係となる。
なお、SRモータ1の出力トルクは、図3の実線e1,e2の間の面積に応じたものとなり、該面積が大きいほど、SRモータ1が発生可能な出力トルクが大きくなる。
ここで、本実施形態では、ロータ3の各凹部7には、反磁性体(本実施形態では例えば銅)により構成された補助部材8が介装されている。このため、前記非対向状態でのロータ3とステータ2との間の磁気抵抗は、ロータ3の各凹部7の補助部材8を除去した場合に較べて大きくなる。
従って、前記非対向状態でロータ3の内部を通る磁束は、該ロータ3の各凹部7に補助部材8が介装されている本実施形態のSRモータ1では、該凹部7に補助部材8が介装されていない場合に比して小さくなる。
実際、ロータ3の各凹部7から補助部材8を除去した場合には、ロータ3の凹部7がステータ2の突極部4に対向する状態でロータ3の内部を通る磁束は、図3に二点鎖線e3のグラフで例示するように、実線e2のグラフで示す磁束(本実施形態における磁束)よりも大きくなることが確認された。
一方、本願発明者の各種実験、検討によれば、ロータ3の各凹部7に介装した補助部材8を、仮に相互に結線しないようにした場合(補助部材8を相互に非導通とした場合)、あるいは、補助部材8をかご形構造で相互に導通させたような場合には、前記対向状態でロータ3を通る磁束が、ロータ3の各凹部7に補助部材8が介装されていない場合、もしくは、本実施形態のように蛇行状の結線形態で隣り合う補助部材8同士を結線した場合よりも減少することが確認された。
この理由は次のように考えられる。すなわち、補助部材8を相互に結線しないようにした場合、あるいは、補助部材8をかご形構造で相互に導通させたような場合には、ステータコイル5が発生する磁束に応じて、該磁束と逆向きのカウンター磁束を発生させるように補助部材8に流れる渦電流が減衰し難いものとなる。ひいては、前記対向状態で、補助部材8に流れる上記渦電流によるカウンター磁束によって、ロータ3の内部を通る磁束が減少してしまう。
これに対して、図2に示したように補助部材8を蛇行状の結線形態で相互に結線した本実施形態のSRモータ1では、上記渦電流が減衰しやすくなって、前記対向状態で該渦電流が補助部材8に流れ続けるのが抑制される。このため、前記対向状態でロータ3の内部を通る磁束が、ロータ3の各凹部7に補助部材8を備えない場合よりも減少するのが防止される。
この結果、本実施形態のSRモータ1によれば、前記対向状態でロータ3の内部を通る磁束と、前記非対向状態でロータ3の内部を通る磁束との差の大きさを、ロータ3の各凹部7に補助部材8を備えない場合よりも大きくすることができる。
このため、本実施形態のSRモータ1によれば、ロータ3の各凹部7に補助部材8を備えない場合に比べて、発生し得る出力トルクの大きさを高めることができる。実際、図4のグラフで示すように、本実施形態のSRモータ1の出力トルク(実線のグラフ)は、各凹部7の補助部材8を備えない場合の出力トルク(破線のグラフ)よりも大きくなることが確認された。なお、図4の横軸の「回転角度」はロータ3の回転角度である。
以上のように、本実施形態のSRモータ1によれば、ロータ3の各凹部7の反磁性体により構成された補助部材8を介装すると共に、それらの補助部材8を図2示した如き蛇行状の結線形態で結線することによって、発生可能な出力トルクを高めることができる。
なお、以上説明した本実施形態のSRモータ1は、インナーロータ型のモータであるが、本発明のSRモータは、アウターロータ型のモータであってもよく、あるいは、アキシャルギャップ型のモータであってもよい。
また、ロータ3の各凹部7に介装する補助部材8は、銅以外の材質の反磁性体により構成されていてもよい。
1…スイッチドリラクタンスモータ、3…ロータ、6…ロータの突極部、7…凹部、8…補助部材。
Claims (1)
- ロータの周方向に並ぶように該ロータに形成された複数の突極部を有するスイッチドリラクタンスモータであって、
前記ロータの周方向で隣り合う2つの前記突極部の組のそれぞれ毎に、各組の2つの突極部の間の凹部に、反磁性体により構成された補助部材が介装されており、
前記ロータの周方向に並ぶ全ての補助部材が、蛇行状の結線形態で前記ロータの周方向に順次導通していくように該周方向で隣り合う補助部材同士が相互に結線されていることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013048882A JP2014176249A (ja) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | スイッチドリラクタンスモータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013048882A JP2014176249A (ja) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | スイッチドリラクタンスモータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2014176249A true JP2014176249A (ja) | 2014-09-22 |
Family
ID=51696985
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2013048882A Pending JP2014176249A (ja) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | スイッチドリラクタンスモータ |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2014176249A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021533718A (ja) * | 2018-08-07 | 2021-12-02 | タウ モーターズ,インコーポレイテッド | 電動機 |
-
2013
- 2013-03-12 JP JP2013048882A patent/JP2014176249A/ja active Pending
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JP2021533718A (ja) * | 2018-08-07 | 2021-12-02 | タウ モーターズ,インコーポレイテッド | 電動機 |
JP7408628B2 (ja) | 2018-08-07 | 2024-01-05 | タウ モーターズ,インコーポレイテッド | 電動機 |
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