JP3428871B2

JP3428871B2 - モータ

Info

Publication number: JP3428871B2
Application number: JP23688597A
Authority: JP
Inventors: 政行梨木
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 2003-07-22
Anticipated expiration: 2017-09-02
Also published as: JPH1189192A; DE19839785A1; US6194804B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータ、特に低コス
トであり、汎用の産業用モータとして利用可能なモータ
の改良に関し、更に、ロータが堅牢であることより、遠
心力がロータ強度上問題となるような高速回転モータと
して有用なモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】電動機を高速で高速で回転させる必要が
ある場合、例えば、マシニングセタ等の工作機械の高速
な主軸では、モータのロータ直径が１００ｍｍ程度で３
万回転／分以上の回転が必要となっている。このような
用途では誘導電動機が使用されているが、遠心力に耐え
られるようにロータのスロットは開口させず、閉じたス
ロットとすることが多く、ロータコイルエンドもそれな
りの強化が図られることが多い。いずれにしても、コス
ト高になったり、モータ特性を多少犠牲にした構造強化
策が採られることが多い。

【０００３】ロータの強度が高いモータとしてはスウィ
ッチトリラクランスモータが研究され、一部実用化され
てきている。このモータの具体的な代表的例を図１０に
示す。ロータ２は珪素鋼板のシンプルな塊であり、非常
に強固であるため、その点では、高速回転に向いてい
る。

【０００４】ステータ１には、６個の突極２０を持って
おり、各突極２０の幅はロータ回転角度換算で、約３０
度である。各突極２０にはそれぞれ巻き線ＴＡ１，ＴＡ
２，ＴＢ１，ＴＢ２，ＴＣ１，ＴＣ２，ＴＤ１，ＴＤ
２，ＴＥ１，ＴＥ２，ＴＦ１，ＴＦ２が巻回されてい
る。ロータ２は４個の突極を持っており、各突極の幅は
ロータ回転角度換算で、約３０度である。

【０００５】次に、このスウィッチトリラクランスモー
タの動作について説明する。例えば図１０の状態で反時
計方向に回転トルクを発生させる場合、ＴＣ１，ＴＣ２
およびＴＦ１，ＴＦ２で示す巻き線に電流を流してロー
タ２の突極２１を引き寄せることにより回転トルクを発
生させる。この時、ＴＣ１，ＴＣ２で示す巻き線に流す
電流とＴＦ１，ＴＦ２で示す巻き線に流す電流との方向
は逆向きとし、生成される磁束がロータ２を貫通するよ
うに電流を流す。さらに、ロータ２が反時計方向に回転
した場合、ロータ２の突極２１がＴＣ１，ＴＣ２の巻き
線が巻回されているステータ突極に一致する位置までく
るとこの場所での回転トルクは発生しなくなる。この
時、反時計方向の隣のロータ突極はＴＥ１，ＴＥ２で示
される巻き線が巻回されたステータ突極に近接している
ので、ＴＣ１，ＴＣ２の巻き線の電流を零とすると同時
に、ＴＥ１，ＴＥ２で示される巻き線およびＴＢ１，Ｔ
Ｂ２で示される巻き線へ電流を流すことにより反時計方
向の回転トルクを発生させる。このように、各ステータ
巻き線へ順次、適切な断続的電流を流すことにより、継
続的に回転トルクを発生させることができる。同様に、
図１０の状態で、時計方向に回転トルクを発生させる場
合、ＴＢ１，ＴＢ２で示す巻き線に電流を流してロータ
２の突極を引き寄せることにより回転トルクを発生させ
ることができる。

【０００６】なお、発生するトルクは各巻き線の電流と
ステータ１とロータ２との相対位置に関係し、原理的に
はロータの回転速度との関係はない。

【０００７】このスウィッチトリラクランスモータの特
徴は、モータ構造が簡単でステータ巻き線が簡単な巻き
構造であるため製作コストが低いこと、ステータ巻き線
のコイルエンドが短くできるのでモータ長が比較的短い
こと、ロータが堅牢なので物理的に高速回転が可能なこ
と、駆動アルゴリズムが簡単で電流の方向が片方だけで
よいので駆動回路を簡単にできる可能性があること等が
挙げられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一方、このスウィッチ
トリラクランスモータの問題点もいくつかある。供給す
る電気エネルギーとモータ内部に蓄積される磁気エネル
ギーと機械出力エネルギーとの関係を均一にする制御ア
ルゴリズムも十分に確立されていないことから、結果と
して、トルクリップルが大きいという問題がある。一方
法として、トルクリップルを補償するように電流を補償
して通電してトルクリップルを低減する方法も提案され
ているが、制御が煩雑である等の別の問題がある。トル
クリップルに加え、各突極が発生するトルクが断続的で
あることもモータ強度上ステータの変形に荷担している
と考えられ、モータ駆動時の振動、騒音が大きいという
問題がある。高速に回転する場合、４極の電動機なので
２極の電動機に比較して高速の電流制御が必要であるこ
と、非常に高速の電流スイッチングが必要であるなどの
問題もある。またモータ内部の磁気エネルギの供給およ
び回生を頻繁に行う必要があることから力率の問題もあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】２極のモータで、各ロー
タの突極に発生するトルクが連続的で、基本アルゴリズ
ム的にトルクリップルを発生せず、モータ内部の磁気エ
ネルギーは駆動装置側から見て出入りが無いモータを提
案する。モータの振動、騒音も小さいモータである。

【００１０】本発明のモータは、ロータ回転角換算で６
０度より小さいが、ほぼ６０度の幅を持つ６個のステー
タ磁極とを含む。

【００１１】各ステータ磁極に巻回された励磁巻き線
は、隣り合う励磁巻き線が逆直列となるように、各励磁
巻き線が直列に接続された励磁巻き線であり、各ステー
タ磁極に巻回されたトルク巻き線は３相となっており、
各相の巻き線はお互いに１８０度離れた、ロータ回転中
心に対して反対側の１対の巻き線であり、逆直列に接続
されている。そして、ロータ回転角換算で６０度から１
２０度の大きさの幅を持つ２個のロータ磁極を備える。
２個のロータ磁極の回転位置は、回転中心に対し１８０
度シフトした位置から、ステータ磁極間の隙間に相当し
た量だけシフトした位置である。

【００１２】本発明の他のモータは、各ステータ磁極に
巻回された共通のステータ巻き線である前記同様のモー
タである。

【００１３】また、ロータ外周にロータ磁極の総磁束を
制限するための穴あるいは溝が設けられたロータ、ある
いは、ロータの軸方向に積層されたロータの電磁鋼板の
間に、ロータ磁極の総磁束を制限するために、空隙を設
けてあるかもしくはステンレス等の非磁性体が設けられ
ているロータ構造についても提案する。

【００１４】また、ステータの電磁鋼板の飽和磁束密度
より低い飽和磁束密度の電磁鋼板で作られたロータにつ
いても提案する。

【００１５】

【作用】２極のロータは、極性はロータの位置により変
わるが、常に一定の磁束を存在させられる構造となって
いる。従って、モータ内部の磁気エネルギーを、ロータ
回転位置に関わらず、基本的に一定にすることができ
る。各励磁巻き線を全て直列に接続して励磁電流を流し
た場合、回転に伴い、どの巻き線かは磁束が減少し負の
電圧を発生し、同時に、どの巻き線かは磁束が増加する
ので正の電圧を発生するので、トータルとして直列に接
続された励磁巻き線のトータル電圧は、巻き線抵抗分の
電圧降下のみで、磁束の増減に伴う電圧は基本的に発生
しない。従って、駆動装置の励磁制御は非常に簡単なも
ので済む。なお、隣り合うステータ磁極の間の隙間につ
いては、隙間が小さければ隙間の悪影響は小さく、多少
大きくてもロータかステータのどちらかにスキューを行
うことによりその悪影響を低減できる。

【００１６】トルクの発生は磁気的吸引力により得られ
るので、ロータが対向しているステータ磁極の内、発生
させたいトルク方向のステータ磁極のトルク巻き線にト
ルク電流を通電することにより所望のトルクを発生させ
ることができる。この動作を回転に伴い、順次各ステー
タ磁極のステータ巻き線に行うことにより連続した回転
トルクを得ることができる。また、２個のロータ磁極の
位置をロータ回転角で１８０度シフトした位置にせず、
ステータ磁極間の隙間に相当した量だけシフトしてお
り、回転に伴う磁気抵抗変化が小さくなり、トルクリッ
プルを低減している。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の基本構成例を図１に示
す。１Ｈはステータであり、ロータ回転角で６０度より
は小さいがほぼ６０度の幅を持つ６個のステータ磁極を
備えている。各ステータ磁極には、ＨＡ３とＨＡ４、Ｈ
Ｂ３とＨＢ４，ＨＣ３とＨＣ４，ＨＤ３とＨＤ４，ＨＥ
３とＨＥ４，ＨＦ３とＨＦ４で示される各励磁巻き線、
ＨＡ１とＨＡ２，ＨＢ１とＨＢ２，ＨＣ１とＨＣ２，Ｈ
Ｄ１とＨＤ２，ＨＥ１とＨＥ２，ＨＦ１とＨＦ２で示さ
れる各トルク巻き線を備えている。なお、これら記号の
内Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは、各ステータ磁極を表して
いる。ステータ１Ｈは、図１の形状の珪素鋼板を軸方向
に積層している。

【００１８】２はロータの軸である。３は、ロータであ
り、ロータ回転角で約８０度の幅を持つ突極を持って
る。ロータの突極の幅ＰＡは、６０度から１２０度まで
の幅であればあらゆる回転位置で正負のトルク生成が可
能である。なお、後でも述べるが、ロータかステータの
どちらかをスキューすることにより、ステータ磁極の幅
及びロータ磁極の幅の限界値が変わる。

【００１９】図２は、各励磁巻き線の接続関係と励磁電
流の制御例を示す図である。７は各励磁巻き線で、図１
の隣り合う各励磁巻き線が逆向きに、６巻き線が直列に
接続されている。ＦＣは励磁電流指令であり、４は励磁
電流駆動回路、５は電流制御部、６は駆動トランジス
タ、ＩＤは励磁電流、ＶＳは電源電圧である。フライホ
イールダイオード等の詳細は省略している。この励磁巻
き線７、励磁電流ＩＤにより、図１の各ステータ磁極は
図１に示すＮ極Ｓ極に励磁されている。

【００２０】このように、ロータ３の外周部は、どの回
転位置もＮ極かＳ極に励磁されており、磁束の極性はロ
ータの位置により変わるが、磁束の絶対値は常に一定の
量が存在させられる構造となっている。従って、モータ
内部の磁気エネルギーを、ロータ回転位置に関わらず、
基本的に一定にすることができる。各励磁巻き線を全て
直列に接続して励磁電流を流した場合、回転に伴い、ど
の励磁巻き線かは磁束が減少し負の電圧を発生し、同時
に他のどの励磁巻き線かは磁束が増加するので正の電圧
を発生し、トータルとして直列に接続された励磁巻き線
のトータル電圧は、巻き線抵抗分の電圧降下のみで、磁
束の増減に伴う電圧は基本的に発生しない。従って、駆
動装置の励磁制御は非常に簡単なもので済む。

【００２１】なお、各３相励磁巻き線を２組に分割し
て、それぞれに励磁電流駆動回路を接続しても同様の効
果が得られる。

【００２２】図２のような構成の機能的な利点は、特に
高速回転で制御を行う場合、制御装置の励磁電流駆動の
負担が大きくなるが、図２方式では励磁巻き線間で勝手
に磁気エネルギのやりとりを行うので制御装置の負担が
減少する点である。

【００２３】なお、磁気エネルギーが一定で回転トルク
を発生しない現象は、他の見方をすれば、ロータの両端
で正のトルクと負のトルクが発生していて、キャンセル
し合っているとも言える。

【００２４】なお、隣り合うステータ磁極の間の隙間に
ついては、隙間が小さければ隙間の悪影響は小さく、多
少大きくてもロータかステータのどちらかにスキューを
行うことによりその悪影響を低減できる。

【００２５】図３にステータの各トルク巻き線を駆動す
る駆動回路の例を示す。ＷＡはＨＡ１とＨＡ２で示され
るトルク巻き線，ＷＤはＨＤ１とＨＤ２で示されるトル
ク巻き線である。８および９は駆動トランジスタであ
り、１０及び１１は回生用のフライホイールダイオード
である。ＷＡとＷＤとは逆向きに直列に接続されてい
る，なお、各ステータ磁極の励磁巻き線の電流の向きと
トルク巻き線の電流の向きとは一致している。トルク電
流ＩＡＤを流すときトランジスタ８，９がＯＮし、トラ
ンジスタ８，９がＯＦＦすると電流ＩＡＤはフライホイ
ールダイオード１０，１１を介して電源ＶＳ、ＶＬに回
生される。ＶＬはパワー回路のコモン線である。他の２
相の巻き線ＷＢ，ＷＥおよびＷＣ，ＷＦについても動作
は同様である。

【００２６】次にトルクの発生および各巻き線の電流と
の関係について、図４、図５の各電流値と回転角ＲＡの
特性で示す。図１において、水平に書いたロータの中心
線に対するロータ突極の反時計方向端までの角度をＲＡ
と定義する。今、電流ＩＰ１に相当する反時計方向のト
ルクを連続的に生成する場合について説明する。まず、
励磁電流ＩＤは図４の（ｄ）に示すように回転角ＲＡに
無関係に一定値ＩＤ１である。回転角ＲＡが零から次第
に増加すると仮定すると、ＲＡが零の位置では巻き線Ｗ
Ａ，ＷＤの電流ＩＡＤをＩＰ１にし、他の電流ＩＢＥ，
ＩＣＦは零とする。ＲＡが零から３０度までの間は、巻
き線ＷＡ，ＷＤがトルクを生成する。ＲＡが２０度に達
すると巻き線ＷＢ，ＷＥの電流ＩＢＥを増加させ始め、
ＲＡが３０度に達するときに電流値をＩＰ１まで増加さ
せる。この間はまだロータ突極が巻き線ＷＢ、ＷＥのス
テータ磁極まで達していないのでトルクを発生せず、そ
の後のトルク生成のための準備動作である。ＲＡが３０
度から９０度までは巻き線ＷＢ、ＷＥがトルクを生成す
る。この時同時にＲＡが３０度から４０度の間は電流Ｉ
ＡＤは電流をＩＰ１から零まで減少させる。この間は、
巻き線ＷＡとＷＤが巻回されたステータ磁極はロータ突
極に全面が対向しているので、トルクの生成には基本的
には寄与しない。ＲＡが８０度から９０度の間は巻き線
ＷＣ、ＷＦに流れる電流ＩＣＦを零からＩＰ１まで増加
し、トルク生成の準備をし、ＲＡが９０度から１５０度
の間は電流ＩＣＦによりトルクを生成する。同時にＲＡ
が９０度から１００度の間に電流ＩＢＥをＩＰ１から零
に減少させる。以下同様に各電流を通電することによ
り、トルクリップルの少ない反時計方向の一定のトルク
を生成し続けることができる。

【００２７】なお、ＲＡが２０度から３０度の間の巻き
線ＷＢ，ＷＥの電流ＩＢＥのように、トルクを発生しな
い期間にその巻き線に電流を流し、磁気エネルギーを蓄
えておくことは、その直後に蓄えられた磁気エネルギー
の一部が回転エネルギーに変換されるので、駆動装置に
とって駆動効率を上げることになり、有効である。

【００２８】また、厳密には、例えば、ＲＡが２０度か
ら３０にさしかかった時、回転トルクはギャップ部及び
ロータ突極の側面の空隙部の磁束分布に大きく関与して
いるので、電流ＩＢＥの電流増加は準備期間であると記
述したが、３０度近辺ではトルク生成に関与しているの
で、この準備期間を例えば１５度から２５度という風に
早めた方が良い。説明の簡便さのため省略した。

【００２９】次に、電流ＩＰ１に相当する時計方向のト
ルクを連続的に生成する場合について説明する。まず、
励磁電流ＩＤは図５の（ｄ）に示すように回転角ＲＡに
無関係に一定値ＩＤ１である。回転角ＲＡが零から次第
に増加すると仮定すると、ＲＡが零の位置では巻き線Ｗ
Ｃ，ＷＦの電流ＩＣＦをＩＰ１にし、他の電流ＩＡＤ，
ＩＢＥは零とする。ＲＡが零から５０度までの間は、巻
き線ＷＣ，ＷＦがトルクを生成する。ＲＡが３０度に達
すると巻き線ＷＡ，ＷＤの電流ＩＡＤを増加させ始め、
ＲＡが４０度に達するときに電流値をＩＰ１まで増加さ
せる。ＲＡが３０から５０度の間はまだ巻き線ＷＡとＷ
Ｄが巻回されたステータ磁極はロータ突極に全面が対向
しているので、トルクの生成には基本的には寄与しな
い。その後のトルク生成のための準備動作である。ＲＡ
が５０度から１１０度までは巻き線ＷＡ、ＷＤがトルク
を生成する。この時同時にＲＡが５０度から６０度の間
は電流ＩＣＦは電流をＩＰ１から零まで減少させる。こ
の間は、巻き線ＷＣとＷＦが巻回されたステータ磁極は
ロータ突極に全面が対向していないので、トルクの生成
には基本的には寄与しない。ＲＡが９０度から１００度
の間は巻き線ＷＢ、ＷＥに流れる電流ＩＣＦを零からＩ
Ｐ１まで増加し、トルク生成の準備をし、ＲＡが１１０
度から１７０度の間は電流ＩＢＥによりトルクを生成す
る。同時にＲＡが１１０度から１２０度の間に電流ＩＡ
ＤをＩＰ１から零に減少させる。以下同様に各電流を通
電することにより、トルクリップルの少ない時計方向の
一定のトルクを生成し続けることができる。

【００３０】なお、トルクの生成は各電流と回転位置と
に関係し、回転方向、回転速度には関係しない。

【００３１】また、各ステータ磁極とロータ突極との全
面が対向しているか、あるいは、全面が全く対向してい
ない回転位置があり、その回転位置を利用してトルク巻
き線の電流の増減を行えばトルクリップルを発生させな
い制御が可能である。

【００３２】次に、本発明の他の基本構成例を図６に示
す。この例は、ステータの励磁巻き線とトルク巻き線と
を共通化したモータである。制御的には、励磁電流ＩＤ
と各トルク電流を加えた値を各相電流として制御すれば
良く、理論的困難さはない。

【００３３】図６のモータの長所としては、図１に示し
たモータより巻き線が単純化されること、制御回路に図
２に示す励磁回路が不要となり回路が単純化されること
が挙げられる。逆に短所としては、高速回転時のモータ
端子電圧が図１に示したモータより大きくなるため駆動
回路の負担が増えること、モータ電流も励磁電流分だけ
大きくなり駆動回路の電流容量も大きくする必要がある
ことがあげられる。従って、図１のモータと図６のモー
タでは、使用回転数及び出力パワーによって長短がある
ため、一般的には、高速回転あるいは出力パワーの大き
いときは図１のモータの方が有利である。

【００３４】次に、ロータのＮ極Ｓ極の磁性、ステータ
磁極間の隙間ＰＧ、ロータ突極の磁極幅ＰＡ、ロータの
スキュー角ＳＡの関係について図６，図７で説明する。

【００３５】図６のロータ３の突極部の磁性はステータ
磁極の磁性により定まり、ロータの突極部が部分的に回
転と共にＮ極とＳ極に変化しながら回転していくことに
なる。なお、この動作は図１のモータでも同じである。

【００３６】図６の状態のモータのステータ内周及びロ
ータ外周を、水平に展開した図を図７に示す。紙面の下
方から上方向がロータ軸の方向で、右から左がロータの
反時計回転方向であり右端から左端までがロータ回転角
で３６０度である。破線とハッチングで示す３がロータ
突極で、実線で示す各長方形が各ステータ磁極を示す。
ＰＡはロータ突極の幅に相当する角度で８０度で、ＳＡ
はスキューに相当する角度である。ＰＢはステータ磁極
のロータ回転角で、ＰＧはステータ磁極の間の隙間に相
当するロータ回転角であり、ＰＢとＰＧの和は９０度で
ある。まずスキューＳＡが零の場合について考えてみ
る。トルクの発生は磁気的吸引力により得られるので、
ロータが対向しているステータ磁極の内、発生させたい
トルク方向のステータ磁極のトルク巻き線にトルク電流
を通電することにより所望のトルクを発生させることが
できる。この動作を回転に伴い、順次各ステータ磁極の
ステータ巻き線に行うことにより連続した回転トルクを
得ることができる。しかし、例えば図６においてロータ
を左方向に駆動したい場合でロータの左端がステータ磁
極の隙間にさしかかったときは、ロータの左側のステー
タ磁極の巻き線に電流を流してもロータとの磁束は発生
しないので、単純論理的には、トルクが発生しないこと
になる。このような時、ロータがスキューしてあると、
各ステータ磁極の間の隙間においても、ロータ磁極がス
キューしてある分だけ両隣のステータ磁極がそれぞれ少
しずつロータ磁極にかかっているので、同一方向のトル
クを両ステータ磁極が同時に発生させることができ、ス
ムーズなトルクの移行が可能となる。各ステータ磁極に
とって、トルクの急変が和らぐので、ステータ磁極の振
動が低減し、振動、騒音が低減する効果もある。なお厳
密には、スキューが零で、ロータ磁極の左端がステータ
磁極の隙間にさしかかったとしても、ロータとロータの
左側のステータ磁極の空間に磁束が発生しトルクは発生
する。

【００３７】本発明の実施の形態の構成は、基本的に、
以上の基本構成例に従っている。ただし、基本構成例の
ように、２個のロータ磁極の位置がロータ回転角で１８
０度シフトした位置であると、ロータの１端がステータ
磁極間の隙間にさしかかるときにはある程度のトルクリ
ップルが発生する。この対応として、本実施の形態の構
成では、２個のロータ磁極の位置をロータ回転角で１８
０度シフトした位置にせず、ステータ磁極間の隙間に相
当した量だけシフトしている。これにより、回転に伴う
磁気抵抗変化が小さくなり、トルクリップルを低減する
ことができる。

【００３８】さらに、本実施の形態が従う基本構成例に
ついて説明する。ステータの各巻き線の配置スペース
は、例えば、ステータ磁極の内周と同じ幅の突極をステ
ータ外周部のヨーク部まで構成し、その空きスペースを
ステータ巻き線の配置スペースとすることが可能であ
る。しかしこの場合、巻き線スペースが小さくなるの
で、巻き線スペース確保のため、モータの外形が大きく
なる。巻き線スペースを確保する他の方法として、図
１，図６のステータ形状のように、ステータ磁極の根本
を少し細くしてステータ巻き線の配置スペースとするこ
とが考えられる。なお、図１，図６の巻き線スペース
は、ＨＡ１，ＨＡ２等の側面部が空間であるようにモデ
ル的に書いているが、勿論、空間のスペースにも巻き線
を巻回することができる。図１等の場合、その細くした
部分の磁束密度が磁気的に飽和するので、飽和しない程
度にロータ側の突極の磁束量を制限することがモータの
動作上好ましい。ロータの磁束量を制限する方法例とし
て、図８の基本構成例に示すように、ロータ１２の突極
部に空間のスリット１３を分布させ、ロータ突極の最大
総磁束量を制限することができる。他の基本構成例とし
て、図９に示すように、軸方向に積層したロータ珪素鋼
板１４の間に適当な間隔で１５で示す空隙あるいはステ
ンレス板のような非磁性体を配置構成することにより、
ロータの最大総磁束量を制限することができる。本実施
の形態は、図８または図９の基本構成例にも従ってい
る。

【００３９】本発明モータは、種々応用、変形が可能で
あり、それらも本発明に含むものである。例えば、図
１，図６のモータの極数を２倍にすること、一部の極あ
るいは巻き線を省略することも可能である。図１、図６
のモータにおいて、各巻き線に中間タップを設けてお
き、モータの基底回転数以上に高速に回転させる場合、
モータ駆動装置を中間タップに接続し、いわゆる、巻き
線切り替え方式で高速回転を実現することもできる。

【００４０】本発明モータは、直線上に展開すればリニ
アモータとしても変形可能である。また、風損を低減す
るため、あるいは騒音を低減するため、ステータの内周
面及びロータの外周面を非磁性体あるいは珪素鋼板の一
部を活用するなどにより、円形にすることも有効であ
る。

【００４１】

【発明の効果】電磁鋼板だけで構成された非常に強固な
２極のロータを持つモータが実現できるので、従来より
高速な回転が実現できる。ロータの回転と共に連続的に
ロータの各突極にトルクを発生することができるので、
トルクリップルが小さく、振動、騒音も小さなモータを
実現できる。トルクリップルの低減は、２個のロータ磁
極の位置をロータ回転角で１８０度シフトした位置か
ら、ステータ磁極間の隙間に相当した量だけシフトし、
回転に伴う磁気抵抗変化を小さくすることによっても行
われている。モータ内部の磁気エネルギーの供給、保持
を励磁巻き線と単純な励磁回路とで実現できるので高速
回転の駆動が容易であり、また、トルク巻き線を駆動す
る駆動トランジスタ容量の小容量化が可能である。モー
タ構造は、汎用の誘導電動機に比較して、単純であり、
低コストなモータを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明モータの基本構成例を示すロータとス
テータとの構成図である。

【図２】図１のモータの励磁巻き線及び励磁電流駆動
回路である。

【図３】図１のモータのトルク巻き線及びトルク電流
駆動回路である。

【図４】図１のトルク電流とロータ回転角との特性図
である。

【図５】図１のトルク電流とロータ回転角との特性図
である。

【図６】本発明モータの他の基本構成例を示すロータ
とステータとの構成図である。

【図７】ステータ磁極形状とロータ突極との関係を示
す図である。

【図８】ロータ形状の例を示す説明図である。

【図９】ロータ形状の例を示す説明図である。

【図１０】従来のスウィッチトリラクタンスモータの
例を示す説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 19/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータ回転角換算で６０度より小さい
が、ほぼ６０度の幅を持つ６個のステータ磁極と、各ステータ磁極に巻回された励磁巻き線と、各ステータ磁極に巻回されたトルク巻き線と、ロータ回転角換算で６０度から１２０度の大きさの幅を
持つ２個のロータ磁極であって、２個のロータ磁極の回
転位置が、回転中心に対し１８０度シフトした位置か
ら、ステータ磁極間の隙間に相当した量だけシフトした
構成である２個のロータ磁極と、を備えることを特徴とするモータ。
【請求項２】隣り合うステータ磁極の励磁巻き線が逆
直列となるように、各励磁巻き線が直列に接続された励
磁巻き線であり、トルク巻き線は３相となっており、各相の巻き線はお互
いに１８０度離れた、ロータ回転中心に対して反対側の
１対の巻き線であり、逆直列に接続されていることを特
徴とする請求項１項記載のモータ。
【請求項３】ロータ回転角換算で６０度より小さい
が、ほぼ６０度の幅を持つ６個のステータ磁極と、各ステータ磁極に巻回された共通ステータ巻き線と、ロータ回転角換算で６０度から１２０度の大きさの幅を
持つ２個のロータ磁極であって、２個のロータ磁極の回
転位置が、回転中心に対し１８０度シフトした位置か
ら、ステータ磁極間の隙間に相当した量だけシフトした
構成である２個のロータ磁極と、を備えることを特徴とするモータ。
【請求項４】ロータ外周にロータ磁極の総磁束を制限
するための穴あるいは溝が設けられたことを特徴とする
請求項１または請求項３項のいずれかに記載のモータ。
【請求項５】ロータの軸方向に積層されたロータの電
磁鋼板の間に、ロータ磁極の総磁束を制限するために、
空隙を設けてあるかもしくはステンレス等の非磁性体が
設けられていることを特徴とする請求項１または請求項
３項のいずれかに記載のモータ。
【請求項６】ステータの電磁鋼板の飽和磁束密度より
低い飽和磁束密度の電磁鋼板で作られたロータであるこ
とを特徴とする請求項１または請求項３項のいずれかに
記載のモータ。