JP3543610B2 - ２相リラクタンスモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２相リラクタンスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から良く知られる２相リラクタンスモータの構造について、以下に説明する。図１２は典型的な２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。図において、１は出力軸、２は回転子、３ａ〜３ｄは回転子の磁極突起、４は固定子、５ａ〜５ｈは固定子の磁極突起、６は巻線、７は空隙、９は絶縁部、１２は溝部である。
【０００３】
回転子２は、出力軸１の周りに配置され、複数個、この場合には４個の等しい間隔と等しい形状の回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを有し、軸方向に複数枚、例えば１００枚以上の電磁鋼板を積層して構成されている。また、固定子４は、回転子２の外周部に空隙７を隔てて配置され、複数個、例えば８個の等しい間隔と等しい形状の固定子の磁極突起５ａ〜５ｈを有する。固定子の磁極突起５ａ〜５ｈそれぞれの間には溝部１２が設けられ、この溝部１２を通って巻線６が固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの周りに巻回されている。巻線６と磁極突起５ａ〜５ｈの間には、溝部１２を取り囲むように配置された絶縁部１３が設けられている。固定子４は回転子２と同様、複数枚例えば１００枚以上の電磁鋼板を軸方向に積層した積層鋼板で構成されている。
【０００４】
各磁極突起５ａ〜５ｈの周りに巻回された巻線６の相は、Ａ相とＢ相が交互になるように巻かれている。また、固定子の磁極突起と回転子の磁極突起の組み合わせは、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの数２Ｎ（Ｎは任意の整数）個に対し、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの数は、固定子の磁極突起の数の半分、即ちＮ個となるように構成されている。
【０００５】
次に、本モータの駆動原理を図１３を用いて説明する。図１３は固定子と回転子との相対位置が異なる場合において、コイルに電流を流した時の磁力線の発生する様子を示す磁力線図である。図において、×印は紙面に対し下向きに流れる電流、●印は紙面に対し上向きに流れる電流を示している。
図１３（ａ）のように、固定子の磁極突起と回転子の磁極突起の位置関係が互いに対向せずにずれているような状態に位置している時、Ａ相の巻線を図の向きに励磁すると、磁力線１６は固定子の磁極突起の歯の角から回転子の磁極突起の歯の角へ向かい図中の経路をたどって湾曲しながら流れる。この時、磁力線１６は磁気的に不安定な状態にあるため、磁力線１６がまっすぐに流れる磁気的に最も安定な向きへ向かって磁気吸引力が作用し回転子２が反時計方向へ回転する。回転子２が図１３（ｂ）に示すように磁気的に最も安定な位置まで到達すると、磁気吸引力は回転方向には全く作用しなくなる。この位置ではトルクは発生せず慣性力のみが作用している。そこで、次に励磁をＡ相からＢ相へ切換えることにより、再び磁気的に不安定な状態をつくり出し、回転方向にトルクを得ることができる。
【０００６】
以上の様に、回転子２と固定子４の相対的な位置に応じて、励磁する相を順次切換えることにより、回転方向に連続したトルクを得ることができる。このとき、巻線に流れる電流をｉ、巻線のインダクタンスをＬ、回転子の位置をθとすると、磁気飽和の生じない範囲において、発生トルクＴは、式（１）で表すことができる。
Ｔ＝（１／２）・ｉ・ｉ・ｄＬ／ｄθ ・・（１）
即ちトルクは、電流の二乗と回転子の位置に対する巻線インダクタンスの変化に比例する。
【０００７】
図１４は、図１２で示したモータの回転子位置に対するトルクの分布を有限要素法を用いた電磁界解析により算出したグラフである。図において、横軸は回転子の回転位置（ロータ位置；ｄｅｇ）、縦軸はトルクを示している。実線はＡ相を励磁した場合のトルク分布であり、破線はＢ相を励磁した場合のトルク分布である。図１２で示すように回転子の磁極突起３ａと固定子の磁極突起５ａとが完全に対向する位置を０．０ｄｅｇとする。
【０００８】
図１４に示すように、トルクの分布は、両相ともほぼ台形波の分布をしており、トルクの正負の向きは、巻線に流れる電流の向きに依存せず、固定子と回転子の位相関係により一意的に決定される。
例えば特開昭６１−２０３８４７号公報には上記のようなリラクタンスモータを含む電気駆動装置が掲載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の２相リラクタンスモータにおいては、図１４で示したトルク分布にあるように、Ａ相とＢ相のトルクが交差する回転子の位置、例えば０．０ｄｅｇ，４５．０ｄｅｇ，９０．０ｄｅｇ・・において、トルクが発生しない死点１７が存在していた。死点１７では例えば図１５に示すように、回転子と固定子の位置関係において磁極突起が対向した状態でモータが停止しており、起動時に固定子の巻線に図に示す励磁相で励磁した場合に発生する。即ち、巻線の励磁によって得られたトルクは、正方向と負方向でちょうど釣り合っている状態にあるため、互いの吸引力が打ち消しあって相殺され、その結果、起動に必要なトルクが得られず、起動ができないといった問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、回転子がどの位置に停止していても、起動時に必要なトルクを得ることができ、確実に起動することが可能な２相リラクタンスモータを得るものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる２相リラクタンスモータは、内周側に２の整数倍の個数設けられそれぞれに巻線が巻回される磁極突起を有する固定子と、前記固定子の内周側に配置され、外周側に前記磁極突起の半数の磁極突起を有する回転子とを備える２相リラクタンスモータにおいて、前記回転子の少なくとも１つの磁極突起を回転方向側に突出部を設けて非対称な形状とし、前記突出部を含む非対称な形状の回転子の磁極突起を、固定子の磁極突起の隣り合う２つに常に対向するように構成したものである。
【００１２】
また、本発明に係わる２相リラクタンスモータは、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、周方向に突出する突出部を設けたものである。
【００１３】
また、本発明に係わる２相リラクタンスモータは、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、周方向に突設した突出部と、この突出部に設けたスリット部を備えたものである。
【００１４】
また、本発明に係わる２相リラクタンスモータは、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、外周側に切り欠きを有する突出部を設けたものである。
【００１５】
また、本発明に係わる２相リラクタンスモータは、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、外周側から内周側に向かって滑らかに変化する突出部を設けたものである。
【００１６】
また、本発明に係わる２相リラクタンスモータは、電磁鋼板を積層してなる回転子の積層方向の一部において、磁極突起の回転方向側の側面に、周方向に突出する突起部を設けたものである。
【００１７】
また、本発明に係わる２相リラクタンスモータは、同一形状の電磁鋼板を積層してなる回転子の積層方向の端部において、前記回転子の磁極突起を回転方向側にずらして形成されたスキュー部によって突出部としたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態による２相リラクタンスモータを図に基づいて説明する。各図において、同一符号のものは同一構成要素を示している。
図１は、本発明の実施の形態１による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。図において、１は出力軸、２は回転子、３ａ〜３ｄは回転子の磁極突起、４は固定子、５ａ〜５ｈは固定子の磁極突起、６は巻線、７は空隙、８ａ〜８ｄは突出部、９は絶縁部、１２は溝部である。
【００１９】
回転子２は、出力軸１の周りに配置され、例えば４個の等しい間隔と等しい形状の回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを有し、回転の軸方向に複数枚、例えば１００枚以上の電磁鋼板を積層して構成されている。また、固定子４は、回転子２の外周部に空隙７を隔てて配置され、２の整数倍、例えば８個の等しい間隔と等しい形状の固定子の磁極突起５ａ〜５ｈを有する。固定子の磁極突起５ａ〜５ｈそれぞれの間には溝部１２が設けられ、この溝部１２を通って固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの周りに巻線６による集中巻きが施されている。巻線６と磁極突起５ａ〜５ｈの間には、溝部１２を取り囲むように非磁性のフィルム材などにより構成された絶縁部１３が設けられている。固定子４は回転子２と同様、複数枚例えば１００枚以上の電磁鋼板を軸方向に積層した積層鋼板で構成されている。
【００２０】
各磁極突起５ａ〜５ｈの周りに巻回された巻線６の相は、異なる２相（Ａ相、Ｂ相）が交互になるように端部で結線されている。また、固定子の磁極突起と回転子の磁極突起の組み合わせは、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの数２Ｎ（Ｎは任意の整数）個に対し、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの数は、固定子の磁極突起の数の半分、即ちＮ個となるように構成されている。
【００２１】
また、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄは非対称な形状であり、回転方向側の側面には周方向に伸びる突出部８ａ〜８ｄが設けられている。この突出部８ａ〜８ｄは磁性材料からなり、突出部８ａ〜８ｄを含む回転子の磁極突起３ａ〜３ｄそれぞれの周方向の長さは、固定子の磁極突起の１つの周方向長さにその隣の溝部１２の周方向長さを加えた長さよりも長くなり、溝１２を隔てた次の磁極突起の一部に対向するように構成されている。
図１に示す２相リラクタンスモータの回転子は、矢印のように反時計方向に回転する。本実施の形態の２相リラクタンスモータの製造方法は、板厚０．２〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板の板を金型を用いて打ち抜いてコアパンチを生成し、所定の枚数分だけ積層することで、従来の製造装置を用いて容易に実現することができる。
【００２２】
次に、本実施の形態による２相リラクタンスモータの各部の詳細寸法について説明する。ここで、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの先端部の周方向長さ、即ち先端部の幅をＬs2、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの先端部以外の幅をＬs1、突出部８ａ〜８ｄを除く回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの幅をＬr1、突出部８ａ〜８ｄの周方向長さをＬr2、固定子４のコアバック部の幅をＬc 、固定子４の内径をＤ1 、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの数をＮとしたとき、それぞれの寸法は次の式（２）〜（６）を満たす様に構成されている。
【００２３】
1.4・π・Ｄ1 ／(2・N)≦Ｌs2≦ 1.9・π・Ｄ1 ／(2・N) ・・（２）
0.9・Ｌs2 ≦Ｌr1≦ 1.3・Ｌs2 ・・（３）
0.8・π・Ｄ1 ／(2・N)≦Ｌs1≦ 1.3・π・Ｄ1 ／(2・N) ・・（４）
0.4・Ｌs1 ≦Ｌc ≦ 0.6・Ｌs1 ・・（５）
0.25 ・Ｌr1≦Ｌr2≦ 0.5・Ｌr1 ・・（６）
【００２４】
式（２），（３）は、モータのトルクに起因する項であり、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの先端部の幅Ｌs2が式（２）を満たさない時には、トルクが有効に作用せず効率が悪化する。例えば図２は式（２）を満たしていない構成のモータに対して、磁界解析により回転子位置に対するトルクの分布を算出した結果であり、横軸は回転子の位置（ロータ位置；ｄｅｇ）、縦軸はトルクを示している。即ち、磁極突起の先端部の幅Ｌs2＝π・Ｄ1 ／(2・N)とし、Ｌs2＝Ｌr1としたモータのトルク分布であり、このようにＬs2の寸法を式（２）の範囲より小さくすると、トルクの発生する区間が短くなり、トルクの減少、トルクリップルの増大を招くことになる。これは、励磁相の固定子の磁極突起５ａ〜５ｈと回転子の磁極突起３ａ〜３ｄが遠ざかるにつれて、磁気吸引力の作用が及ばなくなってくるためである。さらに、図２より、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈと回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの位置関係が、Ａ相とＢ相のトルク曲線が交差する位置にある場合、Ａ相、Ｂ相のどちらの相を励磁してもトルクが発生しない死点１７が発生している。この位置に回転子２が停止していると、正負の吸引力が相殺され起動に必要なトルクを得ることができず、モータを駆動することができない。
【００２５】
本実施の形態では、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの先端部の幅Ｌs2と回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの幅Ｌr1を式（２），（３）を満足するような範囲とした。即ち、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの先端部と回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの重なる範囲を大きくし、磁気吸引力の作用する区間を広げ、トルクの発生区間を増大させている。さらに、回転子の回転方向側に突出部８ａ〜８ｄを設けている。このため、突出部８ａ〜８ｄと固定子の磁極突起５ａ〜５ｈとの間の磁気吸引力の作用により負方向の吸引力に対し正方向の吸引力を増大させ、起動に必要なトルクを発生させることを可能とした。
【００２６】
例えば図１では磁極突起３ｂは磁極突起５ｃと対向しているとともに、回転方向に設けられた突出部８ｂはその隣の磁極突起５ｄの一部と対向している。この状態で停止しているモータの磁極突起５ｄ，５ｂに巻回されている巻線に通電して励磁すると、磁極突起３ｂと突出部８ｂと磁極突起５ｄで形成される磁力の方が、磁極突起３ｂと磁極突起５ｂで形成される磁力よりも強くなる。即ち、正方向の吸引力が負方向の吸引力よりも大きくなり、モータは回転し始めることができる。
このように、回転子がどの位置に停止していても吸引力が作用することになり、確実に起動できる２相リラクタンスモータが得られる。
【００２７】
図３は、本実施の形態による２相リラクタンスモータのトルク分布を有限要素法を用いた電磁界解析により算出した結果であり、横軸は回転子の位置（ロータ位置；ｄｅｇ）を示し、縦軸はトルクを示す。例えばＡ相によるトルクが０になる前にＢ相によるトルクが発生している。この現象により、回転子２がどの位置にあっても、死点が存在することなくトルクを発生でき、確実にモータを起動できることになる。
一方、Ｌs2の寸法を式（２）の上限値よりも大きくすると、漏れ磁束の増加により、効率低下の原因となる。
【００２８】
また、Ｌs1の寸法は、巻線６の励磁によって磁気飽和の生じない範囲で決定される。これは、モータの定格トルクを得るのに必要な電流値、および巻線インダクタンスより、Ｌs1の断面を通る磁束量を求めることで、磁気飽和の生じない寸法となるように決定できる。
また、Ｌc の寸法についても磁気飽和を生じない範囲で決定される。この場合、Ｌs1の断面を通過した磁束は、固定子４のコアバックを２方向に分岐して通過するため、Ｌc の寸法は、Ｌs1の寸法の半分程度となるのが望ましい。
【００２９】
上記の様に構成された２相リラクタンスモータにおいては、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの回転方向側の側面に、周方向に伸びる突出部８ａ〜８ｄを設けることにより、回転子の磁極突起を非対称な形状とし、固定子の磁極突起の隣り合う２つに常に対向するように構成したので、固定子の磁極突起に対し回転子の磁極突起がどの位置の状態にあってもモータの起動を確実に行えるととともに、トルク特性が良好で高効率な２相リラクタンスモータを得ることができる。
【００３０】
なお、上記の構成では、すべての回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを非対称な形状とし、そのそれぞれに突出部８ａ〜８ｄを設けているが、少なくともいずれか１つの磁極突起を非対称な形状として突出部を設ければ、モータ起動時にある程度の効果を奏する。即ち、モータ起動時に巻線に通電して励磁した時、少なくとも１つの磁極突起でトルクを発生でき、確実にモータを起動することができる。
【００３１】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。図において、１は出力軸、２は回転子、３ａ〜３ｄは回転子の磁極突起、４は固定子、５ａ〜５ｈは固定子の磁極突起、６は巻線、７は空隙、９は絶縁部、１０ａ〜１０ｄはスリット部、１１ａ〜１１ｄは薄肉部、１２は溝部である。本実施の形態でも、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの数は、２の整数倍として例えば８個とし、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの数はその半数の４個の構成のものを示している。
【００３２】
本実施の形態による２相リラクタンスモータの回転子２は、出力軸１の周りに配置され、Ｎ個（Ｎ：整数）例えば４個の等しい間隔と等しい形状の回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを有し、回転の軸方向に複数枚、例えば１００枚以上の電磁鋼板を積層して構成されている。また、固定子４は、回転子２の外周部に空隙７を隔てて配置され、２Ｎ個例えば８個の等しい間隔と等しい形状の固定子の磁極突起５ａ〜５ｈを有する。固定子の磁極突起５ａ〜５ｈそれぞれの間には溝部１２が設けられ、この溝部１２を通って固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの周りに巻線６による集中巻きが施されている。巻線６と磁極突起５ａ〜５ｈの間には、溝部１２を取り囲むように非磁性のフィルム材などにより構成された絶縁部１３が設けられている。固定子４は回転子２と同様、複数枚例えば１００枚以上の電磁鋼板を軸方向に積層した積層鋼板で構成されている。
【００３３】
各磁極突起５ａ〜５ｈに巻回された巻線の相は、異なる２相（Ａ相、Ｂ相）が交互になるように端部で結線されている。また、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄは非対称な形状であり、回転方向側には周方向に伸びる突出部に、スリット部１０ａ〜１０ｄと肉薄部１１ａ〜１１ｄが設けられている。このスリット部１０ａ〜１０ｄは空間または樹脂などの非磁性材料からなり、このスリット部１０ａ〜１０ｄを包囲する肉薄部１１ａ〜１１ｄは磁性材料からなる。また、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄそれぞれは、両サイドともストレートサイドを有する形状である。そして、肉薄部１１ａ〜１１ｄによって、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄそれぞれの周方向の長さは、固定子の磁極突起の１つの周方向長さにその隣の溝部１２の周方向長さを加えた長さよりも長くなり、溝１２を隔てた次の磁極突起の一部に対向するように構成されている。
また、図４に示す２相リラクタンスモータの回転子は、矢印のように反時計方向に回転する。本実施の形態の２相リラクタンスモータの製造方法は、板厚０．２〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板の板を金型を用いて打ち抜いてコアパンチを生成し、所定の枚数分だけ積層することで、従来の製造装置を用いて容易に実現することができる。
【００３４】
回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの周方向長さをＬr1、肉薄部１１ａ〜１１ｄの周方向長さをＬr3としたとき、例えば式（７）を満たす範囲に設定する。
【００３５】
0.25 ・Ｌr1≦Ｌr3≦ 0.5・Ｌr1 ・・（７）
【００３６】
この様に、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの回転方向側に突出部を設けて非対称な形状とし、その回転方向側の突出部に、スリット部１０ａ〜１０ｄと肉薄部１１ａ〜１１ｄを設けることにより、肉薄部１１ａ〜１１ｄと固定子の磁極突起５ａ〜５ｈとの間の磁気吸引力の作用により負方向の吸引力に対し正方向の吸引力を増大させ、起動に必要なトルクを発生させることを可能にした。
【００３７】
例えば図４では磁極突起３ｂは磁極突起５ｃと対向しているとともに、回転方に設けられた肉薄部１１ｂはその隣の磁極突起５ｄの一部と対向している。この状態で停止しているモータの磁極突起５ｄ，５ｂに巻回されている巻線に通電して励磁すると、磁極突起３ｂと肉薄部１１ｂと磁極突起５ｄで形成される磁力の方が、磁極突起３ｂと磁極突起５ｂで形成される磁力よりも強くなる。即ち、正方向の吸引力が負方向の吸引力よりも大きくなり、モータは回転し始めることができる。
このように、回転子がどの位置に停止していても吸引力が作用することになり、確実に起動できる２相リラクタンスモータが得られる。
【００３８】
さらに、本実施の形態では、回転子の磁極突起の回転方向側の磁性材料である肉薄部の形状は、スリット部を囲んで閉じた形状となっているため、実施の形態１に比べて強度の優れた２相リラクタンスモータが実現できる。
【００３９】
なお、上記の構成では、すべての回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを非対称な形状とし、そのそれぞれにスリット部１０ａ〜１０ｄと肉薄部１１ａ〜１１ｄを設けているが、少なくともいずれか１つの磁極突起を非対称な形状としてスリット部と肉薄部を設ければ、モータ起動時にある程度の効果を奏する。即ち、モータ起動時に巻線に通電して励磁した時、少なくとも１つの磁極突起でトルクを発生でき、確実にモータを起動することができる。
【００４０】
実施の形態３．
実施の形態１および実施の形態２では、軸方向に同一形状の電磁鋼板を積層して、回転子を構成していた。実施の形態３による２相リラクタンスモータにおいては、異なる形状の電磁鋼板を軸方向に積層して構成した回転子について説明する。
図５、図６、図７は本発明の実施の形態３によるリラクタンスモータを示す図である。図５は、回転子の磁極突起３ａを外周側側面から見たときの側面図、図６は図５のＡ−Ａ線における断面図、図７は図５のＢ−Ｂ線における断面図である。固定子の構造は、実施の形態１と同じであるのでここでは図示しない。また、図５において、軸方向に積層する電磁鋼板の枚数は大幅に省略して示している。
【００４１】
回転子は、板厚０．５ｍｍ程度の電磁鋼板を回転子の形状に打ち抜いたものを軸方向に積層することにより構成されている。また、積層されたコアの両端面付近のＡ−Ａ線断面において、回転子の形状は図６に示す様に、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを非対称な形状とし、その回転方向側に突出部８ａ〜８ｄを有する構造をしている。これに対し、Ｂ−Ｂ線断面では突出部８ａ〜８ｄがなく対称形状で、従来と同様な平行なストレートサイドを有する磁極突起の形状となっている。
また、本実施の形態では非対称な形状の鋼板を、例えば回転子の軸方向の上端部と下端部に配置している。
【００４２】
このように回転子を構成すれば、モータ起動時に巻線に通電して励磁した時、突出部８ａ〜８ｄを有する磁極突起においてトルクを発生するので、軸方向の少なくとも一部分の磁極突起でトルクを発生でき、確実にモータを起動することができる。
さらに、軸方向のすべての回転子を構成する鋼板に突出部を設けるのに比べ、機械強度を低減することなく、安価な２相リラクタンスモータが実現できる。
【００４３】
なお、突出部を有する鋼板の積層位置は、上記に限るものではなく、回転子の軸方向のどの位置でもよく、また複数枚を集中して積層しても、一枚づつまばらに対称形状の鋼板に挿入するように積層してもよい。また、図６に示す鋼板と図７に示す鋼板の割合は、どの程度でもよい。
【００４４】
また、本実施の形態では、Ａ−Ａ線断面は突出部８を有する非対称形状の鋼板であるが、この構造の代わりに実施の形態２で示したような突出部に肉薄部とスリット部を有する非対称形状の鋼板としても同様な効果が得られる。
【００４５】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４によるリラクタンスモータの回転子の磁極突起３ａを外周側側面から見たときの側面図である。図において、１３は軸方向の一端部に配置されたスキュー部である。
回転子の断面構造は、図７に示した回転子の磁極突起の両サイドに平行なストレート面を有する回転子鋼板を積層した構造である。さらに、軸方向の一端部は、回転方向に傾斜するスキューが施された構造となっている。このスキュー部１３は、回転子をすべて同一形状の鋼板で構成し、一端部において鋼板を所定の角度で回転させながら少しづつずらして積層することにより、容易に実現できる。
【００４６】
スキュー部１３は、軸方向の全体の長さの１／１０〜１／４程度の部分を傾斜させて構成している。また、その側面では、スキュー部１３の最先端とスキュー部以外の回転子の磁極突起の回転方向側側面との距離Ｓr4は、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの周方向長さをＬr1とした時、例えば式（８）を満足する範囲としている。
【００４７】
0.25 ・Ｌr1≦Ｌr4≦ 0.5・Ｌr1 ・・（８）
【００４８】
この様に、軸方向の端部にスキュー部１３を設けたことにより、回転子の磁極突起の軸方向の一部分が周方向で回転方向側に突出した形状となるため、この突出した部分と固定子の磁極突起の間に磁気吸引力が作用することによりトルク分布が非対称となり、起動特性を改善した２相リラクタンスモータが実現できる。
なお、このスキュー部１３は軸方向の全体の長さの１／１０〜１／４程度の部分を傾斜させて構成しているが、１／１０程度より少ないと起動時に作用する磁気吸引力が小さく、１／４程度よりも多いと回転子の回転が不安定になりモータとしての効率が悪くなる。
また、上記では回転子の積層方向の上端部にスキュー部１３を設けているが、積層方向の下端部で回転方向側に突出するように設けてもよく、また、上下端部の両方に回転方向側に突出するように設けてもよい。
【００４９】
また、上記ではスキュー部１３は一枚の鋼板を少しづつずらして構成しているが、これに限るものではなく、複数枚まとめてずらしたり、またスキュー部１３のすべてをＬr4だけずらせて積層してもよい。この場合にも磁気吸引力が作用してトルク分布が非対称となることによって起動特性を改善するという効果は上記と同様に得られる。
ただし、鋼板を少しづつずらした構成の回転子は、図８において紙面の左から右方向へ向かって回転する。この回転子が回転する際、スキュー部１３の少しづつずれて突出した部分が風を斜め上方へ押し上げる役割をし、固定子の巻線の冷却を効果的に行うことが可能となる。これにより、温度上昇を小さくすることができ、より多くの電流を流すことが可能となり、体積当たりのトルクを増大させることができる。
【００５０】
実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。図において、１は出力軸、２は回転子、３ａ〜３ｄは回転子の磁極突起、４は固定子、５ａ〜５ｈは固定子の磁極突起、６は巻線、７は空隙、８ａ〜８ｄは突出部、９は絶縁部、１２は溝部、１４ａ〜１４ｄは切り欠き部である。
【００５１】
回転子２は、出力軸１の周りに配置され、Ｎ個（Ｎ；整数）例えば４個の等しい間隔と等しい形状の回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを有し、回転の軸方向に複数枚、例えば１００枚以上の電磁鋼板を積層して構成されている。また、固定子４は、回転子２の外周部に空隙７を隔てて配置され、２Ｎ個例えば８個の等しい間隔と等しい形状の固定子の磁極突起５ａ〜５ｈを有する。固定子の磁極突起５ａ〜５ｈそれぞれの間には溝部１２が設けられ、この溝部１２を通って固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの周りに巻線６による集中巻きが施されている。巻線６と磁極突起５ａ〜５ｈの間には、溝部１２を取り囲むように非磁性のフィルム材などにより構成された絶縁部１３が設けられている。固定子４は回転子２と同様、複数枚例えば１００枚以上の電磁鋼板を軸方向に積層した積層鋼板で構成されている。
【００５２】
各磁極突起５ａ〜５ｈに巻回された巻線の相は、異なる２相（Ａ相、Ｂ相）が交互になるように端部で結線されている。また、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの回転方向側には周方向に伸びる突出部８ａ〜８ｄが設けられ、非対称な形状になっている。この突出部８ａ〜８ｄは磁性材料からなり、外周側に切り欠き部１４ａ〜１４ｄを有している。そして、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄは、両サイドにストレートサイドの面を有する。
【００５３】
突出部８ａ〜８ｄによって回転子の磁極突起３ａ〜３ｄそれぞれの周方向の長さは、固定子の磁極突起の１つの周方向長さにその隣の溝部１２の周方向長さを加えた長さよりも長くなり、溝１２を隔てた次の磁極突起の一部に対向するように構成されている。また、切り欠き部１４ａ〜１４ｄは、回転子２の最外周と固定子４の内径の間に位置する空隙の距離よりも若干大きくなる程度に設けられている。
図９に示す２相リラクタンスモータの回転子は、矢印のように反時計方向に回転する。本実施の形態の２相リラクタンスモータの製造方法は、板厚０．２〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板の板を金型を用いて打ち抜いてコアパンチを生成し、所定の枚数分だけ積層することで、従来の製造装置を用いて容易に実現することができる。
【００５４】
回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの周方向長さをＬr1、突出部８ａ〜８ｄの周方向長さをＬr5としたとき、例えば式（９）を満たす範囲に設定する。
0.25 ・Ｌr1≦Ｌr5≦ 0.5・Ｌr1 ・・（９）
【００５５】
このように回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの回転方向側に突出部８ａ〜８ｄを設けているため、突出部８ａ〜８ｄと固定子の磁極突起５ａ〜５ｈとの間の磁気吸引力の作用により負方向の吸引力に対し正方向の吸引力を増大させ、起動に必要なトルクを発生させることを可能とした。
【００５６】
例えば図９では磁極突起３ｂは磁極突起５ｃと対向しているとともに、回転方に設けられた突出部８ｂはその隣の磁極突起５ｄの一部と対向している。この状態で停止しているモータの磁極突起５ｄ，５ｂに巻回されている巻線に通電して励磁すると、磁極突起３ｂと突出部８ｂと磁極突起５ｄで形成される磁力の方が、磁極突起３ｂと磁極突起５ｂで形成される磁力よりも強くなる。即ち、正方向の吸引力が負方向の吸引力よりも大きくなり、モータは回転し始めることができる。
このように、回転子がどの位置に停止していても吸引力が作用することになり、確実に起動できる２相リラクタンスモータが得られる。
【００５７】
図１０は、本実施の形態による２相リラクタンスモータのトルク分布を有限要素法を用いた電磁界解析により算出した結果であり、横軸は回転子の位置（ロータ位置；ｄｅｇ）を示し、縦軸はトルクを示す。例えばＡ相によるトルクが０になる前にＢ相によるトルクが発生している。この現象により、回転子２がどの位置にあっても、死点が存在することなくトルクを発生でき、確実にモータを起動できることになる。
【００５８】
上記の様に構成された２相リラクタンスモータにおいては、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの回転方向側に、外周側に切り欠き部１４ａ〜１４ｄを有する突出部８ａ〜８ｄを設けて磁極突起３ａ〜３ｄを非対称な形状とし、固定子の磁極突起に対し回転子の磁極突起がどの位置の状態にあってもモータの起動を確実に行えるととともに、トルク特性が良好でより信頼性の高い起動特性を有する高効率な２相リラクタンスモータを得ることができる。
【００５９】
なお、上記の構成では、すべての回転子の磁極突起３ａ〜３ｄのそれぞれに突出部８ａ〜８ｄを設けてを非対称な形状としているが、少なくともいずれか１つの磁極突起に突出部を設けて非対称な形状とすれば、モータ起動時にある程度の効果を奏する。即ち、モータ起動時に巻線に通電して励磁した時、少なくとも１つの磁極突起でトルクを発生でき、確実にモータを起動することができる。
【００６０】
実施の形態６．
図１１は、本発明の実施の形態６による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。図において、１は出力軸、２は回転子、３ａ〜３ｄは回転子の磁極突起、４は固定子、５ａ〜５ｈは固定子の磁極突起、６は巻線、７は空隙、９は絶縁部、１２は溝部、１５ａ〜１５ｄは流面突出部である。
【００６１】
回転子２は、出力軸１の周りに配置され、Ｎ個（Ｎ；整数）例えば４個の等しい間隔と等しい形状の回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを有し、回転の軸方向に複数枚、例えば１００枚以上の電磁鋼板を積層して構成されている。また、固定子４は、回転子２の外周部に空隙７を隔てて配置され、２Ｎ個例えば８個の等しい間隔と等しい形状の固定子の磁極突起５ａ〜５ｈを有する。固定子の磁極突起５ａ〜５ｈそれぞれの間には溝部１２が設けられ、この溝部１２を通って固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの周りに巻線６による集中巻きが施されている。巻線６と磁極突起５ａ〜５ｈの間には、溝部１２を取り囲むように非磁性のフィルム材などにより構成された絶縁部１３が設けられている。固定子４は回転子２と同様、複数枚例えば１００枚以上の電磁鋼板を軸方向に積層した積層鋼板で構成されている。
【００６２】
各磁極突起５ａ〜５ｈに巻回された巻線の相は、異なる２相（Ａ相、Ｂ相）が交互になるように端部で結線されている。また、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄは非対称な形状であり、回転方向側には周方向に流面で滑らかに伸びる流面突出部１５ａ〜１５ｄが設けられている。回転方向の反対側の側面はストレートサイド面を有する。この流面突出部８ａ〜８ｄは磁性材料からなり、回転子２と固定子４の間の空隙７は徐々に拡大するような形状となっている。
【００６３】
流面突出部１５ａ〜１５ｄによって回転子の磁極突起３ａ〜３ｄそれぞれの周方向の長さは、固定子の磁極突起の１つの周方向長さにその隣の溝部１２の周方向長さを加えた長さよりも長くなり、溝１２を隔てた次の磁極突起の一部に対向するように構成されている。
図１１に示す２相リラクタンスモータの回転子は、矢印のように反時計方向に回転する。本実施の形態の２相リラクタンスモータの製造方法は、板厚０．２〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板の板を金型を用いて打ち抜いてコアパンチを生成し、所定の枚数分だけ積層することで、従来の製造装置を用いて容易に実現することができる。
【００６４】
回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの周方向長さをＬr1、流面突出部１５ａ〜１５ｄの周方向長さをＬr6としたとき、例えば式（１０）を満たす範囲に設定する。
0.25 ・Ｌr1≦Ｌr6≦ 0.5・Ｌr1 ・・（１０）
【００６５】
このように回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの回転方向側に流面突出部１５ａ〜１５ｄを設けているため、流面突出部１５ａ〜１５ｄと固定子の磁極突起５ａ〜５ｈとの間の磁気吸引力の作用により負方向の吸引力に対し正方向の吸引力を増大させ、起動に必要なトルクを発生させることを可能とした。
【００６６】
例えば図１１では磁極突起３ｂは磁極突起５ｃと対向しているとともに、回転方に設けられた流面突出部１５ｂはその隣の磁極突起５ｄの一部と対向している。この状態で停止しているモータの磁極突起５ｄ，５ｂに巻回されている巻線に通電して励磁すると、磁極突起３ｂと流面突出部１５ｂと磁極突起５ｄで形成される磁力の方が、磁極突起３ｂと磁極突起５ｂで形成される磁力よりも強くなる。即ち、正方向の吸引力が負方向の吸引力よりも大きくなり、モータは回転し始めることができる。
このように、回転子がどの位置に停止していても吸引力が作用することになり、確実に起動できる２相リラクタンスモータが得られる。
【００６７】
以上の様に、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの回転方向側に流面突出部１５ａ〜１５ｄを設けることにより、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを非対称な形状とし、トルクの分布を非対称形状とすることで、起動特性を改善した２相リラクタンスモータが実現できる。さらに、回転子２の回転方向側に、外周側から内周側に向かって滑らかに変化する流面突出部１５ａ〜１５ｄを設けているため、回転子２の回転駆動による空気抵抗を減少することができ、風損の小さな２相リラクタンスモータが実現できる。
【００６８】
なお、上記の構成では、すべての回転子の磁極突起３ａ〜３ｄに流面突出部１５ａ〜１５ｄを設け非対称な形状としているが、少なくともいずれか１つの磁極突起に流面突出部を設けて非対称な形状とすれば、モータ起動時にある程度の効果を奏する。即ち、モータ起動時に巻線に通電して励磁した時、少なくとも１つの磁極突起でトルクを発生でき、確実にモータを起動することができる。
また、必ずしも突出部が流面形状でなくてもよく、例えば直線的な面を有する傾斜で突出部を構成してもよい。
【００６９】
また、実施の形態１〜実施の形態６では固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの数を８個、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの数を４個とした組み合わせについて述べたが、これに限定するものではない。固定子の磁極突起の数を２の整数倍とし回転子の磁極突起の数をその半数とした組み合わせであればよく、上記以外の磁極突起の組み合わせ、例えば、固定子の磁極突起の数４個と回転子の磁極突起の数２個の組み合わせや、固定子の磁極突起の数６個と回転子の磁極突起の数３個の組み合わせなどについても同様な効果が得られるものである。
【００７０】
【発明の効果】
以上の様に、本発明によれば、内周側に２の整数倍の個数設けられそれぞれに巻線が巻回される磁極突起を有する固定子と、前記固定子の内周側に配置され、外周側に前記磁極突起の半数の磁極突起を有する回転子とを備える２相リラクタンスモータにおいて、前記回転子の少なくとも１つの磁極突起を回転方向側に突出部を設けて非対称な形状とし、前記突出部を含む非対称な形状の回転子の磁極突起を、固定子の磁極突起の隣り合う２つに常に対向するように構成したことにより、固定子の磁極突起に対し回転子の磁極突起がどの位置の状態にあってもモータの起動を確実に行えるととともに、トルク特性が良好で高効率な２相リラクタンスモータを得ることができる。
【００７１】
また、本発明は、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、周方向に突出する突出部を設けたことにより、固定子の磁極突起に対し回転子の磁極突起がどの位置の状態にあってもモータの起動を確実に行えるととともに、トルク特性が良好で高効率な２相リラクタンスモータを得ることができる。
【００７２】
また、本発明によれば、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、周方向に突設した突出部と、この突出部に設けたスリット部を備えたことにより、固定子の磁極突起に対し回転子の磁極突起がどの位置の状態にあってもモータの起動を確実に行うことができる。また、回転子の磁極突起のスリット側の磁性部形状は、スリット部を囲んで閉じた形状となっているため、強度の優れた２相リラクタンスモータが得られる。
【００７３】
また、本発明によれば、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、外周側に切り欠きを有する突出部を設けたことにより、固定子の磁極突起に対し回転子の磁極突起がどの位置の状態にあってもモータの起動を確実に行うことができ、信頼性の高い起動特性を有する２相リラクタンスモータが得られる。
【００７４】
また、本発明によれば、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、外周側から内周側に向かって滑らかに変化する突出部を設けたことにより、トルクの分布を非対称形状として起動特性を改善でき、さらに回転子の回転駆動による空気抵抗を減少することができ、風損の小さな２相リラクタンスモータが得られる。
【００７５】
また、本発明によれば、電磁鋼板を積層してなる回転子の積層方向の一部において、磁極突起の回転方向側の側面に、周方向に突出する突起部を設けたことにより、モータの起動特性が良好で高効率な２相リラクタンスモータが得られ、かつ安価な２相リラクタンスモータが得られる。
【００７６】
また、本発明によれば、同一形状の電磁鋼板を積層してなる回転子の積層方向の端部において、前記回転子の磁極突起を回転方向側にずらして形成されたスキュー部によって突出部としたことにより、この突出部と固定子の磁極突起の間に磁気吸引力が作用することによりトルク分布が非対称となり、起動特性を改善した２相リラクタンスモータが得られる。さらに、回転子は、スキュー部の突出した側が風を斜め上方へ押し上げる役割をし、固定子の巻線の冷却を効果的に行って温度上昇を小さくでき、より多くの電流を流すことが可能となり、体積当たりのトルクを増大できる２相リラクタンスモータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。
【図２】実施の形態１の寸法の範囲外の構成の２相リラクタンスモータの回転子位置に対するトルクの分布を示すグラフである。
【図３】実施の形態１による２相リラクタンスモータの回転子位置に対するトルク分布を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態２による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。
【図５】本発明の実施の形態３を示す２相リラクタンスモータの回転子の磁極突起を外周側側面から見た側面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４による２相リラクタンスモータの回転子の磁極突起を外周側側面から見た側面図である。
【図９】本発明の実施の形態５による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。
【図１０】実施の形態５による２相リラクタンスモータの回転子位置に対するトルク分布を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態６による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。
【図１２】従来の２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。
【図１３】２相リラクタンスモータの駆動原理を示す磁束線図である。
【図１４】従来の２相リラクタンスモータの回転子位置に対するトルク分布を示すグラフである。
【図１５】従来の２相リラクタンスモータの死点を示す磁束線図である。
【符号の説明】
１ 出力軸、２ 回転子、３ａ〜３ｄ 回転子の磁極突起、４ 固定子、５ａ〜５ｈ 固定子の磁極突起、６ 巻線、７ 空隙、８ａ〜８ｄ 突出部、９ 絶縁部、１０ スリット部、１１ 肉薄部、１２ 溝部、１３ スキュー部、１４ａ〜１４ｄ 切り欠き部、１５ａ〜１５ｄ 流面突出部、１６ 磁力線、１７ 死点。
【発明の属する技術分野】
本発明は、２相リラクタンスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から良く知られる２相リラクタンスモータの構造について、以下に説明する。図１２は典型的な２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。図において、１は出力軸、２は回転子、３ａ〜３ｄは回転子の磁極突起、４は固定子、５ａ〜５ｈは固定子の磁極突起、６は巻線、７は空隙、９は絶縁部、１２は溝部である。
【０００３】
回転子２は、出力軸１の周りに配置され、複数個、この場合には４個の等しい間隔と等しい形状の回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを有し、軸方向に複数枚、例えば１００枚以上の電磁鋼板を積層して構成されている。また、固定子４は、回転子２の外周部に空隙７を隔てて配置され、複数個、例えば８個の等しい間隔と等しい形状の固定子の磁極突起５ａ〜５ｈを有する。固定子の磁極突起５ａ〜５ｈそれぞれの間には溝部１２が設けられ、この溝部１２を通って巻線６が固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの周りに巻回されている。巻線６と磁極突起５ａ〜５ｈの間には、溝部１２を取り囲むように配置された絶縁部１３が設けられている。固定子４は回転子２と同様、複数枚例えば１００枚以上の電磁鋼板を軸方向に積層した積層鋼板で構成されている。
【０００４】
各磁極突起５ａ〜５ｈの周りに巻回された巻線６の相は、Ａ相とＢ相が交互になるように巻かれている。また、固定子の磁極突起と回転子の磁極突起の組み合わせは、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの数２Ｎ（Ｎは任意の整数）個に対し、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの数は、固定子の磁極突起の数の半分、即ちＮ個となるように構成されている。
【０００５】
次に、本モータの駆動原理を図１３を用いて説明する。図１３は固定子と回転子との相対位置が異なる場合において、コイルに電流を流した時の磁力線の発生する様子を示す磁力線図である。図において、×印は紙面に対し下向きに流れる電流、●印は紙面に対し上向きに流れる電流を示している。
図１３（ａ）のように、固定子の磁極突起と回転子の磁極突起の位置関係が互いに対向せずにずれているような状態に位置している時、Ａ相の巻線を図の向きに励磁すると、磁力線１６は固定子の磁極突起の歯の角から回転子の磁極突起の歯の角へ向かい図中の経路をたどって湾曲しながら流れる。この時、磁力線１６は磁気的に不安定な状態にあるため、磁力線１６がまっすぐに流れる磁気的に最も安定な向きへ向かって磁気吸引力が作用し回転子２が反時計方向へ回転する。回転子２が図１３（ｂ）に示すように磁気的に最も安定な位置まで到達すると、磁気吸引力は回転方向には全く作用しなくなる。この位置ではトルクは発生せず慣性力のみが作用している。そこで、次に励磁をＡ相からＢ相へ切換えることにより、再び磁気的に不安定な状態をつくり出し、回転方向にトルクを得ることができる。
【０００６】
以上の様に、回転子２と固定子４の相対的な位置に応じて、励磁する相を順次切換えることにより、回転方向に連続したトルクを得ることができる。このとき、巻線に流れる電流をｉ、巻線のインダクタンスをＬ、回転子の位置をθとすると、磁気飽和の生じない範囲において、発生トルクＴは、式（１）で表すことができる。
Ｔ＝（１／２）・ｉ・ｉ・ｄＬ／ｄθ ・・（１）
即ちトルクは、電流の二乗と回転子の位置に対する巻線インダクタンスの変化に比例する。
【０００７】
図１４は、図１２で示したモータの回転子位置に対するトルクの分布を有限要素法を用いた電磁界解析により算出したグラフである。図において、横軸は回転子の回転位置（ロータ位置；ｄｅｇ）、縦軸はトルクを示している。実線はＡ相を励磁した場合のトルク分布であり、破線はＢ相を励磁した場合のトルク分布である。図１２で示すように回転子の磁極突起３ａと固定子の磁極突起５ａとが完全に対向する位置を０．０ｄｅｇとする。
【０００８】
図１４に示すように、トルクの分布は、両相ともほぼ台形波の分布をしており、トルクの正負の向きは、巻線に流れる電流の向きに依存せず、固定子と回転子の位相関係により一意的に決定される。
例えば特開昭６１−２０３８４７号公報には上記のようなリラクタンスモータを含む電気駆動装置が掲載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の２相リラクタンスモータにおいては、図１４で示したトルク分布にあるように、Ａ相とＢ相のトルクが交差する回転子の位置、例えば０．０ｄｅｇ，４５．０ｄｅｇ，９０．０ｄｅｇ・・において、トルクが発生しない死点１７が存在していた。死点１７では例えば図１５に示すように、回転子と固定子の位置関係において磁極突起が対向した状態でモータが停止しており、起動時に固定子の巻線に図に示す励磁相で励磁した場合に発生する。即ち、巻線の励磁によって得られたトルクは、正方向と負方向でちょうど釣り合っている状態にあるため、互いの吸引力が打ち消しあって相殺され、その結果、起動に必要なトルクが得られず、起動ができないといった問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、回転子がどの位置に停止していても、起動時に必要なトルクを得ることができ、確実に起動することが可能な２相リラクタンスモータを得るものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる２相リラクタンスモータは、内周側に２の整数倍の個数設けられそれぞれに巻線が巻回される磁極突起を有する固定子と、前記固定子の内周側に配置され、外周側に前記磁極突起の半数の磁極突起を有する回転子とを備える２相リラクタンスモータにおいて、前記回転子の少なくとも１つの磁極突起を回転方向側に突出部を設けて非対称な形状とし、前記突出部を含む非対称な形状の回転子の磁極突起を、固定子の磁極突起の隣り合う２つに常に対向するように構成したものである。
【００１２】
また、本発明に係わる２相リラクタンスモータは、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、周方向に突出する突出部を設けたものである。
【００１３】
また、本発明に係わる２相リラクタンスモータは、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、周方向に突設した突出部と、この突出部に設けたスリット部を備えたものである。
【００１４】
また、本発明に係わる２相リラクタンスモータは、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、外周側に切り欠きを有する突出部を設けたものである。
【００１５】
また、本発明に係わる２相リラクタンスモータは、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、外周側から内周側に向かって滑らかに変化する突出部を設けたものである。
【００１６】
また、本発明に係わる２相リラクタンスモータは、電磁鋼板を積層してなる回転子の積層方向の一部において、磁極突起の回転方向側の側面に、周方向に突出する突起部を設けたものである。
【００１７】
また、本発明に係わる２相リラクタンスモータは、同一形状の電磁鋼板を積層してなる回転子の積層方向の端部において、前記回転子の磁極突起を回転方向側にずらして形成されたスキュー部によって突出部としたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態による２相リラクタンスモータを図に基づいて説明する。各図において、同一符号のものは同一構成要素を示している。
図１は、本発明の実施の形態１による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。図において、１は出力軸、２は回転子、３ａ〜３ｄは回転子の磁極突起、４は固定子、５ａ〜５ｈは固定子の磁極突起、６は巻線、７は空隙、８ａ〜８ｄは突出部、９は絶縁部、１２は溝部である。
【００１９】
回転子２は、出力軸１の周りに配置され、例えば４個の等しい間隔と等しい形状の回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを有し、回転の軸方向に複数枚、例えば１００枚以上の電磁鋼板を積層して構成されている。また、固定子４は、回転子２の外周部に空隙７を隔てて配置され、２の整数倍、例えば８個の等しい間隔と等しい形状の固定子の磁極突起５ａ〜５ｈを有する。固定子の磁極突起５ａ〜５ｈそれぞれの間には溝部１２が設けられ、この溝部１２を通って固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの周りに巻線６による集中巻きが施されている。巻線６と磁極突起５ａ〜５ｈの間には、溝部１２を取り囲むように非磁性のフィルム材などにより構成された絶縁部１３が設けられている。固定子４は回転子２と同様、複数枚例えば１００枚以上の電磁鋼板を軸方向に積層した積層鋼板で構成されている。
【００２０】
各磁極突起５ａ〜５ｈの周りに巻回された巻線６の相は、異なる２相（Ａ相、Ｂ相）が交互になるように端部で結線されている。また、固定子の磁極突起と回転子の磁極突起の組み合わせは、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの数２Ｎ（Ｎは任意の整数）個に対し、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの数は、固定子の磁極突起の数の半分、即ちＮ個となるように構成されている。
【００２１】
また、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄは非対称な形状であり、回転方向側の側面には周方向に伸びる突出部８ａ〜８ｄが設けられている。この突出部８ａ〜８ｄは磁性材料からなり、突出部８ａ〜８ｄを含む回転子の磁極突起３ａ〜３ｄそれぞれの周方向の長さは、固定子の磁極突起の１つの周方向長さにその隣の溝部１２の周方向長さを加えた長さよりも長くなり、溝１２を隔てた次の磁極突起の一部に対向するように構成されている。
図１に示す２相リラクタンスモータの回転子は、矢印のように反時計方向に回転する。本実施の形態の２相リラクタンスモータの製造方法は、板厚０．２〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板の板を金型を用いて打ち抜いてコアパンチを生成し、所定の枚数分だけ積層することで、従来の製造装置を用いて容易に実現することができる。
【００２２】
次に、本実施の形態による２相リラクタンスモータの各部の詳細寸法について説明する。ここで、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの先端部の周方向長さ、即ち先端部の幅をＬs2、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの先端部以外の幅をＬs1、突出部８ａ〜８ｄを除く回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの幅をＬr1、突出部８ａ〜８ｄの周方向長さをＬr2、固定子４のコアバック部の幅をＬc 、固定子４の内径をＤ1 、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの数をＮとしたとき、それぞれの寸法は次の式（２）〜（６）を満たす様に構成されている。
【００２３】
1.4・π・Ｄ1 ／(2・N)≦Ｌs2≦ 1.9・π・Ｄ1 ／(2・N) ・・（２）
0.9・Ｌs2 ≦Ｌr1≦ 1.3・Ｌs2 ・・（３）
0.8・π・Ｄ1 ／(2・N)≦Ｌs1≦ 1.3・π・Ｄ1 ／(2・N) ・・（４）
0.4・Ｌs1 ≦Ｌc ≦ 0.6・Ｌs1 ・・（５）
0.25 ・Ｌr1≦Ｌr2≦ 0.5・Ｌr1 ・・（６）
【００２４】
式（２），（３）は、モータのトルクに起因する項であり、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの先端部の幅Ｌs2が式（２）を満たさない時には、トルクが有効に作用せず効率が悪化する。例えば図２は式（２）を満たしていない構成のモータに対して、磁界解析により回転子位置に対するトルクの分布を算出した結果であり、横軸は回転子の位置（ロータ位置；ｄｅｇ）、縦軸はトルクを示している。即ち、磁極突起の先端部の幅Ｌs2＝π・Ｄ1 ／(2・N)とし、Ｌs2＝Ｌr1としたモータのトルク分布であり、このようにＬs2の寸法を式（２）の範囲より小さくすると、トルクの発生する区間が短くなり、トルクの減少、トルクリップルの増大を招くことになる。これは、励磁相の固定子の磁極突起５ａ〜５ｈと回転子の磁極突起３ａ〜３ｄが遠ざかるにつれて、磁気吸引力の作用が及ばなくなってくるためである。さらに、図２より、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈと回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの位置関係が、Ａ相とＢ相のトルク曲線が交差する位置にある場合、Ａ相、Ｂ相のどちらの相を励磁してもトルクが発生しない死点１７が発生している。この位置に回転子２が停止していると、正負の吸引力が相殺され起動に必要なトルクを得ることができず、モータを駆動することができない。
【００２５】
本実施の形態では、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの先端部の幅Ｌs2と回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの幅Ｌr1を式（２），（３）を満足するような範囲とした。即ち、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの先端部と回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの重なる範囲を大きくし、磁気吸引力の作用する区間を広げ、トルクの発生区間を増大させている。さらに、回転子の回転方向側に突出部８ａ〜８ｄを設けている。このため、突出部８ａ〜８ｄと固定子の磁極突起５ａ〜５ｈとの間の磁気吸引力の作用により負方向の吸引力に対し正方向の吸引力を増大させ、起動に必要なトルクを発生させることを可能とした。
【００２６】
例えば図１では磁極突起３ｂは磁極突起５ｃと対向しているとともに、回転方向に設けられた突出部８ｂはその隣の磁極突起５ｄの一部と対向している。この状態で停止しているモータの磁極突起５ｄ，５ｂに巻回されている巻線に通電して励磁すると、磁極突起３ｂと突出部８ｂと磁極突起５ｄで形成される磁力の方が、磁極突起３ｂと磁極突起５ｂで形成される磁力よりも強くなる。即ち、正方向の吸引力が負方向の吸引力よりも大きくなり、モータは回転し始めることができる。
このように、回転子がどの位置に停止していても吸引力が作用することになり、確実に起動できる２相リラクタンスモータが得られる。
【００２７】
図３は、本実施の形態による２相リラクタンスモータのトルク分布を有限要素法を用いた電磁界解析により算出した結果であり、横軸は回転子の位置（ロータ位置；ｄｅｇ）を示し、縦軸はトルクを示す。例えばＡ相によるトルクが０になる前にＢ相によるトルクが発生している。この現象により、回転子２がどの位置にあっても、死点が存在することなくトルクを発生でき、確実にモータを起動できることになる。
一方、Ｌs2の寸法を式（２）の上限値よりも大きくすると、漏れ磁束の増加により、効率低下の原因となる。
【００２８】
また、Ｌs1の寸法は、巻線６の励磁によって磁気飽和の生じない範囲で決定される。これは、モータの定格トルクを得るのに必要な電流値、および巻線インダクタンスより、Ｌs1の断面を通る磁束量を求めることで、磁気飽和の生じない寸法となるように決定できる。
また、Ｌc の寸法についても磁気飽和を生じない範囲で決定される。この場合、Ｌs1の断面を通過した磁束は、固定子４のコアバックを２方向に分岐して通過するため、Ｌc の寸法は、Ｌs1の寸法の半分程度となるのが望ましい。
【００２９】
上記の様に構成された２相リラクタンスモータにおいては、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの回転方向側の側面に、周方向に伸びる突出部８ａ〜８ｄを設けることにより、回転子の磁極突起を非対称な形状とし、固定子の磁極突起の隣り合う２つに常に対向するように構成したので、固定子の磁極突起に対し回転子の磁極突起がどの位置の状態にあってもモータの起動を確実に行えるととともに、トルク特性が良好で高効率な２相リラクタンスモータを得ることができる。
【００３０】
なお、上記の構成では、すべての回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを非対称な形状とし、そのそれぞれに突出部８ａ〜８ｄを設けているが、少なくともいずれか１つの磁極突起を非対称な形状として突出部を設ければ、モータ起動時にある程度の効果を奏する。即ち、モータ起動時に巻線に通電して励磁した時、少なくとも１つの磁極突起でトルクを発生でき、確実にモータを起動することができる。
【００３１】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。図において、１は出力軸、２は回転子、３ａ〜３ｄは回転子の磁極突起、４は固定子、５ａ〜５ｈは固定子の磁極突起、６は巻線、７は空隙、９は絶縁部、１０ａ〜１０ｄはスリット部、１１ａ〜１１ｄは薄肉部、１２は溝部である。本実施の形態でも、固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの数は、２の整数倍として例えば８個とし、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの数はその半数の４個の構成のものを示している。
【００３２】
本実施の形態による２相リラクタンスモータの回転子２は、出力軸１の周りに配置され、Ｎ個（Ｎ：整数）例えば４個の等しい間隔と等しい形状の回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを有し、回転の軸方向に複数枚、例えば１００枚以上の電磁鋼板を積層して構成されている。また、固定子４は、回転子２の外周部に空隙７を隔てて配置され、２Ｎ個例えば８個の等しい間隔と等しい形状の固定子の磁極突起５ａ〜５ｈを有する。固定子の磁極突起５ａ〜５ｈそれぞれの間には溝部１２が設けられ、この溝部１２を通って固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの周りに巻線６による集中巻きが施されている。巻線６と磁極突起５ａ〜５ｈの間には、溝部１２を取り囲むように非磁性のフィルム材などにより構成された絶縁部１３が設けられている。固定子４は回転子２と同様、複数枚例えば１００枚以上の電磁鋼板を軸方向に積層した積層鋼板で構成されている。
【００３３】
各磁極突起５ａ〜５ｈに巻回された巻線の相は、異なる２相（Ａ相、Ｂ相）が交互になるように端部で結線されている。また、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄは非対称な形状であり、回転方向側には周方向に伸びる突出部に、スリット部１０ａ〜１０ｄと肉薄部１１ａ〜１１ｄが設けられている。このスリット部１０ａ〜１０ｄは空間または樹脂などの非磁性材料からなり、このスリット部１０ａ〜１０ｄを包囲する肉薄部１１ａ〜１１ｄは磁性材料からなる。また、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄそれぞれは、両サイドともストレートサイドを有する形状である。そして、肉薄部１１ａ〜１１ｄによって、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄそれぞれの周方向の長さは、固定子の磁極突起の１つの周方向長さにその隣の溝部１２の周方向長さを加えた長さよりも長くなり、溝１２を隔てた次の磁極突起の一部に対向するように構成されている。
また、図４に示す２相リラクタンスモータの回転子は、矢印のように反時計方向に回転する。本実施の形態の２相リラクタンスモータの製造方法は、板厚０．２〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板の板を金型を用いて打ち抜いてコアパンチを生成し、所定の枚数分だけ積層することで、従来の製造装置を用いて容易に実現することができる。
【００３４】
回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの周方向長さをＬr1、肉薄部１１ａ〜１１ｄの周方向長さをＬr3としたとき、例えば式（７）を満たす範囲に設定する。
【００３５】
0.25 ・Ｌr1≦Ｌr3≦ 0.5・Ｌr1 ・・（７）
【００３６】
この様に、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの回転方向側に突出部を設けて非対称な形状とし、その回転方向側の突出部に、スリット部１０ａ〜１０ｄと肉薄部１１ａ〜１１ｄを設けることにより、肉薄部１１ａ〜１１ｄと固定子の磁極突起５ａ〜５ｈとの間の磁気吸引力の作用により負方向の吸引力に対し正方向の吸引力を増大させ、起動に必要なトルクを発生させることを可能にした。
【００３７】
例えば図４では磁極突起３ｂは磁極突起５ｃと対向しているとともに、回転方に設けられた肉薄部１１ｂはその隣の磁極突起５ｄの一部と対向している。この状態で停止しているモータの磁極突起５ｄ，５ｂに巻回されている巻線に通電して励磁すると、磁極突起３ｂと肉薄部１１ｂと磁極突起５ｄで形成される磁力の方が、磁極突起３ｂと磁極突起５ｂで形成される磁力よりも強くなる。即ち、正方向の吸引力が負方向の吸引力よりも大きくなり、モータは回転し始めることができる。
このように、回転子がどの位置に停止していても吸引力が作用することになり、確実に起動できる２相リラクタンスモータが得られる。
【００３８】
さらに、本実施の形態では、回転子の磁極突起の回転方向側の磁性材料である肉薄部の形状は、スリット部を囲んで閉じた形状となっているため、実施の形態１に比べて強度の優れた２相リラクタンスモータが実現できる。
【００３９】
なお、上記の構成では、すべての回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを非対称な形状とし、そのそれぞれにスリット部１０ａ〜１０ｄと肉薄部１１ａ〜１１ｄを設けているが、少なくともいずれか１つの磁極突起を非対称な形状としてスリット部と肉薄部を設ければ、モータ起動時にある程度の効果を奏する。即ち、モータ起動時に巻線に通電して励磁した時、少なくとも１つの磁極突起でトルクを発生でき、確実にモータを起動することができる。
【００４０】
実施の形態３．
実施の形態１および実施の形態２では、軸方向に同一形状の電磁鋼板を積層して、回転子を構成していた。実施の形態３による２相リラクタンスモータにおいては、異なる形状の電磁鋼板を軸方向に積層して構成した回転子について説明する。
図５、図６、図７は本発明の実施の形態３によるリラクタンスモータを示す図である。図５は、回転子の磁極突起３ａを外周側側面から見たときの側面図、図６は図５のＡ−Ａ線における断面図、図７は図５のＢ−Ｂ線における断面図である。固定子の構造は、実施の形態１と同じであるのでここでは図示しない。また、図５において、軸方向に積層する電磁鋼板の枚数は大幅に省略して示している。
【００４１】
回転子は、板厚０．５ｍｍ程度の電磁鋼板を回転子の形状に打ち抜いたものを軸方向に積層することにより構成されている。また、積層されたコアの両端面付近のＡ−Ａ線断面において、回転子の形状は図６に示す様に、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを非対称な形状とし、その回転方向側に突出部８ａ〜８ｄを有する構造をしている。これに対し、Ｂ−Ｂ線断面では突出部８ａ〜８ｄがなく対称形状で、従来と同様な平行なストレートサイドを有する磁極突起の形状となっている。
また、本実施の形態では非対称な形状の鋼板を、例えば回転子の軸方向の上端部と下端部に配置している。
【００４２】
このように回転子を構成すれば、モータ起動時に巻線に通電して励磁した時、突出部８ａ〜８ｄを有する磁極突起においてトルクを発生するので、軸方向の少なくとも一部分の磁極突起でトルクを発生でき、確実にモータを起動することができる。
さらに、軸方向のすべての回転子を構成する鋼板に突出部を設けるのに比べ、機械強度を低減することなく、安価な２相リラクタンスモータが実現できる。
【００４３】
なお、突出部を有する鋼板の積層位置は、上記に限るものではなく、回転子の軸方向のどの位置でもよく、また複数枚を集中して積層しても、一枚づつまばらに対称形状の鋼板に挿入するように積層してもよい。また、図６に示す鋼板と図７に示す鋼板の割合は、どの程度でもよい。
【００４４】
また、本実施の形態では、Ａ−Ａ線断面は突出部８を有する非対称形状の鋼板であるが、この構造の代わりに実施の形態２で示したような突出部に肉薄部とスリット部を有する非対称形状の鋼板としても同様な効果が得られる。
【００４５】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４によるリラクタンスモータの回転子の磁極突起３ａを外周側側面から見たときの側面図である。図において、１３は軸方向の一端部に配置されたスキュー部である。
回転子の断面構造は、図７に示した回転子の磁極突起の両サイドに平行なストレート面を有する回転子鋼板を積層した構造である。さらに、軸方向の一端部は、回転方向に傾斜するスキューが施された構造となっている。このスキュー部１３は、回転子をすべて同一形状の鋼板で構成し、一端部において鋼板を所定の角度で回転させながら少しづつずらして積層することにより、容易に実現できる。
【００４６】
スキュー部１３は、軸方向の全体の長さの１／１０〜１／４程度の部分を傾斜させて構成している。また、その側面では、スキュー部１３の最先端とスキュー部以外の回転子の磁極突起の回転方向側側面との距離Ｓr4は、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの周方向長さをＬr1とした時、例えば式（８）を満足する範囲としている。
【００４７】
0.25 ・Ｌr1≦Ｌr4≦ 0.5・Ｌr1 ・・（８）
【００４８】
この様に、軸方向の端部にスキュー部１３を設けたことにより、回転子の磁極突起の軸方向の一部分が周方向で回転方向側に突出した形状となるため、この突出した部分と固定子の磁極突起の間に磁気吸引力が作用することによりトルク分布が非対称となり、起動特性を改善した２相リラクタンスモータが実現できる。
なお、このスキュー部１３は軸方向の全体の長さの１／１０〜１／４程度の部分を傾斜させて構成しているが、１／１０程度より少ないと起動時に作用する磁気吸引力が小さく、１／４程度よりも多いと回転子の回転が不安定になりモータとしての効率が悪くなる。
また、上記では回転子の積層方向の上端部にスキュー部１３を設けているが、積層方向の下端部で回転方向側に突出するように設けてもよく、また、上下端部の両方に回転方向側に突出するように設けてもよい。
【００４９】
また、上記ではスキュー部１３は一枚の鋼板を少しづつずらして構成しているが、これに限るものではなく、複数枚まとめてずらしたり、またスキュー部１３のすべてをＬr4だけずらせて積層してもよい。この場合にも磁気吸引力が作用してトルク分布が非対称となることによって起動特性を改善するという効果は上記と同様に得られる。
ただし、鋼板を少しづつずらした構成の回転子は、図８において紙面の左から右方向へ向かって回転する。この回転子が回転する際、スキュー部１３の少しづつずれて突出した部分が風を斜め上方へ押し上げる役割をし、固定子の巻線の冷却を効果的に行うことが可能となる。これにより、温度上昇を小さくすることができ、より多くの電流を流すことが可能となり、体積当たりのトルクを増大させることができる。
【００５０】
実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。図において、１は出力軸、２は回転子、３ａ〜３ｄは回転子の磁極突起、４は固定子、５ａ〜５ｈは固定子の磁極突起、６は巻線、７は空隙、８ａ〜８ｄは突出部、９は絶縁部、１２は溝部、１４ａ〜１４ｄは切り欠き部である。
【００５１】
回転子２は、出力軸１の周りに配置され、Ｎ個（Ｎ；整数）例えば４個の等しい間隔と等しい形状の回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを有し、回転の軸方向に複数枚、例えば１００枚以上の電磁鋼板を積層して構成されている。また、固定子４は、回転子２の外周部に空隙７を隔てて配置され、２Ｎ個例えば８個の等しい間隔と等しい形状の固定子の磁極突起５ａ〜５ｈを有する。固定子の磁極突起５ａ〜５ｈそれぞれの間には溝部１２が設けられ、この溝部１２を通って固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの周りに巻線６による集中巻きが施されている。巻線６と磁極突起５ａ〜５ｈの間には、溝部１２を取り囲むように非磁性のフィルム材などにより構成された絶縁部１３が設けられている。固定子４は回転子２と同様、複数枚例えば１００枚以上の電磁鋼板を軸方向に積層した積層鋼板で構成されている。
【００５２】
各磁極突起５ａ〜５ｈに巻回された巻線の相は、異なる２相（Ａ相、Ｂ相）が交互になるように端部で結線されている。また、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの回転方向側には周方向に伸びる突出部８ａ〜８ｄが設けられ、非対称な形状になっている。この突出部８ａ〜８ｄは磁性材料からなり、外周側に切り欠き部１４ａ〜１４ｄを有している。そして、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄは、両サイドにストレートサイドの面を有する。
【００５３】
突出部８ａ〜８ｄによって回転子の磁極突起３ａ〜３ｄそれぞれの周方向の長さは、固定子の磁極突起の１つの周方向長さにその隣の溝部１２の周方向長さを加えた長さよりも長くなり、溝１２を隔てた次の磁極突起の一部に対向するように構成されている。また、切り欠き部１４ａ〜１４ｄは、回転子２の最外周と固定子４の内径の間に位置する空隙の距離よりも若干大きくなる程度に設けられている。
図９に示す２相リラクタンスモータの回転子は、矢印のように反時計方向に回転する。本実施の形態の２相リラクタンスモータの製造方法は、板厚０．２〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板の板を金型を用いて打ち抜いてコアパンチを生成し、所定の枚数分だけ積層することで、従来の製造装置を用いて容易に実現することができる。
【００５４】
回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの周方向長さをＬr1、突出部８ａ〜８ｄの周方向長さをＬr5としたとき、例えば式（９）を満たす範囲に設定する。
0.25 ・Ｌr1≦Ｌr5≦ 0.5・Ｌr1 ・・（９）
【００５５】
このように回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの回転方向側に突出部８ａ〜８ｄを設けているため、突出部８ａ〜８ｄと固定子の磁極突起５ａ〜５ｈとの間の磁気吸引力の作用により負方向の吸引力に対し正方向の吸引力を増大させ、起動に必要なトルクを発生させることを可能とした。
【００５６】
例えば図９では磁極突起３ｂは磁極突起５ｃと対向しているとともに、回転方に設けられた突出部８ｂはその隣の磁極突起５ｄの一部と対向している。この状態で停止しているモータの磁極突起５ｄ，５ｂに巻回されている巻線に通電して励磁すると、磁極突起３ｂと突出部８ｂと磁極突起５ｄで形成される磁力の方が、磁極突起３ｂと磁極突起５ｂで形成される磁力よりも強くなる。即ち、正方向の吸引力が負方向の吸引力よりも大きくなり、モータは回転し始めることができる。
このように、回転子がどの位置に停止していても吸引力が作用することになり、確実に起動できる２相リラクタンスモータが得られる。
【００５７】
図１０は、本実施の形態による２相リラクタンスモータのトルク分布を有限要素法を用いた電磁界解析により算出した結果であり、横軸は回転子の位置（ロータ位置；ｄｅｇ）を示し、縦軸はトルクを示す。例えばＡ相によるトルクが０になる前にＢ相によるトルクが発生している。この現象により、回転子２がどの位置にあっても、死点が存在することなくトルクを発生でき、確実にモータを起動できることになる。
【００５８】
上記の様に構成された２相リラクタンスモータにおいては、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの回転方向側に、外周側に切り欠き部１４ａ〜１４ｄを有する突出部８ａ〜８ｄを設けて磁極突起３ａ〜３ｄを非対称な形状とし、固定子の磁極突起に対し回転子の磁極突起がどの位置の状態にあってもモータの起動を確実に行えるととともに、トルク特性が良好でより信頼性の高い起動特性を有する高効率な２相リラクタンスモータを得ることができる。
【００５９】
なお、上記の構成では、すべての回転子の磁極突起３ａ〜３ｄのそれぞれに突出部８ａ〜８ｄを設けてを非対称な形状としているが、少なくともいずれか１つの磁極突起に突出部を設けて非対称な形状とすれば、モータ起動時にある程度の効果を奏する。即ち、モータ起動時に巻線に通電して励磁した時、少なくとも１つの磁極突起でトルクを発生でき、確実にモータを起動することができる。
【００６０】
実施の形態６．
図１１は、本発明の実施の形態６による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。図において、１は出力軸、２は回転子、３ａ〜３ｄは回転子の磁極突起、４は固定子、５ａ〜５ｈは固定子の磁極突起、６は巻線、７は空隙、９は絶縁部、１２は溝部、１５ａ〜１５ｄは流面突出部である。
【００６１】
回転子２は、出力軸１の周りに配置され、Ｎ個（Ｎ；整数）例えば４個の等しい間隔と等しい形状の回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを有し、回転の軸方向に複数枚、例えば１００枚以上の電磁鋼板を積層して構成されている。また、固定子４は、回転子２の外周部に空隙７を隔てて配置され、２Ｎ個例えば８個の等しい間隔と等しい形状の固定子の磁極突起５ａ〜５ｈを有する。固定子の磁極突起５ａ〜５ｈそれぞれの間には溝部１２が設けられ、この溝部１２を通って固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの周りに巻線６による集中巻きが施されている。巻線６と磁極突起５ａ〜５ｈの間には、溝部１２を取り囲むように非磁性のフィルム材などにより構成された絶縁部１３が設けられている。固定子４は回転子２と同様、複数枚例えば１００枚以上の電磁鋼板を軸方向に積層した積層鋼板で構成されている。
【００６２】
各磁極突起５ａ〜５ｈに巻回された巻線の相は、異なる２相（Ａ相、Ｂ相）が交互になるように端部で結線されている。また、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄは非対称な形状であり、回転方向側には周方向に流面で滑らかに伸びる流面突出部１５ａ〜１５ｄが設けられている。回転方向の反対側の側面はストレートサイド面を有する。この流面突出部８ａ〜８ｄは磁性材料からなり、回転子２と固定子４の間の空隙７は徐々に拡大するような形状となっている。
【００６３】
流面突出部１５ａ〜１５ｄによって回転子の磁極突起３ａ〜３ｄそれぞれの周方向の長さは、固定子の磁極突起の１つの周方向長さにその隣の溝部１２の周方向長さを加えた長さよりも長くなり、溝１２を隔てた次の磁極突起の一部に対向するように構成されている。
図１１に示す２相リラクタンスモータの回転子は、矢印のように反時計方向に回転する。本実施の形態の２相リラクタンスモータの製造方法は、板厚０．２〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板の板を金型を用いて打ち抜いてコアパンチを生成し、所定の枚数分だけ積層することで、従来の製造装置を用いて容易に実現することができる。
【００６４】
回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの周方向長さをＬr1、流面突出部１５ａ〜１５ｄの周方向長さをＬr6としたとき、例えば式（１０）を満たす範囲に設定する。
0.25 ・Ｌr1≦Ｌr6≦ 0.5・Ｌr1 ・・（１０）
【００６５】
このように回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの回転方向側に流面突出部１５ａ〜１５ｄを設けているため、流面突出部１５ａ〜１５ｄと固定子の磁極突起５ａ〜５ｈとの間の磁気吸引力の作用により負方向の吸引力に対し正方向の吸引力を増大させ、起動に必要なトルクを発生させることを可能とした。
【００６６】
例えば図１１では磁極突起３ｂは磁極突起５ｃと対向しているとともに、回転方に設けられた流面突出部１５ｂはその隣の磁極突起５ｄの一部と対向している。この状態で停止しているモータの磁極突起５ｄ，５ｂに巻回されている巻線に通電して励磁すると、磁極突起３ｂと流面突出部１５ｂと磁極突起５ｄで形成される磁力の方が、磁極突起３ｂと磁極突起５ｂで形成される磁力よりも強くなる。即ち、正方向の吸引力が負方向の吸引力よりも大きくなり、モータは回転し始めることができる。
このように、回転子がどの位置に停止していても吸引力が作用することになり、確実に起動できる２相リラクタンスモータが得られる。
【００６７】
以上の様に、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの回転方向側に流面突出部１５ａ〜１５ｄを設けることにより、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄを非対称な形状とし、トルクの分布を非対称形状とすることで、起動特性を改善した２相リラクタンスモータが実現できる。さらに、回転子２の回転方向側に、外周側から内周側に向かって滑らかに変化する流面突出部１５ａ〜１５ｄを設けているため、回転子２の回転駆動による空気抵抗を減少することができ、風損の小さな２相リラクタンスモータが実現できる。
【００６８】
なお、上記の構成では、すべての回転子の磁極突起３ａ〜３ｄに流面突出部１５ａ〜１５ｄを設け非対称な形状としているが、少なくともいずれか１つの磁極突起に流面突出部を設けて非対称な形状とすれば、モータ起動時にある程度の効果を奏する。即ち、モータ起動時に巻線に通電して励磁した時、少なくとも１つの磁極突起でトルクを発生でき、確実にモータを起動することができる。
また、必ずしも突出部が流面形状でなくてもよく、例えば直線的な面を有する傾斜で突出部を構成してもよい。
【００６９】
また、実施の形態１〜実施の形態６では固定子の磁極突起５ａ〜５ｈの数を８個、回転子の磁極突起３ａ〜３ｄの数を４個とした組み合わせについて述べたが、これに限定するものではない。固定子の磁極突起の数を２の整数倍とし回転子の磁極突起の数をその半数とした組み合わせであればよく、上記以外の磁極突起の組み合わせ、例えば、固定子の磁極突起の数４個と回転子の磁極突起の数２個の組み合わせや、固定子の磁極突起の数６個と回転子の磁極突起の数３個の組み合わせなどについても同様な効果が得られるものである。
【００７０】
【発明の効果】
以上の様に、本発明によれば、内周側に２の整数倍の個数設けられそれぞれに巻線が巻回される磁極突起を有する固定子と、前記固定子の内周側に配置され、外周側に前記磁極突起の半数の磁極突起を有する回転子とを備える２相リラクタンスモータにおいて、前記回転子の少なくとも１つの磁極突起を回転方向側に突出部を設けて非対称な形状とし、前記突出部を含む非対称な形状の回転子の磁極突起を、固定子の磁極突起の隣り合う２つに常に対向するように構成したことにより、固定子の磁極突起に対し回転子の磁極突起がどの位置の状態にあってもモータの起動を確実に行えるととともに、トルク特性が良好で高効率な２相リラクタンスモータを得ることができる。
【００７１】
また、本発明は、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、周方向に突出する突出部を設けたことにより、固定子の磁極突起に対し回転子の磁極突起がどの位置の状態にあってもモータの起動を確実に行えるととともに、トルク特性が良好で高効率な２相リラクタンスモータを得ることができる。
【００７２】
また、本発明によれば、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、周方向に突設した突出部と、この突出部に設けたスリット部を備えたことにより、固定子の磁極突起に対し回転子の磁極突起がどの位置の状態にあってもモータの起動を確実に行うことができる。また、回転子の磁極突起のスリット側の磁性部形状は、スリット部を囲んで閉じた形状となっているため、強度の優れた２相リラクタンスモータが得られる。
【００７３】
また、本発明によれば、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、外周側に切り欠きを有する突出部を設けたことにより、固定子の磁極突起に対し回転子の磁極突起がどの位置の状態にあってもモータの起動を確実に行うことができ、信頼性の高い起動特性を有する２相リラクタンスモータが得られる。
【００７４】
また、本発明によれば、回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、外周側から内周側に向かって滑らかに変化する突出部を設けたことにより、トルクの分布を非対称形状として起動特性を改善でき、さらに回転子の回転駆動による空気抵抗を減少することができ、風損の小さな２相リラクタンスモータが得られる。
【００７５】
また、本発明によれば、電磁鋼板を積層してなる回転子の積層方向の一部において、磁極突起の回転方向側の側面に、周方向に突出する突起部を設けたことにより、モータの起動特性が良好で高効率な２相リラクタンスモータが得られ、かつ安価な２相リラクタンスモータが得られる。
【００７６】
また、本発明によれば、同一形状の電磁鋼板を積層してなる回転子の積層方向の端部において、前記回転子の磁極突起を回転方向側にずらして形成されたスキュー部によって突出部としたことにより、この突出部と固定子の磁極突起の間に磁気吸引力が作用することによりトルク分布が非対称となり、起動特性を改善した２相リラクタンスモータが得られる。さらに、回転子は、スキュー部の突出した側が風を斜め上方へ押し上げる役割をし、固定子の巻線の冷却を効果的に行って温度上昇を小さくでき、より多くの電流を流すことが可能となり、体積当たりのトルクを増大できる２相リラクタンスモータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。
【図２】実施の形態１の寸法の範囲外の構成の２相リラクタンスモータの回転子位置に対するトルクの分布を示すグラフである。
【図３】実施の形態１による２相リラクタンスモータの回転子位置に対するトルク分布を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態２による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。
【図５】本発明の実施の形態３を示す２相リラクタンスモータの回転子の磁極突起を外周側側面から見た側面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４による２相リラクタンスモータの回転子の磁極突起を外周側側面から見た側面図である。
【図９】本発明の実施の形態５による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。
【図１０】実施の形態５による２相リラクタンスモータの回転子位置に対するトルク分布を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態６による２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。
【図１２】従来の２相リラクタンスモータを示す断面構成図である。
【図１３】２相リラクタンスモータの駆動原理を示す磁束線図である。
【図１４】従来の２相リラクタンスモータの回転子位置に対するトルク分布を示すグラフである。
【図１５】従来の２相リラクタンスモータの死点を示す磁束線図である。
【符号の説明】
１ 出力軸、２ 回転子、３ａ〜３ｄ 回転子の磁極突起、４ 固定子、５ａ〜５ｈ 固定子の磁極突起、６ 巻線、７ 空隙、８ａ〜８ｄ 突出部、９ 絶縁部、１０ スリット部、１１ 肉薄部、１２ 溝部、１３ スキュー部、１４ａ〜１４ｄ 切り欠き部、１５ａ〜１５ｄ 流面突出部、１６ 磁力線、１７ 死点。
Claims (7)
- 内周側に２の整数倍の個数設けられそれぞれに巻線が巻回される磁極突起を有する固定子と、前記固定子の内周側に配置され、外周側に前記磁極突起の半数の磁極突起を有する回転子とを備える２相リラクタンスモータにおいて、前記回転子の少なくとも１つの磁極突起を回転方向側に突出部を設けて非対称な形状とし、前記突出部を含む非対称な形状の回転子の磁極突起の周方向の長さを、前記固定子の磁極突起の１つの周方向の長さに隣の溝部の周方向の長を加えた長さより長くして前記固定子の磁極突起の隣り合う２つに常に対向させるとともに、固定子の磁極突極先端部の周方向長さＬｓ２は固定子の内径をＤ１とし固定子の磁極突極数をＮとしたときに、１．４＊π＊Ｄ１／（２＊Ｎ）≦Ｌｓ２≦１．９＊π＊Ｄ１／（２＊Ｎ）の関係を満たす様に構成したことを特徴とする２相リラクタンスモータ。
- 回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、周方向に突出する突出部を設け、この突出部の周方向長さＬｒ２はこの突出部を除く回転子の磁極突起の幅Ｌｒ１に対し、０．２５＊Ｌｒ１≦Ｌｒ２≦０．５＊Ｌｒ１の関係を満たす様に構成したことを特徴とする請求項１記載の２相リラクタンスモータ。
- 回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、周方向に突出した突出部と、この突出部に設けたスリット部と肉薄部を備え、この肉薄部の周方向長さＬｒ３はこの突出部を除く回転子の磁極突起の幅Ｌｒ１に対し、０．２５＊Ｌｒ１≦Ｌｒ３≦０．５＊Ｌｒ１の関係を満たす様に構成したことを特徴とする請求項１記載の２相リラクタンスモータ。
- 回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、周方向に突出する外周側に切り欠きを有する突出部を設け、この突出部の周方向長さＬｒ５はこの突出部を除く回転子の磁極突起の幅Ｌｒ１に対し、０．２５＊Ｌｒ１≦Ｌｒ５≦０．５＊Ｌｒ１の関係を満たす様に構成したことを特徴とする請求項１記載の２相リラクタンスモータ。
- 回転子の磁極突起の回転方向側の側面に、外周側から内周側に向かって滑らかに変化する突出部を設け、この突出部の周方向長さＬｒ６はこの突出部を除く回転子の磁極突起の幅Ｌｒ１に対し、０．２５＊Ｌｒ１≦Ｌｒ６≦０．５＊Ｌｒ１の関係を満たす様に構成したことを特徴とする請求項１記載の２相リラクタンスモータ。
- 電磁鋼鈑を積層してなる回転子の積層方向の一部において、磁極突起の回転方向側の側面のみに、周方向に突出する突起部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の２相リラクタンスモータ。
- 同一形状の電磁鋼鈑を積層してなる回転子の積層方向の端部において、前記回転子の磁極突起を回転方向側にずらして形成されたスキュー部によって突出部とし、この突出部の周方向長さＬｒ４はこの突出部を除く回転子の磁極突起の幅Ｌｒ１に対し、０．２５＊Ｌｒ１≦Ｌｒ４≦０．５＊Ｌｒ１の関係を満たす様に構成したことを特徴とする請求項１記載の２相リラクタンスモータ。
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