JP3702713B2 - Ｓｒ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、ＳＲモータ（スイッチド・リラクタンス・モータ）の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁石を用いないタイプのモータとしてＳＲモータが知られている。ＳＲモータは、筒状のヨークに複数の内向きに突出する突極を一体形成してなるステータ（固定子）と、外向きに突出する複数の突極を有するロータ（回転子）とを同軸上に配置し、ステータの突極に巻線コイルを装着して構成される。
【０００３】
ロータの突極とステータの突極の数は、相互に倍数関係になっていない偶数個に設定される。例えば、ロータの突極の数が４に対してステータの突極の数が６、ロータの突極の数が６に対してステータの突極の数が８、ロータの突極の数が８に対してステータの突極の数が１２、という如くである。
【０００４】
ステータの一対の対向する巻線コイル（場合によりさらに複数の巻線コイル）に電流を流して、ステータの突極からロータの突極へ向かう磁束を発生させ、ロータの突極をステータの突極に引き付けることで、トルクを発生させる。このとき、ステータとロータのある突極同士が対向すると、他の突極同士にずれが生じており、逐次ずれた突極を選んでその巻線コイルに通電すればロータの突極が連続的に引き付けられ、ロータを軸回りに回転させることができる。
【０００５】
このようなＳＲモータは、発電機として機能させることも可能である。図８はＳＲモータを発電電動機として用いる場合の従来の駆動回路を示す回路図である。このＳＲモータは、ステータの突極の数が１２でロータの突極の数が８の３相モータであり、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）はそれぞれ４つの巻線コイル（同図には、Ｕ相を構成する巻線コイルＵ１〜Ｕ４が示されている）により構成され、これらの４つの巻線コイルＵ１〜Ｕ４は直列に接続されている。なお、本願明細書中においては、一の相を構成する巻線コイル（ここでは４つ）を巻線組という場合がある。
【０００６】
各相を構成する巻線組の始端Ｔ１を、スイッチ素子（パワートランジスタ）ＳＷ１及び不図示のダイオードからなるパワー素子を介して電源Ｅに接続するとともに、ダイオードＤ１を介して接地する。当該巻線組の終端Ｔ２をダイオードＤ２を介して電源Ｅに接続するとともに、スイッチ素子ＳＷ２を含む同様なパワー素子を介して接地する。
【０００７】
スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオンすると、電流はスイッチ素子ＳＷ１、巻線コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４、スイッチ素子ＳＷ２の経路で流れ、この間、電源Ｅからエネルギが供給されトルクが発生する。次に、この状態から、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオフすると、巻線コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４に生じる起電力によって、ダイオードＤ１、巻線コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４、ダイオードＤ２の経路で電流が流れ、電源Ｅにエネルギが回生される。スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２のオン及びオフのタイミングを適宜に設定することにより、供給エネルギよりも回生エネルギを大きくすることができ、これにより発電機として機能させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＳＲモータの出力特性は一般に巻線コイルの巻回数に依存し、図７に示されているように、ある回転数Ｎ１よりも低回転域では巻線コイルの巻回数が多い方が出力が高く、一方、当該回転数Ｎ１よりも高回転域では巻線コイルの巻回数が少ない方が出力が高い。
【０００９】
ここで、このようなＳＲモータを、例えば、車両のエンジンに直結される発電電動機として用いる場合においては、低回転域から高回転域までの全域に渡って定出力が求められる。従って、このような仕様を満足させるために、巻線コイルの巻回数の最適化が行われるが、該巻回数を最適化しても当該仕様を満足させることができない場合があった。この場合、モータの体格を大型化して全回転域の出力を増加させて対策することが可能であるが、このような対策では、モータの小型・軽量化という要請に反する。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、モータの体格を大きくすることなく、低回転域から高回転域までの全域に渡って高い出力特性を有するＳＲモータを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明のＳＲモータは、偶数個の突極を有するステータと、該ステータの突極の個数に対して倍数関係にない偶数個の突極を有するロータと、該ステータの突極のそれぞれに巻回された巻線コイルとを備えたＳＲモータにおいて、前記ロータの回転数に応じて機能させる巻線コイルの数を変更することを特徴とする。
【００１２】
請求項１記載の本発明のＳＲモータによると、ロータの回転数に応じて機能させる巻線コイルの数を変更することにより、巻線数を実質的に増減するようにしたので、例えば、低回転域においては巻線組を構成する全ての巻線コイルを機能させて（具体的には通電して）実質的に巻線数を多くし、高回転域では巻線組を構成する巻線コイルのうちの一部の巻線コイルの機能を休止（具体的には通電を解除）、即ち、その余の巻線コイルのみを機能させることにより、実質的に巻線数を少なくすることができ、これにより、低回転域から高回転域の全域に渡って高い出力特性を実現することができる。
【００１３】
これらの場合において、請求項２記載のように、前記巻線コイルはそれぞれ独立的に通電可能とすることができ、このようにすることにより、ロータの回転数に応じて巻線組を構成する複数の巻線コイルのうちのいずれの巻線コイルに通電するかを任意に変更・設定することができるから、モータの出力特性を調整することができ、モータの仕様に関する各種の要請に柔軟に対応することができる。
【００１４】
さらにこれらの場合において、請求項３記載のように、前記巻線コイルのうち機能させない巻線コイルは、機能させる複数の巻線コイルによる電磁力が平衡するように選択されることが望ましい。このようにすることにより、ロータに作用する電磁力のバランスがよくなり、回転に伴う振動や騒音の発生を低減することができるからである。
【００１５】
（２）上記目的を達成するため、請求項４記載の本発明のＳＲモータは、偶数個の突極を有するステータと、該ステータの突極の個数に対して倍数関係にない偶数個の突極を有するロータと、該ステータの突極のそれぞれに巻回された巻線コイルとを備え、前記巻線コイルのうち同一の相を構成する複数の巻線コイルをそれぞれ直列に接続して複数の巻線組としたＳＲモータにおいて、前記巻線組の始端と電源の一方の極とを選択的に接続する第１スイッチ手段と、前記巻線組の終端と電源の他方の極とを選択的に接続する第２スイッチ手段と、前記巻線組の巻線コイル間部分と電源の他方の極とを選択的に接続する第３スイッチ手段と、前記ロータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段による検出結果に応じて前記第１〜第３スイッチ手段の作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
この場合において、請求項５記載のように、前記巻線組の始端と前記電源の他方の極との間に介装された該始端へ向かう方向にのみ電流を流す第１ダイオード手段と、前記巻線組の終端と前記電源の一方の極との間に介装された該電源の一方の極へ向かう方向にのみ電流を流す第２ダイオード手段と、前記巻線組の巻線コイル間部分と前記電源の一方の極との間に介装された該電源の一方の極へ向かう方向にのみ電流を流す第３ダイオード手段とをさらに具備せしめて、発電電動機として機能させるようにできる。
【００１７】
低回転域では第３スイッチ手段は切断状態としておき、第１スイッチ手段と第２スイッチ手段の作動を制御して、動力の発生又は発電を行う。一方、高回転域では第２スイッチ手段は切断状態としておき、第１スイッチ手段と第３スイッチ手段の作動を制御して、動力の発生又は発電を行う。これにより、実質的に巻線数を増減することができ、低回転域から高回転域までの全域に渡って高出力を実現することができる。
【００１８】
（３）上記目的を達成するため、請求項６記載の本発明のＳＲモータは、偶数個の突極を有するステータと、該ステータの突極の個数に対して倍数関係にない偶数個の突極を有するロータと、該ステータの突極のそれぞれに巻回された巻線コイルとを備え、前記巻線コイルのうち同一の相を構成する複数の巻線コイルをそれぞれ直列に接続して複数の巻線組としたＳＲモータにおいて、前記巻線組の始端と電源の一方の極とを選択的に接続する第１スイッチ手段と、前記巻線組の終端と電源の他方の極とを選択的に接続する第２スイッチ手段と、前記巻線組の一部をバイパスするように選択的に短絡する第３スイッチ手段と、前記ロータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段による検出結果に応じて前記第１〜第３スイッチ手段の作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
この場合において、前記第３スイッチ手段により前記巻線組を構成する複数の巻線コイルの一部の巻線コイルをバイパスするようにし、あるいは該巻線組の一の巻線コイルの中間部分と他の巻線コイルの中間部分との間をバイパスするようにできる。
【００２０】
これらの場合において、請求項７記載のように、前記巻線組の始端と前記電源の他方の極との間に介装された該始端へ向かう方向にのみ電流を流す第１ダイオード手段と、前記巻線組の終端と前記電源の一方の極との間に介装された該電源の一方の極へ向かう方向にのみ電流を流す第２ダイオード手段とをさらに具備せしめて、発電電動機として機能させるようにできる。
【００２１】
低回転域では第３スイッチ手段は切断状態として、第１スイッチ手段と第２スイッチ手段の作動を制御して、動力の発生又は発電を行う。一方、高回転域では第３スイッチ手段を接続状態として、第１スイッチ手段と第２スイッチ手段の作動を制御して、動力の発生又は発電を行う。第３スイッチ手段を接続することによって複数の巻線コイルのうちの一部の巻線コイル又は巻線コイルの一部がバイパスされることにより、実質的に巻線数を増減することができ、これにより、低回転域から高回転域までの全域に渡って高出力を実現することができる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、ロータの回転数に応じて機能させる巻線コイルの数を変更するようにしたので、モータの出力特性を調整することができ、体格を大きくすることなく、低回転域から高回転域の全域に渡って高い出力特性を実現することができる。
【００２３】
請求項２記載の発明によれば、上記に加えて、モータの出力特性をより細かく調整することができ、モータの仕様に関する各種の要請に柔軟に対応することができるようになる。
【００２４】
請求項３記載の発明によれば、上記に加えて、回転に伴う振動や騒音の発生を低減することができる。
【００２５】
請求項４〜７記載の発明によれば、簡単な構成で巻線数を実質的に増減することができるので、構成をそれほど複雑化することなく、かつ体格を大きくすることなく、低回転域から高回転域の全域に渡って高い出力特性を実現することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２７】
第１実施形態
図１は本発明の第１実施形態のＳＲモータ（スイッチド・リラクタンス・モータ）の構成を示す平面図、図２は同じく駆動回路の構成を示す回路図である。この第１実施形態のＳＲモータ１は、ステータの突極の数を１２、ロータの突極の数を８とした３相モータであり、例えば、車両のエンジンに直結されて使用される発電機としても機能する発電電動機である。
【００２８】
まず、図１を参照する。ＳＲモータ１は、回転子としてのロータ２、固定子としてのステータ３及びこれらを収容する図示しないモータハウジングなどを備えて構成される。
【００２９】
ロータ２は複数（この実施形態では８個）の突極２ａを有するロータコア４の中心に形成された貫通穴に出力軸（シャフト）５を挿入して一体的に固定して構成され、この出力軸５はモータハウジングにベアリングを介して支持されている。ロータコア４は、この実施形態では、プレス装置により打ち抜き加工された複数の磁性鋼板を積層して一体化することにより構成されている。出力軸５の単位時間あたりの回転数（ｒｐｍ）は図示しない回転数検出装置により計数される。
【００３０】
ステータ３はステータコア６及び複数の巻線コイルを備えて構成される。ステータコア６は略円筒状のヨーク部の内側に半径方向に突出する複数（この実施形態では１２個）の突極３ａを一体的に設けて構成されている。ステータコア６は、この実施形態では、プレス装置により打ち抜き加工された複数の磁性鋼板を積層して一体化することにより構成されている。ステータ３はモータハウジングの内側に固定される。
【００３１】
巻線コイルはステータコア６の１２個の突極にそれぞれ設けられている。同図では、Ｕ相を構成する４つの巻線コイルＵ１〜Ｕ４のみを図示し、Ｖ相及びＷ相を構成するそれぞれ４つの巻線コイルは図示省略している。巻線コイルＵ１〜Ｕ４は９０度ピッチで配置されており、巻線コイルＵ１とＵ３は回転軸を挟んで対向する位置関係で、巻線コイルＵ２とＵ４は回転軸を挟んで互いに対向する位置関係で配置されている。各巻線コイルの巻線数はこの実施形態では相互に同一とした。
【００３２】
図示しないＶ相を構成する４つの巻線コイルは、Ｕ相を構成する巻線コイルＵ１〜Ｕ４に対してそれぞれ３０度回転した位置にある突極３ａに設けられており、Ｗ相を構成する４つの巻線コイルは、Ｖ相を構成する巻線コイルに対してそれぞれさらに３０度回転した位置にある突極３ａに設けられている。
【００３３】
巻線コイルはステータコア６の突極３ａに直接的に巻回され、あるいは樹脂等からなるボビンに巻回されて装着される。ロータ２はステータ３の突極３ａとの間に所定のギャップをもつように、同軸上に挿入配置される。
【００３４】
巻線コイルに電流を流して、ステータ３の突極３ａからロータ２の突極２ａへ向かう磁束を発生させ、その近傍に存在するロータ２の突極２ａを引き付けることで、トルクを発生させる。ステータ３とロータ２のある突極２ａ，３ａ同士が対向すると、他の突極２ａ，３ａ同士にずれが生じており、逐次ずれた突極を選んでその巻線コイルに通電することにより、即ち、Ｕ相を構成する巻線コイル、Ｖ相を構成する巻線コイル、Ｗ相を構成する巻線コイルに逐次通電することにより、ロータ２の突極２ａが連続的に引き付けられ、ロータ２を軸回りに回転させることができる。
【００３５】
このＳＲモータの駆動回路は図２に示されているように構成されている。なお、以下の説明では、Ｕ相を構成する巻線組についての駆動回路を説明するが、他のＶ相、Ｗ相についての駆動回路も同じ構成である。
【００３６】
Ｕ相を構成する４つの巻線コイルＵ１〜Ｕ４は、図２に示されているように、Ｕ１，Ｕ３，Ｕ２，Ｕ４の順番で直列に接続されている。この巻線組の始端Ｔ１は、スイッチ素子（パワートランジスタ）ＳＷ１及び不図示のダイオードからなるパワー素子を介して電源Ｅ（例えば、車両のバッテリの＋極）に接続されているとともに、ダイオードＤ１を介して接地（バッテリの−極に接続）されている。この巻線組の終端Ｔ２は、ダイオードＤ２を介して電源Ｅに接続されているとともに、スイッチ素子ＳＷ２を含む同様なパワー素子を介して接地されている。
【００３７】
さらに、この巻線組を構成する巻線コイルＵ３とＵ２の接続部（巻線コイル間部分）Ｔ３は、ダイオードＤ３を介して電源Ｅに接続されているとともに、スイッチ素子ＳＷ３を含む同様なパワー素子を介して接地されている。
【００３８】
各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３の作動は、出力軸５の回転数を計数する回転数検出装置により検出された単位時間あたりの回転数（ｒｐｍ）に応じて図示しない制御装置により制御される。
【００３９】
即ち、出力軸５の検出回転数が予め適宜に設定された設定回転数（Ｎ）よりも低い場合には、スイッチ素子ＳＷ３を切断状態とし、この状態でスイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオンする。これにより、電流はスイッチ素子ＳＷ１、巻線コイルＵ１，Ｕ３，Ｕ２，Ｕ４、スイッチ素子ＳＷ２の経路で流れ、この間、電源Ｅからエネルギが供給されトルクが発生する。
【００４０】
次に、この状態から、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオフすると、巻線コイルＵ１，Ｕ３，Ｕ２，Ｕ４に生じる起電力によって、ダイオードＤ１、巻線コイルＵ１，Ｕ３，Ｕ２，Ｕ４、ダイオードＤ２の経路で電流が流れ、電源Ｅにエネルギが回生される。
【００４１】
スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２をロータ２の突極の位置に応じてオン・オフを制御することにより低回転域で高出力の電動機として機能し、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２のオン及びオフのタイミングを適宜に設定して、供給エネルギよりも回生エネルギを大きくすることにより、低回転域で高出力の発電機として機能させることができる。設定回転数としては、例えば、図７に示したような出力特性の場合には、巻数最大の場合と巻数最小の場合の出力を示す線分の交差する回転数Ｎ１とすることができる。
【００４２】
このように、低回転域では、巻線コイルの巻線数が多い方が高出力を得られるので、スイッチ素子ＳＷ３を切断状態として、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２の作動を制御することにより、巻線組を構成する全ての巻線コイルを機能させている。
【００４３】
一方、出力軸５の検出回転数が予め適宜に設定された設定回転数（Ｎ）よりも高い場合には、スイッチ素子ＳＷ２を切断状態とし、この状態でスイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ３を同時にオンする。これにより、電流はスイッチ素子ＳＷ１、巻線コイルＵ１，Ｕ３、スイッチ素子ＳＷ２の経路で流れ、この間、電源Ｅからエネルギが供給されトルクが発生する。
【００４４】
次に、この状態から、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ３を同時にオフすると、巻線コイルＵ１，Ｕ３に生じる起電力によって、ダイオードＤ１、巻線コイルＵ１，Ｕ３、ダイオードＤ３の経路で電流が流れ、電源Ｅにエネルギが回生される。
【００４５】
スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ３をロータ２の突極の位置に応じてオン・オフすることにより高回転域で高出力の電動機として機能し、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ３のオン及びオフのタイミングを適宜に設定して、供給エネルギよりも回生エネルギを大きくすることにより、高回転域で高出力の発電機として機能させることができる。
【００４６】
このように、高回転域では、巻線コイルの巻線数が少ない方が高出力を得られるので、スイッチ素子ＳＷ２を切断状態として、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ３の作動を制御することにより、巻線組を構成する全ての巻線コイルのうち、巻線コイルＵ２，Ｕ４の機能を休止させて、巻線コイルＵ１，Ｕ３のみを機能させている。
【００４７】
この第１実施形態によると、低回転域から高回転域の全域において、高い出力特性を実現することができ、小型・軽量でかつ一定以上の出力特性が要請される車両に搭載されるような発電電動機として用いるのに好適なＳＲモータが提供される。
【００４８】
また、この第１実施形態によると、高回転域において、巻線コイルＵ２とＵ４の機能を休止させ、巻線コイルＵ１とＵ３を機能させるようにしており、巻線コイルＵ１とＵ３は互いに対向しているので、巻線コイルＵ２とＵ４を休止させた後においてもロータ２に対する電磁吸引力は平衡しており、ロータ３の回転軸が偏心することが少ないので、振動や騒音の発生を低く抑えることができる。
【００４９】
第２実施形態
図３は本発明の第２実施形態のＳＲモータ（スイッチド・リラクタンス・モータ）の構成を示す平面図、図４は同じく駆動回路の構成を示す回路図である。上述した第１実施形態と実質的に同一の構成部分については同一の番号を付して、その説明は省略することにする。
【００５０】
上述の第１実施形態では、同一の相を構成する巻線コイルＵ１〜Ｕ４は全て同一の巻線数としているのに対して、この第２実施形態では、図３及び図４に示されているように、巻線コイルＵ１，Ｕ３の巻線数を巻線コイルＵ２，Ｕ４の巻線数よりも多く設定している。なお、Ｖ相及びＷ相を構成する巻線コイルについても同様である。
【００５１】
また、この第２実施形態では、上述の第１実施形態と比較して駆動回路の一部を変更している。即ち、図２におけるスイッチ素子ＳＷ３を含むパワー素子及びダイオードＤ３を廃止するとともに、Ｕ相についての巻線組（他のＶ相、Ｗ相も同じ）を巻線コイルをＵ１，Ｕ２，Ｕ４，Ｕ３の順に直列に接続している。そして、巻線コイルＵ１とＵ２の接続部Ｔ４及び巻線コイルＵ４とＵ３の接続部Ｔ５間を選択的に短絡させるスイッチ素子（パワートランジスタ）ＳＷ３及び不図示のダイオードを含むパワー素子が介装されたバイパス回路を設けている。他のＶ相及びＷ相についての駆動回路も同様である。
【００５２】
出力軸５の検出回転数が予め適宜に設定された設定回転数（Ｎ）よりも低い場合には、スイッチ素子ＳＷ３を切断状態とし、この状態でスイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオンする。これにより、電流はスイッチ素子ＳＷ１、巻線コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ４，Ｕ３、スイッチ素子ＳＷ２の経路で流れ、この間、電源Ｅからエネルギが供給されトルクが発生する。
【００５３】
次に、この状態から、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオフすると、巻線コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ４，Ｕ３に生じる起電力によって、ダイオードＤ１、巻線コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ４，Ｕ３、ダイオードＤ２の経路で電流が流れ、電源Ｅにエネルギが回生される。
【００５４】
スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２をロータ２の突極の位置に応じてオン・オフすることにより電動機として機能し、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２のオン及びオフのタイミングを適宜に設定して、供給エネルギよりも回生エネルギを大きくすることにより、発電機として機能させることができる。
【００５５】
このように、低回転域では、巻線コイルの巻線数が多い方が高出力を得られるので、スイッチ素子ＳＷ３を切断状態として、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２の作動を制御することにより、巻線組を構成する全ての巻線コイルを機能させている。
【００５６】
一方、出力軸５の検出回転数が予め適宜に設定された設定回転数（Ｎ）よりも高い場合には、スイッチ素子ＳＷ３を接続状態とし、この状態でスイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオンする。これにより、電流はスイッチ素子ＳＷ１、巻線コイルＵ１，スイッチ素子ＳＷ３（バイパス回路）、巻線コイルＵ３、スイッチ素子ＳＷ２の経路で流れ、この間、電源Ｅからエネルギが供給されトルクが発生する。
【００５７】
次に、この状態から、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオフすると、巻線コイルＵ１，Ｕ３に生じる起電力によって、ダイオードＤ１、巻線コイルＵ１、スイッチ素子ＳＷ３（バイパス回路）、巻線コイルＵ３、ダイオードＤ２の経路で電流が流れ、電源Ｅにエネルギが回生される。
【００５８】
スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２をロータ２の突極の位置に応じてオン・オフすることにより高回転域で高出力の電動機として機能し、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２のオン及びオフのタイミングを適宜に設定して、供給エネルギよりも回生エネルギを大きくすることにより、高回転域で高出力の発電機として機能させることができる。
【００５９】
このように、高回転域では、巻線コイルの巻線数が少ない方が高出力を得られるので、スイッチ素子ＳＷ３を接続状態として、接続部Ｔ４と接続部Ｔ５間を短絡して、巻線組を構成する全ての巻線コイルのうち、巻線コイルＵ２，Ｕ４の機能を休止させて、巻線コイルＵ１，Ｕ３のみを機能させている。
【００６０】
この第２実施形態によると低回転域から高回転域の全域において、高い出力特性を実現することができ、小型・軽量でかつ一定以上の出力特性が要請される車両に搭載されるような発電電動機として用いるのに好適なＳＲモータが提供される。
【００６１】
また、この第２実施形態によると、高回転域において、巻線コイルＵ２とＵ４の機能を休止させ、巻線コイルＵ１とＵ３を機能させるようにしており、巻線コイルＵ１とＵ３は互いに対向しているので、巻線コイルＵ２とＵ４を休止させた後においてもロータ２に対する電磁吸引力は平衡しており、ロータ３の回転軸が偏心することが少なくなるので、振動や騒音の発生を低く抑えることができる。
【００６２】
さらに、上述の第１実施形態と比較して、ダイオードＤ３を省略することができるので、駆動回路の構成を簡略化することができる。
【００６３】
加えて、この第２実施形態では、同一の巻線組を構成する４つの巻線コイルのうち、互いに対向する巻線コイルＵ１，Ｕ３の巻線数を他の互いに対向する巻線コイルＵ２，Ｕ４の巻線数よりも多く設定しており、このように、巻線組を構成する巻線コイルの巻線数を異ならせることにより、低回転域における巻線数と高回転域における巻線数の比率を任意に変更することができ、これにより、出力特性を調整することができるから、モータの仕様上の各種の要請に応じて柔軟に対応することができる。
【００６４】
第３実施形態
図５は本発明の第３実施形態のＳＲモータ（スイッチド・リラクタンス・モータ）の構成を示す平面図、図６は同じく駆動回路の構成を示す回路図である。上述した第１及び第２実施形態と実質的に同一の構成部分については同一の番号を付して、その説明は省略することにする。
【００６５】
図５に示されているように、この第３実施形態のＳＲモータ１は、ステータ３の突極の数を６、ロータ２の突極の数を４とした３相モータである。巻線コイルは、ステータコア６の６個の突極３ａにそれぞれ設けられている。同図では、Ｕ相を構成する２つの巻線コイルＵ１，Ｕ２のみを図示しており、Ｖ相及びＷ相を構成するそれぞれ２つの巻線コイルは図示省略している。
【００６６】
この第３実施形態は３相６極モータであるので、上述の第２実施形態のように、巻線組を構成する一部の巻線コイルの全体についてバイパス回路を設けると、該バイパス回路を作動（スイッチ素子ＳＷ３を接続）した場合に、単一の巻線コイルによってロータ２が駆動されることになり、これではロータ２に対する電磁吸引力が平衡せず、回転軸が偏心し、振動や騒音の原因となる場合がある。
【００６７】
そこで、この点を改善すべく、この第３実施形態では、図５及び図６に示されているように、巻線組を構成する巻線コイルＵ１，Ｕ２のそれぞれの中間部分（巻回された巻線コイルの途中の部分）Ｔ６及びＴ７から引出線Ｌ１，Ｌ２を引き出して、これらの間にスイッチ素子（パワートランジスタ）ＳＷ３及び不図示のダイオードを含むパワー素子を有するバイパス回路を設けている。他のＶ相及びＷ相についての駆動回路も同様である。また、駆動回路による制御及び作用は上述の第２実施形態と同様なので、その説明は省略する。
【００６８】
このように構成することにより、３相６極モータであっても、ロータ２に対する電磁吸引力の平衡状態を保ちつつ、ロータ２の回転数に応じて巻線数を変更することができ、低回転域から高回転域の全域において、高い出力特性を実現することができ、小型・軽量でかつ一定以上の出力特性が要請される車両に搭載されるような発電電動機として用いるのに好適なＳＲモータが提供される。
【００６９】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００７０】
例えば、ステータ及びロータの突極の数や相数は上述の実施形態に限定されることはなく、他のものであっても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態のＳＲモータの構成を示す平面図である。
【図２】 本発明の第１実施形態のＳＲモータの駆動回路の構成を示す回路図である。
【図３】 本発明の第２実施形態のＳＲモータの構成を示す平面図である。
【図４】 本発明の第２実施形態のＳＲモータの駆動回路の構成を示す回路図である。
【図５】 本発明の第３実施形態のＳＲモータの構成を示す平面図である。
【図６】 本発明の第３実施形態のＳＲモータの駆動回路の構成を示す回路図である。
【図７】 巻線数の増減に伴う回転数と出力との関係を示す図である。
【図８】 ＳＲモータの従来の駆動回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１…ＳＲモータ
２…ロータ
２ａ…突極
３…ステータ
３ａ…突極
４…ロータコア
５…出力軸
６…ステータコア
Ｅ…電源
Ｕ１〜Ｕ４…巻線コイル
ＳＷ１〜ＳＷ３…スイッチ素子
Ｄ１〜Ｄ３…ダイオード
Ｔ１〜Ｔ７…接続部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＲモータ（スイッチド・リラクタンス・モータ）の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁石を用いないタイプのモータとしてＳＲモータが知られている。ＳＲモータは、筒状のヨークに複数の内向きに突出する突極を一体形成してなるステータ（固定子）と、外向きに突出する複数の突極を有するロータ（回転子）とを同軸上に配置し、ステータの突極に巻線コイルを装着して構成される。
【０００３】
ロータの突極とステータの突極の数は、相互に倍数関係になっていない偶数個に設定される。例えば、ロータの突極の数が４に対してステータの突極の数が６、ロータの突極の数が６に対してステータの突極の数が８、ロータの突極の数が８に対してステータの突極の数が１２、という如くである。
【０００４】
ステータの一対の対向する巻線コイル（場合によりさらに複数の巻線コイル）に電流を流して、ステータの突極からロータの突極へ向かう磁束を発生させ、ロータの突極をステータの突極に引き付けることで、トルクを発生させる。このとき、ステータとロータのある突極同士が対向すると、他の突極同士にずれが生じており、逐次ずれた突極を選んでその巻線コイルに通電すればロータの突極が連続的に引き付けられ、ロータを軸回りに回転させることができる。
【０００５】
このようなＳＲモータは、発電機として機能させることも可能である。図８はＳＲモータを発電電動機として用いる場合の従来の駆動回路を示す回路図である。このＳＲモータは、ステータの突極の数が１２でロータの突極の数が８の３相モータであり、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）はそれぞれ４つの巻線コイル（同図には、Ｕ相を構成する巻線コイルＵ１〜Ｕ４が示されている）により構成され、これらの４つの巻線コイルＵ１〜Ｕ４は直列に接続されている。なお、本願明細書中においては、一の相を構成する巻線コイル（ここでは４つ）を巻線組という場合がある。
【０００６】
各相を構成する巻線組の始端Ｔ１を、スイッチ素子（パワートランジスタ）ＳＷ１及び不図示のダイオードからなるパワー素子を介して電源Ｅに接続するとともに、ダイオードＤ１を介して接地する。当該巻線組の終端Ｔ２をダイオードＤ２を介して電源Ｅに接続するとともに、スイッチ素子ＳＷ２を含む同様なパワー素子を介して接地する。
【０００７】
スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオンすると、電流はスイッチ素子ＳＷ１、巻線コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４、スイッチ素子ＳＷ２の経路で流れ、この間、電源Ｅからエネルギが供給されトルクが発生する。次に、この状態から、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオフすると、巻線コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４に生じる起電力によって、ダイオードＤ１、巻線コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４、ダイオードＤ２の経路で電流が流れ、電源Ｅにエネルギが回生される。スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２のオン及びオフのタイミングを適宜に設定することにより、供給エネルギよりも回生エネルギを大きくすることができ、これにより発電機として機能させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＳＲモータの出力特性は一般に巻線コイルの巻回数に依存し、図７に示されているように、ある回転数Ｎ１よりも低回転域では巻線コイルの巻回数が多い方が出力が高く、一方、当該回転数Ｎ１よりも高回転域では巻線コイルの巻回数が少ない方が出力が高い。
【０００９】
ここで、このようなＳＲモータを、例えば、車両のエンジンに直結される発電電動機として用いる場合においては、低回転域から高回転域までの全域に渡って定出力が求められる。従って、このような仕様を満足させるために、巻線コイルの巻回数の最適化が行われるが、該巻回数を最適化しても当該仕様を満足させることができない場合があった。この場合、モータの体格を大型化して全回転域の出力を増加させて対策することが可能であるが、このような対策では、モータの小型・軽量化という要請に反する。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、モータの体格を大きくすることなく、低回転域から高回転域までの全域に渡って高い出力特性を有するＳＲモータを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明のＳＲモータは、偶数個の突極を有するステータと、該ステータの突極の個数に対して倍数関係にない偶数個の突極を有するロータと、該ステータの突極のそれぞれに巻回された巻線コイルとを備えたＳＲモータにおいて、前記ロータの回転数に応じて機能させる巻線コイルの数を変更することを特徴とする。
【００１２】
請求項１記載の本発明のＳＲモータによると、ロータの回転数に応じて機能させる巻線コイルの数を変更することにより、巻線数を実質的に増減するようにしたので、例えば、低回転域においては巻線組を構成する全ての巻線コイルを機能させて（具体的には通電して）実質的に巻線数を多くし、高回転域では巻線組を構成する巻線コイルのうちの一部の巻線コイルの機能を休止（具体的には通電を解除）、即ち、その余の巻線コイルのみを機能させることにより、実質的に巻線数を少なくすることができ、これにより、低回転域から高回転域の全域に渡って高い出力特性を実現することができる。
【００１３】
これらの場合において、請求項２記載のように、前記巻線コイルはそれぞれ独立的に通電可能とすることができ、このようにすることにより、ロータの回転数に応じて巻線組を構成する複数の巻線コイルのうちのいずれの巻線コイルに通電するかを任意に変更・設定することができるから、モータの出力特性を調整することができ、モータの仕様に関する各種の要請に柔軟に対応することができる。
【００１４】
さらにこれらの場合において、請求項３記載のように、前記巻線コイルのうち機能させない巻線コイルは、機能させる複数の巻線コイルによる電磁力が平衡するように選択されることが望ましい。このようにすることにより、ロータに作用する電磁力のバランスがよくなり、回転に伴う振動や騒音の発生を低減することができるからである。
【００１５】
（２）上記目的を達成するため、請求項４記載の本発明のＳＲモータは、偶数個の突極を有するステータと、該ステータの突極の個数に対して倍数関係にない偶数個の突極を有するロータと、該ステータの突極のそれぞれに巻回された巻線コイルとを備え、前記巻線コイルのうち同一の相を構成する複数の巻線コイルをそれぞれ直列に接続して複数の巻線組としたＳＲモータにおいて、前記巻線組の始端と電源の一方の極とを選択的に接続する第１スイッチ手段と、前記巻線組の終端と電源の他方の極とを選択的に接続する第２スイッチ手段と、前記巻線組の巻線コイル間部分と電源の他方の極とを選択的に接続する第３スイッチ手段と、前記ロータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段による検出結果に応じて前記第１〜第３スイッチ手段の作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
この場合において、請求項５記載のように、前記巻線組の始端と前記電源の他方の極との間に介装された該始端へ向かう方向にのみ電流を流す第１ダイオード手段と、前記巻線組の終端と前記電源の一方の極との間に介装された該電源の一方の極へ向かう方向にのみ電流を流す第２ダイオード手段と、前記巻線組の巻線コイル間部分と前記電源の一方の極との間に介装された該電源の一方の極へ向かう方向にのみ電流を流す第３ダイオード手段とをさらに具備せしめて、発電電動機として機能させるようにできる。
【００１７】
低回転域では第３スイッチ手段は切断状態としておき、第１スイッチ手段と第２スイッチ手段の作動を制御して、動力の発生又は発電を行う。一方、高回転域では第２スイッチ手段は切断状態としておき、第１スイッチ手段と第３スイッチ手段の作動を制御して、動力の発生又は発電を行う。これにより、実質的に巻線数を増減することができ、低回転域から高回転域までの全域に渡って高出力を実現することができる。
【００１８】
（３）上記目的を達成するため、請求項６記載の本発明のＳＲモータは、偶数個の突極を有するステータと、該ステータの突極の個数に対して倍数関係にない偶数個の突極を有するロータと、該ステータの突極のそれぞれに巻回された巻線コイルとを備え、前記巻線コイルのうち同一の相を構成する複数の巻線コイルをそれぞれ直列に接続して複数の巻線組としたＳＲモータにおいて、前記巻線組の始端と電源の一方の極とを選択的に接続する第１スイッチ手段と、前記巻線組の終端と電源の他方の極とを選択的に接続する第２スイッチ手段と、前記巻線組の一部をバイパスするように選択的に短絡する第３スイッチ手段と、前記ロータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段による検出結果に応じて前記第１〜第３スイッチ手段の作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
この場合において、前記第３スイッチ手段により前記巻線組を構成する複数の巻線コイルの一部の巻線コイルをバイパスするようにし、あるいは該巻線組の一の巻線コイルの中間部分と他の巻線コイルの中間部分との間をバイパスするようにできる。
【００２０】
これらの場合において、請求項７記載のように、前記巻線組の始端と前記電源の他方の極との間に介装された該始端へ向かう方向にのみ電流を流す第１ダイオード手段と、前記巻線組の終端と前記電源の一方の極との間に介装された該電源の一方の極へ向かう方向にのみ電流を流す第２ダイオード手段とをさらに具備せしめて、発電電動機として機能させるようにできる。
【００２１】
低回転域では第３スイッチ手段は切断状態として、第１スイッチ手段と第２スイッチ手段の作動を制御して、動力の発生又は発電を行う。一方、高回転域では第３スイッチ手段を接続状態として、第１スイッチ手段と第２スイッチ手段の作動を制御して、動力の発生又は発電を行う。第３スイッチ手段を接続することによって複数の巻線コイルのうちの一部の巻線コイル又は巻線コイルの一部がバイパスされることにより、実質的に巻線数を増減することができ、これにより、低回転域から高回転域までの全域に渡って高出力を実現することができる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、ロータの回転数に応じて機能させる巻線コイルの数を変更するようにしたので、モータの出力特性を調整することができ、体格を大きくすることなく、低回転域から高回転域の全域に渡って高い出力特性を実現することができる。
【００２３】
請求項２記載の発明によれば、上記に加えて、モータの出力特性をより細かく調整することができ、モータの仕様に関する各種の要請に柔軟に対応することができるようになる。
【００２４】
請求項３記載の発明によれば、上記に加えて、回転に伴う振動や騒音の発生を低減することができる。
【００２５】
請求項４〜７記載の発明によれば、簡単な構成で巻線数を実質的に増減することができるので、構成をそれほど複雑化することなく、かつ体格を大きくすることなく、低回転域から高回転域の全域に渡って高い出力特性を実現することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２７】
第１実施形態
図１は本発明の第１実施形態のＳＲモータ（スイッチド・リラクタンス・モータ）の構成を示す平面図、図２は同じく駆動回路の構成を示す回路図である。この第１実施形態のＳＲモータ１は、ステータの突極の数を１２、ロータの突極の数を８とした３相モータであり、例えば、車両のエンジンに直結されて使用される発電機としても機能する発電電動機である。
【００２８】
まず、図１を参照する。ＳＲモータ１は、回転子としてのロータ２、固定子としてのステータ３及びこれらを収容する図示しないモータハウジングなどを備えて構成される。
【００２９】
ロータ２は複数（この実施形態では８個）の突極２ａを有するロータコア４の中心に形成された貫通穴に出力軸（シャフト）５を挿入して一体的に固定して構成され、この出力軸５はモータハウジングにベアリングを介して支持されている。ロータコア４は、この実施形態では、プレス装置により打ち抜き加工された複数の磁性鋼板を積層して一体化することにより構成されている。出力軸５の単位時間あたりの回転数（ｒｐｍ）は図示しない回転数検出装置により計数される。
【００３０】
ステータ３はステータコア６及び複数の巻線コイルを備えて構成される。ステータコア６は略円筒状のヨーク部の内側に半径方向に突出する複数（この実施形態では１２個）の突極３ａを一体的に設けて構成されている。ステータコア６は、この実施形態では、プレス装置により打ち抜き加工された複数の磁性鋼板を積層して一体化することにより構成されている。ステータ３はモータハウジングの内側に固定される。
【００３１】
巻線コイルはステータコア６の１２個の突極にそれぞれ設けられている。同図では、Ｕ相を構成する４つの巻線コイルＵ１〜Ｕ４のみを図示し、Ｖ相及びＷ相を構成するそれぞれ４つの巻線コイルは図示省略している。巻線コイルＵ１〜Ｕ４は９０度ピッチで配置されており、巻線コイルＵ１とＵ３は回転軸を挟んで対向する位置関係で、巻線コイルＵ２とＵ４は回転軸を挟んで互いに対向する位置関係で配置されている。各巻線コイルの巻線数はこの実施形態では相互に同一とした。
【００３２】
図示しないＶ相を構成する４つの巻線コイルは、Ｕ相を構成する巻線コイルＵ１〜Ｕ４に対してそれぞれ３０度回転した位置にある突極３ａに設けられており、Ｗ相を構成する４つの巻線コイルは、Ｖ相を構成する巻線コイルに対してそれぞれさらに３０度回転した位置にある突極３ａに設けられている。
【００３３】
巻線コイルはステータコア６の突極３ａに直接的に巻回され、あるいは樹脂等からなるボビンに巻回されて装着される。ロータ２はステータ３の突極３ａとの間に所定のギャップをもつように、同軸上に挿入配置される。
【００３４】
巻線コイルに電流を流して、ステータ３の突極３ａからロータ２の突極２ａへ向かう磁束を発生させ、その近傍に存在するロータ２の突極２ａを引き付けることで、トルクを発生させる。ステータ３とロータ２のある突極２ａ，３ａ同士が対向すると、他の突極２ａ，３ａ同士にずれが生じており、逐次ずれた突極を選んでその巻線コイルに通電することにより、即ち、Ｕ相を構成する巻線コイル、Ｖ相を構成する巻線コイル、Ｗ相を構成する巻線コイルに逐次通電することにより、ロータ２の突極２ａが連続的に引き付けられ、ロータ２を軸回りに回転させることができる。
【００３５】
このＳＲモータの駆動回路は図２に示されているように構成されている。なお、以下の説明では、Ｕ相を構成する巻線組についての駆動回路を説明するが、他のＶ相、Ｗ相についての駆動回路も同じ構成である。
【００３６】
Ｕ相を構成する４つの巻線コイルＵ１〜Ｕ４は、図２に示されているように、Ｕ１，Ｕ３，Ｕ２，Ｕ４の順番で直列に接続されている。この巻線組の始端Ｔ１は、スイッチ素子（パワートランジスタ）ＳＷ１及び不図示のダイオードからなるパワー素子を介して電源Ｅ（例えば、車両のバッテリの＋極）に接続されているとともに、ダイオードＤ１を介して接地（バッテリの−極に接続）されている。この巻線組の終端Ｔ２は、ダイオードＤ２を介して電源Ｅに接続されているとともに、スイッチ素子ＳＷ２を含む同様なパワー素子を介して接地されている。
【００３７】
さらに、この巻線組を構成する巻線コイルＵ３とＵ２の接続部（巻線コイル間部分）Ｔ３は、ダイオードＤ３を介して電源Ｅに接続されているとともに、スイッチ素子ＳＷ３を含む同様なパワー素子を介して接地されている。
【００３８】
各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３の作動は、出力軸５の回転数を計数する回転数検出装置により検出された単位時間あたりの回転数（ｒｐｍ）に応じて図示しない制御装置により制御される。
【００３９】
即ち、出力軸５の検出回転数が予め適宜に設定された設定回転数（Ｎ）よりも低い場合には、スイッチ素子ＳＷ３を切断状態とし、この状態でスイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオンする。これにより、電流はスイッチ素子ＳＷ１、巻線コイルＵ１，Ｕ３，Ｕ２，Ｕ４、スイッチ素子ＳＷ２の経路で流れ、この間、電源Ｅからエネルギが供給されトルクが発生する。
【００４０】
次に、この状態から、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオフすると、巻線コイルＵ１，Ｕ３，Ｕ２，Ｕ４に生じる起電力によって、ダイオードＤ１、巻線コイルＵ１，Ｕ３，Ｕ２，Ｕ４、ダイオードＤ２の経路で電流が流れ、電源Ｅにエネルギが回生される。
【００４１】
スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２をロータ２の突極の位置に応じてオン・オフを制御することにより低回転域で高出力の電動機として機能し、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２のオン及びオフのタイミングを適宜に設定して、供給エネルギよりも回生エネルギを大きくすることにより、低回転域で高出力の発電機として機能させることができる。設定回転数としては、例えば、図７に示したような出力特性の場合には、巻数最大の場合と巻数最小の場合の出力を示す線分の交差する回転数Ｎ１とすることができる。
【００４２】
このように、低回転域では、巻線コイルの巻線数が多い方が高出力を得られるので、スイッチ素子ＳＷ３を切断状態として、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２の作動を制御することにより、巻線組を構成する全ての巻線コイルを機能させている。
【００４３】
一方、出力軸５の検出回転数が予め適宜に設定された設定回転数（Ｎ）よりも高い場合には、スイッチ素子ＳＷ２を切断状態とし、この状態でスイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ３を同時にオンする。これにより、電流はスイッチ素子ＳＷ１、巻線コイルＵ１，Ｕ３、スイッチ素子ＳＷ２の経路で流れ、この間、電源Ｅからエネルギが供給されトルクが発生する。
【００４４】
次に、この状態から、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ３を同時にオフすると、巻線コイルＵ１，Ｕ３に生じる起電力によって、ダイオードＤ１、巻線コイルＵ１，Ｕ３、ダイオードＤ３の経路で電流が流れ、電源Ｅにエネルギが回生される。
【００４５】
スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ３をロータ２の突極の位置に応じてオン・オフすることにより高回転域で高出力の電動機として機能し、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ３のオン及びオフのタイミングを適宜に設定して、供給エネルギよりも回生エネルギを大きくすることにより、高回転域で高出力の発電機として機能させることができる。
【００４６】
このように、高回転域では、巻線コイルの巻線数が少ない方が高出力を得られるので、スイッチ素子ＳＷ２を切断状態として、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ３の作動を制御することにより、巻線組を構成する全ての巻線コイルのうち、巻線コイルＵ２，Ｕ４の機能を休止させて、巻線コイルＵ１，Ｕ３のみを機能させている。
【００４７】
この第１実施形態によると、低回転域から高回転域の全域において、高い出力特性を実現することができ、小型・軽量でかつ一定以上の出力特性が要請される車両に搭載されるような発電電動機として用いるのに好適なＳＲモータが提供される。
【００４８】
また、この第１実施形態によると、高回転域において、巻線コイルＵ２とＵ４の機能を休止させ、巻線コイルＵ１とＵ３を機能させるようにしており、巻線コイルＵ１とＵ３は互いに対向しているので、巻線コイルＵ２とＵ４を休止させた後においてもロータ２に対する電磁吸引力は平衡しており、ロータ３の回転軸が偏心することが少ないので、振動や騒音の発生を低く抑えることができる。
【００４９】
第２実施形態
図３は本発明の第２実施形態のＳＲモータ（スイッチド・リラクタンス・モータ）の構成を示す平面図、図４は同じく駆動回路の構成を示す回路図である。上述した第１実施形態と実質的に同一の構成部分については同一の番号を付して、その説明は省略することにする。
【００５０】
上述の第１実施形態では、同一の相を構成する巻線コイルＵ１〜Ｕ４は全て同一の巻線数としているのに対して、この第２実施形態では、図３及び図４に示されているように、巻線コイルＵ１，Ｕ３の巻線数を巻線コイルＵ２，Ｕ４の巻線数よりも多く設定している。なお、Ｖ相及びＷ相を構成する巻線コイルについても同様である。
【００５１】
また、この第２実施形態では、上述の第１実施形態と比較して駆動回路の一部を変更している。即ち、図２におけるスイッチ素子ＳＷ３を含むパワー素子及びダイオードＤ３を廃止するとともに、Ｕ相についての巻線組（他のＶ相、Ｗ相も同じ）を巻線コイルをＵ１，Ｕ２，Ｕ４，Ｕ３の順に直列に接続している。そして、巻線コイルＵ１とＵ２の接続部Ｔ４及び巻線コイルＵ４とＵ３の接続部Ｔ５間を選択的に短絡させるスイッチ素子（パワートランジスタ）ＳＷ３及び不図示のダイオードを含むパワー素子が介装されたバイパス回路を設けている。他のＶ相及びＷ相についての駆動回路も同様である。
【００５２】
出力軸５の検出回転数が予め適宜に設定された設定回転数（Ｎ）よりも低い場合には、スイッチ素子ＳＷ３を切断状態とし、この状態でスイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオンする。これにより、電流はスイッチ素子ＳＷ１、巻線コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ４，Ｕ３、スイッチ素子ＳＷ２の経路で流れ、この間、電源Ｅからエネルギが供給されトルクが発生する。
【００５３】
次に、この状態から、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオフすると、巻線コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ４，Ｕ３に生じる起電力によって、ダイオードＤ１、巻線コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ４，Ｕ３、ダイオードＤ２の経路で電流が流れ、電源Ｅにエネルギが回生される。
【００５４】
スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２をロータ２の突極の位置に応じてオン・オフすることにより電動機として機能し、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２のオン及びオフのタイミングを適宜に設定して、供給エネルギよりも回生エネルギを大きくすることにより、発電機として機能させることができる。
【００５５】
このように、低回転域では、巻線コイルの巻線数が多い方が高出力を得られるので、スイッチ素子ＳＷ３を切断状態として、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２の作動を制御することにより、巻線組を構成する全ての巻線コイルを機能させている。
【００５６】
一方、出力軸５の検出回転数が予め適宜に設定された設定回転数（Ｎ）よりも高い場合には、スイッチ素子ＳＷ３を接続状態とし、この状態でスイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオンする。これにより、電流はスイッチ素子ＳＷ１、巻線コイルＵ１，スイッチ素子ＳＷ３（バイパス回路）、巻線コイルＵ３、スイッチ素子ＳＷ２の経路で流れ、この間、電源Ｅからエネルギが供給されトルクが発生する。
【００５７】
次に、この状態から、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオフすると、巻線コイルＵ１，Ｕ３に生じる起電力によって、ダイオードＤ１、巻線コイルＵ１、スイッチ素子ＳＷ３（バイパス回路）、巻線コイルＵ３、ダイオードＤ２の経路で電流が流れ、電源Ｅにエネルギが回生される。
【００５８】
スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２をロータ２の突極の位置に応じてオン・オフすることにより高回転域で高出力の電動機として機能し、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２のオン及びオフのタイミングを適宜に設定して、供給エネルギよりも回生エネルギを大きくすることにより、高回転域で高出力の発電機として機能させることができる。
【００５９】
このように、高回転域では、巻線コイルの巻線数が少ない方が高出力を得られるので、スイッチ素子ＳＷ３を接続状態として、接続部Ｔ４と接続部Ｔ５間を短絡して、巻線組を構成する全ての巻線コイルのうち、巻線コイルＵ２，Ｕ４の機能を休止させて、巻線コイルＵ１，Ｕ３のみを機能させている。
【００６０】
この第２実施形態によると低回転域から高回転域の全域において、高い出力特性を実現することができ、小型・軽量でかつ一定以上の出力特性が要請される車両に搭載されるような発電電動機として用いるのに好適なＳＲモータが提供される。
【００６１】
また、この第２実施形態によると、高回転域において、巻線コイルＵ２とＵ４の機能を休止させ、巻線コイルＵ１とＵ３を機能させるようにしており、巻線コイルＵ１とＵ３は互いに対向しているので、巻線コイルＵ２とＵ４を休止させた後においてもロータ２に対する電磁吸引力は平衡しており、ロータ３の回転軸が偏心することが少なくなるので、振動や騒音の発生を低く抑えることができる。
【００６２】
さらに、上述の第１実施形態と比較して、ダイオードＤ３を省略することができるので、駆動回路の構成を簡略化することができる。
【００６３】
加えて、この第２実施形態では、同一の巻線組を構成する４つの巻線コイルのうち、互いに対向する巻線コイルＵ１，Ｕ３の巻線数を他の互いに対向する巻線コイルＵ２，Ｕ４の巻線数よりも多く設定しており、このように、巻線組を構成する巻線コイルの巻線数を異ならせることにより、低回転域における巻線数と高回転域における巻線数の比率を任意に変更することができ、これにより、出力特性を調整することができるから、モータの仕様上の各種の要請に応じて柔軟に対応することができる。
【００６４】
第３実施形態
図５は本発明の第３実施形態のＳＲモータ（スイッチド・リラクタンス・モータ）の構成を示す平面図、図６は同じく駆動回路の構成を示す回路図である。上述した第１及び第２実施形態と実質的に同一の構成部分については同一の番号を付して、その説明は省略することにする。
【００６５】
図５に示されているように、この第３実施形態のＳＲモータ１は、ステータ３の突極の数を６、ロータ２の突極の数を４とした３相モータである。巻線コイルは、ステータコア６の６個の突極３ａにそれぞれ設けられている。同図では、Ｕ相を構成する２つの巻線コイルＵ１，Ｕ２のみを図示しており、Ｖ相及びＷ相を構成するそれぞれ２つの巻線コイルは図示省略している。
【００６６】
この第３実施形態は３相６極モータであるので、上述の第２実施形態のように、巻線組を構成する一部の巻線コイルの全体についてバイパス回路を設けると、該バイパス回路を作動（スイッチ素子ＳＷ３を接続）した場合に、単一の巻線コイルによってロータ２が駆動されることになり、これではロータ２に対する電磁吸引力が平衡せず、回転軸が偏心し、振動や騒音の原因となる場合がある。
【００６７】
そこで、この点を改善すべく、この第３実施形態では、図５及び図６に示されているように、巻線組を構成する巻線コイルＵ１，Ｕ２のそれぞれの中間部分（巻回された巻線コイルの途中の部分）Ｔ６及びＴ７から引出線Ｌ１，Ｌ２を引き出して、これらの間にスイッチ素子（パワートランジスタ）ＳＷ３及び不図示のダイオードを含むパワー素子を有するバイパス回路を設けている。他のＶ相及びＷ相についての駆動回路も同様である。また、駆動回路による制御及び作用は上述の第２実施形態と同様なので、その説明は省略する。
【００６８】
このように構成することにより、３相６極モータであっても、ロータ２に対する電磁吸引力の平衡状態を保ちつつ、ロータ２の回転数に応じて巻線数を変更することができ、低回転域から高回転域の全域において、高い出力特性を実現することができ、小型・軽量でかつ一定以上の出力特性が要請される車両に搭載されるような発電電動機として用いるのに好適なＳＲモータが提供される。
【００６９】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００７０】
例えば、ステータ及びロータの突極の数や相数は上述の実施形態に限定されることはなく、他のものであっても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態のＳＲモータの構成を示す平面図である。
【図２】 本発明の第１実施形態のＳＲモータの駆動回路の構成を示す回路図である。
【図３】 本発明の第２実施形態のＳＲモータの構成を示す平面図である。
【図４】 本発明の第２実施形態のＳＲモータの駆動回路の構成を示す回路図である。
【図５】 本発明の第３実施形態のＳＲモータの構成を示す平面図である。
【図６】 本発明の第３実施形態のＳＲモータの駆動回路の構成を示す回路図である。
【図７】 巻線数の増減に伴う回転数と出力との関係を示す図である。
【図８】 ＳＲモータの従来の駆動回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１…ＳＲモータ
２…ロータ
２ａ…突極
３…ステータ
３ａ…突極
４…ロータコア
５…出力軸
６…ステータコア
Ｅ…電源
Ｕ１〜Ｕ４…巻線コイル
ＳＷ１〜ＳＷ３…スイッチ素子
Ｄ１〜Ｄ３…ダイオード
Ｔ１〜Ｔ７…接続部
Claims (7)
- 偶数個の突極を有するステータと、該ステータの突極の個数に対して倍数関係にない偶数個の突極を有するロータと、該ステータの突極のそれぞれに巻回された巻線コイルとを備えたＳＲモータにおいて、
前記ロータの回転数に応じて機能させる前記巻線コイルの数を変更することを特徴とするＳＲモータ。 - 前記巻線コイルはそれぞれ独立的に通電可能であることを特徴とする請求項１記載のＳＲモータ。
- 前記巻線コイルのうち機能させない巻線コイルは、機能させる複数の巻線コイルによる電磁力が平衡するように選択されることを特徴とする請求項１又は２記載のＳＲモータ。
- 偶数個の突極を有するステータと、該ステータの突極の個数に対して倍数関係にない偶数個の突極を有するロータと、該ステータの突極のそれぞれに巻回された巻線コイルとを備え、前記巻線コイルのうち同一の相を構成する複数の巻線コイルをそれぞれ直列に接続して複数の巻線組としたＳＲモータにおいて、
前記巻線組の始端と電源の一方の極とを選択的に接続する第１スイッチ手段と、
前記巻線組の終端と電源の他方の極とを選択的に接続する第２スイッチ手段と、
前記巻線組の巻線コイル間部分と電源の他方の極とを選択的に接続する第３スイッチ手段と、
前記ロータの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記回転数検出手段による検出結果に応じて前記第１〜第３スイッチ手段の作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするＳＲモータ。 - 前記巻線組の始端と前記電源の他方の極との間に介装された該始端へ向かう方向にのみ電流を流す第１ダイオード手段と、
前記巻線組の終端と前記電源の一方の極との間に介装された該電源の一方の極へ向かう方向にのみ電流を流す第２ダイオード手段と、
前記巻線組の巻線コイル間部分と前記電源の一方の極との間に介装された該電源の一方の極へ向かう方向にのみ電流を流す第３ダイオード手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項４記載のＳＲモータ。 - 偶数個の突極を有するステータと、該ステータの突極の個数に対して倍数関係にない偶数個の突極を有するロータと、該ステータの突極のそれぞれに巻回された巻線コイルとを備え、前記巻線コイルのうち同一の相を構成する複数の巻線コイルをそれぞれ直列に接続して複数の巻線組としたＳＲモータにおいて、
前記巻線組の始端と電源の一方の極とを選択的に接続する第１スイッチ手段と、
前記巻線組の終端と電源の他方の極とを選択的に接続する第２スイッチ手段と、
前記巻線組を構成する前記巻線コイルのうちの一部の巻線コイルをバイパスするように選択的に短絡する第３スイッチ手段と、
前記ロータの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記回転数検出手段による検出結果に応じて前記第１〜第３スイッチ手段の作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするＳＲモータ。 - 前記巻線組の始端と前記電源の他方の極との間に介装された該始端へ向かう方向にのみ電流を流す第１ダイオード手段と、
前記巻線組の終端と前記電源の一方の極との間に介装された該電源の一方の極へ向かう方向にのみ電流を流す第２ダイオード手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項６記載のＳＲモータ。
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