JP3720940B2 - リラクタンスモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転機あるいはリニアモータ等のエネルギー変換機に利用されるリラクタンスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リラクタンスモータは回転により生じる磁気抵抗変化で、回転力を発生するもので、回転子の形状により磁気抵抗変化をもたせている。このモータの回転子は鉄或いは電磁鋼板の積層体で構成されているので、回転子構造が堅固であり、メンテナンス面でも有利であり、注目されている。しかし、リラクタンスモータの高出力化には、スウィッチドリラクタンスモータ等のような制御技術の向上とともに、電磁鋼板の使用磁束密度のアップが行われている。電磁鋼板は回転磁界中で使用されるので、無方向性電磁鋼板が使用される。しかし、無方向性電磁鋼板の使用磁束密度をあまり高くすると、コアが磁気飽和してしまい、磁気抵抗変化が小さくなるので、磁束密度を高くした割には推力が大きくならない。
【０００３】
そこで、磁気飽和し難い磁性材料か、あるいは高い磁束密度でも、推力が得られる方法が求められている。前者の磁気飽和し難くするには、飽和磁化を高くする必要があり、Ｆｅ−Ｃｏ材などがあるが、価格が高く、実用的には問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来の技術の問題点を解消し、高い磁束密度でも、従来より大きい推力が得られるリラクタンスモータを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、回転子と固定子を有し、回転により生じる磁気抵抗変化により回転力を発生するリラクタンスモータにおいて、前記回転子が突起がない円盤状或いは棒状で、且つ方向性電磁鋼板からなり、前記方向性電磁鋼板は１．４Ｔ以上で使用され、かつ回転子の磁気抵抗が最も小さくなる方向と前記方向性電磁鋼板の磁化容易方向のなす角度が５４度以内であることを特徴とするリラクタンスモータにある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
リラクタンスモータは、回転あるいは移動により生じる磁気抵抗変化により回転或いは移動する推力を発生するもので、回転タイプだけでなく、リニアモータも含む。従来のリラクタンスモータは、回転子あるいは可動子の形状により磁気抵抗変化を生じさせているもので、突起等を設けた構造の回転子を有している。リラクタンスモータの回転子あるいは可動子は、一般に鉄の塊を加工して作ったり、電磁鋼板を打ち抜きしたものを積層したりして作られる。本発明のリラクタンスモータでは、方向性電磁鋼板を回転子コアの全部或いは一部に使用するもので、主に積層して使用される。積層方法は、従来の一体打ち抜きコア、螺旋コア、分割コア、巻コアなど、どの方法でも良い。
【０００７】
方向性電磁鋼板は、主に日本工業規格ＪＩＳ Ｃ ２５５３_-1986 であるが、電磁鋼板の面内の磁束密度が８００A/m で、最も高い値と最も低い値の差が０．２Ｔ以上であれば、本発明では方向性電磁鋼板に含まれる。この場合の方向性電磁鋼板の磁化容易方向は圧延方向になる。また、ＪＩＳ Ｃ ２５５３_-1986 に示されるような一方向性のものだけでなく、二方向の電磁鋼板でも良い。従来の方向性電磁鋼板は、主な面方位が｛０１１｝であるが、｛１００｝が主な面方位であるもの、即ち二方向性電磁鋼板でも良い。二方向性電磁鋼板の磁化容易方向は２つあり、互いに９０度である。また、従来の方向性電磁鋼板は一般に３％Ｓｉを含んだ方向性珪素鋼板であるが、Ｓｉが３％未満、または３％より高いものでも良い。さらに、板厚の制限もなく、０．５mm以上の板厚のものでも良い。
【０００８】
方向性電磁鋼板をコアにする場合、一方向性電磁鋼板を９０度回し積みしても良い。この場合は二方向性電磁鋼板に類似した特性が得られる。一方向性電磁鋼板の９０度回し積みコアや二方向性電磁鋼板コアは、４極のリラクタンスモータに使用できる。一方向性電磁鋼板を（３６０／ｎ）度回し積みすると、ｎ極のリラクタンスモータに使用できる。
【０００９】
本発明において、方向性電磁鋼板の磁気異方性エネルギーを利用して、回転あるいは移動する推力を大きくしたり、発生させるものである。従って、方向性電磁鋼板の積層である場合、モータの磁束の回転による変化が方向性電磁鋼板の面内であることが望ましく、また、異方性エネルギーが有効に働くように、方向性電磁鋼板の使用磁束密度は１．４Ｔ以上で使用すると良い。
【００１０】
従来のリラクタンスモータは、前述のように、無方向性電磁鋼板等を用いた回転子あるいは可動子の形状により磁気抵抗変化を生じさせているもので、本発明の「回転子の磁気抵抗が最も小さくなる方向」とは、この従来型リラクタンスモータにおける、形状により回転子の磁気抵抗が最も小さくなる方向に相当するものであり、回転型では半径方向であり、リニアモータでは可動子の（固定子と可動子との間の）空隙方向である。本発明では、この方向に、方向性電磁鋼板の磁化容易方向を向け、回転子あるいは可動子の形状により磁気抵抗変化を従来の場合より大きくする。好ましくは、回転子の磁気抵抗が最も小さくなる方向と、方向性電磁鋼板の磁化容易方向のなす角度が５４度以内であると良い。５４度は体心立方の鉄における＜１００＞と＜１１１＞のなす角度であり、５４度以上では推力が逆に小さくなる。
【００１１】
本発明のリラクタンスモータは、従来型のようなコア形状での磁気抵抗変化による推力を主に利用するものだけでなく、方向性電磁鋼板の磁気異方性エネルギーによる推力だけのものも含まれる。
【００１２】
【実施例】
（実施例１）
図１に本発明に係るリラクタンスモータの一例を示す。回転子１は方向性電磁鋼板の円盤の積層体から構成される。固定子３は内方に突出するに歯部４、４′、５、５′、６、６′を有し、各歯部には巻線７が巻かれている。図では歯部５、５′、６、６′の巻線は省略している。
【００１３】
歯部４、４′に巻かれた巻線７に電流を流すと、歯部４、４′の中心と回転子１の方向性電磁鋼板の磁化容易方向２のなす角θが５４度以下であると、θが０に近づく方向に回転力が発生する。図２は、巻線７の電流をパラメータとして、回転力と回転角θの関係を示したものである。電流は曲線Ａの場合が最も高く、曲線Ｅの場合が最も低い。曲線Ｅの場合は電流が低く、コアの励磁磁束密度が１．３Ｔであり、回転力が小さい。曲線Ｄ、Ｃの場合はコアの励磁磁束密度が１．６５Ｔ、１．７６Ｔ、曲線Ｂ、Ａの場合は、コアの励磁磁束密度が１．９Ｔ以上であり、１．４Ｔ以上で回転力が高い。
【００１４】
（実施例２）
図３に本発明に係るリラクタンスモータの他の例を示す。回転子２１は方向性電磁鋼板の突極型の積層体から構成される。固定子２３は歯部２４、２４′、２５、２５′、２６、２６′を有し、それらに巻線２７が巻かれている。図では歯部２５、２５′、２６、２６′の巻線は省略している。
【００１５】
歯部２４、２４′に巻かれた巻線２７に電流を流すと、従来型のリラクタンスモータと同じように、形状による磁気抵抗変化で、回転力が発生するが、さらに、歯部２４、２４′の中心と、回転子２１の方向性電磁鋼板の磁化容易方向２２のなす角θが５４度以下であると、θが０に近づく方向に、磁気異方性エネルギーによる回転力も付加され、従来型の場合より大きい回転力が発生する。
【００１６】
（実施例３）
図４に本発明の他の実施例である４極リラクタンスモータを示す。回転子３１は方向性電磁鋼板を９０度回し積みした円盤の積層体から構成される。固定子３３は歯部３４、３４′、３５、３５′、３６、３６′を有し、それらに巻線３７、３８、３９が巻かれ、３相電源のＵ、Ｖ、Ｗ相に対応する。
【００１７】
歯部３４、３４′に巻かれた巻線３７の電流がピークとなるとき、歯部３４、３４′の中心と、回転子３１の方向性電磁鋼板の磁化容易方向３２のなす角θが４５度以下であると、θが０に近づく方向に回転力が発生する。図５は、この４極リラクタンスモータにおける励磁磁束密度と最大回転力を示している。１．４Ｔ以上になると、回転力が発生し、さらに磁束密度が高くなると、回転力は高くなっている。特に、１．６Ｔ以上では回転力は急激に上昇することが分かる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明のリラクタンスモータは、回転力や推力が従来型より、磁気異方性エネルギーによる分ほど加算されるので、高出力化できる。従来型は必ず突起等の形状を有することが必要であるが、本発明のリラクタンスモータは、突起がなくとも円盤などでも回転力を発生させることができ、回転子の機械的バランスが取れやすく、高速化や低振動、低騒音化に適すると考えられる。従来型では磁気飽和すると、回転力などが増加しなくなるが、本発明のリラクタンスモータは磁気飽和するほど、回転力が増加する。
また、方向性電磁鋼板の磁化容易方向は従来使用されている無方向性電磁鋼板等より、透磁率が高く、高磁束密度化も容易であり、磁気異方性エネルギーによる回転力のみならず、従来の回転力も増大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る円盤型２極リラクタンスモータの一例を示す図。
【図２】図１の円盤型２極リラクタンスモータにおける回転角度と回転力の関係を示す図。
【図３】本発明に係る突極型２極リラクタンスモータの一例を示す図。
【図４】本発明に係る円盤型４極リラクタンスモータの一例を示す図。
【図５】図４の円盤型４極リラクタンスモータにおける励磁磁束密度と最大回転力の関係を示す図。
【符号の説明】
１、２１、３１ 回転子
２、２２、３２ 方向性電磁鋼板の磁化容易方向
３、２３、３３ 固定子
４、４′、５、５′、６、６′、２４、２４′、２５、２５′、２６、２６′、３４、３４′、３５、３５′、３６、３６′ 歯部
７、３７、３８、３９ 巻線

Claims (1)

1. 回転子と固定子を有し、回転により生じる磁気抵抗変化により回転力を発生するリラクタンスモータにおいて、前記回転子が突起がない円盤状或いは棒状で、且つ方向性電磁鋼板からなり、前記方向性電磁鋼板は１．４Ｔ以上で使用され、回転子の磁気抵抗が最も小さくなる方向と前記方向性電磁鋼板の磁化容易方向のなす角度が５４度以内であることを特徴とするリラクタンスモータ。

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