JP4627853B2 - リラクタンス型電動機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子に対する回転子の磁気抵抗差を利用して回転力を得るリラクタンス型電動機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
リラクタンス型電動機は、出力トルクが大きい、構造が簡単という利点があるが、反面、固定子の突極に対して磁気絶縁手段(磁気バリア)の端部が通過する毎に高トルクリップルが発生する欠点があり、これまで一部の分野のみで利用されるにとどまっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
トルクリップルを低減させる手法として、固定子あるいは回転子の磁気中心角を、固定子の1スロット角度分だけ回転方向にスキューさせる技術が知られている。
しかし、スキューさせることにより、回転位置における磁気抵抗差が小さくなってしまうため、出力トルクが低下する不具合が発生してしまう。
この発明の目的は、出力トルクの低下を招くことなく、トルクリップルを低減できるリラクタンス型電動機の提供にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
請求項1の手段を採用し、複数種類の積層板を積層して回転子を設けたことにより、発生するトルクの変動を相殺することができ、トルクリップルを低減することができる。また、従来技術(スキューさせる技術)のように回転子位置による磁気抵抗差が小さくならず、出力トルクを招かない。
つまり、高出力トルク、低トルクリップルのリラクタンス型電動機を得ることができる。
【0005】
請求項2の手段を採用し、同一種類の積層板が隣接してなるブロックを複数接合して回転子を設けても良い。このように設けることにより、隣接する複数の積層板のバリアが同一であるため、隣接する積層板の重なり部分に生じる軸方向への磁束の流れを減少させることができ、トルクリップルの低減効果を高めることができる。
【0006】
請求項3の手段を採用し、磁極内に形成されるバリアパターンを複数種類有する積層板を積層して回転子を設けることにより、1種類の積層板にて請求項1と同様の効果を得ることができる。つまり、複数種類のバリアパターンを有する1種類の積層板を積層した回転子を用いることにより、出力低下を招くことなく、発生するトルクの変動を相殺して、トルクリップルを抑えることができる。
【0007】
請求項4の手段を採用し、バリアの外周端と、それに隣接するバリアの外周端との間隔を、全て等間隔に設けることにより、各バリア端が固定子の突極を通過する際に発生するトルク変動が規則的にハッキリとでるようになるため、トルク変動の相殺度合がより大きくなり、トルクリップルの低減効果を高めることができる。
【0008】
請求項5の手段を採用し、回転子の各磁極の磁気抵抗が最も大きい方向の磁気抵抗値の全てが同一にされることにより、磁極毎に発生するトルクの大きさが等しくなるため、トルク変動の相殺度合がより大きくなり、トルクリップルをさらに低減することができる。
また、磁気抵抗の最も大きい方向のバリアの幅のみを変えて磁気抵抗値を調節しているため、回転子外周部付近のバリアピッチは変わらない。このため、バリアピッチで発生するトルク変動の形は変わることがなく、従ってトルク変動の相殺度合のみを高めることができる。
【0009】
請求項6の手段を採用し、最も内周のバリアの径方向の幅によって磁気抵抗値の調節を行うことにより、その内側におけるバリアとバリアの各間隔は変わらないため、磁気抵抗が最も大きい方向の磁気抵抗値のみを調節できる。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、複数の実施例を用いて説明する。
〔第1実施例〕
図1はリラクタンス型電動機の概略図である。
リラクタンス型電動機は、内周に向けて複数の突極1aを等間隔に備える固定子1と、この固定子1から見て磁気抵抗が回転方向に異なる回転子2とを備えるものであり、固定子1の各突極1aの周囲には、各突極1aに起磁力を発生させるための図示しないコイルが装着されるものである。
【0011】
そして、リラクタンス型電動機は、回転子2の磁気抵抗の最も低い磁極方向(d軸)に対し、所定角度方向の固定子1に起磁力を発生し、回転子2の磁気抵抗の低い部分を固定子1の起磁方向へ回転移動させて出力トルクを得るものである。
なお、回転子2の磁気抵抗の最も低い磁極方向(制御上の仮想軸)は、一般にd軸と称され、回転子2の磁気抵抗の最も大きい磁極方向は、一般にq軸と称される。
【0012】
固定子1は、内周に向く複数の突極1aを等間隔に備える円環状を呈した磁性体製薄板よりなる固定子積層板3を複数積層して設けられたものである。
回転子2は、円盤状を呈した磁性体製薄板よりなる回転子積層板4を複数積層して設けられたものであり、磁気抵抗を回転方向で異ならせるための磁気絶縁手段5が設けられている。
【0013】
この磁気絶縁手段5は、回転子積層板4に複数形成されたスリットよりなるフラックスバリア5a(図2参照)の積層によって構成される。このバリア5aは、内側に湾曲した円弧形状を呈するものであり、q軸を中心に対象形状に設けられている。なお、スリット内に樹脂やアルミ材など非磁性材料を充填しても良いが、空隙であっても良い。
なお、この実施例における、バリア5aの外周端は、回転子2が分解しないように微小な接続部が設けられている。この接続部による磁気短絡は、接続部を薄くすることにより実用上無視できる。
【0014】
回転子2に形成される磁極の中心角は均等であり、この実施例では1枚の回転子積層板4に中心角90度の4つの磁極を持つものである。
この実施例は、磁極の仕様が異なる2種類の回転子積層板4(バリア仕様A、バリア仕様B)を交互に積層したものであり、この2種類のバリアパターンは、バリア5aの位置が異なるものである。
【0015】
具体的には、図2(a)に示すバリア仕様Aの回転子積層板4と、図2(b)に示すバリア仕様Bの回転子積層板4とを、図3に示すように、交互に積層したものであり、第1回転子積層板4のバリア位置に対する第2回転子積層板4のバリア位置を図2(a)の破線に示す。
また、この実施例では、回転子2を円周方向から見たとき、バリア5aの外周端と、それに隣接するバリア5aの外周端との間隔が、同一磁極内において全て等間隔となるように設けられている。
【0016】
ここで、バリア仕様Aの回転子積層板4が発生するトルク波形を図4の実線Aに示し、バリア仕様Bの回転子積層板4が発生するトルク波形を図4の破線Bに示す。
このグラフで示すように、バリア仕様Aの回転子積層板4が発生するトルク波形に対して、バリア仕様Bの回転子積層板4が発生するトルク波形は、逆の位相になる。そして、回転子2の発生するトルクは、バリア仕様Aの回転子積層板4が発生するトルクと、バリア仕様Bの回転子積層板4が発生するトルクとの足し合わせとなるため、それぞれのトルク変動が相殺され、結果的にトルクリップルが低減されることになる。
また、この実施例では、従来技術(スキューさせる技術)のように回転位置における磁気抵抗差が小さくなる不具合がなく、出力トルクの低下を招かない。
つまり、この実施例におけるリラクタンス型電動機は、高出力トルクであり、且つ低トルクリップルとなる。
【0017】
さらに、この実施例では、回転子2を円周方向から見たときのバリア5aの外周端と、それに隣接するバリア5aの外周端との間隔を、同一磁極内において全て等間隔に設けたことにより、各バリア端が突極1aを通過する際に発生するトルク変動が規則的にハッキリでるようになる。このため、トルク変動の相殺度合が大きくなり、トルクリップルの低減効果を高めることができる。
【0018】
〔第2実施例〕
この第2実施例は、図5に示すように、バリア仕様Aの回転子積層板4を重ねてなる回転子ブロック2aと、バリア仕様Bの回転子積層板4を重ねてなる回転子ブロック2bとを接合して回転子2を構成したものである。
上記の第1実施例のように、バリア仕様Aとバリア仕様Bの回転子積層板4を交互に積層して回転子2を構成した場合では、軸方向に磁束が流れてしまうため、バリア5aをずらしたことによるトルクリップル低減効果が薄れてしまう。これに対して、この第2実施例のように、同一種類の積層板が隣接してなるブロック2a、2bを接合して回転子2を設けた場合では、軸方向へ流れる磁束の度合が小さくなり、トルクリップルの低減効果を高めることができる。
また、回転子積層板4の仕様を交互に積層させるよりも回転子積層板4の積層が容易になるため、組付け性が向上する効果も得られる。
【0019】
〔第3実施例〕
この第3実施例は、図6に示すように、バリア仕様Aのバリアパターンと、バリア仕様Bのバリアパターンとを同一の回転子積層板4に設けたものであり、この2種類のバリアパターンを有する回転子積層板4を積層して回転子2を設けたものである。
このように設けても、第1実施例と同様の効果を得ることができる。また、第2実施例と同様、この第3実施例でも軸方向へ流れる磁束の度合が小さく、高いトルクリップルの低減効果を得ることができる。
さらに、1種類の回転子積層板4を積層して回転子2が構成されるため、回転子積層板4の積層が容易になり、組付け性が向上する効果も得られる。
【0020】
さらに、この第3実施例でも、回転子2を円周方向から見たときのバリア5aの外周端と、それに隣接するバリア5aの外周端との間隔を、磁極内だけでなく、磁極間においても全て等間隔に設けた。これにより、各バリア5a端が固定子1の突極1aを通過する際に発生するトルク変動が規則的にハッキリでるようになるため、トルク変動の相殺度合が大きくなり、トルクリップルの低減効果を高めることができる。
【0021】
〔第4実施例〕
一般的に、リラクタンス型電動機のトルクの大きさは、第1実施例で示したd軸方向のインダクタンスと、q軸方向のインダクタンスの差に比例して発生する。
このため、上記第3実施例のように、回転子2の磁極毎にバリア5aの位置を変え(あるいはバリア5aの本数を変え)、各磁極毎に発生するトルクを逆位相にしてリップルを低減する際、そのバリア構造の違いにより、q軸方向の磁気抵抗が変わりq軸方向のインダクタンスが磁極毎に変わってしまう。それゆえ、磁極毎に発生するトルクの大きさが若干違ってしまい、トルク変動の大きさも磁極毎に変わるため、逆位相にしてもリップルが若干残ってしまう。
【0022】
つまり、図7(a)に示す回転子積層板4を多数積層した回転子2を用いて具体的に説明すると、バリア仕様Aで発生するトルク波形は図8(a)の実線Aに示されるように変動し、バリア仕様Bで発生するトルク波形は図8(a)の破線Bに示されるように変動することになり、若干リップルが残ってしまう。
【0023】
そこで、バリア5aのq軸方向の幅を磁極毎に変更し、各磁極全てのq軸方向の磁気抵抗値を同一に揃えた。つまり、q軸方向の磁気抵抗の小さい磁極のバリア5aのq軸径方向の幅を広く取り、q軸方向のインダクタンスを各磁極毎に均一にした。
具体的に、図7を用いて説明すると、バリア仕様Bに対してバリア5aの本数の少ない、即ちq軸方向の磁気抵抗の小さいバリア仕様Aのバリア5aの幅を広く取り、各磁極のq軸方向のインダクタンスを全て同一にした。
なお、この実施例では、q軸方向の最内側のバリア幅を広く取って磁気抵抗値の調節を行う例を示すが、他のバリア幅を広げてq軸方向の磁気抵抗値を調節しても良い。また、幅を広げるバリア5aは、1つに限定されるものではなく、複数のバリア5aの幅を変更しても良い。もちろん、複数の幅を広げる場合、広げる幅は同一幅でも良いし、不均一幅でも良い。
【0024】
この実施例のように、バリア仕様Aのインダクタンスと、バリア仕様Bのインダクタンスが揃えられることにより、両方の仕様A、Bで発生するトルクの大きさが同じになる。
つまり、バリア仕様Aで発生するトルク波形{図8(b)の実線A}と、バリア仕様Bで発生するトルク波形{図8(b)の破線B}とが、完全に一致した逆位相となる。この結果、トルク変動の相殺度合がより大きくなり、トルクリップルを上記実施例よりもさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】リラクタンス型電動機の概略図である(第1実施例)。
【図2】回転子積層板のバリアパターンを示す図である(第1実施例)。
【図3】回転子積層板の積層状態の説明図である(第1実施例)。
【図4】トルク波形を示すグラフである(第1実施例)。
【図5】回転子積層板の積層状態の説明図である(第2実施例)。
【図6】回転子積層板の平面図である(第3実施例)。
【図7】回転子積層板の平面図である(第4実施例)。
【図8】トルク波形を示すグラフである(第4実施例)。
【符号の説明】
1 固定子
2 回転子
3 固定子積層板
4 回転子積層板
5 磁気絶縁手段
5a フラックスバリア
Claims (6)
- 磁性体製薄板よりなる積層板を複数積層して設けられ、磁気抵抗を回転方向で異なるようにするための磁気絶縁手段を備えた回転子を具備し、
この回転子の磁気抵抗の最も低い磁極の方向と異なる方向へ固定子の起磁力を発生し、前記回転子の磁極を前記固定子の起磁方向へ回転移動させるようなトルクを発生するリラクタンス型電動機であって、
前記磁気絶縁手段は、前記積層板に形成されたスリットあるいは溝よりなるフラックスバリアの積層によって構成されるものであり、
前記回転子は、バリアの位置または本数、あるいはバリア幅の異なる複数種類の積層板を積層して設けられたことを特徴とするリラクタンス型電動機。 - 請求項1のリラクタンス型電動機において、
前記回転子は、同一種類の積層板が隣接してなるブロックが複数接合して設けられたことを特徴とするリラクタンス型電動機。 - 磁性体製薄板よりなる積層板を複数積層して設けられ、磁気抵抗を回転方向で異なるようにするための磁気絶縁手段を備えた回転子を具備し、
この回転子の磁気抵抗の最も低い磁極の方向と異なる方向へ固定子の起磁力を発生し、前記回転子の磁極を前記固定子の起磁方向へ回転移動させるようなトルクを発生するリラクタンス型電動機であって、
前記磁気絶縁手段は、前記積層板に形成されたスリットあるいは溝よりなるフラックスバリアの積層によって構成されるものであり、
前記回転子の各磁極の中心角は均一であり、
前記回転子は、前記磁極内に形成されるバリアパターンを複数種類有する積層板を積層して設けられたことを特徴とするリラクタンス型電動機。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかのリラクタンス型電動機において、
前記回転子を円周方向から見たときのバリアの外周端と、それに隣接するバリアの外周端との間隔は、全て等間隔に設けられたことを特徴とするリラクタンス型電動機。 - 請求項3または請求項4のリラクタンス型電動機において、
前記回転子の各磁極の中で磁気抵抗が最も大きい方向の磁気抵抗値が、各磁極全てが同一となるようバリアの径方向の幅によって調節されていることを特徴とするリラクタンス型電動機。 - 請求項5のリラクタンス型電動機において、
前記積層板において各磁極を形成するための複数のバリアのうち、最も内周のバリアの径方向の幅によって磁気抵抗値の調節が行われることを特徴とするリラクタンス型電動機。
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