JP5280261B2 - Reluctance motor - Google Patents

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三四郎 荻野
嘉也 横尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reluctance motor capable of readily replacing a conventional small DC motor in which size and vibration can be reduced while preventing an increase in manufacturing cost. <P>SOLUTION: The reluctance motor includes a stator having 2 m (m is a natural number of 1 or above) salient poles in which total 2 m magnets 12 are arranged in the adjacent gap at the forward end of each salient pole 11 such that facing magnetic poles have the same polarity with the magnetic pole touching the lateral part at the forward end of the salient pole 11 and a winding 13 is applied to the salient poles, and a rotor having n (n is a natural number other than 1) protrusions 21, where n/m does not become a natural number of 2 or less, i.e., pole teeth or magnetic resistance reducing parts provided oppositely to the salient poles 11. The positional relationship in the diametrical direction among coupling portions of stator iron cores which constitute the stator, the magnet 12 and the winding 13, is arranged in order of the coupling portion, the winding 13, and the magnet 12. The adjacent windings 13 face through a gap formed between the coupling portion and the magnet 12. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、リラクタンスモータに関する。   The present invention relates to a reluctance motor.

高価な永久磁石を使用する必要がないスイッチドリラクタンスモータ(以下SRモータという)が知られている(非特許文献1参照)。このSRモータは、固定子(ステータ)と集中巻きされた相巻き線を持ち、向かい合う突極がNとSの逆極となるように、その相巻き線が巻かれている。各相は、半導体パワースイッチで切り替え運転される。   A switched reluctance motor (hereinafter referred to as SR motor) that does not require the use of an expensive permanent magnet is known (see Non-Patent Document 1). This SR motor has a stator winding (stator) and concentrated winding phase windings, and the windings are wound so that the salient poles facing each other are the opposite poles of N and S. Each phase is switched by a semiconductor power switch.

SRモータの回転子には相巻き線がなく、一般的に、回転子は固定子の磁極数より2個少ない突極数となっていると言われているが他の組み合わせのものも知られている。すなわち、3相機では、固定子6極、回転子4極、4相機では固定子8極、回転子6極の組み合わせが広く用いられているが、他の組み合わせのものも良く用いられている。このSRモータは、相電流のパルス電流と同期させるため、回転子の位置を検出するためのエンコーダ信号を必要としている。すなわち、SRモータは、回転子の位置センサ検出信号によって、固定子の相巻き線のパルス信号を半導体スイッチで同期させるという制御によって回転子を回転させている。   There is no phase winding in the rotor of the SR motor, and it is generally said that the rotor has two salient poles less than the number of magnetic poles of the stator, but other combinations are also known. ing. That is, in the three-phase machine, a combination of the stator 6 poles, the rotor 4 poles, and in the 4-phase machine, the combination of the stator 8 poles and the rotor 6 poles is widely used, but other combinations are also often used. This SR motor requires an encoder signal for detecting the position of the rotor in order to synchronize with the pulse current of the phase current. That is, the SR motor rotates the rotor by a control of synchronizing the phase winding pulse signal of the stator with the semiconductor switch based on the rotor position sensor detection signal.

このSRモータの優位性は、運転効率の高さにある。また、ブラシレスDCモータと比較した場合、SRモータでは、ロータに永久磁石を使用していないので、高遠心力対応(磁石の飛散防止)、運転効率の向上、製造コストの面で有利とされる(技術文献1参照)。このようなSRモータの分野では、最近センサレスのものも現れてきている(特許文献1、2参照)。   The superiority of this SR motor is its high operating efficiency. Compared with a brushless DC motor, the SR motor does not use a permanent magnet for the rotor, so it is advantageous in terms of high centrifugal force (magnet scattering prevention), improved operating efficiency, and manufacturing cost ( See Technical Literature 1). In the field of such SR motors, sensorless ones have recently appeared (see Patent Documents 1 and 2).

本出願の発明者は、先に小型高トルク化のために、コイルと永久磁石の両方を備えたハイブリッド型のモータ(ステッピングモータ)を開発した(特許文献3)。その後、さらにその基本アイデアを展開し、E字型突極を有する複数の磁気ヨークを備え、そのE字型の突極間に筒状磁性体を配置することで、エネルギー効率を向上させた自己起動型同期電動機を発明した(特許文献4参照)。また、本発明者は、さらなる小型高トルクを追求したハイブリッド磁石型直流モータを開発し、提案した(特許文献5)。   The inventor of the present application has previously developed a hybrid motor (stepping motor) including both a coil and a permanent magnet in order to reduce the size and increase the torque (Patent Document 3). After that, the basic idea was further developed, and a self-improved energy efficiency was achieved by providing a plurality of magnetic yokes having E-shaped salient poles and arranging a cylindrical magnetic body between the E-shaped salient poles. A start-up type synchronous motor was invented (see Patent Document 4). The present inventor has also developed and proposed a hybrid magnet type DC motor pursuing further small and high torque (Patent Document 5).

特開2001−309691号公報(要約書)JP 2001-309691 A (abstract) 特開2002−186283号公報(要約書)JP 2002-186283 A (abstract) 特開2000−150228号公報(要約書)JP 2000-150228 A (Abstract) 特開2001−258221号公報(図1)JP 2001-258221 A (FIG. 1) 特開2002−247825号公報(要約書)JP 2002-247825 A (abstract)

日経メカニカル 1997年2月3日発行 No.499 P50〜61「SRモータが欧米で急成長」Nikkei Mechanical Issued February 3, 1997 499 P50-61 “SR motors are growing rapidly in Europe and America”

従来のSRモータは、磁気抵抗を利用して回転させるモータであるため、トルクを大きくするにはエアギャップを小さくする必要がある。このような原理を用いたSRモータを小型化するにはエアギャップを極小とする必要があるため、小型化がきわめて難しい。また、SRモータは振動が大きくなりがちで、高機能の電子機器には適さないとされている。   Since the conventional SR motor is a motor that rotates using a magnetic resistance, it is necessary to reduce the air gap in order to increase the torque. In order to reduce the size of an SR motor using such a principle, it is necessary to minimize the air gap. In addition, the SR motor tends to have large vibrations and is not suitable for high-functional electronic devices.

本出願の発明者の1人である荻野は、上述したように、ハイブリッド型磁石を発明し、さらには、そのハイブリッド型磁石を展開してステッピングモータ、自己起動型同期電動機、さらにはハイブリッド磁石型直流機を創作してきた。   Sugano, one of the inventors of the present application, invented a hybrid magnet as described above, and further developed a stepping motor, a self-starting synchronous motor, and a hybrid magnet type by developing the hybrid magnet. I have created a DC machine.

しかしながら、モータへの展開は思ったようには成功していない。これは特許文献3、4、5のステッピングモータ、同期電動機、直流機は特殊な構成となりすぎ、製造コストが高くなりすぎることが主な原因と考えられる。また、構成が特殊なため展開がしづらく、従来のモータ、特に小型DCモータからの置き換えが容易ではないことも原因の1つと思われる。   However, deployment to motors has not been as successful as expected. The main reason for this is considered that the stepping motors, synchronous motors, and DC machines of Patent Documents 3, 4, and 5 have a special configuration and the manufacturing cost is too high. In addition, it is difficult to deploy due to the special configuration, and it is considered that one of the causes is that it is not easy to replace a conventional motor, particularly a small DC motor.

また、本出願の発明者たちは、1つのハイブリッド型磁石を1つの突極として構成し、複数の同形状のハイブリッド型磁石を円形状に配置したモータを開発し、雑誌に発表した(2002年12月20日発行の「WEDGE」1月号 P80〜P81)。しかし、このハイブリッド型磁石を単にモータに展開した構成のものは、振動面で十分満足できるものとはなっていない。また、モータに展開する場合には、磁束の効率的利用を十分考慮する必要があるが、その面でも不十分となっている。   In addition, the inventors of the present application developed a motor in which one hybrid magnet is configured as one salient pole and a plurality of hybrid magnets having the same shape are arranged in a circular shape and published in a magazine (2002). "WEDGE" January issue P80-P81 issued on December 20). However, a configuration in which this hybrid magnet is simply deployed on a motor is not sufficiently satisfactory in terms of vibration. Moreover, when deploying to a motor, it is necessary to fully consider the efficient use of magnetic flux, but this is also insufficient.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、小型化と振動の低減を可能にすると共に製造コストの上昇を押さえ、従来の小型DCモータとの置き換えが容易な新規な構成のリラクタンスモータを提供することを目的とする。また、他の発明は、モータに展開した場合にも、磁束の効率的利用が十分可能となるリラクタンスモータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has a novel configuration that enables downsizing and vibration reduction, suppresses an increase in manufacturing cost, and can be easily replaced with a conventional small DC motor. An object of the present invention is to provide a reluctance motor. Another object of the present invention is to provide a reluctance motor that can sufficiently use the magnetic flux efficiently even when deployed in a motor.

上述の目的を達成するため、本発明のリラクタンスモータは、突極数を2m(mは1以上の自然数)とし、各突極の先端の隣接する隙間に、対向する磁極が同極となり、かつその磁極が突極の先端の横部に接するように計2m個の磁石を配置し、突極に巻線を施し、突極の基部が連結部で連結されたステータと、突起部の数をn(nは1以外の自然数)としたとき、n/mが2以下の自然数とならないようにした突起部であって、突極に対向して設けられる極歯または磁気抵抗減少部を有するロータと、を有し、ステータを構成するステータ鉄心、磁石および巻線の径方向の位置関係を、連結部、巻線、磁石の順となるように配置し、隣接する巻線が、連結部と磁石との間に形成された隙間を介して対向している。 To achieve the above object, re reluctance motor of the present invention, the number of salient poles and 2m (m is a natural number of 1 or more), the adjacent gap between the tip of each salient pole, the opposing magnetic pole becomes the same polarity and the magnetic pole is arranged a total of 2m pieces of the magnet in contact with the lateral portion of the distal end of the salient pole, and facilities windings on the salient poles, a stator base of the salient pole are connected by a connecting portion, the protrusion Where n / m is a natural number of 2 or less, where n / m is a natural number other than 1, and is a pole tooth or magnetoresistance reducing portion provided facing the salient pole A stator core that constitutes the stator, a magnet and a positional relationship in the radial direction of the winding are arranged in the order of the connecting portion, the winding, and the magnet. It faces through a gap formed between the connecting portion and the magnet.

本発明のリラクタンスモータは、ステータの突極数が偶数で機械的バランスの良いステータとすることができる。しかも、磁石を各突極間にはさみ込んでいるので、ステータが略円形状となり、より一層機械的にバランスの良いものとなる。これらの構成によって振動低減の面で有利なものとなる。   The reluctance motor of the present invention can be a stator having an even number of salient poles and a good mechanical balance. In addition, since the magnet is sandwiched between the salient poles, the stator has a substantially circular shape, and the mechanical balance is further improved. These configurations are advantageous in terms of vibration reduction.

また、本発明のリラクタンスモータは、磁石をいわゆる同極対向的に入れているので、磁石のN極とN極にはさまれた突極をN極となるように励磁し、磁石のS極とS極にはさまれた突極をS極となるように励磁することで、励磁時には励磁の磁束と磁石の磁束との協働関係がきわめて強力となり、ロータに働く力がパワーアップされる。このため、ステータとロータの間のエアギャップを広くすることができ、リラクタンスモータでありながら、小型化が可能となる。   In the reluctance motor of the present invention, since the magnets are placed opposite to each other with the same polarity, the salient pole sandwiched between the N pole and N pole of the magnet is excited to become the N pole, and the S pole of the magnet By exciting the salient pole sandwiched between the S and S poles to become the S pole, the cooperative relationship between the excitation magnetic flux and the magnet magnetic flux becomes extremely strong during excitation, and the force acting on the rotor is increased. . For this reason, the air gap between the stator and the rotor can be widened, and it is possible to reduce the size of the reluctance motor.

また、本発明のリラクタンスモータは、従来の小型DCモータやリラクタンスモータとほとんど同一構造とすることができるので、製造コストは上昇せず小型DCモータからの置き換えも容易となる。   Further, the reluctance motor of the present invention can have almost the same structure as a conventional small DC motor or reluctance motor, so that the manufacturing cost does not increase and the replacement from the small DC motor is easy.

このリラクタンスモータは、ステータの突極数が偶数で機械的バランスの良いステータとすることができる。しかも、磁石を各突極間にはさみ込んでいるので、ステータが略円形状となり、より一層機械的にバランスの良いものとなる。これらの構成によって振動低減の面で有利なものとなる。   This reluctance motor can be a stator having an even number of salient poles and a good mechanical balance. In addition, since the magnet is sandwiched between the salient poles, the stator has a substantially circular shape, and the mechanical balance is further improved. These configurations are advantageous in terms of vibration reduction.

また、このリラクタンスモータは、磁石のN極に接した突極をN極となるように励磁し、磁石のS極に接した突極をS極となるように励磁することで、励磁時には励磁の磁束と磁石の磁束との協働関係がきわめて強力となり、ロータに働く力がパワーアップされる。このため、ステータとロータの間のエアギャップを広くすることができ、リラクタンスモータでありながら、小型化が可能となる。   In addition, this reluctance motor excites the salient pole in contact with the N pole of the magnet so that it becomes the N pole, and excites the salient pole in contact with the S pole of the magnet so that it becomes the S pole. The cooperative relationship between the magnetic flux of the magnet and the magnetic flux of the magnet becomes extremely strong, and the force acting on the rotor is increased. For this reason, the air gap between the stator and the rotor can be widened, and it is possible to reduce the size of the reluctance motor.

また、本発明のリラクタンスモータは、従来の小型DCモータやリラクタンスモータとほとんど同一構造とすることができるので、製造コストは上昇せず小型DCモータからの置き換えも容易となる。   Further, the reluctance motor of the present invention can have almost the same structure as a conventional small DC motor or reluctance motor, so that the manufacturing cost does not increase and the replacement from the small DC motor is easy.

また、ステータ鉄心の軸方向長さと磁石の軸方向長さを同一とし、突極の先端の径方向長さと磁石の径方向長さとを同一とするのが好ましい。さらに、mを2とし、駆動相数を4とし、前記各巻線を巻線毎に同一方向に巻かれたものとし、各巻線に流す電流の方向を各巻線毎に常に同一方向とするのが好ましい。   Further, it is preferable that the axial length of the stator core and the axial length of the magnet are the same, and the radial length of the tip of the salient pole and the radial length of the magnet are the same. Further, m is 2, the number of drive phases is 4, each winding is wound in the same direction for each winding, and the direction of the current flowing through each winding is always the same direction for each winding. preferable.

さらに、mを4以上の整数とし、駆動相数を4以上としたり、mを4以上の整数とし、駆動相数を2以上m以下としたりしてもよい。   Furthermore, m may be an integer of 4 or more, the number of drive phases may be 4 or more, m may be an integer of 4 or more, and the number of drive phases may be 2 or more and m or less.

本発明のリラクタンスモータは、磁性部材からなる複数の突極の先端が隣接する隙間に磁石を先端の横部に接するように配置し、突極を励磁するための巻線を有するステータと、突極に対向して設けられる極歯または磁気抵抗減少部となる突起部を有するロータと、を有するリラクタンスモータにおいて、磁石の残留磁束密度をaとし、磁性部材からなる突極の飽和磁束密度をbとし、突極の磁石側に飛び出た部分のロータと対向する部分の面積をWとし、磁石の突極との接触部分の面積をZとしたとき、(a/b)×Z×1/3≦W≦(a/b)×Z×2となるように、ステータの突極を形成している。 Li reluctance motor of the present invention includes a stator having windings for the distal end of the plurality of salient poles of magnetic member is disposed in contact with the magnet to the lateral portion of the tip into the gap adjacent to excite the stator teeth A reluctance motor having pole teeth provided opposite to the salient poles or a projecting part serving as a magnetic resistance reducing part, wherein the residual magnetic flux density of the magnet is a, and the saturation magnetic flux density of the salient pole made of a magnetic member (B / x) × Z × 1 where b is the area of the portion of the salient pole that protrudes to the magnet side and the area of the portion facing the rotor is W, and the area of the contact portion of the magnet with the salient pole is Z. The salient poles of the stator are formed so that / 3 ≦ W ≦ (a / b) × Z × 2.

このリラクタンスモータでは、突極部分での磁束の効率的な利用が可能となり、モータとしての動作がスムーズとなり、効率が向上する。   In this reluctance motor, it is possible to efficiently use the magnetic flux in the salient pole portion, the operation as a motor becomes smooth, and the efficiency is improved.

また、本発明のリラクタンスモータは、磁性部材からなる複数の突極の先端が隣接する複数の隙間の一部に磁石を先端の横部に接するように配置し、突極を励磁するための巻線を有するステータと、突極に対向して設けられる極歯または磁気抵抗減少部となる突起部を有するロータと、を有するリラクタンスモータにおいて、磁石の残留磁束密度をaとし、磁性部材からなる突極の飽和磁束密度をbとし、突極の磁石側に飛び出た部分のロータと対向する部分の面積をWとし、磁石の突極との接触部分の面積をZとしたとき、(a/b)×Z×1/3≦W≦(a/b)×Z×2となるように、ステータの上記突極を形成している。
Also, Li reluctance motor of the present invention, since the tips of the plurality of salient poles of magnetic member is disposed in contact with the lateral portion of the tip magnet portion of the plurality of gaps adjacent to excite the stator teeth In a reluctance motor having a stator having a winding and a rotor having a pole tooth provided opposite to the salient pole or a protrusion serving as a magnetic resistance reducing portion, the residual magnetic flux density of the magnet is a, When the saturation magnetic flux density of the salient pole is b, the area of the portion of the salient pole protruding to the magnet side facing the rotor is W, and the area of the contact portion of the magnet with the salient pole is Z (a / B) × Z × 1/3 ≦ W ≦ (a / b) × Z × 2 The above salient poles of the stator are formed.

このリラクタンスモータでは、突極部分での磁束の効率的な利用が可能となり、モータとしての動作がスムーズとなり、効率が向上する。   In this reluctance motor, it is possible to efficiently use the magnetic flux in the salient pole portion, the operation as a motor becomes smooth, and the efficiency is improved.

また、ロータは、筒状の極歯形成体を有するものとし、この極歯形成体に、磁気抵抗が大きくなる貫通孔を周方向にn個設け、各貫通孔の周方向の隣接部分をn個の磁気抵抗減少部としてもよい。   In addition, the rotor has a cylindrical pole tooth forming body. The pole tooth forming body is provided with n through holes in the circumferential direction in which the magnetic resistance is increased, and n adjacent portions in the circumferential direction of each through hole are provided. It is good also as a magnetoresistive reduction part.

このようにロータを構成すると、ロータを効率的かつ安価に製造することが可能となる。また、ロータのイナーシャも容易に低減化でき、応答スピードの速いリラクタンスモータとすることができる。   When the rotor is configured in this way, the rotor can be manufactured efficiently and inexpensively. Further, the inertia of the rotor can be easily reduced, and a reluctance motor having a high response speed can be obtained.

本発明のある観点によれば、小型化と振動の低減を可能にすると共に製造コストの上昇を押さえ、従来の小型DCモータとの置き換えが容易な新規な構成のリラクタンスモータを得ることができる。また、他の観点においては、モータに展開した場合にも、磁束の効率的利用が十分可能となるリラクタンスモータを得ることができる。   According to an aspect of the present invention, it is possible to obtain a reluctance motor having a novel configuration that enables downsizing and vibration reduction, suppresses an increase in manufacturing cost, and can be easily replaced with a conventional small DC motor. In another aspect, it is possible to obtain a reluctance motor that can sufficiently use the magnetic flux efficiently even when deployed in the motor.

本発明の第1の実施の形態に係るリラクタンスモータの端面断面図である。It is an end surface sectional view of the reluctance motor concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係るリラクタンスモータのステータ鉄心部分とロータ鉄心部分の平面図である。It is a top view of the stator core part and rotor core part of the reluctance motor which concern on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るリラクタンスモータの巻線の接続関係を示すと共にスイッチ制御部とその周辺の回路を示す図である。It is a figure which shows the connection relation of the coil | winding of the reluctance motor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and shows a switch control part and its periphery circuit. 本発明の第1の実施の形態に係るリラクタンスモータの巻線に流される電流波形を示す図である。It is a figure which shows the current waveform sent through the coil | winding of the reluctance motor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るリラクタンスモータの各巻線に流される電流状況を示す図で、(A)は各巻線に流される電流の時間的変化および電流合計を示し、(B)は切り替えステップとその各ステップのステータ内の磁束の流れをまとめた表である。It is a figure which shows the electric current condition sent through each coil | winding of the reluctance motor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (A) shows the time change and electric current total of the current sent through each coil | winding, (B) is It is the table | surface which put together the flow of the magnetic flux in the stator of the switching step and each step. 本発明の第1の実施の形態に係るリラクタンスモータの磁束の流れを示す図で、時刻T1〜T2間における磁束の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the magnetic flux of the reluctance motor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and is a figure which shows the flow of the magnetic flux between the time T1-T2. 本発明の第1の実施の形態に係るリラクタンスモータの磁束の流れを示す図で、時刻T2時点直後における磁束の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the magnetic flux of the reluctance motor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and is a figure which shows the flow of the magnetic flux immediately after the time T2. 本発明の第1の実施の形態に係るリラクタンスモータの励磁による磁束の流れと各相の切り替えの状態をまとめて示す図である。It is a figure which shows collectively the flow of the magnetic flux by the excitation of the reluctance motor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and the state of switching of each phase. 本発明の第2の実施の形態に係るリラクタンスモータの励磁磁束の流れをまとめて示す図である。It is a figure which shows collectively the flow of the excitation magnetic flux of the reluctance motor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係るリラクタンスモータの切り替えステップと各ステップの際に励磁される突極を○印で示した図である。It is the figure which showed the salient pole excited at the time of each step and switching step of the reluctance motor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention by (circle). 本発明の第2の実施の形態に係るリラクタンスモータの巻線に流される電流波形を示す図である。It is a figure which shows the current waveform sent through the coil | winding of the reluctance motor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係るリラクタンスモータの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the reluctance motor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係るリラクタンスモータの他の変形例を示す図である。It is a figure which shows the other modification of the reluctance motor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係るリラクタンスモータのステータ鉄心部分とロータ鉄心部分の平面図である。It is a top view of the stator core part and rotor core part of the reluctance motor which concern on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係るリラクタンスモータのステータ内を流れる磁束と切り替えステップを示す図である。It is a figure which shows the magnetic flux which flows in the stator of the reluctance motor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, and a switching step. 本発明の第3の実施の形態に係るリラクタンスモータのステータ内の磁束の流れと、切り替えステップと、突極の磁化状態とを対応させてまとめた表である。It is the table | surface which put together and matched the flow of the magnetic flux in the stator of the reluctance motor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, the switching step, and the magnetization state of a salient pole. 本発明の第3の実施の形態に係るリラクタンスモータの磁束の流れを示す図で、第1相駆動時の状態を示す図である。It is a figure which shows the flow of the magnetic flux of the reluctance motor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, and is a figure which shows the state at the time of 1st phase drive. 本発明の第3の実施の形態に係るリラクタンスモータの磁束の流れを示す図で、第2相駆動開始時の状態を示す図である。It is a figure which shows the flow of the magnetic flux of the reluctance motor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, and is a figure which shows the state at the time of a 2nd phase drive start. 本発明の第3の実施の形態に係るリラクタンスモータの磁束の流れを示す図で、第2相駆動終了時の状態を示す図である。It is a figure which shows the flow of the magnetic flux of the reluctance motor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, and is a figure which shows the state at the time of completion | finish of 2nd phase drive. 本発明の第3の実施の形態に係るリラクタンスモータの磁束の流れを示す図で、第3相駆動開始時の状態を示す図である。It is a figure which shows the flow of the magnetic flux of the reluctance motor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, and is a figure which shows the state at the time of a 3rd phase drive start. 本発明の第3の実施の形態に係るリラクタンスモータの磁束の流れを示す図で、第3相駆動終了時の状態を示す図である。It is a figure which shows the flow of the magnetic flux of the reluctance motor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, and is a figure which shows the state at the time of the 3rd phase drive completion | finish. 本発明の第3の実施の形態に係るリラクタンスモータの磁束の流れを示す図で、第4相駆動開始時の状態を示す図である。It is a figure which shows the flow of the magnetic flux of the reluctance motor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, and is a figure which shows the state at the time of a 4th phase drive start. 本発明の第4の実施の形態に係るリラクタンスモータのステータ鉄心部分とロータ鉄心部分の平面図である。It is a top view of the stator core part and rotor core part of the reluctance motor which concern on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係るリラクタンスモータのステータ内を流れる磁束と切り替えステップを示す図である。It is a figure which shows the magnetic flux which flows in the stator of the reluctance motor which concerns on the 4th Embodiment of this invention, and a switching step. 本発明の第4の実施の形態に係るリラクタンスモータのステータ内の磁束の流れと、切り替えステップと、突極の磁化状態とを対応させてまとめた表である。It is the table | surface which put together and matched the flow of the magnetic flux in the stator of the reluctance motor which concerns on the 4th Embodiment of this invention, the switching step, and the magnetization state of a salient pole. 本発明の第4の実施の形態に係るリラクタンスモータの磁束の流れを示す図で、第1相駆動時の状態を示す図である。It is a figure which shows the flow of the magnetic flux of the reluctance motor which concerns on the 4th Embodiment of this invention, and is a figure which shows the state at the time of 1st phase drive. 本発明の第4の実施の形態に係るリラクタンスモータの磁束の流れを示す図で、第2相駆動時の状態を示す図である。It is a figure which shows the flow of the magnetic flux of the reluctance motor which concerns on the 4th Embodiment of this invention, and is a figure which shows the state at the time of 2nd phase drive. 本発明の第5の実施の形態に係るリラクタンスモータのステータ内を流れる磁束と切り替えステップを示す図である。It is a figure which shows the magnetic flux which flows in the stator of the reluctance motor which concerns on the 5th Embodiment of this invention, and a switching step. 本発明の第5の実施の形態に係るリラクタンスモータに使用されるコミュテータ部分を示す図である。It is a figure which shows the commutator part used for the reluctance motor which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係るリラクタンスモータの切り替えステップと、励磁される突極と、ブラシとを対応させてまとめた表である。It is the table | surface which put together and matched the switching step of the reluctance motor which concerns on the 5th Embodiment of this invention, the salient pole excited, and a brush. 本発明の第6の実施の形態に係るリラクタンスモータに使用されるコミュテータ部分を示す図である。It is a figure which shows the commutator part used for the reluctance motor which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態に係るリラクタンスモータの切り替えステップと、励磁される突極と、ブラシとを対応させてまとめた表である。It is the table | surface which put together and matched the switching step of the reluctance motor which concerns on the 6th Embodiment of this invention, the salient pole excited, and a brush. 本発明の第7の実施の形態に係るリラクタンスモータの端面断面図である。It is an end surface sectional view of the reluctance motor concerning a 7th embodiment of the present invention. 本発明の第7の実施の形態に係るリラクタンスモータのステータ鉄心部分とロータ鉄心部分の平面図である。It is a top view of the stator core part and rotor core part of the reluctance motor which concern on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施の形態に係るリラクタンスモータの端面断面図である。It is an end surface sectional view of the reluctance motor concerning an 8th embodiment of the present invention. 本発明の第8の実施の形態に係るリラクタンスモータの1つのステータ構成部(ボビン巻線を除く)の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of one stator structure part (except bobbin winding) of the reluctance motor concerning an 8th embodiment of the present invention. 図35のA−A線断面図である。It is AA sectional view taken on the line of FIG. 本発明の第8の実施の形態に係るリラクタンスモータのロータを示す図で、鉄心を実線で示し、他の部分を一点鎖線で示した図である。It is a figure which shows the rotor of the reluctance motor which concerns on the 8th Embodiment of this invention, and is the figure which showed the iron core with the continuous line, and showed the other part with the dashed-dotted line. 本発明の第9の実施の形態に係るリラクタンスモータの断面図である。It is sectional drawing of the reluctance motor which concerns on the 9th Embodiment of this invention. 本発明の第9の実施の形態に係るリラクタンスモータのロータとなる極歯形成体の斜視図である。It is a perspective view of the pole tooth formation object used as the rotor of the reluctance motor concerning a 9th embodiment of the present invention. 本発明の第10の実施の形態に係るリラクタンスモータのステータに組み込まれる磁石の斜視図である。It is a perspective view of the magnet integrated in the stator of the reluctance motor which concerns on the 10th Embodiment of this invention. 本発明の第10の実施の形態に係るリラクタンスモータのステータの磁石の着磁方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetization method of the magnet of the stator of the reluctance motor which concerns on the 10th Embodiment of this invention. 本発明の第1から第10の実施の形態に係るリラクタンスモータにおけるステータの突極の数と、ロータの突起部の数との関係をまとめた表で、表中の○印を付されたモータが本発明に該当することを示す図である。Table showing the relationship between the number of stator salient poles and the number of rotor protrusions in the reluctance motor according to the first to tenth embodiments of the present invention, and the motors marked with a circle in the table It is a figure which shows that corresponds to this invention. 本発明のリラクタンスモータが従来に比べ、トルクアップしていることを示すデータをグラフ化した図である。It is the figure which graphed the data which show that the reluctance motor of this invention is torque-up compared with the past. 本発明のリラクタンスモータが従来に比べ、大きなトルク範囲まで回転可能であることを示すデータをグラフ化した図である。It is the figure which graphed the data which show that the reluctance motor of this invention can be rotated to a big torque range compared with the past.

以下、本発明の実施の形態に係るリラクタンスモータを、図を参照しながら説明する。なお、まず第1の実施の形態について図1から図8に基づいて説明する。   Hereinafter, a reluctance motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a first embodiment will be described with reference to FIGS.

このリラクタンスモータは、従来のSRモータの良い部分と、ハイブリッド型磁石の良い点を合わせ持つものであり、しかも両者を単に組み合わせただけではなく、マグネットの配置、固定子の突極数、電流の流し方等、特にマグネットの配置を適切に配置することで、振動面で改善され、かつ従来の小型DCモータと置き換えることが容易に可能となるようにしたものである。   This reluctance motor combines the advantages of a conventional SR motor with the advantages of a hybrid magnet, and is not just a combination of both, but also the arrangement of magnets, the number of salient poles of the stator, By appropriately arranging the magnets, such as the way of flowing, in particular, the vibration can be improved and the conventional small DC motor can be easily replaced.

この第1の実施の形態のリラクタンスモータは、上述したように、SRモータとハイブリッド型磁石を応用したものであり、以下HB−SRモータと呼ぶこととする。図1および図2に示すように、このHB−SRモータ10は、いわゆる5相駆動のモータで、ステータ1と、ロータ2と、ホルダ部3と、エンコーダ部4と、フレーム5とを有している。この第1の実施の形態のHB−SRモータ10は、その高さHが30mmで、その本体の直径Rが79mmとされる小型のモータとされている。   As described above, the reluctance motor of the first embodiment is an application of an SR motor and a hybrid magnet, and is hereinafter referred to as an HB-SR motor. As shown in FIGS. 1 and 2, the HB-SR motor 10 is a so-called five-phase drive motor, and includes a stator 1, a rotor 2, a holder part 3, an encoder part 4, and a frame 5. ing. The HB-SR motor 10 of the first embodiment is a small motor having a height H of 30 mm and a main body diameter R of 79 mm.

ステータ1は、図2に示すように、10個の突極11a〜11jと、各突極11a〜11jの先端の隣接する隙間に配置される10個の磁石12a〜12jと、各突極11a〜11jの根元側にコイルを巻くことで設置される10個の巻線13a〜13jとを有している。なお、以下、突極11a〜11j、磁石12a〜12jおよび巻線13a〜13jのそれぞれについて、特に特定の突極、磁石および巻線を意味しないときは、突極11、磁石12および巻線13と呼ぶこととする。   As shown in FIG. 2, the stator 1 includes ten salient poles 11a to 11j, ten magnets 12a to 12j arranged in adjacent gaps at the tips of the salient poles 11a to 11j, and each salient pole 11a. 10 windings 13a to 13j installed by winding a coil on the base side of 11j. Hereinafter, the salient poles 11a to 11j, the magnets 12a to 12j, and the windings 13a to 13j, respectively, unless particularly specific salient poles, magnets, and windings are meant, the salient poles 11, the magnets 12, and the windings 13 I will call it.

ステータ1の突極11を形成するステータ素材は、高透磁率材料、すなわち軟磁性材料であり、飽和磁束密度が2.15テスラときわめて高い純鉄で構成され、各突極11をつなぐ連結部14の中央には、ホルダ部3が差し込まれる係合孔15を有している薄板とされている。この薄板が積層されることで、ステータ鉄心を形成している。ステータ1の各突極11の先端幅となる機械的角度(スロット角)は、24度とされている。突極11の巻線13が施される根元側は、先端に比べ約半分の細さとされている。   The stator material forming the salient poles 11 of the stator 1 is a high permeability material, that is, a soft magnetic material, and is composed of pure iron having a very high saturation magnetic flux density of 2.15 Tesla. In the center of 14, it is made into the thin plate which has the engagement hole 15 in which the holder part 3 is inserted. By laminating the thin plates, a stator iron core is formed. The mechanical angle (slot angle) that is the tip width of each salient pole 11 of the stator 1 is 24 degrees. The base side on which the winding 13 of the salient pole 11 is applied is about half as thin as the tip.

磁石12は、ロータ2に面する側が反対側の面に比べ長くされた断面台形の棒状とされ、また、突極11に対向する面の径方向長さが突極11の先端の径方向長さと同一または若干小さくされている。この磁石12は、ネオジウムを使用し残留磁束密度が1.20テスラとなる希土類磁石で、隣り合う磁石12の対向する磁極が同極となるように着磁されており、かつその磁極が突極11の先端の横部に接するように配置されている。各磁石12の幅は、突極11の半分の12度とされている。また、各磁石12の固定は、接着材にて突極11に接着することにより行われる。   The magnet 12 has a trapezoidal bar shape in which the side facing the rotor 2 is longer than the surface on the opposite side, and the radial length of the surface facing the salient pole 11 is the radial length of the tip of the salient pole 11. Are the same or slightly smaller. This magnet 12 is a rare earth magnet using neodymium and having a residual magnetic flux density of 1.20 Tesla, and is magnetized so that the opposing magnetic poles of adjacent magnets 12 are the same pole, and the magnetic poles are salient poles. 11 is arranged so as to be in contact with the lateral portion of the tip. The width of each magnet 12 is 12 degrees, which is half of the salient pole 11. Each magnet 12 is fixed by adhering to the salient pole 11 with an adhesive.

磁石12の軸方向長さは、図1に示すように、ステータ鉄心の軸方向長さと同一とされ、径方向の長さは、突極11の先端の径方向の幅と同一とされている。ここで、磁石12の径方向の長さ、すなわち突極11の先端の径方向の幅をL1とし、突極11の磁石12側に飛び出た部分であってロータ2に対向する部分の長さをL2としたとき、L1:L2=1:0.6となっている。また、このL1は、HB−SRモータ10のすべての対応する部分で同一長であり、L2もこのHB−SRモータ10のすべての対応する部分で同一長となっている。なお、磁石12の残留磁束密度をaとし、突極11の飽和磁束密度をbとし、突極11の磁石12側に飛び出た部分のロータ2と対向する部分の面積をWとし、磁石12の突極11との接触部分の面積をZとしたとき、(a/b)×Z×1/3≦W≦(a/b)×Z×2となるようにステータ1を形成すると、突極11が巻線13で励磁され飽和したとき、磁石12の磁束を有効利用でき、効率の良いリラクタンスモータとなる。   As shown in FIG. 1, the axial length of the magnet 12 is the same as the axial length of the stator core, and the radial length is the same as the radial width of the tip of the salient pole 11. . Here, the radial length of the magnet 12, that is, the radial width of the tip of the salient pole 11 is L1, and the length of the salient pole 11 protruding to the magnet 12 side and facing the rotor 2 is the length. Where L1: L2 = 1: 0.6. Further, L1 has the same length in all corresponding portions of the HB-SR motor 10, and L2 has the same length in all corresponding portions of the HB-SR motor 10. The residual magnetic flux density of the magnet 12 is a, the saturation magnetic flux density of the salient pole 11 is b, the area of the portion of the salient pole 11 protruding to the magnet 12 side facing the rotor 2 is W, When the stator 1 is formed such that (a / b) × Z × 1/3 ≦ W ≦ (a / b) × Z × 2 when the area of the contact portion with the salient pole 11 is Z, the salient pole When 11 is excited by the winding 13 and is saturated, the magnetic flux of the magnet 12 can be used effectively, resulting in an efficient reluctance motor.

この実施の形態では、a=1.20テスラで、b=2.15テスラで、磁石12とステータ鉄心の軸方向長さが同一のため、W=L2、Z=L1として把握できる。このため、0.19×L1≦L2≦1.12×L1となり、L1=1とすると、0.19≦L2≦1.12となり、突極11の先端が磁石12側に飛び出る部分の幅は、突極11の先端の径方向の幅の0.19倍から1.12倍が好ましい値となる。なお、磁石12のさらなる有効活用を考慮すると、(a/b)×Z≦W≦(a/b)×Z×1.5がさらに好ましものとなる。   In this embodiment, since a = 1.20 Tesla, b = 2.15 Tesla, and the axial lengths of the magnet 12 and the stator core are the same, it can be grasped as W = L2 and Z = L1. Therefore, 0.19 × L1 ≦ L2 ≦ 1.12 × L1, and if L1 = 1, then 0.19 ≦ L2 ≦ 1.12, and the width of the portion where the tip of the salient pole 11 protrudes to the magnet 12 side is A preferable value is 0.19 to 1.12 times the radial width of the tip of the salient pole 11. In consideration of further effective utilization of the magnet 12, (a / b) × Z ≦ W ≦ (a / b) × Z × 1.5 is more preferable.

巻線13は、各々、ステータ鉄心の連結部14側から突極11の先端に向かって同一方向にコイルが巻かれることで形成される。コイルのターン数は100〜200程度とされる。なお、コイルの巻き方向は、突極11の先端側を起点にして連結部14側に向けて巻くようにしても良い。巻き方は、整列巻きが好ましいが、他の巻き方でも良い。   Each of the windings 13 is formed by winding a coil in the same direction from the connecting portion 14 side of the stator core toward the tip of the salient pole 11. The number of turns of the coil is about 100 to 200. The winding direction of the coil may be wound from the tip end side of the salient pole 11 toward the connecting portion 14 side. The winding method is preferably aligned winding, but other winding methods may be used.

ロータ2は、6個の突起部21と、磁気ディスクを載置するためのハブ部22と、ホルダ部3内の軸受に支持される回転軸23とを有している。なお、以下では、突起部21について個別のものを指示する場合は、突起部21a〜21jのいずれかの符号を利用することとする。この突起部21は、極歯となるもので、突極11と対向することで、磁束の流れに安定点をもたらすものである。また、各突起部21は、機械的角度で24度の範囲に渡る大きさとされている。   The rotor 2 includes six projecting portions 21, a hub portion 22 for placing a magnetic disk, and a rotating shaft 23 supported by a bearing in the holder portion 3. In the following description, when an individual one is instructed for the protrusion 21, any one of the protrusions 21 a to 21 j is used. The protrusion 21 is a pole tooth and faces the salient pole 11 to provide a stable point in the flow of magnetic flux. Each protrusion 21 has a mechanical angle in a range of 24 degrees.

ロータ2の突起部21を形成するロータ素材は、高透磁率材料、すなわち軟磁性材料である純鉄で構成された薄板とされている。この薄板が積層されることでロータ鉄心を形成している。ロータ2の各突起部21の機械的角度は、24度とされ、各突起部21間の間隔は、36度とされている。また、フレーム5の図1の上面からハブ部22のディスク載置面22aまでの幅Wは、18.5mmとされている。   The rotor material forming the protrusion 21 of the rotor 2 is a thin plate made of high permeability material, that is, pure iron which is a soft magnetic material. A rotor iron core is formed by laminating these thin plates. The mechanical angle of each protrusion 21 of the rotor 2 is 24 degrees, and the interval between the protrusions 21 is 36 degrees. Further, the width W from the upper surface of FIG. 1 of the frame 5 to the disk mounting surface 22a of the hub portion 22 is 18.5 mm.

ハブ部22は、アルミニウムで構成されているが、シリコンが20〜30重量%程度でアルミを65〜75重量%としたアルミシリコン合金で構成するようにしても良い。このハブ部22に回転軸23が圧入され固定されている。よって、このHB−SRモータ10は、いわゆる軸回転型モータとなっている。しかし、回転軸23をホルダー部3またはフレーム5に圧入し固定し、固定軸とし、その固定軸を中心としてロータ2(ロータ鉄心やハブ部22)が回転する、いわゆる軸固定型のモータとしても良い。   The hub portion 22 is made of aluminum, but may be made of an aluminum silicon alloy in which silicon is about 20 to 30% by weight and aluminum is made 65 to 75% by weight. A rotary shaft 23 is press-fitted and fixed to the hub portion 22. Therefore, the HB-SR motor 10 is a so-called shaft rotation type motor. However, the rotary shaft 23 may be press-fitted and fixed to the holder portion 3 or the frame 5 to be a fixed shaft, and the rotor 2 (rotor core or hub portion 22) rotates around the fixed shaft. good.

ホルダ部3は、ステータ2を支持すると共に軸受を保持するものであり、この実施の形態ではアルミニウムまたは上述と同様なアルミシリコン合金で形成している。エンコーダ部4は、ロータ2の回転位置を検知するもので、ロータ2の外周に設けられたマークをフォトセンサで検知するようになっている。このエンコーダ部4は、フレーム5に載置されている回路基板6の上に設置されている。   The holder portion 3 supports the stator 2 and holds the bearing. In this embodiment, the holder portion 3 is made of aluminum or the same aluminum silicon alloy as described above. The encoder unit 4 detects the rotational position of the rotor 2 and detects a mark provided on the outer periphery of the rotor 2 with a photo sensor. The encoder unit 4 is installed on a circuit board 6 placed on the frame 5.

フレーム5は、ホルダ部3にその中央の孔が嵌合し、ホルダ部3の図1の下端が外方に、かしめられることでホルダ部3に係止される。フレーム5としては、アルミその他の非磁性部材を採用しても良いが、磁性部材としたり、機能性樹脂材等としても良い。   The frame 5 is locked to the holder part 3 by fitting a hole in the center thereof to the holder part 3 and caulking the lower end of the holder part 3 in FIG. The frame 5 may be made of aluminum or other nonmagnetic member, but may be a magnetic member or a functional resin material.

各巻線13の接続は、図3に示すとおりとなっている。スイッチ制御部31は、マイクロコンピュータで構成されており、エンコーダ部4にて検出される信号に基づいて巻線13へ流す電流のスイッチタイミングや、電流波形を決めるプログラムがその内部に記憶されている。図3に示されるように、各巻線13に流れる電流は、流れる際には常にその電流が一定方向に流れるように制御される。   Connection of each winding 13 is as shown in FIG. The switch control unit 31 is configured by a microcomputer, and stores therein a switch timing of a current flowing to the winding 13 based on a signal detected by the encoder unit 4 and a program for determining a current waveform. . As shown in FIG. 3, the current flowing through each winding 13 is controlled so that the current always flows in a certain direction when flowing.

図4に、各巻線13に流される電流波形を示す。図4に示すように、電流は急激に増加し、時間△T1を経過すると、最大量LAとなり、時間tA−△tの間、その最大量LAを維持する。この電流は、時刻がtAを経過すると急激に減少し、時刻がtA+△t2となると最大量LAの1/3以下となり、その後徐々に減少していき、時刻が2×tAで零となる。   FIG. 4 shows a waveform of current flowing through each winding 13. As shown in FIG. 4, the current increases rapidly, and when the time ΔT1 has elapsed, reaches the maximum amount LA, and maintains the maximum amount LA for the time tA−Δt. This current decreases rapidly when the time elapses tA, decreases to 1/3 or less of the maximum amount LA when the time reaches tA + Δt2, then gradually decreases, and becomes zero at 2 × tA.

図5に、各巻線13に流される電流の時間的変化および電流合計ならびに切り替えステップとその各ステップのステータ1内の磁束の流れを示す。なお、図5から図8では、突極11a〜11jの幅に対応させて区画領域U〜Z、A〜Dを割り当てている。   FIG. 5 shows temporal changes and total currents flowing through the windings 13, switching steps, and the flow of magnetic flux in the stator 1 at each step. In FIG. 5 to FIG. 8, the divided areas U to Z and A to D are assigned corresponding to the widths of the salient poles 11 a to 11 j.

まず、たとえば巻線13a,13fに電流を流す(図5のT16)。その際、突極11a,11fは逆極となるように電流が流される。この実施の形態では、突極11aはN極、突極11fはS極に励磁される。次に、T1時に、巻線13c,13hに電流を流し始める。このとき、巻線13a,13fにも電流が流れている。そして、時刻T1からT2の間(=ステップS1)では、巻線13a,13c,13f,13hに電流が流れる。   First, for example, a current is passed through the windings 13a and 13f (T16 in FIG. 5). At that time, a current is passed so that the salient poles 11a and 11f are opposite in polarity. In this embodiment, the salient pole 11a is excited to the N pole and the salient pole 11f is excited to the S pole. Next, at T1, current starts to flow through the windings 13c and 13h. At this time, a current also flows through the windings 13a and 13f. Then, during time T1 to T2 (= step S1), a current flows through the windings 13a, 13c, 13f, and 13h.

その後、T2時点で巻線13a,13fの電流を切ると共に巻線13e,13jに電流を流し始める。このとき、巻線13c,13hにも電流が流れている。その後、T3時点で巻線13c,13hの電流を切ると同時に、巻線13b,13gへ電流を流す。   Thereafter, at time T2, the currents of the windings 13a and 13f are turned off, and the current starts to flow through the windings 13e and 13j. At this time, a current also flows through the windings 13c and 13h. Thereafter, at the time T3, the currents of the windings 13c and 13h are turned off, and at the same time, a current is supplied to the windings 13b and 13g.

以上のようにして順次電流を流していくと共に切っていく。なお、図5(B)のステップS2は、時刻T2〜T3に相当し、ステップS3は時刻T3〜T4に相当し、ステップS4は時刻T4〜T5に相当し、ステップS5は時刻T5〜T6に相当する。   As described above, the current is sequentially turned on and cut off. Note that step S2 in FIG. 5B corresponds to times T2 to T3, step S3 corresponds to times T3 to T4, step S4 corresponds to times T4 to T5, and step S5 corresponds to times T5 to T6. Equivalent to.

図3中に、各巻線13a〜13jによって各突極11a〜11jが励磁される磁極(N,S)を明示した。このように、この第1の実施の形態では、各巻線13に流される電流の方向は各巻線13について常に一定であり、励磁によって形成される極も常に一定となる。しかも励磁によって形成される極は、NS交互の配置となる。   In FIG. 3, the magnetic poles (N, S) in which the salient poles 11a to 11j are excited by the windings 13a to 13j are clearly shown. As described above, in the first embodiment, the direction of the current flowing through each winding 13 is always constant for each winding 13, and the pole formed by excitation is always constant. Moreover, the poles formed by excitation are alternately arranged NS.

また、トルクリップルの原因となる電流の脈動は、図5の「合計」に示されるように、ほとんど上下動せず平行となり、トルクリップルもほとんど発生しない。   Further, as shown in “total” in FIG. 5, the pulsation of the current that causes torque ripple hardly moves up and down in parallel, and torque ripple hardly occurs.

次に、以上のように構成されるHB−SRモータ10の回転動作を説明すると共に、併せて磁束の流れについて説明する。   Next, the rotation operation of the HB-SR motor 10 configured as described above will be described, and the flow of magnetic flux will be described together.

図6に、図5の時刻T1〜T2の間の磁束の流れを示す。また、この図6の状態を回転初期位置として説明する。ここで、丸付き数字1〜10(図では、1〜10は丸つき数字で示すが、明細書では、括弧付き数字で示す)の数字は、突極11a〜11jに対応させた数字である。図6に示されるように、T1〜T2時点では、巻線13a(=(1))と巻線13c(=(3))と巻線13f(=(6))と巻線13h(=(8))に電流が流される。このとき、巻線13aには、突極11a(=(1))がN極となるように電流が流され、巻線13cには突極11c(=(3))がN極となるように電流が流される。また、巻線13fと巻線13hには、各突極11f(=(6)),11h(=(8))がそれぞれS極となるように電流が流される。   FIG. 6 shows the flow of magnetic flux between times T1 and T2 in FIG. Further, the state of FIG. 6 will be described as the initial rotation position. Here, the numbers 1 to 10 with circles (in the figure, 1 to 10 are indicated by rounded numbers but are indicated by numbers with parentheses in the specification) are numbers corresponding to the salient poles 11a to 11j. . As shown in FIG. 6, at time T1 to T2, the winding 13a (= (1)), the winding 13c (= (3)), the winding 13f (= (6)), and the winding 13h (= ( A current is passed to 8)). At this time, a current is passed through the winding 13a so that the salient pole 11a (= (1)) becomes N pole, and the salient pole 11c (= (3)) becomes N pole in the winding 13c. A current is passed through. In addition, a current flows through the winding 13f and the winding 13h so that the salient poles 11f (= (6)) and 11h (= (8)) become S poles.

この励磁によって、ステータ1内を流れる磁束は、突極11h(=(8))から突極11a(=(1))へ流れると共に、突極11f(=(6))から突極11c(=(3))へ流れる。このようにして、突極11hはS極に、突極11aはN極に、突極11fはS極に、突極11cはN極に励磁される。   By this excitation, the magnetic flux flowing in the stator 1 flows from the salient pole 11h (= (8)) to the salient pole 11a (= (1)) and from the salient pole 11f (= (6)) to the salient pole 11c (= (3)). In this way, the salient pole 11h is excited to the S pole, the salient pole 11a to the N pole, the salient pole 11f to the S pole, and the salient pole 11c to the N pole.

なお、回転速度との関係で、ロータ2とステータ1との配置関係が図6の状態となっているときは、電流波形的には、既にT2時点を超えていることもあり得るが、説明のしやすさを考え、この図6の状態は、時刻T2の直前とする。   Note that when the arrangement relationship between the rotor 2 and the stator 1 is in the state shown in FIG. 6 in relation to the rotational speed, the current waveform may already exceed the time point T2, but the explanation will be omitted. Considering the ease of operation, the state of FIG. 6 is assumed to be immediately before time T2.

図6には、上述の励磁による磁束の他に、磁石12による磁束も示す。磁石12による磁束を含め、全ての磁束は対称的に配置されており、磁気バランスの良い状態となっている。このような磁気バランスは、他の状態でも同様となっており、常に磁気バランスの良い状態を保ちながらロータ2が回転していく。   FIG. 6 shows a magnetic flux generated by the magnet 12 in addition to the magnetic flux generated by the above-described excitation. All the magnetic fluxes including the magnetic fluxes from the magnets 12 are arranged symmetrically, and the magnetic balance is good. Such a magnetic balance is the same in other states, and the rotor 2 rotates while always maintaining a good magnetic balance.

この図6に示す状態では、突極11c(=(3))と突起部21bとがわずかにずれ、かつ突極11h(=(8))と突起部21eとが同様にわずかにずれている。この両部分では、安定点となる位置、すなわち突極11c(=(3))と突起部21bとが完全に対向し、突極11h(=(8))と突起部21eとが完全に対向する位置に移行しようとする力が働く。他方、突極11a(=(1))と突起部21aとが完全に対向し、突極11e(=(6))と突起部21dとが完全に対向しているので、この両部分では最も安定的な位置となっている。   In the state shown in FIG. 6, the salient pole 11c (= (3)) and the protruding portion 21b are slightly shifted, and the salient pole 11h (= (8)) and the protruding portion 21e are slightly shifted in the same manner. . In these two portions, the position serving as a stable point, that is, the salient pole 11c (= (3)) and the protrusion 21b completely face each other, and the salient pole 11h (= (8)) and the protrusion 21e completely face each other. The force which tries to move to the position to work works. On the other hand, the salient pole 11a (= (1)) and the projection 21a are completely opposed, and the salient pole 11e (= (6)) and the projection 21d are completely opposed. It is a stable position.

このため、ロータ2全体としては、図6のロータ2の外周に示す矢示の方向の力を受け、図6で時計方向に回転しようとする。なお、この図6の状態の励磁状態を維持すると、ロータ2は回転していく。ロータ2が回転をさらに行うと、完全に対向している部分がずれていくこととなり、その部分で、反対方向に回転させようとする力が働く。そのような矢示方向とは逆の方向の力が働く以前に、電流を流す巻線13を切り替える。   For this reason, the rotor 2 as a whole receives force in the direction of the arrow shown on the outer periphery of the rotor 2 in FIG. 6 and tries to rotate clockwise in FIG. If the excitation state shown in FIG. 6 is maintained, the rotor 2 rotates. When the rotor 2 further rotates, the completely opposed portion is displaced, and a force for rotating in the opposite direction acts at that portion. Before the force in the direction opposite to the direction indicated by the arrow is applied, the winding 13 through which the current flows is switched.

図7に、図6の直後の状態を示す。図7は、T2時点直後の磁束の流れを示す。この図7では、巻線13a(=(1))と巻線13f(=(6))への電流が遮断され、代わりに巻線13e(=(5))と巻線13j((10))に電流が流される。その電流方向は、突極11e(=(5))がN極に、突極11j((10))がS極となるようにされる。この結果、突極11h(=(8))からのステータ1内の磁束は突極11e(=(5))に流れ、突極11c(=(3))に流れる磁束は突極11j((10))から流れてくることとなる。   FIG. 7 shows a state immediately after FIG. FIG. 7 shows the flow of magnetic flux immediately after time T2. In FIG. 7, the current to the winding 13a (= (1)) and the winding 13f (= (6)) is cut off, and instead the winding 13e (= (5)) and the winding 13j ((10) ) Current. The current direction is such that the salient pole 11e (= (5)) is the N pole and the salient pole 11j ((10)) is the S pole. As a result, the magnetic flux in the stator 1 from the salient pole 11h (= (8)) flows to the salient pole 11e (= (5)), and the magnetic flux flowing to the salient pole 11c (= (3)) becomes the salient pole 11j ((( 10)).

図7の状態では、図6と比較し、突極11c(=(3))と突起部21b、突極11h(=(8))と突起部21eの位置関係と、それらに流れる磁束の流れは共に変わっておらず、ロータ2には、図6と同様に矢示方向(時計方向)に回転させようとする力が働く。一方、電流の切り替えによって、突極11e(=(5))がN極に、突極11j((10))がS極に励磁され始めるので、突起部21cは、突極11e(=(5))に対して安定的な位置となろうとし、突起部21fは、突極11j((10))に対して安定な位置となろうとする。このため、ロータ2には、4点で矢示方向(図7で時計方向)に回転させようとする力が働く。   In the state of FIG. 7, as compared with FIG. 6, the positional relationship between the salient pole 11c (= (3)) and the protrusion 21b, the salient pole 11h (= (8)) and the protrusion 21e, and the flow of magnetic flux flowing through them. Both have not changed, and the rotor 2 is subjected to a force to rotate in the direction indicated by the arrow (clockwise) as in FIG. On the other hand, by switching the current, the salient pole 11e (= (5)) begins to be excited to the N pole and the salient pole 11j ((10)) starts to be excited to the S pole, so that the protrusion 21c has the salient pole 11e (= (5). )) And the protrusion 21f tends to be in a stable position with respect to the salient pole 11j ((10)). For this reason, a force is applied to the rotor 2 to rotate it at four points in the direction indicated by the arrow (clockwise in FIG. 7).

以後、図5に示すタイムチャートのとおりに電流を切り替えていく。励磁による磁束の流れと各相の切り替えの状態を図8にまとめて示す。図8でS1〜S5は、第1相駆動〜第5相駆動に相当する。また、このS1〜S5は、切り替えステップにも相当する。   Thereafter, the current is switched as shown in the time chart of FIG. FIG. 8 summarizes the flow of magnetic flux by excitation and the state of switching of each phase. In FIG. 8, S1 to S5 correspond to first phase driving to fifth phase driving. Further, S1 to S5 correspond to a switching step.

図8に示されるように、突極11a(=(1))は第1相駆動時(S1)と第5相駆動時(S5)のときに励磁され、その際はN極となる。このN極からロータ2側に射出される磁束は、両側の磁石12a,12bの対向するN極からの磁束と一体となってロータ2側へ射出していく。このため、ロータ2側に作用する力は、単に励磁された際の突極11a(=(1))の磁力作用のみに比べ大幅に向上する。   As shown in FIG. 8, the salient pole 11a (= (1)) is excited during the first phase drive (S1) and during the fifth phase drive (S5), and becomes the N pole at that time. The magnetic flux emitted from the north pole to the rotor 2 side is ejected to the rotor 2 side together with the magnetic flux from the north pole facing the magnets 12a and 12b on both sides. For this reason, the force acting on the rotor 2 side is significantly improved as compared with only the magnetic force action of the salient pole 11a (= (1)) when simply excited.

突極11b(=(2))は、第3相駆動時(S3)と第4相駆動時(S4)のときに励磁され、その際はS極となる。このS極に入ってくるロータ2側からの磁束は、両側の磁石12b,12cの対向するS極にも向かうこととなる。このため、流れてくる磁束をより大きなものとすることができる。この結果、ロータ2側に作用する力は、単に励磁された際の突極11b(=(2))の磁力作用のみに比べ大幅に向上する。   The salient pole 11b (= (2)) is excited during the third phase driving (S3) and the fourth phase driving (S4), and at that time, becomes the S pole. The magnetic flux from the rotor 2 side entering the south pole is also directed to the south poles facing the magnets 12b and 12c on both sides. For this reason, the flowing magnetic flux can be made larger. As a result, the force acting on the rotor 2 side is greatly improved compared to the magnetic force action of the salient pole 11b (= (2)) when simply excited.

他の突極である突極11c(=(3)),11e(=(5)),11g(=(7)),11i(=(9))は、突極11a(=(1))と同様にN極に励磁され、その作用も同様となる。一方、突極11d(=(4)),11f(=(6)),11h(=(8)),11j((10))は、突極11b(=(2))と同様にS極に励磁され、その作用も同様となる。   The other salient poles 11c (= (3)), 11e (= (5)), 11g (= (7)), 11i (= (9)) are salient poles 11a (= (1)). In the same way, the N-pole is excited and the operation is the same. On the other hand, salient poles 11d (= (4)), 11f (= (6)), 11h (= (8)), 11j ((10)) are S poles in the same manner as salient poles 11b (= (2)). The action is the same.

この第1の実施の形態のHB−SRモータ10は、ステータ1の突極数が10で2の5倍(偶数個)となっているので、機械的なバランスの良いものとなっている。また、駆動相数は5相となっており、しかも5相が2組あるものとなっている。このため、電磁気的にバランスの良いものとなっている。また、各突極11の間に、磁石12がはさみ込まれているので、機械的なバランスが一層良くなり、振動も発生しにくいものとなっている。   The HB-SR motor 10 of the first embodiment has a good mechanical balance because the number of salient poles of the stator 1 is 10 and 5 times 2 (even number). Further, the number of drive phases is five, and there are two sets of five phases. Therefore, the electromagnetic balance is good. In addition, since the magnet 12 is sandwiched between the salient poles 11, the mechanical balance is further improved and vibration is hardly generated.

また、ロータ2の突起部(極歯)21の数が6で、突起部21の数をn(1以外の自然数)としたとき、n/m(mは1以上の自然数で突極数の1/2)が6/5=1.2となり、1や2とはならないので、スムーズに回転することができる。   When the number of protrusions (pole teeth) 21 of the rotor 2 is 6 and the number of protrusions 21 is n (natural number other than 1), n / m (m is a natural number of 1 or more and the number of salient poles). 1/2) becomes 6/5 = 1.2 and does not become 1 or 2, so that it can rotate smoothly.

また、各巻線13は、すべて同一方向、すなわち突極11の根元から先端またはその逆の方向のいずれか一方の方向に巻かれかついわゆる磁極集中巻きがなされている。しかも各巻線13にはそれぞれ常に一方向のみの電流が流される。このため、巻線作業がしやすくなり、かつスイッチングのための回路構成が簡易化される。   Further, all the windings 13 are wound in the same direction, that is, in one direction from the root of the salient pole 11 to the tip or the opposite direction, and so-called concentrated magnetic winding is performed. Moreover, a current in only one direction always flows through each winding 13. For this reason, the winding work is facilitated, and the circuit configuration for switching is simplified.

また、上述したように磁石12ではさまれる突極11は、対向する磁石12の磁極と同一極となるように励磁されるので、ロータ2に作用する力が大幅にアップすることとなり、ロータ2とステータ1とのエアギャップを広げることができ、モータの小型化が可能となる。しかも、先に定義したa,b,W,Zの関係で言うと、(a/b)×Z≦W≦(a/b)×Z×1.5の範囲、すなわち0.56≦0.6=W≦0.84となり、磁石12の磁束の有効利用という面で非常に好ましいものとなる。   Further, as described above, the salient pole 11 sandwiched between the magnets 12 is excited so as to be the same pole as the magnetic poles of the opposing magnets 12, so that the force acting on the rotor 2 is greatly increased, and the rotor 2 The air gap between the stator and the stator 1 can be widened, and the motor can be miniaturized. In addition, in terms of the relationship of a, b, W, and Z defined above, the range of (a / b) × Z ≦ W ≦ (a / b) × Z × 1.5, that is, 0.56 ≦ 0. 6 = W ≦ 0.84, which is very preferable in terms of effective use of the magnetic flux of the magnet 12.

さらに、エンコーダ部4によってロータ2の回転位置を検出して、巻線13に流す電流を切り替えているので、ロータ2の回転はスムーズなものとなる。加えて、エンコーダ部4は、光学式であるため、外磁界やモータ自体の磁界の影響を受けにくいものとなっている。   Furthermore, since the rotation position of the rotor 2 is detected by the encoder unit 4 and the current flowing through the winding 13 is switched, the rotation of the rotor 2 becomes smooth. In addition, since the encoder unit 4 is an optical type, the encoder unit 4 is hardly affected by an external magnetic field or a magnetic field of the motor itself.

このHB−SRモータ10は、巻線13に流れる電流が常に一定方向となり、流す電流が、図4に示すように、急激に電流が増加する引っ張り波形となり、かつ機械バランスが良い。また、このHB−SRモータ10は、電磁気バランスが良く、トルクリップルも少ない。しかも、単なる5相モータに比較し、パワーアップしている。   In the HB-SR motor 10, the current flowing through the winding 13 is always in a constant direction, and the flowing current has a tensile waveform in which the current increases rapidly as shown in FIG. 4, and the mechanical balance is good. Further, the HB-SR motor 10 has a good electromagnetic balance and a small torque ripple. In addition, it is more powerful than a simple 5-phase motor.

次に、第2の実施の形態のHB−SRモータ40について、図9から図11に基づいて説明する。   Next, the HB-SR motor 40 of 2nd Embodiment is demonstrated based on FIGS. 9-11.

第2の実施の形態のHB−SRモータ40は、第1の実施の形態のHB−SRモータ10とは、構造について全く同様であり、巻線13に流す電流のスイッチングが異なるのみである。具体的には、5相モータをいわゆる1−2相励磁によって駆動しているものである。よって、以下では、そのスイッチングのみを説明し、構成の説明は省略すると共に、第1の実施の形態と同一部材については同一の符号を利用することとする。   The HB-SR motor 40 of the second embodiment is exactly the same in structure as the HB-SR motor 10 of the first embodiment, except that the switching of the current flowing through the winding 13 is different. Specifically, a 5-phase motor is driven by so-called 1-2 phase excitation. Therefore, hereinafter, only the switching will be described, the description of the configuration will be omitted, and the same reference numerals will be used for the same members as those in the first embodiment.

まず、切り替えステップS1では、巻線13a(=(1))と巻線13f(=(6))に電流を流し、突極11a(=(1))をN極に、突極11f(=(6))をS極に励磁する。次に、この励磁を継続すると共に、巻線13c(=(3))と巻線13h(=(8))に電流を流し、突極11c(=(3))をN極とし、突極11h(=(8))をS極とする。この切り替えステップS12では、4つの巻線13a,13c,13f,13hに電流が流される。次の切り替えステップS2では、巻線13a,13fへの電流が切断され、巻線13c(=(3)),13h(=(8))のみに電流が流れる。この状態では2つの巻線13c,13hのみに電流が流される。以後、図9および図10に示すような順に電流が切り替えられていく。   First, in the switching step S1, a current is passed through the winding 13a (= (1)) and the winding 13f (= (6)), the salient pole 11a (= (1)) is set to the N pole, and the salient pole 11f (= (6)) is excited to the south pole. Next, while continuing this excitation, a current is passed through the winding 13c (= (3)) and the winding 13h (= (8)), and the salient pole 11c (= (3)) is set as the N pole. Let 11h (= (8)) be the S pole. In this switching step S12, a current is passed through the four windings 13a, 13c, 13f, and 13h. In the next switching step S2, the current to the windings 13a and 13f is cut, and the current flows only in the windings 13c (= (3)) and 13h (= (8)). In this state, current flows only through the two windings 13c and 13h. Thereafter, the current is switched in the order as shown in FIGS.

このHB−SRモータ40に使用される電流波形は、図11に示すものとなっている。すなわち、時刻0からtAまでは徐々に電流が増加し、時刻tAから時刻2tAまでの間はその最大電流を維持し、時刻2tAから時刻3tAまでの間で徐々に電流が減少し、時刻3tAで零となる。このような電流波形であるため、電流合計値が平準化され、トルクリップルはほとんどなくなる。なお、電流波形としては、図4に示すような引っ張り波形としたり、矩形波としても良い。   The current waveform used for the HB-SR motor 40 is as shown in FIG. That is, the current gradually increases from time 0 to tA, maintains its maximum current from time tA to time 2tA, gradually decreases from time 2tA to time 3tA, and at time 3tA. It becomes zero. Because of such a current waveform, the total current value is leveled and torque ripple is almost eliminated. The current waveform may be a tensile waveform as shown in FIG. 4 or a rectangular wave.

この第2の実施の形態のHB−SRモータ40は、第1の実施の形態のHB−SRモータ10と同様な作用効果を保有する。なお、この第2の実施の形態で採用している切り替えステップにおける、S12,S23,S34,S45,S51の5ステップを無くし、図12に示す5つのステップのみとしても良い。この場合、電流波形として矩形波を採用すると、いわゆるステッピングモータ的な駆動となる。   The HB-SR motor 40 according to the second embodiment has the same effects as the HB-SR motor 10 according to the first embodiment. Note that the five steps S12, S23, S34, S45, and S51 in the switching step employed in the second embodiment may be eliminated, and only the five steps shown in FIG. In this case, adopting a rectangular wave as the current waveform results in so-called stepping motor drive.

また、切り替えステップを図13に示すようにしても良い。すなわち、各ステップにおける励磁突極は1つのみとして、ステータ1には、N極、S極が交互に発現するように所定の巻線13に電流を流す。この図13の場合、いわゆる10相モータとなり、電磁気バランスは他の例に比べ若干悪化するが他の有用な効果を維持するものとなる。   Further, the switching step may be as shown in FIG. That is, only one exciting salient pole is used in each step, and a current is passed through the predetermined winding 13 so that the N pole and the S pole appear alternately in the stator 1. In the case of FIG. 13, a so-called 10-phase motor is obtained, and the electromagnetic balance is slightly deteriorated compared to other examples, but other useful effects are maintained.

次に、第3の実施の形態のHB−SRモータ50を、図14から図22に基づいて説明する。   Next, the HB-SR motor 50 of 3rd Embodiment is demonstrated based on FIGS. 14-22.

このHB−SRモータ50は、いわゆる4相駆動モータであり、4つの突極51(51a〜51d)を備えるステータ1Aと、3つの突起部(極歯)54(54a〜54c)を備えるロータ2Aとを有している。各突極51a〜51dは、それぞれ60度の開角度を有し、十字状に配置されている。ステータ1Aは、各突極51間に磁石52をはさみ込んだ構造とされ、各突極51の根元側の細くなっている部分に巻線53が施されている。なお、全体形状は、図1に示すものと同様とされている。   The HB-SR motor 50 is a so-called four-phase drive motor, which is a stator 1A including four salient poles 51 (51a to 51d) and a rotor 2A including three protrusions (pole teeth) 54 (54a to 54c). And have. Each of the salient poles 51a to 51d has an opening angle of 60 degrees and is arranged in a cross shape. The stator 1 </ b> A has a structure in which a magnet 52 is sandwiched between the salient poles 51, and a winding 53 is applied to a narrow portion on the base side of each salient pole 51. The overall shape is the same as that shown in FIG.

4つの磁石52(52a〜52d)は、断面台形で角柱状とされている。なお、図17から図22では、磁石52の形状が断面台形ではなく、突極51の形状に沿った曲面を有する形状とされているが、図面の作成上、曲面としたのであって、実際は、断面直角四角形となっている。ただし、図面のように、突極51の形状に沿った曲面を有する形状としたり、断面直角四角形としたりしても良い。各磁石52の突極51と接する部分は、一方がN極に他方がS極に着磁されていると共にその接触部分の径方向長さは、突極51の径方向の幅と同一とされている。この磁石もネオジ磁石(Nd−Fe−B)とされているが、サマコバ磁石(Sn−Co)等他の希土類磁石やフェライト等の磁石としても良い。この点は第1の実施の形態の磁石12も同様である。また、磁石52の軸方向長さは、ステータ2Aのステータ鉄心の軸方向長さと同一とされ、磁石52の側面全体がステータ鉄心の突極51の側面全体に当接している。さらに、各磁石52の幅は、30度とされている。   The four magnets 52 (52a to 52d) have a trapezoidal cross section and a prism shape. In FIGS. 17 to 22, the shape of the magnet 52 is not a trapezoidal cross section, but a shape having a curved surface along the shape of the salient pole 51. The cross section is a square with a right angle. However, as shown in the drawing, it may be a shape having a curved surface along the shape of the salient pole 51, or a rectangular shape in cross section. The portion of each magnet 52 in contact with the salient pole 51 is magnetized one on the N pole and the other on the S pole, and the radial length of the contact portion is the same as the radial width of the salient pole 51. ing. This magnet is also a neodymium magnet (Nd-Fe-B), but may be other rare earth magnets such as a Samakoba magnet (Sn-Co) or a magnet such as ferrite. This also applies to the magnet 12 of the first embodiment. The axial length of the magnet 52 is the same as the axial length of the stator core of the stator 2A, and the entire side surface of the magnet 52 is in contact with the entire side surface of the salient pole 51 of the stator core. Furthermore, the width of each magnet 52 is 30 degrees.

各巻線53a〜53dは、それぞれ集中巻きとされ、連結部14側から突極先端側に向けてコイルが巻かれることで形成されている。突極51や連結部14等を形成するステータ鉄心は、飽和磁束密度が2.0テスラとなる1枚の珪素鋼板で構成されているが、第1の実施の形態のHB−SRモータ10のステータ鉄心と同様に、純鉄の薄板を積層したものとしても良い。なお、珪素鋼板の薄板を積層することでステータ鉄心としても良い。   Each of the windings 53a to 53d is a concentrated winding, and is formed by winding a coil from the connecting portion 14 side toward the salient pole tip side. The stator iron core that forms the salient poles 51, the connecting portion 14 and the like is composed of one silicon steel plate having a saturation magnetic flux density of 2.0 Tesla. The stator core of the HB-SR motor 10 according to the first embodiment. Similar to the stator core, a stack of pure iron thin plates may be used. In addition, it is good also as a stator iron core by laminating | stacking the thin plate of a silicon steel plate.

このステータ1Aは、磁石52の残留磁束密度が1.2テスラで突極51の飽和磁束密度が上述のように2.0テスラで、突極51の先端の磁石52側に飛び出た部分の径方向長さL1と、その突出部分のロータ2Aに面する部分の周方向の長さL2との比、すなわちL1:L2が1:1.2となっている。また、L1は、このHB−SRモータ50のすべての対応部分で同一長となっており、さらにL2も同様となっている。   In this stator 1A, the residual magnetic flux density of the magnet 52 is 1.2 Tesla, the saturation magnetic flux density of the salient pole 51 is 2.0 Tesla as described above, and the diameter of the portion protruding to the magnet 52 side at the tip of the salient pole 51 is obtained. The ratio between the length L1 in the direction and the length L2 in the circumferential direction of the protruding portion facing the rotor 2A, that is, L1: L2 is 1: 1.2. L1 has the same length in all corresponding portions of the HB-SR motor 50, and L2 is also the same.

ロータ2Aの鉄心は、パーマロイ(Fe−Ni合金)の薄板を重ね合わせて形成されている。ロータ2Aの突起部54は、それぞれ60度の範囲に渡って等間隔をもって構成されている。ロータ2Aの鉄心材料は、純鉄、珪素鋼板等他の軟磁性材料としても良い。   The iron core of the rotor 2A is formed by superposing thin sheets of permalloy (Fe—Ni alloy). The protrusions 54 of the rotor 2A are configured at equal intervals over a range of 60 degrees. The iron core material of the rotor 2A may be another soft magnetic material such as pure iron or silicon steel plate.

このロータ2Aは、第1や第2の実施の形態およびそれらの変形例とは異なり、補極55(55a〜55c)が設けられている。この補極55は、突起部54の先端の一方側、図14では右側に30度の範囲に渡って設けられているが、他の値、たとえば15〜29度の範囲のいずれかの値を採用しても良い。この補極55は、積層された薄板の中央の1枚または2枚に形成され、しかも突起部54の先端側方が最もステータ1A側に突出し、徐々にステータ1Aから遠ざかるように一定の傾きを有するスロープとして形成されている。この補極55を設けることによってロータ2Aの回転をなめらかなものとすることができる。   Unlike the first and second embodiments and modifications thereof, the rotor 2A is provided with supplementary poles 55 (55a to 55c). The auxiliary pole 55 is provided over a range of 30 degrees on one side of the tip of the projection 54, and on the right side in FIG. 14, but other values, for example, any value in the range of 15 to 29 degrees are set. It may be adopted. The auxiliary electrode 55 is formed in one or two sheets at the center of the laminated thin plates, and the tip side of the protruding portion 54 protrudes most toward the stator 1A side, and has a certain inclination so as to gradually move away from the stator 1A. It is formed as a slope with. By providing this auxiliary pole 55, the rotation of the rotor 2A can be made smooth.

図15および図16に磁束の流れる方向と切り替えステップ(S1〜S4)との対応関係について示す。また、図17から図21にステータ1Aおよびロータ2Aに流れる磁束の状態を示す。   FIG. 15 and FIG. 16 show the correspondence between the direction in which the magnetic flux flows and the switching steps (S1 to S4). FIGS. 17 to 21 show the state of magnetic flux flowing through the stator 1A and the rotor 2A.

第1相駆動時(=S1)、巻線53a,53dに電流が流れ、ステータ1A内の磁束は突極51dから突極51aに流れる(図17参照)。この結果、磁石52aのN極と磁石52bのN極にはさまれた突極51aはN極に励磁され、磁石52aのS極と磁石52dのS極にはさまれた突極51dはS極に励磁される。ロータ2Aに対しては、突極51dと突起部54cのずれ関係の存在によって、図17の矢示方向(図17で時計方向)の力が作用する。   During the first phase drive (= S1), current flows through the windings 53a and 53d, and the magnetic flux in the stator 1A flows from the salient pole 51d to the salient pole 51a (see FIG. 17). As a result, the salient pole 51a sandwiched between the N pole of the magnet 52a and the N pole of the magnet 52b is excited to the N pole, and the salient pole 51d sandwiched between the S pole of the magnet 52a and the S pole of the magnet 52d is S. Excited to the pole. A force in the direction indicated by an arrow in FIG. 17 (clockwise in FIG. 17) acts on the rotor 2A due to the presence of a shift relationship between the salient pole 51d and the protrusion 54c.

次に、第2相駆動時(=S2)では、突極51dをS極に維持し、かつ突極51cをN極とするように、巻線53c,53dに電流が流される。そのときの磁束の状態を図18に示す。突極51dと突起部54cとの間でロータ2Aを時計方向に回転させようとする力が働いているが、一方、突極51cと突起部54bとは全く重なり合う部分がないので、この部分では、ロータ2Aに作用する力はほとんど発生しない。しかし、補極55bの存在によって突極51cからロータ2A側に射出された磁束は、補極55bによってロータ2Aの内部に取り込まれ、ロータ2Aに対して時計方向へ回転させようとする力を発生させる。   Next, during the second phase drive (= S2), a current is passed through the windings 53c and 53d so that the salient pole 51d is maintained at the S pole and the salient pole 51c is the N pole. The state of the magnetic flux at that time is shown in FIG. A force is exerted between the salient pole 51d and the protruding portion 54c to rotate the rotor 2A in the clockwise direction. On the other hand, the salient pole 51c and the protruding portion 54b do not overlap at all. The force acting on the rotor 2A is hardly generated. However, the magnetic flux emitted from the salient pole 51c to the rotor 2A due to the presence of the auxiliary pole 55b is taken into the rotor 2A by the auxiliary pole 55b and generates a force to rotate the rotor 2A in the clockwise direction. Let

これらの力によって、ロータ2Aは各図で時計方向に30度回転し、図19の状態となる。すると、第3相駆動(=S3)の状態となり、巻線53b,53cに電流が流され、ステータ1A内の磁束は突極51bから突極51cへ流れていく(図20参照)。このとき、図18の状態と同様に、突極51dと突起部54bとの間の作用力と、突極51bと補極55aとの間の作用力の両者によって、ロータ2Aは時計方向の回転を継続する。   With these forces, the rotor 2A rotates 30 degrees clockwise in each figure, and the state shown in FIG. 19 is obtained. Then, a third phase drive (= S3) state is established, and a current is passed through the windings 53b and 53c, and the magnetic flux in the stator 1A flows from the salient pole 51b to the salient pole 51c (see FIG. 20). At this time, similarly to the state of FIG. 18, the rotor 2A rotates clockwise by both the acting force between the salient pole 51d and the protruding portion 54b and the acting force between the salient pole 51b and the complementary pole 55a. Continue.

この回転によってロータ2Aがさらに30度回転したときの状態を図21に示す。その後、図22に示す第4相駆動(=S4)の状態となり、ロータ2Aを時計方向へ回転させようとする力を継続して発生させる。以上のようにして、ロータ2Aは、回転を継続する。   FIG. 21 shows a state when the rotor 2A is further rotated 30 degrees by this rotation. After that, the state of the fourth phase drive (= S4) shown in FIG. 22 is entered, and the force for rotating the rotor 2A in the clockwise direction is continuously generated. As described above, the rotor 2A continues to rotate.

この第3の実施の形態のHB−SRモータ50は、ステータ1Aの突極数が4で、2の2倍(偶数個)となっているので、機械的バランスの良いものとなっている。また、突極数が4でかつ4相駆動であり、しかも巻線53がそれぞれ同一方向に巻かれ、同一方向に電流が流されるので、簡易なメカ構成、簡易な回路構成とすることができる。   The HB-SR motor 50 of the third embodiment has a good mechanical balance because the number of salient poles of the stator 1A is 4, which is twice as many as 2 (an even number). Further, since the number of salient poles is four and the driving is four-phase, and the windings 53 are wound in the same direction and current flows in the same direction, a simple mechanical configuration and a simple circuit configuration can be obtained. .

また、補極55の設置によってスムーズな回転と磁束の有効活用を図ることが可能となり、効率の良いモータとなる。また、上述したように、磁石52ではさまれる突極51は、対向する磁石52の磁極と同一極となるように励磁されるので、ロータ2Aに作用する力が大幅にアップすることとなり、ロータ2Aとステータ1Aとのエアギャップを広げることができ、モータの小型化が可能となる。   In addition, it is possible to achieve smooth rotation and effective use of magnetic flux by installing the auxiliary pole 55, and the motor becomes efficient. Further, as described above, the salient pole 51 sandwiched between the magnets 52 is excited so as to be the same pole as the magnetic poles of the opposing magnets 52, so that the force acting on the rotor 2A is greatly increased. The air gap between 2A and the stator 1A can be widened, and the motor can be miniaturized.

さらに、エンコーダ部4によってロータ2Aの回転位置を検出して、巻線53に流す電流を切り替えているので、ロータ2Aの回転はスムーズなものとなる。加えて、エンコーダ部4は、光学式であるため、外磁界やモータ自体の磁界の影響を受けにくいものとなっている。   Furthermore, since the encoder 4 detects the rotational position of the rotor 2A and switches the current flowing through the winding 53, the rotation of the rotor 2A becomes smooth. In addition, since the encoder unit 4 is an optical type, the encoder unit 4 is hardly affected by an external magnetic field or a magnetic field of the motor itself.

次に、第4の実施の形態のHB−SRモータ60を図23から図27に基づいて説明する。   Next, an HB-SR motor 60 according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.

このHB−SRモータ60は、いわゆる4相駆動モータであり、8つの突極61a〜61hを備えるステータ1Bと、6つの突起部(極歯)64a〜64fを備えるロータ2Bとを有している。各突極61a〜61hは、それぞれ30度の開角度を有し、等間隔に配置されている。ステータ1Bは、各突極61間に磁石62をはさみ込んだ構造とされ、各突極61の根元側の細くなっている部分に巻線63が施されている。なお、全体形状は、図1に示すものと同様とされている。   The HB-SR motor 60 is a so-called four-phase drive motor, and has a stator 1B having eight salient poles 61a to 61h and a rotor 2B having six protrusions (pole teeth) 64a to 64f. . Each of the salient poles 61a to 61h has an open angle of 30 degrees and is arranged at equal intervals. The stator 1 </ b> B has a structure in which a magnet 62 is sandwiched between the salient poles 61, and a winding 63 is applied to a narrow portion on the base side of each salient pole 61. The overall shape is the same as that shown in FIG.

8つの磁石62a〜62hは、幅が15度の断面直角四角形で角柱状とされているが、図では、その形状が断面直角四角形ではなく、突極61の形状に沿った曲面を有する形状とされている。これは、図面の作成上、曲面としたのであって、実際は、断面直角四角形となっている。ただし、図面のように、磁石62を突極61の形状に沿った曲面を有する形状としても良い。各磁石62の突極61と接する部分は、一方がN極に他方がS極に着磁されている。また、各磁石62の軸方向の長さは、ステータ1Bの鉄心部分の軸方向の長さと同一であり、磁石62の側面全体が突極61の先端の側面全体と当接している。この磁石もネオジ磁石(Nd−Fe−B)とされ、その残留磁束密度は、1.10テスラとされているが、サマコバ磁石(Sn−Co)等他の希土類磁石やフェライト等の磁石としても良い。   The eight magnets 62a to 62h are rectangular cylinders with a right-angled cross section of 15 degrees in width, but in the figure, the shape is not a right-angled cross section but a shape having a curved surface along the shape of the salient pole 61. Has been. This is a curved surface for the purpose of drawing, and is actually a quadrangle in cross section. However, as shown in the drawing, the magnet 62 may have a curved surface along the shape of the salient pole 61. As for the part which touches the salient pole 61 of each magnet 62, one is magnetized to N pole and the other is magnetized to S pole. The axial length of each magnet 62 is the same as the axial length of the iron core portion of the stator 1 </ b> B, and the entire side surface of the magnet 62 is in contact with the entire side surface of the tip of the salient pole 61. This magnet is also a neodymium magnet (Nd-Fe-B), and its residual magnetic flux density is 1.10 Tesla, but other rare earth magnets such as samakoba magnet (Sn-Co) and magnets such as ferrite can also be used. good.

各巻線63a〜63hは、それぞれ集中巻きとされ、連結部14側から突極先端側に向けてコイルが巻かれることで形成されている。突極61や連結部14等を形成するステータ鉄心は、複数枚の飽和磁束密度が1.9テスラとなる珪素鋼板で構成されているが、第1の実施の形態のHB−SRモータ10のステータ鉄心と同様に、純鉄の薄板を積層したものとしても良い。   Each of the windings 63a to 63h is a concentrated winding, and is formed by winding a coil from the connecting portion 14 side toward the salient pole tip side. The stator iron core that forms the salient poles 61, the connecting portion 14 and the like is composed of a plurality of silicon steel plates having a saturation magnetic flux density of 1.9 Tesla. The stator core of the HB-SR motor 10 according to the first embodiment. Similar to the stator core, a stack of pure iron thin plates may be used.

このHB−SRモータ60は、磁石62の径方向の長さ、すなわち、突極61と磁石62の接触部分の長さL1と、突極61の磁石62側に飛び出た部分のロータ2Bに対応する部分の幅L2との比は、1:0.8とされている。これにより、各突極61が巻線63への通電によって励磁された際、励磁による磁束が突極61を通過していくときでも、磁石62のほとんどの磁束が、ロータ2Bに作用するように、突極61の磁石62側に飛び出た部分を通過していくことが可能となる。   The HB-SR motor 60 corresponds to the length of the magnet 62 in the radial direction, that is, the length L1 of the contact portion between the salient pole 61 and the magnet 62, and the portion of the rotor 2B that protrudes to the magnet 62 side of the salient pole 61. The ratio with the width L2 of the portion to be made is 1: 0.8. Thus, when each salient pole 61 is excited by energizing the winding 63, even when the magnetic flux generated by the excitation passes through the salient pole 61, most of the magnetic flux of the magnet 62 acts on the rotor 2B. It is possible to pass through the portion of the salient pole 61 that protrudes to the magnet 62 side.

ロータ2Bの鉄心は、飽和磁束密度が1.9ステラとなる珪素鋼板の薄板を重ね合わせて形成されている。ロータ2Bの突起部64は、それぞれ30度の範囲に渡って等間隔をもって構成されている。ロータ2Bの鉄心材料は、純鉄、パーマロイ等他の軟磁性材料としても良い。   The iron core of the rotor 2B is formed by superposing thin silicon steel plates each having a saturation magnetic flux density of 1.9 stellar. The protrusions 64 of the rotor 2B are configured at equal intervals over a range of 30 degrees. The core material of the rotor 2B may be another soft magnetic material such as pure iron or permalloy.

このロータ2Bは、第3の実施の形態と同様に、補極65(65a〜65f)が設けられている。この補極65は、突起部64の先端の一方側、図23では右側に15度の範囲に渡って設けられているが、他の値、たとえば、7〜14度の範囲のいずれかの値としても良い。この補極65は、積層された薄板の中央の1枚または2枚に形成され、しかも突起部64の先端側方が最もステータ1B側に突出し、徐々にステータ1Bから遠ざかるように一定の傾きを有する直線状のスロープとして形成されている。   As in the third embodiment, the rotor 2B is provided with complementary poles 65 (65a to 65f). The auxiliary pole 65 is provided over a range of 15 degrees on one side of the tip of the protrusion 64, and on the right side in FIG. 23, but other values, for example, any value in the range of 7 to 14 degrees. It is also good. The auxiliary pole 65 is formed on one or two sheets at the center of the laminated thin plates, and the tip side of the protrusion 64 protrudes most toward the stator 1B, and has a certain inclination so that it gradually moves away from the stator 1B. It is formed as a linear slope having.

この補極65を設けることによってロータ2Bの回転をなめらかなものとすることができる。なお、この補極65や先の補極55を直線状のスロープを有するものとせず、円形状に突出したスロープとしたり、逆に曲線状に凹んだスロープとしたりしても良い。   By providing this auxiliary pole 65, the rotation of the rotor 2B can be made smooth. The complementary pole 65 and the previous complementary pole 55 do not have a linear slope, but may be a slope protruding in a circular shape or a slope recessed in a curved shape.

図24および図25に磁束の流れる方向と切り替えステップ(S1〜S4)との対応関係について示す。また、図26および図27に、ステータ1Bおよびロータ2Bに流れる磁束の状態を示す。このHB−SRモータ60の詳細な動作については、その説明を省略するが、励磁の変化やロータ2Bの動きは、第1、第2、第3の実施の形態のHB−SRモータ10,40,50と基本的には同一の技術思想に基づいて動作する。   FIG. 24 and FIG. 25 show the correspondence between the direction in which the magnetic flux flows and the switching steps (S1 to S4). 26 and 27 show the state of magnetic flux flowing through the stator 1B and the rotor 2B. The detailed operation of the HB-SR motor 60 is not described here, but the change in excitation and the movement of the rotor 2B are the same as those of the HB-SR motors 10, 40 of the first, second, and third embodiments. , 50 is basically based on the same technical idea.

次に、第5の実施の形態のHB−SRモータ70について、図28から図30を参照しながら説明する。   Next, an HB-SR motor 70 according to a fifth embodiment will be described with reference to FIGS.

このHB−SRモータ70は、図28に示すような構成のステータ71を有するいわゆる3相駆動モータであると共にブラシとコミュテータとで電流を切り替えるブラシ付きモータである。コミュテータ72は、ロータ(図示省略)と共に一体回転する。このコミュテータ72は、平面構造で、ブラシ73,74がコミュテータ72に接触している。このコミュテータ72とブラシ73,74がスイッチ制御部31を構成している。   The HB-SR motor 70 is a so-called three-phase drive motor having a stator 71 having a configuration as shown in FIG. 28 and a motor with a brush that switches current between a brush and a commutator. The commutator 72 rotates integrally with a rotor (not shown). The commutator 72 has a planar structure, and the brushes 73 and 74 are in contact with the commutator 72. The commutator 72 and the brushes 73 and 74 constitute the switch control unit 31.

巻線や磁石の配置関係は、上述した他の実施の形態と同様であり、ここでは特にその説明を行わない。なお、突極数は6個であり、ロータ(図示省略)の突起部は2個、4個、5個のいずれでも良く、さらには7個以上でも良い。   The arrangement relationship of the windings and magnets is the same as in the other embodiments described above, and is not specifically described here. The number of salient poles is 6, and the number of protrusions of the rotor (not shown) may be 2, 4, 5, or even 7 or more.

第1相駆動時(=S1)では、ステータ71内の磁束が区画領域Uに相当する突極(以下、単に突極Uという)から区画領域Xに相当する突極(以下、単に突極Xという)に流れるように、各突極U,Xに巻かれた巻線に電流を流す。この状態をコミュテータ72の部分で見ると、図29で示す状態となる。すなわち、αで表されるブラシ73がコミュテータ72のU領域に接触し、βで表されるブラシ74がコミュテータ72のX領域に接触している。   During the first phase drive (= S1), the magnetic flux in the stator 71 changes from a salient pole corresponding to the partition region U (hereinafter simply referred to as salient pole U) to a salient pole corresponding to the partition region X (hereinafter simply referred to as salient pole X). Current flows through the windings wound around the salient poles U and X. When this state is viewed in the commutator 72, the state shown in FIG. 29 is obtained. That is, the brush 73 represented by α is in contact with the U region of the commutator 72, and the brush 74 represented by β is in contact with the X region of the commutator 72.

コミュテータ72のU領域は、突極Uの巻線に接続され、ブラシ73が接触することで突極UがS極となるように突極Uの巻線中を電流が流れる。コミュテータ72のX領域は、突極Xの巻線に接続され、ブラシ74が接触することで突極XがN極となるように突極Xの巻線中を電流が流れる。この結果、ステータ71内の磁束は、図28の矢示S1で示す方向に流れることとなる。   The U region of the commutator 72 is connected to the winding of the salient pole U, and a current flows through the winding of the salient pole U so that the salient pole U becomes the S pole when the brush 73 comes into contact. The X region of the commutator 72 is connected to the winding of the salient pole X, and a current flows through the winding of the salient pole X so that the salient pole X becomes an N pole when the brush 74 comes into contact. As a result, the magnetic flux in the stator 71 flows in the direction indicated by the arrow S1 in FIG.

第2相駆動時(S2)では、磁束は図28の矢示S2の方向に流れる。すなわち、ロータの回転と共にコミュテータ72も図29の矢示方向に回転し、ブラシ73がY領域にブラシ74がY領域に接触することとなる。この結果、区画領域Yに相当する突極がS極に、区画領域Vに相当する突極がN極に励磁される。   During the second phase drive (S2), the magnetic flux flows in the direction of arrow S2 in FIG. That is, the commutator 72 also rotates in the direction indicated by the arrow in FIG. 29 as the rotor rotates, and the brush 73 comes into contact with the Y region and the brush 74 comes into contact with the Y region. As a result, the salient pole corresponding to the partition area Y is excited to the S pole, and the salient pole corresponding to the partition area V is excited to the N pole.

ロータと共にコミュテータ72がさらに回転すると、ブラシ73がW領域に、ブラシ74がZ領域に接触し、第3相駆動状態となる。第3相駆動時(S3)では、磁束は図28の矢示S3の方向に流れる。以上の状態を繰り返すことで、ロータは回転すると共に、巻線に流れる電流は切り替えられていく。   When the commutator 72 further rotates together with the rotor, the brush 73 comes into contact with the W region and the brush 74 comes into contact with the Z region, and the third phase driving state is set. During the third phase drive (S3), the magnetic flux flows in the direction of arrow S3 in FIG. By repeating the above state, the rotor rotates and the current flowing through the winding is switched.

次に、本発明の第6の実施の形態のHB−SRモータ80について、図31および図32ならびに図14から図16に基づいて説明する。   Next, an HB-SR motor 80 according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 31 and 32 and FIGS. 14 to 16.

このHB−SRモータ80は、第3の実施の形態の突極数が4で突起部数が4の4相駆動モータのスイッチングをブラシで切り替えるものである。このため、突極51や磁石52や巻線53の配置関係およびロータ2Aの突起部54の配置関係は、第3の実施の形態と同様となっている。また、ブラシの構成は、第5の実施の形態のブラシ73,74と同様となっている。   This HB-SR motor 80 switches the switching of the four-phase drive motor having the number of salient poles of 4 and the number of protrusions of 4 in the third embodiment with a brush. For this reason, the arrangement relationship of the salient poles 51, the magnets 52, and the windings 53 and the arrangement relationship of the protrusions 54 of the rotor 2A are the same as those in the third embodiment. Further, the configuration of the brush is the same as that of the brushes 73 and 74 of the fifth embodiment.

ロータ2Aと一体回転するコミュテータ81は、外周にX領域とV領域を有し、内周にU領域とW領域を有している。しかも、外周と内周の切り替え部分が90度ずれて配置されている。ブラシ73は、コミュテータ81の外周部分(X領域とV領域)に接触し、ブラシ74はコミュテータ81の内周部分(U領域とW領域)に接触する。   The commutator 81 that rotates integrally with the rotor 2A has an X region and a V region on the outer periphery, and has a U region and a W region on the inner periphery. In addition, the switching portion between the outer circumference and the inner circumference is shifted by 90 degrees. The brush 73 is in contact with the outer peripheral portion (X region and V region) of the commutator 81, and the brush 74 is in contact with the inner peripheral portion (U region and W region) of the commutator 81.

第1相駆動時(S1)では、ブラシ73がコミュテータ81のX領域に接触し、巻線53dに電流が流れ、突極51d(区画領域Xに相当)がS極に励磁される。また、ブラシ74がU領域に接触し、巻線53aに電流が流れ、突極51a(区画領域Uに相当)がN極に励磁される。この結果、ステータ1A内には、図15の矢示S1で示す磁束(突極51dから突極51aに流れる磁束)が形成される。   During the first phase drive (S1), the brush 73 comes into contact with the X region of the commutator 81, a current flows through the winding 53d, and the salient pole 51d (corresponding to the partition region X) is excited to the S pole. Further, the brush 74 contacts the U region, a current flows through the winding 53a, and the salient pole 51a (corresponding to the partition region U) is excited to the N pole. As a result, a magnetic flux (magnetic flux flowing from the salient pole 51d to the salient pole 51a) indicated by an arrow S1 in FIG. 15 is formed in the stator 1A.

その後、コミュテータ81の回転によってブラシ74は、W領域に接触することとなる。このため、巻線53cに電流が流れ、突極51c(区画領域Wに相当)がN極に励磁されることとなる。このため、ステータ1A内には、図15の矢示S2で示す磁束(突極51dから突極51cに流れる磁束)が形成される。   Thereafter, the brush 74 comes into contact with the W region by the rotation of the commutator 81. For this reason, a current flows through the winding 53c, and the salient pole 51c (corresponding to the partition region W) is excited to the N pole. For this reason, a magnetic flux (magnetic flux flowing from the salient pole 51d to the salient pole 51c) shown by an arrow S2 in FIG. 15 is formed in the stator 1A.

ロータ2Aがさらに回転し、コミュテータ81もさらに回転すると、第3相駆動時(S3)となる。この第3相駆動時では、ブラシ73がX領域からV領域へと接触位置が切り替わっている。ブラシ74は、W領域との接触を継続している。この結果、突極51cではN極への励磁が継続される一方、突極51b(区画領域Vに相当)が新たにS極に励磁されることとなる。これにより、ステータ1A内には、図15の矢示S3で示される磁束(突極51bから突極51cに流れる磁束)が形成される。   When the rotor 2A further rotates and the commutator 81 further rotates, the third phase driving time (S3) is reached. During the third phase driving, the contact position of the brush 73 is switched from the X region to the V region. The brush 74 continues to contact the W region. As a result, the salient pole 51c continues to be excited to the N pole, while the salient pole 51b (corresponding to the partition region V) is newly excited to the S pole. Thereby, a magnetic flux (magnetic flux flowing from the salient pole 51b to the salient pole 51c) indicated by the arrow S3 in FIG. 15 is formed in the stator 1A.

コミュテータ81がさらに回転すると、ブラシ74がW領域からU領域へと切り替わる。これらによって突極51aが再びN極に励磁され、ステータ1A内の磁束は突極51bから突極51aへと流れていく(図15の矢示S4参照)。以上のようにして、ロータ2Aの回転と共にコミュテータ81によって巻線53に流れる電流が切り替えられ、ロータ2Aの回転を継続させる。   When the commutator 81 further rotates, the brush 74 is switched from the W region to the U region. As a result, the salient pole 51a is again excited to the N pole, and the magnetic flux in the stator 1A flows from the salient pole 51b to the salient pole 51a (see arrow S4 in FIG. 15). As described above, the current flowing through the winding 53 is switched by the commutator 81 together with the rotation of the rotor 2A, and the rotation of the rotor 2A is continued.

第5および第6の実施の形態のHB−SRモータ70,80は、いわゆる平面型のコミュテータ72,81を有するブラシ付きモータとなっており、薄型化に好適で、かつスパークが少ないものとなっている。また、他のHB−SRモータ10,40,50,60と同様にコギングが無いものとなっている。なお、コミュテータとしては平面型ではなく、一般的な軸方向型、すなわち筒型(回転軸の軸方向の周囲に設置される構造のもの)としても良い。   The HB-SR motors 70 and 80 of the fifth and sixth embodiments are motors with brushes having so-called planar commutators 72 and 81, which are suitable for thinning and have less sparks. ing. Further, like other HB-SR motors 10, 40, 50, 60, there is no cogging. The commutator may be a general axial type, that is, a cylindrical type (with a structure installed around the axial direction of the rotating shaft) instead of a flat type.

次に、第7の実施の形態のリラクタンスモータ90を図33および図34に基づいて説明する。   Next, a reluctance motor 90 according to a seventh embodiment will be described with reference to FIGS.

このリラクタンスモータ90は、ステッピングモータとしても、小型DCモータとしても使用できる兼用モータで、4相駆動のインナロータモータとされている。リラクタンスモータ90は、ステータ1Cと、ロータ2Cと、2つの軸受部91と、2つの軸受保持ケース部92と、ケース93とを有している。このリラクタンスモータ90の外径φ1は、15mmとされ、高さH1は13mmとされている。しかし、この高さH1を6mmとし、超小型モータとしても良い。   The reluctance motor 90 is a dual-purpose motor that can be used as a stepping motor or a small DC motor, and is a four-phase inner rotor motor. The reluctance motor 90 includes a stator 1 </ b> C, a rotor 2 </ b> C, two bearing portions 91, two bearing holding case portions 92, and a case 93. The reluctance motor 90 has an outer diameter φ1 of 15 mm and a height H1 of 13 mm. However, the height H1 may be set to 6 mm, and an ultra-small motor may be used.

ステータ1Cは、第4の実施の形態のHB−SRモータ60のステータ1Bと同一構造で、異なる点はステータ1Bがロータ2Bの中央に配置されているのに対し、ステータ1Cがロータ2Cの外周に配置される点である。このため、以下の説明では、HB−SRモータ60に対応する部分には、そのHB−SRモータ60の説明の際に利用した符号を使用することとする。   The stator 1C has the same structure as the stator 1B of the HB-SR motor 60 of the fourth embodiment. The difference is that the stator 1B is arranged at the center of the rotor 2B, whereas the stator 1C is the outer periphery of the rotor 2C. It is a point arranged in For this reason, in the following description, the code | symbol utilized in the description of the HB-SR motor 60 shall be used for the part corresponding to the HB-SR motor 60.

ステータ1Cは、8つの突極61と、8つの磁石62Aと、各突極61の根元の幅狭部分に巻回される8つの巻線63とを有している。なお、磁石62Aは、突極61の先端幅W1が1.7mmとされているのに対し、約1/3の0.6mmの磁石幅W2とされている。また、磁石62Aは、焼結により製造されたネオジ磁石とされ、その磁力はBHmaxで、40MGOe程度となっていると共に残留磁束密度が1.26テスラとされている。   The stator 1 </ b> C has eight salient poles 61, eight magnets 62 </ b> A, and eight windings 63 that are wound around a narrow portion at the base of each salient pole 61. The magnet 62A has a magnet width W2 of about 1/3, 0.6 mm, whereas the tip width W1 of the salient pole 61 is 1.7 mm. The magnet 62A is a neodymium magnet manufactured by sintering, and its magnetic force is BHmax, about 40 MGOe, and the residual magnetic flux density is 1.26 Tesla.

また、ステータ1Cは、飽和磁束密度が1.8テスラとなる8層以上の珪素鋼板の薄板から構成されている。なお、高さH1を6mm程度としたときは、3層または4層程度となる。また、ステッピングモータと小型DCモータの兼用とするため、この先端幅W1と磁石幅W2の比を1:1/2〜1:1/4とするのが好ましい。さらに、先に示したL1とL2に比を全ての場所で1:0.35としている。   The stator 1C is composed of a thin plate of eight or more silicon steel plates having a saturation magnetic flux density of 1.8 Tesla. When the height H1 is about 6 mm, it becomes about 3 layers or 4 layers. Further, in order to use both the stepping motor and the small DC motor, the ratio of the tip width W1 to the magnet width W2 is preferably set to 1: 1/2 to 1: 1/4. Furthermore, the ratio of L1 and L2 shown above is 1: 0.35 at all locations.

ロータ2Cは、珪素鋼板の薄板を8枚以上重ねて形成され、その外周に6つの突起部64を有するものとなっている。このインナロータ型のモータは、イナーシャが小さくなり起動しやすいものとなる。また、ステータ1Cとロータ2Cとが共に珪素鋼板の積層とされているので、渦電流が低減されている。   The rotor 2C is formed by stacking eight or more thin silicon steel plates and has six protrusions 64 on the outer periphery thereof. This inner rotor type motor has a small inertia and is easy to start. In addition, since both the stator 1C and the rotor 2C are laminated with silicon steel plates, eddy currents are reduced.

次に、本発明の第8の実施の形態のHB−SRモータ100を、図35から図38を参照して説明する。   Next, an HB-SR motor 100 according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

このHB−SRモータ100は、モータをポンプとして利用するポンプモータである。HB−SRモータ100は、ボビン構造の3層のステータ101と、ステータ101に対向しそのステータ101の中央に配置されるポンプ羽根を兼ねるスクリュー型のロータ102と、ロータ102を囲むケース103と、対象となる液体を導入する導入管104と、液体を排出する排出管105とを有している。   The HB-SR motor 100 is a pump motor that uses the motor as a pump. The HB-SR motor 100 includes a bobbin-structured three-layer stator 101, a screw-type rotor 102 that also faces the stator 101 and serves as a pump blade disposed in the center of the stator 101, a case 103 that surrounds the rotor 102, It has an introduction pipe 104 for introducing a target liquid and a discharge pipe 105 for discharging the liquid.

ロータ102が組み込まれる空間は、凹状のケース体103aと蓋体103bからなるケース103によって外界と遮断されている。ロータ102は、両端の軸受106,107によって支持されている。ロータ102が組み込まれる空間、すなわち円柱形の空間には、液体が注入されている。   A space in which the rotor 102 is incorporated is blocked from the outside by a case 103 including a concave case body 103a and a lid body 103b. The rotor 102 is supported by bearings 106 and 107 at both ends. Liquid is injected into a space in which the rotor 102 is incorporated, that is, a cylindrical space.

ステータ101は、3つのステータ構成部101a,101b,101cと、各ステータ構成部101a,101b,101cを分離する2つのドーナッツ状の樹脂部108を有している。各ステータ構成部101a,101b,101c(以下、代表して101aという)は、図36に示すように、凹状でかつ円形の孔111とN極に励磁される極歯112を有し純鉄で構成されたN極用ステータ113と、全体がドーナッツ状の平板形状で円形の孔114とS極に励磁される極歯115を有し純鉄で構成されたS極用ステータ116と、円弧状の2つの磁石117,117を備えている。なお、N極用ステータ113とS極用ステータ116との間には、図35に示すように、円柱状に巻回されたコイルを有する3つのボビン巻線118が配置されている。   The stator 101 includes three stator constituent portions 101a, 101b, and 101c and two donut-shaped resin portions 108 that separate the stator constituent portions 101a, 101b, and 101c. As shown in FIG. 36, each stator component 101a, 101b, 101c (hereinafter referred to as “101a”) has a concave and circular hole 111 and pole teeth 112 excited to the north pole, and is made of pure iron. An N-pole stator 113 configured, a donut-like flat plate shape having a circular hole 114 and pole teeth 115 excited to the S pole, and made of pure iron, an arc shape The two magnets 117 and 117 are provided. In addition, as shown in FIG. 35, three bobbin windings 118 each having a coil wound in a columnar shape are arranged between the N pole stator 113 and the S pole stator 116.

磁石117は、両端の一方がN極に、他方がS極に着磁された残留磁束密度が1.10テスラのネオジ磁石とされている。その磁石117の軸方向の長さL11は、突極となる極歯112,115の両横部の軸方向長さL12と同一とされ、径方向の幅も同一とされている。そして、極歯112,115の軸方向延長部121,121と磁石117,117とで1つの円筒リングを形成するように、磁石117,117が極歯112,115に接着される。   The magnet 117 is a neodymium magnet having a residual magnetic flux density of 1.10 Tesla, one end of which is magnetized to the N pole and the other is magnetized to the S pole. The axial length L11 of the magnet 117 is the same as the axial length L12 of both lateral portions of the pole teeth 112 and 115 serving as salient poles, and the radial width is also the same. The magnets 117 and 117 are bonded to the pole teeth 112 and 115 so that the axial extensions 121 and 121 of the pole teeth 112 and 115 and the magnets 117 and 117 form one cylindrical ring.

なお、極歯112,115は、180度対称に配置され、それぞれの極歯112,115は径方向に突出する根元部122と、その根元部122から延長され軸方向に伸びる軸方向延長部121とで構成されている。先に示したL11(L12)と、根元部122から周方向に突出している飛び出し部分の長さL2との比は、1:0.52とされている。N極用ステータ113の外周壁部123がS極用ステータ116の外周の平面部に当接している。   The pole teeth 112 and 115 are arranged 180 degrees symmetrically, and each pole tooth 112 and 115 has a root portion 122 protruding in the radial direction and an axial extension portion 121 extending from the root portion 122 and extending in the axial direction. It consists of and. The ratio between L11 (L12) shown above and the length L2 of the protruding portion protruding in the circumferential direction from the root portion 122 is 1: 0.52. The outer peripheral wall portion 123 of the N pole stator 113 is in contact with the outer peripheral plane portion of the S pole stator 116.

ロータ102は、純鉄で構成され、かつ60度ずつずらして配置された3つの棒状の鉄心125,126,127と各鉄心125,126,127の中心を貫くと共にそれらが固定される回転中心軸128と、各鉄心125,126,127をインサートするように取り囲む樹脂材からなる円柱状樹脂部129と、円柱状樹脂部129に形成されている2筋の螺旋溝130,131とを備えている。各鉄心125,126,127の外周面は、円柱状樹脂部129の外周面と同一曲面となっており、ロータ102には突起は形成されていないが、各鉄心125,126,127の部分は、いわゆる磁気抵抗減少部となり、突起部の一種となっている。   The rotor 102 is made of pure iron and passes through the centers of the three rod-shaped iron cores 125, 126, 127 and the respective iron cores 125, 126, 127 that are arranged so as to be shifted by 60 degrees, and the rotation center shaft to which they are fixed. 128, a cylindrical resin portion 129 made of a resin material surrounding each iron core 125, 126, 127 so as to be inserted, and two spiral grooves 130, 131 formed in the cylindrical resin portion 129. . The outer peripheral surface of each iron core 125, 126, 127 is the same curved surface as the outer peripheral surface of the cylindrical resin portion 129, and no protrusions are formed on the rotor 102, but the portions of each iron core 125, 126, 127 are In other words, it becomes a so-called magnetic resistance decreasing portion and is a kind of protrusion.

このHB−SRモータ100は、その直径φ2が6mmとされ、超小型のモータとなっている。直径φ2を6mmとせず、3〜10mm程度としても良い。また、ステータ101の樹脂部108を各ステータ構成部101a,101b,101cを覆うように、すなわちステータ101a,101b,101cをインサート成形するように形成しても良い。また、この樹脂部108を設けないようにしても良い。さらに図35等では、ステータ101を覆うケースを設けていないが、ケース103とステータ101を覆うと共に、それらを固定するモータケースを設けても良い。   The HB-SR motor 100 has a diameter φ2 of 6 mm and is an ultra-small motor. The diameter φ2 is not 6 mm and may be about 3 to 10 mm. Further, the resin portion 108 of the stator 101 may be formed so as to cover the stator constituent portions 101a, 101b, and 101c, that is, the stators 101a, 101b, and 101c may be insert-molded. Further, the resin portion 108 may not be provided. Further, in FIG. 35 and the like, a case that covers the stator 101 is not provided, but a motor case that covers the case 103 and the stator 101 and fixes them may be provided.

HB−SRモータ100のロータ102を回転駆動させるには、まずステータ構成部101aのボビン巻線118に電流を流し、突極となる極歯112をN極に、突極となる極歯115をS極に励磁し、鉄心125を両極歯112,115と対向する位置に引き込む。次に、ステータ構成部101bのボビン巻線118に電流を流すことで、同様の励磁を行い、鉄心126をステータ構成部101bの両極歯112,115に対向する位置まで回転させる。このとき、ステータ構成部101aへの電流供給はなされていない。   In order to rotationally drive the rotor 102 of the HB-SR motor 100, first, a current is passed through the bobbin winding 118 of the stator component 101a, and the pole teeth 112 serving as salient poles are set to N poles, and the pole teeth 115 serving as salient poles are set. The S pole is excited, and the iron core 125 is pulled into a position facing both the pole teeth 112 and 115. Next, by applying a current to the bobbin winding 118 of the stator component 101b, the same excitation is performed, and the iron core 126 is rotated to a position facing the bipolar teeth 112 and 115 of the stator component 101b. At this time, no current is supplied to the stator component 101a.

次に、ステータ構成部101bへの電流供給を断つと共に、ステータ構成部101cへの電流供給を行う。これにより、ステータ構成部101cの極歯112はN極に、極歯115はS極に励磁される。この結果、鉄心127が両極歯112,115に引きつけられ回転する。以上を繰り返すことで、ロータ102は回転を継続する。なお、電流の切り替え毎にロータ102は60度回転する。ロータ102が一定方向に回転することで、液体は螺旋溝130,131を伝わって導入管104側から排出管105側へ流れていく。   Next, the current supply to the stator component 101b is cut off and the current supply to the stator component 101c is performed. As a result, the pole teeth 112 of the stator component 101c are excited to the N pole, and the pole teeth 115 are excited to the S pole. As a result, the iron core 127 is attracted to the bipolar teeth 112 and 115 and rotates. By repeating the above, the rotor 102 continues to rotate. Note that the rotor 102 rotates 60 degrees each time the current is switched. As the rotor 102 rotates in a certain direction, the liquid flows along the spiral grooves 130 and 131 and flows from the introduction pipe 104 side to the discharge pipe 105 side.

上述の第8の実施の形態のHB−SRモータ100は、そのロータ102が2筋の螺旋溝130,131を有したものとなっているが、螺旋溝は1本(1筋)としても良く、また3本以上としても良い。また、ステータ構成部を4層以上に重ね、一方ロータ102の鉄心を4個以上ずらしながら重ねたものとしても良い。また、ロータ102の鉄心をずらすことなく同一位置関係で重ねて配置し、一方、ステータ構成部をずらして重ねるようにしても良い。   In the HB-SR motor 100 of the eighth embodiment described above, the rotor 102 has two spiral grooves 130 and 131, but the spiral groove may be one (one). Moreover, it is good also as three or more. Further, the stator constituent portions may be stacked in four or more layers, while the rotor 102 may be stacked while shifting four or more iron cores. Also, the iron cores of the rotor 102 may be stacked in the same positional relationship without being shifted, while the stator components may be shifted and stacked.

また、ステータ101の各ステータ構成部101a,101b,101cに、N極用の極歯112を2個とS極用の極歯115を2個、それぞれ設けるようにし、鉄心125,126,127をそれぞれ十字形としても良い。また、他の実施の形態のように、さらに多数の突極と突起部(鉄心面)を設けるようにしても良い。また、ポンプモータとして利用する場合、他の実施の形態のリラクタンスモータを採用しても良い。また、ロータとポンプ羽根を別体とすると共にポンプ羽根を液体中に置き、ロータは液体と接触しないように配置しても良い。   In addition, each of the stator components 101a, 101b, and 101c of the stator 101 is provided with two pole teeth 112 for N pole and two pole teeth 115 for S pole, respectively, and iron cores 125, 126, and 127 are provided. Each may have a cross shape. Further, as in other embodiments, a larger number of salient poles and protrusions (iron core surfaces) may be provided. Moreover, when using as a pump motor, you may employ | adopt the reluctance motor of other embodiment. Further, the rotor and the pump blade may be separated and the pump blade may be placed in the liquid so that the rotor does not come into contact with the liquid.

次に、本発明の第9の実施の形態のリラクタンスモータ140を図39および図40に基づいて説明する。   Next, a reluctance motor 140 according to a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

このリラクタンスモータ140は、ビデオカメラ等のレンズの送り機構やノートパソコンのCD(Compact Disc)駆動機構中のCDピックアンプレンズを送るレンズ送り機構等に採用されるステッピングモータである。   The reluctance motor 140 is a stepping motor employed in a lens feed mechanism for feeding a CD pick amplifier lens in a lens feed mechanism of a video camera or a CD (Compact Disc) drive mechanism of a notebook computer.

このリラクタンスモータ140は、12個の突極を有するステータ1Dと、10個の突起部となる磁気抵抗減少部141を有するロータ2Dと、ロータ2Dと一体回転するスクリュー軸142と、スクリュー軸142の軸受被支持部143を支持する軸受部144と、を有している。なお、このリラクタンスモータ140は、モータ保持体145でスクリュー軸142と軸受部144とを保持している。   The reluctance motor 140 includes a stator 1D having twelve salient poles, a rotor 2D having a magnetic resistance reducing portion 141 serving as ten protrusions, a screw shaft 142 that rotates integrally with the rotor 2D, and a screw shaft 142. And a bearing portion 144 that supports the bearing supported portion 143. The reluctance motor 140 holds the screw shaft 142 and the bearing portion 144 with a motor holder 145.

なお、突極を6個とし、磁気抵抗減少部141を8個とし、24分割(1ステップ15度)のステッピングモータとしたり、他の極数や突起部として48分割(1ステップ7.5度)のステッピングモータとしても良い。このようなステッピングモータとすると、低コギング、低コストのステッピングモータとすることができる。   The number of salient poles is 6 and the number of magnetic resistance reducing portions 141 is 8 to make a stepping motor with 24 divisions (1 step 15 degrees) or 48 divisions (7.5 degrees with 1 step) ) Stepping motor. Such a stepping motor can be a low cogging and low cost stepping motor.

スクリュー軸142の図で右側部には、スクリュー溝が形成され図示しないレンズ送り機構が係合している。スクリュー軸142は、スラスト方向を両端のボール軸受146,147で支持され、径方向については2つのラジアル軸受148,149で支持されている。   On the right side of the screw shaft 142, a screw groove is formed and a lens feed mechanism (not shown) is engaged. The screw shaft 142 is supported by ball bearings 146 and 147 at both ends in the thrust direction, and is supported by two radial bearings 148 and 149 in the radial direction.

ステータ1Dの鉄心は、珪素鋼板の薄板を積層したもので、他の実施の形態に示すように、各突極の先端の隙間に磁石がはさみ込まれ、かつその磁石は対向する部分が同極となるように設置されている。磁石は、ネオジ磁石、サマコバ磁石等が採用されている。また、磁石の残留磁束密度をaとし、ステータ1Dの鉄心の飽和磁束密度をbとし、突極の磁石側に飛び出た部分のロータ2Dと対向する部分の面積をWとし、磁石の突極との接触部分の面積をZとしたとき、(a/b)×Z×1/3≦W≦(a/b)×Z×2となるように、ステータ1Dの突極を形成している。   The iron core of the stator 1D is formed by laminating thin sheets of silicon steel plates. As shown in other embodiments, a magnet is sandwiched in the gap at the tip of each salient pole, and the opposite part of the magnet has the same polarity. It is installed to become. As the magnets, neodymium magnets, sumakoba magnets and the like are employed. Further, the residual magnetic flux density of the magnet is a, the saturation magnetic flux density of the iron core of the stator 1D is b, the area of the portion of the salient pole that protrudes to the magnet side facing the rotor 2D is W, and the salient pole of the magnet The salient poles of the stator 1D are formed such that (a / b) × Z × 1/3 ≦ W ≦ (a / b) × Z × 2, where Z is the contact area.

ロータ2Dは、純鉄からなる極歯形成体151で構成されている。この極歯形成体151は、平板を絞り加工することによって筒状とし、その後、周方向に10個の貫通孔152を設けることで、各貫通孔152の周方向の隣接部分を磁気抵抗減少部141としたものである。貫通孔152の軸方向の長さは、ステータ1Dの軸方向長さおよび磁石の軸方向長さと同一とされ、各貫通孔152がステータ1Dと対向できるように配置されている。   The rotor 2D is composed of a pole tooth forming body 151 made of pure iron. This pole tooth forming body 151 is formed into a cylindrical shape by drawing a flat plate, and thereafter, by providing ten through holes 152 in the circumferential direction, the adjacent portion in the circumferential direction of each through hole 152 is a magnetic resistance reducing portion. 141. The axial length of the through hole 152 is the same as the axial length of the stator 1D and the axial length of the magnet, and each through hole 152 is disposed so as to face the stator 1D.

このリラクタンスモータ140の径方向の長さφ3は、この実施の形態では、3mmとされている。この長さφ3を2〜5mmとすると、超小型のレンズ送り機構に適用することが可能となる。また、スクリュー軸142には、スクリューが形成され、スクリュー軸142とロータ2Dとが一対化されているので高精度なステッピングモータとなる。   In this embodiment, the radial length φ3 of the reluctance motor 140 is 3 mm. When the length φ3 is 2 to 5 mm, it can be applied to an ultra-compact lens feed mechanism. Moreover, since the screw is formed in the screw shaft 142 and the screw shaft 142 and the rotor 2D are paired, it becomes a highly accurate stepping motor.

次に本発明の第10の実施の形態のリラクタンスモータ160を、図41および図42に基づいて説明する。   Next, a reluctance motor 160 according to a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

このリラクタンスモータ160は、上述した各種のHB−SRモータ10,40,50,60,70,80,100やリラクタンスモータ90,140やその他の変形例のモータにおける磁石部分の形状を変更したものである。このため、以下では、その磁石部分についてのみ説明する。   The reluctance motor 160 is obtained by changing the shape of the magnet portion of the various HB-SR motors 10, 40, 50, 60, 70, 80, 100, the reluctance motors 90, 140, and other modified motors. is there. For this reason, only the magnet part is demonstrated below.

このリラクタンスモータ用ステータの磁石161は、図41に示すように、円形状に配置された2m(mは1以上の自然数)個の柱状部162(この図41では6個の柱状部)と、この柱状部162の一端側を連結する円形状の円形連結部163とを有している。各柱状部162は、隣接する柱状部162に対向する面の一方側がN極に、他方側がS極に着磁され、かつ隣接する柱状部162の相対向する部分が同極となるように着磁されている。   As shown in FIG. 41, the magnet 161 of the reluctance motor stator includes 2m (m is a natural number of 1 or more) columnar portions 162 (six columnar portions in FIG. 41) arranged in a circular shape, It has a circular circular connecting portion 163 that connects one end side of the columnar portion 162. Each columnar part 162 is magnetized such that one side of the surface facing the adjacent columnar part 162 is magnetized to the N pole, the other side is magnetized to the S pole, and the opposite part of the adjacent columnar part 162 is the same pole. It is magnetized.

各柱状部162への着磁は、たとえば図42に示されるような着磁治具165を利用して行われる。この着治は、着磁治具165を利用して同時に各柱状部162に対してなされる。着磁された磁石161は、図41(A)の状態のまま、突極間にその柱状部162がはまり込むように組み込まれる。柱状部162の幅L1が上述してきた突極との接触幅である長さL1に相当する。   Magnetization of each columnar portion 162 is performed using a magnetizing jig 165 as shown in FIG. 42, for example. This curing is performed on each columnar portion 162 at the same time using the magnetizing jig 165. The magnetized magnet 161 is incorporated so that the columnar portion 162 fits between the salient poles in the state of FIG. The width L1 of the columnar portion 162 corresponds to the length L1 that is the contact width with the salient pole described above.

突極の軸方向長さは、柱状部162の突出長である長さL3と同一としている。このため、磁石161を突極に組み込むと、円形連結部163側が突極から外方に突出するものの柱状部162の先端側はステータ鉄心と同一平面を形成することとなる。   The length of the salient pole in the axial direction is the same as the length L3 that is the protruding length of the columnar portion 162. For this reason, when the magnet 161 is incorporated in the salient pole, the tip end side of the columnar portion 162 forms the same plane as the stator core, although the circular connecting portion 163 projects outward from the salient pole.

以上、第1から第10の実施の形態のリラクタンスモータを説明してきたが、本発明のリラクタンスモータのステータ側の突極の数とロータ側の突起部の数に基づいて、回転、非回転の関係をまとめると図42に示すとおりとなる。   The reluctance motors according to the first to tenth embodiments have been described above. Based on the number of salient poles on the stator side and the number of protrusions on the rotor side of the reluctance motor of the present invention, the reluctance motors are rotated and non-rotated. The relationship is summarized as shown in FIG.

図43に示す関係を数式でまとめると、以下のとおりとなる。すなわち、突極数を2m(mは1以上の自然数)とし、各突極の先端の隣接する隙間に、対向する磁極が同極となり、かつその磁極が突極の先端の横部に接するように計2m個の磁石を配置し、各突極に巻線が施されたステータと、突起部の数をn(nは1以外の自然数)としたとき、n/mが2以下の自然数とならないようにした突起部であって、突極に対向して設けられる極歯または磁気抵抗減少部を有するロータと、を有するようなリラクタンスモータであることが回転することの条件となる。   The relationship shown in FIG. 43 is summarized as follows: That is, the number of salient poles is 2 m (m is a natural number of 1 or more), the opposing magnetic poles have the same polarity in the adjacent gaps at the tips of the salient poles, and the magnetic poles are in contact with the lateral portions of the salient pole tips. When a total of 2 m magnets are arranged and a winding is applied to each salient pole, and the number of protrusions is n (n is a natural number other than 1), n / m is a natural number of 2 or less. It is a condition for the rotation to be a reluctance motor that has a protrusion having a protrusion and a rotor having a pole tooth or a magnetic resistance decreasing portion provided to face the salient pole.

なお、磁石をすべての突極間に配置する構成とするのではなく、その一部を取り除いた構成としても良い。たとえば、すべての突極間に配置したら上述のような関係となる磁石を、1つおきに取り除く(間引く)ようにしても良い。また、全体から1つまたは2つの磁石のみを取り除くようにしても良い。また、逆に、1つまたは2つもしくは3つのみの磁石が配置される構成としても良い。   In addition, it is good also as a structure which removes the one part instead of setting it as the structure which arrange | positions a magnet between all the salient poles. For example, every other magnet may be removed (thinned out) when it is arranged between all salient poles. Moreover, you may make it remove only one or two magnets from the whole. Conversely, a configuration in which only one, two, or three magnets are arranged may be employed.

また、各実施の形態や変形例で示すリラクタンスモータは、図44に示すように、単なる突極と巻線からなるモータの場合に比べ大きなトルクを発生させ得るものとなる。図44に示すグラフは、第1の実施の形態のHB−SRモータ10の場合を示しているが、他の実施の形態のリラクタンスモータにおいても、同様に従来のリラクタンスモータより大きなトルクを発生するという傾向が現れている。   In addition, as shown in FIG. 44, the reluctance motor shown in each embodiment or modification can generate a larger torque than a motor composed of a simple salient pole and winding. The graph shown in FIG. 44 shows the case of the HB-SR motor 10 of the first embodiment, but the reluctance motors of the other embodiments similarly generate a larger torque than the conventional reluctance motor. The tendency that appears.

また、図45に示すように、本発明のリラクタンスモータは、トルクが非常に大きくなる範囲まで回転を継続する。この図45は、HB−SRモータ10のトルクに対する速度、効率、電流を示すグラフであり、トルクが300mN・mのときでも200rpmの回転を維持する。このようなトルク大のときでも回転維持が可能となる現象は、他の実施の形態のリラクタンスモータにも発生する。   Further, as shown in FIG. 45, the reluctance motor of the present invention continues to rotate to a range where the torque becomes very large. FIG. 45 is a graph showing the speed, efficiency, and current with respect to the torque of the HB-SR motor 10, and maintains a rotation of 200 rpm even when the torque is 300 mN · m. Such a phenomenon that the rotation can be maintained even when the torque is large also occurs in the reluctance motors of other embodiments.

本発明の各リラクタンスモータでは、励磁時の各突極の根元部分を通る磁束がその突極の飽和磁束密度以上となるように各突極を励磁することで、磁石の磁束をロータ側に出射させている。また、各突極の励磁を切ることで、磁石の磁束は、ロータ側には向かわず、突極内、すなわちステータ内に入ってくる。このように突極の励磁、非励磁の繰り返しによって、ステータの突極を磁化、非磁化させると共に磁化の際にステータ内の磁束(特に、磁石の磁束)を有効活用することで、ロータを効率的に回転させている。   In each of the reluctance motors of the present invention, the magnetic flux of the magnet is emitted to the rotor side by exciting each salient pole so that the magnetic flux passing through the base portion of each salient pole at the time of excitation is equal to or higher than the saturation magnetic flux density of the salient pole. I am letting. Further, by turning off the excitation of each salient pole, the magnetic flux of the magnet does not go to the rotor side but enters the salient pole, that is, the stator. In this way, by repeatedly exciting and de-energizing the salient poles, the stator salient poles are magnetized and de-magnetized, and the magnetic flux in the stator (particularly, the magnetic flux of the magnet) is effectively utilized during the magnetization, thereby making the rotor more efficient. Is rotating.

以上、各実施の形態で示す、リラクタンスモータは、本発明の好適な実施の例であるが、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更実施可能である。たとえば、ステータ鉄心やロータ鉄心としては、純鉄、珪素鋼の他に、パーマロイ(Fe−Ni合金)、電磁ステンレス、鉄系アモルファスやCo系アモルファス等のアモルファス、ナノ結晶合金、センダスト(Fe−Al−Si系合金)等の他の軟磁性材料(高透磁率材料)としても良い。また、ステータ鉄心やロータ鉄心としては、薄板の積層の他に積層を行わない単一部材としても良い。   As described above, the reluctance motor shown in each embodiment is a preferred embodiment of the present invention, but the present invention can be variously modified without departing from the gist thereof. For example, as stator iron core and rotor iron core, in addition to pure iron and silicon steel, permalloy (Fe-Ni alloy), electromagnetic stainless steel, amorphous such as iron-based amorphous and Co-based amorphous, nanocrystalline alloy, sendust (Fe-Al Other soft magnetic materials (high magnetic permeability materials) such as (Si-based alloys) may be used. Moreover, as a stator iron core or a rotor iron core, it is good also as a single member which does not laminate other than lamination | stacking of a thin plate.

また、磁石の残留磁束密度をaとし、磁性部材からなる突極の飽和磁束密度をbとし、突極の磁石側に飛び出た部分のロータと対向する部分の面積をWとし、磁石の突極との接触部分の面積をZとしたとき、(a/b)×Z×1/3≦W≦(a/b)×Z×2となるようにステータの突極を形成するのが好ましいが、(a/b)×Z≦W≦(a/b)×Z×1.5の範囲とすると、モータとしてさらに好ましものとなる。これは、突極を飽和磁束密度以上の磁束が発生するように励磁すると、磁石の磁束は、励磁による磁束が流れていく部分には流れ込めなくなり、磁石の磁束は突極の飛び出た部分を通ってロータ側に向かうためである。その流路を十分とらないと、磁石の磁束の有効活用は不十分となる。   Further, the residual magnetic flux density of the magnet is a, the saturation magnetic flux density of the salient pole made of a magnetic member is b, the area of the portion of the salient pole that protrudes to the magnet side is W, and the salient pole of the magnet It is preferable that the salient poles of the stator be formed so that (a / b) × Z × 1/3 ≦ W ≦ (a / b) × Z × 2 where , (A / b) × Z ≦ W ≦ (a / b) × Z × 1.5, the motor is more preferable. This is because if the salient pole is excited so that a magnetic flux higher than the saturation magnetic flux density is generated, the magnetic flux of the magnet cannot flow into the part where the magnetic flux due to the excitation flows, and the magnetic flux of the magnet passes through the part where the salient pole protrudes. It is for going to the rotor side through. If the flow path is not sufficient, effective utilization of the magnetic flux of the magnet will be insufficient.

また、突極の飛び出た部分をあまり長くないようにすると、磁石の占める割合が高まり、磁石をはさみ込んだ効果がより一層現れてくるようになると共に、リラクタンスモータのステータを小型化できることとなる。なお、上述の範囲、すなわち (a/b)×Z×1/3≦W≦(a/b)×Z×2の範囲を外れた場合であっても、従来のリラクタンスモータに比べ、モータとして良い性能を持つものとなる。   Also, if the salient poles do not protrude too long, the proportion of magnets increases, the effect of sandwiching the magnets becomes even more apparent, and the stator of the reluctance motor can be miniaturized. . In addition, even when the above range, that is, (a / b) × Z × 1/3 ≦ W ≦ (a / b) × Z × 2, is out of the range of the conventional reluctance motor, It will have good performance.

さらに、上述の範囲にステータの突極や磁石を設定した構成は、本発明のいわゆる磁石同極対向型のリラクタンスモータばかりでなく、本発明を行う以前に創作したハイブリッド型磁石を1つの突極として構成し、複数の同じ形状のハイブリッド型磁石を円形状に順に配置したモータにも採用することができる。すなわち、本発明者が過去に創作したハイブリッド型磁石を単に組み込むことで構成したモータであっても、ステータの突極等の関係を(a/b)×Z×1/3≦W≦(a/b)×Z×2の範囲としたり、(a/b)×Z≦W≦(a/b)×Z×1.5とすることで、効率良く回転するモータとすることができる。すなわち、上述の各範囲とすることは、磁石の並べ方や突極の並べ方に依存することなく、十分な効果を常に発生する。   Furthermore, the configuration in which the salient poles and magnets of the stator are set in the above-mentioned range is not limited to the so-called magnet homopolar facing type reluctance motor of the present invention, but also a hybrid magnet created before the present invention is applied to one salient pole. It is also possible to employ a motor in which a plurality of hybrid magnets having the same shape are sequentially arranged in a circular shape. That is, even in a motor configured by simply incorporating a hybrid magnet created in the past by the present inventor, the relationship of the salient poles of the stator is represented by (a / b) × Z × 1/3 ≦ W ≦ (a / B) × Z × 2 range, or (a / b) × Z ≦ W ≦ (a / b) × Z × 1.5, the motor can be efficiently rotated. In other words, setting the above ranges does not depend on how the magnets are arranged or how the salient poles are arranged, and a sufficient effect is always generated.

また、上述の各実施の形態では、磁石の軸方向長さとステータ鉄心の軸方向長さを同一とし、ぴったり当接させ端部が平面構造となるものとしたが、磁石の軸方向長さをステータ鉄心より短くしたり長くしたりしても良い。また、磁石の径方向の長さとステータの突極の先端の径方向長さを同一とし、ぴったり当接させるものとしたが、磁石の径方向の長さを突極の先端の径方向の長さより短くしたり長くしたりしても良い。   In each of the above-described embodiments, the axial length of the magnet and the axial length of the stator iron core are the same, and the end portions have a planar structure, but the axial length of the magnet is It may be shorter or longer than the stator core. In addition, the radial length of the magnet and the radial length of the tip of the salient pole of the stator are the same and are in close contact with each other, but the length of the magnet in the radial direction is the length of the salient pole tip in the radial direction. It may be shorter or longer.

また、上述の各実施の形態では、1つの突極に1つの巻線を施すものとしたが、2つの突極に対して1つの巻線を施すようにしたり、1つの突極部分に、バイファイラ巻きをして流す方向を変え、流す電流の方向によって磁化される極を変化させるようにしても良い。   Further, in each of the above-described embodiments, one winding is applied to one salient pole. However, one winding is applied to two salient poles, Bipolar winding may be used to change the flowing direction, and the magnetized pole may be changed depending on the flowing current direction.

また、上述の各実施の形態では、ロータとステータが径方向に配置されるいわゆる周対向型モータとして説明したが、ロータとステータを軸方向に重ねて配置する。いわゆる平面対向型モータとしても良い。また、インナーロータ型とアウターロータ型の例をそれぞれ示したが、アウターロータ型として示したものをインナーロータ型とし、インナーロータ型として示したものをアウターロータ型にそれぞれ変更するようにしても良い。   In each of the above-described embodiments, a so-called circumferentially opposed motor in which the rotor and the stator are arranged in the radial direction has been described. However, the rotor and the stator are arranged to overlap in the axial direction. A so-called plane facing motor may be used. Moreover, although the example of the inner rotor type and the outer rotor type is shown, respectively, the one shown as the outer rotor type may be changed to the inner rotor type, and the one shown as the inner rotor type may be changed to the outer rotor type. .

また、ステータ鉄心としては、複数の突極が予め一体的に設置されているものの他に、突極を1個ずつ独立に構成し、それらを円形状に配置することで、ステータ鉄心を構成したり、2つの突極または3つ以上の突極を独立に構成し、それらを円形状に配置することでステータ鉄心を構成したりするものとしても良い。   Further, as the stator core, in addition to the one in which a plurality of salient poles are integrally installed in advance, the salient poles are individually configured one by one and arranged in a circular shape to constitute the stator core. Alternatively, two salient poles or three or more salient poles may be configured independently, and the stator iron core may be configured by arranging them in a circular shape.

さらに、リラクタンスモータ用ステータの磁石161としては、形状的には、同一形状の構成とした上で、着磁を各柱状部162で全く同一、すなわちN極とS極が常に同一関係となるように施したものとしても良い。このような着磁を施したリラクタンスモータ用ステータの磁石は、いわゆる同極対向型の磁石を利用した本発明のリラクタンスモータではなく、異極対向型の磁石を利用したリラクタンスモータに適用することが可能となる。   Further, as the magnet 161 of the stator for the reluctance motor, in terms of shape, it is configured so that the magnetization is exactly the same in each columnar portion 162, that is, the N pole and the S pole always have the same relationship. It may be applied to The magnet of the reluctance motor stator subjected to such magnetization can be applied not to the reluctance motor of the present invention using a so-called opposite-pole opposed magnet but to a reluctance motor using a different-pole opposed magnet. It becomes possible.

また、リラクタンスモータ140のロータ2Dは、本発明のリラクタンスモータ以外に、従来からのリラクタンスモータにも適用できると共に、上述したいわゆる異極対向型の磁石を利用したリラクタンスモータにも適用することができる。   Further, the rotor 2D of the reluctance motor 140 can be applied not only to the reluctance motor of the present invention but also to a conventional reluctance motor, and also to a reluctance motor using the above-described so-called opposite pole facing magnet. .

さらに、本発明の各リラクタンスモータの突極、磁石、突起部の各機械的角度(幅)は、上述した各値ではなく、他の値としても良い。たとえば、1群の突極、磁石、突起部の各値のいずれか1つまたは複数を上述した値のプラスマイナス10%の範囲内のものとしたり、1群のものの中でいずれか1つまたは複数をプラスマイナス10%を越える値のものとしても良い。   Furthermore, the mechanical angles (widths) of the salient poles, magnets, and projections of each reluctance motor of the present invention may be other values than the above-described values. For example, any one or a plurality of values of a group of salient poles, magnets, and protrusions is within a range of plus or minus 10% of the above-described value, A plurality may have a value exceeding 10%.

1 ステータ
2 ロータ
10 HB−SRモータ(リラクタンスモータ)
11 突極
12 磁石
13 巻線
21 突起部
141 軸抵抗減少部
151 極歯形成体
152 貫通孔
161 リラクタンスモータ用ステータの磁石
162 柱状部
163 円形連結部
1 Stator 2 Rotor 10 HB-SR Motor (Reluctance Motor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Salient pole 12 Magnet 13 Winding 21 Protrusion part 141 Axial resistance reduction part 151 Polar tooth formation body 152 Through-hole 161 Magnet of stator for reluctance motor 162 Columnar part 163 Circular connection part

Claims (5)

突極数を2m(mは1以上の自然数)とし、各突極の先端の隣接する隙間に、対向する磁極が同極となり、かつその磁極が上記突極の先端の横部に接するように計2m個の磁石を配置し、上記突極に巻線を施し、上記突極の基部が連結部で連結されたステータと、
突起部の数をn(nは1以外の自然数)としたとき、n/mが2以下の自然数とならないようにした突起部であって、上記突極に対向して設けられる極歯または磁気抵抗減少部を有するロータと、を有し、
上記ステータを構成するステータ鉄心、上記磁石および上記巻線の径方向の位置関係を、上記連結部、上記巻線、上記磁石の順となるように配置し、隣接する上記巻線が、上記連結部と上記磁石との間に形成された隙間を介して対向することを特徴とするリラクタンスモータ。
The number of salient poles is 2 m (m is a natural number greater than or equal to 1), the opposing magnetic poles are the same pole in the gap adjacent to the tip of each salient pole, and the magnetic pole is in contact with the lateral part of the tip of the salient pole. a total of 2m pieces of the magnet are arranged, and facilities windings on the salient poles, a stator base of the salient pole are connected by a connecting portion,
When the number of protrusions is n (n is a natural number other than 1), n / m is a protrusion not to be a natural number of 2 or less, and the pole teeth or magnets provided facing the salient poles A rotor having a resistance reducing portion,
The stator iron core, the magnets, and the windings constituting the stator are arranged so that their radial positions are in the order of the connecting portion, the windings, and the magnets. A reluctance motor characterized by facing each other through a gap formed between the part and the magnet.
請求項1記載のリラクタンスモータにおいて、前記ステータ鉄心の軸方向長さと前記磁石の軸方向長さを同一とし、前記突極の先端の径方向長さと前記磁石の径方向長さとを同一としたことを特徴とするリラクタンスモータ。 In reluctance motor according to claim 1 Symbol placement, the axial length and the axial length of the magnet of the stator core is the same, and the radial length of the radial length of the tip of the salient poles and the magnet and the same A reluctance motor characterized by that. 磁性部材からなる複数の突極の先端が隣接する隙間に磁石を上記先端の横部に接するように配置し、上記突極を励磁するための巻線を有するステータと、上記突極に対向して設けられる極歯または磁気抵抗減少部となる突起部を有するロータと、を有するリラクタンスモータにおいて、
上記磁石の残留磁束密度をaとし、上記磁性部材からなる突極の飽和磁束密度をbとし、上記突極の上記磁石側に飛び出た部分の上記ロータと対向する部分の面積をWとし、上記磁石の上記突極との接触部分の面積をZとしたとき、(a/b)×Z×1/3≦W≦(a/b)×Z×2となるように、上記ステータの上記突極を形成したことを特徴とするリラクタンスモータ。
A magnet is disposed in a gap adjacent to the ends of the plurality of salient poles made of a magnetic member so as to contact the lateral portion of the tip, and a stator having a winding for exciting the salient poles, and the salient poles are opposed to each other. A reluctance motor having a pole tooth or a rotor having a projecting part to be a magnetic resistance reducing part,
The residual magnetic flux density of the magnet is a, the saturation magnetic flux density of the salient pole made of the magnetic member is b, the area of the portion of the salient pole that protrudes to the magnet side is the area facing the rotor, and When the area of the contact portion of the magnet with the salient pole is Z, (a / b) × Z × 1/3 ≦ W ≦ (a / b) × Z × 2 is satisfied. A reluctance motor characterized by forming a pole.
磁性部材からなる複数の突極の先端が隣接する複数の隙間の一部に磁石を上記先端の横部に接するように配置し、上記突極を励磁するための巻線を有するステータと、上記突極に対向して設けられる極歯または磁気抵抗減少部となる突起部を有するロータと、を有するリラクタンスモータにおいて、
上記磁石の残留磁束密度をaとし、上記磁性部材からなる突極の飽和磁束密度をbとし、上記突極の上記磁石側に飛び出た部分の上記ロータと対向する部分の面積をWとし、上記磁石の上記突極との接触部分の面積をZとしたとき、(a/b)×Z×1/3≦W≦(a/b)×Z×2となるように、上記ステータの上記突極を形成したことを特徴とするリラクタンスモータ。
A stator having windings for exciting the salient poles, arranging magnets in a part of a plurality of gaps adjacent to the tips of the salient poles made of a magnetic member, In a reluctance motor having a pole tooth provided opposite to a salient pole or a rotor having a projection serving as a magnetic resistance reducing portion,
The residual magnetic flux density of the magnet is a, the saturation magnetic flux density of the salient pole made of the magnetic member is b, the area of the portion of the salient pole that protrudes to the magnet side is the area facing the rotor, and When the area of the contact portion of the magnet with the salient pole is Z, (a / b) × Z × 1/3 ≦ W ≦ (a / b) × Z × 2 is satisfied. A reluctance motor characterized by forming a pole.
請求項1から4のいずれか1項記載のリラクタンスモータにおいて、前記ロータは、筒状の極歯形成体を有するものとし、この極歯形成体に、磁気抵抗が大きくなる貫通孔を周方向にn個設け、上記各貫通孔の周方向の隣接部分を前記n個の磁気抵抗減少部としたことを特徴とするリラクタンスモータ。
In reluctance motor according to any one Kouki placing of claims 1 4, wherein the rotor is assumed to have a cylindrical pole teeth forming body, on the pole teeth forming body, a through hole in which the magnetic resistance is increased circumferential direction The reluctance motor is characterized in that n pieces are provided in the circumferential direction, and the circumferentially adjacent portions of the through holes are the n pieces of magnetic resistance reducing portions.
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