JP6223893B2 - スイッチトリラクタンスモータ - Google Patents

Description

本発明は、モータに関し、特に、スイッチトリラクタンスモータに関する。

交流モータは、従来、直流モータと比較して速度制御や出力制御が難しいと言われてきたが、この点は、近年のパワーエレクトロニクスによる制御技術の発達によって解消され、交流モータは、種々の用途で使用されるようになってきている。

このようなモータの一つに、スイッチトリラクタンスモータ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ ｍｏｔｏｒ、以下、「ＳＲモータ」と略記する）がある。このＳＲモータは、ステータおよびロータ共に、突極構造を有し、ステータの励磁コイルにロータの位置情報に基づいて電流を供給することで生じる磁気吸引力によって回転運動する。

このＲＳモータの一つとして、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。このＳＲモータは、回転軸と、回転軸に接続されこの回転軸と共に回転する回転子（ロータ）と、回転子を回転方向に囲む励磁コイルと、励磁コイルを保持する固定子（ステータ）と、を備える。そして、回転子と固定子とは、例えば、等方的な所定の磁気特性（透磁率）を有するように、電気絶縁膜で被覆された軟磁性体粉末をプレス成形によって圧縮して固めることで形成されている。

このＳＲモータでは、励磁コイルに電流が供給されて励磁した場合における回転子と固定子との間の磁気抵抗に起因する磁気吸引力によって回転体に回転トルクが生じ、この回転トルク（回転動力）が回転子に接続された回転軸を通じて外部に出力される。

特開２０１２−１２０３４２号公報

ところで、モータ一般の問題として、高効率化が要望される。その実現のために、ジュール損失を下げる、すなわち、直流抵抗を下げるために、励磁コイルの導体を並列２枚重ねで構成することで、導体断面積を増大させることが考えられる。しかしながら、この場合、実効導体断面積は、２倍になるものの、両端で結合された２つの導体によって形成されるループを交流磁束線が貫くこととなり、誘導起電力が生じる。この結果、前記誘導起電力によって渦電流が流れ、損失が発生してしまう。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、帯状の導体を２枚重ねてパンケーキ巻きしても、渦電流の発生を抑制できるスイッチトリラクタンスモータを提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかるスイッチトリラクタンスモータは、回転子と、前記回転子を回転方向に囲む励磁コイルと、前記励磁コイルを収納する固定子とを備え、前記励起コイルは、１相で、軸方向で積層された複数のコイル部を備え、前記各コイル部は、互いに電気的に並列接続される２つの帯状の第１および第２導体が絶縁層を挟んで互いに厚さ方向に重ね合わされるように配置された状態で、前記第１導体と第２導体とが巻回成形されることによりパンケーキ状に形成され、前記軸方向で互いに隣接する２つのコイル部は、各コイル部の第１および第２導体への通電に伴って各コイル部を貫くように形成される磁束線の向きが互いに反対になるように、前記２つのコイル部のうちの一方のコイル部における前記第１導体の一方端部とその他方のコイル部における前記第１導体の一方端部とが電気的に接続されるとともに、前記一方のコイル部における前記第２導体の一方端部と前記他方のコイル部における前記第２導体の一方端部とが電気的に接続されるように構成され、前記第１および第２導体それぞれは、駆動周波数に対応したスキンデプス以下の厚さであることを特徴とする。

このようなスイッチトリラクタンスモータは、第１導体と第２導体とを並列に２枚重ねにすることで、例えば１つの導体を同じ径の１つのシングルパンケーキ巻に成形した励磁コイルに比べて巻数が半減するが、軸方向に積層された複数のコイル部が直列となって複数倍になり、励磁コイル全体の巻数は、不変かまたは増加できる。一方、導体断面積は、上記の１つのパンケーキ状のコイル部に比べて多くなり、コイル部全体の直流抵抗を小さくできる。そして、上記スイッチトリラクタンスモータでは、軸方向で互いに隣接する２つのコイル部は、各コイル部を貫くように形成される磁束線の向きが互いに反対になるように形成されているため、軸方向で互いに隣接する２つのコイル部の各導体に生じる誘導起電力が相殺され、これによって、渦電流が効果的に抑制される。さらに、上記スイッチトリラクタンスモータは、第１および第２導体それぞれがスキンデプス以下の厚さであるので、第１および第２導体それぞれで生じる渦電流をさらに効果的に抑制できる。したがって、このようなスイッチトリラクタンスモータは、帯状の導体を２枚重ねてパンケーキ巻きしても、渦電流の発生を抑制できる。

また、他の一態様では、上述のスイッチトリラクタンスモータにおいて、前記一方のコイル部は、前記第１導体の一方端部が最も径方向外側に配置されるとともに、前記第２導体の一方端部が前記第１導体の一方端部の径方向内側に配置されるように、前記第１および第２導体が径方向内側から径方向外側に順次一方向に巻回成形されることにより形成されており、前記他方のコイル部は、前記第２導体の一方端部が最も径方向外側に配置されるとともに、前記第１導体の一方端部が前記第２導体の一方端部の径方向内側に配置されるように、前記第１及び第２導体が径方向内側から径方向外側に順次、前記一方向に巻回成形されることにより形成され、前記一方のコイル部における前記第１導体の一方端部と前記他方のコイル部における前記第１導体の一方端部とが電気的に接続されるとともに、前記一方のコイル部における前記第２導体の一方端部と前記他方のコイル部における前記第２導体の一方端部とが電気的に接続されていることを特徴とする。

このようなスイッチトリラクタンスモータは、第１導体と第２導体とを同じ巻き方向で巻回成形した２つのコイルを用いて形成できるので、製作が容易になる。

また、他の一態様では、これら上述のスイッチトリラクタンスモータにおいて、前記固定子は、絶縁膜被覆金属粉末であって強磁性の金属粉末を加圧して固めた圧粉体から成ることを特徴とする。

このようなスイッチトリラクタンスモータでは、圧粉体は、等方磁性かつ比抵抗が大きいため、固定子および磁性部材内に生じる渦電流損が抑制される。

本発明にかかるスイッチトリラクタンスモータは、帯状の導体を２枚重ねてパンケーキ巻きしても、渦電流の発生を抑制できる。

実施形態におけるＳＲモータの構成を示す一部切り欠き断面斜視図である。 前記ＳＲモータにおけるステータの構成を示す一部切り欠き断面斜視図である。 前記ＳＲモータに用いられる励磁コイルの構成を示す断面図である。 前記励磁コイルの模式図である。 各種金属材料のスキンデプス（表皮厚み）を周波数の関数として表したグラフである。 前記ＳＲモータに用いられる励磁コイルの等価回路を示す図である。 比較例の励磁コイルの等価回路を示す図である。 前記ＳＲモータに用いられる励磁コイルの変形例の模式図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

ＳＲモータは、構造の観点から、ラジアルギャップ型のＳＲモータとアキシャルギャップ型のＳＲモータとに大別され、本実施形態は、いずれの型のＳＲモータでもよいが、ここでは、一例として、ラジアルギャップ型のＳＲモータについて説明する。

図１は、実施形態におけるＳＲモータの構成を示す一部切り欠き断面斜視図である。図２は、前記ＳＲモータにおけるステータの構成を示す一部切り欠き断面斜視図である。図１および図２では、ＳＲモータおよびステータは、その内部構造が分かるように、その一部が切り欠かれた状態で図示されている。

実施形態におけるラジアルギャップ型のＳＲモータＭは、例えば、図１において、非回転部分であるステータ（固定子）ＳＴと、ステータＳＴと相対回転可能な、回転部分であるロータ（回転子）ＲＴと、ロータＲＴを回転方向に囲み、ステータＳＴに収納される励磁コイル１０、１０とを備える。これらステータＳＴとロータＲＴとは、径方向に所定の間隔を空けて配置されている。

ロータＲＴは、ロータ本体１２１と、複数のロータ側磁極部１２４とを備え、さらに、図１に示す例では、出力軸１２２と、軸受け部材１２３とを備える。

出力軸１２２は、ロータＲＴの回転力（回転トルク）を外部に取り出すためにロータ本体１２１に取り付けられた回転軸（出力軸、シャフト）である。出力軸１２２は、例えば、円柱状の棒状のロッド部材であり、ロータ本体１２１の軸芯と出力軸の軸芯とが一致するように、ロータ本体１２１に固定されている。

軸受け部材１２３は、出力軸１２２を残してステータＳＴおよびロータＲＴを囲う図略のケーシングに取り付けられ、前記ケーシングに対し、出力軸１２２を回転可能に支持する部材であり、例えば、ベアリング等である。

ロータ本体１２１は、ロータ側磁極部１２４とステータＳＴに設けられる後述のステータ側磁極部１１２との磁気的な相互作用によって、出力軸１２２と共に軸心Ｃ周りに回転する円板状あるいは円柱状の部材であり、磁性材料によって形成されている。

各ロータ側磁極部１２４は、ステータＳＴに設けられる後述の励磁コイル２が励磁した状態でロータ本体１２１が回転した場合に各ステータ側磁極部１１２との間の磁気抵抗の増減が繰り返される形状を有し、磁性材料によって形成されている。より具体的には、各ロータ側磁極部１２４は、軸心Ｃ方向に沿って延びかつ径方向外側に突出する突条形状を有し、これら複数のロータ側磁極部１２４は、ロータ本体１２１の外周面に周方向（回転方向）に所定の間隔を空けて並設するようにそれぞれ設けられている。これらロータ側磁極部１２４は、図１に示す例では、周方向に等間隔で６個である。各ロータ側磁極部１２４は、その先端に、軸心Ｃ方向視においてステータ側磁極部１１２の磁極面１１３と対応する（平行な）円弧状であって、径方向外側に突出する磁極面（ロータ側磁極面）１２５を有する。すなわち、ロータ側磁極面１２５は、径方向視において、径方向外側に凸の突曲面である。また、各ロータ側磁極部１２４の各磁極面１２５は、軸心Ｃ方向視において、出力軸１２２と同心となる共通（同一）の円周上に位置している。

ステータＳＴは、ステータ本体１１１と、複数のステータ側磁極部１１２と、２相に応じた２個の第１系および第２系励磁コイル２（２−１、２−２）とを備える。なお、本実施形態では、２相としたが、１相でも良く、また３相以上であっても良い。また、ステータＳＴは、１相のコアを複数並べる形態であって良く、例えば、中段のコアを２つに割って、断面コ字型コア（Ｕ字型コア）を軸方向に複数並べる形態であって良い。

ステータ本体１１１は、環状の各励磁コイル２−１、２−２を保持する例えば筒状の部材であり、磁性材料によって形成されている。この筒状のステータ本体１１１は、ロータＲＴをその回転方向に囲むと共に、その内側（軸心Ｃ側）に各励磁コイル２−１、２−２を収納（収容）する。また、ステータ本体１１１には、各励磁コイル２−１、２−２における後述の第１および第２コイル接続部２０ａｃ、２０ｂｃを内部から外部へ引き出すための第１および第２接続用孔がその周面に貫通形成されている。なお、前記第１および第２接続用孔は、一体に形成されても良く、個別に形成されてもよい。そして、ステータ本体１１１には、各励磁コイル２−１、２−２における第１および第２口出し部２０ａｂ、２０ｂｂを内部から外部へ引き出すための第１および第２口出し孔がその上下面それぞれに貫通形成されている。

励磁コイル２は、電力の供給を受けることによって磁場を生成する巻線である。励磁コイル２は、本実施形態では、２相で構成されており、より具体的には、出力軸１２２の軸心Ｃ方向に並ぶようにステータ本体１１１に２個配設されている。各励磁コイル２−１、２−２は、環形状を有し、その芯部をロータＲＴが挿通するように、そして、各励磁コイル２−１、２−２の軸とロータＲＴの軸とが一致するように、配置される。この各励磁コイル２−１、２−２は、当該ＳＲモータＭを駆動させるために電流が供給されて励磁した場合に、スイッチトリラクタンス方式よってステータＳＴとロータＲＴとの間の磁気抵抗に基づく回転力をロータＲＴに生じさせる。励磁コイル２−１は、第１相の第１系励磁コイルの一例であり、励磁コイル２−２は、第２相の第２系励磁コイルの一例である。これら各励磁コイル２−１、２−２のより詳細な構成は、後述する。

各ステータ側磁極部１１２は、励磁コイル２（２−１、２−２）が励磁した状態でロータ本体１２１が回転した場合に、ロータ側磁極部１２４との間の磁気抵抗の増減が繰り返される形状を有し、磁性材料によって形成されている。各ステータ側磁極部１１２は、円筒状のステータ本体１１１の内側周面から軸心Ｃ側（径方向内側）に突出する突片形状を有し、これら複数のステータ側磁極部１１２は、ステータ本体１１１の内側周面に周方向（回転方向）に所定の間隔を空けてそれぞれ設けられている。これらステータ側磁極部１１２は、図１および図２に示す例では、周方向に等間隔で６個である。各ステータ側磁極部１１２は、その先端に、軸心Ｃ方向視においてロータＲＴに沿った円弧状であって径方向外側に凹む形状を有する磁極面（ステータ側磁極面）１１３を有する。すなわち、ステータ側磁極面１１３は、径方向視において、径方向外側に凹む凹曲面である。また、各ステータ側磁極部１１２の各磁極面１１３は、軸心Ｃ方向視において、出力軸１２２と同心となる共通（同一）の円周上に位置している。

そして、ステータ側磁極部１１２は、２個（２相）の励磁コイル２−１、２−２に対応して軸心Ｃ方向に２段設けられている。より具体的には、図１および図２に示す例では、ステータ側磁極部１１２は、円筒状のステータ本体１１１における内側周面に周方向に沿って６個、円筒状のステータ本体１１１における軸心Ｃ方向の両端に２段（２個）の合計１２個（＝６個×２段）である。なお、本実施形態では、図１および図２における右側の端部に設けられた各ステータ側磁極部１１２を第１段目のステータ側磁極部１１２ａ、左側の端部に設けられた各ステータ側磁極部１１２を第２段目のステータ側磁極部１１２ｂとも称する。このように各段に設けられたステータ側磁極部１１２ａ、１１２ｂの数は、相互に等しい。また、各段におけるステータ側磁極部１１２ａ、１１２ｂの数は、ロータＲＴのロータ側磁極部２４の数とそれぞれ等しく、本実施形態では６個である。

また、ステータ本体１１１には、その内側周面から軸心Ｃ側にステータ側磁極部１１２と略同じ長さで突出するリング板形状を有する突条部１１４が設けられている。すなわち、ステータ本体１１１の内側周面からステータ側磁極部１１２の磁極面１１３までの長さと、ステータ本体１１１の内側周面から突条部１１４の先端面までの長さとは、略同一である。なお、磁気抵抗を低減する観点から、ステータ側磁極部１１２の磁極面１１３とロータ側磁極部１２４の磁極面１２５との距離は、小さいほど好ましく、突条部１１４の前記先端面とロータ側磁極部１２４の磁極面１２５との距離は、小さいほど好ましい。

第１系励磁コイルの励磁コイル２−１は、第１段目のステータ側磁極部１１２ａと突条部１１４とによって挟まれる位置に配設され、第２系励磁コイルの励磁コイル２−２は、第２段目のステータ側磁極部１１２ｂと突条部１１４とによって挟まれる位置に配設されている。

そして、図２に示すように、各段のステータ側磁極部１１２ａ、１１２ｂの位置は、回転方向（周方向）でずれている。より具体的には、ステータ側磁極部１１２の中央位置（周方向の中央位置）と軸心とを結ぶ線を基準線Ｙａとし、第１段目の各ステータ側磁極部１１２ａの基準線をＹａ１とし、第２段目の各ステータ側磁極部１１２ｂの基準線をＹａ２とした場合に、第１段目の各ステータ側磁極部１１２ａは、その基準線Ｙａ１が第２段目の各ステータ側磁極部１１２ｂにおける周方向で互いに隣接する２個のステータ側磁極部１１２ｂの各基準線Ｙａ２、Ｙａ２の中央に位置するように、配置されている。言い換えれば、第２段目の各ステータ側磁極部１１２ｂは、その基準線Ｙａ２が、第１段目の各ステータ側磁極部１１２ａにおける周方向で互いに隣接する２個のステータ側磁極部１１２ａの各基準線Ｙａ１、Ｙａ１の中央に位置するように、配置されている。図１および図２に示す例では、各段の各ステータ側磁極部１１２ａ、１１２ｂは、６個であるので、周方向に６０度の間隔で配設されている。このため、第１段目の各ステータ側磁極部１１２ａは、その基準線Ｙａ１が第２段目の各ステータ側磁極部１１２ｂの各基準線Ｙａ２に対し反時計回りに（または時計回りに）３０度（＝６０度／２）ずれる位置に、配置されている。言い換えれば、第２段目の各ステータ側磁極部１１２ｂは、その基準線Ｙａ２が第１段目の各ステータ側磁極部１１２ａの各基準線Ｙａ１に対し時計回りに（または反時計回りに）３０度ずれる位置に、配置されている。

そして、このようなステータ本体１１１、突条部１１４およびステータ側磁極部１１２ならびにロータ本体１２１およびロータ側磁極部１２４は、それぞれ磁性材料によって形成され、等方的な所定の磁気特性（透磁率）を有している。これらステータ本体１１１およびステータ側磁極部１１２ならびにロータ本体１２１およびロータ側磁極部１２４は、それぞれ、絶縁膜被覆金属粉末を加圧して固めた圧粉体から成る。前記圧粉体に用いられる金属粉末は、軟磁性粉末であって、強磁性の金属粉末である。前記金属粉末は、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末（例えばＦｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）、或いは、アモルファス粉末が挙げられる。これら軟磁性体粉末は、公知の手段、例えば、アトマイズ法等によって微粒子化する方法や、酸化鉄等を微粉砕した後にこれを還元する方法等によって製造することができる。さらに、上記軟磁性粉末の表面を覆う絶縁膜被覆として、酸化物等の無機材料による皮膜、シリコーン樹脂等の有機材料による皮膜、および、無機材料と有機材料との２層等の複合された皮膜等のうちのいずれかの皮膜が形成されている。これらステータ本体１１１、突条部１１４およびステータ側磁極部１１２は、例えば、本実施形態では、一体で形成されており、また、これらロータ本体１２１およびロータ側磁極部１２４は、例えば、本実施形態では、一体で形成されている。このような軟磁性体粉末によって形成されたステータ本体１１１、突条部１１４およびステータ側磁極部１１２ならびにロータ本体１２１およびロータ側磁極部１２４は、それぞれ、例えば、圧粉形成等の公知の常套手段によって形成される。

なお、ステータ本体１１１およびステータ側磁極部１１２ならびにロータ本体１２１およびロータ側磁極部１２４は、それぞれ、その粉末の粒度や粒度分布、および、成形体密度等により磁気特性を制御でき、例えば、成形体の密度を高くすることで透磁率を高く、粉末の粒度を小さくすることで渦電流損を抑制することが可能である。このため、ステータＳＴやロータＲＴに求められる電磁気特性を実現するために、圧粉体に用いる粉末の粒度や成形体の密度等が調節される。成形体の密度は、純鉄粉の場合、約３．０ｇ／ｃｃ〜約５．０ｇ／ｃｃの範囲では非磁性粉末材料の添加量で調節でき、約５．０ｇ／ｃｃ〜約７．７ｇ／ｃｃの範囲では成形時の加圧力で調節できる。

次に、上述の励磁コイル２（２−１、２−２）についてさらに説明する。これら励磁コイル２−１、２−２それぞれは、互いに同一の構成であるため、添え字を省略し、纏めて説明する。

図３は、前記ＳＲモータに用いられる励磁コイルの構成を示す断面図である。図４は、前記励磁コイルの模式図である。図５は、各種金属材料のスキンデプス（表皮厚み）を周波数の関数として表したグラフである。

励磁コイル２は、例えば、図３に示すように、第１コイル部２ａと、第１コイル部２ａの軸方向の他方側（図３に示す例では紙面下側）に積層された第２コイル部２ｂとを備える。

第１コイル部２ａは、コイル本体部２０ａａと、第１コイル接続部２０ａｃと、第１口出し部２０ａｂとを備える。この第１コイル部２ａは、所定の幅で一方向に長尺な帯状（テープ状、リボン状）の第１導体２１ａおよび第２導体２２ａとによって形成されている。

第１導体２１ａと第２導体２２ａとは、この実施形態では、互いにほぼ同じ構成を採っており、両端部を除き絶縁材で絶縁被覆され、所定の厚さを有するアルミニウムからなる。第１導体２１ａおよび第２導体２２ａそれぞれの厚さ（この例ではアルミニウムの厚さ）は、励磁コイル２に給電される駆動周波数（使用周波数）に対するスキンデプス（表皮厚み）以下の厚さであり、これによってその渦電流損がより低減できる。一般に、コイルに流れる電流は、スキンデプスまでの範囲でしか流れず、導体断面全体に一様に電流が流れない。したがって、第１および第２導体２１ａ、２２ａの厚みをスキンデプス以下に設定することで渦電流損が減少できる。スキンデプスδは、一般に、δ＝（ρ／πｆμ）^１／２である（ただし、ｆ；駆動周波数、μ；導体部材の透磁率、ρ；導体部材の電気伝導率）。なお、図５には、各種金属材料のスキンデプスδが周波数の関数としてグラフで示されている。

第１コイル部２ａのコイル本体部２０ａａは、第１導体２１ａと第２導体２２ａとが互いに厚さ方向に重ね合わされた状態で、径方向内側から径方向外側に順次、図４の反時計方向（一方向）に巻回成形されることによりパンケーキ状に形成されている。この状態で、第１導体２１ａの一方端部２１ａａが最も径方向外側に配置されるとともに、第２導体２２ａの一方端部２２ａａが第１導体２１ａの一方端部２１ａａの径方向内側に、第１導体２１ａの一方端部２１ａａに隣接して配置されている。

第１コイル部２ａの第１コイル接続部２０ａｃは、コイル本体部２０ａａの径方向外側部に形成されており、第１および第２導体２１ａ、２２ａの各一方端部２１ａａ、２２ａａの各一部である。

第１コイル部２ａの第１口出し部２０ａｂは、コイル本体部２０ａａの径方向内側部に形成されており、第１および第２導体２１ａ、２２ａの各他方端部２１ａｂの各一部である。

一方、第２コイル部２ｂは、第１コイル部２ａと同様に、コイル本体部２０ｂａと、第２コイル接続部２０ｂｃと、第２口出し部２０ｂｂとを備えており、この第２コイル部２ｂも、上述の第１コイル部２ａと同様に、所定の幅で一方向に長尺な帯状（テープ状、リボン状）の第１導体２１ｂおよび第２導体２２ｂとによって形成されている。

第１導体２１ｂと第２導体２２ｂとは、この実施形態では、互いにほぼ同じ構成を採っており、両端部を除き絶縁材で絶縁被覆され、所定の厚さを有するアルミニウムからなる。第１導体２１ｂおよび第２導体２２ｂそれぞれの厚さ（この例ではアルミニウムの厚さ）は、励磁コイル２に給電される駆動周波数（使用周波数）に対するスキンデプス（表皮厚み）以下の厚さであり、これによってその渦電流損がより低減できる。

そして、第２コイル部２ｂのコイル本体部２０ｂａは、第１導体２１ｂと第２導体２２ｂとが互いに厚さ方向に重ね合わされた状態で、径方向内側から径方向外側に順次、第１コイル部２ａと同じ巻方向に、すなわち、図４の反時計方向（一方向）に巻回成形されることによりパンケーキ状に形成されている。この第２コイル部２ｂにおけるコイル本体部２０ｂａの幅および長さは、第１コイル部２ａにおけるコイル本体部２０ａａと略同じである。

ただし、この第２コイル部２ｂのコイル本体部２０ｂａは、第１コイル部２ａと異なり、図４に示すように第２導体２２ｂの一方端部２２ｂａが最も径方向外側に配置されるとともに、第１導体２１ｂの一方端部２１ｂａが第２導体２２ｂの一方端部２２ｂａの径方向内側に、第２導体２２ｂの一方端部２２ｂａと隣接して配置されている。

第２コイル部２ｂの第２コイル接続部２０ｂｃは、コイル本体部２０ｂａの径方向外側部に形成されており、第１および第２導体２１ｂ、２２ｂの各一方端部２１ｂａ、２２ｂａの各一部である。

第２コイル部２ｂの第２口出し部２０ｂｂは、コイル本体部２０ｂａの径方向内側部に形成されており、第１および第２導体２１ｂ、２２ｂの各他方端部２１ｂｂの各一部である。

そして、このように成形された第１および第２コイル部２ａ、２ｂを備える励磁コイル２は、第１および第２口出し部２０ａｂ、２０ｂｂがステータＳＴ内を引き回されて前記第１および第２口出し孔から軸方向の外側に出されるとともに、第１および第２コイル接続部２０ａｃ、２０ｂｃが前記第１および第２接続用孔から周方向の外側に引き出されるようにして、図１および図２に示すように、ステータＳＴに収容される。すなわち、上述したように、第１系励磁コイルの励磁コイル２−１は、第１段目のステータ側磁極部１１２ａと突条部１１４とによって挟まれる位置に配設され、第２系励磁コイルの励磁コイル２−２は、第２段目のステータ側磁極部１１２ｂと突条部１１４とによって挟まれる位置に配設される。

そして、前記第１および第２接続用孔から出された第１コイル接続部２０ａｃと第２コイル接続部２０ｂｃとが、リード線等によって電気的に接続されている。すなわち、第１コイル部２ａの第１導体２１ａにおける一方端２１ａａは、第２コイル部２ｂの第１導体２１ｂにおける一方端２１ｂａにリード線等によって電気的に接続され、第１コイル部２ａの第２導体２２ａにおける一方端２２ａａは、第２コイル部２ｂの第２導体２２ｂにおける一方端２２ｂａにリード線等によって電気的に接続される。

これにより、第１コイル部２ａと、その第１コイル部２ａの軸方向の一方側（図４の下側）にパンケーキ状の第２コイル部２ｂが形成され、軸方向で積層された２つのコイル部２ａ、２ｂを有する励磁コイル部２が得られる。このようにＳＲモータＭに用いられる励磁コイル２は、第１導体２１（２１ａ、２１ｂ）と第２導体２２（２２ａ、２２ｂ）とを同じ巻き方向で巻回成形した２つのコイルを用いて形成できるので、製作が容易になる。

このようなＳＲモータＭでは、励磁コイル２（２−１、２−２）のインダクタンスは、ロータＲＴが回転している場合に、ステータＳＴのステータ側磁極部１１２とロータＲＴのロータ側磁極部１２４とにおける重なりの程度によって変化する。この励磁コイル２のインダクタンスがロータＲＴの回転に伴って増加している間に、励磁コイル２に電流を供給すると、ロータＲＴには、磁気抵抗を低減するべく前記重なりの程度を増加させるように回転方向にトルクが働き、ＳＲモータＭは、加速する。ステータＳＴのステータ側磁極部１１２とロータＲＴのロータ側磁極部１２４とが完全に重なると、ステータＳＴおよびロータＲＴにおける磁気回路の磁気抵抗（リラクタンス）は、最小となり、磁気吸引力は、径方向だけとなって回転方向にトルクは、生じない。そして、この励磁コイル２のインダクタンスがロータＲＴの回転に伴って減少している間に、励磁コイル２に電流を供給すると、ロータＲＴには、磁気抵抗を低減するべく前記重なりの程度の減少を妨げるように回転方向と逆方向にトルクが働き、ＳＲモータＭは、減速する。このため、各段において、ロータＲＴのロータ側磁極部１２４がステータＳＴのステータ側磁極部１１２に完全に重なった際に、各励磁コイル２−１、２−２の各電流供給を停止し、ロータＲＴのロータ側磁極部１２４がステータＳＴにおける回転方向で次のステータ側磁極部１１２に近づいた際に、各励磁コイル２−１、２−２の各電流供給を再開することで、ロータＲＴは、連続的に回転することができる。

このようなＳＲモータＭは、第１導体２１（２１ａ、２１ｂ）と第２導体２２（２２ａ、２２ｂ）とを２枚重ねにすることで、例えば１つの導体を同じ径の１つのシングルパンケーキ巻に成形した励磁コイルに比べて巻数が半減するが、軸方向に積層された第１および第２コイル部２ａ、２ｂが直列となって２倍になり、励磁コイル全体の巻数は、不変となる。一方、導体断面積は、上記の１つのパンケーキ状のコイル部に比べて多くなり、コイル部全体の直流抵抗を小さくできる。

図６は、前記ＳＲモータに用いられる励磁コイルの等価回路を示す図である。図７は、比較例の励磁コイルの等価回路を示す図である。そして、例えば第１導体２１の厚さ方向の一方面側に第２導体２２が配置されて第１コイル部および第２コイル部が巻回成形されると、図７に示すように第１導体２１と第２導体２２とによって形成される有限面積のエリア（図７に斜線で示す部分）を貫通する交流漏れ磁束線ｑ３が誘導起電力ｐ３を発生してしまうおそれがある。

一方、上述のＳＲモータＭでは、第１コイル部２ａは、第１導体２１ａの一方端部２１ａａが最も径方向外側に配置されるとともに、第２導体２２ａの一方端部２２ａａが第１導体２１ａの一方端部２１ａａの径方向内側に配置され、第２コイル部２ｂは、第２導体２２ｂの一方端部２２ｂａが最も径方向外側に配置されるとともに、第１導体２１ｂの一方端部２１ｂａが第２導体２２ｂの一方端部２２ｂａの径方向内側に配置されている。換言すれば、第１コイル部２ａと第２コイル部２ｂとで、第１導体２１と第２導体２２のそれぞれの一方端部の径方向位置が逆になるように配置されている。そして、第１コイル部２ａにおける第１導体２１の一方端部２１ａと第２コイル部２ｂにおける第１導体２１の一方端部２１ａとが電気的に接続されるとともに、第１コイル部２ａにおける第２導体２２の一方端部２２ａと第２コイル部２ｂにおける第２導体２１の一方端部２１ａとが電気的に接続されている。

これにより、図６に示すように第１および第２コイル部２ａのそれぞれの第１導体２１（２１ａ、２１ｂ）および第２導体２２（２２ａ、２２ｂ）への通電に伴って第１コイル部２ａにおける第１導体２１ａと第２導体２２ａとで形成されるループを軸方向に貫通する磁束線ｑ１と、第２コイル部２ｂにおける第１導体２１ｂと第２導体２２ｂとで形成されるループを軸方向に貫通する磁束線ｑ２との向きが互いに反対になる。したがって、軸方向で互いに隣接する第１コイル部２ａと第２コイル部２ｂとの各導体２１（２１ａ、２１ｂ）、２２（２２ａ、２２ｂ）に生じる誘導起電力が相殺され、これによって、渦電流が効果的に抑制される。

さらに、上述のＳＲモータＭは、第１および第２導体２１（２１ａ、２１ｂ）、２２（２２ａ、２２ｂ）それぞれがスキンデプス以下の厚さであるので、第１および第２導体２１、２２それぞれで生じる渦電流をさらに効果的に抑制できる。

以上より、上述のように構成された励磁コイル２を用いたＳＲモータＭは、帯状の導体２１、２２を２枚重ねてパンケーキ巻きしても、渦電流の発生を抑制でき、効率の低下を抑制できる。

なお、上述の実施形態では、第１コイル部２ａと第２コイル部２ｂとにおいて、第１導体２１ａ、２１ｂと第２導体２２ａ、２２ｂとは、それぞれの一方端部２１ａａ、２２ａａ；２１ｂａ、２２ｂａの径方向位置が逆になるように配置されたが、この形態のものに限らず、適宜に変更できる。

図８は、前記ＳＲモータに用いられる励磁コイルの変形例の模式図である。例えば図８に示すように、第１コイル部２ａと第２コイル部２ｂとにおいて、第１および第２導体２１ａ、２２ａ；２１ｂ、２２ｂの巻方向を互いに逆にし（図８に示す例では、第１コイル部２ａは、径方向内側から外側に反時計方向に巻回され、第２コイル部２ｂは、径方向内側から外側に時計方向に巻回されている。）、第１および第２コイル部２ａ、２ｂにおける各第１導体２１ａ、２１ｂの各一方端部２１ａａ、２１ｂａが最も径方向外側に配置されるとともに、第２導体２２の一方端部２２ａａが第１導体２１ａの一方端部２１ａａの径方向内側に配置されるようにする。そして、第１コイル部２ａにおける第１導体２１ａの一方端部２１ａａと第２コイル部２ｂにおける第１導体２１ｂの一方端部２１ｂａとが電気的に接続されるとともに、第１コイル部２ａにおける第２導体２２ａの一方端部２２ａａと第２コイル部２ｂにおける第２導体２２ｂの一方端部２２ｂａとが電気的に接続されたものとする。

このような構成の励磁コイル２も、第１および第２コイル部２ａ、２ｂのそれぞれの第１導体２１ａ、２１ｂおよび第２導体２２ａ、２２ｂへの通電に伴って第１コイル部２ａにおける第１導体２１ａと第２導体２２ａとで形成されるループを軸方向に貫通する磁束線ｑ１（図６参照）と、第２コイル部２ｂにおける第１導体２１ｂと第２導体２２ｂとで形成されるループを軸方向に貫通する磁束線ｑ２との向きを互いに反対にできる。これにより、軸方向で互いに隣接する第１コイル部２ａと第２コイル部２ｂの各導体２１（２１ａ、２１ｂ）、２２（２２ａ、２２ｂ）に生じる誘導起電力が相殺され、これによって、渦電流が効果的に抑制され、渦損を抑えることができる。

すなわち、図８では、２つのコイル部２ａ、２ｂにおける一方のコイル部（例えば第１コイル部２ａ）は、第１導体２１の一方端部が最も径方向外側に配置されるとともに、第２導体２２の一方端部が第１導体２１の一方端部の径方向内側に配置されるように、第１および第２導体２１、２２が径方向内側から径方向外側に順次、一方向に巻回成形されることにより形成されており、２つのコイル部２ａ、２ｂにおける他方のコイル部（例えば第２コイル部２ｂ）は、第１導体２１の一方端部が最も径方向外側に配置されるとともに、第２導体２２の一方端部が第１導体２１の一方端部の径方向内側に配置されるように、第１および第２導体２１、２２が径方向内側から径方向外側に順次、前記一方のコイル部とは巻方向が逆となる他方向に巻回成形されることにより形成され、一方のコイル部の第１導体２１の一方端部と他方のコイル部の第１導体２１の一方端部とが電気的に接続されるとともに、一方のコイル部の第２導体２２の一方端部と他方のコイル部の第２導体２２の一方端部とが電気的に接続されている。

また、上述の実施形態では、励磁コイル２は、第１コイル部２ａと第２コイル部２ｂとの２つから構成されたが、この形態のものに限らず、軸方向に３つ以上のコイル部を積層させてもよい。好ましくは、軸方向に偶数個のコイル部が積層される。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｍ スイッチトリラクタンスモータ
ＳＴ ステータ
ＲＴ ロータ
２ 励磁コイル
３ 磁性部材
２１ 第１導体
２２ 第２導体

Claims (3)

1. 回転子と、
   前記回転子を回転方向に囲む励磁コイルと、
   前記励磁コイルを収納する固定子とを備え、
   前記励起コイルは、１相で、軸方向で積層された複数のコイル部を備え、
   前記各コイル部は、互いに電気的に並列接続される２つの帯状の第１および第２導体が絶縁層を挟んで互いに厚さ方向に重ね合わされるように配置された状態で、前記第１導体と第２導体とが巻回成形されることによりパンケーキ状に形成され、
   前記軸方向で互いに隣接する２つのコイル部は、各コイル部の第１および第２導体への通電に伴って各コイル部を貫くように形成される磁束線の向きが互いに反対になるように、前記２つのコイル部のうちの一方のコイル部における前記第１導体の一方端部とその他方のコイル部における前記第１導体の一方端部とが電気的に接続されるとともに、前記一方のコイル部における前記第２導体の一方端部と前記他方のコイル部における前記第２導体の一方端部とが電気的に接続されるように構成され、
   前記第１および第２導体それぞれは、駆動周波数に対応したスキンデプス以下の厚さであること
   を特徴とするスイッチトリラクタンスモータ。
2. 前記一方のコイル部は、前記第１導体の一方端部が最も径方向外側に配置されるとともに、前記第２導体の一方端部が前記第１導体の一方端部の径方向内側に配置されるように、前記第１および第２導体が径方向内側から径方向外側に順次一方向に巻回成形されることにより形成されており、
   前記他方のコイル部は、前記第２導体の一方端部が最も径方向外側に配置されるとともに、前記第１導体の一方端部が前記第２導体の一方端部の径方向内側に配置されるように、前記第１及び第２導体が径方向内側から径方向外側に順次、前記一方向に巻回成形されることにより形成され、
   前記一方のコイル部における前記第１導体の一方端部と前記他方のコイル部における前記第１導体の一方端部とが電気的に接続されるとともに、前記一方のコイル部における前記第２導体の一方端部と前記他方のコイル部における前記第２導体の一方端部とが電気的に接続されていること
   を特徴とする請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
3. 前記固定子は、絶縁膜被覆金属粉末であって強磁性の金属粉末を加圧して固めた圧粉体から成ること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイッチトリラクタンスモータ。