JPH02164250A - 多極リラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、　産業上の利用分舒 本発明は多極リラクタンスモータに関し、小型でしかも
大トルクが得られるように大容量化を企図し更に力率も
改善したものである。

Ｂ　発明の概要 本発明は、電機子となる固定子により、回転子にリラク
タンストルクを発生させるようにしたものである。しか
も固定子は、回転磁界を生じさせるために歯のついたリ
ング状の鉄心と■結線のリング状コイルとを一定条件で
配列して構成され、回転子はリング状で厚み方向にＮＳ
極が着磁されかつ周方向にＮＳ極が交互に逆に着磁され
た永久磁石を有し、この永久磁石の外周に磁性板を積層
してなる磁極をＮＳ極に対応して配置することにより構
成している。

Ｃ従来の技術とそのｌ！ｌ！題 リラクタンストルクを利用するリラクタンスモータとし
ては、従来、第３図ないし第５図に示す固定子を有し、
これらの図に示すように、ヨーク１．鉄心２．コイル３
．スロット４があり、コイル３は亀甲型に形成されてそ
の直線部がスロット４内に嵌め込まれる構造となってい
る。そして、このコイル３はＹｖ３ｎされて三相電源に
接続され回転磁界を生ずるものである。

一方、リラクタンスモータの回転子は、強磁性体で形成
された塊状であって、磁気凹凸性を有する構造が一般的
である。

ところが、この種モータは、今まで、小容呈のものしか
作られていないのが現状である。

これは、大トルクを発生させるべく極数を多くすると励
磁電流が増大して力率・効率とも低下すること、極数増
大に伴いスロットも多数となって機械の体格が極めて大
形になること、コイルエンド部の増大に伴い更に体格が
大形化し銅損も大きくなること等に基因する。

このため、本発明者は全く新規なリラクタンスモータと
して次のような固定子（電機子）を提案した。ここで、
この新たな固定子を原理から説明する。

第６図は簡単のためＮＳ極を有する永久磁石からなる２
極の回転子５と固定子６とを示し、第７図は第６図■−
■断面であって第８図に示すリング状のコイル７ｍ、７
ｂを固定子の周方向に配置した例を示している。第７図
において、２個のコイル７ａ、？ｂにより固定子６の歯
を通る磁束をφ１φ２φ３と仮定する。

一方、コイル７ａ、７ｂはＵ相からＶ相へ右巻きに巻回
し、更にＷ相からＶ相へも右巻きに巻回して、三相交流
を通電する。このようにするとコイル７ａ、７ｂによっ
て第９図に示す鎖交磁束φ、φ５を生ずる。すなわち、
第１０図に示すベクトル図にて電圧Ｖ、がＵからＶへ向
うベクトルで、電圧ｖｂがＷからＶに向うベクトルとな
る。そして、 ｖ＝ｖ幽ωｔとすれば、 ｖ＝−ｖｍ（ωｔ　　３π）となる。

コイル７ａに鎖交する磁束φ、とコイル７ｂに鎖交する
磁束φゎは、φ、　＝　ｆ　ｖａｄｔ、φ、＝　Ｉｖｂ
ｄｔとなる。

したがって、 φ、＝＝　ｆｖａｄｔ＝　ｆ　ｖ０ρｍωｔｄｔ−＝’
　ｃｏｏ　（（Ｌｌ　ｔ　−ｒｒ）Ｏ」 第７図、第９図にてφ１＝φ、、φ３＝−φ。の関係に
あるから、φ２は次式となる。

したがって、 φ、＝５慟（ωｔ−π） ω φ２−５（１）（ωｔ　３π） ω こうして、磁束φ、φ２φ３は互にｉπずつずれた磁束
となる。

以上の結果、第１１図に示す三相交流を■結線コイル７
ａ、７ｂに通電することにより、第１２図に示すように
固定子には電気角で１２０°ずっずれた各相の磁束が生
じ、図示の如（、ｕ、ｖ、ｗ相にて模擬的に矩形に示す
磁極を生ずることになる。

しかも、このａｌ極は、第１２図［ａｌ　（ｂｌ　（Ｃ
）　ニ示すように時間と共に順に変化することになる。

すなわち、第１１図に示すように時刻ｔにて第１２図（
ａｌ、時刻ｔ２にて第１２図（ｂｌ、時刻ｔ３にて第１
２図＋ｃ＋に示す磁極分布状態となる。

この第１２図（ａ）　ｆｂ）　ｔｃ＋において、記号「
Ｎ」ｒｓＪは最大磁界、ｒｎｎ」　ｒｓｓＪ１土中磁界
（最大磁界０．８６６）　、ｒｎＪ　　ｒｓＪは弱磁界
（最大磁界の０．５）をそれぞれ示しており、時刻１１
１２１．の変化により第１２図（ａｌ　（ｂｌ　（ｃｌ
のパターンに磁極が変化する。そしてこのパターンは、
第１２図（ａｌを例にとると、第１２図（ａｌにおいて
、ｘｙ座標を採り、例えばｙ軸上の１１点でＸ方向の磁
界を積分してこの積分値を１１点の磁界の強さとする。

ｙ２点でも同様となる。すなわち任意のｙ、、点の磁界
の強さを求めそれをｙ軸上に展開すると完全ではないが
正磁波分布となった。

以上の結果、固定子６の周方向に正弦波に分布した磁極
が生じ、その磁極位置が第１２図（ｄｌに示すように時
刻の進行と共に順にずれて回転磁界を生ずることとなっ
た。

次に励磁コイル（リング状コイル）につき説明する。第
１３図に示すようにコイルＮを巻回したコアを考えると
き、第１３図（ａｌと第１３図（ｂｌとのエアギャップ
Ｇが同じで、このギャップＧに要する磁界の強さが同じ
であるから、各歯に巻回したコイルの起磁力も同じであ
る。してみると、第１３図（ａｌと第１３図（ｃｌとに
よって歯の数が異なっていても第１３図（ｃｌの全体を
励磁することで、起磁力が一定となる。すなわち、１個
のコイルで所望の磁界の強さを得ることができる。

このよう′な原理に基づく固定子の具体的な構造として
は、第１４図および第１５図に示すものとした。つまり
、３個のリング状の鉄心２０と２個のリング状のコイル
２１を有しており、リング状の鉄心２０は第１５図にも
示すように、その内周壁に周方向に沿って複数個の１２
２が設けられている。一方、リング状の鉄心２０間に介
在されろリング状のコイル２１は２個のリング状のコイ
ル２１の引出し線を■結線に接続している。

リング状の鉄心２０の３個のものは、同一形状の歯２２
の形を有し、それぞれの鉄心２０は第１５図の如く電気
角で１２０°ずつ相互にずれるように配置されろ。また
、各リング状の鉄心２０相互はその外周にヨーク２３が
橋架されて磁気的に結合される。

しかしながら、上述の如き新規な固定子を提案してもリ
ラクタンスモータの回転子としては、なお、小容量のス
テップモータにみられる単なる塊状の磁気凹凸性を有す
る構造であって、うず電流積が大きく、第６図に示され
る永久磁石を採用したとしても大容量化は無理である。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑み小形のわりに大き
なトルクを発生させる大容量化したリラクタンスモータ
にあって、前述の新規に提案された固定子にみあう新規
な回転子の提供を目的とする。

Ｄ、　　ｆｆ１題を解決するための手段上記目的を達成
する本発明は、内周面に周方向に沿って複数個の歯を等
配に形成した３個のリング状の鉄心を、電気的に１２０
°ずつずらして同軸心となるように軸方向にならべて配
置し、上記３個ならんだ鉄心の間にこの鉄心と同軸心と
なるようにリング状コイルを２個介在させ、この２個の
リング状コイルを■結線に接続して三相電源に接続する
構成の固定子に対して、 リング状であって径方向厚み方向にＮＳｉを有ししかも
このＮＳ極が周方向にそって交互に逆方向に等配に着磁
された永久磁石を備え、このリング状の永久磁石の外周
に周方向に磁性板を積層した磁極を上記永久磁石のＮＳ
極に対応して等配に備えた構成とした回転子を得ること
を特徴とする。

Ｅ　　作　　　　用 軸方向に通る磁束を積層磁性板からなる磁極によりうず
電流等を軽減して好適に集め通すことができ、しかも径
方向にはその位置に応じた直流磁束となって、永久磁石
同期回転子となる。

Ｆ実施例 ここで、第１図及び第２図を参照しつつ本発明の詳細な
説明する。第１図は固定子の内側に配置されろ回転子の
一部を示したものである。第１図（ａｌにおいて、回転
子３０のシャフトのまわりには、リング状の永久磁石３
１が配置されろ。この永久磁石３１は、径方向でその厚
み方向にＮＳ極を有ししかもこのＮＳ極が周方向にそっ
て交互に逆方向となるように着磁されている。この場合
、周方向に逆方向に配列されろＮＳ極は、後述の磁極と
対応するように等配に備えられろ。また、永久磁石３１
を形成するに当っては、棒（柱）状のＮＳに着磁された
磁石を互いに密着して配列してリング状に形成してもよ
（、また、この棒（柱）状磁石を間欠的にリング状に配
列して形成してもよい。当然リング状に形成された材料
にＮＳを交互に第１図（ａ）の如く着磁して形成するこ
ともできろ。こうして、回転子のシャフト側にはリング
状の永久磁石３１が設けられる。

リング状の永久磁石３１の外周には、磁性板が積層され
た磁極３２が備えられる。この磁極３２は、回転子３０
の周方向に沿って磁性板を積層することにより形成され
、永久磁石３１のＮＳ極上に対応して周方向に等配に備
えられる。なお、磁極３２間には非磁性材が介在され磁
極３２を固定することになる。

固定子２０のコイル２１によって生ずる電源周波数に比
例した交番磁界は、第１図（ｂ）。

第２図に示すように回転子３０の軸方向に通り磁極３２
に集まる。ところが、各歯における磁性は、Ｎ極かＳ極
かに固定されたものとなる。すなわち、径方向の磁束は
直流磁束となる。この結果、永久磁石３１を磁極３２に
合わせて配列することにより同期機の回転子になる。

発明の詳細 な説明したように本発明によれば、提案された固定子に
みあう新規な回転子を得ることができ、大容量化したリ
ラクタンスモータを得ることができろと共に、同期機と
することにより力率を向上できるので励磁電流が減少し
、また、空隙部磁束密度を向上することができ出力トル
クを更に大きくすることができろ多大な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例で、第１図（ａｌ
は一部構成図、第１図（ｂｌは一部拡大斜視図、第２図
は固定子と回転子との説明図、第３図は従来固定子の展
開図、第４図は第３図の■−■断面図、第５図は第３図
の■−■断面図、第６図ないし第１５図は固定子の説明
のためのもので、第６図は２極機の簡略構成図、第７図
は第６図の■−■断面図、第８図はリング状のコイルの
結線状態図、第９図は鎖交磁束の説明図、第１０図は三
相ベクトル図、第１１図は三相電流波形図、第１２図（
ａｌ　（ｂ）　ｔｃ＋は磁極パターンの状態図、第１２
図ｆｄ）は正弦波分布の進行状態図、第１３図は励磁電
流の説明図、第１４図は固定子の斜視図、第１５図は固
定子の展開図である。 図 中、 ０は鉄心、 １はコイル、 ２は歯、 ０は回転子、 １は永久磁石、 ２は磁極である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 円筒状をなして固定設置された固定子と、この固定子の
   内周側に同心状態で位置して回転自在に支持された回転
   子と、を有し、 前記固定子は、内周面に周方向に沿って複数個の歯を等
   配に形成した３個のリング状の鉄心を、電気的に１２０
   °ずつずらして同軸心となるように軸方向にならべて配
   置し、上記３個ならんだ鉄心の間にこの鉄心と同軸心と
   なるようにリング状コイルを２個介在させ、この２個の
   リング状コイルをＶ結線に接続して三相電源に接続する
   構成となっており、 前記回転子は、リング状であって径方向厚み方向にＮＳ
   極を有ししかもこのＮＳ極が周方向にそって交互に逆方
   向に等配に着磁された永久磁石を備え、このリング状の
   永久磁石の外周に周方向に磁性板を積層した磁極を上記
   永久磁石のＮＳ極に対応して等配に備えた構成としたこ
   とを特徴とする多極リラクタンスモータ。