JPH03159531A

JPH03159531A - レラクタンス回転機

Info

Publication number: JPH03159531A
Application number: JP2219877A
Authority: JP
Inventors: John Michael Stephenson; ジョン　マイケル　スティーブンソン
Original assignee: Nidec SR Drives Ltd
Current assignee: Nidec SR Drives Ltd
Priority date: 1989-08-21
Filing date: 1990-08-21
Publication date: 1991-07-09
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: EP0414507A1; DE69010289T2; GB8919024D0; ES2055871T3; SG34357G; DE69010289D1; JP2960128B2; EP0414507B1

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】（産業」二の利用分野）本発川は、モータや発電機として働くレラクタンス四転
機に関する。本発門は、とくに極数切換えレラクタンス
一転機にとって適切である。

（従来の技術及び発四が解決しようとする課題）第１図
は、３相６極固定子／４極口転子電動機用の既知の因定
子ゐ２つの形式を示す半断面図である。園定子鉄心は、
複数の薄板をＶＩＪｆ４Ｌて構成される。図中の巻線は
、３相を線Ａ，Ａ’　、Ｂ，Ｂ’　、Ｃ及びＣ′を形成
し、巻線ＡＡ’　、ＢＢ’及びＣＣ’　は、２つひと組
になって相互に接続され相巻線を形成している。各形式
の電動機は、回転子２と、「鉄心裏面」部分６及び固定
子桶８をもつ固定子鉄心４とを有する。

左側に示す形式の鉄心は、一般に矩形断面の巻線長を何
し（紙面を貫く方向から見ると）、その巻線長が位置す
る圃定子極間の各隙間に相補形状の角が形成されている
。この巻線断面と角との相補形状は、矩形断面の巻線長
が、巻線の１つの側面とのみ面接触しもう１つの側面に
ついては支持が縁接触でなされるような形状の隙間に位
許する、右側に示した形式の鉄心のそれよりすぐれてい
ると認められる。左側に示した配代がすぐれていると考
えられる理山は、巻線と固定子鉄心との間の熱接触が右
側の配八に比べ良好だからである。その上、磁気回路の
鉄心裏面部分の有効深さがより大きいため、磁気ｉｔ抗
のより小さい磁気回路が形成されるからである。鉄心裏
面部分は、極どうしをつなぐ薄板層として考えられる。

しかしながら、固定子極間の底面をほぼ弧状とした第１
図の右側の薄板設計は、矩形断面をもたない在線にとっ
てはより適合的といえる。なぜなら、より大きな隙間が
在線それ自体に利用できるからである。

一転子が回転すると、相巻線のインダクタンスは周期的
に最大値と最小値との間で変化する。当業者達が従来よ
り考えてきたことは、レラクタンス電動機の出力を向上
させるためには、相巻線の最大インダクタンスに対して
その最小インダクタンスを小さくし、かつ、最大インダ
クタンスの位置での磁気回路の磁気瓜抗を最小化するこ
とが有益であるという点である。この点、設計者達は、
これらの要凶を最大眼に生かそうと、固定子極間に巻線
に十分な隙間を設けたり、磁束の流通に十分なだけの積
１ｉ鋼板を備えたりしていた。

従って、こうした考慮に基づいて設計された既知のレラ
クタンス回転機は、概ね第１図に示す形式の方向に沿っ
て発達してきた。従来、薄板で形成された固定子極間の
隙間には磁性材料が存在してはならないということが重
要だと考えられてきた。もし前記隙間に磁性積層材料が
存在すれば、最小インダクタンスの位置において励磁さ
れた固定子巻線をつなぐ磁束が増加し、これによって最
小インダクタンスが増加するであろうと常に考えられて
きたからである。当業者は、前記隙間に磁性材料を配置
することを、良いレラクタンスモー夕の設計実践に反す
る不都合として避けてきた。

とくに、隣接する極どうし間の共通の隙間を共有する隣
接の巻線長どうしの間の空所は、決して磁性材料でうめ
られることはなかった。そのような空所は、通常、予め
巻いた巻線を隣接極に装入した際に生じる。

本発明の目的は、従来のレラクタンス回転機の設計実践
に見られた限界を克服するレラクタンス回転機の構造を
提供することである。

（発明の概要）本発明によれば、一次究極を形成する一次鉄心をａする
一次側と、二次極を有し、前記一次側に対して回転可能
な二次側と、それぞれが少なくとも１つの一次極に巻回
されてそれを励磁し、その側部が一般に前記二次側の前
記一次側に対する回転軸の方向に伸長している複数の巻
線とから構成され、前記鉄心の材料は、さらに、回転軸
に対して半径方向に前記二次側に向かって、隣接する一
次極間の各隙間に共に配置された隣接する鉄心側部の間
に伸長しているレラクタンス回転機が提供される。

通常、それぞれの券線は、長く伸びた環状体であって、
一次極間の隙間に配置された２つの平行なストレートサ
イドをもつ極に巻回されている。

奸ましくは、巻線側部の断面は、回転軸の方向に沿って
見て、春線の寸法や形状、構成方法に応じて長方形、あ
るいはより円形または楕円形であるのが良い。隣接する
在線側部の間にあって半径方向に伸長している鉄心材料
は、一般にテーパ形状である。しかし、その半ｉソ方向
に伸びる部分とこれに隣接する極との問に形成される満
は、そこに位ペする巻線の断面と形状が一致するのが好
ましい。また、巻線の側部は、満を形成する鉄心材料と
接触するのが望ましい。ある形式では、半径方向に伸び
た部分とそれに隣接する極との間に形成された溝のそれ
ぞれは、底部が平坦である。あるいは、場合によっては
、前記溝の底部は、断面が弧状あるいは湾曲しているこ
とが好ましい。

鉄心の半径方向の各伸長部分によって形成された突起は
、隣接する巻線側部どうしの間でその巻線の角まである
いは半径方向に角を越えて突き出て良い。好ましくは、
巻線側部は、構を形成する材料のほぼすべてと接触して
いる。または、巻線は単に前記材料の側部とのみ接触し
ても良い。さらに、巻線は満の一面または底部と接触す
るだけでも良い。好ましくは、鉄心は、鋼材のような強
磁性体の薄板を積層して構成されている。

（実施例）本発明はさまざまな方法で実施できるが、以下では、そ
のいくつかを例をもって図面に基づいて説明する。ここ
で、第２図は、本発叩の２つの実施例を示す複合断而囚
、第３図は、本発明の別の２つの実施例を示すモータの
一部の断面国である。

第２図と第３図の双方ともそれぞれ、完全なモータの一
部分を２つ示しており、その異なる２つの部分の間の破
線によって細分される。容易に理解されるように、各場
合における完全なモータは、完全な鉄心と回転子を有す
る。しかし、異なる設計の鉄心形状を用いて同じ鉄心を
作ることが可能である。

第２図の左側半分は、内部に回転子１２がはめ込まれた
固定子鉄心１０を有する極数切換えレラクタンス電動機
を示している。固定子鉄心１０は、固定子極１４を形成
する磁性鋼板を積層して構成され、その固定子極１４は
、四転子１２の軸に平行に伸長し、かつ、鉄心裏面部分
１６から半径方向に内部に向かって突き出ている。絶縁
された導電巻線１８は、文字Ａ，Ａ’　　Ｂ，Ｂ’　、
Ｃ，Ｃ′で示すように（同じ文字の組はそれぞれ１つの
巻線を示している）、それぞれの固定子極１４の回りに
巻回されている。各巻線１８は、固定子極間の隙間に配
代されたストレート形の巻線側部をもつ長く伸びた環状
体である。

回転子１２は、これは左側の実施例と右側の実施例とで
同じものであるが、４つの等角距離の回転子極２０を形
成する積層された強磁性鋼材で構成されている。巻線の
使用は、回転子極に向かう磁束経路を一部形成する極１
４を励磁するためである。

多くの点において、左側および右側のモータの構造は、
第１図のそれと同じである。

左側の図において、隣接する矩形断面の巻線側部１９は
、隣接する極の間の同じ隙間に位置する。

鉄心裏面部分１６と各組の隣接する固定子極側部の一方
との間に形成される各Ｉ！ｌλ間は、その端部が在線断
面と相補形状をなしている。しかし、同じ隙間にある隣
接巻線１８間の空所は、積層体の材料でつまっている。

その材料は、隣接する巻線側部の間で伸長し、回転子１
２の回転軸に向かって先細りの突起２２を形成している
。このように形成された三角形またはくさび形断面の突
起２２は、内部に関連巻線長がきちんと納まる溝を形成
し、そして積層体の材料は、固定子鉄心と３つの面で接
触する前記満を形成している。突起部１８は、巻線によ
って励磁されることはなく、固定子と回転子間の磁束経
路の一部を形成しない。

同様に、第２図の右側の図には、固定子極の間にあって
、半径方向に内方に回転子の回転軸に向かって伸長する
突起部２２′を形成する隙間が示されている。しかし、
本実施例では、鉄心裏面部１６′の材料は、在線側部１
９′の形状に成形され、巻線側部がそれぞれ鉄心裏面部
、極１４′の側部および突起２２′の側部と接触するよ
うに、その断面は長方形ではない。

このような半径ｈ向で内方に向かう突起部を導入するこ
とは、従来受け入れられてきたレラクタンス′，０動機
の教えに反する。固定子積層体の形状は、磁性材料を、
隣接する固定子在線間に形成される満空間に導入できる
ようになっている。川らかに、この突起部は、相巻線の
最小インダクタンスを増大させる。′しかしながら、驚
いたことに、このような突壮部の導入は、増大した最小
インダクタンスの影響を上回る利点をもたらすというこ
とが分かった。

在線と積層体との間の熱抵抗は、突此部を設けることに
よって、鉄心材料と在線側部との間の物理的接触而積が
著しく大きくなるため、減少する。

従って、衣線の全冷却効率は、接触伝熱面積による熱交
換が増えるため、向上する。その結果、巻線に流れる電
流は増加させることができる。この結果として、ある電
動機から得られる出力を増やすことができる。

この代わりに、所定のパワー出力を得るためには、券線
の断面積が小さい電動機を設計すればよいが、それは、
冷却効率が向上し巻線の許容電流密度を増やせるからで
ある。従って、溝を構成する積ｊｉ体断面について必要
とされる在線スペースは減少し、ＩＥｉｌ−の全直径に
おいて鉄心裏面部の深さを深くすることが許容されうる
。従来は、鉄心裏面部の厚さは、冷却要件によって制眼
されていた。

従って、本実施例によれば、冷却効率の向Ｌにより鉄心
裏面部の深さを厚くすることができるので、積層体の剛
性を増大させることができる。その−ヒ、突起部が在在
する結果として、それぞれの固定子積層板は、突起部の
領域における鉄心裏面部の半径方向の厚さが増加するた
め、機楓的剛性が増大する。このような全体的な剛性向
上によって、モータの発する音響ノイズのレベルが低減
される。

実際は、それぞれの突起部の両側に形成された２つの満
は、８Ｅｊ間が、巻線の容易な配代が可能な予め成形さ
れたスペースを提供するため、一定の巻線装入方法にの
み適合可能である。

別の効果として、磁気回路における鉄心裏面部分の磁気
抵抗は、突起部の鋼材を追加したことによって減少する
。この磁気抵抗は、巻線／鉄心接触の冷却効甲向上の粘
果、鉄心裏面部の厚さが厚くなることによっても減少す
る。それゆえ、本発明に従って突起部を付加すること、
および／または、冷却効果の向上によって鉄心裏面部の
深さを増大させることは、機楓性能にとって究極的に重
要な磁気回路の磁気抵抗を低減させる点において有利で
ある。

第３囚は、２つの実施例を示す。左側の実施例では、固
定子極１４”の間には、従来と同様な隙間が形成してあ
る。内向突起部２２゜゛は、隙間内において半径方向に
向けて突き出ている。けれども、それぞれの突起と、隣
接する極側部との間に形成された溝の底部は、その断面
においてアーチ状あるいはそのほかの藺線になっている
。積層板で形成された突起は、異なる設計において広範
囲に様々な形状であっても良い。第３図の左側における
突起は、先端がくさび状に切られた切断面となっている
。それは、回転子自体の白山運動によって制眼される最
大範囲のみを条件として、同一の電動機で内側に向けて
一様に異なる寸法で半径方向に伸延している。突起の形
状は、数ある中で特に冷却、鉄心剛性、巻線の横断面積
、磁気抵抗等が全体的に最良となるように効果的なもの
とされる。それぞれの満の側面と底面は、１つの極、鉄
心裏面部分、湾助又は直線となっている突起の隣接面に
よって形成される。したがって、さらに小さく先端が切
られており、それぞれの極１４”の側面は、溝から極の
半径方向内縁まで湾萌した面となっている第３図の右側
の突起２２”゜のようなものでも良い。この実施例にお
いても、腰の形をした極は、空隙部において、極体にお
けるそれ自体の最少幅よりも広くなっている。

以Ｌの記載は電気的な電動機に関するものであるが、本
発明は、この分野の当業者によって、発電機に対しても
応用できることは言うまでもない。

本定ＩＪ１は、どのような相数及び固定子の極数のもの
であっても同様に適用できる。

一般的に小型の機械には大型の機絨よりもより多くの撚
線空間が比較的に要求され、小型の機械は通常、断面円
形状の導線を用いているのに対して、大型の機械はしば
しば断面方形の導線を用いているということも当業者で
あれば周知のことである。それゆえに、光なった形状の
満は、仕様の相違する機械と間．様に、異なった大きさ
の機城に対して適切である。とはいえ、通常は、実質的
に先細りとされた三角形状の突起であれば共通の特徴を
６’　Ｌている。

（発四の効果）以−Ｌの説四により叩らかなように、本発川によれば、
同一サイズにおける電動機の出力向上と、音響ノイズの
レベル低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、３相６極固定子／４極回転子電動機用の既知
の因定子の２つの形式を示す半断面図、第２囚は、本発
明の２つの実施例を示す複合断面図、第３図は、本発門の別の２つの実施例を示すモータの一
部の断面図である。０・・・固定子鉄心、４，　　１４゜，１４” ６・・・鉄心裏面部分、０・・・回転子極、２．２２’　，２２”．２２゜゛゜・・・突起。１２・・・回転子、１４“゜・・・固定子極、１８・・・導電在線、特許出廓人スイッチト　レラクタンスドライブズ　リミテッド

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一次究極を形成する一次鉄心を有する一次側と、
二次極を有し、前記一次側に対して回転可能な二次側と
、それぞれが少なくとも１つの一次極に巻回されてそれ
を励磁し、その側部が一般に前記二次側の前記一次側に
対する回転軸の方向に伸長している複数の巻線とから構
成され、前記鉄心の材料は、さらに、回転軸に対して半
径方向に前記二次側に向かって、隣接する一次極間の各
隙間に共に配置された隣接する鉄心側部の間に伸長して
いることを特徴とするレラクタンス回転機。
（２）前記突起は、回転軸に対する横断面においてテー
パ状であることを特徴とする請求項（１）記載のレラク
タンス回転機。
（３）前記テーパ突起は、切頭端が半径方向に前記二次
側に向かって形成されていることを特徴とする請求項（
２）記載のレラクタンス回転機。
（４）少なくとも１つの極とそれに隣接する突起との間
に形成された溝の底部は、横方向に断面が平坦であるこ
とを特徴とする請求項（１）、（２）又は（３）記載の
レラクタンス回転機。
（５）少なくとも１つの極とそれに隣接する突起との間
に形成された溝の底部は、横方向に断面が湾曲している
ことを特徴とする請求項（１）、（２）又は（３）記載
のレラクタンス回転機。
（６）少なくとも１つの前記溝の側壁は、前記巻線と接
触していることを特徴とする請求項（４）又は（５）記
載のレラクタンス回転機。
（７）少なくとも１つの溝を形成する前記鉄心の表面の
ほぼ全表面は、前記巻線と接触していることを特徴とす
る請求項（４）又は（５）記載のレラクタンス回転機。
（８）前記鉄心は、複数の金属板で構成されることを特
徴とする上記請求項のいずれかに記載のレラクタンス回
転機。
（９）前記巻線の横断面は、方形であることを特徴とす
る上記請求項のいずれかに記載のレラクタンス回転機。
（１０）前記巻線は、その横断面が円形であることを特
徴とする請求項（１）〜（８）のいずれかに記載のレラ
クタンス回転機。