JPH0847223A - 電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可変リラクタンス電動機に対し、比較的一定
の出力トルクを生じ、構成及び操作が簡単で安価な改良
された構造を提供することにある。 【構成】 複数の固定子極部分に分割される半径方向内
方に延びる複数個の極１２を持つ固定子１１を備えてい
る。第１の固定子極部分１２ａの横断面形状は、第２の
固定子極部分１２ｂの横断面形状とは異なる。回転子１
３は、複数の回転子極部分に分割される半径方向外方に
延びる複数個の極１４を備えている。第１の回転子極部
分１４ａの横断面形状は第２の回転子極部分１４ｂの横
断面形状とは異なる。固定子の極に設けた巻線１５，１
６に電流を供給するときは、第１の回転子極部分は、第
１の固定子極部分に縦方向に整合し、この固定子極部分
と相互作用する。固定子の極に設けた巻線１５，１６に
電流を供給するときは、第２の回転子極部分は、第２の
固定子極部分に縦方向に整合し、この固定子極部分と相
互作用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に電動機、ことに
サーボモータのような可変リラクタンス電動機（ｖａｒ
ｉａｂｌｅ ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｍｏｔｏｒ）用の改良された構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動機は、電気エネルギーを回転機械エ
ネルギーに変換するよく知られた装置である。このため
に電動機は、電磁界を生成し、制御して所望の機械的回
転運動を生ずるようにする。電動機には互いに異なる多
くの形式のものがあり、それぞれこれ等の電磁界を生成
し制御する互いに異なる手段を利用する。従って電動機
の作動特性は形式によつて変り、若干の形式の電動機は
若干の仕事を行うのに他の形式の電動機より一層適して
いる。

【０００３】同期電動機は、１つの主要な種類の電動機
を構成する。同期電動機の２つの基本的部品は（１）回
転電磁界を生ずる一般に固定子と呼ばれる固定子部材
と、（２）この回転磁界により駆動される一般に回転子
と呼ばれる回転部材とである。同期電動機は、回転子の
回転速度がこの電動機に加わる電気入力信号の周波数従
ってこの電動機により生成する電磁界の回転速度に正比
例することを特徴とする。すなわち印加電気入力信号の
周波数が一定である限り、回転子は一定の回転速度で駆
動される。しかしこの広い定義内で同期電動機の構造及
び動作は広い範囲で変る。

【０００４】同期電動機の１種として可変リラクタンス
電動機がある。可変リラクタンス電動機は、磁気透過性
材料から形成した部品のまわりに生成する磁界がこの部
品に機械的力を加えるという原理で作動する。この機械
的力はこの部品を磁界により生成する磁束（力線）に整
合するように付勢する。すなわち固定子を使い磁気透過
性材料から形成した回転子のまわりに磁界を生成し回転
することにより、回転子を駆動し、固定子に対し回転す
るようにすることができる。固定子から回転子へのこの
磁束の通過に対する抵抗を磁気抵抗すなわちリラクタン
スと称する。この磁気抵抗の大きさは、固定子に対する
回転子の回転位置によつて変る。すなわちこの種の電動
機は一般に可変リラクタンス電動機と呼ばれる。

【０００５】基本的な可変リラクタンス電動機構造で
は、この動作は、複数個の半径方向内方に延びる極を形
成した一般に中空筒形の固定子を設けることにより得ら
れる。各固定子極のまわりには導電性ワイヤの巻線を設
ける。この固定子内に同心に円筒形の回転子を回転でき
るように支える。回転子には半径方向外方に延びる複数
個の極を設ける。しかし回転子極には導電性巻線は設け
ない。各固定子巻線に電流パルスを逐次に通ずることに
より、各固定子極は選択的に磁化され、これに各回転子
極を引付ける。従って回転子は固定子に対し回転する。

【０００６】理想的には可変リラクタンス電動機により
生ずる出力トルクの大きさは、固定子に対する回転子の
各回転の全体にわたつて一定でなければならない。しか
し前記した可変リラクタンス電動機の磁気抵抗の大きさ
の場合と同様に、生成する出力トルクの実際の大きさは
固定子に対する回転子の回転位置によつて変ることが分
っている。その理由は、協働する固定子極に対する任意
の与えられた回転子極の相互作用により生ずる機械的力
の大きさは回転子極が固定子極に対し回転するに伴い変
るからである。とくに回転子極が協働する固定子極に向
かい回転するに伴い、これ等の両方の極間のトルクの大
きさは零に近い値から最高値まで初めに比較的早く増大
する。しかし次に回転子極が協働する固定子極に整合し
た状態に近づくと、これ等の極間のトルクの大きさは最
高値から零に近い比較的早く減小する。

【０００７】可変リラクタンス電動機のこの変化する出
力トルク特性をアドレスするのに当業界では複数種類の
構造が知られている。若干の電動機では各固定子巻線を
通る電流の強さは、回転子が固定子に対して回転するに
伴い変化する。この付勢電流を選択的に増減することに
より、出力トルクは固定子に対する回転子の各回転の全
体にわたり比較的一定になるように制御することができ
る。しかしこのためには、固定子に対する回転子の位置
を感知し、この位置に応答して電流の強さを制御するの
に付加的な電子回路が必要である。この付加的回路によ
り可変リラクタンス電動機の費用及び複雑さが増す。

【０００８】他の電動機では、固定子に対する回転子位
置による出力トルクの変化を最少にする各横断面形状を
持つ固定子極及び回転子極を形成する。しかしこのよう
な不定形の形状の極は比較的多量の生産量を生ずるのが
むずかしいことが分っている。この場合にもこのような
不定形の形状の極を持つ電動機からの出力トルクはなお
所望の一定の出力トルクに近似するだけである。すなわ
ち可変リラクタンス電動機に対し比較的一定の出力トル
クを生じ、構成及び操作が簡単で安値な改良された構造
を提供することが望ましい。

【０００９】

【発明の開示】本発明は、可変リラクタンス電動機に対
する改良された構造に係わる。この電動機は、縦方向長
さの全体にわたって延びる複数の半径方向内方に延びる
極を持つ固定子を備えている。各固定子極は複数の縦方
向部分に分割する。第１の固定子極部分の横断面形状
は、第２の固定子極区分の横断面形状とは異なる。固定
子内には相対回転運動するように回転子を同軸に支えて
ある。複数の半径方向外方に延びる極は、回転子の外面
に設けられ、この回転子の縦方向長さにわたって延びて
いる。各回転子極は、複数の縦方向区分に分割される。
第１の回転子極部分の横断面形状は、第２の回転子極区
分の横断面形状とは異なる。第１の回転子極は、第１の
固定子極に縦方向に整合してこれ等の固定子極に対し電
流を固定子極に設けた巻線に供給するときに相互に作用
するようにしてある。本発明電動機により生ずる全トル
クの大きさは全体として、（１）第１の固定子極に対す
る第１の回転子極の相互作用と（２）第２の固定子極に
対する第２の回転子極の相互作用とにより生ずる個別の
トルク大きさの和に等しい。

【００１０】本発明の種種の目的及び利点は添付図面に
よる本発明の好適な実施例についての詳細な説明から明
らかである。

【００１１】

【実施例】添付図面の図１には本発明による可変リラク
タンス電動機１０を例示してある。可変リラクタンス電
動機１０は、形状が一般に中空円筒形の固定子１１を備
えている。複数の半径方向内方に延びる固定子極１２
は、固定子１１の内面に設けられ、その縦方向長さにわ
たって延びている。各固定子極１２は、２つの縦方向部
分すなわち第１の固定子極部分１２ａ及び第２の固定子
極部分１２ｂに分割してある。各固定し極１２を、それ
ぞれ第１及び第２の固定子極部分１２ａ、１２ｂに分割
する目的については後述する。

【００１２】固定子１１及び固定子極１２は、鉄のよう
な磁気透過性材料（Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｐｅｒ
ｍｅａｂｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）で形成される。固定
子極１２の構造は詳しく後述する。しかし一般的には固
定子極１２は、互いに対向する対にして設け、固定子１
１の内周のまわりに相互に等距離に間隔を置くのがよ
い。たとえば６個の固定子極１２（図２及び３に示すよ
うにＡ１及びＡ２とＢ１及びＢ２とＣ１及びＣ２と）
は、固定子１１に設けてある。しかし固定子極１２の個
数は一層多くても一層少なくてもよい。後述するように
各固定子極対は可変リラクタンス電動機１０を作動のた
めに付勢する１相を表わす。

【００１３】円筒形の回転子１３は、固定子１１内に１
対の軸受１３ａにより相対回転運動するように同軸に支
えてある。複数の半径方向外方に延びる回転子極１４
は、回転子１３の外面に設けられその縦方向長さにわて
って延びている。各回転子極１４は、２つの縦方向部分
すなわち第１の回転子極部分１４ａ及び第２の回転子極
部分１４ｂに分割してある。各回転子極１４を、それぞ
れ第１及び第２の回転子極部分１４ａ、１４ｂに分割す
る目的は後述する。

【００１４】固定子１１及び固定子極１２の場合と同様
に回転子１３及び回転子極１４は、鉄のような磁気透過
性の材料で形成される。回転子極１４の構造は後述す
る。しかし一般には回転子極１４は、互いに対向する対
にして設け、回転子の外周のまわりに相互に等しい距離
に間隔を置くのがよい。回転子１３にはたとえば、８個
の回転子極１４（図２及び３に示すようにＷ１及びＷ２
とＸ１及びＸ２とＹ１及びＹ２とＺ１及びＺ２と）を設
ける。しかし回転子極１４の個数は一層多くしても少な
くしてもよい。通常回転子極１４の個数は、固定子極１
２の個数とは異なる。

【００１５】各固定子極１２のまわりには導体を巻付け
る。図２及び３に示すように互いに対向する固定子極Ａ
１及びＡ２にはそれぞれ第１の対の巻線１５、１６を設
けてある。第２及び第３の対の巻線は同様に他の固定子
極の対Ｂ１及びＢ２とＣ１及びＣ２とに設けてある。巻
線１５、１６は、電流パルス発生回路（図示してない）
に直列に（図示のように）又は並列に接続してある。電
流パルス発生回路は、当業界には普通のもので巻線１
５、１６を経て電流のパルスを選択的に発生するように
してある。各固定子極の対Ｂ１及びＢ２とＣ１及びＣ２
との他の対の巻線に対し同様な電流パルス発生回路（図
示してない）を設けてある。

【００１６】電流パルス発生回路により発生した電流パ
ルスのタイミング、大きさ及び極性は、固定子１１に対
するロータ１３の回転位置により定まる。このためにこ
のような相対回転位置を表わす信号を生ずる普通のセン
サ（図示してない）を設けてある。電流パルス発生回路
はこのロータ位置信号に応答して電流パルスを可変リラ
クタンス電動機１０の種種の対の巻線１５、１６に後述
する所定の方式で送る。従って回転子１３は固定子１１
に対して回転駆動される。或は、回転子位置センサを省
き、又電流パルス発生回路を回転子１３の回転位置に関
係なく作動する普通の相シーケンサ（図示してない）に
より作動する。

【００１７】電流パルス発生回路により電流を巻線１
５、１６に供給するときは、固定子１１及び回転子１３
は共に磁化される。巻線１５、１６は互いに反対の向き
に巻かれ、固定子極Ａ１（巻線１５を配置してある）を
付勢して北磁極になるようにすると共に固定子極Ａ２
（巻線１６を配置してある）を付勢し南磁極になるよう
にする。従ってこれ等の互いに対向する固定子極Ａ１及
びＡ２間に磁気回路が生成する。従って固定子北極Ａ１
及び固定子南極Ａ２間に磁束（力線）が生成する。この
磁束は固定子北極Ａ１から最も近い回転子極を通り回転
子１３の本体を経て対向する回転子極Ｗ２から固定子南
極Ａ２に進む。固定子北極Ａ１及び固定子南極Ａ２間の
磁気回路は、固定子１１の外部環状部分を経て完成す
る。

【００１８】固定子北極Ａ１から最も近い回転子極Ｗ１
（そして同様に固定子南極Ａ２から最も近い回転子極Ｗ
２）への磁束の通過に対する抵抗は前記したように磁気
抵抗と称する。この磁気抵抗の大きさは固定子極１２に
対する回転子極１４の回転位置によって変る。磁気抵抗
は回転子極１４が図２及び３のＡ１、Ｗ１及びＡ２、Ｗ
２の場合と同様に固定子極１２に半径方向に整合すると
きに最少である。従って前記した磁気回路の生成によ
り、互いに対向する回転子極Ｗ１、Ｗ２を図２及び３に
示すように付勢された互いに対向する固定子極Ａ１、Ａ
２に整合させるトルクを生ずる。

【００１９】回転子１３を固定子１１に対し回転させる
には、固定子Ａ１、Ａ２の第１の対の巻線１５、１６を
消勢しそして固定子極Ｂ１、Ｂ２の第２の対の巻線を付
勢する。従って固定子極Ｂ１は磁気北極になるように付
勢され、又固定子極Ｂ２は磁気南極になるように付勢さ
れる。このような付勢により最も近い回転子極Ｘ１、Ｘ
２を引付け付勢された固定子極Ｂ１、Ｂ２に整合した状
態になるようにする。従って回転子１３は、固定子１１
に対して回転する。回転子１３のこのような回転を続け
るには、固定子極Ｂ１、Ｂ２を消勢し、固定子極Ｃ１、
Ｃ２を付勢する。すなわち回転子極Ｙ１、Ｙ２は、固定
子極Ｃ１、Ｃ２に引付けられる。固定子極１２を、この
ようにして逐次に付勢することにより、回転子極１４を
固定子極に逐次に引付ける。従って回転子１３は、固定
子極対Ａ１及びＡ２とＢ１及びＢ２とＣ１及びＣ２とを
付勢する方向（図示の実施例では時計回り）と同じ方向
（図示の実施例では時計回り）に固定子１１に対して回
転する。

【００２０】図示の実施例では、固定子１１は６個の固
定子極１２を備えると共に、回転子１３は８個の回転子
極１１を設けてある。前記の説明から明らかなように固
定子極対Ａ１及びＡ２とＢ１及びＢ２とＣ１及びＣ２と
のうちの１対を付勢するごとに回転子１３は固定子１１
に対し１５°だけ回転する。すなわち固定子極対Ａ１及
びＡ２とＢ１及びＢ２とＣ１及びＣ２とは、回転子１３
を１回転だけ回転するのに逐次に８回付勢しなければな
らない。回転子１３の回転速度は、固定子極１２に供給
される電流パルスの周波数に正比例するから、可変リラ
クタンス電動機１０は同期電動機として作動する。固定
子極１２及び回転子極１４の個数を変えることにより、
回転子１２の回転速度は、固定子１１に供給される電流
パルスの周波数に対して変えることができる。

【００２１】前記したように各固定子極１２は、第１の
固定子極部分１２ａ及び第２の固定子極部分１２ｂに分
割する。第１及び第２の固定子極部分１２ａ、１２ｂの
横断面形状は図２及び３に例示してある。図２に示すよ
うに第１の固定子極部分１２ａは、横断面形状が一般に
長方形の本体部分を持つ。しかし第１の固定子極部分１
２ａの半径方向の最も内方の端部は円周方向内方に比較
的広い長方形の先端までわずかにテーパを付けてある。
図３に示すように第２の固定子極区分１２ｂも又、横断
面形状が一般に長方形の本体部分を持つ。しかし第２の
固定子極部分１２ｂの半径方向の最も内方の端部は、比
較的狭い長方形先端まで円周方向内方に大きいテーパを
付けてある。すなわち第１の固定子極部分１２ａの横断
面形状は、第２の固定子極部分１２ｂの横断面形状とは
異なるのは明らかである。

【００２２】同様に各回転子極１４は、第１の回転子極
部分１４ａ及び第２の回転子極部分１４ｂに分割され
る。それぞれ第１及び第２の回転子極部分１４ａ、１４
ｂの横断面形状も又図２及び３に例示してある。図２に
示すように第１の回転子極部分１４ａは、横断面形状が
一般に長方形の本体部分を持つ。図３に示すように第２
の回転子極部分１４ｂも又、横断面形状が一般に長方形
の本体部分を持つ。しかし第２の回転子極部分１４ｂの
半径方向の最も内方の端部は比較的狭い長方形先端まで
円周方向内方に大きいテーパを付けてある。すなわち第
１の回転子極部分１４ａの横断面形状が第２の回転子極
部分１４ｂの横断面形状と異なるのは明らかである。

【００２３】前記したように電流パルス発生回路により
巻線１５、１６に電流を供給するときは、固定子１１及
び回転子１３は共に磁化された状態になる。この結果と
しての磁気回路の生成により対向する回転子極１４を付
勢された対向固定子極１２に整合させるトルクを生ず
る。固定子極１２及び回転子極１４の横断面形状は結果
として生ずるトルクの大きさに影響を及ぼす。

【００２４】第１の回転子極部分１４ａは、巻線１５、
１６に電流を供給したときに、第１の固定子極部分１２
ａに縦方向に整合し、第１の固定子極部分１２ａと相互
作用するようにしてある。第１の固定子極部分１２ａに
対する第１の回転子極部分１４ａの相互作用により生ず
るトルクの大きさを示す図表は図４に特性曲線２０で例
示してある。図示のようにこのトルクの大きさは固定子
１１に対する回転子１３の回転位置に従って変る。

【００２５】同様に第２の回転子極部分１４ｂは、各巻
線１５、１６に電流を供給するときに第２の固定子極部
分１２ｂに縦方向に整合して固定子極部分１２ｂに対し
相互作用するようにしてある。第２の固定子極部分１２
ｂに対する第２の回転子極部分１４ｂの相互作用により
生ずるトルクの大きさを示す図表は図４に特性曲線２１
で例示してある。図示のようにこのトルクの大きさも又
固定子１１に対する回転子１３の回転位置に従って変
る。

【００２６】可変リラクタンス電動機１０により生ずる
全トルクの大きさは一般に、（１）第１の固定子極部分
１２ａに対する第１の回転子極部分１４ａの相互作用
（図４の曲線２０で例示してある）と（２）第２の固定
子極部分１２ｂに対する第２の回転子極部分１４ｂの相
互作用（図４の曲線２１で例示してある）とにより生ず
る各別のトルクの大きさの和に等しい。可変リラクタン
ス電動機１０により生ずる全トルクの大きさを示す図表
は一般に図４に曲線２２で例示してある。図示のように
全トルク特性曲線２２は、個別のトルク特性曲線２０、
２１のいずれよりも固定子に対する回転子の各回転の全
程度にわたって理想的な一定の値に一層密接に近似す
る。このようにして電動機１０の動作が全体として改良
される。

【００２７】種種の極部分１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１
４ｂの特定の横断面形状又はその他の幾何学的形状は本
発明に臨界的なものではない。これに反して種種の極部
分１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂは、所望の全トルク
特性曲線２２を得る任意所望の横断面形状又はその他の
幾何学的形状を持つように形成される。本発明で重要な
ことは、全トルク特性曲線２２が（１）第１の固定子極
部分１２ａに対する第１の回転子極部分１４ａの相互作
用と（２）第２の固定子極部分１２ｂに対する第２の回
転子極部分１４ｂの相互作用とにより得られる互いに異
なる個別のトルク特性曲線２０、２１の和として誘導さ
れることである。すなわち第１の固定子極部分１２ａの
横断面形状は、第２の固定子極部分１２ｂの横断面形状
とは異なるようにすることができ、又は第１の回転子極
部分１４ａの横断面形状は、第２の回転子極部分１４ｂ
の横断面形状とは異なるようにすることができ、又は前
記の両形状を例示したように互いに異なるようにするこ
とができる。又固定子１１及び回転子１３のいずれかに
又は両方に設ける極部分の個数を例示した２つの極部分
より多くすることができる。

【００２８】固定子１１及び回転子１３は任意所望の方
式で作ることができる。たとえば固定子１１及びその協
働する極１２は、このような磁気透過性材料から成る比
較的薄いシートから初めに複数の積層体を打抜き加工す
ることにより形成することができる。これ等の各積層体
は、図２及び３に例示した固定子１１及び固定子極１２
の横断面形状に対応する横断面形状を持つ。これ等の積
層体は、相互に整合するように固定具で積層する。互い
に隣接する積層体間に接着剤（図示してない）を施しこ
れ等の積層体が使用中に受けるねじり力によって相対的
に回動しないようにする。接着剤は、全部の積層体を固
定具に重ねた後普通の真空処理により施す。接着剤のこ
のような真空注入は又騒音を減らすのに有効である。或
は接着剤は、積層体を固定に相互に重ねる際に個別に施
してもよい。

【００２９】いずれの例でも接着剤は積層体の積重ねを
整合状態に保ち縦方向に延びる複数の溶接部（図示して
ない）を積層体の積重ねの外面に沿って形式できるよう
にする。このような溶接は、各積層体のねじれによる軸
線方向の分離を防ぐように公知の電子ビーム法によって
行うことができる。或は固定子１１は、リベット、半抜
き又はその他の普通の手段により互いに固着することが
できる。固定子１１はこのように積層して構成しうず電
流の発生が最少になるようにするのがよい。このうず電
流は、固定子により生ずる電磁界の強さを減らす。回転
子１３及びその協働する極１４は同様にして形成するこ
とができる。

【００３０】以上本発明の原理及び作動方式を好適な実
施例について詳細に説明したが本発明はなおその精神を
逸脱しないで種種の変化変形を行うことができるのはも
ちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固定子極及び回転子極の第１及び
第２の区分を持つ可変リラクタンス電動機の１実施例の
縦断面図である。

【図２】固定子極及び回転子極の第１の部分を示す、図
１の２−２線に沿う断面図である。

【図３】固定子極及び回転子極の第２の部分を示す、図
１の３−３線に沿う断面図である。

【図４】固定子極及び回転子極の第１の部分及び第２の
部分の相互作用により生ずる出力トルクの個別の大きさ
と共に可変リラクタンス電動機全体により生ずる全出力
トルクを示す線図である。

【符号の説明】

１０ 電動機 １１ 固定子 １２ 固定子極 １２ａ，１２ｂ 固定子極部分 １３ 回転子 １４ 回転子極 １４ａ，１４ｂ 回転子極部分 １５，１６ 巻線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性材料から形成され半径方向内方に延
   びる複数個の固定子極を持つ固定子と、 前記固定子極のうちの１つの固定子極のまわりに配置さ
   れ、電流を選択的に通すように制御回路に接続された導
   体から成る巻線と、 磁性材料で形成され、前記固定子内に相対回転運動する
   ように支えられ、半径方向外方に延びる複数個の回転子
   極を持つ回転子と、を備え、 前記固定子極のうちの少なくとも１個は、それぞれの横
   断面形状を持つ複数の固定子極部分に分割され、第１の
   前記固定子極部分の前記横断面形状が、第２の前記固定
   子極部分の前記横断面形状とは異なるようにし、前記回
   転子極のうちの少なくとも１個は、それぞれの横断面形
   状を持つ複数の回転子極部分に分割され、第１の前記回
   転子極部分の前記横断面形状が第２の前記回転子極部分
   の前記横断面形状とは異なるようにし、前記巻線に電流
   が供給されたときに、前記第１の回転子極が前記第１の
   固定子極と相互に作用し、前記第２の回転子極が前記第
   ２の固定子極と相互に作用するようにした電動機。