JPH09201022A - 可変リラクタンスモータ - Google Patents

可変リラクタンスモータ

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JPH09201022A
JPH09201022A JP901896A JP901896A JPH09201022A JP H09201022 A JPH09201022 A JP H09201022A JP 901896 A JP901896 A JP 901896A JP 901896 A JP901896 A JP 901896A JP H09201022 A JPH09201022 A JP H09201022A
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JP
Japan
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rotor
magnetic pole
reluctance motor
variable reluctance
stator
Prior art date
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Pending
Application number
JP901896A
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English (en)
Inventor
Toru Takada
亨 高田
Katsuhiko Yokoi
勝彦 横井
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータのトルク特性を劣化することなく風損
を低減し、効率が高く、音の静かな可変リラクタンスモ
ータを提供すること。 【解決手段】 各ロータ磁極突起22の間を、各ロータ
磁極突起22先端外周部より一段下がった箇所でブリッ
ジ部26により結合し、ロータ20の外周部とブリッジ
部26との段差をセラミック材30で埋めて、ロータ2
0の外周を真円化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変リラクタンス
モータに関するもので、詳しくはロータの構造に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来、可変リラクタンスモータは、ステ
ータと、そのステータに囲まれたスペースに回転自在に
支持されたロータとで構成されている。前記ステータの
内周部には、それぞれコイルが巻かれた複数のステータ
磁極突起が設けられている。前記ロータの外周部には、
複数のロータ磁極突起が設けられている。
【0003】このモータの動作原理について図3を用い
て説明する。いま、回転駆動時にステータSに対してロ
ータRが実線で示す進角側の位相角θAに位置するとき
に、コイルCを励磁すると、ロータRに磁路を広げて磁
気抵抗を下げ、磁束密度を下げる方向の力が働くため図
3に示す矢印方向に正の回転トルクが生じる。
【0004】このように磁気抵抗が変化する状態は、コ
イルCの自己インダクタンスの変化となって現れるか
ら、インダクタンスの増加領域においてコイルCに通電
すると、ロータRに正の回転トルクが発生する。また、
ステータSに対してロータRが、破線で示す遅角側の位
相角θBに位置し、ロータRの回転によってコイルCの
自己インダクタンスが減少方向に変化しているときにコ
イルCに通電すると、ロータRに負の回転トルク(制動
トルク)が発生する。
【0005】このように可変リラクタンスモータは、所
定のロータR位置においてコイルCへの通電を制御する
ことにより正または負の回転トルクを生じるものであ
り、そのトルクTは次式(1)で表される。
【0006】
【数1】
【0007】L:コイルCのインダクタンス θ:ロータRの位相角 I:コイルCに流れる電流 K:定数 このようなトルク特性を有する可変リラクタンスモータ
において、そのトルクを増すためには、(1)式のdL
/dθを大きくする必要がある。
【0008】インダクタンスLは、ロータ磁極突起とス
テータ磁極突起が一致した位相角で最大となり、ロータ
磁極突起が隣り合ったステータ磁極突起との中心に位置
する位相角のとき最小となる。そしてインダクタンスL
の最大と最小の差が大きいほどトルクTは大きくなる。
このためには、インダクタンスLの最大となる位相角に
おいて、ロータ磁極突起とステータ磁極突起との空隙が
より小さくなることがインダクタンスLを増大せしめ
る。
【0009】次にインダクタンスLの最小となる位相角
において、前記空隙がより大きくなることがインダクタ
ンスLを減少せしめる。つまり、ロータ各磁極突起間の
溝を深くすることがトルクTを大きくすることになる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ロ
ータRが高速で回転すると、各ロータ磁極突起が風車の
羽根にみなされて、回転方向に対して抗力が発生する。
【0011】一般に、流体の中にある物体が移動する
と、移動方向とは反対の力(抗力)を受け、その力Dは
次式(2)で表される。
【0012】
【数2】
【0013】CD :抵抗係数 v :物体の進行速度 A :物体の基準面積(進行方向に垂直な最大面積) γ :流体の比重量 g :重力加速度 ここで、回転しているロータ磁極突起に働く抗力D1
は、図4、図5に示すように考えられるので、前記
(2)式より、
【0014】
【数3】
【0015】Z :ロータRの積厚 R0 :ロータRの外接円半径 R1 :ロータRの内接円半径 また、流体の密度ρ及びロータRの角速度ωは、それぞ
れ次式のように表される。
【0016】
【数4】
【0017】
【数5】
【0018】(3)式、(4)式、(5)式より
【0019】
【数6】
【0020】(6)式の抗力D1は、風車の羽根とみな
した一つのロータ磁極突起にかかる力であるから磁極数
NのロータRにかかる損失トルクTNは、次式(7)と
なる。
【0021】
【数7】
【0022】この損失トルクTNは、風損の主要因とな
るもので、モータの高速回転駆動時における機械的損失
を増大させ、よって効率が低下し、ひいては騒音を発生
させるという問題があった。
【0023】こうした問題に対処する手法として、式
(7)における項(R0−R1)を小さくする。つまり、
各ロータ磁極突起間の溝を浅くすることがあるが、この
ことは、インダクタンスLの最小値を大きくすることに
なり、従って、式(1)におけるdL/dθを小さくす
ることになりモータのトルク特性を劣化させるという問
題があった。
【0024】また、この解決方法の1つとして、例え
ば、特開平5−022914号公報に示すように、前記
各ロータ磁極突起の間に、各ロータ磁極突起から隣り合
うロータ磁極突起に向かって延びるブリッジ部を設ける
方法がある。しかし、ブリッジ部がステータSに近接し
ていると、磁束がブリッジ部に漏れてモータのトルク特
性を劣化させるという問題があった。ブリッジ部を非磁
性体で設ける方法もあるが、各ロータ磁極突起への接合
強度が十分得られず、高速回転時の遠心力に耐えられな
いという問題があった。
【0025】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、モータのトルク特性を劣化する
ことなく風損を低減し、効率が高く、音の静かな可変リ
ラクタンスモータを提供することを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の可変リラクタンスモータは、内周部に設け
られた複数のステータ磁極突起にそれぞれコイルが巻か
れたステータと、外周部に複数のロータ磁極突起が設け
られたロータと、前記ロータの中央部と前記各ロータ磁
極突起の先端部との間に設けられ、隣り合うロータ磁極
突起に向かって延びるブリッジ部とを備えるものを対象
とし、特に、前記各ロータ磁極突起の外周部と前記ブリ
ッジ部との段差を非磁性体の部材で埋めている。従っ
て、前記各ロータ磁極突起と、そのロータ磁極突起の外
周と前記ブリッジ部との段差に埋められた非磁性体の部
材とによって、前記ロータ全体が円状に形成され、前記
ロータが回転したときに、前記ロータ磁極突起による空
気抵抗がなくなり、騒音を防ぐことができると共に、非
磁性体の部材で埋めているため、磁束が漏れることがな
くなりトルク特性を劣化させることがない。
【0027】また、前記非磁性体をセラミック材で構成
しているため、前記ロータが高速回転しても、前記ロー
タの外周が変形することがなくる。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態の可変リ
ラクタンスモータ1について図面を参照して説明する。
【0029】図1は、可変リラクタンスモータ1の内部
構成を示す説明図である。
【0030】図1において、積層鉄心からなる円筒状の
ステータ10の内周部には、導線を束ねた環状のコイル
12を装着した6極のステータ磁極突起14が設けられ
ている。一方、ステータ10に囲まれた円筒状のスペー
スには、出力軸16とその出力軸16に支持されたロー
タ鉄心18とからなるロータ20が回転自在に支持され
ている。
【0031】前記ロータ鉄心18は、外周部に4極のロ
ータ磁極突起22を有する鉄心形成板を積層することに
より構成されている。また、前記ロータ20は、前記ロ
ータ20の中央部と前記各ロータ磁極突起22の先端部
との間に設けられ、隣り合う前記各ロータ磁極突起22
に向かって延びるブリッジ部26が一体成形されてい
る。そして、そのブリッジ部26により各ロータ磁極突
起22はそれぞれ結合されており、前記各ロータ磁極突
起22の外周部と前記ブリッジ部26との段差は、非磁
性体としてのセラミック材30で埋められている。従っ
て、前記ロータ20の外周は凹凸が無く真円となる。
尚、鉄心形成板は、プレス等の打ち抜きにて製造するこ
とで容易にブリッジ部26を形成できる。また、前記セ
ラミック材30は、セラミック溶射によって成形されて
いる。
【0032】前記出力軸16には、軸端部にスリットを
有する回転円板(図示しない)が装着され、この回転円
板に対向して前記スリットを検出するホトインタラプタ
(図示しない)が設けられている。前記回転円板とホト
インタラプタとは、回転位置検出器を構成しており、こ
の検出器からの検出信号に基づいてロータ20に対する
各ステータ磁極突起14の位置が求められるようになっ
ている。
【0033】次に、本実施形態の可変リラクタンスモー
タ1の動作について説明する。
【0034】可変リラクタンスモータ1は、従来の技術
で説明した原理に基づいて制御される。例えば、駆動時
に図1に示すロータ磁極突起22aがステータ磁極突起
14aに近づいていくと(インダクタンスの増加領
域)、この状態が回転位置検出器にて検出され、この検
出信号に基づいて電子制御装置(図示しない)からコイ
ル12aへの通電指令が出力され、これによりロータ2
0に正の回転トルクが発生する。そして、ロータ磁極突
起22aがステータ磁極突起14aから離れていくとき
(インダクタンスの減少領域)には、コイル12aの通
電を停止して負の回転トルクを発生させず、正方向の回
転トルクを維持する。また制動時には、ロータ磁極突起
22aがステータ磁極突起12aから離れていくとき
に、コイル12aに通電することにより制動力を発生さ
せる。
【0035】上述した可変リラクタンスモータ1の動作
において、ロータ20のブリッジ部26の幅tは、ロー
タ磁極突起22の高さyより十分に小さいのでブリッジ
部26を通る磁束は、実用上使用する起磁力領域におい
て磁気的に飽和し、インダクタンスは小さくなり、ブリ
ッジ部26は磁気的に無いものとみなされる。
【0036】また、ブリッジ部26はロータ磁極突起2
2の外周部よりも、一段下がった所にあるため、ロータ
磁極突起22からブリッジ部26に漏れる磁束は少な
い。また、ロータ20の外周部には凹凸が無く真円であ
るので、前記ロータ20を高速で回転駆動させたときに
発生する抗力は発生しなくなる。このことは、前述した
(7)式においてR0=R1とすることによりTN=0と
なるため明らかである。よって風損が大幅に低減され機
械的損失が減少する。
【0037】また、ロータ20は、風車の羽根とみなさ
れる凹凸がなくなり、羽根による風切り音が発生せず、
回転駆動時に発生する騒音を低減させることができる。
【0038】本発明は上述した実施の形態に示したもの
に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で
種々の変更が可能である。例えば、本実施の形態のロー
タ20は、各ロータ磁極突起22をブリッジ部26で結
合したロータ鉄心18を積層させていたが、図2に示す
ように、ブリッジ部26の中間部分を一本以上の幅の狭
い橋脚28でロータ11の中心部と結合したロータ鉄心
29を積層させるようにしてもよい。このように構成す
ることによって、回転駆動時の遠心力に対してブリッジ
部26が補強され、高速回転させることができる。尚、
図2において、図1と同一の構成要素については、同一
符号を付し、その説明を省略する。
【0039】また、本実施の形態では、ロータ20の外
周部とブリッジ部26との段差を非磁性体としてのセラ
ミック材30で埋めているが、樹脂接着剤等で前記段差
を埋めるように構成してもよい。
【0040】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明の請求項1記載の可変リラクタンスモータは、極突
起の外周部と前記ブリッジ部との段差を非磁性体の部材
で埋めているため、前記各ロータ磁極突起と、そのロー
タ磁極突起の外周と前記ブリッジ部との段差に埋められ
た非磁性体の部材とによって、前記ロータ全体が円状に
形成され、前記ロータが回転したときに、前記ロータ磁
極突起による空気抵抗がなくなり、騒音を防ぐことがで
きると共に、非磁性体の部材で埋めているため、磁束が
漏れることがなくなりトルク特性を劣化させることがな
い。
【0041】また、請求項2記載の可変リラクタンスモ
ータでは、前記非磁性体をセラミック材で構成している
ため、前記ロータが高速回転しても、前記ロータの外周
が変形することがなくる等の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本施形態の可変リラクタンスモータの内部構成
を示す断面図である。
【図2】ブリッジ部に補強部材を設けたときの可変リラ
クタンスモータの内部構成を示す断面図である。
【図3】可変リラクタンスモータの原理を示す説明図で
ある。
【図4】ロータに働く抗力を求める原理を示す説明図で
ある。
【図5】ロータに働く抗力を求める原理を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
1 可変リラクタンスモータ 10 ステータ 12 コイル 14 ステータ磁極突起 16 出力軸 18 ロータ鉄心 20 ロータ 22 ロータ磁極突起 26 ブリッジ部 30 セラミック材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内周部に設けられた複数のステータ磁極
    突起にそれぞれコイルが巻かれたステータと、 外周部に複数のロータ磁極突起が設けられたロータと、 前記ロータの中央部と前記各ロータ磁極突起の先端部と
    の間に設けられ、隣り合うロータ磁極突起に向かって延
    びるブリッジ部とを備える可変リラクタンスモータにお
    いて、 前記各ロータ磁極突起の外周部と前記ブリッジ部との段
    差を非磁性体の部材で埋めたことを特徴とする可変リラ
    クタンスモータ。
  2. 【請求項2】 前記非磁性体をセラミック材で構成した
    ことを特徴とする請求項1に記載の可変リラクタンスモ
    ータ。
JP901896A 1996-01-23 1996-01-23 可変リラクタンスモータ Pending JPH09201022A (ja)

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