JPH10146029A - 可変リラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルクリプルを少なくすることにより、停止
時の位置決め精度の確保および振動の防止が可能な可変
リラクタンスモータを提供する。 【解決手段】 図２に示すように、本発明の可変リラク
タンスモータは、ステータ１０の磁極突起１４の進角側
及び遅角側の双方に補助突起１５を設け、更にロータ２
０の磁極突起２２の進角側及び遅角側の双方に補助突起
２７を設けている。図示しないコイルに通電し、ロータ
２０を回転させると、磁極突起１４、２２が互いに重な
っている部分が、連続的に変化するが、磁極突起１４お
よび磁極突起２２が、夫々磁極突起２２および磁極突起
１４に対向していない部分も、夫々補助突起１５及び補
助突起２７との間に磁束３０が流れるため、インダクタ
ンスが急峻に変化しない。従って、トルクリプルが少な
くなり、停止時の位置決め精度が確保でき、振動の発生
も防止できる。

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。

【０００２】

【従来の技術】近年、誘導機に代わる電動機として可変
リラクタンスモータが注目されている。可変リラクタン
スモータ（以下、リラクタンスモータあるいは単にモー
タとも言う）の一例を図７に示す。

【０００３】すなわち図７に示すように、可変リラクタ
ンスモータのステータ１０は、円筒状をしておりその内
周部には、６極の磁極突起１４（１４ａ、１４ｂ、１４
ｃ、１４ａ′、１４ｂ′、１４ｃ′）が等間隔に設けら
れている。これら６極の磁極突起１４のうち、互いに対
向する一対の磁極突起１４ａ−１４ａ′、１４ｂ−１４
ｂ′、１４ｃ−１４ｃ′は、夫々、当該モータの各相φ
１、φ２、φ３を形成しており、これら各磁極突起１４
ａ〜１４ｃ′には、夫々、各相φ１〜φ３の巻線となる
環状のコイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃが装着されてい
る。

【０００４】ここで、一般のリラクタンスモータの駆動
原理を図８を用いて説明する。図８に実線で示す如く、
ステータＳの磁極突起ＳT に対してロータＲの磁極突起
ＲTが進角側にある場合、ロータＲの回転によってコイ
ルＣのインダクタンスは正の方向に変化する（増加領
域）。このときにコイルＣを通電すると、ロータＲに正
の回転トルクが発生する。逆に、図８に点線で示す如
く、ステータＳの磁極突起ＳT に対してロータＲの磁極
突起ＲT が遅角側にあり、ロータＲの回転によってコイ
ルＣのインダクタンスが負の方向に変化しているとき
（減少領域）にコイルＣを通電すると、ロータＲに負の
回転トルクが発生する。つまりリラクタンスモータで
は、インダクタンスの変化に応じて、コイルＣへの通電
を制御して、所望の方向にトルクを発生させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、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、
モータの各相を構成するコイルに対して、各相毎に一定
電流を流した状態で、ロータを徐々に回転させたとき
の、ロータに加わるトルクとロータＲの変位角との関係
（即ち、各相毎の静トルク）を調べると、図９のように
なる。即ち、図９は、図７に示した可変リラクタンスモ
ータのトルク特性を表わしている。この図から明らかな
ように、各相φ１〜φ３の静トルクは、０付近から緩や
かに上昇して最大値付近で所定位相にわたって飽和し、
その後、急峻に減小する。

【０００６】この結果、各相φ１〜φ３の静トルクを合
計することによって得られる可変リラクタンスモータの
出力トルクは、かなり脈動の大きいものになり、例えば
各相φ１〜φ３のコイル電流を制御して、ロータＲを任
意の回転位置にて停止させようとしても、各相φ１〜φ
３のトルクはコイル電流の微小な変化によって大きく変
化するため、その停止時の位置決め精度が悪く、また振
動の原因にもなるといった問題があった。

【０００７】本発明はかかる課題に鑑みなされたもの
で、請求項１に記載の可変リラクタンスモータは、当該
モータのトルク特性のリプルの少なくし、位置決め精度
の向上及び振動の防止を図ることを目的としている。ま
た請求項２に記載の可変リラクタンスモータは、請求項
１に記載のモータの製造を容易にすることを目的として
いる。

【０００８】また更に、請求項３に記載の可変リラクタ
ンスモータは、当該モータの軽量化、コイルの巻線領域
の確保等を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段および発明の効果】かかる
課題を解決するためになされた本発明の請求項１に記載
の可変リラクタンスモータは、複数の磁極突起を有する
固定子と、該固定子の磁極突起に所望の空隙距離をおい
て対向可能な複数の磁極突起を有する可動子とを備え、
固定子又は可動子の各磁極突起に夫々コイルが巻回され
た可変リラクタンスモータにおいて、前記可動子及び／
若しくは前記固定子の各磁極突起の、進角側、及び遅角
側の少なくとも一方に、当該磁極突起よりも空隙距離が
長い補助突起、を該磁極突起と一体に形成したことを特
徴とする。

【００１０】従って、請求項１に記載の可変リラクタン
スモータによれば、可動子の移動（回転子の場合はその
回転）と共に、空隙距離が徐々に変化するため、従来の
モータの如くトルク特性が可動子の動作に伴って急峻に
変化する、といったことが無い。よって、停止時の位置
決め精度が確保でき、また振動の発生も防止できる。

【００１１】なお、補助突起の形状は、空隙距離が磁極
突起のそれよりも長くなるものであれば、インダクタン
スを徐々に減少させる効果があるため、任意の形状にで
きる。例えば、雛段状にしたり、請求項２に記載のモー
タのような形状にすることが考えられる。

【００１２】すなわち請求項２に記載の本発明は、請求
項１に記載の可変リラクタンスモータにおいて、前記補
助突起を、一体に形成された磁極突起の形状に連続する
凸曲線状に形成したことを特徴とする。ここで「磁極突
起の形状に連続する凸曲線状に形成」とは、磁極突起と
補助突起との間が、段差や屈曲を為すことなく、滑らか
に繋がった輪郭を為すことを意味している。代表的な態
様としては、磁極突起の幅と補助突起の幅とを加えた幅
からなる突起を形成し、この突起の先端の進角側の角
（及び／若しくは遅角側の角）にＲを付けたものが挙げ
られる。このＲの部分が補助突起であり、それ以外の部
分が磁極突起となる。

【００１３】この可変リラクタンスモータによれば、可
動子の移動に伴う空隙距離の変化は非常に滑らかであ
る。従って、トルク特性は、非常に緩やかに変化し、リ
プルの極めて少ないものにすることができる。特に、補
助突起を形成した可動子（または固定子）を、打ち抜き
形成した金属板（鉄心形成板）を積層することにより構
成する場合には、補助突起と磁極突起とが滑らかに連続
した輪郭にて繋がっているため、バリやワレが生じ難
く、作業工数の削減や、歩止まりの向上が期待できる。

【００１４】なお、補助突起を形成すると、当該モータ
の重量がその分、増してしまう。特に、可動子の磁極突
起に形成した場合には、可動子の動作（回転子の場合は
その回転）に支障が出る虞もある。また、コイルが巻回
された磁極突起に補助突起を形成した場合には、インダ
クタンスの値に影響が出る場合がある。すなわち、隣り
合う磁極突起の間は、例えば図７に示したように、コイ
ル１２を巻回するスペースとなる。これら磁極突起に補
助突起を形成すると、このスペースを削減することにな
り、コイル１２の巻回数の減少などを招き、インダクタ
ンスの値に制限を与えかねない。これらに配慮したの
が、請求項３に記載した態様である。

【００１５】すなわち、請求項３に記載の本発明は、請
求項２に記載の可変リラクタンスモータにおいて、前記
補助突起の、前記磁極突起と対向しない部分の幅を狭く
したことを特徴とする。このようにすると、補助突起を
形成したことによる固定子（または可動子）の重量増加
を抑えられる。特に可動子の磁極突起に、このような補
助突起を形成すれば、可動子の移動（回転子の場合は回
転）を妨げることがない。また、その磁極突起が、コイ
ルが巻回されるものであれば、コイルを設置するスペー
スを削減することがない。

【００１６】なお、「幅が狭くされている」とは、その
部分については幅をゼロにすることも含める。この場
合、補助突起は、対向する磁極突起に向く部分のみとな
る。外見的には、磁極突起の先端付近の側面に、補助突
起を形成した態様となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態である
可変リラクタンスモータについて図面を用いて説明す
る。なお、図７に示したリラクタンスモータと、名称が
同じ構成については同じ符号を付して示す。

【００１８】まず、図１は本発明を適用した可変リラク
タンスモータの内部構成を示す説明図である。図１に示
す如く、鉄心形成板を積層してなる円筒状のステータ１
０の内周部には、６極の磁極突起１４（１４ａ、１４ｂ、
１４ｃ、１４ａ′、１４ｂ′、１４ｃ′）が等間隔に設け
られている。これら６極の磁極突起１４のうち、互いに
対向する一対の磁極突起１４ａ−１４ａ′、１４ｂ−１
４ｂ′、１４ｃ−１４ｃ′は、夫々、当該モータの各相
φ１、φ２、φ３を形成しており、これら各磁極突起１４
ａ〜１４ｃ′には、夫々、各相φ１〜φ３の巻線となる
環状のコイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃが装着されてい
る。

【００１９】一方、ロータ２０は、モータの出力軸１６
と、その出力軸１６に支持されたロータ鉄心１８と、か
らなり、ステータ１０の軸位置に回動自在に支承されて
いる。ロータ鉄心１８は、外周部に４極の磁極突起２２
（２２ａ、２２ｂ、２２ａ′、２２ｂ′）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。

【００２０】なお、これらステータ１０及びロータ２０
を形成する鉄心形成板は何れも、打ち抜き加工により形
成される。また、図示しないが、ロータ２０の出力軸１
６には、外周部にスリットを有する回転円板が固着さ
れ、モータの筐体には、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が設けられている。
つまり、この実施態様の可変リラクタンスモータには、
回転円板とホトインタラプタとからなる周知の回転位置
検出器が備えられており、この検出器からの検出信号に
基づいて、ロータ２０の位置が求められるようになって
いる。

【００２１】この可変リラクタンスモータは、従来の技
術の項にて説明した原理に基づいて、従来装置と同様に
制御される。例えば、回転駆動時に、ロータ２０の磁極
突起２２ａ、２２ａ′が、ステータ１０側の第１相目
（φ１）の磁極突起１４ａ、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図示しない
電子制御装置から第１相目（φ１）のコイル１２ａへの
通電指令が出力され、これによりロータ２０に正の回転
トルクが発生する。そしてロータ２０の磁極突起２２
ａ、２２ａ′がステータ１０の磁極突起１４ａ、１４
ａ′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への通電を停止して、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２０の磁極突起２２ａ、２２ａ′が
ステータ１０の磁極突起１４ａ、１４ａ′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。

【００２２】ここで、磁極突起１４、２２の形状の詳細
を、図２を用いて説明する。図２は図１の、磁極突起１
４ａ、磁極突起２２ａの付近を拡大した図である。図２
に示すように、ステータ１０の磁極突起１４には、その
先端の角部に半径Ｒs のＲが付けられている。これが補
助突起１５である。前後するが、磁極突起１４は正確に
は、本図に示す略長方形の部分からその左右両側に形成
された補助突起１５を除いた部分を差し、その先端は中
心角βs の凹円弧状にされている。一方、ロータ２０の
磁極突起２２の補助突起は、磁極突起２２の先端の角部
に、半径ＲｒのＲとして形成されている（符号２７）。

【００２３】図示しないコイル１２を通電すると磁極突
起１４、２２間に磁束３０が流れ、ロータ２０を回転さ
せるとコイル１２のインダクタンスが変化する。この変
化に大きく寄与するのが磁極突起１４、２２の重なり具
合（対向している部分）である。ロータ２０を回転させ
ると、重なっている部分が連続的に変化するが、磁極突
起１４の、磁極突起２２に対向していない部分も、補助
突起１５との間に磁束３０が流れるため、インダクタン
スが急峻に変化することがない（磁極突起２２の、磁極
突起１４に対向していない部分も同様である）。

【００２４】この結果、この可変リラクタンスモータの
トルク特性は図３に示したようになる。図３に示すよう
に、図９に示した従来の可変リラクタンスモータのトル
ク特性に比べて、最大値付近で飽和した後、緩やかに減
少する。従って、トルク特性は、リプルが少なくなり、
停止時の位置決め精度が確保でき、また振動の発生も防
止できる。

【００２５】次に、補助突起１５、２７の大きさについ
て考察する。図４は、ステータ１０の磁極突起１４の補
助突起１５、及びロータ２０の磁極突起２２の補助突起
２７の大きさを変えた例を示すものである。図４（ａ）
は、補助突起１５を半径３ｍｍのＲとしたステータ１
０、図４（ｂ）は、補助突起２７を半径３ｍｍのＲとし
たロータ２０、図４（ｃ）は、補助突起１５を半径１．
５ｍｍのＲとしたステータ１０、図４（ｄ）は、補助突
起２７を半径１．５ｍｍのＲとしたロータ２０である。
また、図４（ｅ）及び図４（ｆ）は、夫々補助突起１５
及び補助突起２７を形成しなかったものである。これら
において、補助突起１５、２７以外の条件は同じとし
た。例えば、磁極突起１４の先端の中心角βs は３０ｄ
ｅｇ、磁極突起２２の先端の中心角βr は３３ｄｅｇと
し、共に不変とした。また、モータの軸位置から磁極突
起１４の先端までの距離は２１．５ｍｍ、磁極突起２２
の先端までの距離は２１．３ｍｍとし、これらについて
も不変とした。

【００２６】図４（ａ）のステータ１０に図４（ｂ）の
ロータ２０を設置したモータをモデルａ、図４（ｃ）の
ステータ１０に図４（ｄ）のロータ２０を設置したモー
タをモデルｂ、図４（ｅ）のステータ１０に図４（ｆ）
のロータ２０を設置したモータをモデルｃとし、これら
３種類のモータについて行なった静トルク特性のシミュ
レーション結果を図５に示す。

【００２７】図５は、横軸に変位角、縦軸に静トルクを
とり、モデルａを□印、モデルｂを＋印、モデルｃを△
印で表し、夫々プロットしたグラフである。本図に示す
ように、従来の可変リラクタンスモータであるモデルｃ
は、図９に示したトルク特性と同様、一旦飽和した後、
急峻に下がる曲線を描くが、モデルｂ、モデルａと、補
助突起１５、２７を大きくするにつれて、減少の度合が
緩やかになるのが分かる。この考察により、補助突起１
５、２７の大きさを加減することにより、トルク特性を
調整できることが分かる。

【００２８】以上説明したように、図７に示した従来の
可変リラクタンスモータに、補助突起１５、２７を形成
して図１のようにすることにより、トルク特性は改善さ
れ、トルクがロータの回転に伴って急峻に変化する、と
いったことが無い。よって、停止時の位置決め精度が確
保でき、また振動の発生も防止できる。また、補助突起
１５、２７の大きさを変更することにより、トルク特性
を適宜設定することができる。

【００２９】また、補助突起１５、２７の形状を、磁極
突起１４、２２の円弧形状と滑らかに接続させたことに
より、各鉄心形成板を打ち抜き形成する際にバリやワレ
が発生し難く、作業工数の削減や歩止まりの向上が期待
できる。以上、本発明を適用した一実施形態について説
明してきたが、本発明はこの実施形態に何等限定される
ものではなく様々な態様で実施しうる。

【００３０】例えば、この実施形態では、可変リラクタ
ンスモータをインナーロータ型のモータとして構成した
が、これ以外の態様（例えば、アウタロータ型のモータ
やリニアモータ）にも適用できる。これら何れの態様の
モータとして構成した場合にも、それが発生するトルク
のリプルを低減し、位置決め精度の向上や、振動の発生
を抑制できる。

【００３１】また、図５に良く表されているように、ト
ルクの減少の度合は、補助突起１５、２７の影響を受け
ているが、上昇の度合はむしろ、急峻になっている。補
助突起１５、２７を磁極突起１４、２２の先端の両側に
形成したのは、ロータ２０が逆回転したときに同一の特
性を呈するようにするためであるが、ロータ２０を一定
方向にしか回転させないのであれば、磁極突起１４、２
２の各進角側に形成された補助突起１５、２７について
は形成しなくても良い。また、補助突起１５、２７を全
く形成しないのではなく、Ｒを小さく（例えば１ｍｍ程
度）しても良い。こうすれば、前記のように鉄心形成板
を形成する際に発生するバリやワレを防止することがで
きる。

【００３２】また、前記のシミュレーションでは、補助
突起１５、２７の大きさを同じにしたが、異なる大きさ
にしても良い。例えば、図４（ａ）のステータ１０に図
４（ｄ）のロータ２０を設置したり、あるいは図４
（ｃ）のステータ１０に図４（ｂ）のロータ２０を設置
したりしてもよい。

【００３３】なお、図１の可変リラクタンスモータを、
図７の可変リラクタンスモータと比較すると、補助突起
１５（図２などを参照）を形成したことにより、コイル
１２を巻回するスペースが、小さくなっている。これで
は、コイル１２の巻回数が減少するなどして、インダク
タンスの値に影響が出る可能性がある。これを防ぐには
図６のようにすれば良い。

【００３４】図６（ａ）は、図４（ａ）に示したステー
タ１０の補助突起１５の形状を変更したものであり、図
６（ｂ）は、図４（ｂ）に示したロータ２０の補助突起
２７の形状を変えたものである。図６（ａ）に示したス
テータ１０では、補助突起１５を、磁極突起１４の先端
付近にのみ形成し、それよりも根元側では幅をゼロにし
ている。換言すると、図１や図２に示した補助突起１５
のうち、トルク特性に影響を与える部分のみを残してい
る。こうすることにより、トルク特性を悪化させること
なく、コイル１２を巻回するスペースを確保できる。

【００３５】またロータ２０については、補助突起２７
を形成したことによりイナーシアが増大して、出力が削
減したり、起動時の過渡特性が悪くなる可能性がある。
そこで図６（ｂ）のように、補助突起２７の先端部分の
みを残して、その他の部分の幅を狭くすると、イナーシ
アの増大が抑えられ、補助突起２７がロータ２０の回転
特性に影響を与えるのを防止できる。

【００３６】また、これら図６（ａ）及び図６（ｂ）に
示したステータ１０及びロータ２０を採用すれば、当該
モータの軽量化も図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した可変リラクタンスモータの
内部構造を示す説明図である。

【図２】 本発明を適用した可変リラクタンスモータの
磁極突起の形状を示す部分拡大図である。

【図３】 本発明を適用した可変リラクタンスモータの
静トルク特性を表わすグラフである。

【図４】 補助突起の大きさを変えたロータ及びステー
タの例を示す説明図である。

【図５】 図４に示した３種類の可変リラクタンスモー
タの静トルク特性を表わすグラフである。

【図６】 本発明を適用した可変リラクタンスモータの
他の実施形態を示す説明図である。

【図７】 従来の可変リラクタンスモータの内部構造を
示す説明図である。

【図８】 可変リラクタンスモータの動作原理を説明す
る説明図である。

【図９】 従来の可変リラクタンスモータの静トルク特
性を表わすグラフである。

【符号の説明】

１０、Ｓ…ステータ １２（１２ａ〜１２ｃ）、
Ｃ…コイル １４（１４ａ〜１４ｃ′）、ＳT …磁極突起（ステータ
側） １５、２７…補助突起 １６…出力軸 １８…
ロータ鉄心 ２０、Ｒ…ロータ ２２（２２ａ〜２２ｂ′）、ＲT …磁極突起（ロータ
側）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の磁極突起を有する固定子と、該固
   定子の磁極突起に所望の空隙距離をおいて対向可能な複
   数の磁極突起を有する可動子とを備え、固定子又は可動
   子の各磁極突起に夫々コイルが巻回された可変リラクタ
   ンスモータにおいて、 前記可動子及び／若しくは前記固定子の各磁極突起の、
   進角側、及び遅角側の少なくとも一方に、当該磁極突起
   よりも空隙距離が長い補助突起、 を該磁極突起と一体に形成し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】 前記補助突起は、一体に形成された磁極
   突起の形状に連続する凸曲線状に形成されていることを
   特徴とする請求項１に記載の可変リラクタンスモータ。
3. 【請求項３】 前記補助突起は、前記磁極突起と対向し
   ない部分の幅が狭くされていることを特徴とする請求項
   ２に記載の可変リラクタンスモータ。