JPH10150754A - リラクタンスモータ及びそれを用いた電動車両 - Google Patents
リラクタンスモータ及びそれを用いた電動車両Info
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- JPH10150754A JPH10150754A JP8307963A JP30796396A JPH10150754A JP H10150754 A JPH10150754 A JP H10150754A JP 8307963 A JP8307963 A JP 8307963A JP 30796396 A JP30796396 A JP 30796396A JP H10150754 A JPH10150754 A JP H10150754A
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- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
する。 【解決手段】リラクタンスモータ1は、ほぼ等間隔に各
磁極を有する回転子3と、固定子巻線5が巻回された鉄
心歯部42と各磁極の磁束流路を構成する固定子ヨーク部
41とを含む固定子2とを備えて、回転子3は、一つの磁
極から隣接の磁極に向かって形成された複数本のスリッ
ト72を有し、かつ、該スリット72の幅を空隙側で大き
く、反空隙側で小さくしたものである。
Description
タ及びそれを用いた電動車両に関する。
軽量高効率であることが望まれる。小型化はモータを高
速回転させることによって達成できる。以上の点より、
電気自動車やバッテリフォーク等の電動車両の駆動モー
タとしては、第1には永久磁石式、第2にはリラクタン
スを利用したブラシレスモ−タが最適である。特に、リ
ラクタンスモータは高性能磁石を使った磁石モータに比
較すると、効率,トルク等は落ちるが、フェライト磁石
とはほぼ同等であり、かつ、特性の温度依存性や磁石の
減磁等の問題がないという良い点があり、さらに、価格
が安く実用的であるという利点がある。
6、6月号「スリット回転子を用いたフラックスバリア
型リラクタンスモータの磁界解析と試作実験」で開示さ
れている。上記技術では、回転子を珪素鋼板等の磁性体
を軸方向に積層する構造で、かつ、回転子の一つの磁極
(または、突極とも呼称される)の中心よりから磁極の中
心に向かって幾層もの非磁性のスリットを設ける構造が
開示されている。このような構造によって、リラクタン
スモータでもっとも重要なファクターとなる磁極中心
(または、突極中心とも呼称される)のリラクタンス(X
d)と磁極間(または、 突極間とも呼称される)のリラク
タンス(Xq)との比Xd/Xqを大きく、つまりモータ
の発生トルクを大きくできることが開示されている。
来技術では、磁極中心のリラクタンス(Xd)と磁極間の
リラクタンス(Xq)との比Xd/Xqを一般のリラクタ
ンスモータに比べれば大きくはなったが、未だ不十分
で、更に改善する必要があり、また、電気自動車用駆動
電動機として使用する場合の高速運転時の機械強度の向
上に課題がある。
解消して、小形軽量、高効率のリラクタンスモータ及び
それを用いた電動車両を提供することにある。
クタンスモータの特徴は、ほぼ等間隔に各磁極を有する
回転子と、固定子巻線が巻回された鉄心歯部と前記各磁
極の磁束流路を構成する固定子ヨーク部とを含む固定子
と、を備えるリラクタンスモータにおいて、前記回転子
は、一つの前記磁極から隣接の前記磁極に向かって形成
された複数本のスリットを有し、かつ、該スリットの幅
を空隙側で大きく、反空隙側で小さくしたことにある。
前記磁極から隣接の前記磁極に向かって形成された複数
本のスリットと外周ブリッジと複数本のブリッジとを有
するとともに、前記磁極中心に磁性体からなる磁極中心
部を有し、かつ、前記ブリッジ及び前記磁極中心部の空
隙側を前記外周ブリッジの部位にて連結した構成であっ
て、前記磁極中心部の空隙側の周方向幅Stを、前記外
周ブリッジの半径方向の幅S1,S2、S3……の最大
値Smより大きくした点にある。
の前記磁極から隣接の前記磁極に向かって形成された複
数本のスリットを有し、かつ、該スリットの形状を回転
方向に対し非対称としたところにある。
隣の磁極に向かう複数のスリットを設け、かつブリッジ
の幅を空隙側で大きく、反空隙側で小さくする構成によ
り、磁極中心のリラクタンス(Xd)と磁極間のリラクタ
ンス(Xq)との比Xd/Xqを大きく、つまり発生トル
クを大きくすることができる。
を、外周ブリッジの半径方向の幅S1,S2,S3…の
最大値をSmより大きくすることにより機械的な強度を
大きくし、高速回転に耐える構造とすることができる。
に向かう複数のスリット(非磁性部)を設け、かつスリッ
ト形状を回転方向で非対称とすることによって、一層X
d/Xq を大きくすることが可能である。
タンスモータを提供できる。また、これらを電動車両の
駆動モータとして搭載する事により、高速回転に耐えう
るために電動機を小型化でき、一充電走行距離を長くで
きる。また、トルクが大きいために加速性能のよい電動
車両を提供することができる。
て、図面を参照し説明する。図1は、本発明による一実
施例のリラクタンスモータの要部断面を示す図である。
図3のA−A断面を示している。図2は、図1のリラク
タンスモータの回転子の部分拡大図である。図3は、図
1のリラクタンスモータの全体を示す部分断面図であ
る。図1〜図3を同時に参照して説明する。ここでは、
固定子として分布巻の巻線構造での一実施例について説
明する。図において、リラクタンスモータ1は、固定子
2と、回転子3と、エンドブラケット9とを含み構成さ
れる。
とを含み構成される。ここで、固定子鉄心4は、円環状
のヨ−ク41と鉄心歯部42とからなり、鉄心歯部と鉄
心歯部との間には、固定子巻線5を収納するスロット4
3が設けられている。一方、回転子3は、例えば珪素鋼
板等の磁性体からなる回転子鉄心7とシャフト8とを含
み構成される。そして、回転子鉄心7は周方向に複数本
の同心円弧形状のスリット72を有する形状をなしてお
り、かつ、スリット72間にはブリッジ74が、スリッ
ト72と同様に同心円弧状に配置される。 ここで、 ブ
リッジ74は外周部を外周ブリッジ71によって図示
(図2)のように連結されている。
にて回転子鉄心がバラバラに分離しないような構造とな
っている。
あり、非磁性材である空気で満たされている。また、ス
リット72の内部に、例えば、ワニスや合成樹脂などの
非磁性材、アルミニウムのような非磁性導電材などを充
填しても可である。
は、外周ブリッジ71と、スリット72(72a,72b,72
c,72d,72e)とブリッジ74(74a,74b,74c)とから
なり、外周ブリッジ71およびブリッジ74は磁路を形
成し、スリット72の部位は非磁路となっている。この
スリット72を非磁性スリットとも呼称する。
一方、回転子鉄心7の磁極中心(または、突極中心)は、
磁性体からなる磁極中心部73であり、磁路及び強度部
材を形成している構成である。
をsとして、ブリッジ74a,74b,74c,74dのそれぞれ
の幅寸法をt1,t2,t3,t4とする。また、スリット
72a,72b,72c,72d,72eのそれぞれの幅寸法をd1,
d2,d3,d4,d5とする。ただし、d5は平均幅とす
る。
d2<d3<d4<d5の関係にするものである。すなわ
ち、非磁性スリットとしてのスリット72a,72b,72c,7
2d,72eの幅寸法を回転子3の空隙側(外周のエアギャ
ップ側)に向かって大きく、回転子3の反空隙側(中心の
反エアギャップ側)に向かって小さくするものである。
尚、本実施例の場合は、 t1=t2=t3=t4>s(また
はt1=t2=t3=t4≦s)の関係ではあるが、本発明
の目的である高効率化の点からは、 後述するように、
各ブリッジのそれぞれの幅寸法は上記関係に拘泥される
ものではない。また、最外周のスリット72eの幅d5
は任意に選択されるものとする。
たシャフト8を介して、エンドブラケット9に嵌挿した
ベアリング10にて回転可能に保持される構成である。
ここでは、固定子鉄心4の外周にフレームが無い構成で
示したが、必要によってはフレームを用いてもよい。回
転子3のシャフト8上には、回転子3の位置を検出する
磁極位置検出器PS,位置検出器Eが備えられている。
-,U2+, U2-,V相にはV1+,V1-,V2+, V2-、W相
にはW1+,W1-,W2+,W2-がそれぞれ接続される。な
お、添字の1は固定子巻線番号、+、―は固定子巻線5
の巻き方向を示すものである。また、本実施例の場合
は、4極の例が示されている。
スモータの特徴は、回転子に当該回転子の一つの磁極
(または、突極)より隣の磁極に向かう複数の非磁性スリ
ットを設け、その非磁性スリットの幅寸法を回転子の外
周側(エアギャップ側)に向かって大きく、回転子の中心
側(反エアギャップ側)に向かって小さくするところにあ
る。エアギャップとは、回転する回転子が固定している
固定子との間に形成される回転子外周の空隙である。ま
た、回転子は、磁気的にはスリット72の存在によって
磁極中心部73の磁気抵抗が小さく、磁極中心部間の磁
気抵抗が大きくなり、いわゆる磁極性を示すことにな
り、磁極の中心は、磁極中心部73になる。本発明で
は、従来例の均等幅のスリット形状に対して、一つの磁
極より隣接の磁極に向かう複数のスリットを設け、かつ
スリット部の幅を空隙側で大きく、反空隙側で小さくす
る構成としたことを特徴とする。これによって、磁極中
心側にブリッジ74を寄せる構成としたものである。
について説明する。図4は、本発明によるリラクタンス
モータの原理を示す図である。この図は、円形の回転子
2を周方向に平面に展開した例で示している。図4(a)
には、Xd方向に、図4(b)には、Xq方向に、それぞ
れの固定子巻線5の固定子巻線起磁力を加えた場合の、
空隙磁束密度分布を示している。ここで、Xd方向とは
磁極中心部73の中心方向(磁極中心の方向)、Xq方向
は、隣接する磁極中心部73同士の中間の方向(磁極間
の方向)を指している。
は、Xd方向に固定子巻線起磁力をかけたときの磁極中
心の方向に発生するリラクタンスXdと、Xq方向に固
定子巻線起磁力をかけたときの磁極間の方向発生するリ
ラクタンスXdとの比、Xd/Xqに比例する。
固定子巻線起磁力をかけたときのインダクタンスLd
と、Xq方向に固定子巻線起磁力をかけたときのインダ
クタンスLqとに比例する。従って、トルクはLd/L
qに比例する。
q)は次式で表される。 L=N・Ф/Ia (数2) ここで N:固定子巻線の巻数 Ф:磁束 Ia:固定子巻線電流 (数2)式は、固定子巻線5の電流に対して発生磁束Фを
増加させることによって、インダクタンスLを増加させ
ることを示している。そして、一般にリラクタンスモー
タでおいては、磁極中心のリラクタンス(Xd)と磁極間
のリラクタンス(Xq)との比、Xd/Xqを大きくする
ことが重要である。
リッジ(外周ブリッジ71)の影響を無視し、 スリット
(スリット72a,72b,72c,72dおよび72e)の透磁率を
0(零)とした場合の、空隙磁束密度分布を示した。従っ
てこの場合、外周ブリッジ71の磁束密度は零で、ブリ
ッジ74にのみ磁束が通ると仮定したものである。
かに従来方式のスリット72a,72b,72c,72dの幅を等
寸法に配置するよりも、 本発明の方式のように、スリ
ット72a,72b,72c,72dの幅を空隙側で大きく反空隙
側で小さくした方が、 磁極中心側にブリッジ74が寄
ることになり、 固定子巻線起磁力の大きい方に位置す
る「回転子の磁性体であるブリッジ74が形成する磁路」
の部分が多くなり、換言すれば、ブリッジ74が従来に
比較して磁極中心側に移動し、それによって発生磁束量
も増加するので、全体の磁束量は増加する。
モータとしてのXd方向のリアクタンス及びインダクタ
ンスが増加する。一方、Xq方向に関しては、上記の反
対に作用し、従来方式に対して本発明の方式のXq方向
のリアクタンス及びインダクタンスは減少する。これに
よって、リラクタンスモータのトルク特性の指標である
比Xd/Xq及びLd/Lqは従来方式に比較して、本
発明の方式の方が改善されて、効率の良い小型軽量のリ
ラクタンスモータとすることができる。
ラクタンスモータの要部断面を示す図である。ここで、
図1と同一符号は同一構成を示すものとする。図5(b)
は、その要部拡大図を示す図である。本実施例のリラク
タンスモータの特徴は、構造が強固となり高速回転に適
していることにある。すなわち、本発明の実施例で示し
たようにスリット72を設けると電気的な特性改善を行
うことはできるが、回転子の機械的な強度が低下する虞
れがあり、本来のリラクタンスモータの長所を失うこと
になるので、このスリット72を有するリラクタンスモ
ータの機械的な強度の改善を図るものである。本実施例
では、リラクタンスモータ1の磁極中心を構成する磁極
中心部73の磁気回路の幅を、磁極中心部73を除くス
リット72やブリッジ74の非磁性スリット部を形成し
た磁極外周部の幅よりも大きく構成するものである。
に位置する外周ブリッジ71の幅をそれぞれのスリット
72の位置に応じて、図示のようにS1,S2,S3,S
4,S5で表すものとする。ここで、これらのS1,S2,
S3,S4,S5のうちの最大値をSmと定義する。そし
て、磁極中心部73の周方向幅をStとしたとき、本発
明ではSt>Smとしたことを特徴とする。
tを広くすることによって、図4で説明した原理によっ
て電気的な特性を改善しつつ、回転子3の機械的な強度
を確保することができる。
寸法が徐々に大きくなる構成とすることにより、磁極間
に位置するブリッジ74にかかる遠心力が徐々に大きく
なるにしたがって、当該遠心力を受ける外周ブリッジ7
1の幅を徐々に大きし、応力を磁極中心部73側に伝え
て、ブリッジ全体としての強度を高めるものである。以
上の構成によって、高速回転までの機械的な強度が確保
でき、小型軽量のリラクタンスモータを提供することが
できる。
タンスモータの要部断面を示す図である。ここで、図1
と同一符号は同一構成を示すものとする。本実施例で
は、 d軸のリアクタンスを減少させるために、 回転子
3の外周側(最外周)にあった外周ブリッジ71の一部
を、図6に示すように、回転子3の中心側(内側)へ移動
した構造である。具体的には、スリット72bとスリット
72dに対応した外周ブリッジ71b,71dが最外周部位か
ら内側部位へ移動している。
力によって発生する磁束は、外周ブリッジ71b,71dを
通過する必要があるために、 迷路のような全長の長い
磁路となり、磁気抵抗が大きくなる。これは発生磁束量
を低減しq軸のリアクタンスを減少せしめ、リラクタン
スモータとしての特性を向上させることに繋がるもので
ある。
のリラクタンスモータの要部断面を示す図である。ここ
で、図1と同一符号は同一構成を示すものとする。リラ
クタンスモータにおいては、トルク/電流を最小化する
ためには、固定子巻線5の巻線起磁力を、磁極磁極中心
より約45度進んだ位置にかけることによって達成でき
る。従って、空隙部の磁束密度分布は、磁極中心より4
5度進んだ位置で最大となる。図1〜図6に示した実施
例では、スリット幅はほぼ同一であるが、 図7におけ
る実施例では、上記の「磁極中心より45度進んだ位置
で最大となる」という特性に合わせて、 磁極中心より回
転方向に進んだ位置のスリット72の幅T1を、図示の
ように回転方向に遅れた位置のスリットT2より小さく
したことを特徴とする。換言すれば、回転子は、一つの
磁極から隣接の磁極に向かって形成された複数本のスリ
ットを有し、かつ、該スリットの形状を回転方向に対し
非対称としたものである。例えば、スリットの回転方向
の幅を小さく、反回転方向の幅を大きくして非対称とし
たものである。以上の構成によって、磁路を形成するブ
リッジ74の幅のスリット72に占める割合を変えるこ
とによって、効率的な構成にすることができるものであ
る。尚、上記実施例ではスリット72の幅を変える構成
を示したが、ブリッジ74の幅を変えることによって
も、目的は達成できる。
ンスモータにおいては、最中心側(最内周部)のスリット
72a または近傍のスリット72bの内部に永久磁石6を
挿入する構成を示している。本構成であれば、スリット
72a内の永久磁石6による遠心力の増加を最小限に押さ
えつつ、q軸に発生する磁束を効果的に抑制することが
できる。さらに、永久磁石6の強度が強ければ、永久磁
石6による磁束は、積極的なトルク発生を生じ、小型軽
量の回転電機とすることができる。一方、最外周側(最
外周部)のスリット72eまたは近傍のスリット72dに永
久磁石6を入れることによって、最小の磁石量にて、q
軸に発生する磁束を抑制することもできる。
を挿入することによって、永久磁石6の断面を広くする
ことができる。これは永久磁石の磁束を大きくして発生
トルクを増加させることができる。 なお、図中のス
リット72に永久磁石6を挿入すると、モータ特性を向
上させて、大きなトルクを発生するのは、 q軸による
磁束(d軸によるモータトルクに対してブレーキとして
作用)を永久磁石磁束によって低減させる効果と、 かつ
永久磁石による磁束によって積極的にトルクを発生させ
る両方の効果によって、大きな発生トルクが得られるか
らである。なお、上記永久磁石はスリット72のいずれ
の個所に挿入しても良いことは言うまでもないことであ
る。
タンスモータについて説明したが、集中巻構造のリラク
タンスモータでも適用可能である。また、電動機だけで
なく発電機でもよく、外転型、内転型回転子を用いたリ
ラクタンシモータにも適用可能である。また、回転電機
にのみならずリニアモータ等への適用も可能である。
ラクタンスモータ及びそれを備えた電動車両を提供する
ことができる。
要部断面を示す図である。
図である。
面図である。
図である。
の要部断面を示す図である。
の要部断面を示す図である。
スモータの要部断面を示す図である。
…固定子鉄心、5…固定子巻線、6…永久磁石、7…回
転子鉄心、8…シャフト、9…エンドブラケット、10
…ベアリング、41…固定子ヨーク部、42…鉄心歯
部、43…スロット、71…外周ブリッジ、72…スリ
ット、73…磁極中心部、74…ブリッジ
Claims (6)
- 【請求項1】ほぼ等間隔に各磁極を有する回転子と、固
定子巻線が巻回された鉄心歯部と前記各磁極の磁束流路
を構成する固定子ヨーク部とを含む固定子と、を備える
リラクタンスモータにおいて、 前記回転子は、一つの前記磁極から隣接の前記磁極に向
かって形成された複数本のスリットを有し、かつ、該ス
リットの幅を空隙側で大きく、反空隙側で小さくしたこ
とを特徴とするリラクタンスモータ。 - 【請求項2】請求項1において、前記スリットは、永久
磁石を挿入保持していることを特徴とするリラクタンス
モータ。 - 【請求項3】ほぼ等間隔に各磁極を有する回転子と、固
定子巻線が巻回された鉄心歯部と前記各磁極の磁束流路
を構成する固定子ヨーク部とを含む固定子と、を備える
リラクタンスモータにおいて、 前記回転子は、一つの前記磁極から隣接の前記磁極に向
かって形成された複数本のスリットと外周ブリッジと複
数本のブリッジとを有するとともに、前記磁極中心に磁
性体からなる磁極中心部を有し、かつ、前記ブリッジ及
び前記磁極中心部の空隙側を前記外周ブリッジの部位に
て連結した構成であって、 前記磁極中心部の空隙側の周方向幅Stを、前記外周ブ
リッジの半径方向の幅S1,S2、S3……の最大値S
mより大きくしたことを特徴とするリラクタンスモー
タ。 - 【請求項4】ほぼ等間隔に各磁極を有する回転子と、固
定子巻線が巻回された鉄心歯部と前記各磁極の磁束流路
を構成する固定子ヨーク部とを含む固定子と、を備える
リラクタンスモータにおいて、 前記回転子は、一つの前記磁極から隣接の前記磁極に向
かって形成された複数本のスリットを有し、かつ、該ス
リットの形状を回転方向に対し非対称としたことを特徴
とするリラクタンスモータ。 - 【請求項5】請求項4において、前記スリットの回転方
向の幅を小さく、反回転方向の幅を大きくしたことを特
徴とするリラクタンスモータ。 - 【請求項6】請求項1または請求項3または請求項4の
いずれか1項記載のリラクタンスモータを用いたことを
特徴とする電動車両。
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JP30796396A JP3286542B2 (ja) | 1996-11-19 | 1996-11-19 | リラクタンスモータ及びそれを用いた電動車両 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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JPH10150754A true JPH10150754A (ja) | 1998-06-02 |
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JP30796396A Expired - Fee Related JP3286542B2 (ja) | 1996-11-19 | 1996-11-19 | リラクタンスモータ及びそれを用いた電動車両 |
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