JPS61161985A - 可変速−可変リラクタンス電気機械 - Google Patents

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】 本発明は可変リラクタンス電気機械を編入した、または
そのような電気機械のためのパワードライブシステム並
びに、そのシステムに適した可変リラクタンス電気機械
そのものに間するものである。

より特定すれば、本発明は二重突極型可変もしくは切り
換え弐リラクタンスモータのためのパワードライブシス
テムおよびそのようなパワードライブシステムに通した
リラクタンスモータに関するものである。この発明はさ
らに発電機として動作し得る可変リラクタンス機械の構
造に関するものである。

可変リラクタンスモータは最も古典的な動力機械の一種
であり、それらの工業的利用は、ステータ磁極を信鯨性
良く順次付勢することによりロータの回転をもたらすた
めの適当なスイッチング手段の入手が多年にわたり困難
であったため、それほど促進されなかった。より高いパ
ワードライブに対して可変リラクタンス電気機械を適用
させるという試みが、これまで比較的なおざりにされて
Ｅ’こ事実は１９７６年のスモールマンーンズコンファ
レンスにおいで提出された会誌（ＩＥＥ　　Ｃｏｎｆ、
Ｐｕｂｌ、１３６．１９７６　　第９３〜９６頁）に記
載された論文において述べられたところである。この論
文は鉄道に用いれるため、１８４２年に設計された最初
のこの種リラクタンスモータ、すなわち今日のこの種電
気機械に言及している。この論文はまた、１８５１年型
のこの種′１υ１械に言及している。結局この種の機械
が長年市場的役割を見出されなかったため、リラクタン
スモータを今日の工業的利用に供し得なかったという悪
循環の環境において少数の先人が苦闘してきた。

前記コンファレンス（学会）におけるＵｌ論には勿論ま
ぎれもない進歩はうかがえるとしても、その後、可変リ
ラクタンスモータを通常の工業的（ＡＣおよびＤＣ）装
置と１換するような拡大使用をもたらさなかったという
ことである。

周知のステップモータシステムを可変速駆動に適用する
場合においては、相間のトルクリプルが重要な意味を持
ち、したがって、ステップモータをそのような駆動方式
に利用できない事態が生ずることもすでに確認されてい
る。このようなシステムにおいて最大リラクタンス位置
から最小リラクタンス位置までのロータ移動中における
可変および可飽和リラクタンスモータの１相当たりの静
トルク対ロータ角度特性は、典型的には極の重なり（ｐ
ｏｌｅ　ｏνｅｒｌａρ）が開始するときの急峻な初期
トルク上昇によって峻別される。モータはその後、極の
重なりが完全整合に接近してトルクが実質上一定となる
期間に移り、やがてトルク特性は極の重なりが完了して
関連するロータ磁極が最小リラクタンス位置に移動する
ときの急激なトルク降下期間におけるロールオフ部（ｒ
ｏｌｌ−ｏＨｐｏｒｔｉｏｎ）で終了する。ステータに
関するロータのそれ以上の変位は、磁極を重なり状態か
ら分離させるものであり、この変位の静トルク特性は、
実質上トルクが逆方向に作用する場合の極の重なり条件
に向かって変位する場合のゼロトルク完全整合条件と逆
の鏡像となる。ロータ磁極およびステータ磁極Ｉ極の最
小リラクタンス関係位置からのさらなる相対的変位によ
り発生するこの負トルクは、ロータが新たな量大リラク
タンス位置に達したとき終了し、こ時点からさらなる完
全サイクルが開始し、ロータ磁極がさらに別のステータ
磁極と重なり合う方向に向かう移動が開始される。静ト
ルクのピークの大きさは、励磁電流のレベルに応じて変
化するが、この特性の一般的形状は励磁の全レベルにわ
たって同一に維持される。したがって連続した相トルク
間の極の重なり範囲および励磁電流のレベルにかかわら
ず、各接近する相のトルクを発生する半サイクルは、離
間する相（相減衰）のトルク発生半サイクルにおいて生
ずるトルクよりも急峻かつ顕著にトルク、上昇する範囲
を有する。これにより、機械の相トルクは平滑でなくな
り、相間のトルク転移が実質的なトルクのふらつき、ま
たはトルクリプルとして認識されるようになる。

相転移中のトルク平滑化に対するその有害な効果とは異
なり、極の重なりの開始時、特に巻線か−・定の、もし
くは階段状の励磁電流により励磁されるときにおいて、
従来の多くのリラクタンスモータに認められるこのよう
な急激なトルク上昇は、しばしばモータの運転中におけ
る振動および雑音の原因となる。起動トルク／角度特性
における急激な上昇は、１ｒハンマー型°ブロー（ｂｌ
ｏｗ）と同様な効果を有する。モータの構造的共振性は
、繰り返し生ずるトルク衝撃により付勢され、特に直径
方向に対向したステータ磁極の内向吸引力が、そのステ
ータの電気的変形を生ずるようなステータのベルモード
振動を生ずるに至る。この変形がステータを通じて進行
すると、ベル状共振が発生する。他の共振モードは、電
気力に基づいてロータのゆがみ、もしくは歪みが生ずる
ことがら起こり、ロータシャフトに対する軸受の適合状
態を緩めるようながたつきを生ずるロータ直径モードで
あり、いま一つはロータに作用する回転誘導ねじり力に
より、励起されるねじりモードである。これらの共振モ
ードのいくつか、またはすべてはノイズおよび振動を生
ずるものである。これらのモードは、Ｔ１磁気学的見地
においてのみ要求されるものより重い軸受および構造を
用いるなどの周知の方法により緩和することもできるが
、このような解決法は基本的なこれらの機械において頻
繁に生ずる振動および共振問題に対する満足な回答を与
えるものではない。

本発明の１つの目的は、相トルク間の転移を総機械トル
ク出力の実質的な変動を生ずることなく達成するような
可変リラクタンスモータを編入した、もしくはそのよう
なモータのためのパワードライブシステムを提供するこ
とである０本発明の別の目的は、機械動作における構造
的共振性が機械動作中に生じた共振付勢力の制御２Ｉに
より制限されるような可変リラクタンス機械のためのパ
ワードライブシステムを提供することである０本発明の
さらに別の目的は、トルク／慣性比が高い可変リラクタ
ンス機械の改良および経済的に製造し得る可変速度可変
リラクタンス機械の提供に有するものである。

本発明の第１の様相によれば、可飽和−可変り・ツクタ
ンス電気モータを含むドライブシステムが提供される。

このリラクタンスモータは複数の突極駆動磁極を有する
駆動用ステータ部材と、各駆動磁極のための励磁巻線お
よび複数の突極被駆動磁極を有する可動または受動部材
を含み、前記被駆動磁極数を駆動磁極数より少なくする
とともに、各駆動磁極と、それに整列した場合の被駆動
磁極との間の空隙を、関連する磁極寸法に比して小さく
し、さらに少なくとも被駆動磁極の形状をモータ動作中
における磁気飽和が、駆動磁極と被駆動磁極との間の可
変型なり範囲において生ずるように特定したものである
。被駆動磁極の駆動磁極に関する範囲および位置は、モ
ータ動作中において各被駆動磁極の駆動磁極との重なり
に基づく、前記可動部材の力発生インクリメントが、別
の被駆動磁極の別の駆動磁極に対する重なりに基づく前
記可動部材の移動力発生インクリメントと重なり合うよ
うにしたものであり、システムはさらにその瞬時値が前
記可動部材の位置に応じて変化する、少なくとも１つの
信号を発生するための可動位置検出手段、および駆動磁
極巻線にわたして接続され得る電圧源を含むｔ源平段を
具備している。すなわち、前記駆動磁極巻線巻線は可動
部材の移動中において、所定順序、したがって可動部材
の所定の移動インクリメントにおいて前記電源に接続さ
れ、電源平段はさらに前記電源に接続されたときの駆動
磁極１！−線における電流の瞬時値をｉｌ！！するため
の手段を含んでいる。前記電流調整手段は、前記可動部
材位置検出手段の前記位置に応じて変化する信号（位置
対応信号）に応答して、前記電流の大きさを調整し、こ
の結果、前記巻線が前記ｔａ［に接続されたときの可動
部材の前記移動インクリメントの範囲内のいずれかの位
置で前記調整手段により、セットされた電流の瞬時値が
他の位置における値に関し、可動部材の瞬時位置によっ
て実質的に決定ささるようにしたものである。

本発明は以下の記述において大部分は回転機械に関する
ものとして説明されるが、その設計原理は冒頭で略記し
た如く、実質上、平坦な可動部材をリニアモータの固定
部材、すなわち“ステータ”機構ヒに通過させるような
りニアモータ構造に対しても適用可能である。また、電
流制御の特徴は後述の回転機械に対する適用と同様に前
記のようなリニアモータ構造に通用可能であり、したが
ってリニアモータに対しては以下の記述中における“ス
テータ”および“ロータ”をそれぞれ駆動部材および可
動部材と読み替え、回転構造における円周方向および軸
方向とは、リニアモータにおける可動部材の移動方向お
よびその横断方向と読み替えることができる。

本発明の第１の様相に従った回転構造においては、可飽
和−可変リラクタンス電気モータを含むドライブシステ
ムが提供される。このリラクタンスモータは複数の突極
ステータ磁極を有するステータと、各ステータ磁極のた
めの励磁巻線、および突極ロータ磁極を有するロータと
を含み、ロータ磁極数はステータ磁極数より少なくし、
各ステータ磁極と、これに整列したロータＴ１１極との
半径方向の空隙寸法を、これに関連する磁極寸法に比し
て小さくするとともに、少なくともロータ磁極をモータ
動作中にお、ける磁気飽和が実質上前記ステータ磁極お
よびロータ磁極間の可変の重なり範囲において生ずるよ
うに形成したものである。ロータ（ｎ極の位置及び円弧
範囲はステータ磁極の位置および円弧範囲と関連づけら
れ、これによってモータ動作中において各ロータ磁極と
ステータ磁極との重なりに基づくロータ回転のトルク発
生角インクリメントが、別のロータ磁極と別のステータ
磁極との重なりに基づくロータ回転のトルク発生角イン
クリメントと重なり合うようになっている。システムは
さらに、その瞬時値がロータの角度位置に従って変化す
る少なくとも１つの信号を発生するためのロータ位置検
出手段およびステータ磁極巻線にわたして接続され得る
電圧源を含む電源手段を備えている。これにより、前記
巻線はロータ回転中、所定の順序において前記電源に接
続され、各ステータ磁極巻線はロータ回転の所定の角度
インクリメントにわたって接続されることになる。電源
手段はまた、前記ｔｆｉに接続されたステータ巻線の電
流の瞬時値を調整するための手段を含み、前記電流調整
手段は前記ロータ位置検出手段のロータ位置灯心信号に
応答して、前記電流の大きさを調整することにより、巻
線が前記電源に接続されたときのロータ回転におけるｍ
前記角度インクリメント内でのいくつかのロータ角度位
置において、前記調整手段によりセットされた前記電流
の瞬時値が、他のロータ角度位置におけるその値との相
対性においてロータの瞬時角度位置により実質的に決定
されるようになっている。

上記のように、電流入力の相対瞬時値を典型的にｉｌｌ
　ｉｎすることにより、電気機械における各一対のステ
ータ相巻線は、それらがロータ回転の妥当な角度範囲内
における角度位置に従って順次付勢され、その付勢周期
中における機械の各相により発生するトルクは、連続し
た相のトルクが重なる部分におけるトルクリプルおよび
極の重なりの開始時におけるを害な急激トルク上昇の効
果を極小化し得るように厳密に制ＪＴＪされる。

本発明は第２の様相において複数の突極駆動磁極を有す
る固定、すなわち駆動部材と、各駆動磁極のための巻線
と、複数の被駆動磁極を有する可動または被駆動部材と
を含み、被駆動磁極の数を駆動磁極の数より少なくする
とともに、各駆動磁極およびそれと整列した被駆動磁極
間の空隙が、これを横切る磁極寸法に比して小さくなる
ようにし、さらに少なくとも被駆動磁極の形状を、機械
動作中における磁気飽和が駆動磁極および被駆動磁極間
の重なり範囲内において実質的に生ずるように設定しで
ある可飽和−可変リラクタンス電気機械を提供するもの
である。駆動磁極の範囲および寸法に関する被駆動磁極
の範囲および寸法は、機械動作中における各被駆動磁極
と駆動磁極との重なりに基づく可動部材の移動力発生イ
ンクリメントが、別の被駆動磁極と別の駆動磁極との重
なりに基づく可動部材の移動力発生インクリメントと重
なり合うようにし、各被駆動磁極および各駆動磁極が可
動部材および駆動部材の相対変位の方向において間隔し
たエツジ領域を有するものとする。前記エツジ領域にお
ける前記間隔は、前記相対変位の方向を横切る方向にお
ける磁極範囲を通じて実質上一定であり、前記エツジ領
域の各々は前記磁極の横断方向において、連続したエツ
ジ領域部分により形成され、これらエツジ領域部分の各
々は前記横断方向において前記エツジ領域内で隣接した
各エツジ領域部分に関して変位している。

そして前記エツジ領域部分の各々は、前記横断方向にお
いて先行するエツジ領域部分に関して、前記相対変位の
方向に前進するか、または戻る方向にセットされ、これ
により前記エツジ領域は前記相対変位の方向に斜行する
こととなり、前記磁極のエツジ領域の一方の横断端のエ
ツジ領域部分と同じエツジ領域における他方の横断端に
おけるエツジ領域部分との間の前記相対変位の方向にお
ける間隔が、前記相対変位の方向における磁極範囲の１
／４ないしその磁極範囲に等しい値までの寸法となって
いる。

本発明のこの第２の様相に従った可飽和−可変リラクタ
ンス電気機械は、回転構造においては複数の突極ステー
タ磁極を有するステータと、各ステータ磁極のための巻
線と、ロータとを含み、前記ロータ磁極の数をステータ
磁極の数より少なくし、各ステータ磁極と、これに整合
したロータ磁極との間の半径方向の空隙が、その空隙を
横切る磁極寸法に比して小さくなるようにするとともに
、少なくともロータ磁極の構成を機械動作中における磁
気飽和がステータ磁極およびロータ磁極間の重なり範囲
内において、実質的に生ずるように設定したものである
。ロータ磁極のステータ磁極に関する円弧範囲及び寸法
は、機械動作中において各ロータ磁極とステータ磁極と
の重なりに基づいて発生したロータ回転のトルク発生角
インクリメントが、別のロータ磁極と別のステータ磁極
との重なりに基づくロータ回転のトルク発生角インクリ
メントと重なり合うようにし、各ロータ磁極およびステ
ータ磁極がそれぞれ円周方向に間隔したエツジ領域を持
つようにし、前記エツジ領域の円周方向における間隔が
、磁極の軸方向範囲を通じて実質上一定となるようにし
、前記各エツジ領域が磁極の軸方向において連続したエ
ツジ領域部分により形成され、このエツジ領域部分の各
々が前記エツジ領域の隣接したエツジ領域部分に関して
円周方向に変位し、前記各エツジＳｎ域部分の円周方向
の変位は、先行して隣接するエツジ領域に関して同一の
円周方向であり、これによって前記エツジ領域はＷ１機
械転軸に関して斜行することとなり、さらに前記磁極の
エツジ領域の一方の軸端のエツジ領域部分と、同一のエ
ツジ領域における他方の軸端におけるエツジ領域部分と
の円周方向の変位は、磁極の一定した円弧範囲の１／４
ないしその磁極の範囲に等しい値までの寸法に設定され
ている。

本発明に従った可変リラクタンス機械において、少なく
とも被駆動磁極の形状または構造は、空隙を最小化する
ためばかりでなはなり、機械動作中における磁気飽和を
被駆動磁極および駆動磁極間の重なり範囲において実質
的に生ぜしめるためにきわめて重要である。この第２の
様相における本発明の特徴的構成である磁極形状は、機
械のリラクタンスを一対のロータ磁極が一対のステータ
磁極と最初に重なり合う間に所定の制御方法において変
化させ、これによって静トルク／ロータ角度特性の形状
、特に橿の重なり開始時に生ずる常套的な急激トルク上
昇の速度を減少させるように設計される。このようにし
て達成し得る相トルク変化の速度は、各相のトルク発生
部分の延長を容易にし、同時に比較的円滑な相転移が生
ずるようにしたものである。磁極形状はまた、相トルク
電流の制ｊＢを容易にして、相トルク電流が連続したロ
ータ回転の変化における比較的規則的なパターンを辿り
、これによって所望の電流波形が比較的速やかに、特に
高速回転において得られるようにするものである。

本発明は特に、少なくとも駆動磁極の極面が実質上平滑
もしくは連続していること、すなわち分割形成されてい
ないような可変リラクタンス機械の構造にも閲゛するも
のである。ここに本発明に従った機械の磁極面は、特に
ステップモータまたはマイクロステンプモータにおいて
採用される多山構造とは異なったものとなる。これは本
発明の前述した様相のいずれかに従う構造において、少
なくとも各駆動極、すなわちステータ極の極面が前記空
隙に面する実質的な連続面を適当に形成することを意味
する。

本発明に従ったドライブシステムにおいて、前記電流調
整手段は、なるべくなら前記ロータ位置対応信号に応答
して、前記電流の大きさを調整することにより、巻線が
前記電流源にｆ続された期間のロータ回転における前記
角度インクリメントの初期部分中の連続した前記電流の
瞬時値がロータの回転の進行に伴って上昇し、前記角度
インクリメントの終了部における前記電流の連続した瞬
時値が、前記回転の進行に伴って減少するようにしたも
のである。この方法において、各人来相（ｉｎｃｏ−ｉ
ｎｇ　ｐｈａｓｅ）により発生したトルク上昇の速度は
、各出離相（ｏｕｔｇｏｉｎｇ　ｐｈａｓｅ）によって
生ずるトルク減少速度と整合し、これによって実質的な
静トルク／ロータ角度特性の形状のための実質的な平滑
トルク遷移が達せられる。

前記電流調整手段は、前記ロータ位置対応信号に応答し
て、前記電流の大きさを調整し、これによってロータ回
転の前記角度インクリメントにおける前記終了部で生ず
る前記電流の連続した瞬時値の減少速度が、前記初期部
分での連続した瞬時電流値の増加速度と実質的に等しく
なり、ロータ回転の前記角度インクリメントを通じて連
続した瞬時電流値は、前記角度インクリメントの範囲を
通して実賃上対称的な電流波形を形成する。この特徴は
特に電流調整手段がロータの回転方向にかかわらず、同
様な電流波形を巻線に供給するようにした双方向性リラ
クタンスモータにとってｔ源平段の効果的な実現という
見地からきわめて有効である。

前記電流調整手段は前記ロータ位置対応信号に応答して
、前記電流の大きさを調整することにより、前記ロータ
磁極回転の角度インクリメントにおける前記初期部分中
の連続した電流の瞬時値が、実質的な正弦波半波電流の
立ち上がり電流部を形成し、前記角度インクリメントの
前記終了部における連続した電流の瞬時値が実質的な正
弦波半波ｔｉの立ち上がり電流部を実質的に形成するも
のである。この構成による特別な利益は正弦波また速度
で合成され得るという相月的な容易さＬこ有するもので
ある１本発明のノステムを３相モータに適用する場合、
各々正弦波の部分を成す初期部および終了部を有する波
形が用いられ、この波形は波形の初期立ち上がり電流域
のピーク値と最終立ち上がり電流域が開始するときのピ
ーク値との間にわたる定電流部を有する。

ロータ回転の前記角度インクリメントにおける中間部は
、前記初期部および終了部の間に位置している。ロータ
回転の角度インクリメントは、したがって初期部、中間
部および終了部の３部分からなるものと見做すことがで
き、前記ｉ流の大きさは角度回転の前記中間部において
実質上一定となり得る６選択的に初期部は中間部の介在
なしに終了部に連続することもできる０本発明に従った
ドライブシステムの特定の実施例において、前記電流調
整手段は、前記ロータ位置対応信号に応答して前記電流
の大きさを制御することにより、ロータ回転の前記角度
インクリメント中における゛前記瞬時電流が、実質的な
正弦波の半波を形成するようにしたものである。この正
弦半波は、したがってシステム動作中の巻線付勢期間に
おけるロータ回転の角度インクリメントを通じて付勢さ
れる。この角度インクリメントは、極致およびそれらの
相対的な角度範囲により決定され、好ましい構成におい
ては実質上ｌ電気サイクルに対応するロータの角度回転
変位の１／２となる０機械の１電気サイクルは、極致お
よび相数によって決定される機械的回転のインクリメン
トに等しく、したがって機械動作中の正弦波周波数は、
これらの構造的特徴に関連する機械回転速度により確立
される０機械の＃Ａ線に正弦波を供給するようにしたこ
の構成は、特に４相機械において連続した各相の波形を
９０°、すなわちその電気位相角毎に変位させる上で有
利である。

電流調整手段の特定の実施例において、前記ロータ位ｚ
８ｊ出手段や各位置対応信号は、正弦波などのような適
当な形状の波形であり、各ロータ位置におけるその瞬時
値は巻＆ｉｔ流に関する妥当な相対性を確立するために
用いられる。電流調整手段のこのアナログ的実現の更な
る適用性において、ロータ位置検出手段の前記位置対応
信号は、所望形状の１または２以上の波形を提供すべく
変形される。すなわち、前記波形は適当なアナログ回路
手段により、前記信号から引き出される。

本発明に従ったドライブシステムは、さらにその値がモ
ータ運転の所望のパラメータを指示するようにした信号
を発生する手段を含んでいる。この場合、前記電流ｔＪ
！４ｇ１手段は前記パラメータ指示信号に応答して、前
記ステータ巻線電流を調整し、これによって巻線付勢時
のロータ回転における前記角度インクリメントのロータ
角度での前記電流の絶対値が実質上前記パラメータ指示
信号の値により決定されるようにする。この信号は好ま
しくは設定モード信号であり、この場合関連するパラメ
ータは機械速度であって、所定の正の値と対応する負の
値との間で変化する基準電圧の形態において、電流＊＊
手段に加えられ、これによって機械の回転方向および速
度の両方が決定される。したがって、調整手段はこの基
準信号に応答して妥当な絶月電流値を石盲立し、これに
よって機械回転速度を電圧レベルに指示された所望の値
とするに必要なモータトルクが発生する。同時に巻線付
、勢中の各ロータ角度位置におけるその相対的な電流の
大きさは、ロータ位置検出信号によりて確立される。こ
のようにして所望の速度を得るための総合機械トルクが
制御され、同時にロータの各回転中における各相トルク
が制御され、Ｓ＊の各付勢期間中の相対的電流値が妥当
な波形を搭くようにすることにより、実質上無リプルの
相間遷移を達成することができる０選択的に基準信号は
所望のトルクレベルを直接指示することもできる。

特に本発明に従った構成に導入されたさらに別の様相に
よれば、複数の突極ステータ磁極を有するステータと、
各ステータ磁極のための巻線、および複数の突極ロータ
磁極を有す“るロータを含み、ロータ磁極数をステータ
磁極より少なくするとともに、各ステータ磁極とこれに
整列したロータ磁極との間の半径方向の空隙寸法を、こ
の空隙を横機械動作中の磁気飽和がステータ磁極および
ロータ磁極間の可変型なり範囲において、実質的に生ず
るようにした可飽和−可変リラクタンス電気機械を備え
たドライブシステムが提供される。前記電気機械におい
て、ロータ磁極のステータ磁極に関する円弧範囲および
位置は、機械動作中における各ロータ磁極とステータ＆
ｔ１８ｉとの重なりに基づくトルク発生角インクリメン
トが、別のロータ磁極と別のステータ磁極との重なりに
基づくロータ回転のトルク発生角インクリメントと重な
り合うように設定されている。システムはさらに、ロー
タ位置検出手段およびステータ磁極巻線にわたして接続
され得る電圧源を備えている。これにより、前記巻線の
各々はロータ回転中に所定の順序において、すなわちロ
ータ回転の所定の角度インクリメントにおいて、電源に
接続される。前記巻線はさらに、ロータ回転中、所定の
順序において電気的負荷にわたして接続され、各ステー
タ磁極巻線はロータ回転の所定のさらなる角度インクリ
メントにおいて電源に接続される。

可変リラクタンス機械がモータとして動作する場合、ｗ
Ｘ次付勢されて選択的な方向へのロータ回転を生ずる巻
線は、ロータ磁極がステータ磁極と整合したそれらの最
小リラクタンス位置から遠ざかり、ステータ磁極に関す
るそれらの最大リラクタンス位置に向かって移動す、る
期間中の、何種かの無視し得ない範囲において付勢され
てはならない、しかしながら、本発明による機械を発電
機として動作させるためには、巻線の付勢を遅延させる
ことにより、回転方向に逆らうトルクが確実に生じ、こ
れによるエネルギーの保存が電流を電源に返還する１２
目を果たすようにされる。したがって、この場合の電圧
はロータ磁極とステータ磁極との実質的な重なりがすべ
てに生じたとき、すなわち順方向のトルクを生ずる電位
の大部分が過ぎ去、た後においてのみ巻線に加えられる
０巻線の付勢は、ロータ回転の比較的短い角度インクリ
メントを通じて行われ、磁極が負のトルク、すなわち回
転方向に反するトルクを生ずる関係性に向かって移動す
るとき終了する。付勢電圧は可能な限り高く、かつ、こ
の比較的短いロータ回転インクリメントにおいてのみ印
加されなければならない、したがって、電圧源からは小
電流が引き出され、しかも実質的な磁束が蓄積され、こ
れは巻線電圧が最小リラクタンス位置付近において遮断
された後において機械を付勢する役目を果たす、磁束中
に蓄積されたエネルギーは、機械のさらなる回転中にお
いて返還されなければならない、したがって、機械シャ
フトが原動機によってロータ回転の負のトルク角インク
リメントを通して駆動されるとき、電流が発生してｉｆ
ｆに返還される。これは電気機械からフリーホイールダ
イオードを会して供給される。

本発明による電気機械の各ロータ磁極および各ステータ
磁極は、円周方向に隔たったエツジ領域を有し、前記ロ
ータ磁極およびステータ磁極の少なくとも一方における
エツジ領域は、空隙の半径方向の寸法及び空隙の軸方向
範囲の少なくとも一方が、少なくとも極の重なりの開始
時において変化するような形状に仕上げられる。この種
の電極形状二よ、機械のりラフタンスが一対のロータ磁
極と一対のステータ磁極との初期の重なり中に、所定の
制？ＴＪ方法において変化し、これにより、静トルク／
口〜り角度特性の形状が、特に極の重なりの開始時に通
常生ずるようなトルクの急激上昇を減殺するように変形
すべく考慮されている。このようにして達せられた相ト
ルクの急激変化の緩和は、各相におけるトルク発生部分
が静トルク特性の初期及び終期の極道なり領域にまで拡
張され、これによって、相間における比較的円滑なトル
ク転移が達せられるようにするものである。このような
トルク転移は励磁波形の初期および終期部分において、
静トルク／角度特性が変調されない場合に要求されるも
のより小さい巻線電流の変化を与えることにより達成さ
れる。巻線が付勢されたときの角度インクリメント中に
おける各連続したロータ位置での巻線電流の適当な大き
さは、容易に確立される。これは連続したロータ位置間
に要求される電流変化が磁極形状を考慮しない場合にン
を辿るようにして達せられる。しためくって、電流調整
手段は特に高い回転速度におし１て＆・要グイ電流波形
を容易に提供することができる。

各ロータ磁極または各ステータ磁極の極面における前記
エツジ領域の表面部分は、その極面の中央表面部分より
半径方向に変位し、これによって極面のエツジ領域表面
部分および整列した［ｉの極面との間の空隙を、その極
面の中央表面部および整列した磁極の極面との間の空隙
より大きくするものである。したがって、この構成にお
しする石ｎ極形成は、磁極面の軸方向突出エツジ面を空
隙範囲から遠ざけて、これらのエツジ面領域におし１て
極面の主範囲にわたるより大きくするように湾曲させる
ことにより達せられる。

前記エツジ領域の各々は、磁極の軸方向にお（１て連続
したエツジ領域部により形成される。この場合、前記エ
ツジ領域部の各々は、前記エツジ領域の各隣接したエツ
ジ領域部に関して円周方向に変位しており、各エツジ領
域部の円周変位は１１ずれかの軸方向に先行するエツジ
領域部に関して同一の円周方向において形成されること
により、前記エツジ領域はロータの回転軸に関して斜行
するものとなる。したがって、この場合において磁極成
形は磁極を斜行することにより達せられ、これにより、
そのエツジ領域はそれらの軸範囲に沿ってロータ軸の周
りに捩じられる。

各磁極の前記エツジ領域の円周方向の間隔は、磁極の軸
範囲を通じて実質上一定であり、磁極の一方の軸端にお
ける前記エツジ領域の一方におけるエツジ領域部の、前
記磁極の他方の軸端における同一のエツジ領域の前記部
分に関する円周方向の変位は、磁極のエツジ領域の一定
した円周間隔の１７４ないし前記円周間隔に等しい値ま
でを占めることになる。この斜行磁極に関する特定の構
造は、本発明の第１の様相に従ったドライブシステムに
おける特定の利益とは異なり、一般的な可変リラクタン
ス機械における利益を提供するすすなわち本発明の前記
第１の様相に従〕たシステムおよび第２の様相に従った
機械の双方において、磁極の軸端における前記エツジ領
域部間の円周変位は、前記円弧範囲の約１／２となり、
ロータ軸に対する５°以上のロータ軸角度に対応するも
のである。前記対応角の好ましい値は１０°である。

本発明のこのような構成に従ったリラクタンス機械にお
いて、各相の透磁率は、［１された態様においてロータ
位置とともに変化し、ロータ位置に伴う突発的な透磁率
変化は回避される。透磁率は対象的な形態、例えば正弦
的にロータ位置とともに変化する。このような特性は、
ロータ磁極およびステータ磁極の少なくともいずれかを
前記のように斜行させるか、またはそれらの磁極を端縁
において整形し、空隙をロータ位置に従って変化させる
ことにより達せられる。

本発明のすべての構成おけるロータは、実ｎ的に等しい
輸祁を有する成層体の束からなり、各成層体はその隣接
成層体に関してわずかに斜行して連続している。斜行に
よる磁極整形は、構造的に単純であり、かつ、経済的で
あって、ファン型歯列またはアンダーカット凹部などの
ような、従来より存在する比較的複雑な磁極構造に好ま
しく通用される。磁極の斜行的配列については、意外に
も理論的及び実験的に次のことがｉｌｌ　認された。す
なわち磁極の斜行形成は、特に静トルク対ロータ角特性
曲線の開始時におけるトルク上昇速度の変更においてき
わめて重要であること、また、穏やかな斜行（例えばロ
ータ磁極の軸端における前記工・７ジ領域部間の円周変
位が極数に応じて定まるその端縁間の極スパンの約ｌ／
４、すなわち典型的には５°以下のロータ軸対向角度に
対応する範囲）は、この初期トルク上昇の変更において
それほどの効果を有しないということである。

特に本発明の第２の様相に従って構成された４相回転機
システムにおいては、磁極を適当に整形夕角麿特性が達
せられ、ステータ巻線の正弦半波による付勢は、要求さ
れた回転方向における機械動作において相トルクを発生
する静トルク／角度特性の部分に対応するロータ回転の
角度インクリメントを通じて行われ、その結果、機械動
作中において正弦二乗波型の相トルクが生成される。こ
れは機械が付勢されるときに発生する相トルクの大きさ
が、その機械の少なくとも正常な動作範囲における励磁
電流に実質上正比例し、かつ、付勢電流それ自体の各レ
ベルにおける各相の静トルクは、正弦波を描くからであ
る。４相機械において各連続した相は、電気的に９０°
づつ変位し、したがってそれを付勢する正弦半波は余弦
波によって記述することができる。各相トルクはｍ械の
動作中において均等に変位し、このようにして正弦二乗
型の相トルク波形を順次搭く相トルクは、同様に余弦二
乗波形をも描くことになる。したがって、トルク転移に
おいて、出離側の正弦二乗波トルクおよび入来側の余弦
二乗波トルクは、理想的には一定値に加算されることに
より、相間の例外的に円滑なトルク転移を提供する。

本発明によるドライブシステムにおいて正弦型電流は、
トルク平滑性と雑音および振動を減少させるという見地
から、特に好ましいことが見出された。Ｍ？Ｉされた相
間トルク転移は、特に突発的なトルク特性の上昇を排除
することに基づき、リラクタンス機械の物理的構造にお
ける振動モードおよび共振性の励起を減少させる効果が
著しい。

正弦半波電流が、前述した斜行型ロータ構造により達せ
られるような実質上正比例の静トルク対ロータ角特性と
共同するとき、これらの正弦型電流は巻線中のエネルギ
ー損失を最小化することに関する限り最適であり、巻線
は有用なトルクが生成されるとき以外は、実ｎ的に付勢
されることとなる０本発明の機械において、ロータ巻線
が存在することはトルク対慣性比を所望の高い値にし、
同時に！ｆｆｉが永久磁石であることを要しないという
点において、機械およびこれを用いたシステムの経済的
な構成を可能にするものである。

本発明の機械を発電機として形成する場合において、各
磁極の巻線は少なくとも１つの他のＭ１掻に関連して機
械の各相を規定し、さらにこれらの巻線は、所定の電圧
源に並列に接続される０本発明の機械における選択的な
発電機構成において、界磁！！線は機械の各相間おいて
それぞれの相対リラクタンスに関連して区分される一定
の磁束を確立するものである。これらの相対リラクタン
スはロータが回転し、したがって相巻線の磁束鎖交数が
変化して相電圧を形成するとき変化する。

本発明の主題をなすリラクタンス機械は、例えば工作機
械およびロボットなどにおけるサーボモータなどのよう
な最高レベルの性能を要求する工業利用において好まし
く動作するものである。しかしながら、それらの可動部
分および要素数に関する構造的な単純性は、例えばポン
プ、コンプレフサおよび巻き上げ装置などのための駆動
機構を含む一般工業利用において広範囲に適用可能であ
る。

リラクタンス機械における比較的簡単な１１よ、本来的
な信頼性を提供するものであり、しだ力くって本質的に
無障害動作が要求されるような分野への適用が可能であ
る。このような分野に器よ令＾送ラインや核反応炉、連
続的な工業プロセスおよび航空輸送機または人工衛星な
どを含むものである。

可変リラクタンス機械およびステップモータの動作原理
は、以下、第１ないし１１図および第１４図を参照して
説明され、また、その原理を利用した本発明の実施例は
第１２．１３図および１５ないし２８図を参照して説明
される。

第１図に示す通り、ステータ（１）およびロータ（２）
を有する単純なリラクタンスモータは、２個のステータ
磁極（３）および（４）　並びに２個のロータ磁極（５
）および（６）を備えている。モータは界Ｍ１巻ｖＡＮ
に励磁電流ｉを供給することにより付勢される。ドライ
ブ電圧はｅである。これにより磁束φが生じてロータに
は系内のリラクタンスを最小化するようにトルクが作用
する０図示のモータにおいてこれは空隙領域（ｇ）にお
ける重なりを最大化することに対応し、したがってロー
タは図示の角度θだけ回転し、その磁極（５）および（
６）がステータ［ｉ　（３）および（４）と正確に整列
するように駆動される。ロータはこの位置において安定
し、巻線Ｎが消勢されるまではこれ以上移動することが
できない０図示の単純なモータにおいては、したがって
連続回転は不可能であり、機械を連続回転させるために
は別の相を付加しなければならない。

電気入力から仕事、すなわち機械的出力へのエネルギー
変換は、空隙のリラクタンスが系の聡リラクタンスを支
配するような線形磁気システムについて、第２図に示さ
れている。この場合、磁束鎖交数は、電流の全レベルに
おいて励磁電流に正比例し、ロータが角度ｄθたけ変位
する間になされた仕事は、三角形Ｏａ　ｂｏの面積によ
り表される。理論的考察においてロータのトルク出力は
、助Ｔｌ１ｉｔ流の二乗に比例すること、およびシステ
ムの機械的仕事における理想出力は、定電流（無損失）
において電気エネルギー人力の１／２にのみ対応する。

入力エネルギーの残りは動作中のシステムにおいて蓄積
エネルギーとして吸収される。

実際の磁気系統において、磁気物質の飽和は磁束鎖交数
と電流との関係が励磁電流に従って変化し、励磁電流が
ひとたび所定のレベルになると磁束鎖交数が実質上一定
の最大レベルになることを意味する。線形システムの場
合と同様、種々のロータ配置に応じて、磁束鎖交数およ
び励Ｍ１電流の関係は変化するものであり、第３図は典
型的な磁束鎖交数対励磁電流の曲線を（１１０−タの最
小リラクタンス位置（８ｍ１ｎ）に対応する角度につい
て、（２）最大リラクタンス位Ｗ（θｍａｘ）について
、および（３）巻線電流が抑制されるときのロータ位置
に対応するロータ角度（θ３）についてそれぞれ示した
ものである。か（して進展する軌跡０ａＳｏはその最大
リラクタンス位置のわずか後におけるロータ位置と、ス
イッチオフされたときのロータ角度位置（θ３）との間
において巻線を一定の正電圧で励磁した場合、および前
記スイッチオフ角度から最小リラクタンス位置にかけて
等しい負の電圧で励磁した場合に対応する。その最大お
よび最小リラクタンス位置間におけるロータ移動中の機
械エネルギー出力は、前記の軌跡範囲に覆われた面積に
よって代表され、それは発生したトルクが飽和領域にお
いてのみインクリメント電流変化のための励磁電流に直
接比例することを示している。すなわちそれは電流の二
乗に比例するものではなく、電流そのものの直線関数と
なり、このとき、トルクは線形磁気システムに比して（
損失を無視して）大きく上昇する。しかしながら、この
比例関係は磁束鎖交数対電流曲線の膝部より低いところ
では維持されない、…失はトルク出力中の相利得を減少
させるが、線形磁気システムを通じて実質的な相利得の
改善がなされる。飽和した場合の蓄積エネルギーは第３
図から明らかな通り、機械的な仕事に変換されるエネル
ギーに関して実質的に減少する。しかしながら、第３図
から明らかな通り、飽和モードにおけるリラクタンス機
械の習性は、高度に非直線的であり、それは単純な解析
には受は入れられない。

第４図に略示された可変リラクタンスモータの実際的構
造において、二重突極モータ（７）はステータ（８）お
よび（９）を有する。磁気飽和は空隙を適当に小さな値
とすることにより、また、直列巻線が空隙範囲中での飽
和条件を確立するに十分なアンペア回数を有することに
より達せられる。すなわち磁極の重なり範囲における飽
和は、磁極の適当な構造および寸法を選択することによ
ってもたらされるだけでなく、重なり整列した極間の半
径方向の空隙を最小に維持することによってももたらさ
れる。第４図において、ステータは８極の内向き突出極
（ｌＯ）を有し、ロータはＡ、Ｂ、Ｃ。

Ｄの４相を存し、各相はそれぞれ直径方向に対向した一
対の磁掘に巻かれた一対の巻線、例えばＡ。

八゛からなっている。このモータはいかなる時点におい
ても一対のロータ磁極のみが一対のステータ磁極と整列
することができる。ステータＭ１８ｉ！間隔は４５°で
あるが、ロータ磁極間隔は６０°であり、これらの磁極
間隔の差、すなわち１５°は機械のステップ角度、すな
わち特定相が付勢されての最小リラクタンス位置との間
にお０てロータが移動する角度範囲を規定するものであ
る。Ａ４目が付勢されると、ロータが回転してその磁極
（１１）および（１４）が人相のステータ［ｆｆｉと整
り１１するように移動する０次の１５°のインクリメン
トステップを通るその後の回転は、時計方向回転におい
てＢ相を付勢するか、または反時計方向回転においてＤ
相を付勢することによってもたらされる。リラクタンス
モータのこの構造は自己起動および可逆回転型であるが
、回転方向は相巻線電流れる電流の方向に従うものでは
なく、相巻線の妥当な逐次的単極付勢により排他的に実
現されるものである。

機械の１を気サイクルは、各相が付勢され、ロータを相
励磁のシーケンスが再開されるまでに、各ステップ角度
だけ前進させるために必要なロータの機械的回転インク
リメントに対応する。すなわち４相モータにおいて電気
サイクルは６０°機械角に等しくなるが、６８ｊステー
タおよび４極ロークからなる３相機械においては、ステ
ップ角は３０°となり、したがって電気サイクルは９０
’に及ぶ、ロータの歩進を達成するに必要なステータ磁
極巻線の付ｇ９期間は、少なくともステップ角に等しく
なければならない、第５図は第４図のモータについての
１電気サイクルにわたる相電流の理想波形を示すもので
あり、これはロータ回転の６０°機械角に対応する９図
示の波形タイプはステップ電流波形として参照される。

各相は１ステツプ角に対応する間隔を通じて一定レベル
の電流により順次付勢される。この形式はインクリメン
ト運動およびパルス的なトルクが要求されるような利用
分野に適しており、低速において効果を発揮し、ステッ
プ運動またはコギング運動を生ずるものである このような相間の歩道的トルク転移の突発性は各出離相
のトルク発生領域を入来相のトルク発生領域と重なり合
うように構成することにより、部分的に緩和することが
できる。可変リラクタンス機械（ＶＲＭ）の隣接相関に
おけるトルク重合は１図およびステータ磁極の各円弧範
囲間における妥当な相関関係を適当に設計することによ
り達せられ、これにより、励磁期間は所望のトルク重合
を提供するように延長される。ロータおよびステータの
相対的角度範囲およびロータ回転の各電気サイクル中に
おけるロータ磁極と、ステータ磁極との重なり期間に従
って巻線付勢籾量は、前述の４相機械においては実質上
電気サイクルの１／２６）すなわち３０°に対応するロ
ータ回転の角度インクリメントまで延長される。この後
者の事態において１相中の各トルク発生部分は、先行す
る出離相のトルク発生部分と電気サイクルの最初の半分
と重なり、さらに入来相のトルク部分と電気サイクルの
他の半分と重なり合う、これにより、ロータの各回転を
通じて実質上連続したトルク重合が生じ、２つの相は常
にいずれか１回づつ駆動される。しかしながら、２相の
同時付勢は重なり期間中において本質的に生じるもので
あり、このような同時付勢を前述した付勢期間の延長を
適用してまで常時実行する必要はない、多くの構成にお
ｐ、Ｘて２つの相はトルク重合中においてのみ付勢され
、他の場合にはｌ相のみが付勢される。

このようなトルク重合を達成するためのロータおよびス
テータ成層構造の実際的構成は、第６図に示す通りであ
る６図示の４相機械はやはり二重文種型であり、ステー
タ成層体（１７）が内向き突出ステータｍ　ＩＭ　（１
８）を存し、ロータ成層体（１９）がこれによって対向
する外向き突出ロータ磁極（２ｏ）を有する。ステータ
磁極は各一対のロータ磁極を、励磁されたステータ相と
整列させる向きのりラフタンストルクを生ずるように逐
次単極付勢される相巻線を支持している。ロータ成層体
（１９）は相（１）に関する最大リラクタンス位置を示
している。

すなわちステータ磁極（１８）とこれに近接したロータ
磁極（２０）とのギャップは、相（１）のステータ磁極
（１８）を通る機械直径線上に関し、対称的に配列され
る。この相に関する最大リラクタンス位置は、トルク対
ロータ角曲線および電流対ロータ角曲線によりモータ回
転をＷｉ　２Ｂするとともに、モータ特性を作図するた
めのロータ角データを提供すべく第７図は第６図に示し
た機械の各相を直流により付勢して、ロータを妥当な角
度範囲だけ移動させることにより、導き出された一定電
流における静トルク対ロータ位置曲線を示しており、こ
の移動中のロータ角インクリメントの選択された列中の
各々においてトルク値が記録さている。各相にいて、正
および負の静トルク曲線は、この直流励磁中において作
図されるが、それはモータ運転中のロータ回転における
妥当な角度インクリメントにおいてステータ相巻線の順
次付勢を行ったものであり、正または負のトルクのみが
それぞれこのようなロータ回転の選択された方向に応じ
て各相に発生する。第７図は第６図に示したような成層
体を有する機械についての理想化された静トルクを表す
もので、この場合、ロータ磁極（２２）に対するステー
タ磁極（２１）の相対寸法は、第７図の頂上部に略示し
た通りであり、したがってロータＴＩｆｉｉの円弧範囲
はステータ磁極の円弧範囲を幾分上回るものであるが、
両磁極全体の円弧範囲は先行相によるトルク生成が消滅
する以前において、各相にトルクを発生させるものであ
る。外縁磁束（ｆｒｉｎｇｉｎｇ　ｆｌｕｘ　）がない
ものとすれば、重なり合った磁極間に作用する接線方向
の力は、極の重なりの開始とともに生じ、第７図の理想
曲線の場合には第６図の最大リラクタンスデータ位置の
後において短い角度間隔を開始する。トルクは極の重な
りが進行したとき連続的に発生するが、そのレベルは理
想的には極の重なりの度合と無関係である。

トルクの発生はロータ磁極およびステータ磁極の完全整
合が得られたとき終了する。ロータ磁極の円弧範囲がス
テータ磁極のそれに関して大きい場合の効果として、ロ
ータ磁極およびステータＴＩｔ１極間の完全整合におけ
る相対的な極移動がトルクを発生しない状態では、第７
図においてごく短いゼロトルク角度範囲、すなわち各相
についての静トルク曲線の正負部分間のデッドバンドと
して示されている。

当然ながら、実際のモータにおける相トルクは第７図の
理想曲線から実質的に異なっている。実際に見られる相
トルクの例は、３相６極ステ一タ／４極ロータ機械につ
いて第８図に示す通りである。なお、この場合のロータ
は自己起動および可逆回転型である。第８図の曲線が第
７図の理想化特性から隔たったものとなる少なくとも部
分的な理由は外縁磁束および非直線性によるものである
。

第８図に示した相（１）の特性が、まず最大リラクタン
ス位置（０°）付近にあるものと考えると、この相（１
）におけるロータ磁極およびステータ磁極は、これらの
曲線が作図される特定の構成において極の重なり状態か
らは遠く隔たっている。約１０”においてロータ磁極お
よびステータ磁極は互いに接近し、急激トルク上昇の範
囲が開始される。約１２°になると、実効的な極の重な
りが開始され、トルクは角度がさらに進んでもほぼ一定
となる値まで上昇する。この一定トルク範囲は磁路にお
ける体積飽和効果に基づくある種の巻込み（ロールオフ
）部分である。約３７１になると、磁極の完全整合に近
づき、磁路における不所望の体積飽和の延長に基づいて
、それ以上の角度増加に伴うトルクロールオフが生ずる
。この特定の横這において隣接相関の交点におけるトル
クは、ピークトルクの約５４９Ａであり、これらの交点
における相切り換えは、がなりのトルクリプルを生ずる
ものと考えられる。しかしながら、この横１における特
に低速度での付加的な問題として、橿の重なりの開始に
おける顕著な急激トルク上昇を無視することはできない
、トルクはロータ回転の約２°の機械角範囲において、
およそその完全値に向かって累積され、その効果は電気
機械の磁極に対する衝撃気流による雑音および振動の発
生と同様のものとなる。

第９図は第８図の相（１）に対し、種々の相電流値を適
用する場合の静トルク対ロータ角曲線を示すものである
。トルクが実質上一定である期間は、励磁の値が低い場
合において相対的に大きくなり、これによって特性の終
端におけるロールオフは、相対的に小さくなる。しかし
ながら、トルクの初期急激上昇は、すべての電流レベル
において顕著な問題であり、したがって、励磁電流の減
少に第８図および第９図のトルク対ロータ角曲線に加え
て、各相および各ロータ角についてのトルク対相電流曲
線が作図される０例えば４相機械の１相におけるロータ
の最小リラクタンス位置におけるトルク対電流特性は、
第１０図に示されている。

第３図の曲線軌跡に関してすでに説明した通り、飽和し
た磁気系統におけるトルクおよび励磁電流の関係は、理
論的に直線となる。実際上飽和状態となる前の低い電流
において、トルクはまず電流の二乗に比例して増大し、
磁気飽和が確立されたときのみトルクは電流に直線的に
比例して増大する。磁気的直線状態から磁気的飽和状態
へのこのような変化は、第３図におけるロータの最小リ
ラクタンス位置に関する曲線により代表されるような飽
和状態の場合、磁束鎖交数対電流曲線におけるロールオ
フに対応する緩やかな遷移領域により表される。Ｂ−Ｈ
曲線の膝部の上方において、トルクは実質上電流に比例
する。第１０図の曲線の場合、その関係は約７Ａ以上に
おいて直線となる。

比較的低い電流範囲におけるトルクおよび電流の関係に
おける式の非直線性は、第９図の曲線形式にも反映し、
電流のある特定された増大に対するトルク上昇のインク
リメントが電流の連続した同様のインクリメント上昇に
関して異なることとなる。第９図に関連するシステムに
おいて、５ＡからＩＯＡへの電流上昇に関するトルク上
昇のインクリメントは、ＩＯＡから１５Ａへの電流上昇
の場合とは異なったものとなり、ＩＯＡから１５Ａへの
５Ａｔ流上昇におけるトルク上昇は、５ＡないしＩＯＡ
における場合よりも実質的に大きくなる。しかしながら
電流がひとたび約２０Ａを上回ると、電流の連続したイ
ンクリメント上昇は無制限な広い電流範囲を通じて等し
いトルク変化インクリメントを生ずるものである。電流
が第９図に示す最大値６０Ａ以上のきわめて高いレベル
に達すると、望ましくない体積飽和が始まって、再び非
直線性が開始される０体積飽和は、第１Ｏ図の場合にお
いてはきわめて高い電流レベルにおけ・るトルクおよび
電流間のロールオフ関係として現れる。したがって、可
変リラクタンスモーフは、その制御ｎを容易にするため
、なるべ（ならトルクが実質的に電流に比例する範囲で
動作するように構成される。すなわち低電流におけるト
ルク直線性および高電流におけるトルクロールオフ性の
効果は可変リラクタンス機械のステップモータ化のため
に殆ど実用的意義を持たず、可変リラクタンスモータを
第１θ図のような曲線の非直ｖＡ領領域おける特定の低
電流動作が低速回転および停止条件を避けることができ
ないような可変速駆動への適用を困難にするものである
。

２極励磁電流を用いる２００段の永久磁石ステップモー
タの一例は、第１１図に示されており、このモータにお
けるロータおよびステータの歯列は、それらの外周およ
び内周において実質上半円形の輪郭をもって配列されて
いる。したがって歯の寸法は、ロータおよびステータの
他の部分の寸法に比較してきわめて小さく、対向磁極間
の空隙寸法もこれらの歯に比較すれば大きくなり、その
結果、すでに述べたようなモータにおける平滑な静トル
ク対角度特性をもたらすものである。

本発明の原理を具体化したトルク制御式可変リラクタン
スモータ駆動システムは、第１２図に示されてる。この
図に示された通り、システムは本発明に関する内部トル
ク制？■ループのみを有するが、典型的な実用化構造に
おいては外部速度制＜ｎループもまた装備され、トルク
はシステム動作において設定速度信号と適合するように
調整および制御される０図示の通り、４相リラクタンス
モーク（２３）は、負荷（２４）を駆動するものであり
、そのシャツ）　（３０）に関連装備されたロータ位置
検出器（２５）を有する。この検出器は例えば１ないし
２以上のパルス列を発生するエンコーダからなっており
、これらのパルスは適当な電子回路により処理され、連
続した角度間隔におけるシャフト位置情報を提供するも
のである０回転方向を決定するためには、適当な論理が
採用され、さらに適当なゼロマーカーが付される。基準
波形発生器（２７）は検出器（２５）から検出器インタ
ーフェース（２６）を介して供給された位置情報を用い
て、シャフトの各角り形状を得るためのＮａ値を指示す
る信号を発生する。波形発生Ｗ　（２７）はさらにコン
トローラまたはモニタ手段により調整され得る“セット
レベル”入力を有し、これによって、その発生器によっ
て指示される形状に従って発生されるべきトルクの実際
の値を決定するものである。ロータ位置信号およびセッ
トレベル入力を結合することにより、決定さた値を有す
る発生器（２７）からの出力信号は、電流制？ｌ器（２
８）に加えられ、この制御器はモータの４相の各々につ
いて基１！電流波形としての出力信号を提供する。これ
らの基準波形はパワーコンバータ（２９）へのゲート入
力信号を提供し、このコンバータ（２９）においてモー
タの実際の相電流が、前記基準電流波形に従って生成さ
れる。このため、各相における実際の電流を指示する信
号が、電流制御器に帰還供給され、これによって制御器
（２８）からコンバータに送られるゲー・ト信号が、所
望の相電流を生成する役目を果たすものである。

波形発生器（２７）および電流制御器（２８）は、共同
して電流値調整手段を形成し、これによってローフ位置
毎の各ステータ巻線における励磁電流の相対瞬時値が制
御され、その結果、励磁電流はモータ動作中における円
滑な相間トルク転移および衝撃駆動（ｈａｍｍｅｒ−ｂ
ｌｏｗ）の最小化のために要求される相トルクを実現す
るに相応しい波形を有することとなる０本発明のシステ
ムにおける種々の構造によれば、妥当なアナログ手段に
より特定の波形が形成される。１つの実施例において、
検出器の出力は正弦波となるように変調され、その瞬時
値は各ロータ位置において巻線電流の妥当な相対値を確
立すべく用いられる。波形発生器（２７）および（２８
）により形成された電流調整手段は、さらに“セットレ
ベル“信号に応答して、各ロータ位置における電流の絶
対値を確立し、その位置における電流の他の位置に関す
る相対値は、検出器（２５）によって指示さたロータ位
置により決定される。デジタル制ｊＴＪの手法は、この
出願に関連する可変リラクタンスモータのための制御シ
ステムと題する別の出願において説明されている。

終わりに近づいた相のロールオフ部と、極の重なりを開
始した相のトルク上昇部とのスイッチングに基づくトル
クリプルおよび重なりの開始時におけるトルクの初期急
上昇の問題を克服するために、ランプ波電流を用いる特
定の方法は、第１３図に示されている。この図は略示目
的で描いたものであり、何らかの特定された機械特性を
表そうとするものではない、静相トルクｔはＡ相および
Ｂ相についてのロータ角に対して示されたものであり、
同時にこれらの相に加えられるべき電流波形ｉは、比較
的平滑なモータトルクを発生するものとして示されてい
る。この方法は、直線的に上昇する制ｔＢ速度において
電流をある１相（Ａ相において示す）にスイッチングす
ることを尖鋭な初期静トルク上昇の後においてのみ開始
させ、これによりモータ動作中、この相が発生するトル
クＴを静トルク曲線の実質上一定なトルク部分に対応す
る定常トルクレベルまで上昇させることを意味する。こ
れは静トルク曲線における極の重なりの開始時の初期上
昇に続く極の重なりの進行中に見られることである、Ａ
相電流はここで、この一定トルクＳＲ３４のＰ一端に向
かって急激降下する。これはＢ相電流がその制御された
立ち上がりを開始する点において開始される。かくして
電流の大きさは各巻線が付勢されるロータ回転の角度イ
ンクリメントにおける中間部を通じて実質上一定に維持
される。付勢インクリメントの初期部および終了部は、
それぞれ電流上昇および下降勾配を有するものであり、
図に示すようなロータ回転の角度インクリメントにおけ
る初期部分での電流上昇速度は、終了部での電流減少速
度と同じである。これらの電流曲線間の交点を妥当に選
択することは、静トルクの尖鋭な初期上昇部による衝撃
力を生ずることなく、総合モータトルクの実質的な無リ
プル特性を提供するものである。ここでモータ動作中の
相トルクは個々の相巻線を妥当なステージにおいて付勢
することによる静トルク特性の連続した部分からなるも
のである。各相間転移中の総合モータトルクは、その転
移中において個々の相トルクを加算することによりｆｉ
Ｘされる。第１３図の方ソステムにおいて、例えば波形
発生器（２７）の適当なアナログ構造により構成される
演算処理により引き出される。

しかしながら、このようなランプ波電流は波形発生器の
アナログ化などのような電流調整手段による経済的な構
成において、そして特に高速回転において必然的、かつ
、容易に合成されるものではない、付言すれば、相関ト
ルク転移は同様なランプ波による各連続した転移におい
て必然的に平滑化されるものではない、すなわち転移領
域における静トルクの厳密な形状は、転移が実行される
磁極に隣接した磁極の極性に影響される範囲に及ぶもの
であり、このような各転移について必然的に等しくはな
らないからである。したがって、個々のアナログランプ
波発生器は各相間転移のために個々に適合したものであ
ることが要求される。

さらに第１３図から明らかな通り、各相間の有効トルク
発生容量は完全には利用されないため、機械には実用上
の不都合が生じ、これは多くの分野において受入られな
いものである。したがって選択的な方法の１つとして、
静トルク対ロータ角特性の形状は、トルク上昇の度合を
極の重なりの開始時において緩和し、これによって相電
流が極の重なりの開始初期においてスイッチされるよう
に変調される。これは第１３図に示すような特性を伴う
この極の重なり段階において生ずる突発的トルク変化を
構成しなければならないような電流！！！！手段を用い
ないで達せられる。

静トルク極性の形状の変更は、ロータもしくはステータ
Ｍ１掻またはこれらの双方を整形することにより達せら
れる。１つの周知構造において、第１４図に示すような
変調静トルク対ロータ角特性が達せられる。この実質的
な台形特性は、第１３図の曲線の初期急激上昇部と異な
り、滑らかに上昇するランプ波部分を有する。しかしな
がら、上昇ランプ波部分かられずかに異なった速度にお
ける同様な下降ランプ波部分が第１３図の曲線の部分に
代わって存在する。

適当に変調された静トルク対ロータ角特性を得るための
に本発明に従って構成されたロータは、第１５図に示さ
れている。ロータ（４８）は、妥当な成層体（４９）か
らなり、角成層体はその隣接成層体と同一形状であるが
、ロータ軸の周りにおいてわずかに角度変位し、これに
よって積層ロータの磁極がロータの軸長に沿って、その
回転軸に対し、斜行した配置になっている。この構造を
達するため、ロータの各成層体は、成層化ロータ機構内
の隣接成層体に関し、円周方向にわずかに変位し°ζい
る０円周方向におけるこの変位は、ロータの長さを通じ
て一貫しており、したがって各成層体はそれに先行する
成層体に関し回転方向に前進または後退していることに
なる。したがって各ロータ磁極はロータの一方の軸端か
ら他端にがけて斜行しており、第１５図に示すその斜行
角はロータ軸周において約１５°となっている。この斜
行角度は、成層構造の一端における１つの磁石の成層体
前端を通るロータ半径との間において、ロータ軸に対し
て規定されるものである。

第１６図は第１５図のロータに適したロータ成履体（４
９）の実際的構造を関連するステータ成層体（５０）と
ともに示したものである。第１７図は第１５図および第
１６図の機械構造に関するトルク／ロータ角曲線を種々
の相電流レベルにおいて示すものである。なお、このロ
ータは第１５図に従って斜行整形されている。相電流の
低い値においては、幾分台形的な静トルク波形が生成さ
れる。しかしながら、その初期上昇部分は、完全直線式
輪郭の波形におけるよりも、一定したトルク部分に向か
って巻き込まれる傾向にある。相電流の比較的高い値に
おいて曲線の平坦な頂部はそれほど顕著ではなく、曲線
の上昇および下降部における曲率がより顕著になる。大
きい相電流においては、静トルク曲線の正弦波に対する
類似性が特に顕著となる。第１７図の曲線は、出力が理
想値より小さい機械構造に関するものであるが、同様に
斜行したロータ磁極を有するすべての機械についての静
トルク曲線の形状は、モータの性能には無関係に図示の
ものと同様な特徴を反映する。

静トルク特性の正弦波に対して類似した特性は、するた
めのさらなる手法を与えるものであり、その手洗の１つ
は本発明に従った好ましいシステムに通用される。この
手法は第１８図において４相機械につき示す遺りである
。Ａ相およびＢ相に関する静トルク【は、正弦波形であ
り、各相は対応する正弦波励磁電流ｉにより駆動される
。したがって、動作条件のモータの相トルクＴは、正弦
二乗曲線である。これは相電流の種々のレベルにおける
静トルク曲線を作図し、ロータの連続した角度位置にお
ける各相の１電流に応じた妥当なトルク値を、動作中の
相トルクを規定するモータトルク線図上に転置すること
によた図式化することがで、きる、静トルクｊＡ＋ｔ１
等を数学的に考察すると、 ｔ４．Ｋｔ、、５ｉｎ（θ）そしてｔ、　−［、，１，
５ｉｎ（θ＋９０１にいｆ、ｃｏｓ（θ） ここにに、はモータ定数であり、したがって相電流ｉＡ
およびｉ、は １Ａ＝Ｉｐ、５ｉｎ（θ）そしてｉ＠　館１ｐ、　Ｃｏ
５（θ）上式においてＩＦはピーク電流であり、モータ
動作中における相トルク（Ｔａ、Ｔｍ等）はＴａ　−に
イＩｐ、Ｓｉｎ”（θ）そしてＴｍ　＊Ｋｔ、Ｉ、、Ｃ
ｏｓ”（θ）かくして第１８図に示すようなＡ相および
Ｂ相間の９０”相変位は、モータ動作中において、人相
トルクが正弦二乗値に比例するならば、Ｂ相とるくは余
弦二乗値に比例することを意味する。ｖ！和領領域おけ
る動作であって、各相の磁気回路条件が同様であると仮
定すれば、相転移中にモータに作用するトルクは一定と
なる。これは同じ角度における正弦二乗値と余弦二乗値
との和が単一の等しい値となるからである。この手法は
、台形波の供給よりも有利である。すなわち正弦波は、
階段状又は台形波におけるそれらの急激変化点よりも、
その対応部分の変化が緩やかであり、したがってトルク
の急激変位を避は得るからである。

加えて、斜行型ロータを有し、かつ、対応する正弦波付
勢電流を供給される機械は、周知の通常的構造を有する
機械より十分静かに動作するものである。すなわち電流
はトルクを発生するものであり、有効な仕事を行うこと
ができる期間だけ巻線に供給され、そのような有効期間
の全てにおいて、通常型の磁極を有する機械よりも優れ
た調料用を行うこと、したがって銅損失を減少させるこ
とにつながるからである。

第１９図は本発明の原理を具体化したシステムにおいて
、斜行型ロータの好ましい構成およびそのステータとの
関係を示すものであり、同時に、好ましい円周寸法関係
を示すため、ロータ磁極およびステータ磁極のいくつか
の横向き展開図を伴うものである。この図から明らかな
通り、ステータ磁極の極面は第１１図に示した永久磁石
型ステップモータの歯型極面構造に比し、実質的に連続
して空隙に対向する面を形成するものである。

ステータ（５１）は８個の極（５０）ないしく５２）を
有し、各種は３０”の円弧範囲にわたって伸びており、
１５°のギャップによって隣接磁極を分離している。ロ
ータ（６０）は６個の極（６１）ないしく６６）を有す
るものであり、成層体の束から形成されている。

各磁極の外周部における円弧範囲は２０°であり、これ
らの外周部は４０°のギャップにより磁極から分離して
いる。ロータは１０°の斜行形状を有する。したがって
、各ロータ磁極によりその前端部と後端部との間で占有
される包絡線の全円弧範囲は３０°、すなわち各ステー
タ磁極と同じ寸法となる。各ロータ磁極の最後列成層体
の後端部と、次の磁極における最前列成層体の前端部と
の間の円弧範囲は、同様に３０°となる。したがって、
第１９図に示す通り、一対のロータ磁極（６１）および
（６４）がステータ磁極（５２）および（５６）と整列
すると、そのロータ磁極鉄がそのステータ磁極鉄の直下
に正確に位置し、したがって、そのロータ磁極のいかな
る部分もそのステータ磁極の外側にはみ出さず、逆に後
者の部分が前者からはみ出すこともない。

磁極（６２）および（６３）間のギャップ並びに磁極（
６５）および（６６）間のギャップは、同様にそれぞれ
磁極（５４）および（５８）と整列し、したがって、こ
の範囲におけるいかなるロータ鉄部もこれらのステータ
磁極からはみ出すことはない、ロータ５および入相間転
移を可能にするものであり、静相トルクは例えば第７図
にしめされたようなゼロトルク死点域を持たない、第１
９図のロータ成層体のさらに利益的な特徴は、ロータ磁
極の両側テーパ（傾斜）が、成層体がモータシャフトに
支持されるまでの中央円形開口に収斂するそれらの具部
から外向き方向において存在することである。

磁極傾斜、すなわちロータ磁極における放射状外向き傾
斜は、本発明のモータに関する特定の実施例の顕著な利
益的特徴である。すなわち、これらの磁極は、それらの
先端に向かってせばまり、一方、ステータ磁極はそれら
の内端に向かって拡幅され、これによつて、ロータおよ
びステータの対向極面が、好ましい構造および、与えら
れた角度関係において実質上整合するようになる。

これらの磁極形状に関し、成層体スパンＲｘｌ　と、ひ
ねり、すなわち斜行比ｇｌＲｘ２は、互いに加算され、
ロータ磁極の両端間距離が得られる。

すなわち、　Ｒｘｌ＋Ｒｘ２−３ｘｌ ここにＳｘｌ　はステータ磁極における極線でのスパン
である。ロータの極間ギャップＲＸ３もまたＳＸ１に等
しい、ロータ磁極のひねりによりステータ磁極の先端は
ロータおよびステータ磁極が整列したとき、これに重な
るロータ鉄に完全に重畳し、または覆うものではない、
したがって、ステータ磁極の先端は、磁気回路が厳密に
要求するものより大きいサイズであり、それは磁極先端
と磁極其部間に位置する断面縮小部、すなわち腰部（寸
法５ｘ２）に向かって内向きに傾斜しているｅｓｘ２は
ＳＸｌより小さい、ステータ磁極のこのような断面縮小
化は増大した銅面積、又は体積をもたらす。

ひねり、すなわち斜行は、Ｒｘ２とＲｘｌ　との比によ
って定義される。好ましい構造においては、Ｒ−ｘ／　
Ｒ−＋　＝　１　／　２ ４相機械において、この斜行比は機械の総合トルク出力
を無視し得ないほど減少することな（、好ましい正弦波
型静トルク特性をもたらすものである。３相機械におい
ては平坦頂部を有する正弦波型が要求され、この場合の
斜行比は典型的には１／２より小さいものである。

本発明のこの様相は特に８極ステータ、６掻ロータ構造
に関して説明されたが、それはこのような構造に限るも
のではなく、これらより多いか、または少ない極数もま
た採用することができる。

また、ロータおよびステータについては、ｌ極当たりｌ
歯の構造について図示および説明したが、各極面を２以
上の歯となるように分割することも可能であり、これは
ある種の分野における長所となるものである。

第２０図は第１９図に従った成層体を有するロータにつ
いての種々の電流レベルにおける静トルク特性を示すも
のである。これらの特性の正弦状変化は、ロータ磁極お
よびステータ磁極の弧状範囲間の好ましい関係性を有す
るこの構造において、特に顕著である。

第１５．１６および１９図に関して、特に説明した斜行
ロータ構造は、ステータ巻線に正弦波電流波形を入力す
る本発明のドライブシステムに対し、特に好ましく適用
される。しかしながら、ステータ電流について他の波形
を用いることも可能であり、それを正弦波に限定するも
のではない。

第２０図に示した静トルク対ロータ角度特性から得られ
た特性は、電流形状との関連または非関連にかかわらず
、双方向性モータにおける特別な利益となる実質的な対
称形である。斜行角は、きわめて重要であり、その好ま
しい度合は第１９図の構成に示す通りであった。

しかしながら、第１２図に関して説明したような本発明
のドライブシステムは、第２１　ｎ　ニ示した磁極形状
の選択的形態に関連して、一定の利益を提供する。２個
の隣接したステータ磁極（６７）および（６日）の各々
は、それぞれ極面（６９）および（７０）を有する。こ
れら極面の中央部は、それらの下を通過するロータ極面
に横切られる通路から一定の空隙において位置するが、
それらのエツジ領域における極面は空隙がその磁極の円
周方向外向きに増大する各外郭部（７１）および（７２
）を有する。これらエツジ領域における極面は、その極
の中央部における公称理論円周面より徐々に冨んだ形状
とエツジ領域における外邦面を有し、その結果、ステー
タ磁極とこれに整列したロータｆＦ１極との間の空隙が
ステータ磁極のエツジに沿って、その中央部よりも大き
くなる。これらのエツジ領域の円周方向の外端、すなわ
ち先！　（７３）および（７４）における極面端におい
て、極面は、巻線を受は入れる極間スペース中に突出し
た半径方向の面に連続する。

この種の種形状はまた、特に橋の重なり初期におけるト
ルク変化の速度を減少させ、電流形状との関連において
、トルク転移を円滑にし、機械動作中の雑音および振動
を実質的に極小化するものである。さらに各ステータの
極面は、第２１図に示した構成における急峻な輪郭変化
を伴うことなく、実質上連続した面を持つようにするこ
ともできる。

本発明の特別な、かつ、驚異的な特徴は、相巻線が直列
ではなく、並列に接続することにより、ノイズ発生を減
少することである・、直列接続においては、空隙中の起
磁力は等しくなり、磁束は空隙それ自体により決定され
、空隙間の何らかの相違は不平行磁束を生ずるようにな
る。しかしながら、各相を並列に接続することにより、
対向した磁極に等しい磁束が生じ、これにより発生する
駆動力は実質上等しくなる０本発明によるモータはさら
に、すべての相を等しく励磁する界磁コイルを含むもの
である。これは各相の非直線トルク電流特性を描かせる
ように変調すべく用いられる。

第２２図は、斜行磁極を有し、かつ、実質上正弦波的な
静トルク対ロータ角度特性を有する６極ロータ〜８極ス
テータ型モータに通したアナログ回路構成を略示するも
のである。この場合、第１２図中のものと同一の参照数
字を付したものは、同一の機能部分であることを意味す
る。検出器（２５）は６０″機械角において振動する直
角位相関係の２個の三角波形からなる出力を発生するも
のである。これらの信号は、コンバータ（７５）により
正弦波形に変換され、これにより正弦波および余弦波を
得ることができる。これらの正弦波および余弦波は、こ
の実施例において、平滑なトルク出力を達成するための
正確な基準電流波形を形成するものである。

リラクタンスモータにおいては、各相巻線が付勢される
ときのロータ位置に応じて、正および負のトルクが発生
するため、正弦波の正の半サイクルが相（１）に関連し
て、正のトルクを生ずる場合には、反転された余弦波の
負の半サイクルは、相（２）と関連し、反転された正弦
波の負の半サイクルは、相（３）と関連し、反転された
正弦波の負の半サイクルは、相（３）と関連し、余弦波
の正の半サイクルは相（４）と関連してｉ能しなければ
ならない、負のトルクの場合、相シーケンスは反転され
た正弦波の負の半サイクル、余弦波の正の半サイクル、
正弦波の正の半サイクルおよび反転された余弦波の負の
半サイクルの順となる。各相には一方向の電流のみが要
求されるため、一方向の電流にのみ対応する二象限電流
制でｎ器が構成され、これによって、その出力は、これ
に加えられた全波形の各々について１つ−の半サイクル
となり、各相は順次同一極性の半波により付勢される。

第２２図において、検出器インターフェース（２６）か
らの新たな出力は、速度要求信号に関連する速度出力信
号を提供し、これによって速度制御器（７６）への入力
が提供され、その出力がトルク要求信号となる。このト
ルク要求信号は、コンバータ（７５）によって発生した
正弦波または余弦波の１つとともに、各アナログ掛算機
（７７）および（７８）に供給される。掛算機（７７）
の出力は正弦波であるが、掛算機（７８）の出力は余弦
波であり、これらの出力信号の相対的な瞬時値はコンバ
ータ（７５）により決定された正弦波および余弦波に従
い、それらの絶対値についてはトルク要求信号によって
規定される０図示の制？ｉシステムの構成中に用いられ
た規則的な正弦波の場合、このトルク要求信号は波形の
ピーク値であり、その波形に従ったすべての他の点にお
ける電流レベルを決定するが、これは他の波形において
も必然的に起こることではない。

アナログ掛算器を出た後、正弦波および余弦波は、それ
ぞれ反転された正弦波および余弦波と並列して次段に送
られ、電流制御器（７９）にはこれらの４信号が加えら
れる。’電流制御器においては、相巻線からの電流要求
信号が正弦波および余弦波信号と共同して電力変ｔ！Ａ
器（２９）のための実効的な電流要求信号を提供する。

電流変換！　（７９）からの最終的な出力信号は、コン
パレータ（８０）に加えられる。

このコンパレータはさらに、周知の方法におけるパルス
幅変調のための高周波入力を有する。ＰＭＷ人力は、各
場合において電流制ｍ　！Ｓ　（７９）からのセットレ
ベル信号により変調され、その出力は二象限電力変換器
（２９）のための前記電流要求信号を提供する。

第２３図ないし２６図は、第２２図のドライブシステム
における所定の回路要素または装置部分を例示した回路
図である。第２３図は電流制御器（７９）を示し、第２
４図は速度ｔｉ制御器（７６）を示すものである。掛算
器（７７）および（７８）は、第２５図に示され、検出
器信号インターフェース、すなわち三角波−正弦波変換
器（７５）は第２６図に示されている。これらの回路に
おける詳細な動作は、図面を参照することにより自ずか
ら明白であり、したがって、詳細な説明は省略する。

第２７図には、本発明に従ったリラクタンス機械の発ｔ
ｔＲ型ステータ成層体が示されている。成層体（１０１
）は４極ロータとともに動作する６つのステータ磁極を
有する。ステータ＠腺を受は入れる２つの極間領域は（
１０２）で示す通り、界磁ｊ８線を収容すべく拡大され
ている。この界磁巻線が付勢されると、図においてφで
示す一定の磁束が確立され、機械の３相間をそれらの相
対リラクタンスに基づいて分割する。ロータが回転する
と、各相の相対透磁率が変化して相巻線の磁束鎖交数が
変化し、これによって相電圧が発生する０本発明による
可変リラクタンスモータに適用される構造的特徴、すな
わち斜行形状その他は、それらのトルク出力を整形して
相トルクがロータ角度の実質的な正弦関数となるように
するためであるが、それらの構造的特徴はまた、本発明
のこの実施例による発ｉ機の電圧出力を整形するために
通用することができる。

第２８図は本発明のこの様相に従った３相発電機を略示
するものであり、ここに界Ｍ１巻線（１０２）はＤＣｔ
源により付勢され、３相巻線（１０３）は３相負荷（１
０４）に対し、星形に接続される。

【図面の簡単な説明】

第１図はロータおよびステータの双方が、２極形状であ
る単純なリラクタンスモータを略示する斜視図、第２図
は第１図の単純なモータにおける線形磁気系統に関する
磁束−電流面における軌跡を示す線図、第３図は可変リ
ラクタンスモータにおける飽和磁気系統に関する磁束−
電流面の軌跡を示す線図、第４図は８橿ステータおよび
６極ロータををする４相可変リラクタンスモータを略示
する断面図、第５図は第４図のモータがＩ！気サイクル
を通じて時計方向に回転する場合の理想化相電流波形を
示す線図、第６図は８極ステータおよび６極ロータを有
する可変リラクタンスモータの実際的構造を与えるステ
ータ成層体およびロータ成層体の輪郭をロータが相（１
）の最大リラクタンス−を占める場合について示した端
面図、第７図は第６図の構成による理想ロータにおいて
、相間のトルクが重なり合った場合の各相毎の一定電流
における理想化された静トルク対ロータ角特性を示す線
図、第８図は６極ステータおよび４極口て相関トルク重
畳が形成される場合の、一定電流における静トルク対ロ
ータ角特性を示す線図、第９図は３相すラクタンス機械
において、ステータ電流レベルを変換した場合の１相に
おける静トルク対ロータ角特性を示す線図、第１０図は
ロータが最小リラクタンス位置を占めている４相機械の
１相に関する静トルク対電流特性を示す線図、第１１図
は１回転２００歩の永久磁石ステップモータにおけるロ
ータおよびステータの断面図、ｍ１２図は本発明の原理
を具体化した可変リラクタンスモータドライブシステム
のブロック線図、第１３図は円滑な相間トルク転移を生
ずるとともに、ランプ波または台形波電流を用いた４相
ＶＲＭ（可変リラクタンスモータ）の２相についての静
トルク対ロータ角特性を動作中のモータ相トルクととも
に示す線図、第１４図は周知構造のリラクタンスモータ
における特定の極配置により達せられた静トルク対ロー
タ角特性を示す図、第１５図は斜行磁極を有するロータ
構造を側面（ｂ）および端面（ａ）において示す図、第
１６図（ａ）及び（ｂ）は第１５図に従った斜行磁極ロ
ータを有するモータの実際的なステータおよびロータ成
層体の構成をそれぞれ示す端面図、第１７図は、第１５
図に従った斜行磁極ロータを有する可変リラクタンスモ
ータの２つの近接相における°静トルク対ロータ角曲線
を種々の励磁電流レベルにおいて示す図、第１ｇ図は可
変リラクタンスモータの２相についての正弦状静トルク
対モータ角特性と、これらの相を付勢するための半波正
弦波電流波形およびこれらの相が付勢された場合に動作
するモータからの相トルク出力を示す図、第１９ｒｊ４
は（ａ）第１２図に従って構成された駆動システムのＶ
ＲＭにける６−タおよびステータ間の特に有利な関係を
示す斜行ロータおよびその関連ステータの実際的構成を
示す図、および（ｂ）　ロータおよびステータ間の寸法
関係を示すいくつかのロータ磁極およびステータ磁極の
側面展開図、第２０図は第１９図のモータ構造の１相に
ついて付勢電流のレベルを変化することにより作図した
静トルク対ロータ角曲線を示す図、第２１図は極面のエ
ツジ領域が変調された静トルク対ロータ角特性を具現す
るような形状に仕上げられたステータ成層体の部分断面
図、第２２図は本発明に従って構成された駆動システム
のアナログ回路構成を示す略図、第２３図は第２２図の
駆動システムにおける電流制御器または調整器の回路線
図、第２４図は第２２図の駆動システムにおける速度制
御器の回路線図、第２５図は第２２図の駆動システムに
おける掛算器の回路線図、第２６図は第２２図の駆動シ
ステムにおける速度信号のための信号Ｗ蟹器の回路線図
、第２７図は本発明に従って構成された発ｔ８！１のス
テータ磁極構における成層体を示す端面図、第２８図は
本発明に従って構成された発を機を含むシステムの略図
である。 本発明の基本形を示す第１５図中（４９）は斜行型ロー
タ磁極である。 外１名 Ｒσ、ゴ 戸／Ｇ、３ Δ Ｆ／（ｙ、ＣＢ ＦＩＧ、　；” Ｐへ５．♂ ＦＩＧ−、ｉｆ ト ノＶ＝ Ｒ＆、ヱ６ 図面の浄書（内容に変更なし） 一！”、７Ｒ− ＦＩｃｐ、　１Ｂ 凹コの第二；Ｈ１ｇシ：：λ更なし） 〜、２０゜ Ｆｌ（テ９２ゴ

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. （１）可飽和−可変リラクタンス電気モータを含む駆動
   システムであって、前記モータは複数の突極駆動磁極を
   有する固定部材と、各駆動磁極のための磁化巻線および
   複数の被駆動磁極を有する可動部材を備え、前記被駆動
   磁極の数を駆動磁極の数より少なくするとともに、各駆
   動磁極と、これに整列した被駆動磁極との間の空隙が横
   切る両磁極の寸法に比して小さくなるようにし、かつ、
   少なくとも被駆動磁極の形状がモータ動作中の前記駆動
   磁極および被駆動磁極の可変の重なり範囲において、実
   質的な磁気飽和を生ずるように仕上げられたものであり
   、さらに駆動磁極に関する被駆動磁極の位置および範囲
   がモータ動作中の各被駆動磁極および駆動磁極の機械的
   重なりに基づく可動部材の移動力発生インクリメントを
   、別の被駆動磁極が別の駆動磁極と重なり合うことに基
   づく可動部材の移動力発生インクリメントに重畳させる
   ように設定したものであり、前記システムはさらに、そ
   の瞬時値が前記可動部材の位置に対応する、少なくとも
   １つの信号を発生するための可動部材位置検出手段およ
   び、前記駆動磁極巻線にわたして接続され得る電圧源か
   らなる電源手段を含むことにより、前記巻線が可動部材
   の移動中、所定の順序において、かつ所定のインクリメ
   ント毎に前記電源に接続されるようにし、前記電源手段
   がさらに前記電源に接続された駆動磁極巻線の瞬時電流
   値を調整するための手段を有することにより、前記可動
   部材位置検出手段の前記位置対応信号に応答して、前記
   電流の大きさを調整し、前記巻線が前記電源に接続され
   たときの前記可動部材の移動インクリメント内のいずれ
   かの位置において前記調整手段によりセットされた前記
   電流の瞬時値を、前記位置以外の位置における値との相
   対性において、前記可動部材の瞬時位置により実質的に
   決定するようにしたことを特徴とする可飽和−可変リラ
   クタンス電気機械を含む駆動システム。
2. （２）少なくとも各駆動磁極の極面が、前記空隙に対向
   する実質的な連続面を規定するようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項記載の駆動システム。
3. （３）前記可飽和−可変リラクタンス電気モータが、複
   数の突極ステータ磁極を有するステータと、各ステータ
   磁極のための磁化巻線および複数の突極ロータ磁極を有
   するロータを備え、前記ロータ磁極数を前記ステータ磁
   極数より少なくするとともに、各ステータ磁極と、これ
   に整列したロータ磁極との間の半径方向の空隙が、この
   空隙を横切る両磁極の寸法に比して小さくなるようにし
   、かつ、少なくともロータ磁極の形状がモータ動作中の
   ステータ磁極およびロータ磁極の可変リラクタンスの機
   械的重なり範囲において、実質的に磁気飽和を生ずるよ
   うに仕上げられ、さらに前記ロータ磁極のステータ磁極
   に関する円弧範囲および位置を、モータ動作中のステー
   タ磁極に対する各ロータ磁極の機械的重なりに基づくロ
   ータ回転のトルク発生角度インクリメントを、別のロー
   タ磁極が別のステータ磁極と重なり合うことに基づくロ
   ータ回転のトルク発生角度インクリメントと重畳するよ
   うに設定したものであり、前記システムがさらに、その
   瞬時値がロータの角度位置に対応する少なくとも１つの
   信号を発生するためのロータ位置検出手段、およびステ
   ータ磁極巻線にわたして接続され得る電圧源を含む電源
   手段を備えたことにより、前記巻線がロータ回転中、所
   定の順序において前記電源に接続されるようにし、これ
   によって各ステータ磁極巻線をロータ回転の所定の角度
   インクリメントにわたって電源に接続するようにし、さ
   らに前記電源手段はこの電源に接続されたステータ巻線
   電流の瞬時値を調整するための手段を含み、前記電流調
   整手段は前記ロータ位置検出手段からの前記ロータ位置
   対応信号に応答して、前記電流の大きさを調整すること
   により、前記巻線が前記電源に接続され得るロータ回転
   の前記角度インクリメント内でのロータのいずれかの角
   度位置において、前記調整手段によりセットされる前記
   電流の瞬時値が、別のロータ角度位置における瞬時値と
   の相対性において、ロータの瞬時角度位置に従って、実
   質的に決定されるようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載の駆動システム。
4. （４）少なくとも各ステータ磁極の極面が、前記空隙に
   対向する実質的な連続面を規定するようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第（３）項記載の駆動システム
   。
5. （５）前記電流調整手段が前記ロータ位置対応信号に応
   答して、前記電流の大きさを調整することにより、前記
   巻線が前記電源に接続され得るロータ回転の前記角度イ
   ンクリメントの初期部分における、前記電流の瞬時値が
   ロータ回転の進行に伴って増大し、前記角度インクリメ
   ントの最終部分における前記電流の瞬時値が、前記回転
   の進行に伴って減少するようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第（３）項または（４）項記載の駆動シス
   テム。
6. （６）前記電流調整手段が、前記ロータ位置対応信号に
   応答して、前記電流の大きさを調整することにより、前
   記電流の連続的な瞬時値が前記ロータ回転の角度インク
   リメントにおける最終部において減少する速度を、前記
   角度インクリメントの初期部分における瞬時電流値の上
   昇速度と実質的に等しくするようにし、これによって前
   記ロータ回転の前記角度インクリメントを通じて連続す
   る瞬時電流値が、前記角度インクリメントを通じて発生
   する実質的な対象電流波形を形成するようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第（５）項記載の駆動システ
   ム。
7. （７）前記電流調整手段が、前記ロータ位置対応信号に
   応答して前記電流の大きさを調整することにより、ロー
   タ回転の前記角度インクリメントにおける前記初期部分
   での連続した瞬時電流値が実質的な正弦波形の半波にお
   ける電流立ち上がり部を規定し、前記角度インクリメン
   ト本体の前記終了部における連続した瞬時電流値が、実
   質的な正弦波電流の半波における電流立ち下がり部を実
   質的に規定するようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第（６）項記載の駆動システム。
8. （８）ロータ回転の前記角度インクリメントにおける中
   間部が、前記インクリメントの初期部および終了部間に
   存在することを特徴とする特許請求の範囲第（６）項ま
   たは（７）項記載の駆動システム。
9. （９）前記電流の大きさが、前記ロータ回転の角度イン
   クリメントにおける前記中間部において、実質上一定に
   維持されることを特徴とする特許請求の範囲第（８）項
   記載の駆動システム。
10. （１０）前記電流調整手段が前記ロータ位置対応信号に
    応答して、前記電流の大きさを調整することより、前記
    ロータ回転の前記角度インクリメントを通じた前記瞬時
    電流値が実質的な正弦波の半波を形成するようにしたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第（６）項記載の特徴と
    する駆動システム。
11. （１１）前記駆動システムがさらにその値により所望の
    モータ動作パラメータを指示する信号を発生するための
    手段を含み、前記電流調整手段がさらに前記パラメータ
    指示信号に応答して、前記ステータ巻線電流を調整する
    ことにより、巻線が前記電圧源に接続され得るロータ回
    転の前記角度インクリメント内でのロータの角度位置毎
    における前記電流の絶対値を、前記パラメータ指示信号
    の値により、実質的に決定するようにしたことを特徴と
    する特許請求の範囲第（３）ないし（１０）項のいずれ
    か１項に記載の駆動システム。
12. （１２）可飽和−可変リラクタンス電気機械を含む駆動
    システムであって、前記電気機械は複数の突極ステータ
    磁極を有するステータと、各ステータ磁極のための巻線
    、および複数の突極ロータ磁極を有するロータを備えて
    おり、前記ロータ磁極の数を前記ステータ磁極の数より
    少なくするとともに、かつ、ステータ磁極とこれに整列
    したロータ磁極との間の半径方向の空隙を、この空隙を
    横切る両磁極の寸法に比して小さくし、さらに少なくと
    もロータ磁極の形状を機械動作中のステータ磁極および
    ロータ磁極間の可変の機械的重なり範囲において実質的
    な磁気飽和が生ずるように設計し、前記ロータ磁極の前
    記ステータ磁極に関する円弧範囲および位置を機械動作
    中の各ロータ磁極とステータ磁極との機械的重なりに基
    づくロータ回転のトルク発生インクリメントが、別のロ
    ータ磁極と別のステータ磁極との機械的重なりに基づく
    ロータ回転のトルク発生角度インクリメントと重なるよ
    うに設定し、前記システムがさらに、ロータ位置検出手
    段および前記ロータ磁極巻線にわたして接続され得る電
    圧源を含むことにより、前記巻線をロータ回転中、所定
    の順序において前記電圧源に接続し、これによって各ス
    テータ磁極巻線をロータ回転の所定の角度インクリメン
    トにおいて電源に接続するとともに、前記巻線をロータ
    回転中、所定の電気的負荷に所定の順序で接続し、各ス
    テータ磁極巻線をロータ回転の所定の新たな角度インク
    リメントのために電源に接続するようにしたことを特徴
    とする可飽和−可変リラクタンス電気機械を含む駆動シ
    ステム。
13. （１３）各ロータ磁極および各ステータ磁極が、それぞ
    れ円周方向に隔たったエッジ領域を有し、前記ロータ磁
    極およびステータ磁極の少なくとも一方のエッジ領域が
    、空隙の半径方向の寸法またはその軸方向の範囲を少な
    くとも極の重なりの開始中において変化するように形成
    したことを特徴とする特許請求の範囲第（３）ないし（
    １２）項のいずれか１項記載の駆動システム。
14. （１４）各ロータ磁極および各ステータ磁極の少なくと
    も一方における前記エッジ領域の極面部が、その磁極の
    極面中央部に関して半径方向に変位していることにより
    、前記エッジ領域の極面部と、整列した磁極の極面との
    間の空隙が、前記極面の中央部と整列した磁極の極面と
    の間の空隙より大きくなるようにしたことを特徴とする
    特許請求の範囲第（１３）項記載の駆動システム。
15. （１５）前記エッジ領域の各々が、連続したエッジ領域
    部により磁極の軸方向に形成され、前記エッジ領域部の
    各々がそのエッジ領域に隣接した各エッジ領域部に関し
    円周方向に変位しており、前記各エッジ領域部の円周方
    向の変位は、先行するエッジ領域部に関し同一の円周方
    向において存在することにより、前記エッジ領域がロー
    タの回転軸に関し斜行して形成されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第（１３）または（１４）項に記載
    の駆動システム。
16. （１６）各磁極の前記エッジ領域の円周方向の間隔が、
    磁極の軸方向範囲を通じて実質上一定であり、前記磁極
    の一方の軸端における前記エッジ領域の１つのエッジ領
    域部が、その磁極の他方の軸端における同一のエッジ領
    域の前記部分に関して、その磁極のエッジ領域の一定し
    た円周間隔の１／４ないしその間隔に等しいものである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第（１５）項記載の駆
    動システム。
17. （１７）複数の突極駆動磁極を有する固定部材と、各駆
    動磁極のための巻線と、複数の被駆動磁極を有する可動
    部材からなる可飽和−可変リラクタンス電気機械であっ
    て、前記被駆動磁極の数を前記駆動磁極の数より少なく
    するとともに、各駆動磁極およびこれに整列した被駆動
    磁極間の空隙が、この空隙を横切る両磁極の寸法に比し
    て小さくなるようにし、さらに被駆動磁極の形状を機械
    動作中の前記駆動磁極および被駆動磁極間の可変の機械
    的重なり範囲において実質的な磁気飽和が生ずるように
    設計し、前記被駆動磁極の駆動磁極に対する延長範囲お
    よび位置が機械動作中の各被駆動磁極と駆動磁極との機
    械的重なりに基づく前記可動部材の移動力発生インクリ
    メントが、別の被駆動磁極と別の駆動磁極との機械的重
    なりに基づく可動部材の移動における力発生インクリメ
    ントと重なるようにし、各被駆動磁極および各駆動磁極
    が、それぞれ両部材の相対移動方向において、互いに分
    離したエッジ領域を有するようにし、前記エッジ領域の
    間隔を前記相対移動の方向を横切る方向における磁極範
    囲を通じて、実質上一定に維持するとともに、前記エッ
    ジ領域の各々が連続したエッジ領域部により、前記磁極
    の横断方向において形成されるようにし、さらに前記エ
    ッジ領域内の各エッジ領域部を各隣接したエッジ領域部
    に関して、前記相対移動方向に変位させるにあたり、前
    記エッジ領域部を極横断方向において先行する隣接エッ
    ジ領域部に関して前記相対移動方向に前進して位置させ
    るか、または前記エッジ領域部の各々を先行するエッジ
    領域部に関し前記全相対移動方向において戻る方向に位
    置させることにより、前記エッジ領域が前記相対移動の
    方向に関して斜行するようにし、さらに前記磁極のエッ
    ジ領域の１つにおける少なくとも一方の横断端のエッジ
    領域部と、同じエッジ領域の他方の横断端におけるエッ
    ジ領域部との間の前記相対移動方向における間隔が、前
    記相対移動方向における磁極の一定の範囲の１／４ない
    しその範囲に等しい範囲までの間にあることを特徴とす
    る可飽和−可変リラクタンス電気機械。
18. （１８）少なくとも各駆動磁極における極面が、前記空
    隙に対向する連続面を形成することを特徴とする特許請
    求の範囲第（１７）項記載の電気機械。
19. （１９）ステータが複数の突極ステータ磁極と、各ステ
    ータ磁極のための巻線と、複数のロータ磁極を有するロ
    ータを備え、前記ロータ磁極数を前記ステータ磁極数よ
    り少なくするとともに、各ステータ磁極と、これに整列
    したロータ磁極との間の半径方向の空隙を、この空隙を
    横切る両磁極の寸法に比して小さくし、かつ、少なくと
    も両磁極の形状を、機械動作中のステータ磁極とロータ
    磁極との可変の機械的重なり範囲において実質的な磁気
    飽和が生ずるように設計し、さらにロータ磁極のステー
    タ磁極に関する円弧範囲および位置を機械動作中の各ロ
    ータ磁極とステータ磁極との機械的重なりに基づくロー
    タ回転のトルク発生角度インクリメントが、別のロータ
    磁極と別のステータ磁極との機械的重なりに基づくロー
    タ回転のトルク発生角度インクリメントと重畳するよう
    に設定し、各ロータ磁極および各ステータ磁極がそれぞ
    れ円周方向に互いに隔たったエッジ領域を有するように
    し、前記エッジ領域の円周方向の間隔が磁極の軸方向範
    囲を通じて実質上一定となるようにするとともに、前記
    エッジ領域の各々が磁極の軸方向に連続したエッジ領域
    部により形成され、前記エッジ領域部の各々が前記エッ
    ジ領域の各隣接したエッジ領域部に関し相対的に変位し
    ており、前記エッジ領域部の円周方向変位が先行するエ
    ッジ領域に関し同一の円周方向において存在するように
    したことにより、前記エッジ領域が機械回転軸に対して
    斜行するようにし、さらにその磁極の前記エッジ領域の
    一方における一方の軸端でのエッジ領域の円周方向変位
    が、同じエッジ領域の他方の軸端におけるものとの関連
    において、磁極の一定円弧範囲の１／４ないしその範囲
    までの間にあることを特徴とする可飽和−可変リラクタ
    ンス電気機械。
20. （２０）少なくとも各ステータ磁極の磁極面が、前記空
    隙に対向する実質上連続した表面を形成することを特徴
    とする特許請求の範囲第（１９）項記載の可飽和−可変
    リラクタンス電気機械。
21. （２１）前記磁極の軸方向両端における前記エッジ領域
    部間の円周方向の変位が、前記円弧範囲の約半分である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第（１９）または（２
    ０）項に記載の可飽和−可変リラクタンス電気機械。
22. （２２）前記磁極の軸方向両端における前記エッジ領域
    部間の前記円周方向の変位が、ロータ軸に対し約５°以
    上の角度に対応することを特徴とする特許請求の範囲第
    （１９）または（２１）項に記載の可飽和−可変リラク
    タンス電気機械。
23. （２３）前記角度が約１０°であることを特徴とする特
    許請求の範囲第（２２）項記載の電気機械。
24. （２４）各磁極の巻線が少なくとも１つの他の磁極との
    関連において、電気機械の相を決定し、前記関連する複
    数の巻線が電圧源にわたして並列接続されるようにした
    ことを特徴とする特許請求の範囲第（１７）ないし（２
    ３）項のいずれか１項に記載の電気機械。
25. （２５）前記電気機械が界磁巻線を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第（１７）ないし（２３）項のいずれ
    か１項に記載の電気機械。
26. （２６）特許請求の範囲第（１）ないし（１６）項のい
    ずれか１項に記載した駆動システムが、特許請求の範囲
    第（１７）ないし（２４）項のいずれか１項に記載の構
    成された可飽和−可変リラクタンス電気機械を含むこと
    を特徴とする駆動システム。