JPS63194546A - 励磁切換式リラクタンスモータ - 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】 ３、発明のｌｌＩ′１′：細な説明 発明の背景 本発明はリラクタンスモータ、−Ｊｆｉ詳細には改良さ
れた励磁切換式リラクタンスモータの構造に係る。

励磁切換式リラクタンスモータは、主として構造が簡単
であり且つパワー密度が高い（出力パワ一対重量比が大
きい）という理由で過去１０ないし１５年にわたり関心
を寄せられている。これらのモータは二ｍ突極モータで
あり、回転子及び固定子の双方に歯を有し、また固定子
極にのみ相巻線を設けられている。

非常に小さいモータ（５０Ｗ以下）を例外として、たい
ていの励磁切換式リラクタンスモータは、励磁切換式リ
ラクタンスモータの鉄損が同一サイズの通常のモータの
鉄損よりも数倍大きいので、２０００ｒｐｍ以下で作動
するように設計されている。この理由から、通常、励磁
切換式リラクタンスモータは低速度での応用に最も通し
ているとされている。もちろん、空気冷却圧縮機電動機
のようないくつかの応用では、はるかに高い速度、例え
ば６０００ｒｐｍで作動することが必要とされる。

より大きいパワーレベル用の初期の励磁切換式リラクタ
ンスモータは固定子に６個の極を、また回転子に８個の
罹を有していた。これらのモータへの電力供給のために
必要とされるパワースイッチの数を減するべく、その後
の設計はパワースイッチの数が少なくてすみ且つ始動ト
ルクが改善される８／６構造（８個の固定子極及び６個
の回転子種）を採用してきた。

従来のモータの鉄損を制限するため、固定子の起磁力の
方向は、回転子内の起磁力の方向が回転子の一回転あた
り一回しか変化しないように選定された。この場合、回
転子種の数に比例する高い周波数の磁束変化は固定子極
と回転子種のエツジとでのみ現れる。その結果として、
固定子ヨーク及び回転子鉄心内の鉄損は、若干のトルク
不平衡を犠牲にして、減ぜられた。より重要なのは、こ
のような構造に於ける磁束バイパスに起因する固定子極
内の損失である。このバイパス磁束は反対方向にトルク
を生じ、またバイパス起磁力は次の相が励磁される時に
確立されるべき主磁束と反対の方向を有する。以前のモ
ータの固定子極内のこの起磁力方向の変化は磁束変動の
範囲を大きくし、また固定子掘内の鉄１員の増大に通じ
た。

渦電流及びヒステリシスによる通常のＦＭ失に加えて、
鉄ｍは回転子及び固定子の打抜きに通常使用される方法
によっても影響を及ぼされる。通常のモータの積層板の
打抜きは下記のように行われる。最初に固定子及び回転
子スロー／　トが打抜かれ、次いで回転子積ＮＩ坂が固
定子積層板が打抜かれる。その結果として、固定子歯及
び回転子歯の双方は鋭（直角をなしている。

明らかに、現在までの励磁切換式リラクタンスモータの
積層板は同一の仕方で製造されてきた。

その結果として、固定子及び回転子の極又は歯は鋭い直
角をなすコーナーを有する。励磁切換式リラクタンスモ
ータは極あたりただ一つの歯を有するので、また歯と極
との間の吸引力に基づいて作動するので、固定子及び回
転子種のアラインメントの前後に各種のコーナーに非常
に強い磁束集中が生じ、その結果として鉄損が増大する
。他方に於いて、これらのコーナーを丸めるためには、
積層板打抜きの新しい方法が必要となる。

さらに、通常のモータに現在使用されている打抜き方法
は、正確な回転子直径を得るのに、回転子表面の仕上げ
機械加工を必要とする。この機械加工は、例えば積層板
を互いに保持するために行われる溶接の際に、回転子ｒ
ｌＩＮ坂のいくつかに於ける短絡の原因となる。誘導電
動機内の回転子磁束の周波数は低いけれども、この製造
方法及びその結果としての積層板の短絡は全損失の数％
の大きさの追加的な損失を惹起する。励磁切換式リラク
タンスモータでは、正確な回転子直径を得るのに必要な
機械加工は回転子磁束変動の周波数変化により全損失を
かなり増大させる。

最後に、回転子が最大磁気リラクタンスの位置にある時
の大きい漏れ磁束が回転子及び固定子表面に対して垂直
な磁束線を生ずる。直角な極は磁束線を一層長くし、さ
らに鉄損を増大させる。

上記の理由から、現在までに使用されている励磁切換式
リラクタンスモータのほとんどは、通常のモータの積層
板の厚みよりも薄い０．０１４″　（０，０３６Ｃｍ）
の厚みの高品質の積層板を有する、さらに、起磁力の強
い変化により惹起される振動を減するため、本発明の、
励磁切換式リラクタンスモータは接着剤により互いに接
着された回転子積層板組立体を有する。

回転子種の数の減少は、より高い速度で作動する励磁切
換式リラクタンスモータを設計するのに有利である。し
かし、従来の回転子構造では、回転子種の数を４個より
も少なくすることは実現可能でない、４個の極の場合で
も、モータ軸に対する積層板スタック内の開口が存在し
回転子鉄心の有効断面積を減少するので、磁束密度（従
ってまた損失）は高い。

例えば、もし磁束密度が回転子鉄心内の受容可能なレベ
ルに保たれるならば、励磁切換式リラクタンスモータの
なかの３極回転子は通常の軸のための室を有していない
。同時に、回転子種が奇数であるので、回転子に及ぼさ
れる不平衡な半径方向の力は非常に大きく且つ不平衡で
あり、通常よりも大きい軸を必要とする。これらの非常
に強い一方向の半径方向の力は特別に剛固な回転子構造
を必要とする。

主班Ω里里 本発明の目的及び特徴のなかで第一にあげるべきことは
、高い速度、高い馬力及び受容可能な鉄損を有する励磁
切換式リラクタンスモータを提供することである。

本発明の他の目的は、減ぜられた数の回転子種を有する
前記のようなモータを提供することである。

本発明の第三の目的は、回転子内の減ぜられた磁束バイ
パスを有する前記のようなモータを提供することである
。

本発明の第四の目的は、最小の有効磁束通路を有する前
記のようなモータを提供することである。

本発明の第五の目的は、損失が減ぜられている改良され
た固定子及び回転子積層板を提供することである。

本発明の他の目的及び特徴は以下の説明から一部は自ず
から明らかとなり、また一部は指摘されよう。

要約すると、本発明の励磁切換式リラクタンスモータは
回転子が内部で回転し得るように中央孔を有する固定子
を含んでいる。固定子は、中央孔を郭定するべく固定子
のヨークから半径方向に内方に延びている４個の等間隔
の歯を有する。固定子の中央孔の内部で回転する回転子
組立体として、固定子の歯のすぐ近くで終端するべ（モ
ータの中心軸線から半径方向に外方に延びている三つの
歯を有する回転子組立体が設けられている。固定子の歯
に巻かれている固定子巻線が、回転子組立体を回転させ
るため中央孔の内部に磁界を発生する。

い　　　Ｉ　ｉの゛ 本発明の励磁切換式リラクタンスモータ１１　（第１図
）は４極固定子１３を含んでおり、その４個の歯は固定
子ヨークから半径方向に内方に延びて中心孔を郭定して
おり、その内部に３極回転子１５が回転可能に適当に取
付けられている０回転子１５の回転の軸線は後で説明す
るようにテンシロンロッド１７により郭定されている。

相巻線１９は矢印２１により示されている方向に起磁力
を生じさせるべく図示されている極性で固定子１３の各
種又は歯の周りに巻かれている。固定子１３の歯はその
周縁に等間隔に配置されており、また歯の間の間隙は、
固定子の中心孔のところで測って、歯自体の幅よりもわ
ずかに大きい。

回転子１５の歯は同じくその周縁に等間隔に配置されて
いる０回転子１５の歯の幅は、損失を最小化するように
、固定子の中心孔のところで測って、固定子の歯の幅と
ほぼ同一である０回転子歯の幅も、第７図の説明から明
らかにされる理由で、隣接する固定子歯の間の間隙より
もわずかに小さい。回転子及び固定子の双方の歯は、磁
束集中及び損失を最小化するべ（、第１図に最もよく示
されているように、丸められている。

モータＩＩのなかで、第２図に最もよく示されているよ
うに、磁束線は可能なかぎり短く、また固定子ヨーク及
び極のなかの起磁力は常に同一の方向を有する。相の間
の起磁力は常に加わり合う、なぜならば、向かい合う極
の二つが回転子中心に向かう起磁力を有し、また他の二
つの極では起磁力は線２１により示されているように回
転子から固定子へ向かう方向を有するからである。この
磁気回路はコア損失の実質的な減少を可能にする。

モータ１１用のコンバータ回路が第２Ａ図に示されてい
る。このコンバータは例えば３１５Ｖのフィルタされた
直流電圧を供給され、また４個の電力用トランジスタ又
はその類似物ＳＷＩないしＳＷ４の組の適当な順次動作
を通じて固定子巻線１９（ここでは参照符号１９Ａない
し１９Ｄを付されている）に電力を供給する。コンバー
タは電圧分割の役割をする一対のキャパシター０１及び
Ｃ３を含んでいる。各巻線はそれと組み合わせてその巻
線と供給線との間に接続されているフライバンクダイオ
ードＤＩないしＤ４を有する。

このコンバータ配置は、それぞれの相巻線を適当な時点
で励磁するべく制御回路（図示せず）により通常の仕方
で制御されている４冊のスイッチング要素のみにより作
動するという利点ををする。６０００ｒｐｍまで又はそ
れ以上で作動し得るモータの速度範囲全体を通じて巻線
を通る電流値を制限するかめに、チョッピング技術が使
用されている。

もし磁束密度が回転子コア内の受容可能なレベルに保た
れるならば、回転子１５は通常の軸のための室を有して
いない。また、回転子種が奇数（三つ）であるので、回
転子に及ぼされる不平衡な半径方向の力は非常に大きい
。従って、特別に剛固な回転子構造が必要とされる。

これらの必要条件は、後で第７図で説明するように最終
外径に打ち抜かれた回転子積層板のスタック２５（第３
図及び第４図）を掴み、それらを互いに同一の一対の端
クランプ２７で締め合わせることにより達成される。端
クランプは回転子中心を通じて比較的薄い高品質のテン
ションロッド３１により互いに保持されている。両端で
テンションロッド３１はより大きい直径のモータ軸３３
（第４図参照）にねじ込まれている。第４図中に３１Ａ
で示されているように、テンションロフト３１は中空で
あってよい。さらに、回転子軸３３にねじ込まれる代わ
りに、テンションロッドは適当な接着剤により軸に接着
されていてよい。

端クランプは第５図及び第５八図中に示されているよう
に非磁性のステンレス鋼から、又は第６図及び第６Ａ図
中に参照符号２７Ａを付して示されているように鋳造ア
ルミニウムから製造されている。端クランプの実施例の
各々は、積層板のスタックに圧力を与えるため、回転子
積層板の歯のすぐ上に配置可能なそれぞれ三つの脚３５
及び３５Ａを含んでいる０脚は下方に、クランプに及ぼ
される圧力が回転子積層板スタックに伝達されるように
、端クランプのボディの下に延びている。

端クランプは全ての回転子温度及び条件のもとに回転子
積層板に十分な軸線方向圧力を保証するのに十分に弾性
的であることのみを必要とする。

回転子組立の順序は第３図に最もよく示されている。テ
ンシリンロッド３１　（両端にねじを切られている）が
最初にモータ軸３３にねじ込まれる、次いで平衡円板３
７、端クランプ２９、回転子積層板のスタック２５、第
二の端クランプ２７及び第二の平衡円板３９が次々とテ
ンションロフトに積み重ねられる０組立体は次いで一時
的にナンド４１により終端される。このナンドは同時に
、後で一対のモータ端シールド４５のなかに取付けられ
る一対のモータ軸受４３　（第４図）の一つのなかに入
る非駆動モータ軸をなす。

ホルダー４７　（第３図）の使用により、組立体が持ち
上げられ、またテンションロッド３１の他端が安定な支
え４９のなかにねじ込まれる。それに続いて、回転子積
層板が互いに１２０°ずらされた三つのニブロング工具
（そのうちの一つのみが示されている）により押し下げ
られる。工具の上側プロング５３は主圧力を及ぼし、ま
た下側プロング５５は単に積層板を、それらが上側端ク
ランプ２７の運動に追随するように押す。

積層板が十分に締め合わされた後、工具５７がナツト４
１を締め、従ってナツト４１は第３図中に破線により示
されている初期位置から実線により示されている最終位
置へ移動する。この締め合わせプロセスにより積層板が
完成され、また組立体がホルダー４７の使用により支え
４９がら外される。

回転子締め合わせ過程の前に、モータ軸３３の二つの端
はテンションロッド３１を受は入れるべくドリル及びね
じ切り加工のみをされている。それらの最終ｔａ械加工
は締め合わせサイクルの完了後にのみなされる。これは
次の二つの理由でなされる。締め合わせの間は、軸受と
雌雄結合する軸外面が損傷され得る。第二に、回転子軸
の同心性を保証するべく締め合わせ過程の間に許容差を
保つことが可能でない。

回転子製造の最終過程は回転子の平衡から成っている。

この理由で、回転子外径よりも多少小さい外径を有する
平衡円板３７及び３９が使用される。平衡は、平衡円板
から必要な材料を除去することにより自動的に達成され
る。

代替的に、もし第６図及び第６Ａ図のアルミニウム端ク
ランプ２７Ａが使用されるならば、最初の回転子不平衡
は第５図及び第５Ａ図の端クランプ２７を使用する場合
よりも小さい、その場合には、平衡円板は回転子構造か
ら全て省略され得る。その場合の微細平衡は、アルミニ
ウム端クランプを通じて孔６１　（第６Ａ図）のような
必要な孔をドリル加工することにより行われる。

もちろん、上記の構造を励磁切換式リアクタンスモータ
に応用するものとして説明してきたが、このような構造
が励磁切換式リアクタンスモータへの応用に制限されな
いことは理解されよう。

モータ１１の回転子及び固定子積層板の打抜き方法が第
７図及び第７Ａ図に示されている。第７図に示されてい
るように、参照符号１５Ａを付されている回転子積層板
及びその中心孔１９Ａの打抜きは固定子極層板１３Ａの
打抜きに対して中心がずらされている。その結果、回転
子積層＠１５Ａの歯の一つは固定子８Ｉ層坂の歯の二つ
の間の間隙からとられている。（この間隙は、図面をわ
かり易くするため、第１図中のそれにくらべて拡大され
ている。）この配置は、従来の打抜き配置と対照的に、
回転子及び固定子歯が第１図中に最もよく示されている
ように丸められたコーナーを有するものとして打抜かれ
ることを可能にする。

単一の金属片から回転子及び固定子の双方を打抜く四つ
の段階（第７図中のａ−ｄ）は段階ａで回転子孔１９Ａ
を打抜くことから出発する。回転子孔１９Ａは位置決め
孔７１に対して中心がずらされている０次ぎに回転子積
層板が、第１図中に最もよく示されているように、一連
のノツチ７３に沿って打を友かれる。第三の段階では固
定子＠層板１３Ａの内部形状７５が打抜かれる。また第
四の段階では固定子積層板の周縁７７が打抜かれ、それ
により仕上がり固定子極Ｎ板が得られる。

以上に説明した方法及び構造から、いくつかの利点が得
られる。第一に、回転子鉄損を受容可能なレベルに減す
るべく３極回転子内に十分な断面積が得られる。３極回
転子は固定子ヨーク及び極内の磁束周波数を減すること
により固定子損失を減じ、しかもなお十分な始動トルク
を生ずる。第二に、これらの方法による回転子積層板は
それらの仕上がり外径に打抜かれ、従って従来の製造の
際に行われた機械加工の必要をなくす。このことは鉄損
の他の原因である回転子ＩｆＩ層板の短絡をなくす、第
三に、回転子及び固定子極は丸められた極を有するもの
として打抜かれるので、極のコーナーに於ける磁束の集
中をなくし、鉄損を−ＪＷ減する。最後に、回転子積層
板は８Ｉ層板にｊ辰動防止接着剤を施す必要がないよう
に密に締め合わされる。

以上の説明から本発明の種々の目的及び特徴が達成され
、また伯の有利な結果が得られることは理解されよう、
また以上に於ては本発明を特定の好ましい実施例につい
て説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではなく、本発明の範囲内に、て種々の実施例が
可能であることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って製造されたモータの概要図であ
る。 第２図は第１図と類似の概要図であるが、縮小された尺
度で、第１図のモータのなかの起磁力及び磁束の方向を
示す図である。 第２Ａ図は第１図のモータ用のコンバータ回路の回路図
である。 第３図は第１図のモータの構造を示す簡単化された立面
図である。 第４図は第１図のモータを、図面をわかり易くするため
、部分的に切欠いて示す立面図である。 第５図は第１図のモータ中に使用される端クランプの底
面図である。 第５Ａ図は第５図の端クランプを、図面をわかり易くす
るため、部分的に切欠いて示す倒立面図である。 第６図は第１図のモータ中に使用される端クランプの第
二の実施例の底面図である。 第６Ａ図は第６図中の線６Ａ−６Ａに沿う断面図である
。 ！８７図は第１図のモータの回転子及び固定子積ｒａ坂
の打抜きパターンの概要図である。 第７Ａ図は第１図のモータの回転子及び固定子積層板を
打ち抜く過程を示す図である。 １１・・・励磁切換式リラクタンスモータ、１３・・・
固定子、１５・・・回転子、１７・・・テンションロッ
ド、１９・・・固定子巻線、２５・・・スタック、２７
．２９・・・端クランプ、３１・・・テンションロッド
、３３・・・回転子軸、３５・・・脚、３７．３９・・
・平衡円板、４１・・・ナンド、４３・・・モータ軸受
、４５・・・モータ端シールド、４７・・・ホルダー、
４９・・・支え、５１・・・工具、５３・・・上側プロ
ング、５５・・・下側プロング、６１・・・孔、７１・
・・位置決め孔、７３・・・ノツチ、７５・・・内部形
状、７７・・・周縁、Ｃ１〜Ｃ３・・・キャパシタ、Ｄ
１〜Ｄ４・・・フライバックダイオード特許出願人　　
エマーツン・エレクトリック・カンパニー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転子が内部で回転し得るように中央孔を有する固定子
   であって、中央孔を郭定するべく固定子のヨークから半
   径方向に内方に延びている４個の等間隔の歯を有する固
   定子と、 固定子の中央孔の内部で回転する回転子組立体であって
   、固定子の歯のすぐ近くで終端するべくモータの中心軸
   線から半径方向に外方に延びている３個の歯を有する回
   転子組立体と、 固定子巻線と、回転子組立体を回転させるため中央孔の
   内部に磁界を発生するべく固定子の歯に設けられている
   固定子巻線と を含んでいることを特徴とする励磁切換式リラクタンス
   モータ。