WO2004114501A1 - 三相シンクロナスリラクタンスモータ - Google Patents

三相シンクロナスリラクタンスモータ Download PDF

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WO2004114501A1
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rotor
teeth
magnetic
phase
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PCT/JP2004/008629
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Inventor
Masafumi Sakuma
Tomohiro Fukushima
Original Assignee
Aisin Seiki Kabushiki Kaisha
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
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    • H02K21/14Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures

Definitions

  • the present invention relates to a three-phase synchronous reluctance motor.
  • FIG. 14 illustrates a cross-sectional structure of a stator 310 of a general reluctance motor.
  • the magnetic path width W on the back yoke side of the teeth 311 of the stator In order to equalize the tonnolek generated in the rotating rotor of the reluctance motor, it is necessary to set the magnetic path width W on the back yoke side of the teeth 311 of the stator to be uniform over the entire circumference. You. However, a bolt hole 312 as shown is provided for fixing the reluctance motor and for fixing with a bracket (not shown) having a rotor bearing portion, that is, for improving handling properties. In that part, the magnetic path width W on the back yoke part side cannot be set uniformly over the entire circumference.
  • a stator having a structure as exemplified in the partial cross-sectional view of FIG. 15 has been proposed (for example, see Patent Document 1).
  • a core cut portion 412 is formed on an outer peripheral portion of a stator 410 for the purpose of reducing material costs and improving handling properties. Then, along with the formation of the core cut portion 412, it is protruded to the side of the tooth portion 411 on the inner peripheral side of the stator 410 for the purpose of securing the magnetic passage width W of the stator 410 to the same level as before the core cut.
  • a part 413 is provided.
  • Patent Document 1 JP-A-2000-350390 (FIG. 10)
  • the magnetic path width W Although it can be made substantially uniform over the entire length, the side of the teeth where the stator winding is to be wound is protruded, and the stator winding cannot be wound there. As a result, in this stator, there is a problem in that the winding dose of the stator winding is reduced, the linkage flux is reduced, and the torque is reduced. Therefore, in order to output sufficient tonnolek, the motor must be enlarged.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to form a back yoke portion of a stator so as to be partially narrow so as to reduce the size of the stator.
  • An object of the present invention is to provide a three-phase synchronous reluctance motor that prevents a magnetic resistance from being too large in a magnetic path of a shock yoke portion.
  • a three-phase synchronous reluctance motor includes a stator having a motor and a plurality of teeth facing the rotor along a circumferential direction of an inner surface.
  • One tooth of the plurality of rotor magnetic poles of the rotor is opposed to each of the six teeth, and a stator winding having a coil pitch of five teeth among the six teeth. Is wound.
  • the width of the magnetic path in the back yoke portion of the stator corresponding to the adjacent tooth portion adjacent to the tooth portion corresponds to the other tooth portion.
  • the present invention is characterized in that at least one narrow portion which is smaller than the width of the magnetic passage portion in the back yoke portion of the stator is provided.
  • the tooth With respect to the tooth portion between the adjacent stator windings so as to form magnetic poles having the same phase and different polarities as in the above-described characteristic configuration, the tooth is located on the back yoke portion of the adjacent tooth portion adjacent to the tooth portion.
  • the position of the narrow portion is different from the position where the magnetic flux concentrates most in the magnetic path portion.
  • the magnetic resistance does not increase significantly at the position where the narrow portion is provided. Therefore, the chain It is possible to sufficiently secure the tonnolek output by the three-phase synchronous reluctance motor, which does not greatly reduce the magnetic flux.
  • a three-phase synchronous reluctance motor includes a rotor and a stator having a plurality of teeth facing the rotor along a circumferential direction of an inner surface, and includes a plurality of rotor magnetic poles of the rotor.
  • a three-phase synchronous reluctance motor in which six teeth are opposed to each other, and a stator winding having a coil pitch of five teeth of the six teeth is wound.
  • the width of the magnetic path portion in the back yoke portion of the stator corresponding to the tooth portion between two adjacent stator windings that form magnetic poles having the same phase and different polarities. May be provided by providing at least one narrow portion that is narrower than the width of the magnetic path portion in the back yoke portion of the stator corresponding to the other tooth portions.
  • a narrow portion is provided in the magnetic path portion of the back yoke portion corresponding to the tooth portion between two adjacent stator windings having magnetic poles having the same phase and different polarities. is there.
  • the position where the narrow portion is provided in the magnetic path portion is different from the position where the magnetic flux is most concentrated.
  • the magnetic resistance does not increase significantly at the position where the narrow portion is provided in the magnetic path portion of the back yoke portion. Therefore, it is possible to sufficiently secure the output torque of the three-phase synchronous reluctance motor without significantly reducing the interlinkage magnetic flux.
  • the center position of the narrow portion and the center position of the tooth portion are the same along the circumferential direction of the stator, and the center position of the tooth portion is set in the circumferential direction of the stator.
  • the formation range of the narrow portion along the pitch is not more than two pitches of the tooth portion.
  • the narrow portion is formed in a range of two pitches or less of the tooth portion, the range in which the magnetic resistance increases is limited, and the magnetic field at the position where the magnetic flux originally concentrates is limited. Further narrowing of the passage width can be avoided. For this reason, it is possible to prevent the magnetic resistance of the back yoke portion from becoming excessive.
  • Still another characteristic configuration of the three-phase synchronous reluctance motor according to the present invention is that a pitch of the plurality of narrow portions along a circumferential direction of the stator is smaller than a pitch of the rotor magnetic pole. n / 3 (n is a natural number).
  • the back yoke is used during two-phase rectangular wave driving and three-phase driving.
  • the position where the magnetic flux is most concentrated in the section exists at a pitch of 1/3 of the pitch of the rotor magnetic poles. Therefore, if the narrow portion is provided at a pitch of every n / 3 of the pitch of the rotor magnetic poles, it is possible to prevent the position where the magnetic flux is most concentrated and the position of the narrow portion from overlapping in the back yoke portion. .
  • the reluctance is greatly increased in the magnetic path.
  • FIG. 1 (a) is a cross-sectional view of a stator 100 constituting a three-phase synchronous reluctance motor according to the present invention
  • FIG. 1 (b) is a cross-sectional view of a rotor 200.
  • the stator 100 has a plurality of tooth portions 103 facing the rotor 200 along the circumferential direction of the inner surface of the back yoke portion 104, and the tooth portions 103 have stator windings (not shown) in a form to be described later. It is wound to form a stator pole.
  • the rotor 200 is rotatable about the rotation axis 202 along the inner surface of the stator 100.
  • the rotor 200 is formed of a rotor core 201 of a high magnetic permeability material.
  • a rotor having a plurality of salient poles made of a silicon steel plate or the like is used as the rotor 200.
  • a permanent magnet is used for the rotor core 201
  • FIG. 1B the rotor core 201 is provided with an outer permanent magnet 203a and an inner permanent magnet 203b.
  • An outer peripheral side slit 204a is provided adjacent to the outer peripheral side permanent magnet 203a, and an inner peripheral side slit 204b is provided adjacent to the inner peripheral side permanent magnet 203b, thereby restricting the passage of the lines of magnetic force.
  • the outer peripheral permanent magnet 203a and the inner peripheral permanent magnet 203b are magnetized to have opposite poles in the same radial direction with different polarities and arranged at a predetermined interval to form a set of magnetic poles (hereinafter referred to as “rotor”). Magnetic pole ”).
  • the adjacent rotor magnetic poles along the outer peripheral surface of the rotor 200 have different polarities.
  • the rotor 200 has eight rotor magnetic poles.
  • a small groove portion 102 that functions as a detent when holding and fixing the outer force of the stator 100 or that is used when a plurality of stators 100 are overlapped and welded to each other. Is formed.
  • the stator 100 is cut into at least one location (four locations in the figure) on the outer peripheral surface of the back yoke portion 104 in a substantially rectangular shape, and the width of the back yoke portion 104 of the stator 100 is reduced. There is provided a narrow portion 101 which is narrowed.
  • the number of magnetic poles of the stator 100 is 48, and the number of magnetic poles of the rotor 200 is 8. That is, six teeth 103 (stator magnetic poles) are opposed to each other for one rotor magnetic pole.
  • both the narrow portion 101 and the groove portion 102 which are illustrated in different shapes, can be freely used as grooves for rotation prevention and welding. Since the functions of the narrow portion 101 and the groove portion 102 are substantially the same, a force that will be described below only for the set position of the narrow portion 101 is applicable to the groove portion 102.
  • FIG. 2 is an overall view of a winding method of a stator winding
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2.
  • the first phase is a stator magnetic pole 2—a stator magnetic pole 6; , 14-18, 20-24, 26-30, 32-36, 38-42, 44-48 are wound with a stator winding and a linear force of S, respectively, as a coil pitch. AC current is supplied.
  • the second phase is a stator winding in which the stator poles 6—the stator poles 10, 12 16, 18—22, 24—28, 30—34, 36 40, 42—46, and 484 are each used as a coin pitch.
  • the winding has a linear force of S, and an alternating current of a predetermined phase flows from the power supply terminals B and E.
  • stator pole 4 stator pole 8
  • 10 14
  • a stator winding is wound around each of 22-26, 2832, 34-38, 40-44, 462 as a coil pitch, and alternating current of a predetermined phase is supplied from power supply terminals A and D.
  • the power terminal D , E and F are short-circuited to neutral point.
  • stator windings 1, 7, 13, 19, 25, 31, 37, and 43 in which the stator springs are wound and have a high level.
  • stator coils 1, 7, 13, 19, 25, 31, 37, and 43 in which the stator springs are wound and have a high level.
  • a three-phase stator winding as shown in Figs. 2 and 3 is wound around the reluctance motor having the configuration illustrated in Figs. 1 (a) and 1 (b), and is driven in three phases. The operation in the case of this will be described below.
  • the AC current waveform that is supplied when the three-phase driving is performed is a three-phase rectangular wave illustrated in FIG. 4A or a three-phase sine wave illustrated in FIG. 4B.
  • FIGS. 5 and 6 show the positional relationship between rotor 200 and stator 100 at a certain point in time, and the three-phase rectangular wave or three-phase wave shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
  • This shows the state of magnetic flux (density of magnetic field lines) when the rotor 200 is driven by passing a phase sine wave alternating current through the stator winding.
  • a preferred formation position of the narrow portion 101 provided in the back yoke portion 104 of the stator 100 will be described with reference to FIGS.
  • FIGS. 5 and 6 show the positional relationship between rotor 200 and stator 100 at a certain point in time, and the three-phase rectangular wave or three-phase wave shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
  • This shows the state of magnetic flux (density of magnetic field lines) when the rotor 200 is driven by passing a phase sine wave alternating current through the stator winding.
  • the width of the magnetic path (acting as an effective path of the magnetic flux and orthogonal to the line of magnetic force) depends on the size of the magnetic path.
  • the magnitude of the magnetic resistance is determined. Therefore, it can be said that it is more preferable to provide the narrow portion 101 in a portion where the drawn magnetic force lines are sparse than to provide a narrow portion 101 in a portion where the magnetic force lines are dense.
  • the narrow portion 101 is provided on the outer peripheral portion of the back yoke portion 104 corresponding to the stator magnetic pole 48.
  • a narrow portion 101 is provided in a back yoke portion 104 of an adjacent tooth portion which is in contact with a tooth portion between two stator windings by forming magnetic poles having the same phase and different magnetic properties.
  • the power supply terminal C is attached to the stator winding wound around the stator pole 2—the stator pole 6.
  • a directional magnetic pole is formed from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the stator 100.
  • a magnetic pole When power is supplied to the stator winding wound around the same stator magnetic pole 44-stator magnetic pole 48 from the power supply terminals C and F, a magnetic pole is formed which moves from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the stator 100.
  • a narrow portion 101 is provided in a back yoke portion 104 of an adjacent tooth portion (stator magnetic pole 48) adjacent to a tooth portion (stator magnetic pole 1) between these two adjacent stator windings.
  • Fig. 5 Force As you can see, this position is not the position where the magnetic flux concentrates most.
  • the back of the stator 100 corresponding to the adjacent tooth portion (stator magnetic pole 48) adjacent to the tooth portion (stator magnetic pole 1) sandwiched between the two stator windings conducted by the power supply terminals C and F is described. Even if the force phase described in the case where the narrow portion 101 is provided on the outer peripheral portion of the yoke portion 104 changes, the tooth portion (stator) sandwiched between the two stator windings energized by the power supply terminals B and E is provided.
  • the present invention can be applied to the case where the narrow portion 101 is provided in the back yoke portion 104 of the stator 100 corresponding to the adjacent tooth portion (stator magnetic pole 48) adjacent to the magnetic pole 47).
  • the narrow portion 101 is provided in the back yoke portion 104 of the stator pole 1.
  • the narrow portion 101 is provided on the outer peripheral portion of the back yoke portion 104 corresponding to the tooth portion between the two stator windings having the same phase and forming the magnetic poles having different polarities.
  • FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 6 when a current is applied to the stator winding wound around the stator pole 2—the stator pole 6, a force is applied from the inner circumference to the outer circumference of the stator 100. A magnetic pole is formed.
  • a magnetic pole By supplying a current to the stator winding wound around the stator magnetic pole 44-stator magnetic pole 48, a magnetic pole is formed which moves from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the stator 100.
  • a narrow portion 101 is provided in the back yoke portion 104 of the tooth portion (stator magnetic pole 1) between the two stator windings in P contact. As can be seen from Fig. 6, this position is one of the positions where the magnetic flux concentrates most.
  • FIG. 7 shows the relationship with the flux linkage.
  • the solid line in FIG. 7 is an example in which the stator 100 illustrated in FIG. 5 is used, and the broken line is a comparative example in which the stator 100 illustrated in FIG. 6 is used.
  • the minimum value of the coil linkage magnetic flux is the same in the example and the comparative example. (In the figure, a solid line indicating the result of the example and a broken line indicating the result of the comparative example overlap. Is drawn).
  • the maximum value of the coil linkage magnetic flux is larger in the embodiment using the stator 100.
  • the torque applied to the rotor 200 is larger in the embodiment using the stator 100. Therefore, in the case where the narrow portion 101 is provided, it is necessary to find a force where the narrow portion 101 is provided on the back yoke portion 104 of the stator 100 (that is, a force capable of preventing a decrease in motor performance). did it.
  • the stator 100 illustrated in FIG. 8 differs from the stator 100 illustrated in FIG. 1 (a) in the positional relationship between the stator poles and the narrow portion 101.
  • the winding state of the stator winding around the stator poles of the stator 100 is the same as that illustrated in FIGS.
  • An alternating current of a two-phase rectangular wave illustrated in FIG. 9 is supplied to this stator winding.
  • FIG. 10 shows the positional relationship between rotor 200 and stator 100 at a certain point in time, and the rotor 200 is driven by passing the two-phase rectangular wave alternating current shown in FIG. 3 shows the state of the magnetic flux in the case of the above.
  • the formation position of the narrow portion 101 will be described with reference to FIG.
  • one rotor magnetic pole part and six teeth (stator magnetic poles) opposed to the one rotor magnetic pole are illustrated by way of example.
  • the connection relation is also shown.
  • the narrow portion 101 is provided on the outer periphery of the backhoe 104 of the stator pole 1.
  • a narrow portion 101 is provided on the outer peripheral portion of the back yoke portion 104 corresponding to the tooth portion between the two stator windings having the same phase and different magnetic polarities.
  • FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 10 when a current is applied to the stator winding wound around the stator pole 2—the stator pole 6, a head force magnetic pole is directed from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the stator 100. It is formed.
  • a directional magnetic pole is formed from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the stator 100.
  • a narrow portion 101 is provided in the back yoke portion 104 of the tooth portion (stator magnetic pole 1) between these two stator windings that are in P-contact. As you can see from Fig. 10, this position is not the position where magnetic flux concentrates most.
  • the narrow portion 101 is provided on the outer peripheral portion of the back yoke portion 104 of the stator pole 48. In other words, magnetic poles with the same phase but different polarities are formed.
  • a narrow portion 101 is provided in a back yoke portion 104 of an adjacent tooth portion adjacent to a tooth portion between two stator windings.
  • the head magnetic pole is directed from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the stator 100. It is formed.
  • a direction magnetic pole is formed from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the stator 100.
  • a narrow portion 101 is provided in the back yoke portion 104 of the adjacent tooth portion (stator magnetic pole 48) adjacent to the tooth portion (stator magnetic pole 1) between the two stator windings that are in P-contact. As can be seen from Fig. 11, this position is one of the positions where the magnetic flux concentrates most.
  • FIG. 12 shows the relationship.
  • the solid line in FIG. 12 is an example when the stator 100 illustrated in FIG. 10 is used, and the broken line is a comparative example when the stator 100 illustrated in FIG. 11 is used.
  • the minimum value of the flux linkage of the coil is the same in the example and the comparative example (in FIG. 12, the solid line indicating the result of the example and the broken line indicating the result of the comparative example overlap). Is drawn).
  • the maximum value of the coil linkage magnetic flux is larger in the embodiment using the stator 100.
  • the tonnolek applied to the rotor 200 is increased, which is a force S component. Therefore, when the narrow portion 101 is provided, it is possible to find out where to place the narrow portion 101 on the back yoke portion 104 of the stator 100, that is, how to prevent the motor performance from deteriorating.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the relationship between the rotor magnetic pole pitch: WR, the stator magnetic pole pitch: WS, the forming range of the narrow portion 101: WG1, and the pitch of the narrow portion 101: WG2. is there.
  • WG1 has a tooth portion (stator magnetic pole) whose center position along the circumferential direction is the same as the center position of the tooth portion (stator magnetic pole). ) Is designed to be less than 2 pitches (15 °).
  • the narrow portions 101 are adjacent to the teeth provided on the back yoke 104 (for example, the teeth constituting the stator magnetic pole 48 in FIG. 1) (for example, the stator poles 1 and 47 in FIG. 1).
  • the narrow portion 101 is not formed over the entire back yoke portion 104 of the tooth portion) that constitutes the first portion.
  • the most concentrated position of the magnetic flux in the back yoke portion 104 is the pitch of the rotor magnetic poles.
  • the narrow portion 101 is provided at a position of every n / 3 of the pitch of the rotor magnetic poles, the position where the magnetic flux is most concentrated in the back yoke portion 104 and the position of the narrow portion 101 are prevented from overlapping. Therefore, it is possible to avoid a large increase in the magnetic resistance in the magnetic passage, and it is possible to sufficiently secure the generated torque.
  • the shape of the narrow portion 101 is drawn in a substantially rectangular shape in the figure, the shape is not limited.
  • it can be formed in various shapes such as a shape like the groove 102, a semicircle as shown in FIG.
  • the three-phase synchronous reluctance motor of the present invention can be applied as a small and high-performance motor used for various devices.
  • FIG. 1 (a) is a sectional view of a stator of a three-phase synchronous reluctance motor
  • FIG. 1 (b) is a sectional view of a rotor of the three-phase synchronous reluctance motor.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a state of a stator winding for three phases.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a state of a stator winding shown in FIG. 2.
  • Garden 4 (a) is a graph showing a waveform of one cycle of a three-phase rectangular wave, and (b) is a graph showing a waveform of one cycle of a three-phase sine wave.
  • FIG. 5 is a view for explaining a formation position of a narrow portion in an example of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining a formation position of a narrow portion in a comparative example of the present invention.
  • FIG. 8 is a sectional view of a stator of a three-phase synchronous reluctance motor.
  • FIG. 9 is a graph showing a waveform of one cycle of a two-phase rectangular wave.
  • [Garden 10] is a view for explaining the formation position of the narrow portion in the example of the present invention.
  • FIG. 13 is a sectional view of a stator and a rotor.
  • FIG. 14 is a sectional view of a stator of a conventional reluctance motor.
  • FIG. 15 is a partial sectional view of a stator of a conventional reluctance motor.

Landscapes

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Abstract

 ステータのバックヨーク部を部分的に幅狭にしてステータを小型化しながら、バックヨーク部の磁気通路での磁気抵抗が過大となるのを防止した三相シンクロナスリラクタンスモータを提供する。ロータ(200)及びロータ(200)と対向する複数の歯部(103)を内面の周方向に沿って有するステータ(100)を備え、ロータが有する複数のロータ磁極の1個当たりに6個の歯部が夫々相対し、6個の歯部の内の5個の歯部をコイルピッチとするステータ巻線を巻回した三相シンクロナスリラクタンスモータであって、三相駆動時に、同相で互いに異なる極性の磁極を形成する隣接した二つのステータ巻線の間の歯部に対し、当該歯部に隣接する隣接歯部(103)に対応するステータのバックヨーク部(104)での磁気通路部の幅を、他の歯部に対応するステータのバックヨーク部での磁気通路部の幅よりも狭くする幅狭部(101)を少なくとも1個設けてある。

Description

明 細 書 技術分野
[0001] 本発明は三相シンクロナスリラクタンスモータに関する。
背景技術
[0002] 今日、様々な装置の小型化、高性能化などを達成するために、駆動装置であるモ ータに対しても小型、高トルク、低騒音振動といった特性が要求されている。モータに も多数の種類があるが、その内のリラクタンスモータは磁気的に突極性を持たせた口 一タをステータの内周側に回転可能に支持した構成であり、小型化が可能であるとさ れている。例えば、図 14には一般的なリラクタンスモータのステータ 310の断面構造 を例示する。リラクタンスモータにおいて回転するロータに発生するトノレクを均等にさ せるためには、ステータの歯部 311のバックヨーク部側の磁気通路幅 Wを全周にわ たって均等な幅に設定することが要求される。しかし、図示するようなボルト穴 312が 、このリラクタンスモータを固定するため及びロータ軸受け部を備えるブラケット(図示 せず)と固定するために、つまりはハンドリング性の向上のために設けられており、そ の部分ではバックヨーク部側の磁気通路幅 Wを全周にわたって均等に設定すること はできない。
[0003] また、図 15の部分断面図で例示するような構造のステータも提案されている(例え ば、特許文献 1を参照)。この特許文献 1に記載のリラクタンスモータでは、材料コスト の低減及びハンドリング性の向上を図る目的で、ステータ 410の外周部分にコアカツ ト部 412を形成している。そして、コアカット部 412を形成したことに伴レ、、ステータ 41 0の磁気通路幅 Wをコアカット前と同程度に確保する目的でステータ 410の内周側の 歯部 411の側部にせり出し部 413を設けている。
特許文献 1 :特開 2000-350390号公報(図 10)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] し力、しながら、特許文献 1に記載のリラクタンスモータでは、磁気通路幅 Wを全周に わたって実質的に均等にすることはできるものの、本来はステータ卷線が卷回される べき歯部の側部がせり出し、その部位にはステータ卷線を卷回することができなくな る。その結果、このステータではステータ卷線の卷線量が減少し、鎖交磁束が減少し てトルクが減少するという問題が発生する。従って、十分なトノレクを出力させるために はモータを大型化せざるを得なレ、。
[0005] また従来は、特許文献 1に記載のコアカット部のような形状をステータの外周面上の どの位置に設けることが好ましいのカ^つまり、モータの性能低下を避けることができ るの力、)といった問題点に関する対策が施されていない。
[0006] 本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステータのバッ クヨーク部を部分的に幅狭に形成してそのステータの小型化を可能にしながらも、バ ックヨーク部の磁気通路において磁気抵抗が大きくなりすぎることを防止した三相シ ンクロナスリラクタンスモータを提供する点にある。
課題を解決するための手段
[0007] この目的を達成するための本発明に係る三相シンクロナスリラクタンスモータは、口 ータ及び前記ロータと対向する複数の歯部を内面の周方向に沿って有するステータ を備えている。前記ロータが有する複数のロータ磁極の 1個当たりには、 6個の前記 歯部がそれぞれ相対し、この 6個の歯部のうち、 5個の歯部をコイルピッチとするステ ータ卷線が卷回してある。そして、三相駆動時において、同相で互いに異なる極性 の磁極を形成する隣接
した二つの前記ステータ卷線の間の前記歯部に対し、当該歯部に隣接する隣接歯 部に対応する前記ステータのバックヨーク部における磁気通路部の幅を、他の前記 歯部に対応する前記ステータのバックヨーク部における磁気通路部の幅よりも狭くす る幅狭部が少なくとも 1個設けられている点にある。
[0008] 上記特徴構成のごとぐ同相で互いに異なる極性の磁極を形成するように隣接する ステータ卷線間の間にある歯部に対し、この歯部に隣接する隣接歯部のバックヨーク 部に上記幅狭部を設けることで、三相駆動が行われる場合、その幅狭部の位置は、 磁気通路部のうち最も磁束が集中する場所とは異なる位置となる。その結果、三相駆 動時に、幅狭部を設けた位置で磁気抵抗が大幅に増大することがない。よって、鎖 交磁束が大きく減少することがなぐこの三相シンクロナスリラクタンスモータが出力す るトノレクを十分に確保することができる。
[0009] 本発明に係る三相シンクロナスリラクタンスモータは、ロータ及び前記ロータと対向 する複数の歯部を内面の周方向に沿って有するステータを備え、前記ロータが有す る複数のロータ磁極の 1個当たりに 6個の前記歯部がそれぞれ相対し、前記 6個の歯 部の内の 5個の前記歯部をコイルピッチとするステータ卷線を卷回した三相シンクロ ナスリラクタンスモータであって、二相矩形波駆動時において、同相で互いに異なる 極性の磁極を形成する隣接した二つの前記ステータ卷線の間の前記歯部に対応す る前記ステータのバックヨーク部における磁気通路部の幅を、他の前記歯部に対応 する前記ステータのバックヨーク部における磁気通路部の幅よりも狭くする幅狭部を 少なくとも 1個設けて構成することもできる。
[0010] 上記特徴構成によれば、同相で互いに異なる極性の磁極を有して隣接する二つの ステータ卷線の間の歯部に対応したバックヨーク部の磁気通路部に幅狭部が設けて ある。この場合、二相矩形波駆動を行うと、磁気通路部のうち幅狭部を設けた位置は 、磁束が最も集中する場所とは異なる場所となる。その結果、二相矩形波駆動時に おいて、バックヨーク部の磁気通路部のうち、幅狭部を設けた位置で磁気抵抗が大 幅に増大することがない。よって、鎖交磁束が大きく減少することがなぐこの三相シ ンクロナスリラクタンスモータの出力トルクを十分に確保することができる。
[0011] 本発明に係る三相シンクロナスリラクタンスモータは、前記ステータの周方向に沿つ て、前記幅狭部の中央位置と前記歯部の中央位置とを同じくし、前記ステータの周 方向に沿った前記幅狭部の形成範囲が前記歯部の 2ピッチ分以下となるように構成 すること力 Sできる。
[0012] 上記特徴構成によれば、上記幅狭部が上記歯部の 2ピッチ分以下の範囲に形成さ れるため、磁気抵抗が増大する範囲が制限され、元来磁束が集中する位置の磁気 通路幅が更に狭まるのを避けることができる。このため、バックヨーク部の磁気抵抗が 過大となるのを防止することができる。
[0013] 本発明に係る三相シンクロナスリラクタンスモータの更に別の特徴構成は、前記ス テータの周方向に沿った複数の前記幅狭部のピッチが、前記ロータ磁極のピッチの n/3 (nは自然数)である点にある。
[0014] 上記特徴構成によれば、ロータ磁極の 1個当たりに 6個のステータ磁極が形成されて いるこの三相シンクロナスリラクタンスモータでは、二相矩形波駆動時及び三相駆動 時においてバックヨーク部で磁束の最も集中する位置はロータ磁極のピッチの 1/3 毎のピッチで存在することとなる。よって、幅狭部をロータ磁極のピッチの n/3毎のピ ツチに設けておけば、バックヨーク部で磁束の最も集中する位置と幅狭部の位置とが 重畳するのを避けることができる。その結果、磁気通路において磁気抵抗が大幅に 増大す
ることが避けられ、結果として鎖交磁束が大きく減少することがなぐこの三相シンクロ ナスリラクタンスモータの出力トノレクを十分に確保することができる。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下に図面を参照して本発明に係るリラクタンスモータについて説明する。
図 1 (a)に例示するのは本発明に係る三相シンクロナスリラクタンスモータを構成す るステータ 100の断面図であり、図 1 (b)に例示するのはロータ 200の断面図である。 ステータ 100は、ロータ 200と対向する複数の歯部 103をバックヨーク部 104の内面 の周方向に沿って有し、歯部 103には後述するような形態でステータ卷線(図示せず )が卷回され、ステータ磁極が形成される。ロータ 200は、回転軸 202を中心としてス テータ 100の内面に沿って回転可能である。
[0016] ロータ 200は高透磁率材のロータコア 201で形成してある。通常、当該ロータ 200と しては、珪素鋼板等からなる複数の突極を有する形状のロータを用いる。しかし、本 実施形態では、より小型化等を図り得る構成として、ロータコア 201に永久磁石を用 いた例を示す。図 1 (b)に示すごとぐロータコア 201には外周側永久磁石 203aと内 周側永久磁石 203bとが設けられてレ、る。外周側永久磁石 203aには外周側スリット 2 04aが隣接して設けられ、内周側永久磁石 203bには内周側スリット 204bが隣接して 設けられ、磁力線の通路が規制されている。また、外周側永久磁石 203a及び内周 側永久磁石 203bは、同一の径方向で対向する部位が互いに異極に着磁され、所定 間隔を空けて配列されて一組の磁極(以下、「ロータ磁極」と記載する)を構成してい る。この場合、ロータ 200の外周面に沿って隣接するロータ磁極は互いに異なる極性 を形成しており、ロータ 200は 8個のロータ磁極を有している。
[0017] ステータ 100の外周には、ステータ 100をその外側力 保持して固定する際の回り 止めとして機能し、あるいは、複数のステータ 100を重ねて互いに溶接する際に利用 される小さな溝部 102が形成されている。そして、ステータ 100のうちバックヨーク部 1 04の外周面の少なくとも 1箇所には(図中では 4箇所には)、そのステータ 100を略長 方形に切り欠き、ステータ 100のバックヨーク部 104の幅を狭めた幅狭部 101を設け てある。それにより、ステータ 100の径を大きくとることなくシンクロナスリラクタンスモー タの小型化 ·軽量化 'ハンドリングの簡易性の向上といった効果が得られる。そして、 図 1 (a)及び図 1 (b)に例示するステータ 100及びロータ 200では、ステータ 100の磁 極数は 48個であり、ロータ 200の磁極数は 8個である。つまり、ロータ磁極の 1個当た りに 6個の歯部 103 (ステータ磁極)がそれぞれ相対している。尚、互いに異なる形状 で図示している幅狭部 101及び溝部 102の両方を、回り止め用や溶接用の溝として 自在に利用することができる。幅狭部 101及び溝部 102の作用は実質的に同じであ るため、以下では幅狭部 101の設定位置についてのみ説明する力 その説明は溝 部 102に関しても適用可能である。
[0018] 次に図 2及び図 3を参照してステータ卷線の卷回方式について説明する。尚、図 2 はステータ卷線の卷回方式の全体図であり、図 3は図 2を部分的に拡大した図である 第 1相は、ステータ磁極 2—ステータ磁極 6、同じく、 8— 12、 14一 18、 20— 24、 2 6— 30、 32— 36、 38— 42、 44一 48の夫々をコィノレピッチとしてステータ卷 ,線力 S卷 回されており、電源端子 C、 Fから所定位相の交流電流が通電される。
[0019] 同様に、第 2相は、ステータ磁極 6—ステータ磁極 10、 12 16、 18— 22、 24—28 、 30— 34、 36 40、 42— 46、 48 4の夫々をコィノレピッチとしてステータ卷線力 S卷 回されており、電源端子 B、 Eから所定位相の交流電流が通電される。
[0020] また同様に、第 3相は、ステータ磁極 4ーステータ磁極 8、 10— 14、 16 20、
22— 26、 28 32、 34— 38、 40— 44、 46 2の夫々をコィノレピッチとしてステータ 卷線が卷回されており、電源端子 A、 Dから所定位相の交流電流が通電される。尚、 第 目コイル、第 2相コイル、及び第 3相コイルを Y結線構成とするには、電源端子 D 、 E、 Fを短絡して中性点とする。
[0021] 以上のように、例えば第 1相では、電源端子 C、 Fに接続して交流電流を通電するこ とで、同相で互いに異なる磁極を形成する隣接した二つのステータ卷線の間に、ステ ータ卷泉の卷回されてレヽなレヽステータ磁極 1、 7、 13、 19、 25、 31、 37、及び 43力 S 存在する。第 2相及び第 3相の場合についても同様にステータ卷線の卷回されてい なレ、ステータ磁極が存在する力 説明は省略する。
[0022] 図 1 (a)及び図 1 (b)に例示した構成のリラクタンスモータに対して、図 2及び図 3で 示したような三相分のステータ卷線を卷回し、三相駆動させた場合の動作にっレ、て 以下に説明する。三相駆動させる場合に通電される交流電流波形は、図 4 (a)に例 示する三相矩形波、又は図 4 (b)に例示する三相正弦波である。
[0023] 図 5及び図 6には、ある時点でのロータ 200とステータ 100との位置関係を示し、そ して図 4 (a)及び図 4 (b)に示した三相矩形波又は三相正弦波の交流電流をステータ 卷線に通電させてロータ 200を駆動させた場合の磁束の状態 (磁力線の疎密)を示 してレ、る。以下に、図 5及び図 6を参照して、ステータ 100のバックヨーク部 104に設 けられる幅狭部 101の好ましい形成位置について説明する。尚、図面の簡略化のた めに 1個のロータ磁極の部分と、その 1個のロータ磁極に相対する 6個の歯部 103 (ス テータ磁極)のみを例示し、ステータ卷線と電源端子との接続関係も概略的に同時に 示す。
[0024] 図示するように、磁束はステータ 100のバックヨーク部 104を磁気通路として通るた め、この磁気通路の幅 (磁束の有効な通路として作用し、その磁力線に直交する幅) の大小によって、磁気抵抗の大小が決定される。従って、描かれている磁力線が疎ら になっている部分に幅狭部 101を設ける方が、磁力線が密集している部分に設ける よりも好ましいと言える。
[0025] 図 5の実施例に示すステータ 100では、幅狭部 101はステータ磁極 48に対応する バックヨーク部 104の外周部に設けられている。言い換えると、同相で互いに異なる 磁性の磁極を形成してレ、る二つのステータ卷線の間の歯部に P 接する隣接歯部の バックヨーク部 104に幅狭部 101が設けられている。例えば、図 2、図 3及び図 5を参 照すると、ステータ磁極 2—ステータ磁極 6に卷回されたステータ卷線に電源端子 C、 Fから通電することで、ステータ 100の内周側から外周側に向力 磁極が形成される。 同じぐステータ磁極 44ーステータ磁極 48に卷回されたステータ卷線に電源端子 C 、 Fから通電することで、ステータ 100の外周側から内周側に向力う磁極が形成される 。そして、これら二つの隣接するステータ卷線の間の歯部(ステータ磁極 1)に隣接す る隣接歯部(ステータ磁極 48)のバックヨーク部 104に幅狭部 101を設けてある。図 5 力 分かるようにこの位置は磁束の最も集中する位置ではない。
[0026] 尚、本実施形態では、ある特定位相での磁束の状態を図示している力 他の位相 であっても同様の説明が成立する。例えば、上述の説明では電源端子 C、 Fにより通 電される二つのステータ卷線に挟まれた歯部 (ステータ磁極 1)に隣接する隣接歯部 (ステータ磁極 48)に対応するステータ 100のバックヨーク部 104の外周部に幅狭部 101を設けた場合について説明した力 位相が変化したとしても、電源端子 B、 Eによ り通電される二つのステータ卷線に挟まれた歯部 (ステータ磁極 47)に隣接する隣接 歯部(ステータ磁極 48)に対応するステータ 100のバックヨーク部 104に幅狭部 101 を設けた場合の説明に適用することもできる。
[0027] 他方で、図 6に例示する比較例では、幅狭部 101はステータ磁極 1のバックヨーク 部 104に設けられている。言い換えると、同相で互いに異なる極性の磁極を形成して いる二つのステータ卷線の間の歯部に対応するバックヨーク部 104の外周部に幅狭 部 101を設けてある。例えば、図 2、図 3及び図 6を参照すると、ステータ磁極 2—ステ ータ磁極 6に卷回されたステータ卷線に通電することで、ステータ 100の内周側から 外周側に向力う磁極が形成される。ステータ磁極 44ーステータ磁極 48に卷回された ステータ卷線に通電することで、ステータ 100の外周側から内周側に向力う磁極が形 成される。そして、 P 接する二つのステータ卷線の間の歯部(ステータ磁極 1)のバッ クヨーク部 104に幅狭部 101が設けられている。図 6から分かるようにこの位置は磁束 の最も集中する位置の一つである。
[0028] 次に、図 5の実施例のステータ 100と、図 6の比較例のステータ 100とを三相駆動さ せて、三相シンクロナスリラクタンスモータを動作させた場合の、通電電流とコイル鎖 交磁束との関係を図 7に示す。図 7の実線は図 5に例示したステータ 100を用いた場 合の実施例であり、破線は図 6に例示したステータ 100を用いた場合の比較例である [0029] 図 7から分かるように、コイル鎖交磁束の最小値は実施例及び比較例で同じである (図中では実施例の結果を示す実線と比較例の結果を示す破線とが重畳して描か れている)。これに対し、コイル鎖交磁束の最大値はステータ 100を用いた実施例の 方が大きくなる。この結果、ステータ 100を用いた実施例の方がロータ 200に加わるト ルクが大きくなることが分かる。従って、上記幅狭部 101を設ける場合、それをステー タ 100のバックヨーク部 104のどこに設ければよいの力、(つまり、モータの性能低下を 如何にして防ぐことができる力 を見出すことができた。
[0030] 図 8に例示するステータ 100は、ステータ磁極と幅狭部 101との位置関係が図 1 (a) に例示したステータ 100の場合と異なる。ステータ 100のステータ磁極に対するステ ータ卷線の卷回状態は、図 2及び図 3に例示したのと同様である。このステータ卷線 には図 9に例示する二相矩形波の交流電流が通電される。
[0031] 図 10には、ある時点でのロータ 200とステータ 100との位置関係を示し、そして図 9 に示した二相矩形波の交流電流をステータ卷線に通電させてロータ 200を駆動させ た場合の磁束の状態を示している。以下に、図 10を参照して幅狭部 101の形成位置 を説明する。尚、図面の簡略化のために 1個のロータ磁極の部分と、その 1個のロー タ磁極に相対する 6個の歯部(ステータ磁極)とを例示し、ステータ卷線と電源端子と の接続関係も同時に示す。
[0032] 図 10の実施例に示すステータ 100では、幅狭部 101はステータ磁極 1のバックョー ク部 104の外周部に設けられている。言い換えると、同相で互いに異なる磁性の極 性を形成している二つのステータ卷線の間の歯部につき、この歯部に対応するバック ヨーク部 104の外周部に幅狭部 101が設けられている。例えば、図 2、図 3及び図 10 を参照すると、ステータ磁極 2—ステータ磁極 6に卷回されたステータ卷線に通電す ることで、ステータ 100の内周側から外周側に向力 磁極が形成される。ステータ磁 極 44ーステータ磁極 48に卷回されたステータ卷線に通電することで、ステータ 100 の外周側から内周側に向力 磁極が形成される。そして、 P 接するこれら二つのステ ータ卷線の間の歯部(ステータ磁極 1)のバックヨーク部 104に幅狭部 101が設けられ てレ、る。図 10から分かるようにこの位置は磁束の最も集中する位置ではなレ、。 [0033] 他方、図 11に例示する比較例では、幅狭部 101はステータ磁極 48のバックヨーク 部 104の外周部に設けられている。言い換えると、同相で互いに異なる極性の磁極 を形
成している二つのステータ卷線の間の歯部に隣接する隣接歯部のバックヨーク部 10 4に幅狭部 101が設けられている。例えば、図 2、図 3及び図 11を参照すると、ステー タ磁極 2—ステータ磁極 6に卷回されたステータ卷線に通電することで、ステータ 100 の内周側から外周側に向力 磁極が形成される。ステータ磁極 44ーステータ磁極 48 に卷回されたステータ卷線に通電することで、ステータ 100の外周側から内周側に向 力 磁極が形成される。そして、 P 接する二つのステータ卷線の間の歯部(ステータ 磁極 1)に隣接する隣接歯部 (ステータ磁極 48)のバックヨーク部 104に幅狭部 101 が設けられている。図 11から分かるようにこの位置は磁束の最も集中する位置の一 つである。
[0034] 次に、図 10の実施例のステータ 100と図 11の比較例のステータ 100とを用いて、 三相シンクロナスリラクタンスモータを動作させた場合の、通電電流とコイル鎖交磁束 との関係を図 12に示す。図 12の実線は図 10に例示したステータ 100を用いた場合 の実施例であり、破線は図 11に例示したステータ 100を用いた場合の比較例である
[0035] 図 12から分かるように、コイル鎖交磁束の最小値は実施例及び比較例で同じであ る(図中では実施例の結果を示す実線と比較例の結果を示す破線とが重畳して描か れている)。コイル鎖交磁束の最大値はステータ 100を用いた実施例の方が大きくな る。この結果、ステータ 100を用いた実施例の方がロータ 200に加わるトノレクが大きく なること力 S分力、る。従って、上記幅狭部 101を設ける場合、それをステータ 100のバッ クヨーク部 104のどこに設けるべきカ つまり、モータの性能低下を如何にして防ぐこ とができる力 を見出すことができた。
[0036] 次に図 13に示すのは、ロータ磁極ピッチ: WR、ステータ磁極ピッチ: WS、幅狭部 1 01の形成範囲: WG1、幅狭部 101のピッチ: WG2の関係を説明する図である。本実 施形態ではロータ磁極は 8個設けられているので、ロータ磁極ピッチ: WRは 45° (= 360° /8)である。また、ステータ磁極は 48個設けられているので、ステータ磁極ピ ツチ: WSは 7· 5° ( = 360° /48)である。
[0037] ステータ 100の周方向に沿った幅狭部 101の形成範囲: WG1は、その周方向に沿 つた中央位置を歯部(ステータ磁極)の中央位置と同じくして、歯部 (ステータ磁極) の 2ピッチ分(15° )以下であるように設計されている。その結果、幅狭部 101がバッ クヨーク部 104に設けられている歯部(例えば、図 1においてステータ磁極 48を構成 する歯部)と隣接する歯部(例えば、図 1においてステータ磁極 1、 47を構成する歯部 )のバックヨーク部 104の全てにわたって幅狭部 101が形成されることはない。
[0038] 幅狭部 101のピッチ: WG2は、ロータ磁極のピッチ: WR (本実施形態では WR = 4 5° )の11/3 (11は自然数)に設計され、本実施形態では n = 6として WG2 = 45° X 6/3 = 90° である。
本実施形態では、ロータ磁極の 1個当たりに 6個のステータ磁極が形成されている 三相シンクロナスリラクタンスモータであるので、バックヨーク部 104で磁束の最も集 中する位置はロータ磁極のピッチの 1/3毎のピッチで存在する。従って、幅狭部 10 1をロータ磁極のピッチの n/3毎の位置に設けていれば、バックヨーク部 104で磁束 の最も集中する位置と幅狭部 101の位置とが重畳することを避けることができ、磁気 通路での磁気抵抗が大幅に増大することが避けられ、発生するトルクを十分に確保 すること力 Sできる。
[0039] 尚、図中では幅狭部 101の形状を略長方形で描いているが、その形状に制限は無 レ、。例えば、溝部 102のような形状や、図 15に示しているような半円形や、他にも半 楕円形や半菱形など様々な形状で形成することができる。
産業上の利用可能性
[0040] 本発明の三相シンクロナスリラクタンスモータは、様々な装置に用いる小型'高性能 なモータとして適用可能である。
図面の簡単な説明
[0041] [図 1] (a)は三相シンクロナスリラクタンスモータのステータの断面図であり、(b)は三 相シンクロナスリラクタンスモータのロータの断面図である。
[図 2]3相分のステータ卷線の状態を説明する図である。
[図 3]図 2で示したステータ卷線の状態の拡大図である。 園 4] (a)は三相矩形波の 1周期分の波形を示すグラフであり、 (b)は三相正弦波の 1 周期分の波形を示すグラフである。
[図 5]本発明の実施例における幅狭部の形成位置を説明する図である。
[図 6]本発明の比較例における幅狭部の形成位置を説明する図である。
園 7]通電電流とコイル鎖交磁束との関係を示すグラフである。
[図 8]三相シンクロナスリラクタンスモータのステータの断面図である。
[図 9]二相矩形波の 1周期分の波形を示すグラフである。
園 10]本発明の実施例における幅狭部の形成位置を説明する図である。
園 11]本発明の比較例における幅狭部の形成位置を説明する図である。
園 12]通電電流とコイル鎖交磁束との関係を示すグラフである。
[図 13]ステータ及びロータの断面図である。
[図 14]従来のリラクタンスモータのステータの断面図である。
[図 15]従来のリラクタンスモータのステータの部分断面図である。
符号の説明
1一 48 ステータ磁極
100 ステータ
101 幅狭部
102 溝部
103 歯部
200 ロータ
201 ロータコア
202 回転軸
203a 磁石
203b 磁石
204a スリツ卜
204b スリツ卜
310 ステータ 312 ボルト穴 410 ステータ 411 歯部 412 コアカット部 413 せり出し部

Claims

請求の範囲
[1] ロータ及び前記ロータと対向する複数の歯部を内面の周方向に沿って有するステ ータを備え、
前記ロータが有する複数のロータ磁極の 1個当たりに 6個の前記歯部がそれぞれ相 対し、前記 6個の歯部の内の 5個の前記歯部をコイルピッチとするステータ卷線を卷 回した三相シンクロナスリラクタンスモータであって、
三相駆動時において、同相で互いに異なる極性の磁極を形成する隣接した二つの 前記ステータ卷線の間の前記歯部に対し、当該歯部に隣接する隣接歯部に対応す る前記ステータのバックヨーク部における磁気通路部の幅を、他の前記歯部に対応 する前記ステータのバックヨーク部における磁気通路部の幅よりも狭くする幅狭部が 少なくとも 1個設けられている三相シンクロナスリラクタンスモータ。
[2] ロータ及び前記ロータと対向する複数の歯部を内面の周方向
に沿って有するステータを備え、
前記ロータが有する複数のロータ磁極の 1個当たりに 6個の前記歯部がそれぞれ相 対し、前記 6個の歯部の内の 5個の前記歯部をコイルピッチとするステータ卷線を卷 回した三相シンクロナスリラクタンスモータであって、
二相矩形波駆動時にぉレ、て、同相で互いに異なる極性の磁極を形成する隣接した 二つの前記ステータ卷線の間の前記歯部に対応した前記ステータのバックヨーク部 における磁気通路部の幅を、他の前記歯部に対応する前記ステータのバックヨーク 部における磁気通路部の幅よりも狭くする幅狭部が少なくとも 1個設けられている三 相シンクロナスリラクタンスモータ。
[3] 前記ステータの周方向に沿って、前記幅狭部の中央位置と前記歯部の中央位置と を同じくし、前記ステータの周方向に沿った前記幅狭部の形成範囲が前記歯部の 2 ピッチ分以下である請求項 1又は請求項 2に記載の三相シンクロナスリラクタンスモー タ。
[4] 前記ステータの周方向に沿った複数の前記幅狭部のピッチが、前記ロータ磁極の ピッチの n/3 ( ま自然数)である請求項 1又は請求項 2に記載の三相シンクロナスリ ラタタンスモータ。 前記ステータの周方向に沿った複数の前記幅狭部のピッチが、前首 i ピッチの n/3 ( ま自然数)である請求項 3に記載の三相シンクロナス ータ。
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