WO2015163285A1 - 電動回転機 - Google Patents

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WO2015163285A1
WO2015163285A1 PCT/JP2015/061995 JP2015061995W WO2015163285A1 WO 2015163285 A1 WO2015163285 A1 WO 2015163285A1 JP 2015061995 W JP2015061995 W JP 2015061995W WO 2015163285 A1 WO2015163285 A1 WO 2015163285A1
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pole
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pole coil
shaft
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真大 青山
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スズキ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electric rotating machine, and more particularly to an electric rotating machine having a structure in which a rotor is rotatably accommodated in a stator.
  • an electric rotating machine has a structure in which a rotor is rotatably accommodated in a stator, and a core material attached to a shaft positioned on the rotating shaft of the rotor.
  • a field coil for generating a rotational force is wound around the core material.
  • the structure in which the field coil is wound is produced by laminating electromagnetic steel sheets, and it is difficult to adopt a special structure.
  • an object of the present invention is to provide an electric rotating machine that realizes a rotor structure in which coils having different functions can be arranged and can be driven to rotate efficiently.
  • a first aspect of the present invention includes a plurality of auxiliary currents that are provided in a rotor that faces a stator so as to be rotatable, and that receive an auxiliary current that projects toward the stator and generates a rotational force that rotates the rotor relative to the stator.
  • a plurality of supplemental poles for generating the auxiliary current for generating the rotational force on the salient poles, and an axis centered on the rotating shaft of the rotor
  • a fixing member that positions at least the complementary pole of the salient pole and the complementary pole of the rotor so as to be integrated with the shaft.
  • the shaft is formed with a plurality of key grooves or key rods extending in the direction of the rotation axis of the rotor on the outer peripheral surface, whereas the fixing member is a disconnection located on the outer peripheral side of the shaft.
  • the auxiliary pole includes an inductor pole coil that generates an induced current due to a spatial harmonic of a magnetic flux linked from the stator side as the auxiliary current
  • the salient pole includes the An electromagnetic pole coil that functions as an electromagnet is supplied with the induced current generated in the inductor pole coil as the auxiliary current, and the auxiliary current is rectified between the inductor pole coil and the electromagnet pole coil. It is preferable to provide a rectifying element for current.
  • the cross-sectional ring-shaped portion is composed of a pair of ring-shaped portions arranged at spaced positions along the rotation axis of the shaft, and the fixing portion is the ring Formed in a protruding piece portion that protrudes radially outward from each of the shape portions, and the complementary electrode has a structure in which the inductor pole coil is attached to a bobbin that covers the core material for the coil and is held around the core material
  • the auxiliary pole has the core piece fixed to the end of the protruding piece portion by passing the protruding piece portion through the bobbin to which the inductor pole coil is attached. It is preferable that the bobbin is covered with the bobbin, and the bobbin is fixed to the end of the protruding piece part, thereby positioning and fixing the rotating member so as not to be relatively rotatable.
  • the key protrusion on the inner side of the ring-shaped section of the fixed member is inserted into the key groove or key rod on the outer peripheral surface of the shaft that rotates integrally with the rotor-side member such as a salient pole.
  • the auxiliary pole fixed to the outer fixed portion of the ring-shaped section of the cross-section ring shape portion in a state where the salient pole and the rotation direction are alternately arranged in parallel with each other so that relative rotation is impossible by simply fitting and fixing the key recesses. it can.
  • produces with the complement pole of an inductor pole coil is rectified by the rectifier arrange
  • the auxiliary pole can be attached and fixed to the projecting piece projecting radially outward from the ring-shaped parts on both sides of the salient pole spaced apart in the rotation axis direction.
  • the space between the parts can be effectively used as a space for arranging the core material.
  • the projecting piece portion is preliminarily attached to the bobbin to which the inductor pole coil is attached, and after fixing the core material to the end portion of the projecting piece portion, the bobbin is simply fixed so as to cover the core material.
  • the inductor pole coil can be positioned and fixed to the rotor.
  • FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a reluctance motor according to the present invention, and is a partially enlarged radial sectional view showing a schematic configuration thereof.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a simple model for easily explaining a circuit configuration in which an inductor pole coil and an electromagnet pole coil are connected via a diode.
  • FIG. 3 is a diagram for comparing magnetic flux characteristics generated by spatial harmonics, (a) is a conceptual diagram illustrating magnetic flux lines and magnetic flux vectors in this embodiment, and (b) is an inductor pole coil and an electromagnetic pole.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating magnetic flux lines and magnetic flux vectors when a coil is arranged differently from FIG. FIG.
  • FIG. 4 is a graph comparing the characteristics of induced currents generated by spatial harmonics depending on the presence / absence of a complementary electrode.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing an assembly structure in the present embodiment.
  • FIG. 6 is a partially exploded perspective view showing the structure of the salient pole structure.
  • FIG. 7 is a partially exploded perspective view showing the structure of the complementary electrode structure.
  • 8A and 8B are diagrams showing only one complementary pole of the complementary pole structure, in which FIG. 8A is an exploded perspective view and FIG. 8B is an assembled perspective view.
  • FIGS. 9A and 9B are diagrams illustrating other modes, in which FIG. 9A is a conceptual diagram illustrating an example when the unevenness is reversed, and FIG.
  • FIG. 9B is a conceptual diagram illustrating an example when the circumferential width is equalized. is there. 10A and 10B are diagrams for comparing torques generated by spatial harmonics, where FIG. 10A is a graph illustrating torque characteristics in the present embodiment, and FIG. 10B is a diagram illustrating inductor pole coils and electromagnetic pole coils in the present embodiment. It is a graph which illustrates the torque characteristic at the time of arranging differently.
  • FIG. 1 is a radial cross-sectional view of a reluctance motor, illustrating a mechanical angle of 180 degrees centered on an axis, and the reluctance motor is manufactured so that similar structures are arranged in parallel in the circumferential direction. .
  • the reluctance motor (electric rotating machine) 10 shown in FIG. 1 is manufactured in a structure that does not require energy input to the rotor 21 from the outside, and is suitable for mounting on a hybrid vehicle or an electric vehicle, for example. It is.
  • a reluctance motor 10 includes a stator (stator) 11 formed in a substantially cylindrical shape, and a shaft 101 (see FIG. 5) as a rotation shaft that is rotatably accommodated in the stator 11 and coincides with an axis. And a rotor (rotor) 21 to be operated.
  • stator teeth (facing members) 12 are evenly arranged in the circumferential direction.
  • Each stator tooth 12 is formed in a salient pole shape extending in the radial direction.
  • the inner peripheral surface 12 a of the stator tooth 12 faces the outer peripheral surface 22 a of the rotor tooth (facing member) 22 of the rotor 21 through the air gap G.
  • the stator tooth 12 is formed with a drive coil 14 by concentratedly winding three-phase windings for each phase using slots 13 formed between adjacent side surfaces.
  • the stator teeth 12 function as an electromagnet that generates magnetic flux that rotates the rotor 21 that is housed in a face-to-face manner by inputting a drive current to the drive coil 14.
  • the rotor 21 has a plurality of rotor teeth 22 formed in a salient pole shape extending in the radial direction in the same manner as the stator teeth 12 and is evenly arranged in the circumferential direction.
  • the rotor teeth 22 are different from the stator teeth 12 in the entire circumferential direction, and are formed so that the outer peripheral surface 22a appropriately faces the inner peripheral surface 12a of the stator teeth 12 when rotating relative to the stator 11.
  • the magnetic flux generated by energizing the drive coil 14 in the slot 13 of the stator 11 is linked to the outer peripheral surface 22 a of the rotor tooth 22 facing from the inner peripheral surface 12 a of the stator tooth 12.
  • the rotor 21 can be relatively rotated by a reluctance torque (main rotational force) that attempts to minimize the magnetic path through which the magnetic flux passes.
  • the reluctance motor 10 can output the electrical energy that is energized and input as mechanical energy from the shaft 101 that rotates integrally with the rotor 21 that relatively rotates in the stator 11.
  • the driving coil 14 of the stator 11 is supplied with driving power having a fundamental frequency to rotate the rotor 21 (rotor teeth 22) with a main magnetic flux that fluctuates at the fundamental frequency. Even if the main magnetic flux is interlinked with the coil, the interlinkage magnetic flux is not changed and no induced current is generated in the coil.
  • the spatial harmonic component superimposed on the magnetic flux interlinks with the rotor teeth 22 from the outer peripheral surface 22a side while temporally changing at a period different from the fundamental frequency.
  • the spatial harmonic component superimposed on the magnetic flux of the fundamental frequency is efficient if the coil is installed near the outer peripheral surface 22a of the rotor tooth 22 without inputting power from the outside separately. An induced current can be generated well. As a result, the magnetic flux of the spatial harmonic component that causes iron loss can be recovered as energy for self-excitation.
  • a space formed between adjacent side surfaces of the rotor teeth 22 is used as a slot 23 and a winding is wound around the rotor teeth 22. It is conceivable that an inductor pole coil is formed on the outer peripheral surface 22a side and an electromagnet pole coil is arranged on the axial center side by forming concentrated windings in two radial directions.
  • an induction current is generated in the inductor pole coil due to a spatial harmonic component (change in magnetic flux density) of the magnetic flux interlinking from the inner peripheral face 12a of the stator tooth 12 to the outer peripheral face 22a of the rotor tooth 22.
  • the electromagnetic pole coil can generate magnetic flux (electromagnetic force) by self-exciting the induced current received from the inductor pole coil as a field current.
  • the magnetic flux of the drive coil 14 that generates the main rotational force can be obtained simply by incorporating the inductor pole coil and the electromagnetic pole coil in the rotor teeth 22 themselves into an independent circuit that can use the induced current as a field current.
  • the interlinkage magnetic flux can obtain reluctance torque (auxiliary rotational force) that attempts to make the passing magnetic path the shortest, and can assist the relative rotation of the rotor 21, and also the magnetic flux that has been a cause of loss. Spatial harmonic components can be recovered and used as energy.
  • the coiling of the rotor teeth 22 in this way is described by Sakutaro Nonaka, “Self-Excited Single-Phase Synchronous Motor”, Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 78, 842, November 1958, p. 18-26.
  • the reluctance motor described in this document generates an induced current by linking a magnetic flux having a frequency higher than the fundamental frequency to the rotor side coil.
  • the induced current is half-wave rectified by a rectifying element (diode).
  • the rotor side coil is made to function as a self-excited electromagnet.
  • the self-excitation technique described in this document has the following problems. 1. Since the coil on the rotor side is also used as a coil that generates an induced current and a coil that flows the rectified induced current as a field current, magnetic interference occurs and the induced current cannot be generated efficiently. The magnetomotive force is also very small. 2. Even if the high-frequency component of higher-order magnetic flux higher than the fundamental frequency is linked to the rotor 21 (rotor teeth 22), it remains distributed in the vicinity of the outer peripheral surface 22a, so that a coil is disposed on the axial center side. Only a very small induced current is generated. Even if the rotor side coil is installed in the vicinity of the outer peripheral surface 22a of the rotor teeth 22, it is practically impossible.
  • the entire inductor pole coil 27 concentratedly wound around the core material 25 is accommodated in the slot 23 between the rotor teeth 22 and arranged in parallel in the rotation direction.
  • the electromagnet pole coil 28 is arranged by forming one stage of concentrated winding on the whole 22.
  • the inductor pole coil 27 employs a core material 25 made of electromagnetic steel (magnetic material), thereby increasing the magnetic permeability so that the magnetic flux can be linked with a high density, and is formed on the inner peripheral surface 12 a of the stator tooth 12. By facing through the air gap G that is as small as possible, more spatial harmonic magnetic fluxes are linked. A magnetic field analysis is performed so that the spatial harmonic component of the magnetic flux interlinked from the inner peripheral surface 12a of the stator tooth 12 to the outer peripheral surface 22a of the rotor tooth 22 is effectively used to confirm the spatial harmonic magnetic path strictly. Thus, the inductor pole coil 27 is installed so that an induced current can be generated efficiently.
  • the inductor pole coil 27 is disposed between the rotor teeth 22 so as to ensure a necessary and sufficient gap with the electromagnet pole coil 28.
  • the inductor pole coil 27 and the electromagnet pole coil 28 do not need to be wound in the circumferential direction over a plurality of slots, and the reluctance motor is reduced in size as a whole. be able to. Further, the inductor pole coil 27 efficiently generates an induced current due to the linkage of the third-order spatial harmonic magnetic flux which is a lower order while reducing the copper loss loss on the primary side, and can be recovered. Energy can be increased.
  • the inductor pole coil 27 is more effective than the case of using the second-order spatial harmonic magnetic flux described in the above-mentioned document (The Institute of Electrical Engineers of Japan) by using the third-order spatial harmonic magnetic flux.
  • An induced current can be generated.
  • the induced current can be recovered efficiently by using the third-order spatial harmonic magnetic flux rather than the second-order so that the time change of the magnetic flux can be increased and the current can be increased.
  • a coil wound in the deep portion on the axial center side of the rotor is shown, and the interlinkage region of spatial harmonics is not taken into consideration and the structure is not effective.
  • the inductor pole coil 27 is disposed in the slot 23 in a form that is magnetically independent between the outer peripheral surfaces 22a of the rotor teeth 22 by a structure described later.
  • the electromagnet pole coil 28 is wound over the entire length of the rotor tooth 22 to effectively use the whole to generate a magnetic flux.
  • the inductor pole coil 27 and the electromagnet pole coil 28 are divided so that the magnetic flux paths do not interfere with each other, so that magnetic interference can be reduced and an induced current can be generated efficiently.
  • the magnetic flux can be generated by effectively functioning as an electromagnet.
  • the inductor pole coil 27 is formed in a concentrated winding that is the same circumferential winding with respect to the radial direction of the rotor 21, and is arranged in parallel in the circumferential direction of the rotor 21.
  • the electromagnet pole coil 28 is formed in a concentrated winding in which the adjacent windings are opposite to each other in the radial direction of the rotor 21, and the outer circumferential side and the axial center side of the rotor 21 are alternately arranged. All connected in series.
  • both end portions of the electromagnetic pole coils 28A1 to 28An and 28B1 to 28Bn connected in series are connected between the inductor pole coils 27A1 to 28An and the inductor pole coils 27B1 to 27Bn connected in parallel. Both ends are connected via diodes 29A and 29B.
  • the electromagnet coil 28 includes coils 28A1 to 28An (n: number of poles / 2) and coils 28B1 to 28Bn connected in series in each winding direction
  • the inductor pole coil 27 includes: Inductor pole coils 27A1 to 27An connected in series and inductor pole coils 27B1 to 27Bn connected in series, and the coils 28A1 to 28An and 28B1 to 28Bn connected in series are connected in series
  • the child pole coils 27A1 to 27An and the inductor pole coils 27B1 to 27Bn connected in series are connected in parallel.
  • the diodes 29A and 29B suppress the number of use by making the electromagnetic pole coils 28 all in series even when the inductor pole coils 27 and the electromagnetic pole coils 28 are multipolarized.
  • the diodes 29A and 29B are not formed as a general H-bridge type full-wave rectifier circuit in order to avoid mass use, but are connected so as to have a phase difference of 180 degrees.
  • a neutral-point-clamped half-wave rectifier circuit (rectifier element) that inverts and outputs half-wave rectifies is formed.
  • the inner circumferential surface 12a of the stator tooth 12 can be obtained without causing the inductor pole coil 27 to interfere with the electromagnetic pole coil 28 (without reducing the induction current) on the magnetic steel core material 25 having high magnetic permeability.
  • the induced current can be efficiently generated and recovered.
  • the induced currents individually generated in the inductor pole coil 27 are rectified by the diodes 29A and 29B, merged, and then flow individually to the electromagnetic pole coils 28 connected in series and effectively used. Can be effectively self-excited to generate a large magnetic flux (electromagnetic force).
  • the magnetic flux is effectively generated by the inductor pole coil 27 and the electromagnet pole coil 28 which are divided into the excitation and the electromagnets independently without interfering with each other and weakening each other. And the induced current is smoothed and can be efficiently recovered and output as energy. That is, the electromagnet pole coil 28 constitutes a salient pole together with the rotor teeth 22, and the inductor pole coil 27 constitutes an auxiliary pole together with the core material 25.
  • the inductor pole coil 27 and the electromagnet pole coil 28 are arranged in multiple numbers in the circumferential direction of the rotor 21 and are multipolarized, they are more than in the case of the two-pole motor as described in the above-mentioned document (Electrical Society magazine).
  • the amount of magnetic flux interlinked with each tooth of the rotor teeth 22 can be dispersed in the circumferential direction, and the electromagnetic force (reluctance torque) acting on the individual rotor teeth 22 can also be dispersed in the circumferential direction to generate electromagnetic vibrations. It can be suppressed and can be silenced.
  • the inductor pole coil 27 and the electromagnet pole coil 28, including the drive coil 14 are formed using a wire material made of a copper conductor, and the electric conductivity is increased by using the copper conductor. By reducing the loss, an induced current can be efficiently generated and used as a field current.
  • a copper conductor is employed as the wire material for the coils 27, 28, and 14, it is preferable to employ a rectangular conductor, thereby reducing copper loss and heat loss due to coil resistance.
  • the edge-wise coil is vertically wound so that the short side becomes the inner diameter side, thereby reducing the distributed capacitance (floating capacitance) and improving the frequency characteristics.
  • the coils 27, 28, and 14 can recover more loss energy with a small amount of copper conductor.
  • the wire material of the coils 27, 28, and 14 is not limited to the copper conductor, but may be selected for other purposes. For example, an aluminum bar conductor having a specific gravity of 1/3 of copper is used to reduce the weight. You may plan.
  • stator 11 is formed in the open type slot 13 having the flange-shaped portion 12b in which the inner peripheral surface 12a side of the stator teeth 12 is protruded in both the forward and reverse circumferential directions, thereby efficiently generating the spatial harmonic magnetic flux.
  • the inductor pole coil 27 is interlinked.
  • the inductor space coil 27 and the electromagnet pole coil 28 are installed on the rotor 21 side, so that the third spatial harmonic magnetic flux is effectively interlinked from the stator teeth 12 on the stator 11 side. And reluctance torque can be generated efficiently.
  • the magnetic flux lines ML and the like are determined depending on whether or not the inductor pole coil 27 is arranged in parallel in the circumferential direction between the electromagnet pole coils 28. It can be seen that there is a difference in the magnetic flux vector V.
  • an inductor pole coil 27 ′ is formed on the outer peripheral surface 22 a side
  • an electromagnetic pole coil 28 is formed on the axial center side thereof.
  • the inductor pole coil 27 is effectively disposed in the slot 23 between the rotor teeth 22 in which the electromagnetic pole coil 28 through which the third-order spatial harmonic magnetic flux line ML passes is arranged.
  • the third-order spatial harmonic magnetic flux is linked to the inductor pole coil 27.
  • the magnetic flux vector V is effective in the inductor pole coil 27.
  • Inductive current can be induced to generate an induced current that can be supplied to the electromagnetic pole coil 28.
  • the third-order spatial harmonic magnetic flux (magnetic flux vector V) is generated at a high density on the outer peripheral surface 22 a side of the rotor teeth 22, including the inductor pole coil 27, and between the stator teeth 12.
  • reluctance torque can be effectively generated in a wide range in the circumferential direction to assist the driving force by the driving coil 14.
  • the third-order spatial harmonic magnetic flux is not close to the magnetic saturation and interlinked via the air gap G, and more is interlinked with the inductor pole coil 27 to increase the capacity. Inductive current can be generated.
  • the inductor pole coil 27 is made of a nonmagnetic material such as a gap or aluminum or resin between the rotor teeth 22 as will be described later in order to avoid inconvenience due to magnetic coupling to the rotor teeth 22.
  • the slots 23 are magnetically independent from each other.
  • the reluctance motor 10 (With ⁇ ⁇ ⁇ Sub-Poles) has a rotor as compared to the case where the inductor pole coil 27 is not arranged in parallel between the electromagnetic pole coils 28 (Without Sub-Poles).
  • the rotation of 21 starts, the interlinking third-order spatial harmonic magnetic flux increases, and the lost energy can be recovered by efficiently generating an induced current in the inductor pole coil 27.
  • the waveform of the induced current to be generated can be stabilized by paralleling the inductor pole coil 27 between the electromagnet pole coils 28, improving the steady torque and reducing the torque ripple, Torque characteristics can be improved with high quality.
  • the number S of the slots 13 is made to be 2: 3.
  • the third-order spatial harmonic magnetic flux pulsates in a short cycle because the frequency is higher than the fundamental frequency of the magnetic flux input to the drive coil 14.
  • the rotor 21 generates an induced current efficiently by changing the magnetic flux intensity linked to the inductor pole coil 27 between the rotor teeth 22 and superimposes the spatial harmonic component superimposed on the fundamental frequency magnetic flux. Can be efficiently recovered and rotated.
  • the reluctance motor 10 has a structure that determines the quality of the relative magnetic action between the rotor 21 side and the stator 11 side, and the ratio of the number of rotor teeth salient poles P to the number of status lots S
  • the magnetic flux density distribution is also distributed in the circumferential direction within a mechanical angle of 360 degrees according to the ratio of the number of rotor teeth salient poles P to the number of status lots S. Therefore, uneven distribution is also recognized in the electromagnetic force distribution acting on the stator 11.
  • the density distribution is uniform over the entire circumference of a mechanical angle of 360 degrees. Magnetic flux can be linked, and the rotor 21 can be rotated in the stator 11 with high quality.
  • the reluctance motor 10 can be rotated without using the space harmonic magnetic flux as a loss, efficiently recovering the loss energy, greatly reducing the electromagnetic vibration, and rotating with high silence. be able to.
  • an induction current is efficiently generated in the inductor pole coil 27 disposed on the rotor 21 side without supplying electric power to other than the drive coil 14 of the stator 11, and the field pole is applied to the electromagnetic pole coil 28.
  • the electromagnet pole coil 28 can be made to function as a self-exciting electromagnet by supplying it as an electric current, and an auxiliary rotational force that assists the main rotational force by supplying power to the drive coil 14 can be obtained and rotated with high efficiency.
  • the reluctance motor 10 includes a salient pole structure 110 including a rotor tooth 22 and an electromagnet pole coil 28, and an auxiliary pole structure 120 including a core material 25 and an inductor pole coil 27.
  • the rotor 21 is constructed by being coaxially mounted so as to rotate integrally with each other (incapable of relative rotation), and the rotor 21 is accommodated in the stator 11 so as to be relatively rotatable.
  • the shaft 101 is integrally formed to include an attachment large diameter portion 101A, a support middle diameter portion 101B on both ends of the attachment large diameter portion 101A, an attachment small diameter portion 101C, and an output rotation shaft 101D.
  • a structure for positioning and fixing the salient pole structure 110 and the auxiliary pole structure 120 is formed on the outer peripheral surface 101a of the attachment large diameter portion 101A.
  • a bearing 102 is attached to the support middle diameter portion 101B, and thereby the support middle diameter portion 101B is rotatably supported by a housing (not shown) on the stator 11 side.
  • the mounting small-diameter portion 101C is extended to the outside of one supporting middle-diameter portion 101B, and the rotor-side resolver 103 is fixedly mounted.
  • a plurality of key grooves 109 extending in the same direction as the rotation axis of the rotor 21 are formed in the large-diameter portion 101 ⁇ / b> A of the shaft 101.
  • the key groove 109 is closed so that the attachment small diameter portion 101C side does not continue to the support medium diameter portion 101B side, and the output rotary shaft 101D side is continuously opened (opened) to the support medium diameter portion 101B side.
  • the mounting large-diameter portion 101A of the shaft 101 has a structure that allows key projections 119 and 129, which will be described later, to enter the key groove 109 from the open end side to be fitted and fixed.
  • the support middle diameter portion 101B is mounted on the closed side of the key groove 109 of the mounting large diameter portion 101A as it is, and the doughnut-shaped end plate 105 is mounted and fixed on the open side of the key groove 109.
  • the bearing 102 is attached after the key protrusions 119 and 129 are restricted from being detached.
  • the mounting small-diameter portion 101C is configured to mount the rotor-side resolver 103 outside the bearing 102 and fix it with a stopper screw 106 so as to be positioned within the stator-side resolver 104 that is positioned and fixed to the housing on the stator 11 side. .
  • the output rotation shaft 101D is formed in a cylindrical shape that protrudes to the outside of the bearing 102, and a groove is provided on the outer peripheral surface of the output rotation shaft 101D in the rotation axis direction so that an external device can be connected in a relatively non-rotatable manner.
  • a flat knurling process is performed.
  • This anti-slip may be D-shaped in cross section with one surface being a flat surface, and fixed with screws so that relative rotation is impossible.
  • the salient pole structure 110 includes a rotor base material portion 111 having a short cylindrical shape (cross-sectional ring shape) having an inner diameter capable of accommodating the large diameter mounting portion 101A of the shaft 101, and the rotor base material.
  • the key protrusion 119 formed in a cross-sectional shape that protrudes inward from the inner peripheral surface of the base material portion 111 and fits into the key groove 109 of the outer peripheral surface of the attachment large-diameter portion 101A of the shaft 101 is the same.
  • the member is processed and formed integrally.
  • the electromagnet coil 28 is attached to the core member 112 protruding outward so as to rotate integrally.
  • the electromagnet pole coil 28 has a wire material applied to the salient pole bobbin 115 formed so as to cover both end surfaces of the core material portion 112 that are separated in the rotation axis direction and both side surfaces adjacent to the outer peripheral surface of the rotor base material portion 111. It can be attached simply by winding and covering the core material part 112.
  • the electromagnet pole coil 28 can be completed quickly and easily by preliminarily preparing it by winding the wire material around the salient pole bobbin 115 and solidifying the shape with glue or the like. it can.
  • the salient pole bobbin 115 has a fixed piece 116 that extends toward the rotation axis and faces one end surface of the core material 112 in the rotation axis direction, and the rotation axis direction of the rotor base material 111 from the core material 112.
  • the fixing piece 117 facing both end surfaces of the core member 112 is formed in a hook shape on the side away from the rotating shaft of the core material part 112 and restricts the electric wire material of the electromagnet pole coil 28 from being separated by centrifugal force.
  • the part 118 is integrally formed.
  • the salient pole bobbin 115 is formed at a position where the fixed piece 116 is separated from the core material part 112 side by the winding space of the electric wire material, and one end portion of the electromagnet pole coil 28 is formed at the center of the fixed piece 116.
  • a notch 116a for positioning and fixing the electric wire material is formed.
  • the fixing piece 117 is formed with a through hole 117a through which a rivet pin P that is inserted into the rivet hole H of the rotor base material portion 111 and fixes the tip end portion to the rivet receiver R is passed.
  • the salient pole structure 110 can be easily and quickly assembled in a state where it can be attached to the shaft 101 as follows.
  • the salient pole structure 110 is put in a state where the core material portion 112 is inserted and covered in the salient pole bobbin 115 around which the electric wire material is wound. Thereafter, the rivet pin P is inserted while positioning the through hole 117a of the fixed piece 117 of the salient pole bobbin 115 and the rivet hole H of the rotor base material part 111, and the tip thereof is crimped to the rivet receiver R (FIG. 7). Tighten it with rivets. Thereby, the salient pole structure 110 can be prepared in a state where a plurality of electromagnet pole coils 28 are attached around the rotor base material portion 111.
  • the complementary electrode structure 120 is a thin plate ring shape (cross-sectional ring shape) having an inner diameter capable of accommodating the large-diameter mounting portion 101 ⁇ / b> A of the shaft 101.
  • the core member 25 is fixed by projecting outward from the outer peripheral surface of the ring-shaped portion 121 so as to intersect the rotational axis of the shape-shaped portion 121 and the ring-shaped portion 121 and coincide with the radially outward extension line.
  • 129 and 129 are integrally formed by processing the same member, and the inductor pole coil 27 is attached to the core member 25 fixed to both ends of the protruding piece 123 so as to rotate integrally. That is, the fixing member is configured by the ring-shaped portion 121 that constitutes the cross-sectional ring-shaped portion and the protruding piece portion 123 that constitutes the fixing portion.
  • the rotor base material portion 111 As a material for integrally processing the ring-shaped portion 121, the protruding piece portion 123, and the key protruding portion 129, the rotor base material portion 111 or the like so as not to hinder the effective use of the interlinked magnetic flux. It is effective to select a non-magnetic material so as to be magnetically independent from the core material part 112 side. For example, brass or aluminum alloy having a desired strength is preferable.
  • the inductor pole coil 27 is provided on the complementary pole bobbin 125 formed so as to cover the outer surface side excluding the side away from the rotation axis of the core material 25. It can be attached simply by winding an electric wire material and covering the core material 25.
  • the inductor pole coil 27 can be quickly and easily completed by preparing in advance a wire material wound around the auxiliary bobbin 125 and solidifying the shape with a glue or the like. Can do.
  • the inductor pole coil 27 is housed in a space formed between the electromagnet pole coils 28, and thus is formed in a stepped shape in which the rotating shaft side of the auxiliary bobbin 125 is formed thin and the outside is formed thick. Has been.
  • the complementary bobbin 125 has a fixed piece 126 that extends toward the rotation axis and faces one end surface of the core material 25 in the rotation axis direction, and a core material that is formed so that the rotation axis is tapered.
  • the cover part 127 that covers the entire 25 taper side, and a saddle-like shape formed on the side away from the rotating shaft on the opposite side of the cover part 127, and the electric wire material of the inductor pole coil 27 is separated by centrifugal force.
  • a flange 128 that restricts the movement are integrally formed.
  • the auxiliary pole bobbin 125 is formed at a position where the fixed piece 126 is separated by the winding space of the wire material from the core material 25 side, and at one end of the inductor pole coil 27 at the center of the fixed piece 126.
  • a notch 126a for positioning and fixing the portion of the wire material is formed.
  • the protruding piece 123 has a through-hole through which a rivet pin P that is inserted into the rivet hole H at both ends of the core material 25 and the complementary bobbin 125 and fixes the tip to the rivet receiver R is passed. 123a and 123b are formed.
  • the auxiliary bobbin 125 is accommodated inside (covering the outer surface) including the protruding piece 123 in a state where the core material 25 is positioned and fixed by the rivet pin P using the through hole 123a on the end side. It is formed in a substantially rectangular parallelepiped so as to be an attachment location of the child pole coil 27.
  • the cover 127 on the rotating shaft side of the complementary bobbin 125 is formed in a shape that secures the insertion hole 125 h of the protruding piece 123 by being formed to a length that covers the core material 25.
  • a rivet hole H for inserting and fixing a rivet pin P (not shown) to be inserted using the through hole 123b on the rotating shaft side of the protruding piece 123 is formed at a corresponding position.
  • the reluctance motor 10 can be assembled by attaching the complementary pole structure 120 together with the salient pole structure 110 to the shaft 101 easily and quickly as follows.
  • the auxiliary pole structure 120 is configured such that the key protrusion 129 on the inner peripheral surface of one ring-shaped portion 121 is fitted into the key groove 109 of the attachment large-diameter portion 101A of the shaft 101 from the open end side to the closed end side. Move it so that it cannot be rotated relative to it.
  • the salient pole structure 110 is inserted into the key groove 109 of the large-diameter portion 101A of the shaft 101 by fitting the key projection 119 on the inner peripheral surface of the rotor base material portion 111 to the complementary pole structure 120. To a position adjacent to the ring-shaped portion 121. In this state, salient pole structure 110 can attach electromagnet pole coil 28 to attachment large diameter part 101A of shaft 101 so that relative rotation is impossible.
  • the key protrusion 129 on the inner peripheral surface of the other ring-shaped portion 121 is similarly fitted into the key groove 109 of the large-diameter portion 101A of the shaft 101 from the open end side.
  • the salient pole structure 110 is moved to a position adjacent to the rotor base material portion 111 so that the salient pole structure 110 is attached so as not to be relatively rotatable.
  • projecting piece portions 123 are inserted into both end sides of the auxiliary bobbin 125 around which the wire material is wound, and are moved to the back between the electromagnet pole coil 28 (core material portion 112) of the salient pole structure 110 to rotate. Make it temporarily positioned on the shaft side.
  • the core material 25 is placed on the end portion side of the protruding piece portion 123, the end face is directed outward, and the tapered side is positioned on the rotating shaft side.
  • the rivet pin P is inserted while positioning the through-hole 123a of the core portion and the rivet hole H of the core member 25, and the tip portion thereof is crimped to the rivet receiver R to be rivet-tightened.
  • the core material 25 of the auxiliary pole structure 120 can be prepared in a state where a plurality of core members 25 are attached between the electromagnet pole coils 28.
  • the rotating shaft side is more than the end portion of the protruding piece portion 123.
  • the through hole 123b and the rivet hole H on the tapered side of the auxiliary bobbin 125 are positioned, and the rivet pin P is inserted, and the leading end thereof is crimped to the rivet receiver R to perform rivet tightening.
  • the auxiliary pole structure 120 has a simple structure in which the ring-shaped portion 121 is positioned and fixed at both ends of the salient pole structure 110 in the rotation axis direction, and the inductor pole coil 27 is interposed between the electromagnet pole coils 28. Can be arranged easily and quickly.
  • the end plate 105 is attached to the support middle diameter portion 101 ⁇ / b> B on the open end side of the key groove 109 of the attachment large diameter portion 101 ⁇ / b> A of the shaft 101 so that the salient pole structure 110 and the auxiliary pole structure 120 cannot be rotated relative to each other. Position and fix to.
  • the rotor-side resolver 103 is attached and fixed to the attachment small-diameter portion 101C on the opposite side of the end plate 105 with the stopper screw 106, and the rotor 21 is assembled.
  • the rotor 21 is accommodated in the stator tooth 12 of the stator 11 having the drive coil 14 so as to be relatively rotatable, and the rotor-side resolver 103 of the small diameter portion 101C of the shaft 101 is rotated into the stator-side resolver 104 on the stator 11 side. Assemble the speed so that it can be detected.
  • the reluctance motor 10 can install the inductor pole coil 27 by effectively using the space between the rotor teeth 22 where the electromagnet pole coil 28 is arranged.
  • the inductor pole coil 27 and the electromagnet pole coil 28 are inserted into the key groove 109 on the outer peripheral surface of the shaft 101, the key protrusion 119 on the inner peripheral surface of the rotor base 111, and the key protrusion on the inner peripheral surface of the ring-shaped portion 121. It can be easily assembled and positioned so as to rotate integrally with a simple and lightweight structure in which the portion 129 is fitted and fixed.
  • the reluctance motor 10 can rotate the rotor 21 with high efficiency and high torque with a small rotational load only by supplying power to the stator 11 side.
  • the key groove 109 is formed on the outer peripheral surface of the shaft 101
  • the key protrusion 119 is formed on the inner peripheral surface of the rotor base material portion 111 of the salient pole structure 110
  • the complementary pole structure Although the case where the key protrusion 129 on the inner peripheral surface of the ring-shaped portion 121 of the body 120 is formed and fitted and fixed has been described as an example, it is not limited thereto.
  • the inner surface of the rotor base material portion 111 of the salient pole structure 110 is formed by reversing the concavities and convexities and forming a hook-shaped key rod 209 on the outer surface of the shaft 101.
  • the key recesses 219 and 229 to which the key rod 209 can be fitted and fixed may be formed on the inner peripheral surface of the ring-shaped portion 121 of the complementary electrode structure 120. Further, as shown in FIG. 9B, it goes without saying that the key groove 209 ′ and the key protrusions 219 ′ and 229 ′ having the same groove width and protrusion width may be continuous in the circumferential direction. Yes.
  • winding is wound around the rotor teeth 22 to form concentrated windings in two radial directions, and induction to the outer peripheral surface 22a side.
  • the torque characteristics as shown in FIG. 10B are obtained. That is, in the torque characteristic of FIG. 10B, in addition to the reluctance due to the drive coil 14, the torque generated by the electromagnetic force of the electromagnet coil 28 'by the induced current of the inductor pole coil 27' is less than 60 N ⁇ m. It can be seen that the total torque with reluctance is only over 80 N ⁇ m.
  • the reluctance motor 10 (see FIG. 3A) having a structure in which the inductor pole coil 27 and the electromagnet pole coil 28 are arranged in parallel is shown in FIG.
  • the torque characteristics are as shown. That is, in the torque characteristics of FIG. 10A, the reluctance due to the drive coil 14 is somewhat reduced due to the presence of the core material 25 of the inductor pole coil 27, but the induced current that is effectively generated by the inductor pole coil 27 is reduced. It can be seen that a large electromagnetic force torque of about 110 N ⁇ m is generated by supplying the electromagnetic pole coil 28, and a sufficiently large torque of slightly less than 120 N ⁇ m can be obtained even with the total torque with the reluctance.
  • an inductor pole coil and an electromagnet pole coil may be arranged together with the drive coil on the axial end faces facing the stator side and the rotor side. Further, an arrangement may be adopted in which an electromagnetic pole coil is disposed on the radial gap side and an inductor pole coil is disposed on the axial gap side.
  • a double gap motor structure in which a rotor is rotatably accommodated between an inner stator and an outer stator may be employed.
  • the torque can be significantly increased by arranging the inductor pole coil for recovering the loss energy on the inner stator side and the electromagnet pole coil for generating torque on the outer stator side.
  • the stator 11 and the rotor 21 are not only made of a laminated structure of electromagnetic steel plates, but also, for example, iron powder or the like
  • a so-called SMC core which is a powder magnetic core obtained by further compression-molding and heat-treating soft magnetic composite powders (SoftMagnetic Composites) in which the surfaces of magnetic particles are insulation-coated, may be employed.
  • This SMC core is suitable for an axial gap structure because it is easy to mold.
  • the reluctance motor 10 is not limited to being mounted on a vehicle, and can be suitably employed as a drive source for wind power generation, machine tools, and the like.

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Abstract

　ステータ（１１）の駆動コイル（１４）で発生する磁束をロータ（２１）のロータティース（２２）に鎖交させて回転させるリラクタンスモータ（１０）である。ロータは、シャフト（１０１）のキー溝（１０９）に、ロータ母材部（１１１）のキー突部（１１９）やリング形状部（１２１）のキー突部（１２９）を嵌め合い固定して、ロータ母材部と一体のコア材部（１１２）を電磁石極コイル（２８）を備えるロータティースとし、リング形状部と一体の突出片部（１２３）にコア材（２５）を保持させて誘導子極コイル（２７）とする簡易構造で回転方向に並列させることにより、鎖交する磁束の空間高調波成分により誘導子極コイルで誘導電流を発生させ、それを界磁電流として電磁石極コイルに供給して主回転力を補助する電磁力を発生させる。

Description

電動回転機
　本発明は、電動回転機に関し、詳しくは、ステータ内にロータを回転自在に収容する構造の電動回転機に関する。
　電動回転機は、特開平１１－６９６７５号公報（特許文献１）に記載のように、ステータ内にロータを回転自在に収容する構造の場合に、そのロータの回転軸に位置するシャフトにコア材を相対回転不能に固定するとともに、そのコア材に回転力発生用の界磁コイルを巻き付けるタイプがある。
　このステータ内で回転するロータ構造では、界磁コイルを巻き付ける構造が電磁鋼板を積層することで作製しており、特殊な構造を採用することが難しかった。
特開平１１－６９６７５号公報
　そこで、本発明は、異なる機能のコイルを配置可能なロータ構造を実現して、効率よく回転駆動させることのできる電動回転機を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様は、ステータに対して回転自在に対面するロータに設けられ、前記ステータに向かって突出して前記ロータを前記ステータに対して回転させる回転力を発生させる補助電流を受ける複数の突極と、前記ロータの前記突極の回転方向の間に配置され、前記突極に前記回転力を発生させる前記補助電流を発生する複数の補極と、前記ロータの回転軸に軸心を一致させて一体回転するように設けられているシャフトと、前記ロータの前記突極と前記補極のうちの少なくとも前記補極を前記シャフトに一体になるように位置決めする固定部材と、を備えて、前記シャフトは、前記ロータの回転軸方向に延在するキー溝またはキー畝が外周面に複数形成されているのに対して、前記固定部材は、前記シャフトの外周側に位置する断面リング形状部と、前記断面リング形状部の径方向外側の複数箇所に位置して前記補極を固定する固定部と、前記リング形状部の径方向内側の複数箇所に位置して前記シャフトの前記キー溝に相対回転不能に嵌め合い固定するキー突部または前記シャフトの前記キー畝を相対回転不能に嵌め合い固定させるキー窪み部と、を有して、前記補極を前記シャフトの外周面側に相対回転不能に位置決め固定することを特徴とするものである。
　本発明の第２の態様としては、前記補極は、前記ステータ側から鎖交する磁束の空間高調波による誘導電流を前記補助電流として発生する誘導子極コイルを備え、前記突極は、前記誘導子極コイルで発生した誘導電流を前記補助電流として供給されて電磁石として機能する電磁石極コイルを備え、前記誘導子極コイルと前記電磁石極コイルの間に、前記誘導電流を整流して前記補助電流とする整流素子を設けることが好ましい。
　本発明の第３の態様としては、前記断面リング形状部は、前記シャフトの回転軸に沿う離隔位置に配置される２つで１組のリング形状部で構成され、前記固定部は、前記リング形状部のそれぞれから径方向外方に突出する突出片部に形成され、前記補極は、コイル用のコア材を覆うボビンに前記誘導子極コイルを取り付けて前記コア材の周りに保持する構造を備えており、当該補極は、前記誘導子極コイルを取り付けた前記ボビン内に前記突出片部を貫通させて、前記コア材を前記突出片部の端部に固定した状態にし、該コア材を前記ボビンで覆って該ボビンを前記突出片部の端部に固定することで、前記回転部材に相対回転不能に位置決め固定することが好ましい。
　このように、上記の第１の態様によれば、突極などロータ側の部材と一体回転するシャフトの外周面のキー溝またはキー畝に、固定部材の断面リング形状部の内側のキー突部またはキー窪みをそれぞれ嵌め合い固定するだけで、その断面リング形状部の外側の固定部に固定する補極を、突極と回転方向に交互に並列させる状態で相対回転不能に位置決め固定することができる。したがって、ロータのシャフト周りに突極と共に補極も容易に位置決め固定して、突極と補極とをそれぞれロータ周りで機能させることができ、補極に補助電流を発生させて、その補助電流で突極から発生する回転力をロータに加えて効率よく回転させることができる。
　上記の第２の態様によれば、誘導子極コイルの補極で発生する誘導電流は電磁石極コイルの突極との間に配置されている整流素子により整流して、その電磁石極コイルに供給することができる。したがって、誘導電流を有効利用して、電磁石極コイルを効果的に機能させることができる。
　上記の第３の態様によれば、補極は、回転軸方向に離隔する突極の両側のリング形状部から径方向外方に突出する突出片部に取付固定することができ、その突出片部間をコア材の配置スペースとして有効利用することができる。また、誘導子極コイルを取り付けたボビンに予め突出片部を貫通させて仮取付するとともに、コア材を突出片部の端部に固定した後に、そのコア材を覆うようにボビンを固定するだけで、誘導子極コイルをロータに位置決め固定することができる。
図１は、本発明に係るリラクタンスモータの一実施形態を示す図であり、その概略構成を示す一部拡大径方向断面図である。 図２は、誘導子極コイルと電磁石極コイルとをダイオードを介して接続する回路構成を分かり易く説明するための簡易モデルの回路図である。 図３は、空間高調波により発生する磁束特性を比較する図であり、（ａ）は本実施形態での磁束線と磁束ベクトルを図示する概念図、（ｂ）は誘導子極コイルと電磁石極コイルを図３（ａ）とは異なる配置にした場合での磁束線と磁束ベクトルを図示する概念図である。 図４は、補極の有無に応じて空間高調波により発生する誘導電流の特性を比較するグラフである。 図５は、本実施形態での組立構造を示す分解斜視図である。 図６は、突極構造体の構造を示す一部分解斜視図である。 図７は、補極構造体の構造を示す一部分解斜視図である。 図８は、補極構造体の一補極だけを示す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は組立斜視図である。 図９は、その他の態様を示す図であり、（ａ）は凹凸を逆にした場合の一例を示す概念図、（ｂ）は周方向の幅を均等にした場合の一例を示す概念図である。 図１０は、空間高調波により発生するトルクを比較する図であり、（ａ）は本実施形態でのトルク特性を図示するグラフ、（ｂ）は誘導子極コイルと電磁石極コイルを本実施形態とは異なる配置にした場合でのトルク特性を図示するグラフである。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１～図１０は本発明に係る電動回転機の一実施形態であるリラクタンスモータの一例を説明するための図である。図１は、リラクタンスモータの径方向断面図であり、軸心を中心とする機械角１８０度分を図示しており、リラクタンスモータは、周方向に同様な構造が並列するように作製されている。
　図１に示すリラクタンスモータ（電動回転機）１０は、後述するように、外部からロータ２１にエネルギ入力する必要のない構造に作製されており、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載するのに好適である。
　（リラクタンスモータ１０の基本構造）
　リラクタンスモータ１０は、概略円筒形状に形成されたステータ（固定子）１１と、このステータ１１内に回転自在に収納されて軸心に一致する回転軸としてシャフト１０１（図５を参照）が固設されるロータ（回転子）２１と、を備えている。
　ステータ１１には、複数本のステータティース（対面部材）１２が周方向に均等配置されている。各ステータティース１２は、径方向に延長される突極形状に形成されている。ステータティース１２の内周面１２ａが、エアギャップＧを介して、ロータ２１のロータティース（対面部材）２２の外周面２２ａに対面している。
　ステータティース１２には、隣接する側面間に形成される空間のスロット１３を利用して、相毎の３相巻線をそれぞれ個々に集中巻きすることにより駆動コイル１４が形成されている。ステータティース１２は、駆動コイル１４に駆動電流を入力することにより、内部に対面収納されているロータ２１を回転させる磁束を発生する電磁石として機能する。
　ロータ２１には、ステータティース１２と同様に径方向に延長される突極形状に形成されている複数本のロータティース２２が周方向に均等配置されている。ロータティース２２は、ステータティース１２と全周方向の本数が異なり、ステータ１１に対する相対回転時に外周面２２ａがステータティース１２の内周面１２ａに適宜近接対面するように形成されている。
　これにより、リラクタンスモータ１０では、ステータ１１のスロット１３内の駆動コイル１４に通電することにより発生する磁束を、ステータティース１２の内周面１２ａから対面するロータティース２２の外周面２２ａに鎖交させることができ、その磁束が通過する磁路を最短にしようとするリラクタンストルク（主回転力）によりロータ２１を相対回転させることができる。この結果、リラクタンスモータ１０は、通電入力する電気的エネルギをステータ１１内で相対回転するロータ２１と一体回転するシャフト１０１から機械的エネルギとして出力することができる。
　このリラクタンスモータ１０では、ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａに鎖交する磁束には空間高調波成分が重畳している。このため、ロータ２１側でも、ステータ１１側から鎖交する磁束の空間高調波成分の磁束密度の変化を利用して、内蔵するコイルに誘導電流（補助電流）を発生させ電磁力を得ることができる。
　詳細には、ステータ１１の駆動コイル１４には基本周波数の駆動電力を供給してロータ２１（ロータティース２２）をその基本周波数で変動する主磁束で回転させることから、ロータ２１側にコイルが配置されていてそのコイルに主磁束が鎖交したとしてもその鎖交する磁束に変化はなくそのコイルに誘導電流が生じることはない。
　その一方で、磁束に重畳されている空間高調波成分は基本周波数と異なる周期で時間的に変化しつつロータティース２２に外周面２２ａ側から鎖交する。このことから、別途外部から電力を入力しなくても、基本周波数の磁束に重畳されている空間高調波成分はロータティース２２の外周面２２ａの近傍にコイルが設置されていればそのコイルに効率よく誘導電流を発生させることができる。この結果、鉄損の原因となる空間高調波成分の磁束は自己励磁するためのエネルギとして回収することができる。
　ところで、リラクタンスモータの別の構造例として、図示することは省略するが、ロータティース２２の隣接する側面間に形成される空間をスロット２３として利用して、そのロータティース２２に巻線を巻き付けて径方向２段の集中巻を形成することにより、外周面２２ａ側に誘導子極コイルを形成し、その軸心側に電磁石極コイルを配置することが考えられる。
　この構造では、ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａに鎖交する磁束の空間高調波成分（磁束密度の変化）により誘導子極コイルに誘導電流が発生し電磁石極コイルに供給される。電磁石極コイルは、その誘導子極コイルから受け取った誘導電流を界磁電流として自己励磁することにより、磁束（電磁力）を発生させることができる。要するに、この構造では、ロータティース２２自体に誘導子極コイルと電磁石極コイルを、誘導電流を界磁電流として利用可能な独立回路内に組み込むだけで、主回転力を発生する駆動コイル１４の磁束とは別に鎖交する磁束が通過磁路を最短にしようとするリラクタンストルク（補助回転力）を得て、ロータ２１の相対回転を補助することができ、また、損失要因となっていた磁束の空間高調波成分をエネルギとして回収して利用することができる。
　このようにロータティース２２にコイルを巻くことは、野中作太郎著「自励形単相同期電動機」電気学会雑誌７８巻８４２号、１９５８年１１月、Ｐ．１８－２６にも記載されている。この文献に記載のリラクタンスモータは、基本周波数よりも高い周波数の磁束がロータ側コイルに鎖交することで誘導電流を発生させるものであり、その誘導電流を整流素子（ダイオード）で半波整流して戻すことにより、そのロータ側コイルを自己励磁式の電磁石として機能させるようになっている。
　しかしながら、この文献に記載の自己励磁技術には、次のような課題がある。
　１．ロータ側のコイルは、誘導電流を発生させるコイルおよび整流した誘導電流を界磁電流として流すコイルとして兼用するので、磁気的な干渉が生じて効率よく誘導電流を発生させることができず、また、起磁力も非常に小さくなってしまう。
　２．基本周波数よりも高い高次の磁束の高周波成分は、ロータ２１（ロータティース２２）に鎖交するにしても外周面２２ａ付近に分布するのに留まるため、軸心側にコイルを配置してしまうと非常に小さな誘導電流しか発生しない。なお、ロータ側コイルをロータティース２２の外周面２２ａ付近に設置するにしても、現実的には無理がある。例えば、線径の細い導線の極少量を巻いてコイルとしても、導体抵抗が高くなって、その結果、銅損が増加して効率のよい電磁石として機能させるのは難しい。また、ロータ表面では、コイルがステータ側に接触してしまう懸念も生じてしまう。
　３．ステータ１１側のコイルとしては、分布巻にしてしまうと、高次の高調波が磁束に重畳する傾向にあり、上述するように、高次の磁束の高周波成分ではより小さな誘導電流しか期待できない。要するに、コイルの巻き方としては、分布巻は不適当である。
　４．この文献では、基本周波数の２倍の高調波磁束でロータ側コイルを励磁するように説明するが、２次の高調波磁束で発生する誘導電流は整流合成したときに谷ができてしまう。また、誘導電流は磁束の時間変化が大きいほど大電流となるので、高くなり過ぎない３次程度の高調波磁束の方が有利である。
　そこで、リラクタンスモータ１０では、ロータ２１側において、コア材２５に集中巻線した誘導子極コイル２７の全体をロータティース２２間のスロット２３内に収容して回転方向に並列配置するとともに、ロータティース２２の全体に１段の集中巻を形成することにより電磁石極コイル２８が配置されている。
　誘導子極コイル２７は、電磁鋼（磁性体）からなるコア材２５を採用することにより、透磁率を高めて磁束を高密度に鎖交可能にしており、ステータティース１２の内周面１２ａに、極力小さなエアギャップＧを介して対面することで、より多くの空間高調波磁束を鎖交させるようになっている。ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａに鎖交する磁束の３次の空間高調波成分を有効利用するように磁界解析を行って厳密に空間高調波磁路を確認することにより、誘導子極コイル２７は、効率よく誘導電流を発生させることができるように設置している。なお、誘導子極コイル２７は、電磁石極コイル２８との間に必要十分な空隙を確保するようにロータティース２２の間に位置するように配置されている。
　このように、集中巻構造を採用することにより、誘導子極コイル２７や電磁石極コイル２８では、複数スロットに亘って周方向に巻線をする必要がなく、リラクタンスモータを全体的に小型化することができる。また、誘導子極コイル２７では、１次側での銅損損失を低減しつつ、低次である３次の空間高調波磁束の鎖交による誘導電流を効率よく発生させて、回収可能な損失エネルギを増加させることができる。
　また、誘導子極コイル２７には、３次の空間高調波磁束を利用することにより、上述の文献（電気学会雑誌）で説明する２次の空間高調波磁束を利用する場合よりも、効果的に誘導電流を発生させることができる。具体的には、誘導電流は２次よりも３次の空間高調波磁束を利用する方が磁束の時間変化を大きくして大電流にすることができ、効率よく回収することができる。この文献では、ロータの軸心側深部に巻線したコイルが図示されており、空間高調波の鎖交領域が考慮されておらず、有効利用できる構造になっていない。
　誘導子極コイル２７は、後述する構造により、ロータティース２２の外周面２２ａの間で磁気的に独立する形態でスロット２３内に配置されている。
　電磁石極コイル２８は、ロータティース２２の全長にわたって巻線することにより全体を有効利用して磁束を発生させる。
　このように、誘導子極コイル２７および電磁石極コイル２８は、磁束経路が干渉し合わないように分割されているので、磁気的干渉を低減することができ、効率よく誘導電流を発生させることができるとともに、効果的に電磁石として機能させて磁束を発生させることができる。
　さらに、誘導子極コイル２７は、ロータ２１の径方向に対して同一の周回巻線となる集中巻に形成されて、ロータ２１の周方向に配列されて並列接続されている。また、電磁石極コイル２８は、ロータ２１の径方向に対して隣同士が逆向きの周回巻線となる集中巻に形成されて、ロータ２１の周方向の外周側と軸心側とを交互に接続する全直列接続にされている。
　図２に示すように、全直列接続されている電磁石極コイル２８Ａ１～２８Ａｎ，２８Ｂ１～２８Ｂｎの両端部が、並列接続されている誘導子極コイル２７Ａ１～２８Ａｎと誘導子極コイル２７Ｂ１～２７Ｂｎとの両端部にダイオード２９Ａ、２９Ｂを介して接続されている。すなわち、電磁石極コイル２８は、巻線の巻き方向毎のコイル２８Ａ１～２８Ａｎ（ｎ：極数／２）とコイル２８Ｂ１～２８Ｂｎが全直列接続されたもので、また、誘導子極コイル２７は、直列接続されている誘導子極コイル２７Ａ１～２７Ａｎと、直列接続されている誘導子極コイル２７Ｂ１～２７Ｂｎとからなり、直列接続されたコイル２８Ａ１～２８Ａｎおよび２８Ｂ１～２８Ｂｎが、直列接続されている誘導子極コイル２７Ａ１～２７Ａｎと、直列接続されている誘導子極コイル２７Ｂ１～２７Ｂｎとのそれぞれと並列接続されている。
　ダイオード２９Ａ、２９Ｂは、誘導子極コイル２７や電磁石極コイル２８を多極化させる場合でも、そのうちの電磁石極コイル２８を全直列させることで使用数を抑えている。このダイオード２９Ａ、２９Ｂは、大量使用を回避するために、一般的なＨブリッジ型の全波整流回路を形成するのではなく、それぞれ１８０度位相差になるように結線され、一方の誘導電流を反転させて半波整流出力する中性点クランプ型の半波整流回路（整流素子）を形成している。
　これにより、リラクタンスモータ１０では、誘導子極コイル２７が透磁率の高い電磁鋼のコア材２５に、電磁石極コイル２８との干渉なく（誘導電流の減少なく）、ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａに鎖交する磁束の空間高調波成分を通過させることにより、誘導電流を効率よく発生させて回収することができる。誘導子極コイル２７の個々に発生する誘導電流は、ダイオード２９Ａ、２９Ｂで整流された後に合流して、直列接続させている電磁石極コイル２８の個々に流れて有効利用され、その電磁石極コイル２８を効果的に自己励磁させて大きな磁束（電磁力）を発生させることができる。
　この結果、リラクタンスモータ１０は、磁束同士を互いに干渉して弱め合ってしまうことなく、励磁用と電磁石用とに分割されて独立する誘導子極コイル２７および電磁石極コイル２８によって、磁束が有効になりかつ誘導電流が平滑化されて効率よくエネルギとして回収して出力することができる。すなわち、電磁石極コイル２８がロータティース２２と共に突極を構成して、誘導子極コイル２７がコア材２５と共に補極を構成している。
　また、誘導子極コイル２７および電磁石極コイル２８は、ロータ２１の周方向に複数配置して多極化しているので、上述の文献（電気学会雑誌）に記載のような２極モータの場合よりも、ロータティース２２の１歯当たりの鎖交する磁束量を周方向に分散化させることができ、個々のロータティース２２に作用する電磁力（リラクタンストルク）も周方向に分散化させて電磁振動を抑えることができ、静寂化させることができる。
　具体的に、誘導子極コイル２７および電磁石極コイル２８は、駆動コイル１４も含めて、銅導体よりなる電線材を採用して巻線形成されており、銅導体の採用により電気伝導率を高くして損失を低減することにより、効率よく誘導電流を発生させて界磁電流として利用することができる。このコイル２７、２８、１４の電線材として銅導体を採用する場合には、平角導線を採用するのが好ましく、これにより、コイル抵抗に起因する銅損や発熱損失を低減することができる。さらに、コイル２７、２８、１４の形態としては、短辺側を内径面側になるように縦に巻いたエッジワイズコイルとすることにより、分布容量（浮遊容量）を小さくして周波数特性を向上させることができ、また、電線材の周囲長が長いため表皮効果による抵抗増加を抑えて効率が低下してしまうことを抑制することができる。この結果、コイル２７、２８、１４では、少ない銅導体量で、より多くの損失エネルギを回収可能になっている。コイル２７、２８、１４の電線材は、銅導体に限るものではなく、他の目的を持って選択してもよく、例えば、比重が銅の１／３のアルミバー導体を採用して軽量化を図ってもよい。
　また、ステータ１１は、ステータティース１２の内周面１２ａ側を正逆双方の周方向に突出させた鍔形状部１２ｂを有するオープンタイプのスロット１３に形成することにより、空間高調波磁束を効率よく誘導子極コイル２７内に鎖交させるようにしている。スロット１３をこの鍔形状部１２ｂを有するオープンタイプに形成することで、急峻なサージ電圧を発生させてしまうことを抑制することができる。
　このように、リラクタンスモータ１０では、ロータ２１側に誘導子極コイル２７と電磁石極コイル２８を設置することで、３次空間高調波磁束をステータ１１側のステータティース１２から効果的に鎖交させて効率よくリラクタンストルクを発生させることができる。例えば、３次空間高調波磁束の磁路を磁界解析して磁束密度分布をベクトル表示すると、誘導子極コイル２７を電磁石極コイル２８の間に周方向に並列させるか否かで磁束線ＭＬや磁束ベクトルＶに差があることが分かる。
　詳細には、ロータティース２２に巻線を巻き付けて径方向２段の集中巻を形成することにより、外周面２２ａ側に誘導子極コイル２７´を形成し、その軸心側に電磁石極コイル２８´を配置する場合には、図３（ｂ）に示すような特性になる。磁束ベクトルＶは、ロータ２１側ではロータティース２２の外周面２２ａ付近に集中していることを確認できる。３次空間高調波磁束線ＭＬは、ロータティース２２間のスロット２３内を通過してステータティース１２側に戻っていることが分かる。
　これに対して、リラクタンスモータ１０では、その３次空間高調波磁束線ＭＬが通る電磁石極コイル２８を設置するロータティース２２の間のスロット２３内に、誘導子極コイル２７を配置して効果的に誘導子極コイル２７に３次空間高調波磁束が鎖交するようにしている。
　このため、リラクタンスモータ１０では、図３（ａ）に示すように、電磁石極コイル２８と並列させて誘導子極コイル２７を設置することで、その誘導子極コイル２７内に磁束ベクトルＶを効果的に誘導して誘導電流を発生させて電磁石極コイル２８に供給することができる。
　これにより、リラクタンスモータ１０では、３次空間高調波磁束（磁束ベクトルＶ）をロータティース２２の外周面２２ａ側に高密度に発生させて、誘導子極コイル２７を含めて、ステータティース１２の間の全体で鎖交させることができ、周方向の広範囲にリラクタンストルクを効果的に発生させて駆動コイル１４による駆動力を補助することができる。
　この結果、３次空間高調波磁束は、磁気飽和近くになってエアギャップＧ間を介して鎖交することが抑えられることはなく、より多くを誘導子極コイル２７に鎖交させて大容量の誘導電流を発生させることができる。
　誘導子極コイル２７は、周囲との間の磁気抵抗が小さいと、例えば、ロータティース２２に磁束が大量に流れ込んで突極比を低下させてしまうことになり、リラクタンストルクを著しく減少させてしまう。また、ロータティース２２に磁束が大量に流れ込むと、ステータ１１とロータ２１との相対的な位置関係によっては、負（逆回転）方向へのトルクが働いたり、磁気的干渉が生じてトルク低下の要因となってしまうことがある。
　このため、誘導子極コイル２７は、ロータティース２２に磁気的に結合することによる不都合を回避するために、後述するように、そのロータティース２２間に空隙やアルミニウムや樹脂などの非磁性材料で磁気的に独立させてスロット２３内に配置されている。
　このことから、リラクタンスモータ１０（With Sub-Poles）は、図４に示すように、誘導子極コイル２７を電磁石極コイル２８間に並列させていない場合（Without Sub-Poles）に比べて、ロータ２１の回転を開始するのに伴って、鎖交する３次空間高調波磁束が増加して、誘導子極コイル２７に誘導電流を効率よく発生させることにより損失エネルギを回収できている。また、このリラクタンスモータ１０では、発生させる誘導電流の波形を誘導子極コイル２７を電磁石極コイル２８間に並列させることで安定させることができ、定常トルクを向上させるとともに、トルクリプルを低減させて、トルク特性を高品質に向上させることができる。
　リラクタンスモータ１０は、３ｆ次の空間高調波磁束（ｆ＝１、２、３・・・）を主に利用する構造として、ロータ２１側の突極（ロータティース２２）の数Ｐ：ステータ１１側のスロット１３の数Ｓが２：３になる構造に作製されている。例えば、３次の空間高調波磁束は、駆動コイル１４に入力される磁束の基本周波数よりも周波数が高いために短周期で脈動する。このため、ロータ２１は、ロータティース２２間の誘導子極コイル２７に鎖交する磁束強度が変化することにより、効率的に誘導電流を発生させて、基本周波数の磁束に重畳する空間高調波成分の損失エネルギを効率よく回収して回転することができる。
　また、このように、リラクタンスモータ１０は、ロータ２１側とステータ１１側の間での相対的な磁気的作用の品質を決定する構造として、ステータスロット数Ｓに対するロータティース突極数Ｐの比としてＰ／Ｓ＝２／３を採用するのは、電磁振動を低減して電磁騒音の小さな回転を実現するためである。
　詳細には、上記と同様に磁束密度分布の磁界解析をすると、ステータスロット数Ｓに対するロータティース突極数Ｐの比に応じて、機械角３６０度内の周方向に磁束密度分布も分散化されるため、ステータ１１に働く電磁力分布にも偏在が認められることになる。
　これに対して、リラクタンスモータ１０では、ロータティース突極数Ｐ／ステータスロット数Ｓ＝２／３となる構造を採用することにより、機械角３６０度の全周に亘って均等な密度分布となる磁束を鎖交させることができ、ロータ２１をステータ１１内で高品質に回転させることができる。
　これにより、リラクタンスモータ１０では、空間高調波磁束を損失とすることなく利用して、回転動作させることができ、損失エネルギを効率よく回収して、電磁振動を大幅に低減し静寂性高く回転させることができる。
　このように、リラクタンスモータ１０では、ステータ１１の駆動コイル１４以外に電力供給することなく、ロータ２１側に配置する誘導子極コイル２７に誘導電流を効率よく発生させて電磁石極コイル２８に界磁電流として供給し電磁石極コイル２８を自己励磁電磁石として機能させることができ、駆動コイル１４への電力供給による主回転力を補助する補助回転力を得て高効率回転させることができる。
　（リラクタンスモータ１０の組立構造）
　リラクタンスモータ１０は、図５に示すように、ロータティース２２と電磁石極コイル２８を備える突極構造体１１０と、コア材２５と誘導子極コイル２７を備える補極構造体１２０と、をシャフト１０１に一体回転するように（相対回転不能に）同軸に取り付けてロータ２１を構築し、そのロータ２１を相対回転自在にステータ１１内に収容する組立構造になっている。
　シャフト１０１は、取付大径部１０１Ａと、取付大径部１０１Ａの両端側の支持中径部１０１Ｂと、取付小径部１０１Ｃと、出力回転軸１０１Ｄと、を備えるように一体形成されている。取付大径部１０１Ａの外周面１０１ａには、突極構造体１１０と補極構造体１２０とを位置決め固定する構造が形成されている。支持中径部１０１Ｂにはベアリング１０２が取り付けられ、これにより、支持中径部１０１Ｂはステータ１１側の不図示のハウジングに回転自在に支持される。取付小径部１０１Ｃは、一方の支持中径部１０１Ｂの外側に延長されていてロータ側レゾルバ１０３が取付固定される。
　詳細には、シャフト１０１の取付大径部１０１Ａは、ロータ２１の回転軸と同一方向に延長されているキー溝１０９が複数本形成されている。キー溝１０９は、取付小径部１０１Ｃ側が支持中径部１０１Ｂ側まで連続しないように閉じていて、出力回転軸１０１Ｄ側は支持中径部１０１Ｂ側まで連続して開放（開口）されている。このため、このシャフト１０１の取付大径部１０１Ａには、そのキー溝１０９に、後述するキー突部１１９、１２９を開放端側から進入させて嵌め合い固定することができる構造を備えている。
　支持中径部１０１Ｂは、取付大径部１０１Ａのキー溝１０９の閉塞側にはそのままベアリング１０２を取り付ける一方、そのキー溝１０９の開放側にはドーナツ型のエンドプレート１０５を取り付けて嵌め合い固定したキー突部１１９、１２９が離脱してしまうことを制限した上で、ベアリング１０２を取り付けるようになっている。
　取付小径部１０１Ｃは、ステータ１１側のハウジングに位置決め固定されているステータ側レゾルバ１０４内に位置するようにロータ側レゾルバ１０３をベアリング１０２の外側に取り付けてストッパねじ１０６で固定するようになっている。
　出力回転軸１０１Ｄは、ベアリング１０２の外側に突出する円柱形状に形成されて、出力回転軸１０１Ｄの外周面には、外部機器を相対回転不能に連結させることができるように回転軸方向に溝を形成する平目ローレット加工が施されている。この滑り止めは、一面側を平面にする断面Ｄ字形状にして、相対回転不能にネジ止め固定するようにしてもよい。
　（突極構造体１１０の組立構造）
　突極構造体１１０は、図６に示すように、シャフト１０１の取付大径部１０１Ａを収容可能な内径を有する短尺な円筒形状（断面リング形状）のロータ母材部１１１と、このロータ母材部１１１の回転軸に交差して径方向外方への延長線に一致するようにロータ母材部１１１の外周面から外方に突出してコイルのコア材として機能するコア材部１１２と、ロータ母材部１１１の内周面から内方に向かって突出してシャフト１０１の取付大径部１０１Ａの外周面のキー溝１０９に嵌り込む断面形状に形成されているキー突部１１９と、が同一の部材を加工して一体形成されている。外方に突出するコア材部１１２には電磁石極コイル２８が一体回転するように取り付けられている。
　電磁石極コイル２８は、コア材部１１２の回転軸方向に離隔する両端面とロータ母材部１１１の外周面に隣接する両側面とを覆うように形成されている突極ボビン１１５に電線材を巻き付けて、そのコア材部１１２に被せるだけで取り付けることができるようになっている。この電磁石極コイル２８は、突極ボビン１１５に電線材を巻き付けた状態にしてニカワ等で形状を固めた状態にして、予め準備しておくことにより迅速かつ容易に組付作業を完了することができる。
　また、突極ボビン１１５には、回転軸側に延長されてコア材部１１２の回転軸方向の一端面側に対面する固定片１１６と、コア材部１１２からロータ母材部１１１の回転軸方向の両端面側に対面する固定片１１７と、コア材部１１２の回転軸からの離隔側で鍔形状に形成されて電磁石極コイル２８の電線材が遠心力で離脱してしまうことを制限する鍔部１１８と、が一体形成されている。この突極ボビン１１５は、固定片１１６がコア材部１１２側から電線材の巻付空間分だけ離隔する位置に形成されており、この固定片１１６の中央部には電磁石極コイル２８の一端部の電線材を位置決め固定する切欠１１６ａが形成されている。また、固定片１１７には、ロータ母材部１１１のリベット孔Ｈに差し込んでリベット受けＲに先端部を固定するリベットピンＰを貫通させる貫通孔１１７ａが形成されている。
　（突極構造体１１０の組立手順）
　このような構造を採用することで、突極構造体１１０は、次のようにして、シャフト１０１に取付可能な状態に容易かつ迅速に組み立てておくことができる。
　まず、突極構造体１１０は、電線材を巻き付けておいた突極ボビン１１５内にコア材部１１２を差し込んで被せた状態にする。この後に、突極ボビン１１５の固定片１１７の貫通孔１１７ａとロータ母材部１１１のリベット孔Ｈとを位置決めしつつリベットピンＰを差し込んでその先端部をリベット受けＲ（図７）にカシメるなどしてリベット締めする。これにより、突極構造体１１０は、電磁石極コイル２８をロータ母材部１１１周りに複数取り付けた状態にして準備しておくことができる。
　（補極構造体１２０の組立構造）
　また、補極構造体１２０は、図５および図７に示すように、シャフト１０１の取付大径部１０１Ａを収容可能な内径を有する薄板のリング形状（断面リング形状）で２枚１組のリング形状部１２１と、このリング形状部１２１の回転軸に交差して径方向外方への延長線に一致するようにリング形状部１２１の外周面から外方に突出してコア材２５が固定される突出片部１２３と、リング形状部１２１の内周面から内方に向かって突出してシャフト１０１の取付大径部１０１Ａの外周面のキー溝１０９に嵌り込む断面形状に形成されているキー突部１２９と、が同一の部材を加工して一体形成されており、突出片部１２３に両端側を固定されているコア材２５に誘導子極コイル２７が一体回転するように取り付けられている。すなわち、断面リング形状部を構成するリング形状部１２１と、固定部を構成する突出片部１２３とで固定部材を構成している。
　このリング形状部１２１と突出片部１２３とキー突部１２９とを一体に加工する材料としては、鎖交する磁束が流れ込んで有効利用することを妨げてしまわないように、ロータ母材部１１１やコア材部１１２側から磁気的に独立させるように非磁性の材料を選択するのが有効であり、例えば、所望の強度を有する真鍮あるいはアルミニウム合金が好ましい。
　誘導子極コイル２７は、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、コア材２５の回転軸からの離隔側を除く外面側を覆うように形成されている補極ボビン１２５に電線材を巻き付けて、そのコア材２５に被せるだけで取り付けることができるようになっている。この誘導子極コイル２７は、補極ボビン１２５に電線材を巻き付けた状態にしてニカワ等で形状を固めた状態にして、予め準備しておくことにより迅速かつ容易に組付作業を完了することができる。ここで、誘導子極コイル２７は、電磁石極コイル２８の間に形成される空間内に収容することから、補極ボビン１２５の回転軸側を薄く形成して外側を厚く形成する段差形状に形成されている。
　また、補極ボビン１２５には、回転軸側に延長されてコア材２５の回転軸方向の一端面側に対面する固定片１２６と、回転軸側が先細形状になるように形成されているコア材２５の先細側全体を覆うカバー部１２７と、このカバー部１２７の反対側の回転軸からの離隔側で鍔形状に形成されて誘導子極コイル２７の電線材が遠心力で離脱してしまうことを制限する鍔部１２８と、が一体形成されている。この補極ボビン１２５は、固定片１２６がコア材２５側からの電線材の巻付空間分だけ離隔する位置に形成されており、この固定片１２６の中央部には誘導子極コイル２７の一端部の電線材を位置決め固定する切欠１２６ａが形成されている。
　さらに、図７に戻って、突出片部１２３には、コア材２５と補極ボビン１２５の両端部のリベット孔Ｈに差し込んでリベット受けＲに先端部を固定するリベットピンＰを貫通させる貫通孔１２３ａ、１２３ｂが形成されている。
　補極ボビン１２５は、コア材２５を端部側の貫通孔１２３ａを利用してリベットピンＰで位置決め固定された状態の突出片部１２３を含めて内部に収容して（外面を覆って）誘導子極コイル２７の取付箇所となるように概略直方体に形成されている。また、補極ボビン１２５の回転軸側のカバー部１２７は、コア材２５を覆う程度の長さに形成されることにより、突出片部１２３の差込孔１２５ｈを確保する形状に作製されており、その突出片部１２３の回転軸側の貫通孔１２３ｂを利用して差し込む不図示のリベットピンＰを差し込んで位置決め固定するリベット孔Ｈが対応する位置に形成されている。
　（リラクタンスモータ１０の組立手順）
　このような構造を採用することで、補極構造体１２０を突極構造体１１０と共に、次のようにして容易かつ迅速にシャフト１０１に取り付けて、リラクタンスモータ１０を組み立てることができる。
　まず、補極構造体１２０は、一方のリング形状部１２１の内周面のキー突部１２９を、シャフト１０１の取付大径部１０１Ａのキー溝１０９に開放端側から嵌め込んで閉塞端側まで移動させて相対回転不能に取り付けた状態にする。
　この後に、続けて、同様に、シャフト１０１の取付大径部１０１Ａのキー溝１０９にロータ母材部１１１内周面のキー突部１１９を嵌め込んで突極構造体１１０を補極構造体１２０のリング形状部１２１に隣接する位置まで移動させる。この状態で、突極構造体１１０は、電磁石極コイル２８をシャフト１０１の取付大径部１０１Ａに相対回転不能に取り付けることができる。
　次いで、補極構造体１２０は、もう一方のリング形状部１２１の内周面のキー突部１２９を、同様に、シャフト１０１の取付大径部１０１Ａのキー溝１０９に開放端側から嵌め込んで突極構造体１１０のロータ母材部１１１に隣接する位置まで移動させて相対回転不能に取り付けた状態にする。
　この後に、電線材を巻き付けておいた補極ボビン１２５の両端側に突出片部１２３を差し込んで突極構造体１１０の電磁石極コイル２８（コア材部１１２）の間の奥まで進入させて回転軸側に一時的に位置させた状態にする。続けて、コア材２５を突出片部１２３の端部側に、端面を外側に向けて先細側を回転軸側に位置させる姿勢にし、電磁石極コイル２８間に位置する状態で突出片部１２３端部の貫通孔１２３ａとコア材２５のリベット孔Ｈとを位置決めしつつリベットピンＰを差し込んでその先端部をリベット受けＲにカシメるなどしてリベット締めする。これにより、補極構造体１２０のコア材２５を電磁石極コイル２８の間に複数取り付けた状態にして準備しておくことができる。
　次いで、電磁石極コイル２８の間の奥まで進入させた補極ボビン１２５を引き戻してカバー部１２７内にコア材２５を先細側から位置させた後に、突出片部１２３の端部よりも回転軸側の貫通孔１２３ｂと補極ボビン１２５の先細側のリベット孔Ｈとを位置決めしつつリベットピンＰを差し込んでその先端部をリベット受けＲにカシメるなどしてリベット締めする。これにより、補極構造体１２０は、突極構造体１１０の回転軸方向の両端側にリング形状部１２１を位置決め固定して、電磁石極コイル２８の間に誘導子極コイル２７を、簡易な構造で容易かつ迅速に配置することができる。
　図５に戻って、シャフト１０１の取付大径部１０１Ａのキー溝１０９の開放端側の支持中径部１０１Ｂにエンドプレート１０５を取り付けて突極構造体１１０と補極構造体１２０を相対回転不能に位置決め固定する。次いで、シャフト１０１の支持中径部１０１Ｂの双方にベアリング１０２を取り付けた後に、エンドプレート１０５の反対側の取付小径部１０１Ｃにロータ側レゾルバ１０３をストッパねじ１０６で取付固定し、ロータ２１を組み立てる。このまま、駆動コイル１４を備えるステータ１１のステータティース１２内にロータ２１を相対回転可能に収容して、シャフト１０１の取付小径部１０１Ｃのロータ側レゾルバ１０３をステータ１１側のステータ側レゾルバ１０４内に回転速度を検出可能に位置させるように組み付ける。
　したがって、リラクタンスモータ１０は、電磁石極コイル２８を配置するロータティース２２の間を有効利用して誘導子極コイル２７を設置することができる。その誘導子極コイル２７や電磁石極コイル２８は、シャフト１０１の外周面のキー溝１０９に、ロータ母材部１１１の内周面のキー突部１１９やリング形状部１２１の内周面のキー突部１２９を嵌め合い固定するだけの簡易かつ軽量な構造で容易に組み付けて一体回転するように位置決めすることができる。この結果、リラクタンスモータ１０は、ステータ１１側に電力供給するだけで、ロータ２１を小さな回転負荷、かつ、高品質な高トルクで高効率回転させることができる。
　ここで、本実施形態では、シャフト１０１の外周面にキー溝１０９を形成して、突極構造体１１０のロータ母材部１１１の内周面にキー突部１１９を形成するとともに、補極構造体１２０のリング形状部１２１の内周面のキー突部１２９を形成して、嵌め合い固定する場合を一例として説明しているが、これに限るものではない。例えば、図９（ａ）に示すように、凹凸を逆にして、シャフト１０１の外周面に畝形状のキー畝２０９を形成して、突極構造体１１０のロータ母材部１１１の内周面や補極構造体１２０のリング形状部１２１の内周面に、そのキー畝２０９を嵌め合い固定することができるキー窪み部２１９、２２９を形成してもよいことは言うまでもない。また、図９（ｂ）に示すように、溝幅と突部幅とが均等なキー溝２０９´とキー突部２１９´、２２９´にして周方向に連続するようにしてもよいことは言うまでもない。
　このような構造を採用するリラクタンスモータ１０に対して、図３（ｂ）に示すように、ロータティース２２に巻線を巻き付けて径方向２段の集中巻を形成して外周面２２ａ側に誘導子極コイル２７´を形成し、その軸心側に電磁石極コイル２８´を配置する場合には、図１０（ｂ）に示すようなトルク特性となる。すなわち、図１０（ｂ）のトルク特性では、駆動コイル１４によるリラクタンス分に加えて、誘導子極コイル２７´の誘導電流による電磁石極コイル２８´の電磁力で発生させるトルクは、６０Ｎ・ｍ未満に留まってリラクタンス分との総合トルクでも８０Ｎ・ｍ強に過ぎないことが分かる。
　これに対して、同様なロータ２１の径寸法でも、電磁石極コイル２８に誘導子極コイル２７を並列させた構造のリラクタンスモータ１０（図３（ａ）を参照）では、図１０（ａ）に示すようなトルク特性となる。すなわち、図１０（ａ）のトルク特性では、誘導子極コイル２７のコア材２５の存在により駆動コイル１４によるリラクタンス分が多少減少するが、誘導子極コイル２７で効果的に発生させる誘導電流を電磁石極コイル２８に供給することにより１１０Ｎ・ｍ程度の大きな電磁力トルクを発生させて、リラクタンス分との総合トルクでも１２０Ｎ・ｍ弱の十分大きなトルクを得ることができていることが分かる。
　さらに、本実施形態の他の態様としては、リラクタンスモータ１０のように径方向にエアギャップＧを形成するラジアルギャップ構造に限らずに、回転軸方向にギャップを形成するアキシャルギャップ構造に作製してもよい。この場合にも、ステータ側とロータ側とで対面する軸方向端面に駆動コイルと共に誘導子極コイルや電磁石極コイルを配置すればよい。また、ラジアルギャップ側に電磁石極コイルを配置するとともに、アキシャルギャップ側に誘導子極コイルを配置するなど振り分ける構造を採用してもよい。
　扁平の大径モータ構造に作製する場合には、インナーステータとアウターステータとの間に回転自在にロータを収容するダブルギャップ型モータ構造を採用してもよい。この場合には、インナーステータ側に損失エネルギを回収する誘導子極コイルを配置するとともに、アウターステータ側にトルクを発生する電磁石極コイルを配置することで、大幅にトルクを増大させることができる。
　リラクタンスモータ１０のようなラジアルギャップ構造の場合には、ステータ１１やロータ２１（ロータ母材部１１１やコア材部１１２）を電磁鋼板の積層構造で作製するばかりでなく、例えば、鉄粉などの磁性を有する粒子の表面を絶縁被覆処理した軟磁性複合粉材（SoftMagnetic Composites）をさらに鉄粉圧縮成形および熱処理製造した圧粉磁心、所謂、ＳＭＣコアを採用してもよい。このＳＭＣコアは、成形が容易であることからアキシャルギャップ構造に好適である。
　さらに、リラクタンスモータ１０は、車載用に限定されるものではなく、例えば、風力発電や、工作機械などの駆動源として好適に採用することができる。
　本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
１０ リラクタンスモータ
１１ ステータ
１２ ステータティース
１３、２３ スロット
１４ 駆動コイル
２１ ロータ
２２ ロータティース
２５ コア材
２７、２７Ａ１～２７Ａｎ、２７Ｂ１～２７Ｂｎ 誘導子極コイル
２８、２８Ａ１～２８Ａｎ、２８Ｂ１～２８Ｂｎ 電磁石極コイル
２９、２９Ａ、２９Ｂ ダイオード
１０１ シャフト
１０１Ａ 取付大径部
１０１Ｂ 支持中径部
１０１Ｃ 取付小径部
１０１Ｄ 出力回転軸
１０９、２０９´ キー溝
１１０ 突極構造体
１１１ ロータ母材部
１１２ コア材部
１１５ 突極ボビン
１１８、１２８ 鍔部
１１９、１２９、２１９´、２２９´ キー突部
１２０ 補極構造体
１２１ リング形状部
１２３ 突出片部
１２５ 補極ボビン
１２７ カバー部
２０９ キー畝
２１９、２２９ キー窪み部

Claims (3)

  1. 　ステータに対して回転自在に対面するロータに設けられ、前記ステータに向かって突出して前記ロータを前記ステータに対して回転させる回転力を発生させる補助電流を受ける複数の突極と、
    　前記ロータの前記突極の回転方向の間に配置され、前記突極に前記回転力を発生させる前記補助電流を発生する複数の補極と、
    　前記ロータの回転軸に軸心を一致させて一体回転するように設けられているシャフトと、
    　前記ロータの前記突極と前記補極のうちの少なくとも前記補極を前記シャフトに一体になるように位置決めする固定部材と、を備えて、
    　前記シャフトは、前記ロータの回転軸方向に延在するキー溝またはキー畝が外周面に複数形成されているのに対して、
    　前記固定部材は、前記シャフトの外周側に位置する断面リング形状部と、前記断面リング形状部の径方向外側の複数箇所に位置して前記補極を固定する固定部と、前記リング形状部の径方向内側の複数箇所に位置して前記シャフトの前記キー溝に相対回転不能に嵌め合い固定するキー突部または前記シャフトの前記キー畝を相対回転不能に嵌め合い固定させるキー窪み部と、を有して、前記補極を前記シャフトの外周面側に相対回転不能に位置決め固定することを特徴とする電動回転機。
  2. 　前記補極は、前記ステータ側から鎖交する磁束の空間高調波による誘導電流を前記補助電流として発生する誘導子極コイルを備え、
    　前記突極は、前記誘導子極コイルで発生した誘導電流を前記補助電流として供給されて電磁石として機能する電磁石極コイルを備え、
    　前記誘導子極コイルと前記電磁石極コイルの間に、前記誘導電流を整流して前記補助電流とする整流素子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電動回転機。
  3. 　前記断面リング形状部は、前記シャフトの回転軸に沿う離隔位置に配置される２つで１組のリング形状部で構成され、
    　前記固定部は、前記リング形状部のそれぞれから径方向外方に突出する突出片部に形成され、
    　前記補極は、コイル用のコア材を覆うボビンに前記誘導子極コイルを取り付けて前記コア材の周りに保持する構造を備えており、
    　当該補極は、前記誘導子極コイルを取り付けた前記ボビン内に前記突出片部を貫通させて、前記コア材を前記突出片部の端部に固定した状態にし、該コア材を前記ボビンで覆って該ボビンを前記突出片部の端部に固定することで、前記回転部材に相対回転不能に位置決め固定することを特徴とする請求項２に記載の電動回転機。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3058280A1 (fr) * 2016-11-03 2018-05-04 Valeo Equipements Electriques Moteur Stator de machine electrique tournante muni d'un interconnecteur a configuration amelioree

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6696238B2 (ja) * 2016-03-14 2020-05-20 スズキ株式会社 回転電機
JP6668844B2 (ja) * 2016-03-14 2020-03-18 スズキ株式会社 回転電機
JP6790389B2 (ja) * 2016-03-14 2020-11-25 スズキ株式会社 回転電機
JP2017169281A (ja) * 2016-03-14 2017-09-21 スズキ株式会社 回転電機
JP6766575B2 (ja) * 2016-10-06 2020-10-14 スズキ株式会社 回転電機
TWI627818B (zh) * 2017-01-26 2018-06-21 王文民 繞組變磁路發電機
CN111987817B (zh) * 2019-05-24 2023-11-24 北京金风科创风电设备有限公司 电机及电机的装配方法
DE102020116421A1 (de) 2020-06-22 2021-12-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Reluktanzdominierter elektromechanischer Energiewandler mit variabler Rotorfeldverstärkung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002354733A (ja) * 2001-03-19 2002-12-06 Denso Corp 直流モータ
JP2012170256A (ja) * 2011-02-15 2012-09-06 Toyota Motor Corp 回転電機駆動システム
JP2012222940A (ja) * 2011-04-07 2012-11-12 Toyota Motor Corp 回転電機及び回転電機駆動システム
JP2013038862A (ja) * 2011-08-04 2013-02-21 Toyota Central R&D Labs Inc 回転電機のロータ及び回転電機
WO2013157101A1 (ja) * 2012-04-18 2013-10-24 三菱電機株式会社 ステータ、モータ、送風機及びステータの製造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1169675A (ja) 1997-08-26 1999-03-09 Denso Corp 回転電機の巻線界磁型ロータ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002354733A (ja) * 2001-03-19 2002-12-06 Denso Corp 直流モータ
JP2012170256A (ja) * 2011-02-15 2012-09-06 Toyota Motor Corp 回転電機駆動システム
JP2012222940A (ja) * 2011-04-07 2012-11-12 Toyota Motor Corp 回転電機及び回転電機駆動システム
JP2013038862A (ja) * 2011-08-04 2013-02-21 Toyota Central R&D Labs Inc 回転電機のロータ及び回転電機
WO2013157101A1 (ja) * 2012-04-18 2013-10-24 三菱電機株式会社 ステータ、モータ、送風機及びステータの製造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3058280A1 (fr) * 2016-11-03 2018-05-04 Valeo Equipements Electriques Moteur Stator de machine electrique tournante muni d'un interconnecteur a configuration amelioree
WO2018083404A1 (fr) * 2016-11-03 2018-05-11 Valeo Equipements Electriques Moteur Stator de machine electrique tournante muni d'un interconnecteur a configuration amelioree
CN109891716A (zh) * 2016-11-03 2019-06-14 法雷奥电机设备公司 设置有具有改良配置的互连的旋转电机的定子
CN109891716B (zh) * 2016-11-03 2022-04-29 法雷奥电机设备公司 设置有具有改良配置的互连的旋转电机的定子

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