JP2001352724A

JP2001352724A - リラクタンス型電動機

Info

Publication number: JP2001352724A
Application number: JP2000167663A
Authority: JP
Inventors: Shinji Makita; 真治牧田; Hideji Yoshida; 秀治吉田; Kenji Iguma; 賢二猪熊; Yoshiyuki Takabe; 義之高部; Masami Fujitsuna; 藤綱　　雅己
Original assignee: Asmo Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Asmo Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2001-12-21
Anticipated expiration: 2020-06-05
Also published as: JP4454107B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のシンクロナスリラクタンス型電動機の
巻線は、複数の突極を囲むものしか存在しない。このた
め、１つのスロット内に異なった相の巻線が配置される
ことになり、各巻線の占積率が小さい。また、スロット
からはみ出る巻線部分が、隣り合う巻線と重なるために
軸方向寸法が大きくなってしまう。【解決手段】リラクタンス型電動機は、回転子２の磁
極数Ｎｐと、固定子１のスロット数Ｎｓとは、Ｎｓ＝３
×Ｎｐの関係を満足するものであり、巻線３は１つの突
極１ａのみを囲むように巻かれるものであり、隣りあう
巻線３の巻方向は逆であり、各相の巻線３に３相電流を
与えることで回転子２を回転駆動するものである。この
構造では、巻線３を挿入可能なスロット面積が増大し、
巻線３の巻数を従来の２倍以上にすることが可能とな
り、従来と同等以上の性能を発揮できる。また、スロッ
トからはみ出る巻線部分が、隣りの巻線３と重ならない
ため、軸方向寸法を短縮できる。つまり、性能を維持し
たまま小型化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定子に対する回
転子の磁気抵抗差を利用して回転力を得るリラクタンス
型電動機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リラクタンス型電動機の従来の構造は、
〔ＭａｔｓｕｓｈｉｔａＴｅｃｈｎｉｃａｌＪｏｕ
ｒｎａｌＶｏｌ．４４〕の「マルチフラックスバリア
型リラクタンスモータ」に開示されるように、固定子の
複数の突極を囲むように巻線を巻き、その巻線に正弦波
の電流を与えることにより、固定子に正弦波状の回転磁
界分布を発生させ、この回転磁界と回転子の磁気抵抗差
を利用して回転子に回転トルクを発生させるものであっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数の
突極を囲むように巻線を巻いたものでは、次の不具合が
ある。ａ）１つのスロット内に異なった相の巻線が配置される
ため、各巻線の占積率（スロット面積に対する巻線断面
積の割合）が下がってしまう。ｂ）各巻線のコイルエンド（スロットからはみ出る巻線
部分）が、隣り合う巻線のコイルエンドに重なるため、
巻線の軸方向寸法が大きくなってしまう。そのような理由により、従来のリラクタンス型電動機
は、大型化してしまう不具合があった。この発明の目的
は、性能を低下させることなく従来よりも小型化が可能
なリラクタンス型電動機の提供にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の手段を採用す
ることにより、固定子側の回転磁界分布は従来の巻線の
場合（複数の突極を囲むように巻線を巻いたもの）と相
似となるため、従来と同様、回転子に回転トルクを発生
させることができる。また、巻線は１つの突極のみを囲
むものであるため、従来のように複数の突極を囲むよう
に巻いた場合に比べて、巻線の占積率が向上する。この
ように、１つの突極のみを囲む巻線の占積率の向上によ
って、巻線による起磁力を向上させることができ、従来
と同等以上の性能を発揮することが可能になる。さら
に、巻線は１つの突極のみを囲むものであるため、各巻
線のコイルエンドは、隣り合う巻線のコイルエンドに重
なることがない。このため、従来に比較して巻線の軸方
向寸法の短縮を図ることができ、従来よりもリラクタン
ス型電動機を小型化できる。

【０００５】請求項２の手段を採用することにより、発
生するトルクの変動を相殺することができ、トルクリッ
プルを低減することができる。また、従来技術（トルク
リップルを低減させるために、回転子あるいは固定子の
磁気中心角を、１スロット角度分だけ回転方向へスキュ
ーさせる技術）のように回転子位置によって磁気抵抗差
が小さくならず、出力トルクの低下を招かない。つま
り、高出力トルク、低トルクリップルのリラクタンス型
電動機を得ることができる。

【０００６】請求項３の手段を採用することにより、隣
接する複数の積層板のバリアが同一であるため、隣接す
る積層板の重なり部分に生じる軸方向への磁束の流れを
減少させることができ、トルクリップルの低減効果を高
めることができる。

【０００７】請求項４の手段を採用することにより、１
種類の積層板にて請求項２と同様の効果を得ることがで
きる。つまり、複数種類のバリアパターンを有する１種
類の積層板を積層した回転子を用いることにより、出力
低下を招くことなく、発生するトルクの変動を相殺し
て、トルクリップルを抑えることができる。

【０００８】請求項５の手段を採用することにより、突
極の磁性体部分の面積を増やすことができるため、突極
により多くの磁束を流すことが可能になり、出力を上げ
ることができる。また、磁気飽和の影響を低減すること
ができる。

【０００９】請求項６の手段を採用することにより、回
転子と固定子の軸方向への組付け誤差の影響を吸収する
ことができる。また、固定子の軸方向寸法が小さくなる
ことにより、巻線の長さが短くなり、銅損（電気抵抗）
を低減することができる。

【００１０】請求項７の手段を採用することにより、回
転子と固定子の軸方向への組付け誤差の影響を吸収する
ことができる。また、回転子の軸方向寸法が小さくなる
ことにより、回転子のイナーシャを小さくすることがで
きる。

【００１１】請求項８の手段を採用することにより、固
定子側の磁界分布が滑らかに変化するようになるため、
トルクリップルを低減することができる。また、回転子
側に流れ込む磁束の量を増やすことができるため、平均
トルクを向上させることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、複
数の実施例を用いて説明する。〔第１実施例〕図１はリラクタンス型電動機の概略図で
ある。リラクタンス型電動機は、内周に向けて複数の突
極１ａを等間隔に備える固定子１と、この固定子１から
見て磁気抵抗が回転方向に異なる回転子２とを備えるも
のであり、各突極１ａの周囲には、突極１ａに起磁力を
発生させるための巻線３が装着されるものである。な
お、巻線３については後述する。

【００１３】リラクタンス型電動機は、回転子２の磁気
抵抗の最も低い磁極方向（ｄ軸）に対し、所定角度方向
の突極１ａに起磁力を発生させ、回転子２の磁気抵抗の
低い部分を突極１ａの起磁力方向へ回転移動させて回転
出力を得るものである。なお、回転子２の磁気抵抗の最
も低い磁極方向（制御上の仮想軸）は、一般にｄ軸と称
され、回転子２の磁気抵抗の最も大きい磁極方向は、一
般にｑ軸と称される。

【００１４】固定子１は、内周に向く複数（この実施例
では１２個）の突極１ａを等間隔に備える円環状を呈し
た磁性体製薄板よりなる固定子積層板４を多数積層して
設けられたものである。回転子２は、円盤状を呈した磁
性体製薄板よりなる回転子積層板５を多数積層して設け
られたものであり、回転子２を構成する各回転子積層板
５には、回転子２の磁気抵抗を回転方向で異ならせるた
めのバリア６が複数設けられている。回転子２に形成さ
れる磁極の中心角は均等であり、この実施例では１枚の
回転子積層板５に中心角９０度の４つの磁極を持たせた
ものである。

【００１５】回転子積層板５に形成されたバリア６は、
内側に湾曲した円弧形状を呈するスリットであり、ｑ軸
を中心に対象形状に設けられている。なお、スリット内
に樹脂やアルミ材など非磁性材料を充填しても良いが、
空隙であっても良い。なお、この実施例における、バリ
ア６の外周端は、回転子２が分解しないように微小な接
続部が設けられている。この接続部による磁気短絡は、
接続部を薄くすることにより実用上無視できる。

【００１６】回転子２の磁極数Ｎｐと、巻線３が装着さ
れるスロット数Ｎｓとの関係は、Ｎｓ＝３×Ｎｐを満足
するように設けられている。具体的にこの実施例では、
上述したように、回転子２の磁極の数Ｎｐ＝４であり、
スロットの数Ｎｓ＝１２である。

【００１７】ここで、本実施例のリラクタンス型電動機
の巻線３を、図２に示す従来のリラクタンス型電動機の
巻線３’と比較して説明する。従来のリラクタンス型電
動機の巻線３’は、図２に示されるように、３つの突極
１ａを囲むように巻かれている。また、同相の隣り合う
巻線３’は逆方向に巻かれている。なお、巻線３’が図
示されていない部分にも、上記のパターンに従って全周
に亘って巻線３’が巻かれている。

【００１８】そして、各巻線３’に対し、図３に示すよ
うな各相が電気角で１２０度位相のずれた正弦波の電流
をかけることにより、固定子１側に正弦波状の回転磁界
分布を作り、バリア６によって生じる回転子２の磁気抵
抗差を利用して、回転子２に回転トルクを発生させるも
のである。

【００１９】これに対し、本実施例のリラクタンス型電
動機の巻線３は、図１に示すように１つの突極１ａのみ
を囲むようにそれぞれに巻かれるものであり、且つ隣り
あう巻線３は逆方向に巻かれるものであり、さらに隣り
あう巻線３には、上記と同様、図３に示すような各相が
電気角で１２０度位相のずれた正弦波の電流をかけるも
のである。なお、巻線３が図示されていない部分にも、
上記のパターンに従い全周に亘って巻線３が巻かれてい
る。

【００２０】本実施例の巻線３（図１）と、従来の巻線
３’（図２）との巻数が同じ場合、本実施例のリラクタ
ンス型電動機の固定子１側には、従来（図２）に比べて
大きさが１／２で、分布が相似な回転磁界分布が発生す
る。これにより、同一電流が与えられる場合では、従来
（図２）の１／２のトルクが発生する。従って、本実施
例の巻線３（図１）の巻数を、従来（図２）に比べて２
倍にすることにより、従来（図２）と同等のトルクを得
ることができる。

【００２１】ここで、本実施例の巻線３（図１）は１つ
の突極１ａのみを囲むものであるため、従来（図２）の
ように３つの突極１ａを囲むように巻いた場合に比べ
て、巻線３を挿入可能なスロット面積が増大し、巻線３
の占積率が大幅に向上する。このように、巻線３の占積
率の向上によって、巻線３の巻数を従来（図２）の２倍
以上にすることが可能となり、従来（図２）と同等以上
の性能を発揮することが可能になる。

【００２２】また、本実施例の巻線３（図１）は１つの
突極１ａのみを囲むものであるのに比較して、従来の巻
線３’（図２）は３つの突極１ａをまたぐものであった
ため、スロット内に収まらない部分の長さを１／３以下
にできる。さらに、巻線３は１つの突極１ａのみを囲む
ものであるため、隣り合う巻線３と重なることがない。
このため、従来（図２）に比較して巻線３の軸方向寸法
の短縮を図ることができ、従来（図２）よりもリラクタ
ンス型電動機の小型化が可能になる。

【００２３】さらに、従来の巻線３’（図２）は３つの
突極１ａをまたぐものであったため、前もって形成した
巻線３’を固定子１に装着するのが困難であり、固定子
１に対して直接巻線３’を巻き付けていたが、本実施例
の巻線３（図１）は１つの突極１ａのみを囲むものであ
るため、前もって形成した巻線３を固定子１に装着する
ことが可能になる。このため、巻線工程が簡単になり、
巻線工程にかかる製造コストを抑えることができる。ま
た、固定子１に装着する前に巻線３を形成できるため、
巻線３を緻密かつ適切な形状に巻くことが可能になる。
これによって、巻線３の占積率をさらに向上することが
可能となり、この技術によっても出力の向上を図ること
ができる。

【００２４】このように、本実施例のリラクタンス型電
動機は、従来と同等以上の性能を確保したまま小型化が
可能なものであり、さらにコストを抑えることができる
ものである。

【００２５】〔第２実施例〕図４〜図６を参照して第２
実施例を説明する。回転子２は、第１実施例で述べたよ
うに、円盤状を呈した磁性体製薄板よりなる回転子積層
板５を多数積層して設けられたものであり、回転子積層
板５に複数形成されたバリア６の積層によって、回転子
２に中心角が均等な磁極が設けられている。この実施例
の回転子２は、バリア６の形成位置が異なる２種類の回
転子積層板５（バリア仕様Ａ、バリア仕様Ｂ）を交互に
積層したものであり、この２種類のバリアパターンは、
バリア６の位置が異なるものである。

【００２６】具体的には、図４（ａ）に示すバリア仕様
Ａの回転子積層板５と、図４（ｂ）に示すバリア仕様Ｂ
の回転子積層板５とを、図５に示すように、交互に積層
したものであり、バリア仕様Ａとバリア仕様Ｂのバリア
６位置の関係を、図４の実線と破線に示す。また、この
実施例では、回転子２を円周方向から見たとき、バリア
６の外周端と、それに隣接するバリア６の外周端との間
隔が、同一磁極内において全て等間隔となるように設け
られている。

【００２７】ここで、バリア仕様Ａの回転子積層板５が
発生するトルク波形を図６の実線Ａに示し、バリア仕様
Ｂの回転子積層板５が発生するトルク波形を図６の破線
Ｂに示す。このグラフで示すように、バリア仕様Ａの回
転子積層板５が発生するトルク波形に対して、バリア仕
様Ｂの回転子積層板５が発生するトルク波形は、逆の位
相になる。そして、回転子２の発生するトルクは、バリ
ア仕様Ａの回転子積層板５が発生するトルクと、バリア
仕様Ｂの回転子積層板５が発生するトルクとの足し合わ
せとなるため、それぞれのトルク変動が相殺され、結果
的にトルクリップルが低減されることになる。また、こ
の実施例では、従来技術（スキューさせる技術）のよう
に回転位置における磁気抵抗差が小さくなる不具合がな
く、出力トルクの低下を招かない。つまり、この実施例
におけるリラクタンス型電動機は、高出力トルクであ
り、且つ低トルクリップルとなる。

【００２８】さらに、この実施例では、回転子２を円周
方向から見たときのバリア６の外周端と、それに隣接す
るバリア６の外周端との間隔を、同一磁極内において全
て等間隔に設けたことにより、各バリア端が突極１ａを
通過する際に発生するトルク変動が規則的にハッキリで
るようになる。このため、トルク変動の相殺度合が大き
くなり、トルクリップルの低減効果を高めることができ
る。

【００２９】〔第３実施例〕上記の第２実施例のよう
に、バリア仕様Ａとバリア仕様Ｂの回転子積層板５を交
互に積層して回転子２を構成した場合では、軸方向に磁
束が流れてしまうため、バリア６をずらしたことによる
トルクリップル低減効果が薄れてしまう。そこで、この
第３実施例は、図７に示すように、バリア仕様Ａの回転
子積層板５を重ねてなる回転子ブロック２ａと、バリア
仕様Ｂの回転子積層板５を重ねてなる回転子ブロック２
ｂとを接合して回転子２を構成したものである。このよ
うに設けることにより、軸方向へ流れる磁束の度合が小
さくなり、トルクリップルの低減効果を高めることがで
きる。また、回転子積層板５の仕様を交互に積層させる
よりも回転子積層板５の積層が容易になるため、組付け
性が向上する効果も得られる。

【００３０】〔第４実施例〕この第４実施例は、図８に
示すように、バリア仕様Ａのバリアパターンと、バリア
仕様Ｂのバリアパターンとを同一の回転子積層板５に設
けたものであり、この２種類のバリアパターンを有する
回転子積層板５を積層して回転子２を構成するものであ
る。

【００３１】このように設けても、第２実施例と同様の
効果を得ることができる。また、第３実施例と同様、軸
方向へ流れる磁束の度合が小さく、高いトルクリップル
の低減効果を得ることができる。さらに、１種類の回転
子積層板５を積層して回転子２が構成されるため、回転
子積層板５の積層が容易になり、組付け性が向上する効
果も得られる。

【００３２】〔第５実施例〕この第５実施例は、図９に
示すように、突極１ａの先端における回転方向の幅ａよ
りも、突極１ａの根元における回転方向の幅ｂを広く設
けたものである（ｂ＞ａ）。具体的に、この第５実施例
では、突極１ａの回転方向の形状は、突極１ａの根元部
分にＲ部を設け、さらに先端辺が根元部分よりも短辺と
なる台形形状に設けられたものを採用している。

【００３３】このように突極１ａの根元部分が太くなる
と、根元部分での磁束集中が緩和されるとともに、突極
１ａにおいて磁束をより多く流すことができる。また、
突極１ａの磁気飽和が緩和されることにより、磁気飽和
による性能の低下を防ぐことができる。さらに、突極１
ａの根元部分を太くした台形形状を採用することによ
り、スロットの形状が台形形状から長方形状に変わるた
め、スロット内に有効に巻線３を装着でき、巻線３の占
積率を向上させることができる。

【００３４】〔第６実施例〕この第６実施例は、図１０
に示すように、回転子２の軸方向寸法Ｌ1 を、固定子１
の軸方向寸法Ｌ2 よりも長く設けたものである（Ｌ1 ＞
Ｌ2 ）。具体的には、回転子２を構成する回転子積層板
５（符号第１実施例参照）の積層枚数が、固定子１を構
成する固定子積層板４（符号第１実施例参照）の積層枚
数より多く、結果的に回転子２の軸方向寸法Ｌ1 が固定
子１の軸方向寸法Ｌ2 より長く設けられたものである。

【００３５】ここで、固定子１と回転子２の軸方向長が
同一の場合、組付け誤差により固定子１と回転子２の両
者に軸方向の位置に誤差が生じると、通電作動時に軸方
向への力が発生し、電動機の挙動が不安定となり、振動
の原因となってしまう。これに対し、この第６実施例の
ように、回転子２の軸方向寸法Ｌ1 を固定子１の軸方向
寸法Ｌ2 より長く設けることにより、軸方向の組付け誤
差を寸法差（Ｌ1 −Ｌ2 ）で吸収できるため、軸方向へ
の力が発生しなくなり、振動の発生を防ぐことができ
る。また、固定子１の軸方向寸法が小さくなることによ
り、巻線３の長さが短くなり、銅損を低減することがで
きる。

【００３６】〔第７実施例〕この第７実施例は、図１１
に示すように、固定子１の軸方向寸法Ｌ2 を、回転子２
の軸方向寸法Ｌ1 よりも長く設けたものである（Ｌ2 ＞
Ｌ1 ）。具体的には、固定子１を構成する固定子積層板
４（符号第１実施例参照）の積層枚数が、回転子２を構
成する回転子積層板５（符号第１実施例参照）の積層枚
数より多く、結果的に固定子１の軸方向寸法Ｌ2 が回転
子２の軸方向寸法Ｌ1 より長く設けられたものである。

【００３７】このように設けられたことにより、上記第
６実施例と同様、固定子１と回転子２の軸方向の組付け
誤差を寸法差（Ｌ2 −Ｌ1 ）で吸収できるため、軸方向
への力が発生しなくなり、振動の発生を防ぐことができ
る。また、回転子２の軸方向寸法が小さくなることによ
り、回転子２のイナーシャを小さくすることができ、電
動機の応答性がよくなる。

【００３８】〔第８実施例〕この第８実施例は、図１２
に示すように、スロット１ｂの回転子２側の先端部を、
突極１ａと一体の閉塞部７（磁性体）によって閉じたも
のである。このように設けたことにより、固定子１側の
磁界分布が滑らかに変化するようになるため、トルクリ
ップルを低減することができる。また、回転子２側に流
れ込む磁束の量を増やすことができるため、平均トルク
を向上させることができる。なお、図１２の閉塞部７
は、回転子２側の先端部の一部分を閉じるものである
が、回転方向に全周に亘ってスロットの回転子２側の先
端部を閉じるように設けても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】三相リラクタンス型電動機の概略図である（第
１実施例）。

【図２】三相リラクタンス型電動機の概略図である（従
来例）。

【図３】電流波形を示すグラフである（第１実施例）。

【図４】回転子積層板のバリアパターンを示す図である
（第２実施例）。

【図５】回転子積層板の積層状態の説明図である（第２
実施例）。

【図６】トルク波形を示すグラフである（第２実施
例）。

【図７】回転子積層板の積層状態の説明図である（第３
実施例）。

【図８】回転子積層板の平面図である（第４実施例）。

【図９】突極の形状を示す図である（第５実施例）。

【図１０】固定子と回転子の軸方向寸法差を示す図であ
る（第６実施例）。

【図１１】固定子と回転子の軸方向寸法差を示す図であ
る（第７実施例）。

【図１２】固定子のスロット形状を示す図である（第８
実施例）。

【符号の説明】

１固定子１ｂスロット１ａ突極２回転子３巻線４固定子積層板５回転子積層板６バリア７閉塞部（磁性体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田秀治愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者猪熊賢二愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者高部義之静岡県湖西市梅田390番地アスモ株式会社内 (72)発明者藤綱雅己愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 5H002 AA02 AA05 AA09 AE06 AE07 5H603 AA01 AA09 BB07 BB09 BB12 CA01 CA05 CB02 CC05 CD21 5H619 AA01 BB01 BB06 BB15 BB24 PP01 PP02 PP04 PP05 PP14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】起磁力を発生する固定子と、この固定子の
発生した起磁力によって回転駆動される回転子とを具備
し、前記固定子側より見た前記回転子の磁気抵抗が、前記回
転子位置により回転方向に異なる構造となるよう前記固
定子内にバリアあるいは溝を有し、前記回転子の磁気抵
抗の低い部分である磁極の方向と異なる方向へ前記固定
子の起磁力を発生し、前記回転子の磁極を前記固定子の
起磁力方向へ回転移動させるようなトルクを発生するリ
ラクタンス型電動機において、前記回転子の磁極数Ｎｐと前記固定子のスロット数Ｎｓ
との関係は、Ｎｓ＝３×Ｎｐであり、前記固定子において起磁力を発生する巻線は、前記固定
子の突極のうちの１つのみを囲むように巻かれるもので
あり、隣りあう巻線の巻方向は逆であり、各巻線に対して３相の電流を与えることで前記回転子を
回転駆動することを特徴とするリラクタンス型電動機。
【請求項２】請求項１のリラクタンス型電動機におい
て、前記回転子は、前記バリアの位置または本数、あるいは
バリア幅の異なる複数種類の積層板を積層して設けられ
たことを特徴とするリラクタンス型電動機。
【請求項３】請求項２のリラクタンス型電動機におい
て、前記回転子は、同一種類の積層板が隣接してなるブロッ
クが複数接合して設けられたことを特徴とするリラクタ
ンス型電動機。
【請求項４】請求項１のリラクタンス型電動機におい
て、前記回転子の各磁極の中心角は均一であり、前記回転子は、前記磁極内に形成されるバリアパターン
を複数種類有する積層板を積層して設けられたことを特
徴とするリラクタンス型電動機。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかのリラ
クタンス型電動機において、前記突極の回転方向の形状は、根元部分にＲ部が設けら
れた、あるいは前記回転子側の先端辺が根元部分よりも
短辺となる台形形状に設けられたことを特徴とするリラ
クタンス型電動機。
【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれかのリラ
クタンス型電動機において、前記回転子の軸方向寸法は、前記固定子の軸方向寸法よ
りも長く設けられたことを特徴とするリラクタンス型電
動機。
【請求項７】請求項１ないし請求項５のいずれかのリラ
クタンス型電動機において、前記固定子の軸方向寸法は、前記回転子の軸方向寸法よ
りも長く設けられたことを特徴とするリラクタンス型電
動機。
【請求項８】請求項１ないし請求項７のいずれかのリラ
クタンス型電動機において、前記巻線が挿入されるスロットにおける前記回転子側の
先端部の一部あるいは全部は、磁性体であることを特徴
とするリラクタンス型電動機。