(57)【要約】【課題】トルクリップルを従来よりも低減する。【解決手段】回転軸と、当該回転軸に装着され、複数の突極が形成されたロータと、複数のスロットを備えるステータと、ロータ及びステータを収容するモータケースとを備え、ロータの周方向における複数の突極の複数のスロットに対する配列位相は、回転軸の軸方向において多段に異なる。【選択図】図１
2020048313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
当該回転軸に装着され、複数の突極が形成されたロータと、
複数のスロットを備えるステータと、
前記ロータ及び前記ステータを収容するモータケースとを備え、
前記ロータの周方向における前記複数の突極の前記複数のスロットに対する配列位相は、前記回転軸の軸方向において多段に異なることを特徴とするリラクタンスモータ。
【請求項２】
前記ロータは、軸方向に隣接する複数の個別ロータとして設けられ、
当該個別ロータに形成された前記複数の突極は、前記複数のスロットに対する配列位相が異なることを特徴とする請求項１に記載のリラクタンスモータ。
【請求項３】
前記ステータは、軸方向に隣接する複数の個別ステータとして設けられ、
当該個別ステータに備えられた前記複数のスロットは、前記複数の突極に対する配列位相が異なることを特徴とする請求項１に記載のリラクタンスモータ。
【請求項４】
前記個別ロータあるいは前記個別ステータの個数は２個であることを特徴とする請求項２または３に記載のリラクタンスモータ。
【請求項５】
前記モータケースの内部には前記ステータに駆動電流を供給する駆動回路が前記ステータの一部を覆うように実装されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリラクタンスモータ。
【請求項６】
前記駆動回路は、増加して所定値に到達すると、当該所定値を一定時間に亘って保持する前記駆動電流を生成することを特徴とする請求項５に記載のリラクタンスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リラクタンスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、複数の突極が形成されたロータを備えるリラクタンスモータが開示されている。このリラクタンスモータは、突極とステータのスロットとの間に作用する磁気的な吸引力によってロータが回転するタイプの電動機であり、ロータに永久磁石やロータ巻線を用いないので、構造が極めて単純である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−０６２５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記リラクタンスモータは、回転トルクが上記吸引力によって与えられるので、トルクリップルが比較的大きいというデメリットがある。したがって、トルクリップルが問題となるアプリケーションでは、リラクタンスモータを動力源として採用することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、トルクリップルを従来よりも低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、リラクタンスモータに係る第１の解決手段として、回転軸と、当該回転軸に装着され、複数の突極が形成されたロータと、複数のスロットを備えるステータと、前記ロータ及び前記ステータを収容するモータケースとを備え、前記ロータの周方向における前記複数の突極の前記複数のスロットに対する配列位相は、前記回転軸の軸方向において多段に異なる、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、リラクタンスモータに係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記ロータは、軸方向に隣接する複数の個別ロータとして設けられ、当該個別ロータに形成された前記複数の突極は、前記複数のスロットに対する配列位相が異なる、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、リラクタンスモータに係る第３の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記ステータは、軸方向に隣接する複数の個別ステータとして設けられ、当該個別ステータに備えられた前記複数のスロットは、前記複数の突極に対する配列位相が異なる、という手段を採用する。
【０００９】
本発明では、リラクタンスモータに係る第４の解決手段として、上記第２または第３の解決手段において、前記個別ロータあるいは前記個別ステータの個数は２個である、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、リラクタンスモータに係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、前記モータケースの内部には前記ステータに駆動電流を供給する駆動回路が前記ステータの一部を覆うように実装されている、という手段を採用する。
【００１１】
本発明では、リラクタンスモータに係る第６の解決手段として、上記第５の解決手段において、前記駆動回路は、増加して所定値に到達すると、当該所定値を一定時間に亘って保持する前記駆動電流を生成する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、トルクリップルを従来よりも低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るリラクタンスモータの構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるモータ駆動装置の機能構成を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるモータ駆動波形を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の一実施形態の変形例に係るリラクタンスモータの構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るリラクタンスモータは、図１に示すようにモータケース１、２つの個別ステータ２Ａ、２Ｂ、制御基板３、回転軸４及び２つの個別ロータ５Ａ、５Ｂを備えたスイッチトリラクタンスモータである。なお、２つの個別ステータ２Ａ、２Ｂは全体としてステータを構成し、また２つの個別ロータ５Ａ、５Ｂは、全体としてロータを構成している。
【００１５】
モータケース１は、回転軸４の両端を支持すると共に当該回転軸４の一端あるいは両端が露出するように２つの個別ステータ２Ａ、２Ｂ、制御基板３及び２つの個別ロータ５Ａ、５Ｂを収容する金属製容器である。２つの個別ステータ２Ａ、２Ｂのうち、一方の個別ステータ２Ａは、ステータコア２ａとステータ巻線２ｂとを備えており、他方の個別ステータ２Ｂは、ステータコア２ｃとステータ巻線２ｄとを備えている。
【００１６】
ステータコア２ａは、円筒状のヨーク２ａ1の内側に所定ピッチで６つのティース２ａ2（極歯）が形成された磁性部品であり、圧粉磁心あるいは積層鋼板によって形成されている。ステータ巻線２ｂは、上記ティース２ａ2に集中巻の巻線形態で関係された導電性の線部材である。このステータ巻線２ｂが巻回された各ティース２ａ2は、ステータ巻線２ｂと共にスロットを構成している。すなわち、一方の個別ステータ２Ａは、図１に示すようにスロット数が「６」である。
【００１７】
一方、ステータコア２ｃは、円筒状のヨーク２ｃ1の内側に所定ピッチで６つのティース２ｃ2（極歯）が形成された磁性部品であり、圧粉コアあるいは積層鋼板によって形成されている。ステータ巻線２ｄは、上記ティース２ｃ2に集中巻の巻線形態で関係された導電性の線部材である。このステータ巻線２ｄが巻回された各ティース２ｃ2は、ステータ巻線２ｄと共にスロットを構成している。すなわち、他方の個別ステータ２Ｂは、一方の個別ステータ２Ａと同様にスロット数が「６」である。
【００１８】
ここで、図１では、各ステータコア２ａ、２ｃに形成された６つのティース２ａ2、２ｃ2のうち、隣接する３つのみにステータ巻線２ｂ、２ｄが設けられた状態を示しているが、これは便宜的なものである。すなわち、ステータ巻線２ｂは、ステータコア２ａに形成された全て（６つ）のティース２ａ2、２ｃ2にそれぞれ巻回されており、またステータ巻線２ｄは、ステータコア２ｃに形成された全て（６つ）のティース２ａ2、２ｃ2にそれぞれ巻回されている。
【００１９】
また、ステータコア２ａの各ティース２ａ2、２ｃ2に巻回されたステータ巻線２ｂのうち、ステータコア２ａの中心軸を挟んで対向する一対のスロットのステータ巻線２ｂには、後述する駆動回路によって同相の駆動電流が通電される。すなわち、２つの個別ステータ２Ａ、２Ｂには、ステータコア２ａの中心軸を挟んで対向する一対のスロットが３組存在するが、各組のスロットのステータ巻線２ｂには、電気角が互いに１２０°異なる三相の駆動電流（Ｕ相駆動電流、Ｖ相駆動電流及びＷ相駆動電流）が駆動回路から給電される。
【００２０】
このような２つの個別ステータ２Ａ、２Ｂは、図１に示すように、回転軸４の軸方向に隣接すると共に、ステータコア２ａ、２ｃの中心軸周り、つまり回転軸４周りの各スロット（つまり各ティース２ａ2、２ｃ2）の配列位相が同一となるようにモータケース１内に収容されている。すなわち、ステータコア２ａ、２ｃの中心軸の一端から他端を臨む方向つまり回転軸４の軸方向において、個別ステータ２Ａの各スロット（各ティース２ａ2、２ｃ2）と個別ステータ２Ｂの各スロット（各ティース２ａ2、２ｃ2）とは重なる関係にある。
【００２１】
制御基板３は、モータケース１内において、上記２つの個別ステータ２Ａ、２Ｂの一部を覆うように実装されている。この制御基板３は、各ステータ巻線２ｂに三相の駆動電流（Ｕ相駆動電流、Ｖ相駆動電流及びＷ相駆動電流）を給電する駆動回路がプリント配線板上に実装されたものである。
【００２２】
回転軸４は、長尺円柱状の金属部材である。２つの個別ロータ５Ａ、５Ｂは、上記回転軸４に装着された磁性部材であり、回転軸４の軸線方向に互いに隣り合うように設けられている。これら２つの個別ロータ５Ａ、５Ｂのうち、一方の個別ロータ５Ａには４つの突極５ａが設けられ、また他方の個別ロータ５Ｂには４つの突極５ｂが設けられている。各突極５ａ、５ｂは、図示するように回転軸４の軸方向に直交する方向かつ回転軸４の軸周りに９０°のピッチ角で設けられている。
【００２３】
ここで、図１（ｂ）に示されているように、一方の個別ロータ５Ａの突極５ａと他方の個別ロータ５Ｂの突極５ｂとは、回転軸４の軸線周りにおける配列位相が角度としてａ°だけ異なっている。すなわち、２つの個別ロータ５Ａ、５Ｂの周方向における複数の突極５ａ、５ｂの複数のスロットに対する配列位相は、回転軸４の軸方向において２段（多段）に異なっている。この角度ａ°は例えば１５°に設定されている。なお、このような２つの個別ロータ５Ａ、５Ｂにおける４つの突極５ａの配列位置と４つの突極５ｂの配列位置の位相差つまり角度ａ°は、例えば４５°を超えない範囲で適宜設定される。
【００２４】
続いて、本実施形態に係るリラクタンスモータを制御・駆動するモータ駆動装置について図２を参照して説明する。このモータ駆動装置は、バッテリ６、バッテリ制御装置７、４つの平滑コンデンサ８Ａ〜８Ｄ、駆動トランジスタ９Ａ、９Ｂ、ダイオード１０Ａ、１０Ｂ及び制御回路１１を備えている。
【００２５】
バッテリ６は、多数の電池セルが直列接続された組電池であり、例えばリチウムイオン電池である。このバッテリ６は、出力電圧（バッテリ電圧）を上記制御基板３に出力する。バッテリ制御装置７は、このようなバッテリ６の動作状態を制御する制御装置である。このバッテリ制御装置７は、例えば各電池セルの電圧（セル電圧）を検出し、このセル電圧に基づいて各電池セルの充放電を制御する。
【００２６】
４つの平滑コンデンサ８Ａ〜８Ｄは、制御基板３の入力側に設けられ、バッテリ６から入力されるバッテリ電圧を平滑化する。３つの平滑コンデンサ８Ａ〜８Ｄのうち、平滑コンデンサ８Ａは、図示するように電解コンデンサであり、一端がバッテリ６のプラス端子に接続され、他端がバッテリ６のマイナス端子に接続されている。平滑コンデンサ８Ｂは、フィルムコンデンサであり、一端がバッテリ６のプラス端子に接続され、他端が平滑コンデンサ８Ｃ及び平滑コンデンサ８Ｄの一端に接続されている。
【００２７】
平滑コンデンサ８Ｃは、同じくフィルムコンデンサであり、一端が平滑コンデンサ８Ｂの他端及び平滑コンデンサ８Ｄの一端に接続され、他端がバッテリ６のマイナス端子に接続されている。平滑コンデンサ８Ｄは、同じくフィルムコンデンサであり、一端が平滑コンデンサ８Ｂの他端及び平滑コンデンサ８Ｃの一端に接続され、他端が接地されている。
【００２８】
駆動トランジスタ９Ａ、９Ｂは、制御回路１１によって動作が制御されるスイッチングトランジスタである。これら駆動トランジスタ９Ａ、９Ｂのうち、一方の駆動トランジスタ９Ａは、図示するように出力端が一方の個別ステータ２Ａのステータ巻線２ｂに接続され、他方の駆動トランジスタ９Ｂは出力端が他方の個別ステータ２Ｂのステータ巻線２ｄに接続されている。
【００２９】
ここで、一方の個別ステータ２Ａにおいて、ステータ巻線２ｂは、三相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）に対応して個別に３つ設けられている。また、他方の個別ステータ２Ｂにおいて、ステータ巻線２ｄ、三相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）に対応して個別に３つ設けられている。図２では、一方の駆動トランジスタ９Ａ及び他方の駆動トランジスタ９Ｂが各々１つ便宜的に描かれているが、一方の駆動トランジスタ９Ａ及び他方の駆動トランジスタ９Ｂは、３つのステータ巻線２ｂ、２ｄに対応して各々３つ設けられている。
【００３０】
ダイオード１０Ａ、１０Ｂは、このように各々３つ設けられたステータ巻線２ｂ、２ｄに対応して設けられている。ダイオード１０Ａ、１０Ｂは、図示するように各ステータ巻線２ｂ、２ｄに対して並列接続されており、各ステータ巻線２ｂ、２ｄに発生するサージ電圧を吸収する。制御回路１１は、上記各駆動トランジスタ９Ａ、９ＢをＯＮ／ＯＦＦさせることにより各ステータ巻線２ｂ、２ｄへの駆動電流の通電を制御する。
【００３１】
ここで、このようなモータ駆動装置の構成要素のうち、駆動トランジスタ９Ａ、９Ｂ、ダイオード１０Ａ、１０Ｂ及び制御回路１１は、モータケース１内の収容された制御基板３に実装されており、上述した駆動回路を構成している。また、４つの平滑コンデンサ８Ａ〜８Ｄは、モータケース１の外部に一体として実装されている。
【００３２】
次に、本実施形態に係るリラクタンスモータの動作について、図３を参照して詳しく説明する。なお、この図３では、リラクタンスモータの６つのスロットのうち、互いに隣り合う２つのスロットの一方を第１スロットと言い、他方を第２スロットと言っている。
【００３３】
本実施形態に係るリラクタンスモータは、各個別ステータ２Ａ、２Ｂのスロット数が「６」かつ各個別ロータ５Ａ、５Ｂの極数が「４」のスイッチトリラクタンスモータであり、本実施形態におけるモータ駆動装置は、図示するように各個別ロータ５Ａ、５Ｂの回転角で３０度毎に駆動電流を各ステータ巻線２ｂ、２ｄに通電する。すなわち、制御回路１１は、回転センサ（図示略）で検出される各個別ロータ５Ａ、５Ｂの回転角に基づいて３０度毎に駆動トランジスタ９Ａ、９ＢをＯＮ状態に遷移させることにより、３０度毎に各ステータ巻線２ｂ、２ｄに駆動電流を通電させる。
【００３４】
ここで、本実施形態に係るリラクタンスモータでは、他方の個別ロータ５Ｂの突極５ｂの配列位相が一方の個別ロータ５Ａの突極５ａの配列位相に対して回転角としてａ°（例えば１５°）だけずれているので、第１スロットの駆動電流（第１通電）と第２スロットの駆動電流（第２通電）とは、図３の下２つの波形に示すように、上記角度ａ°（例えば１５°）だけ位相差を持った波形となる。
【００３５】
上記第１通電を一方の個別ステータ２Ａのステータ巻線２ｂに通電される駆動電流、また第２通電を他方の個別ステータ２Ｂのステータ巻線２ｄに通電される駆動電流とした場合、一方の個別ステータ２Ａのステータ巻線２ｂが発生する磁力に基づいて第１スロットと個別ロータ５Ａの突極５ａとの間に発生する吸引力によって、図３の最上段の波形に示す個別ロータ５Ａに回転トルク（第１トルク）が発生し、他方の個別ステータ２Ｂのステータ巻線２ｄが発生する磁力に基づいて第２スロットと個別ロータ５Ｂの突極５ｃとの間に発生する吸引力によって、図３の上から２段目の波形に示す個別ロータ５Ｂに回転トルク（第２トルク）が発生する。
【００３６】
すなわち、第１トルクと第２トルクの各波形は、図示するように徐々に増加した後に徐々に減少する増加減少波形となるが、相互にａ°（例えば１５°）の位相差を持つ。そして、一方の個別ロータ５Ａと他方の個別ロータ５Ｂとは何れも回転軸４に固定されている。図３（ａ）のトルク波形の破線は定電流を与えた時のトルク波形で、実線は第１通電、第２通電を与えた時の波形であり、回転軸４に発生する回転トルク（モータトルク）は、第１トルクと第２トルクとを合計したものとなる。
【００３７】
このような本実施形態によれば、同一構成の２つの個別ステータ２Ａ、２Ｂと突極５ａ、５ｂの配列位相が角度ａ°（例えば１５°）だけ異なる２つの個別ロータ５Ａ、５Ｂを少なくとも備えるので、第１トルクと第２トルクに位相差が生じる。したがって、本実施形態によれば、位相差を有する第１トルクと第２トルクによって、モータトルクのトルクリップルを従来よりも低減することが可能である。
【００３８】
また、本実施形態によれば、モータケース１の内部には２つの個別ステータ２Ａ、２Ｂに駆動電流を供給する駆動回路が２つの個別ステータ２Ａ、２Ｂの一部を覆うように実装されている。したがって、本実施形態によれば、三相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）のステータ巻線２ｂ、２ｄの特性のばらつきを抑制することが可能であり、よって回転トルクの相間差を抑制することが可能である。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、２つの個別ステータ２Ａ、２Ｂと２つの個別ロータ５Ａ、５Ｂとを備える構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。本実施形態の変形例として、例えば図４に示すような構成、つまり２つの個別ステータ２Ａ、２Ｃと１つのロータ５Ｃとを備える構成が考えられる。２つの個別ステータ２Ａ、２Ｃのうち、個別ステータ２Ｃは、ステータコア２ｅとステータ巻線（図示略）とを備えている。
【００４０】
このステータコア２ｅは、上述した個別ステータ２Ａと同様に、円筒状のヨーク２ｅ1の内側に所定ピッチで６つのティース２ｅ2（極歯）が形成された磁性部品であり、圧粉コアあるいは積層鋼板によって形成されている。すなわち、個別ステータ２Ｃは、６つのスロットを備える。このような個別ステータ２Ｃは、回転軸４周りの６つのティース２ｅ2つまりスロットの配列位相が個別ステータ２Ａのティース２ａ2（つまりスロット）の配列位相に対して角度ａ°（例えば１５°）だけずれている。
【００４１】
一方、１つのロータ５Ｃは４つの突極５ｃを備えるが、これら突極５ｃは、個別ステータ２Ａの各スロット及び個別ステータ２Ｃの各スロットに対向するように回転軸４の軸方向において長尺状に形成されている。このような変形例の係るリラクタンスモータでは、個別ステータ２Ａとの間でロータ５Ｃに発生する第１トルクと個別ステータ２Ｃとの間でロータ５Ｃに発生する第３トルクとの間に位相差が生じるので、モータトルクのトルクリップルを従来よりも抑制することが可能である。
【００４２】
すなわち、上述した実施形態に係るリラクタンスモータは、スロットの配列位相が同一な２つの個別ステータ２Ａ、２Ｂと極歯の配列位相が角度ａ°（例えば１５°）だけ異なる２つの個別ロータ５Ａ、５Ｂとを組み合わせることによって、異なる位相関係の第１トルクと第２トルクとを発生させるものであるが、本変形例に係るリラクタンスモータは、スロットの配列位相が角度ａ°（例えば１５°）だけ異なる２つの個別ステータ２Ａ、２Ｂと極歯の配列位相が同一な２つの個別ロータ５Ａ、５Ｂとを組み合わせることによって、異なる位相関係の第１トルクと第３トルクとを発生させるものである。
【００４３】
（２）上記実施形態では、位相が異なる第１トルクと第２トルクあるいは位相が異なる第１トルクと第３トルクを組み合わせることによってモータトルクのトルクリップルを抑制したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、組み合わせるトルクの個数つまり個別ステータあるいは個別ロータの個数は、２つに限定されるものではなく、３以上であってもよい。
【００４４】
（３）上記実施形態では、図３に示したように三角波状の駆動電流をステータ巻線２ｂ、２ｄ等に給電したが、本発明はこれに限定されない。図３（ｂ）の上段波形に示すように、例えば通常回転時には三角波状の駆動電流をステータ巻線２ｂ、２ｄ等に給電し、これに対して回転数が所定のしきい値以下の低回転時には、図３（ｂ）の下段波形に示すような波形の駆動電流をステータ巻線２ｂ、２ｄ等に給電してもよい。
【００４５】
すなわち、駆動回路は、低回転時には、増加して所定値に到達すると、当該所定値を一定時間に亘って保持し、当該保持後に降下する波形の駆動電流を生成してリラクタンスモータに供給する。このような低回転用の駆動電流によれば、電流平坦部を有するので、当該電流平坦部を有しない三角波状の駆動電流よりもモータトルクのトルクリップルを抑制することが可能である。ただし、電流平坦部を有する駆動電流は、低回転時により効果を発揮するが、通常回転時に用いてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１  モータケース
２Ａ、２Ｂ  個別ステータ
２ａ、２ｃ  ステータコア
２ｂ、２ｄ  ステータ巻線
２ａ1、２ｃ1  ヨーク
２ａ2、２ｃ2  ティース
３  制御基板
４  回転軸
５Ａ、５Ｂ  個別ロータ
６  バッテリ
７  バッテリ制御装置
８Ａ〜８Ｄ  平滑コンデンサ
９Ａ、９Ｂ  駆動トランジスタ
１０Ａ、１０Ｂ  ダイオード
１１  制御回路
【図１】
2020048313.tif 000003
【図２】
2020048313.tif 000004
【図３】
2020048313.tif 000005
【図４】
2020048313.tif 000006