(57)【要約】【課題】高出力のリラクタンスモータを提供する。【解決手段】リラクタンスモータ１０は、半径方向内側へ突出した複数のステータ突極１２２を有するステータ１２と、半径方向外側へ突出した複数のロータ突極１４２を有し、ステータ１２の内部にて回転可能に配置されたロータ１４と、を備え、複数のステータ突極１２２及び複数のロータ１４２突極の少なくとも一方は、それぞれ、方向性電磁鋼板を積層して形成され、該方向性電磁鋼板の磁化容易軸ＡＸ１が延びる方向に対して予め決められた角度方向に突出し、先端に磁束が通過する平面Ａが形成され、先端に向かうに従って徐々に先端部２２の幅が狭くなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径方向内側へ突出した複数のステータ突極を有するステータと、
半径方向外側へ突出した複数のロータ突極を有し、前記ステータの内部にて回転可能に配置されたロータと、を備え、
前記複数のステータ突極及び前記複数のロータ突極の少なくとも一方の突極は、それぞれ、方向性電磁鋼板を積層して形成され、該方向性電磁鋼板の磁化容易軸が延びる方向に対して予め決められた角度方向に突出し、先端に磁束が通過する平面Ａが形成され、該先端に向かうに従って徐々に先端部の幅が狭くなっているリラクタンスモータ。
【請求項２】
請求項１記載のリラクタンスモータにおいて、
前記平面Ａの面積が、前記突極の基部を該突極が延びる方向に垂直な平面で切断した断面Ｂの面積の０．４〜０．９倍となっているリラクタンスモータ。
【請求項３】
請求項２記載のリラクタンスモータにおいて、
前記予め決められた角度方向は、前記磁化容易軸が延びる方向を基準にして±３７度の範囲内であるリラクタンスモータ。
【請求項４】
半径方向内側へ突出した複数のステータ突極を有するステータと、
半径方向外側へ突出した複数のロータ突極を有し、前記ステータの内部にて回転可能に配置されたロータと、を備え、
前記複数のステータ突極及び前記複数のロータ突極の少なくとも一方は、それぞれ、方向性電磁鋼板を積層して形成され、該方向性電磁鋼板の磁化容易軸が延びる方向に対して予め決められた角度方向に突出し、先端に磁束が通過する平面Ａが形成され、該先端に向かうに従って徐々に先端部の幅が狭くなっているリラクタンス発電機。
【請求項５】
一方向へ突出した複数の固定子突極を有する固定子と、
前記固定子の側へ突出した複数の可動子突極を有する可動子と、を備え、
前記複数の固定子突極及び前記複数の可動子突極の少なくとも一方は、それぞれ、方向性電磁鋼板を積層して形成され、該方向性電磁鋼板の磁化容易軸が延びる方向に対して予め決められた角度方向に突出し、先端に磁束が通過する平面Ａが形成され、該先端に向かうに従って徐々に先端部の幅が狭くなっているリニア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、リラクタンス発電機、及びリニアリラクタンスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、回転機あるいはリニアモータ等のエネルギー変換機に利用され、回転子と固定子を有し、回転により生じる磁気抵抗変化により回転力を発生す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、回転子が突起がない円盤状或いは棒状で、且つ方向性電磁鋼板からなり、方向性電磁鋼板は１．４Ｔ以上で使用され、回転子の磁気抵抗が最も小さくなる方向と方向性電磁鋼板の磁化容易方向のなす角度が５４度以内であることを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７２０９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、高出力のリラクタンスモータ、リラクタンス発電機、及びリニアリラクタンスモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的に沿う第１の発明に係るリラクタンスモータは、半径方向内側へ突出した複数のステータ突極を有するステータと、
半径方向外側へ突出した複数のロータ突極を有し、前記ステータの内部にて回転可能に配置されたロータと、を備え、
前記複数のステータ突極及び前記複数のロータ突極の少なくとも一方の突極は、それぞれ、方向性電磁鋼板を積層して形成され、該方向性電磁鋼板の磁化容易軸が延びる方向に対して予め決められた角度方向に突出し、先端に磁束が通過する平面Ａが形成され、該先端に向かうに従って徐々に先端部の幅が狭くなっている。
【０００６】
第１の発明に係るリラクタンスモータにおいて、
前記平面Ａの面積が、前記突極の基部を該突極が延びる方向に垂直な平面で切断した断面Ｂの面積の０．４〜０．９倍となっていることが好ましい。
【０００７】
第１の発明に係るリラクタンスモータにおいて、
前記予め決められた角度方向は、前記磁化容易軸が延びる方向を基準にして±３７度の範囲内であってもよい。
【０００８】
前記目的に沿う第２の発明に係るリラクタンス発電機は、半径方向内側へ突出した複数のステータ突極を有するステータと、
半径方向外側へ突出した複数のロータ突極を有し、前記ステータの内部にて回転可能に配置されたロータと、を備え、
前記複数のステータ突極及び前記複数のロータ突極の少なくとも一方は、それぞれ、方向性電磁鋼板を積層して形成され、該方向性電磁鋼板の磁化容易軸が延びる方向に対して予め決められた角度方向に突出し、先端に磁束が通過する平面Ａが形成され、該先端に向かうに従って徐々に先端部の幅が狭くなっている。
【０００９】
前記目的に沿う第３の発明に係るリニアリラクタンスモータは、一方向へ突出した複数の固定子突極を有する固定子と、
前記固定子の側へ突出した複数の可動子突極を有する可動子と、を備え、
前記複数の固定子突極及び前記複数の可動子突極の少なくとも一方は、それぞれ、方向性電磁鋼板を積層して形成され、該方向性電磁鋼板の磁化容易軸が延びる方向に対して予め決められた角度方向に突出し、先端に磁束が通過する平面Ａが形成され、該先端に向かうに従って徐々に先端部の幅が狭くなっている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高出力のリラクタンスモータ、リラクタンス発電機、及びリニアリラクタンスモータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係るリラクタンスモータの断面を示す説明図である。
【図２】同リラクタンスモータのロータ突極及びステータ突極をロータの回転軸の方向から見た説明図である。
【図３】同リラクタンスモータをモデル化した試験装置の構成図である。
【図４】同リラクタンスモータの突極の形状の違いによる推力を示すグラフである。
【図５】従来の円盤型２極リラクタンスモータを示す説明図である。
【図６】従来の円盤型２極リラクタンスモータにおけるロータの回転角度と回転力の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
【００１３】
本発明の一実施の形態に係るリラクタンスモータ１０は、回転により生じる磁気抵抗変化により回転力を発生できる。リラクタンスモータ１０は、図１に示すように、ステータ１２及びロータ１４を備えている。
【００１４】
ステータ１２は、円筒形状である。ステータ１２は、半径方向内側へ突出した複数のステータ突極１２２を有している。各ステータ突極１２２には、励磁巻線１２１が巻かれている。
【００１５】
ロータ１４は、図１に示すように、ステータ１２の内部に配置され、回転軸ＡＸ２回りに回転できる。ロータ１４は、中心部にモータシャフト１４４が設けられている。また、ロータ１４は、各ステータ突極１２２に対向し、半径方向外側へ突出した複数のロータ突極１４２を有している。
【００１６】
次に、ステータ突極１２２及びロータ突極１４２について詳細に説明する。ステータ突極１２２及びロータ突極１４２は、実質的に同一の形状であるため、以下、これらステータ突極１２２及びロータ突極１４２を区別することなく、単に「突極ＳＰ」と呼んで説明する場合がある。
【００１７】
突極ＳＰは、方向性電磁鋼板を積層して形成されている。ここで、方向性電磁鋼板は、例えば、１）ＪＩＳ  Ｃ  ２５５３（２０００）「方向性電磁鋼帯」に規定された特性を示すもの、２）８００Ａ／ｍでの磁束密度Ｂ８がＪＩＳ  Ｃ  ２５５３（２０００）に規定された値以上で、板厚が任意のもの、及び３）電磁鋼板が単結晶であるか、電磁鋼板が多結晶体であり、その電磁鋼板の磁化容易軸が一方向に集中し、その方向の磁束密度Ｂ８が飽和磁化の０．８５倍以上の値を示すものである。
【００１８】
図２に示すように、突極ＳＰは、方向性電磁鋼板の磁化容易軸ＡＸ１が延びる方向に突出している。突極ＳＰの先端には、磁束が通過する平面Ａが形成されている。また、突極ＳＰの先端部２２は、ロータ１４の回転軸ＡＸ２（図１参照）が延びる方向から見ると、先端に向かうに従って徐々に幅が狭くなっている。換言すると、突極ＳＰの先端部２２は、ロータ１４の回転軸ＡＸ２が延びる方向から見ると、台形状となっている。
【００１９】
図２に示すように、突極ＳＰの先端部２２の寸法Ｌ１（突極ＳＰの基部２０の先端から突極ＳＰの先端までの寸法Ｌ１）は、基部２０の幅の寸法Ｌ０の０．５〜１．５倍であることが好ましい。
また、同一幅の寸法Ｌ０で延びる基部２０を長手方向（突極ＳＰが延びる方向）に垂直な平面で切断した断面（基部２０と先端部２２の境界面）を断面Ｂとすると、平面Ａの面積は、断面Ｂの面積の０．４〜０．９倍となっていることが好ましい。
【００２０】
（実施例）
ここで、発明者は、突極ＳＰの最適形状を求めるため、図３に示す実験装置５０を用いて実験を行った。
実験装置５０は、プランジャー型アクチュエータであり、本実施形態に係るリラクタンスモータ１０（図１参照）をモデル化したものである。実験装置５０は、図３に示すように、固定子５２及び可動子５４を備えている。
【００２１】
固定子５２は、図１に示したリラクタンスモータ１０のステータ１２に対応する。固定子５２は、図３に示すように、鉄心固定子５２２ａ、鉄心固定子５２２ｂ、及び継鉄５２４を有している。
【００２２】
鉄心固定子５２２ａ及び鉄心固定子５２２ｂは、それぞれ、左右方向が長手となる鉄心である。鉄心固定子５２２ａ及び鉄心固定子５２２ｂは、それぞれ、方向性電磁鋼板を奥行き方向に積層して形成され、長手方向と磁化容易軸とが一致する。方向性電磁鋼板は、例えば、ＪＩＳにて規定された、３５ｍｍ厚の３５Ｐ１１５である。鉄心固定子５２２ａ及び鉄心固定子５２２ｂの左右方向の寸法はそれぞれ１００ｍｍ、高さ方向の寸法はそれぞれ１０ｍｍである。鉄心固定子５２２ａ及び鉄心固定子５２２ｂの奥行き方向の寸法はそれぞれ１０ｍｍである。
継鉄５２４は、鉄心固定子５２２ａの下面及び鉄心固定子５２２ｂの下面に接触し、励磁巻線５２６が巻かれている。
【００２３】
可動子５４は、左右方向が長手となる鉄心であり、図１に示したリラクタンスモータ１０のロータ１４に対応する。可動子５４は、方向性電磁鋼板を奥行き方向に積層して形成され、可動子５４の長手方向と磁化容易軸とが一致する。方向性電磁鋼板は、例えば、ＪＩＳにて規定された、３５ｍｍ厚の３５Ｐ１１５である。図３に示すように、可動子５４の左右方向の寸法は、１００ｍｍ、高さ方向の寸法は１０ｍｍである。可動子５４の奥行き方向の寸法は１０ｍｍである。
可動子５４は、リニアスライダー（不図示）に取り付けられ、上下方向に移動できる。可動子５４の推力は、可動子５４に連結されたフォースゲージ５６により測定される。
可動子５４は、上下方向の移動量が微小な範囲内であれば、リラクタンスモータ１０の回転するロータ１４（図１参照）とみなすことができる。
【００２４】
可動子５４と鉄心固定子５２２ａとの空隙g（図３参照）は０．３ｍｍに設定されている。可動子５４と鉄心固定子５２２ｂとの空隙gも０．３ｍｍに設定されている。
可動子５４の下面の高さ方向の位置ｘは、鉄心固定子５２２ａの下面を含む面上に設けられた原点を基準として表されている。
【００２５】
以上のように構成された実験装置５０を用い、励磁巻線５２６により鉄心固定子５２２ａ及び鉄心固定子５２２ｂを励磁した際に可動子５４が発生する推力を、フォースゲージ５６により測定することで、位置ｘと可動子５４の推力との関係を求めることができる。
【００２６】
可動子５４の両端部の形状、鉄心固定子５２２ａの可動子５４に対向する側の端部の形状、及び鉄心固定子５２２ｂの可動子５４に対向する側の端部の形状は、それぞれ、図２に示す突極ＳＰの形状に対応する。以下、図３に示すように、可動子５４、鉄心固定子５２２ａの可動子５４に対向する部分、及び鉄心固定子５２２ｂの可動子５４に対向する部分について、図２に示した突極ＳＰの寸法ｔに対応する寸法を寸法ｔｅ、寸法Ｌ０に対応する寸法を寸法Ｌ０ｅ、寸法Ｌ１に対応する寸法を寸法Ｌ１ｅとする。
【００２７】
発明者は、これら可動子５４の両端部、鉄心固定子５２２ａの可動子５４に対向する側の端部、及び鉄心固定子５２２ｂの可動子５４に対向する側の端部について、寸法ｔｅをそれぞれ変更した実験装置を製作し、実施例１〜５及び比較例として、可動子５４の推力を測定した。
【００２８】
ここで、実施例１〜５は、それぞれ、寸法ｔｅを４ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍとしたものである。また、各実施例１〜５の寸法Ｌ０ｅは１０ｍｍである。従って、実施例１〜５においては、それぞれ、前述の平面Ａ（図２参照）に対応する平面の面積が断面Ｂに対応する断面の面積の０．４倍、０．５倍、０．７倍、０．８倍、０．９倍となっている。各実施例１〜５の寸法Ｌ１ｅは１０ｍｍである（図３参照）。
なお、比較例については、寸法ｔｅが１０ｍｍであり、寸法Ｌ０ｅが１０ｍｍである。つまり、比較例は、基部から先端に向かうに従って徐々に幅が狭くなっていない突極を有するリラクタンスモータに対応している。
【００２９】
測定の結果、図４に示すグラフが得られた。図４において、横軸は可動子５４の上下方向の位置ｘ（図３参照）を表し、縦軸は可動子５４が発生する推力を表している。
図４から明らかな通り、比較例と比較して、各実施例１〜５は、最大推力の発生位置ｘがそれぞれ異なるが、最大推力はいずれも大きくなった。
【００３０】
なお、寸法ｔｅが４ｍｍ未満（平面Ａに対応する平面の面積が断面Ｂに対応する断面の面積の０．４倍未満）であると、固定子５２及び可動子５４の端部を通過する磁束量が小さくなり、可動子５４は、比較例よりも十分に大きい推力を発生しなかった。同様に、寸法ｔｅが９ｍｍを超えると（平面Ａに対応する平面の面積が断面Ｂに対応する断面の面積の０．９倍を超えても）、固定子５２及び可動子５４の端部を通過する磁束量が小さくなり、可動子５４は、比較例よりも十分に大きい推力を発生しなかった。
【００３１】
また、寸法Ｌ１ｅは、寸法Ｌ０ｅと同一であることが好ましいが、これに限定されるものではなく、寸法Ｌ１ｅが寸法Ｌ０ｅの０．５〜１．５倍に設定されていてもよい。ちなみに、寸法Ｌ１ｅが寸法Ｌ０ｅの０．５倍未満であると、固定子５２及び可動子５４の端部を通過する磁束量が小さくなり、可動子５４は、比較例よりも十分に大きい推力を発生しなかった。同様に、寸法Ｌ１ｅが寸法Ｌ０ｅの１．５倍を超えると、固定子５２及び可動子５４の端部を通過する磁束量が小さくなり、可動子５４は、比較例よりも十分に大きい推力を発生しなかった。
以上の実験結果から、本実施の形態に係る突極ＳＰが形成されたリラクタンスモータ１０は、高い出力を発生できる。
【００３２】
ここで、図５に円盤型２極リラクタンスモータ８０を示す。この円盤型２極リラクタンスモータ８０は、ステータ８２及び方向性電磁鋼板を積層して形成された円盤状のロータ８４を備え、半径方向内側に突出したステータ突極８２４に、それぞれ巻線８６が巻かれている。なお、図５において、巻線８６は一部のみ表されている。
【００３３】
この円盤型２極リラクタンスモータ８０については、図６に示すようなロータ８４の回転角度θ（図５参照）と回転力の関係があり、ステータ突極８６が延びる方向とロータ８４を形成する方向性電磁鋼板の磁化容易軸ＡＸ３が延びる方向のなす角θが５５度以下であると、ロータ８４は、なす角θが０となる方向に回転力を発生することが分かっている。
【００３４】
従って、本実施の形態に係るリラクタンスモータ１０の突極ＳＰは、磁化容易軸が延びる方向に対して、±５５（度）×２／３≒±３７（度）の範囲内の方向に突出していればよいといえる。
すなわち、本実施の形態において、突極ＳＰは、図２に示すように方向性電磁鋼板の磁化容易軸ＡＸ３が延びる方向に突出していたが、方向性電磁鋼板の磁化容易軸が延びる方向に対して予め決められた角度方向に突出していてもよく、この予め決められた方向とは、磁化容易軸が延びる方向を基準にして±３７度の範囲内である。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
リラクタンスモータのステータ突極及びロータ突極は、ともに図２に示す突極ＳＰの形状となっていなくてもよい。すなわち、ステータ突極及びロータ突極の少なくとも一方の形状が、突極ＳＰのような形状となっていてもよい。
【００３６】
前述のリラクタンスモータ１０の突極ＳＰの形状は、リラクタンス発電機のステータ及びロータの突極に適用できることは明らかである。
【００３７】
また、リラクタンスモータ１０の突極ＳＰの形状は、リニアリラクタンスモータの固定子及び可動子に適用できることは明らかである。すなわち、一方向へ突出した複数の固定子突極を有する固定子と、固定子の側（固定子突極の側）へ突出した複数の可動子突極を有する可動子と、を備えたリニアリラクタンスモータであって、複数の固定子突極及び複数の可動子突極の少なくとも一方は、それぞれ、方向性電磁鋼板を積層して形成され、該方向性電磁鋼板の磁化容易軸が延びる方向に対して予め決められた角度方向に突出し、先端に磁束が通過する平面Ａが形成され、基部から先端に向かうに従って徐々に幅が狭くなっているリニアリラクタンスモータを構成できる。
【符号の説明】
【００３８】
１０：リラクタンスモータ、１２：ステータ、１４：ロータ、２０：基部、２２：先端部、５０：実験装置、５２：固定子、５４：可動子、５６：フォースゲージ、８０：極リラクタンスモータ、８２：ステータ、８４：ロータ、８６：巻線、１２１：励磁巻線、１２２：ステータ突極、１４２：ロータ突極、１４４：モータシャフト、５２２ａ、５２２ｂ：鉄心固定子、５２４：継鉄、５２６：励磁巻線、８２４：ステータ突極、ＡＸ１：磁化容易軸、ＡＸ２：回転軸、ＡＸ３：磁化容易軸、ＳＰ：突極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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