(57)【要約】【課題】少ない巻線電流で必要なギャップ磁束を発生させ、同じ巻線電流値で、より高トルクを発生し得る構造をもつ可変リラクタンスモータを提供する。【解決手段】多相（ｍ相）可変リラクタンスモータＭ１で、互いに隣り合う２個のステータ磁極Ａ１，Ａ２のそれぞれは磁気的に結合され、該２個のステータ磁極Ａ１，Ａ２のそれぞれはロータ歯４に対して同位相に形成される。該２個のステータ磁極Ａ１，Ａ２の互い対向する係合面Ａ４，Ａ５間に係合される永久磁石Ａ６は、一方の磁極側がＮ極、他方の磁極側がＳ極となるように着磁されるＰ／２個の対をなす。励磁巻線Ｗ１，Ｗ２が励磁されるとき対をなす前記２個のステータ磁極Ａ１，Ａ２のそれぞれは互いに異極性に励磁されて、該永久磁石Ａ６の起磁力と前記励磁巻線Ｗ１，Ｗ２による起磁力とが並列接続されて協働してエアギャップに磁束を発生させるモータである。【選択図】　　　　　　図１
2004088904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータのステータと対向する面にロータとステータの相対運動方向に沿って複数個のロータ歯が等間隔に配設されるロータと、エアギャップを介して該ロータ歯と対向する面に１個以上のステータ小歯を有する複数Ｐ個のステータ磁極が、前記相対運動方向に沿って配設されるステータとを具備するｍ相可変リラクタンスモータにおいて、
互いに隣り合う２個の前記ステータ磁極のそれぞれはバックヨーク部で磁気的に結合され、前記ステータ磁極又は前記バックヨーク部のそれぞれには励磁巻線が巻回され、前記隣り合う２個のステータ磁極のそれぞれは前記ロータ歯に対して同位相に形成されるとともに、該２個のステータ磁極の互いに対向する面の巻線巻回部より前記ロータに近い部分に、永久磁石と係合するための係合面を有し、該係合面間に係合される前記永久磁石は、一方の磁極側との係合面がＮ極、他方の磁極側との係合面がＳ極となるように着磁されるＰ／２個の対を成し、前記励磁巻線が励磁されるとき対をなす前記２個のステータ磁極のそれぞれは互いに異極性に励磁されるとともに、該永久磁石の起磁力と前記励磁巻線による起磁力とが並列接続され協働して前記エアギャップに磁束を発生させ、かつ前記ロータの歯ピッチをτとするとき、隣り合う対における前記２個のステータ磁極のそれぞれは、ロータ歯に対して（ｃ／ｍ）τの位相差をもつように配設されることを特徴とする可変リラクタンスモータ。
ただし、ｍは３以上の整数で、ｃは、ｍが奇数のとき１以上でｍより小さい整数であり、ｍが偶数のとき１以上でｍより小さい奇数でｍ／２以外のものとする
【請求項２】
前記ロータが円筒形状又は円板形状であって、前記相対運動方向は円周方向で、前記Ｐ／２対の前記ステータ磁極対は等ピッチの７２０°／Ｐで配設されており、ロータ歯数をＺＲ、ステータ小歯数をｎＳ、ａを１以上の整数とするとき、前記ステータ磁極数Ｐ＝２ａｍで表され、ロータ歯数ＺＲは、以下の関係式を満足することを特徴とする請求項１に記載の可変リラクタンスモータ。
ただし、ＺＲ＝ａ｛ｍ（ｎ＋ｋ）＋ｃ｝、ｎは、ｎ≧ｎＳ−１を満足する整数、ｋ＝ｎＳ、又はｋ＝ｎＳ＋１である
【請求項３】
ロータのステータと対向する面にロータとステータの相対運動方向に沿って複数個のロータ歯が等間隔に配設されるロータと、エアギャップを介して該ロータ歯と対向する面に１個以上のステータ小歯を有する複数Ｐ個のステータ磁極が、前記相対運動方向に沿うとともに、該相対運動方向と直角な方向に沿って２列に配設されるステータとを具備するｍ相可変リラクタンスモータにおいて、
前記相対運動方向と直角な方向に配設された２個のステータ磁極のそれぞれはバックヨーク部で磁気的に結合され、前記ステータ磁極又は前記バックヨーク部のそれぞれには励磁巻線が巻回され、前記２個のステータ磁極のそれぞれは前記ロータ歯に対して同位相に形成されるとともに、該２個のステータ磁極の互いに対向する面の巻線巻回部より前記ロータに近い部分に、永久磁石と係合するための係合面を有し、該係合面間に係合される前記永久磁石は、一方の磁極側との係合面がＮ極、他方の磁極側との係合面がＳ極となるように着磁されるＰ個の対を成し、前記励磁巻線が励磁されるとき対をなす前記２個のステータ磁極のそれぞれは互いに異極性に励磁されるとともに、該永久磁石の起磁力と前記励磁巻線による起磁力とが並列接続され協働して前記エアギャップに磁束を発生させ、かつ前記ロータの歯ピッチをτとするとき、前記相対運動方向に互いに隣り合う前記ステータ磁極のそれぞれは（ｃ／ｍ）τの位相差をもつように配設されることを特徴とする可変リラクタンスモータ。
ただし、ｍは３以上の整数で、ｃは、ｍが奇数のとき１以上でｍより小さい整数であり、ｍが偶数のとき１以上でｍより小さい奇数でｍ／２以外のものとする
【請求項４】
前記ロータが円筒形状又は円板形状であって、前記相対運動方向は円周方向であり、該相対運動方向と直角な方向は前記ロータが円筒形状の場合は軸方向であり、円板形状の場合は半径方向であって、前記Ｐ個のステータ磁極対は等ピッチの３６０°／Ｐで配設されており、ロータ歯数をＺＲ、ステータ小歯数をｎＳ、ａを１以上の整数とするとき、前記ステータ磁極数Ｐ＝ａｍで表され、ロータ歯数ＺＲは、以下の関係式を満足することを特徴とする請求項３に記載の可変リラクタンスモータ。
ただし、ＺＲ＝ａ（ｍｎ＋ｃ）、ｎは、ｎ≧ｎＳ−１を満足する整数である
【請求項５】
ロータの外周面又は内周面に円周方向に沿って複数個のロータ歯が等間隔に配設されるロータと、エアギャップを介して該ロータ歯と対向する面に１個以上のステータ小歯を有する複数Ｐ個のステータ磁極が、円周方向に沿って配設されるステータとを具備するｍ相可変リラクタンスモータにおいて、連続して並設される３個の前記ステータ磁極のそれぞれはバックヨーク部で磁気的に結合され、前記ステータ磁極又は前記バックヨーク部には励磁巻線が巻回されており、前記３個のステータ磁極の両端の磁極のステータ小歯数をｎＳ個とするとき中央の前記磁極のステータ小歯数は１．６ｎＳから２．４ｎＳであって、前記ロータ歯に対して同位相に形成され、前記３個のステータ磁極のうちの互いに対向する面の巻線巻回部よりロータに近い部分に、永久磁石と係合するための２箇所の隣り合う係合部を有し、該２箇所の隣り合う係合部間にそれぞれ係合される前記永久磁石は、前記中央の磁極側との係合面が同極性となるように着磁されてＰ／３個の対を成し、前記励磁巻線が励磁されるとき対をなす前記３個のステータ磁極は隣り合う該ステータ磁極が互いに異極性に励磁されるとともに、前記永久磁石による起磁力と前記励磁巻線による起磁力とが並列接続され協働して前記エアギャップに磁束を発生させ、かつ前記ロータの歯ピッチをτとするとき、隣り合う対において隣接する前記ステータ磁極は前記ロータ歯に対して（ｃ／ｍ）τの位相差をもつように配設されていることを特徴とする可変リラクタンスモータ。
ただし、ｍは３以上の整数で、ｃは、ｍが奇数のとき１以上でｍより小さい整数であり、ｍが偶数のとき１以上でｍより小さい奇数でｍ／２以外のものとする
【請求項６】
ロータの外周面又は内周面に円周方向に沿って複数個のロータ歯が等間隔に配設されるロータと、エアギャップを介して該ロータ歯と対向する面に１個以上のステータ小歯を有する複数個のステータ磁極が円周方向に沿ってＰ個、軸方向に沿って３列に配設されるステータとを具備するｍ相可変リラクタンスモータにおいて、
前記軸方向に配設される３個の前記ステータ磁極はバックヨーク部で磁気的に結合され、前記ステータ磁極又は前記バックヨーク部には励磁巻線が巻回されており、前記３個のステータ磁極の両端の磁極のステータ小歯の軸方向の長さをＬＳとするとき中央の前記磁極のステータ小歯の軸方向の長さは１．６ＬＳから２．４ＬＳの範囲であって、前記ロータ歯に対して同位相に形成され、前記３個のステータ磁極により形成される軸方向の２箇所の開口部分で、前記磁極が互いに対向する面の巻線巻回部よりロータに近い部分に、永久磁石と係合するための係合部を有し、該２箇所の係合部の係合面間にそれぞれ係合される前記永久磁石は、前記中央の磁極側との係合面が同極性となるように着磁されてＰ個の対を成し、前記励磁巻線が励磁されるとき対をなし隣り合う前記磁極は互いに異極性に励磁されるとともに、該永久磁石による起磁力と該巻線の起磁力とが並列接続され協働して前記エアギャップに磁束を発生させ、かつ前記ロータの歯ピッチをτとするとき、円周方向に互いに隣り合う前記ステータ磁極のそれぞれは（ｃ／ｍ）τの位相差をもつように配設されることを特徴とする可変リラクタンスモータ。ただし、ｍは３以上の整数で、ｃは、ｍが奇数のとき１以上でｍより小さい整数であり、ｍが偶数のとき１以上でｍより小さい奇数でｍ／２以外のものとする
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変リラクタンスモータに関し、特に高トルクを発生できる可変リラクタンスモータの新規な磁気構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このタイプの可変リラクタンスモータの磁気構造の例としては、図７に示す構造のものが知られている。
図７において、可変リラクタンスモータ１００のロータ１０２の外周面には円周方向に沿って３２個のロータ歯１０４が配設されており、ステータ１０１は前記ロータ歯１０４と対向する面にそれぞれ２個のステータ小歯１０３を有する１２個のステータ磁極Ｐ１０１，Ｐ１０２，〜Ｐ１１２が等ピッチ角で配設されるとともに、前記ステータ磁極のそれぞれに、１２個の巻線Ｗ１０１，Ｗ１０２，〜Ｗ１１２がそれぞれ巻回されている。
【０００３】
そして、２つ置きの前記ステータ磁極Ｐ１０１，Ｐ１０４，Ｐ１０７，Ｐ１１０にそれぞれ巻回された４個の巻線Ｗ１０１，Ｗ１０４，Ｗ１０７，Ｗ１１０は、図示のように接続されて１つの、例えば第１の相巻線を形成している。残りの前記磁極に巻回されている前記巻線も、同様に接続されて第２，第３の相巻線を形成し、全体として３相の可変リラクタンスモータ１００を構成している。
前記第１の相巻線が励磁されたとき、前記ロータ２は前記励磁相の磁極Ｐ１０１，Ｐ１０４，Ｐ１０７，Ｐ１１０に関し磁気抵抗が最小となる位置、すなわちその励磁相の前記ステータ小歯３と前記ロータ歯４とが整合する図示の位置まで回転する。
【０００４】
そして、順番に周期的に前記第２，第３の励磁相を切換えることにより、ロータ歯数ＺＲと前記ステータ１０１の相数ｍで決まる角度（３６０゜／ｍＺＲ）ずつ回転していく。図示の３相の可変リラクタンスモータ１００の例では３．７５゜ずつ回転していくことになる。
そのため、ＶＲ型ステッピングモータと呼ばれることもある。またロータ位置を検出して励磁を切換える駆動方法も行われており、この場合、スイッチドリラクタンスモータと呼ばれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、前述のような可変リラクタンスモータ１００のトルクを増大させるためには、前記ステータ小歯３と前記ロータ歯４との位置が整合しているときのギャップ磁束を増加させ、磁気随伴エネルギーを大くきくする必要がある。そのための手段として、ギャップ長をできるだけ短くして磁気抵抗を小さくすることはもちろん、その他に漏れ磁束を減らし有効磁束を増やす磁気回路的な工夫を行っている。
その例としては、例えばＵＳ特許第３，９８４，７１１号公報やＵＳ特許第４，４７５，０５１号公報などに開示されている。さらに、ステータ磁極部での起磁力損失を減らして、ギャップ磁束を増やす方法として、方向性電磁鋼板を利用するものが日本国特許第２，５９４，８１３号公報に開示されている。
【０００６】
また、ステータのバックヨーク部に永久磁石を配置して、リラクタンストルクだけでなく、前記永久磁石の磁束と巻線電流の相互作用トルクも利用するようにしたものが、ＵＳ特許第５，６７２，９２５号公報に開示されている。
また、もう一つの有効な手段は電流を増加させる方法であるが、その場合、モータでの熱損失も増加するため、巻線と鉄心間の接触伝熱面積を増加させて放熱効率をよくするものが、日本国特許第２，９６０，１２８号公報に開示されている。
【０００７】
本発明の目的は、前記のような方法とは全く異なった技術思想に基づき、できるだけ少ない巻線電流で必要なギャップ磁束を発生させることにより、同じ巻線電流値で比較した場合に、より高トルクを発生し得る構造を有する可変リラクタンスモータを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、内部に永久磁石を備え、該永久磁石が有する磁気的エネルギーを、磁極の励磁を介して有効に活用する磁気構造により高トルクを発生し得る安価な可変リラクタンスモータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、ロータのステータと対向する面にロータとステータの相対運動方向に沿って複数個のロータ歯が等間隔に配設されるロータと、エアギャップを介して該ロータ歯と対向する面に１個以上のステータ小歯を有する複数Ｐ個のステータ磁極が、前記相対運動方向に沿って配設されるステータとを具備するｍ相可変リラクタンスモータにおいて、互いに隣り合う２個の前記ステータ磁極のそれぞれはバックヨーク部で磁気的に結合され、前記ステータ磁極又は前記バックヨーク部のそれぞれには励磁巻線が巻回され、前記隣り合う２個のステータ磁極のそれぞれは前記ロータ歯に対して同位相に形成されるとともに、該２個のステータ磁極の互いに対向する面の巻線巻回部より前記ロータに近い部分に、永久磁石と係合するための係合面を有し、該係合面間に係合される前記永久磁石は、一方の磁極側との係合面がＮ極、他方の磁極側との係合面がＳ極となるように着磁されるＰ／２個の対を成し、前記励磁巻線が励磁されるとき対をなす前記２個のステータ磁極のそれぞれは互いに異極性に励磁されるとともに、該永久磁石の起磁力と前記励磁巻線による起磁力とが並列接続され協働して前記エアギャップに磁束を発生させ、かつ前記ロータの歯ピッチをτとするとき、隣り合う対における前記２個のステータ磁極のそれぞれは、ロータ歯に対して（ｃ／ｍ）τの位相差をもつように配設される可変リラクタンスモータである。ただし、ｍは３以上の整数で、ｃは、ｍが奇数のとき１以上でｍより小さい整数であり、ｍが偶数のとき１以上でｍより小さい奇数でｍ／２以外のものとする。
【００１０】
前記ロータが円筒形状又は円板形状であって、前記相対運動方向は円周方向で、前記Ｐ／２対の前記ステータ磁極対は等ピッチの７２０°／Ｐで配設されており、ロータ歯数をＺＲ、ステータ小歯数をｎＳ、ａを１以上の整数とするとき、前記ステータ磁極数Ｐ＝２ａｍで表され、ロータ歯数ＺＲは、以下の関係式を満足する可変リラクタンスモータである。ただし、ＺＲ＝ａ｛ｍ（ｎ＋ｋ）＋ｃ｝、ｎは、ｎ≧ｎＳ−１を満足する整数、ｋ＝ｎＳ、又はｋ＝ｎＳ＋１である。
【００１１】
ロータのステータと対向する面にロータとステータの相対運動方向に沿って複数個のロータ歯が等間隔に配設されるロータと、エアギャップを介して該ロータ歯と対向する面に１個以上のステータ小歯を有する複数Ｐ個のステータ磁極が、前記相対運動方向に沿うとともに、該相対運動方向と直角な方向に沿って２列に配設されるステータとを具備するｍ相可変リラクタンスモータにおいて、前記相対運動方向と直角な方向に配設された２個のステータ磁極のそれぞれはバックヨーク部で磁気的に結合され、前記ステータ磁極又は前記バックヨーク部のそれぞれには励磁巻線が巻回され、前記２個のステータ磁極のそれぞれは前記ロータ歯に対して同位相に形成されるとともに、該２個のステータ磁極の互いに対向する面の巻線巻回部より前記ロータに近い部分に、永久磁石と係合するための係合面を有し、該係合面間に係合される前記永久磁石は、一方の磁極側との係合面がＮ極、他方の磁極側との係合面がＳ極となるように着磁されるＰ個の対を成し、前記励磁巻線が励磁されるとき対をなす前記２個のステータ磁極のそれぞれは互いに異極性に励磁されるとともに、該永久磁石の起磁力と前記励磁巻線による起磁力とが並列接続され協働して前記エアギャップに磁束を発生させ、かつ前記ロータの歯ピッチをτとするとき、前記相対運動方向に互いに隣り合う前記ステータ磁極のそれぞれは（ｃ／ｍ）τの位相差をもつように配設される可変リラクタンスモータである。ただし、ｍは３以上の整数で、ｃは、ｍが奇数のとき１以上でｍより小さい整数であり、ｍが偶数のとき１以上でｍより小さい奇数でｍ／２以外のものとする。
【００１２】
前記ロータが円筒形状又は円板形状であって、前記相対運動方向は円周方向であり、該相対運動方向と直角な方向は前記ロータが円筒形状の場合は軸方向であり、円板形状の場合は半径方向であって、前記Ｐ個のステータ磁極対は等ピッチの３６０°／Ｐで配設されており、ロータ歯数をＺＲ、ステータ小歯数をｎＳ、ａを１以上の整数とするとき、前記ステータ磁極数Ｐ＝ａｍで表され、ロータ歯数ＺＲは、以下の関係式を満足する可変リラクタンスモータである。ただし、ＺＲ＝ａ（ｍｎ＋ｃ）、ｎは、ｎ≧ｎＳ−１を満足する整数である。
【００１３】
ロータの外周面又は内周面に円周方向に沿って複数個のロータ歯が等間隔に配設されるロータと、エアギャップを介して該ロータ歯と対向する面に１個以上のステータ小歯を有する複数Ｐ個のステータ磁極が、円周方向に沿って配設されるステータとを具備するｍ相可変リラクタンスモータにおいて、連続して並設される３個の前記ステータ磁極のそれぞれはバックヨーク部で磁気的に結合され、前記ステータ磁極又は前記バックヨーク部には励磁巻線が巻回されており、前記３個のステータ磁極の両端の磁極のステータ小歯数をｎＳ個とするとき中央の前記磁極のステータ小歯数は１．６ｎＳから２．４ｎＳであって、前記ロータ歯に対して同位相に形成され、前記３個のステータ磁極のうちの互いに対向する面の巻線巻回部よりロータに近い部分に、永久磁石と係合するための２箇所の隣り合う係合部を有し、該２箇所の隣り合う係合部間にそれぞれ係合される前記永久磁石は、前記中央の磁極側との係合面が同極性となるように着磁されてＰ／３個の対を成し、前記励磁巻線が励磁されるとき対をなす前記３個のステータ磁極は隣り合う該ステータ磁極が互いに異極性に励磁されるとともに、前記永久磁石による起磁力と前記励磁巻線による起磁力とが並列接続され協働して前記エアギャップに磁束を発生させ、かつ前記ロータの歯ピッチをτとするとき、隣り合う対において隣接する前記ステータ磁極は前記ロータ歯に対して（ｃ／ｍ）τの位相差をもつように配設されている可変リラクタンスモータである。ただし、ｍは３以上の整数で、ｃは、ｍが奇数のとき１以上でｍより小さい整数であり、ｍが偶数のとき１以上でｍより小さい奇数でｍ／２以外のものとする。
【００１４】
ロータの外周面又は内周面に円周方向に沿って複数個のロータ歯が等間隔に配設されるロータと、エアギャップを介して該ロータ歯と対向する面に１個以上のステータ小歯を有する複数個のステータ磁極が円周方向に沿ってＰ個、軸方向に沿って３列に配設されるステータとを具備するｍ相可変リラクタンスモータにおいて、前記軸方向に配設される３個の前記ステータ磁極はバックヨーク部で磁気的に結合され、前記ステータ磁極又は前記バックヨーク部には励磁巻線が巻回されており、前記３個のステータ磁極の両端の磁極のステータ小歯の軸方向の長さをＬＳとするとき中央の前記磁極のステータ小歯の軸方向の長さは１．６ＬＳから２．４ＬＳの範囲であって、前記ロータ歯に対して同位相に形成され、前記３個のステータ磁極により形成される軸方向の２箇所の開口部分で、前記磁極が互いに対向する面の巻線巻回部よりロータに近い部分に、永久磁石と係合するための係合部を有し、該２箇所の係合部の係合面間にそれぞれ係合される前記永久磁石は、前記中央の磁極側との係合面が同極性となるように着磁されてＰ個の対を成し、前記励磁巻線が励磁されるとき対をなし隣り合う前記磁極は互いに異極性に励磁されるとともに、該永久磁石による起磁力と該巻線の起磁力とが並列接続され協働して前記エアギャップに磁束を発生させ、かつ前記ロータの歯ピッチをτとするとき、円周方向に互いに隣り合う前記ステータ磁極のそれぞれは（ｃ／ｍ）τの位相差をもつように配設される可変リラクタンスモータである。ただし、ｍは３以上の整数で、ｃは、ｍが奇数のとき１以上でｍより小さい整数であり、ｍが偶数のとき１以上でｍより小さい奇数でｍ／２以外のものとする。
【００１５】
本発明の可変リラクタンスモータは、以上のように構成されるので、その作用は、前記磁極対の巻線が励磁されると、巻線起磁力と前記磁極対間に密着、係合された永久磁石の起磁力とが並列接続されるので、ギャップ部には前記巻線起磁力による磁束だけでなく前記永久磁石の起磁力による磁束も流れる。そのため、前記永久磁石がない場合に比べて、前記巻線の励磁電流に対するギャップ磁束を増加させることができる。
【００１６】
また、そのとき、前記磁極対を流れる磁束は、前記巻線起磁力から前記永久磁石による起磁力を引いた起磁力に依存して流れるため、前記永久磁石がない場合に比べて減少し、前記磁極対の鉄心部における起磁力損失を低下させることができ、これもギャップ磁束の増加に寄与する。また、隣接する磁極対間の磁気抵抗は高くなるので、漏れ磁束も減らすことができる。
その結果、前記励磁電流に対するギャップ磁束が増加し、従来タイプのものに比べより高トルクを発生することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
［第１実施例］
図１は、本発明の可変リラクタンスモータの実施の形態で、前記請求項１及び請求項２に記載の第１実施例を示す断面図であり、相数ｍ、ステータ小歯数ｎＳ、数値ａ，ｎ，ｋ，ｃの各数値をｍ＝３，ｎＳ＝１，ａ＝２，ｎ＝１，ｋ＝１，ｃ＝２とした場合である。
【００１８】
図１において、本実施例の可変リラクタンスモータＭ１のステータ１は、それぞれ２個の磁極部Ａ１，Ａ２；Ｂ１，Ｂ２；Ｃ１，Ｃ２；Ｄ１，Ｄ２；Ｅ１，Ｅ２；Ｆ１，Ｆ２がそれぞれ、バックヨーク部Ａ３，Ｂ３，Ｃ３，〜Ｆ３で一体的に形成されてＵ字形状をなした電磁鋼板を積層して構成される６対（ａｍ＝６）の磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆが、円周方向に等ピッチ角で配設され、非磁性材の保持部材５により固定保持された構造になっている。なお、ステータ小歯数ｎＳ＝１のため、ステータ小歯３は、前記磁極部と同一になる。
前記磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆの鉄心は電磁鋼板の積層だけでなく、磁性材の焼結や切削加工等によって製作することももちろん可能である。
【００１９】
また前記対をなす磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆ自体の互いに対向する磁極部Ａ１，Ａ２；Ｂ１，Ｂ２；Ｃ１，Ｃ２；〜Ｆ１，Ｆ２の面の巻線巻回部より前記ロータ２に近い部分には、永久磁石Ａ６，Ｂ６，Ｃ６，〜Ｆ６と密着、係合するための切欠された係合面Ａ４，Ａ５；Ｂ４，Ｂ５；Ｃ４，Ｃ５；〜Ｆ４，Ｆ５が設けられており、図示のように角柱状の前記永久磁石Ａ６，Ｂ６，Ｃ６，〜Ｆ６が、該磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆとの係合面の一方Ａ４，Ｂ５，Ｃ４，Ｄ５，Ｅ４，Ｆ５にＮ極、係合面の他方Ａ５，Ｂ４，Ｃ５，Ｄ４，Ｅ５，Ｆ４にＳ極となるように着磁されて、前記両磁極部Ａ１，Ａ２；Ｂ１，Ｂ２；Ｃ１，Ｃ２；〜Ｆ１，Ｆ２のそれぞれの間に密着（又は密着接合）するように係合されている。
【００２０】
前記永久磁石Ａ６，Ｂ６，Ｃ６，〜Ｆ６の極性は、前記係合面の一方Ａ４，Ｂ４，Ｃ４，４５，Ｅ４，Ｆ４にＮ極、他方Ａ５，Ｂ５，Ｃ５，Ｄ５，Ｅ５，Ｆ５にＳ極となるようにすることももちろん可能である。
いずれの場合も、該磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆの巻線は、巻線による起磁力が前記永久磁石Ａ６，Ｂ６，Ｃ６，〜Ｆ６の起磁力と並列接続された関係になるように巻回され励磁される。
【００２１】
また、前記ロータ２の外周面には円周方向に沿って１６個（ＺＲ＝ａ｛ｍ（ｎ＋ｋ）＋ｃ｝＝１６）のロータ歯４が、歯ピッチ２２．５゜（τ＝３６０゜／ＺＲ＝２２．５゜）で配設されている。
前記対をなす磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆのそれぞれの磁極部Ａ１，Ａ２；Ｂ１，Ｂ２；Ｃ１，Ｃ２；〜；Ｆ１，Ｆ２間のピッチ角は２２．５゜（ｋτ＝２２．５゜）であり、前記ロータ歯４に対して同位相（又は同ピッチ角）となっている。
【００２２】
また、隣り合う対の磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆにおいて、互いに隣接する磁極部Ａ２，Ｂ１；Ｂ２，Ｃ１；Ｃ２，Ｄ１；Ｄ２，Ｅ１；Ｅ２，Ｆ１；Ｆ２，Ａ１のそれぞれの間のピッチ角は、前記ロータ歯４に対して（ｃ／ｍ）τの位相差を持つよう（ｎ＋ｃ／ｍ）τに設定されており、各数値を代入すると３７．５゜になっている。
【００２３】
前記ｋτと前記（ｎ＋ｃ／ｍ）τとを加算したものが、前記６個（ａｍ個）の磁極対間のピッチ角６０゜（２２．５＋３７．５＝６０）であり、すなわち等ピッチ配置となっている。ＺＲτ＝３６０゜であり、前記磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆ間ピッチ角の６倍に等しいことから、ロータ歯数ＺＲの式ＺＲ＝ａ｛ｍ（ｎ＋ｋ）＋ｃ｝が導かれる。
【００２４】
また、ロータ軸６を挟んで対向する前記磁極対ＡとＤに巻回される巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ７，Ｗ８よりなるＡ相が励磁され、前記ロータ歯４が該Ａ相に関して磁気抵抗が最小になる図示の位置にあるとき、該ロータ歯４はＢ相の磁極部Ｃ１，Ｃ２，Ｆ１，Ｆ２に対し、７．５゜（２×２２．５−３７．５＝７．５゜）遅れた位置にあり、Ｃ相の磁極部Ｂ１，Ｂ２，Ｅ１，Ｅ２に対しては、７．５゜進んだ位置にある。したがって、励磁相をＡ相からＢ相またはＣ相に切換えると、前記ロータ２は７．５゜だけ正方向又は逆方向に回転することになる。これがステッピングモータとしての動作説明であり、ステップ角は７．５゜といえる。
【００２５】
前記対をなす磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆに巻回された巻線Ｗ１，Ｗ２；Ｗ３，Ｗ４；Ｗ５，Ｗ６；Ｗ７，Ｗ８；Ｗ９，Ｗ１０；Ｗ１１，Ｗ１２は、該巻線が励磁されるとき、対をなす一方の磁極部から他方の磁極部に向かって巻線起磁力が発生するように結線されており、その結果、該磁束は一方の磁極部（例えばＡ１）から出てエアギャップ、ロータ歯４、ロータ歯４、エアギャップを通り、他方の磁極部（Ａ２）に帰る短い磁束通路を形成するので、鉄心部での起磁力降下を最小にすることができる。
【００２６】
また、前記回転軸６を挟んで対向配置されている２個（ａ＝２）の磁極対ＡとＤ、ＢとＥ、ＣとＦの前記巻線Ｗ１，Ｗ２とＷ７，Ｗ８、Ｗ３，Ｗ４とＷ９，Ｗ１０、Ｗ５，Ｗ６とＷ１１，Ｗ１２はそれぞれ接続されて、１つの相巻線を構成している。
【００２７】
該相巻線が励磁されたとき前述のように前記対をなす磁極対ＡとＤ、ＢとＥ、ＣとＦは、前記係合されている永久磁石Ａ６とＤ６、Ｂ６とＥ６、Ｃ６とＦ６の磁極と同じ極性となるので、該永久磁石による起磁力と前記巻線起磁力とが並列接続されて協働して前記エアギャップ部に磁束を供給することになる。すなわち、該エアギャップ部には、該励磁巻線による磁束だけでなく前記永久磁石Ａ６，Ｂ６，Ｃ６，Ｄ６，Ｅ６，Ｆ６のそれぞれの起磁力による磁束も流れることになる。
【００２８】
また、前記磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆの前記ステータ磁極部と前記バックヨーク部Ａ３，Ｂ３，Ｃ３，〜Ｆ３からなる鉄心部には、前記巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，〜Ｗ１２による起磁力から前記永久磁石Ａ６，Ｂ６，Ｃ６，〜，Ｆ６による起磁力を引いた起磁力が作用するため、該鉄心部の磁束は該永久磁石がない場合に比べ少なくなり、該鉄心部での起磁力損失を少なくすることができ、これもエアギャップ部における磁束の増加に貢献する。
【００２９】
また、図示のように各Ａ，Ｂ，Ｃ相間は磁気的に結合されていないので、これによって漏れ磁束を抑える効果もある。
また無励磁時には、前記永久磁石Ａ６，Ｂ６，Ｃ６，〜，Ｆ６の起磁力による磁束のほとんどが前記鉄心部に流れ、エアギャップ部にはほとんど供給されないため、コギングトルクは小さく抑えることができる。
【００３０】
［第２実施例］
図２は、本発明の可変リラクタンスモータの実施の形態で、前記請求項１及び２に記載の第２実施例を示す断面図であり、相数ｍ、ステータ小歯数ｎＳ、数値ａ，ｎ，ｋ，ｃの各数値をｍ＝３，ｎＳ＝２，ａ＝２，ｎ＝２，ｋ＝３，ｃ＝１とした場合である。なお、図１と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３１】
図２において、本実施例の可変リラクタンスモータＭ２のステータ１は、前記ロータ歯４との対向面に２個（ｎＳ＝２）のステータ小歯３を有する１２個（Ｐ＝２ａｍ＝１２）の磁極部Ａ１，Ａ２；Ｂ１，Ｂ２；Ｃ１，Ｃ２；Ｄ１，Ｄ２；Ｅ１，Ｅ２；Ｆ１，Ｆ２が図示のように配設され、図１の場合と同様に隣り合う磁極部で６対の磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆを構成している。隣接する前記磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆのそれぞれのバックヨーク部Ａ３，Ｂ３，〜Ｆ３間には磁気抵抗を大きくするための貫通穴７が設けられている。
【００３２】
前記ステータ１の鉄心は、それぞれの前記磁極部Ａ１，Ａ２；‥‥；Ｆ１，Ｆ２と前記バックヨーク部Ａ３，Ｂ３，〜Ｆ３とが一体的からなるリング形状の電磁鋼板を積層して形成されるので、図１の場合のように、６個の磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆが機械的に完全に分離されていないので、該６個の磁極対を等ピッチに配置するという工程が不要になる利点がある。
【００３３】
また、磁極対Ａの磁極部Ａ１，Ａ２に巻回された巻線Ｗ１，Ｗ２は、前記第１実施例と同様に、対をなす一方の磁極部から他方の磁極部に向かって巻線起磁力が発生するように結線されており、その結果、磁束は一方の磁極部から出てエアギャップ、ロータ歯４、ロータ歯４、エアギャップを通り他方の磁極部に帰る短い磁束通路を形成する。
【００３４】
また、前記磁極部Ａ１，Ａ２の互いに対向する面の、巻線巻回部より前記ロータ２に近い部分には永久磁石Ａ６と係合するための係合面Ａ４，Ａ５が設けられており、図示のように角柱状の前記永久磁石Ａ６が、該磁極部Ａ１，Ａ２との係合面の一方がＮ極、他方がＳ極となるように着磁されて両磁極部Ａ１，Ａ２間に密着するように係合されている。
他の磁極対Ｂ，Ｃ〜Ｆも同様の構成となっている。
【００３５】
前記ロータ歯４の数は３２個（ＺＲ＝ａ｛ｍ（ｎ＋ｋ）＋ｃ｝＝３２）であり、該ロータ２の歯ピッチは１１．２５゜（τ＝３６０゜／ＺＲ＝１１．２５゜）である。対をなす磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆのそれぞれの磁極部間のピッチは３３．７５゜（ｋτ＝３３．７５゜）であり、前記ステータ小歯３はロータ歯４に対して同位相（又は同一位置で対向）に配置されている。
【００３６】
隣り合う前記磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ〜Ｆにおいて、隣接する前記磁極部Ａ１，Ａ２；Ｂ１，Ｂ２；Ｃ１，Ｃ２；〜Ｆ１，Ｆ２間のピッチ角は前記ロータ歯４に対して（ｃ／ｍ）τの位相差を持つように（ｎ＋ｃ／ｍ）τに設定されているので、各数値を代入すると２６．２５゜になる。
したがって、この場合の前記磁極対間のピッチも６０゜（３３．７５＋２６．２５＝６０）であり、等ピッチ配置となっていることが分る。
【００３７】
Ａ相が励磁され、前記ロータ歯４がＡ相に関し磁気抵抗が最小になる位置にあるとき、該ロータ歯４はＢ相の磁極部に対し３．７５゜（２６．２５−２×１１．２５＝３．７５゜）進んだ位置にあり、Ｃ相の磁極部に対しては３．７５゜遅れた位置にある。
したがって励磁相をＡ相からＣ相又はＢ相に切換えると、前記ロータ２は３．７５゜だけ正方向又は逆方向に回転することになる。これがステッピングモータとしての動作説明であり、ステップ角は３．７５゜といえる。
【００３８】
［第３実施例］
図３は、本発明の可変リラクタンスモータの実施の形態で、前記請求項３及び４に記載の第３実施例を示す縦断面図、図４は図３の横断面図であり、相数ｍ、ステータ小歯数ｎＳ、数値ａ，ｎ，ｋ，ｃの各数値をｍ＝３，ｎＳ＝１，ａ＝２，ｎ＝０，ｃ＝２とした場合である。なお、図１と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３９】
図３及び図４において、本実施例の可変リラクタンスモータＭ３のステータ１は、ロータ軸６の軸方向に２列に配設されたそれぞれの２個の磁極部Ａ１とＡ２、Ｂ１とＢ２、Ｃ１とＣ２、Ｄ１とＤ２、Ｅ１とＥ２、Ｆ１とＦ２が、バックヨーク部Ａ３，Ｂ３，〜Ｆ３のそれぞれに連結されて、Ｃ字形状をなした電磁鋼板を積層して構成された６対（ａｍ＝６）の磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆが、円周方向に等ピッチで配設され、非磁性材の保持部材８ａ，８ｂにより同心的に固定保持された構造になっている。
前記ステータ１は、その両端部を前記保持部材８ａ，８ｂを介してエンドブラケット１０，１１に、図示しないねじ等の締結により支持されるとともに、前記ロータ２も、前記エンドブラケット１０，１１に軸受を介して、前記ロータ軸６により回動自在に支持されている。
【００４０】
前記ロータ２は、長方形状の電磁鋼板を積層して構成された４個（ＺＲ＝ａ｛ｍｎ＋ｃ｝＝４）のロータ歯４が非磁性材の保持部材９，９によりロータ歯ピッチ９０゜（τ＝３６０゜／ＺＲ＝９０゜）で配置され、前記ロータ軸６に固定されている。
この場合も、前記磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆおよび前記ロータ歯４は電磁鋼板の積層に限定されず、磁性材の焼結や切削加工等により製作することももちろん可能である。
【００４１】
前記対をなす磁極部Ａ１とＡ２；Ｂ１とＢ２；‥‥；Ｆ１とＦ２は軸方向に並んでおり、前記ロータ歯４に対して同位相（すなわち該磁極対の１が励磁されるとき、該磁極対が前記ロータ歯４と整合する）となっている。また、前記２個の磁極部Ａ１，Ａ２；Ｂ１，Ｂ２；‥‥；Ｆ１，Ｆ２のそれぞれ互いに対向する面の、巻線巻回部よりロータ２に近い部分には永久磁石Ａ６，Ｂ６，Ｃ６，〜Ｆ６と係合するための係合面Ａ４，Ａ５，Ｂ４，Ｂ５，‥‥，Ｆ４，Ｆ５が設けられており、図示のように角柱状の前記永久磁石Ａ６，Ｂ６，Ｃ６，〜Ｆ６が、該磁極部との前記係合面の一方がＮ極、他方がＳ極となるように着磁されて前記係合面Ａ４，Ａ５；Ｂ４，Ｂ５；‥‥；Ｆ４，Ｆ５のそれぞれの間に密着、係合されている。このとき該永久磁石Ａ６，Ｂ６，Ｃ６，〜Ｆ６の極性を同一方向に揃えておくとモータ組立後に着磁することができる。
【００４２】
また、隣り合う前記磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ〜Ｆにおいて、隣接する前記磁極部Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，〜Ｆ１間及びＡ２，Ｂ２，Ｃ２〜，Ｆ２間のピッチ角は、前記ロータ歯４に対して（ｃ／ｍ）τの位相差を持つよう（ｎ＋ｃ／ｍ）τに設定されているので、各数値を代入すると６０゜になる。
ＺＲτ＝３６０゜であり、前記磁極対Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆ間ピッチの６倍に等しいことから前記ロータ歯数の式（ＺＲ＝ａ（ｍｎ＋ｃ））が導かれる。
【００４３】
したがって、Ａ相が励磁され、ロータ歯４がＡ相に関し磁気抵抗が最小になる位置にあるとき、該ロータ歯４は、Ｂ相の磁極に対し３０゜（９０−６０＝３０゜）遅れた位置にあり、Ｃ相の磁極に対しては３０゜進んだ位置にある。
したがって、励磁相をＡ相からＢ相又はＣ相に切換えると前記ロータ２は３０゜だけ正方向又は逆方向に回転することになる。これがステッピングモータとしての動作説明であり、ステップ角は３０゜といえる。
【００４４】
［第４実施例］
図５は、本発明の可変リラクタンスモータの実施の形態で、前記請求項５に記載の第４実施例を示し、該可変リラクタンスモータのステータ２１を構成する１つの磁極対を示す断面図であり、図１又は図２のステータ１のなかの１つの磁極対に対応する図である。
前記ステータ２１の１つの該磁極対Ｐの鉄心２２は、該ステータ２１の円周方向に沿って連続して並設される３個の磁極部Ｐ１，Ｐ２、Ｐ３が、バックヨーク部２３により磁気的に結合されたＥ字状の電磁鋼板を積層して形成されており、中央の磁極部Ｐ２に巻線Ｗ１が巻回されている。前記巻線Ｗ１は磁極部Ｐ１とＰ３に巻回することも、３個の磁極部Ｐ１，Ｐ２、Ｐ３に巻回することも可能であるが、前記磁極部Ｐ２に巻回した場合が最も漏れ磁束を少なくすることができる。もちろん前記バックヨーク部２３に巻回することも可能である。
【００４５】
前記磁極部Ｐ１及びＰ３は、前記ロータ歯４との対向面にそれぞれ１個（ｎＳ＝１）のステータ小歯３を有し、前記中央の磁極部Ｐ２は隣接する磁極部Ｐ１及びＰ３のそれぞれ有するステータ小歯数ｎＳの２倍（２ｎＳ個）、すなわち２個のステータ小歯３を有している。前記３個の磁極部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３又はステータ小歯３は前記ロータ歯４に対し同位相（又は同ピッチ角位置）に配置されている。
【００４６】
そして、該３個の磁極部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の互いに対向する面の巻線巻回部より前記ロータ２に近い部分には、永久磁石２８，２９と係合するための係合面２４，２５，２６，２７を有し、該２箇所の隣り合う係合部をなす、該係合面２４，２５と２６，２７間にそれぞれ密着、係合された前記永久磁石２８，２９は、中央の前記磁極部Ｐ２とのその係合面２５，２６側が同極性となるように着磁されている。
そして、前記巻線Ｗ１が励磁されると、該巻線Ｗ１の起磁力と前記永久磁石２８，２９の起磁力は、並列接続されて前記ロータ歯４とのエアギャップ部に磁束を供給するようになっている。
【００４７】
［第５実施例］
図６は、本発明の可変リラクタンスモータの実施の形態で、前記請求項６に記載の第５実施例を示し、該可変リラクタンスモータのステータ３１を構成する１つの磁極対を示す縦断面図であり、図３のステータ１のなかの１つの磁極対に対応する図である。
【００４８】
前記ステータ３１の１つの該磁極対Ｐの鉄心３２は、前記ステータ３１の軸方向に３列に並設される３個の磁極部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が、バックヨーク部３３により磁気的に結合されたＥ字状に形成されており、中央の前記磁極部Ｐ２には巻線Ｗ１が巻回されている。前記３個の磁極部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、前記ロータ歯４との対向面にそれぞれ同数のステータ小歯３を有し、該ステータ小歯３の軸方向長さは約１：２：１の比率に設定されている。また前記３個の磁極部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３又はステータ小歯３は前記ロータ歯４に対し同位相（又は同ピッチ角位置）に配置されている。
【００４９】
そして、該３個の磁極部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の互いに対向する面の巻線巻回部よりロータ２に近い部分には、永久磁石３８，３９と係合するための係合面３４，３５，３６，３７を有し、該２箇所の隣り合う係合部をなす、該係合面３４，３５と３６，３７間にそれぞれ密着、係合された前記永久磁石３８，３９は、中央の前記磁極部Ｐ２との係合面３５，３６側が同極性となるように着磁されている。
【００５０】
そして、前記巻線Ｗ１が励磁されると、該巻線Ｗ１による起磁力と前記永久磁石３８，３９の起磁力は、並列接続されてエアギャップ部に磁束を供給するようになっている。
【００５１】
なお、本実施の形態の説明は、本発明の技術は前記実施の形態における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。また、回転型モータだけでなく、リニアモータにも適用できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の可変リラクタンスモータによれば、前記磁極対の巻線が励磁されると、巻線起磁力と前記磁極対間に係合された永久磁石による起磁力とが並列接続され、エアギャップ部には前記巻線起磁力による磁束だけでなく前記永久磁石による磁束も流れるため、前記永久磁石がない場合に比べて前記エアギャップ磁束は増加することになる。
このため、できるだけ少ない巻線電流で必要なギャップ磁束を発生させることにより、同じ巻線電流値で比較した場合に、より高トルクを発生させることができるという優れた効果を奏する。
【００５３】
また、前記磁極対の鉄心部には、前記巻線起磁力から前記永久磁石による起磁力を引いた起磁力に依存して磁束が流れるため、前記永久磁石がない場合に比べて減少し、その結果、前記鉄心部における起磁力損失は低下し、前記エアギャップ磁束の増加に寄与する。
【００５４】
さらに、磁極対間の磁気抵抗が高いため漏れ磁束が減少し、その分エアギャップ磁束が増加するという効果もある。その結果、電流に対するエアギャップ磁束が増加し、従来タイプに比べより高トルクを発生する。
このように、本発明の可変リラクタンスモータは、内部に備えられた永久磁石が有する磁気的エネルギーを、磁極の励磁を介して有効に活用する磁気構造であるため、従来のものに比べて、より高トルクを発生させることができるという効果がある。
【００５５】
また、従来タイプと同じトルクでよい場合には、巻線電流が少ない分、銅損が減少し、さらに前記鉄心部の磁束も減少するためステータ鉄心での鉄損も減少する。したがって、従来タイプに比べより高効率となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の可変リラクタンスモータの実施の形態の第１実施例を示す該可変リラクタンスモータの断面図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す可変リラクタンスモータの断面図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す可変リラクタンスモータの縦断面図である。
【図４】図３の横断面図である。
【図５】本発明の第４実施例を示し、可変リラクタンスモータのステータ中の１つの磁極対を示す断面図であり、図１又は図２のステータ１のなかの１つの磁極対に対応する図である。
【図６】本発明の第５実施例を示し、可変リラクタンスモータのステータ中の１つの磁極対を示す断面図であり、図３のステータ１のなかの１つの磁極対に対応する図である。
【図７】従来の可変リラクタンスモータの磁気構造を示す該可変リラクタンスモータの断面図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ，Ｃ，〜Ｆ，Ｐ　磁極対
Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，〜，Ｆ１，Ｆ２　磁極部
Ａ３，Ｂ３，Ｃ３，〜Ｆ３　バックヨーク部
Ａ４，Ａ５，Ｂ４，Ｂ５，Ｃ４，Ｃ５，〜Ｆ４，Ｆ５　係合面
Ａ６，Ｂ６，Ｃ６，〜Ｆ６　永久磁石
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３　可変リラクタンスモータ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３　磁極部
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，〜Ｗ１２　巻線（励磁巻線）
１，２１，３１　ステータ
２　ロータ
３　ステータ小歯
４　ロータ小歯
６　ロータ軸
２２，３２　鉄心
２３，３３　　バックヨーク部
２４〜２７，３４〜３７　係合面
２８，２９，３８，３９　永久磁石
【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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【図７】
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