(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体製薄板よりなる積層板を複数積層して設けられ、磁気抵抗を回転方向で異なるようにするための磁気絶縁手段を備えた回転子を具備し、
この回転子の磁気抵抗の最も低い磁極の方向と異なる方向へ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であって、
前記磁気絶縁手段は、前記積層板に形成されたスリットあるいは溝よりなるフラックスバリアの積層によって構成されるものであり、
前記回転子は、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、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３】
磁性体製薄板よりなる積層板を複数積層して設けられ、磁気抵抗を回転方向で異なるようにするための磁気絶縁手段を備えた回転子を具備し、
この回転子の磁気抵抗の最も低い磁極の方向と異なる方向へ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であって、
前記磁気絶縁手段は、前記積層板に形成されたスリットあるいは溝よりなるフラックスバリアの積層によって構成されるものであり、
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４】
請求項１ないし請求項３のいずれかのリラクタンス型電動機において、
前記回転子を円周方向から見たときのバリアの外周端と、それに隣接するバリアの外周端との間隔は、全て等間隔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５】
請求項３または請求項４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で磁気抵抗が最も大きい方向の磁気抵抗値が、各磁極全てが同一となるようバリアの径方向の幅によって調節されている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５のリラクタンス型電動機において、
前記積層板において各磁極を形成するための複数のバリアのうち、最も内周のバリアの径方向の幅によって磁気抵抗値の調節が行われることを特徴とするリラクタンス型電動機。
【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は、出力トルクが大きい、構造が簡単という利点があるが、反面、固定子の突極に対して磁気絶縁手段（磁気バリア）の端部が通過する毎に高トルクリップルが発生する欠点があり、これまで一部の分野のみで利用されるにとどまっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
トルクリップルを低減させる手法として、固定子あるいは回転子の磁気中心角を、固定子の１スロット角度分だけ回転方向にスキューさせる技術が知られている。
しかし、スキューさせることにより、回転位置における磁気抵抗差が小さくなってしまうため、出力トルクが低下する不具合が発生してしまう。
この発明の目的は、出力トルクの低下を招くことなく、トルクリップルを低減できる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の手段を採用し、複数種類の積層板を積層して回転子を設けたことにより、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（スキューさせる技術）のように回転子位置による磁気抵抗差が小さくならず、出力トルクを招かない。
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。
【０００５】
請求項２の手段を採用し、同一種類の積層板が隣接してなるブロックを複数接合して回転子を設けても良い。このように設けることにより、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。
【０００６】
請求項３の手段を採用し、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回転子を設けることにより、１種類の積層板にて請求項１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。
【０００７】
請求項４の手段を採用し、バリアの外周端と、それに隣接するバリアの外周端との間隔を、全て等間隔に設けることにより、各バリア端が固定子の突極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とでるようになるため、トルク変動の相殺度合がより大きくなり、トルクリップルの低減効果を高めることができる。
【０００８】
請求項５の手段を採用し、回転子の各磁極の磁気抵抗が最も大きい方向の磁気抵抗値の全てが同一にされることにより、磁極毎に発生するトルクの大きさが等しくなるため、トルク変動の相殺度合がより大きくなり、トルクリップルをさらに低減することができる。
また、磁気抵抗の最も大きい方向のバリアの幅のみを変えて磁気抵抗値を調節しているため、回転子外周部付近のバリアピッチは変わらない。このため、バリアピッチで発生するトルク変動の形は変わることがなく、従ってトルク変動の相殺度合のみを高めることができる。
【０００９】
請求項６の手段を採用し、最も内周のバリアの径方向の幅によって磁気抵抗値の調節を行うことにより、その内側におけるバリアとバリアの各間隔は変わらないため、磁気抵抗が最も大きい方向の磁気抵抗値のみを調節できる。
【００１０】
【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、固定子１の各突極１ａの周囲には、各突極１ａに起磁力を発生させるための図示しないコイルが装着されるものである。
【００１１】
そして、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、所定角度方向の固定子１に起磁力を発生し、回転子２の磁気抵抗の低い部分を固定子１の起磁方向へ回転移動させて出力トルクを得るものである。
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。
【００１２】
固定子１は、内周に向く複数の突極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３を複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４を複数積層して設けられたものであり、磁気抵抗を回転方向で異ならせるための磁気絶縁手段５が設けられている。
【００１３】
この磁気絶縁手段５は、回転子積層板４に複数形成されたスリットよりなるフラックスバリア５ａ（図２参照）の積層によって構成される。このバリア５ａは、内側に湾曲した円弧形状を呈するものであり、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５ａ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。
【００１４】
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４に中心角９０度の４つの磁極を持つものである。
この実施例は、磁極の仕様が異なる２種類の回転子積層板４（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５ａの位置が異なるものである。
【００１５】
具体的には、図２（ａ）に示すバリア仕様Ａの回転子積層板４と、図２（ｂ）に示すバリア仕様Ｂの回転子積層板４とを、図３に示すように、交互に積層したものであり、第１回転子積層板４のバリア位置に対する第２回転子積層板４のバリア位置を図２（ａ）の破線に示す。
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５ａの外周端と、それに隣接するバリア５ａ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。
【００１６】
ここで、バリア仕様Ａの回転子積層板４が発生するトルク波形を図４の実線Ａに示し、バリア仕様Ｂの回転子積層板４が発生するトルク波形を図４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４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４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４が発生するトルクと、バリア仕様Ｂの回転子積層板４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。
【００１７】
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５ａの外周端と、それに隣接するバリア５ａ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。
【００１８】
〔第２実施例〕
この第２実施例は、図５に示すように、バリア仕様Ａの回転子積層板４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４を重ねてなる回転子ブロック２ｂとを接合して回転子２を構成したものである。
上記の第１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４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５ａ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。これに対して、この第２実施例のように、同一種類の積層板が隣接してなるブロック２ａ、２ｂを接合して回転子２を設けた場合では、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４の仕様を交互に積層させるよりも回転子積層板４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。
【００１９】
〔第３実施例〕
この第３実施例は、図６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４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４を積層して回転子２を設けたものである。
このように設けても、第１実施例と同様の効果を得ることができる。また、第２実施例と同様、この第３実施例でも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４を積層して回転子２が構成されるため、回転子積層板４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。
【００２０】
さらに、この第３実施例でも、回転子２を円周方向から見たときのバリア５ａの外周端と、それに隣接するバリア５ａの外周端との間隔を、磁極内だけでなく、磁極間においても全て等間隔に設けた。これにより、各バリア５ａ端が固定子１の突極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。
【００２１】
〔第４実施例〕
一般的に、リラクタンス型電動機のトルクの大きさは、第１実施例で示したｄ軸方向のインダクタンスと、ｑ軸方向のインダクタンスの差に比例して発生する。
このため、上記第３実施例のように、回転子２の磁極毎にバリア５ａの位置を変え（あるいはバリア５ａの本数を変え）、各磁極毎に発生するトルクを逆位相にしてリップルを低減する際、そのバリア構造の違いにより、ｑ軸方向の磁気抵抗が変わりｑ軸方向のインダクタンスが磁極毎に変わってしまう。それゆえ、磁極毎に発生するトルクの大きさが若干違ってしまい、トルク変動の大きさも磁極毎に変わるため、逆位相にしてもリップルが若干残ってしまう。
【００２２】
つまり、図７（ａ）に示す回転子積層板４を多数積層した回転子２を用いて具体的に説明すると、バリア仕様Ａで発生するトルク波形は図８（ａ）の実線Ａに示されるように変動し、バリア仕様Ｂで発生するトルク波形は図８（ａ）の破線Ｂに示されるように変動することになり、若干リップルが残ってしまう。
【００２３】
そこで、バリア５ａのｑ軸方向の幅を磁極毎に変更し、各磁極全てのｑ軸方向の磁気抵抗値を同一に揃えた。つまり、ｑ軸方向の磁気抵抗の小さい磁極のバリア５ａのｑ軸径方向の幅を広く取り、ｑ軸方向のインダクタンスを各磁極毎に均一にした。
具体的に、図７を用いて説明すると、バリア仕様Ｂに対してバリア５ａの本数の少ない、即ちｑ軸方向の磁気抵抗の小さいバリア仕様Ａのバリア５ａの幅を広く取り、各磁極のｑ軸方向のインダクタンスを全て同一にした。
なお、この実施例では、ｑ軸方向の最内側のバリア幅を広く取って磁気抵抗値の調節を行う例を示すが、他のバリア幅を広げてｑ軸方向の磁気抵抗値を調節しても良い。また、幅を広げるバリア５ａは、１つに限定されるものではなく、複数のバリア５ａの幅を変更しても良い。もちろん、複数の幅を広げる場合、広げる幅は同一幅でも良いし、不均一幅でも良い。
【００２４】
この実施例のように、バリア仕様Ａのインダクタンスと、バリア仕様Ｂのインダクタンスが揃えられることにより、両方の仕様Ａ、Ｂで発生するトルクの大きさが同じになる。
つまり、バリア仕様Ａで発生するトルク波形｛図８（ｂ）の実線Ａ｝と、バリア仕様Ｂで発生するトルク波形｛図８（ｂ）の破線Ｂ｝とが、完全に一致した逆位相となる。この結果、トルク変動の相殺度合がより大きくなり、トルクリップルを上記実施例よりもさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リラクタンス型電動機の概略図である（第１実施例）。
【図２】回転子積層板のバリアパターンを示す図である（第１実施例）。
【図３】回転子積層板の積層状態の説明図である（第１実施例）。
【図４】トルク波形を示すグラフである（第１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】回転子積層板の平面図である（第３実施例）。
【図７】回転子積層板の平面図である（第４実施例）。
【図８】トルク波形を示すグラフである（第４実施例）。
【符号の説明】
１    固定子
２    回転子
３    固定子積層板
４    回転子積層板
５    磁気絶縁手段
５ａ  フラックスバリア
【図１】
0004627853.tif 000002
【図２】
0004627853.tif 000003
【図３】
0004627853.tif 000004
【図４】
0004627853.tif 000005
【図５】
0004627853.tif 000006
【図６】
0004627853.tif 000007
【図７】
0004627853.tif 000008
【図８】
0004627853.tif 000009