(57)【要約】【課題】ロータの回転中におけるトルクリプルを低減すると共に、振動・騒音を抑制するスイッチングリラクタンスモータ及びその制御方法を提供する。【解決手段】ロータコア２２を複数備えるロータ２０と、ステータコイル１４が巻かれたステータコア１２を複数備えるステータ１０とを含み、ステータコイル１４に順次電流を流すことによってステータコア１２とロータコア２２との間に生ずる電磁的相互作用によりロータ２０を回転させるスイッチドリラクタンスモータであって、ロータコア２２の少なくとも１つにロータコイル２４が巻かれてなるスイッチドリラクタンスモータにより上記課題を解決することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアを複数備えるロータと、
ステータコイルが巻かれたステータコア、を複数備えるステータと、を含み、
前記ステータコイルに順次電流を流すことによって前記ステータコアと前記ロータコアとの間に生ずる電磁的相互作用により前記ロータを回転させるスイッチドリラクタンスモータであって、
前記ロータコアの少なくとも１つにロータコイルが巻かれてなることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータにおいて、
前記ロータコイルには、前記ステータコイルから発生する磁場に対して相反する磁場を発生させる電流が流れることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスイッチドリラクタンスモータにおいて、
前記ロータコイルには、前記ロータコイルが巻かれたロータコアと前記ステータコイルが巻かれたステータコアとが対向する回転角からずれた回転角において電流が流れることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のスイッチドリラクタンスモータにおいて、
前記ロータは、前記ロータコイルが巻かれたロータコアと前記ステータコイルが巻かれたステータコアとが対向する回転角からずれた回転角において当該ロータコイルに電流を流すブラシを備えることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のスイッチドリラクタンスモータにおいて、
前記ロータは、コイルが巻かれていない補極を備えることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のスイッチドリラクタンスモータにおいて、
前記ロータは、コイルが巻かれていない突極を有することを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載のスイッチドリラクタンスモータにおいて、
前記ロータと前記ロータコイルが巻かれたロータコアとの間に非磁性体が設けられていることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載のスイッチドリラクタンスモータにおいて、
前記ロータコアは、磁性鋼板の積層体からなることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載のスイッチドリラクタンスモータにおいて、
前記ステータコアは、磁性鋼板の積層体からなることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項１０】
ロータコイルが巻かれたロータコア、を少なくとも１つ備えるロータと、
ステータコイルが巻かれたステータコア、を複数備えるステータと、を含むスイッチドリラクタンスモータの制御方法であって、
前記ステータコイルに順次電流を流すと共に、
前記ロータコイルに、前記ステータコイルから発生する磁場に対して相反する磁場を発生させる電流を流すことを特徴とするスイッチドリラクタンスモータの制御方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のスイッチドリラクタンスモータの制御方法において、
前記ロータコイルには、前記ロータコイルが巻かれたロータコアと前記ステータコイルが巻かれたステータコアとが対向する回転角からずれた回転角において電流を流すことを特徴とするスイッチドリラクタンスモータの制御方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載のスイッチドリラクタンスモータの制御方法において、
ロータの回転速度が高くなるほど前記ロータコイルに流す電流を小さくすることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータの制御方法。
【請求項１３】
請求項１０又は１１に記載のスイッチドリラクタンスモータの制御方法において、
ロータが所定速度以上で回転している場合には、前記ステータコイルに順次電流を流し、前記ロータコイルには電流を流さないことを特徴とするスイッチドリラクタンスモータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータコイルが巻かれたロータコアを備えるスイッチドリラクタンスモータ及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチドリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータという）は構造が簡単であるため、堅固及び安価な特徴を有している。
【０００３】
ＳＲモータは、図９に示すように、筒状のステータ５０を有し、ステータ５０の中心軸と同軸上に回転軸を有するロータ６０がベアリングを介して配置される。ステータ５０の内側に向けて複数の突極５２（５２−１，５２−２，５２−３）が等角度間隔で設けられる。各突極５２には、モータ内に磁場を発生させるためのステータコイル５４（５４−１，５４−２，５４−３）が設けられる。一方、ロータ６０にも複数の突極６２が設けられる。突極６２は、ロータ６０の外周に等角度間隔に配設される。突極５２と突極６２とは、ロータ６０の回転中に所定の間隔を維持しつつ対向するように固定される。
【０００４】
突極５２のステータコイル５４に励磁電流を流すことによって、突極５２からロータ６０に向かって磁場が発生する。発生した磁場は、発生元となった突極５２とそれに近接する位置にある突極６２と閉磁場回路を形成して電磁的に相互作用し、それらの突極５２と突極６２との間に吸引力を生じさせる。
【０００５】
例えば、三相ＳＲモータでは、６つの突極５２と４つの突極６２を設け、ステータコイル５４−１には三相交流のＵ相を、ステータコイル５４−２には三相交流のＶ相を、ステータコイル５４−３には三相交流のＷ相をそれぞれ印加して、突極５２を順次に励磁することによってロータ６０を回転させることができる。
【０００６】
このようなＳＲモータにおいて、ステータ又はロータの突極の先端に複数個の少歯を設けることによりトルクリプルや振動・騒音を低減する技術が開示されている（特開２００１―２６８８６８号公報）。また、ロータの突極の先端回転円周方向に延長する回転方向の面が平面の凸部を形成することにより振動・騒音を低減する技術も開示されている（特開平１１−３０８８２８号公報）。
【０００７】
また、内外周にコイルが巻かれた突極が設けられたステータと、ステータの内部と外周に共通の出力軸に共通に結合された２つのロータとを有するＳＲモータに関する技術も開示されている（特開平７−１６３１０５号公報）。
【０００８】
また、互いに異なる数の突極を形成したロータ及びステータを備え、ロータの突極に永久磁石を設け、ロータの回転角に応じてステータの突極に設けられたコイルに流す電流を適宜制御することによって駆動効率を向上し、振動・騒音を低減する技術が開示されている（特開平１０−２９０５５８号公報）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２６８８６８号公報
【特許文献２】特開平１１−３０８８２８号公報
【特許文献３】特開平７−１６３１０５号公報
【特許文献４】特開平１０−２９０５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の改善技術においてもスイッチドリラクタンスモータのトルクリプルの改善は十分ではなかった。また、上記従来技術のスイッチドリラクタンスモータではロータに突極が設けられているために一般的に振動が大きくなる傾向がみられた。それに伴って、可聴周波数の騒音も大きくなっていた。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、トルクリプルを低減し、振動・騒音を抑制したスイッチングリラクタンスモータ及びその制御方法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】
【００１２】
上記課題を解決できる本発明は、ロータコアを複数備えるロータと、ステータコイルが巻かれたステータコア、を複数備えるステータと、を含み、前記ステータコイルに順次電流を流すことによって前記ステータコアと前記ロータコアとの間に生ずる電磁的相互作用により前記ロータを回転させるスイッチドリラクタンスモータであって、前記ロータコアの少なくとも１つにロータコイルが巻かれてなることを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記ロータコイルには、前記ステータコイルから発生する磁場に対して相反する磁場を発生させる電流が流れることを特徴とする。
【００１４】
特に、前記ロータコイルには、前記ロータコイルが巻かれたロータコアと前記ステータコイルが巻かれたステータコアとが対向する回転角からずれた回転角において電流が流れることが好適である。すなわち、前記ロータは、前記ロータコイルが巻かれたロータコアと前記ステータコイルが巻かれたステータコアとが対向する回転角からずれた回転角において当該ロータコイルに電流を流すブラシを備えることが好適である。
【００１５】
また、前記ロータはコイルが巻かれていない補極を備えても良いし、前記ロータはコイルが巻かれていない突極を有しても良い。
【００１６】
さらに、前記ロータと前記ロータコイルが巻かれたロータコアとの間に非磁性体が設けることも好適である。また、前記ロータコア又は前記ステータコアは、磁性鋼板の積層体からなることも好適である。
【００１７】
上記課題を解決できる本発明は、ロータコイルが巻かれたロータコア、を少なくとも１つ備えるロータと、ステータコイルが巻かれたステータコア、を複数備えるステータと、を含むスイッチドリラクタンスモータの制御方法であって、前記ステータコイルに順次電流を流すと共に、前記ロータコイルに、前記ステータコイルから発生する磁場に対して相反する磁場を発生させる電流を流すことを特徴とする。
【００１８】
ここで、前記ロータコイルには、前記ロータコイルが巻かれたロータコアと前記ステータコイルが巻かれたステータコアとが対向する回転角からずれた回転角において電流を流すことが好適である。また、ロータの回転速度が高くなるほど前記ロータコイルに流す電流を小さくすることも好適である。例えば、ロータが所定速度以上の高速回転をしている場合には、前記ステータコイルに順次電流を流し、前記ロータコイルには電流を流さないことが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ロータの回転中におけるトルクリプルを低減すると共に、振動・騒音を抑制することができるスイッチングリラクタンスモータ及びその制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜第１の実施の形態＞
本発明の実施の形態におけるスイッチドリラクタンスモータ１００は、図１の平面断面図に示すように、ステータ１０及びロータ２０を含んで構成される。
【００２１】
ステータ１０は、中空の円筒形状を備え、複数のステータコア１２を備えている。図１には、６０°間隔で設置された６つのステータコア１２を備えたステータ１０の例を示している。ステータコア１２の各々には励磁用のステータコイル１４が巻かれている。
【００２２】
ステータコア１２は強磁性体からなり、図２（ａ）（ｂ）の断面図に示すように、Ｕ字型に屈曲した形状を有することが好適である。ステータコア１２には、例えば、軟性磁性体であるフェライト等の鉄系酸化物を用いることが好ましい。ステータコア１２は、Ｕ字型の両端部１６をステータ１０の中心軸方向に向けてステータ１０に設置される。ステータコイル１４は、ステータコア１２の一部の周囲に巻かれる。
【００２３】
ここで、ステータコア１２をＵ字型に屈曲した磁性鋼板の積層体から構成することが好適である。曲率半径が順次大きくなるように屈曲させた磁性鋼板を重ね合わせ、磁性鋼板間を樹脂等の非磁性体で接着することにより積層体を形成することができる。また、図３に示すように、樹脂を挟み込みながら帯状の磁性鋼板４４を巻き付け、所定の位置で切断することによりＵ字型に屈曲した磁性鋼板４４の積層体を形成することも好適である。
【００２４】
ロータ２０は、円柱形状を有し、外向きに配置された複数のロータコア２２を備えている。図１には、９０°間隔で設置された４つのロータコア２２を備えたロータ２０を有するスイッチドリラクタンスモータ１００の例を示している。ロータコア２２の各々には励磁用のロータコイル２４が巻かれている。
【００２５】
ロータコア２２は強磁性体からなり、図２（ａ）（ｂ）の断面図に示すように、ステータコア１２と同様にＵ字型に屈曲した形状を有することが好適である。ロータコア２２には、例えば、軟性磁性体であるフェライト等の鉄系酸化物を用いることが好ましい。ロータコア２２は、Ｕ字型の両端部２６をステータ１０の内壁に向けてロータ２０に設置される。ロータコイル２４は、ロータコア２２の一部の周囲に巻かれる。
【００２６】
ステータコア１２と同様に、ロータコア２２はＵ字型に屈曲した磁性鋼板の積層体から構成することが好適である。曲率半径が順次大きくなるように屈曲させた磁性鋼板を重ね合わせ、磁性鋼板間を樹脂等の非磁性体で接着することにより積層体を形成することができる。また、図３に示すように、樹脂を挟み込みながら帯状の磁性鋼板４４を巻き付け、所定の位置で切断することによりＵ字型に屈曲した磁性鋼板４４の積層体を形成することも好適である。
【００２７】
本実施の形態では、ステータコイル１４には３相交流が供給される。図１において、互いに対向する一対のステータコイル１４−１，１４−２及び１４−３にはそれぞれ異なる相の電流、すなわち３相交流のＵ相、Ｖ相及びＷ相が供給される。
【００２８】
一方、本実施の形態では、ロータコイル２４には２相交流が供給される。ロータコイル２４には、ステータコイル１４から発生する磁場に対して相反する磁場を発生させる電流が流される。
【００２９】
ロータコイル２４に励磁用の電流を通電するために、ステータ１０及びロータ２０にはブラシ３０及び３２がそれぞれ設けられる。ステータ１０にはステータコア１２の数と同数のブラシ３０が設けられ、ロータ２０にはロータコア２２の数と同数のブラシ３２が設けられる。このとき、ロータコイル２４が巻かれたロータコア２２とステータコイル１４が巻かれたステータコア１２とが完全に対向する回転角からずれた回転角においてロータコイル２４に電流が流れるようにブラシ３０及び３２が配置されることが好適である。
【００３０】
例えば、図１の例では、ステータ１０に６つのステータコア１２を備えるので、ステータ１０には６つのブラシ３０が６０°間隔で配設される。また、ロータ２０に４つのロータコア２２を備えるので、ロータ２０には４つのブラシ３２が９０°間隔で配設される。
【００３１】
本実施の形態における説明において、回転角とはロータ２０の回転中心軸を中心とした所定の基準線からの角度のことをいう。例えば、図１において、回転角θはＵ相が印加されるステータコア１２−１の中心線を基準線とした角度で表されている。
【００３２】
ステータコイル１４及びロータコイル２４には、図４に示すように、励磁用の電流が供給される。図４において、本実施の形態におけるスイッチドリラクタンスモータ１００へ供給される励磁用の電流及びトルクは太い実線で示した。なお、参考のために、従来のスイッチドリラクタンスモータに供給される励磁用の電流及びトルクを細い実線で同時に示した。図４に明らかなように、本実施の形態におけるスイッチドリラクタンスモータ１００では、従来のスイッチドリラクタンスモータの２倍の通電角でステータコイル１４へ電流が供給される。
【００３３】
時刻ｔ１の直前において、図５（ａ）に示すような回転角にロータ２０は位置する。このとき、Ｕ相の電流がステータコイル１４−１に供給され、ステータコア１２−１から磁場が発生する。ステータコア１２−１から発生した磁場との電磁的な相互作用によってロータコア２２−１はステータコア１２−１に引き付けられてロータ２０が回転する。時刻ｔ１においてロータコア２２−１とステータコア１２−１とが完全に対向し、図５（ｂ）に示すように、ロータ２０は回転角θ＝０°に位置する。
【００３４】
時刻ｔ１には、Ｗ相の電流が立ち上げられてステータコイル１４−３に供給され、ステータコア１２−３から磁場が発生する。ステータコア１２−３から発生した磁場との電磁的な相互作用によってロータコア２２−２はステータコア１２−３に引き付けられる。同時にステータコイル１４−１には励磁電流が供給され続けるが、ロータ２０の慣性がロータコア２２−１とステータコア１２−１との吸引力に打ち勝ち、ロータ２０はさらに回転し続ける。
【００３５】
図５（ｃ）に示すように回転角θが０°をわずかに超えると、ステータ１０に設けられたブラシ３０−１とロータ２０に設けられたブラシ３２−１とが接触し始め、ロータコイル２４−１にＡ相の電流が供給される。この電流により、ロータコイル２４−１からステータコア１２−１から発生し続けている磁場に相反する磁場が形成される。これらの磁場の電磁的な相互作用により、ロータコア２２−１とステータコア１２−１との間に反発力が発生し、ロータ２０はロータコイル２４−１とステータコア１２−１とが離れるように回転させられる。
【００３６】
時刻ｔ２には、図５（ｄ）に示すように、ロータコア２２−２とステータコア１２−３との間の吸引力及びロータコイル２４−１とステータコア１２−１との間の反発力によって、ロータコア２２−２とステータコア１２−３とが完全に対向する。すなわち、ロータ２０は回転角θ＝３０°に位置する。
【００３７】
時刻ｔ２には、Ｖ相の電流が立ち上げられてステータコイル１４−２に供給され、ステータコア１２−２から磁場が発生する。ステータコア１２−２から発生した磁場との電磁的な相互作用によってロータコア２２−１はステータコア１２−２に引き付けられる。同時にステータコイル１４−３には励磁電流が供給され続けるが、ロータ２０の慣性がロータコア２２−２とステータコア１２−３との吸引力に打ち勝ち、ロータ２０はさらに回転し続ける。
【００３８】
時刻ｔ２以降においても、図４に示すように、ステータコイル１４及びロータコイル２４に励磁電流が供給される。これにより、ロータ２０は回転する。
【００３９】
以上のように、本実施の形態におけるスイッチドリラクタンスモータによれば、図４のラインＡに示すように、ロータコア２２に設けられたロータコイル２４への電流の供給によって従来のリラクタンスモータのトルク（図４のラインＢ）よりも高いトルクを得ることができる。さらに、ロータ２０に作用するトルクは、従来のスイッチドリラクタンスモータのロータに作用するトルクに比べて変動が少ないものとなり、トルクリプルが低減される。また、本実施の形態におけるロータコア２２はロータ２０内に埋め込まれているため、外に張り出した突極を有するロータを備えた従来のスイッチドリラクタンスモータに比べてさらにトルクリプルが小さくなる。また、モータに発生する振動・騒音も低減される。
【００４０】
なお、本実施の形態において、ロータ２０が高速回転となるほど大きなトルクを必要としなくなるので、ロータ２０の回転速度が高速になるほどロータコイル２４への電流の供給を低減することも好適である。また、ロータコイル２４への電流の供給を完全に停止することも好適である。これにより、モータでの消費電力を従来のスイッチドリラクタンスモータと同程度に低減することができる。さらに、ロータコイル２４により逆起電力の回収、すなわち回生を行うことまで可能となる。
【００４１】
勿論、ステータコイル１４への電流の供給を停止することもできる。このとき、ロータコイル２４に電流を供給していればステータコイル１４により逆起電力の回収、すなわち回生を行うことも可能である。
【００４２】
なお、本実施の形態では、ステータコア１２とロータコア２２との個数比を６／４としたが、ステータコア１２とロータコア２２の数は互いに倍数の関係にならないように設定することが好適である。例えば、個数比６／４の他に、８／６，１２／８又は１８／１２等の組み合わせとすることができる。
【００４３】
＜第２の実施の形態＞
本発明の実施の形態におけるスイッチドリラクタンスモータ２００は、図６の平面断面図に示すように、上記第１の実施の形態におけるスイッチドリラクタンスモータ１００と同様の構成を有する。
【００４４】
スイッチドリラクタンスモータ２００のロータ２０には補極４０が設けられる。補極４０は、隣り合うロータコア２２の間に等間隔で配設される。また、ロータコア２２にはロータコイル２４が巻かれるが、補極４０にはコイルは巻かれない。
【００４５】
本実施の形態において、ステータコイル１４及びロータコイル２４には、図７に示すように、励磁用の電流が供給される。このように、補極４０を設けることにより、各ステータコイル１４へ電流を供給する時間を短くすることができる。
【００４６】
また、補極４０を設けることにより、図７のラインＣに示すように、上記第１の実施の形態におけるスイッチドリラクタンスモータのトルク（図７のラインＤ）よりも高いトルクを得ることができる。さらに、ロータ２０に作用するトルクの変動も小さくなり、トルクリプルが低減される。
【００４７】
また、ステータコイル１４への電流供給時間を短くできるため、モータでの消費電力を低減でき、モータの耐久性も向上する。
【００４８】
なお、図９に示した従来のスイッチドリラクタンスモータの構造に、図８に示すように、ロータ６０の隣り合う突極６２の間にロータコイル２４が巻かれたロータコア２２を設けることによっても同様の効果を得ることができる。
【００４９】
この場合、ロータコイル２４への電流の供給によるロータコア２２からの磁場が従来の磁気回路へ影響を及ぼさないように、ロータコア２２とロータ２０の本体との間に非磁性体４２を設けることが好ましい。このとき、非磁性体４２の厚さは、ステータ５０とロータ６０との間隙よりも厚くすることがより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態におけるスイッチドリラクタンスモータの構成を示す平面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるスイッチドリラクタンスモータの構成を示す横断面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるスイッチドリラクタンスモータに適したステータコア及びロータコアの形成方法を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるスイッチドリラクタンスモータの制御方法を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態におけるスイッチドリラクタンスモータの各時刻における作動状態を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるスイッチドリラクタンスモータの別例の構成を示す平面断面図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるスイッチドリラクタンスモータの別例の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の実施の形態におけるスイッチドリラクタンスモータの別例の構成を示す平面断面図である。
【図９】従来のスイッチドリラクタンスモータの構成を示す平面断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  ステータ、１２（１２−１，１２−２，１２−３）  ステータコア、１４（１４−１，１４−２，１４−３）  ステータコイル、１６  ステータコアの端部、２０  ロータ、２２（２２−１，２２−２）  ロータコア、２４（２４−１，２４−２）  ロータコイル、２６  ロータコアの端部、３０，３２  ブラシ、４０  補極、４２  非磁性体、４４  磁性鋼板、５０  ステータ、５２  突極、５４（５４−１，５４−２，５４−３）  ステータコイル、６０  ロータ、６２  突極、１００，２００  スイッチドリラクタンスモータ。
【図１】
2005124335.tif 000003
【図２】
2005124335.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005124335.tif 000006
【図５】
2005124335.tif 000007
【図６】
2005124335.tif 000008
【図７】
2005124335.tif 000009
【図８】
2005124335.tif 000010
【図９】
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