(57)【要約】【課題】セグメント型ＳＲモータにおいて、巻線抵抗を低減するとともに、必ずしも多相化することなくトルクリップを低減する。【解決手段】複数の磁極２１および当該磁極２１間に形成された複数のスロット２２を有する固定子２と、前記固定子２に対向して配置されており、複数の磁性セグメント３２を有するセグメント構造の回転子３と、前記固定子２の各磁極２１に集中巻してなるコイル３とを備えており、同一相のコイル３を少なくとも２つ以上の隣接するスロット２２に配置している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁極および当該磁極間に形成された複数のスロットを有する固定子と、前記固定子に対向して配置されており、複数の磁性セグメントを有するセグメント構造の回転子と、前記固定子の各磁極に巻線されるコイルとを備えており、
同一相のコイルが少なくとも２つ以上の隣接するスロットに配置さ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２】
磁性セグメント数をＰ、スロット数をＳとした場合に、１２０°＜３６０／Ｓ×Ｐ／２＜２１０°の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載のスイッチド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、セグメント型スイッチドリラクタンスモータに関するものである。
【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。）としては、一般的に可変リラクタンス型ＳＲモータ（以下、ＶＲ型ＳＲモータという。）が主要なモータとして用いられている（特許文献１参照）。このＶＲ型ＳＲモータは、回転子が構造的に堅牢で高速回転に適していることや、巻線が集中巻であるため巻線抵抗を小さくできることを特徴として挙げることができる。
【０００３】
しかしながら、このＶＲ型ＳＲモータは、トルクが小さく、またラジアル力に起因する騒音が大きいことが問題とされている。
【０００４】
一方で、ＳＲモータとしては、回転子の磁極が互いに磁気的に独立したセグメントに分割されたＳＲモータ（以下、セグメント型ＳＲモータ）がある（特許文献２参照）。このセグメント型ＳＲモータは、トルクが大きく、ラジアル力も小さいため、上記ＶＲ型ＳＲモータの欠点を克服することができる。
【０００５】
しかしながら、固定子に巻回されるコイルは、全節巻されるため巻線抵抗が大きくなってしまうことや、トルクリップルが大きいという問題がある。
【０００６】
ここで従来は巻線抵抗を低減すべく、多極化することによってモータ巻線のコイルエンド長を低減することや、トルクリップルを低減すべく、例えば３相から４相又は５相に多相化することによって、１相で脈動するトルクを多相重ね合わせて平均化することが考えられている。
【０００７】
特にトルクリップルに関して言うと、図７に示すように、相数を増やすことで時間的に位相のずれた電流が流れて時間的にピークのずれたトルクが発生する。モータ全体のトルクはこれらの和となるため、トルクリップルは多相化することで低減することができる。
【０００８】
しかしながら、上記多相化はモータ構造としては簡単な構造のままであるが、モータ制御回路側ではパワー素子（半導体スイッチング素子）を増やす必要があり、コストアップが課題として残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２４６５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、セグメント型ＳＲモータにおいて、巻線抵抗を低減するとともに、必ずしも多相化することなくトルクリップを低減することを主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち本発明に係るスイッチドリラクタンスモータは、複数の磁極および当該磁極間に形成された複数のスロットを有する固定子と、前記固定子に対向して配置されており、複数の磁性セグメントを有するセグメント構造の回転子と、前記固定子の各磁極に巻線されたコイルとを備えており、同一相のコイルが少なくとも２つ以上の隣接するスロットに配置されていることを特徴とする。
【００１２】
このようなものであれば、同一相のコイルが少なくとも２つ以上の隣接するスロットに配置されていることから、同一相の巻線により生じる磁束が空間的に分散されるため、セグメント型ＳＲモータにおいてトルクリップルを低減することができる。また、固定子の各磁極に巻線されるコイルは集中巻となるため、従来の全節巻と比べて巻線抵抗を低減することができる。
【００１３】
本発明のトルクリップル低減に関して言うと、同一相の巻線を少なくとも２つ以上の隣り合うスロットに巻くことで、１相を励磁した場合に、少なくとも２つ以上の隣り合う磁気回路が形成される。この２つの磁気回路は空間的に電気角３６０／Ｓ×Ｐ／２［°］の位相差を持つため、トルクのピークも電気角３６０／Ｓ×Ｐ／２［°］の位相差を持つことになり、モータ全体のトルクはその和となるため、トルクリップルが低減される。従来の技術は相数を増やして時間的に位相のずれた電流を流してトルクリップルを低減していたのに対して、本発明は同一相内に空間的に位相のずれた磁気回路を構成してトルクリップルを低減している。
【００１４】
具体的な実施の態様としては、磁性セグメント数をＰ、スロット数をＳとした場合に、１２０°＜３６０／Ｓ×Ｐ／２＜２１０°、３６０／Ｓ×Ｐ／２≠１８０°の関係を満たすことが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
このように構成した本発明によれば、セグメント型ＳＲモータにおいて、巻線抵抗を低減するとともに、必ずしも多相化することなくトルクリップを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係るセグメント型ＳＲモータの構成を示す模式図。
【図２】同実施形態のセグメント型ＳＲモータの構成を示す図。
【図３】同実施形態のセグメント型ＳＲモータの磁気回路を示す図。
【図４】同実施形態のトルク波形の模式図。
【図５】同実施形態のセグメント型ＳＲモータのトルク波形の解析結果を示す図。
【図６】従来のセグメント型ＳＲモータのトルク波形の解析結果を示す図。
【図７】従来の多相化によるトルクリップル低減を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態に係るセグメント型スイッチドリラクタンスモータ（セグメント型ＳＲモータ）１００は、回転子３が固定子２の周りを回転するアウターローター型の３相励磁型モータである。
【００１９】
具体的このものは、図１に示すように、複数の磁極２１および当該磁極２１間に形成された複数のスロット２２を有する固定子２と、固定子２の外側周面に対向して配置されており、複数の磁性セグメント３２を有するセグメント構造の回転子３と、固定子２の各磁極２１に巻線される３相コイル４とを備えている。
【００２０】
固定子２は、概略円筒形状又は概略円柱形状をなす磁性体であり、その外側周面において軸方向に沿って周方向に略等間隔に設けられた複数の磁極２１を有する。この磁極２１は、固定子２の外側周面において径方向外側に突出した突極であり、磁性セグメント３２と対向する先端部が拡幅しており断面概略Ｔ字形状をなすものである。
【００２１】
回転子３は、固定子２の磁極２１先端部に対して所定の間隙を形成する内側周面を有する概略円筒形状をなすものである。この回転子３は固定子２に対して同軸上に配置されて、固定子２の周囲を回転する。この回転子３は、概略円筒形状をなす非磁性体からなる回転子本体３１と、当該回転子本体３１の内側周面において軸方向に沿って周方向に略等間隔に設けられた複数の磁性セグメント３２を有する。各磁性セグメント３２は互いに磁気的に独立している。
【００２２】
コイル４は、固定子２の各磁極２１に集中巻されている。
【００２３】
しかして本実施形態のセグメント型ＳＲモータ１００は、磁性セグメント３２の数（極数）をＰ，スロット２２の数をＳとしたときに、極数とスロット数が、１２０°＜３６０／Ｓ×Ｐ／２＜２１０°、３６０／Ｓ×Ｐ／２≠１８０°の関係を満たすとともに、同一相の巻線コイル４が少なくとも2つ以上の隣り合うスロット２２に配置されるように集中巻されている。
【００２４】
以下に、上記関係式を満たす極数２５個、スロット数３０個のセグメント型ＳＲモータ１００を例として説明する。なお、以下において、コイル４の巻線方法が異なる実施例１と、実施例２それぞれについて説明する。実施例１は、図２上段に示すように、隣接する固定子２の磁極２１（突極）それぞれに同一相のコイル４を巻回して、同一スロット２２内に配置されたコイル４を流れる電流の向きが同じとなるように、隣接するスロット２２に巻線コイル４を配置した例である。また実施例２は、図２下段に示すように、固定子２の磁極２１（突極）が、太い極と細い極とが周方向に交互に形成されており、巻線コイル４を太い極に巻回することにより、当該太い極の両側に隣接するスロット２２に巻線コイル４を配置した例である。
【００２５】
このように極数を２５、スロット数を３０とした場合、隣り合うスロット２２間の電気角は３６０／Ｓ×Ｐ／２＝１５０°となる。このセグメント型ＳＲモータ１００のある一相に電流を流すと、図３に示すように、少なくとも２つ以上の隣り合う磁気回路が形成される。この２つの磁気回路は空間的に電気角３６０／Ｓ×Ｐ／２［°］＝１５０°の位相差を持つ。この２つの磁気回路が形成された状態で回転子３が回転すると、トルク波形は３６０／Ｓ×Ｐ／２［°］＝１５０°の位相差をもつ複数個のピークを持つ波形となり（図４、図５参照）、トータルのトルクはその和となるためトルクリップルが低減される。なお、ＳＲモータ１００は、１８０°で対称なトルク波形を持つことから、上記のような１５０°の位相差を持つ磁気回路からは３０°の位相差を持つトルクが生じる。
【００２６】
このように構成したセグメント型ＳＲモータ１００のトルクリップル率（＝「瞬時トルクの最大値−最小値（Ｔｐ−ｐ）」／「瞬時トルクの平均値（Ｔａｖｅ）」）は、実施例1では０．７８、実施例２では０．６２であり、従来の極数２０、スロット数３０のセグメント型ＳＲモータのトルクリップル率１．５５（図６）に比較して半分以下となっており、騒音及び振動の改善効果を確認することができる。
【００２７】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係るセグメント型スイッチドリラクタンスモータ１００によれば、同一相のコイル４が少なくとも２つ以上の隣接するスロット２２に配置されていることから、同一相の巻線により生じる磁束が空間的に分散されるため、セグメント型ＳＲモータ１００においてトルクリップルを低減することができる。したがって、セグメント型ＳＲモータ１００において騒音及び振動を改善することができる。また、固定子２の各磁極２１に巻線されるコイル４を集中巻としているため、従来の全節巻と比べて巻線抵抗を低減することができるとともに、使用する巻線重量を低減することができ、コストダウンの効果も奏する。
【００２８】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、前記実施形態ではアウターローター型のものであったが、インナーローター型のＳＲモータに適用することもできる。
【００２９】
また、前記実施形態では３相モータであったが、２相モータや４相以上のモータであっても良い。
【００３０】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３１】
１００・・・セグメント型ＳＲモータ
２・・・固定子
２１・・・磁極
２２・・・スロット
３・・・回転子
３１・・・磁性セグメント
４・・・コイル
【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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