(57)【要約】  スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体が提供される。組立体は、各ステータ極にコイルが巻き付けられた複数のステータ極を備えたステータを備える。複数のステータ極の各々は、ステータ極と一体に形成された複数の副極を備え、かつ複数の副極は、ステータとロータとの間に最も近接した境界面をもたらす。更に、対向する対のステータ極の２つのコイルが、通電されたステータ極の対向する複数の副極の各々の間に磁束経路を生成するように構成される励磁段階において通電される。組立体のロータは、ロータとステータとの間に最も近接した境界面をもたらすように表面から延びる複数の極を備える。更に、複数のステータ副極および複数のロータ極は、ＳＲＭ組立体に１５度未満の転流角をもたらすように配設される。【選択図】  図１（ａ）
2018516061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略等角度で配置される複数のステータ極を有するステータであって、前記ステータの表面が、ロータと境界を接して、隣り合う２つのステータ極のいずれの間にも均等な空間を画定し、前記複数のステータ極の各々が、前記複数のステータ極の各々と一体に形成された複数の副極を備え、前記複数の副極が、前記ステータと前記ロータとの間に最も近接した境界面をもたらし、各ステータ極が、前記各ステータ極に巻き付けられた多数の巻きを有するコイルを備え、対向する対のステータ極に巻回された２つのステータコイルが、ＳＲＭ組立体の通電された前記ステータ極の前記対向する複数の副極の各々の間に磁束経路を生成するように構成される励磁段階において通電される、ステータと、
回転をもたらす手段と共に位置決めされた前記ロータであって、前記ロータが、前記ロータと前記ステータとの間に最も近接した境界面をもたらすように表面から延びる複数のロータ極を備え、前記ステータ副極と前記ロータ極との間に空隙が生成され、かつ前記複数のステータ副極および前記複数のロータ極が、前記ＳＲＭ組立体に１５度未満の転流角をもたらすように配設される、ロータと、
を備える、スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項２】
略等角度で配置される内方に延びる複数のステータ極を有する略円筒状内面を備える外側ステータであって、前記ステータの前記内面が、隣り合う２つのステータ極のいずれの間にも均等な空間を有し、前記複数のステータ極が、前記複数のステータ極と一体に形成されかつ径方向内方に配置された複数の副極を備え、各ステータ極が、前記各ステータ極に巻き付けられた多数の巻きを有するコイルを備え、対向する対のステータ極に巻回された２つのステータコイルが、前記ＳＲＭ組立体の通電された前記ステータ極の前記対向する複数の副極の各々の間に磁束経路を生成するように構成される励磁段階において通電される、外側ステータと、
回転をもたらす手段と共に位置決めされ、かつ前記ステータ極の前記表面により画定された前記円筒中空との同心性を維持する内側ロータであって、前記ロータが、前記ロータの外面から外方に延びる複数のロータ極を備え、前記内方に延びる副ステータ極と前記外方に延びるロータ極との間に空隙が生成され、かつ前記複数の副ステータ極および前記複数のロータ極が、前記ＳＲＭ組立体に１５度未満の転流角をもたらすように配設される、内側ロータと、
を備える、請求項１に記載のスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項３】
略等角度で配置される外方に延びる複数のステータ極を有する略円筒状外面を備える内側ステータであって、前記ステータの前記外面が、隣り合う２つのステータ極のいずれの間にも均等な空間を有し、前記複数のステータ極が、前記複数のステータ極と一体に形成されかつ径方向外方に配置された複数の副極を備え、各ステータ極が、前記各ステータ極に巻き付けられた多数の巻きを有するコイルを備え、対向する対のステータ極に巻回された２つのステータコイルが、前記ＳＲＭ組立体の通電された前記ステータ極の前記対向する複数の副極の各々の間に磁束経路を生成するように構成される励磁段階において通電される、内側ステータと、
内方に突出した複数の極を有する外側ロータであって、それにより、前記複数のロータ極が、中空円筒状の内部空間を画定し、かつ前記複数のステータ副極および前記ロータ極が、前記ＳＲＭ組立体に１５度未満の転流角をもたらすように配設される、外側ロータと
を備える、請求項１に記載のスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項４】
前記通電された対向する対のステータ極の前記対向する複数の副極の各々の間に生成された前記磁束経路が、前記通電された対のステータ極間の空気中を通過する磁束の略平行な磁束経路を備える、請求項１に記載のスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項５】
各ステータ極における副極の数と、所望の転流角と、前記ＳＲＭ組立体の動作に必要な相の数との積が、３６０度をステータ極の数で割った値よりも小さい、請求項１に記載のスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項６】
３６０度を相の数と所望の転流角との積で割った値が、前記組立体内におけるロータ極の数に等しい、請求項５に記載のスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項７】
前記複数のステータ極および前記複数のロータ極が、追加の角度値により前記所要の転流角を増加させることにより前記ＳＲＭ組立体内に構築され、かつ前記追加の角度値が、オフ状態の通電相を還流状態にすることにより前記オフ状態の通電相に蓄積されたエネルギーの消散を促進する、請求項１に記載のスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項８】
前記複数のステータ副極および前記複数のロータ極が、前記ＳＲＭ組立体の動作中により高いトルクを達成するために多形状に設計される、請求項１に記載のスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項９】
前記ＳＲＭ組立体が３相で働くように設計され、各副極が前記ＳＲＭ組立体の中心に転流角をなし、かつステータ極における前記複数の副極の隣り合う１対の副極間の前記間隔が、前記副極の各々がなす前記転流角の２倍の大きさである、請求項１に記載のスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項１０】
前記ＳＲＭ組立体が４相で働くように設計され、各副極が前記ＳＲＭ組立体の中心に転流角をなし、かつステータ極における前記複数の副極の隣り合う１対の副極間の前記間隔が、前記副極の各々がなす前記転流角の３倍の大きさである、請求項１に記載のスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項１１】
前記ＳＲＭ組立体をモータとして動作させる、請求項１に記載のスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項１２】
前記ＳＲＭ組立体を発電機として動作させる、請求項１に記載のスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項１３】
前記ＳＲＭ組立体をモータと発電機との組み合わせとして動作させる、請求項１に記載のスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項１４】
前記ＳＲＭ組立体が、センサレスＳＲＭとして動作するように設計される、請求項１に記載のスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項１５】
前記ＳＲＭ組立体が、センサを用いて動作するように設計される、請求項１に記載のスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項１６】
前記ＳＲＭ組立体が、ステータセグメントコアと前記複数のステータ極の各々に巻回されたまたは前記複数のステータ極の各々の周りに配置された巻線とを備えた相互に連結され周方向に離間した複数のステータセグメント組立体を組み立てることによって、より優れた材料利用を実現するように設計され、前記ロータ面組立体がセグメント化される、請求項１に記載のスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項１７】
ＳＲＭ組立体が３相で働くように設計され、前記ＳＲＭ組立体が、略等角度で配置される複数のステータ極を備えるステータであって、前記ステータの表面が、ロータと境界を接して、隣り合う２つのステータ極のいずれの間にも均等な空間を画定し、前記複数のステータ極が、前記複数のステータ極と一体に形成された複数の副極を備え、前記複数の副極が、前記ステータと前記ロータとの間に最も近接した境界面をもたらし、各ステータ極が、前記各ステータ極に巻き付けられた多数の巻きを有するコイルを備え、各副極が前記ＳＲＭ組立体の中心に転流角をなし、ステータ極における前記複数の副極の隣り合う１対の副極間の前記間隔が、前記副極の各々がなす前記転流角の２倍の大きさである、ステータと、
前記ロータと前記ステータとの間に前記最も近接した境界面をもたらすように表面から延びる複数のロータ極を備える前記ロータと、
を備える、スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【請求項１８】
ＳＲＭ組立体が４相で働くように設計され、前記ＳＲＭ組立体が、略等角度で配置される複数のステータ極を備えるステータであって、前記ステータの表面が、ロータと境界を接して、隣り合う２つのステータ極のいずれの間にも均等な空間を画定し、前記複数のステータ極が、前記複数のステータ極と一体に形成された複数の副極を備え、前記複数の副極が、前記ステータと前記ロータとの間に最も近接した境界面をもたらし、各副極が前記ＳＲＭ組立体の中心に転流角をなし、ステータ極における前記複数の副極の隣り合う１対の副極間の前記間隔が、前記副極の各々がなす前記転流角の３倍の大きさである、ステータと、
前記ロータと前記ステータとの間に前記最も近接した境界面をもたらすように表面から延びる複数のロータ極を備える前記ロータと、
を備える、スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、電気モータおよび発電機を含む、電機の分野に関する。特に、本発明は、１５度未満の転流角を支持するスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体に関する。ＳＲＭ組立体は、各ステータ極に複数の副極を含み、多数の平行な磁束経路を得るために、対向するステータ極に巻回された２つのコイルが励磁段階において通電される。
【背景技術】
【０００２】
[0002]スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）は、ステータとロータとを含む回転電機である。ＳＲＭは、可変リラクタンス機、ステッピングモータ、および直線運動または回転運動を伴うハイブリッド型ステッピングモータとしても知られている。通例、ステータは、（相を形成するための）１組のコイルからなる外側固定子であり、１組のコイルの各々が１つのステータ極に巻き付けられる。ロータは、ＳＲＭの内側に取り付けられ、かつステータに対して回転するように支持される。ＳＲＭは、二重突極構造体である。ステータとロータの両方は突極を有する。極は通例、電気絶縁銘柄の積層鋼で製造される。ステータ巻線の適切な相作動の際に、ロータは、励磁されたステータ巻線のインダクタンスが最大化される位置に移動する傾向があり、それにより、トルクを生成する。この移動が転流角として示され、この転流角は、ステータ極に巻き付けられた特定の相が通電されたときにロータ極をその相のステータ極と整列させる角度を表す。最大インダクタンスのこの点では、励磁された巻線は通電が停止され、次の組の巻線（すなわち、次の相）が励磁される。ロータの角度位置を検出し、ロータの位置に応じて相巻線に通電するために、センサを伴う回路が設けられる。
【０００３】
[0003]ＳＲＭの構造または設計は、より高効率で最大トルクを引き出すことを目指すものである。この目的を達成するために、設計に対する種々の変更がなされている。より小さな（例えば、１５度未満の）転流角を有するＳＲＭについて、より高いトルクを達成するための当技術分野で知られている１つの技術としては、ステータおよびロータにおける極数を増加させることが挙げられる。この配置は、転流角を減少させた量に略比例するより高いトルクをもたらす。しかしながら、これは、１回転当たりの転流の回数を増加させる。更にまた、１相当たり３つ以上のコイルは、相での作動を必要とする。１相当たりより多くのコイルを設けることにより、１コイル当たりの利用可能な面積が減少する。この利用可能な面積の減少により、各コイルおよび各相の電気抵抗が増加する。追加的に、ここで、コイルは直列または並列に接続しなければならない。コイルが直列に接続される場合には、入力電圧の要求が増加し、かつ並列に接続される場合には、所望の電力レベルを達成するために入力電流が増加する。（１５度未満の転流角に対して）従来の方法における２つの手法のいずれかにおいて、１相当たりのコイル数の増加は、インピーダンスの増加、電力レベルの低下、動的性能の本質的な制限をもたらす。
【０００４】
[0004]上記を踏まえて、１５度未満の転流角に対して１相当たりのコイル数が最も少ないＳＲＭが必要とされる。更に、小さな転流角で動作しながらより高いトルクおよびトルク密度を高効率で生み出すＳＲＭの効率的な設計が必要とされる。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体が提供される。本発明の種々の実施形態において、組立体は、略等角度で配置される複数のステータ極を有するステータを備える。ステータの表面は、ロータと境界を接して、隣り合う２つのステータ極のいずれの間にも均等な空間を画定する。複数のステータ極は、複数のステータ極と一体に形成された複数の副極を備え、かつ複数の副極は、ステータとロータとの間に最も近接した境界面をもたらす。更に、各ステータ極は、各ステータ極に巻き付けられた多数の巻きを有するコイルを備え、対向する対のステータ極に巻回された２つのステータコイルが、ＳＲＭ組立体の通電されたステータ極の対向する複数の副極の各々の間に磁束経路を生成するように構成される励磁段階において通電される。ＳＲＭ組立体は、回転をもたらす手段と共に位置決めされたロータを更に備える。ロータは、ステータ副極とロータ極との間に空隙が生成されるように、ロータとステータとの間に最も近接した境界面をもたらすように表面から延びる複数のロータ極を備える。更に、複数のステータ副極および複数のロータ極は、ＳＲＭ組立体に１５度未満の転流角をもたらすように配設される。
【０００６】
[0006]本発明の実施形態において、ＳＲＭ組立体は、略等角度で配置される内方に延びる複数のステータ極を有する略円筒状内面を備える外側ステータを備える。ステータの内面は、隣り合う２つのステータ極のいずれの間にも均等な空間を有する。更に、複数のステータ極は、複数のステータ極と一体に形成されかつ径方向内方に配置された複数の副極を備える。各ステータ極は、各ステータ極に巻き付けられた多数の巻きを有するコイルを備える。更にまた、対向する対のステータ極に巻回された２つのステータコイルは、ＳＲＭ組立体の通電されたステータ極の対向する複数の副極の各々の間に磁束経路を生成するように構成される励磁段階において通電される。本発明のこの実施形態において、ＳＲＭ組立体は、回転をもたらす手段であって、ステータ極の表面により画定された円筒中空との同心性を維持する手段と共に位置決めされた内側ロータを更に備える。ロータは、内方に延びるステータ副極と外方に延びるロータ極との間に空隙が生成されるようにロータの外面から外方に延びる複数のロータ極を備える。更に、複数のステータ副極および複数のロータ極は、ＳＲＭ組立体に１５度未満の転流角をもたらすように配設される。
【０００７】
[0007]本発明の別の実施形態において、ＳＲＭ組立体は、略等角度で配置される外方に延びる複数のステータ極を有する略円筒状外面を備える内側ステータを備える。ステータの外面は、隣り合う２つのステータ極のいずれの間にも均等な空間を有する。更に、複数のステータ極は、複数のステータ極と一体に形成されかつ径方向外方に配置された複数の副極を備える。各ステータ極は、各ステータ極に巻き付けられた多数の巻きを有するコイルを備える。更にまた、対向する対のステータ極に巻回された２つのステータコイルは、ＳＲＭ組立体の通電されたステータ極の対向する複数の副極の各々の間に磁束経路を生成するように構成される励磁段階において通電される。本発明のこの実施形態において、ＳＲＭ組立体は、内方に突出した複数の極を有する外側ロータを更に備える。それにより、複数のロータ極は、中空円筒状の内部空間を画定する。更に、複数のステータ副極およびロータ極は、ＳＲＭ組立体に１５度未満の転流角をもたらすように配設される。
【０００８】
[0008]本発明の種々の実施形態において、通電された対向する対のステータ極の対向する複数の副極の各々の間に生成された磁束経路が、通電された対のステータ極間の空気中を通過する磁束の略平行な磁束経路で構成される。
【０００９】
[0009]本発明の種々の実施形態において、各ステータ極における副極の数と、所望の転流角と、ＳＲＭ組立体の動作に必要な相の数との積は、３６０度をステータ極の数で割った値よりも小さい。
【００１０】
[0010]本発明の種々の実施形態において、３６０度を相の数と所望の転流角との積で割った値は、組立体内におけるロータ極の数に等しい。
【００１１】
[0011]本発明の実施形態において、複数のステータ極および複数のロータ極は、追加の角度値により所要の転流角を増加させることによりＳＲＭ組立体内に構築される。追加の角度値は、オフ状態の通電相を還流状態にすることにより、オフ状態の通電相に蓄積されたエネルギーの消散を促進する。
【００１２】
[0012]本発明の別の実施形態において、複数のステータ副極および複数のロータ極は、ＳＲＭ組立体の動作中により高いトルクを達成するために多形状に設計される。
【００１３】
[0013]本発明の更に別の実施形態において、ＳＲＭ組立体は３相で働くように設計される。各副極はＳＲＭ組立体の中心に転流角をなす。本発明のこの実施形態において、ステータ極における複数の副極の隣り合う１対の副極間の間隔は、副極の各々がなす転流角の２倍の大きさである。
【００１４】
[0014]本発明の更に別の実施形態において、ＳＲＭ組立体は４相で働くように設計される。各副極はＳＲＭ組立体の中心に転流角をなす。本発明のこの実施形態において、ステータ極における複数の副極の隣り合う１対の副極間の間隔は、副極の各々がなす転流角の３倍の大きさである。
【００１５】
[0015]本発明の実施形態では、ＳＲＭ組立体をモータとして動作させる。本発明の別の実施形態では、ＳＲＭ組立体を発電機として動作させる。本発明の更に別の実施形態では、ＳＲＭ組立体をモータと発電機との組み合わせとして動作させる。
【００１６】
[0016]本発明の実施形態において、ＳＲＭ組立体は、センサレスＳＲＭとして動作するように設計される。本発明の別の実施形態において、ＳＲＭ組立体は、センサを用いて動作するように設計される。
【００１７】
[0017]本発明の種々の実施形態において、ＳＲＭ組立体は、ステータセグメントコアと複数のステータ極の各々に巻回されたまたは複数のステータ極の各々の周りに配置された巻線とを備えた相互に連結され周方向に離間した複数のステータセグメント組立体を組み立てることによって、より優れた材料利用を実現するように設計され、ロータ面組立体はセグメント化される。
【００１８】
[0018]本発明の種々の実施形態において、３相で働くように設計されるスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体が提供される。ＳＲＭ組立体は、略等角度で配置される複数のステータ極を備えるステータを備える。ステータの表面は、ロータと境界を接して、隣り合う２つのステータ極のいずれの間にも均等な空間を画定する。更に、複数のステータ極は、複数のステータ極と一体に形成された複数の副極を備える。複数の副極は、ステータとロータとの間に最も近接した境界面をもたらす。更に、各ステータ極は、各ステータ極に巻き付けられた多数の巻きを有するコイルを備える。各副極はＳＲＭ組立体の中心に転流角をなす。なお更に、ステータ極における複数の副極の隣り合う１対の副極間の間隔は、副極の各々がなす転流角の２倍の大きさである。ＳＲＭ組立体は、ロータとステータとの間に最も近接した境界面をもたらすように表面から延びる複数のロータ極を備えるロータを更に備える。
【００１９】
[0019]本発明の種々の実施形態では、４相で働くように設計されるスイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体が提供される。ＳＲＭ組立体は、略等角度で配置される複数のステータ極を備えるステータを備える。ステータの表面は、ロータと境界を接して、隣り合う２つのステータ極のいずれの間にも均等な空間を画定する。更に、複数のステータ極は、複数のステータ極と一体に形成された複数の副極を備える。複数の副極は、ステータとロータとの間に最も近接した境界面をもたらす。更にまた、各副極はＳＲＭ組立体の中心に転流角をなす。なお更に、ステータ極における複数の副極の隣り合う１対の副極間の間隔は、副極の各々がなす転流角の３倍の大きさである。ＳＲＭ組立体は、ロータとステータとの間に最も近接した境界面をもたらすように表面から延びる複数のロータ極を備えるロータを更に備える。
【００２０】
[0020]上述の一般的な説明と以下の詳細な説明の両方が、例示的かつ説明的なものであるとともに、特許請求される本発明の更なる解説を提供することを意図したものであることが理解されるべきである。
【００２１】
[0021]本発明は、添付の図面に図示する実施形態によって説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１（ａ）】本発明の一実施形態による、標準的スイッチトリラクタンス機の断面図を図示する。
【図１（ｂ）】本発明の一実施形態による、標準的スイッチトリラクタンス機の磁束プロットの図を図示する。
【図２（ａ）】本発明の一実施形態による、反転型スイッチトリラクタンス機の断面図を図示する。
【図２（ｂ）】本発明の一実施形態による、反転型スイッチトリラクタンス機の磁束プロットの図を図示する。
【図３（ａ）】本発明の一実施形態による、標準的スイッチトリラクタンス機の断面図を図示する。
【図３（ｂ）】本発明の一実施形態による、標準的スイッチトリラクタンス機の磁束プロットの図を図示する。
【図４（ａ）】本発明の一実施形態による、反転型スイッチトリラクタンス機の断面図を図示する。
【図４（ｂ）】本発明の一実施形態による、反転型スイッチトリラクタンス機の磁束プロットの図を図示する。
【図５】本発明の一実施形態による、ロータ極およびステータ副極の成形の図を図示する。
【図６】本発明の一実施形態による、ロータ極およびステータ副極の成形の例示的な図を図示する。
【図７】本発明の一実施形態による、セグメント化されたステータ組立体およびロータ組立体の図を図示する。
【図８（ａ）】本発明の一実施形態による、ＳＲＭのロータの反時計回りでの転流の開始時における、相と一致する磁束プロットの変化の図を図示する。
【図８（ｂ）】本発明の一実施形態による、ＳＲＭのロータの反時計回りでの転流の開始時における、相と一致する磁束プロットの変化の図を図示する。
【図８（ｃ）】本発明の一実施形態による、ＳＲＭのロータの反時計回りでの転流の開始時における、相と一致する磁束プロットの変化の図を図示する。
【図８（ｄ）】本発明の一実施形態による、ＳＲＭのロータの反時計回りでの転流の開始時における、相と一致する磁束プロットの変化の図を図示する。
【図８（ｅ）】本発明の一実施形態による、ＳＲＭのロータの反時計回りでの転流の開始時における、相と一致する磁束プロットの変化の図を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
[0034]ここで、本主題の説明を詳細に参照し、本主題の多数の例を図に示す。各実施形態は、主題を解説するために提供されるものであり、限定的なものではない。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分詳細に説明されており、他の実施形態を利用し得ることと、実施形態の範囲内で論理的、物理的およびその他の変更を加え得ることが理解されるべきである。それゆえ、以下の詳細な説明は、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではなく、むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲により定義されるべきである。
【００２４】
[0035]本明細書を通じて、「標準的ＳＲＭ」という用語は、実施形態における意味上の違いを伴うが、外側ステータと内側ロータとを備える機械を指す。更に、「反転型ＳＲＭ」という用語は、実施形態における意味上の違いを伴うが、外側ロータと内側ステータとを備える機械を指す。
【００２５】
[0036]本発明の種々の実施形態において、スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体は、ステータとロータとを備える。ステータは、略等角度で配置されるステータ極を有する。ステータの表面は、ロータと境界を接して、隣り合う２つのステータ極のいずれの間にも均等な空間を画定する。各ステータ極は、複数の副極を備える。副極は、ステータ極の各々に形成された窪みである。特に、副極の各々がステータ極各々の周縁部に設けられるようにステータ極を副極に分割してもよい。副極間に空隙を設けるために、副極は、所定の様式で間隔をおいて配置される。副極の最端面は、回転させたときにステータ極の外周を画定する。副極は、好ましくはステータ極に一体に設けられてもよい。
【００２６】
[0037]更に、複数の副極は、ステータとロータとの間に最も近接した境界面をもたらす。ロータは、回転をもたらす手段と共に位置決めされる。ロータは、ステータ極とロータ極との間に空隙が生成されるように、ロータとステータとの間に最も近接した境界面をもたらすように表面から延びる複数のロータ極を備える。
【００２７】
[0038]複数のステータ副極および複数のロータ極は、ＳＲＭ組立体に１５度未満の転流角をもたらすように配設される。各ステータ極は、各ステータ極に巻き付けられた多数の巻きを有するコイルを備える。励磁段階において、対向する対のステータ極に巻回された２つのステータコイルが通電される。それゆえ、ＳＲＭ組立体の通電されたステータ極の対向する各副極間に磁束経路が生成される。
【００２８】
[0039]本発明の実施形態において、スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体は、外側ステータと内側ロータとを備える。外側ステータは、電気絶縁銘柄の積層鋼で構成される。更に、外側ステータは、略等角度で配置される内方に延びる複数のステータ極を有する略円筒状内面で構成される。複数の副極は、ステータ極の各々に設けられかつ径方向内方に配置され、その結果、ステータの内面は、径方向に突出した内側極の各々の間に均等な空間を有する。内側ロータは、電気絶縁銘柄の積層鋼で構成され、かつ内側ロータの外面に設けられる外方に延びる複数のロータ極を有する。ロータは、ステータに対する回転をもたらす手段であって、ステータ副極の内面により画定された円筒中空との同心性を維持する手段と共に位置決めされる。内方に延びるステータ副極と外方に延びるロータ極との間に空隙が設けられる。本発明のこの実施形態において、ステータ極とステータ副極とロータ極の数は、１５度未満の転流角がＳＲＭ組立体に提供されるように選択される。本発明の例示的な実施形態では、ＳＲＭにおける相の通電、すなわち、ステータの対向する２つの極の通電の際に、平行な磁束経路が生成される。「平行な磁束経路」という用語は、通電された対向する２つのステータ極の対応する対の副極間の空気中を通過する多数の磁束線を指す。ステータ極に形成された複数の副極は、ステータ極に巻回されたコイルにより通電される。本発明のこの実施形態に係るＳＲＭ組立体の構成は、相を作動させたときに基本的に２つのステータコイルの利用を提供する。例えば、ＳＲＭの各ステータ極が３つの副極を含みかつ対向する２つのステータ極が相作動中に通電される場合、第１のステータ極の各副極と第２のステータ極の対応する副極との間に磁束経路／磁束線が生成される。ステータ極の副極間のこれら磁束経路は、配向が平行であり、それにより、「平行な磁束経路」と称される。ＳＲＭ組立体における平行な磁束経路は、最大２つのステータコイルを使用して相励磁が行われる１５度未満の転流角での動作により高トルクおよび高トルク密度を高効率で生み出すことを容易にする。
【００２９】
[0040]本発明の別の実施形態において、スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体は、外側ロータと内側ステータとを備える。内側ステータは、電気絶縁銘柄の積層鋼で構成される。更に、内側ステータは、略等角度で配置される外方に延びる複数のステータ極を備えた略円筒状外面で構成される。径方向外方に配置されたステータ極の各々に複数の副極が設けられる。ステータ外面は、径方向外方に突出した極の各々の間に均等な空間を有する。各ステータ極には、各ステータ極に巻き付けられた多数巻きのコイルが設けられる。外側ロータは、その内面に設けられる内方に突出する複数の極を備えた電気絶縁銘柄の積層鋼で構成される。ロータ極の表面は、中空円筒状の内部空間を画定する。ロータには、ステータに対する回転手段であって、外側ロータと内側ステータとの同心性を維持する手段が設けられる。内方に延びるロータ極と外方に延びるステータ副極との間に空隙が設けられる。本発明のこの実施形態において、ステータ極とステータ副極とロータ極の数は、１５度未満の転流角がＳＲＭ組立体に提供されるように選択される。本発明の例示的な実施形態では、ＳＲＭにおける相の通電、すなわち、ステータの対向する２つの極の通電の際に、平行な磁束経路が生成される。本発明のこの実施形態に係るＳＲＭ組立体の構成は、相を作動させたときに基本的に２つのステータコイルの利用を提供する。本発明の種々の実施形態において、ＳＲＭ組立体は、３相または４相で働くように設計される。
【００３０】
[0041]本発明の種々の実施形態において、本発明のＳＲＭ組立体は、１相当たり２つのコイルしか使用せず、このことが、低起磁力（ＭＭＦ）要件につながり、したがって、より良好な動的性能をもたらす。この実装戦略により、トルクリップルの低減がもたらされる。本発明のＳＲＭは、より小さな転流角で動作しながら著しく高いトルクおよびトルク密度を出力する。ロータ極とステータ極の整列した状態でのエネルギー再利用は、エネルギー管理の複雑化を低減し、トルクリップルを低減し、かつ効率を高める。追加的に、本発明のＳＲＭ組立体は、所要の転流角を超える動作角で相を還流状態にすることにより正のトルクの生成をもたらすより大きな転流角を支持するように設計される。本発明のＳＲＭ組立体は、オフ状態の相により生成される負のトルクの排除という利点をもたらす。オフ状態の相のエネルギーは、概して、相の一部を還流状態にすることにより生み出され利用される。このことは、ＳＲＭのトルクリップルの低減という利点をもたらす。これらの明確な利点は、能動制御変数を追加せずに得られる。本発明のＳＲＭ組立体は、概して全てのモータおよび発電機の用途に適しており、かつ速度、トルクおよび動力のいずれか１つまたは複数が調整される必要がある、ブラシレス動作を必要とする用途おいて更により好ましい。本発明のＳＲＭ組立体は、ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モータおよび誘導モータの代替として考慮されてもよい。
【００３１】
[0042]本発明の種々の実施形態において、ＳＲＭ組立体により支持される転流角は、所要の転流角よりも大きくてもよい。追加の転流角は、オフ状態の相を還流状態にすることによりオフ状態の相に蓄積されたエネルギーを消散させながらトルクを生み出す際に順次隣接する相を補完する役割を果たす。
【００３２】
[0043]本発明の種々の実施形態において、ＳＲＭ組立体は、ステータ副極およびロータ極を形作る代替構造を提供することにより高トルクプロファイルを達成するように設計されてもよい。ＳＲＭ組立体の実施形態をモータもしくは発電機またはモータと発電機との組み合わせとして動作させてもよい。
【００３３】
[0044]本発明の別の実施形態において、ＳＲＭ組立体は、ステータセグメントコアとステータ極に巻回されたまたはステータ極の周りに配置された巻線とを備えた相互に連結され周方向に離間した複数のステータセグメント組立体を組み立てることによって、より優れた材料利用を実現するように設計されてもよく、ロータ面組立体はセグメント化されてもよい。本発明の実施形態では、相作動中にロータの位置を検知するためのセンサを使用してまたは使用せずにＳＲＭ組立体を動作させてもよい。
【００３４】
[0045]図１（ａ）は、本発明の一実施形態による、標準的スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体１０２の断面図を図示している。ＳＲＭ組立体１０２は、例えば、限定されるものではないが、電気絶縁銘柄の積層鋼で作られる外側ステータ１０４を備える。ステータ１０４の内面は、その径方向内方に延びる６つのステータ極Ａ、Ａ１、Ｂ、Ｂ１、Ｃ、Ｃ１（まとめてＡ〜Ｃ１と称される）を有する略円筒状である。ステータ極Ａ〜Ｃ１は略等角度で配置され、かつ多数の巻きを有するコイルはステータ極Ａ〜Ｃ１の各々に巻回される。更に、複数の副極は、各ステータ極Ａ〜Ｃ１の各々に配置される。本発明の例示的な実施形態において、ステータ極Ａ〜Ｃ１の各々は、それぞれのステータ極に設けられた３つの副極で構成され、これら副極は、径方向内方に配置される。図１（ａ）に図示するように、それぞれ、ａａ１、ａａ２およびａａ３はステータ極Ａの副極であり、ａａ４、ａａ５およびａａ６はステータ極Ａ１の副極であり、ｂｂ１、ｂｂ２およびｂｂ３はステータ極Ｂの副極であり、ｂｂ４、ｂｂ５およびｂｂ６はステータ極Ｂ１の副極であり、ｃｃ１、ｃｃ２およびｃｃ３はステータ極Ｃの副極であり、かつｃｃ４、ｃｃ５およびｃｃ６はステータ極Ｃ１の副極である。ステータ極は、ステータ１０４の内面に沿って略等距離に配設される、つまり、隣り合う２つのステータ極の全てが、これらステータ極間に均等な凹部を有する。本発明のこの例示的な実施形態において、ＳＲＭ組立体１０２は、３相で働くように設計される。対向する１対のステータ極は、各相として働くように構成される、つまり、それぞれ、ステータ極対ＡとＡ１が第１の相を構成し、ＢとＢ１が第２の相を構成し、かつＣとＣ１が第３の相を構成する。更に、各相は、２つのコイル、すなわち、第１の相についてはａとａ１、第２の相についてはｂとｂ１、かつ第３の相についてはｃとｃ１からそれぞれなる。追加的に、ＳＲＭ組立体１０２は、例えば、限定されるものではないが、電気絶縁銘柄の積層鋼で作られる内側ロータ１０６を備える。ロータ１０６は、ステータ極の内面により画定された略円筒中空の外部空間を有し、かつ更に、ロータ１０６は、ロータの１０６の外面から径方向外方に突出した２０個のロータ極１〜２０を備える。ステータ極Ａ〜Ｃ１の内方に延びる副極と外方に延びるロータ極１〜２０との間に空隙が生成される。本発明のこの例示的な実施形態において、ＳＲＭ組立体１０２は、６度の転流角を有するように設計される。転流角との組み合わせでのステータ極Ａ〜Ｃ１およびロータ極１〜２０の数の選択については、本明細書で後述する。
【００３５】
[0046]図１（ｂ）は、本発明の実施形態による、（図１（ａ）に示す）標準的スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体１０２の磁束プロットの描写１０８を図示している。磁束プロットの描写１０８は、（図１（ａ）に示す）ＳＲＭ組立体１０２が６つのステータ極Ａ〜Ｃ１のうち２つのステータ極ＡおよびＡ１を使用する、つまり、適切な相の能動期間中に２つのステータ極ＡおよびＡ１が励磁されることを示している。励磁期間中に、磁束経路２００は、ステータ極Ａの３つの副極ａａ１、ａａ２、ａａ３およびステータ極Ａ１の３つの副極ａａ４、ａａ５、ａａ６を同じ方向に通過する。本発明のこの例示的な実施形態において、転流角は６度である。
【００３６】
[0047]図２（ａ）は、本発明の一実施形態による、反転型スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体２０２の断面図を図示している。ＳＲＭ組立体２０２は、例えば、限定されるものではないが、電気絶縁銘柄の積層鋼で作られる内側ステータ２０４を備える。ステータ２０４の外面は、その径方向外方に延びる６つのステータ極Ａ、Ａ１、Ｂ、Ｂ１、Ｃ、Ｃ１（まとめてＡ〜Ｃ１と称される）を有する略円筒状である。ステータ極Ａ〜Ｃ１は略等角度で配置され、かつ多数の巻きを有するコイルはステータ極Ａ〜Ｃ１の各々に巻回される。更に、複数の副極は、ステータ極Ａ〜Ｃ１の各々に配置される。本発明の例示的な実施形態において、各ステータ極Ａ〜Ｃ１は、それぞれのステータ極に設けられかつ径方向外方に配置された３つの副極を備える。図２（ａ）に図示するように、それぞれ、ａａ１、ａａ２およびａａ３はステータ極Ａの副極であり、ａａ４、ａａ５およびａａ６はステータ極Ａ１の副極であり、ｂｂ１、ｂｂ２およびｂｂ３はステータ極Ｂの副極であり、ｂｂ４、ｂｂ５およびｂｂ６はステータ極Ｂ１の副極であり、ｃｃ１、ｃｃ２およびｃｃ３はステータ極Ｃの副極であり、かつｃｃ４、ｃｃ５およびｃｃ６はステータ極Ｃ１の副極である。本発明のこの例示的な実施形態において、ＳＲＭ組立体２０２は、３相で働くように設計される。対向する１対のステータ極は、各相として働くように構成される、つまり、それぞれ、ステータ極対ＡとＡ１が第１の相を構成し、ＢとＢ１が第２の相を構成し、かつＣとＣ１が第３の相を構成する。更に、各相は、ステータ極Ａ〜Ｃ１に巻回された２つのコイル、すなわち、第１の相についてはａとａ１、第２の相についてはｂとｂ１、かつ第３の相についてはｃとｃ１からそれぞれなる。追加的に、ＳＲＭ組立体２０２は、例えば、限定されるものではないが、電気絶縁銘柄の積層鋼で作られる外側ロータ２０６を備える。ロータ２０６は、ロータ２０６の内面から径方向内方に突出した２０個のロータ極１〜２０を備える。ロータ極の最外面には、例えば、湾曲部が設けられてもよく、それにより、略中空円筒状の内部空間を画定する。本発明のこの例示的な実施形態において、ＳＲＭ組立体２０２は、６度の転流角を有するように設計される。転流角との組み合わせでのステータ極Ａ〜Ｃ１およびロータ極１〜２０の数の選択については、本明細書で後述する。
【００３７】
[0048]図２（ｂ）は、本発明の実施形態による、（図２（ａ）に示す）反転型スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体２０２の磁束プロットの描写２０８を図示している。磁束プロットの描写２０８は、（図２（ａ）に示す）ＳＲＭ組立体２０２が６つのステータ極Ａ〜Ｃ１のうち２つのステータ極ＡおよびＡ１を使用する、つまり、適切な相の能動期間中に２つのステータ極ＡおよびＡ１が励磁されることを示している。励磁期間中に、磁束経路２００は、ステータ極Ａの３つの副極ａａ１、ａａ２、ａａ３およびステータ極Ａ１の３つの副極ａａ４、ａａ５、ａａ６を同じ方向に通過する。本発明のこの実施形態において、転流角は６度である。
【００３８】
[0049]図３（ａ）は、本発明の別の実施形態による、標準的スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体３０２の断面図を示している。ＳＲＭ組立体３０２は、例えば、限定されるものではないが、電気絶縁銘柄の積層鋼で作られる外側ステータ３０４を備える。ステータ３０４の内面は、その径方向内方に延びる８つのステータ極Ａ、Ａ１、Ｂ、Ｂ１、Ｃ、Ｃ１、Ｄ、Ｄ１（まとめてＡ〜Ｄ１と称される）を有する略円筒状である。ステータ極Ａ〜Ｄ１は略等角度で配置され、かつ多数の巻きを有するコイルはステータ極Ａ〜Ｄ１の各々に巻回される。更に、複数の副極は、各ステータ極Ａ〜Ｄ１の各々に配置される。本発明の例示的な実施形態において、ステータ極Ａ〜Ｄ１の各々は、それぞれのステータ極に配置されかつ径方向内方に配置された２つの副極を備える。図３（ａ）に図示するように、それぞれ、ａａ１およびａａ２はステータ極Ａの副極であり、ａａ３およびａａ４はステータ極Ａ１の副極であり、ｂｂ１およびｂｂ２はステータ極Ｂの副極であり、ｂｂ３およびｂｂ４はステータ極Ｂ１の副極であり、ｃｃ１およびｃｃ２はステータ極Ｃの副極であり、ｃｃ３およびｃｃ４はステータ極Ｃ１の副極であり、ｄｄ１およびｄｄ２はステータ極Ｄの副極であり、かつｄｄ３およびｄｄ４はステータ極Ｄ１の副極である。ステータ極Ａ〜Ｄ１は、ステータ３０４の内面に沿って略等距離に配設される、つまり、隣り合う２つのステータ極の全てが、これらステータ極間に均等な凹部を有する。本発明のこの実施形態において、ＳＲＭ組立体３０２は、４相で働くように設計される。対向する１対のステータ極は、各相として働くように構成される、つまり、それぞれ、ステータ極対ＡとＡ１が第１の相を構成し、ＢとＢ１が第２の相を構成し、ＣとＣ１が第３の相を構成し、かつＤとＤ１が第４の相を構成する。更に、各相は、２つのコイル、すなわち、第１の相についてはａとａ１、第２の相についてはｂとｂ１、第３の相についてはｃとｃ１、かつ第４の相についてはｄとｄ１からそれぞれなる。追加的に、ＳＲＭ組立体３０２は、例えば、限定されるものではないが、電気絶縁銘柄の積層鋼で作られる内側ロータ３０６を備える。ロータ３０６は、ステータ極の内面により画定された略円筒中空の外部空間を有し、かつ更に、ロータは、ロータの外面から径方向外方に突出した１４個のロータ極１〜１４を備える。ステータ極Ａ〜Ｄ１の内方に延びる副極と外方に延びるロータ極１〜１４との間に空隙が生成される。本発明のこの実施形態において、ＳＲＭ３０２は、６．４２度の転流角を有するように設計される。転流角との組み合わせでのステータ極Ａ〜Ｄ１およびロータ極１〜１４の数の選択については、本明細書で後述する。
【００３９】
[0050]図３（ｂ）は、本発明の一実施形態による、（図３（ａ）に示す）標準的スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体３０２の磁束プロットの描写３０８を図示している。磁束プロットの描写３０８は、ＳＲＭ組立体３０２が８つのステータ極Ａ〜Ｄ１のうち２つのステータ極ＡおよびＡ１を使用する、つまり、適切な相の能動期間中に２つのステータ極ＡおよびＡ１が励磁されることを示している。励磁期間中に、磁束経路２００は、ステータ極Ａの２つの副極ａａ１、ａａ２およびステータ極Ａ１の２つの副極ａａ３、ａａ４を同じ方向に通過する。本発明のこの実施形態において、転流角は６．４２度である。
【００４０】
[0051]図４（ａ）は、本発明の別の実施形態による、反転型スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体４０２の断面図を図示している。ＳＲＭ組立体４０２は、例えば、限定されるものではないが、電気絶縁銘柄の積層鋼で作られる内側ステータ４０４を備える。ステータ４０４の外面は、その径方向外方に延びる８つのステータ極Ａ、Ａ１、Ｂ、Ｂ１、Ｃ、Ｃ１  Ｄ、Ｄ１（まとめてＡ〜Ｄ１と称される）を有する略円筒状である。ステータ極Ａ〜Ｄ１は略等角度で配置され、かつコイルはステータ極Ａ〜Ｄ１の各々に巻回される。更に、複数の副極は、各ステータ極Ａ〜Ｄ１の各々に配置される。本発明の例示的な実施形態において、各ステータ極Ａ〜Ｄ１は、それぞれのステータ極に設けられかつ径方向外方に配置された２つの副極を備える。図４（ａ）に図示するように、それぞれ、ａａ１およびａａ２はステータ極Ａの副極であり、ａａ３およびａａ４はステータ極Ａ１の副極であり、ｂｂ１およびｂｂ２はＢのステータ極の副極であり、ｂｂ３およびｂｂ４はＢ１のステータ極の副極であり、ｃｃ１およびｃｃ２はステータ極Ｃの副極であり、ｃｃ３およびｃｃ４はステータ極Ｃ１の副極であり、ｄｄ１およびｄｄ２はステータ極Ｄの副極であり、かつｄｄ３およびｄｄ４はステータ極Ｄ１の副極である。本発明のこの実施形態において、ＳＲＭ組立体４０２は、４相で働くように設計される。対向する１対のステータ極は、各相として働くように構成される、つまり、それぞれ、ステータ極対ＡとＡ１が第１の相を構成し、ＢとＢ１が第２の相を構成し、ＣとＣ１が第３の相を構成し、かつＤとＤ１が第４の相を構成する。更に、各相は、ステータ極Ａ〜Ｄ１に巻回された２つのコイル、すなわち、第１の相についてはａとａ１、第２の相についてはｂとｂ１、第３の相についてはｃとｃ１、かつ第４の相についてはｄとｄ１からそれぞれなる。追加的に、ＳＲＭ組立体４０２は、例えば、限定されるものではないが、電気絶縁銘柄の積層鋼で作られる外側ロータ４０６を備える。ロータ４０６は、ロータ４０６の内面から径方向内方に突出した１４個のロータ極１〜１４を備える。ロータ極の最外面には、例えば、湾曲部が設けられてもよく、それにより、略中空円筒状の内部空間を画定する。本発明のこの実施形態において、ＳＲＭ組立体４０２は、６．４２度の転流角を有するように設計される。転流角との組み合わせでのステータ極Ａ〜Ｄ１およびロータ極１〜１４の数の選択については、本明細書で後述する。
【００４１】
[0052]図４（ｂ）は、本発明の一実施形態による、（図４（ａ）に示す）反転型スイッチトリラクタンス機（ＳＲＭ）組立体４０２の磁束プロットの描写４０８を図示している。磁束プロットの描写４０８は、（図４（ａ）に示す）ＳＲＭ組立体４０２が８つのステータ極Ａ〜Ｄ１のうち２つのステータ極ＡおよびＡ１を使用する、つまり、適切な相の能動期間中に２つのステータ極ＡおよびＡ１が励磁されることを示している。励磁期間中に、磁束経路２００は、ステータ極Ａの２つの副極ａａ１、ａａ２およびステータ極Ａ１の２つの副極ａａ３、ａａ４を同じ方向に通過する。本発明のこの実施形態において、転流角は６．４２度である。
【００４２】
[0053]図５は、本発明の一実施形態による、ロータ極およびステータ副極の成形の描写５０２を図示している。ロータ極５０４およびステータ副極５０６は、高トルクプロファイルを達成するために多形状修正に設計される。特に、ロータ極５０４およびステータ副極５０６は、より高いトルクを所望の方向に提供するような様式で成形される。本発明のこの実施形態において、ステータ副極５０６は、全ての極がロータ極５０４の内面から等距離に位置しないように設けられてもよい。更に、本発明のこの実施形態において、ステータ副極５０６の後端部は、内向きにテーパを有するように成形され、その結果、後縁部におけるステータ副極５０６とロータ極５０４との間の空隙が先端点における空隙よりも大きい。ステータ副極５０６の先縁部は、ロータ極に最も近接した極の表面が先縁部から除去されるように成形される。追加的に、ステータ副極８０６の先縁部は、後縁部がロータ極と共にもたらす空隙よりも大きな空隙をロータ極と共にもたらし、その結果、ステータ副極５０６とロータ極５０４とを完全に整列させたときに、ステータ副極５０６の後端部とロータ極５０４の先縁部との間の空隙が最も広くなり、かつステータ副極５０６の先端面とロータ極５０４の後端部とが最小空隙を画定する。
【００４３】
[0054]図６は、本発明の一実施形態による、ステータ副極６０２およびロータ極６０４の成形の例示的な図を図示している。本発明のこの例示的な実施形態において、ステータ副極６０２およびロータ極６０４は、面取りおよびフィレット縁部を有するように設計される。相を作動させた時点で、ステータ極６０２各々およびロータ極６０４各々の例示的な形状は、磁束の最大飽和を確実にし、かつ追加的に、徐々に減少するロータ極６０４に対する磁束の後方結合を最小限に抑える。更に、ステータ極６０２およびロータ極６０４の例示的な面取りおよびフィレット縁部は、接線方向成分を最大化する様式で磁束経路を形成し、それにより、より良好なトルク生成をもたらす。このことを以下に解説する。
【００４４】
[0055]ロータとステータとの間に生成された力は、ステータ極６０２とロータ極６０４との間の空隙内の磁束によるものである。更に、磁束の正味方向は、生成された力の正味方向である。生成された力は、径方向と接線方向とに分解することができる。径方向成分はトルクを全く生成しないが、接線方向成分に半径を乗じてトルクを生成する。よって、接線方向に最大磁束を生み出すようにステータ極６０２およびロータ極６０４を成形することにより、より良好なトルク生成がもたらされる。
【００４５】
[0056]追加的に、ステータ極６０２およびロータ極６０４が整列しているときには、接線方向成分はゼロである一方で全ての磁束は径方向である。よって、生み出されるトルクはゼロである。本発明の別の目的は、十分な接線方向成分が存在する転流領域においてかつ接線方向成分が少ない整列位置に近接した角度において磁束を増加させることである。これは、相を還流状態にするために使用され、したがって、正のトルクを出力しながら蓄積されたエネルギーを放出する。面取りおよびフィレットを使用したステータ極６０２およびロータ極６０４の成形は、この目的を達成するのを補助する。
【００４６】
[0057]図７は、本発明の実施形態による、セグメント化されたステータ組立体およびロータ組立体の描写７０２を図示している。本実施形態において、各ステータ組立体７０６およびロータ組立体７０４は、セグメント化される。セグメント化されたステータ組立体７０６およびロータ組立体７０４は、周方向に相互に連結される。セグメント化されたステータ組立体およびロータ組立体は、より優れた材料利用を実現する。
【００４７】
[0058]図８（ａ）〜図８（ｅ）は、本発明の一実施形態による、反転型ＳＲＭ組立体のロータの反時計回りでの転流の開始時における、相と一致する磁束プロットの変化の種々の図を図示している。特に、図８（ａ）は、本発明の一実施形態による、相が通電されたときの、反転型ＳＲＭ組立体の磁束プロットの図を示している。図示の磁束プロットは、転流の開始時におけるロータ極８０２とステータ極８０４との整列と一致している。同様に、図８（ｂ）〜図８（ｄ）は、転流ストローク中のステータ極の整列の推移と一致する磁束プロットの推移を図示している。図８（ｂ）は、転流ストロークの２５％完了時の例示的な磁束図を図示しており、かつ図８（ｃ）、図８（ｄ）および図８（ｅ）は、それぞれ、転流ストロークの５０％、７５％および１００％完了時の例示的な磁束図を図示している。図８（ｅ）に図示する、転流ストロークの完了時に整列を達成した後に、通電相は、オフに切り替えられ、ロータが更に回転している間に還流状態にされる。
【００４８】
[0059]（ロータ極およびステータ極の選択）本発明の実施形態に係るＳＲＭを設計するために、以下の例示的な方法を使用してもよい。本発明の前述の実施形態に関しては、標準的ＳＲＭまたは反転型ＳＲＭにおける相の数をＰをとする。本発明の種々の実施形態におけるＰの好ましい値は、３または４である。ステータ極の数が２＊Ｐであり、その上、各ステータ極における副極の数がＮＳでありかつ所望の転流角がθであるとすると、以下の関係が成り立つ。
Ｐ＊ＮＳ＊θ＜３６０／（２＊Ｐ）・・・（１）
ここでは、１８０／Ρ／θは整数値である。
以下の数式２に基づいて３相または４相に対して選択されたロータ極の数（ＮＲ）：
ＮＲ＝３６０／（Ρ＊θ）・・・（２）
より小さな転流角を有する３相ＳＲＭについて、例えば、θ＝１２度である場合には、ロータ極の数は１０となる。同様に、転流角の他の値に対して、ロータ極の数ＮＲは、これらの値、すなわち、１２、１４、１６、２０、２２、２６、２８、３２のいずれかを有し、かつ４相ＳＲＭ組立体について、ロータ極の数ＮＲは、これらの値、すなわち、１０、１４、１８、２２、２６、３０、３４のいずれかを有する。
【００４９】
[0060]ＳＲＭ組立体の構成がステータ極、ロータ極、転流角などについて決定された時点で、ステータ組立体には、ステータ極の各々において複数の副極が設けられる。各ステータ極における副極の数は、副極がなす転流角の値に基づいて決定される。更に、本発明の例示的な一実施形態によれば、ステータ極における複数の副極の隣り合う１対の副極間の間隔は、ＳＲＭ組立体が３相で働くように設計される場合には、副極の各々がなす転流角の２倍の大きさである。本発明の別の例示的な実施形態によれば、ステータ極における複数の副極の隣り合う１対の副極間の間隔は、ＳＲＭ組立体が４相で働くように設計される場合には、副極の各々がなす転流角の３倍の大きさである。
【００５０】
[0061]本発明は更に、上に例示したように、ＳＲＭ組立体の機能を高める１つまたは複数の構造的特徴を提供する。本明細書では、例示的な構造的特徴が以下に提供される。上で述べたように、ステータ極、ロータ極および転流角の数を決定する際に、ＳＲＭ組立体は、ＳＲＭ組立体の動作中により良好なトルクおよびトルク密度を得るための改善された転流角を有するように設計されてもよい。特に、回転中心においてロータ極とステータ副極とがなす角度は、従来、θ度であるように設計されていたが、角度をθ＋Δθに増加させる際に、追加の角度Δθは、正のトルクを発生させながらオフ状態の相に蓄積されたエネルギーを排出するために利用される。
【００５１】
[0062]本発明によって設計されたＳＲＭ組立体は、ステータ極に巻回される１相当たり２つのコイルしか利用しない。好適には、ＳＲＭ組立体の動作中に１相当たり２つのコイルを利用することにより、１相当たりの抵抗、および正味のインピーダンスが減少し、よって、所要の起磁力（ｍｍｆ）が低減される。より低いｍｍｆ要件では、ＳＲＭ組立体の効率が高まり、したがって、高い動的性能がもたらされる。この例示的な実装戦略により、トルクリップルの低減がもたらされる。本発明のＳＲＭ組立体は、１５度未満の転流角で動作する。本発明で提供されるＳＲＭ組立体において、ロータ極とステータ極の整列した状態でのエネルギー再利用は、エネルギー管理の複雑化を低減し、トルクリップルを低減し、かつ効率を高める。更に、ＳＲＭ組立体は、相互に連結され周方向に離間した複数の外側ステータ／内側ロータセグメント組立体を、また逆に相互に連結され周方向に離間した複数の内側ステータ／外側ロータセグメント組立体を組み立てることによって、より優れた材料利用を実現するように設計される。
【００５２】
[0063]更にまた、ＳＲＭ組立体は、所要の転流角を超える動作角で相を還流状態にすることにより正のトルクを生成するより大きな転流角を支持するように設計される。それゆえ、ＳＲＭ組立体は、オフ状態の相により生成される負のトルクの排除という利点をもたらす。更に、ＳＲＭでは、オフ状態の相のエネルギーの生産的利用が、相を還流状態にすることにより行われる。このことは、ＳＲＭ組立体のトルクリップルの低減という利点をもたらす。これらの明確な利点は、能動制御変数を追加せずに得られる。
【００５３】
[0064]しかしながら、本発明の数多くの特徴および利点を本発明の構造および機能の詳細と共に上述の説明において述べてきたが、本開示が単なる例示に過ぎないことを理解すべきである。添付の特許請求の範囲を表現する用語の広範な一般的意味により示される最大限まで本発明の原理の範囲内で、特に部品の形状、大きさおよび配置に関して変更を詳細に行ってもよい。
【図１（ａ）】
2018516061.tif 000003
【図１（ｂ）】
2018516061.tif 000004
【図２（ａ）】
2018516061.tif 000005
【図２（ｂ）】
2018516061.tif 000006
【図３（ａ）】
2018516061.tif 000007
【図３（ｂ）】
2018516061.tif 000008
【図４（ａ）】
2018516061.tif 000009
【図４（ｂ）】
2018516061.tif 000010
【図５】
2018516061.tif 000011
【図６】
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【図７】
2018516061.tif 000013
【図８（ａ）】
2018516061.tif 000014
【図８（ｂ）】
2018516061.tif 000015
【図８（ｃ）】
2018516061.tif 000016
【図８（ｄ）】
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【図８（ｅ）】
2018516061.tif 000018
【国際調査報告】
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