(57)【要約】【課題】効率の低下を防ぐことができるスイッチトリラクタンスモータを提供する。【解決手段】ＳＲモータ１において、ロータ２は、回転軸αを中心に回転する。永久磁石３３１，３３２において、２つの極がロータ２の径方向に沿って配置される。ステータティース３２Ａ〜３２Ｆは、径方向に沿って外側から内側に向かって延びる。バックヨーク３５は、ステータコア３１の径方向外側を覆うように配置される。ティース群Ａ１は、ロータ２の周方向に連続するステータティース３２Ａ〜３２Ｃからなる。ティース群Ｂ１は、ロータ２の周方向に連続するステータティース３２Ｄ〜３２Ｆからなる。永久磁石３３１，３３２は、ステータコア３１の外周面及びバックヨーク３５の内周面に接触する。永久磁石３３１及び３３２は、ティース群Ａ１及びＢ１の径方向外側にそれぞれ配置される。永久磁石３３２の極の向きは、永久磁石３３１の極の向きと反対である。【選択図】図１
2016019370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２ｍ（ｍは１以上の整数）個のロータティースを含み、回転軸を中心に回転するロータと、
前記ロータの外周側に前記ロータと対向して配置されるステータと、
各々が有する２つの極が前記ロータの径方向に沿って配置される複数の永久磁石とを備え、
前記ステータは、
前記径方向に沿って外側から内側に向かって延びる複数のステータティースと、
前記複数のステータティースの径方向外側に配置される円筒形のステータコアと、
前記ステータコアの径方向外側に、前記ステータコアを覆うように配置されるバックヨークとを含み、
前記複数のステータティースは、
前記ロータの周方向に連続する所定数のステータティースからなる第１ティース群と、
前記第１ティース群に前記周方向において隣接し、前記周方向に連続する前記所定数のステータティースからなる第２ティース群とを含み、
前記複数の永久磁石は、前記ステータコアと前記バックヨークとの間に配置され、前記ステータコアの外周面及び前記バックヨークの内周面に接触し、
前記複数の永久磁石は、
前記第１ティース群の径方向外側に配置される第１永久磁石と、
前記第２ティース群の径方向外側に配置され、極の向きが前記第１永久磁石の極の向きと反対である第２永久磁石とを含むスイッチトリラクタンスモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータであって、
前記ステータコアは、前記第１ティース群と第２ティース群との間に設けられ、前記ロータティースと前記ステータティースとの間のギャップにおける磁気抵抗よりも大きい磁気抵抗を有する磁気抵抗部を含むスイッチトリラクタンスモータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスイッチトリラクタンスモータであって、
前記第１ティース群を構成する各ステータティースに巻かれるコイルと、前記第２ティース群を構成する各ステータティースに巻かれたコイルとは、互いに反対方向に巻かれるスイッチト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、スイッチトリラクタンスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を使用しないモータの１つとして、スイッチトリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータとも称する。）が知られている。ＳＲモータにおいて、ロータは、巻線や永久磁石を備えておらず、鉄心のみで構成される。従って、ＳＲモータは、ロータを高速回転させることが可能である。
【０００３】
ＳＲモータは、固定子のティースに巻かれたコイルに流れる電流によって発生するリラクタンストルクを利用してロータを回転させる。リラクタンストルクは、コイルに流れる電流の増加に伴って増加する。しかし、電流の増加に伴って、巻線で発生する銅損が増加するため、ＳＲモータの効率が低下する。
【０００４】
特許文献１には、ＳＲモータのトルクを向上させつつ、効率の低下を防ぐことを目的としたＳＲモータが開示されている。特許文献１に係るＳＲモータにおいて、複数のティースが、固定子本体から径方向の内側に突出して形成される。複数のティースには、コイルが巻かれることにより、複数の相巻線が形成される。
【０００５】
特許文献１において、永久磁石は、相巻線の各々で発生する磁束の方向に対応する方向に磁束が発生するように、固定子本体内に配置される。具体的には、３つの永久磁石が、２つの相巻線の間に配置される。３つの永久磁石のうち、２つの永久磁石が固定子本体の外周部に周方向に並ぶように装着される。他の１つの永久磁石は、固定子本体の内周部に装着される。３つの永久磁石は、回転子の回転軸の周方向に着磁される。着磁方向は、３つの永久磁石で同じである。
【０００６】
電流が相巻線に印加されることにより突極で発生する磁束の向きは、永久磁石の磁束の向きに対応する。永久磁石と、ティースと、回転子とを通過する磁路が形成されることにより、リラクタンストルクが発生する。永久磁石を利用することにより、相巻線に供給される電流を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１１６０３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に係るＳＲモータでは、駆動時に発生する熱により効率が低下するという問題がある。ＳＲモータは、相巻線に交流電流が供給されることにより発熱する。ＳＲモータで発生する熱は、固定子の外周部から放熱される。内周部に配置された永久磁石は、外周部に配置された永久磁石よりも熱の影響を強く受ける。内周部に配置された永久磁石は、ＳＲモータで発生する熱により減磁するため、駆動時の起磁力が低下する。起磁力の低下を補うために交流電流を大きくすることにより、発熱量が増加するため、ＳＲモータの効率がさらに低下する。
【０００９】
本発明は、効率の低下を防ぐことができるスイッチトリラクタンスモータ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】
【００１０】
本発明は、リラクタンスモータであって、ロータと、ステータと、複数の永久磁石とを備える。ロータは、２ｍ（ｍは１以上の整数）個のロータティースを含み、回転軸を中心に回転する。ステータは、ロータの外周側にロータと対向して配置される。複数の永久磁石の各々が有する２つの極は、ロータの径方向に沿って配置される。ステータは、径方向に沿って外側から内側に向かって延びる複数のステータティースと、複数のステータティースの径方向外側に配置される円筒形のステータコアと、ステータコアの径方向外側に、ステータコアを覆うように配置されるバックヨークとを含む。複数のステータティースは、ロータの周方向に連続する所定数のステータティースからなる第１ティース群と、第１ティース群に周方向において隣接し、周方向に連続する所定数のステータティースからなる第２ティース群とを含む。複数の永久磁石は、ステータコアとバックヨークとの間に配置され、ステータコアの外周面及びバックヨークの内周面に接触する。複数の永久磁石は、第１ティース群の径方向外側に配置される第１永久磁石と、第２ティース群の径方向外側に配置され、極の向きが第１の永久磁石の極の向きと反対である第２永久磁石とを含む。
【００１１】
第１及び第２のティース群に属するステータティースで発生する磁束は、第２の永久磁石を介してバックヨークを通過し、第１の永久磁石を介して第１のティース群に達する。これにより、第１及び第２の永久磁石の起磁力がロータのリラクタンストルクに寄与するため、スイッチトリラクタンスモータに供給される電流量を削減することができ、スイッチトリラクタンスモータの効率を向上することができる。また、第１及び第２の永久磁石は、ステータティースに巻かれるコイルよりも外周側に位置する。コイルで発生する熱は、第１及び第２の永久磁石に移動しても、スイッチトリラクタンスモータの外周面から速やかに放熱される。第１及び第２の永久磁石の温度の上昇に伴う減磁が抑制されるため、スイッチトリラクタンスモータの効率が低下することを防ぐことができる。
【００１２】
上記スイッチトリラクタンスモータにおいて、ステータコアは、第１ティース群と第２ティース群との間に設けられ、ロータティースとステータティースとの間のギャップにおける磁気抵抗よりも大きい磁気抵抗を有する磁気抵抗部を含む。
【００１３】
磁気抵抗部がステータコアに設けられることにより、第１及び第２の永久磁石の磁束が、ステータコアにおける第１ティース群と第２ティース群との間の境界部を通過して短絡することを防ぐことができる。従って、スイッチトリラクタンスモータを駆動させる際に、永久磁石の磁束を有効に利用することができる。
【００１４】
上記スイッチトリラクタンスモータにおいて、第１ティース群を構成する各ステータティースに巻かれるコイルと、第２ティース群を構成する各ステータティースに巻かれたコイルとは、互いに反対方向に巻かれる。
【００１５】
これにより、第１のティース群に属する各ステータティースに巻かれる所定数のコイルと、第２のティース群に属する各ステータティースに巻かれる所定数のコイルとに、共通の交流を供給することができる。従って、スイッチトリラクタンスモータの制御を簡略化できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、スイッチトリラクタンスモータの効率の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＳＲモータの断面図である。
【図２】図１に示す各コイルで発生する磁束の向きを示す図である。
【図３】図１に示すＳＲモータに供給される矩形波を示す図である。
【図４】図３に示す期間Ａにおいて形成される磁気回路を示す図である。
【図５】図１に示すＳＲモータの変形例の断面図である。
【図６】図１に示すＳＲモータの他の変形例の断面図である。
【図７】図１に示すＳＲモータの他の変形例の断面図である。
【図８】図１に示すＳＲモータの他の変形例の断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るＳＲモータの断面図である。
【図１０】図９に示すＳＲモータに供給される矩形波を示す図である。
【図１１】図９に示すＳＲモータの変形例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１９】
［第１の実施の形態］
｛ＳＲモータ１の構成｝
図１は、本実施の形態に係るＳＲモータ１の断面図である。図１に示すＳＲモータ１には、３相交流が供給される。すなわち、ＳＲモータ１は、３相励磁により動作する。ＳＲモータ１は、ロータ２と、ステータ３とを備える。ロータ２は、回転軸αを中心に回転する。ステータ３は、ロータ２の外周に、ロータ２と対向して配置される。
【００２０】
ロータ２は、ロータコア２１と、ロータティース２２Ａ，２２Ｂと、回転軸αとを備える。すなわち、ロータ２の極数（ロータティースの数）は、２である。
【００２１】
ロータコア２１は、回転軸αの方向に延びる円筒形である。ロータコア２１には、回転軸αと同軸の貫通孔が形成される。回転軸αがロータコア２１に形成された貫通孔に挿入されることにより、ロータコア２１は、回転軸αを中心に回転する。ロータティース２２Ａ，２２Ｂは、ロータコア２１の径方向外側に突出する。ロータティース２２Ｂは、ロータティース２２Ａの反対方向に突出する。
【００２２】
ロータティース２２Ａ，２２Ｂは、ロータコア２１と一体的に形成される。ロータコア２１及びロータティース２２Ａ，２２Ｂは、電磁鋼板、圧粉材、アモルファス磁性材料により形成される。
【００２３】
ステータ３は、ステータコア３１と、ステータティース３２Ａ〜３２Ｆと、永久磁石３３１，３３２と、バックヨーク３５とを備える。ステータコア３１、ステータティース３２Ａ〜３２Ｆ及びバックヨーク３５は、上述した磁性材料により形成される。ステータティース３２Ａ〜３２Ｆの各々に巻かれるコイルについては、後述する。
【００２４】
ステータコア３１は、回転軸αの方向に延びる中空の円筒形である。ステータコア３１は、２つの磁気抵抗部３１Ａを備える。一方の磁気抵抗部３１Ａは、回転軸αを挟んで他方の磁気抵抗部３１Ａと対向する。２つの磁気抵抗部３１Ａは、図１において、ステータコア３１の内周面に形成される切り欠きである。
【００２５】
ステータティース３２Ａ〜３２Ｆが、ステータコア３１の内周に設けられる。ステータティース３２Ａ〜３２Ｆの各々は、ロータ２の径方向に沿って外側から内側に向かって延びる。ロータ２の周方向に連続して並ぶ３つのステータティースが、ティース群を構成する。ステータティース３２Ａ〜３２Ｃが、ティース群Ａ１を構成する。ステータティース３２Ｄ〜３２Ｆが、ティース群Ｂ１を構成する。
【００２６】
永久磁石３３１，３３２は、ステータコア３１の外周側に配置され、回転軸αを挟んで対向する。永久磁石３３１，３３２の断面形状は、円弧である。このため、永久磁石３３１は、ティース群Ａ１の径方向外側に配置される。永久磁石３３２は、ティース群Ｂ１の径方向外側に配置される。また、永久磁石３３１，３３２は、ステータコア３１とバックヨーク３５との間に配置される。永久磁石３３１，３３２は、ステータコア３１の外周面に接触し、バックヨーク３５の内周面に接触する。
【００２７】
永久磁石３３１において、Ｎ極は、内周側に位置し、Ｓ極は外周側に位置する。永久磁石３３２において、Ｎ極は外周側に位置し、Ｓ極は内周側に位置する。すなわち、永久磁石３３１，３３２の各々が有する２つの極は、ロータ２の径方向に沿って配置される。図１において、永久磁石３３１，３３２に描かれた矢印は、永久磁石３３１，３３２内における磁束の向きを示し、ロータ２の径方向に対応する。
【００２８】
バックヨーク３５は、回転軸αの方向に延びる中空の円筒形であり、ステータコア３１を覆うように、永久磁石３３１及び３３２の外周に配置される。このため、永久磁石３３１及び３３２の外周面が露出することなく、ステータ３の中に配置される。
【００２９】
｛ティース群Ａ１及びＢ１の関係｝
図２は、図１に示すステータティース３２Ａ〜３２Ｆの各々に巻かれるコイル３６Ａ〜３６Ｆに流れる電流の方向を示す図である。なお、図２において、ロータ２、ステータコア３１、ステータティース３２Ａ〜３２Ｆ及びコイル３６Ａ〜３６Ｆ以外のＳＲモータ１の構成を省略している。
【００３０】
図２に示すように、コイル３６Ａ〜３６Ｆが、ステータティース３２Ａ〜３２Ｆの各々に集中巻きにより巻かれる。コイル３６Ａ〜３６Ｆの各々の巻数は、等しい。このとき、周方向に隣接する２つのティース群に関して、一方のティース群に属するステータティースと、他方のティース群に属するステータティースとにおいて、コイルを巻く方向は反対となる。
【００３１】
具体的には、ティース群Ａ１及びＢ１は、周方向に互いに隣接する。コイル３６Ａ〜３６Ｃは、それぞれステータティース３２Ａ〜３２Ｃに巻かれるため、ティース群Ａ１に対応する。コイル３６Ａ〜３６Ｃは、径方向内側から外側を見たときに左回りに巻かれる。コイル３６Ｄ〜３６Ｆは、それぞれステータティース３２Ｄ〜３２Ｆに巻かれるため、ティース群Ｂ１に対応する。コイル３６Ｄ〜３６Ｆは、径方向内側から外側を見たときに右回りに巻かれる。
【００３２】
従って、コイル３６Ａ〜３６Ｆに３相交流がそのまま供給された場合、ティース群Ａ１に対応するコイル３６Ａ〜３６Ｃで発生する磁束の向きは、ティース群Ｂ１に対応するコイル３６Ｄ〜３６Ｆで発生する磁束の向きと反対となる。図２に示すように、コイル３６Ａ〜３６Ｃにより、ＳＲモータ１の外周から内周に向く磁束３７Ａ〜３７Ｃが発生する。一方、コイル３６Ｄ〜３６Ｆにより、ＳＲモータ１の内周から外周に向く磁束３７Ｄ〜３７Ｆが発生する。
【００３３】
また、周方向に隣接する２つのティース群に関して、一方のティース群の径方向外側に配置される永久磁石の極の向きは、他方のティース群の径方向外側に配置される永久磁石の極の向きと反対である。図１に示すように、永久磁石３３１は、ティース群Ａ１の径方向外側（外周側）に配置される。永久磁石３３１において、Ｎ極は、内周側に位置し、Ｓ極は、外周側に位置する。永久磁石３３２は、ティース群Ａ１に周方向に隣接するティース群Ｂ１の径方向外側に配置される。永久磁石３３２において、Ｎ極は、外周側に位置し、Ｓ極は、内周側に位置する。つまり、永久磁石３３１の極の向きは、ティース群Ａ１に対応するコイル３６Ａ〜３６Ｃで発生する磁束３７Ａ〜３７Ｃの向きと対応する。永久磁石３３２の極の向きは、ティース群Ｂ１に対応するコイル３６Ｄ〜３６Ｆで発生する磁束３７Ｄ〜３７Ｆの向きと対応する。
【００３４】
｛ＳＲモータ１の動作｝
図３は、ＳＲモータ１に供給される３相交流を示す図である。図３に示す３相交流５０及び矩形波５１Ｐ〜５３Ｐにおいて、電流の最大値が１に正規化されている。矩形波５１Ｐ〜５３Ｐは、３相交流５０から生成され、ＳＲモータ１に供給される。
【００３５】
３相交流５０は、Ｕ相５１と、Ｖ相５２と、Ｗ相５３とを有する。Ｕ相５１、Ｖ相５２及びＷ相５３は、正弦波の３相交流を全波整流することにより生成される。矩形波５１Ｐは、Ｕ相５１に対応する。矩形波５２Ｐは、Ｖ相５２に対応する。矩形波５３Ｐは、Ｗ相５３に対応する。矩形波５１Ｐ〜５３Ｐにおいて、電流値が１となる期間は、Ｕ相５１、Ｖ相５２及びＷ相５３の各々の電流が最大となる期間に対応する。
【００３６】
矩形波５１Ｐは、コイル３６Ｂ及び３６Ｅに供給される。矩形波５２Ｐは、コイル３６Ａ及び３６Ｄに供給される。矩形波５３Ｐは、コイル３６Ｃ及び３６Ｆに供給される。
【００３７】
（期間Ａ）
図３に示すように、期間Ａにおいて、矩形波５１Ｐの電流値が１であり、矩形波５２Ｐ及び５３Ｐの電流値が０である。矩形波５１Ｐが供給されるコイル３６Ｂ及び３６Ｅにおいて、磁束３７Ｂ及び３７Ｅ（図２参照）が発生する。一方、矩形波５２Ｐが供給されるコイル３６Ａ及び３６Ｄでは、磁束３７Ａ及び３７Ｄが発生しない。矩形波５３Ｐが供給されるコイル３６Ｃ及び３６Ｆでは、磁束３７Ｃ及び３７Ｆが発生しない。
【００３８】
図４は、期間ＡにおいてＳＲモータ１に形成される磁気回路（矢印４１Ａ〜４１Ｅ）を示す図である。図４に示すように、期間Ａが始まるときに、ロータティース２２Ａが、ステータティース３２Ｂ及び３２Ｃの両者に対向する位置にある。
【００３９】
永久磁石３３１の極の向きは、磁束３７Ｂの方向に一致する。このため、ステータティース３２Ｂにおいて、永久磁石３３１の磁束が磁束３７Ｂに重畳され、合成磁束（矢印４１Ａ）が発生する。ステータティース３２Ａで発生した磁束は、ロータ２を経由して、ステータティース３２Ｅに達する（矢印４１Ｂ）。永久磁石３３２の極の向きは、磁束３７Ｅの方向に一致する。このため、ステータティース３２Ｅにおいて、永久磁石３３２の磁束が磁束３７Ｅに重畳され、合成磁束（矢印４１Ｃ）が発生する。この結果、ロータティース２２Ａ及び２２Ｂが、ステータティース３２Ｂ及び３２Ｅに吸引されることにより、ロータ２は、左回りに回転する。
【００４０】
矢印４１Ｃで示す合成磁束は、永久磁石３３２を介してバックヨーク３５を通過し（矢印４１Ｄ及び４１Ｅ）、永久磁石３３１を介してステータティース３２Ｂに達する。これにより、期間Ａにおいて、矢印４１Ａ〜４１Ｅで示す磁気回路が、ＳＲモータ１に形成される。
【００４１】
上述のように、２つの磁気抵抗部３１Ａが、ステータコア３１の内周面においてティース群Ａ１及びＢ１の間に形成される。２つの磁気抵抗部３１Ａの磁気抵抗は、ステータティースとロータティースとの間のギャップにおける磁気抵抗よりも大きい。このため、永久磁石３３１及び３３２の磁束は、ステータコア３１におけるティース群Ａ１及びＢ１の境界部を経由して短絡することができない。永久磁石３３１及び３３２の磁束は、ステータティース及びロータを経由する磁気回路を形成するため、ＳＲモータ１を駆動させる際に、永久磁石３３１及び３３２の起磁力を有効に利用できる。
【００４２】
また、磁気抵抗部３１Ａの磁気抵抗は、バックヨーク３５の磁気抵抗よりも大きい。このため、コイル３６Ｅにより発生する磁束３７Ｅは、磁気抵抗部３１Ａを経由して、ステータティース３７Ｂに到達することができない。磁束３７Ｅは、永久磁石３３２、バックヨーク３５、永久磁石３３１を通過して、ステータティース３７Ｂに到達するため、ＳＲモータ１を駆動させる際に、永久磁石３３１及び３３２の起磁力をさらに有効に利用できる。
【００４３】
すなわち、永久磁石３３１及び３３２の起磁力を、ロータ２のリラクタンストルクに利用することができるため、コイル３６Ｂ及び３６Ｅに供給される電流を抑制することができる。以下、詳しく説明する。
【００４４】
ロータティース２２Ａとステータティース３２Ｂとの間に生じるギャップの磁気抵抗をＲｍとする。また、期間Ａにおける矩形波５１Ｐの電流値をｉＣとし、コイル３６Ｂの巻数をＮとする。この場合、期間Ａにおいてコイル３６Ｂで発生する磁束φＣは、下記式（１）で表される。
【００４５】
φＣ＝（Ｎ×ｉＣ）／Ｒｍ  ・・・式（１）
【００４６】
また、永久磁石３３１の起磁力をＡｍとすると、永久磁石３３１により発生する磁束φｍは、下記式（２）により表される。
【００４７】
φｍ＝Ａｍ／Ｒｍ  ・・・式（２）
【００４８】
永久磁石３３１の磁束がコイル３６Ｂで発生する磁束３７Ｂに重畳される。従って、ＳＲモータ１において形成される磁気回路の磁束φは、式（３）で表される。
【００４９】
φ＝（φＣ＋φｍ）＝（Ｎ×ｉＣ＋Ａｍ）／Ｒｍ  ・・・式（３）
【００５０】
式（３）に示すように、ＳＲモータ１では、永久磁石３３１の磁束φｍが、磁気回路の形成に寄与する。従って、永久磁石３３１の磁束φｍが寄与する分だけ、矩形波５１Ｐの電流値を下げることが可能となる。例えば、ＳＲモータ１における最大トルクが発生するときの磁気回路の磁束をφmＡxとした場合、ＳＲモータ１は、コイル３６Ｂで発生する磁束φＣを（φmＡx−φm）の分だけ小さくすることができる。この結果、ＳＲモータ１の銅損を削減することができるため、ＳＲモータ１の効率を向上させることができる。
【００５１】
（期間Ｂ）
図３に示すように、期間Ｂにおいて、矩形波５２Ｐの電流値が１であり、矩形波５１Ｐ及び５３Ｐの電流値が０である。従って、コイル３６Ａ及び３６Ｄにおいて、磁束３７Ａ及び３７Ｄ（図２参照）が発生する。一方、コイル３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｅ及び３６Ｆでは、磁束が発生しない。ロータ２は、期間Ａから左回りの回転を継続している。
【００５２】
ステータティース３２Ａにおいて、永久磁石３３１の磁束が磁束３７Ａ（図２参照）に重畳されることにより、合成磁束が発生する。ステータティース３２Ｄにおいて、永久磁石３３２の磁束が磁束３７Ｄに重畳されることにより、合成磁束が発生する。ステータティース３２Ａで発生した合成磁束は、ロータ２を経由して、ステータティース３２Ｄに達する。この結果、ロータティース２２Ａ及び２２Ｂがステータティース３２Ａ及び３２Ｄにそれぞれ吸引される。左回りのリラクタンストルクが期間Ａから継続してロータ２に発生するため、ロータ２は、左回転を継続する。
【００５３】
ステータティース３２Ｄで発生する合成磁束は、永久磁石３３２、バックヨーク３５を通過し、永久磁石３３１に達する。すなわち、期間Ｂでは、永久磁石３３１から、ステータティース３２Ａ、ロータ２、ステータティース３２Ｄ、永久磁石３３２、バックヨーク３５を経由して永久磁石３３１に戻る磁気回路が形成される。
【００５４】
（期間Ｃ）
図３に示すように、期間Ｃにおいて、矩形波５３Ｐの電流値が１であり、矩形波５１Ｐ及び５２Ｐの電流値が０である。従って、コイル３６Ｃ及び３６Ｆにおいて、磁束３７Ｃ及び３７Ｆが発生する（図２参照）。一方、コイル３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｄ及び３６Ｅでは、磁束が発生しない。ロータ２は、期間Ｂから左回りの回転を継続している。
【００５５】
ステータティース３２Ｃにおいて、永久磁石３３１の磁束が磁束３７Ｃに重畳されることにより、合成磁束が発生する。ステータティース３２Ｆにおいて、永久磁石３３２の磁束が磁束３７Ｆに重畳されることにより、合成磁束が発生する。ステータティース３２Ｃで発生した合成磁束は、ロータ２を経由して、ステータティース３２Ｆに達する。この結果、ロータティース２２Ａ及び２２Ｂがステータティース３２Ｃ及び３２Ｆにそれぞれ吸引される。左回りのリラクタンストルクが期間Ｂから継続してロータ２に発生するため、ロータ２は、左回転を継続する。
【００５６】
ステータティース３２Ｆで発生する合成磁束は、永久磁石３３２、バックヨーク３５を通過し、永久磁石３３１に達する。すなわち、期間Ｃでは、永久磁石３３１から、ステータティース３２Ｃ、ロータ２、ステータティース３２Ｆ、永久磁石３３２、バックヨーク３５を経由して永久磁石３３１に戻る磁気回路が形成される。
【００５７】
（期間Ｄ）
期間Ｄでは、期間Ａと同様に、矩形波５１Ｐの電流値が１である。磁束３７Ｂ及び３７Ｅがコイル３６Ｂ及び３６Ｅで発生するため、期間Ｄで形成される磁気回路は、期間Ａで形成される磁気回路と同じである。ただし、期間Ｄでは、ロータティース２２Ａ及び２２Ｂの位置は、図４に示す位置から回転軸αを基準にして反転する。つまり、ロータティース２２Ａは、ステータティース３２Ｅに吸引され、ロータティース２２Ｂは、ステータティース３２Ｂに吸引される。
【００５８】
（期間Ｅ）
期間Ｅでは、期間Ｂと同様に、矩形波５２Ｐの電流値が１である。磁束３７Ａ及び３７Ｄがコイル３６Ａ及び３６Ｄで発生するため、期間Ｅで形成される磁気回路は、期間Ｂで形成される磁気回路と同じである。ただし、期間Ｅでは、ロータティース２２Ａ及び２２Ｂの位置は、期間Ｂにおける位置から回転軸αを基準にして反転する。つまり、ロータティース２２Ａは、ステータティース３２Ｄに吸引され、ロータティース２２Ｂが、ステータティース３２Ａに吸引される。
【００５９】
（期間Ｆ）
期間Ｆでは、期間Ｃと同様に、矩形波５３Ｐの電流値が１である。磁束３７Ｃ及び３ＦＣがコイル３６Ｃ及び３６Ｆで発生するため、期間Ｆで形成される磁気回路は、期間Ｃで形成される磁気回路と同じである。ただし、期間Ｆでは、ロータティース２２Ａ及び２２Ｂの位置は、期間Ｃにおける位置から回転軸αを基準にして反転する。つまり、ロータティース２２Ａは、ステータティース３２Ｃに吸引され、ロータティース２２Ｂが、ステータティース３２Ｆに吸引される。
【００６０】
このように、ＳＲモータ１において、永久磁石３３１及び３３２がそれぞれティース群Ａ１及びＢ１の外周側に配置される。これにより、永久磁石３３１及び３３２を、リラクタンストルクを発生させるための起磁力の一部として使用することができるため、ＳＲモータ１の銅損を抑制することができる。従って、ＳＲモータ１の効率を向上させることができる。
【００６１】
また、永久磁石３３１，３３２が、ステータコア３１の外周に設置されることにより、永久磁石３３１，３３２からコイル３６Ａ〜３６Ｆまでの距離が確保される。熱源であるコイル３６Ａ〜３６Ｆから離間して永久磁石３３１及び３３２が配置されるため、ＳＲモータ１の駆動時における永久磁石３３１，３３２の温度上昇が抑制される。また、永久磁石３３１，３３２の内周面がステータコア３１の外周面に接触し、永久磁石３３１，３３２の外周面がバックヨーク３５の内周面に接触している。コイル３６Ａ〜３６Ｆで発生した熱は、永久磁石３３１，３３２を介して、バックヨーク３５に速やかに移動し、永久磁石３３１，３３２に熱が留まることが抑制される。この結果、永久磁石３３１，３３２の温度上昇に伴う永久磁石３３１，３３２の減磁が抑制される。
【００６２】
ＳＲモータ１の発熱に伴う永久磁石３３１，３３２の減磁が抑制されるため、ＳＲモータ１の起磁力が維持される。ＳＲモータ１の発熱による永久磁石３３１，３３２の起磁力の低下を補うために、コイル３６Ａ〜３６Ｆに供給する電流を大きくしなくてもよい。従って、ＳＲモータ１の駆動時における効率の低下を防ぐことができる。
【００６３】
｛変形例１｝
上記実施の形態では、ステータティースの数が６である場合を例にして説明したが、これに限られない。ＳＲモータ１に３相交流を供給する場合、ステータティースの数は、６ｎ（ｎは１以上の整数）であればよい。また、ロータ２の極数は、２ｍ（ｍは１以上の整数）であればよい。
【００６４】
図５は、ｎ＝２及びｍ＝２の場合におけるＳＲモータ１の構成を示す図である。図５に示すＳＲモータ１において、ロータ２は、ロータティース２２Ａ〜２２Ｄを備える。ロータティース２２Ａ〜２２Ｄは、回転軸αを中心にして、９０度の間隔で配置される。
【００６５】
ステータ３は、ステータコア３１と、ステータティース６２Ａ〜６２Ｌと、永久磁石３３１〜３３４と、バックヨーク３５とを備える。ステータティース６２Ａ〜６２Ｌの各々は、４つのティース群Ａ２〜Ｄ２のいずれか１つに属する。ティース群Ａ２〜Ｄ２は、周方向に連続して並ぶ３つのステータティースにより構成される。
【００６６】
ティース群Ａ２は、ステータティース６２Ａ〜６２Ｃにより構成される。ティース群Ｂ２は、ステータティース６２Ｄ〜６２Ｆにより構成される。ティース群Ｃ２は、ステータティース６２Ｇ〜６２Ｉにより構成される。ティース群Ｄ２は、ステータティース６２Ｊ〜６２Ｌにより構成される。ティース群Ａ２〜Ｄ２の径方向外側には、永久磁石３３１〜３３４がそれぞれ配置される。
【００６７】
ステータコア３１は、４個の磁気抵抗部３１Ａを有する。磁気抵抗部３１Ａは、ステータコア３１の内周面に形成される切り欠きであり、周方向に互いに隣接する２つのティース群の間に設けられる。すなわち、ＳＲモータ１における磁気抵抗部の数は、ティース群の数（永久磁石の数）に等しい。
【００６８】
永久磁石３３１及び３３３において、Ｎ極が内周面に位置し、Ｓ極が外周面に位置する。永久磁石３３２及び３３４において、Ｎ極が外周面に位置し、Ｓ極が内周面に位置する。すなわち、周方向に隣接する２つのティース群に関して、一方のティース群の径方向外側に配置される永久磁石の極の向きは、他方のティース群の径方向外側に配置される永久磁石の極の向きと反対である。
【００６９】
次に、各ステータティースに巻かれるコイルについて説明する。図５では、各ステータティースにおいてコイルを巻く方向を示すために、各コイルにおける電流の向きを示しているが、実際には、図５に示す全てのコイルには、電流は、一斉に供給されない。
【００７０】
同じティース群に属する３つのステータティースにおいて、コイルを巻く方向は同じである。例えば、ティース群Ａ２に属するステータティース６２Ａ〜６２Ｃにおいて、コイルは、同じ方向に巻かれる（径方向内側から見て左回り）。一方、周方向に隣接する２つのティース群において、コイルを巻く方向は、反対である。例えば、ティース群Ｂ２及びＤ２は、ティース群Ａ２に周方向に隣接する。このため、コイルは、ステータティース６２Ｄ〜６２Ｆ及び６２Ｊ〜６２Ｌに関して、径方向内側から見て右回りに巻かれる。
【００７１】
図５に示すＳＲモータ１には、図３に示す矩形波５１Ｐ〜５３Ｐが供給される。矩形波５１Ｐは、ステータティース３２Ｂ、３２Ｅ、３２Ｈ及び３２Ｋに巻かれるコイルに供給される。矩形波５２Ｐは、ステータティース３２Ａ、３２Ｄ、３２Ｇ及び３２Ｊに巻かれるコイルに供給される。矩形波５３Ｐは、ステータティース３２Ｃ、３２Ｆ、３２Ｉ及び３２Ｌに巻かれるコイルに供給される。
【００７２】
このように、ＳＲモータ１に３相交流が形成される場合、ステータティースの数を６ｎ、ロータの極数２を２ｍとしてもよい。なお、本実施の形態の図１及び図５に示す例では、ｎがｍに等しい場合を説明しているが、ｎがｍと異なっていてもよい。
【００７３】
｛変形例２｝
上記第１の実施の形態では、永久磁石３３１及び３３２の断面形状が円弧である場合を例に説明した。しかし、永久磁石３３１及び３３２の各々は、複数の平板状の磁石により構成されてもよい。
【００７４】
図６は、図１に示す永久磁石３３１及び３３２を複数の平板状の磁石により構成した場合を示す図である。図６に示すように、永久磁石３３１は、断面形状が長方形の方形磁石３３１ａ〜３３１ｆを備える。永久磁石３３２は、方形磁石３３２ａ〜３３２ｆを備える。方形磁石３３１ａ〜３３１ｆにおいて、Ｎ極は内周面に位置し、Ｓ極は外周面に位置する。方形磁石３３２ａ〜３３２ｆの各々において、Ｎ極は外周面に位置し、Ｓ極は内周面に位置する。図６に示すＳＲモータ１は、図１に示すＳＲモータ１と同様に動作することが可能である。
【００７５】
｛変形例３｝
上記第１の実施の形態では、永久磁石３３１及び３３２がティース群Ａ１及びＢ１の外側を覆うように配置される例を説明したが、これに限られない。図７に示すように、永久磁石３３１は、断面形状が長方形の磁石であり、ティース群Ａ１に属するステータティース３２Ａ〜３２Ｃのうち、ステータティース３２Ｂの外周側に配置されてもよい。永久磁石３３２は、断面形状が長方形の磁石であり、ティース群Ｂ１に属するステータティース３２Ｄ〜３２Ｆのうち、ステータティース３２Ｅの外周側に配置されてもよい。
【００７６】
あるいは、図８に示すように、３つの方形磁石３３１ａ〜３３１ｃが、ティース群Ａ１に属するステータティース３２Ａ〜３２Ｃの各々の径方向外側に配置され、３つの方形磁石３３２ａ〜３３２ｃが、ティース群Ｂ１に属するステータティース３２Ｄ〜３２Ｆの各々の径方向外側に配置されてもよい。すなわち、永久磁石３３１及び３３２は、ティース群Ａ１及びＢ１の周方向外側に配置され、かつ、永久磁石３３１の極の向きが、永久磁石３３２の極の向きと反対であればよい。
【００７７】
［第２の実施の形態］
上記第１実施の形態では、ステータティース数が６ｎであるＳＲモータを説明した。第２の実施の形態では、ステータティース数が４であるＳＲモータを説明する。以下、ステータティース数が４であるＳＲモータについて、上記実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００７８】
図９は、本実施の形態に係るＳＲモータ５の断面図である。図９に示すＳＲモータ５には、２相交流が供給される。すなわち、ＳＲモータ５は、２相励磁により動作する。ＳＲモータ５は、ロータ２と、ステータ３とを備える。ロータ２は、回転軸αを中心に回転する。ステータ３は、ロータ２の外周に、ロータ２と対向して配置される。
【００７９】
ステータ３は、ステータコア３１と、ステータティース７２Ａ〜７２Ｄと、永久磁石３３１，３３２と、バックヨーク３５とを備える。ステータティース７２Ａ〜７２Ｄは、ステータコア３１と一体的に形成される。ステータコア３１及びステータティース７２Ａ〜７２Ｄは、電磁鋼板、圧粉材、アモルファス磁性材料により形成される。コイル７６Ａ〜７６Ｄが、ステータティース７２Ａ〜７２Ｄの各々に巻かれる。
【００８０】
ステータティース７２Ａ〜７２Ｄが、ステータコア３１の内周に設けられる。ステータティース７２Ａ〜７２Ｄの各々は、ロータ２の径方向に沿って外側から内側に向かって延びる。周方向に連続して並ぶ２個のティースは、ティース群を構成する。ステータティース７２Ａ及び７２Ｂが、ティース群Ａ３を構成する。ステータティース７２Ｃ及び７２Ｄが、ティース群Ｂ３を構成する。
【００８１】
本実施の形態において、ティース群Ａ３は、第１の実施の形態のティース群Ａ１に対応し、ティース群Ｂ３は、第１の実施の形態のティース群Ｂ１に対応する。つまり、ティース群Ａ３及びＢ３は、周方向に互いに隣接するため、コイル７６Ａ及び７６Ｂは、径方向内側から外側を見たときに左回りに巻かれる。コイル７６Ｃ及び７６Ｄは、ステータ径方向内側から外側を見たときに右回りに巻かれる。
【００８２】
従って、第１の実施の形態と同様に、コイル７６Ａ〜７６Ｄに共通の電流が供給された場合、コイル７６Ａ及び７６Ｂで発生する磁束の向きは、コイル７６Ｃ及び７６Ｄで発生する磁束の向きと反対となる。２相交流がコイル７６Ａ及び７６Ｂに供給されることより、ＳＲモータ５の内周に向く磁束が発生する。一方、２相交流がコイル７６Ｃ及び７６Ｄに供給されることより、ＳＲモータ５の外周に向く磁束が発生する。周方向に隣接する２つのティース群において、一方のティース群に対応するコイルで発生する磁束の向きは、他方のティース群に対応するコイルで発生する磁束の向きと反対となる。
【００８３】
永久磁石３３１及び３３２の配置については、上記第１の実施の形態と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【００８４】
図１０は、本実施の形態に係るＳＲモータ５に供給される２相交流５５を示す図である。図１０に示す２相交流５５、矩形波５６Ｐ及び５７Ｐおいて、電流の最大値が１に正規化されている。矩形波５６Ｐ及び５７Ｐは、２相交流５５から生成され、ＳＲモータ５に供給される。
【００８５】
２相交流５５は、Ａ相５６及びＢ相５７を有する。Ａ相５６及びＢ相５７は、正弦波の２相交流を全波整流することにより生成される。矩形波５６Ｐは、Ａ相５６に対応する。矩形波５７Ｐは、Ｂ相５７に対応する。矩形波５６Ｐ及び５７Ｐにおいて、電流値が１となる期間は、Ａ相５６及びＢ相５７の各々の電流が最大となる期間に対応する。
【００８６】
矩形波５６Ｐは、コイル７６Ａ及び７６Ｃに供給される。矩形波７２Ｐは、コイル７６Ｂ及び７６Ｄに供給される。
【００８７】
図１０に示す期間Ｐおいて、矩形波５６Ｐの電流値は、１である。このため、コイル７６Ａは、径方向外側から内側に向かう磁束を発生し、コイル７６Ｃは、径方向内側から外側に向かう磁束を発生する。第１の実施の形態と同様に、永久磁石３３１及び３３２の磁束が、コイル７６Ａ及び７６Ｃで発生する磁束に重畳される。期間Ｐでは、ステータティース７２Ａから、ロータ２、ステータティース７２Ｃ，永久磁石３３２、バックヨーク３５、永久磁石３３１を経由して、ステータティース７２Ａに戻る磁気回路が形成される。この磁気回路により、ロータ２を左回りに回転させるリラクタンストルクが発生する。
【００８８】
期間Ｑにおいて、矩形波５７Ｐの電流値は、１である。このため、コイル７６Ｂは、径方向外側から内側に向かう磁束を発生し、コイル７６Ｄは、径方向内側から外側に向かう磁束を発生する。第１の実施の形態と同様に、永久磁石３３１及び３３２の磁束が、コイル７６Ｂ及び７６Ｄで発生する磁束に重畳される。期間Ｑでは、ステータティース７２Ｂから、ロータ２、ステータティース７２Ｄ，永久磁石３３２、バックヨーク３５、永久磁石３３１を経由して、ステータティース３２Ｂ７２Ｂに戻る磁気回路が形成される。この磁気回路により、ロータ２を左回りに回転させるリラクタンストルクが期間Ｐから継続して発生する。
【００８９】
以下、期間Ｐ及びＱが繰り返される。これにより、ロータ２を左回りに回転させるリラクタンストルクが継続的に発生するため、ロータ２が継続的に回転する。
【００９０】
｛変形例｝
本実施の形態では、ステータティースの数が４である場合を例にして説明したが、これに限られない。ＳＲモータ５に２相交流が供給される場合、ステータティースの数は、４ｎ（ｎは１以上の整数）であればよい。また、ロータ２の極数は、２ｍ（ｍは１以上の整数）であればよい。
【００９１】
図１１は、ｎ＝２及びｍ＝２の場合におけるＳＲモータ５の構成を示す図である。図１１に示すＳＲモータ５において、ロータ２は、ロータティース２２Ａ〜２２Ｄを備える。ロータティース２２Ａ〜２２Ｄは、回転軸αを中心にして、９０度の間隔で配置される。
【００９２】
ステータ３は、ステータコア３１と、ステータティース８２Ａ〜８２Ｈと、永久磁石３３１〜３３４と、バックヨーク３５とを備える。ステータティース８２Ａ〜８２Ｈの各々は、４つのティース群Ａ４〜Ｄ４のいずれか１つに属する。ティース群Ａ４〜Ｄ４は、周方向に連続して並ぶ２つのステータティースにより構成される。
【００９３】
ティース群Ａ４は、ステータティース８２Ａ及び８２Ｂにより構成される。ティース群Ｂ４は、ステータティース８２Ｃ及び８２Ｄにより構成される。ティース群Ｃ４は、ステータティース８２Ｅ及び８２Ｆにより構成される。ティース群Ｄ４は、ステータティース８２Ｇ及び８２Ｈにより構成される。ティース群Ａ４〜Ｄ４の径方向外側には、永久磁石３３１〜３３４がそれぞれ配置される。
【００９４】
ステータコア３１は、４個の磁気抵抗部３１Ａを有する。磁気抵抗部３１Ａは、ステータコア３１の内周面に形成される切り欠きであり、周方向に互いに隣接する２つのティース群の間に設けられる。磁気抵抗部３１Ａを設けることにより、永久磁石３３１〜３３４の磁束が、ステータコア３１のみを経由して短絡されることを防止する。
【００９５】
永久磁石３３１及び３３３において、Ｎ極が内周面に位置し、Ｓ極が外周面に位置する。永久磁石３３２及び３３４において、Ｎ極が外周面に位置し、Ｓ極が内周面に位置する。
【００９６】
次に、各ステータティースに巻かれるコイルについて説明する。図１１では、各ステータティースにおいてコイルを巻く方向を示すために、各コイルにおける電流の向きを示しているが、実際には、図１１に示す全てのコイルには、電流は、一斉に供給されない。
【００９７】
同じティース群に属する２つのステータティースにおいて、コイルを巻く方向は同じである。例えば、ティース群Ａ４に属するステータティース８２Ａ及び８２Ｂにおいて、コイルは、同じ方向に巻かれる（径方向内側から見て左回り）。一方、ティース群Ａ４に周方向に隣接する２つのティース群Ｂ４及びＤ４において、コイルを巻く方向は、反対である。ステータティース８２Ｃ、８２Ｄ、８２Ｇ及び８２Ｈに巻かれるコイルの方向は、径方向内側から見て右回りに巻かれる。
【００９８】
図１１に示すＳＲモータ５には、図１０に示す矩形波５６Ｐ及び５７Ｐが供給される。矩形波５６Ｐは、ステータティース８２Ａ、８２Ｃ、８２Ｅ及び８２Ｇに巻かれるコイルに供給される。矩形波５７Ｐは、ステータティース８２Ｂ、８２Ｄ、８２Ｆ及び８２Ｈに巻かれるコイルに供給される。
【００９９】
このように、ＳＲモータ５に２相交流が形成される場合、ステータティースの数を４ｎ、ロータの極数を２ｍとしてもよい。なお、本実施の形態では、ｎがｍに等しい場合を説明しているが、ｎがｍと異なっていてもよい。
【０１００】
また、第１の実施の形態と同様に、永久磁石３３１は、方形磁石３３１ａ〜３３１ｆにより構成され、永久磁石３３２は、方形磁石３３２ａ〜３３２ｆにより構成されてもよい。図７に示す例と同様に、ティース群を構成する複数のティースのうち、１つのティースの径方向外側に永久磁石が配置されてもよい。図８に示すように、ティース群を構成する各ティースの径方向外側に、永久磁石が配置されてもよい。
【０１０１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１、５  スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）
２  ロータ
２２Ａ〜２２Ｄ  ロータティース
３  ステータ
３１  ステータコア
３１Ａ  磁気抵抗部
３２Ａ〜３２Ｆ、６２Ａ〜６２Ｌ、７２Ａ〜７２Ｄ、８２Ａ〜８２Ｈ  ステータティース
３５  バックヨーク
３６Ａ〜３６Ｆ、６６Ａ〜６６Ｌ、７６Ａ〜７６Ｄ  コイル
３３１〜３３４  永久磁石
【図１】
2016019370.tif 000003
【図２】
2016019370.tif 000004
【図３】
2016019370.tif 000005
【図４】
2016019370.tif 000006
【図５】
2016019370.tif 000007
【図６】
2016019370.tif 000008
【図７】
2016019370.tif 000009
【図８】
2016019370.tif 000010
【図９】
2016019370.tif 000011
【図１０】
2016019370.tif 000012
【図１１】
2016019370.tif 000013