(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ側から見たロータの磁気抵抗がロータの回転方向位置により異なるリラクタンスモータにおいて、
多相交流巻線が巻回されたステータと、
ロータの各磁極から回転方向の隣の磁極へ磁束を導くほぼ一定幅の細い複数の分割磁路と、
を備え、
前記分割磁路は、ロータの磁極表面ではほぼ等間隔で配置され、ロータ内部では隣り合う分割磁路のそれぞれの間隔がロータ外周表面の間隔より広がる配置構造であり、各分割磁路の間のそれぞれの間隔が、ロータ外周から磁極の境界部へ向かって広がっている構造であることを特徴とするリラクタンスモータ。
【請求項２】
ロータの各磁極の中央部分に配置された前記分割磁路が、構造強化のためと中央部以外に配置された隣り合う分割磁路のそれぞれの間隔をより広くするために、ロータ内部において部分的に接続された構造であることを特徴とする請求項１に記載のリラクタンスモータ。
【請求項３】
ロータの内部に配置された前記分割磁路が、隣り合う分割磁路のそれぞれの間隔を利用して配置された、ロータ長手方向両端に配置した円盤にその両端を固定された棒状の非磁性体により固定された構造であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリラクタンスモータ。
【請求項４】
ステータ側から見たロータの磁気抵抗がロータの回転方向位置により異なるリラクタンスモータにおいて、
多相交流巻線が巻回されたステータと、
ロータの各磁極から回転方向の隣の磁極へ磁束を導くほぼ一定幅の細い複数の分割磁路と、
を備え、
前記分割磁路のロータ外周表面近傍の形状は、ロータ外周へ向かって末広がりの形状であり、ロータ内部の分割磁路の幅より広くなっていることを特徴とするリラクタンスモータ。
【請求項５】
各磁極の両側に位置する分割磁路のロータ外周表面での中心線を結ぶ回転方向幅は、ステータのロータ回転方向でのスロット周期のｎ＋１／２（ｎは整数）倍であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のリラクタンスモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シンクロナスリラクタンスモータとして知られる同期モータ、特にそのロータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の同期モータの一例を、モータを回転軸方向から見たときの、ロータの断面図としてステータとともに図９に示す。このモータは特願平６−９３１９５の実施例の図９および図１４に示した４極のモータを６極にした、３相、６極、３６スロット構造のリラクタンスモータである。
【０００３】
磁性鋼板２および磁性鋼板２の一部を切り欠いた部分の空隙８から成るロータ１が、ロータの磁気抵抗分布の高低差によりロータ磁極を形成し、ステータによる回転磁界に同期して回転する。図９において、３はロータ軸、４はステータ、５は巻線を巻回するスロットである。
【０００４】
磁性鋼板２は、磁気的絶縁のための帯状の非磁性部である空隙８によって分割された帯状の分割磁路７を有し、前記分割磁路７群が、ロータ１の回転中心から放射方向に６極配置された構造に成っている。独立した慣性質量となる分割磁路７は、モータとしての磁気的特性を損なわない範囲で、ロータの強度を維持するために、空隙８中の幾つかの小さなブリッジ構造９，１０により、隣り合う分割磁路７と構造的に結合している。
【０００５】
磁性鋼板２上に形成された分割磁路７は、ロータ外周部において隣合う磁路とほぼ等間隔に配置されている。また、ロータ内部においても前記分割磁路７は、隣合う磁路とほぼ等間隔に配置されており、隣合う磁路との距離は一定であるが近接しているために、ロータ外周部の各磁極の中間部分への漏れ磁束を大きくする構造となっている。
【０００６】
また、磁性鋼板２上に形成された分割磁路７は、ロータ内部における前記分割磁路７の幅のままロータ外周部に伸び、磁路幅は変化しない。そのために、ロータ外周部における前記分割磁路７は、離散的な配置となり、これまた離散的な配置であるステータ４の極歯６への磁気抵抗が大きくなる構造となっている。
【０００７】
前記の磁気抵抗が大きくなる構造を解消するために、分割磁路７を帯状の空隙８をさらに細くし、分割磁路７の数を増やして、離散的な配置を排除する方法が取られることもあるが、この場合、隣合う磁路との距離がさらに短くなり近接するために、ロータ外周部の各磁極の中間部分への漏れ磁束もさらに大きくなることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記ロータの場合、ロータ外周表面の各磁極の中間部分への漏れ磁束が大きく、モータの力率が低くなりやすい。また、ステータの歯が離散的に配置され、かつ、ロータの分割磁路も離散的に配置されているため、ロータ外周表面からステータへの磁気抵抗が大きく、励磁のための電流が大きくなりモータの力率が低下しやすい。さらに、ステータの歯が離散的に配置され、かつ、ロータの分割磁路も離散的に配置されているため、ロータの回転位置によりロータ磁極とステータとの間の磁気抵抗が変動し、磁気抵抗が大きい回転位置では励磁のための電流が大きくなりモータの力率が低下しやすい。
【０００９】
従って従来技術の課題として、モータの力率が低下しやすいという課題がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ステータ側から見たロータの磁気抵抗がロータの回転方向位置により異なるリラクタンスモータにおいて、多相交流巻線が巻回されたステータと、ロータの各磁極から回転方向の隣の磁極へ磁束を導くほぼ一定幅の細い複数の分割磁路と、を備え、前記分割磁路は、ロータの磁極表面ではほぼ等間隔で配置され、ロータ内部では隣り合う分割磁路のそれぞれの間隔がロータ外周表面の間隔より広がる配置構造であり、各分割磁路の間のそれぞれの間隔が、ロータ外周から磁極の境界部へ向かって広がっている構造であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、請求項１に記載のリラクタンスモータにおいて、ロータの各磁極の中央部分に配置された前記分割磁路がロータ内部では磁気的に接続された構造であることを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明は、ステータ側から見たロータの磁気抵抗がロータの回転方向位置により異なるリラクタンスモータにおいて、多相交流巻線が巻回されたステータと、ロータの各磁極から回転方向の隣の磁極へ磁束を導くほぼ一定幅の細い複数の分割磁路と、を備え、前記分割磁路のロータ外周表面近傍の形状は、ロータ外周へ向かって末広がりの形状であり、ロータ内部の分割磁路の幅より広くなっていることを特徴とする。
【００１３】
更にまた、本発明は、各磁極の両側に位置する分割磁路のロータ外周表面での中心線を結ぶ回転方向幅は、ステータのロータ回転方向でのスロット周期のｎ＋１／２（ｎは整数）倍であることを特徴とする。
【００１４】
前記したロータの各磁極から回転方向の隣の磁極へ磁束を導くほぼ一定幅の細い複数の分割磁路を、ロータの磁極表面ではほぼ等間隔で配置し、ロータ内部では隣り合う分割磁路の間隔がロータ外周表面での間隔より広がる配置構造とすることで、ロータ外周表面の各磁極の中間部分への漏れ磁束を小さく抑え、モータの力率を高くすることができる。
【００１５】
また、ロータの各磁極の中央部分に配置された前記分割磁路がロータ内部では磁気的に接続された構造とすることで、ロータ内部での隣り合う分割磁路の間隔をロータ外周表面での間隔よりさらに広がる配置構造となり、ロータ外周表面の各磁極の中間部分への漏れ磁束を小さく抑え、モータの力率を高くすることが可能となる。
【００１６】
また、分割磁路のロータ外周表面近傍の形状はロータ内部の分割磁路の幅より広くなっている構造とすることで、ロータ内部での隣り合う分割磁路の間隔をロータ外周表面での間隔より広がる配置構造で、かつ、ステータの歯とロータ外周表面での分割磁路が離散的な配置とならない構造となり、ロータ外周表面の各磁極の中間部分への漏れ磁束を小さく抑え、ロータ外周表面からステータへの磁気抵抗を小さく励磁のための電流も小さく抑えられることにより、モータの力率を高くすることが可能となる。
【００１７】
また、各磁極の両側に位置する分割磁路のロータ外周表面での中心線を結ぶ回転方向幅は、ステータのロータ回転方向でのスロット周期のｎ＋１／２（ｎは整数）倍となる構造とすることで、磁極の回転方向幅の両側に位置する分割磁路が、ロータの回転位置が変化しても、両側の分割磁路がステータの歯と対向する面積が一定な構造となり、ロータの回転位置によるロータ磁極とステータとの間の磁気抵抗変動が抑えられ、磁気抵抗の大きい回転位置での励磁電流も小さく抑えられるので、モータの力率を高くすることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係るモータを、回転軸方向から見たときの、ロータの断面図をステータとともに示す図であり、３相、６極、３６スロット構造のリラクタンスモータである。
【００１９】
磁性鋼板２は、磁気的絶縁のための非磁性部である空隙８によって分割されたほぼ一定幅の複数の分割磁路７を有し、前記分割磁路７群が、ロータ１の回転中心から放射方向に６極配置された構造に成っている。独立した慣性質量となる分割磁路７は、モータとしての磁気的特性を損なわない範囲で、ロータの強度を維持するために、空隙８中の幾つかの小さなブリッジ構造９，１０により、隣り合う分割磁路７と結合している。前記磁性鋼板の基本構成は、従来技術の例の図９と同様である。
【００２０】
磁性鋼板２上に形成された分割磁路７は、ロータ外周部において隣合う磁路とほぼ等間隔に配置されているが、ロータ外周部から内に入ったロータ内部では、ロータ外周部での間隔より広がる配置構造とし、隣合う磁路との距離を十分に確保している。加えて、各磁極間の中間部分の近傍では分割路間隔を拡げて前記分割磁路７を配置しない構造として、隣合う磁路との距離をさらに確保できるようにしている。
【００２１】
また、前記分割磁路７は、モータとしての磁気的特性を損なわない範囲でロータの強度を維持するために、空隙８中の幾つかの小さなブリッジ構造９，１０により、隣り合う分割磁路７と結合しているが、ロータ外周部における前記ブリッジ構造９は、ロータ外周表面の各磁極間の中間部分には配置しないことで、隣合う磁路との距離を極力広く確保でき漏れ磁束を減少するようにしている。
【００２２】
各磁極間の中間部分のブリッジ構造１０を設ける代わりに、図２では軸方向に貫通した複数の補強バー１１が用いられている。すなわち、非磁性体のバー材１１などの部材を、分割磁路７に設けた凹部の位置にて積層された磁性鋼板２の軸方向に通す。前記バー材１１の両端を図示しないロータ長手方向両端に配置した円盤で固定することで、前記非磁性体のバー材１１などの部材が、ロータ１の回転に伴う前記分割磁路７に働く遠心力や回転磁界により発生する回転トルクを支える構造を取ることが可能である。このような構造にすることで、前記した各磁極間の中間部分のブリッジ構造１０を通り、ロータ外周部の各磁極の中間部分へ漏れる磁束を抑えることができる。また、ロータ外周部におけるブリッジ構造９は、磁性鋼板２がロータ軸３に固定され、分割磁路７が前記した非磁性体のバー材１１などの部材や円盤により固定された時点で、除去することが可能であり、そうすることでさらにロータ外周部の各磁極間の中間部分へ漏れる磁束を抑えることができる。
【００２３】
前記した、分割磁路をロータ内部ではロータ外周部での間隔より広がる配置構造、各磁極間の中間部分の近傍では磁路間隔を拡げて分割磁路を配置しない構造、およびロータ外周部ではブリッジ構造を各磁極間の中間部分には配置しない構造とすることで、ロータ外周表面の各磁極間の中間部分への漏れ磁束を小さく抑え、モータの力率を高くすることが可能となる。特に各分割磁路の間のそれぞれの間隔が、ロータ外周から磁極の境界部へ向かって同じ程度の割合で広がっている構造である場合に、トータルとしての漏れ磁束を抑える効果が大きい。また、前記間隔の形状は、各分割磁路の間の漏れ磁束を小さくするため、各分割磁路に突起部等のない構造とする必要がある。
【００２４】
また、図１に示したロータ１は、各磁極の中央部分の中心位置が、６等分の６０゜毎に配置された構造ではなく、１つおきに１／２スロットピッチ（＝５゜）シフトした構造として、ステータの歯に対するロータ側の分割磁路の磁気抵抗を全体で均一化し、トルクリップルを低減している。また、前記した１つおきに１／２スロットピッチ（＝５゜）シフトした構造に対し、従来から行われている磁性鋼板２をロータ全長でほぼ１スロット分あるいはほぼ１／２スロットピッチずらして積層するスキュー構造として、ステータの歯に対するロータ側の分割磁路の磁気抵抗を全体で均一化する構造とすることでもトルクリップルを低減することができ、両者の構造を併用することも有効である。
【００２５】
前記した磁気抵抗を全体で均一化し磁気抵抗変動を抑えモータの力率を高くする構造は、磁気抵抗変動が小さいことから、回転磁界により発生する回転トルクの脈動を抑えたトルクリップルを低減する構造とも言える。
【００２６】
前記した、分割磁路をロータ内部ではロータ外周部での間隔より広がる配置構造、各磁極間の中間部分の近傍には分割磁路を配置しない構造、およびロータ外周部ではブリッジ構造を各磁極間の中間部分には配置しない構造として、ロータ外周表面の各磁極の中間部分への漏れ磁束を小さく抑えて力率を高めるだけで十分な場合や、トルクリップルを低減する必要がない場合には、各磁極の中央部分の中心位置が、６等分の６０゜で配置された構造であってもかまわない。
【００２７】
ステータ４のスロット５へ巻回される交流巻線は、図１に示すように、Ｕ相電流ｉｕ、Ｕ相とＶ相の逆相との中間位相電流ｉｕｙ、Ｖ相の逆相電流ｉｙ、Ｖ相の逆相とＷ相の中間位相電流ｉｙｗ、Ｗ相電流ｉｗ、Ｗ相とＵ相の逆相との中間位相電流ｉｗｘ、Ｕ相の逆相電流ｉｘ、Ｕ相の逆相とＶ相の中間位相電流ｉｘｖ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｖ相とＷ相の逆相との中間位相電流ｉｖｚ、Ｗ相の逆相電流ｉｚ、Ｗ相の逆相とＵ相の中間位相電流ｉｚｕをそれぞれ流すための巻線となっており、いわゆる、６相電流を流すのと同等な交流巻線としている。前記の巻線を施すことで、ロータの回転位置によりロータ磁極とステータとの間の磁気抵抗変動が抑えられ、磁気抵抗の大きい回転位置での励磁電流も小さく抑えられるので、モータの力率をさらに高くすることが可能となる。また、前記交流巻線に３相交流を通電したときの回転磁界を滑らかに変化させることができ、モータ回転時のトルクリップルを小さくすることもできる。前記の巻線は、標準的な３相交流巻線にすることも可能であり、また、図示したステータは３６個のスロットを持ったものであるが、さらに多いスロットを配置しＵ相Ｖ相Ｗ相の各中間位相電流をさらに分割して流す巻線を巻回したステータとして、６相より多い相を持ったのと同等な巻線とすることでさらに、回転磁界を滑らかに変化させることで、モータの力率を高め、回転時のトルクリップルを小さくすることも可能である。
【００２８】
図３は、図１に示したロータと比べさらにロータ外周表面の各磁極間の中間部分への漏れ磁束を小さく抑えることを目的に、ロータ内部での隣り合う分割磁路の間隔をロータ外周表面での間隔よりさらに広がる配置としたロータ構造を示している。
【００２９】
磁性鋼板２上に形成された分割磁路７の内、ロータの各磁極の中央部分に配置された分割磁路７ａ、７ｂは、ロータ外周部においては空隙８ａによって分割して配置しているが、磁極のほぼ中央部に配置された分割磁路の磁束は多少ずれてもトルクの低下は小さいので、ロータ内部においては、空隙を排除して結合された分割磁路７ｃとして一体化している。前記分割磁路７ｃの幅は、前記分割磁路７ａ、７ｂの幅を足し合わせた幅として、前記分割磁路７ａ、７ｂを通過する磁束を前記分割磁路７ｃで減少させることのない幅としている。前記した２本の分割磁路を結合した構造により、ロータ内部で空隙部が広く取れ隣り合う分割磁路の間隔をロータ外周表面での間隔よりさらに広がる配置として、漏れ磁束を低減しモータトルクを大きくすることができる。
【００３０】
また、ロータ内部における空隙を排除して磁気的に接続することで太くなった前記分割磁路７ｃは、ステータ４のスロット５に巻回した多相交流巻線に多相交流を通電し、回転磁界により発生する回転トルクを、軸３へ伝達するための機械強度確保のためにも効果的である。
【００３１】
さらに、磁性鋼板２上に形成された分割磁路７は、ロータ外周表面近傍での形状をロータ外周へ向かって末広がりの形状とし、ロータ内部の分割磁路の幅より広くなる構造としている。前記する形状とすることで、ステータの歯とロータの分割磁路が対向する面積が大きく磁束が通りやすくなり、ロータ外周表面では磁気的にステータの歯とロータの分割磁路が離散的な配置とならない構造としている。
【００３２】
前記した、ロータの各磁極の中央部分に配置された前記分割磁路がロータ内部では磁気的に接続され、ロータ内部での隣り合う分割磁路の間隔をロータ外周表面での間隔よりさらに広がる配置構造とすることで、ロータ外周表面の各磁極の中間部分への漏れ磁束を小さく抑えることができる。また、分割磁路のロータ外周表面近傍の形状はロータ内部の分割磁路の幅より広くし、ステータの歯とロータ外周表面での分割磁路が離散的な配置とならない構造とすることで、ロータ外周表面からステータへの磁気抵抗を小さく励磁のための電流も小さく抑えられることができることにより、モータの力率を高くすることが可能となる。
【００３３】
図３に示したロータ１は、図１に示したロータ１と同様に、各磁極の中央部分の中心位置が、６等分の６０゜毎に配置された構造ではなく、１つおきに１／２スロットピッチ（＝５゜）シフトした構造として、モータの力率をさらに高め、トルクリップルも低減する構造としているが、前記した、ロータの各磁極の中央部分に配置された分割磁路を磁気的に接続した配置構造や、ロータ外周表面近傍での形状をロータ外周へ向かって末広がりの形状として力率を高めるだけで十分な場合や、トルクリップルを低減する必要がない場合には、各磁極の中央部分の中心位置が、６等分の６０゜で配置された構造であってもかまわない。
【００３４】
また、図３に示したロータ１は、ステータのスロット間隔とロータ外周表面での分割磁路の間隔を整数倍した間隔とがわずかに異なる値としている。この結果、ステータの歯とロータの分割磁路の相対位置が少しずつずれるようなバーニア構造となり、ロータの回転位置によりロータ磁極とステータとの間の磁気抵抗変動を抑え、磁気抵抗の大きい回転位置での励磁電流を小さく抑えることで、モータの力率を高くする構造とする。また、回転磁界により発生する回転トルクの脈動を抑えるのでトルクリップルを低減する構造ともなる。前記した、ロータの各磁極の中央部分に配置された分割磁路を磁気的に接続した配置構造や、ロータ外周表面近傍での形状をロータ外周へ向かって末広がりの形状として力率を高めるだけで十分な場合や、トルクリップルを低減する必要がない場合には、ステータのスロット間隔とロータ外周表面での分割磁路の間隔とが整数倍になるように配置された構造であってもかまわない。
【００３５】
図４は、ステータの歯とロータの分割磁路が離散的な配置とならない構造とすることを目的に、各磁極の両側に位置する分割磁路のロータ外周表面での中心線を結ぶ回転方向幅Ｗを、ステータのロータ回転方向でのスロット周期Ｔのｎ＋１／２（ｎは整数）倍としたロータ構造を、ステータとともに簡単なモデルとして示した図である。図示した例は、Ｗ＝２．５Ｔの場合であるが、前記関係式で構成されたものであれば、前記目的を達成する。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、ロータの回転に伴うステータの歯とロータの分割磁路の位置関係が、変化していく様子を示したものである。
【００３６】
図４（ａ）は、ロータ外周表面で各磁極を形成する分割磁路７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ、７ｈ、７ｉのうち、磁極の回転方向幅の片側に位置する分割磁路７ｄが、ステータの歯６ａと対向する位置にある時を示している。前記した位置関係にあるときは、磁極の回転方向幅のもう片側に位置する分割磁路７ｉは、ステータの歯６ｃと対向する位置から外れている。図４（ｂ）は、前記した位置からロータが分割磁路の幅の半分回転した状態の位置関係を示している。前記磁極の回転方向幅の片側に位置する分割磁路７ｄは、ステータの歯６ａと前記分割磁路７ｄの幅半分の面積が対向する位置となり、前記磁極の回転方向幅のもう片側に位置する分割磁路７ｉは、ステータの歯６ｃと前記分割磁路７ｉの幅半分の面積が対向する位置となる。図４（ｃ）は、さらに、ロータが分割磁路の幅の半分回転した状態の位置関係を示している。前記分割磁路７ｄは、ステータの歯６ａと対向する位置から外れ、前記分割磁路７ｉは、ステータの歯６ｃと対向する位置となる。
【００３７】
前記したように、ロータ外周表面の磁極の回転方向幅を、ステータのロータ回転方向でのスロット周期のｎ＋１／２（ｎは整数）倍となる構造とすることで、ロータの回転に伴うステータの歯とロータの分割磁路の位置関係が変化しても、磁極の回転方向幅の両側に位置する分割磁路が、ステータの歯と対向する面積が一定となり、ロータの回転位置によるロータ磁極とステータとの間の磁気抵抗変動が抑えられ、磁気抵抗の大きい回転位置での励磁電流も小さく抑えられる構造となり、モータの力率を高くすることができる。
【００３８】
図５は、本発明の第二実施形態に係るモータを、回転軸方向から見たときのロータの断面図をステータとともに示す図である。図１同様に、３相、６極、３６スロット構造のリラクタンスモータである。
【００３９】
図５に示したロータ１は、図１から図３に示したロータ同様に、各磁極の中央部分の中心位置が、６等分の６０゜毎に配置された構成ではなく、６つの磁極の中心位置がロータ回転方向にそれぞれ、シフトなし、１／６スロットピッチ（＝１．６７゜）シフト、３／６スロットピッチ（＝５゜）シフト、５／６スロットピッチ（＝８．３３゜）シフト、４／６スロットピッチ（＝６．６７゜）シフト、２／６スロットピッチ（＝３．３３゜）シフトした構成である。各シフト角の配置は種々の組み合わせが可能である。このような構成とすることにより、ロータ各磁極とステータとの電磁気的作用は前記シフト角分づつロータ回転方向にシフトされており、１ステータスロットピッチ周期以下の周期の磁気抵抗変動はキャンセルされて低減し、磁気抵抗の大きい回転位置での励磁電流も小さく抑えられる構造となり、モータの力率を高くすることができる。具体的には、１スロット周期と１／３スロット周期の磁気抵抗変動がキャンセルされることは幾何学的に容易に理解できる。また、このことは、１スロット周期と１／３スロット周期のトルクリップルがキャンセルされることにもなり、回転磁界により発生する回転トルクの脈動を抑えたトルクリップルの低減も実現する。
【００４０】
図５に示したステータ４は、スロット１からスロット３６に、図６の巻線図に示すスロット１からスロット１２までの短節巻の配線パターンをステータの全周に３組配設している。通常、各スロットの巻線は、ステータの残り２／３の巻線と直列に巻回されるのであるが、図６では説明を簡単に行うため全モデルの１／３だけを図示している。また、これらの各スロットの巻線に３相交流電流を通電した場合の各スロットの電流ベクトルを図７に示す。
【００４１】
スロット２には、スロット１のＵ相巻き線の半分の巻き回数の巻き線とスロット３のＺ相巻き線の半分の巻き回数の巻き線とが巻回されており、その合計の電流ベクトルの振幅ＲＳは、Ｕ／２とＺ／２のベクトル和ＵＺＳであり、振幅ＲＲに比較し、ＣＯＳ３０°＝０．８６６である。電流ベクトルＵＺＳの位相は適切であり、Ｕ相に比較し電気角で３０°の位相差である。スロット２の電流ベクトルを振幅がＲＳのＵＺＳから振幅がＲＲのＵＺへ変更するために、スロット２へ巻回されたＵ相巻き線とＶ相巻き線の巻き回数をスロット１の巻き回数の（０．５／ＣＯＳ３０°）＝０．５７７３５倍の巻き数にそれぞれ増加する。その結果、スロット２の電流ベクトル振幅はＲＲとなり、スロット４，６，８，１０，１２等にも同様の対応を行うことにより、１２相の位相的には均一に分布したそして振幅の等しい電流ベクトルでモータを駆動することになる。この状態は、スロットがステータ円周上に離散的に配置されていることを除けば、理想的なモータ駆動の状態であるといえる。従って、トルクリップルはスロットピッチより大きい周期の成分は存在しないことになる。
【００４２】
なお、振幅がＲＲの電流ベクトルＵＺを作る方法は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の巻き線の各巻き数を選び組み合わせることにより無限種類の組み合わせ方法が可能であり、本発明にはそれらも含むものである。最も簡単な方法は前記のスロット２の巻き線をＵ，Ｖ相の２相から作る方法である。当然のことながら、最も単純で、材料コスト、組立コストが低い組み合わせ方法が有利である。３相、４極、３６スロットの場合は、図示しないが、各巻き線回数の値が変わってくる。しかし、各スロットの電流ベクトルの位相と振幅を適切にすると言う考え方は同じである。また、どのような相数、極数、スロット数でも、同様の方法で、大きさが同じで位相が均一に分布した電流ベクトルは容易に作ることができる。
【００４３】
また、各スロットへ巻き線を接続する結線方法すなわち巻き順については、理解がし易いように、規則的な巻き方を図６で示したが、巻き順を変更してもモータとしての作用はほとんど変わらないため、変更が可能である。通常は、いわゆるコイルエンドが最も短くでき、コイルエンド部の銅量が少なく、巻き線作業の容易な方法が用いられることが多い。
【００４４】
図５に示したステータ４のスロット形状は、前記した各スロットの電流ベクトルの位相と振幅が適切になるように各相の巻回数がすべて同じ巻回数とならないので、各スロットのロータ軸方向断面積が、各スロットの巻線の量にほぼ比例するような面積関係としている。このことにより、ステータの有効利用率を上げることができ、モータの小型化を行うことができる。モータの小型化を図る代わりに製造コストを下げるために、スロット形状を同一にして各スロットの巻線の量だけを適切に配設することもできる。
【００４５】
これら前記したロータ及びステータを構成とすることにより、１スロット周期と１／３スロット周期のトルクリップルがキャンセルされ、スロットピッチより大きい周期のトルクリップル成分は前記のステータの巻き線方法を改良する技術で除去できる。残りの１／３スロットピッチ周期以下の高調波のトルクリップル成分は、残った高調波トルクリップル成分の内最も低次の高調波成分の周期の角度だけロータとステータとを相対的にスキューすることにより除去できることが後に示される。
【００４６】
前記のロータ磁極位置をシフトする手法は、それ自身でトルクリップルを低減する効果があるが、さらに高調波のトルクリップルを除去しようとするときにスキューの角度を（ステータスロット周期／２）以下の角度に小さくできるためスキューの問題点を軽減できるという効果もある。特に図９に示すリラクタンスモータにおいては、スキューをしてもロータ内の磁束がロータ軸方向にも存在するようになり、スキュー角度以下の周期のトルクリップル成分を低減できるが十分に除去できないことが実験で確認されている。その意味で、スロット周期に近いトルクリップル成分を前記磁極シフトの手法で除去し、必要ならばごく高調波のトルクリップル成分だけをスキューで除去する。また、本来、モータ用電磁鋼板は渦電流損を低減するため、通常０．５ｍｍの厚みで表面は電気絶縁膜が施されており、ラジアル方向及びロータ回転方向の磁束変化に対しては渦電流損が発生しにくい構造となっており、ロータ軸方向に磁束が変化するとロータ及びステータで渦電流損が増加するという問題がある。その意味ではスキューはできるだけ小さい角度の方が望ましい。
【００４７】
図９のリラクタンスモータの問題点は、ロータ内部のパターンを微細化したロータをエッチング技術あるいはワイヤ放電加工機などで製作可能であるが低コストで量産するために金型を使用したプレス加工で生産するためには図９に示す程度の粗い内部パターンではトルクリップルを十分に小さくできないという問題、ロータの磁極の境界部近傍にも磁性体が存在するために磁極境界部近傍からステータ側へ意図しない磁束が存在してしまい出力トルクが低減する問題、同様に力率及び効率が低くなる問題、同様に高速回転域での界磁弱め制御による定パワー制御の特性が低下する問題等がある。これらの種々問題を解決するためロータ形状を変えるとトルクリップルが増加するというトレードオフの関係になっていた。
【００４８】
図１から図５に示した本発明のリラクタンスモータにおいては、ロータの外形形状は円形ではなくロータの磁極境界部に磁束が存在しにくいように凹部を作り磁極の境界部近傍にロータ中心からステータの方向へ磁束が存在しにくい形状としている。ロータ内部形状も分割磁路７間の空隙８の幅を極力広くし、分割磁路７の方向と直角の方向への磁束の成分が極力小さくなる構造としている。また、金型を用いてプレス機で低コストに量産できるようにロータ内部形状は十分金型が製作可能な粗い形状としている。その結果、力率が高くかつ低トルクリップルで低コストなモータが実現する。
【００４９】
図８は、図５に示したロータ１の強度を維持するために設けられた小さなブリッジ構造９，１０を取り除いた構造のロータを示す図である。前記ブリッジ構造９，１０を取り除いた構造とする方法としては、前記した図２に示した実施形態をとる方法や、図５に示した磁性鋼板２の各磁極間の中間部分に配置したブリッジ構造１０を取り除いた状態から、空隙８の部分に非磁性の接着力のある充填材を充填して分割磁路７群を前記充填材とともに図５に示す位置関係で一体化し、その後外周部のブリッジ構造９を切削加工するなどして除去する方法などがある。図８に示すロータ１は、図５に示したロータ１に比べると、磁性鋼板のプレス加工のみの製造が困難になるなど製作工数は増加するが、小さなブリッジ構造がない分ロータ外周表面の各磁極の中間部分への漏れ磁束を小さく抑えることができ、モータの力率をさらに高くすることができる。
【００５０】
図１から図８に示したロータとステータは、各図に示されたロータとステータの組み合わせに限定するものではなく、ロータとステータを自由に組み合わせることが可能である。
【００５１】
【発明の効果】
本発明のリラクタンスモータ構造は、前記のトルクリップル低減技術を併用することにより、高い力率を有し、かつ、トルクリップルも小さいリラクタンスモータを実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるモータの構成の第一実施形態を示す回転軸方向から見た断面図である。
【図２】  図１に示したロータの一部を改造した回転軸方向から見たロータの断面図である。
【図３】  図１に示したロータの一部を改造した回転軸方向から見た断面図である。
【図４】  図１に示したロータの一部を改造した回転軸方向から見た断面図である。
【図５】  本発明によるモータの構成の第二実施形態を示す回転軸方向から見た断面図である。
【図６】  図４に示したステータの短節巻の巻線図である。
【図７】  図５の巻線を行った時の電流ベクトル図である。
【図８】  図４に示したロータの一部を改造した回転軸方向から見た断面図である。
【図９】  従来の同期モータの一例を示した回転軸方向から見た断面図である。
【符号の説明】
１  ロータ、２  磁性鋼板、３  ロータ軸、４  ステータ、５  スロット、６歯、７  分割磁路、８  空隙、９，１０  ブリッジ構造、１１  非磁性体のバー材、Ｗ  磁極の回転方向幅、Ｔ  スロット周期
【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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【図８】
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【図９】
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